CN106124576A - 集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法 - Google Patents

集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法 Download PDF

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
    • G01N27/223—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance for determining moisture content, e.g. humidity

Abstract

本发明提供了一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法，其利用传统的低成本的半导体工艺技术在标准的硅片上制造出一种特殊的结构，可以同时测量气体和湿度。利用本发明的应用中，使用者通过分析可以用湿度数据对气体的数据进行修正，从而提高气体的测量精度，降低成本，体积和功耗。

Description

集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属氧化物检测气体的传感器领域，具体地，涉及集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法。
背景技术
环境的质量与人们的生活和工作舒适度，健康息息相关。近几年来，随着人们对环境的要求越来越高，人们希望能有简单可靠，价格便宜的方法和产品检测环境空气的质量，比如一氧化碳、可燃性气体、乙醇、NO2等的不适或有毒气体在空气中的含量。
用金属氧化物检测气体的传感器已经被研究多时，相关的专利也有申请和授予专利权。但是，因为气敏特性与湿度有关，如果要精确利用金属氧化物电阻的气敏特性检测气体，需要精确测量环境湿度。因此，通常的使用者必须在一个系统设备中使用两个器体，一个湿度传感器和一个气体传感器。本发明的方法可以把金属氧化物气敏电阻和高分子材料的湿敏电容同时做在同一硅片上，形成单一器件，体积小，功耗低，精度高，使用者可以同时获得环境湿度和气体如种类，浓度等数据。在此基础上，可以更精确的检测多种气体的种类和浓度。
经检索，发现相关专利文献：
比如申请号200710054450.9的专利申请，是关于一个用厚膜工艺把金属氧化物做在陶瓷片上的传感器的制造方法。这种方法如果要精确测量气体浓度，需要增加一个湿度传感器，利用湿度数据对气体数据进行修正。因此器件体积大，功耗高，成本高。
又比如申请号CN201410397034.9的专利申请，是关于一个用MEMS的工艺制造金属氧化物传感器的制造方法。虽然此种方法使用薄膜工艺可以明显减少器件的体积和功耗，但还是需要增加一个湿度传感器，利用湿度数据对气体数据进行修正，才能得到较精确的气体数据。因此，两个器件合并一起的体积还是较大，功耗和成本较高。
下面给出本领域术语的解释：
(1)PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法
(2)PVD：Physical Vapor Deposition，物理气相沉积法
(3)光刻胶：一种对光敏感的聚酰亚胺
(4)CVD：Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法
(5)光罩：一种掩模版，可以使得部分区域感光而另一部分区域不感光
(6)Lift-off工艺：一种通过剥离光刻胶来制造薄膜图形的工艺
(7)MEMS：微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)
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的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法。
根据本发明提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，包括：
加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；
气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；
湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；
封装步骤：进行封装。
优选地，所述加热电阻层图形制造步骤，包括：
步骤A：在硅片上淀积第一氧化硅薄膜层，在第一氧化硅薄膜层上淀积第一金属薄膜层；
步骤B：在气敏传感器单元的制造区域中，进行光刻和干法刻蚀，把第一金属薄膜层刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形；在湿敏传感器单元的制造区域中，刻蚀全部第一金属薄膜层。
优选地，所述气敏电阻制造步骤，包括：
步骤C：在第一金属薄膜层及暴露的第一氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层；进行光刻和干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域中，在氮化硅薄膜层上开出第一接触孔，第一接触孔把下面的第一金属薄膜层暴露出来；
