CN103596304A - 一种嵌入式自测温微热台及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种嵌入式自测温微热台及其制备方法。微热台的结构从上到下依次为：上绝缘层、电阻丝填埋层、下绝缘层和具有绝热槽的硅支撑框架。使用本发明中提出的填埋工艺将特定图案的电阻丝填埋进已刻蚀的氧化硅沟槽中，通过控制沟槽深度和电阻丝厚度一致，最终得到表面平整的微型热台。微型热台的背部硅基底被腐蚀，形成绝热槽，极大的减小了热量损失。使用本发明中提出的电阻丝分布方式，使得热台具有高度的热均匀性。在微型热台中植入测温电阻，使热台具有自测温功能，也实现了外部测试装置的简化。

Description

一种嵌入式自测温微热台及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种热台及其制备方法，特别是一种嵌入式自测温微热台及其制备方法，该微热台作为微热源可广泛用于红外测温系统及气体传感器中。

背景技术

为了适应薄膜辐射率测试和微型气体传感器加热的需要，热台需微型化，且表面需要进一步平整光滑。

由于微型热台尺寸小，且为薄膜结构，很难通过外部测温手段检测获得热台温度，测温与加热相互干扰，很难准确测量微型热台实时温度，影响热台整体效果。

一般的微型热台，其电阻丝直接生长在基底上，电阻丝与基底之间形成台阶，造成热台表面是起伏不平的状态。若这种微型热台作为为微机电系统器件的下层供热部件，那么其上层结构必然延续这种起伏不平的状态，这将极大程度影响微器件的最终工作效果。

目前为了获得平整的热台表面，一般有下面几种方式：一种是光刻后进行反应离子刻蚀，得到沟槽，然后进行镀膜工艺，最后洗去光刻胶完成工艺。使用这种方式，虽然大部分区域的电阻丝和基底能够平齐，但是电阻丝边缘会出现高度与薄膜厚度一致的尖峰，因此没有获得预期平整的表面，这是因为光刻胶经反应离子刻蚀后其边缘会退缩，露出基底表面，镀膜时膜的宽度比沟槽的宽度大，因此造成膜的边缘出现尖峰；另一种方式是光刻后使用湿法腐蚀，得到沟槽，然后进行镀膜，洗去光刻胶完成工艺。采用这种方式得到的样品表面与第一种方式正好相反，在电阻丝的边缘与基底交接处出现裂缝，依然无法得到预期效果，这是因为湿法腐蚀的方式会对沟槽的侧壁也产生腐蚀作用，使得光刻胶延伸至沟槽内部，镀膜时膜的宽度比沟槽的宽度小，因此造成膜的边缘出现裂缝。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种嵌入式自测温微型热台，分置测温与加热电路，微热台具有自测温功能，提供了所述微热台的加热电阻丝分布方案，使得微热台具有良好热均匀性，并提供了所述微热台的制备方法，以改善表面平整。

为达到上述目的，本发明的技术方案包括：

一种嵌入式自测温微热台，其结构自上到下依次为：上绝缘层、电阻填埋层、下绝缘层、硅支撑框架、窗口层；所述电阻填埋层包括加热电阻丝和测温电阻丝。

进一步地，所述加热电阻丝采用串并联结构，由电阻电路中心向外构成五个电阻环形带，相邻环形带内电阻值的比值在1.5～2.5之间。

进一步地，所述测温电阻丝位于加热电阻丝正中央。

进一步地，所述加热电阻丝和测温电阻丝是轴对称分布的。

一种嵌入式自测温微热台的制备方法，采用电阻填埋工艺和体硅腐蚀工艺，具体步骤如下：

所述电阻层填埋工艺过程如下：

a.         在晶相为<100>，双面抛光且表面有热氧化生成氧化硅的单晶硅片正面，使用电阻丝层掩膜板，匀涂正性光刻胶进行光刻，使正性光刻胶形成电阻层图案；

b.        在所述硅片正面采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发镀上200～500 nm的铝膜，剥离之后铝膜形成与电阻层相反的图案； 

c.         以铝膜为抗蚀掩模，对所述图案进行反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀，控制刻蚀深度为300～500 nm，得到与电阻层图案一样的沟槽；

