CN105742247B - 传感器集成电路的制造方法及使用该方法制造的集成电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种传感器集成电路的制造方法及使用该方法制造的集成电路，包括如下步骤：步骤1，在第一衬底硅片上制造温湿度传感器集成电路，在所述第一衬底硅片上制造与所述温湿度传感器集成电路连接的金属铝布线；步骤2，在第二衬底硅片上制造红外光和可见光亮度传感器；步骤3，连接所述红外光和可见光亮度传感器与所述温湿度传感器集成电路；步骤4，封装。与现有技术相比，本发明的有益效果如下：可将温度、湿度传感器以及红外光和可见光亮度传感器集合制造在一起，成为一个单一器件，减少体积，功耗和制造成本，提高测量的精度。

Description

传感器集成电路的制造方法及使用该方法制造的集成电路
技术领域
本发明涉及一种传感器集成电路的制造方法，特别是一种温度、湿度和光学传感器同时制造成单一集成电路的方法及使用该方法制造的集成电路。
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，单独的红外光和可见光亮度传感器集成电路也有存在。它们的制造方法也分别有相关专利申报或授予。但是，当需要同时测量温湿度以及红外光和可见光亮度时，人们通常使用将上述几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。本专利发明一种将温湿度以及红外光和可见光亮度传感器同时集合在一起的制造方法，使得温湿度以及红外光和可见光亮度传感器成为一个单一产品，可以同时测量温度，湿度以及红外光和可见光亮度，减少器件的体积，功耗和制造成本。同时，因为温湿度以及红外光和可见光亮度的测量灵敏度互相关联，所以当同步得到温湿度以及红外光和可见光的数据时，测量可以得到有效补偿，测量结果更加准确。
温度、湿度和光亮度作为最基本的物理参数，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湿度和光亮度。比如，实时测量温湿度可以使得用户体验环境的舒适度，从而判断出行计划。又比如，仪器设备的屏幕显示亮度，可以根据实时的环境光亮度来自动调节，使得人体对屏幕的亮度感觉更为舒适。再比如，红外光传感器可以检测人体反射回来的红外光信号，从而判断设备与人体的距离。但是，现在的温湿度传感器和红外光以及可见光亮度传感器不能集成一起，使得在应用中只能采用两个或三个集成电路，因此设备体积较大，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。
比如申请号201310117713.1的专利申请，是关于一个单独制造湿度传感器集成电路的方法。
又比如申请号201510608600的专利申请，是关于一个同时测量温度和湿度的温湿度传感器的制造方法。
又比如申请号201410351826.2的专利申请，是关于红外光测量传感器的集成电路制造方法。
本专利是关于温度，湿度传感器以及红外光和可见光亮度传感器等不同的传感器集成在单一封装上的制造方法。
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将温度、湿度传感器以及红外光和可见光亮度传感器等不同的传感器集成在单一封装上的传感器集成电路的制造方法及使用该方法制造的集成电路。
为解决上述技术问题，本发明提供一种传感器集成电路的制造方法，包括如下步骤：
步骤1，在第一衬底硅片上制造温湿度传感器集成电路，在所述第一衬底硅片上制造与所述温湿度传感器集成电路连接的金属铝布线；
步骤2，在第二衬底硅片上制造红外光和可见光亮度传感器；
步骤3，连接所述红外光和可见光亮度传感器与所述温湿度传感器集成电路；
步骤4，封装。
优选地，所述步骤2包括：
步骤2.1，在所述第二衬底硅片内通过离子注入和高温扩散的方法制造第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管及第五二极管；
步骤2.2，在所述第二衬底硅片的表面通过等离子体增强化学气相沉积法淀积第一电隔离层；
步骤2.3，在所述第一电隔离层上通过光刻和干法刻蚀方法刻出第一接触孔，所述第一接触孔贯穿所述第一电隔离层；
步骤2.4，在所述第一接触孔内通过化学气相沉积法沉积金属钨，所述金属钨与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管及所述第五二极管连接；
