微熱板氣體傳感器的MEMS工藝研究.pdf

1、氣體傳感器廣泛應用于檢測可燃性氣體、有毒氣體以及大氣成分。以MEMS工藝為基礎的微熱板式氣體傳感器以其低功耗、體積小、易集成的特點成為當前氣體傳感器領域的研究熱點。大多數(shù)MEMS氣體傳感器采用鉑金為加熱絲，采用背面體硅加工技術實現(xiàn)微熱板的懸空。鎢是一種性能穩(wěn)定的加熱絲材料，替代鉑金可降低成本;并且背面體硅加工存在尺寸偏大和功耗較高等問題。本文分別以化學性質穩(wěn)定的鎢和鉑金作為加熱絲，采用正面體硅腐蝕結構，對制造微熱板過程中的MEMS工藝進

2、行了研究。
　　首先，根據(jù)微熱板氣體傳感器的設計要求以及大連理工大學微系統(tǒng)中心MEMS工藝線的加工能力，設計了器件的層次和平面結構。利用Mentor Graphics設計軟件，繪制了以4寸晶圓為基底的微熱板氣體傳感器掩模版圖。版圖共分為三層，分別為加熱絲層、腐蝕窗層、氣敏電極層，其中的微熱板采用四臂支撐結構，加熱絲采用蛇形走線，寬度為7μm，微熱板中心尺寸為100μm*100μm。
　　其次，根據(jù)現(xiàn)有設備條件，利用MEMS工

3、藝開始微熱板的制作，主要加工工藝包括:熱氧化隔離工藝、制備氮化硅支撐層、鉑金和鎢加熱絲加工、制備介質保護層、開腐蝕窗、制備氣敏電極、切片、正面體硅腐蝕工藝、打印氣敏材料、以及封裝。加工過程中，考慮到微熱板的結構穩(wěn)定性以及殘余應力的釋放，調整了氧化硅以及氮化硅的沉積厚度和相對比例;考慮到加熱絲的成膜質量以及圖形化效果，采用了射頻磁控濺射和剝離的方式;考慮到腐蝕懸空所用的堿性溶液在加熱條件下會腐蝕鎢，采用加入硅酸和過硫酸銨來降低溶液PH值的

4、方法，既保護了鎢也實現(xiàn)了正面體硅腐蝕。實現(xiàn)了MEMS工藝下鉑金絲和鎢絲微熱板的全流程制作。
　　最后，對引線封裝后的芯片進行測試，包括加熱絲阻值一致性測試、溫阻特性測試、穩(wěn)定性測試、功耗測試、熱響應時間以及氣敏測試。結果表明，正面體硅加工的MEMS技術可以獲得集成度高、功耗低、熱響應速度快、靈敏度高的微熱板氣體傳感器。采用鉑金加熱絲的器件，在300℃以下的溫阻特性穩(wěn)定，并且由于鉑金優(yōu)異的耐腐蝕特性，在加工腐蝕過程中成品率極高。采用