CN103913449A - 集成电路与制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种集成电路，其包括衬底(10)和光学二氧化碳传感器。该光学二氧化碳传感器包括位于衬底上的第一光敏元件和第二光敏元件(12，12′)，第一光敏元件与第二光敏元件在空间上相互分离。该集成电路还包括层部分(14)，该层部分包含一种有机化合物，该有机化合物包括至少一种二元胺或脒官能团，用于与第一光敏元件上的二氧化碳发生反应。该集成电路进一步包括信号处理电路(16)，该信号处理电路连接到第一光敏元件与第二光敏元件，用于确定第一光敏元件和第二光敏元件的输出之间的差值。本发明还涉及一种包括该集成电路物电子设备和制作该集成电路的方法。

Description

集成电路与制造方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路(IC)，其包括二氧化碳传感器。
本发明还涉及一种制作该集成电路(IC)的方法。
背景技术
如今，集成电路(IC)可以包括种类繁多的传感器，例如气体传感器、相对湿度(RH)传感器、特定分析物检测传感器，等等。出于种种原因，此类传感器可被包含在IC设计中。
例如，IC中可以包括一个气体传感器，用以检测该芯片所附随的产品的环境条件，从而可以通过监测该芯片的传感器读出来控制产品质量。这种应用可以用于比如精确预测产品的剩余的保存期限，例如，易腐食品。气体传感器还可以用于测量环境大气中二氧化碳含量的变化。可选地，气体传感器还可用于测量更大环境，如建筑物的气体成份的变化；或可用于医疗应用领域，如呼吸器具。
随着电子器件及电子信息收集的不断多样化，例如通过设于包装物品上的射频标签等，经常需要在一个单一的IC中集成多种传感器。比如，其他环境参数的检测，如用于建筑物与汽车的散热和空调(HVAC，加热、通风与空气调节)控制的温度和湿度，在特定的应用领域中尤其必要。此外，感测出所关心的分析物，例如二氧化碳，在此类应用领域中也是有必要的。然而，很难以一种有效成本方式制造出具有所要求的灵敏度的二氧化碳传感器。特别是阻抗滴定二氧化碳传感器，例如基于测量一种材料的阻抗变化的传感器，所述阻抗变化以其暴露于二氧化碳为基准，就饱受灵敏度相对较差之苦。
已知的已有多种传感器IC。然而，大多数的解决方案是基于一种包括多个离散的传感器的系统，从而使得系统庞大而昂贵。此外，其制造过程也较为复杂，特别是需要将高灵敏度的传感器包括在设计之内时。这对于产品良率存在着负面影响，进而推高已有合格品的价格。
发明内容
本发明用以提供一种包括了良好灵敏度二氧化碳传感器的紧凑的IC，且其制造过程较为经济。
本发明还涉及一种经济的制作该集成电路(IC)的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种集成电路，其包括衬底和光学二氧化碳传感器。该光学二氧化碳传感器包括位于衬底上的第一光敏元件和第二光敏元件，第一光敏元件与第二光敏元件在空间上相互分离。该集成电路还包括层部分，该层部分包含一种有机化合物，该有机化合物包括至少一种二元胺或脒官能团，用于与第一光敏元件上的二氧化碳发生反应。该集成电路进一步包括信号处理电路，该信号处理电路连接到第一光敏元件与第二光敏元件，用于确定第一光敏元件和第二光敏元件的输出之间的差值。
本发明利用有机化合物在遇到二氧化碳时可以产生云雾状或通过改变颜色而改变透射系数的特性来确定该有机化合物所暴露的媒介中二氧化碳的浓度。该有机化合物可以是胺，如内消旋芳族二胺或脒基有机物。在此情况下，可以通过上述光敏元件和参考光敏元件的输出信号的差值来精确确定二氧化碳的浓度。该光敏元件在其光通路上包括了上述有机化合物。上述光敏元件和参考光敏元件的输出之差源自于包括层部分的该有机化合物由于二氧化碳而导致的透射系数的变化。
基于此，可以知道，在暴露于二氧化碳中时，(二元)胺化合物可以遮蔽其宿主材料。例如，在1964年3月16日的NRL Report6047“Filament-winding plastics Part1-Molecular Structure and TensileProperties”(2012年8月7日星期二下载于互联网地址：https：//torpedo.nrl.navy.mil/tu/ps/pdf/pdf_loader？dsn＝7590632)中记载了间二甲苯二胺及包含该间二甲苯二胺的环氧树脂在胺吸收大气中的二氧化碳后会产生云雾状。此外，A.Dibenedetto等人在ChemSusChem，SpecialIssue：2nd EuCheMS Chemistry Congress，Volume1，Issue8-9，第742-745页，2008年9月1日一文中披露了通过自由态的单胺和二硅胺从模拟的烟道气体中可逆地吸收二氧化碳的过程，其中该单胺和二硅胺存在形态为有机(湿)溶液、或干凝胶。
