TW201901872A - 感測器半導體裝置 - Google Patents

感測器半導體裝置 Download PDF

Info

Publication number
TW201901872A
TW201901872A TW107113693A TW107113693A TW201901872A TW 201901872 A TW201901872 A TW 201901872A TW 107113693 A TW107113693 A TW 107113693A TW 107113693 A TW107113693 A TW 107113693A TW 201901872 A TW201901872 A TW 201901872A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor device
top surface
sensor semiconductor
capacitor
polymer
Prior art date
Application number
TW107113693A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI672770B (zh
Inventor
查德特 米奇 尹特
福瑞德瑞科 威廉 馬瑞特 凡西默特
尼波沙 尼納都夫
迪米特瑞 史考爾
Original Assignee
瑞士商Ａｍｓ國際有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 瑞士商Ａｍｓ國際有限公司 filed Critical 瑞士商Ａｍｓ國際有限公司
Publication of TW201901872A publication Critical patent/TW201901872A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI672770B publication Critical patent/TWI672770B/zh

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • 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
    • G01N27/225—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 by using hygroscopic materials
    • G—PHYSICS
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

一種感測器半導體裝置(10)包括轉換器(11)，該轉換器包含具有至少兩個電極(13)的電容器(12)。該轉換器(11)還包含配置在該電容器(12)的至少兩個電極(13)和該轉換器(11)的頂表面(15)之間的聚合物(14)。該聚合物(14)能夠吸收水，並且該頂表面(15)被配置為使得其暴露於該感測器半導體裝置(10)的環境。此外，該頂表面(15)的至少一部分是超疏水的，並且該感測器半導體裝置(10)能夠測量該感測器半導體裝置(10)的該環境的濕度。

