[发明专利]具有真空隔热层的MEMS微热板及其制备方法

说明书

本公开提供了一种具有真空隔热层的MEMS微热板及其制备方法，该MEMS微热板包括：硅基底；在硅基底表面通过SON工艺形成的真空隔热层；形成于硅基底及真空隔热层上的绝缘层；形成于绝缘层上且位于真空隔热层正上方的加热电极和测试电极；沿真空隔热层外围依次刻蚀绝缘层和硅基底形成的具有悬空梁支撑结构的加热平台；以及刻蚀或腐蚀绝缘层于加热平台正下方区域形成的隔热槽。利用本公开，通过采用SON工艺能够使隔热层处于真空状态，形成真空隔热层，该真空隔热层相较于空气隔热在抑制加热平台热量散失方面更具优势，能够有效降低微热板工作时向外界的热传导，从而降低热量损失，进而提升微热板的温度均匀性。

技术领域

本公开涉及微纳制造技术及微电子机械系统(MEMS)传感器技术领域，特别涉及一种具有真空隔热层的MEMS微热板及其制备方法。

背景技术

目前采用气体传感器对有毒有害、可燃气体泄漏的微量准确检测，能够有效预防安全事故的发生，因此气体传感器的研究和开发至关重要。

金属氧化物气体传感器由于具有灵敏度高、响应迅速、成本低等优点被广泛应用于石油化工、冶金工业、环境监测等众多领域，但其仍存在体积大、功耗高和选择性差等问题。MEMS技术的发展成功推动气体传感器实现了小型化，而低功耗、高选择性的多气体传感器已成为高端MEMS气体传感器的研究热点。

MEMS气体传感器主要由气敏材料和微热板两部分组成。微热板是MEMS气体传感器的核心部件，其集成加热电极和测试电极一体于硅基板，能够有效降低传统金属氧化物气体传感器的功耗，作为重要组成部分的微热板，其设计与加工的好坏直接影响MEMS气体传感器的性能。

目前MEMS气体传感器的微热板普遍采用悬空结构制备隔热槽来实现保温的目的，但仍存在微热板上温度分布不均匀和热量散失损耗等问题。为了解决温度分布不均匀和热量散失损耗的问题，现有技术提供了一种基于空气隔热层的MEMS微热板及其制备方法，通过采用空气隔热层，降低了热量散失，改善了微热板上温度分布的均匀性。但是上述方法为制作空气隔热层而增加了工艺步骤，导致制备工艺复杂，制备难度同时加大，制备成本也相应提升，并且空气本身具有良好的导热能力，空气隔热层在一定程度仍存在热量散失损耗的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种具有真空隔热层的MEMS微热板及其制备方法，以至少部分解决上述技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种具有真空隔热层的MEMS微热板，包括：硅基底100；在所述硅基底100表面通过空洞层上硅(Silicon on Nothing，SON)工艺形成的真空隔热层203；形成于所述硅基底100及所述真空隔热层203之上的绝缘层301；形成于所述绝缘层301上且位于所述真空隔热层203正上方的加热电极401和测试电极402；沿所述真空隔热层203外围依次刻蚀所述绝缘层301和所述硅基底100形成的具有悬空梁支撑结构502的加热平台501；以及刻蚀或腐蚀所述绝缘层301于所述加热平台501正下方区域形成的隔热槽601。

在一些实施例中，所述硅基底100采用电阻率≤0.001Ω·cm，晶向100的单晶硅圆片或SOI圆片，厚度至少为300μm。

在一些实施例中，所述真空隔热层203的上表面低于所述硅基底100的上表面，以于所述真空隔热层203的上表面形成便于气敏材料成型的一凹槽结构201。

在一些实施例中，所述绝缘层301采用的材料为SiO₂，同时起到绝热作用，厚度为0.5μm～1μm。所述绝缘层301是采用热氧化技术氧化所述真空隔热层203的硅膜结构及所述硅基底100的上表面而形成。在氧化所述真空隔热层203的硅膜结构及所述硅基底100的上表面而形成的SiO₂之上，进一步包括Si₃N₄层而形成复合材料层。