[发明专利]具有集成加热器的可调湿度传感器

说明书

技术领域

本公开涉及湿度传感器领域。本公开尤其涉及电容式湿度传感器。

背景技术

湿度感测在很多领域中都是重要的。在很多应用中，控制湿度水平是有益的。在其他应用中，简单地知道湿度水平是有益的。在很多制造环境中，相对湿度不上升高到某一水平以上是重要的，否则正在制造的产品可能受到不利地影响。在很多科学环境中，在执行实验时要考虑相对湿度。当处理某些类型的集成电路时，可以在清洁室环境中及各种沉积腔室和处理设备中，均密切监控或控制湿度水平。

湿度传感器具有各种形式。湿度传感器可以包括电阻式湿度传感器、热传导湿度传感器、电容式湿度传感器以及其他湿度传感器。也可以使用薄膜技术制造湿度传感器。薄膜技术已经减小了湿度传感器的尺寸和成本。然而，针对特定应用具有特定设计需求的湿度传感器仍可能是非常昂贵的。

发明内容

一个实施方式是一种电容式湿度传感器，其包括第一电极、第二电极以及在第一和第二电极之间的湿度敏感电介质层。湿度敏感电介质层在第一和第二电介质层之间具有不均匀厚度。湿度敏感电介质层的不均匀厚度在第一和第二电极之间留下中空部分。第二电极中的开口使得湿度敏感电介质层暴露于环绕电容式湿度传感器的环境。环境中的湿润空气进入湿度敏感电介质层。湿度敏感电介质层的介电常数随着水汽进入湿度敏感电介质层而变化。当湿度敏感电介质层的介电常数变化时，第一和第二电极之间的电容变化。第一和第二电极的电容因此指示环绕电容湿度传感器的环境中的湿度。

在一个实施方式中，第一电极包括与之连接的接触区域。接触区域配置成使得电流经过第一电极。电流在第一电极中产生热，且加热湿度敏感电介质层以将湿气从湿度敏感电介质层释放。

一个实施方式是一种用于形成电容式湿度传感器的方法。该方法包括在衬底上形成第一电极、在第一电极上形成湿度敏感电介质层以及在湿度敏感电介质层上形成第二电极。该方法还包括在第二电极中形成开口，且以选择长度的时间各向同性地刻蚀湿度敏感电介质层。各向同性刻蚀去除了第一和第二电极之间的湿度敏感电介质层的部分，在第一和第二电极之间留下中空空间。各向同性刻蚀的持续时间越长，第一和第二电极之间的中空空间越大。第一和第二电极之间的基本电容根据湿度敏感电介质层的体积与第一和第二电极之间的中空空间的体积的比例而变化。通过选择各向同性刻蚀的持续时间，可以选择电容式湿度传感器的基本电容。

环境中的湿润空气通过第二电极中的开口进入湿度敏感电介质层。湿度敏感电介质层的介电常数随着水汽进入湿度敏感电介质层而变化。当湿度敏感电介质层的介电常数变化时，第一和第二电极之间的电容变化。第一和第二电极的电容因此指示环绕电容湿度传感器的环境中的湿度。

附图说明

图1是根据一个实施方式的电容式湿度传感器的剖面图。

图2是根据一个实施方式的电子设备的框图。

图3是根据备选实施方式的电子设备的框图。

图4A是根据一个实施方式在制造的中间阶段的电容式湿度传感器的剖面图。

图4B示出图4A的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有在底部电极上形成的湿度敏感电介质。

图4C示出图4B的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有湿度敏感电介质上的钝化层。

图4D示出图4C的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有在钝化层上形成的顶部电极。

图4E示出图4D的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有在顶部电极中形成的开口。

图4F示出图4E的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有顶部电极上的钝化层。

图4G示出图4F的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有钝化层以及在钝化层中形成的开口。

图4H示出图4G的电容式湿度传感器，根据一个实施方式具有在湿度敏感电介质中形成的中空部分。

图5是根据一个实施方式的电容式湿度传感器的底部电极的顶视图。

图6是根据一个实施方式的电容式湿度传感器的顶部电极的顶视图。

图7是根据一个实施方式沿着线7-7截取的图5的电容式湿度传感器的剖面图。

图8是根据一个实施方式沿着线8-8截取的图5的参考电容器的剖面图。

图9是根据一个实施方式的电容式湿度传感器和参考电容器的顶视图。

图10是根据一个实施方式包括两个传感器电容器和两个参考电容器的电容式湿度传感器的顶视图。