TW201724362A - 物聯網感測器及其製造方法 - Google Patents

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朱家驊
蔣昕志
陳東村
鄭鈞文
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本揭露之一些實施例提供一種在一物聯網(IOT)中之氣體感測器。該氣體感測器包含一基板、經放置於該基板上方之一導體，及經放置於該導體上方之一感測膜。該導體具有：一俯視圖圖案，其包含複數個開口，該開口之一最小尺寸小於約4微米；及一周邊，其密封該開口。本揭露之一些實施例提供一種製造一氣體感測器之方法。該方法包含：接收一基板；於該基板上方形成一導體；圖案化該導體以藉由一蝕刻操作於該導體中形成複數個開口；及於該導體上方形成一氣體感測膜。該等開口係以一重複圖案配置，且該開口之一最小尺寸係約4微米。

Description

物聯網感測器及其製造方法
本揭露係關於一種在一物聯網(IOT)中之感測器，該感測器包含一內建加熱元件。
物聯網係各種嵌入式裝置之互連。此等裝置(稱為「物件」)可具有或可不具有使用者可存取輸入/輸出能力。例如，一物件可為一產品(諸如一冰箱或洗衣機)內部之一嵌入式感測器。此一物件可不具有一滑鼠、鍵盤、顯示器或一個人可由其而與該物件數位地互動之任何其他類型之使用者可存取裝置。 一IOT中所連接之一可攜帶感測器可用於利用其緊實性之各種應用。在開發各種類型之氣體感測器過程中，其等已經修改以滿足使用目的及某一所要氣體之偵測：透過對所利用材料及可應用感測設備之改良。由於此等努力，各種類型之氣體感測器已經商業化以用於工業、醫療領域及日常生活中。特定言之，液化天然氣體(LNG)及液化石油氣體(LPG)之寬分佈及對酒駕及個人衛生之社會發佈問題的公共關注已導致氣體感測器進一步商業化為不同類型，諸如一可攜帶洩露氣體感測器、一可攜帶酒精分析器或一可攜帶呼吸分析器。
本發明之一種實施例提供一種一IOT中之氣體感測器。該氣體感測器包含一基板、放置於該基板上方之一導體及放置於該導體上方之一感測膜。該導體具有：包含複數個開口之一俯視圖圖案，該開口之一最小尺寸小於約4微米；及密封該開口之一周邊。 本發明之一種實施例提供一加熱元件於一可攜帶裝置中，包含一基板、放置於該基板上方之一導體。該導體包含複數個片段，其等交叉以形成一交叉點，且包圍該交叉點之該導體之一俯視圖圖案依一重複方式配置。該複數個片段之各者之一最小寬度係小於約4微米。 本發明之一種實施例提供製造一氣體感測器之一方法。該方法包含接收一基板；形成一導體層於該基板上方；圖案化該導體層以藉由一蝕刻操作形成具複數個開口之一導體；及形成一氣體感測膜於該導體上方。該等開口配置於一重複圖案中，且該開口之一最小尺寸係約4微米。
下文揭示內容提供許多不同實施例或實例以用於實施所提供標的物之不同特徵。下文描述組件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，其等僅僅係實例且並非意欲為限制性。例如，在下列描述中一第一特徵形成在一第二特徵上方或上可包含其中第一特徵及第二特徵直接接觸而形成之實施例，且亦可包含其中額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵及第二特徵不可直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複係為簡化及清楚之目的且自身不指示所討論之各種實施例及/或組態之間的一關係。 進一步言之，空間相對術語(諸如「底下」、「下方」、「下」、「上方」、「上」及類似者)可在本文中為易於描述目的而用於描述如圖中所繪示之一元件或特徵與另一元件或特徵之關係。