包含热导式气体传感器的集成电路的制作方法
【专利摘要】本文公开了一种集成电路及其制造方法，该集成电路包括：半导体衬底；在衬底上的相对湿度传感器，所述相对湿度传感器包括第一传感器电极，第二传感器电极，和覆盖在第一传感器电极和第二传感器电极上的湿度敏感层，和在衬底上的热导式气体传感器，所述热导式气体传感器具有位于湿度敏感层上的电阻传感器元件。
【专利说明】包含热导式气体传感器的集成电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成电路。特别地，本发明涉及一种包括热导式气体传感器的集成电路。
【背景技术】
[0002]现今，集成电路可以包括不同的传感器，如环境光(AL)传感器，温度(T)传感器，气体传感器，相对湿度(RH)传感器，具体分析物检测传感器等等。
[0003]这种集成电路有广泛的应用。例如，它们可应用于供应链管理领域来跟踪和监控食品和饮料的新鲜度。它们也可以用作环境传感器，例如作为在汽车或在建筑物(如智能大厦)内的供热，通风和空调(HVAC)系统的一部分。另外也可应用在农业(如检测温室的环境条件)领域或医疗领域。也可广泛应用在移动通信设备中，如移动电话，平板电脑或笔记本电脑，需要测量当地环境因素的进一步应用。
[0004]这种集成电路的传感器，有较小的外形。由于较小的外形尺寸，射频识别(RFID)标签可以包含集成可一个或多个传感器的集成电路，从而更易于编程和读出。
[0005]此外，用既定的半导体加工技术，可以让大量传感器的制造更加便宜。
[0006]可在集成电路中应用的一种传感器是热导式气体传感器。通过使电流流过电阻传感器元件，使所述传感器元件升温。通过包括集成电路的衬底以及传感器元件附近存在的任何气体的周围环境，所产生的的热量被消散。传感器元件的电阻率与温度是成比例的，传感器元件的温度对于气体的热导率是敏感的(决定了气体把热量排出传感器元件的速度)。由于气体的热导率是由它的密度和成分决定的，测量传感器元件的电阻就可以提供相关气体的信息。由于不同的气体有不同的热导率，传感器可以被用于确定是否存在气体以及该气体的成分。
[0007]热导式气体传感器被相对于湿度和环境温度的交叉敏感性所影响。为了校正这些因素，习惯上提供单独的相关湿度传感器和温度传感器。理想情况下，将这些额外的传感器设置在气体传感器附近。然而，各种各样的传感器在一个衬底上集成是困难的。因此，额外的传感器通常设置在单独的衬底和/或在单独的封装中。
[0008]影响这种热导式气体传感器的另一个问题是，他们相对较高的温度(可高达300°C)下工作。到衬底中的热耗散在这个意义上是有问题的，它可能会导致集成电路中的其它部件被不必要的加热，同时也增加了操作传感器所需的功率量。
【发明内容】
[0009]本发明分别记载于随附的独立和从属权利要求。从属权利要求的特征组合，可结合独立权利要求，而不是仅仅作为权利要求中明确记载的功能。
[0010]根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路。该集成电路包括半导体衬底。该集成电路还包括在衬底上的相对湿度传感器。相对湿度传感器包括第一传感器电极，第二传感器电极，和覆盖第一传感器电极和第二传感器电极的湿度敏感层。该集成电路还包括在衬底上的热导式气体传感器。热导式气体传感器具有位于湿度敏感层上的电阻传感器元件。
[0011]根据本发明的另一个方面，提供了一种制造集成电路的方法。该方法包括:提供半导体衬底。该方法还包括通过形成第一传感器电极和第二传感器电极，以在衬底上形成相对湿度传感器，然后沉积湿度敏感层以覆盖所述第一和第二传感器电极；该方法进一步包括通过在相对湿度传感器的湿度敏感层上形成电阻传感器元件，以在衬底上形成热导式气体传感器。
[0012]本发明的实施例允许相对湿度传感器和热导式气体传感器被集成在同一半导体衬底上。在使用中，相对湿度传感器可用于把热导式气体传感器的交叉敏感性校正到检测到的相对湿度的水平。由于相对湿度传感器与热导式气体传感器设置在同一衬底上，它们比由单独的衬底和/或在不同的封装提供的传感器更接近彼此。这可以改善校正交叉敏感性的准确性。
[0013]把热导式气体传感器的电阻传感器元件设置在湿度敏感层之上可以限制衬底的热损失。因此，低功耗操作得以使用。在一些实施例中，湿度敏感层所用的材料可以被选择为具有低导热性的材料，从而进一步限制热损失。
