[发明专利]感测层构造

说明书

本发明公开了一种用于加热微热板上的气体感测材料构造的方法，所述微热板包括：形成在包括蚀刻部分的半导体基底上的介电膜；以及气体感测材料构造被设置在介电膜的一侧上；所述方法包括：使用位于基底上的红外(IR)加热器，选择性地加热气体感测材料构造，使用设置在所述基底下方的冷却基板并利用位于所述基底和所述冷却板之间的绝热介质，可控地冷却所述半导体基底，使得气体感测结构从所述气体感测材料构造形成在所述介电膜的所述一侧上。

技术领域

本发明涉及一种使用通过受控冷却技术的红外(IR)加热的基于膜的传感器的选择性区域加热。

背景技术

金属氧化物(MOX)气体传感器是完善的技术，并且其基于将金属氧化膜沉积到限定在合适基底上或基底内的感测电极上。基底可以是陶瓷或较新的硅基底。沉积工序可以使用薄膜技术，诸如溅射、原子层沉积或化学气相沉积，或者厚膜技术，诸如丝网印刷、滴涂(drop coating)或喷墨。在后一种情况下，膜可以以油墨或糊状物的形式沉积，其中，金属氧化物颗粒以悬浮方式保持在合适的载体中，其通常包括有机溶剂。这种载体通常需要将粉末除去，并且任何有机化合物分解，而留下未被污染的金属氧化物。此外，金属氧化物颗粒通常需要被“烧制”以形成机械坚固、稳定且多孔的结构，其粘附到基底和感测电极。

干燥和有机分解过程通常需要高达～300℃的温度，但烧制过程需要更高的温度。这些温度取决于许多变量，例如起始金属氧化物材料、添加到材料中的掺杂剂和/或催化剂、金属氧化物粒度尺寸、膜厚度以及所需的最终结构和孔隙率。通常这些温度超过500℃，因此，需要注意不要对传感器中其他材料的质量产生不利影响，如基底、感测电极和任何互连件。

陶瓷基底的使用通常会减轻这些暴露到升高温度的敏感度中的一些，但使用硅基底，特别是与CMOS兼容的硅基底，会引起一些担忧。例如，CMOS丝焊焊盘通常是铝，其在大于约400℃的温度下容易分解，这使得它们不适合丝焊或提供欧姆互连。为了控制、处理或存储功能而向基底添加CMOS电路同样具有温度升高的风险。

使用标准传导和/或对流烘箱的典型退火工艺损害其中包括的基底和任何电路或互连件的最终质量。

大多数MOX烧制/加热是不加区分地执行的，使得除非布置低于最佳温度的温度(这导致传感器质量和性能受损，如US 8669131B1所示)，否则与CMOS不兼容。

迄今为止，各种方法被用于选择性加热，如激光退火或内置加热器。这两种方法都很慢且成本很高，因此不适合大批量生产。

其他方法涉及使用诸如CVD或溅射的薄膜，其通常不需要后期烧制工艺，如US20110290003 A1所示。

对于金属氧化物处理，可以使用喷雾烧制热分解，其利用荫罩(shadow mask)来确保选择性沉积和同时烧制。这种方法可以防止用户改变材料特性，例如孔隙度和颗粒尺寸，这对于生产高质量的气体传感器是必不可少的。由于沉积技术是不加区别的，因此，该方法也依赖荫罩来选择沉积区域，因而浪费了可能非常昂贵的材料，因为它们很可能含有贵金属掺杂剂和/或催化剂。这在US 20120094030 A1中示出。

传统的快速热处理(RTP)已经被使用于烧制陶瓷膜，但由于所用的工艺和结构，没有获知选择性区域加热的优点。这在WO 2010129411 A2中示出。

发明内容

多个方面和优选特征在所附权利要求中列出。