在氮化硅薄膜层上淀积第二金属薄膜层；在有第一接触孔的地方，第二金属薄膜层覆盖第一接触孔，并与第一接触孔底部的第一金属薄膜层连接；
步骤D：在第二金属薄膜层上面淀积第三金属薄膜层，第三金属薄膜层完全覆盖下面的第二金属薄膜层，并电连接第二金属薄膜层；
步骤E：进行光刻和干法刻蚀，把第三金属薄膜层刻蚀出第三金属图形层，刻蚀停止在第二金属薄膜层上；
步骤F：进行光刻和干法刻蚀，把第二金属薄膜层刻蚀出第二金属图形层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；使部分第二金属薄膜层和全部第三金属薄膜层裸露出来；在第二金属薄膜层和第三金属薄膜层上淀积第二氧化硅薄膜层，第二氧化硅薄膜层完全覆盖第三金属薄膜层；
步骤G：涂布第一光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔；刻蚀第二接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第一光刻胶层上面淀积第一金属氧化物薄膜层，第一金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第一光刻胶层去除，剥离第一光刻胶层上面的第一金属氧化物薄膜层，留下来的第一金属氧化物薄膜层覆盖第二接触孔，形成第一气敏电阻；
步骤H：进行真空烘烤。
优选地，所述步骤G被执行一次或者多次，以分别形成一个气敏电阻或者多个气敏电阻。例如步骤G第二次被执行时：涂布第二光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第三接触孔；刻蚀第三接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第二光刻胶层上面淀积第二金属氧化物薄膜层，第二金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第二光刻胶层去除，剥离第二光刻胶层上面的第二金属氧化物薄膜层，留下来的第二金属氧化物薄膜层覆盖第三接触孔，形成第二气敏电阻。
优选地，所述湿敏电容制造步骤，包括：
步骤I：在湿敏传感器制造区域中，涂布高分子湿敏材料层，做光刻，做出湿敏电容的图形；
步骤J：做真空烘烤。
优选地，所述封装步骤，包括：
步骤K：做光刻和干法刻蚀第二氧化硅薄膜层，做出多个第四接触孔，把第三金属图形层暴露出来；其中，所述多个第四接触孔对应于每个气敏电阻的四个电极以及湿敏电容的两个电极。
优选地，第一氧化硅薄膜层的厚度在200纳米至2微米之间；第一金属薄膜层的厚度在200纳米至1微米之间；氮化硅薄膜层的厚度在10纳米至200纳米之间；第二金属薄膜层的厚度在100纳米至1微米之间；第三金属薄膜层的厚度在200纳米至3微米之间；第二氧化硅薄膜层的厚度在50纳米至500纳米之间；第一光刻胶111的厚度在500纳米至2微米之间；第一金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间；第二光刻胶层的厚度在500纳米至2微米之间；第二金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间。
优选地，第一金属图形层在气敏传感器单元的制造区域中，在在电阻区域或加热区域为长条形，在非电阻区域、非加热区域或散热区域为叉指形。
优选地，在气敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形A，叉指形图形A的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形A的左边图形、右边图形分别构成气敏传感器单元中气敏电阻的两端电极；在湿敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形B，叉指形图形B的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形B的左边图形、右边图形分别构成湿敏传感器单元中湿敏电容的两端电极。
根据本发明提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器，所述集成的湿度传感器和多单元气体传感器，是使用上述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法制造得到的。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明是关于一种在单一硅片上集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法。该方法使用传统的半导体工艺技术把纳米量级的多种不同的薄膜金属氧化物气敏电阻，以及对湿度敏感的湿敏电容制作在同一硅片上，同时检测多种气体以及环境的湿度。因为气体测量的数据与环境湿度数据有关联，在基于本发明的应用中，利用环境湿度的数据可以修正气体的测量数据，从而了提高产品的气体测量精度。同时可以减少产品的成本，体积和功耗。
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是本发明步骤2完成以后的结构示意图。