[0014]值得注意的是，根据本申请的目的，术语“湿度”是指个别水分子的存在。例如，这些分子可以在空气中传播。这些水分子不构成水蒸汽，因为它们不凝结成水滴。
[0015]在一些实例中，电阻传感器元件可以位于湿度敏感层的上表面上。湿度敏感层，可以提供所述传感器元件的机械支撑。在另一个实施例中，电阻传感器元件可以悬浮在湿度敏感层的上表面的上方。这样的安排可以提高传感器元件的有效表面面积(因为传感器元件的底面可接触目标气体)，从而可提高传感器的灵敏度。此外，所述传感器元件的构造可进一步限制到衬底的热损失。
[0016]在一个实施例中，可以提供穿过透湿度敏感层的通孔。所述通孔包含连接到热导式传感器的电阻传感器元件的导电材料。这种紧凑的布置允许所述传感器元件被连接到集成电路的其它元件(例如，控制和读出电路)。导电材料仅部分地填充通孔。例如，它可能覆盖通孔侧壁。在一些实例中，通孔的材料可以与用于热导式气体传感器的传感器元件的材料相同。这使得形成传感器元件的材料与填充通孔的材料可以在同一个工艺步骤中被铺设。
[0017]在一些实例中，可以在衬底的主表面上设置金属化堆。已知在集成电路制造领域，金属化堆通常可包括多个介电层，包括，使集成电路的各个组成部分的相互连接的构图金属元件。在堆中的层中构图金属元件可以由包含连接到构图金属元件的通孔的介电层所分离。金属化堆的上层可以包括金属元件，用于接收从相对湿度和气体传感器的连接。注意的是，术语“上层”并不一定具体指堆的最上层。例如，上层可以是堆中上半部分的任意层。
[0018]可在金属化堆上设置钝化堆。钝化堆用于为金属化堆提供机械和化学保护(例如对抗划伤或腐蚀)，这在集成电路制造领域中是已知的。
[0019]相对湿度传感器和热导式气体传感器可以同时位于钝化堆上。因此，电阻元件和电极可以使用后段制程(BEOL)工艺形成。此外，这种配置允许传感器得以在相同的集成电路中用作其他功能，如CMOS晶体管，与金属化堆互连，并且可以形成如传感器控制电路的功能。[0020]通孔被设置为穿过钝化堆。通孔填充有导电材料，该导电材料把金属化堆连接到电阻传感器元件以及相对湿度传感器的第一和第二传感器电极中的至少一个。由此，传感器和上述金属化堆上层中的金属元件可以实现电连接。
[0021]可以提供通过湿度敏感层和钝化堆的开口部，以提供到金属化堆中结合焊盘的连接。这可以实现集成电路的电气连接，且不会对传感器操作产生不利影响。
[0022]热导式气体传感器可以位于衬底上的相对湿度传感器的相邻处。所谓“相邻处”是指，没有其它元件，例如其他的传感器，电路或组件位于气体传感器和湿度传感器之间。在校正气体传感器对湿度的交叉敏感性的时候，这种传感器紧密靠近的设置可以确保高度准确性。
[0023]热导式气体传感器的的电阳传感器元件可以在衬底的主表面平行的平面上延伸。这可以让传感器元件在实质的平面结构上形成，反过来又让该元件通过BEOL工艺中的标准金属化技术进行铺设。
[0024]集成电路可以包括附加的传感器，从而允许多模式检测。这些额外的传感器之一可以是温度传感器。该温度传感器可被用于校正气体传感器对室温的交叉敏感性。还可以提供至少一个另外的传感器，延伸集成电路的多模态感测功能。额外的传感器的可以包括环境光传感器，配置为感测不同的目标气体的气体传感器，压力传感器，流量传感器，加速度传感器，方向传感器，磁强计，红外线(或近红外)接近传感器。
[0025]根据本发明的另一个方面，提供了一种无线射频识别(RFID)标签，包括上述任一类型的集成电路。
[0026]根据本发明的另一个方面，提供了一种移动通信装置，包括上述任一类型的集成电路。
[0027]根据本发明的另一个方面，提供了一种供热，通风和空调(HVAC)系统，包括任一个或多个上述类型的集成电路。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1示出了根据本发明的一个实施例的集成电路；
[0029]图2示出了根据本发明的另一个实施例的集成电路；
[0030]图3示出了根据本发明的另一个实施例的集成电路；
[0031]图4示出了根据本发明的另一个实施例的集成电路；
[0032]图5示出了根据本发明的另一个实施例的集成电路；
[0033]图6A至图6L示出了用于制造图1和图2所示的集成电路的一些工艺步骤；
[0034]图7A至7G示出了用于制造图3和图4所示的集成电路的一些工艺步骤；
[0035]图8A至图8H示出了用于制造图5所示的集成电路一些工艺步骤。
【具体实施方式】
[0036]下面参照附图描述本发明实施例。
[0037]如本文所述，本发明的实施例可以提供一种集成电路，包括相对湿度传感器和位于共同半导体衬底上的热导式气体传感器。这两种不同类型的传感器在同一衬底上集成让它们更靠近彼此。对热导式传感器的输出进行校正，来校正相对湿度水平(如相对湿度传感器测得的)，比在芯片外提供相对湿度传感器的替代方案更为精确。
[0038]本发明的实施例的电阻传感器元件设置在湿度敏感层之上带来了一个额外的好处。湿度敏感层，在某些实施例中(通常是微妙的)可以为电阻传感元件提供机械支撑，也可以起到抑制运行过程中产生的热量耗散到衬底。因此，到衬底的热损失可能是有限的，允许移动设备以较低的功耗进行操作。
[0039]把不同种类的环境传感器集成到一个共同的半导体衬底上不是简单的事，有众多的复杂的考虑因素，包括:与现有的半导体制造过程中使用的各种材料的兼容性，机械和化学(如对抗机械冲击或腐蚀的鲁棒性)的稳定性，热预算。
[0040]此外，还有采用不明显违背设备制造的标准技术的半导体技术的流程整合的考虑(不会因为添加这种集成电路中的传感器而使成本过高)。
[0041]图1中示出了根据本发明一个实施例的集成电路的第一个例子。
[0042]该集成电路包括半导体衬底2。例如，所述衬底可以是硅衬底，但也可用其他类型的衬底。在一些实例中，衬底2可以包括支持本文描述的传感器和/或其他功能兀件操作的晶体管和其他电路(如进一步传感器)。
[0043]所述电路可以包括:如控制逻辑电路，读出电路，用于把传感器读数转换为到数字域的模拟数字转换器(ADC)，和用于存储传感器采集到的数据的存储器。原则上，这些元件可以使用标准的设备和电路实现，因此，不在这里进一步阐述。
[0044]在本实施例中，所述集成电路包括金属化堆4。金属化堆在半导体器件制造领域中是已知的，通常包括电介质分离的构图金属元件的一个或多个层。
[0045]金属化堆的构图金属元件的通常为设置在衬底2中的各种组件和设备的提供互连。
[0046]在本示例中，金属化堆4包括一系列的层，如图1中示出。这些层可以包括上层42。上层42包括结合焊盘30，结合焊盘30允许与衬底2和其中的各种设备的连接。如下文所述，上层42还包括一系列的金属元件32，允许相对湿度传感器和热导式气体传感器与衬底上的部件(如控制电路)的互连。
[0047]如图1中所示，本实施例进一步包括钝化堆6。钝化堆用于为金属化堆提供保护层，在本领域中是已知的，这样可以防止不需要的物质的侵入(例如水)到堆或下面的衬底2，并为金属化堆提供一定程度的机械保护(如划伤保护)。在本示例中，钝化堆6可以包括一个或多个高密度等离子体氧化物(HDP氧化)层62，以及HDP氧化层62上的Si3N4层64。
[0048]在图1中可以看出，通孔16中填充有导电材料(如铝，钨，铝铜合金，或一些其他BEOL工艺相容的材料)，其穿过钝化堆6。这些通过钝化堆的通孔提供堆4的上层42中的金属元件32与下述传感器之间的连接。
[0049]根据本发明的一个实施例，无论是相对湿度传感器和热导式气体传感器都可设置在集成电路的钝化堆上。这使得可以用标准BEOL工艺技术来制造传感器，包括用于构造传感器一些部分的金属元件的使用，如气体传感器的传感器元件和相对湿度传感器的传感器电极。以这种方式，可以很方便地制造集成电路的传感器的元件，不会显着影响衬底2提供的各种其他元件和组件的构造。
[0050]在本示例中，该集成电路包括相对湿度传感器，相对湿度传感器包括一对传感器电极22。这些传感器电极，可以包括金属，例如铝或钨，或一些其他的BEOL相容的材料。在本例中，一对传感器电极22位于钝化堆6的上表面上。在替代实施例中，其中可以存在一个或多个中间层。为了增加它们的表面积，同时使它们更为相互接近，这对传感器电极22可以被配置为一对叉指式电极(图1示出了这种配置的横截面)，这在本【技术领域】是众所周知的。也可以用其他替代的配置，例如简单的用一对并联电容器板。
[0051]在这个例子中，相对湿度传感器的传感器电极22可由可选的防腐蚀层24覆盖。该防腐蚀层，包括诸如Ta2O5的材料，可以采用任何合适的防腐保护层。