d.        使用同一电阻丝层掩膜板，匀涂负性光刻胶进行光刻，控制工艺条件使得显影之后光刻胶的图案在铝膜之内，宽度比铝膜窄；

e.         使用电子束蒸发镀铬10～50 nm作为的下层连接层，然后热蒸发制备铜电阻丝，再使用电子束蒸发镀铬10～50 nm作为上层连接层，形成铬-铜-铬膜，控制其厚度与刻蚀沟槽深度一致；

f.         利用丙酮进行光刻胶的剥离；

g.        使用磷酸或醋酸溶液进行铝剥离，同时去除电阻丝边缘多余的铬-铜-铬膜，获得表面平整的电阻填埋层；

h.        使用绝缘层掩模板，匀涂负性光刻胶进行光刻，光刻后采用磁控溅射或电子束蒸发镀上500～800 nm的绝缘层；

所述体硅腐蚀工艺过程如下：

a.         将所述电阻层填埋后的样品正面匀涂光刻胶，对其烘烤固化后形成正面保护膜；之后将样品浸入缓冲氧化蚀刻剂去除硅片背面的氧化硅层，再用丙酮洗去正面的光刻胶；

b.        使用腐蚀窗口掩模板，在硅片背面匀涂负性光刻胶进行光刻，硅片背面光刻后，采用磁控溅射或者电子束蒸发镀200～400 nm氮化硅层，洗去光刻胶之后形成硅片背面的腐蚀窗口；

c.         将所述样品正面匀涂抗强碱保护胶，对其烘烤固化；

d.        将所述样品浸入强碱溶液去除样品背面的硅；

e.         采用丙酮或无水乙醇溶液去除正面的保护胶形成具有绝热槽的微型热台。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著地优点：

微热台的加热电阻丝中插入测温电阻丝，两套电阻丝互不干扰，分别工作于两条回路，通过测温电阻能准确的得知热台的实时温度，使得热台具备了自测温功能。在加热电阻丝的阻值分布上，电阻丝为串并联结构，阻值分布由内到外逐渐增大，电阻丝中心往外不均匀的分布五个环形带，相邻环带内电阻值的比值为1.5～2.5，这样的电阻分布使得微型热台具有高的热均匀性。本发明使用铝作为干法刻蚀的抗蚀掩模，以铝边界控制沟槽和电阻丝的边界一致。本发明在镀膜工艺中使用了光刻胶-铝双层牺牲层，保证了剥离工艺的正常进行。采用本发明提出的工艺方法使得热台具有平整的表面。

附图说明

图1是本发明提出的微热台的横截面结构。

图2是本发明提出的微热台的电阻丝分布图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施例作进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种嵌入式自测温微热台，其结构自上到下依次为：上绝缘层1、电阻填埋层2、下绝缘层3、硅支撑框架4、窗口层5；所述电阻填埋层2包括加热电阻丝6和测温电阻丝7。

如图2所示，所述加热电阻丝6采用串并联结构，由电阻电路中心向外构成五个电阻环形带，相邻环形带内电阻值的比值在1.5～2.5之间。所述测温电阻丝7位于加热电阻丝6正中央。所述加热电阻丝6和测温电阻丝7是轴对称分布的。

实施例2

一种嵌入式自测温微热台的制备方法，采用电阻填埋工艺和体硅腐蚀工艺，具体步骤如下： 

所述电阻层填埋工艺过程如下：

a.         在晶相为<100>，双面抛光且表面有热氧化生成氧化硅的单晶硅片正面，使用电阻丝层掩膜板，匀涂正性光刻胶进行光刻，使正性光刻胶形成电阻层图案；

b.        在所述硅片正面采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发镀上300 nm的铝膜，剥离之后铝膜形成与电阻层相反的图案； 

c.         以铝膜为抗蚀掩模，对所述图案进行反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀，控制刻蚀深度为400 nm，得到与电阻层图案一样的沟槽；

d.        使用同一电阻丝层掩膜板，匀涂负性光刻胶进行光刻，控制工艺条件使得显影之后光刻胶的图案在铝膜之内，宽度比铝膜窄；

e.         使用电子束蒸发镀铬30 nm作为的下层连接层，然后热蒸发制备铜电阻丝，再使用电子束蒸发镀铬30 nm作为上层连接层，形成铬-铜-铬膜，控制其厚度与刻蚀沟槽深度一致；

