CN101034076B

CN101034076B - 悬臂式电阻湿度感测结构及其制法

Info

Publication number: CN101034076B
Application number: CN2006100585148A
Authority: CN
Inventors: 陈荣泰; 李佳言; 邱以泰; 朱俊勋
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: CN101034076A

Abstract

本发明公开一种悬臂式电阻的湿度感测结构及其制法，该结构包括：一基板，具有第一表面及第二表面，该第一及第二表面经氧化制程形成一第一及第二氧化层，且具有一贯穿该第一及第二氧化层的开口，并在该开口中形成有一悬臂；一电阻感应层，形成于该基板的该悬臂上；以及一湿度感应层，形成于该电阻感应层上。本发明可直接提供转换成的湿度数据，简化了产品结构，免除了电容式感应必须使用两个相对电极层导致的结构复杂及成本增加的缺失，再者使该电阻感应层及湿度感应层位于悬臂上，可形成用于感测环境的湿度的结构，一道制作流程即可完成，简化制程，提高了产品良率及降低成本。

Description

悬臂式电阻湿度感测结构及其制法

技术领域

本发明是关于一种悬臂式电阻湿度感测结构及其制法，特别是关于一种能够感测环境湿度的悬臂式电阻感测结构及其制法。

背景技术

随着时代进步，人类对于温度/湿度的除了传统的显示之外，还需要能够精确地了解湿度及温度变化。在产业发展及生活需要的驱驶下，越来越多的应用朝随身型电子产品的方向发展，如移动电话或智能型汽车的驾驶舒适度与安全。在环境监控方面，对温湿度感应元件的要求是高灵敏度与响应速度快等特性，目前的温湿度感测的技术难以满足上述要求。

目前湿度传感器有指差式(Integrated Electrodes，IDE)、压电式(Piezoresistive type)、表面声波式(Surface Acoustic Wave，SAW)及光学式等，以上各种传感器各有其优点，但仍然存在有灵敏度低、稳定性低、线性度差、响应速度慢及温度变化造成的漂浮值不易补偿等缺点。为解决现有技术瓶颈与满足未来感测模块小型化及便携性与系统整合的趋势，因而发展出整合式湿度传感器。

请参阅图1，它是中国台湾专利第200508590号的「微型传感器及其制法与使用该微型传感器的感测装置」，其中的微型传感器包括一具有悬臂梁部110的第一基座11，一与第一基座11相对的第二基座12，以及一置于该第一基座11与第二基座12上的桥接板13，在该第一基座11的桥接板13上形成有一第一电极层14，且在该第一电极层14上形成有一湿度感测层15，该跨接在第一基座11及第二基座12上的桥接板13在其底部具有一凹槽130，在该凹槽130中形成有一与该第一电极层14相对应的第二电极层16，可借由该悬臂梁部110上的第一电极层14与桥接板13底部的第二电极层16形成电容结构。

该形成于该第一电极层14上的湿度感测层15会随着湿度高低而改变所吸附的水分含量，进而造成长度的收缩与伸展，使该悬臂梁部110产生不同程度的弯曲，如此即使该第一电极层14与第二电极层16之间的距离产生变化，使该电容值产生变化，经由电容值作为湿度变化的依据，可用于感测环境中的湿度。

上述微型传感器结构的制造方法如图2A至图2G所示，首先提供一顶面及底面具有罩幕层101的基板10，如图2A所示；接着在该基板10顶面的罩幕层101上沉积形成该第一电极层14，如图2B所示；在该第一电极层14顶面形成该湿度感测层15，如图2C所示；之后在该基板10顶面及底面的罩幕层101部份进行蚀刻形成缺口102及103，如图2D所示；经由该缺口102及103对该基板10进行蚀刻形成第一及第二基座11、12，并在该第一基座11形成该悬臂梁部110，如图2E所示；另在该桥接板13的凹槽130中沉积金属形成该第二电极层16，如图2F所示；最后将该桥接板13的凹槽130朝下跨接在第一及第二基座11、12上，使该凹槽130中的第二电极层16与位于该悬臂梁部110上的第一电极层14相对构成电容结构，制成该微型传感器。

然由该微型传感器是借由电容结构作为检测湿度变化的转换结构，该电容结构由可动的悬臂梁部110上方的第一电极层14与不可动的桥接板13下方的第二电极层16构成，且两者是分开制作，然后再叠合构成。在制作流程上并非一连贯作业，必须先分成两道制程，最后再经由一道叠合制程，如此必须经过至少三道独立的制程，在制程上较为繁琐，增加了制程的难度与构装成本。

