mems微热板的制备方法及mems微热板
技术领域
1.本技术涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种mems微热板的制备方法及mems微热板。
背景技术：
2.通常微机电系统(mems,micro-electro-mechanical system)微热板包括依次层叠设置的衬底、第一介电层、电极层以及第二介电层。传统的制备方法中至少需要两个不同的掩膜版，经过两步光刻和两步刻蚀工艺分别对第二介电层及第一介电层进行刻蚀，以暴露电极层上的测量电极和焊盘，并形成腐蚀窗口以在衬底上形成隔热腔。这种制备方法所需要的光刻次数和刻蚀次数多，工艺复杂，从而使得产品良率较低，并且成本较高。
技术实现要素：
3.基于此，有必要针对现有技术中的光刻次数和刻蚀次数多的问题提供一种mems微热板的制备方法及mems微热板。
4.为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种mems微热板的制备方法，包括：
5.提供衬底；
6.在所述衬底上形成第一介电层；
7.在所述第一介电层上形成电极层；所述电极层包括测量电极、加热电极以及多个焊盘，所述焊盘与所述测量电极连接或与所述加热电极连接；
8.在所述电极层上形成第二介电层；
9.在同一步刻蚀工艺中依次对所述第二介电层和所述第一介电层进行刻蚀，以暴露所述测量电极、暴露所述多个焊盘、并形成腐蚀窗口以暴露部分所述衬底；所述第二介电层被刻蚀后形成的与所述测量电极相对的开口的尺寸小于所述测量电极的尺寸且所述第二介电层被刻蚀后形成的与所述焊盘相对的开口的尺寸小于所述焊盘的尺寸；以及
10.在所述衬底上形成与所述腐蚀窗口相对的隔热腔。
11.上述mems微热板的制备方法中第二介电层和第一介电层能够在同一步光刻和刻蚀工艺中被刻蚀，刻蚀次数少，工艺简单，产品良率提高，有利于降低成本，实现大规模量产。
12.在其中一个实施例中，所述在同一步刻蚀工艺中依次对所述第二介电层和所述第一介电层进行刻蚀所使用的掩膜版包括测量电极图形、焊盘图形以及腐蚀窗口图形；所述测量电极图形与所述测量电极相对且尺寸小于所述测量电极的尺寸，所述焊盘图形与所述焊盘相对且尺寸小于所述焊盘的尺寸，所述腐蚀窗口图形与所述腐蚀窗口相对。
13.在其中一个实施例中，所述在同一步刻蚀工艺中依次对所述第二介电层和所述第一介电层进行刻蚀，包括：
14.在第一预设时间段内，对所述第二介电层进行刻蚀分别形成与所述测量电极、所述焊盘及所述腐蚀窗口相对的开口；
15.在第二预设时间段内，利用电极层作为硬掩膜配合所述掩膜版对所述第一介电层进行刻蚀形成与所述腐蚀窗口相对的开口。
16.在其中一个实施例中，所述在所述衬底上形成第一介电层的步骤包括：
17.采用低压化学气相沉积法在所述衬底上沉积氮化硅，所述氮化硅的应力小于200mpa。
18.在其中一个实施例中，所述氮化硅的厚度范围为500nm～2000nm。
19.在其中一个实施例中，所述在所述第一介电层上形成电极层的步骤包括：
20.采用磁控溅射法或者电子束蒸发法在所述第一介电层上形成金属铂。
21.在其中一个实施例中，所述在所述电极层上形成第二介电层的步骤包括：
22.采用等离子增强化学气相沉积法在所述电极层上沉积氮化硅。
23.在其中一个实施例中，所述氮化硅的厚度范围为300nm～1000nm。
24.在其中一个实施例中，所述在所述衬底上形成与所述腐蚀窗口相对的隔热腔的步骤包括：
25.对所述衬底进行各向异性湿法腐蚀，以形成与所述腐蚀窗口相对的隔热腔。
26.本发明还提供了一种mems微热板，采用上述任意一项所述的mems微热板的制备方法制备形成所述mems微热板；所述mems微热板包括：
27.衬底，所述衬底上形成有隔热腔；
28.第一介电层，位于所述衬底上；
29.电极层，位于所述第一介电层上；所述电极层包括测量电极、加热电极以及多个焊盘，所述焊盘与所述测量电极连接或与所述加热电极连接；以及
30.第二介电层，位于所述电极层上；
31.其中，所述第二介电层的部分区域被刻蚀，以暴露所述测量电极和所述多个焊盘；并且所述第一介电层的部分区域被刻蚀，以形成腐蚀窗口暴露所述隔热腔；所述第二介电层被刻蚀后形成的与所述测量电极相对的开口的尺寸小于所述测量电极的尺寸且所述第二介电层被刻蚀后形成的与所述焊盘相对的开口的尺寸小于所述焊盘的尺寸。
32.上述mems微热板中第二介电层和第一介电层能够在同一步光刻和刻蚀工艺中被刻蚀，刻蚀次数少，工艺简单，产品良率提高，有利于降低成本，实现大规模量产。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为一实施例中提供的mems微热板的制备方法的流程图。
35.图2为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s11所得结构的立体图。