Liu等人在cience，Vol.313(2006)第958-960页披露了一种包括脒官能团的表面活性剂，在其暴露于二氧化碳中后，可转化为云雾状的脒碳酸氢盐。
Darwish等人在Chem.Eur.J.17(2011)，第11399-11404页披露了一种螺吡喃脒，其在与二氧化碳发生反应生成脒碳酸氢盐时表现为颜色发生变化。
然而，上述披露均没有涉及关于有机化合物在与二氧化碳发生反应后由于产生云雾状或颜色变化而引致的特定波长上的透射系数变化可以用于测定二氧化碳水平的描述。
根据一种实施方式，该集成电路可进一步包括第二传感器，该第二传感器包括一对电极，所述一对电极由一种气体或湿度敏感材料相互分离。例如，该集成电路可包括在衬底上的互连结构，以及在所述互连结构上的至少一个钝化层，该层部分和该第二传感器至少部分地位于该钝化层上。以上所述的好处在于：制造第二传感器的工艺步骤中的部分也可用于后续制造光学二氧化碳传感器。
在一种实施方式中，该二氧化碳传感器包括在第一光敏元件上的所述气体或湿度敏感材料的第二层部分，包括所述有机化合物的所述层部分至少部分地覆盖所述第二层部分。在该实施方式中，该敏感材料的第二层部分将作为第一光敏元件的波长滤波器，由此带来的好处是：该滤波器可以形成于第一光敏元件之上，而无需额外的制造步骤。在该第一和第二光敏元件都是光敏二极管，如光敏硅二极管时，上述好处尤其明显。通常而言，硅二极管的波长选择性较低，其可探测包括紫外光、可见光以及高达1100纳米波长的红外光在内的较宽的光谱范围。有较多的文献说明了对于给定的光谱范围而言如何改变光敏二极管的感光特性，包括采用不同的掺杂物扩散深度来形成二极管的结、形成垂直堆叠二极管，以及封装级的滤波应用等等。然而此等方法要么不能提供对于光谱中关注部分的选择性，要么需要较多的后续信号处理过程，要么只允许二极管感测光谱中某些单独的部分。
该湿度敏感材料包括聚合物，该聚合物是从由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚胺、多吡啶、聚碳酸酯、多醋酸盐、聚苯乙烯及其衍生物组成的组中选取的。特别优选地，该聚合物可选为聚酰亚胺。这种聚合物所呈现的光学特性可以通过控制其固化温度进行调节，在J.Chem.Phys.1993，Vol.38，第3445页有关于此的披露。
至少所述气体或湿度敏感材料的所述第二层部分进一步包括染料，用于调节该第二层部分的滤波特性。该染料可溶解于或分散在该湿度敏感材料中，或与该湿度敏感材料化学性地结合，如将该染料与一种合适的聚合物通过共价键、离子键或范德华键相结合。由于只需要极少量的染料加入，湿度敏感材料实质上没有改变。基于这个理由，对于染料选择的唯一考量便是其具有所需要的吸收光谱，从而基于此选择任意合适的染料。文献中已有披露大量的染料种类，在本申请中不引述特别的染料示例。
该层部分的该有机化合物可被静置于一种聚合物中。该有机化合物可溶解于或分散在该聚合物中，例如密封在一种树脂基质中；或以化学键与该聚合物结合，如通过共价键、离子键或范德华键将该有机化合物与合适的聚合物相结合。
在可选的实施方式中，该集成电路进一步包括围绕所述第一光敏元件的聚合物井结构，其中该有机化合物包含于所述聚合物井结构中。这种结构的好处在于，该有机化合物可以液态形式存置于井结构中，该井结构可以用一种二氧化碳渗透膜封住。此类井结构在本领域中是常知的，例如美国专利5376255号。
本发明的集成电路可以与其他电子设备、机动车等设备以合适的方式相结合，或在包装物品的包装中。该集成电路可以是一种RFID芯片，其可以监测包装物品的环境条件，其监测数据通过射频连接中继到控制中心。
根据本发明的另一个方面，提供了一种集成电路的制造方法，该集成电路光学二氧化碳传感器。该方法包括：提供衬底，该衬底包括第一光敏元件和第二光敏元件，第一光敏元件与第二光敏元件在空间上相互分离；提供信号处理电路，该信号处理电路连接到第一光敏元件与第二光敏元件，用于确定第一光敏元件和第二光敏元件的输出之间的差值；形成层部分，该层部分包含一种有机化合物，该有机化合物包括位于该第一光敏元件上的至少一种二元胺或脒官能团。从而，可以以一种较为经济的方式制造出二氧化碳传感器。
在优选的实施方式中，该方法进一步包括：在衬底上形成互连结构；在互连结构上形成至少一个钝化层，该钝化层包括覆盖于至少第一光敏元件上的第一区域；其中形成层部分的步骤包括在第一区域上形成层部分。从而，该集成电路可被保护而免受环境影响，如湿气侵入等，从而提升该集成电路的可靠性。
