CN111415993B - 一种多介质检测传感器及其制作方法 - Google Patents

一种多介质检测传感器及其制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111415993B
CN111415993B CN202010184503.4A CN202010184503A CN111415993B CN 111415993 B CN111415993 B CN 111415993B CN 202010184503 A CN202010184503 A CN 202010184503A CN 111415993 B CN111415993 B CN 111415993B
Authority
CN
China
Prior art keywords
active layer
layer
manufacturing
substrate
thickness
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.)
Active
Application number
CN202010184503.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111415993A (zh
Inventor
陆丛研
卢年端
李泠
刘宇
王嘉玮
耿玓
刘明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Microelectronics of CAS
Original Assignee
Institute of Microelectronics of CAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Microelectronics of CAS filed Critical Institute of Microelectronics of CAS
Priority to CN202010184503.4A priority Critical patent/CN111415993B/zh
Publication of CN111415993A publication Critical patent/CN111415993A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111415993B publication Critical patent/CN111415993B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772—Field effect transistors
    • H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/786—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film
    • H01L29/7869—Thin film transistors, i.e. transistors with a channel being at least partly a thin film having a semiconductor body comprising an oxide semiconductor material, e.g. zinc oxide, copper aluminium oxide, cadmium stannate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42384—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate for thin film field effect transistors, e.g. characterised by the thickness or the shape of the insulator or the dimensions, the shape or the lay-out of the conductor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/4908—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET for thin film semiconductor, e.g. gate of TFT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/43—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/49—Metal-insulator-semiconductor electrodes, e.g. gates of MOSFET
    • H01L29/51—Insulating materials associated therewith
    • H01L29/515—Insulating materials associated therewith with cavities, e.g. containing a gas
