Mos型氣體傳感器及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種氣體傳感器及制備方法，尤其是一種MOS型氣體傳感器及制備方法，屬于氣體傳感器的技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著社會的飛速發展和科技的突飛猛進，人們的生活呈現出與以往孑然不同的變化，這種變化一方面極大地提高了人們的生活水平和質量；但另一方面也給自己的生活空間和環境造成了不可估量的影響，環境污染日趨嚴重。工業生產規模逐漸擴大，產品種類不斷增多，尤其是石油、化工、煤礦、汽車等工業的飛速發展導致火災事故的不斷發生，大氣環境遭到嚴重破壞。例如，化工生產中經常使用和產生一些易燃易爆、有毒有害氣體，這些氣體一旦超標、泄漏，將嚴重影響生產人員及周圍生活居民的身體健康，如果引起爆炸，將造成人員傷亡、生產停產和財產損失，其中煤礦瓦斯爆炸就是最熟悉的例子。再如，汽車產業的發展雖然給人們生活帶來極大的便利，但其產生尾氣造成的大氣污染問題不容忽視，尾氣中的
NOX、SOX等有毒氣體可引起酸雨，CO2等更是造成溫室效應的罪魁禍首；另外，近年來，隨著人們生活水平的提高以及人們對家居環境裝飾要求的轉變，大量新型裝修和裝飾材料悄然走進住宅和公共建筑物，走近人們的生活，加之現代建筑密閉化的特點，使得室內空氣質量問題日益突出；而由于裝修后甲醛超標造成的惡性病例更是時有報道。這些氣體污染不僅危害人體健康，而且某種意義上阻礙了社會發展，更嚴重的將關系到生命的存亡。人類對這些氣體的感知和承受能力是有限的，為了確保安全，防患于未然，人們研制了各種檢測方法和測試儀器，以便及時準確地檢測并控制環境中的各種有毒有害氣體。氣體傳感器經過多年的發展，已廣泛應用于各行業的生產、國防、醫療、生活和監測機構等領域。而研究和開發這些用于環境監測的氣體傳感器，更成為人們日益關心的問題。
[0003]在眾多氣體傳感器之中，應用最為廣泛，結構和制作工藝簡單、綜合性能優良，成本低廉的應數電阻型金屬氧化物半導體氣體傳感器。鑒于作為氣體敏感材料的氧化物半導體材料如Sn02、ZnO、Fe2O3, 1102等需要加熱到較高溫度(如300°C左右)時才顯現較好的敏感特性。由于近年來的Si微機械加工技術迅速發展，它們被引進氣體傳感器的制作工藝，為氣體傳感器擺脫傳感工藝的限制，向小型化、低功耗、進而向集成化、智能化方向發展開辟一條新途徑。以Si材料為主的各種先進微結構低功耗氣體傳感器的研制成為當前半導體氣體傳感器的研究熱點。
[0004]分析上述研究背景可知，微熱板是采用微電子技術和微機械加工技術在硅襯底上制成的一種微型平板式加熱器。對于設計熱損耗小、熱電響應快、與集成電路工藝兼容性好的微熱板熱是金屬氧化物氣體傳感器的重點和難點。

【發明內容】

[0005]本發明的目的是克服現有技術中存在的不足，提供一種MOS型氣體傳感器及制備方法，其功耗低，響應快速，MEMS微加熱結構與CMOS工藝兼容，減小了工藝難度，安全可靠。
[0006]按照本發明提供的技術方案，所述MOS型氣體傳感器，包括用于確定是否存在待檢測氣體的氣體感應結構，在所述氣體感應結構的下方設置用于對氣體感應結構加熱的MEMS微加熱結構，所述MEMS微加熱結構通過電隔離層與氣體感應結構絕緣隔離；
所述MEMS微加熱結構包括承載襯底，在所述承載襯底內的上部設有隔熱空腔，所述隔熱空腔位于承載襯底的中心區；在承載襯底的上方設置用于支撐加熱層的絕熱層，加熱層位于隔熱空腔的正上方，電隔離層支撐在加熱層上，氣體感應結構支撐在電隔離層上，電隔離層以及氣體感應結構均位于隔熱空腔的正上方。
