一种CMOS-MEMS湿度传感器的制作方法

本技术涉及半导体芯片领域，尤其涉及一种cmos-mems湿度传感器。

背景技术：

在航空航天，智能家居，冷链物流，洁净车间，农业畜牧业等领域，需要检测或监测环境湿度变化，以维持湿度在合适的状态。湿度的检测原理主要有电阻式，压阻式和电容式，其中电容式传感器由于其结构简单，检测范围宽，可靠性高，易与cmos技术集成等优点而广泛运用。

目前，电容式传感器主要有两种设计方法，一种是平板结构设计，湿度敏感层置于第一和第二电极板的夹层中，第二电极板开若干孔，使空气进入高分子敏感层中，实现湿度感知。这种方案一般只适用于制作分立器件，需配合asic芯片系统级封装(systeminapackage，sip)合封后使用，无法在一颗芯片上实现asic和mems器件的集成。另一种是叉指电容式结构设计，第一电极和第二电极在同一平面内，高分子层置于两者之间，以侧面电容检测的方式实现湿度测量。这种方案的好处在于可以实现asic和mems器件集成在一颗芯片上，成本上有较大优势。

另一方面，在低温高湿等恶劣工况下，湿度传感器的敏感层会产生凝结水，从而影响传感器的正常工作；因此现有技术中，有在mems湿度器件的叉指层下方设置加热电阻的方案，来解决凝结水的问题，同时进行不同的加热策略，还可以实现提升器件响应性能。但是该方案无法实现cmos-mems的集成，主要因为铝后工艺无法兼容合适的加热电阻制作方案。

综上所述，需要提供一种能够实现cmos-mems集成且有加热功能的cmos-mems湿度传感器。

技术实现要素：

为解决以上问题，本技术提出了一种cmos-mems湿度传感器，包括：互补金属氧化物半导体asic读出电路和微机电系统mems湿度传感器，所述mems湿度传感器设置于asic读出电路上；

所述asic读出电路包括：衬底、加热电阻层、金属层和介质层，所述加热电阻层在衬底之上，所述金属层在加热电阻层之上，所述衬底、加热电阻层和金属层之间通过介质层隔开；

所述mems湿度传感器包括：铝电极层、钝化层和湿度敏感层，所述钝化层在铝电极层之上，所述湿度敏感层在钝化层之上。

优选地，所述加热电阻层包括多根并联或串联的加热电阻。

优选地，所述加热电阻掺杂多晶或n阱掺杂或p阱掺杂。

优选地，所述金属层的数量根据asic电路确定，各金属层之间通过介质层隔开，各所述金属层中，距离铝电极层最近的金属层为次顶层金属。

优选地，所述铝电极层在次顶层金属之上，呈叉指状阵列分布，所述铝电极层为顶层金属。

优选地，所述钝化层在顶层金属和次顶层金属之上，所述钝化层包括：氧化硅、氮化硅或其复合物，所述钝化层的厚度为80至150nm。

优选地，所述湿度敏感层包括：聚酰亚胺、氮化铝或石墨烯。

优选地，所述asic读出电路为1层多晶，多层金属的标准cmos工艺。

优选地，所述衬底为硅衬底。

本技术的优点在于：将加热电阻设置在asic电路中，实现加热功能，满足cmos标准工艺，使得cmos-mems集成湿度传感器可以在低温高湿的工况下稳定使用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选事实方案的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是本技术提供的一种cmos-mems湿度传感器的结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

根据本技术的实施方式，提出一种cmos-mems湿度传感器，如图1所示，包括：互补金属氧化物半导体asic读出电路和微机电系统mems湿度传感器，所述mems湿度传感器设置于asic读出电路上；

asic读出电路包括：衬底、加热电阻层、金属层和介质层，所述加热电阻在层衬底之上，所述金属层在加热电阻层之上，所述衬底、加热电阻层和金属层之间通过介质层隔开；

mems湿度传感器包括：铝电极层、钝化层和湿度敏感层，所述钝化层在铝电极层之上，所述湿度敏感层在钝化层之上。

加热电阻层包括多根并联或串联的加热电阻。

加热电阻掺杂多晶或n阱掺杂或p阱掺杂。

金属层的数量根据asic电路确定，各金属层之间通过介质层隔开，各所述金属层中，距离铝电极层最近的金属层为次顶层金属。

金属层设置在电阻条(加热电阻)上。

在一种可能的实施方式中，金属层可以为铝。

铝电极层在次顶层金属之上，呈叉指状阵列分布，所述铝电极层为顶层金属。

钝化层在顶层金属和次顶层金属之上，所述钝化层包括：氧化硅、氮化硅或其复合物等，所述钝化层的厚度为80至150nm。

湿度敏感层包括：聚酰亚胺、氮化铝或石墨烯等。

asic读出电路为1层多晶，多层金属的标准cmos工艺。

衬底为硅衬底。

为了更好的理解本技术的实施方式，以下对其结构进行说明。

如图1所示，包含asic读出电路和湿度传感器层。其中asic读出电路层中包含衬底、加热电阻层、介质层和金属层。mems湿度传感器层中包含铝电极层(叉指电极)、钝化层和湿度敏感层。

在衬底上设置介质层，加热电阻层设置在介质层上，依次设置介质层和金属层，直至完成cmos读出电路加工。cmos读出电路表面有介质层。在cmos读出电路上设置湿度传感器的叉指电极。在叉指电极层上设置钝化层。在设置钝化层之前，去除叉指电极之间的介质层，直至露出次顶层金属。最后在钝化层上设置湿度敏感敏层。

铝电极层包括多个铝电极(叉指电极)。

金属层包括多个金属。

本技术的实施方式中，通过将加热电阻设置在asic电路中，实现加热功能，满足cmos标准工艺，使得cmos-mems集成湿度传感器可以在低温高湿的工况下稳定使用。

以上所述，仅为本技术较佳的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：

技术总结
本申请公开了一种CMOS‑MEMS湿度传感器，包括：互补金属氧化物半导体ASIC读出电路和微机电系统MEMS湿度传感器，所述MEMS湿度传感器设置于ASIC读出电路上所述ASIC读出电路包括：衬底、加热电阻层、金属层和介质层，所述加热电阻层在衬底之上，所述金属层在加热电阻层之上，所述衬底、加热电阻层和金属层之间通过介质层隔开；所述MEMS湿度传感器包括：铝电极层、钝化层和湿度敏感层，所述钝化层在铝电极层之上，所述湿度敏感层在钝化层之上。通过将加热电阻设置在ASIC电路中，实现加热功能，满足CMOS标准工艺，使得CMOS‑MEMS集成湿度传感器可以在低温高湿的工况下稳定使用。

技术研发人员：肖韩;叶乐;於广军
受保护的技术使用者：浙江省北大信息技术高等研究院;杭州未名信科科技有限公司
技术研发日：2019.07.02
技术公布日：2019.10.18