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66969—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies not comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
    • H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
    • H01L31/112—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor
    • H01L31/113—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • H01L31/1136—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by field-effect operation, e.g. junction field-effect phototransistor being of the conductor-insulator-semiconductor type, e.g. metal-insulator-semiconductor field-effect transistor the device being a metal-insulator-semiconductor field-effect transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

本发明实施例提供的一种多介质检测传感器及其制作方法，其中多介质检测传感器包括：衬底；栅极，设置于所述衬底上表面；有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层；其中，所述有源层为铟镓锌氧化物；源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。本发明提供的多介质检测传感器可实现单一传感器进行紫外光以及多种气体的检测。

Description

一种多介质检测传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体材料及微电子技术领域，具体而言，涉及一种多介质检测传感器及其制作方法。
背景技术
随着生活水平的提高和环保意识的加强，人们对各种有毒有害物质的检测，对大气污染、工业废气的检测以及对食品和居住环境质量的检测都提出了更高的要求，作为感官或信号输入部分之一的各种类型的传感器在生产、生活中作用日益凸显。因此，可以测试不同介质的多用途传感器被广泛关注。现有的传感器一般都只能完成一种介质的检测，例如：基于硅基光电二极管的光感器只能检测光介质；基于电化学的气体传感器只能检测气体介质等。如果需要检测多种介质，则需要将不同类型的传感器集成在一起。这种集成在一起的传感器不仅成本升高，而且由于信号处理方式不同，不便于集成在同一设备上。
因此，可见目前单一的传感器还难以针对多种介质进行同时检测。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种多介质检测传感器及其制作方法，其中多介质检测传感器或采用该多介质检测传感器的制作方法制作而成的传感器，可在不集成多种传感器的情况下可同时用于紫外光以及多种气体介质的检测。
第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种多介质检测传感器，包括：
衬底；
栅极，设置于所述衬底上表面；
有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构的栅介质层；其中，所述有源层为铟镓锌氧化物；
源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面。
优选地，所述铟镓锌氧化物的厚度小于500nm。
优选地，所述铟镓锌氧化物的厚度为50-500nm。
优选地，所述源极的一边部和所述漏极的一边部均延伸至所述衬底上表面。
优选地，所述栅介质层的厚度为500nm-1000nm。
第二方面，基于同一发明构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：
一种多介质检测传感器的制作方法，包括：
在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层；
制作覆盖在所述牺牲层上的有源层；其中，所述有源层为铟镓锌氧化物；
在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极；
刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层。
优选地，所述制作覆盖在所述牺牲层上的有源层，包括：
制作覆盖在所述牺牲层上的厚度小于500nm的所述有源层。
优选地，所述制作覆盖在所述牺牲层上的有源层，具体包括：
制作覆盖在所述牺牲层上的厚度为50-500nm的所述有源层。
优选地，所述在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极，包括：在所述有源层上表面的两侧分别制作延伸至衬底的源极和漏极。
优选地，所述刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层之后，还包括：
