CN102192940A - 气敏场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents
气敏场效应晶体管及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102192940A CN102192940A CN2011100395002A CN201110039500A CN102192940A CN 102192940 A CN102192940 A CN 102192940A CN 2011100395002 A CN2011100395002 A CN 2011100395002A CN 201110039500 A CN201110039500 A CN 201110039500A CN 102192940 A CN102192940 A CN 102192940A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- insulation course
- perforate
- type surface
- grid layer
- matrix
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims abstract description 20
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 38
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 116
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 37
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 45
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 9
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 8
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 6
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 5
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 206010070834 Sensitisation Diseases 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 3
- 230000008313 sensitization Effects 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000011387 Li's method Methods 0.000 description 1
- 229910018967 Pt—Rh Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical group [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012876 carrier material Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 230000035800 maturation Effects 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010422 painting Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- -1 silicon-oxygen nitride Chemical class 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
- G01N27/403—Cells and electrode assemblies
- G01N27/414—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
- G01N27/4141—Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Abstract
本发明涉及气敏场效应晶体管及其制造方法。该晶体管包括有具有基质主表面的半导体基质。场效应晶体管此外还包括有绝缘层，它具有指向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层至少局部地盖住了基质主表面并且在栅极区部位里具有开孔或者层厚变小的部位(135)，这里具有倾斜侧壁(137)，而且其中在第二主表面里的开孔(135)的面大于在第一主表面里的开孔(135)的面。场效应晶体管(100)包括有栅极层(155)，它至少盖住绝缘层(110)的第一主表面的局部，开孔(135)倾斜侧壁(137)的部位以及栅极区(140)的部位，其中栅极层(155)包括有材料或者结构，它们在与预先规定的气体接触时，使栅极层(155)的电性能发生变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种气敏场效应晶体管，以及制造气敏场效应晶体管的方法。
