具有台阶状结构和真空腔体的微热板的制作方法

本实用新型涉及一种微热板，特别涉及一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板。

背景技术：

目前，现有的微热板具有敏感膜应力大、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、微气压计以及微加速度计等微器件等的发展和应用。

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悬空结构的绝热槽。微热板普遍采用的结构是：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，在衬底基底的下表面制备绝热槽。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绝热槽的工艺。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。除此之外，腔体非真空，绝热效果不理想，不仅影响器件的性能，同样还容易导致器件失效。

综上，现有技术中的微热板的悬空结构至少存在以下问题：(1)稳定性差，由于敏感膜应力控制不好容易变形破裂，导致器件失效；(2)隔热效果差，绝热槽间的空气间隔较大导致热量散失较快，影响隔热效果。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板，以克服现有技术的不足。

为实现前述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案包括：

本实用新型实施例提供了一种具有台阶状结构和低真空腔体的微热板，其包括：

第一基片，具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述第一表面上依次设置有第一隔热层、绝缘层、台阶状结构层、加热层和钝化层，所述加热层与电极电连接；

第二基片，具有第三表面，所述第三表面上设置有第二隔热层；

并且，至少是所述第一基片的第二表面与所述第二基片的第三表面密封结合而使所述第一基片与第二基片之间形成至少一真空腔体，所述真空腔体的壁上覆盖有绝热物质。

进一步的，所述真空腔体的局部壁体由所述第一隔热层和第二隔热层构成。

进一步的，所述电极穿过形成于所述钝化层上的开口并与所述加热层电性接触。

进一步的，所述微热板还包括环绕所述真空腔体设置的绝热槽，所述绝热槽内填充有绝热物质。

进一步的，所述凹槽结构的深度优选为50μm～500μm。

进一步的，在本实用新型中，前述真空腔体的真空度优选为10^-3Pa～100Pa。

进一步的，在本实用新型中，前述真空腔体的深度优选为10μm～300μm。

进一步的，在本实用新型中，前述第一基片或第二基片可以选用硅衬底，特别是单晶硅衬底。

进一步的，在本实用新型中，前述第一隔热层或第二隔热层可以为多孔硅隔热层。

进一步的，所述多孔硅隔热层的厚度优选为5μm～200μm，尤其优选为10μm～100μm，孔隙率为50％～90％。

进一步的，在本实用新型中，前述电极穿过形成于所述钝化层上的开口并与所述加热层电性接触。

进一步的，在本实用新型中，前述台阶状结构层的台阶深度优选为100nm～1000nm，宽度优选为1μm～50μm，间隙宽度优选为1μm～50μm。

进一步的，在本实用新型中，前述台阶状结构层的台阶形状包括圆环形或倒梯形等，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述绝热槽的深度优选为10μm～300μm。

进一步的，在本实用新型中，前述绝热物质包括多孔硅或者低热导聚合物等，且不限于此。例如，所述低导热聚合物包括聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷等。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层的厚度优选为100nm～500nm。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层包括TaAlN、多晶硅、W、TIN层中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述钝化层的厚度优选为100nm～2μm。

进一步的，在本实用新型中，前述钝化层包括SiN、SiO₂或聚酰亚胺层中的任一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层和钝化层均具有台阶结构。

优选的，前述台阶状结构层、加热层和钝化层均具有台阶状类弹簧结构。

与现有技术相比，本实用新型的优点包括：

(1)通过在单晶硅衬底等基片上设置台阶状结构层，并使加热层、钝化层等覆盖在台阶状结构层上，从而形成具有台阶状的薄膜结构，进而利用该具有台阶状的薄膜结构呈现出的类似弹簧的特性，可以有效缓冲所形成的微热板(如下简称器件)受到震动碰撞时的应力，防止绝缘层、加热层、钝化层等因为应力过大发生破裂，并还可以有效避免器件在温度急剧变化时出现绝缘层、加热层、钝化层变形翘曲等问题；

(2)通过在器件中形成低真空状态的真空腔体，可以显著降低热传导，有效减少热量损失，降低器件功耗，同时提高器件的稳定性。特别，通过将加热层设置在真空腔体正上方区域内，可以起到更好的保温隔热的效果，从而更好的提升器件性能；

(3)通过在器件中设置多个隔热层，不仅可以进一步提升器件工作时的热量散失，还可使之作为支撑层，进一步增强器件的结构强度，提高微热板的使用的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本实用新型典型实施例1中一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板整体结构示意图，其中绝热槽填充物为多孔硅的；

