[发明专利]一种基于[111]单晶硅的气体敏感芯片阵列及其制作方法

说明书

一种基于[111]单晶硅的气体敏感芯片阵列及其制作方法，涉及气体传感器技术领域。本发明是为了解决现有的气体传感器微加热板的加工工艺复杂的问题。本发明加热电极为方波形结构，敏感膜电极为梳状结构，一对敏感膜电极分别位于加热电极的两侧、且加热电极相邻的两个方波之间均有一个敏感膜电极的齿，加热电极和两个敏感膜电极的上表面覆盖有气体敏感膜，[111]单晶硅基底上表面开有隔热腔，支撑层覆盖在[111]单晶硅基底上表面，支撑层上开有多个呈矩形阵列排布的腐蚀孔，每一行相邻的两个腐蚀孔之间均固定有一个气体敏感芯片，气体敏感芯片的引出电极的长度方向均与[111]单晶硅基底的[211]晶向同向。

技术领域

本发明属于气体传感器技术领域。

背景技术

半导体氧化物气体传感器由于具有制作简单、成本低、灵敏度高等优点得到了广泛的应用，但是其较差的选择性也限制了其进一步发展。为了提高半导体氧化物气体传感器的选择性，众多研究者除了在气体敏感材料方面开展研究，也致力于开发气体传感器阵列，通过基于传感器阵列的模式识别方法来提高选择性。如：公开号为CN104931540A，名称为一种气体传感器阵列及其制备方法》的中国发明专利，公开了采用单种半导体金属氧化物纳米材料构建的气体传感器阵列，以提高气体传感器的选择性。但是，上述专利采用的仍然是传统的陶瓷管为主体的旁热式气敏元件，会存在体积较大，功耗较大的问题。

随着微电子机械系统(MEMS)工艺技术的迅猛发展，制作体积小、低功耗、易集成、批量化的MEMS微热板气体传感器成为众多研究者关注的焦点。有研究者通过硅单面加工工艺，从正面对(100)硅片进行腐蚀从而得到悬空微加热板结构。但是，由于(100)晶面的特点，需要对硅腐蚀较深的深度才能够将微热板下方的硅完全释放。如：公开号为CN105928567B，名称为《一种集成温湿度传感器的硅基气体敏感芯片及其制作方法》的中国发明专利，公开了通过硅双面加工工艺将多个气敏单元、温敏单元和湿敏单元集成在(100)单晶硅片上，并采用两级隔热通孔，具有多功能测量、选择性好、功耗低等优点。但是，其涉及硅双面加工工艺，制作工艺较为复杂。

此外，还有一些国内外学者采用表面微机械加工工艺，通过制作牺牲层，对气体传感器微加热板进行释放，该种方法同样存在制作工艺复杂的问题，并且需要特殊的设备(如二氧化碳超临界干燥仪)来保证工艺的可靠性。

综上所述，半导体氧化物气体传感器研究中，对气体传感器微加热板进行加工时，工艺均较为复杂。

发明内容

本发明是为了解决现有的气体传感器微加热板的加工工艺复杂的问题，现提供一种基于[111]单晶硅的气体敏感芯片阵列及其制作方法。

一种基于[111]单晶硅的气体敏感芯片阵列，包括：多个气体敏感芯片、[111]单晶硅基底1和支撑层2，所述气体敏感芯片包括：加热电极3、一对敏感膜电极4和气体敏感膜7；

加热电极3为方波形结构，敏感膜电极4为梳状结构，一对敏感膜电极4分别位于加热电极3的两侧、且加热电极3相邻的两个方波之间均有一个敏感膜电极4的齿，加热电极3和一对敏感膜电极4的上表面覆盖有气体敏感膜7，每个加热电极3的两端均连接有引出电极5，一对敏感膜电极4的首末端反向设置，一对敏感膜电极4的末端均连接有引出电极5，每个引出电极5的末端均连接有一个电极焊盘6，

[111]单晶硅基底1上表面开有隔热腔9，支撑层2覆盖在[111]单晶硅基底1上表面，支撑层2上开有多个呈矩形阵列排布的腐蚀孔8，每个腐蚀孔8均与隔热腔9连通，所述矩形阵列的行沿[111]单晶硅基底1的[110]晶向设置、列沿[111]单晶硅基底1的[211]晶向设置，每一行相邻的两个腐蚀孔之间均固定有一个气体敏感芯片，气体敏感芯片的引出电极5的长度方向均与[111]单晶硅基底1的[211]晶向同向。

上述矩形阵列为M×N的矩形阵列，其中M和N的取值范围均为1～20。

具体的，支撑层2的材料为氮化硅，支撑层2的厚度为1μm～10μm。