JP6004614B2 - Manufacturing method for chemically sensitive field effect transistors - Google Patents

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    • G01N27/26Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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    • G01N27/414Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS
    • G01N27/4141Ion-sensitive or chemical field-effect transistors, i.e. ISFETS or CHEMFETS specially adapted for gases

Description

本発明は、とりわけガスセンサ用の化学的感受性電界効果トランジスタである電界効果トランジスタの製造方法、ならびにその種の電界効果トランジスタとその使用法に関する。   The present invention relates to a method of manufacturing a field effect transistor, which is a chemically sensitive field effect transistor especially for gas sensors, and to a field effect transistor of this kind and its use.

化学的ガスセンサ用のセンサ素子は、電界効果トランジスタおよびワイドバンドギャップ半導体材料に基づくものであり、現在は半導体技術の標準材料をもっぱら使用して構築される。しかし化学的ガスセンサは、非常に薄い脆弱なゲート絶縁層と、このゲート絶縁層の上に配置された検知層とを備えるいわゆる「開放した」ゲートを必要とする。   Sensor elements for chemical gas sensors are based on field effect transistors and wide bandgap semiconductor materials and are currently built exclusively using standard materials in semiconductor technology. However, chemical gas sensors require a so-called “open” gate comprising a very thin fragile gate insulating layer and a sensing layer disposed on the gate insulating layer.

電気特性を悪化させ、安定性を損なうことになるゲート絶縁層の金属汚染(障害箇所)と、たとえば別の構成部材からの温度負荷を回避するために、ゲート絶縁層の作製は通常は、製造プロセスの開始時(フロントエンド)に行われる。従来のトランジスタのための公知の製造方法では、ゲート絶縁層の作製直後に、そこに持続的に残る導電性材料製のゲート電極層によってこのゲート絶縁層が覆われる。   Gate insulation layers are usually manufactured to avoid metal contamination (failure points) in the gate insulation layer, which can degrade electrical properties and impair stability, and for example, to avoid temperature loads from other components. Performed at the start of the process (front end). In known manufacturing methods for conventional transistors, the gate insulating layer is covered with a gate electrode layer made of a conductive material which remains there immediately after the gate insulating layer is produced.

しかそのため、多数のさらなるプロセス、たとえばリソグラフ、被覆、エッチングおよびスパッタリングの際にゲート絶縁層の材料が、これらに結び付いた物理的および化学的影響に曝されてしまい、そのために、ゲート電極層として化学検知層を備える化学的感受性電界効果トランジスタを製造するための措置が適しないか、または以降の処理ステップを強く制限しないとならない。   However, during many additional processes, such as lithographic, coating, etching and sputtering, the material of the gate insulating layer is exposed to the physical and chemical effects associated therewith, and as a result, the gate electrode layer is chemically treated. Measures to manufacture a chemically sensitive field effect transistor with a sensing layer are not suitable or must severely limit subsequent processing steps.

したがってたとえば公知の製造方法の枠内では、以降の処理ステップで、ゲート絶縁層またはゲート電極層のような同じ材料からなる層を構築し、構造化することができない。なぜならこれらの層が開放していると、ゲート絶縁層またはゲート電極層も侵襲され、除去されてしまうことになるからである。   Thus, for example, within the framework of a known manufacturing method, a layer made of the same material, such as a gate insulating layer or a gate electrode layer, cannot be constructed and structured in subsequent processing steps. This is because if these layers are open, the gate insulating layer or the gate electrode layer is also invaded and removed.

この理由からたとえば公知の製造方法では、酸化フィールドの取付けおよび構造化の後にゲート絶縁層が初めて形成される。   For this reason, for example, in known manufacturing methods, the gate insulating layer is formed for the first time after the attachment and structuring of the oxidation field.

同様に公知の製造方法では、以降に構築される金属層の構造化が通例は、湿式化学リフトオフ法によってだけ行われる。なぜなら乾式エッチングもゲート絶縁層を侵襲することがあるからである。   Similarly, in the known production method, the structuring of the metal layer that is subsequently constructed is usually performed only by the wet chemical lift-off method. This is because dry etching may also invade the gate insulating layer.

本発明の課題は、使用可能な処理技術と材料の数、ならびに処理技術の順序における変更可能性を高めることである。   The object of the present invention is to increase the possibility of changes in the number of processing techniques and materials that can be used and the order of the processing techniques.

本発明の対象は、とりわけガスセンサ用の化学的感受性電界効果トランジスタである電界効果トランジスタの製造方法であって、
a)半導体材料からなる基板層、とりわけウェハを準備するステップ、
b)ゲート絶縁層を基板層の上に形成/取り付けるステップ、
c)少なくとも一つのゲート絶縁保護層をゲート絶縁層の上に形成/取り付けるステップ、
d)ゲート絶縁保護層を完全にまたは部分的に除去するステップ、
そして
e)ゲート電極層(検知層)をゲート絶縁層の上に、またはゲート絶縁保護層の残った部分の上に形成/取り付けるステップ、
を含む製造方法である。
The subject of the present invention is a method of manufacturing a field effect transistor, in particular a chemically sensitive field effect transistor for a gas sensor,
a) preparing a substrate layer of semiconductor material, in particular a wafer;
b) forming / attaching a gate insulating layer on the substrate layer;
c) forming / attaching at least one gate insulating protective layer on the gate insulating layer;
d) completely or partially removing the gate insulating protective layer;
And e) forming / attaching a gate electrode layer (sensing layer) on the gate insulating layer or on the remaining portion of the gate insulating protective layer;
It is a manufacturing method containing.

本発明の方法は、ゲート絶縁層がゲート絶縁保護層により、環境の影響から保護されているという利点を有する。たとえば方法ステップc)は、方法ステップc)と方法ステップd)の間で有利にはさらにプロセス化することができ、とりわけさらに処理することができ、たとえばバックスパッタリングのような有利な方法ステップを実施することができる。このことは「開放した」ゲート絶縁層を伴う公知の方法の枠内では不可能であった。有利には、処理技術のシーケンスで使用可能な処理技術および材料ならびに変形可能手段の数を格段に高めることができる。さらにゲート絶縁保護層は、輸送保護部として、および個別化の際の汚染保護部として用いることができ、たとえばゲート電極層(検知層)を形成する直前に除去することができる。とりわけゲート絶縁保護層は部分的に、ゲート絶縁層の構成部分となることができる。これはゲート絶縁保護層の一部またはゲート絶縁保護層が、ゲート絶縁層の上に、または電界効果トランジスタの別の領域の上にも残されることによって行われる。さらにゲート絶縁保護層により、有利には方法ステップc)とd)の間で形成された層の位置およびエッジ形状を調整することができる。とりわけ導電性ゲート絶縁保護層により、ゲート絶縁層の完全性を検査することができる。   The method of the present invention has the advantage that the gate insulating layer is protected from environmental influences by the gate insulating protective layer. For example, method step c) can advantageously be further processed between method step c) and method step d), in particular it can be further processed, for example performing an advantageous method step such as backsputtering. can do. This was not possible within the framework of known methods with “open” gate insulation layers. Advantageously, the number of processing techniques and materials and deformable means that can be used in a sequence of processing techniques can be significantly increased. Furthermore, the gate insulating protective layer can be used as a transport protective portion and as a contamination protective portion at the time of individualization, and can be removed, for example, immediately before forming the gate electrode layer (detecting layer). In particular, the gate insulating protective layer can be part of the gate insulating layer. This is done by leaving part of the gate insulating protective layer or the gate insulating protective layer on the gate insulating layer or on another region of the field effect transistor. Furthermore, the gate insulating protective layer advantageously allows the position and edge shape of the layer formed between method steps c) and d) to be adjusted. In particular, the integrity of the gate insulating layer can be checked by means of a conductive gate insulating protective layer.

好ましくは、ゲート絶縁保護層の少なくとも複数は、方法ステップc)とd)の間で実施される方法ステップに対して耐性があり、これにより、方法ステップc)とd)の間で実施される方法ステップ中に、ゲート絶縁層を環境の影響に対して保護する。とりわけゲート絶縁保護層は、好ましくはゲート絶縁層から選択的に除去することができる。   Preferably, at least a plurality of the gate insulating protective layers are resistant to the method steps performed between method steps c) and d), so that they are performed between method steps c) and d). During the method steps, the gate insulating layer is protected against environmental influences. In particular, the gate insulating protective layer can preferably be selectively removed from the gate insulating layer.

