一种MEMS流量传感器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种MEMS流量传感器及制备方法，该传感器的硅衬底内部设有密闭空腔，硅衬底上铺设有氧化硅绝缘层，氧化硅绝缘层上设有热电堆、第一加热电阻和第二加热电阻；第一加热电阻和第二加热电阻分别位于热电堆的两侧，且以热电堆的中心线为对称轴对称设置，第一加热电阻的两端分别设置有第一压焊块，第二加热电阻的两端分别设置有第二压焊块，热电堆的两端分别设置有第三压焊块；热电堆、第一加热电阻和第二加热电阻的上方覆盖氧化硅绝缘层，氧化硅绝缘层上方覆盖氮化硅保护层；热电堆、第一加热电阻和第二加热电阻构成的整体结构的外围设有隔热槽；隔热槽的槽底上依次铺设有氧化硅保护层和氮化硅保护层。本发明专利技术提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种MEMS流量传感器及制备方法
本专利技术涉及流量传感器制备
，特别是涉及一种MEMS流量传感器及制备方法。
技术介绍
MEMS是将机械工程与微电子技术融合到一起的一种工业技术，它的操作范围一般在微纳米量级。MEMS技术通常基于半导体材料，运用表面微加工、深层刻蚀和体型微加工等工艺以及集成电路领域的相关工艺进行器件的制备。流量的测量在工业生产和过程控制中具有重要的意义，例如消费类电子产品领域、汽车领域和医疗领域等。目前常用的流量传感器种类繁多，在MEMS技术的助力下，具备更加广泛的发展和应用空间。市场上常见的流量传感器种类包括：(1)早期基于简易物理原理的，如容积式、涡轮式和热损失式等流量传感器；(2)基于新兴科学技术的，如电磁式、热电式和压差式等流量传感器。然而，这些流量传感器在不同应用场合呈现出各自优势，同时不足也是明显的。例如，容积式、涡流式和电磁式流量传感器通常表现出较大的功耗和体积；压差式流量传感器安装较复杂，热损失式流量传感器受外界环境温度影响较大、精度较低；热电式流量传感器因结构简单、无机械结构和易集成等被广泛研究，但是为了抑制温漂影响通常需额外增加一个温度传感器在流量传感器附近用于测量基座温度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种MEMS流量传感器及制备方法，提高了测量精度。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种MEMS流量传感器，包括：硅衬底6、热电堆1、第一加热电阻21、第二加热电阻22、第一压焊块31、第二压焊块32和第三压焊块33、氧化硅保护层7、氮化硅保护层8和氧化硅绝缘层9；所述硅衬底6内部设有密闭空腔5，所述硅衬底6上铺设有所述氧化硅绝缘层9，所述氧化硅绝缘层9上设有所述热电堆1、所述第一加热电阻21和所述第二加热电阻22；所述第一加热电阻21和所述第二加热电阻22分别位于所述热电堆1的两侧，且以所述热电堆1的中心线为对称轴对称设置，所述第一加热电阻21的两端分别设置有所述第一压焊块31，所述第二加热电阻22的两端分别设置有所述第二压焊块32，所述热电堆1的两端分别设置有所述第三压焊块33；所述热电堆1、所述第一加热电阻21和所述第二加热电阻22的上方覆盖所述氧化硅绝缘层9，所述氧化硅绝缘层9上方覆盖所述氮化硅保护层8；所述热电堆1、所述第一加热电阻21和所述第二加热电阻22构成的整体结构的外围设有隔热槽4；所述隔热槽4的槽底上依次铺设有所述氧化硅保护层7和所述氮化硅保护层8；所述第一压焊块31一侧与所述氧化硅绝缘层9贴合，另一侧裸露在空气中；所述第二压焊块32一侧与所述氧化硅绝缘层9贴合，另一侧裸露在空气中；所述第三压焊块33一侧与所述氧化硅绝缘层9贴合，另一侧裸露在空气中。可选地，所述热电堆1包括多个热电偶，各所述热电偶相互串联，所述热电偶包括一个半导体臂12和一个金属臂11，所述半导体臂12的一端与所述金属臂11的一端通过金属导线13连接。可选地，所述半导体臂12与所述金属臂11在同一平面水平设置。可选地，所述金属臂11设置在所述半导体臂12上方，所述金属臂11与所述半导体臂12之间通过绝缘介质层隔开。可选地，所述隔热槽4的下表面为矩形框。本专利技术还公开了一种MEMS流量传感器制备方法，所述制备方法用于制备所述MEMS流量传感器的制备，包括：在硅衬底上刻蚀出凹槽；在所述凹槽上生长一层单晶硅，使所述凹槽形成密闭空腔；在内部形成密闭空腔的硅衬底上生长一层氧化硅，形成氧化硅绝缘层；通过光刻、离子注入多晶硅和金属溅射，在氧化硅绝缘层上形成第一加热电阻、第二加热电阻和热电堆，所述第一加热电阻的两端分别形成第一压焊块，所述第二加热电阻的两端分别形成第二压焊块，所述热电阻的两端分别形成第三压焊块；所述第一加热电阻和所述第二加热电阻分别位于所述热电堆的两侧，且以所述热电堆的中心线为对称轴对称设置；采用体深刻蚀技术在所述热电堆、所述第一加热电阻和所述第二加热电阻构成的整体结构的外围形成隔热槽，所述隔热槽的底部伸入到所述硅衬底；在所述隔热槽、所述热电堆、所述第一加热电阻和所述第二加热电阻的上方沉积并光刻氧化硅，形成氧化硅保护层，且使所述第一压焊块、所述第二压焊块和所述第三压焊块上表面裸露在空气中；在所述氧化硅保护层上方沉积并光刻氮化硅，形成氮化硅保护层；可选地，所述在硅衬底上刻蚀出凹槽，具体包括：采用各向异性反应离子刻蚀方法在所述硅衬底上刻蚀出初始凹槽；在所述初始凹槽底部采用各向同性腐蚀方法继续刻蚀，形成所述凹槽。