一种加热丝埋入式微热板的研制.pdf

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1、2013年第32卷第1O期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)99一种加热丝埋入式微热板的研制丁如义，张欢，孙全涛，王海容。，陈磊(1．西安陕鼓动力股份有限公司，陕西西安710075；2．西安交通大学机械工程学院精密工程与光学测试技术研究所，陕西西安710049)摘要：在传统“三明治”夹层结构的基础，微热板将加热丝埋入到基底绝缘层中，通过周围绝缘层介质对加热丝的约束作用，减小了Pt加热丝与基底以及覆盖层热膨胀系数失配所产生的热应力对器件稳定性造成的影响，从而提高微热板在高温工作时的稳定性。主要加工工艺

2、流程为：利用热氧化方法和LPCVD在4in硅片两侧制备SiO。／Si。N4介质层，在待埋入加热丝的位置通过RIE制作出坑槽，然后利用剥离工艺制备出双曲螺旋形状Pt加热丝，在硅片的背部利用RIE干法刻蚀和湿法刻蚀加工出绝热槽，最后在加热丝的上方沉积一层SiO绝缘层并在引线盘位置开窗。通过实验验证：该微热板在350℃内可以稳定工作，微热板在有效面积内(5mmx5mm)温度均匀性好，功率约为130mW(350oC时)。关键词：微热板；半导体式气体传感器；微机电系统；低功耗中图分类号：TH122；TH162文献标识码：B文章编号：1000-9787(2013)1

3、0-0099-03Studyandfabricationofaheater—stripembeddedtypemicro．-hlloOtoOlateDINGRu．yi，ZHANGHuan。，SUNQua．．tao，WANGHai．rong。，CHENLei(1．Xi’anShaanguPowerC0Ltd，Xi’an710075，China；2．SchoolofMechanicalEngineering，Xi’anJiaotongUniversity，Xi’an710049，China)Abstract：Basedontraditional“sandwi

4、ch”structure．heater—stripisembeddedinthesubstrateinsultinglayerinMHPandduetoconstraintfunctionofperiphericinsulatinglayer，theeffectofthermalstresscausedbyPtheater—stripandsubstrateandthermalexpansioncoeficientmismatchofbaringlayeronthedeviceisreduced，thusimprovingthestabilityofth

5、edevice．TheMHPisfabricatedbytraditionalMEMSprocesses，whichbeganwithpreparingthe4-inchsiliconwaferwithSiO2／Si3N4insultinglayersonbothsides，throughthemethodofthermaloxidationandLPCVD．ThegrooveformicroheaterisformedviaRIE，andalayerofmeander—shapedPtmicroheaterisplacedfightinthegroov

6、ebylift—of．AninsulationpitisetchedOilthebacksideofthewaferthroughRIEandwetetching．AfteraninsuhinglayerofSiO2issputteredontotheheater—strip，openwindowinpositionofleaddisc．ExperimentverifiesthattheMHPcanworkproperlyandsteadilyat350℃withgoodtemperatureuniformitywithinheatingarea(5mm

7、x5mm)，andthepowerisabout130mWat350℃．Keywords：microhotplate(MHP)；MOXgassensors；MEMS；lowpowerconsumption0引言传感器尺寸匹配的微热板。常用的微热板一般采用“绝缘近年来，半导体式气体传感器与固体电解质气体传感层一加热丝一绝缘层”的“三明治”式结构，绝缘层与基底均器以其良好的灵敏度、较低的成本以及与IC工艺的兼容为硅基材料，利用MEMS工艺制备。但是，硅基微热板性，在气体检测领域得到了越来越广泛的应用，并向着微型遇到了很多亟待解决的问题。其中之一就是微热板的使

8、用化、低功耗化、集成化方向发展J。为达到较好的测量效寿命问题。众所周知，薄膜结构