CN117401646B - 一种mems气体传感器及其加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气体传感器技术领域，公开一种MEMS气体传感器及其加工方法，加工方法包括：依次形成第二绝缘层、加热电极、第三绝缘层；在衬底上形成正对加热电极的散热腔；形成键合层；加工检测槽、容纳槽、第一连通通道和第二连通通道；在检测槽内形成敏感电极；形成气敏层；向检测槽和容纳槽内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分；将热变形件键合在键合层上；在热变形件上形成第一曲面凸起和第二曲面凸起；冷却、退火后切片，形成若干个气体检测单元；在第二连通通道和容纳腔内形成分子筛层。本发明形成的MEMS气体传感器具有准确性好、灵敏度高、稳定性强及使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及气体传感器技术领域，尤其涉及一种MEMS气体传感器及其加工方法。
背景技术
MEMS气体传感器是基于微电子技术及微加工技术制造的微型气体传感器。随着MEMS技术的发展，MEMS气体传感器的生产工艺逐步优化，并广泛应用在电池上，成为预测电池热失控的重要指标。
MEMS气体传感器包括气敏电极和气敏层，在一定的温度下，气体分子与气敏层反应引起气敏电极电阻率的变化，从而实现对气体的探测。由于待检测环境中含有多种气体，而已有的MEMS气体传感器无法对气体进行过滤，影响检测的准确性和灵敏度。此外，目前常见的MEMS气体传感器的敏感层长期暴露在外界环境中，很容易被污染而影响检测的测量精度、稳定性及使用寿命。
发明内容
基于以上所述，本发明的目的在于提供一种MEMS气体传感器及其加工方法，不仅能够对待检测环境中的气体进行过滤，增加检测的准确性和灵敏度，还能够将敏感层与外界环境隔离，降低敏感层被污染的概率，提升测量精度和稳定性，延长MEMS气体传感器的使用寿命。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种MEMS气体传感器的加工方法，包括：
提供带第一绝缘层的衬底，在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成加热电极；
在所述加热电极和所述第二绝缘层上形成第三绝缘层；
在所述衬底背离所述第二绝缘层的一侧形成正对所述加热电极的散热腔；
在所述第三绝缘层上形成键合层；
在所述键合层和所述第三绝缘层上加工出检测槽、容纳槽、第一连通通道和第二连通通道，所述容纳槽位于所述检测槽的外侧，所述第一连通通道连通所述容纳槽和所述检测槽，所述第二连通通道与所述容纳槽连通且位于所述容纳槽的外侧；
在所述检测槽内形成敏感电极；
在所述敏感电极上形成气敏层；
向所述检测槽和所述容纳槽内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分；
将热变形件键合在所述键合层上，以密封所述检测槽、所述容纳槽、所述第一连通通道及所述第二连通通道，形成毛坯件；
加热所述毛坯件至所述热变形件的软化温度并保温，所述热释气剂释放气体使得正对所述检测槽和所述容纳槽的所述热变形件分别形成第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述检测槽和所述容纳槽分别形成为检测腔和容纳腔；
冷却、退火后切片，形成若干个气体检测单元，每个所述气体检测单元的所述第二连通通道均与外界连通；
在所述第二连通通道和所述容纳腔内形成能够过滤待检测气体的分子筛层。
作为一种MEMS气体传感器的加工方法的优选方案，在所述第二绝缘层上形成加热电极时，还在所述第二绝缘层上形成有能够与所述敏感电极电连接的第一电连接件；形成所述检测槽时，还在所述第三绝缘层上加工出电连接槽；形成所述敏感电极时，在所述电连接槽内形成与所述第一电连接件电连接的第一金属PAD，所述第一金属PAD位于所述热变形件的外侧。
作为一种MEMS气体传感器的加工方法的优选方案，所述加热电极为多晶硅电极，所述第一电连接件为多晶硅连接件，所述键合层为多晶硅键合层，所述热变形件为玻璃片，所述玻璃片与所述多晶硅键合层阳极键合。
