集成电子传感器制造技术

一种集成传感器及其制造所述器件的方法，该器件包括在半导体衬底中的MOS电路，具有互连导体和绝缘电介质的互连级，所述级在衬底上并互连MOS电路，互连级包含具有嵌入互连电介质中的电极的传感器，以及MOS电路包括用于处理来自传感器电极的信号的处理器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子传感器。现有技术在电子工业中一个主要的驱动力是希望获得更大的功能集成，使得生产更自动化并降低每单位的成本。当然，附加的优点是减小的尺寸以及由此更高的电路密度。更重要的是，对于电池应用来说，由于降低的寄生电容，所以更高的集成通常导致更低的能耗。然而，在传感器领域中，尤其是在无线传感器领域中，由于在将微控制器、A-D转换器(ADC)、存储器、RF收发机和传感器元件集成到一个集成的传感器器件中碰到的困难，所以已经减慢了更高的集成。由于对于各种元件的材料处理的不兼容性，所以这些困难已经出现了。例如，通常在陶瓷或者玻璃衬底上制造传感器元件，并且传感器元件不可能容易地集成在硅上。RF收发机典型地由双极晶体管构成，它们难以和其它技术例如CMOS集成在一起。而且，很多CMOS的高分辨率ADC是利用多晶一多晶电容器制成，它们遭受着衬底寄生效应、应力和失配效应的影响。而且，在IC处理中使用的铝金属化容易腐蚀，因此限制了对于某些类传感器应用的有效性。US6724612和US6690569介绍了具有电子和传感部件的传感器器件，所述传感部件是电容性的电极。然而，电极需要钼或者金涂覆以及聚合物的沉积作为检测湿度的电介质。这种处理不受大容量半导体处理的影响。本专利技术解决了这些问题。
技术实现思路
根据本专利技术，提供了一种集成传感器器件，包括在半导体衬底中的MOS电路，具有互联导体和绝缘电介质的互连级，所述级在衬底上面并互联MOS电路，互连级包含具有嵌入互连电介质中的电极的传感器，以及MOS电路包括处理来自传感器电极的信号的处理器。在一个实施例中，传感器包括多孔氧化物，用于导入被检测的气体或者湿度。在另一个实施例中，多孔氧化物是掺杂了碳的Si02。在再一个实施例中，传感器是电容性传感器。在一个实施例中，传感器包括在传感器电极上的钝化层。在另一个实施例中，多孔氧化物沉积在钝化层上，并且MOS电路检测电极之间的边缘场的变化。在再一个实施例中，包括在互连级之间的刻蚀阻止层，并且钝化层是和刻蚀阻止材料相同的组成物。在一个实施例中，钝化层是Si3N4的组成物。在另一个实施例中，钝化层在检测电极上凹进。在再一个实施例中，在凹槽中有多孔氧化物膜。在一个实施例中，多孔氧化物位于电极之间并且被暴露出来。在另一个实施例中，MOS电路在垂直维度上直接位于传感器之下。在再一个实施例中，MOS电路包括温度传感器。在一个实施例中，温度传感器包括PNP晶体管。在另一个实施例中，MOS电路包括微控制器，用于处理气体或者来自该气体或湿度传感器的湿度信号和来自温度传感器的温度信号，以提供增强的输出。在再一个实施例中，增强的输出是校正了温度的气体或者湿度的读数。在一个实施例中，传感器包括沉积在传感器电极上的聚酰亚胺。在另一实施例中，MOS电路包括连接在传感器电极和处理器之间的AD转换器。在再一个实施例中，AD转换器包括具有围绕有效的(active) AD转换器电容器的恒定布局(topography)的虚拟电容器的阵列。在一个实施例中，还包括发光二极管。在另一个实施例中，在深入到传感器电极的较低横向互连级中的沟槽中形成所述二极管。 在再一个实施例中，该器件包括光电检测二极管。在一个实施例中，所述二极管位于传感器电极的较低横向互连级中的深沟槽中。在另一个实施例中，MOS电路包括无线收发机。在再一个实施例中，无线收发机用于和网络中的其它节点通信，并且它包括当检测到干扰时根据低频信道切换方案切换信道频率的装置。在一个实施例中，互连级包括低噪声放大器。在另一个实施例中，低噪声放大器包括在导体下面的应变硅区。在再一个实施例中，应变硅在衬底上面的第五或者第六互连级中。在一个实施例中，传感器包括连接在器件的上表面上的焊盘之间的检测元件。在另一个实施例中，元件是检测气体的薄膜。在再一个实施例中，元件是氧化锌的组成物。在一个实施例中，所述元件检测声音，并且MOS电路包括用于处理来自元件的信号的音频处理器。在本专利技术的另一个方案中，提供了一种制造上述实施例中的任何一个的传感器器件的方法，该方法包括以下步骤在衬底中制造MOS电路，根据互连设计在相继的制造周期中制造互连级，以互连MOS电路，以及在最后的互连级中制造传感器电极和电介质。在一个实施例中，该方法还包括在顶部互连级上沉积钝化层的步骤。在另一实施例中，该方法包括在互连级中的每层电介质上沉积刻蚀阻止层以及在顶部互连级电介质上沉积刻蚀阻止材料以提供钝化层的步骤。在再一个实施例中，提供多孔氧化物作为较低互连级中的电介质，并使用通常的氧化物作为较高互连级中的电介质。在一个实施例中，在较高互连级中沉积应变的低噪声放大器，所述放大器包括应变的硅区域。本专利技术的具体描述附图的简要说明从仅仅参考附图借助于例子给出的其一些实施例的下述描述可以更清楚地理解本专利技术，其中图I是本专利技术的单芯片无线传感器器件的方框图；图2是表示用于制造该器件的工艺的流程图；图3 (a)是器件的横截面图，图3 (b)是检测电极的平面图；而图3 (C)是示出了电极之间的边缘场的范围的图；图4是器件的AD转换器的示意图；图5是示出了替换实施例的传感器部件的图；图6和7是替换传感器部件的横截面图；图8是用于最终封装的密封(potting)装置的图；图9是传感器器件的12位SARAD转换器的电路图；附图说明图10是用于SAR转换器的电容器阵列的布局图；图11是器件的微控制器的方框图；图12是示出了在器件的应变硅晶体管中的子表面电流流动路径的横截面图；图13是表示无线收发机的频率选择的图；图14示出了用于本专利技术的器件的通信方案；图15是气体检测器件的横截面图；图16是音频传感器的示意性横截面图；以及图17是一个实施例中器件的LED和光电二极管的横截面图。具体实施例方式气体/湿度传感器实施例参考图I，单芯片无线传感器I包括通过传送/接收接口 3连接到无线天线4的微控制器2。微控制器2还连接到8kB的RAM5、USB接口 6、RS232接口 8、64kB的闪存存储器9和32kHz的晶体10。在这个实施例中，器件I检测湿度和温度，并且湿度传感器11通过18位Σ AAD转换器12连接到微控制器2，以及温度传感器13通过12位的SARAD转换器14连接到微控制器2。器件I是在单个工艺中制造的单个集成芯片，其中在该单个工艺中使用标准CMOS处理技术制造电子和传感器部件，应用该技术以在集成工艺中获得电子和检测部件。现在参考图2、3 (a)、3 (b)和3 (C)更具体地描述制造工艺20，并且其包括步骤21 到 27。21,前端处理用CMOS阱、隔离氧化、多晶硅和注入处理硅衬底41，以形成MOS元件，如在CMOS处理中公知的。而且，在衬底中形成对温度敏感的PNP晶体管，以提供传感器13。22,较低互连和电介质沉积形成第一、第二和第三互连级42。这包括多孔低K 二氧化硅电介质42 (a)的化学汽相沉积(CVD)，以及刻蚀和镀铜操作三个周期，以提供互连轨迹42 (b)。为了限制下一周期中刻蚀的范围，每个周期都在刻蚀阻止层42 (c)的沉积中完成。刻蚀阻止材料是氮化硅Si3N4。每个周期的二氧化硅、互连金属和刻蚀阻止形成第一互连的三级堆栈42。对于部件之间更快的信号传输来说，使用低K电介质允许本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成传感器器件，包括：在半导体衬底中的MOS电路，传感器，包括用于使被检测的气体或者湿气进入的传感器多孔材料，以及传感器电极；各自具有互连导体和绝缘电介质的互连级，所述互连级在该衬底上并对所述MOS电路进行互连，所述传感器电极嵌入互连电介质中并且被形成作为所述互连级中的顶部互连级的互连导体的完整部分，其中传感器是电容性传感器，其中传感器电极是电容性电极，并且其中所述MOS电路包括用于处理来自该传感器电极的信号的电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒂莫西·卡明斯，
申请(专利权)人：硅实验室公司，
类型：发明
国别省市：