背景技术
在当前的气敏或者化学敏感的场效应晶体管(也常常缩写为ChemFETs)中，它们都是设计用于不利的环境条件(也称为”恶劣的环境”)，并以此必须承受高的温度或者化学的负载，因此通常应用一种宽带隙的半导体材料(例如SiC或者GaN)作为半导体基质。因此将一种化学敏感的导电层，它尤其也涂覆在FETs的通道部位上，导电接通在很靠近通道部位的旁边或者其上面。通道部位只是设置有一种薄的绝缘“栅极氧化物”(它真正是一种栅极绝缘，因为也可以是其它的绝缘材料)，这个部位再外面一般用一种较厚的绝缘，一种所谓“场氧化物”(也可以是另外的材料作为氧化物一起包括在内)和一种饨化膜来保护。场氧化物的性能(例如边棱)一般是不确定的，因此不能利用作为涂覆层的基体。在通常的设计中，栅极的导电接通因此在通道部位的旁边或者其上面的栅极氧化物上，用一种印制导线来进行，这种导线除了栅极氧化物通到通道上或者说旁边，并且在通道部位之外位于场氧化物上或者说在场氧化物和饨化膜之间。在栅极氧化物上的导电接通限制了为印制导线的涂覆和形成结构所用的方法。
发明内容
根据这种背景本发明提出了一种按照独立权利要求的气敏场效应晶体管，以及最后一种用于制造气敏场效应晶体管的相应的方法。
有利的设计方案见各自的从属权利要求和随后的说明。
本发明提出了一种气敏场效应晶体管，它具有以下特征：
--具有一个基质主表面的半导体基质，其中半导体基质具有一个源极区，一个栅极区和一个漏极区；
--一个绝缘层，它具有指向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层至少局部地盖住了基质主表面并且在栅极区部位里具有一个开孔或者绝缘层部位，这里层厚小，其中在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层具有倾斜的侧壁，因此在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧壁之间的间距，从第二主表面在向第一主表面的方向上变小；而且
--包括有一个栅极层，它至少盖住绝缘层的第二主表面的一个局部，倾斜侧壁的一个部位以及栅极区的一个部位，其中栅极层包括有一种材料或者一种结构，它们在与一种预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。
此外本发明还提出了一种用于制造气敏场效应晶体管的方法，其中这方法有以下步骤：
--准备一种具有一个基质主表面的半导体基质，其中半导体基质具有一个源极区，一个栅极区和一个漏极区，其中基质主表面通过一个绝缘层覆盖；
--将一个标志层涂覆在绝缘层的露出表面上，其中这样进行标志层的涂覆，使得标志层具有一种带有倾斜侧壁的空隙或者开孔，其中空隙或者开孔向着对置于的一个栅极区的部位逐渐变小；
--在应用空隙或者开孔的情况下，在绝缘层里形成一个具有开孔或者减小层厚的部位，从而使得在绝缘层里具有一个开孔或者一个绝缘层部位，其层厚小，其中在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层具有倾斜的侧壁，因此在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧壁之间的间距，从第二主表面在第一主表面的方向上变小；而且
--涂覆一个栅极层，以便通过栅极层至少盖住绝缘层露出的主表面的一个局部，绝缘层中倾斜侧壁的一个部位以及栅极区的一个部位，其中栅极层包括有一种材料或者一种结构，它们在与一种预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。
所谓半导体基质可以是指一种掺杂的半导体材料，其中在这半导体基质中相应提到的区域表明有某种升高的掺杂。栅极层可以一方面用于接通连接和另一方面也用于构成一个栅极本身。栅极层应该具有一种材料，它在与一种预先规定的气体接触时，其使其电性能或者其表面的电性能发生变化，并因此引起场效应晶体管的气体敏感性。绝缘层可以通过一个由一种氧化物或者另一种绝缘材料组成的层构成。
本发明基于以下认识：为了制造场效应晶体管，在绝缘层里提供或者构成一个开孔或者具有变小的层厚的部位，这开孔或者部位具有倾斜的侧壁。例如一个位于基质主表面对面的开孔面小于一个在绝缘层的背离基质主表面的一个主表面里形成的开孔面。换句话说，
在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧边棱之间的间距，在第二主表面附近大于在第一主表面附近。这可以实现栅极层的一种很精密和精细的，具有气敏性能的结构化。
本发明的优点在于：通过倾斜的侧壁，在制造场效应晶体管时不必再害怕场效应晶体管的栅极部位接通不确定或者不太精确。而是可以通过在场氧化物里(也就是说绝缘层)的开孔的或者在具有减小了层厚的部位里的斜坡形状在绝缘层或者场氧化物上进行层的规定的沉积，和/或形成结构。在绝缘层里的开孔的或者具有减小了层厚的绝缘层部位中的斜坡形状从一个背离半导体基质的侧面向着一个朝向半导体基质的侧面逐渐变小。倾斜侧壁则可以应用简单的方法将这些层涂覆在所要加工的场效应晶体管上，这样成本是有利的，并且可以实现所要涂覆层的一种精密而精细的结构化。
按照本发明的一种有利的实施形式，绝缘层可以具有倾斜的侧壁，它们相对于第一或第二主表面构成5°至80°的角度。本发明的一种这样的实施形式的优点在于：在这个角度范围之内可以实现精确的沉积和/或形成绝缘层的结构，并因此形成栅极的一种相应可靠的构造和接通。
同样有利的是：源极区，漏极区和/或栅极层借助于印制导线进行电接通的话，它们都施加在绝缘层的第二主表面上。本发明的一种这样的实施形式的优点是，可以在绝缘层的露出的表面上涂覆印制导线。因此防止了半导体基质里结构的损伤，在将印制导线直接涂覆到半导体基质上或者栅极部位的绝缘部上时，否则这些结构有可能受损。
按照本发明的另一种实施形式，也可以设有一个连接环，它布置在绝缘层上，在指向绝缘层的第二主表面的一侧，并且包围住绝缘层里的开孔或者绝缘层里具有减小层厚的绝缘层部位。本发明的一种这样实施形式的优点在于：通过有利地在绝缘层的开孔的一个部位和绝缘层的第二主表面上的另一个部位之间，提供一种流体密封的和气体密封的闭锁的连接环，可以实现所要测量的气体至栅极层的流动。这确保了：所要测量的气体尽可能完全地导向栅极层，因此通过栅极层也可以实现尽可能精确地测定气体的浓度。
为了实现栅极层的尽可能好的电接通，连接环也可以包括有一种导电材料，并用作为栅极层的电接点。
按照本发明的另一种实施形式，可以设有一个载体基质，它，尤其是借助于倒装法技术，布置在指向第二主表面的具有绝缘层的一侧上，或者在施加于绝缘层上的结构上，其中载体基质设计用于机械地保持场效应晶体管。本发明的一种这样的实施形式的优点在于：通过载体基质可以提供一种稳定的保持。按此方式一方面可以应用一种比较薄的并因此比较轻的半导体基质，因此可以降低成本，而且另一方面也可以在成型场效应晶体管的层时，将重点放在层或者层序列的尽可能最佳的气体敏感性上。
特别有利的是，载体基质具有一个开孔，它对置于绝缘层的开孔或者层厚变小的绝缘部位。本发明的一种这样的实施形式的优点在于：载体基质可以这样设置在一个由半导体基质，绝缘层和栅极层组成的复合物上，因此栅极层只能通过载体基质里的开孔触及。这可以尽可能大地保护栅极层，防止机械损伤，并因此提高所要制造的气敏场效应晶体管的坚固性。
按照以下发明的一种特别的实施形式，载体基质里的开孔可以用一种透气的过滤材料或者催化材料封闭，这种材料设计用于对一种流过载体基质开孔的气体进行过滤或者催化。本发明的一种这样的实施形式的优点在于：一方面可以尽可能阻止由于一种腐蚀性的或者不希望要的气体或者气体里的颗粒而损伤栅极层，而且另一方面也可能通过催化材料可以使第二种气体转变成预先规定的，栅极层敏感的气体，因此通过用一种对应的催化材料简单地封闭开孔，制成的场效应晶体管可以应用于多种不同种类的气体。
附图说明
以下按照附图举例对发明进行详细叙述。所示为：
图1按照本发明的一个实施例的一种气敏场效应晶体管的半导体构造的俯视图；
图2按照本发明的一个实施例的一种气敏场效应晶体管的半导体构造的横断面视图，其中表示了，气敏场效应晶体管通过一个连接环和/或倒置接点实现接通；
图3按照本发明的另一个实施例的一种气敏场效应晶体管的半导体构造的横断面视图，其中同样也表示了，气敏场效应晶体管通过一种连接推挤
和/或倒置接点实现接通；和
图4本发明的一个实施例的流程图作为方法。
具体实施方式
相同或者类似的元件可以在附图中用相同或者类似的附图标记表示，其中避免了重复进行说明。此外附图及其说明以及权利要求书还包含了无数特征的组合。因此对于专业人士来说很显然，也可以单个地来考察这些特征，或者将它们组合成另外的，这里没有清楚说明的特征组合。此外在以下的说明中应用不同的比例和尺度对发明进行了说明，其中可以理解为发明并不局限于这种比例和尺度。此外按照发明的方法步骤可以重复，以及按照与所述次序不同的次序进行。如果一个实施例在第一特征/步骤和第二特征/步骤之间，包括有一个“和/或“逻辑连接，那么可以这样来说明：按照一种实施形式的实施例既具有第一特征/第一步骤，又具有第二特征/第二步骤，而按照另一种实施形式或者只具有第一特征/步骤，或者只具有第二特征/步骤。
本发明的一个重要方面在于：可以实现一种用于“恶劣环境“的ChemFETs(也就是说一种化学敏感的或者气敏场的效应晶体管)构造的简化和工艺过程的改善和简化。除此之外本发明还允许采取保护措施用于在工艺过程期间的栅极绝缘，并且简化化学敏感的或者气体敏感的FET-芯片(也就是半导体元器件)在外壳里或者载体基质里或者在它们上的连接。
发明中例如采取了一下的措施：
--场氧化物或者说较厚的绝缘部在至栅极绝缘侧面上设有规定的边棱角。因此涂层也可以一直到场氧化物上，并在这上面加以利用。
--栅极氧化物-场氧化物的过渡靠近于边界，优选恰好在通道部位之外。
--印制导线只是设于场氧化物上，因此导电层(栅极层)的接通同样也位于场氧化物上。
--上面所说的性能可以实现对用于印制导线工艺过程并在工艺过程中进行钝化的栅极氧化物进行保护，其中在栅极氧化物上沉积了一个遮盖层(例如多晶硅)，例如作为干式腐蚀过程的停止层。这个层也可以在半导体元器件的继续的工艺过程中保留在栅极氧化物上，并保护这氧化物直至涂覆敏感层(也就是栅极或者说栅极层)。
除此之外，用以下详细说明的构造可以实现ChemFETs的一种结构和连接技术的方案(AVT-方案)，其中只是暴露对于气体交互作用所必需的传感器部分，而遮盖所有其它的部分。
图1表示了按照本发明的一个实施例的一种气敏场效应晶体管100的半导体构造的俯视图，其中表示了用于源极区和漏极区的连接。图1表示了一种绝缘层110，它遮盖了一个在图1中仅局部可见的半导体基质。绝缘层110具有第一开孔120用于源极区在其下面的半导体基质里的连接，还有第二开孔130，用于漏极区在位于绝缘层110之下的场效应晶体管100的半导体基质里的连接。绝缘层110例如可以由一种由四乙基原硅酸盐(TEOS)制成的二氧化硅制成，其厚度从300nm至500nm。在第一开孔120和第二开孔130之间设有第三个开孔135，它具有规定的倾斜侧壁137，正如以下还要详细说明的那样。在第三个开孔135的位置上替换地不需要形成通过绝缘层110的贯通开孔，而是设计一个绝缘层110厚度减小的部位来代替第三个开孔135也足够了，其中绝缘层厚度减小的部位同样也应该具有倾斜侧壁。为了简单起见，在以下的说明中基本上按照一种具有开孔的实施例代替一种绝缘层110层厚减小的部位来说明。这种规定的倾斜侧壁137与图1中可见的绝缘层110表面成一个规定的侧面角。在第三个开孔135的中间可以见到半导体基质138的一个表面，在这表面上在一个通道部位140里布置了场效应晶体管100的通道。通道部位140的大小例如为10×100μm。在这个通道部位140里(例如在半导体基质的一个基质-表面上)布置了一个栅极氧化物150，正如在场效应晶体管(FETs)中通常所用的那样。在这个通道部位140上接着(这里表示了在通道部位之外)因此是在栅极氧化物150和绝缘层110之间的过渡，它常常也表示为场氧化物。场氯化物110的第三个开孔135的倾斜侧壁137的边棱角(也就是说绝缘层110的第三个开孔135的倾斜侧壁137的角度)例如在5°和80°之间。绝缘层110的第三个开孔135的这个边棱角尤其是取决于用于制造FETs所选择的涂层材料的性能，例如在一种湿化学涂覆时的润湿性能。
用于接通和/或构成栅极的可涂覆面(在图1中表示为透明的部位155)要比通常的设计(其中大多只是少数几百平方微米大的通道部位被涂覆)大很多(例如1×2mm一直到几个平方毫米)。栅极155一般也可以称为栅极层155，因为这个层一方面是栅极本身，也是用于直接通过栅极氧化物接触栅极的电子印制导线。通过应用这里所建议的方法而明显较大的用于涂覆栅极层的部位可以使涂覆(也就是说形成栅极层155)更容易，并且可以使用成本有利的平面工作的涂覆方法。栅极层155可以通过一个分开的连接接点160电接通。
通过在栅极氧化物150至场氧化物110之间的确定的过渡和在倾斜侧壁137的边棱部位里场氧化物110的规定性能，因此可以敏感涂层155涂覆面，这个面远大于通道部位140本身，其中敏感涂层155本身超出边棱137伸到场氧化物110的一个在图1中可以见到的表面上。通过场氧化物110的这种性能可以实现一种与传统的气敏场效应晶体管相比简单得多的构造，因此例如对于调节精度的要求更低了，例如在对通道部位140涂覆时，而且也在实现在一个印制导线和通道部位之间界线的时候。同样也可以实现一种简化和改善的机械和电的连接。
图2表示了按照本发明的一个实施例的一种气敏场效应晶体管100的半导体构造的横断面视图，其中表示了，ChemFETs100通过一个连接环200和倒装接点210在载体基质(或者说一个外壳)上实现连接。图2尤其是表示了一个用于构造-和连接技术的实施例，这种技术包括有一个连接环200(其这里例如由一种绝缘材料组成)以及接点210，它们可以实现在一个载体基质215上处理过的ChemFETs 100的一种倒置装配。在载体基质215上的接点210例如由印制导线210构成，这些导线可以使ChemFETs100从ChemFETs100的一个外壳外面实现接通。
载体基质215此外例如具有一个透气的部位217(例如一个开孔的形式)，通过这开孔使所要测量的气体到达气敏的栅极层155.如果将透气部位217补充地涂覆在载体基质上(例如以一个孔的形式，在这孔里具有一个在图2和3中未表示出的，补充装入或者装上的，例如由多孔陶瓷制成的过滤器)，那么也可以在ChemFET芯片连接于载体基质215(有孔)上之后，和在将过滤器装入或者装上之前，进行敏感的涂覆。过滤器可以除了一种纯机械过滤之外(例如针对颗粒)，也有一种化学的功能，例如一种催化转化，并因此例如防止了例如传感器的功能受到干扰气体的影响，或者至少减少了这种气体。在这种情况下过滤器也起到催化器的作用。
通过连接环200，流体和气体密封地限制了传感器100的一个气体可以到达的部位220。因此只是对于测量气体浓度所必需的构件，尤其是在栅极或者场氧化物155上的敏感涂层是气体可以到达的。敏感涂层155理想地可以在连接环200之下实现，如果这不可能的话，那么还可以(如图2所示)在连接环200之下(也就是说在连接环200和绝缘层155的第二表面之间)，实现一种印制导线230，用于接通敏感涂层。用于使接点(或者类似物)绝缘的一种钝化因此不再一定是必需的。一个连接环200也可以备选地由一种导电材料来实现。敏感层155的接通在一种这样的情况下直接通过连接环200来进行，正如在按照图3的气敏场效应晶体管100的一种半导体构造的横断面剖视图里所反映的那样。