作为一种MEMS气体传感器的加工方法的优选方案，所述第一绝缘层为第一氧化硅层，所述第二绝缘层为第一氮化硅子层，所述第三绝缘层包括形成在所述加热电极和所述第一氮化硅子层上的第二氮化硅子层和形成在所述第二氮化硅子层上的第二氧化硅层，所述第一氮化硅子层和所述第二氮化硅子层组成氮化硅层。
作为一种MEMS气体传感器的加工方法的优选方案，所述热释气剂为氢化钛、碳酸钙、碳酸氢钙、氢化锆、碳酸锶中的一种或者至少两种。
一种MEMS气体传感器，包括依次叠设的硅衬底、绝缘层、键合层及热变形件，所述硅衬底背离所述绝缘层的一侧设有散热腔，所述绝缘层内设有正对所述散热腔的加热电极，所述绝缘层和所述键合层上设有检测槽、容纳槽、第一连通通道及第二连通通道，所述检测槽内设置有敏感电极和覆盖在所述敏感电极上的气敏层，所述检测槽与所述容纳槽通过所述第一连通通道连通，所述第二连通通道将所述容纳槽与外界连通，所述热变形件正对所述检测槽和所述容纳槽的区域分别设有第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述第一曲面凸起的第一曲面槽与所述检测槽形成检测腔，所述第二曲面凸起的第二曲面槽与所述容纳槽组成容纳腔，所述第二连通通道和所述容纳腔内均填充有能够过滤待检测气体的分子筛层。
作为一种MEMS气体传感器的优选方案，所述检测槽为圆形槽，所述容纳槽为包围所述圆形槽的环形槽，所述第一连通通道和所述第二连通通道的个数均为多个，多个所述第一连通通道在所述圆形槽的外侧呈轮辐式分布，多个所述第二连通通道在所述环形槽的外侧呈轮辐式分布。
作为一种MEMS气体传感器的优选方案，所述敏感电极为圆形插指电极，所述圆形插指电极与所述圆形槽同心分布。
作为一种MEMS气体传感器的优选方案，所述绝缘层包括依次叠设的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层设置在所述硅衬底上，所述加热电极位于所述氮化硅层内。
作为一种MEMS气体传感器的优选方案，所述MEMS气体传感器还包括第一电连接件和第一金属PAD，所述第一电连接件设置在所述绝缘层内且与所述所述敏感电极接触，所述第一金属PAD设置在所述绝缘层上且与所述第一电连接件接触。
本发明的有益效果为：
本发明公开的MEMS气体传感器的加工方法，加工工艺简单，形成的分子筛层能够过滤待检测环境中的待检测气体，保证进入检测槽内的气体为目标气体，增加检测的准确性和灵敏度，加热电极能够加热敏感电极和气敏层，衬底上的散热腔有利于检测腔的散热，防止散热腔内温度过高而降低检测的精确度，由于本发明中的敏感电极和气敏层均位于检测腔内，且通过第一曲面凸起与外界环境隔离，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了MEMS气体传感器的使用寿命，此外，本发明中检测腔的体积大于同等规格的气体传感器的检测腔的体积，利于目标气体的检测。
本发明公开的MEMS气体传感器，分子筛层能够过滤待检测环境中的待检测气体，增加检测的准确性和灵敏度，第一曲面凸起能够将敏感电极和气敏层保护在检测腔内，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了MEMS气体传感器的使用寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的俯视图；
图2是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的沿A-A的剖视图；
图3是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的沿B-B的剖视图；
图4是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的敏感电极的示意图；
图5是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的加热电极的示意图；
图6至图20是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的加工方法的过程图；
图21是本发明具体实施例提供的MEMS气体传感器的加工过程中未切片前的示意图。
图中：
11、硅衬底；1101、散热腔；
