本发明属于mems制造领域，涉及一种带有背腔结构的mems空气质量流量计芯片制造方法，特别是一种带薄膜背腔的空气质量流量计芯片的制造方法。
背景技术：
车用空气质量流量传感器是用于现代汽车电控系统中的电子器件。安装在空气滤清器和节气门之间，用来测定吸入发动机空气量的多少，转化为电信号后传给ecu，作为决定基本喷油量的参数,是空气流量传感器作为测量空气进气量的传感器是决定系统控制精度的重要部件之一。
热膜式空气质量流量传感器属于量热式传感器，根据托马斯提出的“气体的放热量或吸热量与该气体的质量流量成正比”的理论，利用大电流对传感器敏感头加热，气体流动时会带走一部分热量，使探头温度改变，通过测量因气体流动而造成的温度变化或为了维持探头温度不变而引起的电流变化来反映气体的质量流量，又称“托马斯流量传感器”。
利用托马斯原理实现气体质量流量探测的流量芯片，主要包括加热电阻和测温电阻以及其衬底结构。芯片衬底选用常规的硅半导体材料，在其表面形成金属薄膜热敏电阻作加热电阻和测温电阻。考虑到硅热导系数较大，需要在硅上热敏电阻的背面加工形成空腔结构，最终将热敏电阻通过mems工艺制作在一层悬空在硅腔体上的绝缘膜上。
空气质量空气流量敏感芯片基于硅基底的组合微加工工艺制作，在实际加工过程中，由于工艺参数复杂，存在热应力过大、金属薄膜粘附性差、悬空薄膜容易破裂、热敏电阻阻值不稳定等问题，严重影响了芯片的性能和成品率。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是：克服现有技术不足，提供一种带有背腔结构的mems空气质量流量计芯片制造方法，可以有效保证芯片加工过程中薄膜的粘附性、解决悬空薄膜破裂的技术问题，同时能够确保芯片性能稳定。
本发明的技术解决方案是：
提供一种带有背腔结构的mems空气质量流量计芯片制造方法，包括如下步骤：1)硅片表面形成复合介质膜；2)用剥离法制备金属热敏电阻薄膜图形；3)在金属热敏电阻薄膜表面生长保护层；4)进行高温退火；5)去除焊盘上的保护层，露出焊盘的金属层；6)硅片背面光刻并进行干法刻蚀，形成背腔结构；7)芯片切割裂片，完成芯片加工。
优选的，步骤1)中制备的介质薄膜为二氧化硅和氮化硅的复合膜，即先在硅片正反两面生长二氧化硅膜，然后再在硅片正反两面生长氮化硅膜。
优选的，氮化硅膜的厚度与二氧化硅膜的厚度相同，均为1um-3um。
优选的，步骤2)中的剥离法制备金属热敏电阻薄膜图形的过程包括如下步骤：2.1)通过涂胶、曝光、显影步骤在硅片上形成与期望形成的金属热敏电阻薄膜图形相反的光刻胶图形；2.2)将硅片放入等离子清洗机中用氧等离子体进行表面处理；2.3)硅片取出后用去离子水处理并吹干或甩干；2.4)将硅片放入电子束蒸发设备中蒸镀金属热敏电阻薄膜；2.5)将硅片放入去胶液中进行剥离，得到所需的金属热敏电阻薄膜图形。
优选的，步骤2.1)中所述的曝光采用真空接触方式。
优选的，步骤2.3)中所述的去离子水的处理方式包括浸泡、冲洗或用显影机喷淋，处理时间在10秒以上。
优选的，步骤2.4)中蒸镀金属热敏电阻薄膜为ti/pt或cr/ni薄膜，蒸镀过程中不对硅片进行加热。
优选的，步骤4)中所述的高温退火，在通氮气的氛围中进行，退火的温度范围为200℃-400℃，退火时间为2h-6h。
优选的，步骤6)硅片背面光刻并进行干法刻蚀步骤包括：6.1)硅片背面光刻，形成背腔窗口的光刻胶图形；6.2)复合介质膜干法刻蚀；6.3)深硅刻蚀。
优选的，其中光刻中形成的光刻胶厚度大于复合介质膜厚度的1.5倍，且确保在步骤6.2)和6.3)中被完全消耗掉。
本发明本发明与现有技术相比有益效果为：
(1)本发明采用sio2和氮化硅的复合膜，作为悬空薄膜，由于二氧化硅和氮化硅薄膜的应力可以相互抵消，因而可以确保较厚的悬空介质薄膜，确保悬空薄膜在工作过程中不会因应力过大而破裂；
