一种MEMS气体传感器及其加工方法与流程

本发明涉及气体传感器，尤其涉及一种mems气体传感器及其加工方法。

背景技术：

1、mems气体传感器是基于微电子技术及微加工技术制造的微型气体传感器。随着mems技术的发展，mems气体传感器的生产工艺逐步优化，并广泛应用在电池上，成为预测电池热失控的重要指标。

2、mems气体传感器包括气敏电极和气敏层，在一定的温度下，气体分子与气敏层反应引起气敏电极电阻率的变化，从而实现对气体的探测。由于待检测环境中含有多种气体，而已有的mems气体传感器无法对气体进行过滤，影响检测的准确性和灵敏度。此外，目前常见的mems气体传感器的敏感层长期暴露在外界环境中，很容易被污染而影响检测的测量精度、稳定性及使用寿命。

技术实现思路

1、基于以上所述，本发明的目的在于提供一种mems气体传感器及其加工方法，不仅能够对待检测环境中的气体进行过滤，增加检测的准确性和灵敏度，还能够将敏感层与外界环境隔离，降低敏感层被污染的概率，提升测量精度和稳定性，延长mems气体传感器的使用寿命。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种mems气体传感器的加工方法，包括：

4、提供带第一绝缘层的衬底，在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层；

5、在所述第二绝缘层上形成加热电极；

6、在所述加热电极和所述第二绝缘层上形成第三绝缘层；

7、在所述衬底背离所述第二绝缘层的一侧形成正对所述加热电极的散热腔；

8、在所述第三绝缘层上形成键合层；

9、在所述键合层和所述第三绝缘层上加工出检测槽、容纳槽、第一连通通道和第二连通通道，所述容纳槽位于所述检测槽的外侧，所述第一连通通道连通所述容纳槽和所述检测槽，所述第二连通通道与所述容纳槽连通且位于所述容纳槽的外侧；

10、在所述检测槽内形成敏感电极；

11、在所述敏感电极上形成气敏层；

12、向所述检测槽和所述容纳槽内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分；

13、将热变形件键合在所述键合层上，以密封所述检测槽、所述容纳槽、所述第一连通通道及所述第二连通通道，形成毛坯件；

14、加热所述毛坯件至所述热变形件的软化温度并保温，所述热释气剂释放气体使得正对所述检测槽和所述容纳槽的所述热变形件分别形成第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述检测槽和所述容纳槽分别形成为检测腔和容纳腔；

15、冷却、退火后切片，形成若干个气体检测单元，每个所述气体检测单元的所述第二连通通道均与外界连通；

16、在所述第二连通通道和所述容纳腔内形成能够过滤待检测气体的分子筛层。

17、作为一种mems气体传感器的加工方法的优选方案，在所述第二绝缘层上形成加热电极时，还在所述第二绝缘层上形成有能够与所述敏感电极电连接的第一电连接件；形成所述检测槽时，还在所述第三绝缘层上加工出电连接槽；形成所述敏感电极时，在所述电连接槽内形成与所述第一电连接件电连接的第一金属pad，所述第一金属pad位于所述热变形件的外侧。

18、作为一种mems气体传感器的加工方法的优选方案，所述加热电极为多晶硅电极，所述第一电连接件为多晶硅连接件，所述键合层为多晶硅键合层，所述热变形件为玻璃片，所述玻璃片与所述多晶硅键合层阳极键合。

19、作为一种mems气体传感器的加工方法的优选方案，所述第一绝缘层为第一氧化硅层，所述第二绝缘层为第一氮化硅子层，所述第三绝缘层包括形成在所述加热电极和所述第一氮化硅子层上的第二氮化硅子层和形成在所述第二氮化硅子层上的第二氧化硅层，所述第一氮化硅子层和所述第二氮化硅子层组成氮化硅层。

20、作为一种mems气体传感器的加工方法的优选方案，所述热释气剂为氢化钛、碳酸钙、碳酸氢钙、氢化锆、碳酸锶中的一种或者至少两种。

21、一种mems气体传感器，包括依次叠设的硅衬底、绝缘层、键合层及热变形件，所述硅衬底背离所述绝缘层的一侧设有散热腔，所述绝缘层内设有正对所述散热腔的加热电极，所述绝缘层和所述键合层上设有检测槽、容纳槽、第一连通通道及第二连通通道，所述检测槽内设置有敏感电极和覆盖在所述敏感电极上的气敏层，所述检测槽与所述容纳槽通过所述第一连通通道连通，所述第二连通通道将所述容纳槽与外界连通，所述热变形件正对所述检测槽和所述容纳槽的区域分别设有第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述第一曲面凸起的第一曲面槽与所述检测槽形成检测腔，所述第二曲面凸起的第二曲面槽与所述容纳槽组成容纳腔，所述第二连通通道和所述容纳腔内均填充有能够过滤待检测气体的分子筛层。

22、作为一种mems气体传感器的优选方案，所述检测槽为圆形槽，所述容纳槽为包围所述圆形槽的环形槽，所述第一连通通道和所述第二连通通道的个数均为多个，多个所述第一连通通道在所述圆形槽的外侧呈轮辐式分布，多个所述第二连通通道在所述环形槽的外侧呈轮辐式分布。

23、作为一种mems气体传感器的优选方案，所述敏感电极为圆形插指电极，所述圆形插指电极与所述圆形槽同心分布。

24、作为一种mems气体传感器的优选方案，所述绝缘层包括依次叠设的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层设置在所述硅衬底上，所述加热电极位于所述氮化硅层内。

