一种气体传感器的制造方法以及由此制造的气体传感器技术

本发明专利技术涉及一种气体传感器的制造方法，包括：在硅衬底上产生硅突出平台；淀积第一金属薄膜层，在第一金属薄膜层上得到矩形的金属反射层图形；淀积第二金属薄膜层，在第二金属薄膜层上得到加热电阻图形；淀积第三金属薄膜层，在第三金属薄膜层上得到气敏电阻电极层叉指图形；在第三金属薄膜层上得到矩形的气敏电阻区图形；淀积第四金属薄膜层，该第四金属薄膜层为氧化物气敏材料层；在第三金属薄膜层上的气敏电阻区图形的区域留下第四金属薄膜层。本发明专利技术还提供一种根据上述制造方法得到的气体传感器。本发明专利技术的气体传感器横向切断加热电阻的热导路径，纵向形成热反射隔离，提高热绝缘效果。

【技术实现步骤摘要】
一种气体传感器的制造方法以及由此制造的气体传感器
本专利技术涉及传感器领域，更具体地涉及一种气体传感器的制造方法以及由此制造的气体传感器。
技术介绍
环境的质量与人们的生活和工作舒适度，健康息息相关。近几年来，随着人们对环境的要求越来越高，人们希望能有简单可靠，价格便宜的方法和产品检测环境空气的质量，比如一氧化碳，可燃性气体，乙醇，NO2等的不适或有毒气体在空气中的浓度。用金属氧化物的气敏原理来检测气体浓度是一种比较常用的方法。因为金属氧化物的气敏特性只有在较高的温度下才能表现出来，通常的用金属氧化物的气敏原理来检测气体浓度的传感器需要有加热功能和绝热功能。因此，该传感器的结构比较复杂，通常具有以下两个缺点。第一是为了使得气敏器件得到热隔离，需要使用MEMS工艺制作硅空腔，而MEMS工艺流程冗长，结构复杂，一致性和可靠性都不高。第二是因为使用硅空腔，其结构不稳定，不可靠，容易在操作中造成机械失效，增加成本。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种气体传感器的制造方法以及由此制造的气体传感器。本专利技术所述的气体传感器的制造方法，包括以下步骤：S1，在硅衬底上生长第一介质层，在第一介质层上涂第一光刻胶，在第一介质层上的保护区域内对硅衬底进行第一次光刻和硅刻蚀，产生硅突出平台；S2，在硅突出平台上淀积作为热反射层的第一金属薄膜层，在第一金属薄膜层上进行第二次光刻和第一金属薄膜层刻蚀，得到矩形的金属反射层图形；S3，在硅衬底和第一金属薄膜层上通过淀积第二介质层，在硅突出平台的第二介质层上淀积作为加热电阻层的第二金属薄膜层，在第二金属薄膜层上进行第三次光刻和第二金属薄膜层刻蚀，得到加热电阻图形；S4，在第二介质层和第二金属薄膜层上淀积第三介质层，在覆盖硅突出平台的第三介质层上淀积作为气敏电阻电极层的第三金属薄膜层，在第三金属薄膜层上进行第四次光刻和第三金属薄膜层刻蚀，得到气敏电阻电极层叉指图形；S5，在第三介质层和第三金属薄膜层上涂覆第五光刻胶，在第三金属薄膜层上进行第五次光刻，得到矩形的气敏电阻区图形，而第三介质层上的第五光刻胶保留；S6，在剩余的第五光刻胶和第三金属薄膜层上淀积第四金属薄膜层，该第四金属薄膜层为氧化物气敏材料层；S7，利用溶剂将第三介质层上的第五光刻胶去除，在第三金属薄膜层上的气敏电阻区图形的区域留下第四金属薄膜层，其它区域的第四金属薄膜层随第五光刻胶的去除而被剥离。所述硅衬底为N型或P型硅片；所述第一、第二、第三介质层为氧化硅层或氮化硅层；所述第一、第二、第三金属薄膜层为TiW、Ti、或Pt；所述第四金属薄膜层为SnO2、ZnO、或TiO2。所述第一、第二、第三介质层的厚度介于0.1微米到2微米之间；所述硅突出平台的厚度介于0.5微米到2微米之间；所述第一、第二、第三金属薄膜层的厚度介于10纳米至2微米之间；所述第四金属薄膜层的厚度介于0.1微米至2微米之间。所述硅突出平台具有坡度而具有矩形的顶部边缘和底部边缘。所述淀积通过PECVD、PVD实现。所述加热电阻图形和气敏电阻电极层叉指图形分别由若干平行间隔开的条状连接而成。所述加热电阻图形和气敏电阻电极层叉指图形的条纹相互垂直。所述制造方法还包括步骤S8，在真空，或氮气，或其他惰性气体气氛下对整个结构退火。