通过ＩＣ中感应的应力感测环境参数制造技术

提供了一种用于感测传感器环境的物理参数特性值的传感器。以半导体技术实现该传感器。传感器的电子电路的行为受应力的影响。该应力由覆盖电路或仅覆盖电路一部分的膜感应出。该应力由膜的材料引起，该材料的维度取决于参数的值。这种相关性不同于电路衬底与相同参数的相关性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包括传感器的器件，传感器用于感测对该传感器的环境加以指示 的物理参数的值。本专利技术还包括一种制造这种器件的方法。
技术介绍
在场效应晶体管(FET)(例如，诸如金属氧化半导体FET(MOSFET)之类的金属绝缘 体半导体FET(MISFET))的沟道中引入应变已经用作一种提升集成电路性能(例如，驱动电 流(Idsat))的方式。如果减小沟道的长度，则阈值电压变得不确定，并且出现亚阈值漏电流。为了抑制 这些效应，使沟道区的掺杂剂浓度增加，并且在浅层中形成源极和漏极。然而，如果沟道区 的掺杂剂浓度增加，则由于载流子散射增加而引起载流子迁移率降低，并且FET的性能下 降。此外，浅源极和漏极区导致寄生电阻增加，进一步影响了性能。应变硅技术增强了 η沟 道和P沟道硅器件中的载流子迁移率，并因此提高了器件速度和性能。原材料的相对简单 变化允许晶体管的栅长和氧化物厚度不太强烈的缩小。通过较高的载流子迁移率和减小的 源极/漏极电阻实现了提高的性能。图1包括示出了作为沟道长度L的函数的全局应变对性能影响的图100，以及示出 了作为沟道长度L的函数的局部应变对性能影响的图200。这些图表明，对于较短的晶体管 栅长，全局应变的益处减小，而局部应变的益处增大(出处校际微电子研究中心(IMEC))。存在两种将应变引入到晶体管沟道中的基本方法全局方法和局部方法。在整个 晶片上创建双轴全局应变(也被称作衬底感应应变)。在晶体管的沟道中局部地实现单轴 局部应变。单轴应变技术的第一示例使用在ρ沟道FET和η沟道FET器件的栅极上分别沉积 的压缩氮化物层和拉伸氮化物层。对这种单轴类型的应变进行优化，以主要在沿着沟道的 方向上施加应变。由于这些衬层(liner)也用作针对接触部刻蚀的刻蚀停止层，这种方法 在两种晶体管上使用时被称作双刻蚀停止衬层(dESL)。单轴应变技术的第二示例称作应力记忆。该技术类似于上述衬层技术，但是衬层 膜是牺牲性的。通过以下操作将应力记忆到器件中在栅极或源极/漏极区上沉积膜，执行 掺杂剂激活退火，然后去除该膜。该技术更加复杂，并且多数情况下涉及到氮化物或氧化物 膜的使用，以将拉伸应变记忆在η沟道FET中。应力记忆的关键问题是实现期望的nMOS性 能增强，而不劣化PMOS性能。单轴应力技术的第三示例涉及刻蚀掉源极/漏极区，并且用晶格失配材料来代替 源极/漏极区，晶格适配材料例如在P沟道FET中为外延SiGe，在η沟道FET中为外延SiC。 由于外延沉积技术，锗或碳原子代替了晶格中的硅原子(而不是形成化合物SiGe或SiC)。 锗原子略微大于硅的晶格常数，因此硅上的SiGe在硅沟道上施加压缩应变。碳具有小得多 的晶格常数，因此即使包含少量碳的硅也会在沟道上施加显著的拉伸应力。针对全应变绝缘体上硅(SOI)晶片以及绝缘体上SiGe上应变硅(strainedsilicon on SiGe on insulator，sGOI)晶片的双轴应力技术的示例使用在器件的整个有源 区域中构建应变。对于在弛豫硅锗(20% )层上生长的应变硅，的硅晶格形变导致双轴 应力。迁移率增强主要针对nMOS器件，尽管具有较高的锗浓度，但是pMOS改进是可能的。更多 详细内容，请参见例如“Strained Silicon =Essential for 45nm”， Laura Peters, Semiconductor International, 2007 年 3 月 1 日；"A 90nm HighVolume Manufacturing Logic Technology Featuring Novel 45nm GateLength Strained Silicon CMOS Transistors", T. Ghani 等人，Proc. IEDMConf.