一種mems硅基微熱板及其加工方法
【專利摘要】本發明涉及硅基微熱板領域，公開了一種MEMS硅基微熱板及其加工方法，包括單晶硅襯底；多孔硅層，形成于所述單晶硅襯底的上表面且具有一定深度，所述多孔硅層的上表面及孔壁表面形成有二氧化硅薄膜，且所述多孔硅層與所述單晶硅襯底的上表面平齊；下絕緣層，覆蓋所述多孔硅層及所述單晶硅襯底的上表面；以及設置于下絕緣層上方的加熱層和上絕緣層。本發明的多孔硅層可以穩定地支撐下絕緣層薄膜及其上的加熱板和上絕緣層，避免器件在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層脫落。同時，所述多孔硅層的孔壁表面覆有二氧化硅薄膜，可以起到更好的保溫隔熱效果，增加微熱板的探測靈敏度和使用壽命。
【專利說明】一種MEMS硅基微熱板及其加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及硅基微熱板，具體涉及一種MEMS硅基微熱板及其加工方法。
【背景技術】
[0002] 微熱板是一種常用的加熱平臺，用于對其上的元件進行加熱，從而保證該元件在 需要的工作溫度下工作。目前，硅基微熱板已廣泛應用于微型氣體傳感器、薄膜量熱卡計、 微加速度計以及氣壓計等微器件。微熱板的基本結構包括懸空介質薄膜以及薄膜電阻條。 當電流通過薄膜電阻條時，電阻產生的焦耳熱一部分用于加熱微熱板，另一部分以傳導、對 流和輻射的方式耗散于周圍環境中。
[0003] 基于硅微加工技術的微熱板利用微電子機械系統（MEMS)對硅基半導體材料進行 微加工而成。
[0004] 微機電系統（MEMS, Micro-Electro-Mechanical System)是一種先進的制造技術 平臺。MEMS的技術包括微電子技術和微加工技術兩大部分。微電子技術的主要內容有：氧 化層生長、光刻掩膜制作、光刻選擇摻雜（屏蔽擴散、離子注入）、薄膜（層）生長、連線制作 等。微加工技術的主要內容有：娃表面微加工和娃體微加工（各向異性腐蝕、犧牲層）技 術、晶片鍵合技術、制作高深寬比結構的深結構曝光和電鑄技術（LIGA)等。利用微電子技 術可制造集成電路和許多傳感器。硅基加工技術是在微電子加工技術基礎上發展起來的一 種微加工技術，主要依靠光刻、擴散、氧化、薄膜生長、干法刻蝕、濕法刻蝕和蒸發濺射等工 藝技術。
[0005] 隨著MEMS技術與微電子的發展，體積小，功耗低且易與其他材料或器件組合的微 熱板越來越受到重視，但使用微加熱板會帶來一定的功率損耗。
[0006] 現有技術中，為降低功耗，實現結構保溫普遍采用懸空結構的絕熱槽。目前基于 MEMS加工技術制作的硅基微熱板普遍采用的結構是：在單晶硅基底的上表面沉積一層氮 化硅膜層作為下絕緣層，在單晶硅基底的下表面制備絕熱槽。制備絕熱槽時可使用背面濕 法刻蝕工藝，也可先對下絕緣層蝕刻出懸臂梁，再往下濕法刻蝕出倒金字塔式絕熱槽。兩種 絕熱槽可以更好的防止熱量的散失以降低功耗。下絕緣層上方通過剝離工藝（lift-off) 加工出鉬加熱絲層，通過給加熱絲通電即可產生熱量，形成傳感器工作所需要的溫度。在鉬 加熱絲表面上又沉積一層氮化硅層作為上絕緣層。例如申請號為201210199078. 1的中國 專利公開了的硅基微熱板及其加工方法便采用了絕熱槽的工藝。但是這種方法蝕刻出絕熱 槽后加熱層與氣體敏感層僅靠一層薄膜結構的氮化硅層支撐，而該薄膜僅在兩端被懸臂結 構的支撐襯底支撐，這種薄膜結構的絕緣層力學性能較差，在器件受到震動或者碰撞時易 發生破裂導致器件失效。除此之外，由于隔熱層與加熱絲的熱膨脹系數的差異，在高溫下隔 熱層易翹曲使加熱絲易從隔熱層脫落，同樣導致器件失效。其次，懸臂結構的絕熱槽利用懸 臂之間的空氣隔熱，由于空間較大，空氣流動較快，也會造成熱量散失較快，影響隔熱效果。 再次，該種絕熱槽的制備工藝復雜，對控制條件要求較高，從而增加加工難度。