(2)本发明采用剥离工艺形成金属热敏电阻薄膜图形，由于剥离工艺具有很好的最终线条宽度控制能力，能确保芯片上电阻值的精度，更为重要的，在光刻、显影及等离子体打胶后引入了去离子水冲洗的步骤，可以有效去除等离子体清洗后在晶片表面的残余杂质，确保金属膜在介质膜上的粘附性，防止其脱落；
(3)本发明在光刻中采用真空接触的方式，使得该工艺能够用普通的正性光刻胶即可实现陡的光刻胶台阶结构，保证剥离效果；
(4)本发明通过在氮气的氛围下进行退火处理，能够有效改变金属薄膜内部晶粒结构，确保其电阻特性稳定，从而确保芯片性能的稳定。
(5)本发明通过背面干法刻蚀工艺，实现背腔，可以有效防止湿法腐蚀中腐蚀液对正面图形结构的腐蚀作用，同时，通过控制光刻胶的厚度，确保其在干法刻蚀过程中能够全部消耗掉，因此经刻蚀后的晶片不需要进行后续的清洗工艺，因而也能够减少对金属薄膜电阻的影响，确保芯片的性能。
附图说明
图1是本发明所述芯片制造方法形成的芯片结构剖面示意图。
图2是本发明中芯片的制造方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
本一种带有背腔结构的硅基空气质量流量计芯片制造方法，主要包括如下步骤：1)硅片表面形成复合介质膜；2)用剥离法制备金属热敏电阻薄膜图形；3)在金属热敏电阻薄膜表面生长保护层；4)进行高温退火；5)通过光刻腐蚀，去除焊盘上的保护层，露出金属层；6)背面光刻并进行干法刻蚀，形成背腔结构；7)芯片切割裂片，完成芯片加工。形成芯片的结构示意图如图1所示。
硅基空气质量流量计芯片的加工选择厚度200um-400um的硅片，硅片的晶向和基准边切向可以是任意切向。硅片先用热氧化生长一层二氧化硅(见图2a)，然后在其正反两面用等离子体增加化学气相沉积pecvd或低压化学气相沉积lpcvd的方法生长一层氮化硅，其厚度与二氧化硅厚度相同(图2b)，二氧化硅的厚度为1um-3um。
接下来通过剥离工艺生长金属热敏电阻薄膜图形，包括线宽为微米量级的薄膜电阻栅结构以及薄膜焊盘结构。首先在硅片上旋涂一层正性光刻胶，光刻胶的厚度控制在金属膜厚度的5倍以上，通常厚度在1.5um以上；光刻胶经前烘后与光刻掩模版对准并进行紫外曝光，曝光过程中需要对晶片和掩模版进行抽真空以确保二者紧密结合；显影后，硅片放入氧等离子体清洗机中进行清洗，清洗的时间应确保光刻胶被去除50nm以上，典型氧等离子体的参数为，频率2.45ghz，放电功率300w-600w，氧气流量100sccm-500sccm，处理时间在10s-30s；氧等离子清洗后晶片取出后还需要用去离子水进行冲洗，然后进行干燥。干燥后的晶片放入电子束蒸发设备中进行真空镀膜，镀的薄膜为ti/pt或cr/ni薄膜，其中ti或cr为黏附层，厚度为20nm-40nm；pt或ni层有效热敏电阻敏感层，厚度为150nm-350nm；具体厚度与所设计的图形结构及设计的阻值有关。生长金属薄膜的晶片放入丙酮或专用去胶液中，进行剥离，实现所需的图形结构(图2c)。
为实现金属电极的有效保护，防止杂质污染造成短路，形成金属薄膜图形的硅片放入pecvd中生长一层氮化硅(图2d)；然后硅片进行退火处理，退火过程中，需要通入氮气进行保护；退火的温度为200℃～400℃，退火时间为3h-5h。
为实现金属电极的有效电连接，需要对上述硅片进行光刻腐蚀，腐蚀掉焊盘上的介质膜(图2e)，以便于芯片与其他电路的互连。然后在硅片的背面进行光刻，然后进行介质膜干法刻蚀，局部刻蚀掉氮化硅和氧化硅，光刻胶的厚度应大于氮化硅和氧化硅的总厚度的1.5倍，刻蚀掉氮化硅和氧化硅(图2f)，然后直接放入深硅刻蚀机中进行深硅刻蚀，形成背腔，最终形成如图2g所示的结构。刻蚀中残存的光刻胶消耗掉之后，露出的介质层会继续作为刻蚀硅的掩模。在刻蚀硅的过程中，需要将光刻胶完全消耗尽。因而无需后续的去除光刻胶的步骤，因此也可以避免后续清洗中队悬空薄膜的不利影响，确保芯片的成品率。
后续晶片经过裂片即可实现所需的流量计芯片。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。