專利名稱：一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種電容式濕度傳感器的制備方法，具體來說，涉及一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法。
背景技術：
濕度傳感器廣泛應用于氣象檢測、農業生產、工業控制、醫療設備等領域。近年來，濕度傳感器的發展越來越趨向于微型化。現有的微型濕度傳感器類型主要包括電容式、電阻式、壓阻式及微電子機械系統(微電子機械系統，英文為Micro-Electronic-MechanicalSystems，文中簡稱MEMS)等。目前無線遙測傳感器包括兩大類:有源遙測和無源遙測。有源遙測是指傳感系統中帶有電源，這種遙測方式可以雙向長距離傳輸傳感器信號，但是其系統復雜、尺寸大，而且電池需要更換。無源遙測是指傳感系統中沒有電源，利用電感耦合或射頻(RF)反射調制實現信號的獲取，這種遙測方式信號傳輸距離短，但是體積小、不需要更換電池，理論上可以無限期工作。其中，LC無源無線濕度傳感器是無源遙測中的最主要的一類。隨著傳感器市場的發展，無線傳感器將成為物聯網發展的一個重要方向。但是傳感器微型化程度加深，引線問題是需要解決的一大問題，另外有些場合不能使用引線，這就需要使用無線傳感器。
發明內容
技術問題:本發明所要解決的技術問題是:提供了一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，該制備方法可以實現批量化、大規模生產無源無線電容式濕度傳感器，工藝簡單，且一致性、可靠性高。技術方案:為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:
一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
步驟10)采用熱氧化工藝，在硅襯底上熱氧化生長一層熱氧化層；
步驟20)采用低壓化學氣相淀積法，在步驟10)制備的熱氧化層上淀積一層多晶硅層，并采用光刻工藝，在多晶硅層上光刻多晶硅加熱電阻；
步驟30)采用低壓化學氣相淀積法，在步驟20)制成的多晶硅層淀積二氧化硅層，利用反應離子刻蝕法，在二氧化硅層上刻蝕接觸孔，該接觸孔位于多晶硅加熱電阻的末端；
步驟40 )采用濺射工藝，在步驟30 )制成的二氧化硅層的頂面濺射一鋁層，然后采用光刻工藝，在鋁層上刻蝕梳齒狀電極、金屬引線錨區、金屬電感和加熱電阻錨區；
步驟50)利用等離子體增強化學氣相沉積法，在步驟40)制成的鋁層上方淀積一層鈍化層；
步驟60)利用反應離子刻蝕法，將位于電極上方以及位于電極側壁的鈍化層刻蝕去除，然后采用刻蝕法，對位于被刻蝕的鈍化層下方的二氧化硅層進行刻蝕，在二氧化硅層上形成凹槽，最后采用旋涂工藝，在電極上方和電極側壁上，填充聚酰亞胺層，制成無源無線電容式濕度傳感器。有益效果:與現有技術相比，本發明具有以下有益效果:
(I)可批量化、大規模生產。本發明的制備方法采用梳齒電容以及聚酰亞胺層作為濕度傳感器，梳齒的兩個電極作為電容的上下電容極板，制成電容式濕度傳感器。該電容式濕度傳感器敏感膜采用填充聚酰亞胺得到。以上全部工藝均可與CMOS標準工藝兼容，因此可實現MEMS濕度傳感器的批量化，大規模生產。(2)靈敏度高。本發明的制備方法制備的傳感器，梳齒狀電容的兩個電極作為電容的上下電容極板，感濕材料采用聚酰亞胺，靈敏度高。(3)可靠性高。本發明的制備方法制備的傳感器，梳齒狀電容的兩個電極與電感的兩個端口連接不需要外接引線，可靠性高。
圖1是本發明中步驟10)制成器件的結構示意圖。圖2是本發明中步驟20)制成器件的結構示意圖。圖3是本發明中步驟30)制成器件的結構示意圖。圖4是本發明中步驟40)制成器件的結構示意圖。圖5是本發明中步驟50)制成器件的結構示意圖。圖6是本發明中步驟60)制成器件的結構示意圖。圖7是本發明制成的鋁層的俯視圖。圖中有:硅襯底1、熱氧化層2、多晶硅層3、二氧化硅層4、鋁層5、鈍化層6、聚酰亞胺層7、多晶硅加熱電阻8、電容9、電容上極板錨區101、電容下極板錨區102、金屬電感11、電感內連接線12、電感外引線錨區13、加熱電阻錨區14。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。本發明的一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，包括以下步驟:
步驟10)如圖1所示，采用熱氧化工藝，在硅襯底I上熱氧化生長一層熱氧化層2。步驟20)如圖2所示，采用低壓化學氣相淀積法，在步驟10)制備的熱氧化層2上淀積一層多晶硅層3，并采用光刻工藝，在多晶硅層3上光刻多晶硅加熱電阻8 ;
步驟30)如圖3所示，采用低壓化學氣相淀積法，在步驟20)制成的多晶硅層3淀積二氧化硅層4，利用反應離子刻蝕法，在二氧化硅層4上刻蝕接觸孔，該接觸孔位于多晶硅加熱電阻8的末端；
步驟40)如圖4所示，采用濺射工藝，在步驟30)制成的二氧化硅層4的頂面濺射一鋁層5，然后采用光刻工藝，在鋁層5上刻蝕梳齒狀電極9、金屬引線錨區、金屬電感11和加熱電阻錨區14。電極9中含有電容上極板錨區101和電容下極板錨區102。在步驟40)中，電極9位于多晶硅加熱電阻8的正上方。這樣，多晶硅加熱電阻8能對上次測量產生的影響消除，比如，上次測量時濕度很大，多晶硅加熱電阻8能加速濕度膜上水汽的減弱。金屬電感11呈環形，梳齒狀電極9位于金屬電感(11)的中部，金屬引線錨區位于金屬電感11的外側。
步驟50)如圖5所示，利用等離子體增強化學氣相沉積法，在步驟40)制成的鋁層5上方淀積一層鈍化層6。步驟60)如圖6所示，利用反應離子刻蝕法，將位于電極9上方以及位于電極9側壁的鈍化層刻蝕去除，然后采用刻蝕法，對位于被刻蝕的鈍化層下方的二氧化硅層4進行刻蝕，在二氧化硅層4上形成凹槽，最后采用旋涂工藝，在電極9上方和電極9側壁上，填充聚酰亞胺層7，制成無源無線電容式濕度傳感器。如圖7所示，本發明的制備方法制成的濕度傳感器，金屬電感11的內引線通過電感內連接線12與電容9的電容下極板錨區102相連。下極板錨區102其實就是一直線，這樣就相當于把金屬電感11的內引線與電容9的電容下極板直接相連。金屬電感11的電感外引線錨區13與電容9的電容上極板錨區101通過在二氧化硅層4和多晶硅層3上的通 L，以及多晶硅層3中的引線實現互連。也就是說，金屬電感11的電感外引線錨區13與電容9的電容上極板錨區101之間的連接不需要外接連線。多晶硅層3中的引線的一端與金屬電感11的電感外引線錨區13連接，多晶硅層3中的引線的另一端與電容9的電容上極板錨區101連接，從而實現金屬電感11的電感外引線錨區13與電容9的電容上極板錨區101之間的連接。加熱電阻錨區14位于金屬電感11的外側。在上述結構的無線無源電容式濕度傳感器中，熱氧化層2作為多晶硅加熱電阻8和硅襯底I之間的絕緣層。電容9在多晶硅加熱電阻8的正上方，增加了鋁電極間凹槽的深度，從而使得凹槽中可以填充更多的聚酰亞胺層7。電容9是金屬構成的，下方是二氧化硅層4，光是鋁層5厚度太小，所以腐蝕的時候不僅腐蝕金屬，而且把二氧化硅層4也腐蝕點一部分，這樣就能填充更多的感濕材料聚醢亞胺層7。上述結構的無線無源電容式濕度傳感器的工作過程是:先將加熱電阻錨區14和外部電源連接，當濕度發生變化時，起到感濕作用的聚酰亞胺層7的介質常數會發生變化，這樣電容9的容值就會發生變化，進而引起LC回路的諧振頻率的變化。外部讀出電路中的LC回路諧振頻率就會發生變化。通過LC回路的諧振頻率變化，從而實現了濕度信號的無源無線測量。該傳感器的濕度 信號通過電感耦合方式無線輸出。這樣通過電容變化就可以得到外界的濕度變化。本發明的制備方法采用熱氧化法在襯底硅I上生長一層熱氧化層2，熱氧化層2上在淀積一層LPCVD (低壓化學氣相淀積)多晶硅層3，光刻形成多晶硅加熱電阻8，在形成的多晶硅電阻8上淀積一層LPCVD(低壓化學氣相淀積)二氧化硅層4，利用反應離子刻蝕開出多晶硅加熱電阻8與后續金屬的接觸孔，在形成的二氧化硅層4上濺射一層鋁層5，光刻形成梳齒狀電極9以及多晶硅電阻的金屬引線以及金屬電感11，在金屬鋁層5上利用PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)法在整個硅片上淀積一層鈍化層6，利用反應離子刻蝕將鋁電極之間的鈍化層部分刻蝕掉，填充聚酰亞胺，形成聚酰亞胺層7，從而制成無源無線電容式濕度傳感器。該電容式濕度傳感器是MEMS電容式濕度傳感器的典型結構。本發明的制備方法完全與CMOS工藝的標準流程兼容，利用MEMS工藝即可制備出該濕度傳感器。也就是說，本發明的制備方法是一種與CMOS工藝兼容的無源無線電容式濕度傳感器，可以采用CMOS標準工藝和MEMS關鍵工藝，因此制成的濕度傳感器具有一致性好，成本低的優點。本發明的制備方法制成的濕度傳感器由電感、電容全無源元件構成，利用不同的敏感電容檢測濕度的變化，利用電感耦合輸出信號。該濕度傳感器測量濕度的時候，采用非接觸測量，利用結構的感應信號作為輸出信號。該濕度傳感器省去傳感器輸出引線，有利于無線傳感器的應用。同時該濕度傳感器通過諧振頻率來得到濕度的變化，傳感器體積小、功耗低、適用于惡劣環境應用。
權利要求
1.一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，該制備方法包括以下步驟: 步驟10)采用熱氧化工藝，在硅襯底(I)上熱氧化生長一層熱氧化層(2)； 步驟20)采用低壓化學氣相淀積法，在步驟10)制備的熱氧化層(2)上淀積一層多晶硅層(3)，并采用光刻工藝，在多晶硅層(3)上光刻多晶硅加熱電阻(8)； 步驟30)采用低壓化學氣相淀積法，在步驟20)制成的多晶硅層(3)淀積二氧化硅層(4)，利用反應離子刻蝕法，在二氧化硅層(4)上刻蝕接觸孔，該接觸孔位于多晶硅加熱電阻(8)的末端； 步驟40)采用濺射工藝，在步驟30)制成的二氧化硅層(4)的頂面濺射一鋁層(5)，然后采用光刻工藝，在鋁層(5)上刻蝕梳齒狀電極(9)、金屬引線錨區、金屬電感(11)和加熱電阻錨區(14)； 步驟50)利用等離子體增強化學氣相沉積法，在步驟40)制成的鋁層(5)上方淀積一層鈍化層(6); 步驟60)利用反應離子刻蝕法，將位于電極(9)上方以及位于電極(9)側壁的鈍化層刻蝕去除，然后采用刻蝕法，對位于被刻蝕的鈍化層下方的二氧化硅層(4)進行刻蝕，在二氧化硅層(4)上形成凹槽，最后采用旋涂工藝，在電極(9)上方和電極(9)側壁上，填充聚酰亞胺層(7 )，制成無源無線電容式濕度傳感器。
2.按照權利要求1所述的無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述的步驟40)中，電極(9)位于多晶硅加熱電阻(8)的正上方。
3.按照權利要求1所述的無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，其特征在于，所述的步驟40)中，金屬電感(11)呈環形， 梳齒狀電極(9)位于金屬電感(11)的中部，金屬引線錨區位于金屬電感(11)的外側。
全文摘要
本發明公開了一種無源無線電容式濕度傳感器的制備方法，包括以下步驟步驟10)在硅襯底上熱氧化生長一層熱氧化層；步驟20)在熱氧化層上淀積一層多晶硅層，并在多晶硅層上光刻多晶硅加熱電阻；步驟30)在多晶硅層淀積二氧化硅層；步驟40)在二氧化硅層的頂面濺射一鋁層，然后在鋁層上刻蝕梳齒狀電極、金屬引線錨區、金屬電感和加熱電阻錨區；步驟50)在鋁層上方淀積鈍化層；步驟60)將位于電極上方以及位于電極側壁的鈍化層刻蝕去除，然后對位于被刻蝕的鈍化層下方的二氧化硅層進行刻蝕，最后填充聚酰亞胺層，制成無源無線電容式濕度傳感器。該制備方法可以實現批量化、大規模生產濕度傳感器，工藝簡單，且一致性、可靠性高。
文檔編號B81C1/00GK103213942SQ20131011771
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月8日 優先權日2013年4月8日
發明者陳潔, 張聰, 秦明, 黃慶安 申請人:東南大學