一種懸空熱敏薄膜電阻的加工方法

2023-05-30 15:40:51

專利名稱：一種懸空熱敏薄膜電阻的加工方法
技術領域：
本發明涉及的是一種微機電系統技術領域的方法，具體涉及一種懸空熱敏薄膜電阻加工方法。
背景技術：
MEMS加工製造的熱敏薄膜電阻可以廣泛用於製造溫度傳感器、流速傳感器、剪應力傳感器、氣體傳感器的敏感探頭。熱敏薄膜電阻製作在以SiO2膜或Si3N4膜為隔熱層上，相對於製作在以聚醯亞胺為隔熱層上，具有熱處理溫度高的特點，可以應用於各種流場溫度、流速、剪應力等測量任務。尤其在氣體流場動態測量時，必須考慮熱敏元件的反應速率以及耐抗性等，而現階段熱敏傳感器具有反應速度慢、耐抗性差等特點。
針對氣體流場動態測量的要求，現階段熱敏薄膜電阻大多不能滿足要求，如論文「AeroMEMS Wall Hot-Wire Anemometer on Polyimide Foil for Measurement of HighFrequency Fluctuations」介紹了一種在聚醯亞胺襯底上製作懸空溫度傳感器的方法。製作出的熱敏傳感器具有全部懸空於空氣中，且採用直線式。此熱敏傳感器具有缺點是I.採用直線式懸空熱敏絲，易彎曲斷裂，影響性能。2.採用聚醯亞胺作隔熱層，熱處理式溫度不能過高，影響熱敏電阻的結晶結構。
針對上述缺點，本發明專利採用標準MEMS加工工藝，以SiO2膜或Si3N4膜為隔熱層的懸空熱敏薄膜電阻製作方法，其優點為1.相對於直線式熱敏絲，採用摺疊梁式熱敏電阻，可以提高了熱敏絲的靈敏度。2.相對於全懸空熱敏絲，採用間隔式懸空熱敏絲，可以提高熱敏絲的穩定性、抗彎曲性。3.相比於聚醯亞胺做熱敏電阻隔熱層，SiO2膜或Si3N4膜做隔熱層在熱處理時可以加溫至800度以上，更加有效的改善熱敏元件的結晶結構；4.基於標準MEMS工藝加工懸空熱敏電阻，易於實現大批量生產。

發明內容
本發明針對現有技術的不足，提供一種基於MEMS工藝的懸空熱敏電阻加工方法，經本方法可以加工以SiO2膜或Si3N4膜為襯底的熱敏電阻，可以有效降低由於襯底傳熱而引起的熱效應。本發明的技術方案是，一種懸空熱敏薄膜電阻的加工方法，包括以下步驟步驟I :清洗普通矽片，去除表面原生氧化層、有機物汙染，然後乾燥；步驟2 以普通矽片作為基片，在矽片的拋光面生長底層SiO2膜或Si3N4膜，用於熱敏元件與普通矽片襯底的熱隔離；步驟3 :在SiO2膜或Si3N4膜表面上濺射熱敏元件薄膜；步驟4 :在熱敏元件薄膜表面上濺射金屬電連接膜。所述金屬電連接膜電阻率P !與熱敏元件電阻率P 2應滿足:A ^令;步驟5 :旋塗光刻膠，對金屬電連接膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕金屬電連接膜，形成金屬電連接錨點；
所述的金屬電連接錨點用於電連接微電極與外界電路。步驟6 :旋塗光刻膠，對熱敏元件薄膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕熱敏元件薄膜，去除光刻膠形成熱絲薄膜電阻；步驟7 :在普通矽片背面濺射金屬阻擋膜；步驟8 :正面、背面旋塗光刻膠，對背面金屬阻擋膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕金屬阻擋膜，形成金屬阻擋層，去除正面、背面光刻膠；背面的所述金屬阻擋層用於後續ICP幹法刻蝕中作保護膜。步驟9 :背面ICP幹法刻蝕，刻穿普通矽片到SiO2膜或Si3N4膜層；步驟10 :正面旋塗光刻膠，溼法腐蝕背面金屬阻擋層至普通矽片，去除光刻膠；為了改善結晶結構，進行熱處理；劃片，得到以Si02*Si3N4膜為隔熱層的懸空熱敏薄膜電阻。
與現有技術相比，本發明的如下有益效果1.相對於直線式熱敏絲，採用摺疊梁式熱敏電阻，可以提高了熱敏絲的靈敏度。2.相對於全懸空熱敏絲，採用間隔式懸空熱敏絲，可以提高熱敏絲的穩定性、抗彎曲性。3.相比於聚醯亞胺做熱敏電阻隔熱層，Si02膜或Si3N4膜做隔熱層在熱處理時可以加溫至800度以上，更加有效的改善鎳的結晶結構；4.基於標準MEMS工藝加工懸空鉬熱敏電阻，易於實現大批量生產。


圖I為本發明懸空熱敏薄膜電阻流程2為實施例中AL膜4光刻掩膜版圖形示意3為實施例中PT膜3光刻掩膜版圖形示意4為實施例中AL膜5光刻掩膜版圖形示意5為實施例中PT熱敏電阻示意圖，圖5-a為正面，圖5_b為反面圖中，I-普通矽片，2-SiO2膜，3-PT 膜，4-AL 膜，5-AL 膜實施實例實例本實例提出基於MEMS技術的以SiO2為隔熱層得懸空鉬熱敏薄膜電阻加工方法，具體步驟包括如下步驟I :清洗普通矽片1，普通矽片I厚度為lOOum，去除表面原生氧化層、有機物汙染，然後乾燥，如圖1(a)；步驟2 :以普通矽片I作為基片，採用化學氣相澱積方法在矽片的拋光面生長厚度為Ium的SiO2膜2，用於PT膜3與普通矽片I的熱隔離，如圖1(b)；所述的化學氣相澱積方法包括等離子化學氣相澱積方法和低壓化學氣相澱積方法，本實施例中採用的是等離子化學氣相澱積方法。步驟3 :在Si02膜2表面上濺射厚度為Ium的PT膜3，如圖I (C)；所述的濺射是指磁控濺射方法。步驟4 :在PT膜3表面上濺射厚度為Ium的AL膜4，如圖I⑷；所述的濺射是指磁控濺射方法。步驟5 :旋塗光刻膠BPEPG533，對AL膜4進行光刻、顯影，所用光刻版圖像如圖2，用磷酸溼法腐蝕Al膜4，用丙酮去除光刻膠，形成Al膜4錨點，如圖I (e)；
所述磷酸溼法腐蝕液為體積比為50: 2:10:9 的 52%H3P04、68%HN03、75%CH3C00H、H20形成的混合溶液。所述光刻是指紫外光刻，所述的AL膜4錨點用於電連接微電極與外界電路。步驟6 :旋塗光刻膠BPEPG533，對PT膜3進行光刻、顯影，所用光刻版圖像如圖3，用王水並在溫度保持為300C下對PT膜3進行腐蝕，用丙酮去除光刻膠，形成PT絲3熱敏電阻，如圖1(f)，其尺寸長X寬為600umX400um;所述王水為體積比為3:1:2的40%HF、68%HN03、H20形成的混合溶液。所述光刻是指紫外光刻。步驟7 :在普通矽片I背面濺射厚度為Ium的AL膜5，如圖I (g)；步驟8 :正面、背面旋塗光刻膠，對背面AL膜5進行光刻、顯影，所用光刻版圖像如圖4，用磷酸溼法腐蝕Al膜5，形成Al膜5阻擋膜，用丙酮去除正面、背面光刻膠，如圖
I(h)；所述磷酸溼法腐蝕液為體積比為50: 2:10:9 的 52%H3P04、68%HN03、75%CH3C00H、H20形成的混合溶液。所述光刻是指紫外光刻。所述Al膜5阻擋膜用於後續ICP幹法刻蝕中作保護膜。步驟9 :背面ICP幹法刻蝕，刻穿普通矽片I到SiO2膜2，如圖I⑴；所述ICP幹法刻蝕為感應耦合等離子體刻蝕技術。 步驟10 :正面旋塗光刻膠BPEPG533，用磷酸溼法腐蝕背面Al膜5至普通矽片，用丙酮去除正面光刻膠，如圖I (j)。在溫度為600度存氮氣中進行熱處理，改善結晶結構，保溫時間為7小時，劃片，得到以Si02為隔熱層的懸空PT熱敏電阻，如圖5所示，圖5-a為正面，圖5-b為反面；所述磷酸溼法腐蝕液為體積比為50:2:10:9 的 52%H3P04、68%HN03、75%CH3C00H、H20形成的混合溶液。其尺寸為長X 寬 X 高600umX400umX104um。
權利要求
1.一種懸空熱敏薄膜電阻的加工方法，其特徵在於，包括以下步驟 步驟I:清洗普通矽片，去除表面原生氧化層、有機物汙染，然後乾燥； 步驟2 :以普通矽片作為基片，在矽片的拋光面生長底層SiO2膜或Si3N4膜； 步驟3 :在SiO2膜或Si3N4膜表面上濺射熱敏元件薄膜； 步驟4 :在熱敏元件薄膜表面上濺射金屬電連接膜，所述金屬電連接膜電阻率P !與熱敏元件電阻率P 2滿足A ^ ; 步驟5 :旋塗光刻膠，對金屬電連接膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕金屬電連接膜，形成金屬電連接錨點； 步驟6 :旋塗光刻膠，對熱敏元件薄膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕熱敏元件薄膜，去除光刻膠形成熱絲薄膜電阻； 步驟7 :在普通矽片背面濺射金屬阻擋膜； 步驟8 :正面、背面旋塗光刻膠，對背面金屬阻擋膜進行光刻、顯影，溼法腐蝕金屬阻擋膜，形成金屬阻擋層，去除正面、背面光刻膠； 步驟9 以步驟8形成的金屬阻擋層作保護膜，背面ICP幹法刻蝕，刻穿普通矽片到SiO2膜或Si3N4膜層； 步驟10 :正面旋塗光刻膠，溼法腐蝕背面金屬阻擋層至普通矽片，去除光刻膠；劃片，得到以SiO2或Si3N4膜為隔熱層的懸空熱敏薄膜電阻。
2.一種如權利要求I所述的懸空熱敏薄膜電阻的加工方法，其特徵在於，所述步驟10中，再劃片前對懸空熱敏薄膜電阻進行熱處理。
全文摘要
本發明公開了一種懸空熱敏薄膜電阻的加工方法，屬於微機電系統技術領域。該方法以普通矽片作為基片，生長底層SiO2膜或Si3N4膜；濺射熱敏元件薄膜和金屬電連接膜後，通過在正反面的特定位置、形狀和深度的刻蝕，得到以SiO2膜或Si3N4膜為隔熱層的懸空熱敏薄膜電阻。本發明的如下有益效果1.相對於直線式熱敏絲，採用摺疊梁式熱敏電阻，可以提高了熱敏絲的靈敏度。2.相對於全懸空熱敏絲，採用間隔式懸空熱敏絲，可以提高熱敏絲的穩定性、抗彎曲性。3.相比於聚醯亞胺做熱敏電阻隔熱層，SiO2膜或Si3N4膜做隔熱層在熱處理時可以加溫至800度以上，更加有效的改善鎳的結晶結構；4.基於標準MEMS工藝加工懸空鉑熱敏電阻，易於實現大批量生產。
文檔編號H01C7/02GK102831999SQ20121031618
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優先權日2011年12月17日
發明者常洪龍, 楊勇, 謝中建, 郝永存, 謝建兵, 袁廣民 申請人:西北工業大學