图2是本发明步骤5完成以后的结构示意图。
图3是本发明步骤8完成以后的结构示意图。
图4是本发明步骤10完成以后的结构示意图。
图5是本发明步骤14完成以后的结构示意图。
图6是本发明步骤15完成以后的结构示意图。
图7是本发明步骤18完成以后的结构示意图。
图8是本发明步骤19完成以后的结构示意图。
图9是本发明步骤22完成以后的结构示意图。
图10是本发明步骤23完成以后的结构示意图。
图11是本发明步骤26完成以后的结构示意图。
图12是本发明步骤29完成以后的气敏和湿敏传感器单元结构示意图。
图13是本发明步骤30完成以后气敏传感器单元的表面图形示意图。
图14是本发明步骤30完成以后湿敏传感器单元的表面图形示意图。
图15是本发明步骤5完成以后的表面图形示意图。
图16是本发明步骤14完成以后的气敏传感器单元表面图形示意图。
图中：
1-硅片
2-第一氧化硅薄膜层
3-第一金属薄膜层
4-氮化硅薄膜层
5-第二金属薄膜层
6-第三金属薄膜层
7-第一接触孔
8-第三金属图形层
9-第二金属图形层
10-第二氧化硅薄膜层
111-第一光刻胶层
112-第二光刻胶层
121-第二接触孔
122-第三接触孔
131-第一金属氧化物薄膜层
132-第二金属氧化物薄膜层
14-第四接触孔
151-焊接第一气敏传感器单元的四端连线金属
152-焊接湿敏传感器单元的两端连线金属
16-高分子湿敏材料层
17-第一气敏传感器单元
18-第二气敏传感器单元
19-湿敏传感器单元
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。
本发明所要解决的技术问题是：金属氧化物电阻率除了与环境空气的污染气体如一氧化碳、乙醇、NO2等有关以外，还与空气的湿度有关。利用金色氧化物的气敏特性精确测量气体的种类和浓度需要精确测量空气的湿度。本发明是一种特殊的制造方法，其利用传统的低成本的半导体工艺技术在标准的硅片上制造出一种特殊的结构，可以同时测量气体和湿度。利用本发明的应用中，使用者通过分析的方法可以用湿度数据对气体的数据进行修正，从而提高气体的测量精度，降低成本，体积和功耗。
根据本发明提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，包括：
加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；
气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；
湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；
封装步骤：进行封装。
优选地，所述加热电阻层图形制造步骤，包括：
步骤A：在硅片上淀积第一氧化硅薄膜层，在第一氧化硅薄膜层上淀积第一金属薄膜层；
步骤B：在气敏传感器单元的制造区域中，进行光刻和干法刻蚀，把第一金属薄膜层刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形；在湿敏传感器单元的制造区域中，刻蚀全部第一金属薄膜层。
优选地，所述气敏电阻制造步骤，包括：
步骤C：在第一金属薄膜层及暴露的第一氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层；进行光刻和干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域中，在氮化硅薄膜层上开出第一接触孔，第一接触孔把下面的第一金属薄膜层暴露出来；
在氮化硅薄膜层上淀积第二金属薄膜层；在有第一接触孔的地方，第二金属薄膜层覆盖第一接触孔，并与第一接触孔底部的第一金属薄膜层连接；
步骤D：在第二金属薄膜层上面淀积第三金属薄膜层，第三金属薄膜层完全覆盖下面的第二金属薄膜层，并电连接第二金属薄膜层；
步骤E：进行光刻和干法刻蚀，把第三金属薄膜层刻蚀出第三金属图形层，刻蚀停止在第二金属薄膜层上；
步骤F：进行光刻和干法刻蚀，把第二金属薄膜层刻蚀出第二金属图形层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；使部分第二金属薄膜层和全部第三金属薄膜层裸露出来；在第二金属薄膜层和第三金属薄膜层上淀积第二氧化硅薄膜层，第二氧化硅薄膜层完全覆盖第三金属薄膜层；
步骤G：涂布第一光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔；刻蚀第二接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第一光刻胶层上面淀积第一金属氧化物薄膜层，第一金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第一光刻胶层去除，剥离第一光刻胶层上面的第一金属氧化物薄膜层，留下来的第一金属氧化物薄膜层覆盖第二接触孔，形成第一气敏电阻；
步骤H：进行真空烘烤。