空間相對術語意在涵蓋除圖中描繪之定向外之裝置在使用或操作中之的不同定向。可以其他方式(旋轉90度或以其他定向)定向裝置，且同樣可相應地解釋本文中所使用之空間相對描述符。 取決於導電機制而將半導體分類成一n型及一p型。二氧化錫(SnO2 )(其係最典型敏化劑)係n型半導體之一者。Sn之正離子數目數量上少於O之負離子數目，且因此產生非成對電子，其等對導電度做貢獻。此SnO2 接著吸收大氣中之氧氣以平衡正離子及負離子之數目。由於所吸收氧氣之陰離子特性，所以對半導體之導電性做貢獻之電子被局部捕捉於所吸收氧氣之一表面中。由於此捕捉狀態，電子失去其等導電性。 若具所吸收氧氣之SnO2 暴露至一還原氣體(例如CO及氨(NH3 ))，則所吸收氧氣與此還原氣體反應且自SnO2 釋出，如以下化學式所展示 2CO+O2 →2CO2 方程式1 如方程式1中所展示，經捕獲電子變成自由電子且對導電性做貢獻。因此，待偵測之一特定氣體類型判定一半導體感測器之導電性度。導電性度之改變的偵測提供對一特定所要氣體之存在或缺乏及若存在則其濃度之資訊。此等材料(如鉑(Pt)、金(Au)及銀(Ag))亦添加至敏化劑SnO2 作為一觸媒以便增加一感測能力。 除了感測器上之半導體材料，針對感測區域之溫度控制亦係一可攜帶感測器中之一重要技術。某些化學反應可在大於環境溫度之一溫度下顯著加速，尤其當待感測目標濃度係低時。一加熱元件通常係一氣體感測器中之一內建組件以便產生接近於化學反應區中之一提高溫度以便促進化學反應及因此敏感性。當然，過多提高溫度可禁止特定化學反應。同樣地，設計一感測器中之加熱元件為一IOT之一組件，感測器之功率消耗應盡可能低。習知地，一蜿蜒形、一C形及一螺旋形加熱元件用於氣體感測器中。然而，前述加熱元件之位移太大而不能達限制感測器之操作壽命之一程度。例如，一螺旋形加熱元件可在上千小時操作之後產生嚴重平面中或平面外變形。 習知地，可實施不同加熱元件圖案(例如，C形、螺旋或蜿蜒圖案)以產生理想熱分佈於裝置上。可藉由焦耳(Joule)加熱來產生熱(熱=功率*時間=電流2 *電阻*時間)。加熱電流可為脈衝或依一恆定方式控制或傳遞之電壓或電流。加熱電流可藉由簡單分流或藉由個別(電流或電壓)而傳遞至加熱元件。Joule加熱依賴於加熱元件之電阻，且可藉由改變電流行進之路徑長度來設計電阻。例如，一螺旋形狀(自一加熱元件之一俯視圖)廣泛地用作加熱元件之一般圖案，歸因於該圖案易於使用一剝離操作製造之事實。螺旋形圖案係由依一圓形或一多邊形方式螺旋之一個導電路徑組成。螺旋形圖案之一端經連接至一電壓源，且螺旋形圖案之另一端經接地。然而，一螺旋形加熱元件之一尺寸可僅受限於量級或釐米或毫米。難以使用剝離技術來縮減螺旋形加熱元件之尺寸，且因此鑒於一可攜帶裝置中之經縮減的面積，習知加熱元件難以併入至一可攜帶裝置中而同時應維持相同熱效率。 本揭露提供一種在一IOT種之氣體感測器，其自一俯視圖具有一特殊加熱元件圖案，其可有效地減小在習知操作壽命極限之後之位移或變形。氣體感測器之熱效率、功率消耗及一尺寸亦歸因於本文中所描述之加熱元件之採用而被改良或縮減。本文中所指之位移係指在垂直於平面之垂直方向上之一平面材料之一變形量測。 參考圖1，圖1係根據本揭露之一些實施例之一氣體感測器200之一剖面圖。在該剖面中，若干導體30經嵌入於一絕緣體50中。導體30及絕緣體50經定位於一基板52上方。在一些實施例中，基板52可係由多孔材料或具低熱傳導性之材料製成，以便減小透過基板52之熱消散。換言之，多孔基板可相較於非多孔對照物具有較低熱傳導性，因為填充孔或腔室之空氣可具有低於基板材料之熱傳導性。注意，在本發明實施例中，術語「加熱元件」及「導體」係指相同元件。