包含具有完全周向粘合的膜的传感器制造技术

实施方案涉及一种化学传感器和一种制造化学传感器的方法，所述化学传感器包括具有完全周向粘合的膜。所述化学传感器装置包括硅基材，所述硅基材包括传感器侧和背侧。所述传感器侧包括传感器侧电极；设置在基材上的第一钝化层；和在第一钝化层上且邻近传感器侧电极的第二钝化层，所述钝化层包括暴露第一钝化层的一部分的粘合沟槽，和设置在第二钝化层上的聚酰亚胺环。所述背侧包括在基材背侧上的背侧电极。所述基材包括电连接传感器侧电极和背侧电极的电绝缘掺杂区诸如穿硅通孔。

Sensors Containing Films with Full Circumferential Bonding

The implementation scheme relates to a chemical sensor and a method for manufacturing a chemical sensor comprising a film with full circumferential adhesion. The chemical sensor device comprises a silicon substrate comprising a sensor side and a back side. The sensor side comprises a sensor side electrode; a first passivation layer disposed on the substrate; and a second passivation layer disposed on the first passivation layer and adjacent to the sensor side electrode. The passivation layer comprises an adhesive groove that exposes part of the first passivation layer and a polyimide ring disposed on the second passivation layer. The dorsal side includes a dorsal electrode on the dorsal side of the substrate. The substrate includes an electrical insulating doping area, such as through-hole through silicon, that electrically connects the side electrode of the sensor and the back electrode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含具有完全周向粘合的膜的传感器
本公开涉及膜粘合沟槽，且更具体地讲，涉及包含具有完全周向粘附到基材的膜的化学传感器。
技术介绍
化学传感器可以使用半导体技术制造。半导体制造的使用可以引起化学传感器尺寸的减小以及化学传感器的大规模制造，从而降低每个传感器的单位成本。更一般而言，使用半导体制造来制造传感器产生与其对电路相同或类似的益处：每个传感器的低成本、小尺寸和高度可再现行为。半导体制造还有助于集成信号调节、补偿电路和致动器(即，整个感测和控制系统)，其可以大幅改善传感器性能而几乎不增加成本。半导体制造技术还提供对层厚度和横向尺寸的精确控制，使得传感器可以小型化，并且因此它们将具有控制良好的特性。通过使传感器变小，可以用少量校准溶液来校准它们。样品体积可能很小(这在测试水时可能并不重要，但在测试诸如来自新生儿的血液样品的其他溶液时可能很重要)。传感器的操作还需要在样品之间进行冲洗，并储存在受控溶液中。如果传感器小型化(因为它们位于硅基材上)，所有这些溶液的体积可以更小。专利技术概述可以使用离子载体掺杂的聚合物膜制造化学传感器，诸如离子选择性电极(ISE)。聚合物膜不能很好地粘合到氮化硅表面，所述氮化硅表面通常用于使硅模绝缘并保护硅和其他导电层免受被测溶液和电极与膜之间的内部填充溶液的影响。