CN114577882A - 气体传感器的制备方法以及气体传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体传感器及其制备方法，所述制备方法包括如下步骤：提供一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；在栅极表面电镀金属掩膜；在电极表面修饰阻挡层；去除金属掩膜并同时去除金属掩膜表面的阻挡层；在阻挡层未覆盖的区域生长介电层，所述介电层包覆所述栅极；去除阻挡层以暴露出源极和漏极；在源极、漏极以及介电层表面形成导电气敏层。上述结构的导电气敏层完全暴露在外，可以最大程度的与空气接触，提高了导电气敏层的作用面积，有效提升了气体传感器的性能。并且通过上述技术方案所述的方法，解决了上述结构中的技术难题，即如何实现介电层覆盖绝缘层的同时，所述介电层在金属电极上的区域选择性生长的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种气体传感器的制备方法以及气体传感器。
背景技术
传统的石墨烯气体传感器采用氧化硅作为栅极介电层，其介电常数较低，限制了气体传感器的性能。为了提高气体传感器的性能，应选用高介电常数介电层，并选用金属栅极与之进行电学匹配。在器件制备中，涉及到介电层的区域选择性生长的问题。目前常用的两种方法：光刻-剥离技术和光刻-刻蚀技术，都涉及到无法精确图形化的问题，并且两种方法工艺流程复杂，制备成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种气体传感器的制备方法以及气体传感器，能够提高气体传感器性能以及介电层的区域选择性生长的问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种气体传感器的制备方法，包括如下步骤：提供一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；在栅极表面电镀金属掩膜；在电极表面修饰阻挡层；去除金属掩膜并同时去除金属掩膜表面的阻挡层；在阻挡层未覆盖的区域生长介电层，所述介电层包覆所述栅极；去除阻挡层以暴露出源极和漏极；在源极、漏极以及介电层表面形成导电气敏层。
本发明还提供一种气体传感器，包括：一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；一介电层，所述介电层包覆所述栅极；一导电气敏层，所述导电气敏层覆盖所述源极、漏极以及介电层表面。
上述技术方案所述结构的导电气敏层完全暴露在外，可以最大程度的与空气接触，提高了导电气敏层的作用面积，有效提升了气体传感器的性能。并且通过上述技术方案所述的方法，解决了上述结构中的技术难题，即如何实现介电层覆盖绝缘层的同时，所述介电层在金属电极上的区域选择性生长的问题。
附图说明
附图1所示是本发明一具体实施方式所述步骤示意图。
附图2A-2G所示是附图1中步骤S10-S16工艺示意图。
附图3所示是本发明一具体实施方式所述形成附图2A所示结构的步骤示意图。
附图4A-4D所示是附图3步骤S101-S104工艺示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的一种气体传感器及其制备方法的具体实施方式做详细说明。
附图1所示是本发明一具体实施方式所述步骤示意图，包括：步骤S10，提供一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；步骤S11，在栅极表面电镀金属掩膜；步骤S12，在电极表面修饰阻挡层；步骤S13，去除金属掩膜并同时去除金属掩膜表面的阻挡层；步骤S14，在阻挡层未覆盖的区域生长介电层，所述介电层包覆所述栅极；步骤S15，去除阻挡层以暴露出源极和漏极；以及步骤S16，在源极、漏极以及介电层表面形成导电气敏层。
附图2A所示，参考步骤S10，提供一衬底201，所述衬底201表面具有绝缘层202，以及绝缘层202表面的源极204、栅极205和漏极206。在其他的具体实施方式中，所述衬底201的材料也可以是蓝宝石、碳化硅、以及氮化镓等半导体领域中常见的衬底材料。所述绝缘层202的材料也可以是氮化硅以及其他半导体材料或金属材料氧化物形成的绝缘材料。
在本发明的一个具体实施方式中，上述结构的形成可以采用如下方法，并参考附图3所示为下述步骤的实施示意图：步骤S101，提供衬底201，所述衬底表面具有绝缘层202；步骤S102，形成图形化的光刻胶层211，图形的镂空部分为预形成源极、栅极和漏极的区域；步骤S103，沉积连续的电极层212；步骤S104，去除光刻胶层211，并同时剥离与光刻胶层211对应部分的电极层，从而在所述绝缘层202的表面形成分立的源极204、栅极205和漏极206。
附图4A至附图4D所示是上述附图3步骤S101-S104工艺示意图。
附图4A所示，参考步骤S101，提供衬底201，所述衬底表面具有绝缘层202。如上所述，衬底201采用硅材料，也可以是蓝宝石、碳化硅、以及氮化镓等半导体领域中常见的衬底材料。绝缘层202采用二氧化硅材料，也可以是氮化硅以及其他半导体材料或金属材料氧化物形成的绝缘材料。
附图4B-4C所示，参考步骤S102，形成图形化的光刻胶层211，图形的镂空部分为预形成源极、栅极和漏极的区域。图形化光刻胶层211的形成采用常见的涂胶，显影，曝光，和去胶工艺即可，此处从略。其中203为图形化前的光刻胶。
附图4D所示，参考步骤S103，沉积连续的电极层。在一具体实施方式中，所述电极层由钛层212和金层213构成，所述沉积方式为物理气相沉积技术。
参考步骤S104，去除光刻胶层211，并同时剥离与光刻胶层对应部分的电极层，从而在所述绝缘层的表面形成分立的源极204、栅极205和漏极206，以上三个电极均由钛层212和金层213叠加构成。