对所述有源层进行退火处理，以提高所述有源层的强度。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本实施例提供的一种多介质检测传感器及其制作方法，其中多介质检测传感器由于具备腔体结构的栅介质层，在栅介质层中可充入需检查环境的气体和/或光线。由于有源层为IGZO半导体，其对紫外光具有较强的敏感性，同时，不同气体在栅介质层中可对源极漏极之间的沟道中的载流子产生不同的影响(即具有不同的敏感性)，该影响具有高灵敏度、高信噪比的特点。最终实现同一传感器对不同气体以及紫外光进行检测。并且在本实施例中的多介质检测传感器其结构简单易于制作，可更有利于集成在显示或可穿戴设备上，并实现电子皮肤的兼容，还可节约成本。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明第一实施例提供的一种薄膜晶体管的结构示意图；
图2是本发明第二实施例提供的一种薄膜晶体管的制作方法的流程图；
图3是本发明第二实施例提供的一种薄膜晶体管的制作过程的结构变化示意图；
图4是本发明第四实施例提供的一种多介质检测传感器的制作方法的流程图。
图标：10-薄膜晶体管；11-衬底；12-栅极；13-有源层；14-栅介质层；15-源极；16-漏极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种薄膜晶体管10，包括：衬底11；栅极12，设置于衬底11上表面；有源层13，覆盖在衬底11的上表面，在栅极12与有源层13之间形成腔体结构，腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层14；源极15和漏极16，间隔的覆盖在有源层13的两侧表面。
衬底11为绝缘衬底，具体可为玻璃衬底、氧化铝(Al2O3)、碳化硅(SiC)等现有的衬底材料，不作限制。衬底11的厚度可根据器件的性能要求进行确定，如，本实施例中的衬底11厚度可为100μm-500μm，具体可取值为300um、350um、400um等。
栅极12设置在衬底11的上表面。具体的，栅极12为金属，例如栅极12可为钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)中的至少一种组成。栅极12的厚度小于1um。优选地，栅极12厚度小于100nm。具体厚度可根据工艺和器件要求进行确定，例如可为30nm、50nm、100nm等。
为了便于半导体工艺过程中对牺牲层(栅介质层14由牺牲层被刻蚀后得到)进行刻蚀，在本实施例中可在衬底11上表面形成容纳栅极12的凹槽，将栅极12填充在凹槽内(即嵌在凹槽内)。此时，栅极12的厚度可与凹槽的厚度不同，例如栅极12的厚度大于或小于凹槽的厚度(深度)。当栅极12的厚度可与凹槽的厚度相同，此时结构规则有利于生产工艺的制作。
有源层13，覆盖在衬底11上表面的栅极12的上方，并且有源层13的宽度大于栅极12的宽度。在有源层13与栅极12之间形成腔体结构，腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层14，腔体结构中可为环境空气、氮气或其他气体介质，不作限制。当不同的环境气体充入到栅介质层中时，可对有源层产生不同的影响，致使沟道中载流子迁移率产生变化，可实现对不同环境气体起到对应的感应作用。具体的，有源层13为可氧化锌(ZnO)、IGZO(indiumgallium zinc oxide，铟镓锌氧化物)半导体、有机半导体等；以及多层二硫化钼(MoS2)二维材料、多层氮化硼薄膜(BN)二维材料等。有源层13的厚度可小于500nm，优选地，可小于100nm，例如，10nm、12nm、20nm、50nm、100nm等。栅介质层14的厚度小于1um，具体可取值为50nm、100nm、300nm、500nm、1000nm等。优选地，小于100nm。
源极15和漏极16覆盖在有源层13的两侧，并相互之间形成间隔。具体的，源极15和漏极16可分别将有源层13两侧覆盖，并延伸连接到衬底11，可避免有源层13的坍塌，提高稳定性。源极15和漏极16均为金属，例如源极15或漏极16可为钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)中的至少一种组成。源极15和漏极16的厚度小于1um。优选地，源极15和漏极16的厚度小于100nm。具体厚度可根据工艺和器件要求进行确定，例如可为30nm、50nm、100nm等。
在本实施例中，由于栅介质层14为腔体结构，可以避免采用现有技术中的二氧化铪(HfO2)、二氧化硅(SiO2)、三氧化二铝(Al2O3)等栅介质层14，因此也就避免了现有手段中栅介质层14中本身存在的缺陷对沟道中载流子的定向移动形成负面影响。同时，腔体结构的栅介质层14可以降低栅介质层14、有源层13以及栅极12之间的接触影响，可大幅提高薄膜晶体管10中电荷传输特性，提高了薄膜晶体管10的性能。由于生产本实施例中的薄膜晶体管10无需额外的栅介质层材料，可大幅的降低材料成本。
第二实施例
请参阅图2，在本实施例中提供一种薄膜晶体管的制作方法，该方法可用于制备第一实施例中的薄膜晶体管。具体的，所述方法包括：
步骤S10：在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层。
步骤S20：制作覆盖在所述牺牲层上的有源层。
步骤S30：在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极。
步骤S40：刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层。
