[发明专利]湿度传感器

说明书

技术领域

本发明涉及湿度传感器及其制造方法。

背景技术

现有湿度测量器件经常不能很精确地测量出低湿度水平。此外，现有设计大部分都不能按比例缩小，所以不能集成至尺寸总在缩小的集成电路中。

US 4,057,823描述了一种集成在集成电路中的湿度传感器。通过阳极刻蚀将芯片的一个小区域做成多孔状。该区域被氧化以形成多孔二氧化硅和沉积在部分多孔区域上的金属电极。由多孔结构引起的电介质的大表面面积意味着，环境湿气扩散至电介质并且吸收在二氧化硅上。器件的电容或电导发生变化并且能被测量到。

但是遗憾的是，该专利始于1977年，并且所描述的工艺不能很容易地集成至现代集成电路工艺中。该结构并不能很容易地使用——在专利中给出的示例中，直径为“60mil”(约为1.5mm)的电极的电阻值高达数量级10¹⁰ohm，这样的电阻值是很难测量的。用于降低电阻的更大面积会进一步增大已经很大的传感器芯片面积。

因此，仍然存在对制造工艺与当今集成电路工艺兼容的湿度传感器的需求，这样的传感器既能集成在集成电路中又能作为分立器件。

发明内容

根据本发明，提供了一种湿度传感器，其包括：

第一和第二导电电极，其均具有至少一个组件，第一和第二导电电极的组件彼此平行地延伸，总平行长度至少为0.3mm，并且组件间距不超过1μm；以及

孔隙度大于10％的多孔电介质，多孔电介质用于将第一和第二导电电极分开。在实施例中，孔隙度大于20％，并且在特定实施例中，孔隙度大于30％。

用于半导体工艺的传统绝缘体是二氧化硅，其介电常数约为4.1。为了改进互连技术，提出了利用铜互连线和多孔低k有机硅玻璃材料作为绝缘体的改进的导电层。此处“k”表示介电常数。

可以商购获得诸如Trikon的Orion(TM)、来自AMAT的BDllx(TM)、和来自ASMi的Aurora(TM)的这种多孔低介电常数电介质，利用化学气相沉积(CVD)来进行生长。通过旋转可以沉积可替换材料，这些材料包括诸如来自Dow Chemical的SiLK(TM)和来自JSR的LKD(TM)在内的材料来沉积。

这种多孔材料的一个已知问题在于，它们会吸收湿气，尤其是在所有工艺之后(因为它们倾向于由于工艺破坏而变得含水)。

发明人已经认识到，该特性可被用于提供根据本发明的湿度传感器，该传感器能被很容易地集成至现有集成电路工艺中。特别地，湿度传感器利用适合于新兴工艺技术的工艺技术，所以湿度传感器能被很容易地集成至在未来若干年内制造的利用了这些技术的先进器件中。

在优选实施例中，第一和第二导电电极是交叉指型的梳状物，该梳状物的齿就是延伸总平行长度至少为0.3mm的组件，第一和第二导电组件的齿间距不超过1μm。

优选地，电介质是介电常数小于3.0的低介电常数电介质。该电介质优选地为原硅酸盐玻璃(orthosillicate glass，OSG)。

在实施例中，第一和第二导电电极可为铜。存在诸如铝之类的其它替换。

阻挡层可能围绕导电电极延伸，以保护导电电极不被腐蚀。该阻挡层可能是电介质或者导体。

阻挡物可能包括铜电极侧部和底部的第一阻挡材料，以及导电电极顶部的第二阻挡材料，并且第一阻挡材料和第二阻挡材料是不同的。

第二阻挡材料可能是可以选择性地沉积在铜上的诸如CoWB、WoWP、或者NiMoP之类的材料。如果采用了没有多孔电介质材料的其它电介质层的实施例，那么铜线还可以由诸如SiC或Si3N4之类的CVD材料所覆盖，作为铜扩散阻挡物，并且也保护铜不被腐蚀。

可以通过化学气相沉积(CVD)或者物理气相沉积(PVD)沉积第一阻挡材料。第一阻挡材料可以是诸如TiN、TaN、WN或Ru之类的金属。

本发明还涉及上述湿度传感器的用法，该用法是这样的：在第一和第二电极之间施加0.5至1MV/cm的电场；并且测量通过第一和第二电极(40，42)之间的电流，作为含水量的测量结果。

在另一方面，提供了一种制造湿度传感器的方法，所述方法包括：沉积孔隙度至少为10％的多孔电介质；刻蚀透多孔电介质，从而形成第一和第二沟槽，其中每个沟槽都具有至少一个组件，第一和第二沟槽的组件彼此平行地延伸，总平行长度至少为0.3mm，并且组件间距不超过1μm；以及利用导体填充沟槽，以便形成第一和第二导电电极，电极具有总平行长度延伸至少为0.3mm并且间距小于1μm的组件。

附图说明