DE102010031153A1

DE102010031153A1 - Feldeffekttransistoren für Gassensoren

Info

Publication number: DE102010031153A1
Application number: DE201010031153
Authority: DE
Inventors: Andreas Krauss; Walter Daves
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-07-09
Filing date: 2010-07-09
Publication date: 2012-01-12
Also published as: FR2962546B1; FR2962546A1; ITMI20111062A1; CN102375014A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Feldeffekttransistoren, insbesondere chemosensitive Feldeffekttransistoren für Gassensoren. Um die Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit der Feldisolationsschicht (1), Gateisolationsschicht (2) und/oder einer Leiterbahn (3) und darunterliegender Ohmkontakte zu erhöhen oder eine Gateisolationsschicht zur Verfügung zu stellen, umfassen die Feldeffekttransistoren mindestens ein Schichtsystem (11, 12, 13; 21, 22, 23) aus einer Basisschicht (11; 21), einer Deckschicht (13; 23) und mindestens einer zwischen der Basisschicht (11; 21) und der Deckschicht (13; 23) angeordneten Zwischenschicht (12; 22). Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung derartiger Feldeffekttransistoren und deren Verwendung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Feldeffekttransistoren, insbesondere chemosensitive Feldeffekttransistoren für Gassensoren, ein Verfahren zur Herstellung derartiger Feldeffekttransistoren sowie deren Verwendung.
Stand der Technik
Sensorelemente für chemische Gassensoren basieren auf Feldeffekttransistoren und Wide-Bandgap-Halbleitermaterialien und werden derzeit überwiegend unter Verwendung von Standardmaterialien aus der Halbleitertechnologie aufgebaut. Dies gilt insbesondere für die Materialien aus denen Leiterbahnen und Isolationen ausgebildet werden.
Herkömmlicherweisen sind durch Halbleitertechnologie hergestellte Produkte jedoch nicht für den Einsatz unter Abgasbedingungen ausgelegt. Mit anderen Worten, die spezifischen Anforderungen für den Einsatz im Abgasstrang, insbesondere die Temperaturbeständigkeit und die chemische Beständigkeit gegenüber Sauerstoff, Wasser, Feuchtigkeit, säurebildenden Gasen, wie Stickoxiden und Schwefeloxiden, und gelösten Stoffen, insbesondere Metallionen, wurden bislang bei der Materialentwicklung für chemosensitive Feldeffekttransistoren nicht berücksichtigt. Aus der herkömmlichen Halbleitertechnologie bekannte Schutzmaterialien, wie Siliciumnitrid oder Siliciumdioxid, können als solche diesen Anforderungen nicht gerecht werden.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein chemosensitiver Feldeffekttransistor für einen Gassensor, welcher mindestens eine Substratschicht, insbesondere einen Wafer, und/oder eine Feldisolationsschicht und/oder eine Gateisolationsschicht und/oder eine metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, umfasst, wobei mindestens eine dieser Schichten zumindest teilweise mit mindestens einem Schichtsystem abgedeckt ist, welches eine Basisschicht eine Deckschicht und mindestens eine zwischen der Basisschicht und der Deckschicht angeordnete Zwischenschicht umfasst.
Unter einem „Schichtsystem” kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein System aus drei oder mehr aufeinander angeordneten Schichten aus unterschiedlichen Materialien verstanden werden. Unter der „Basisschicht” kann dabei insbesondere die an der abgedeckten Schicht anliegende Schicht des Schichtsystems und unter der „Deckschicht” die von der abgedeckten Schicht abgewandete beziehungsweise äußerste/oberste Schicht des Schichtsystems verstanden werden.
Durch das Schichtsystem kann vorteilhafterweise die Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit der Feldisolationsschicht (Isolationsschicht für Leiterbahnen), der Gateisolationsschicht und/oder der metallischen Schichten, insbesondere Leiterbahnen und der darunterliegenden Ohmkontakte, erhöht werden. Daher kann das Schichtsystem insbesondere als Schutzschichtsystem beziehungsweise Passivierungsschichtsystem bezeichnet werden. Auf diese Weise kann wiederum die Lebensdauer des Feideffekttransistors beziehungsweise Gassensors, insbesondere unter extremen Bedingungen („harsh environment”) wie im Abgasstrang, erhöht werden. Darüber hinaus kann das Schichtsystem vorteilhafterweise selbst als Gateisolationsschicht oder als Gateisolationsschichtverstärkung dienen.
Insbesondere kann der Feldeffekttransistor im Rahmen der vorliegenden Erfindung mindestens zwei unterschiedliche Schichtsysteme aufweisen, welche jeweils eine Basisschicht, eine Deckschicht und mindestens eine zwischen der Basisschicht und der Deckschicht angeordnete Zwischenschicht umfassen und welche die Feldisolationsschicht und/oder die Gateisolationsschicht und/oder die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, zumindest teilweise abdecken.
Dies hat den Vorteil, dass die Schichtsysteme optimal an die Anforderungen der jeweiligen bedeckten Schicht angepasst werden können. Dabei ist es möglich, dass ein Schichtsystem ein anderes Schichtsystem teilweise bedeckt.
Im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors umfasst der Feldeffekttransistor ein Schichtsystem, dessen Basisschicht aus einem dielektrischen Material ausgebildet ist, welches insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, und/oder dessen Deckschicht aus einem chemisch resistenten Material ausgebildet ist. Insbesondere kann dabei die Deckschicht aus einem Material ausgebildet sein, welches Siliciumcarbid, beispielsweise amorphes oder polykristallines Siliciumcarbid, insbesondere gering elektrisch leitfähiges Siliciumcarbid, und/oder carbonitriertes Silicium, umfasst oder daraus besteht. Durch eine Basisschicht aus einem dielektrischen Material kann vorteilhafterweise eine elektrische Isolierung zu einer darunterliegenden Schicht erzielt werden. Siliciumcarbid oder carbonitriertes Silicium weisen vorteilhafterweise eine hohe chemische Inertheit und damit eine hohe chemische Resistenz auf. Die Zwischenschichten sind dabei vorzugsweise (jeweils) aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material ausgebildet. Insbesondere können die Zwischenschicht/en aus einem Material ausgebildet sein, welches eine Mischung aus Silicium (Si), Bor (B), Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N), und/oder eine Mischung aus Silicium (Si), Aluminium (Al), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N), auch SiAlON genannt, und/oder ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, umfasst oder daraus besteht. Insbesondere Silicium-Bor-Kohlenstoff-Stickstoff- und SiAlON-Zwischenschichten können vorteilhafterweise selbst passivierend wirken, indem sie durch Eigenoxidation eine Oxidation der mit dem Schichtsystem bedeckten Schicht verringern oder sogar verhindern. Dieses Schichtsystem hat sich vorteilhafterweise sowohl zum Schützen von Feldisolationsschichten und Gateisolationsschichten als auch zum Schützen von metallischen Schichten, wie Leiterbahnen, als vorteilhaft erwiesen.
