一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法技术

本发明专利技术公开了一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，在硅片正面制备SiO2和Si3N4，退火、光刻得到敏感材料图形；溅射敏感材料；剥离退火光刻，得到加热丝及引线盘、测试电极及引线盘图形；蒸镀Cr粘接层和Au层，热处理匀涂光刻胶；再在硅片背部悬膜采用干法刻蚀Si3N4—湿法腐蚀SiO2—干法刻蚀Si的工艺制备，完成背部悬膜气体传感器的制备。该方法在背部悬膜结构释放掉导热好的Si，在气体传感器工作时极大的减少了热量散失，低功耗下即可工作，节能环保，降低了使用成本，易于封装，解决低功耗气体传感器与MEMS工艺不兼容的问题。耗气体传感器与MEMS工艺不兼容的问题。耗气体传感器与MEMS工艺不兼容的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法


[0001]本专利技术涉及MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanic System微机电系统)加工技术，特别涉及一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的迅速发展，日益增加的气体排放造成了严重的空气污染。这些气体来自于工厂的副产品、汽车尾气等多种来源，大多数为有毒有害、易燃易爆气体，严重地威胁着这人们的生产、生活安全。因此进行对各类易燃易爆、有毒有害气体气体的在线检测和预警对于保证生产和人们生命安全至关重要。气体传感器作为气体信息采集与分析的直接装置，在环境保护、工业生产、生命安全中扮演着十分重要的角色。其是通过敏感材料吸附目标气体，因起其载流子浓度的变化，进而可以将目标气体的浓度信息转换为电阻信号。
[0003]MEMS技术的发展使着气体传感器向着微型化、低功耗、集成化和智能化的方向发展。基于MEMS技术的微型化气体传感器不仅保证气敏薄膜的一致性，而且极大的降低了气体传感器的价格，已经成为未来气体传感器的发展趋势。目前常用的降低功耗的方法是在硅片背面去除大量的硅，形成的结构有两类，一类是基于硅片背面湿法腐蚀的悬膜结构，第二类是基于硅片正面湿法腐蚀的悬臂梁结构。由于湿法腐蚀过程刻蚀速率不易控制，很容易造成图形失真，没有一致性，更为重要的是此过程需要进行正面保护，无法与MEMS工艺兼容。另一方面，因为正面结构硅基底的大量去除使得加热板仅仅依靠四条悬空梁支撑，腐蚀速率不可控和热变形使得其结构极不稳定，良品率不高且无法大批量生产。
[0004]低功耗、成本低廉是发展的方向，基于MEMS技术的高一致性、高良品率是成本低廉的保障，微型化是低功耗、集成化的基础，而集成化是智能化的前提。因此，气体传感器发展的最为核心的问题是在MEMS技术下制备出具有高一致性、高良品率、低功耗且可大批量生产的气体传感器。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，旨在彻底解决气体传感器的低功耗与良品率、大批量生产不兼容的问题。结构简单，大批量生产的情况下，又能基于MEMS技术保持所制备出的气体传感器具有很高的一致性，同时基于MEMS技术微型化的气体传感器降低了功耗，减小了尺寸，具有价格低廉的特点，整个生产过程无需人工干扰，机械化自动生产，以在工业生产中进行大批量的兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备。
[0006]本专利技术是通过下述技术方案来实现的。
[0007]一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0008]1)选取经过双面热氧化和氮化处理的硅片；
[0009]2)在硅片正面SiO2‑
Si3N4双层复合薄膜上，采用PECVD方法制备SiO2和Si3N4，并进行退火；
[0010]3)在退火得到的硅片正面采用光刻工艺处理，得到敏感材料图形；
[0011]4)在步骤3)得到的硅片表面溅射敏感材料；
[0012]5)采用剥离工艺剥离敏感材料，并进行退火处理；
[0013]6)在经退火得到的硅片正面采用光刻工艺处理，得到加热丝及引线盘、测试电极及引线盘图形；
[0014]7)将步骤6)得到的硅片正面进行电子束蒸镀Cr粘接层，然后在Cr粘接层上蒸镀Au层；
[0015]8)采用剥离工艺剥离Cr粘接层和Au层，并进行热处理；
[0016]9)将经热处理得到的硅片表面匀涂EPG535光刻胶，并烘干；
[0017]10)在步骤1)处理后的硅片背面匀涂AZ4620光刻胶，并烘干；
[0018]11)将步骤10)得到的硅片表面进行曝光、显影、烘干；
[0019]12)将经曝光、显影、烘干后得到的硅片表面进行氧等离子体轰击；
[0020]13)将步骤12)得到的硅片表面通过干法刻蚀去掉Si3N4层，然后通过BOE标准溶液去除SiO2层；
[0021]14)通过干法刻蚀去掉Si，得到背面绝热槽，去胶划片即完成背部悬膜气体传感器的制备。
[0022]优选的，所述步骤1)中，经过双面热氧化制备的SiO2层为400nm
‑
600nm，经过双面氮化制备的Si3N4层为100nm
‑
200nm。
[0023]优选的，所述步骤2)中，SiO2层为400nm
‑
600nm，Si3N4层为100nm
‑
200nm。
[0024]优选的，所述步骤10)中，在匀胶机的转速为500r/min
‑
600r/min下匀涂AZ4620光刻胶6s
‑
10s；然后在转速为1000r/min
‑
1500r/min下匀涂AZ4620光刻胶50s
‑
60s，在90℃
‑
95℃温度下烘干3min
‑
5min。
[0025]优选的，所述步骤11)中，曝光时间为35s
‑
40s，使用5％
‑
10
‰
NaOH溶液显影30
‑
50s，在130℃
‑
150℃温度下烘干30min
‑
60min。
[0026]优选的，所述步骤12)中，氧等离子体轰击功率为200W
‑
300W，轰击时间为30s
‑
40s。
[0027]优选的，所述步骤13)中，使用反应等离子体刻蚀工艺刻蚀Si3N4层，刻蚀气体为SF6，刻蚀功率为120W
‑
160W，刻蚀时间为140s
‑
160s。
[0028]优选的，所述步骤13)中，所述标准BOE溶液为49％HF水溶液和40％NH4F水溶液按照质量比为1:6的比例配制，将去掉Si3N4层的硅片浸泡其中50s
‑
120s。
[0029]优选的，所述步骤14)中，使用反应耦合等离子体工艺刻蚀Si，刻蚀功率为2kW
‑
2.5kW，刻蚀时间为1.2h
‑
2h。
[0030]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
[0031]1.采用干法刻蚀Si制备工艺，避免了湿法腐蚀中的正面保护，整体的的制备过程兼容MEMS工艺。
[0032]2.采用溅射方法对整片晶圆进行均匀机械化镀膜，成膜一致性好，可批量生产的同时保证了晶圆里众多气体传感器具有高一致性。
[0033]3.采用BOE溶液腐蚀SiO2层相比如干法刻蚀具有自动停止优势，干法刻蚀由于机器设备不稳定等因素无法保证，残留或过分刻蚀都会影响后续湿法腐蚀的工艺，BOE溶液的腐蚀选择性很好的保证SiO2刚好去除，使得气体传感器整体的制备工艺参数稳定。
[0034]4.背部悬膜结构相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)选取经过双面热氧化和氮化处理的硅片；2)在硅片正面SiO2‑
Si3N4双层复合薄膜上，采用PECVD方法制备SiO2和Si3N4，并进行退火；3)在退火得到的硅片正面采用光刻工艺处理，得到敏感材料图形；4)在步骤3)得到的硅片表面溅射敏感材料；5)采用剥离工艺剥离敏感材料，并进行退火处理；6)在经退火得到的硅片正面采用光刻工艺处理，得到加热丝及引线盘、测试电极及引线盘图形；7)将步骤6)得到的硅片正面进行电子束蒸镀Cr粘接层，然后在Cr粘接层上蒸镀Au层；8)采用剥离工艺剥离Cr粘接层和Au层，并进行热处理；9)将经热处理得到的硅片表面匀涂EPG535光刻胶，并烘干；10)在步骤1)处理后的硅片背面匀涂AZ4620光刻胶，并烘干；11)将步骤10)得到的硅片表面进行曝光、显影、烘干；12)将经曝光、显影、烘干后得到的硅片表面进行氧等离子体轰击；13)将步骤12)得到的硅片表面通过干法刻蚀去掉Si3N4层，然后通过BOE标准溶液去除SiO2层；14)通过干法刻蚀去掉Si，得到背面绝热槽，去胶划片即完成背部悬膜气体传感器的制备。2.根据权利要求1所述的一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，经过双面热氧化制备的SiO2层为400nm
‑
600nm，经过双面氮化制备的Si3N4层为100nm
‑
200nm。3.根据权利要求1所述的一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，其特征在于，所述步骤2)中，SiO2层为400nm
‑
600nm，Si3N4层为100nm
‑
200nm。4.根据权利要求1所述的一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，其特征在于，所述步骤10)中，在匀胶机的转速为500r/min
‑
600r/min下匀涂AZ4620光刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海容，田鑫，王久洪，李剑，曹慧通，金成，
申请(专利权)人：深圳市天地通电子有限公司，
类型：发明
国别省市：