CN105699429A - 一种微米级半导体传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微米级半导体传感器及其制备方法，属于半导体传感器制造技术领域。本发明的微米级半导体传感器的制备方法包括如下步骤：在硅板上溅射铝膜，在铝膜上涂光刻胶，在光刻胶上覆盖掩膜版，曝光，去除掩膜版，显影，得到铝光刻硅板；采用刻蚀剂对得到的铝光刻硅板的硅板进行刻蚀，然后去除光刻胶，即得。本发明的微米级半导体传感器电极的制备方法加工精度高，而且该方法加工效率高，适合于大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种微米级半导体传感器及其制备方法，属于半导体传感器制造技术领域。
背景技术
半导体刻蚀工艺主要分为干法刻蚀与湿法刻蚀。其中，干法刻蚀主要包括离子束溅射刻蚀(物理作用)、等离子体刻蚀(化学作用)、反应离子刻蚀(物理化学作用)；湿法刻蚀主要包括化学刻蚀、电解刻蚀。湿法刻蚀的优点是选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低。湿法刻蚀的缺点是钻刻严重、会产生大量的化学废液。
公开号为CN1710705A的中国发明专利(公开日期为2005年12月21日)公开了一种硅湿法刻蚀工艺，并具体公开了在洁净的硅片上溅射Cr膜，在Cr掩膜上利用光刻工艺制备图形，在(NH4)2Ce(NO3)5溶液中对掩膜层进行刻蚀，然后使用氢氧化钾溶液对刻蚀后的硅片进行湿法刻蚀，再取出掩膜层即得。该湿法刻蚀存在着刻蚀效率低、刻蚀坑槽表面不光滑，絮状物不易清洗干净等问题。而且湿法刻蚀为各向同性，加工精度相对较差，对于小的特征尺寸的半导体刻蚀并不适用。
干法刻蚀的优点是各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，细线条操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程不引入污染物，洁净度高。但是干法刻蚀的缺点是成本太高，不利于大规模生产。
对于126kV-1100kV高压电路上的高压SF6断路器，其使用的多电极传感器对传感器的加工精度有着很高的要求，开发一种能够满足该传感器产品要求的制备方法意义重大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种加工精度高、成本低微米级半导体传感器的制备方法。本发明的目的还在于提供一种上述方法制备的微米级半导体传感器。
为了实现以上目的，本发明的微米级半导体传感器的制备方法的技术方案如下：
一种微米级半导体传感器的制备方法，包括如下步骤：
1)在硅板上溅射铝膜，在铝膜上涂光刻胶，在光刻胶上覆盖掩膜版，曝光，去除掩膜版，显影，得到铝光刻硅板；
2)采用刻蚀剂对步骤1)得到的铝光刻硅板的硅板进行刻蚀，去除光刻胶，即得。
本发明的微米级半导体传感器的制备方法，采用先在硅板表面溅射铝膜，然后对铝光刻，之后通过湿法刻蚀硅板，得到的传感器电极加工精度高，能够满足微米级半导体传感器的质量需求。
在铝光刻之后，对于硅板来说，光刻、剥离等刻蚀工艺无法准确控制深度，一般在刻蚀通孔或者刻蚀到物质交接处时采用光刻或者剥离，刻蚀速度可以较快；在刻蚀盲孔的时候，一般采用控制度较高但速度较慢的刻蚀方式，以满足对深度以及底面光滑程度的要求。
步骤2)中的刻蚀剂为C4F8与SF6，使用时，先将C4F8以100sccm的流量通入5s，然后将SF6以100sccm的流量通入8s。
步骤1)中在显影后进行坚膜，所述坚膜的条件为：温度为110℃，坚膜时间为10min。
步骤1)中铝膜的厚度可以视具体的传感器类型和结构来定，一般的为1μm。
步骤2)中在去除光刻胶后，在微米级半导体传感器的引出极和收集极表面镀上Ti/Ni/Au镀膜，在微米级半导体传感器的阴极表面溅射铝膜，采用铝刻蚀液进行铝电极阵列刻蚀。由于金属之间的粘附性，可以采用直接在硅板表面进行溅射铝膜，在铝膜进行刻蚀的时候保留一定厚度的铝，这样铝电极全部能够电导通。由于剥离及干刻工艺只能控制其形状按照掩膜版设计，深度为固定的金属深度，无法保留部分铝层做导电用，故对于该层铝膜的刻蚀，不能采用剥离、干刻方式，只能采用湿法刻蚀。
