集成电容式湿度传感器制造技术

本公开提供了由电容式湿度传感器组成的半导体装置、由密封的装置组成的封装和在半导体装置内形成电容式湿度传感器的方法，该电容式湿度传感器由潮湿敏感聚合物层组成，该潮湿敏感聚合物层电接枝到定位于CMOS衬底或组合的MEMS和CMOS衬底上的导电金属层且暴露于通过钝化层的开口内。

Integrated capacitive humidity sensor

The invention provides a method of semiconductor device, composed of capacitive humidity sensor is composed of a sealed device package and formation of capacitive humidity sensor in a semiconductor device, the capacitive humidity sensor is composed of a moisture sensitive polymer layer, the conductive metal layer moisture sensitive polymerization graft layer to the substrate or combination in CMOS the MEMS and CMOS substrates and exposed to the passivation layer in the opening.

【技术实现步骤摘要】
集成电容式湿度传感器
本公开大体上涉及用于化学感测的结构，并且更具体地说，涉及例如集成到互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底或相似的结构中的电容式湿度传感器。
技术介绍
在很多自动化工业过程和气候控制系统中，常常必须感测和控制环境湿度水平。电容式相对湿度传感器广泛用于各种应用领域中，例如仪器、自动化系统和气候学，以监测和检测湿度水平。当暴露于周围区域的大气湿度条件时，湿度传感器利用敏感材料(例如，介电聚合物)的物理和电特性中的改变。原则上，通过电容型有机聚合物膜湿度传感器，吸附的水蒸气占据聚合物分子之间的自由空间，并且聚合物的介电常数与吸附的水的量成比例地线性改变。因此，基于水分子的吸附或解吸附的量和感测材料的介电常量的所得变化，以及因此该感测材料的电容中的改变，电容型湿度传感器提供湿度的测量值。因此，通过测量感测材料的电容的改变来直接检测湿度改变。一般而言，电容传感器的典型配置是或者每侧上具有两个电极表面的夹层结构，或者具有梳状电镀物品和沉积于梳状电镀物品之间的感测材料(例如，介电聚合物)的叉指形结构。已经进行各种尝试以将湿度和其它化学电容传感器集成到CMOS结构中。例如，已经通过形成底部电极、沉积化学敏感聚合物层(例如，聚酰亚胺)，且然后图案化一组顶部电极(例如，导体)来制作电容式湿度传感器。然而，该结构难以与测试电子器件集成。此外，将敏感材料层放置在两个金属层之间需要超出传统CMOS的大量处理。另一个尝试涉及用化学敏感聚合物涂覆叉指形金属电极。虽然该做法消除在敏感层上面和下面具有金属的必要性，但是通过衬底在电极之下创建大型并联电容。产生到CMOS结构中的集成化学电容传感器的另一个技术涉及选择性蚀刻CMOS的介电质，以暴露核心金属层(串联电连接在两个其它金属粘附层之间)。然后蚀刻暴露的核心金属层，以形成两个金属粘附层之间的空腔。然后用能够选择性地吸附将被感测的化学制品的环境敏感介质材料充满空腔。对于湿度应用，使用聚合物例如聚酰亚胺、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚(对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚砜(PSF)、乙酸丁酸纤维素(CAB)和聚乙炔基芴醇(PEFI)。然后，金属粘附层用作环境敏感电容器的顶部电极和底部电极。然而，该方法需要CMOS过程流程的修改，以接纳湿度传感器的并入。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于形成半导体装置的方法，包括：在IC衬底的表面上形成第一导电金属层；将潮湿敏感聚合物层电接枝到所述第一导电金属层上；以及在所述衬底上方形成钝化层，其中所述聚合物层通过所述钝化层中的一个或多个开口暴露；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。可选地，所述电接枝包括：将含水的酸性电接枝组合物施加到所述第一导电金属层的表面，其中所述组合物包括溶剂、芳基重氮盐、乙烯基酯单体化合物和酸性组分，以维持1到2的pH；以及将电势施加到所述金属层的所述表面以形成芳基的引物层，然后将乙烯基单体附加和聚合到所述引物层上，以形成所述金属层的所述表面上的电接枝聚合物层。可选地，所述聚合物层包括聚乙烯酯。可选地，从由聚乙烯甲基丙烯酸脂(PVM)、聚苯甲酸乙烯酯(PVG)、聚乙烯巴豆酸酯(PVCr)、聚乙烯肉桂酸酯(PVCi)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)构成的组中选择所述聚乙烯酯，以及所述聚乙烯酯包括由羧基(-COOH)、羟基(-OH)和胺基(-NH2)基团构成的组中选择的官能团。可选地，所述第一导电金属层包括一对叉指形感测电极，并且所述聚合物层电接枝到所述对感测电极。可选地，所述导电金属层包括从由钛、铂和金及其组合构成的组中选择的金属。可选地，所述IC衬底包括CMOS衬底或ASIC衬底。可选地，在电接枝所述聚合物层之前，另外包括，在所述衬底上的绝缘层上方形成所述第一导电金属层；以及在所述第一导电金属层上方形成图案化掩模；其中所述聚合物层电接枝到所述第一导电金属层的暴露区域上。可选地，在电接枝所述聚合物层之后，另外包括，选择性地去除所述掩模和在所述掩模下面的导电金属层以暴露所述衬底上的所述绝缘层；在所述绝缘层和所述聚合物层上方形成第二导电金属层；图案化所述第二导电金属层以形成包括接触区域的RDL层；在所述RDL层上方形成钝化层；形成通过所述钝化层的开口以暴露所述RDL层的所述接触区域；在所述开口内的所述接触区域上形成UBM结构；以及通过所述钝化层和在所述钝化层下面的所述RDL层形成多个开口以暴露所述聚合物层；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。可选地，在电接枝所述聚合物层之前，另外包括，在所述衬底上的绝缘层上方形成所述第一导电金属层；以及掩模和图案化所述第一导电金属层以形成一对叉指形感测电极；以及通过暴露的所述叉指形感测电极在所述衬底上方形成图案化光致抗蚀剂掩模；其中所述聚合物层被电接枝到所暴露的叉指形感测电极上。可选地，在电接枝所述聚合物层之后，另外包括，去除所述掩模以暴露所述衬底上的所述绝缘层；在所述绝缘层和所述聚合物层上方形成第二导电金属层；图案化所述第二导电金属层以形成包括接触区域的RDL层；在所述RDL层和所述聚合物层上方形成钝化层；形成通过所述钝化层的开口以暴露所述RDL层和所述聚合物层的所述接触区域；以及在所述开口内的所述接触区域上形成UBM结构；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。可选地，在电接枝所述聚合物层之后，另外包括，在所述聚合物层上方形成第二导电材料层；在所述第二导电材料层上方形成钝化层；以及形成通过所述钝化层和底层第二导电层的开口中的一个或多个开口以暴露所述聚合物层；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。根据本专利技术的第二方面，提供一种半导体装置，包括：潮湿敏感聚合物层，所述潮湿敏感聚合物层电接枝到定位于IC衬底上的第一导电金属层，并且通过钝化层暴露于一个或多个开口内；其中当所述潮湿敏感聚合物层暴露于环境空气时，所述潮湿敏感聚合物层充当电容式湿度感测元件。可选地，所述潮湿敏感聚合物层暴露于通过所述钝化层和在所述钝化层下面的所述RDL层的开口内。可选地，所述潮湿敏感聚合物层电接枝到一对叉指形感测电极，并且所述潮湿敏感聚合物层暴露于通过所述钝化层的一个或多个开口内。可选地，半导体装置包括：包括在上表面上的绝缘层的IC衬底；在所述绝缘层上方的所述第一导电金属层；电接枝到所述第一导电金属层的所述潮湿敏感聚合物层；覆盖所述潮湿敏感聚合物层的部分的RDL层；覆盖所述RDL层的钝化层；以及开口，所述开口延伸穿过所述钝化层和底层RDL层，其中所述聚合物在所述开口内暴露于环境空气；其中所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。根据本专利技术的第三方面，提供一种密封的半导体装置封装，包括：半导体装置，所述半导体装置包括潮湿敏感聚合物层，所述潮湿敏感聚合物层电接枝到定位于IC衬底上的导电金属层且暴露于钝化层中的一个或多个开口内；以及密封剂，除了暴露于所述钝化层中的所述一个或多个开口内的所述潮湿敏感聚合物层之外，所述密封剂围绕所述装置；其中当所述潮湿敏感聚合物层暴露于环境空气时，所述潮湿敏感聚合物层充当电容式湿度感测元件。可选地，所述密封的半导体装置被安装在衬底上，并且本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于形成半导体装置的方法，其特征在于，包括：在IC衬底的表面上形成第一导电金属层；将潮湿敏感聚合物层电接枝到所述第一导电金属层上；以及在所述衬底上方形成钝化层，其中所述聚合物层通过所述钝化层中的一个或多个开口暴露；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。

【技术特征摘要】
2016.02.25 US 15/053,4561.一种用于形成半导体装置的方法，其特征在于，包括：在IC衬底的表面上形成第一导电金属层；将潮湿敏感聚合物层电接枝到所述第一导电金属层上；以及在所述衬底上方形成钝化层，其中所述聚合物层通过所述钝化层中的一个或多个开口暴露；其中当所述聚合物层暴露于环境空气时，所述聚合物层充当电容式湿度感测元件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电接枝包括：将含水的酸性电接枝组合物施加到所述第一导电金属层的表面，其中所述组合物包括溶剂、芳基重氮盐、乙烯基酯单体化合物和酸性组分，以维持1到2的pH；以及将电势施加到所述金属层的所述表面以形成芳基的引物层，然后将乙烯基单体附加和聚合到所述引物层上，以形成所述金属层的所述表面上的电接枝聚合物层。3.一种半导体装置，其特征在于，包括：潮湿敏感聚合物层，所述潮湿敏感聚合物层电接枝到定位于IC衬底上的第一导电金属层，并且通过钝化层暴露于一个或多个开口内；其中当所述潮湿敏感聚合物层暴露于环境空气时，所述潮湿敏感聚合物层充当电容式湿度感测元件。4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述潮湿敏感聚合物层暴露于通过所述钝化层和在所述钝化层下面的所述RDL层的开口内。5.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，所述潮湿敏感聚合物层电接枝到...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青，穆罕默德·马赫布卜·乔杜里，古尔·泽布，
申请(专利权)人：恩智浦美国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US