[发明专利]包括气体传感器的集成电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路。具体地，本发明涉及一种包括气体传感器的集成电路。本发明还涉及一种制造这种集成电路的方法。

背景技术

现今，集成电路可以包括众多不同传感器，诸如气体传感器、相对湿度(RH)传感器、特定分析物检测传感器等等。

气体传感器应用在多种不同的应用中以感测各种气体的成分和/或浓度。一种示例应用是供应链监测领域，其中监测消费品如食物或饮料周边的空气中CO₂的水平，以确定是否适合消费。这种监测典型地可以在配送链的不同阶段中实现。其它应用包括应用在建筑物或车辆的供暖、通风和空调(HVAC)系统中的空气质量监测、或者温室中的CO₂监测。

与大量市场应用，如用于产品监测的RF标签，特别相关地是可以用有限的附加成本将气体传感器功能添加至集成电路，因为这种集成电路存在大的价格压力，即，它们不得不便宜地生产以具备商业吸引力。

图1示出了包括气体传感器的集成电路的示例。集成电路包括衬底2，其中可以集成诸如CMOS器件之类的多种有源部件。正如集成电路制造领域中公知的那样，在衬底上方设置结合有由多个绝缘层隔开的多个金属层的金属化堆叠4。金属层提供衬底2中有源部件之间的互连，并且典型地包括诸如铝或铜之类的金属。

在此示例中，气体传感器设置在金属化堆叠4上。具体地，气体传感器位于一系列钝化层16A、16B和18上，钝化层16A、16B和18通常位于堆叠4的顶部。在本示例中，层16A和16B包括高密度等离子体(HDP)氧化物，而提供防刮伤保护的层18包括厚的Si3N4层。如图1所示，金属导电通道(via)8穿过钝化层以将气体传感器的电极15连接至金属化堆叠4。这使得能够在气体传感器和衬底2中的一个或多个有源部件之间经金属化堆叠4进行电连接。导电通道8和电极15可以包括与金属化堆叠4中的金属层相同的材料，或者可以可选地包括不同的材料，诸如钨。

图1中还示出了保护层14，包括例如Ta₂O₅，其提供防止电极15腐蚀的保护。

在保护层14之上，设置厚的氧化物层17。通过氧化物层17、保护层14、钝化层16A、16B和18，设置有沟槽20，在沟槽20的底部设置有在金属化堆叠4的上部金属化层中的键合焊盘12。沟槽20因此实现通过各上部绝缘层至集成电路的电连接。

气体传感器本身包括传感器元件8，其在图1中以剖面形式示出。传感器元件8典型地包括金属材料，例如钨。在可选实施例中，传感器元件8可以包括半导体材料如掺杂的多晶硅。传感器元件8可以布置成例如曲折图案以增加表面面积(导致更大的灵敏度)。如图1所示，曲折图案的端部穿过保护层14以连接到传感器电极15。还如图1中所示，曲折图案自身基本位于氧化物层17中形成的浅沟槽内。传感器元件8因此露于周围的环境中，以便直接接触待感测的气体。

因此，图1构成气体传感器的示例，该气体传感器设置在集成电路中金属化堆叠上的钝化堆叠之上，金属化堆叠自身设置在半导体衬底2中的有源部件如CMOS晶体管之上。

气体传感器基于导热性，并如下工作。使电流经过传感器元件8，导致传感器元件8变热。周边气体将热带离传感器元件8。所传递的热量和传递热的速率取决于气体的成分。在热平衡时，传感器元件8的电阻率(取决于传感器元件8的温度)对热传递的量和速率敏感。因此，传感器元件8的电阻率取决于周边气体的成分。这样，通过进行传感器元件8的电阻率测量，可以确定周边气体的成分。

发明内容

在所附的独立权利要求和从属权利要求中阐述本发明的多个方面。从属权利要求中的特征的组合可以与独立权利要求中的特征适当地组合，而不限于权利要求书中直接阐述的组合。

根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路。该集成电路包括具有主表面的半导体衬底。该集成电路还包括具有电阻性传感器元件的基于导热性的气体传感器，所述传感器元件位于主表面上以暴露于待感测的气体。该集成电路进一步包括阻挡部，所述阻挡部位于主表面上以抑制气体经过传感器元件流动。

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。该方法包括提供具有主表面的半导体衬底。该方法还包括形成具有电阻性传感器元件的基于导热性的气体传感器，所述传感器元件位于主表面上以暴露于待感测的气体。该方法进一步包括形成阻挡部，所述阻挡部位于主表面上以抑制气体经过传感器元件流动。