[0052]该集成电路还包括湿度敏感层20。该湿度敏感层20设置在传感器电极22上。在本例中，湿度敏感层20由聚酰亚胺构成。其他合适的材料包括的Al2O3，聚酰亚胺，TiO2,SiO2，聚酯，PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，BCB (苯并环丁烯)，戊聚糖钠，乙酸丁酸纤维素，和多孔娃。
[0053]在操作过程中，周围的环境中(例如，在目标气体进行)的水分子进入到湿度敏感层20。湿度敏感层20中的水分子的存在改变了湿度敏感层20的介电常数。通过测量相对湿度传感器的一对电极22之间的静电电容的变化可以测量这种介电常数的变化。相应的可以监测湿度环境水平。如本文所述，这些湿度水平的测量可被用于校正热导式气体传感器的交叉敏感性。
[0054]在本例中的集成电路，还包括热导式气体传感器。该气体传感器包括电阻传感器元件10。湿度敏感层20的上方设有电阻传感器元件10。
[0055]在本例中，电阻传感器元件10位于湿度敏感层20的上表面上。湿度敏感层20，为传感器元件10提供机械支撑。
[0056]在本例中，电阻传感器元件10通过填充有导电材料(如铝，钨，铝铜合金，或一些其他的BEOL工艺相容的材料)的通孔12连接到设在钝化堆6的上表面上的金属元件14。
[0057]如上所述，由金属填充的通孔16提供到金属化堆4中金属元件32的连接。以这种方式，热导式气体传感器的电阻传感器元件10可以连接到衬底2设置的其他元件，如控制电路，读出电路等。
[0058]电阻传感器元件10可以是细长的金属线。例如，该金属线可被设置为弯曲的形状，以增加线的表面面积，同时保持相对紧凑的结构。合适作为电阻传感器元件的材料包括铝，钨，钨化钛(N)，铜，或覆盖E-1ess材料(如CoWB或WoWP)的铜。为方便起见，这些材料需与现有的BEOL工艺兼容。
[0059]在使用中，热导式气体传感器通过电流流过电阻传感器元件10来进行工作。这将导致传感器元件10变热。通过周围环境，其产生的热量消散。一些热量将通过湿度敏感层20被消散到钝化堆、金属化堆4和衬底2中。在一些实例中，用于湿度敏感层20的材料可以选择一些具有相对低的热导率的材料，从而限制对衬底的这种损失。聚酰亚胺材料就是这种材料的例子。传感器元件10操作过程中产生的热量中至少一部分将通过集成电路附近的气体被消散。如上所述，气体从传感器元件10带走热量的速度是由该气体的成分和浓度决定的。因此，通过测量传感器元件10的电阻值可以提供存在的气体的相关信息。
[0060]在本例中，集成电路进一步包括穿过湿度传感器层20和钝化层叠体6以暴露接合焊盘30的开口部33。这就允许了通过引线接合工艺来实现到集成电路的电连接。根据设计要求，可以提供任意数量的这样的接合焊盘30和相应的开口部。
[0061]图2中示出了本发明的第二个实施例。图2中的实施例基本上类似于图1，不一样的是热导式气体传感器的电阻传感器元件10不是直接位于湿度敏感层20的上表面上。相反，传感器元件10悬浮在湿度敏感层20的上表面的上方。湿度敏感层20与传感器元件10的分离可进一步降低操作过程中对衬底2的热损失。此外，相对于上述图1的例子，由于传感器元件10的底面变得暴露，传感器元件10的表面面积增加，因而原则上增加了热传导式气体传感器的敏感度。
[0062]如图2所示的集成电路，可以使用基本类似于图1中构建集成电路的方法来构建集成电路。例如，可以先制造图1中的集成电路，然后去除(通过蚀刻)湿度敏感层20的上部74。这样做使传感器元件10悬浮在湿度敏感层20的新表面的上方。
[0063]图3示出了根据本发明的实施例的集成电路的又一个例子。图3的例子与图1和2中所述的类似，它们共同的特征将不会进一步详细阐述。图3的例子与上面描述的例子之间的原则性差别是图1中的通孔12被部分填充有导电材料且更宽的通孔66所代替。在这个例子中，通孔66中导电材料68与形成热导式气体传感器的传感器元件10的材料相同。下面将更详细地进行描述(见图7)，通过湿度敏感层20建立与用于形成电阻传感器元件10的金属元件的连接。
[0064]潜在的，这可以减少所需的工艺步骤的数目，因为形成电阻传感器元件10所使用的金属和部分填充或覆盖通孔66侧壁的金属可以在共同的工艺步骤中进行铺设。值得注意的是，钝化堆6设有金属元件14，用于提供通孔66和通孔16之间的连接，金属元件14可以制造地比较宽，从而恰当地承受通孔66相对宽的基座。此外，如图3所示，可选的，一个以上的通孔16可以穿过钝化堆6设置，每个金属部分14在钝化堆6之上。