201、检测槽；2011、检测腔；202、容纳槽；2021、容纳腔；203、第一连通通道；204、第二连通通道；205、电连接槽；206、第一空白区域；207、第三空白区域；208、第八空白区域；209、第十空白区域；21、第一氧化硅层；22、氮化硅层；221、第一氮化硅子层；222、第二氮化硅子层；23、第二氧化硅层；
31、加热电极；32、第一电连接件；
41、键合层；42、热变形件；421、第一曲面凸起；422、第二曲面凸起；43、分子筛层；
51、敏感电极；52、气敏层；
6、第一金属PAD。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本实施例还提供一种MEMS气体传感器，如图1至图3所示，包括依次叠设的硅衬底11、绝缘层、键合层41及热变形件42，硅衬底11背离绝缘层的一侧设有散热腔1101，绝缘层内设有正对散热腔1101的加热电极31，绝缘层和键合层41上设有检测槽201、容纳槽202、第一连通通道203及第二连通通道204，检测槽201内设置有敏感电极51和覆盖在敏感电极51上的气敏层52，检测槽201与容纳槽202通过第一连通通道203连通，第二连通通道204将容纳槽202与外界连通，热变形件42正对检测槽201和容纳槽202的区域分别设有第一曲面凸起421和第二曲面凸起422，第一曲面凸起421的第一曲面槽与检测槽201形成检测腔2011，第二曲面凸起422的第二曲面槽与容纳槽202组成容纳腔2021，第二连通通道204和容纳腔2021内均填充有能够过滤待检测气体的分子筛层43。
具体地，本实施例的分子筛层43能够有效阻挡大直径分子，使小直径的氢气穿过并进入检测腔2011。需要说明的是，本实施例的键合层41为多晶硅键合层，热变形件42为Pyrex7740 玻璃，Pyrex7740 玻璃阳极键合在多晶硅键合层上。在本发明的其他实施例中，热变形件42还可以为硼硅玻璃、蓝宝石或者石英等，键合层41还可以由硅制成的其他结构，两者在真空或者一定压力下粘接连接，具体根据实际需要设置。
本实施例提供的MEMS气体传感器，分子筛层43能够过滤待检测环境中的待检测气体，增加检测的准确性和灵敏度，第一曲面凸起421能够将敏感电极51和气敏层52保护在检测腔2011内，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了MEMS气体传感器的使用寿命。此外，由于第一连通通道203和第二连通通道204的横截面积较小，能够保证对待检测气体过滤后的目标气体在毛细管吸力的作用下更快地进入容纳腔2021，最终实现对目标气体浓度的检测，
具体地，本实施例的检测槽201为圆形槽，容纳槽202为包围圆形槽的环形槽，第一连通通道203的个数为八个，第二连通通道204的个数为七个，如图1所示，八个第一连通通道203在圆形槽的外侧呈轮辐式均匀分布，八个第一连通通道203使得检测槽201与容纳槽202连通，保证进气的均匀性，七个第二连通通道204在环形槽的外侧呈轮辐式分布，保证待检测气体更块地进入容纳槽202。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，检测槽201的形状还可以为其他形状，容纳槽202可以根据检测槽201的形状进行调整，第一连通通道203和第二连通通道204的个数均还可以为其他个数，具体根据实际需要设置。
进一步地，如图4和图5所示，本实施例的加热电极31为蛇形多晶硅电极，敏感电极51为由金属铂制成的圆形插指电极，圆形插指电极与圆形槽同心分布，这种结构的敏感电极51根据检测槽201的形状进行设置，电容值更大、灵敏度更大、线性度更高、阻抗更低、检测速度更快且信噪比更高。在其他实施例中，敏感电极51还可以为由其他材料制成的长方形或者其他形状的电极，具体根据实际需要设置。
本实施例的气敏层52为二氧化锡层，采用蒸镀方法使二氧化锡成型在插指敏感电极51上，气敏层52中含有贵金属，该贵金属可为具有催化作用的铂、金、钯、铑或铱等，贵金属能够降低二氧化锡的半导体势垒，促进气压与气体传感器的选择性。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，气敏层52还可以为由三氧化钨或氧化锌等敏感材料采用其他加工工艺制成的层状结构，具体根据实际需要设置。
