CN102608203A

CN102608203A - 用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法

Info

Publication number: CN102608203A
Application number: CN2012100347520A
Authority: CN
Inventors: 黄歆; 李继良; 杨思川; 万飞
Original assignee: ZHONGKE FEIHONG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd BEIJING
Current assignee: ZHONGKE FEIHONG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd BEIJING
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-25

Abstract

本发明公开了一种用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，首先，在压电基片的正面蒸镀Cr过渡层，并在Cr过渡层上蒸镀Au层；然后，通过光刻、显影、刻蚀工艺将声表面波传感器掩模版上的图形转移到压电基片表面，并形成声表面波传感器的叉指换能器和生长敏感膜的成膜区；之后，通过套刻版将成膜区掩蔽上光刻胶层，再蒸镀成膜掩蔽层，并采用剥离工艺将成膜区的成膜掩蔽层剥离掉，形成制备敏感膜的窗口；最后，采用成膜方式在成膜区内形成敏感膜。解决了传感器芯片在特定成膜区域内生长敏感膜过程中的掩蔽不严、一致性差、污染芯片及工艺复杂等难题，可以获得高质量的敏感膜。

Description

用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法

技术领域

本发明涉及一种声表面波(Surface Acoustic Wave，简写为SAW)传感器制造技术，尤其涉及一种用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法。

背景技术

近年来，由于反恐和防化的需求，气体传感器的研制成为热点，尤其是根据高分子气敏材料吸收气体后声波在材料表面传播速度或频率发生变化的原理制成的SAW气体传感器的研制与应用更为突出。SAW气体传感器技术主要优势：高精度、高灵敏度、响应时间短、抗干扰能力强、有效检测范围线性好；体积小、重量轻、功耗低；采用平面工艺制作，易于集成化、智能化和大批量生产；待测参量以频率输出，易于与计算机、微处理器接口组成实时处理系统。

SAW气体传感器的核心部件是用于气体检测的SAW传感器芯片，在SAW传感器芯片的制备过程中始终有一个问题困扰着研发人员，那就是如何将化学敏感膜稳定可靠、准确地转移到芯片的成膜区，同时不影响芯片其他部分。目前有很多种成膜方式，国外采用激光定位喷涂生长该化学敏感膜，该方法不需要将非成膜区域掩蔽起来，具有易于生长、控制精确、一致性好等工艺特点，但所需的成膜设备非常昂贵，且目前国内无生产和使用厂家。在国内，分子自组装是目前比较常用的成膜方式，该方法将芯片在成膜溶液中长时间浸泡，此时就需要将非成膜区域掩蔽起来，只露出成膜区域，过去常利用特殊胶带进行掩蔽，但胶带边缘会翘起甚至脱落，产生溶液渗透，污染非成膜区域，同时胶带还会污染芯片表面，难于去除。也有采用石蜡掩蔽的，但操作麻烦、可靠性差，同时在去除石蜡时，也难免污染芯片表面，影响传感器性能。以上掩蔽方式效率都很低，且性能差，不适于敏感膜生长的批量生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，该方法能够避免传感器芯片在特定成膜区域内生长敏感膜过程中的掩蔽不严、一致性差、污染芯片及工艺复杂的问题，可获得高质量的敏感膜。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，包括步骤：

首先，在压电基片的正面蒸镀Cr过渡层，并在Cr过渡层上蒸镀Au层；然后，通过光刻、显影、刻蚀工艺将声表面波传感器掩模版上的图形转移到压电基片表面，并形成声表面波传感器的叉指换能器和生长敏感膜的成膜区；之后，通过套刻版将成膜区掩蔽上光刻胶层，再蒸镀成膜掩蔽层，并采用剥离工艺将成膜区的成膜掩蔽层剥离掉，形成制备敏感膜的窗口；最后，采用需要的成膜方式在成膜区内形成敏感膜。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，由于在成膜区形成化学敏感膜之前，直接在圆片上制作敏感膜的成膜掩蔽层，解决了传感器芯片在特定成膜区域内生长敏感膜过程中的掩蔽不严、一致性差、污染芯片及工艺复杂等难题，可以获得高质量的敏感膜。

附图说明

图1为蒸镀金属膜并匀胶后芯片的剖面示意图；

图2为显影后的剖面示意图；

图3为刻蚀后的剖面示意图；

图4为完成金属图形制备的芯片表面示意图；

图5为套刻匀胶后的剖面示意图；

图6为套刻显影后的剖面示意图；

图7为蒸镀掩蔽层后的剖面示意图；

图8为成膜掩蔽层开窗后的剖面示意图；

图9为长膜后芯片的剖面示意图；

图10为本发明的具体实施例的用于气体检测的声表面波传感器芯片的制备方法流程图。

附图标识：

1、压电基片，2、Cr过渡层，3、Au层，4、光刻胶层，5、成膜区，6、光刻胶层，7、成膜掩蔽层，8、敏感膜，9、叉指换能器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其较佳的具体实施方式如图1至图10所示：

