[发明专利]一种谐振型SAW温度-湿度传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于谐振型SAW的温度‑湿度传感器，包括单晶硅衬底、氧化硅、氮化铝、金属Al、聚酰亚胺介质层和密封腔，本发明结构简单、机械强度高、批量生产、成本低，并且本发明可在高温、高压力、密封空间等极端恶劣环境中工作，本发明通过使用独特加工技术的SAW传感器更具有体积小，价格低，与集成电路工艺兼容，产品一致性好的特点。

技术领域

本发明涉及一种谐振型SAW温度-湿度传感器及其制备方法，属于微电子机械系统技术领域。

背景技术

在生产过程和科学实验中，要对各种各样的参数进行监测和控制，温度和湿度作为系统的基本参量，很难找出一个与湿度无关的领域。随着科学技术的发展，在高温、高压力、强电磁干扰等的极端环境下的生产过程和科学实验越来越多，因此原始的使用热电偶或半导体材料制成的温度传感器有局限性，而基于谐振型SAW的温度-湿度集成传感器能够做到无线无源，即该传感器无需任何能量提供，可实现绝对无源。经过测定，SAW传感器在高温、高压力、强电磁干扰等极端恶劣环境中，依然保持优异的性能。而基于MEMS加工技术的SAW传感器更具有体积小，价格低，与集成电路工艺兼容，产品一致性好的特点。

本发明提出的一种谐振型SAW的温度-湿度集成传感器，在制备中时采用了一种外延单晶硅封腔工艺，使在单晶硅衬底中生成密封腔，通过SAW谐振器检测密封腔变量的大小，检测所在环境的压力，再通过MEMS加工技术集成微带天线返回电波，使得该传感器具有无线无源，在高温、高压力、密封空间等极端恶劣环境中工作的特点。

本发明首次提出采用外延单晶硅封腔工艺制备SAW集成传感器的方法，可以制备一种SAW的温度-湿度集成传感器，与常规SAW器件制备工艺相比，其工艺难度较小，且与CMOS IC工艺相兼容。运用该方法制备的SAW微型传感器具有结构简单、机械强度高、批量生产、成本低等优点。

发明内容

本发明提供一种谐振型SAW的温度-湿度集成传感器及其制备方法，器件与集成电路工艺兼容，结构可靠性高，可以集成信号处理与传输一体，有较高的灵敏度，受环境影响小。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种基于谐振型SAW的温度-湿度传感器，包括单晶硅衬底、氧化硅、氮化铝、金属Al、聚酰亚胺介质层和密封腔；所述单晶硅衬底外表面下设有若干密封腔，所述单晶硅衬底外表面上均匀生长有氧化硅；所述氧化硅两端分别生长有氮化铝；两端所述氮化铝上溅射有金属Al，并且一端所述金属Al上涂覆有聚酰亚胺介质层。

优选地，所述金属Al包括微带天线、叉指电极IDTs和反射栅。

优选地，所述聚酰亚胺介质层覆盖在一端的叉指电极IDTs上方。

优选地，所述单晶硅衬底为N型单晶硅。

一种基于谐振型SAW的温度-湿度传感器的制备方法，具体制备步骤如下：

S1.通过各向异性反应离子刻蚀工艺在单晶硅衬底两端表面刻一定深度的蚀浅槽；

S2.对单晶硅衬底进行各向同性竖向腐蚀，形成一定深度的腔体；

S3.通过外延工艺生长单晶硅衬底，在单晶硅衬底内部形成密封腔；

S4.通过化学机械抛光工艺使单晶硅衬底表面平滑；

S5.使用低压力化学气相沉积法在单晶硅衬底表面均匀沉积氧化硅；

S6.在氧化硅两边分别生长氮化铝，根据设计版图，光刻、腐蚀形成SAW器件压电层结构；

S7.根据设计数据，制作光掩膜，选用适当的光刻胶涂覆到基片表面上，把器件图形复印到光刻胶上，按复印图形进行刻蚀加工溅射金属Al，光刻、腐蚀形成SAW的反射栅、叉指电极IDTs和微带天线；