DE102017200952A1

DE102017200952A1 - Halbleitervorrichtung und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung

Info

Publication number: DE102017200952A1
Application number: DE102017200952.7A
Authority: DE
Inventors: Sabine Trupp; Michael HENFLING; Karl Neumeier
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2037-01-21
Also published as: US11167981B2; DE102017200952B4; US10519034B2; US20200062586A1; US20180208459A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit: Bereitstellen einer Trägerstruktur, die ein Halbleitersubstrat aufweist; Aufbringen oder Einbringen einer Vorläufersubstanz auf oder in die Trägerstruktur; Behandeln der Vorläufersubstanz zum Erzeugen einer porösen Matrixstruktur; Einbringen einer Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, sowie eine Halbleitervorrichtung, die gemäß dem Verfahren gefertigt ist.
Hintergrund der Erfindung
Zur Herstellung neuer Komponenten und Systeme, zum Beispiel für SensorikAnwendungen, kann es notwendig sein, eine breite Auswahl an reaktiven Materialien, beispielsweise Indikatormaterialien, stabil auf Komponenten aufbringen zu können, bzw. in die Systeme einzubringen, ohne ihre Funktion, beispielsweise Indikatorfunktion, einzuschränken. Übliche Verfahren zur Beschichtung mit funktionalisierten Materialien, beispielsweise Indikatormaterialien, sind diversen Einschränkungen unterworfen (Prozesstemperatur, beispielsweise bei Einbettung in Polymeren als Trägermatrix für Lackier- und Druckprozesse). Zudem liefern viele Methoden dennoch keine langzeitstabilen, chemisch oder mechanisch stabilen Lösungen. Dadurch steht aktuell für die Entwicklung geeigneter Halbleiterkomponenten mit funktionalisierten Materialien, beispielsweise für SensorikAnwendungen nur eine beschränkte Auswahl an funktionalisierten Beschichtungen, beispielsweise Indikatorbeschichtungen, zur Verfügung.
Daher besteht ein Bedarf für ein Konzept zur verbesserten Einbringung von Funktionalisierungssubstanzen in Halbleitervorrichtungen.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 1 und eine Halbleitervorrichtung gemäß Anspruch 8.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, das ein Bereitstellen einer Trägerstruktur, die ein Halbleitersubstrat aufweist, umfasst. Ferner umfasst das Verfahren ein Aufbringen oder Einbringen einer Vorläufersubstanz auf oder in die Trägerstruktur. Des Weiteren umfasst das Verfahren ein Behandeln der Vorläufersubstanz zum Erzeugen einer porösen Matrixstruktur. Das Verfahren umfasst weiterhin ein Einbringen einer Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur.
Das beschriebene Verfahren bietet Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren, da die poröse Matrixstruktur, in die die Funktionalisierungssubstanz eingebracht wird, durch Behandlung der Vorläufersubstanz in oder auf der Halbleitervorrichtung gefertigt wird. Insbesondere können, durch die separate Herstellung der porösen Matrixstruktur, Substanzen als Funktionalisierungssubstanz Anwendung finden, die empfindlich gegenüber herkömmlichen Halbleiterherstellungsprozessen sind. Halbleiterherstellungsprozesse, wie zum Beispiel dem Aufbringen oder Einbringen der Vorläufersubstanz oder dem Behandeln der Vorläufersubstanz, können schadhaft für gewisse Funktionalisierungssubstanzen sein da beispielsweise für diese Prozesse hohe Temperaturen oder Drücke nötig sind. Ebenfalls kann ein bei dem beschriebenen Verfahren ein Kontakt zwischen Funktionalisierungssubstanz und Ätzflüssigkeiten vermieden werden, welche ebenfalls schadhaft für die Funktionalisierungssubstanz sein können. Daher ist das Verfahren besonders Vorteilhaft, da eine Auswahl an Funktionalisierungssubstanzen nicht auf Grund von Prozessparametern eingeschränkt werden muss. Des Weiteren ist das beschriebene Verfahren vorteilhaft für eine kostengünstige Produktion der Halbleitervorrichtung, da alle Schritte des Verfahrens beispielsweise auf einem Substrat (beispielsweise einem Wafer) durchgeführt werden können.
Für die in dem Verfahren genannte Vorläufersubstanz kann beispielsweise Aluminium genutzt werden, das mit einer für die poröse Matrixschichtbildung notwendigen Dicke (0,1 bis 10 µm, vorzugsweise 300 nm) abgeschieden wird. Das Auf- oder Einbringen des Aluminiums kann beispielsweise durch chemische Gasphasenabscheidung oder Kathodenzerstäubung erfolgen. Nach Auf- oder Einbringung des Aluminiums kann eine weitere Strukturierung erfolgen, wobei elektrische Kontakte, Leiterbahnen und ein Bereich, der zur anschließenden Erzeugung der porösen Matrixstruktur genutzt wird, definiert werden. Die elektrischen Kontakte, elektrischen Leiterbahnen und der Bereich, der zur Herstellung der porösen Matrixstruktur dient, sind untereinander elektrisch leitend verbunden und sind weiterhin mit einer Elektrode verbunden, die sich bevorzugt an einem Rand eines Trägers (beispielsweise eines Wafers) befindet. Weitere Schritte des Verfahrens können Entfernung einer Fotolackschicht und Reinigungssequenzen umfassen. Nach dem Aufbringen oder Einbringen der Vorläufersubstanz, beispielsweise Aluminium, bzw. deren Strukturierung, kann eine Passivierungsschicht, bevorzugt aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid abgeschieden werden. Die Passivierungsschicht kann beispielsweise mittels Ätzprozessen strukturiert werden, wobei elektrische Anschlüsse, sowie Bereiche die zur Herstellung der porösen Matrixstruktur dienen und Randkontakte freigelegt werden. Zur Behandlung (beispielsweise in diesem Fall anodische Oxidation) der Vorläufersubstanz wird die Halbleitervorrichtung in eine Elektrolytlösung eingebracht, die zur Verbesserung der Leitfähigkeit dafür übliche Substanzen, wie zum Beispiel Schwefel- oder Oxalsäure, enthalten kann. Während sich die Halbleitervorrichtung in der Elektrolytlösung befindet, wird durch selektives Anlegen einer Spannung an die Vorläufersubstanz, beispielsweise über die Randkontakte (bspw. des Wafers), die Vorläufersubstanz so modifiziert, dass die poröse Matrixstruktur entsteht, wobei mögliche weitere sich auf der Halbleitervorrichtung befindlichen Schaltungsstrukturen keine Veränderung erfahren, da an diese keine Spannung angelegt wird. Durch das Anlegen der Spannung (5 bis 25 Volt, wobei mit der Spannung eine Porengröße eingestellt werden kann, vorzugweise 9 Volt) wird das Aluminium elektrochemisch modifiziert, wobei poröses Aluminiumoxid entsteht, welches anschließend als poröse Matrixstruktur zur Verfügung steht. Nach Erzeugung der porösen Matrixstruktur kann das Aufnehmen der Funktionalisierungssubstanz durch Einbringen der Halbleitervorrichtung in eine Lösung, die die Funktionalisierungssubstanz enthält, erfolgen. Im Anschluss kann ein Verdichtungsschritt zur Stabilisierung der Funktionalisierungssubstanz in der porösen Matrixstruktur erfolgen, beispielsweise mit Wasser oder Wasserdampf.
Alternativ kann als Vorläufersubstanz beispielsweise polykristallines Silizium dienen. Beispielsweise durch Gasphasenabscheidung kann polykristallines Silizium auf oder in die Trägerstruktur eingebracht werden, wobei in Abhängigkeit von einer Abscheidetemperatur, die bei der Gasphasenabscheidung genutzt wird, eine Korngröße der Kristallite des polykristallinen Siliziums eingestellt werden kann. Gemäß Ausführungsbeispielen werden Schichtdicken von 0,1 bis 1 µm polykristallines Silizium durch Abscheidung auf oder in die Halbleitervorrichtung eingebracht. Diese Schichtdicke des polykristallinen Siliziums (als Vorläufersubstanz) definiert eine Dicke der porösen Matrixstruktur. Die entstehende poröse Matrixstruktur weist in der Folge poröses Silizium auf, das durch Behandlung des polykristallinen Siliziums entsteht. Nach der Abscheidung des polykristallinen Siliziums können weitere Prozessschritte wie Zwischenoxidabscheidung, Kontaktlochätzung, Metallisierung, Metallstrukturierung und Passivierung umfassen. Zur Behandlung des polykristallinen Siliziums kann, wenn nötig, die Polysiliziumschicht durch Entfernen von Zwischenoxid und Passivierungsschicht freigelegt werden. Anschließend kann eine weitere Schutzschicht aufgetragen werden, beispielsweise aus Fotolack, die weitere Strukturen der Halbleitervorrichtung abdeckt, ausgenommen der zu behandelnden Polysiliziumschicht. Die Halbleitervorrichtung kann nun in Flusssäure getaucht werden und eine Spannung an einem Kontakt angelegt werden, der mit der Polysiliziumschicht leitend verbunden ist. Hierdurch stellt die Polysiliziumschicht (die Vorläufersubstanz) eine Anode dar, die mit einer Kathode, vorzugsweise aus Platin, in Flusssäure getaucht wird. Hierdurch wird das polykristalline Silizium anodisch oxidiert und das dabei entstehendes Siliziumdioxid durch die Flusssäure aufgelöst. Während der Behandlung (Oxidierung und Ätzung) bilden sich Poren in dem Polysilizium. Eine Porengröße des porösen Siliziums kann durch die angelegte Spannung oder die Kristallitgröße des Polysiliziums beeinflusst werden. Im Anschluss kann ein Fotolack mit einem Lösungsmittel entfernt werden, das kein Wasser aufnimmt, um zu vermeiden, dass die Poren der porösen Matrixstrukturen entwässert und dadurch mit Fotolackresten verunreinigt werden. Im Anschluss kann ein Lösungsmittel, das die Funktionalisierungssubstanz enthält, in die Poren der porösen Matrixstruktur eingebracht werden, beispielsweise durch Eintauchen in das Lösungsmittel. Zur Einbringung der Funktionalisierungssubstanz können die Poren vor der Einbringung getrocknet werden und anschließend mit einem Lösungsmittel beladen werden, das die Funktionalisierungssubstanz enthält. Anschließend kann beispielsweise durch überkritische Trocknung oder Pentantrocknung das Lösungsmittel aus den Poren entfernt werden, wobei die Funktionalisierungssubstanz in den Poren oder auf der porösen Matrixstruktur zurückbleibt. Im Anschluss kann ein Versiegeln der Poren stattfinden, durch beispielsweise einen Plasmaprozess und/oder Wasserdampf.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung weist das Behandeln der Vorläufersubstanz eine elektrochemische Oxidation und eventuell ein Ätzen der Vorläufersubstanz auf. Die Behandlung der Vorläufersubstanz durch elektrochemische Modifikation ermöglicht eine simple Herstellung der porösen Matrixstruktur, beispielsweise durch Eintauchen der Halbleitervorrichtung bzw. der Vorläufersubstanz in eine geeignete Lösung.