Die Basisschicht kann im Rahmen dieser Ausführungsform beispielsweise durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”) oder reaktives Sputtern (englisch:. „reactive sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”) oder Atomlagenabscheidung (ALD; englisch: „atomic layer deposition”), hergestellt sein.
Die Deckschicht kann im Rahmen dieser Ausführungsform beispielsweise durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), beispielsweise durch Niederdruck-chemische Gasphasenabscheidung (LPCVD, englisch: „low pressure chemical vapour deposition”) oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”), hergestellt sein.
Die Zwischenschicht/en können im Rahmen dieser Ausführungsform beispielsweise (jeweils) durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”) oder reaktives Sputtern (englisch: „reactive sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”) oder Atomlagenabscheidung (ALD; englisch: „atomic layer deposition”), hergestellt sein.
Im Rahmen dieser Ausführungsform kann insbesondere die Basisschicht eine Schichtdicke d_1B in einem Bereich von ≥ 3 nm bis ≤ 300 nm und/oder die Deckschicht eine Schichtdicke d_1D in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 300 nm und/oder die Zwischenschichten (insgesamt) eine Schichtdicke d_1Z in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 300 nm aufweisen. Insgesamt kann dieses Schichtsystem dabei eine Gesamtdicke d₁ in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 10 μm, insbesondere von ≥ 50 nm bis ≤ 1000 nm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 500 nm, aufweisen. Für den Einsatz als Gateisolationsschicht oder als Gateisolationsschichtverstärkung, weist das Schichtsystem im Rahmen dieser Ausführungsform vorzugsweise eine Gesamtdicke d₁ in einem Bereich von ≥ 50 nm bis ≤ 200 nm, auf.
Für den Einsatz als Schutzschichtsystem kann das Schichtsystem im Rahmen dieser Ausführungsform beispielsweise eine Basisschicht aus Siliciumdioxid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1B von 30 nm, eine erste Zwischenschicht aus Siliciumnitrid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1Z1 von 10 nm, eine zweite Zwischenschicht aus einer Mischung aus Silicium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1Z2 von 300 nm, und eine Deckschicht aus Siliciumcarbid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1D von 200 nm, aufweisen. Alternativ dazu kann das Schutzschichtsystem zum Beispiel eine Basisschicht aus Aluminiumoxid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1B von 20 nm, eine erste Zwischenschicht aus Siliciumnitrid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1Z1 von 100 nm, eine zweite Zwischenschicht aus SiAION, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1Z2 von 200 nm, und eine Deckschicht aus Siliciumcarbid, beispielsweise mit einer Schichtdicke d_1D von 200 nm, aufweisen.
Insbesondere kann die Feldisolationsschicht und/oder die Gateisolationsschicht und/oder ein Schichtsystem einer anderen, nachfolgend erläuterten Ausführungsform und/oder eine (andere) Metallschutzschicht/Passivierungsschicht teilweise oder vollständig mit einem Schichtsystem dieser Ausführungsform bedeckt sein.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors umfasst der Feldeffekttransistor ein Schichtsystem, dessen Basisschicht aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere aus einem Material, welches Titannitrid und/oder Tantalnitrid umfasst oder daraus besteht, ausgebildet ist, und/oder dessen Zwischenschicht aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere aus einem Material, welches Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob, beispielsweise Titan und/oder Silicium, umfasst oder daraus besteht, ausgebildet ist und dessen Deckschicht aus einem oxidischen Material, insbesondere aus einem Material, welches Titan-, Silicium-, Tantal- und/oder Niob-Oxid, beispielsweise Titan- und/oder Silicium-Oxid, umfasst oder daraus besteht, ausgebildet ist. Die Deckschicht kann im Rahmen dieser Ausführungsform insbesondere durch Oxidation des Materials der Zwischenschicht hergestellt sein. Aus diesem Grund können im Rahmen dieser Ausführungsform die Zwischenschicht und die Deckschicht ineinander übergehen. Die Basisschicht und die Zwischenschicht können im Rahmen dieser Ausführungsform durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”, CVD, englisch: „chemical vapour deposition”) hergestellt sein. Das Material der Deckschicht kann im Rahmen dieser Ausführungsform durch eine oxidative Wärmebehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 300°C und ≤ 1000°C hergestellt sein.
Das Schichtsystem dieser Ausführungsform hat sich insbesondere zum Schützen von metallischen Schichten als vorteilhaft erwiesen. Dies liegt darin begründet, dass die Basisschicht eine diffusionsbedingte Legierungsbildung zwischen einer metallischen Schicht und der Zwischenschicht und damit ein Auflösen der metallischen Schicht verhindern und zudem für eine gute Anbindung der metallischen Schicht sorgen kann. Da die Deckschicht gute Haftvermittlungseigenschaften aufweisen kann, kann vorteilhafterweise zudem eine gute Anbindung an weitere, auf diesem Schichtsystem angeordnete Schichten erzielt werden. Insbesondere kann auf zumindest einem Teil des Schichtsystems dieser Ausführungsform ein Schichtsystem der zuvor beschriebenen Ausführungsform aufgebracht sein.
Im Rahmen dieser Ausführungsform kann insbesondere die Basisschicht eine Schichtdicke d_2B in einem Bereich von ≥ 5 nm bis ≤ 50 nm und/oder die Zwischenschicht und die Deckschicht gemeinsam eine Schichtdicke d_2ZD in einem Bereich von ≥ 5 nm bis ≤ 50 nm aufweisen. Insgesamt kann dieses Schichtsystem dabei eine Gesamtdicke d₂ in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 200 nm, beispielsweise von ≥ 10 nm bis ≤ 100 nm, aufweisen.
