[发明专利]CMOS湿度传感器

说明书

本申请是申请号为201510066381.8、申请日为2015年2月9日、发明名称为CMOS湿度传感器及其形成方法的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及半导体制作领域技术，特别涉及一种CMOS湿度传感器。

背景技术

目前，在诸如工农业生产、环保、航天等领域都经常需要对环境湿度进行测量及控制，在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的参数之一。

湿度传感器是基于其功能材料能发生与湿度相关的物理效应或化学反应制造而成的，其具有将湿度物理量转换成电信号的功能。湿度传感器根据其工作原理的不同可分为：伸缩式湿度传感器，利用脱脂毛发的线性尺寸随环境水汽含量的变化而变化；蒸发式湿度传感器，即干湿球湿度传感器，利用干球和湿球温度计在相对湿度变化时两者温度差变化而制得；露点式湿度传感器，利用冷却方法使气体中的水汽达到饱和而结露，根据露点温度来测量气体中的相对湿度；电子式湿度传感器，包括电阻式、电容式和电解式。电容式湿度传感器利用感湿材料吸水后介电常数发生变化而改变电容值，其具有灵敏度高、功耗低、温漂小等优势，因而受到了广泛关注。

将微传感器与周围的信号处理电路集成在一起，制作加工在同一芯片上，以实现更多的功能和更高的性能，同时降低传感器的成本，已成为MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)发展的一个新焦点和趋势。通过系统集成，湿度传感器和信号处理电路尽可能的靠近，从而很大程度上降低寄生参数和外部干扰；单片集成的湿度传感器还可以减少不同芯片之间互连的可靠性问题。

因此，利用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)技术将湿度传感器和信号处理电路进行片上集成，且形成湿度传感器的工艺不会对信号处理电路造成不良影响，是未来湿度传感器的研究热点和焦点。因此，亟需提供一种新的湿度传感器的形成方法，同时将湿度传感器和CMOS信号处理器件集成在同一芯片上，且形成湿度传感器的工艺不会对CMOS信号处理器件造成不良影响。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种CMOS湿度传感器，湿度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，本发明提供一种CMOS湿度传感器，包括：衬底，所述衬底包括MOS器件区以及传感器区，所述MOS器件区部分衬底上形成有多晶硅栅，所述传感器区部分衬底上形成有多晶硅加热层，所述衬底上形成有覆盖于多晶硅栅表面以及多晶硅加热层表面的第一介质层；位于所述MOS器件区上方的第一介质层表面的第一子金属互连层，所述第一子金属互连层与多晶硅栅电连接；位于所述传感器区上方的第一介质层表面的若干相互电绝缘的第一金属互连层、第一电连接层以及下电极层，且所述第一金属互连层、第一电连接层、以及下电极层横跨MOS器件区与传感器区的交界，其中，至少2个相互电绝缘的第一金属互连层与多晶硅加热层电连接；位于所述第一子金属互连层表面、第一金属互连层表面、下电极层表面、以及第一介质层表面的第二介质层；位于所述MOS器件区上方的第二介质层表面的第二子金属互连层，所述第二子金属互连层与多晶硅栅电连接；位于所述传感器区上方的第二介质层表面的第二电连接层，所述第二电连接层与第一电连接层电连接；位于所述第二子金属互连层表面、第二电连接层表面、以及第二介质层表面的第三介质层；位于所述MOS器件区上方的第三介质层表面的第三子金属互连层，且所述第三子金属互连层与多晶硅栅电连接；位于所述传感器区上方的第三介质层表面的与第二电连接层电连接的上电极层，且所述上电极层与下电极层之间具有相对重合面；位于所述第三子金属互连层表面、上电极层表面、以及第三介质层表面的顶层介质层；位于所述传感器区的顶层介质层、第三介质层、第二介质层、第一介质层以及部分衬底内环形凹槽，所述环形凹槽环绕第一金属互连层、第一电连接层、下电极层、第二电连接层以及上电极层；位于所述传感器区的隔热区域，所述隔热区域与环形凹槽相互贯穿，且所述隔热区域位于衬底与多晶硅加热层之间；位于所述传感器区的顶层介质层、以及部分厚度的第三介质层内的通孔，以及位于剩余厚度的第三介质层内的沟槽，所述沟槽与通孔相互贯穿，且所述沟槽与下电极层之间具有相对重合面，所述沟槽与上电极层之间具有相对重合面；填充满所述沟槽和通孔的湿敏材料层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：