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适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法

阅读：1027发布：2020-09-14

IPRDB可以提供适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法，所述单硅片微流量传感器包括一单晶硅基片、二压力传感器和具有出/入通口的微流体沟道，本发明采用单硅片单面体硅微机械加工方法，在单晶硅基片内部制作所述微流体沟道、取压通道和压力传感器的参考压力腔体，并将所述二压力传感器和微流体沟道出/入通口巧妙地集成在同一单晶硅基片的同一面上，结构简单。本发明既避免了不同键合材料间热匹配失调所导致的残余应力和压力传感器的压力敏感薄膜厚度不均的问题，又适于利用表面贴装封装技术实现单硅片微流量传感器裸片与微流体系统的集成，具有制备成本低、封装方便、灵敏度高、稳定性好等特点，适合大批量生产。，下面是适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于，至少包括：

一单晶硅基片；

一对具有相同结构的压力传感器，对称形成在所述单晶硅基片的上表面，各该压力传感器分别具有形成在所述单晶硅基片上表面的压力敏感薄膜、位于所述压力敏感薄膜上的四个压敏电阻、以及位于所述压力敏感薄膜下方形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间的参考压力腔体；

二取压通道，形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间，并分别连通各该参考压力腔体；

一微流体沟道，形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间，并通过各该取压通道与参考压力腔体相连通，且所述微流体沟道两端各具有一朝向上表面开口的以供流体出入的微流体沟道出/入通口。

2.根据权利要求1所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于：各该压力传感器还包括多个藉由引线连接对应各压敏电阻的焊盘。

3.根据权利要求1所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于：所述单晶硅基片为(111)晶面的单晶硅基片。

4.根据权利要求1所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于：各该压力传感器的压力敏感薄膜为六边形单晶硅薄膜，各该压力传感器的参考压力腔体为顺应该压力敏感薄膜形状的六边形腔体。

5.根据权利要求4所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于：所述压力敏感薄膜上的压敏电阻为四个注入式单晶硅压敏电阻，且分别两两相对以所述压力敏感薄膜的中心呈中心对称分布，且分别位于所述压力敏感薄膜的两条相互垂直的对称轴上，所述的四个压敏电阻连接成惠斯顿全桥检测电路，其中，所述的两条相互垂直的对称轴分别位于<110>晶向及<211>晶向上。

6.根据权利要求5所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，其特征在于：所述二压力传感器和微流体沟道采用旁支联方式组合在一起，所述二压力传感器均位于所述微流体沟道同一侧的上下游位置，且所述微流体沟道位于<211>晶向上不间断地呈一字型排布，其中，所述取压通道的延伸向位于<110>晶向上，所述微流体沟道的延伸向位于<211>晶向上，所述二压力传感器均以位于<110>晶向上的所述取压通道的延伸向为轴线呈对称关系。

7.一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供一单晶硅基片，采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片上刻蚀出所需微流体沟道的两侧壁限定槽，然后依次沉积低应力氮化硅和低应力多晶硅以填充所述限定槽，再对经过上述处理的所述单晶硅基片进行热氧化，使所述低应力氮化硅、经热氧化生成的二氧化硅和未充分氧化的低应力多晶硅充满整个所述限定槽，而后去除位于所述单晶硅基片表面的所述低应力氮化硅、二氧化硅和未充分氧化的低应力多晶硅；

2)对所述单晶硅基片进行热氧化生成一层二氧化硅钝化层，去除所需压敏电阻区域的所述二氧化硅钝化层，采用离子注入方法制备压敏电阻并退火，然后在已加工压敏电阻且部分附着二氧化硅钝化层的单晶硅表面上沉积钝化材料制备表面钝化保护层；

3)采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片上间隔地制备多个微型释放窗口以形成系列微型释放窗口，所述系列微型释放窗口勾勒出所需压力敏感薄膜、所需微流体沟道以及所需取压通道，所述系列微型释放窗口的深度与所需压力敏感薄膜的厚度一致，然后在所述系列微型释放窗口内沉积钝化材料制备侧壁的钝化保护层；