优选地，所述步骤G被执行一次或者多次，以分别形成一个气敏电阻或者多个气敏电阻。例如步骤G第二次被执行时：涂布第二光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第三接触孔；刻蚀第三接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第二光刻胶层上面淀积第二金属氧化物薄膜层，第二金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第二光刻胶层去除，剥离第二光刻胶层上面的第二金属氧化物薄膜层，留下来的第二金属氧化物薄膜层覆盖第三接触孔，形成第二气敏电阻。
优选地，所述湿敏电容制造步骤，包括：
步骤I：在湿敏传感器制造区域中，涂布高分子湿敏材料层，做光刻，做出湿敏电容的图形；
步骤J：做真空烘烤。
优选地，所述封装步骤，包括：
步骤K：做光刻和干法刻蚀第二氧化硅薄膜层，做出多个第四接触孔，把第三金属图形层暴露出来；其中，所述多个第四接触孔对应于每个气敏电阻的四个电极以及湿敏电容的两个电极。
优选地，第一氧化硅薄膜层的厚度在200纳米至2微米之间；第一金属薄膜层的厚度在200纳米至1微米之间；氮化硅薄膜层的厚度在10纳米至200纳米之间；第二金属薄膜层的厚度在100纳米至1微米之间；第三金属薄膜层的厚度在200纳米至3微米之间；第二氧化硅薄膜层的厚度在50纳米至500纳米之间；第一光刻胶111的厚度在500纳米至2微米之间；第一金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间；第二光刻胶层的厚度在500纳米至2微米之间；第二金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间。
优选地，第一金属图形层在气敏传感器单元的制造区域中，在在电阻区域或加热区域为长条形，在非电阻区域、非加热区域或散热区域为叉指形。
优选地，在气敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形A，叉指形图形A的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形A的左边图形、右边图形分别构成气敏传感器单元中气敏电阻的两端电极；在湿敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形B，叉指形图形B的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形B的左边图形、右边图形分别构成湿敏传感器单元中湿敏电容的两端电极。
根据本发明提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器，所述集成的湿度传感器和多单元气体传感器，是使用上述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法制造得到的。
下面对本发明的一个优选例进行详细描述。
步骤1：准备标准半导体工业用硅片1，硅片1可以是4英寸、6英寸、8英寸或12英寸硅片。硅片1可以是P形，也可以是N形。
步骤2：用标准的半导体工艺PECVD淀积第一氧化硅(SiO2)薄膜层2，第一氧化硅薄膜层2的厚度在200纳米至2微米之间。如图1。
步骤3：在第一氧化硅薄膜层2上用标准半导体工艺PVD淀积第一金属薄膜层3，第一金属薄膜层3的厚度在200纳米至1微米之间，第一金属薄膜层3的材料可以为金属钨、钨钛合金或其它耐高温金属。
步骤4：进行第一次光刻。
步骤5：进行第一次干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域(制造好后形成气敏传感器单元)中，把第一金属薄膜层3刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形。如图2所示。在第一气敏传感器单元17的制造区域(制造好后形成第一气敏传感器单元17)、第二气敏传感器单元18的制造区域(制造好后形成第二气敏传感器单元18)中，第一金属图形层在电阻区域或加热区域可以是长条形，在非电阻区域、非加热区域或散热区域制作成叉指形，如图15。长条形的第一金属图形层中的金属电阻值在20欧姆至200欧姆之间。第一金属薄膜层3在非加热区域面积较大，并与顶层的第二金属薄膜层5、第三金属薄膜层6连接，起到散热功能。当加热激励脉冲施加时，电阻区域电阻较大迅速升温。当加热激励脉冲消失后，热量通过外围非电阻区域的金属迅速散发，使温度尽快恢复常温。在湿敏传感器单元19的制造区域(制造好后形成湿敏传感器单元19)中，全部第一金属薄膜层3被刻蚀，没有留下第一金属图形层，如图2所示。
步骤6：用标准PECVD工艺在第一金属薄膜层3及暴露的第一氧化硅薄膜层2上淀积一层氮化硅薄膜层4，氮化硅薄膜层4的厚度在10纳米至200纳米之间。氮化硅薄膜层4的厚度要足够薄，增强加热效果，但也要足够厚，使得第一金属薄膜层3、第二金属薄膜层4之间有足够的电隔离。
步骤7：进行第二次光刻。
步骤8：在气敏传感器单元的制造区域中，用标准半导体干法刻蚀氮化硅薄膜层4，开出第一接触孔7，第一接触孔7把下面的第一金属薄膜层3暴露出来。如图3。
步骤9：在氮化硅薄膜层4上用PVD的方法淀积第二金属薄膜层5，第二金属薄膜层5的厚度在100纳米至1微米之间，材料可以为金属钨、钨钛合金或其它耐高温金属。在有第一接触孔7的地方，第二金属薄膜层5覆盖第一接触孔7，并与第一接触孔7底部的第一金属薄膜层3连接。
