本發(fā)明屬于微納機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域，具體涉及一種旁熱式微傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

基于MEMS(微機(jī)電系統(tǒng))技術(shù)和敏感材料構(gòu)筑技術(shù)而制造的加熱式微傳感器由于具備優(yōu)越的氣體敏感、功耗低、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得到了廣泛而深入的研究，其應(yīng)用已經(jīng)進(jìn)入了人類生產(chǎn)生活的多個(gè)領(lǐng)域，促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前市場(chǎng)是應(yīng)用最多的仍是陶瓷管式氣體傳感器，這類產(chǎn)品體積大、功耗高、敏感材料上載技術(shù)難以自動(dòng)化因而成品率較低，其制造成本高，限制了此類傳感器的推廣與應(yīng)用。隨著微納技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，近十年來，基于MEMS的半導(dǎo)體傳感器不斷出現(xiàn)，這類傳感器多數(shù)使用金屬氧化物材料、多孔材料、金屬框架有機(jī)物等做為敏感材料，通過涂覆、旋涂、噴墨打印、顯微操作系統(tǒng)等手段將敏感材料上載于傳感器的測(cè)試電極區(qū)域。然而，由于涂覆、旋涂法易損傷微結(jié)構(gòu)，難以在懸空的傳感器表面實(shí)現(xiàn)指定區(qū)域內(nèi)上載材料。此外由于表面親水，分散在溶液中的敏感材料在上載時(shí)普遍地在整個(gè)芯片表面擴(kuò)散，導(dǎo)致非敏感電極區(qū)域以及其他金屬表面上也會(huì)有敏感材料上載。這樣一方面造成材料浪費(fèi)，另一方面導(dǎo)電或半導(dǎo)體型材料造成電極短路，嚴(yán)重影響傳感器工作。近年來出現(xiàn)的噴墨打印技術(shù)、顯微操作等技術(shù)可以在微小區(qū)域內(nèi)進(jìn)行材料上載，但是，這些方法仍然存在液態(tài)材料在器件表面擴(kuò)散、上載成本高昂、效率較低、難以批量化制造的缺陷。除此之外，加熱電極和敏感電極間的絕緣層的制造工藝溫度低，導(dǎo)致絕緣層致密性差，存在針孔，因而部分導(dǎo)電敏感材料上載后會(huì)造成敏感材料與加熱電極間的漏電，影響傳感器性能。

目前國內(nèi)外微加熱式傳感器的研究眾多，大都是懸膜、懸島型結(jié)構(gòu)，但是敏感材料的上載大量依賴于人工涂覆、浸漬提拉法、噴墨打印以及顯微操作系統(tǒng)等等方式。其中人工涂覆大多為陶瓷管式的傳感器，器件體積大，對(duì)人工操作的技術(shù)要求高、均一性較差，并且需要花費(fèi)大量的時(shí)間培訓(xùn)熟練的技術(shù)工進(jìn)行涂覆。對(duì)于浸漬提拉法，芯片浸沒于敏感材料溶液中，整個(gè)表面都會(huì)沉積敏感材料，一方面會(huì)造成敏感材料的浪費(fèi)，然而新材料的研發(fā)通常形成的量較少，難以滿足需求。另一方面具備導(dǎo)電性材料覆蓋在電極之間會(huì)造成不同電極間的漏電，帶來了不小的測(cè)試誤差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種旁熱式微傳感器及其制造方法，通過傳感器表面形成圖案化掩模金屬層，在完成結(jié)構(gòu)釋放后構(gòu)筑疏水疏油層，利用剝離工藝實(shí)現(xiàn)疏水疏油層的圖案化。在上載操作中，利用傳感器表面不同區(qū)域的不同特性實(shí)現(xiàn)液態(tài)敏感材料在敏感電極區(qū)域內(nèi)的自對(duì)準(zhǔn)式上載，解決了上載材料的困難。另外，旁熱式結(jié)構(gòu)也解決了傳統(tǒng)直熱式結(jié)構(gòu)漏電的缺點(diǎn)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種旁熱式微傳感器，所述旁熱式微傳感器包括：

襯底，所述襯底內(nèi)形成有凹槽；

焊盤，位于所述凹槽外圍的所述襯底表面；

旁熱式微傳感器主體，位于所述凹槽的上方，且與所述凹槽的底部相隔一定間距；所述旁熱式微傳感器主體包括：主體支撐層、旁式加熱元件、第一絕緣層及敏感電極，所述旁式加熱元件及所述敏感電極位于所述主體支撐層表面，且所述旁式加熱元件位于所述敏感電極的外側(cè)，所述第一絕緣層位于所述旁式加熱元件表面；

