一种热敏薄膜电阻及其制备方法

本发明涉及温度敏感元件，具体而言，涉及一种热敏薄膜电阻及其制备方法。

背景技术：

1、集成电路是信息时代重要的技术基础，也是国家战略竞争力的重要标志。随着摩尔定律收益放缓，效能瓶颈及功能融合复杂性等挑战性难题衍生出超越摩尔定律的后摩尔时代促使集成电路芯片朝系统化方向发展。无源器件占集成系统元器件数量和面积的70％-80％，将集成电路与外围无源器件结合为协同或融合设计的多功能整体，可显著减少系统所需器件和转接数量，进而大幅减小电路尺寸、降低插损，是后摩尔时代集成电路技术潜在发展方向之一。在众多无源敏感器件中，以过渡金属氧化物为核心的负温度系数(ntc)热敏电阻以其兼具高灵敏、高可靠、低成本等压倒性优势成为电路温度监测、温度补偿、抑制浪涌电流时所必不可少的电子器件。将ntc热敏材料薄膜化从而突破传统分立电阻难以兼容于微纳加工技术的瓶颈，有助于推进全面打通无源器件集成任务。

2、但是，在目前的集成电路的发展中，广泛使用的ntc热敏薄膜具有高灵敏度的优势，但其相比体电阻更高的电阻值也需要调控以适应多场景的应用。传统使用叉指金属电极与ntc热敏薄膜结合的方式形成形成电气连接，即叉指金属电极与ntc热敏薄膜呈“单层电极”的单层通路方式，这种“单层电极”的热敏电阻一般通过增加叉指密度和数量或改变电极结构和形状来调节降低电阻，这会带来工艺难度提升或尺寸的增大，进而影响器件的可靠性和响应速度。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足提供了一种热敏薄膜电阻及其制备方法，本发明的具体技术方案如下：

2、一种热敏薄膜电阻，包括衬底，所述衬底上设置有第一热敏薄膜层，所述第一热敏薄膜层上设置有叉指金属电极层，所述叉指金属电极层的的间隔处填充设置有热敏材料填充层，所述热敏材料填充层的厚度与所述叉指金属电极层的厚度一致，所述热敏材料填充层与所述叉指金属电极层上覆盖设置有第二热敏薄膜层，所述叉指金属电极层的两端分别设置有第一电极端以及第二电级端。

3、优选的，所述衬底材料为硅片、氧化铝、氮化硅以及碳化硅的任意一种。

4、优选的，所述的第一热敏薄膜层、热敏材料填充层和第二热敏薄膜层材料均为ntc热敏氧化物。

5、优选的，所述的叉指金属电极层的材料可为铂、金、镍、铬、合金以及导电陶瓷的任意一种，第一电极端以及所述第二电极端上设置有电镀层。

6、优选的，所述的第一热敏薄膜层的厚度为0.05-3μm；所述的叉指金属电极层的厚度为0.05-0.5μm；所述的第二热敏薄膜层的厚度为0.05-3μm。

7、一种热敏薄膜电阻的制备方法，包括如下的步骤：

8、s1、衬底清洗：衬底利用dsp溶液清洗后，再利用二氧化碳和去离子水清洗衬底；

9、s2、第一热敏薄膜层生长：在衬底上通过溅射或蒸发镀膜在进行了lift-off工艺的结构表面沉积热敏薄膜材料制备第一热敏薄膜层，第一热敏薄膜层不需要进行前置的光刻图形化或后续的刻蚀步骤，所获得的为完整覆盖衬底的第一热敏薄膜；

10、s3、电极层生长：通过lift-off工艺在第一热敏薄膜层表面进行匀胶、前烘、光刻及显影完成对叉指金属电极层的图形化，通过溅射或蒸发镀膜在进行了lift-off工艺的第一热敏薄膜层表面沉积电极金属，在光刻胶剥离后获得叉指金属电极层；

11、s4、填充热敏薄膜层生长：通过lift-off工艺在第一热敏薄膜层表面进行匀胶、前烘、光刻及显影完成对热敏材料填充层的图形化，通过溅射或蒸发镀膜在表面沉积热敏薄膜材料，在光刻胶剥离后获得热敏材料填充层；

