[發明專利]氣敏層的材料為Ga2O3的CMOS氣體傳感器

在審

• 申請號: 201710082875.4
• 申請日: 2015-01-29
• 公開（公告）號: CN106816439A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 駱興芳;袁彩雷;俞挺
• 申請（專利權）人: 江西師范大學
• 主分類號: H01L27/092
• 分類號: H01L27/092;H01L21/8238;G01N27/12
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙)31294
• 代理人: 孫佳胤

技術領域

本發明涉及半導體制作領域技術，特別涉及一種氣敏層的材料為Ga₂O₃的CMOS氣體傳感器。

背景技術

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換成適當的電學信號的器件。隨著人類對環保、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、民用和環境監測三大主要領域內取得了廣泛的應用。

根據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、NO_x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，現有技術常用的方法為：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(Complementary Metal Oxide Semiconductor)工藝來進行氣體傳感器的制作，則能夠將氣體傳感器與CMOS信號處理器件集成在同一芯片上，從而提高產品性能、縮小芯片面積、提高集成化、提高產量、降低生產成本等。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。

發明內容

本發明解決的問題是提供一種氣敏層的材料為Ga₂O₃的CMOS氣體傳感器，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、提高集成度和產量，降低功耗和生產成本。

為解決上述問題，本發明提供一種氣敏層的材料為Ga₂O₃的CMOS氣體傳感器，包括：襯底，所述襯底包括MOS器件區以及傳感器區；位于所述MOS器件區部分襯底表面的多晶硅柵；位于所述傳感器區部分襯底表面的多晶硅加熱層；位于所述MOS器件區以及傳感器區襯底上的介質層，且所述介質層覆蓋于多晶硅柵表面以及多晶硅加熱層表面；位于所述介質層內的MOS器件互連結構以及傳感器互連結構；其中，所述MOS器件互連結構位于MOS器件區上方，所述MOS器件互連結構與多晶硅柵電連接，所述MOS器件互連結構至少包括2層金屬互連層，且所述MOS器件區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層頂部齊平；所述傳感器互連結構位于傳感器區上方，所述傳感器互連結構與多晶硅加熱層電連接，所述傳感器互連結構至少包括2層金屬互連層，傳感器區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構中至少有1層金屬互連層還位于MOS器件區上方，所述第二頂層金屬互連層頂部與介質層頂部齊平；位于所述介質層表面以及第一頂層金屬互連層表面的鈍化層；位于所述第二頂層金屬互連層表面的氣敏層，所述氣敏層的材料為Ga₂O₃；環繞所述氣敏層且位于傳感器區上方的溝槽，所述溝槽貫穿傳感器區上方的鈍化層以及介質層，且所述溝槽暴露出傳感器區的部分襯底表面；被所述溝槽環繞的懸空結構，所述懸空結構與傳感器區的襯底之間具有隔熱區域，且所述懸空結構底部與介質層底部齊平。

可選的，所述介質層包括：位于MOS器件區和傳感器區的襯底表面的第一介質層、位于第一介質層表面的第二介質層、位于第二介質層表面的第三介質層、位于第三介質層表面的第四介質層、以及位于第四介質層表面的頂層介質層。

可選的，所述MOS器件互連結構包括4層金屬互連層，所述MOS器件互連結構包括：位于MOS器件區第一介質層表面的第一金屬互連層、位于MOS器件區第二介質層表面的第二金屬互連層、位于MOS器件區第三介質層表面的第三金屬互連層、位于MOS器件區第四介質層表面的第一頂層金屬互連層。