在一些實施例中，相鄰導體30之間之一距離D1之一臨界尺寸係小於約4微米。導體30可經連接至一電壓源或一電流源，且變成經設計以影響經放置於絕緣體50上方之一感測膜40處之溫度之一加熱器。感測電極41經定位成接近於感測膜40。取決於待感測之氣體的類型，感測膜40可為由特定電解質材料塗覆之感測電極41的一部分。 根據本發明之各種實施例，各種材料可用於感測電極41。感測電極41可係由各種材料製成，包含金屬及半導體。該半導體材料宜係一金屬氧化物或一金屬氧化物化合物。術語「金屬氧化物」及「金屬氧化物化合物」互換地用於本文中以意謂具有與氧組合之元素金屬之一化合物。本發明實施例中有用之金屬氧化物之實例包含SnO2 、TiO2 、TYPd5、MoO3 、ZnMoO4 (ZM) 、WO3 、La2 CuO4 及其等之混合物。半導體材料可包含一金屬氧化物。該金屬氧化物宜係SnO2 、TiO2 、TYPd5、MoO3 或ZnMoO4 ，其中TYPd5在下文係一縮略詞。縮略詞TYPd5在本文中係用以代表藉由選擇TiO2 (氧化鈦)、Y2 O3 (氧化釔)及Pd以近似85:10:5之一權重比製備之一組合物。電解質宜係一氧離子導電電解質。該氧離子導電電解質可基於ZrO2 、Bi2 O3 或CeO2 。較佳氧離子導電電解質係電解質混合物，該等混合物大體上包含一基底材料，諸如ZrO2 、Bi2 O3 或CeO2 及一或多個摻雜劑，諸如氧化鈣(CaO)及氧化釔(Y2 O3 )，其等可用作穩定劑或一些其他合適氧離子可滲透材料。例如，氧化釔穩定氧化鋯(YSZ)電解質可係藉由混合氧化釔及ZrO2 而形成。使除氧離子外之離子種類(例如鹵化物)導電的電解質在技術中係已知，且亦在本發明中發現有用性用於量測含鹵素氣體種類。電解質之材料的選擇可取決於待量測之氣體混合物中的成份。因此，為量測一氧化物成份的濃度(例如，NOx 、COx 或SOx )，電解質宜係一氧離子導電電解質。較佳氧離子導電電解質係基於氧化鋯(ZrO2 )、三氧化二铋(B2 O3 )及(二)氧化鈰(CeO2 )之電解質混合物。實際電解質混合物大體上包含一或多個摻雜劑，諸如氧化鈣(CaO)及氧化釔(Y2 O3 )或一些其他合適氧離子可滲透材料。 在未展示於圖1中之一特定實施例中，一YSZ基板52可在一側上具有多個感測電極41。鉑(或其他電阻式材料)元件係在該YSZ基板之相對側上，與該等電極對準。感測電極41亦可依相對於彼此一對稱或不對稱方式定向，且其等可交錯。鉑(或其他電阻式材料)元件無需用作加熱元件或導體30。鉑元件可用作加熱元件及/或溫度感測器。在另一實施例中，導體30可用於經由(例如)熱電冷卻之感測電極41的冷卻。冷卻元件或導體30亦可係由允許該裝置中之特定區域之冷卻的任何材料製成。加熱/冷卻元件(導體30)及/或表面溫度感測器的熱特性可使用經整合至該裝置結構中之絕緣材料或藉由對該裝置之其他特定形狀或設計改變(其影響該裝置之熱性質(諸如排空體積))來改良。亦可改變基板52之形狀。 參考圖1，在一些實施例中，圖1中之導體30沿自紙指出之Y方向延伸。在一些實施例中，圖1中之導體30沿X方向延伸且形成一連續條帶。上文所描述之導體30之兩個剖面可在使自不同位置之氣體感測器200細分時觀察到。本文中所描述之導體30可包含具高熔融溫度之金屬，諸如W、Pt、Ta、半導體，諸如單晶矽/多晶矽或III-V材料。 在一些實施例中，感測電極41可由金屬(例如鉑)、半導體(例如，半導電氧化物，諸如La2 CuO4 或WO3 )或展示對一氣體敏感性之其他材料製成。一般而言，任何給定感測電極材料將具有對不同氣體種類之不同敏感性及選擇性，取決於該電極之溫度。敏感性及/或選擇性改變之程度取決於材料、氣體及溫度。