[发明专利]具有非均匀线间距加热电阻丝的矩形微型加热器及方法

权利要求书

1.一种具有非均匀线间距加热电阻丝的矩形微型加热器，其特征在于：

①矩形加热膜区的两端分别通过一个梯形过渡区与支撑悬梁的一端相连，支撑悬梁的另一端连接衬底框架；

②折线形加热电阻丝以中心对称或轴对称的方式排布在矩形加热膜区上；电阻丝的线间距按照在加热膜区中心处稀疏，在加热膜区两端处稠密的方式排布；

③折线形加热电阻丝通过支撑悬梁上的引线与衬底框架上的接触电极相连；

④在矩形加热膜区和支撑悬梁的下方是隔热腔体。

2.按权利要求1所述的微型加热器，其特征在于梯形过渡区的上底与支撑悬梁相连，下底则与矩形加热膜区相连。

3.按权利要求1所述的微型加热器，其特征在于折线形加热电阻丝的线间距的宽度是按照从加热膜区的中心向左右两端逐渐递减，单此递减的幅度范围在5％到60％之间。

4.按照权利要求3所述的微型加热器，其特征在于所述的线间距在矩形加热膜区中心处最宽，在矩形加热膜区两端处最窄，线间距最宽为100微米，最窄为1微米。

5.按照权利要求1所述的微型加热器，其特征在于所述的隔热腔体的形状有两种，一种是通过硅各向异性湿法腐蚀形成的横截面呈倒梯形或“V”字形的结构，另一种是通过各向同性湿法腐蚀或各向同性干法刻蚀形成的横截面呈圆弧形的结构。

6.按权利要求1所述的微型加热器，其特征在于所述的支撑悬梁的方向与<100>晶向的夹角保持±30度以内或与<110>晶向的夹角保持在±15度范围以内。

7.制备如权利要求1-6中任一项所述的微型加热器的方法，其特征在于制作步骤是：

1)选择衬底：选取(100)面的硅片，双面抛光或单面抛光；

2)在衬底上制作复合膜：复合膜用于形成矩形加热膜区，梯形过渡区和支撑悬梁。复合膜由单层或多层的氧化硅和氮化硅复合而成；采用氧化、等离子增强化学气相沉积、或低压化学气相沉积方法制备；

3)在步骤2的复合膜上制作折线形加热电阻丝、引线和电极：对于铂或金金属材料，利用lift-off工艺或者湿法腐蚀工艺制作；对于多晶硅半导体材料，采用先沉积再干法刻蚀的方法制作；

4)开薄膜释放窗口：如果支撑悬梁的方向与<100>晶向的夹角保持在±30度以内，直接利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合膜，形成薄膜释放窗口。如果支撑悬梁的方向与<110>晶向的夹角保持在±15度以内，先利用反应离子刻蚀或离子束刻蚀刻蚀暴露的氧化硅和氮化硅复合膜，再利用深反应离子刻蚀刻蚀衬底硅，最后形成薄膜释放窗口；

5)释放薄膜：使用各向异性湿法腐蚀、各向同性湿法腐蚀或者各向同性干法气体刻蚀，掏空复合膜下面的衬底硅释放出薄膜结构，从而形成微型加热器。

8.按权利要求7所述的方法，其特征在于：

①步骤1中所述的衬底为N型或P型；

②步骤4中所述的刻蚀衬底硅的深度大于支撑悬梁宽度的0.7倍；

③步骤5中所述的各向同性湿法腐蚀的腐蚀液为硝酸+氢氟酸+水；

④步骤5中所述的各向同性干法气体刻蚀的气体为XeF₂；

⑤步骤5中所述的各向异性湿法腐蚀的腐蚀液为四甲基氢氧化铵或氢氧化钾。