专利名称：电容式相对湿度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种相对湿度传感器，尤其是一种微电子机械系统的电容式相对湿度传感器。
背景技术：
湿度测量在工农业生产、气象、环保、国防、科研、航空等部门都有重要的应用。湿度传感器作为湿度测量系统中重要的组成部分，已经发展了很多年。由最初的毛发计和干湿球湿度计发展到能够输出电信号的LiCl电解质湿度传感器。发展过程中出现了电解质湿度传感器，陶瓷湿度传感器，半导体结型及MOS型湿度传感器和新兴的高分子湿度传感器。基于MEMS技术的微型湿度传感器具有体积小，价格低，产品一致性好的特点，是近几年来湿度传感器研究的热点。1997年，Buchhold提出了利用MEMS技术制造压阻式湿度传感器，该湿度传感器为一可动敏感膜，膜上覆盖一层吸湿聚合物，当外界湿度变化，聚合物发生胀缩，从而带动可动膜发生形变，最终引起膜四边压敏电阻的阻值变化。电阻固有的较大的温度漂移特性使得其在温度变化很大的应用领域内有局限性。2002年Chatzandroulis利用硅微机械加工工艺制造了悬臂梁结构的湿度传感器，悬臂梁上覆盖了吸湿物质，当吸湿物质吸收了环境湿度后发生膨胀产生应力，并且重量增加，使得悬臂梁弯曲，从而使得悬臂梁与衬底间的电容发生变化。该传感器是电容式因此温度漂移较小，但是由于其存在一端固定的悬臂梁结构，可靠性比较差，并且悬臂梁在释放过程中由于残余应力的作用会发生不同程度的翘曲，产品一致性差。
发明内容
本发明提供一种用于微电子机械系统的温漂小的电容式相对湿度传感器，本发明同时具有灵敏度高，和可靠性好的优点。
本发明采用如下技术方案一种用于微电子机械系统的电容式相对湿度传感器，由衬底、电容下极板和电容上极板组成，电容下极板设在衬底上，电容上极板位于电容下极板的上方，在电容上极板的电容上极板投影以外的区域设有氧化层，氧化层上设有电容上、下极板引线，在电容上极板上设有感湿介质层，其特征在于电容上极板通过其固定在氧化层上的四个方形锚区加连杆进行支撑。
与现有技术相比，本发明具有如下优点本发明是用于感知环境湿度信号的可动薄膜电容式湿度传感器，由电容上下极板和连接电极板的引线组成。电容上极板为一可动薄膜，下极板为固定电极，上极板上覆盖一层吸湿物质，当环境湿度发生变化时，引起吸湿物质膨胀或收缩，从而带动电容上极板产生形变，从而引起电容值的变化。在电容上极板下方设有空腔，为可动上极板提供形变空间。
本发明可采用标准CMOS工艺与MEMS加工技术相结合进行制造，精度高，长期可靠性好。本发明中上极板下方的空腔是通过键合技术形成的，而传统工艺中一般采用先淀积LTO(低温二氧化硅)或PSG(磷掺杂的二氧化硅)作为牺牲层，然后释放牺牲层形成空腔，对于面积比较大的空腔这往往会造成被释放出来的结构与空腔底部粘连，使得器件失效，本发明采用键合技术将克服这一缺陷，大大增强了传感器的可靠性。上极板为四角固定的可动薄膜，整个上极板靠四个固定角进行支撑，与四边固定的薄膜相比，其灵敏度大为提高，并且可动薄膜四边悬空，并不与氧化层接触，这样可以有效降低边缘寄生电容。本传感器前端采用标准CMOS工艺，后端采用体加工技术，并且并不影响前端的IC工艺加工。保证了IC工艺的兼容性，有利于传感器的批量生产。后端体加工有利于增强可动薄膜的可靠性与强度，增大可动薄膜面积可以有效提高湿度敏感电容的变化量。本发明提出的基于MEMS技术制造的电容式湿度传感器有效提高了灵敏度和可靠性，温漂小，适用于环境相对湿度的高精度测量。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的俯视图。
图3是本发明的截面图。
具体实施例方式
一种用于微电子机械系统的电容式相对湿度传感器，由衬底1、电容下极板2和电容上极板5组成，电容下极板2设在衬底1上，电容上极板5位于电容下极板2的上方，在电容上极板5的电容上极板5投影以外的区域设有氧化层3，氧化层3上设有电容上、下极板引线41、42，在电容上极板5上设有感湿介质层，电容上极板5通过连杆固定在氧化层3上的四个方形锚区，在本实施例中，电容上极板5通过四个角固定在氧化层3上，感湿介质层为聚酰亚胺层。本实施例中衬底1为体硅，电容下极板2为磷重掺杂区，氧化层3为二氧化硅，电容上极板5为硼重掺杂区，电容上下极板引线41和42为铝。本发明可以用以下工艺来制作准备两块硅片1#和2#。对硅片1#，在衬底1上进行磷离子注入，形成电容下极板2；CVD法淀积二氧化硅层3，对氧化层3进行光刻，形成供电容上极板运动的空腔和电容下极板引线通孔。对硅片2#进行硼离子注入，形成一导电层；将硅片1#带有腐蚀图形的面与硅片2#硼离子注入面进行键合；然后对硅片2#通过化学机械抛光和湿法腐蚀进行减薄，最后只剩下硼离子注入层；通过干法刻蚀形成电容上极板5，蒸铝并光刻形成电容上下极板引线41和42，利用旋转涂敷法涂一层聚酰亚胺，并光刻形成感湿介质层6，最后对聚酰亚胺进行亚胺化。本发明的感湿介质层6由于外界环境相对湿度的变化，吸附/脱附空气中的水气分子，使得感湿介质层6的体积发生膨胀或收缩，带动电容上极板5发生形变，电容上极板5和电容下极板2之间的电容值发生改变，环境相对湿度增大，感湿介质层6吸附水气分子，体积膨胀带动电容上极板向下弯曲，电容上极板5和电容下极板2之间的电容值增大。
权利要求
1.一种用于微电子机械系统的电容式相对湿度传感器，由衬底(1)、电容下极板(2)和电容上极板(5)组成，电容下极板(2)设在衬底(1)上，电容上极板(5)位于电容下极板(2)的上方，在电容上极板(5)的电容上极板(5)投影以外的区域设有氧化层(3)，氧化层(3)上设有电容上、下极板引线(41、42)，在电容上极板(5)上设有感湿介质层，其特征在于电容上极板(5)通过其固定在氧化层(3)上的四个方形锚区加连杆进行支撑。
2.根据权利要求1所述的电容式相对湿度传感器，其特征在于电容上极板(5)通过连杆固定在氧化层(3)上的四个方形锚区。
3.根据权利要求1或2所述的电容式相对湿度传感器，其特征在于感湿介质层为聚酰亚胺层。
全文摘要
本发明公开了一种用于微电子机械系统的电容式相对湿度传感器，由衬底、电容下极板和电容上极板组成，电容下极板设在衬底上，电容上极板位于电容下极板的上方，在电容上极板的电容上极板投影以外的区域设有氧化层，氧化层上设有电容上、下极板引线，在电容上极板上设有感湿介质层，其特征在于电容上极板通过其固定在氧化层上的四个方形锚区加连杆进行支撑；本发明具有为可动上极板提供形变空间等优点。
文档编号G01N27/00GK1651910SQ200510037809
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月23日 优先权日2005年2月23日
发明者彭韶华, 黄庆安, 秦明 申请人:东南大学