气体感测设备、室内固定装置、移动单元以及空气质量监测器 |
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| 申请号 | CN201720459726.0 | 申请日 | 2017-04-27 | 公开(公告)号 | CN207300952U | 公开(公告)日 | 2018-05-01 |
| 申请人 | 意法半导体有限公司; | 发明人 | O·勒内尔; 罗天财; 甘先耀; R·山卡尔; | ||||
| 摘要 | 涉及一种 电子 多种类气体感测设备和微电子空气 质量 监测器。微电子空气质量监测器包括被调节为用于检测不同气体种类的多个感温气体 传感器 。通过对相邻加热器进行编程来调节每个 气体传感器 。形成在该传感器下方的绝缘 气穴 有助于将传感器保持在所期望 温度 。温度传感器还可与每个气体传感器集成，以提供另外的反馈控制。该加热器、温度传感器和气体传感器采用集成在单个微芯片上的可 图案化 薄膜 的形式。该设备可被结合在计算机工作站、智能电话、衣物或其他可穿戴配饰中，用作相比于现有的空气质量传感器更小、更准确且成本更低的私人空气质量监测器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种电子多种类气体感测设备，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 气体感测设备、室内固定装置、移动单元以及空气质量监测器技术领域背景技术[0002] 据信，由于空气污染，导致每年出现多达七百万例过早死亡[世界卫生组织报告(World Health Organization Report)，2014年3月25日]。空气污染既包括室外污染，又包括密闭空间(诸如，例如，家、工厂、办公楼和高密度公寓大楼)内的不良室内空气质量。一些专家认为，室内空气污染比室外空气污染带来更大的健康危害。在第三世界国家，一些与空气污染有关的疾病和死亡被归咎于使用固体燃料进行采暖和烹饪。然而，使用更清洁形式能源的工业社会继续遭受室内污染对健康的影响。在典型的一天中，每个办公室工作人员吸入并处理约15立方米的空气，排出约350升二氧化碳(CO2)。在使用包含胶、染料、粘结剂、粘合剂等的工程材料建造的许多建筑物中，存在高含量的挥发性有机化合物(VOC)。此外，清洁产品、溶剂、涂料和其他涂层、家具、地毯和其他化学来源也成为VOC污染物之一。VOC包括诸如乙醇、甲苯、苯、甲醛、四氯乙烷(TCE)和二氯甲烷的化合物。 [0003] 随着建筑物的热吸率提高并且构造变得更具气密性，空气循环较少并且从外到内的空气交换减少。随着污浊空气积聚在密闭空间内，二氧化碳和VOC的浓度会升高至有害水平。在某些情况下，会使心肺功能受损，从而增加心脏病发作和中风的风险。在持续暴露于不良空气质量的情况下，随时间推移，这些空气中的毒素会诱发癌症。此 外，不良空气质量带来的更微妙和更常见的结果是，大脑变得缺氧，生产率下降。美国国立卫生研究院(NIH)资助的哈佛研究表明，典型的约950ppm的室内CO2含量有损认知能力，从而最终降低了工作人员的生产率。[J.G.艾伦(J.G.Allen)等人，“办公室工作者的认知功能评分与二氧化碳、空气流通和挥发性有机化合物暴露的关联：绿色与传统办公室环境的控制暴露研究(Associations of Cognitive Function Scores with Carbon Dioxide,Ventilation,and Volatile Organic Compound Exposures in Office Workers:A Controlled Exposure Study of Green and Conventional Office Environments)”，环境与健康展望期刊，DOI:10.1289/ehp.1510037，2015年10月26日]。因此，已经引入了绿色建筑实践，以试图限制VOC的使用，并且在某些情况下，需要更高的室外空气通风速率来防止VOC和CO2的积聚。 [0004] 一直获悉环境空气中存在的VOC和CO2含量正面临挑战。虽然某些人对VOC特别敏感并且将在高VOC环境中遭受过敏反应(诸如，头疼、眩晕和眼睛、鼻子和喉咙刺激)，但大多数人无法检测到有害含量的污染物。因为VOC和CO2都是没有气味的，所以通常难以检测它们，大多数建筑物现在并没有装配有多种类气体传感器。可购得一些包含CO2和VOC传感器的便携式空气质量警告设备，例如，AirVisual NodeTM、AlimaTM、AtmotubeTM、Cube SensorTM等。然而，这些设备往往笨重，并且能够监测暴露的私人领域的每个单元的成本达数百美元。实用新型内容 [0005] 为了解决现有的和潜在的问题，本实用新型提出一种电子多种类气体感测设备，其能够检测环境空气中的多种气体成分，以监测空气质量。并且，该设备所集成的多种类气体微传感器比现有空气质量传感器更小、更准确且成本更低。 [0006] 根据本实用新型的一个方面，电子多种类气体感测设备包括：多个气体种类传感器，所述多个气体种类传感器被安排为单个集成电路 阵列的元件，每个气体种类传感器包括：气敏材料，所述气敏材料被调节为用于检测特定气体种类，所述气敏材料形成在是金属氧化物半导体结构的反应层中；电阻加热器，所述电阻加热器与所述气敏材料相邻；以及温度传感器，所述温度传感器与所述气敏材料相邻，感测所述气敏材料的温度。 [0007] 根据某些实施例，所述反应层小于500nm厚。 [0008] 根据某些实施例，所述气敏材料是陶瓷。 [0009] 根据某些实施例，所述陶瓷包括SnO2、ZnO2或In2O3中的一种或多种。 [0010] 根据某些实施例，所述气敏材料小于200nm厚。 [0011] 根据本实用新型的一个方面，提供一种装配有前述气体感测设备的室内固定装置。 [0012] 根据某些实施例，装置包括台式计算机、显示器或壁装式单元中的一个或多个。 [0013] 根据本实用新型的一个方面，提供一种装配有前述气体感测设备的移动单元。 [0014] 根据某些实施例，移动单元包括智能电话、平板计算机、膝上型计算机、手表、吊饰或衣物制品中的一个或多个。 [0015] 根据本实用新型的一个方面，提供一种微电子空气质量监测器，包括：微传感器阵列，其形成在半导体衬底上，所述微传感器阵列具有多个传感器元件，每个传感器元件包括加热器和气体微传感器，所述气体微传感器被配置成用于检测环境空气中的特定气体种类的存在；微处理器，所述微处理器通信地耦合到所述微传感器阵列；以及电子存储器，所述电子存储器通信地耦合到所述微处理器，所述电子存储器被配置成用于存储供所述微处理器执行的指令。 [0016] 根据某些实施例，所述半导体衬底是玻璃衬底。 [0017] 根据某些实施例，所述空气微传感器是感温的并且可被选择性调节为用于在不同温度下操作。 [0018] 根据某些实施例，所述微传感器阵列还包括温度传感器，所述温 度传感器形成在所述半导体衬底上并且通信地耦合到所述微处理器。 [0019] 根据某些实施例，所述空气质量监测器采用被集成到移动计算设备中的ASIC的形式。 [0020] 根据某些实施例，所述空气质量监测器采用被集成到固定计算设备中的ASIC的形式。 [0021] 多种类微传感器设备检测环境空气中的多种气体成分，以监测空气质量。特别地，在单个集成电路芯片(例如，包括挥发性有机化合物(VOC)传感器和CO2传感器的应用专用集成电路(ASIC))上形成三个或更多个气体种类检测器。ASIC还可包括其他类型的环境传感器以及处理器和存储器。这种小型多种类传感器芯片可被无缝地且不可见地集成到许多不同产品中。例如，多种类传感器芯片可被装配在固定装置(诸如，台式计算机或显示器)中，用于监测个体的工作环境。另外，集成传感器芯片可被装配在移动设备(诸如，膝上型计算机、智能电话、衣物、手表和其他配饰)中，以用作空气质量的私人监测设备。这种集成多种类气体传感器可连续地监测空气质量指标，空气质量指标包括各种气体物质的含量连同湿度、温度等。 [0022] 集成的多种类气体微传感器比现有空气质量传感器更小、更准确且成本更低。多种类气体微处理器包括采用小于0.2微米厚的保形薄膜形式的VOC传感器。多种类气体微传感器还包括具有低电阻温度系数的加热器。附图说明 [0023] 在附图中，相同的参考标号标识相似的元件或动作，除非上下文另有指明。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。 [0024] 图1是如本文中描述的根据实施例的在使用中的微电子空气质量监测器的示图。 [0025] 图2是如本文中描述的根据实施例的图1中示出的微电子空气质量监测器的框图。 [0026] 图3A是根据现有技术的被构造成维持体化学反应的粉末形式的 厚传感器材料的示图。 [0027] 图3B是根据如本文所描述的实施例的薄膜状传感器材料的示图，所述薄膜状传感器材料被构造成用于支撑表面化学反应。 [0028] 图4是根据如本文所描述的实施例的包括用于检测三种不同气体种类的多种类气体传感器阵列的电路示意图。 [0029] 图5是列出根据如本文所描述的实施例的可使用不同传感器材料来检测各种气体种类所采取的温度的数据表。 [0030] 图6是示出根据如本文所描述的实施例的制造多种类气体微传感器的方法中的步骤的流程图。 [0031] 图7至图10是遵循图6中示出的制造方法中的步骤的多种类气体传感器的剖视图。 [0032] 图11是根据如本文所描述的一个实施例的VOC传感器的俯视平面图。 [0033] 图12是与图4中示出的传感器阵列对应的芯片布局的俯视平面图。 具体实施方式[0034] 在以下描述中，列出了某些特定细节以便提供所披露的主题的各个方面的透彻理解。然而，可以在没有这些特定细节的情况下实践所披露的主题。在一些实例中，尚未具体描述包括在此披露的主题的实施例的公知结构和方法以免模糊本披露的其它方面的描述。 [0035] 除非上下文另有要求，否则贯穿说明书和所附权利要求书，“包括(comprise)”一词及其多种变体(诸如，“包括(comprises)”和“包括(comprising)”)将以一种开放式的和包含性的意义来进行解释，例如，“包括但不限于(including,but not limited to)”。 [0036] 贯穿本说明书所提到的“一个实施例”或“实施例”是指与该实施例相关联地描述的具体的特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”在不同场合中的出现并不必定都是指相同的方面。另外，特定特 征、结构或特性可以根据任何合适的方式组合在本披露的一个或多个方面中。 [0037] 贯穿说明书对集成电路的引用总体上旨在包括在半导体衬底上构建的集成电路部件，不管这些部件是否被一起耦合到电路中或者能够互连在一起。贯穿本说明书，术语“层”以其最广泛的含义来使用以包括薄膜、帽盖等等，并且一个层可以由多个子层组成。 [0038] 贯穿本说明书对用于沉积氮化硅、二氧化硅、金属或类似材料的常规薄膜沉积技术的引用包括如下工艺：化学气相沉积(CVD)、低压化学气相沉积(LPCVD)、金属有机化学气相沉积(MOCVD)、等离子加强化学气相沉积(PECVD)、等离子气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、分子束外延(MBE)、电镀、无电镀等等。在此参照这种工艺的示例描述具体实施例。然而，本披露和对某些沉积技术的引用不应限于所描述的那些。例如，在一些情况下，引用CVD的描述可以可替代地使用PVD完成，或者指定电镀的描述可以可替代地使用无电镀完成。进一步地，引用形成薄膜的常规技术可以包括原位生长膜。例如，在一些实施例中，将氧化物的生长控制在期望的厚度可以通过将硅表面暴露于氧气或加热室中的湿气来实现。 [0039] 贯穿本说明书对在用于图案化各种薄膜的半导体制造技术中已知的常规光刻技术的引用包括旋涂曝光显像工艺序列以及通常其后的蚀刻工艺。可替代地或此外，光刻胶还可以用于图案化硬掩模(例如，氮化硅硬掩模)，进而可以用于图案化底层膜。 [0040] 贯穿本说明书对在用于选择性移除多晶硅、氮化硅、二氧化硅、金属、光刻胶、聚酰亚胺或类似材料的技术中已知的常规蚀刻技术的引用包括如下工艺：湿法化学蚀刻、反应离子(等离子)蚀刻(RIE)、冲洗、湿法清洁、预清洁、溅射清洁、化学机械平坦化(CMP)等等。在此参照这种工艺的示例描述具体实施例。然而，本披露和对某些沉积技术的引用不应限于所描述的那些。在一些情形下，两种这样的技术可以是可互换的。例如，剥离光刻胶可能需要将样本浸入在湿法化学浴中或者可替代地将湿法化学物直接溅射到样本上。 [0041] 在此参照已制造的空气质量传感器描述具体的实施例；然而，本披露和对某些材料、尺寸以及加工步骤的细节和次序的引用是示例性的，并且不应当被限制于所示的这些。 [0042] 现在转到附图，图1示出了根据本披露的实施例的装配有空气质量监测器102的工作站100。工作站100代表诸如台式计算机、膝上型计算机、售货亭、壁装式显示器等固定装置。工作站100包括显示器104，该显示器呈现采用统计概要106和趋势图表108形式的空气质量数据。用空气质量监测器102局部感测空气质量数据，然后用电子组件进行分析，以在显示器104上呈现。处理并分析空气质质量数据的电子组件可位于工作站100内，或者位于通过有线或无线连接(例如，网络连接)通信地耦合到工作站100的远程位置处。空气质量监测器102可以是工作站100的固定组件，或者空气质量监测器102可以是可移除地附接于工作站100的移动单元。在一个实施例中，空气质量监测器102可以是与工作站100的用户关联的智能电话、平板计算机、膝上型计算机、手表、吊饰、衣物制品或其他类型的移动单元的部分，其中，在特定用户正在工作站100处工作时，空气质量监测器102通信地耦合到工作站100。空气质量监测器102可保留用户的位置历史和关联的空气质量数据，以监测用户暴露于特定空气污染物的情况。可替代地，空气质量监测器102可保留工作站100的固定位置特定的空气质量数据的历史。 [0043] 在一个实施例中，在显示器104上呈现的统计概要106包括湿度读数、温度读数、挥发性有机化合物浓度读数、位置、时间戳记和整体办公室空气质量指标。统计概要106是示例性的，并且可包括比图1中所示更多或更少的数据项。数据项中的一个或多个可在趋势图108上显示为时间序列曲线图，该曲线图占据显示器104的一部分，使得可实时将局部空气质量告知工作站100的用户。趋势图108可在旋转的基础上连续显示各个数据项的时间趋势。可替代地，可在趋势图108上同时显示多个时间趋势。趋势图108可以是能由用户或系统管理员配置的。 [0044] 图2示出了根据本披露的实施例的空气质量监测器102的组件。空气质量监测器102是微电子器件，包括至少微处理器120、电子存储器122和微传感器阵列124。微处理器 120通信地耦合到电子存储器122和微传感器阵列124。电子存储器122被配置成用于存储供微处理器120执行的指令并且存储从微传感器阵列124接收的数据。微传感器阵列124还可与电子存储器122直接耦合。空气质量监测器102的组件之中的任一条通信路径可支持有线或无线数据通信。微传感器阵列124可以是专用集成电路(ASIC)芯片。电子存储器122的一部分或全部可在ASIC芯片板上实现。此外，空气质量监测器的所有组件可被一齐集成为片上系统(SOC)。 [0045] 可如名称为“集成SMO气体传感器模块(Integrated SMO Gas Sensor Module)”[授予Shankar等人的美国专利申请No.14/334,572，被公开为美国专利申请No.2016/0018356，下文中“Shankar”]的相关专利文献中描述地实现微传感器阵列124，该相关专利文献被受让给与本专利申请相同的实体，并且其全部内容以引用方式并入本文中。可替代地，可如本文中描述地实现微传感器阵列124，该实现方式具有与Shankar的特征不同的某些特征。可替代地，可实现微传感器阵列124，以便将Shankar气体传感器的某些特征与如本文中描述的气体传感器的某些其他特征相结合。