气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器制造技术

一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器，其中CMOS气体传感器包括：衬底；位于部分衬底表面的多晶硅栅；位于部分衬底表面的多晶硅加热层；位于衬底上的介质层；位于所述介质层内的MOS器件互连结构以及传感器互连结构；位于所述介质层表面以及第一顶层金属互连层表面的钝化层；位于所述第二顶层金属互连层表面的气敏层；环绕所述气敏层且位于传感器区上方的沟槽；被所述沟槽环绕的悬空结构，所述悬空结构与传感器区的衬底之间具有隔热区域，且所述悬空结构底部与介质层底部齐平。本发明专利技术气体传感器的形成工艺与MOS器件的形成工艺完全兼容，将气体传感器和MOS器件集成在同一芯片上，缩小芯片面积，降低功耗、提高集成度和产量。

【技术实现步骤摘要】
气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器
本专利技术涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器。
技术介绍
气体传感器是一种将气体中特定的成分通过某种原理检测出来，并且把检测出来的某种信号转换成适当的电学信号的器件。随着人类对环保、污染及公共安全等问题的日益重视，以及人们对于生活水平的要求的不断提高，气体传感器在工业、民用和环境监测三大主要领域内取得了广泛的应用。根据气体传感器检测气体的原理的不同，气体传感器主要包括催化燃烧式、电化学式、热导式、红外吸收式和半导体式气体传感器等。其中，半导体式气体传感器包括电阻式气体传感器和非电阻式气体传感器，由于电阻式气体传感器具有灵敏度高、操作方便、体积小、成本低廉、响应时间短和恢复时间短等优点，使得电阻式气体传感器得到了广泛应用，例如在对易燃易爆气体(如CH4，H2等)和有毒有害气体(如CO、NOx等)的探测中起着重要的作用。一般的，需要提供信号处理电路使气体传感器正常工作，现有技术常用的方法为：分别单独形成气体传感器以及信号处理器件，然后将气体传感器以及信号处理器件进行封装组合。若采用兼容的标准CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)工艺来进行气体传感器的制作，则能够将气体传感器与CMOS信号处理器件集成在同一芯片上，从而提高产品性能、缩小芯片面积、提高集成化、提高产量、降低生产成本等。因此，亟需提供一种新的气体传感器的形成方法，同时将气体传感器和CMOS信号处理器件集成在同一芯片上，且形成气体传感器的工艺不会对CMOS信号处理器件造成不良影响。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器，气体传感器的形成工艺与MOS器件的形成工艺兼容性高，缩小芯片面积、提高集成度和产量，降低功耗和生产成本。为解决上述问题，本专利技术提供一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器，包括：衬底，所述衬底包括MOS器件区以及传感器区；位于所述MOS器件区部分衬底表面的多晶硅栅；位于所述传感器区部分衬底表面的多晶硅加热层；位于所述MOS器件区以及传感器区衬底上的介质层，且所述介质层覆盖于多晶硅栅表面以及多晶硅加热层表面；位于所述介质层内的MOS器件互连结构以及传感器互连结构；其中，所述MOS器件互连结构位于MOS器件区上方，所述MOS器件互连结构与多晶硅栅电连接，所述MOS器件互连结构至少包括2层金属互连层，且所述MOS器件区的金属互连层中包括第一顶层金属互连层，所述第一顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；所述传感器互连结构位于传感器区上方，所述传感器互连结构与多晶硅加热层电连接，所述传感器互连结构至少包括2层金属互连层，传感器区的金属互连层中包括第二顶层金属互连层，且所述传感器互连结构中至少有1层金属互连层还位于MOS器件区上方，所述第二顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；位于所述介质层表面以及第一顶层金属互连层表面的钝化层；位于所述第二顶层金属互连层表面的气敏层，所述气敏层的材料为Nb2O5；环绕所述气敏层且位于传感器区上方的沟槽，所述沟槽贯穿传感器区上方的钝化层以及介质层，且所述沟槽暴露出传感器区的部分衬底表面；被所述沟槽环绕的悬空结构，所述悬空结构与传感器区的衬底之间具有隔热区域，且所述悬空结构底部与介质层底部齐平。可选的，所述介质层包括：位于MOS器件区和传感器区的衬底表面的第一介质层、位于第一介质层表面的第二介质层、位于第二介质层表面的第三介质层、位于第三介质层表面的第四介质层、以及位于第四介质层表面的顶层介质层。可选的，所述MOS器件互连结构包括4层金属互连层，所述MOS器件互连结构包括：位于MOS器件区第一介质层表面的第一金属互连层、位于MOS器件区第二介质层表面的第二金属互连层、位于MOS器件区第三介质层表面的第三金属互连层、位于MOS器件区第四介质层表面的第一顶层金属互连层。可选的，所述MOS器件互连结构还包括：位于第一介质层内的第一导电插塞，所述第一导电插塞与多晶硅栅以及第一金属互连层电连接；位于第二介质层内的第二导电插塞，所述第二导电插塞与第一金属互连层以及第二金属互连层电连接；位于第三介质层内的第三导电插塞，所述第三导电插塞与第二金属互连层以及第三金属互连层电连接；位于第四介质层内的第四导电插塞，所述第四导电插塞与第三金属互连层以及第一顶层金属互连层电连接。可选的，所述传感器互连结构包括4层金属互连层，所述传感器互连结构包括：位于传感器区第一介质层表面的第一金属互连层、位于传感器区第二介质层表面的第二金属互连层、位于传感器区第三介质层表面的第三金属互连层、位于传感器区第四介质层表面的若干相互电绝缘的第二顶层金属互连层。可选的，所述传感器互连结构还包括：位于第一介质层内的第一导电插塞，所述第一导电插塞与多晶硅加热层以及第一金属互连层电连接，且与所述多晶硅加热层电连接的第一金属互连层相互电绝缘；位于第二介质层内的第二导电插塞，所述第二导电插塞与第一金属互连层以及部分第二金属互连层电连接；位于第三介质层内的第三导电插塞，所述第三导电插塞与部分第二金属互连层以及第三金属互连层电连接，且第三金属互连层与多晶硅加热层之间电绝缘；位于第四介质层内的第四导电插塞，所述第四导电插塞与第三金属互连层以及第二顶层金属互连层电连接。可选的，所述传感器互连结构中具有若干相互电绝缘的第二金属互连层，所述传感器互连结构中的第二金属互连层还位于MOS器件区的第二介质层表面，其中，传感器互连结构中的部分第二金属互连层与多晶硅加热层电连接，传感器互连结构中的另一部分第二金属互连层与第二顶层金属互连层电连接；所述传感器互连结构中的第二金属互连层为悬空结构的支撑臂。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的CMOS气体传感器的形成方法的技术方案中，在形成MOS器件区的多晶硅栅的同时，在传感器区部分衬底上形成多晶硅加热层；在MOS器件区和传感器区衬底上形成介质层，且介质层还覆盖于多晶硅栅表面以及多晶硅加热层表面；然后在介质层内形成MOS器件互连结构以及传感器互连结构，其中，MOS器件互连结构位于MOS器件区上方且与多晶硅栅电连接，传感器互连结构位于传感器区上方且与多晶硅加热层电连接；然后在介质层表面以及第一顶层金属互连层表面形成钝化层，在所述钝化层暴露出的第二顶层金属互连层表面形成气敏层；接着，采用干法刻蚀工艺，依次刻蚀位于气敏层周围的钝化层、介质层以及部分厚度的衬底，在传感器区形成环绕气敏层的沟槽；采用采用各向同性刻蚀工艺，沿所述沟槽暴露出的位于传感器区的衬底侧壁表面进行刻蚀，刻蚀去除位于多晶硅加热层下方的部分厚度衬底，在所述传感器区上方形成悬空结构，且所述悬空结构与传感器区的衬底之间具有隔热区域，其中，悬空结构包括多晶硅加热层、部分介质层、传感器互连结构以及气敏层。本专利技术中气体传感器的形成工艺与MOS器件的形成工艺完全兼容，能够将MOS器件与气体传感器集成在同一芯片上，缩小了芯片面积，提高了集成度和产量，降低功耗以及生产成本。进一步，本专利技术在采用磁控溅射工艺形成气敏层时，溅射腔室内的氧分压适中，具体的，Ar和O2的气体流量比值为2:1至5:1，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括MOS器件区以及传感器区；位于所述MOS器件区部分衬底表面的多晶硅栅；位于所述传感器区部分衬底表面的多晶硅加热层；位于所述MOS器件区以及传感器区衬底上的介质层，且所述介质层覆盖于多晶硅栅表面以及多晶硅加热层表面；位于所述介质层内的MOS器件互连结构以及传感器互连结构；其中，所述MOS器件互连结构位于MOS器件区上方，所述MOS器件互连结构与多晶硅栅电连接，所述MOS器件互连结构至少包括2层金属互连层，且所述MOS器件区的金属互连层中包括第一顶层金属互连层，所述第一顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；所述传感器互连结构位于传感器区上方，所述传感器互连结构与多晶硅加热层电连接，所述传感器互连结构至少包括2层金属互连层，传感器区的金属互连层中包括第二顶层金属互连层，且所述传感器互连结构中至少有1层金属互连层还位于MOS器件区上方，所述第二顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；位于所述介质层表面以及第一顶层金属互连层表面的钝化层；位于所述第二顶层金属互连层表面的气敏层，所述气敏层的材料为Nb2O5；环绕所述气敏层且位于传感器区上方的沟槽，所述沟槽贯穿传感器区上方的钝化层以及介质层，且所述沟槽暴露出传感器区的部分衬底表面；被所述沟槽环绕的悬空结构，所述悬空结构与传感器区的衬底之间具有隔热区域，且所述悬空结构底部与介质层底部齐平。...

【技术特征摘要】
1.一种气敏层的材料为Nb2O5的CMOS气体传感器，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括MOS器件区以及传感器区；位于所述MOS器件区部分衬底表面的多晶硅栅；位于所述传感器区部分衬底表面的多晶硅加热层；位于所述MOS器件区以及传感器区衬底上的介质层，且所述介质层覆盖于多晶硅栅表面以及多晶硅加热层表面；位于所述介质层内的MOS器件互连结构以及传感器互连结构；其中，所述MOS器件互连结构位于MOS器件区上方，所述MOS器件互连结构与多晶硅栅电连接，所述MOS器件互连结构至少包括2层金属互连层，且所述MOS器件区的金属互连层中包括第一顶层金属互连层，所述第一顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；所述传感器互连结构位于传感器区上方，所述传感器互连结构与多晶硅加热层电连接，所述传感器互连结构至少包括2层金属互连层，传感器区的金属互连层中包括第二顶层金属互连层，且所述传感器互连结构中至少有1层金属互连层还位于MOS器件区上方，所述第二顶层金属互连层顶部与介质层顶部齐平；位于所述介质层表面以及第一顶层金属互连层表面的钝化层；位于所述第二顶层金属互连层表面的气敏层，所述气敏层的材料为Nb2O5；环绕所述气敏层且位于传感器区上方的沟槽，所述沟槽贯穿传感器区上方的钝化层以及介质层，且所述沟槽暴露出传感器区的部分衬底表面；被所述沟槽环绕的悬空结构，所述悬空结构与传感器区的衬底之间具有隔热区域，且所述悬空结构底部与介质层底部齐平。2.根据权利要求1所述的CMOS气体传感器，其特征在于，所述介质层包括：位于MOS器件区和传感器区的衬底表面的第一介质层、位于第一介质层表面的第二介质层、位于第二介质层表面的第三介质层、位于第三介质层表面的第四介质层、以及位于第四介质层表面的顶层介质层。3.根据权利要求2所述的CMOS气体传感器，其特征在于，所述MOS器件互连结构包括4层金属互连层，所述MOS器件互连结构包括：位于MOS器件区第一介质层表面的第一金属互连层、位于MOS器件区第二介质层表面的第二金属互连层、位于MOS器件区第三介质层表面的第三金...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆兴芳，袁彩雷，俞挺，
申请(专利权)人：江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西,36