通过IC中感应的应力感测环境参数

摘要

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。

说明书

技术领域

本发明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。本发明还包括一种制造这种器件的方法。

背景技术

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(I_dsat))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n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p沟道FET和n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n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n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(strained silicon 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，1％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。

发明内容

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，本发明人如下推断。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。

本发明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，本发明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而在功能部件中感应出应力。继而，应力影响部件的电学行为，并且电路产生表示这种行为的输出信号。因此，该输出信号可以被解释为代表环境。

在一个实施例中，功能部件被层覆盖，且电路的多数其他部件没有被该层覆盖。因此输出信号指示功能部件位置处环境的状态。可以在集成电路的衬底上的不同位置处设置多个这样的功能部件。这些部件中的每一个可以由该层的分离不相交片覆盖。如果物理参数包括温度，则可以在衬底的不同位置处感测温度。在另一实施例中，多个功能部件中相应的功能部件由相应的层覆盖。不同层受到不同物理参数的影响。不同的物理参数在不同的功能部件处引起不同量的应力。例如，一层对温度敏感，另一层对湿度敏感。因此，该电路可以被配置为提供表示不同物理参数的不同输出信号。这种配置使得能够在单个电路中组合多个传感器。

在另一实施例中，电子电路实质上被层覆盖。这可以便于传感器的制造。此外，如果相同层牵涉且覆盖多个功能部件，则它们组合的效果可以用来例如通过对功能部件所产生的信号取平均，产生更加精确表示物理参数值的输出信号。

物理参数例如是以下各项之一：温度；酸度；入射光的特性；湿度；以及化学物质的浓度。以下进一步描述针对这些层的适合材料示例以及参考文献。

本发明的器件可以容纳于应答器(transponder)中。例如，应答器包括RFID标签。该方法使得能够远程感测物理参数。

在另一实施例中，本发明的器件包括另一电子电路。传感器被配置为例如根据所感测的值向该另一电子电路提供信号。该另一电路被配置为例如对接收到的信号进行处理。该处理可以包括例如经由RF链路或经由有线链路向外部目的地转发从传感器接收到的信号中所包含的信息。处理可以包括根据所感测的值控制另一电子电路的操作。例如，假定另一电子电路的性能取决于电路的温度，并且传感器包括上述类型的温度传感器。传感器现在可以用来根据所感测的温度值，通过控制另一电路的电源电压来稳定另一电路的性能。作为另一示例，该另一电路被配置为在所感测的温度超过或低于预定阈值的情况下发送信号。

传感器层与衬底的耦合可以实现为直接耦合或间接耦合。在直接耦合的情况下，在衬底的硅上形成该层。在间接耦合的情况下，在具有第一膨胀系数的传感器材料层与衬底之间存在一个或多个中间层。例如，中间层用于将衬底与传感器层隔离，以防止环境参数对电路产生化学影响，或者使衬底受到减小的应力。例如，在传感器用于感测环境空气中湿气或者环境流体中酸度的本发明实施例中，湿气或酸度在与衬底直接接触时可能会破坏电路。中间层也可以用于将传感器层与衬底相组合，以与没有中间层的情况下相比在传感器层与衬底之间获得更高的总相关性。中间层还可以用于克服传感器层与衬底(如果它们彼此直接接触的话)之间的界面处不期望的化学或物理相互作用的问题。

中间层将在传感器层中感应出的应力传送至衬底。中间层可能吸收一些应力。传感器层和中间层的厚度、化学和物理构成以及它们的彼此相关性尤其确定了环境参数至功能部件处应力的转换。

为了完整起见，参考以下公布。

美国专利申请公布US 20080026503公开了一种包括由三个或更多边缘限定的监控区域的集成电路，其通过引用合并于此。该集成电路包括针对所述三个或多个边缘中每一个的至少两个温度传感器。沿着这三个或多个边缘布置温度传感器，使得每个边缘实质上具有相同的温度传感器布置。通过响应于温度传感器所提供的测量，修改集成电路的功能方面，可以实现集成电路的热管理。例如，在J.Altet等人，Thermal Testing of Integrated Circuits，Springer，2002中描述了在集成电路中并入温度传感器。作为示例，US 20080026503中的温度传感器可以包括半导体二极管，该半导体二极管包括响应于温度而改变电流的正向偏置p-n结。附加或备选地，温度传感器可以包括响应于温度而改变电阻的电阻器元件。此外，温度传感器可以包括信号传播速率是温度的函数的电路。温度传感器也可以包括频率是温度的函数的振荡电路。该公布既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异以创建畸变作为要在传感器的操作使用中测量的环境参数的指示。