步骤2.5，在所述第一电隔离层上通过物理气相沉积法溅射金属铝连线，所述金属铝连线与所述金属钨连接；
步骤2.6，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置红光过滤薄膜，所述红光过滤薄膜的位置与所述第三二极管对应；
步骤2.7，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置黄光过滤薄膜，所述黄光过滤薄膜的位置与所述第二二极管对应；
步骤2.8，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置蓝光过滤薄膜，所述蓝光过滤薄膜的位置与所述第一二极管对应；
步骤2.9，在所述第一电隔离层上通过等离子体增强化学气相沉积法淀积第二电隔离层，所述第二电隔离层包裹所述金属铝连线、所述红光过滤薄膜、所述黄光过滤薄膜及所述蓝光过滤薄膜；
步骤2.10，在所述第二电隔离层上通过物理气相沉积法溅射和光刻的方法设置红外光吸收薄膜，所述红外光吸收薄膜的位置与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管及所述第四二极管对应；
步骤2.11，在所述第二电隔离层上淀积介质层，所述介质层包裹所述红外光吸收薄膜。
优选地，所述第一电隔离层及所述第二电隔离层的厚度为1微米。
优选地，所述第一电隔离层及所述第二电隔离层的材质为二氧化硅。
优选地，所述红光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述红光过滤薄膜允许光谱波长为610纳米～760纳米的红光通过；
所述黄光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述黄光过滤薄膜允许光谱波长为490纳米～570纳米的黄光通过；
所述蓝光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述蓝光过滤薄膜允许光谱波长为450纳米～480纳米的蓝光通过。
优选地，所述红外光吸收薄膜吸收波长为760纳米～30000纳米的红外光频谱的光束。
优选地，所述步骤3包括：
步骤3.1，在所述第二衬底硅片上设置第二接触孔，所述第二接触孔贯穿所述介质层和所述第二电隔离层；
步骤3.2，通过金属铜连线连接所述金属铝布线及所述金属铝连线。
优选地，所述介质层的厚度为1.0微米
优选地，所述第二衬底硅片的厚度为100微米。
集成电路，所述集成电路采用传感器集成电路的制造方法制造。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)可将温度、湿度传感器以及红外光和可见光亮度传感器集合制造在一起，成为一个单一器件，减少体积，功耗和制造成本，提高测量的精度；体积小：同时制造在一颗封装内上，其体积可以明显比其它单独使用温湿度传感器以及红外光和可见光传感器系统小；成本低：使用两片硅片分别制造温湿度传感器和红外光和可见光传感器，然后利用先进封装技术集成在一个封装内，其成品率可以显著提高，使其成本可以降低；功耗低：可以明显降低传感器的功率消耗；精度高：同时测量温度和湿度，以及红外光和可见光亮度，所以可以做温度和湿度的补偿，使得测量湿度，红外光和可见光亮度更加准确；
2)虽然三种可见光过滤薄膜可以有效地吸收三种除对应颜色以外的可见光，但一般不能有效吸收红外光，使得红外光可以到达三个对应的可见光光电二极管，引起测量误差和噪声。红外光吸收薄膜的应用可以阻挡红外光谱进入其下面的可见光二极管，从而有效提高可见光的测量精度；在第四二极管上面虽然没有可见光过滤膜，但因为有红外光吸收薄膜，所以第四二极管可以测量除红外光以外的全可见光谱的亮度信号；在第五二极管上面因为既没有可见光过滤薄膜，也没有红外光吸收薄膜，所以第五二极管可以测量包括红外光和可见光在内的全光谱的亮度信号；
3)五个光电二极管由于结构位置和光过滤薄膜的不同，可以给出不同的测量信号，通过分析这些信号，可以更精确地测量红外光，可见光的亮度。
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为本发明传感器集成电路的制造方法示意图一；
图2为本发明传感器集成电路的制造方法示意图二；
图3为本发明传感器集成电路的制造方法示意图三；
图4为本发明传感器集成电路的制造方法示意图四；
图5为本发明传感器集成电路的制造方法示意图五；
图6为本发明传感器集成电路的制造方法示意图六；