[0065]图4示出了根据本发明的实施例的集成电路的另一个例子。图4与上面关于图3所描述的例子类似。与图2相关的在湿度敏感层20的背面蚀刻相同，图4的例子中，湿度敏感层20需再次进行背面蚀刻，至少去除部分72。在一些实施例中，该背面腐蚀可以完全去除湿度敏感层20中位于电阻传感器元件10正下方的部分。然而，这样的实施例中，可能产生这样的问题，完全去除湿度敏感层20中位于电阻传感元件10下方的部分会在结构上削弱电路设备，以致包装过程中或集成电路投入使用过程中的机械震动可能会损坏电路设备。
[0066]因此，在这个意义上，图4的湿度敏感层20的背面蚀刻只去除了部分73。这可以用定向的背面蚀刻来实现，由此，湿度敏感层20中位于电阻传感器元件10正下方的部分的材料将被保留。以这种方式，虽然传感器元件10的表面面积没有通过背面蚀刻而增加，如上图2所述，通过湿度敏感层20消散的热量至少被部分的限制了。
[0067]图5示出了根据本发明的实施例的集成电路的又一个例子。图5中的示例中，穿过湿度敏感层20的通孔66是完全被填充的，在这个意义上与图1和图2是类似的。然而，在与图3和图4的例子中，填充的通孔66所用的材料与形成传感器元件10的所用的材料是相同的。因此，图3和图4的例子一样，可以在形成传感器元件10的同时和同一步骤中，填充通孔66。这将在下文中进一步进行说明(参见图8)。
[0068]在所有上面描述的实施例中，很明显，可以允许相对湿度传感器和热导式气体传感器被相对较近的放置在一个单一的半导体衬底上，使热导气体传感器的交叉敏感性的校正更为精确。在一些实施例中，如上面所示的图1至5，为使两个传感器更加靠近，相对湿度传感器和热导式气体传感器可以在衬底上彼此相邻。为达本申请的目的，术语“相邻”是指衬底提供的两个传感器之间不存在任何中间组件。
[0069]如上所述，热导式气体传感器也可以受到交叉敏感性的影响。在根据本发明的一个实施例中，该集成电路可以提供有温度传感器，用于校正这个额外的交叉敏感性。该温度传感器本质上可以是常规的。在一些实施例中，多个环境传感器可以包括相对湿度传感器，热导式气体传感器，温度传感器和至少一个另外的各种传感器(例如，压力传感器和/或流量传感器)，这些多个环境传感器可以设置在单独封装的同一半导体衬底上。让多模态的感测功能在单一的衬底上得以实现，可以以较低成本进行大批量生产，并且可以以适合下文所述的应用方式进行封装。
[0070]这里所描述的集成电路，例如，可以被集成入射频识别(RFID)标签。该传感器可以连接到RFID标签的电路，包括诸如天线的元件，来允许传感器收集的检测数据的读出。同样，这里所描述的集成电路，可以集成到移动通信设备中，如笔记本电脑，平板电脑或移动电话，以允许设备收集与目标气体的存在有关的数据，并把这些数据应用于各种各样的应用。
[0071]进一步设想，本文所描述的那种集成电路，可以被集成入加热，通风和空调(HVAC)系统中。这将允许HVAC系统收集加热，通风或空调系统中的一个或多个目标气体的存在相关的信息，该加热，通风或空调系统可以是例如建筑物(如温室或办公楼)或交通工具(如车辆或飞机)之中的。
[0072]图6A至6L，示意性地示出了根据本发明的制造集成电路的方法的实施例。特别是，图6A到6L相关的工艺步骤适用于形成图1和2中描述的那种集成电路。
[0073]图6A中示出了根据本实施例的集成电路的制造的第一个步骤。在此步骤中，提供了半导体衬底2。衬底2可以包括如控制电路，模数转换器(ADC)和用于存储如上所述的读出或其他数据的存储器等元件。这些元件可以使用标准前段制程(FEOL)在衬底2中形成。
[0074]在衬底2上设置有金属化堆4，进一步在金属化堆4上设置钝化堆6。金属化堆4和钝化堆6与图1中描述的实质上相同，可以使用标准BEOL处理步骤形成。这种步骤在本领域是公知的，因而不在这里进一步阐述。
[0075]形成金属化堆4和钝化堆6时，制造用于连接到随后在钝化堆之上形成的相对湿度传感器和热导式气体传感器的元件。因此，金属化堆中上层金属层42之一设置有金属元件32，用于连接传感器和堆4。
[0076]此外，在本实施例中，形成穿过钝化堆6的通孔12来连接金属化堆4的金属液面42中的金属元件32。
