[发明专利]基于表面声波的湿度传感器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器及其制备方法，特别是涉及一种基于表面声波的湿度传感器及其制备方法。

背景技术

在半导体工业中，残留水份是半导体工业中需要特别关注的因素之一。例如，EPI工艺气体(H₂、N₂、TCS)中，如果残留有水分子，将可能大大降低少数载流子寿命和导致雾化的产生。

在实际生产中，半导体企业通常采用连续质量控制系统(continuous quality control system)来监测不同气体的质量。针对H2O在气体中的含量的检测，连续控制系统中最主要的设备是微石英天平(QCM，Quartz Crystal Microbalance)。现有的一种微石英天平如图1所示，其包括中间的石英层已经覆盖于所述石英层上下表面的金属电极，当金属电极上加上AC电压时，石英中会产生一个体声波，然后输出一个特定的谐振频率f₀，湿度传感器的原理是，当石英表面吸收水分子以后，会造成其谐振频率发生漂移△f，依据谐振频率的漂移量可以得出石英表面吸收的水分子的质量△m，其关系如下式所示：

其中，f₀为器件的固有谐振频率，A表示涂覆于所述石英层表面的金属电极的面积，μ和ρ分别表示石英的剪切模量以及晶体密度。

然而，一般器件的固有谐振频率f₀是非常低的，范围通常为几个MHz，因此，现有的微石英天平并不能满足高灵敏度湿度探测的要求。

基于以上所述，提供一种高灵敏度的湿度传感器及其制造方法实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于表面声波的湿度传感器及其制备方法，用于解决现有技术中湿度传感器灵敏度较低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于表面声波的湿度传感器的制造方法，包括步骤：步骤1)，提供一基底，于所述基底表面形成压电薄膜；步骤2)，于所述压电薄膜上制作叉指电极以及位于所述叉指电极两侧的反射金属栅；步骤3)，于所述叉指电极及压电薄膜表面形成敏感材料。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，步骤1)所述的基底包括硅衬底及玻璃衬底中的一种。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，步骤1)中，采用磁控溅射法于所述基底表面形成压电薄膜，所述压电薄膜包括ZnO及AlN中的一种，其厚度范围为1～1.8μm。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，步骤2)包括步骤：步骤2-1)，于所述压电薄膜表面形成阻挡层；步骤2-2)，于所述阻挡层中形成与叉指电极以及位于所述叉指电极两侧的反射金属栅对应的窗口，露出压电薄膜；步骤2-3)，于所述窗口内的压电薄膜表面以及阻挡层表面沉积金属层；步骤2-4)，去除所述阻挡层同时剥离所述阻挡层表面的金属层，形成位于所述压电薄膜上的叉指电极以及位于所述叉指电极两侧的反射金属栅。

优选地，所述阻挡层的材料包括PMMA材料、ZEP材料、HSQ材料中的一种。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，所述金属层包括Cr/Au层、Al层及W层中的一种，厚度范围为50～100nm。

优选地，所述Cr/Au层中，Cr层的厚度范围为5～10nm，Au层的厚度范围为45～95nm。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，所述叉指电极的周期为400～3200nm(等效声表面波波长为400～3200nm)。每个叉指的宽度和间距相等，且范围为100～800nm。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，所述反射金属栅包括多个平行间隔排列的金属条，所述反射金属栅的周期为200～1600nm(等效声表面波波长为400～3200nm)。

作为本发明的基于表面声波的湿度传感器的制造方法的一种优选方案，步骤3)中，采用旋涂工艺于所述叉指电极及压电薄膜表面形成敏感材料，所述敏感材料包括MoS₂，所述MoS2采用液相剥离法制备。

本发明还提供一种基于表面声波的湿度传感器，所述湿度湿度传感器包括：基底；压电薄膜，形成于所述基底表面；叉指电极，形成于所述压电薄膜表面；反射金属栅，形成于所述压电薄膜表面，且位于叉指电极的两侧；以及敏感材料，形成于所述叉指电极及压电薄膜表面。