Insbesondere kann mindestens eine metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, teilweise oder vollständig mit einem Schichtsystem dieser Ausführungsform bedeckt sein.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform ist mindestens ein Abschnitt einer metallischen Schicht, insbesondere Leiterbahn, mit einem Schichtsystem dieser Ausführungsform bedeckt, wobei der Abschnitt auf einem Schichtsystem angeordnet, dessen Schichten spiegelsymmetrisch zu dem Schichtsystem dieser Ausführungsform aufgebaut sind. Insbesondere kann in diesem Abschnitt ein Gesamtschichtsystem aus einer Titan/Silicium/Tantal/Niob-Oxid-Schicht, einer darauf angeordneten Titan/Silicium/Tantal/Niob-Schicht, einer darauf angeordneten Titan/Tantal-Nitrid-Schicht, einer darauf angeordneten Leitebahnschicht, einer darauf angeordneten Titan/Tantal-Nitrid-Schicht, einer darauf angeordneten Titan/Silicium/Tantal/Niob-Schicht und einer darauf angeordneten Titan/Silicium/Tantal/Niob-Oxid-Schicht vorliegen. Vorzugsweise sind dabei die Schichten auch hinsichtlich der Schichtdicken und/oder Zusammensetzungen zueinander symmetrisch ausgebildet. Dieser symmetrische Aufbau hat Vorteile bei einer Temperaturwechselbelastung.
Zum Beispiel kann der erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor eine Substratschicht, insbesondere einen Wafer, aus einem Halbleitermaterial, vorzugsweise einem aus Halbleitermaterial mit einem breiten Bandabstand (englisch: „Wide-Bandgap-Semiconductor”), beispielsweise aus Siliciumcarbid (SiC), aufweisen. Insbesondere kann auf dieser Substratschicht eine Feldisolationsschicht und eine, insbesondere an die Feldisolationsschicht angrenzende, Gateisolationsschicht angeordnet sein. Die metallische Schicht kann dabei zum Beispiel auf der Feldoxidschicht angeordnet sein.
Unter einem „Halbleitermaterial mit einem breiten Bandabstand” kann im Sinn der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Halbleitermaterial verstanden werden, dessen Bandabstand größer als ein Elektronenvolt, beispielsweise größer als zwei Elektronenvolt, ist.
Die Feldisolationsschicht, auch Feldoxid oder FOX genannt, kann aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material ausgebildet sein, wie die Gateisolationsschicht. Zum Beispiel können die Feldisolationsschicht und/oder die Gateisolationsschicht unabhängig voneinander aus Siliciumdioxid und/oder Hafniumsilicat ausgebildet sein. Die Feldisolationsschicht und/oder Gateisolationsschicht können beispielsweise durch eine oxidative Wärmebehandlung eines Siliciumhaltigen Wafers, beispielsweise eines Siliciumcarbid-Wafers, hergestellt sein. Die Feldisolationsschicht und/oder die Gateisolationsschicht können jedoch auch unter Verwendung von Tetraethylorthosilicat (TEOS) hergestellt sein.
Die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Metallmischung, beispielsweise einer binären oder ternären Metallmischung, ausgebildet sein, welche/s mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Palladium, Iridium und Mischungen davon, und gegebenenfalls zusätzlich mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Chrom, Cobalt, Kupfer, Gold, Silicium, Silber, Wolfram, Zirkonium, Titan und Mischungen davon, umfasst. Insbesondere kann die Leiterbahn aus einer Metallmischung ausgebildet sein, welche Platin und bis zu 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallmischung, an einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Titan, Palladium, Iridium und Mischungen davon, umfasst. Die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, kann beispielsweise eine Schichtdicke d_L in einem Bereich von 10 nm bis ≤ 10 μm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 500 nm, aufweisen. Zum Beispiel kann die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), aus einem oder mehreren Ausgangsstoffen hergestellt sein.
Der Feldeffekttransistor kann weiterhin eine Gateelektrodenschicht (sensitive Schicht) aufweisen. Diese ist vorzugsweise auf der Gateisolationsschicht angeordnet. Darüber hinaus kann die Gateelektrodenschicht auf zumindest einem Teil der Feldisolationsschicht und auf zumindest einem Teil der Leiterbahn angeordnete sein. Vorzugsweise ist die Gateelektrodenschicht elektrisch leitfähig. Insbesondere kann die Gateelektrodenschicht aus einem Metall, einer Metallmischung, einer Legierung oder einer keramisch-metallischen Mischung, beispielsweise aus einer Platin-Rhodium-Mischung, ausgebildet sein.
Wie bereits erläutert, kann das Schichtsystem auch als Gateisolationsschicht eingesetzt werden. Daher ist ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein chemosensitiver Feldeffekttransistor für einen Gassensor, welcher eine Gateisolationsschicht umfasst, wobei die Gateisolationsschicht ein Schichtsystem ist, welches eine Basisschicht, eine Deckschicht und mindestens eine zwischen der Basisschicht und der Deckschicht angeordnete Zwischenschicht umfasst. Vorzugsweise ist dabei die Basisschicht aus einem dielektrischen Material ausgebildet, insbesondere welches ausgewählt ist aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon. Die Deckschicht ist dabei vorzugsweise aus einem chemisch resistenten Material ausgebildet. Insbesondere kann dabei die Deckschicht aus einem Material ausgebildet sein, welches Siliciumcarbid, beispielsweise amorphem oder polykristallinem Siliciumcarbid, insbesondere gering elektrisch leitfähigem Siliciumcarbid, und/oder carbonitriertes Silicium, umfasst oder daraus besteht. Die Zwischenschicht/en sind dabei vorzugsweise (jeweils) aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material ausgebildet. Insbesondere können die Zwischenschicht/en aus einem Material ausgebildet sein, welches eine Mischung aus Silicium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff, und/oder eine Mischung aus Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff, auch SiAlON genannt, und/oder ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, umfasst oder daraus besteht. Hinsichtlich der Vorteile dieser Ausgestaltung sowie weiterer Merkmale wird hiermit explizit auf die vorstehend erläuterten Vorteile und Merkmale verwiesen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, insbesondere eines chemosensitiven Feldeffekttransistors für einen Gassensor, beispielsweise eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistors, welches die Verfahrensschritte:

a) Ausbilden/Aufbringen einer Basisschicht auf einem Abschnitt einer Substratschicht, insbesondere eines Wafers, und/oder einer Feldisolationsschicht und/oder einer Gateisolationsschicht und/oder einer metallischen Schicht, insbesondere Leiterbahn, einer Feldeffekttransistor-Vorstufe;
b) Ausbilden/Aufbringen mindestens einer Zwischenschicht auf der Basisschicht, beispielsweise (direkt) im Anschluss an Verfahrensschritt a);
c) Ausbilden/Aufbringen einer Deckschicht auf der Zwischenschicht, beispielsweise (direkt) im Anschluss an Verfahrensschritt b).