上述步骤实施完毕后，即获得了附图2A所示的结构，包括绝缘层202，以及绝缘层202表面的源极204、栅极205和漏极206。在此基础上，继续实施如下步骤。
附图2B所示，参考步骤S11，在栅极205表面电镀金属掩膜207。作为一个具体实施方式，本步骤的做法可以是仅将所述栅极通电作为电镀阳极，而源极204和漏极206悬空，以实现对栅极205的选择性电镀。所述金属掩膜207的材料为Cu。
附图2C所示，参考步骤S12，在电极表面修饰阻挡层208，在一个具体的实施方式中，所述阻挡层208采用十二烷基硫醇或十八烷基磷酸。
附图2D所示，参考步骤S13，去除金属掩膜207并同时去除金属掩膜207表面的阻挡层208。在一具体的实施方式中，所述金属掩膜207的材料为Cu，所述去除金属掩膜的步骤采用Fe3+溶液。在其他的具体实施方式中，也可以采用其他金属材料如Cr或Mo作为金属掩膜207，并采用可以通过离子置换除去这种金属的溶液进行腐蚀去除。在一具体的实施方式中，也可采用湿法刻蚀方法去除所述金属掩膜207。
附图2E所示，参考步骤S16，在阻挡层208未覆盖的区域生长介电层209，所述介电层209包覆所述栅极205。在一具体的实施方式中，通过原子层沉积技术生长介电层209，所述介电层209采用HfO2材料。在其他的具体实施方式中，也可以采用其他的栅极材料例如Al2O3、ZrO2等高介电常数材料作为介电层209。
附图2F所示，参考步骤S15，去除阻挡层208以暴露出源极204和漏极206。
附图2G所示，参考步骤S18，在源极204、漏极206以及介电层209表面形成导电气敏层210。在一具体的实施方式中，所述导电气敏层210采用石墨烯材料，也可采用聚苯胺复合物、或二硫化钼等气敏材料。
附图2G所示即为上述步骤实施完毕后所获得的一种气体传感器的具体实施方式的传感器结构示意图，包括一衬底201，所述衬底表面具有绝缘层202，以及绝缘层表面的源极204、栅极205和漏极206；一介电层209，所述介电层209包覆所述栅极205；一导电气敏层210，所述导电气敏层210覆盖所述源极204、漏极206以及介电层209表面。上述结构的导电气敏层210完全暴露在外，可以最大程度的与空气接触，提高了导电气敏层的作用面积，有效提升了气体传感器的性能。并且通过上述技术方案所述的方法，解决了上述结构中的技术难题，即如何实现介电层覆盖绝缘层的同时，所述介电层在金属电极上的区域选择性生长的问题。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (16)
1.一种气体传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；
在栅极表面电镀金属掩膜；
在电极表面修饰阻挡层；
去除金属掩膜并同时去除金属掩膜表面的阻挡层；
在阻挡层未覆盖的区域生长介电层，所述介电层包覆所述栅极；
去除阻挡层以暴露出源极和漏极；
在源极、漏极以及介电层表面形成导电气敏层。
2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所采用的腐蚀液是金属离子溶液，所述金属离子被配置为能够通过离子置换的化学反应除去所述金属掩膜的金属离子。
3.根据权利要求2中所述的方法，其特征在于，所述金属掩膜的材料为Cu，所述去除金属掩膜的步骤采用Fe3+溶液。
4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述去除金属掩膜的步骤采用湿法刻蚀方法。
5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述阻挡层采用十二烷基硫醇或十八烷基磷酸。
6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述介电层采用HfO2材料。
7.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述导电气敏层采用石墨烯材料。
8.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述栅极表面电镀金属掩膜的步骤进一步是：
仅将所述栅极通电作为电镀阳极，以实现对栅极的选择性电镀。
9.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述衬底表面的源极、栅极和漏极进一步采用如下步骤形成：
提供一衬底，所述衬底表面具有绝缘层；
形成图形化的光刻胶层，图形的镂空部分为预形成源极、栅极和漏极的区域；
沉积连续的电极层；
去除光刻胶层，并同时剥离与光刻胶层对应部分的电极层，从而在所述绝缘层的表面形成分立的源极、栅极和漏极。
10.根据权利要求9中所述的方法，其特征在于，所述电极层由钛层和金层构成。
11.一种气体传感器，其特征在于，包括：
一衬底，所述衬底表面具有绝缘层，以及绝缘层表面的源极、栅极和漏极；
一介电层，所述介电层包覆所述栅极；
一导电气敏层，所述导电气敏层覆盖所述源极、漏极以及介电层表面。
12.根据权利要求11中所述的气体传感器，其特征在于，所述源极、栅极和漏极都由钛层和金层叠加构成。
13.根据权利要求11中所述的气体传感器，其特征在于，所述衬底采用硅材料。
14.根据权利要求11中所述的气体传感器，其特征在于，所述绝缘层采用二氧化硅材料。
15.根据权利要求11中所述的气体传感器，其特征在于，所述介电层采用HfO2材料。
16.根据权利要求11中所述的气体传感器，其特征在于，所述导电气敏层采用石墨烯材料。
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