CN102831998B - 一种镍热敏薄膜电阻加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种镍热敏薄膜电阻加工方法，属于微机电系统技术领域。该方法以普通硅片作为基片，在硅片的抛光面生长底层SiO₂膜或Si₃N₄膜，而后依次溅射镍膜、铜膜和金属膜，腐蚀后形成金属锚点、铜连接层、镍丝热敏电阻；热处理和划片后得到以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层的镍热敏电阻。本发明有益效果为：1.相比于聚酰亚胺做热敏电阻隔热层，SiO₂膜或Si₃N₄膜做隔热层在热处理时可以加温至1000度以上，更加有效的改善镍的结晶结构；2.基于标准MEMS工艺加工镍热敏电阻，易于实现大批量生产；3.在镍膜与金属膜中间溅射一层铜膜，刻蚀顺序为金属膜、铜膜、镍膜，可以防止刻蚀金属膜时对镍膜进行刻蚀；4.铜膜上溅射金属膜，增加电连接。

Description

一种镍热敏薄膜电阻加工方法

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的方法，具体涉及一种镍热敏薄膜电阻加工方法。

背景技术

MEMS加工制造的热敏薄膜电阻可以广泛用于制造温度传感器、流速传感器、剪应力传感器、气体传感器的敏感探头。热敏薄膜电阻制作在以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层上，相对于制作在以聚酰亚胺为隔热层上，具有热处理温度高的特点，可以应用于各种流场温度、流速、剪应力等测量任务。尤其在气体流场动态测量时，必须考虑热敏元件的反应速率以及耐抗性等，而现阶段热敏传感器具有反应速度慢、耐抗性差等特点。

针对气体流场动态测量的要求，现阶段热敏薄膜电阻大多不能满足要求，如公开号为CN101082523A的国家发明专利“一种柔性温度传感器的制作方法”介绍了一种在聚酰亚胺衬底上制作温度传感器的方法。首先，以普通硅片为加工载体，在其上旋涂聚二甲基硅氧烷作为中间层，并将聚二甲基硅氧烷中间夹层表面进行活化处理；然后，在这一中间夹层表面上重叠涂覆液态聚酰亚胺，固化形成聚酰亚胺薄膜；之后旋涂光刻胶，光刻图形化后，连续溅射金属热敏薄膜层和金属电连接层，采用剥离工艺形成热敏薄膜层，之后再用光刻图形化的办法湿法刻蚀去除非电连接出的电连接层金属；最后在顶层涂覆一层聚酰亚胺保护层，光刻图形化，湿法刻蚀出压焊块区，在热板上与聚二甲基硅氧烷中间夹层分离，并完成聚酰亚胺的最终固化。此发明专利具有缺点是：1.由于聚酰亚胺有较好的隔热性，采用聚酰亚胺作为保护层完全覆盖在热敏电阻上，会降低热敏电阻对外界流场或温度变化得敏感性，2.采用手工剥离，容易对柔性器件造成损害，且不易于大批量生产。

发明内容

本发明针对现有技术中，热敏薄膜电阻制作在以聚酰亚胺为隔热层上引起的不足，提供一种基于MEMS工艺的镍热敏电阻加工方法。

本发明的技术方案是，一种镍热敏薄膜电阻加工方法，包括以下步骤：

步骤1：清洗普通硅片，去除表面原生氧化层、有机物污染，然后干燥；

步骤2：以普通硅片作为基片，在硅片的抛光面生长底层SiO₂膜或Si₃N₄膜，用于镍丝与普通硅片衬底的热隔离；

步骤3：在SiO₂膜或Si₃N₄膜表面上溅射镍膜；

步骤4：在镍膜表面上溅射铜膜；

步骤5：在铜膜表面上溅射金属膜；

所述金属膜电阻率ρ₁与镍膜电阻率ρ₂满足：

步骤6：旋涂光刻胶，对金属膜进行光刻、显影，湿法腐蚀金属膜，形成金属锚点；

所述金属锚点用于电连接微电极与外界电路。

步骤7：继续腐蚀铜膜，形成铜连接层，去除光刻胶；

步骤8：旋涂光刻胶，对镍膜进行光刻、显影，对镍膜进行腐蚀，去除光刻胶，形成镍丝热敏电阻；为了改善结晶结构，进行热处理；划片，得到以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层的镍热敏电阻。

