專利名稱：Cmos工藝兼容的相對(duì)濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相兼容相對(duì)濕度傳感器，尤其是一種采用空氣作為濕敏介質(zhì)的CMOS工藝兼容的相對(duì)濕度傳感器。
背景技術(shù)：
濕度傳感器是基于其功能材料與濕度有關(guān)的物理效應(yīng)或化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上制造的，它具有可將濕度物理量轉(zhuǎn)化為電訊號(hào)的功能。濕度測(cè)量在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國(guó)防、科研、航空等部門都有重要的應(yīng)用。濕度傳感器作為濕度測(cè)量系統(tǒng)中重要的組成部分，已經(jīng)發(fā)展了很多年。由最初的毛發(fā)計(jì)和干濕球濕度傳感器發(fā)展到能夠輸出電信號(hào)的LiCl電解質(zhì)濕度傳感器。發(fā)展過(guò)程中出現(xiàn)了電解質(zhì)濕度傳感器，陶瓷濕度傳感器，半導(dǎo)體結(jié)型及MOS型濕度傳感器和新興的高分子濕度傳感器。CMOS工藝兼容的濕度傳感器即利用標(biāo)準(zhǔn)的CMOS IC工藝將濕度傳感器做在硅片上，這樣做的優(yōu)點(diǎn)是使得傳感器的靈敏度、線性度、精確度以及接口電路的性能得到提高，顯著減小了器件尺寸，另一方面，利用IC技術(shù)制造傳感器是一種廉價(jià)，可大批量生產(chǎn)的技術(shù)。早在1988年英國(guó)人Silverthorne就提出了用CMOS工藝制造濕度傳感器，他用聚合物作為感濕介質(zhì)，硼重?fù)诫s區(qū)作為下極板，多孔金屬層作為上極板，多孔金屬層很薄，一般為幾十納米，水汽分子可以自由通過(guò)上極板進(jìn)入感濕介質(zhì)，引起聚合物介電常數(shù)的變化，從而使?jié)衩綦娙葜蛋l(fā)生變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度的測(cè)量。這種傳感器是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝加后道工序完成制作，處理電路和參考電容是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝加工完成，而濕敏介質(zhì)的涂敷以及上金屬電極的淀積都是通過(guò)后道工序即非標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝加工完成，所以加工成本較高，產(chǎn)品一致性較差。中國(guó)人顧磊也曾提出過(guò)CMOS工藝兼容的濕度傳感器。他將鋁刻蝕成叉指狀，形成一叉指電容，在鋁層上涂覆聚酰亞胺作為濕敏介質(zhì)。由于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝線鋁的淀積厚度一般只有1～2個(gè)微米，所以這種靠側(cè)壁感應(yīng)的濕敏電容值比較小，給后續(xù)電路的檢測(cè)帶來(lái)了困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能CMOS工藝兼容的相對(duì)濕度傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，響應(yīng)迅速，溫漂小和可靠性好的優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案本發(fā)明是一種用于檢測(cè)濕度的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，由襯底，氧化層，電容下極板，電容上極板組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容下極板平鋪于氧化層上，電容上極板位于襯底和氧化層的上方。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果采用本發(fā)明制作濕度傳感器，制作方法和結(jié)構(gòu)都非常簡(jiǎn)單，并且是電容式結(jié)構(gòu)，溫度漂移小，抗干擾能力強(qiáng)。采用標(biāo)準(zhǔn)CMOS相兼容的工藝生產(chǎn)，能有效降低生產(chǎn)成本。傳統(tǒng)的三明治結(jié)構(gòu)濕敏電容是將濕敏介質(zhì)置于上下極板中間，為了能使感濕介質(zhì)感受到外界濕度的變化，上極板一般都刻出窗口來(lái)保證水汽能自由透過(guò)極板被感濕介質(zhì)吸收，這樣做的不足之處是感濕介質(zhì)的選擇受到一定的限制，并且上極板窗口圖案的選擇會(huì)對(duì)濕度傳感器的響應(yīng)產(chǎn)生一定的影響，并且這樣制作傳感器與CMOS工藝不相兼容，成本較高。本發(fā)明提出的與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝相兼容相對(duì)濕度傳感器，只需淀積兩次金屬并刻蝕形成上下極板，最后通過(guò)化學(xué)溶劑漂洗釋放出傳感器結(jié)構(gòu)，制作過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單。與采用叉指結(jié)構(gòu)的濕敏電容相比，本發(fā)明其0％相對(duì)濕度下的固定電容值以及全量程的電容變化量均高出一個(gè)數(shù)量級(jí)，并且采用空氣作為感濕介質(zhì)，與使用高分子材料作為濕敏介質(zhì)相比具有響應(yīng)迅速，有利于后續(xù)電子電路的檢出。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是制作濕度傳感器所用到的三塊掩膜版圖，分別是電容下極板3，犧牲層5和電容上極板4。