在一个实施例中，整个空气质量监测器102在单个衬底222上(参见图7)。在其他实施例中，微传感器阵列124处于其本身的硅衬底上并且微处理器120和电子存储器122一起处于单个硅衬底上。 [0046] 图3A、图3B将现有技术与用于提供空气质量传感器的本实用新型进行对比。图3A示出了本领域中已知的体传感器材料130。体传感器材料130采用被构造成用于支撑与周围空气发生化学反应的粉末形式。体传感器材料130由可包括反应材料的多晶粒的颗粒132制成。环境气体可例如沿着迂回路径134流过体传感器材料，从而促成环境气体分子和颗粒132的表面之间的接触。体传感器材料130可以是例如厚度范围在约5μm至20μm的氧化砷(SnO2)。通常在600℃的 温度下烧结体传感器材料130。体传感器材料130是已知系统，因此将不进行进一步描述。它大且笨重，没有装配在硅衬底上。 [0047] 图3B示出了相对于图3A的传感器有改进的根据本披露的实施例的适于用于微传感器阵列124的薄膜气体感测材料140。薄膜气体感测材料140具有支持沿着大体笔直路径144的环境气体的表面传导的结构以及环境气体和由薄膜气体感测材料140制成的致密多晶薄膜142之间的表面反应。在一个示例中，薄膜142是厚度100nm的氧化砷(SnO2)膜，该厚度比体传感器材料130薄约100倍。可用作薄膜142的其他气体感测材料包括氧化锌(ZnO2)和氧化铟(In2O3)。可通过溅射沉积来形成薄膜142，之后在400℃的低温下进行烧结。所得的薄膜142的致密度使得它被归类为陶瓷，与粉末形成对照。然后，可用铂(Pt)的薄涂层覆盖薄膜142的部分或全部。已知薄膜气体感测材料140对于环境空气中可能存在的各种气体的敏感度随着温度的变化而变化。铂涂层可辅助将热传递到薄膜142。 [0048] 图4示出了根据本披露的实施例的微传感器阵列124的电路示意图。微传感器阵列124的元件(示出三个：150a、b、c)包括一起形成在公共衬底上的温度传感器152、电阻加热器154和气体传感器156。由微处理器根据编程指令对电阻加热器154进行电控制，以便将气体传感器156调节成对特定气体敏感。温度传感器152可被用作用于自动调节电阻加热器 154的反馈控制设备。经由在电压Vh下驱动的加热器信号线158向电阻加热器154传递电力。 气体传感器156包括图3B中示出的采用薄膜气体感测材料140形式的薄膜142。通过电压Vh和关联的电阻加热器154的电阻RH来确定每个气体传感器156的温度。当电阻RH具有不同值时，微传感器阵列124的每个元件可在不同的温度范围内操作。这可通过在微传感器阵列 124的不同元件中使用不同感测材料来实现。例如，微传感器阵列124的第一元件150a可包含作为有源感测材料的氧化砷(SnO2)并且可在400℃至500℃的温度范围内操作，而微传感器阵列124的第二元件150b可包含作为有源感测材料的ZnO2并且可在300℃至350℃的温度范围内 操作。在一个实施例中，每个温度传感器152被配置为包括三个固定电阻器R1、R2和R3的惠斯顿电桥。为了控制热耗散和功耗，以如以下说明的限制方式来进行加热。 [0049] 图5示出了根据本披露的实施例的表300，表300列出VOC传感器基于材料和操作温度可检测的气体的列表。例如，当由SnO2制成的VOC传感器升温至100℃的操作温度时，它能够检测氢气。但是，当SnO2传感器升温至300℃的操作温度时，它将检测一氧化碳(CO)，并且当升温至400℃时，它将检测甲烷。当由ZnO2制成的VOC传感器升温至300℃时，它检测氧化氮(NO2)。当由InO2制成的VOC传感器升温至300℃时，它将检测二氧化硫(SO2)。诸如表300的第一列中列出的各种氧化物化合物的其他传感器材料可以用于取代VOC传感器中的SnO2、ZnO2和InO2或作为VOC传感器中的SnO2、ZnO2和InO2的补充进行使用。因此，可调节微传感器阵列124中的VOC传感器中的每个，以通过控制与传感器相邻设置的关联加热器来感测所选择气体。