CN111483974A - 一种mems单芯片集成流量温度湿度化学传感器及工艺 - Google Patents
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Abstract
一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，硅晶圆为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层由氮化硅或者氮氧硅化物构成，板状结构，起到绝缘作用，绝缘隔离金属薄膜与硅晶圆；敏感材料层设置在金属薄膜上；腔室由晶圆背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室；温度传感器、气体质量流量传感器、湿度传感器和气体化学传感器集成在金属薄膜上。一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺，绝缘层由氮化硅或者氮氧硅化物构成，绝缘隔离金属薄膜与硅晶圆；敏感材料层通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备。本发明的优点：成品功能完善，体积小，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别涉及了一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器及工艺。
背景技术
目前，现有MEMS单芯片无法集成多种传感器，导致体积较大，给使用造成麻烦，同时，复合传感器的性能上也无法做到精度较高的程度。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述问题，特提供了一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器及工艺。
本发明提供了一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，包括硅晶圆1，绝缘层2，金属薄膜3，敏感材料层4，钝化层5，金属焊盘6，腔室7，温度传感器8，气体质量流量传感器9，湿度传感器10，气体化学传感器11；
其中：硅晶圆1为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，板状结构，起到绝缘作用，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；敏感材料层4是聚酰亚胺或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物的混合物，设置在金属薄膜3上；钝化层5是氧化硅或者氮化硅材料件，设置在金属薄膜上，金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子；腔室7由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室；温度传感器8、气体质量流量传感器9、湿度传感器10和气体化学传感器11集成在金属薄膜3上。
所述的腔室7为长方体空腔结构。
一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺中，硅晶圆1由硅构成，为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，利用低气压化学气相沉积或者等离子增强化学气相沉积制备，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；金属薄膜3由铂/铬或者铂/钛构成，为电阻结构或电容的金属端子，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；敏感材料层4：是聚酰亚胺，或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物混合物，构成化学气体传感器敏感层或者湿度传感器敏感层，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；钝化层5为氧化硅或者氮化硅组成，用于保护金属薄膜，利用等离子增强气相化学沉积制备；金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子，物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；腔室7利用干法刻蚀、湿法刻蚀或者神反应离子刻蚀技术由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室，作用是在薄膜金属电阻下边做出腔室实现热隔离。
利用铂等薄膜金属可用于电阻式温度传感器、湿度传感器、气体质量流量传感器制作以及可以用来形成气体化学传感器的电容板或电阻金属端子的特性。提出了在一颗MEMS芯片上集成气体流量传感器、温度传感器、湿度传感器、气体化学传感器的技术。
本发明的优点：
本发明所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器及工艺，成品体积小，精度高。MEMS电阻式温度传感器实际上是利用金属薄膜电阻在不同温度下电阻值发生变化而制成。MEMS湿度传感器是利用在金属薄膜电阻沉积聚酰亚胺材料来制备。气体质量流量传感器利用金属薄膜电阻温度传感器与金属薄膜电阻加热器组合而成，通过温度传感器测试被加热的空气的流动引起的温度变化从而得出气体流量。MEMS气体化学传感器通过在金属薄膜和敏感材料层形成的电容，来对不同气体成分进行测试，如氧气、二氧化碳和一氧化碳等。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器俯视图；
图2为背面刻蚀腔体结构MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器剖面示意图；
图3为正面刻蚀腔体结构MEMS单芯片集成流量温度湿度化学传感器剖面示意图。
具体实施方式
实施例1
本发明提供了一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，包括硅晶圆1，绝缘层2，金属薄膜3，敏感材料层4，钝化层5，金属焊盘6，腔室7，温度传感器8，气体质量流量传感器9，湿度传感器10，气体化学传感器11；
其中：硅晶圆1为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，板状结构，起到绝缘作用，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；敏感材料层4是聚酰亚胺或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物的混合物，设置在金属薄膜3上；钝化层5是氧化硅或者氮化硅材料件，设置在金属薄膜上，金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子；腔室7由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室；温度传感器8、气体质量流量传感器9、湿度传感器10和气体化学传感器11集成在金属薄膜3上。
所述的腔室7为长方体空腔结构。