Dabei wird unter einer „Feldeffekttransistor-Vorstufe” ausgehend und einschließlich von einer unbearbeiteten Substratschicht, insbesondere Wafer, jede Fertigungsstufe bis zur Fertigstellung des Feldeffekttransistors verstanden.
Hinsichtlich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Ausgestaltungen sowie weiterer Merkmale wird hiermit explizit auf die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor und dessen Ausgestaltungen erläuterten Vorteile und Merkmale verwiesen.
Durch eine Wiederholung der Verfahrensschritte mit unterschiedlichen Prozessbedingungen und/oder Materialien können im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere mindestens zwei unterschiedliche Schichtsysteme ausgebildet beziehungsweise aufgebracht werden, welche jeweils eine Basisschicht, eine Deckschicht und mindestens eine zwischen der Basisschicht und der Deckschicht angeordnete Zwischenschicht umfassen. Insbesondere kann dabei ein Schichtsystem auf zumindest einem Teil eines zuvor hergestellten Schichtsystems aufgebracht werden.
Im Rahmen einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird

– in Verfahrensschritt a) eine Basisschicht aus einem dielektrischen Material, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, und/oder
– in Verfahrensschritt b) eine oder mehrere Zwischenschichten aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material, insbesondere aus einem Material, welches eine Mischung aus Silicium (Si), Bor (B), Kohlenstoff (C) und Stickstoff (N), und/oder eine Mischung aus Silicium (Si), Aluminium (Al), Sauerstoff (O) und Stickstoff (N), auch SiAlON genannt, und/oder ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, umfasst oder daraus besteht, und/oder
– in Verfahrensschritt c) eine Deckschicht aus einem chemisch resistenten Material, insbesondere aus einem Material, welches Siliciumcarbid, beispielsweise amorphem oder polykristallinem Siliciumcarbid, insbesondere gering elektrisch leitfähigem Siliciumcarbid, und/oder carbonitriertes Silicium, umfasst oder daraus besteht,

Im Rahmen dieser Ausführungsform kann die Basisschicht in Verfahrensschritt a) beispielsweise durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”) oder reaktives Sputtern (englisch: „reactive sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”) oder Atomlagenabscheidung (ALD; englisch: „atomic layer deposition”), zum Beispiel mit einer Schichtdicke d_1B in einem Bereich von ≥ 3 nm bis ≤ 300 nm, ausgebildet oder aufgebracht werden.
Die Deckschicht kann im Rahmen dieser Ausführungsform in Verfahrensschritt b) beispielsweise durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”); beispielsweise durch Niederdruck-chemische Gasphasenabscheidung (LPCVD, englisch: „low pressure chemical vapour deposition”) oder plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”), zum Beispiel mit einer Schichtdicke d_1D in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 300 nm, ausgebildet oder aufgebracht werden.
Die Zwischenschichten können im Rahmen dieser Ausführungsform in Verfahrensschritt c) beispielsweise (jeweils) durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”) oder reaktives Sputtern (englisch: „reactive sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), beispielsweise durch plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD; englisch: „plasma enhanced chemical vapour deposition”) oder Atomlagenabscheidung (ALD; englisch: „atomic layer deposition”), zum Beispiel mit einer (insgesamten) Schichtdicke d_1Z in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 300 nm, ausgebildet oder aufgebracht werden.
Im Rahmen dieser Ausführungsform können die in den Verfahrensschritten a), b) und c) ausgebildeten oder aufgebrachten Schichten eine Gesamtdicke d₁ in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 10 μm, insbesondere von ≥ 50 nm bis ≤ 1000 nm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 500 nm, aufweisen. Für den Einsatz als Gateisolationsschicht oder als Gateisolationsschichtverstärkung, weist das Schichtsystem im Rahmen dieser Ausführungsform vorzugsweise eine Gesamtdicke d₁ in einem Bereich von ≥ 50 nm bis ≤ 200 nm, auf.
Insbesondere kann im Rahmen dieser Ausführungsform die Basisschicht in Verfahrensschritt a) insbesondere auf einem Abschnitt einer Feldisolationsschicht und/oder einer Gateisolationsschicht und/oder einer Deckschicht, welche durch eine andere, im Folgenden erläuterte Ausführungsform des Verfahrens hergestellt wird, und/oder einer (anderen) Metallschutzschicht ausgebildet oder aufgebracht werden.
Im Rahmen einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird

– in Verfahrensschritt a) eine Basisschicht aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere aus einem Material, welches Titannitrid und/oder Tantalnitrid, umfasst oder daraus besteht, und/oder
– in Verfahrensschritt b) eine Zwischenschicht aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere aus einem Material, welches Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob, beispielsweise Titan und/oder Silicium, umfasst oder daraus besteht, und/oder
– in Verfahrensschritt c) eine Deckschicht aus einem oxidischen Material, insbesondere aus einem Material, welches Titan-, Silicium-, Tantal- und/oder Niob-Oxid, beispielsweise Titan und/oder Silicium-Oxid, umfasst oder daraus besteht,

Zum Beispiel kann im Rahmen dieser Ausführungsform in Verfahrensschritt a) eine Basisschicht mit einer Schichtdicke d_2B in einem Bereich von ≥ 5 nm bis ≤ 50 nm ausgebildet oder aufgebracht werden und/oder in den Verfahrensschritt b) und c) eine Zwischenschicht und eine Deckschicht aufgebracht beziehungsweise ausgebildet werden, welche gemeinsam eine Schichtdicke d_2ZD in einem Bereich von ≥ 5 nm bis ≤ 50 nm aufweisen. Dabei können die in den Verfahrensschritten a), b) und c) ausgebildeten Schichten eine Gesamtdicke d₂ in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 200 nm, beispielsweise von ≥ 10 nm bis ≤ 100 nm, aufweisen.
Insbesondere kann im Rahmen dieser Ausführungsform die Basisschicht in Verfahrensschritt a) auf einem Abschnitt einer metallischen Schicht, insbesondere Leiterbahn, einer Feldeffekttransistor-Vorstufe ausgebildet oder aufgebracht werden.
