專利名稱：改進的電容傳感器及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于測量濕氣和濕度(humidity and moisture)的電容傳感器及用于制造該改進的電容傳感器的改進的工藝。
背景技術：
濕氣和濕度傳感器是用于確定濕度含量的電子儀器。獲知材料的濕度含量通常很重要。例如，土壤濕度對農業(yè)、造林、水文學、以及土木工程方面的活動十分重要。因而，精確、嚴格的測試或測量含量的手段將幫助用戶間的土壤的濕度含量，并且能夠獲得優(yōu)選的濕度含量。鑒于獲知材料的濕度含量的重要性，已經發(fā)展了各種技術來測量它。電容式濕氣傳感器建立在因諸如聚酰亞胺這樣的有機材料的吸水性而導致介電常數(shù)的變化的基礎上。電容式濕氣傳感器通過對應于環(huán)境濕氣測量元件的靜電容量的變化而檢測濕氣。 電容傳感器典型地通過在襯底材料上沉積數(shù)層材料而制成。濕氣能夠基于聚合物材料的可逆吸水特性而測得。水吸入傳感器結構在活性聚合物中引起多種物理變化。這些物理變化能夠被轉換成電信號，該電信號與聚合物中的水濃度相關，轉而又與聚合物周圍的空氣中的相對濕氣相關。聚合物薄膜已經被用作濕氣敏感元件。電容傳感器基于設置在半導體襯底上的兩個檢測電極之間的電容的變化而檢測濕氣，該電容傳感器在形成于半導體襯底的表面上的第一絕緣膜上具有兩個彼此相對的檢測電極。該檢測電極被第二絕緣薄膜覆蓋，并且其上進一步被濕度敏感薄膜覆蓋。美國專利6，445，565B1中公開了一種電容傳感器，其用于利用具有敏感材料涂層 (即，單聚酰亞胺層)單層交叉硅電極測量濕氣和濕度。該傳感器的表面用絕緣體覆蓋。該傳感器的局限性在于其吸水能力以及敏感度低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是通過提供一種吸水性和敏感度得到改進的傳感器及其制造工藝， 來減輕上述缺陷。根據本發(fā)明，多層交叉電極被設置成增大傳感器的總電容和敏感度。優(yōu)選地，鋁層被用于層敷有諸如聚酰亞胺的絕緣層的電極。多個溝槽(trench)被設置在聚酰亞胺的表面上以增大吸水的總面積。第一交叉電極層和第二交叉電極層之間的側壁被布置成垂直于這些層、并且彼此不重疊以允許較好的吸水。傳感器的表面覆蓋有負性光敏聚酰亞胺。為了制備本發(fā)明的傳感器，使用諸如光敏聚酰亞胺這樣的濕度敏感聚合物材料。


參照附圖僅通過示例的方式描述本發(fā)明。其中圖1示出了本發(fā)明的具有多層電極的濕氣和濕度傳感器的一側的橫截面圖；圖2示出了該傳感器的俯視圖3(1-9)示出了該傳感器的制備工藝。
具體實施例方式根據本發(fā)明，用于測量濕氣和濕度的傳感器包括多個交叉電極。電極布置在聚酰亞胺絕緣層平面中。如圖1所示，傳感器包括硅片襯底層(1)、二氧化硅層O)、氮化硅層
(3)、背面的鋁層G)、第一聚酰亞胺層(5)、第二聚酰亞胺層(6)、第三聚酰亞胺層(7)、第一交叉電極(8)、第二交叉電極(9)、引線結合區(qū)(10)、引線結合窗口(11)、位于上聚酰亞胺層上的溝槽(12)、以及位于第一和第二交叉電極之間中的側壁(1 。溝槽和側壁增大傳感器的吸水性面積。第一交叉電極(8)被布置在第二聚酰亞胺層(6)中，而第二交叉電極(9)被布置在第三聚酰亞胺層(7)中。多個溝槽(1 被設置在第三聚酰亞胺層(7)上以增大用于吸水的面積。位于第一交叉電極(8)和第二交叉電極(9)之間的側壁(1 被布置成彼此垂直并且不重疊，以增大聚酰亞胺的吸水性。圖2示出了傳感器的俯視圖，顯示了第一交叉電極(8)和第二交叉電極(9)在第二聚酰亞胺層(6)中的布置以及引線接合區(qū)的窗口(11)的布置。圖1和圖2示出了具有雙層電極的傳感器。該傳感器能夠被設計成具有多層電極。濕氣和濕度的測量建在立傳感器一側的絕緣和半絕緣材料的介電性能的基礎上。在制備工藝中，曝光、顯影和烘焙時間被最優(yōu)化。圖3示出了使用了三層聚酰亞胺的傳感器的制備工藝。下聚酰亞胺層被設置為使電極與襯底隔離。第二和第三(上)層起敏感材料的作用。用于引線結合的開口式窗口被設置在上層上。該制備工藝中需要三個掩模。第一和第二掩模用于電極層定義，而第三掩模用于引線結合定義。優(yōu)選地，諸如玻璃增強聚酰亞胺PI2723這樣的負性光敏聚酰亞胺被用于傳感器。在玻璃增強聚酰亞胺的光敏工藝中UV曝光需要G-線型光源。公知玻璃增強聚酰亞胺被用于高吸水因子。圖3(1-9)中示出了傳感器的制備工藝。首先，如圖3(1)所示提供襯底。該襯底包括硅片襯底(1)，該硅片襯底層敷 (layered)有用于保護硅片襯底表面的二氧化硅( 和氮化硅。如圖3( 所示，接著，鋁層