此外在图2和3里的左侧可见，半导体基质138的源极区250的连接接通部240(或按照图3的漏极区310也是等同的)可以通过一种倒置装配和附属的印制导线210，以及在绝缘层110(场氧化物)上对应的专门开孔120或者130来实现。
总结起来，以下对一种ChemFET-半导体元器件100的构造和尤其是材料次序的实例进行说明，正如它们可以应用于本发明的实施例那样。在由碳化硅组成的一种半导体基质138上，它植入了FET构造(通常接点部位例如250和310，通道部位140，基质接点和围绕通道的绝缘部位作为“保护“)，具有一种沉积和形成构造的场氧化物110，例如由HTO(HTO＝高温氧化物)组成，或者由TEOS(TEOS＝四乙基原硅酸盐)制成。在不被场氧化物110盖住的位置上，但尤其是在通道部位140处，例如有一个由碳化硅通过(前面的)氧化而制成的栅极氧化物，它或者单独或者与另一种氧化物，氮化物或者碳化物组合地实现在FET100上的通道的绝缘。这种另外的绝缘材料例如可以是一种沉积的硅氮化物或者硅氧氮化物，或者一种碳化硅或者一种例如每个原子层沉积所沉积的均质的或者材料交替的层，例如由铝氧化物，钛氧化物，锆氧化物，铪氧化物，钽氧化物组成。在此上面和场氧化物110的一些部分上面例如作为栅极保护沉积了一层，例如由通过一个温度步骤可以被压缩的，非掺杂的或者掺杂的无定形的，或者多晶硅组成。
在场氧化物110和栅极保护层上可以沉积一个印制导线230，它例如由Ta，Ti，TiN作为附着剂和Pt或者稳定结构的Pt(例如一种Pt-Rh合金)组成。印制导线230或者可以直接在沉积时形成构造(例如浮脱(Lift-off))或者补充地例如通过溅射或者离子束腐蚀来形成。在这些过程中栅极保护层防止栅极变化或者磨蚀。通过这样形成的构件可以，在一定条件下又有一个附着剂层，可以沉积一个或者多个相互叠置的钝化层，例如由沉积的氧化物，尤其是TEOS或者PECVD-氧化物，或者由硅氮化物，这里尤其是由小应力的PECVD-氮化物组成。无定形的或者多晶的碳化硅也可以考虑作为这个钝化层的成分。在形成钝化层的结构时，栅极保护层又防止了栅极绝缘发生变化和破坏。
栅极保护层可以一直刚好在对栅极涂覆栅极层155之前，都保留在其上，而且也防止了受到最终加工过程的影响，例如锯，分解开等。如果是多晶硅，那么例如可以通过湿式腐蚀法(尽可能相对于栅极绝缘层选择地)除去栅极保护层(或者说在形成印制导线的结构和钝化之后还保留的栅极保护层)。在这露出的栅极绝缘层上则可以沉积一个敏感层155，例如纳米构造的铂。
一个这样制成的传感器可以有利地使用在“恶劣的环境“里尤其是在汽车的排气段里。一个重要的目标应用是测量在测量部位里的氮氧化物，从1至100ppm。与另外的，在载体材料的透气部位217里具有其他的涂层，其他温度的，或者在另一种过滤材料后的单个传感器相组合，可以提高对于这种目标气体以及对其它气体的可选择性和敏感性。合理的是，将传感器例如汇总在一个阵列里，并且在一定条件下在一个共同的外壳里。
图4表示了本发明的一个实施例的流程图，作为用于制造气敏场效应晶体管的方法400，其中这方法具有一个步骤，提供410一种具有一个基质主表面的半导体基质，其中基质具有一个源极区，一个栅极区和一个漏极区，其中基质主表面被一个绝缘层盖住。此外方法400具有一个步骤，向绝缘层的露出表面上涂覆420一个遮盖，其中这样进行遮盖的涂覆，使得遮盖具有一个带有倾斜侧壁的空隙或者开孔，其中空隙或者开孔向着一个对置于栅极区的部位逐渐变小。方法400也包括有一个步骤：在应用空隙或者开孔的情况下，形成430在绝缘层里的开孔或者层厚减小的绝缘部位，从而在绝缘层里形成一个开孔或者层厚减小的绝缘部位，其中绝缘层在开孔部位里或者在绝缘层部位里具有倾斜侧壁，因此在绝缘层的相互对置的倾斜侧壁之间的距离，在绝缘层的开孔部位里或者绝缘层部位里，从一个邻接于遮盖的绝缘层主表面向着基质主表面方向上变小。在这个方法步骤之后将遮盖去除，从而使绝缘层的一个主表面露出来。最后这方法400包括有一个步骤：涂覆440一个栅极层，以便通过栅极层遮盖住绝缘层的露出的主表面的至少一个局部、遮盖住在绝缘层里的开孔的倾斜侧壁的至少一个部位以及栅极区的一个部位，其中栅极层包括有一种材料或者一种构造，它们使栅极层在与一种预先规定的气体接触时，其电性能发生变化。
方法400可以备选地在步骤430中包括有栅极层的一个连续涂层的沉积(例如栅极绝缘层)。在步骤440中则涂覆另一个连续的绝缘层，其中如上面所说，形成一个具有倾斜侧壁的开孔。如果栅极绝缘层由不同于绝缘层110的材料组成，那么倾斜侧壁边137可以在材料110里通过一种选择刻蚀的方法制成，其中栅极绝缘层不受或者只是可忽略被作用。然后接着可以通过涂覆一个敏感涂层155使栅极层变完整。
如果借助于在绝缘层110的露出表面上的回流工序，在一个光刻胶里已经实现了倾斜侧壁边，那么这对于在材料110里制成倾斜侧壁是特别有效的。这可以成本很有利地实现，其中可以将成熟的工艺技术应用于制造遮盖。绝缘层里的开孔，在将倾斜侧壁边从光刻胶传递至材料110里时，可以很有效地通过干式腐蚀的一个步骤制成，如果例如通过在腐蚀气体里掺入氧，调整在光刻胶和绝缘材料的刻蚀率之间的某一个关系的话。