36.图3为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s12所得结构的立体图。
37.图4为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s13所得结构的立体图。
38.图5为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s14所得结构的透视图。
39.图6为一实施例中提供的掩膜版的正视图。
40.图7为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s15所得结构的透视图。
41.图8为一实施例中提供的mems微热板的制备方法中步骤s16所得结构的透视图。
42.附图标记说明：
43.21、衬底；211、隔热腔；22、第一介电层；23、电极层；231、测量电极；232、加热电极；233、焊盘；24、第二介电层；25、腐蚀窗口；30、掩膜版；31、测量电极图形；32、焊盘图形；33、腐蚀窗口图形。
具体实施方式
44.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
45.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
46.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为p型且第二掺杂类型可以为n型，或第一掺杂类型可以为n型且第二掺杂类型可以为p型。
47.在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
48.请参阅图1，本发明提供一种mems微热板的制备方法，包括如下步骤：
49.步骤s11，提供衬底。
50.步骤s12，在衬底上形成第一介电层。
51.步骤s13，在第一介电层上形成电极层；电极层包括测量电极、加热电极以及多个焊盘；焊盘与测量电极连接或与加热电极连接。
52.步骤s14，在电极层上形成第二介电层。
53.步骤s15，在同一步刻蚀工艺中依次对第二介电层和第一介电层进行刻蚀，以暴露测量电极、暴露多个焊盘、并形成腐蚀窗口以暴露部分所述衬底；第二介电层被刻蚀后形成
的与测量电极相对的开口的尺寸小于测量电极的尺寸且第二介电层被刻蚀后形成的与焊盘相对的开口的尺寸小于焊盘的尺寸。
54.步骤s16，在衬底上形成与腐蚀窗口相对的隔热腔。
55.具体的，在衬底上依次形成第一介电层、电极层以及第二介电层。其中，电极层包括测量电极、加热电极以及多个焊盘，各焊盘可以分布于第一介电层上的边缘区域，测量电极和加热电极可以位于第一介电层上的中心区域。并且电极层还可以包括电极引线，使得通过电极引线将部分焊盘与测量电极相连从而引出测量电极，部分电极引线将部分焊盘与加热电极相连从而引出加热电极。
56.在形成第二介电层之后，在第二介电层上形成光刻胶层，利用掩膜版对光刻胶进行光刻之后，对第二介电层和第一介电层在同一步刻蚀工艺中进行刻蚀。可以先在第一预设之间段内对第二介电层上部分区域刻蚀从而暴露测量电极和各焊盘并形成第一窗口，之后在第二预设时间段内对第一介电层上部分区域刻蚀从而形成第二窗口，第一窗口与第二窗口的位置相对从而形成腐蚀窗口以暴露部分衬底。
57.掩膜版可以包括测量电极图形、焊盘图形及腐蚀窗口图形，分别与测量电极、焊盘和腐蚀窗口对应。掩膜版上测量电极图形的尺寸小于电极层上测量电极的尺寸且焊盘图形的尺寸小于电极层上焊盘的尺寸，使得第一预设时间段的刻蚀过程后第二介电层上形成的与测量电极相对的开口的尺寸同样会小于测量电极的尺寸，第二介电层上形成的与焊盘相对的开口的尺寸同样小于焊盘的尺寸。因此，在第二预设时间段内电极层能够作为硬掩膜配合掩膜版对第一介电层进行刻蚀，使得阻止对测量电极和各焊盘下方的第一介电层的刻蚀，从而第二介电层和第一介电层能够在同一步光刻和刻蚀工艺中被刻蚀。
58.在上述示例中，第二介电层和第一介电层能够在同一步光刻和刻蚀工艺中被刻蚀，刻蚀次数少，工艺简单，产品良率提高，有利于降低成本，实现大规模量产。
59.在一个具体实施例中，在步骤s11中，请参阅图1的s11步骤及图2，提供衬底21。
60.衬底21可以为硅基衬底21。譬如采用4英寸、《100》晶向、厚度350um的单晶硅作为硅基衬底21。
61.在步骤s12中，请参阅图1的s12步骤及图3，在衬底21上形成第一介电层22。
62.采用化学气相沉积方法在衬底21上沉积氮化硅，以形成第一介电层22。进一步的，可以采用低压化学气相沉积方法(lpcvd，low pressure chemical vapor deposition)沉积低应力氮化硅，譬如氮化硅的应力小于200mpa。氮化硅的厚度范围为500nm～2000nm。
