加热电极埋入式MEMS器件及其制备方法与流程

本发明属于电子材料与元器件技术领域，具体涉及一种加热电极埋入式mems器件

背景技术：

现有技术中，mems气体传感器的加热电极与测试电极通常在基底层表面平行排布，通过表面沉积介质膜进行绝缘。构成电极的金属丝通常为pt、au等贵金属，或者是贵金属与其它金属的合金。通过采用磁控溅射或电子束蒸发等工艺使此类金属图形化，形成电极。但是在制备金属电极时，若金属镀膜溅射角度或者蒸发角度较大，使用所述工艺剥离后的金属会存在剥离不洁的情况，导致金属残留和毛刺，从而引起气体传感器的电极短路。当该层电极上沉积介质膜后，残留的金属毛刺会穿透介质膜与上层电极接触，导致气体传感器的测试电极与加热电极间的短路。因此，使用磁控溅射或电子束蒸发等工艺制备电极金属丝时，需要调整蒸发或者溅射角度，这会导致制备过程耗时长、成本高、效率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种加热电极埋入式mems器件和制造方法，能够起到很好的电学隔离作用。可以解决溅射或蒸发角度较大、金属丝在不完全剥离时形成的金属残留所导致的电极间短路问题，有效防止加热电极自身发生短路，以及加热电极与测试电极间漏电。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种加热电极埋入式mems器件，包括基底，其特征在于，所述基底上沉积有第一介质膜，所述第一介质膜上设有凹槽，加热电极设于所述凹槽中，所述加热电极上覆盖有带有接触孔的第二介质膜，所述加热电极通过所述接触孔与外接电源相连，所述第二介质膜上设有测试电极，且所述加热电极与测试电极通过第二介质膜完全隔离。

进一步地，凹槽的深度大于所述加热电极的厚度。

进一步地，第二介质膜设在所述凹槽中，且所述第二介质膜覆盖在所述凹槽上。

进一步地，基底与第一介质膜之间还设有隔离层，隔离层由绝缘材料制成。

进一步地，第一介质膜和第二介质膜由热膨胀系数相同的绝缘材料制成。

进一步地，第一介质膜和第二介质膜均包括sio2和/或sin层。

进一步地，基底由si或soi制成。

针对发明所提供的加热电极埋入式mems器件还提出其制备方法，包括下述步骤：

步骤1：制备基底；

步骤2：首先于所述基底上沉积第一介质膜；

步骤3：之后于所述第一介质膜中刻蚀凹槽；

步骤4：其次于所述凹槽中制备加热电极；

步骤5：然后于所述加热电极表面沉积第二介质膜，使之完全覆盖所述加热电极；

步骤6：接着光刻刻蚀第二介质膜，切除边缘多余部分，并使所述第二介质膜上形成接触孔；

步骤7：随后于第二介质膜表面制备测试电极；

步骤8：最后形成背腔，得到加热电极埋入式mems器件，即得。

进一步地，步骤2中，凹槽的深度大于所述加热电极的厚度。

进一步地，步骤2中还包括于基底与第一介质膜之间沉积隔离层的步骤。

本发明的有益效果在于：本发明的加热电极埋入式mems器件及其制备方法可以有效减少电极金属丝在不完全剥离时，水平和垂直方向上产生的金属残留，起到很好的电学隔离作用，防止电极金属丝不完全剥离造成的加热电极自身短路，以及加热电极与测试电极间漏电的问题，使本发明的mems器件获得良好的性能，提高了成品率。并且介质膜的厚度可调，加工精度可达数微米，能满足高精度的制备要求，工艺简单、重复性好、成本较低，有利于批量化生产和工业化应用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附

图详细说明如后。

附图说明

图1为现有技术的mems器件的结构示意图。

图2为利用本发明所制备的mems器件的工艺流程图。

图2a为制备si/soi基底的示意图。

图2b为基底上制备第一介质膜sio2/sin的示意图。

图2c为继续沉积第一介质膜sio2的示意图。

图2d为光刻刻蚀第一介质膜形成凹槽的示意图。

图2e为凹槽中制备加热电极的示意图。

图2f为加热电极表面沉积第二介质膜，且填充凹槽的示意图。

图2g为光刻刻蚀第二介质膜边缘同时形成接触孔的示意图。

图2h为沉积第二层介质膜的示意图。

图2i为第二层介质膜上光刻和刻蚀形成接触孔的示意图。

图2j为第二介质膜上制备测试电极的示意图。

图2k为光刻刻蚀基底形成背腔的示意图。

其中，0为基底，1为第一介质膜，2为第二介质膜，3为加热电极，4为测试电极，5为背腔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明的加热电极埋入式mems器件的制备方法，包括以下顺序步骤：

步骤1如图2a所示：采用si或soi制备基底0。

步骤2如图2b、2c、2d所示：首先于基底0上沉积第一介质膜1：先沉积sio2或者sin层，之后再沉积sio2层，其中后沉积的sio2层的厚度大于先沉积的层的厚度；然后光刻刻蚀第一介质膜1形成凹槽。

步骤3如图2e所示：其次于凹槽表面使用liftoff或者干法刻蚀工艺制备加热电极，刻蚀凹槽的深度大于加热电极的厚度。这样处理使得加热电极完全埋于凹槽中，便于后续器件的加工。

步骤4如图2f、2g、2h所示：然后于加热电极表面沉积第二介质膜2，第二介质膜2由sin制成；通过光刻和刻蚀工艺将加热电极3表面覆盖的第二介质膜2保留，刻蚀掉其余部分,并形成接触孔；继续沉积第二介质膜2，使之完全覆盖凹槽。其中，第二介质膜2与第一介质膜1由热膨胀系数相同的材料制成，以解决加热过程中介质膜材料开裂引发的电极短路问题。

步骤5如图2i所示：接着光刻刻蚀第二介质膜2，使之形成接触孔，加热电极通过接触孔与外接电源相连，以形成加热通路。

步骤6如图2j所示：之后于第二介质膜2表面沉积金属，使用光刻和liftoff工艺或者光刻和刻蚀工艺制备测试电极4。

步骤7如图2k所示：最后利用干法深硅工艺或者湿法腐蚀工艺于基底背面形成背腔5，得到本发明的器件单元。背腔5结构使得每个加热单元悬空，防止热量散失，增加检测精度。

综上，本发明的加热电极埋入式mems器件及其制备方法可以有效减少电极金属丝在不完全剥离时，水平和垂直方向上产生的金属残留，起到很好的电学隔离作用，防止电极金属丝不完全剥离造成的加热电极自身短路，以及加热电极与测试电极间漏电的问题，使所述mems器件获得良好的性能，提高了成品率。并且介质膜的厚度可调，加工精度可达数微米，能满足高精度的制备要求，工艺简单、重复性好、成本较低，有利于批量化生产和工业化应用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。