步骤10：在第二金属薄膜层5上面用标准半导体PVD工艺淀积第三金属薄膜层6，厚度在200纳米至3微米之间，材料可以为金属铝，或铝铜合金。该第三金属薄膜层6完全覆盖下面的第二金属薄膜层5，并在电学意义上连接第二金属薄膜层5。当施加加热激励信号时，第二金属薄膜层5、第三层金属薄膜层6起到低阻连线的作用，使得加热电阻得到大部分能量，并得以快速升温。如图4。
步骤11：进行第三次光刻。
步骤12：用标准半导体干法刻蚀，把第三金属薄膜层6刻蚀出第三金属图形层8，刻蚀停止在第二金属薄膜层5上。
步骤13：进行第四次光刻。
步骤14：用标准半导体干法刻蚀，把第二金属薄膜层5刻蚀出第二金属图形层9，刻蚀停止在氮化硅薄膜层4上。去除光刻胶后，部分第二金属薄膜层5和全部第三金属薄膜层6裸露出来。如图5。在第一气敏传感器单元17的制造区域、第二气敏传感器单元18的制造区域中，第二金属图形层9可以是叉指形，如图16，左右边图形不连接，其将分别作为后续金属氧化物电阻(气敏电阻)的两端电极。叉指金属的间距为1-10微米。在湿敏传感器单元，第二金属图形层9为叉指形，如图14，左右边图形不连接，其将分别作为后续制作的湿敏电容的两端电极。叉指金属的间距为1-3微米。
步骤15：用标准半导体PECVD方法在第二金属薄膜层5和第三金属薄膜层6上淀积第二氧化硅薄膜层10，厚度在50纳米至500纳米之间。如图6。第二氧化硅薄膜层10完全覆盖第三金属薄膜层6，作为钝化保护层防止金属在以后的应用中被环境侵蚀，提高器件的可靠性。如图6所示。
步骤16：涂布第一光刻胶层111，做第五次光刻，在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔121。
步骤17：利用标准半导体干法或湿法工艺，刻蚀第二接触孔121下的第二氧化硅薄膜层10，为后续的第一金属氧化物薄膜层131和剥离工艺做准备。第一光刻胶111的厚度在500纳米至2微米之间。刻蚀停止在氮化硅薄膜层上。
步骤18：在第一光刻胶层111上面用PVD的方法淀积第一金属氧化物薄膜层131，第一金属氧化物薄膜层131的厚度在100纳米至800纳米之间，材料可以是SnO2、ZnO或TiO2等气敏物质，或经过Fe、Zn、Pt、Pd等元素参杂的此类气敏物质。如图7。
步骤19：使用溶剂把第一光刻胶层111去除，同时剥离光刻胶上面的第一金属氧化物薄膜层131，留下来的第一金属氧化物薄膜层131覆盖第二接触孔121，形成第一气敏电阻，第一气敏电阻的两端连接第二金属层5的两极，然后再连接到第三金属薄膜层6。此为第一个气敏电阻单元17。如图8。
步骤20：涂布第二光刻胶层112，做第六次光刻，做出第三接触孔122。
步骤21：利用标准半导体干法或湿法工艺，刻蚀第三接触孔122下的第二氧化硅薄膜层10，为后续的第二金属氧化物薄膜层132和剥离工艺做准备。第二光刻胶层112的厚度在500纳米至2微米之间。刻蚀停止在氮化硅薄膜层上。
步骤22：在第二光刻胶层112上面用PVD的方法淀积第二金属氧化物薄膜层132，第二金属氧化物薄膜层132的厚度在100纳米至800纳米之间，材料可以是SnO2、ZnO或TiO2等气敏物质，或经过Fe、Zn、Pt、Pd等元素参杂的此类气敏物质。如图9。
步骤23：使用溶剂把第二光刻胶层112去除，同时剥离光刻胶上面的第二金属氧化物薄膜层132，留下来的第二金属氧化物薄膜层132覆盖第三接触孔122，形成第二气敏电阻，第二气敏电阻的两端连接第二金属层5的两极，然后再连接到第三金属薄膜层6。此为第二个气敏电阻单元18。如图10。本发明的制作方法可以如此反复做三个以上的多个气敏电阻单元。
步骤24：在一定的温度下做真空烘烤，使金属氧化物结晶形成所需稳定特性的气敏电阻。烘烤温度在300℃至500℃之间，时间为10分钟至4小时之间。烘烤期间，第三金属层6受第二氧化硅薄膜层10的保护。
步骤25：在湿敏传感器制造区域中，涂布高分子湿敏材料层16，做第七次光刻，做出湿敏电容的图形。
步骤26：在一定的温度下做真空烘烤，使高分子湿敏材料层16固化和去胺化，形成所需稳定特性的湿敏电容。烘烤温度在300℃至400℃之间，时间为10分钟至4小时之间。烘烤期间，第三金属薄膜层6受第二氧化硅薄膜层10的保护。此为湿敏传感器单元19。如图11。
步骤27：做第八次光刻。
步骤28：用标准半导体干法刻蚀第二氧化硅薄膜层10,得第四接触孔14，把第三金属图形层暴露出来。第四接触孔14对应每个气敏电阻的四个电极以及湿敏电容的两个电极。
步骤29：用半导体封装用的标准金属铜或金焊线把每个气敏电阻的两端电极(正、负电极)，以及湿敏电容的两端电极连接到封装上，至此，集成气体传感器和湿度传感器的发明制作完成。如图12。
表面看单个气体感应单元的图形如图13。湿敏传感器单元的图形如图14。
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 (10)

1.一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，包括：
加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；
气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；
湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；