国际公布WO2007/091299公开了一种用于加热TFT(薄膜晶体管)衬底的方法。该方法包括：在FTF衬底的一个面上形成电阻膜图案；向电阻膜图案施加电压以使电流流动，从而建立热源；以及利用热源直接加热TFT衬底，使得分布衬底的温度分布均匀以增强衬底的加热效率。还提供了一种针对TFT衬底的温度测量方法。该测量方法包括：在TFT衬底的一个面上形成电阻膜图案；向电阻膜图案施加电压以使电流流动；检测所施加的电压以及流过电阻膜图案的电流；以及基于表示温度变化与电阻膜图案的电阻变化之间关系的温度系数，通过根据所施加的电压和检测到的电流进行计算，来确定电阻膜图案的温度，使得测量所确定的电阻膜图案的温度作为TFT衬底的温度。因此，可以测量温度，而不需要用于检测衬底温度的温度传感器。该公开既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异来在晶体管中创建应力作为待测量参数的指示。

日本专利摘要公布11-195792解决了提供半导体类型检测元件的问题，该半导体类型检测元件使用由有机硅材料构成的碳化硅薄膜作为检测材料，并且适用于具有高灵敏因子(gauge factor)和高灵敏度的半导体类型应变检测元件。该公布还解决了提供半导体类型温度检测元件以及该检测元件制造方法的问题，该半导体类型温度检测元件稳定地表现出良好的电阻-温度特性等。指出通过提供以如下方式构造的半导体类型检测元件来解决这些问题：在绝缘衬底上形成由有机硅材料构成的碳化硅薄膜，并且检测薄膜的电阻值波动。薄膜包含5-30(摩尔)％浓度的氧原子。在这种半导体类型检测元件的制造方法中，在绝缘衬底上形成由有机硅材料构成的碳化硅薄膜之后，在稀释的氧气气氛中对该薄膜进行热处理。该公开教导了使用薄膜的电阻作为针对失真或温度的测量。该公开既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异来在晶体管中创建应力作为要在操作使用中测量的参数的指示。

美国专利申请公布20060269693教导了沉积工艺和处理条件可以被定制为在衬底上沉积压缩应力材料或者在沉积期间或之后处理材料以增加其压缩应力值，其通过引用合并于此。对所沉积材料的原子晶格加应力提高了材料本身或者由于加应力的沉积材料所施加的力而应变的下层或上层材料的电特性。可以通过增加RF轰击，以通过在沉积的材料中具有更多Si-N键并且降低Si-H和N-H键的密度来实现较高的膜密度，来获得具有较高压缩应力值的氮化硅加应力材料。较高的沉积温度和射频(RF)功率提高了沉积膜的压缩应力级别。此外，在等离子体种类的较高动能级别下，在沉积的材料中获得较高压缩应力级别。相信能量等离子体种类(如等离子体离子和中性物质(neutral))的轰击在沉积的材料中产生压缩应力，因为膜密度增加。用于沉积压缩应力氮化硅的工艺气体包括含硅的气体和含氮的气体。在较高温度下沉积氮化物层提高了所沉积的氮化物膜的压缩应力级别。衬底的沉积温度处于300℃-600℃的范围内。该公布既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异来在晶体管中创建应力作为待测量参数的指示。

美国专利6,480,730公开了一种用于监控感兴趣化学分析物的浓度的可移植传感器系统。该系统用于医疗应用，例如用于长期监控生理血液或组织分析物(例如监控葡萄糖以控制糖尿病)的植入传感器封装。电路对分析物浓度进行转换，通过至少一个电路部件(例如，电容、电感)来设置电路的特性(例如，谐振频率)，电路部件的值可以通过分析物敏感材料与分析物之间的相互作用来改变。例如，利用葡萄糖可膨胀聚合物改变极板之间的距离，可以改变平行极板电容器的电容。由于电路的电特性响应于分析物浓度变化而改变，因此外部询问器(interrogator)穿过皮肤(transdermally)向转换器发送信号，并且根据转换器对该信号的响应来确定分析物的浓度。图8是本发明的实施例，依赖于电感变化而不是电容变化，并且利用图7所示的相同制造技术。在该实施例中，在顶部电极142上图案化螺旋薄膜金属电感器140。在顶部电极142中图案化孔144，并且在绝缘氮化物层148上图案化磁材料制成的底座146。绝缘层148覆盖柔性隔膜150及其支撑层152。当隔膜150响应于分析物敏感聚合物(未示出)的尺寸变化而移动时，在移动隔膜上图案化的底座146移动通过电感器线圈140，引起电感变化。电感变化然后由外部遥测器件检测到，如前所述。该公布既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异来在晶体管中创建应力作为要在传感器的操作使用中测量的环境参数的指示。

公布的欧洲专利申请1191332公开了一种由敏感层组成的湿气传感器以及一种使用敏感层作为其栅极部件的场效应晶体管。敏感层具有的功函数(德语“Austrittsarbeit”)取决于化学物质的吸收或者由于物质而引起的化学表面反应。表达方式“功函数”在本领域是公知的，并且定义为从电中性材料中移出电子所需的最小能量(以电子伏特计)，即，将电子从费米能级移到真空中所需的能量。功函数的改变由容性耦合至FET沟道的电压表示。因此，FET的电学行为发生改变，该电学行为改变可以解释为指示在敏感层中发生的吸收量。该公布既没有教导也没有建议实现这样的传感器，该传感器使用膨胀值的差异来在晶体管中创建应力作为要在传感器的操作使用中测量的环境参数的指示。

附图说明

参照附图以示例方式进一步详细说明本发明，在附图中：

图1是示出了作为FET沟道长度的函数的全局应变和局部应变对性能的影响的图；

图2和3是示出了根据本发明在传感器中使用全局应力的图；

图4、5和6给出了说明本发明传感器制造的工艺步骤的结果；以及

图7是示出了一些材料的CTE行为的图。

贯穿附图，类似或对应的特征由相同的附图标记指示。

具体实施方式

本发明涉及一种以半导体技术实现的传感器，其中，传感器的电子电路的行为受应力的影响。通过覆盖该电路或仅覆盖该电路的一部分的膜，感应出应力。应力由膜的材料引起，该材料的维度取决于对传感器的环境加以表征的参数的值。这种相关性不同于电路的衬底与相同参数的相关性。

在制造期间有意地对传感器预加应力，以便为传感器的预期使用来选择最佳工作点。换言之，施加膜或层，使得在传感器的操作使用期间，应力的变化在大致位于要利用传感器所监控的值范围中间的环境参数值的周围最大。因此，针对预期范围优化了传感器的灵敏度。

本发明提供了一种制造在硅上或在封装中集成的小型传感器的方法。考虑用于感测温度的传感器示例。由于CTE中的失配而产生的膜中的应力引起受影响区域中迁移率的变化。温度变化引起热膨胀变化，随后引起应力变化以及电荷载流子迁移率的变化。因此，晶体管性能改变并且可以用作温度的指示器。讨论使用应变对载流子迁移率的影响，这可以在温度传感器中使用。提出了各种配置。

图2是示意了第一配置200的图，第一配置200通过在高CTE膜204中装载(encapsulate)IC 202(即，装载封装(package))使用全局应变。全局应变在嵌入于硅中的部件(例如晶体管或二极管)上施加其力，或者全局应变在嵌入于封装中的有机(organic)电路上施加其力。整个IC 202由例如封装中的高应力层204而(全局地)受到应变。存在的所有部件(NMOS和PMOS)都会受此影响。尤其对于薄硅衬底而言，效果较大。如果将参考晶体管置于IC 202中的不同位置处，则可以测量迁移率(以及性能)的增加或减小，并且该迁移率的增加或减小与温度直接变化相关。在普通CMOS的情况下，这些参考晶体管用于感测温度并且用于校正其迁移率变化(例如，通过调整电源电压保持性能恒定)。

备选地，通过将封装装载在高CTE膜中来使用全局应变，其中，全局应变向嵌入于封装中的有机电路施加其力。在这种情况下，封装中的简单有机晶体管用作温度感测器件。

如果使用有机晶体管，则以有机材料(例如，聚合物)来制造电路，并且不需要或者不使用硅。晶体管的沟道由对外部激励(例如，温度)敏感的聚合材料构成。沟道中的迁移率对于这些激励非常敏感。因此，这样有机电路本身可以用作传感器。