Gemäß Ausführungsbeispielen wird während der elektrochemischen Modifikation der Vorläufersubstanz, eine Spannung an die Vorläufersubstanz angelegt. Durch das Anlegen einer Spannung kann vorteilhaft eine gewünschte Porengröße der porösen Struktur eingestellt werden und somit auch eine Menge an Funktionalisierungssubstanz, die in die poröse Matrixstruktur eingebracht werden kann. Der hier beschrieben Vorgang kann beispielsweise auch als Elektroätzprozess bezeichnet werden, wobei die Vorläufersubstanz als Anode dient und eine Kathode zusammen mit dieser in eine Elektrolytlösung getaucht wird, wobei zwischen Anode und Kathode die gewünscht Spannung eingestellt wird.
Gemäß Ausführungsbeispielen weist das Verfahren ein Aufbringen einer Passivierungsschicht nach dem Aufbringen der Vorläufersubstanz und vor dem Behandeln der Vorläufersubstanz auf, wobei die Vorläufersubstanz durch die aufgebrachte Passivierungsschicht dadurch teilweise bedeckt ist. Durch die Passivierungsschicht können Strukturen während des Behandelns (beispielsweise während der anodischen Oxidation) geschützt werden, so dass sie nicht durch die Behandlung modifiziert werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen besteht die Vorläufersubstanz aus Aluminium oder Polysilizium. Aluminium oder Polysilizium bieten sich vorteilhaft an, da ihre Behandlung mit einfachen Schritten möglich ist. Insbesondere kann beispielsweise durch die Nutzung von Polysilizium eine leitende poröse Matrixstruktur hergestellt werden oder durch die Verwendung von Aluminium eine nicht leitende poröse Matrixstruktur hergestellt werden (beispielsweise mittels anodischer Oxidation).
Gemäß Ausführungsbeispielen wird die Vorläufersubstanz auf das Halbleitersubstrat, eine Oxidschicht der Trägerstruktur, eine Nitridschicht der Trägerstruktur oder eine Halbleiterschicht der Trägerstruktur aufgebracht. Durch Aufbringen der Vorläufersubstanz auf eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht kann die Vorläufersubstanz einfach von elektrisch empfindlichen Bauteilen elektrisch isoliert werden. Des Weiteren bietet eine Auftragung der Vorläufersubstanz auf dem Halbleitersubstrat die Möglichkeit einer direkten elektrischen Interaktion der daraus gebildeten porösen Matrixstruktur mit Schaltungsstrukturen, die im Halbleitersubstrat gebildet sind.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung basiert die Funktionalisierungssubstanz auf einem Triphenylmethan-Farbstoff, einem Azofarbstoff, einem Stilben-Farbstoff, ORMOCER^®e, einer quartären Ammoniumverbindung oder einem Metallkomplex. Die genannten Funktionalisierungssubstanzen lassen sich einfach in die poröse Matrixstruktur einbringen, beispielsweise durch Dip-Coating, und ermöglichen eine Realisation eines Senorbauteils.
Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung schaffen eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleitersubstrat aufweist und wobei das Halbleitersubstrat eine Mehrzahl von integrierten Schaltungen aufweist. Ferner weisen die integrierten Schaltungsstrukturen eine Schicht mit einer porösen Matrixstruktur auf, wobei eine Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur eingebracht ist.
Die genannte Halbleitervorrichtung basiert auf der Idee, dass eine in eine Halbleitervorrichtung integriert gefertigte poröse Matrixstruktur vorteilhaft mit einer Funktionalisierungssubstanz versehen werden kann. Insbesondere ist hier von Vorteil, dass die poröse Matrixstruktur zuerst ohne die Funktionalisierungssubstanz in der Halbleitervorrichtung hergestellt wird und anschließend mit einer gewünschten Funktionalisierungssubstanz versehen (befüllt beziehungsweise anderweitig eingebracht) wird. Hierbei können sensible Funktionalisierungssubstanzen zum Einsatz kommen, für die eine Behandlung oder gemeinsame Aufbringung mit der porösen Matrixstruktur zu Schaden führen kann, wobei die Funktionalisierungssubstanzen ihre Funktionen verlieren können. Des Weiteren ist die beschrieben Halbleitervorrichtung vorteilhaft, da die poröse Matrixstruktur zusammen mit der restlichen Vorrichtung auf einem Träger gefertigt werden kann und somit kostengünstig mittels üblicher Halbleiterprozesse hergestellt werden kann.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Schicht mit der porösen Matrixstruktur ohne ein Haftmittel durch chemische Bindung in die Halbleitervorrichtung integriert. Die beschriebene Schicht ist vorteilhaft, da sich eine solche poröse Matrixstruktur für einen integrierten Fertigungsprozess anbietet, d. h. zusammen mit anderen, beispielsweise Schaltungsstrukturen, auf einem Wafer gebildet werden können. Ferner können durch Einsparung einer Haftschicht Kosten reduziert werden für das Haftmaterial beziehungsweise den Befestigungsschritt. Ebenso kann ein negativer Einfluss von Haftschichten vermieden werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Funktionalisierungssubstanz ein Sensormaterial, wobei das Sensormaterial eine Eigenschaft aufweist, die von einem Zustand eines Fluids, das mit dem Sensormaterial in Berührung ist, abhängt. Die Beladung der porösen Matrixstruktur mit dem Sensormaterial ermöglicht die Herstellung von sensiblen Bauteilen, die auf physikalische oder chemische Eigenschaften des Fluids reagieren können.
Gemäß Ausführungsbeispielen sind die Schaltungsstrukturen ausgebildet, eine oder die Eigenschaft des Sensormaterials zu erfassen. Hierbei ist die Halbleitervorrichtung ausgelegt, um einen Zustand des Fluids basierend auf der Eigenschaft des Sensormaterials zu erfassen. Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann über die Schaltungsstrukturen die Eigenschaft des Sensormaterials erfassen. Die Eigenschaft kann beispielsweise basierend auf einer Interaktion des Sensormaterials und des Fluids beeinflusst werden. Ferner lassen sich durch Einbringung eines Sensormaterials eine Vielzahl von Sensorikbauteilen realisieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das Sensormaterial ausgelegt, basierend auf einem Zustand des Fluids, eine Leitfähigkeit der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen. Hierbei ist die Halbleitervorrichtung ausgelegt, basierend auf der beeinflussten Leitfähigkeit, einen Zustand des Fluids zu erfassen. Durch die beschriebene Halbleitervorrichtung können einfach sensitive Widerstände realisiert werden, die z. B. zum Erfassen von Gaszusammensetzungen oder Gaszuständen genutzt werden können.
Gemäß Ausführungsbeispielen weisen die integrierten Schaltungsstrukturen einen optisch sensitiven Bereich auf, wobei die poröse Matrixstruktur in einer Lichteinfallsrichtung des optisch sensitiven Bereichs angeordnet ist. Hierbei ist das Sensormaterial ausgelegt, basierend auf einem Zustand des Fluids ein elektrisches Signal des optisch sensitiven Bereichs zu beeinflussen, wobei ferner die Halbleitervorrichtung ausgelegt ist, basierend auf der Beeinflussung des elektrischen Signals, einen Zustand des Fluids zu erfassen. Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann beispielsweise genutzt werden, um Sensoren in der Fluidik (beispielsweise Gassensoren) basierend auf optischen Signalen, zu realisieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der optisch sensitive Bereich ausgelegt, Licht durch die poröse Matrixstruktur zu empfangen, wobei das Licht basierend auf einem Zustand des Fluids eine Absorption durch das Sensormaterial in der porösen Matrixstruktur erfährt. Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann durch simple Helligkeitsunterschiede so Zustände eines Fluids (beispielsweise Zusammensetzung oder Temperatur) detektieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist der optisch sensitive Bereich ausgelegt, Licht zu empfangen, das basierend auf einer Interaktion des Fluids und des Sensormaterials durch Lumineszenz in der porösen Matrixstruktur erzeugt wird. Durch die beschriebene Ausführungsform kann beispielsweise auf eine äußere Belichtungsquelle verzichtet werden, da die optischen Signale auf Lumineszenz basieren, die ohne äußere Beleuchtung detektierbar ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung ist der optisch sensitive Bereich ausgelegt Licht zu empfangen, wobei das Licht basierend auf einem Zustand des Fluids eine Brechung in der porösen Struktur erfährt. Des Weiteren ist die Halbleitervorrichtung ausgelegt, basierend auf der Brechung, den Zustand oder einen Zustand des Fluids zu erfassen. Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann beispielsweise die Ablenkung eines Lichtstrahls erfassen und basierend darauf einfach erkennen, ob beispielsweise eine Änderung eines Zustands (beispielsweise Zusammensetzung oder optische Polarisation) des Fluids eingetreten ist.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Sensormaterial ausgelegt basierend auf einem Zustand des Fluids einen kapazitiven bzw. resistiven Anteil einer Kapazität der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen, wobei die Halbleitervorrichtung ausgelegt ist, basierend auf der beeinflussten Kapazität einen Zustand (beispielsweise Zusammensetzung oder Temperatur) des Fluids zu erfassen. Die beschriebene Halbleitervorrichtung ermöglicht eine einfache Realisierung von beispielsweise Kondensatoren, die zur Sensorik in fluidischen Anwendungen geeignet sind.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist das Sensormaterial ausgelegt, basierend auf einem Zustand des Fluids, eine Austrittsarbeit eines Halbleiterportals der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen. Ferner ist die Halbleitervorrichtung ausgelegt, basierend auf der beeinflussten Austrittsarbeit einen Zustand des Fluids zu erfassen. Die beschriebene Halbleitervorrichtung kann beispielsweise genutzt werden, um sensitive Transistoren, beispielsweise Suspended (oder Floating) Gate Transistoren zu erzeugen.