63.在步骤s13中，请参阅图1的s13步骤及图4，在第一介电层22上形成电极层23；电极层23包括测量电极231、加热电极232以及多个焊盘233；焊盘233与测量电极231连接或与加热电极232连接。
64.先在第一介电层22上匀胶光刻定义出电极层23的形状及位置，再采用磁控溅射方法或者电子束蒸发方法在第一介电层22上形成金属铂以作为电极层23，电极层23的厚度范围可以为50nm～300nm，之后，采用剥离工艺去除第一介电层22上的光刻胶。电极层23包括位于中心区域的测量电极231和加热电极232以及位于边缘区域的四个焊盘233。四个焊盘233分别位于同一个矩形的两条对角线上，其中包括位于矩形的一条边长上的与测量电极231连接的两个焊盘233和位于矩形的另外一条边长上的与加热电极232连接的两个焊盘233。
65.在步骤s14中，请参阅图1的s14步骤及图5，在电极层23上形成第二介电层24。
66.采用化学气相沉积方法在电极层23上沉积氮化硅，以形成第二介电层24。进一步的，可以采用等离子增强化学气相沉积方法(pecvd，plasma enhanced chemical vapor deposition)沉积氮化硅。氮化硅的厚度范围可以为300nm～1000nm。
67.在步骤s15中，请参阅图1的s15步骤及图6和图7并结合图4，依次对第二介电层24和第一介电层22进行刻蚀，以暴露测量电极231和多个焊盘233并形成腐蚀窗口25以暴露部分衬底21；第二介电层24被刻蚀后形成的与测量电极231相对的开口的尺寸小于测量电极231的尺寸且第二介电层24被刻蚀后形成的与焊盘233相对的开口的尺寸小于焊盘233的尺寸。
68.具体的，先在第二介电层24上旋转涂覆光刻胶(图未示出)，利用掩膜版30对光刻胶进行光刻，以将掩膜版30上的图案转移到光刻胶上。掩膜版30包括测量电极图形31、焊盘图形32以及腐蚀窗口图形33，测量电极图形31的尺寸小于测量电极231的尺寸且焊盘图形32的尺寸小于焊盘233的尺寸。对光刻胶光刻后，光刻胶上分别形成与测量电极231、焊盘233以及腐蚀窗口25相对的开口，并且与测量电极231相对的开口的尺寸小于测量电极231的尺寸，与焊盘233相对的开口的尺寸小于焊盘233的尺寸。
69.之后，依次对第二介电层24和第一介电层22进行刻蚀，以暴露测量电极231和多个焊盘233并形成腐蚀窗口25以暴露部分衬底21。在第一预设时间段内，对第二介电层24刻蚀并分别形成与测量电极231、焊盘233以及腐蚀窗口25相对的开口，第二介电层24上与测量电极231相对的开口的尺寸小于测量电极231的尺寸且第二介电层24上与焊盘233相对的开口的尺寸小于焊盘233的尺寸。在第二预设时间段内，电极层23作为硬掩膜配合掩膜板30对第一介电层20进行刻蚀，具体为电极层23作为硬掩膜配合第二介电层24上的光刻胶对第一介电层22进行刻蚀，虽然将掩膜板30上的图案转移至光刻胶后光刻胶上形成有分别与测量电极231、焊盘233以及腐蚀窗口25相对的开口，但由于电极层23上测量电极231及焊盘233的阻挡作用，使得在第一介电层22上形成与腐蚀窗口25相对的开口，从而形成腐蚀窗口25。
70.在步骤s16，请参阅图1的s16步骤及图8，在衬底21上形成与腐蚀窗口25相对的隔热腔211。
71.对衬底21进行各向异性湿法腐蚀，以形成与腐蚀窗口25相对的隔热腔211。
72.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
73.请继续参阅图8，本发明还提供一种mems微热板，该mems微热板采用如上任意一个实施例中的memd微热板的制备方法制备形成。mems微热板包括衬底21、第一介电层22、电极层23、以及第二介电层24。
74.衬底21上形成有隔热腔211。第一介电层22位于衬底21上。电极层23位于第一介电层22上；电极层23包括测量电极231、加热电极232以及多个焊盘233，焊盘233与测量电极231连接或与加热电极232连接。第二介电层24位于电极层23上。其中，第二介电层24的部分
区域被刻蚀，以暴露测量电极231和多个焊盘233；并且第一介电层22的部分区域被刻蚀，以形成腐蚀窗口25暴露隔热腔211；第二介电层24被刻蚀后形成的与测量电极231相对的开口的尺寸小于测量电极231的尺寸且第二介电层24被刻蚀后形成的与焊盘233相对的开口的尺寸小于焊盘233的尺寸。
75.上述mems微热板，第二介电层24和第一介电层22能够在同一步光刻和刻蚀工艺中被刻蚀，刻蚀次数少，工艺简单，产品良率提高，有利于降低成本，实现大规模量产。
76.在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
77.上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
78.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。