支撐梁，位于所述襯底及所述旁熱式微傳感器主體之間，適于將所述旁熱式微傳感器主體固支于所述襯底上；

疏水疏油層，位于所述第一絕緣層表面、裸露的所述主體支撐層表面、裸露的所述襯底表面及所述支撐梁表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述襯底包括襯底主體及絕緣支撐層，所述絕緣支撐層位于所述凹槽外圍的所述襯底主體表面，所述焊盤位于所述絕緣支撐層表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述主體支撐層、所述支撐梁及所述絕緣支撐層為一體化結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述旁式加熱元件為金屬加熱元件。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述旁式加熱元件包括：

摻雜多晶硅層，位于所述主體支撐層表面；

第二絕緣層，覆蓋于所述摻雜多晶硅層表面，所述第二絕緣層內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層；

引出金屬層，填充于所述開口內(nèi)并覆蓋于所述第二絕緣層表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述疏水疏油層的材料為含氟材料、氯硅烷或硅氧烷。

本發(fā)明還提供一種旁熱式微傳感器，所述旁熱式微傳感器包括：

襯底，所述襯底內(nèi)形成有凹槽；

焊盤，位于所述凹槽外圍的所述襯底表面；

旁熱式微傳感器主體，位于所述凹槽的上方，且與所述凹槽的底部相隔一定間距；所述旁熱式微傳感器主體包括：主體支撐層、旁式加熱元件、第一絕緣層及敏感電極，所述旁式加熱元件及所述敏感電極位于所述主體支撐層表面，且所述旁式加熱元件位于所述敏感電極的外側(cè)，所述第一絕緣層位于所述旁式加熱元件表面；

支撐梁，位于所述襯底及所述旁熱式微傳感器主體之間，適于將所述旁熱式微傳感器主體固支于所述襯底上；

敏感材料層，所述敏感材料層位于所述敏感電極表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述襯底包括襯底主體及絕緣支撐層，所述絕緣支撐層位于所述凹槽外圍的所述襯底主體表面，所述焊盤位于所述絕緣支撐層表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述主體支撐層、所述支撐梁及所述絕緣支撐層為一體化結(jié)構(gòu)。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述旁式加熱元件為金屬加熱元件。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的一種優(yōu)選方案，所述旁式加熱元件包括：

摻雜多晶硅層，位于所述主體支撐層表面；

第二絕緣層，覆蓋于所述摻雜多晶硅層表面，所述第二絕緣層內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層；

引出金屬層，填充于所述開口內(nèi)并覆蓋于所述第二絕緣層表面。

本發(fā)明還提供一種旁熱式微傳感器的制造方法，所述制造方法包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面制作旁式加熱元件、敏感電極及焊盤，所述旁式加熱元件位于所述敏感電極外側(cè)，所述焊盤位于所述旁式加熱元件外側(cè)，與所述旁式加熱元件相隔一定間距，且所述焊盤分別與所述敏感電極及所述加熱元件相連；

3)在所述敏感電極及所述焊盤表面形成金屬保護(hù)層；

4)刻蝕所述襯底以釋放旁熱式微傳感器主體，所述旁熱式微傳感器主體包括所述旁式加熱元件、所述敏感電極及位于所述旁式加熱元件、所述敏感電極下方的所述襯底；

5)在步驟4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成疏水疏油層；

6)去除位于所述金屬保護(hù)層表面的疏水疏油層及所述金屬保護(hù)層。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟1)包括如下步驟：

1-1)提供襯底主體；

1-2)在所述襯底主體表面形成絕緣支撐層。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)包括如下步驟：

2-1)在所述襯底表面形成低應(yīng)力多晶硅層；

2-2)對(duì)所述低應(yīng)力多晶硅層進(jìn)行離子注入、擴(kuò)散，以形成摻雜多晶硅層；

2-3)刻蝕所述摻雜多晶硅層以定義出所述旁式加熱元件的形狀；

2-4)在保留的所述摻雜多晶硅層表面形成第二絕緣層，并在所述第二絕緣層內(nèi)形成開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層；

2-5)在步驟2-4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成金屬層，刻蝕所述金屬層以形成引出金屬層、所述敏感電極及所述焊盤，所述引出金屬層填滿所述開口并覆蓋于所述第二絕緣層表面。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)包括如下步驟：

2-1)在所述襯底表面形成金屬層；

2-2)刻蝕所述金屬層以形成引出金屬層、所述敏感電極及所述焊盤。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，在步驟2)與步驟3)之間還包括在所述旁式加熱元件表面形成第一絕緣層的步驟。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)與步驟4)之間還包括在所述旁式加熱元件表面形成第一絕緣層的步驟。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)之后還包括如下步驟：