因此，如何提供一种保留原有感应特性，简化制程降低制程难度、提高良率、降低微型传感器成本的产品，实为目前亟待解决的课题。

发明内容

为克服上述现有技术的缺失，本发明的主要目的是提供一种悬臂式电阻湿度感测结构及其制法，能够简化结构、降低制程的复杂度。

本发明的另一目的是提供一种悬臂式电阻湿度感测结构及其制法，能够提高产品良率、增加湿度感测的质量。

为达上述及其它目的，本发明提供一种悬臂式电阻湿度感测结构的制法，该制法包括：提供一基板，具有第一表面及第二表面；该基板的该第一表面及第二表面经氧化制程形成一第一及第二氧化层；在该基板的该第一氧化层形成一电阻感应层；在该电阻感应层上形成一湿度感应层；在该基板的第一及第二表面的第一氧化层及第二氧化层分别形成第一开孔以及大于该第一开孔的第二开孔，以露出位于中间的该基板；以及在该基板形成一贯穿该第一及第二表面且位置对应于该第一开孔及第二开孔的开口，并在该开口中形成一悬臂，使该基板的悬臂上具有该湿度感应层及该电阻感应层。

该基板形成开口是该第一及第二氧化层先形成开孔，再在该中间的半导体材料层形成该开口，使该电阻感应层及湿度感应层位于该悬臂上。

本发明还提供一种悬臂式电阻的湿度感测结构，该结构包括：一基板，具有第一表面及第二表面，该第一及第二表面经氧化制程形成一第一及第二氧化层，且具有一贯穿该第一及第二氧化层的开口，并在该开口中形成有一悬臂；一电阻感应层，形成于该基板的该悬臂上，该电阻感应层是一随着材料长度改变造成电阻值变化的材料；以及一湿度感应层，形成于该电阻感应层上，该湿度感应层是一随着湿度变化使体积产生变形的材料，使该湿度感应层叠置在电阻感应层上并以悬臂结构形成在开口中。

该电阻感应层是一材料长度改变造成电阻值变化的材料，例如是白金(Pt)；该湿度感应层是一随着湿度变化使体积产生变形的材料，例如是多孔性陶瓷、有机材料或有机聚合物，可借由该湿度感应层感测环境中的湿度，使该湿度感应层因湿度导致体积产生变形，如膨胀或收缩，使该电阻感应层及悬臂上下弯曲，进而改变该电阻感应层的长度，该电阻感应层在长度产生变化后即使电阻值产生变化，如此即可借由电阻值转换成湿度数据，用于感测湿度的变化。

本发明是用长度改变使电阻值产生变化的电阻感应层设在该开口中的悬臂上，并可借由湿度感应层因环境湿度改变产生体积变化时，进而使该电阻感应层产生长度变化，可直接提供转换成湿度数据，简化结构，以免除电容式感应必须使用两个相对的电极层导致结构复杂及成本增加的缺失。

再者，直接在该基板的第一氧化层上形成电阻感应层及湿度感应层，且在该基板的开口中保留形成一悬臂，使该电阻感应层及湿度感应层位于悬臂上，即可形成用于感测环境的湿度的结构，一道制作流程即可完成，可简化制程，免除现有电容式结构必须另外接置桥接板导致制程复杂度增加的缺失，并可提高产品良率及降低成本。

附图说明

图1是中国台湾专利第200508590号的立体图；

图2A至2G图是中国台湾专利第200508590号的制法流程图；以及

图3A至图3E是本发明的悬臂式电阻湿度感测结构及其制法的制法流程图。

具体实施方式

实施例

以下图3A至图3E详细说明本发明的悬臂式电阻湿度感测结构的制法。

请参阅图3A，首先，提供一如半导体材料层的基板30，该基板30具有第一表面30a及第二表面30b，该第一及第二表面30a、30b经氧化制程形成一第一氧化层301及第二氧化层302。

请参阅图3B，接着在该基板30的第一表面30a形成一电阻感应层31，该电阻感应层31是一材料长度改变即造成电阻值变化的材料，例如是白金(Pt)。

请参阅图3C，然后在该电阻感应层31上形成一湿度感应层32，该湿度感应层32是一随着湿度变化使体积产生变形的材料，例如是多孔性陶瓷、有机材料或有机聚合物。

请参阅图3D，之后该基板30的第一及第二表面30a、30b的第一氧化层301及第二氧化层302分别形成开孔303、304，露出位于中间半导体材料层的基板30。

请参阅图3E，最后以例如蚀刻方式在该基板30形成贯穿第一及第二表面30a、30b的开口305，并在该电阻感应层31下方形成一悬臂306，使该悬臂306上形成有电阻感应层31及湿度感应层32，在该开口305中形成一三层悬臂结构。

由于该基板30的第一表面30a上的第一氧化层301直接形成电阻感应层31及湿度感应层32，再在该基板30中形成开口305，并在该电阻感应层31下方位于该开口305中形成悬臂306，构成电阻式感测结构，可免除现有电容式结构必须另设桥接结构及两个相对的电极层，因此可以简化结构和制造流程，提高了产品的良率。

请参阅图3E，借由上述制造方法，本发明还提供一种悬臂式电阻湿度感测结构，该结构包括一具有第一表面30a及第二表面30b的基板30，该第一及第二表面30a、30b经氧化制程形成一第一及第二氧化层301、302，且该基板30具有一贯穿该第一及第二氧化层301、302的开口305，并在该开口305中形成有一悬臂306；一形成于该基板30的悬臂306上的电阻感应层31；以及一形成于该电阻感应层31上的湿度感应层32。

湿度变化使体积产生变形的湿度感应层32设在电阻感应层31上，该湿度感应层32因湿度变化产生体积膨胀变大或缩小，使该悬臂306产生上下弯曲，进而使该电阻感应层31的长度产生变化，如此即可借由电阻感应层31的电阻值转换成湿度数值来提供湿度指示。

因此，本发明提供的悬臂式电阻湿度感测结构的制法是直接在该基板的第一氧化层上形成电阻感应层及湿度感应层，且在该基板形成开口，并在该开口中保留形成该悬臂，使该电阻感应层及湿度感应层位于悬臂上，即可形成用于感测环境湿度的结构，制程以一道制作流程即可完成，简化了制程，免除现有电容式结构必须另外接置桥接板导致制程复杂度增加的缺失，提高了产品良率。

本发明的悬臂式电阻湿度感测结构是利用长度改变即使电阻值产生变化的电阻感应层设在该开口中的悬臂上，并借由湿度感应层因环境湿度改变产生体积变化时，进而使该悬臂产生弯曲，使该电阻感应层产生长度变化，即可直接转换成湿度数据，简化了结构，免除了电容式感应必须使用两个相对电极层导致的结构复杂度增加的缺失。

Claims

1.一种悬臂式电阻湿度感测结构的制法，其特征在于，该制法包括：

提供一基板，具有第一表面及第二表面；

该基板的该第一表面及第二表面经氧化制程形成一第一及第二氧化层；

在该基板的该第一氧化层形成一电阻感应层；

在该电阻感应层上形成一湿度感应层；

在该基板的第一及第二表面的第一氧化层及第二氧化层分别形成第一开孔以及大于该第一开孔的第二开孔，以露出位于中间的该基板，其中该第一开孔的位置对应于该第二开孔；以及

在该基板形成一贯穿该第一及第二表面且位置对应于该第一开孔及第二开孔的开口，并在该开口中形成一悬臂，使该基板的悬臂上具有该湿度感应层及该电阻感应层。

2.如权利要求1所述的制法，其特征在于，该基板是一半导体材料层。

3.如权利要求1所述的制法，其特征在于，该电阻感应层是一随着材料长度改变造成电阻值变化的材料。

4.如权利要求1所述的制法，其特征在于，该电阻感应层的材料是白金。

5.如权利要求1所述的制法，其特征在于，该湿度感应层是一随着湿度变化使体积产生变形的材料。

6.如权利要求1所述的制法，其特征在于，该湿度感应层是多孔性陶瓷、有机材料或有机聚合物中的一个。

7.一种悬臂式电阻的湿度感测结构，其特征在于，该结构包括：

一基板，具有第一表面及第二表面，该第一及第二表面经氧化制程形成一第一及第二氧化层，且具有一贯穿该第一及第二氧化层的开口，并在该开口中形成有一悬臂；

一电阻感应层，形成于该基板的该悬臂上，该电阻感应层是一随着材料长度改变造成电阻值变化的材料；以及

一湿度感应层，形成于该电阻感应层上，该湿度感应层是一随着湿度变化使体积产生变形的材料。

8.如权利要求7所述的湿度感测结构，其特征在于，该基板是半导体材料层。

9.如权利要求7所述的湿度感测结构，其特征在于，该电阻感应层的材料是白金。

10.如权利要求7所述的湿度感测结构，其特征在于，该湿度感应层是多孔性陶瓷、有机材料或有机聚合物中的一个。