为了便于栅极的制作，在步骤S10中可在衬底上进行凹槽的形成。具体的，可采用光刻胶制备光刻金属栅极图案，通过感应耦合等离子体技术(Inductively CoupledPlasma，ICP)在衬底上表面刻蚀一定深度的栅极图形凹槽，例如，该深度可小于1um，如为40nm、50nm、100nm等。刻蚀的凹槽深度可与栅极的厚度相同，更加规则，可便于步骤S40的进行。
进一步的，可通过使用电子束蒸发、化学气相沉积、脉冲激光沉积、原子层沉积或磁控溅射方法等在绝缘的衬底上的凹槽内沉积金属形成栅极，例如栅极可为钼(Mo)、铂(Pt)、金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)中的至少一种组成。
进一步的，在栅极上方覆盖宽度大于栅极的牺牲层，即牺牲层的两侧延伸到衬底表面，并与衬底相接；其中，所述宽度所在的方向为沟道长度的方向。具体的，可采用磁控溅射方式在栅极上方生长一定厚度(如100nm-1000nm)的牺牲层材料，牺牲层材料可为硅(Si)，然后使用光刻胶制备牺牲层图案，通过ICP刻蚀机刻蚀一定厚度(如500nm-1000nm)的牺牲层材料，使用剥离液去除多余的光刻胶，形成牺牲层。该牺牲层的厚度即为栅介质层的厚度，栅介质层的厚度可小于1um，例如为100nm、300nm、500nm等。
在步骤S20中，可使用磁控溅射、化学气相淀积或者热淀积方法在牺牲层上生成氧化物半导体有源层，如氧化锌(ZnO)、IGZO(indium gallium zinc oxide，铟镓锌氧化物)半导体；还可采用采用旋涂的方法制作有机半导体有源层；还可采用转移的方法将二硫化钼(MoS2)、多层氮化硼薄膜(BN)等二维材料转移到牺牲层的表面上作为有源层。有源层的厚度可小于500nm，优选地，可小于100nm，例如，10nm、12nm、20nm、50nm等。
在步骤S30中，在有源层的两侧分别形成源极和漏极。进一步的，源极和漏极可向有源层的边部延伸并与衬底相连接。
例如，使用光刻胶光刻出源极、漏极图案，通过电子束蒸发等方法进行一定厚度的源极、漏极材料的生长，使用剥离液剥离光刻胶上多余的金属(剥离了有源层的中部位置的金属)，在有源层两侧形成源极和漏极。源极和漏极的厚度小于1um。优选地，源极和漏极的厚度小于100nm。具体厚度可根据工艺和器件要求进行确定，例如可为30nm、50nm、100nm等。
在步骤S40中，可使用ICP刻蚀机，以及采用六氟化硫(SF6)气体或六氟化硫/氧气(SF6/O2)混合气体为反应气体刻蚀牺牲层，刻蚀的厚度(深度)为可与牺牲层的厚度相同，最终得到腔体结构的栅介质层。
在本实施例中，一具体的制作示例如下：首先在绝衬底上刻蚀出栅极图形，深度为30nm，使用电子束蒸发生长填充Mo作为栅极金属。再进行磁控溅射生长500nm厚度的Si作为栅介质层的牺牲层，在其上使用旋涂的方法制作厚度为50nm的有机半导体作为有源层，使用电子束蒸发生长厚度为50nm-100nm的钛(Ti)或金(Au)等作为源极或漏极，最后使用ICP和离子束刻蚀掏空有源层下方的Si，形成腔体结构作为栅介质层。进一步的，可具体参阅图3的图示过程进行理解，其中，1、衬底；2、通过刻蚀栅极图形凹槽，并填充栅极图形凹槽形成栅极；3、生长牺牲层；4、制作有源层；5、制作源极、漏极；6、刻蚀牺牲层，形成腔体结构的栅介质层。
采用本实施例中的一种薄膜晶体管的制作方法进行薄膜晶体管的制作可形成具有空腔结构容纳气体介质形成的栅介质层，因此就可避免HfO2、SiO2、Al2O3等栅介质层材料带来的材料缺陷，即避免了缺陷对沟道中载流子的定向移动形成负面影响；同时，腔体结构的栅介质层可以降低栅介质层、有源层以及栅极之间的接触影响，可大幅提高薄膜晶体管中电荷传输特性，提高了薄膜晶体管的性能。由于生产本实施例中的制备工艺无需额外的栅介质层材料，可大幅的降低材料成本。进一步的，本实施例中的制作工艺相比传统的制备薄膜晶体管工艺更为简单，制备成本也显著降低。
第三实施例
在本实施例中，还提供了一种多介质检测传感器，该多介质检测传感器的组成结构，包括：衬底；栅极，设置于衬底上表面；有源层，覆盖在衬底的上表面，在栅极与所述有源层之间形成腔体结构的栅介质层；源极和漏极，间隔的覆盖在有源层的两侧表面。具体的，本实施例中的一种实施结构可参照第一实施例中所阐述的结构，如图1所示。
与第一实施例相比，本实施例中的多介质检测传感器还有如下特征需要进行说明：
具体的，在本实施例中有源层为铟镓锌氧化物。利用铟镓锌氧化物半导体薄膜晶体管具有超低的关态电流和较高的迁移率，同时，铟镓锌氧化物半导体对紫外光敏感的特性，腔体结构的栅介质层使得不同气体直接影响到沟道中载流子的特性，即可实现不同气体和紫外光强度两种类型介质的检测。
进一步的，铟镓锌氧化物的厚度小于500nm。可提高对紫外光的敏感性，以及提高检测气体的灵敏性。优选地，铟镓锌氧化物的有源层厚度可大于50nm，以保证有源层具有较好的支撑性，提高器件的稳定性，避免器件损坏。具体的，有源层厚度的取值可为30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、500nm等。
进一步的，栅介质层的厚度小于1um，可保证有源层的稳定性，避免有源层崩塌。具体的，栅介质层的厚度为500nm-1000nm，在保证有源层的稳定性的同时，还可保证具有一定厚度的介质层，具备更大的腔体结构，保证有源层对紫外光以及气体具有较高的敏感性。例如，栅介质层的取值可为300nm、400nm、500nm、700nm、900nm等。
需要说明的是，相关技术人员基于上述说明也可采用本实施例中的传感器进行液体的检测实验，因此即使本实施例中的传感器结构应用于液体检测中，也应当属于本发明的保护范围。