可选地，所述热电堆包括多个热电偶，各所述热电偶相互串联，所述热电偶包括一个半导体臂和一个金属臂，所述半导体臂的一端与所述金属臂的一端通过金属导线连接。可选地，所述通过光刻、离子注入多晶硅和金属溅射，在氧化硅绝缘层上形成第一加热电阻、第二加热电阻和热电堆，所述第一加热电阻的两端分别形成第一压焊块，所述第二加热电阻的两端分别形成第二压焊块，所述热电阻的两端分别形成第三压焊块；所述第一加热电阻和所述第二加热电阻分别位于所述热电堆的两侧，且以所述热电堆的中心线为对称轴对称设置，具体包括：在所述氧化硅绝缘层上进行光刻和离子注入形成所述热电堆的半导体臂、所述热电堆的金属导线与所述半导体臂的欧姆接触区、所述第一加热电阻和所述第二加热电阻；所述第一加热电阻、所述第二加热电阻和所述热电堆的半导体臂为第一多晶硅，所述欧姆接触区为第二多晶硅，所述第二多晶硅掺杂的导电金属浓度大于所述第一多晶硅掺杂的导电金属浓度；通过溅射金属铝，形成所述热电堆的金属臂、金属导线、第一压焊块、第二压焊块和第三压焊块。可选地，所述在内部形成密闭空腔的硅衬底上生长一层氧化硅，形成氧化硅绝缘层，具体包括：对内部形成密闭空腔的硅衬底上表面进行抛光；在抛光后的所述硅衬底上表面生长一层氧化硅，形成氧化硅绝缘层。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术在MEMS流量传感器中的热电堆两侧对称设置第一加热电阻和第二加热电阻，能够抑制温漂的影响，提高了测量精度和灵敏度，通过在热电堆、第一加热电阻和第二加热电阻下方设置一个密闭空腔，以及在硅衬底的表面四周边缘处设置隔热槽，以减少热损失，进一步提高测量精度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术一种MEMS流量传感器的A-A剖面图；图2为本专利技术一种MEMS流量传感器侧视图；图3为本专利技术一种MEMS流量传感器制备方法流程图；符号说明：1、热电堆，11、金属臂，12、半导体臂，13、金属导线，21、第一加热电阻，22、第二加热电阻，31、第一压焊块，32、第二压焊块，33、第三压焊块，4、隔热本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种MEMS流量传感器，其特征在于，包括：硅衬底(6)、热电堆(1)、第一加热电阻(21)、第二加热电阻(22)、第一压焊块(31)、第二压焊块(32)和第三压焊块(33)、氧化硅保护层(7)、氮化硅保护层(8)和氧化硅绝缘层(9)；/n所述硅衬底(6)内部设有密闭空腔(5)，所述硅衬底(6)上铺设有所述氧化硅绝缘层(9)，所述氧化硅绝缘层(9)上设有所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)；所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)分别位于所述热电堆(1)的两侧，且以所述热电堆(1)的中心线为对称轴对称设置，所述第一加热电阻(21)的两端分别设置有所述第一压焊块(31)，所述第二加热电阻(22)的两端分别设置有所述第二压焊块(32)，所述热电堆(1)的两端分别设置有所述第三压焊块(33)；所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)的上方覆盖所述氧化硅绝缘层(9)，所述氧化硅绝缘层(9)上方覆盖所述氮化硅保护层(8)；所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)构成的整体结构的外围设有隔热槽(4)；所述隔热槽(4)的槽底上依次铺设有所述氧化硅保护层(7)和所述氮化硅保护层(8)；所述第一压焊块(31)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中；所述第二压焊块(32)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中；所述第三压焊块(33)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中。/n...