方法ステップc)の前に本方法は好ましくは、とりわけガスプラズマ処理により、たとえば剥離および/または汚れ除去により、またはバックスパッタリングにより、および/または湿式または乾式化学エッチングにより、および/またはたとえば酸素含有雰囲気中での熱処理により、またはそれらの組合せにより、ゲート絶縁層をクリーニングする方法ステップc0)を含む。このようにして有利には、有機成分を除去し、電界効果トランジスタの機能性を改善することができる。ガスプラズマ処理は、純粋ガス中で、またはたとえばアルゴン、酸素および/または窒素の混合ガス中で行うことができる。バックスパッタリングは、たとえばアルゴン、窒素および/または酸素を使用して行うことができる。湿式化学的エッチングはたとえば、HF含有の緩衝溶液中で行うことができる。乾式エッチングはたとえば、CFまたはSF含有の雰囲気中で行うことができる。たとえばクリーニングの際に、層厚は、≧2nmから≦30nmの範囲に除去される。 Prior to method step c), the method is preferably inter alia by gas plasma treatment, for example by stripping and / or soil removal, or by backsputtering and / or by wet or dry chemical etching, and / or for example an oxygen-containing atmosphere Method step c0) of cleaning the gate insulating layer by heat treatment in or by a combination thereof. In this way, advantageously, organic components can be removed and the functionality of the field effect transistor can be improved. The gas plasma treatment can be performed in pure gas or in a mixed gas of, for example, argon, oxygen and / or nitrogen. Backsputtering can be performed using, for example, argon, nitrogen and / or oxygen. Wet chemical etching can be performed, for example, in a buffer solution containing HF. Dry etching can be performed, for example, in an atmosphere containing CF 4 or SF 6 . For example, during cleaning, the layer thickness is removed in the range of ≧ 2 nm to ≦ 30 nm.

好ましくは方法ステップc)は、方法ステップb)またはc0)に(直接)続いて行われる。   Preferably method step c) is carried out (directly) following method step b) or c0).

ゲート絶縁保護層は、方法ステップc)でとりわけ平坦に、または完全に平坦に形成または取り付けることができる。   The gate insulating protective layer can be formed or attached particularly flat or completely flat in method step c).

方法の実施形態では、方法ステップc)で、異なる材料からなる二つ以上のゲート絶縁保護層が順次に形成または取り付けされる。   In a method embodiment, in step c), two or more gate insulating protective layers of different materials are formed or attached in sequence.

ゲート絶縁保護層が複数ある場合、個々のゲート絶縁保護層の材料とそれらの順番は、好ましくは後の方法ステップ、とりわけ方法ステップc)とd)の間で整合される。ここで個々の材料は、とりわけ後続の方法ステップc)とd)の間の個別の方法ステップに対して高い(物理的および/または化学的)耐性または不活性度を有するように選択することができる。これにより、ゲート絶縁保護層系全体は、同じ耐性または不活性度を有する個々のゲート絶縁保護層よりも小さな全体厚を有することができる。   In the case of a plurality of gate insulating protective layers, the materials of the individual gate insulating protective layers and their order are preferably matched between the subsequent method steps, in particular method steps c) and d). Here, the individual materials can be chosen to have a high (physical and / or chemical) resistance or inertness, in particular for the individual method steps between subsequent method steps c) and d). it can. This allows the entire gate insulation protection layer system to have a smaller overall thickness than individual gate insulation protection layers having the same resistance or inertness.

方法のさらなる実施形態の枠内で、方法ステップc)では、物理的切削法または乾式エッチング、とりわけバックスパッタリング、イオンビームエッチング(IBE)または反応性イオンビームエッチング(RIBE)に対して耐性ある材料、たとえば炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化チタン、浸炭窒化ケイ素からなるゲート絶縁保護層を形成または取り付ける前に、湿式化学的エッチングにより溶解または剥離可能な材料、たとえば金属アルミニウムおよび/またはニッケルからなるゲート絶縁保護層が形成または取り付けされる。このようにして外側ゲート絶縁保護層は、物理的切削または乾式エッチングの際にゲート絶縁層を保護することができ、その下にある、湿式化学的エッチングで溶解または剥離可能なゲート絶縁保護層を溶解または剥離することによって剥離することができる。   Within the framework of a further embodiment of the method, method step c) comprises a material resistant to physical cutting or dry etching, in particular back sputtering, ion beam etching (IBE) or reactive ion beam etching (RIBE), Gate insulation protection made of a material that can be dissolved or stripped by wet chemical etching, for example metal aluminum and / or nickel, before forming or attaching a gate insulation protection layer made of silicon carbide, silicon nitride, titanium nitride, silicon carbonitride, etc. A layer is formed or attached. In this way, the outer gate insulating protective layer can protect the gate insulating layer during physical cutting or dry etching, and the underlying gate insulating protective layer that can be dissolved or peeled off by wet chemical etching. It can be peeled by dissolving or peeling.

ゲート絶縁保護層に対する材料として、とりわけ非結晶シリコンまたは多結晶シリコンが適している。なぜならシリコンは、いずれにしろ基板の構成部分であり、通例は絶縁層でもあるからである。これに対して択一的にまたは補完的に、他の材料も可能である。たとえば後で容易に除去できる金属としての金属アルミニウムおよび/またはニッケル、または窒化ケイ素、または有機材料層または有機材料を有する層、または二酸化ケイ素と比較して選択的に除去可能な他の絶縁材料が適する。   As a material for the gate insulating protective layer, amorphous silicon or polycrystalline silicon is particularly suitable. This is because silicon is in any case a component of the substrate and is usually also an insulating layer. Other materials are possible as an alternative or in addition to this. For example, metallic aluminum and / or nickel as a metal that can be easily removed later, or silicon nitride, or an organic material layer or layer with an organic material, or other insulating material that can be selectively removed compared to silicon dioxide Suitable.

したがってさらなる実施形態の枠内で、方法ステップc)では一つまたは複数のゲート絶縁保護層が形成または取り付けされ、このゲート絶縁保護層は、
・ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ジルコニウムケイ酸塩、酸化ハフニウム、ハフニウムケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される材料、および/または
・ケイ素(Si)、ホウ素(B)、炭素(C)および窒素(N)の混合物、および/または
・ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、酸化物(O)および窒化物(N)の、SiAlONとも称される混合物、および/または
・アルミニウムおよび/またはニッケル、および/または
・ケイ素、たとえば非結晶ケイ素または多結晶ケイ素、とりわけ多結晶ケイ素および/またはチタンおよび/またはタンタルおよび/またはニオブ、および/または
・浸炭窒化ケイ素、および/または
・炭化ケイ素、たとえば非結晶炭化ケイ素または多結晶炭化ケイ素、とりわけ導電性の低い炭化ケイ素、および/または
・窒化ケイ素および/または窒化チタンおよび/または窒化タンタル、および/または
・酸化ケイ素および/または酸化チタン、および/または
・有機材料を含み、またはそれらから作製することができる。
Thus, within the framework of further embodiments, method step c) forms or attaches one or more gate insulating protective layers, which gate insulating protective layers are
Oxides, nitrides, and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium, and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafnium silicate A material selected from the group consisting of salts, and mixtures thereof, and / or a mixture of silicon (Si), boron (B), carbon (C) and nitrogen (N), and / or silicon (Si), A mixture of aluminum (Al), oxide (O) and nitride (N), also referred to as SiAlON, and / or aluminum and / or nickel, and / or silicon, such as amorphous silicon or polycrystalline silicon, In particular polycrystalline silicon and / or titanium and / or tantalum And / or niobium, and / or silicon carbonitride, and / or silicon carbide, such as amorphous silicon carbide or polycrystalline silicon carbide, especially low conductivity silicon carbide, and / or silicon nitride and / or titanium nitride And / or tantalum nitride, and / or silicon oxide and / or titanium oxide, and / or organic materials, or can be made from them.

方法ステップc)で一つまたは複数の導電性ゲート絶縁保護層が形成または取り付けされる場合、これらは好ましくは方法ステップd)でとりわけ完全に除去される。   If one or more conductive gate insulating protective layers are formed or attached in method step c), these are preferably removed completely completely in method step d).

方法ステップc)で形成または取付されたゲート絶縁保護層は、たとえば10≧nmから≦10μmの範囲、とりわけ50≧nmから≦1000nmの範囲、たとえば≧50nmから≦500nmの範囲の全体厚dを有することができる。   The gate insulating protective layer formed or attached in method step c) has an overall thickness d, for example in the range 10 ≧ nm to ≦ 10 μm, in particular in the range 50 ≧ nm to ≦ 1000 nm, for example in the range ≧ 50 nm to ≦ 500 nm. be able to.

ゲート絶縁保護層は方法ステップc)で、たとえば物理蒸着(PVD、physical vapour deposition)、たとえばスパッタリング、または反応スパッタリング、または化学気相成長(CVD、chemical vapour deposition)、たとえば低圧化学気相成長(LPCVD、low pressure chemical vapour deposition)、またはプラズマCVD(PECVD、plasma enhanced chemical vapour deposition)またはアトミックレイヤーデポジション(ALD、atomic layer deposition)、またはこれら方法の組合せによって形成または取り付けることができる。   The gate insulating protective layer is applied in method step c), for example physical vapor deposition (PVD), eg sputtering, or reactive sputtering, or chemical vapor deposition (CVD), eg low pressure chemical vapor deposition (LPCVD). , Low pressure chemical vapor deposition), or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or atomic layer deposition (ALD), or a combination of these methods.

たとえば方法ステップc)では、
・まず、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される誘電材料からなる少なくとも一つのゲート絶縁保護層、そして
・次に、ケイ素(Si)、ホウ素(B)、炭素(C)および窒素(N)からなる混合物、および/またはSiAlONとも称されるケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、酸素(O)および窒素(N)の混合物、および/またはケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの混合物、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ケイ酸塩ハフニウムおよびそれらの組合せからなる群から選択された材料である誘電性材料および/または自己不動態化材料からなる少なくとも一つのゲート絶縁保護層、
・そして、とりわけ炭化ケイ素、たとえば非結晶炭化ケイ素または多結晶炭化ケイ素、とりわけ導電性の低い炭化ケイ素、および/または浸炭窒化ケイ素および/または窒化ケイ素および/または窒化チタンを含むか、またはそれからなる少なくとも一つのゲート絶縁保護層を形成または取り付ける。
For example, in method step c)
First, oxides, nitrides, and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium, and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafnium At least one gate insulating protective layer comprising a dielectric material selected from the group consisting of silicates and mixtures thereof; and then silicon (Si), boron (B), carbon (C) and nitrogen (N And / or a mixture of silicon (Si), aluminum (Al), oxygen (O) and nitrogen (N), also referred to as SiAlON, and / or silicon, aluminum, zirconium, hafnium and mixtures thereof, For example, silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, acid Zirconium silicate, zirconium oxide, hafnium silicate, hafnium and dielectric materials and / or made of self-passivating material at least one of the gate insulating protective layer is a material selected from the group consisting of,
At least comprising, or consisting of, in particular, silicon carbide, such as amorphous silicon carbide or polycrystalline silicon carbide, in particular silicon carbide with low conductivity, and / or carbonitrided silicon nitride and / or silicon nitride and / or titanium nitride One gate insulating protective layer is formed or attached.

このとき方法ステップc)では、
・まずゲート絶縁保護層を、たとえば物理蒸着により、たとえばスパッタリングまたは反応スパッタリングにより、または化学気相成長により、たとえばプラズマ化学気相成長またはアトムレイヤーデポジションにより、たとえば(全体)層厚dDが≧3nmから≦300nmとなるよう形成しまたは取り付け、
・次に形成または取り付けされたゲート絶縁保護層を、たとえば(それぞれ)物理蒸着により、たとえばスパッタリングまたは反応スパッタリングにより、または化学気相成長により、たとえばプラズマ化学気相成長またはアトムレイヤーデポジションにより、たとえば(全体)層厚dDが≧100nmから≦300nmとなるよう形成しまたは取り付け、
・その後に形成されまたは取り付けされたゲート絶縁保護層を、たとえば物理蒸着により、たとえばスパッタリングまたは化学気相成長により、たとえば低圧化学気相成長またはプラズマ化学気相成長により、たとえば(全体)層厚dDが≧100nmから≦300nmとなるよう形成または取り付ける。
At this time, in method step c),
First, the gate insulating protective layer is formed, for example by physical vapor deposition, for example by sputtering or reactive sputtering, or by chemical vapor deposition, for example by plasma chemical vapor deposition or atom layer deposition, for example (total) layer thickness dD ≧ 3 nm Formed or attached to ≦ 300 nm from
The next formed or attached gate insulation protective layer, for example by (respectively) physical vapor deposition, for example by sputtering or reactive sputtering, or by chemical vapor deposition, for example by plasma chemical vapor deposition or atom layer deposition, for example (Overall) forming or attaching the layer thickness dD from ≧ 100 nm to ≦ 300 nm,
A subsequently formed or attached gate insulating protective layer, for example by physical vapor deposition, for example by sputtering or chemical vapor deposition, for example by low pressure chemical vapor deposition or plasma chemical vapor deposition, for example (total) layer thickness dD Is formed or attached so that ≧ 100 nm to ≦ 300 nm.

本方法のさらなる実施形態の枠内で、方法ステップc)では、まず、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ケイ酸塩ハフニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択されるゲート絶縁保護層材料からなるゲート絶縁保護層が形成または取付される。方法ステップe)では、ゲート絶縁保護層が有利には部分的に、または完全にゲート絶縁層の上に残され、補強されたゲート絶縁層として用いられる。   Within the framework of further embodiments of the method, method step c) first comprises oxides, nitrides and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride. Forming or attaching a gate insulating protective layer comprising a gate insulating protective layer material selected from the group consisting of aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafnium silicate, and mixtures thereof. In method step e), the gate insulating protective layer is advantageously left partially or completely on the gate insulating layer and used as a reinforced gate insulating layer.

好ましくは方法ステップc)で、少なくとも一つのゲート絶縁保護層が無機材料から形成または取り付けされる。とりわけ方法ステップc)で形成または取り付けされたすべてのゲート絶縁保護層は無機材料からなる。   Preferably in method step c) at least one gate insulating protective layer is formed or attached from an inorganic material. In particular, all gate insulating protective layers formed or attached in method step c) consist of inorganic materials.

方法の別の実施形態の枠内では、方法ステップc)で、導電材料からなる少なくとも一つのゲート絶縁保護層が形成または取り付けされる。このことは、方法ステップd0)で、とりわけ導電性材料からなるゲート絶縁保護層を検査針/プローブ針と電気接続し、容量性電圧測定(C−V測定)または電流強度電圧測定(I−V測定)を実施することにより、ゲート絶縁層の完全性を検査することができるという利点を有する。   Within the frame of another embodiment of the method, in method step c), at least one gate insulating protective layer made of a conductive material is formed or attached. This means that, in method step d0), a gate insulating protective layer, in particular made of a conductive material, is electrically connected to the inspection / probe needle, and capacitive voltage measurement (CV measurement) or current intensity voltage measurement (IV). By performing (measurement), there is an advantage that the integrity of the gate insulating layer can be inspected.

すでに説明したように、方法ステップc)とd)の間の方法は、少なくとも一つの方法ステップd0):すなわち、方法ステップc)のさらなるプロセス、とりわけさらなる処理を含むことができ、ゲート絶縁層が方法ステップd0)では、ゲート絶縁保護層の少なくとも一部によって覆われたままである。ゲート絶縁層を方法ステップd0)で、ゲート絶縁保護層の少なくとも一部によって覆われたままにすることにより、有利には方法ステップd0)による影響または損傷が回避され、または十分に厚い絶縁層を有する領域および/または重要な電気機能を備えない領域に制限することができる。 As already explained, the method between method steps c) and d) may comprise at least one method step d0): further process of method step c), in particular further processing, wherein the gate insulating layer is In method step d0), it remains covered by at least part of the gate insulating protective layer. The gate insulation layer by a method step d0), by leaving covered by at least a portion of the gate insulating protective layer, preferably influences or damage method step d0) is avoided, or sufficiently thick insulating layer And / or areas that do not have important electrical functions.

本方法のさらなる実施形態の枠内で、方法ステップc)と方法ステップd)との間の方法は、
・ゲート絶縁保護層を部分的に除去することによる構造化、とりわけ側方構造化するステップ;
・金属/導電性層、電気絶縁性層、および/または不動態化層である一つまたは複数の別の層を、電気接点、導電路、絶縁層、および/または保護層の形成のために形成/付与するステップ;
・たとえばゲート絶縁保護層、金属/導電性層、電気絶縁性層、および/または不動態化層である形成または取り付けした一つまたは複数の層を、電気接点、導電路、絶縁層、および/または保護層の形成のために部分的に除去することによって構造化するステップ;
・導電性のゲート絶縁保護層を検査針/プローブ針と電気接続し、容量性電圧測定(C−V測定)または電流強度電圧測定(I−V測定)を実施することにより、ゲート絶縁層の完全性を検査するステップ;
・得られた構成体を、切り出しによって個別化するステップ;
・得られた構成体を搬送するステップ;
からなる群から選択される一つまたは複数の方法ステップd0)、およびそれらの組合せを含み、このときゲート絶縁層は、ゲート絶縁保護層の少なくとも一部によって覆われたままである。
Within the framework of further embodiments of the method, the method between method step c) and method step d) is:
Structuring by partially removing the gate insulating protective layer, in particular lateral structuring;
One or more other layers that are metal / conductive layers, electrically insulating layers, and / or passivating layers, for the formation of electrical contacts, conductive paths, insulating layers, and / or protective layers Forming / applying;
One or more layers formed or attached, eg gate insulating protective layers, metal / conductive layers, electrically insulating layers, and / or passivating layers, electrical contacts, conductive paths, insulating layers, and / or Or structuring by partial removal to form a protective layer;
・ Electrically connecting the conductive gate insulating protective layer to the inspection needle / probe needle and performing capacitive voltage measurement (CV measurement) or current intensity voltage measurement (IV measurement) Checking integrity;
-Individualizing the resulting construct by cutting out;
-Conveying the resulting structure;
One or more method steps d0) selected from the group consisting of: and combinations thereof, wherein the gate insulating layer remains covered by at least part of the gate insulating protective layer.

