EMS湿度传感器，包括衬底1，在衬底I下方正中位置设空腔11，将衬底I正对空腔11的区域称为空腔区域，周侧的其他区域称为侧壁区域；在衬底I的上表面由下至上依次设置下介质层2、第一中间介质层5、第二中间介质层7、上介质层9和吸湿层10，下介质层2、第一中间介质层5、第二中间介质层7和上介质层9均覆盖空腔区域和侧壁区域，吸湿层10仅覆盖空腔区域，增强吸湿层10吸湿后发生膨胀所引起的变形以提高整个传感器的灵敏度；在下介质层2和第一中间介质层5之间设置第一敏感电感31和电容下级板41，第一敏感电感31位于空腔区域，电容下级板41位于侧壁区域，第一敏感电感31为矩形螺旋面结构，电容下级板41与第一敏感电感31的外侧端连接；在第一中间介质层5和第二中间介质层7之间设置铁磁材料层6，铁磁材料层6位于空腔区域；在第二中间介质层7与上介质层9之间设置有第二敏感电感32和电容上极板42，第二敏感电感32位于空腔区域，电容上极板42位于侧壁区域并位于电容下极板正上方，第二敏感电感32为矩形螺旋面结构，电容上极板42与第二敏感电感32的外侧端连接；在下介质层2上表面的中心位置设置连接柱8，连接柱8贯穿第一中间介质层5和第二中间介质层7并深入到上介质层9内，第一敏感电感31的内侧端和第二敏感电感32的内侧端均与连接柱8连接，实现第一敏感电感31和第二敏感电感32的串联，最终构成传感器LC回路中的敏感电感；所述电容上极板42、电容下级板41以及电容上极板42与电容下极板41之间的第一中间介质层5和第二中间介质层7共同构成传感器LC回路中的电容。
[0032]所述衬底I为娃衬底。所述下介质层2和上介质层9均为S12层、Si 3N4层或S12/Si3N4复合层，厚度在10nm?100nm范围内，下介质层2和上介质层9的材料、厚度及形成工艺相同；所述第一中间介质层5和第二中间介质层7均为S1Jl，第一中间介质层5和第二中间介质层7的材料、厚度及形成工艺相同。
[0033]所述第一敏感电感31为由Cu构成的矩形螺旋面结构，通过Ti提高第一敏感电感31与下介质层2之间的粘附性；所述第二敏感电感32为由Cu构成的矩形螺旋面结构，通过Ti提高第二敏感电感32与第二中间介质层7之间的粘附性。
[0034]所述电容下级板41为Cu结构，通过Ti提高电容下级板41与下介质层2之间的粘附性；所述电容上极板42为Cu结构，通过Ti提高电容上极板42与第二中间介质层7之间的粘附性。
[0035]所述铁磁材料层6为具有逆磁滞伸缩效应的CoFeB层、CoFeSiB层或NiFeSiB层。
[0036]所述吸湿层10为聚酰亚胺层。
[0037]上述无线无源MEMS湿度传感器的制备方法，包括如下步骤:
[0038](I)选用N型(100)娃制作衬底，通过化学气相沉积在衬底的上表面形成200nm厚度的Si3N4作为下介质层；
[0039](2)通过化学气相沉积在衬底的下表面形成200nm厚度的Si3N4做掩膜，在衬底的下表面进行光刻并进行各向异性湿法刻蚀，形成空腔；
[0040](3)在下介质层的上表面溅射Ti及Cu并光刻形成第一敏感电感以及电容下极板，并形成电容下极板与第一敏感电感的外侧端部的连接；
[0041](4)通过在第一敏感电感及电容下级板上溅射一层10nm厚度的S12，形成第一中间介质层；
[0042](5)在第一中间介质层上派射NiFeSiB并光刻形成铁磁材料层；
[0043](6)在铁磁材料层上派射一层10nm厚度的S12，形成第二中间介质层；
[0044](7)对第二中间介质层及第一中间介质层进行光刻，去除位于第一敏感电感内侧端部正上方的介质，形成用于设置连接柱的通孔，在第二中间介质层上溅射Ti及Cu并光刻形成第二敏感电感、电容上极板、以及形成电容上极板与第二敏感电感的外侧端部的连接、以及形成用于连接第一敏感电感和第二敏感电感的连接柱；
[0045](8)在第二敏感电感、电容上级板及连接柱上通过化学气相沉积形成200nm厚度的Si3N4作为上介质层；
[0046](9)通过旋涂法在上介质层上制作一层聚酰亚胺，光刻并亚胺化，形成吸湿层。
[0047]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:包括衬底(1)，在衬底(I)下方正中位置设空腔(11)，将衬底(I)正对空腔(11)的区域称为空腔区域，周侧的其他区域称为侧壁区域；在衬底(I)的上表面由下至上依次设置下介质层(2)、第一中间介质层(5)、第二中间介质层(7)、上介质层(9)和吸湿层(10)，下介质层(2)、第一中间介质层(5)、第二中间介质层(7)和上介质层(9)均覆盖空腔区域和侧壁区域，吸湿层(10)仅覆盖空腔区域；在下介质层(2)和第一中间介质层(5)之间设置第一敏感电感(31)和电容下级板(41)，第一敏感电感(31)位于空腔区域，电容下级板(41)位于侧壁区域，第一敏感电感(31)为矩形螺旋面结构，电容下级板(41)与第一敏感电感(31)的外侧端连接；在第一中间介质层(5)和第二中间介质层(7)之间设置铁磁