专利名称：电容式相对湿度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于标准CMOS工艺的相对湿度传感器，尤其是一种快速响应的CMOS相对湿度传感器。
背景技术：
湿度测量在国防航空、气象预报、工业制造、农业生产、医疗卫生、食品加工等领域有着广泛的应用。湿度传感器作为湿度测量系统中的重要组成部分，已经发展了很多年。由最初的干湿球湿度计、毛发湿度计等传统的湿度传感器发展到目前可以用标准CMOS工艺制造的微型湿度传感器。用标准CMOS工艺加工出来的湿度传感器具有体积小，价格低，产品一致性好等优点，是近几年来湿度传感器研究的热点。另外，利用标准CMOS工艺容易将湿度传感器和检测电路单片集成，这样可以提高湿度检测系统的稳定性和抗干扰能力。2001年，Y. Y. Qiu(人名)提出了利用CMOS工艺制作的湿度传感器，该湿度传感器采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，将检测电路与湿度敏感电容单片集成，把湿度敏感电容的变化直接转化为电压变化输出，便于后端检测系统进行信号采样和处理，但是这种结构的湿度传感器响应速度较慢。2004年，中国人顾磊提出了一种利用CMOS工艺制作的湿度传感器，该湿度传感器的敏感单元为叉指电容结构，将栅状多晶硅加热电阻置于叉指电极的下方，采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，灵敏度高，线性度好，但是传感器的回滞特性不是很好，而且响应较慢，加热电路工作可以提高湿度敏感单元的温度，进而加快传感器的响应速度，但这样必然会使传感器的功耗增加。

发明内容技术方案本实用新型是一种电容式相对湿度传感器，由衬底，氧化层，电容电极，湿度敏感介质组成，氧化层设在衬底上，电容电极设在氧化层上，电容电极由压焊块引出，湿度敏感介质设在电容电极之间和电容电极上方，腐蚀衬底及其上方的氧化层，形成空腔，使得电容电极之间的湿度敏感介质的下表面也与空气接触，电容电极为叉指状电极且交错排列，每组叉指状电极的公共端和叉指状电极的自由端均固定于氧化层上，以保证电容电极的机械强度。 本实用新型的电容式相对湿度传感器包括衬底、氧化层、第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质，氧化层设在衬底上，第一电容电极、第二电容电极设在氧化层上，第一电容电极和第二电容电极由第一压焊块和第二压焊块分别引出，湿度敏感介质设在第一电容电极和第二电容电极之间以及第一电容电极和第二电容电极上方，腐蚀衬底及其上方的氧化层，形成空腔，使得第一电容电极和第二电容电极之间的湿度敏感介质的下表面也与空气接触。 第一电容电极、第二电容电极为叉指状电极且交错排列，每组叉指状电极的第一公共端和第二公共端以及叉指状电极的第一自由端和第二自由端均固定于氧化层上，以保证第一 电容电极、第二电容电极的机械强度。
3[0006] 湿度敏感介质为聚酰亚胺。 第一电容电极、第二电容电极为铝电极。 有益效果本实用新型工艺步骤简单，利用标准CMOS工艺与MEMS加工技术相结合进行制造，成本低，精度高，长期稳定性好。本发明提出的湿度传感器采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，灵敏度高，将衬底及其上方的氧化层腐蚀形成空腔，这样电容电极之间的湿度敏感介质的上方和下方均为空气，使得传感器的响应速度加快，衬底寄生效应减小。[0009]
图l是本实用新型的俯视图，图中有氧化层2，第一电容电极3，第二电容电极4，叉指状电极的第一公共端31，叉指状电极的第二公共端41，叉指状电极的第一 自由端32，叉指状电极的第二自由端42，第一压焊块33，第二压焊块43，湿度敏感介质5，空腔6。[0011] 图2是本实用新型的截面图，图中有衬底1，氧化层2，第一电容电极3，第二电容电极4，湿度敏感介质5，空腔6 。