封装步骤：进行封装。
2.根据权利要求1所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述加热电阻层图形制造步骤，包括：
步骤A：在硅片上淀积第一氧化硅薄膜层，在第一氧化硅薄膜层上淀积第一金属薄膜层；
步骤B：在气敏传感器单元的制造区域中，进行光刻和干法刻蚀，把第一金属薄膜层刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形；在湿敏传感器单元的制造区域中，刻蚀全部第一金属薄膜层。
3.根据权利要求2所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述气敏电阻制造步骤，包括：
步骤C：在第一金属薄膜层及暴露的第一氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层；进行光刻和干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域中，在氮化硅薄膜层上开出第一接触孔，第一接触孔把下面的第一金属薄膜层暴露出来；
在氮化硅薄膜层上淀积第二金属薄膜层；在有第一接触孔的地方，第二金属薄膜层覆盖第一接触孔，并与第一接触孔底部的第一金属薄膜层连接；
步骤D：在第二金属薄膜层上面淀积第三金属薄膜层，第三金属薄膜层完全覆盖下面的第二金属薄膜层，并电连接第二金属薄膜层；
步骤E：进行光刻和干法刻蚀，把第三金属薄膜层刻蚀出第三金属图形层，刻蚀停止在第二金属薄膜层上；
步骤F：进行光刻和干法刻蚀，把第二金属薄膜层刻蚀出第二金属图形层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；使部分第二金属薄膜层和全部第三金属薄膜层裸露出来；在第二金属薄膜层和第三金属薄膜层上淀积第二氧化硅薄膜层，第二氧化硅薄膜层完全覆盖第三金属薄膜层；
步骤G：涂布第一光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔；刻蚀第二接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第一光刻胶层上面淀积第一金属氧化物薄膜层，第一金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第一光刻胶层去除，剥离第一光刻胶层上面的第一金属氧化物薄膜层，留下来的第一金属氧化物薄膜层覆盖第二接触孔，形成第一气敏电阻；
步骤H：进行真空烘烤。
4.根据权利要求3所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述步骤G被执行一次或者多次，以分别形成一个气敏电阻或者多个气敏电阻。
5.根据权利要求4所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述湿敏电容制造步骤，包括：
步骤I：在湿敏传感器制造区域中，涂布高分子湿敏材料层，做光刻，做出湿敏电容的图形；
步骤J：做真空烘烤。
6.根据权利要求5所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述封装步骤，包括：
步骤K：做光刻和干法刻蚀第二氧化硅薄膜层，做出多个第四接触孔，把第三金属图形层暴露出来；其中，所述多个第四接触孔对应于每个气敏电阻的四个电极以及湿敏电容的两个电极。
7.根据权利要求3所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，第一氧化硅薄膜层的厚度在200纳米至2微米之间；第一金属薄膜层的厚度在200纳米至1微米之间；氮化硅薄膜层的厚度在10纳米至200纳米之间；第二金属薄膜层的厚度在100纳米至1微米之间；第三金属薄膜层的厚度在200纳米至3微米之间；第二氧化硅薄膜层的厚度在50纳米至500纳米之间；第一光刻胶111的厚度在500纳米至2微米之间；第一金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间；第二光刻胶层的厚度在500纳米至2微米之间；第二金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间。
8.根据权利要求2所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，第一金属图形层在气敏传感器单元的制造区域中，在在电阻区域或加热区域为长条形，在非电阻区域、非加热区域或散热区域为叉指形。
9.根据权利要求3所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，在气敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形A，叉指形图形A的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形A的左边图形、右边图形分别构成气敏传感器单元中气敏电阻的两端电极；在湿敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形B，叉指形图形B的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形B的左边图形、右边图形分别构成湿敏传感器单元中湿敏电容的两端电极。