本发明的制备方法中两次进行铝膜的溅射和刻蚀，第一次溅射的铝膜主要用来进行图形的转移，湿法刻蚀时采用铝作为图形转移的介质；第二次溅射的铝膜是在阴极表面刻蚀电极用，即在阴极表面使用湿法刻蚀铝膜的办法进行微米级铝金属电极的加工，刻蚀时保留一定的厚度的铝膜作为导电层使用。
所述铝刻蚀液由体积比为16:1:1:2的磷酸、硝酸、醋酸、水混合得到，所述磷酸质量分数不低于85％，所述硝酸的质量分数为65-68％，所述醋酸的质量分数不低于99.5％。刻蚀温度为45℃。
步骤1)中的溅射采用磁控溅射方式。
所述掩膜版为Cr板。所述掩膜版采用proteldxp软件绘制掩膜版图形。掩膜版包括为五寸版的大圆和四寸板的小圆。对掩膜版进行划分的十字光标的线宽为1mm。所述掩膜版制作为正胶掩膜版。
所述曝光后，掩膜版正胶见光分解，分解后的物质冲洗掉，将掩膜版上的图形保留下来；掩膜版负胶见光交联，交联物质稳定，未交联的部分被冲洗掉，实现图形从掩膜版到硅片表面的转移。
本发明的微米级半导体传感器的技术方案如下：
一种微米级半导体传感器，采用上述的制备方法制得。本发明的微米级半导体传感器包括阴极、引出极和收集极。
上述微米级半导体传感器包括依次设置的收集极、引出极、阴极，收集极包括收集极硅层，收集极硅层朝向引出极的一侧表面具有方形凹槽，收集极硅层朝向引出极的一侧的表面及方形凹槽的内表面均镀覆有收集极Ti/Ni/Au镀膜；引出极包括引出极硅层以及镀覆在引出极两面的引出极Ti/Ni/Au镀膜，引出极中心与收集极方形凹槽对应位置设置有圆形通孔，引出极与收集极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置与引出极两端与收集极两端对应的位置处；阴极包括阴极硅层以及设置在阴极硅层两个表面的铝膜，铝膜表面一体设置有微米级铝电极阵列，阴极两端分别设置有圆形通孔，阴极与引出极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置在阴极两端与引出极两端分别对应的位置处。
上述方形凹槽的槽深为200μm。
本发明的微米级半导体传感器的制备方法加工精度高，而且该方法加工效率高，适合于大规模生产。
本发明的微米级半导体传感器采用三电极结构，将硅板刻蚀到设计的形状之后，对收集极内表面以及引出极两面进行Ti/Ni/Au膜的镀膜加工，阴极表面直接采取湿法刻蚀工艺，加工出微米级金属电极，起放电作用。在引出极与收集极分别加一电压，使引出极与阴极之间、引出极与收集极之间分别产生电场，阴极发生电离，引出极吸收电子，收集极收集正离子产生电流，这样减少了离子对阴极电极的碰撞，延长了传感器使用寿命。在同一电压、温度下，不同的气体浓度对应不同的收集极电流，当达到单值时，即可使用此传感器来测量气体浓度。
附图说明
图1为本发明实施例1中的微米级半导体传感器的结构示意图；
图2为图1中的微米级半导体传感器翻转后的结构示意图；
图3为本发明实施例1中的微米级半导体传感器的制备方法流程图；
图4为本发明实施例1中的微米级半导体传感器的制备过程示意图；
图5为本发明实施例1中的微米级半导体传感器的制备方法中掩膜版结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案进行进一步的说明。
实施例1
如图1-2所示，本实施例的微米级半导体传感器包括依次设置的收集极1、引出极2、阴极3，收集极包括收集极硅层101，收集极硅层朝向引出极的一侧表面具有槽深为200μm的方形凹槽103，收集极硅层朝向引出极的一侧的表面及方形凹槽的内表面均镀覆有收集极Ti/Ni/Au镀膜102；引出极包括引出极硅层201以及镀覆在引出极两面的引出极Ti/Ni/Au镀膜202，引出极中心与收集极方形凹槽对应位置设置有圆形通孔203，引出极与收集极之间设置有聚酯薄膜绝缘层204，薄膜绝缘层设置与引出极两端与收集极两端对应的位置处；阴极包括阴极硅层301以及设置在阴极硅层两个表面的铝膜302，铝膜表面一体设置有微米级铝电极阵列305，阴极两端分别设置有圆形通孔303，阴极与引出极之间设置有聚酯薄膜绝缘层304，薄膜绝缘层设置在阴极两端与引出极两端分别对应的位置处。
