化学敏感的场效应晶体管的制造方法技术

本发明专利技术涉及用于制造场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管的方法。为了提高可采用的处理技术和材料的数量以及在处理衬底的顺序上的变化可能性，在该方法的范畴内构造一个栅绝缘保护层（3），其中该栅绝缘保护层（3）在进一步处理时保护该栅绝缘层（2）以防止环境影响，并在构造栅极层之前被部分或完全地去除。此外本发明专利技术还涉及这种场效应晶体管以及其应用。

【技术实现步骤摘要】
化学敏感的场效应晶体管的制造方法
本专利技术涉及一种用于制造场效应晶体管的、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管的方法，以及这种场效应晶体管及其应用。
技术介绍
化学气体传感器的传感器单元基于的是场效应晶体管和宽带隙半导体材料，并且目前主要采用来自半导体技术的标准材料来构造。但是化学气体传感器需要一个所谓的“开放”的栅，其具有非常薄的敏感的栅绝缘层以及设置在该栅绝缘层上的敏感层。为了避免在栅绝缘层中的金属污染，其中这可能导致电特性变差（晶格缺陷）以及稳定性降低，并为了避免其他元件、比如金属元件的温度载荷，通常在制造过程链开始（前端）时来进行该栅绝缘层的制造。在常规晶体管的已知制造方法中，该栅绝缘层在制造之后马上被覆盖了由导电材料构成的长期位于此处的栅极层。但从而该栅绝缘层和该栅极层的材料在其他处理中暴露于许多处理步骤中，如光刻、涂层、蚀刻和溅射，并从而暴露于与此相关的物理和化学影响中，因此该方法不适于或仅在之后处理步骤的严格限制下利用化学敏感的层作为栅极层来制造化学敏感的场效应晶体管。从而比如在已知制造方法的范畴内不能在之后的处理步骤中施加和结构化由和该栅绝缘层或栅极层相同的材料构成的层，因为在该层的开口处也会侵蚀并去除该栅绝缘层或该栅极层。出于此原因，比如在已知的制造方法中该栅绝缘层在施加并结构化场氧化物之后就被生成。同样在已知的制造过程中通常仅能够通过湿化学剥离法来进行之后所施加的、金属层的结构化，因为通过干蚀刻也可能侵蚀该栅绝缘层。
技术实现思路
本专利技术的主题是一种用于制造场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管的方法，其包含有方法步骤：a)提供由半导体材料构成的衬底层、尤其晶片；b)在该衬底层上构造/施加栅绝缘层，c)在该栅绝缘层上构造/施加至少一个栅绝缘保护层；d)完全或部分地去除该栅绝缘保护层；以及e)在该栅绝缘层或者在该栅绝缘保护层的剩余部分上构造/施加栅极层（敏感层）。根据本专利技术的方法所具有的优点是，通过该栅绝缘保护层可以保护该栅绝缘层以防止环境影响。从而在方法步骤c)中的装置可以在该方法步骤c)和方法步骤d)之间有利地被继续加工、尤其继续处理，其中可以有利地实施诸如回溅（Rücksputtern）的方法步骤，该方法步骤在已知的具有“开放”栅绝缘层的方法的范畴内是不可能的。从而能够有利地提高可采用的处理技术和材料的数量以及在处理技术序列中的变化可能性。此外该栅绝缘保护层还可以用作比如在分割时的运送保护和防污染保护，并且比如在构造该栅极层（敏感层）之前很短的时间才被去除。此外该栅绝缘保护层还可以部分地变成该栅绝缘层的组成部分，其方式是，该栅绝缘保护层的至少一部分或者该栅绝缘保护层保留在该栅绝缘层上或也保留该场效应晶体管的另一区域上。此外，还可以通过该/这些栅绝缘保护层来有利地调节或校正在该方法步骤c)和d)之间所构造的层的位置和边缘形状。此外还可以通过导电栅绝缘保护层来检验该栅绝缘层的完整性。优选地至少一些栅绝缘保护层对在方法步骤c)和d)之间所实施的方法步骤是稳定的和/或是足够厚的，以在方法步骤c)和d)之间所实施的方法步骤期间保护该栅绝缘层防止环境影响。此外该/这些栅绝缘保护层优选地可以有选择地从该栅绝缘层去除。在该方法步骤c)之前，该方法优选地包含有一个方法步骤：c0)清洁该栅绝缘层，尤其通过一种气体等离子体处理，比如通过剥离和/或清除浮渣或通过回溅，和/或通过湿或干化学蚀刻和/或通过热处理，比如在含氧的气氛中，或通过这些方法的组合。这样就可以有利地去除有机成分并改善场效应晶体管的功能。