4)采用反应离子刻蚀工艺剥离所述系列微型释放窗口底部的钝化材料，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺对所述系列微型释放窗口继续向下刻蚀，使所述系列微型释放窗口刻蚀至所需参考压力腔体、所需微流体沟道以及所需取压通道的深度；

5)通过所述系列微型释放窗口采用湿法腐蚀工艺在所述单晶硅基片内部进行选择性腐蚀，以制备出在所述单晶硅基片内部的参考压力腔体、微流体沟道以及取压通道，释放压力敏感薄膜，并通过在所述系列微型释放窗口内沉积低应力多晶硅缝合所述系列微型释放窗口，完成所述参考压力腔体、微流体沟道以及取压通道的密封，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺去除多余的低应力多晶硅；

6)制备所述二压力传感器的欧姆接触区和引线孔，形成引线和焊盘；

7)采用硅深度反应离子刻蚀工艺制备微流体沟道出/入通口。

8.根据权利要求7所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述单晶硅基片为N型单抛或双抛(111)晶面的单晶硅基片，主切边清楚，电阻率为1Ω·cm～10Ω·cm。

9.根据权利要求7所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述离子注入方法采用硼离子注入制备所述敏感电阻，注入倾斜角取7°～10°之间，所述敏感电阻的方块电阻值在85Ω/□～93Ω/□范围内。

10.根据权利要求7所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤2)和步骤3)中，沉积钝化材料指采用低压化学气相沉积方法顺序沉积低应力氮化硅和氧化硅；所述步骤1)和步骤5)中的沉积采用的是低压化学气相沉积方法。

11.根据权利要求7所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，勾勒所述微流体沟道的所述系列微型释放窗口是沿所述单晶硅基片的<211>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所述压力敏感薄膜的所述系列微型释放窗口是两列沿所述单晶硅基片的<211>晶向等间距制备且平行排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所述取压通道的所述系列微型释放窗口是一列沿所述单晶硅基片的<110>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的几个方形微型释放窗口。

12.根据权利要求7所述的适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，其特征在于：所述步骤5)中的湿法腐蚀工艺采用KOH溶液或者TMAH腐蚀溶液在所述单晶硅基片内部进行选择性腐蚀。

说明书全文

适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微流量传感器及其制备方法，特别是涉及一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法，可用于气体或液体的微流量检测，属于硅微机械传感器技术领域。

背景技术

[0002] 20世纪80年代开始，随着微电子技术和MEMS加工技术的快速发展为硅基流量传感器的发展提供了有利条件。自从Vanputten和Middelhoek在1974年首次利用标准硅工艺制备出硅微流量传感器之后，硅流量传感器制备技术已取得了很大的进步，其应用领域也逐渐渗透到人类工作和生活中的各个领域，如：水质检测、大气监测、生命科学、航空航天、生物以及制药等领域。

[0003] 鉴于传统的流量传感器存在结构尺寸偏大、封装难且成本高等不足，不宜于微流体系统的小型化和集成化，迫切需要微流量传感器的出现和实用化。有人预计进入21世纪，微流量传感器的市场份额将占微机电系统市场份额的19％，将达到140亿美元。强大的市场需求和迅速的技术进步将使微流量传感器得到长足的发展。

[0004] 微流量传感器根据其应用的原理不同，其结构形式上也有所区别。根据其检测原理主要分为：基于流体传热学原理的热线式(或传热式)微流量传感器和差压式微流量传感器[彭杰纲，周兆英，叶雄英.基于MEMS技术的微型流量传感器的研究进展，力学进展，2005，35(3)：361-376]。