(4)被層敷在硅片襯底(1)的背面上以對襯底加偏壓用于使電容損耗最小化。其次，第一聚酰亞胺層( 被涂覆在襯底上，并且通過在優(yōu)選150攝氏度的溫度下烘焙該聚酰亞胺層大約30分鐘而被聚合。諸如AZ4620這樣的正性光刻膠被涂覆在硫化的聚酰亞胺上。圖3C3)示出了該光刻膠涂層。AZ400k顯影劑能夠被用在光刻技術 (photolithography)中。如圖乂4、5和6)所示，利用蒸發(fā)器和剝離工藝沉積一層鋁從而在硫化的聚酰亞胺的表面上形成圖案化的鋁涂層，用于第一電極定義(第一掩模)。而后，如圖3(7)所示，第二聚酰亞胺層(6)被涂覆在襯底上，并且通過在優(yōu)選150 攝氏度的溫度下烘焙該聚酰亞胺層大約30分鐘而被聚合。接著，諸如AZ4620這樣的正性光刻膠被涂覆在硫化的聚酰亞胺上。如圖3(8)所示，AZ400k顯影劑從而在硫化的聚酰亞胺的表面上形成圖案化的鋁涂層，用于第一電極定義(第二掩模)。接著，如圖3(8)所示，利用蒸發(fā)器(9)沉積鋁層(9)用于第二剝離工藝。第三聚酰亞胺層(7)而后被涂覆在第二聚酰亞胺頂部，由此鋁層利用DE6180顯影劑、和用于引線
4結合(11)和溝槽(12)定義的第三掩模的RI9180沖洗劑(rinser)而被圖案化和顯影，如 0 3(9)所示。為了制備隨后的交叉電極層和聚酰亞胺層，在光刻期間，諸如AZ4620這樣的正性光刻膠被涂覆在隨后的硫化的聚酰亞胺上，使用AZ400k顯影劑從而在隨后的硫化的聚酰亞胺的表面上形成隨后的圖案化的鋁涂層，用于隨后的電極層。最后，傳感器子在優(yōu)選350攝氏度的溫度下被硫化45分鐘，以確保聚酰亞胺的完全亞胺化。這時，傳感器的制備工藝已完整并且準備用于引線結合。
權利要求
1.一種用于測量濕氣和濕度的具有多層電極的電容傳感器的制備工藝，所述工藝包括在多層聚酰亞胺中沉積多層交叉電極；通過剝離工藝在所述電極的表面上設置多個溝槽；以及用負性光敏聚酰亞胺覆蓋所述傳感器。
2.根據權利要求1所述的制備工藝，其中，沉積多層交叉電極是在已經硫化的所述多層聚酰亞胺上沉積鋁層。
3.根據權利要求2所述的制備工藝，其中，所述多層聚酰亞胺在大約150攝氏度的烘焙溫度下持續(xù)大約30分鐘而被硫化。
4.根據權利要求1所述的制備工藝，其中，在光刻期間，諸如AZ4620這樣的正性光刻膠被涂覆在硫化的聚酰亞胺上，使用AZ400k顯影劑從而在硫化的聚酰亞胺的表面上形成圖案化的鋁涂層，用于第一電極層。
5.根據權利要求1和4所述的制備工藝，其中，在光刻期間，諸如AZ4620這樣的正性光刻膠被涂覆在隨后的硫化的聚酰亞胺上，使用AZ400k顯影劑從而在隨后的硫化的聚酰亞胺的表面上形成隨后的圖案化的鋁涂層，用于隨后的電極層。
6.一種用于測量濕度的電容傳感器，所述傳感器至少包括、硅片襯底層、二氧化硅層、氮化硅層、背面的鋁層、第一聚酰亞胺層、第二聚酰亞胺層、 第三聚酰亞胺層、第一交叉電極、第二交叉電極、引線結合區(qū)、引線結合窗口、位于上聚酰亞胺層上的溝槽、以及位于第一和第二交叉電極之間中的側壁。
7.根據權利要求6所述的電容傳感器，其中，所述溝槽和所述側壁增大所述傳感器的吸收性面積。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量濕氣和濕度的電容傳感器，以及一種用于制造該電容傳感器的改進的工藝。用于測量濕氣和濕度的具有多層電極的電容傳感器的該制備工藝包括在多層聚酰亞胺中沉積多層交叉電極；通過剝離工藝在所述電極的表面上設置多個溝槽；以及用負性光敏聚酰亞胺覆蓋所述傳感器。
文檔編號G01N27/02GK102209892SQ200980144839
公開日2011年10月5日 申請日期2009年9月3日 優(yōu)先權日2008年9月10日
發(fā)明者祖茲琳達哈·穆哈邁德·阿利亞斯, 蘇拉婭·蘇萊曼, 阿茲麗娜·穆赫德·扎因, 阿茲里夫·馬努特, 阿古斯·桑托索·塔姆賽爾 申請人:馬來西亞微電子系統(tǒng)有限公司