一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可進(jìn)行溫濕度自補(bǔ)償?shù)亩鄽怏w測(cè)量傳感器領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)和生活中，人們最不可能避開(kāi)的就是環(huán)境中的氣體，而隨著工業(yè)化的不斷發(fā)展，氣體種類(lèi)越來(lái)越多，有些有毒有害，有些易燃易爆，因此對(duì)氣體的檢測(cè)成為重中之重的話(huà)題?，F(xiàn)有的氣體傳感器普遍存在交叉敏感，而且其響應(yīng)受溫度、濕度以及環(huán)境條件等因素的影響。氣體集成傳感器是在一片很小的基片上集成N個(gè)具有不同選擇性的氣敏單元，可同時(shí)檢測(cè)M(MSN)種不同的單一或者混合的氣體。本文發(fā)明的一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器不僅可實(shí)現(xiàn)多氣體參數(shù)的測(cè)量，而且傳感器本身集成環(huán)境溫濕度傳感器單元可進(jìn)行溫濕度自補(bǔ)償，采用鎳鉻合金膜加熱課為個(gè)傳感器提供適宜的工作溫度從而提高傳感器精度，傳感器懸臂梁式結(jié)構(gòu)可大大減小熱量的散失、降低功耗、提高能量利用率，采用MEMS技術(shù)，整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)體積小、重量輕、價(jià)格低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的氣體傳感器檢測(cè)氣體參數(shù)單一、受環(huán)境溫濕度影響較大、工作溫度隨環(huán)境變化、精度低、體積大、成本高等問(wèn)題，而提出的一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器并介紹其結(jié)構(gòu)。
[0004]一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器，它由硅基底(I)、二氧化硅絕緣層(2)、鎳鉻合金膜加熱線圈(3)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4)、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)
[5]、氧化鋁絕緣層￠)、氣體傳感器單元(7)、環(huán)境溫濕度傳感器單元(8)、加熱溫度傳感器單元(9)、連接線(10)和凹槽(11)組成；所述的硅基底(I)與所述的鎳鉻合金膜加熱線圈
(3)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4)、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5)通過(guò)二氧化硅絕緣層(2)連接并實(shí)現(xiàn)絕緣；所述的鎳鉻合金膜加熱線圈(3)與所述的氣體傳感器單元(7)、環(huán)境溫濕度傳感器單元(8)、加熱溫度傳感器單元(9)、連接線(10)通過(guò)氧化鋁絕緣層(6)連接并實(shí)現(xiàn)絕緣。
[0005]進(jìn)一步，該傳感器各部分結(jié)構(gòu)間的連接方式:鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5-1)、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5-4)與鎳鉻合金膜加熱線圈(3-1)相連，并為之提供工作電壓，鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5-2)、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5-3)與鎳鉻合金膜加熱線圈(3-2)相連，并為之提供工作電壓；氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-1)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-2)與氣體傳感器單元(7-8)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-2)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-3)與氣體傳感器單元(7-1)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-3)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-6)與氣體傳感器單元(7-2)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-6)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-7)與氣體傳感器單元(7-3)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