具体实施方式本实用新型是一种电容式相对湿度传感器，由衬底1，氧化层2，第一电容电极3，第二电容电极4，湿度敏感介质5组成，氧化层2设在衬底1上，第一 电容电极3和第二电容电极4设在氧化层2上，第一电容电极3和第二电容电极4由第一压焊块33和第二压焊块43分别引出，湿度敏感介质5设在第一电容电极3和第二电容电极4之间以及第一电容电极3和第二电容电极4上方，腐蚀衬底1及其上方的氧化层2，形成空腔6，使得第一电容电极3和第二电容电极4之间的湿度敏感介质5的下表面也与空气接触，第一电容电极3和第二电容电极4为叉指状电极且交错排列，每组叉指状电极的第一公共端31和第二公共端41以及叉指状电极的第一 自由端32和第二自由端42均固定于氧化层2上，以保证第一电容电极3和第二电容电极4的机械强度。 本实施例中衬底1为体硅，氧化层2为二氧化硅，第一电容电极3和第二电容电极4为铝电极，湿度敏感介质5为聚酰亚胺，本发明可以用以下工艺来制作在硅衬底l上生长一层氧化层2，溅射铝并刻蚀形成第一电容电极3和第二电容电极4以及第一压焊块33和第二压焊块43，利用旋涂法旋涂一层聚酰亚胺，光刻聚酰亚胺，亚胺化，接着在硅衬底1背面淀积一层氮化硅阻挡层并刻蚀出硅衬底1的腐蚀窗口，然后利用体硅各向异性腐蚀从硅衬底1背面向氧化层2方向腐蚀，选用的腐蚀溶液对氧化层2的腐蚀速率远小于该腐蚀溶液对衬底1的腐蚀速率，当衬底1被腐蚀到氧化层2时认为衬底1的腐蚀已经结束，这时在衬底1中得到一个腔体，将该腔体上方的氧化层2腐蚀掉便得到空腔6，此时第一电容电极3和第二电容电极4之间的湿度敏感介质5的下表面也与空气接触，最后再将衬底1背面的氮化硅阻挡层腐蚀掉。 第一电容电极3和第二电容电极4构成的电容以聚酰亚胺作为湿度敏感介质，当环境湿度发生改变时，聚酰亚胺感湿层的介电常数 发生变化，从而使得湿度敏感电容值发生变化，再利用电容检测电路对湿度敏感电容的变化进行检测便可以得到环境湿度的信
权利要求一种电容式相对湿度传感器，其特征在于该传感器包括衬底(1)、氧化层(2)、第一电容电极(3)、第二电容电极(4)和湿度敏感介质(5)，氧化层(2)设在衬底(1)上，第一电容电极(3)、第二电容电极(4)设在氧化层(2)上，第一电容电极(3)和第二电容电极(4)由第一压焊块(33)和第二压焊块(43)分别引出，湿度敏感介质(5)设在第一电容电极(3)和第二电容电极(4)之间以及第一电容电极(3)和第二电容电极(4)上方，腐蚀衬底(1)及其上方的氧化层(2)，形成空腔(6)，使得第一电容电极(3)和第二电容电极(4)之间的湿度敏感介质(5)的下表面也与空气接触。
2. 根据权利要求l所述的电容式相对湿度传感器，其特征在于第一电容电极(3)、第二电容电极(4)为叉指状电极且交错排列，每组叉指状电极的第一公共端(31)和第二公共端(41)以及叉指状电极的第一自由端(32)和第二自由端(42)均固定于氧化层(2)上，以保证第一电容电极(3)、第二电容电极(4)的机械强度。
3. 根据权利要求1或2所述的电容式相对湿度传感器，其特征在于湿度敏感介质(5)为聚酰亚胺。
4. 根据权利要求1或2所述的电容式相对湿度传感器，其特征在于第一电容电极(3)、第二电容电极(4)为铝电极。
专利摘要电容式相对湿度传感器由衬底，氧化层，电容电极，湿度敏感介质组成，氧化层设在衬底上，电容电极设在氧化层上，电容电极由压焊块引出，湿度敏感介质设在电容电极之间和电容电极上方，腐蚀衬底及其上方的氧化层，形成空腔，使得电容电极之间的湿度敏感介质的下表面也与空气接触，电容电极为叉指状电极且交错排列，每组叉指状电极的公共端和叉指状电极的自由端均固定于氧化层上，以保证电极的机械强度。本实用新型采用聚酰亚胺作为湿度敏感介质，将衬底及其上方的氧化层腐蚀形成空腔，电容电极之间的湿度敏感介质的上方和下方均为空气，该传感器具有响应速度快，灵敏度高，衬底寄生小等优点。
文档编号G01N27/22GK201522471SQ20092023371
公开日2010年7月7日 申请日期2009年7月23日 优先权日2009年7月23日
发明者秦明, 赵成龙, 黄庆安 申请人:东南大学