CN107144609B - 湿敏传感器的制造方法以及使用该方法制造的湿敏传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种湿敏传感器的制造方法以及使用该方法制造的湿敏传感器，包括如下步骤：在硅片衬底上用离子注入法和高温退火形成导电零层；在导电零层上生长第一氧化硅介质层；在第一氧化硅介质层上开出第一接触孔；在第一氧化硅介质层上用物理气相沉积法淀积第一金属薄膜层，第一金属薄膜层通过第一接触孔连接导电零层；形成加热电阻；淀积第二氧化硅介质层，开出贯穿第二氧化硅介质层的第二接触孔；淀积第二金属薄膜层，第二接触孔连接第二与第一金属薄膜层，形成叉指电容；淀积第三氧化硅介质层；涂布湿敏聚酰亚胺薄膜材料。本发明的有益效果如下：加热电阻可以将湿敏电容加热，把过多的水分蒸发掉，使湿度传感器恢复正常功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种传感器的制造方法，特别是一种湿敏传感器的制造方法以及使用该方法制造的湿敏传感器。
背景技术
用湿敏电容制作湿度传感器的方法已经被研究多时，相关的专利也有申请和授予。但是，传统的湿度传感器有几个问题：(1)有时候湿度传感器意外进水，或长时间暴露在高湿环境工作，湿度传感器将工作异常。(2)传统的湿度传感器的湿敏电容值比较小，抗外界的干扰能力弱，误差比较大，因此测量精度不能提高。(3)湿度传感器封装后，需要留有窗口使得敏感单元与外界连接。为了在塑封时制造这个窗口，模具需要有顶针压迫芯片，使得塑料物质不能进入该区域。当模具退出后，顶针区域形成开孔，把敏感单元暴露在空气中，传感空气的湿度。由于芯片厚度和封装的金属框架厚度有不均匀性，芯片的高度将变化，故此顶针压迫芯片的这个工艺通常或因压力过大将芯片压碎，或因芯片高度太低顶针压力过小而引入塑封材料，从而造成大批不良或废品。
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保持传感器工作的稳定性、提高测量精确度、降低废品率的湿敏传感器的制造方法以及使用该方法制造的湿敏传感器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种湿敏传感器的制造方法，包括如下步骤：
步骤1，在硅片衬底上制备导电零层；
步骤2，在导电零层上淀积第一氧化硅介质层；
步骤3，对第一氧化硅介质层进行光刻和刻蚀，在第一氧化硅介质层上开出贯穿第一氧化硅介质层的第一接触孔；
步骤4，在第一氧化硅介质层上用物理气相沉积法淀积第一金属薄膜层，第一接触孔连接第一金属薄膜层与导电零层；
步骤5，对第一金属薄膜层进行光刻和干法刻蚀，形成加热电阻；
步骤6，在第一金属薄膜层上用等离子体增强化学气相沉积法淀积第二氧化硅介质层，
步骤7，对第二氧化硅介质层进行光刻和刻蚀，在第二氧化硅介质层上开出贯穿第二氧化硅介质层的第二接触孔；
步骤8，在第二氧化硅介质层上用物理气相沉积法淀积第二金属薄膜层，第二接触孔连接第二金属薄膜层与第一金属薄膜层；
步骤9，对第二金属薄膜层进行光刻和干法刻蚀，形成叉指电容结构；
步骤10，在第二金属薄膜层上用等离子体增强化学气相沉积法淀积第三氧化硅介质层；
步骤11，在第三氧化硅介质层上涂布湿敏聚酰亚胺薄膜材料，用烘烤使得湿敏聚酰亚胺薄膜材料固化；
步骤12，在湿敏聚酰亚胺薄膜材料上涂布光敏聚酰亚胺薄膜材料并进行光刻，暴露湿敏电容的区域和接触孔区域；用烘烤使得光敏聚酰亚胺薄膜材料固化；
步骤13，对湿敏聚酰亚胺薄膜材料进行光刻，在湿敏聚酰亚胺薄膜材料上形成接触孔图形；
步骤14，对位于接触图形下方的第三氧化硅介质层进行干法刻蚀，在第三氧化硅介质层上开出贯穿第三氧化硅介质层的第三接触孔；