7)制備液體敏感材料；

8)將所述液體敏感材料自對(duì)準(zhǔn)上載于所述敏感電極表面；

9)去除所述疏水疏油層。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，步驟8)包括如下步驟：

8-1)將所述液體敏感材料滴涂于所述旁熱式微傳感器主體表面，所述液體敏感材料自對(duì)準(zhǔn)式保留于所述敏感電極表面；

8-2)將所述液體敏感材料進(jìn)行低溫干燥。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，在步驟8-2)中，所述低溫干燥的溫度為50℃～120℃，低溫干燥的時(shí)間為30分鐘～120分鐘。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，在步驟8-2)之后，還包括將所述液體敏感材料進(jìn)行高溫固化的步驟。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，所述高溫固化的溫度為150℃～400℃，高溫固化的時(shí)間為30分鐘～300分鐘。

作為本發(fā)明的旁熱式微傳感器的制造方法的一種優(yōu)選方案，在步驟9)中，采用氧等離子體刻蝕法、紫外臭氧清洗法、加熱法或者濕法腐蝕去除所述疏水疏油層。

如上所述，本發(fā)明的旁熱式微傳感器及其制造方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的旁熱式微傳感器采用旁熱式結(jié)構(gòu)，減少了敏感材料所在區(qū)域絕緣層漏電對(duì)于敏感測(cè)試信號(hào)造成的干擾；在懸空的傳感器結(jié)構(gòu)表面的敏感電極區(qū)域形成了圖案化的疏水疏油層，從而實(shí)現(xiàn)在敏感電極區(qū)域?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)易的自對(duì)準(zhǔn)式液態(tài)敏感材料上載。本發(fā)明的旁熱式微傳感器的敏感材料上載可以在懸空的微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行，不損傷微結(jié)構(gòu)，工藝兼容性強(qiáng)，金屬保護(hù)層去除容易。上載過程樣品需求量小，操作簡(jiǎn)單非敏感區(qū)材料易于去除。本發(fā)明的旁熱式微傳感器具有工藝兼容性好、實(shí)用性強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，適合在可動(dòng)或懸空微結(jié)構(gòu)表面材料上載等優(yōu)勢(shì)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)難以在懸空或可動(dòng)結(jié)構(gòu)表面指定微小區(qū)域進(jìn)行材料附載的困難，同時(shí)旁熱式結(jié)構(gòu)避免了常見直熱式結(jié)構(gòu)由于絕緣層缺陷導(dǎo)致的漏電。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明實(shí)施例一中提供的旁熱式微傳感器的俯視結(jié)構(gòu)圖。

圖2顯示為圖1沿AA’方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示為本發(fā)明實(shí)施例二中提供的旁熱式微傳感器的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為圖3沿AA’方向的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中提供的旁熱式微傳感器的制造方法的步驟流程示意圖。

圖6至圖14顯示為本發(fā)明實(shí)施例三中提供的旁熱式微傳感器的制造方法各步驟對(duì)應(yīng)的截面結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標(biāo)號(hào)說明

10 襯底

101 凹槽

102 襯底主體

103 絕緣支撐層

11 焊盤

12 旁熱式微傳感器主體

121 主體支撐層

122 旁式加熱元件

1221 摻雜多晶硅層

1222 第二絕緣層

1223 引出金屬層

123 第一絕緣層

124 敏感電極

13 支撐梁

14 疏水疏油層

15 敏感材料層

16 金屬保護(hù)層

具體實(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請(qǐng)參閱圖1～圖14。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態(tài)也可能更為復(fù)雜。

實(shí)施例一

請(qǐng)參閱圖1及圖2，本發(fā)明提供一種旁熱式微傳感器，所述旁熱式微傳感器包括：襯底10，所述襯底10內(nèi)形成有凹槽101；焊盤11，所述焊盤11位于所述凹槽101外圍的所述襯底10表面；旁熱式微傳感器主體12，所述旁熱式微傳感器主體12位于所述凹槽101的上方，且與所述凹槽101的底部相隔一定間距；所述旁熱式微傳感器主體12包括：主體支撐層121、旁式加熱元件122、第一絕緣層123及敏感電極124，所述旁式加熱元件122及所述敏感電極124位于所述主體支撐層121表面，且所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的外側(cè)，優(yōu)選地，所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的外圍，即所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的旁側(cè)，所述第一絕緣層123位于所述旁式加熱元件124表面；支撐梁13，所述支撐梁13位于所述襯底10及所述旁熱式微傳感器主體12之間，適于將所述旁熱式微傳感器主體12固支于所述襯底10上；敏感材料層15，所述敏感材料層15位于所述敏感電極124表面。

作為示例，所述襯底10包括襯底主體102及絕緣支撐層103，所述絕緣支撐層103位于所述凹槽101外圍的所述襯底主體102表面，所述焊盤11位于所述絕緣支撐層103表面。

作為示例，所述襯底主體102可以為但不僅限于單晶硅片，優(yōu)選地，所述襯底主體102為(100)晶向的單晶硅片。

作為示例，所述絕緣支撐層103可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合。所述絕緣支撐層103的厚度可以為但不僅限于500nm～1300nm。

