CMOS MEMS电容式湿度传感器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种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，该CMOS MEMS电容式湿度传感器由于位于湿度敏感介质层的正投影内的衬底上形成有若干子空气通道，从而通过该子空气通道提高传感器的灵敏度及可缩短响应时间，而又由于相邻两个子空气通道之间形成有支撑柱，从而通过该支撑柱提高敏感器件区的强度，以防止该湿度传感器在实际应用时破裂，进而使该湿度传感器在灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，改善了其结构强度，而通过该方法所制备形成的CMOS MEMS电容式湿度传感器由于形成有子空气通道和支撑柱，所以其在灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，能够改善其结构强度。

【技术实现步骤摘要】
CMOSMEMS电容式湿度传感器及其制备方法
本专利技术涉及一种CMOSMEMS电容式湿度传感器及其制备方法，属于半导体芯片技术。
技术介绍
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CN101620197B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CN103207215A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CN102590291B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CN101620197B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CN103207215A号和中国专利CN102590291B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CN101620197B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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种CMOSMEMS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。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种CMOSMEMS电容式湿度传感器，包括具有正面和背面的衬底、设置在所述衬底正面的第一电容电极和第二电容电极及形成在第一电容电极和第二电容电极之间的湿度敏感介质层，所述第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质层形成敏感器件区，所述CMOSMEMS电容式湿度传感器还包括自所述衬底的背面朝正面延伸形成的若干子空气通道，所述衬底包括形成在相邻两个所述子空气通道之间的支撑柱，若干所述子空气通道位于所述湿度敏感介质层的正投影内，所述支撑柱支撑所述敏感器件区。进一步的，所述CMOSMEMS电容式湿度传感器还包括淀积在所述衬底正面的氧化层及自所述若干子空气通道向上延伸贯穿氧化层形成的填充腔，所述湿度敏感介质层延伸至所述填充腔内。进一步的，所述第一电容电极包括呈梳齿状的第一本体和自第一本体的末端向外延伸形成的第一压焊点，所述第二电容电极包括与第一本体交错设置且呈梳齿状的第二本体和自第二本体的末端向外延伸形成的第二压焊点。进一步的，所述第一电容电极、第二电容电极为多晶硅电极或者铝电极。进一步的，所述湿度敏感介质层为由聚酰亚胺淀积形成。进一步的，若干所述子空气通道相连通以形成总空气通道，所述总空气通道的截面形状呈蛇形。本专利技术还提供了一种CMOSMEMS电容式湿度传感器的制备方法，包括如下步骤：S1：提供具有正面和背面的衬底；S2：在衬底的正面淀积形成多晶硅层或铝层，刻蚀所述多晶硅层或铝层以形成第一电容电极和第二电容电极；S3：在所述第一电容电极和第二电容电极之间形成湿度敏感介质层；S4：在衬底的背面形成光刻胶图形，以露出部分衬底，按照所述光刻胶图形刻蚀所露出的衬底以形成若干子空气通道，所述若干子空气通道之间具有由未被刻蚀的衬底部分所形成的支撑柱，所述子空气通道位于所述湿度敏感介质层的正投影内。进一步的，在所述步骤S1中还包括：在所述衬底的正面上生长一层氧化层；在所述步骤S2中，所述多晶硅层或铝层淀积形成在氧化层上；所述步骤S2和步骤S3之间还包括S21：在氧化层上根据第一电容电极和第二电容电极的形状形成光刻胶图形，以露出部分氧化层，按照光刻胶图形腐蚀所露出的氧化层以形成填充腔；在所述步骤S3中，所形成的湿度敏感介质层延伸至填充腔内。进一步的，若干所述子空气通道相连通以形成总空气通道，所述总空气通道的截面形状呈蛇形。进一步的，所述湿度敏感介质层的材料为聚酰亚胺。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：由于位于湿度敏感介质层的正投影内的衬底上形成有若干子空气通道，从而通过该子空气通道提高传感器的灵敏度及可缩短响应时间，而又由于相邻两个子空气通道之间形成有支撑柱，从而通过该支撑柱提高敏感器件区的强度，以防止该湿度传感器在实际应用时破裂，进而使该湿度传感器在灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，改善了其结构强度，而通过该方法所制备形成的CMOSMEMS电容式湿度传感器由于形成有子空气通道和支撑柱，所以其在灵敏度和响应时间都得到保证的情况下，能够改善其结构强度。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本专利技术CMOSM本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS MEMS电容式湿度传感器，包括具有正面和背面的衬底、设置在所述衬底正面的第一电容电极和第二电容电极及形成在第一电容电极和第二电容电极之间的湿度敏感介质层，所述第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质层形成敏感器件区，其特征在于：所述CMOS MEMS电容式湿度传感器还包括自所述衬底的背面朝正面延伸形成的若干子空气通道，所述衬底包括形成在相邻两个所述子空气通道之间的支撑柱，若干所述子空气通道位于所述湿度敏感介质层的正投影内，所述支撑柱支撑所述敏感器件区。

【技术特征摘要】
1.一种CMOSMEMS电容式湿度传感器，包括具有正面和背面的衬底、设置在所述衬底正面的第一电容电极和第二电容电极及形成在第一电容电极和第二电容电极之间的湿度敏感介质层，所述第一电容电极、第二电容电极和湿度敏感介质层形成敏感器件区，其特征在于：所述CMOSMEMS电容式湿度传感器还包括自所述衬底的背面朝正面延伸形成的若干子空气通道，所述衬底包括形成在相邻两个所述子空气通道之间的支撑柱，若干所述子空气通道位于所述湿度敏感介质层的正投影内，所述支撑柱支撑所述敏感器件区，所述CMOSMEMS电容式湿度传感器还包括淀积在所述衬底正面的氧化层及自所述若干子空气通道向上延伸贯穿氧化层形成的填充腔，所述湿度敏感介质层延伸至所述填充腔内。2.根据权利要求1所述的CMOSMEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述第一电容电极包括呈梳齿状的第一本体和自第一本体的末端向外延伸形成的第一压焊点，所述第二电容电极包括与第一本体交错设置且呈梳齿状的第二本体和自第二本体的末端向外延伸形成的第二压焊点。3.根据权利要求1所述的CMOSMEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述第一电容电极、第二电容电极为多晶硅电极或者铝电极。4.根据权利要求1所述的CMOSMEMS电容式湿度传感器，其特征在于：所述湿度敏感介质层为由聚酰亚胺淀积形成。5.根据权利要求1所述的CMOSMEMS电容式湿度传感器，其特征在于：若干所述子空气通道相连通以形...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵成龙，
申请(专利权)人：苏州工业园区纳米产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32