[发明专利]一种嵌入式自测温微热台及其制备方法

说明书

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；