步骤15，连接线的一端伸入第三接触孔内，与第二金属薄膜层连接，另一端与外面电路连接。
优选地，导电零层的材质为掺杂半导体，金属钨、钨钛合金或铝铜合金，厚度为200纳米～1000微米。
优选地，第一氧化硅介质层以等离子体增强化学气相沉积法或热氧化法制备；第一氧化硅介质层的厚度为200纳米～2微米。
优选地，第二氧化硅介质层的厚度为100纳米～1000纳米。
优选地，第三氧化硅介质层的厚度为100纳米～500纳米。
优选地，第一金属薄膜层的厚度为200纳米～1微米，第一金属薄膜层的材质为金属钨或钨钛合金。
优选地，第二金属薄膜层的厚度为200纳米～2微米，第二金属薄膜层的材质为金属钨、钨钛合金或铝铜合金。
优选地，步骤11中，湿敏性聚酰亚胺厚度为1微米～10微米，用真空烘烤使得湿敏聚酰亚胺薄膜材料固化，烘烤温度为300℃～400℃，时间为60分钟～300分钟，烘烤气氛为真空或氮气；
步骤12中的光敏性聚酰亚胺厚度为10微米～50微米；烘烤温度为300℃～400℃，时间为60分钟～300分钟，烘烤气氛为真空或氮气。
优选地，加热电阻的阻值为200欧姆～2000欧姆。
一种传感器，所述传感器采用湿敏传感器的制造方法制造。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)加热电阻可以使得湿度传感器产品增加一个功能，即在湿敏电容进水，或长时间暴露在高湿环境时，使用“重置”功能可以将湿敏电容加热，把过多的水分蒸发掉，使湿度传感器恢复正常功能。
2)电容屏蔽结构可以使得湿敏电容值测量更加准确。
3)增加较厚的聚酰亚胺压力缓冲层，可以减轻塑封模具的顶针对芯片的压力，防止芯片因压力过大被压破，或因压力过小而渗漏塑封材料，从而提高产品量率。
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为本发明湿敏传感器的制造方法示意图一；
图2为本发明湿敏传感器的制造方法示意图二；
图3为本发明湿敏传感器的制造方法示意图三；
图4为本发明湿敏传感器的制造方法示意图四；
图5为本发明湿敏传感器的制造方法示意图五；
图6为本发明湿敏传感器的制造方法示意图六；
图7为本发明湿敏传感器的制造方法示意图七；
图8为本发明湿敏传感器的制造方法示意图八；
图9为本发明湿敏传感器的制造方法示意图九；
图10为本发明湿敏传感器的制造方法示意图十。
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10所示，本发明湿敏传感器的制造方法，包括：步骤1：制备导电零层：在掺杂浓度较轻的N型或P型硅衬底1上用传统的离子注入工艺对表面做N+或P+浓掺杂，退火后形成N+或P+层2。该层材料也可以是已经整体浓掺杂的N+或P+硅衬底，也可以是另外一层导电金属零层。该层材料覆盖硅片全部，以后通过第一接触孔4，第一金属薄膜层5，第二接触孔7以及第二金属薄膜层8连接在一起，接入地线，可以在电容底部以及周围把电容包围起来，形成屏蔽隔离。
步骤2：用热氧化法或PECVD工艺淀积第一氧化硅介质层薄膜3，厚度在200纳米至2微米之间。然后做第一次光刻。
步骤3：做干法刻蚀工艺，形成第一接触孔4。通过第一接触孔将把下面的硅衬底导电零层1与上面的第一金属薄膜层5连接起来。
步骤4：用PVD工艺淀积第1层金属薄膜第一金属薄膜层5，厚度在200纳米至1微米之间，材料可以为金属钨，或钨钛合金，或其它耐高温金属。此层金属部分区域与下面的硅通过第一接触孔电连接。这一层金属层有两个目的：一是作为加热电阻。二是作为连接第二金属薄膜层/第一金属薄膜层/硅衬底的中间层，形成隔离墙。本发明的制造流程中加入加热电阻的结构，可以在器件长时间暴露在高湿环境或水气时，给加热电阻施加功率后，将湿敏电容升温，除去过量湿气和水分，使器件恢复正常。