[0077]这些通孔12，其中填充有导电材料，可以使用标准的光刻和蚀刻工艺形成，并且可以使用标准的金属沉积技术填充。
[0078]填充通孔12后，可以在上述钝化堆6上形成金属元件。
[0079]在本示例中，金属元件22是直接形成在钝化堆6上的，但是在其他实施例中可能存在一个或多个中间层。
[0080]金属兀件可以包括金属兀件14,金属兀件14随后将连接到热导式气体传感器的传感器元件。
[0081]另外，在同一步骤中，可以形成相对湿度传感器的传感器电极22。如图6所示，电极22可以被配置为一对手指叉指式，以增加其表面积。[0082]金属元件14和一对电极22可以通过BEOL工艺步骤形成，该步骤包括标准平版印刷和蚀刻技术来形成所需构造的沉积金属层。
[0083]金属元件14和电极对22通过沉积腐蚀保护层可以受到防腐蚀的保护，腐蚀保护层24包括Ta5O2。
[0084]上述处理之后，图6B中示出了制造集成电路的下一个步骤。在此步骤中，湿度敏感材料层20沉积在衬底上以覆盖传感器电极22和其他暴露在钝化堆6上的元件。如上所述的湿度敏感材料层20可以使用如聚酰亚胺的任何替代材料。在一些实施例中，湿度敏感材料可以整片暴露在衬底上(即全晶片曝光不提供任何类型的掩模)，然后固化。
[0085]在下一步骤中，如图6C所示，氧化物层82可以沉积在湿度敏感层20上。此后，如图6D中所示，掩模84可以沉积在氧化物层82上，然后构图以生成开口 86，通过去除掩模84后用蚀刻工艺形成如图6E所示的形状。
[0086]注意，蚀刻工艺也去除金属元件14处的防腐蚀保护层24的上层部分，从而使这些金属元件14与热导式气体传感器的电阻传感元件电连接。
[0087]如图6F所示，去除掩模84的下一个步骤包括在衬底上沉积金属(如铝，钨，铝铜合金，或一些其他的BEOL相容的材料)以便填充通孔，产生穿过湿度敏感层20的通孔66，形成与金属元件14的电气连接。
[0088]在一些实例中，包括诸如TiN或Ti/TiN的材料的衬垫可在金属沉积之前沉积。该衬垫可以当作金属的粘接层。
[0089]通孔66 (包括任何所使用的衬垫)外面的多余的金属69可以被去除，以产生图6G中示出的结构。
[0090]去除多余金属后，氧化物层82也可以被去除(例如，通过湿法或干法蚀刻)，从而形成图6H中示出的结构。图6H中可见，去除氧化物层82会使湿度敏感层20的表面上方的通孔66中含有金属的微小的突起部。
[0091]此突起部，可能会被去除，但它可以增加通孔66中的金属和随后形成的电阻传感器元件10的端部之间的接触的鲁棒性，这可能是有利的。
[0092]在图61中示出了制造集成电路的方法的下一步骤。在该步骤中，材料层100被沉积在湿度敏感层20上。
[0093]这种材料将构成热导式气体传感器的电阻传感器元件。因此，材料层100的通常是典型的电阻材料，如铝或钨。类似于上述关于图6F的步骤，由诸如TiN或Ti/TiN的材料组成的衬垫可在材料100沉积之前沉积。
[0094]同样，衬垫可以作为粘接层。
[0095]沉积层100之后，使用标准光刻技术铺设掩膜110 (参见图6J)。
[0096]铺设掩模110后，可用蚀刻工序，以去除层100中仍然暴露的部分(加衬垫，如果使用的话)，形成图6K所示的结构。如图6K所示，层100的剩余部分形成热传导式气体传感器的电阻传感器元件10，电阻传感器元件10位于湿度敏感层20之上。
[0097]传感器元件10的构造和布局可以根据选择掩模110的适当的构造来调整。另外，在本实施例中，传感器元件10布置为弯曲造型在本领域中是众所周知的。然而，可以按照设计要求做其他布置。
[0098]传感器元件10形成后，如图6L所示，可以铺设进一步掩模120，将其构图以产生在其中的开口部122。该开口部122可以允许进一步的蚀刻工序来产生图1和2所述的开口部33，用于提供到集成电路中的接合焊盘30的连接。
[0099]随后去除进一步掩模120之后，就形成了在图1中所示的结构。
[0100]如上所述，在此阶段中，电阻传感器元件10位于湿度敏感层20的上表面上。
[0101]然而，正如图2中所示，可选的，可进行去除湿度敏感层20的部分74的进一步步骤，从而使传感器元件10悬浮在湿度敏感层20的剩余部分的表面的上方。
