CN104950077B - 纳米线传感器芯片制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种纳米线传感器芯片制备方法，在半导体圆片S1一面制备电极对阵列；在半导体圆片S2上制作垂直通孔对及溶液腔；将S1与S2键合；在S2垂直通孔内制造垂直引出电极、在S2表面制备电互连线对，电互连线对依次电连接S2上垂直引出电极；滴纳米线分散液至S2上的溶液腔，通过S2上引出电极施加交变电压，去除分散液；将S3与S1‑S2键合圆片的S2暴露表面键合，图形化，刻蚀半导体圆片S3，在S3圆片区域制作微孔，暴露出S2上的垂直引出电极；划片，得到纳米线传感器芯片。该方法能够解决现有制备技术批量化、片内纳米线传感器参数重复性差等技术难题，提高生产效率，提高圆片内纳米线传感器参数重复性，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及微纳米制造及纳米传感器领域，尤其涉及一种纳米线传感器芯片制备方法。
背景技术
纳米线传感器主要指利用纳米线或经过修饰的纳米线(Si纳米线、CuO纳米线、碳纳米管等)作为敏感元件进行特定气体分子或生物物质等检测的纳米传感器。纳米线传感器可以用于气体检测、生物分子检测等领域。纳米线传感器具有尺寸小、灵敏度高、响应快、能耗小等优点，在化学、生物、环境监测、军事等领域具有广泛的应用前景。
介电泳技术(Dielectrophoresis，DEP)是一种通过施加不均匀电场产生介电泳力实现微纳米尺度物体自动装配的纳米材料制备方法，具有适用范围广等技术优点，是纳米线传感器的典型制备方法之一。
但是，批量化进行圆片级制备仍然是基于介电电泳的纳米材料组装技术面临的技术难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高纳米线传感器芯片的生产效率、及降低其成本。
为此目的，本发明提出了一种纳米线传感器芯片制备方法，该方法包括：
a、在半导体圆片S1一面制备电极对阵列；
b、在半导体圆片S2上制作与电极对阵列匹配的垂直通孔对及溶液腔；
c、将半导体圆片S1与半导体圆片S2对准、圆片键合，其中，半导体圆片S1上电极部分通过半导体圆片S2垂直通孔暴露，半导体圆片S2溶液腔暴露出半导体圆片S1上电极对一侧；
d、在半导体圆片S2垂直通孔内制造垂直引出电极、在半导体圆片S2表面制备电互连线对，电互连线对依次电连接半导体圆片S2上垂直引出电极；
e、滴纳米线分散液至半导体圆片S2上的溶液腔，通过半导体圆片S2上引出电极施加一定频率的交变电压，利用交变电压产生的介电泳力沉积纳米线后，去除分散液；
f、将半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面键合，图形化，刻蚀半导体圆片S3，在半导体圆片S2上垂直引出电极之上及溶液腔之上的S3圆片区域制作微孔，暴露出半导体圆片S2上的垂直引出电极、形成纳米线传感器与外界接口；
g、对半导体圆片S1、半导体圆片S2、半导体圆片S3进行划片，得到纳米线传感器芯片。
可选的，步骤a中，半导体圆片S1为硅圆片或玻璃圆片。
可选的，步骤a中，电极对为Ti/Au电极，电极为工字型金电极。
可选的，步骤b中，垂直通孔形状为圆柱型或倒圆台性或棱柱性，垂直通孔贯穿半导体圆片S2，半导体圆片S2上垂直通孔对与半导体圆片S1上电极对对准，溶液腔贯穿半导体圆片S2、位于两个垂直通孔之间。
可选的，步骤b中，半导体圆片S2为玻璃圆片或玻璃圆片，垂直通孔采用激光打孔工艺方法，或喷砂打孔工艺方法，或湿法腐蚀、干法刻蚀工艺方法实现。
可选的，步骤c中，半导体圆片S1与半导体圆片S2通过硅玻璃阳极键合方法键合，或者采用采用粘接材料键合。
可选的，步骤d中，垂直引出电极为中空圆柱铜电极或实心圆柱铜电极；垂直引出电极采用蒸发、溅射或电化学沉积工艺制作。
可选的，步骤e中，纳米线分散液可为CuO纳米线分散液、或Si纳米线分散液、或碳纳米管分散液。
可选的，步骤f中，半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面采用硅玻璃阳极键合工艺键合，或者采用粘接材料接键合。
可选的，在步骤e之后步骤f之前还包括：对纳米线传感器阵列圆片进行生物化学修饰。
基于上述技术方案，本发明实施例的纳米线传感器芯片制备方法，能够解决现有制备技术批量化、片内纳米线传感器参数重复性差等技术难题，提高生产效率，提高圆片内纳米线传感器参数重复性，降低成本。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1为本发明实施例的一种纳米线传感器芯片制备方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一半导体圆片结构示意图；