f.         利用丙酮进行光刻胶的剥离；

g.        使用磷酸或醋酸溶液进行铝剥离，同时去除电阻丝边缘多余的铬-铜-铬膜，获得表面平整的电阻填埋层，；

h.        使用绝缘层掩模板，匀涂负性光刻胶进行光刻，光刻后采用磁控溅射或电子束蒸发镀上600 nm的绝缘层；

所述体硅腐蚀工艺过程如下：

a.         将所述电阻层填埋后的样品正面匀涂光刻胶，对其烘烤固化后形成正面保护膜；之后将样品浸入缓冲氧化蚀刻剂去除硅片背面的氧化硅层，再用丙酮洗去正面的光刻胶；

b.        使用腐蚀窗口掩模板，在硅片背面匀涂负性光刻胶进行光刻，硅片背面光刻后，采用磁控溅射或者电子束蒸发镀300 nm氮化硅层，洗去光刻胶之后形成硅片背面的腐蚀窗口；

c.         将所述样品正面匀涂抗强碱保护胶，对其烘烤固化；

d.        将所述样品浸入强碱溶液去除样品背面的硅；

e.         采用丙酮或无水乙醇溶液去除正面的保护胶形成具有绝热槽的微型热台。 

Claims (5)

1.一种嵌入式自测温微热台，其特征在于，其结构自上到下依次为：上绝缘层（1）、电阻填埋层（2）、下绝缘层（3）、硅支撑框架（4）、窗口层（5）；所述电阻填埋层（2）包括加热电阻丝（6）和测温电阻丝（7）。

2.如权利要求1所述的嵌入式自测温微热台，其特征在于，所述加热电阻丝（6）采用串并联结构，由电阻电路中心向外构成五个电阻环形带，相邻环形带内电阻值的比值在1.5～2.5之间。

3.如权利要求1或2所述的嵌入式自测温微热台，其特征在于，所述测温电阻丝（7）位于加热电阻丝（6）正中央。

4.如权利要求3所述的嵌入式自测温微热台，其特征在于，所述加热电阻丝（6）和测温电阻丝（7）是轴对称分布的。

5.一种嵌入式自测温微热台的制备方法，其特征在于，采用电阻填埋工艺和体硅腐蚀工艺，具体步骤如下：

所述电阻层填埋工艺过程如下：

a.         在晶相为<100>，双面抛光且表面有热氧化生成氧化硅的单晶硅片正面，使用电阻丝层掩膜板，匀涂正性光刻胶进行光刻，使正性光刻胶形成电阻层图案；

b.        在所述硅片正面采用磁控溅射、热蒸发或电子束蒸发镀上200～500 nm的铝膜，剥离之后铝膜形成与电阻层相反的图案； 

c.         以铝膜为抗蚀掩模，对所述图案进行反应离子刻蚀或电感耦合等离子体刻蚀，控制刻蚀深度为300～500 nm，得到与电阻层图案一样的沟槽；

d.        使用同一电阻丝层掩膜板，匀涂负性光刻胶进行光刻，控制工艺条件使得显影之后光刻胶的图案在铝膜之内，宽度比铝膜窄；

e.         使用电子束蒸发镀铬10～50 nm作为的下层连接层，然后热蒸发制备铜电阻丝，再使用电子束蒸发镀铬10～50 nm作为上层连接层，形成铬-铜-铬膜，控制其厚度与刻蚀沟槽深度一致；

f.         利用丙酮进行光刻胶的剥离；

g.        使用磷酸或醋酸溶液进行铝剥离，同时去除电阻丝边缘多余的铬-铜-铬膜，获得表面平整的电阻填埋层；

h.        使用绝缘层掩模板，匀涂负性光刻胶进行光刻，光刻后采用磁控溅射或电子束蒸发镀上500～800 nm的绝缘层；

所述体硅腐蚀工艺过程如下：

a.         将所述电阻层填埋后的样品正面匀涂光刻胶，对其烘烤固化后形成正面保护膜；之后将样品浸入缓冲氧化蚀刻剂去除硅片背面的氧化硅层，再用丙酮洗去正面的光刻胶；

b.        使用腐蚀窗口掩模板，在硅片背面匀涂负性光刻胶进行光刻，硅片背面光刻后，采用磁控溅射或者电子束蒸发镀200～400 nm氮化硅层，洗去光刻胶之后形成硅片背面的腐蚀窗口；

c.         将所述样品正面匀涂抗强碱保护胶，对其烘烤固化；

d.        将所述样品浸入强碱溶液去除样品背面的硅；

e.         采用丙酮或无水乙醇溶液去除正面的保护胶形成具有绝热槽的微型热台。

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