如图2和图3所示，本实施例的绝缘层包括依次叠设的第一氧化硅层21、氮化硅层22和第二氧化硅层23，第一氧化硅层21设置在硅衬底11上，加热电极31位于氮化硅层22内。由于氮化硅与氧化硅有相反的热膨胀特性，因此第一氧化硅层21、氮化硅层22和第二氧化硅层23交替设置能够在高温工艺中减少热膨胀带来的附加应力。在其他实施例中，绝缘层还可以为其他绝缘材料制成的层状结构，具体根据实际需要设置。
如图3所示，本实施例的MEMS气体传感器还包括第一电连接件32和第一金属PAD6，第一电连接件32设置在氮化硅层22内且与敏感电极51接触，第一电连接件32为多晶硅连接件，第一金属PAD 6设置在绝缘层上且与第一电连接件32接触，第一金属PAD 6为铂PAD，第一金属PAD 6能够与外部电源电连接，从而使敏感电极51带电。需要说明的是，本实施例的MEMS气体传感器还包括第二电连接件（图中未示出）和第二金属PAD（图中未示出），第二电连接件为多晶硅连接件，第二电连接件设置在氮化硅层22内且与加热电极31接触，第二金属PAD设置在绝缘层上且与第二电连接件接触，第二金属PAD为铂PAD，第二金属PAD能够与外部电源电连接，从而使加热电极31带电。在其他实施例中，第一金属PAD 6和第二金属PAD还可以由其他金属材料制成，具体根据实际需要设置。
本实施例还提供一种MEMS气体传感器的加工方法，如图6至图21所示，包括以下步骤：
S1、提供带第一绝缘层的衬底，在第一绝缘层上形成第二绝缘层，包括：
S101、在硅衬底11上采用气相化学沉积工艺形成第一氧化硅层21，即上述衬底包括第一氧化硅层21和硅衬底11，该第一氧化硅层21即为第一绝缘层，如图6所示；
S102、在第一氧化硅层21上溅射氮化硅，形成第一氮化硅子层221，该第一氮化硅子层221即为第二绝缘层，如图7所示。
需要说明的是，在本发明的其他实施例中，第一绝缘层和第二绝缘层还可以由其他绝缘材料加工而成，具体根据实际需要设置。
S2、在第二绝缘层上形成加热电极31和能够与敏感电极51电连接的第一电连接件32，包括：
S21、在第一氮化硅层22上化学气相淀积多晶硅，形成第一多晶硅层；
S22、在第一多晶硅层上涂覆对紫外线敏感的第一光刻胶层；
S23、将第一光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第一光刻胶层进行光刻图形化，形成第一开口区域；
S23、等离子刻蚀正对第一开口区域的第一多晶硅层，使得第一多晶硅层形成加热电极31、第一电连接件32及第二电连接件（图中未示出），第二电连接件与加热电极31电连接；
S24、剥离已经图形化的第一光刻胶层，如图8所示。
由此可知，本实施例的加热电极31为多晶硅电极，第一电连接件32和第二电连接件均为多晶硅连接件。
S3、在加热电极31、第一电连接件32、第二电连接件及第二绝缘层上形成第三绝缘层，包括：
S31、在加热电极31、第一电连接件32、第二电连接件及第二绝缘层上溅射氮化硅，形成第二氮化硅子层222，使得加热电极31、第一电连接件32、第二电连接件被氮化硅包裹，该第二氮化硅子层222与第一氮化硅子层221组成氮化硅层22，如图9所示；
S32、在第二氮化硅子层222上采用气相化学沉积工艺形成第二氧化硅层23，即第二氮化硅子层222与第二氧化硅层23组成第三绝缘层，如图10所示。
本实施例的第一氧化硅层21、氮化硅层22和第二氧化硅层23交替设置能够在高温工艺中减少热膨胀带来的附加应力。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，第三绝缘层还可以仅为第二氮化硅子层222，具体根据实际需要加工。
S4、在衬底背离第二绝缘层的一侧形成正对加热电极31的散热腔1101，包括：
S41、在硅衬底11背离第一绝缘层的一侧涂覆对紫外线敏感的第二光刻胶层；
S42、将第二光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第二光刻胶层进行光刻图形化，形成第二开口区域；
S43、在硅衬底11上采用湿法腐蚀形成正对第二开口区域的散热腔1101；
S44、剥离已经图形化的第二光刻胶层，如图11所示。