[0007] 綜上，現有技術中的微熱板的隔熱結構主要存在以下問題：
[0008] (1)穩定性差，由于受力不均勻引起器件發生變形破裂，導致器件失效。
[0009] (2)隔熱效果差，絕熱槽間的空氣間隔較大導致熱量散失較快，影響隔熱效果。
[0010] (3)加工工藝復雜，絕熱槽的制備工藝復雜，制備時間較長。
【發明內容】
[0011] 為了解決現有技術中硅基微熱板存在的諸多問題，本發明提供一種MEMS硅基微 熱板及其加工方法，采用孔壁表面形成有二氧化硅薄膜的多孔硅層作為絕熱層，同時作為 支撐層，可以有效減少熱量損失，降低功耗，增強微熱板的穩定性。
[0012] 本發明的發明人發現：與單晶硅相比，多孔硅的多孔結構使其具有良好的隔熱性 能，可以作為傳感器的隔熱層。與傳統絕熱槽相比，多孔硅的孔隙細密，可以有效減少空氣 流動速度，增強隔熱效果。且多孔硅制備工藝簡單，成本低廉，可以通過簡單的電化學方法 在硅襯底刻蝕，短時間內形成較厚的多孔硅層。采用孔硅作為隔熱層，由于所述多孔硅層設 置于所述加熱層下方，而多孔硅具有良好的隔熱性能，可以有效減少所述加熱層熱量流失， 減少功耗。且多孔硅層均勻分布在單晶硅襯底的上表面，可以穩定地支撐其上的絕緣層及 其他微熱板組件，從而提高微熱板的穩定性，增加其使用壽命。
[0013] 另外，二氧化硅也是一種隔熱材料，導熱系數低于單晶硅。在多孔硅層的上表面及 孔壁表面覆蓋一層二氧化硅薄膜，可以有效解決暴露在空氣中的多孔硅表面導致的熱量損 耗，進一步地降低功耗，增強微熱板的加熱性能。
[0014] 本發明的技術方案是：一種MEMS娃基微熱板，包括：單晶娃襯底；多孔娃層，形成 于所述單晶硅襯底的上表面且具有一定深度，所述多孔硅層的上表面及孔壁表面形成有二 氧化硅薄膜，且所述多孔硅層與所述單晶硅襯底的上表面平齊；下絕緣層，覆蓋所述多孔硅 層及所述單晶硅襯底的上表面；加熱層，設置于所述下絕緣層的上表面，且所述加熱層位于 所述多孔硅層的正上方區域內；上絕緣層，覆蓋所述加熱層的上表面。
[0015] 本發明的所述加熱層位于所述多孔硅層的正上方區域內，使得所述多孔硅層能夠 更穩定地支撐加熱層，有效防止器件受到震動碰撞時因為沒有有效支撐而發生的破裂，還 可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層脫落。同時，所述加熱 層位于所述多孔硅層的正上方區域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0016] 為了保證較好的隔熱效果，所述多孔娃層2的厚度為20-100 μ m，優選為50 μ m。多 孔硅的隔熱效果與孔隙率成正比，當孔隙率為90%時，其熱導率可低至lW(m · K)，本發明 的多孔硅層的孔隙率為50% -90%，優選為90%，且所述覆蓋在多孔硅上表面及孔壁表面 的二氧化硅薄膜的厚度為100_500nm，優選為200nm。
[0017] 為了便于加熱層引線，本發明的所述上絕緣層邊緣具有若干缺口形成加熱層引線 窗。
[0018] 本發明還提供了一種MEMS硅基微熱板的加工方法，包括以下步驟：
[0019] S1、在單晶硅襯底的上表面制備多孔硅層；
[0020] S2、在制備好的多孔硅層的上表面及孔壁表面制備二氧化硅薄膜；
[0021] S3、在具有所述多孔硅層的單晶硅襯底的上表面制備下絕緣層；
[0022] S4、在制備好的下絕緣層的上表面制備加熱層，所述加熱層位于所述多孔硅層的 正上方區域內；
[0023] S5、在制備好的加熱層的上表面，按照S3步驟的方法制備上絕緣層。
[0024] 所述步驟S1中的制備所述多孔硅層的方法為電化學方法。
[0025] 本發明的所述加熱層位于所述多孔硅層的正上方區域內，使得所述多孔硅層能夠 更穩定地支撐加熱層，有效防止器件受到震動碰撞時因為沒有有效支撐而發生的破裂，還 可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層脫落。同時，所述加熱 層位于所述多孔硅層的正上方區域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0026] 為了保證較好的隔熱效果，所述步驟S1中制備的多孔硅層的厚度為20-100 μ m， 優選為50 μ m。多孔硅的隔熱效果與孔隙率成正比，當孔隙率為90%時，其熱導率可低至 lW(m · K)。本發明的多孔硅層孔隙率為50% -90%，優選為90%。
[0027] 所述步驟S2中的制備二氧化硅薄膜的方法為熱氧化方法，且所述步驟S2中制備 得到的二氧化硅薄膜的厚度為100-500nm。
[0028] 為了便于加熱層引線，本發明在步驟S5中制備所述上絕緣層時邊緣保留若干缺 口形成加熱層引線窗。
[0029] 實施本發明，可達到以下有益效果：
[0030] (1)在單晶硅襯底上設置多孔硅層，由于多孔硅層均勻分布于單晶硅襯底上，受力 均勻，因此可以穩定地支撐其上的下絕緣層薄膜，從而有效避免器件受到震動或者碰撞時 薄膜狀絕緣層發生破裂造成微熱板損壞，提高微熱板的抗震能力和穩定性，降低對其工作 環境的要求。另外，還可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層 脫落，從而提高微熱板的使用壽命。
[0031] ⑵由于多孔硅的孔隙細密，其間的空氣流動較慢，使其具有良好的隔熱性能。采 用多孔硅層作為隔熱層，將加熱層設置于多孔硅層的正上方區域內，可以起到更好的保溫 隔熱的效果，從而提高微熱板的性能。
[0032] (3)在多孔硅層的上表面及孔壁表面覆蓋一層二氧化硅薄膜，可以有效解決暴露 在空氣中的孔壁熱導率較高導致的熱量損耗，進一步地降低功耗，增強隔熱效果。
[0033] (4)與傳統的絕熱槽相比，多孔硅層的制備工藝簡單，成本低廉，更容易控制，從而 可以有效地提升生產效率，降低成本。
[0034] (5)在單晶硅襯底上刻蝕多孔硅層作為隔熱層，同時作為支撐層，可以節省微熱板 的空間，簡化微熱板的整體結構。
[0035] (6)采用硅基材料作為微熱板材料，易于通過MEMS加工技術制作，加工工藝成熟， 加工效率高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036] 為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其它附圖。
[0037] 圖1是本發明的MEMS硅基微熱板的結構示意圖；
[0038] 圖2是本發明的MEMS硅基微熱板中，覆蓋二氧化硅薄膜的多孔硅層的局部放大結 構示意圖；
[0039] 圖3是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S1完成后的結構示意圖；
[0040] 圖4是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S1完成后的多孔硅層的局部放 大結構示意圖；
[0041] 圖5是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S2完成后的結構示意圖；
[0042] 圖6是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S2完成后的多孔硅層的局部放 大結構示意圖；
[0043] 圖7是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S3完成后的結構示意圖；
