專利名稱：電容式相對濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機械傳感器，尤其涉及一種電容式相對濕度傳感器。
背景技術(shù)：
目前環(huán)境檢測中實際應(yīng)用的大都是傳統(tǒng)的濕度傳感器，如干球濕度計、露點濕度計等。這些濕度傳感器存在以下幾種缺點(1)相同產(chǎn)品的一致性差；(2)價格昂貴；(3)體積大；(4)線性度、滯回特性差，測量中有時需要查表。與CMOS(CMOS為本領(lǐng)域熟知的技術(shù)名詞)技術(shù)相兼容的電容相對濕度傳感器是一種的微濕度傳感器，具有體積小、價格低、產(chǎn)品一致性好的優(yōu)點。1990年，H.Baltes(人名)最早提出了利用CMOS工藝制造濕度傳感器。該濕度傳感器利用空氣作為感濕介質(zhì)，由于表面吸附的影響，線性度和滯回特性都非常差，精度很低。并且由于鋁電極暴露在空氣中容易受到水氣的腐蝕，可靠性也比較差。1991年，Boltshauser(人名)采用CMOS技術(shù)加上后序工藝，利用聚酰亞胺為感濕介質(zhì)制作了相對電容濕度傳感器，這種濕度傳感器的電極和聚酰亞胺直接接觸聚酰亞胺吸附水汽之后會腐蝕鋁電極，可靠性低，長期使用使得表面附的雜質(zhì)很難去除。2000年，Uksong Kang(人名)給出了一種高速的濕度傳感器，該結(jié)構(gòu)中用作加熱的多晶硅上有兩層作為絕緣的二氧化硅以及一層敏感電極隔熱，加熱效果差；該結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，無法通過標準的CMOS工藝完成。且電極暴露在空氣中，為防止空氣中水汽的腐蝕，電極的選擇就有限制，長期可靠性差。以上的一些濕度傳感器不能滿足長期可靠性和脫附時間短的要求，易受外界環(huán)境影響。
三、技術(shù)內(nèi)容技術(shù)問題本發(fā)明提供一種能夠提高其可靠性的高精度電容式相對濕度傳感器。
技術(shù)方案本發(fā)明是一種用于濕度信號傳感的電容式相對濕度傳感器，由襯底，氧化層、電容電極組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容電極設(shè)在氧化層上方，在電容電極上設(shè)有電極引線，該電容電極為其材質(zhì)適于標準CMOS加工工藝的電極，在電容電極上設(shè)有鈍化層。
技術(shù)效果本發(fā)明工藝步驟簡單，可利用標準的CMOS工藝制造，精度高，長期可靠性好。采用鋁電極梳狀并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以增加敏感電容值，將襯底可靠接地消除了外界的干擾，提高濕度傳感器的精度。淀積鈍化層能夠有效防止環(huán)境中的水汽尤其是聚酰亞胺吸水后，聚酰亞胺中的水汽腐蝕鋁電極，提高可靠性。利用梳狀并聯(lián)多晶硅作為加熱電路，加熱均勻，有效去除濕度傳感器表面可揮發(fā)性雜質(zhì)，使?jié)穸葌鞲衅鞯拿摳綍r間更短，同樣提高了可靠性。在電容電極之間設(shè)置聚酰亞胺，且氧化條的上表面高于多晶條的上表面，減少鋁電極與二氧化硅層間的邊緣效用，提高線性度，減少寄生電容，從而提高精度。利用聚酰亞胺作為感濕介質(zhì)，它具有靈敏度高，線性度、滯回特性好，長期可靠等優(yōu)點，而本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)置，則使其與標準CMSO加工工藝相兼容。
四

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的俯視圖。
圖3是本發(fā)明梳形電極結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是本發(fā)明梳形式并聯(lián)多晶硅層結(jié)構(gòu)示意圖。
五、具體實施方案本發(fā)明是一種用于濕度信號傳感的電容式相對濕度傳感器，由襯底106，氧化層104、電容電極101和102組成，氧化層104設(shè)在襯底106上，電容電極101和102設(shè)在氧化層104上方，在電容電極101和102上設(shè)有電極引線1011和1021，該電容電極101和102為其材質(zhì)適于標準CMOS加工工藝的電極，在電容電極101和102上設(shè)有鈍化層108，在電容電極101和102之間及其上方設(shè)有感濕介質(zhì)層107，鈍化層108位于電容電極101和102與感濕介質(zhì)層107之間，在電容電極101和102與氧化層104之間設(shè)有二氧化硅條105且二氧化硅條105的上表面高于感濕介質(zhì)層1071的下表面1071，在感濕介質(zhì)層107與氧化層104之間設(shè)有加熱條103，具體來說，既可以將加熱條103設(shè)在感濕介質(zhì)層107的下表面1071與氧化層104之間，也可以將加熱條103設(shè)在二氧化硅條105與氧化層104之間，在加熱條103上設(shè)有加熱條引線1031和1032，在感濕介質(zhì)層107與加熱條103之間設(shè)有氮化硅層1081，本實施例的鈍化層108為氮化硅層，該鈍化層108也可采用由二氧化硅層和氮化硅層組成，氮化硅層設(shè)在二氧化硅層的上方的技術(shù)措施，電容電極101和102為梳形電極且交錯設(shè)置，感濕介質(zhì)層107為聚酰亞胺層，加熱條103為梳形并聯(lián)多晶硅層，襯底106接地，電容電極101和102為鋁電極，電容電極101和102還可以是金電極或多晶硅電極，本發(fā)明的感濕介質(zhì)由于外界環(huán)境的相對濕度變化，吸附/脫附空氣中的水氣分子，使得感濕介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，引起濕度傳感器的電容值改變，相對濕度與敏感電容之間存在確定關(guān)系。環(huán)境相對濕度升高時濕度傳感器電容值增加，環(huán)境相對濕度降低時濕度傳感器電容值相應(yīng)減少，濕度傳感器輸出端連接外圍電路，敏感電容值經(jīng)過接口電路將其轉(zhuǎn)化為可測電信號(如電壓、電流)，本發(fā)明可采用以下工藝來制作在硅襯底上生長薄氧化層104，淀積多晶硅103，并光刻成梳狀并聯(lián)的S型，CVD法淀積二氧化硅105，光刻露出多晶硅103，淀積1微米鋁，并光刻成梳狀電極101，102(刻除多晶硅上的鋁)。接著淀積氮化硅108作為鈍化層，利用旋轉(zhuǎn)涂敷法涂1.5微米厚度左右的聚酰亞胺(107)，光刻、亞胺化后聚酰亞胺(107)的厚度約為1微米。濕度傳感器的兩極板(以鋁電極為例)，鋁電極板分別由21根寬3微米、長400微米的條形鋁電極組成的梳狀結(jié)構(gòu)，相鄰的極板間距為4微米。加熱多晶硅結(jié)構(gòu)如圖4，多晶硅103采用梳狀并聯(lián)S型結(jié)構(gòu)，利于均勻加熱，每根多晶硅條(103)長度為450微米、寬3微米，厚度為3500埃，14根多晶硅條分別并聯(lián)在一起，然后串聯(lián)，總電阻為1.5KΩ左右，作為鈍化層108的氮化硅厚度為3000埃，用以防止鋁電極101，102被聚酰亞胺107吸附的水氣腐蝕，聚酰亞胺107的厚度約為1微米。圖2中鋁電極109接地，用來消除外界對敏感電容的影響，多晶硅條為加熱電路，鋁電極101、102輸出電容信號。環(huán)境相對濕度測量范圍為0％RH～100％RH，溫度范圍為-40℃～60℃。
權(quán)利要求
1.一種用于濕度信號傳感的電容式相對濕度傳感器，由襯底(106)，氧化層(104)、電容電極(101和102)組成，氧化層(104)設(shè)在襯底(106)上，電容電極(101和102)設(shè)在氧化層(104)上方，在電容電極(101和102)上設(shè)有電極引線(1011和1021)，該電容電極(101和102)為其材質(zhì)適于標準CMOS加工工藝的電極，其特征在于在電容電極(101和102)上設(shè)有鈍化層(108)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于鈍化層(108)為氮化硅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于鈍化層(108)由二氧化硅層和氮化硅層組成，氮化硅層設(shè)在二氧化硅層的上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于電容電極(101和102)為梳形電極且交錯設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于在電容電極(101和102)之間及其上方設(shè)有感濕介質(zhì)層(107)，鈍化層(108)位于電容電極(101和102)與感濕介質(zhì)層(107)之間，在電容電極(101和102)與氧化層(104)之間設(shè)有二氧化硅條(105)且二氧化硅條(105)的上表面高于感濕介質(zhì)層(107)的下表面(1071)，在感濕介質(zhì)層(107)與氧化層(104)之間設(shè)有加熱條(103)，在加熱條(103)上設(shè)有加熱條引線(1031和1032)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于在感濕介質(zhì)層(107)與加熱條(103)之間設(shè)有鈍化層，該鈍化層為氮化硅層(1081)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于感濕介質(zhì)層(107)為聚酰亞胺層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于加熱條(103)為梳形并聯(lián)多晶硅條。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于電容電極(101和102)為鋁電極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式相對濕度傳感器，其特征在于襯底(106)接地。
全文摘要
本發(fā)明是一種用于濕度信號傳感的電容式相對濕度傳感器，由襯底，氧化層、電容電極組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容電極設(shè)在氧化層上方，在電容電極上設(shè)有電極引線，該電容電極為其材質(zhì)適于標準CMOS加工工藝的電極，在電容電極上設(shè)有鈍化層。本發(fā)明采用鋁電極梳狀并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以增加敏感電容值，將襯底可靠接地消除了外界的干擾，提高濕度傳感器的精度。淀積鈍化層能夠有效防止環(huán)境中的水汽尤其是聚酰亞胺吸水后，聚酰亞胺中的水汽腐蝕鋁電極，提高可靠性。利用梳狀并聯(lián)多晶硅作為加熱電路，使?jié)穸葌鞲衅鞯拿摳綍r間更短，同樣提高了可靠性。利用聚酰亞胺作為感濕介質(zhì)，靈敏度高，線性度、滯回特性好，長期可靠等優(yōu)點。
文檔編號G01N27/22GK1455250SQ03131858
公開日2003年11月12日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月12日
發(fā)明者顧磊, 黃慶安, 秦明, 張中平 申請人:東南大學