CN105300540B - 集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，包括在硅片衬底上先制造温度传感器集成电路，并设置多层金属布线；在制造所述多层金属布线中的顶层金属布线时，形成电容，顶层金属布线的两端形成所述电容的电极，所述电极通过接触孔连接所述温度传感器集成电路；制造所述电容的介质层，并通过光罩把所述电容表面暴露出来，所述电极和外接连线部对应的介质层表面被光刻胶层覆盖；将两电极之间的介质层刻蚀掉，并去除光刻胶层；所述电容和所述电极对应的表面淀积防水层；在所述防水层上涂布湿敏层。本发明能够把温度传感器和湿度传感器集合制造在一起，成为一个单一集成电路器件，减少体积，功耗和制造成本，提高精度。
Description
技术领域
本发明涉及温度传感器和湿度传感器，具体地，涉及一种集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法。
背景技术
温度传感器集成电路和湿度传感器集成电路已经分别存在多时，它们的制造方法也分别有相关专利申报或授予。但是，当需要同时测量温度和湿度时，人们通常使用将上述两种集成电路集合在一个电路板的系统上实现，因此体积大，成本高，功耗大。
温度和湿度作为两个最基本的物理参数，与人们的生活和工作环境的舒适度息息相关。近几年来，随着可穿戴设备市场的发展，人们希望这些可穿戴设备可以测量环境的温度和湿度。但是，传统的温度传感器和湿度传感器体积大，功耗多，成本高。因此，可穿戴设备需要一种可以满足体积，功耗和成本要求的产品和制造方法。
经过对现有技术的检索，发现申请号为201310117713.1，名称为无源无线电容式湿度传感器的制备方法的发明公开了一种无源无线电容式湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：步骤10)在硅衬底上热氧化生长一层热氧化层；步骤20)在热氧化层上淀积一层多晶硅层，并在多晶硅层上光刻多晶硅加热电阻；步骤30)在多晶硅层淀积二氧化硅防水层；步骤40)在二氧化硅防水层的顶面溅射一铝层，然后在铝层上刻蚀梳齿状电极、金属引线锚区、金属电感和加热电阻锚区；步骤50)在铝层上方淀积钝化层；步骤60)将位于电极上方以及位于电极侧壁的钝化层刻蚀去除，然后对位于被刻蚀的钝化层下方的二氧化硅防水层进行刻蚀，最后填充聚酰亚胺层，制成无源无线电容式湿度传感器。该发明中公开的方法不适用于温度传感器和湿度传感器集成电路的制造。
标准BCD制程：BCD是本领域现有的一种单片机集成工艺技术，于1986年由意法半导体公司(ST)率先研制成功，该技术能够在同一芯片上制作Bipolar(双极管)、CMOS(互补金属氧化物半导体)以及DMOS(双扩散金属氧化物半导体)器件，称为BCD工艺，可参考陈志勇等人发表的“BCD工艺概述”(半导体技术，2006年9月，第31卷第9期)。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，使得温湿度传感器成为一个单一集成电路，可以同时测量温度和湿度，减少器件的体积，功耗和制造成本，因为测量湿度时同步得到温度数据，可以对湿度的计算进行温度补偿，从而使得湿度的测量更加准确。
根据本发明提供的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在硅片衬底上先制造温度传感器集成电路，并设置多层金属布线；
步骤2：在制造所述多层金属布线中的顶层金属布线时，形成电容，顶层金属布线的两端形成所述电容的电极，所述电极通过接触孔连接所述温度传感器集成电路；
步骤3：制造所述电容的介质层，并通过光罩把所述电容表面暴露出来，所述电极和外接连线部9对应的介质层表面被光刻胶层覆盖；
步骤4：将两电极之间的介质层刻蚀掉，并去除光刻胶层；
步骤5：所述电容和所述电极对应的介质层的上表面淀积防水层；
步骤6：在所述防水层上涂布湿敏层；
步骤7：在所述电极对应的湿敏层上通过光罩把外接连线的外接连接部暴露出来，去除所述电极对应的防水层，将外接连接部连接到封装引脚上。
优选地，在步骤1中，利用二极管正向电压的温度特性和标准BCD制程制造温度传感器集成电路。
优选地，所述多层金属布线采用4至6层金属铝连线。
优选地，所述电容为交叉手指形的电容。
优选地，两个所述电极间距在2微米至4微米之间，所述电极厚度在1微米至2微米之间。
优选地，所述介质层采用氮化硅和氧化硅薄膜材料制成。
优选地，采用干法和湿法混合刻蚀工艺，将两电极之间的介质层刻蚀掉。
优选地，所述防水层采用氧化硅防水层；所述氧化硅防水层采用PECVD工艺淀积。
优选地，所述湿敏层采用湿敏光刻胶层。
优选地，在步骤7中采用干法等离子刻蚀去除防水层。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、体积小，本发明中温湿度传感器同时制造在一颗芯片上，其体积可以明显比其它温湿度传感器小；
2、成本低，本发明使用硅集成电路来同时制造温度湿度传感器，其成本可以大大降低；
3、功耗低，采用本发明制造的温度湿度传感器芯片，可以明显降低传感器的功率消耗；
4、精度高，采用本发明制造的温度湿度传感器芯片，能够同时测量温度和湿度，可以做温度的补偿，使得湿度的测量更加准确。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明步骤1完成以后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图2为本发明中交叉手指形电容的结构示意图；
图3为本发明中形成介质层后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图4为本发明步骤3完成以后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图5为本发明步骤5完成以后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图6为本发明步骤6完成以后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图7为是本发明步骤7完成以后的温度湿度传感器芯片的结构示意图；
图8是本发明的步骤流程图。
图中
1为硅片衬底；
2为金属铝布线；
3为顶层金属与下面金属连线的接触孔；
4为顶层金属以及交叉手指形的电容；
5为氮化硅和氧化硅薄膜层；
6为光刻胶层；
7为氧化硅防水层；
8为湿敏光刻胶层；
9为外接连线部。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
在本实施例中，本发明提供的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：
步骤1：在硅片衬底上先制造温度传感器集成电路，并设置多层金属布线；
步骤2：在制造所述多层金属布线中的顶层金属布线时，形成电容，顶层金属布线的两端形成所述电容的电极，所述电极通过接触孔连接所述温度传感器集成电路，从而该温度传感器集成电路可以感知所述电容的电容值；
步骤3：制造所述电容的介质层，并通过光罩把所述电容表面暴露出来，所述电极和外接连线部对应的介质层表面被光刻胶层6覆盖；
步骤4：将两电极之间的介质层刻蚀掉，并去除光刻胶层6；
步骤5：所述电容和所述电极对应的介质层的上表面淀积防水层；
步骤6：在所述防水层上涂布湿敏光刻胶层；
步骤7：在所述电极对应的湿敏层上通过光罩把外接连线部9暴露出来，去除所述电极对应的防水层，将外接连接部9连接到封装引脚上。所述外接连线部9，为pad，具体为顶层金属暴露在外面的用于外接封装连线的区域。
作为一个优选的实施方式，在步骤1中，利用二极管正向电压的温度特性和标准BCD制程制造温度传感器集成电路。
作为一个优选的实施方式，所述多层金属布线采用4至6层金属铝连线2。
作为一个优选的实施方式，所述电容为交叉手指形的电容4，如图2所示。
作为一个优选的实施方式，两个所述电极间距在2微米至4微米之间，所述电极厚度在1微米至2微米之间。
作为一个优选的实施方式，所述介质层采用氮化硅和氧化硅薄膜层5。
作为一个优选的实施方式，采用干法和湿法混合刻蚀工艺，将两电极之间的介质层刻蚀掉。
作为一个优选的实施方式，所述防水层采用氧化硅防水层7；所述氧化硅防水层7的厚度约为0.1微米；所述氧化硅防水层7采用PECVD工艺淀积。氧化硅防水层7把两个金属铝电极覆盖，保护铝电极不受到水气的侵蚀。
作为一个优选的实施方式，所述湿敏层采用湿敏光刻胶层8。在两个电极之间的间缝填满湿敏光刻胶层8。经过固化以后，这种湿敏光刻胶层8成为两电极之间的介质材料。当环境湿度变化时，该湿敏光刻胶层8的介电常数发生变化，故使电容值发生变化。所述电容4的两电极连接到温度传感器集成电路上，电容的电容值变化就可以被温度传感器集成电路感知，通过电路的设计和校准处理，实际的相对湿度值就被测量出来。
作为一个优选的实施方式，在步骤7中采用干法等离子刻蚀去除防水层。采用的键合工艺把外接连接部连接到封装引脚上，温湿度传感器集成电路制成。
本发明提供的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，能够把温度传感器和湿度传感器集合制造在一起，成为一个单一集成电路器件，减少体积，功耗和制造成本，提高测量精度。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在硅片衬底上先制造温度传感器集成电路，并设置多层金属布线；
步骤2：在制造所述多层金属布线中的顶层金属布线时，形成电容，顶层金属布线的两端形成所述电容的电极，所述电极通过接触孔连接所述温度传感器集成电路；
步骤3：制造所述电容的介质层，并通过光罩把所述电容表面暴露出来，所述电极和外接连线部(9)对应的介质层表面被光刻胶层(6)覆盖；
步骤4：将两电极之间的介质层刻蚀掉，并去除光刻胶层(6)；
步骤5：所述电容和所述电极对应的介质层的上表面淀积防水层；
步骤6：在所述防水层上涂布湿敏层，所述湿敏层采用湿敏光刻胶层；
步骤7：在所述电极对应的湿敏层上通过光罩把外接连线的外接连线部(9)暴露出来，去除所述电极对应的防水层，将外接连线部(9)连接到封装引脚上。
2.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，在步骤1中，利用二极管正向电压的温度特性和标准BCD制程制造温度传感器集成电路。
3.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述多层金属布线采用4至6层金属铝连线(2)。
4.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述电容为交叉手指形的电容(4)。
5.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，两个所述电极间距在2微米至4微米之间，所述电极厚度在1微米至2微米之间。