需要说明的是，在本实施例中的未提及之处及相关的有益效果可参考第一至第二实施例中的阐述。
本实施例提供的一种多介质检测传感器，由于具备腔体结构的栅介质层，在栅介质层中可充入需检测环境的气体和/或光线。由于有源层为IGZO半导体，其对紫外光具有较强的敏感性，同时，不同气体在栅介质层中可对源极漏极之间的沟道中的载流子产生不同的影响(即具有不同的敏感性)，该影响具有高灵敏度、高信噪比的特点。最终实现同一传感器对不同气体以及紫外光进行检测。进一步的，在本实施例中的多介质检测传感器其结构简单易于制作，可更有利于集成在显示或可穿戴设备上，还可节约成本。
第四实施例
请参阅图4，在本实施例中提供一种多介质检测传感器的制作方法，该方法可用于制备第三实施例中的多介质检测传感器。
具体的，所述方法包括：
步骤S100：在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层；
步骤S200：制作覆盖在所述牺牲层上的有源层；其中，所述有源层为铟镓锌氧化物；
步骤S300：在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极；
步骤S400：刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层。
在步骤S100中，制作的牺牲层厚度小于1um。具体的，牺牲层厚度可为500nm-1000nm。该厚度范围可保证能够刻蚀出足够的腔体结构作为栅介质层，从而保证器件性能的灵敏性；同时避免牺牲层过厚导致有源层的不稳定，提高了器件的稳定性。
为了简要描述在本实施例中的步骤S100可参照第二实施例中步骤S10的阐述，已在第二实施例中说明的部分不再赘述。
在步骤S200中，可使用磁控溅射在牺牲层上生成IGZO半导体有源层。具体的，可使用磁控溅射生长一定厚度的IGZO薄膜，先用光刻胶光刻出IGZO光刻胶图形，用1:20硝酸溶液刻蚀多余IGZO，最后使用剥离液去除多余光刻胶，剩余IGZO作为有源层。其中，采用磁控溅射生长的IGZO薄膜厚度应小于500nm，保证源极和漏极之间形成沟道后，沟道中的载流子能够对紫外光和不同气体产生较高的灵敏性。优选的，制作的IGZO薄膜厚度应小于取值为50-500nm，避免形成的有源层过薄而应力失衡塌陷损坏，提高了器件稳定性。具体的，有源层厚度的取值可为30nm、40nm、50nm、100nm、200nm、500nm等。
为了简要描述，在本实施例中的步骤S300与步骤S400的详细解释可参见第二实施例中的阐述，在此不再赘述。
由于磁控溅射生长的IGZO膜层压应力的影响，刻蚀掉牺牲层后，会导致IGZO膜层塌陷或者断裂，不能形成稳定空气介质层。因此，在步骤S400之后，还需要对有源层进行退火处理，即对IGZO薄膜进行退火处理。所采用的退火设备可为：真空管式炉(真空度<1×10- 4Pa)、可充氮气快速退火炉，等等。在退火处理时可进行如下步骤：
如用真空管式炉时，先样品放入真空管式炉中，然后将真空管式炉抽至真空度<1×10-4Pa。需要说明的是，退火时间和温度过短或者过长达不到平衡应力的作用，会直接影响器件的电学性能，因此需要在退火操作过程中进行如下的参数控制：控制退火温度为350-400度之间，具体可为350度、360度、380度、400度、等等；退火时间控制为15分钟到20分钟之间，具体可为：15分钟、17分钟、18分钟、20分钟、等等。
如用可充氮气快速退火炉时，先把样品放入炉中，然后抽真空至真空度<1×10- 4Pa，然后通过氮气，至常压下即可。
通过上述操作可平衡有源层应力，提高有源层的支撑强度，避免有源层塌陷，提高了器件的稳定性。
需要说明的是，在本实施例中的未提及之处及相关的有益效果可参考第一至第三实施例中的阐述，再次不再赘述。
本实施例中的一种多介质检测传感器的制作方法，进行薄膜晶体管的制作可形成具有空腔结构的栅介质层，在制作时采用IGZO半导体作为有源层。由于IGZO半导体对紫外光具有较强的敏感性，可实现对紫外光的检测。同时，在本实施例中通过对牺牲层的刻蚀可产生腔体结构的栅介质层，不同气体在栅介质层中可对源极漏极之间形成的沟道中的载流子产生不同的影响(即具有不同的敏感性)，可实现对不同气体的检测，具有高灵敏度、高信噪比的特点。最终通过本实施例制作的传感器可实现同一传感器对不同气体以及紫外光进行检测。进一步的，在本实施例中的制作方法简单，可更有利于集成在显示或可穿戴设备上，与电子皮肤进行兼容，材料成本低，可节约成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种多介质检测传感器，其特征在于，包括：
衬底；
栅极，设置于所述衬底上表面；
有源层，覆盖在所述衬底的上表面，在所述栅极与所述有源层之间形成腔体结构；其中，所述腔体结构用于容纳气体介质形成栅介质层，所述有源层为铟镓锌氧化物；
源极和漏极，间隔的覆盖在所述有源层的两侧表面；
所述铟镓锌氧化物的厚度为50-500nm；
所述栅介质层的厚度为500nm-1000nm。
2.根据权利要求1所述的多介质检测传感器，其特征在于，所述铟镓锌氧化物的厚度小于500nm。
3.根据权利要求1所述的多介质检测传感器，其特征在于，所述源极的一边部和所述漏极的一边部均延伸至所述衬底上表面。
4.一种多介质检测传感器的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上方制作覆盖栅极的牺牲层；
制作覆盖在所述牺牲层上的有源层；其中，所述有源层为铟镓锌氧化物；