图3a为本发明实施例在半导体圆片上制作垂直通孔及溶液腔的示意图之一；
图3b为本发明实施例在半导体圆片上制作垂直通孔及溶液腔的示意图之二；
图4a为本发明实施例在半导体圆片上垂直通孔内制作垂直引出电极及电互连线示意图之一；
图4b为本发明实施例在半导体圆片上垂直通孔内制作垂直引出电极及电互连线示意图之二；
图4c为本发明实施例在半导体圆片上垂直通孔内制作垂直引出电极及电互连线后圆片俯视图；
图4d为本发明实施例在半导体圆片上垂直通孔内制作垂直引出电极0211及电互连线023后圆片内单个纳米线传感器俯视图；
图5a为本发明实施例与半导体圆片暴露表面粘和，制作微孔、垂直通孔示意图之一；
图5b为本发明实施例与半导体圆片暴露表面粘和，制作微孔、垂直通孔示意图之二。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种纳米线传感器芯片制备方法，包括：
a、在半导体圆片S1一面制备电极对阵列；
b、在半导体圆片S2上制作与电极对阵列匹配的垂直通孔对及溶液腔；
c、将半导体圆片S1与半导体圆片S2对准、圆片键合，其中，半导体圆片S1上电极部分通过半导体圆片S2垂直通孔暴露，半导体圆片S2溶液腔暴露出半导体圆片S1上电极对一侧；
d、在半导体圆片S2垂直通孔内制造垂直引出电极、在半导体圆片S2表面制备电互连线对，电互连线对依次电连接半导体圆片S2上垂直引出电极；
e、滴纳米线分散液至半导体圆片S2上的溶液腔，通过半导体圆片S2上引出电极施加一定频率的交变电压，利用交变电压产生的介电泳力沉积纳米线后，去除分散液；
f、将半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面键合，图形化，刻蚀半导体圆片S3，在半导体圆片S2上垂直引出电极之上及溶液腔之上的S3圆片区域制作微孔，暴露出半导体圆片S2上的垂直引出电极，形成纳米线传感器与外界接口；
g、对半导体圆片S1、半导体圆片S2、半导体圆片S3进行划片，得到纳米线传感器芯片。
可选的，步骤a中，半导体圆片S1为硅圆片或玻璃圆片。
可选的，步骤a中，电极对为Ti/Au电极，电极为工字型金电极。
可选的，步骤b中，垂直通孔形状为圆柱型或倒圆台性或棱柱性，垂直通孔贯穿半导体圆片S2，半导体圆片S2上垂直通孔对与半导体圆片S1上电极对对准，溶液腔贯穿半导体圆片S2、位于两个垂直通孔之间。
可选的，步骤b中，半导体圆片S2为玻璃圆片或玻璃圆片，垂直通孔采用激光打孔工艺方法，或喷砂打孔工艺方法，或湿法腐蚀、干法刻蚀工艺方法实现。
可选的，步骤c中，半导体圆片S1与半导体圆片S2通过硅玻璃阳极键合方法键合，或者采用采用粘接材料键合。
可选的，步骤d中，垂直引出电极为中空圆柱铜电极，也可以为实心圆柱铜电极；垂直引出电极采用蒸发、溅射或电化学沉积等工艺制作。
可选的，步骤e中，纳米线分散液为含CuO纳米线的分散液、或Si纳米线的分散液、或碳纳米管分散液等。
可选的，步骤f中，半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面采用硅玻璃阳极键合工艺键合，或者采用粘接材料接键合。
可选的，在步骤e之后步骤f之前还包括：对纳米线传感器阵列圆片进行生物化学修饰。
本发明实施例的纳米线传感器芯片制备方法，能够解决现有制备技术批量化、片内纳米线传感器参数重复性差等技术难题，提高生产效率，提高圆片内纳米线传感器参数重复性，降低成本。
实施例2
本实施例提供一种纳米线传感器芯片制备方法，包括：
a、提供一半导体圆片，记为010，在圆片一面制备电极对阵列011，如图2所示；半导体圆片可以选用硅圆片或玻璃圆片，也可以选用其他半导体圆片，电极对可以选用Ti/Au电极，也可以选用其他金属电极；优选的，电极为工字型金电极；
b、提供另一半导体圆片，记为020，在半导体圆片上制作与电极对阵列匹配的垂直通孔对021、溶液腔022；
其中，垂直通孔021形状可以是圆柱型，也可以是倒圆台性、棱柱性等，垂直通孔021贯穿半导体圆片020，圆片020上垂直通孔021对与010圆片电极对011对准；溶液腔022贯穿半导体圆片020、位于两个垂直通孔之间；
其中，半导体圆片020可以采用玻璃圆片，也可以采用硅圆片或其他半导体圆片；垂直通孔采用激光打孔或喷砂打孔等方法实现，也可采用湿法腐蚀、干法刻蚀等工艺方法实现。
