一种与cmos工艺兼容的湿度传感器制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体加工制造技术领域，更具体地，涉及一种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法。
【背景技术】
[0002]湿度，通常是指空气中水蒸气的含量，用来反映大气的干湿程度。人类日常生活、工农业生产活动以及动植物的生存和生长，都与周围的环境湿度有着密切的关系。湿度传感器用于湿度的测量，其基于湿敏功能材料能发生与湿度有关的物理效应或化学反应的特点，通过将湿度物理量转换成电讯号来实现测量功能。
[0003]湿度传感器根据其工作原理的不同，可以分成伸缩式、蒸发式、露点计、电子式、电磁式等，其中以电子式的研究和应用为主。近年来研究较多的是电容型的电子式湿度传感器，这类湿度传感器的主要工作原理是:湿敏介质材料在吸附和解吸附空气中的水汽分子时，其介电常数会发生变化，从而导致器件的电容值发生改变，再经过处理电路转化为与湿度相关的电信号被读出。
[0004]电容式湿度传感器从结构上主要可分为垂直平板电容型和水平平板电容型两类。顾名思义，垂直平板电容型是指湿度传感器的正、负电极板以上、下相对的垂直方式设置；其中，上电极板设有通孔或者直接采用多孔材料制备，外界环境中的水汽需要穿过上电极板的通孔或者孔隙与湿敏材料发生作用，才能引起电容发生改变。水平平板电容型也称作叉指电容型，其正、负电极板的叉指状电极相对交错设置，并位于同一水平方向上，湿敏材料填充于两个电极板的各叉指之间，可直接与外界环境相接触。
[0005]请参阅图1，图1是现有技术中的一种垂直平板电容型湿度传感器的结构示意图。如图1所示，该垂直平板电容型湿度传感器制作在具有CMOS电路的衬底101上，自下而上包括衬底101、下电极102、湿敏材料103以及形成于湿敏材料上面的上电极104。其制备方法一般为先在衬底101上形成下电极102，接着沉积湿敏材料层103，然后在湿敏材料上形成上电极104。其中，上电极104可以直接采用多孔材料形成，或者可通过光刻刻蚀工艺在上电极板上形成通孔，水汽可以通过该多孔材料或通孔到达湿敏材料层103。
[0006]在上述现有的垂直平板电容型湿度传感器的结构中，由于需要在湿敏材料上形成金属电极，而常用的湿敏材料多为有机材料和多孔材料，其很容易在淀积上电极的时候发生漏气现象，因此需要采用专用的金属淀积设备，造成无法与CMOS工艺兼容，导致工艺制造成本较高。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法，可解决现有技术无法与CMOS工艺兼容的问题，降低成本。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0009]—种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法，包括:
[0010]步骤SO1:提供一已完成CMOS器件制备的衬底，在所述衬底上形成下电极；
[0011]步骤S02:在下电极上形成第一介质层，并在第一介质层中形成一牺牲层；
[0012]步骤S03:在牺牲层上形成上电极；
[0013]步骤S04:去除牺牲层，形成开口空腔；
[0014]步骤S05:沿空腔向上，形成填充于上、下电极之间的湿敏材料。
[0015]优选地，步骤S02中，先在第一介质层中形成一沟槽，然后，向沟槽中填充牺牲层材料并图形化，形成牺牲层。
[0016]优选地，形成沟槽时，露出下电极。
[0017]优选地，形成沟槽时，在沟槽底部与下电极之间保留200-2000埃的第一介质层。
[0018]优选地，所述牺牲层材料为二氧化硅、SiN或非晶硅。
[0019]优选地，所述牺牲层的厚度为500nm_5 μ m。
[0020]优选地，步骤S03中，在上电极外周表面包覆一层隔离层。
[0021]优选地，在上电极外周表面包覆一层隔离层包括:先在牺牲层上淀积第二介质层并图形化，形成上电极底部的隔离介质，然后形成上电极，接着，继续淀积第二介质层并图形化，形成上电极的侧墙和其顶部的隔离介质。
[0022]优选地，步骤S05中，采用CVD或者旋涂工艺，沿空腔向上形成湿敏材料层。
[0023]优选地，所述湿敏材料为有机聚合物或者多孔介质材料。
[0024]从上述技术方案可以看出，本发明在制造湿度传感器时，通过先在下电极上形成牺牲层，并在牺牲层上形成上电极，然后再去除牺牲层并填充湿敏材料，避免了现有技术中直接在湿敏材料上制备上电极时发生湿敏材料漏气的问题，因此可以采用与CMOS工艺兼容的普通机台制作上电极，而无需采用专用的金属淀积设备，从而降低了生产设备成本以及湿度传感器的制造成本。
【附图说明】
[0025]图1是现有技术中的一种垂直平板电容型湿度传感器的结构示意图；
[0026]图2是本发明一种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法流程图；
[0027]图3a-图3e是根据图2的方法制备一种湿度传感器的工艺步骤示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0029]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0030]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图2，图2是本发明一种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法流程图；同时，请参阅图3a_图3e，图3a_图3e是根据图2的方法制备一种湿度传感器的工艺步骤示意图，图3a_图3e中形成的分步器件结构，分别与图2中的各步骤相对应以便于理解。如图2所示，本发明的一种与CMOS工艺兼容的湿度传感器制造方法，包括以下步骤:
[0031]如框01所示，步骤SOl:提供一已完成CMOS器件制备的衬底，在所述衬底上形成下电极。
[0032]请参阅图3a。先在衬底硅片301上完成CMOS处理电路芯片制造。作为一可选的实施方式，可采用一 8英寸的晶圆硅片301作为衬底，并采用公知的CMOS工艺，在硅片上形成常规的CMOS器件结构(图略)。在完成CMOS电路制造后，即可采用与CMOS后道工艺兼容的工艺制备湿度传感器，即湿度传感器与CMOS电路采用单芯片集成，以提高芯片整体性能，降低成本。
[0033]接着，在衬底硅片301上沉积形成湿度传感器下电极302。例如，可以采用金属铝作为下电极材料，其形成方法可以采用CMOS公知的后道铝互连线工艺完成。
[0034]如框02所示，步骤S02:在下电极上形成第一介质层，并在第一介质层中形成一牺牲层。