专利名称：一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器及其制作方法，属于微电 子机械系统(MEMS)领域。
背景技术：
随着微加工技术的不断发展，基于MEMS工艺的微型加热器已开始在气体探测，环 境监控和红外光源等领域广泛应用。由于应用的不断推广和深入，对微型加热器的低功耗、 低成本、高性能、高可靠的要求也日益强烈。如何制作出低功耗高性能的加热器一直是本领 域内技术人员追求的目标。目前基于硅衬底的微型加热器从支撑膜结构来分，主要有两种类型，分别是封闭 膜式(closed membrane type)禾口悬膜式(suspended membrane type)。封闭膜式微型 加热器的支撑膜边界都与衬底框架相连，通过背面体硅加工技术腐蚀衬底硅实现加热膜 区的释放，如 M. Gall，The Si-planar-pellistor :alow_power pellistor sensor in Si thin-film technology, Sensors and Actuators B，Vol. 4 (1991)，pp. 533-538。悬膜式微 型加热器通常利用数条长条形支撑悬臂梁把中心加热膜区与衬底框架相连，利用正面体硅 力口工技术实现力口热膜区的释放，如 Michael Gaitan, et. al，Micro—hotplate devices and methods for theirfabrication,US Patent NO. 5，464，966。随着十多年的发展，为了满足 不同需求，封闭膜式的微型加热器和悬膜式的微型加热器的加热膜区出现了很多种形状， 如圆形，矩形，长条形，或者多边形等。但不管是哪一种形状，这些加热膜区都是平面型的， 是一种二维结构。然而在某些领域内应用时这种平面式加热膜区的微型加热器却有一些不足。比 如，作为红外光源时，平面式加热器的热量分散，受气流的影响较大。用于催化燃烧原理的 气体传感器时，催化剂在平面式加热器的中心膜区的覆盖率不高，且加热效率较低，影响了 传感器的灵敏度。因此，如何设计一种低功耗、高加热效率和高性能的加热器是解决这些问 题的关键。本发明拟提供一种利用硅各向异性湿法腐蚀工艺制作的具有凹槽形加热膜区的 三维微型加热器，基于喷胶光刻的剥离工艺解决了在凹槽内部制作加热电阻丝的难题。所 制作的微型加热器由于其独特的三维结构使得热量更加集中，具有功耗低，机械强度高等 优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器及其制作方 法，从而解决目前平面型微型加热器在某些应用领域的局限性。本发明利用硅各向异性湿法液腐蚀衬底硅形成横截面呈“V”字形或倒梯形结构的 凹槽，通过在该凹槽内沉积介质层复合膜形成横截面呈“V”字形或倒梯形的凹槽形加热膜 区，加热电阻丝以折线的形式排布在凹槽形加热膜区的内部，干法刻蚀定义出加热膜区和支撑悬梁的形状，释放后的加热膜区由支撑悬梁支撑并悬浮在衬底之上。本发明仅需要三块光刻板就能实现所述的结构，且凹槽结构是由硅各向异性湿法 腐蚀形成，因此工艺简单，成本低廉。凹槽的表面平整度很好，深度也可以通过控制腐蚀时 间来控制，由此制作的凹槽形加热膜区不仅在结构上易于控制而且机械强度高。综上所述，本发明提供的一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器的结构特征 在于横截面呈“V”字形或倒梯形的凹槽形加热膜区通过支撑悬梁与衬底框架相连，加热电 阻丝以折线形式排布在加热膜区凹槽的内部并通过支撑悬梁上的引线与衬底框架上的电 极相连，加热膜区和支撑悬梁下方是采用硅各向异性湿法腐蚀形成的隔热腔体。其中，1.加热膜区是横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽，凹槽的开口(腐蚀窗 口)是棱边均沿着<110>方向的矩形，凹槽是利用硅各向异性湿法腐蚀形成的。2.支撑悬梁的一端与衬底框架相连，另一端与凹槽形的加热膜区相连，支撑悬梁 以加热膜区为中心对称排布；所述的支撑悬梁为二根或四根。3.以折线的形式排布在加热膜区的凹槽内部的加热电阻丝可以只排布在底部或 只排布在侧部，也可以同时排布在底部和侧部。4.引线排布在任意两个支撑悬梁上并连接加热膜区内的加热电阻丝和衬底框架 上的电极。5.隔热腔体由硅各向异性湿法腐蚀形成，位于加热膜区和支撑悬梁的下方，隔热 腔体使得加热膜区在支撑悬梁的支撑下悬浮在衬底之上。本发明的另一目的在于提供一种所述的具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器 的制作方法，具体制作步骤如下1.衬底选择。衬底仅限于(100)面的硅片。2.制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口。首先选用普通N型或P型(100)硅片， 采用热氧化、低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法在硅 片表面形成一层厚度在0. 1-3.0微米之间的氧化硅薄膜。然后进行光刻制作出窗口图形， 在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀(RIE)或离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的氧 化硅，形成正面腐蚀窗口，如图3(a)所示。3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用硅各向 异性腐蚀液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出横截面呈“V”字形或倒梯形结构的 凹槽，凹槽深度在5-150微米之间，如图3(b)所示。