一种集成化湿度传感器及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种集成化湿度传感器及其制作工艺，所述湿度传感器以C型硅杯(1)为衬底，在所述C型硅杯(1)的上表面生长有二氧化硅层(2)，在所述二氧化硅层(2)的上表面设置有叉指电极(3)，在所述二氧化硅层(2)的下表面设置有加热电阻(7)，在所述叉指电极(3)上设置有感湿层(4)，在所述二氧化硅层(2)的上表面、感湿层(4)周围设置有加磁线圈(5)；所述湿度传感器采用集成化工艺制备，具有集成化程度高、体积小的优点，并且，同时具有湿度检测的稳定性好、灵敏度高、响应时间快和线性度好等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种集成化湿度传感器及其制作工艺
本专利技术涉及传感器
，尤其涉及湿度传感器，特别地，涉及一种集成化湿度传感器及其制作工艺。
技术介绍
现代工业和农业领域对湿度传感器的需求量不断增大，要求传感器具有灵敏度高、线性度好、小尺寸、低成本、低功耗等。但目前的湿度传感器存在尺寸大、迟滞大、响应时间慢、温度漂移大和加热功耗大的问题，尤其存在灵敏度低和线性度差的问题。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术人进行了锐意研究，在C型硅杯上制作叉指电极和感湿层，用于湿度检测，同时，在叉指电极下面的衬底硅表面制作加热电阻，用于改善湿度传感器的响应时间，并且，在叉指电极或感湿层的周围制作加磁线圈，改善湿度传感器的灵敏度和线性度，得到一种灵敏度高、响应时间快和线性度好的湿度传感器，从而完成本专利技术。本专利技术一方面提供了一种集成化湿度传感器，具体体现在以下几方面：(1)一种集成化湿度传感器，其中，所述湿度传感器以C型硅杯1为衬底，在所述C型硅杯1的上表面生长有二氧化硅层2，其中，在所述二氧化硅层2的上表面设置有叉指电极3，在所述叉指电极3上设置有感湿层4，和，在所述二氧化硅层2的上表面、感湿层4周围设置有加磁线圈5。(2)根据上述(1)所述的湿度传感器，其中，所述叉指电极3为Pt/Ti叉指电极。(3)根据上述(1)或(2)所述的湿度传感器，其中，所述Pt/Ti叉指电极如下获得：通过磁控溅射法在所述二氧化硅层2的表面上淀积金属钛层和铂层，更优选地，再进行离子束刻蚀，形成所述Pt/Ti叉指电极。(4)根据上述(1)至(3)之一所述的湿度传感器，其中，所述感湿层4为具有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层，优选地，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层的厚度为2000～8000nm，例如5000nm。(5)根据上述(1)至(4)之一所述的湿度传感器，其中，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层如下获得：先采用真空镀膜工艺淀积高纯金属铝层，然后置于草酸溶液中，优选施加电压，得到带有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层。(6)根据上述(1)至(5)之一所述的湿度传感器，其中，所述加磁线圈5为铜线圈。(7)根据上述(1)至(6)之一所述的湿度传感器，其中，在所述C型硅杯1的底部中心处沉积有磁性材料6(例如金属钴、NiFe等)，形成所述加磁线圈5的磁芯。(8)根据上述(1)至(7)之一所述的湿度传感器，其中，在所述C型硅杯1与二氧化硅层2之间设置有加热电阻7，优选地，所述加热电阻7为条状结构。本专利技术另一方面提供一种本专利技术第一方面所述集成化湿度传感器的制作工艺，具体体现在以下几个方面：(9)一种上述(1)至(8)之一所述集成化湿度传感器的制作工艺，其中，所述工艺包括以下步骤：步骤1、清洗硅片，任选地，进行一次光刻，通过干法刻蚀，制作光刻对版标记；步骤2、清洗硅片，在单晶硅表面热氧化生成二氧化硅层，作为离子注入缓冲层；步骤3、二次光刻，离子注入磷(或硼)，通过低掺杂形成湿度传感器的加热电阻7；步骤4、三次光刻，离子注入浓磷(或浓硼)，在单晶硅中形成高掺杂的埋层电阻，作为内引线，将线圈内的接触端引出，并且引线孔处实现欧姆接触；步骤5、清洗硅片，高温真空退火(在真空环境中进行高温退火)，修复晶格损伤，并在缓冲氧化蚀刻剂(BOE)溶液中处理(例如处理30s)，刻蚀表面的二氧化硅层；步骤6、清洗硅片，二次氧化，正面化学气相沉积(PECVD)二氧化硅层，并在二氧化硅层表面刻蚀出叉指电极的引线孔；步骤7、清洗硅片，通过磁控溅射在二氧化硅层表面淀积上金属钛层和铂层；步骤8、四次光刻，采用离子束刻蚀形成叉指电极；步骤9、清洗硅片，五次光刻，采用剥离工艺(lift-off工艺)，在叉指电极周围淀积金属线(如：铜)形成加磁线圈5步骤10、清洗硅片，在其表面采用真空镀膜工艺淀积的铝层4’；步骤11、六次光刻，通过干法刻蚀去除叉指电极区域之外的铝层；步骤12、以铝层为阳极、铂层为阴极，平行放置于草酸溶液中，施加电压，铝层在阳极被氧化成多孔氧化铝膜，形成湿度传感器的感湿层；步骤13、七次光刻，通过MEMS技术，使用ICP刻蚀在叉指电极区域正下方的背面刻蚀出C型硅杯；步骤14、清洗硅片，通过磁控溅射在背面的硅杯中沉积磁性材料(例如金属钴、NiFe等)，得到湿度传感器。(10)根据上述(9)所述的制作工艺，其中，在步骤14之后进行步骤15：步骤15、将步骤14得到的湿度传感器置于强磁场中，使得磁性材料被磁化，加强湿度传感器区域的磁场强度；优选地，在步骤15之后进行步骤16：步骤16、进行划片、中测、封装和总测。附图说明图1示出本专利技术所述湿度传感器的局部剖视(1/4剖视)示意图；图2示出图1的俯视图；图3示出图2中叉指电极的结构示意图；图4示出图2中加热电阻的结构示意图；图5示出所述湿度传感器的制作工艺流程图(其中，为图2中A-A向的截面图)。附图标记说明1-C型硅杯；2-二氧化硅层；3-叉指电极；4-感湿层；4’-铝层；5-加磁线圈；6-磁性材料；7-加热电阻。具体实施方式下面通过对本专利技术进行详细说明，本专利技术的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。本专利技术一方面提供了一种集成化湿度传感器，如图1和图2所示，所示湿度传感器以C型硅杯1为衬底，在所述C型硅杯1的上表面生长有二氧化硅层2，其中，在所述二氧化硅层2的上表面设置有叉指电极3，在所述叉指电极3上设置有感湿层4，并且，在所述二氧化硅层2的上表面、感湿层4周围设置有加磁线圈5。其中，所述感湿层用于吸附水分；所述叉指电极的电容值随着感湿层吸附的水分(即环境相对湿度)而变化，从而实现环境中相对湿度的检测；同时，设置加磁线圈，通过加磁线圈产生磁场进而调整感湿层周围的磁场，以改善感湿特性。根据本专利技术一种优选的实施方式，所述叉指电极3为Pt/Ti叉指电极。在进一步优选的实施方式中，所述Pt/Ti叉指电极如下获得：通过磁控溅射法在所述二氧化硅层2的表面上淀积金属钛层和铂层。在更进一步优选的实施方式中，再进行离子束刻蚀，形成所述Pt/Ti叉指电极。根据本专利技术一种优选的实施方式，所述感湿层4为具有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层。其中，硅基阳极氧化铝(AAO)层的多孔结构，水分子很容易吸附在孔壁表面。在进一步优选的实施方式中，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层的厚度为2000～8000nm，例如5000nm。其中，采用厚度较薄的硅基阳极氧化铝为感湿层，可以较好提高感湿特性。在更进一步优选的实施方式中，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层如下获得：先采用真空镀膜工艺淀积高纯金属铝层，然后置于草酸溶液中，优选施加电压，得到带有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层。在本专利技术中，通过叉指电极3输出感湿层4的电容值，当水分子吸附到感湿层4的孔壁时，叉指电极电介质常数增大，导致叉指电极的电容值变大。测量叉指电极电容值的大小即可完成相对湿度的测量。根据本专利技术一种优选的实施方式，所述加磁线圈5为铜线圈。其中，在现有技术中，涉及外加磁场提高湿度传感器的灵敏度的实验，但是，其仅限于进行实验研究，在实际应用时，很难实现加入磁场进行检测，不利于广泛应用。专利技术人经过大量研究后，巧妙地在叉指电极或感湿膜周围设置加磁线圈，为湿度感知提供磁场，并进一步通过工艺优化，实现了加磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成化湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器以C型硅杯(1)为衬底，在所述C型硅杯(1)的上表面生长有二氧化硅层(2)，其中，在所述二氧化硅层(2)的上表面设置有叉指电极(3)，在所述叉指电极(3)上设置有感湿层(4)，和，在所述二氧化硅层(2)的上表面、感湿层(4)周围设置有加磁线圈(5)。

【技术特征摘要】
1.一种集成化湿度传感器，其特征在于，所述湿度传感器以C型硅杯(1)为衬底，在所述C型硅杯(1)的上表面生长有二氧化硅层(2)，其中，在所述二氧化硅层(2)的上表面设置有叉指电极(3)，在所述叉指电极(3)上设置有感湿层(4)，和，在所述二氧化硅层(2)的上表面、感湿层(4)周围设置有加磁线圈(5)。2.根据权利要求1所述的湿度传感器，其特征在于，所述叉指电极(3)为Pt/Ti叉指电极。3.根据权利要求1或2所述的湿度传感器，其特征在于，所述Pt/Ti叉指电极如下获得：通过磁控溅射法在所述二氧化硅层(2)的表面上淀积金属钛层和铂层，更优选地，再进行离子束刻蚀，形成所述Pt/Ti叉指电极。4.根据权利要求1至3之一所述的湿度传感器，其特征在于，所述感湿层(4)为具有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层，优选地，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层的厚度为2000～8000nm，例如5000nm。5.根据权利要求1至4之一所述的湿度传感器，其特征在于，所述硅基阳极氧化铝(AAO)层如下获得：先采用真空镀膜工艺淀积高纯金属铝层，然后置于草酸溶液中，优选施加电压，得到带有多孔结构的硅基阳极氧化铝(AAO)层。6.根据权利要求1至5之一所述的湿度传感器，其特征在于，所述加磁线圈(5)为铜线圈。7.根据权利要求1至6之一所述的湿度传感器，其特征在于，在所述C型硅杯(1)的底部中心处沉积有磁性材料(6)(例如金属钴、NiFe等)，形成所述加磁线圈(5)的磁芯。8.根据权利要求1至7之一所述的湿度传感器，其特征在于，在所述C型硅杯(1)与二氧化硅层(2)之间设置有加热电阻(7)，优选地，所述加热电阻(7)为条状结构。9.一种权利要求1至8之一所述集成化湿度传感器的制作工艺，其特征在于，所述工艺包括以下步骤：步骤1、清洗硅片，任选地，进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓锋，蓝德高，柳微微，温殿忠，
申请(专利权)人：黑龙江大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23