图2是本实用新型典型实施例2中一种绝热槽填充物为低导热聚合物具有台阶状结构和真空腔体的微热板整体结构示意图；

图3是本实用新型一典型实施例中在一种微热板的加工过程中于第一基片(上硅衬底)上形成凹槽结构的示意图；

图4是本实用新型一典型实施例中在一种微热板的加工过程中采用的第二基片(下硅衬底)的示意图；

图5是本实用新型一典型实施例3中台阶状结构为圆环形的示意图；

图6是本实用新型一典型实施例4中台阶状结构为倒梯形的示意图；

附图标记说明：1-上硅衬底；2-多孔硅层；3-绝热槽；4-绝缘层；5-台阶结构层；6-加热层；7-钝化层；8-开孔部，9-多孔硅绝热层；10-下硅衬底；11-真空腔体；12/12’-多孔硅材料。

具体实施方式

鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本实用新型的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。

本实用新型实施例的一个方面提供了一种具有台阶状结构和低真空腔体的微热板，其包括：

第一基片，具有第一表面和与第一表面相背对的第二表面，所述第一表面上依次设置有第一隔热层、绝缘层、台阶状结构层、加热层和钝化层，所述加热层与电极电连接；

第二基片，具有第三表面，所述第三表面上设置有第二隔热层；

并且，至少是所述第一基片的第二表面与所述第二基片的第三表面密封结合而使所述第一基片与第二基片之间形成至少一真空腔体，所述真空腔体的壁上覆盖有绝热物质。

其中，通过在所述真空腔体表面覆盖多孔硅等绝热物质，可以有效解决暴露在空气中的第一基片表面导致的热量损耗，进一步地降低功耗，增强微热板的加热性能。

进一步的，所述真空腔体的局部壁体由所述第一隔热层和第二隔热层构成。

进一步的，所述电极穿过形成于所述钝化层上的开口并与所述加热层电性接触。

进一步的，所述微热板还包括环绕所述真空腔体设置的绝热槽，所述绝热槽内填充有绝热物质。利用填充于绝热槽(亦可称为隔离槽)中的绝热物质，一方面可以增加分布于真空腔体上方的薄膜结构的强度，另外还可以达成加强热隔离的作用。

进一步的，所述绝热槽可形成于第一基片的主体与真空腔体之间。特别是使真空腔体的壁体由所述第一隔热层、第二隔热层以及填充于所述绝热槽内的绝热物质构成。

进一步的，所述凹槽结构的深度优选为50μm～500μm。

进一步的，在本实用新型中，前述真空腔体的深度优选为10μm～300μm。

本实用新型中，通过采用前述的具有低真空状态的真空腔体，可以显著降低所述微热板在工作过程中向外界的热传导，有效减少热量损失，降低功耗，同时提高微热板的稳定性。

进一步的，在本实用新型中，前述第一基片或第二基片可以选用硅衬底，特别是单晶硅衬底。

进一步的，在本实用新型中，前述第一隔热层或第二隔热层可以为多孔硅隔热层。

进一步的，所述多孔硅隔热层的厚度优选为5μm～200μm，尤其优选为10μm～100μm，孔隙率为50％～90％。

进一步的，在本实用新型中，前述电极穿过形成于所述钝化层上的开口并与所述加热层电性接触。

进一步的，在本实用新型中，前述台阶状结构层的台阶深度优选为100nm～1000nm，宽度优选为1μm～50μm，间隙宽度优选为1μm～50μm，以保证台阶状结构层能产生较好的减缓应力和提高强度的效果。

进一步的，在本实用新型中，前述台阶状结构层的台阶形状包括圆环形或倒梯形等，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述绝热槽的深度优选为10μm～300μm。

进一步的，在本实用新型中，前述绝热物质包括多孔硅或者低热导聚合物等，且不限于此。例如，所述低导热聚合物包括聚酰亚胺或聚二甲基硅氧烷等。

在本实用新型中，前述的多孔硅可以采用化学腐蚀工艺得到，其孔隙率优选为50％-90％。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层的厚度优选为100nm～500nm。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层的材质包括TaAlN、多晶硅、W、TIN中的任意一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述钝化层的厚度优选为100nm～2μm。

