MEMS气体传感器及其制备方法

本发明涉及半导体传感器，特别涉及mems气体传感器及其制备方法。

背景技术：

1、清洁的空气供应对我们的健康和环境至关重要。人类的鼻子是一个高度先进的感知系统，它可以区分数百种气味，但如果需要检测绝对气体浓度或无味气体，它就会失效，而此时气体传感器在气体感知方面的灵敏度要远强于人类的鼻子，往往能代替人体鼻去感知周围的气体。另外，目前有大量的机构、工作间和实验室在生产和研究上对特定气体浓度的要求十分苛刻，因此，气体传感器的应用场景非常广泛，市场需求很大。

2、虽然目前有大量的气体检测系统出现在市面上，但在物联网等泛在应用和微纳加工工艺的推动下，其技术发展方向开始向小型化、集成化、模块化方向发展。其中mems(微机电系统)技术，为解决基于气敏材料的微型气体传感器提供了坚实的基础。

3、mems气体传感器的工作机理主要是：气敏层中的气敏材料与待测气体分子能够发生特异性结合，导致气敏材料的电阻发生变化，气敏材料的电阻变化能够被感应电极检测到，即基于感应电极的检测结果，可得出气敏电阻的电阻变化，进而对待测气体分子的种类和浓度进行判断。为了更好地促进气敏材料与待测分子的特异性结合，可在mems气体传感器上设置加热电极，加热电极在通电时产生热量，能够对气敏材料进行加热，使气敏材料在传感器工作过程中处于合适的工作温度，有利于其与待测气体分子的特异性结合。

4、传统的mems气体传感器在制备过程中，加热电极和感应电极的电路本应各自独立，但由于器件小型化，在形成气敏层时，很容易将加热电极和感应电极的电路连通，进而影响检测结果，为防止气敏层将加热电极和感应电极的电路导通，在形成气敏层之前，通常需要在加热电极之上覆盖绝缘层，用以将加热电极的电路与感应电极的电路隔离，该步骤使mems气体传感器的制备变得复杂繁琐。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供一种mems气体传感器及其制备方法，以解决mems气体传感器制备方法工序多的问题。

2、本发明第一方面提供一种mems气体传感器，其技术方案如下：

3、一种mems气体传感器的制备方法，包括以下步骤：

4、提供基底，所述基底包括传感单元区，所述传感单元区之外为非传感单元区；

5、于所述传感单元区之上形成感应电极，于所述非传感单元区之上形成加热电极，得mems微加热板；

6、混合气敏材料和第一光刻胶，将所得混合液涂覆于所述感应电极和加热电极所在一侧的mems微加热板之上，形成气敏光刻层；

7、光刻去除所述非传感单元区之上的气敏光刻层；

8、烧结去除所述传感单元区之上的气敏光刻层中的第一光刻胶，形成气敏层。

9、在其中一些实施例中，所述传感单元区的数量为多个，各所述传感单元区的面积独立地为30000μm2～50000μm2。

10、在其中一些实施例中，所述于所述传感单元区之上形成感应电极，于所述非传感单元区之上形成加热电极包括以下步骤：

11、于所述基底的一侧涂覆第二光刻胶，光刻以在所得光刻胶层上形成与感应电极对应的第一图形和加热电极对应的第二图形；

12、于所述光刻胶层所在一侧的基底上形成电极层；

13、去除所述光刻胶层，留下所述第一图形和第二图形之上的电极层。

14、在其中一些实施例中，所述感应电极和加热电极的材料均选自钽和铂中的一种或几种。

15、在其中一些实施例中，形成所述感应电极和加热电极之前或之后，还包括以下步骤：

16、于所述基底远离所述感应电极和加热电极的一侧形成导热槽。

17、在其中一些实施例中，所述导热槽的深度小于所述基底的厚度；

18、所述基底的厚度为350μm～550μm，所述导热槽的深度为345μm～545μm。

19、在其中一些实施例中，所述基底包括半导体衬底、第一绝缘层和第二绝缘层，所述半导体衬底位于所述第一绝缘层和第二绝缘层之间；

20、所述于所述基底远离所述感应电极和加热电极的一侧形成导热槽包括以下步骤：

21、于所述基底远离所述感应电极和加热电极的一侧涂覆第三光刻胶，光刻以露出一部分所述第一绝缘层或第二绝缘层；

22、通过干法刻蚀去除露出的所述第一绝缘层或第二绝缘层，以露出所述半导体衬底，去除所述第三光刻胶；

23、通过湿法刻蚀去除露出的一部分或全部的所述半导体衬底。

24、在其中一些实施例中，所述半导体衬底的材料为硅；所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料各自独立地为氮化硅。

25、在其中一些实施例中，所述气敏材料为金属半导体氧化物颗粒。

26、本发明第二方面提供一种mems气体传感器，其技术方案如下：

27、一种mems气体传感器，包括基底、感应电极、加热电极和气敏层；

28、所述基底包括传感单元区，所述传感单元区之外为非传感单元区；

29、所述感应电极位于所述传感单元区，所述加热电极位于所述非传感单元区；

30、所述气敏层位于所述传感单元区，且接触所述感应电极。

31、与传统方案相比，本发明具有以下有益效果：

32、本发明在形成气敏层时，先将气敏材料与光刻胶混合，将混合液大范围涂覆在具有感应电极和加热电极的mems微加热板之上，再通过光刻去除加热电极所在的非传感单元区的气敏光刻层，再通过烧结去除感应电极所在的传感单元区的气敏光刻层中的光刻胶，形成气敏层，通过上述方法，可精确控制气敏层的位置，使其不连通加热电极与感应电极各自的电路，通过上述方法可省略在加热电极之上覆盖绝缘层的步骤，简化mems气体传感器的制备工序。

技术特征：

1.一种mems气体传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述传感单元区的数量为多个，各所述传感单元区的面积独立地为30000μm2～50000μm2。

3.根据权利要求1所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述于所述传感单元区之上形成感应电极，于所述非传感单元区之上形成加热电极包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述感应电极和加热电极的材料均选自钽和铂中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，形成所述感应电极和加热电极之前或之后，还包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述导热槽的深度小于所述基底的厚度；

7.根据权利要求6所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述基底包括半导体衬底、第一绝缘层和第二绝缘层，所述半导体衬底位于所述第一绝缘层和第二绝缘层之间；

8.根据权利要求7所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述半导体衬底的材料为硅；所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料各自独立地为氮化硅。

9.根据权利要求1至8任一项所述的mems气体传感器的制备方法，其特征在于，所述气敏材料为金属半导体氧化物颗粒。

10.一种mems气体传感器，其特征在于，包括基底、感应电极、加热电极和气敏层；

技术总结本发明涉及半导体传感器技术领域，特别涉及一种MEMS气体传感器及其制备方法。所述MEMS气体传感器的制备方法，包括以下步骤：提供基底，所述基底包括传感单元区，所述传感单元区之外为非传感单元区；于所述传感单元区之上形成感应电极，于所述非传感单元区之上形成加热电极，得MEMS微加热板；混合气敏材料和第一光刻胶，将所得混合液涂覆于所述感应电极和加热电极所在一侧的MEMS微加热板之上，形成气敏光刻层；光刻去除所述非传感单元区之上的气敏光刻层；烧结去除所述传感单元区之上的气敏光刻层中的第一光刻胶，形成气敏层。通过上述方法可省略在加热电极之上覆盖绝缘层的步骤，简化MEMS气体传感器的制备工序。技术研发人员：汪飞,刘笑江,牛高强受保护的技术使用者：南方科技大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16