一種熱膜風速風向傳感器及其製備方法

2023-05-01 10:03:06

一種熱膜風速風向傳感器及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及風速風向檢測【技術領域】，公開了一種熱膜風速風向傳感器，包括襯底、絕緣層、測溫元件和加熱元件；在襯底上表面形成有一定深度的多孔矽隔熱層，且多孔矽隔熱層上表面與襯底上表面平齊，多孔矽隔熱層上表面和孔壁表面沉積有二氧化矽薄膜層；絕緣層貼覆在襯底上表面，測溫元件和加熱元件設置於絕緣層上表面；測溫元件和加熱元件位於多孔矽隔熱層正上方所對應區域內。本發明還公開了其製備方法：在矽片襯底上表面腐蝕形成多孔矽隔熱層，在多孔矽隔熱層上表面和孔壁表面沉積形成二氧化矽薄膜層，通過光刻絕緣層表面的多晶矽層形成測溫元件和加熱元件。該製備方法製備的傳感器可降低測量功耗，縮短傳感器響應時間，增強晶片靈敏度。
【專利說明】一種熱膜風速風向傳感器及其製備方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及風速風向檢測【技術領域】，尤其涉及一種具有多孔矽隔熱層的熱膜風速 風向傳感器及其製備方法。

【背景技術】
[0002] 風能作為清潔無汙染和可持續發展的能源一直是資源開放利用的重點。風速、風 向是反應風影響的氣象情況的重要參數，在航空航天、工農業生產、氣象預報、氣候分析等 領域應用廣泛，對環境監測、空氣調節和工農業的生產有重要影響。只有快準確測量出風速 和風向，才能更好的利用風能，因此風速風向測定具有重要的現實意義。
[0003] 目前，可以利用風速風向傳感器來測量風速和風向。風速傳感器的感應元件是三 杯風組件，由三個碳纖維風杯和杯架組成。轉換器為多齒轉杯和狹縫光耦。當風杯受水平 風力作用而旋轉時，通過軸轉杯在狹縫光耦中的轉動，輸出頻率的信號。而風向傳感器的變 換器為碼盤和光電組件。當風標隨風向變化而轉動時，通過軸帶動碼盤在光電組件縫隙中 的轉動，產生的光電信號對應當時風向的格雷碼輸出。傳感器的變換器可採用精密導電塑 料電位器，從而在電位器活動端產生變化的電壓信號輸出。這種風速風向傳感器的價格相 對昂貴，幾千到幾萬不等，有的結合風速風向傳感器的一體化氣象站的價格可高達幾百萬。 在實際應用中，研發體積小、重量輕、價格低廉、適合公眾應用的風速風向傳感器迫在眉睫。
[0004] 熱式風向風速傳感器是測試處於通電狀態下傳感器因風而冷卻產生的電阻變化， 由此測試風速。除攜帶容易方便外，其成本性能比高，作為風速計的標準產品廣泛地被採 用。熱式風速計的素子可使用白金線、電熱偶、半導體等。
[0005] 近些年來，微機電系統（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)作為一種先 進的製造技術平臺，將微電路和微機械按功能要求在晶片上的集成，尺寸通常控制在毫米 或微米級，已經涉及應用在微電子、材料、力學、化學、機械學等諸多學科領域中的微尺度下 的力、電、光、磁、聲、表面等物理學的各分支。微電子技術的主要內容有：氧化層生長、光刻 掩膜製作、光刻選擇摻雜（屏蔽擴散、離子注入）、薄膜（層）生長、連線製作等。微加工技 術的主要內容有：娃表面微加工和娃體微加工（各向異性腐蝕、犧牲層）技術、晶片鍵合技 術、製作高深寬比結構的LIGA(Lithographie，Galanoformung，Abformung)技術等。利用微 電子技術可製造集成電路和許多傳感器。微加工技術很適合於製作某些壓力傳感器、加速 度傳感器、微泵、微閥、微溝槽、微反應室、微執行器、微機械等。
[0006] 基於MEMS加工技術的熱式風速風向傳感器是通過其上的加熱元件產生的熱量與 外界環境進行熱交換來感應風的變化，利用的是強迫對流效應，而傳感器總體功耗方面除 了包括由於強迫對流效應造成的熱損失以外，還包含由於熱傳導效應造成的功耗損失，這 一部分功耗對於風的感知是不起任何作用的，因此如何減小熱式風速風向傳感器由於熱傳 導效應造成的功率損失成了傳感器設計的一大問題。此外，矽襯底的高熱導率也使得這類 傳感器的功耗較大，靈敏度較低，產品的應用受到了很多的限制。


【發明內容】

[0007] 本發明所要解決的技術問題在於，提供一種熱膜風速風向傳感器及其製備方法， 可通過在襯底中設有多孔矽隔熱層，從而降低傳感器進行風速風向測量時的功耗，確保測 量的準確性。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：
[0009] -種熱膜風速風向傳感器，包括：襯底、絕緣層、測溫元件和加熱元件；所述襯底 的上表面形成有一定深度的多孔矽隔熱層，且所述多孔矽隔熱層的上表面與所述襯底的上 表面平齊；所述多孔矽隔熱層的上表面和孔壁表面形成有二氧化矽薄膜層；所述絕緣層貼 覆在所述襯底上表面；所述測溫元件和加熱元件設置於所述絕緣層上表面，二者均為單晶 矽材質；所述測溫元件和加熱元件位於所述多孔矽隔熱層正上方的所對應的區域。
[0010] 優選的，所述襯底由100晶向單晶矽製成。
[0011] 優選的，所述多孔矽隔熱層的厚度為20-100μπι;所述二氧化矽薄膜層厚度為 50_200nm。
[0012] 所述絕緣層包括二氧化矽層和氮化矽層；所述二氧化矽層貼覆在所述襯底的上表 面，所述氮化矽層覆蓋在所述二氧化矽層的上表面。
[0013] 所述測溫元件和加熱元件之間設置有ICP槽。
[0014] 一種熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，該製備方法包括以下步驟：
[0015] S1 :選取矽片作為襯底；
[0016] S2 :在所述襯底上表面以腐蝕的方法製備一定厚度的多孔矽隔熱層；
[0017] S3 :所述多孔矽隔熱層的上表面和孔壁表面形成有二氧化矽薄膜層；
[0018] S4 :採用氣相沉積的方法，在所述襯底的上表面製備絕緣層；
[0019] S5 :採用氣相沉積的方法，在所述絕緣層的上表面形成多晶矽層，並通過光刻所述 多晶矽層製作形成加熱元件和測溫元件；
[0020] S6 :採用ICP矽深槽刻蝕技術，在所述測溫元件和加熱元件之間製作形成ICP槽；
[0021] S7:採用磁控濺射的方法，在所述多晶矽層的上表面濺射形成金屬層，並通過進行 光刻、刻蝕、去膠形成金屬電極；
[0022] S8:採用氣相沉積的方法，在步驟S7所得上表面上製備一定厚度的碳化矽層，通 過進行光刻、刻蝕、去膠形成壓焊區。
[0023] 優選的，所述襯底由100晶向單晶矽片製成。
[0024] 進一步地，所述步驟S2中製備一定厚度的多孔矽隔熱層，其具體步驟為：首先在 所述襯底上表面塗膠，然後用光刻機對矽片光刻去膠，再通過腐蝕形成多孔矽結構，作為 隔熱層；所述腐蝕形成多孔矽結構的具體方法為溼法腐蝕中的電化學方法、化學腐蝕法、 刻蝕法或水熱腐蝕法，或者為幹法腐蝕中的等離子體腐蝕法；所述多孔矽隔熱層的厚度為 20-100 μ m。
[0025] 其中，所述步驟S3中製備二氧化矽薄膜層的具體方法為採用熱氧化工藝在所述 多孔矽隔熱層的上表面和孔壁表面氧化形成二氧化矽薄膜層；所述二氧化矽薄膜層厚度為 50_200nm。
