[其他]铝钛薄膜电阻温度传感器及制备方法

说明书

本发明涉及一种淀积法和光刻法在氧化硅绝缘衬底上淀积有铝钛两层金属薄膜的电阻温度传感器，它属于电子固态传感器技术领域。本发明还涉及这种铝钛薄膜电阻温度传感器的制备方法。

在现有技术中，大部分金属薄膜电阻温度传感器用镍、钨、铂等金属材料制成。例如美国专利（US    4139833）描述的一种镍金属薄膜电阻温度传感器。它是在陶瓷衬底上淀积一层一氧化硅绝缘层，然后用掩膜版淀积一层金属镍薄膜，形成螺旋蛇状图案，面积为0.140×0.140×0.0015inches，其电阻值为1000Ω，最后再淀积一层一氧化硅保护层。镍或钨薄膜温度传感器有较高的灵敏度，但由于电阻正温度系数太高，因而在低温时电阻值变得很小，温度线性很差，不适宜在负200℃的低温下使用。铂的电阻正温度系数较高，能在负200℃的低温范围内保持电阻的线性变化，也有良好的感温灵敏度，但制造困难，成本昂贵。现有技术中制备金属薄膜电阻温度传感器的方法，都不是在氧化硅衬底上直接淀积金属形成图案。例如在云母、石英或蓝宝石衬底上直接淀积铝薄膜的方法（File    13∶Inspec    1958683，A87102411，B87056641），但加工工艺复杂，成本很高，而且不易控制薄膜电阻值及其电阻的正温度系数。

本发明的目的在于设计一种铝钛双层薄膜电阻温度传感器。采用电阻正温度系数比铂电阻略高的温度线性范围较宽的金属铝作为感温材料。由于金属铝的电阻率较低，所以采用薄膜结构和弯曲条状图案来提高铝层的薄膜电阻，使温度传感器微型化。在铝层和氧化硅衬底之间添加一层钛层以增加其粘附性能，使传感器能在正200℃～负200℃范围内正常工作。钛和铝的标准电离电位仅差0.03伏，两者接合不易发生异金属电解腐蚀作用。钛的电阻率比铝的电阻率至少大16倍，当钛层厚度约为铝层厚度1/10时，钛层对铝层电阻的并联影响很小。本发明的另一个目的在提供应用淀积法和光刻方法铝钛薄膜电阻温度传感器的制备方法。在氧化硅绝缘衬底上，先后淀积钛铝两层金属薄膜，用钛膜4作为过渡层，形成在二氧化硅绝缘衬底3上的铝钛双层薄膜结构并采用弯曲条状图案设计，既考虑到温度传感器的良好性能，又顾及了生产时器件的进一步微型化和产品的合格率。

铝钛薄膜电阻温度传感器由金属管座1、芯片2、绝缘氧化硅衬底3、钛膜4、铝膜5、硅铝丝6、引出线7和管帽构成。用抛光的硅片在高温氧化炉中热生长约1μm厚的氧化硅薄层3、钛膜4和铝膜5是在10^-5～10^-6乇的真空室中将纯度都大于99.97%的钛和铝金属材料用电阻加热蒸发或电子束蒸发或溅射，先淀积钛膜4在氧化硅绝缘衬底3上，再淀积铝膜5，衬底加热到100℃～350℃。钛膜4为中间层，铝膜5为表面层。淀积的速度控制在每秒3～25埃之间。钛膜4的厚度为500～700埃，铝膜5的厚度为4000～7000埃。然后涂光刻胶，用金属图案掩膜版进行爆光，湿法（或干法）腐蚀掉多余的光刻胶，形成掩膜版上的弯曲条状图案，在光刻胶的保护下用磷酸溶液刻蚀铝膜至钛膜显露出来为止，再用稀的氢氟酸刻蚀钛膜直至形成弯曲的条状图案，其宽度为4～6μm，长宽比为（1.2～1.9）×10⁴。在弯曲条状图案线条的1/10和1/5处各增设一个外引线键合点。使铝钛双层金属薄膜的电阻值为600～1300Ω，电阻正温度系数约4200×10^-6/℃，在正200℃～负200℃的温度范围内最大非线性度小于0.5%。接着去掉光刻胶，划分芯片2，用银浆把芯片2粘接和烧结在金属管座1上，在350℃～400℃下进行烧结牢固。用硅铝丝6将芯片2的压脚和管座的引出线7之间进行键合连接。初测合格的敏感器和管帽需用高温焙烘，排除水汽，在室温下相对温度低于15%的干燥氮气体中进行封帽。最后把封装好的传感器置于250℃的温度下进行1小时的高温老化处理。

本发明与现有技术相比，具有下列特点：

1.灵敏度高工作温度范围宽。应用铝钛金属材料的双层薄膜结构，使得本温度传感器具有比铂电阻高的电阻值和电阻正温度系数，同时使薄膜和氧化硅绝缘衬底之间具有良好的粘附性能，能承受正200℃～负200℃的温度变化，并具有良好的电阻-温度的线性关系，参见表1。

表1：铝层厚度对其电阻值和电阻正温度系数的关系

铝层电阻    铝层厚度    电阻温度系数

（Ω） （） ×10^-6/℃

500    8000    4245

600    6520    4241