作為示例，所述主體支撐層121、所述支撐梁13及所述絕緣支撐層103為一體化結(jié)構(gòu)，即所述主體支撐層121、所述支撐梁13及所述絕緣支撐層103為通過刻蝕位于所述襯底主體102表面的同一材料層形成的結(jié)構(gòu)。

在一示例中，所述旁式加熱元件122可以為金屬加熱元件，所述金屬加熱元件的材料可以為Pt、Au、Ti、Cr、TiW其中的一種或多種，所述旁式加熱元件122的厚度可以為但不僅限于250nm～1000nm。

在另一示例中，所述旁式加熱元件122為多晶硅加熱元件，包括：摻雜多晶硅層1221，所述摻雜多晶硅層1221位于所述主體支撐層121表面；第二絕緣層1222，所述第二絕緣層1222覆蓋于所述摻雜多晶硅層1221表面，所述第二絕緣層1222內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層1221；引出金屬層1223，所述引出電極1223填充于所述開口內(nèi)并覆蓋于所述第二絕緣層1222表面。

作為示例，所述摻雜多晶硅層1221的厚度可以為但不僅限于300nm～1000nm，所述摻雜多晶硅層1221的薄膜方塊電阻為40歐姆/方塊～100歐姆/方塊；所述第二絕緣層1222的材料可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合，所述第二絕緣層1222的厚度可以為但不僅限于100nm～600nm；所述引出金屬層1223的材料以為Pt、Au、Ti、Cr、TiW其中的一種或多種。

作為示例，第一絕緣層123的材料可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合，所述第一絕緣層123的厚度可以為但不僅限于100nm～600nm。

作為示例，所述敏感電極124的材料可以為但不僅限于Pt或Au，所述敏感電極124通過粘附層固定于所述主體支撐層121表面；所述粘附層的材料可以為Ti、TiW、Cr中的一種或多種，所述敏感電極124的厚度可以為但不僅限于250nm～500nm。

作為示例，所述敏感電極124可以為但不僅限叉指狀電極。

作為示例，所述疏水疏油層14的材料為含氟材料、氯硅烷或硅氧烷，具體的，所述疏水疏油層14的材料可以為氟硅烷、氯硅烷、硅氧烷等，所述疏水疏油層14的厚度可以為但不僅限于1nm～20nm。

實(shí)施例二

請(qǐng)參閱圖3及圖4，本實(shí)施例還提供一種旁熱式微傳感器，所述旁熱式微傳感器包括：襯底10，所述襯底10內(nèi)形成有凹槽101；焊盤11，所述焊盤11位于所述凹槽101外圍的所述襯底10表面；旁熱式微傳感器主體12，所述旁熱式微傳感器主體12位于所述凹槽101的上方，且與所述凹槽101的底部相隔一定間距；所述旁熱式微傳感器主體12包括：主體支撐層121、旁式加熱元件122、第一絕緣層123及敏感電極124，所述旁式加熱元件122及所述敏感電極124位于所述主體支撐層121表面，且所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的外側(cè)，優(yōu)選地，所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的外圍，即所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124的旁側(cè)，所述第一絕緣層123位于所述旁式加熱元件124表面；支撐梁13，所述支撐梁13位于所述襯底10及所述旁熱式微傳感器主體12之間，適于將所述旁熱式微傳感器主體12固支于所述襯底10上；疏水疏油層14，所述疏水疏油層14位于所述第一絕緣層123表面、裸露的所述主體支撐層121表面、裸露的所述襯底10表面及所述支撐梁13表面，在一示例中，所述疏水疏油層14為圖形化的疏水疏油層。本發(fā)明的所述旁熱式微傳感器采用旁熱式結(jié)構(gòu)，減少了敏感材料所在區(qū)域絕緣層漏電對(duì)于敏感測(cè)試信號(hào)造成的干擾；在懸空的傳感器結(jié)構(gòu)表面的所述敏感電極124的區(qū)域形成了圖案化的所述疏水疏油層14，從而實(shí)現(xiàn)在所述敏感電極124上實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易的自對(duì)準(zhǔn)式液態(tài)敏感材料上載。

作為示例，所述襯底10包括襯底主體102及絕緣支撐層103，所述絕緣支撐層103位于所述凹槽101外圍的所述襯底主體102表面，所述焊盤11位于所述絕緣支撐層103表面。

作為示例，所述襯底主體102可以為但不僅限于單晶硅片，優(yōu)選地，所述襯底主體102為(100)晶向的單晶硅片。

作為示例，所述絕緣支撐層103可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合。所述絕緣支撐層103的厚度可以為但不僅限于500nm～1300nm。

作為示例，所述主體支撐層121、所述支撐梁13及所述絕緣支撐層103為一體化結(jié)構(gòu)，即所述主體支撐層121、所述支撐梁13及所述絕緣支撐層103為通過刻蝕位于所述襯底主體102表面的同一材料層形成的結(jié)構(gòu)。

