基于mems技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，包括以下步驟：以石英片作為襯底，在石英片正面磁控濺射淀積一層Si3N4薄膜；在Si3N4薄膜上涂一層光刻膠，以電極圖形作為掩膜板，紫外光曝光后除掉曝光的光刻膠；在處理后的石英片正面磁控濺射一層Pt薄膜；在丙酮中剝離光刻膠和光刻膠上面的Pt；在基片上表面再涂一層光刻膠，用與電極圖形互補的圖形作為掩膜板，紫外光曝光后除掉曝光的光刻膠；在石英片正面和背面磁控濺射一層Si3N4薄膜；在丙酮中剝離光刻膠和光刻膠上面的Si3N4。本發(fā)明制備方法工藝步驟簡單，采用致密性高的氮化硅薄膜作為保護層，與集成電路制備工藝兼容。
【專利說明】基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】[0001]本發(fā)明涉及鹽度傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種基于MEMS (Micro Electro Mechanical Systems,微機電系統(tǒng))技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】[0002]海水鹽度是自然海洋生態(tài)系統(tǒng)的基本參數(shù)，影響著生物的種類、結(jié)構(gòu)和功能，是海 洋調(diào)查、海洋漁業(yè)研究和海洋環(huán)境污染檢測中最重要的觀測項目之一。各處海水雖然含鹽 量不同，但其主要成分的比例卻是基本恒定的，因此可利用電導(dǎo)率推算出鹽度。電極式電導(dǎo) 率鹽度傳感器具有信號強、靈敏度高、抗干擾能力高、測量電路簡單的特點。電極式電導(dǎo)率 鹽度傳感器目前有二電極、四電極等。四電極型電導(dǎo)率鹽度傳感器因?qū)㈦妷簻y量和電流輸 入電極分開，避免了雜散電流和極化阻抗的影響，應(yīng)用廣泛。[0003]傳統(tǒng)機械加工工藝制備的鹽度傳感器尺寸較大，能耗較高，不適用于需要微型傳 感器的場合。而MEMS鹽度傳感器米用微納加工技術(shù),制作成本低,器件體積小、能耗低,可 裝配在在線測量儀如系纜式剖面、浮標(biāo)和水下機器人等儀器。目前文獻報道的MEMS鹽度傳 感器主要有兩種制備方法:一種是基于娃襯底或玻璃襯底；一種是基于PCB多層板襯底。[0004]第一種方法，以硅片或玻璃片作為襯底，在上面淀積粘附層、電極、保護層等。丹麥 Lyngby 大學(xué)的A.Hyldgard (Autonomous mult1-sensor micro-system for measurement of ocean water salinity[J], Sensors and Actuators A:Physical, 2008, 147:474-484) 米用娃基 MEMS 技術(shù)制作了尺寸達 4mmX6mm 的 CTD (conductivity temperature depth) 系統(tǒng)，其中就包含了一個約2mmX3mm的方形四電極電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器。先在娃片 上生長一層二氧化硅薄膜作為粘附層，接著通過低壓化學(xué)氣相淀積(LPCVD)、物理氣相淀積 (PVD)、退火工藝生長TiSi2作為連線和溫度感應(yīng)電極，通過低壓化學(xué)氣相淀積生長Si3N4作 為保護層，淀積Pt電極作為電導(dǎo)率感應(yīng)電極。X.Huang等人(A Miniature, High Precision Conductivity and Temperature Sensor System for Ocean Monitoring[J], Sensors Journal, IEEE, 2011，11:3246-3252)在玻璃基底上制備了集成式的CT傳感器，采用平面7 電極電導(dǎo)傳感器和塊狀鉬電阻溫度傳感器，并采用環(huán)氧樹脂保護電極。趙湛等人(基于MEMS 工藝的硅基四電極電導(dǎo)率與溫度集成傳感器芯片的研制[J]，傳感技術(shù)學(xué)報，2011，24 (7): 966-969)以硅片為襯底，在硅片兩面生長SiO2作為絕緣層，在SiO2表面生長低應(yīng)力Si3N4薄 膜，再通過光刻、磁控濺射，剝離和SU8隔離的方法沉積一層300nm的Pt溫度傳感器與電 導(dǎo)率傳感器，但尚未有封裝和用于實際海水等樣品測試環(huán)境。[0005]第二種方法H.A.Broadbent 等人(Fabrication of a LCP-based conductivity cell and resistive temperature device via PCB MEMS technology[J], Journal of Micromechanics and Microengineering, 2007, 17:722-729)開發(fā)了 PCB-MEMS 技術(shù)采用 PCB 多層板做基底，采用無掩膜光刻法和其他MEMS工藝，制作了基于液晶聚合物(LCP)材料的 電導(dǎo)率傳感器。然而PCB-MEMS制造技術(shù)與傳統(tǒng)的集成電路制備工藝不兼容，因此批量生產(chǎn) 存在困難。[0006]綜上，目前國內(nèi)的電極式電導(dǎo)率鹽度傳感器大多采用機械加工工藝制備，器件尺 寸較大，不適用于需要微型傳感器的場合。國外文獻報道的MEMS鹽度傳感器制備方法， 或者工藝步驟復(fù)雜、成本較高，或者保護層致密性不好，或者與傳統(tǒng)集成電路制備工藝不兼容。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]有鑒于此，有必要針對上述問題，提供一種基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳 感器的制備方法。[0008]基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，包括以下步驟:[0009](I)選取石英片作為襯底，清洗干凈；[0010](2)在石英片正面磁控濺射淀積一層Si3N4薄膜；[0011](3)在Si3N4薄膜上涂一層光刻膠，以電極圖形作為掩膜板，紫外光曝光；用相應(yīng)的 顯影液除掉曝光的光刻膠；[0012](4)在步驟(3)處理后的石英片正面磁控濺射一層Pt薄膜；[0013](5)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Pt薄膜；[0014](6)用與電極圖形互補的圖形作為掩膜板，重復(fù)步驟(3);[0015](7)在石英片正面和背面磁控濺射一層Si3N4薄膜；[0016](8)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Si3N4薄膜。