[实用新型]桥式热膜结构微加热器与电子鼻阵列

说明书

本实用新型公开了一种桥式热膜结构微加热器与电子鼻阵列,所述桥式热膜结构微加热器包括：在硅基底表面形成的绝热层；在绝热层表面形成的绝缘层Ⅰ；在绝缘层Ⅰ表面形成的电极柱子；在电极柱子之间形成空腔及悬空加热结构；加热结构由空腔往上依次为支撑层，绝缘层，台阶结构层，加热层及钝化层；绝缘层覆盖在支撑层上；台阶结构层位于所述绝缘层上；加热层覆盖在含所述支撑层，绝缘层、台阶结构层的复合结构上、并覆盖电极柱子的上表面；钝化层覆盖所述加热层；连接电极位于含有所述绝热层的硅基底表面，并与电极柱子连接；绝缘层Ⅰ、电极柱子、支撑层共同形成悬空加热器结构的空腔。

技术领域

本实用新型涉及微电子器件及其制备技术领域，特别涉及一种桥式热膜结构微加热器与电子鼻阵列。

背景技术

目前，现有的微加热器制备工艺主要采用正面或背面体硅刻蚀工艺。该工艺制备的微加热器具有尺寸大，功耗大，不易阵列化，及敏感膜应力大、隔热性差和高温热稳定性不理想等缺点。制约了微加热结构传感器如微气体传感器、微热量计、微气压计，微加速度计，以及电子鼻等微器件的发展和应用。

随着现代微电子的技术日新月异的发展，小体积、低功耗且易与其它材料或器件组合的微热板越来越受到重视，但使用微加热板会带来一定的热功率损耗和器件的不稳定性。

现有技术中，为降低热功耗，实现结构保温普遍采用正面或背面悬空结构的绝热槽。微热板普遍采用的一种结构是：在衬底的上表面沉积一层二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)膜层作为绝缘层，在硅基底的下表面通过干法刻蚀制备绝热槽。在加热丝表面上又沉积一层氮化硅层作为钝化层。例如CN104541161A公开了的硅基微热板的加工方法便采用了在硅基底背面制备绝热槽的工艺；这种方法制备出来的微热板的尺寸600μm～1000μm，但是这种方法蚀刻出绝热槽后加热层仅靠一层薄膜结构的氮化硅层支撑，而该薄膜仅在两端被支撑衬底支撑，这种薄膜结构的应力控制比较差，而且强度不够，在器件受到震动或者碰撞时易发生破裂导致器件失效。另一种方法为：在硅基底的上表面通过湿法刻蚀制备绝热槽。例如，CN 104176699A公开的硅基微热板的加工方法便采用了在硅基底正面制备绝热槽的工艺。该专利中描述的微热板是利用绝热沟槽的方式来进行热量的隔离，通过薄膜生长的方式形成一定的绝缘层和隔热层，然后经过溅射、剥离、刻蚀的方式来形成加热电极和测试电极层，然后从正面进行刻蚀形成一定的绝热槽结构。这种正面体硅刻蚀的方法制备的微加热器由于制备工艺的限制，器件尺寸300μm～1000μm，且工艺难度较背面体硅刻蚀制备绝热槽的大。由上可见，两种微加热器的制备过程中，尺寸均较大，为几百到一千或以上微米的尺寸；两种微加热器均具有较大的功耗,正面体硅刻蚀工艺制备的微加热器大约20mW,背面体硅刻蚀工艺制备的微加热器70mW～80mW；另外，由于在加工过程中，主要还是采用了单面薄膜复合的方式来实现隔热层、绝缘层、加热电极层、测试电极层的制备，因此会由于薄膜层次太多，容易产生应力而造成器件失效。综上，两种微加热器均存在尺寸达到几百至上千微米，功耗大，薄膜应力大、厚度不够的缺陷，难以做到同时具备0小尺寸、低功耗、易于实现阵列化、机械强度高、产品良率高等方面优点

实用新型内容

通过上述描述过程中，可以总结出传统的微加热器具有如下缺点：通过正面体硅工艺制备的微加热器和通过背面体硅工艺制备的的微加热器尺寸均达到几百至上千微米，且结构保温性能不好，具有较大功耗；传统正面/背面体硅刻蚀工艺制备的微加热器，因制备过程中由于薄膜间应力而容易导致器件失效，无法同时实现保温隔热及机械强度大、产品良率高等优点；在工艺制备和封装过程中，正面体硅刻蚀技术制备微加热器的工艺难度较大，背面体硅刻蚀方法制备的微加热器在封装过程中因背面空腔结构容易产生损耗，两种微加热器均具有较低良率的特点。即，传统制备方法的微加热器具有尺寸大、功耗高、工艺难度大、良率低、薄膜应力大、机械强度低等缺点。