-7)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-8)與氣體傳感器單元(7-4)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-8)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-9)與氣體傳感器單元(7-5)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-11)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-14)與氣體傳感器單元(7-6)的兩端相連并為之提供工作電壓，氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-14)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4-15)與氣體傳感器單元(7-7)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境濕度傳感器單元焊盤(pán)(4-4)、環(huán)境濕度傳感器單元焊盤(pán)(4-5)與環(huán)境濕度傳感器單元(8-1)的兩端相連并為之提供工作電壓，環(huán)境溫度傳感器單元焊盤(pán)(4-12)、環(huán)境溫度傳感器單元焊盤(pán)(4-13)與環(huán)境溫度傳感器單元(8-2)的兩端相連并為之提供工作電壓，加熱溫度傳感器單元焊盤(pán)(4-10)、加熱溫度傳感器單元焊盤(pán)(4-16)與加熱溫度傳感器單元(9)的兩端相連并為之提供工作電壓。
[0006]進(jìn)一步，該傳感器采用兩組同心半圓形鎳鉻合金膜加熱線圈(3)，對(duì)各傳感器單元進(jìn)行對(duì)稱(chēng)、均勻加熱。
[0007]進(jìn)一步，該傳感器采用懸臂梁式結(jié)構(gòu)。
[0008]進(jìn)一步，該傳感器采用對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu):娃基底(I)和二氧化硅絕緣層⑵的(100)面均為8000MmX8000Mm呈中心對(duì)稱(chēng)的正方形結(jié)構(gòu)；鎳鉻合金膜加熱線圈(3)、氣體傳感器單元焊盤(pán)(4)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)(5)關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；氧化鋁絕緣層(6)關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)；氣體傳感器單元(7)和凹槽(11)關(guān)于坐標(biāo)軸呈中心對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。
[0009]進(jìn)一步，該傳感器的氣體傳感器單元(7)、環(huán)境溫濕度傳感器(8)和加熱溫度傳感器單元(9)分布在8000MmX8000Mm的平面上。
[0010]一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器，它由硅基底、二氧化硅絕緣層、鎳鉻合金膜加熱線圈、16個(gè)氣體傳感器單元焊盤(pán)、4個(gè)鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)、氧化鋁絕緣層、8個(gè)氣體傳感器單元、I個(gè)環(huán)境溫濕度傳感器、I個(gè)加熱溫度傳感器單元、連接線和凹槽組成。其結(jié)構(gòu)形成過(guò)程為:先在硅基底上表面氧化生成一層二氧化硅絕緣層，再在二氧化硅絕緣層上表面通過(guò)磁控濺射技術(shù)生成一層鎳鉻合金膜加熱線圈、16個(gè)氣體傳感器單元焊盤(pán)和4個(gè)鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)，依次使用磁控濺射與氧化的方法在二氧化硅絕緣層和鎳鉻合金膜加熱線圈之上生成一層氧化鋁絕緣層，并露出氣體傳感器單元焊盤(pán)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)，然后使用磁控濺射技術(shù)在對(duì)應(yīng)焊盤(pán)上濺射一定厚度的對(duì)應(yīng)大小的焊盤(pán)，再在焊盤(pán)、氧化鋁絕緣層之上再生長(zhǎng)16個(gè)一定厚度的氣體傳感器單元焊盤(pán)、4個(gè)鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)、8個(gè)氣體傳感器單元、I個(gè)環(huán)境溫濕度傳感器、I個(gè)加熱溫度傳感器單元和連接線，最后進(jìn)行鏤空處理，先用鹽酸對(duì)氧化鋁絕緣層進(jìn)行鏤空形成4個(gè)凹槽，再用氫氟酸對(duì)二氧化硅絕緣層進(jìn)行鏤空形成4個(gè)凹槽，然后用EPW腐蝕劑對(duì)硅基底進(jìn)行鏤空形成4個(gè)凹槽，最后再用EPW腐蝕劑對(duì)硅的下表面進(jìn)行鏤空，形成I個(gè)凹槽，至此，一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器就形成了。