S5、在第三绝缘层上化学气相淀积多晶硅，形成第二多晶硅层，该第二多晶硅层即为键合层41，即本实施例的键合层41为多晶硅键合层，如图12所示。
S6、在键合层41和第三绝缘层上加工出检测槽201、容纳槽202、电连接槽205、第一连通通道203和第二连通通道204，容纳槽202位于检测槽201的外侧，第一连通通道203连通容纳槽202和检测槽201，第二连通通道204与容纳槽202连通且位于容纳槽202的外侧，包括：
S61、在多晶硅键合层上涂覆对紫外线敏感的第三光刻胶层；
S62、将第三光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第三光刻胶层进行光刻图形化，形成第三开口区域、第四开口区域、第五开口区域；
S63、等离子刻蚀正对第三开口区域、第四开口区域及第五开口区域的多晶硅键合层，分别形成第一空白区域206、第二空白区域及第三空白区域207；
S64、剥离已经图形化的第三光刻胶层，如图13所示；
S65、在多晶硅键合层和第二氧化硅层23上涂覆对紫外线敏感的第四光刻胶层；
S66、将第四光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第四光刻胶层进行光刻图形化，形成分别正对第一空白区域206和第二空白区域的第六开口区域和第七八开口区域，同时形成第八开口区域，第八开口区域正对第三空白区域207，且第八开口区域的面积小于第三空白区域207的面积；
S67、采用反应离子刻蚀工艺刻蚀正对第六开口区域、第七开口区域及第八开口区域的第二氧化硅层23，分别形成第四空白区域、第五空白区域及第六空白区域，第五空白区域即为本实施例的第一连通通道203和第二连通通道204；
S68、剥离已经图形化的第四光刻胶层；
S69、在多晶硅键合层、第二氧化硅层23及氮化硅层22上涂覆对紫外线敏感的第五光刻胶层；
S610、将第五光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第五光刻胶层进行光刻图形化，形成分别正对第四空白区域和第六空白区域的第九开口区域和第十开口区域；
S611、采用反应离子刻蚀工艺刻蚀正对第九开口区域和第十开口区域的部分氮化硅层22，分别形成第七空白区域和第八空白区域208，第七空白区域即为检测槽201和容纳槽202，容纳槽202和检测槽201通过第一连通通道203连通，容纳槽202的外侧设有第二连通通道204且容纳槽202与容纳槽202连通；
S612、剥离已经图形化的第五光刻胶层，如图14所示；
S613、在多晶硅键合层、第二氧化硅层23及氮化硅层22上涂覆对紫外线敏感的第六光刻胶层；
S614、将第六光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第六光刻胶层进行光刻图形化，形成分别正对第八空白区域208的第十一开口区域，同时形成第十二开口区域，第十二开口区域位于检测槽201内；
S615、采用反应离子刻蚀工艺刻蚀正对第十一开口区域和第十二开口区域的部分氮化硅层22，分别形成第九空白区域和第十空白区域209，露出部分第一电连接件32和第二电连接件，第九空白区域即为电连接槽205，第十空白区域209用于后续形成敏感电极51的部分结构；
S616、剥离已经图形化的第六光刻胶层，如图15所示。
需要说明的是，本实施例的第一连通通道203和第二连通通道204是通过刻蚀第二氧化硅层23和多晶硅键合层形成的。在其他实施例中，第一连通通道203和第二连通通道204还可以只刻蚀多晶硅键合层形成，或者，同时刻蚀第二氧化硅层23、多晶硅键合层及部分第二氮化硅子层222形成的，具体根据实际需要进行加工。
S7、在检测槽201内形成敏感电极51、第一金属PAD 6及第二金属PAD，包括：
S71、在多晶硅键合层、第二氧化硅层23及氮化硅层22上涂覆对紫外线敏感的第七光刻胶层；
S72、将第七光刻胶层暴露在紫外线下对其显影，并对第七光刻胶层进行光刻图形化，形成分别正对第九空白区域和第十空白区域209的第十三开口区域和第十四开口区域，同时形成与第十四开口区域连通的第十五开口区域；
S73、在第十四开口区域和第十五开口区域内形成敏感电极51，敏感电极51与第一电连接件32电连接，在第十三开口区域内形成第一金属PAD 6和第二金属PAD，第一金属PAD6与第一电连接件32电连接，第二金属PAD与第二电连接件电连接；
S74、剥离已经图形化的第七光刻胶层，如图16所示。
S8、向敏感电极51上溅射二氧化锡，形成厚度较薄的气敏层52，如图17所示，该气敏层52用于后续氢气浓度的检测。本实施例的气敏层52含有贵金属，含有的贵金属可为具有催化作用的铂、金、钯、铑或铱等，贵金属能够降低二氧化锡的半导体势垒，促进气压与气体传感器的选择性。需要说明的是，在本发明的其他实施例中，气敏层52还可以为由三氧化钨或氧化锌等敏感材料采用其他加工工艺制成的层状结构，具体根据实际需要设置。
S9、向检测槽201和容纳槽202内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分。具体地，本实施例的热释气剂为氢化钛、碳酸钙、碳酸氢钙、氢化锆、碳酸锶中的一种或者至少两种，实际加工时，首先将热释气剂加入硅酸钠的溶液中并搅拌均匀，接着将搅拌后的溶液加入检测槽201和容纳槽202内，并通过蒸发除去热释气剂和硅酸钠溶液中的水分，形成热释气剂和硅酸钠的混合固体，然后重复上述步骤多次。
S10、将热变形件42键合在键合层41上，如图18所示，以密封检测槽201、容纳槽202、第一连通通道203及第二连通通道204，形成毛坯件，其中，本实施例的热变形件42为Pyrex7740 玻璃，Pyrex7740 玻璃与多晶硅键合层阳极键合。在本发明的其他实施例中，热变形件42还可以为硼硅玻璃、蓝宝石或者石英等，键合层41还可以由硅制成的其他结构，两者在真空或者一定压力下粘接连接，具体根据实际需要设置。
S11、加热毛坯件至热变形件42的软化温度并保温，热释气剂释放气体使得正对检测槽201和容纳槽202的热变形件42分别形成第一曲面凸起421和第二曲面凸起422，检测槽201和容纳槽202分别形成为检测腔2011和容纳腔2021，如图21所示。需要说明的是，为了便于观察图21中第一连通通道203、第二连通通道204及加热电极31的形状和位置，第一连通通道203、第二连通通道204及加热电极31在图中用虚线表示。
具体地，将Pyrex7740 玻璃加热至软化温度时，热释气剂释放的气体产生正压使得检测槽201和容纳槽202对应的Pyrex7740 玻璃分别形成第一曲面凸起421和第二曲面凸起422，此时检测槽201与第一曲面凸起421的第一曲面槽形成检测腔2011，容纳槽202与第二曲面凸起422的第二曲面槽形成容纳腔2021。
S12、形成第一曲面凸起421和第二曲面凸起422后再冷却到常温，退火以消除应力，最后进行切片，形成若干个气体检测单元，每个气体检测单元的第二连通通道204均与外界连通，如图19所示。
S13、通过第二连通通道204向容纳腔2021浸入氮化硼（BN）-石墨烯纳米片修饰的聚偏二氟乙烯（PVDF）溶液，并于100℃烘干10分钟，第二连通通道204和容纳腔2021内形成能够过滤待检测气体的分子筛层43，如图20所示。
本实施例提供的MEMS气体传感器的加工方法，加工工艺相对比较简单，形成的分子筛层43能够过滤待检测环境中的待检测气体，保证进入检测槽201内的气体为目标气体，增加检测的准确性和灵敏度，加热电极31能够加热敏感电极51和气敏层52，衬底上的散热腔1101有利于检测腔2011的散热，防止散热腔1101内温度过高而降低检测的精确度，由于本发明中的敏感电极51和气敏层52均位于检测腔2011内，且通过第一曲面凸起421与外界环境隔离，降低了敏感层被污染的概率，提升了测量精度和稳定性，延长了MEMS气体传感器的使用寿命，此外，本实施例中检测腔2011的体积大于同等规格的气体传感器的检测腔2011的体积，利于目标气体的检测。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种MEMS气体传感器的加工方法，其特征在于，包括：
提供带第一绝缘层的衬底，在所述第一绝缘层上形成第二绝缘层；
在所述第二绝缘层上形成加热电极；
在所述加热电极和所述第二绝缘层上形成第三绝缘层；
在所述衬底背离所述第二绝缘层的一侧形成正对所述加热电极的散热腔；
在所述第三绝缘层上形成键合层；
在所述键合层和所述第三绝缘层上加工出检测槽、容纳槽、第一连通通道和第二连通通道，所述容纳槽位于所述检测槽的外侧，所述第一连通通道连通所述容纳槽和所述检测槽，所述第二连通通道与所述容纳槽连通且位于所述容纳槽的外侧；
