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MOS-Sensing mikromechanischer Bauteile

IP.com Disclosure Number: IPCOM000018573D
Published in the IP.com Journal: Volume 3 Issue 8 (2003-08-25)
Included in the Prior Art Database: 2003-Aug-25
Document File: 4 page(s) / 106K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Mikromechanische Bauteile bestehen zumeist aus Elementen, die beweglich gelagert sind oder eine Verformung erfahren koennen. Oftmals ist es erforderlich, die Lage- oder Formaenderung des Bauteils in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dies kann etwa fuer Druckmessungen von Interesse sein. Bekannt sind z.B. Drucksensoren, bei denen eine Membran durch die Beaufschlagung des zu messenden Drucks durchgebogen wird. Eine andere Anwendung benutzt einen beidseitig eingespannten Biegebalken, der durch eine laengsseitig angelegte starke Druckspannung nach oben oder unten durchgebogen wird, zur mechanischen, non-volatilen Speicherung eines logischen Bits. Zur Auswertung der Lageaenderungen werden zumeist kapazitive Verfahren verwendet, bei denen das Bauteil zugleich eine Elektrode einer Kapazitaet darstellt und der Abstand zu einer raumfesten Bezugselektrode ueber die Kapazitaetsaenderung gemessen wird. Diese Verfahren benoetigen jedoch bei kleinen Kapazitaetsaenderungen aufwendige Auswerteschaltungen und koennen durch parasitaere Kapazitaeten das Ergebnis verfaelschen. Diese Erfindung beschreibt eine Anordnung, bei der die Veraenderung der Lage bzw. der Form des mikromechanischen Bauteils direkt in eine leicht messbare Aenderung der Leitfaehigkeit eines MOS-Kanals (Metal Oxide Semiconductor) umgewandelt wird. Dabei uebernimmt das mechanische Bauteil gleichzeitig die Funktion der Gate-Elektrode in einem MOS-Transistor.

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MOS-Sensing mikromechanischer Bauteile

Idea: Dr. Udo Ausserlechner, AT-Villach

Mikromechanische Bauteile bestehen zumeist aus Elementen, die beweglich gelagert sind oder eine Verformung erfahren koennen. Oftmals ist es erforderlich, die Lage- oder Formaenderung des Bauteils in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Dies kann etwa fuer Druckmessungen von Interesse sein. Bekannt sind z.B. Drucksensoren, bei denen eine Membran durch die Beaufschlagung des zu messenden Drucks durchgebogen wird. Eine andere Anwendung benutzt einen beidseitig eingespannten Biegebalken, der durch eine laengsseitig angelegte starke Druckspannung nach oben oder unten durchgebogen wird, zur mechanischen, non-volatilen Speicherung eines logischen Bits. Zur Auswertung der Lageaenderungen werden zumeist kapazitive Verfahren verwendet, bei denen das Bauteil zugleich eine Elektrode einer Kapazitaet darstellt und der Abstand zu einer raumfesten Bezugselektrode ueber die Kapazitaetsaenderung gemessen wird. Diese Verfahren benoetigen jedoch bei kleinen Kapazitaetsaenderungen aufwendige Auswerteschaltungen und koennen durch parasitaere Kapazitaeten das Ergebnis verfaelschen. Diese Erfindung beschreibt eine Anordnung, bei der die Veraenderung der Lage bzw. der Form des mikromechanischen Bauteils direkt in eine leicht messbare Aenderung der Leitfaehigkeit eines MOS-Kanals (Metal Oxide Semiconductor) umgewandelt wird. Dabei uebernimmt das mechanische Bauteil gleichzeitig die Funktion der Gate- Elektrode in einem MOS-Transistor.

Bei der erfindungsgemaessen Anordnung (Abb. 1) liegt in einer Halbleiteroberflaeche (z.B. kristallines
(100)-Silizium) eine schwach dotierte Wanne eines ersten Majoritaetsladungstraegertyps. Fuer einen NMOS (N-channel MOS) ist diese p-dotiert, fuer einen PMOS (p-channel MOS) n-dotiert. Wenn das Traegersubstrat bereits die geeignete Dotierung aufweist, kann die Wanne auch u.U. entfallen. Weiterhin liegen in der Wanne zwei voneinander getrennte, stark dotierte Bereiche eines zweiten Majoritaetsladungstraegertyps vor, die die Source- und Drain-Gebiete des MOS-Transistors darstellen. Unter dem Einfluss einer geeigneten Spannung bildet sich dann zwischen der Gate- Elektrode und der Wanne ein Inversionskanal. Der MOS-Kanal wird fuer Standard-MOS-Transistoren durch die LOCOS-Maske (Local-Oxidation of Silicon) definiert. Im Gegensatz zu Standard-MOS- Transistoren wird das Gate hier jedoch nicht durch eine Oxidschicht, sondern durch einen freigeaetzten Bereich der Dicke t2 von der Wanne des ersten Majoritaetsladungstraegertyps isoliert. Zur Passivierung der Oberflaeche der Wanne kann diese auch wieder mit Gate-Oxid der Dicke t3 abgedeckt sein. Dies kann aber u.U. auch entfallen. Die Gate-Elektrode, z.B. in Form eines Biegebalkens, wird durch eine elektrisch isolierende Spacer-Schicht der Dicke t2 ueber der Wanne angebracht. Der Biegebalken muss zumindest teilweise leitfaehig sein. Daher kann er entweder gaenzlich aus leitfaehigem Metal oder leitfaehig dotie...