一种mems红外光源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种MEMS红外光源，包括一具有悬空结构的单晶硅衬底，所述单晶硅衬底的正面和反面分别为SiO2薄膜层，所述单晶硅衬底正面的SiO2薄膜层包括一层Si3N4薄膜层，所述Si3N4薄膜层上设置有一电极连接层，所述电极连接层上为一电极层，所述电极连接层与电极层形成的加热电极成一条纹结构设置在所述Si3N4薄膜层上。本实用新型制备的MEMS红外光源工艺简单，成本低，易于批量化生产，适用于便携式、微型化的气敏检测系统。
【专利说明】一种MEMS红外光源
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于气体检测的红外光源，具体的说，涉及一种基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,指微机电系统)微纳加工技术制备的气体检测红外光源。
【背景技术】
[0002]随着人们生活水平的提高和对生活环境的日益重视，人们对环境中的有害气体检测越来越关注。尤其是现代工业的快速发展以及各种建筑装修材料的应用，很多的有毒气体在不断侵害人们的身体。一方面工业方面排放的二氧化硫、硫化氢等有毒气体，对人类的生活造成很大的伤害；另一方面，人们在追求舒适生活的同时，对家庭室内的装修材料使用的越来越多，从而造成室内的甲醛等气体严重超标；最后一方面石油化工、药物合成等方面产生的有机气体，也对人们的健康产生较大的威胁。因此，如何准确、快速的对环境中的这些有毒气体进行有效的监测，是保护人类生活和健康的必要手段之一。
[0003]气体传感器是把空气中的某种特定的气体成分检测出来，并转换成相应电学信号的传感器件。因此，人们对气体传感器进行了大量的研究，其中之一就是用来对有毒有害气体的检测，从而去帮助人们改善和改正周围的环境。而且，随着生活环境的多元化，对气体传感器的检测要求也越来越高。目前在气体传感器检测方面，金属氧化物半导体气敏传感器和固态电解质传感器占据了绝大部分市场。但是这两种都需要在较高的温度下进行工作，消耗功率大，灵敏度低，而且抗干扰能力差。
[0004]红外气体传感器主要是利用被检测气体通入传感器检测腔体，吸收红外光源发出的特定波长，用红外探测器来检测红外光的强度，并测量吸收光谱，即可得出被检测气体的浓度。而且利用红外光谱吸收的方法检测气体的红外气体传感器具有很多优点，它不仅精度高，选择性好，而且使用寿命长，量程较宽，抗干扰能力强。
[0005]但是，如果以传统的镍或能斯特灯作为红外光源，并以机械斩波器或电机机械调制光源，会造成红外气体传感器的体积较为庞大，而且系统功耗严重，稳定性变差。也难以满足现代化传感器低功耗、便携式的测试需求。随着近些年来微电子技术和MEMS微纳加工工艺的迅速发展，气体传感器逐渐在向小型化和微型化发展，并且其红外光源部分可以与半导体和MEMS的工艺相兼容。
实用新型内容
[0006]为克服现有红外气体传感器中的红外光源调制部件的体积庞大、价格昂贵、能耗较高等方面的缺点，本实用新型的目的在于提供一种功耗低、体积小、易于批量化生产的MHMS红外光源。
[0007]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0008]—种MEMS红外光源,其包括一具有悬空结构的单晶娃衬底，所述单晶娃衬底的正面和反面分别为SiO2薄膜层，所述单晶硅衬底正面的SiO2薄膜层包括一层Si3N4薄膜层，所述Si3N4薄膜层上设置有一电极连接层，所述电极连接层上为一电极层，所述电极连接层与电极层形成的加热电极成一条纹结构设置在所述Si3N4薄膜层上。
[0009]进一步的，所述金属连接层的材质为金属Ti。
[0010]进一步的，所述电极层的材质为金属Pt。
[0011]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:
[0012]本实用新型是以MEMS加工技术制备的用于红外气体检测仪中的红外光源，其工艺完全和IC加工工艺兼容，器件加工精度高，而且工艺相对简单、器件成本低、易于批量化生产,可以满足红外气体检测仪的小型化、集成化需求。
[0013]上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。本实用新型的【具体实施方式】由以下实施例及其附图详细给出。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中:
[0015]图1示出了本实用新型的MEMS红外光源截面示意图。
[0016]图中标号说明:1、单晶硅衬底，101、悬空结构，102、条纹结构，2、SiO2薄膜层，3、Si3N4薄I吴层，4、电极连接层，5、电极层。
【具体实施方式】
[0017]下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。
[0018]实施例:
[0019]参见图1所不,一种MEMS红外光源其包括一具有悬空结构101的单晶娃衬底I,所述单晶硅衬底I的正面和反面分别为SiO2薄膜层2，所述单晶硅衬底I正面的SiO2薄膜层2包括一层Si3N4薄膜层3，所述Si3N4薄膜层3上设置有一电极连接层4，所述电极连接层4上为一电极层5,所述电极连接层4与电极层5形成的加热电极成一条纹结构102设置在所述Si3N4薄膜层3上。
[0020]进一步的,所述金属连接层4的材质为金属Ti。
[0021]优选的,所述金属连接层4的厚度为30_50nm。
[0022]进一步的，所述电极层5的材质为金属Pt。
[0023]优选的，所述电极层5的厚度为150_200nm。
[0024]优选的，所述SiO2薄膜层2的厚度为300_500nm。
[0025]优选的，所述Si3N4薄膜层3的厚度为100_200nm。
[0026]优选的，所述单晶硅衬底I的厚度为500-550um。
[0027]本实用新型的MEMS红外光源的制备方法，包括以下制备步骤:
[0028]步骤1:清洗单晶硅片，
[0029]将厚度为500-550um双面抛光的单晶硅片放在由H2O2和&504混合而成的清洗液中清洗，然后用去离子水冲洗，并用氮气吹干，置于净化环境中作为单晶硅衬底待用；[0030]步骤2:双面热氧化单晶硅衬底，
[0031]采用干法氧化的方法，在所述单晶硅衬底正、反面形成厚度为300_500nm的SiO2
薄膜层；
[0032]步骤3:生长Si3N4薄膜层，
[0033]利用LPCVD/PECVD设备在所述单晶硅衬底正面的SiO2薄膜层上生长厚度为100-200nm 的 Si3N4 薄膜层；
[0034]步骤4:图形化加热电极，
[0035]在生长Si02、Si3N4薄膜层上，利用MEMS工艺图形化出加热电极图案，具体包括以下步骤:
[0036]步骤4.1)电极连接层溅射，通过磁控溅射设备溅射一层厚度为30_50nm的金属Ti作为电极连接层；
[0037]步骤4.2)电极层溅射，在所述电极连接层上，溅射一层厚度为150_200nm的金属Pt层作为电极层；
[0038]步骤5:图形化悬空区域，
[0039]在所述单晶硅衬底反面的SiO2薄膜层上，利用MEMS工艺图形化出需要悬空区域的图案，具体包括以下步骤:
[0040]步骤5.DSiO2刻蚀，在所述单晶硅衬底反面图形化后的需要悬空的区域，利用RIE刻蚀设备进行SiO2刻蚀；
[0041]步骤5.2)单晶硅刻蚀，在刻蚀SiO2后的单晶硅衬底上，利用ICP硅刻蚀设备进行单晶硅刻蚀，刻蚀深度为400-450um ；
[0042]步骤6:加热电极释放，具体包括以下步骤:
[0043]步骤6.1)利用化学腐蚀方法去除单晶硅衬底正面多余的金属T1、Pt及光刻胶；
[0044]步骤6.2) Si3N4刻蚀，在去除光刻胶和多余的金属T1、Pt之后，利用RIE刻蚀设备将加热电极旁边残余的Si3N4刻蚀掉；
[0045]步骤6.3)Si02刻蚀，在刻蚀Si3N4之后，利用RIE刻蚀设备将加热电极旁边残余的SiO2刻蚀掉；
[0046]步骤7:硅穿通刻蚀，
[0047]利用单晶硅湿法刻蚀工艺，在刻蚀溶液中穿通刻蚀，以刻蚀出具有悬空结构的单晶娃衬底；
[0048]步骤8:清洗，利用有机溶剂乙醇和去离子水，对刻蚀后的单晶硅进行清洗；
[0049]步骤9:机械划片，利用机械划片机，对阵列器件进行划片，分割成单个的MEMS红外光源。
[0050]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种MEMS红外光源,其特征在于:包括一具有悬空结构(101)的单晶娃衬底(I),所述单晶硅衬底(I)的正面和反面分别为SiO2薄膜层(2)，所述单晶硅衬底(I)正面的SiO2薄膜层(2)包括一层Si3N4薄膜层(3)，所述Si3N4薄膜层(3)上设置有一电极连接层(4)，所述电极连接层(4)上为一电极层(5)，所述电极连接层(4)与电极层(5)形成的加热电极成一条纹结构(102)设置在所述Si3N4薄膜层(3)上。
2.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于:所述金属连接层(4)的材质为金属Ti，所述金属连接层(4)的厚度为30-50nm;所述电极层(5)的材质为金属Pt，所述电极层(5)的厚度为150-200nm。
3.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于:所述SiO2薄膜层(2)的厚度为300_500nm。
4.根据权利要求1所述的MEMS红外光源，其特征在于:所述Si3N4薄膜层(3)的厚度为 100_200nm。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的MEMS红外光源，其特征在于:所述单晶硅衬底(I)的厚度为500— 550um。
【文档编号】B81C1/00GK203754412SQ201420134722
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年3月24日 优先权日:2014年3月24日
【发明者】石威, 赵真真, 吴奇, 李永方 申请人:苏州宏态环保科技有限公司