集成纳米结构的薄膜型mos气体传感器及其制作方法_2

文档序号:9842701阅读:来源:国知局
结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层包括:采用滴涂金属氧化物前躯体、旋转硅基底形成金属氧化物前躯体薄膜层并陶瓷化生成金属氧化物敏感膜层的工艺,在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域实现金属氧化物敏感膜层的制作,之后进行400 0C?600°(:的陶瓷化处理。
[0026]可选的,所述多晶硅薄膜层的厚度为0.1?2微米。
[0027]可选的,电极的厚度为0.05?I微米,电极的长、宽为10?200微米,梳齿敏感电极间距为I?50微米;所述电极材料包括金属和合金薄膜或重掺杂的多晶硅,所述金属选自Pt、Au、Ag、Cu、N1、W中的一种,所述合金薄膜选自附/0、]\10/]\111、(]11/211、厶8/?(1、?1:/^11、卩6/(]0中的一种,所述重掺杂的多晶硅包括N型或P型重掺杂多晶硅,用于传感器电信号的引出。
[0028]本发明提供的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器及其制作方法,通过巧妙的版图布局,实现了加热电极和信号提取梳齿敏感电极的同步工艺制作,在同一结构层上实现了两种功能电极结构,简化了工艺流程和器件结构;采用等离子浸没注入(PIII)干法刻蚀工艺、反应离子刻蚀等其它微电子加工工艺刻蚀制备所述的纳米尺度娃结构,形成娃表面刻蚀的纳米粗糙表面,以提高后续金属氧化物敏感膜层与目标气体的接触面积,从而提高灵敏度。使用磁控溅射制作金属氧化物敏感薄膜或者采用滴涂、旋转硅基底的方式形成金属氧化物前躯体薄膜层并陶瓷化生成金属氧化物敏感膜层的工艺在所述纳米尺度硅结构之上实现敏感膜层的制作,物理的增加表面敏感膜的多孔性,提高气体传感器的灵敏度和响应时间,结构巧妙,工艺简单。所采用的纳米尺度黑娃材料以及其加工制作工艺完全与微电子工艺兼容,工艺兼容性好,可批量制作。相比于直接使用滴涂的方式制备的厚膜型气体传感器,提高了结构的可重复性;并且与MEMS工艺相结合,使其制作气体传感器的制作方式简便,可进行批量性生产。另外,相比于使用P25Ti02等商用金属氧化物粉末与有机溶剂混合,通过丝网印刷的方法制备敏感膜层,减小了工艺的复杂性,增加操作的可行性;避免了表面敏感膜晶粒的团聚,并且有效的增加的接触被测气体的有效面积。提高了工艺兼容性,避免了厚膜工艺制作敏感薄膜的复杂性和后续其它工艺对敏感膜层的破坏,同时增加了薄膜型气体传感器的灵敏度,与MEMS工艺结合并且可批量制造,提高工艺可重复性。
【附图说明】
[0029]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0030]图1为在承载硅基底I上制作氧化硅薄膜层2得到的结构的剖视图;
[0031 ]图2为在图1所示的结构上制作氮化硅薄膜层3得到的结构的剖视图;
[0032]图3为在图2所示的结构上制作多晶硅薄膜层4得到的结构的剖视图;
[0033]图4为在图3所示的结构上对多晶硅薄膜层4进行图形化处理形成图形化多晶硅薄膜层5得到的结构的剖视图;
[0034]图5为在图4所示的结构上在非敏感区域光刻干法释放口6得到的结构的剖视图;
[0035]图6为在图5所示的结构上制作梳齿敏感电极7a、加热电极7b以及引线键合pad7c得到的结构的剖视图;
[0036]图7为在图6所示的结构上制作纳米尺度硅结构8得到的结构的剖视图;
[0037]图8为在图7所示的结构上制作金属氧化物敏感膜层9得到的结构的剖视图;
[0038]图9为在图8所示的结构上制作传感器释放后空腔10得到的结构的剖视图;
[0039]图10为本发明实施例提供的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器的平面结构俯视图。
