气敏场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及气敏场效应晶体管及其制造方法。该晶体管包括有具有基质主表面的半导体基质。场效应晶体管此外还包括有绝缘层，它具有指向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层至少局部地盖住了基质主表面并且在栅极区部位里具有开孔或者层厚变小的部位(135)，这里具有倾斜侧壁(137)，而且其中在第二主表面里的开孔(135)的面大于在第一主表面里的开孔(135)的面。场效应晶体管(100)包括有栅极层(155)，它至少盖住绝缘层(110)的第一主表面的局部，开孔(135)倾斜侧壁(137)的部位以及栅极区(140)的部位，其中栅极层(155)包括有材料或者结构，它们在与预先规定的气体接触时，使栅极层(155)的电性能发生变化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气敏场效应晶体管，以及制造气敏场效应晶体管的方法。
技术介绍
在当前的气敏或者化学敏感的场效应晶体管(也常常缩写为ChemFETs)中，它们都是设计用于不利的环境条件(也称为”恶劣的环境”)，并以此必须承受高的温度或者化学的负载，因此通常应用一种宽带隙的半导体材料(例如SiC或者GaN)作为半导体基质。因此将一种化学敏感的导电层，它尤其也涂覆在FETs的通道部位上，导电接通在很靠近通道部位的旁边或者其上面。通道部位只是设置有一种薄的绝缘“栅极氧化物”(它真正是一种栅极绝缘，因为也可以是其它的绝缘材料)，这个部位再外面一般用一种较厚的绝缘，一种所谓“场氧化物”(也可以是另外的材料作为氧化物一起包括在内)和一种饨化膜来保护。 场氧化物的性能(例如边棱)一般是不确定的，因此不能利用作为涂覆层的基体。在通常的设计中，栅极的导电接通因此在通道部位的旁边或者其上面的栅极氧化物上，用一种印制导线来进行，这种导线除了栅极氧化物通到通道上或者说旁边，并且在通道部位之外位于场氧化物上或者说在场氧化物和饨化膜之间。在栅极氧化物上的导电接通限制了为印制导线的涂覆和形成结构所用的方法。
技术实现思路
根据这种背景本专利技术提出了一种按照独立权利要求的气敏场效应晶体管，以及最后一种用于制造气敏场效应晶体管的相应的方法。有利的设计方案见各自的从属权利要求和随后的说明。本专利技术提出了一种气敏场效应晶体管，它具有以下特征一具有一个基质主表面的半导体基质，其中半导体基质具有一个源极区，一个栅极区和一个漏极区；— 一个绝缘层，它具有指向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层至少局部地盖住了基质主表面并且在栅极区部位里具有一个开孔或者绝缘层部位，这里层厚小，其中在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层具有倾斜的侧壁，因此在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧壁之间的间距，从第二主表面在向第一主表面的方向上变小；而且一包括有一个栅极层，它至少盖住绝缘层的第二主表面的一个局部，倾斜侧壁的一个部位以及栅极区的一个部位，其中栅极层包括有一种材料或者一种结构，它们在与一种预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。此外本专利技术还提出了一种用于制造气敏场效应晶体管的方法，其中这方法有以下步骤--准备一种具有一个基质主表面的半导体基质，其中半导体基质具有一个源极区，一个栅极区和一个漏极区，其中基质主表面通过一个绝缘层覆盖；--将一个标志层涂覆在绝缘层的露出表面上，其中这样进行标志层的涂覆，使得标志层具有一种带有倾斜侧壁的空隙或者开孔，其中空隙或者开孔向着对置于的一个栅极区的部位逐渐变小；一在应用空隙或者开孔的情况下，在绝缘层里形成一个具有开孔或者减小层厚的部位，从而使得在绝缘层里具有一个开孔或者一个绝缘层部位，其层厚小，其中在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层具有倾斜的侧壁，因此在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧壁之间的间距，从第二主表面在第一主表面的方向上变小；而且一涂覆一个栅极层，以便通过栅极层至少盖住绝缘层露出的主表面的一个局部， 绝缘层中倾斜侧壁的一个部位以及栅极区的一个部位，其中栅极层包括有一种材料或者一种结构，它们在与一种预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。所谓半导体基质可以是指一种掺杂的半导体材料，其中在这半导体基质中相应提到的区域表明有某种升高的掺杂。栅极层可以一方面用于接通连接和另一方面也用于构成一个栅极本身。