一种气体流量传感器的结构及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于MEMS制造工艺技术领域，设及一种气体流量传感器的结构及其制造方 法。
【背景技术】
[0002] 气体流量传感器是流量计的一种，目前在各行各业已有广泛应用，应用领域涵盖 汽车电子、能源计量、科学实验、节能环保等方面。经过多年的技术发展，气体流量传感器越 来越趋向于小型化、功能化，其检测性能也不断提高。气体流量传感器按能量转换的方式可 W分为压电式、热电偶、光电式等类型，其中基于热电偶测溫原理的热式气体流量传感器是 主流类型之一，热式气体流量传感器使用热电偶测溫检测气体流量。
[0003] 为适应器件小型化趋势，出现了基于MEMS加工工艺的微型气体流量传感器，忍片 基本结构包括一个加热电阻W及位于其两侧的一对测溫部件。当气体流过传感器忍片时， 溫度场因为流体介质带走热量导致局部溫度重新分布，局部溫度场的变化量取决于流体介 质的质量及流速，通过对此溫度分布进行测量、校准，可测出实际的气体流量。
[0004] 为适于MEMS加工工艺，热电偶热电极材料常选用半导体材料，但与金属材料相比， 半导体材料的塞贝克系数随溫度变化明显，对测溫结果有较大影响，现有应对措施为加测 器件的环境溫度，通过集成忍片计算进行补偿，但该措施会增加模块成本和集成的复杂性。 专利号公开号为US8640552的美国专利提出了一种增加附加电路进行测量修正的方法，解 决了上述问题，但解决问题的过程较为复杂，且成本较高。因此，本领域技术人员亟需提供 一种气体流量传感器的结构及其制造方法，抵消半导体材料塞贝克系数随溫度变化的影 响，提高气体溫度W及流量的检测灵敏度W及准确性。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种气体流量传感器的结构及其制造方法，抵 消半导体材料塞贝克系数随溫度变化的影响，提高气体溫度W及流量的检测灵敏度W及准 确性。
[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种制造气体流量传感器结构的制造方 法，包括W下步骤：
[0007] 步骤SOl，提供一半导体衬底，并在所述衬底上形成绝缘薄膜层；
[0008] 步骤S02,在所述绝缘薄膜层上形成半导体薄膜层；
[0009] 步骤S03,对所述半导体薄膜层进行全片离子注入，其离子注入具有第一离子渗杂 浓度；
[0010] 步骤S04,对所述半导体薄膜层上的第一组上、下游半导体热电极区域W及加热器 电阻区域进行分区域离子注入;其中，所述第一组上、下游半导体热电极区域具有第二离子 渗杂浓度，所述加热器电阻区域具有第=离子渗杂浓度，所述第二离子渗杂浓度W及第= 离子渗杂浓度大于所述第一离子渗杂浓度；
[0011] 步骤S05,对所述半导体薄膜层进行图形化，W形成第一组上、下游半导体热电极， 加热器电阻W及第二组上、下游半导体热电极；
[0012] 步骤S06,在所述第一组上、下游半导体热电极W及第二组上、下游半导体热电极 上形成金属薄膜层，并对所述金属薄膜层图形化，W形成金属热电极和电极的引脚；
[0013] 步骤S07,在所述半导体薄膜层上形成释放孔，并将第一组上、下游半导体热电极， 加热器电阻W及第二组上、下游半导体热电极下方的半导体衬底进行刻蚀W获得空腔结 构，然后在其表面沉积纯化层，W形成气体流量传感器的结构。
[0014] 优选的，步骤SOl中，所述绝缘薄膜层为复合结构，从下往上依次包括底层二氧化 娃层、氮化娃层W及上层二氧化娃层。
[0015] 优选的，步骤SOl中，采用热氧化工艺形成所述底层二氧化娃层，采用等离子气相 沉积工艺形成所述氮化娃层，采用等离子气相沉积工艺形成所述上层二氧化娃层。
[0016] 优选的，步骤S02中，所述半导体薄膜层的材料为多晶娃，采用等离子气相沉积工 艺形成所述半导体薄膜层，所述半导体薄膜层的厚度为5000~6000/1。
[0017] 优选的，步骤S03中，对所述半导体薄膜层进行全片离子注入的元素为憐或神，注 入剂量为2Xl〇i5atom/cm2,第一离子渗杂浓度为4Xl〇i9atom/cm3。
[001引优选的，步骤S04中，第二离子渗杂浓度为1 X 102Dat0m/cm3,第S离子渗杂浓度为4 X l020atom/cm3。
[0019] 优选的，步骤S05中，第一组上、下游半导体热电极W及第二组上、下游半导体热电 极的线宽为9~11皿，加热器电阻的线宽为30~50皿。
[0020] 优选的，步骤S06中，所述金属薄膜层的厚度为2000~30说茲，所述金属热电极的 线宽为3~7皿。
[0021] 优选的，步骤S07中，所述纯化层的材料为二氧化娃层W及氮化娃层的复合结构， 二氧化娃层的厚度为0.8~1.2]im，氮化娃层的厚度为0.2~0.4]im。
[0022] 本发明还提供一种气体流量传感器的结构，所述气体流量传感器的结构包括：
[0023] 加热器电阻，其具有第=离子渗杂浓度；