本专利技术还提供一种根据上述制造方法得到的气体传感器。第二金属薄膜层及其加热电阻图形组成所述气体传感器的加热电阻，第三金属薄膜层及其气敏电阻电极层叉指图形组成叉指结构作为所述气体传感器的电极，第四金属薄膜层作为所述气体传感器的传感器电阻，以通过加热电阻对该传感器电阻进行加热。本专利技术的气体传感器，一方面由于包括硅突出平台，横向切断加热电阻的热导路径，提高热隔离效果，另一方面由于包括第一金属薄膜层，纵向形成热反射隔离，进一步提高热绝缘效果。总之，根据本专利技术的气体传感器的制造方法由于采用CMOS工艺，而不需要特殊的MEMS工艺也不涉及硅空腔，使得结构简单可靠，成本低廉。附图说明图1示出了根据本专利技术生长在硅衬底上的第一介质层；图2示出了根据本专利技术涂覆在第一介质层上的第一光刻胶；图3示出了根据本专利技术形成在硅衬底上的硅突出平台；图4示出了根据本专利技术淀积在硅突出平台上的第一金属薄膜层；图5示出了第一金属薄膜层的金属反射层图形；图6示出了根据本专利技术淀积在硅衬底和第一金属薄膜层上的第二介质层；图7示出了根据本专利技术淀积在第二介质层上的第二金属薄膜层；图8示出了第二金属薄膜层的加热电阻图形；图9示出了根据本专利技术淀积在第二介质层和第二金属薄膜层上的第三介质层；图10示出了根据本专利技术淀积在第三介质层上的第三金属薄膜层；图11-图12示出了第三金属薄膜层的气敏电阻电极层叉指图形；图13示出了根据本专利技术涂覆在第三金属薄膜层和第三介质层上的第五光刻胶；图14示出了根据本专利技术光刻在第三金属薄膜层上的气敏电阻区图形；图15示出了根据本专利技术淀积在第五光刻胶和第三金属薄膜层上的第四金属薄膜层；图16示出了根据本专利技术去除第三介质层上的第五光刻胶；图17示出了根据本专利技术的气体传感器的工作原理。具体实施方式下面结合附图，给出本专利技术的较佳实施例，并予以详细描述。在专利技术中，术语“MEMS工艺”指的是下至纳米尺度，上至毫米尺度微结构加工工艺；术语“CMOS工艺”指的是补偿型金属氧化层半导体工艺(ComprehensiveMetalOxideSemiconductor)；术语“Lift-off工艺”指的是一种通过剥离光刻胶来制造薄膜图形的工艺；术语“光刻胶”指的是一种对光敏感的聚酰亚胺；术语“光罩”指的是一种掩模版，可以使得部分区域感光而另一部分区域不感光；术语“气敏材料”指的是一种其电阻率对特定气体敏感的特殊材料；术语“PECVD”指的是等离子体增强化学气相沉积法(PlasmaEnhancedChemicalVaporDeposition)；术语“PVD”指的是物理气相沉积法(PhysicalVaporDeposition)；术语“CVD”指的是化学气相沉积法(ChemicalVaporDeposition)。根据本专利技术的气体传感器的制造方法首先包括：在硅衬底1上生长第一介质层11，如图1所示。其中，硅衬底1可以是N型或P型硅片，电阻率不限，硅片的直径尺寸可以是4英寸，6英寸，8英寸或12英寸。其中，该第一介质层11可以是氧化硅或氮化硅，该第一介质层11的厚度介于0.1微米到2微米之间。根据本专利技术的气体传感器的制造方法接下来包括：在第一介质层11上涂覆第一光刻胶12，如图2所示，在第一介质层11上的保护区域内对硅衬底1进行第一次光刻和硅刻蚀，湿法腐蚀去除第一介质层11和第一光刻胶12，得到硅突出平台8，如图3所示。其中，硅刻蚀使用湿法KOH刻蚀，使得硅突出平台8的边缘有一定坡度，使后续第二金属4与第三金属6作为金属连线更加可靠。硅突出平台8的厚度在0.5微米至2微米之间。显然，该硅突出平台8的厚度可以根据需要通过硅刻蚀的工艺参数进行任意调整的。根据本专利技术的气体传感器的制造方法接下来包括：在硅突出平台8的整个硅片上通过PVD淀积第一金属薄膜层2，如图4所示，作为热反射层。其中，第一金属薄膜层2的材料可以是TiW，Ti，Pt或其他高反射率的金属。第一金属薄膜层2的厚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气体传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在硅衬底(1)上生长第一介质层(11)，在第一介质层(11)上涂第一光刻胶(12)，在第一介质层(11)上的保护区域内对硅衬底(1)进行第一次光刻和硅刻蚀，产生硅突出平台(8)；S2，在硅突出平台(8)上淀积作为热反射层的第一金属薄膜层(2)，在第一金属薄膜层(2)上进行第二次光刻和第一金属薄膜层(2)刻蚀，得到矩形的金属反射层图形(14)；S3，在硅衬底(1)和第一金属薄膜层(2)上通过淀积第二介质层(3)，在硅突出平台(8)的第二介质层(3)上淀积作为加热电阻层的第二金属薄膜层(4)，在第二金属薄膜层(4)上进行第三次光刻和第二金属薄膜层(4)刻蚀，得到加热电阻图形(15)；S4，在第二介质层(3)和第二金属薄膜层(4)上淀积第三介质层(5)，在覆盖硅突出平台(8)的第三介质层(5)上淀积作为气敏电阻电极层的第三金属薄膜层(6)，在第三金属薄膜层(6)上进行第四次光刻和第三金属薄膜层(6)刻蚀，得到气敏电阻电极层叉指图形(16)；S5，在第三介质层(5)和第三金属薄膜层(6)上涂覆第五光刻胶(13)，在第三金属薄膜层(6)上进行第五次光刻，得到矩形的气敏电阻区图形(17)，而第三介质层(5)上的第五光刻胶(13)保留；S6，在剩余的第五光刻胶(13)和第三金属薄膜层(6)上淀积第四金属薄膜层(7)，该第四金属薄膜层(7)为氧化物气敏材料层；S7，利用溶剂将第三介质层(5)上的第五光刻胶(13)去除，在第三金属薄膜层(6)上的气敏电阻区图形(17)的区域留下第四金属薄膜层(7)，其它区域的第四金属薄膜层(7)随第五光刻胶(13)的去除而被剥离。...

【技术特征摘要】
1.一种气体传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在硅衬底(1)上生长第一介质层(11)，在第一介质层(11)上涂第一光刻胶(12)，在第一介质层(11)上的保护区域内对硅衬底(1)进行第一次光刻和硅刻蚀，产生硅突出平台(8)；S2，在硅突出平台(8)上淀积作为热反射层的第一金属薄膜层(2)，在第一金属薄膜层(2)上进行第二次光刻和第一金属薄膜层(2)刻蚀，得到矩形的金属反射层图形(14)；S3，在硅衬底(1)和第一金属薄膜层(2)上通过淀积第二介质层(3)，在硅突出平台(8)的第二介质层(3)上淀积作为加热电阻层的第二金属薄膜层(4)，在第二金属薄膜层(4)上进行第三次光刻和第二金属薄膜层(4)刻蚀，得到加热电阻图形(15)；S4，在第二介质层(3)和第二金属薄膜层(4)上淀积第三介质层(5)，在覆盖硅突出平台(8)的第三介质层(5)上淀积作为气敏电阻电极层的第三金属薄膜层(6)，在第三金属薄膜层(6)上进行第四次光刻和第三金属薄膜层(6)刻蚀，得到气敏电阻电极层叉指图形(16)；S5，在第三介质层(5)和第三金属薄膜层(6)上涂覆第五光刻胶(13)，在第三金属薄膜层(6)上进行第五次光刻，得到矩形的气敏电阻区图形(17)，而第三介质层(5)上的第五光刻胶(13)保留；S6，在剩余的第五光刻胶(13)和第三金属薄膜层(6)上淀积第四金属薄膜层(7)，该第四金属薄膜层(7)为氧化物气敏材料层；S7，利用溶剂将第三介质层(5)上的第五光刻胶(13)去除，在第三金属薄膜层(6)上的气敏电阻区图形(17)的区域留下第四金属薄膜层(7)，其它区域的第四金属薄膜层(7)随第五光刻胶(13)的去除而被剥离。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述硅衬底(1)为N型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张进，戈肖鸿，俞正寅，庞俊，戴华，张培军，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31