图3是示意了第二配置300的图。现在使用键合焊盘304、306、308和310将图2的器件200键合在第二IC 302之上。在配置300中，仅在IC202上施加应力。在配置300的实施例中，配置200与IC 302的组合形成根据本发明的器件。配置200用作传感器，IC 302用于处理或路由经由一个或多个焊盘304-310从配置200接收到的信号，并且可选地驱动配置200的电子电路。配置300支持模块化方法，其中，相同类型的感测配置200可以与不同类型或设计的IC 302一起使用。例如，IC 302包括模拟或者模拟和数字电路，而传感器IC 202仅以CMOS来实现。因此，如果IC 202和302以不兼容的技术来制造，则配置300提供一种可行的选择。作为另一示例，传感器IC 202可以在IC 302是数据处理器IC的配置300实例中使用，在IC302是存储器IC的配置300另一实例中使用，以及在IC 302是驱动器IC的又一实例中使用。因此，配置300的混合特性支持与各种IC 302一起使用的标准化传感器IC 202。

图4和5通过工艺示意了本发明传感器的第三配置，其中，局部设置拉伸应变聚合物膜，以覆盖特定晶体管结构例如FET。该工艺使用本领域已知的形成集成电路的步骤。

参照图4，在工艺步骤之后获得结构401，在该工艺步骤中，已经在阱406中形成了漏极区402和源极区404，阱406本身形成于例如硅衬底的半导体衬底(未示出)中。结构401还具有位于介电层410(例如由氧化硅构成)之上的栅极408(例如由多晶硅构成)。介电层410下方阱406中的区域将形成FET的沟道。已经形成硅化物层412，以覆盖漏极区402、栅极408以及源极区404。在容纳FET的衬底区域上形成层414。层414由将会在沟道中感应出应力的材料形成，在沟道中感应出应力是层414的材料与传感器所要应用的环境之间相互作用的结果。如果FET要工作于温度传感器，则层414由例如具有适合CTE的聚合物制成。这样的材料例如是聚酰亚胺、环氧树脂等。典型地，有机材料具有相对大的CTE值，典型地大于20ppm/℃。下表给出了关于一些不同材料及其相应CTE值的相关信息。图7给出了曲线图700，曲线图700示意了在一定温度范围上这些材料的CTE的相对行为。曲线702、704和706分别指示丙烯酸酯、环氧树脂以及氰酸酯的CTE值。如果丙烯酸酯的玻璃转变温度T_g不是太低而能够经受其他处理，则丙烯酸酯是适合的材料。如所知的那样，玻璃转变温度是诸如聚合物或玻璃之类的非晶材料在加热情况下变软时的温度。

  丙烯酸酯  环氧树脂  氰酸酯  Tg.(℃)  ＜0  146  175  CTE(ppm/℃)  86  24  18

聚酰亚胺具有大约13的CTE，并且耐热得多。由于氰酸酯和环氧树脂有利的耐热性，也可以使用氰酸酯和环氧树脂。碳纤维和凯夫拉尔(Kevlar)具有负CTE，即，材料在加热时收缩，而在冷却时膨胀。

如果要在湿度传感器中使用晶体管，则层414由例如可选地掺杂了氯化钴和/或氯化铜的聚合物(例如，聚酰胺、聚乙烯化合物、吡咯烷酮、聚酰亚胺和/或乙基纤维素)制成。如果要在酸度传感器中使用晶体管，则层414由例如水凝胶制成。对于更多背景信息，请参见例如“Superabsorbency，pH-Sensitivity and Swelling Kinetics of PartiallyHydrolized Chitosan-g-poly(Acrylamide)Hydrogels”，A.Pourjavadi等人，Turk J.Chem 30(2006)，pp.595-608。

在工艺步骤之后获得结构403，在该工艺步骤中通过在光刻步骤中选择性地去除层414的一部分，已经对层414进行了图案化，剩余部分至少覆盖形成有晶体管结构的区域的主要部分。