进一步的，在本实用新型中，前述钝化层的材质包括SiN、SiO₂或聚酰亚胺中的任一种或两种以上的组合，且不限于此。

进一步的，在本实用新型中，前述加热层和钝化层均具有台阶结构。

优选的，前述台阶状结构层、加热层和钝化层均采用具有台阶状类弹簧结构的薄膜。

本实用新型中，通过在微热板中形成前述的台阶状的薄膜结构，可以利用该具有台阶状的薄膜结构呈现出的类似弹簧的特性，有效缓冲所形成的微热板受到震动碰撞时的应力，增强绝缘层、加热层、钝化层等结构层的强度，防止其因为应力过大发生破裂，并有效避免器件在温度急剧变化时出现绝缘层、加热层、钝化层变形翘曲等问题。

在本实用新型的一较为具体的实施方案中，一种具有台阶状结构和低真空腔体的微热板可以包括：上硅衬底(单晶硅衬底，即前述第一基片)；多孔硅隔热层，形成于所述上硅衬底的上表面且具有一定深度；绝热槽；绝缘层，覆盖所述多孔硅隔热层的上表面；形成于绝缘层表面的台阶状结构层；加热层，设置于所述台阶状结构层的上表面；钝化层，覆盖所述加热层的上表面；下硅衬底(单晶硅衬底，即前述第二基片)，其上覆盖一层多孔硅结构，该下硅衬底通过真空键合方式月上硅衬底形成一个具有低真空的真空腔体，真空腔体的内壁被绝热物质覆盖，加热层位于真空腔体的正上方。

其中，通过使加热层位于所述真空腔体和绝缘层等的正上方区域内，可使得所述真空腔体能最大限度的减少热量散失以及绝热层能够更稳定地支撑加热层，同时还能保证充分的隔热效果。

其中，通过将加热层、钝化层覆盖在台阶状结构层的上表面，且将之均设计成类弹簧的台阶状，能有效缓冲微热板受到震动碰撞时的应力，防止加热层、钝化层等因为应力过大发生破裂，还可以有效避免微热板在温度变化较大时加热层、钝化层变形翘曲导致的加热层脱落。

其中，为了保证较好的应力控制，所述台阶状结构层的距离优选为20-100μm，宽度优选为300-1000nm，台阶间距优选为1-5μm。

其中，为了增强真空腔体的绝热效果，可以在真空腔体的外壁和/或内壁上形成多孔硅薄膜，且所述多孔硅薄膜的厚度优选为5μm～200μm。进一步的，为了增强真空腔体的绝热效果和降低热传导，可以使真空腔体内的真空度保持在10^-3Pa～100Pa范围内，即使之为低真空腔体。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

请参阅图1，该实施例的一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板包括：上硅衬底1；多孔硅层2，形成于该上硅衬底1表面且具有一定的厚度；绝热槽3，填充有多孔硅材料12；绝缘 层4，覆盖在所述多孔硅层2上；台阶状结构层5，设置于上述绝缘层4之上；加热层6，覆盖在台阶状结构层5上；钝化层7，覆盖在加热层6上；开孔部8；下硅衬底10；多孔硅绝热层9，覆盖在下硅衬底10上。下硅衬底10、多孔硅绝热层9、上硅衬底1、多孔硅层2及绝热槽3围合形成一真空腔体11。

其中所述加热层6位于所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5的正上方区域内，使得所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5能够更稳定地支撑加热层，有效防止微热板(简称器件)受到震动碰撞时因为没有有效支撑而发生的破裂。同时，前述台阶状结构还可以有效减缓微热板在使用碰撞时或温度急剧变化时产生的应力，避免导致加热层因变形翘曲而导致的破裂脱落，有效提高器件使用期间的稳靠性和使用寿命，同时所述加热层6位于所述真空腔体11的正上方区域内，还能保证良好的隔热效果

所述台阶状结构减缓应力和提高强度的效果与其材料的选择、宽度及台阶间距有关。在保证工艺实现的前提下，台阶越深、宽度越小、间距越小，减缓应力和提高强度效果越好。

为了保证台阶状结构层能产生较好的支撑强度和绝热效果，所述台阶状结构层5的下表面覆盖一层多孔硅层2，其厚度为100um，孔隙率为50％。

为了保证台阶状结构具有较好的减缓应力和提高强度的效果，所述台阶状结构层的台阶深度可以为100nm～1000nm，台阶间隙可以为500nm，宽度可以为1μm～50μm，本实施例中台阶间隙优选为1μm，台阶宽度优选为1μm。

请再次参阅图1，为了增强绝热槽3的保温隔热效果，所述绝热槽3里填充多孔硅或者低热导聚合物，四周的绝热槽深度为100μm，前述多孔硅的孔隙率约为50％。

由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述多孔硅层2上设置绝缘层4，绝缘层可以为氮化硅/氧化硅薄膜，厚度为50nm。

所述加热层6可以是TaAlN薄膜，厚度为100nm。

所述加热层6也可以是多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等，但不限于此。

同样的，由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述加热层6上设置钝化层7，所述钝化层可以是SiN，厚度为100nm。

优选的，所述钝化层7也可以SiO₂/聚酰亚胺。

为了便于加热层引线，还可以在所述上钝化层7边缘加工出开口部8，用以容置加热电极。

为了便于形成绝热的真空腔体，优选在下硅衬底10上制备多孔硅层(即前述多孔硅绝热层9)，所述多孔硅绝热层9的厚度为50μm，孔隙率为50％。下硅衬底优选为硅片(特别是单晶硅衬底)，厚度为500μm。

请参阅图1、图3和图4，本实施例微热板的加工方法可以包括以下步骤：

S1、在上硅衬底1的上表面制备多孔硅层2；

S2、在上述单晶硅衬底1四周制备绝热槽3，采用多孔硅材料12填充；

S3、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备绝缘层4；

S4、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备台阶状结构层5；

S5、在制备好的台阶状结构层5的上表面制备加热层6，所述加热层6位于所述台阶状结构层5正上方区域；

S6、在制备好的加热层6的上表面，按照步骤S3的方法制备钝化层7；

S7、为了便于加热层引线，可以在步骤S6中制备所述钝化层时在其边缘保留缺口形成开口部8；

S8、上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构；

S9、下硅衬底表面多孔硅(多孔硅绝热层9)的制备；

S10、上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体；

优选的，所述上硅衬底1的尺寸可以为2～12寸，并可以采用单晶硅衬底。

所述的方法还包括：在所述S1步骤前，利用浓硫酸对上硅衬底1煮10～30分钟、之后用去离子水等溶液对所述上硅衬底1进行清洗，然后用氮气吹干。

为了保证较好的隔热效果，所述S1步骤中多孔硅层2的厚度为100μm，孔隙率为50％，采用湿法腐蚀的方法制备。

所述步骤S2中的制备所述绝热槽3的方法为干法刻蚀，具体为：先用光刻胶定义出沟槽的位置及形状，再用干法刻蚀工艺制作出沟槽，沟槽内用多孔硅填充。

为了增强加热层的绝缘效果，所述步骤S2步骤之后，还包括：在制备好的绝热槽3的表面制备二氧化硅薄膜4作为绝缘层；制备二氧化硅薄膜的方法为热氧化方法，且所述二氧化硅薄膜的厚度为50nm；具体过程为：将具有所述绝热槽3的上硅衬底1上使用磁控溅射沉积一层二氧化硅。

所述步骤S4中，制备所述台阶状结构层5时，所述台阶状结构层5落在所述绝缘层4正上方区域内，使得所述台阶状结构能够更稳定地支撑加热层6，有效减缓防器件受到震动碰撞或温度急剧变化时产生的比较大的应力，防止发生破裂。

为了保证安全，在所述上硅衬底1及所述加热层6上设置钝化层7，步骤S6中制备钝化层7的方法为：在所述上硅衬底1及所述加热层6上磁控溅射沉积一层SiN，厚度可以为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺。

为了减少热量散失，在制备真空腔体11的过程中，可以通过步骤S8将上硅衬底背面刻蚀形成空腔(即前述凹槽结构)，如图3所示，刻蚀可通过湿法腐蚀和干法等离子刻蚀。进而，可以通过步骤S9湿法腐蚀在下硅衬底10上形成多孔硅。可以通过步骤S10将上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成低真空的真空腔体11，该真空腔体的真空度为10^-3Pa，可以显著的强化热绝缘，降低热传导。

实施例2

请参见图2，该实施例的一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板包括：上硅衬底1；多孔硅层2，形成于上硅衬底上1表面且具有一定的厚度；绝热槽3，用低导热聚合物12’填充；绝缘层4，覆盖在所述多孔硅层2上；台阶状结构层5，设置于绝缘层4之上；加热层6，覆盖在台阶状结构层5上；钝化层7，覆盖在加热层6上；开口部8；下硅衬底10；多孔硅绝热层9，覆盖在下硅衬底10上；真空腔体11。