c、在半导体圆片010电极对011所在面涂覆粘接材料040，如BCB、PI等有机物，也可以用其他无机材料，半导体圆片010电极对011所在面与半导体圆片020对准、圆片键合，半导体圆片020表面也可涂覆粘接材料040，如BCB、PI等薄膜；可以在半导体圆片键合前对半导体圆片010表面有机物薄膜进行图形化、暴露出半导体圆片010上的电极对011，也可以在半导体圆片010与半导体圆片020键合后利用氧等离子体刻蚀工艺去除覆盖至半导体圆片010电极对011上的有机物薄膜。
如图3a所示，半导体圆片020，与半导体圆片010粘和，在半导体圆片020上制作垂直通孔021及溶液腔022。如图3b所示，半导体圆片020，与半导体圆片010阳极键合，在半导体圆片020上制作垂直通孔021及溶液腔022。
d、在半导体圆片020垂直通孔021内制造垂直引出电极0211，垂直引出电极0211与半导体圆片010表面电极对011电连接，在半导体圆片020表面制备电互连线对023及焊盘024，电互连线对依次电连接半导体圆片020上垂直引出电极023，垂直引出电极0211与半导体圆片010的电极对011电连接，，如图4a、图4b、图4c、图4d所示；垂直引出电极0211可为中空圆柱铜电极或金电极或铝电极，也可为实心圆柱铜电极；垂直引出电极采用蒸发、溅射或电化学沉积等工艺制作。
图4a为在半导体圆片020上垂直通孔内制作垂直引出电极0211及电互连线023示意图之一；
图4b为在半导体圆片020上垂直通孔内制作垂直引出电极0211及电互连线023示意图之二；
图4c为在半导体圆片020上垂直通孔内制作垂直引出电极0211及电互连线023后圆片俯视图；
图4d为在半导体圆片020上垂直通孔内制作垂直引出电极0211及电互连线023后圆片内单个纳米线传感器俯视图。
如果半导体圆片020为硅圆片，则需要在垂直通孔内制作垂直引出电极之前需在垂直通孔侧壁沉积绝缘层，可以采用PECVD沉积SiO2或SiNx实现。
e、滴纳米线分散液至半导体圆片020上的溶液腔022，通过半导体圆片020上垂直引出电极0211施加一定频率的交变电压，利用产生的介电泳力沉积纳米线012，然后去除分散液。纳米线分散液可以是CuO纳米线分散液、Si纳米线分散液、碳纳米管分散液等，也可为其他纳米线分配液。
f、提供一半导体圆片030，在半导体圆片030表面涂覆粘接材料050，如BCB、PI等，半导体圆片030涂覆粘接材料的一面与010-020键合圆片的020暴露表面键合，光刻、图形化，刻蚀半导体圆片030，在半导体圆片020上垂直引出电极0211之上及溶液腔022之上的030圆片区域制作微孔031及032，暴露出半导体圆片020上的垂直引出电极0211，形成纳米线传感器与外界接口，如图5a、图5b所示。其中，三层键合圆片之半导体圆片030暴露的一面光刻图形化之前，可以对三层键合圆片进行减薄、抛光，减薄可以采用机械减薄，抛光可以采用机械化学抛光工艺。
图5a为半导体圆片030，与半导体圆片020暴露表面粘和，制作微孔、垂直通孔示意图之一；
图5b为半导体圆片030，与半导体圆片020暴露表面粘和，制作微孔、垂直通孔示意图之二。
g、划片，分离纳米线传感器芯片。
优选的，在步骤e之后、步骤f之前可能包含对纳米线传感器阵列圆片进行生物化学修饰过程。
本发明实施例的纳米线传感器芯片制备方法，能够解决现有制备技术批量化、片内纳米线传感器参数重复性差等技术难题，提高生产效率，提高圆片内纳米线传感器参数重复性，降低成本。
实施例3
本实施例提供一种纳米线传感器芯片制备方法，包括
a、提供一玻璃圆片，记为010，在圆片一面制备电极对011阵列，电极对可以选用Ti/Au电极，也可以选用其他金属电极；优选的，电极为工字型金电极；
b、提供另一半导体硅圆片，记为020；
c、与半导体圆片010对准，利用硅玻璃阳极键合实现键合，如图3a所示，在010-020键合圆片之半导体圆片020暴露表面上制作与半导体圆片010表面电极对011阵列匹配的垂直通孔对021、溶液腔022；其中，垂直通孔021贯穿半导体圆片020，暴露出半导体圆片010上的电极对011，垂直通孔021形状可以是圆柱型，也可以是倒圆台性、棱柱性等，半导体圆片020上溶液腔022贯穿半导体圆片020、位于两个垂直通孔之间。
其中，垂直通孔可采用湿法腐蚀、干法刻蚀等工艺方法实现。
d、在半导体圆片020垂直通孔侧壁沉积绝缘层，可以采用PECVD沉积SiO2或SiNx实现，在半导体圆片020垂直通孔内制造垂直引出电极0211，垂直引出电极0211与半导体圆片010表面电极对011电连接，在半导体圆片020表面制备电互连线对024，电互连线对024依次电连接半导体圆片020上垂直引出电极0211；垂直引出电极0211为中空圆柱铜电极或金电极或铝电极，也可以为实心圆柱铜电极；垂直引出电极采用蒸发、溅射或电化学沉积等工艺制作。
