TW200819740A - Fabrication method of miniatured humidity sensor with double polyimide thin films - Google Patents

Description

200819740 . 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 r 本發明係關於一種濕度感測器之製造方法，詳t之，係 關於一種具雙層聚亞醯胺薄膜之微型濕度感測器之製造方 法。 【先前技術】 一般濕度感測器之高分子材料需具備低介電常數（約3至 4之間）與高電阻之特性。由於水的介電常約數為78，當水 ® 分子進該高分子材料後，整體介電常數值將隨著環境濕度 增加，故該習知電容式微型濕度感測器之電容值隨相對濕 ' 度升高而增加。常見的電容式濕度感測材料有聚對苯二甲 二乙酯（PETT，polyethylenetere phthalate)、六曱笨二醚（HMDS〇, hexamethyldisiloxane)、聚甲基丙稀酸甲醋（pmmA polymethylmethacrylate)、聚苯乙烯磺酸鈉（p〇lystyrene sulfQnie sodium)或常見的聚亞醯胺（poiyi^de )等，該等高分子材料皆 _ 含有羥基（-OH)、醚基（-0-)、胺基（-NH2)、聯胺基（>NH)、 石黃酸基（-S03H)和硫基（-S02-)作為吸附水分子的官能基。 請參閱圖1，其顯示習知電容式濕度感測器之示意圖。 該電容式微型濕度感測器1之製造方法如下。首先，提供 一基板11。接著’形成一第一電極層於該基板丨丨上，該 第一電極層12具有複數個第一電極12ι。接著，形成一介 電層13 ’該介電層13覆蓋該基板丨丨及該第一電極層12。最 後’形成一第二電極層14,該第二電極層14具有複數個第 一電極141，該等第二電極141與該等第一電極m相對地 115235.doc 200819740 設置。 由於該習知濕度感測器1之該介電層13為疏水性高分子 材料，水分子易於其内凝聚而有遲滯現象，且疏水性材料 通常和有機溶劑或揮發物有报好之親和力，因此對濕度之 感測影響甚大。並且，因為該等第二電極141與該等第一 電極121相對地設置，會使得濕度感測之靈敏度、感測線 性度、穩定性、精確度及反應速度表現不佳。 • 因此，有必要提供一種創新且具進步性之具雙層聚亞醯 胺薄膜之微型濕度感測器之製造方法，以解決上述問題。 【發明内容】 本發明之目的在於提供一種具雙層聚亞醯胺薄膜之微型 濕度感測器之製造方法，該製造方法包括：（幻提供一基 板；（b)形成一電極組於該基板上，該電極組包括一第一電 極層、一第一聚亞醯胺薄膜及一第二電極層，該第一電極 層設置於該基板上，具有一第一接端及複數個第一電極， • 該第一聚亞醯胺薄膜覆蓋部分該基板及該等第一電極且顯 路该第一接端，該第二電極層形成於該第一聚亞醯胺薄膜 上具有一弟一接端及複數個第二電極，該等第二電極與 該等第一電極係交錯地設置；及（c)形成一第二聚亞醯胺薄 膜，以覆蓋該等第二電極，且顯露該第二接端。 本發明之該微型濕度感測器利用低介電常數之該聚亞酿 薄膜作為電容感應層及該第二電極之保護層。並且，該 - 聚亞醯胺薄膜具有低介電常數、高耐熱性、抗幅射性、抗 化學腐蝕性、尺寸安定性、極佳階梯覆蓋性等優良特性， 115235..do< -6- 200819740 因此在微電子與微機電系統領域的應用非常廣泛。 再者，該微型濕度感測器之該第一電極層及該第二電極 層為不共平面’其具有較佳的濕度感测靈敏度、極高的感 測線性度、極低的遲滯效應、優良的穩定性、極佳的精確 度及高反應速度。 【實施方式】 明參閱圖2至圖13，其顯示本發明具雙層聚亞醯胺薄膜 之微型濕度感測器之製造方法。