微热板上的基于CMOS的半导体设备及其制造方法与流程

本发明涉及基于微热板的一种设备和制造半导体设备的方法，具体地但不排他地，用于气体传感器。本发明还涉及红外线(IR)源和基于CMOS技术的这种源的制造方法。

背景技术：

已知的是在硅衬底上制造微热板结构。这种结构包括嵌入在薄电介质膜内的微加热器，该薄电介质膜典型地由二氧化硅和/或氮化硅构成。

这样的结构可用于电阻性气体传感器，通过具有在顶部的电极，其上气体敏感材料被沉积。例如，U.Dibbern等人的“A substrate for Thin-film gas sensors in microelectronic technology”，Sensors and Actuators B，1990，描述了在氧氮化物膜中使用NiFe合金作为加热器材料的微热板的设计。该设备具有在顶部的电极并用于气体感测。类似地，M.Stankova等人的“Detection of SO₂and H₂S in CO₂stream by means of WO₃–based micro-hotplate sensors”，Sensors and Actuators B，2004，描述了描述了基于氧氮化物膜中的多晶硅加热器的微热板。M.Baroncini等人的“Thermal characterization of a microheater for micromachined gas sensors”，描述了具有由铂制成的微加热器的气体传感器。

同样，许多这样的报告可以在使用用于气体传感器的微热板设备的文献中找到。这其中一些的参考在以下文献中给出：I.Simon等人的“Micromachined metal oxide gas sensors:opportunities to improve sensor performance”，Sensors and Actuators B(2001)，以及S.Z.Ali等人的“Tungsten-Based SOI Microhotpaltes for Smart Gas Sensors”，Journal of MEMS 2008。

大多数这些报告的设备不是按标准微电子技术制造的。微电子技术当今按一般形式称为CMOS技术，因为这是制造集成电路的技术。

CMOS术语在微电子领域是公知的。在其广泛的意义，它是指用于制造集成电路的硅技术。CMOS确保了在不同水平(例如晶片级，晶片到晶片，以及批次到批次(lot to lot))的处理相同晶体管(高达数十亿)的非常高的精度、大批量制造、非常低成本以及高再现性。CMOS在质量和可靠性有高标准。

有很多书和文章描述CMOS且有许多CMOS技术的变体和能够使用CMOS技术被制造的设备。CMOS非常基本的参照能够在维基百科中找到(https://en.wikipedia.org/wiki/CMOS)：

“互补金属氧化物半导体(CMOS)是用于构成集成电路的技术。CMOS技术被用在微处理器、微控制器、静态RAM和其它数字逻辑电路中。CMOS技术还被用于多种模拟电路，例如图像传感器(CMOS传感器)、数据转换器以及用于许多通信类型的高度集成的收发器。Frank Wanlass在1963年授予CMOS专利(美国专利3,356,858)。除数字应用，CMOS技术还被用在模拟应用中。例如，市场上有CMOS运算放大器IC。传输门可以被使用代替信号继电器。CMOS技术在混合信号(模拟和数字)应用中也被广泛地用于一直到微波频率的RF电路。

今天，CMOS工艺存在大型微电子代工厂，其中大部分是接触到的客户(即可以由一个以上的公司、法人实体或个人接触到)。这种工艺有保证，并且可以极大量部署。

并非所有的硅技术是CMOS技术。非CMOS技术的示例如下给出：

-实验室技术(相对于代工厂技术)，这不是大量部署的且不用于制造大量晶体管，但是是专业化小量使用(例如用于R&D)

-丝网印刷技术

-生物技术，例如在制造流体通道中采用的那些

-MEMS技术，例如用于加速计或陀螺仪的那些

-非常高电压垂直功率设备技术，例如垂直双极结晶体管技术

-使用不是CMOS兼容的材料的技术，例如金、铂或放射性材料。

值得一提的是，上述列出的非CMOS的一些技术在一些情况中可以被用在CMOS后或CMOS前工艺而不会影响CMOS工艺。

如已经提到的，大部分的传感器不是用CMOS技术制造，并且许多不与CMOS技术兼容。例如，在一些之前提到的报告中铂被用作加热器，但是不可用于CMOS工艺中使用的材料。CMOS技术提供了许多优点，例如在大批量制造的低制造成本、相同芯片上的电路集成可能性以及设备到设备的良好重现性。如果不兼容的材料或工艺被使用，则这些优点是没有的。