e、滴纳米线分散液至半导体圆片020上的溶液腔022，通过半导体圆片020上垂直引出电极0211施加一定频率的交变电压，利用产生的介电泳力沉积纳米线012，然后去除分散液。纳米线分散液可以是CuO纳米线分散液、Si纳米线分散液、碳纳米管分散液等，也可为其他纳米线分散液。
f、提供一玻璃圆片030，制备微孔031及032，玻璃圆片030与010-020键合圆片之020暴露表面进行阳极键合工艺，其中，玻璃圆片030微孔032分别暴露出半导体圆片020上的垂直引出电极0211，微孔031位于020上022溶液腔之上，如图5b所示。
g、划片，分离纳米线传感器芯片。
优选的，在步骤e之后、步骤f之前可能包含对纳米线传感器阵列圆片进行生物化学修饰过程。
本发明实施例的纳米线传感器芯片制备方法，能够解决现有制备技术批量化、片内纳米线传感器参数重复性差等技术难题，提高生产效率，提高圆片内纳米线传感器参数重复性，降低成本。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米线传感器芯片制备方法，其特征在于，包括：
a、在半导体圆片S1一面制备电极对阵列；
b、在半导体圆片S2上制作与电极对阵列匹配的垂直通孔对及溶液腔；
c、将半导体圆片S1与半导体圆片S2对准、圆片键合，其中，半导体圆片S1上电极部分通过半导体圆片S2垂直通孔暴露，半导体圆片S2溶液腔暴露出半导体圆片S1上电极对一侧；
d、在半导体圆片S2垂直通孔内制造垂直引出电极、在半导体圆片S2表面制备电互连线对，电互连线对依次电连接半导体圆片S2上垂直引出电极；
e、滴纳米线分散液至半导体圆片S2上的溶液腔，通过半导体圆片S2上引出电极施加一定频率的交变电压，利用交变电压产生的介电泳力沉积纳米线后，去除分散液；
f、将半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面键合，图形化，刻蚀半导体圆片S3，在半导体圆片S2上垂直引出电极之上及溶液腔之上的S3圆片区域制作微孔，暴露出半导体圆片S2上的垂直引出电极、形成纳米线传感器与外界接口；
g、对半导体圆片S1、半导体圆片S2、半导体圆片S3进行划片，得到纳米线传感器芯片。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，半导体圆片S1为硅圆片或玻璃圆片。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，电极对为Ti/Au电极，电极为工字型金电极。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，垂直通孔形状为圆柱型或倒圆台型或棱柱型，垂直通孔贯穿半导体圆片S2，半导体圆片S2上垂直通孔对与半导体圆片S1上电极对对准，溶液腔贯穿半导体圆片S2、位于两个垂直通孔之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b中，半导体圆片S2为玻璃圆片或玻璃圆片，垂直通孔采用激光打孔工艺方法，或喷砂打孔工艺方法，或湿法腐蚀、干法刻蚀工艺方法实现。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤c中，半导体圆片S1与半导体圆片S2通过硅玻璃阳极键合方法键合，或者采用粘接材料键合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤d中，垂直引出电极为中空圆柱铜电极或实心圆柱铜电极；垂直引出电极采用蒸发、溅射或电化学沉积工艺制作。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤e中，纳米线分散液为CuO纳米线分散液、Si纳米线分散液或碳纳米管分散液。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤f中，半导体圆片S3与S1-S2键合圆片的S2暴露表面采用硅玻璃阳极键合工艺键合，或者采用粘接材料接键合。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤e之后步骤f之前还包括：对纳米线传感器阵列圆片进行生物化学修饰。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |