[0041]作為可選的實(shí)施方式，所述濕敏材料可采用已知的有機(jī)聚合物濕敏材料，例如聚酰亞胺類、聚甲基丙烯酸甲脂類及其衍生物、與其他單體的共聚物等；或者采用已知的多孔介質(zhì)濕敏材料，例如多孔陶瓷基材料、多孔金屬氧化物及其他多孔半導(dǎo)體材料等。
[0042]在上述實(shí)施方式中，濕度傳感器與CMOS電路采用了單芯片集成工藝，以提高芯片的整體性能，降低成本。
[0043]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】，對(duì)本發(fā)明濕度傳感器的制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0044]請(qǐng)參閱圖4，圖4是本發(fā)明一種濕度傳感器的制備方法流程圖；同時(shí)，請(qǐng)參閱圖5a?圖5f，圖5a?圖5f是根據(jù)圖4的方法制備一種濕度傳感器的工藝步驟示意圖，圖5a?圖5f中形成的分步器件結(jié)構(gòu)，分別與圖4中的各步驟相對(duì)應(yīng)以便于理解。如圖4所示，本發(fā)明的一種濕度傳感器的制備方法，包括以下步驟:
[0045]如框01所示，步驟S01:提供一襯底，在所述襯底中形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，在所述襯底上形成絕緣層，并在絕緣層中形成CMOS電路。
[0046]請(qǐng)參閱圖5a。先在襯底硅片301上完成CMOS前道工藝。作為一可選的實(shí)施方式，可采用一 8英寸的晶圓硅片301作為襯底，并采用公知的CMOS前道工藝，在硅片上形成常規(guī)的CMOS器件結(jié)構(gòu)(圖略)。接著，在硅片上沉積形成絕緣層302，例如可以采用二氧化硅作為絕緣層材料；然后，可采用公知的CMOS鋁工藝做后道工藝，在絕緣層302中形成常規(guī)的CMOS電路結(jié)構(gòu)，包括制備形成通孔303、305和金屬互連層304結(jié)構(gòu)，并填充通孔金屬以及互連線金屬。
[0047]在完成CMOS電路處理后，即可采用與CMOS后道工藝兼容的工藝制備濕度傳感器，即傳感器與CMOS電路采用單芯片集成，以提高芯片整體性能，降低成本。
[0048]如框02所示，步驟S02:在絕緣層中形成一犧牲層。
[0049]請(qǐng)參閱圖5b。在完成通孔金屬的制備步驟后，可采用光刻、刻蝕工藝，在絕緣介質(zhì)層302中形成一個(gè)溝槽。溝槽的位置選取在后續(xù)形成叉指電極位置的對(duì)應(yīng)下方，其大小應(yīng)與叉指電極需要包裹部分的水平展開面積相適應(yīng)。作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，溝槽的深度可為100nm?5μπι。然后，在溝槽中填充犧牲層材料，接著圖形化犧牲層材料，形成犧牲層306。犧牲層306的厚度與溝槽的深度相一致，也為100nm?5 μπι。在一實(shí)施例中，可采用光刻和刻蝕工藝，在絕緣層302中形成一個(gè)1 μ m深的溝槽；然后，利用PECVD淀積2 μ m厚的非晶硅；接著，采用CMP圖形化非晶硅，并形成1 μπι厚的非晶硅犧牲層306。
[0050]如框03所示，步驟S03:在犧牲層上方對(duì)應(yīng)位置形成正、負(fù)電極板的叉指電極。
[0051]請(qǐng)參閱圖5c。接下來(lái)，可先采用PECVD在犧牲層上淀積一層絕緣介質(zhì)材料307，例如800埃的二氧化硅；然后，通過(guò)光刻和刻蝕該絕緣介質(zhì)材料，在犧牲層上方位置形成叉指電極308底部的絕緣介質(zhì)層307。接著，再采用例如CMOS標(biāo)準(zhǔn)通用的鋁互連工藝，在對(duì)應(yīng)的絕緣介質(zhì)層307上形成正、負(fù)電極板的金屬叉指電極308。請(qǐng)參考圖3，兩個(gè)叉指狀的電極308-1、308-2以交錯(cuò)的方式相對(duì)設(shè)置，并位于同一水平面，在正、負(fù)兩個(gè)電極的叉指之間形成同層間電容。該招金屬電極308的厚度例如可為1 μπι。
[0052]請(qǐng)參閱圖5d。接下來(lái)，可再采用PECVD淀積例如1000埃的二氧化硅絕緣介質(zhì)307’，并采用光刻和刻蝕工藝形成叉指電極308的側(cè)墻和頂部的絕緣介質(zhì)層307’。絕緣介質(zhì)層307、307’將叉指電極308表面合圍并包覆。絕緣介質(zhì)層可以有效地阻止外部水汽侵蝕金屬電極308。在該步驟可選擇性地同時(shí)刻蝕出引線金屬孔309。
[0053]如框04所示，步驟S04:去除犧牲層，形成開口空腔。
[0054]請(qǐng)參閱圖5e。接下來(lái)，可采用干法或者濕法腐蝕工藝來(lái)去除犧牲層306，以在絕緣層302形成開口向上的空腔310。空腔310上方正對(duì)叉指電極308。在一實(shí)施例中，可采用XeF2干法釋放工藝去除非晶硅犧牲層306，從而形成空腔310。
[0055]如框05所示，步驟S05:沿空腔向上，在叉指電極的下方、側(cè)面和上方形成濕敏材料層，并將叉指電極包嵌于其中。
[0056]請(qǐng)參閱圖5f。接下來(lái)，需要制備濕敏材料層311，并包裹住叉指電極308。濕敏材料可采用已知的有機(jī)聚合物濕敏材料，例如聚酰亞胺類、聚甲基丙烯酸甲脂類及其衍生物、與其他單體的共聚物等；或者采用已知的多孔介質(zhì)濕敏材料，例如多孔陶瓷基材料、多孔金屬氧化物及其他多孔半導(dǎo)體材料等?？刹捎肅VD或者旋涂工藝，沿空腔向上形成濕敏材料層。作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，可采用聚酰亞胺作為濕敏材料。具體可為:先向絕緣層302表面旋涂聚酰亞胺前驅(qū)物，將絕緣層的空腔310填滿，并在絕緣層上繼續(xù)形成高于叉指電極308的一定厚度；接著，通過(guò)光刻、顯影圖形化聚酰亞胺前驅(qū)物；然后，再經(jīng)過(guò)熱處理形成所需厚度的聚酰亞胺薄膜濕敏材料層311，將叉指電極308包嵌在聚酰亞胺的整體薄膜311中。最后，完成本發(fā)明濕度傳感器的制備。
