[发明专利]一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法

说明书

本发明公开了一种兼容MEMS工艺的背部悬膜气体传感器制备方法，在硅片正面制备SiOsubgt;2/subgt;和Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;，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Sisubgt;3/subgt;Nsubgt;4/subgt;—湿法腐蚀SiOsubgt;2/subgt;—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。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

本发明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。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

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，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；