[发明专利]兼容CMOS工艺的气体传感器的形成方法

权利要求书

1.一种兼容CMOS工艺的气体传感器的形成方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底包括MOS器件区以及传感器区，其中，所述传感器区为待形成气体传感器的区域；所述MOS器件区为待形成MOS信号处理器件的区域；

在所述MOS器件区部分衬底表面形成多晶硅栅，在形成所述多晶硅栅的同时，在所述传感器区部分衬底上形成多晶硅加热层；

在所述MOS器件区以及传感器区衬底上形成介质层，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；

在所述介质层内形成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，部分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，且第二顶层金属互连层与多晶硅加热层相互电绝缘；

在所述介质层表面以及第一顶层金属互连层表面形成钝化层，且所述钝化层暴露出第二顶层金属互连层表面；

在所述第二顶层金属互连层表面形成气敏层；

采用干法刻蚀工艺，依次刻蚀位于所述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所述气敏层的沟槽；

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。

2.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述采用干法刻蚀工艺刻蚀去除的衬底厚度为5微米至10微米；在平行于所述衬底表面方向上，所述沟槽的尺寸为3微米至5微米。

3.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述沟槽的工艺步骤包括：在所述钝化层表面以及气敏层表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层中具有位于传感器区上方的环形开口，所述环形开口暴露出气敏层周围的钝化层表面；以所述第二光刻胶层为掩膜，沿所述环形开口暴露出的钝化层进行刻蚀，直至刻蚀去除部分厚度的衬底。

4.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，采用XeF₂进行所述各向同性刻蚀工艺；所述各向同性刻蚀工艺的工艺参数为：循环进行向刻蚀腔室内通入XeF₂和抽取XeF₂的动作，刻蚀腔室内XeF₂压强为100Pa至180Pa，且向刻蚀腔室内通入XeF₂后维持10秒至50秒，循环次数为5至15次。

5.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，形成所述钝化层的工艺步骤包括：在所述介质层表面、第一顶层金属互连层表面、以及第二顶层金属互连层表面形成钝化层；在所述钝化层表面形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层暴露出位于第二顶层金属互连层上方的钝化层表面；以所述第一光刻胶层为掩膜，刻蚀去除位于所述第二顶层金属互连层表面的钝化层。

6.根据权利要求1所述的形成方法，其特征在于，所述气敏层的材料为SnO₂或掺杂有Pt的SnO₂；采用磁控溅射工艺形成材料为SnO₂的气敏层，工艺参数为：提供Sn靶材，溅射气体为Ar和O₂，其中，Ar和O₂的气体流量比值为2:1至5:1，溅射腔室压强为1Pa至5Pa，提供的工作电压为500V至1000V，提供的射频源功率为100瓦至200瓦，衬底的温度为20摄氏度至50摄氏度。