在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极；
刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层；
所述制作覆盖在所述牺牲层上的有源层，具体包括：
制作覆盖在所述牺牲层上的厚度为50-500nm的所述有源层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述制作覆盖在所述牺牲层上的有源层，包括：
制作覆盖在所述牺牲层上的厚度小于500nm的所述有源层。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在所述有源层上表面的两侧分别制作源极和漏极，包括：
在所述有源层上表面的两侧分别制作延伸至衬底的源极和漏极。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述刻蚀所述牺牲层，以去除所述牺牲层形成腔体结构的栅介质层之后，还包括：
对所述有源层进行退火处理，以提高所述有源层的强度。
CN202010184503.4A 2020-03-16 2020-03-16 一种多介质检测传感器及其制作方法 Active CN111415993B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010184503.4A CN111415993B (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种多介质检测传感器及其制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010184503.4A CN111415993B (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种多介质检测传感器及其制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111415993A CN111415993A (zh) 2020-07-14
CN111415993B true CN111415993B (zh) 2023-11-21

Family

ID=71494446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010184503.4A Active CN111415993B (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种多介质检测传感器及其制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111415993B (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693545A (en) * 1996-02-28 1997-12-02 Motorola, Inc. Method for forming a semiconductor sensor FET device
WO2012095117A1 (de) * 2011-01-12 2012-07-19 Technische Universität Dortmund Mikromechanischer drucksensor und verfahren zu dessen herstellung
CN103858344A (zh) * 2011-06-23 2014-06-11 国际商业机器公司 具有局部化底栅和栅极电介质的石墨烯或碳纳米管器件
CN105977306A (zh) * 2016-06-21 2016-09-28 北京大学深圳研究生院 一种自对准薄膜晶体管及其制备方法
US9496415B1 (en) * 2015-12-02 2016-11-15 International Business Machines Corporation Structure and process for overturned thin film device with self-aligned gate and S/D contacts
CN110797414A (zh) * 2019-11-12 2020-02-14 京东方科技集团股份有限公司 薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置
CN111971552A (zh) * 2018-03-30 2020-11-20 索泰克公司 用于检测化学物质的微传感器及相关的制造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693545A (en) * 1996-02-28 1997-12-02 Motorola, Inc. Method for forming a semiconductor sensor FET device
WO2012095117A1 (de) * 2011-01-12 2012-07-19 Technische Universität Dortmund Mikromechanischer drucksensor und verfahren zu dessen herstellung
CN103858344A (zh) * 2011-06-23 2014-06-11 国际商业机器公司 具有局部化底栅和栅极电介质的石墨烯或碳纳米管器件