[0044] 圖8是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S4完成后的結構示意圖；
[0045] 圖9是本發明的MEMS硅基微熱板加工方法中步驟S5中制備好上絕緣層后的結構 示意圖；
[0046] 圖10是本發明的MEMS硅基微熱板帶有粘接層的微熱板的結構示意圖。
[0047] 圖中的附圖標記對應為：1-單晶硅襯底，2-多孔硅層，21-二氧化硅薄膜，3-下絕 緣層，31-粘接層，4-加熱層，5-上絕緣層，6-加熱層引線窗。
【具體實施方式】
[0048] 下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0049] 實施例1
[0050] 如圖1、2所不，本發明實施例1公開了一種MEMS娃基微熱板，包括：
[0051] 單晶硅襯底1 ;多孔硅層2,形成于所述單晶硅襯底1的上表面且具有一定深度，所 述多孔硅層2的上表面及孔壁表面形成有二氧化硅薄膜21，且所述多孔硅層2的上表面與 所述單晶硅襯底1的上表面平齊；下絕緣層3,覆蓋所述多孔硅層2及所述單晶硅襯底1的 上表面；加熱層4,設置于所述下絕緣層3的上表面，且所述加熱層4位于所述多孔硅層2的 正上方區域內；上絕緣層5,覆蓋所述加熱層4的上表面。
[0052] 本發明的所述加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區域內，使得所述多孔硅層 2能夠更穩定地支撐加熱層，有效防止器件受到震動碰撞時因為沒有有效支撐而發生的破 裂，還可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層脫落。同時，所述 加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0053] 所述多孔硅層2厚度為20 μ m。多孔硅的隔熱效果與孔隙率成正比，當孔隙率為 90%時，其熱導率可低至lwAm ·Κ)。本發明實施例1的所述多孔硅層2的孔隙率為50%， 且所述二氧化硅薄膜21的厚度為100nm。
[0054] 由于加熱層一般電導率較高，為了保證安全，在所述單晶硅襯底1及所述多孔硅 層2上設置下絕緣層3。由于二氧化硅具有較好的絕緣性能，所述的下絕緣層3是厚度為 100_500nm的二氧化娃，本實施例中優選為200nm。
[0055] 可選的，所述下絕緣層3也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0056] 所述加熱層4為100-500nm的多晶硅加熱絲層，本實施例中選為lOOnm。
[0057] 由于加熱層一般電導率較高，為了保證安全，在所述加熱層4上設置上絕緣層5。 由于二氧化硅具有較好的絕緣性能，所述的上絕緣層5是厚度為100-500nm的二氧化硅，本 實施例中優選為200nm。
[0058] 可選的，所述上絕緣層5也可以是厚度為100_800nm的氮化硅膜層。
[0059] 為了便于加熱層引線，本發明的所述上絕緣層邊緣具有若干缺口形成加熱層引線 窗6。
[0060] 本發明還提供了一種MEMS硅基微熱板的加工方法，包括以下步驟：
[0061] S1、在單晶硅襯底1的上表面制備多孔硅層2,如圖3、4所示；
[0062] S2、在制備好的多孔硅層2的上表面及孔壁表面制備二氧化硅薄膜21，如圖5、6所 示；
[0063] S3、在具有所述多孔硅層2的單晶硅襯底1的上表面制備下絕緣層3,如圖7所示；
[0064] S4、在制備好的下絕緣層3的上表面制備加熱層4,所述加熱層4位于所述多孔硅 層2的正上方區域內，如圖8所示；
[0065] S5、在制備好的加熱層4的上表面，按照步驟S3的方法制備上絕緣層5。