Im Rahmen einer speziellen Ausgestaltung dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Verfahren vor dem Verfahrensschritt a) weiterhin die Verfahrensschritte:

a1) Ausbilden/Aufbringen einer Schicht aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere aus einem Material, welches Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob, beispielsweise Titan und/oder Silicium, umfasst oder daraus besteht, auf einer Oxidschicht;
a2) Ausbilden/Aufbringen einer Schicht aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere aus einem Material, welches Titannitrid und/oder Tantalnitrid, umfasst oder daraus besteht, auf der Schicht aus Verfahrensschritt a1), beispielsweise (direkt) im Anschluss an Verfahrensschritt a1);
a3) Ausbilden/Aufbringen einer metallischen Schicht, insbesondere einer Leiterbahn, auf der Schicht aus Verfahrensschritt a2), beispielsweise (direkt) im Anschluss an Verfahrensschritt a2),

Auf diese Weise können Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob derart oxidiert werden, dass sich auf der Zwischenschicht aus Verfahrensschritt b) und zwischen der Oxidschicht und der Schicht aus Verfahrensschritt a1) eine Schicht ausbildet, welche Titan-, Silicium-, Tantal- und/oder Niob-Oxid, insbesondere Titan- und/oder Silicium-Oxid, umfasst. Außerdem kann sich dabei vorteilhafterweise ein stabiles Gefüge in der metallischen Schicht ausbilden.
Vorzugsweise werden die Verfahrensschritte a1) bis c) dabei derart durchgeführt, dass die Titan/Tantal-Nitrid-Schichten, die Titan/Silicium/Tantal/Niob-Schichten und die Titan/Silicium/Tantal/Niob-Oxid-Schichten jeweils, insbesondere hinsichtlich der Schichtdicken und/oder Zusammensetzung, zueinander symmetrisch ausgebildet sind.
Die Schichten in Verfahrensschritt a1) und a2) können unabhängig voneinander beispielsweise durch physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”, CVD, englisch: „chemical vapour deposition”) ausgebildet oder aufgebracht werden.
Die metallische Schicht kann in Verfahrensschritt a3) insbesondere durch physikalische Gasabscheidung (PVD, englisch: „physical vapour deposition”), beispielsweise durch Sputtern (englisch: „sputtering”), oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD, englisch: „chemical vapour deposition”), aus einem oder mehreren Ausgangsstoffen ausgebildet oder aufgebracht werden.
Die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, kann beispielsweise aus einem Metall oder einer Metallmischung, beispielsweise einer binären oder ternären Metallmischung, ausgebildet werden, welche/s mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Palladium, Iridium und Mischungen davon, und gegebenenfalls zusätzlich mindestens ein Metall, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Chrom, Cobalt, Kupfer, Gold, Silicium, Silber, Wolfram, Zirkonium, Titan und Mischungen davon, umfasst. Insbesondere kann die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, aus einer Metallmischung ausgebildet werden, welche Platin und bis zu 30 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gesamtgewicht der Metallmischung, an einem oder mehreren Metallen, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Platin, Rhodium, Ruthenium, Tantal, Titan, Palladium, Iridium und Mischungen davon, umfasst. Die metallische Schicht, insbesondere Leiterbahn, kann beispielsweise mit einer Schichtdicke d_L in einem Bereich von ≥ 10 nm bis ≤ 10 μm, beispielsweise von ≥ 50 nm bis ≤ 500 nm, ausgebildet oder aufgebracht werden.
Zum Beispiel kann der erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor eine Substratschicht, insbesondere einen Wafer, aus einem Halbleitermaterial, vorzugsweise einem aus Halbleitermaterial mit einem breiten Bandabstand (englisch: „Wide-Bandgap-Semiconductor”), beispielsweise aus Siliciumcarbid (SiC), aufweisen. Insbesondere kann auf dieser Substratschicht eine Feldisolationsschicht und eine, insbesondere an die Feldisolationsschicht angrenzende, Gateisolationsschicht angeordnet sein. Die metallische Schicht kann dabei zum Beispiel auf der Feldoxidschicht angeordnet sein.
Die Feldisolationsschicht, auch Feldoxid oder FOX genannt, kann aus dem gleichen oder einem unterschiedlichen Material ausgebildet sein, wie die Gateisolationsschicht. Zum Beispiel können die Feldisolationsschicht und die Gateisolationsschicht unabhängig voneinander aus Siliciumdioxid und/oder Hafniumsilicat ausgebildet sein. Die Feldisolationsschicht und/oder Gateisolationsschicht können beispielsweise durch eine oxidative Wärmebehandlung eines Siliciumhaltigen Wafers, beispielsweise eines Siliciumcarbid Wafers, hergestellt sein (abgeschiedenes Hochtemperaturoxid (HTO)). Die Feldisolationsschicht und/oder die Gateisolationsschicht können dabei jedoch auch unter Verwendung von Tetraethylorthosilicat (TEOS) aufgebracht werden.
Vor dem Verfahrensschritt a) oder a1) umfasst das Verfahren vorzugsweise einen Verfahrensschritt: a0) Reinigen der Feldeffekttransistor-Vorstufe oder der Oxidschicht, insbesondere durch eine Gasplasmabehandlung, zum Beispiel durch Strippen und/oder Descumming oder durch Rücksputtern, und/oder durch nass- oder trockenchemisches Ätzen und/oder eine thermische Behandlung, beispielsweise in sauerstoffhaltiger Atmosphäre, oder durch eine Kombination dieser Verfahren.
Auf diese Weise können vorteilhafterweise organische Komponenten entfernt und die Funktionalität des Feldeffekttransistors verbessert werden.
Die Gasplasmabehandlung kann dabei in Reingas oder in einer Gasmischung, beispielsweise von Argon, Sauerstoff und/oder Fluor, erfolgen. Das Rücksputtern kann beispielsweise unter Verwendung Argon, Stickstoff und/oder Sauerstoff erfolgen. Das nasschemische Ätzen kann beispielsweise in einer gepufferten HF-haltigen Lösung erfolgen. Das trockenchemische Ätzen kann beispielsweise in einer CF₄- oder SF₆-haltigen Atmosphäre erfolgen. Zum Beispiel kann beim Reinigen eine Schichtdicke in einem Bereich von ≥ 2 nm bis ≤ 30 nm entfernt werden.
Weiterhin kann das Verfahren insbesondere den Verfahrensschritt: d) Strukturieren der Deckschicht und/oder der Zwischenschicht/en und/oder der Basisschicht umfassen. Insbesondere kann das Strukturieren durch ein Abtragverfahren, zum Beispiel nasschemisches Ätzen oder Trockenätzen, beispielsweise Rücksputtern, zum Beispiel Ionenstrahlätzen (IBE, englisch: „ion beam etching”) oder reaktives Ionenstrahlätzen (RIBE, englisch: „reactive ion beam etching”), erfolgen.
