Cmos mems電容式濕度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種CMOSMEMS電容式濕度傳感器，其特征是：包括叉指狀的上電極和叉指狀的下電極，下電極穿過SiO2氧化層設置在硅基底的同一表面上，上電極位于下電極的上方，在上電極和下電極之間、上電極的叉指之間、下電極的叉指之間填充濕度敏感介質；在所述上電極的上方設置鋁條，鋁條位于上電極、下電極的叉指之間，在鋁條和上電極之間填充濕度敏感介質；在所述上電極和下電極正下方的硅基底上形成空腔，使下電極以及下電極叉指間的濕度敏感介質直接與空氣接觸。所述上電極的叉指與下電極的叉指在高度方向上重合。所述濕度敏感介質為聚酰亞胺。本發(fā)明響應迅速，靈敏度高，輸出范圍寬，耐高溫，濕滯誤差小，溫度特性和長期穩(wěn)定性好。
【專利說明】CMOS MEMS電容式濕度傳感器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種CMOS MEMS電容式濕度傳感器，尤其是一種與CMOS工藝兼容的電容式濕度傳感器，屬于MEMS器件設計制造【技術領域】。
【背景技術】
[0002]濕度測量是MEMS技術的一個主要應用方面，濕度的檢測和控制技術已經獲得廣泛應用。比如軍事，氣象，農業(yè)，工業(yè)(特別是紡織，電子，食品)，醫(yī)療，建筑以及家用電器等方面需要對濕度進行嚴格監(jiān)測，有些場合甚至需要對濕度進行控制和報警，比如空氣調節(jié)系統(tǒng)，溫室控制系統(tǒng)，倉庫監(jiān)測系統(tǒng)。對濕度監(jiān)測、控制的需要促進了對濕度傳感器的研究進展。
[0003]傳統(tǒng)濕度傳感器制備均采用MEMS體硅加工工藝，工藝復雜，加工成本昂貴，并且很難實現(xiàn)標準化。CMOS技術是目前IC制造的主流技術，其加工技術先進而且成熟。CMOSMEMS可利用已建立起來強大的IC工業(yè)基礎設施，這種設施工藝成熟，規(guī)范和標準化，一旦所研制的器件成功，即可批量生產；另一方面，CMOS MEMS容易將MEMS器件與電路單片集成。因此，基于CMOS代加工廠的MEMS有較高的性能和較低的價格。電容式的單片集成濕度傳感器采用鋁叉指結構，叉指結構電容式濕度傳感器是硅微濕度傳感器的一種主要類型，其基本原理是將濕度變化轉換為電容的變化。在叉指狀電容器以及電阻條上面覆蓋一層感濕介質層一聚酰亞胺，當外界環(huán)境中的相對濕度發(fā)生變化，感濕材料吸附/脫附空氣中的水汽分子，使得聚酰亞胺的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而引起叉指電容值的改變，濕敏電容值減小，通過電容檢測電路就可以將電容值轉化為電壓或電流信號進行輸出。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種CMOS MEMS電容式濕度傳感器，與CMOS工藝兼容，該傳感器靈敏度高，量程范圍大，并且提高了可制造性，制造成本低。
[0005]按照本發(fā)明提供的技術方案，所述CMOS MEMS電容式濕度傳感器，其特征是:包括叉指狀的上電極和叉指狀的下電極，下電極穿過SiO2氧化層設置在硅基底的同一表面上，上電極位于下電極的上方，在上電極和下電極之間、上電極的叉指之間、下電極的叉指之間填充濕度敏感介質；在所述上電極的上方設置鋁條，鋁條位于上電極、下電極的叉指之間，在鋁條和上電極之間填充濕度敏感介質；在所述上電極和下電極正下方的硅基底上形成空腔，使下電極以及下電極叉指間的濕度敏感介質直接與空氣接觸。
[0006]所述上電極的叉指與下電極的叉指在高度方向上重合。
[0007]所述上電極和下電極采用金屬鋁。
[0008]所述濕度敏感介質為聚酰亞胺。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明所述CMOS MEMS電容式濕度傳感器響應迅速，靈敏度高，輸出范圍寬，耐高溫，濕滯誤差小，溫度特性和長期穩(wěn)定性好；并且聚酰亞胺廣泛應用于半導體工藝中作為鈍化層或者平坦化處理，與CMOS工藝完全兼容，并利用電路工藝加工在先，后處理工藝在后的方式，保證了 CMOS工藝的完整性和工藝次序的不被改變和打斷；本發(fā)明易于實現(xiàn)批量化制造以及傳感器的微型化和智能化。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明的剖面圖。
[0011]圖2為本發(fā)明的俯視圖。
[0012]圖3為濺射下電極的掩膜版的示意圖。
[0013]圖4為濺射上電極的掩膜版的示意圖。
[0014]圖5為濺射鋁條的掩膜版的示意圖。
[0015]圖中的序號為:下電極1、上電極2、鋁條3、濕度敏感介質7、硅基底8、空腔9、SiO2氧化層10、下電極壓焊塊11、上電極壓焊塊21、鋁條壓焊塊31。
【具體實施方式】
[0016]下面結合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1、圖2所示:所述CMOS MEMS電容式濕度傳感器包括叉指狀的上電極2和叉指狀的下電極1，下電極I由下電極壓焊塊11引出、穿過SiO2氧化層10設置在硅基底8的同一表面上，上電極2由上電極壓焊塊21引出、位于下電極I的上方，上電極2的叉指與下電極I的叉指在高度方向上重合，在上電極2和下電極I之間、上電極2的叉指之間、下電極I的叉指之間填充濕度敏感介質7 ;在所述上電極2的上方由鋁條壓焊塊31引出鋁條3，鋁條3位于上電極2、下電極I的叉指之間，在鋁條3和上電極2之間填充濕度敏感介質7 ；在所述上電極2和下電極I正下方的硅基底8上形成空腔9，下電極I以及下電極I叉指間的濕度敏感介質7可以直接與空氣接觸；
所述上電極2和下電極I采用金屬鋁；所述濕度敏感介質7為聚酰亞胺。
[0018]制備上述CMOS MEMS電容式濕度傳感器的方法，采用以下工藝步驟:
(1)在硅基底8上生長一層SiO2形成SiO2氧化層10，在SiO2氧化層10上采用如圖3所示的掩膜版濺射金屬鋁，并刻蝕形成下電極I ;
(2)采用旋涂法旋涂一層聚酰亞胺，再采用如圖4所示的掩膜版濺射金屬鋁，并刻蝕形成上電極2，上電極2的叉指與下電極I的叉指在高度方向上重合；
(3)再采用刻涂法旋涂一層聚酰亞胺，然后采用如圖5所示的掩膜版濺射金屬鋁，并刻蝕形成鋁條3，鋁條3位于上電極2、下電極I的叉指之間；
(4)在硅基底8的背面淀積一層氮化硅阻擋層，并在硅底底8上刻蝕出腐蝕窗口，然后利用硅的各向異性腐蝕從硅基底8的背面向SiO2氧化層10方向腐蝕，選用的腐蝕溶液對SiO2氧化層10的腐蝕速率遠小于該腐蝕溶液對硅基底8的腐蝕速率，當硅基底8腐蝕到SiO2氧化層10下表面時，第一步腐蝕結束；第二步腐蝕將SiO2氧化層10腐蝕至下電極I的下表面；兩步腐蝕完成后在下電極I下部的硅基底8上形成空腔9，并且下電極I以及下電極I叉指間的濕度敏感介質能夠與空氣接觸；
(5)最后再將硅底8背面的氮化硅阻擋層去除。
[0019]本發(fā)明所述CMOS MEMS電容式濕度傳感器在工作時，環(huán)境中的濕氣被上電極和下電極之間的濕度敏感介質吸附/脫附，從而使得上電極和下電極間的介質介電常數(shù)發(fā)生變化，產生相應的電容值變化，電容值隨著濕度變化單調變化，電容值與濕度值相互對應，形成由濕度到電容的傳感轉換功能。
【權利要求】
1.一種CMOS MEMS電容式濕度傳感器，其特征是:包括叉指狀的上電極(2)和叉指狀的下電極(1)，下電極(I)穿過SiO2氧化層(10)設置在硅基底(8)的同一表面上，上電極(2)位于下電極(I)的上方，在上電極(2)和下電極(I)之間、上電極(2)的叉指之間、下電極(I)的叉指之間填充濕度敏感介質(7);在所述上電極(2)的上方設置鋁條(3)，鋁條(3)位于上電極(2)、下電極(I)的叉指之間，在鋁條(3)和上電極(2)之間填充濕度敏感介質(7);在所述上電極(2)和下電極(I)正下方的硅基底(8)上形成空腔(9)，使下電極(I)以及下電極(I)叉指間的濕度敏感介質(7)直接與空氣接觸。
2.如權利要求1所述的CMOSMEMS電容式濕度傳感器，其特征是:所述上電極(2)的叉指與下電極(I)的叉指在高度方向上重合。
3.如權利要求1所述的CMOSMEMS電容式濕度傳感器，其特征是:所述上電極(2)和下電極(I)采用金屬鋁。
4.如權利要求1所述的CMOSMEMS電容式濕度傳感器，其特征是:所述濕度敏感介質(7)為聚酰亞胺。
【文檔編號】G01N27/22GK103675042SQ201310633540
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權日:2013年11月30日
【發(fā)明者】薛惠瓊, 王瑋冰, 田龍坤 申請人:江蘇物聯(lián)網研究發(fā)展中心