，2003，pp. 978-980 ；以及 “Key Differences For Process—inducedUniaxial vs.Substrate-induced Biaxial Stressed Si and Ge ChannelMOSFETs”，S. E. Thompson 等人，Proc. IEDM Conf.，2004，pp. 221—224。在例如美国专利申请公布US 20050020094中公开了全局方法的示例，其通过引 用合并于此。另一示例在日本专利摘要公布2007-250664中公开，针对晶体管的性能改进。 根据后一公布，半导体器件具备其上形成晶体管的半导体芯片、用于树脂密封半导体芯片 表面侧的第一模制树脂、以及用于树脂密封半导体芯片后侧的第二模制树脂。第一模制树 脂的热膨胀系数与第二模制树脂的热膨胀系数不同。当对第一和第二模制树脂进行冷却 时，整个半导体芯片由于收缩力的不同而在物理上弯曲。在半导体芯片的沟道区中引入了 失真，因此提高了性能。例如在美国专利申请公布US 20070108532和US 20060160314中公开了局部方法 的示例，其通过引用合并于此。
技术实现思路
为了基于在半导体部件中感应应变的环境参数，以半导体技术来实现传感器，本 专利技术人如下推断。例如，可以通过在集成电路(IC)或仅IC的一些区域上涂覆层(例如，聚 合物膜)，来向IC的衬底施加全局应力。该层具有表征其长度、表面积或体积的一个或多个 维度(dimension)。选择该层的材料，使得材料的几何形状的改变取决于指示传感器环境的参数值。例如，层的材料具有与IC衬底本身的热膨胀系数(CTE)值不同的热膨胀系数值。 衬底与该层的CTE值之间的差异引起温度相关应力，温度相关应力影响IC的器件中电荷载 流子的迁移率。继而，这些迁移率变化可以被视为代表温度，因此这种现象可以用于创建温 度传感器。这些层在特定区域(即，晶体管)中的局部化开辟了使温度传感器小型化的途 径。制造温度传感器的另一方法使用在IC中嵌入的聚合物膜(具有高CTE值)。如果层在 特定区域中放置/局域化，则使得嵌入式温度传感器的小型化成为单个晶体管的尺寸。本专利技术使用膨胀或收缩值的差异来在例如以光刻技术(例如用于制造IC)制造的 电子器件中产生应力。可以使用由于环境参数(例如温度)引起的IC性能变化来实现传 感器器件。应当慎重使用全局应变，这是因为通常由于膜的膨胀与衬底的膨胀之间的差异而 产生聚合物膜的残余应力。应力是封装的关键因素。如果应力超过膜/衬底的机械强度， 则材料会产生针孔或裂缝，这会引起器件失效。因此，本专利技术涉及一种包括传感器的器件，所述传感器用于感测对传感器的环境 加以指示的物理参数的值。传感器包括集成电子电路，该集成电子电路包括功能部件，例如晶体管或二极管。传感器包括取决于物理参数的值而影响电路材料(例如衬底)中应力大 小的装置。该装置包括在结构上与电路耦合并且具有第一膨胀系数的层，第一膨胀系数具 有与物理参数的第一相关性。材料的第二膨胀系数具有与物理参数的第二相关性。在本发 明的特定实施例中，第二相关性可以忽略或者实际上为零。第一相关性与第二相关性不同。 由于层与衬底耦合以及相关性的差异而出现的应力确定功能部件的电特性。电子电路可操 作以产生表示该电特性的输出信号。因此，该层由于暴露于环境本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种包括传感器（２００）的器件（２００；３００），所述传感器（２００）用于感测对传感器的环境加以指示的物理参数的值，其中：所述传感器包括集成电子电路，该集成电子电路包括功能部件；所述传感器包括根据物理参数的值而影响电路的材料（２０２）中应力大小的装置；所述装置包括在结构上与电路耦合并且具有第一膨胀系数的层（２０４），所述第一膨胀系数具有与物理参数的第一相关性；材料的第二膨胀系数具有与物理参数的第二相关性；所述第一相关性与所述第二相关性不同；应力确定功能部件的电特性；以及电子电路可操作以产生表示所述电特性的输出信号。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗曼诺·胡夫曼，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL