CN112694061A - 一种基于mems技术的无磁电加热器的加工方法 - Google Patents

一种基于mems技术的无磁电加热器的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，包括在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面加工电阻层：进行光刻、显影，离子铣，旋涂光刻型聚酰亚胺薄膜。然后在已经加工完的基底表面的背面，重复上述工艺进行背面金属层的制备以及表面绝缘层加工。本发明能有效抵消通电过程中产生的磁场，解决了双层金属之间的电绝缘问题。

Description

一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法
技术领域
本发明属于微电子机械系统技术领域，具体涉及一种MEMS器件的微型加热器加工方法。
背景技术
微型加热器被广泛应用于多种场合，例如微流控芯片、电池、计算机设备、医疗设备以及光学设备。而无磁微型加热器在量子传感领域具有广泛的应用需求，如应用于量子传感器光源温度控制、原子气室温度控制等场合。无磁微型加热器通常包括耐热绝缘基底层，双层加热金属丝，双层加热金属丝之间的绝缘耐热材料，表面绝缘材料等。
聚酰亚胺聚合物由于其优良的点绝缘性能和耐高温性能，通常被用作加热器的基底，但由于普通聚酰亚胺无法进行图形化导致应用范围受限。可光刻的聚酰亚胺聚合物被广泛应用于MEMS技术中的牺牲层工艺，但作为结构和电绝缘层较少应用。
无磁微型加热器加工的另一困难是在加热金属在通电加热过程中不可避免产生的磁场，通常需要进行对称结构进行消磁设计。利用双层加热金属对称设计及加工可有效抵消通电过程中产生的磁场。
为了解决以上问题，采用MEMS技术将加微小型化的加热元件加工到耐热基底表面，通过双层加热金属丝对称设计及加工消除磁场影响，通过可光刻型聚酰亚胺聚合物进行双层金属之间的电绝缘及耐热结构层，最终通过微细加工技术将多种功能材料和结构材料进行加工。
发明内容
本发明提出一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，能有效抵消通电过程中产生的磁场，解决了双层金属之间的电绝缘问题。
本发明一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，包括如下步骤：
(1)在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面加工电阻层：在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面分别通过磁控溅射不同金属形成粘附层与电阻层；所述粘附层由具有粘附功能的金属组成，将基底表面与电阻层粘附在一起；
(2)光刻、显影：在溅射完电阻层的基底表面进行图形化，采用正胶工艺旋涂正性光刻胶并进行前烘工艺，烘完后的基底在光刻机中进行曝光，最后在显影液中进行显影图形化；
(3)离子铣：图形化后的基底放入离子刻蚀机中进行离子铣工艺，利用干法离子刻蚀工艺去掉多余金属层；
(4)旋涂光刻型聚酰亚胺薄膜：在图形化后的金属表面旋涂光刻型聚酰亚胺聚合物并进行光刻、显影、烘胶，在金属表面形成一层绝缘层；
(5)第二层金属加工：在上述已经加工完的基底表面的背面，重复所述第1-3步工艺进行背面金属层的制备；
(6)表面绝缘层加工：重复所述第4步工艺进行背面金属表面的绝缘层制备。
进一步地，所述粘附层由金属铬或钛组成，厚度为30-80nm。
进一步地，所述电阻层由金、镍或铂组成，厚度为100-3000nm。
进一步地，所述正性光刻胶为厚度为5-10微米、线宽为20-300um。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明采用双层金属对称加工的方式进行无磁微型电加热器的加工，有效降低了通过加热过程中产生的磁场；
(2)本发明利用可光刻型聚酰亚胺作为绝缘层的工艺，结合金属溅射、光刻、离子铣相结合的工艺，有效解决了双层金属之间的电绝缘问题，为双层全对称金属的无磁电加热器设计奠定了工艺基础。
附图说明
图1是本发明所述的柔性微型加热器的加工工艺流程图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，步骤包括：
(1)在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面加工电阻层：在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面分别通过磁控溅射不同金属形成粘附层与电阻层；所述粘附层由具有粘附功能的金属组成，将基底表面与电阻层粘附在一起；
(2)光刻、显影：在溅射完电阻层的基底表面进行图形化，采用正胶工艺旋涂正性光刻胶并进行前烘工艺，烘完后的基底在光刻机中进行曝光，最后在显影液中进行显影图形化；
(3)离子铣：图形化后的基底放入离子刻蚀机中进行离子铣工艺，利用干法离子刻蚀工艺去掉多余金属层；
(4)旋涂光刻型聚酰亚胺薄膜：在图形化后的金属表面旋涂光刻型聚酰亚胺聚合物并进行光刻、显影、烘胶，在金属表面形成一层绝缘层；
(5)第二层金属加工：在上述已经加工完的基底表面的背面，重复所述第1-3步工艺进行背面金属层的制备；
(6)表面绝缘层加工：重复所述第4步工艺进行背面金属表面的绝缘层制备。
以下为一些具体实施例：
实施例1
第一步，在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面加工电阻层：在单晶硅片或陶瓷、玻璃表面磁控溅射铬/金电阻层，其中溅射金属铬作为粘附层，金作为电阻层；
第二步，光刻、显影：在溅射完电阻层的基底表面进行图形化，采用正胶工艺旋涂5微米厚的正性光刻胶并进行前烘工艺，烘完后的基底在光刻机中进行曝光，最后在显影液中进行显影图形化；
第三步，离子铣：图形化后的基底放入离子刻蚀机中进行离子铣工艺，由于去掉光刻胶后的表面未被图形化的区域还有铬/金种子层，所以需要利用干法离子刻蚀工艺去掉多余金属层。
第四步，第二层金属加工：在已经加工完的基底表面的背面，重复第1-3步工艺进行第二层金属层的制备；
第五步，表面绝缘层加工：旋涂光刻型聚酰亚胺薄膜：在图形化后的金属表面旋涂光刻型聚酰亚胺聚合物并进行光刻、显影、烘胶，在金属表面形成一层绝缘层。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于第一步中电阻层中具有粘附过度功能的铬由具有更高粘附功能的金属钛代替，厚度为30-80nm，金导电层的厚度为100-500nm；第二步中采用正胶工艺旋涂10微米厚、线宽为20-300um的正性光刻胶并进行前烘工艺；第三步中利用离子铣工艺进行电阻器件层的图形化。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于第一步中电阻层中具有粘附过度功能的铬由具有更高粘附功能的金属钛代替，厚度为30-80nm，由铂作为电阻层代替金，厚度为100-3000nm；第二步中采用正胶工艺旋涂10微米厚、线宽为20-300um的正性光刻胶并进行前烘工艺；第三步中利用离子铣工艺进行电阻器件层的图形化。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于第一步中电阻层中具有粘附过度功能的铬由具有更高粘附功能的金属钛代替，厚度为30-80nm，由镍作为电阻层代替金，厚度为100-500nm；第二步中采用正胶工艺旋涂10微米厚、线宽为20-300um的正性光刻胶并进行前烘工艺；第三步中利用离子铣工艺进行电阻器件层的图形化。
上述具体实施方式仅限于解释和说明本发明的技术方案，但并不能构成对权利要求保护范围的限定。本领域技术人员应当清楚，在本发明的技术方案的基础上做任何简单的变形或替换而得到的新的技术方案，均落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面加工电阻层：在单晶硅片或陶瓷、玻璃基底表面分别通过磁控溅射不同金属形成粘附层与电阻层；所述粘附层由具有粘附功能的金属组成，将基底表面与电阻层粘附在一起；
(2)光刻、显影：在溅射完电阻层的基底表面进行图形化，采用正胶工艺旋涂正性光刻胶并进行前烘工艺，烘完后的基底在光刻机中进行曝光，最后在显影液中进行显影图形化；
(3)离子铣：图形化后的基底放入离子刻蚀机中进行离子铣工艺，利用干法离子刻蚀工艺去掉多余金属层；
(4)旋涂光刻型聚酰亚胺薄膜：在图形化后的金属表面旋涂光刻型聚酰亚胺聚合物并进行光刻、显影、烘胶，在金属表面形成一层绝缘层；
(5)第二层金属加工：在上述已经加工完的基底表面的背面，重复所述第1-3步工艺进行背面金属层的制备；
(6)表面绝缘层加工：重复所述第4步工艺进行背面金属表面的绝缘层制备。
2.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，其特征在于，所述粘附层由金属铬或钛组成，厚度为30-80nm。
3.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，其特征在于，所述电阻层由金、镍或铂组成，厚度为100-3000nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于MEMS技术的无磁电加热器的加工方法，其特征在于，所述正性光刻胶为厚度为5-10微米、线宽为20-300um。
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