參考圖2，首先提供一基 板該基板21可為一矽基板，例如該矽基板21可為一 p型 矽基板，或者，該基板21亦可為一印刷電路板。在該實施 例中，该基板21包括一矽層2丨丨及二層氧化層2丨2、2丨3， 該等氧化層212、213分別形成於該矽層2丨丨之二相對表 面，其中，該等氧化層212、213之材質係為二氧化矽。 芩考圖3，形成一第一金屬層22於該基板21上，在該實 施例中，該第一金屬層22係利用沉積方法形成。參考圖 4，圖樣化該第一金屬層22以形成一第一電極層23，在該 實施例中，該第一電極層23係利用光罩以溼式蝕刻方法圖 樣化幵y成。其中，该第一電極層具有複數個第一電極 2M及一第一接端232。在該實施例中，該等第一電極 與該第一接端232電性連接，並呈梳狀，如圖5所示。 參考圖6，形成一第一聚亞醯胺層24以覆蓋該基板21及 該第電極層23，在該實施例中，該第一聚亞醯胺層24係 利用旋轉塗佈方法形成。參考圖7，形成一第二金屬層25 於該第一聚亞醯胺層24上，在該實施例中，該第二金屬層 115235.doc 200819740 25係利用沉積方法形成。參考圖8，圖樣化該第二金屬層 25以形成一第二電極層26。在該實施例中，該第二電極層 26係利用光罩以溼式蝕刻方法圖樣化形成。其中，該第二 電極層26具有複數個第二電極261及一第二接端262。在該 實施例中，該等第二電極261與該第二接端262電性連接， 並呈梳狀，如圖9所示。並且，該等第二電極261係與該等 第一電極231交錯地設置。 在該實施例中，該第一電極23 i之寬度等於該第二電極 261之寬度，且該第二電極261之垂直投影不覆蓋該第一電 極231。亦即，於空間上，該等第一電極231及該等第二電 極261未重疊。在其他應用中，該第一電極231之寬度可大 於該第二電極261之寬度，或者，該第一電極231之寬度可 小於該第二電極261之寬度。 另外’該第二電極261之垂直投影亦可覆蓋部分該第一 電極231。亦即，於空間上，該等第一電極231及該等第二 電極261部分重疊。並且，該第一電極231之寬度可大於該 第二電極261之寬度，或者，該第一電極23丨之寬度可小於 該第二電極261之寬度。 較佳地’該第一電極層23 1及該第二電極層261之材質係 選自紹、銅、鉻或金等金屬。在該實施例中，該第一電極 層23 1及該苐一電極層261之材質係為銘，其係因為銘具有 導電性佳及延展性佳之特性，且鋁為取得容易之金屬材 質。 參考圖10，圖樣化該第一聚亞醯胺層24以形成一第一聚 115235.doc 200819740 ， 亞醯胺薄膜27，經圖樣化後之該第一聚亞醯胺薄膜27覆蓋 - 部分該基板21及該等第一電極231且顯露該第一接端232。 在該實施例中，該第一聚亞醯胺薄膜27係利用光罩以乾式 蝕刻方法圖樣化形成。 參考圖11，形成一第二聚亞醯胺層28以覆蓋部分該基板 21、該第一接端232及該第二電極層262，在該實施例中， 該第二聚亞醯胺層28係利用旋轉塗佈方法形成。 φ 參考圖12，移除部分該第二聚亞醯胺層28以顯露該第一 接^0 23 2及該弟一接端262 ’以形成一第二聚亞醯胺薄膜 29。而該第一電極層23、該第一聚亞醯胺薄膜27、，該第二 電極層26及該第二聚亞醯胺薄膜29於該基板21上形成一電 極組。在該實施例中，該第二聚亞醯胺薄膜29係利用光罩 以乾式钱刻方法圖樣化形成。顯露之該第一接端232及該 第二接端262則係用以電性連接至一外部電源。 較佳地，該第一聚亞醯胺薄膜27及該第二聚亞醯胺薄膜 • 29之材質係選自聚亞醯胺（Polyimide)。在應用範圍上，該高 分子材料之工作溫度範圍較高，通常可達_40°C至180。(：， 電容值之變化約在1至1000PF。 參考圖13，最後，形成複數個槽口 30，該等槽口 30係分 別形成於該等第一電極231上之相對位置，且分別形成於 該等第二電極261之間，以形成一具雙層聚亞醯胺薄膜之 微型濕度感測器2。該等槽口 30係用以使水氣通過，以進 行濕度之量测。在該實施例申，該等槽口 係利用光罩以 乾式蝕刻方法形成，且該等槽口 30係貫穿該第二聚亞醯胺 115235.doc 200819740 4膜29至該第一聚亞隨胺薄膜27之表面下一設定深度。在 ^ 其他應用中，該等槽〇3()可僅貫穿該第二聚亞醯胺薄膜 29且顯路部分該第一聚亞醯胺薄膜27(圖未示出）。 明苓閱圖14，其顯示本發明四種具雙層聚亞醯胺薄膜之 微型濕度感測器之相對濕度·電容值之示意圖。圖14中所 呈現之四條濕度感測曲線，在一相對濕度之區間内皆大致 上成-線性關係，亦即，本發明具雙層聚亞酿胺薄膜之微 _ &濕度感測器之製造方法所製造之濕度感測器，具有較佳 之電容變化範圍值、靈敏度與線性度。 凊參閱圖15，其顯示本發明具雙層聚亞醯胺薄膜之微型 濕度感測裔之遲滯效應之示意圖。由圖15中可得知，由如 /相對濕度至70%相對濕度所量測之濕度感測曲線，與由 70%相對濕度至3G%相對濕度所量測之濕度感測曲線幾乎 重$，亦即，本發明具雙層聚亞醯胺薄膜之微型濕度感測 杰具有極低之遲滯效應，故該濕度感測器具有較佳之精準 Φ 度’且感測之濕度值不易失真。 八本發明具雙層聚亞醯胺薄膜之微型濕度感測器2利用低 介電常數之該第一聚亞醯胺薄膜27及該第二聚亞醯胺薄膜 29作為電容感應層及該第二電極231之保護層。並且，該 第永亞醯胺薄膜27及該第二聚亞醯胺薄膜29具有低介電 常數、高耐熱性、抗幅射性' 抗化學腐蝕性、尺寸安定 性、極佳階梯覆蓋性等優良特性，因此在微電子與微機電 系統領域的應用非常廣泛。 . 再者，該微型濕度感測器2之該第一電極層23及該第二 J15235.doc •10- 200819740 電極層26為不共平面，其具有較佳的濕度感測靈敏度、極 高的感測線性度、極低的遲滯效應、優良的穩定性、極佳 的精確度及高反應速度。 惟上述實施例僅為說明本發明之原理及其功效，而非用 以限制本發明。因此，習於此技術之人士對上述實施例進 行修改及變化仍不脫本發明之精神。本發明之權利範圍應 如後述之申請專利範圍所列。 _ 【圖式簡單說明】 圖1顯示習知電容式微型濕度感測器之示意圖； 圖2顯示本發明基板之示意圖； 圖3顯示本發明形成一第一金屬層之示意圖； 圖4顯示本發明圖樣化該第一金屬層之示意圖； 圖5顯示本發明第一電極層之示意圖； 圖6顯不本發明形成一第一聚亞醯胺層之示意圖； 圖7顯示本發明形成一第二金屬層之示意圖； • 目8顯示本發明圖樣化該第二金屬層之示意圖； 圖9顯示本發明第二電極層之示意圖； 圖10 ”、、員示本發明圖樣化該第一聚亞醯胺層以形成一第一 聚亞醢胺薄膜之示意圖； 圖11顯示本發明形成一第二聚亞醯胺層之示意圖； 圖12顯示本發明圖樣化該第二聚亞醯胺層以形成一第二 聚亞醯胺薄膜之示意圖； 圖本發明於該第―聚亞義薄膜及該第二聚亞酿 胺薄臈形成複數個槽口之示意圖； 115235.doc 200819740 圖14顯示本發明四種微型濕度感挪器之相對濕度-電容 值之示意圖；及 圖15顯示本發明微型濕度感測器之遲滯效應之示意圖。 【主要元件符號說明】 1 習知之電容式微型濕度感測器 2 本發明具雙層聚亞醯胺薄膜之微型濕度 感測器

11 基板 12 第一電極層 13 介電層 14 弟二電極層 21 基板 22 第一金屬層 23 第一電極層 24 第一聚亞醯胺層 25 第二金屬層 26 弟—電極層 27 第一聚亞醯胺薄 28 弟二聚亞醯胺層 29 第二聚亞醯胺薄 30 槽口 121 第一電極 141 第二電極 211 石夕層 115235.doc -12- 200819740 212 、 213 層 氧化層 231 第 一電極 232 第 一接端 261 第 二電極 262 第 二接端 115235.doc

Claims (1)

1. 200819740 十、申請專利範圍： 1 · 一種具雙層聚亞醯胺薄膜之微型濕度感測器之製造方 法，包括以下步驟： (a)提供一基板； (b) 形成一電極組於該基板上，該電極組包括一第一電 極層、一第一聚亞醯胺薄膜及一第二電極層，該第 一電極層設置於該基板上，具有一第一接端及複數 個第一電極，該第一聚亞醯胺薄膜覆蓋部分該基板 及該等第一電極且顯露該第一接端，該第二電極層 形成於該第一聚亞醯胺薄膜上，具有一第二接端及 複數個第二電極，該等第二電極與該等第一電極係 交錯地設置；及 (c) 形成一第二聚亞醯胺薄膜，以覆蓋該等第二電極， 且顯露該第二接端。 2·如請求項1之製造方法’其中該基板係為-石夕基板。 3·如求項2之製造方法中該矽基板係為-p型矽基 4·如請求項1之製造方法 板0 其中§亥基板係為一印刷電路 5 ·如清求項 氧化層， 6-如請求項 氧化矽9 1之製造方法，其中該基板包括一矽層及二層 这等乳化層分別形成於該矽層之二相對表面。 製k方法，其中該等氧化層之材質係為二 7 -如請求項 1之製造方法’ 其中該弟一電極層及該第二電 115235.doc 200819740 極層之材質係選自鋁、銅、鉻或金等金屬。 8’如明求項1之製造方法，其中步驟（b)包括以下步驟： (bl)形成該第一電極層於該基板上； (b2)形成一第一聚亞醯胺層以覆蓋該基板及該第一電 極層； ()$成該弟一電極層於該第一聚亞酸胺層上；及 (b4)圖樣化該第一聚亞醯胺層，以形成該第一聚亞醯 胺薄膜。 9·如請求項8之製造方法，其中步驟（bl)包括以下步驟： (Ml)形成一第一金屬層於該基板上；及 (b12)圖樣化該第一金屬層以形成該第一電極層。 10.如請求項9之製造方法，其中在步驟（bll)中係利用沉積 方法形成該第一金屬層。 11·如請求項9之製造方法，其中在步驟（bl2)中係利用光罩 以渔式餘刻方法圖樣化形成該第一電極層。 12. 如請求項8之製造方法’其中在步驟㈣中係利用旋轉 塗佈方法形成該第一聚亞醯胺層。 13. 如請求項8之製造方法，其中步驟（b3)包括以下步驟： 〇>31)形成一第二金屬層於該第一聚亞醯胺層上；及 (b32)圖樣化該第二金屬層以形成該第二電極層。 如月长項13之製造方法，其中在步驟（b3!)中係、利用沉積 方法形成該第二金屬層。 、 15.如請求項13之製造方法，其中在步驟_中係利用光罩 以m式餘刻方法圖樣化形成該第二電極層。 115235.doc 200819740 -16·如請求項8之製造方法，其中在步綱中係利用光罩以 弋蝕刻方法圖樣化形成該第一聚亞醯胺薄膜。 月求項1之製造方法，其中步驟（C)包括以下步驟： ()沁成一第二聚亞醯胺層以覆蓋部分該基板、該第 一接端及該第二電極層；及 )移除邛为該第二聚亞醯胺層以顯露該第一接端及 該第二接端，以形成該第二聚亞醯胺薄膜。 ⑩18·如明求項17之製造方法，其中在步驟⑽中係利用旋轉 k佈方法形成該第二聚亞酸胺層。 1 9·如μ求項17之製造方法，其中在步驟㈣中係利用光罩 以乾式蝕刻方法圖樣化形成該第二聚亞醯胺薄膜。 如明求項1之製造方法，其中在步驟⑷之後另包括一形 成禝數個槽口之步驟，該等槽口係分別形成於該等第一 電極上之相對位置。 21·如4求項20之製造方法，其中該等槽口係利用光罩以乾 # 式蝕刻方法形成。 22· 士明求項2〇之製造方法，其中該等槽口係貫穿該第二聚 亞& 薄膜，且顯露部分該第一聚亞醯胺薄膜。 23·如請求項20之製造方法，其中該等槽口係貫穿該第二聚 亞fcfec薄膜至該弟一聚亞醯胺薄膜之表面下一設定深 度。 24.如請求項20之製造方法，其中該等槽口係分別形成於該 等第二電極之間。 115235.doc