在一示例中，所述旁式加熱元件122可以為金屬加熱元件，所述金屬加熱元件的材料可以為Pt、Au、Ti、Cr、TiW其中的一種或多種，所述旁式加熱元件122的厚度可以為但不僅限于250nm～1000nm。

在另一示例中，所述旁式加熱元件122為多晶硅加熱元件，包括：摻雜多晶硅層1221，所述摻雜多晶硅層1221位于所述主體支撐層121表面；第二絕緣層1222，所述第二絕緣層1222覆蓋于所述摻雜多晶硅層1221表面，所述第二絕緣層1222內(nèi)形成有開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層1221；引出金屬層1223，所述引出電極1223填充于所述開口內(nèi)并覆蓋于所述第二絕緣層1222表面。

作為示例，所述摻雜多晶硅層1221的厚度可以為但不僅限于300nm～1000nm，所述摻雜多晶硅層1221的薄膜方塊電阻為40歐姆/方塊～100歐姆/方塊；所述第二絕緣層1222的材料可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合，所述第二絕緣層1222的厚度可以為但不僅限于100nm～600nm；所述引出金屬層1223的材料以為Pt、Au、Ti、Cr、TiW其中的一種或多種。

作為示例，第一絕緣層123的材料可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合，所述第一絕緣層123的厚度可以為但不僅限于100nm～600nm。

作為示例，所述敏感電極124的材料可以為但不僅限于Pt或Au，所述敏感電極124通過粘附層固定于所述主體支撐層121表面；所述粘附層的材料可以為Ti、TiW、Cr中的一種或多種，所述敏感電極124的厚度可以為但不僅限于250nm～500nm。

作為示例，所述敏感電極124可以為但不僅限叉指狀電極。

作為示例，所述的敏感材料層15的材料包括各類敏感材料；優(yōu)選地，所述敏感材料層15的材料為金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其材質(zhì)為ZnO、SnO₂、TiO₂、In₂O₃、WO₃或Cu；所述敏感材料層15的形貌可以為實(shí)心、空心或者多孔結(jié)構(gòu)，還可以為一維、二維、三維或幾種維度材料的組合體；所述敏感材料層15的尺寸在1nm-2000nm之間。

實(shí)施例三

請(qǐng)參閱圖5，本實(shí)施例提供一種旁熱式微傳感器的制造方法，所述旁熱式微傳感器的制造方法包括以下步驟：

1)提供襯底；

2)在所述襯底表面制作旁式加熱元件、敏感電極及焊盤，所述旁式加熱元件位于所述敏感電極外側(cè)，所述焊盤位于所述旁式加熱元件外側(cè)，與所述旁式加熱元件相隔一定間距，且所述焊盤分別與所述敏感電極及所述加熱元件相連；

3)在所述敏感電極及所述焊盤表面形成金屬保護(hù)層；

4)刻蝕所述襯底以釋放旁熱式微傳感器主體，所述旁熱式微傳感器主體包括所述旁式加熱元件、所述敏感電極及位于所述旁式加熱元件、所述敏感電極下方的所述襯底；

5)在步驟4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成疏水疏油層；

6)去除位于所述金屬保護(hù)層表面的疏水疏油層及所述金屬保護(hù)層。

在步驟1)中，請(qǐng)參閱圖5中的S1步驟及圖6，提供襯底10。

作為示例，步驟1)包括如下步驟：

1-1)提供襯底主體102；所述襯底主體102可以為但不僅限于單晶硅片，優(yōu)選地，所述襯底主體102為(100)晶向的單晶硅片；

1-2)在所述襯底主體102表面形成絕緣支撐層103，優(yōu)選地，采用物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法在所述襯底主體102表面形成所述絕緣支撐層103。

作為示例，所述絕緣支撐層103可以為氮化硅，也可以為氧化硅，還可以為氮化硅與氧化硅的組合。所述絕緣支撐層103的厚度可以為但不僅限于500nm～1300nm。

在步驟2)中，請(qǐng)參閱圖5中的S2步驟及圖7至圖10，在所述襯底10表面制作旁式加熱元件122、敏感電極124及焊盤11，所述旁式加熱元件122位于所述敏感電極124外側(cè)，所述焊盤11位于所述旁式加熱元件122外側(cè)，與所述旁式加熱元件122相隔一定間距，且所述焊盤11分別與所述敏感電極124及所述加熱元件122相連。

在一示例中，所述旁式加熱元件122為多晶硅加熱元件，此時(shí)，步驟2)包括如下步驟：

2-1)在所述襯底10表面形成低應(yīng)力多晶硅層；

2-2)對(duì)所述低應(yīng)力多晶硅層進(jìn)行離子注入、擴(kuò)散，以形成滿足歐姆接觸的摻雜多晶硅層1221；所述摻雜多晶硅層1221的厚度可以為但不僅限于300nm～1000nm，所述摻雜多晶硅層1221的薄膜方塊電阻為40歐姆/方塊～100歐姆/方塊

