專利名稱：“準球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于氣敏傳感器，特別是具有“準球面型”膜片結構的微型氣敏傳感器。
電導型金屬氧化物氣敏傳感器由于其結構簡單、制作方便、壽命長等特點而得到廣泛的應用。但是這類傳統(tǒng)結構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。隨著微電子、微機械加工和薄膜厚膜等技術的發(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特優(yōu)點。就金屬氧化物半導體類微型氣敏傳感器而言，一般以硅片為基礎，以降低功耗為目標，設計傳感器結構。因此它具有多種結構形式，其中常見的一類是膜片(membrane)型結構。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去掉背面的硅而形成膜片結構。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構，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雜，就膜片型結構來說，要有效降低功耗，要求膜片盡可能薄而且不能留有硅，因硅是良好的熱導體，從而機械強度有限。同時在工作過程中，應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從而對工藝提出了很高的要求。首先是要求雙面對準光刻，然后是各向異性腐蝕過程中的正面保護。目前大多數(shù)采用KOH溶液作為腐蝕液，腐蝕時間常在10小時以上。因此正面的電極和敏感薄膜的保護是個重要的問題。
本發(fā)明的目的是提出一種用犧牲層技術制備“準球面型”結構，簡化制作微型氣敏傳感器的工藝。
本發(fā)明的主要特點是包括硅片1，在硅片1上部有一基礎層2，在基礎層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)明采用犧牲層技術制備“準球面型”膜片，膜片的機械強度比平面型的要大，而且不易產(chǎn)生應力。新工藝對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和復雜的正面保護。
附圖1是現(xiàn)有技術氣敏傳感器結構示意圖。
圖中1-硅片 2-膜片基礎層 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)明氣敏傳感器結構示意圖。
圖中7-空隙，8-小孔，其它圖號與附圖1相同。
圖3是本發(fā)明的工藝流程圖。
下面結合附圖敘述本發(fā)明。由圖2可知，本發(fā)明利用犧牲層技術，在硅片1上形成“準球面”膜片基礎層，在硅片1與基礎層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，根據(jù)工藝需要也可以是多個。最終獲得的“球面型”膜片的機械強度比平面型的大，而且不易產(chǎn)生應力。
由圖3可知，本發(fā)明工藝技術的主要步驟如下(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)或化學氣相沉積(CVD)方法制備。每個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，在膜片層的每個單元刻出兩個小孔，孔應盡量小依能否腐蝕掉犧牲層為準則。一般采用等離子體干法刻蝕，由于膜片基礎層厚度大，刻孔困難，膜層基礎層可以分兩次沉積。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)在膜片基礎層上制備加熱和測溫電極。一般采用剝離技術(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?？梢允歉鞣N金屬氧化物半導體。
權利要求
1.“準球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，包括硅片1，在硅片1上部有一基礎層2，在基礎層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.按權利要求1所述的“準球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是硅片1與基礎層2之間的空隙高度為2-3微米。
3.按權利要求1所述的“準球面型”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。
4.“準球面型”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層；(c)在基礎層上刻腐蝕孔；(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.按權利要求4所述的“準球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法，其特征是所說的犧牲層為‘準球面型’。
6.按權利要求4或5所述的“準球面型”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.按權利要求6所述的“準球面型”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.按權利要求4所述的“準球面型”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。
全文摘要
“準球面型”微型氣敏傳感器及其制備方法,包括硅片1,在硅片1上部有一基礎層2,在基礎層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與基礎層2之間為一準球面型的空間7,在隔離層4上有小孔8與準球面型的空間7相通。本發(fā)明采用犧牲層技術制備“準球面型”膜片,膜片的機械強度比平面型的要大,不易產(chǎn)生應力,制作工藝簡單。
文檔編號G01N27/12GK1232966SQ9810162
公開日1999年10月27日 申請日期1998年4月22日 優(yōu)先權日1998年4月22日
發(fā)明者李建平 申請人:中國科學院電子學研究所