[0007]所述氣體感應結構包括設置在電隔離層上的叉指敏感電極以及位于所述叉指敏感電極上的金屬氧化物敏感層。
[0008]所述承載襯底上設置保護層，所述保護層位于絕熱層與承載襯底間，且絕熱層支撐在保護層上，在所述絕熱層上設置導熱層，所述加熱層支撐在導熱層上。
[0009]所述保護層包括氧化硅層，絕熱層包括氧化硅層；所述導熱層包括氮化硅層，加熱層為多晶娃層。
[0010]一種MOS型氣體傳感器的制備方法，所述制備方法包括如下步驟:
a、提供承載襯底，并在所述承載襯底的上表面上設置保護層；
b、選擇性地掩蔽和刻蝕所述保護層，以得到貫通所述保護層的干法刻蝕釋放陣列口；
C、利用上述的干法刻蝕釋放陣列口對承載襯底進行干法刻蝕，以在承載襯底內的上部得到隔熱空腔，所述隔熱空腔位于承載襯底的中心區；
d、在上述承載襯底上設置覆蓋在保護層的絕熱層，并在所述絕熱層上設置覆蓋絕熱層的導熱層；
e、在上述導熱層上淀積加熱材料層，并對所述加熱材料層進行圖形化，以得到位于隔熱空腔正上方的加熱層；
f、在上述加熱層上生長電隔離層，并在所述電隔離層上設置氣體感應結構，所述電隔離層、氣體感應結構均位于隔熱空腔的正上方。
[0011]所述保護層為氧化硅層，干法刻蝕釋放陣列口在承載襯底上方呈圓形，干法刻蝕釋放陣列口包括若干貫通保護層的通孔，所述通孔的直徑為0.5 μ m~2 μ m，通孔軸心之間的間距為 5 μηι~20 μ??ο
[0012]通過XeF2氣體對承載襯底進行干法刻蝕，絕熱層為通過化學氣相沉積設置在保護層上的氧化硅層，導熱層為通過化學氣象沉積覆蓋在絕熱層上的氮化硅層。
[0013]所述氣體感應結構包括設置在電隔離層上的叉指敏感電極以及位于所述叉指敏感電極上的金屬氧化物敏感層。
[0014]所述叉指敏感電極的厚度為30nm~60nm，叉指敏感電極內叉指條的間距為5 μ m?50 μ m。
[0015]所述金屬氧化物敏感層包括T12敏感膜層。
[0016]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
1、在保護層上設置干法刻蝕釋放陣列口，在得到干法刻蝕釋放陣列口后使用1亦2干法刻蝕承載襯底，再用化學氣相沉積法(PECVD)制備絕熱層、導熱層填充干法刻蝕釋放陣列口，以形成表面平整且呈懸浮狀的MEMS維加熱結構。與現有在氣體傳感器的頂層干法釋放口，最后使用XeF2干法刻蝕承載襯底的方法，本發明能增加金屬氧化物敏感層的敏感區域面積，保持表面結構的完整性；避免了 XeF2氣體對金屬氧化物敏感層的影響；增加了器件的結構穩定性；保持了器件的完整性，避免XeF2氣體對導熱層、絕熱層的破壞；避免由于器件尺寸過大，無法形成懸浮結構的后果；操作簡便，對后續的實驗步驟沒有影響。
[0017]2、與現有技術中采用KOH濕法腐蝕相比，本發明采用XeFJt承載襯底進行干法刻蝕，增加了穩定性；避免濕法腐蝕對金屬氧化物敏感層帶來的影響，沒有刻蝕污染；刻蝕設備相對簡單，對環境容忍度較高，成本低，制備與CMOS工藝兼容的氣體傳感器。
[0018]3、與現有技術中采用TMAH濕法腐蝕相比，本發明采用XeF2對承載襯底進行干法刻蝕，增加了穩定性；對承載襯底刻蝕速率快，提高刻蝕效率；避免濕法腐蝕對金屬氧化物敏感層帶來的影響；操作簡便，制備與CMOS工藝兼容的氣體傳感器。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的結構示意圖。
[0020]圖2~圖12為本發明具體實施工藝步驟剖視圖，其中圖2為本發明在承載襯底上設置保護層后的剖視圖。
[0021]圖3為本發明得到干法刻蝕釋放陣