[发明专利]具有可移动的栅的微机械的传感器装置和相应的制造方法

说明书

本发明涉及一种具有可移动的栅的微机械的传感器装置和一种相应的制造方法。

现有技术

虽然可以使用任意的微机械的元件，但是本发明和本发明基于的问题将依据硅基元件进行解释。

微机械的传感器装置，例如惯性传感器，大多数借助于电容式或压阻式变换器来实现。虽然很久以来就可供使用，但是在市场上还没有具有可移动的栅（栅电极）的传感器。它的一个主要原因是变换器元件的制造，尤其是合适的牺牲层工艺的提供。通常在微机械中使用氧化硅作为牺牲层。但是由此信道区和源/漏触头常常是暴露的和未被保护，因为去除牺牲层也必然将氧化栅一并去除。信道区此时未受保护地暴露着，源/漏区和信道区之间的PN过渡区也是暴露的。结果，产生表面缺陷，其影响晶体管的工作范围或导致漂移或噪声并且降低作为可靠的传感器元件的能力。

EP0990911A1描述了一种以具有可移动的栅的场效应晶体管为基础的微机械的传感器，该栅可以在平行于衬底表面的方向上移动，其中，栅在该方向上的移动导致在至少一个MOSFET中被栅重叠的信道区的扩大或缩小。

本发明的公开

本发明创造一种根据权利要求1所述的具有可移动的栅（栅极）的微机械的传感器装置和一种根据权利要求6所述的相应的制造方法多层系统。

优选的扩展方案是各个从属权利要求的主题。

本发明的优点

本发明基于的构思在于利用一种相对于栅隔离层可选择地去除的牺牲层，例如硅-牺牲层，以便释放（提供）可移动的栅电极。有利地，栅-多晶硅或一种在CMOS工艺中用于制造电阻或电容的多晶硅，被用作牺牲层。因此在CMOS-集成中可以利用最大的协同效应，因为作为牺牲层可以使用在CMOS工艺中存在的层。

在存在两个多晶硅层的情况下可以将下面的多晶硅层用作牺牲层和将上面的多晶硅层用作栅电极。在具有多晶硅层的工艺的情况下，栅电极用金属(过孔或最下面的金属层)来实现。

牺牲层最好借助于SF₆，CIF₃或XeF₂来去除。这种典型的硅蚀刻介质（腐蚀剂）相对于作为栅隔离层的Si0₂例如具有高的选择性。

本发明能够通过建议的牺牲层借助于热氧化物保护信道区以及源区/漏极区完全不受外部的影响。因此可以让这些掺杂的半导体区保持在相同的状态下，如这通常在CMOS工艺中的情况那样。在硅衬底的情况下热氧化物能够实现几乎完美的界面和由此使得缺陷最小。在常规氧化物牺牲层的情况下产生的这些缺陷按照本发明没有不利地出现。

作为牺牲层，备选地也可以使用SiGe层或Ge层。该层可以或者通过CMOS工艺提供或者也可以在信道区上单独地沉积。由于SiGe或Ge可以以小的温度预算沉积，例如大约400℃，因此CMOS工艺，尤其是前端(扩散)，不受损害。由Si或SiGe或Ge构成的牺牲层可以借助于PVD或LPCVD工艺施加。标准的CMOS工艺一般地提供一个或两个LPCVD-多晶硅层。

牺牲层可以掺杂地或非掺杂地沉积。典型的厚度位于50和5000nm之间的范围，最好为200至500nm。

附图简述

以下依据实施方式参照图示解释本发明的其它的特征和优点。

图1a)-c)显示了一些示意的横截面图，用于说明按照本发明的实施方式的具有可移动的栅的微机械的传感器装置和相应的制造方法。

本发明的实施方式

在附图中相同的附图标记标示相同的或功能相同的元件。

在图1中，附图标记1表示带有场效应晶体管(FET)2的硅衬底（硅基片），场效应晶体管具有信道区（频道区）K和源区/漏区，其中源区/漏区在图1中a至c看不见，因为这些图显示的是通过信道区K的截面图。

硅衬底1的表面被热氧化物(栅氧化物/硅的局部氧化LOCOS)3覆盖。在其上方是CMOS工艺的后端叠堆（Backendstapel），在其环境中实现传感器。

附图标记4表示介电隔离层，例如氧化层。第一多晶硅层5用作牺牲层并且用热氧化层6覆盖。在其上方是第二多晶硅层7，它用作可移动地形成的栅电极（闸电极）。经由中间金属过孔8和金属层9在后端叠堆中实现电连接。作为过孔8，通常使用钨插塞（Wolfram-Plug）。一种替代方案是在所谓的嵌刻工艺（Damascene-Prozessen）(具有典型的自90纳米起的结构宽度的铜基半导体工艺)中的铜过孔。