Claims (10)
1.气敏场效应晶体管(100)，它具有以下特征：
---具有基质主表面的半导体基质(138)，其中半导体基质(138)具有源极区(240)，栅极区(140)和漏极区(310)；
---绝缘层(110)，它具有朝向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层(110)至少局部地盖住了基质主表面，并且在栅极区(140)部位里具有开孔(135)或者层厚变小的绝缘层部位，其中绝缘层(110)在开孔(135)的部位或者在绝缘层部位(135)中具有倾斜的侧壁(137)，从而在绝缘层(110)的在开孔(135)的部位里或者绝缘层部位(135)里相互对置的倾斜侧壁(137)之间的距离，从第二主表面向着第一主表面方向上变小；和
---栅极层(155)，它至少盖住绝缘层(110)的第一主表面的局部，倾斜侧壁(137)的一个部位以及栅极区(140)的一个部位，其中栅极层(155)包括有材料或者结构，它们在与预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。
2.按照权利要求1所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，绝缘层(110)具有倾斜的侧壁(137)，它们相对于第一和第二主表面构成5°至80°的角度。
3.按上述权利要求之一所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，源极区(240)，漏极区(310)和/或栅极层(155)借助于印制导线(230)进行电接通，它们涂覆在绝缘层(110)的第二主表面上。
4.按上述权利要求之一所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，设有连接环(200)，它在绝缘层(110)上，布置在朝向绝缘层(110)的第二主表面的一侧，并且包围绝缘层(110)里的开孔(135)或者具有减小层厚的绝缘层部位(135)。
5.按照权利要求4所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，连接环(200)包括有一种导电材料，并用作为栅极层(155)的电接点。
6.按上述权利要求之一所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，还设有载体基质(215)，它，尤其是借助于倒装法技术，布置在朝向第二主表面的具有绝缘层(110)的一个面上，或者布置在一个施加于绝缘层(110)上的结构(230)上，其中载体基质(215)设计用于机械保持场效应晶体管(100)。
7.按照权利要求6所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，载体基质(215)具有开孔(217)，它对置于绝缘层(110)的开孔(135)或者层厚变小的绝缘层部位(135)。
8.按照权利要求7所述的气敏场效应晶体管(100)，其特征在于，载体基质((215)里的开孔(217)用透气的过滤材料或者催化材料封闭，这种材料设计用于对流过载体基质(215)开孔(217)的气体进行过滤或者催化。
9.制造气敏场效应晶体管(100)的方法(400)，其中这方法(400)具有以下步骤：
---提供(410)具有基质主表面的半导体基质，其中半导体基质具有源极区，栅极区和漏极区，其中基质主表面被绝缘层盖住；
---在绝缘层的露出表面上涂覆(420)遮盖，其中进行遮盖的涂覆，使得遮盖具有一个带有倾斜侧壁的空隙或者开孔，其中空隙或者开孔向着对置于栅极区的部位逐渐变小；
---在应用空隙或者开孔的情况下，形成(430)在绝缘层里的开孔或者层厚减小的绝缘层部位，从而在绝缘层里形成开孔或者层厚减小的绝缘层部位，其中绝缘层在开孔的部位里，或者在绝缘层部位里具有倾斜侧壁，因此在绝缘层的相互对置的倾斜侧壁之间的距离，在绝缘层中的开孔的部位里或者绝缘层部位里，从邻接于遮盖的绝缘层主表面向着基质主表面方向上变小；
---涂覆(440)栅极层，以便通过栅极层遮盖住绝缘层的露出主表面的至少一个局部，遮盖住在绝缘层里的倾斜侧壁的至少一个部位以及栅极区的部位，其中栅极层包括有材料或者构造，它在与预先规定的气体接触时，使栅极层的电性能发生变化。
10.按照权利要求9所述的方法(400)，其特征在于，借助于在绝缘层的露出表面上的回流工序，在涂覆(430)遮盖的步骤中涂覆具有规定的边棱走向的光刻胶作为遮盖，并且以一种适合的形成结构方法使光刻胶边棱的结构传送到绝缘层的边棱上。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102010001998A DE102010001998A1 (de) | 2010-02-16 | 2010-02-16 | Gassensitiver Feldeffekttransistor und Verfahren zur Herstellung eines gassensitiven Feldeffekttransistors |