有利地，构造VOC传感器阵列，以确保热限于VOC传感器的局部区域并且随时间推移它保持所期望温度，并且维持传感器元件的准确性。 [0050] 在一个实施例中，在不同时间将同一物理材料升温至不同温度，以感测不同气体。在一个示例中，在第一时间，SnO2层升温至大约200℃，以检测丁烷和丙烷。在后续时间，就这个材料升温至约300℃，以检测CO。与该材料相邻的局部温度传感器提供反馈信号，以确保SnO2材料处于感测所选择气体所期望的温度下。 [0051] 图6是示出了根据本披露的实施例的用于制造图4中示出的传感器阵列的方法200中的步骤序列的流程图。可在等于或低于400℃的温度下执行方法200中的所有步骤。参照图7至图10，适于检测VOC的多种类气体传感器156与电阻加热器154相邻形成。 [0052] 在202中，使用例如传统的热生长工艺，在衬底222上形成厚氧化物224。衬底222可以是例如硅衬底或玻璃衬底，厚度范围在约500μm至600μm。厚氧化物224的厚度范围在约3μm至10μm。 [0053] 在204中，通过使用传统光刻技术和蚀刻技术将厚氧化物224图案化，在厚氧化物224中形成约2μm深的空腔。例如，可使用光致抗蚀剂对厚氧化物224进行图案化并且使用诸如氢氟酸(HF)的湿化学蚀刻剂对厚氧化物224进行蚀刻。空腔可具有倾斜面。 [0054] 在206中，用聚酰亚胺的4μm厚层228来填充空腔，以形成聚酰亚胺槽226，如图7中所示。聚酰亚胺材料可以是例如可购自Fujifilm公司(日本，东京)的诸如HD8220的材料。聚酰亚胺槽226可以在325℃下固化1小时，以使厚度减小至3μm，其中，约2μm的聚酰亚胺层在厚氧化物224的表面下方并且约1μm的聚酰亚胺层在厚氧化物224的表面上方。接下来，使用共形薄膜沉积的传统方法，在聚酰亚胺槽226的顶部上形成300nm厚的氮化硅覆盖层228(例如，Si3N4)。 [0055] 在208中，根据本披露的一个实施例，电阻加热器154形成为由铝化钽(TaAl)制成的150nm厚加热元件230。TaAl的特征是导致电阻稳定的低热系数(TCR)。在加热元件230的顶部上形成第一金属层并且进行图案化，以形成针对加热元件230的接触件232。接触件232可由适于用作厚度为约500nm的集成电路互连件的任何金属(诸如，例如，铜化铝(AlCu))。接触件232可被蚀刻成具有倾斜面。接触件232和加热元件230被第一共形层间电介质(ILD) 234(例如，另一个Si3N4的300nm厚层)覆盖。然后，在共形ILD 234中形成通孔，用由厚度 500nm的AlCu制成的第二金属层236填充通孔。 [0056] 在210中，通过将共形沉积在第二金属层236上方的高TCR薄膜图案化来形成温度感测元件238。温度感测元件238可由例如厚度为约20nm的铂(Pt)制成。然后，在温度感测元件238上方沉积第二共形ILD 240。第二共形ILD 240可以是30nm的Si3N4。在一些实施例中，温度感测元件238是可选的，并且可根据所期望的校准程度和准确度被省去。 [0057] 在212中，与电阻加热器154相邻地形成多种类气体传感器。第 一VOC传感器242被形成为厚度范围在约30nm至100nm内的图案化氧化砷(SnO2)膜。第一VOC传感器242形成在聚酰亚胺槽226中所选择的聚酰亚胺槽上方。第一VOC传感器顶盖244被形成为共形沉积在第一VOC传感器242上方的50nm厚的SiO2膜。 [0058] 第二VOC传感器246形成在同一衬底222上的不同位置处，如图8A中所示。在一个实施例中，第二VOC传感器246是厚度是约100nm的图案化氧化锌(ZnO2)膜。当正沉积并且图案化ZnO2膜时，用适宜的掩模覆盖第一传感器242的区域，以在形成传感器层246的同时保护它。通过将ZnO2膜选择性图案化，第二VOC传感器246可形成在聚酰亚胺槽226中的与用于第一VOC传感器242的SnO2膜不同的聚酰亚胺槽上方。以这种方式，可使用单个工艺流程来制造不同类型的VOC传感器，每个传感器与加热器和温度传感器配对。第二VOC传感器顶盖248被形成为共形沉积在第二VOC传感器246上方的50nm厚的SiO2膜，如图8B中所示。 [0059] 第三VOC传感器250被形成为厚度为约150nm的图案化氧化铟(In2O3)膜，如图8B中所示。第三VOC传感器250形成在同一衬底222上的不同位置处的聚酰亚胺槽226中所选择的聚酰亚胺槽上方。在针对第三传感器250进行图案化工艺的过程中，掩盖第一VOC传感器膜和第二VOC传感器膜。 [0060] 层242、246和250是图3B中示出和描述的薄膜142的具体示例。除了图7-图8B中示出的特定材料外的其他材料可用于感测相对于图5说明的不同气体。 [0061] 参照图9，在第二共形ILD 240中形成通孔，用由厚度约500nm的AlCu制成的第三金属层252填充通孔。 [0062] 在214中，在第三金属层252和VOC传感器上方，形成钝化层254，如图10中所示。钝化层254可由SiN制成。钝化层254被图案化成暴露VOC传感器，并且提供经由各种金属层使温度感测元件238和接触件232触及加热元件230的信号路径。第一VOC传感器、第二VOC传感器和第三VOC传感器中的每个具有暴露的约200μm2 ×100μm2的有源感测区。 [0063] 在216中，从聚酰亚胺槽226中去除聚酰亚胺材料中的某些。通过蚀刻穿过VOC传感器层和ILD层来形成开口256，以暴露聚酰亚胺槽226。然后，执行第二膜去除步骤，以从聚酰亚胺槽226中去除聚酰亚胺材料，从而在加热元件230下面留出气穴260。气穴260具有宽度262。气穴的宽度262理想地比开口256大得多，使得空气在保持于环境空气的大气压下时，被有效捕获在气穴260内。然后，在400℃下在大气压下执行固化步骤两小时，以收缩并硬化保留在聚酰亚胺槽226中的聚酰亚胺材料，由此固化气穴260的壁。气穴260提供热绝缘，用于捕获加热元件230所产生的热，使得热在空间上被限制在相邻VOC传感器的局部附近内，而没有被传输到微传感器阵列124中的其他VOC传感器。 [0064] 图11示出了根据本披露的实施例的示例性温度传感器152和示例性电阻加热器154的俯视平面图。电阻加热器154可被设计为金属网片加热元件230，在金属网片加热元件 230中，开口256通向位于加热元件230下方的气穴260。接触件232向加热元件230提供电力。 温度传感器152设置在加热元件230上方的层中，并且延伸到VOC传感器正下方的位置。 [0065] 图12示出了根据本披露的实施例的衬底222上的微传感器阵列124的整个电路的含硅物理布局。图12中的视图示出了微传感器阵列124的在单个集成电路上的与图4中示意性示出的三个元件对应的三个元件。接触焊盘180提供针对供微处理器120和电子存储器122访问的微传感器阵列元件150a、b、c的电连接。在图12中还指示了电信号路径182。电阻器R1、R2、R3等被示出为螺旋形。图12中示出的示例性三元件阵列的总封装尺寸是2.6mm× 0.9mm＝2.34mm2。 [0066] 在本说明书中所提及的和/或在申请资料表中所列出的所有美国专利、美国专利申请出版物、美国专利申请、国外专利、国外专利申请和非专利出版物都以其全文通过引用并入本文。 [0067] 将理解的是，尽管出于说明的目的在此描述了本披露的多个特定 的实施例，在不背离本披露的精神和范围的情况下可以进行各种修改。上述各实施例可以组合以提供进一步的实施例。如果有必要，可以对实施例的各方面进行修改，以采用各专利、申请和公开的概念来提供更进一步的实施例。 [0068] 鉴于以上详细说明，可以对实施例做出这些和其他改变。一般而言，在以下权利要求书中，所使用的术语不应当被解释为将权利要求书局限于本说明书和权利要求书中所披露的特定实施例，而是应当被解释为包括所有可能的实施例、连同这些权利要求有权获得的等效物的整个范围。因此，权利要求书并不受本披露的限制。 |
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