Description

感測器半導體裝置
本發明涉及一種感測器半導體裝置以及一種製造感測器半導體裝置的方法。
感測器半導體裝置可以用於測量不同的參數，例如相對濕度或溫度。為了測量相對濕度，可以使用能夠從空氣中吸收水分的聚合物。在高濕度條件下，水會凝結在聚合物的頂表面或感測器半導體裝置的頂部。在這種情況下，聚合物需要時間從高濕度條件恢復。這意味著，水需要從聚合物中擴散出來，並且凝結的水滴需要從感測器半導體裝置蒸發。這過程可能需要一定時間，在這段時間中，感測器半導體裝置不能正確測量環境的相對濕度。此外，聚合物或感測器半導體裝置的表面可能會被可以被水滴溶解或收集的污垢或灰塵顆粒污染。同樣以這種方式，感測器半導體裝置的精度可能受到負面影響。
目的是提供克服上述缺陷的感測器半導體裝置。
這個目的由獨立請求項解決。其它實施例是 附屬請求項的標的。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，感測器半導體裝置包括轉換器，該轉換器包括具有至少兩個電極的電容器。該轉換器在感測器半導體裝置的環境中可以測量相對濕度。電容器可以是例如平行板電容器或邊緣電容器。該至少兩個電極包括導電材料。
該轉換器還包括聚合物，係配置在電容器的至少兩個電極之間，並且該轉換器還包括該轉換器的頂表面。聚合物能夠吸收水，並且該頂表面被配置成暴露於該感測器半導體裝置的環境。該聚合物可以可逆地從感測器半導體裝置的環境中的空氣中收集或吸收水，並且聚合物的介電常數取決於收集到的水或濕氣的量。這意味著，該聚合物的介電常數是感測器半導體裝置的環境中的相對濕度的量度。由於該聚合物配置在該電容器的至少兩個電極之間，因此該電容器的電容取決於該聚合物的介電常數。因此，該電容也取決於由該聚合物收集的水的量，並因此取決於該感測器半導體裝置的環境中的相對濕度。通過測量該電容器的電容，該感測器半導體裝置可以用作相對濕度感測器。
該電容器的電極的厚度優選在幾奈米和幾微米之間。該電容器的兩個電極之間的聚合物的厚度優選為至少1μm且至多10μm。
轉換器的頂表面也可以是感測器半導體裝置的頂表面。頂表面在與感測器半導體裝置的主延伸平面平 行的橫方向上延伸。如果電容器是平行板電容器，則頂表面可以由電容器的一個電極組成。頂層配置在電極中的一個上，並且頂層包括頂表面也是可能的。頂表面配置在頂層的一側或電極背向聚合物的一側。如果電容器是邊緣電容器，則頂表面可以由可配置在電容器的電極之間和之上的聚合物構成。頂層也可以配置在聚合物的頂部，並且該頂層包括頂表面。頂表面配置在頂層的一側或聚合物背向電容器的電極的一側。
頂表面的至少一部分是超疏水的。這意味著頂表面的至少一部分排斥水。頂表面可以改成超疏水的。因此頂表面可以變粗糙或結構化並且表面積增加。頂表面可以通過不同的方法構造。例如，可以通過圖案化、粗糙化、通過光微影法構造、化學處理、蝕刻、紫外線曝光及奈米結構金屬層的生長中的至少一者來構造頂表面。
頂表面可以例如通過蝕刻來圖案化。因此掩模層被沉積在頂表面上。掩模層可以是光致抗蝕劑層或硬掩模層，其包含例如氧化矽，氮化物或金屬。通過微影方法使掩模層圖案化，使得掩模層從頂表面去除。掩模層可以被有規律地圖案化，這更容易產生，或者也可以隨機構圖。在接下來的步驟中，通過濕化學蝕刻或通過反應離子蝕刻在掩模層從頂表面去除的區域中蝕刻掩模層下面的材料。以這種方式，結構形成在頂表面上。掩模層下面的材料可以是電容器的電極、聚合物或頂層。在一個優選實施例中，掩蔽層是未拉伸的。作為最後一步，可以去除掩蔽 層。例如如果它是硬掩模，掩模層也可能保留在頂表面上。
在另一個實施例中，沉積薄濺鍍金屬層作為掩模層。如果金屬層足夠薄，則它將形成金屬島而不是封閉層。然後金屬島可以起到如上所述的結構的作用。但是，以這種方式，結構以隨機模式排列。
在另一個實施例中，通過用例如N2、O2和CF4的混合物的反應離子蝕刻使頂表面粗糙化。在這種情況下，不需要掩膜層。
在另一個實施例中，頂表面通過暴露於紫外線而變粗糙。在下一步中，可以進一步用1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基矽烷(Perfluorodecyltriethoxysilane)處理頂表面。兩個步驟的組合使頂表面超疏水。
在另一個實施方案中，通過用KOH和AgNO3處理頂表面並進行另外的熱處理和正十二烷硫醇暴露，在頂表面上形成結構化的銀層。
感測器半導體裝置能夠測量感測器半導體裝置的環境的濕度。這意味著，例如可以測量感測器半導體裝置環境中的空氣濕度。為此例如連續或在固定時間測量電容器的電容。電容與相對濕度有關，因為它隨聚合物的介電常數而變化，這取決於相對濕度。至少一部分聚合物在感測器半導體裝置的環境中暴露於空氣中，使得聚合物可以從空氣中吸收水分。在水滴凝結在頂表面上的情況下，相對濕度達到100%。
