專利名稱：氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體傳感器。具體地地，本發(fā)明涉及設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器。
背景技術(shù)：
氣體傳感器用在多種不同的應(yīng)用中以感測多種氣體的成分和/或濃度。一種示例性應(yīng)用是在供應(yīng)鏈監(jiān)測領(lǐng)域，其中監(jiān)測諸如食品或飲料之類的消費品周圍的空氣中存在的CO2的水平，以確定消費的適宜性。所述監(jiān)測通常可以在分配鏈中的多個階段處執(zhí)行。其它應(yīng)用包括空氣質(zhì)量監(jiān)測、在建筑物或汽車中的供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)中的使用、或溫室中的CO2監(jiān)測。 圖I示出了已知種類的氣體傳感器20的第一示例。傳感器20設(shè)置在半導(dǎo)體襯底2(通常為硅)上，并包括設(shè)置成曲線形式的細長傳感器元件4。傳感器元件4在兩端處由一對電接觸件10端接，允許電流在操作期間流過傳感器元件4。傳感器元件4位于電橋結(jié)構(gòu)6的上表面上，電橋結(jié)構(gòu)6橫跨襯底2中的開口 8延伸。電橋結(jié)構(gòu)6本身包括薄隔膜，所述薄隔膜是通過鉆蝕(under-etch)襯底2的表面的一部分以形成開口 8而制成的。如圖I所示，傳感器元件4具有上表面，該上表面外露至周圍環(huán)境，允許傳感器元件4與要感測的氣體接觸。還在襯底2上設(shè)置加熱器。該加熱器包括電阻元件14，電流經(jīng)由一對電端子12流過該電阻元件14。在該示例中電阻元件14也設(shè)置成曲線形式。在該示例中加熱器14的目的是通過用作參考電阻來補償環(huán)境溫度的變化。氣體傳感器20操作如下。該傳感器首先與要感測的氣體接觸。注意到，在一些示例中氣體可以包括多種組分的混合物。在這種示例中，氣體傳感器可以用來通過確定組分的相對濃度(常見示例為空氣存在的CO2的濃度)而確定氣體的成分。為了確定所存在的氣體的濃度，電流經(jīng)由端子10通過傳感器元件4。這引起傳感器元件4變熱?？梢杂芍車鷼怏w從傳感器元件4帶走熱量的速率與氣體的導(dǎo)熱率成比例，而氣體的導(dǎo)熱率又與氣體的濃度/成分成比例。因而，對于給定的氣體濃度/成分，加熱的傳感器元件4將在某個對應(yīng)溫度處達到熱平衡?？梢酝ㄟ^測量傳感器元件4的電阻確定這種平衡溫度。因此，總而言之，傳感器元件4的電阻可以用來確定傳感器元件4附近的氣體的濃度/成分。如上所述，傳感器元件4設(shè)置成曲線形式。這通過在電橋結(jié)構(gòu)6上的可用于傳感器元件4的空間限制內(nèi)增大傳感器元件4的表面積而提高了氣體傳感器20的靈敏度。然而，氣體傳感器20的整體靈敏度受到傳感器元件的可用于接觸氣體的總尺寸和表面積的限制。在圖2a和2b中示出了氣體傳感器30的第二示例。圖2b示出了氣體傳感器30的穿過圖2a中的線I的橫截面。在該示例中，氣體傳感器30包括位于半導(dǎo)體襯底2上的傳感器元件34。傳感器元件34包括曲線形式的金屬電阻元件，并且是采用用于半導(dǎo)體硅晶片工藝的已知金屬化技術(shù)制成的。在制造期間，傳感器元件34的形成可以與襯底2中的其它金屬化部件(如，電源線或信號線)的形成一體化。這些附加部件32在圖2a和2b中被示意性地示出位于傳感器元件34的下方。在圖2a和2b中示出的氣體傳感器30的操作非常類似于上文聯(lián)系圖I的示例描述的氣體傳感器的操作。如圖2a和2b所示，已經(jīng)通過刻蝕去除襯底2的區(qū)域38，所述區(qū)域38對應(yīng)于傳感器元件34的曲線的中心。原則上，這通過使傳感器元件34的側(cè)壁外露，增大了可用于與要感測的氣體相接觸的傳感器元件34的表面積，從而提高了傳感器元件34的靈敏度。然而，氣體傳感器的靈敏度仍然受到傳感器元件34的總尺寸和表面積的限制。JP 2005/003468描述了一種流量傳感器，包括在曲線結(jié)構(gòu)的兩端被支撐的電阻器。US 5，597，953描述了一種具有窗口的氣體濕度傳感器，曲線形狀的帶狀加熱器設(shè)·置在該窗口上。帶狀加熱器被涂敷有濕度敏感層。US 4，349，808 和 R. Batha 等人的 Microelectronic Engineering 27(1995)ρ·499-502 發(fā)表的題目為“High_Tc air-bridge microbolometers fabricated bysilicon micromachining technique”的論文沒有描述氣體傳感器,而是涉及福射熱測量器(bolometer)。JP 6，118，046描述了一種大氣傳感器,包括設(shè)置在橋式薄膜絕緣體上的加熱電阻器。US 2004/251117描述了一種懸掛式薄膜電阻器。US 5，753，916描述了一種用于紅外線氣體分析器的檢測器，US 5，756，878描述了一種導(dǎo)熱率測量裝置。這些文獻均未涉及設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的類型的氣體傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
