[发明专利]微热导检测器及其制备方法

说明书

本发明提供一种微热导检测器及制备方法：所述微热导检测器具有三明治结构，从下而上依次是玻璃衬底、带微沟槽的SOI硅片和带微沟道的玻璃；交叉网状结构制作于SOI硅片表面并悬浮于微通道之中，其结构包括SOI硅片的顶层硅、由两层氧化硅/氮化硅薄膜所保护的热敏电阻；关键工艺包括刻蚀SOI硅片的衬底硅、埋氧层（或埋氧层及第二介质层）释放交叉网状结构，通过两次静电键合完成微热导检测器芯片的制作。本发明以SOI硅片顶层硅为热敏电阻的主要支撑层，与高掺杂硅相比较，顶层硅中晶格完整，缺陷少，作为支撑层具有更好的机械强度，且其厚度可根据性能要求灵活选择。本发明减小了交叉网状结构的形变，大大提高了热敏电阻支撑结构的强度及稳定性。

技术领域

本发明属于微电子机械系统领域，特别是涉及一种微热导检测器及其制作方法。

背景技术

热导检测器是气相色谱仪的一种重要的检测器，这种检测器只对被检测气体的浓度敏感，几乎对所有气体都响应。传统的气相色谱仪热导检测器一般采用不锈钢或陶瓷加工而成，体积大、重量重，功耗大、更重要的是由于加工技术制约，传统热导检测器一般都具有较大的死体积，约几十至几百微升，这限制了热导检测器检测下限的降低。

随着MEMS(Micro-electro-mechanical system)技术的发展，采用MEMS技术设计、制作的微热导检测器芯片具有体积小、重量轻、功耗小等优点，更为重要的是基于MEMS技术制作的热导检测器的死体积大为降低(一般小于1微升，为纳升量级)，其检测下限可达几个ppm甚至小于1ppm。

在现有的微热导检测器技术方案中，热敏电阻制作于支撑层上并悬浮于微沟道之中，但存在几个问题：

1、热敏电阻的支撑层一般为氮化硅单层膜或氮化硅/氧化硅复合膜结构，由于应力过大或失配问题，释放后的结构会发生断裂、较大变形、塌陷等问题，这种支撑结构稳定性差、易受气流影响。

2、基于氢氧化钾(KOH)各向异性腐蚀或两步深反应离子刻蚀工艺(DRIE，第一步为各向异性刻蚀，第二步为各向同性刻蚀)从正面(热敏电阻一侧)腐蚀硅释放支撑结构并形成相应的微沟道，会带来过大的多余的死体积。

3、以厚的高掺杂硅为热敏电阻的支撑层虽能提高支撑结构的稳定性，但一方面需要KOH腐蚀释放支撑层，会带来过大的多余的死体积；另一方面形成厚的高掺杂硅层需要较长的工艺时间。

为了获得高性能的微热导检测器，上述问题是从事微热导检测器的本领域的研究人员需要着力解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种微热导检测器及其制备方法，用于解决现有技术中热敏电阻的支撑层容易断裂及多余死体积过大等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种微热导检测器，包括：SOI硅片，包括衬底硅、埋氧层以及顶层硅，所述SOI硅片中形成有微沟槽结构；由顶层硅-第一介质薄膜-热敏电阻-第二介质薄膜形成的图形化堆叠结构，悬挂于所述SOI硅片的微沟槽结构中；带有微沟道的玻璃片，键合于所述SOI硅片的顶层硅，且使得所述图形化堆叠结构位于所述微沟道内；玻璃衬底，键合于所述SOI硅片的衬底硅。

作为本发明的微热导检测器的一种优选方案，所述图形化堆叠结构的侧壁覆盖有第二介质薄膜。

作为本发明的微热导检测器的一种优选方案，所述SOI硅片的顶层硅中还形成有焊盘凹槽，所述焊盘凹槽中形成有焊盘结构，所述焊盘结构与所述热敏电阻电性相连。

作为本发明的微热导检测器的一种优选方案，所述热敏电阻所采用的金属包括Pt/Ti叠层、Ni/Cr叠层、W/Ti叠层及W/Re叠层中的一种。