CN205508820U - 一种环境传感器、集成装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种环境传感器、集成装置，包括衬底，在所述衬底上设置有至少一个电阻器，在所述衬底的上方还设置有覆盖所述电阻器的第一绝缘层；还包括形成在所述第一绝缘层上的导电图案，在所述导电图案的上方设置有连接在导电图案中的环境敏感材料层。本实用新型的一种环境传感器，其结构简单，在敏感材料层的下方设置了电阻器结构，该电阻器通电后，其产生的热量可以通过氧化层传递至敏感材料层上，从而可以对敏感材料层进行加热除湿，或者是来调节环境传感器的工作温度，这不但提高了环境传感器的灵敏度，还提高了环境传感器的应用领域。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种传感器测量领域，更具体地，涉及一种环境传感器；本实用新型还涉及一种环境传感器的集成装置。
背景技术
近年来，随着科学技术的发展，手机、笔记本电脑等电子产品的体积在不断减小，而且人们对这些便携电子产品的性能要求也越来越高，这就要求与之配套的电子零部件的体积也必须随着减小。传感器作为测量器件，已经普遍应用在手机、笔记本电脑等电子产品上。现有的环境传感器，例如压力传感器、湿度传感器等，通常包括电阻式和电容式两种结构。
对于电阻式的湿度传感器而言，其通过湿敏材料吸收周围环境内的湿气，从而改变其电阻率或者是介电常数以感测周围的环境湿度；但是此时如果希望其能快速恢复至常态，则需要对传感器的湿敏材料来除湿。
电阻式的气敏传感器，其可用于如tVOC、甲醛等各种非挥发性有机物气体的探测。但是不同的气体在不同的温度下具有不同的灵敏度，因此针对特定的气体需要优化气敏传感器的工作温度，例如VOC气体的最佳工作温度一般在200-300℃，所以人们希望可以调节传感器工作的温度，从而获得较为准确的检测数据。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是提供一种环境传感器的新技术方案。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种环境传感器，包括衬底，在所述衬底上设置有至少一个电阻器，在所述衬底的上方还设置有覆盖所述电阻器的第一绝缘层；还包括形成在所述第一绝缘层上的导电图案，在所述导电图案的上方设置有连接在导电图案中的环境敏感材料层。
优选地，所述电阻器包括层叠设置的多晶硅层、导电介质层。
优选地，所述导电介质层采用WSi2、TiSi2、NiSi2或MoSi2材料。
优选地，所述衬底采用单晶硅材料，在所述电阻器与衬底之间还设有用于绝缘的第二绝缘层。
优选地，所述衬底上还设置有背腔，所述电阻器通过第二绝缘层悬空在背腔的上方。
优选地，所述衬底还设置有上端开口的容腔，所述电阻器通过第二绝缘层悬空在背腔的上方。
本实用新型还提供了一种环境传感器的集成装置，至少包括第一环境传感器、第二环境传感器，所述第一环境传感器、第二环境传感器具有上述环境传感器的结构。
优选地，所述第一环境传感器为气敏传感器，所述第二环境传感器为湿度传感器。
本实用新型的一种环境传感器，其结构简单，在敏感材料层的下方设置了电阻器结构，该电阻器通电后，其产生的热量可以通过氧化层传递至敏感材料层上，从而可以对敏感材料层进行加热除湿，或者是来调节环境传感器的工作温度，这不但提高了环境传感器的灵敏度，还提高了环境传感器的应用领域。
本实用新型的发明人发现，在现有技术中，环境传感器往往会因为某些因素而限制其应用的范围。因此，本实用新型所要实现的技术任务或者所要解决的技术问题是本领域技术人员从未想到的或者没有预期到的，故本实用新型是一种新的技术方案。
通过以下参照附图对本实用新型的示例性实施例的详细描述，本实用新型的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本实用新型的实施例，并且连同其说明一起用于解释本实用新型的原理。