[0011]該傳感器的結(jié)構(gòu)通過(guò)以下步驟形成:
[0012]步驟一:準(zhǔn)備晶向?yàn)?100)，規(guī)格為8000 X 8000 X (200~300) Mm3的硅片作為基底，清潔基底的表面。
[0013]步驟二:用氫氟酸清洗掉硅上表面已被氧化生成的二氧化硅，通過(guò)干氧-濕氧-干氧交替氧化的方法，生長(zhǎng)一層二氧化硅絕緣層，厚度為2~5Mm。
[0014]步驟三:在二氧化硅絕緣層上通過(guò)磁控濺射技術(shù)，生長(zhǎng)一層鎳鉻合金膜加熱線圈、氣體傳感器單元焊盤(pán)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)，厚度均等，為2~4Mm，鎳鉻合金膜加熱線圈，最大半徑為2000Mm，環(huán)形線圈寬度為200Mm，線圈之間間隔為200Mm，最小的環(huán)形線圈半徑為400Mm，整個(gè)鎳鉻合金膜加熱線圈被分成兩個(gè)部分，分別和4個(gè)鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)相連，鎳鉻合金膜加熱線圈的兩部分相距50Mm，氣體傳感器單元焊盤(pán)尺寸為700 X 700 X (2~4) Mm3，鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)尺寸為800 X 800 X (2~4) Mm3;兩部分鎳鉻合金膜加熱線圈與鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)通過(guò)寬度為50 (Mm)鎳鉻合金膜連接線相連。
[0015]步驟四:在通過(guò)上述步驟形成的整個(gè)結(jié)構(gòu)中，再通過(guò)磁控濺射技術(shù)，濺射一層鋁，經(jīng)氧化后形成一層厚度為5~6Mm氧化鋁絕緣層，并露出氣體傳感器單元焊盤(pán)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)。
[0016]步驟五:先在20個(gè)焊盤(pán)的對(duì)應(yīng)位置上采用磁控濺射技術(shù)，生成厚度為5~6Mm的氣體傳感器單元焊盤(pán)和鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)，使各個(gè)焊盤(pán)上表面的高度和氧化鋁絕緣層上表面的高度平齊，再使用磁控濺射技術(shù)，生成厚度為2~4Mm的氣體傳感器單元焊盤(pán)、鎳鉻合金膜加熱線圈焊盤(pán)、氣體傳感器單元、環(huán)境溫濕度傳感器、加熱溫度傳感器單元和連接線。
[0017]步驟六:整體結(jié)構(gòu)形成后，采用鏤空技術(shù)，形成凹槽，先用鹽酸在氧化鋁絕緣層中去掉多余的氧化鋁，形成氧化鋁絕緣層凹槽(11-1)、氧化鋁絕緣層凹槽(11-2)、氧化鋁絕緣層凹槽(11-3)和氧化鋁絕緣層凹槽(11-4)，再用HF酸在二氧化硅絕緣層中去掉多余的二氧化硅，形成二氧化硅絕緣層凹槽(11-5)、二氧化硅絕緣層凹槽(11-6)、二氧化硅絕緣層凹槽(11-7)和二氧化硅絕緣層凹槽(11-8)，最后用EPW腐蝕劑在硅基底中去掉多余的硅，形成硅凹槽(11-9)、硅凹槽(11-10)、硅凹槽(11-11)和硅凹槽(11-12)和硅凹槽(11-13)就可以得到一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為:這種方式形成的一種鎳鉻合金膜加熱溫濕度自補(bǔ)償氣體集成傳感器，可通過(guò)鎳鉻合金膜加熱線圈對(duì)傳感器進(jìn)行加熱，中間加熱線圈溫度傳感器可實(shí)時(shí)檢測(cè)傳感器工作溫度，便于實(shí)時(shí)控制，為各個(gè)傳感器單元提供適宜的工作溫度，提高本傳感器的精度；一種懸臂梁式結(jié)構(gòu)可大大減小熱量的散失，降低功耗、節(jié)約能源；傳感器結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)，可減小外界環(huán)境帶來(lái)的誤差，提高測(cè)量的準(zhǔn)確度；溫濕度傳感器的添加，可為后續(xù)數(shù)據(jù)處理電路提供測(cè)量參數(shù)，進(jìn)行溫濕度自補(bǔ)償計(jì)算；借助MEMS技術(shù)，在傳感器單元上涂上相應(yīng)的氣敏材料，可同時(shí)對(duì)氧氣、二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物、硫化氫、二氧化硫、甲醛和苯類(lèi)這8種氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，也可使本傳感器體積減小、重量減輕、價(jià)格降低、集成度變高。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為一種鎳鉻合金膜加