通過構造頂表面，頂表面上的水滴的接觸角 與不是超疏水的表面相比增加。頂表面上的水滴的接觸角由頂表面的主延伸面與水滴和頂表面接觸的位置處的水滴表面的切線之間的角度給出。由於頂表面是結構化的，因此，水滴僅與頂表面的某些部分接觸，例如具有結構化表面的頂點。因此，頂表面上的水滴可以容易地滾落到轉換器的其它部分。優選地，只有頂表面是超疏水的，而沒有轉換器的其它部分。
如果水凝聚在聚合物的頂部，則讀取最大電容值，其對應於100%的相對濕度。有利的是，頂表面是超疏水的並且它可以是聚合物的頂表面。在這種情況下，很難潤濕聚合物的頂表面，並且水滴容易從聚合物的頂表面滾落。因此，聚合物在能夠再次正確測量環境的相對濕度之前不必從高濕度條件下恢復。如果水滴停留在聚合物的頂表面上，則它將僅在水滴蒸發後再次正確地測量相對濕度。由於頂表面至少部分是超疏水的，水滴立即被排斥並且在相當短的恢復時間內聚合物可檢測到相對濕度的變化。
頂表面也可能被灰塵或污垢顆粒污染。如果水滴凝結在頂表面上，有利地有可能，作為灰塵或污垢顆粒的污染物與水滴混合或溶解在水滴中，並且因此當水滴滾落到轉換器的其它部分時，從頂表面移除污染物。
通過避免冷凝條件下聚合物的相對長的恢復時間並通過避免轉換器的頂表面上的污染物，來維持或更快地達到相對濕度測量的準確度。換句話說，在這種情況 下，相對濕度測量的準確度會提高。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，轉換器包括具有頂表面的頂層，其中，頂層被構造成使得頂表面的至少一部分是超疏水的。頂層是轉換器的最頂層，它包括頂層背向電容器的一側的頂表面。如果電容器是平行板電容器，則頂層可以配置在電極的背離聚合物的一側的電容器的電極的頂部上。如果電容器是邊緣電容器，則可以將頂層配置在聚合物的頂部的聚合物背向電容器的一側。頂層可以如上所述用於頂表面來構造，使得頂表面的至少一部分是超疏水的。
可以構造頂層，而不是轉換器的其它部分，使得頂表面的至少一部分是超疏水的。因此，與轉換器的其它部分相比，頂層可能包含易於構造的材料。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，電容器是平板電容器。這意味著，電容器是平行板電容器並且可以包括彼此平行配置的兩個電極。例如，電極可以具有矩形形狀。在這種情況下，聚合物可以具有配置在兩個電極之間的長方體的形狀。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，電容器是邊緣電容器。這意味著，電容器可以包括具有手指、梳子、蜿蜒、螺旋或其組合的形狀的兩個電極。聚合物可以配置在電極之間、之上和/或之下。如果頂表面包括規則圖案的結構，則該結構可以與電容器的下面的電極對齊。但是，結構也可能不與下面的電極對齊。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，溝槽圍繞轉換器配置，溝槽提供液體從頂表面排出。這意味著，溝槽被配置在比轉換器的頂表面更低的位置處，使得被頂表面排斥的水滴滾向溝槽。溝槽可以從所有側面圍繞轉換器配置，或者該溝槽可以僅部分地圍繞轉換器。有利地，溝槽從頂表面收集液體或水滴，使得轉換器或感測器半導體裝置的其它位置不被液體或水滴潤濕。
在感測器半導體裝置的一個實施例中，結構係通過光微影在頂表面內形成，其中，該結構的尺寸在與轉換器的主延伸平面平行的橫方向上為至少1nm且至多100μm，並且在垂直於轉換器的主延伸平面的垂直方向上為至少1nm和至多1μm。通過在頂表面內形成結構，頂表面的至少一部分被製成超疏水的。
此外，提供了一種製造感測器半導體裝置的方法。優選地，感測器半導體裝置可以通過本文所述的方法製造。換句話說，對於該方法還公開了針對感測器半導體裝置公開的所有特徵，反之亦然。
根據製造感測器半導體裝置的方法的至少一個實施例，該方法包括形成包括具有至少兩個電極的電容器的轉換器。該轉換器能夠測量感測器半導體裝置環境中的相對濕度。電容器可以是例如平行板電容器或邊緣電容器。該至少兩個電極包括導電材料。
該方法還包括在電容器的至少兩個電極之間配置聚合物。聚合物能夠吸收水分。聚合物可以可逆地從 感測器半導體裝置的環境中的空氣中收集或吸收水，並且聚合物的介電常數取決於收集到的水或濕氣的量。這意味著，聚合物的介電常數是感測器半導體裝置的環境中的相對濕度的量度。由於聚合物配置在電容器的至少兩個電極之間，因此電容器的電容取決於聚合物的介電常數。因此，電容也取決於由聚合物收集的水量，並且因此取決於感測器半導體裝置的環境中的相對濕度。通過測量電容器的電容，感測器半導體裝置可以用作相對濕度感測器。
該方法還包括構造轉換器的頂層，使得頂層的頂表面至少部分地超疏水。頂表面被配置成暴露於感測器半導體裝置的環境。這意味著頂表面的至少一部分排斥水。
