濕敏傳感器的制造方法以及使用該方法制造的濕敏傳感器與流程

本發明涉及一種傳感器的制造方法，特別是一種濕敏傳感器的制造方法以及使用該方法制造的濕敏傳感器。

背景技術：

用濕敏電容制作濕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，傳統的濕度傳感器有幾個問題：(1)有時候濕度傳感器意外進水，或長時間暴露在高濕環境工作，濕度傳感器將工作異常。(2)傳統的濕度傳感器的濕敏電容值比較小，抗外界的干擾能力弱，誤差比較大，因此測量精度不能提高。(3)濕度傳感器封裝后，需要留有窗口使得敏感單元與外界連接。為了在塑封時制造這個窗口，模具需要有頂針壓迫芯片，使得塑料物質不能進入該區域。當模具退出后，頂針區域形成開孔，把敏感單元暴露在空氣中，傳感空氣的濕度。由于芯片厚度和封裝的金屬框架厚度有不均勻性，芯片的高度將變化，故此頂針壓迫芯片的這個工藝通常或因壓力過大將芯片壓碎，或因芯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、降低廢品率的濕敏傳感器的制造方法以及使用該方法制造的濕敏傳感器。

為解決上述技術問題，本發明提供一種濕敏傳感器的制造方法，包括如下步驟：

步驟1，在硅片襯底上制備導電零層；

步驟2，在導電零層上淀積第一氧化硅介質層；

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

步驟4，在第一氧化硅介質層上用物理氣相沉積法淀積第一金屬薄膜層，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干法刻蝕，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淀積第二氧化硅介質層，

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

步驟8，在第二氧化硅介質層上用物理氣相沉積法淀積第二金屬薄膜層，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干法刻蝕，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淀積第三氧化硅介質層；

步驟11，在第三氧化硅介質層上涂布濕敏聚酰亞胺薄膜材料，用烘烤使得濕敏聚酰亞胺薄膜材料固化；

步驟12，在濕敏聚酰亞胺薄膜材料上涂布光敏聚酰亞胺薄膜材料并進行光刻，暴露濕敏電容的區域和接觸孔區域；用烘烤使得光敏聚酰亞胺薄膜材料固化；

步驟13，對濕敏聚酰亞胺薄膜材料進行光刻，在濕敏聚酰亞胺薄膜材料上形成接觸孔圖形；

步驟14，對位于接觸圖形下方的第三氧化硅介質層進行干法刻蝕，在第三氧化硅介質層上開出貫穿第三氧化硅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，第一氧化硅介質層以等離子體增強化學氣相沉積法或熱氧化法制備；第一氧化硅介質層的厚度為200納米～2微米。

優選地，第二氧化硅介質層的厚度為100納米～1000納米。

優選地，第三氧化硅介質層的厚度為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，濕敏性聚酰亞胺厚度為1微米～10微米，用真空烘烤使得濕敏聚酰亞胺薄膜材料固化，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中的光敏性聚酰亞胺厚度為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，所述傳感器采用濕敏傳感器的制造方法制造。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1)加熱電阻可以使得濕度傳感器產品增加一個功能，即在濕敏電容進水，或長時間暴露在高濕環境時，使用“重置”功能可以將濕敏電容加熱，把過多的水分蒸發掉，使濕度傳感器恢復正常功能。

2)電容屏蔽結構可以使得濕敏電容值測量更加準確。

3)增加較厚的聚酰亞胺壓力緩沖層，可以減輕塑封模具的頂針對芯片的壓力，防止芯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，本發明的其它特征目的和優點將會變得更明顯。

圖1為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖一；

圖2為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖二；

圖3為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖三；

圖4為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖四；

圖5為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖五；

圖6為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖六；

圖7為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖七；

圖8為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖八；

圖9為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖九；

圖10為本發明濕敏傳感器的制造方法示意圖十。

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。以下實施例將有助于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。這些都屬于本發明的保護范圍。

如圖1～圖10所示，本發明濕敏傳感器的制造方法，包括：步驟1：制備導電零層：在摻雜濃度較輕的n型或p型硅襯底1上用傳統的離子注入工藝對表面做n+或p+濃摻雜，退火后形成n+或p+層2。該層材料也可以是已經整體濃摻雜的n+或p+硅襯底，也可以是另外一層導電金屬零層。該層材料覆蓋硅片全部，以后通過第一接觸孔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工藝淀積第一氧化硅介質層薄膜3，厚度在200納米至2微米之間。然后做第一次光刻。

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

步驟4：用pvd工藝淀積第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硅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/硅襯底的中間層，形成隔離墻。本發明的制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濕環境或水氣時，給加熱電阻施加功率后，將濕敏電容升溫，除去過量濕氣和水分，使器件恢復正常。

步驟5：做第二次光刻。

步驟6：做干法刻蝕，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硅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上淀積第二氧化硅介質層薄膜6，厚度在100納米至1000納米之間。

步驟8：在第二氧化硅介質層薄膜6上做第三次光刻。

步驟9：做干法刻蝕工藝，開出第二接觸孔7。

步驟10：在第二氧化硅介質層薄膜6上用pvd工藝淀積第二金屬薄膜層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，并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刻蝕后形成叉指圖形，以后形成叉指電容。

步驟11：在第二金屬薄膜層8上做第四次光刻。

步驟12：做干法刻蝕，形成叉指結構的第二金屬薄膜層圖形，該圖形經過下面的濕敏薄膜涂布后形成濕敏電容。

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

步驟14：在第三氧化硅介質層9上面涂布濕敏材料10。厚度在1微米至10微米之間，用真空烘烤使得濕敏材料固化，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：在濕敏材料薄膜10上面涂布另一層光敏的聚酰亞胺薄膜，同時做第5次光刻，把濕敏電容的區域和第三接觸孔區域暴露出來。聚酰亞胺薄膜厚度在10微米至50微米之間。做真空烘烤將聚酰亞胺薄膜固化，烘烤溫度在300℃至400℃之間，時間在60分鐘到300分鐘之間。這時，新結構的濕敏電容以及濕度傳感器形成。

步驟16：做第六次光刻，做出第三接觸孔12。

步驟17：利用干法刻蝕第三接觸孔12下的第三氧化硅介質層薄膜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，包括濕敏電容的兩個電極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，濕敏電容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干擾的問題。

步驟20：在芯片塑封裝后，濕敏傳感電容必須暴露在空氣中。為此，在塑封的工藝流程中，濕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。由于芯片本身的厚度和芯片底座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芯片壓碎，或因芯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。本發明在芯片流程中加入20-50微米厚的聚酰亞胺薄膜11(光刻膠)，可以作為頂針壓迫芯片的緩沖層，減輕芯片被壓破的幾率以及滲漏塑料材料的幾率，從而提高產品生產量率。

本發明還提供了一種使用上述濕敏傳感器的制造方法制造的傳感器。

以上對本發明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，本領域技術人員可以在權利要求的范圍內做出各種變化或修改，這并不影響本發明的實質內容。在不沖突的情況下，本申請的實施例和實施例中的特征可以任意相互組合。