專利名稱：一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成芯片技術(shù)領(lǐng)域，是一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片及制造方法，基于MEMS技術(shù)，用于各種混合氣體的檢測(cè)，廣泛用于潛艇有害氣體檢測(cè)、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、家居安全、礦井瓦斯、食品安全、毒品檢測(cè)以及癌癥預(yù)測(cè)等檢測(cè)。
背景技術(shù)：
氣相色譜法(GC)是英國(guó)生物化學(xué)家Martin ATP等人創(chuàng)立的一種極有效的分離方法，它可用于分析和檢測(cè)復(fù)雜的多組分氣體混合物。20年來(lái)，氣相色譜技術(shù)在實(shí)現(xiàn)方式、儀器開發(fā)和應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展上都獲得了飛速的發(fā)展。 在氣體檢測(cè)器中，熱導(dǎo)檢測(cè)器是一種很重要的檢測(cè)器，熱導(dǎo)檢測(cè)器主要由微型熱導(dǎo)池、熱敏元件及惠斯頓電橋單元構(gòu)成。其基本原理是熱導(dǎo)池在結(jié)構(gòu)上就是一個(gè)有氣體流通的氣室，并將微型熱敏電阻置于其中，當(dāng)不同氣體從微型熱敏電阻表面流過時(shí)(不同的氣體有不同的熱導(dǎo)系數(shù))，會(huì)帶走不同的熱量，造成微型熱敏電阻溫度的變化，從而導(dǎo)致電橋有電位差輸出。這種檢測(cè)器幾乎對(duì)所有氣體都響應(yīng)，這是其他檢測(cè)器無(wú)法替代和比擬的，而且檢測(cè)靈敏度和檢測(cè)限也基本達(dá)到了痕量檢測(cè)的要求，因此，已成為幾乎所有有害氣體最常用的一種檢測(cè)器，但傳統(tǒng)的熱導(dǎo)檢測(cè)器，不僅體積大、笨重、死體積大，因而大大限制了檢測(cè)器的檢測(cè)靈敏度，而且在大多數(shù)情況下，檢測(cè)人員依賴從野外采集樣品，再回到實(shí)驗(yàn)室來(lái)進(jìn)行分析檢測(cè)，這種耗時(shí)又耗力，而且效率低下的分析模式，已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)野外環(huán)境監(jiān)測(cè)、家居安全、礦井安全等現(xiàn)場(chǎng)在線檢測(cè)與分析與的需求。隨著MEMS技術(shù)的日益成熟，基于MEMS技術(shù)的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器，不僅具有響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，最重要的是這種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的死體積幾乎為零，因此，極大的提高了檢測(cè)器的檢測(cè)靈敏度，其靈敏度可達(dá)傳統(tǒng)型熱導(dǎo)檢測(cè)器的十倍，可以將檢測(cè)限提高到個(gè)位ppm?，F(xiàn)有的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器中，其微型熱敏電阻都是采用氮化硅做為支撐梁，而當(dāng)?shù)枘さ暮穸冗_(dá)到5000A以后，膜內(nèi)的應(yīng)力很大，會(huì)導(dǎo)致膜龜裂、變形以及塌陷，因此，這種氮化硅支撐梁的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度差、使用壽命短，易受氣流影響。為了解決這些問題，本發(fā)明專利采用了復(fù)合梁作為支撐梁的思想，設(shè)計(jì)了擴(kuò)散硅-氧化硅-氮化硅三層結(jié)構(gòu)或氧化硅-氮化硅雙層復(fù)合型支撐梁結(jié)構(gòu)，這種梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，幾乎不受氣流的影響，壽命長(zhǎng)，而且這種高強(qiáng)度的復(fù)合梁，通過模擬分析，其結(jié)構(gòu)帶來(lái)的熱損失很少。另外，本發(fā)明專利在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了獨(dú)特的設(shè)計(jì)，微型熱敏電阻通過支撐梁懸空在熱導(dǎo)池中，熱導(dǎo)池的死體積幾乎接近于零，而且在微型溝道中集成了微型溫度傳感器，能瞬時(shí)響應(yīng)檢測(cè)氣體樣品的溫度變化，并通過外部控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)微型熱敏電阻的工作狀態(tài)，使熱導(dǎo)檢測(cè)器達(dá)到最佳的檢測(cè)性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片及制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，包括微型熱導(dǎo)池、微型溝道、微型熱敏電阻、微型溫度傳感器以及氣體進(jìn)樣接口、出樣接口、基底，其基底包括硅基底和玻璃基底；在硅基底上通過深刻蝕或化學(xué)腐蝕工藝形成兩條有間隔的相互平行的微型溝道，兩微型溝道兩端的直徑大于中部的直徑，然后在兩微型溝道中各形成一懸空的支撐梁，再以Pt材料在支撐梁的上表面形成微型熱導(dǎo)檢測(cè)器和微型溫度傳感器的微型熱敏電阻；微型熱敏電阻為六個(gè)，兩微型溝道中各三個(gè)，位于兩微型溝道兩端寬部的，共四個(gè)微型熱敏電阻組成整個(gè)微型熱導(dǎo)檢測(cè)器，且四個(gè)微型熱敏電阻都通過支撐梁懸浮在微型溝道中，形成四臂結(jié)構(gòu)；分別位于兩微型溝道中部的微型熱敏電阻，各構(gòu)成獨(dú)立的微型溫度傳感器；在玻璃基底上，通過深刻蝕或化學(xué)腐蝕工藝形成兩條有間隔的相互平行的微型溝道，兩微型溝道的形狀與硅基底上的兩條微型溝道相適配，在兩微型溝道的進(jìn)樣口、出樣口 位置處分別形成氣體進(jìn)樣接口、出樣接口 ；通過鍵合工藝將硅基底上的兩微型溝道與玻璃基底上的兩微型溝道向相扣合，對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，使形成四個(gè)微型熱導(dǎo)池和兩個(gè)微型溝道，得到微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述微型熱敏電阻的電極制作材料，采用Au、Au-Ti、Ag、Pd或它們的合金其中之一。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述微型熱敏電阻通過支撐梁的支撐，分別懸空在微型熱導(dǎo)池和微型溝道中，當(dāng)待檢測(cè)氣體從微型熱敏電阻上下表面流過時(shí)，使得微型熱敏電阻能直接、靈敏、迅速響應(yīng)待檢測(cè)的氣體。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述微型溫度傳感器的微型熱敏電阻與微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的微型熱敏電阻不接觸，微型溫度傳感器的微型熱敏電阻通過支撐梁的支撐，懸空在連接兩端微型熱導(dǎo)池的微型溝道中。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的四個(gè)微型熱敏電阻的阻值都相同，或阻值成比例關(guān)系。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的四個(gè)微型熱敏電阻，其結(jié)構(gòu)還包含雙臂結(jié)構(gòu)，即只有兩個(gè)微型熱敏電阻懸浮在微型熱導(dǎo)池中，另外兩個(gè)微型熱敏電阻在微型熱導(dǎo)池的外部。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其所述支撐梁，為氧化硅-氮化硅-擴(kuò)散硅三層結(jié)構(gòu)，或氧化硅-氮化硅雙層結(jié)構(gòu)。一種所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的制造方法，其包括以下步驟(a)在硅基底表面上注入一定厚度的B+，得到一擴(kuò)散硅層，B+離子濃度達(dá)到自停止腐蝕所需的濃度；(b)在擴(kuò)散硅層的表面形成氧化硅層和氮化硅層，這兩層絕緣膜形成的雙介質(zhì)膜作為絕緣層以及刻蝕擴(kuò)散硅的掩膜；(C)甩膠后光刻；(d)磁控濺射Pt或PTC或NTC形成熱敏材料層，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻；(e)甩膠后光刻；(f)磁控濺射沉積Au形成金屬層，剝離圖形之外所濺射的材料，得到電極；
