【主权项】
1. 一种集成传感器装置，其包括设置在半导体衬底中的横向金属氧化物半导体场效应 晶体管（MOSFET)和双极结型晶体管（BJT)，其中，MOSFET与纵向BJT的基极串联连接； 并且其中，将MOSFET设置为连接在半导衬底表面处，而BJT的发射极位于半导体衬底 表面处； 所述MOSFET的漏极漂移区是在半导体衬底内的所述BJT的基极区的一部分，由此所述 漏极漂移区与BJT的基极电接触；以及 MOSFET的漏极漂移区到BJT的发射极的距离超过在所述发射极与作为集电极的任何 埋层之间的纵向距离。2. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，所述装置的击穿电压由纵向BJT的 BVCE。来确定。3. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，所述MOSFET的栅电极（156)伸展越 过η-区（130)与p-区（125)之间的界面。4. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，操作中的所述MOSFET偏置在亚阈值 区，而所述BJT偏置在放大区。5. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，进一步包括离子敏感电极（163)，所述离子 敏感电极通过多个接触/通孔和金属层（165)电连接到浮置栅电极（156)，所述离子感测电 极的表面与参考栅电极（170)所附接至的含离子溶液（160)接触，其中，为了外部装置连接 和信号提取的目的，将电极设置为与第三区（130)、作为BJT的发射极的第四区（145)、作为 MOSFET的源极的第五区（140)和第六区（135)欧姆接触，所述第三区（130)与作为BJT的 集电极的埋层（120)接触，所述第六区（135)提供到第三区（130)的欧姆接触。6. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，对所述集成传感器装置相对于通过 发射极/基极的假想竖直平面（122)进行镜像，由此使MOSFET/BJT的布置增加一倍。7. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，在同一衬底上的多个所述结构并联 电连接，以提高敏感度。8. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，在同一衬底上的多个所述结构单独 地或成组地电连接，每个结构允许独立的感测操作。9. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，所述离子感测电极（163)由金属组 成，所述金属包括Au、Pt、Pd和A1。10. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，所述离子感测电极（163)的表面由 氧化钽、氧化铝、氧化娃、氧化铪、氧化错或氮化娃覆盖。11. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，所述MOSFET是P-型，而所述BJT是 npn-型。12. 根据权利要求1所述的集成传感器装置，其中，MOSFET的漏极漂移区（126)是高增 益浮置基极双极结型晶体管（BJT)的基区（125)的一部分，所述装置包括： -第一掺杂类型的半导体衬底（115); -第二掺杂类型的第一区（120)，其用作用于在所述衬底（115)内的装置的埋层，且位 于衬底的表面之下，当在衬底的平面中观察时，所述区构成直角多边形； -第一掺杂类型的第二区（125)，其作为BJT的基极和MOSFET的漏极漂移区（126)，并 且从衬底表面延伸且垂直地延伸进入所述衬底一段距离，以与所述衬底（115)中的第二掺 杂类型的埋层（120)接触并且与所述衬底（115)中的第二掺杂类型的埋层（120)形成半导 体结，当在衬底的平面中观察时，所述区构成直角多边形； -第二掺杂类型的第三区（130)，其围绕且包覆所述第一掺杂类型的第二区（125)，并 且从衬底表面垂直延伸进入所述衬底一段距离，以与第二掺杂类型的埋层（120)电接触； 且在表面为所述第三区提供至少一个欧姆接触，当在所述衬底的平面中观察时，所述第三 区构成直角多边形； -在所述第二区（125)和第三区（130)的所述衬底表面上并且越过所述区的电介质 膜（157)，在所述电介质膜（157)上形成至少一个矩形导电带形式的栅电极156,所述导电 带伸展越过在所述第二区（125)和第三区（130)之间的界面，并且延伸进入所述第二区和 