[0057]作為一優(yōu)選的實(shí)施方式，所述濕敏材料層311位于叉指電極下方、即填埋在絕緣層空腔中部分的厚度與空腔的深度相一致，可為lOOnm?5 μ m，例如該下部分濕敏材料層的厚度可為1 ym ;濕敏材料層位于叉指電極上方部分的厚度可為500nm?10 μm，例如該上部分濕敏材料層的厚度可為4 μπι。
[0058]在上述本發(fā)明的方法中，濕度傳感器與CMOS電路的制備采用了單芯片集成工藝，其工藝簡(jiǎn)單，可以提高芯片的整體性能，降低成本，有利于推廣應(yīng)用。
[0059]綜上所述，本發(fā)明通過(guò)利用犧牲層在叉指電極下方形成空腔，然后再將濕敏材料填充至空腔中及叉指電極之間和上面，形成將叉指電極包嵌于濕敏材料中的傳感器結(jié)構(gòu)，使?jié)衩舨牧系捏w積得以增加，從而增加了有效濕敏電容，減小了寄生電容。因此，本發(fā)明可以提高濕度傳感器的靈敏度，解決現(xiàn)有濕度傳感器寄生電容大的問(wèn)題，進(jìn)一步提升傳感器的性能。
[0060]以上所述的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述實(shí)施例并非用以限制本發(fā)明的專利保護(hù)范圍，因此凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種濕度傳感器，自下而上依次包括具有CMOS器件結(jié)構(gòu)的襯底硅片，具有CMOS電路結(jié)構(gòu)的絕緣層，正、負(fù)電極板的叉指電極，以及濕敏材料層，其特征在于，所述濕敏材料層位于叉指電極的下方、側(cè)面和上方，并將叉指電極包嵌于其中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述正、負(fù)電極板的叉指電極相對(duì)交錯(cuò)設(shè)置，并位于同一水平面，叉指電極之間形成同層間電容。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述濕敏材料層位于叉指電極下方的部分埋設(shè)于絕緣層中。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕度傳感器，其特征在于，所述叉指電極下方的濕敏材料層部分厚度為10nm?5 μm，叉指電極上方的濕敏材料層部分厚度為500nm?10 μπι。5.根據(jù)權(quán)利要求1、3或4所述的濕度傳感器，其特征在于，所述濕敏材料為有機(jī)聚合物或者多孔介質(zhì)材料。6.根據(jù)權(quán)利要求1?4任意一項(xiàng)所述的濕度傳感器，其特征在于，所述叉指電極表面包覆有絕緣介質(zhì)。7.一種濕度傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟SOl:提供一襯底，在所述襯底中形成CMOS器件結(jié)構(gòu)，在所述襯底上形成絕緣層，并在絕緣層中形成CMOS電路； 步驟S02:在絕緣層中形成一犧牲層； 步驟S03:在犧牲層上方對(duì)應(yīng)位置形成正、負(fù)電極板的叉指電極； 步驟S04:去除犧牲層，形成開口空腔； 步驟S05:沿空腔向上，在叉指電極的下方、側(cè)面和上方形成濕敏材料層，并將叉指電極包嵌于其中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟S02中，先在絕緣層中形成一溝槽，然后，向溝槽中填充犧牲層材料并圖形化，形成犧牲層。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，步驟S03中，先在犧牲層上淀積絕緣介質(zhì)并圖形化，形成叉指電極底部的絕緣介質(zhì)層，然后，采用CMOS標(biāo)準(zhǔn)互連工藝形成叉指電極，接著，繼續(xù)淀積絕緣介質(zhì)并圖形化，形成叉指電極的側(cè)墻和其頂部的絕緣介質(zhì)層，將叉指電極表面包覆。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的濕度傳感器的制備方法，其特征在于，采用CVD或者旋涂工藝，沿空腔向上形成濕敏材料層，所述濕敏材料層位于叉指電極下方部分的厚度為10nm?5 μm、位于叉指電極上方部分的厚度為500nm?10 μm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種濕度傳感器及制備方法，通過(guò)在叉指電極的下方、側(cè)面、上方均設(shè)有濕敏材料層，形成將叉指電極包嵌于濕敏材料中的結(jié)構(gòu)，增加了濕敏材料的體積，可增加有效濕敏電容，減小寄生電容，從而提高濕度傳感器的靈敏度，提升傳感器性能。
【IPC分類】G01N27/22
【公開號(hào)】CN105241927
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510621633
【發(fā)明人】李銘, 左青云
【申請(qǐng)人】上海集成電路研發(fā)中心有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請(qǐng)日】2015年9月25日