專(zhuān)利名稱(chēng)：一種快速響應(yīng)的cmos相對(duì)濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝的相對(duì)濕度傳感器，尤其是一種快速響應(yīng) 的CMOS相對(duì)濕度傳感器。
背景技術(shù)：
濕度測(cè)量在國(guó)防航空、氣象預(yù)報(bào)、工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、食品加工 等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。濕度傳感器作為濕度測(cè)量系統(tǒng)中的重要組成部分，已經(jīng) 發(fā)展了很多年。由最初的干濕球濕度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)等傳統(tǒng)的濕度傳感器發(fā)展到 目前可以用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝制造的微型濕度傳感器。用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝加工出來(lái)的 濕度傳感器具有體積小，價(jià)格低，產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)，是近幾年來(lái)濕度傳感器 研究的熱點(diǎn)。另外，利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝容易將濕度傳感器和檢測(cè)電路單片集成， 這樣可以提高濕度檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力。2001年，Y.Y.Qiu (人名)提 出了利用CMOS工藝制作的濕度傳感器，該濕度傳感器采用聚酰亞胺作為濕度敏感 介質(zhì)，將檢測(cè)電路與濕度敏感電容單片集成，把濕度敏感電容的變化直接轉(zhuǎn)化為 電壓變化輸出，便于后端檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)采樣和處理，但是這種結(jié)構(gòu)的濕度傳 感器響應(yīng)速度較慢。2004年，中國(guó)人顧磊提出了一種利用CMOS工藝制作的濕度傳 感器，該濕度傳感器的敏感單元為叉指電容結(jié)構(gòu)，將柵狀多晶硅加熱電阻置于叉 指電極的下方，采用聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)，靈敏度高，線性度好，但是傳 感器的回滯特性不是很好，而且響應(yīng)較慢，加熱電路工作可以提高濕度敏感單元 的溫度，進(jìn)而加快傳感器的響應(yīng)速度，但這樣必然會(huì)使傳感器的功耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明的目的是提出一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容的快速響應(yīng)的CMOS 相對(duì)濕度傳感器，具有響應(yīng)速度快，靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，襯底寄生小等優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)方案本發(fā)明是一種高速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，由襯底，氧化層， 電容電極，濕度敏感介質(zhì)組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容電極設(shè)在氧化層上，電 容電極由壓焊塊引出，濕度敏感介質(zhì)設(shè)在電容電極之間和電容電極上方，腐蝕襯 底及其上方的氧化層，形成空腔，使得電容電極之間的濕度敏感介質(zhì)的下表面也 與空氣接觸，電容電極為叉指狀電極且交錯(cuò)排列，每組叉指狀電極的公共端和叉 指狀電極的自由端均固定于氧化層上，以保證電容電極的機(jī)械強(qiáng)度。
有益效果本發(fā)明工藝步驟簡(jiǎn)單，利用標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝與MEMS加工技術(shù)相結(jié)
合進(jìn)行制造，成本低，精度高，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好。本發(fā)明提出的濕度傳感器釆用聚 酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)，靈敏度高，將襯底及其上方的氧化層腐蝕形成空腔， 這樣電容電極之間的濕度敏感介質(zhì)的上方和下方均為空氣，使得傳感器的響應(yīng)速 度加快，襯底寄生效應(yīng)減小。


圖l是本發(fā)明的俯視圖，圖中有氧化層2，第一電容電極3，第二電容電極
4，叉指狀電極的第一公共端31，叉指狀電極的第二公共端41，叉指狀電極的第 一自由端32，叉指狀電極的第二自由端42，第一壓焊塊33，第二壓焊塊43，濕 度敏感介質(zhì)5，空腔6。
圖2是本發(fā)明的截面圖，圖中有襯底l，氧化層2，第一電容電極3，第二 電容電極4，濕度敏感介質(zhì)5，空腔6。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明是一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，由襯底l，氧化層2，第一電 容電極3，第二電容電極4，濕度敏感介質(zhì)5組成，氧化層2設(shè)在襯底1上，第一 電容電極3和第二電容電極4設(shè)在氧化層2上，第一電容電極3和第二電容電極4 由第一壓焊塊33和第二壓焊塊43分別引出，濕度敏感介質(zhì)5設(shè)在第一電容電極3 和第二電容電極4之間以及第一電容電極3和第二電容電極4上方，腐蝕襯底1 及其上方的氧化層2，形成空腔6，使得第一電容電極3和第二電容電極4之間的 濕度敏感介質(zhì)5的下表面也與空氣接觸，第一電容電極3和第二電容電極4為叉 指狀電極且交錯(cuò)排列，每組叉指狀電極的第一公共端31和第二公共端41以及叉 指狀電極的第一 自由端32和第二自由端42均固定于氧化層2上，以保證第一電容電極3和第二電容電極4的機(jī)械強(qiáng)度。
本實(shí)施例中襯底1為體硅，氧化層2為二氧化硅，第一電容電極3和第二電容 電極4為鋁電極，濕度敏感介質(zhì)5為聚酰亞胺，本發(fā)明可以用以下工藝來(lái)制作-在硅襯底1上生長(zhǎng)一層氧化層2，濺射鋁并刻蝕形成第一電容電極3和第二電容電 極4以及第一壓焊塊33和第二壓焊塊43，利用旋涂法旋涂一層聚酰亞胺，光刻聚 酰亞胺，亞胺化，接著在硅襯底1背面淀積一層氮化硅阻擋層并刻蝕出硅襯底1 的腐蝕窗口，然后利用體硅各向異性腐蝕從硅襯底1背面向氧化層2方向腐蝕， 選用的腐蝕溶液對(duì)氧化層2的腐蝕速率遠(yuǎn)小于該腐蝕溶液對(duì)襯底1的腐蝕速率， 當(dāng)襯底1被腐蝕到氧化層2時(shí)認(rèn)為襯底1的腐蝕己經(jīng)結(jié)束，這時(shí)在襯底1中得到 一個(gè)腔體，將該腔體上方的氧化層2腐蝕掉便得到空腔6，此時(shí)第一電容電極3 和第二電容電極4之間的濕度敏感介質(zhì)5的下表面也與空氣接觸，最后再將襯底1 背面的氮化硅阻擋層腐蝕掉。
第一電容電極3和第二電容電極4構(gòu)成的電容以聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)， 當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，聚酰亞胺感濕層的介電常數(shù)會(huì)發(fā)生變化，從而使得濕度 敏感電容值發(fā)生變化，再利用電容檢測(cè)電路對(duì)濕度敏感電容的變化進(jìn)行檢測(cè)便可 以得到環(huán)境濕度的信息。
權(quán)利要求
1.一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，其特征在于該傳感器包括襯底(1)、氧化層(2)、第一電容電極(3)、第二電容電極(4)和濕度敏感介質(zhì)(5)，氧化層(2)設(shè)在襯底(1)上，第一電容電極(3)、第二電容電極(4)設(shè)在氧化層(2)上，第一電容電極(3)和第二電容電極(4)由第一壓焊塊(33)和第二壓焊塊(43)分別引出，濕度敏感介質(zhì)(5)設(shè)在第一電容電極(3)和第二電容電極(4)之間以及第一電容電極(3)和第二電容電極(4)上方，腐蝕襯底(1)及其上方的氧化層(2)，形成空腔(6)，使得第一電容電極(3)和第二電容電極(4)之間的濕度敏感介質(zhì)(5)的下表面也與空氣接觸。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，其特征在于 第一電容電極(3)、第二電容電極(4)為叉指狀電極且交錯(cuò)排列，每組叉指狀電 極的第一公共端(31)和第二公共端(41)以及叉指狀電極的第一自由端(32) 和第二自由端(42)均固定于氧化層(2)上，以保證第一電容電極(3)、第二電 容電極(4)的機(jī)械強(qiáng)度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，其特征 在于濕度敏感介質(zhì)(5)為聚酰亞胺。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，其特征 在于第一電容電極(3)、第二電容電極(4)為鋁電極。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，其特征 在于傳感器加工工藝與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝完全兼容，傳感器后處理工藝采用MEMS各 向異性濕法腐蝕完成。
全文摘要
一種快速響應(yīng)的CMOS相對(duì)濕度傳感器，由襯底，氧化層，電容電極，濕度敏感介質(zhì)組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容電極設(shè)在氧化層上，電容電極由壓焊塊引出，濕度敏感介質(zhì)設(shè)在電容電極之間和電容電極上方，腐蝕襯底及其上方的氧化層，形成空腔，使得電容電極之間的濕度敏感介質(zhì)的下表面也與空氣接觸，電容電極為叉指狀電極且交錯(cuò)排列，每組叉指狀電極的公共端和叉指狀電極的自由端均固定于氧化層上，以保證電極的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明采用聚酰亞胺作為濕度敏感介質(zhì)，將襯底及其上方的氧化層腐蝕形成空腔，電容電極之間的濕度敏感介質(zhì)的上方和下方均為空氣，該傳感器具有響應(yīng)速度快，靈敏度高，襯底寄生小等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/22GK101620197SQ20091018322
公開(kāi)日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2009年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月23日
發(fā)明者明 秦, 趙成龍, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)