[发明专利]集成式湿度传感器及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别涉及一种集成式湿度传感器及制造方法。

背景技术

目前，在诸如工农业生产、环保、航天等多领域都经常需要对环境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参数。

湿度传感器是基于其功能材料能发生与湿度相关的物理效应或化学反应制造而成的，具有可将湿度物理量转换成电讯号的功能。湿度传感器根据其工作原理的不同可分为：1、伸缩式，利用脱脂毛发的线性尺寸随环境水汽含量的变化而变化；2、蒸发式，即干湿球湿度传感器，利用干球和湿球温度计在相对湿度变化时两者温度差变化而制得；3、露点式，利用冷却方法使气体中的水汽达到饱和而结露，根据露点温度来测量气体中的相对湿度；4、电子式，包括电阻式、电容式和电解式。

电容式湿度传感器利用感湿材料吸水后介电常数发生变化而改变电容值，其有灵敏度高、功耗低、温漂小等优势，因此受到了科学家们的普遍关注。然而由于设计的复杂性及接口电路的匹配要求高，其发展相对缓慢。

将微传感器与周围的接口电路集成在一起，制作加工在同一芯片上，以实现更多的功能和更高的性能，同时降低传感器的成本，已成为MEMS发展的一个新焦点和趋势。通过系统集成，传感器和接口电路尽可能地靠近，从而很大程度上降低寄生参数和外部干扰。单片集成的传感器还可以减少不同芯片之间互连的可靠性问题。利用CMOS技术将湿度传感器与测量电路进行片上集成，是未来湿度传感器的研究热点和焦点。然而，工艺的兼容性、测量精度以及微弱信号检测电路的设计等都对单片集成式湿度传感器的设计和加工提出了挑战。

专利号为US6690569B1的美国专利就披露了一种湿度传感器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种精度高，寄生参数小，有利于实现数字采集系统的集成式湿度传感器。

为了解决上述问题，本发明提供了一种集成式湿度传感器，包括：

半导体衬底；

位于所述半导体衬底上的集成电路；

位于所述集成电路上的传感部件，所述传感部件通过金属互连线与所述集成电路连接；

所述传感部件包括位于金属互连线上的电极、电极上的保护层、保护层上的测量层，所述测量层由介电常数湿度敏感材料构成。

可选的，所述的保护层材质为钻石状碳、非晶碳或氮化硅。

可选的，所述传感部件在所述集成电路的垂直上方，两者在纵向上有重叠。

可选的，所述传感部件在所述集成电路的斜上方，两者在纵向上没有重叠。

可选的，在所述集成电路和所述传感部件之间还有隔离层，所述金属互连线通过隔离层上的连接孔与所述传感部件连接，所述的隔离层材质为氮化硅或氧化硅。

可选的，还有一加热装置，位于所述传感部件旁。

可选的，所述的介电常数湿度敏感材料为高分子聚合物或陶瓷。

可选的，所述的电极为叉指结构或螺旋形，材质为铝、铜、钛、钨、钽或多晶硅。

本发明还提供了一种集成式湿度传感器的制造方法，包括：

在半导体衬底上形成集成电路；

在集成电路上形成金属互连线；

在金属互连线上形成传感部件，依次包括位于金属互连线上的电极、电极上的保护层、保护层上的测量层，所述测量层由介电常数湿度敏感材料构成。

可选的，所述的金属互连线多层堆叠，用于隔离传感部件与集成电路。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）本发明采用全集成解决方案，减少了寄生对传感器精度的影响，提高了器件精度。同时，体积小（毫米量级），数字接口的存在有利于实现数据采集系统的微型化。

（2）可选方案中，集成电路与传感部件采用垂直叠层方式布置，进一步减小了有效芯片面积，降低了成本。

（3）可选方案中，保护层采用了钻石状碳、非晶碳或氮化硅，其耐磨、绝缘、导热特性优良的特性使得单层即可起到保护作用，降低了成本，简化了制作工艺。

附图说明

附图并未按比例绘制，重点在于示出本发明的主旨。在附图中为清楚起见，放大了层和区域的尺寸。

图1是本发明集成式湿度传感器第一实施例的俯视图；

图2是图1本发明集成式湿度传感器第一实施例沿A-A’方向的剖面结构示意图；

图3是图1本发明集成式湿度传感器第一实施例沿B-B’方向的剖面结构示意图；

图4是本发明集成式湿度传感器的第二实施例的俯视图；

图5是本发明集成式湿度传感器的第三实施例的俯视图；