一种微机电系统气流传感器及其制造方法与流程

本发明涉及气流传感器，特别涉及一种微机电系统气流传感器及其制造方法。

背景技术：

1、mems（微机电系统，micro-electro-mechanical system）气流传感器是电子烟的核心部件之一，其工作原理为：用户吸气时产生的气流使传感器内部的振膜发生形变，振膜与背板之间的电容值发生变化，asic（专用集成电路，application specific integratedcircuit）芯片检测到电容变化后触发雾化器工作。典型的mems气流传感器包括衬底、振膜和背板，振膜与背板之间具有间隙，振膜下方通常设置有背腔。

2、在传统mems传感器芯片的制造工艺中，需要在衬底背面通过深硅刻蚀工艺形成背腔。通过开设背腔为振膜提供向下振动的空间，是传感器正常工作的必要条件。然而，在后续的背面贴膜（mount）工艺需要在真空环境下完成，由于电子烟/气流传感器芯片设计中，振膜上不能有孔，贴上背膜后背腔与振膜之间形成封闭空间，而振膜与背板之间为开放空间，产品移动至大气环境后，振膜两侧会产生压力差，当压力差超过振膜材料的强度极限时，振膜会发生变形甚至破裂，造成芯片失效。

3、具体而言，贴膜工艺通常是在真空环境下，在晶圆背面的背腔贴合一层保护膜，贴膜完成后，由于背腔为封闭腔体，其内部气压保持真空状态，而振膜上方的开放空间与外界连通，气压随外部环境变化。振膜两侧由此产生压力差，该压力差对振膜施加应力。当该应力超过振膜材料（通常为多晶硅）的抗拉强度时，振膜即发生不可逆的塑性变形甚至断裂。

4、此外，现有背腔结构需要在衬底背面进行深硅刻蚀，刻蚀后的衬底材料减薄、局部强度显著降低，机械可靠性下降，难以支撑日益增长的更薄芯片设计需求。同时，深硅刻蚀工艺成本较高，且与部分背面贴膜工艺的兼容性较差。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微机电系统气流传感器，能够解决现有技术中因背腔结构导致振膜在贴膜过程中易破裂、衬底机械强度低的技术问题。

2、本发明还提出一种具有上述一种微机电系统气流传感器的微机电系统气流传感器制造方法。

3、根据本发明第一方面实施例的一种微机电系统气流传感器，包括衬底；形成于所述衬底上的振膜，所述振膜上开设有释放孔；形成于所述振膜与所述衬底之间的第一空腔；形成于所述振膜上方的背板，所述背板上开设有声孔和释放孔；形成于所述振膜与所述背板之间的第二空腔；形成于所述背板上的金属焊盘，所述金属焊盘分别与所述振膜和所述背板电性连接；所述衬底为未经刻蚀穿孔的完整结构。

4、至少具有如下有益效果：因为衬底为未经刻蚀穿孔的完整结构，贴膜时不会在振膜两侧产生压力差，进而不会有背面贴膜工艺中振膜两侧压力差导致的各类问题，从根本上避免了振膜因压力差而破裂的风险；同时，衬底保持完整，机械强度高，能够支撑更薄的芯片设计；金属焊盘的设置保证了传感器的电信号能够可靠地引出至外部电路。

5、根据本发明的一些实施例， 所述振膜与所述衬底之间设置有基层牺牲层，所述第一空腔由所述基层牺牲层释放后形成，所述振膜与所述背板之间设置有间隙牺牲层，所述第二空腔由所述间隙牺牲层释放后形成。

6、根据本发明的一些实施例， 所述振膜的材料为多晶硅，所述背板包括多晶硅层和形成于所述多晶硅层上的氮化硅层。

7、根据本发明第二方面实施例的一种微机电系统气流传感器制造方法，包括以下步骤：

8、步骤s1：提供一衬底，在所述衬底上形成基层牺牲层；

9、步骤s2：在所述基层牺牲层上形成振膜，并在所述振膜上形成用于释放所述基层牺牲层的释放孔；

10、步骤s3：在所述振膜上形成间隙牺牲层；

11、步骤s4：在所述间隙牺牲层上形成背板，并在所述背板上形成声孔和所述释放孔；

12、步骤s5：减薄所述衬底；

13、步骤s6：通过所述释放孔释放所述基层牺牲层，形成第一空腔；

14、步骤s7：通过声孔释放所述间隙牺牲层，形成第二空腔。

15、根据本发明的一些实施例， 在所述步骤s1中，还包括对基层牺牲层进行光刻和刻蚀，形成释放截止墙。

16、根据本发明的一些实施例， 在所述步骤s7中，在释放所述间隙牺牲层之前，封堵所述释放孔。

17、根据本发明的一些实施例， 所述释放孔由光刻胶或聚酰亚胺胶封堵。

18、根据本发明的一些实施例， 所述基层牺牲层和/或所述间隙牺牲层的材料为氧化硅。

19、根据本发明的一些实施例， 在所述步骤s6和/或所述步骤s7中，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺，对所述氧化硅材质的牺牲层进行选择性去除。

20、根据本发明的一些实施例， 在所述步骤s4之后、所述步骤s5之前，还包括在所述背板上形成金属焊盘的步骤。

21、至少具有如下有益效果：本一种微机电系统气流传感器制造方法具有上述一种微机电系统气流传感器所带来的全部有益效果，在此不做重复说明。

22、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

1.一种微机电系统气流传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种微机电系统气流传感器，其特征在于，所述振膜（20）与所述衬底（10）之间设置有基层牺牲层（70），所述第一空腔（40）由所述基层牺牲层（70）释放后形成，所述振膜（20）与所述背板（50）之间设置有间隙牺牲层（80），所述第二空腔（60）由所述间隙牺牲层（80）释放后形成。

3.根据权利要求1所述的一种微机电系统气流传感器，其特征在于，所述振膜（20）的材料为多晶硅，所述背板（50）包括多晶硅层（52）和形成于所述多晶硅层上的氮化硅层（53）。

4.一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，在所述步骤s1中，还包括对基层牺牲层（70）进行光刻和刻蚀，形成释放截止墙（71）。

6.根据权利要求4所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，在所述步骤s7中，在释放所述间隙牺牲层（80）之前，封堵所述释放孔（30）。

7.根据权利要求6所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，所述释放孔（30）由光刻胶或聚酰亚胺胶封堵。

8.根据权利要求4所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，所述基层牺牲层（70）和/或所述间隙牺牲层（80）的材料为氧化硅。

9.根据权利要求8所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，在所述步骤s6和/或所述步骤s7中，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺，对所述氧化硅材质的牺牲层进行选择性去除。

10.根据权利要求4所述的一种微机电系统气流传感器制造方法，其特征在于，在所述步骤s4之后、所述步骤s5之前，还包括在所述背板（50）上形成金属焊盘（90）的步骤。