晶圆级敏感材料及半导体传感器的喷涂方法与流程

[0001]
本发明属于传感器领域，具体涉及一种晶圆级敏感材料及半导体传感器的喷涂方法。


背景技术：

[0002]
基于纳米敏感材料的微型金属氧化物半导体传感器(mos)是一种体积小、功耗低、灵敏度高、价格低廉及较好的选择性的传感器。这种传感器，因其价格低廉，且气体检测范围非常广泛(可根据气体成分选择相应的敏感膜，实现多种气体检测)，在工业园区毒害气体监测、工业锅炉及汽车尾气排放监测、家具及建材释放的有毒有害气体监测等领域，其应用非常广泛。
[0003]
但现有的金属氧化物检测器，其敏感材料的修饰固定，都不是晶圆级的，其基本工序是，在单个的微热板制备好之后，用点样仪将敏感材料固定在微热板表面的敏感区域。这种方法，不仅无法解决大批量制造问题，导致成本高，而且该方法制备的每个传感器，性能一致性差。


技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提出一种晶圆级敏感材料及半导体传感器的喷涂方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
[0005]
为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种晶圆级敏感材料的喷涂方法，包括：
[0006]
将制备好的掩膜板上的开孔与基底的敏感区对准；
[0007]
将待涂敷的敏感材料的前驱体溶液注入到喷头上；
[0008]
设置喷头运行参数；
[0009]
将喷头对准掩膜板开始喷涂；
[0010]
喷涂结束后将掩膜板与基底分离，得到所述晶圆级敏感材料。
[0011]
作为本发明的另一个方面，还提供了一种晶圆级敏感材料及半导体传感器的喷涂方法，所述半导体传感器设有若干个不同的敏感区域，所述喷涂方法包括采用如上所述的喷涂方法对每个敏感区域分别进行喷涂。
[0012]
基于上述技术方案可知，本发明的晶圆级敏感材料及其喷涂方法相对于现有技术至少具有以下优势之一：
[0013]
1、采用高精度掩膜并结合大面积喷涂的方法，可以实现纳米气敏材料晶圆级一次性均匀修饰固定；
[0014]
2、采用喷涂法，可以通过计算喷涂时间，来精准控制敏感材料成膜厚度；
[0015]
3、采用高精度掩膜技术，可以完美保护非敏感区域被敏感材料污染而影响后续的封装工艺，因此，采用本发明方法，实现了与后续工艺的完美兼容。
附图说明
[0016]
图1是本发明实施例中晶圆级敏感材料喷涂示意图；
[0017]
图2是本发明实施例中晶圆级敏感材料喷涂爆炸结构示意图；
[0018]
图3是本发明实施例中微型金属氧化物半导体传感器的结构示意图；
[0019]
图4是本发明实施例中微型金属氧化物半导体传感器中3-s1敏感区域掩膜板结构示意图。
具体实施方式
[0020]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0021]
针对敏感材料修饰固定一致性差的技术难题，发明了一种晶圆级敏感材料喷涂方法，实现敏感材料晶圆级修饰固定的同时，可以精确控制敏感膜的厚度，并实现与后续工艺的完美兼容。
[0022]
本发明公开了一种晶圆级敏感材料的喷涂方法，包括：
[0023]
将制备好的掩膜板上的开孔与基底的敏感区对准；
[0024]
将待涂敷的敏感材料的前驱体溶液注入到喷头上；
[0025]
设置喷头运行参数；
[0026]
将喷头对准掩膜板开始喷涂；
[0027]
喷涂结束后将掩膜板与基底分离，得到所述晶圆级敏感材料。
[0028]
在本发明的一些实施例中，所述喷头运行参数包括喷头喷速、喷头旋转速度和喷涂时间。
[0029]
在本发明的一些实施例中，所述晶圆级敏感材料敏感区的敏感材料厚度由喷涂时间控制。
[0030]
在本发明的一些实施例中，所述喷涂方法还包括对得到的晶圆级敏感材料进行老化。
[0031]
在本发明的一些实施例中，所述掩膜板的开孔与硅基底的敏感区域贴合。
[0032]
在本发明的一些实施例中，所述掩膜板上的开孔位置、大小与基底上的敏感区域完全一致。
[0033]
在本发明的一些实施例中，所述敏感材料包括金属氧化物纳米材料、碳纳米材料或有机-无机纳米复合材料中的至少一种；
[0034]
在本发明的一些实施例中，所述敏感材料对某种气体灵敏响应。
[0035]
在本发明的一些实施例中，所述金属氧化物纳米材料是以氧化锌、二氧化钛或二氧化锡为基材合成的多元或复合纳米材料。
[0036]
在本发明的一些实施例中，所述基底包括硅基底、陶瓷基底或玻璃基底中的至少一种。
[0037]
本发明还公开了一种半导体传感器的喷涂方法，所述半导体传感器设有若干个不同的敏感区，所述喷涂方法包括：
[0038]
采用如上所述的喷涂方法对每个敏感区分别进行喷涂。
[0039]
以下通过具体实施例结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述说明。需要注意
的是，下述的具体实施例仅是作为举例说明，本发明的保护范围并不限于此。
[0040]
参阅图1-2，本实施例公开了一种晶圆级敏感材料的喷涂方法，具体步骤如下：
[0041]
(1)将待涂敷的敏感材料2，配制成相应的前驱体溶液，然后注入到喷头1中。
[0042]
其中，可选用的纳米敏感材料2包括但不限于金属氧化物类纳米材料如氧化锌、二氧化钛、二氧化锡等，碳纳米材料如石墨烯、碳纳米管等，以及有机-无机纳米复合材料。
[0043]
(2)将制备好的掩膜板4(开窗口的位置及区域与基底需要固定敏感材料的位置及区域大小完全一致)与硅基底5的敏感区域对准并紧密贴合；
[0044]
(3)调节好喷头1的喷速及喷头的旋转速度后，精确计算喷涂的时间；
[0045]
(4)打开喷头1，往正下方的掩膜板4及硅基底5上喷涂敏感材料2，喷涂结束后，将掩膜板4从硅基底5表面分离，这样在硅基底5表面所需要固定敏感材料的区域，就修饰固定了一层均匀的敏感材料2。
[0046]
(5)对硅基底5表面的敏感材料2进行老化，以形成附着牢固的表面层，完成了晶圆级敏感材料的喷涂，并准备后续的键合封装工艺。
[0047]
其中，采用半刻蚀工艺将掩膜板4的开孔区域减薄至激光可以穿透的厚度，然后施加张力于掩膜板4的四周，使表面平整，并将掩膜板焊接于掩膜边框上，之后用激光切割出掩模板需求的开孔，利用激光切割的激光束直径可达到1微米的特性对掩膜基板开孔，提高掩膜板的开孔精度和开孔的位置精度，可以制备出高精度掩膜板。制备出的高精度掩膜并结合大面积喷涂技术，可以实现敏感材料晶圆级修饰固定，其成膜一致性好且厚度可精确控制。掩膜上的开孔(或窗口)位置、大小与硅基上芯片的敏感区域位置、大小完全一致，其爆炸图如图2所示。
[0048]
其中，所述的掩膜板4，可以用玻璃基材加工，也可用硅片或者其他材料的基片，在本实施例优选玻璃基材。其中，在喷涂的过程中，掩膜板4可以直接和下面的硅基底5(需要涂敷敏感材料所在的基底)紧密贴合，也可以两者有一定距离，但无论哪种情况，掩膜板4上的各通孔一定需要和硅基芯片上的敏感区域精确对准，在本项目中优选紧密贴合的方式。
[0049]
在本发明的其他实施中，还公开了一种微型金属氧化物半导体传感器的喷涂方法，微型金属氧化物半导体传感器的敏感单元可以是阵列结构，即具有多个敏感单元，每个敏感单元可以修饰不同的敏感材料。如图3-4所示，微型金属氧化物半导体传感器是由4个敏感单元s1，s2，s3，s4组成，6-s1为3-s1敏感区所对应的掩膜板开孔，7是微热板，8是电极，e1、e2、e3、e4是四个相同结构的叉指电极，用来产生与可穿透材料样品和敏感涂层的电场相关的电容，hot-p1、hot-p2、hot-p3和hot-p4是四个加热电极，用来产生敏感材料达到最佳化学活性所需要的温度。针对这种阵列结构的传感器，其晶圆级敏感材料的修饰固定步骤：首先确定阵列单元数量及修饰敏感材料的种类；然后制备掩膜板，每一种敏感材料的修饰固定都需要专用的掩膜板(掩膜板的通孔位置与所修饰固定的敏感单元一一对应)；修饰某敏感单元就套用该敏感单元对应的掩膜板。
[0050]
其中，微型金属氧化物半导体传感器其敏感膜的厚度，由喷涂的时间来精确控制。
[0051]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。