CN105366626B - Mems电容式湿度传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MEMS电容式湿度传感器及其制备方法，包括衬底、氧化层、第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质，所述氧化层固设在所述衬底上，所述第一、二电容电极均设置在所述氧化层的上面，所述第一电容电极和第二电容电极上分别引出有第一压焊块和第二压焊块，所述湿度敏感介质设置在所述第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极的上方和下方，该MEMS电容式湿度传感器及其制备方法在不损失灵敏度，加快响应速度的同时能够简化芯片贴装工艺，降低封装难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种湿度传感器及其制备方法，尤其涉及一种MEMS电容式湿度传感器及其制备方法。
背景技术
湿度传感器在国防航空、气象检测、工业控制、农业生产、医疗设备等多个领域有着广泛的应用。近年来，微型化是湿度传感器发展的一个重要方向。现有的微型湿度传感器主要包括电容式、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，已被普遍应用于商用领域。利用MEMS工艺制造的梳齿状电容式微型湿度传感器具有体积小、一致性好、便于大批量制造以有效降低产品成本等优点。湿度传感器响应速度的改善是湿度传感器性能研究的热点之一。
最相近的方案：
专利CN 101620197 B中提到一种快速响应的CMOS相对湿度传感器，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。
在器件响应时间得到保证的情况下，器件的封装难度往往会被忽略，专利CN101620197 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，但由于湿度敏感介质的两侧均需要与空气接触，在湿度传感器封装时，需要在封装壳体的两侧均设置空气通道，芯片贴装难度较大，封装工艺难度较高。因此，在加快响应速度的同时，减小封装工艺难度是本发明要解决的问题。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种MEMS电容式湿度传感器及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种在不损失灵敏度，加快响应速度的同时能够简化芯片贴装工艺，降低封装难度的MEMS电容式湿度传感器及其制备方法。
本发明提出的一种MEMS电容式湿度传感器，其特征在于：包括衬底、氧化层、第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质，所述氧化层固设在所述衬底上，所述第一、二电容电极均设置在所述氧化层的上面，所述第一电容电极和第二电容电极上分别引出有第一压焊块和第二压焊块，所述湿度敏感介质设置在所述第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极的上方和下方。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二电容电极均呈梳齿状且相互交错排列。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二电容电极上均设有狭缝，所述狭缝下方的氧化层被腐蚀形成空气通道，所述空气通道位于第一、二电容电极之间的湿度敏感介质的左下表面和右下表面之间。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二电容电极位于所述湿度敏感介质和所述氧化层之间。
作为本发明的进一步改进，所述湿度敏感介质为聚酰亚胺。
作为本发明的进一步改进，所述第一、二电容电极为多晶硅电极或铝电极。
本发明提出的一种MEMS电容式湿度传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在硅衬底上生长一层二氧化硅氧化层；
(2)在氧化层上沉积多晶硅，再光刻并刻蚀形成第一电容电极和第二电容电极以及第一压焊块和第二压焊块；
(3)在第一、二电容电极上旋涂一层光刻胶，光刻露出梳齿电容区域，利用氧化硅腐蚀液腐蚀掉第一电容电极和第二电容电极下方的部分氧化层；
(4)在第一、二电容电极上旋涂一层聚酰亚胺，使得第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极上方和下方均填满聚酰亚胺；
(5)光刻聚酰亚胺，刻蚀形成湿度敏感区域图形以及电容电极上狭缝图形，进一步刻蚀下方的电容电极形成狭缝，然后再对聚酰亚胺进行亚胺化处理；
(6)旋涂一层光刻胶，光刻露出梳齿电容区域，利用氧化硅腐蚀液透过梳齿电容电极上的狭缝腐蚀掉狭缝下方的氧化层，形成每对梳齿状第一、二电容电极之间的聚酰亚胺的左下表面和右下表面与外界的空气通道，再利用乙酸乙酯去除光刻胶，清洗，干燥。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明提供的MEMS电容式湿度传感器及其制备方法在不损失灵敏度，加快响应速度的同时，通过巧妙设计使得湿度敏感介质和外界的所有空气通道均位于湿度敏感介质的同一侧，这样，该传感器封装时仅需要考虑这一侧的空气通道，芯片贴装工艺也得到简化，封装难度大大降低。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明MEMS电容式湿度传感器的俯视图；
图2为本发明MEMS电容式湿度传感器的截面图；
其中：1-衬底；2-氧化层；3-第一电容电极；4-第二电容电极；5-湿度敏感介质；6-空气通道；31-第一压焊块；41-第二压焊块；61-狭缝。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例：一种MEMS电容式湿度传感器，包括衬底1、氧化层2、第一电容电极3、第二电容电极4和湿度敏感介质5，所述氧化层固设在所述衬底上，所述第一、二电容电极均设置在所述氧化层的上面，所述第一电容电极和第二电容电极上分别引出有第一压焊块31和第二压焊块41，所述湿度敏感介质设置在所述第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极的上方和下方。
所述第一、二电容电极均呈梳齿状且相互交错排列。
所述第一、二电容电极上均设有狭缝61，所述狭缝下方的氧化层被腐蚀形成空气通道6，所述空气通道位于第一、二电容电极之间的湿度敏感介质的左下表面和右下表面之间。
所述第一、二电容电极位于所述湿度敏感介质和所述氧化层之间。
所述湿度敏感介质为聚酰亚胺。
所述第一、二电容电极为多晶硅电极或铝电极。
一种MEMS电容式湿度传感器的制备方法，包括以下步骤：
(1)在硅衬底上生长一层二氧化硅氧化层；
(2)在氧化层上沉积多晶硅，再光刻并刻蚀形成第一电容电极和第二电容电极以及第一压焊块和第二压焊块；
(3)在第一、二电容电极上旋涂一层光刻胶，光刻露出梳齿电容区域，利用氧化硅腐蚀液腐蚀掉第一电容电极和第二电容电极下方的部分氧化层；
(4)在第一、二电容电极上旋涂一层聚酰亚胺，使得第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极上方和下方均填满聚酰亚胺；
(5)光刻聚酰亚胺，刻蚀形成湿度敏感区域图形以及电容电极上狭缝图形，进一步刻蚀下方的电容电极形成狭缝，然后再对聚酰亚胺进行亚胺化处理；
(6)旋涂一层光刻胶，光刻露出梳齿电容区域，利用氧化硅腐蚀液透过梳齿电容电极上的狭缝腐蚀掉狭缝下方的氧化层，形成每对梳齿状第一、二电容电极之间的聚酰亚胺的左下表面和右下表面与外界的空气通道，再利用乙酸乙酯去除光刻胶，清洗，干燥。
第一电容电极和第二电容电极构成的梳齿状电容以聚酰亚胺作为湿度敏感介质，当外界环境湿度发生改变时，聚酰亚胺感湿材料中的水汽含量会相应变化，聚酰亚胺和水构成的混合介质的介电常数会发生变化，从而引起湿度敏感电容值的变化，再利用电容检测电路检测湿度敏感电容的变化，从而可以收集到环境湿度的信息。
在梳齿状电极上刻蚀出狭缝，继而透过狭缝腐蚀掉湿度敏感介质周围的牺牲层材料，使得湿度敏感介质的上方及左右两侧均与空气接触，响应时间缩短，响应速度加快，且所有空气通道均位于湿度敏感介质的同一侧，芯片贴装工艺也得到简化，封装难度大大降低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种MEMS电容式湿度传感器，其特征在于：包括衬底(1)、氧化层(2)、第一电容电极(3)、第二电容电极(4)和湿度敏感介质(5)，所述氧化层固设在所述衬底上，所述第一、二电容电极均设置在所述氧化层的上面，所述第一电容电极和第二电容电极上分别引出有第一压焊块(31)和第二压焊块(41)，所述湿度敏感介质设置在所述第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极的上方和下方；
所述第一、二电容电极均呈梳齿状且相互交错排列；
所述第一、二电容电极上均设有狭缝(61)，所述狭缝下方的氧化层被腐蚀形成空气通道(6)，所述空气通道位于第一、二电容电极之间的湿度敏感介质的左下表面和右下表面之间。
2.根据权利要求1所述的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述第一、二电容电极位于所述湿度敏感介质和所述氧化层之间。
3.根据权利要求2所述的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述湿度敏感介质为聚酰亚胺。
4.根据权利要求3所述的MEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述第一、二电容电极为多晶硅电极或铝电极。
5.一种MEMS电容式湿度传感器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)在硅衬底上生长一层二氧化硅氧化层；
(2)在氧化层上沉积多晶硅，再光刻并刻蚀形成第一电容电极和第二电容电极以及第一压焊块和第二压焊块；
(3)在第一、二电容电极上旋涂一层光刻胶，光刻露出梳齿电容区域，利用氧化硅腐蚀液腐蚀掉第一电容电极和第二电容电极下方的部分氧化层；
(4)在第一、二电容电极上旋涂一层聚酰亚胺，使得第一、二电容电极之间以及第一、二电容电极上方和下方均填满聚酰亚胺；
(5)光刻聚酰亚胺，刻蚀形成湿度敏感区域图形以及电容电极上狭缝图形，进一步刻蚀下方的电容电极形成狭缝，然后再对聚酰亚胺进行亚胺化处理；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |