[发明专利]集成到半导体电路上的电容性传感器及其制造方法

说明书

本发明公开一种位于半导体电路(例如ASIC)的保护层上的电容性传感器、以及一种制造此传感器的方法。所述系统及方法可包括：在保护层的位于ASIC的有源电路上方的部分上形成底部电极层及搭接盘(520)；在底部电极层及搭接盘上形成气体敏感层(530)；形成穿过气体敏感层以暴露搭接盘的一部分的通路(540)；在气体敏感层上形成顶部电极层(550)，其中顶部电极层完全覆盖底部电极层的表面区域，且其中形成顶部电极层的工艺在通路孔中沉积顶部电极层的一部分，从而在顶部电极层与搭接盘之间形成电连接。

技术领域

本发明大体而言涉及直接构建于半导体电路的最外部保护层的顶部上的电容性气体传感器。

背景技术

电容性气体传感器是所属领域中已知的，其具体实例是用于水蒸气(相对湿度)的测量。存在与所述传感器相关联的多种构造。一种构造使用被气体敏感材料覆盖的具有相反极性的叉指共面电极，其中增大气体浓度会使此种气体敏感材料的介电常数增大，从而增大平面电极之间的介电耦合并进而增大所述电极之间的有效电容。在叉指电极的情形中，两个电极均位于气体敏感材料的顶面下方，且通过场边缘效应(field fringingeffect)而发生所述平面电极之间的介电耦合。

另一种构造采用平行板状电极，在所述电极之间存在气体敏感材料层，使得改变气体浓度会改变所述气体敏感材料的介电常数并改变平行板电容器的电容。在FR2750494(US 6,450,026)中阐述的一种平行板构造具有由高度多孔导电聚合物构成的顶部电极，所述高度多孔导电聚合物容许所选择的气体经由所述电极扩散到气体敏感材料中。此顶部电极材料经处理，以使得其紧密结合到气体敏感材料并具有化学惰性及环境耐用性。FR2750494及US 6,450,026以引用的方式全文并入本文中。

电容性气体传感器的电容随气体浓度变化，且以能够电激发所述传感器的相关联电子器件来测量所述电容。制造电容性气体传感器的成本与所述传感器及相关联电子器件的物理尺寸相关联，因此期望将电容性气体传感器提供成尽可能小的而同时仍达成所需的准确度及信号噪声比。随着气体敏感电容器的尺寸减小，气体敏感电容器变得越来越容易受到与杂散电容(包括在互连及相关联电子器件中存在的寄生电容)相关联的信号劣化的影响。一种在使用较小电容器时减小寄生电容影响的方式是将相关联的电子器件定位成在物理上尽可能地靠近传感器。

伴随着电容性气体传感器的尺寸减小并因此电容性气体传感器的制造成本降低，期望减小相关联电子器件的尺寸及成本。可通过使用专用集成电路(applicationspecific integrated circuits；ASICS)来降低相关联电子器件的制造成本，所述专用集成电路以小的低成本构造来提供所有必要的功能。

市场上可买到以下装置，在所述装置中，叉指共面电容器电极设置于ASIC的一部分的顶部上且气体敏感材料层设置于共面传感器电极的顶部上以形成气体传感器。ASIC的具有叉指电容器电极的此种构造具有以下缺点：若叉指电容器电极直接位于ASIC的有源电路上方，则可能会发生耦合及干扰。这会导致需要更大的硅面积来容纳传感器电极以使所述传感器电极不位于有源电路上方。值得注意的是，通过在叉指电极之间及下方添加导电层并无法使叉指电极免受电路诱发(circuitry-induced)杂散耦合信号的影响，因为此导电层将显著增大叉指感测电极之间的基线电容性耦合。由于通过改变气体敏感层中的气体浓度而产生的信号被测量作为电容的变化百分比，故增大基线电容将会降低装置的敏感性。具有叉指电极的ASIC的另一个缺陷在于电极间电容对气体敏感材料层顶部上的异物具有非期望的敏感性。举例而言，气体敏感材料层的表面上的水滴或小的金属颗粒可通过扭曲由电极产生的边缘电场而显著改变电极之间的介电耦合。

一种替代装置具有两个单独的芯片：一个芯片具有构建于恰当基板顶部上的气体感测电容器，第二个芯片具有适当的电路。这种采用两个芯片的解决方案具有分离用于生产各部件的生产良率、工艺、及基板材料的优点。然而，这些芯片必须利用倒装芯片或焊线技术而电互连，而所述两者均会影响感测电容器的性能。此外，电性及机械封装的成本大于垂直集成的构造。