腐蚀液有多种选择，比如Κ0Η(氢氧化 钾)，TMAH(四甲基氢氧化铵)，或者EPW(乙二胺，邻苯二酚和水)等。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。介质层薄膜是由氧化硅和氮化 硅组成的多层复合膜，如图3(c)所示。氧化硅可以通过热氧化、低压化学气相沉积(LPCVD) 或等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备，单层厚度在0.2-1.0微米之间。氮化硅 可以通过低压化学气相沉积(LPCVD)或等离子增强化学气相沉积(PECVD)的方法制备，单 层厚度在0. 2-1. 0微米之间。介质层的总厚度在0. 4-5. 0微米之间。5.制作加热电阻丝，引线和电极。有两种工艺，一种是剥离工艺(lift-off)，另一 种是电镀工艺(electroplating)。采用剥离工艺的制作方法为喷胶光刻(光刻胶厚度为 1-10微米)定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，然后溅射一层0. 2-2. 0微米厚的钛钼， 最后丙酮去胶后形成了加热电阻丝，引线和电极。采用电镀工艺的制作方法为溅射金属
5种子层(如钛钼、钛金、钼、金、钛钨/金、钛钨/钼)，使得介质层表面均覆盖有金属种子 层。喷胶光刻(光刻胶厚度为1-10微米)定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，电镀一 层0.2-2微米厚的金属钼。最后去除光刻胶和种子层即可。制作好的加热电阻丝，引线和 电极如图3(d)所示。6.制作介质层薄膜的释放窗口。根据支撑悬梁的方向不同可以分为两类一类 是支撑悬梁的方向与<100>晶向的夹角保持在士30度以内，其制作方法是正面光刻定 义出用于释放加热膜区和支撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀 (RIE)或离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合膜，形成薄膜释放窗 口。另一类是支撑悬梁的方向与<110>晶向的夹角保持在士 15度以内，其制作方法是第 一步，正面光刻定义出用于释放加热膜区和支撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下 利用反应离子刻蚀(RIE)或离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合 膜；第二步，利用深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀衬底硅，刻蚀深度要大于支撑悬梁宽度的0. 7 倍；最后去胶后就形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用各向异性腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底 硅，并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体，如图3(e)所示。腐蚀液有多种选择，比 如Κ0Η(氢氧化钾)，TMAH(四甲基氢氧化铵)，或者EPW(乙二胺，邻苯二酚和水)等。相对传统的基于MEMS工艺的平面式二维微型加热器来说，本发明提供的一种具 有凹槽形加热膜区的三维微型加热器及其制作方法的主要特点如下1.三维微型加热器的加热电阻丝排布在横截面呈“V”字形或倒梯形的凹槽形加 热膜区的内部，气体在凹槽中的对流系数较小，减小了因对流换热引起的热量散失，有利于 降低加热器的功耗。2.三维微型加热器的加热电阻丝通过剥离或电镀工艺制备，增加了器件的可靠 性，特别是高温下的稳定性。3.采用本发明提供的方法制作的三维微型加热器，器件体积小，性能高，易于阵列 化和批量生产。4.所述加热器的优点还体现在不同领域的应用中。用作红外光源时，嵌入的加热 电阻丝能够形成热量集中的光源，这种光源相对传统平面式微型加热器形成的光源来说受 空气流动的影响较小。用于生化传感领域时，催化剂可以植入到凹槽结构中，底部和侧部的 电阻丝同时对催化剂加热，热量更集中，效率更高，利于提高传感器的性能。
图1为本发明提供的具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器的立体结构示意图， 其中(a)为具有两支撑悬梁的三维微型加热器的立体结构示意图，(b)为该两支撑悬梁的 加热器的中心加热膜区的放大图。图2为本发明提供的具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器的立体结构示意图， 其中(a)为具有四支撑悬梁的三维微型加热器的立体结构示意图，(b)为该四支撑悬梁的 加热器的中心加热膜区的放大图。图3为本发明提供的具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器的主要流程示意图， 其中(a)为制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口，(b)为制作横截面呈“V”字型或倒梯
6形结构的凹槽，(C)为制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜，(d)为制作的加热电 阻丝、引线和电极，(e)为释放的加热膜区和支撑悬梁。图4为本发明实施例3中三维微型加热器的立体结构示意图。图5为本发明实施例4中三维微型加热器的立体结构示意图。图6为本发明实施例5中三维微型加热器的立体结构示意图。图中1为衬底框架，2为加热膜区，3为支撑悬梁，4为加热电阻丝，5为引线，6为电 极，7为隔热腔体。
具体实施例方式实施例1 本实施例的结构示意图参见图1(a)所示，具体制作方法如下1.衬底选择。选择N型(100)面的4英寸硅片作为衬底，电阻率3-8 Ω ^m,硅片 厚度为350 士 10微米，切边的角度误差< 1%。2.制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口。首先利用热氧化的方法在硅片表面生 长一层厚度为1.0微米的氧化硅薄膜。然后进行正面光刻做出窗口图形，在光刻胶的保护 下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗口。3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用KOH腐蚀 液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出倒台面形的凹槽，凹槽深度约为30微米。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。利用低压化学气相沉积 (LPCVD)的方法依次生长一层厚度为0. 5微米的氧化硅和一层厚度为0. 3微米的氮化硅。5.制作加热电阻丝，引线和电极。采用剥离工艺(lift-off)制作。喷胶光刻(光 刻胶厚度为8微米)定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，然后溅射一层0. 2微米厚的钛 钼，最后丙酮去胶后形成了加热电阻丝，引线和电极。6.制作介质层薄膜的释放窗口。第一步，正面光刻定义出用于释放加热膜区和支 撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的 氧化硅和氮化硅复合膜；第二步，利用深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀衬底硅，刻蚀深度要大 于支撑悬梁宽度的0. 7倍；最后去胶后就形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用TMAH腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅， 并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。由以上制作方法制作的三维微型加热器中的中心加热膜区的横截面呈倒梯形结 构，加热电阻丝排布在加热膜区的底部和侧部。实施例2 本实施例的结构示意图参见图2(a)所示，具体制作方法如下1.衬底选择。选择N型(100)面的4英寸硅片作为衬底，电阻率3_8 Ω ^m,硅片 厚度为350 士 10微米，切边的角度误差< 1%。2.制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口。首先利用热氧化的方法在硅片表面生 长一层厚度为1.0微米的氧化硅薄膜。然后进行正面光刻做出窗口图形，在光刻胶的保护 下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗口。3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用KOH腐蚀液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出倒台面形的凹槽，凹槽深度约为30微米。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。利用低压化学气相沉积 (LPCVD)的方法依次生长一层厚度为0. 5微米的氧化硅和一层厚度为0. 3微米的氮化硅。5.制作加热电阻丝，引线和电极。采用剥离工艺(lift-off)制作。喷胶光刻(光 刻胶厚度为8微米)定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，然后溅射一层0. 2微米厚的钛 钼，最后丙酮去胶后形成了加热电阻丝，引线和电极。6.制作介质层薄膜的释放窗口。正面光刻定义出用于释放加热膜区和支撑悬梁的 腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的氧化硅和 氮化硅复合膜，形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用TMAH腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅， 并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。由以上制作方法制作的三维微型加热器的结构是中心加热膜区的横截面呈倒梯 形结构，加热电阻丝排布在加热膜区的底部。实施例3 本实施例的结构示意图参见图4所示，具体制作方法如下1.衬底选择。选择N型(100)面的4英寸硅片作为衬底，电阻率3_8 Ω ^m,硅片 厚度为450 士 10微米，切边的角度误差< 1%。2.制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口。首先利用低压化学气相沉积(LPCVD) 的方法在硅片表面生长一层厚度为1. 5微米的氧化硅薄膜。然后进行正面光刻做出窗口图 形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用KOH腐蚀 液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出倒金字塔形的凹槽，凹槽深度约为70微米。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。利用低压化学气相沉积 (LPCVD)的方法依次生长一层厚度为0. 5微米的氧化硅和一层厚度为0. 3微米的氮化硅。5.制作加热电阻丝，引线和电极。