[0024] 第一组上、下游半导体热电极，包括第一上游半导体热电极W及第一下游半导体 热电极，所述第一上游半导体热电极W及第一下游半导体热电极分别位于所述加热器电阻 的两侧，所述第一组上、下游半导体热电极具有第二离子渗杂浓度，所述第二离子渗杂浓度 大于所述第一离子渗杂浓度；
[0025] 第二组上、下游半导体热电极，包括第二上游半导体热电极W及第二下游半导体 热电极，所述第二上游半导体热电极W及第二下游半导体热电极分别位于所述加热器电阻 的两侧，所述第二组上、下游半导体热电极具有第一离子渗杂浓度。
[0026] 本发明提供了一种气体流量传感器的结构及其制造方法，在传统器件结构上增加 一组上、下游测溫部件，在气流的上下游分别形成两组不同离子渗杂浓度的上、下游半导体 热电极，通过电压差计算，基本抵消半导体材料塞贝克（seebeck)系数随溫度变化的影响， 使参考数据随溫度差呈线性变化，有利于提高气体溫度W及流量的检测灵敏度W及准确 性。
【附图说明】
[0027] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领 域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可W根据运些附图获得其他的附 图。
[0028] 图1为本发明提出的气体流量传感器结构的制造方法的流程示意图；
[0029] 图2a-图2c为本发明提出的工艺步骤S04~S06的平面结构示意图。
【具体实施方式】
[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施 方式作进一步地详细描述。本领域技术人员可由本说明书所掲露的内容轻易地了解本发明 的其他优点与功效。本发明还可W通过另外不同的【具体实施方式】加 W实施或应用，本说明 书中的各项细节也可W基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或 改变。
[0031] 上述及其它技术特征和有益效果，将结合实施例及附图对本发明提出的气体流量 传感器的结构及其制造方法进行详细说明。图1为本发明提出的气体流量传感器结构的制 造方法的流程示意图；图2a-图2c为本发明提出的工艺步骤S04~S06的平面结构示意图。
[0032] 请参阅图2b，本发明提供了一种气体流量传感器的结构，其包括具有第=离子渗 杂浓度的加热器电阻5,具有第二离子渗杂浓度的第一组上、下游半导体热电极3, W及具有 第一离子渗杂浓度的第二组上、下游半导体热电极4。其中，第一组上、下游半导体热电极3 包括第一上游半导体热电极W及第一下游半导体热电极，第一上游半导体热电极W及第一 下游半导体热电极分别位于加热器电阻5的两侧，第二离子渗杂浓度大于第一离子渗杂浓 度；第二组上、下游半导体热电极4包括第二上游半导体热电极W及第二下游半导体热电 极，第二上游半导体热电极W及第二下游半导体热电极分别位于加热器电阻5的两侧，第= 离子渗杂浓度大于第一离子渗杂浓度。
[0033] 本发明一方面在传统器件结构上增加一组上、下游半导体热电极，另一方面在气 流的上下游分别形成两组不同离子渗杂浓度的上、下游半导体热电极，通过电压差计算，抵 消半导体材料的塞贝克系数随溫度变化的影响，使参考数据随溫度差呈线性变化，有利于 提高气体溫度W及流量的检测灵敏度W及准确性。
[0034] 本发明所公开的气体流量传感器的结构可W通过许多方法制作，W下所述的是本 发明所提出的一个实施例的工艺流程。如图1所示，本发明的实施例提供一种制造气体流量 传感器的结构的方法，包括W下步骤：
[0035] 步骤SOl，提供一半导体衬底，并在衬底上形成绝缘薄膜层。
[0036] 具体的，本步骤中，半导体衬底优选为娃衬底，在其表面形成绝缘薄膜层，绝缘薄 膜层优选为复合结构，从下往上依次包括底层二氧化娃层、氮化娃层W及上层二氧化娃层； 其中，优选采用热氧化工艺形成底层二氧化娃层，底层二氧化娃层的厚度优选为1500~ 2000A，本实施例中为r掛说A;采用等离子气相沉积工艺形成氮化娃层，氮化娃层的厚度优 选为2500~3500A，本实施例中为3000A;采用等离子气相沉积工艺形成上层二氧化娃层， 上层二氧化娃层的厚度优选为1200~18〇0贫，本实施例中为1诫始。
[0037] 步骤S02,在绝缘薄膜层上形成半导体薄膜层。
[0038] 具体的，本步骤中，半导体薄膜层的材料优选为多晶娃，可采用等离子气相沉积工 艺形成半导体薄膜层，半导体薄膜层的厚度优选为5000~6000A，本实施例中为5500A。该 半导体薄膜层在后续步骤中形成气体流量传感器的加热器电阻及半导体热电极之一，是器 件结构的核屯、膜层。
[0039] 步骤S03,对半导体薄膜层进行全片离子注入，其离子注入具有第一离子渗杂浓 度。
[0040] 具体的，本步骤中，对半导体薄膜层进行全片离子注入的元素为憐或神，本实施例 中采用憐，注入剂量为2 X l〇i5atom/cm2,第一离子渗杂浓度为4X l〇i9atom/cm3。本步骤为全 片渗杂，后续还需对部分区域分别进行区