该方法进一步包括：在所述至少一个钝化层上至少部分地形成第二传感器，该步骤包括：在所述至少一个钝化层的第二区域上形成一对电极、在包括所述一对电极的所述至少一个钝化层上沉积气体或湿度传感层、图案化所述气体或湿度传感层，从而所述气体或湿度传感层留存于所述第一区域与所述第二区域；其中，所述形成所述层部分的步骤包括：在所述留存于所述第一区域的气体或湿度传感层部分的至少一部分上形成所述层部分。由于对气体或湿度传感层的图案化处理通常是必要步骤，在本发明中，关于用于部分电磁光谱的一个或多个滤波器也可基于此目的而利用该气体或湿度传感层材料一并提供的意思是：所述滤波器可以在同样的图案化步骤中形成，从而所述滤波器的形成不需要增加额外的制造过程或难度，例如：不需要额外的工艺步骤。这会使得本发明的制造方法变得较为经济，同时也不会拉低产品的制造良率。
该气体或湿度传感层材料是一种聚合物层，其是从由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚胺、多吡啶、聚碳酸酯、多醋酸盐、聚苯乙烯及其衍生物组成的组中选取的，沉积该湿度传感层的步骤可以是通过旋涂进行的。
在该第一区域上的气体或湿度敏感材料的至少一部分中可以包括染料，用以调节滤波器的特性。该染料可以通过化学键与该气体或湿度传感层材料相结合，如通过共价键、离子键或范德华键。
进一步地，根据一种实施方式，该气体或温度传感层可包括第二部分，位于所述第二区域；如在该参考光敏元件的光学通路上，从而该第一光敏元件和第二光敏元件被暴露于电磁光谱的相同部分之下。
附图说明
以下将结合附图对于本发明的实施方式进行进一步描述。
图1是根据本发明一种实施方式的集成电路的示意图；
图2A是根据本发明一种实施方式的集成电路的测量方式的示意图；
图2B是包含液体的二元胺在暴露于二氧化碳之后所呈现的云雾状的图像；
图3是根据本发明一种实施方式的集成电路的制造方法的示意图；
图4是本发明一种实施方式中应用的一种反应式的示意；
图5是根据本发明一种实施方式的集成电路的测量结果的示意图；
图6是根据本发明另一种实施方式的集成电路的测量结果的示意图；
图7是根据本发明另一种实施方式的集成电路的制造方法的示意图。
具体实施方式
应当理解的是，所述附图仅为说明之用，不是按比例绘制。此外，相同的附图标记在各附图中所指代的是相同或相似的部分。
图1示出了根据本发明的思想的一种包括光二氧化碳传感器的IC。在衬底10上设有第一光敏元件12及与第一光敏元件12空间分隔的第二光敏元件12′。所述衬底10可以是硅衬底、硅锗衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底等，其通常包括多个电路元件，例如晶体管、二极管，等。在图1中，第一光敏元件12和第二光敏元件12′横向地被不限制的示例所分离。同样地，第一光敏元件12和第二光敏元件12′也可以是纵向分离的，例如在纵向堆叠二极管的情况下，所述纵向堆叠二极管包括第一光敏元件12置于第二光敏元件12′之上，或其相反。
第一光敏元件12由一个层部分14所覆盖，所述层部分14包括有机化合物，该有机化合物包括至少一种胺(例如二元胺)或脒官能团。层部分14对于电磁(EM)光谱的特定部分具有一个透射比，例如可见光，其是与在所述层部分14中的二元胺混合物所结合的二氧化碳的量的函数。
在一种实施方式中，在层部分14中，所述有机化合物与二氧化碳的反应会导致原本实质上透明的层部分14中出现一定的云雾状。这会减小透过层部分14的光的量。
在其他实施方式中，在层部分14中的有机化合物与二氧化碳的反应会导致有机化合物的吸收光谱发生变化，进而这种变化影响到透光的波长，从而导致第一光敏元件12探测到的光强度发生变化。
任何合适的包括至少一种胺或脒官能团的有机化合物、并在与二氧化碳反应后可引致对特定波长的透射系数发生变化，包括出现云雾状或吸收光谱的变化，均可适用。
所述有机化合物可以以任何适当的方式固定在层部分14中。例如，所述有机化合物可以与溶剂一起被涂敷到衬底10上，其后溶剂挥发，而只将有机化合物留下，例如，形成胶状或固体。可选地，不管所述有机化合物处于净态或溶于适当的溶剂(例如，在室温(25℃)下有较小汽压的乙醇，如油醇)中，其均可被密封于树脂基质中。可通过固化反应(化学交联聚合物)或自组装(物理交联聚合物)形成。