2-3)刻蝕所述摻雜多晶硅層1221以定義出所述旁式加熱元件的形狀，如圖7所示；

2-4)在保留的所述摻雜多晶硅層1221表面形成第二絕緣層1222，如圖8所示，并通過光刻刻蝕工藝在所述第二絕緣層1222內(nèi)形成開口，所述開口暴露出所述摻雜多晶硅層1221；

2-5)在步驟2-4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成金屬層，通過光刻刻蝕工藝(或剝離技術(shù))去除部分所述金屬層以形成引出金屬層1223、所述敏感電極124及所述焊盤11，所述引出金屬層1223填滿所述開口并覆蓋于所述第二絕緣層1222表面，如圖9所示。

在另一示例中，所述旁式加熱元件122為金屬加熱元件，此時(shí)，步驟2)包括如下步驟：

2-1)在所述襯底10表面形成金屬層；

2-2)通過光刻刻蝕工藝(或剝離技術(shù))去除部分所述金屬層以形成引出金屬層1223、所述敏感電極124及所述焊盤11。

作為示例，所述敏感電極124可以為但不僅限于叉指狀電極。

作為示例，請(qǐng)參閱圖10，步驟2-5)之后還包括通過物理氣相沉積法、化學(xué)氣相沉積法或熱氧化法在所述旁式加熱元件122表面形成第一絕緣層123的步驟。

需要說明的是，在所述旁式加熱元件122表面形成第一絕緣層123的步驟也可以在執(zhí)行完步驟3)之后再執(zhí)行。

在步驟3)中，請(qǐng)參閱圖5中的S3步驟及圖11，在所述敏感電極124及所述焊盤11表面形成金屬保護(hù)層16。

作為示例，所述金屬保護(hù)層16的材料可以為但不僅限于Cr或Ti；所述金屬保護(hù)層16的厚度可以為但不僅限于30nm～300nm。

在步驟4)中，請(qǐng)參閱圖5中的S4步驟及圖12，刻蝕所述襯底10以釋放旁熱式微傳感器主體12，所述旁熱式微傳感器主體12包括所述旁式加熱元件121、所述敏感電極124及位于所述旁式加熱元件122、所述敏感電極124下方的所述襯底10(即實(shí)施例一及實(shí)施例二中所述的主體支撐層121)。

作為示例，可以采用干法刻蝕工藝、濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝與濕法刻蝕工藝相結(jié)合的方法刻蝕所述襯底10以釋放旁熱式所述微傳感器主體12。優(yōu)選地，使用RIE(反應(yīng)等離子體刻蝕)干法刻蝕所述絕緣支撐層103直至所述襯底主體102的表面，然后采用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的TMAH(四甲基氫氧化銨)在80℃腐蝕所述旁熱式所述微傳感器主體12下方的所述襯底主體102直至所述旁熱式所述微傳感器主體12懸空釋放。

需要說明的是，步驟4)中釋放所述旁熱式所述微傳感器主體12的同時(shí)，所述支撐梁13同時(shí)被形成釋放。

作為示例，所述旁熱式所述微傳感器主體12釋放后還包括將步驟4)得到的結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗的步驟。

在步驟5)中，請(qǐng)參閱圖5中的S5步驟，在步驟4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成疏水疏油層14。

作為示例，可以使用分子氣相沉積法或自組裝等方法在步驟4)得到的結(jié)構(gòu)表面形成所述疏水疏油層14。

作為示例，所述疏水疏油層14的材料為含氟材料、氯硅烷或硅氧烷，具體的，所述疏水疏油層14的材料可以為氟硅烷、氯硅烷、硅氧烷等，所述疏水疏油層14的厚度可以為但不僅限于1nm～20nm。

在步驟6)中，請(qǐng)參閱圖5中的S6步驟及圖13，去除位于所述金屬保護(hù)層16表面的疏水疏油層14及所述金屬保護(hù)層16。

作為示例，可使用選擇對(duì)金屬電極沒有影響的腐蝕液如Cr或者Ni的腐蝕液去除所述金屬保護(hù)層16。此過程中，沉積于所述金屬保護(hù)層16表面的所述疏水疏油層14同時(shí)剝離。至此，在所述襯底10表面的不同區(qū)域形成了不同功能化表面：在所述敏感電極124表面(即敏感材料上載區(qū))，表面為親水親油；在所述焊盤11表面，表面親水親油；在所述襯底10的其他區(qū)域?yàn)槭杷栌汀?/p>