其中所述加热层6位于所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5的正上方区域内，使得所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5能够更稳定地支撑加热层，有效防止器件受到震动碰撞时因为没有有效支撑而发生的破裂，台阶状结构还可以有效减缓微热板在使用碰撞时或温度急剧变化时产生的应力，避免导致因加热层变形翘曲导致的破裂脱落，有效提高使用期间的稳靠性和使用寿命；同时，所述加热层6位于所述真空腔体11的正上方区域内，还能保证充分的隔热效果

在本实用新型中，所述的台阶状结构减缓应力和提高强度的效果与其材料的选择、宽度及台阶间距有关。在保证工艺实现的前提下，台阶越深、宽度越小、间距越小、减缓应力和提高强度效果越好。

为了保证台阶状结构层能产生较好的支撑强度和绝热效果，所述台阶状结构层5的下表面覆盖一层多孔硅层2，厚度为50μm，孔隙率为60％。

为了保证台阶状结构层较好的减缓应力和提高强度的效果，所述台阶状结构层的台阶深度为100nm～1000nm，本实施例台阶间隙为500nm。宽度：1μm～50μm，本实施例台阶间隙为10μm，间隙宽度：1μm～50μm，本实施例台阶宽度为10μm。

再请参见图2，为了增强绝热槽3的保温隔热效果，所述绝热槽3里填充低导热聚合物12’，绝热槽深度10μm～300μm，多孔硅厚度可以为100μm，孔隙率为50％。

由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，在所述多孔硅层2上设置绝缘层4，该绝缘层可以为氮化硅/氧化硅薄膜，厚度可以为50nm。

所述加热层6可以是Pt薄膜，厚度为200nm。可选的，所述加热层6也可以多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等，但不限于此。

同样的，由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述加热层6上设置钝化层7，所述钝化层可以是SiN，厚度为100nm。可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺。

为了便于加热层引线，可以在所述上钝化层7边缘加工形成开口部8，用以容置加热电极。

为了便于形成绝热真空腔体，可以在下硅衬底层10上覆盖一层多孔硅绝热层9，其厚度为50μm，多孔硅孔隙率为50％。其中下硅衬底为硅片(特别是单晶硅衬底)，厚度为500μm。

前述微热板的加工方法包括以下步骤：

S1、在上硅衬底1的上表面制备多孔硅层2；

S2、在上述单晶硅衬底1四周挖绝热槽3，采用低导热聚合物12’填充；

S3、在具有所述多孔硅层的上硅衬底1的上表面制备绝缘层4；

S4、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备台阶状结构层5；

S5、在制备好的台阶状结构层5的上表面制备加热层6，所述加热层6位于所述台阶状结构层正上方区域内；

S6、在制备好的加热层6的上表面，按照步骤S3的方法制备钝化层7；

S7、可以在步骤S6中制备所述钝化层时在其边缘保留缺口形成开口部8；

S8、在上硅衬底背面刻蚀形成空腔(即前述凹槽结构)；

S9、下硅衬底表面多孔硅(多孔硅绝热层9)的制备；

S10、上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体；

可选的，所述上硅衬底1的尺寸可以为2～12寸，并可以是单晶硅衬底。

所述的方法还包括：在所述S1步骤前，利用浓硫酸对上硅衬底(单晶硅衬底)1煮10～30分钟、之后用去离子水等溶液对所述上硅衬底1进行清洗，然后用氮气吹干。

为了保证较好的隔热效果，所述S1步骤中多孔硅层2的厚度为100μm，孔隙率为50％，采用湿法腐蚀的方法制备。

所述步骤S2中的制备所述绝热槽3的方法为干法刻蚀，具体为：先用光刻胶定义出沟槽的位置及形状，再用干法刻蚀工艺制作出沟槽，沟槽内用多孔硅填充。

为了增强加热层的绝缘效果，所述步骤S2步骤之后，还包括：在制备好的绝热槽3的表面制备二氧化硅薄膜作为绝缘层。制备二氧化硅薄膜的方法为热氧化方法，且所述二氧化硅薄膜的厚度为50nm。具体过程为：将具有所述绝热槽3的上硅衬底1上使用磁控溅射沉积一层二氧化硅。

所述步骤S4中，制备所述台阶状结构层5时，所述台阶状结构层5落在所述绝缘层4正上方区域内，使得所述台阶状结构能够更稳定地支撑加热层6，有效减缓防器件受到震动碰撞或温度急剧变化时产生的比较大的应力，防止发生破裂。

为了保证安全，在所述上硅衬底1及所述加热层6上设置钝化层7。步骤S6中制备钝化层7的方法为：在所述上硅衬底1及所述加热层6上磁控溅射沉积一层SiN，厚度为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺。

