一种高精度温度感测功能的MEMS微热板及其制备方法与流程

本发明涉及微电子器件，具体涉及一种高精度温度感测功能的mems微热板及其制备方法。

背景技术：

1、当前，气体传感器和其它传感器一样，发展的趋势也是微型化、智能化和多功能化。由于工作温度对半导体气敏材料的响应恢复时间、灵敏度等气敏性能有着极大影响，大多数半导体气敏材料因其工作环境温度、最佳工作温度等限制，一般需要在200℃-400℃的高温下工作，这就要求气敏材料需要维持恒定温度，基于mems微热板以其功耗低、体积小、热响应快、可集成等优点广泛应用在微型气体传感器等领域。

2、但基于现有的mems工艺，传统的mems微热板中的绝缘保护层通常由等离子体增强化学气相沉积的氧化硅或氮化硅构成，其虽然应力较低，但缺陷较多且厚度较薄；同时mems微热板的成本较高，现有技术一般通过减小mems微热板的尺寸来降低成本，在保证强度的情况下，mems微热板中绝缘支撑层和绝缘保护层薄膜选择尽可能薄的厚度来实现好的温度隔离，一般厚度均在200-1000nm之间。

3、采用上述结构的mems微热板在长期工作时，绝缘保护层缺陷较多且厚度较薄，难以阻挡空气中的氧气透过绝缘保护层向加热电阻层扩散，最终导致在长时间高温工作后加热电阻层的电阻值缓慢增大，加热电阻值在高温工作时存在明显的老化效应，随着时间的推移，其感测温度的精度越来越差，不利于产品长期稳定工作。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高精度温度感测功能的mems微热板及其制备方法，本发明的mems微热板可在其铂金属层表面形成致密金属氧化物的保护层，兼具尺寸小、成本低、加热电阻稳定性好的优点，改善在长期高温工作参数工作后电阻值的漂移，可以长期稳定高精度感测微热板的工作温度。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供了一种高精度温度感测功能的mems微热板，所述mems微热板包括：

4、衬底；

5、设置在所述衬底上的绝缘支撑层；

6、设置在所述绝缘支撑层上的加热电阻层；

7、设置在所述加热电阻层上的绝缘保护层；

8、所述加热电阻层包括具有氧化保护作用的粘结层、铂金属层和氧化保护层。

9、本发明的加热电阻层的组成除了粘结层和铂金属层外，还包括氧化保护层。

10、进一步，所述粘结层设置于所述绝缘支撑层上，厚度为10nm-30nm。

11、进一步，所述铂金属层设置于所述粘结层上，厚度为1500nm-3000nm。

12、进一步，所述氧化保护层设置于所述铂金属层的表面和侧壁上，厚度为10nm-30nm。

13、本发明还提供一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，包括；

14、在衬底上形成绝缘支撑层；

15、在所述绝缘支撑层上形成加热电阻层；所述加热电阻层包括粘结层、铂金属层和氧化保护层；

16、在所述加热电阻层上形成绝缘保护层；

17、通过刻蚀工艺使所述绝缘支撑层、所述绝缘保护层形成mems悬膜结构。

18、进一步，在所述衬底上形成绝缘支撑层包括如下步骤：

19、采用低压化学气相沉积法在所述衬底上沉积氮化硅薄膜，即所述绝缘支撑层，所述氮化硅薄膜的厚度为300-700nm。

20、进一步，在所述绝缘支撑层上形成加热电阻层包括如下步骤：

21、采用剥离工艺蒸发沉积法在所述绝缘支撑层上先形成所述粘结层，再形成所述铂金属层，最后在所述铂金属层的表面和侧壁上形成所述氧化保护层。

22、进一步，所述氧化保护层的材质为铬或铬铂合金，所述铬铂合金中的铬元素含量≥20％；所述粘结层的材质为金属铬。

23、进一步，在所述加热电阻层上形成绝缘保护层包括如下的步骤：

24、采用等离子增强化学气相沉积法在所述加热电阻层上沉积氧化硅薄膜，即为所述绝缘保护层，所述氧化硅薄膜的厚度为300-700nm。

25、进一步，所述mems微热板在使用前，还需要在500℃-700℃的含氧气氛条件下老化2小时。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、为消除mems微热板长期高温工作后铂金属层的老化效应、电阻值发生显著漂移从而影响对加热电阻层感测温度功能的影响，在加热电阻层中引入形成致密金属氧化物的保护层，改善在长期高温工作环境下工作后电阻值的漂移。

28、本发明通过mems微热板的加热电阻层中具有氧化保护效应的粘结层和氧化保护层里的铬元素与扩散的氧气反应生产致密的氧化铬保护层，更好保护铂金属层，防止被氧化，在mems微热板尺寸小、厚度薄的同时实现好的温度隔离，从而使mems微热板在长时间的高温工作后，加热电阻层的电阻值高度稳定基本不变，使得mems气体传感器兼具尺寸小、成本低、感测的温度精度高的特点。

技术特征：

1.一种高精度温度感测功能的mems微热板，其特征在于，所述mems微热板包括：

2.根据权利要求1所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板，其特征在于，所述粘结层(3-1)设置于所述绝缘支撑层(2)上，厚度为10nm-30nm。

3.根据权利要求2所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板，其特征在于，所述铂金属层(3-2)设置于所述粘结层(3-1)上，厚度为1500nm-3000nm。

4.根据权利要求3所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板，其特征在于，所述氧化保护层(3-3)设置于所述铂金属层(3-2)的表面和侧壁上，厚度为10nm-30nm。

5.根据权利要求1-4所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，在所述衬底(1)上形成绝缘支撑层(2)包括如下步骤：

7.根据权利要求5所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，在所述绝缘支撑层(2)上形成加热电阻层(3)包括如下步骤：

8.根据权利要求6所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，所述氧化保护层(3-3)的材质为铬或铬铂合金，所述铬铂合金中的铬元素含量≥20％；所述粘结层(3-1)的材质为金属铬。

9.根据权利要求5所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，在所述加热电阻层(3)上形成绝缘保护层(4)包括如下的步骤：

10.根据权利要求5所述的一种高精度温度感测功能的mems微热板的制备方法，其特征在于，所述mems微热板在使用前，还需要在500℃-700℃的含氧气氛条件下老化2小时。

技术总结本发明提供一种高精度温度感测功能的MEMS微热板及其制备方法，涉及微电子器件技术领域，该MEMS微热板包括衬底；设置在所述衬底上的绝缘支撑层；设置在所述绝缘支撑层上的加热电阻层；设置在所述加热电阻层上的绝缘保护层；所述加热电阻层包括具有氧化保护作用的粘结层、铂金属层、氧化保护层。本发明兼具尺寸小、成本低、加热电阻稳定性好的优点，改善MEMS微热板在长期高温工作参数工作后电阻值的漂移，MEMS微热板的温度感测参数可以长期稳定。技术研发人员：雷鸣受保护的技术使用者：武汉微纳传感技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/4/24