[发明专利]一种湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种湿度传感器及其制备方法，所述传感器从下到上依次包括：衬底，空腔，介质层，金属层，至少一层钝化层和敏感层。在所述衬底上设置所述空腔，所述空腔在所述衬底背面设置，或在衬底正面设置。在所述介质层上设置所述金属层，所述金属层包含加热电阻单元、检测电极单元以及压焊块单元。在所述金属层上设置所述第一钝化层，所述第一钝化层为氧化硅、氮化硅或其复合层；通过光刻刻蚀工艺，去除所述检测电极单元上的钝化层。在第一钝化层上设置第二钝化层；通过光刻刻蚀工艺，去除压焊块单元上的所述第一钝化层和第二钝化层。本发明的优点在于：可以去除湿度传感器表面的凝结水，提高传感器的恶劣工况下的可靠性；加热单元功耗低，加热效果更好。

技术领域

本发明涉及半导体芯片及MEMS传感器领域，尤其涉及湿度传感器领域，具体涉及一种湿度传感器及其制备方法。

背景技术

在航空航天，智能家居，冷链物流，洁净车间，农业畜牧业等领域，需要检测或监测环境湿度变化，以维持湿度在合适的状态。湿度的检测原理主要有电阻式，压阻式和电容式，其中电容式传感器由于其结构简单，检测范围宽，可靠性高，易与CMOS技术集成等优点而广泛运用。

目前，电容式传感器主要有两种设计方法，一种是平板结构设计，湿度敏感层置于第一和第二电极板的夹层中，第二电极板开若干孔，使空气进入高分子敏感层中，实现湿度感知。这种方案一般只适用于制作分立器件，需配合ASIC芯片SiP合封后使用，无法在一颗芯片上实现ASIC和MEMS器件的集成。另一种是叉指电容式结构设计，第一电极和第二电极在同一平面内，高分子层置于两者之间，以侧面电容检测的方式实现湿度测量。这种方案的好处在于可以实现ASIC和MEMS器件集成在一颗芯片上，成本上有较大优势。

另一方面，在低温高湿等恶劣工况下，湿度传感器的敏感层会产生凝结水，从而影响传感器的正常工作；因此现有技术中，有在MEMS湿度器件的叉指层下方设置加热电阻的方案，来解决凝结水的问题，同时进行不同的加热策略，还可以实现提升器件响应性能。但是现有技术方案存在加热效率差，功耗高等问题。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

针对目前技术方案的不足，本发明提出一种带加热功能的湿度传感器，满足物联网低功耗应用需求，以及低温高湿等恶劣工况下的可靠运行。

根据本发明的第一个方面，提供了一种湿度传感器，从下到上依次包括：

衬底，空腔，介质层，金属层，至少一层钝化层和敏感层。

进一步地，所述衬底为以下材料的一种或多种：硅晶圆、陶瓷、玻璃。

进一步地，在所述衬底上设置所述空腔，所述空腔在所述衬底背面设置，或在衬底正面设置。

进一步地，在所述衬底上设置所述介质层，所述介质层是氧化硅，氮化硅或其复合层。

进一步地，在所述介质层上设置所述金属层，所述金属层包含加热电阻单元、检测电极单元以及压焊块单元。

进一步地，所述加热电阻单元为蛇形电阻结构；所述检测电极单元为叉指电极结构；所述金属层的材料为以下材料的一种或多种：铝，钨，铜，铂；所述金属层的淀积方式为薄膜淀积技术；所述加热电阻单元、检测电极单元以及压焊块单元的图形化方式为光刻刻蚀技术。

进一步地，在所述金属层上设置所述第一钝化层，所述第一钝化层为氧化硅、氮化硅或其复合层；通过光刻刻蚀工艺，去除所述检测电极单元上的钝化层。

在第一钝化层上设置第二钝化层，所述第二钝化层为氧化硅、氮化硅或其复合层；通过光刻刻蚀工艺，去除压焊块单元上的所述第一钝化层和第二钝化层；

所述敏感层设置在第二钝化层上，所述敏感层为聚酰亚胺、石墨烯、氮化铝等感湿材料，优选聚酰亚胺；通过光刻显影/刻蚀进行图形化，保留检测电极单元上的敏感层。