一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器，该制造工艺包括：在第一硅晶圆上制作第一柔性衬底层，并在所述第一柔性衬底层上制作传感器单元；在第二硅晶圆的表面通过半导体工艺制作电路单元；将所述第一硅晶圆制作有传感器单元的一侧与所述第二硅晶圆制作有电路单元的一侧面对面键合，使传感器单元与电路单元建立起电连接关系而成为检测单元；对所述第二硅晶圆的背面进行处理以制作成薄硅片，并去除第一硅晶圆，制得具有检测单元的单芯片柔性传感器。本发明专利技术提出的柔性传感器制造工艺具有工艺兼容性强、可批量化生产，制作的柔性传感器结构大为简化，集成度高，性能优越，满足柔性运用的可穿戴、医疗、机器人等领域。

A flexible sensor manufacturing process and flexible sensor

【技术实现步骤摘要】
一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器
本专利技术涉及传感器
，具体涉及一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器。
技术介绍
随着人类社会向工业化、信息化、智能化的不断发展，相关领域对电子技术中的传感器提出了更高的要求，迫切需要具有柔韧、可弯曲、可拉伸的柔性传感技术，以满足可穿戴电子、医疗、机器人工业、航空航天等领域的需求。当前柔性传感技术已成为极具挑战和潜力的发展方向，在不同领域有着广阔的发展前景。当前柔性传感器在制造上仍然主要以印刷或者转印(StampTransfer)等方式制造，这些方法各自存在着不同的缺点：1)传感单元与为传感单元的敏感信号提供读出、信号调理功能的电路单元处于相互分离的状态，且仅通过外部引线方式连接，导致引线数目繁多，系统复杂，或者只能集成结构简单、性能较差的有源电路，间接导致传感器性能低下；2)制造工艺多为实验室研发性质，适合原理性研究，难以实现批量化生产制造，可靠性、质量难以保证。因此，目前柔性传感器在研发、制造、应用上发展极为缓慢，远远无法跟上产业、市场的需求。
技术实现思路
针对现有技术中所存在的不足，本专利技术提供了一种柔性传感器制造工艺及柔性传感器，用于解决传统柔性传感器难以批量化生产导致其在应用上发展缓慢的限制问题，以及解决传统柔性传感器中传感单元与电路单元通过引线方式连接导致的引线数目繁多、结构不紧凑的技术缺点。为实现上述目的，本专利技术一方面采用了如下的技术方案：一种柔性传感器制造工艺，包括：提供第一硅晶圆，在所述第一硅晶圆上制作第一柔性衬底层，并在所述第一柔性衬底层上制作传感器单元；提供第二硅晶圆，在所述第二硅晶圆的表面通过半导体工艺制作电路单元；将所述第一硅晶圆制作有传感器单元的一侧与所述第二硅晶圆制作有电路单元的一侧面对面键合，使传感器单元与电路单元建立起电连接关系而成为检测单元；对所述第二硅晶圆的背面进行处理以制作成薄硅片，并去除第一硅晶圆，制得具有检测单元的单芯片柔性传感器。另一方面，本专利技术还提供了一种柔性传感器，该柔性传感器采用上述柔性传感器制造工艺制备形成。相比于现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术的柔性传感器制造工艺采用硅基电路可以达到更高的采样频率、更低噪声的信号调理和更高密度的阵列集成，实现高帧频的柔性传感器数据读出、处理，高空间及时间分辨率的传感，保障了传感器在应用方面具有较高的可靠性和优越的性能。2、本专利技术的柔性传感器制造工艺实现了电路与传感器单元的纵向集成，使传感器的结构大为简化，集成度更高，可有效提高传感器的性能，减少传感器应用系统的复杂程度。3、本专利技术的柔性传感器制造工艺与现有的半导体工艺兼容性强，可有效解决当前柔性传感器难以批量化生产的问题，并能提高器件的良率以及生产效率。4、本专利技术的柔性传感器制造工艺实现了传感器单元与电路单元的并行制造，可有效提高器件的研发、制造周期，提高产品开发的迭代效率。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术实施例的制造工艺完成的柔性传感器整体结构示意图；图2为完成第一柔性衬底层制作后的器件结构示意图；图3为完成传感器薄膜层制作后的器件结构示意图；图4为完成传感器薄膜图形化后的器件结构示意图；图5为完成第一介质层薄膜淀积、CMP和第一连接通孔图形化后的器件结构示意图；图6为完成传感器单元后的器件结构示意图；图7为完成电路单元后的器件结构示意图；图8为完成第一硅晶圆和第二硅晶圆面对面键合后的器件结构示意图；图9为完成第二硅晶圆背面减薄后的器件结构示意图；图10为完成第二硅晶圆背面制作第二柔性衬底层后的器件结构示意图；图11为去除第一硅晶圆后的器件结构示意图。在图中：101、第一硅晶圆；102、第一柔性衬底层；103、第一电极层；104、敏感层；105、第二电极层；106、第一介质层；107、第一连接通孔；108、第一连接导电塞；109、传感器单元；201、第二硅晶圆；202、微集成电路；203、顶层金属；204、第二介质层；205、第二连接导电塞；206、第二柔性衬底层；207、电路单元；301、键合面；401、柔性传感器。