栅极层应该具有一种材料，它在与一种预先规定的气体接触时，其使其电性能或者其表面的电性能发生变化，并因此引起场效应晶体管的气体敏感性。绝缘层可以通过一个由一种氧化物或者另一种绝缘材料组成的层构成。本专利技术基于以下认识为了制造场效应晶体管，在绝缘层里提供或者构成一个开孔或者具有变小的层厚的部位，这开孔或者部位具有倾斜的侧壁。例如一个位于基质主表面对面的开孔面小于一个在绝缘层的背离基质主表面的一个主表面里形成的开孔面。换句话说，在开孔部位或者绝缘层部位里的绝缘层的对置的倾斜侧边棱之间的间距，在第二主表面附近大于在第一主表面附近。这可以实现栅极层的一种很精密和精细的，具有气敏性能的结构化。本专利技术的优点在于通过倾斜的侧壁，在制造场效应晶体管时不必再害怕场效应晶体管的栅极部位接通不确定或者不太精确。而是可以通过在场氧化物里(也就是说绝缘层)的开孔的或者在具有减小了层厚的部位里的斜坡形状在绝缘层或者场氧化物上进行层的规定的沉积，和/或形成结构。在绝缘层里的开孔的或者具有减小了层厚的绝缘层部位中的斜坡形状从一个背离半导体基质的侧面向着一个朝向半导体基质的侧面逐渐变小。 倾斜侧壁则可以应用简单的方法将这些层涂覆在所要加工的场效应晶体管上，这样成本是有利的，并且可以实现所要涂覆层的一种精密而精细的结构化。按照本专利技术的一种有利的实施形式，绝缘层可以具有倾斜的侧壁，它们相对于第一或第二主表面构成5°至80°的角度。本专利技术的一种这样的实施形式的优点在于在这个角度范围之内可以实现精确的沉积和/或形成绝缘层的结构，并因此形成栅极的一种相应可靠的构造和接通。同样有利的是源极区，漏极区和/或栅极层借助于印制导线进行电接通的话，它们都施加在绝缘层的第二主表面上。本专利技术的一种这样的实施形式的优点是，可以在绝缘层的露出的表面上涂覆印制导线。因此防止了半导体基质里结构的损伤，在将印制导线直接涂覆到半导体基质上或者栅极部位的绝缘部上时，否则这些结构有可能受损。按照本专利技术的另一种实施形式，也可以设有一个连接环，它布置在绝缘层上，在指向绝缘层的第二主表面的一侧，并且包围住绝缘层里的开孔或者绝缘层里具有减小层厚的绝缘层部位。本专利技术的一种这样实施形式的优点在于通过有利地在绝缘层的开孔的一个部位和绝缘层的第二主表面上的另一个部位之间，提供一种流体密封的和气体密封的闭锁的连接环，可以实现所要测量的气体至栅极层的流动。这确保了 所要测量的气体尽可能完全地导向栅极层，因此通过栅极层也可以实现尽可能精确地测定气体的浓度。为了实现栅极层的尽可能好的电接通，连接环也可以包括有一种导电材料，并用作为栅极层的电接点。按照本专利技术的另一种实施形式，可以设有一个载体基质，它，尤其是借助于倒装法技术，布置在指向第二主表面的具有绝缘层的一侧上，或者在施加于绝缘层上的结构上，其中载体基质设计用于机械地保持场效应晶体管。本专利技术的一种这样的实施形式的优点在于通过载体基质可以提供一种稳定的保持。按此方式一方面可以应用一种比较薄的并因此比较轻的半导体基质，因此可以降低成本，而且另一方面也可以在成型场效应晶体管的层时，将重点放在层或者层序列的尽可能最佳的气体敏感性上。特别有利的是，载体基质具有一个开孔，它对置于绝缘层的开孔或者层厚变小的绝缘部位。本专利技术的一种这样的实施形式的优点在于载体基质可以这样设置在一个由半导体基质，绝缘层和栅极层组成的复合物上，因此栅极层只能通过载体基质里的开孔触及。 这可以尽可能大地保护栅极层，防止机械损伤，并因此提高所要制造的气敏场效应晶体管的坚固性。按照以下专利技术的一种特别的实施形式，载体基质里的开孔可以用一种透气的过滤材料或者催化材料封闭，这种材料设计用于对一种流过载体基质开孔的气体进行过滤或者催化本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．气敏场效应晶体管（１００），它具有以下特征：－－－具有基质主表面的半导体基质（１３８），其中半导体基质（１３８）具有源极区（２４０），栅极区（１４０）和漏极区（３１０）；－－－绝缘层（１１０），它具有朝向基质主表面的第一主表面，和背离基质主表面的第二主表面，其中绝缘层（１１０）至少局部地盖住了基质主表面，并且在栅极区（１４０）部位里具有开孔（１３５）或者层厚变小的绝缘层部位，其中绝缘层（１１０）在开孔（１３５）的部位或者在绝缘层部位（１３５）中具有倾斜的侧壁（１３７），从而在绝缘层（１１０）的在开孔（１３５）的部位里或者绝缘层部位（１３５）里相互对置的倾斜侧壁（１３７）之间的距离，从第二主表面向着第一主表面方向上变小；和－－－栅极层（１５５），它至少盖住绝缘层（１１０）的第一主表面的局部，倾斜侧壁（１３７）的一个部位以及栅极区（１４０）的一个部位，其中栅极层（１５５）包括有材料或者结构，它们在与预先规定的气体接触时，使栅极层或者其表面的电性能发生变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：A·克劳斯，M·勒胡，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：DE