[0066] 優選的，為了便于加熱層引線，本發明在步驟S5中制備所述上絕緣層時邊緣保留 若干缺口形成加熱層引線窗6,如圖9所示。
[0067] 可選的，所述單晶硅襯底1的尺寸可以為2寸、4寸或6寸。
[0068] 所述的方法還包括：在所述S1步驟前，利用酸溶液、有機溶劑和去離子水等溶液 對所述單晶硅襯底進行清洗，然后用氮氣吹干。
[0069] 所述步驟S1中的制備所述多孔硅層2的方法為電化學方法，具體為：采用齊納擊 穿產生空穴工藝來制備，腐蝕液為1 % HF溶液，電壓為2V。
[0070] 可選的，所述多孔硅層2也可以采用光化學腐蝕法、刻蝕法或水熱腐蝕法制備。
[0071] 所述步驟S2中的制備二氧化硅薄膜的方法為熱氧化方法，制備得到的所述二氧 化硅薄膜的厚度為l〇〇nm。具體過程為：將具有所述多孔硅層2的單晶硅襯底1使用熱氧 化工藝退火，溫度為900攝氏度，時間為5小時。
[0072] 所述步驟S1中，制備所述多孔硅層2時，所述加熱層4落在所述多孔硅層2的正 上方區域內，使得所述多孔硅層2能夠更穩定地支撐加熱層4,有效防止器件受到震動碰撞 時因為沒有有效支撐而發生的破裂。同時，所述加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區 域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0073] 所述多孔硅層2厚度為20 μ m。多孔硅的隔熱效果與孔隙率成正比，當孔隙率為 90%時，其熱導率可低至lwAm ·Κ)。本發明的所述多孔硅層2的孔隙率為50%，且所述二 氧化硅薄膜21的厚度為lOOnm。
[0074] 為了保證安全，在所述單晶硅襯底1及所述多孔硅層2上設置下絕緣層3。由于二 氧化硅具有較好的絕緣性能，可以用做絕緣層。步驟S3中制備下絕緣層3的方法為：在所 述單晶娃襯底1及所述多孔娃層2上磁控溉射沉積一層二氧化娃，其厚度為100-500nm，本 實施例中優選為l〇〇nm。
[0075] 可選的，所述下絕緣層3也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0076] 所述步驟S4中制備所述加熱層的方法為：在所述下絕緣層上沉積一層多晶硅，在 多晶硅上勻膠光刻定義出加熱層的形狀及位置作為阻擋層，利用離子反應刻蝕去掉多余的 多晶硅得到多晶硅加熱絲層，所述多晶硅加熱絲層的厚度為100_500nm，本實施例中優選為 100nm〇
[0077] 為了保證安全，在所述加熱層4上設置上絕緣層5。由于二氧化硅具有較好的絕緣 性能，可以用做絕緣層。步驟S5中制備上絕緣層5的方法為：在所述加熱層4上磁控濺射 沉積一層二氧化硅，其厚度為100-500nm，本實施例中優選為100nm。
[0078] 可選的，所述上絕緣層5也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0079] 實施本發明，可達到以下有益效果：
[0080] (1)在單晶硅襯底上設置多孔硅層，由于多孔硅層均勻分布于單晶硅襯底上，受力 均勻，因此可以穩定地支撐其上的下絕緣層薄膜，從而有效避免器件受到震動或者碰撞時 薄膜狀絕緣層發生破裂造成微熱板損壞，提高微熱板的抗震能力和穩定性，降低對其工作 環境的要求。另外，還可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層 脫落，從而提高微熱板的使用壽命。
[0081] ⑵由于多孔硅的孔隙細密，其間的空氣流動較慢，使其具有良好的隔熱性能。采 用多孔硅層作為隔熱層，將加熱層設置于多孔硅層的正上方區域內，可以起到更好的保溫 隔熱的效果，從而提高微熱板的性能。
[0082] (3)在多孔硅層的上表面及孔壁表面覆蓋一層二氧化硅薄膜，可以有效解決暴露 在空氣中的孔壁熱導率較高導致的熱量損耗，進一步地降低功耗，增強隔熱效果。
