一種微米級半導(dǎo)體傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種微米級半導(dǎo)體傳感器及其制備方法，屬于半導(dǎo)體傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體刻蝕工藝主要分為干法刻蝕與濕法刻蝕。其中，干法刻蝕主要包括離子束濺射刻蝕(物理作用)、等離子體刻蝕(化學(xué)作用)、反應(yīng)離子刻蝕(物理化學(xué)作用)；濕法刻蝕主要包括化學(xué)刻蝕、電解刻蝕。濕法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是選擇性好、重復(fù)性好、生產(chǎn)效率高、設(shè)備簡單、成本低。濕法刻蝕的缺點(diǎn)是鉆刻嚴(yán)重、會產(chǎn)生大量的化學(xué)廢液。
[0003]公開號為CN1710705A的中國發(fā)明專利(公開日期為2005年12月21日)公開了一種硅濕法刻蝕工藝，并具體公開了在潔凈的硅片上濺射Cr膜，在Cr掩膜上利用光刻工藝制備圖形，在(NH4)2Ce(NO3)5溶液中對掩膜層進(jìn)行刻蝕，然后使用氫氧化鉀溶液對刻蝕后的硅片進(jìn)行濕法刻蝕，再取出掩膜層即得。該濕法刻蝕存在著刻蝕效率低、刻蝕坑槽表面不光滑，絮狀物不易清洗干凈等問題。而且濕法刻蝕為各向同性，加工精度相對較差，對于小的特征尺寸的半導(dǎo)體刻蝕并不適用。
[0004]干法刻蝕的優(yōu)點(diǎn)是各向異性好，選擇比高，可控性、靈活性、重復(fù)性好，細(xì)線條操作安全，易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無化學(xué)廢液，處理過程不引入污染物，潔凈度高。但是干法刻蝕的缺點(diǎn)是成本太高，不利于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]對于126kV_1100kV高壓電路上的高壓SF6斷路器，其使用的多電極傳感器對傳感器的加工精度有著很高的要求，開發(fā)一種能夠滿足該傳感器產(chǎn)品要求的制備方法意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種加工精度高、成本低微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種上述方法制備的微米級半導(dǎo)體傳感器。
[0007]為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法的技術(shù)方案如下:
[0008]—種微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法，包括如下步驟:
[0009]I)在硅板上濺射鋁膜，在鋁膜上涂光刻膠，在光刻膠上覆蓋掩膜版，曝光，去除掩膜版，顯影，得到鋁光刻硅板；
[0010]2)采用刻蝕劑對步驟I)得到的鋁光刻硅板的硅板進(jìn)行刻蝕，去除光刻膠，即得。[0011 ]本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法，采用先在硅板表面濺射鋁膜，然后對鋁光刻，之后通過濕法刻蝕硅板，得到的傳感器電極加工精度高，能夠滿足微米級半導(dǎo)體傳感器的質(zhì)量需求。
[0012]在鋁光刻之后，對于硅板來說，光刻、剝離等刻蝕工藝無法準(zhǔn)確控制深度，一般在刻蝕通孔或者刻蝕到物質(zhì)交接處時(shí)采用光刻或者剝離，刻蝕速度可以較快;在刻蝕盲孔的時(shí)候，一般采用控制度較高但速度較慢的刻蝕方式，以滿足對深度以及底面光滑程度的要求。
[0013]步驟2)中的刻蝕劑為C4F8與SF6，使用時(shí)，先將C4F8以lOOsccm的流量通入5s，然后將SF6以10sccm的流量通入8s。
[0014]步驟I)中在顯影后進(jìn)行堅(jiān)膜，所述堅(jiān)膜的條件為:溫度為110°C，堅(jiān)膜時(shí)間為1min0
[0015]步驟I)中鋁膜的厚度可以視具體的傳感器類型和結(jié)構(gòu)來定，一般的為Ιμπι。
[0016]步驟2)中在去除光刻膠后，在微米級半導(dǎo)體傳感器的引出極和收集極表面鍍上Ti/Ni/Au鍍膜，在微米級半導(dǎo)體傳感器的陰極表面濺射鋁膜，采用鋁刻蝕液進(jìn)行鋁電極陣列刻蝕。由于金屬之間的粘附性，可以采用直接在硅板表面進(jìn)行濺射鋁膜，在鋁膜進(jìn)行刻蝕的時(shí)候保留一定厚度的鋁，這樣鋁電極全部能夠電導(dǎo)通。由于剝離及干刻工藝只能控制其形狀按照掩膜版設(shè)計(jì)，深度為固定的金屬深度，無法保留部分鋁層做導(dǎo)電用，故對于該層鋁膜的刻蝕，不能采用剝離、干刻方式，只能采用濕法刻蝕。
[0017]本發(fā)明的制備方法中兩次進(jìn)行鋁膜的濺射和刻蝕，第一次濺射的鋁膜主要用來進(jìn)行圖形的轉(zhuǎn)移，濕法刻蝕時(shí)采用鋁作為圖形轉(zhuǎn)移的介質(zhì)；第二次濺射的鋁膜是在陰極表面刻蝕電極用，即在陰極表面使用濕法刻蝕鋁膜的辦法進(jìn)行微米級鋁金屬電極的加工，刻蝕時(shí)保留一定的厚度的鋁膜作為導(dǎo)電層使用。
[0018]所述鋁刻蝕液由體積比為16:1:1:2的磷酸、硝酸、醋酸、水混合得到，所述磷酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于85%，所述硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-68%，所述醋酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于99.5%。刻蝕溫度為45 °C。
[0019]步驟I)中的濺射采用磁控濺射方式。
