專利名稱：“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣敏傳感器，特別是具有“準(zhǔn)球面型”膜片結(jié)構(gòu)的微型氣敏傳感器。
電導(dǎo)型金屬氧化物氣敏傳感器由于其結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、壽命長等特點(diǎn)而得到廣泛的應(yīng)用。但是這類傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的氣敏傳感器也有功耗大、手工制作一致性差等不可避免的弱點(diǎn)。隨著微電子、微機(jī)械加工和薄膜厚膜等技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了加熱單元、溫度傳感器、測量電極和敏感薄膜集成一體的微型氣敏傳感器，功耗從傳統(tǒng)器件的0.7-1瓦降低到幾十毫瓦，而且工作溫度可以精確測定和控制，不受環(huán)境影響。此外這類器件還具有批量生產(chǎn)成本低、一致性可靠性好、容易陣列化和智能化等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)。就金屬氧化物半導(dǎo)體類微型氣敏傳感器而言，一般以硅片為基礎(chǔ)，以降低功耗為目標(biāo)，設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)。因此它具有多種結(jié)構(gòu)形式，其中常見的一類是膜片(membrane)型結(jié)構(gòu)。見

圖1。在膜片型器件的制備過程中，首先將加熱測溫電極，叉指電極等集成在硅片上，然后用各向異性腐蝕技術(shù)去掉背面的硅而形成膜片結(jié)構(gòu)。膜片通常是氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等材料和金屬電極形成的多層結(jié)構(gòu)，厚度一般為2-5微米。由于微型氣敏傳感器的制備工藝極為復(fù)雜，就膜片型結(jié)構(gòu)來說，要有效降低功耗，要求膜片盡可能薄而且不能留有硅，因硅是良好的熱導(dǎo)體，從而機(jī)械強(qiáng)度有限。同時(shí)在工作過程中，應(yīng)力的存在也往往易使之破碎。而且制備這種傳感器必須采用各向異性腐蝕技術(shù)從而對(duì)工藝提出了很高的要求。首先是要求雙面對(duì)準(zhǔn)光刻，然后是各向異性腐蝕過程中的正面保護(hù)。目前大多數(shù)采用KOH溶液作為腐蝕液，腐蝕時(shí)間常在10小時(shí)以上。因此正面的電極和敏感薄膜的保護(hù)是個(gè)重要的問題。
本發(fā)明的目的是提出一種用犧牲層技術(shù)制備“準(zhǔn)球面型”結(jié)構(gòu)，簡化制作微型氣敏傳感器的工藝。
本發(fā)明的主要特點(diǎn)是包括硅片1，在硅片1上部有一基礎(chǔ)層2，在基礎(chǔ)層2與隔離層4之間的加熱測溫電極3，叉指電極5制作在隔離層4上，敏感薄膜6覆蓋住叉指電極6，在硅片1與基礎(chǔ)層2之間為一空隙7，在隔離層4上有小孔8與空隙7相通。
本發(fā)明采用犧牲層技術(shù)制備“準(zhǔn)球面型”膜片，膜片的機(jī)械強(qiáng)度比平面型的要大，而且不易產(chǎn)生應(yīng)力。新工藝對(duì)工藝條件的要求也大大降低，只需常規(guī)的微電子平面工藝；無需各向異性腐蝕因而不需要雙面光刻機(jī)和復(fù)雜的正面保護(hù)。
附圖1是現(xiàn)有技術(shù)氣敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-硅片 2-膜片基礎(chǔ)層 3-加熱測溫電極4-隔離層5-叉指電極6-敏感薄膜附圖2是本發(fā)明氣敏傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中7-空隙，8-小孔，其它圖號(hào)與附圖1相同。
圖3是本發(fā)明的工藝流程圖。
下面結(jié)合附圖敘述本發(fā)明。由圖2可知，本發(fā)明利用犧牲層技術(shù)，在硅片1上形成“準(zhǔn)球面”膜片基礎(chǔ)層，在硅片1與基礎(chǔ)層2之間有一空隙7?？障?高度為2-3微米。在隔離層4至犧牲層之間有小孔8，當(dāng)氣敏傳感器制作完成后，通過小孔8將犧牲層腐蝕掉。小孔8至少為二個(gè)，根據(jù)工藝需要也可以是多個(gè)。最終獲得的“球面型”膜片的機(jī)械強(qiáng)度比平面型的大，而且不易產(chǎn)生應(yīng)力。
