Mos型气体传感器及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种气体传感器及制备方法，尤其是一种MOS型气体传感器及制备方法，属于气体传感器的技术领域。
【背景技术】
[0002]随着社会的飞速发展和科技的突飞猛进，人们的生活呈现出与以往孑然不同的变化，这种变化一方面极大地提高了人们的生活水平和质量；但另一方面也给自己的生活空间和环境造成了不可估量的影响，环境污染日趋严重。工业生产规模逐渐扩大，产品种类不断增多，尤其是石油、化工、煤矿、汽车等工业的飞速发展导致火灾事故的不断发生，大气环境遭到严重破坏。例如，化工生产中经常使用和产生一些易燃易爆、有毒有害气体，这些气体一旦超标、泄漏，将严重影响生产人员及周围生活居民的身体健康，如果引起爆炸，将造成人员伤亡、生产停产和财产损失，其中煤矿瓦斯爆炸就是最熟悉的例子。再如，汽车产业的发展虽然给人们生活带来极大的便利，但其产生尾气造成的大气污染问题不容忽视，尾气中的
NOX、SOX等有毒气体可引起酸雨，CO2等更是造成温室效应的罪魁祸首；另外，近年来，随着人们生活水平的提高以及人们对家居环境装饰要求的转变，大量新型装修和装饰材料悄然走进住宅和公共建筑物，走近人们的生活，加之现代建筑密闭化的特点，使得室内空气质量问题日益突出；而由于装修后甲醛超标造成的恶性病例更是时有报道。这些气体污染不仅危害人体健康，而且某种意义上阻碍了社会发展，更严重的将关系到生命的存亡。人类对这些气体的感知和承受能力是有限的，为了确保安全，防患于未然，人们研制了各种检测方法和测试仪器，以便及时准确地检测并控制环境中的各种有毒有害气体。气体传感器经过多年的发展，已广泛应用于各行业的生产、国防、医疗、生活和监测机构等领域。而研究和开发这些用于环境监测的气体传感器，更成为人们日益关心的问题。
[0003]在众多气体传感器之中，应用最为广泛，结构和制作工艺简单、综合性能优良，成本低廉的应数电阻型金属氧化物半导体气体传感器。鉴于作为气体敏感材料的氧化物半导体材料如Sn02、ZnO、Fe2O3, 1102等需要加热到较高温度(如300°C左右)时才显现较好的敏感特性。由于近年来的Si微机械加工技术迅速发展，它们被引进气体传感器的制作工艺，为气体传感器摆脱传感工艺的限制，向小型化、低功耗、进而向集成化、智能化方向发展开辟一条新途径。以Si材料为主的各种先进微结构低功耗气体传感器的研制成为当前半导体气体传感器的研究热点。
[0004]分析上述研究背景可知，微热板是采用微电子技术和微机械加工技术在硅衬底上制成的一种微型平板式加热器。对于设计热损耗小、热电响应快、与集成电路工艺兼容性好的微热板热是金属氧化物气体传感器的重点和难点。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种MOS型气体传感器及制备方法，其功耗低，响应快速，MEMS微加热结构与CMOS工艺兼容，减小了工艺难度，安全可靠。
[0006]按照本发明提供的技术方案，所述MOS型气体传感器，包括用于确定是否存在待检测气体的气体感应结构，在所述气体感应结构的下方设置用于对气体感应结构加热的MEMS微加热结构，所述MEMS微加热结构通过电隔离层与气体感应结构绝缘隔离；
所述MEMS微加热结构包括承载衬底，在所述承载衬底内的上部设有隔热空腔，所述隔热空腔位于承载衬底的中心区；在承载衬底的上方设置用于支撑加热层的绝热层，加热层位于隔热空腔的正上方，电隔离层支撑在加热层上，气体感应结构支撑在电隔离层上，电隔离层以及气体感应结构均位于隔热空腔的正上方。