頂表面可以修改成超疏水的。因此頂表面可以變粗糙或結構化並且表面積增加。頂表面可以通過不同的方法構造。
此外，感測器半導體裝置能夠測量感測器半導體裝置的環境的濕度。這意味著，例如可以測量感測器半導體裝置環境中的空氣濕度。為此例如連續或在固定時間測量電容器的電容。電容與相對濕度有關，因為它隨聚合物的介電常數而變化，這取決於相對濕度。至少一部分聚合物在感測器半導體裝置的環境中暴露於空氣中，使得聚合物可以從空氣中吸收水分。在水滴凝結在頂表面上的情況下，濕度達到100%。
如上所述的感測器半導體裝置，由於頂表面 至少部分是超疏水的，所以相對濕度的測量精度保持或更快恢復。換句話說，在這種情況下，相對濕度測量的準確度會提高。通過這種方式，可以避免高濕條件下聚合物在轉換器頂表面上的回收時間和污染物。可以避免高濕度條件下聚合物在轉換器頂表面上的污染物的恢復時間。
根據該方法的至少一個實施例，頂層由聚合物構成。這意味著聚合物是轉換器的最頂層部分或層。頂層配置在聚合物背離電容器的一側。例如，如果電容器是邊緣電容器並且聚合物配置在電容器的電極之間和之上，則該聚合物可以是轉換器的最頂部部分或層。在這種情況下，聚合物被結構化或粗糙化，使得頂表面至少部分是超疏水的。
根據該方法的至少一個實施例，頂層由電容器的電極構成。這意味著，電極是轉換器的最頂部。如果電容器是平板電容器，則可以將聚合物配置在電容器的兩個電極之間，使得其中一個電極是轉換器的最上部分。在這種情況下，電極被構造或粗糙化，使得頂表面至少部分超疏水。
根據該方法的至少一個實施例，頂層既不由聚合物也不由電容器的電極組成。頂層可以是不包含在電容器中的單獨的層。頂層可以垂直方向配置在電容器的頂部。
頂層也可以在垂直方向上配置在聚合物的頂部上。
根據該方法的至少一個實施例，電容器是平板電容器。這意味著，電容器可以包括彼此平行配置的兩個電極。例如，電極可以具有矩形形狀。在這種情況下，聚合物可以具有配置在兩個電極之間的長方體的形狀。
根據該方法的至少一個實施例，電容器是邊緣電容器。這意味著，電容器可以包括具有手指、梳子、蜿蜒、螺旋或其組合的形狀的兩個電極。聚合物可以配置在電極之間、之上及/或之下。如果頂表面包括規則圖案的結構，則該結構可以與電容器的下面的電極對齊。但是，結構也可能不與下面的電極對齊。
根據所述方法的至少一個實施例，溝槽圍繞轉換器配置，該溝槽從頂表面提供液體的排出。這意味著，溝槽被配置在比轉換器的頂表面更低的位置處，使得被頂表面排斥的水滴滾向溝槽。溝槽可以從所有側面圍繞轉換器配置，或者該溝槽可以僅部分地圍繞轉換器。有利地，溝槽從頂表面收集液體或水滴，使得轉換器或感測器半導體裝置的其它位置不被液體或水滴潤濕。
根據該方法的至少一個實施例，頂層的結構化涉及下列的至少一者：- 圖案化，- 粗糙化，- 通過光微影構造，- 化學處理，- 蝕刻， - 紫外線曝光，- 奈米結構金屬層的生長。
頂層可以例如通過蝕刻來圖案化。因此掩模層被沉積在頂層的頂部。掩模層可以是光阻層或硬掩模層，其包含例如氧化矽、氮化物或金屬。通過微影方法使掩模層圖案化，使得掩模層從頂層被移除。掩模層可以被有規律地圖案化，這更容易產生，或者也可以隨機構圖。在接下來的步驟中，通過濕法化學蝕刻或反應離子蝕刻在頂表面去除掩模層的區域中蝕刻頂層。以這種方式，在頂層上或內形成結構。在一個優選實施例中，掩蔽層是未拉伸的。作為最後一步，可以去除掩蔽層。例如，如果它是硬掩模，則掩模層也可能保留在頂層的頂部。
在另一個實施例中，沉積薄濺鍍金屬層作為掩模層。如果金屬層足夠薄，則它將形成金屬島而不是封閉層。如上所述，金屬島然後可以用作掩模層。但是，以這種方式，結構以隨機模式排列。
在另一個實施例中，通過用例如N2、O2和CF4的混合物進行反應離子蝕刻使頂層粗糙化。在這種情況下，不需要掩膜層。
在另一個實施方案中，頂層通過暴露於紫外光而粗糙化。在下一步中，頂層可以進一步用1H、1H、2H、2H-全氟癸基三乙氧基矽烷(Perfluorodecyltriethoxysilane)處理。這些步驟的組合使得頂表面超疏水。
在另一個實施方案中，通過用KOH和AgNO3 處理頂表面並進行另外的熱處理和正十二烷硫醇(n-dodecanethiol)曝露，在頂層上形成結構化的銀層。
根據該方法的至少一個實施例，通過光微影在頂層內形成結構，其中，該結構的尺寸在與轉換器的主延伸平面平行的橫方向上為至少1nm且至多100μm。垂直於橫方向的垂直方向上的結構的尺寸可以為至少1nm且至多1μm。通過在頂層內形成結構，頂表面的至少一部分被製成超疏水的。
10‧‧‧感測器半導體裝置
11‧‧‧轉換器
12‧‧‧電容器
13‧‧‧電極
14‧‧‧聚合物
15‧‧‧頂表面
16‧‧‧頂層
17‧‧‧溝槽
18‧‧‧結構
19‧‧‧掩模層