方法ステップd0)の枠内で、多数の異なる技術、たとえば被覆技術、エッチング技術、搬送技術、リソグラフ技術、およぶ分離技術を適用することができる。   Within the framework of method step d0), a number of different techniques can be applied, such as coating techniques, etching techniques, transport techniques, lithographic techniques and separation techniques.

構造化は方法ステップd0)で、とりわけ湿式化学的エッチングまたは乾式エッチングまたは物理的切削法、たとえばバックスパッタリング、イオンビームエッチングIBEまたは反応イオンビームエッチングRIBEによって行うことができる。ここでゲート絶縁保護層および/または形成または取り付けされた他の層を、二つ以上の方法ステップd0)で構造化し、とりわけそれぞれ部分的に除去することができる。   The structuring can be carried out in method step d0), in particular by wet chemical etching or dry etching or physical cutting methods such as back sputtering, ion beam etching IBE or reactive ion beam etching RIBE. The gate insulating protective layer and / or other layers formed or attached here can be structured in two or more method steps d0), in particular each partially removed.

ここで切削は好ましくは、スペクトロスコープ測定(光学的エミション)またはスペクトロメトリ測定(分光計を介して)によって監視される。ここで前もって検知された特定の切削構成部分の欠陥は、切削開始からの所定の時間信号と組み合わせて切削法のための停止信号として使用することができる。露出した層が十分な層厚を有している場合、この層の切削構成部分の出現を、切削法のための停止信号として使用することができる。このようにして、切削法を停止する際には、露出した層の材料、たとえばゲート絶縁層が、切削すべき層を一切残さずに存在する。   Here the cutting is preferably monitored by spectroscopic measurements (optical emission) or spectrometric measurements (via a spectrometer). The specific cutting component defect detected in advance here can be used as a stop signal for the cutting method in combination with a predetermined time signal from the start of cutting. If the exposed layer has a sufficient layer thickness, the appearance of the cutting component of this layer can be used as a stop signal for the cutting method. In this way, when stopping the cutting method, the exposed layer material, for example the gate insulating layer, is present without leaving any layer to be cut.

ゲート絶縁保護層を構造化する方法ステップd0)の後で、一つまたは複数の別の層を、たとえば物理蒸着(PVD、physical vapour deposition)、たとえばスパッタリング、または反応スパッタリング、または化学気相成長(CVD、chemical vapour deposition)、たとえば低圧化学気相成長(LPCVD、low pressure chemical vapour deposition)、またはプラズマCVD(PECVD、plasma enhanced chemical vapour deposition)またはアトミックレイヤーデポジション(ALD、atomic layer deposition)、またはこれら方法の組合せによって形成または取り付けることができる。これらの層は場合により、ゲート絶縁保護層を補強するように取り付けることができる。   After the method step d0) of structuring the gate insulating protective layer, one or more further layers are applied, for example by physical vapor deposition (PVD), for example sputtering, or reactive sputtering, or chemical vapor deposition ( CVD, chemical vapor deposition), for example, low pressure chemical vapor deposition (LPCVD), or plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) or atomic layer deposition (ALD), or these It can be formed or attached by a combination of methods. These layers can optionally be attached to reinforce the gate insulating protective layer.

たとえば一つまたは複数の金属層を、導体路および/または電気接点の形成のために取り付けることができる。たとえば一つまたは複数の層、とりわけ導体路を、金属または金属混合物、とりわけ二基または三基金属混合物から形成することができ、これらの混合物は、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、タンタル、パラジウム、イリジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つの金属と、場合により追加でクロム、コバルト、銅、チタン、金、ケイ素、銀、タングステン、ジルコニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つの金属を含むことができる。とりわけ導体路の機能を備える金属層は、金属混合物の全重量を基準にして30重量%までのプラチナと、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、タンタル、チタン、パラジウム、イリジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された一つ以上の金属を含む金属混合物から形成することができる。金属層、とりわけ導体路は、10nm以上、10μm以下の範囲、たとえば50nm以上、500nm以下の範囲の層厚dLで形成または取り付けることができる。   For example, one or more metal layers can be attached for the formation of conductor tracks and / or electrical contacts. For example, one or more layers, in particular conductor tracks, can be formed from metals or metal mixtures, in particular from two or three metal mixtures, these mixtures comprising platinum, rhodium, ruthenium, tantalum, palladium, iridium, And at least one metal selected from the group consisting of and mixtures thereof, optionally additionally selected from the group consisting of chromium, cobalt, copper, titanium, gold, silicon, silver, tungsten, zirconium, and mixtures thereof At least one metal may be included. In particular, the metal layer with the function of the conductor track is from the group consisting of up to 30% by weight of platinum and platinum, rhodium, ruthenium, tantalum, titanium, palladium, iridium, and mixtures thereof, based on the total weight of the metal mixture. It can be formed from a metal mixture containing one or more selected metals. The metal layer, in particular the conductor track, can be formed or attached with a layer thickness dL in the range from 10 nm to 10 μm, for example in the range from 50 nm to 500 nm.

本方法の別の実施形態の枠内で、ゲート絶縁保護層は方法ステップd0)で、以降に形成または取り付けされる層、たとえば金属層のためのマーキングとして用いられるように構造化される。この種のマーキングにより、有利には以降に取り付けされる層のエッジを修正し、後の使用のために適合することができる。ここでゲート絶縁保護層は、場合により複数回、マーキングとして使用することができ、最終的なマーキングの後で初めて、ゲート絶縁保護層だけが残りのプロセス中に保護されたままであるよう除去することができる。ここでゲート絶縁保護層が複数ある場合、所期のようにマーキングすべき層の下に個々のゲート絶縁保護層を残すこともできる。   Within the framework of another embodiment of the method, the gate insulating protective layer is structured in method step d0) to be used as a marking for a subsequently formed or attached layer, for example a metal layer. This type of marking advantageously allows the edges of subsequently attached layers to be modified and adapted for later use. Here the gate insulation protective layer can be used as a marking, possibly multiple times, and only after the final marking is removed so that only the gate insulation protective layer remains protected during the rest of the process. Can do. Here, when there are a plurality of gate insulating protective layers, individual gate insulating protective layers can be left under the layer to be marked as expected.

方法ステップd)でのゲート絶縁保護層の除去は、二つ以上の部分的除去方法ステップを含むことができる。   The removal of the gate insulating protective layer in method step d) can comprise two or more partial removal method steps.

本方法の別の実施形態の枠内では、方法ステップd)でのゲート絶縁保護層の除去が乾式エッチングまたは湿式化学的エッチングによって行われる。とりわけ方法ステップd)でのゲート絶縁保護層の除去は、湿式化学的エッチングによって行われる。なぜなら湿式化学的エッチングはゲート絶縁層に対して高い選択性を備えるからである。   Within the framework of another embodiment of the method, the removal of the gate insulating protective layer in method step d) is performed by dry etching or wet chemical etching. In particular, the removal of the gate insulating protective layer in method step d) is carried out by wet chemical etching. This is because wet chemical etching has high selectivity for the gate insulating layer.

本方法の別の実施形態の枠内では、方法ステップe)が方法ステップd)に(直接)続いて行われる。   Within the frame of another embodiment of the method, method step e) is carried out (directly) following method step d).