(g)甩膠后光刻；(h)先深刻蝕去擴(kuò)散硅層，然后再化學(xué)腐蝕硅得到硅基上的微型溝道以及懸空的支撐梁，支撐梁為擴(kuò)散硅-氧化硅-氮化硅結(jié)構(gòu)，其上為微型熱敏電阻；(i)在玻璃基底上，濺射Au材料，以Au材料為掩膜，用HF腐蝕玻璃，得到玻璃基底上的微型溝道；(j)在玻璃基底上微型溝道進(jìn)樣口、出樣口位置處使用打孔儀打孔，得到氣體進(jìn)樣接口、出樣接口 ；(k)將硅基底上的微型溝道與玻璃基底上的微型溝道面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合封裝，形成完整的微型溝道和微型熱導(dǎo)池，以支撐梁支撐的微型熱敏電阻就懸空在微型溝道和微型熱 導(dǎo)池中。一種所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的制造方法，其包括以下步驟(a)在硅基底上，形成氧化硅和氮化硅雙層介質(zhì)膜，作為絕緣層以及微型熱敏電阻的支撐梁；(b)甩膠后光刻； (c)磁控濺射Pt或PTC或NTC或其他熱敏材料，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻；(d)甩膠后光刻；(e)磁控濺射沉積Au金屬材料，剝離圖形之外所濺射的材料，得到電極(10)；(f)甩膠后光刻；(g)反應(yīng)離子刻蝕去掉暴露的氮化硅以及濕法腐蝕去掉暴露的氧化硅，然后再化學(xué)腐蝕硅得到硅基上的微型溝道，以及懸空的支撐梁，支撐梁(7)為氧化硅-氮化硅雙層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，其上為微型熱敏電阻；(h)在玻璃基底上，濺射Au材料層，以Au層為掩膜，用HF腐蝕玻璃，得到玻璃基底上的微型溝道；(i)在玻璃基底上微型溝道的進(jìn)樣口、出樣口位置處使用打孔儀各打一孔，得到氣體進(jìn)樣接口、出樣接口 ；(j)將硅基所在微型溝道與玻璃基底所在微型溝道面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合封裝，形成整個(gè)的微型溝道和微型熱導(dǎo)池，以支撐梁支撐的微型熱敏電阻就懸空在微型溝道和微型熱導(dǎo)池中。所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其用于潛艇有害氣體、礦井瓦斯、家居安全、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、毒品檢測(cè)、癌癥診斷領(lǐng)域中的有害氣體檢測(cè)。本發(fā)明的一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，解決了傳統(tǒng)熱導(dǎo)檢測(cè)器死體積大的關(guān)鍵技術(shù)，而且相比其他的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片，這種復(fù)合型支撐梁的微型熱敏電阻，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，穩(wěn)定性好、不易受氣流影響，而且微型熱敏電阻產(chǎn)生的熱量分布集中，結(jié)構(gòu)造成的熱損失少，因此，本發(fā)明的熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，不易受污染，使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。


圖I是本發(fā)明的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的結(jié)構(gòu)(四臂結(jié)構(gòu))示意圖2a是本發(fā)明微型熱敏電阻結(jié)構(gòu)示意圖；圖2b是圖2a中微型溝道的橫截面示意圖；圖3是本發(fā)明的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的結(jié)構(gòu)(雙臂結(jié)構(gòu))示意圖。圖中標(biāo)號(hào)微型熱導(dǎo)池I微型溝道2微型熱敏電阻3微型溫度傳感器4 氣體進(jìn)樣接口 5 氣體出樣接口 6支撐梁7玻璃基底8硅基底9
電極10
具體實(shí)施例方式見圖1、2，本發(fā)明的一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片及制造方法，應(yīng)用于各種混合氣體的檢測(cè)，該微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片是將微型熱導(dǎo)池1，微型溝道2、微型熱敏電阻3以及微型溫度傳感器4集成一體，其制作過程是該微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片以玻璃或硅為基底8、9，首先在硅基底9上通過深刻蝕或者化學(xué)腐蝕形成微型溝道2和微型熱導(dǎo)池體，然后在池體中形成懸空的，氧化硅-氮化硅-擴(kuò)散硅三層結(jié)構(gòu)的支撐梁7，或者氧化硅-氮化硅雙層結(jié)構(gòu)的支撐梁7，再以Pt或PTC或NTC或其他熱敏材料在支撐梁7的上表面形成微型熱導(dǎo)檢測(cè)器及微型溫度傳感器4的微型熱敏電阻3，然后再在玻璃基底8上，通過深刻蝕或者化學(xué)腐蝕的方法形成形狀與硅基上一致的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池體，并在其微型溝道2的進(jìn)樣、出樣口位置處形成氣體進(jìn)樣接口 5、出樣接口 6，再通過鍵合技術(shù)將硅基底9和玻璃基底8對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，從而得到微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的快速檢測(cè)。