用于气体传感器装置的CMOS集成微型加热器制造方法及图纸

本文给出了具有温度均匀性的气体传感器装置。在一个实施方式中，装置包括互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底层、介电层和气体传感层。介电层沉积在CMOS衬底层上。此外，介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联。气体传感层沉积在介电层上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于气体传感器装置的CMOS集成微型加热器相关申请的交叉引用本申请要求2016年1月19日提交的，题为用于气体传感器装置的CMOS集成微型加热器的，申请序列号为15/000,729的美国非临时专利的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
本公开的主题涉及一种气体传感器装置。
技术介绍
一些气体传感器依赖于在气体存在的同时化学传感材料中的物理变化或化学变化，以确定周围环境中的气体浓度。此外，一些化学传感材料优选在高于正常环境温度或室温的温度下操作。然而，将传统加热器结合在气体传感器装置中会导致对气体传感器装置的其他集成部件的损坏，增加气体传感器装置的成本和/或增加气体传感器装置的功率消耗。
技术实现思路
下文呈现了本说明书的简化概要，以提供本说明书的一些方面的基本理解。这些概要不是本说明书的广泛概述。其并未意图指出本说明书的关键或重要元件，也未意图特定将任何范围划定为本说明书的任何实施方式，或划定权利要求的任何范围。其仅仅是为了以简化的形式来呈现本说明书的一些概念，作为将在后文呈现的更为详细的描述的序言。根据一种实施方式，一种装置包括互补金属氧化物半导体衬底层(即CMOS衬底层)、介电层和气体传感层。介电层沉积在CMOS衬底层上。此外，介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联。气体传感层沉积在介电层上。根据另一种实施方式，一种装置至少包括介电层和气体传感层。介电层沉积在硅衬底层上。此外，介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联。气体传感层沉积在介电层上，其中加热元件向气体传感层提供热量。根据又一实施方式，一种装置至少包括介电层和气体传感层。介电层沉积在硅衬底层上。此外，介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联，其中温度传感器与第一电阻相关联，并且加热元件与第二电阻相关联。气体传感层沉积在介电层上。以下更详细地描述这些和其他实施方式。附图说明参考附图进一步描述各种非限制性实施方式，其中：图1描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的气体传感器装置的横截面视图；图2描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的加热元件和温度传感器的横截面视图；图3描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的表示与温度传感器相关联的电阻的示意图；图4描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的表示与加热元件相关联的电阻的示意图；图5描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的气体传感器装置的另一个横截面视图；图6描绘了根据本文描述的各个方面和实施方式的气体传感器装置的又一个横截面视图；图7是根据本文描述的各个方面和实施方式的用于在气体传感器中提供均匀温度的示例性方法的流程图；图8是根据本文描述的各个方面和实施方式的用于提供具有均匀温度的气体传感器的微加热器的示例性方法的流程图；图9是根据本文描述的各个方面和实施方式的用于调节温度传感器的电阻的示例性方法的流程图；以及图10是根据本文描述的各个方面和实施方式的用于调节加热元件的电阻的示例性方法的流程图。具体实施方式概观：虽然提供了简要概述，但在本文所描述或描绘的本公开的主题的某些方面是出于说明而非限制的目的。因此，由所公开的装置、系统和方法所建议的公开实施例的变型是意图包含在本文公开的主题的范围内。如上所述，某些气体传感器依赖于在气体存在的同时化学传感材料中的物理变化或化学变化，以确定周围环境中的气体浓度。此外，一些化学传感材料优选在高于正常环境温度或室温的温度下操作。然而，将传统加热器结合在气体传感器装置中会导致对气体传感器装置的其他集成部件的损坏，增加气体传感器装置的成本和/或增加气体传感器装置的功率消耗。为了这些和/或相关的目的，描述了互补金属氧化物半导体(即，CMOS)集成微加热器的各个方面和实施例。在配置用于感测周围环境中的气体的气体传感器装置(例如：气体传感装置)的背景下描述了本公开的主题的系统、技术和方法的各种实施方式。在一个实施方式中，气体传感器装置包括悬置在气体传感器装置的CMOS部分(例如：CMOS介电层)中的微加热器。微加热器可包括作为加热元件的多晶硅(例如：多晶硅金属栅极)和/或用于气体传感应用的温度传感元件。在一个方面中，微加热器可包括加热器电阻器(例如：包括释放结构的加热器电阻器)。加热器电阻器可以包括在加热器电阻器的边缘处的较高电阻，其耦合到气体传感器装置的衬底(例如：CMOS衬底)。加热器电阻器的其他边缘可以包括较低的电阻。另外，微加热器可包括温度传感器电阻器。温度传感器电阻器可以包括在微加热器的加热区域的中心处使用较低掺杂或非硅化方法的较高电阻，以提高气体传感器装置的温度感测精度。