[0026] 所述步驟S4中製備絕緣層的具體步驟為：首先在所述襯底的上表面製備二氧化 矽層，再採用化學氣相沉積的方法，在所述二氧化矽層的上表面製備氮化矽層。
[0027] 實施本發明具有如下有益效果：
[0028] 1.功耗小。現有的基於為機械加工的熱流量傳感器，測溫元件和加熱元件直接設 置在矽襯底上，或設置在襯底的空穴上方。前者由於矽襯底的高導熱率，使得傳感器熱量向 襯底傳遞較多，溫升功率較大，傳感器的靈敏度較低；後者雖解決了傳感器功率問題，但空 穴的存在使傳感器結構強度較為脆弱，更容易損壞。本發明製備的傳感器，通過在襯底中設 置多孔矽隔熱層，使從襯底上部傳來的熱量在多孔矽隔熱層處無法繼續向下擴散，從而實 現了熱隔離；多孔矽層中孔隙孔壁上形成的二氧化矽薄膜層憑藉低於單晶矽的熱導率進一 步保證了隔熱效果。同時由於測溫元件和加熱元件均設置於多孔矽隔熱層正上方的氮化矽 絕緣層上，二氧化矽、氮化矽絕緣層也有利於減少熱量向下擴散。因此，本發明的傳感器在 工作過程中，熱量向襯底擴散比較小，傳感器基本不受襯底高熱導率的影響。這在提高傳感 器靈敏度的同時減小了功耗。
[0029] 2.結構穩定性好。本發明的傳感器，襯底表面未開槽，與襯底表面開槽的傳感器相 t匕，結構穩定性好，不易損壞，也更有利於後道工藝和封裝。
[0030] 3.靈敏度高、反應快。本發明傳感器測溫元件和加熱元件採用一次光刻工藝成型， 避免了工藝上的對準問題，加工精度高。該傳感器表面為感風面，熱量主要向空氣中傳播， 且面積僅為幾個平方毫米，因此靈敏度高，響應快。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器的剖面圖；
[0032] 圖2是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S1的結構示意 圖；
[0033] 圖3是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S2的結構示意 圖；
[0034] 圖4是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S3的結構示意 圖；
[0035] 圖5是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S4的結構示意 圖；
[0036] 圖6是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S5中形成多晶矽 層的結構示意圖；
[0037] 圖7是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S5中光刻形成元 件的結構示意圖；
[0038] 圖8是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S6的結構示意 圖；
[0039] 圖9是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S7中濺射形成金 屬層的結構示意圖；
[0040] 圖10是本發明所涉及的熱膜風速風向傳感器製備工藝完成步驟S7中刻蝕形成金 屬電極的結構示意圖；
[0041]
[0042] 附圖標記表示為：1-襯底，2-絕緣層，3-測溫元件，4-加熱元件，5-多孔矽隔熱 層，6-二氧化娃層，7-氮化娃層，8-金屬電極，9-碳化娃層，10-多晶娃層，11-金屬層， 12-孔壁，13-二氧化矽薄膜層，14-ICP槽。