[0083] (4)與傳統的絕熱槽相比，多孔硅層的制備工藝簡單，成本低廉，更容易控制，從而 可以有效地提升生產效率，降低成本。
[0084] (5)在單晶硅襯底上刻蝕多孔硅層作為隔熱層，同時作為支撐層，可以節省微熱板 的空間，簡化微熱板的整體結構。
[0085] (6)采用硅基材料作為微熱板材料，易于通過MEMS加工技術制作，加工工藝成熟， 加工效率高。
[0086] 實施例2
[0087] 如圖1、2所不，本發明實施例2公開了一種MEMS娃基微熱板，包括：
[0088] 單晶硅襯底1 ;多孔硅層2,形成于所述單晶硅襯底1的上表面且具有一定深度，所 述多孔硅層2的上表面及孔壁表面形成有二氧化硅薄膜21，且所述多孔硅層2的上表面與 所述單晶硅襯底1的上表面平齊；下絕緣層3,覆蓋所述多孔硅層2及所述單晶硅襯底1的 上表面；加熱層4,設置于所述下絕緣層3的上表面，且所述加熱層4位于所述多孔硅層2的 正上方區域內；上絕緣層5,覆蓋所述加熱層4的上表面。
[0089] 本發明的所述加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區域內，使得所述多孔硅層 2能夠更穩定地支撐加熱層，有效防止器件受到震動碰撞時因為沒有有效支撐而發生的破 裂，還可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層脫落。同時，所述 加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0090] 為了保證較好的隔熱效果，所述多孔硅層2厚度為100 μ m。多孔硅的隔熱效果與 孔隙率成正比，當孔隙率為90%時，其熱導率可低至lW(m · K)。本發明的所述多孔硅層2 的孔隙率為90%，且所述二氧化硅薄膜21的厚度為500nm。
[0091] 由于加熱層一般電導率較高，為了保證安全，在所述單晶硅襯底1及所述多孔硅 層2上設置下絕緣層3。由于二氧化硅具有較好的絕緣性能，所述的下絕緣層3是厚度為 100_500nm的二氧化娃，優選為500nm。
[0092] 可選的，所述下絕緣層3也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0093] 所述加熱層4為50-200nm的金屬鉬加熱絲層，本實施例中選為200nm。
[0094] 可選的，為了使所述加熱層4更加穩固地連接到所述下絕緣層3上，在所述下絕緣 層3的上表面上與所述加熱層4相對應的位置設置粘接層31，優選為鈦粘接層，厚度優選為 50nm，如圖10所示。
[0095] 由于加熱層一般電導率較高，為了保證安全，在所述加熱層4上設置上絕緣層5。 由于二氧化硅具有較好的絕緣性能，所述的上絕緣層5是厚度為100-500nm的二氧化硅，本 實施例中優選為500nm。
[0096] 可選的，所述上絕緣層5也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0097] 為了便于加熱層引線，本發明的所述上絕緣層邊緣具有若干缺口形成加熱層引線 窗6。
[0098] 本發明還提供了一種MEMS硅基微熱板的加工方法，包括以下步驟：
[0099] S1、在單晶硅襯底1的上表面制備多孔硅層2,如圖3、4所示；
[0100] S2、在制備好的多孔硅層2的上表面及孔壁表面制備二氧化硅薄膜21，如圖5、6所 示；
[0101] S3、在具有所述多孔硅層2的單晶硅襯底1的上表面制備下絕緣層3,如圖7所示；
[0102] S4、在制備好的下絕緣層3的上表面制備加熱層4,所述加熱層4位于所述多孔硅 層2的正上方區域內，如圖8所示；
[0103] S5、在制備好的加熱層4的上表面，按照步驟S3的方法制備上絕緣層5。