具體實(shí)施例方式
一種用于檢測(cè)濕度的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，由襯底1，氧化層2，電容下極板3，電容上極板4組成，氧化層2設(shè)在襯底1上，電容下極板3平鋪于氧化層2上，電容上極板4位于襯底1和氧化層2的上方，在本實(shí)施例中，電容上極板4通過(guò)錨區(qū)固定在氧化層2上在電容上極板4上的位于電容下極板3上方的區(qū)域設(shè)有孔41。
本發(fā)明是一種用空氣作為感濕介質(zhì)的電容式相對(duì)濕度傳感器，由襯底1，氧化層2，電容下極板3，電容上極板4組成。電容下極板3位于氧化層2上，通過(guò)濺射鋁并刻蝕形成，其俯視圖如附圖2中下電極掩膜版3所示。上極板4通過(guò)平行錨區(qū)固定在氧化層2上，并且上極板上刻有許多等間距的微孔，這樣環(huán)境中的水汽分子可以自由通過(guò)微孔，進(jìn)入到濕敏電容兩極板之間，從而改變濕敏電容值。在制作此濕度傳感器過(guò)程中，上極板4和下極板3之間夾了一層正型光刻膠作為最后釋放結(jié)構(gòu)的犧牲層，其俯視圖如附圖2中犧牲層掩膜版5所示，當(dāng)CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝完成以后將此傳感器放入丙酮溶液中進(jìn)行漂洗，丙酮溶液通過(guò)上極板4上的微孔可以將正型光刻膠去除，這樣濕敏電容結(jié)構(gòu)最終形成。本實(shí)施例中襯底1為體硅，氧化層2為二氧化硅，電容上極板4和電容下極板3材質(zhì)均為鋁，犧牲層5為正型光刻膠，最后通過(guò)丙酮溶液將其去除。
本濕度傳感器的制備過(guò)程為襯底1準(zhǔn)備，清洗；熱生長(zhǎng)氧化層2；濺射鋁并刻蝕形成電容下極板3；涂覆正型光刻膠，光刻，顯影并堅(jiān)膜形成犧牲層5，在犧牲層5上濺射鋁并刻蝕形成電容上極板4，將傳感器芯片放入丙酮溶液中漂洗，去除犧牲層，釋放結(jié)構(gòu)最終形成濕敏電容，上下極板間的介質(zhì)為空氣，當(dāng)外界環(huán)境濕度變化時(shí)，環(huán)境中的水汽分子通過(guò)上極板微孔進(jìn)入兩極板間，空氣的介電常數(shù)發(fā)生變化，從而導(dǎo)致濕敏電容值發(fā)生改變。通過(guò)電子電路檢出此濕敏電容值就可以獲得環(huán)境的濕度信息。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測(cè)濕度的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，由襯底(1)，氧化層(2)，電容下極板(3)，電容上極板(4)組成，氧化層(2)設(shè)在襯底(1)上，其特征在于電容下極板(3)平鋪于氧化層(2)上，電容上極板(4)位于襯底(1)和氧化層(2)的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，其特征在于電容上極板(4)通過(guò)錨區(qū)固定在氧化層(2)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，其特征在于在電容上極板(4)上的位于電容下極板(3)上方的區(qū)域設(shè)有孔(41)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于檢測(cè)濕度的CMOS工藝兼容相對(duì)濕度傳感器，由襯底，氧化層，電容下極板，電容上極板組成，氧化層設(shè)在襯底上，電容下極板平鋪于氧化層上，電容上極板位于襯底和氧化層的上方；本發(fā)明具有制作方法和結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，溫度漂移小，抗干擾能力強(qiáng)，有效降低生產(chǎn)成本，具有響應(yīng)迅速，有利于后續(xù)電子電路的檢出等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N27/22GK1657927SQ20051003802
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2005年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月8日
發(fā)明者彭韶華, 黃慶安, 秦明, 張中平 申請(qǐng)人:東南大學(xué)