[发明专利]一种多孔硅气敏传感器及其制造方法

说明书

本发明涉及一种多孔硅气敏传感器及其制造方法。其中，本发明的多孔硅气敏传感器的多孔硅层处于衬底表面的中部区域，多孔硅层的外围被衬底所包围；多孔硅层从中心向外围分为中部内区域和中部外区域，中部内区域被中部外区域所包围；中部内区域的孔隙密度一致，中部外区域的孔隙密度从内向外逐渐降低，中部内区域的孔隙密度大于中部外区域的孔隙密度；金属栅线电极的内端处于多孔硅层上，金属栅线电极的外端延伸至多孔硅层外围的衬底之上并用于外接；处于多孔硅层上的金属栅线电极的宽度大于处于多孔硅层外围的衬底之上的金属栅线电极的宽度。本发明的多孔硅气敏传感器的栅线不容易断裂，具有较高的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种多孔硅气敏传感器及其制造方法。

背景技术

多孔硅气敏传感器多用于检测和感应气体并反馈出电信号，其主要由硅衬底、硅衬底上的多孔硅层和金属栅线电极等结构形成。其中，至少部分金属栅线电极形成在多孔硅层上，当然也可以是全部形成在多孔硅层上，如US2005/0193800A1的美国专利；或者金属栅线电极也可以有部分形成在多孔硅层上，部分形成在多孔硅层边缘的致密硅层上，如US2014/0311221A1的美国专利。但是，如上两种多孔硅气敏传感器存在一些问题。

金属栅线电极原本结构就较为细小，极易断裂，而布置在多孔硅层上的金属栅线完整性较差，在孔隙的地方金属栅线的有效宽度变窄，这就更容易发生断裂，这将给气敏传感器的使用可靠性造成较大隐患。此外，多孔硅层在制备完成后，其表面容易氧化，后续制备金属栅线电极时将受到诸多限制，导致金属栅线电极和多孔硅层之间的接触电阻较高，影响多孔硅气敏传感器的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔硅气敏传感器，用以解决现有的多孔硅气敏传感器可靠性差的问题。同时，本发明还提供了该多孔硅气敏传感器的制造方法。

本发明的多孔硅气敏传感器，包括：

衬底、多孔硅层以及相对成对布置的金属栅线电极；

多孔硅层处于衬底表面的中部区域，多孔硅层的外围被衬底所包围；

多孔硅层从中心向外围分为中部内区域和中部外区域，中部内区域被中部外区域所包围；

中部外区域的孔隙密度从内向外逐渐降低，中部内区域的孔隙密度大于中部外区域的孔隙密度且孔隙密度恒定；

金属栅线电极的内端处于多孔硅层上，金属栅线电极的外端延伸至多孔硅层外围的衬底之上并用于外接；

处于多孔硅层上的金属栅线电极的宽度大于处于多孔硅层外围的衬底之上的金属栅线电极的宽度。

本发明的多孔硅气敏传感器在金属栅线电极的设置区域，多孔硅层的孔隙密度由中部向外围逐渐降低，孔隙密度越低，栅线越不容易断裂，特别是栅线的靠外部分不容易断裂，不至于整条栅线收集的气敏电流完全不能向外传输，即使是栅线电极的靠内部分断路，不利影响也较小；而且，在多孔硅层上方的金属栅线宽度要大于处于多孔硅层外围的衬底上的金属栅线，这样虽然多孔硅层的接触电阻较高，但适当增加的栅线宽度，可以降低接触电阻、传导电阻，有助于提高传感器的性能。

进一步的，处于多孔硅层中部内区域的金属栅线电极的宽度大于处于多孔硅层外围的衬底之上的金属栅线电极的宽度，处于多孔硅层的中部外区域上的金属栅线电极的宽度从外向内逐渐增大。这样栅线电极的宽度变化趋势与多孔硅层的孔隙密度变化趋势保持一致，有利于保证栅线电极的结构强度。

进一步的，多孔硅层外围的衬底的上表面高于多孔硅层的中部内区域的上表面的高度，多孔硅层的中部外区域的上表面呈斜坡面过渡连接多孔硅层外围的衬底的上表面和多孔硅层的中部内区域的上表面，进而使多孔硅气敏传感器的上表面呈中部内凹结构。这样的结构便于金属栅线电极的形成。

优选地，多孔硅层外围的衬底的上表面高于多孔硅层的中部内区域的上表面2-400微米。