Gemäß Ausführungsbeispielen basiert die poröse Matrixstruktur auf einem elektrisch leitenden Material. Unter Verwendung einer Vorläufersubstanz aus Polysilizium kann beispielsweise eine elektrisch leitende poröse Matrixstruktur einfach per anodischer Oxidation des Polysiliziums erzeugt werden. Die daraus entstehende poröse Matrixstruktur kann aus porösem Silizium bestehen und damit leitend sein. Beispielsweise durch Einbringen einer Funktionalisierungssubstanz die dazu ausgelegt ist eine Leitfähigkeit der porösen Matrixstruktur basierend auf einem Zustand des Fuids zu modifizieren, können so einfach sensitive Widerstände realisiert werden.
Gemäß Ausführungsbeispielen basiert die poröse Matrixstruktur auf einem elektrisch isolierenden Material. Hierfür kann beispielsweise Aluminium oder Polysilizium als Vorläufersubstanz für die poröse Matrixstruktur genutzt werden, wobei durch Oxidation entweder Aluminiumoxid oder Quarz entstehen können. Die poröse Matrixstruktur kann somit beispielsweise aus porösem Aluminiumoxid oder porösem Quarz bestehen. Diese beschriebene poröse Matrixstruktur ist beispielsweise besonders als Dielektrikum für Kondensatoren geeignet.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die poröse Matrixstruktur optisch transparent. Eine optisch transparente Matrixstruktur lässt sich vorteilhaft nutzen, um beispielsweise optisch sensitive Bauteile zu realisieren, die auf Transmission von Licht basieren.
Gemäß Ausführungsbeispielen basiert die poröse Matrixstruktur auf einer Vorläufersubstanz. Ferner basiert eine Dicke der porösen Matrixstruktur auf einer Dicke der Vorläufersubstanz. Die so einstellbare Dicke der porösen Matrixstruktur kann vorteilhaft genutzt werden, um eine bestimmte (definierte) Menge der Funktionalisierungssubstanz aufnehmen (oder einlagern) zu können.
Gemäß Ausführungsbeispielen basiert die Funktionalisierungssubstanz auf einem Triphenylmethan-Farbstoff, einem Azofarbstoff, einem Stilben-Farbstoff, ORMOCER^®e, einer quartären Ammoniumverbindung oder einem Metallkomplex. Mittels der genannten Funktionalisierungssubstanzen lassen sich einfach funktionalisierte Halbleitervorrichtungen erzeugen (beispielsweise für Sensorikanwendungen).
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die poröse Matrixstruktur auf das Halbleitersubstrat, eine Oxidschicht der Trägerstruktur, eine Nitridschicht der Trägerstruktur, oder eine Halbleiterschicht der Trägerstruktur aufgebracht. Durch Aufbringen der porösen Matrixstruktur auf eine Oxidschicht oder eine Nitridschicht der Trägerstruktur kann beispielsweise eine isolierte poröse Matrixstruktur erzeugt werden, die beispielsweise nicht mit den Schaltungsstrukturen der Halbleitervorrichtung unmittelbar verbunden ist. Durch Aufbringen der porösen Matrixstruktur auf das Halbleitersubstrat oder eine Halbleiterschicht der Trägerstruktur kann beispielsweise eine elektrische Koppelung der porösen Matrixstruktur mit der Halbleitervorrichtung (beispielsweise über die Schaltungsstrukturen) vereinfacht erfolgen.
Gemäß Ausführungsbeispielen besteht die poröse Matrixstruktur aus Aluminiumoxid, Quarz, oder porösem Silizium. Eine aus Aluminiumoxid oder Quarz bestehende poröse Matrixstruktur kann vorteilhaft als elektrisch isolierende poröse Matrixstruktur genutzt werden. Ferner kann eine poröse Matrixstruktur aus porösem Silizium vorteilhaft als elektrisch leitfähige poröse Matrixstruktur dienen.
Gemäß Ausführungsbeispielen ist die Funktionalisierungssubstanz ausgelegt, eine Bindung mit einer weiteren porösen Matrixstruktur durchzuführen, wobei die weitere poröse Matrixstruktur mit der Funktionalisierungssubstanz behaftet ist. Die beschriebene Vorrichtung kann vorteilhaft zur Verbindung mehrerer Halbleitervorrichtungen genutzt werden (beispielsweise in der Verbindungstechnik oder der späteren Herstellung größerer Anordnungen die mehrere poröse Matrixstrukturen oder Schaltungsstrukturen aufweisen).
Figurenliste
Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2a-e ein Verfahren zur Herstellung einer Fotodiode gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3a-d ein Verfahren zur Herstellung eines Transistors gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
4a-c ein Verfahren zur Herstellung eines Widerstands gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
5 eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
6a-b ein Transistor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
7a-b ein Kondensator gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Verfahren 10 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 10 umfasst einen Schritt zum Bereitstellen 11 einer Trägerstruktur, die ein Halbleitersubstrat aufweist. Die Trägerstruktur kann beispielsweise ein Silizium-Wafer sein. Auf die Trägerstruktur wird eine Vorläufersubstanz auf- oder eingebracht 12. Vorläufersubstanzen können beispielsweise Polysilizium oder Aluminium sein. Ferner wird die Vorläufersubstanz behandelt 13, so dass eine poröse Matrixstruktur erzeugt wird. Das Behandeln kann beispielsweis eine anodische Oxidation aufweisen. Das Verfahren 10 weist weiterhin ein Einbringen 14 einer Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur auf.
Das beschriebene Verfahren 10 ist besonders vorteilhaft, da die poröse Matrixstruktur in einem separaten Schritt hergestellt wird, d. h. die Funktionalisierungssubstanz kann nach dem Behandlungsschritt der Vorläufersubstanz eingebracht werden. In anderen Worten, es wird die poröse Matrixstruktur erzeugt durch Behandlung der Vorläufersubstanz während die Funktionalisierungssubstanz nicht dieser Behandlung unterliegen muss. Dies ist vor allem in Hinsicht auf sensible Funktionalisierungssubstanzen von großem Vorteil, da die Funktionalisierungssubstanzen durch die genannte Behandlung der Vorläufersubstanz ihre Funktion verlieren könnten. Da ein Behandeln beispielsweise auch ein Erhitzen oder Ätzen aufweisen kann ist dies für eine große Auswahl potentieller Funktionalisierungssubstanzen nachteilhaft, da diese dabei wie bereits genannt zu Schaden kommen könnten. Des Weiteren können so Funktionalisierungssubstanzen eingebracht werden, die beispielsweise langzeitstabil sind, d. h. nur geringer Alterungserscheinungen aufweisen. Ferner ist das Verfahren von fertigungstechnischem Vorteil, da das Erzeugen der porösen Matrixstruktur durch Behandlung 13 der Vorläufersubstanz in einem für die Halbleitertechnik typischen Fertigungsprozess durchgeführt werden kann. In anderen Worten, das gesamte Verfahren 10 kann beispielsweise auf einem Wafer durchgeführt werden, ohne dass separat strukturierte Elemente auf dem Wafer aufgebracht werden müssen. Des Weiteren kann das Verfahren nach der Herstellung der Vorrichtung auf beispielsweise einem Wafer ein Zersägen des Wafers aufweisen um die erzeugt Vorrichtung aus dem Wafer herauszulösen.
2a bis d zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Herstellung einer Fotodiode, wobei das Verfahren zusätzlich zu den in Bezug auf Verfahren 10 genannten Schritten, weitere optionale Schritte aufweist.
2a zeigt eine Fotodiode 20a, die auf einem Halbleitersubstrat 21 aus negativ dotiertem Silizium gefertigt ist. Das Halbleitersubstrat 21 dient sowohl als Kathode der Fotodiode 20a, als auch als Trägerstruktur der Fotodiode 20a. In einer Oberfläche des Halbleitersubstrats 21 ist ein Bereich mit positiv dotiertem Silizium 22 realisiert, der als Anode der Fotodiode 20a dient. Des Weiteren weist die Fotodiode 20a eine Isolationsschicht 23 aus Siliziumdioxid auf, die flächig über die Kathode 21 und die Anode 22 der Fotodiode 20a ausgeführt ist. Durch die Isolationsschicht 23 ist ein Kontakt 24a zur Anode 22 der Fotodiode 20a ausgeführt. Der Kontakt 24a ist elektrisch leitend mit einem Kontaktierungspunkt 25a, auch Bond Pad genannt, verbunden. Ferner weist die Fotodiode 20a eine Vertiefung 26 der Isolationsschicht 23 über einem Bereich der Anode 22 der Fotodiode 20 auf. Die Vertiefung 26 hat zur Folge, dass besser Licht durch die Isolationsschicht 23 auf die Anode 22 treffen kann, da in dem Bereich der Vertiefung 26 die Isolationsschicht 23 dünner ausgeführt ist, als in der restlichen Isolationsschicht 23. Im Folgenden wird die Fotodiode 20a als Trägerstruktur genutzt für ein Verfahren gemäß der Erfindung. 2b zeigt die Fotodiode 20b aus 2a nach einem Aufbringen oder Einbringen einer Vorläufersubstanz auf die Trägerstruktur, in dem Fall Fotodiode 20a. Bei der hier gezeigten Vorläufersubstanz handelt es sich um Aluminium und das Aufbringen hat zur Folge, dass Kontaktpunkt 25a und Kontakt 24a eine Verbreiterung erfahren, so dass Kontaktpunkt 25b und Kontakt 24b daraus entstehen. Des Weiteren ist in der Vertiefung 26 eine Aluminiumschicht 26a abgelagert, die als Vorläufer für die poröse Matrixstruktur dient. Des Weiteren ist die Aluminiumschicht 26a elektrisch leitend mit einer Leiterbahn 27 verbunden. In 2c ist ein optionaler Schritt nach Ablagerung der Vorläufersubstanz dargestellt. Hierzu wird über die Struktur aus 2b, d. h. Fotodiode 20b, eine Passivierungsschicht 28 aufgetragen. Die Passivierungsschicht 28 wird anschließend in dem Bereich des Kontaktpunkts 25b sowie in dem Bereich der Aluminiumschicht 26a geöffnet wobei die Fotodiode 20c geformt wird. Ein linker Abschnitt 26a' der Aluminiumschicht 26a und ein rechter Abschnitt 26a" der Aluminiumschicht 26a wird von der Passivierung 28 überdeckt. Die Passivierung 28 kann beispielsweise dazu dienen, um Kurzschlüsse zu benachbart angeordneten leitenden Objekten zu vermeiden. 2d zeigt eine Fotodiode 20d, bei der durch Ätzung die Vorläufersubstanz 26a, beispielsweise Aluminium, in eine poröse Matrixstruktur 26b umgewandelt wurde, wobei der rechte Abschnitt 26a" und der linke Abschnitt 26a' als elementares Aluminium zurückbleiben. Hierzu wurde an der Leiterbahn 27 eine Spannung angelegt, während die Fotodiode 20d in eine Elektrolytlösung bei einem anodischen Oxidationsprozesses, getaucht wurde (die Leiterbahn 27 für bevorzugt zu einem Rand des Bauteils, beispielsweise einen Waferrand, wo diese während des Eintauchens kontaktiert werden kann). Dadurch, dass der Kontaktpunkt 25b sich während der anodischen Oxidation nicht auf demselben Potential wie die Aluminiumschicht 26a befindet, wird dieser von der Behandlung ausgenommen. Das heißt, der Kontaktpunkt 25b behält seine elektrischen und chemischen Eigenschaften, wohingegen die Aluminiumschicht 26a zu Aluminiumoxid 26b oxidiert wird. Der rechte Abschnitt des Aluminiums 26a" und der linke Abschnitt 26a' des Aluminiums verbleiben in ihrer Form und werden nicht oxidiert, da diese von der Passivierungsschicht 28 bedeckt sind. Die Aluminiumoxidschicht 26b ist nicht elektrisch leitend und kann im Folgenden mit einer Funktionalisierungssubstanz beladen werden. Dies kann einfach geschehen, indem die Fotodiode 20d in eine Lösung getaucht wird, die die gewünschte Funktionalisierungssubstanz enthält. Zur besseren Kontaktierung während des Ätzens wird die Leiterbahn 27 außerhalb der Zeichenebene so geführt, dass eine Kontaktierung der Fotodiode 20d an einem Rand möglich ist, so dass möglichst die gesamte Fotodiode in die Ätzlösung eingetaucht werden kann. 2e zeigt die Fotodiode 20d in einer Draufsicht. Die Leiterbahn 27 ist hier als Leiterbahn zu einem Wafer-Rand dargestellt, die weitere Matrixelemente verbindet, um die Spannung für eine anodische Oxidation anlegen zu können. Die poröse Matrixstruktur 26b ist in der Draufsicht in 2e als rechteckige Fläche erkennbar. Die rechteckige Fläche der porösen Matrixstruktur 26b ist umrandet von der Passivierung 28, unter der noch ein Teil des unbehandelten Aluminiums (linker Abschnitt 26a' und rechter Abschnitt 26a") vorliegt. Des Weiteren ist der Kontaktpunkt 25b als rechteckige Fläche ersichtlich, die von der Passivierung 28 umrandet wird. Der Kontaktpunkt 25b ist über die Leiterbahn 25b' mit dem Kontakt 24b verbunden. Hiermit ist eine Kontaktierung der Anode 22 der Fotodiode 20d weiterhin möglich. Des Weiteren beschreiben 2a-e eine Integration einer aluminiumbasierten Matrixschicht am Beispiel einer Fotodiode.
Im Folgenden werden allgemeine Aspekte von Fotodioden gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung behandelt. Gemäß Ausführungsbeispielen wird auf eine Lichteintrittsfläche 26 einer Fotodiode, eine poröse Matrixstruktur und die reaktive Beschichtung aufgebracht (beispielsweise in die poröse Matrixstruktur). Die reaktive Beschichtung reagiert auf Analyten (beispielsweise Fluide) oder eine Änderung physikalischer Parameter mit einer Änderung optischer Eigenschaften, welche dann als elektrische Signale weitegegeben werden. Änderungen optischer Eigenschaften können zum Beispiel sein: Änderung eines Absorptionsspektrums, Änderung einer Polarisation, Änderung eines Emissionsspektrums und/oder Änderung einer Brechzahl.
3a bis c zeigen ein Verfahren sowie einen Transistor gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. In 3a ist eine Trägerstruktur 30a dargestellt die in ihren Grundzügen einem Feldeffekttransistors ähnelt. Die Trägerstruktur 30a dient zur Herstellung eines Transistors gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Hierbei wird ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung angewandt. Die Trägerstruktur 30a ist auf einem positiv dotierten Siliziumsubstrat 31 realisiert, indem eine Source-Elektrode 32a mit negativ dotiertem Silizium und eine Drain-Elektrode 32b mit negativ dotiertem Silizium realisiert sind. Das Substrat 31, die Source-Elektrode 32a und die Drain-Elektrode 32b sind in einer Schicht gefertigt. Über die Schicht erstreckt sich eine Isolationsschicht 33 aus Siliziumdioxid, die eine Vertiefung 36 aufweist im Bereich über und zwischen der Source-Elektrode 32a und der Drain-Elektrode 32b. Des Weiteren ist durch die Isolationsschicht 33 ein Kontakt 32c zur Source-Elektrode 32a durchgeführt sowie ein Kontakt 32d zur Drain-Elektrode 32b durchgeführt. Ferner weist die Trägerstruktur 30a einen Kontaktierungspunkt 35a auf, der entweder mit dem Kontakt 32c oder dem Kontakt 32d leitend verbunden sein kann. 3b zeigt einen Zwischenschritt des Verfahrens, wobei eine Struktur 30b entsteht. Die Struktur 30b weist im Vergleich zur Struktur 30a eine unveränderte Halbleiterschicht auf, die das Substrat 31, die Source-Elektrode 32a und die Drain-Elektrode 32b aufweist. Auf der Schicht ist die Isolationsschicht 33 weiterhin vorhanden, auf der eine neue Aluminiumschicht abgeschieden wurde, die nachfolgend strukturiert wurde. Durch das Strukturieren wurden der Kontaktpunkt 35a, die Kontakte 32c und 32d erweitert, so dass Kontaktpunkt 35b, sowie Kontakte 32c' und Kontakt 32d' entstanden sind. Des Weiteren weist die Struktur 30b eine Aluminiumschicht 36a auf, die in der Vertiefung 36 abgelagert ist zwischen Source-Elektrode 32a und Drain-Elektrode 32b. Des Weiteren ist beim Aufbringen der Vorläufersubstanz, in diesem Fall Aluminium, eine Leiterbahn 37 hergestellt worden, der elektrisch leitend mit der Aluminiumschicht 36a ist. Des Weiteren führt die Leiterbahn 37 bevorzugt bis zu einem Rand der Struktur 30b zur besseren Kontaktierung während einer anodischen Oxidation. 3c zeigt eine Struktur 30c, die hinsichtlich der Struktur 30b derart geändert ist, dass eine Passivierungsschicht 38 auf zu schützende Bereiche der Struktur 30b aufgebracht worden sind. Freigelegt sind der Kontaktpunkt 35b sowie die poröse Matrixstruktur 36b, die durch anodische Oxidation der Aluminiumschicht 36a erzeugt wurde. Analog zu 2d ist sind Abschnitte rechts und links der Aluminiumschicht unbehandelt, da diese von der Passivierungsschicht 38 während der Behandlung bedeckt waren. Für das Ätzen wurde die Struktur in eine Elektrolytlösung getaucht und eine Spannung auf die Aluminiumschicht 36a angelegt über die Leiterbahn 37. In einem weiteren nicht gezeigten Schritt kann nun eine beliebige Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur 36b eingebracht werden. Das Einbringen kann beispielsweise durch simples Eintauchen der Struktur 30c in eine Lösung erfolgen, die eine Funktionalisierungssubstanz aufweist. 3d zeigt einen Transistor 30c gemäß 3c in einer Draufsicht. Der Source-Kontakt 32c' ist über eine Leiterbahn mit dem Kontaktpunkt 35b verbunden. Ferner ist der Drain-Kontakt 32d' über eine Leiterbahn mit einem Kontaktpunkt 35c leitend verbunden. Der Kontaktpunkt 35c ist analog zum Kontaktpunkt 35b offengelegt, so dass der Kontaktpunkt 35c eine Kontaktierung der Drain-Elektrode 32b ermöglicht. Des Weiteren ist die poröse Matrixstruktur 36b als rechteckige Fläche erkenntlich, die als Gate-Elektrode für den Transistor 30c fungiert.