[0104] 優選的，為了便于加熱層引線，本發明在步驟S5中制備所述上絕緣層時邊緣保留 若干缺口形成加熱層引線窗6,如圖9所示。
[0105] 可選的，所述單晶硅襯底1的尺寸可以為2寸、4寸或6寸。
[0106] 所述的方法還包括：在所述S1步驟前，利用酸溶液、有機溶劑和去離子水等溶液 對所述單晶硅襯底進行清洗，然后用氮氣吹干。
[0107] 所述步驟S1中的制備所述多孔硅層2的方法為電化學方法，具體為：采用齊納擊 穿產生空穴工藝來制備，腐蝕液為5% HF溶液，電壓為5V。
[0108] 可選的，所述多孔硅層2也可以采用光化學腐蝕法、刻蝕法或水熱腐蝕法制備。
[0109] 所述步驟S2中的制備二氧化硅薄膜的方法為熱氧化方法，制備得到的所述二氧 化硅薄膜的厚度為500nm。具體為：將具有所述多孔硅層2的單晶硅襯底1使用熱氧化工 藝退火，溫度為1200攝氏度，時間為10小時。
[0110] 所述步驟S1中，制備所述多孔硅層2時，所述加熱層4落在所述多孔硅層2的正 上方區域內，使得所述多孔硅層2能夠更穩定地支撐加熱層4,有效防止器件受到震動碰撞 時因為沒有有效支撐而發生的破裂。同時，所述加熱層4位于所述多孔硅層2的正上方區 域內，還能保證充分的隔熱效果。
[0111] 為了保證較好的隔熱效果，所述步驟S1中制備的多孔硅層2的厚度為100 μ m。多 孔硅的隔熱效果與孔隙率成正比，當孔隙率為90%時，其熱導率可低至lW(m ·Κ)，因此，本 發明實施例2的所述多孔硅層2的孔隙率為90%。
[0112] 為了保證安全，在所述單晶硅襯底1及所述多孔硅層2上設置下絕緣層3。由于二 氧化硅具有較好的絕緣性能，可以用做絕緣層。步驟S3中制備下絕緣層3的方法為：在所 述單晶硅襯底1及所述多孔硅層2上磁控濺射沉積一層二氧化硅，其厚度為100-500nm，優 選為500nm。
[0113] 可選的，所述下絕緣層3也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0114] 可選的，為了使所述加熱層4更加穩固地連接到所述下絕緣層3上，在所述下絕緣 層3的上表面與所述加熱層4對應的位置磁控濺射沉積金屬鈦，形成粘接層31，厚度優選為 50nm，如圖10所示。
[0115] 所述步驟S4中制備所述加熱層的方法為：在所述下絕緣層上勻膠光刻定義出加 熱層的形狀及位置，磁控濺射沉積一層金屬鉬，采用剝離工藝去除光刻膠，得到金屬鉬加熱 絲層。優選的，所述金屬鉬加熱絲層厚度為50-200nm，優選為200nm。
[0116] 為了保證安全，在所述加熱層4上設置上絕緣層5。由于二氧化硅具有較好的絕緣 性能，可以用做絕緣層。步驟S5中制備上絕緣層5的方法為：在所述加熱層4上磁控濺射 沉積一層二氧化硅，其厚度為100-500nm，本實施例中選為500nm。
[0117] 可選的，所述上絕緣層5也可以是厚度為100-800nm的氮化硅膜層。
[0118] 實施本發明，可達到以下有益效果：
[0119] (1)在單晶硅襯底上設置多孔硅層，由于多孔硅層均勻分布于單晶硅襯底上，受力 均勻，因此可以穩定地支撐其上的下絕緣層薄膜，從而有效避免器件受到震動或者碰撞時 薄膜狀絕緣層發生破裂造成微熱板損壞，提高微熱板的抗震能力和穩定性，降低對其工作 環境的要求。另外，還可以有效避免微熱板在高溫工作時下絕緣層變形翹曲導致的加熱層 脫落，從而提高微熱板的使用壽命。
[0120] (2)由于多孔硅的孔隙細密，其間的空氣流動較慢，使其具有良好的隔熱性能。采 用多孔硅層作為隔熱層，將加熱層設置于多孔硅層的正上方區域內，可以起到更好的保溫 隔熱的效果，從而提高微熱板的性能。
[0121] (3)在多孔硅層的上表面及孔壁表面覆蓋一層二氧化硅薄膜，可以有效解決暴露 在空氣中的孔壁熱導率較高導致的熱量損耗，進一步地降低功耗，增強隔熱效果。