【具體實施方式】
[0043] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一 步地詳細描述。
[0044] 本發明公開的一種熱膜風速風向傳感器，如圖1所示，包括：襯底1、絕緣層2、測溫 兀件3和加熱兀件4。所述襯底1為100晶向單晶娃製成；所述襯底1的上表面形成有多 孔矽隔熱層5,且所述多孔矽隔熱層5上表面與襯底1上表面平齊，所述多孔矽隔熱層5的 厚度為60 μ m。所述多孔矽隔熱層5的上表面和其孔壁12表面形成有二氧化矽薄膜層13， 且二氧化矽薄膜層13厚度為100nm ;所述測溫元件3和加熱元件4位於多孔矽隔熱層5正 上方的區域內；所述測溫元件3和加熱元件4之間設置有ICP槽14。
[0045] 所述絕緣層2貼覆在襯底1上表面，所述絕緣層2包括二氧化矽層6和氮化矽層 7 ;所述二氧化矽層6貼覆在所述襯底1的上表面，所述氮化矽層7覆蓋在所述二氧化矽層 6的上表面。
[0046] 所述測溫元件3和加熱元件4設置於絕緣層2的上表面，二者均為單晶矽材質，通 過光刻沉積在絕緣層2表面的多晶矽層10製作形成。可以利用其本徵塞貝克效應；與金屬 電阻相比，還具有靈敏度高，不受幹撓的優點；多晶矽材質的加熱堆作為加熱元件，不需要 鉬電阻測溫時需要的外加偏壓，因而不會產生因偏壓導致的輸出信號偏移，使測量變得簡 便易行。所述測溫元件3為四個，分別位於所述加熱元件4的周邊，每個所述測溫元件3到 所述加熱元件4的距離相等，且相對的所述測溫元件3以所述加熱元件4為中心相互對稱， 相鄰的所述測溫元件3相對所述襯底1端部的距離均相等。
[0047] 相應的，本發明還公開了該熱膜風速風向傳感器的製備方法，該製備方法包括以 下步驟：
[0048] S1 :如圖2所示，選取100晶向單晶矽片作為襯底1 ;
[0049] S2 :如圖3所示，在所述襯底1上部以腐蝕的方法製備厚度為60 μ m的多孔矽隔 熱層5,其具體步驟為：首先在所述襯底1上表面塗膠，然後用光刻機對矽片光刻去膠，再通 過腐蝕形成多孔矽結構，作為隔熱層；所述腐蝕形成多孔矽結構的具體方法為採用齊納擊 穿單晶矽產生空穴來製備，腐蝕液為3% HF溶液，其電壓控制在3V之間；利用電化學方法 在不同的製備條件下在拋光單晶矽片表面形成多孔矽，可對多孔矽表面的形貌通過原子力 顯微鏡和場發射掃描電子顯微鏡等進行表徵，從而通過控制電流密度來控制生成的矽柱直 徑、高度、分布密度，為後期二氧化矽薄膜生長奠定一定的結構基礎；
[0050] S3 :如圖4所不，所述多孔娃隔熱層5的上表面和孔壁12表面形成有二氧化娃薄 膜層13 ;製備二氧化矽薄膜層13的具體方法為採用熱氧化工藝在所述多孔矽隔熱層5的 上表面和孔壁表面氧化，形成二氧化矽薄膜層13 ;具體條件為：將矽片使用熱氧化工藝退 火，其溫度為l〇〇〇°C，時間為7小時；
[0051] S4 :如圖5所示，採用化學氣相沉積的方法，在所述襯底1的上表面製備絕緣層 2 ;具體步驟為：首先在所述襯底1的上表面製備二氧化矽層6,再採用化學氣相沉積的方 法，在所述二氧化矽層6的上表面製備氮化矽層7 ;
[0052] S5 :如圖6所示，採用化學氣相沉積的方法，在所述絕緣層2的上表面形成多晶矽 層10 ;如圖7所示，通過光刻所述多晶矽層10製作形成加熱元件4和測溫元件3 ;
[0053] S6 :如圖8所示，採用ICP矽深槽刻蝕技術，在所述測溫元件3和加熱元件4之間 製作形成ICP槽14 ;所用方法具體為電感耦合等離子體（ICP)矽深槽刻蝕技術；
