一种MEMS微加热器芯片及其制备方法与流程

本申请涉及微机械电子，具体地说就是一种mems微加热器芯片及其制备方法。

背景技术：

1、mems是micro electro mechanical system的缩写，简称微机电系统，是按功能要求在芯片上把微电路和微机械集成于一体的系统。随着mems技术的快速发展，基于mems技术的芯片级微型加热器已广泛应用于气体探测、环境监控以及红外光源等领域。

2、基于mems工艺的微加热器由介质薄膜形成支持结构，并处于悬空状态，一般分为封闭膜式，或者悬梁式两种类型。其中封闭膜式微加热器结构刚度大，但其热传导相对较高，热量损耗大，使得后期应用功耗较高。悬梁式微加热器结构和外围支撑结构连接少，热传导低，热量损耗小。

3、因此，微型加热器的发展趋势为悬梁式结构，微型加热器一般工作在200℃～600℃，甚至可达600℃以上，而在高温工作条件下，悬梁式支撑结构容易出现断裂等可靠性问题。同时，由于悬梁式支撑结构刚度相对较低，在气敏材料加载到微型加热器表面时容易出现因操作问题出现的断裂，从而导致器件失效。

技术实现思路

1、本发明就是为可服现有技术中不足提供一种mems微加热器芯片及其制备方法

2、本申请提供以下技术方案：

3、一种mems微加热器芯片，其特征在于：它包括硅片，在硅片上由下向上依次设有氧化层、氮化硅层，在金属加热电极、绝缘层和检测电极，在金属加热电极下方的硅片上设有槽体，从而在槽体上方形成悬空区域，在悬空区域包括从下向上依次设有氧化层、氮化硅层，在金属加热电极、绝缘层和检测电极；

4、在悬空区域外侧设有均布若干组间隔分布的通孔，在通孔下端与槽体连通，在相邻的两组通孔之间形成有一端与悬空区域相连的第一悬梁；

5、在同组相邻通孔之间均形成有与第一悬梁连接的第二悬梁；在通孔外侧的绝缘层上还设有第一焊盘，第一焊盘与检测电极形成电信号连接配合，在另一侧的绝缘层上还设有开孔，在开孔内的氮化硅层上设有第二焊盘，第二焊盘与金属加热电极形成电信号连接配合；

6、第一悬梁、第二悬梁和悬空区域在槽体上方形成蛛网状悬空结构。

7、一种mems微加热器芯片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：

8、a)取n100硅片，在硅片上通过过氧化形成有氧化层，在氧化层表面通过化学气相沉积法形成氮化硅层；

9、b)在氮化硅层上形成有金属加热电极与金属加热电极形成电信号来接配合的第二焊盘；

10、c)在氮化硅层上通过pecvd的方法形成覆盖金属加热电极和第二焊盘的绝缘层，在绝缘层上有检测电极以及对应的第一焊盘,并且在绝缘层上形成有与第二焊盘对应的开孔；

11、d) 在检测电极外侧均布有若干组间隔分布的通孔，通孔竖直向下延伸到硅片上，在金属加热电极下方的硅片上形成有与通孔连通的槽体，通孔与槽体是由koh或者tmah溶液通过腐蚀形成，使得槽体上方的金属加热电极所在氧化层和氮化硅层以及其上的绝缘层和检测电极形成悬空区域，相邻的两组通孔之间的氧化层、氮化硅层和绝缘层形成第一悬梁，在同组通孔中相邻的两个通孔中之间的氧化层、氮化硅层和绝缘层形成第二悬梁，使得第一悬梁与第二悬梁形成蛛网状分布。

12、在上述技术方案的基础上，还可以有以下进一步的技术方案：

13、所述的在悬空区域两侧分布有至少四组间通孔，且同侧的分布有两组通孔。

14、所述一组通孔中各个通孔的面积从内向外逐渐递增。

15、所述金属加热电极、检测电极和第一、二焊盘为铂金材质制成。

16、所述氧化层和氮化硅层之间的应力在-100mpa～100mpa之间。

17、发明优点：

18、本发明具有该结构在降低热传导的情况下，有效提高了悬梁式支撑结构的刚度，提高了微加热器芯片本身可靠性以及封装工艺的可靠性，同时，与现有mems工艺相兼容，适合批量生产。

