集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法，其利用传统的低成本的半导体工艺技术在标准的硅片上制造出一种特殊的结构，可以同时测量气体和湿度。利用本发明专利技术的应用中，使用者通过分析可以用湿度数据对气体的数据进行修正，从而提高气体的测量精度，降低成本，体积和功耗。

Integrated humidity sensor and multi unit gas sensor and manufacturing method thereof

The present invention provides an integrated humidity sensor and gas sensor unit and its manufacturing method, the use of semiconductor technology and low cost of traditional manufacturing a special structure in the standard wafer, can simultaneously measure the gas and humidity. In the application of the invention, the user can modify the data of the gas with the humidity data through analysis, thereby improving the measuring accuracy of the gas, reducing the cost, the volume and the power consumption.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属氧化物检测气体的传感器领域，具体地，涉及集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法。
技术介绍
环境的质量与人们的生活和工作舒适度，健康息息相关。近几年来，随着人们对环境的要求越来越高，人们希望能有简单可靠，价格便宜的方法和产品检测环境空气的质量，比如一氧化碳、可燃性气体、乙醇、NO2等的不适或有毒气体在空气中的含量。用金属氧化物检测气体的传感器已经被研究多时，相关的专利也有申请和授予专利权。但是，因为气敏特性与湿度有关，如果要精确利用金属氧化物电阻的气敏特性检测气体，需要精确测量环境湿度。因此，通常的使用者必须在一个系统设备中使用两个器体，一个湿度传感器和一个气体传感器。本专利技术的方法可以把金属氧化物气敏电阻和高分子材料的湿敏电容同时做在同一硅片上，形成单一器件，体积小，功耗低，精度高，使用者可以同时获得环境湿度和气体如种类，浓度等数据。在此基础上，可以更精确的检测多种气体的种类和浓度。经检索，发现相关专利文献：比如申请号200710054450.9的专利申请，是关于一个用厚膜工艺把金属氧化物做在陶瓷片上的传感器的制造方法。这种方法如果要精确测量气体浓度，需要增加一个湿度传感器，利用湿度数据对气体数据进行修正。因此器件体积大，功耗高，成本高。又比如申请号CN201410397034.9的专利申请，是关于一个用MEMS的工艺制造金属氧化物传感器的制造方法。虽然此种方法使用薄膜工艺可以明显减少器件的体积和功耗，但还是需要增加一个湿度传感器，利用湿度数据对气体数据进行修正，才能得到较精确的气体数据。因此，两个器件合并一起的体积还是较大，功耗和成本较高。下面给出本领域术语的解释：(1)PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法(2)PVD：Physical Vapor Deposition，物理气相沉积法(3)光刻胶：一种对光敏感的聚酰亚胺(4)CVD：Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积法(5)光罩：一种掩模版，可以使得部分区域感光而另一部分区域不感光(6)Lift-off工艺：一种通过剥离光刻胶来制造薄膜图形的工艺(7)MEMS：微机电系统(MEMS,Micro-Electro-Mechanical System)
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法。根据本专利技术提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，包括：加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；封装步骤：进行封装。优选地，所述加热电阻层图形制造步骤，包括：步骤A：在硅片上淀积第一氧化硅薄膜层，在第一氧化硅薄膜层上淀积第一金属薄膜层；步骤B：在气敏传感器单元的制造区域中，进行光刻和干法刻蚀，把第一金属薄膜层刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形；在湿敏传感器单元的制造区域中，刻蚀全部第一金属薄膜层。优选地，所述气敏电阻制造步骤，包括：步骤C：在第一金属薄膜层及暴露的第一氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层；进行光刻和干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域中，在氮化硅薄膜层上开出第一接触孔，第一接触孔把下面的第一金属薄膜层暴露出来；在氮化硅薄膜层上淀积第二金属薄膜层；在有第一接触孔的地方，第二金属薄膜层覆盖第一接触孔，并与第一接触孔底部的第一金属薄膜层连接；步骤D：在第二金属薄膜层上面淀积第三金属薄膜层，第三金属薄膜层完全覆盖下面的第二金属薄膜层，并电连接第二金属薄膜层；步骤E：进行光刻和干法刻蚀，把第三金属薄膜层刻蚀出第三金属图形层，刻蚀停止在第二金属薄膜层上；步骤F：进行光刻和干法刻蚀，把第二金属薄膜层刻蚀出第二金属图形层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；使部分第二金属薄膜层和全部第三金属薄膜层裸露出来；在第二金属薄膜层和第三金属薄膜层上淀积第二氧化硅薄膜层，第二氧化硅薄膜层完全覆盖第三金属薄膜层；步骤G：涂布第一光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔；刻蚀第二接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第一光刻胶层上面淀积第一金属氧化物薄膜层，第一金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第一光刻胶层去除，剥离第一光刻胶层上面的第一金属氧化物薄膜层，留下来的第一金属氧化物薄膜层覆盖第二接触孔，形成第一气敏电阻；步骤H：进行真空烘烤。优选地，所述步骤G被执行一次或者多次，以分别形成一个气敏电阻或者多个气敏电阻。例如步骤G第二次被执行时：涂布第二光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第三接触孔；刻蚀第三接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第二光刻胶层上面淀积第二金属氧化物薄膜层，第二金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第二光刻胶层去除，剥离第二光刻胶层上面的第二金属氧化物薄膜层，留下来的第二金属氧化物薄膜层覆盖第三接触孔，形成第二气敏电阻。优选地，所述湿敏电容制造步骤，包括：步骤I：在湿敏传感器制造区域中，涂布高分子湿敏材料层，做光刻，做出湿敏电容的图形；步骤J：做真空烘烤。优选地，所述封装步骤，包括：步骤K：做光刻和干法刻蚀第二氧化硅薄膜层，做出多个第四接触孔，把第三金属图形层暴露出来；其中，所述多个第四接触孔对应于每个气敏电阻的四个电极以及湿敏电容的两个电极。优选地，第一氧化硅薄膜层的厚度在200纳米至2微米之间；第一金属薄膜层的厚度在200纳米至1微米之间；氮化硅薄膜层的厚度在10纳米至200纳米之间；第二金属薄膜层的厚度在100纳米至1微米之间；第三金属薄膜层的厚度在200纳米至3微米之间；第二氧化硅薄膜层的厚度在50纳米至500纳米之间；第一光刻胶111的厚度在500纳米至2微米之间；第一金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间；第二光刻胶层的厚度在500纳米至2微米之间；第二金属氧化物薄膜层的厚度在100纳米至800纳米之间。优选地，第一金属图形层在气敏传感器单元的制造区域中，在在电阻区域或加热区域为长条形，在非电阻区域、非加热区域或散热区域为叉指形。优选地，在气敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形A，叉指形图形A的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形A的左边图形、右边图形分别构成气敏传感器单元中气敏电阻的两端电极；在湿敏传感器单元的制造区域中，第二金属图形层为叉指形图形B，叉指形图形B的左边图形、右边图形不连接，且叉指形图形B的左边图形、右边图形分别构成湿敏传感器单元中湿敏电容的两端电极。根据本专利技术提供的一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器，所述集成的湿度传感器和多单元气体传感器，是使用上述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法制造得到的。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术是关于一种在单一硅片上集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法。该方法使用传统的半导体工艺技术把纳米量级的多种不同的薄膜金属氧化物气敏电阻，以及对湿度敏感的湿敏电容制作在同一硅片上，同时检测多种气体以及环境的湿度。因为气体测量的数据与环本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，包括：加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；封装步骤：进行封装。

【技术特征摘要】
1.一种集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，包括：加热电阻层图形制造步骤：在硅片上制造出第一金属图形层作为加热电阻层图形；气敏电阻制造步骤：在加热电阻层图形上制造出气敏电阻；湿敏电容制造步骤：制造出湿敏电容；封装步骤：进行封装。2.根据权利要求1所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述加热电阻层图形制造步骤，包括：步骤A：在硅片上淀积第一氧化硅薄膜层，在第一氧化硅薄膜层上淀积第一金属薄膜层；步骤B：在气敏传感器单元的制造区域中，进行光刻和干法刻蚀，把第一金属薄膜层刻出第一金属图形层作为加热电阻层图形；在湿敏传感器单元的制造区域中，刻蚀全部第一金属薄膜层。3.根据权利要求2所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，所述气敏电阻制造步骤，包括：步骤C：在第一金属薄膜层及暴露的第一氧化硅薄膜层上淀积氮化硅薄膜层；进行光刻和干法刻蚀，在气敏传感器单元的制造区域中，在氮化硅薄膜层上开出第一接触孔，第一接触孔把下面的第一金属薄膜层暴露出来；在氮化硅薄膜层上淀积第二金属薄膜层；在有第一接触孔的地方，第二金属薄膜层覆盖第一接触孔，并与第一接触孔底部的第一金属薄膜层连接；步骤D：在第二金属薄膜层上面淀积第三金属薄膜层，第三金属薄膜层完全覆盖下面的第二金属薄膜层，并电连接第二金属薄膜层；步骤E：进行光刻和干法刻蚀，把第三金属薄膜层刻蚀出第三金属图形层，刻蚀停止在第二金属薄膜层上；步骤F：进行光刻和干法刻蚀，把第二金属薄膜层刻蚀出第二金属图形层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；使部分第二金属薄膜层和全部第三金属薄膜层裸露出来；在第二金属薄膜层和第三金属薄膜层上淀积第二氧化硅薄膜层，第二氧化硅薄膜层完全覆盖第三金属薄膜层；步骤G：涂布第一光刻胶层，做光刻以在气敏传感器单元制造区域中做出第二接触孔；刻蚀第二接触孔下的第二氧化硅薄膜层，刻蚀停止在氮化硅薄膜层上；在第一光刻胶层上面淀积第一金属氧化物薄膜层，第一金属氧化物薄膜层采用气敏材料；使用溶剂把第一光刻胶层去除，剥离第一光刻胶层上面的第一金属氧化物薄膜层，留下来的第一金属氧化物薄膜层覆盖第二接触孔，形成第一气敏电阻；步骤H：进行真空烘烤。4.根据权利要求3所述的集成的湿度传感器和多单元气体传感器的制造方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖建文，
申请(专利权)人：上海申矽凌微电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31