采用剥离工艺(lift-off)制作。喷胶光刻(光 刻胶厚度为8微米)定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，然后蒸发一层0. 2微米厚的钛 金，最后丙酮去胶后形成了加热电阻丝，引线和电极。6.制作介质层薄膜的释放窗口。正面光刻定义出用于释放加热膜区和支撑悬梁的 腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的氧化硅和 氮化硅复合膜，形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用TMAH腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅， 并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。由以上制作方法制作的三维微型加热器中的四支撑悬梁，中心加热膜区的横截面 呈“V”字形结构，加热电阻丝排布在加热膜区的侧部。实施例4 本实施例的结构示意图参见图5所示，具体制作方法如下1.衬底选择。选择P型(100)面的4英寸硅片作为衬底，电阻率3-8 Ω ^m,硅片 厚度为450 士 10微米，切边的角度误差< 1%。
8的正面腐蚀窗口。首先利用热氧化的方法在硅片表面生 长一层厚度为1.0微米的氧化硅薄膜。然后进行正面光刻做出窗口图形，在光刻胶的保护 下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗口。3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用KOH腐蚀 液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出倒台面形的凹槽，凹槽深度约为30微米。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。利用低压化学气相沉积 (LPCVD)的方法依次生长一层厚度为0. 5微米的氧化硅和一层厚度为0. 3微米的氮化硅。5.制作加热电阻丝，引线和电极。采用电镀工艺(electroplating)制作溅射金 属种子层钛钼，使得介质层表面均覆盖有金属种子层，喷胶光刻(光刻胶厚度为6微米)定 义出加热电阻丝，引线和电极的图形，电镀一层1.0微米厚的金属钼。最后去除光刻胶和种 子层即可。6.制作介质层薄膜的释放窗口。正面光刻定义出用于释放加热膜区和支撑悬梁的 腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅和氮化 硅复合膜，形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用TMAH腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅， 并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。由以上制作方法制作的三维微型加热器中的四支撑悬梁，中心加热膜区的横截面 呈倒梯形结构，加热电阻丝排布在加热膜区的侧部和底部。实施例5 该实施例的结构示意参见图6所示，具体制作方法如下1.衬底选择。选择P型(100)面的4英寸硅片作为衬底，电阻率3-8 Ω ^m,硅片 厚度为350 士 10微米，切边的角度误差< 1%。2.制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口。首先利用低压化学气相沉积(LPCVD) 的方法在硅片表面生长一层厚度为1. 5微米的氧化硅薄膜。然后进行正面光刻做出窗口图 形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀(RIE)彻底刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗3.制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽。在氧化硅的保护下利用KOH腐蚀 液通过步骤2形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出“V”字形的凹槽，凹槽深度约为50微米。4.制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜。利用低压化学气相沉积 (LPCVD)的方法依次生长一层厚度为0. 5微米的氧化硅和一层厚度为0. 3微米的氮化硅。5.制作加热电阻丝，引线和电极。采用电镀工艺(electroplating)制作溅射金 属种子层钛钼，使得介质层表面均覆盖有金属种子层。喷胶光刻(光刻胶厚度为6微米) 定义出加热电阻丝，引线和电极的图形，电镀一层1.0微米厚的金属钼。最后去除光刻胶和 种子层即可6.制作介质层薄膜的释放窗口。第一步，正面光刻定义出用于释放加热膜区和支 撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用离子束刻蚀(Ion-beam)彻底刻蚀暴露的 氧化硅和氮化硅复合膜；第二步，利用深反应离子刻蚀(DRIE)刻蚀衬底硅，刻蚀深度要大 于支撑悬梁宽度的0. 7倍；最后去胶后就形成薄膜释放窗口。7.加热膜区和支撑悬梁的释放。利用TMAH腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅，
9并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。 由以上制作方法制作的三维微型加热器中的两支撑悬梁，中心加热膜区的横截面 呈“V”字形结构，加热电阻丝排布在加热膜区的侧部。
权利要求