Ar‧‧‧實際表面積
Ap‧‧‧投影表面積
r‧‧‧比率
S1‧‧‧第一步驟
S2‧‧‧第二步驟
S3‧‧‧第三步驟
S4‧‧‧第四步驟
S5‧‧‧第五步驟
S6‧‧‧第六步驟
x‧‧‧橫方向
xsp‧‧‧距離
xst‧‧‧尺寸
y‧‧‧橫方向
ysp‧‧‧距離
yst‧‧‧尺寸
z‧‧‧垂直方向
zst‧‧‧尺寸
θw‧‧‧接觸角
以下附圖說明可進一步說明和解釋示例性實施例。功能相同或具有相同效果的組件由相同的參考標記表示。相同或者實際上相同的組件可能僅僅關於它們首先出現的圖來描述。他們的描述不一定在後面的圖中重複。
第1A圖顯示感測器半導體裝置的示例性實施例的剖視圖。
第1B圖顯示第1A圖的感測器半導體裝置的示例性實施例的俯視圖。
第2A、2B、3A、3B、4A和4B圖顯示感測器半導體裝置的另外的示例性實施例。
第5圖顯示感測器半導體裝置的另一個示例性實施例的剖面圖。
第6A圖描述了用於形成感測器半導體裝置的示例性實施例的方法。
在第6B圖中顯示另一種用於形成感測器半 導體裝置的示例性實施例的方法。
在第7A、7B、7C和7D圖中顯示具有結構化頂表面的感測器半導體裝置的另外的示例性實施例。
在第8A和8B圖中顯示感測器半導體裝置的結構化頂表面上的俯視圖和剖視圖。
在第9圖中顯示感測器半導體裝置的隨機構造的頂表面。
在第1A圖中顯示感測器半導體裝置10的示例性實施例的剖視圖。感測器半導體裝置10包括轉換器11，該轉換器11包括電容器12。在該實施例中，該電容器12是平行板電容器。電容器12包括彼此間隔一定距離配置的兩個電極13。兩個電極13彼此平行地配置並且它們在垂直於轉換器11的主延伸平面的垂直方向z上彼此頂部配置。聚合物14配置在兩個電極13之間。聚合物14在橫方向x上比兩個電極13具有更大的範圍。橫方向x垂直於垂直方向z。虛線標示轉換器11的範圍。
聚合物14能夠吸收水。聚合物14可以在感測器半導體裝置10的環境中可逆地從空氣中收集或吸收水以及該聚合物14的介電常數取決於所收集的水或濕氣的量。
轉換器11還包括頂表面15。在該實施例中，頂表面15由上電極13構成。頂表面15配置成暴露於感測器半導體裝置10的環境以及頂表面15的至少一部分是超 疏水的。
第1B圖顯示第1A圖的感測器半導體裝置10的示例性實施例的俯視圖。上電極13從頂部顯示以及聚合物14具有比電容器12的電極13更大的橫方向範圍。
在第2A圖中，示出了感測器半導體裝置10的另一示例性實施例的剖視圖。在該實施例中，電容器12是邊緣電容器。這意味著，電容器12的兩個電極13被配置為梳狀。聚合物14配置在電容器12的電極13之間和之上。虛線再次標記轉換器11的範圍。
第2B圖顯示第2A圖的感測器半導體裝置10的示例性實施例的俯視圖。兩個電極13配置成梳狀，並且聚合物14配置在兩個電極13之間和之上。
在第3A圖中顯示感測器半導體裝置10的另一個示例性實施例的剖視圖。電容器12是平行板電容器。除了第1A圖顯示的實施例之外，感測器半導體裝置10還包括配置在轉換器11周圍的溝槽17，並且其提供來自頂表面15的液體的排出。溝槽17配置在聚合物14內並且其優選地完全圍繞轉換器11。這意味著，溝槽17配置在比頂表面15低的垂直位置處，使得頂表面15排斥的水滴朝向溝槽17滾落。有利的是，溝槽17從頂表面15收集液體或水滴，使得轉換器11或感測器半導體裝置10的其它位置不被液體或水滴潤濕。
第3B圖顯示第3A圖的感測器半導體裝置10的示例性實施例的俯視圖。溝槽17在所有側面包圍轉換器 11。
在第4A圖中顯示了感測器半導體裝置10的另一個示例性實施例的剖視圖。電容器12是邊緣電容器。除了第2A圖中顯示的實施例之外，感測器半導體裝置10還包括配置在轉換器11周圍的溝槽17，並且該溝槽17提供來自頂表面15的液體的排出。頂表面15由聚合物14構成。
第4B圖顯示第4A圖的感測器半導體裝置10的示例性實施例的俯視圖。溝槽17在所有側面包圍轉換器11。
第5圖顯示感測器半導體裝置10的另一個示例性實施例的剖視圖。電容器12是平行板電容器。與第1A圖顯示的實施例不同，電容器12由兩個串聯的電容器組成並且總共包括三個電極13。兩個電極13在平行於聚合物14的主延伸平面的平面中彼此相鄰地配置。第三電極13在垂直方向z上配置在另外兩個電極13的上方。彼此相鄰配置的兩個電極13形成串聯連接的兩個電容器12的底部電極。這些電容器12共用第三頂部電極13。
利用第6A圖描述了用於形成感測器半導體裝置10的示例性實施例的方法。在第一步驟S1中，提供聚合物14。聚合物14配置在電容器12的兩個電極13之間和之上。聚合物14包括以下面的步驟構成的頂層16。
在第二步驟S2中，掩模層19沉積在聚合物14的頂部上。掩模層19可以是例如包含氧化矽、氮化物 或金屬的光阻層或硬掩模層。