Ebenso ist eine Leiterbahn 36b' erkenntlich, die eine Verbindung zu der Leiterbahn 37 herstellt, wobei die Leiterbahn 37 für eine anodische Oxidation genutzt werden kann. Ferner beschreiben 3a-d eine Integration einer alu-basierten Matrixschicht am Beispiel eines Alu-Gate Transistors.
4a und b zeigen Schritte eines Verfahrens gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren in 4a und 4b wird dazu genutzt, um einen Widerstand mit einer porösen Matrixstruktur zu erhalten. Hierzu wird die Struktur 40a als Ausgangspunkt genutzt, die ein Halbleitersubstrat 41, beispielsweise einem Silizium-Wafer, aufweist und in diesem realisiert sein kann. Auf der Siliziumschicht 41 ist eine Siliziumoxidschicht 43a als Isolationsschicht aufgetragen, auf der wiederum mittig eine Nitridschicht 42, beispielsweise Siliziumnitrid, aufgebracht ist. Hinzukommend ist auf der Isolationsschicht 43a rechts und links neben der Nitridschicht 42 eine weitere Isolationsschicht 43b aufgebracht, in der eine Leiterbahn 47 aus Polysilizium ausgeführt ist. Auf der Nitridschicht 42 ist eine Polysiliziumschicht 46a aufgebracht, die als Vorläufersubstanz dient. Die Polysiliziumschicht 46a ist mit der Leiterbahn 47 elektrisch leitend verbunden. Auf der Isolationsschicht 43b ist eine Passivierung 48 aufgebracht sowie ein Kontaktpunkt 45, der nicht von der Passivierung 48 überdeckt ist, bzw. von der Passivierung 48 befreit wurde. Die Struktur 40a ist mit einem fotoresistiven Material 49 bedeckt, so dass sowohl Kontaktpunkt 45 als auch Passivierung 48 damit flächig bedeckt sind, wobei die Polysiliziumschicht 46a davon nicht bedeckt ist. Hierdurch ist die Vorläufersubstanz leicht zugänglich für eine anodische Oxidation der Vorläufersubstanz, um eine poröse Matrixstruktur zu erhalten. 4b zeigt die Struktur 40b nach anodischer Oxidation der Polysiliziumschicht 46a, wobei eine poröse Siliziumschicht 46b erzeugt wurde. Des Weiteren wurde das fotoresistive Material 49 entfernt. Die poröse Matrixstruktur 46b kann in einem nicht gezeigten Schritt mit einer beliebigen Funktionalisierungssubstanz beladen werden, bzw. eine Funktionalisierungssubstanz kann in die poröse Matrixstruktur 46b eingebracht werden, und über den Kontaktpunkt 45 kontaktiert werden. Basierend auf einem Zustand eines Gases oder eines Fluides, das sich mit der porösen Matrixstruktur 46b in Kontakt befindet, kann nun ein Widerstandswert über den Kontaktpunkt 45 bestimmt werden. Abhängig von einem bestimmten Widerstandswert kann infolgedessen eine Aussage über das Gas getroffen werden. 4c zeigt den porösen Widerstand 40b in Draufsicht. Hierbei ist die poröse Siliziumstruktur 46b, die als poröse Matrixstruktur fungiert, umrahmt von der Passivierung 48 ersichtlich. Des Weiteren ist der Kontaktpunkt 45 freigelegt und von dem Passivierungsmaterial 48 umrandet. Das Polysilizium, bzw. die Vorläufersubstanz, kann über die Leiterbahn 46b' und 47 kontaktiert werden während eines anodischen Oxidationsvorgangs. Die Leiterbahn 47 führt vorzugsweise zu einem Wafer-Rand und verbindet mögliche weitere Matrixelemente (Flächen aus Vorläufersubstanz), die auf einem Wafer vorhanden sind, um diese zu strukturieren bzw. mit Spannung zu versorgen für eine anodische Oxidation. In einem weiteren Schritt können die Leiterbahnen, beispielweise die Leiterbahn 47, bei einem Sägen der Wafer entfernt werden. Analog können die Leiterbahnen 27 und 37 ebenfalls beim Sägen von Wafern, auf denen die jeweiligen Strukturen realisiert sind, entfernt werden. Ferner zeigen 4a-b eine Integration einer Poly-Si basierten Matrixschicht am Beispiel eines Widerstands.
Im Folgenden werden allgemein Aspekte von Widerständen gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung diskutiert. Gemäß Ausführungsbeispielen stehen für eine Beeinflussung eines Widerstands zwei Möglichkeiten zur Verfügung: eine poröse leitfähige Schicht (z.B. poröses Silizium) oder eine poröse isolierende Schicht (z.B. Aluminiumoxid). Die Herstellungsmethoden welche bereits in Zusammenhang anderen Ausführungsbeispielen beschrieben wurden können hierfür genutzt werden. Eine reaktive Beschichtung kann nun selbst in einer Leitfähigkeit durch einen Analyten (z.B. Gas oder Fluid) verändert werden oder sie verändert eine Leitfähigkeit der porösen Matrix. Wie bereits beschrieben, können während des Prozesses geeignete Matrix Precursorsschichten (Vorläufersubstanzen) eingebracht werden und weiter im Prozess in Matrixschichten umgewandelt und aktiviert werden.
5 zeigt eine Halbleitervorrichtung 50 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Die Halbleitervorrichtung 50 weist ein Halbleitersubstrat 51 auf, das eine Mehrzahl von integrierten Schaltungsstrukturen 52 aufweist. Ferner umfassen die integrierten Schaltungsstrukturen 52 eine Schicht 53 mit einer porösen Matrixstruktur. In die poröse Matrixstruktur 53 ist eine Funktionalisierungssubstanz eingebracht.
Die beschriebene Halbleitervorrichtung 50 kann vorteilhaft genutzt werden, um beispielsweise Sensorik-Komponenten herzustellen. Insbesondere kann eine Funktionalisierungssubstanz, die sensibel auf Gaszusammensetzungen oder Gaszustände ist, eingesetzt werden, um basierend auf einer Reaktion der Funktionalisierungssubstanz über die Schaltungsstrukturen 52 einen der beschriebenen Zustände zu erfassen. Des Weiteren ist vorteilhaft, dass die poröse Matrixstruktur 53 unabhängig von den Funktionalisierungssubstanzen in die Halbleitervorrichtung eingebracht werden kann. Dies ist insbesondere daher vorteilhaft, da Funktionalisierungssubstanzen häufig empfindlich gegenüber Prozessschritten der Halbleiterproduktionstechnik sind, insbesondere beispielsweise der Herstellung der porösen Matrixstruktur. In anderen Worten, die Funktionalisierungssubstanzen oder eine Funktionalisierungssubstanz kann in die poröse Matrixstruktur eingebracht werden nachdem die poröse Matrixstruktur hergestellt wurde. Insbesondere kann hier auf eine gemeinsame Aufbringung von Funktionalisierungssubstanz und Trägerstruktur (poröse Matrixstruktur) verzichtet werden, da ebenfalls der Prozessschritt des Aufbringens einer Vorläufersubstanz der porösen Matrixstruktur eine Funktionalisierungssubstanz beschädigen kann.
6a zeigt eine Halbleitervorrichtung 60 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung in einer Querschnittsansicht. Die Halbleitervorrichtung 60 realisiert einen Transistor mit einem Suspended Gate, d. h. einem Transistor, dessen Gate-Elektrode nicht mit weiteren Schaltungsteilen verschaltet sein muss. Mit anderen Worten befindet sich ein Potential der Gate-Elektrode in einem Zustand, der nicht von anderen Schaltungsteilen bestimmt ist. Der Transistor 60 ist auf einem Halbleitersubstrat 61, hier positiv dotiertes Silizium, realisiert. Da in 6 nur die Gate-Elektrode 69 gezeigt ist sind die negativ dotierten Bereiche des Substrats 61, die als Source- und Drain-Elektrode fungieren, nicht ersichtlich, da diese außerhalb der Zeichenebene liegen. Auf dem Substrat 61 ist eine erste Isolationsschicht 63a aus Siliziumoxid ausgeführt. Ein Bereich 63a' der Isolationsschicht 63a ist dünner ausgeführt, als die restliche Isolationsschicht 63a, so dass eine Gate-Elektrode 69, die auf den dünner ausgeführten Bereich 63a' angeordnet ist, mit dem Substrat 61 besser elektronisch interagieren kann. In anderen Worten, in dem Bereich unterhalb des verdünnten Bereiches 63a' kann sich vereinfacht ein Kanal des Transistors ausbilden. Auf der ersten Isolationsschicht 63a ist eine zweite Isolationsschicht 63b ausgeführt, die aus Siliziumdioxid gefertigt ist. Diese bildet gemeinsam mit der Gate-Elektrode 69, die aus Polysilizium gefertigt ist, eine auf der ersten Isolationsschicht 63a aufliegende Schicht. Auf der Gate-Elektrode 69 ist eine poröse Matrixstruktur 66 angeordnet, die vorzugsweise aus Aluminiumdioxid oder Quarz besteht. Des Weiteren ist auf der zweiten Isolationsschicht 63b ein Kontaktpunkt 65 ausgeführt. Der Kontaktpunk 65 kann dazu dienen, um beispielsweise eine Source- oder Drain-Elektrode zu kontaktieren. Die beschriebene Struktur ist mit einer Passivierungsschicht 68 abgedeckt, wobei der Kontaktpunkt 65 sowie die poröse Matrixstruktur 66 offengelegt sind. Die poröse Matrixstruktur 66 kann mit einer Funktionalisierungssubstanz beladen werden, bzw. in die poröse Matrixstruktur 66 kann eine Funktionalisierungssubstanz eingebracht werden. Basierend auf der Funktionalisierungssubstanz und einem Fluid oder Gas, das mit der Funktionalisierungssubstanz reagiert, kann eine Ladung in der porösen Matrixstruktur 66 entstehen. Basierend auf der Ladung kann die Gate-Elektrode 69 eine Ladungsänderung erfahren.