在其他实施方式中，所述有机化合物可被置于一种限制结构中，例如在IC的钝化或金属堆叠上方形成的聚合物井结构。示例地，该井结构可包括一个聚酰亚胺井结构，该聚酰亚胺井结构包括一个内井，用于盛放该有机化合物，以及一个外井，在该外井中锚接有覆盖所述内井的气体渗透膜。此类井结构和膜在本领域中是常知的，例如在体液传感器领域。比如，美国专利5376255号中提供了一种气体传感器，其应用了此种井结构。本实施方式的优点在于有机化合物可以以液态形式置于内井里，如以净态或溶于适当溶剂，这样的话就不需要前述的分离和固定步骤。
在一种实施方式中，所述井结构置于第一光敏元件12上，而第二光敏元件12′上不包括该井结构。在另一种实施方式中，第一光敏元件12上和第二光敏元件12′上各包括一个分离的井结构。其中，在第二光敏元件12′上的井结构盛置一种参考液体，如用于溶解置于第一光敏元件12上的井结构中的有机化合物的溶剂。
在图1中，层部分14与第一光敏元件12(如光电二极管)通过不限制的实例直接接触。可选地，在第一光敏元件12与层部分14之间，还可以包括一层或多层(图未示)，该一层或多层对于目标电磁光谱而言至少部分透明。例如，该一层或多层可以定义IC的一个金属化堆叠，用于与衬底10上的多个电路元件互相连接，以及向这些电路元件提供外部的连接。
第二光敏元件12′作为参考光敏元件，其在本设计中可用于在IC暴露于入射光下时滤出其中的变化部分。在衬底10内部或上部进一步包括信号处理电路16，其分别连接到第一光敏元件12和第二光敏元件12′的输入端。应当理解的是，尽管图1中示出的上述连接是嵌入在衬底10中的，这种方式仅是为清楚说明而示出。可行地，在其他实施方式中，上述连接在衬底10上走线，例如通过前述的金属化堆叠的一部分(图未示)。
信号处理电路16用于计算分别由第一光敏元件12与第二光敏元件12′量得的光强度之间的差值，并将所述差值映射为相应的二氧化碳水平。有鉴于此，信号处理电路16可包括或可使用一个存储电路(图未示)，例如一个查找表，在所述查找表中测量的光强度差值与预定的二氧化碳水平相互对应，从而信号处理电路16可由存储电路中检索得到相应的二氧化碳水平。
在一种实施方式中，前述光强度是测量选定的波长的，在前述有机化合物与二氧化碳反应从而导致其吸收光谱发生变化时这将会变得较为有利，比如由Darwish等所提出的螺吡喃脒化合物的情况下。
在一种实施方式中，信号处理电路16用于确定第一光敏元件12与第二光敏元件12′的光强度之间的比率的变化，例如：
R＝[I(12)/I(12′)]
其中，R是无量纲比率，I(12)和I(12′)是分别取自第一光敏元件12和第二光敏元件12′的电压或电流的值。如先前所述的，该比率的值可以对应到相应的二氧化碳水平。
在层部分14中没有二氧化碳时，对于一个很宽的光强度范围，所述比率R都会保持恒定。可选地，比率R可以是光强度的函数，在此情况下，上述方程式可变为：
R[I(12)]＝[I(12)/I(12′)]
在本实施方式中，对于N个不同的比率R的值，存储电路可存储N个查找表，N是至少为2的正整数。对于本领域人员而言，信号处理电路16显然还可以用于执行其他合适的算法。
第一光敏元件12和第二光敏元件12′可以采用适当的方式，例如光敏二极管，其可以是单一二极管、垂直堆叠二极管等。当是垂直堆叠二极管时，衬底10通常是至少半透明的，从而底部的二极管可以经由衬底被照射到。这可以通过将衬底减薄到变为至少部分透明的方式来实现。
图2A示例性地表示了本发明的二氧化碳传感器的工作原理。其中的虚线部分描述的是第一光敏元件12对于电磁光谱的一部分的反应或敏感性；实线部分描述的是参考光敏元件12′对于电磁光谱的同一部分的反应或敏感性，例如该电磁光谱的一部分为特定的波长或波长的范围。为清楚说明，图中的反应曲线相互之间被移开显示，应当理解的是，如果第一光敏元件12与第二光敏元件12′是一样设计的话，两个曲线的最大响应应当是重合的。
图中左边示出的是没有二氧化碳的情况下第一光敏元件12与第二光敏元件12′的响应；右边示出的是层部分14中的二元胺化合物与环境中的二氧化碳反应后导致层部分14出现云雾状或其吸收光谱变化的情况下第一光敏元件12与第二光敏元件12′的响应，在此情况下，层部分14的透射率对于选定部分的电磁光谱的透射率降低。第一光敏元件12与第二光敏元件12′的输入信号之间的差异变大，进而可以被信号处理电路16转化为对应的二氧化碳检测水平。
如图2B所示，对一滴包括按重量计5％的内消旋二元胺((1R，2S)-1，2-二苯基-1，2-乙二胺)的油醇通入二氧化碳后，其在五分种内从清晰转为混浊，呈现云雾状。其显示了二元胺化合物在与二氧化碳发生反应后产生混浊并遮蔽宿主材料的特性。
图3示例性地表示了本发明一种实施方式的制造IC的方法。本发明的IC可以是用任何可能的制造技术形成，如CMOS、绝缘体上硅、或硅锗工艺。如图3(a)所示，提供一个具有衬底10的IC，所述衬底10可以是硅衬底、硅锗衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底等，其通常包括多个电路元件，例如晶体管、二极管等，这些电路元件的组合形成电路，包括信号处理电路16。这些电路可以是模拟或者数字电路。该衬底可以不特别限定为以上所述的几种方式。
该衬底可用任何适当的制造方法得到。此类方法众多，较为常见，为简洁起见，在此不作进一步说明。应当理解的是，本发明不局限于特殊种类的IC。本发明可能包括于任何可能的IC中，包括数字IC、模拟IC或混合信号IC。
在衬底10上形成先前所说明的第一光敏元件12与作为参考光传感器的第二光敏元件12′。第一光敏元件12和第二光敏元件12′可以是适当的形状，例如光敏二极管，其可以是单一二极管、垂直堆叠二极管等。当是垂直堆叠二极管时，衬底10通常是至少半透明的，从而底部的二极管可以经由衬底被照射到。这可以通过将衬底减薄到变为至少部分透明的方式来实现。第一光敏元件12和第二光敏元件12′形成为IC的二氧化碳传感器的一部分，通常地连接到信号处理电路16。
通常地，衬底10中形成电路的各电路元件之间的互相连接是通过金属化层或金属化堆叠20提供的，金属化层或层堆叠20非限制性地可包括由介电层分隔的多个图形化金属层。可选地，可以包括任何合适数量的金属层与介电层。金属层的各个金属部分可以通过层间介电层中相应部分处的一个或多个通孔进行电连接。金属化堆叠20可以由任何合适的材料形成，例如钛、氮化钛、铝、铜或其组合，用以定义金属化层。以氧化硅、氮化硅、低k绝缘介质及其他绝缘材料或其组合形成介电层。
金属化堆叠20的各层事实上可包括堆叠的多个层，这在目前的半导体工艺，如亚微米级CMOS工艺中是常用设计。以上的互连结构可以用任何合适的制造方法得到。此类方法众多，较为常见，为简洁起见，在此不作进一步说明。
在金属化堆叠20上包括钝化层30，用以保护互连结构与衬底10免受损害，包括免于暴露在过大的湿度中。同样地，任何合适的钝化层30都可以用于本实施方式。这种钝化结构的合适的材料的非限制性示例包括：绝缘材料，例如二氧化硅、氮化硅、低k绝缘体及其组合。此外，钝化结构可进一步包括防潮层材料，如Ta2O5。优选地，钝化层30是包括了一层或多层绝缘材料的层堆叠，其可以任何合适的方式形成。此类方法众多，较为常见，为简洁起见，在此不作进一步说明。
需要明确的是，金属化堆叠20和钝化层30对于目标电磁(EM)光谱而言至少部分透明，从而使得光可以到达第一光敏元件12。
在钝化层30之上形成第一电极42与第二电极44，优选地，在形成该等电极之前还包括平坦化工艺。一种合适的平面化方法是化学机械研磨。第一电极42和第二电极44可以采用适当的方式形成，例如在钝化层30之上沉淀金属层，并图形化金属层以获得第一电极42和第二电极44。在图3(a)中，第一电极42和第二电极44通过非限制性的手段显示为相互交错。可以预期的是，其他可能的电极设计也可适用。同样地，任何合适的金属都可以用于形成本实施方式的电极。优选地，形成第一电极42和第二电极44的金属与形成金属化堆叠20的金属相同，这意味着所述电极可以由现有的IC制造工艺中的过程形成。
第一电极42与第二电极44在IC的钝化层上形成为电容性或电阻性的气体或湿度传感器的电极。在欧洲专利申请EP09166518.2中描述了这种类型的传感器的非限制性例子。第一电极42和第二电极44可以采用适当的方式接出，以供读出。第一电极42和第二电极44可以通过金属化堆叠20连接到IC的衬底的电路上，在此情况下，第一电极42和第二电极44的相应导导电部分延伸出来并通过钝化层30连接到金属化堆叠20。可选地，钝化层30可以分别载有接触垫(图未示)用于供第一电极42和第二电极44连接，从而气体或湿度传感器的输出可以自外部通过接触这些接触垫而读出。
根据本发明的一个实施方式，一个气体或湿度传感层46连同第一电极42、第二电极44一道形成于钝化层30之上。在本发明中，气体或湿度传感材料是指对于材料的气体或湿度条件呈现电学特性，如导电性、电阻性及/或电容性特性，该特性是材料的气体或湿度条件的函数。例如，对于电容式湿敏传感器而言，温度传感材料是一种具有随湿度条件而变化的介电常数的材料，从而所述湿度条件可以通过传感器的电容值而确定。
可选地，可以测量在第一电极42和第二电极44之间的气体或湿度传感层46的阻抗，以此测定IC所处的环境中的气体水平或湿度。该测量也可用于测定IC是否被暴露于过量的湿度水平中，如是否浸水。
可以理解的是，若在钝化层30上存在湿度传感器，则该传感器可以作为相对湿度传感器或液体浸入传感器使用。