所述步骤S5中制备所述加热层的方法为：在所述下绝缘层上沉积一层TaAlN薄膜，在TaAlN薄膜上匀胶光刻定义出加热层的形状及位置作为阻挡层，利用离子反应刻蚀去掉多余的TaAlN薄膜得到TaAlN薄膜加热丝层，所述TaAlN薄膜加热丝层的厚度为100nm。

可选的，所述加热层6多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等。

可选的，为了减少热量散失，在制备真空腔体11的过程中，可以通过将上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构，如图3所示，刻蚀可通过湿法腐蚀和干法等离子刻蚀，通过湿法腐蚀在下硅衬底10上形成多孔硅，通过将上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体11，真空腔体真空度为10^-3Pa可以显著的强化热绝缘，降低热传导。

实施例3

请参见图1或图2以及图5，该实施例的一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板包括：上硅衬底1；2多孔硅层2，形成于上述加热芯片上硅衬底上1表面且具有一定的厚度；绝热槽3，用多孔硅填充；绝缘层4，覆盖在所述多孔硅层2上；台阶状结构层5，设置于上述绝缘层 4之上；加热层6，覆盖在台阶状结构层5上；钝化层7，覆盖在加热层6上；开口部8；下硅衬底10；多孔硅绝热层9，覆盖在下硅衬底10上，真空腔体11。

所述加热层6位于所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5的正上方区域内，使得所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5能够更稳定地支撑加热层，有效防止器件受到震动碰撞时因为没有有效支撑而发生的破裂，台阶状结构还可以有效减缓微热板在使用碰撞时或温度急剧变化时产生的应力，避免导致因加热层变形翘曲导致的破裂脱落。有效提高使用期间的稳靠性和使用寿命，同时，所述加热层6位于所述真空腔体11的正上方区域内，还能保证充分的隔热效果

在本实用新型中，所述的台阶状结构减缓应力和提高强度的效果与其材料的选择、宽度及台阶间距有关。在保证工艺实现的前提下，台阶越深、宽度越小、间距越小、减缓应力和提高强度效果越好。请参见图5，该实施例中的台阶形状结构层5可以包括多个由外向内渐变缩小的圆环状台阶。

为了保证台阶状结构层能产生较好的支撑强度和绝热效果，所述台阶状结构层5的下表面覆盖一层多孔硅层2，其厚度为100μm，孔隙率为50％。

为了保证台阶状结构层较好的减缓应力和提高强度的效果，所述台阶状结构层的台阶深度为500nm，宽度为1μm。

请参见图1或图2，为了增强绝热槽3的保温隔热效果，所述绝热槽3里填充多孔硅12或者低导热聚合物12’，绝热槽的深度10μm～300μm，多孔硅的厚度为100μm，孔隙率为50％。

由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，在所述多孔硅层2上部设置绝缘层4。绝缘层为二氧化硅，厚度为50nm。

所述加热层6是TaAlN薄膜，厚度为100nm。

可选的，所述加热层6也可以多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等。

同样的，由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述加热层6上设置钝化层7，所述钝化层可以是SiN，厚度为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺。