作為示例，步驟6)之后還包括如下步驟：

7)制備液體敏感材料，所述的敏感材料包括各類敏感材料；優(yōu)選地，所述敏感材料為金屬氧化物半導(dǎo)體材料，其材質(zhì)為ZnO、SnO₂、TiO₂、In₂O₃、WO₃或Cu；所述液體敏感材料的溶劑為水或乙醇；

8)將所述液體敏感材料自對(duì)準(zhǔn)上載于所述敏感電極124表面；

9)去除所述疏水疏油層14，形成的最終結(jié)構(gòu)如圖14所示。

作為示例，步驟8)包括如下步驟：

8-1)將所述液體敏感材料采用移液槍或毛細(xì)管滴涂于所述旁熱式微傳感器主體12表面，然后等待溶劑揮發(fā)，或使用氮?dú)鈽尰蛳炊虼祾?，所述液體敏感材料不會(huì)在所述疏水疏油層14表面停留，會(huì)自對(duì)準(zhǔn)式保留于所述敏感電極124表面；

8-2)將所述液體敏感材料進(jìn)行低溫干燥，以在所述敏感電極124表面形成敏感材料層15。所述敏感材料層15的形貌可以為實(shí)心、空心或者多孔結(jié)構(gòu)，還可以為一維、二維、三維或幾種維度材料的組合體；所述敏感材料層15的尺寸在1nm-2000nm之間。

需要說明的是，可以重復(fù)多次步驟8-1)的操作，以在所述敏感電極124表面上載適量的所述敏感材料。

作為示例，在步驟8-2)中，所述低溫干燥的溫度為50℃～120℃，低溫干燥的時(shí)間為30分鐘～120分鐘。

需要說明的是，根據(jù)一些材料特性的不同，有些材料在低溫干燥之后并不能直接形成所述敏感材料層15，此時(shí)需要在步驟8-2)之后，再執(zhí)行將所述液體敏感材料進(jìn)行高溫固化的步驟，以在所述敏感電極124表面形成敏感材料層15所述敏感材料層15的形貌可以為實(shí)心、空心或者多孔結(jié)構(gòu)，還可以為一維、二維、三維或幾種維度材料的組合體；所述敏感材料層15的尺寸在1nm-2000nm之間。

作為示例，所述高溫固化的溫度為150℃～400℃，高溫固化的時(shí)間為30分鐘～300分鐘。

作為示例，在步驟9)中，可以采用氧等離子體刻蝕法、紫外臭氧清洗法、加熱法或者濕法腐蝕去除所述疏水疏油層14。

作為示例，采用氧等離子體刻蝕去除所述疏水疏油層14的條件可以為：功率7-30W，氧氣流量40-80ml/min；腔體真空度：100Pa，去除時(shí)間1min-3min。

作為示例，采用紫外臭氧清洗去除所述疏水疏油層14的條件可以為：100℃紫外輻照3min，紫外光波段在185-250nm之間。

作為示例，采用加熱法去除所述疏水疏油層14的條件可以為：加熱溫度為300℃，加熱時(shí)間為4小時(shí)。

作為示例，可以采用濃硫酸和雙氧水(二者體積比為7:3)濕法腐蝕去除所述疏水疏油層14，時(shí)間為3min～10min。

為了便于理解本實(shí)施例中的所述旁熱式微傳感器的制造方法，下面以具體的示例予以展示：

示例1

1)使用(100)晶向的單晶硅片作為襯底主體，清洗所述單晶硅片的表面；

2)使用低壓化學(xué)氣相沉積在所述襯底主體表面沉積1000nm的氮化硅作為絕緣支撐層；

3)使用低壓化學(xué)氣相沉積在硅片表面沉積600nm的低應(yīng)力多晶硅，繼續(xù)通過離子注入、擴(kuò)散形成滿足歐姆接觸的薄膜加熱電阻(即摻雜多晶硅層)，注入能量60KeV，注入劑量5.5e15/cm²，擴(kuò)散條件：氮?dú)夥諊轮鲾U(kuò)1000℃，30分鐘；

4)光刻并使用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)或ICP(感應(yīng)耦合等離子體)干法刻蝕600nm多晶硅層，形成加熱元件圖形，去膠；

5)沉積300nm氮化硅，光刻，RIE刻蝕氮化硅300nm，去除暴露窗口區(qū)域的多晶硅層，形成引線孔，去膠；

6)濺射金屬TiW/Pt，厚度為30/300nm，然后光刻，使用離子束刻蝕(IonBeam)方法刻蝕金屬330nm，形成叉指狀敏感電極，去膠；

7)蒸發(fā)Cr，厚度為250nm，光刻并腐蝕，在敏感電極和焊盤表面形成保護(hù)圖案，去膠；

8)采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積低應(yīng)力氧化硅400nm，光刻并使用BOE濕法刻蝕敏感電極區(qū)域以及壓焊盤區(qū)域的氧化硅，去膠；

9)光刻，使用RIE干法刻蝕氮化硅1300nm直至硅表面，形成加熱器圖形，去膠；

10)使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25％的TMAH在80℃腐蝕微加熱器主體結(jié)構(gòu)下的硅，直至主體結(jié)構(gòu)懸空，清洗；

11)使用分子氣相沉積設(shè)備沉積3nm十七氟癸基三甲氧基硅烷；

12)使用Cr腐蝕液去除保護(hù)金屬Cr，清洗，烘干；

13)將氧化鋅粉末溶于去離子水中，超聲5分鐘，分散，得到穩(wěn)定而均勻的敏感材料；

14)自對(duì)準(zhǔn)上載，將敏感材料采用移液槍滴至傳感器表面，然后用吸耳球吹掃傳感器表面，敏感材料自對(duì)準(zhǔn)式地保留在敏感電極區(qū)域，重復(fù)數(shù)次，直至敏感區(qū)域留下適量的敏感材料，然后在80℃的烘箱中干燥1小時(shí)；

15)使用等離子體清洗機(jī)去除雙疏層，功率為25W，氧氣流量50ml/min，腔體真空度:100Pa,清洗時(shí)間3min。制備完成的傳感器如圖6所示。

示例2：

1)使用n型(100)硅片作為襯底主體，清洗所述硅片表面；

2)使用低壓化學(xué)氣相沉積在硅片表面沉積800nm的氮化硅作為絕緣支撐層；

3)濺射金屬TiW/Au，厚度為30/300nm，然后光刻，使用離子束刻蝕(IonBeam)方法刻蝕金屬330nm，形成叉指狀敏感電極以及加熱元件，去膠；

4)蒸發(fā)Ti，厚度為300nm，光刻并腐蝕，在敏感電極區(qū)和焊盤表面形成保護(hù)圖案，去膠；

5)采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法沉積低應(yīng)力氧化硅300nm，光刻并使用BOE濕法刻蝕敏感電極區(qū)域以及壓焊盤區(qū)域的氧化硅，去膠；

6)光刻，使用RIE干法刻蝕氮化硅1100nm直至硅表面，形成加熱器圖形，去膠；

7)使用各項(xiàng)同性干法腐蝕微加熱器主體結(jié)構(gòu)下的硅，直至主體結(jié)構(gòu)懸空，去膠；

8)使用分子氣相沉積設(shè)備沉積5nm十七氟癸基三甲氧基硅烷；

9)使用分析純雙氧水在50℃去除保護(hù)金屬Ti，清洗，烘干。完成傳感器制備。

如上所述，本發(fā)明的旁熱式微傳感器及其制造方法，所述旁熱式微傳感器包括：襯底，所述襯底內(nèi)形成有凹槽；焊盤，位于所述凹槽外圍的所述襯底表面；旁熱式微傳感器主體，位于所述凹槽的上方，且與所述凹槽的底部相隔一定間距；所述旁熱式微傳感器主體包括：主體支撐層、旁式加熱元件、第一絕緣層及敏感電極，所述旁式加熱元件及所述敏感電極位于所述主體支撐層表面，且所述旁式加熱元件位于所述敏感電極的外側(cè)，所述第一絕緣層位于所述旁式加熱元件表面；支撐梁，位于所述襯底及所述旁熱式微傳感器主體之間，適于將所述旁熱式微傳感器主體固支于所述襯底上；疏水疏油層，位于所述第一絕緣層表面、裸露的所述主體支撐層表面、裸露的所述襯底表面及所述支撐梁表面。本發(fā)明的旁熱式微傳感器采用旁熱式結(jié)構(gòu)，減少了敏感材料所在區(qū)域絕緣層漏電對(duì)于敏感測(cè)試信號(hào)造成的干擾；在懸空的傳感器結(jié)構(gòu)表面的敏感電極區(qū)域形成了圖案化的疏水疏油層，從而實(shí)現(xiàn)在敏感電極區(qū)域?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)易的自對(duì)準(zhǔn)式液態(tài)敏感材料上載。本發(fā)明的旁熱式微傳感器的敏感材料上載可以在懸空的微結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行，不損傷微結(jié)構(gòu)，工藝兼容性強(qiáng)，金屬保護(hù)層去除容易。上載過程樣品需求量小，操作簡(jiǎn)單非敏感區(qū)材料易于去除。本發(fā)明的旁熱式微傳感器具有工藝兼容性好、實(shí)用性強(qiáng)、制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，適合在可動(dòng)或懸空微結(jié)構(gòu)表面材料上載等優(yōu)勢(shì)。相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)方案解決了現(xiàn)有技術(shù)難以在懸空或可動(dòng)結(jié)構(gòu)表面指定微小區(qū)域進(jìn)行材料附載的困難，同時(shí)旁熱式結(jié)構(gòu)避免了常見直熱式結(jié)構(gòu)由于絕緣層缺陷導(dǎo)致的漏電。

上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。