有一些基于CMOS微热板的报道。例如，Suehle等人的“Tin Oxide Gas Sensor Fabricated Using CMOS Micro-hotplates and In-Situ Processing”，IEEE Electron Device Letters，1993，F.Udrea等人的“Design and simulations of SOI CMOS micro-hotplate gas sensors”，Sensors and Actuators B 2001，M.Afridi等人的“A monolithic CMOS Microhotplate-Based Gas Sensor System”，IEEE Sensors Journal 2002，美国专利5464966，M.Graf的“CMOS microhotplate sensor system for operating temperature up to 500℃”，Sensors and Actuators B 2005，S.Z.Ali等人的“Tungsten-Based SOI Microhotplates for Smart Gas Sensors”，Journal of MEMS 2008，这些都报道了用COMS技术制造的微热板的不同示例。这些相同群组的其他报告给出关于使用多晶硅、MOSFET、单晶硅以及钨作为加热器材料的类似设备。

电阻性气体传感器的一个关键方面是在膜顶部制造电极，其用于测量感测材料的电阻。理想的情况是这些电极应当由贵金属(如金或铂)制成。但是，这两种金属通常在CMOS工艺中不可用。因此，一个选择是利用在CMOS中可用的金属，例如铝，这已经在Suehle等人的“Tin Oxide Gas Sensor Fabricated Using CMOS Micro-hotplates and In-Situ Processing”，IEEE Electron Device Letters 1993中被报告。但是，铝在其表面上形成氧化铝，且因此不能与感测材料形成良好电接触。

另一种选择是在独立的后CMOS工艺中沉积金或铂。这允许设备在具有CMOS工艺的同时具有与感测材料的良好接触。然而，这步骤不是如它看起来那么直接。一种可能的方法是在CMOS中制造设备且对其进行体蚀刻以释放膜。然后在晶片上纺丝光阻材料，并使用合适的掩模形成图案，之后是对所需的金属进行溅射或蒸镀。

然而，这导致低产量和制造差，因为光阻材料涂层和形成图案能够损坏膜。事实上，膜是非常薄的(<10μm)，因此，当光阻材料被高速纺丝时，有可能膜破裂。在光阻材料纺丝器上的真空也能够引起膜破裂。此外，制造的膜由于膜层内的残余应力经常略微弯曲。这会导致光阻材料的不均匀分布，并且还导致掩模图案不好定义。

此外，一般情况下，和光刻设备一样，大多数代工厂被配备和设计对标准晶片有效，且没有被设计对具有膜的晶片有效。例如一些掩模对准器用真空从正面来拿起晶片，其在膜晶片的情况中可能会导致一些膜破裂。由于所有这些原因，非常难以在这方法中在微热板上沉积金。

另一种沉积方法是通过在对电极形成图案和沉积之后执行体蚀刻。例如M.Graf等人的“CMOS Microhotplate sensor system for operating temperature up to 500℃”，Sensors and Actuators B 2005使用这种方法来沉积铂电极。以这种方式，形成图案和金沉积是在标准晶片上完成，且之后完成背蚀刻步骤。这种方法的问题是在晶片上沉积的铂能够污染用于体蚀刻的设备。

M.Afridi等人的“A monolithic CMOS Microhotplate-Based Gas Sensor System”，IEEE Sensors Journal 2002，使用稍微不同但相似的工艺。在他们的工艺中，在CMOS处理之后，他们在整个晶片上沉积金，然后在其上纺丝抗蚀剂并对其形成图案。晶片然后被体蚀刻以释放膜(在此情况下悬浮的膜)。这随后是通过蚀刻金以将其从不被需要的区域移除。

使用这种方法，优点在于在体蚀刻之后在晶片上不需要光刻或纺丝，因此在光刻机器中没有处理膜的问题。然而，类似于Graf使用的方法，其仍然意味着放在该机器中用于体蚀刻的晶片已经包含金，且因此可能污染该机器。此外，所述的设备是悬浮的膜，这是机械上稳定性较差。

IR发射器也是众所周知的。例如，Parameswaran等人的“Micro-machined thermal emitter from a commercial CMOS process”，IEEE EDL 1991，和San等人的“A silicon micromachined infra-red emitter based on SOI wafer”(Proc of SPIE 2007)，描述了基于在悬浮桥或膜上的微热板的IR发射器设备。

为了改善IR发射器的发射，通常材料沉积在顶部。这能够是高发射率材料的涂层，例如碳，或金属合金，或者可以是等离子结构。等离子结构，例如被J.Daly的“Nano-Structured Surfaces for Tuned Infrared Emission for Spectroscopic applications”，Micro-and Nano-photonic Materials and Devies,2000，或Y.Chang的“Emission properties of Ag/dielectrid/Ag plasmonic thermal emitter with different lattice type,hole shape,and dielectric material”，Applied Physics letters 213102，2009，描述的那些，能够改善某些波长的IR发射。这些包括在上表面上的一个或多个层，尤其在重复图案中设计的。

这些等离子结构能够由金或铂制成，并且其沉积方法面临与用于阻性气体传感器的电极相同的挑战。

本发明的目的是解决上述问题。

技术实现要素：

根据本发明的一个方面，提供了一种制造微热板的方法，该微热板包括半导体衬底、在半导体衬底之上的电介质区域、电介质区域内的电阻加热器，该方法包括：使用互补金属氧化物半导体CMOS兼容处理步骤形成半导体衬底、电介质区域以及电阻加热器；使用CMOS兼容处理步骤在电介质区域上沉积光阻材料；使用CMOS兼容处理步骤对光阻材料形成图案以在电介质区域上形成图案区域；之后蚀刻半导体衬底的至少一部分以形成电介质膜，其中沉积光阻材料、对光阻材料形成图案以及蚀刻半导体衬底的该部分的步骤按顺序执行；以及对电介质膜进行进一步处理，其确保金属结构被沉积在电介质区域上的形成图案的区域中。

本文中公开的微热板包括：具有蚀刻的部分的半导体衬底；在半导体衬底上的电介质区域；电介质区域内形成的电阻加热器；和在该电介质区域上形成的图案化金属层。半导体衬底、电介质区域、电阻加热器和图案化金属层是使用上述方法形成的。

根据本发明的一个进一步方面，提供了一种微热板，包括：具有蚀刻的部分的半导体衬底；半导体衬底上的电介质区域；电介质区域内形成的电阻加热器；和在该电介质区域上形成的图案化金属层。半导体衬底、电介质区域、电阻加热器是使用CMOS兼容技术形成的。图案化金属层的图案是由CMOS兼容技术定义的，并且在衬底中的蚀刻的部分使用蚀刻技术形成，并且使用进一步的技术形成图案化金属层。

在权利要求2及以下的权利要求提出进一步方面和优选特征。

应该理解的是，电介质区域可以包括一个或多个电介质层。当电阻加热器被包含在电介质区域内时，一个电介质层可以呈现在电阻加热器的两侧。术语“CMOS兼容工艺”包括在CMOS工艺内使用的处理步骤，以及包括从CMOS工艺分开进行执行的某些处理步骤，但使用在CMOS处理步骤中可使用的处理工具。例如，形成衬底、电介质区域和电介质区域内的电阻加热器的处理步骤在CMOS处理步骤中进行，并且沉积光阻材料和图案化光阻材料的处理步骤能够使用光刻工具分开执行(在CMOS处理步骤之外)，该工具也可用于CMOS工艺中。可替代地，术语“CMOS兼容工艺”包括处理步骤，在该处理步骤中，衬底、电介质区域、电介质区域内的电阻加热器和图案化光阻材料直接使用CMOS工艺(或在CMOS处理步骤内)被形成。术语“电介质膜”是指在其中半导体结构被回蚀刻的设备结构。电介质膜结构通常包括蚀刻的衬底、蚀刻的衬底上的电介质区域、电阻加热器和电介质区域内的互连和电介质区域上的图案化光阻。电介质膜结构进行金属沉积步骤，其在一般不是CMOS兼容的工艺(后CMOS工艺或非CMOS工艺)中被执行。

