CN104807855B - 微机电气体感测装置 - Google Patents
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Abstract
一种微机电气体感测装置，包括基板、氧化层、加热单元、导热金属层、钝化层与感测单元层。基板具有第一空腔。氧化层具有第一面与相对第一面的第二面，氧化层配置于基板上，并覆盖第一空腔，且第一面与基板接触。加热单元配置于氧化层内，且邻近于氧化层的第一面。导热金属层配置于加热单元与氧化层的第二面之间。钝化层配置于氧化层的第二面上，且具有至少一孔洞。感测单元层配置于钝化层上，且透过至少一孔洞与导热金属层电性连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体感测装置，特别是一种微机电气体感测装置。
背景技术
一般来说，气体检测在环境监控、家用警报、化工控制、温室环境控制领域有着广泛的应用。对于具有无色和无味特性的有毒气体，例如一氧化碳(CO)，人类的视觉和嗅觉无法辨识它们的存在。当毒性气体在空气中的含量超过一定的范围，人体便会产生轻则头痛、晕旋、呕吐的症状，严重的甚至会休克、死亡。若有气体分析的仪器或装置，对密闭空间或通风不良的环境里的气体成分做实时的监测，便能在毒性气体的浓度超出人类可允许的范围时，及时的发出警报的声响，防止不幸和灾害的发生。
一般化学实验室和品管检验室所使用的气体分析设备虽然具有高准确度、高灵敏度与低检测极限等优点，但是它们因有体积庞大、不易携带、耗电性高、仪器构造复杂及价格昂贵等缺点，所以在应用上受到极大的限制。因此，电气体传感器仍有改善的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种微机电气体感测装置，以使温度均匀的施加，使微机电气体感测装置具有集成化与制作批次化的能力，以及避免微机电气体感测装置所产生的热扩散至其他部分，而影响到周遭电路元件的运作。
为了实现上述目的，本发明提供了一种微机电气体感测装置，包括基板、氧化层、加热单元、导热金属层、钝化层与感测单元层。基板具有第一空腔。氧化层具有第一面与相对第一面的第二面，氧化层配置于基板上，并覆盖第一空腔，且第一面与基板接触。加热单元配置于氧化层内，且邻近于氧化层的第一面。导热金属层配置于加热单元与氧化层的第二面之间。钝化层配置于氧化层的第二面上，且具有至少一孔洞。感测单元层配置于钝化层上，且透过至少一孔洞与导热金属层电性连接。
在一实施例中，前述氧化层还包括第二空腔与第三空腔，其中第二空腔与第三空腔分别位于导热金属层的相对两侧。
在一实施例中，前述第二空腔与第三空腔以电感耦合式电浆蚀刻形成。
在一实施例中，加热单元的材料为多晶硅。
在一实施例中，前述导热金属层包括第一金属层、第一接触层、第二金属层、第二接触层、第三金属层、第三接触层、第四金属层、第四接触层、第五金属层、第五接触层与第六金属层。第一金属层邻近于加热单元。第一接触层配置于第一金属层上。第二金属层配置于第一接触层上。第二接触层配置于第二金属层上。第三金属层配置于第二接触层上。第三接触层配置于第三金属层上。第四金属层配置于第三接触层上。第四接触层配置于第四金属层上。第五金属层配置于第四接触层上。第五接触层配置于第五金属层上。第六金属层配置于第五接触层上，且第六金属层透过至少一孔洞与感测单元层电性连接。
在一实施例中，前述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第四金属层、第五金属层与第六金属层的材料为铝，第一接触层、第二接触层、第三接触层、第四接触层与第五接触层的材料为钨。
在一实施例中，前述感测单元层的材料为金、铝、银、铂、铜、钛、钼、钽、钨或铬。
在一实施例中，前述感测单元层的工艺温度为400度至450度。
本发明的技术效果在于：
本发明所公开的微机电气体感测装置，通过将导热金属层配置于加热单元与感测单元层之间，以均匀地使加热单元所产生的温度施加在感测单元层。另外，通过导热金属层将加热单元130与感测单元层隔开，以使微机电气体感测装置具有集成化与制作批次化的能力。此外，进一步通过导热金属层的相对两侧设置第二空腔及第三空腔，可有效将加热单元所产生的热局限于加热单元与感测单元层的区域，以避免加热单元所产生的热扩散至氧化层的其他部分，而影响到周遭电路元件的运作。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1为本发明的微机电气体感测装置的示意图；
图2为本发明的微机电气体感测装置的另一示意图。
其中，附图标记
