[发明专利]一种湿度传感器及其制造方法

说明书

本发明公开了一种湿度传感器及其制造方法，包括：衬底、电极层、钝化层，阻挡层、敏感层；所述电极层设置在所述衬底上，所述电极层包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；所述钝化层设置在电极层的第三电极区域以及连接导线上和ASIC电路上；所述阻挡层设置在电极层上。本发明的优点在于：(1)本发明提出了一种既可以保障可靠性，又可以实现较大灵敏度的叉指电容式湿度传感器的结构及其制造方法；(2)本发明特别适用于90～500nm制程的CMOS工艺平台，用于制作CMOS‑MEMS集成湿度传感器芯片；(3)提出了在制作叉指电极的同时，制作屏蔽环的技术，不增加工艺步骤。

技术领域

本发明涉及半导体芯片及MEMS传感器领域，尤其涉及一种COMS-MEMS湿度传感器及其制造方法。

背景技术

在航空航天，智能家居，冷链物流，洁净车间，农业畜牧业等领域，需要检测或监测环境湿度变化，以维持湿度在合适的状态。湿度的检测原理主要有电阻式，压阻式和电容式，其中电容式传感器由于其结构简单，检测范围宽，可靠性高，易与CMOS技术集成等优点而广泛运用。

目前，电容式传感器主要有两种设计方法，一种是平板结构设计，湿度敏感层置于第一和第二电极板的夹层中，第二电极板开若干孔，使空气进入高分子敏感层中，实现湿度感知。这种方案一般只适用于制作分立器件，需配合ASIC芯片SiP合封后使用，无法在一颗芯片上实现ASIC和MEMS器件的集成。另一种是叉指电容式结构设计，第一电极和第二电极在同一平面内，高分子层置于两者之间，以侧面电容检测的方式实现湿度测量。这种方案的好处在于可以实现ASIC和MEMS器件集成在一颗芯片上，成本上有较大优势，但是由于叉指电容较小，属于小信号处理领域，检测灵敏度的提升是困扰业界的难题。

为了提高叉指电容的灵敏度，一种技术方案是舍弃在叉指上淀积钝化层，以达到填充湿度敏感材料最大化，但是缺点是器件可靠性降低；另一种技术方案是淀积钝化层后，在开压焊块的同时，蚀刻叉指之间的钝化层，该方案在一定程度上提升了器件灵敏度又达到的器件保护的效果，但是叉指间的钝化层蚀刻量很难管控，其次当电极线宽降到一定程度后，该方案因不满足CMOS工艺标准无法实施。

发明内容

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

为了克服现有技术的缺点，本发明提供一种CMOS-MEMS集成湿度传感器的结构及其制造方法。同时本发明提供了一种简单的电容屏蔽方案。

具体的，根据本发明的一个方面，提供了一种CMOS-MEMS集成湿度传感器，包括：衬底、电极层、钝化层，阻挡层、敏感层；所述电极层设置在所述衬底上，所述电极层包括第一电极、第二电极和第三电极，所述第一电极和第二电极呈叉指状交错排列；所述钝化层设置在电极层的第三电极区域以及连接导线上和ASIC电路上；所述阻挡层设置在电极层上。

优选的，所述衬底为在CMOS工艺平台加工完ASIC读出电路的衬底，并预留MEMS电容接口；或者所述衬底选用硅衬底，并淀积绝缘层处理，作为MEMS分立器件。

优选的，所述第三电极全包裹或半包裹第一电极和第二电极。

优选的，所述电极层的材料为以下材料中的一种或多种：铝、铝硅、铝铜。

优选的，所述钝化层为二氧化硅、氮化硅或其复合物。

优选的，所述阻挡层为二氧化硅、氮化硅或其复合物，所述阻挡层的厚度为80～150nm。

优选的，所述敏感层设置在阻挡层上；所述敏感膜为以下材料的一种或多种：聚酰亚胺、氮化铝、石墨烯。

优选的，所述第一电极和第二电极的叉指宽度及叉指边间距为0.1～2μm。