[发明专利]集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器及其制作方法

权利要求书

1.一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，从底部向顶部依次包括：承载硅基底，传感器释放后空腔、MEMS氧化硅、氮化硅复合膜支撑结构，图形化多晶硅薄膜层，纳米尺度硅结构，梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad层结构，金属氧化物敏感膜层；

其中，所述梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad层结构为在多晶硅表面制备；所述纳米尺度硅结构为刻蚀多晶硅表面所形成的纳米尺度硅结构粗糙起伏；所述金属氧化物敏感膜层为在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积形成的；所述传感器释放后空腔是对承载硅基底进行同性干法刻蚀，形成纵向深度在1～100微米左右、横向刻蚀穿透的热隔离的悬浮器件结构，并在悬浮膜层下方形成，并且传感器敏感薄膜悬空区域与硅基底之间通过支撑臂相连接。

2.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，所述MEMS氧化硅、氮化硅复合膜支撑结构自下而上包括厚度为0.1～2微米的绝热氧化硅薄膜层、厚度为0.1～1微米的匀热氮化硅薄膜层。

3.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，所述多晶硅薄膜层的厚度为0.1～2微米。

4.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，电极的厚度为0.05～1微米，电极的长、宽为10～200微米，梳齿敏感电极间距为1～50微米；所述电极材料包括金属和合金薄膜或重掺杂的多晶硅，所述金属选自Pt、Au、Ag、Cu、Ni、W中的一种，所述合金薄膜选自Ni/Cr、Mo/Mn、Cu/Zn、Ag/Pd、Pt/Au、Fe/Co中的一种，所述重掺杂的多晶硅包括N型或P型重掺杂多晶硅，用于传感器电信号的引出。

5.根据权利要求1所述的集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器，其特征在于，所述金属氧化物敏感膜层为ZnO、SnO₂、TiO₂、Fe₂O₃中的一种，晶粒直径为10～500nm，膜层的厚度为30～500nm。

6.一种集成纳米结构的薄膜型MOS气体传感器的制作方法，其特征在于，包括：

在承载硅基底上，采用低压力化学气相沉积法制备厚度为0.1～2微米的绝热氧化硅薄膜层；

在绝热氧化硅薄膜层上，采用低压力化学气相沉积法制备厚度为0.1～2微米的匀热氮化硅薄膜层；

在匀热氮化硅薄膜层上，采用压力化学气相沉积法制备厚度为0.1～2微米的多晶硅薄膜层；

对多晶硅薄膜层进行图形化处理，形成图形化多晶硅薄膜层；

在非敏感区域光刻干法释放口；

在多晶硅表面制备梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad；

刻蚀多晶硅表面，形成纳米尺度硅结构粗糙起伏；

在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层；

对承载硅基底进行同性干法刻蚀，形成纵向深度在1～100微米左右、横向刻蚀穿透的热隔离的悬浮器件结构，悬浮膜层下方为传感器释放后空腔，传感器敏感薄膜悬空区域与硅基底之间通过支撑臂相连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层包括：使用磁控溅射的方法在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层，之后进行400℃～600℃的退火处理。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域沉积金属氧化物敏感膜层包括：采用滴涂金属氧化物前躯体、旋转硅基底形成金属氧化物前躯体薄膜层并陶瓷化生成金属氧化物敏感膜层的工艺，在纳米尺度硅结构、梳齿敏感电极、加热电极以及引线键合pad区域实现金属氧化物敏感膜层的制作，之后进行400℃～600℃的陶瓷化处理。