[发明专利]微机电半导体器件传感器

说明书

本发明涉及一种微机电半导体器件，其带有：半导体材料构成的弯曲元件以及在弯曲元件内部的对机械应力敏感的晶体管。本发明尤其是涉及一种在通常的半导体制造工艺方面兼容的微机电器件，其耗电低，并且尤其是涉及一种耗电低的微机电CMOS压力传感器或者CMOS加速度传感器。

可以用作压力传感器或者加速度传感器的微机电半导体器件原则上已知，并且在实践中证明是可用的。这种微机电半导体器件通常具有在外部作用力的影响下能够可逆变形的弯曲元件，该弯曲元件可以是膜、弯曲梁等等。弯曲元件在此由半导体材料构成。在弯曲元件的区域中，其设置有集成的晶体管，该晶体管对机械应力敏感。多个这种晶体管可以连接为测量桥(Messbruecke)。

本发明的任务是，提出一种用于微机电半导体器件的能够可逆变形的弯曲元件的集成晶体管，其中晶体管基本上不受寄生影响因素的影响。

为了解决该任务，借助本发明提出了一种微机电半导体器件，其设置有：

-半导体衬底，

-半导体材料构成的、能够可逆变形的弯曲元件，以及

-对机械应力敏感的至少一个晶体管，其构建为弯曲元件中的集成部件，

-其中晶体管设置在引入弯曲元件中的、第一导电类型的半导体材料构成的、注入的有源区阱中，

-其中在有源区阱中构建有两个彼此间隔的、第二导电类型的半导体材料构成的、注入的漏极区和源极区，沟道区在它们之间延伸，

-其中第二导电类型的半导体材料构成的、注入的馈电线朝向漏极区和源极区引导，

-其中有源区阱的上侧被栅极氧化物覆盖，以及

-其中在沟道区的区域中在栅极氧化物上有多晶硅构成的栅电极，同样由多晶硅构成的馈电线引导至该栅电极。

根据本发明，晶体管构建在有源区阱内，该有源区阱通过注入引入到弯曲元件中，并且具有第一导电类型的掺杂的半导体材料。例如，弯曲元件的半导体材料被弱地p-掺杂，而有源区阱被弱地n-掺杂。如下两个区被注入有源区阱中，即漏极区和源极区。在这些区内，所述阱被强地p+掺杂。整个阱(以及必要时在阱周围的区域)被栅极氧化物(例如氧化硅)覆盖。于是，在阱的上侧内以及阱周围的区域内尤其是并不存在场氧化物。由此，弯曲元件在其设置有晶体管的区域中具有均匀的厚度，这对于稳定的机械特性(尤其是对于应力场的均匀化)是有利的。此外，在根据本发明的晶体管中，省去了引导至漏极区和源极区以及栅极氧化物的、金属构成的馈电线。更确切地说，引导至漏极区和源极区的馈电线构建为强掺杂的、注入的、第二导电类型的馈电线。晶体管—栅极如其馈电线那样由多晶硅构成。通过所有这些措施，实现了一方面必须施加尽可能小的氧化层厚度，并且所使用的材料具有与弯曲元件的材料基本上相同的热膨胀系数。

下面借助附图进一步阐述本发明。在此，在各附图中：

图1示出了用于制造根据本发明的结构的工艺：

a)裸晶片

b)氧化和开窗口

c)刻蚀空腔

d)接合顶晶片(随后进行CMOS工艺，该工艺未被特别示出)

e)刻蚀沟槽(在CMOS工艺之后)。

图2示出了根据图1的工艺制造的压力传感器的简化的三维剖视图。

图3示出了用于制造根据本发明的结构的可替选的第二工艺：

a)裸晶片

b)氧化和开窗口

c)刻蚀空腔

d)接合操作晶片(随后在带有空腔的顶晶片上进行CMOS工艺，该工艺未被特别示出)

e)刻蚀沟槽(在CMOS工艺之后)。

图4示出了根据图3的工艺制造的压力传感器的简化的三维剖视图。

图5至图10示出了用于制造根据本发明的结构的可替选的第三工艺：

a)裸晶片

b)氧化

c)施加多晶硅层和部分氧化物

d)第二裸晶片

e)氧化和开窗口

f)刻蚀空腔

g)接合操作晶片

h)部分研磨(随后在带有空腔的顶晶片上进行CMOS工艺，该工艺未被特别示出)

i)刻蚀沟槽(在CMOS工艺之后)

j)根据图5至图9的工艺制造的压力传感器的简化的三维剖视图。

图11示出了晶体管的布局的例子。

图12示出了四个晶体管成为惠斯通电桥(晶体管作为电阻的工作方式)的连接。

图13示出了四个晶体管和两个另外的晶体管成为带有参考电压源的惠斯通电桥的示例性连接。

图14示出了惠斯通电桥的布局例子。