CN104655691A - 一种电容式相对湿度传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电容式相对湿度传感器，由衬底、氧化层、电容电极组成，氧化层设在衬底上，电容电极设在氧化层上方，在电容电极上设有钝化层及电极引线，该电容电极其材质为适于标准CMOS加工工艺的电极。本发明采用铝电极梳状并联结构可以增强敏感电容值，将衬底可靠接地消除了外界的干扰，提高湿度传感器的精度。淀积钝化层能够有效防止环境中的水汽（聚酰亚胺吸水后腐蚀铝电极），利用梳状并联多晶硅作为加热电路，使湿度传感器的脱附时间更短，提高了可靠性。利用聚酰亚胺作为感湿介质，灵敏度高，线性度、滞回特性好，长久可靠等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种微机械传感器，特别是一种电容式相对湿度传感器。
背景技术
目前环境监测中实际应用的大都是传统的湿度传感器，如干球湿度计、露点湿度计等。这些湿度传感器存在以下几种缺点：（1）相同产品的一致性差；（2）价格昂贵；（3）体积大；（4）线性度、滞回特性差，测量中有时需要查表。与CMOS技术相兼容的电容相对湿度传感器是一种微湿度传感器，具有体积小、价格低、产品一致性好的优点。国外有几家采用CMOS工艺制造湿度传感器，虽然提高了很多性能，但大多都没有解决好电极易腐蚀的问题，不能满足长期可靠性和脱附时间短的要求，易受外界环境影响。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高其可靠性的高精度电容式相对湿度传感器。
技术方案如下：
本发明是一种用于湿度信号传感的电容式相对湿度传感器。由衬底、氧化层、电容电极组成，氧化层设在衬底上，电容电极设在氧化层上方，在电容电极上设有钝化层及电极引线，该电容电极其材质为适于标准CMOS加工工艺的电极。采用铝电极梳状并联结构可以增强敏感电容值，将衬底可靠接地消除了外界的干扰，提高湿度传感器的精度。淀积钝化层能够有效防止环境中的水汽（聚酰亚胺吸水后腐蚀铝电极），利用梳状并联多晶硅作为加热电路，加热均匀，有效去除湿度传感器表面可发挥性杂质，使湿度传感器的脱附时间更短，提高了可靠性。在电容电极之间设置聚酰亚胺，且氧化条的上表面高于多晶条的上表面，减少铝电极与二氧化硅层间的边缘效应，提高线性度，减少寄生电容。利用聚酰亚胺作为感湿介质，具有灵敏度高，线性度、滞回特性好，长久可靠等优点，本发明的结构设置则与标准CMOS加工工艺相兼容。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图2本发明的俯视图。
图3本发明的梳形电极结构示意图。
图4本发明的梳形式并联多晶硅层结构示意图。
具体实施方式
本发明是一种用于湿度信号传感的电容式相对湿度传感器，由衬底106、氧化层104、电容电极101和102组成，氧化层104设在衬底106上，电容电极101和102设在氧化层104上方，在电容电极101和102上设有钝化层108及电极引线1011和1021，该电容电极101和102其材质为适于标准CMOS加工工艺的电极。在电容电极101和102之间其上方设有感湿介质层107，钝化层108位于电容电极101和102与感湿介质层107之间，在电容电极101和102与氧化层104之间设有二氧化硅条105且二氧化硅条105的上表面高于感湿介质层107的下表面1071，在感湿介质层107与氧化层104之间设有加热条103，在加热条103上设有加热条引线1031和1032，在感湿介质层107与加热条103之间设有钝化层，该钝化层为氮化硅层1081，氮化硅层设在二氧化硅层的上方，加热条103为梳状并联多晶硅条，感湿介质层107为聚酰亚胺层，电容电极101和102为铝电极，形状为梳形电极并交错设置，衬底106接地。
本发明的感湿介质层由于外界环境的相对湿度变化，吸附/脱附空气中的水气分子，使得感湿介质的介电常数发生变化，引起湿度传感器的电容值改变，相对湿度与敏感电容之间存在确定关系。环境相对湿度升高时湿度传感器电容值增加，环境相对湿度降低时湿度传感器电容值相应减少，湿度传感器输出端连接外围电路，敏感电容值经过接口电路将其转化为可测电信号（电压、电流），制作工艺如下：
在硅衬底上生长薄氧化层104淀积多晶硅103，并光刻梳状并联的S型，CVD法淀积二氧化硅105，光刻露出多晶硅103，淀积1微米铝，并光刻成梳形电极101,102（刻除多晶硅上的铝）。接着淀积氮化硅层108作为钝化层，利用旋转涂敷法涂1.5微米厚度左右的聚酰亚胺107，光刻，亚胺化后聚酰亚胺107的厚度约为1微米。湿度传感器的两极板（以铝电极为例）铝电极板分别由21根宽3微米、长400微米的条形铝电极组成的梳状结构，相邻的极板间距为4微米。加热多晶硅结构如图4，每根多晶硅条103长度为450微米、宽3微米，厚度为3500埃，14根多晶硅条分别并联在一起，然后串联，总电阻为1.5KΩ左右，作为钝化层108的氮化硅厚度为3000埃，用以防止铝电极101、102被聚酰亚胺107吸附的水气腐蚀，聚酰亚胺107的厚度约为1微米。图2中铝电极109接地，用来消除外界对敏感电容的影响，多晶硅条为加热电路，铝电极101、102输出电容信号。环境相对湿度测量范围为0%RH～100%RH，温度范围为-40o～60oC。
Claims (1)
1.一种电容式相对湿度传感器，其特征在于：由衬底（106）、氧化层（104）、电容电极（101和102）组成，氧化层（104）设在衬底（106）上，电容电极（101和102）设在氧化层（104）上方，在电容电极（101和102）上设有钝化层（108）及电极引线（1011和1021），该电容电极（101和102）其材质为适于标准CMOS加工工艺的电极。
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