[0102]去除湿度敏感层20的部分74时(图2)，优选的，确保湿度敏感层20的剩余部分的厚度仍然大于约2微米。湿度敏感层20的剩余部分，如果过薄，相对湿度传感器可能会失去敏感性，从而使正常功能难以实现。
[0103]现在将参考图7，描述制造集成电路的方法的另一个实施例。
[0104]图7A到7G中示出了适用于制造图3和图4所讨论的集成电路的工艺步骤。
[0105]在第一步骤中，如图7A所示，半导体衬底2包含覆盖有钝化堆6的金属化堆4。衬底2，金属化堆4和钝化堆6可以按照上面已经描述的方式形成。
[0106]金属化堆4的上层42包括金属元件32A和32B，以及将被暴露用于电连接到集成电路的接合焊盘30。同样，金属元件32B为相对湿度传感器形成连接，金属元件32A为热导式气体传感形成连接。
[0107]将会注意到，与图6中的布置相比，金属元件32A在本例中更宽。另外，图7A中示出了一系列穿过钝化堆6的通孔16，其用于把金属元件32A和32B连接到集成电路。
[0108]由于金属元件32A稍宽，可以提供多个这样的通孔16。在本示例中，每个金属元件32A提供两个这样的通孔16。
[0109]如已经描述的图6A,钝化堆6上可以设置一些其它金属兀件，如相对湿度传感器的第一和第二传感器电极22。
[0110]另外，在同一层中，金属元件14可以被设置为允许连接到通孔66，该通孔66穿过湿度敏感层20且随后被沉积。
[0111]同样如上所述，钝化堆6上的元件可以在这个阶段涂覆防腐蚀保护层24。
[0112]图7B中示出了该工艺的下一个步骤。在此步骤中，湿度敏感层20沉积到衬底2上，然后构图，以产生通孔66。
[0113]在这个例子中通孔66是比较宽的。在本实例中，产生通孔66的蚀刻步骤不影响腐蚀保护层24。因此，如图7C所示，可以应用第二个蚀刻工序(如金属干式蚀刻)，来去除腐蚀保护层24位于通孔66底部的那部分，从而暴露金属部分14。
[0114]接着，如图7D所述，金属层69被沉积在湿度敏感层20上，从而覆盖湿度敏感层20，并且至少部分地填充通孔66。在图7D中，如图所示，通孔66中的层69的部分68仅部分地填充通孔66，在本例中，覆盖通孔66的侧壁。
[0115]以这种方式，可以在一个共同的工艺步骤中沉积传感器元件10的材料以及传感器元件和金属部分14之间的连接的材料。
[0116]这与上述图6的方法形成对比，图6中单独金属沉积步骤是生成金属填充通孔66和传感器元件10所必须的。
[0117]图7E示出了下一个步骤，层69可以被构图以形成所需的热导式气体传感器的电阻传感元件10的结构。为了进行层69的构图，把掩膜130铺设在层69上，并用适当的方式进行构图。铺设掩膜130后，可以使用标准的蚀刻技术，随后去除掩模130，从而产生图7F中所示的结构。正如本文其它地方所述，传感器元件10也可以配置为弯曲的图案，图7中所示的是其横截面。
[0118]为完成此集成电路，进一步掩模140可以铺设在湿度敏感层20和传感器元件10上，然后构图，以形成上面关于图3和4所描述的开口部33，来露出接合焊盘30。
[0119]随后去除掩模140后，形成图3的配置。再次，如上所述，可进一步去除湿度敏感层20的部分72 (图4)，从而进一步减少衬底2在操作过程中的热量损失。
[0120]图8A到8H示出了根据本发明的制造集成电路的方法的另一个实施例。特别是，下面所述的方法，适用于制造图5所示的集成电路。
[0121]该方法的初始阶段(图8A和8B)基本上类似于上述图6A，6B和图7A和7B的过程。
[0122]另外，与图6，图7和图8相比，图8的例子中，金属部分14与图7中所描述的不一样宽，基本上与图6中描述的相似。
[0123]沉积湿度敏感层20之后(图8B)，把掩模150铺设在湿度敏感层20的上表面上，然后构图以产生开口部152，如图8C所示。
[0124]通过蚀刻工艺对掩模150的开口部152进行蚀刻，以产生穿过的湿度敏感层20和防腐蚀保护层24的通孔67。
[0125]该蚀刻工艺可以包括:蚀刻湿度敏感层20和防腐蚀保护层24的上部来显示位于钝化堆6的上表面上的金属元件14的各自的蚀刻工序。
[0126]如上文所述，在一些示例中，这可以被单一的蚀刻工序所替代。
[0127]随后去除掩模150后，就形成了图8D的结构。因此，如图SE所示，可以沉积金属层69来覆盖湿度敏感层20并填充通孔66。相应的，虽然本例中的通孔66与图6中的一样窄，填充通孔66和铺设热导式气体传感器的电阻传感器元件10所需金属69可以在一个金属沉积步骤中完成。