12、s5、第二热敏薄膜层生长：通过lift-off工艺在叉指金属电极层12和热敏材料填充层13表面进行匀胶、前烘、光刻及显影完成对第二热敏薄膜层的图形化，通过溅射或蒸发镀膜在表面沉积热敏薄膜材料，在光刻胶剥离后获得第二热敏薄膜层。

13、s6、退火：将制备好的叠层热敏薄膜器件放置在退火炉内，对热敏薄膜器件进行退火处理。

14、优选的，所述第一ntc热敏薄膜、热敏材料填充层和第二ntc热敏薄膜的制备方法包括：磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、分子束外延以及脉冲激光沉积中的任一种。

15、优选的，所述叉指金属电极层的制备工艺包括：磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、激光蒸发镀膜中的任一种。

16、优选的，在步骤s6中，对所述的ntc热敏薄膜层进行退火处理的温度为400-1000℃，升温速度为550℃/min，降温速度为5-50℃/min，保温时间为10-100min。

17、本发明所取得的有益技术效果包括：

18、通过在衬底上依次生长第一热敏薄膜层、叉指金属电极层、热敏材料填充层以及第二热敏薄膜层。通过上下堆叠的方法使叉指金属电极层包覆于第一热敏薄膜层以及第二热敏薄膜层之间，在施加恒定电流工作时，叉指电极区域上下均有热敏电阻与叉指金属电极层形成电气连接，使叉指金属电极层、第一热敏薄膜层以及第二热敏薄膜层形成并联通路，即第一热敏薄膜层以及第二热敏薄膜层分别与叉指金属电极层形成双层通路，相对与传统的“单层电极”的单层通路方式，本发明的热敏薄膜电阻并不需要增加叉指金属电极的密度和数量或改变叉指金属电极的结构和形状来调节降低电阻，降低了工艺难度，且能够达到在器件尺寸不变的情况下降低元件的电阻的目的。满足了多功能集成电路制造中热敏电阻单元微型化和集成化的要求，更小的体积和表面积使得热敏元件具有更低的体积热容，带来了响应速度和灵敏度方面的性能提升。

1.一种热敏薄膜电阻，其特征在于，包括衬底，所述衬底上设置有第一热敏薄膜层，所述第一热敏薄膜层上设置有叉指金属电极层，所述叉指金属电极层的的间隔处填充设置有热敏材料填充层，所述热敏材料填充层的厚度与所述叉指金属电极层的厚度一致，所述热敏材料填充层与所述叉指金属电极层上覆盖设置有第二热敏薄膜层，所述叉指金属电极层的两端分别设置有第一电极端以及第二电级端。

2.根据权利要求1所述的热敏薄膜电阻，其特征在于，所述衬底材料为硅片、氧化铝、氮化硅以及碳化硅的任意一种。

3.根据权利要求1所述的热敏薄膜电阻，其特征在于，所述的第一热敏薄膜层、热敏材料填充层和第二热敏薄膜层材料均为ntc热敏氧化物。

4.根据权利要求1所述的热敏薄膜电阻，其特征在于，所述的叉指金属电极层的材料可为铂、金、镍、铬、合金以及导电陶瓷的任意一种，第一电极端以及所述第二电极端上设置有电镀层。

5.根据权利要求1所述的热敏薄膜电阻，其特征在于，所述的第一热敏薄膜层的厚度为0.05-3μm；所述的叉指金属电极层的厚度为0.05-0.5μm；所述的第二热敏薄膜层的厚度为0.05-3μm。

6.一种热敏薄膜电阻的制备方法，其特征在于，包括如下的步骤：

7.根据权利要求6所述的热敏薄膜电阻的制备方法，其特征在于，所述第一热敏薄膜层、热敏材料填充层和第二热敏薄膜层的制备方法包括：磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、分子束外延以及脉冲激光沉积中的任一种。

8.根据权利要求6所述的热敏薄膜电阻的制备方法，其特征在于，所述叉指金属电极层的制备工艺包括：磁控溅射镀膜、电子束蒸发镀膜、激光蒸发镀膜中的任一种。

9.根据权利要求6所述的热敏薄膜电阻的制备方法，其特征在于，在步骤s6中，对所述的热敏薄膜层进行退火处理的温度为400-1000℃，升温速度为550℃/min，降温速度为5-50℃/min，保温时间为10-100min。