專利名稱：納米尺度微型溫度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域中的一種納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，本發(fā)明制作的器件特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
背景技術(shù)：
溫度傳感器被廣泛的應(yīng)用于個人計算機(jī)、移動電話、汽車、醫(yī)用設(shè)備、游戲控制臺、微流體傳感器等設(shè)備中。隨著IC集成度的提高和筆記本電腦、移動終端、PDA等便攜式設(shè)備的普及，功耗散熱問題變得越來越突出。只有對芯片的工作溫度進(jìn)行精確的控制，才能保證設(shè)備穩(wěn)定工作。微流體傳感器中也需要體積很小的溫度傳感器來敏感氣流的溫度。傳統(tǒng)的溫度傳感器由于體積大、功耗高、線性度不好等不足，從而制約了其進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。
納電子機(jī)械系統(tǒng)又稱NEMS，是在微電子系統(tǒng)(MEMS)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的、特征尺寸在0.1-100納米范圍內(nèi)的一種新興技術(shù)。納米技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域有光通信、微波通信、醫(yī)學(xué)、家電等，因此采用納米技術(shù)制作溫度傳感器，來進(jìn)一步提高電子產(chǎn)品的性能已成為關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種采用微機(jī)械加工工藝的納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，并且本發(fā)明方法制作的器件還具有體積極小、溫度測量范圍極寬、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、熱容量小、響應(yīng)速度快、測量精度高、線性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特點(diǎn)。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，它包括步驟
①在單晶硅片1上面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積、熱生長一層二氧化硅膜層8；②在單晶硅片1下面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層下層氮化硅膜層2；③二氧化硅膜層8上面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層上層氮化硅膜層3；④在上層氮化硅膜層3上面涂一層光刻膠，采用光刻工藝光刻形成溫敏電阻層5的結(jié)構(gòu)圖形；⑤采用磁控濺射工藝在上層氮化硅膜層3上、溫敏電阻層5的結(jié)構(gòu)圖形上濺射一層粘附層4；⑥采用磁控濺射工藝在粘附層4上面濺射一層溫敏電阻層5；⑦采用磁控濺射工藝在溫敏電阻層5上面濺射一層導(dǎo)電層6；⑧將單晶硅片1放入酒精容器內(nèi)，采用超聲剝離工藝剝離掉溫敏電阻層5結(jié)構(gòu)圖形以外的粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6，單晶硅片1上兩側(cè)露出上層氮化硅膜層3，形成粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6結(jié)構(gòu)層；⑨在導(dǎo)電層6結(jié)構(gòu)層上涂一層光刻膠，采用光刻工藝光刻形成導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)圖形；⑩采用碘化鉀濕法腐蝕工藝，腐蝕溫敏電阻層5上面中間部位的導(dǎo)電層6，露出中間部位的溫敏電阻層5，形成導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)；在單晶硅片1上露出的兩側(cè)上層氮化硅膜層3上、露出中間部位的溫敏電阻層5上、導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)上面涂一層光刻膠，光刻出懸臂梁7結(jié)構(gòu)圖形；采用等離子體刻蝕工藝在上層氮化硅膜層3上面刻蝕形成懸臂梁7結(jié)構(gòu)，露出上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅膜層8；采用氫氟酸緩沖液腐蝕掉露出上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅膜層8、懸臂梁7結(jié)構(gòu)下面的二氧化硅膜層8，形成懸空的懸臂梁7結(jié)構(gòu)；采用硅各向異性濕法腐蝕工藝腐蝕單晶硅片1形成腔體結(jié)構(gòu)，懸臂梁7、粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6懸空固定在單晶硅片1腔體上，完成納米尺度微型溫度傳感器制作。
本發(fā)明下層氮化硅膜層2的厚度尺寸為300納米至3000納米；上層氮化硅膜層3的厚度尺寸為300納米至3000納米；粘附層4的厚度尺寸為5納米至500納米；溫敏電阻層5的厚度尺寸為5納米至500納米；導(dǎo)電層6的厚度尺寸為5納米至3000納米。
