[发明专利]薄膜型微热导检测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种薄膜型微热导检测器及其制备方法，该薄膜型微热导检测器具有三明治结构，从下而上依次是玻璃衬底、带微沟槽的硅片和带微沟道的玻璃；交叉网状结构制作于硅片表面并悬浮于微通道之中，其结构是由两层氧化硅/氮化硅薄膜所保护的热敏电阻；关键工艺包括通过深反应离子刻蚀（DRIE）工艺刻蚀硅片背面硅释放交叉网状结构，通过两次静电键合完成微热导检测器芯片的制作。本发明的热敏电阻的上下两层氧化硅/氮化硅薄膜不仅对其起到保护作用，并且由于结构的对称分布还能起到应力平衡的作用，减小了交叉网状结构的形变，大大提高了热敏电阻支撑结构的强度及稳定性；采用一步DRIE工艺释放交叉网状结构，使得微沟槽侧壁陡直，器件死体积小。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种薄膜型微热导检测器及其制作方法。

背景技术

热导检测器是气相色谱仪的一种重要的检测器，这种检测器只对被检测气体的浓度敏感，几乎对所有气体都响应。传统的气相色谱仪热导检测器一般采用不锈钢或陶瓷加工而成，体积大、重量重，功耗大、更重要的是由于加工技术制约，传统热导检测器一般都具有较大的死体积，约几十至几百微升，这限制了热导检测器检测下限的降低。

随着MEMS(Micro-electro-mechanical system)技术的发展，采用MEMS技术设计、制作的微热导检测器芯片具有体积小、重量轻、功耗小等优点，更为重要的是基于MEMS技术制作的热导检测器的死体积大为降低(一般小于1微升，为纳升量级)，其检测下限可达几个ppm甚至小于1ppm。

在现有的微热导检测器技术方案中，热敏电阻制作于支撑层上并悬浮于微沟道之中，但存在几个问题：

1、热敏电阻的支撑层一般为氮化硅单层膜或氮化硅/氧化硅复合膜结构，由于应力过大或失配问题，释放后的结构会发生断裂、较大变形、塌陷等问题，这种支撑结构稳定性差、易受气流影响。

2、基于氢氧化钾(KOH)各向异性腐蚀或两步深反应离子刻蚀工艺(DRIE，第一步为各向异性刻蚀，第二步为各向同性刻蚀)从正面(热敏电阻一侧)腐蚀硅释放支撑结构并形成相应的微沟道，会带来过大的多余的死体积。

为了获得高性能的微热导检测器，上述问题是从事微热导检测器的本领域的研究人员需要着力解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种薄膜型微热导检测器及其制备方法，用于解决现有技术中热敏电阻的支撑层容易断裂及多余死体积过大等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种薄膜型微热导检测器，包括：硅衬底，所述硅衬底中形成有微沟槽结构；由第一介质薄膜-热敏电阻-第二介质薄膜形成的图形化堆叠结构，悬挂于所述硅衬底的正面的微沟槽结构中；带有微沟道的玻璃片，键合于所述硅衬底正面，且使得所述图形化堆叠结构位于所述玻璃片的微沟道内；玻璃衬底，键合于所述硅衬底的背面。

作为本发明的薄膜型微热导检测器的一种优选方案，所述微沟槽结构贯穿所述硅衬底正面及背面。

作为本发明的薄膜型微热导检测器的一种优选方案，所述硅衬底中还形成有焊盘凹槽，所述焊盘凹槽中形成有焊盘结构，所述焊盘结构与所述热敏电阻电性相连。

作为本发明的薄膜型微热导检测器的一种优选方案，所述热敏电阻所采用的金属包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种。

作为本发明的薄膜型微热导检测器的一种优选方案，所述第一介质薄膜及第二介质薄膜的平面结构为交叉网状结构，且所述交叉网状结构中具有多个延伸部，各延伸部与所述硅衬底连接，以支撑所述交叉网状结构。

作为本发明的薄膜型微热导检测器的一种优选方案，所述热敏电阻呈锯齿状沿所述交叉网状结构延伸，并连接于所述焊盘结构之间。