[发明专利]一种压力流量温度集成芯片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器芯片及其制作方法，具体涉及一种集成压力、流量、温度等参数测量的微传感芯片及其制作方法。

背景技术

基于MEMS的压力、流量、温度等参数测量的分离器件在国内外已具有非常好的研究基础和代表性产品，单个器件作为传感器测量元件时，在一定应用领域发挥了巨大的作用，然而在航空航天、军事、汽车、手机、医疗等一些特定行业，由于受到体积、重量的限制，要求在尽可能小的体积、尽量轻的重量上拥有尽量多的测量参数和功能。现有的基于MEMS的压力、流量、温度等参数测量的器件模块或者是分离器件集成或者是通过硅通孔等封装技术将多芯片集成在一起，造成整个模块体积较大、重量较重。

发明内容

本发明的目的在于解决传统多传感器模块的体积多大、重量过重的缺点，提供一种集成压力、流量、温度等参数测量的微传感芯片，其具有功能多、体积小、重量轻、抗干扰能力强等特点。

实现上述目的的技术解决方案是，集成压力、流量、温度等参数测量的微传感芯片主要包括：压力传感区域、流量与温度传感区域。其制作方法为：首先在基底整个硅层上方热氧化一层二氧化硅，在压力传感区域二氧化硅层上进行局部掺杂分别形成接触电阻和压敏电阻，再在整个硅片两面都热氧化沉积一层二氧化硅与低压化学气相沉积（LPCVD）一层低应力氮化硅，在流量传感区域用剥离法沉积一层铬和铂图形，在硅片正面压力传感区域局部刻蚀氮化硅和二氧化硅，再沉积一层铝或金膜图形形成整个芯片电极，流量传感区域有部分铬和铂图形为环境温度测量，最后同时进行压力传感薄膜与流量传感薄膜下硅刻蚀。

在进行流量传感薄膜下硅刻蚀后氮化硅由于应力过大易开裂，在沉积时应保证应力小于50Mpa。氮化硅厚度在500纳米与2微米之间, 二氯硅烷与氨气流量之比为4与8之间，压力在100与300毫托之间，温度在500度与1000度之间。

流量传感区域在同一个侧边的两个曲折电阻间距相同，两个侧边共4个电阻组成惠斯登测量电桥。中间电阻是加热电阻。

 

附图说明

图1为本发明压力流量温度集成芯片的结构示意图；

图2为本发明压力流量温度集成芯片结构的截面示意图；

图中：接触电阻1、压敏电阻2、流量计加热电阻3、流量计测试电阻4、环境温度测量电阻5、流量计正面空腔6、压力传感器反面空腔7、电极8、氮化硅层9、基底硅层10。

  

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1所示，本发明由右边压力传感区域、左边流量与温度传感区域两部分组成。

具体实施步骤如下：

（1）取一单晶硅片（厚度为400um，双抛光，（100）取向，N型）作为基底硅层10，清洗、烘干，把硅片置于热氧化环境中形成一层二氧化硅，厚度为20nm，在右边压力传感区域二氧化硅层上进行局部硼掺杂分别形成接触电阻1（注入能量80keV，剂量5.0E15，方块电阻30欧姆/方块）和压敏电阻2（注入能量130keV，剂量2.7E14，方块电阻940欧姆/方块）；

（2）再在整个硅片两面都热氧化沉积一层厚度为200nm二氧化硅与低压化学气相沉积一层厚度为1微米低应力氮化硅9，低压化学气相沉积氮化硅应力应小于50Mpa，氮化硅厚度为2微米, 二氯硅烷与氨气流量之比为8，压力在300毫托之间，温度在1000度；

（3）在左边流量温度传感区域用剥离法沉积一层厚度30nm铬和厚度100nm铂图形，形成加热电阻3，4个测试电阻4，环境温度测量电阻5， 测试电阻4分布在加热电阻3两侧，在同一个侧边的两个曲折电阻间距相同，走向相同，相互凹合，可消除气体或其它环境等对该侧测试电阻值影响。两个侧边共4个电阻组成惠斯登测量电桥。当加热电阻3对流动气体进行加热时，分布在加热电阻3两侧测试电阻4发生变化，通过惠斯登测量电桥可检测该变化，从而反映气体流量大小；

（4）在硅片正面压力传感区域局部刻蚀氮化硅9和二氧化硅，再沉积一层厚度300nm铝或金膜图形形成整个芯片电极8； 

（5）同时进行压力传感薄膜与流量传感薄膜下硅刻蚀，形成流量计正面空腔6、压力传感器反面空腔7。形成流量计正面空腔6后，加热电阻3与测试电阻4下只有一层氮化硅，该区域氮化硅悬空，可防止流量计工作时大部分热量通过硅传导散掉。该悬空氮化硅易破，所以要求其应力应小于50Mpa。同时进行压力传感薄膜与流量传感薄膜下硅刻蚀，可避免分别加工流量计正面空腔6与压力传感器反面空腔7时相互干扰。