各電極可為一或多個「電極對」之部分。此意謂可量測訊號數目可大於感測電極之實際數目。明確言之，該感測器陣列之設計可包含(作為個別裝置或一起在一單個裝置中)兩個不同「電極對」方案。一個方案可同時使用多個材料，其可保持在相同及/或不同溫度處。該溫度之控制可經由加熱及/或冷卻技術而完成。一裝置亦可併入相同材料之多個電極，其等維持於一或多個不同溫度處。相同材料之電極可保持在相同溫度處，該等電極之一或多個其他特徵(諸如，微結構，大小或厚度)可針對不同電極而不同。據此，該等氣體感測器陣列可取決於應用而利用此等方案之一或多者於一單個裝置中。 參考圖1，氣體感測器200可併入特殊設計加熱元件或導體30以控制個別感測電極之頂側之溫度。在一實施例中，感測電極41及加熱元件或導體30係在基板52之頂側上。在另一實施例中，感測電極41係在該基板之兩側上(未展示)。基板52可為(例如)一YSZ基板或由其他電解質塗覆。基板52亦可為一結構支撐，諸如Al2 O3 ，其中一電解質層在頂部上。在一些實施例中，基板52可由金屬或半導電材料製成。加熱元件或導體30可充當電阻器且經由Joule加熱藉由使電流穿透其而產生熱。 氣體感測器200之溫度控制可為重要的。具最小波動之溫度之精確控制可允許氣體感測器200產生穩定感測訊號。因此，可在設計階段執行熱模塑以提供關於該裝置中之溫度輪廓之資訊用於在該陣列之基板上之感測電極及加熱電極之不同定位。例如，鉑可用於加熱元件或導體30之製造。鉑係高溫電阻溫度裝置(RTD)之一業界標準且由於耐用性及化學及熱穩定性而在氣體感測器中作為加熱元件或導體30。然而，上文所描述之其他材料可在標的裝置中用作加熱元件或導體30。 參考圖1，一組導體30形成一單元且可經設計以控制一陣列具預定量感測電極41。自一俯視透視圖觀看，一單元之導體30可形成具複數個開口之一特定圖案。本文中在圖4至圖12中進一步討論該圖案之細節。正常地，一單元之導體30之一寬度W1寬於一感測電極41之一寬度W2以便提供精確溫度控制。在一些實施例中，一單元之導體30之一寬度W1係在自約20微米至約2500微米之一範圍中。一單個感測電極之一寬度W2可在自約10微米至2000微米之一範圍中。在一些實施例中，導體30嵌入於一絕緣體50中。即，導體30可根據各種應用而定位於絕緣體50中之任何位置中。例如，如圖1中所展示，絕緣體40中之一厚度T2使感測電極41及導體30分離。在一些實施例中，厚度T2係導體30之一厚度T1之約5倍。在其他實施例中，厚度T2可減小至零，呈現導體30與絕緣體50之頂部表面S51共面。在其他實施例中，厚度T2可增加至絕緣體50減厚度T1之一總厚度，呈現導體30與絕緣體50之底部表面S52共面。 圖2係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件或導體30之一俯視圖圖案。在一些實施例中，一單元之導體30由一特定圖案21組成。圖2僅展示俯視圖圖案之一可重複特徵。如圖2中所展示，圖案21之可重複特徵包含藉由一周邊20定義之一開口28。開口28形成於導體30中且具有約或小於4微米之一寬度D1。小於4微米之尺寸基於整合於一IoT系統中(諸如，在一可攜帶裝置中)之電流氣體感測器而計算。該可攜帶裝置中之各元件之尺度經縮減以配合給定容量。 圖3係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件或一導體30之一單元之一俯視圖圖案。圖3包含圖2中之複數個可重複特徵且形成一加熱元件100之一單元。在圖3中，兩個相鄰開口28之間的一最小距離S1小於4微米。距離S1量測於密封相鄰開口28之周邊20之間。該加熱元件之圖案21在至少兩個方向上重複，例如，如圖3中所展示，圖案21在Y方向10上及在X方向11上重複。單元之加熱元件100之開口28係一正方形形狀。開口28之一幾何中心29可定義於加熱元件100中之各開口28中。在一些實施例中，兩個幾何中心29之間的一節距L1等於兩個幾何中心29之間的一節距L2。然而，上文所描述之該兩個節距可不相等。然而，兩個幾何中心29之間的一最小節距小於約4微米。在圖3中，一低電壓(例示為0伏)可連接至加熱元件100之一個彎角，而一高電壓(例示為+伏)連接至另一彎角。 加熱元件30之形狀對溫度分佈係重要的。在一實施例中，感測電極41之溫度係均勻的，或根據需要依一較佳方式係不均勻的。該等加熱元件可藉由一施加電壓或電流受控。所利用之控制該等加熱元件之方法取決於應用。作為一實例，在一汽車中，該汽車之電池可為電源，使得加熱元件30將為電壓受控。當需要時，加熱元件30可用以修改感測電極41之溫度。加熱元件30可在來自該等感測電極(未展示)之一基板之相對側上，各適當地與一特定感測電極對準。加熱元件30亦可定位於相同於該等感測電極之該基板之側上。加熱元件30亦可嵌入於感測電極41中或上。 圖4A係展示根據本揭露之一些實施例之一導體之位移程度為一習知加熱元件圖案及本文中所揭露之一圖案之輸入功率之函數之一圖式。如圖4A中所展示，在25毫瓦之一輸入功率下，在「A」加熱元件中獲得小於1微米之一位移，而在「B」加熱元件中獲得約4微米之一位移。注意，「A」加熱元件係指本揭露中所揭露之彼等實施例，且「B」加熱元件係指先前所討論之彼等習知之蜿蜒形、一C形及一螺旋形加熱元件。 圖4B係展示根據本揭露之一些實施例之在感測區域處量測之一溫度為一習知加熱元件圖案及本文中所揭露之一圖案之輸入功率之函數之一圖式。如圖4B中所展示，在25毫瓦之相同輸入功率下，接近於本文中所揭露之氣體感測器之感測區域的溫度係約相同於彼等習知氣體感測器。其展示儘管加熱元件之尺寸(例如，線寬度及節距)的減小，所達成效應(例如，溫度控制)保持相同，惟具較少位移。 應注意，本揭露中所描述之加熱元件或導體具有小於4微米之開口中之一最小尺寸或小於約4微米之兩個相鄰周邊之間之一最小距離或兩者。針對該開口及/或相鄰周邊之間之一距離具有小於約4微米之一尺寸的設計提供經展示於上文所討論之圖4A及圖4B中之一結果，即加熱元件或導體之位移可在相同輸入功率下被有效減小，同時維持一相同加熱效率。 圖5至圖8係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件之俯視圖圖案。在圖5中，展示一加熱元件300之一單元。加熱元件300係展示於一俯視透視圖中，包含複數個彼此相交之片段31及32。由交錯的片段31及32形成之交叉點23可經定位。可在圖5中識別複數個圖案22。例如，圖案22包含在圖案22之四個角落處之四個四分之一開口28及在圖案22之中間之一交叉點23。圖案22依一重複方式沿(例如)一第一方向11 (例如X方向)及正交於該第一方向之一第二方向10 (例如Y方向)配置。在圖5中，各片段31或32可具有相等寬度。例如，片段31或32之一最小寬度S1小於4微米。另外，跨開口28之一最小距離D1小於約4微米。在一些實施例中，開口28中之最小距離D1係量測於彼此相鄰的兩個平行片段32之間。各圖案22中之一幾何中心221可係定位於圖案22之中間中。在圖5中，可相對於幾何中心221來識別一四重對稱。一阻抗調整部分15係繪示於加熱元件300中。為設計並改變電路之整體阻抗，可使用加熱元件300中之一更大開口(即，較不導電材料)來中斷重複圖案22。例如，阻抗調整部分15中斷上文所描述之圖案22且形成四倍於佔據開口28之一距離D1之一開口。 在圖6中，展示一加熱元件400之一單元。