基于mems技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，包括以下步骤：以石英片作为衬底，在石英片正面磁控溅射淀积一层Si3N4薄膜；在Si3N4薄膜上涂一层光刻胶，以电极图形作为掩膜板，紫外光曝光后除掉曝光的光刻胶；在处理后的石英片正面磁控溅射一层Pt薄膜；在丙酮中剥离光刻胶和光刻胶上面的Pt；在基片上表面再涂一层光刻胶，用与电极图形互补的图形作为掩膜板，紫外光曝光后除掉曝光的光刻胶；在石英片正面和背面磁控溅射一层Si3N4薄膜；在丙酮中剥离光刻胶和光刻胶上面的Si3N4。本发明制备方法工艺步骤简单，采用致密性高的氮化硅薄膜作为保护层，与集成电路制备工艺兼容。
【专利说明】基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法【技术领域】[0001]本发明涉及盐度传感器领域，尤其涉及一种基于MEMS (Micro Electro Mechanical Systems,微机电系统)技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法。【背景技术】[0002]海水盐度是自然海洋生态系统的基本参数，影响着生物的种类、结构和功能，是海 洋调查、海洋渔业研究和海洋环境污染检测中最重要的观测项目之一。各处海水虽然含盐 量不同，但其主要成分的比例却是基本恒定的，因此可利用电导率推算出盐度。电极式电导 率盐度传感器具有信号强、灵敏度高、抗干扰能力高、测量电路简单的特点。电极式电导率 盐度传感器目前有二电极、四电极等。四电极型电导率盐度传感器因将电压测量和电流输 入电极分开，避免了杂散电流和极化阻抗的影响，应用广泛。[0003]传统机械加工工艺制备的盐度传感器尺寸较大，能耗较高，不适用于需要微型传 感器的场合。而MEMS盐度传感器米用微纳加工技术,制作成本低,器件体积小、能耗低,可 装配在在线测量仪如系缆式剖面、浮标和水下机器人等仪器。目前文献报道的MEMS盐度传 感器主要有两种制备方法:一种是基于娃衬底或玻璃衬底；一种是基于PCB多层板衬底。[0004]第一种方法，以硅片或玻璃片作为衬底，在上面淀积粘附层、电极、保护层等。丹麦 Lyngby 大学的A.Hyldgard (Autonomous mult1-sensor micro-system for measurement of ocean water salinity[J], Sensors and Actuators A:Physical, 2008, 147:474-484) 米用娃基 MEMS 技术制作了尺寸达 4mmX6mm 的 CTD (conductivity temperature depth) 系统，其中就包含了一个约2mmX3mm的方形四电极电导率传感器和温度传感器。先在娃片 上生长一层二氧化硅薄膜作为粘附层，接着通过低压化学气相淀积(LPCVD)、物理气相淀积 (PVD)、退火工艺生长TiSi2作为连线和温度感应电极，通过低压化学气相淀积生长Si3N4作 为保护层，淀积Pt电极作为电导率感应电极。X.Huang等人(A Miniature, High Precision Conductivity and Temperature Sensor System for Ocean Monitoring[J], Sensors Journal, IEEE, 2011，11:3246-3252)在玻璃基底上制备了集成式的CT传感器，采用平面7 电极电导传感器和块状钼电阻温度传感器，并采用环氧树脂保护电极。赵湛等人(基于MEMS 工艺的硅基四电极电导率与温度集成传感器芯片的研制[J]，传感技术学报，2011，24 (7): 966-969)以硅片为衬底，在硅片两面生长SiO2作为绝缘层，在SiO2表面生长低应力Si3N4薄 膜，再通过光刻、磁控溅射，剥离和SU8隔离的方法沉积一层300nm的Pt温度传感器与电 导率传感器，但尚未有封装和用于实际海水等样品测试环境。[0005]第二种方法H.A.Broadbent 等人(Fabrication of a LCP-based conductivity cell and resistive temperature device via PCB MEMS technology[J], Journal of Micromechanics and Microengineering, 2007, 17:722-729)开发了 PCB-MEMS 技术采用 PCB 多层板做基底，采用无掩膜光刻法和其他MEMS工艺，制作了基于液晶聚合物(LCP)材料的 电导率传感器。然而PCB-MEMS制造技术与传统的集成电路制备工艺不兼容，因此批量生产 存在困难。[0006]综上，目前国内的电极式电导率盐度传感器大多采用机械加工工艺制备，器件尺 寸较大，不适用于需要微型传感器的场合。国外文献报道的MEMS盐度传感器制备方法， 或者工艺步骤复杂、成本较高，或者保护层致密性不好，或者与传统集成电路制备工艺不兼容。
【发明内容】
[0007]有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种基于MEMS技术的接触式四电极盐度传 感器的制备方法。[0008]基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，包括以下步骤:[0009](I)选取石英片作为衬底，清洗干净；[0010](2)在石英片正面磁控溅射淀积一层Si3N4薄膜；[0011](3)在Si3N4薄膜上涂一层光刻胶，以电极图形作为掩膜板，紫外光曝光；用相应的 显影液除掉曝光的光刻胶；[0012](4)在步骤(3)处理后的石英片正面磁控溅射一层Pt薄膜；[0013](5)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Pt薄膜；[0014](6)用与电极图形互补的图形作为掩膜板，重复步骤(3);[0015](7)在石英片正面和背面磁控溅射一层Si3N4薄膜；[0016](8)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Si3N4薄膜。[0017]优选地，所述步骤(3)还包括用氧等离子轰打石英片表面，去除残余曝光光刻胶。[0018]优选地，所述电极图形掩膜板包含接触区、电导率感应电极和温度感应电极；所述 电导率感应电极有4个，每个电导率感应电极具有I个接触区；所述温度感应电极有I个， 温度感应电极的两端各有I个接触区。[0019]更优选地，所述温度感应电极呈蜿蜒式结构。[0020]与现有技术相比，本发明基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法 具有以下有益效果:[0021]1、采用微纳加工技术，电极宽度为微米级别，电极厚度为纳米级别，制得的器件尺 寸小，可以用在需要微型传感器的场合；[0022]2、工艺步骤简单，采用致密性高的氮化硅薄膜作为保护层，与集成电路制备工艺兼容。【专利附图】
【附图说明】[0023]图1为本发明基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法的流程图。I 为石英片，2为Si3N4粘附层，3为光刻胶，4为Pt，5为Si3N4保护层。[0024]图2为四电极图形掩膜板的示意图。[0025]图3为四电极图形互补图形掩膜板的示意图。[0026]图4为使用本发明制备方法得到的盐度传感器的截面图。【具体实施方式】[0027]为了更好的说明本发明，下面结合附图做进一步说明。本发明中使用的上下左右的等方位名词，都与具体附图相对应。本发明中使用的术语，如无特殊说明都按本领域常规 定义理解。[0028]实施例1[0029]如图1所示，基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，包括以下步 骤:[0030](I)选取石英片作为衬底，清洗干净；[0031](2)在石英片正面通过磁控溅射淀积一层Si3N4薄膜；[0032](3)在Si3N4薄膜上旋涂一层AZ4620光刻胶3，以电极图形作为掩膜板(见图2)， 进行紫外光曝光；用相应的显影液除掉曝过光的光刻胶，留下未经曝光的光刻胶；用氧等 离子轰打表面，去除残余曝光光刻胶；[0033](4)在步骤(3)处理后的石英片正面磁控溅射一层Pt薄膜；[0034](5)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Pt薄膜；[0035](6)用与电极图形互补的图形作为掩膜板(见图3)，重复步骤(3)；[0036](7)在石英片正面和背面磁控溅射一层厚的Si3N4薄膜；[0037](8)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Si3N4薄膜。[0038]如图2所示，所述电极图形掩膜板包含接触区、电导率感应电极和温度感应电极； 所述电导率感应电极有4个，每个电导率感应电极具有I个接触区；所述温度感应电极有I 个，温度感应电极的两端各有I个接触区，所述温度感应电极呈蜿蜒式结构。所示电极图形 互补图形掩膜板如图3所示。[0039]如图4所示，基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器，包含石英基片衬底1、位 于石英基片衬底I的上表面Si3N4粘附层2和位于Si3N4粘附层2之上钼金属电极4 ;所述 基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的正面和背面还各包含一层Si3N4保护层5。[0040]以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【权利要求】
1.一种基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，其特征在于:包括以下 步骤:(1)选取石英片作为衬底，清洗干净；(2)在石英片正面磁控溅射淀积一层Si3N4薄膜；(3)在Si3N4薄膜上涂一层光刻胶，以电极图形作为掩膜板，紫外光曝光；用相应的显影 液除掉曝光的光刻胶；(4)在步骤(3)处理后的石英片正面磁控溅射一层Pt薄膜；(5)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Pt薄膜；(6)用与电极图形互补的图形作为掩膜板，重复步骤(3)；(7)在石英片正面和背面磁控溅射一层Si3N4薄膜；(8)在丙酮中剥离光刻胶，去除光刻胶上面的Si3N4薄膜。
2.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，其特 征在于:所述步骤(3)还包括用氧等离子轰打石英片表面，去除残余曝光光刻胶的步骤。
3.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，其特 征在于:所述电极图形掩膜板包含接触区、电导率感应电极和温度感应电极；所述电导率 感应电极有4个，每个电导率感应电极具有I个接触区；所述温度感应电极有I个，温度感 应电极的两端各有I个接触区。
4.根据权利要求1所述的基于MEMS技术的接触式四电极盐度传感器的制备方法，其特 征在于:所述温度感应电极呈蜿蜒式结构。
【文档编号】B81C1/00GK103601147SQ201310561955
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】唐观荣, 陈秋兰, 邸思, 金建, 陈贤帅 申请人:广州中国科学院先进技术研究所