25、作为一种mems气体传感器的优选方案，所述mems气体传感器还包括第一电连接件和第一金属pad，所述第一电连接件设置在所述绝缘层内且与所述所述敏感电极接触，所述第一金属pad设置在所述绝缘层上且与所述第一电连接件接触。

26、本发明的有益效果为：

27、本发明公开的mems气体传感器的加工方法，加工工艺简单，形成的分子筛层能够过滤待检测环境中的待检测气体，保证进入检测槽内的气体为目标气体，增加检测的准确性和灵敏度，加热电极能够加热敏感电极和气敏层，衬底上的散热腔有利于检测腔的散热，防止散热腔内温度过高而降低检测的精确度，由于本发明中的敏感电极和气敏层均位于检测腔内，且通过第一曲面凸起与外界环境隔离，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了mems气体传感器的使用寿命，此外，本发明中检测腔的体积大于同等规格的气体传感器的检测腔的体积，利于目标气体的检测。

28、本发明公开的mems气体传感器，分子筛层能够过滤待检测环境中的待检测气体，增加检测的准确性和灵敏度，第一曲面凸起能够将敏感电极和气敏层保护在检测腔内，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了mems气体传感器的使用寿命。

技术特征：

1.一种mems气体传感器的加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems气体传感器的加工方法，其特征在于，在所述第二绝缘层上形成加热电极时，还在所述第二绝缘层上形成有能够与所述敏感电极电连接的第一电连接件；形成所述检测槽时，还在所述第三绝缘层上加工出电连接槽；形成所述敏感电极时，在所述电连接槽内形成与所述第一电连接件电连接的第一金属pad，所述第一金属pad位于所述热变形件的外侧。

3.根据权利要求2所述的mems气体传感器的加工方法，其特征在于，所述加热电极为多晶硅电极，所述第一电连接件为多晶硅连接件，所述键合层为多晶硅键合层，所述热变形件为玻璃片，所述玻璃片与所述多晶硅键合层阳极键合。

4.根据权利要求1所述的mems气体传感器的加工方法，其特征在于，所述第一绝缘层为第一氧化硅层，所述第二绝缘层为第一氮化硅子层，所述第三绝缘层包括形成在所述加热电极和所述第一氮化硅子层上的第二氮化硅子层和形成在所述第二氮化硅子层上的第二氧化硅层，所述第一氮化硅子层和所述第二氮化硅子层组成氮化硅层。

5.根据权利要求1所述的mems气体传感器的加工方法，其特征在于，所述热释气剂为氢化钛、碳酸钙、碳酸氢钙、氢化锆、碳酸锶中的一种或者至少两种。

6.一种mems气体传感器，其特征在于，包括依次叠设的硅衬底、绝缘层、键合层及热变形件，所述硅衬底背离所述绝缘层的一侧设有散热腔，所述绝缘层内设有正对所述散热腔的加热电极，所述绝缘层和所述键合层上设有检测槽、容纳槽、第一连通通道及第二连通通道，所述检测槽内设置有敏感电极和覆盖在所述敏感电极上的气敏层，所述检测槽与所述容纳槽通过所述第一连通通道连通，所述第二连通通道将所述容纳槽与外界连通，所述热变形件正对所述检测槽和所述容纳槽的区域分别设有第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述第一曲面凸起的第一曲面槽与所述检测槽形成检测腔，所述第二曲面凸起的第二曲面槽与所述容纳槽组成容纳腔，所述第二连通通道和所述容纳腔内均填充有能够过滤待检测气体的分子筛层。

7.根据权利要求6所述的mems气体传感器，其特征在于，所述检测槽为圆形槽，所述容纳槽为包围所述圆形槽的环形槽，所述第一连通通道和所述第二连通通道的个数均为多个，多个所述第一连通通道在所述圆形槽的外侧呈轮辐式分布，多个所述第二连通通道在所述环形槽的外侧呈轮辐式分布。

8.根据权利要求7所述的mems气体传感器，其特征在于，所述敏感电极为圆形插指电极，所述圆形插指电极与所述圆形槽同心分布。

9.根据权利要求6所述的mems气体传感器，其特征在于，所述绝缘层包括依次叠设的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层设置在所述硅衬底上，所述加热电极位于所述氮化硅层内。

10.根据权利要求6所述的mems气体传感器，其特征在于，所述mems气体传感器还包括第一电连接件和第一金属pad，所述第一电连接件设置在所述绝缘层内且与所述所述敏感电极接触，所述第一金属pad设置在所述绝缘层上且与所述第一电连接件接触。

技术总结本发明涉及气体传感器技术领域，公开一种MEMS气体传感器及其加工方法，加工方法包括：依次形成第二绝缘层、加热电极、第三绝缘层；在衬底上形成正对加热电极的散热腔；形成键合层；加工检测槽、容纳槽、第一连通通道和第二连通通道；在检测槽内形成敏感电极；形成气敏层；向检测槽和容纳槽内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分；将热变形件键合在键合层上；在热变形件上形成第一曲面凸起和第二曲面凸起；冷却、退火后切片，形成若干个气体检测单元；在第二连通通道和容纳腔内形成分子筛层。本发明形成的MEMS气体传感器具有准确性好、灵敏度高、稳定性强及使用寿命长的优点。技术研发人员：任青颖,柳俊文,史晓晶,胡引引受保护的技术使用者：南京元感微电子有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/22