[0005] 基于流体传热原理的微流量传感器首先需要解决热损耗这一关键性问题，因此，微流体沟道多采用自由悬空结构，避免与硅衬底(或其他衬底材料)过多接触，达到降低热耗散，提高检测灵敏度的目的。此种结构形式大大增加了工艺复杂性和加工难度。目前该结构形式的微流体传感器主要以采用表面微机械加工为主，微流体沟道主要由沉积的氮化硅钝化层构成，然后通过刻蚀工艺实现微流体沟道自由悬空结构[M Dijkstra，M J de Boer，J W Berenschot et al.A versatile surface channel concept for microfluidic applications Journal of Micromech.Microeng.，2007，17：1971-1977]。由于受薄膜沉积工艺限制，这种结构方式的微流体沟道壁厚比较薄，当沟道中通以液体溶液时(特别是粘度较大的液体溶液)由于毛细力作用容易使沟道变形，进而影响检测精度，因此，不宜于检测粘稠度较大的液体流速。同时，由于这种结构的微流体沟道比较脆弱容易损坏，因此需要特殊的预封装结构来提供对微流体沟道保护，这将进一步增加其加工成本。

[0006] 差压式微流量传感器主要利用微流体沟道上下游之间的压力差转换成电信号实现对微流体流速(或流量)的检测，差压检测方式主要分为电容检测和电阻检测两种，其中电容检测方式精度较高，但是后续电路处理比较麻烦，相比之下，由于电阻检测方式具有后续电路处理简单，精度高等特点得到广泛应用。该类型的微流量传感器结构形式多以体硅微机械加工为主，微流体沟道主要通过不同材料之间的键合方式来实现[R E OoSterbroek，T S J Lammerink，J W Berenschot et al.A micromachined pressure/flow-sensor Sensors and Actuators，1999，77：167-177]。对于这种采用压阻检测方式的微流量传感器而言，工艺上需要采用两步背面KOH刻蚀减薄硅片和高温键合制备压力传感器的参考压力腔体和微流体沟道，这种制备方式不仅加工后的芯片尺寸偏大，增加了生产成本，而且加工后压力敏感薄膜厚度不均匀，影响传感器输出特性，此外，键合过程中引入的残余应力以及不同键合材料之间的热不匹配所导致的残余应力都会对传感器的零点温漂产生较大的影响[Kovacs GTA，Maluf NI，Petersen KE.Bulk micromachining of silicon，P IEEE，1998，86(8)：1536～1551]，同时，由于微流体沟道的出/入通孔必须位于压力传感器背面，因此，不易于微流体传感器裸片以表面贴装封装方式与微流体系统集成，增加了后续封装成本。

发明内容

[0007] 鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法，用于解决现有制备微流量传感器的键合工艺引入残余应力和压力敏感薄膜厚度不均带来的不利影响，以及现有技术中的微流量传感器裸片不易于以表面贴装封装方式与微流体系统集成，而使成本增加的问题。

[0008] 为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法，其中，所述适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器至少包括：

[0009] 一单晶硅基片；

[0010] 一对具有相同结构的压力传感器，对称形成在所述单晶硅基片的上表面，各该压力传感器分别具有形成在所述单晶硅基片上表面的压力敏感薄膜、位于所述压力敏感薄膜上的四个压敏电阻、以及位于所述压力敏感薄膜下方形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间的参考压力腔体；

[0011] 二取压通道，形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间，并分别连通各该参考压力腔体；

[0012] 一微流体沟道，形成在所述单晶硅基片的上、下表面之间，并通过各该取压通道与参考压力腔体相连通，且所述微流体沟道两端各具有一朝向上表面开口的以供流体出入的微流体沟道出/入通口。

[0013] 可选地，各该压力传感器还包括多个藉由引线连接对应各压敏电阻的焊盘。

[0014] 可选地，所述单晶硅基片为(111)晶面的单晶硅基片。

[0015] 可选地，各该压力传感器的压力敏感薄膜为六边形单晶硅薄膜，各该压力传感器的参考压力腔体为顺应该压力敏感薄膜形状的六边形腔体。

[0016] 可选地，所述压力敏感薄膜上的压敏电阻为四个注入式单晶硅压敏电阻，且分别两两相对以所述压力敏感薄膜的中心呈中心对称分布，且分别位于所述压力敏感薄膜的两条相互垂直的对称轴上，所述的四个压敏电阻连接成惠斯顿全桥检测电路，其中，所述的两条相互垂直的对称轴分别位于<110>晶向及<211>晶向上。

[0017] 可选地，所述二压力传感器和微流体沟道采用旁支联方式组合在一起，所述二压力传感器均位于所述微流体沟道同一侧的上下游位置，且所述微流体沟道位于<211>晶向上不间断地呈一字型排布，其中，所述取压通道的延伸向位于<110>晶向上，所述微流体沟道的延伸向位于<211>晶向上，所述二压力传感器均以位于<110>晶向上的所述取压通道的延伸向为轴线呈对称关系。

[0018] 此外，本发明还提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，该方法至少包括以下步骤：

[0019] 1)提供一单晶硅基片，采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片上刻蚀出所需微流体沟道的两侧壁限定槽，然后依次沉积低应力氮化硅和低应力多晶硅以填充所述限定槽，再对经过上述处理的所述单晶硅基片进行热氧化，使所述低应力氮化硅、经热氧化生成的二氧化硅和未充分氧化的低应力多晶硅充满整个所述限定槽，而后去除位于所述单晶硅基片表面的所述低应力氮化硅、二氧化硅和未充分氧化的低应力多晶硅；

[0020] 2)对所述单晶硅基片进行热氧化生成一层二氧化硅钝化层，去除所需压敏电阻区域的所述二氧化硅钝化层，采用离子注入方法制备压敏电阻并退火，然后在已加工压敏电阻且部分附着二氧化硅钝化层的单晶硅表面上沉积钝化材料制备表面钝化保护层；

[0021] 3)采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片上间隔地制备多个微型释放窗口以形成系列微型释放窗口，所述系列微型释放窗口勾勒出所需压力敏感薄膜、所需微流体沟道以及所需取压通道，所述系列微型释放窗口的深度与所需压力敏感薄膜的厚度一致，然后在所述系列微型释放窗口内沉积钝化材料制备侧壁的钝化保护层；

[0022] 4)采用反应离子刻蚀工艺剥离所述系列微型释放窗口底部的钝化材料，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺对所述系列微型释放窗口继续向下刻蚀，使所述系列微型释放窗口刻蚀至所需参考压力腔体、所需微流体沟道以及所需取压通道的深度；

[0023] 5)通过所述系列微型释放窗口采用湿法腐蚀工艺在所述单晶硅基片内部进行选择性腐蚀，以制备出在所述单晶硅基片内部的参考压力腔体、微流体沟道以及取压通道，释放压力敏感薄膜，并通过在所述系列微型释放窗口内沉积低应力多晶硅缝合所述系列微型释放窗口，完成所述参考压力腔体、微流体沟道以及取压通道的密封，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺去除多余的低应力多晶硅；

[0024] 6)制备所述二压力传感器的欧姆接触区和引线孔，形成引线和焊盘；

[0025] 7)采用硅深度反应离子刻蚀工艺制备微流体沟道出/入通口。

[0026] 可选地，所述步骤1)中，所述单晶硅基片为N型单抛或双抛(111)晶面的单晶硅基片，主切边清楚，电阻率为1Ω·cm～10Ω·cm。

[0027] 可选地，所述步骤2)中，所述离子注入方法采用硼离子注入制备所述敏感电阻，注入倾斜角取7°～10°之间，所述敏感电阻的方块电阻值在85Ω/□～93Ω/□范围内。

[0028] 可选地，所述步骤2)和步骤3)中，沉积钝化材料指采用低压化学气相沉积(LPCVD)方法顺序沉积低应力氮化硅和氧化硅；所述步骤1)和步骤5)中的沉积采用的是低压化学气相沉积(LPCVD)方法。

[0029] 可选地，所述步骤3)中，勾勒所述微流体沟道的所述系列微型释放窗口是沿所述单晶硅基片的<211>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所述压力敏感薄膜的所述系列微型释放窗口是两列沿所述单晶硅基片的<211>晶向等间距制备且平行排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所述取压通道的所述系列微型释放窗口是一列沿所述单晶硅基片的<110>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的几个方形微型释放窗口。

[0030] 可选地，所述步骤5)中的湿法腐蚀工艺采用KOH溶液或者TMAH腐蚀溶液在所述单晶硅基片内部进行选择性腐蚀。

[0031] 如上所述，相较于现有技术，本发明的一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法具有以下有益效果：

[0032] 相对于现有微流量传感器结构及制备技术，本发明采用单硅片单面体硅微机械加工方法，通过制备系列微型释放窗口，在单晶硅基片内部实现所述微流体沟道、取压通道和压力传感器的参考压力腔体，并将所述二压力传感器和微流体沟道出/入通口巧妙地集成在同一单晶硅基片的同一面上，结构简单。本发明的单硅片微流量传感器既避免了不同键合材料间热匹配失调所导致的残余应力和压力传感器的压力敏感薄膜厚度不均的问题，又适于利用表面贴装封装技术(SMT，Surface Mounted Technology)实现单硅片微流量传感器裸片与微流体系统的集成，具有低成本制备、封装方便、灵敏度高、稳定性好等特点，适合大批量生产。

附图说明

[0033] 图1显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器三维结构示意图。

[0034] 图2显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器沿A-A方向的三维结构截面示意图。

[0035] 图3a至图3e显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法在实施例中的结构示意图。

[0036] 图4显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器流速与输出电压关系曲线图。

[0037] 图5显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器微流体沟道的截面SEM实物图。

[0038] 图6显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的一个压力传感器及部分微流体沟道的红外实物图。

[0039] 图7显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的系列微型释放窗口缝合后的SEM实物图。

[0040] 图8显示为本发明适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的压力传感器的截面SEM实物图。

[0041] 元件标号说明

[0042] 1 单晶硅基片

[0043] 2 压力传感器

[0044] 21 压力敏感薄膜

[0045] 22 压敏电阻

[0046] 23 参考压力腔体

[0047] 24 引线

[0048] 25 焊盘

[0049] 3 微流体沟道

[0050] 31 微流体沟道出/入通口

[0051] 41 二氧化硅钝化层

[0052] 42 低应力氮化硅

[0053] 43 氧化硅

[0054] 44 低应力多晶硅

[0055] 45 铝薄膜

[0056] 46 系列微型释放窗口

[0057] 47 微流体沟道限制槽

[0058] 5 取压通道

具体实施方式

[0059] 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以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。

[0060] 请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

[0061] 如图1、图2所示，本发明提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器，至少包括一单晶硅基片1、一对具有相同结构的压力传感器2、二取压通道5和一微流体沟道3。

[0062] 所述单晶硅基片1为(111)晶面的单晶硅基片。

[0063] 具有相同结构的所述二压力传感器2，对称形成在所述单晶硅基片1的上表面，各该压力传感器2分别具有形成在所述单晶硅基片1上表面的压力敏感薄膜21、位于所述压力敏感薄膜21上的四个压敏电阻22、以及位于所述压力敏感薄膜21下方形成在所述单晶硅基片1的上、下表面之间的参考压力腔体23，另外，各该压力传感器2还包括多个藉由引线24连接对应各压敏电阻22的焊盘25；其中，各该压力传感器2的压力敏感薄膜21为六边形单晶硅薄膜，各该压力传感器2的参考压力腔体23为顺应该压力敏感薄膜21形状的六边形腔体，所述压力敏感薄膜21上的压敏电阻22为四个注入式单晶硅压敏电阻，且分别两两相对以所述压力敏感薄膜21的中心呈中心对称分布，且分别位于所述压力敏感薄膜21的两条相互垂直的对称轴上，所述的四个压敏电阻22连接成惠斯顿全桥检测电路，具体地，所述的两条相互垂直的对称轴分别位于<110>晶向及<211>晶向上。

