电容式氢气传感器及其制备方法技术

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种电容式氢气传感器及其制造方法，包括：电极层形成在所述衬底的介质层上，第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；氢气敏感层，形成在所述电极层上，且氢气敏感层为网状结构的聚合物膜。本发明专利技术采用网状结构的聚合物膜作为氢气敏感层，这样氢气敏感层可以具有足够高的氢气渗透性，使得电容式氢气传感器的灵敏度更高，响应速度更快，此外，第一电极、第二电极呈叉指状交错排列，使得整个电容式氢气传感器有效面积变大、容值大、灵敏度高。值得一提的是，本实施例中的制造工艺可以与CMOS工艺平台完美兼容，大大缩小了器件的尺寸，易于与集成电路芯片结合。

【技术实现步骤摘要】
电容式氢气传感器及其制备方法
本申请涉及半导体
，具体涉及一种电容式氢气传感器及其制备方法。
技术介绍
在新能源领域，氢燃料由于它的无污染、无噪声、高效率等优点被广泛应用于航天、航空及汽车领域，这就需要检测或检测环境氢气浓度变化，以及时响应故障或异常的状态。目前氢燃料电池汽车一般通过加装氢气传感器或氢气泄露检测装置来检测环境氢气浓度变化。传统的氢气传感器为电阻式，氢气中的电子与其化学吸附层中的氧离子结合，以此通过载流子浓度的变化以检测环境氢气浓度，但是传统的氢气传感器由于其体积较大、功耗较高、响应速度慢，难以与IC芯片结合，其应用场景受到很大限制。
技术实现思路
本申请至少在一定程度上解决相关技术中的上述技术问题。为此，本申请提出一种电容式氢气传感器及其制备方法，以解决上述至少一个技术问题。为了实现上述目的，本申请第一方面提供了一种电容式氢气传感器，包括：衬底；电极层，形成在所述衬底的介质层上，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；氢气敏感层，形成在所述电极层上，且所述氢气敏感层为网状结构的聚合物膜。本申请第二方面提供了一种电容式氢气传感器的制造方法，包括以下步骤：提供衬底，并在衬底上依次淀积绝缘层、停止层；定义停止层的区域以及形状；在停止层上淀积介质层，并对所述介质层进行平坦化，再在所述介质层中定义若干通孔；在所述介质层上淀积电极层，定义所述电极层的第一电极、第二电极、第三电极；在所述电极层上淀积钝化层，完全去除第一电极和第二电极区域的钝化层，保留第三电极区域以及其他连接电路的钝化层，以形成敏感电容检测电极区域；形成压焊块区域；涂覆氢气敏感层，去除压焊块上的氢气敏感层，保留第一电极、第二电极、第三电极区域的氢气敏感层，最后固化处理，完成电容式氢气传感器的制作。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了本专利技术实施例中的MEMS氢气传感器的结构剖面示意图。具体实施方式以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。如图1所示，本实施例提供一种微机电(MicroElectronicalMechanicalSystem，MEMS)电容式氢气传感器100，包含衬底10、绝缘层11、停止层12，介质层13、电极层14、压焊层15、钝化层16以及氢气敏感层17,其中，绝缘层11、停止层12，介质层13自下而上依次形成在衬底10上，一部分介质层13直接与绝缘层11接触，电极层14形成在介质层13上，电极层14包括第一电极140、第二电极141以及第三电极142，第一电极140和第二电极141分别作为电容式氢气传感器100的正负电极，第三电极142作为电容式氢气传感器100的接地端，第一电极140和第二电极141呈叉指状交错排列，第三电极142位于第一电极140、第二电极141的外围，具体地，第三电极142全包围或半包围第一电极140和第二电极141，且第三电极142穿过介质层13上的若干个通孔130与停止层12形成互连。进一步地，压焊层15形成在介质层13上，用于连接外部导线，钝化层16形成在电极层14的第三电极142区域以及压焊层15上。在本专利技术的一些实施例中，停止层12呈梳齿状，并与所述第一电极140和第二电极141交错分布；或所述停止层12呈方形，置于所述电极层14的下方。值得一提的是，氢气敏感层17形成在电极层14上，具体地，第一电极140、第二电极141之间具有间隙，氢气敏感层17的一部分形成在第一电极140、第二电极141以及钝化层16的上表面，氢气传感器17的另一部分填充在第一电极140、第二电极141之间的间隙，并向下延伸与停止层12接触，可以理解的是，氢气敏感层17作为电容式氢气传感器100的介质层。需要说明的是，氢气敏感层17为网状结构的聚合物膜，这样一来，氢气敏感层17可以具有足够高的氢气渗透性，使得电容式氢气传感器100的灵敏度更高，响应速度更快。具体地，所述聚合物膜可以选自微孔聚合物膜(microporouspolymers)、促进传递聚合物膜(facilitatedtransportpolymericmembranes)、朗缪尔-布洛杰特膜(Langmuir-Blodgettfilms，LB)、层层自组装聚电解质多层膜(Layer-by-Layerdepositedpolyelectrolytemultilayers，PEMs)、聚酰胺类膜(polyamides)以及金属-有机骨架膜(metal–organicframeworkthinfilms，MOF)中的一种或多种的组合。在本专利技术的一些实施例中，停止层12的材料与介质层13的材料相同或不同，停止层12的材质可以为铝，铝硅，铝铜等半导体常用金属材料，介质层13可以为二氧化硅、氮化硅或其复合物；衬底10为已加工好电路的CMOS前道及部分后道工艺的硅衬底。或者所述衬底10选用硅晶圆、玻璃、陶瓷基底，并淀积绝缘层处理，作为MEMS分立器件。；电极层14的材料为以下材料中的一种或多种：铝、铝硅、铝铜，钝化层16可以为二氧化硅、氮化硅或其复合物。在本专利技术的实施例中，所述衬底10为硅晶圆，所述绝缘层11为氧化层。所述停止层12为铝层。所述介质层13为氧化层，所述电极层14为铝层，并定义为敏感电容检测电极区域、屏蔽区域和压焊层区域。所述钝化层16可以为二氧化硅和氮化硅的复合层。所述氢气敏感层17可以为微孔聚合物膜。本实施例所述MEMS电容式氢气传感器100的制作过程为：S1：准备硅晶圆衬底10，并在晶圆上淀积绝缘层11；所述绝缘层11通过热氧化生长氧化硅，或CVD工艺淀积氧化硅或氮化硅，或其复合层制作。S2：通过磁控溅射或蒸发工艺，在绝缘层11上淀积一层铝作为停止层12，进一步的，通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容式氢气传感器，其特征在于，包括：/n衬底；/n电极层，形成在所述衬底的介质层上，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；/n氢气敏感层，形成在所述电极层上，且所述氢气敏感层为网状结构的聚合物膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容式氢气传感器，其特征在于，包括：
衬底；
电极层，形成在所述衬底的介质层上，所述电极层包括第一电极和第二电极，所述第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；
氢气敏感层，形成在所述电极层上，且所述氢气敏感层为网状结构的聚合物膜。