在工艺步骤之后获得结构405，在该工艺步骤中，已经在衬底上形成了金属前(pre-metal)介电堆叠416(PMD堆叠或氧化物堆叠)。

参照图5，在工艺步骤之后获得结构501，该工艺步骤使用例如钨形成金属接触部502、504、506、508和510。接触部504、506和508用于分别提供与漏极区402、栅极408以及源极区404的电连接。接触部502和510用于提供与阱406的电连接。

在工艺步骤之后获得结构503，在该工艺步骤中，形成金属迹线512、514、516、518和520，以将接触部502-510电连接至IC中电路的其他部件。形成介电层522以电隔离迹线512-520。

可以在针对层414具有适合材料的温度传感器中使用结构503，以在FET的沟道中感应出温度相关应力。在操作使用中，假定传感器的环境温度至少基本上等于层414的温度。当在层414与层414的环境之间不存在热交换时，实现平衡。层412、416和522以及接触部502-520均与层414热接触。因此，确定热传导的这些特征的参数在评估层414以何种速率来跟随环境温度变化时起作用。为了方便起见，未示出封装层和键合特征。

在温度传感器中，层414不需要经由诸如气体或液体之类的流体通向传感器的环境。在湿度传感器或pH传感器中，层414需要吸收或发出化学物质，并因此需要通向环境。这参照图6进行讨论。

图6是结构601的图，其中，提供一个或多个特征602和604，以使环境通向层414。以横截面示出了特征602和604，并且事实上可以利用环形特征来形成特征602和604，以最大化层414与环境之间的接触表面。特征602和604可以形成为开口，以接收气体传播或流体传送的微粒。备选地，特征602和604由便于向层414传送这些微粒的材料制成。备选地，特征602和604由对这些微粒的存在起化学或物理反应的材料制成，从而产生被传送至温度敏感层414的热。在湿度或酸度必须到达层414的情况下，可以在PMD级和金属级使用多孔材料和所谓的低k介电材料，例如多孔二氧化硅、多孔掺碳二氧化硅以及诸如聚合物之类的有机材料，以允许渗透湿气或其他流体微粒。然而，针对微粒的这种局部感测可能并非是优选的，从而优选地使用配置200和使用全局应变方法的配置300来实现湿度传感器或pH传感器。

以上参照温度传感器实现方式作为示例说明了本发明。对于适合的材料，参见例如J.S.Kim等人，“Biaxial Stress Analysis in LaminatedPolymer Films on Silicon Substrates for MCM-D Application”，Journal ofthe Korean Physical Society，Vol.33，Nov.1998，pp.s142-s146；“Thermo-Mechanical Stresses in Laminated Polymer Films on SiliconSubstrates”，Jin S.Kim等人，International Conference on MultichipModules and High Density Packaging，1998，pp.449-453。

如上所述，类似地，本发明的构思通过对膜使用适合的材料，可以应用于感测除了温度以外的其他物理参数。

对于适合实现pH传感器的材料，参照“Swelling behavior andrelease properties of pH-sensitive hydrogels based on methacrylicderivatives”，Tahar Bartil等人，Acta Pharm.57，2007，pp.301-314。

对于适合实现湿度传感器的材料，参见“Swelling-DeswellingKinetics of Ionic Poly(acrylamide)Hydrogels and Cryogels”，DenizCeylan等人，Journal of Applied Polymer Science，Vol.99，2006，pp.319-325，以及参见已公布的欧洲申请1191332。注意，本发明实施例中的湿度传感器基于如下思想：通过由于顶部上的至少一个聚合物涂层(具体地，聚合物膜或聚合物层或聚合物衬底)的体积膨胀而引起的应力导致晶体管性能变化，进行集成湿度感测或潮湿感测。聚合物可以是可能被污染或掺杂了氯化钴和/或氯化铜的有机聚合物，例如，聚酰胺、聚乙烯化合物、吡咯烷酮、聚酰亚胺和/或乙基纤维素。根据本发明，在至少一个晶体管上沉积至少一个聚合物膜或聚合物层或聚合物衬底。聚合物在受潮时膨胀，在晶体管的沟道区中建立应力。机械应力修改晶体管的电荷载流子迁移率和电阻，这导致可检测的特性变化，继而可以用作湿度测量。具体地，单个晶体管可以用作传感器。