【技术特征摘要】
1.一种MEMS流量传感器，其特征在于，包括：硅衬底(6)、热电堆(1)、第一加热电阻(21)、第二加热电阻(22)、第一压焊块(31)、第二压焊块(32)和第三压焊块(33)、氧化硅保护层(7)、氮化硅保护层(8)和氧化硅绝缘层(9)；
所述硅衬底(6)内部设有密闭空腔(5)，所述硅衬底(6)上铺设有所述氧化硅绝缘层(9)，所述氧化硅绝缘层(9)上设有所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)；所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)分别位于所述热电堆(1)的两侧，且以所述热电堆(1)的中心线为对称轴对称设置，所述第一加热电阻(21)的两端分别设置有所述第一压焊块(31)，所述第二加热电阻(22)的两端分别设置有所述第二压焊块(32)，所述热电堆(1)的两端分别设置有所述第三压焊块(33)；所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)的上方覆盖所述氧化硅绝缘层(9)，所述氧化硅绝缘层(9)上方覆盖所述氮化硅保护层(8)；所述热电堆(1)、所述第一加热电阻(21)和所述第二加热电阻(22)构成的整体结构的外围设有隔热槽(4)；所述隔热槽(4)的槽底上依次铺设有所述氧化硅保护层(7)和所述氮化硅保护层(8)；所述第一压焊块(31)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中；所述第二压焊块(32)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中；所述第三压焊块(33)一侧与所述氧化硅绝缘层(9)贴合，另一侧裸露在空气中。


2.根据权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述热电堆(1)包括多个热电偶，各所述热电偶相互串联，所述热电偶包括一个半导体臂(12)和一个金属臂(11)，所述半导体臂(12)的一端与所述金属臂(11)的一端通过金属导线(13)连接。


3.根据权利要求2所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述半导体臂(12)与所述金属臂(11)在同一平面水平设置。


4.根据权利要求2所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述金属臂(11)设置在所述半导体臂(12)上方，所述金属臂(11)与所述半导体臂(12)之间通过绝缘介质层隔开。


5.根据权利要求1所述的MEMS流量传感器，其特征在于，所述隔热槽(4)的下表面为矩形框。


6.一种MEMS流量传感器制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-5任意一项所述MEMS流量传感器的制备，包括：
在硅衬底上刻蚀出凹槽；
在所述凹槽上生长一层单晶硅，使所述凹槽形成密闭空腔；
在内部形成密闭空腔的硅衬底上生长一层氧化硅，形...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡春华，毕恒昌，吴幸，王超伦，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31