CN110055499A - 一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,所述方法包括在绝缘基底上通过反应溅射制备温度敏感膜,之后直接在所述温度敏感膜上制备电极,最后分离得到独立器件。本发明在有效降低敏感膜电阻的前提下,去除了干法刻蚀工艺步骤,降低了刻蚀对温度敏感薄膜损伤,降低工艺成本,提高深低温温度传感器制备的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及是深低温温度传感器技术领域,具体地,涉及一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法。
背景技术
目前,低温技术广泛应用于航天、国防、科研等领域,在量子通信,超导电路,航空航天等领域占有非常重要的地位,这使得低温对环境的检测即低温测量格外重要。深低温传感器主要分为电阻式温度传感器、PN结式温度传感器、热电式温度传感器和光纤温度传感器。
电阻式温度传感器是将温度引起的电阻变化转化成与之对应的电信号,进而通过检测电信号探测温度。其制备与测量方式简单,且精度较高,因此被广泛应用于低温测量。薄膜式电阻温度传感器主要根据敏感膜电阻随温度变化实现温度测量,因此敏感膜性能决定了薄膜式电阻温度传感器的性能。在薄膜电阻式深低温温度传感器中,氮氧化锆薄膜温度传感器有高灵敏度,宽温度使用范围,抗离子辐射以及低磁阻等优点,是低温领域中综合性能最好的低温温度传感器。氮氧化锆薄膜主体成分是氮化锆,通过掺杂少量的氧调节电阻的温度灵敏度,因此氧含量以及加工过程中对薄膜造成的损伤易影响最终温度传感器质量。
目前,经过一系列MEMS工艺,氮氧化锆已成功应用于低温温度传感器,但是工艺过程易对薄膜造成损伤。经过对现有技术文件检索发现,Lake Shore Cryotronics公司在《Its Measurement and Control in Science and Industry》Vol.684,pp.393-398.上撰文“Review of Cernox(Zirconium Oxy-Nitride)Thin-FilmResistance TemperatureSensors”(“Cernox氮氧化锆薄膜电阻式温度传感器综述”),该文提及使用光刻、刻蚀两步工艺图形化敏感膜,此方法易对敏感膜造成损伤影响传感器性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,在绝缘基底通过反应溅射制备温度敏感膜,再在所述温度敏感膜反应溅射电极,最后切割得到独立器件,使得在有效降低敏感膜电阻的前提下,去除了干法刻蚀工艺步骤,降低了刻蚀对温度敏感薄膜损伤。
本发明提供一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器制备方法,所述方法包括,去除传统工艺过程中干法刻蚀图形化敏感膜工艺,在绝缘基底上溅射温度敏感膜之后,直接在温度敏感膜上制备电极,最后分离得到独立器件。使得在有效降低温度敏感膜电阻的前提下,去除了干法刻蚀工艺步骤,降低了刻蚀对温度敏感膜薄膜造成损伤,从而降低工艺成本,提高了深低温温度传感器制备的成品率。
优选地,所述温度敏感膜与所述电极间设置电极过渡层,作为电极与敏感膜的粘结层,所述电极过渡层为钼、铬、钛金属薄膜中的任意一种。
优选地,为提高温度传感器对温度灵敏度,需保证绝缘衬底热导率较高,绝缘基底的厚度控制为100-1000μm、所述温度敏感膜的厚度为30nm-800nm,所述电极的厚度为50-500nm,所述电极过渡层的厚度为5-50nm。
优选地,由于衬底需同时具备绝缘和高热导率以及耐低温性能,所述绝缘基底的材料为蓝宝石、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和氧化硅基片中的任意一种或者两种以上的复合材料。
优选地,过渡金属氮氧化物低温下具有半导体特性,所述温度敏感薄膜层的材料可拓展为钛、锆、铌和钽过渡金属的氮氧化物中任意一种。
优选地,所述电极的材料为铜或金。
优选地,所述电极的电极结构为平行叉指电极结构、环形叉指电极结构、圆形电极结构或者平行电极结构中的任意一种。所述平行叉指电极结构,叉指对数为5-30,叉指电极宽度为10-100μm,指间距为10-500μm。在满足有效降低电阻的情况,电极结构并不局限于以上几种结构,即可以为任意电极结构。
优选地,按照以下执行:
S1:在所述绝缘基底上通过反应溅射制备所述温度敏感膜;
S2:在所述温度敏感膜上制备图形化所述电极,具体指:在所述温度敏感膜上甩光刻胶,对光刻胶通过曝光显影制备成的图形化光刻胶,再在图形化电极结构上溅射金属电极,通过lift-off工艺去掉未曝光的所述光刻胶,制备成图形化所述电极,完成图形化器件的制备;
S3:切割所述图形化器件得到独立器件。
更加优选地,所述S2中图形化所述电极的电极结构为平行叉指电极结构、环形叉指电极结构、圆形电极结构或者平行电极结构中的任意一种。
更加优选地,所述S2中溅射所述金属电极是指:在所述图形化光刻胶上依次溅射铬和金薄膜,分别形成图形化所述电极过渡层和图形化所述电极,所述电极过渡层位于所述温度敏感膜与所述电极之间。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
本发明去除了传统工艺中干法刻蚀工艺,简化了制备工艺,降低工艺成本。传统工艺中干法刻蚀工艺的最后一步切割要求相对较高,而传统工艺切割精度较差,造成了器件成品率低以及工艺成本较高。
本发明通过电极的设计在能够有效降低敏感膜电阻情况下,同时去除了传统工艺中干法刻蚀工艺步骤,简化了制备工艺,免除了传统干法刻蚀对温度敏感薄膜损伤,提高深低温温度传感器制备的成品率。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明一较优实施例中结构示意图;
图2为本发明一较优实施例中实施工艺步骤示意图;
图中所示标号分别表示为:绝缘基底1、温度敏感膜2、电极3、电极过渡层4、光刻胶5。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
如图1-2,图中所示为本实施例一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器中的结构示意图,图中包括绝缘基底1、温度敏感膜2、电极3。在绝缘基底1上通过反应溅射制得温度敏感膜2,然后再在温度敏感膜2上制备电极3,最后切割得到器件。
在部分优选实施例中:在温度敏感膜2与电极3之间设置一层电极过渡层4,电极过渡层4的材料为钼、铬、钛金属薄膜材料。
在部分优选实施例中:为提高温度传感器对温度灵敏度,需保证绝缘衬底热导率较高,绝缘基底1的厚度控制为100-1000μm、温度敏感膜2的厚度为30nm-800nm,电极3的厚度为50-500nm,电极过渡层4的厚度为5-50nm。
在部分优选实施例中:由于衬底需同时具备绝缘和高热导率以及耐低温性能,所述绝缘基底1的材料为蓝宝石、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和氧化硅基片中的任意一种或者两种以上的复合材料。
在部分优选实施例中:过渡金属氮氧化物低温下具有半导体特性,所述温度敏感薄膜层的材料可拓展为钛、锆、铌和钽过渡金属的氮氧化物中任意一种。
在部分优选实施例中:电极3的材料为金、铜薄膜材料。
在部分优选实施例中:电极3的电极结构可以为平行叉指电极结构,平行叉指电极结构的叉指对数为5-30,叉指电极宽度为10-100μm,指间距为10-500μm,亦可以为环形叉指电极、平行电极及环形电极等。
将制备成的图形化器件切割成独立的器件,切割可采用刀切或者激光切割,线宽在100μm-500μm。
具体的制备方法结合图2中(a)-(e)所示,进行具体说明:
如图2中(a)所示:采用厚度为200μm的c相蓝宝石衬底作为绝缘基底1;如图2中(b)所示,在绝缘基底1上溅射温度敏感薄膜层2,本实施例中温度敏感薄膜层2具体采用90nm厚度的氮氧化锆薄膜;如图2中(c)所示,在温度敏感薄膜层2上旋涂5μm光刻胶5,通过曝光显影图形化叉指电极结构,形成图形化后的光刻胶5;如图2中(d)在图形化后的光刻胶5上溅射30nm铬和300nm金薄膜,然后丙酮超声lift-off工艺去掉未曝光的光刻胶5,形成图形化电极,完成图形化器件的制备;如图2中所示(e)采用激光切割方法对所得图形化器件薄膜进行切割,获得到800μm*600μm尺寸大小器件。
实施例2
本实施例为一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,具体的制备方法结合图2中(a)-(e)所示,进行具体说明:
如图2中(a)所示:采用厚度为500μm的氧化铝陶瓷作为绝缘基底1;如图2中(b)所示,在绝缘基底1上溅射温度敏感薄膜层2,本实施例中温度敏感薄膜层2具体采用200nm厚度的氮氧化钛薄膜;如图2中(c)所示,在温度敏感薄膜层2上旋涂5μm光刻胶5,通过曝光显影图形化叉指电极结构,形成图形化后的光刻胶5;如图2中(d)在图形化后的光刻胶5上溅射50nm铬和400nm金薄膜,然后丙酮超声lift-off工艺去掉未曝光的光刻胶5,形成图形化电极,完成图形化器件的制备;如图2中所示(e)采用激光切割方法对所得图形化器件薄膜进行切割,得到器件。
实施例3
本实施例为一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,具体的制备方法结合图2中(a)-(e)所示,进行具体说明:
如图2中(a)所示:采用厚度为900μm的碳化硅陶瓷作为绝缘基底1;如图2中(b)所示,在绝缘基底1上溅射温度敏感薄膜层2,本实施例中温度敏感薄膜层2具体采用700nm厚度的氮氧化铌薄膜;如图2中(c)所示,在温度敏感薄膜层2上旋涂5μm光刻胶5,通过曝光显影图形化叉指电极结构,形成图形化后的光刻胶5;如图2中(d)在图形化后的光刻胶5上溅射50nm铬和100nm铜薄膜,然后丙酮超声lift-off工艺去掉未曝光的光刻胶5,形成图形化电极,完成图形化器件的制备;如图2中所示(e)采用激光切割方法对所得图形化器件薄膜进行切割,得到器件。
本发明在具体实施时,绝缘基底1的厚度可根据实际需要确定;溅射的温度敏感膜2的厚度需根据实际应用确定,旋涂的光刻胶5的型号及厚度根据实际需要确定,电极形状可以为任意电极形状,只要能有效降低电阻即可,制备电极3不局限于Cr/Au,可以为其他金属材料,最终器件切割不局限于激光切割,可采用刀切方。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (10)
1.一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于:包括去除传统工艺过程中干法刻蚀图形化敏感膜工艺,在绝缘基底上溅射温度敏感膜之后,直接在温度敏感膜上制备电极,最后分离得到独立器件。
2.根据权利要求1所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述温度敏感膜与所述电极之间设置电极过渡层,所述电极过渡层为钼、铬、钛金属薄膜中的任意一种。
3.根据权利要求2所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述绝缘基底的厚度为100-1000μm,所述温度敏感膜的厚度为30nm-800nm,所述电极的厚度为50-500nm,所述电极过渡层的厚度为5-50nm。
4.根据权利要求1所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述绝缘基底的材料为蓝宝石、氧化铝陶瓷、氧化铍陶瓷、氮化铝陶瓷、氮化硅陶瓷、碳化硅陶瓷和氧化硅基片中的任意一种或者两种以上的复合材料。
5.根据权利要求1所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述温度敏感薄膜层的材料为钛、锆、铪、铌和钽金属的氮氧化物中任意一种。
6.根据权利要求1所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述电极的材料为铜或金。
7.根据权利要求1所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述电极的电极结构为平行叉指电极结构、环形叉指电极结构、圆形电极结构或者平行电极结构中的任意一种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,按照以下执行:
S1:在所述绝缘基底上通过反应溅射制备所述温度敏感膜;
S2:在所述温度敏感膜上制备图形化所述电极,具体指:在所述温度敏感膜上甩光刻胶,对光刻胶通过曝光显影形成图形化光刻胶,之后在所述图形化光刻胶上溅射金属电极,通过lift-off工艺去掉未曝光的所述光刻胶,制备成图形化所述电极,完成图形化器件的制备;
S3:切割所述图形化器件得到独立器件。
9.根据权利要求8所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述S2中图形化所述电极的电极结构为平行叉指电极结构、环形叉指电极结构、圆形电极结构或者平行电极结构中的任意一种。
10.根据权利要求8所述的一种免刻蚀的电阻式深低温温度传感器的制备方法,其特征在于,所述S2中溅射所述金属电极是指:在所述图形化光刻胶上依次溅射铬和金薄膜,分别形成图形化所述电极过渡层和图形化所述电极,所述电极过渡层位于所述温度敏感膜与所述电极之间。
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