具体实施方式以下结合说明书附图对本专利技术作进一步详细说明，并给出具体实施方式。本专利技术实施例提供了一种柔性传感器制造工艺，参照图2-图11，包括：提供第一硅晶圆101，在所述第一硅晶圆101上通过淀积或旋涂等方式制作第一柔性衬底层102，具体参照图2所示；在所述第一硅晶圆101的第一柔性衬底层102上通过淀积或旋涂等方式依次制作第一电极层薄膜103、敏感层薄膜104和第二电极层薄膜105，形成传感器薄膜层，具体参照图3所示；对所述传感器薄膜层依次进行第一图形化工艺和第二图形化工艺，以形成若干间隔分布且由第一电极层103、敏感层104和第二电极层105构成的传感雏形，所述第一电极层103的截面积大于第二电极层105和敏感层104的截面积，具体参照图4所示；在所述各传感雏形上淀积第一介质层薄膜106，厚度至少高于第二电极层105，并利用化学机械抛光工艺使其平整化，然后对所述平整化的第一介质层薄膜106进行第三图形化工艺，制作形成于第一介质层106和分别贯穿至每个传感雏形第一电极层103和第二电极层105表面的第一连接通孔107，所述第一连接通孔107的截面积小于所述第一电极层103和第二电极层105的截面积，具体参照图5所示；在所述第一连接通孔107和第一介质层106上制作金属层薄膜，对所述金属层薄膜进行化学机械抛光工艺，使其裸露出第一介质层106表面以形成第一连接导电塞108，完成传感器单元109的制作；所述第一连接导电塞108贯穿式填充所述第一连接通孔107，其高度与第一介质层106表面齐平或略高/略低于第一介质层106表面，以构成传感器单元109的电连接部位，具体参照图6所示。提供第二硅晶圆201，在所述第二硅晶圆201表面通过半导体工艺制作能够作为读出及信号调理电路的微集成电路202；在所述微集成电路202上制作两个相互隔开以用作其信号接入的顶层金属203；在所述顶层金属203上制作第二介质层204使其完全包覆顶层金属203，所述第二介质层204是利用化学机械抛光工艺平整化处理后而成，然后对所述第二介质层204进行第四图形化工艺，形成分别贯穿至两个顶层金属203表面的第二连接通孔，所述第二连接通孔的截面积小于所述顶层金属203的截面积；利用所述第二连接通孔制作第二连接导电塞205，从而完成电路单元207的制作；所述第二连接导电塞205的高度与第二介质层204表面齐平，或略高/略低于第二介质层204表面，以构成电路单元207的电连接部位，具体参照图7所示。值得注意的是，本领域技术人员在具体实施本专利技术的过程中，电路单元207的制作和传感器单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性传感器制造工艺，其特征在于，包括：/n提供第一硅晶圆，在所述第一硅晶圆上制作第一柔性衬底层，并在所述第一柔性衬底层上制作传感器单元；/n提供第二硅晶圆，在所述第二硅晶圆的表面通过半导体工艺制作电路单元；/n将所述第一硅晶圆制作有传感器单元的一侧与所述第二硅晶圆制作有电路单元的一侧面对面键合，使传感器单元与电路单元建立起电连接关系而成为检测单元；/n对所述第二硅晶圆的背面进行处理以制作成薄硅片，并去除第一硅晶圆，制得具有检测单元的单芯片柔性传感器。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性传感器制造工艺，其特征在于，包括：
提供第一硅晶圆，在所述第一硅晶圆上制作第一柔性衬底层，并在所述第一柔性衬底层上制作传感器单元；
提供第二硅晶圆，在所述第二硅晶圆的表面通过半导体工艺制作电路单元；
将所述第一硅晶圆制作有传感器单元的一侧与所述第二硅晶圆制作有电路单元的一侧面对面键合，使传感器单元与电路单元建立起电连接关系而成为检测单元；
对所述第二硅晶圆的背面进行处理以制作成薄硅片，并去除第一硅晶圆，制得具有检测单元的单芯片柔性传感器。


2.根据权利要求1所述的一种柔性传感器制造工艺，其特征在于，所述传感器单元的制作方法包括：
1)在所述第一硅晶圆的第一柔性衬底层上淀积并图形化电极层薄膜和敏感层薄膜，以形成若干间隔分布且由两个及以上电极、敏感结构构成的传感雏形；
2)制作第一介质层使其完全包覆各传感雏形，然后在第一介质层上通过图形化工艺制作分别贯穿至每个传感雏形电极层表面的第一连接通孔；
3)针对每个传感雏形利用所述第一连接通孔制作用于与电路单元连接的第一连接导电塞，以形成传感器单元。


3.根据权利要求2所述的一种柔性传感器制造工艺，其特征在于，所述电路单元的制作方法包括：
1)通过半导体工艺在所述第二硅晶圆表面制作能够作为读出及信号调理电路的微集成电路，并为微集成电路制作两个及以上相互隔开以用作其信号接入的顶层金属；
2)制作第二介质层使其完全包覆顶层金属，然后在第二介质层上通过图形化工艺制作分别贯穿至...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦文龙，王淼，曾怀望，杨睿峰，汪浩鹏，张培健，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：重庆;50