加熱元件400係展示於一俯視透視圖中，包含複數個彼此相交之片段31及32。可定位由交錯片段31及32形成之交叉點35。可在圖6中識別複數個圖案22。例如，圖案22包含在圖案22之四個角落處之四個四分之一開口28及在圖案22之中間之一交叉點35。圖案22依一重複方式沿(例如)一第一方向11 (例如X方向)及正交於該第一方向之一第二方向10 (例如Y方向)配置。在圖6中，各片段31或32可具有相等寬度。例如，片段31或32之一最小寬度S1小於4微米。另外，歸因於開口28具有一四方形形狀，所以在開口28中一距離D1小於一距離D2。在一些實施例中，開口28中之最小距離D1小於約4微米。在一些實施例中，開口28中之最小距離D1係量測於彼此相鄰之兩個平行片段32之間。 在圖7中，展示一加熱元件500之一單元。加熱元件500係展示於一俯視透視圖中，包含複數個彼此相交之片段31及32。可在圖7中識別複數個圖案21。例如，圖案21包含由周邊20定義之四個一對一開口28。圖案21依一重複方式沿(例如)一第一方向11、正交於該第一方向之一第二方向10及一第三方向12配置。在圖7中，各片段31或32可具有相等寬度。例如，片段31或32之一最小寬度S1小於4微米。另外，跨開口28之一最小距離D1小於約4微米。在一些實施例中，開口28中之最小距離D1係量測於彼此相鄰之兩個平行片段32之間。一阻抗調整部分15經繪示於加熱元件500中。阻抗調整部分15中斷上文所描述之圖案21且形成佔據四個圖案21之一區域之一開口。在圖7中，開口28之中心29及圖案21之一幾何中心221重疊。 在圖8中，展示一加熱元件600之一單元。加熱元件600展示於一俯視透視圖中，包含具有具一開口28之一六邊形圖案21之一導體30。加熱元件600之圖案21在至少三個方向上重複，例如，如圖8中所展示，圖案21在一第一方向17、一第二方向18及一第三方向19 (即X方向)上重複。注意，第一方向17不正交於第二方向18。單元之加熱元件600之開口28係一六邊形形狀。可定義開口28之一幾何中心29。在一些實施例中，開口28中之周邊20之相對側之間的一第一距離D1短於周邊20之相對頂點之間的一第二距離D2。開口28之一最小距離D1小於約4微米。在圖8中，開口28之中心29及圖案21之一幾何中心221重疊。 圖9至圖13係根據本揭露之一些實施例之製造本文中所描述之一加熱元件之一方法之片段剖面圖。在圖9中，提供用於一氣體感測器之一基板52。如先前所討論，基板52經歷形成孔或腔室於其中之一操作以便減小基板52之熱傳導性。一絕緣層501實質上形成於基板52上方。根據各種設計因數預定絕緣層501之一厚度T3。在一些實施例中，厚度T3判定導體30與基板52之間的一距離。 在圖10中，一導體層301放置於絕緣層501上方。在一些實施例中，導體層301之一厚度T1係在自約0.1微米至約1微米之一範圍中。注意，導體30之厚度可薄於上文所描述之導體之一片段之一寬度。一遮罩層38接著形成並圖案化於導體層301上方以便將具重複特徵之圖案轉移至導體層301。在圖11中，一蝕刻操作進行於導體層301上方以形成具重複特徵之圖案。在一些實施例中，具重複特徵之圖案包含上文所描述之全部實施例。在一些實施例中，具重複特徵之圖案包含複數個開口。該等開口可包含藉由不同方式量測之各種尺寸。然而，形成於本揭露中之該等開口經設計以具有具約4微米之一最小尺寸。在一些實施例中，該等開口可具有一圓形或多邊形形狀。 參考圖11，進行一乾蝕刻操作39以形成該等開口。在一些實施例中，使用具至少蝕刻氣體及在一功率下或10瓦至1000瓦之一電感耦合電漿。自一俯視透視圖觀看，導體30之各片段之側壁30a形成定義開口28之一周邊20。在一些實施例中，各片段之側壁30a實質上係垂直的。