本發(fā)明涉及一種濕度傳感器，該濕度傳感器包括硅基板，在所述硅基板上布置至少多個(gè)金屬間介電層以及金屬層，金屬間介電層中的每一個(gè)設(shè)置有金屬區(qū)，其中所述金屬層被蝕刻以形成兩個(gè)電極，每一個(gè)電極包括設(shè)置有多個(gè)臂的電樞(armature)，其中這些電樞被安裝成使得每一個(gè)電樞的臂交錯(cuò)以使臂定位成彼此面對(duì)。

背景技術(shù)：

已知用于電子電路的濕度傳感器。這種濕度傳感器是具有叉指梳狀物的濕度傳感器。

這種傳感器由硅晶片基底構(gòu)成，在該硅晶片基底上放置至少一個(gè)層間介電(ild)層，并且在該層間層上放置多個(gè)金屬間介電(imd)層。這些層(優(yōu)選三個(gè))重疊，并且每一個(gè)包括用于導(dǎo)電的金屬區(qū)。

在這些金屬間介電層的頂部上，形成用于叉指梳狀物的導(dǎo)電層，其中該層可以由鋁制成。然后對(duì)該鋁層進(jìn)行蝕刻以形成所述梳狀物。一旦已經(jīng)形成梳狀物，則整個(gè)組件由鈍化層覆蓋。

然后將該蝕刻的板存儲(chǔ)，然后在第二階段的生產(chǎn)中使用，在此期間準(zhǔn)備使用。該第二階段生產(chǎn)包括打開(kāi)步驟，在該步驟期間，在梳狀物的水平面處和在接觸區(qū)域的水平面處蝕刻鈍化層。鈍化的該蝕刻步驟允許位于梳狀物的不同分支之間的鈍化層蝕刻。

一旦該步驟已結(jié)束，則沉積保護(hù)層以保護(hù)鋁免受腐蝕，并且該層可以是氮氧化物層。

最后的步驟是沉積聚酰亞胺層以保護(hù)整個(gè)組件。

然而，該結(jié)構(gòu)造成缺點(diǎn)。第一個(gè)缺點(diǎn)是由于該傳感器在兩個(gè)階段中生產(chǎn)。具有用于傳感器生產(chǎn)的兩個(gè)不同階段的事實(shí)實(shí)際上強(qiáng)加了額外的熱循環(huán)的存在。這些額外的熱循環(huán)使額外的熱應(yīng)力出現(xiàn)在板上和叉指梳狀物上，這可能損壞所述濕度傳感器和/或在相同襯底上實(shí)現(xiàn)的任何其它電路。

第二個(gè)缺點(diǎn)是由于在第二階段期間的蝕刻。事實(shí)上，寄生電容發(fā)生在鈍化層被蝕刻的第二階段期間。這些寄生電容來(lái)自不完美的蝕刻，即側(cè)面不是筆直的。因此，存在鈍化層的殘留物，使這些寄生電容顯現(xiàn)。

此外，必須注意的是，濕度傳感器對(duì)溫度敏感。這種對(duì)溫度的敏感性引起取決于溫度的測(cè)量上的漂移，因此在恒定的濕度比下，溫度變化將影響傳感器提供的輸出信號(hào)。

同樣已知的是文獻(xiàn)us2005/0218465，其描述了包括硅基板的感測(cè)電路，在該硅基板上傳感器布置在其水平面(level)處。具有低介電常數(shù)的多孔二氧化硅的三個(gè)互連層沉積在該基板上。然后布置另兩個(gè)互連水平面，并且這兩個(gè)水平面由無(wú)孔二氧化硅制成。在最后水平面上，沉積金屬層，然后蝕刻以形成兩個(gè)電極，每一個(gè)電極包括設(shè)置有多個(gè)臂的電樞，其中這些電樞被安裝成使得每一個(gè)電樞的臂交錯(cuò)以使臂定位成彼此面對(duì)，并且整個(gè)組件形成濕度傳感器。

在該配置中已知具有布置在最后互連層的水平面處(即在濕度傳感器下方)的加熱元件。該布置的缺點(diǎn)是位于傳感器正下方，并且因此不允許最優(yōu)的熱傳遞。

此外，該感測(cè)電路的特征在于添加了與位于兩個(gè)最后互連水平面之間的薄氧化物層相關(guān)聯(lián)的薄金屬層，允許形成mim電容器。這些薄層部件需要使用另一種技術(shù)。該技術(shù)需要作為標(biāo)準(zhǔn)cmos工藝的變體的生產(chǎn)過(guò)程，這使感測(cè)電路的生產(chǎn)更加復(fù)雜并且成本更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的之一是提供一種更可靠的濕度傳感器。

為此，本發(fā)明包括濕度傳感器，該濕度傳感器包括硅基板，在該硅基板上布置幾個(gè)金屬間介電層和金屬層，金屬間介電層中的每一個(gè)設(shè)置有金屬區(qū)，其中所述金屬層被蝕刻以形成兩個(gè)電極，每一個(gè)電極包括設(shè)置有多個(gè)臂的電樞，其中這些電樞被安裝成使得每個(gè)電樞的臂交錯(cuò)以使臂定位成彼此面對(duì)，所述濕度傳感器特征在于，所述傳感器還包括直接沉積到基板上的有源層，該有源層被插入在所述基板和第一金屬間介電層之間，其中布置有溫度檢測(cè)器，其中該溫度檢測(cè)器提供表示溫度的信號(hào)。

在第一有利的實(shí)施例中，溫度模塊包括具有并聯(lián)的兩個(gè)雙極晶體管的溫度檢測(cè)器，每一個(gè)晶體管通過(guò)其基極及其集電極連接到地，并通過(guò)其發(fā)射極連接到被連接到電源的電流源。

在第二有利的實(shí)施例中，溫度模塊包括具有并聯(lián)的一個(gè)雙極晶體管的溫度檢測(cè)器，該雙極晶體管通過(guò)其基極及其集電極連接到地，并通過(guò)其發(fā)射極連接到被連接到電源的電流源和提供參考電壓的電壓源。

在第三有利的實(shí)施例中，每一個(gè)晶體管包括p型硅襯底，形成在p型襯底上的n型區(qū)，沉積在該p型硅襯底上并被局部蝕刻的二氧化硅層，使得形成用于所述晶體管的基極、發(fā)射極和集電極的連接襯墊的金屬可以沉積在其中，其中p+型區(qū)布置在形成集電極和發(fā)射極的每一個(gè)金屬襯墊的下方，而n+區(qū)布置在基底的襯墊下方。

在用于每一個(gè)雙極晶體管的第四有利實(shí)施例中，提取所述晶體管和電流源之間的連接點(diǎn)處的基極-發(fā)射極電壓以引導(dǎo)到差分放大器，其中所述差分放大器實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)晶體管的基極-發(fā)射極電壓的差以提供表示溫度的電壓。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，提取所述晶體管和電流源之間的連接點(diǎn)處的基極-發(fā)射極電壓以引導(dǎo)到差分放大器，其中所述差分放大器實(shí)現(xiàn)基極-發(fā)射極電壓和參考電壓之間的差以提供表示溫度的電壓。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，差分放大器被布置成連接到經(jīng)由數(shù)字接口向微控制器提供信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，傳感器還包括加熱元件。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，加熱元件布置在插入在有源層和第一金屬間介電層之間的層的水平面處。

本發(fā)明同樣涉及一種包括硅基板的濕度傳感器，在該硅基板上布置至少多個(gè)金屬間介電層和金屬層，該金屬間介電層中的每一個(gè)設(shè)置有金屬區(qū)，其中所述金屬層被蝕刻以形成兩個(gè)電極，每一個(gè)電極包括設(shè)置有多個(gè)臂的電樞，其中這些電樞被安裝成使得每一個(gè)電樞的臂交錯(cuò)以使臂定位成彼此面對(duì)，所述濕度傳感器特征在于，所述傳感器另外包括插入在基板和第一金屬間介電層之間的有源層和插入在有源層和第一金屬間介電層之間的層，加熱元件布置在該層中。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，所述加熱元件包括形成經(jīng)由連接襯墊連接到至少一個(gè)金屬間介電層的金屬區(qū)的電阻器的多晶硅層。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，所述加熱元件包括并聯(lián)布置的多個(gè)電阻器，其中每一個(gè)電阻器通過(guò)其端子中的一個(gè)端子連接到地并且通過(guò)其端子中的另一個(gè)端子連接到本身連接到電源電壓的控制晶體管，其中所述控制晶體管接收信號(hào)以允許或阻止電流通過(guò)電阻器。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，所有晶體管由相同的控制信號(hào)控制。

在另一個(gè)有利的實(shí)施例中，所有晶體管以彼此不同的方式控制。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將從僅作為非限制性示例給出并且由附圖示出的本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例的以下詳細(xì)描述中變得更清楚：

-圖1至圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器的實(shí)施例。

-圖3a、圖4a示出根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器的溫度檢測(cè)器的實(shí)施例。

-圖3b、圖4b示出與根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器的溫度檢測(cè)器的實(shí)施例相關(guān)聯(lián)的電壓的圖。

-圖5示出根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器的溫度模塊。

-圖6和圖7示出根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器的加熱元件。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的濕度傳感器1。這種傳感器包括稱(chēng)為晶片的硅基板10。該基板10用作所述傳感器的襯底，并且第一步驟包括提供該基板10。

在第二步驟中，在該襯底上連續(xù)沉積不同的層。沉積第一層12。該層包括所謂的有源區(qū)和二氧化硅區(qū)。

在該第一層的頂部上，沉積層間介電(ild)層14。

然后，沉積多個(gè)金屬間介電(imd)層16。這些層16(優(yōu)選三個(gè)(imd1、imd2和imd3))疊加，并且每一個(gè)包括用于導(dǎo)電的金屬區(qū)18。這些金屬區(qū)18可以通過(guò)via型連接器18a連接在一起。

在這些金屬間介電層的頂部上，形成用作叉指梳狀物的導(dǎo)電層20，其中該層在第二步驟期間沉積并且可以由鋁制成，如圖1所示。該第二步驟是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的步驟。

在第三步驟期間蝕刻該鋁層以形成所述梳狀物。叉指梳狀物通常由兩個(gè)電極22形成，每一個(gè)電極具有設(shè)置有多個(gè)臂的電樞(armature)。這些電樞被安裝成使得每一個(gè)電樞的臂交錯(cuò)。

一旦已經(jīng)形成梳狀物，則第四步驟包括用鈍化層24覆蓋整個(gè)組件。

一旦該鈍化層已被蝕刻，則進(jìn)行打開(kāi)(opening)步驟或第五步驟。打開(kāi)步驟在相同階段期間(即從前面的步驟開(kāi)始)發(fā)生。

該打開(kāi)步驟包括首先借助于蝕刻去除形成傳感器的叉指梳狀物的水平面處的鈍化層。

一旦已經(jīng)執(zhí)行了第五步驟，則進(jìn)行包括沉積保護(hù)層26(蓋帽層或覆蓋層、防潮層等)的第六步驟。事實(shí)上，存在電極的鋁與隨后沉積的作為保護(hù)層的聚酰亞胺接觸的腐蝕以及鋁擴(kuò)散到聚酰亞胺中的風(fēng)險(xiǎn)。在我們的解決方案的情況下，該保護(hù)層由20nm±2nm厚度的氮氧化物(sionx)制成。

在第七步驟中，接觸區(qū)域的水平面處的鈍化層是被打開(kāi)的，其中這些接觸區(qū)域形成在沉積在最后一個(gè)金屬間介電層16上的金屬層20上。由此清除的接觸區(qū)域允許接觸部件放置在那里。

在隨后的步驟中，沉積聚酰亞胺層28并布置接觸部件。

有利地，根據(jù)本發(fā)明，濕度傳感器另外包括溫度模塊200。這種溫度模塊200首先包括溫度檢測(cè)器210。事實(shí)上，濕度傳感器對(duì)溫度敏感，使得由所述傳感器提供的信息根據(jù)溫度而變化。使用的溫度檢測(cè)器210允許測(cè)量溫度并提供溫度信息。該信息可以被發(fā)送到布置在同一基板上或另一基板上的微控制器。該信息由微控制器300使用。

