專利名稱：聲表面波傳感器芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種芯片制作技術(shù)，尤其涉及一種聲表面波傳感器芯片及其制作方法。
背景技術(shù)：
近年來，由于反恐和防化的需求，氣體傳感器的研制成為熱點，尤其是根據(jù)高分子氣 敏材料吸收氣體后，聲波在材料表面?zhèn)鞑ニ俣然蝾l率發(fā)生變化的原理制成的SAW (聲表面
波)氣體傳感器的研制與應(yīng)用更為突出。
SAW氣體傳感器的核心部件是用于氣體檢測的SAW傳感器芯片，在SAW傳感器芯片的制
備過程中存在一個技術(shù)難點，那就是如何將化學(xué)敏感膜穩(wěn)定可靠、準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到芯片的成 膜區(qū)，同時不影響芯片其他部分。
目前有很多種成膜方式， 一種是采用激光定位噴涂生長化學(xué)敏感膜方法，該方法不需 要將非成膜區(qū)域掩蔽起來，具有易于生長、控制精確、 一致性好等工藝特點，但所需的成 膜設(shè)備非常昂貴。
另一種是分子自組裝成膜方法，該方法將芯片在成膜溶液中長時間浸泡，此時就需要 將非成膜區(qū)域掩蔽起來，只露出成膜區(qū)域，過去常利用特殊膠帶進行掩蔽，但膠帶邊緣會 翹起甚至脫落，產(chǎn)生溶液滲透，污染非成膜區(qū)域，同時膠帶還會污染芯片表面，難于去 除。也有采用石蠟掩蔽的，但操作麻煩、可靠性差，同時在去除石蠟時，也難免污染芯片 表面，影響傳感器性能。以上掩蔽方式效率都很低，不適于芯片的批量生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種聲表面波傳感器芯片及其制作方法，該方法操作簡單、可靠 性高、效率高。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的-
本發(fā)明的聲表面波傳感器芯片，包括壓電基片，所述的壓電基片上設(shè)有金All層；
所述芯片包括叉指換能器和成膜區(qū)； 所述的叉指換能器部位的Au層上設(shè)有成膜掩蔽層；
所述成膜區(qū)的Au層上設(shè)有敏感膜，所述的敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質(zhì)
的聚合物膜。
所述壓電基片與Au層之間設(shè)有鉻Cr過渡層。
所述的壓電基片包括各種切向的下列至少一種晶體
石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉅酸鋰晶體、硅酸鎵鑭晶體、四硼酸鋰晶體。
所述的Au層的厚度為400 550埃；
所述Cr過渡層的厚度為5 15埃；
所述成膜掩蔽層的厚度為100 300埃。
本發(fā)明的上述聲表面波傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟
A、 在壓電基片上蒸鍍Au層；
B、 將Au層刻出叉指換能器和成膜區(qū)；
C、 在All層上蒸鍍成膜掩蔽層；
D、 將成膜區(qū)的成膜掩蔽層剝掉，然后在成膜區(qū)形成敏感膜。
所述的步驟A中，在壓電基片上蒸鍍Au層之前，首先在壓電基片上蒸鍍Cr過渡層，然 后在Cr過渡層上蒸鍍Au層。 所述的步驟B包括，
Bl、在Au層上涂敷光刻膠，并通過光刻的方法，將叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到光 刻膠層上；
B2、通過刻蝕的方法，將光刻膠層上叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到Au層上，然后將 Au層上剩余的光刻膠去掉。 所述的步驟C包括，
Cl、在Au層上涂敷光刻膠，并通過光刻的方法，將成膜區(qū)以外的光刻膠刻掉； C2、在Au層上蒸鍍成膜掩蔽層。
所述的光刻膠的粘度為5 10厘波；涂敷厚度為7000 9000埃。 所述的步驟D包括，
Dl、將成膜區(qū)的成膜掩蔽層剝掉，在成膜區(qū)形成窗口； D2、將芯片放入敏感膜溶液中，在成膜區(qū)形成敏感膜。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的聲表面波傳感器芯片及其制作 方法，由于包括成膜掩蔽層，在成膜區(qū)形成化學(xué)敏感膜之前，利用成膜掩蔽層對非成膜區(qū) 進行掩蔽，能夠很好的解決敏感膜形成過程中的掩蔽不嚴(yán)、 一致性差、污染芯片等問題， 工藝過程簡單、效率高、穩(wěn)定可靠，對芯片電性能影響小。


圖l為本發(fā)明聲表面波傳感器芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明聲表面波傳感器芯片的平面結(jié)構(gòu)示意圖3為本發(fā)明聲表面波傳感器芯片的制作方法中，蒸鍍Cr過渡層及Au層并涂敷光刻膠 后芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖4為對涂敷光刻膠后的芯片進行光刻后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為對光刻后的芯片進行刻蝕后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖6為經(jīng)過刻蝕并涂敷光刻膠后的芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7為對刻蝕并涂敷光刻膠后的芯片進行光刻后的剖面結(jié)構(gòu)示意圖8為蒸鍍成膜掩蔽層后的芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖9為在成膜區(qū)將成膜掩蔽層開窗后的芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖10為本發(fā)明SAW傳感器芯片的制作方法的主要流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明聲表面波傳感器芯片較佳的具體實施方式
，如圖1所示，包括壓電基片l，所述 的壓電基片l上設(shè)有Au (金)層3。
如圖2所示，所述芯片包括叉指換能器9和成膜區(qū)5，具體是將芯片劃分為三個區(qū)域， 中間為成膜區(qū)5，兩側(cè)的區(qū)域分別為叉指換能器9所在的區(qū)域。
又如圖1所示，所述的叉指換能器9部位的Au層3上設(shè)有成膜掩蔽層7，所述成膜區(qū)5的 Au層3上設(shè)有敏感膜8，所述的敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質(zhì)的聚合物膜。其 中，成膜掩蔽層7的主要作用是，在成膜區(qū)5形成敏感膜8的過程中，對芯片的其它部位起到 保護作用。成膜掩蔽層的材料是各種適合的金屬、非金屬化合物或有機高分子材料。
所述壓電基片l與Au層3之間最好設(shè)有Cr (鉻)過渡層2，用以增強Au層3的附著力。
所述的壓電基片l包括各種切向的石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、硅酸鎵鑭晶 體、四硼酸鋰晶體，還包括在非壓電介質(zhì)上制作的氧化鋅、PZT (鋯鈦酸鉛)壓電薄膜等。
所述的Au層3的厚度為400 550埃，可以是400、 420、 450、 500、 530、 550埃等優(yōu)選 厚度。
所述Cr過渡層2的厚度為5 15埃，可以是5、 8、 10、 12、 15埃等優(yōu)選厚度，最好是IO埃。
所述成膜掩蔽層7的厚度為100 300埃，可以是IOO、 120、 160、 192、 250、 285、 300 埃等優(yōu)選厚度。
本發(fā)明上述聲表面波傳感器芯片的制作方法，包括以下步驟-
步驟ll、在壓電基片l上蒸鍍Au層3;
步驟12、將Au層3刻出叉指換能器9和成膜區(qū)5;
步驟13、在Au層3上蒸鍍成膜掩蔽層7，這一步中，芯片上有些部位的在Au層已被刻 掉，蒸鍍時連同這些部位一起鍍上成膜掩蔽層7;
步驟14、將成膜區(qū)5的成膜掩蔽層剝掉，然后在成膜區(qū)5形成敏感膜8。在成膜區(qū)5形成 敏感膜的過程中，成膜掩蔽層7對其它部位起到保護作用。
上述的步驟ll中，在壓電基片l上蒸鍍Au層3之前，首先在壓電基片l上蒸鍍Cr過渡層 2，然后在Cr過渡層2上蒸鍍Au層3，這樣會加大Au層3在壓電基片l上的附著力。此前，最好 首先按傳統(tǒng)工藝清洗壓電基片l。
如圖3、圖4、圖5所示，所述的步驟12包括，
步驟31、在Au層3上涂敷光刻膠4。
具體為，利用勻膠機在Au層3表面均勻涂敷光刻膠4。最好采用BP212型光刻膠，也可 采用其它型號的光刻膠。粘度一般5 10厘波，可以是5、 7、 8、 IO厘波，最好為7厘波，厚 度一般為700(T9000埃左右，可以是7000、 7600、 8200、 8900、 9000埃等優(yōu)選厚度。
步驟41、通過光刻的方法，將叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到光刻膠層上。
具體方法是，將勻膠后的芯片放入光刻機中，使光刻膠4通過SAW掩模版曝光。光強最 好為4.6mW，曝光時間最好為3s;
將曝光后的芯片置入7^的NaOH溶液中顯影10 12秒鐘左右，將曝光部分的光刻膠腐 蝕掉，在Au層3表面形成光刻膠保護圖形。
步驟51、通過刻蝕的方法，將光刻膠層上叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到Au層3上， 然后將Au層3上剩余的光刻膠去掉。
具體方法為，利用IBE (離子束刻蝕機)，或其它刻蝕設(shè)備將芯片表面無光刻膠4保護 的Au層3和Cr過渡層2刻蝕掉，時間90秒左右。然后利用等離子去膠機，將刻蝕過的圓片表 面剩余的光刻膠4去除，完成芯片表面金屬圖形制備。
如圖6、圖7、圖8所示，所述的步驟13包括，
步驟61、在Au層3上涂敷光刻膠4;
步驟71、通過光刻的方法，將成膜區(qū)5以外的光刻膠4刻掉； 具體涂膠、光刻的方法及優(yōu)選參數(shù)同上。 步驟81、在Au層3上蒸鍍成膜掩蔽層7。 如圖9所示，所述的步驟14包括，
步驟91、將成膜區(qū)5的成膜掩蔽層7剝掉，在成膜區(qū)5處形成窗口； 步驟92、將所述芯片放入敏感膜溶液中，在成膜區(qū)5形成敏感膜8，放置時間最好為8 小時作用，利用分子自組裝方式形成敏感膜8，完成整個芯片的制作。
如圖10所示，上述的表面波傳感器芯片的制作過程中， 一般不是對單個的芯片進行制
作，而是對整個一個晶圓上的多個芯片同時進行制作過程，因此，上述制作過程完成后還 要進行劃片工藝，才能形成圖l所示的表面波傳感器芯片，最后進行粘芯、壓焊、封裝等工 序得到聲表面波傳感器件。
本發(fā)明在成膜區(qū)形成化學(xué)敏感膜之前，利用成膜掩蔽層對非成膜區(qū)進行掩蔽，能夠很 好的解決敏感膜形成過程中的掩蔽不嚴(yán)、 一致性差、污染芯片等問題，工藝過程簡單、穩(wěn) 定可靠，對芯片電性能影響小。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任
何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種聲表面波傳感器芯片，包括壓電基片，其特征在于，所述的壓電基片上設(shè)有金Au層；所述芯片包括叉指換能器和成膜區(qū)；所述的叉指換能器部位的Au層上設(shè)有成膜掩蔽層；所述成膜區(qū)的Au層上設(shè)有敏感膜，所述的敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質(zhì)的聚合物膜。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的聲表齒波傳感器芯片，其特征在于，所述壓電基片與Au層之 間設(shè)有鉻Cr過渡層。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聲表面波傳感器芯片，其特征在于，所述的壓電基片包 括各種切向的下列至少一種晶體-石英晶體、鈮酸鋰晶體、鉭酸鋰晶體、硅酸鎵鑭晶體、四硼酸鋰晶體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的聲表面波傳感器芯片，其特征在于， 所述的Au層的厚度為400 550埃； 所述Cr過渡層的厚度為5 15埃； 所述成膜掩蔽層的厚度為100 300埃。
5、 一種上述聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步驟A、 在壓電基片上蒸鍍Au層；B、 將Au層刻出叉指換能器和成膜區(qū)；C、 在AU層上蒸鍍成膜掩蔽層；D、 將成膜區(qū)的成膜掩蔽層剝掉，然后在成膜區(qū)形成敏感膜。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述的步驟 A中，在壓電基片上蒸鍍Au層之前，首先在壓電基片上蒸鍍Cr過渡層，然后在Cr過渡層上蒸 鍍Au層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述的步驟 B包括，Bl、在Au層上涂敷光刻膠，并通過光刻的方法，將叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到光 刻膠層上；B2、通過刻蝕的方法，將光刻膠層上叉指換能器和成膜區(qū)的圖形刻到Au層上，然后將 Au層上剩余的光刻膠去掉。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述的步驟c包括，Cl、在Au層上涂敷光刻膠，并通過光刻的方法，將成膜區(qū)以外的光刻膠刻掉； C2、在Au層上蒸鍍成膜掩蔽層。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述的 光刻膠的粘度為5 10厘波；涂敷厚度為7000 9000埃。
10、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲表面波傳感器芯片的制作方法，其特征在于，所述的步 驟D包括，Dl、將成膜區(qū)的成膜掩蔽層剝掉，在成膜區(qū)形成窗口； D2、將芯片放入敏感膜溶液中，在成膜區(qū)形成敏感膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聲表面波傳感器芯片及其制作方法，包括壓電基片，壓電基片上設(shè)有Au層，芯片包括叉指換能器和成膜區(qū)，叉指換能器部位上設(shè)有成膜掩蔽層，成膜區(qū)的Au層上設(shè)有敏感膜，敏感膜為對特定氣體具有吸附和解吸附性質(zhì)的聚合物膜。芯片制作時，首先在非成膜區(qū)覆蓋成膜掩蔽層，在成膜區(qū)形成化學(xué)敏感膜之前，利用成膜掩蔽層對非成膜區(qū)進行掩蔽，能夠很好的解決敏感膜形成過程中的掩蔽不嚴(yán)、一致性差、污染芯片等問題，工藝過程簡單、效率高、穩(wěn)定可靠，對芯片電性能影響小。
文檔編號H03H9/25GK101192818SQ200610144328
公開日2008年6月4日 申請日期2006年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日
發(fā)明者李繼良, 楊思川, 王憲剛, 歆 黃 申請人:北京中科飛鴻科技有限公司