[0017]優(yōu)選地，所述步驟(3)還包括用氧等離子轟打石英片表面，去除殘余曝光光刻膠。[0018]優(yōu)選地，所述電極圖形掩膜板包含接觸區(qū)、電導(dǎo)率感應(yīng)電極和溫度感應(yīng)電極；所述 電導(dǎo)率感應(yīng)電極有4個，每個電導(dǎo)率感應(yīng)電極具有I個接觸區(qū)；所述溫度感應(yīng)電極有I個， 溫度感應(yīng)電極的兩端各有I個接觸區(qū)。[0019]更優(yōu)選地，所述溫度感應(yīng)電極呈蜿蜒式結(jié)構(gòu)。[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法 具有以下有益效果:[0021]1、采用微納加工技術(shù)，電極寬度為微米級別，電極厚度為納米級別，制得的器件尺 寸小，可以用在需要微型傳感器的場合；[0022]2、工藝步驟簡單，采用致密性高的氮化硅薄膜作為保護層，與集成電路制備工藝兼容。【專利附圖】

【附圖說明】[0023]圖1為本發(fā)明基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法的流程圖。I 為石英片，2為Si3N4粘附層，3為光刻膠，4為Pt，5為Si3N4保護層。[0024]圖2為四電極圖形掩膜板的示意圖。[0025]圖3為四電極圖形互補圖形掩膜板的示意圖。[0026]圖4為使用本發(fā)明制備方法得到的鹽度傳感器的截面圖?！揪唧w實施方式】[0027]為了更好的說明本發(fā)明，下面結(jié)合附圖做進一步說明。本發(fā)明中使用的上下左右的等方位名詞，都與具體附圖相對應(yīng)。本發(fā)明中使用的術(shù)語，如無特殊說明都按本領(lǐng)域常規(guī) 定義理解。[0028]實施例1[0029]如圖1所示，基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，包括以下步 驟:[0030](I)選取石英片作為襯底，清洗干凈；[0031](2)在石英片正面通過磁控濺射淀積一層Si3N4薄膜；[0032](3)在Si3N4薄膜上旋涂一層AZ4620光刻膠3，以電極圖形作為掩膜板(見圖2)， 進行紫外光曝光；用相應(yīng)的顯影液除掉曝過光的光刻膠，留下未經(jīng)曝光的光刻膠；用氧等 離子轟打表面，去除殘余曝光光刻膠；[0033](4)在步驟(3)處理后的石英片正面磁控濺射一層Pt薄膜；[0034](5)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Pt薄膜；[0035](6)用與電極圖形互補的圖形作為掩膜板(見圖3)，重復(fù)步驟(3)；[0036](7)在石英片正面和背面磁控濺射一層厚的Si3N4薄膜；[0037](8)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Si3N4薄膜。[0038]如圖2所示，所述電極圖形掩膜板包含接觸區(qū)、電導(dǎo)率感應(yīng)電極和溫度感應(yīng)電極； 所述電導(dǎo)率感應(yīng)電極有4個，每個電導(dǎo)率感應(yīng)電極具有I個接觸區(qū)；所述溫度感應(yīng)電極有I 個，溫度感應(yīng)電極的兩端各有I個接觸區(qū)，所述溫度感應(yīng)電極呈蜿蜒式結(jié)構(gòu)。所示電極圖形 互補圖形掩膜板如圖3所示。[0039]如圖4所示，基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器，包含石英基片襯底1、位 于石英基片襯底I的上表面Si3N4粘附層2和位于Si3N4粘附層2之上鉬金屬電極4 ;所述 基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的正面和背面還各包含一層Si3N4保護層5。[0040]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的一種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，其特征在于:包括以下 步驟:(1)選取石英片作為襯底，清洗干凈；(2)在石英片正面磁控濺射淀積一層Si3N4薄膜；(3)在Si3N4薄膜上涂一層光刻膠，以電極圖形作為掩膜板，紫外光曝光；用相應(yīng)的顯影 液除掉曝光的光刻膠；(4)在步驟(3)處理后的石英片正面磁控濺射一層Pt薄膜；(5)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Pt薄膜；(6)用與電極圖形互補的圖形作為掩膜板，重復(fù)步驟(3)；(7)在石英片正面和背面磁控濺射一層Si3N4薄膜；(8)在丙酮中剝離光刻膠，去除光刻膠上面的Si3N4薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，其特 征在于:所述步驟(3)還包括用氧等離子轟打石英片表面，去除殘余曝光光刻膠的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，其特 征在于:所述電極圖形掩膜板包含接觸區(qū)、電導(dǎo)率感應(yīng)電極和溫度感應(yīng)電極；所述電導(dǎo)率 感應(yīng)電極有4個，每個電導(dǎo)率感應(yīng)電極具有I個接觸區(qū)；所述溫度感應(yīng)電極有I個，溫度感 應(yīng)電極的兩端各有I個接觸區(qū)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于MEMS技術(shù)的接觸式四電極鹽度傳感器的制備方法，其特 征在于:所述溫度感應(yīng)電極呈蜿蜒式結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】B81C1/00GK103601147SQ201310561955
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】唐觀榮, 陳秋蘭, 邸思, 金建, 陳賢帥 申請人:廣州中國科學(xué)院先進技術(shù)研究所