与氮化硅相比，二氧化硅对聚合物膜提供更高水平的粘合力。然而，二氧化硅吸收水，这使得其是电子器件的不良密封剂。本公开描述聚合物膜与固态液体化学传感器的表面的粘合，从而使传感器更可靠且稳固，并且使传感器具有更久的寿命。实施方案的各方面涉及一种传感器装置。所述传感器装置可以是离子选择性化学传感器。传感器装置可以包括基材，所述基材包括传感器侧和背侧。传感器侧可以包括传感器侧电极；设置在基材上的第一钝化层；在第一钝化层上且邻近传感器侧电极的第二钝化层，所述第二钝化层包括暴露第一钝化层的一部分的粘合沟槽。背侧可以包括在基材背侧上的背侧电极。基材可以包括电连接传感器侧电极和背侧电极的穿硅通孔(TSV)。实施方案的各方面涉及一种传感器装置。所述传感器装置可以是离子选择性化学传感器。传感器装置可以包括基材，所述基材包括传感器侧和背侧。传感器侧可以包括传感器侧电极；设置在基材上的第一钝化层；在所述第一钝化层上且邻近所述传感器侧电极的第二钝化层，所述第二钝化层包括暴露第一钝化层的一部分的粘合沟槽，和设置在第二钝化层上的聚酰亚胺环。背侧可以包括在基材背侧上的背侧电极。基材可以包括电连接传感器侧电极和背侧电极的穿硅通孔(TSV)。实施方案的各方面涉及一种用于形成传感器装置的方法。所述方法可以包括提供硅基材，所述硅基材包括电绝缘掺杂区(与具有SiO2的基材电绝缘，硅基材还包括正侧和背侧，所述正侧包括正侧钝化层，所述背侧包括背侧钝化层；蚀刻背侧钝化层的一部分以暴露在硅基材背侧上的电绝缘掺杂区的一部分；在硅基材背侧的电绝缘掺杂区上形成背侧电极；蚀刻正侧钝化层的一部分以暴露在硅基材正侧上的电绝缘掺杂区的一部分；在硅基材正侧上暴露的电绝缘掺杂区的部分上方形成正侧电极；在正侧第一钝化层的至少一部分上形成第二钝化层；蚀刻在传感器侧电极周围的第二钝化层中的沟槽以暴露正侧钝化层的一部分；在沟槽和传感器侧电极之间形成第一环(例如，SU-8或聚酰亚胺或其他材料环)；和在沟槽周围形成第二环(例如，SU-8或聚酰亚胺或其他材料环)。在一些实施方案中，第一钝化层包含二氧化硅。在一些实施方案中，第二钝化层包含氮化硅和任选的二氧化硅。在一些实施方案中，传感器侧电极包含在银上的氯化银。在一些实施方案中，背侧电极包含金。在一些实施方案中，TSV包括与基材的其余部分绝缘的p型掺杂的硅。在一些实施方案中，第一环限定第一直径，并且其中粘合沟槽限定大于第一直径的第二直径。一些实施方案还可以包括设置在聚酰亚胺环内的传感器侧电极上的水凝胶缓冲溶液。在一些实施方案中，聚酰亚胺环是第一聚酰亚胺环，传感器装置包括围绕粘合沟槽和第一聚酰亚胺环的第二聚酰亚胺环。一些实施方案还可以包括覆盖粘合沟槽并容纳在第二聚酰亚胺环内的聚合物膜。在一些实施方案中，聚合物膜包含离子载体。在一些实施方案中，聚合物膜包括离子选择性膜。在一些实施方案中，聚合物膜接触粘合沟槽内的第一钝化层。一些实施方案还可以包括设置在第一钝化层的在粘合沟槽内暴露的那部分上的一个或多个粘合层，其中聚合物膜与粘合层接触。一些实施方案还可以包括在第一聚酰亚胺环内的正侧电极上形成水凝胶内部缓冲液。一些实施方案还包括在传感器侧电极上方、在沟槽中和在第二聚酰亚胺环内形成聚合物膜。在一些实施方案中，形成传感器侧电极还可以包括在硅基材正侧上暴露的电绝缘掺杂区上形成铂层；在铂层上形成银层；和在银层上形成氯化银层。在一些实施方案中，基材包含硅或玻璃或陶瓷中的一种。附图简述图1是根据本公开的实施方案的传感器装置的示意图。图2是根据本公开的实施方案的包括聚合物膜的传感器装置的示意图。图3是根据本公开的实施方案的传感器装置的自顶向下视图的示意图。图4是根据本公开的实施方案的包含具有完全周向粘附到基材的膜的化学传感器的示意图。图5A-B是根据本公开实施方案的用于在传感器装置上形成背侧电极的工艺流程的示意图。图6A-C是根据本公开的实施方案的用于形成包含具有完全周向粘附到基材的膜的化学传感器的工艺流程的示意图。专利技术详述可以使用离子载体掺杂的聚合物膜制造化学传感器，诸如离子选择性电极(ISE)。例如，ISE可以使用含有用于检测钾的离子载体缬氨霉素或用于检测钠的4-叔丁基杯[4]芳烃-四乙酸四乙酯的离子选择性聚合物膜。离子载体是分析物的选择性结合位点。聚合物膜在传感器电极和分析物溶液之间建立屏障。聚合物膜有助于将分析物引入离子载体，离子载体结合带电离子，在聚合物膜内部和外部水溶液之间产生电荷分离。可以测量电荷分离以确定特定分析物的存在。聚合物膜不能很好地粘合到氮化硅表面，所述氮化硅表面通常用于使硅绝缘并保护硅和其他导电层免受被测溶液和电极与膜之间的内部填充溶液的影响。另外，与氮化硅相比，聚合物膜更好地粘合到二氧化硅。在本公开中，在保护性氮化硅中形成沟槽以暴露二氧化硅钝化层。沟槽围绕整个银/氯化银电极。聚合物膜可以沉积在电极上(或在水凝胶缓冲溶液上)以形成附着到整个电极周围的粘合环的无缝膜。使得银/氯化银电极与从传感器侧到背侧穿过硅基材的导电通孔(例如，穿硅通孔)电接触。通过使用通过通孔电连接到银/银电极的背侧电极，沟槽(这里也称为粘合沟槽)可以完全环绕有源传感器，从而使膜与表面的粘合性差的区域最小化。聚酰亚胺SU-8或其他高纵横比光聚合物可以用于形成结构(例如，聚酰亚胺环)以“容纳”沉积的膜混合物(例如，通过表面张力)。图1是根据本公开的实施方案的传感器装置100的示意图。图1中所示的示意图未按比率绘制，因为缩放图示将使装置架构最小化。传感器装置100包括基材102。基材102可以包含硅104，例如硅<100>。基材102包括“传感器侧”101和“背侧”103。传感器侧101可以包括传感器侧第一钝化层106，其可以是二氧化硅(SiO2)层106。基材背侧103还可以包括背侧钝化层108，其可以是二氧化硅108。术语“层”在整个本公开中使用并且意图包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器装置，其包括：硅基材，其包括传感器侧和背侧；所述传感器侧包括：传感器侧电极；设置在基材上的第一钝化层；在第一钝化层上且邻近传感器侧电极的第二钝化层，所述第二钝化层包括暴露第一钝化层的一部分的粘合沟槽，和设置在第二钝化层上的聚酰亚胺环；所述背侧包括：在基材的背侧上的背侧电极；并且所述基材包括电连接传感器侧电极和背侧电极的穿硅通孔(TSV)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.07 US 15/2043711.一种传感器装置，其包括：硅基材，其包括传感器侧和背侧；所述传感器侧包括：传感器侧电极；设置在基材上的第一钝化层；在第一钝化层上且邻近传感器侧电极的第二钝化层，所述第二钝化层包括暴露第一钝化层的一部分的粘合沟槽，和设置在第二钝化层上的聚酰亚胺环；所述背侧包括：在基材的背侧上的背侧电极；并且所述基材包括电连接传感器侧电极和背侧电极的穿硅通孔(TSV)。2.权利要求1的传感器装置，其中所述第一钝化层包含二氧化硅。3.权利要求1的传感器装置，其中所述第二钝化层包含氮化硅和任选的二氧化硅。4.权利要求1的传感器装置，其中所述传感器侧电极包含在银上的氯化银。5.权利要求1的传感器装置，其中所述背侧电极包含金。6.权利要求1的传感器装置，其中所述TSV包含与基材的其余部分绝缘的p型掺杂的硅。7.权利要求6的传感器装置，其中所述TSV通过在p型掺杂的硅TSV和硅基材之间的钝化层与硅基材绝缘。8.权利要求1的传感器装置，其中所述聚酰亚胺环限定第一直径，并且其中粘合沟槽限定大于第一直径的第二直径。9.权利要求1的传感器装置，其还包括设置在聚酰亚胺环内的传感器侧电极上的水凝胶缓冲溶液。10.权利要求1的传感器装置，其中所述聚酰亚胺环是第一聚酰亚胺环，所述传感器装置包括围绕粘合沟槽和第一聚酰亚胺环的第二聚酰亚胺环。11.权利要求10的传感器装置，其还包括覆盖传感器侧电极和粘合沟槽的聚合物膜，其中所述聚合物膜包含在第二聚酰亚胺环内。12.权利要求11的传感器装置，其中所述聚合物膜包含离子载体。13.权利要求11的传感器装置，其中所述聚合物膜包括离子选择性膜。14.权利要求11的传感器装置，其中所述聚合物膜接触粘合沟槽内的第一钝化层。15.权利要求11的传感器装置，其还可以包括设置在第一钝化层的在粘合沟槽内暴露的那部分上的粘合层，其中所述聚合物膜与粘合层接触。16.一种形成传感器装置的方法，所述方法包括：提供硅基材，所述硅基材包括穿硅通孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：RB布朗，O诺瓦克，
申请(专利权)人：易感公司，
类型：发明
国别省市：美国,US