100 微机电气体感测装置
110 基板
111 第一空腔
112、113 子基板
120 氧化层
121 第一面
122 第二面
130 加热单元
140 导热金属层
141 第一金属层
142 第一接触层
143 第二金属层
144 第二接触层
145 第三金属层
146 第三接触层
147 第四金属层
148 第四接触层
149 第五金属层
150 第五接触层
151 第六金属层
160 钝化层
161、162 孔洞
170 感测单元层
180 电路元件
210 第二空腔
220 第三空腔
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
请参考图1所示，其为本发明的微机电气体感测装置的示意图。微机电气体感测装置100包括基板110、氧化层120、加热单元130、导热金属层140、钝化层(PassivationLayer)160、感测单元层170及电路元件180。
基板110具有第一空腔111。在本实施例中，第一空腔111可以经由半导体工艺处理而形成，而此半导体工艺处理例如为干蚀刻。并且，在形成第一空腔111后，第一空腔111会将基板110区分成子基板112及113，亦即第一空腔111位于子基板112及113之间。
氧化层120具有第一面121与相对第一面的第二面122。氧化层120配置于基板110上，并覆盖第一空腔111。而氧化层120的第一面121与基板110接触，进一步来说，氧化层120的第一面121与子基板112及113接触。
加热单元130配置于氧化层120内，且邻近于氧化层120的第一面121。进一步来说，加热单元130设置的位置可对应第一空腔111，亦即加热单元130邻近第一空腔111，且位于第一空腔111之上。
导热金属层140配置于加热单元130与氧化层120的第二面122之间。进一步来说，导热金属层140包括第一金属层141、第一接触层142、第二金属层143、第二接触层144、第三金属层145、第三接触层146、第四金属层147、第四接触层148、第五金属层149、第五接触层150与第六金属层151。
第一金属层141邻近于加热单元130。第一接触层142配置于第一金属层141上。第二金属层143配置于第一接触层142上。第二接触层144配置于第二金属层143上。第三金属层145配置于第二接触层144上。第三接触层146配置于第三金属层145上。第四金属层147配置于第三接触层146上。第四接触层148配置于第四金属层147上。第五金属层149配置于第四接触层148上。第五接触层150配置于第五金属层149上。第六金属层151配置于第五接触层150上。
也就是说，导热金属层140通过第一金属层141、第一接触层142、第二金属层143、第二接触层144、第三金属层145、第三接触层146、第四金属层147、第四接触层148、第五金属层149、第五接触层150与第六金属层151以沉积的方式堆叠而成。并且，在本实施例中，第一金属层141、第二金属层143、第三金属层145、第四金属层147、第五金属层149与第六金属层151的材料为铝(Al)，而第一接触层142、第二接触层144、第三接触层146、第四接触层148与第五接触层150的材料为钨(W)。
钝化层160配置于氧化层120的第二面122上，且具有孔洞161、162。感测单元层170配置于钝化层160上，并且感测单元层170例如透过前述孔洞161、162与导热金属层140电性连接。进一步来说，感测单元层170例如透过孔洞161、162与导热金属层140的第六金属层151电性连接。电路元件180配置于子氧化层112与氧化层120之间。
在本实施例中，加热单元130的材料例如为多晶硅(Poly-silicon)，且加热单元130还包括有加热器及温度计。并且，加热单元130的加热器的目的为用以增加载子从价电带越过能阶到达导电带的机率。而加热单元130的温度计用以感测加热器的温度。
另外，感测单元层170的材料例如为金(Au)、铝(Al)、银(Ag)、铂(Pt)、铜(Cu)、钛(Ti)、钼(Mo)、钽(Ta)、钨(W)或铬(Cr)。而感测单元层170例如透过光罩定义图形，并透过沉积方式制作，其中感测单元层170的工艺温度维持约400度(℃)至450度，以进行金属氧化的过程。并且，本实施例的感测单元层170用以感测特定气体，例如一氧化碳。
如此一来，通过上述的配置关系，加热单元130所提供的热，可透过导热金属层140将热传递至感测单元层170，以均匀地使加热单元130所产升的温度施加在感测单元层170。另外，通过导热金属层将加热单元130与感测单元层170隔开，以使微机电气体感测装置100具有集成化与制作批次化的能力。