[0122] (4)與傳統的絕熱槽相比，多孔硅層的制備工藝簡單，成本低廉，更容易控制，從而 可以有效地提升生產效率，降低成本。
[0123] (5)在單晶硅襯底上刻蝕多孔硅層作為隔熱層，同時作為支撐層，可以節省微熱板 的空間，簡化微熱板的整體結構。
[0124] (6)采用硅基材料作為微熱板材料，易于通過MEMS加工技術制作，加工工藝成熟， 加工效率高。
[0125] 以上所揭露的僅為本發明一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權 利范圍，因此依本發明權利要求所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1. 一種MEMS娃基微熱板，其特征在于，包括： 單晶娃襯底（1); 多孔硅層（2)，形成于所述單晶硅襯底（1)的上表面且具有一定深度，所述多孔硅層 (2)的上表面及孔壁表面形成有二氧化硅薄膜（21)，且所述多孔硅層（2)與所述單晶硅襯 底（1)的上表面平齊； 下絕緣層（3)，覆蓋所述多孔硅層（2)及所述單晶硅襯底（1)的上表面； 加熱層（4)，設置于所述下絕緣層（3)的上表面，且所述加熱層（4)位于所述多孔硅層 (2)的正上方區域內； 上絕緣層（5)，覆蓋所述加熱層（4)的上表面。
2. 如權利要求1所述的MEMS硅基微熱板，其特征在于，所述多孔硅層（2)的厚度為 20-100 μ m，孔隙率為 50 % -90 %。
3. 如權利要求1或2所述的MEMS硅基微熱板，其特征在于，所述二氧化硅薄膜（21)的 厚度為 l〇〇_5〇〇nm。
4. 如權利要求1或2所述的MEMS硅基微熱板，其特征在于，所述上絕緣層（5)邊緣具 有若干缺口形成加熱層引線窗（6)。
5. -種MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，包括以下步驟： 51、 在單晶硅襯底的上表面制備多孔硅層； 52、 在制備好的多孔硅層的上表面及孔壁表面制備二氧化硅薄膜； 53、 在具有所述多孔硅層的單晶硅襯底的上表面制備下絕緣層； 54、 在制備好的下絕緣層的上表面制備加熱層，所述加熱層位于所述多孔硅層的正上 方區域內； 55、 在制備好的加熱層的上表面，按照步驟S3的方法制備上絕緣層。
6. 如權利要求5所述的MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，所述步驟S1中的制 備所述多孔硅層的方法為電化學方法。
7. 如權利要求5或6所述的MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，所述S1步驟中 制備的所述多孔硅層的厚度為20-100 μ m，孔隙率為50% -90%。
8. 如權利要求5或6所述的MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，所述步驟S2中 的制備二氧化硅薄膜的方法為熱氧化方法。
9. 如權利要求5或6所述的MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，所述步驟S2中 制備得到的二氧化硅薄膜的厚度為100_500nm。
10. 如權利要求5或6所述的MEMS硅基微熱板的加工方法，其特征在于，在步驟S5中 制備所述上絕緣層時邊緣保留若干缺口形成加熱層引線窗。
【文檔編號】B81B7/00GK104108677SQ201410344534
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月18日 優先權日:2014年7月18日
【發明者】沈方平, 張珽, 祁明鋒, 劉瑞, 丁海燕, 谷文 申請人:蘇州能斯達電子科技有限公司