[发明专利]一种三维微型加热器及其制备方法

说明书

本发明提供一种三维微型加热器及制备方法，制备包括：提供半导体衬底，形成具有平台腐蚀窗口牺牲层；腐蚀半导体衬形成若干个下沉平台结构；形成定义有加热膜区、支撑梁区及电极区的介质薄膜，加热膜区经支撑梁区与电极区连接；制备加热电阻丝、连接引线、电极、电极引线；于介质薄膜上形成薄膜释放窗口；腐蚀半导体衬底形成隔热腔体，以释放出加热膜区及支撑梁区。通过上述方案，本发明的三维加热器具有凹槽形下沉平台结构加热膜区阵列，加热电阻丝排布在下沉平台阵列内部，加热膜区结构稳定、功耗低，加热电阻丝加热分布均匀，具有大的气体接触面积和气体流通速度；在不同下沉平台结构上设置不同形状及布局的加热电阻丝，实现加热膜区热量调整。

技术领域

本发明属于微机械系统(MEMS)领域，特别是涉及一种三维微型加热器及其制备方法。

背景技术

随着微机械加工技术的不断发展，基于MEMS工艺的微型加热器已开始在气体探测，环境监控和红外光源等领域广泛应用，随着应用的不断推广和深入，对微型加热器的低功耗、低成本、高性能、高可靠的要求也日益强烈。如何制作出低功耗高性能的加热器一直是本领域内技术人员追求的目标。

目前，基于硅衬底的微型加热器从中心加热膜区结构来分，主要有两种类型，分别是封闭膜式(closed membrane type)和悬膜式(suspended membrane type)。封闭膜式微型加热器的支撑膜边界都与衬底框架相连，通过背面体硅加工技术腐蚀衬底硅实现加热膜区的释放，如M.Gall，The Si-planar-pellistor：alow-power pellistor sensor in Si-thin-film technology，Sensors and Actuators B，Vol.4(1991)，pp.533-538；悬膜式微型加热器通常利用数条长条形支撑悬臂梁把中心加热膜区与衬底框架相连，利用正面体硅加工技术实现加热膜区的释放，如Michael Gaitan，et.al，Micro-hotplate devices andmethods for theirfabrication，US Patent NO.5,464,966。随着十多年的发展，为了满足不同需求，封闭膜式的微型加热器和悬膜式的微型加热器的加热膜区出现了很多种形状，如：圆形，矩形，长条形，或者多边形等。但不管是哪一种形状，这些加热膜区都是平面型的，是一种二维结构。

然而，在某些领域内应用时这种平面式加热膜区的微型加热器却有些不足，特别是作为气体传感器，敏感材料在微型加热器中心加热膜区的覆盖率不高，敏感膜同被测气体的接触面积较小。而传统的三维微型加热器，增加了加热膜区的实际面积，但在气体传感器应用方面依旧存在缺陷，一方面是敏感材料很难在三维加热膜区内均匀沉积，另一方面是敏感材料分布在三维加热膜区的凹槽内部，气流流通教少，不利于敏感材料对被测气体的探测。

因此，如何设计一种兼具传统二维微型加热器和三维加热器优点，除基本的低功耗、高加热效率的性能外，既具有更大的接触面积，又不影响气体流通的新型加热器实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三维微型加热器及其制备方法，用于解决现有技术敏感材料难以在三维加热膜区均匀沉积、气体流通较少以及加热膜区的热量分配受限等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种三维微型加热器的制备方法，包括如下步骤：

1)提供一半导体衬底，并于所述半导体衬底上形成一牺牲层，所述牺牲层上形成有若干个平台腐蚀窗口，且相邻所述平台腐蚀窗口之间具有间距；

2)基于所述平台腐蚀窗口腐蚀所述半导体衬底，以于所述半导体衬底中形成若干个间隔排布的下沉平台结构；

3)去除所述牺牲层并于步骤2)所得到的结构的表面形成介质薄膜，所述介质薄膜上定义有加热膜区、支撑梁区及电极区，其中，所述加热膜区经由所述支撑梁区与所述电极区相连接，且所述加热膜区至少覆盖各所述下沉平台结构；