Insbesondere können die unterschiedlichen Schichten (Deckschicht, Zwischenschichten, Basisschicht) in Verfahrensschritt d) durch unterschiedliche Abtragverfahren strukturiert werden. Vorzugsweise werden die unterschiedlichen Schichten in Verfahrensschritt d) derart durch unterschiedliche Abtragverfahren strukturiert, dass die mit dem Schichtsystem abgedeckte Schicht nicht oder nur geringst möglich angegriffen wird. Zum Beispiel können die Deckschicht und die Zwischenschicht/en über ein unselektives physikalisches Verfahren, beispielsweise Sputtern mit Ar-Ionen, abgetragen werden, wohingegen die Basisschicht durch ein selektives, chemisches Verfahren, beispielsweise Nass- oder Trockenätzen, zum Beispiel gepuffertes Oxidätzen (englisch: „Buffered Oxide Etching” oder ein Ätzverfahren mit CF₄ im Fall von SiO₂, abgetragen wird. Auf diese Weise wird die zuvor mit dem Schichtsystem abgedeckte Schicht, zum Beispiel Leiterbahn, beispielsweise aus Platin, beim Freilegen nicht angegriffen.
Nach Verfahrensschritt d) kann das Verfahren beispielsweise ein Verfahrensschritt e): Ausbilden (Aufbringen) einer metallischen Schicht auf die durch das Abtragverfahren geöffneten Abschnitte. Auf diese Weise kann beispielsweise eine durch ein erfindungsgemäßes Schichtsystem geschützte Leitebahn durch das Schichtsystem hindurch kontaktiert werden.
Vorzugsweise wird der Abtrag mittels einer spektroskopischen Messung (optische Emission) oder spektrometrischen Messung (durch ein Massenspektrometer) überwacht. Dabei kann das Fehlen eines, bestimmten zuvor detektierten Abtragsbestandteils, insbesondere der Deckschicht und/oder Zwischenschicht und/oder Basisschicht, gegebenenfalls auch in Kombination mit einem vorbestimmten Zeitsignal ab dem Abtragsstart, als Stoppsignal für das Abtragverfahren verwendet werden. Insofern die freizulegende Schicht eine ausreichende Schichtdicke aufweist, ist es zudem möglich, das Auftreten eines Abtragsbestandteils dieser Schicht als Stoppsignal für das Abtragverfahren zu verwenden. So kann gewährleistet werden, dass beim Stopp des Abtragverfahrens das Material der freizulegenden Schicht, beispielsweise einer zu kontaktierenden metallischen Schicht, ohne Reste der abzutragenden Schicht/en, beispielsweise der zum Kontaktieren der metallischen Schicht zu entfernenden Abschnitte der Deck-, Zwischen- und Basisschicht, vorliegt.
Das Verfahren kann weiterhin den Verfahrensschritt f) Ausbilden (Aufbringen) einer Gateelektrodenschicht (sensitive Schicht) zumindest auf einen Abschnitt der Gateisolationsschicht. Darüber hinaus kann die Gateelektrodenschicht auf zumindest einen Abschnitt der Feldisolationsschicht und auf zumindest einen Abschnitt Teil der Leiterbahn ausgebildet oder aufgebracht werden. Vorzugsweise wird die Gateelektrodenschicht aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet. Insbesondere kann die Gateelektrodenschicht aus einem Metall, einer Metallmischung, einer Legierung oder einer keramisch-metallischen Mischung, beispielsweise aus einer Platin-Rhodium-Mischung, ausgebildet werden.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Feldeffekttransistor, insbesondere ein chemosensitiver Feldeffekttransistor für einen Gassensor, welcher durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt ist.
Ferner ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Feldeffekttransistor und/oder eines erfindungsgemäß hergestellten Feldeffekttransistors zur Detektion und/oder Analyse von Abgasen, insbesondere Stickoxiden, beispielsweise im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD).
Zeichnungen und Beispiele
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
1 einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt durch einen Feldeffekttransistor zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Schichtsysteme; und
2 einen schematischen, nicht maßstäblichen Querschnitt durch einen Feldeffekttransistor zur Veranschaulichung einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und eines erfindungsgemäßen Schichtsystems.
1 veranschaulicht eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgehend von einer Feldeffekttransistorstufe, die einen Wafer als Substratsschicht und eine die Substratschicht bedeckende Feldoxidschicht 1 umfasst.
1 illustriert, dass auf einem Abschnitt der Feldoxidschicht 1 in Verfahrensschritt a1) eine Schicht aus Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob 22'/23' aufgebracht wurde, auf welche wiederum in Verfahrensschritt a2) eine Schicht 21' aus Titannitrid und/oder Tantalnitrid aufgebracht wurde, auf welche wiederum in Verfahrensschritt a3) eine metallische Schicht 3, insbesondere eine Leiterbahn, aufgebracht wurde, auf welche wiederum in Verfahrensschritt a) eine Basisschicht 21 aus Titannitrid und/oder Tantalnitrid mit einer Schichtdicke d_2B aufgebracht wurde, auch welche wiederum in Verfahrensschritt b) eine Schicht aus Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob 22/23 mit einer Schichtdicke d_2ZD aufgebracht wurde, wobei die beiden Titan/Silicium/Tantal/Niob-Schichten 22/23, 22/23' durch die oxidative Wärmebehandlung in Verfahrensschritt c) unter Ausbildung der Zwischenschichten 22, 22', der Deckschicht 23 und der Interfaceschicht 23' oxidiert wurden. Der mittlere Bereich von 1 veranschaulicht, dass dabei ein Schichtsystem mit einer spiegelsymmetrischen Anordnung der Schichten resultiert.
Darüber hinaus veranschaulicht 1, dass die Verfahrensschritt a), b) und c) mit anderen Materialien wiederholt wurden, wobei in Verfahrensschritt a') auf einem anderen Abschnitt der Feldisolationsschicht 1 und auf der Deckschicht 23 des zuvor aufgebrachten Schichtsystems 21, 22, 23 eine Basisschicht 11 aus einem dielektrischen Material mit einer Schichtdicke d_1B aufgebracht wurde, auf die in Verfahrensschritt b') wiederum eine Zwischenschicht 12 aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material mit einer Schichtdicke d_1Z aufgebracht wurde, auf die wiederum in Verfahrensschritt c') eine Deckschicht 13 aus einem chemisch resistenten Material mit einer Schichtdicke d_1D aufgebracht wurde.