Basierend auf der Ladungsänderung der Gate-Elektrode kann sich in einem Bereich unterhalb der Gate-Elektrode 69 ein elektrisch leitender Kanal zwischen einer Source- und Drain-Elektrode bilden. 6b zeigt Transistor 60 in einer Draufsicht, wobei zusätzlich zu den in 6a beschriebenen Strukturen nun die Source-Elektrode 62a sowie die Drain-Elektrode 62b ersichtlich sind. Die Source-Elektrode 62a kann über den Kontakt 62c kontaktiert werden und die Drain-Elektrode 62b kann über den Kontakt 62d kontaktiert werden. Die Kontakte 62c und 62d können beispielsweise Kontakt 65 sein in 6a. Zwischen die Source-Elektrode 62a und die Drain-Elektrode 62b ist die Gate-Elektrode 69 angeordnet, die bei entsprechender Ladung einen leitenden Kanal zwischen der Source-Elektrode 62a und der Drain-Elektrode 62b schalten kann. Zusammenfassend kann über eine Funktionalisierungssubstanz, die in die poröse Matrixstruktur 66 eingebracht ist, basierend auf einer Reaktion der Funktionalisierungssubstanz, eine Ladung auf der Gate-Elektrode 69 induziert werden. Basierend auf der induzierten Ladung auf der Gate-Elektrode 69 kann der Transistor 60 einen variablen Stromfluss ermöglichen. Basierend auf dem variablen Stromfluss kann ein Zustand bzw. eine Zusammensetzung eines Fluids, das mit der porösen Matrixstruktur 66 in Kontakt ist, detektiert werden. Ferner zeigen 6a-b eine Integration einer Alu-basierten Matrixschicht am Beispiel eines Poly-Gate Transistors.
Im Folgenden werden allgemeine Aspekte von Transistoren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung behandelt. Gemäß Ausführungsbeispielen wird auf ein Suspended Gate, aus z.B. Polysilizium, Aluminium aufgebracht, das durch bekannte Prozesse in eine poröse Aluminiumoxidschicht verwandelt werden kann. Anstelle der Aluminiumoxidschicht kann auch poröses Silizium verwendet werden, das durch Oxidation in poröses Quarz umgewandelt wird. Diese nicht leitende Matrix dient zur Aufnahme einer reaktiven Beschichtung (bspw. Funktionalisierungssubstanz). Voraussetzung für eine Sensorfunktion ist, dass diese Beschichtung bei Kontakt zu Analyten (bspw. Gase oder allgemein Fluide) oder Änderung physikalischer Parameter Änderungen ihrer Eigenschaften aufweist. Solche Änderungen können auf z.B. elektronischer Ebene stattfinden und z.B. durch Änderung elektrischer Eigenschaften wie Austrittsarbeit (Kelvin-Potential), Kapazität Widerstand, Polarität, oder optischer Eigenschaften wie z.B. Änderung eines Absorptionsspektrums, Änderung eines Emissionsspektrums sein. Durch ein gezieltes Aufbringen der Ausgangsschichten der Matrix (Vorläufersubstanzen) können gezielt Matrixdicken eingestellt werden, die eine genau definierte Menge der reaktiven Beschichtung aufnehmen. Dadurch können zum Beispiel Empfindlichkeit, Selektivität oder Ansprechzeit variiert werden. Da eine Matrixdicke eine aufgenommene reaktive Substanzmenge (Funktionalisierungssubstanz) bestimmt sind sehr einfache Beschichtungsverfahren möglich, wie z.B. dip-coating (Beschichtung durch Eintauchen in eine Lösung, die die gewünscht Funktionalisierungssubstanz enthält)
7a zeigt eine Halbleitervorrichtung gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, die einen Interdigitalkondensator 70 realisiert. Der Interdigitalkondensator 70 ist in 7a in eine Querschnittszeichnung zu sehen, wobei ein für einen Halbleiterfertigungsprozess typischen Schichtaufbau ersichtlich ist. Auf einem Siliziumsubstrat 71 ist eine erste Isolationsschicht 73a aus Siliziumdioxid angeordnet. Auf der ersten Isolationsschicht 73a befindet sich ein Abschnitt mit einer zweiten Isolationsschicht 73b gefolgt mit einem Abschnitt mit einer Silizium-Nitridschicht 72 gefolgt von einem weiteren Abschnitt der Isolationsschicht 73b. In dem Abschnitt der Nitridschicht 72 sind Leiterbahnen aus Polysilizium 74a und 74b realisiert, die als erste Elektrode 74a und als zweite Elektrode 74b des Interdigitalkondensators 70 dienen. Auf und zwischen den Elektroden 74a und 74b ist eine nicht leitende poröse Matrixstruktur 76 aufgetragen (die in der Halbleiterschaltung gefertigt ist, insbesondere dadurch ersichtlich, dass ein linker Abschnitt 76a der Schicht 76 und ein rechter Abschnitt 76b der Schicht 76 noch aus elementarem Aluminium besteht, da dieser während der Behandlung der Vorläufersubstanz durch Passivierung bedeckt war). Auf einem ersten Segment der zweiten Isolationsschicht 73b ist ein Kontaktpunkt 75 angeordnet, der zum Kontaktieren beispielsweise der ersten Elektrode 74a oder der zweiten Elektrode 74b dienen kann. Des Weiteren ist eine Passivierungsschicht 78 so auf dem Interdigitalkondensator aufgetragen, dass bevorzugt nur der Kontaktpunkt 75 sowie die poröse Matrixstruktur 76 offengelegt sind. In der zweiten Isolationsschicht 73b sowie in der Passivierungsschicht 78 sind Leiterbahnen 77a und 77b realisiert, die zur Kontaktierung einer Vorläufersubstanz genutzt werden können, um die poröse Matrixstruktur 76 mittels anodischer Oxidation herstellen zu können. 7b zeigt den Interdigitalkondensator 70 in einer Draufsicht, wobei der Kontaktpunkt 75a der ersten Elektrode 74b rechteckig ausgeführt ist und von der Passivierung 78 umrandet ist, wobei es sich beispielsweise um Kontaktpunkt 75 handeln kann. Des Weiteren ist Kontaktpunkt 75b zur Kontaktierung der zweiten Elektrode 74b rechteckig ausgeführt und von der Passivierung 78 umrandet. Des Weiteren ist ersichtlich, dass die poröse Matrixstruktur 76 sich flächig über die Leiterbahnen der ersten Elektrode 74a und Leiterbahnen der zweiten Elektrode 74b erstreckt. Des Weiteren ist die Öffnung der Passivierung 78 rechteckig im Bereich der porösen Matrixstruktur 76. Eine der Leiterbahnen 77a oder 77b die zur Kontaktierung der Vorläufersubstanz der porösen Matrixstruktur 76 genutzt werden kann, ist ebenfalls eingezeichnet. Die Leiterbahn 77a oder 77b führen bevorzugt zu einem Wafer-Rand (nicht eingezeichnet) (im Falle der Realisierung auf einem Wafer), und wird vorzugsweise genutzt zur Kontaktierung während eines anodischen Oxidationsvorgangs. Des Weiteren kann die Leiterbahn 77a oder 77b in einem späteren Verfahrensschritt entfernt werden, nachdem die poröse Matrixstruktur 76 gebildet wurde. Ferner beschriebt 7a und b eine Integration einer Alu-basierten Matrixschicht am Beispiel eines Interdigitalkondensators.
Im Folgenden werden allgemeine Aspekte von Kondensatoren gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung behandelt. Gemäß Ausführungsbeispielen wird auf die Kondensatorelektroden eines Interdigitalkondensators eine dünne Isolatorschicht aufgebracht, auf die, wie in Bezug auf die anderen bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele, eine poröse Matrixstruktur aufgebracht wird. Vorzugsweise besteht hier die Matrix aus einem Isolator. Durch Änderung einer Dielektrizitätszahl oder Änderung einer Polarisation einer reaktiven Beschichtung (beispielsweise Funktionalisierungssubstanz in der porösen Matrixstruktur), können Änderungen einer komplexen Impedanz nachgewiesen werden.
Ein weiterer Aspekte gemäß der Erfindung beschreibt eine Erzeugung stabiler reaktiver Beschichtungen für Sensoranwendungen ohne Einschränkung durch Prozessparameter. Des Weiteren beziehen sich Aspekte gemäß der Erfindung auf Sensorikanwendungen (Gassensorik, Sensorik in Flüssigkeiten).
Im Folgenden sind zwei Ausführungsbeispiele für die Herstellung von Matrixschichten und anschließender Funktionalisierung mit einer Sensorbeschichtung beschrieben. Diese Schichten können als integraler Bestandteil von Halbleiterherstellungsprozessen eingesetzt werden.
Ausführungsbeispiel Aluminium
Fotodioden werden in üblicher Weise einschließlich Kontaktlochöffnen hergestellt, danach erfolgt eine ganzflächige Aluminiumabscheidung mit der für die Kontaktierung üblichen Dicke (typischerweise 0,7 - 1,0 µm), dann erfolgt die Strukturierung des Aluminiums. Nach Entfernen eines Fotolacks und den üblichen Reinigungssequenzen wird nochmals Aluminium mit einer für die Matrixschichtbildung notwendigen Dicke (0,1 -10 µm, vorzugsweise 300 nm) abgeschieden. Es erfolgt eine weitere Strukturierung des Aluminiums, die sowohl elektrischen Kontakte, als auch Matrixstrukturen enthält. Die Matrixstrukturen sind untereinander elektrisch leitend verbunden und bilden bevorzugt am Waferrand eine zusammenhängende Elektrode. Nach Entfernen der Fotolackschicht und Reinigungssequenzen wird eine Passivierungsschicht bevorzugt aus Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid abgeschieden und in bekannter Weise mittels Ätzprozessen strukturiert. Hierbei werden die elektrischen Anschlüsse, sowie die Matrixfelder und der Randkontakt freigelegt. Der Wafer wird in eine Elektrolytlösung eingebracht, die zur Verbesserung einer Leitfähigkeit die üblichen Substanzen wie z.B. Schwefel- oder Oxalsäure enthalten kann. Durch selektives Anlegen einer Spannung (5V - 25 V mit der die Porengröße eingestellt wird, vorzugsweise 9V) an einen Randkontakt des Wafers werden selektiv die Matrixfelder modifiziert ohne dass weitere elektrischen Anschlüsse eine Veränderung erfahren. Als Kathode werden die üblichen Materialien (bspw. Platin) eingesetzt. Nach den üblichen Aufbereitungsschritten wird der gesamte Wafer in eine Funktionalisierungslösung eingebracht. Im Anschluss kann ein Verdichtungsschritt zur Stabilisierung einer Sensorschicht, z.B. mit Wasser oder Wasserdampf erfolgen.
Ausführungsbeispiel poröses Silizium
Eine integrierte Schaltung wird in üblicher Weise hergestellt. Mit Widerständen aus porösem Silizium, die mit entsprechenden Materialien funktionalisiert sind, können Sensorsignale generiert werden. Zur Unterdrückung von Störgrößen eignen sich besonders Brückenschaltungen mit denen z.B. Temperatureffekte minimiert werden können. Zur Herstellung von Widerständen aus porösem Silizium wird als chemische Stoppschicht Siliziumnitrid abgeschieden. Auf dieser Schicht wird leitfähiges polykristallines Silizium abgeschieden. Mit der Abscheidetemperatur kann die Korngröße der Kristallite eingestellt werden. Üblicherweise werden Schichtdicken von 0,1 - 1 µm abgeschieden. Diese Schichtdicke definiert eine Matrixdicke aus porösem Silizium. Weitere Prozessschritte beinhalten Zwischenoxidabscheidung, Kontaktlochätzung, Metallisierung, Metallstrukturierung und Passivierung. Zur Herstellung der porösen Siliziumschicht wird nun die Polysiliziumschicht durch Entfernen von Zwischenoxid und Passivierungsschicht freigelegt. Eine Schutzschicht aus Fotolack deckt, bis auf die zu bearbeitende Polysiliziumschicht, alle anderen Strukturen ab. Dieser so vorbereitete Wafer wird in Flusssäure getaucht und, wie auch unter 1 beschrieben, am Rand kontaktiert und eine Spannung angelegt. Mit Hilfe dieser Spannung wird das polykristalline Silizium anodisch oxidiert und das entstehende Siliziumdioxid durch Flusssäure aufgelöst. Als Kathode werden die üblichen Materialien eingesetzt (z.B. Platin). Eine Porengröße kann durch die angelegte Spannung und die Kristallitgröße des Polysiliziums eingestellt werden. Der Fotolack wird mit einem einen Lösungsmittel entfernt, das kein Wasser aufnimmt, um die Poren nicht zu entwässern und so mit Fotolackresten zu verunreinigen. Die Funktionalisierung kann nun in zwei verschiedenen Weisen durchgeführt werden. In einer ersten Variante wird das poröse Si nicht getrocknet, sondern mit geeigneten Lösemitteln in denen die Funktionalisierungssubstanzen gelöst sind, konditioniert. Bei einer zweiten Variante wird das poröse Si in der bekannten Weise getrocknet, so dass die Poren erhalten bleiben. Danach werden die gelösten Funktionalisierungssubstanzen aufgebracht. Die anschließende Trockungsprozedur ist vom Lösemittel abhängig. Bei Wasser können üblichen Trocknungsverfahren wie z.B. überkritische Trocknung oder Pentantrocknung angewendet werden.
Falls ein Versiegeln der Poren notwendig sein sollte, kann dies z.B. mittels Wasserdampf oder einen Plasmaprozess erfolgen.
Funktionalisierungssubstanzen
Funktionalisierungssubstanzen können zum Beispiel Sensormaterialien sein. Solche Sensormaterialien reagieren gezielt mit Analyten, z. B. Zielgasen, Ionen, neutralen Molekülen mit reaktiven Gruppen oder auf physikalische Einflüsse und ändern als Folge ihre Eigenschaften. Diese Änderungen können chemische Funktionalität und/oder physikalische Eigenschaften betreffen. Diese Änderungen können Dipolmomentänderungen, Ladungsänderungen oder andere Effekte sein, die sich dann z. B. als optische Eigenschaften (Absorption, Lumineszenz, Brechzahl) und/ oder elektrische Eigenschaften (Leitwert, Austrittsarbeit) auswerten lassen.
Über die Wahl eines chemischen Grundgerüstes der Funktionalisierungssubstanz können die bereits genannten Eigenschaften begünstigt, verstärkt oder erst hervorgebracht werden. So können z.B. Farbwechsel (Dipolmomentänderungen), Ladungsänderungen oder weiter physikalische Effekte erzeugt werden, die sich optisch oder elektrisch auswerten lassen.
Durch eine Einlagerung von Funktionalisierungssubstanzen in poröses Aluminiumoxid oder Silizium kann auf eine Fixierungssubstanz verzichtet werden. Diese Art der Fixierung bietet einige Vorteile gegenüber bekannten Fixierungsmethoden, wie einer Anbindung über Ankergruppen oder der Einbettung in Polymermatrizen. Die Anbindung über Ankergruppen ist oft nur durch erheblichen synthetischen Aufwand umsetzbar oder gar nicht möglich. Eine Fixierung von Funktionalisierungssubstanzen durch Einbettung in Polymermaterialien kann das Ansprechverhalten der Funktionalisierungssubstanzen ggf. nachteilig beeinflussen (z. B. kann die Diffusion von Zielgasen behindert werden). Zudem kann durch eine Alterung der Polymermaterialien, die oft mit deren Zersetzung verbunden ist, ein ungewollter Einfluss auf die Funktionalisierungssubstanzen eintreten.
Durch die Einlagerung der Funktionalisierungssubstanzen in poröses Aluminiumoxid oder Silizium kann hingegen die Reaktion mit dem Analyten ohne störende Matrixeinflüsse stattfinden.
Um das Eindringen der Funktionalisierungssubstanzen in die Poren zu gewährleisten, müssen Oberflächen für die jeweilige Substanzgruppe benetzbar sein, um eine größtmögliche Beladung zu ermöglichen. Erweist sich das unbehandelte poröse Aluminiumoxid oder Silizium nicht als geeignet, kann die Stoffaufnahme des porösen Aluminiumoxids oder Siliziums mit den gängigen Oberflächenfunktionalisierungen begünstigt werden.
Beispiele
Ein Beispiel für eine funktionelle Gruppe (einer Funktionalisierungssubstanz) ist eine Aminogruppe für eine Detektion von CO₂. R-NH₂ _{(funktionelle} _Gruppe) + CO₂ _(gas) → R-NHCOO^- + H⁺
Die an die Funktionalisierungssubstanz angehängte Aminogruppe reagiert mit CO₂ zu einer Carbamidsäure. Aufgrund der Säurebildung können Änderungen in den physikalischen und chemischen Eigenschaften abgeleitet werden (wie z.B. Änderung des pH-Wertes oder elektrische Leitfähigkeit).
Beispiele an Analyten (beispielsweise Fluide oder Gase)
Flüchtige Organische Verbindungen wie aus den Stoffgruppen der Alkane, Alkohole, Aldehyde, Ester, Ether, Ketone, Carbonsäuren, Amine, Nitroverbindungen (beispielsweise TNT)
Anorganische Gase wie Kohlenstoffdioxid, Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Stickoxide, Schwefeldioxid, Ammoniak, Chlorwasserstoff,
Beispiele an Funktionalisierungssubstanzen
Triphenylmethan-Farbstoffe, Azofarbstoffe, Stilben-Farbstoffe, ORMOCER®e, quartäre Ammoniumverbindungen, Porphyrine (Metallkomplexe).
Die hierin beschriebenen Funktionalisierungssubstanzen sind lediglich exemplarischer Natur und sollen nicht zur Einschränkung des Schutzbereichs auf die genannten Funktionalisierungssubstanzen dienen.
Beispiele für chemische Reaktionen
Oxidative oder Reduktive Reaktionen, Säure/Basen Reaktionen, Ligandenbindung an aktive Metallkomplexe
Im Folgenden werden Vorteile der erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele gegenüber herkömmlichen Bauteilen diskutiert.
Transistoren
Direktes Aufbringen der Substanzen in dünnen Schichten bei Temperaturen oder mit Verfahren, die die Substanzen nicht zerstören (Aufdampfen von Metallen, Sputtern, Chemical Vapour Deposition (CVD)). Somit steht nur eine geringe Anzahl von Substanzen zu Verfügung und es können nur wenige Analyten nachgewiesen werden.
Widerstände
Beheizte poröse Massen, die mit Platin oder ähnlichem beschichtet sind, und brennbare Gase nachweisen, indem eine Widerstandsänderung hervorgerufen wird. Diese Methode ist sehr unspezifisch. Eine weitere Methode verwendet Nanotubes, die mit Indikatormaterialien beschichtet sind und ebenfalls wieder mit Widerstandsänderungen auf das Vorhandensein von Gasen reagieren. Hier fehlen massenfertigungstaugliche Verfahren zu sicheren Kontaktierung der Nanotubes.
