[发明专利]旁热式微传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳机电系统领域，具体涉及一种旁热式微传感器及其制造方法。

背景技术

基于MEMS(微机电系统)技术和敏感材料构筑技术而制造的加热式微传感器由于具备优越的气体敏感、功耗低、成本低廉等优点已经得到了广泛而深入的研究，其应用已经进入了人类生产生活的多个领域，促进了产业的发展。目前市场是应用最多的仍是陶瓷管式气体传感器，这类产品体积大、功耗高、敏感材料上载技术难以自动化因而成品率较低，其制造成本高，限制了此类传感器的推广与应用。随着微纳技术的不断发展与进步，近十年来，基于MEMS的半导体传感器不断出现，这类传感器多数使用金属氧化物材料、多孔材料、金属框架有机物等做为敏感材料，通过涂覆、旋涂、喷墨打印、显微操作系统等手段将敏感材料上载于传感器的测试电极区域。然而，由于涂覆、旋涂法易损伤微结构，难以在悬空的传感器表面实现指定区域内上载材料。此外由于表面亲水，分散在溶液中的敏感材料在上载时普遍地在整个芯片表面扩散，导致非敏感电极区域以及其他金属表面上也会有敏感材料上载。这样一方面造成材料浪费，另一方面导电或半导体型材料造成电极短路，严重影响传感器工作。近年来出现的喷墨打印技术、显微操作等技术可以在微小区域内进行材料上载，但是，这些方法仍然存在液态材料在器件表面扩散、上载成本高昂、效率较低、难以批量化制造的缺陷。除此之外，加热电极和敏感电极间的绝缘层的制造工艺温度低，导致绝缘层致密性差，存在针孔，因而部分导电敏感材料上载后会造成敏感材料与加热电极间的漏电，影响传感器性能。

目前国内外微加热式传感器的研究众多，大都是悬膜、悬岛型结构，但是敏感材料的上载大量依赖于人工涂覆、浸渍提拉法、喷墨打印以及显微操作系统等等方式。其中人工涂覆大多为陶瓷管式的传感器，器件体积大，对人工操作的技术要求高、均一性较差，并且需要花费大量的时间培训熟练的技术工进行涂覆。对于浸渍提拉法，芯片浸没于敏感材料溶液中，整个表面都会沉积敏感材料，一方面会造成敏感材料的浪费，然而新材料的研发通常形成的量较少，难以满足需求。另一方面具备导电性材料覆盖在电极之间会造成不同电极间的漏电，带来了不小的测试误差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种旁热式微传感器及其制造方法，通过传感器表面形成图案化掩模金属层，在完成结构释放后构筑疏水疏油层，利用剥离工艺实现疏水疏油层的图案化。在上载操作中，利用传感器表面不同区域的不同特性实现液态敏感材料在敏感电极区域内的自对准式上载，解决了上载材料的困难。另外，旁热式结构也解决了传统直热式结构漏电的缺点。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种旁热式微传感器，所述旁热式微传感器包括：

衬底，所述衬底内形成有凹槽；

焊盘，位于所述凹槽外围的所述衬底表面；

旁热式微传感器主体，位于所述凹槽的上方，且与所述凹槽的底部相隔一定间距；所述旁热式微传感器主体包括：主体支撑层、旁式加热元件、第一绝缘层及敏感电极，所述旁式加热元件及所述敏感电极位于所述主体支撑层表面，且所述旁式加热元件位于所述敏感电极的外侧，所述第一绝缘层位于所述旁式加热元件表面；

支撑梁，位于所述衬底及所述旁热式微传感器主体之间，适于将所述旁热式微传感器主体固支于所述衬底上；

疏水疏油层，位于所述第一绝缘层表面、裸露的所述主体支撑层表面、裸露的所述衬底表面及所述支撑梁表面。

作为本发明的旁热式微传感器的一种优选方案，所述衬底包括衬底主体及绝缘支撑层，所述绝缘支撑层位于所述凹槽外围的所述衬底主体表面，所述焊盘位于所述绝缘支撑层表面。

作为本发明的旁热式微传感器的一种优选方案，所述主体支撑层、所述支撑梁及所述绝缘支撑层为一体化结构。

作为本发明的旁热式微传感器的一种优选方案，所述旁式加热元件为金属加热元件。

作为本发明的旁热式微传感器的一种优选方案，所述旁式加热元件包括：

掺杂多晶硅层，位于所述主体支撑层表面；

第二绝缘层，覆盖于所述掺杂多晶硅层表面，所述第二绝缘层内形成有开口，所述开口暴露出所述掺杂多晶硅层；

引出金属层，填充于所述开口内并覆盖于所述第二绝缘层表面。

作为本发明的旁热式微传感器的一种优选方案，所述疏水疏油层的材料为含氟材料、氯硅烷或硅氧烷。

本发明还提供一种旁热式微传感器，所述旁热式微传感器包括：

衬底，所述衬底内形成有凹槽；

焊盘，位于所述凹槽外围的所述衬底表面；