请参考图2所示，其为本发明的微机电气体感测装置的另一示意图。微机电气体感测装置200除了包括基板110、氧化层120、加热单元130、导热金属层140、钝化层(Passivation Layer)160、感测单元层170及电路元件180外，氧化层120还进一步包括第二空腔210及第三空腔220。
在本实施例中，第二空腔210及第三空腔220分别位于导热金属层140的相对两侧。并且，第二空腔210及第三空腔220可以经由半导体工艺处理而形成，而此半导体工艺处理例如为电感耦合式电浆(Inductively Coupled Plasma,ICP)蚀刻形成。如此一来，通过于导热金属层140的相对两侧设置第二空腔210及第三空腔220，可有效将加热单元130所产生的热局限于加热单元130与感测单元层130的区域，以避免加热单元130所产生的热扩散至氧化层120的其他部分，而影响到周遭电路元件的运作。
本发明的实施例所提出的微机电气体感测装置，其通过将导热金属层配置于加热单元与感测单元层之间，以均匀地使加热单元所产生的温度施加在感测单元层。另外，通过导热金属层将加热单元130与感测单元层隔开，以使微机电气体感测装置具有集成化与制作批次化的能力。此外，进一步通过导热金属层的相对两侧设置第二空腔及第三空腔，可有效将加热单元所产生的热局限于加热单元与感测单元层的区域，以避免加热单元所产生的热扩散至氧化层的其他部分，而影响到周遭电路元件的运作。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种微机电气体感测装置，其特征在于，包括：
一基板，具有一第一空腔；
一氧化层，具有一第一面与相对该第一面的一第二面，该氧化层配置于该基板上，并覆盖该第一空腔，且该第一面与该基板接触；
一加热单元，该加热单元为一个整体地配置于该氧化层内，且邻近于该氧化层的该第一面，该加热单元包括有加热器及温度计；
一导热金属层，配置于该加热单元与该氧化层的该第二面之间；
一钝化层，配置于该氧化层的该第二面上，且具有至少一孔洞；以及
一感测单元层，配置于该氧化层的该第二面上方的该钝化层上以独立且隔离于该氧化层，且该感测单元层透过该至少一孔洞与该导热金属层电性连接，该感测单元层用于感测气体，
其中，该导热金属层用于将该加热单元所提供的热传递至该感测单元层，以均匀地使该加热单元所产生的温度施加在该感测单元层中。
2.如权利要求1所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该氧化层还包括一第二空腔与一第三空腔，其中该第二空腔与该第三空腔分别位于该导热金属层的相对两侧。
3.如权利要求2所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该第二空腔与该第三空腔以电感耦合式电浆蚀刻形成。
4.如权利要求1所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该加热单元的材料为多晶硅。
5.如权利要求1所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该导热金属层包括：
一第一金属层，邻近于该加热单元；
一第一接触层，配置于该第一金属层上；
一第二金属层，配置于该第一接触层上；
一第二接触层，配置于该第二金属层上；
一第三金属层，配置于该第二接触层上；
一第三接触层，配置于该第三金属层上；
一第四金属层，配置于该第三接触层上；
一第四接触层，配置于该第四金属层上；
一第五金属层，配置于该第四接触层上；
一第五接触层，配置于该第五金属层上；以及
一第六金属层，配置于该第五接触层上，且该第六金属层透过该至少一孔洞与该感测单元层电性连接。
6.如权利要求5所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该第一金属层、该第二金属层、该第三金属层、该第四金属层、该第五金属层与该第六金属层的材料为铝，该第一接触层、该第二接触层、该第三接触层、该第四接触层与该第五接触层的材料为钨。
7.如权利要求1所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该感测单元层的材料为金、铝、银、铂、铜、钛、钼、钽、钨或铬。
8.如权利要求1所述的微机电气体感测装置，其特征在于，该感测单元层的工艺温度为400度至450度。
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