2.根据权利要求1所述的电容式氢气传感器，其特征在于，所述聚合物膜选自微孔聚合物膜、促进传递聚合物膜、朗缪尔-布洛杰特膜、层层自组装聚电解质多层膜、聚酰胺类膜以及金属-有机骨架膜中的一种或多种的组合。


3.根据权利要求1所述的电容式氢气传感器，其特征在于，所述衬底为已加工好电路的CMOS前道及部分后道工艺的硅衬底；或者所述衬底选用硅晶圆、玻璃、陶瓷基底，并淀积绝缘层处理，作为MEMS分立器件。


4.根据权利要求1所述的电容式氢气传感器，其特征在于，
所述电极层还包括第三电极，所述第三电极全包围或半包围第一电极和第二电极。


5.根据权利要求4所述的电容式氢气传感器，其特征在于，还包括：
绝缘层、停止层，依次形成在所述衬底上，其中，所述介质层形成在所述停止层上，且一部分所述介质层直接与所述绝缘层接触，所述第三电极经若干通孔与所述停止层形成互连；
压焊层，形成在所述介质层上，用于连接外部导线；
钝化层，形成在所述电极层的第三电极区域以及压焊层上。


6.根据权利要求5所述的电容式氢气传感器，其特征在于，所述停止层呈梳齿状，并与所述第一电极和第二电极交错分布；或
所述停止层呈方形，置于所述电极层的下方。


7.根据权利要求5所述的电容式氢气传感器，其特征在于，所述介质层为二氧化硅、氮化硅或两者的复合物，所述电极层的材料选自：铝、铝硅以及铝铜中的一种或多种；所述钝化层为二氧化硅、氮化硅...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖韩，宋华威，王荣，
申请(专利权)人：杭州未名信科科技有限公司，浙江省北大信息技术高等研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33