[发明专利]一种悬空热敏薄膜电阻的加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的方法，具体涉及一种悬空热敏薄膜电阻加工方法。

背景技术

MEMS加工制造的热敏薄膜电阻可以广泛用于制造温度传感器、流速传感器、剪应力传感器、气体传感器的敏感探头。热敏薄膜电阻制作在以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层上，相对于制作在以聚酰亚胺为隔热层上，具有热处理温度高的特点，可以应用于各种流场温度、流速、剪应力等测量任务。尤其在气体流场动态测量时，必须考虑热敏元件的反应速率以及耐抗性等，而现阶段热敏传感器具有反应速度慢、耐抗性差等特点。

针对气体流场动态测量的要求，现阶段热敏薄膜电阻大多不能满足要求，如论文“AeroMEMS Wall Hot-Wire Anemometer on Polyimide Foil for Measurement of High Frequency Fluctuations”介绍了一种在聚酰亚胺衬底上制作悬空温度传感器的方法。制作出的热敏传感器具有全部悬空于空气中，且采用直线式。此热敏传感器具有缺点是：

1.采用直线式悬空热敏丝，易弯曲断裂，影响性能。2.采用聚酰亚胺作隔热层，热处理式温度不能过高，影响热敏电阻的结晶结构。

针对上述缺点，本发明专利采用标准MEMS加工工艺，以SiO₂膜或Si₃N₄膜为隔热层的悬空热敏薄膜电阻制作方法，其优点为：1.相对于直线式热敏丝，采用折叠梁式热敏电阻，可以提高了热敏丝的灵敏度。2.相对于全悬空热敏丝，采用间隔式悬空热敏丝，可以提高热敏丝的稳定性、抗弯曲性。3.相比于聚酰亚胺做热敏电阻隔热层，SiO₂膜或Si₃N₄膜做隔热层在热处理时可以加温至800度以上，更加有效的改善热敏元件的结晶结构；4.基于标准MEMS工艺加工悬空热敏电阻，易于实现大批量生产。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种基于MEMS工艺的悬空热敏电阻加工方法，经本方法可以加工以SiO₂膜或Si₃N₄膜为衬底的热敏电阻，可以有效降低由于衬底传热而引起的热效应。

本发明的技术方案是，一种悬空热敏薄膜电阻的加工方法，包括以下步骤：

步骤1：清洗普通硅片，去除表面原生氧化层、有机物污染，然后干燥；

步骤2：以普通硅片作为基片，在硅片的抛光面生长底层SiO₂膜或Si₃N₄膜，用于热敏元件与普通硅片衬底的热隔离；

步骤3：在SiO₂膜或Si₃N₄膜表面上溅射热敏元件薄膜；

步骤4：在热敏元件薄膜表面上溅射金属电连接膜。所述金属电连接膜电阻率ρ₁与热敏元件电阻率ρ₂应满足：

步骤5：旋涂光刻胶，对金属电连接膜进行光刻、显影，湿法腐蚀金属电连接膜，形成金属电连接锚点；

所述的金属电连接锚点用于电连接微电极与外界电路。

步骤6：旋涂光刻胶，对热敏元件薄膜进行光刻、显影，湿法腐蚀热敏元件薄膜，去除光刻胶形成热丝薄膜电阻；

步骤7：在普通硅片背面溅射金属阻挡膜；

步骤8：正面、背面旋涂光刻胶，对背面金属阻挡膜进行光刻、显影，湿法腐蚀金属阻挡膜，形成金属阻挡层，去除正面、背面光刻胶；

背面的所述金属阻挡层用于后续ICP干法刻蚀中作保护膜。

步骤9：背面ICP干法刻蚀，刻穿普通硅片到SiO₂膜或Si₃N₄膜层；

步骤10：正面旋涂光刻胶，湿法腐蚀背面金属阻挡层至普通硅片，去除光刻胶；为了改善结晶结构，进行热处理；划片，得到以SiO₂或Si₃N₄膜为隔热层的悬空热敏薄膜电阻。