這種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片，在國(guó)外、國(guó)內(nèi)未見報(bào)導(dǎo)。本發(fā)明的一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片采用MEMS技術(shù)，通過表面和體加工工藝制備。其中硅基底9上的微型溝道2、微型熱導(dǎo)池I以及微型熱敏電阻3的加工工藝是首先在硅基底9上表面注入一層B+離子，B+離子濃度達(dá)到自停止腐蝕的要求；再形成一層氧化硅和一層氮化硅的雙層介質(zhì)膜，作為絕緣層以及支撐梁7。然后甩膠光刻，磁控濺射一層Pt或PTC (如鈦酸鋇)或NTC或其他熱敏材料，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻3。甩膠后光刻，磁控濺射(或電子束蒸發(fā))一層Au或其他金屬，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻的電極10。甩膠后光刻，用膠做掩膜，反應(yīng)離子刻蝕去氮化硅和HF緩沖液濕法腐蝕去氧化硅，甩膠后光刻，用膠做掩膜，深刻蝕去擴(kuò)散硅，然后以擴(kuò)散硅做掩膜，用KOH緩沖液濕法腐蝕硅得到微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，同時(shí)也懸空了以擴(kuò)散 硅-氧化硅-氮化硅為支撐梁的微型熱敏電阻3。玻璃基底8上的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I的加工工藝是首先在玻璃基底8上磁控濺射(或電子束蒸發(fā))一層Au或其它材料，甩膠后光刻，再腐蝕金或其他所濺射的材料，暴露出微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，再以金或其它材料做掩膜，用HF緩沖液腐蝕玻璃，即可得到微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，然后在玻璃基底8上微型溝道2的進(jìn)樣、出樣口位置處，用打孔儀各打一個(gè)尺寸大小為I. Omm的小孔，形成氣體進(jìn)樣接口 5、出樣接口 6，最后去掉金掩膜，清洗玻璃片后烘干。當(dāng)硅基底9和玻璃基底8上的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I加工完畢后，即可通過陽(yáng)極鍵合技術(shù)(或靜電鍵合技術(shù))將硅基底9與玻璃基底8的微型微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，從而形成整個(gè)的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，而且以支撐梁7支撐的微型熱敏電阻3也懸空在微型熱導(dǎo)池I中。如圖2a、圖2b所示。本發(fā)明基于MEMS技術(shù)的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，包括四臂結(jié)構(gòu)(如圖I所示)和雙臂結(jié)構(gòu)(如圖3所示)。下面結(jié)合附圖描述本發(fā)明優(yōu)選的方案，而不限制本發(fā)明的范圍。基于MEMS技術(shù)的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，是將微型熱導(dǎo)池，微型溝道、微型熱敏電阻以及微型溫度傳感器集成一體。實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的快速檢測(cè)，這種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片的具體實(shí)施方案如下微型熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片的制備工藝實(shí)施方式一首先在硅基底9表面注入一層B+離子，B+離子濃度達(dá)到自停止腐蝕的要求，結(jié)深為15iim(結(jié)深范圍可在1-30 iim選擇)；再熱氧化一層厚度5000 A (厚度范圍可在1000-10000 A選擇)氧化硅以及LPCVD或PECVD —層4000 A氮化硅(厚度范圍可在 1000-6000 A選擇)的雙層介質(zhì)膜作為絕緣層以及支撐梁7。