CN114136503B - 一种集成压力传感器和湿度传感器的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，该方法是在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类多角星型压力敏感膜，该压力敏感膜的内角处应变最大，外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构，湿敏叉指结构布置于外角与敏感膜中心之间的区域。以解决目前将压力传感器和湿度传感器传感器如何有效地集成在同一芯片上，并且避免两种传感器之间会互相影响互相干扰仍是一大难题，体积结构方面也不够小巧的问题。属于传感器技术领域。

Description

一种集成压力传感器和湿度传感器的方法
技术领域
本发明涉及一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，属于传感技术领域。
背景技术
随着集成电路技术和微机电技术的不断发展，压力传感器、湿度传感器日益微型化、集成化和多功能化，并在现代军事、微电子器件、微机电系统和航空航天等科技前沿领域占据着举足轻重的地位。
微机电系统的压力传感器是一种常用的传感器，主要由力敏部件和信号转换部件两部分构成，力敏部件用于感应压力，信号转换部件用于将压力信号转换为电信号。MEMS压力传感器可分为压阻式、电容式和谐振式等,常用为压阻式，单晶硅材料在受到力的作用后，电阻发生变化，通过测量电路就可得到正比于力变化的电信号输出。
湿度传感器方面，电容式湿度传感器是目前应用最为广泛的一类湿度传感器，有着结构简单、工艺成熟、灵敏度高等优点，电容式湿度传感器典型结构有平行板结构和叉指结构，其中叉指结构最为常见；其基本原理是在高分子膜刻蚀电极，高分子膜通常都具有较低的介电常数的特性，而水分子的介电常数大约在80左右，当周围环境中的水分子进入湿度敏感材料后，湿度敏感材料的介电常数会大幅增大，所以电容式湿度传感器的检测电容值也随之增加；通过外围电路检测电容信号，辅以湿度与电信号一一对应的关系，便可得到环境湿度的表征数值。
虽然现有压力传感器和湿度传感器都已向微型化方向发展，但将压力传感器和湿度传感器传感器如何有效地集成在同一芯片上，并且避免两种传感器之间会互相影响互相干扰仍是一大难题，体积结构方面也不够小巧。
发明内容
本发明的目在于：提供一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，以解决目前将压力传感器和湿度传感器传感器如何有效地集成在同一芯片上，并且避免两种传感器之间会互相影响互相干扰仍是一大难题，体积结构方面也不够小巧的问题。
为达到上述目的，拟采用这样一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，该方法是在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类多角星型压力敏感膜，该压力敏感膜的内角处应变最大，外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构，湿敏叉指结构布置于外角与敏感膜中心之间的区域。
前述方法中，所述湿敏叉指结构分成多段，段数与类多角星型压力敏感膜内角数量相同，且所述多段湿敏叉指结构一一对应地布置于每个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接。
前述方法中，所述金属薄膜作图案化形成类四角星型压力敏感膜，所述湿敏叉指结构分成四段，且该四段湿敏叉指结构分别布置于四个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接。
前述方法中，所述每段湿敏叉指结构均为矩形结构。
前述方法中，该类多角星型压力敏感膜的外角处均为截断的断角结构。
与现有技术相比，本发明通过改变压力敏感膜形状，使压力敏感膜上具有多个应变几乎为零的应变最小区和应变最大区，将湿敏叉指结构分散置于压力敏感膜应变几乎为0处，来减少应变对湿度传感器的影响，同时，多个湿敏叉指结构并联，使湿敏的叉指电容点结构作出微小调整能满足预期所设计电容大小，结构更加小巧同时还能一定程度地减小湿度传感器寄生电容，增大灵敏度，有效地将两种传感器集成在MEMS芯片上，体型结构上更为小巧方便。
附图说明
图1是本发明所述集成压力传感器和湿度传感器的结构示意图；
其中，附图标记1表示内角，2表示湿敏叉指结构，3表示类四角星型压力敏感膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参照图1，本实施例提供一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类四角星型压力敏感膜3，该类四角星型压力敏感膜3的四个外角处均为截断的断角结构，四个内角1处应变最大，经效果仿真后能够明显确定四个外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，应变也比较均匀，且几乎为零，这样就能在保持测压敏感度较大的同时，使测湿器件的测试独立不受应变干扰，从而把两种传感器集成在一起，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构2，湿敏叉指结构2分成4个矩形结构，4个矩形结构分别布置于四个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接，这里对叉指结构作出优化，湿敏叉指结构2不是一整块而是将其分成4个矩形小块区域，中间作并联连接，这样做能有效地将湿敏电容的叉指结构有效地分摊到压力敏感膜的应变最小处的同时还满足我们预期所设计的电容大小。
实施例2
本实施例提供一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类五角星型压力敏感膜，该类五角星型压力敏感膜的五个外角处均为截断的断角结构，五个内角处应变最大，五个外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，应变也比较均匀，且几乎为零，这样就能在保持测压敏感度较大的同时，使测湿器件的测试独立不受应变干扰，从而把两种传感器集成在一起，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构，湿敏叉指结构分成五个矩形结构，五个矩形结构分别布置于五个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接，这里对叉指结构作出优化，湿敏叉指结构不是一整块而是将其分成五个矩形小块区域，中间作并联连接，这样做能有效地将湿敏电容的叉指结构有效地分摊到压力敏感膜的应变最小处的同时还满足我们预期所设计的电容大小。
实施例3
本实施例提供一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类五角星型压力敏感膜，该类六角星型压力敏感膜的六个外角处均为截断的断角结构，六个内角处应变最大，六个外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，应变也比较均匀，且几乎为零，这样就能在保持测压敏感度较大的同时，使测湿器件的测试独立不受应变干扰，从而把两种传感器集成在一起，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构，湿敏叉指结构分成六个矩形结构，六个矩形结构分别布置于六个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接，这里对叉指结构作出优化，湿敏叉指结构不是一整块而是将其分成六个矩形小块区域，中间作并联连接，这样做能有效地将湿敏电容的叉指结构有效地分摊到压力敏感膜的应变最小处的同时还满足我们预期所设计的电容大小。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，其特征在于，该方法是在SOI晶圆衬底上生长一层金属薄膜，作图案化形成类多角星型压力敏感膜，该压力敏感膜的内角处应变最大，外角中部与敏感膜中心之间的区域应变最小，接着沉积一层SiO2作为温度补偿层,再沉积一层导电金属Al，用于连接金属底电极和叉指换能器，并在这层导电金属Al作图形化作出测湿用的湿敏叉指结构，湿敏叉指结构布置于外角与敏感膜中心之间的区域；所述湿敏叉指结构分成多段，段数与类多角星型压力敏感膜内角数量相同，且所述多段湿敏叉指结构一一对应地布置于每个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接。
2.根据权利要求1所述一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，其特征在于：所述金属薄膜作图案化形成类四角星型压力敏感膜，所述湿敏叉指结构分成四段，且该四段湿敏叉指结构分别布置于四个外角中部与敏感膜中心之间的区域，中间作并联连接。
3.根据权利要求1所述一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，其特征在于：所述每段湿敏叉指结构均为矩形结构。
4.根据权利要求1所述一种集成压力传感器和湿度传感器的方法，其特征在于：该类多角星型压力敏感膜的外角处均为截断的断角结构。
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