10.一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器，其特征在于，所述集成的湿度传感器和多单元气体传感器，是使用权利要求1至9中任一项所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法制造得到的。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
WO2018176549A1 (zh) * 2017-04-01 2018-10-04 上海申矽凌微电子科技有限公司 气敏电阻的制造方法及使用该方法制造的气体传感器
WO2019015138A1 (zh) * 2017-07-18 2019-01-24 上海申矽凌微电子科技有限公司 传感器的制造方法及传感器
CN110297027A (zh) * 2019-08-06 2019-10-01 西交利物浦大学 多孔高分子薄膜、气体传感器及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1961209A (zh) * 2004-04-02 2007-05-09 蒂莫西·卡明斯 集成电子传感器
CN101308110A (zh) * 2008-07-11 2008-11-19 中国电子科技集团公司第四十九研究所 有加热功能低功耗双模块集成湿度敏感芯片及其制作方法
CN202770456U (zh) * 2012-08-21 2013-03-06 江苏物联网研究发展中心 Mems薄膜电容式多参数传感器结构
EP2623969A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-07 Nxp B.V. Integrated circuit and manufacturing method
CN104034759A (zh) * 2014-06-04 2014-09-10 苏州能斯达电子科技有限公司 一种mems半导体气体传感器及其制造方法、及气体检测方法
CN204128996U (zh) * 2014-08-13 2015-01-28 苏州能斯达电子科技有限公司 一种mems气体传感器
CN105319245A (zh) * 2015-06-16 2016-02-10 中国计量学院 一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1961209A (zh) * 2004-04-02 2007-05-09 蒂莫西·卡明斯 集成电子传感器
CN101308110A (zh) * 2008-07-11 2008-11-19 中国电子科技集团公司第四十九研究所 有加热功能低功耗双模块集成湿度敏感芯片及其制作方法
EP2623969A1 (en) * 2012-01-31 2013-08-07 Nxp B.V. Integrated circuit and manufacturing method
CN202770456U (zh) * 2012-08-21 2013-03-06 江苏物联网研究发展中心 Mems薄膜电容式多参数传感器结构
CN104034759A (zh) * 2014-06-04 2014-09-10 苏州能斯达电子科技有限公司 一种mems半导体气体传感器及其制造方法、及气体检测方法
CN204128996U (zh) * 2014-08-13 2015-01-28 苏州能斯达电子科技有限公司 一种mems气体传感器
CN105319245A (zh) * 2015-06-16 2016-02-10 中国计量学院 一种可同时感应湿度和气体的柔性有机薄膜电容传感器及其制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MATHIEU HAUTEFEUILLE ET AL.: ""Miniaturised multi-MEMS sensor development"", 《MICROELECTRONICS RELIABILITY》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018176549A1 (zh) * 2017-04-01 2018-10-04 上海申矽凌微电子科技有限公司 气敏电阻的制造方法及使用该方法制造的气体传感器
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
WO2019015138A1 (zh) * 2017-07-18 2019-01-24 上海申矽凌微电子科技有限公司 传感器的制造方法及传感器
CN110297027A (zh) * 2019-08-06 2019-10-01 西交利物浦大学 多孔高分子薄膜、气体传感器及其制备方法和应用
CN110297027B (zh) * 2019-08-06 2022-02-15 西交利物浦大学 气体传感器及其制备方法和应用

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