图7为本发明传感器集成电路的制造方法示意图七；
图8为本发明传感器集成电路的制造方法示意图八。
图中：
1-第一衬底硅片 2-金属铝布线 3-金属铜连线
4-第二衬底硅片 5-第一二极管 6-第二二极管
7-第三二极管 8-第四二极管 9-第五二极管
10-第一电隔离层 11-第一接触孔 12-金属铝连线
13-金属钨 14-红光过滤薄膜 15-第二电隔离层
16-黄光过滤薄膜 17-蓝光过滤薄膜 18-红外光吸收薄膜
19-介质层 20-第二接触孔
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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1～图8所示，本发明传感器集成电路的制造方法，包括如下步骤：在第一衬底硅片1先制造出温湿度传感器集成电路，其最顶层金属铝布线2的一部分裸露出来，为连接到第二衬底硅片4上的红外光和可见光亮度传感器做准备。
在第二衬底硅片4制造红外光和可见光亮度传感器，具体步骤如下：
红外光和可见光亮度传感器的制造从第二衬底硅片4开始。先通过离子注入和高温扩散的方法在第二衬底硅片4上制造五个PN结的第一二极管5、第二二极管6、第三二极7管、第四二极管8及第五二极管9，形成五个光电转换二极管。五个PN结二极管作为五种光谱的光电转化器，分别为红光，黄光，蓝光，红外光和全光谱光电转化器。
通过PECVD(PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION，等离子体增强化学气相沉积法)工艺淀积一层二氧化硅作为第一电隔离层10，厚度为1微米。
在二氧化硅的第一电隔离层10上通过光刻和干法刻蚀方法刻出第一接触孔11。
用CVD(CHEMICAL VAPOR DEPOSITION，化学气相沉积法)工艺在第一接触孔11上沉积并填满金属钨13，做为PN结二极管与上层金属铝连线12的连接。
用PVD(PHYSICAL VAPOR DEPOSITION，物理气相沉积法)溅射的方法在二氧化硅第一电隔离层10的表面淀积金属铝，并通过光刻的方法刻蚀连线，形成金属铝连线12，把五个PN结的十个电极通过第一接触孔11内的金属钨13连接出来。
在二氧化硅第一电隔离层10的表面用涂布和光刻的方法制作红光过滤薄膜14。该薄膜厚度为0.5微米～1.0微米，可以让光谱波长为610纳米～760纳米的红光通过，到达其下面对应的第三二极管7，同时有效的吸收其他波长的可见光。
在二氧化硅第一电隔离层10的表面用涂布和光刻的方法制作黄光过滤薄膜16。该薄膜厚度为0.5微米～1.0微米，可以让光谱波长为490纳米～570纳米的黄光通过，到达其下面对应的第二二极管6，同时有效的吸收其他波长的可见光。
在二氧化硅第一电隔离层10的表面用涂布和光刻的方法制作蓝光过滤薄膜17。该薄膜厚度为0.5微米～1.0微米，可以让光谱波长为450纳米～480纳米的蓝光通过，到达其下面对应的第一二极管5，同时有效的吸收其他波长的可见光。
通过PECVD(PLASMA ENHANCED CHEMICAL VAPOR DEPOSITION，等离子体增强化学气相沉积法)工艺淀积第二层二氧化硅第二电隔离层15，厚度为1.0微米。
在这第二电隔离层15上面通过PVD(PHYSICAL VAPOR DEPOSITION，物理气相沉积法)溅射和光刻的方法制作红外光吸收薄膜18。红外光吸收薄膜18由多层两种不同介电常数的介质交替组成，通过光学干涉的原理使得其可以有效吸收波长为760纳米～30000纳米的红外光频谱的光束，使其不能到达底层的第一二极管5、第二二极管6、第三二极7管及第四二极管8。
在红外光吸收薄膜18上面再淀积一层厚度为1.0微米的介质层19，保护红外光吸收薄膜18。
通过光刻和刻蚀的方法刻蚀出铝金属的第二接触孔20，将金属铝连线12暴露在外面。
通过背面抛光研磨的方法将第二衬底硅片4减薄到100微米的厚度。通过叠封的方法把第二衬底硅片4粘封在第一衬底硅片1上。
用金属铜连线3把第一衬底硅片1上的温湿度传感器芯片的金属铝布线2和第二衬底硅片4上的外光和可见光亮度传感器的外接金属铝连线12连接起来，再封装在一个集成电路封装内，从而完成这个芯片的制造。
本发明还提供了一种采用传感器集成电路的制造方法制造的集成电路。
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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种传感器集成电路的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在第一衬底硅片上制造温湿度传感器集成电路，在所述第一衬底硅片上制造与所述温湿度传感器集成电路连接的金属铝布线；
步骤2，在第二衬底硅片上制造红外光和可见光亮度传感器；
步骤3，连接所述红外光和可见光亮度传感器与所述温湿度传感器集成电路；
步骤4，封装；
所述步骤2包括：
步骤2.1，在所述第二衬底硅片内通过离子注入和高温扩散的方法制造第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管及第五二极管；
步骤2.2，在所述第二衬底硅片的表面通过等离子体增强化学气相沉积法淀积第一电隔离层；
步骤2.3，在所述第一电隔离层上通过光刻和干法刻蚀方法刻出第一接触孔，所述第一接触孔贯穿所述第一电隔离层；
步骤2.4，在所述第一接触孔内通过化学气相沉积法沉积金属钨，所述金属钨与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管、所述第四二极管及所述第五二极管连接；
步骤2.5，在所述第一电隔离层上通过物理气相沉积法溅射金属铝连线，所述金属铝连线与所述金属钨连接；
步骤2.6，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置红光过滤薄膜，所述红光过滤薄膜的位置与所述第三二极管对应；
步骤2.7，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置黄光过滤薄膜，所述黄光过滤薄膜的位置与所述第二二极管对应；
步骤2.8，在所述第一电隔离层上通过涂布和光刻的方法设置蓝光过滤薄膜，所述蓝光过滤薄膜的位置与所述第一二极管对应；
步骤2.9，在所述第一电隔离层上通过等离子体增强化学气相沉积法淀积第二电隔离层，所述第二电隔离层包裹所述金属铝连线、所述红光过滤薄膜、所述黄光过滤薄膜及所述蓝光过滤薄膜；
步骤2.10，在所述第二电隔离层上通过物理气相沉积法溅射和光刻的方法设置红外光吸收薄膜，所述红外光吸收薄膜的位置与所述第一二极管、所述第二二极管、所述第三二极管及所述第四二极管对应；
步骤2.11，在所述第二电隔离层上淀积介质层，所述介质层包裹所述红外光吸收薄膜；
所述步骤3包括：
步骤3.1，在所述第二衬底硅片上设置第二接触孔，所述第二接触孔贯穿所述介质层和所述第二电隔离层；
步骤3.2，通过金属铜连线连接所述金属铝布线及所述金属铝连线。
2.根据权利要求1所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述第一电隔离层及所述第二电隔离层的厚度为1微米。
3.根据权利要求1或2所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述第一电隔离层及所述第二电隔离层的材质为二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述红光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述红光过滤薄膜允许光谱波长为610纳米～760纳米的红光通过；
所述黄光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述黄光过滤薄膜允许光谱波长为490纳米～570纳米的黄光通过；
所述蓝光过滤薄膜的厚度为0.5微米～1.0微米，所述蓝光过滤薄膜允许光谱波长为450纳米～480纳米的蓝光通过。
5.根据权利要求1所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述红外光吸收薄膜吸收波长为760纳米～30000纳米的红外光频谱的光束。
6.根据权利要求1所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述介质层的厚度为1.0微米。
7.根据权利要求1或2所述的传感器集成电路的制造方法，其特征在于，所述第二衬底硅片的厚度为100微米。
8.集成电路，其特征在于，所述集成电路采用权利要求1至7任意一项所述的传感器集成电路的制造方法制造。
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