MEMS气体传感器制造技术

本实用新型专利技术提供一种MEMS气体传感器，包括衬底、绝缘层、加热电极、测试电极及气敏材料层，衬底中设置有隔热槽，绝缘层中设置有通孔，通孔与隔热槽相连通，加热电极和测试电极共同位于单层的绝缘层上，测试电极包括一对相向设置的梳齿状电极，测试电极的梳齿部交错间隔设置，加热电极环绕测试电极的梳齿部，气敏材料层覆盖部分测试电极和部分加热电极。本实用新型专利技术提供的MEMS气体传感器将加热电极和测试电极设计在单层的同一绝缘层上，不仅可以有效避免现有技术中因两层金属电极上下叠置产生的电容对信号造成的干扰，而且测试电极和加热电极仅需一次光刻，金属淀积，剥离工艺完成，可以有效降低传感器的制备成本，提高工艺良率，且有助于提高检测精度。有助于提高检测精度。有助于提高检测精度。

mems gas sensor

【技术实现步骤摘要】
MEMS气体传感器


[0001]本技术涉及微机电
，特别是涉及一种MEMS气体传感器。

技术介绍

[0002]随着MEMS(Micro
‑
Electro
‑
Mechanical System，微机电)技术的快速发展，各类MEMS传感器出现在市场中，例如加速度计，MEMS压力传感器，MEMS气体传感器等。由于天然气警报、酒精测试仪等的应用，MEMS气体传感器成为研究以及应用的热点。现有的MEMS气体传感器的结构如图1所示，其微热板的结构都是加热电极13和测试电极15位于整个微热板的上下两层(其中加热电极在下层，测试电极在上层)。
[0003]这种MEMS气体传感器的基本制作过程都是通过MEMS工艺完成微热板11的制作，然后通过丝网印刷气敏材料，高温烧结完成。具体工艺步骤如下：
[0004]1、提供单晶硅衬底一片；
[0005]2、生成一层热氧化层作为绝缘层12；
[0006]3、光刻，金属淀积，剥离形成加热电极13；
[0007]4、淀积一层氧化层，CMP之后形成作为加热层的绝缘层14；
[0008]5、光刻，金属淀积，剥离形成测试电极15；
[0009]6、丝网印刷气敏材料16，之后高温烧结。
[0010]可以看到，现有的MEMS气体传感器的结构比较复杂，微热板的制作工艺繁琐，两种电极金属层需要分别在两层绝缘层上分步制作，完成金属淀积，光刻，剥离，使得整个工艺成本较高，效率低，而且两层金属之间容易产生寄生电容，在器件使用过程中，容易产生信号干扰。
[0011]现有的MEMS气体传感器检测气体的方法为，加热电极直流输入电流，将整个微热板加热到气敏材料的工作温度；然后测试电极输入测试信号得到气敏材料的电阻值。当没有对应的敏感气体时，气敏材料的电阻值为R0；当出现敏感气体时，气敏材料的电阻为Ra，经信号处理之后，敏感度S＝R0/Ra(R0>>Ra)，当敏感度S达到设定值时，就会启动报警。因气敏材料和微热板中间形成有多个绝缘层，导致微热板的温度容易受到干扰，可能导致检测精度下降。

技术实现思路

[0012]鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术的目的在于提供一种MEMS气体传感器，用于解决现有技术现有的MEMS气体传感器的结构比较复杂，微热板的制作工艺繁琐，两种电极金属层需要分别在两层绝缘层上分步制作，完成金属淀积，光刻，剥离，使得整个工艺成本较高，效率低，而且两层金属之间容易产生寄生电容，在器件使用过程中，容易产生信号干扰，以及检测精度下降等问题。
[0013]为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种MEMS气体传感器，所述MEMS气体传感器包括衬底、绝缘层、加热电极、测试电极及气敏材料层，所述衬底中设置有
隔热槽，所述绝缘层中设置有通孔，所述通孔与所述隔热槽相连通，所述加热电极和测试电极共同位于单层的所述绝缘层上，所述测试电极包括一对相向设置的梳齿状电极，测试电极的梳齿部交错间隔设置，所述加热电极环绕所述测试电极的梳齿部，所述气敏材料层覆盖部分测试电极和部分加热电极。
[0014]可选地，所述加热电极和所述测试电极分别交替输入对应的加热信号和测试信号。
[0015]可选地，所述衬底为<100>单晶硅衬底。
[0016]可选地，所述气敏材料层位于所述隔热槽的正上方。
[0017]可选地，所述绝缘层包括二氧化硅层。
[0018]可选地，所述加热电极和测试电极均包括铂金属层。
[0019]可选地，所述绝缘层的厚度为1μm
‑
5μm。
[0020]可选地，所述加热电极的两个电引出端位于一矩形的对角线上。
[0021]可选地，所述隔热槽的顶部开口尺寸大于底部开口尺寸。
[0022]可选地，所述MEMS气体传感器还包括悬臂梁，所述测试电极和加热电极通过不同的悬臂梁连接至不同的电极板。
[0023]可选地，所述通孔为环形孔，环形孔的外径不小于隔热槽的直径。
[0024]如上所述，本技术的MEMS气体传感器，具有以下有益效果：本技术提供的MEMS气体传感器将加热电极和测试电极设计在单层的同一绝缘层上，不仅可以有效避免现有技术中因两层金属电极上下叠置产生的电容对信号造成的干扰，而且测试电极和加热电极仅需一次工艺(光刻，金属淀积，剥离)完成，可以有效降低传感器的制备成本，提高工艺良率。同时，本技术提供的MEMS气体传感器有助于提高测试精度。
附图说明
[0025]图1显示为现有技术中的MEMS气体传感器的截面结构示意图。
[0026]图2显示为本技术提供的MEMS气体传感器的截面结构示意图。
[0027]图3显示为图2中的加热电极和测试电极的例示性俯视结构示意图。
[0028]图4显示为本技术提供的MEMS气体传感器工作时测试电极和加热电极的输入信号的波形图。
[0029]元件标号说明
[0030]21
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衬底
[0031]211
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隔热槽
[0032]22
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绝缘层
[0033]221
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通孔
[0034]23
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加热电极
[0035]24
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测试电极
[0036]241
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梳齿部
[0037]25
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气敏材料层
[0038]26
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悬臂梁
具体实施方式
[0039]以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0040]为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MEMS气体传感器，其特征在于，所述MEMS气体传感器包括衬底、绝缘层、加热电极、测试电极及气敏材料层，所述衬底中设置有隔热槽，所述绝缘层中设置有通孔，所述通孔与所述隔热槽相连通，所述加热电极和测试电极共同位于单层的所述绝缘层上，所述测试电极包括一对相向设置的梳齿状电极，测试电极的梳齿部交错间隔设置，所述加热电极环绕所述测试电极的梳齿部，所述气敏材料层覆盖部分测试电极和部分加热电极。2.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述加热电极和所述测试电极分别交替输入对应的加热信号和测试信号。3.根据权利要求1或2所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述衬底为<100>单晶硅衬底。4.根据权利要求1或2所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述气敏材料层位于所述隔热槽的正上方...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾治州，王东升，张小辛，
申请(专利权)人：华润微电子重庆有限公司，
类型：新型
国别省市：