事實(shí)上，微控制器300可以包括其中存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)表或者管理預(yù)定傳輸功能的存儲(chǔ)區(qū)。對(duì)應(yīng)表使?jié)穸葌鞲衅鞯钠茖?duì)于給定的溫度是已知的，并且因此提供的濕度信息能夠被校正。

有利地，溫度檢測(cè)器210布置在濕度傳感器1的相同基板上。更具體地，該溫度檢測(cè)器210由多個(gè)雙極晶體管組成。雙極晶體管由兩個(gè)p-n結(jié)組成以形成npn或pnp結(jié)構(gòu)。在pnp雙極晶體管中，其中基極連接到n區(qū)，而發(fā)射極和集電極連接到p區(qū)。

在如上所述的濕度傳感器的水平面處，雙極晶體管被布置在包括所謂的有源區(qū)和二氧化硅區(qū)的第一層12的水平面處。

有源區(qū)被配置為以p型硅襯底120的形式提供，其中雙極晶體管如圖2所示被布置。這些晶體管具有配置在p型襯底上的n型區(qū)122。二氧化硅層124沉積到該p型硅襯底上，并且該層被局部蝕刻，使得金屬可以沉積到其中以形成用于基極、發(fā)射極和集電極的金屬部分126。對(duì)于集電極和發(fā)射極，p+型擴(kuò)散布置在每一個(gè)金屬襯墊下方，而n+錨130布置在基極襯墊下方。

這種溫度檢測(cè)器210可以以幾種不同的方式配置。

在圖3a和4a中明顯看出的第一實(shí)施例中，它由并聯(lián)設(shè)置的稱(chēng)為t1和t2的兩個(gè)pnp型雙極晶體管組成，其中每一個(gè)晶體管t1和t2具有連接到地的其基極及其集電極，而發(fā)射極連接到電流源i1、i2。對(duì)于每一個(gè)分支，提取稱(chēng)為vbe的電流源和發(fā)射極的連接點(diǎn)處的電壓以被引導(dǎo)到差分放大器220。晶體管t1具有被稱(chēng)為vbe1的基極-發(fā)射極電壓，而晶體管t2具有稱(chēng)為vbe2的基極-發(fā)射極電壓。

事實(shí)上，這種pnp晶體管具有基極-發(fā)射極電壓vbe，該基極-發(fā)射極電壓vbe具有作為開(kāi)爾文溫度的函數(shù)的電壓特性，其中該電壓vbe在溫度t＝0k°時(shí)相當(dāng)于禁帶寬度vbg，并且該電壓vbe的值隨溫度而降低。

在當(dāng)前情況下，兩個(gè)電壓vbe1和vbe2被布置為不同：如果電流相同，則晶體管具有不同的尺寸(發(fā)射極表面)，但是如果尺寸(發(fā)射極表面)相等，則電流不同。在實(shí)踐中，為了形成具有良好定義的關(guān)系的不同表面，使用并聯(lián)的相同晶體管。兩個(gè)電壓vbe1和vbe2被傳遞到執(zhí)行諸如差分放大器220的這些電壓之間的差的電路中，以獲得所得到的電壓vtemp1＝vbe1-vbe2。該電壓vtemp1具有在電壓-溫度圖上隨溫度線性增加的特征。

當(dāng)該圖轉(zhuǎn)換成攝氏度時(shí)，在t＝0℃處建立偏移，并且因此可以具有作為溫度的函數(shù)的電壓vtemp1。

在圖3b和圖4b中明顯的第二實(shí)施例中，溫度檢測(cè)器210包括稱(chēng)為t3的pnp型雙極晶體管，其基極和集電極連接到地，而發(fā)射極連接到電流源i3。提取被稱(chēng)為vbe3的電流源i3和發(fā)射極的連接點(diǎn)處的電壓以引導(dǎo)到差分放大器220。差分放大器220的另一個(gè)端子連接到參考電壓源uref，其值是禁帶寬度vbg的值，約為1.285v。因此，電壓vbg和電壓vbe3被引導(dǎo)到差分放大器220，該差分放大器220將提供所得的電壓vtemp2＝vbg-vbe3。

該電壓vtemp2具有在電壓-溫度圖上隨溫度線性增加的特征。當(dāng)該圖轉(zhuǎn)換成攝氏度時(shí)，在t＝0℃處建立偏移，因此可以具有作為溫度的函數(shù)的電壓vtemp2。

注意，該第二過(guò)程在精度方面具有優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，電壓vbe3與參考電壓vbg之間的比較導(dǎo)致得到的電壓vtemp2具有比得到的電壓vtemp1更陡的斜率。該斜率差表示vtemp2和vtemp1之間的t＝0℃處的偏移差，vtemp2的偏移遠(yuǎn)大于vtemp1的偏移。

偏移和斜率上的差導(dǎo)致第二組裝方式更加精確，因?yàn)榭紤]到斜率(以mv/℃為單位)較高，每一個(gè)溫度上升對(duì)應(yīng)于電壓上的較高上升，這變得更易于檢測(cè)。采用第一組裝方式，較低的斜率表示溫度上的每一個(gè)上升對(duì)應(yīng)于電壓上的較小上升。因此，較小的上升更難以檢測(cè)并且指示使用增益級(jí)來(lái)檢測(cè)電壓變化并因此檢測(cè)溫度變化。增益級(jí)實(shí)際上可能導(dǎo)致較高的噪聲水平或降低信號(hào)的飽和度的發(fā)生。

所得的電壓vtemp1或vtemp2被引導(dǎo)到從圖5明顯看出的處理電路中，其包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器230、spi或i2c型數(shù)字接口240，以便具有表示溫度的電信號(hào)，然后將該電信號(hào)提供給微處理器300，該微處理器300將使用它來(lái)對(duì)所述濕度傳感器進(jìn)行熱補(bǔ)償，使得補(bǔ)償由于溫度導(dǎo)致的漂移。該補(bǔ)償使用傳遞函數(shù)執(zhí)行。

當(dāng)然，差分放大器220可以直接集成到模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器230中。

在有利的變型中，根據(jù)本發(fā)明的濕度傳感器設(shè)置有加熱元件30。這種加熱元件用于確保再調(diào)節(jié)，即去除生產(chǎn)過(guò)程期間存在的濕度，去除冷凝或改善濕度傳感器的滯后和恢復(fù)時(shí)間。

使用該加熱元件30的第二方式是在暴露于過(guò)度的濕度之后使用它。實(shí)際上，當(dāng)聚酰亞胺層覆蓋形成所述傳感器的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，聚酰亞胺層暴露于極端濕度可能會(huì)損害濕度傳感器1的正常操作。因此，加熱元件30用于加速?gòu)木埘啺穼映槌鲈摱嘤嗟臐駳?。為此，加熱元?0被激活以便增加傳感器的溫度并干燥聚酰亞胺層。

使用的圖6中明顯看出的加熱元件30是電阻器，并且更具體地是多晶電阻器32。這種多晶電阻器32由多晶硅層組成。該多晶硅層被布置在沉積在第一所謂的有源層12上的層間介電(ild)層14的水平面處。為了使由多晶電阻器產(chǎn)生的熱擴(kuò)散，層間介電(ild)層14設(shè)置有金屬連接34。這些金屬連接在至少一個(gè)金屬間介電(imd)層16中延伸以連接到該金屬間介電(imd)層16的金屬區(qū)。40ma量級(jí)的電流被引導(dǎo)到多晶硅層中以激活加熱功能。

圖7中明顯看出的該加熱元件30可以被配置成多個(gè)模塊的形式，該多個(gè)模塊中的每一個(gè)模塊包括電阻器，并且每一個(gè)電阻器連接到接收控制信號(hào)sc的控制晶體管tc，其中模塊并聯(lián)連接。該配置允許在整個(gè)傳感器上的良好熱分布。

另外可以想到，濕度傳感器1具有沒(méi)有溫度模塊200的加熱元件30，反之亦然。

應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的各種修改和/或改進(jìn)和/或組合可以應(yīng)用于上述本發(fā)明的不同實(shí)施例，而不脫離所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的框架。