步骤5：做第二次光刻。
步骤6：做干法刻蚀，对第1层金属薄膜第一金属薄膜层5刻出长条形的加热电阻图形，电阻值在200欧姆至2000欧姆之间。部分第一金属薄膜层起到连接下面硅衬底和上面第二金属薄膜层的中间层。
步骤7：用PECVD方法在金属薄膜第一金属薄膜层5上淀积第二氧化硅介质层薄膜6，厚度在100纳米至1000纳米之间。
步骤8：在第二氧化硅介质层薄膜6上做第三次光刻。
步骤9：做干法刻蚀工艺，开出第二接触孔7。
步骤10：在第二氧化硅介质层薄膜6上用PVD工艺淀积第二金属薄膜层8，厚度在100纳米至2微米之间，材料可以为金属钨，或钨钛合金，或铝铜合金，或其它金属。在某些地方，该第二金属薄膜层8覆盖第二接触孔7，并通过第二接触孔与其底部的第一金属薄膜层5电连接。一部分的第二金属薄膜层8刻蚀后形成叉指图形，以后形成叉指电容。
步骤11：在第二金属薄膜层8上做第四次光刻。
步骤12：做干法刻蚀，形成叉指结构的第二金属薄膜层图形，该图形经过下面的湿敏薄膜涂布后形成湿敏电容。
步骤13：在第二金属薄膜层8上面用PECVD工艺淀积第三氧化硅介质层薄膜9，厚度在100纳米500纳米之间。
步骤14：在第三氧化硅介质层9上面涂布湿敏材料10。厚度在1微米至10微米之间，用真空烘烤使得湿敏材料固化，烘烤温度在300℃至400℃之间，时间在60分钟到300分钟之间。
步骤15：在湿敏材料薄膜10上面涂布另一层光敏的聚酰亚胺薄膜，同时做第5次光刻，把湿敏电容的区域和第三接触孔区域暴露出来。聚酰亚胺薄膜厚度在10微米至50微米之间。做真空烘烤将聚酰亚胺薄膜固化，烘烤温度在300℃至400℃之间，时间在60分钟到300分钟之间。这时，新结构的湿敏电容以及湿度传感器形成。
步骤16：做第六次光刻，做出第三接触孔12。
步骤17：利用干法刻蚀第三接触孔12下的第三氧化硅介质层薄膜9，把第二金属薄膜层8暴露出来。
步骤18：第三接触孔12暴露出来的是数个电极，包括湿敏电容的两个电极12C，12D，加热电阻的两个电极12B，12E，以及接地和衬底的两个电极12A，12F。用半导体封装用的标准金属铜或金焊线可以把这些金属电极焊接到封装的电极板上。
步骤19：整个结构的等效电路图见图九，其中包括加热电阻13，湿敏电容14，衬底接地线15。由等效电路图可以知道，本发明的结构，可以有效把第二金属薄膜层8，第2接触孔7，第一金属薄膜层5，第1接触孔4以及衬底的N+或P+层2连接起来。当接地电位时，它们形成对电容和加热电阻的屏蔽，从而解决了电容信号容易受到外界干扰的问题。
步骤20：在芯片塑封装后，湿敏传感电容必须暴露在空气中。为此，在塑封的工艺流程中，湿敏电容部分必须由模具18上的顶针16压住，以防止塑料物质进入。由于芯片本身的厚度和芯片底座17厚度的非均匀性，顶针的压力难以控制。这个过程通常或因压力过大将芯片压碎，或因芯片太薄压力过小而流入塑封材料，从而造成大批不良品或废品。本发明在芯片流程中加入20-50微米厚的聚酰亚胺薄膜11(光刻胶)，可以作为顶针压迫芯片的缓冲层，减轻芯片被压破的几率以及渗漏塑料材料的几率，从而提高产品生产量率。
本发明还提供了一种使用上述湿敏传感器的制造方法制造的传感器。
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)
1.一种湿敏传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在硅片衬底上制备导电零层；
步骤2，在导电零层上淀积第一氧化硅介质层；