在第三步驟S3中，掩模層19通過微影方法圖案化，使得掩模層19從局部聚合物14中移除。在該實施例中，掩模層19中的規則圖案形成在聚合物14的頂部上。
在第四步驟S4中，通過濕法化學蝕刻或通過掩模層19的反應離子蝕刻來蝕刻聚合物14的頂層16。這意味著頂層16僅在從頂層16去除掩模層19的區域中被蝕刻。以這種方式，結構18形成在頂層16中。結構18的橫方向尺寸為至少1nm並且至多100μm。然而，結構18的橫方向尺寸受微影方法的限制。橫方向蝕刻頂層16，使頂表面15與頂表面15上的結構18之間的角度小於90°。這樣，頂表面15被製成超疏水的。蝕刻的深度以及因此結構18的垂直高度可以通過蝕刻過程的持續時間來調整。結構18在垂直方向z上的高度可以是至少1nm並且至多1μm。
在第五步驟S5中，去除掩模層19。規則排列的結構18形成在聚合物14的頂層16內，使得頂表面15是超疏水的。
或者，在第四步驟S4中，頂層16被橫方向蝕刻，使得掩模層19產生突出(圖6A中未示出)。在這種情況下，應該省略第五步驟S5。
在第6B圖中顯示用於形成感測器半導體裝置10的示例性實施例的另一種方法。在第一步驟S1中，提供聚合物14。聚合物14配置在電容器12的兩個電極13 之間和之上。
在第二步驟S2中，額外的頂層16沉積在聚合物14的頂部上。如果頂層16包括比聚合物14更容易構造的材料，則沉積附加的頂層16可以是有利的。
在第三步驟S3中，在頂層16的頂部上沉積掩模層19。
在第四步驟S4中，掩模層19通過光微影被圖案化，使得掩模層19從頂層16的位置被去除。掩模層19中的規則圖案形成在頂層16的頂部上。
在第五步驟S5中，通過濕化學蝕刻或通過經圖案化掩模層19的反應離子蝕刻來蝕刻頂層16。因此，結構18形成在頂層16中。橫方向蝕刻頂層16，使頂表面15與頂表面15處的結構18之間的角度小於90°。這樣，頂表面15被製成超疏水的。在這種情況下，蝕刻的深度也可以通過頂層16的厚度來調整。
在第六步驟S6中，去除掩模層19。在頂層16內形成規則排列的結構18，使得頂表面15是超疏水的。
在第7A圖中，示出了具有結構化頂表面15的感測器半導體裝置10的另一示例性實施例的剖視圖。電容器12是平行板電容器。上電極13的表面被構造成具有規則圖案，使得轉換器11的頂表面15是超疏水的。
在第7B圖中顯示具有結構化頂表面15的感測器半導體裝置10的另一示例性實施例的剖視圖。電容器12是邊緣電容器。聚合物14配置在電容器12的兩個電極 13之間和之上。聚合物14的表面被構造成具有規則圖案，使得轉換器11的頂表面15是超疏水的。
在第7C圖中顯示具有結構化頂表面15的感測器半導體裝置10的另一示例性實施例的剖視圖。電容器12是平行板電容器。在上電極13的頂部配置另外的頂層16。頂層16被構造成具有規則圖案，使得轉換器11的頂表面15是超疏水的。
在第7D圖中顯示具有結構化頂表面15的感測器半導體裝置10的另一示例性實施例的剖視圖。電容器12是邊緣電容器。在聚合物14的頂部配置另外的頂層16。頂層16被構造成具有規則圖案，使得轉換器11的頂表面15是超疏水的。
在第8A圖中顯示感測器半導體裝置10的結構化頂表面15上的俯視圖。方形結構18配置在轉換器11的頂層16的頂部上。這意味著頂層16可以是電極13、聚合物14或附加的頂層16。方形結構18形成在頂層16上或內，並以規則圖案排列。
如果水滴凝結在結構化的頂表面15上，則水滴的接觸角θW由下式給出：cosθW=rcosθ，其中，θ是平坦而非結構化表面上的接觸角，θW是結構化表面上的接觸角，而r是實際表面積Ar與投影表面積Ap之間的比率。接觸角θW是表面疏水性的量度。
實際表面積Ar由下式給出：Ar=(xst+xsp)*(yst+ysp)+2 * xst * zst+2 * yst * zst，其中，xst給出x方向上的一個結構18的尺寸，yst給出y方向上的一個結構18的尺寸，而zst給出z方向上的一個結構18的尺寸。Xsp給出x方向上兩個相鄰結構18之間的距離，並且ysp給出y方向上兩個相鄰結構18之間的距離。
投影表面積Ap由下式給出：Ap=(xst+xsp)*(yst+ysp)。
因此，在x方向和y方向上大的結構18對於恆定的z值給出低r值，並且在增加水滴的接觸角θW方面不太有效。因此，結構18的橫方向尺寸為至少1nm且至多100μm，而結構18在垂直方向z上的尺寸可以為至少1nm且至多1μm。
在第8B圖中顯示感測器半導體裝置10的結構化頂表面15的剖視圖。方形結構18配置在轉換器11的頂層16上或頂層16中。
在第9圖中顯示感測器半導體裝置10的隨機構造的頂表面15。該第9圖是通過掃描電子顯微鏡獲得的。顯示通過反應離子蝕刻來構造頂層16，使得轉換器11的頂表面15以隨機模式構造。通過暴露於N2、O2和CF4的等離子體使頂表面15粗糙化。

Claims (15)

  1. 一種感測器半導體裝置(10)，包括：- 轉換器(11)，係包含：- 電容器(12)，係具有至少兩個電極(13)，- 聚合物(14)，係配置在該電容器(12)的至少兩個電極(13)之間，以及- 該轉換器(11)的頂表面(15)，其中，- 該聚合物(14)能夠吸收水，- 該頂表面(15)被配置成暴露於該感測器半導體裝置(10)的環境，- 該頂表面(15)的至少一部分是超疏水的，以及- 該感測器半導體裝置(10)能夠測量該感測器半導體裝置(10)的該環境的濕度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之感測器半導體裝置(10)，其中，該轉換器(11)包括具有該頂表面(15)的頂層(16)，其中，該頂層(16)被構造為使得該頂表面(15)的至少一部分是超疏水的。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之感測器半導體裝置(10)，其中，該電容器(12)是平板電容器。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之感測器半導體裝置(10)，其中，該電容器(12)是邊緣電容器。
  5. 如申請專利範圍第1-4項中任一項所述之感測器半導體裝置(10)，其中，溝槽(17)係被配置圍繞該轉換器(11)，該溝槽(17)從該頂表面(15)提供液體的 排出。
  6. 如申請專利範圍第1-5項中任一項所述之感測器半導體裝置(10)，其中，結構(18)係通過光微影在該頂表面(15)內形成，其中，該結構(18)的尺寸在與該轉換器(11)的主延伸平面平行的橫方向上為至少1nm且至多100μm，並且在垂直於該轉換器(11)的該主延伸平面的垂直方向上為至少1nm且至多1μm。
  7. 一種製造感測器半導體裝置(10)的方法，係包括：- 形成包括具有至少兩個電極(13)的電容器(12)的轉換器(11)，- 在該電容器(12)的至少兩個電極(13)之間配置聚合物(14)，以及- 構造該轉換器(11)的頂層(16)，使得該頂層(16)的頂表面(15)至少部分地超疏水，其中- 該聚合物(14)能夠吸收水分，- 該頂表面(15)被配置成暴露於該感測器半導體裝置(10)的環境，以及- 該感測器半導體裝置(10)能夠測量該感測器半導體裝置(10)的該環境的濕度。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，該頂層(16)由該聚合物(14)構成。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，該頂層(16)由該電容器(12) 的電極(13)構成。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，該頂層(16)既不包含該聚合物(14)也不包含該電容器(12)的電極(13)。
  11. 如申請專利範圍第7-10項中任一項所述之製造感測器半導體裝置的方法，其中，該電容器(12)是平板電容器。
  12. 如申請專利範圍第7-10項中任一項所述之製造感測器半導體裝置的方法，其中，該電容器(12)是邊緣電容器。
  13. 如申請專利範圍第7-12項中任一項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，溝槽(17)係被配置圍繞該轉換器(11)，該溝槽(17)從該頂表面(15)提供液體的排出。
  14. 如申請專利範圍第7-13項中任一項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，該頂層(16)的結構化涉及下列的至少一者：- 圖案化，- 粗糙化，- 通過光微影構造，- 化學處理，- 蝕刻，- 紫外線曝光，- 奈米結構金屬層的生長。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之製造感測器半導體裝置(10)的方法，其中，結構(18)係通過光微影在該頂表面(15)內形成，其中，該結構(18)的尺寸在與該轉換器(11)的主延伸平面平行的橫方向(x，y)上為至少1nm且至多100μm。
TW107113693A 2017-05-09 2018-04-23 感測器半導體裝置及其製造方法 TWI672770B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17170184.0A EP3401674B1 (en) 2017-05-09 2017-05-09 Capacitive-type humidity sensor with superhydrophobic top surface and corresponding fabrication method
??17170184.0 2017-05-09

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201901872A true TW201901872A (zh) 2019-01-01
TWI672770B TWI672770B (zh) 2019-09-21

Family

ID=58709239

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107113693A TWI672770B (zh) 2017-05-09 2018-04-23 感測器半導體裝置及其製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11262325B2 (zh)
EP (1) EP3401674B1 (zh)
CN (1) CN110651180B (zh)
TW (1) TWI672770B (zh)
WO (1) WO2018206432A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI741826B (zh) * 2020-10-12 2021-10-01 國立清華大學 感測裝置、濕度感測晶片、及其製作方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3401674B1 (en) 2017-05-09 2020-07-15 ams International AG Capacitive-type humidity sensor with superhydrophobic top surface and corresponding fabrication method

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1301404C (zh) * 2001-03-13 2007-02-21 Tdk株式会社 湿度传感器元件及其制造方法
JP2003262600A (ja) * 2002-03-07 2003-09-19 Tdk Corp 湿度センサ素子の製造方法と湿度センサ素子
DE10335163B3 (de) * 2003-07-30 2005-03-03 Micronas Gmbh Gassensor
JP5112639B2 (ja) * 2006-03-06 2013-01-09 トウプラスエンジニアリング株式会社 湿度センサ
TW200819739A (en) * 2006-10-27 2008-05-01 Mercury Microsystems Company Ltd Miniatured humidity sensor having a non-coplanar electrode and moisture entry/exit
TWI381536B (zh) * 2008-08-29 2013-01-01 Univ Nat Taiwan 微奈米結構ｐｎ二極體陣列薄膜太陽能電池及其製作方法
JP5146596B2 (ja) * 2009-04-30 2013-02-20 株式会社村田製作所 生体センサ装置
US20110166045A1 (en) * 2009-12-01 2011-07-07 Anuj Dhawan Wafer scale plasmonics-active metallic nanostructures and methods of fabricating same
GB2476093A (en) * 2009-12-11 2011-06-15 Manvers Engineering Ltd Oil Collecting Device Made Of Hydrophobic And Oleophilic Materials.
JP2012068054A (ja) * 2010-09-21 2012-04-05 Denso Corp 静電容量式センサおよび制御装置
WO2012087352A2 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 The Regents Of The University Of California Superhydrophobic and superoleophobic nanosurfaces
US9027400B2 (en) * 2011-12-02 2015-05-12 Stmicroelectronics Pte Ltd. Tunable humidity sensor with integrated heater
FR2991456B1 (fr) * 2012-06-04 2023-02-10 Commissariat Energie Atomique Capteur d'humidite capacitif a electrode de graphene
US9080928B2 (en) * 2013-01-11 2015-07-14 Nokia Technologies Oy Apparatus and associated methods
KR101569460B1 (ko) 2013-02-08 2015-11-16 국민대학교 산학협력단 초발수/초발유 구조물 및 그의 제조 방법
US10175188B2 (en) 2013-03-15 2019-01-08 Robert Bosch Gmbh Trench based capacitive humidity sensor
US9044943B2 (en) * 2013-04-03 2015-06-02 Palo Alto Research Center Incorporated Inkjet printhead incorporating oleophobic membrane
US9171810B2 (en) 2013-11-21 2015-10-27 Nxp B.V. Electronic device incorporating a randomized interconnection layer having a randomized conduction pattern
JP2015161600A (ja) * 2014-02-27 2015-09-07 株式会社デンソー 湿度センサ
SG10201900469PA (en) * 2014-07-22 2019-02-27 Brewer Science Inc Thin-film resistive-based sensor
WO2016056887A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Mimos Berhad Humidity sensor with nanoporous polyimide membranes and a method of fabrication thereof
EP3043173B1 (en) * 2015-01-09 2017-09-06 Honeywell International Inc. A humidity sensor
WO2016134079A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-25 Honeywell International Inc. Humidity sensor and method for manufacturing the sensor
JP6535185B2 (ja) 2015-03-04 2019-06-26 エイブリック株式会社 湿度センサ
CN104914139A (zh) * 2015-06-15 2015-09-16 兰州交通大学 一种快速响应孔状上电极和感湿膜平行板电容式湿敏元件
TWI591329B (zh) * 2015-09-04 2017-07-11 鑫廣生醫科技股份有限公司 具有濕度感測元件的檢測試片
EP3168866B1 (en) 2015-11-16 2020-12-30 ams AG Semiconductor humidity sensor device and manufacturing method thereof
WO2018062379A1 (ja) 2016-09-30 2018-04-05 ミツミ電機株式会社 湿度センサ
EP3401674B1 (en) 2017-05-09 2020-07-15 ams International AG Capacitive-type humidity sensor with superhydrophobic top surface and corresponding fabrication method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI741826B (zh) * 2020-10-12 2021-10-01 國立清華大學 感測裝置、濕度感測晶片、及其製作方法

Also Published As

Publication number Publication date
TWI672770B (zh) 2019-09-21
US20200064295A1 (en) 2020-02-27
EP3401674B1 (en) 2020-07-15
EP3401674A1 (en) 2018-11-14
CN110651180A (zh) 2020-01-03
CN110651180B (zh) 2022-09-06
US11262325B2 (en) 2022-03-01
WO2018206432A1 (en) 2018-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI672770B (zh) 感測器半導體裝置及其製造方法
KR101602942B1 (ko) 패턴 형성 방법
WO2018062379A1 (ja) 湿度センサ
KR20130063072A (ko) 패턴 구조물 형성 방법 및 이를 이용한 커패시터 형성 방법
US8371168B2 (en) In-plane sensor and method for making same
US20140256158A1 (en) Imprint mask, method for manufacturing the same, and method for manufacturing semiconductor device
JP2018059716A (ja) センサ装置
KR20070122050A (ko) 이중 패터닝 공정을 이용한 캐패시터 패턴 형성 방법
US8640543B2 (en) Micro-electro-mechanical system device, out-of-plane sensor and method for making micro-electro-mechanical system device
CN1213778A (zh) 半导体器件及其制造方法
JP4193232B2 (ja) 力学量センサ
JP5446365B2 (ja) 機能素子の寸法の測定方法、機能素子付き基板の製造方法、機能素子付き基板および電子装置
TWI623019B (zh) Pattern forming method and component manufacturing method
JP5316152B2 (ja) 電子装置、電子装置の製造方法および機能素子の寸法の測定方法
JP2011112390A (ja) 加速度センサ
Saeidi et al. The effects of fabrication process on the performance of a CMOS based capacitive humidity sensor
TWI675399B (zh) 開孔及其形成方法
KR20140088657A (ko) 반도체 소자의 패턴 구조물 형성 방법
JP6588773B2 (ja) 微細機械装置およびその製造方法
US9128381B2 (en) Reflective mask, method of monitoring the same, and method of manufacturing semiconductor device
KR100818076B1 (ko) 반도체소자의 캐패시터 제조방법
KR20060100778A (ko) 반도체소자의 용량 캐패시터 형성방법
JP4586335B2 (ja) 表面形状認識装置およびその製造方法
KR20140028916A (ko) 노광 마스크, 이를 이용하는 반도체 소자의 패턴 형성 방법 및 패턴의 오버레이 측정방법
CN115755515A (zh) 掩模版和使用该掩模版形成半导体器件中的图案的方法