CN110651180A - 超疏水电容式湿度传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种传感器半导体器件(10)包括换能器(11)，该换能器(11)包括具有至少两个电极(13)的电容器(12)。换能器(11)还包括布置在电容器(12)的至少两个电极(13)之间的聚合物(14)，和换能器(11)的顶表面(15)。聚合物(14)能够吸收水，并且顶表面(15)被布置为使得其暴露于传感器半导体器件(10)的环境。此外，顶表面(15)的至少一部分是超疏水的，并且传感器半导体器件(10)能够测量传感器半导体器件(10)的环境湿度。

Description

超疏水电容式湿度传感器及其制造方法

本申请涉及一种传感器半导体器件以及一种制造传感器半导体器件的方法。

传感器半导体器件能够用于测量不同的参数，例如相对湿度或温度。为了测量相对湿度，可以使用能够从空气中吸收水分的聚合物。在高湿度条件下，水会凝结在聚合物的顶表面上或传感器半导体器件的顶部上。在这种情况下，聚合物需要时间用于从高湿度条件下恢复。这意味着，水需要从聚合物中扩散出来，并且凝结的水滴需要从传感器半导体器件中蒸发出来。该过程可能需要一定的时间，在这个时间内，传感器半导体器件不能正确测量环境的相对湿度。此外，聚合物或传感器半导体器件的表面可能会受到污垢或灰尘颗粒的污染，所述污垢或灰尘颗粒能够溶解在水滴中或被水滴收集。以这种方式，传感器半导体器件的精度也可能受到负面的影响。

本发明的目的在于提供一种克服上述缺陷的传感器半导体器件。

该目的通过独立权利要求解决。其它实施例是从属权利要求的主题。

在传感器半导体器件的一个实施例中，传感器半导体器件包括换能器，该换能器包括具有至少两个电极的电容器。该换能器能够测量传感器半导体器件的环境中的相对湿度。电容器能够是例如平行板电容器或边缘电容器。所述至少两个电极包括导电材料。

换能器还包括布置在电容器的至少两个电极之间的聚合物，换能器还包括换能器的顶表面。该聚合物能够吸收水，并且所述顶表面布置成使得其暴露于所述传感器半导体器件的环境。该聚合物能够从传感器半导体器件的环境中的空气中可逆地收集或吸收水，并且聚合物的介电常数取决于所收集的水或湿气的量。这意味着，聚合物的介电常数是传感器半导体器件的环境中的相对湿度的量度。由于聚合物布置在电容器的至少两个电极之间，电容器的电容取决于聚合物的介电常数。因此，电容还取决于聚合物收集的水的量，从而取决于传感器半导体器件的环境中的相对湿度。通过测量电容器的电容，传感器半导体器件能够用作相对湿度传感器。

电容器的电极的厚度优选为几纳米至几微米。

电容器的两个电极之间的聚合物的厚度优选为至少1μm且至多10μm。

换能器的顶表面也能够是传感器半导体器件的顶表面。所述顶表面在与传感器半导体器件的延伸的主平面平行的横向方向上延伸。如果电容器是平行板电容器，则顶表面能够由电容器的电极中的一个构成。也可以在电极中的一个上设置顶层，并且顶层包括顶表面。所述顶表面布置在顶层的一侧或电极的背离聚合物的一侧。如果电容器是边缘电容器，则顶表面能够由聚合物构成，聚合物能够布置在电容器的电极之间和电容器的电极的顶部上。也可以将顶层布置在聚合物的顶部上，并且顶层包括顶表面。所述顶表面布置在顶层的一侧或聚合物的背离电容器的电极的一侧。

顶表面的至少一部分是超疏水的。这意味着顶表面的至少一部分排斥水。顶表面能够改性为超疏水。因此，顶表面能够粗糙化或结构化并且表面积增加。能够用不同的方法使顶表面结构化。例如，能够用以下各项中的至少一个使顶表面结构化：图案化、粗糙化、通过光刻来结构化、化学处理、蚀刻、紫外线曝光、纳米结构金属层的生长。

