[发明专利]包含热导式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。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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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℃)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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。