6.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述介质层采用氮化硅和氧化硅薄膜材料制成。
7.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，采用干法和湿法混合刻蚀工艺，将两电极之间的介质层刻蚀掉。
8.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述防水层采用氧化硅防水层(7)；所述氧化硅防水层(7)采用PECVD工艺淀积。
9.根据权利要求1所述的集成一体化温度湿度传感器芯片的制造方法，其特征在于，在步骤7中采用干法等离子刻蚀去除防水层。
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| CN107356637A (zh) * | 2017-06-09 | 2017-11-17 | 上海申矽凌微电子科技有限公司 | 环境传感器的制造方法及使用该方法制造的环境传感器 |
| US20200076016A1 (en) * | 2018-09-04 | 2020-03-05 | Hutchinson Technology Incorporated | Sensored Battery Pouch |
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| CN111323459A (zh) * | 2019-06-28 | 2020-06-23 | 福建师范大学 | 一种基于标准cmos工艺的湿度传感器 |
| CN117355753A (zh) * | 2021-01-25 | 2024-01-05 | 香港科技大学 | 液基cmos mems微热对流加速度计 |
| US11953460B2 (en) * | 2021-05-11 | 2024-04-09 | Texas Instruments Incorporated | Monolithic humidity sensor devices and methods of manufacture |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102692432A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-09-26 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 集成式湿度传感器及制造方法 |
| CN102944325A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-02-27 | 东南大学 | 一种无源无线温、湿度集成传感器 |
| CN103185611A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-03 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 与cmos工艺兼容的mems温度湿度集成传感器及其制造方法 |
| CN104697661A (zh) * | 2015-01-04 | 2015-06-10 | 东南大学 | 基于氧化石墨烯的三维集成电容式温湿度传感器及其制法 |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102692432A (zh) * | 2012-05-29 | 2012-09-26 | 上海丽恒光微电子科技有限公司 | 集成式湿度传感器及制造方法 |
| CN102944325A (zh) * | 2012-11-29 | 2013-02-27 | 东南大学 | 一种无源无线温、湿度集成传感器 |
| CN103185611A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-03 | 无锡华润上华半导体有限公司 | 与cmos工艺兼容的mems温度湿度集成传感器及其制造方法 |
| CN104697661A (zh) * | 2015-01-04 | 2015-06-10 | 东南大学 | 基于氧化石墨烯的三维集成电容式温湿度传感器及其制法 |
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Address after: 200241 Room 366, Building 2, No. 588 Zixing Road, Minhang District, Shanghai Patentee after: Sensylink Microelectronics Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 201108 room A320, building 1, 2588 Hongmei South Road, Minhang District, Shanghai Patentee before: SHANGHAI SENSYLINK MICROELECTRONICS Co.,Ltd. Country or region before: China |
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