[发明专利]一种新型温湿度MEMS传感器及其制备方法

说明书

本发明属于传感器技术领域，涉及温湿度传感器，具体提供一种新型温湿度MEMS传感器及其制备方法；器件包括：SOI衬底及其上的ALN保护层、金属Mo薄膜层、SiO₂温度补偿层及导电金属层，金属Mo薄膜层包括加热电阻与测温电阻；湿度传感时，加热电阻作为内置加热层能够在降湿过程中加快脱湿，减小器件的湿滞，增大器件的灵敏度；温度传感时，内置测温电阻缩短了传热路径，响应时间会更短，会更加灵敏；另外，金属Mo与CMOS工艺兼容，与其他传感器的制作工艺能较好地兼容，且制备工艺简单、制备成本低；综上，本发明具有更好的稳定性和兼容性，增强了测试精度和灵敏性，减小了器件尺寸，提高了集成度，适用环境范围更加广泛。

技术领域

本发明属于传感器技术领域，涉及温湿度传感器，具体提供一种新型温湿度MEMS传感器及其制备方法。

背景技术

湿度传感器作为一类实时监测湿度变化的传感器，在环境监测、化学医药、电子工业以及生物学等领域应用广泛；而随着集成电路技术和微机电技术的快速发展，湿度传感器日益微型化、集成化和多功能化，在现代军事、微电子器件、微机电系统和航空航天等科技前沿领域也占据着举足轻重的地位。

电容式湿度传感器作为目前应用最为广泛的一类湿度传感器，有着结构简单、工艺成熟、灵敏度高等优点，电容式湿度传感器典型结构有平行板结构和叉指结构；其中，叉指结构最为常见，其基本原理是在高分子膜刻蚀电极，高分子膜通常都具有较低的介电常数的特性，而水分子的介电常数大约在80左右，当周围环境中的水分子进入湿度敏感材料后，湿度敏感材料的介电常数会大幅增大，所以电容式湿度传感器的检测电容值也随之增加；通过外围电路检测电容信号，辅以湿度与电信号一一对应的关系，便可得到环境湿度的表征数值。

MEMS温度传感器的基本原理为：环境温度的变化使得不同热涨系数的材料产生了程度不同的形变，改性别能够改变其材料内部的电阻率或者改变微平板电容的电容值，从而产生了电学信号的变化。

然而，上述传感器仍然存在部分缺陷：传感器尺寸过大，不利于部分场景下智能产品的整体尺寸控制；其次，在实际生活中，温度与湿度常常紧密联合，互相影响，需要复合温湿测量功能的便捷实用设计；最后，部分带有温湿测量功能的设计复杂且不能有效兼容CMOS工艺，导致器件性能精度有所下降。。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中温湿度传感器所存在的问题，提供一种新型温湿度MEMS传感器及其制备方法；本发明提供的温湿度MEMS传感器具有更好的稳定性和兼容性，增强了传感器的测试精度和灵敏性，有效减小了器件尺寸，显著提高了集成度，在生产上有助于实现器件的批量化生产，可适用范围环境也更加广泛。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型温湿度MEMS传感器，包括：SOI衬底、设置于SOI衬底上的ALN保护层、设置于ALN保护层上的金属Mo薄膜层、设置于金属Mo薄膜层上的SiO₂温度补偿层、以及设置于SiO₂温度补偿层上的导电金属层；其中，所述金属Mo薄膜层包括：加热电阻与测温电阻，所述加热电阻为中心对称的四个蛇形结构电阻丝串联而成，所述测温电阻为中心对称的两个“之”字形薄膜电阻串联而成，且测温电阻位于加热电阻外围；所述导电金属层包括：中心对称的四个叉指电容，四个叉指电容并联、且叉指电容与蛇形结构钼薄膜电阻丝一一正对设置。

进一步的，所述金属Mo薄膜层的厚度为0.1～0.3um，所述蛇形结构电阻丝由多根电阻丝首尾Z型环绕而成，所述“之”字形薄膜电阻的宽度为12～18um、长度为180～220um。

进一步的，所述AlN保护层的厚度为0.8～1.2um。

进一步的，所述SiO₂温度补偿层的厚度为0.5～2um，且SiO₂温度补偿层中预设位置设置有金属化通孔，用于实现垂直互联将金属Mo薄膜层的连接端引出至导电金属层(金属焊盘处)。