本发明一般提供一种半导体设备和制造半导体设备的方法。该半导体设备是使用部分CMOS或基于CMOS的处理步骤制造的，且其包括半导体衬底和半导体衬底上的至少一个第一电介质层、加热器、以及加热器上的至少一个进一步第二电介质层以及至少一个在至少一个进一步电极层之上的贵金属的图案化层。该方法包括在半导体结构的所述第二电介质层上的光阻材料的沉积；图案化光阻材料以在电介质层上形成图案化区域。沉积光阻材料、图案化光阻材料的步骤使用与在CMOS中使用的相似的光刻和蚀刻步骤按顺序执行。得到的半导体设备然后进行进一步处理步骤，这确保电介质膜和该膜内的金属结构在第二电介质层上的图案化区域中被形成。

该膜是通过背蚀刻形成的，优选通过在已经完成所有CMOS和CMOS类步骤之后的深反应离子蚀刻(DRIE)。

贵金属结构可以是金或铂的层且优选在形成电介质膜之后被沉积。可替换地，金属结构可以是由金或铂制成的离散结构。应该理解的是，贵金属结构可通常用作一对叉指式电极，以便该半导体设备可作为气体传感器，在这种情况下，进一步化学敏感层被形成在该对叉指式电极的上方。金属结构可以用作在IR源中的等离子结构。在这两种应用中，电阻加热器被嵌入在第一和第二电介质层之间(或电介质区域内)，并被放置在电介质膜内，以便半导体结构可以作为气体传感器和/或IR发射器操作。由于半导体设备集成在电介质膜内的电阻加热器，它可以被称为微热板。半导体设备指的是使用CMOS处理步骤或CMOS类步骤制成的结构，这包括贵金属的光阻图案化，随后衬底的至少一部分的深蚀刻以形成膜，使用之前图案化的光阻的贵金属沉积和剥离。背面蚀刻，贵金属沉积和剥离被称为非CMOS或后CMOS处理步骤。对于非CMOS步骤或后CMOS处理步骤，我们一般涉及由于缺乏与CMOS步骤相关联的CMOS控制和容差和/或工具污染的可能性未在现有技术的CMOS处理步骤中使用的步骤。例如金和铂都可以充当半导体带隙中的深掺杂或陷阱，这可能会影响任意其他基于CMOS的设备或电路的性能。

贵金属层优选地通过溅射或蒸镀被沉积。剥离过程包括去除光阻材料和光阻材料顶上的金属层的部分，以便在图案化区域中形成的金属结构被保留在所述第二电介质层上。使用化学溶液和/或化学溶剂去除光阻材料和光阻材料顶上的金属结构。

虽然许多上述的描述已涉及剥离技术，本领域技术人员可以理解的是，在通常被用作剥离技术的部分以外的情况下使用化学溶剂和/或溶液(来去除光阻和光阻上的材料)是可能的。

在优选的实施方式中，公开了悬浮在使用背面蚀刻形成的电介质膜上的微热板，其使用由金或铂制成的至少一个金属层，其使用作为CMOS处理顺序的最后步骤之一的CMOS工艺内的光刻或使用用于光刻和蚀刻的CMOS类步骤被图案化，同时通过溅射或蒸镀和随后的剥离工艺以定义金属图案的金属沉积在后CMOS且有利地在通过背面蚀刻实现电介质膜形成之后完成。因此，在CMOS工艺中或以在CMOS工艺中使用的类似的方式，光阻可以在晶片上纺丝且通过标准光刻图案化，这可以提供特定于CMOS工艺的精度和重复性。下一步骤可以是进行背面蚀刻，优选使用深反应离子蚀刻(DRIE)以释放电介质膜。在此之后，上面的一个或多个金属结构通过溅射或蒸镀沉积并进一步通过剥离工艺制成所需图案。

图案化光阻材料的步骤可以包括施加掩模以在介质层上定义图案化区域。图案化光阻材料的步骤可以包括使用CMOS处理步骤中的光刻工具来定义电介质层上的图案化区域。蚀刻半导体衬底的步骤可以包括在半导体衬底的背面(即不是在其上形成贵金属结构的半导体衬底的这一侧)邻近施加掩模以定义该半导体衬底的要被蚀刻的部分。蚀刻半导体衬底的步骤可以包括施加深反应离子蚀刻DRIE技术。

在蚀刻衬底之后和沉积金属结构之前，该方法可进一步包括在光阻层上和在电介质成上的图案化区域中沉积一个或多个粘合或扩散阻挡层。粘合或扩散阻挡层可以是金属之间的夹层，以避免出现问题，例如缺乏粘合性或贵金属原子到电介质层的不期望的扩散。例如金层下方可具有铬和/或镍，或者可以结合钛层制成。

在进一步的实施方式中，最终制造的设备可以是电阻式气体传感器，部分地用CMOS技术制造，使用体硅开始晶片或绝缘衬底上的硅(SOI)晶片。体硅晶片与SOI晶片之间的差别在于，体硅晶片不具有在设备结构内形成的任何掩埋氧化物。在一个实施方式中，加热器可以由多晶硅、铝、单晶硅、MOSFET或高温CMOS金属(例如钨或钛或它们的组合)制成。

金属结构或电极的形状可以相互交叉、圆形或矩形形状，或者可以只是两个彼此相邻的触点，或者可以是螺旋形的，或者可包括同心环。对本领域技术人员应该显而易见的是，可以构想许多不同的电极形状和设计。

通过例如丝网印刷、溅射、化学气相沉积(CVD)喷墨或滴涂，在电极上沉积化学或气体敏感层。当该层在加热器控制的特定温度暴露到气体时，发生气体的反应或扩散，改变化学或气体敏感层的电特性，例如电阻(或电容)。该化学或气体敏感层可以是导电的金属氧化物，例如氧化锡、氧化锌、氧化钨或基于聚合物的。化学或气体敏感层可以像在电极上方的液滴，或者，如果足够薄(例如，小于2微米)可对电极共形。优选地该化学或气体敏感层应该限于所述电极上方的区域，以避免应力和热耗散，这将增加设备的功率消耗。

电介质膜本身可以是圆形的、矩形的，或具有圆角的矩形形状，以减少在拐角处的应力，但其它形状也是可能的。该设备的顶部钝化可以是二氧化硅或氮化硅。

该方法可以进一步包括制造嵌入在电介质膜内的温度传感器。这可以是由金属或多晶硅、或单晶硅制成的电阻温度传感器，或者可以是二极管。优选地二极管可以用在CMOS工艺中使用的相同CMOS层制造，来制造晶体管，例如n沟道和p沟道FET。本示例在半导体结构包括使用CMOS处理步骤制造的MOSFET结构时是特别相关的。二极管的阴极可以因此通过使用n沟道MOSFET的漏极层的源极来形成，而二极管的阳极可以通过使用p沟道MOSFET的相同的源极或漏极层来形成。

该设备还可以具有由金属或多晶硅制成的散热板，或在绝缘衬底上硅的情况中，该设备可具有单晶硅板。散热板的作用是更均匀地扩散热量，且从而提高了加热器区域的温度的均匀性。

在进一步的实施方式中，提供了一种设备和制造IR CMOS兼容发射器的方法。这可以类似于电阻气体传感器，并且可以包括嵌入在电介质膜内的加热器，以形成如在前面的情况中的微热板。在这种情况中，代替在其上沉积的用于感测由于气体存在导致的电阻变化的敏感层的电极，顶部贵金属结构层被图案化成等离子结构，以增加该设备的红外发射率。等离子图案是指点、洞、矩形、梯形或其它结构的重复(但不是必须规则的)特征，以提高在特定波长的IR辐射和/或减少在其他不期望波长的的红外辐射，这取决于所需的发射频谱。因此，这些等离子结构可以充当用于一些波长的IR发射率增强器和/或用于其他波长的滤波器。

