溼敏傳感器的製造方法以及使用該方法製造的溼敏傳感器與流程

2023-05-29 10:11:46

本發明涉及一種傳感器的製造方法，特別是一種溼敏傳感器的製造方法以及使用該方法製造的溼敏傳感器。

背景技術：

用溼敏電容製作溼度傳感器的方法已經被研究多時，相關的專利也有申請和授予。但是，傳統的溼度傳感器有幾個問題：(1)有時候溼度傳感器意外進水，或長時間暴露在高溼環境工作，溼度傳感器將工作異常。(2)傳統的溼度傳感器的溼敏電容值比較小，抗外界的幹擾能力弱，誤差比較大，因此測量精度不能提高。(3)溼度傳感器封裝後，需要留有窗口使得敏感單元與外界連接。為了在塑封時製造這個窗口，模具需要有頂針壓迫晶片，使得塑料物質不能進入該區域。當模具退出後，頂針區域形成開孔，把敏感單元暴露在空氣中，傳感空氣的溼度。由於晶片厚度和封裝的金屬框架厚度有不均勻性，晶片的高度將變化，故此頂針壓迫晶片的這個工藝通常或因壓力過大將晶片壓碎，或因晶片高度太低頂針壓力過小而引入塑封材料，從而造成大批不良或廢品。

技術實現要素：

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種保持傳感器工作的穩定性、提高測量精確度、降低廢品率的溼敏傳感器的製造方法以及使用該方法製造的溼敏傳感器。

為解決上述技術問題，本發明提供一種溼敏傳感器的製造方法，包括如下步驟：

步驟1，在矽片襯底上製備導電零層；

步驟2，在導電零層上澱積第一氧化矽介質層；

步驟3，對第一氧化矽介質層進行光刻和刻蝕，在第一氧化矽介質層上開出貫穿第一氧化矽介質層的第一接觸孔；

步驟4，在第一氧化矽介質層上用物理氣相沉積法澱積第一金屬薄膜層，第一接觸孔連接第一金屬薄膜層與導電零層；

步驟5，對第一金屬薄膜層進行光刻和幹法刻蝕，形成加熱電阻；

步驟6，在第一金屬薄膜層上用等離子體增強化學氣相沉積法澱積第二氧化矽介質層，

步驟7，對第二氧化矽介質層進行光刻和刻蝕，在第二氧化矽介質層上開出貫穿第二氧化矽介質層的第二接觸孔；

步驟8，在第二氧化矽介質層上用物理氣相沉積法澱積第二金屬薄膜層，第二接觸孔連接第二金屬薄膜層與第一金屬薄膜層；

步驟9，對第二金屬薄膜層進行光刻和幹法刻蝕，形成叉指電容結構；

步驟10，在第二金屬薄膜層上用等離子體增強化學氣相沉積法澱積第三氧化矽介質層；

步驟11，在第三氧化矽介質層上塗布溼敏聚醯亞胺薄膜材料，用烘烤使得溼敏聚醯亞胺薄膜材料固化；

步驟12，在溼敏聚醯亞胺薄膜材料上塗布光敏聚醯亞胺薄膜材料並進行光刻，暴露溼敏電容的區域和接觸孔區域；用烘烤使得光敏聚醯亞胺薄膜材料固化；

步驟13，對溼敏聚醯亞胺薄膜材料進行光刻，在溼敏聚醯亞胺薄膜材料上形成接觸孔圖形；

步驟14，對位於接觸圖形下方的第三氧化矽介質層進行幹法刻蝕，在第三氧化矽介質層上開出貫穿第三氧化矽介質層的第三接觸孔；

步驟15，連接線的一端伸入第三接觸孔內，與第二金屬薄膜層連接，另一端與外面電路連接。

優選地，導電零層的材質為摻雜半導體，金屬鎢、鎢鈦合金或鋁銅合金，厚度為200納米～1000微米。

優選地，第一氧化矽介質層以等離子體增強化學氣相沉積法或熱氧化法製備；第一氧化矽介質層的厚度為200納米～2微米。

優選地，第二氧化矽介質層的厚度為100納米～1000納米。

優選地，第三氧化矽介質層的厚度為100納米～500納米。

優選地，第一金屬薄膜層的厚度為200納米～1微米，第一金屬薄膜層的材質為金屬鎢或鎢鈦合金。

優選地，第二金屬薄膜層的厚度為200納米～2微米，第二金屬薄膜層的材質為金屬鎢、鎢鈦合金或鋁銅合金。

優選地，步驟11中，溼敏性聚醯亞胺厚度為1微米～10微米，用真空烘烤使得溼敏聚醯亞胺薄膜材料固化，烘烤溫度為300℃～400℃，時間為60分鐘～300分鐘，烘烤氣氛為真空或氮氣；

步驟12中的光敏性聚醯亞胺厚度為10微米～50微米；烘烤溫度為300℃～400℃，時間為60分鐘～300分鐘，烘烤氣氛為真空或氮氣。

優選地，加熱電阻的阻值為200歐姆～2000歐姆。

一種傳感器，所述傳感器採用溼敏傳感器的製造方法製造。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1)加熱電阻可以使得溼度傳感器產品增加一個功能，即在溼敏電容進水，或長時間暴露在高溼環境時，使用「重置」功能可以將溼敏電容加熱，把過多的水分蒸發掉，使溼度傳感器恢復正常功能。

2)電容屏蔽結構可以使得溼敏電容值測量更加準確。

3)增加較厚的聚醯亞胺壓力緩衝層，可以減輕塑封模具的頂針對晶片的壓力，防止晶片因壓力過大被壓破，或因壓力過小而滲漏塑封材料，從而提高產品量率。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特徵目的和優點將會變得更明顯。

圖1為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖一；

圖2為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖二；

圖3為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖三；

圖4為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖四；

圖5為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖五；

圖6為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖六；

圖7為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖七；

圖8為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖八；

圖9為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖九；

圖10為本發明溼敏傳感器的製造方法示意圖十。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。以下實施例將有助於本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變化和改進。這些都屬於本發明的保護範圍。

如圖1～圖10所示，本發明溼敏傳感器的製造方法，包括：步驟1：製備導電零層：在摻雜濃度較輕的n型或p型矽襯底1上用傳統的離子注入工藝對表面做n+或p+濃摻雜，退火後形成n+或p+層2。該層材料也可以是已經整體濃摻雜的n+或p+矽襯底，也可以是另外一層導電金屬零層。該層材料覆蓋矽片全部，以後通過第一接觸孔4，第一金屬薄膜層5，第二接觸孔7以及第二金屬薄膜層8連接在一起，接入地線，可以在電容底部以及周圍把電容包圍起來，形成屏蔽隔離。

步驟2：用熱氧化法或pecvd工藝澱積第一氧化矽介質層薄膜3，厚度在200納米至2微米之間。然後做第一次光刻。

步驟3：做幹法刻蝕工藝，形成第一接觸孔4。通過第一接觸孔將把下面的矽襯底導電零層1與上面的第一金屬薄膜層5連接起來。

步驟4：用pvd工藝澱積第1層金屬薄膜第一金屬薄膜層5，厚度在200納米至1微米之間，材料可以為金屬鎢，或鎢鈦合金，或其它耐高溫金屬。此層金屬部分區域與下面的矽通過第一接觸孔電連接。這一層金屬層有兩個目的：一是作為加熱電阻。二是作為連接第二金屬薄膜層/第一金屬薄膜層/矽襯底的中間層，形成隔離牆。本發明的製造流程中加入加熱電阻的結構，可以在器件長時間暴露在高溼環境或水氣時，給加熱電阻施加功率後，將溼敏電容升溫，除去過量溼氣和水分，使器件恢復正常。

步驟5：做第二次光刻。

步驟6：做幹法刻蝕，對第1層金屬薄膜第一金屬薄膜層5刻出長條形的加熱電阻圖形，電阻值在200歐姆至2000歐姆之間。部分第一金屬薄膜層起到連接下面矽襯底和上面第二金屬薄膜層的中間層。

步驟7：用pecvd方法在金屬薄膜第一金屬薄膜層5上澱積第二氧化矽介質層薄膜6，厚度在100納米至1000納米之間。

步驟8：在第二氧化矽介質層薄膜6上做第三次光刻。

步驟9：做幹法刻蝕工藝，開出第二接觸孔7。

步驟10：在第二氧化矽介質層薄膜6上用pvd工藝澱積第二金屬薄膜層8，厚度在100納米至2微米之間，材料可以為金屬鎢，或鎢鈦合金，或鋁銅合金，或其它金屬。在某些地方，該第二金屬薄膜層8覆蓋第二接觸孔7，並通過第二接觸孔與其底部的第一金屬薄膜層5電連接。一部分的第二金屬薄膜層8刻蝕後形成叉指圖形，以後形成叉指電容。

步驟11：在第二金屬薄膜層8上做第四次光刻。

步驟12：做幹法刻蝕，形成叉指結構的第二金屬薄膜層圖形，該圖形經過下面的溼敏薄膜塗布後形成溼敏電容。

步驟13：在第二金屬薄膜層8上面用pecvd工藝澱積第三氧化矽介質層薄膜9，厚度在100納米500納米之間。

步驟14：在第三氧化矽介質層9上面塗布溼敏材料10。厚度在1微米至10微米之間，用真空烘烤使得溼敏材料固化，烘烤溫度在300℃至400℃之間，時間在60分鐘到300分鐘之間。

步驟15：在溼敏材料薄膜10上面塗布另一層光敏的聚醯亞胺薄膜，同時做第5次光刻，把溼敏電容的區域和第三接觸孔區域暴露出來。聚醯亞胺薄膜厚度在10微米至50微米之間。做真空烘烤將聚醯亞胺薄膜固化，烘烤溫度在300℃至400℃之間，時間在60分鐘到300分鐘之間。這時，新結構的溼敏電容以及溼度傳感器形成。

步驟16：做第六次光刻，做出第三接觸孔12。

步驟17：利用幹法刻蝕第三接觸孔12下的第三氧化矽介質層薄膜9，把第二金屬薄膜層8暴露出來。

步驟18：第三接觸孔12暴露出來的是數個電極，包括溼敏電容的兩個電極12c，12d，加熱電阻的兩個電極12b，12e，以及接地和襯底的兩個電極12a，12f。用半導體封裝用的標準金屬銅或金焊線可以把這些金屬電極焊接到封裝的電極板17上。

步驟19：整個結構的等效電路圖見圖九，其中包括加熱電阻13，溼敏電容14，襯底接地線15。由等效電路圖可以知道，本發明的結構，可以有效把第二金屬薄膜層8，第2接觸孔7，第一金屬薄膜層5，第1接觸孔4以及襯底的n+或p+層2連接起來。當接地電位時，它們形成對電容和加熱電阻的屏蔽，從而解決了電容信號容易受到外界幹擾的問題。

步驟20：在晶片塑封裝後，溼敏傳感電容必須暴露在空氣中。為此，在塑封的工藝流程中，溼敏電容部分必須由模具18上的頂針16壓住，以防止塑料物質進入。由於晶片本身的厚度和晶片底座17厚度的非均勻性，頂針的壓力難以控制。這個過程通常或因壓力過大將晶片壓碎，或因晶片太薄壓力過小而流入塑封材料，從而造成大批不良品或廢品。本發明在晶片流程中加入20-50微米厚的聚醯亞胺薄膜11(光刻膠)，可以作為頂針壓迫晶片的緩衝層，減輕晶片被壓破的機率以及滲漏塑料材料的機率，從而提高產品生產量率。

本發明還提供了一種使用上述溼敏傳感器的製造方法製造的傳感器。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明並不局限於上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的範圍內做出各種變化或修改，這並不影響本發明的實質內容。在不衝突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特徵可以任意相互組合。