针对上述缺点，本发明专利采用标准MEMS加工工艺，以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层的镍热敏薄膜电阻制作方法，其优点为：1.相比于聚酰亚胺做热敏电阻隔热层，SiO₂膜或Si₃N₄膜做隔热层在热处理时可以加温至1000度以上，更加有效的改善镍的结晶结构；2.基于标准MEMS工艺加工镍热敏电阻，易于实现大批量生产；3.在镍膜与金属膜中间溅射一层铜膜，刻蚀顺序为金属膜、铜膜、镍膜，可以防止刻蚀金属膜时对镍膜进行刻蚀；4.铜膜上溅射金属膜，增加电连接。

附图说明

图1为本发明的镍热敏薄膜电阻加工方法流程图

图2为实施例中的Al膜(铝膜)光刻掩膜版图形示意图

图3为实施例中的镍膜光刻掩膜版图形示意图

图4为实施例中的镍热敏电阻示意图

图中，1-Si，2-SiO₂膜，3-Ni膜，4-Cu膜，5-Al膜

实施实例

实例

本实例提出基于MEMS技术的镍热敏电阻加工方法，具体步骤包括如下：

步骤1：清洗普通硅片1，普通硅片1厚度为100um，去除表面原生氧化层、有机物污染，然后干燥，如图1(a)；

步骤2：以普通硅片1作为基片，采用化学气相淀积方法在硅片的抛光面生长厚度为1um的SiO₂膜2，如图1(b)，用于Ni丝与普通硅片1衬底的热隔离；

所述的化学气相淀积方法包括：等离子化学气相淀积方法和低压化学气相淀积方法，本实施例中采用的是等离子化学气相淀积方法。

步骤3：在SiO₂膜2表面上溅射厚度为1um的Ni膜3，如图1(c)。所述的溅射是指磁控溅射方法。

步骤4：在Ni膜3表面上溅射厚度为1umCu膜4，如图1(d)；

步骤5：在Cu膜4表面上溅射厚度为1um的Al膜5，如图1(e)；

所述的溅射是指磁控溅射方法。

步骤6：旋涂正性光刻胶BPEPG533，对Al膜5进行光刻、显影，所用光刻版图像如图2，用磷酸湿法腐蚀Al膜5，如图1(f)；

所述磷酸湿法腐蚀液为体积比为50:2:10:9的52％H₃PO₄、68％HNO₃、75％CH₃COOH、H₂O形成的混合溶液；

所述光刻是指紫外光刻，所述的锚点用于电连接微电极与外界电路。

步骤7：用铜湿法腐蚀液腐蚀Cu膜4，形成铜连接层，去除光刻胶；

所述铜酸湿法腐蚀液是体积比为1:5的20％(NH₄)₂S₂O₈、H₂O形成的混合溶液。

步骤8：旋涂正性光刻胶BPEPG533，对Ni膜3进行光刻、显影，所用光刻版如图4，用王水并在温度保持为30℃下对Ni膜3进行腐蚀，用丙酮去除光刻胶形成镍丝热敏薄膜电阻，其长×宽为：800um×400um，如图1(g)。在温度为600度存氮气中进行热处理，改善结晶结构，保温时间为7小时。划片，得到以SiO₂为隔热层的镍热敏电阻参阅图4。

所述光刻是指紫外光刻。

划片后得到的以SiO₂为隔热层的镍热敏电阻尺寸为：长×宽×高为800um×400um×104um。

Claims (2)

1.一种镍热敏薄膜电阻加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：清洗普通硅片，去除表面原生氧化层、有机物污染，然后干燥；

步骤2：以普通硅片作为基片，在硅片的抛光面生长底层SiO₂膜或Si₃N₄膜；

步骤3：在SiO₂膜或Si₃N₄膜表面上溅射镍膜；

步骤4：在镍膜表面上溅射铜膜；

步骤5：在铜膜表面上溅射金属膜，所述金属膜电阻率ρ₁与镍膜电阻率ρ₂满足： ${\mathrm{\ρ}}_1\≤\frac{{\mathrm{\ρ}}_2}{5};$

步骤6：旋涂光刻胶，对金属膜进行光刻、显影，湿法腐蚀金属膜，形成金属锚点；

步骤7：继续腐蚀铜膜，形成铜连接层，去除光刻胶；

步骤8：旋涂光刻胶，对镍膜进行光刻、显影，对镍膜进行腐蚀，去除光刻胶，形成镍丝热敏电阻；划片，得到以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层的镍热敏电阻。

2.一种如权利要求1所述的镍热敏薄膜电阻加工方法，其特征在于，所述步骤8划片前对镍丝热敏电阻进行热处理。