[发明专利]CMOSMEMS电容式湿度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS MEMS电容式湿度传感器及其制备方法，属于半导体芯片技术。

背景技术

湿度传感器广泛应用于国防航空、气象检测、工业控制、农业生产、医疗设备等多个领域，近年来，湿度传感器发展的一个重要方向是微型化。现有的微型湿度传感器主要有电容式、电阻式、压阻式等类型。电容式湿度传感器因具有功耗小、成本低等优点，已被商用领域普遍应用。利用标准CMOS工艺制造电容式微型湿度传感器具有三方面优点：(1)传感器体积小，一致性好；(2)容易将湿度传感器和检测电路单片集成，有助于提高湿度检测系统的稳定性和抗干扰能力；(3)大批量制造，可以有效降低产品成本。梳齿状电容式结构是常被采用的电容式湿度传感器结构，但由于单对梳齿电极的电容值很小，为了得到较高的灵敏度，往往需要采用很多对梳齿并联的方式，不利于传感器芯片面积的控制和成本的降低，因此，提高梳齿状电容式湿度传感器的灵敏度是亟需解决的问题。另外，湿度传感器响应时间的改善也是研究的热点。

中国专利第CN 101620197 B号公开了一种快速响应的CMOS相对湿度传感器，其由衬底，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。该技术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，衬底寄生小等优点。

中国专利申请第CN 103207215 A号公开了一种改进型的基于聚酰亚胺的湿度传感器，其在电极板之间涂覆聚酰亚胺薄膜作为湿度敏感材料，然后在聚酰亚胺层中利用光刻技术制作空腔。该技术提高了传感器与周围环境的接触面积，具有响应时间快的特点。

中国专利第CN 102590291 B号公开了一种改进型湿度传感器的制作方法，其在电极板之间涂覆的聚酰亚胺薄膜作为湿度敏感材料，后在聚酰亚胺层中利用光刻技术制作空腔，空腔底部有由腐蚀方法制作的硅通孔。该传感器提高了传感器与周围环境的接触面积，同时便于气体通过传感器，具有响应时间短的特点。

虽得益于加工工艺和标准CMOS工艺完全兼容，梳齿状电容式湿度传感器是目前商用领域最常用的结构，而侧壁电容的感应模式决定了单对梳齿电容的灵敏度极低，为了得到理想的灵敏度，往往需要设计大量的梳齿并联，这样会增大芯片面积，进而提高器件成本。中国专利CN 101620197 B中涉及的一种快速响应的CMOS相对湿度传感器即有上述的典型缺点。另外，中国专利申请第CN 103207215 A号和中国专利CN 102590291 B号中涉及的一种改进型的基于聚酰亚胺的湿度传感器，在聚酰亚胺层中利用光刻技术制作空腔，提高了传感器与周围环境的接触面积，具有响应时间短的特点，但这种做法使得电极板之间的湿度敏感材料减少，进一步牺牲了器件的灵敏度。所以，如何在现有器件梳齿结构设计和尺寸的基础上，提高单位面积内传感器的灵敏度是现有技术中给予解决的问题。

另外，在器件灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，器件的结构强度往往会被忽略，中国专利CN 101620197 B中涉及的一种快速响应的CMOS相对湿度传感器，其湿度敏感介质上方和下方均与空气接触，达到了快速响应的效果，且器件灵敏度也不受损失，但是由于敏感区域下方的体硅都被腐蚀掉，敏感区域整体悬空，机械强度难以得到保证，在实际应用中容易破裂。因此，在器件灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，器件结构强度的改善是也是同时需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种CMOS MEMS电容式湿度传感器及其制备方法，其能够在灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，改善了该湿度传感器的结构强度。