可以使用任意合适的气体或湿度敏感材料。例如，该湿度敏感材料可以是从由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚胺、多吡啶、聚碳酸酯、多醋酸盐、聚苯乙烯及其衍生物组成的组中选取的聚合物。特别地，优选为聚酰亚胺。当气体或湿度传感层46包括上述聚合物时，该气体或湿度传感层46可以通过旋涂或其他适当的聚合物沉积技术形成。
可选地，类似于多聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚-苯基1，1，2-次乙基及其衍生物的聚合物也可使用，特别是在需要检测除含气水(湿度)之外的其他气体的情况下。比如，在已知的技术中，气体传感器的气体传感层中已有成功应用过数种导电聚合物，如聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩及其衍生物等。再如，在已知的技术中，Y.Sakurai等人已有揭示，聚噻吩、聚-十二烷基噻吩传感器在10分钟内对于300ppm的甲烷、氯代甲烷、氨等气体在0.2-1.8DR/Rb的范围内具有敏感性。Sakurai et al.，上述信息披露于Sensors and Actuators B：Chemical，第83期，No.1-3，第270-275页。
进一步地，任意合适的聚合物均可使用。对于气体传感器所适用的聚合物的综述已由Hua Bai等人在Sensors2007，Vol.7，第267-307页披露。另外一个关于气体传感器所适用的聚合物的综述由K.Arshak等人描述于Sensor Review，24(2)，2004，第181-198页。
为提升聚合物对气体或湿度的敏感度，可将形成于气体传感器的气体或湿度传感层46的至少一部分用贵金属覆盖，例如铂或钯。可选地，此类贵金属散布于前述聚合物中。可以通过前述的Hua Bai等人的描述文章获取更多信息，尤其是其文中的图2。
下一步，如图3(b)所示，图案化所述气体或湿度敏感材料的气体或湿度传感层，以形成包括所述敏感材料的第一部分46′的所述气体或湿度传感器50，并形成第二部分46″以作为第一光敏元件12的(波长)滤波器。在图案化过程中，第一部分46′和第二部分46″可以仍然保持互相连接，或被分离。第二部分46″位于钝化层30上第一光敏元件12上方，从而如图3(b)中箭头所示的照射到第一光敏元件12的大部分入射光将会经过该第二部分46″。优选地，基本上全部入射光，如至少90％以至99％的入射到第一光敏元件12的入射光会经过湿度敏感材料的第二部分46″，其遂作为该光敏元件的滤波器。
尽管在图3中没有示出，可以理解的是，该气体或湿度传感层46的其他部分可以延伸到参考光敏元件12′之上，从而二氧化碳敏感光敏元件12和参考光敏元件12′都被同样选定的，或过滤的电磁光谱的部分所照射。
在一种实施方式中，所述滤波特性曲线，如由第二部分46″所吸收的入射电磁光谱，是由吸收特性(如该气体或湿度敏感材料的吸收光谱)所决定的。可以使用任意合适的气体或湿度敏感材料。在此情况下，可以基于该气体或湿度敏感材料的吸收光谱而作出相应的选择，以保证其可以将不需要的电磁光谱部分有效滤除。例如，若第一光敏元件12为明适应光传感器，则可选择那些对紫外线和红外线具有强吸收力的材料。
在其他实施方式中，该气体或湿度敏感材料的至少第二部分46″的吸收光谱可以通过加入染料来进行调节。由于染料具有较重的色彩，在加入该气体或湿度敏感材料时，只需要加入少量即可改变其吸收光谱。任意合适的染料均可使用。对于该气体或湿度敏感材料只加入少量染料的优点在于，其电学性能在加入所述染料后基本保持不变。这意味着，在气体或湿度传感器50的第一部分46′中也可以加入染料，从而在所述气体或湿度敏感材料中加入染料的应用可以得到简化。
例如，可以在气体或湿度传感层46在钝化层30上沉积完成之后加入染料，如将染料吸收进入该气体或湿度传感层46。可选地，若该气体或湿度敏感材料已包括了聚合物，则可以将染料加入该聚合物。这可以通过使用两种不同的单体来完成，例如一个化学上不包括染料的单体100与一个包括染料的单体110共价结合(如作为取代基的形式)，从而形成聚合物120，其中所述染料作为聚合物主链的取代基存在。上述过程示意性地表示于图4中。在图4中，m和n是正整数，由于在聚合反应中会使用比单体110多得多的单体100，m通常远大于n。根据一种实施方式，单体100与单体110的比率至少为10：1，或至少为100：1，甚至至少为1000：1。由于在单体上附着染料的化学作用多有描述，且多依赖于染料与单体本身的特性，为简洁起见，此处不作多述。
回到图3，接着在第二部分46″上形成层部分14，所述层部分14包括有机化合物，所述有机化合物包括至少一个胺或脒官能团。该形成过程可通过沉积一滴溶液并凝固该层部分的方式形成。该溶液包括该有机化合物和聚合物前驱体或溶解的聚合物。该凝固过程可以通过固化或蒸发溶剂的方式使得该有机化合物固定于第二部分46″(如前述的树脂基质上)。
可以预期的是，如图3(c)所示的IC可以作出多种变化。例如，该IC可能包括至少四个第一光敏元件12，第一个第一光敏元件12不被任何层所覆盖；第二个第一光敏元件12被湿度敏感层(如聚酰亚胺层)所覆盖从而形成相对湿度传感器；第三个第一光敏元件12被二氧化碳敏感层部分(包括该有机化合物，该有机化合物包括至少一个胺或脒官能团)覆盖；第四个第一光敏元件12被湿度敏感层部分和二氧化碳敏感层部分覆盖。从而第一个第一光敏元件12可用于为第二个第一光敏元件产生参考信号，而第三个第一光敏元件可用于为第四个第一光敏元件产生参考信号，或者反过来提供上述参考信号。本领域的技术人员还可以基于本发明的以上思想得到其他可能的变化。
为示范在第一光敏元件12上的第二部分46″的概念，图5显示的是在一个CMOS IC上进行测量的结果。该CMOS IC包括一对垂直堆叠的光敏二极管，在图5中标为ALS1和ALS2，其中ALS2上覆盖有聚酰亚胺部分，即在ALS2上的钝化层30区域包括了这一部分。需要说明的是，在测量的时候，为清楚起见，省略了二氧化碳敏感材料14。
图5中示出了三个测量曲线；其中的ALS1top-ALS2top曲线表示的是由ALS1的顶部二极管的光谱响应中减去ALS2的顶部二极管的光谱响应后得到的差分光谱；ALS2top曲线表示的是ALS2的二极管的光谱响应；而ALS1bottom-ALS2bottom曲线表示的是从ALS1的底部二极管的光谱响应中减去ALS2的底部二极管的光谱响应后得到的差分光谱。
从ALS1top-ALS2top曲线和ALS1bottom-ALS2bottom曲线可以看出，电磁光谱中的紫外和红外部分被分离出来。以上结果可以由ALS1和ALS2信号之间进行简单的数学计算操作得到。
图6所示的是在执行图5所示的数据减除之前(未滤除的)ALS1顶部二极管和ALS1底部二极管的光谱响应。相比于图5所示的ALS2顶部二极管的响应，可以清楚地看到，ALS2顶部二极管的光谱响应中的紫外和红外两翼由于该聚酰亚胺滤波部分的存在，已经被显著抑制了。
图7示例性地表示了本发明另一种实施方式的制造IC的方法。步骤(a)与图3中的步骤(a)相同，为简洁起见，在此不作进一步说明。在步骤(b)中，图案化该气体或湿度传感层46，以形成气体或湿度传感器50。其与图3所示的实施方式的区别在于第二部分46″被省略了。相应地，在第一光敏元件12上形成有一个井结构60，如通过在第一光敏元件12上部旋涂类似于聚酰业胺的聚合物并随后对该聚合物进行选择性图形化以得到图7(b)所示的该井结构。
下一步，如步骤(c)所示，将包括该二元胺或脒官能团的有机化合物沉积在井结构60中，如以净态或溶解于适当的溶剂中，从而在井结构60中进成一个液体的层部分14。可选地，该有机化合物还可以被固化于聚合物中，并沉积在井结构60内部。示例地，可以通过在井结构60内部沉积一种可固化的混合物，并接着固化所述可固化混合物。该井结构60后续被一种液体不透膜62封住，该液体不透膜62可以通过二氧化碳，从而将该液体层部分14限定在该井结构60内。
需要说明的是，在图7中非限制性地只示出了一个单独的井结构60。在其他可能的实施方式中，该井结构可以包括一个包含有机化合物14的内井和一个用于锚接二氧化碳渗透膜62的外井。在另一种可能的实施方式中，在第二光敏元件12′上也可包括一个井结构，如在该井结构中盛置参考液体，比如在井结构60中用于溶解有机化合物14的溶剂。本领域的技术人员还可以基于本发明的以上思想得到其他可能的变化。
应当理解的是，在不背离本发明的主旨思想的前提下，还可以将其他种类的传感器加入IC中。特别是那些可以利用现有的IC制造工艺进行生产得到的传感器，因为这些传感器加入IC中之后不会造成制造成本的实质性上升。优选的一种实施方式是例如PTAT传感器的温度传感器，其可以使用现有的晶体管工艺得到。
应当注意的是以上说明的实施方式仅用于说明本发明，而不应理解为对于本发明的限制。对于所属领域的技术人员而言，在不背离本发明的权利要求的范畴内可以作出多种具体变化。在权利要求中，置于括弧中的参考标号不应理解为构成权利要求的限制范围。其中“包括”的意思并不排除那些除了明示于权利要求书中的元件或步骤以外的元件或步骤。在元件之前所述的“一”、“一个”并不排除存在多个此种元件的可能。本发明可以通过包括多个元件的硬件来实施。在列举多个装置的设备权利要求中，多个装置也可以通过一个装置或与之相同数量的硬件来实现。在不同的从属权利要求中引述的特定手段并不表示这些手段之间不能被结合并产生有益的效果。

Claims (15)

1.一种集成电路，其特征在于，所述集成电路包括：
衬底(10)，和
光学二氧化碳传感器，该光学二氧化碳传感器包括：
在该衬底上的第一光敏元件和第二光敏元件(12，12′)，第二光敏元件与第一光敏元件空间上分离；以及
层部分(14)，所述层部分包括一种有机化合物，所述有机化合物包括至少一种胺或脒官能团，用于在该第一光敏元件上与二氧化碳发生反应；
其中所述集成电路进一步包括连接到第一光敏元件和第二光敏元件的信号处理电路(16)，用于确定第一光敏元件和第二光敏元件的输出之间的差值。
2.如权利要求1所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路进一步包括第二传感器(50)，所述第二传感器包括一对电极(42，44)，所述电极之间通过气体或湿度敏感材料(46)相互分离。
3.如权利要求2所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路包括在衬底(10)上的互连结构(20)和在所述互连结构上的至少一个钝化层(30)，所述层部分(14)和所述第二传感器(50)至少部分位于所述钝化层上。
4.如权利要求2或3所述的集成电路，其特征在于，所述光学二氧化碳传感器包括在所述第一光敏元件(12)上的所述气体或湿度敏感材料的第二层部分(46″)，包括所述有机化合物的所述层部分(14)至少部分地覆盖所述第二层部分。
5.如权利要求4所述的集成电路，其特征在于，所述气体或湿度敏感材料(46)包括聚合物。
6.如权利要求5所述的集成电路，其特征在于，所述聚合物是从由聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚胺、多吡啶、聚碳酸酯、多醋酸盐、聚苯乙烯及其衍生物组成的组中选取的。
7.如权利要求6所述的集成电路，其特征在于，所述聚合物为聚酰亚胺。
8.如权利要求1-7中任何一项所述的集成电路，其特征在于，至少所述气体或湿度敏感材料的所述第二层部分(46″)进一步包括染料。
9.如权利要求1-8中任何一项所述的集成电路，其特征在于，所述集成电路进一步包括围绕所述第一光敏元件的聚合物井结构，其中所述层部分(14)包含于所述聚合物井结构中。
10.如权利要求1-9中任何一项所述的集成电路，其特征在于，所述有机化合物静置于另一种聚合物中。
11.一种包括如权利要求1-10中任一项所述的集成电路的电子设备。
12.一种用于制造包括光学二氧化碳传感器的集成电路的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底，所述衬底包括空间上互相分离的第一光敏元件和第二光敏元件(12，12′)，以及连接到所述第一光敏元件和第二光敏元件的信号处理电路(16)，用于确定第一光敏元件和第二光敏元件的输出之间的差值；
形成层部分(14)，所述层部分包括一种有机化合物，所述有机化合物包括至少一种胺或脒官能团，用于在该第一光敏元件上与二氧化碳发生反应。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述衬底上形成互连结构(20)；
在所述互连结构上形成至少一个钝化层(30)，所述钝化层包括在所述第一光敏元件(12)上的第一区域；
其中所述形成层部分(14)的步骤包括：在所述第一区域中形成所述层部分。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
在所述至少一个钝化层(30)上至少部分地形成第二传感器(50)，包括：
在所述至少一个钝化层(30)的第二区域上形成一对电极(42，44)：
在包括所述一对电极的所述至少一个钝化层上沉积气体或湿度传感层(46)；
图案化所述气体或湿度传感层，从而所述气体或湿度传感层留存于所述第一区域与所述第二区域；
其中，所述形成所述层部分(14)的步骤包括：至少部分地在所述留存于所述第一区域的气体或湿度传感层的第二层部分(46″)上形成所述层部分。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法在所述图案化步骤之前进一步包括：在所述气体或湿度传感层(46)中包含染料。
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