[0064] 所述二取压通道5，形成在所述单晶硅基片1的上、下表面之间，并分别连通各该参考压力腔体23。

[0065] 所述微流体沟道3，形成在所述单晶硅基片1的上、下表面之间，并通过各该取压通道5与参考压力腔体23相连通，且所述微流体沟道3的两端各具有一朝向上表面开口的以供流体出入的微流体沟道出/入通口31。

[0066] 需要指出的是，所述二压力传感器2以及位于所述微流体沟道3两端的微流体沟道出/入通口31均在所述单晶硅基片1的同一面，本实施例中均位于所述单晶硅基片1的上表面；所述微流体沟道3、取压通道5和压力传感器2的参考压力腔体23均位于所述单晶硅基片1的内部，即所述单晶硅基片1上、下表面之间。

[0067] 需要具体说明的是，在本实施例中，所述二压力传感器2和微流体沟道3采用旁支联方式组合在一起，所述二压力传感器2均位于所述微流体沟道3同一侧的上下游位置，且所述微流体沟道3位于<211>晶向上不间断地呈一字型排布，其中，所述取压通道5的延伸向位于<110>晶向上，所述微流体沟道3的延伸向位于<211>晶向上，所述二压力传感器2均以位于<110>晶向上的所述取压通道5的延伸向为轴线呈对称关系。

[0068] 请参阅图3a至图3e，本发明还提供一种适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器的制备方法，该方法至少包括以下步骤：

[0069] 如图3a所示，首先执行步骤1)，提供一N型单抛或双抛(111)晶面的单晶硅基片1，在本实施例中，选取主切边清楚的N型单抛(111)晶面单晶硅基片1，其电阻率为1Ω·cm～10Ω·cm；采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片1上刻蚀出所需微流体沟道的两侧壁限定槽47，然后采用的是低压化学气相沉积(LPCVD)方法依次沉积低应力氮化硅42和低应力多晶硅44以填充所述限定槽47，再对经过上述处理的所述单晶硅基片1进行热氧化，使所述低应力氮化硅42、经热氧化生成的二氧化硅41和未充分氧化的低应力多晶硅44充满整个所述限定槽47，而后去除位于所述单晶硅基片1表面的所述低应力氮化硅42、二氧化硅41和未充分氧化的低应力多晶硅44。接着执行步骤2)。

[0070] 如图3a所示，在步骤2)中，对所述单晶硅基片1进行热氧化，生成二氧化硅钝化层41，旋涂光刻胶(未图示)并曝光，进而光刻出所需压敏电阻22的图形，并以光刻胶为掩膜通过BOE腐蚀液(缓冲蚀刻液)去除所需压敏电阻图形区域的二氧化硅钝化层41，以光刻胶和二氧化硅钝化层41作为注入掩膜，采用硼离子注入方法制备压敏电阻22并退火，注入倾斜角取7°～10°之间，所述敏感电阻22的方块电阻值在85Ω/□～93Ω/□范围内，15 -2
具体地，当硼离子注入剂量为3.5×10 cm ，能量为40KeV时，在1000℃温度下采取湿氧退火30分钟及干氧退火10分钟，其方块电阻值优选值为87Ω/□；在已加工压敏电阻22且部分附着二氧化硅钝化层41的单晶硅表面上，采用低压化学气相沉积(LPCVD)方法顺序沉积低应力氮化硅42和氧化硅43，在后续加工工艺中(如深度反应离子刻蚀和湿法腐蚀)，此两种钝化材料作为表面钝化保护层。接着执行步骤3)。

