柔性传感器的制造方法与流程

本发明属于传感器制备领域，具体涉及柔性传感器的制造方法。

技术背景

传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段，随着科技的不断发展，传感器的应用越来越广泛，也逐渐向微型化、数字化、智能化、多功能化、系统化、网络化的方向发展。

在制造柔性传感器的时候，通常为以下步骤：在硅衬底上沉积二氧化硅；在二氧化硅薄膜层上沉积传感器材料层；覆盖pi膜(聚酰亚胺薄膜)；使用刻蚀剂对二氧化硅薄膜层进行刻蚀；剥落传感器。

柔性传感器的传统制造方法中，在使用刻蚀剂刻蚀二氧化硅的时候，随着二氧化硅逐渐被刻蚀，二氧化硅上方的传感器部分会塌落下来，从而会影响刻蚀剂的进入，导致无法继续刻蚀二氧化硅，会造成柔性传感器和二氧化硅粘附在一起，进而影响到传感器的剥落，造成传感器剥落困难、成功率较低。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种柔性传感器的制造方法，该方法能够促使刻蚀顺利进行，并显著提高柔性传感器剥落的成功率。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种柔性传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.在硅衬底上涂光刻胶，进行光刻，对硅衬底进行刻蚀，产生形成有多个支撑柱的凸台；步骤2.在凸台上沉积二氧化硅薄膜层；步骤3.依次沉积或覆盖制造传感器的各层材料；步骤4.通入二氧化硅刻蚀剂对二氧化硅薄膜层进行刻蚀；步骤5.将传感器剥落。其中，硅衬底可以是n型或p型硅片；支撑柱的形状可以是圆柱状、三棱柱、四棱柱或者各种多边形棱柱等；单个支撑柱的横截面的直径可以为1μm～100μm；沉积可以通过pecvd、pvd实现。制造传感器的各层材料可以是一层或者多层材料。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：凸台包含位于中部区域的中部支撑柱阵列和位于边缘区域的边缘支撑柱阵列，中部支撑柱阵列中支撑柱的排布密度小于边缘支撑柱阵列中支撑柱的排布密度。这样的排列方式比起均匀排列，能够减少制造难度，同时也能够让刻蚀剂在刻蚀二氧化硅时更加容易进入，提高刻蚀效率。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：边缘支撑柱阵列的排布密度为中部支撑柱阵列的2～4倍，这样设置刻蚀和剥离效果更好，并且在2倍的情况下效果最好。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：中间区域为圆形，面积为凸台面积的1/3～2/3。这样设置可以进一步地提高刻蚀和剥离效果。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：中间区域的面积为凸台面积的1/2，这样刻蚀和剥离效果最佳。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：支撑柱的间距至少为直径的2～3倍。这样的间距既能够起到支撑作用，同时也不会阻挡刻蚀剂继续进入刻蚀二氧化硅，因而刻蚀和剥离效果更好。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：支撑柱的高度为直径的3～4倍，这样设置刻蚀和剥离效果更好。

优选地，本发明提供的柔性传感器的制造方法还可以具有以下特征：刻蚀剂为氢氟酸蒸汽(vhf)，刻蚀效果更好。

发明的作用与效果

本发明提供的柔性传感器的制造方法，首先在硅衬底上刻蚀出多个支撑柱形成凸台，然后在凸台上沉积二氧化硅薄膜层，进一步依次通过沉积或覆盖形成组成的传感器的各层材料，最后再通入刻蚀剂进行刻蚀，刻蚀剂对二氧化硅薄膜层进行刻蚀的时候上方的传感器部分塌落下来之后会由硅衬底上凸出的支撑柱所支撑，而不会与二氧化硅薄膜层粘附在一起，并且刻蚀剂可以顺畅地从支撑柱间隙中不断进入，使得刻蚀能够顺利进行，因而能够显著提高刻蚀效率，并且有效提高柔性传感器剥落的成功率。本方法能够用于制造各种面积的柔性传感器，对于宏观大面积的柔性传感器同样适用。

附图说明

图1为本发明实施例中涉及的硅衬底的刻蚀过程示意图；

图2为本发明实施例中涉及的刻蚀后的硅衬底的俯视图；

图3为本发明实施例中二氧化硅薄膜层沉积在凸台上的结构示意图；

图4为对二氧化硅薄膜层进行cmp处理后的结构示意图；

图5为本发明实施例中在氧化硅薄膜层上依次沉积第一金属薄膜层、压电材料层、第二金属薄膜层后的结构示意图；

图6为本发明实施例中在第二金属薄膜层上覆盖pi层后的结构示意图；

图7为本发明实施例中制得的柔性传感器的结构示意图。

图中各标号含义如下：

10-硅衬底、11-凸台、11a-支撑柱、i-中部区域、20-光刻胶、30-二氧化硅薄膜层、40-第一金属薄膜层、50-压电材料薄膜层、60-第二金属薄膜层、70-pi膜层、80-柔性传感器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的柔性传感器的制造方法的具体实施方案进行详细地说明。

在本文中，术语“光刻胶”指的是一种对光敏感的聚酰亚胺；术语“cmp”指的是化学机械抛光(chemicalmechanicalpolishing)；术语“pecvd”指的是等离子体增强化学气相沉积法(plasmaenhancedchemicalvapordeposition)；术语“pvd”指的是物理气相沉积法(physicalvapordeposition)。

<实施例>

本实施例所提供的柔性传感器的制造方法包括如下步骤：

步骤1.如图1所示，在硅衬底10上涂光刻胶20，接着在光刻胶20上方覆盖掩膜板，通过掩膜板上形成有相应的图案，然后曝光，显影；再刻蚀硅衬底10，随后湿法腐蚀去除光刻胶20，得到凸台11。

如图2所示，凸台11由多个支撑柱11a组成，为阵列结构，包含位于中部区域的中部支撑柱阵列，和位于边缘区域的边缘支撑柱阵列。本实施例中，中部区域如图2中点划线所圈区域i所示，为圆形区域，面积为凸台11面积的1/2；边缘区域为区域i外的区域，为环形区域，面积为凸台11面积的1/2。并且，中部支撑柱阵列i中支撑柱11a的排布密度为边缘支撑柱阵列中支撑柱11a的排布密度的2倍，各支撑柱11a的间距至少为直径的2倍，高度为直径的3倍。这样设置效果最好。

另外，硅衬底10的刻蚀剂可以采用naoh溶液或koh溶液等。

步骤2.如图3所示，在凸台11上通过pecvd沉积二氧化硅薄膜层30；然后对沉积后的二氧化硅薄膜层30进行cmp处理，使二氧化硅薄膜层30的上方变得平整，处理后的二氧化硅薄膜层30如图4所示。

步骤3.依次沉积或覆盖用于制造传感器的各层材料：

步骤3-1.如图5所示，在二氧化硅薄膜层30上通过pvd沉积第一金属薄膜层40。第一金属薄膜层40可以为al、mo、ni、pt、cu、ag、au或者w等电极材料。

步骤3-2.在第一金属薄膜层40上通过pvd沉积压电材料薄膜层50。压电材料薄膜层50可以为aln、zno、litao3、linbo3等压电材料。

步骤3-3.在压电材料薄膜层50上通过pvd沉积第二金属薄膜层60。第二金属薄膜层60可以为al、mo、ni、pt、cu、ag、au或者w等电极材料。

步骤3-4.如图6所示，在第二金属薄膜层60上覆盖一层pi膜70。

步骤4.通入二氧化硅刻蚀剂对二氧化硅薄膜层30进行刻蚀。刻蚀剂可以采用vhf或hf溶液，本实施例中采用vhf作为刻蚀剂。

步骤5.刻蚀完成后进行剥离，得到如图7所示的柔性传感器80。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的柔性传感器的制造方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。