Kondensatoren
Diese Kondensatoren kommen in zwei Ausführungsformen vor, Interdigitalkondensatoren und Kondensatoren mit poröser Elektrode, welche mit dielektrischen Indikatorematerialien beschichtet sind. Üblicherweise wird hier nur die Luftfeuchteänderung nachgewiesen, die zu einer Kapazitätsänderung führt. Eine Integration in den Herstellungsprozess von Halbleiterkomponenten schränkt die Auswahl der geeigneten dielektrischen Indikatorschichten deutlich ein, da die Prozessparameter Rahmenbedingungen vorgeben (z.B. Temperatur), für die viele, besonders organische, Materialien nicht geeignet sind.
Fotodioden
Im Herstellungsprozess beschichtete Fotodioden sind nur als Farbdetektoren bekannt (Kameras). Fotodioden mit im Prozess aufgebrachten Indikatorschichten sind aktuell nicht bekannt.
Die oben aufgezeigten herkömmlichen Lösungen bedienen sich äußerst unterschiedlicher Verfahren und sind meist nicht direkt in einen Herstellungsprozess integrierbar. Ebenso wenig sind die Indikatorschichten nach Prozessende beliebig modifizierbar.
Das hier vorgestellte Verfahren lässt sich leicht in einen Herstellungsprozess integrieren und die Modifikation der Beschichtung unterschiedlichsten Bedürfnissen anpassen.
Das jeweilige Bauelement, wie Transistor, Widerstand, Kondensator und Fotoempfänger (Fotodiode), können mit der gleichen Herstellungsmethode zu Sensorkomponenten modifiziert werden. Dazu wird in den jeweiligen sensitiven Bereich (zu sensibilisierenden Bereich) des Bauelements eine poröse leitende oder nicht leitende Schicht eingebracht, die als Matrix dient in der eine reaktive Beschichtung immobilisiert wird. Diese Beschichtung kann auch nach Herstellung des Bauelements erzeugt werden.

Claims

Verfahren (10) zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) mit: Bereitstellen (11) einer Trägerstruktur (20a, 30a, 40a), die ein Halbleitersubstrat (21, 22, 23, 31, 32a, 32b, 33, 41, 43a, 43b, 51, 61, 63a, 63b, 71, 73a, 73b) aufweist; Aufbringen (12) oder Einbringen einer Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) auf oder in die Trägerstruktur (20a, 30a, 40a); Behandeln (13) der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) zum Erzeugen einer porösen Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76); Einbringen (14) einer Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76).
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Behandeln der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) eine anodische Oxidation der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei während der anodischen Oxidation der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) eine Spannung an die Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) angelegt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren ein Aufbringen einer Passivierungsschicht (28, 38, 48, 68, 78) nach dem Aufbringen der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) und vor dem Behandeln der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) aufweist, wobei die Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) durch die aufgebrachte Passivierungsschicht (28, 38, 48, 68, 78) teilweise bedeckt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Vorläufersubstanz aus Aluminium oder Polysilizium besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) auf das Halbleitersubstrat, eine Oxidschicht (23, 33) der Trägerstruktur, eine Nitridschicht (42, 72) der Trägerstruktur oder eine Halbleiterschicht (69) der Trägerstruktur aufgebracht wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Funktionalisierungssubstanz auf einem Triphenylmethan-Farbstoff, einem Azofarbstoff, einem Stilben-Farbstoff, ORMOCER^®e, einer quartären Ammoniumverbindungen oder einem Metallkomplex basiert.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) mit: einem Halbleitersubstrat (21, 22, 31, 32a, 32b, 41, 51, 61, 71); wobei das Halbleitersubstrat (21, 22, 31, 32a, 32b, 41, 51, 61, 71) eine Mehrzahl von integrierten Schaltungsstrukturen (25b, 25b', 24b, 35b, 35c, 32c', 32d', 45, 52, 65, 62a, 62b, 62c, 62d, 69, 75a, 75b, 74a, 74b) aufweist; wobei die integrierten Schaltungsstrukturen (25b, 25b', 24b, 35b, 35c, 32c', 32d', 45, 52, 65, 62a, 62b, 62c, 62d, 69, 75a, 75b, 74a, 74b) eine Schicht mit einer porösen Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) aufweisen, wobei eine Funktionalisierungssubstanz in die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) eingebracht ist.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) nach Anspruch 8, die nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 hergestellt wurde.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei die Schicht mit der porösen Matrixstruktur ohne ein Haftmittel durch chemische Bindung in die Halbleitervorrichtung integriert ist.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Funktionalisierungssubstanz ein Sensormaterial ist, und wobei das Sensormaterial eine Eigenschaft aufweist, die von einem Zustand eines Fluids, das mit dem Sensormaterial in Berührung ist, abhängt.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) nach Anspruch 11, wobei die Schaltungsstrukturen ausgebildet sind, eine oder die Eigenschaft des Sensormaterials zu erfassen, und wobei Halbleitervorrichtung ausgelegt ist, um einen Zustand des Fluids basierend auf der Eigenschaft des Sensormaterials zu erfassen.
Halbleitervorrichtung (40b, 50) gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei das Sensormaterial ausgelegt ist, basierend auf einem Zustand des Fluids eine Leitfähigkeit der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen und, wobei die Halbleitervorrichtung ausgelegt ist, basierend auf der beeinflussten Leitfähigkeit einen Zustand des Fluids zu erfassen.
Halbleitervorrichtung (20d, 50) gemäß Anspruch 11 oder Anspruch 12, wobei die integrierten Schaltungsstrukturen einen optisch sensitiven Bereich (22) aufweist, wobei die poröse Matrixstruktur (26b) in einer Lichteinfallsrichtung des optisch sensitiven Bereichs (22) angeordnet ist, und wobei das Sensormaterial ausgelegt ist basierend auf einem Zustand des Fluids ein elektrisches Signal des optisch sensitiven Bereichs (22) zu beeinflussen, und wobei die Halbleitervorrichtung (20d, 50) ausgelegt ist basierend auf der Beeinflussung des elektrischen Signals einen Zustand des Fluids zu erfassen.
Halbleitervorrichtung (20d, 50) gemäß Anspruch 14, wobei der optisch sensitive Bereich (22) ausgelegt ist Licht durch die poröse Matrixstruktur (26b) zu empfangen, wobei das Licht basierend auf einem Zustand des Fluids eine Absorption durch das Sensormaterial in der porösen Matrixstruktur (26b) erfährt.
Halbleitervorrichtung (20d, 50) gemäß Anspruch 14, wobei der optische sensitive Bereich (22) ausgelegt ist Licht zu empfangen, das basierend auf einer Reaktion des Fluids und des Sensormaterials durch Lumineszenz in der porösen Matrixstruktur erzeugt wird.
Halbleitervorrichtung (20d, 50) gemäß Anspruch 14, wobei der optisch sensitive Bereich (22) ausgelegt ist Licht zu empfangen, wobei das Licht basierend auf einem Zustand des Fluids eine Brechung in der porösen Matrixstruktur (26b) erfährt, und wobei die Halbleitervorrichtung ausgelegt ist basierend auf der Brechung den Zustand oder einen Zustand des Fluids zu erfassen.
Halbleitervorrichtung (50, 70) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei das Sensormaterial ausgelegt ist basierend auf einem Zustand des Fluids einen kapazitiven oder resistiven Anteil einer Kapazität der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen, und wobei die Halbleitervorrichtung (50, 70) ausgelegt ist basierend auf der beeinflussten Kapazität einen Zustand des Fluids zu erfassen.
Halbleitervorrichtung (30c, 50, 60) gemäß einem der Ansprüche 10 bis 18, wobei das Sensormaterial ausgelegt ist basierend auf einem Zustand des Fluids eine Austrittsarbeit eines Halbleiterbauteils der integrierten Schaltungsstrukturen zu beeinflussen und, wobei die Halbleitervorrichtung (30c, 50, 60) ausgelegt ist basierend auf der beeinflussten Austrittsarbeit einen Zustand des Fluids zu erfassen.
Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 19, wobei die poröse Matrixstruktur auf einem elektrisch leitenden Material basiert.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 50, 60, 70) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 19, wobei die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 66, 76) auf einem elektrisch isolierenden Material basiert.
Halbleitervorrichtung (20d, 50) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 21, wobei die poröse Matrixstruktur (26b) optisch transparent ist.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 22, wobei die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) auf einer Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) basiert, und wobei eine Dicke der porösen Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) auf einer Dicke der Vorläufersubstanz (26a, 36a, 46a) basiert.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 23, wobei die Funktionalisierungssubstanz auf einem Triphenylmethan-Farbstoff, einem Azofarbstoff, einem Stilben-Farbstoff, ORMOCERe, einer quartären Ammoniumverbindungen oder einem Metallkomplex basiert.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 24, wobei die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) auf das Halbleitersubstrat, eine Oxidschicht (23, 33) der Trägerstruktur, eine Nitridschicht (42, 72) der Trägerstruktur oder eine Halbleiterschicht (69) der Trägerstruktur aufgebracht ist.
Halbleitervorrichtung (20d, 30c, 40b, 50, 60, 70) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 25, wobei die poröse Matrixstruktur (26b, 36b, 46b, 66, 76) aus Aluminiumoxid, Quarz oder porösen Silizium besteht.
Halbleitervorrichtung (50) gemäß Anspruch 8, wobei die Funktionalisierungssubstanz ausgelegt ist eine Bindung mit einer weiteren porösen Matrixstruktur durchzuführen, wobei die weitere poröse Matrixstruktur mit der Funktionalisierungssubstanz behaftete ist.