兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法技術(shù)

一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法，包括：利用MOS器件的多晶硅柵的形成工藝形成氣體傳感器的多晶硅加熱層；利用MOS器件互連結(jié)構(gòu)的形成工藝形成傳感器互連結(jié)構(gòu)；然后在傳感器互連結(jié)構(gòu)的第二頂層金屬互連層表面形成氣敏層；采用干法刻蝕工藝刻蝕位于氣敏層周圍的鈍化層、介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，形成環(huán)繞氣敏層的溝槽；采用各向同性刻蝕工藝對溝槽暴露出的襯底進行刻蝕，在傳感器區(qū)上方形成懸空結(jié)構(gòu)，懸空結(jié)構(gòu)與傳感器區(qū)襯底之間具有隔熱區(qū)域。本發(fā)明專利技術(shù)氣體傳感器的形成工藝與MOS器件的形成工藝完全兼容，將氣體傳感器和MOS器件集成在同一芯片上，縮小芯片面積，降低功耗、提高集成度和產(chǎn)量。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法
本專利技術(shù)涉及半導體制作領(lǐng)域技術(shù)，特別涉及一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法。
技術(shù)介紹
氣體傳感器是一種將氣體中特定的成分通過某種原理檢測出來，并且把檢測出來的某種信號轉(zhuǎn)換成適當?shù)碾妼W信號的器件。隨著人類對環(huán)保、污染及公共安全等問題的日益重視，以及人們對于生活水平的要求的不斷提高，氣體傳感器在工業(yè)、民用和環(huán)境監(jiān)測三大主要領(lǐng)域內(nèi)取得了廣泛的應用。根據(jù)氣體傳感器檢測氣體的原理的不同，氣體傳感器主要包括催化燃燒式、電化學式、熱導式、紅外吸收式和半導體式氣體傳感器等。其中，半導體式氣體傳感器包括電阻式氣體傳感器和非電阻式氣體傳感器，由于電阻式氣體傳感器具有靈敏度高、操作方便、體積小、成本低廉、響應時間短和恢復時間短等優(yōu)點，使得電阻式氣體傳感器得到了廣泛應用，例如在對易燃易爆氣體(如CH4，H2等)和有毒有害氣體(如CO、NOx等)的探測中起著重要的作用。一般的，需要提供信號處理電路使氣體傳感器正常工作，現(xiàn)有技術(shù)常用的方法為：分別單獨形成氣體傳感器以及信號處理器件，然后將氣體傳感器以及信號處理器件進行封裝組合。若采用兼容的標準CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)工藝來進行氣體傳感器的制作，則能夠?qū)怏w傳感器與CMOS信號處理器件集成在同一芯片上，從而提高產(chǎn)品性能、縮小芯片面積、提高集成化、提高產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本等。因此，亟需提供一種新的氣體傳感器的形成方法，同時將氣體傳感器和CMOS信號處理器件集成在同一芯片上，且形成氣體傳感器的工藝不會對CMOS信號處理器件造成不良影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的問題是提供一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法，氣體傳感器的形成工藝與MOS器件的形成工藝兼容性高，縮小芯片面積、提高集成度和產(chǎn)量，降低功耗和生產(chǎn)成本。為解決上述問題，本專利技術(shù)提供一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法，包括：提供襯底，所述襯底包括MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)，其中，所述傳感器區(qū)為待形成氣體傳感器的區(qū)域；所述MOS器件區(qū)為待形成MOS信號處理器件的區(qū)域；在所述MOS器件區(qū)部分襯底表面形成多晶硅柵，在形成所述多晶硅柵的同時，在所述傳感器區(qū)部分襯底上形成多晶硅加熱層；在所述MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)襯底上形成介質(zhì)層，且所述介質(zhì)層覆蓋于多晶硅柵表面以及多晶硅加熱層表面；在所述介質(zhì)層內(nèi)形成MOS器件互連結(jié)構(gòu)以及傳感器互連結(jié)構(gòu)；其中，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)位于MOS器件區(qū)上方，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)與多晶硅柵電連接，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，且所述MOS器件區(qū)的金屬互連層中包括第一頂層金屬互連層，所述第一頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平；部分所述傳感器互連結(jié)構(gòu)與多晶硅加熱層電連接，所述傳感器互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，傳感器區(qū)的金屬互連層中包括第二頂層金屬互連層，且所述傳感器互連結(jié)構(gòu)中至少有1層金屬互連層還位于MOS器件區(qū)上方，所述第二頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平，且第二頂層金屬互連層與多晶硅加熱層相互電絕緣；在所述介質(zhì)層表面以及第一頂層金屬互連層表面形成鈍化層，且所述鈍化層暴露出第二頂層金屬互連層表面；在所述第二頂層金屬互連層表面形成氣敏層；采用干法刻蝕工藝，依次刻蝕位于所述氣敏層周圍的鈍化層、介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，在傳感器區(qū)形成環(huán)繞所述氣敏層的溝槽；采用各向同性刻蝕工藝，沿所述溝槽暴露出的位于傳感器區(qū)的襯底側(cè)壁表面進行刻蝕，刻蝕去除位于多晶硅加熱層下方的部分厚度襯底，在所述傳感器區(qū)上方形成懸空結(jié)構(gòu)，且所述懸空結(jié)構(gòu)與傳感器區(qū)的襯底之間具有隔熱區(qū)域，其中，懸空結(jié)構(gòu)包括多晶硅加熱層、部分介質(zhì)層、傳感器互連結(jié)構(gòu)以及氣敏層。可選的，所述采用干法刻蝕工藝刻蝕去除的襯底厚度為5微米至10微米；在平行于所述襯底表面方向上，所述溝槽的尺寸為3微米至5微米。可選的，形成所述溝槽的工藝步驟包括：在所述鈍化層表面以及氣敏層表面形成第二光刻膠層，所述第二光刻膠層中具有位于傳感器區(qū)上方的環(huán)形開口，所述環(huán)形開口暴露出氣敏層周圍的鈍化層表面；以所述第二光刻膠層為掩膜，沿所述環(huán)形開口暴露出的鈍化層進行刻蝕，直至刻蝕去除部分厚度的襯底。可選的，采用XeF2進行所述各向同性刻蝕工藝；所述各向同性刻蝕工藝的工藝參數(shù)為：循環(huán)進行向刻蝕腔室內(nèi)通入XeF2和抽取XeF2的動作，刻蝕腔室內(nèi)XeF2壓強為100Pa至180Pa，且向刻蝕腔室內(nèi)通入XeF2后維持10秒至50秒，循環(huán)次數(shù)為5至15次。可選的，形成所述鈍化層的工藝步驟包括：在所述介質(zhì)層表面、第一頂層金屬互連層表面、以及第二頂層金屬互連層表面形成鈍化層；在所述鈍化層表面形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層暴露出位于第二頂層金屬互連層上方的鈍化層表面；以所述第一光刻膠層為掩膜，刻蝕去除位于所述第二頂層金屬互連層表面的鈍化層。可選的，所述氣敏層的材料為SnO2或摻雜有Pt的SnO2；采用磁控濺射工藝形成材料為SnO2的氣敏層，工藝參數(shù)為：提供Sn靶材，濺射氣體為Ar和O2，其中，Ar和O2的氣體流量比值為2:1至5:1，濺射腔室壓強為1Pa至5Pa，提供的工作電壓為500V至1000V，提供的射頻源功率為100瓦至200瓦，襯底100的溫度為20攝氏度至50攝氏度。可選的，所述多晶硅柵與襯底之間還形成有第一氧化層；所述多晶硅加熱層與襯底之間還形成有第二氧化層，其中，第二氧化層和第一氧化層在同一道工藝中形成；形成所述多晶硅柵與多晶硅加熱層的工藝步驟包括：在所述MOS器件區(qū)和傳感器區(qū)的襯底表面形成氧化層；在所述氧化層表面形成多晶硅層；圖形化所述MOS器件區(qū)的多晶硅層以及氧化層，形成位于MOS器件區(qū)部分襯底表面的第一氧化層、以及位于第一氧化層表面的多晶硅柵；圖形化所述傳感器區(qū)的多晶硅層以及氧化層，形成位于傳感器區(qū)部分襯底表面的第二氧化層、以及位于第二氧化層表面的多晶硅加熱層。可選的，所述介質(zhì)層、MOS器件互連結(jié)構(gòu)、傳感器互連結(jié)構(gòu)的形成方法包括：在所述襯底表面形成第一介質(zhì)層，且所述第一介質(zhì)層覆蓋于多晶硅柵表面以及多晶硅加熱層表面；在所述第一介質(zhì)層表面形成若干第一金屬互連層，一部分第一金屬互連層位于MOS器件區(qū)上方，且位于MOS器件區(qū)上方的第一金屬互連層與多晶硅柵電連接，另一部分第一金屬互連層位于傳感器區(qū)上方，位于傳感器區(qū)上方的第一金屬互連層分別與多晶硅加熱層電連接，且所述與多晶硅加熱層電連接的第一金屬互連層相互電絕緣；形成覆蓋于所述第一介質(zhì)層表面以及第一金屬互連層表面的第二介質(zhì)層；在所述第二介質(zhì)層表面形成若干第二金屬互連層，一部分第二金屬互連層位于MOS器件區(qū)上方，且位于MOS器件區(qū)上方的第二金屬互連層與多晶硅柵電連接，另一部分第二金屬互連層位于傳感器區(qū)上方，且位于傳感器區(qū)上方的部分第二金屬互連層與多晶硅加熱層電連接；形成覆蓋于所述第二介質(zhì)層表面以及第二金屬互連層表面的第三介質(zhì)層；在所述第三介質(zhì)層表面形成若干第三金屬互連層，一部分第三金屬互連層位于MOS器件區(qū)上方，且位于MOS器件區(qū)上方的第三金屬互連層與多晶硅柵電連接，另一部分第三金屬互連層位于傳感器區(qū)上方，位于傳感器區(qū)上方的第三金屬互連層與部分第二金屬互連層電連接，且傳感器區(qū)上方的第三金屬互連層與多晶硅加熱層之間電絕本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法，其特征在于，包括：提供襯底，所述襯底包括MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)，其中，所述傳感器區(qū)為待形成氣體傳感器的區(qū)域；所述MOS器件區(qū)為待形成MOS信號處理器件的區(qū)域；在所述MOS器件區(qū)部分襯底表面形成多晶硅柵，在形成所述多晶硅柵的同時，在所述傳感器區(qū)部分襯底上形成多晶硅加熱層；在所述MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)襯底上形成介質(zhì)層，且所述介質(zhì)層覆蓋于多晶硅柵表面以及多晶硅加熱層表面；在所述介質(zhì)層內(nèi)形成MOS器件互連結(jié)構(gòu)以及傳感器互連結(jié)構(gòu)；其中，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)位于MOS器件區(qū)上方，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)與多晶硅柵電連接，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，且所述MOS器件區(qū)的金屬互連層中包括第一頂層金屬互連層，所述第一頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平；所述傳感器互連結(jié)構(gòu)位于傳感器區(qū)上方，部分所述傳感器互連結(jié)構(gòu)與多晶硅加熱層電連接，所述傳感器互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，傳感器區(qū)的金屬互連層中包括第二頂層金屬互連層，且所述傳感器互連結(jié)構(gòu)中至少有1層金屬互連層還位于MOS器件區(qū)上方，所述第二頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平，且第二頂層金屬互連層與多晶硅加熱層相互電絕緣；在所述介質(zhì)層表面以及第一頂層金屬互連層表面形成鈍化層，且所述鈍化層暴露出第二頂層金屬互連層表面；在所述第二頂層金屬互連層表面形成氣敏層；采用干法刻蝕工藝，依次刻蝕位于所述氣敏層周圍的鈍化層、介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，在傳感器區(qū)形成環(huán)繞所述氣敏層的溝槽；采用各向同性刻蝕工藝，沿所述溝槽暴露出的位于傳感器區(qū)的襯底側(cè)壁表面進行刻蝕，刻蝕去除位于多晶硅加熱層下方的部分厚度襯底，在所述傳感器區(qū)上方形成懸空結(jié)構(gòu)，且所述懸空結(jié)構(gòu)與傳感器區(qū)的襯底之間具有隔熱區(qū)域，其中，懸空結(jié)構(gòu)包括多晶硅加熱層、部分介質(zhì)層、傳感器互連結(jié)構(gòu)以及氣敏層。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種兼容CMOS工藝的氣體傳感器的形成方法，其特征在于，包括：提供襯底，所述襯底包括MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)，其中，所述傳感器區(qū)為待形成氣體傳感器的區(qū)域；所述MOS器件區(qū)為待形成MOS信號處理器件的區(qū)域；在所述MOS器件區(qū)部分襯底表面形成多晶硅柵，在形成所述多晶硅柵的同時，在所述傳感器區(qū)部分襯底上形成多晶硅加熱層；在所述MOS器件區(qū)以及傳感器區(qū)襯底上形成介質(zhì)層，且所述介質(zhì)層覆蓋于多晶硅柵表面以及多晶硅加熱層表面；在所述介質(zhì)層內(nèi)形成MOS器件互連結(jié)構(gòu)以及傳感器互連結(jié)構(gòu)；其中，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)位于MOS器件區(qū)上方，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)與多晶硅柵電連接，所述MOS器件互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，且所述MOS器件區(qū)的金屬互連層中包括第一頂層金屬互連層，所述第一頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平；所述傳感器互連結(jié)構(gòu)位于傳感器區(qū)上方，部分所述傳感器互連結(jié)構(gòu)與多晶硅加熱層電連接，所述傳感器互連結(jié)構(gòu)至少包括2層金屬互連層，傳感器區(qū)的金屬互連層中包括第二頂層金屬互連層，且所述傳感器互連結(jié)構(gòu)中至少有1層金屬互連層還位于MOS器件區(qū)上方，所述第二頂層金屬互連層頂部與介質(zhì)層頂部齊平，且第二頂層金屬互連層與多晶硅加熱層相互電絕緣；在所述介質(zhì)層表面以及第一頂層金屬互連層表面形成鈍化層，且所述鈍化層暴露出第二頂層金屬互連層表面；在所述第二頂層金屬互連層表面形成氣敏層；采用干法刻蝕工藝，依次刻蝕位于所述氣敏層周圍的鈍化層、介質(zhì)層以及部分厚度的襯底，在傳感器區(qū)形成環(huán)繞所述氣敏層的溝槽；采用各向同性刻蝕工藝，沿所述溝槽暴露出的位于傳感器區(qū)的襯底側(cè)壁表面進行刻蝕，刻蝕去除位于多晶硅加熱層下方的部分厚度襯底，在所述傳感器區(qū)上方形成懸空結(jié)構(gòu)，且所述懸空結(jié)構(gòu)與傳感器區(qū)的襯底之間具有隔熱區(qū)域，其中，懸空結(jié)構(gòu)包括多晶硅加熱層、部分介質(zhì)層、傳感器互連結(jié)構(gòu)以及氣敏層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述采用干法刻蝕工藝刻蝕去除的襯底厚度為5微米至10微米；在平行于所述襯底表面方向上，所述溝槽的尺寸為3微米至5微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述溝槽的工藝步驟包括：在所述鈍化層表面以及氣敏層表面形成第二光刻膠層，所述第二光刻膠層中具有位于傳感器區(qū)上方的環(huán)形開口，所述環(huán)形開口暴露出氣敏層周圍的鈍化層表面；以所述第二光刻膠層為掩膜，沿所述環(huán)形開口暴露出的鈍化層進行刻蝕，直至刻蝕去除部分厚度的襯底。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，采用XeF2進行所述各向同性刻蝕工藝；所述各向同性刻蝕工藝的工藝參數(shù)為：循環(huán)進行向刻蝕腔室內(nèi)通入XeF2和抽取XeF2的動作，刻蝕腔室內(nèi)XeF2壓強為100Pa至180Pa，且向刻蝕腔室內(nèi)通入XeF2后維持10秒至50秒，循環(huán)次數(shù)為5至15次。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述鈍化層的工藝步驟包括：在所述介質(zhì)層表面、第一頂層金屬互連層表面、以及第二頂層金屬互連層表面形成鈍化層；在所述鈍化層表面形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層暴露出位于第二頂層金屬互連層上方的鈍化層表面；以所述第一光刻膠層為掩膜，刻蝕去除位于所述第二頂層金屬互連層表面的鈍化層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述氣敏層的材料為SnO2或摻雜有Pt的SnO2；采用磁控濺射工藝形成材料為SnO2的氣敏層，工藝參數(shù)為：提供Sn靶材，濺射氣體為Ar和O2，其中，Ar和O2的氣體流量比值為2:1至5:1，濺射腔室壓強為1Pa至5Pa，提供的工作電壓為500V至1000V，提供的射頻源功率為100瓦至200瓦，襯底的溫度為20攝氏度至50攝氏度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述多晶硅柵與襯底之間還形成有第一氧化層；所述多晶硅加熱層與襯底之間還形成有第二氧化層，其中，第二氧化層和第一氧化層在同一道工藝中形成；形成所述多晶硅柵與多晶硅加熱層的工藝步驟包括：在所述MOS器件區(qū)和傳感器區(qū)的襯底表面形成氧化層；在所述氧化層表面形成多晶硅層；圖形化所述MOS器件區(qū)的多晶硅層以及氧化層，形成位于MOS器件區(qū)部分襯底表面的第一氧化層、以及位于第一氧化層表面的多晶硅柵；圖形化所述傳感器區(qū)的多晶硅層以及氧化層...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：袁彩雷，俞挺，駱興芳，
申請(專利權(quán))人：江西師范大學，
類型：發(fā)明
國別省市：江西,36