[0054] S7 :如圖9所示，採用磁控濺射的方法，在所述多晶矽層的上表面濺射形成金屬層 11 ;如圖10所示，通過進行光刻、刻蝕、去膠形成金屬電極8 ;
[0055] S8 :如圖1所示，採用氣相沉積的方法，在步驟S7所得上表面上製備一定厚度的碳 化矽層9,通過進行光刻、刻蝕、去膠形成壓焊區。
[0056] 本發明的另一種實施方式：
[0057] 本發明公開的一種熱膜風速風向傳感器，如圖1所示，包括：襯底1、絕緣層2、測溫 兀件3和加熱兀件4。所述襯底1為100晶向單晶娃製成；所述襯底1的上表面形成有多 孔矽隔熱層5,且所述多孔矽隔熱層5上表面與襯底1上表面平齊，所述多孔矽隔熱層5的 厚度為60 μ m。所述多孔矽隔熱層5的上表面和孔壁12表面形成有二氧化矽薄膜層13,且 二氧化矽薄膜層13厚度為100nm ;所述測溫元件3和加熱元件4位於多孔矽隔熱層5正上 方的區域內；所述測溫元件3和加熱元件4之間設置有ICP槽14。
[0058] 所述絕緣層2貼覆在襯底1的上表面，所述絕緣層2包括二氧化矽層6和氮化矽 層7 ;所述二氧化矽層6貼覆在所述襯底1的上表面，所述氮化矽層7覆蓋在所述二氧化矽 層6的上表面。
[0059] 所述測溫元件3和加熱元件4設置於絕緣層2的上表面，二者均為單晶矽材質，通 過光刻沉積在絕緣層2表面的多晶矽層10製作形成。可以利用其本徵塞貝克效應；與金 屬電阻相比，還具有靈敏度高，不受幹撓的優點；多晶矽材質的加熱堆作為加熱元件，不需 要鉬電阻測溫時需要的外加偏壓，因而不會產生因偏壓導致的輸出信號偏移，使測量變得 簡便易行。所述測溫元件3為四個，分別位於所述加熱元件4的周邊，每個所述測溫元件3 到所述加熱元件4的距離相等，且相對的所述測溫元件3以所述加熱元件4為中心相互對 稱，相鄰的所述測溫元件3相對所述襯底1端部的距離均相等。
[0060] 相應的，本發明還公開了該熱膜風速風向傳感器的製備方法，該製備方法包括以 下步驟：
[0061] S1 :如圖2所示，選取100晶向單晶矽片作為襯底1 ;
[0062] S2 :如圖3所示，在所述襯底1上部以腐蝕的方法製備厚度為60 μ m的多孔矽隔熱 層5,其具體步驟為：首先在所述襯底1上表面塗膠，然後用光刻機對矽片光刻去膠，再通過 腐蝕形成多孔矽結構，作為隔熱層；所述腐蝕形成多孔矽結構的具體方法為幹法腐蝕中的 等離子體腐蝕法；
[0063] S3 :如圖4所不，所述多孔娃隔熱層5的上表面和孔壁12表面形成有二氧化娃薄 膜層13 ;製備二氧化矽薄膜層13的具體方法為採用熱氧化工藝在所述多孔矽隔熱層5的 上表面和孔壁表面氧化，形成二氧化矽薄膜層13 ;具體條件為：將矽片使用熱氧化工藝退 火，其溫度為l〇〇〇°C，時間為7小時；
[0064] S4 :如圖5所不，米用化學氣相沉積的方法，在所述襯底1的上表面製備絕緣層2 ; 具體步驟為：首先在所述襯底1的上表面製備二氧化矽層6,再採用化學氣相沉積的方法， 在所述二氧化矽層6的上表面製備氮化矽層7 ;
[0065] S5 :如圖6所示，採用化學氣相沉積的方法，在所述絕緣層2的上表面形成多晶矽 層10 ;如圖7所示，通過光刻所述多晶矽層10製作形成加熱元件4和測溫元件3 ;
[0066] S6 :如圖8所示，採用ICP矽深槽刻蝕技術，在所述測溫元件3和加熱元件4之間 製作形成ICP槽14 ;所用方法具體為電感耦合等離子體（ICP)矽深槽刻蝕技術；
[0067] S7 :如圖9所示，採用磁控濺射的方法，在所述多晶矽層的上表面濺射形成金屬層 11 ;如圖10所示，通過進行光刻、刻蝕、去膠形成金屬電極8 ;