[0020]所述掩膜版為Cr板。所述掩膜版采用proteldxp軟件繪制掩膜版圖形。掩膜版包括為五寸版的大圓和四寸板的小圓。對掩膜版進(jìn)行劃分的十字光標(biāo)的線寬為1mm。所述掩膜版制作為正膠掩膜版。
[0021]所述曝光后，掩膜版正膠見光分解，分解后的物質(zhì)沖洗掉，將掩膜版上的圖形保留下來;掩膜版負(fù)膠見光交聯(lián)，交聯(lián)物質(zhì)穩(wěn)定，未交聯(lián)的部分被沖洗掉，實(shí)現(xiàn)圖形從掩膜版到娃片表面的轉(zhuǎn)移。
[0022]本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器的技術(shù)方案如下:
[0023]—種微米級半導(dǎo)體傳感器，采用上述的制備方法制得。本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器包括陰極、引出極和收集極。
[0024]上述微米級半導(dǎo)體傳感器包括依次設(shè)置的收集極、引出極、陰極，收集極包括收集極硅層，收集極硅層朝向引出極的一側(cè)表面具有方形凹槽，收集極硅層朝向引出極的一側(cè)的表面及方形凹槽的內(nèi)表面均鍍覆有收集極Ti/Ni/Au鍍膜；引出極包括引出極硅層以及鍍覆在引出極兩面的引出極Ti/Ni/Au鍍膜，引出極中心與收集極方形凹槽對應(yīng)位置設(shè)置有圓形通孔，引出極與收集極之間設(shè)置有聚酯薄膜絕緣層，薄膜絕緣層設(shè)置與引出極兩端與收集極兩端對應(yīng)的位置處；陰極包括陰極硅層以及設(shè)置在陰極硅層兩個(gè)表面的鋁膜，鋁膜表面一體設(shè)置有微米級鋁電極陣列，陰極兩端分別設(shè)置有圓形通孔，陰極與引出極之間設(shè)置有聚酯薄膜絕緣層，薄膜絕緣層設(shè)置在陰極兩端與引出極兩端分別對應(yīng)的位置處。
[0025]上述方形凹槽的槽深為200μπι。
[0026]本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法加工精度高，而且該方法加工效率高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0027]本發(fā)明的微米級半導(dǎo)體傳感器采用三電極結(jié)構(gòu)，將硅板刻蝕到設(shè)計(jì)的形狀之后，對收集極內(nèi)表面以及引出極兩面進(jìn)行Ti/Ni/Au膜的鍍膜加工，陰極表面直接采取濕法刻蝕工藝，加工出微米級金屬電極，起放電作用。在引出極與收集極分別加一電壓，使引出極與陰極之間、引出極與收集極之間分別產(chǎn)生電場，陰極發(fā)生電離，引出極吸收電子，收集極收集正離子產(chǎn)生電流，這樣減少了離子對陰極電極的碰撞，延長了傳感器使用壽命。在同一電壓、溫度下，不同的氣體濃度對應(yīng)不同的收集極電流，當(dāng)達(dá)到單值時(shí)，即可使用此傳感器來測量氣體濃度。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中的微米級半導(dǎo)體傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為圖1中的微米級半導(dǎo)體傳感器翻轉(zhuǎn)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法流程圖；
[0031]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備過程示意圖；
[0032]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中的微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法中掩膜版結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0034]實(shí)施例1
[0035]如圖1-2所示，本實(shí)施例的微米級半導(dǎo)體傳感器包括依次設(shè)置的收集極1、引出極
2、陰極3，收集極包括收集極硅層101，收集極硅層朝向引出極的一側(cè)表面具有槽深為200μπι的方形凹槽103，收集極硅層朝向引出極的一側(cè)的表面及方形凹槽的內(nèi)表面均鍍覆有收集極Ti/Ni/Au鍍膜102;引出極包括引出極硅層201以及鍍覆在引出極兩面的引出極Ti/Ni/Au鍍膜202，引出極中心與收集極方形凹槽對應(yīng)位置設(shè)置有圓形通孔203，引出極與收集極之間設(shè)置有聚酯薄膜絕緣層204，薄膜絕緣層設(shè)置與引出極兩端與收集極兩端對應(yīng)的位置處；陰極包括陰極硅層301以及設(shè)置在陰極硅層兩個(gè)表面的鋁膜302，鋁膜表面一體設(shè)置有微米級鋁電極陣列305，陰極兩端分別設(shè)置有圓形通孔303，陰極與引出極之間設(shè)置有聚酯薄膜絕緣層304，薄膜絕緣層設(shè)置在陰極兩端與引出極兩端分別對應(yīng)的位置處。
[0036]如圖3-5所示，上述微米級半導(dǎo)體傳感器的制備方法包括如下步驟:
[0037]I)根據(jù)傳感器的結(jié)構(gòu)類型，根據(jù)陰極、引出極、收集極的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)和制作掩膜版，采用protel dxp軟件繪制掩膜版圖形，如圖5所示，其中大圓為五寸版的范圍，小圓為四寸板的范圍，使用十字光標(biāo)對掩膜版進(jìn)行劃分，十字光標(biāo)的線寬為1mm，掩膜版制作為正膠掩膜版，掩膜版為Cr板；
[0038]2)在用來制備電極的硅板上通過磁控濺射一層鋁膜，鋁膜厚度為Ιμπι，在鋁膜表面涂覆正性光