然后再涂覆一層AZ1500(或厚膠)正光刻膠并光刻，再磁控濺射沉積一層IOOOA Pt或PTC (如鈦酸鋇)或NTC或其他熱敏材料(厚度范圍可在500 — 7000 A選擇)，然后剝離得到微型熱敏電阻3，然后再涂覆一層AZ1500正光刻膠并光刻，再磁控濺射(或電子束蒸發(fā)或電鍍)沉積一層4000 A Au或其他(厚度范圍可在1000 — 7000 A選擇)金屬膜，然后剝離得到微型熱敏電阻的電極10。涂覆一層AZ1500正光刻膠并光刻，然后用正膠做掩膜，反應(yīng)離子刻蝕去氮化硅和HF緩沖液濕法腐蝕去氧化硅，再涂覆一層AZ1500正光刻膠并光刻，用正膠做掩膜，深刻蝕去擴(kuò)散硅，然后以擴(kuò)散硅做掩膜，用KOH緩沖液濕法腐蝕硅得到微型溝道2和熱導(dǎo)池1，同時(shí)懸空以擴(kuò)散硅-氧化硅-氮化硅為支撐梁7的微型熱敏電阻。其中，微型溝道2的尺寸參數(shù)為寬250微米，深度為150微米(寬度范圍可在150-600微米，深度范圍可在50-300微米選擇)，熱導(dǎo)池I尺寸參數(shù)為寬450微米，深度為150微米(寬度范圍可在250-800微米，深度范圍可在50-300微米選擇)，然后是玻璃基底8上的微型溝道2以及微型熱導(dǎo)池I加工，首先在玻璃基底上磁控濺射(或電子束蒸發(fā))一層2000 AAu(厚度范圍可在1000-6000A選擇)，再涂覆一層負(fù)膠并光刻，以負(fù)膠做掩膜，用金腐蝕液腐蝕金，暴露出微型溝道和微型熱導(dǎo)池，再以金做掩膜，用HF緩沖液腐蝕玻璃，即可得到微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，然后在玻璃基底8上的微型溝道進(jìn)樣、出樣口位置處，用打孔儀各打一個(gè)尺寸大小為I. Omm的小孔，形成氣體進(jìn)樣接口 5、出樣接口 6，最后去掉金掩膜，清洗玻璃片后烘干，即可通過陽(yáng)極鍵合技術(shù)(或靜電鍵合技術(shù))將硅基底9與玻璃基底8上的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，從而形成整個(gè)的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I，而且以支撐梁7支撐的微型熱敏電阻3也懸空在熱導(dǎo)池中。微型熱導(dǎo)檢測(cè)器芯片的制備工藝實(shí)施方式二首先清洗雙面拋光單晶硅片，然后在硅基底9上熱氧化一層厚度Iym(厚度范圍可在1000A-15000 A選擇)氧化硅以及LPCVD或PECVD—層4000 A氮化硅(厚度范圍可在1000A-6000 A選擇)的雙層介質(zhì)膜作為絕緣層以及支撐梁7，然后再涂覆一層AZ1500(或厚膠)正光刻膠并光刻，再磁控濺射沉積一層IOOOA Pt或PTC (如鈦酸鋇)或NTC或其他熱敏材料(厚度范圍可在500 — 7000 A選擇)，然后剝離得到微型熱敏電阻3，然后再涂覆一層AZ1500正光刻膠并光刻，再磁控濺射(或電子束蒸發(fā)或電鍍)沉積一層4000 A Au或其他(厚度范圍可在1000 — 7000 A選擇)金屬膜，然后剝離得到微型熱敏電阻3的電極10，再涂覆一層AZ1500正膠并光刻，用正膠做掩膜，反應(yīng)離子刻蝕去氮化硅和HF緩沖液去氧化硅，然后以氮化硅和氧化硅做掩膜，用KOH緩沖液腐蝕硅得到微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，同時(shí)得到懸空以氮化硅-氧化硅為支撐梁7的微型熱敏電阻3，其中，微型溝道2的尺寸參數(shù)為寬250微米，深度為150微米(寬度范圍可在150-600微米，深度范圍可在50-300微米選擇)，熱導(dǎo)池I尺寸參數(shù)為寬450微米，深度為150微米(寬度范圍可在250-800微米，深度范圍可在50-300微米選擇)，再用激光調(diào)阻儀(或其他的調(diào)阻儀)將各個(gè)微型熱敏電阻3的阻值精確調(diào)節(jié)到100歐姆(電阻范圍可在30-150歐姆選擇)。