在实施方式中，该方法可以在同一芯片上集成模拟或数字CMOS电路(电阻气体传感器或IR发射器)。这可以由于使用CMOS技术制造微热板来实现。该电路可以是用于加热器的驱动电路，包括简单电源，例如使用电流镜像电路，或更复杂的电路以允许加热器通过恒定电压、恒定电流或恒定功率电路驱动，或PWM驱动。还可以有用于测量膜中的温度传感器的电路，且另外使用它来具有反馈环以允许加热器的恒温控制。也能够实施双向电流驱动。

其他电路可以是用于温度传感器或感测层的读出电路。这可以包括放大器、滤波器以及模数转换器。数字电路也可被集成以允许信号的数字处理。除了这些，基于热二极管的截止膜温度传感器、电阻温度传感器或Vptat或Iptat电路也可以被集成。

附图说明

现在将通过仅示例并参考附图描述本发明的一些优选实施方式，其中：

图1示出在CMOS SOI工艺中制造的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极；

图2示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，具有用作IR发射器的后处理的等离子结构，其中等离子结构用于增强发射；

图3示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，其用作IR发射器，其中在后处理过程中顶金属沉积为薄片以增强发射器的发射性；

图4示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极。加热器还具有添加到加热器材料的粘合层以改进加热器的粘合和可靠性；

图5示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，具有开始体晶片，其具有用于电阻气体感测的后处理的电极；

图6示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，具有开始体晶片，其具有用于电阻气体感测的后处理的电极，其中仅在表面金属下面沉积层以增强对顶表面的粘合，和/或降低/阻止到顶表面的扩散；

图7示出在SOI工艺中制造的可替换微热板的示意性截面，具有后处理的电极，其中通过KOH蚀刻来完成背蚀刻；

图8示出用于在SOI微热板顶部沉积后处理的叉指电极(IDE)的提出的方法的步骤；

图9示出具有后处理的IDE的方形微热板的顶视图；

图10示出具有后处理的IDE的圆形的微热板的顶视图；

图11示出用于测量电阻气体传感器上的感测材料的电阻的一些电极的可能设计的顶视图；

图12示出在其上沉积有等离子结构的IR发射器的顶视图；

图13示出CMOS芯片的顶视图，具有基于微热板的气体传感器和在同一芯片上的接口电路；

图14示出在CMOS SOI工艺中制造的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极，以及化学或气体感测层被沉积作为液滴层；以及

图15示出在CMOS SOI工艺中制造的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极，以及化学或气体感测层被沉积作为共形涂层。

具体实施方式

本发明的实施方式描述一种制造基于CMOS的微热板的方法，该微热板被制造有在设备结构上沉积的金或铂电极。在该方法中，该设备用现有技术的CMOS工艺来制造。该工艺可以是体CMOS或SOI CMOS。可以使用钨、多晶硅、MOSFET、铝或单晶硅制造加热器，所有这些层是CMOS兼容的。

然后微热板被进一步处理：在释放膜之前，在晶片的前面(靠近电阻加热器)纺丝喷涂并图案化光阻，用于沉积金电极。然后使用通过深反应离子蚀刻(DRIE)的干蚀刻或使用KOH的湿蚀刻对晶片进行背蚀刻。然后在该前面溅射金或铂以形成金电极。在沉积这些金属层之一之前，可能的是其他金属层(例如镍、铬或钛)被形成以改进粘合并最小化到电介质层或氧化层的扩散。当执行剥离时该过程完成以实现期望的图案(之前在CMOS中的光刻定义的)。

使用这种方法，根据优选的实施方式，对具有标准厚度没有膜的晶片进行光刻，同时，在蚀刻过程之后完成金属沉积，且因此蚀刻设备不会被污染。铂和金是污染物，且因此它们在CMOS中或蚀刻设备中的使用最好避免。