[0007]所述气体感应结构包括设置在电隔离层上的叉指敏感电极以及位于所述叉指敏感电极上的金属氧化物敏感层。
[0008]所述承载衬底上设置保护层，所述保护层位于绝热层与承载衬底间，且绝热层支撑在保护层上，在所述绝热层上设置导热层，所述加热层支撑在导热层上。
[0009]所述保护层包括氧化硅层，绝热层包括氧化硅层；所述导热层包括氮化硅层，加热层为多晶娃层。
[0010]一种MOS型气体传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤:
a、提供承载衬底，并在所述承载衬底的上表面上设置保护层；
b、选择性地掩蔽和刻蚀所述保护层，以得到贯通所述保护层的干法刻蚀释放阵列口；
C、利用上述的干法刻蚀释放阵列口对承载衬底进行干法刻蚀，以在承载衬底内的上部得到隔热空腔，所述隔热空腔位于承载衬底的中心区；
d、在上述承载衬底上设置覆盖在保护层的绝热层，并在所述绝热层上设置覆盖绝热层的导热层；
e、在上述导热层上淀积加热材料层，并对所述加热材料层进行图形化，以得到位于隔热空腔正上方的加热层；
f、在上述加热层上生长电隔离层，并在所述电隔离层上设置气体感应结构，所述电隔离层、气体感应结构均位于隔热空腔的正上方。
[0011]所述保护层为氧化硅层，干法刻蚀释放阵列口在承载衬底上方呈圆形，干法刻蚀释放阵列口包括若干贯通保护层的通孔，所述通孔的直径为0.5 μ m~2 μ m，通孔轴心之间的间距为 5 μηι~20 μ??ο
[0012]通过XeF2气体对承载衬底进行干法刻蚀，绝热层为通过化学气相沉积设置在保护层上的氧化硅层，导热层为通过化学气象沉积覆盖在绝热层上的氮化硅层。
[0013]所述气体感应结构包括设置在电隔离层上的叉指敏感电极以及位于所述叉指敏感电极上的金属氧化物敏感层。
[0014]所述叉指敏感电极的厚度为30nm~60nm，叉指敏感电极内叉指条的间距为5 μ m?50 μ m。
[0015]所述金属氧化物敏感层包括T12敏感膜层。
[0016]与现有技术相比，本发明具有如下优点:
1、在保护层上设置干法刻蚀释放阵列口，在得到干法刻蚀释放阵列口后使用1亦2干法刻蚀承载衬底，再用化学气相沉积法(PECVD)制备绝热层、导热层填充干法刻蚀释放阵列口，以形成表面平整且呈悬浮状的MEMS维加热结构。与现有在气体传感器的顶层干法释放口，最后使用XeF2干法刻蚀承载衬底的方法，本发明能增加金属氧化物敏感层的敏感区域面积，保持表面结构的完整性；避免了 XeF2气体对金属氧化物敏感层的影响；增加了器件的结构稳定性；保持了器件的完整性，避免XeF2气体对导热层、绝热层的破坏；避免由于器件尺寸过大，无法形成悬浮结构的后果；操作简便，对后续的实验步骤没有影响。
[0017]2、与现有技术中采用KOH湿法腐蚀相比，本发明采用XeFJt承载衬底进行干法刻蚀，增加了稳定性；避免湿法腐蚀对金属氧化物敏感层带来的影响，没有刻蚀污染；刻蚀设备相对简单，对环境容忍度较高，成本低，制备与CMOS工艺兼容的气体传感器。
[0018]3、与现有技术中采用TMAH湿法腐蚀相比，本发明采用XeF2对承载衬底进行干法刻蚀，增加了稳定性；对承载衬底刻蚀速率快，提高刻蚀效率；避免湿法腐蚀对金属氧化物敏感层带来的影响；操作简便，制备与CMOS工艺兼容的气体传感器。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的结构示意图。
[0020]图2~图12为本发明具体实施工艺步骤剖视图，其中图2为本发明在承载衬底上设置保护层后的剖视图。
[0021]图3为本发明得到干法刻蚀释放阵