如图3-5所示，上述微米级半导体传感器的制备方法包括如下步骤：
1)根据传感器的结构类型，根据阴极、引出极、收集极的结构，设计和制作掩膜版，采用proteldxp软件绘制掩膜版图形，如图5所示，其中大圆为五寸版的范围，小圆为四寸板的范围，使用十字光标对掩膜版进行划分，十字光标的线宽为1mm，掩膜版制作为正胶掩膜版，掩膜版为Cr板；
2)在用来制备电极的硅板上通过磁控溅射一层铝膜，铝膜厚度为1μm，在铝膜表面涂覆正性光刻胶EPG533，在85℃的条件下前烘5min，在光刻胶上面覆盖步骤1)制得的掩膜版，曝光，对铝进行光刻，如图4所示，其中图4(a)为掩膜版正胶，图4(b)为掩膜版负胶，在曝光后，正胶见光分解，分解后的物质可以冲洗掉，将掩膜版上的图形保留下来；负胶见光交联，交联物质稳定，未交联的部分被冲洗掉，实现图形从掩膜版到硅片表面的转移；去除掩膜版，显影，进行坚膜，坚膜的温度为110℃，时间为10min，得到铝光刻硅板；
3)采用刻蚀剂C4H8与SF6对步骤2)得到的铝光刻硅板上暴露出的硅板进行湿法刻蚀，之后去除光刻胶，得到湿刻硅板；
4)将步骤3)得到的湿刻硅板进行划片，在制备引出极的湿刻硅板两面及制备收集极的湿刻硅板内侧表面上镀上一层Ti/Ni/Au合金镀膜；在制备阴极的湿刻硅板的表面采用CVD方式再溅射一层铝膜，并使用刻蚀液对铝膜进行刻蚀，该刻蚀液为磷酸、硝酸、醋酸、水按照体积比16:1:1:2混合得到的混合液，所述磷酸质量分数为85％，所述硝酸的质量分数为65％，所述醋酸的质量分数为99.5％，刻蚀温度为45℃，得到铝电极阵列，由于金属之间的粘附性，所有直接在湿刻硅板表面溅射铝膜，使制得的铝电极能够良好导电，而用湿刻液刻蚀时，使铝膜保留一定厚度的铝。
实施例2
本实施例的微米级半导体传感器包括依次设置的收集极、引出极、阴极，收集极包括收集极硅层，收集极硅层朝向引出极的一侧表面具有槽深为200μm的方形凹槽，收集极硅层朝向引出极的一侧的表面及方形凹槽的内表面均镀覆有收集极Ti/Ni/Au镀膜；引出极包括引出极硅层以及镀覆在引出极两面的引出极Ti/Ni/Au镀膜，引出极中心与收集极方形凹槽对应位置设置有圆形通孔，引出极与收集极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置与引出极两端与收集极两端对应的位置处；阴极包括阴极硅层以及设置在阴极硅层两个表面的铝膜，铝膜表面一体设置有微米级铝电极阵列，阴极两端分别设置有圆形通孔，阴极与引出极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置在阴极两端与引出极两端分别对应的位置处。
上述微米级半导体传感器的制备方法包括如下步骤：
1)根据传感器的结构类型，根据阴极、引出极、收集极的结构，设计和制作掩膜版，采用proteldxp软件绘制掩膜版图形，使用十字光标对掩膜版进行划分，十字光标的线宽为1mm，掩膜版制作为正胶掩膜版，掩膜版为Cr板；
2)在用来制备电极的硅板上通过磁控溅射一层铝膜，铝膜厚度为1μm，在铝膜表面涂覆正性光刻胶EPG533，在85℃的条件下前烘5min，在光刻胶上面覆盖步骤1)制得的掩膜版，曝光，对铝进行光刻，去除掩膜版，显影，进行坚膜，坚膜的温度为110℃，时间为10min，得到铝光刻硅板；
3)采用刻蚀剂C4H8与SF6对步骤2)得到的铝光刻硅板上暴露出的硅板进行湿法刻蚀，之后去除光刻胶，得到湿刻硅板；
4)将步骤3)得到的湿刻硅板进行划片，在制备引出极的湿刻硅板两面及制备收集极的湿刻硅板内侧表面上镀上一层Ti/Ni/Au合金镀膜；在制备阴极的湿刻硅板的表面采用CVD方式再溅射一层铝膜，并使用刻蚀液对铝膜进行刻蚀，该刻蚀液为磷酸、硝酸、醋酸、水按照体积比16:1:1:2混合得到的混合液，所述磷酸质量分数为85％，所述硝酸的质量分数为65％，所述醋酸的质量分数为99.5％，刻蚀温度为45℃，得到铝电极阵列，由于金属之间的粘附性，所有直接在湿刻硅板表面溅射铝膜，使制得的铝电极能够良好导电，而用湿刻液刻蚀时，使铝膜保留一定厚度的铝。
实施例3
本实施例的微米级半导体传感器包括依次设置的收集极、引出极、阴极，收集极包括收集极硅层，收集极硅层朝向引出极的一侧表面具有槽深为200μm的方形凹槽，收集极硅层朝向引出极的一侧的表面及方形凹槽的内表面均镀覆有收集极Ti/Ni/Au镀膜；引出极包括引出极硅层以及镀覆在引出极两面的引出极Ti/Ni/Au镀膜，引出极中心与收集极方形凹槽对应位置设置有圆形通孔，引出极与收集极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置与引出极两端与收集极两端对应的位置处；阴极包括阴极硅层以及设置在阴极硅层两个表面的铝膜，铝膜表面一体设置有微米级铝电极阵列，阴极两端分别设置有圆形通孔，阴极与引出极之间设置有聚酯薄膜绝缘层，薄膜绝缘层设置在阴极两端与引出极两端分别对应的位置处。
上述微米级半导体传感器的制备方法包括如下步骤：
1)根据传感器的结构类型，根据阴极、引出极、收集极的结构，设计和制作掩膜版，采用proteldxp软件绘制掩膜版图形，使用十字光标对掩膜版进行划分，十字光标的线宽为1mm，掩膜版制作为正胶掩膜版，掩膜版为Cr板；
2)在用来制备电极的硅板上通过磁控溅射一层铝膜，铝膜厚度为1μm，在铝膜表面涂覆正性光刻胶EPG533，在85℃的条件下前烘5min，在光刻胶上面覆盖步骤1)制得的掩膜版，曝光，对铝进行光刻，去除掩膜版，显影，进行坚膜，坚膜的温度为110℃，时间为10min，得到铝光刻硅板；
3)采用刻蚀剂C4H8与SF6对步骤2)得到的铝光刻硅板上暴露出的硅板进行湿法刻蚀，之后去除光刻胶，得到湿刻硅板；
4)将步骤3)得到的湿刻硅板进行划片，在制备引出极的湿刻硅板两面及制备收集极的湿刻硅板内侧表面上镀上一层Ti/Ni/Au合金镀膜；在制备阴极的湿刻硅板的表面采用CVD方式再溅射一层铝膜，并使用刻蚀液对铝膜进行刻蚀，该刻蚀液为磷酸、硝酸、醋酸、水按照体积比16:1:1:2混合得到的混合液，所述磷酸质量分数为85％，所述硝酸的质量分数为65％，所述醋酸的质量分数为99.5％，刻蚀温度为45℃，得到铝电极阵列，由于金属之间的粘附性，所有直接在湿刻硅板表面溅射铝膜，使制得的铝电极能够良好导电，而用湿刻液刻蚀时，使铝膜保留一定厚度的铝。
采用实施例1-3中的方法制得的微米级半导体传感器的加工精度高，加工效率和质量非常高，适合于大规模生产。
Claims (7)
1.一种微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)在硅板上溅射铝膜，在铝膜上涂光刻胶，在光刻胶上覆盖掩膜版，曝光，去除掩膜版，显影，得到铝光刻硅板；
2)采用刻蚀剂对步骤1)得到的铝光刻硅板的硅板进行刻蚀，然后去除光刻胶，即得。
2.如权利要求1所述的微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中的刻蚀剂为C4F8与SF6，使用时，先将C4F8以100sccm的流量通入5s，然后将SF6以100sccm的流量通入8s。
3.如权利要求1所述的微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中在显影后进行坚膜，所述坚膜的温度为110℃，坚膜的时间为10min。
4.如权利要求1所述的微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中铝膜的厚度为1μm。
5.如权利要求1所述的微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，所述步骤2)中在去除光刻胶后，在微米级半导体传感器的引出极和收集极表面镀上Ti/Ni/Au镀膜，在微米级半导体传感器的阴极表面溅射铝膜，采用铝刻蚀液进行铝电极阵列刻蚀。
6.如权利要求5所述的微米级半导体传感器的制备方法，其特征在于，所述铝刻蚀液由体积比为16:1:1:2的磷酸、硝酸、醋酸、水混合得到，所述磷酸质量分数不低于85％，所述硝酸的质量分数为65-68％，所述醋酸的质量分数不低于99.5％。
7.一种微米级半导体传感器，其特征在于，采用如权利要求1-6任意一项所述的微米级半导体传感器的制备方法制得。
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