在隨附的獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中闡述本發(fā)明的多個方面。來自從屬權(quán)利要求的特征的組合可以在適當(dāng)情況下與獨立權(quán)力要求的特征相組合，而不是僅如權(quán)利要求中明確闡述的那樣。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種位于半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器。該氣體傳感器包括細長傳感器元件，該細長傳感器元件橫跨開口延伸并具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面外露以與要感測的氣體相接觸。第一表面背向襯底的主表面。第二表面面向所述主表面。細長傳感器元件的電導(dǎo)率對所述相反的第一表面和第二表面能夠外露到的所述氣體的成分和/或濃度是敏感的。該氣體傳感器還包括支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置為通過將細長傳感器元件支撐在所述開口中而增加氣體傳感器的機械魯棒性。由于傳感器元件具有可用于感測氣體的存在的多個表面，因此增強了氣體傳感器的靈敏度。為了減輕本來可能由于傳感器元件的自由懸掛(也就是說，與其周圍分離)的部分相對較大而引起的傳感器元件相對結(jié)構(gòu)性弱點，設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)以提高機械強度。支撐結(jié)構(gòu)可以包括橫跨所述開口延伸的至少一個細長支柱。細長傳感器元件可以被布置成曲線。在這種示例中，所述支撐結(jié)構(gòu)的所述至少一個細長支柱中的一個或多個可以實質(zhì)上垂直于所述曲線的長軸延伸。
支撐結(jié)構(gòu)的至少一部分可以從襯底向外延伸，以在所述第一表面(即傳感器元件的面對襯底的表面)處支撐傳感器元件。以這種方式，支撐結(jié)構(gòu)可以從傳感器元件的下面提供支撐。在其它示例中，可以從上面懸掛傳感器。在這種示例中，可以從支撐結(jié)構(gòu)將傳感器懸掛在半導(dǎo)體襯底上方。這兩種方法也可以組合，從而可以從傳感器元件的上方和下方都提供支撐。支撐結(jié)構(gòu)可以設(shè)置為半導(dǎo)體襯底上的一個或多個圖案化層，從而允許以與已知的半導(dǎo)體工藝技術(shù)兼容的方式提供該結(jié)構(gòu)本身。支撐結(jié)構(gòu)可以任何合適的材料，示例為SiC、SiN, Si02、Si、Ge02、GeN或聚合物。傳感器元件本身可以是導(dǎo)電的，如金屬性的。合適的材料包括Cu、Al、W、WC、TiN, TaN、摻雜多晶娃、Ti、Ta、Pt、Ag 或 Au。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括集成在半導(dǎo)體管芯或封裝中的多個傳感器。所述多個傳感器中的至少一個為上述類型的氣體傳感器。 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種射頻識別(RFID)標(biāo)簽，包括上述類型的氣體傳感器。氣體傳感器可以被包括在半導(dǎo)體器件中，所述半導(dǎo)體器件具有上述集成在半導(dǎo)體管芯或封裝中的多個傳感器。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種移動通信裝置，包括上述類型的氣體傳感器。移動通信裝置的示例包括移動電話、膝上型電腦和平板電腦。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種供暖、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)系統(tǒng)，包括一個或多個氣體傳感器，所述一個或多個氣體傳感器包括上述類型的氣體傳感器。具體地，HVAC可以為汽車(如，小汽車、有篷貨車、卡車)的HVAC。在另一個示例中，HVAC系統(tǒng)可以為諸如房屋、辦公室或倉庫之類的建筑物中的HVAC系統(tǒng)。當(dāng)用在HVAC系統(tǒng)中時，氣體傳感器可以監(jiān)測氣體濃度，用于確定空氣質(zhì)量。另一個預(yù)期應(yīng)用是用于監(jiān)測溫室或智能建筑物中的CO2和/或其它氣體。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了上述氣體傳感器、上述半導(dǎo)體器件或上述RFID標(biāo)簽在供應(yīng)鏈監(jiān)測領(lǐng)域中的使用。


以下將參照附圖，僅以舉例的方式描述本發(fā)明的實施例，在附圖中相同的附圖標(biāo)記涉及相同的元件，并且其中圖I不出已知氣體傳感器的第一不例；圖2示出已知氣體傳感器的第二示例；圖3a_3c不出根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的氣體傳感器；圖4a_4c示出根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的氣體傳感器；圖5a_5f示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造氣體傳感器的方法；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體器件，其包括集成在半導(dǎo)體管芯或封裝中的多個傳感器；圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的射頻識別(RFID)標(biāo)簽；以及圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于容納諸如食品之類的消費品的容器，該容器合并了 RFID標(biāo)簽。
具體實施例方式在下文中參照附圖描述本發(fā)明的實施例。本發(fā)明的實施例提供了一種位于半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器。以這種方式將氣體傳感器集成在襯底上使得可以以相對低的成本大量生產(chǎn)傳感器。原則上，諸如沉積、光刻和刻蝕技術(shù)之類的標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體工藝可以用來制造傳感器。這些技術(shù)包括用已知的金屬化技術(shù)構(gòu)建傳感器的部件，如傳感器元件和端子。雖然這種半導(dǎo)體工藝允許大規(guī)模生產(chǎn)，所產(chǎn) 生的傳感器還應(yīng)當(dāng)滿足與機械魯棒性相關(guān)的要求，以使得這些傳感器可以用在諸如供應(yīng)鏈監(jiān)測之類的應(yīng)用中。本發(fā)明的實施例提供了一種具有相對高的靈敏程度的氣體傳感器。如在此描述的那樣，這可以通過提供橫跨半導(dǎo)體襯底中的開口而延伸的細長傳感器元件來實現(xiàn)。所述細長傳感器元件的相對大的表面積提高了傳感器的靈敏度，因為使較大的面積可用于與周圍氣體進行熱交換?？紤]到其細長形式和沿橫跨所述開口而延伸的方式(如，而不是擱置在諸如上文聯(lián)系圖I描述的電橋結(jié)構(gòu)的表面之類的表面上)，所描述傳感器元件可以易于出現(xiàn)機械性弱點(mechanical weakness)。為了減輕這種機械性弱點,根據(jù)本發(fā)明的實施例,細長傳感器元件具有支撐結(jié)構(gòu)。支撐結(jié)構(gòu)將細長傳感器元件支撐在開口中，從而為整個傳感器增加機械強度。下文描述細長傳感器元件及其支撐結(jié)構(gòu)的多種示例結(jié)構(gòu)。圖3a_3c不出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的氣體傳感器40。圖3b和3c不出了在由圖3a中示出的線II和III指示的位置處穿過氣體傳感器40的橫截面。如圖3a_3c中所示，氣體傳感器40設(shè)置在半導(dǎo)體襯底42上。襯底例如可以包括硅。氣體傳感器40包括細長傳感器元件44，細長傳感器元件44橫跨開口 48延伸，開口 48在該示例中設(shè)置在襯底42的上表面(主表面)上。如從圖3b和3c可以看出，細長傳感器兀件44具有第一表面47和第二表面45。第一表面47背向襯底42的主表面,而第二表面45面向襯底42的主表面。第一表面47因此可以被認為是傳感器元件44的上表面，第二表面45可以被認為是傳感器元件44的下表面。在圖3c中，不出了細長傳感器兀件44的第一表面47和第二表面45都外露。注意到，在一些實施例中，并不是所有的第一表面和第二表面都外露。例如，支撐結(jié)構(gòu)50可以在其與細長傳感器元件44接觸的位置處部分地覆蓋所述表面47、45中的一個。在本實施例中，從圖3a和3b可以看出，支撐結(jié)構(gòu)部分地覆蓋第一表面47。以下更詳細地描述支撐結(jié)構(gòu)50的結(jié)構(gòu)。在任何情況中，由于表面47、45都外露，因此表面47、45都可以與要感測的氣體接觸。用于與要感測的氣體的可用表面積的相關(guān)增大導(dǎo)致細長傳感器元件44對要感測的氣體的成分和/或濃度的靈敏度提高。如圖3a和3b所不，氣體傳感器40包括支撐結(jié)構(gòu)50。支撐結(jié)構(gòu)50將細長傳感器元件44支撐在襯底42上的開口 48中，從而改善氣體傳感器40的機械魯棒性。因而，雖然細長傳感器元件44在很大程度上是“自由懸掛的”，但支撐結(jié)構(gòu)50可以防止由外部沖擊(如，對合并了傳感器40的貨物或封裝的搬運(handling))對傳感器40造成的損壞。在該示例中，支撐結(jié)構(gòu)50包括橫跨襯底42中的開口 48而延伸的細長支柱(strut)?？梢愿鶕?jù)設(shè)計需要設(shè)置任何適合數(shù)量的支柱。例如，在一些實施例中，單個支柱可能就足夠，而在其它實施例中，可以設(shè)置多個支柱以實現(xiàn)附加的魯棒性/強度。在圖3中示出的本示例中，支柱大致垂直于傳感器元件44所采取的曲線的長軸延伸。在這方面，曲線的長軸被認為是該曲線的各個單獨分段的最長部分延伸所沿的軸。在其它示例中，支撐結(jié)構(gòu)50可以采取備選形式。例如，并不認為結(jié)構(gòu)50的支撐支柱實質(zhì)上直于曲線的長軸延伸是必要的。此外，支撐結(jié)構(gòu)可以包括未完全橫跨開口 48延伸的支柱，例如，支撐結(jié)構(gòu)50可以包括僅橫跨開口 48半途(part way)延伸的一系列相互交叉指狀物。支撐結(jié)構(gòu)50可以包括任何合適的材料，示例為SiC，SiN，Si02，Si，Ge02，GeN或聚合物。如圖3a和3b所示，在本示例中，支撐結(jié)構(gòu)位于襯底42上的細長傳感器元件44的 上方，從而細長傳感器元件44從支撐結(jié)構(gòu)50懸掛下來在開口 48中。細長傳感器元件44以一定的間隔(例如規(guī)則的間隔)附著到支撐結(jié)構(gòu)50，以確保根據(jù)與氣體傳感器40的魯棒性相關(guān)的設(shè)計容限，為細長傳感器元件44提供足夠的支撐度。雖然細長傳感器元件44的第一表面47的一部分附著到支撐結(jié)構(gòu)50并且因此不能用于與周圍氣體相接觸，然而，從圖3a明顯看出的是，第一表面47的大部分仍然是可用于氣體接觸的。在任何情況中，第一表面47上可用于氣體接觸的可用表面積的量均是非零的，這與上述已知設(shè)計不同，在上述已知設(shè)計中表面(通常為下表面(例如，參見圖I和2))被完全密封并且因此不能用于氣體接觸。根據(jù)本發(fā)明的實施例，認為與支撐結(jié)構(gòu)相鄰或附著到支撐結(jié)構(gòu)的表面的至少50%保持可用于氣體接觸。在本示例中，可以看到，細長傳感器元件44的一些部分未橫跨開口 48而延伸。事實上，并不認為整個細長傳感器元件44橫跨開口 48延伸是必要的。具體地，在圖3a中示出的示例中，細長傳感器元件44的曲線結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)折點嵌入襯底42中。這進一步增加了氣體傳感器40的結(jié)構(gòu)強度。根據(jù)本發(fā)明的實施例，支撐結(jié)構(gòu)50為細長傳感器元件44的橫跨開口 48延伸的部分提供機械支撐。細長傳感器元件44可以包括任何合適的材料，并且傳感器元件本身的操作原理將類似于在圖I和2中示出并在上文描述的傳感器元件的操作原理。因而，用來構(gòu)建傳感器元件44的材料應(yīng)當(dāng)是導(dǎo)電的，以允許電流通過傳感器元件44，以將傳感器元件44加熱至達到與周圍氣體的熱平衡的溫度。適合材料的示例包括包括導(dǎo)電材料，如摻雜多晶硅或者金屬和合金，如 Cu、Al、W、WC、TiN, TaN、Ti、Ta、Pt、Ag 或 Au。以下將聯(lián)系圖5在本文中討論圖3中示出的類型的氣體傳感器40的制造。將注意到，圖3還示出了可以在襯底42內(nèi)設(shè)置其它金屬化部件43，例如，設(shè)置在開口 48下方。因而，總體上，預(yù)期細長傳感器元件44的形成可以作為在半導(dǎo)體襯底42的整個工藝中執(zhí)行的金屬化步驟的一部分而進行。