对于可用于实现针对各种化学试剂的传感器的材料，参见例如美国专利5,015,843(对应于WO1991/12626)，其通过引用合并于此。该公布公开了一种化学传感器，该化学传感器通过响应于化学物类而出现的聚合物膨胀(swelling)，来在溶液中检测该化学物类的存在。

对于适合实现磁场传感器的材料，参见例如“Direct observation ofdiscrete and reversible shape transition in magnetic field sensitivepolymer gels”，M.Zrínyi，L.Barsi，A.Büki，在<http://www.kfki.hu/.about.cheminfo/hun/olvaso/zrinyi/polymgel.html>。同样参见Polymer Gels Netw.5(5)：415-27(1997)；Ach-Models Chem 134(2-3)：155-67(1997)；Magy Kem Foly 103(9)：401-10(1997)；M.Zrinyi，″Magnetic-field-sensitive gels，″Trends in Polymer Science，1997，Vol.5，No.9，pp.280-285；Zrinyi等人，″Magnetic Field Sensitive PolymericActuators，″in Y.Osada和D.E.Rossi(ed.)，Polymer Sensors and Actuators，Heidelberg，Springer-Verlag Berlin，1999，pp.385-408；Zrinyi等人，″Comparative Studies Of Electric-And Magnetic Field Sensitive PolymerGels Smart Structures And Materials，″in Yoseph Bar Cohen(ed.)，Electroactive Polymer Actuators and Devices，SPIE，1999/3669，pp.406-413；Zrinyi等人，″Electric and Magnetic Field-Sensitive SmartPolymer Gels，″in Y.Osada and A.Khokhlov(ed.)，Polymer Gels andNetworks，New York，Marcel Dekker，Inc.，2001，pp.309-355；M.Zrinyi，″Intelligent Polymer Gels Controlled by Magnetic Fields，″Colloid&Polymer Science，Vol.27(2)，2000，pp.98-103；Xulu等人，″Preparationand Responsive Properties Magnetically Soft Poly(N-isopropylacrilamide)Gels，″Macromolecules，33(5)，2000，pp.1716-1719。

对于在例如温度、油/水比、PH水平、电磁场的影响下改变特性的水凝胶，参见例如美国专利7,304,098，其通过引用合并于此。

本发明提供了一种对电子电路的功能部件(例如，晶体管、二极管、电阻等)中流动的电流的变化进行测量的方式，该电流变化由IC的特殊封装所产生的压缩或拉伸应力导致。该技术是非常一般性的，且可以应用于其中产生有这种应力的传感器。应力和应变传感器是示例，但是如果可获得适当材料，那么这也可以扩展到气体/液体传感器。通过晶体管的电流的变化由载流子迁移率的变化引起，并且取决于器件大小和应力量，在基于硅的器件中可改变高达200％。类似的效应存在于其他半导体材料中，例如锗和GaAs。可以以许多方式来感测电流。一种简单的CMOS实现方式使用惠斯通电桥，惠斯通电桥确定通过感测器件和参考器件的电流差。参考器件具有实际上与应力无关的电学行为。参考器件包括例如以多晶硅制成的简单片上电阻器，以及差分电流放大器。这允许测量微小的电流变化，因此对于本发明，这提供了一种可以用于将环境参数(例如，温度、湿度等)的大小转换成电信号的模拟信号。为了将信号映射为环境参数的值，应当知道环境参数、感应的应力与修改的电流之间的关系。该信号可以用于数据处理，这种数据处理使用例如具有适当分辨率的模数转换器以将信号移至数字域。对于与适合于这种传感器的电流感测电路有关的更多细节，请参见例如“Low-Voltage Current-Sensing CMOS Interface Circuit forPiezo-Resistive Pressure Sensor”，A.Thanachayanont等人，ETRI Journal，Vol.29，No.1，Feb.2007，pp.70-78；“A Novel Built-in Current Sensorfor IDDQ Testing of Deep Submicron CMOS ICs”，S.P.Athan等人，14thVLSI Test Symposium-1996，pp 114-123；“A Practical Built-In CurrentSensor for IDDQ Testing”，H.Kim等人，Paper 14.3，ITC InternationalTest Conference，2001，pp.405-414；以及“Current-Sensing Techniques forDC-DC Converters”，H.P.Forghani-zadeh等人，Proc.2002 MidwestSymposium on Circuits and Systems，pp.577-580。