优选地该膜的背面蚀刻使用深反应离子蚀刻(DRIE)来进行。这导致垂直壁，从而减少了面积的消耗，以及另外地膜的最终形状的良好控制，这反过来保证了穿过晶片的高再现性。可替代地，膜可以通过使用例如氢氧化钾(KOH)或氢氧化四甲铵(TMAH)的湿蚀刻来形成。这产生更便宜的方法。

在一个实施方式中，上述的设备和方法不局限于电阻气体传感器，但是可以应用到其它基于膜的设备。根据进一步的实施方式，这样的设备和生产该设备的方法可以适用于基于CMOS的IR发射器。

图1示出了SOI工艺中制造的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极。该设备包括硅衬底1和膜，膜包括掩埋氧化物4、电介质层5和钝化层6，该膜由衬底支撑。电阻加热器2被嵌入在膜中，并且轨道3被用于将加热器连接到焊盘。在钝化层的顶部有由金或铂形成的电极7，可以用于与感测材料接触。通过深反应离子蚀刻(DRIE)完成蚀刻以实现沟槽的接近垂直的侧壁。在CMOS序列中制造加热器2。电极7的光刻被完成，作为CMOS序列的最后步骤之一且在DRIE之前完成。电极7的最终图案是通过在DRIE之后的剥离技术(使用CMOS内进行的光刻步骤)完成的。应该理解的是，标准的硅晶片可以被使用代替SOI晶片。在这种情况下，硅晶片不会有在图1的结构中使用的掩埋氧化物4。

图2示出了本发明的另一实施方式，其中设备是IR发射器且在顶表面上有由金或铂制成的等离子结构8，以增强该设备的IR发射。这些结构8以与图1中示出的电极7类似的方式形成。

图3示出了IR发射器，其中金或铂的顶部金属层用于形成增强该设备的IR发射的涂层9。

图4示出了微热板，具有用于电阻气体感测的后处理的电极。在该设备中，加热器具有金属层下面的附加层10，以改善加热器的粘合性和稳定性。明显的是，如果在IR发射器设备中使用，另外层10也可以应用到加热器。

图5示出了具有用于电阻性气体感测的后处理的电极的微热板，使用一过程制成，其中起始衬底是体硅衬底。在这样的设备中，掩埋氧化物层不存在。

图6示出了微热板设备，其中后处理的电极具有在它们下面的附加层11。这层是为了提高金属(其可以是金或铂)到钝化层的粘合。该层可以由任何材料制成，或者可以是金属，例如铬、镍或钛，或者可以是一种以上的材料层。

图7示出了具有后处理的电极的微热板，其中背面蚀刻已经通过湿蚀刻(例如，使用KOH或TMAH)被执行。这导致相对于由DRIE产生的垂直侧壁的沟槽的倾斜侧壁。

图8示出在金或钨的顶部金属层结构的沉积中涉及的主要过程。在CMOS处理之后，该设备在如(a)中所示

(a)其包括硅衬底1、掩埋氧化物层4、加热器2和轨道3、电介质氧化5和钝化6。所有这些层在CMOS序列内形成。

(b)然后，前面光刻掩模13和背面光刻掩模12在晶片的前面和后面被纺丝并图案化。这是在CMOS序列的最后步骤之一，并定义在步骤(d)完成的后来的金属7的图案。

(c)随后使用优选地DRIE方法背蚀刻该设备。

(d)顶部金属层7(金或铂)然后使用溅射或蒸镀被沉积在设备上。如果需要的话，一个或多个层在沉积最终的金属层(金或铂)之前被沉积以提高金属粘合到钝化表面，并避免扩散到下面的氧化物或钝化层。