US9496415B1 (en) * 2015-12-02 2016-11-15 International Business Machines Corporation Structure and process for overturned thin film device with self-aligned gate and S/D contacts
CN105977306A (zh) * 2016-06-21 2016-09-28 北京大学深圳研究生院 一种自对准薄膜晶体管及其制备方法
CN111971552A (zh) * 2018-03-30 2020-11-20 索泰克公司 用于检测化学物质的微传感器及相关的制造方法
CN110797414A (zh) * 2019-11-12 2020-02-14 京东方科技集团股份有限公司 薄膜晶体管、其制作方法、压力传感器及压力传感装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111415993A (zh) 2020-07-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109682863B (zh) 基于TMDCs－SFOI异质结的气体传感器及其制备方法
US9362364B2 (en) Transfer-free batch fabrication of single layer graphene devices
US8901680B2 (en) Graphene pressure sensors
Mondal Controllable surface contact resistance in solution-processed thin-film transistors due to dimension modification
US8728861B2 (en) Fabrication method for ZnO thin film transistors using etch-stop layer
US20060154400A1 (en) Method of forming a nanogap and method of manufacturing a nano field effect transitor for molecular device and bio-sensor, and molecular device and bio-sensor manufactured using the same
US8643006B2 (en) Thin film transistor having a patterned passivation layer
KR20110083934A (ko) 트랜지스터와 그 제조방법 및 트랜지스터를 포함하는 전자소자
CN109540987B (zh) 基于凹槽结构的无参比电极GaN基pH传感器及其制备方法
JP5795551B2 (ja) 電界効果型トランジスタの製造方法
US9882546B2 (en) Alkali-niobate-based piezoelectric thin film element
Park et al. Fully transparent field-effect transistor with high drain current and on-off ratio
Sim et al. Suspended sub-50 nm vanadium dioxide membrane transistors: fabrication and ionic liquid gating studies
WO2015165174A1 (zh) 一种薄膜晶体管及其制作方法、显示基板、显示装置
CN108226236B (zh) 一种集成化湿度传感器及其制作工艺
Park et al. A wafer‐scale nanoporous 2D active pixel image sensor matrix with high uniformity, high sensitivity, and rapid switching
US8642371B2 (en) Method and system for fabricating ion-selective field-effect transistor (ISFET)
Romijn et al. A miniaturized low power Pirani pressure sensor based on suspended graphene
US10079355B2 (en) Thin film device with protective layer
Chang et al. Impedimetric phosphorene field-effect transistors for rapid detection of lead ions
CN111415993B (zh) 一种多介质检测传感器及其制作方法
US20050016288A1 (en) Micromechanical apparatus, pressure sensor, and method
CN111755576A (zh) 非晶氧化镓刻蚀方法及在三端器件和阵列成像系统的应用
CN111415994B (zh) 一种薄膜晶体管及其制作方法
JPH03217059A (ja) 薄膜トランジスタ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant