[发明专利]一种电容式湿度传感器及其制作方法

说明书

本发明公开了一种电容式湿度传感器及其制作方法，具体涉及湿度传感器技术领域，所述的电容式湿度传感器采用下至上依次设置的衬底、绝缘层、底部电极层、湿敏材料层和上电极层，所述底部电极层的端部边缘处刻蚀出底电极焊盘，所述上电极层的端部边缘处刻蚀出上电极焊盘，所述湿敏材料层采用蛇形排布结构。本发明采用湿敏材料蛇形凸起结构设计，加大外界空气与湿敏材料的接触面积，提高湿敏材料吸湿和脱湿的速度，从而提高湿度传感器的灵敏度、降低响应时间及降低回滞特性，进而满足更高精度的测试要。

技术领域

本发明涉及湿度传感器技术领域，更具体地说，本发明涉及一种电容式湿度传感器及其制作方法。

背景技术

湿度传感器在航天航空、生物医疗、工农业生产以及大气环境等领域具体广泛的应用，其中部分领域对湿度传感器的动态响应特性，包括灵敏度、回滞特性和响应时间提出了更高的要求。采用MEMS工艺制作的商用湿度传感器根据工作原理主要分为三类：电容式湿度传感器，电阻式湿度传感器和压阻式湿度传感器。压阻式湿度传感器有悬膜或者悬臂梁的可动结构，稳定性较差；电阻式湿度传感器受环境温度影响较大，灵敏度和准确度较差；电容式湿度传感器稳定性高、可靠性好，成为商用湿度传感器的首选类型。

电容式湿度传感器的工作原理是上下电极和中间介质层组成一个电容结构，当环境湿度发生变化，介质吸附或释放水分子，介质层的介电常数变化，从而引起电容变化。然而，由于上电极覆盖吸水介质层，使中间介质层的水分子不易吸附和释放，从而导致传感器灵敏度低，回滞大，响应时间长等不利影响。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种电容式湿度传感器及其制作方法，通过蛇形排布结构的湿敏材料层，增大其与空气接触面积，提高传感器吸收和释放水气的响应速度，从而优化湿度传感器性能，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电容式湿度传感器，所述的电容式湿度传感器采用下至上依次设置的衬底、绝缘层、底部电极层、湿敏材料层和上电极层，所述底部电极层的端部边缘处刻蚀出底电极焊盘，所述上电极层的端部边缘处刻蚀出上电极焊盘，所述湿敏材料层设置为两层，处于上方的湿敏材料层的横截面设置为蛇形，处于下方的湿敏材料层横截面设置为矩形，所述上电极层横截面和处于上方的湿敏材料层的横截面形状相同设置。

在一个优选地实施方式中，所述上电极层底部与湿敏材料层的上层顶部接触，湿敏材料层的侧壁与空气直接接触。

一种用于电容式湿度传感器的制作方法，具体制备步骤如下：

步骤一：清洗，对单晶硅衬底分别采用丙酮和异丙醇超声清洗，然后用去离子水冲洗单晶硅衬底，并将其至于晶圆甩干机中，甩干衬底表面水；

步骤二：热氧化，将步骤一处理得到的单晶硅衬底使用氧化炉系统进行硅热氧化工艺，氧化温度控制为1000℃-1200℃，生成厚度为200-1200nm 的S_iO₂薄膜层；

步骤三：添加底电极，在步骤二制备得到的S_iO₂薄膜层上添加厚度为 100-200nm的底电极材料，按尺寸依次使用光刻和刻蚀，生成底电极层、引线和底电极焊盘；

步骤四：旋涂，将步骤三生成的生成底电极层、引线和底电极焊盘的上表面均全部旋凃湿敏材料，交联固化后，控制湿敏材料的厚度为1-2um，得到原始湿敏材料层；

步骤五：添加上电极，在步骤四完成后的湿敏材料层上添加厚度为 100-200nm的上电极材料，按尺寸依次使用光刻和刻蚀，生成上电极层、引线和上电极焊盘；

步骤六：清除，步骤五完成后，采用氧离子体去除未被上电极层覆盖的湿敏材料，暴露出底电极的引线和底电极焊盘；