包括步骤：

首先，在压电基片1的正面蒸镀Cr过渡层2，并在Cr过渡层2上蒸镀Au层3；

然后，通过光刻、显影、刻蚀工艺将声表面波传感器掩模版上的图形转移到压电基片1表面，并形成声表面波传感器的叉指换能器9和生长敏感膜8的成膜区5；

之后，通过套刻版将成膜区5掩蔽上光刻胶层6，再蒸镀成膜掩蔽层7，并采用剥离工艺将成膜区5的成膜掩蔽层7剥离掉，形成制备敏感膜8的窗口；

最后，采用各种成膜方式在成膜区5内形成敏感膜8。

所述成膜掩蔽层的材料为金属、非金属化合物或有机高分子材料。

所述压电基片采用以下任意一种或多种材料：石英晶体、铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、硅酸镓镧晶体、四硼酸锂晶体。

所述压电基片包括在非压电介质上制作有氧化锌或PZT(锆钛酸铅)压电薄膜。

所述成膜掩蔽层厚度为100～300埃，该成膜掩蔽层能满足用涂覆、分子自组装、溶液浸泡或真空蒸镀的方法生长敏感膜。

所述的Cr过渡层厚度为10埃，所述的Au层厚度为400～550埃。

所述的敏感膜为对特定气体具有吸附和解吸附性质的聚合物膜，所述的敏感膜的生长方法包括涂覆、分子自组装、溶液浸泡或真空蒸镀。

本发明的优点在于：在成膜区形成化学敏感膜之前，利用成膜掩蔽层对非成膜区进行掩蔽，能够很好的解决敏感膜形成过程中的掩蔽不严、一致性差、污染芯片等问题，工艺过程简单、稳定可靠，对芯片电性能影响小，且满足敏感膜不同的长膜方式，如浸泡，涂覆、分子自组装或真空蒸镀。

具体实施例：

如图10所示，具体步骤如下：

按传统工艺清洗压电基片；

在压电基片1正面蒸镀厚度为10埃左右的Cr过渡层2，在Cr过渡层2上蒸镀厚度为400～550埃的Au层3；

利用匀胶机在Au层3表面覆盖均匀光刻胶层4。采用BP212型光刻胶，黏度7厘波，厚度为7000～9000埃左右，如图1所示；

将匀胶后的圆片放入光刻机中，使光刻胶层4通过SAW掩模版曝光。光强4.6mW曝光时间3s；

将曝光后的圆片置入7‰的NaOH溶液中显影10～12秒钟左右，将曝光部分的光刻胶腐蚀掉，在金层3表面形成光刻胶保护图形，如图2所示；

利用IBE刻蚀机将圆片表面无光刻胶层4保护的Au层3和Cr过渡层2刻蚀掉，时间90秒左右，如图3所示；

利用等离子去胶机，将刻蚀过的圆片表面剩余的光刻胶层4去除，完成圆片表面金属图形制备，如图4所示；

将上一步处理过的圆片放入匀胶机，在其表面均匀覆盖光刻胶层6。采用BP212型光刻胶，黏度7厘波，厚度为7000～9000埃，如图5所示；

将光刻胶层6通过套刻掩模版曝光，光强4.6mW曝光时间3s；

将曝光部分的光刻胶层6用7‰的NaOH溶液腐蚀掉，完成光刻胶层6对成膜区5的掩蔽，如图6所示；

在圆片表面蒸镀膜掩蔽层7，厚度为100～300埃，如图7所示；

将成膜区5的成膜掩蔽层7剥离掉，形成窗口，完成成膜掩蔽层7的制备，如图8所示；

采用分子自组装方式，将圆片放入敏感膜溶液中8小时，在成膜区形成敏感膜层8，如图9所示；

划片、压焊、封装，完成用于气体检测的SAW传感器芯片的制备。

虽然已经以特定的结构和工艺过程来描述了本发明，但根据在此所作的描述，本专业的技术人应该明白，本发明不限于这些例子，本发明的完整范围由权利要求书确定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，包括步骤：

首先，在压电基片(1)的正面蒸镀Cr过渡层(2)，并在Cr过渡层(2)上蒸镀Au层(3)；

然后，通过光刻、显影、刻蚀工艺将声表面波传感器掩模版上的图形转移到压电基片(1)表面，并形成声表面波传感器的叉指换能器(9)和生长敏感膜(8)的成膜区(5)；

之后，通过套刻版将成膜区(5)掩蔽上光刻胶层(6)，再蒸镀成膜掩蔽层(7)，并采用剥离工艺将成膜区(5)的成膜掩蔽层(7)剥离掉，形成制备敏感膜(8)的窗口；

最后，采用成膜方式在成膜区(5)内形成敏感膜(8)。

2.根据权利要求1所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述成膜掩蔽层的材料为金属、非金属化合物或有机高分子材料。

3.根据权利要求1或2所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述压电基片采用以下任意一种或多种材料：石英晶体、铌酸锂晶体、钽酸锂晶体、硅酸镓镧晶体、四硼酸锂晶体。

4.根据权利要求1或2所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述压电基片包括在非压电介质上制作有氧化锌或PZT压电薄膜。

5.根据权利要求1或2所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述成膜掩蔽层厚度为100～300埃，该成膜掩蔽层能满足用涂覆、分子自组装、溶液浸泡或真空蒸镀的方法生长敏感膜。

6.根据权利要求5所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述的Cr过渡层厚度为10埃，所述的Au层厚度为400～550埃。

7.根据权利要求5所述的用于气体检测的声表面波传感器芯片敏感膜的制备方法，其特征在于，所述的敏感膜为对特定气体具有吸附和解吸附性质的聚合物膜，所述的敏感膜的生长方法包括涂覆、分子自组装、溶液浸泡或真空蒸镀。