Zudem illustriert 1, dass in einem Verfahrensschritt d) die Deckschichten 13, 23, Zwischenschichten 12, 22 und Basisschichten 11, 21 der beiden Schichtsysteme durch ein Abtragverfahren strukturiert wurden, um eine Öffnung für eine elektrische Kontaktierung der metallische Schicht 3 auszubilden. Dabei wurde der Abtrag mittels einer spektroskopischen oder spektrometrischen Messung überwacht, wobei die Abtragsbestandteile der Titan/Tantal-Nitrid-Schicht 21 als Stoppsignal für das Abtragverfahren verwendet wurden. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass beim Stopp des Abtragverfahrens das Material der freizulegenden metallischen Schicht 3 ohne Reste der abzutragenden Schichten 11, 12, 13, 21, 22, 23 vorliegt. Ein „Durchlöchern” der metallischen Schicht 3 kann dabei einerseits durch den Einsatz eines Abtragverfahrens gewährleistet werden, gegen welches die metallische Schicht 3 resistent ist. Andererseits kann bei einer ausreichenden Schichtdicke der metallischen Schicht 3 jedoch auch ein Abtragverfahren gewählt werden, gegenüber welchem die metallische Schicht 3 sensitiv ist. Dabei hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, das Stoppsignal zusätzlich zum Fehlen des Abtragbestandteils, abhängig von einer vorgegebenen Zeitspanne ab dem Beginn des Abtragverfahrens einzustellen, welche durch Vorversuche für den Abtrag der Schichtsystemschichten 11, 12, 13, 21, 22, 23 evaluierte wurde. Nach dem Verfahrensschritt d) kann die metallische Schicht 3 in einem Verfahrensschritt e) durch Aufbringen einer metallischen Schicht (nicht dargestellt) auf den nach dem Abtragverfahren offen liegenden Abschnitt der metallischen Schicht 3 und durch die durch das Abtragverfahren geöffneten Schichtsystemabschnitte elektrisch kontaktiert werden.
2 veranschaulicht eine andere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgehend von einer Feldeffekttransistorstufe, die einen Wafer als Substratsschicht 4, eine Feldoxidschicht 1 und eine Gateisolationsschicht 2 umfasst, wobei die Feldoxidschicht 1 einen ersten Abschnitt der Substratschicht 4 und die Gateisolationsschicht 2 einen zweiten Abschnitt der Substratschicht 4 bedeckt und an die Feldisolationsschicht 1 angrenzt.
2 illustriert, dass in Verfahrensschritt a) auf die Feldisolationsschicht 1 und die Gateisolationsschicht 2 eine Basisschicht 11 aus einem dielektrischen Material aufgebracht wurde, auf die in Verfahrensschritt b) wiederum eine Zwischenschicht 12 aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material aufgebracht wurde, auf die wiederum in Verfahrensschritt c) eine Deckschicht 13 aus einem chemisch resistenten Material aufgebracht wurde.
Zudem illustriert 2, dass in einem Verfahrensschritt d) die Deckschicht 13 und die Zwischenschicht 12 im Bereich der Gateisolationsschicht 2 durch ein Abtragverfahren derart strukturiert wurden, dass die Basisschicht 11 als verstärkende, zweite Gateisolationsschicht auf der Gateisolationsschicht 2 verbleibt. Auch hierbei wurde der Abtrag mittels einer spektroskopischen oder spektrometrischen Messung überwacht, wobei die Abtragsbestandteile der Zwischenschicht 12 als Stoppsignal für das Abtragverfahren verwendet wurden, um zu gewährleisten, dass beim Stopp des Abtragverfahrens das Material der freizulegenden Basisschicht 11 ohne Reste der abzutragenden Zwischenschicht 12 und Deckschicht 13 vorliegt. Ein „Durchlöchern” der Basisschicht 11 kann hierbei ebenfalls einerseits durch den Einsatz eines Abtragverfahrens gewährleistet werden, gegen welches die Basisschicht 11 resistent ist. Andererseits kann auch hierbei bei einer ausreichenden Schichtdicke der Basisschicht 11 jedoch auch ein Abtragverfahren gewählt werden, gegenüber welchem die Basisschicht 11 sensitiv ist, wobei es sich als vorteilhaft erwiesen hat, das Stoppsignal zusätzlich zum Fehlen des Abtragbestandteils, abhängig von einer vorgegebenen, durch Vorversuche evaluierte Zeitspanne ab dem Beginn des Abtragverfahrens einzustellen.
2 veranschaulicht ferner, dass bei einer geeigneten Auslegung der Schichtdicken (d_1B, d_1Z, d_1D) des Schichtsystems 11, 12, 13, insbesondere bei einer dünnen Basisschicht 11, beispielsweise mit einer Schichtdicke (d_1B) von 30 nm, und bei einem nur auf sehr kleinen Bereichen unterbrochenen und verglichen mit der Basisschicht 11 dicken Deckschicht-Zwischenschicht-System 12, 13, kein oder nur ein zu vernachlässigender Angriff die Basisschicht 11 durch Umgebungseinflüsse erfolgen kann.
Nach dem Verfahrenschritt d) kann eine Gateelektrodenschicht (sensitive Schicht) (nicht dargestellt) in einem Verfahrensschritt f) auf den nach dem Abtragverfahren offen liegenden Abschnitt der Basisschicht 11 aufgebracht werden.

Claims

Feldeffekttransistor, insbesondere chemosensitiver Feldeffekttransistor für einen Gassensor, umfassend mindestens – eine Feldisolationsschicht (1), – eine Gateisolationsschicht (2) und – eine metallische Schicht (3), insbesondere Leiterbahn, durch gekennzeichnet, dass mindestens eine dieser Schichten (1, 2, 3) zumindest teilweise mit mindestens einem Schichtsystem (11, 12, 13; 21, 22, 23), insbesondere Schutzschichtsystem, abgedeckt ist, welches eine Basisschicht (11; 21), eine Deckschicht (13; 23) und mindestens eine zwischen der Basisschicht (11; 21) und der Deckschicht (13; 23) angeordnete Zwischenschicht (12; 22) umfasst.
Feldeffekttransistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor mindestens zwei unterschiedliche Schichtsysteme aufweist, welche jeweils eine Basisschicht (11; 21), eine Deckschicht (13; 23) und mindestens eine zwischen der Basisschicht (11; 21) und der Deckschicht (13; 23) angeordnete Zwischenschicht (12; 22) umfassen und welche die Feldisolationsschicht (1) und/oder die Gateisolationsschicht (2) und/oder die metallische Schicht (3), insbesondere Leiterbahn, zumindest teilweise abdecken.