在所述检测槽内形成敏感电极；
在所述敏感电极上形成气敏层；
向所述检测槽和所述容纳槽内加入热释气剂和硅酸钠的溶液，并蒸发以除去水分；
将热变形件键合在所述键合层上，以密封所述检测槽、所述容纳槽、所述第一连通通道及所述第二连通通道，形成毛坯件；
加热所述毛坯件至所述热变形件的软化温度并保温，所述热释气剂释放气体使得正对所述检测槽和所述容纳槽的所述热变形件分别形成第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述检测槽和所述容纳槽分别形成为检测腔和容纳腔；
冷却、退火后切片，形成若干个气体检测单元，每个所述气体检测单元的所述第二连通通道均与外界连通；
在所述第二连通通道和所述容纳腔内形成能够过滤待检测气体的分子筛层。
2.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器的加工方法，其特征在于，在所述第二绝缘层上形成加热电极时，还在所述第二绝缘层上形成有能够与所述敏感电极电连接的第一电连接件；形成所述检测槽时，还在所述第三绝缘层上加工出电连接槽；形成所述敏感电极时，在所述电连接槽内形成与所述第一电连接件电连接的第一金属PAD，所述第一金属PAD位于所述热变形件的外侧。
3.根据权利要求2所述的MEMS气体传感器的加工方法，其特征在于，所述加热电极为多晶硅电极，所述第一电连接件为多晶硅连接件，所述键合层为多晶硅键合层，所述热变形件为玻璃片，所述玻璃片与所述多晶硅键合层阳极键合。
4.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器的加工方法，其特征在于，所述第一绝缘层为第一氧化硅层，所述第二绝缘层为第一氮化硅子层，所述第三绝缘层包括形成在所述加热电极和所述第一氮化硅子层上的第二氮化硅子层和形成在所述第二氮化硅子层上的第二氧化硅层，所述第一氮化硅子层和所述第二氮化硅子层组成氮化硅层。
5.根据权利要求1所述的MEMS气体传感器的加工方法，其特征在于，所述热释气剂为氢化钛、碳酸钙、碳酸氢钙、氢化锆、碳酸锶中的一种或者至少两种。
6.一种MEMS气体传感器，其特征在于，包括依次叠设的硅衬底、绝缘层、键合层及热变形件，所述硅衬底背离所述绝缘层的一侧设有散热腔，所述绝缘层内设有正对所述散热腔的加热电极，所述绝缘层和所述键合层上设有检测槽、容纳槽、第一连通通道及第二连通通道，所述检测槽内设置有敏感电极和覆盖在所述敏感电极上的气敏层，所述检测槽与所述容纳槽通过所述第一连通通道连通，所述第二连通通道将所述容纳槽与外界连通，所述热变形件正对所述检测槽和所述容纳槽的区域分别设有第一曲面凸起和第二曲面凸起，所述第一曲面凸起的第一曲面槽与所述检测槽形成检测腔，所述第二曲面凸起的第二曲面槽与所述容纳槽组成容纳腔，所述第二连通通道和所述容纳腔内均填充有能够过滤待检测气体的分子筛层。
7.根据权利要求6所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述检测槽为圆形槽，所述容纳槽为包围所述圆形槽的环形槽，所述第一连通通道和所述第二连通通道的个数均为多个，多个所述第一连通通道在所述圆形槽的外侧呈轮辐式分布，多个所述第二连通通道在所述环形槽的外侧呈轮辐式分布。
8.根据权利要求7所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述敏感电极为圆形插指电极，所述圆形插指电极与所述圆形槽同心分布。
9.根据权利要求6所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述绝缘层包括依次叠设的第一氧化硅层、氮化硅层和第二氧化硅层，所述第一氧化硅层设置在所述硅衬底上，所述加热电极位于所述氮化硅层内。
10.根据权利要求6所述的MEMS气体传感器，其特征在于，所述MEMS气体传感器还包括第一电连接件和第一金属PAD，所述第一电连接件设置在所述绝缘层内且与所述所述敏感电极接触，所述第一金属PAD设置在所述绝缘层上且与所述第一电连接件接触。
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