【具体实施方式】
[0040]下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
[0041]本发明实施例提供一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器,如图9所示,所述集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器从底部向顶部依次包括:承载硅基底I,传感器释放后空腔10、MEMS氧化硅2、氮化硅3复合膜支撑结构,图形化多晶硅薄膜层5,纳米尺度硅结构8,梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad层结构,金属氧化物敏感膜层9。
[0042]可选的,所述MEMS氧化硅、氮化硅复合膜支撑结构自下而上包括厚度为0.1?2微米的绝热氧化硅薄膜层、厚度为0.1?I微米的匀热氮化硅薄膜层。
[0043]可选的,所述多晶硅薄膜层的厚度为0.1?2微米。
[0044]可选的,电极的厚度为0.05?I微米,电极的长、宽为10?200微米,梳齿敏感电极间距为I?50微米;所述电极材料包括金属和合金薄膜或重掺杂的多晶硅,所述金属选自Pt、Au、Ag、Cu、N1、W中的一种,所述合金薄膜选自附/0、]\10/]\111、(]11/211、厶8/?(1、?1:/^11、卩6/(]0中的一种,所述重掺杂的多晶硅包括N型或P型重掺杂多晶硅,用于传感器电信号的引出。
[0045]可选的,所述金属氧化物敏感膜层为Zn0、Sn02、Ti02、Fe203中的一种,晶粒直径为10?500]1111,膜层的厚度为30?500111]1。
[0046]本发明实施例提供一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器的制造方法,所述方法包括:
[0047]S11、在用来承载MEMS结构的承载硅基底I上,采用低压力化学气相沉积法(LPCVD)制备厚度为0.1?2微米的绝热氧化硅薄膜层2,得到如图1所示的结构。
[0048]S12、在图1所示的结构上,采用低压力化学气相沉积法(LPCVD)制备厚度为0.1?I微米的匀热氮化硅薄膜层3,得到如图2所示的结构。
[0049]S13、在图2所示的结构上,采用压力化学气相沉积法(LPCVD)制备厚度为0.1?2微米的多晶硅薄膜层4,得到如图3所示的结构。
[0050]S14、在图3所示的结构上,对多晶硅薄膜层4进行图形化处理,形成图形化多晶硅薄膜层5,得到如图4所示的结构。
[0051]S15、在图4所示的结构上,在非敏感区域光刻干法释放口6,为后期干法释放形成悬浮结构做准备,得到如图5所示的结构。
[0052 ] S16、在图5所示的结构上,在多晶硅表面制备梳齿敏感电极7a、加热电极7b以及引线键合pad 7c,得到如图6所示的结构。
[0053]所述两种电极采用电子束蒸发、溅射、原子层沉积的工艺制备。电极的厚度为0.05?I微米,电极的长、宽在1?200微米左右,梳齿敏感电极间距为I?50微米,所述电极材料包括金属和合金薄膜或重掺杂的多晶娃,所述金属选自Pt、Au、Ag、Cu、N1、胃中的一种,所述合金薄膜选自附/0、10/^11、01/211)8/?(1、?^^11、?6/(:0中的一种,所述重掺杂的多晶硅包括N型或P型重掺杂多晶硅,用于传感器电信号的引出。
[0054]S17、在图6所示的结构上,采用等离子浸没注入(PIII)干法刻蚀纳米尺度硅、反应离子刻蚀纳米尺度硅或其它微电子加工工艺,刻蚀多晶硅表面,形成直径在10?lOOOnm、高度在10?100nm的纳米尺度娃结构8粗糙起伏,所述的纳米尺度娃结构包括山峰状结构、蜂窝网结构、锥形结构、树状结构以及凹坑状不规则结构,得到如图7所示的结构
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