參考回到圖5及圖6，該周邊包含一對稱形狀，諸如圖5中所展示之一正方形或一細長形狀，諸如圖6中所展示之一四方形狀。而且，一幾何中心可定義於由該等周邊定義之各對稱或細長開口中。參考回到圖5，例如，一阻抗調整部分15亦形成於導體30之圖案中。各加熱元件中之阻抗調整部分15之相對位置及尺寸預定於圖10中所討論之遮罩層圖案化操作處。 參考圖11，在藉由一蝕刻操作形成開口28時，剩餘導體30展示彼此交錯之複數個片段。如上文所討論，各片段之一寬度W3係低於或約4微米。在圖12中，移除遮罩層38且藉由填充導體30之開口並沉積於導體30之一頂部表面上方而形成另一絕緣層502。在一些實施例中，自導體30之頂部表面至氣體感測區域之一底部量測之一厚度T2經判定為厚度T1之約5倍。例如，厚度T2係在自約0.5微米至約5微米之一範圍中。厚度T2係考量加熱元件或導體30之熱功率及相對於氣體感測區域之絕緣層502之熱傳導性的一設計因數。在圖13中，一氣體感測膜40及感測電極41形成於絕緣層502上方。在一些實施例中，厚度T2可為零或厚度T3可為零。 在本發明之一實施例中，提供一可攜帶氣體感測器，諸如一可攜帶酒精分析器、一可攜帶洩露氣體感測器、一可攜帶呼吸分析器。一使用者可習知地使用可容易地獲得之一氣體，例如，一人類呼吸或空氣，作為一代用參考氣體。通常，半導體氣體感測器具有對各種氣體(諸如，CH基氣體、H2 O、CO、SO2 、H2 S及HCHO)之反應性。然而，各半導體氣體感測器之反應性彼此稍微不同，取決於催化作用及溫度。此事實使得該半導體氣體感測器能夠感測一特定氣體。基於該半導體氣體感測器之此有用及唯一特性，開發發明性可攜帶氣體感測器。該可攜帶氣體感測器中設計之加熱元件經設計以具有具重複特徵及具關於開口之最小尺寸及熱產生片段之一寬度的尺寸約束之一特定圖案。就本文中所揭露之適當蝕刻技術而言，該加熱元件可歸因於Joule加熱而達成更溫和位移或變形且同時提供充分熱功率至一可攜帶裝置中之氣體感測區域。 本發明之一些實施例提供一種一IOT中之氣體感測器。該氣體感測器包含一基板、放置於該基板上方之一導體及放置於該導體上方之一感測膜。該導體具有：包含複數個開口之一俯視圖圖案，該開口之一最小尺寸小於約4微米；及密封該開口之一周邊。 在一些實施例中，該氣體感測器進一步包含在兩個相鄰周邊之間的一最小距離，該最小距離小於約4微米。 在一些實施例中，該導體之該圖案在至少兩個方向上重複。 在一些實施例中，該氣體感測器之該基板由金屬或半導體組成。 在一些實施例中，該複數個開口之各者包含一中心，且相鄰中心之一最小節距係小於4微米。 在一些實施例中，該氣體感測器之該導體包含在該複數個開口之間的阻抗調整部分。 在一些實施例中，該氣體感測器之該基板包含腔室。 本發明之一些實施例提供一加熱元件於一可攜帶裝置中，包含一基板、放置於該基板上方之一導體。該導體包含複數個片段，其等交叉以形成一交叉點，且包圍該交叉點之該導體之一俯視圖圖案依一重複方式配置。該複數個片段之各者之一最小寬度係小於約4微米。 在一些實施例中，該加熱元件進一步包含在彼此平行之該等片段之間的一最小尺寸，且該最小尺寸小於約4微米。 在一些實施例中，該加熱元件之該俯視圖圖案在至少兩個正交方向上重複。 在一些實施例中，該導體之該交叉點放置於該俯視圖圖案之一中心處。 在一些實施例中，該俯視圖圖案包含一幾何中心。 在一些實施例中，該加熱元件進一步包含該導體中之阻抗調整部分，其中斷該俯視圖圖案。 在一些實施例中，該加熱元件之該基板包含多孔特徵。 本發明之一些實施例提供製造一氣體感測器之一方法。該方法包含接收一基板；形成一導體層於該基板上方；圖案化該導體層以藉由一蝕刻操作形成具複數個開口之一導體；及形成一氣體感測膜於該導體上方。