集成電子傳感器制造技術

一種集成傳感器及其制造所述器件的方法，該器件包括在半導體襯底中的MOS電路，具有互連導體和絕緣電介質的互連級，所述級在襯底上并互連MOS電路，互連級包含具有嵌入互連電介質中的電極的傳感器，以及MOS電路包括用于處理來自傳感器電極的信號的處理器。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及電子傳感器。現有技術在電子工業中一個主要的驅動力是希望獲得更大的功能集成，使得生產更自動化并降低每單位的成本。當然，附加的優點是減小的尺寸以及由此更高的電路密度。更重要的是，對于電池應用來說，由于降低的寄生電容，所以更高的集成通常導致更低的能耗。然而，在傳感器領域中，尤其是在無線傳感器領域中，由于在將微控制器、A-D轉換器(ADC)、存儲器、RF收發機和傳感器元件集成到一個集成的傳感器器件中碰到的困難，所以已經減慢了更高的集成。由于對于各種元件的材料處理的不兼容性，所以這些困難已經出現了。例如，通常在陶瓷或者玻璃襯底上制造傳感器元件，并且傳感器元件不可能容易地集成在硅上。RF收發機典型地由雙極晶體管構成，它們難以和其它技術例如CMOS集成在一起。而且，很多CMOS的高分辨率ADC是利用多晶一多晶電容器制成，它們遭受著襯底寄生效應、應力和失配效應的影響。而且，在IC處理中使用的鋁金屬化容易腐蝕，因此限制了對于某些類傳感器應用的有效性。US6724612和US6690569介紹了具有電子和傳感部件的傳感器器件，所述傳感部件是電容性的電極。然而，電極需要鉬或者金涂覆以及聚合物的沉積作為檢測濕度的電介質。這種處理不受大容量半導體處理的影響。本專利技術解決了這些問題。
技術實現思路
根據本專利技術，提供了一種集成傳感器器件，包括在半導體襯底中的MOS電路，具有互聯導體和絕緣電介質的互連級，所述級在襯底上面并互聯MOS電路，互連級包含具有嵌入互連電介質中的電極的傳感器，以及MOS電路包括處理來自傳感器電極的信號的處理器。在一個實施例中，傳感器包括多孔氧化物，用于導入被檢測的氣體或者濕度。在另一個實施例中，多孔氧化物是摻雜了碳的Si02。在再一個實施例中，傳感器是電容性傳感器。在一個實施例中，傳感器包括在傳感器電極上的鈍化層。在另一個實施例中，多孔氧化物沉積在鈍化層上，并且MOS電路檢測電極之間的邊緣場的變化。在再一個實施例中，包括在互連級之間的刻蝕阻止層，并且鈍化層是和刻蝕阻止材料相同的組成物。在一個實施例中，鈍化層是Si3N4的組成物。在另一個實施例中，鈍化層在檢測電極上凹進。在再一個實施例中，在凹槽中有多孔氧化物膜。在一個實施例中，多孔氧化物位于電極之間并且被暴露出來。在另一個實施例中，MOS電路在垂直維度上直接位于傳感器之下。在再一個實施例中，MOS電路包括溫度傳感器。在一個實施例中，溫度傳感器包括PNP晶體管。在另一個實施例中，MOS電路包括微控制器，用于處理氣體或者來自該氣體或濕度傳感器的濕度信號和來自溫度傳感器的溫度信號，以提供增強的輸出。在再一個實施例中，增強的輸出是校正了溫度的氣體或者濕度的讀數。在一個實施例中，傳感器包括沉積在傳感器電極上的聚酰亞胺。在另一實施例中，MOS電路包括連接在傳感器電極和處理器之間的AD轉換器。在再一個實施例中，AD轉換器包括具有圍繞有效的(active) AD轉換器電容器的恒定布局(topography)的虛擬電容器的陣列。在一個實施例中，還包括發光二極管。在另一個實施例中，在深入到傳感器電極的較低橫向互連級中的溝槽中形成所述二極管。 在再一個實施例中，該器件包括光電檢測二極管。在一個實施例中，所述二極管位于傳感器電極的較低橫向互連級中的深溝槽中。在另一個實施例中，MOS電路包括無線收發機。在再一個實施例中，無線收發機用于和網絡中的其它節點通信，并且它包括當檢測到干擾時根據低頻信道切換方案切換信道頻率的裝置。在一個實施例中，互連級包括低噪聲放大器。在另一個實施例中，低噪聲放大器包括在導體下面的應變硅區。在再一個實施例中，應變硅在襯底上面的第五或者第六互連級中。在一個實施例中，傳感器包括連接在器件的上表面上的焊盤之間的檢測元件。在另一個實施例中，元件是檢測氣體的薄膜。在再一個實施例中，元件是氧化鋅的組成物。在一個實施例中，所述元件檢測聲音，并且MOS電路包括用于處理來自元件的信號的音頻處理器。在本專利技術的另一個方案中，提供了一種制造上述實施例中的任何一個的傳感器器件的方法，該方法包括以下步驟在襯底中制造MOS電路，根據互連設計在相繼的制造周期中制造互連級，以互連MOS電路，以及在最后的互連級中制造傳感器電極和電介質。在一個實施例中，該方法還包括在頂部互連級上沉積鈍化層的步驟。在另一實施例中，該方法包括在互連級中的每層電介質上沉積刻蝕阻止層以及在頂部互連級電介質上沉積刻蝕阻止材料以提供鈍化層的步驟。在再一個實施例中，提供多孔氧化物作為較低互連級中的電介質，并使用通常的氧化物作為較高互連級中的電介質。在一個實施例中，在較高互連級中沉積應變的低噪聲放大器，所述放大器包括應變的硅區域。本專利技術的具體描述附圖的簡要說明從僅僅參考附圖借助于例子給出的其一些實施例的下述描述可以更清楚地理解本專利技術，其中圖I是本專利技術的單芯片無線傳感器器件的方框圖；圖2是表示用于制造該器件的工藝的流程圖；圖3 (a)是器件的橫截面圖，圖3 (b)是檢測電極的平面圖；而圖3 (C)是示出了電極之間的邊緣場的范圍的圖；圖4是器件的AD轉換器的示意圖；圖5是示出了替換實施例的傳感器部件的圖；圖6和7是替換傳感器部件的橫截面圖；圖8是用于最終封裝的密封(potting)裝置的圖；圖9是傳感器器件的12位SARAD轉換器的電路圖；附圖說明圖10是用于SAR轉換器的電容器陣列的布局圖；圖11是器件的微控制器的方框圖；圖12是示出了在器件的應變硅晶體管中的子表面電流流動路徑的橫截面圖；圖13是表示無線收發機的頻率選擇的圖；圖14示出了用于本專利技術的器件的通信方案；圖15是氣體檢測器件的橫截面圖；圖16是音頻傳感器的示意性橫截面圖；以及圖17是一個實施例中器件的LED和光電二極管的橫截面圖。具體實施例方式氣體/濕度傳感器實施例參考圖I，單芯片無線傳感器I包括通過傳送/接收接口 3連接到無線天線4的微控制器2。微控制器2還連接到8kB的RAM5、USB接口 6、RS232接口 8、64kB的閃存存儲器9和32kHz的晶體10。在這個實施例中，器件I檢測濕度和溫度，并且濕度傳感器11通過18位Σ AAD轉換器12連接到微控制器2，以及溫度傳感器13通過12位的SARAD轉換器14連接到微控制器2。器件I是在單個工藝中制造的單個集成芯片，其中在該單個工藝中使用標準CMOS處理技術制造電子和傳感器部件，應用該技術以在集成工藝中獲得電子和檢測部件。現在參考圖2、3 (a)、3 (b)和3 (C)更具體地描述制造工藝20，并且其包括步驟21 到 27。21,前端處理用CMOS阱、隔離氧化、多晶硅和注入處理硅襯底41，以形成MOS元件，如在CMOS處理中公知的。而且，在襯底中形成對溫度敏感的PNP晶體管，以提供傳感器13。22,較低互連和電介質沉積形成第一、第二和第三互連級42。這包括多孔低K 二氧化硅電介質42 (a)的化學汽相沉積(CVD)，以及刻蝕和鍍銅操作三個周期，以提供互連軌跡42 (b)。為了限制下一周期中刻蝕的范圍，每個周期都在刻蝕阻止層42 (c)的沉積中完成。刻蝕阻止材料是氮化硅Si3N4。每個周期的二氧化硅、互連金屬和刻蝕阻止形成第一互連的三級堆棧42。對于部件之間更快的信號傳輸來說，使用低K電介質允許本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種集成傳感器器件，包括：在半導體襯底中的MOS電路，傳感器，包括用于使被檢測的氣體或者濕氣進入的傳感器多孔材料，以及傳感器電極；各自具有互連導體和絕緣電介質的互連級，所述互連級在該襯底上并對所述MOS電路進行互連，所述傳感器電極嵌入互連電介質中并且被形成作為所述互連級中的頂部互連級的互連導體的完整部分，其中傳感器是電容性傳感器，其中傳感器電極是電容性電極，并且其中所述MOS電路包括用于處理來自該傳感器電極的信號的電路。

【技術特征摘要】
...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蒂莫西·卡明斯，
申請(專利權)人：硅實驗室公司，
類型：發明
國別省市：