本發(fā)明上層氮化硅膜層3可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作；粘附層4可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作；溫敏電阻層5可采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作；導(dǎo)電層6可采用金、或銅、鋁制作。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明采用微電子加工工藝制作成多層薄膜結(jié)構(gòu)的溫度測量傳感器，因此本發(fā)明制作的器件體積極小；采用溫敏電阻層5作為測溫敏感元件，具有溫度測量精度高、線性度好、一致性好、性能穩(wěn)定可靠、溫度測量范圍寬(可達(dá)-78℃至600℃)的優(yōu)點(diǎn)。
2、本發(fā)明采用單晶硅片1腔體結(jié)構(gòu)和懸臂梁7結(jié)構(gòu)，將整體結(jié)構(gòu)懸空，使本發(fā)明制作的傳感器降低熱容量、溫度響應(yīng)快、功耗低。
3、本發(fā)明采用微機(jī)械工藝加工制作，使器件具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、加工成品率高、成本低、便于批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1、圖2中，1為單晶硅片、2為下層氮化硅膜層、3為上層氮化硅膜層、4為粘附層、5為溫敏電阻層、6為導(dǎo)電層、7為懸臂梁、8為二氧化硅膜層。
具體實施例方式
參照圖1圖2，本發(fā)明制作步驟是(1)在單晶硅片1上面采用通用的低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積、氧化爐設(shè)備的熱生長工藝熱生長一層二氧化硅膜層8結(jié)構(gòu)，作為腐蝕單晶硅片1的犧牲層。實施例采用氧化爐設(shè)備熱生長一層二氧化硅膜8。
(2)在單晶硅片1下面采用通用的化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積設(shè)備的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層下層氮化硅膜層2，下層氮化硅膜層2的淀積厚度為300納米至3000納米。實施例采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝淀積下層氮化硅膜2，淀積厚度為500納米。
(3)二氧化硅膜層8上面采用通用的低壓化學(xué)氣相淀積設(shè)備的低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層上層氮化硅膜層3結(jié)構(gòu)，下層氮化硅膜層3可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作，淀積厚度為300納米至3000納米。實施例采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝淀積下層氮化硅膜3，淀積厚度為500納米，采用氮化硅材料制作。
(4)在上層氮化硅膜層3上面用涂膠機(jī)涂一層正膠AZ1500型光刻膠，采用通用光刻機(jī)的光刻工藝光刻形成溫敏電阻層5的結(jié)構(gòu)圖形；(5)采用磁控濺射臺的磁控濺射工藝在上層氮化硅膜層3上、溫敏電阻層5的結(jié)構(gòu)圖形上濺射一層粘附層4，其作用是用來連接懸臂梁7和溫敏電阻層5，粘附層4的厚度尺寸為5納米至500納米，材料可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作。實施例粘附層4的加工厚度為10納米，采用鉻材料制作。
(6)采用磁控濺射臺的磁控濺射工藝在粘附層4上面濺射一層溫敏電阻層5，作為溫度敏感元件，其原理是周圍環(huán)境溫度的變化引起阻值的變化，從而可以測量溫度的變化。溫敏電阻層5的厚度尺寸為5納米至500納米，根據(jù)溫敏電阻層5的不同厚度可以制作成不同規(guī)格的溫度傳感器。材料可以采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作。實施例制作溫敏電阻層5的厚度為10納米，采用鉑材料制作，鉑材料的溫度測量范圍可制作達(dá)到-78℃至600℃，溫度測量范圍極寬。
(7)采用磁控濺射臺的磁控濺射工藝在溫敏電阻層5上面濺射一層導(dǎo)電層6，其作用為降低引線電阻和限定溫敏電阻層5感受溫度變化的區(qū)域。導(dǎo)電層6的厚度尺寸為5納米至3000納米，可以采用金、或銅、鋁制作。實施例導(dǎo)電層6的濺射厚度為10納米，采用金材料制作。
(8)將單晶硅片1放入酒精容器內(nèi)，采用超聲設(shè)備的超聲剝離工藝剝離掉溫敏電阻層5的結(jié)構(gòu)圖形以外的粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6，單晶硅片1上兩側(cè)露出上層氮化硅膜層3，形成粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6結(jié)構(gòu)層；(9)在導(dǎo)電層6上用涂膠機(jī)涂一層正膠AZ1500型光刻膠，采用通用光刻機(jī)的光刻工藝光刻形成導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)圖形；(10)采用碘化鉀濕法腐蝕工藝，腐蝕溫敏電阻層5上面中間部位的導(dǎo)電層6，露出中間部位的溫敏電阻層5，溫敏電阻層5兩端形成導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)；使用時整個傳感器封裝后由導(dǎo)電層6電極作為外電路的接線電極。
