一种气敏传感器及其形成方法技术

公开了一种气敏传感器，包括：半导体衬底、位于所述半导体衬底上的绝缘层、位于所述绝缘层上的氧化锌，所述氧化锌作为气敏层，并且所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。本发明专利技术制成氧化锌/绝缘层/半导体衬底结构的气敏传感器，结构更简单，其中氧化锌作为气敏层，可以用半导体工艺制作，从而气敏传感器的制作方法与半导体工艺兼容。进一步的，氧化锌包含两层，其中顶层的第二氧化锌膜中形成有阵列排布的凹槽，这样可以增加氧化锌气敏层的比表面积，从而可以提高气敏传感器的灵敏度。

A Gas Sensor and Its Formation Method

A gas sensor is disclosed, including a semiconductor substrate, an insulating layer on the semiconductor substrate, and zinc oxide on the insulating layer. The zinc oxide acts as a gas sensing layer, and the type of zinc oxide is different from that of the semiconductor substrate. The gas sensor with a zinc oxide/insulating layer/semiconductor substrate structure has a simpler structure, in which zinc oxide is used as a gas sensing layer and can be fabricated by a semiconductor process, so that the fabrication method of the gas sensor is compatible with the semiconductor process. Furthermore, zinc oxide consists of two layers, in which the grooves in the top second zinc oxide film are arranged in arrays, which can increase the specific surface area of zinc oxide gas sensing layer and thus improve the sensitivity of gas sensors.

【技术实现步骤摘要】
一种气敏传感器及其形成方法
本专利技术涉及集成电路制造工艺领域，更具体地，涉及一种气敏传感器及其形成方法。
技术介绍
气敏传感器是一种检测特定气体的传感器，主要包括半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化学气敏传感器，其中应用最多最广泛的是半导体气敏传感器。气敏传感器的工作原理是在压电晶体表面涂覆一层选择性吸附某气体的气敏薄膜，当该气敏薄膜与待测气体相互作用时，使得气敏薄膜的膜层质量和导电率发生变化，从而引起压电晶体的声表面波频率发生漂移；气体浓度不同，膜层质量和导电率变化程度亦不同，即引起声表面波频率的变化也不同。通过测量声表面波频率的变化即可获得准确的反应气体浓度的变化值。ZnO是一种表面控制型气敏材料，其对CO、C2H5OH、H2、NO2等气体比较敏感，并且其具有物理化学性能稳定，价格低廉等优点，在制备气敏传感器方面得到了广泛应用。但是，市场上ZnO气体传感器应用并不广泛，还有很大的开发空间，值得深入研究。公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术提出了一种气敏传感器及其形成方法，该气敏传感器采用集成电路工艺制备，为ZnO基MOS二极管结构的气敏传感器，以简单的结构实现了较好的灵敏度。根据本专利技术的一方面，提出一种气敏传感器，包括：半导体衬底、位于所述半导体衬底上的绝缘层、位于所述绝缘层上的氧化锌，所述氧化锌作为气敏层，并且所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。优选地，所述氧化锌中具有多个凹槽。优选地，所述氧化锌包括：第一氧化锌膜、位于所述第一氧化锌薄膜上的第二氧化锌膜，所述凹槽位于所述第二氧化锌膜中；所述凹槽的深度小于或等于所述第二氧化锌膜的厚度。优选地，所述凹槽呈阵列排布。优选地，所述凹槽为圆形凹槽，或，所述凹槽为条形凹槽；所述条形凹槽两端贯穿所述氧化锌层，或者两端封闭。优选地，所述气敏传感器还包括第一电极，位于所述氧化锌中；还包括第一电极窗口，贯穿所述氧化锌以暴露出部分所述第一电极。优选地，所述氧化锌中掺杂有稀土金属。优选地，所述氧化锌为轻掺杂氧化锌；所述气敏传感器还包括第二电极，位于所述衬底和所述绝缘层之间；还包括第二电极窗口，贯穿所述衬底以暴露出部分所述第二电极。优选地，所述氧化锌为重掺杂氧化锌；所述气敏传感器还包括第二电极，位于所述衬底背面。优选地，所述绝缘层为氧化硅层。根据本专利技术的另一方面，提出一种气敏传感器的形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上沉积形成氧化锌，所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。优选地，在所述绝缘层上形成氧化锌的步骤包括：在所述绝缘层上沉积形成第一氧化锌膜；在所述第一氧化锌膜上沉积形成第二氧化锌膜，对所述第二氧化锌膜进行刻蚀形成凹槽，所述凹槽呈阵列排布，所述凹槽为圆形凹槽，或，所述凹槽为条形凹槽；所述条形凹槽两端贯穿所述氧化锌层，或者两端封闭；在形成第二氧化锌膜之前，还包括，在所述第一氧化锌膜上形成第一电极；形成第二氧化锌膜之后，还包括：刻蚀所述第二氧化锌膜，形成第一电极窗口，以暴露所述第一电极。优选地，在所述衬底背面形成第二电极，所述氧化锌为重掺杂氧化锌或者，在所述衬底和所述绝缘层之间形成第二电极，刻蚀所述衬底形成第二电极窗口，以暴露所述第二电极；所述氧化锌为轻掺杂氧化锌。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本技术方案制成氧化锌/绝缘层/半导体衬底结构的气敏传感器，结构更简单，其中氧化锌作为气敏层，可以用半导体工艺制作，从而气敏传感器的制作方法与半导体工艺兼容。进一步的，氧化锌包含两层，其中顶层的第二氧化锌膜中形成有阵列排布的凹槽，这样可以增加氧化锌气敏层的比表面积，从而可以提高气敏传感器的灵敏度。本专利技术的方法具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。附图说明通过结合附图对本专利技术示例性实施方式进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。图1为根据本专利技术实施例一的气敏传感器的形成方法的流程图；图2为第一电极的示意图；图3为第一电极窗口与第二电极窗口的位置关系图；图4a为圆形凹槽的俯视图，图4b为条形凹槽的俯视图；图5为包含圆柱阵列或长条阵列凹槽的气敏传感器的截面图；图6为根据本专利技术实施例三的气敏传感器的形成方法的流程图。附图标记说明：10-氧化锌11-半导体衬底12-第二电极13-绝缘层14-第一氧化锌膜15-第二氧化锌膜16-第一电极17-第一电极窗口18-第二电极窗口20-凹槽。具体实施方式为了提高气敏传感器的灵敏度，半导体衬底、位于所述半导体衬底上的绝缘层、位于所述绝缘层上的氧化锌，所述氧化锌作为气敏层，并且所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。相应地，本专利技术还提出了一种气敏传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成绝缘层；在所述绝缘层上沉积形成氧化锌，所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。下面将参照附图更详细地描述本专利技术。虽然附图中显示了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本专利技术更加透彻和完整，并且能够将本专利技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。实施例一本实施例的气敏传感器的形成方法包括：参考图1a，提供半导体衬底11。在本实施例中，半导体衬底11可以为P型衬底，也可以是N型衬底。所述半导体衬底可以但不限于是传统集成电路工艺中的单晶硅衬底、热导率良好的绝缘衬底氮化铝、蓝宝石、金刚石等。优选在该步骤之前对半导体衬底11进行化学清洗。参考图1b，在半导体衬底11上形成第二电极12，优选为金属电极，刻蚀半导体衬底11形成第二电极窗口18，以暴露第二电极12。在本实施例中，通过在半导体衬底11上沉积集成电路中的金属材料，以形成第二电极12。也可以通过在半导体衬底11上沉积与半导体衬底11类型相反的多晶硅来形成第二电极12。第二电极12厚度优选为参考图1c，在第二电极12上形成绝缘层13。在本实施例中，通过CVD法获得氧化硅绝缘层。如果前层是掺杂多晶硅，则可以通过氧化获得氧化硅绝缘层13。绝缘层13厚度优选为参考图1d，在绝缘层13上形成第一氧化锌膜14。在本实施例中，通过共溅射法沉积氧化锌。所述氧化锌优选掺杂有稀土金属，所述稀土金属为镧La、铈Ce、镨Pr、钕Nd、钐Sm、铕Eu、钆Gd、铽Tb、镝Dy、钬Ho、铒Er、铥Tm、镱Yb、镥Lu、钇Y中的一种或多种。所述氧化锌为轻掺杂氧化锌，其类型与半导体衬底11不同。例如，当半导体衬底11为P衬底，则第一氧化锌膜14由氧化锌形成；当半导体衬底11为N衬底，则第一氧化锌膜14由P型氧化锌形成。第一氧化锌膜14优选由氧化锌形成，因为本征氧化锌为N型。对于轻掺杂和重掺杂，这里没有严格的定义，对掺杂浓度很高，电阻率很小的半导体定义为重掺杂，例如这里的电阻率为10-3Ω.cm时，肯定是重掺杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种气敏传感器，其特征在于，包括：半导体衬底、位于所述半导体衬底上的绝缘层、位于所述绝缘层上的氧化锌，所述氧化锌作为气敏层，并且所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。

【技术特征摘要】
1.一种气敏传感器，其特征在于，包括：半导体衬底、位于所述半导体衬底上的绝缘层、位于所述绝缘层上的氧化锌，所述氧化锌作为气敏层，并且所述氧化锌的类型与半导体衬底不同。2.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于，所述氧化锌中具有多个凹槽。3.根据权利要求2所述的气敏传感器，其特征在于，所述氧化锌包括：第一氧化锌膜、位于所述第一氧化锌薄膜上的第二氧化锌膜，所述凹槽位于所述第二氧化锌膜中；所述凹槽的深度小于或等于所述第二氧化锌膜的厚度。4.根据权利要求2所述的气敏传感器，其特征在于，所述凹槽呈阵列排布。5.根据权利要求2所述的气敏传感器，其特征在于，所述凹槽为圆形凹槽，或，所述凹槽为条形凹槽；所述条形凹槽两端贯穿所述氧化锌层，或者两端封闭。6.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于，还包括第一电极，位于所述氧化锌中；还包括第一电极窗口，贯穿所述氧化锌以暴露出部分所述第一电极。7.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于，所述氧化锌中掺杂有稀土金属。8.根据权利要求1所述的气敏传感器，其特征在于，所述氧化锌为轻掺杂氧化锌；所述气敏传感器还包括第二电极，位于所述衬底和所述绝缘层之间；还包括第二电极窗口，贯穿所述衬底以暴露出部分所述第二电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈达，罗海龙，叶菲，
申请(专利权)人：中芯集成电路宁波有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33