一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器，其特征在于横截面呈“V”字形或倒梯形的凹槽形加热膜区通过支撑悬梁与衬底框架相连，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区凹槽的内部并通过支撑悬梁上的引线与衬底框架上的电极相连，加热膜区和支撑悬梁下方是采用硅各向异性湿法腐蚀形成的隔热腔体。
2.按权利要求1所述的三维微型加热器，其特征在于横截面呈“V”字形或倒梯形的凹 槽是利用硅各向异性腐蚀形成的，该凹槽的开口是棱边均沿着<110>晶向的矩形。
3.按权利要求1所述的三维微型加热器，其特征在于支撑悬梁的一端与衬底框架相 连，另一端与凹槽形的加热膜区相连，支撑悬梁以加热膜区为中心对称排布。
4.按权利要求1所述的三维微型加热器，其特征在于以折线形式排布在加热膜区的凹 槽内部的加热电阻丝只排布在底部或只排布在侧部或同时排布在底部和侧部。
5.按权利要求1所述的三维微型加热器，其特征在于引线排布在任意两个支撑悬梁上 并连接加热膜区内的加热电阻丝和衬底框架上的电极。
6.按权利要求1所述的三维微型加热器，其特征在于隔热腔体是由硅各向异性湿法腐 蚀形成的横截面是“V”字形或倒梯形的结构，位于加热膜区和支撑悬梁的下方，隔热腔体使 得加热膜区在支撑悬梁的支撑下悬浮于衬底之上。
7.按权利要求1或3所述的三维微型加热器，其特征在于所述的支撑悬梁为二根或四根。
8.制作如权利要求1-6中任一项所述的三维微型加热器的方法，其特征在于制作的步 骤为(a)衬底选择，衬底仅限于(100)面的硅片；(b)制作用于形成凹槽结构的正面腐蚀窗口，首先选用(100)面的硅片，并在硅片表面 生长一层厚度在0. 1-3.0微米之间的氧化硅薄膜；然后进行光刻做出窗口图形，在光刻胶 的保护下利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀刻蚀暴露的氧化硅，形成正面腐蚀窗口 ；(c)制作横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽，在氧化硅的保护下利用硅各向异性 腐蚀液通过步骤(b)形成的腐蚀窗口在硅片上腐蚀出横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹 槽，凹槽深度在5-150微米之间；(d)制作凹槽形加热膜区和支撑悬梁的介质层薄膜，介质层薄膜是由氧化硅和氮化硅 组成的多层复合膜，单层薄膜厚度在0. 2-1. 0微米之间，介质层的总厚度在0. 4-5. 0微米之 间；(e)采用剥离工艺或电镀工艺制作加热电阻丝，引线和电极所述的剥离工艺喷胶光刻，光刻胶厚度为1-10微米，定义出加热电阻丝，引线和电极 的图形，然后溅射一层0. 2-2. 0微米厚的钛钼，最后丙酮去胶后形成了加热电阻丝，引线和 电极；所述的电镀工艺溅射金属种子层如钛钼、钛金、钼、金、钛钨/金、钛钨/钼等，使得 介质层表面均覆盖有金属种子层，然后喷胶光刻，光刻胶厚度为1-10微米，定义出加热电 阻丝，引线和电极的图形，电镀一层0. 2-2微米厚的金属钼，最后去除光刻胶和种子层；(f)制作介质层薄膜的释放窗口，根据支撑悬梁的方向不同可以分为两类，一类是支撑 悬梁的方向与<100>晶向的夹角保持在士30度以内，其制作方法是正面光刻定义出用于 释放加热膜区和支撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀彻底刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合膜，形成薄膜释放窗口 ；另一类是支撑悬梁的方 向与<110>晶向的夹角保持在士 15度以内，其制作方法是第一步，正面光刻定义出用于释 放加热膜区和支撑悬梁的腐蚀窗口图形，在光刻胶的保护下利用反应离子刻蚀或离子束刻 蚀彻底刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合膜，第二步，利用深反应离子刻蚀刻蚀衬底硅，刻蚀 深度要大于支撑悬梁宽度的0. 7倍，最后去胶后就形成薄膜释放窗口 ；(g)加热膜区和支撑悬梁的释放。利用各向异性腐蚀液通过薄膜释放窗口腐蚀衬底硅， 并在中心膜区和支撑悬梁的下方形成隔热腔体。
9.按权利要求8所述的三维微型加热器的制作方法，其特征在于介质层薄膜中的氧化 硅是通过热氧化、低压化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积的方法制备，氮化硅是通 过低压化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积的方法制备。
10.按权利要求8所述的三维微型加热器的制作方法，其特征在于硅各向异性腐蚀所 采用的腐蚀液为KOH，TMAH或者EPW。
全文摘要
发明涉及一种具有凹槽形加热膜区的三维微型加热器及其制作方法，其特征在于横截面呈“V”字形或倒梯形结构的凹槽形加热膜区通过支撑悬梁与衬底框架相连，加热电阻丝以折线形式排布在加热膜区凹槽的内部并通过支撑悬梁上的引线与衬底框架上的电极相连，在加热膜区和支撑悬梁下方是采用硅各向异性湿法腐蚀形成的隔热腔体。本发明提供的三维微型加热器的加热电阻丝排布在具有三维结构的加热膜区的凹槽内部，对流换热引起的热量散失较小，有利于降低加热器的功耗。凹槽结构使得热量集中并提高了加热效率有利于加热器在红外光源和传感领域的应用。
文档编号B81C1/00GK101917784SQ20101027825
公开日2010年12月15日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者李铁, 王跃林, 许磊 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所