一种基于铝金属的MEMS微加热器制作方法

本发明涉及微加热器制作领域，特别是涉及一种基于铝金属的mems微加热器制作方法。

背景技术：

1、通过mems技术制作气体传感器是mems领域的一大热点，mems气体传感器具有体积小，功耗低，响应时间短，灵敏度高等特点，然而大部分敏感材料需要在特定的温度下才能够更好的发挥其对气体的敏感作用，基于mems技术的微加热器具有热量损耗小，响应时间快，与现有ic技术兼容等特点，所以微加热器是气体传感器制造中关键的一环，研究成本更低，性能更好，温度场更加均匀的微加热器具有重要实际应用价值；

2、然而现有的微加热器一般采用pt铂作为加热电极材料来制造，使用磁控溅射将铂生成铂金属薄膜，其中磁控镀膜是通过将材料置于磁场中，利用离子束轰击材料表面，使其离子化并沉积到基底表面形成薄膜，虽然铂的化学性质比较稳定且不易于大部分物质反应，但铂价格比较昂贵，导致微加热器的成本很大，不适合更加广泛的应用，并且铂的电阻率相对较大，导致制造的电极电阻较大，从而需要更大的功率，才能达到需求的温度，损耗较高，磁控镀膜的薄膜质量相对蒸发镀膜较差，容易产生缺陷和杂质，不能够制备高纯度和致密的薄膜。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于为了减少微加热器的原料成本及可用于气体传感器的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

3、一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，具体步骤包括：

4、s1、制造二氧化硅隔热层生成氧化硅片，具体为准备双面抛光的n型参杂晶向为<100>的单晶硅片，将干净的所述单晶硅片放入氧化炉中并在高温下发生氧气反应进行热氧化，其双面生成1um厚的二氧化硅隔热层，制作成氧化硅片；

5、s2、对氧化硅片进行光刻并显影，具体为，

6、s21、清洗，先将所述氧化硅片用丙酮和无水乙醇溶液分别使用超声清洗10～15分钟；

7、s22、硅片预处理，将清洗过后的所述氧化硅片放在120℃的加热台上，加热10分钟后进行5分钟的冷却；

8、s23、匀胶，使用光刻胶对所述氧化硅片进行单面匀胶，形成厚度约为1.3um左右的光刻胶膜层；

9、s24、前烘，将匀胶之后的所述氧化硅片放于加热台，使其在90℃下加热90s后静置冷却1min；

10、s25、固化光刻胶，将前烘后的所述氧化硅片放于培养皿中并置于恒温箱内，在35℃温度中放置120min；

11、s26、曝光，对固话光刻胶后的所述氧化硅片进行曝光从而将掩模版上的图案被转移到了光刻胶上；

12、s27、后烘，将曝光后的所述氧化硅片放置于100℃的加热台加热90s，然后静置冷却1min；

13、s28、显影，将烘干冷却后的所述氧化硅片放置于浓度为2.38％的正胶显影液下显影30s，然后在去离子水中清洗30s；

14、s3、热蒸镀镀层，将光刻完成之后的所述氧化硅片使用电阻式热蒸镀设备进行热蒸镀形成al金属薄膜层；

15、s4、采用金属剥离技术对光刻胶进行清理，具体为将蒸镀完之后的所述氧化硅片放在丙酮溶液中超声清洗20min，光刻胶全部溶于丙酮后留下表面的所述al金属薄膜层，形成盘旋状加热电极；

16、s5、切片，使用全自动化切片机，将硅片切成6mm×6mm的小方块，制作成微加热器。

17、进一步的，所述恒温箱内的所述培养皿通过锡纸进行包裹。

18、进一步的，所述曝光过程采用365nm的紫外曝光机，所述紫外曝光机设置参数光强为78mw/cm2，曝光时间为8s。

19、进一步的，所述电阻式热蒸镀设备中的本底真空度为5×10-4pa，在热蒸镀过程中，所述al金属薄膜层厚度小于30nm时，使用0.3埃/s的低速率，然后采用0.6埃/s的速率进行蒸镀至形成厚度为100～200nm的所述al金属薄膜层。

20、进一步的，所述盘旋状加热电极为两个正方形极片衬垫和连接两个所述正方形极片衬垫的盘旋状电极连接条组成；

21、较佳的，所述盘旋状电极连接条的宽度为150um，所述盘旋状电极连接条的间隙距离也为150um，所述正方形极片衬垫为边长为1000um的正方形。

22、有益效果在于：

23、1、采用al金属薄膜层，相较于传统的铂材料，材料成本低；

24、2、采用电阻式热蒸镀工艺镀层，工艺成本低且镀膜效率和纯度更高，技术更加稳定成熟且容易大面积生产；

25、3、本制作方法所形成的al金属薄膜层电阻率低，消耗少，同时响应迅速，升温降温快，性能更佳，且在制作过程中无需黏附层，附着力好。

技术特征：

1.一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于，具体步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于：所述恒温箱内的所述培养皿通过锡纸进行包裹。

3.根据权利要求1所述的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于：所述曝光过程采用365nm的紫外曝光机，所述紫外曝光机设置参数光强为78mw/cm2，曝光时间为8s。

4.根据权利要求1所述的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于：所述电阻式热蒸镀设备中的本底真空度为5×10-4pa，在热蒸镀过程中，所述al金属薄膜层厚度小于30nm时，使用0.3埃/s的低速率，然后采用0.6埃/s的速率进行蒸镀至形成厚度为100～200nm的所述al金属薄膜层。

5.根据权利要求1所述的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于：所述盘旋状加热电极为两个正方形极片衬垫和连接两个所述正方形极片衬垫的盘旋状电极连接条组成。

6.根据权利要求5所述的一种基于铝金属的mems微加热器制作方法，其特征在于：所述盘旋状电极连接条的宽度为150um，所述盘旋状电极连接条的间隙距离也为150um，所述正方形极片衬垫为边长为1000um的正方形。

技术总结本发明公开了一种基于铝金属的MEMS微加热器制作方法，涉及微加热器制作领域，包括制造二氧化硅隔热层生成氧化硅片，对氧化硅片进行光刻并显影，将光刻完成之后的所述氧化硅片使用电阻式热蒸镀设备进行热蒸镀形成Al金属薄膜层，采用金属剥离技术对光刻胶进行清理，具体为将蒸镀完之后的所述氧化硅片放在丙酮溶液中超声清洗20min，光刻胶全部溶于丙酮后留下表面的所述Al金属薄膜层，形成盘旋状加热电极，使用全自动化切片机。有益效果在于生产成本低，可以大范围生产，工艺要求低且成品Al金属薄膜层电阻率低，功率消耗少，同时响应迅速，升温降温快，性能更佳，且在制作过程中无需黏附层，附着力好。技术研发人员：郭凌,陈龙泉,靳亚康受保护的技术使用者：电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/3/31