由圖3可知，本發(fā)明工藝技術(shù)的主要步驟如下(1)首先在硅片上制備犧牲層。犧牲層材料依后序工藝的要求來選擇。一般選易腐蝕的金屬，如銅等。如果后序工藝是低溫過程，也可以采用光刻膠。厚度一般取2-3微米。金屬膜可以采用物理氣相沉積(PVD)或化學(xué)氣相沉積(CVD)方法制備。每個(gè)單元的尺寸為傳感器的工作區(qū)大小的兩倍左右。
(2)制備膜片基礎(chǔ)層。選用抗腐蝕的介質(zhì)材料，如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，厚度1-2微米左右，可以用PVD或CVD方法沉積。
(3)刻腐蝕孔，在膜片層的每個(gè)單元刻出兩個(gè)小孔，孔應(yīng)盡量小依能否腐蝕掉犧牲層為準(zhǔn)則。一般采用等離子體干法刻蝕，由于膜片基礎(chǔ)層厚度大，刻孔困難，膜層基礎(chǔ)層可以分兩次沉積。刻完腐蝕孔后再加厚到所需厚度。
到此為止，“準(zhǔn)球面”型膜片已經(jīng)形成。以下制備加熱電極，測溫度電極，隔離層，叉指電極和敏感薄膜的各步工藝與現(xiàn)有的工藝類似。但是不需要各向異性腐蝕。
(4)在膜片基礎(chǔ)層上制備加熱和測溫電極。一般采用剝離技術(shù)(lift-off)制備Pt電極。
(5)制備隔離層。用PVD或CVD方法制備氧化硅、氮化硅或是氮氧化硅膜，厚度0.5-1微米。
(6)制備叉指電極。采用Pt或金材料。
(7)腐蝕犧牲層。
(8)制備敏感薄膜。可以是各種金屬氧化物半導(dǎo)體。
權(quán)利要求
1.“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，包括硅片1，在硅片1上部有一基礎(chǔ)層2，在基礎(chǔ)層2與隔離層4之間的加熱測溫電極3，叉指電極5制作在隔離層4上，敏感薄膜6覆蓋住叉指電極5，其特征是在硅片1與基礎(chǔ)層2之間為一空隙7，在隔離層4上有小孔8與空隙7相通。
2.按權(quán)利要求1所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是硅片1與基礎(chǔ)層2之間的空隙高度為2-3微米。
3.按權(quán)利要求1所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是所說的小孔8至少為二個(gè)。
4.“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是所說的制備方法是(a)在硅片上制備‘犧牲層’；(b)在‘犧牲層’的上面制備膜片基礎(chǔ)層；(c)在基礎(chǔ)層上刻腐蝕孔；(d)制備加熱電極、測溫度電極、隔離層、叉指電極和敏感薄膜；(e)通過腐蝕孔將犧牲層腐蝕掉。
5.按權(quán)利要求4所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是所說的犧牲層為‘準(zhǔn)球面型’。
6.按權(quán)利要求4或5所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是犧牲層的材料是易腐蝕金屬或光刻膠。
7.按權(quán)利要求6所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是所說的易腐蝕金屬是銅。
8.按權(quán)利要求4所述的“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是刻蝕孔至少為二個(gè)。
全文摘要
“準(zhǔn)球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法,包括硅片1,在硅片1上部有一基礎(chǔ)層2,在基礎(chǔ)層2與隔離層4之間的加熱測溫電極3,叉指電極5制作在隔離層4上,敏感薄膜6覆蓋住叉指電極5,在硅片1與基礎(chǔ)層2之間為一準(zhǔn)球面型的空間7,在隔離層4上有小孔8與準(zhǔn)球面型的空間7相通。本發(fā)明采用犧牲層技術(shù)制備“準(zhǔn)球面型”膜片,膜片的機(jī)械強(qiáng)度比平面型的要大,不易產(chǎn)生應(yīng)力,制作工藝簡單。
文檔編號(hào)G01N27/12GK1232966SQ9810162
公開日1999年10月27日 申請(qǐng)日期1998年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月22日
發(fā)明者李建平 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所