例如，顶表面能够通过蚀刻来图案化。因此，掩膜层沉积在顶表面上。掩膜层能够是光致抗蚀剂层或硬掩模层，所述硬掩模层包括例如氧化硅、氮化物或金属。通过光刻方法对掩膜层进行图案化，使得从顶表面去除掩膜层的某些位置。掩膜层能够规则地图案化，这易于制造，或者也可以随机地图案化。在下一步骤中，在从顶表面去除掩膜层的区域中通过湿化学蚀刻或反应离子蚀刻来蚀刻掩膜层下方的材料。这样，在顶表面上形成结构。掩膜层下方的材料能够是电容器的电极、聚合物或顶层。在优选实施例中，未蚀刻掩膜层。作为最后的步骤，能够去除掩膜层。例如，如果掩膜层是硬掩模，则掩膜层也可以保留在顶表面上。

在另一实施例中，沉积薄的溅射金属层作为掩膜层。如果金属层足够薄，它将形成金属岛，而不是封闭层。然后，金属岛能够用作如上所述的结构。然而，以这种方式，结构以随机图案布置。

在另一个实施例中，通过例如使用N₂、O₂和CF₄的混合物的反应离子蚀刻来使顶表面粗糙化。在这种情况下，不需要掩膜层。

在另一个实施例中，通过暴露于紫外光使顶表面粗糙化。在下一步骤中，顶表面能够进一步用1H、1H、2H、2H全氟环氧基三乙氧基硅烷来处理。这两个步骤的结合使得顶表面是超疏水的。

在另一个实施例中，通过用KOH和AgNO₃处理顶表面以及另外的热处理和正十二烷硫醇暴露，在顶表面上形成结构化的银层。

传感器半导体器件能够测量传感器半导体器件的环境湿度。这意味着，例如，能够测量传感器半导体器件的环境中的空气湿度。为此，电容器的电容例如是连续地或在固定时间测量。电容与相对湿度有关，因为电容随聚合物的介电常数而变化，而聚合物的介电常数取决于相对湿度。在传感器半导体器件的环境中，聚合物的至少一部分暴露于空气，使得聚合物能够从空气中吸收水分。在水滴在顶表面上凝结的情况下，相对湿度为100％。

通过使顶表面结构化，与不是超疏水的表面相比，增加了水滴在顶表面上的接触角。水滴在顶表面上的接触角由顶表面的延伸的主平面与水滴在其接触顶表面的位置处的表面处的切线之间的角度给出。当顶表面被结构化时，水滴仅与顶表面的一部分接触，例如与结构化表面的峰接触。因此，顶表面上的水滴能够容易地滚落到换能器的其他部分。优选地，只有顶表面是超疏水的，并且换能器的其他部分不是超疏水的。

如果水凝结在聚合物顶部上，则读取对应于100％的相对湿度的最大电容值。有利的是，顶表面是超疏水的，并且所述顶表面可以是聚合物的顶表面。在这种情况下，很难润湿聚合物的顶表面，并且水滴很容易从聚合物的顶表面滚落。因此，聚合物不必再次从高湿度条件下恢复，就能够再次正确地测量环境的相对湿度。如果水滴停留在聚合物的顶表面上，则只有在水滴蒸发后才能再次正确测量相对湿度。由于顶表面至少部分地是超疏水的，水滴会立即被排斥，并且聚合物可以在相当短的恢复时间内检测到相对湿度的变化。

顶表面也可能被灰尘或污垢颗粒污染。如果水滴凝结在顶表面上，则有利的是，如灰尘或污垢颗粒的污染物与水滴混合或溶解在水滴中，并且因此在水滴滚落到换能器的其他部分时，从顶表面去除污染物。

通过避免凝结情况后聚合物的相对较长的恢复时间，并通过避免换能器的顶表面上的污染物，相对湿度的测量精度得以保持或更快地达到。换言之，在这种情况下提高了相对湿度的测量精度。

在传感器半导体器件的一个实施例中，换能器包括具有顶表面的顶层，其中顶层被结构化为使得顶表面的至少一部分是超疏水的。顶层是换能器的最顶层，并且所述顶层包括顶层的背离电容器的一侧的顶表面。如果电容器是平行板电容器，则顶层能够在电极的背离聚合物的一侧布置在电容器的电极的顶部上。如果电容器是边缘电容器，则顶层能够在聚合物的背离电容器的一侧布置在聚合物的顶部上。顶层能够如上对顶表面所述的那样被结构化，使得顶表面的至少一部分是超疏水的。

使顶层结构化而不是换能器的其他部分，使得顶表面的至少一部分是超疏水的。因此，顶层可以包括与换能器的其他部分相比可以容易地结构化的材料。

在传感器半导体器件的一个实施例中，电容器是平板电容器。这意味着，电容器是平行板电容器，并且能够包括两个彼此平行布置的电极。例如，电极能够具有矩形形状。在这种情况下，聚合物能够具有布置在两个电极之间的长方体形状。

在传感器半导体器件的一个实施例中，电容器是边缘电容器。这意味着，电容器能够包括两个电极，所述两个电极具有指状、梳状、曲折状、螺旋状或其组合的形状。聚合物能够布置在电极之间、电极上方和/或电极下方。如果顶表面包含规则图案的结构，则该结构能够与电容器的下电极对准。然而，结构也可以不与下电极对准。

在传感器半导体器件的一个实施例中，在换能器周围布置有沟槽，该沟槽设为从顶表面排出液体。这意味着，沟槽被布置在比换能器的顶表面更低的位置，使得顶表面排斥的水滴向沟槽滚落。沟槽能够从所有侧面围绕换能器布置，或者所述沟槽能够仅部分地围绕换能器布置。有利的是，沟槽从顶表面收集液体或水滴，使得换能器或传感器半导体器件的其他位置不被液体或水滴润湿。

在传感器半导体器件的一个实施例中，通过光刻在顶表面内形成结构，其中结构的尺寸在平行于换能器的延伸的主平面的横向方向上至少为1nm且至多为100μm，并且结构的尺寸在垂直于换能器的延伸的主平面的垂直方向上至少为1nm且至多为1μm。通过在顶表面内形成结构，使顶表面的至少一部分是超疏水的。

此外，本发明提供了一种制造传感器半导体器件的方法。优选地，传感器半导体器件能够通过本文所述的方法来制造。换句话说，为传感器半导体器件公开的所有特征也为该方法公开，反之亦然。

根据制造传感器半导体器件的方法的至少一个实施例，该方法包括形成换能器，该换能器包括具有至少两个电极的电容器。该换能器能够测量传感器半导体器件的环境中的相对湿度。电容器能够是例如平行板电容器或边缘电容器。所述至少两个电极包括导电材料。

该方法还包括将聚合物布置在电容器的至少两个电极之间。该聚合物能够吸收水。聚合物能够从传感器半导体器件的环境中的空气中可逆地收集或吸收水，并且聚合物的介电常数取决于所收集的水或湿气的量。这意味着聚合物的介电常数是传感器半导体器件的环境中相对湿度的量度。由于聚合物布置在电容器的至少两个电极之间，电容器的电容取决于聚合物的介电常数。因此，电容还取决于聚合物收集的水的量，从而取决于传感器半导体器件的环境中的相对湿度。通过测量电容器的电容，传感器半导体器件能够用作相对湿度传感器。

该方法还包括使换能器的顶层结构化，使得顶层的顶表面至少部分地是超疏水的。顶表面被布置为使得其暴露于传感器半导体器件的环境。这意味着顶表面的至少一部分排斥水。顶表面能够改性为超疏水。因此，顶表面能够粗糙化或结构化并且表面积增加。顶表面能够用不同的方法构造。

此外，传感器半导体器件能够测量传感器半导体器件的环境的湿度。这意味着，例如能够测量传感器半导体器件的环境中的空气湿度。为此，电容器的电容例如是连续地或在固定时间测量。电容与相对湿度有关，因为电容随聚合物的介电常数而变化，而聚合物的介电常数取决于相对湿度。在传感器半导体器件的环境中，聚合物的至少一部分暴露在空气中，使得聚合物能够从空气中吸收水分。在水滴在顶表面上凝结的情况下，湿度为100％。

如上所述，对于传感器半导体器件，由于顶表面至少部分地是超疏水的，因此保持或更快地恢复了相对湿度的测量的精度。换言之，在这种情况下提高了相对湿度的测量精度。通过这种方法，能够避免在高湿度条件下的聚合物的恢复时间以及避免换能器的顶表面上的污染物。

根据该方法的至少一个实施例，顶层由聚合物构成。这意味着，聚合物是换能器的最顶部或最顶层。顶层布置在聚合物的背离电容器的一侧。例如，如果电容器是边缘电容器并且聚合物布置在电容器的电极之间和上方，则聚合物能够是换能器的最顶部或最顶层。在这种情况下，聚合物被结构化或粗糙化，使得顶表面至少部分地是超疏水的。

根据该方法的至少一个实施例，顶层由电容器的电极构成。这意味着，电极是换能器的最顶部。如果电容器是平板电容器，则聚合物能够布置在电容器的两个电极之间，使得电极中的一个是换能器的最顶部。在这种情况下，电极被结构化或粗糙化，使得顶表面至少部分地是超疏水的。

根据该方法的至少一个实施例，顶层既不由聚合物也不由电容器的电极构成。顶层能够是不由电容器构成的独立层。顶层能够在垂直方向上布置在电容器的顶部上。顶层也可以在垂直方向上布置在聚合物的顶部上。

根据该方法的至少一个实施例，该电容器是平板电容器。这意味着，电容器可以包括彼此平行布置的两个电极。例如，电极能够具有矩形形状。在这种情况下，聚合物能够具有布置在两个电极之间的长方体形状。

根据该方法的至少一个实施例，该电容器是边缘电容器。这意味着，电容器能够包括两个电极，所述两个电极具有指状、梳状、曲折状、螺旋状或其组合的形状。聚合物能够布置在电极之间、电极上方和/或电极下方。如果顶表面包含规则图案的结构，则该结构可以与电容器的下电极对准。然而，结构也可以不与下电极对准。

根据该方法的至少一个实施例，在换能器周围布置有沟槽，该沟槽设置为从顶表面排出液体。这意味着，沟槽被布置在比传感器的顶表面更低的位置，使得由顶表面排斥的水滴向沟槽滚落。沟槽能够从所有侧面围绕换能器布置，或者能够仅部分地围绕传感器布置。有利的是，沟槽从顶表面收集液体或水滴，使得换能器或传感器半导体器件的其他位置不被液体或水滴润湿。

根据该方法的至少一个实施例，使顶层结构化包括以下各项中的至少一个：

-图案化，

-粗糙化，

-通过光刻进行结构化，

-化学处理，

-蚀刻，

-紫外线曝光，

-纳米结构金属层的生长。

例如，能够通过蚀刻来图案化顶表面。因此，掩膜层沉积在顶层的顶表面上。掩膜层能够是光致抗蚀剂层或硬掩模层，所述硬掩模层包括例如氧化硅、氮化物或金属。通过光刻方法对掩膜层进行图案化，使得从顶表面去除某些位置的掩膜层。掩膜层能够规则地图案化，这易于制造，或者也可以随机地图案化。在下一步骤中，在从顶表面去除掩膜层的区域中通过湿化学蚀刻或反应离子蚀刻来蚀刻顶层。这样，在顶层之上或之内形成结构。在优选实施例中，掩膜层未蚀刻。作为最后的步骤，能够去除掩膜层。例如，如果掩膜层是硬掩模，则掩膜层也可以保留在顶层的顶部上。

在另一实施例中，沉积薄的溅射金属层作为掩膜层。如果金属层足够薄，则所述金属层将形成金属岛，而不是封闭层。然后，金属岛能够用作如上所述的掩膜层。然而，以这种方式，结构以随机图案布置。

在另一个实施例中，通过例如使用N₂、O₂和CF₄的混合物来反应离子刻蚀使顶层粗糙化。在这种情况下，不需要掩膜层。

在另一个实施例中，通过暴露于紫外光使顶层粗糙化。在下一步骤中，顶层能够进一步用1H、1H、2H、2H全氟环氧基三乙氧基硅烷来处理。这些步骤的结合使得顶表面是超疏水的。

在另一个实施例中，通过用KOH和AgNO₃处理顶表面以及另外的热处理和正十二烷硫醇暴露，在顶层的顶部上形成结构化的银层。

根据所述方法的至少一个实施例，通过光刻在顶层内形成结构，其中结构的尺寸在平行于传感器的延伸的主平面的横向方向上至少为1nm且至多为100μm。该结构的尺寸在垂直于横向方向的垂直方向上至少为1nm且至多为1μm。通过在顶层内形成结构，使顶层的至少一部分是超疏水的。

下面对附图的描述可以进一步说明和解释示例性实施例。功能相同或具有相同效果的组件用相同的附图标记表示。相同或效果相同的组件可能根据它们最先出现的附图来描述。在连续的附图中不必重复其描述。

图1A示出了传感器半导体器件的示例性实施例的剖视图。

图1B示出了图1A的传感器半导体器件的示例性实施例的俯视图。

借用于图2A、2B、3A、3B、4A和4B，示出了传感器半导体器件的其它示例性实施例。

图5示出了传感器半导体器件的另一示例性实施例的剖视图。

借用于图6A，描述了形成传感器半导体器件的示例性实施例的方法。

在图6B中，示出了用于形成传感器半导体器件的示例性实施例的另一方法。

在图7A、7B、7C和7D中，示出了具有结构化顶表面的传感器半导体器件的其它示例性实施例。

在图8A和8B中，示出了传感器半导体器件的结构化顶表面上的俯视图和剖视图。

在图9中，示出了传感器半导体器件的随机结构化的顶表面。

在图1A中，示出了传感器半导体器件10的示例性实施例的剖视图。传感器半导体器件10包括换能器11，该换能器11包括电容器12。在本实施例中，电容器12是平行板电容器。电容器12包括彼此相隔一定距离布置的两个电极13。两个电极13彼此平行布置，并且所述两个电极在垂直于换能器11的延伸的主平面的垂直方向z上彼此重叠地布置。聚合物14布置在两个电极13之间。聚合物14在横向方向x上的长度比两个电极13在横向方向上的长度更大。横向方向x垂直于垂直方向z。虚线标记换能器11的范围。

聚合物14能够吸收水。聚合物14可以在传感器半导体器件10的环境中从空气中可逆地收集或吸收水，并且聚合物14的介电常数取决于所收集的水或湿气的量。

换能器11还包括顶表面15。在本实施例中，顶表面15由上电极13构成。顶表面15布置成使得其暴露于传感器半导体器件10的环境，并且顶表面15的至少一部分是超疏水的。

图1B示出了图1A的传感器半导体器件10的示例性实施例的俯视图。上电极13从顶部示出，并且聚合物14的横向长度大于电容器12的电极13的横向长度。

在图2A中，示出了传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。在本实施例中，电容器12是边缘电容器。这意味着，电容器12的两个电极13被布置成梳状。聚合物14布置在电容器12的电极13之间和上方。虚线再次标记换能器11的范围。

图2B示出了图2A的传感器半导体器件10的示例性实施例的俯视图。两个电极13布置成梳状，并且聚合物14布置在两个电极13之间和上方。

在图3A中，示出了传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是平行板电容器。除了图1A所示的实施例之外，传感器半导体器件10还包括布置在换能器11周围的沟槽17，并且该沟槽17设为从顶表面15排出液体。沟槽17布置在聚合物14内，并且所述沟槽优选地完全包围换能器11。这意味着，沟槽17被布置在比顶表面15更低的垂直位置处，使得由顶表面15排斥的水滴向沟槽17滚落。有利的是，沟槽17从顶表面15收集液体或水滴，使得换能器11或传感器半导体器件10的其他地方没有被液体或水滴润湿。

图3B示出了图3A的传感器半导体器件10的示例性实施例的俯视图。沟槽17在所有侧面包围换能器11。

在图4A中，示出了传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是边缘电容器。除了图2A所示的实施例之外，传感器半导体器件10还包括布置在换能器11周围的沟槽17，该沟槽17设为从顶表面15排出液体。顶表面15由聚合物14构成。

图4B示出了图4A的传感器半导体器件10的示例性实施例的俯视图。沟槽17在所有侧面上包围换能器11。

图5示出了传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是平行板电容器。与图1A所示的实施例不同，电容器12由两个串联的电容器组成，并且总共包括三个电极13。在平行于聚合物14的延伸的主平面的平面中，两个电极13彼此相邻地布置。第三电极13在垂直方向z上布置在两个电极13的上方。彼此相邻布置的两个电极13形成串联连接的两个电容器12的下电极。这些电容器12共享第三顶电极13。

利用图6A，描述了用于形成传感器半导体器件10的示例性实施例的方法。在第一步骤S1中，提供聚合物14。聚合物14布置在电容器12的两个电极13之间和上方。聚合物14包括在以下步骤中结构化的顶层16。

在第二步骤S2中，将掩膜层19沉积在聚合物14的顶部上。掩膜层19能够是光致抗蚀剂层或硬掩模层，所述硬掩模层包括例如氧化硅、氮化物或金属。

在第三步骤S3中，通过光刻方法对掩膜层19进行图案化，以从聚合物14去除掩膜层19的某些位置。在本实施例中，在聚合物14的顶部上形成掩膜层19中的规则图案。

在第四步骤S4中，穿过掩膜层19通过湿化学蚀刻或通过反应离子蚀刻来蚀刻聚合物14的顶层16。这意味着，仅在从顶层16去除掩膜层19的区域中蚀刻顶层16。这样，在顶层16中形成结构18。结构18的横向尺寸至少为1nm，并且至多为100μm。然而，结构18的横向尺寸受到光刻方法的限制。对顶层16进行横向蚀刻，使得顶表面15与顶表面15处的结构18之间的角度小于90°。以此方式，使顶表面15是超疏水的。蚀刻的深度以及因此结构18的垂直高度能够通过蚀刻过程的持续时间来调整。结构18在垂直方向z上的高度能够至少为1nm且至多为1μm。

在第五步骤S5中，去除掩膜层19。规则布置的结构18形成在聚合物14的顶层16内，使得顶表面15是超疏水的。

或者，在第四步骤S4中，对顶层16进行横向蚀刻，使得掩膜层19产生悬突部(图6A中未示出)。在这种情况下，应省略第五步骤S5。

在图6B中，示出了用于形成传感器半导体器件10的示例性实施例的另一方法。在第一步骤S1中，提供聚合物14。聚合物14布置在电容器12的两个电极13之间和上方。

在第二步骤S2中，另外的顶层16沉积在聚合物14的顶部。如果顶层16包含比聚合物14更容易结构化的材料，则沉积另外的顶层16是有利的。

在第三步骤S3中，掩膜层19沉积在顶层16的顶部上。

在第四步骤S4中，通过光刻方法对掩膜层19进行图案化，以从顶层16去除掩膜层19的某些位置。掩膜层19中的规则图案形成在顶层16的顶部上。

在第五步骤S5中，穿过图案化的掩膜层19通过湿化学蚀刻或通过反应离子蚀刻来蚀刻顶层16。因此，在顶层16中形成结构18。对顶层16进行横向蚀刻，使得顶表面15与顶表面15处的结构18之间的角度小于90°。以此方式，使顶表面15是超疏水的。在这种情况下，蚀刻的深度也可以通过顶层16的厚度来调整。

在第六步骤S6中，去除掩膜层19。规则布置的结构18形成在顶层16内，使得顶表面15是超疏水的。

在图7A中，示出了具有结构化顶表面15的传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是平行板电容器。上电极13的表面被结构化为具有规则的图案，使得换能器11的顶表面15是超疏水的。

在图7B中，示出了具有结构化顶表面15的传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是边缘电容器。聚合物14布置在电容器12的两个电极13之间和上方。聚合物14的表面被结构化为具有规则的图案，使得换能器11的顶表面15是超疏水的。

在图7C中，示出了具有结构化的顶表面15的传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是平行板电容器。在上电极13的顶部上，布置了另外的顶层16。顶层16被结构化为具有规则的图案，使得换能器11的顶表面15是超疏水的。

在图7D中，示出了具有结构化顶表面15的传感器半导体器件10的另一示例性实施例的剖视图。电容器12是边缘电容器。在聚合物14的顶部布置了另外的顶层16。顶层16被结构化为具有规则的图案，使得换能器11的顶表面15是超疏水的。

在图8A中，示出了传感器半导体器件10的结构化顶表面15上的俯视图。方形结构18布置在换能器11的顶层16的顶部上。这意味着顶层16能够是电极13、聚合物14或另外的顶层16。方形结构18形成在顶层16上或顶层16内，并且以规则的图案布置。

如果水滴在结构化的顶表面15上凝结，则水滴的接触角θ_w由下式给出：

cosθ_W＝r cosθ

其中，θ是平面上而非结构化表面上的接触角，θ_w是结构化表面上的接触角，r是实际表面积A_r与投影表面积A_p之间的比率。接触角θ_w是表面疏水性的量度。

实际表面积A_r由下式给出：

A_r＝(x_st+x_sp)＊(y_st+y_sp)+2＊x_st＊z_st+2＊ys_t＊z_st

其中，x_st给出了一个结构18在x方向上的尺寸，y_st给出了一个结构18在y方向上的尺寸，z_st给出了一个结构18在z方向上的尺寸。x_sp给出了两个相邻结构18之间在x方向上的距离，以及y_sp给出了两个相邻结构18之间在y方向上的距离。

投影表面积A_p由下式给出：

A_p＝(x_st+x_sp)＊(y_st+y_sp)

因此，在x和y方向上较大的结构18对于恒定的z值给出较低的r值，并且在增大的水滴的接触角θ_w方面不太有效。因此，结构18的横向尺寸至少为1nm且至多为100μm，而结构18在垂直方向z上的尺寸能够至少为1nm且至多为1μm。

在图8B中，示出了传感器半导体器件10的结构化顶表面15的剖视图。方形结构18布置在换能器11的顶层16上或顶层16内。

在图9中，示出了传感器半导体器件10的随机结构化的顶表面15。图片是通过扫描电子显微镜获得的。图9示出了通过反应离子刻蚀来使顶层16结构化，使得换能器11的顶表面15以随机图案被结构化。通过暴露于N₂、O₂和CF₄的等离子体使顶表面15粗糙化。

参考标记列表

10：传感器半导体器件 S5：第五步骤

11：换能器 S6：第六步骤

12：电容器 A_r:实际表面积

13：电极 A_p:投影表面积

14：聚合物 r:比率

15：顶表面 θ_w:接触角

16：顶层 x_st:尺寸

17：沟槽 y_st:尺寸

18：结构 z_st:尺寸

19：掩膜层 x_sp:距离

S1：第一步骤 y_sp:距离

S2：第二步骤 x:横向方向

S3：第三步骤 y:横向方向

S4：第四步骤 z:垂直方向

Claims (17)

1.一种传感器半导体器件(10)，包括：

-换能器(11)，其包括：

-电容器(12)，其具有至少两个电极(13)，

-聚合物(14)，其布置在电容器(12)的至少两个电极(13)之间，和

-换能器(11)的顶表面(15)，其中

-所述聚合物(14)能够吸收水，

-所述顶表面(15)被布置为使其暴露于所述传感器半导体器件(10)的环境，

-所述顶表面(15)的至少一部分是超疏水的，并且

-所述传感器半导体器件(10)能够测量所述传感器半导体器件(10)的环境湿度。

2.根据权利要求1所述的传感器半导体器件(10)，其中，由于在所述顶表面(15)上形成结构(18)，所述顶表面(15)的至少一部分是超疏水的。

3.根据权利要求1或2所述的传感器半导体器件(10)，其中

-所述换能器(11)包括具有顶表面(15)的顶层(16)；以及

-由于在所述顶层(16)内形成结构，所述顶表面(15)的至少一部分是超疏水的。

4.根据前述权利要求之一所述的传感器半导体器件(10)，其中，所述电容器(12)是平板电容器。

5.根据权利要求1至3之一所述的传感器半导体器件(10)，其中，所述电容器(12)是边缘电容器。

6.根据前述权利要求之一所述的传感器半导体器件(10)，其中，沟槽(17)布置在所述换能器(11)的周围，所述沟槽(17)设为从所述顶表面(15)排出液体。

7.根据前述权利要求之一所述的传感器半导体器件(10)，其中，通过光刻在所述顶表面(15)内图案化形成结构(18)，其中，所述结构(18)的尺寸在横向方向(x,y)上至少为1nm且至多为100μm，所述横向方向平行于所述换能器(11)的延伸的主平面，并且所述结构的尺寸在垂直方向(z)上至少为1nm且至多为1μm，所述垂直方向垂直于所述换能器(11)的延伸的主平面。

8.一种制造传感器半导体器件(10)的方法，包括：

-形成换能器(11)，所述换能器包括具有至少两个电极(13)的电容器(12)；

-在所述电容器(12)的至少两个电极(13)之间布置聚合物(14)，以及

-使所述换能器(11)的顶层(16)结构化，使得顶层(16)的顶表面(15)至少部分地是超疏水的，其中

-所述聚合物(14)能够吸收水，

-所述顶表面(15)被布置成使其暴露于所述传感器半导体器件(10)的环境，以及

-所述传感器半导体器件(10)能够测量所述传感器半导体器件(10)的环境湿度。

9.根据权利要求8所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，使所述顶层(16)结构化包括在所述顶表面(15)上或所述顶层(16)内形成结构(18)。

10.根据权利要求8或9所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，所述顶层(16)由所述聚合物(14)构成。

11.根据权利要求8或9所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，所述顶层(16)由所述电容器(12)的电极(13)构成。

12.根据权利要求8或9所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，所述顶层(16)既不由所述聚合物(14)构成，也不由所述电容器(12)的电极(13)构成。

13.根据权利要求8至12之一所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，所述电容器(12)是平板电容器。

14.根据权利要求8至12之一所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，所述电容器(12)是边缘电容器。

15.根据权利要求8至14之一所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，沟槽(17)布置在所述换能器(11)的周围，所述沟槽(17)设为从所述顶表面(15)排出液体。

16.根据权利要求8至15之一所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，使所述顶层(16)结构化包括以下各项中的至少一个：

-图案化，

-粗糙化，

-通过光刻来图案化，

-化学处理，

-蚀刻，

-紫外线曝光，

-纳米结构金属层的生长。

17.根据权利要求16所述的制造传感器半导体器件(10)的方法，其中，通过光刻在所述顶层(16)内图案化形成结构(18)，其中，所述结构(18)的尺寸在横向方向(x,y)上至少为1nm且至多为100μm，所述横向方向平行于所述换能器(11)的延伸的主平面。

Images