步骤3，对第一氧化硅介质层进行光刻和刻蚀，在第一氧化硅介质层上开出贯穿第一氧化硅介质层的第一接触孔；
步骤4，在第一氧化硅介质层上用物理气相沉积法淀积第一金属薄膜层，第一接触孔连接第一金属薄膜层与导电零层；
步骤5，对第一金属薄膜层进行光刻和干法刻蚀，形成加热电阻；
步骤6，在第一金属薄膜层上用等离子体增强化学气相沉积法淀积第二氧化硅介质层，
步骤7，对第二氧化硅介质层进行光刻和刻蚀，在第二氧化硅介质层上开出贯穿第二氧化硅介质层的第二接触孔；
步骤8，在第二氧化硅介质层上用物理气相沉积法淀积第二金属薄膜层，第二接触孔连接第二金属薄膜层与第一金属薄膜层；
步骤9，对第二金属薄膜层进行光刻和干法刻蚀，形成叉指电容结构；
步骤10，在第二金属薄膜层上用等离子体增强化学气相沉积法淀积第三氧化硅介质层；
步骤11，在第三氧化硅介质层上涂布湿敏聚酰亚胺薄膜材料，用烘烤使得湿敏聚酰亚胺薄膜材料固化；
步骤12，在湿敏聚酰亚胺薄膜材料上涂布光敏聚酰亚胺薄膜材料并进行光刻，暴露湿敏电容的区域和接触孔区域；用烘烤使得光敏聚酰亚胺薄膜材料固化；
步骤13，对湿敏聚酰亚胺薄膜材料进行光刻，在湿敏聚酰亚胺薄膜材料上形成接触孔图形；
步骤14，对位于接触孔图形下方的第三氧化硅介质层进行干法刻蚀，在第三氧化硅介质层上开出贯穿第三氧化硅介质层的第三接触孔；
步骤15，连接线的一端伸入第三接触孔内，与第二金属薄膜层连接，另一端与外面电路连接。
2.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，导电零层的材质为掺杂半导体、金属钨、钨钛合金或铝铜合金，厚度为200纳米～1000微米。
3.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，第一氧化硅介质层以等离子体增强化学气相沉积法或热氧化法制备；第一氧化硅介质层的厚度为200纳米～2微米。
4.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，第二氧化硅介质层的厚度为100纳米～1000纳米。
5.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，第三氧化硅介质层的厚度为100纳米～500纳米。
6.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，第一金属薄膜层的厚度为200纳米～1微米，第一金属薄膜层的材质为金属钨或钨钛合金。
7.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，第二金属薄膜层的厚度为200纳米～2微米，第二金属薄膜层的材质为金属钨、钨钛合金或铝铜合金。
8.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，步骤11中，湿敏聚酰亚胺薄膜材料厚度为1微米～10微米，用真空烘烤使得湿敏聚酰亚胺薄膜材料固化，烘烤温度为300℃～400℃，时间为60分钟～300分钟，烘烤气氛为真空或氮气；
步骤12中的光敏聚酰亚胺薄膜材料厚度为10微米～50微米；烘烤温度为300℃～400℃，时间为60分钟～300分钟，烘烤气氛为真空或氮气。
9.根据权利要求1所述的湿敏传感器的制造方法，其特征在于，加热电阻的阻值为200欧姆～2000欧姆。
10.一种传感器，其特征在于，所述传感器采用权利要求1至9任意一项所述的湿敏传感器的制造方法制造。
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| GR01 | Patent grant |