小体积的氢气传感器及其加工方法与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其是指一种小体积的氢气传感器及其加工方法。


背景技术：

2.氢燃料电池在汽车、核电等领域已获得广泛应用，为避免因氢气泄露而引发的爆炸，在氢气制备、运输、储存和利用环节中对氢气泄露的测量成为亟需关注和解决的问题。在众多检测氢气泄露的原理中，mems催化燃烧式氢气传感器因灵敏度高、体积小、成本低等特点，具有广阔的发展前景。
3.mems催化燃烧式氢气传感器将氢气浓度变化转化为电压输出变化。为了实现器件高灵敏度、高线性度并具有温度补偿功能，设计人员通常会制作4个金属电阻形成惠斯通电桥，参照图1所示，其中r1＝r2(下称催化电阻)且r1暴露在空气中用于高温下催化氢气反应产热，催化电阻通常使用对氢气敏感的金属铂或钯制成；r3＝r4(下称金属参考电阻)，金属参考电阻可以使用与催化电阻相同材料的金属，也可以使用其他低温度系数金属。而金属参考电阻阻值应为催化电阻的100-1000倍，从而产生尽量小的焦耳热。
4.催化电阻与金属参考电阻的阻值差异意味着金属参考电阻的表面积约为相同材料、相同截面积下催化电阻的几百至几千倍，若考虑线间距所占的位置，这一数据还会翻倍增加，这极大增加了芯片尺寸，提高了成本，限制了其在某些领域的应用。若要设计低表面积的金属参考电阻，通常有3种方法。一是当4个电阻材料相同、厚度相同时，在工艺能力范围内制作线宽足够窄的回字形线圈/蛇形线圈；二是当4个电阻材料相同、厚度不同时，在工艺能力范围内制作线宽足够窄、线条足够薄的回字形线圈/蛇形线圈，相比第一种方法增加了工艺步骤，但可以进一步减小金属参考电阻的线圈面积占比；三是使用电阻率较大、电阻率温度系数较小的金属制作金属参考电阻，在工艺能力范围内制作线宽足够窄、线条足够薄的回字形线圈/蛇形线圈。不过，工艺精度限制了过薄、过窄线条的制作，常用金属的电阻率相对铂/钯的电阻率来说也难以大到可以使线圈尺寸成倍减小，因此金属参考电阻的尺寸仍是限制芯片小型化的最大因素。


技术实现要素：

5.为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中氢气传感器中的金属参考电阻表面积过大，影响器件小型化发展的技术缺陷。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了一种小体积的氢气传感器，包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括：
7.催化组件，所述催化组件包括两个阻值相同的催化电阻，其中一个催化电阻暴露在空气中，所述催化电阻在预设温度范围内催化氢气产热；
8.参考组件，其提供参考信号，所述参考组件包括两个阻值相同的掺杂参考电阻，所述掺杂参考电阻的阻值为催化电阻的100-1000倍。
9.作为优选的，所述掺杂参考电阻使用离子注入或扩散工艺对半导体材料进行掺杂
制作而成。
10.作为优选的，所述半导体材料为负电荷载流子型硅或正电荷载流子型硅。
11.作为优选的，所述催化电阻的材质为金属铂或金属钯。
12.作为优选的，所述惠斯通电桥的衬底为硅衬底，所述硅衬底上贯穿开设有第一绝热槽，所述催化电阻位于第一绝热槽的上侧。
13.作为优选的，两个所述催化电阻通过金属引线连接，两个所述掺杂参考电阻通过金属引线连接，所述催化电阻与掺杂参考电阻通过金属引线连接，所述掺杂参考电阻与其相邻的金属引线之间连接有掺杂电阻连接区。
14.本发明公开了一种氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
15.s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积的方法沉积氧化硅膜，所述氧化硅膜即为第一保护层；
16.s2、在氧化硅膜上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；
17.s3、在氧化硅膜上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻，所述掺杂参考电阻与掺杂电阻连接区电性连接；
18.s4、通过等离子增强气相沉积法在氧化硅膜上形成具有预应力的氮化硅膜，所述氮化硅为第二保护层；
19.s5、光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区；
20.s6、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；
21.s7、通过等离子增强气相沉积在氮化硅膜上形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；
22.s8、刻蚀第三保护层，露出电极及一个催化电阻；
23.s9、通过溅射、剥离的方式制作焊盘，所述焊盘与电极连接；
24.s10、通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
25.本发明公开了一种小体积的氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
26.s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积方法沉积氧化硅膜，即第一预制层；
27.s2、通过光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；
28.s3、去除第一预制层，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第二预制层；
29.s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；
30.s5、去除第二预制层，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一保护层；
31.s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；
32.s7、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区；
33.s8、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；
34.s9、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；
35.s10、刻蚀第三保护层，露出电极及一个催化电阻；
36.s11、通过溅射、剥离的方式制作焊盘；
37.s12、通过干法刻蚀工艺在硅衬底背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻的背面。
38.本发明公开了一种小体积氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
39.s1：在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积方法形成氧化硅膜，即第一保护层；
40.s2：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；
41.s3：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻；
42.s4：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；
43.s5：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；
44.s6：光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护层，露出掺杂电阻连接区；
45.s7：通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；
46.s8：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第四保护层；
47.s9：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第五保护层；
48.s10：刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极及一个催化电阻；
49.s11：通过溅射、剥离的方式制作焊盘；
50.s12：通过干法刻蚀工艺在硅衬底的背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻的背面。
51.本发明公开了一种小体积的氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
52.s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一预制层；
53.s2、光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；
54.s3、将第一预制层去除，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅，即第二预制层；
55.s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；
56.s5、将第二预制层去除，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一保护层；
57.s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；
58.s7、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；
59.s8、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护层，露出掺杂电阻连接区；
60.s9、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；
61.s10、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第四保护层；
62.s11、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第五保护层；
63.s12、刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极及一个催化电阻。
64.s13、通过溅射、剥离的方式制作焊盘；
65.s14、通过干法刻蚀工艺在硅衬底背部刻蚀出绝热槽。
66.本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
67.1、本发明的工作原理是，将传统参考电阻用金属制作的方法改为掺杂制作，在阻值不变的情况下可以成百乃至上千倍地减小表面积，相对于现有的参考电阻，其结构小巧。
68.2、本发明中，鉴于离子注入/扩散工艺成熟，通过掺杂获得参考电阻，工艺难度低，
制作含掺杂参考电阻的小体积氢气传感器工艺可行性高，实践性强；本发明中，小体积器件可以节约工艺成本。
附图说明
69.图1为惠斯通电桥的结构示意图；
70.图2为本发明中小体积的氢气传感器的主视图；
71.图3为本发明中小体积的氢气传感器的俯视图。
72.说明书附图标记说明：10、衬底；11、氧化硅膜；12、氮化硅膜；20、掺杂参考电阻；21、掺杂电阻连接区；22、金属引线；30、电极；31、焊盘；40、催化电阻。
具体实施方式
73.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
74.参照图1-图3所示，本发明公开了一种小体积的氢气传感器，包括惠斯通电桥，惠斯通电桥包括催化组件和参考组件。
75.催化组件包括两个阻值相同的催化电阻40，其中一个催化电阻40暴露在空气中，该催化电阻在预设温度范围内催化氢气产热。
76.参考组件提供参考信号，参考组件包括两个阻值相同的掺杂参考电阻20，掺杂参考电阻20的阻值为催化电阻40的100-1000倍。
77.本发明的工作原理是：将传统参考电阻用金属制作的方法改为掺杂制作，在阻值不变的情况下可以成百乃至上千倍地减小表面积，相对于现有的参考电阻，其结构小巧。
78.本发明中，鉴于离子注入/扩散工艺成熟，通过掺杂获得参考电阻，其工艺难度低，制作含掺杂参考电阻20的小体积氢气传感器工艺可行性高，实践性强；本发明中，小体积器件可以节约工艺成本。
79.掺杂参考电阻使用离子注入或扩散工艺对半导体材料进行掺杂制作而成。
80.半导体材料为负电荷载流子型硅或正电荷载流子型硅。
81.催化电阻40的材质为金属铂或金属钯。而参考电阻可以使用与催化电阻40相同材料的金属，也可以使用其他低温度系数金属。为了减小功耗，催化电阻40需要快速产生焦耳热，并通过制作绝热槽的方式保持其温度；而金属参考电阻阻值应为催化电阻40的100-1000倍，从而产生尽量小的焦耳热，并通过硅衬底10尽快散热，避免温度过高导致膜层应力失配、器件失效。
82.惠斯通电桥的衬底10为硅衬底10，硅衬底10上贯穿开设有第一绝热槽，催化电阻40位于第一绝热槽的上侧。
83.两个催化电阻40通过金属引线22连接，两个掺杂参考电阻20通过金属引线22连接，催化电阻40与掺杂参考电阻20通过金属引线22连接，掺杂参考电阻20与其相邻的金属引线22之间连接有掺杂电阻连接区21。
84.本发明公开了一种氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
85.s1、在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积的方法沉积氧化硅膜11，氧化硅膜11即为第一保护层；
86.s2、在氧化硅膜11上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区21；
87.s3、在氧化硅膜11上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻20，掺杂参考电阻20与掺杂电阻连接区21电性连接；
88.s4、通过等离子增强气相沉积法在氧化硅膜11上形成具有预应力的氮化硅膜12，氮化硅为第二保护层；
89.s5、光刻、刻蚀掺杂电阻连接区21正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区21；
90.s6、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻40、金属引线22及电极30；
91.s7、通过等离子增强气相沉积在氮化硅膜12上形成具有预应力的氧化硅膜11，即第三保护层；
92.s8、刻蚀第三保护层，露出电极30及一个催化电阻40；
93.s9、通过溅射、剥离的方式制作焊盘31，焊盘31与电极30连接；
94.s10、通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
95.本发明公开了一种小体积的氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
96.s1、在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积方法沉积氧化硅膜11，即第一预制层；
97.s2、通过光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区21；
98.s3、去除第一预制层，在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜11，即第二预制层；
99.s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻20；
100.s5、去除第二预制层，在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜11，即第一保护层；
101.s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜12，即第二保护层；
102.s7、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区21正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区21；
103.s8、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻40、金属引线22及电极30；
104.s9、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜11，即第三保护层；
105.s10、刻蚀第三保护层，露出电极30及一个催化电阻40；
106.s11、通过溅射、剥离的方式制作焊盘31；
107.s12、通过干法刻蚀工艺在硅衬底10背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻40的背面。
108.本发明公开了一种小体积氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
109.s1、在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积方法形成氧化硅膜11，即第一保护层；
110.s2、光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区21；
111.s3、光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻20；
112.s4、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜12，即第二保护层；
113.s5、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜11，即第三保护层；
114.s6、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区21正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护
层，露出掺杂电阻连接区21；
115.s7、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻40、金属引线22及电极30；
116.s8、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜12，即第四保护层；
117.s9、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜11，即第五保护层；
118.s10、刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极30及一个催化电阻40；
119.s11、通过溅射、剥离的方式制作焊盘31；
120.s12、通过干法刻蚀工艺在硅衬底10的背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻40的背面。
121.本发明公开了一种小体积的氢气传感器的加工方法，包括以下步骤：
122.s1、在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜11，即第一预制层；
123.s2、光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区21；
124.s3、将第一预制层去除，在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅，即第二预制层；
125.s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻20；
126.s5、将第二预制层去除，在硅衬底10上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜11，即第一保护层；
127.s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜12，即第二保护层；
128.s7、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜11，即第三保护层；
129.s8、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区21正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护层，露出掺杂电阻连接区21；
130.s9、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻40、金属引线22及电极30；
131.s10、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜12，即第四保护层；
132.s11、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜11，即第五保护层；
133.s12、刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极30及一个催化电阻40。
134.s13、通过溅射、剥离的方式制作焊盘31；
135.s14、通过干法刻蚀工艺在硅衬底10背部刻蚀出绝热槽。
136.本发明中，参考电阻使用离子注入/扩散工艺对n型硅(负电荷载流子型硅)或p型硅(正电荷载流子型硅)进行低浓度掺杂制作而成(下称掺杂参考电阻)，掺杂参考电阻通过掺杂电阻连接区与钛/铂金属引线实现欧姆接触，从而与催化电阻形成惠斯通电桥。以某代工厂的参数为例，在3e15/cm2、70kev的离子注入条件下，制作1kω掺杂参考电阻仅需18个方阻，若掺杂参考电阻线宽为5μm，则线长仅为90μm；而同等线宽、200nm厚度下相同阻值的铂(电阻率10.6
×
10-6
ω*cm)金属参考电阻长度则需要9.4mm，是掺杂参考电阻长度的100多倍，如果考虑线圈回折形成的线间距，金属参考电阻的表面积是掺杂参考电阻的200多倍。
137.本发明制作的掺杂参考电阻可以通过控制掺杂浓度来制作不同尺寸的电阻，若要实现相同阻值下更小表面积的掺杂参考电阻，可以进一步减小注入剂量。由于参考电阻的作用是为惠斯通电桥提供一路u/2的差分信号，而两个参考电阻可以消除环境误差，因此注入剂量的改变并不会影响惠斯通电桥的输出及传感器的性能。根据仿真结果，当参考电阻阻值为1kω时，3.3v供电下氢气传感器硅衬底温度在100℃以下，因此也无需考虑催化电阻高温(300～350℃)工作时掺杂参考电阻p-n结失效的问题。
138.下面，结合具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明与解释。
139.其中，第1个实施例使用离子注入工艺制作掺杂参考电阻，器件的氧化硅层/氮化硅层/氧化硅层(下称复合膜层)共3层；第2个实施例使用扩散工艺制作掺杂参考电阻，器件复合膜层共3层；第3个实施例使用离子注入工艺制作掺杂参考电阻，器件复合膜层共5层；第4个使用扩散工艺制作掺杂参考电阻，器件复合膜层共5层。
140.实施例1：
141.s1：在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积30～1500nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1；
142.s2：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；
143.s3：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻；
144.s4：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层2，厚度为30～1000nm；
145.s5：光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的保护层1、保护层2，露出掺杂电阻连接区；
146.s6：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/铂催化电阻、钛/铂金属引线及钛/铂电极；
147.s7：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层3，厚度为30～1000nm；
148.s8：刻蚀保护层3，露出左上方的钛/铂催化电阻及4个钛/铂电极；
149.s9：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/金焊盘；
150.s10：通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
151.实施例2：
152.s1：在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积500～850nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1.1；
153.s2：光刻、刻蚀保护层1.1，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；
154.s3：将保护层1.1去除，在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积500～850nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1.2；
155.s4：光刻、刻蚀保护层1.2，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；
156.s5：将保护层1.2去除，在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积30～1500nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1；
157.s6：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层2，厚度为30～1000nm；
158.s7：光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的保护层1、保护层2，露出掺杂电阻连接区；
159.s8：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/铂催化电阻、钛/铂金属引线及钛/铂电极；
160.s9：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层3，厚度为30～1000nm；
161.s10：刻蚀保护层3，露出左上方的钛/铂催化电阻及4个钛/铂电极；
162.s11：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/金焊盘；
163.s12：通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
164.实施例3：
165.s1：在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法形成30～1500nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1；
166.s2：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；
167.s3：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻；
168.s4：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层2，厚度为30～1000nm；
169.s5：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层3，厚度为30～1000nm；
170.s6：光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的保护层1、保护层2及保护层3，露出掺杂电阻连接区；
171.s7：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/铂催化电阻、钛/铂金属引线及钛/铂电极；
172.s8：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层4，厚度为30～1000nm；
173.s9：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层5，厚度为30～1000nm；
174.s10：刻蚀保护层4、5，露出左上方的钛/铂催化电阻及4个钛/铂电极；
175.s11：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/金焊盘；
176.s12：通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
177.实施例4：
178.s1：在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积500～850nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1.1；
179.s2：光刻、刻蚀保护层1.1，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；
180.s3：将保护层1.1去除，在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积500～850nm厚的致密氧化硅，即保护层1.2；
181.s4：光刻、刻蚀保护层1.2，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；
182.s5：将保护层1.2去除，在硅衬底上通过热氧化/lpcvd(低压气相沉积)的方法沉积500～850nm厚的致密氧化硅膜，即保护层1；
183.s6：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层2，厚度为30～1000nm；
184.s7：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层3，厚度为30～1000nm；
185.s8：光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的保护层1、保护层2及保护层3，露出掺杂电阻连接区；
186.s9：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/铂催化电阻、钛/铂金属引线及钛/铂电极；
187.s10：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氮化硅膜，即保护层4，厚度为30～1000nm；
188.s11：通过pecvd(等离子增强气相沉积)形成具有预应力的氧化硅膜，即保护层5，厚度为30～1000nm；
189.s12：刻蚀保护层4、5，露出左上方的钛/铂催化电阻及4个钛/铂电极；
190.s13：通过溅射、剥离的方式制作100～300nm厚的钛/金焊盘；
191.s14：通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。
192.本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
193.本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