方法ステップe)では、ゲート電極層が、ゲート絶縁層の少なくとも一部および/またはゲート絶縁保護層の残った部分の少なくとも一部の上に形成または取り付けされる。さらにゲート電極層を、フィールド絶縁層の少なくとも一部および/または導体路の少なくとも一部の上に形成または取り付けることができる。好ましくはゲート電極層は導電性材料から作製される。とりわけゲート電極層は、金属、金属混合物、合金、またはセラミック金属混合物、たとえばプラチナ・ロジウム混合物から作製することができる。   In method step e), a gate electrode layer is formed or attached on at least part of the gate insulating layer and / or at least part of the remaining part of the gate insulating protective layer. Further, a gate electrode layer can be formed or attached over at least a portion of the field insulating layer and / or at least a portion of the conductor track. Preferably, the gate electrode layer is made from a conductive material. In particular, the gate electrode layer can be made from a metal, a metal mixture, an alloy, or a ceramic metal mixture, such as a platinum-rhodium mixture.

方法ステップe)でのゲート電極層(検知層)の取付けは、湿式被覆法によって行うことができる。ゲート絶縁保護層の除去後には、規定の表面特性が存在するから、湿式被覆の場合には付加的なクリーニングステップなしでも規定の濡れ特性が得られる。   The attachment of the gate electrode layer (sensing layer) in method step e) can be performed by a wet coating method. Since there are defined surface properties after removal of the gate insulating protective layer, in the case of wet coating, the defined wetting properties can be obtained without additional cleaning steps.

とりわけ基板層は、バンドギャップの広い半導体材料(ワイドバンドギャップ半導体)、たとえば炭化ケイ素から作製することができる。「バンドギャップの広い半導体材料」とは、本発明では、そのバンドギャップが1eVより大きい、たとえば2eV以上である半導体材料である。   In particular, the substrate layer can be made of a semiconductor material having a wide band gap (wide band gap semiconductor), for example, silicon carbide. In the present invention, “a semiconductor material having a wide band gap” is a semiconductor material having a band gap larger than 1 eV, for example, 2 eV or more.

さらに本方法は、フィールド絶縁層(フィールド酸化物、FOX)を基板層に取り付ける方法ステップb0)を含むことができる。ここで方法ステップb0)は、方法ステップb)の前に、または方法ステップb)の後の方法ステップd0)で、または方法ステップb)と同時に行うことができる。   Furthermore, the method can include a method step b0) of attaching a field insulating layer (field oxide, FOX) to the substrate layer. Here, method step b0) can be carried out before method step b), at method step d0) after method step b) or simultaneously with method step b).

たとえばまずフィールド絶縁層を方法ステップb0)で取り付け、場合により構造化し、その後にゲート絶縁層を方法ステップb)で取り付けることができる。ここでゲート絶縁層は、たとえばフィールド絶縁層領域の間の空き領域に取付けまたは成長させることができる。この順序は、フィールド絶縁層とゲート絶縁層が同じ材料から作製される場合に有利である。その代わりに、まずゲート絶縁層を方法ステップb)で取り付け、場合により構造化し、その後にフィールド絶縁層を方法ステップb0)で取り付けることもできる。ここでゲート絶縁層は、面を覆うように取付けまたは成長させることができる。この順序は、フィールド絶縁層とゲート絶縁層が異なる材料から作製される場合に有利である。ゲート絶縁層がフィールド絶縁層の前に取り付けされる場合、ゲート絶縁保護層を、フィールド絶縁層に対するマスクとして用いることができる。方法ステップc)では、ゲート絶縁保護層を部分的にまたは完全に、フィールド酸化層の上に取り付けることができる。   For example, the field insulating layer can first be attached in method step b0), optionally structured, and then the gate insulating layer can be attached in method step b). Here, the gate insulating layer can be attached or grown in a vacant region between the field insulating layer regions, for example. This order is advantageous when the field insulating layer and the gate insulating layer are made from the same material. Alternatively, the gate insulating layer can first be attached in method step b), optionally structured, and then the field insulating layer can be attached in method step b0). Here, the gate insulating layer can be attached or grown so as to cover the surface. This order is advantageous when the field insulating layer and the gate insulating layer are made of different materials. When the gate insulating layer is attached in front of the field insulating layer, the gate insulating protective layer can be used as a mask for the field insulating layer. In method step c), a gate insulating protective layer can be applied partially or completely on the field oxide layer.

ゲート絶縁層は、方法ステップb)でとりわけ平坦に、または完全に平坦に形成することができる。ゲート絶縁層はとりわけ酸化層とすることができる。たとえばゲート絶縁層は、二酸化ケイ素から作製することができる。方法ステップb)でのゲート絶縁層の取付けは、たとえば半導体材料の熱的酸化によって行うことができる。ここでゲート絶縁層は、フィールド絶縁層と同じ材料または異なる材料から作製することができる。たとえばフィールド絶縁層とゲート絶縁層とは二酸化ケイ素から作製することができる。これは、高温酸化物(HTO)がフィールド酸化物として堆積された後に、ケイ素含有ウェハ、たとえば炭化ケイ素ウェハを熱的酸化処理することによって行うことができる。しかしここで、フィールド絶縁層および/またはゲート絶縁層は、テトラエチルオルトシリケート(TEOS)を使用しても取り付けることができる。その代わりフィールド絶縁層および/またはゲート絶縁層を、ケイ酸塩ハフニウムから作製することもできる。   The gate insulating layer can be formed particularly flat or completely flat in method step b). The gate insulating layer can in particular be an oxide layer. For example, the gate insulating layer can be made from silicon dioxide. The attachment of the gate insulating layer in method step b) can be performed, for example, by thermal oxidation of the semiconductor material. Here, the gate insulating layer can be made of the same material as the field insulating layer or a different material. For example, the field insulating layer and the gate insulating layer can be made of silicon dioxide. This can be done by thermally oxidizing a silicon-containing wafer, such as a silicon carbide wafer, after high temperature oxide (HTO) has been deposited as a field oxide. Here, however, the field insulating layer and / or the gate insulating layer can also be attached using tetraethylorthosilicate (TEOS). Instead, the field insulating layer and / or the gate insulating layer can also be made from hafnium silicate.

本発明のさらなる対象は、本発明の方法によって作製される、ガスセンサ用の化学的感受性電界効果トランジスタである。   A further subject of the present invention is a chemically sensitive field effect transistor for gas sensors made by the method of the present invention.

本発明のさらなる対象は、本発明の方法によって作製される、ガスセンサ用の化学感受性電界効果トランジスタであり、この電界効果トランジスタは、少なくとも一つの基板層、ゲート絶縁層、フィールド絶縁層(フィールド酸化物、FOX)、導体路、およびゲート電極層(検知層)を含み、ゲート電極層は、ゲート絶縁層の少なくとも一部の上に配置されている。ここで本発明によれば、ゲート電極層が追加で、フィールド絶縁層の少なくとも一部および/または導体路の少なくとも一部の上に配置されている。この種の電界効果トランジスタは、有利には本発明の方法によって初めて作製することができる。さらなる利点および付加的な特徴に関しては、本発明の方法と関連して説明する利点および特徴を参照されたい。   A further subject of the present invention is a chemically sensitive field effect transistor for gas sensors made by the method of the present invention, which field effect transistor comprises at least one substrate layer, a gate insulating layer, a field insulating layer (field oxide). FOX), a conductor path, and a gate electrode layer (sensing layer), and the gate electrode layer is disposed on at least a part of the gate insulating layer. Here, according to the invention, a gate electrode layer is additionally arranged on at least part of the field insulating layer and / or on at least part of the conductor track. This type of field effect transistor can advantageously be produced for the first time by the method of the invention. For further advantages and additional features, please refer to the advantages and features described in connection with the method of the present invention.

ここで、ゲート絶縁層および/またはゲート絶縁層は、基板層の上に配置することができる。フィールド絶縁層およびゲート絶縁層は互いに接し、および/または互いに重なる。たとえばフィールド絶縁層の少なくとも一部はゲート絶縁層の少なくとも一部の上に、またはゲート絶縁層の少なくとも一部はフィールド絶縁層の少なくとも一部の上に配置することができる。またはゲート絶縁層は、フィールド絶縁層の間の空き領域に取り付けることができる。導体路は、フィールド絶縁層の上に配置することができる。   Here, the gate insulating layer and / or the gate insulating layer can be disposed on the substrate layer. The field insulating layer and the gate insulating layer are in contact with each other and / or overlap each other. For example, at least a portion of the field insulating layer can be disposed on at least a portion of the gate insulating layer, or at least a portion of the gate insulating layer can be disposed on at least a portion of the field insulating layer. Alternatively, the gate insulating layer can be attached to an empty area between the field insulating layers. The conductor track can be disposed on the field insulating layer.

とりわけ基板層は、バンドギャップの広い半導体材料(ワイドバンドギャップ半導体)、たとえば炭化ケイ素(SiC)から作製することができる。基板層は、この種のウェハであって良い。   In particular, the substrate layer can be made of a semiconductor material having a wide band gap (wide band gap semiconductor), for example, silicon carbide (SiC). The substrate layer may be this type of wafer.

