本文關(guān)鍵詞：微熱板氣體傳感器的MEMS工藝研究

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【摘要】：氣體傳感器廣泛應(yīng)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(chǔ)的微熱板式氣體傳感器以其低功耗、體積小、易集成的特點(diǎn)成為當(dāng)前氣體傳感器領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。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(shù)實(shí)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(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的鎢和鉑金作為加熱絲,采用正面體硅腐蝕結(jié)構(gòu),對制造微熱板過程中的MEMS工藝進(jìn)行了研究。首先,根據(jù)微熱板氣體傳感器的設(shè)計要求以及大連理工大學(xué)微系統(tǒng)中心MEMS工藝線的加工能力,設(shè)計了器件的層次和平面結(jié)構(gòu)。利用Mentor Graphics設(shè)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(jié)構(gòu),加熱絲采用蛇形走線,寬度為7αm,微熱板中心尺寸為100¨m*100岬。其次,根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件,利用MEMS工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(zhì)保護(hù)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及殘余應(yīng)力的釋放,調(diào)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(zhì)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值的方法,既保護(hù)了鎢也實(shí)現(xiàn)了正面體硅腐蝕。實(shí)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(jìn)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(yīng)時間以及氣敏測試。結(jié)果表明,正面體硅加工的MEMS技術(shù)可以獲得集成度高、功耗低、熱響應(yīng)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。采用濺射工藝制備的鎢加熱絲電阻率顯著高于體材料值,并且溫敏特性不理想,這是由于濺射制備的鎢薄膜處于亞穩(wěn)態(tài),可以通過濺射后高溫?zé)嵬嘶鸹蛘吒淖冩u的鍍膜工藝獲得穩(wěn)定的鎢絲,從而制造出性能優(yōu)良的鎢絲微熱板氣體傳感器。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP212

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1151496