(11)在單晶硅片1上露出的兩側(cè)上層氮化硅膜層3上、露出中間部位的溫敏電阻層5上、導(dǎo)電層6電極結(jié)構(gòu)上涂一層正膠AZ1500型光刻膠，采用通用光刻機(jī)的光刻工藝光刻出懸臂梁7結(jié)構(gòu)圖形；(12)采用等離子體刻蝕設(shè)備的等離子體刻蝕工藝在氮化硅膜層3上面刻蝕形成懸臂梁7結(jié)構(gòu)，露出上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅膜層8；(13)采用氫氟酸緩沖液腐蝕掉露出上層氮化硅膜層3下面的二氧化硅膜層8、懸臂梁7結(jié)構(gòu)下面的二氧化硅膜層8，形成懸空的懸臂梁7結(jié)構(gòu)；(14)采用硅各向異性濕法腐蝕工藝腐蝕單晶硅片1形成腔體結(jié)構(gòu)，懸臂梁7、粘附層4、溫敏電阻層5、導(dǎo)電層6懸空固定在單晶硅片1腔體上，完成納米尺度微型溫度傳感器制作。
本發(fā)明的簡要工作原理如下導(dǎo)電層6兩端接入被測電路中，由于溫敏電阻層5周圍溫度的變化，引起溫敏電阻層5阻值的變化，從而根據(jù)阻值變化的大小可以直接轉(zhuǎn)換測出溫度變化的大小，達(dá)到測量溫度、作為傳感器的目的。特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
權(quán)利要求
1.一種納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，其特征在于包括步驟①在單晶硅片(1)上面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積、熱生長工藝熱生長一層二氧化硅膜層(8)；②在單晶硅片(1)下面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層下層氮化硅膜層(2)；③二氧化硅膜層(8)上面采用低壓化學(xué)氣相淀積工藝或等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝淀積一層上層氮化硅膜層(3)；④在上層氮化硅膜層(3)上面涂一層光刻膠，采用光刻工藝光刻形成溫敏電阻層(5)的結(jié)構(gòu)圖形；⑤采用磁控濺射工藝在上層氮化硅膜層(3)上、溫敏電阻層(5)的結(jié)構(gòu)圖形上濺射一層粘附層(4)；⑥采用磁控濺射工藝在粘附層(4)上面濺射一層溫敏電阻層(5)；⑦采用磁控濺射工藝在溫敏電阻層(5)上面濺射一層導(dǎo)電層(6)；⑧將單晶硅片(1)放入酒精容器內(nèi)，采用超聲剝離工藝剝離掉溫敏電阻層(5)結(jié)構(gòu)圖形以外的粘附層(4)、溫敏電阻層(5)、導(dǎo)電層(6)，單晶硅片(1)上兩側(cè)露出上層氮化硅膜層(3)，形成粘附層(4)、溫敏電阻層(5)、導(dǎo)電層(6)結(jié)構(gòu)層；⑨在導(dǎo)電層(6)結(jié)構(gòu)層上涂一層光刻膠，采用光刻工藝光刻形成導(dǎo)電層(6)電極結(jié)構(gòu)圖形；⑩采用碘化鉀濕法腐蝕工藝，腐蝕溫敏電阻層(5)上面中間部位的導(dǎo)電層(6)，露出中間部位的溫敏電阻層(5)，溫敏電阻層(5)兩端形成導(dǎo)電層(6)電極結(jié)構(gòu)；在單晶硅片(1)上露出的兩側(cè)上層氮化硅膜層(3)上、露出中間部位的溫敏電阻層(5)上、導(dǎo)電層(6)電極結(jié)構(gòu)上面涂一層光刻膠，光刻出懸臂梁(7)結(jié)構(gòu)圖形；采用等離子體刻蝕工藝在上層氮化硅膜層(3)上面刻蝕形成懸臂梁(7)結(jié)構(gòu)，露出上層氮化硅膜層(3)下面的二氧化硅膜層(8)；采用氫氟酸緩沖液腐蝕掉露出上層氮化硅膜層(3)下面的二氧化硅膜層(8)、懸臂梁(7)結(jié)構(gòu)下面的二氧化硅膜層(8)，形成懸空的懸臂梁(7)結(jié)構(gòu)；采用硅各向異性濕法腐蝕工藝腐蝕單晶硅片(1)形成腔體結(jié)構(gòu)，懸臂梁(7)、粘附層(4)、溫敏電阻層(5)、導(dǎo)電層(6)懸空固定在單晶硅片(1)腔體上，完成納米尺度微型溫度傳感器制作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，其特征在于下層氮化硅膜層(2)的厚度尺寸為300納米至3000納米；上層氮化硅膜層(3)的厚度尺寸為300納米至3000內(nèi)米；粘附層(4)的厚度尺寸為5納米至500納米；溫敏電阻層(5)的厚度尺寸為5納米至500納米；導(dǎo)電層(6)的厚度尺寸為5納米至3000納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，其特征在于上層氮化硅膜層(3)可采用氮化硅、或濃硼硅、二氧化硅制作；粘附層(4)可采用鉻、或鈦、鎳鉻合金制作；溫敏電阻層(5)可采用鉑、或鎢、鎳鉻合金、鉑銠合金制作；導(dǎo)電層(6)可采用金、或銅、鋁制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米尺度微型溫度傳感器的制作方法，涉及傳感器領(lǐng)域中的一種納米尺度測量溫度傳感器器件的制作。本發(fā)明制作的器件由單晶硅片、下層氮化硅膜層、上層氮化硅膜層、粘附層、溫敏電阻層、導(dǎo)電層、懸臂梁、二氧化硅膜層構(gòu)成。它采用微機(jī)械加工工藝制作溫敏電阻層作為測量溫度的敏感元件，周圍環(huán)境溫度的變化引起其阻值的變化，達(dá)到測量溫度，作為傳感器的目的。本發(fā)明制作的器件還具有體積極小、溫度測量范圍極寬、結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、熱容量小、響應(yīng)速度快、線性度好、功耗低、可靠性高、一致性好、成本低等特點(diǎn)。特別適用于微流體傳感器等要求體積較小的場合作為精確溫度測量及IC芯片、傳感器芯片等嵌入式在片溫度測量的傳感器裝置。
文檔編號B81B7/00GK1664523SQ200510012319
公開日2005年9月7日 申請日期2005年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者楊擁軍, 徐淑靜, 呂樹海 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所