194.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
195.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
196.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

技术特征：
1.一种小体积的氢气传感器，其特征在于，包括惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括：催化组件，所述催化组件包括两个阻值相同的催化电阻，其中一个所述催化电阻暴露在空气中，在预设温度范围内催化氢气产热；参考组件，其提供参考信号，所述参考组件包括两个阻值相同的掺杂参考电阻，所述掺杂参考电阻的阻值为催化电阻的100-1000倍。2.根据权利要求1所述的小体积的氢气传感器，其特征在于，所述掺杂参考电阻使用离子注入或扩散工艺对半导体材料进行掺杂制作而成。3.根据权利要求2所述的小体积的氢气传感器，其特征在于，所述半导体材料为负电荷载流子型硅或正电荷载流子型硅。4.根据权利要求1所述的小体积的氢气传感器，其特征在于，所述催化电阻的材质为金属铂或金属钯。5.根据权利要求1所述的小体积的氢气传感器，其特征在于，所述惠斯通电桥的衬底为硅衬底，所述硅衬底上贯穿开设有第一绝热槽，所述催化电阻位于第一绝热槽的上侧。6.根据权利要求1所述的小体积的氢气传感器，其特征在于，两个所述催化电阻通过金属引线连接，两个所述掺杂参考电阻通过金属引线连接，所述催化电阻与掺杂参考电阻通过金属引线连接，所述掺杂参考电阻与其相邻的金属引线之间连接有掺杂电阻连接区。7.一种氢气传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积的方法沉积氧化硅膜，所述氧化硅膜即为第一保护层；s2、在氧化硅膜上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；s3、在氧化硅膜上光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻，所述掺杂参考电阻与掺杂电阻连接区电性连接；s4、通过等离子增强气相沉积法在氧化硅膜上形成具有预应力的氮化硅膜，所述氮化硅为第二保护层；s5、光刻、刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区；s6、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；s7、通过等离子增强气相沉积在氮化硅膜上形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；s8、刻蚀第三保护层，露出电极及一个催化电阻；s9、通过溅射、剥离的方式制作焊盘，所述焊盘与电极连接；s10、通过干法刻蚀工艺在背部刻蚀出绝热槽。8.一种小体积的氢气传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积方法沉积氧化硅膜，即第一预制层；s2、光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；s3、去除第一预制层，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第二预制层；s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；s5、去除第二预制层，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一
保护层；s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；s7、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层和第二保护层，露出掺杂电阻连接区；s8、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；s9、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；s10、刻蚀第三保护层，露出电极及一个催化电阻；s11、通过溅射、剥离的方式制作焊盘；s12、通过干法刻蚀工艺在硅衬底背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻的背面。9.一种小体积氢气传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积方法形成氧化硅膜，即第一保护层；s2：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂电阻连接区；s3：光刻并经过离子注入工艺形成掺杂参考电阻；s4：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；s5：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；s6：光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护层，露出掺杂电阻连接区；s7：通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；s8：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第四保护层；s9：通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第五保护层；s10：刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极及一个催化电阻s11：通过溅射、剥离的方式制作焊盘；s12：通过干法刻蚀工艺在硅衬底的背部刻蚀出绝热槽，所述绝热槽位于催化电阻的背面。10.一种小体积的氢气传感器的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一预制层；s2、光刻和刻蚀第一预制层，并通过扩散工艺形成掺杂电阻连接区；s3、将第一预制层去除，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅，即第二预制层；s4、光刻和刻蚀第二预制层，并通过扩散工艺形成掺杂参考电阻；s5、将第二预制层去除，在硅衬底上通过热氧化或低压气相沉积法沉积氧化硅膜，即第一保护层；s6、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第二保护层；s7、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第三保护层；s8、光刻和刻蚀掺杂电阻连接区正上方的第一保护层、第二保护层和第三保护层，露出掺杂电阻连接区；s9、通过溅射、剥离的方式制作催化电阻、金属引线及电极；s10、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氮化硅膜，即第四保护层；
s11、通过等离子增强气相沉积法形成具有预应力的氧化硅膜，即第五保护层；s12、刻蚀第四保护层和第五保护层，露出电极及一个催化电阻；s13、通过溅射、剥离的方式制作焊盘；s14、通过干法刻蚀工艺在硅衬底背部刻蚀出绝热槽。

技术总结
本发明涉及一种小体积的氢气传感器及其加工方法，包括：惠斯通电桥，所述惠斯通电桥包括：催化组件，所述催化组件包括两个阻值相同的催化电阻，其中一个所述催化电阻暴露在空气中，在预设温度范围内催化氢气产热；参考组件，其提供参考信号，所述参考组件包括两个阻值相同的掺杂参考电阻，所述掺杂参考电阻的阻值为催化电阻的100-1000倍。其结构小巧，工艺难度低，节约工艺成本。节约工艺成本。节约工艺成本。


技术研发人员：宫美梅 温赛赛
受保护的技术使用者：苏州亿波达光电子科技有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/11