为了便于加热层引线，所述上钝化层7边缘可设置开口部8，以容置加热电极。

为了便于形成绝热真空腔体，可以在下硅衬底10上制备多孔硅绝热层9，其厚度为50μm，孔隙率为50％。下硅衬底为硅片(特别是单晶硅衬底)，厚度为500μm。

前述微热板的加工方法包括以下步骤：

S1、在上硅衬底1的上表面制备多孔硅层2；

S2、在上述上硅衬底1四周挖绝热槽3，采用多孔硅12或低导热聚合物12’填充；

S3、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备绝缘层4；

S4、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备台阶状结构层5；

S5、在制备好的台阶状结构层5的上表面制备加热层6，所述加热层6位于所述台阶状结构层正上方区域内；

S6、在制备好的加热层6的上表面，按照步骤S3的方法制备钝化层7；

S7、优选的，为了便于加热层引线，可以在步骤S6中制备所述钝化层时在其边缘保留缺口形成开口部8；

S8、上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构；

S9、下硅衬底表面多孔硅绝热层9的制备；

S10、上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体；

可选的，所述上硅衬底1的尺寸可以为2～12寸，并可以采用单晶硅衬底。

所述的方法还包括：在所述S1步骤前，利用浓硫酸对上硅衬底1煮10～30分钟、之后用去离子水等溶液对所述上硅衬底1进行清洗，然后用氮气吹干。

为了保证较好的隔热效果，所述S1步骤中多孔硅层2的厚度为100μm，孔隙率为50％；采用湿法腐蚀的方法制备。

所述步骤S2中的制备所述绝热槽3的方法为干法刻蚀，具体为：先用光刻胶定义出沟槽的位置及形状，再用干法刻蚀工艺制作出沟槽，沟槽内用多孔硅填充。

为了增强加热层保绝缘效果，所述步骤S2步骤之后，还包括：在制备好的绝热槽3的表面制备二氧化硅薄膜；制备二氧化硅薄膜的方法为热氧化方法，且所述二氧化硅薄膜的厚度为50nm；具体过程为：将具有所述绝热槽3的上硅衬底1使用磁控溅射沉积一层二氧化硅。

所述步骤S4中，制备所述台阶状结构层5时，所述台阶状结构层5落在所述绝缘层4正上方区域内，使得所述台阶状结构能够更稳定地支撑加热层6，有效减缓防器件受到震动碰撞或温度急剧变化时产生的比较大的应力，防止发生破裂。

为了保证安全，在所述上硅衬底1及所述加热层6上设置钝化层7，由于二氧化硅具有较好的绝缘性能，可以用做绝缘层；步骤S6中制备钝化层7的方法为：在所述上硅衬底1及所述加热层6上磁控溅射沉积一层SiN，厚度为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺。

所述步骤S5中制备所述加热层的方法为：在所述下绝缘层上沉积一层TaAlN薄膜，在TaAlN薄膜上匀胶光刻定义出加热层的形状及位置作为阻挡层，利用离子反应刻蚀去掉多余的TaAlN薄膜得到TaAlN薄膜加热丝层，所述TaAlN薄膜加热丝层的厚度为100nm。

可选的，所述加热层6也可以是多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等。

可选的，为了减少热量散失，在制备真空腔体11的过程中，可以通过将上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构，如图3所示，刻蚀可通过湿法腐蚀和干法等离子刻蚀，通过湿法腐蚀在下硅衬底10上形成多孔硅，通过将上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成低真空腔体11，真空腔体真空度为10^-3Pa。

实施例4

请参见图1或图2以及图6，该实施例的一种具有台阶状结构和真空腔体的微热板包括：上硅衬底1；多孔硅层2，形成于上述加热芯片上硅衬底上1表面且具有一定的厚度；绝热槽3，用低导热聚合物填充；绝缘层4，覆盖在所述多孔硅层2上；台阶状结构层5设置于上述绝缘层4之上；加热层6覆盖在台阶状结构层5上；钝化层7，覆盖在加热层6上；开口部8；下硅衬底10；多孔硅绝热层9，覆盖在下硅衬底10上；真空腔体11。

所述加热层6位于所述多孔硅层2、绝缘层4以及台阶状结构层5的正上方区域内，使得所述多孔硅层2，绝缘层4以及台阶状结构层5能够更稳定地支撑加热层，有效防止器件受到震动碰撞时因为没有有效支撑而发生的破裂，台阶状结构还可以有效减缓微热板在使用碰撞时或温度急剧变化时产生的应力，避免导致因加热层变形翘曲导致的破裂脱落。有效提高使用期间的稳靠性和使用寿命，同时，所述加热层6位于所述真空腔体11的正上方区域内，还能保证充分的隔热效果

在本实用新型中，所述的台阶状结构减缓应力和提高强度的效果与其材料的选择、宽度及台阶间距有关。在保证工艺实现的前提下，台阶越深、宽度越小、间距越小、减缓应力和提高强度效果越好。请参见图4，该实施例中的所述台阶形状结构5包括多个由外向内渐变缩小的回状台阶

为了保证台阶状结构层能产生较好的支撑强度和绝热效果，所述台阶状结构层5的下表面覆盖一层多孔硅层2厚度5μm～200μm，孔隙率为50％-90％。本实施例多孔硅厚50μm，孔隙率为60％。

为了保证台阶状结构层较好的减缓应力和提高强度的效果，所述台阶状结构层的台阶深度为100nm～1000nm，宽度为1μm～50μm，间隙宽度为1μm～50μm。优选的，前述台阶间隙为10μm，台阶宽度为10μm。

请参见图1或图2，为了增强绝热槽3的保温隔热效果，可以在所述绝热槽3里填充多孔硅12或者低导热聚合物12’，绝热槽深度10μm～300μm，其中多孔硅的厚度可以为100μm，孔隙率为50％。