Feldeffekttransistor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor ein Schichtsystem (11, 12, 13) umfasst, – dessen Basisschicht (11) aus einem dielektrischen Material, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, ausgebildet ist, und/oder – dessen Deckschicht (13) aus einem chemisch resistenten Material, insbesondere umfassend Siliciumcarbid und/oder carbonitriertes Silicium, ausgebildet ist, und/oder – dessen Zwischenschicht/en (12) aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material, insbesondere umfassend – eine Mischung aus Silicium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff, und/oder – eine Mischung aus Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff, und/oder – ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, ausgebildet sind.
Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Feldeffekttransistor ein Schichtsystem (21, 22, 23) umfasst, – dessen Basisschicht (21) aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere umfassend Titannitrid und/oder Tantalnitrid, ausgebildet ist, und – dessen Zwischenschicht (22) aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere umfassend Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob, ausgebildet ist, und – dessen Deckschicht (23) aus einem oxidischen Material, insbesondere umfassend Titan-, Silicium-, Tantal- und/oder Niob-Oxid, ausgebildet ist.
Feldeffekttransistor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – mindestens eine metallische Schicht (3), insbesondere Leiterbahn, teilweise oder vollständig mit einem Schichtsystem (21, 22, 23) nach Anspruch 4 bedeckt ist, und/oder – die Feldisolationsschicht (1) und/oder die Gateisolationsschicht (2) und/oder das Schichtsystem (21, 22, 23) nach Anspruch 4 und/oder eine Metallschutzschicht teilweise oder vollständig mit einem Schichtsystem (11, 12, 13) nach Anspruch 3 bedeckt ist.
Feldeffekttransistor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt einer metallischen Schicht (3), insbesondere Leiterbahn, mit einem Schichtsystem (21, 22, 23) nach Anspruch 4 bedeckt ist, wobei der Abschnitt auf einem Schichtsystem (21', 22', 23') angeordnet, dessen Schichten spiegelsymmetrisch zu dem Schichtsystem (21, 22, 23) nach Anspruch 4 aufgebaut sind.
Feldeffekttransistor, insbesondere chemosensitiver Feldeffekttransistor für einen Gassensor, umfassend eine Gateisolationsschicht, durch gekennzeichnet, dass die Gateisolationsschicht ein Schichtsystem ist, welches eine Basisschicht (11), eine Deckschicht (13) und mindestens eine zwischen der Basisschicht (11) und der Deckschicht (13) angeordnete Zwischenschicht (12) umfasst, insbesondere wobei – die Basisschicht (11) aus einem dielektrischen Material, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, ausgebildet ist, und/oder – die Deckschicht (13) aus einem chemisch resistenten Material, insbesondere umfassend Siliciumcarbid und/oder carbonitriertes Silicium ausgebildet ist, und/oder – die Zwischenschichten (12) aus einem dielektrischen und/oder selbstpassivierenden Material, insbesondere umfassend – eine Mischung aus Silicium, Bor, Kohlenstoff und Stickstoff, und/oder – eine Mischung aus Silicium, Aluminium, Sauerstoff und Stickstoff, und/oder – ein Material, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Oxiden, Nitriden und Silicaten von Silicium, Aluminium, Zirkonium, Hafnium und Mischungen davon, beispielsweise Siliciumdioxid, Siliciumnitrid, Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Zirkoniumsilicat, Hafniumoxid, Hafniumsilicat und Mischungen davon, ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines Feldeffekttransistors, insbesondere eines chemosensitiven Feldeffekttransistors für einen Gassensor, beispielsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend die Verfahrensschritte a) Ausbilden einer Basisschicht (11; 21) auf einem Abschnitt einer Substratschicht und/oder einer Feldisolationsschicht (1) und/oder einer Gateisolationsschicht (2) und/oder einer metallischen Schicht (3), insbesondere Leiterbahn, einer Feldeffekttransistor-Vorstufe; b) Ausbilden mindestens einer Zwischenschicht (12; 22) auf der Basisschicht (11; 21); c) Ausbilden einer Deckschicht (13; 23) auf der Zwischenschicht (12; 22).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Verfahrensschritt a) weiterhin die Verfahrensschritte: a1) Ausbilden einer Schicht aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere umfassend Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob auf einer Oxidschicht (1); a2) Ausbilden einer Schicht (21') aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere umfassend Titannitrid und/oder Tantalnitrid, auf der Schicht aus Verfahrensschritt a1); a3) Ausbilden einer metallischen Schicht (3), insbesondere einer Leiterbahn, auf der Schicht (21') aus Verfahrensschritt a2), umfasst, wobei in Verfahrensschritt a) eine Basisschicht (21) aus einem diffusionsverhindernden Material, insbesondere umfassend Titannitrid und/oder Tantalnitrid, auf der Schicht (3) aus Verfahrensschritt a3) ausgebildet wird, und wobei in Verfahrensschritt b) eine Schicht aus einem metallischen, eine oxidische Schutzschicht ausbildbarem Material, insbesondere umfassend Titan, Silicium, Tantal und/oder Niob, auf der Basisschicht (21) aus Verfahrensschritt a) ausgebildet wird, und wobei in Verfahrensschritt c) eine oxidative Wärmebehandlung bei einer Temperatur in einem Bereich von ≥ 300°C und ≤ 1000°C erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Verfahrensschritt a) oder a1) einen Verfahrensschritt: a0) Reinigen der Feldeffekttransistor-Vorstufe oder der Oxidschicht, insbesondere durch eine Gasplasmabehandlung und/oder durch nass- oder trockenchemisches Ätzen und/oder eine thermische Behandlung oder durch eine Kombination dieser Verfahren, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Verfahrensschritt: d) Strukturieren der Deckschicht (13; 23) und/oder der Zwischenschicht/en (12; 22) und/oder der Basisschicht (11; 21) durch ein Abtragverfahren, insbesondere wobei die unterschiedlichen Schichten (11, 12, 13; 21, 22, 23) derart durch unterschiedliche Abtragverfahren strukturiert werden, dass die mit dem Schichtsystem (11, 12, 13; 21, 22, 23) abgedeckte Schicht nicht angegriffen wird, umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtrag in Verfahrensschritt d) mittels einer spektroskopischen oder spektrometrischen Messung überwacht wird, wobei das Fehlen eines, bestimmten zuvor detektierten Abtragsbestandteils als Stoppsignal für das Abtragverfahren verwendet wird.