[0128]沉积层69之后,掩模160可以被沉积和构图(图8F),随后的蚀刻工艺用于生成图8G中所示的结构，包括热导式气体传感器的电阻传感器元件10。
[0129]最后，如图8H所示，进一步掩模172可以沉积在湿度敏感层与传感器元件10上，然后构图以产生开口部173，通过该开口部33可以接触图5中示出接合焊盘30。去除掩模172之后，就形成了图5的构造。
[0130]因此，已经描述了一种集成电路和其制造方法。该集成电路包括半导体衬底。该集成电路还包括在衬底上的相对湿度传感器。相对湿度传感器包括第一传感器电极，第二传感器电极，和覆盖第一和第二电极的湿度敏感层。集成电路还包括热传导式气体传感器。热导式气体传感器具有位于湿度敏感层上方的电阻传感器元件。
[0131]虽然已经描述了本发明的特定实施例，可以理解的是，所本发明要求的保护范围内可以进行许多修改/添加和/或取代。
【权利要求】
1.一种集成电路，其特征在于，包括: 半导体衬底； 在半导体衬底上的相对湿度传感器，所述相对湿度传感器包括第一传感器电极，第二传感器电极，和覆盖在第一传感器电极和第二传感器电极上的湿度敏感层，和 在半导体衬底上的热导式气体传感器，所述热导式气体传感器具有位于湿度敏感层上的电阻传感器元件。
2.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电阻传感器元件位于湿度敏感层的上表面上。
3.根据权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述电阻传感器元件悬浮在湿度敏感层的上表面上。
4.根据前述任一项权利要求所述的集成电路，其特征在于，包括穿过湿度敏感层的通孔，所述穿过湿度敏感层的通孔包含连接到热导式气体传感器的电阻传感器元件的导电材料。
5.根据权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述穿过湿度敏感层的通孔中的导电材料部分填充和涂覆所述穿过湿度敏感层的通孔的侧壁。
6.根据前述任一项权利要求所述的集成电路，其特征在于，包括在半导体衬底的主表面上的金属化堆，以及在金属化堆上的钝化堆，其中，所述相对湿度传感器和热导式气体传感器都位于钝化堆之上。
7.根据权利要求6所述的集成电路，其特征在于，包括穿过钝化堆的通孔，所述穿过钝化堆的通孔填充有导电材料，该导电材料把金属化堆连接到电阻传感器元件以及相对湿度传感器的第一传感器电极和第二传感器电极中的至少一个。
8.根据权利要求6或7所述的集成电路，其特征在于，包括穿过湿度敏感层和钝化堆的开口，用于提供到金属化堆中的接合焊盘的连接，实现与集成电路的电气连接。
9.根据前述任一项权利要求所述的集成电路，其特征在于，所述热导式气体传感器位于半导体衬底上的相对湿度传感器的相邻处。
10.根据前述任一项权利要求所述的集成电路，其特征在于，所述热导式气体传感器的电阻传感器元件在与半导体衬底的主表面平行的平面上延伸。
11.根据前述任一项权利要求所述的集成电路，其特征在于，还包括: 温度传感器，和 至少一个另外类型的传感器。
12.一种无线射频识别(RFID)标签，其特征在于，包括前述任一项权利要求所述的集成电路。
13.—种移动通信装置，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的集成电路。
14.一种加热、通风和空调系统，其特征在于，包括权利要求1至11中任一项所述的一个或多个集成电路。
15.一种制造集成电路的方法，其特征在于，该方法包括: 提供半导体衬底； 通过形成第一传感器电极和第二传感器电极，然后沉积湿度敏感层以覆盖所述第一传感器电极和第二传感器电极，以在半导体衬底上形成相对湿度传感器；通过在相对 湿度传感器的湿度敏感层上形成电阻传感器元件，以在半导体衬底上形成热导式气体传感器。
【文档编号】G01N27/18GK103728350SQ201310475651
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】罗埃尔·达门, 奥瑞利·休伯特, 帕斯卡尔·贝思肯 申请人:Nxp股份有限公司