微加热器的电阻设计(例如：加热器的电阻设计和气体传感器装置的温度传感器)可以基于多晶硅的几何形状和/或类型(例如：栅极多晶硅电阻器的选择性硅化物)而变化。因此，可以实现气体传感器的面内温度均匀性。此外，通过在气体传感器装置的CMOS部分(例如：CMOS层)中采用加热器和温度传感器，微加热器可以容易地与气体传感器装置的加热器控制电路集成。还可以降低气体传感器装置的成本(例如：模具的尺寸和/或成本)和/或也可以改善气体传感器装置的温度反馈控制。此外，可以降低气体传感器装置的其他集成部件的损坏风险和/或降低气体传感器装置的功率消耗。在一种实施方式中，可以在气体传感器装置的CMOS部分(例如：CMOS介电层)中形成金属通孔(例如：铝通孔、钨通孔、其他金属通孔等)。金属通孔可以在微加热器的面内方向和面外方向上提供改善的温度均匀性。气体传感器装置可包括例如：气体传感层触点(例如：贵金属)，其电耦合到气体传感器装置的气体传感材料(例如：沉积在气体传感器装置的顶层上的气体传感材料)。然而，如下面进一步详述的，各种示例性实施方式可以应用于气体传感器装置的其他区域，而不脱离本文描述的主题。示例性实施方式：参考附图描述了本公开的主题的各个方面或特征，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在本说明书中，阐述了许多具体细节以便提供对本公开的主题的透彻理解。然而，应该理解，本公开的某些方面可以在没有这些具体细节的情况下实践，或者利用其他方法、组件、参数等来实践。在其他情况下，以框图形式示出了公知的结构和设备，以便于各种实施例的描述和说明。图1描绘了根据本公开的主题的各种非限制性方面的气体传感器装置100的剖视图。气体传感器装置100可以是具有均匀温度设计的气体传感器(例如：气体传感器装置100中的温度分布可以是均匀的)。气体传感器装置100包括CMOS衬底层102a、介电层104和气体传感层106。介电层104可以沉积或形成在CMOS衬底层102a上。例如：可以通过湿法蚀刻或干法蚀刻将介电层104蚀刻到CMOS衬底层102a。此外，介电层104到CMOS衬底的蚀刻可以是各向同性蚀刻或各向异性蚀刻(例如：深反应离子蚀刻等)。CMOS衬底层102a可包括腔102b。腔102b可以热隔离介电层104。介电层104可以为气体传感装置100的温度传感元件和/或加热元件提供机械支撑。介电层104可以包括温度传感器108和加热元件110a-b。在一个实施例中，加热元件110a-b可以微加热器实现。温度传感器10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种装置，其特征在于，所述装置包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底层；沉积在所述CMOS衬底层上的介电层，所述介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联；以及沉积在所述介电层上的气体传感层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.19 US 15/000,7291.一种装置，其特征在于，所述装置包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)衬底层；沉积在所述CMOS衬底层上的介电层，所述介电层包括温度传感器和耦合到传热层的加热元件，所述传热层与一组金属互连相关联；以及沉积在所述介电层上的气体传感层。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度传感器包括第一类型的多晶硅，且所述加热元件包括第二类型的多晶硅。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，温度传感器在加热元件的第一加热元件和加热元件的第二加热元件之间实现。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一加热元件和所述第二加热元件被配置为微桥结构。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一加热元件和所述第二加热元件被配置为电阻结构，以产生一定量的热量。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基于所述加热元件的几何形状来调节所述加热元件的电阻。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基于所述加热元件的掺杂水平调节所述加热元件的电阻。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述温度传感器被配置为电阻结构，以感测与所述气体传感层相关联的温度。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基于所述温度传感器的掺杂水平调节所述温度传感器的电阻。10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，基于与所述温度传感器相关联的硅化工艺来调节所述温度传感器的电阻。11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传热层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘芳，吉姆·沙菲亚，朱智能，麦可·佩罗特，
申请(专利权)人：应美盛公司，
类型：发明
国别省市：美国,US