一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺中，硅晶圆1由硅构成，为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，利用低气压化学气相沉积或者等离子增强化学气相沉积制备，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；金属薄膜3由铂/铬或者铂/钛构成，为电阻结构或电容的金属端子，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；敏感材料层4：是聚酰亚胺，或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物混合物，构成化学气体传感器敏感层或者湿度传感器敏感层，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；钝化层5为氧化硅或者氮化硅组成，用于保护金属薄膜，利用等离子增强气相化学沉积制备；金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子，物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；腔室7利用干法刻蚀、湿法刻蚀或者神反应离子刻蚀技术由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室，作用是在薄膜金属电阻下边做出腔室实现热隔离。
利用铂等薄膜金属可用于电阻式温度传感器、湿度传感器、气体质量流量传感器制作以及可以用来形成气体化学传感器的电容板或电阻金属端子的特性。提出了在一颗MEMS芯片上集成气体流量传感器、温度传感器、湿度传感器、气体化学传感器的技术。
实施例2
本发明提供了一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，包括硅晶圆1，绝缘层2，金属薄膜3，敏感材料层4，钝化层5，金属焊盘6，腔室7，温度传感器8，气体质量流量传感器9，湿度传感器10，气体化学传感器11；
其中：硅晶圆1为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，板状结构，起到绝缘作用，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；敏感材料层4是聚酰亚胺或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物的混合物，设置在金属薄膜3上；钝化层5是氧化硅或者氮化硅材料件，设置在金属薄膜上，金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子；腔室7由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室；温度传感器8、气体质量流量传感器9、湿度传感器10和气体化学传感器11集成在金属薄膜3上。
一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺中，硅晶圆1由硅构成，为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层2由氮化硅或者氮氧硅化物构成，利用低气压化学气相沉积或者等离子增强化学气相沉积制备，绝缘隔离金属薄膜3与硅晶圆1；金属薄膜3由铂/铬或者铂/钛构成，为电阻结构或电容的金属端子，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；敏感材料层4：是聚酰亚胺，或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物混合物，构成化学气体传感器敏感层或者湿度传感器敏感层，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；钝化层5为氧化硅或者氮化硅组成，用于保护金属薄膜，利用等离子增强气相化学沉积制备；金属焊盘6由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子，物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；腔室7利用干法刻蚀、湿法刻蚀或者神反应离子刻蚀技术由晶圆1背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室，作用是在薄膜金属电阻下边做出腔室实现热隔离。
利用铂等薄膜金属可用于电阻式温度传感器、湿度传感器、气体质量流量传感器制作以及可以用来形成气体化学传感器的电容板或电阻金属端子的特性。提出了在一颗MEMS芯片上集成气体流量传感器、温度传感器、湿度传感器、气体化学传感器的技术。
Claims (3)
1.一种MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，包括硅晶圆(1)，绝缘层(2)，金属薄膜(3)，敏感材料层(4)，钝化层(5)，金属焊盘(6)，腔室(7)，温度传感器(8)，气体质量流量传感器(9)，湿度传感器(10)，气体化学传感器(11)；
其中：硅晶圆(1)为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层(2)由氮化硅或者氮氧硅化物构成，板状结构，起到绝缘作用，绝缘隔离金属薄膜(3)与硅晶圆(1)；敏感材料层(4)是聚酰亚胺或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物的混合物，设置在金属薄膜(3)上；钝化层(5)是氧化硅或者氮化硅材料件，设置在金属薄膜上，金属焊盘(6)由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子；腔室(7)由晶圆(1)背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室；温度传感器(8)、气体质量流量传感器(9)、湿度传感器(10)和气体化学传感器(11)集成在金属薄膜(3)上。
2.按照权利要求1所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器，其特征在于：所述的腔室(7)为长方体空腔结构。
3.一种如权利要求1所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺，其特征在于：所述的MEMS单芯片集成流量温度湿度化学多种传感器的制作工艺中，硅晶圆(1)由硅构成，为整个器件的衬底，作为支撑结构；绝缘层(2)由氮化硅或者氮氧硅化物构成，利用低气压化学气相沉积或者等离子增强化学气相沉积制备，绝缘隔离金属薄膜(3)与硅晶圆(1)；金属薄膜(3)由铂/铬或者铂/钛构成，为电阻结构或电容的金属端子，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；敏感材料层(4)：是聚酰亚胺，或氧化锡、锌、氧化锆和其他金属氧化物混合物，构成化学气体传感器敏感层或者湿度传感器敏感层，通过物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；钝化层(5)为氧化硅或者氮化硅组成，用于保护金属薄膜，利用等离子增强气相化学沉积制备；金属焊盘(6)由铝、金/铬构成，为芯片的对外电学连接端子，物理气相沉积技术沉积，后通过光刻，剥离或刻蚀技术制备；腔室(7)利用干法刻蚀、湿法刻蚀或者神反应离子刻蚀技术由晶圆(1)背面或正面对其内部进行刻蚀，形成的腔室，作用是在薄膜金属电阻下边做出腔室实现热隔离。
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