(e)在步骤(b)完成的光阻然后与顶部金属层(金或铂)的不想要的部分一起被去除。

应该理解的是，图1(a)的半导体结构使用标准的CMOS工艺来制造。详细CMOS制造步骤的一个示例描述如下：

对于该过程的形成简单金属加热器的CMOS部分(仅给出与简单微热板制造有关的步骤)：

1、起始衬底是硅或SOI晶片。

2、(仅用于起始SOI晶片的情况)图案化并定义薄硅层，其余有氧化物。针对微热板区域，设计通常用氧化物代替薄硅。然而，一些其他的图案是可能。

3、电介质5层(二氧化硅或氮化硅)被沉积在整个芯片(微热板与任何电路)。

4、沉积图案化的金属层。这在微热板区域内形成加热器2。

5、另一电介质层被沉积在加热器2的顶部。

6、另一个金属层被沉积。这可以可选地用于形成板或加热器上面的一些其他图案。

7、另一电介质层被沉积。

8、另一个金属层被沉积。这可以可选地用于形成板或加热器上面的一些其他图案。

9、二氧化硅和/或氮化硅的钝化层6被沉积。

应当理解，这仅给出一个步骤序列，且许多其它的变化是可能的并且对本领域技术人员是明显的。CMOS工艺可以包含其它步骤(例如p阱和/或n阱掺杂，多晶硅沉积，高p+和n+掺杂等，以形成MOSFET)——针对简单设备，这些不会在微热板区域中有效果，但是可以用于在同一芯片上制造电路。该工艺还可以具有不同数量的金属层。

此外，通过改变使用不同的层，加热器可由单晶硅(P掺杂或n掺杂)、或多晶硅(P掺杂或n掺杂)或者其他金属层中的一个制成。金属层可具有一个或多个层或在其上方或下方的不同材料，以改进粘合性和可靠性。该设备还可以具有二极管或由单晶硅、多晶硅或金属层制成的电阻温度传感器。

图9示出了具有用于电阻气体感测的叉指式电极的微热板的顶视图。它有长方形的膜14，且电极相互交叉。图10示出了类似的结构，但其中膜、加热器和电极是圆形的。

图11示出了用于电阻气体感测的电极的一些不同的形状。(a)示出圆形交叉形状。(b)示出交叉同心环。(c)示出螺旋形电极。许多其它不同的形状是可能的。具体地，电极的形状可为矩形，或者可以是仅并排的2个电极。该图仅示出了一些可能的示例，并且本领域技术人员可以知道许多不同的形状是可能的。

图12示出了具有用于增强发射的由金或铂形成的等离子结构的IR发射器的顶视图。该图示出了这些结构是矩形的，但是它们可以是圆形、三角形或梯形，或实际上依据所需的发射频谱轮廓的任意形状。

图13示出了具有在同一芯片上的微热板设备和电路16的芯片15的顶视图。这通过使用CMOS处理是可能的，允许所述传感器设备和电路在相同的芯片上。使用CMOS兼容后处理方法允许金或铂的顶部金属层被沉积在膜上。

图14示出了在SOI工艺中制成的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极。该设备有在金属电极7上沉积的化学或气体感测层17。感测材料像在金属电极上的液滴。

图15示出了在SOI工艺中制成的微热板的示意性截面，具有用于电阻气体感测的后处理的电极。该设备在金属电极7上沉积有化学或气体感测层18。在电极上适应地涂覆感测材料。

应当理解的是，本发明的过程/方法也可用于制造微热板阵列。可能的是在不同的膜上制造阵列，或在单个膜上具有多个微热板。例如，所提出的方法可以使膜具有横向隔开的4个加热器和4个电极，或4个膜，每个膜具有1个加热器和1个电极。

本领域技术人员将理解，在前面的描述和所附的权利要求中，位置术语如“上面”，“下面”，“前”，“背”，“垂直”，“下方”等，是参照半导体设备的概念性示意图做出的，例如示出标准截面立体图的这些和在附图中示出的这些。这些术语用于便于参考，但不旨在有限制性的性质。因此，当在附图中示出一个方向中时，这些术语应被理解为涉及半导体设备。

虽然已经在上面提出的优选实施方式的方面描述了本发明，应该理解的是，这些实施方式仅并且是说明性的且权利要求并不限于这些实施方式。本领域技术人员将能够根据本公开做出修改或替换这些被视为落入权利要求书的范围。说明书中示出或公开的每个特征可以在本发明中被结合，不管是单独还是与本文公开或示出的任意其他特征进行任意合适的组合。