由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述多孔硅层2上设置绝缘层4。绝缘层可以为氮化硅/氧化硅薄膜，厚度50nm～500nm。优选的，绝缘层厚度为50nm。

所述加热层6是Pt薄膜，厚度为200nm。

可选的，所述加热层6也可以是多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等。

同样的，由于加热层一般电导率较高，为了保证安全，优选在所述加热层6上设置钝化层7，所述钝化层可以是SiN，厚度为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以SiO2/聚酰亚胺。

为了便于加热层引线，所述上钝化层7边缘可设置开口部8，以容置加热电极。

为了便于形成绝热真空腔体，可以下硅衬底层10上覆盖一层多孔硅绝热层9，其厚度可以为50μm，孔隙率为50％。下硅衬底为硅片(特别是单晶硅衬底)，厚度为500μm。

该微热板的加工方法包括以下步骤：

S1、在上硅衬底1的上表面制备多孔硅层2；

S2、在上述上硅衬底1四周挖绝热槽3，采用多孔硅12或者低导热聚合物12’等填充；

S3、在具有所述多孔硅层的上硅衬底1的上表面制备绝缘层4；

S4、在具有所述多孔硅层2的上硅衬底1的上表面制备台阶状结构层5；

S5、在制备好的台阶状结构层5的上表面制备加热层6，所述加热层6位于所述台阶状结构层正上方区域内；

S6、在制备好的加热层6的上表面，按照步骤S3的方法制备钝化层7；

S7、为了便于加热层引线，可以在步骤S6中制备所述钝化层时在其边缘保留缺口形成开口部8；

S8、上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构；

S9、下硅衬底表面多孔硅(多孔硅绝热层9)的制备；

S10、将上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体；

可选的，所述上硅衬底1的尺寸可以为2～12寸。

所述的方法还包括：在所述S1步骤前，利用浓硫酸对上硅衬底(单晶硅衬底)1煮10～30分钟、之后用去离子水等溶液对该单晶硅衬底进行清洗，然后用氮气吹干。

为了保证较好的隔热效果，所述S1步骤中多孔硅层2的厚度为100μm，孔隙率为50％；可以采用湿法腐蚀的方法制备。

所述步骤S2中的制备所述绝热槽3的方法为干法刻蚀；具体为：先用光刻胶定义出沟槽的位置及形状，再用干法刻蚀工艺制作出沟槽，沟槽内用多孔硅填充。

为了增强加热层保绝缘效果，所述步骤S2之后，还包括：在制备好的绝热槽3的表面制备二氧化硅薄膜4作为绝缘层，制备二氧化硅薄膜的方法为热氧化方法，且所述二氧化硅薄膜的厚度为50nm；具体过程为：将具有所述绝热槽3的上硅衬底1使用磁控溅射沉积一层二氧化硅。

所述步骤S4中，制备所述台阶状结构层5时，所述台阶状结构层5落在所述绝缘层4正上方区域内，使得所述台阶状结构能够更稳定地支撑加热层6，有效减缓防器件受到震动碰撞或温度急剧变化时产生的比较大的应力，防止发生破裂。

为了保证安全，在所述上硅衬底1及所述加热层6上设置钝化层7；步骤S6中制备钝化层7的方法为：在所述上硅衬底1及所述加热层6上磁控溅射沉积一层SiN，厚度为100nm。

可选的，所述钝化层7也可以是SiO₂/聚酰亚胺等。

所述步骤S5中制备所述加热层的方法为：在所述下绝缘层上沉积一层TaAlN薄膜，在TaAlN薄膜上匀胶光刻定义出加热层的形状及位置作为阻挡层，利用离子反应刻蚀去掉多余的TaAlN薄膜得到TaAlN薄膜加热丝层，所述TaAlN薄膜加热丝层的厚度为100nm。

可选的，所述加热层6也可以是多晶硅/W/TiN/Mo/Pt等。

可选的，为了减少热量散失，在制备真空腔体11的过程中，可以通过将上硅衬底背面刻蚀形成凹槽结构，如图3所示，刻蚀可通过湿法腐蚀和干法等离子刻蚀，通过湿法腐蚀在下硅衬底10上形成多孔硅绝热层9。通过将上硅衬底和下硅衬底真空键合，形成真空腔体11，真空腔体的真空度10^-3Pa，可以显著的强化热绝缘，降低热传导。

应当理解，上述实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。