[0071] 如图3b所示，在步骤3)中，采用硅深度反应离子刻蚀工艺在所述单晶硅基片上间隔地制备多个微型释放窗口以形成系列微型释放窗口46，其中，勾勒所需微流体沟道3的所述系列微型释放窗口46是沿所述单晶硅基片1的<211>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所需压力敏感薄膜21的所述系列微型释放窗口是两列沿所述单晶硅基片1的<211>晶向等间距制备且平行排布的多个方形微型释放窗口；勾勒所需取压通道5的所述系列微型释放窗口46是沿所述单晶硅基片1的<110>晶向等间距连续制备且呈一字型排布的几个方形微型释放窗口；所述系列微型释放窗口46的深度与所需压力敏感薄膜21的厚度一致，本实施例中，所需压力敏感薄膜21的厚度为10μm，然后在所述系列微型释放窗口46内，采用低压化学气相沉积(LPCVD)方法顺序沉积低应力氮化硅42和氧化硅43，在后续工艺中(如湿法腐蚀)，此两种钝化材料作为所述系列微型释放窗口46侧壁的钝化保护层。接着执行步骤4)。

[0072] 需要具体说明的是，勾勒所需压力敏感薄膜21的所述系列微型释放窗口以位于<110>晶向上勾勒所需取压通道5的所述系列微型释放窗口所在的延伸方向为轴线呈对称关系，在勾勒所需取压通道5的所述系列微型释放窗口的延伸方向与勾勒所需微流体沟道3的所述系列微型释放窗口的延伸方向交汇处，制备所述限定槽的缺口，使所需取压通道5与所需微流体沟道3通过所述限定槽的缺口实现连通。

[0073] 如图3c所示，在步骤4)中，采用反应离子刻蚀工艺剥离所述系列微型释放窗口46底部的钝化材料(包括低应力氮化硅42和氧化硅43)，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺对所述系列微型释放窗口46继续向下刻蚀，使所述系列微型释放窗口46刻蚀至所需参考压力腔体23、所需微流体沟道3以及所需取压通道5的深度，其中反应离子刻蚀工艺和硅深度反应离子刻蚀工艺均为干法刻蚀，不需要任何掩膜。接着执行步骤5)。

[0074] 如图3d所示，在步骤5)中，通过所述系列微型释放窗口46，采用KOH溶液或者TMAH腐蚀溶液进行湿法腐蚀，在所述单晶硅基片1内部进行选择性腐蚀，以制备出在所述单晶硅基片1内部(即所述单晶硅基片1上、下表面之间)的参考压力腔体23、微流体沟道3以及取压通道5，释放压力敏感薄膜21，并通过在所述系列微型释放窗口46内采用低压化学气相沉积(LPCVD)方法沉积低应力多晶硅44缝合所述系列微型释放窗口46，完成所述参考压力腔体23、微流体沟道3以及取压通道5的密封，然后采用硅深度反应离子刻蚀工艺去除多余的低应力多晶硅44。接着执行步骤6)。

[0075] 如图3e所示，在步骤6)中，制备所述二压力传感器的欧姆接触区和引线孔，并溅射铝薄膜45，形成引线24和焊盘25。

[0076] 在步骤7)中(未图示)，采用硅深度反应离子刻蚀工艺制备微流体沟道出/入通口31。

[0077] 综上所述，本发明采用单硅片单面体硅微机械加工方法，通过制备系列微型释放窗口，在单晶硅基片内部实现所述微流体沟道、取压通道和压力传感器的参考压力腔体，并将所述二压力传感器和微流体沟道出/入通口巧妙地集成在同一单晶硅基片的同一面上，结构简单。本发明的单硅片微流量传感器既避免了不同键合材料间热匹配失调所导致的残余应力和压力传感器的压力敏感薄膜厚度不均的问题，又适于利用表面贴装封装技术(SMT，Surface Mounted Technology)实现单硅片微流量传感器裸片与微流体系统的集成，具有制备成本低、封装方便、灵敏度高、稳定性好等特点，适合大批量生产。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

[0078] 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

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带有独立流体管的微机械加工流通池-专利编号CN104093487B	2020-05-12	108
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定齿偏置的梳齿式体硅加工微机械结构-专利编号CN1138148C	2020-05-13	518

适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法

适于表面贴装封装的单硅片微流量传感器及其制备方法

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