图1是本实用新型环境传感器的结构示意图。
图2是本实用新型环境传感器另一实施方式的结构示意图。
图3是本实用新型集成装置的结构示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
参考图1，本实用新型提供了一种环境传感器，其包括衬底1以及设置在衬底1上方的至少一个电阻器；在所述衬底1的上方还设置有覆盖所述电阻器的第一绝缘层3，该第一绝缘层3将所述电阻器覆盖住。通过设置的电路布图，电流可以传递至电阻器上，使得该电阻器可以发热。本实用新型的衬底1可以采用单晶硅材料，此时为了保证该电阻器与衬底1之间的绝缘，在所述电阻器与衬底1之间还设有用于绝缘的第二绝缘层2；该第二绝缘层2可与第一绝缘层3采用相同的材料，例如氧化硅等本领域技术人员所熟知的材料等。在此需要注意的是，第一绝缘层3、第二绝缘层2采用相同的材料，而且该两个绝缘层部分连通在一起，因此该两个绝缘层可以认为是同一个部件；本实用新型只是为了便于理解，将其区分为第一绝缘层3、第二绝缘层2。
在衬底1上形成一层第二绝缘层2后，可以在该第二绝缘层2沉积导电层，并对该导电层进行刻蚀，形成电阻器以及连接电阻器的电路布图等；之后沉积第一绝缘层3，以将电阻器以及连接电阻器的电路布图覆盖住。电阻器的数量可以根据实际需要进行设置，例如可在第二绝缘层2上设置三个或者更多个电阻器。
本实用新型的环境传感器，还包括形成在所述第一绝缘层3上方导电图案6，该导电图案6可以采用铝或铜材料。例如可在第一绝缘层3上预先设置一层金属层，之后对该金属层进行刻蚀，从而形成导电图案6。在所述导电图案6的上方设置环境敏感材料层8，且该环境敏感材料层8连接在导电图案6中，使得环境敏感材料层8感应的环境信息可以通过该预先设计的导电图案6以电信号的方式进行输出。
在本实用新型一个优选的实施方式中，本实用新型的电阻器包括层叠设置的多晶硅层4、导电介质层5；例如可以在第二绝缘层2上沉积一层多晶硅层4，之后在多晶硅层4上沉积导电介质层5，再对该多晶硅层4、导电介质层5进行刻蚀，以形成本实用新型的电阻器以及连接该电阻器的电路布图等。本实用新型的导电介质层5优选采用WSi2、TiSi2、NiSi2或MoSi2等材料；在半导体工艺制程中常用这些难熔的金属硅化物作为CMOS晶体管的栅极，而采用这些材料作为电阻器，不但可以具有较低的方块电阻，而且还具有较高的熔化温度。另外由于CMOS电路也包括多晶硅层以及WSi2、TiSi2、NiSi2或MoSi2等材料的导电介质层，这就使得本实用新型电阻器的材料与CMOS电路制造工艺中的材料是完全兼容的。也就是说，本实用新型的电阻器可以在CMOS的制作工艺中同时形成，从而可以利用成熟的CMOS工艺进行低成本的大规模生产,并且可以直接进行传感器和其处理电路(ASIC)的集成,提高器件的性能。
在本实用新型一个优选的实施方式中，在所述导电图案6的上方可以继续设置一层第一绝缘层，并对该第一绝缘层进行刻蚀，从而将导电图案6上用于连接环境敏感材料层8的位置暴露出来。进一步地，可在该第一绝缘层上设置一层保护层7，该保护层7可以采用氮化硅材料，这属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
本实用新型的环境传感器包括但不限于气敏传感器、温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。而环境敏感材料层8则根据本实用新型环境传感器具体的类型进行相应的选择。例如当本实用新型的环境传感器为气敏传感器时，则该环境敏感材料层8则为对气体敏感的膜层。此时，通过其下方设置的电阻器可以进行加热，来调节环境传感器的工作温度，从而使得环境敏感材料层8对周围环境中的气体更为敏感，也就是说，使该环境传感器检测到的数据更为准确。
而当本实用新型的环境传感器为湿度传感器时，则该环境敏感材料层8为对湿度敏感的膜层。该环境敏感膜层8吸收周围环境中的湿气，从而可以改变其电阻率或者介电常数，使得该环境传感器可以通过导电图案6输出不同的检测信号。当需要除湿的时候，可以使电阻器对该环境传感器的环境敏感材料层进行加热，从而对吸收湿气后的环境敏感材料层进行除湿。
本实用新型的环境传感器，其结构简单，在敏感材料层的下方设置了电阻器结构，该电阻器通电后，其产生的热量可以通过氧化层传递至敏感材料层上，从而可以对敏感材料层进行加热除湿，或者是来调节环境传感器的工作温度，这不但提高了环境传感器的灵敏度，还提高了环境传感器的应用领域。
在本实用新型一个优选的实施方式中，在所述衬底1上还设置有背腔9，参考图1，所述电阻器通过第二绝缘层2悬空在背腔9的上方。采用这样的结构设计，使得电阻器的下端与衬底1完全隔离开，从而可以防止电阻器产生的热量通过衬底1传递至外界，使得电阻器的热量能够最大地约束在环境敏感材料层上。
在本实用新型另一优选的实施方式中，所述衬底1设置有上端开口的容腔11，参考图2，所述电阻器通过第二绝缘层2悬空在容腔11的上方。与上述背腔9的原理基本相同，该容腔11也可将电阻器与衬底1完全隔离开。为了形成该容腔11，可预先对位于衬底1上方的氧化层进行刻蚀，形成一将衬底1暴露出来的腐蚀孔10，并可通过该腐蚀孔10对衬底1进行干法刻蚀，从而形成容腔11。
本实用新型还提供了一种环境传感器的集成装置，其至少包括第一环境传感器、第二环境传感器，所述第一环境传感器、第二环境传感器具有上述的环境传感器结构。参考图3，该第一环境传感器可以是气敏传感器，所述第二环境传感器可以是湿度传感器。其中，第一环境传感器、第二环境传感器共用一衬底1、第一绝缘层3等。对应于第一环境传感器的第一电阻器、对应于第二环境传感器的第二电阻器设置在第一绝缘层3内；对应于第一环境传感器的第一环境敏感材料层8a、第二环境敏感材料层8b分别与第一导电图案6a、第二导电图案6b进行连接。第一电阻器包括层叠设置的第一多晶硅层4a、第一导电介质层5a，第二电阻器包括层叠设置在第二多晶硅层4b、第二导电介质层5b。其中，所述第一多晶硅层4a、第二多晶硅层4b可位于同一层上，通过刻蚀同一多晶硅层形成；所述第一导电介质层5a、第二导电介质层5b可位于同一层上，通过刻蚀同一导电介质层形成。
气敏传感器的灵敏度会受到周围检测环境的温度、湿度等影响，而本实用新型的集成装置，将气敏传感器和湿度传感器集成起来，使得可以通过湿度传感器对气敏传感器进行内部的补偿，从而提高气敏传感器的灵敏度。对于本领域的技术人员而言，本实用新型的集成装置，还可以集成温度传感器，并通过温度传感器对该气敏传感器进行进一步的内部补偿。
本实用新型还提供了一种环境传感器的制造方法，包括以下步骤：
a)在衬底1的上方沉积第二绝缘层2，并在第二绝缘层2的上方设置导电层，对该导电层进行刻蚀，形成电阻器；本实用新型的衬底1优选采用单晶硅材料，第二绝缘层2优选采用氧化硅，通过第二绝缘层2可以保证衬底1与电阻器之间的绝缘；
在本实用新型一个优选的实施方式中，电阻器包括层叠设置的多晶硅层4、导电介质层5；在制造的时候，可以首先在第二绝缘层2上沉积多晶硅层4，在多晶硅层4上沉积导电介质层5，然后对多晶硅层4、导电介质层5同时进行刻蚀，以形成电阻器以及连接电阻器的电路布图；其中，所述导电介质层5优选采用WSi2、TiSi2、NiSi2或MoSi2等具有较低方块电阻、较高熔化温度的材料；
b)在所述电阻器的上方沉积第一绝缘层3，通过该第一绝缘层3可以将电阻器覆盖住，以保证电阻器与其它部件之间的绝缘；
c)在第一绝缘层3的上方设置金属层，并对该金属层进行刻蚀，形成导电图案6；
d)在所述导电图案6的上方继续沉积第一绝缘层3，并对该第一绝缘层3进行刻蚀，以将导电图案6用于连接环境敏感材料层8的位置露出；