然后是玻璃基底8上的微型溝道2以及微型熱導(dǎo)池I加工，首先在玻璃基底8上磁控濺射(或電子束蒸發(fā))一層2000 AAu(厚度范圍可在1000-4000A選擇)，再涂覆一層負(fù)膠并光刻，以負(fù)膠做掩膜，用金腐蝕液腐蝕金，暴露出微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，其尺寸參數(shù)與硅基底9上的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I 一致，再以金做掩膜，用HF緩沖液腐蝕玻璃，即可得到微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，然后在玻璃基底8上的微型溝道2的進(jìn)樣、出樣口位置處，用打孔儀各打一個(gè)尺寸大小為I. Omm的小孔，形成氣體進(jìn)樣接口 5、出樣接口 6，最后去掉金掩膜，清洗玻璃片后烘干，即可通過陽(yáng)極鍵合技術(shù)(或靜電鍵合技術(shù))將硅基底9與玻璃基底8上的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池I面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，從而形成整個(gè)的微型溝道2和微型熱導(dǎo)池1，而且以支撐梁7支撐的微型熱敏電阻3也懸空在微型熱導(dǎo)池I中。權(quán)利要求
1.一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，包括微型熱導(dǎo)池(I)、微型溝道(2)、微型熱敏電阻(3)、微型溫度傳感器(4)以及氣體進(jìn)樣接口(5)、出樣接口(6)、基底，其特征在于 基底包括硅基底(9)和玻璃基底(8);在硅基底(9)上通過深刻蝕或化學(xué)腐蝕工藝形成兩條有間隔的相互平行的微型溝道，兩微型溝道兩端的直徑大于中部的直徑，然后在兩微型溝道中各形成一懸空的支撐梁(7)，再以Pt材料在支撐梁(7)的上表面形成微型熱導(dǎo)檢測(cè)器和微型溫度傳感器(4)的微型熱敏電阻(3);微型熱敏電阻(3)為六個(gè)，兩微型溝道中各三個(gè)，位于兩微型溝道兩端寬部的， 共四個(gè)微型熱敏電阻(3)組成整個(gè)微型熱導(dǎo)檢測(cè)器，且四個(gè)微型熱敏電阻(3)都通過支撐梁(7)懸浮在微型溝道中，形成四臂結(jié)構(gòu)；分別位于兩微型溝道中部的微型熱敏電阻(3)，各構(gòu)成獨(dú)立的微型溫度傳感器(4)； 在玻璃基底(8)上，通過深刻蝕或化學(xué)腐蝕工藝形成兩條有間隔的相互平行的微型溝道，兩微型溝道的形狀與硅基底(9)上的兩條微型溝道相適配，在兩微型溝道的進(jìn)樣、出樣口位置處分別形成氣體進(jìn)樣接口(5)、出樣接口(6);通過鍵合工藝將硅基底(9)上的兩微型溝道與玻璃基底(8)上的兩微型溝道向相扣合，對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，使形成四個(gè)微型熱導(dǎo)池(I)和兩個(gè)微型溝道(2)，得到微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片。
2.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述熱敏電阻的電極(10)制作材料，采用Au、Au-Ti、Ag、Pd或它們的合金其中之一。
3.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述微型熱敏電阻(3)通過支撐梁(7)的支撐，分別懸空在微型熱導(dǎo)池⑴和微型溝道⑵中，當(dāng)待檢測(cè)氣體從微型熱敏電阻(3)上下表面流過時(shí)，使得微型熱敏電阻(3)能直接、靈敏、迅速響應(yīng)待檢測(cè)的氣體。
4.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述微型溫度傳感器(4)的熱敏電阻(3)與微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的微型熱敏電阻(3)不接觸，微型溫度傳感器(4)的微型熱敏電阻(3)通過支撐梁(7)的支撐，懸空在連接兩端微型熱導(dǎo)池(I)的微型溝道(2)中。
5.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的四個(gè)微型熱敏電阻(3)的阻值都相同，或阻值成比例關(guān)系。
6.如權(quán)利要求I或5所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述微型熱導(dǎo)檢測(cè)器的四個(gè)微型熱敏電阻(3)，其結(jié)構(gòu)還包含雙臂結(jié)構(gòu)，即只有兩個(gè)微型熱敏電阻(3)懸浮在微型熱導(dǎo)池(I)中，另外兩個(gè)微型熱敏電阻(3)在微型熱導(dǎo)池(I)的外部。
7.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于所述支撐梁(7)，為氧化娃-氮化娃-擴(kuò)散娃三層結(jié)構(gòu)，或氧化娃-氮化娃雙層結(jié)構(gòu)。