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體傳感器40的第二示例。圖4b和4c分別示出了沿著圖4a中示出的線IV和V穿過氣體傳感器40的橫截面。圖4中示出的氣體傳感器40類似于圖3中示出的氣體傳感器40，區(qū)別僅在于支撐結(jié)構(gòu)50的配置。具體地，支撐結(jié)構(gòu)50沒有位于與細長傳感器元件44的第一表面47相鄰的位置，而是位于與細長傳感器元件44的第二表面45相鄰的位置。因而，在該示例中，支撐結(jié)構(gòu)從“下面”支撐細長傳感器元件44，從而實際上從襯底42向第二表面45向外延伸。然而，在圖4的示例中支撐結(jié)構(gòu)50本身的結(jié)構(gòu)在形狀和形式方面類似于圖3中示出的配置和形式。因而，在該示例中，支撐結(jié)構(gòu)50包括一系列細長支柱，這些細長支柱實質(zhì)上垂直于傳感器元件44的曲線的長軸延伸，從而沿著曲線以一定的間距在襯底42中的開口 48內(nèi)提供支撐。然而，如聯(lián)系圖3描述的那樣，支撐結(jié)構(gòu)在形狀和形式方面的精確組配置(group configuration)可以根據(jù)設(shè)計需求而變化。圖5a_5f示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造氣體傳感器的方法的示例。具體地，圖5所示的方法適合制造圖3中示出的實施例。將會認識到，類似的方法可以用于制造圖4中示出的氣體傳感器實施例。在圖5a_5f中的每一個中，分別示出了氣體傳感器的穿過點線VI至XI的橫截面。在圖5a中示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造氣體傳感器的第一階段。在該階段中，設(shè)置半導(dǎo)體襯底42，在半導(dǎo)體襯底42上執(zhí)行了多個金屬化步驟以提供諸如電源線和信·號線43之類的金屬化部件。類似地，本領(lǐng)域已知的用于在襯底上構(gòu)建一系列金屬化層的這些金屬化步驟可以用來生產(chǎn)實質(zhì)上位于襯底42的主表面處的細長傳感器元件44。可以用來制造部件42和傳感器元件44的金屬化技術(shù)包括光刻、刻蝕和平面化(planarization)技術(shù)。這些技術(shù)是本領(lǐng)域公知的，并且將不在此對其進一步詳細闡述。在圖5b中示出了制造工藝的下一個階段。在該階段中，將層52沉積在襯底42的主表面上，其中層52隨后將形成用于細長傳感器元件44的支撐結(jié)構(gòu)50。在圖5c中示出的下一個階段中，將掩模層54沉積在層52之上。隨后，例如采用光刻和刻蝕技術(shù)對層54進行圖案化，以形成圖案化掩模56 (圖5d)。隨后通過圖案化掩模56刻蝕層52，以產(chǎn)生具有期望形式的支撐結(jié)構(gòu)。在本示例中，如圖5e所示，支撐結(jié)構(gòu)50的形式類似于上文聯(lián)系圖3描述的形式。因而，支撐結(jié)構(gòu)50包括實質(zhì)上垂直于細長傳感器元件44的曲線的長軸延伸的多個細長支柱。隨后，去除掩模56，并進行另外的刻蝕步驟以在襯底42的表面中形成開口 48。開口 48的形成可以采用另外的掩模實現(xiàn)，以防止襯底42的主表面的不希望部分的意外刻蝕。如圖5f所示，用來形成開口 48的刻蝕步驟選擇性地去除細長傳感器元件44周圍的襯底42材料。因而,如圖5f所示,具體如圖5f的截面圖所示,細長傳感器元件44的側(cè)壁和與以上在圖3中描述的第二表面45相對應(yīng)的底側(cè)變?yōu)橥饴?，以與周圍氣體接觸。本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚，細長傳感器元件44的與在圖3中描述的表面47相對應(yīng)的上表面已經(jīng)在很大程度上可用于與周圍氣體接觸，雖然細長傳感器元件44的上表面中附著到支撐結(jié)構(gòu)50的部分未外露。任何合適的刻蝕技術(shù)可以用來形成開口 48。示例包括濕法刻蝕或干法刻蝕技術(shù)，如BHF或蒸汽HF處理。為了防止在形成開口 48時襯底42材料的意外過刻蝕，可選地，可以在襯底內(nèi)在實質(zhì)上與開口 48的下表面相對應(yīng)的位置處設(shè)置刻蝕停止層。備選地，刻蝕工藝可以被定時，以防止意外過刻蝕，所述意外過刻蝕例如可能使開口 48下方的部件(如金屬化部件43)外露。如上所述，將會認識到，圖5中描述的方法可以可以適于產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的氣體傳感器的其它配置。例如，為了生產(chǎn)圖4所示類型的氣體傳感器，可以在沉積與細長傳感器元件44相關(guān)聯(lián)的金屬化層之前，在襯底42上圖案化對應(yīng)于支撐結(jié)構(gòu)50的層。在采用這些普通金屬化技術(shù)形成細長傳感器元件44之后，可以使用選擇性刻蝕步驟來在襯底42的主表面中形成開口 48，從而實現(xiàn)聯(lián)系圖4描述的器件的配置。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的半導(dǎo)體器件的示例，所述半導(dǎo)體器件包括集成在半導(dǎo)體管芯60中的多個多個傳感器62、64、66、68。在該不例中，傳感器62、64、66、68中至少一個包括根據(jù)本發(fā)明的不例的氣體傳感器。因而，預(yù)期氣體傳感器(例如，上文聯(lián)系圖3和4描述的類型的氣體傳感器)可以形成集成在單個半導(dǎo)體管芯中的多個不同的傳感器中的一個。備選地，還預(yù)期可以將不同的傳感器可以設(shè)置在分立的管芯上，這些分立的管芯合并在單個封裝中。以這種方式，多種多樣的傳感器功能可以集成在單個半導(dǎo)體器件中。例如，除了設(shè)置至少一個氣體傳感器之外，還可以將其他傳感器設(shè)置在單個管芯或封裝中，如，濕度傳感器、PH值傳感器、環(huán)境光傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器或其他氣體傳感器。
圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的射頻識別(RFID)標(biāo)簽70。在該實施例中，可以將上述類型的氣體傳感器或備選地上文聯(lián)系圖6描述的半導(dǎo)體管芯或封裝60，跟通常與RFID標(biāo)簽相關(guān)聯(lián)的其它部件(如可以與承載一個或多個傳感器78的管芯或封裝端接74的感應(yīng)回路(induction loop)42) 一起,設(shè)置在載體71上。在RFID標(biāo)簽70中設(shè)置氣體傳感器使得可以在諸如供應(yīng)鏈監(jiān)測之類的應(yīng)用中方便地讀出由氣體傳感器收集的測量結(jié)果。例如，在圖8中，示出了具有區(qū)域82的食品容器80，在區(qū)域82中可以放置諸如食品之類的消費品。同樣在區(qū)域82內(nèi)，設(shè)置有圖7所示類型的RFID標(biāo)簽70，該RFID標(biāo)簽70例如附著到限定了區(qū)域82的側(cè)壁。圖8相應(yīng)地示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體傳感器可以用在供應(yīng)鏈監(jiān)測領(lǐng)域，以監(jiān)測食品是否適于食用。如上所述，除了在供應(yīng)鏈監(jiān)測中的應(yīng)用之外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體傳感器還可以用在汽車或建筑物中的HVAC系統(tǒng)中(如，用于監(jiān)測空氣質(zhì)量)。根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體傳感器還可以用于監(jiān)測溫室中的氣體(CO2)水平。因而，描述了一種位于半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器。該氣體傳感器包括細長傳感器元件，該細長傳感器元件橫跨開口延伸并具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面外露以與要感測的氣體相接觸。第一表面背向襯底的主表面。第二表面面向所述主表面。細長傳感器元件的電導(dǎo)率對所述相反的第一表面和第二表面能夠外露到的所述氣體的濃度是敏感的。該氣體傳感器還包括支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)被布置為通過將細長傳感器元件支撐在所述開口中來提高氣體傳感器的機械魯棒性。雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的特定實施例，將會認識到，可以在所要求的保護的發(fā)明的范圍內(nèi)進行多種修改/添加和/或替換。
權(quán)利要求
1.一種位于半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器,該氣體傳感器包括 細長傳感器元件，該細長傳感器元件橫跨開口延伸并具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面外露以與要感測的氣體相接觸，其中，第一表面背向襯底的主表面，第二表面面向所述主表面，細長傳感器元件的電導(dǎo)率對所述相反的第一表面和第二表面能夠外露到的所述氣體的成分和/或濃度是敏感的；以及 支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)被布置為通過將細長傳感器元件支撐在所述開口中來提高氣體傳感器的機械魯棒性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的氣體傳感器，其中支撐結(jié)構(gòu)包括橫跨所述開口延伸的至少一個細長支柱。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的氣體傳感器，其中細長傳感器元件被布置成曲線。
4.根據(jù)從屬于權(quán)利要求2時的權(quán)利要求3所述的氣體傳感器，其中所述至少一個細長支柱實質(zhì)上垂直于所述曲線的長軸延伸。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的氣體傳感器，其中支撐結(jié)構(gòu)的至少一部分從襯底向外延伸，以在所述第一表面處支撐傳感器元件。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的氣體傳感器，其中傳感器從支撐結(jié)構(gòu)懸掛在半導(dǎo)體襯底的上方。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的氣體傳感器，其中支撐結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底上的圖案化層。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的氣體傳感器，其中支撐結(jié)構(gòu)包括SiC、SiN,Si02、Si、Ge02、GeN 或聚合物。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的氣體傳感器，其中傳感器元件是金屬性的。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣體傳感器，其中傳感器元件包括Cu、Al、W、WC、TiN,TaN,Ti、Ta、Pt、Ag 或 Au。
11.一種半導(dǎo)體器件，包括集成在半導(dǎo)體管芯或封裝中的多個傳感器，所述多個傳感器中的至少一個包括根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的氣體傳感器。
12.—種射頻識別RFID標(biāo)簽，包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的氣體傳感器。
13.—種移動通信裝置，包括根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的氣體傳感器。
14.一種供暖、通風(fēng)和空調(diào)HVAC系統(tǒng)，包括一個或多個氣體傳感器，所述一個或多個氣體傳感器包括根據(jù)權(quán)利要求ι- ο中任一項所述的氣體傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的氣體傳感器、權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件或權(quán)利要求12所述的RFID標(biāo)簽在供應(yīng)鏈監(jiān)測領(lǐng)域中的使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種位于半導(dǎo)體襯底上的氣體傳感器。該氣體傳感器包括細長傳感器元件，該細長傳感器元件橫跨開口延伸并具有相反的第一表面和第二表面，所述第一表面和第二表面外露以與要感測的氣體相接觸。第一表面背向襯底的主表面。第二表面面向所述主表面。細長傳感器元件的電導(dǎo)率對所述相反的第一表面和第二表面能夠外露到的所述氣體的成分和/或濃度是敏感的。該氣體傳感器還包括支撐結(jié)構(gòu)，該支撐結(jié)構(gòu)設(shè)置為通過將細長傳感器元件支撐在所述開口中而增加氣體傳感器的機械強度。
文檔編號F24D19/10GK102954986SQ201210286970
公開日2013年3月6日 申請日期2012年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者奧瑞利·休伯特, 戴維·蒂奧·卡斯特羅 申請人:Nxp股份有限公司