e)在所述导电图案6上设置环境敏感材料层8，以将环境敏感材料层8连接在导电图案6中。
在本实用新型一个优选的实施例中，所述步骤d)中，还包括在第一绝缘层3的上方设置保护层7，并对保护层7、第一绝缘层3进行刻蚀，以将导电图案6露出的步骤。该保护层7可以采用氮化硅等本领域技术人员所熟知的方式。
在本实用新型另一优选的实施例中，还包括对衬底1进行腐蚀，以形成背腔9或者上端开口的容腔11结构。例如可以通过KOH、THMA等碱性刻蚀液对衬底1进行各向同性刻蚀；或者是采用SF6等气体进行干法各向异性刻蚀等。这些刻蚀的工艺及步骤均属于本领域技术人员的公知常识，在此不再具体说明。
虽然已经通过例子对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种环境传感器，其特征在于：包括衬底(1)，在所述衬底(1)上设置有至少一个电阻器，在所述衬底(1)的上方还设置有覆盖所述电阻器的第一绝缘层(3)；还包括形成在所述第一绝缘层(3)上的导电图案(6)，在所述导电图案(6)的上方设置有连接在导电图案(6)中的环境敏感材料层(8)。
2.根据权利要求1所述的环境传感器，其特征在于：所述电阻器包括层叠设置的多晶硅层(4)、导电介质层(5)。
3.根据权利要求2所述的环境传感器，其特征在于：所述导电介质层(5)采用WSi2、TiSi2、NiSi2或MoSi2材料。
4.根据权利要求1所述的环境传感器，其特征在于：所述衬底(1)采用单晶硅材料，在所述电阻器与衬底(1)之间还设有用于绝缘的第二绝缘层(2)。
5.根据权利要求4所述的环境传感器，其特征在于：所述衬底(1)上还设置有背腔(9)，所述电阻器通过第二绝缘层(2)悬空在背腔(9)的上方。
6.根据权利要求4所述的环境传感器，其特征在于：所述衬底(1)还设置有上端开口的容腔(11)，所述电阻器通过第二绝缘层(2)悬空在背腔(9)的上方。
7.一种环境传感器的集成装置，其特征在于：至少包括第一环境传感器、第二环境传感器，所述第一环境传感器、第二环境传感器具有如权利要求1至6任一项所述环境传感器的结构。
8.根据权利要求7所述的集成装置，其特征在于：所述第一环境传感器为气敏传感器，所述第二环境传感器为湿度传感器。
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| CN105609501A (zh) * | 2016-02-25 | 2016-05-25 | 歌尔声学股份有限公司 | 一种环境传感器、集成装置及其制造方法 |
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2016
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268 Patentee after: Goertek Inc. Address before: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268 Patentee before: Goertek Inc. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200617 Address after: 266104 room 103, 396 Songling Road, Laoshan District, Qingdao, Shandong Province Patentee after: Goer Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 261031 Dongfang Road, Weifang high tech Development Zone, Shandong, China, No. 268 Patentee before: GOERTEK Inc. |