フィールド絶縁層およびゲート絶縁層は、同じ材料または異なる材料から作製することができる。たとえばフィールド絶縁層およびゲート絶縁層は、互いに依存せずに、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される誘電材料から作製することができる。場合によりフィールド絶縁層とゲート絶縁層の両方を、酸化物、とりわけ二酸化ケイ素から作製することができる。   The field insulating layer and the gate insulating layer can be made of the same material or different materials. For example, the field insulating layer and the gate insulating layer are independent of each other, and oxides, nitrides, and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium, and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide. , Zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafnium silicate, and mixtures thereof can be made from a dielectric material. Optionally both the field insulating layer and the gate insulating layer can be made from an oxide, in particular silicon dioxide.

ゲート絶縁層は、ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される異なる材料からなる二つ以上の層を有することができる。   The gate insulating layer is composed of oxides, nitrides, and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium, and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide. Can have two or more layers of different materials selected from the group consisting of: hafnium silicate, and mixtures thereof.

たとえば導体路は、金属または金属混合物、とりわけ二基または三基金属混合物から形成することができ、これらの混合物は、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、タンタル、パラジウム、イリジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つの金属と、場合により追加でクロム、コバルト、銅、チタン、金、ケイ素、銀、タングステン、ジルコニウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された少なくとも一つの金属を含む。とりわけ導体路は、金属混合物の全重量を基準にして30重量%までのプラチナと、プラチナ、ロジウム、ルテニウム、タンタル、チタン、パラジウム、イリジウム、およびそれらの混合物からなる群から選択された一つ以上の金属を含む金属混合物から作製することができる。導体路はたとえば層厚dLが、10nm以上、10μm以下、たとえば50nm以上、500nm以下の範囲にある。   For example, the conductor track can be formed from a metal or a metal mixture, especially a two or three metal mixture, these mixtures from the group consisting of platinum, rhodium, ruthenium, tantalum, palladium, iridium, and mixtures thereof. At least one selected metal and optionally at least one metal selected from the group consisting of chromium, cobalt, copper, titanium, gold, silicon, silver, tungsten, zirconium, and mixtures thereof. In particular, the conductor track is one or more selected from the group consisting of up to 30% by weight platinum based on the total weight of the metal mixture and platinum, rhodium, ruthenium, tantalum, titanium, palladium, iridium, and mixtures thereof. It can be made from a metal mixture containing the metals. For example, the conductor path has a layer thickness dL in the range of 10 nm or more and 10 μm or less, for example, 50 nm or more and 500 nm or less.

好ましくはゲート電極層は導電性材料から作製される。とりわけゲート電極層は、金属、金属混合物、合金、またはセラミック金属混合物、たとえばプラチナ・ロジウム混合物から作製することができる。   Preferably, the gate electrode layer is made from a conductive material. In particular, the gate electrode layer can be made from a metal, a metal mixture, an alloy, or a ceramic metal mixture, such as a platinum-rhodium mixture.

さらに電界効果トランジスタは、一つの保護層または二つ以上、とりわけ三つ以上の保護層からなる保護層系を含むことができる。たとえば電界効果トランジスタは、ベース層と、カバー層と、場合によりベース層とカバー層の間に配置された少なくとも一つの中間層とを含むことができる。これをたとえば、基板層および/またはフィールド絶縁層および/またはゲート絶縁層および/または導体路の少なくとも一部の上に配置することができる。とりわけ保護層または保護層系は、ゲート電極層に接することができる。   Furthermore, the field effect transistor can comprise a protective layer system consisting of one protective layer or two or more, in particular three or more protective layers. For example, a field effect transistor can include a base layer, a cover layer, and optionally at least one intermediate layer disposed between the base layer and the cover layer. This can be arranged, for example, on at least part of the substrate layer and / or the field insulating layer and / or the gate insulating layer and / or the conductor track. In particular, the protective layer or the protective layer system can be in contact with the gate electrode layer.

「層系」とは、本発明の趣旨で、異なる材料からなる三つ以上の順次配置された層の系であると理解することができる。ここで「ベース層」とは、覆われた層に当接する層系の層であり、「カバー層」とは、覆われた層の反対側の層または層系の最外/最上の層である。   A “layer system” can be understood as a system of three or more sequentially arranged layers of different materials for the purpose of the present invention. Here, the “base layer” is a layer system layer in contact with the covered layer, and the “cover layer” is a layer on the opposite side of the covered layer or the outermost / top layer of the layer system. is there.

たとえば電界効果トランジスタは、
・ケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの混合物の酸化物、窒化物、およびのケイ酸塩、たとえば二酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ハフニウムケイ酸塩、およびそれらの混合物からなる群から選択される誘電材料からなるベース層、および/または
・とりわけ炭化ケイ素、たとえば非結晶炭化ケイ素または多結晶炭化ケイ素、とりわけ導電性の低い炭化ケイ素および/または浸炭窒化ケイ素を含むか、またはそれからなる耐化学性材料からなるカバー層、および/または
・ケイ素(Si)、ホウ素(B)、炭素(C)および窒素(N)からなる混合物、および/またはSiAlONとも称される、ケイ素(Si)、アルミニウム(Al)、酸素(O)および窒素(N)の混合物、および/またはケイ素、アルミニウム、ジルコニウム、ハフニウムおよびそれらの混合物、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、ケイ酸塩ジルコニウム、酸化ハフニウム、ケイ酸塩ハフニウムおよびそれらの組合せからなる群から選択された材料である誘電性材料および/または自己不動態化材料を含む中間層、またはそれからなる中間層を備える保護層系を含むことができる。
For example, field effect transistors
Oxides, nitrides, and silicates of silicon, aluminum, zirconium, hafnium, and mixtures thereof, such as silicon dioxide, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, hafnium silicate A base layer made of a dielectric material selected from the group consisting of salts, and mixtures thereof, and / or especially silicon carbide, such as amorphous silicon carbide or polycrystalline silicon carbide, especially low conductivity silicon carbide and / or carburizing A cover layer comprising a chemical resistant material comprising or consisting of silicon nitride, and / or a mixture of silicon (Si), boron (B), carbon (C) and nitrogen (N), and / or SiAlON Called silicon (Si), aluminum (Al A mixture of oxygen (O) and nitrogen (N) and / or silicon, aluminum, zirconium, hafnium and mixtures thereof such as silicon oxide, silicon nitride, aluminum oxide, zirconium oxide, zirconium silicate, hafnium oxide, silica An intermediate layer comprising a dielectric material and / or a self-passivating material that is a material selected from the group consisting of hafnium acid salt and combinations thereof, or a protective layer system comprising an intermediate layer comprised thereof can be included.

ここでベース層の層厚d1Bは、3nm以上、300nm以下であり、および/またはカバー層の層厚d1Dは100nm以上、300nm以下であり、および/または中間層(全体)の層厚d1Zは100nm以上、300nm以下である。全体でこの層系の全体層厚d1は、10≧nmから≦10μmの範囲、とりわけ50≧nmから≦1000nmの範囲、たとえば≧50nmから≦500nmの範囲とすることができる。この種の保護層系は、フィールド絶縁層および/またはゲート絶縁層および/または導体路の少なくとも一部の上に配置することができる。   Here, the layer thickness d1B of the base layer is 3 nm or more and 300 nm or less, and / or the layer thickness d1D of the cover layer is 100 nm or more and 300 nm or less, and / or the layer thickness d1Z of the intermediate layer (whole) is 100 nm. As mentioned above, it is 300 nm or less. Overall, the total layer thickness d1 of this layer system can be in the range 10 ≧ nm to ≦ 10 μm, in particular in the range 50 ≧ nm to ≦ 1000 nm, for example in the range ≧ 50 nm to ≦ 500 nm. This kind of protective layer system can be arranged on at least part of the field insulating layer and / or the gate insulating layer and / or the conductor track.

