[發明專利]一種在不銹鋼基底表面制備絕緣膜的方法及其在濕敏電容元件中的應用

有效

• 申請號: 201210565252.X
• 申請日: 2012-12-24
• 公開（公告）號: CN103021595A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 詹自力;張鵬帥;彭溦;詹青燃;周志玉
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: H01B19/00
• 分類號: H01B19/00;H01B17/62;G01N27/22
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 時立新;黃偉

技術領域

本發明屬于電子元件的制備技術領域，特別涉及一種在不銹鋼基底表面制備絕緣膜的方法及其在濕敏電容元件中的應用。

背景技術

目前，很多電容元件需要在不銹鋼基底表面制備絕緣膜，例如濕敏電容元件，其采用平面電容器結構，該型電容型濕敏元件具有一對相對設置的平面電極板，下電極為不銹鋼材質基片，上電極多為平面碳電極。濕敏膜層處于上下電極之間。濕敏膜層在制作過程中常有氣孔生成，這些孔隙吸水后極易造成上下電極短路，造成成品率低，制作過程無法實現大規模生產。因此，如果能提高濕敏膜的絕緣性能，則能提高成品率，解決大規模生產的難題。此外，濕滯是電容型濕度傳感器的一項重要性能指標，電容型濕度傳感器中存在濕滯也是濕度傳感器中普遍存在的較難解決的問題，因此，降低濕敏電容元件的濕滯也是函待解決的問題。申請人在前期工作中利用硅氧烷熱分解聚合在不銹鋼基底上成功構建絕緣層，使濕敏元件成品率由50%提高至95%，濕滯降低至7%RH左右。然而，所得濕敏元件的濕滯仍然太大，達不到實際應用的要求。絕緣膜的制備方法很多，目前使用比較多的為熱氧化法、電化學、化學氣相沉積(CVD)、噴涂熱解、物理氣相沉積、溶膠-凝膠(Sol-Gel)等方法。

熱氧化法是指硅與氧或水汽，在高溫條件下經化學反應生成二氧化硅。一般對雜質進行選擇所用的掩膜大多數是用熱氧化法生長的二氧化硅薄膜，這是因為這種氧化層的結構緊密，掩蔽硼、磷等雜質的能力強。熱氧化法是在900-1200℃的高溫下，氧化硅片表面形成氧化硅膜的方法，包括濕氧氧化、干氧氧化以及水汽氧化。

化學氣相沉積?(CVD)方法制作的膜層材料是微電子制造工藝中應用最廣泛的介質材料之一，在超大規模集成電路中主要集中在阻擋層及保護層的應用上。以TEOS?為原料制備SiO₂薄膜，已經廣泛為半導體業界所采用。CVD法的優點在于大面積生長薄膜及易于雜質物的摻雜。常用的生長SiO₂薄膜可以使用三種CVD方法：常壓CVD、低壓CVD和等離子體CVD。常壓CVD所生長的薄膜具有生長速率快、低應力等優點，但其比較惡劣的臺階覆蓋性使得必須有一定的平坦化技術與之配套。利用低壓CVD法采用有機物TEOS的熱分解方法來制備介質膜，利用此方法可使低壓CVD制備薄膜的淀積溫度降低至700℃左右，低壓CVD制得的SiO₂薄膜具有膜質優良、臺階覆蓋性好的特點。不足之處是反應溫度過高、生長速率低下，只適用IC制造中配線前的工程。等離子體CVD法是為適應器件制造的低溫化要求而出現的一種CVD技術。他保留了低壓CVD的優點，同時又克服了低壓CVD的缺點，即利用等離子體技術大幅降低了薄膜生長所需溫度。等離子體CVD生長薄膜具有反應溫度低、臺階覆蓋性優良的特點。但在等離子體的環境中，所生長的薄膜應力較大，膜質易變化等不利因素。

物理氣相沉積（PVD）也是薄膜制備的常用技術，與化學氣相沉積法(沉積粒子來源于化合物的氣相分解反應)相比，PVD的沉積溫度較低，不易引起基底的變形與開裂以及薄膜性能的下降。薄膜可以通過電子束蒸發、活化反應蒸發、離子束濺射、離子束團束技術、磁控濺射、高頻反應濺射、分子束外延等物理氣相沉積的方法制備。物理氣相沉積方法制備的薄膜均勻，厚度易控制，是一種工業上廣泛應用的制膜方法，但所需的設備價格較昂貴。

溶膠-凝膠法是制備薄膜最常用也是最有效的手段和方法之一。溶膠-凝膠法技術具有純度高、均勻性好、合成溫度低（甚至可在室溫下進行）、化學計量比及反應條件易于控制等優點，特別是制備工藝過程相對簡單，無需特殊貴重的儀器。溶膠-凝膠法制備薄膜時，先將金屬有機醇鹽或無機鹽進行水解、聚合，形成金屬鹽溶液或溶膠，然后用提拉法、旋涂法或噴涂法等將溶膠/溶液均勻涂覆于基板上形成多孔、疏松的干凝膠膜，最后再進行干燥、固化及熱處理即可形成致密的薄膜。也可在各種不同形狀，如平面、柱體、管狀、球體等不規則的基底上沉積薄膜，還可在不同耐溫材料的基底上沉膜，如在聚合物、橡膠、塑料等不能用高溫處理的基板上采用提拉、旋涂、噴涂或注入法等方法沉積均勻的?SiO₂薄膜。另外，在制備大面積薄膜時，溶膠-凝膠法的優勢也是不能忽視的。因此，在制備?SiO₂薄膜時，溶膠-凝膠法被廣泛使用和采納。

發明內容

本發明的目的在于提供一種在不銹鋼基底表面制備絕緣膜的方法及其在濕敏電容元件中的應用，利用溶膠凝膠方法制備絕緣膜層，解決現有方法制備絕緣膜層時成品率低且用于濕敏電容元件中時濕滯較大的問題。

本發明采用的技術方案如下：