技术特征：

1.一种mems微加热器芯片，其特征在于：它包括硅片（1），在硅片（1）上由下向上依次设有氧化层（2）、氮化硅层（3），在金属加热电极（4）、绝缘层（6）和检测电极（7），在金属加热电极（4）下方的硅片（1）上设有槽体（12），从而在槽体（12）上方形成悬空区域（11），在悬空区域（11）包括从下向上依次设有氧化层（2）、氮化硅层（3），在金属加热电极（4）、绝缘层（6）和检测电极（7）；

2.制备权利要求1中的所述一种mems微加热器芯片的制备方法，其特征在于：它包括以下步骤：a)取n（100）硅片，在硅片（1）上通过过氧化形成有氧化层（2），在氧化层（2）表面通过化学气相沉积法形成氮化硅层（3）；b)在氮化硅层（3）上形成有金属加热电极（4）与金属加热电极（4）形成电信号来接配合的第二焊盘（5）；c)在氮化硅层（3）上通过pecvd的方法形成覆盖金属加热电极（4）和第二焊盘（5）的绝缘层（6），在绝缘层（6）上有检测电极（7）以及对应的第一焊盘（8）,并且在绝缘层（6）上形成有与第二焊盘（5）对应的开孔（5a）；d)在检测电极（7）外侧均布有若干组间隔分布的通孔（9），通孔（9）竖直向下延伸到硅片（1）上，在金属加热电极（4）下方的硅片（1）上形成有与通孔（9）连通的槽体（12），通孔（9）与槽体（12）是由koh或者tmah溶液通过腐蚀形成，使得槽体（13）上方的金属加热电极（4）所在氧化层（2）和氮化硅层（3）以及其上的绝缘层（6）和检测电极（7）形成悬空区域（11），相邻的两组通孔（9）之间的氧化层（2）、氮化硅层（3）和绝缘层（6）形成第一悬梁（10），在同组通孔（9）中相邻的两个通孔（9）中之间的氧化层（2）、氮化硅层（3）和绝缘层（6）形成第二悬梁（13），使得第一悬梁（10）与第二悬梁（13）形成蛛网状分布。

3.根据权利要求1中所述的一种mems微加热器芯片，其特征在于：所述的在悬空区域（11）两侧分布有至少四组间通孔（9），且同侧的分布有两组通孔（9）。

4.根据权利要求1中所述的一种mems微加热器芯片，其特征在于：所述一组通孔（9）中各个通孔（9）的面积从内向外逐渐递增。

5.根据权利要求1中所述的一种mems微加热器芯片，其特征在于：所述金属加热电极（4）、检测电极（7）和第一、二焊盘（8、5）为铂金材质制成。

6.根据权利要求2中所述的一种mems微加热器芯片，其特征在于：所述氧化层（2）和氮化硅层（3）之间的应力在-100mpa～100mpa之间。

技术总结本发明提供一种MEMS微加热器芯片，其特征在于：它包括在硅片上设有悬空区域，在悬空区域上从下向上依次设有金属加热电极、绝缘层和检测电极，在悬空区域下方的硅片上设有槽体，在悬空区域外侧设有均布若该组间隔分布的通孔，在通孔下端与槽体连通，在通孔外侧的绝缘层上还设有第一焊盘，在另一侧的绝缘层上还设有开孔，在开孔内设有第二焊盘。本发明公开的悬梁式支撑结构刚度大，热量损耗小，可靠性高，与现有成熟MEMS工艺相兼容，适合批量化制造。技术研发人员：王鹏,白建新,赵斌,段元明,张宏坤受保护的技术使用者：华东光电集成器件研究所技术研发日：技术公布日：2024/1/15