8.—種如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的制造方法，其特征在于包括以下步驟 (a)在硅基底(9)表面上注入一定厚度的B+，得到一擴(kuò)散硅層，B+離子濃度達(dá)到自停止腐蝕所需的濃度； (b)在擴(kuò)散硅層的表面形成氧化硅層和氮化硅層，這兩層絕緣膜形成的雙介質(zhì)膜作為絕緣層以及刻蝕擴(kuò)散硅的掩膜； (c)甩膠后光刻； (d)磁控濺射Pt或PTC或NTC形成熱敏材料層，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻⑶； (e)甩膠后光刻； (f)磁控濺射沉積Au形成金屬層，剝離圖形之外所濺射的材料，得到電極(10)； (g)甩膠后光刻； (h)先深刻蝕去擴(kuò)散硅層，然后再化學(xué)腐蝕硅得到硅基底(9)上的微型溝道以及懸空的支撐梁(7)，支撐梁(7)為擴(kuò)散硅-氧化硅-氮化硅結(jié)構(gòu)，其上為微型熱敏電阻(3)； (i)在玻璃基底(8)上，濺射Au材料，以Au材料為掩膜，用HF腐蝕玻璃，得到玻璃基底上的微型溝道⑵； (j)在玻璃基底上微溝道進(jìn)樣、出樣口位置處使用打孔儀打孔，得到氣體進(jìn)樣接口(5)、出樣接口(6)； (k)將硅基底(9)上的微型溝道與玻璃基底(8)上的微型溝道面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合封裝，形成完整的微型溝道(2)和微型熱導(dǎo)池(I)，以支撐梁(7)支撐的微型熱敏電阻(3)就懸空在微型溝道(2)和微型熱導(dǎo)池(I)中。
9.一種如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片的制造方法，其特征在于包括以下步驟 (a)在硅基底(9)上，形成氧化硅和氮化硅雙層介質(zhì)膜，作為絕緣層以及微型熱敏電阻的支撐梁⑵； (b)甩膠后光刻； (c)磁控濺射Pt或PTC或NTC或其他熱敏材料，剝離圖形之外所濺射的材料，得到微型熱敏電阻⑶； (d)甩膠后光刻； (e)磁控濺射沉積Au金屬材料，剝離圖形之外所濺射的材料，得到電極(10)； (f)甩膠后光刻； (g)反應(yīng)離子刻蝕去掉暴露的氮化硅以及濕法腐蝕去掉暴露的氧化硅，然后再化學(xué)腐蝕硅得到硅基上的微型溝道(2)，以及懸空的支撐梁(7)，支撐梁(7)為氧化硅-氮化硅雙層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，其上為微型熱敏電阻(3)； (h)在玻璃基底(8)上，濺射Au材料層，以Au層為掩膜，用HF腐蝕玻璃，得到玻璃基底上的微型溝道⑵； (i)在玻璃基底⑶上微型溝道的進(jìn)樣口、出樣口位置處使用打孔儀各打一孔，得到氣體進(jìn)樣接口(5)、出樣接口(6)； (j)將硅基底(9)上微型溝道與玻璃基底(8)上微型溝道面對(duì)面對(duì)準(zhǔn)鍵合封裝，形成整個(gè)的微型溝道(2)和微型熱導(dǎo)池(I)，以支撐梁(7)支撐的微型熱敏電阻(3)就懸空在微型溝道(2)和微型熱導(dǎo)池(I)中。
10.如權(quán)利要求I所述的微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片，其特征在于用于潛艇有害氣體、礦井瓦斯、家居安全、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、毒品檢測(cè)、癌癥診斷領(lǐng)域中的有害氣體檢測(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片及制造方法，該芯片包括硅和玻璃基底、微型熱敏電阻、微型熱導(dǎo)池、微型溝道以及微型溫度傳感器。首先在硅基底和玻璃基底上分別形成微型溝道和微型熱導(dǎo)池，并在微型熱導(dǎo)池中形成懸空的氧化硅-氮化硅-擴(kuò)散硅三層或氧化硅-氮化硅雙層結(jié)構(gòu)支撐梁，再利用Pt或PTC或NTC等熱敏材料在支撐梁的上表面形成微型熱導(dǎo)檢測(cè)器及微型溫度傳感器的熱敏電阻，然后在玻璃基底上微型溝道兩端形成氣體進(jìn)樣、出樣接口，再通過鍵合工藝將硅基底和玻璃基底對(duì)準(zhǔn)鍵合密封，得到微型熱導(dǎo)檢測(cè)器集成芯片。本發(fā)明用于潛艇有害氣體、礦井瓦斯、家居安全、大氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)、毒品檢測(cè)、癌癥診斷領(lǐng)域中的有害氣體檢測(cè)。
文檔編號(hào)B81B7/02GK102730622SQ20111008218
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者任艷飛, 孫建海, 崔大付, 張璐璐, 李輝, 蔡浩原, 陳興 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所