材料层￠)，铁磁材料层(6)位于空腔区域；在第二中间介质层(X)与上介质层(9)之间设置有第二敏感电感(32)和电容上极板(42)，第二敏感电感(32)位于空腔区域，电容上极板(42)位于侧壁区域并位于电容下极板(41)正上方，第二敏感电感(32)为矩形螺旋面结构，电容上极板(42)与第二敏感电感(32)的外侧端连接；在下介质层(2)上表面的中心位置设置连接柱(8)，连接柱(8)贯穿第一中间介质层(5)和第二中间介质层(7)并深入到上介质层(9)内，第一敏感电感(31)的内侧端和第二敏感电感(32)的内侧端均与连接柱(8)连接，实现第一敏感电感(31)和第二敏感电感(32)的串联，最终构成传感器LC回路中的敏感电感；所述电容上极板(42)、电容下级板(41)以及电容上极板(42)与电容下极板(41)之间的第一中间介质层(5)和第二中间介质层(7)共同构成传感器LC回路中的电容。
2.根据权利要求1所述的无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:所述衬底(I)为硅衬底:所述下介质层(2)和上介质层(9)均为S12层、Si 3N4层或Si02/Si3N4复合层，厚度在10nm?100nm范围内，下介质层(2)和上介质层(9)的材料、厚度及形成工艺相同；所述第一中间介质层(5)和第二中间介质层(7)均为S1Jl，第一中间介质层(5)和第二中间介质层(7)的材料、厚度及形成工艺相同。
3.根据权利要求1所述的无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:所述第一敏感电感(31)为由Cu构成的矩形螺旋面结构，通过Ti提高第一敏感电感(31)与下介质层(2)之间的粘附性；所述第二敏感电感(32)为由Cu构成的矩形螺旋面结构，通过Ti提高第二敏感电感(32)与第二中间介质层(7)之间的粘附性。
4.根据权利要求1所述的无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:所述电容下级板(41)为Cu结构，通过Ti提高电容下级板(41)与下介质层(2)之间的粘附性；所述电容上极板(42)为Cu结构，通过Ti提高电容上极板(42)与第二中间介质层(7)之间的粘附性。
5.根据权利要求1所述的无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:所述铁磁材料层(6)为具有逆磁滞伸缩效应的CoFeB层、CoFeSiB层或NiFeSiB层。
6.根据权利要求1所述的无线无源MEMS湿度传感器，其特征在于:所述吸湿层(10)为聚酰亚胺层。
7.一种无线无源MEMS湿度传感器的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)选用N型(100)硅制作衬底，通过化学气相沉积在衬底的上表面形成200nm厚度的Si3N4作为下介质层； (2)通过化学气相沉积在衬底的下表面形成200nm厚度的Si3N4做掩膜，在衬底的下表面进行光刻并进行各向异性湿法刻蚀，形成空腔； (3)在下介质层的上表面溅射Ti及Cu并光刻形成第一敏感电感以及电容下极板，并形成电容下极板与第一敏感电感的外侧端部的连接； (4)通过在第一敏感电感及电容下级板上溅射一层10nm厚度的S12，形成第一中间介质层； (5)在第一中间介质层上溅射NiFeSiB并光刻形成铁磁材料层； (6)在铁磁材料层上溅射一层10nm厚度的S12，形成第二中间介质层； (7)对第二中间介质层及第一中间介质层进行光刻，去除位于第一敏感电感内侧端部正上方的介质，形成用于设置连接柱的通孔，在第二中间介质层上溅射Ti及Cu并光刻形成第二敏感电感、电容上极板、以及形成电容上极板与第二敏感电感的外侧端部的连接、以及形成用于连接第一敏感电感和第二敏感电感的连接柱； (8)在第二敏感电感、电容上级板及连接柱上通过化学气相沉积形成200nm厚度的Si3N4作为上介质层； (9)通过旋涂法在上介质层上制作一层聚酰亚胺，光刻并亚胺化，形成吸湿层。
【专利摘要】本发明公开了一种无线无源MEMS湿度传感器及其制备方法，所述传感器包括衬底，在衬底下方正中位置设空腔；在衬底的上表面由下至上依次设置下介质层、第一中间介质层、第二中间介质层、上介质层和吸湿层；在下介质层和第一中间介质层之间设置第一敏感电感和电容下级板，在第一中间介质层和第二中间介质层之间设置铁磁材料层，在第二中间介质层与上介质层之间设置有第二敏感电感和电容上极板，第一敏感电感的内侧端和第二敏感电感的内侧端通过连接柱连接。本发明提供的湿度传感器具有尺寸小、结构简单、加工方便、制作成本低、灵敏度高、线性度高及可靠性高等优点。
【IPC分类】G01N27-22
【公开号】CN104833710
【申请号】CN201510271009
【发明人】黄晓东, 黄见秋, 黄庆安
【申请人】东南大学
【公开日】2015年8月12日
【申请日】2015年5月25日