[发明专利]一种硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法及应用，包括：S1、在硅晶圆基片上表面沉积绝缘材料，得到悬臂支撑层；S2、在悬臂支撑层表面晶圆级沉积金属形成加热电极；S3、在加热电极表面晶圆级沉积绝缘层；S4、在绝缘层表面晶圆级制备腐蚀窗口和测试电极；S5、在测试电极表面晶圆级沉积粘结层；S6、在粘结层表面整体制备气敏薄膜；S7、在腐蚀窗口处通入腐蚀液，对气敏薄膜所在区域下方的硅晶圆基片进行湿法腐蚀后，得到气体传感器晶圆；S8、对气体传感器晶圆进行划片处理，得到硅基MEMS气体传感器芯片；其中，粘结层与气敏薄膜的材料相同。本发明所得的气体传感器芯片兼具高稳定和高灵敏等优良气敏性能，实现了硅基气体敏感薄膜的兼容制造。

技术领域

本发明属于气体检测技术领域，更具体地，涉及一种硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法及应用。

背景技术

金属氧化物半导体薄膜气体传感器具有灵敏度高、响应速度快等优点，已被广泛应用于工业安全、生物医疗、智慧城市等领域。而随着后摩尔时代的到来以及“MorethanMoore”思路的提出，面向全方位智能传感的新型智能传感器成为重要的发展方向，作为智能传感器的重要组成部分，气体传感器将向小型化、低功耗、集成化方向进一步发展。

传统的硅基MEMS气体传感器芯片制备方法，通常利用刷涂或滴涂的方式将已经制备好的气体敏感材料转移至硅基器件表面。此步骤需要基于单个器件操作，成本较高、效率低下、无法光刻图案化，因此较难实现传感器的批量化生产。另外由于薄膜厚度与密度不均匀，易导致同一器件的不同区域以及不同器件之间材料的比表面积差异大，传感器稳定性和一致性受到影响。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法及应用，用以解决现有技术制备得到的硅基MEMS气体传感器芯片的稳定性较差的技术问题。

为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法，包括以下步骤：

S1、在硅晶圆基片上表面沉积绝缘材料，形成覆盖于硅晶圆基片之上的悬臂支撑层；

S2、在上述悬臂支撑层表面晶圆级沉积金属形成加热电极；

S3、在上述加热电极表面晶圆级沉积绝缘层，使绝缘层覆盖悬臂支撑层和加热电极；

S4、在上述绝缘层表面晶圆级制备腐蚀窗口和测试电极；其中，腐蚀窗口位于加热电极的四周，并贯穿绝缘层和悬臂支撑层；测试电极位于加热电极的正上方；

S5、在上述测试电极表面晶圆级沉积粘结层；

S6、在上述粘结层表面整体制备气敏薄膜；

S7、在上述腐蚀窗口处通入腐蚀液，对气敏薄膜所在区域下方的硅晶圆基片进行湿法腐蚀后，得到气体传感器晶圆；

S8、对气体传感器晶圆进行划片处理，得到硅基MEMS气体传感器芯片；

其中，粘结层的材料与气敏薄膜的材料相同。

进一步优选地，绝缘材料为氧化物或氮化物或二者的混合物。

进一步优选地，绝缘材料为ONO复合膜。

进一步优选地，加热电极的材料为钛-铂金属。

进一步优选地，测试电极为叉指电极或梳状电极。

进一步优选地，步骤S7包括：在上述腐蚀窗口处进行湿法腐蚀，使得气敏薄膜所在区域下方的硅晶圆基片完全腐蚀，从而释放悬臂。

第二方面，本发明提供了一种硅基MEMS气体传感器芯片，采用本发明第一方面所提供的硅基MEMS气体传感器芯片的制备方法制备得到。