一種熱隔離MEMS芯片制備方法及其結(jié)構(gòu)與流程

一種熱隔離MEMS芯片制備方法及其結(jié)構(gòu)與流程一、背景隨著信息技術(shù)和微納米技術(shù)的快速發(fā)展，MEMS（MicroelectromechanicalSystems，微電子機械系統(tǒng)）技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。MEMS芯片具有小體積、輕質(zhì)、低功耗等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于加速度傳感器、氣壓傳感器、陀螺儀等領(lǐng)域。MEMS芯片中包含機械、光學(xué)、電子等多個組成部品，其中熱隔離結(jié)構(gòu)是其中比較重要的一部分。熱隔離結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)微機械結(jié)構(gòu)的與電子器件的隔離，避免機械結(jié)構(gòu)受到電子器件發(fā)熱的影響。傳統(tǒng)的熱隔離技術(shù)主要有熱浸鋁法和熱氧化法等。不過這些方法制備熱隔離結(jié)構(gòu)成本高、制作周期長、結(jié)構(gòu)尺寸不穩(wěn)定。因此，提出一種新的熱隔離MEMS芯片制備方法，具有重要的意義。二、方法原理本文介紹的熱隔離MEMS芯片制備方法基于SOI（SilicononInsulator，硅上絕緣體）片。SOI片是采用特殊的生長技術(shù)，在原有的硅晶片表面上形成一個氧化硅隔離層，然后在氧化硅隔離層上再生長一層單晶硅，從而得到三層結(jié)構(gòu)的SOI片。本文的熱隔離MEMS芯片制備方法，是在SOI片的硅層上生長一層低溫氧化硅層，再在氧化硅層上生長一層硅膜。然后采用光刻技術(shù)和襯底剝離技術(shù)，制備出具有熱隔離結(jié)構(gòu)的MEMS芯片。其中，低溫氧化硅層能夠防止熱量向下傳導(dǎo)，實現(xiàn)熱的隔離。硅膜則可以作為熱傳感器或溫控器，將熱的變化轉(zhuǎn)化成電信號，實現(xiàn)對設(shè)備的控制和監(jiān)測。三、制備流程下面，我們詳細介紹熱隔離MEMS芯片制備的全流程。1.SOI片選擇從市場選擇質(zhì)量穩(wěn)定、尺寸適宜的SOI片。2.低溫氧化硅層生長在SOI片的硅層上生長一層低溫氧化硅層，具體實驗條件可以為：在高溫（約1100°C），激活熱退火的情況下，在水汽和氧氣的氣氛中進行，使得硅層表面生長出一層氧化硅層。3.硅膜生長在氧化硅層上生長一層硅膜，具體實驗條件可以為：在約500°C的溫度下，使用化學(xué)氣相氛圍生長薄硅膜。硅膜的厚度和質(zhì)量對熱隔離和傳感器性能起著重要的作用。4.光刻技術(shù)采用光刻技術(shù)，制作出熱隔離結(jié)構(gòu)和其他的MEMS器件。光刻工藝是MEMS制造過程中不可或缺的工藝之一。在光刻工藝中，首先需要制作光刻掩膜。掩膜中有物質(zhì)不透明區(qū)域和物質(zhì)透明區(qū)域，不透明區(qū)域中可將掩膜下表面暴露在紫外線的照射下，這樣便可以在其下形成相應(yīng)圖形。5.襯底剝離技術(shù)采用襯底剝離技術(shù)，使得器件剝離并轉(zhuǎn)移到另一塊襯底上。襯底剝離技術(shù)是MEMS制造過程中重要的技術(shù)之一，直接影響到芯片的成型質(zhì)量和工藝穩(wěn)定性。該技術(shù)的原理為：將器件與絕緣層剝離，剩余襯底則繼續(xù)使用。這種技術(shù)不僅可以獲得技術(shù)較高，成本較低的襯底，而且可以避免器件不穩(wěn)定性和噪聲干擾等問題。6.二次光刻技術(shù)采用二次光刻技術(shù)，形成氧化硅層和硅膜的開口孔洞。二次光刻技術(shù)是制備熱隔離結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之一。該技術(shù)通過開口孔洞，實現(xiàn)熱結(jié)構(gòu)與硅膜的電氣聯(lián)系。7.重復(fù)上述過程重復(fù)上述過程，直至得到滿足需要的MEMS芯片。四、結(jié)構(gòu)分析通過以上制備流程，我們成功制備出具有熱隔離結(jié)構(gòu)的MEMS芯片。該MEMS芯片的結(jié)構(gòu)主要由以下組成部分：上層：硅膜層，可用于熱傳感器或溫控器。中層：氧化硅層，隔離三層之間的熱傳導(dǎo)。下層：硅基片襯底，用于支撐器件和其他基礎(chǔ)器件。該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了熱的隔離，同時硅膜層能夠?qū)崃孔兓D(zhuǎn)化成電信號，對設(shè)備進行控制和監(jiān)測。因此，該結(jié)構(gòu)可用于多個設(shè)備中，如加速度傳感器、氣壓傳感器、陀螺儀等。五、總結(jié)與展望本文介紹了一種基于SOI片的熱隔離MEMS芯片制備方法及其結(jié)構(gòu)分析，該方法可以實現(xiàn)熱的隔離與穩(wěn)定，同時硅膜層也具有熱傳感器或