。
[0055]S18、在图7所示的结构上，使用磁控溅射的方法在纳米尺度硅结构8、梳齿敏感电极7a、加热电极7b以及引线键合pad 7c区域沉积金属氧化物敏感膜层9，所述的金属氧化物敏感膜层9为Zn0、Sn02、Ti02、Fe203中的一种，制备的晶粒直径在10?500nm，膜层的厚度在30?500nm左右，沉积在刻蚀的纳米尺度硅结构之上。之后进行400°C?600°C的退火处理，得到如图8所示的结构。
[0056]可选的，可以在图7所示的结构上，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8、梳齿敏感电极7a、加热电极7b以及引线键合pad 7c区域实现金属氧化物敏感膜层9的制作，之后进行400°C?600°C的陶瓷化处理，得到如图8所示的结构。
[0057]S19、在图8所示的结构上，使用XeF2、RIE等微电子刻蚀工艺对承载硅基底I进行各项同性干法刻蚀，形成纵向深度在I?100微米左右、横向刻蚀穿透的热隔离的悬浮器件结构。悬浮膜层下方为传感器释放后空腔10，传感器敏感薄膜悬空区域与硅基底之间通过支撑臂11相连接，得到如图9所示的结构。
[0058]如图10所示，为采用上述制作方法得到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，图10中虚线所示为图1至图9所示剖视图的截面位置。[0059 ]至此，使用创新的工艺方法制成的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器完成。
[0060]本发明实施例提供的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器的制造方法，通过优化工艺流程，实现了所提出的集成纳米结构的传感器。在增加比表面积核心功能结构区域即纳米尺度硅结构制备的同时，完成了加热电极、梳齿敏感电极及弓I线键合pad层结构的制作集成。具体来讲，先通过低压化学气相沉积法(LPECVD)、等离子增强气相沉积法(PECVD)等微电子薄膜生长工艺生长平整的多晶硅层，之后再所述的平整多晶硅层上使用电子束蒸发、溅射、原子层沉积工艺等金属生长微电子制备工艺制备电极层。之后采用开发的等离子浸没注入(PIII)的方法、反应离子刻蚀(RIE)等微电子干法刻蚀工艺制备纳米尺度硅结构，图6所示的梳齿敏感电极7a，加热电极7b覆盖之外的区域8被刻蚀形成所述的纳米尺度硅结构，而被电极7a、7b覆盖的区域不受影响。从而完成纳米尺度硅结构的同时，顺利实现了核心电极结构的制备。
[0061]此外，通过采用溅射或其它微电子薄膜制备工艺制备晶粒直径纳米尺度的金属氧化物敏感膜层，所述的金属氧化物敏感膜层位于纳米尺度的硅结构和加热电极及梳齿敏感电极上方，通过梳齿敏感电极实现传感器电信号的引出。所述的此种结构，一方面易于与纳米尺度的硅结构集成，可连续的覆盖在纳米尺度硅结构之上；同时，由于采用了微电子常规工艺制备气体敏感膜层材料，易于实现批量化制备，降低成本。
[0062]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，从底部向顶部依次包括:承载硅基底，传感器释放后空腔、MEMS氧化硅、氮化硅复合膜支撑结构，图形化多晶硅薄膜层，纳米尺度硅结构，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。2.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，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。3.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，所述多晶硅薄膜层的厚度为0.1?2微米。4.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，电极的厚度为0.05?I微米，电极的长、宽为1?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娃，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、48/?(1、？1:/^11、？6/&3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。5.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，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?500nm，膜层的厚度为30?500nm。6.一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器的制造方法，其特征在于，包括: 在承载硅基底上，采用低压力化学气相沉积法制备厚度为0.1?2微米的绝热氧化硅薄膜层； 在绝热氧化硅薄膜层上，采用低压力化学气相沉积法制备厚度为0.1?2微米的匀热氮化娃薄膜层； 在匀热氮化硅薄膜层上，采用压力化学气相沉积法制备厚度为0.1?2微米的多晶硅薄膜层； 对多晶硅薄膜层进行图形化处理，形成图形化多晶硅薄膜层； 在非敏感区域光刻干法释放口 ； 在多晶娃表面制备梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad ； 刻蚀多晶娃表面，形成纳米尺度娃结构粗糙起伏； 在纳米尺度娃结构、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； 对承载硅基底进行同性干法刻蚀，形成纵向深度在I?100微米左右、横向刻蚀穿透的热隔离的悬浮器件结构，悬浮膜层下方为传感器释放后空腔，传感器敏感薄膜悬空区域与硅基底之间通过支撑臂相连接。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层包括:使用磁控溅射的方法在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层，之后进行400 °C?600 °C的退火处理。8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在纳米尺度硅结构、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 0C的陶瓷化处理。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述多晶硅薄膜层的厚度为0.1?2微米。10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，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娃，所述金属选自Pt、Au、Ag、Cu、N1、W中的一种，所述合金薄膜选自Ni/Cr、Mo/Mn、Cu/Zn、Ag/Pd、Pt/Au、Fe/Co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。
【专利摘要】本发明公开了一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器及其制作方法，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，传感器释放后空腔、MEMS氧化硅、氮化硅复合膜支撑结构，图形化多晶硅薄膜层，纳米尺度硅结构，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。
【IPC分类】B82Y40/00, G01N27/12
【公开号】CN105606661
【申请号】CN201610133211
【发明人】明安杰, 郑轩, 陈大鹏
【申请人】中国科学院微电子研究所
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2016年3月9日