その代わりにまたはそれに加えて、電界効果トランジスタは、拡散阻止された材料、とりわけ窒化チタンおよび/または窒化タンタルを含むか、それらからなる材料からなるベース層を備える(導体路)保護層、および/またはチタン、ケイ素、タンタルおよび/またはニオブ、とりわけチタンおよび/またはケイ素を含むか、それからなり、酸化保護層を形成する材料から作製された中間層、および/または酸化チタン、酸化ケイ素、酸化タンタルおよび/または酸化ニオブ、とりわけ酸化チタンおよび/または酸化ケイ素を含むか、それからなる酸化材料から作製されたカバー層を有することができる。ここでベース層は、5nm以上、50nm以下の範囲の層厚d2Bを有することができ、および/またはカバー層は全体で5nm以上、50nm以下の層厚d2ZDを有することができる。全体としてこの層系の全体層厚d2は、10nm以上、200μm以下、たとえば10nm以上、100nm以下の範囲にある。この種の保護層系はとりわけ、導体路の少なくとも一部の上に配置することができる。   Alternatively or additionally, the field effect transistor comprises a protective layer comprising a base layer made of a material containing or consisting of a diffusion-blocked material, in particular titanium nitride and / or tantalum nitride (conductor track), and / or Or an intermediate layer comprising or consisting of titanium, silicon, tantalum and / or niobium, in particular titanium and / or silicon, made from a material forming an oxidation protection layer, and / or titanium oxide, silicon oxide, tantalum oxide and It may have a cover layer made of an oxide material comprising or consisting of niobium oxide, in particular titanium oxide and / or silicon oxide. Here, the base layer can have a layer thickness d2B in the range of 5 nm or more and 50 nm or less, and / or the cover layer can have a total layer thickness d2ZD of 5 nm or more and 50 nm or less. As a whole, the total layer thickness d2 of this layer system is in the range of 10 nm or more and 200 μm or less, for example 10 nm or more and 100 nm or less. This kind of protective layer system can be arranged, inter alia, on at least part of the conductor track.

さらに本発明の対象は、本発明により作製された電界効果トランジスタおよび/または排気ガス、とりわけ窒素酸化物を、たとえばオンボード診断(OBD)の枠内で検知および/または分析するための本発明により作製された電界効果トランジスタの使用法に関する。   Furthermore, the subject of the invention is a field effect transistor and / or exhaust gas produced according to the invention, in particular nitrogen oxides, according to the invention for detecting and / or analyzing, for example, in the context of on-board diagnostics (OBD). The present invention relates to a method of using the manufactured field effect transistor.

本発明の対象のさらなる利点および有利な構成が図面によって示されており、以下の明細書で説明する。ここで図面は説明のための性質のみを有し、本発明をいずれかの形で限定するものではない。   Further advantages and advantageous configurations of the subject of the invention are illustrated by the drawings and are described in the following specification. The drawings herein are for illustrative purposes only and do not limit the invention in any way.

本発明の方法および電界効果トランジスタの実施形態を示す、縮尺通りではない概略的断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view, not to scale, illustrating an embodiment of the method and field effect transistor of the present invention. 本発明の方法および電界効果トランジスタの別の実施形態を示す、縮尺通りではない概略的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view, not to scale, illustrating another embodiment of the method and field effect transistor of the present invention. 本発明の方法および電界効果トランジスタの別の実施形態を示す、縮尺通りではない概略的断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view, not to scale, illustrating another embodiment of the method and field effect transistor of the present invention.

図1aは、方法のこの実施形態の枠内での方法ステップa)で、基板層1が半導体材料から作製され、この基板層に方法ステップb0)でまずフィールド絶縁層4が形成され、構造化され、続いて二つのフィールド絶縁層領域4の間の空き領域に方法ステップb)でゲート絶縁層2が形成された様子を示す。   FIG. 1a shows a method step a) in the frame of this embodiment of the method in which a substrate layer 1 is made from a semiconductor material, and a field insulating layer 4 is first formed in this substrate layer in method step b0) and structured. Subsequently, the state in which the gate insulating layer 2 is formed in the empty region between the two field insulating layer regions 4 in the method step b) is shown.

図1bは、方法ステップc)でゲート絶縁保護層3がゲート絶縁層2の上に、そしてこれに隣接してフィールド絶縁層領域4が形成された様子を示す。   FIG. 1b shows how the gate insulating protective layer 3 is formed on and adjacent to the gate insulating layer 2 in method step c).

図1cは、方法ステップc)に続く方法ステップd0)で、金属層5がフィールド絶縁層領域4の上に形成された様子を示す。この金属層5は、ゲート絶縁保護層3に隣接しており、導体路として用いられる。   FIG. 1c shows how the metal layer 5 is formed on the field insulating layer region 4 in method step d0) following method step c). The metal layer 5 is adjacent to the gate insulating protective layer 3 and is used as a conductor path.

図1dは、方法ステップd)の方法ステップd0)後に、ゲート絶縁保護層3が完全に除去された様子を示す。   FIG. 1d shows how the gate insulating protective layer 3 is completely removed after method step d0) of method step d).

図1eは、方法ステップd)に直接続いて、ゲート電極層6がゲート絶縁層2の上に形成された様子を示す。ゲート電極層6は、フィールド絶縁層4の一部の上と、ゲート絶縁層2に隣接する導体路5の一部の上に付加的に配置されている。さらに図1eから、保護層7が、ゲート電極層6に隣接する導体路5の一部の上に形成されていることが分かる。   FIG. 1 e shows that the gate electrode layer 6 is formed on the gate insulating layer 2 directly following method step d). The gate electrode layer 6 is additionally disposed on a part of the field insulating layer 4 and a part of the conductor path 5 adjacent to the gate insulating layer 2. Furthermore, it can be seen from FIG. 1 e that the protective layer 7 is formed on a part of the conductor path 5 adjacent to the gate electrode layer 6.

図2は、本方法のこの実施形態の枠内で、同様に方法ステップa)で、半導体材料からなる基板層1が準備され、この基板層の上に方法ステップb0)およびb)でフィールド絶縁層4およびゲート絶縁層2が形成された様子を示す。図1aから1dに示した実施形態とは異なり、この実施形態の方法ステップc)では、異なる材料からなる三つのゲート絶縁保護層3’、3"、3"’がゲート絶縁層2とこれに隣接するフィールド絶縁層領域4の上に形成されており、方法ステップd)では上記二つのゲート絶縁保護層3"、3"’だけが完全に除去されてる。以降の方法ステップe)では、残ったゲート絶縁保護層3’の上にゲート電極層(図示せず)が形成され、残ったゲート絶縁保護層3’は補強されたゲート絶縁層として機能する。   FIG. 2 shows that, within the frame of this embodiment of the method, a substrate layer 1 made of semiconductor material is also prepared in method step a) and field insulation is performed on this substrate layer in method steps b0) and b). A state in which the layer 4 and the gate insulating layer 2 are formed is shown. Unlike the embodiment shown in FIGS. 1a to 1d, in this embodiment method step c), three gate insulating protective layers 3 ′, 3 ″, 3 ″ ′ of different materials are connected to the gate insulating layer 2 and to this. Formed on the adjacent field insulating layer region 4, only the two gate insulating protective layers 3 ", 3" 'are completely removed in method step d). In the subsequent method step e), a gate electrode layer (not shown) is formed on the remaining gate insulating protective layer 3 ', and the remaining gate insulating protective layer 3' functions as a reinforced gate insulating layer.

図3aは、本方法のこの実施形態の枠内で、同様に方法ステップa)で、半導体材料からなる基板層1が準備され、この基板層の上に方法ステップb0)およびb)でフィールド絶縁層4およびゲート絶縁層2が形成され、それらの上に方法ステップc)でさらにゲート絶縁保護層3が全面に取付された様子を示す。図1aから1dおよび図2に示した実施形態とは異なり、この実施形態の第1の方法ステップd0)ではゲート絶縁保護層3が部分的に除去されている。   FIG. 3a shows that within this embodiment of the method, a substrate layer 1 made of a semiconductor material is also prepared in method step a), and field insulation is performed on this substrate layer in method steps b0) and b). The layer 4 and the gate insulating layer 2 are formed, and a state in which the gate insulating protective layer 3 is further attached to the entire surface in the method step c) is shown. Unlike the embodiment shown in FIGS. 1a to 1d and FIG. 2, in the first method step d0) of this embodiment, the gate insulating protective layer 3 is partially removed.

図3bは、第1の金属層8がコンタクト面の形成のために全面で取付された第2の方法ステップd0)で、ゲート絶縁保護層3がマスキングとして用いられる様子を示す。図3bはさらに、第3の方法ステップd0)に続いて、ゲート絶縁保護層3と第1の金属層8が部分的に除去された様子を示す。さらに図3bは、取り付けされた第1の金属層8が、ここではゲート絶縁保護層3の残った領域を補強していることを示す。   FIG. 3b shows how the gate insulating protective layer 3 is used as a mask in a second method step d0) in which the first metal layer 8 is applied over the entire surface to form a contact surface. FIG. 3b further shows that following the third method step d0), the gate insulating protective layer 3 and the first metal layer 8 are partially removed. Furthermore, FIG. 3 b shows that the attached first metal layer 8 now reinforces the remaining area of the gate insulating protective layer 3.

図3cは、導体路を形成するための第4の方法ステップd0)で、第2の金属層5が全面に取付された様子を示す。この第2の金属層5も同様に、ゲート絶縁保護層3の残った領域を補強する。ここでは部分的に除去されたゲート絶縁保護層3が、新たにマスキングとして用いられる。   FIG. 3c shows the second method step d0) for forming the conductor track with the second metal layer 5 attached to the entire surface. Similarly, the second metal layer 5 reinforces the remaining region of the gate insulating protective layer 3. Here, the partially removed gate insulating protective layer 3 is newly used as masking.

図3dは、第5の方法ステップd0)で、ゲート絶縁保護層3、金属層8、および金属層5が部分的に除去された様子を示す。図3dは、ゲート絶縁保護層3に対する切削が、十分な層厚を有するフィールド絶縁層4の領域に制限された様子を示す。引き続く、図示しない方法ステップd)で、ゲート絶縁保護層3を、その上に配置された金属層8,5とともに、たとえばリフトオフ法によって除去することができる。このリフトオフ法では、ゲート絶縁保護層3がたとえば湿式化学的に溶解または剥離される。 FIG. 3d shows how the gate insulating protective layer 3, the metal layer 8 and the metal layer 5 are partially removed in a fifth method step d0). Figure 3d cutting against the gate insulating protective layer 3, showing a state in which is limited to the area of the field insulating layer 4 having a sufficient thickness. In a subsequent method step d) (not shown), the gate insulation protective layer 3 can be removed together with the metal layers 8, 5 disposed thereon, for example by a lift-off method. In this lift-off method, the gate insulating protective layer 3 is dissolved or peeled off, for example, by wet chemical.

Claims (8)

ガスセンサ用の化学的感受性電界効果トランジスタの製造方法であって、
a)半導体材料からなる基板層(1)を準備するステップと、
b)ゲート絶縁層(2)およびフィールド絶縁層(4)を前記基板層(1)の上に形成するステップと、
c)湿式化学的エッチングによって溶解または剥離可能な材料から第1のゲート絶縁保護層(3,3’)を前記ゲート絶縁層(2)の上に形成し、さらに、本ステップc)と後のステップd)との間に行われる加工に対して耐性のある材料から2のゲート絶縁保護層(3”,3”’)を前記第1のゲート絶縁保護層(3,3’)の上に形成するステップと、
d0)導体路(5)を前記フィールド絶縁層(4)の上に形成するステップと、
d)前記第1のゲート絶縁保護層(3,3’)を溶解または剥離することによって、前記第2のゲート絶縁保護層(3”,3”’)を完全にまたは部分的に除去するステップと、
e)ゲート電極層(6)を、前記ゲート絶縁層(2)の少なくとも一部の上に、ならびに、前記第1および前記第2のゲート絶縁保護層(3,3’,3”,3”’)の残った部分の上に形成するステップと、を含む製造方法。
A method of manufacturing a chemically sensitive field effect transistor for a gas sensor, comprising:
a) preparing a substrate layer (1) made of a semiconductor material;
b) forming a gate insulating layer (2) and a field insulating layer (4) on the substrate layer (1);
c) forming a first gate insulating protective layer (3, 3 ') on the gate insulating layer (2) from a material that can be dissolved or peeled off by wet chemical etching; step d) a second gate insulating protective layer from materials which are resistant against processing carried out between the (3 ", 3"') the first gate insulating protective layer (3, 3' on the) Forming into steps;
d0) forming a conductor track (5) on the field insulating layer (4);
d) completely or partially removing the second gate insulating protective layer (3 ″, 3 ″ ′) by dissolving or peeling off the first gate insulating protective layer (3, 3 ′). When,
e) A gate electrode layer (6) is disposed on at least a part of the gate insulating layer (2) and the first and second gate insulating protective layers (3, 3 ', 3 ", 3"') Forming on the remaining part of the manufacturing method.
前記2のゲート絶縁保護層(3”,3”’)は、物理的切削法または乾式エッチングに対して耐性のある材料から形成されている、ことを特徴とする請求項1に記載の方法。 The method according to claim 1, characterized in that the second gate insulating protective layer (3 ", 3"') is made of a material that is resistant to physical cutting or dry etching. . 前記第1のゲート絶縁保護層(3,3’)は、
ルミニウム、ニッケルおよびれらの混合物からなる群から選択される料からなるゲート絶縁保護層
を含み、
前記2のゲート絶縁保護層(3”,3”’)は
化ケイ素および浸炭窒化ケイ素および窒化ケイ素および窒化チタンの少なくとも一つを含むゲート絶縁保護層
含む、
ことを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
The first gate insulating protective layer (3, 3 ′)
· A aluminum, includes a gate insulating protective layer made of wood charge selected from the group consisting of nickel and its these,
The second gate insulating protective layer (3 ", 3"') is
· Carbonization silicon and the gate insulating protective layer containing at least one carbonitride, silicon and silicon nitride and titanium nitride
Including,
The method according to claim 1 or 2, characterized in that
前記方法ステップc)において、前記第1のゲート絶縁保護層(3’)がゲート絶縁保護材料から形成される、ことを特徴とする請求項1から3までのいずれか一項に記載の方法。   4. The method according to claim 1, wherein, in the method step c), the first gate insulating protective layer (3 ') is formed from a gate insulating protective material. 前記方法ステップc)において、記第2のゲート絶縁保護層(3”’)が導電性材料から形成される、ことを特徴とする請求項1から4までのいずれか一項に記載の方法。 In the method step c), the method according to any one of claims 1 to 4 before Symbol second gate insulating protective layer (3 '') is formed of a conductive material, characterized in that . 前記方法ステップd0)は、以下の群から選択された一つ以上の方法ステップ、即ち、
・前記第1および前記第2のゲート絶縁保護層(3,3’,3”,3”’)の少なくとも一つを構造化するステップ、
・一つ以上の別の層(4,5,6,7,8)を、電気接点、導体路、絶縁層および/または保護層を形成するために形成するステップ、
・形成された一つ以上の層(2,3,3’,3”,3”’,4,5,6,7,8)を、電気接点、導体路、絶縁層および/または保護層を形成するために構造化するステップ、
・前記ゲート絶縁層(2)の完全性を、導電性を有する前記第2のゲート絶縁保護層(3”’)の電気接点によって検査するステップ、
・得られた構成体(1,2,3,3’,3”,3”’,4,5,6,7,8)を個別化するステップ、
・得られた構成体(1,2,3,3’,3”,3”’,4,5,6,7,8)を搬送するステップ、
・それらのステップを組合せ、このとき前記ゲート絶縁層(2)は、前記第1および前記第2のゲート絶縁保護層(3,3’,3”,3”’)の少なくとも一部によって覆われたままとするステップ、
を含む、ことを特徴とする請求項1から5までのいずれか一項に記載の方法。
Said method step d0) comprises one or more method steps selected from the group:
Structuring at least one of the first and second gate insulating protective layers (3, 3 ′, 3 ″, 3 ″ ′);
Forming one or more further layers (4, 5, 6, 7, 8) to form electrical contacts, conductor tracks, insulating layers and / or protective layers;
-One or more formed layers (2, 3, 3 ', 3 ", 3"', 4, 5, 6, 7, 8), electrical contacts, conductor tracks, insulating layers and / or protective layers Structuring to form,
Checking the integrity of the gate insulating layer (2) by means of electrical contacts of the second gate insulating protective layer (3 ″ ′) having conductivity;
Individualizing the resulting constructs (1, 2, 3, 3 ′, 3 ″, 3 ″ ′, 4, 5, 6, 7, 8);
-Conveying the resulting construct (1, 2, 3, 3 ', 3 ", 3"', 4, 5, 6, 7, 8);
Combining these steps, wherein the gate insulating layer (2) is covered by at least a part of the first and second gate insulating protective layers (3, 3 ′, 3 ″, 3 ″ ′) Step to leave,
The method according to claim 1, comprising:
前記第1のゲート絶縁保護層(3)は前記方法ステップd0)において、後で形成される層(4,5,6,7,8)に対してマスキングとして用いられるように構造化される、ことを特徴とする請求項6に記載の方法。   The first gate insulating protective layer (3) is structured in the method step d0) to be used as a mask for the later formed layers (4, 5, 6, 7, 8); The method according to claim 6. 前記ゲート電極層(6)をさらに、前記フィールド絶縁層(4)の少なくとも一部および/または前記導体路(5)の少なくとも一部の上に形成する、ことを特徴とする請求項1から7までのいずれか一項に記載の方法。   The gate electrode layer (6) is further formed on at least a part of the field insulating layer (4) and / or on at least a part of the conductor track (5). The method according to any one of the preceding items.
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