| DE102010001998.4 | 2010-02-16 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102192940A true CN102192940A (zh) | 2011-09-21 |
Family
ID=43976060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2011100395002A Pending CN102192940A (zh) | 2010-02-16 | 2011-02-15 | 气敏场效应晶体管及其制造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20110198674A1 (zh) |
| CN (1) | CN102192940A (zh) |
| DE (1) | DE102010001998A1 (zh) |
| FR (1) | FR2956483B1 (zh) |
| IT (1) | IT1403323B1 (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106233464A (zh) * | 2014-06-03 | 2016-12-14 | 加利福尼亚大学董事会 | 化学敏感场效应晶体管传感器 |
| CN112505108A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-16 | 联合微电子中心有限责任公司 | 气体检测系统和方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009045475B4 (de) * | 2009-10-08 | 2023-06-29 | Robert Bosch Gmbh | Gassensitive Halbleitervorrichtung sowie deren Verwendung |
| US9501601B2 (en) | 2013-03-14 | 2016-11-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Layout optimization of a main pattern and a cut pattern |
| JP6382768B2 (ja) * | 2015-04-30 | 2018-08-29 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ素子、ガスセンサ、および、ガスセンサ素子の製造方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238758A (en) * | 1977-12-08 | 1980-12-09 | Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha | Semiconductor gas sensor |
| US4764797A (en) * | 1985-09-14 | 1988-08-16 | Thorn Emi Plc | Chemical-sensitive semiconductor device |
| US6140144A (en) * | 1996-08-08 | 2000-10-31 | Integrated Sensing Systems, Inc. | Method for packaging microsensors |
-
2010
- 2010-02-16 DE DE102010001998A patent/DE102010001998A1/de not_active Withdrawn
-
2011
- 2011-01-24 US US13/012,596 patent/US20110198674A1/en not_active Abandoned
- 2011-02-04 IT ITMI2011A000153A patent/IT1403323B1/it active
- 2011-02-15 CN CN2011100395002A patent/CN102192940A/zh active Pending
- 2011-02-16 FR FR1151245A patent/FR2956483B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4238758A (en) * | 1977-12-08 | 1980-12-09 | Kabushiki Kaisha Suwa Seikosha | Semiconductor gas sensor |
| US4764797A (en) * | 1985-09-14 | 1988-08-16 | Thorn Emi Plc | Chemical-sensitive semiconductor device |
| US6140144A (en) * | 1996-08-08 | 2000-10-31 | Integrated Sensing Systems, Inc. | Method for packaging microsensors |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106233464A (zh) * | 2014-06-03 | 2016-12-14 | 加利福尼亚大学董事会 | 化学敏感场效应晶体管传感器 |
| US10330637B2 (en) | 2014-06-03 | 2019-06-25 | The Regents Of The University Of California | Chemically sensitive field effect transistor sensors |
| CN112505108A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-03-16 | 联合微电子中心有限责任公司 | 气体检测系统和方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20110198674A1 (en) | 2011-08-18 |
| DE102010001998A1 (de) | 2011-08-18 |
| FR2956483A1 (fr) | 2011-08-19 |
| ITMI20110153A1 (it) | 2011-08-17 |
| IT1403323B1 (it) | 2013-10-17 |
| FR2956483B1 (fr) | 2013-12-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102192940A (zh) | 气敏场效应晶体管及其制造方法 | |
| US7939932B2 (en) | Packaged chip devices with atomic layer deposition protective films | |
| CN111051839B (zh) | 微机械传感器设备及相应的制造方法 | |
| KR101754508B1 (ko) | 높은 안정성을 가지는 고온 칩 | |
| JP5056862B2 (ja) | 半導体式センサの製造方法 | |
| CN107003277B (zh) | 检测气态分析物的气体传感器装置和制造该装置的方法 | |
| JP2015129772A (ja) | 安全フレームを含む測定シャント | |
| US9214579B2 (en) | Electrical contact structure with a redistribution layer connected to a stud | |
| JPH1062383A (ja) | 電気化学センサ | |
| US20080188075A1 (en) | Semiconductor device and production method therefor | |
| TWI557944B (zh) | 光電半導體晶片 | |
| KR101943084B1 (ko) | 가스 센서의 제조 방법 | |
| US8299549B2 (en) | Layer structure for electrical contacting of semiconductor components | |
| JP6661466B2 (ja) | 取付支持体上にｍｅｃｓデバイスを備えたコンポーネント | |
| US20080265444A1 (en) | Thin-film aluminum nitride encapsulant for metallic structures on integrated circuits and method of forming same | |
| US8026121B2 (en) | Method for producing electronic components and pressure sensor | |
| US20210188625A1 (en) | Semiconductor chip | |
| CN113451127B (zh) | 一种功率器件及其制备方法 | |
| CN102099673B (zh) | 一种气体传感器的传感元件 | |
| US8587095B2 (en) | Method for establishing and closing a trench of a semiconductor component | |
| CA2900509C (en) | Preventing stray currents in sensors in conductive media | |
| CN109416340B (zh) | 集成电路封装的改进或与之相关的改进 | |
| TW202324457A (zh) | 電阻元件 | |
| JPH03175632A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| EP4350759A1 (en) | A semiconductor device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110921 |