第三区的一部分；在衬底平面中，所述栅电极带（156)沿着在所述第二区（125)和第三区 (130)之间的界面延伸； -至少一个第四区（145)，其以第二导电类型的直角多边形形式从表面延伸并进入所 述第二区（125)，并且在所述第二区（125)内作为BJT的发射极，所述第四区（145)在与第 二区（125)和第三区（130)之间的界面平行的水平面中； -所述第一导电类型的第五区（140)，其从相邻于矩形栅电极带（156)且与矩形栅电 极带（156)略微重叠的所述第三区（130)的表面延伸并且进入所述第三区（130)，作为 MOSFET的源极，第一导电类型的所述区在位于远离所述第二区（125)和第三区（130)的交 接处的一侧的衬底平面中；所述第一导电类型的所述区与所述矩形栅电极带（156)并列布 置，并且略受到所述矩形栅电极带（156)覆盖，当在衬底的平面中观察时，所述区构成直角 多边形； -所述第二导电类型的第六区（135)，其从表面延伸且进入所述第二导电类型的第三 区（130)，并且提供到所述第三区（130)的欧姆接触，第二导电类型的所述区在位于远离所 述栅电极带（156)和第一导电类型的第二区（125)的衬底的平面内； -所述第一导电类型的第七区（126)，其延伸进入所述第二区（125)的部段，从而提 供作为MOSFET的漏极漂移区的低电阻率区，所述第七区在所述第二区（125)中与所述矩 形栅电极带（156)相邻并且与所述矩形栅电极带重叠，所述第七区在与所述矩形栅电极 带（156)并列布置且略微由所述矩形栅电极带覆盖的衬底的平面内，其中所述区同时作为 MOSFET的漏极漂移区和BJT的基极，从而为基极电流提供低电阻供应路径。13. 根据权利要求12所述的集成传感器装置，其中，所述第一掺杂类型的第八区（141) 在所述第二区（125)中以一定距离形成于表面之下，作为MOSFET的漏极漂移区（126)的 部分中的低电阻分路，所述第八区与所述矩形栅电极带（156)以及在所述第二区（125)内 的所述氧化物隔离部（119)相邻，所述第八区在与所述栅电极（156)和所述氧化物隔离部 (119)并列布置的衬底的平面内。14. 根据权利要求12所述的集成传感器装置，其中，所述第二类型的第八掺杂区（127) 在所述第二区（125)内以一定距离形成于表面之下，并与所述第二类型的所述埋层（120) 电连接，并且与所述第二区（125)形成半导体结，所述第八区形成集电极基座（127)且与所 述第四发射极区（145)纵向分隔开。15. 根据权利要求12所述的集成传感器装置，其中，所述第二导电类型（127)的所述第 八掺杂区通过掺杂剂的高能量离子注入获得。16. 根据权利要求12-15中任一项所述的集成传感器装置，其中，MOSFET的封闭的栅电 极结构（156)围绕包含发射极的第一导电类型的第二区（125)而形成。17. 根据权利要求16所述的集成传感器装置，其中，MOSFET的封闭的栅电极结构（156) 设置有至少一个栅极接头。18. 根据权利要求12-15中任一项所述的集成传感器装置，其中，作为发射极的第二导 电类型的所述第四区（145)由从衬底表面延伸且垂直进入第一导电类型的第二区（125) - 段距离的凹入的电介质层（119)在各面围绕。19. 根据权利要求12所述的集成传感器装置，其中，构成掩埋区的第二导电类型的所 述第一区（120)通过高能离子注入来形成，并垂直地位于衬底表面以下0.5-1.0μπι，以及 更深处。20. -种M0SFET，其如权利要求1所述而将其漏极共有地连接至纵向BJT的非本征基 极，其中，所述MOSFET是η-型，而所述BJT是ρηρ-型。
【专利摘要】根据本发明的第一方面，提供了一种基于半导体的集成传感器装置，其包括：与纵向双极结型晶体管(BJT)的基极串联连接的横向绝缘栅极场效应晶体管(MOSFET)，其中所述MOSFET的漏极漂移区是在半导体衬底内的BJT的基区的一部分，因此与BJT的基极电接触，且MOSFET的漏极漂移区与BJT发射极的距离超过在发射极与作为集电极的任何埋层之间的纵向距离，并且所述装置的击穿电压由纵向BJT的BVCEO确定。
【IPC分类】H01L29/739, H01L29/732, G01N27/414
【公开号】CN105408741
【申请号】CN201480035143
【发明人】K-H·埃克隆德, S·张, U·史密斯, H·E·诺尔斯特伦
【申请人】埃克隆德创新公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2014年6月17日
【公告号】EP3011327A1, US20160153932, WO2014204394A1