[0068] S8 :如圖1所示，採用氣相沉積的方法，在步驟S7所得上表面上製備一定厚度的碳 化矽層9,通過進行光刻、刻蝕、去膠形成壓焊區。
[0069] 本發明的傳感器是基於MEMS加工製作的熱膜風速風向傳感器，尤其是採用多孔 矽實現隔熱和採用多晶矽製作加熱元件和測溫元件的熱膜風速風向傳感器。本發明的傳感 器，通過在襯底中設置多孔矽隔熱層，使從襯底上部傳來的熱量在多孔矽隔熱層處無法繼 續向下擴散，從而實現了熱隔離；多孔矽層中孔隙孔壁上形成的二氧化矽薄膜層憑藉低於 單晶矽的熱導率進一步保證了隔熱效果。同時由於測溫元件和加熱元件均設置於多孔矽隔 熱層正上方的氮化矽絕緣層上，絕緣層也有利於減少熱量向下擴散。如此一來，本發明的傳 感器在工作過程中，熱量向襯底擴散比較小，傳感器基本不受襯底高熱導率的影響。這在提 高傳感器靈敏度的同時減小了功耗。採用多晶矽製作加熱元件和測溫元件，使得測溫元件 的測溫是基於多晶矽材料的本徵塞貝克效應，這種測溫方式除了具有靈敏度高、不受幹撓 的優點外，還不像鉬電阻測溫那樣需要外加偏壓，因而不會產生因偏壓導致的輸出信號偏 移，使測量變得簡單。另外，二維分布的對稱結構設計，使得傳感器可以同時得到相互正交 的兩組溫度測量值，可據此計算得出風速和風向的信息。
[0070] 實施本發明實施例，具有如下有益效果：
[0071] 1.功耗小。現有的基於為機械加工的熱流量傳感器，測溫元件和加熱元件直接設 置在矽襯底上，或設置在襯底的空穴上方，前者由於矽襯底的高導熱率，使得傳感器熱量向 襯底傳遞較多，溫升功率較大，傳感器的靈敏度較低；後者雖解決了傳感器功率問題，但空 穴的存在使傳感器結構強度較為脆弱，更容易損壞。本發明製備的的傳感器，通過在襯底中 設置多孔矽隔熱層，使從襯底上部傳來的熱量在多孔矽隔熱層處無法繼續向下擴散，從而 實現了熱隔離；多孔矽層中孔隙孔壁上形成的二氧化矽薄膜層憑藉低於單晶矽的熱導率進 一步保證了隔熱效果。同時由於測溫元件和加熱元件均設置於多孔矽隔熱層正上方的氮化 矽絕緣層上，二氧化矽、氮化矽絕緣層也有利於減少熱量向下擴散。因此，本發明的傳感器 在工作過程中，熱量向襯底擴散比較小，傳感器基本不受襯底高熱導率的影響。這在提高傳 感器靈敏度的同時減小了功耗。
[0072] 2.結構穩定性好。本發明的傳感器，襯底表面未開槽，與襯底表面開槽的傳感器相 t匕，結構穩定性好，不易損壞，也更有利於後道工藝和封裝。
[0073] 3.靈敏度高、反應快。本發明傳感器測溫元件和加熱元件採用一次光刻工藝成型， 避免了工藝上的對準問題，加工精度高。該傳感器表面為感風面，熱量主要向空氣中傳播， 且面積僅為幾個平方毫米，因此靈敏度高，響應快。
[0074] 以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員 來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為 本發明的保護範圍。
【權利要求】
1. 一種熱膜風速風向傳感器，其特徵在於，包括：襯底（1)、絕緣層（2)、測溫元件（3) 和加熱元件（4);所述襯底（1)的上表面形成有一定深度的多孔矽隔熱層（5)，且所述多孔 矽隔熱層（5)的上表面與所述襯底（1)的上表面平齊；所述多孔矽隔熱層（5)的上表面和 孔壁（12)表面形成有二氧化矽薄膜層（13);所述絕緣層（2)貼覆在所述襯底（1)上表面； 所述測溫元件（3)和加熱元件（4)設置於所述絕緣層（2)上表面，二者均為單晶矽材質；所 述測溫元件（3)和加熱元件（4)位於所述多孔矽隔熱層（5)正上方所對應的區域內。
2. 根據權利要求1所述的熱膜風速風向傳感器，其特徵在於，所述襯底（1)由100晶向 單晶矽製成。
3. 根據權利要求1所述的熱膜風速風向傳感器，其特徵在於，所述多孔矽隔熱層（5)的 厚度為20-10011111;所述二氧化矽薄膜層（13)的厚度為50-20011111。
4. 根據權利要求1-3任意一項所述的熱膜風速風向傳感器，其特徵在於，所述絕緣層 (2)包括二氧化矽層（6)和氮化矽層（7);所述二氧化矽層（6)貼覆在所述襯底（1)的上表 面，所述氮化矽層（7)覆蓋在所述二氧化矽層￠)的上表面。
5. 根據權利要求1所述的熱膜風速風向傳感器，其特徵在於，所述測溫元件（3)和加熱 元件⑷之間設置有ICP槽（14)。
6. -種熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，該製備方法包括以下步驟： S1 :選取矽片作為襯底（1); S2:在所述襯底（1)的上表面以腐蝕的方法製備一定厚度的多孔矽隔熱層（5); S3 :所述多孔矽隔熱層（5)的上表面和孔壁（12)表面形成二氧化矽薄膜層（13); S4:採用氣相沉積的方法，在所述襯底（1)的上表面製備絕緣層（2); 55 :採用氣相沉積的方法，在所述絕緣層（2)的上表面形成多晶矽層（10)，並通過光刻 所述多晶矽層（10)製作形成加熱元件（4)和測溫元件（3)。
7. 根據權利要求6所述的熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，所述製備方 法還包括以下步驟： 56 :採用ICP矽深槽刻蝕技術，在所述測溫元件（3)和加熱元件（4)之間製作形成ICP 槽（14); 57 :採用磁控濺射的方法，在所述多晶矽層的上表面濺射形成金屬層（11)，並通過進 行光刻、刻蝕、去膠形成金屬電極（8); 58 :採用氣相沉積的方法，在步驟S7所得上表面上製備一定厚度的碳化矽層（9)，通過 進行光刻、刻蝕、去膠形成壓焊區。
8. 根據權利要求6或7所述的熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，所述襯底 (1)由100晶向單晶矽片製成。
9. 根據權利要求6所述的熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步驟S2 中製備有一定厚度的多孔矽隔熱層（5)，其具體步驟為：首先在所述襯底（1)上表面塗膠， 然後用光刻機對矽片光刻去膠，再通過腐蝕形成多孔矽結構，作為隔熱層；所述腐蝕形成多 孔矽結構的具體方法為溼法腐蝕中的電化學方法、化學腐蝕法、刻蝕法或水熱腐蝕法，或者 為幹法腐蝕中的等離子體腐蝕法；所述多孔矽隔熱層（5)的厚度為20-100μπι ;所述步驟 S3中製備二氧化矽薄膜層（13)的具體方法為採用熱氧化工藝在所述多孔矽隔熱層（5)的 上表面和孔壁（12)表面氧化形成二氧化矽薄膜層（13);所述二氧化矽薄膜層（13)厚度為 50_200nm。
10.根據權利要求6或7所述的熱膜風速風向傳感器的製備方法，其特徵在於，所述步 驟S4中製備絕緣層的具體步驟為：首先在所述襯底（1)的上表面製備二氧化矽層￠)，再 米用化學氣相沉積的方法，在所述二氧化娃層（6)的上表面製備氮化娃層（7)。
【文檔編號】G01P5/10GK104155472SQ201410344604
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】祁明鋒, 張珽, 劉瑞, 沈方平, 丁海燕, 谷文 申請人:蘇州能斯達電子科技有限公司