該等開口配置於一重複圖案中，且該開口之一最小尺寸係約4微米。 在一些實施例中，該圖案化該導體以藉由蝕刻形成複數個該開口包含形成一多邊形開口。 在一些實施例中，該圖案化該導體以藉由蝕刻形成複數個該開口包含形成定義該開口之一周邊。該周邊包含相對於該開口之一幾何中心之一對稱或細長形狀。 在一些實施例中，該圖案化該導體以藉由蝕刻形成複數個該開口包含形成一阻抗調整部分於該導體中，其中斷該重複圖案。 在一些實施例中，該圖案化該導體以藉由蝕刻形成複數個該開口包含形成一片段於該等開口之間。該片段包含約4微米或小於4微米之一最小寬度。 在一些實施例中，該圖案化該導體以藉由蝕刻形成複數個該開口包含電感耦合電漿蝕刻。 前述概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可更佳理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應瞭解，其等可容易地使用本揭露作為一基礎用於設計或修改用於執行相同於本文中所引入之實施例之目的及/或達成本文中所引入之實施例之相同優點的其他製程及結構。熟習此項技術者亦應識別，此等等效建構不背離本發明實施例之精神及範疇，且其等可在不背離本發明實施例之精神及範疇的情況下在本文中做各種改變、置換及修改。
10‧‧‧第二方向
11‧‧‧第一方向
12‧‧‧第三方向
15‧‧‧阻抗調整部分
17‧‧‧第一方向
18‧‧‧第二方向
19‧‧‧第三方向
20‧‧‧周邊
21‧‧‧圖案
22‧‧‧圖案
23‧‧‧交叉點
28‧‧‧開口
29‧‧‧幾何中心
30‧‧‧導體/加熱元件
31‧‧‧片段
32‧‧‧片段
35‧‧‧交叉點
38‧‧‧遮罩層
39‧‧‧乾蝕刻操作
40‧‧‧感測膜
41‧‧‧感測電極
50‧‧‧絕緣體
52‧‧‧基板
100‧‧‧加熱元件
200‧‧‧氣體感測器
221‧‧‧幾何中心
300‧‧‧加熱元件
301‧‧‧導體層
400‧‧‧加熱元件
500‧‧‧加熱元件
501‧‧‧絕緣層
502‧‧‧絕緣層
600‧‧‧加熱元件
自結合附圖閱讀之下列[實施方式]最佳理解本揭露之態樣。應強調的是，根據業界中之標準實踐，各種特徵不按比例繪製。事實上，各種特徵之尺寸可為清楚討論之目的而任意增大或減小。 圖1係根據本揭露之一些實施例之一氣體感測器之一剖視圖。 圖2係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件之一俯視圖圖案。 圖3係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件之一俯視圖圖案。 圖4A係展示根據本揭露之一些實施例之一導體之位移程度為一習知加熱元件圖案及本文中所揭露之一圖案之輸入功率之函數之一圖式。 圖4B係展示根據本揭露之一些實施例之在感測區域處量測之一溫度為一習知加熱元件圖案及本文中所揭露之一圖案之輸入功率之函數之一圖式。 圖5至圖8係根據本揭露之一些實施例之一加熱元件之俯視圖圖案。 圖9至圖13係根據本揭露之一些實施例之製造本文中所描述之一加熱元件之一方法之片段剖面圖。
30‧‧‧導體/加熱元件
40‧‧‧感測膜
41‧‧‧感測電極
50‧‧‧絕緣體
52‧‧‧基板
200‧‧‧氣體感測器

Claims (1)

  1. 一種在一物聯網中之氣體感測器，其包括： 一基板； 一導體，其經放置於該基板上方，該導體包括一俯視圖圖案，該俯視圖圖案包括： 複數個開口，該開口之一最小尺寸小於約4微米；及 一周邊，其密封該開口；及 一感測膜，其經放置於該導體上方。
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