專利名稱：電容式相對(duì)濕度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于標(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)方案本實(shí)用新型是一種電容式相對(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。 本實(shí)用新型的電容式相對(duì)濕度傳感器包括襯底、氧化層、第一電容電極、第二電容電極和濕度敏感介質(zhì)，氧化層設(shè)在襯底上，第一電容電極、第二電容電極設(shè)在氧化層上，第一電容電極和第二電容電極由第一壓焊塊和第二壓焊塊分別引出，濕度敏感介質(zhì)設(shè)在第一電容電極和第二電容電極之間以及第一電容電極和第二電容電極上方，腐蝕襯底及其上方的氧化層，形成空腔，使得第一電容電極和第二電容電極之間的濕度敏感介質(zhì)的下表面也與空氣接觸。 第一電容電極、第二電容電極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和第二公共端以及叉指狀電極的第一自由端和第二自由端均固定于氧化層上，以保證第一 電容電極、第二電容電極的機(jī)械強(qiáng)度。
3[0006] 濕度敏感介質(zhì)為聚酰亞胺。 第一電容電極、第二電容電極為鋁電極。 有益效果本實(shí)用新型工藝步驟簡(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采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。[0009]
圖l是本實(shí)用新型的俯視圖，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。[0011] 圖2是本實(shí)用新型的截面圖，圖中有襯底1，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)施方式本實(shí)用新型是一種電容式相對(duì)濕度傳感器，由襯底1，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l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的腐蝕已經(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) 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
權(quán)利要求一種電容式相對(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l所述的電容式相對(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所述的電容式相對(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所述的電容式相對(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。
專利摘要電容式相對(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。本實(shí)用新型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)G01N27/22GK201522471SQ20092023371
公開(kāi)日2010年7月7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)明者秦明, 趙成龍, 黃慶安 申請(qǐng)人:東南大學(xué)