该气体等离子体处理在此可以在单纯气体中或在比如氩、氧和/或氟的气体混合物中来进行。该回溅比如可以采用氩、氮和/或氧来进行。该湿化学蚀刻比如可以在一种缓冲的含HF的溶液中来进行。该干化学蚀刻比如可以在含CF4或SF6的气氛中来进行。比如可以在清洁时去除在从≥2nm至≤30nm范围内的层厚度。优选地（直接）与该方法步骤b)或c0)相连地进行方法步骤c)。该/这些栅绝缘保护层可以在方法步骤c)中尤其平面地或整面地构造或施加。在该方法的一个实施方案的范畴内，在方法步骤c)中由相互不同的材料来构造或施加两个或多个栅绝缘保护层。在多个栅绝缘保护层中，单个的栅绝缘保护层的材料和其顺序优选地与之后的方法步骤、尤其在方法步骤c)和d)之间的方法步骤相协调。在此单个的材料可以如此来选择，使得其对于单独的之后的方法步骤、尤其在方法步骤c)和d)之间的方法步骤具有高的（物理和/或化学）稳定性或惰性。由此该栅绝缘保护层系统总体上可以具有比相同稳定性或惰性的单个栅绝缘保护层更小的总厚度。在该方法的另一实施方案的范畴内，在方法步骤c)中，在栅绝缘保护层由如下材料来构造或涂覆之前，其中该材料对于物理去除方法或干蚀刻、尤其回溅、比如离子射束蚀刻（IBE，英语：“ionbeametching”）或反应离子射束蚀刻（RIBE，英语：“reactiveionbeametching”）是稳定的（比如碳化硅、氮化硅、氮化钛、碳氮化硅），栅绝缘保护层由比如金属铝和/或镍的材料来构造或涂覆，其中该材料可以通过湿化学蚀刻来溶解或清除。这样，较外面的栅绝缘保护层在物理去除或干蚀刻时就可以保护该栅绝缘层，并能够通过之下的、能够湿化学溶解或清除的栅绝缘保护层的溶解或清除而被清除。作为该/这些栅绝缘保护层的材料尤其比如提供有无定形硅或多晶硅，因为硅总归是衬底的组成部分并通常也是该绝缘层的组成部分。代替地或附加地，其他的材料也是可以的。比如提供有金属铝和/或镍来作为稍后容易去除的金属、或者氮化硅、或者由有机材料构成的层或具有有机材料的层、或者与二氧化硅相比能够有选择地去除的其他绝缘材料。在另一实施方案的范畴内，在方法步骤c)中从而构造或施加了一个或多个栅绝缘保护层，其包含有-从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐和其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中所选择的材料，和/或-由硅（Si）、硼（B）、碳（C）和氮（N）组成的混合物，和/或-由硅（Si）、铝（Al）、氧（O）和氮（N）组成的混合物，也称为SiAlON，和/或-铝和/或镍，和/或-硅、比如无定形硅或多晶硅、尤其多晶硅、和/或钛和/或钽和/或铌，和/或-碳氮化硅，和/或-碳化硅、比如无定形碳化硅或多晶碳化硅，尤其微小导电性的碳化硅，和/或-氮化硅和/或氮化钛和/或氮化钽，和/或-氧化硅和/或氧化钛，和/或-有机材料或由其组成。只要在方法步骤c)中构造或施加了一个或多个导电的栅绝缘保护层，那么其优选地在方法步骤d)中尤其完全地被去除。在方法步骤c)中所构造或涂覆的栅绝缘保护层比如总计可以具有在从≥10nm至≤10μm、尤其从≥50nm至≤1000nm、比如从≥50nm至≤500nm范围内的一个总厚度d。该/这些栅绝缘保护层可以在方法步骤c)中比如通过物理气体沉积（PVD，英语：“physicalvapourdeposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactivesputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemicalvapourdepositio本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．用于制造场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管的方法，包含有以下的方法步骤：ａ）提供由半导体材料构造的衬底层（１）；ｂ）在该衬底层（１）上构造栅绝缘层（２）；ｃ）在该栅极层（２）上构造至少一个栅绝缘保护层（３，３｀，３｀｀，３｀｀｀）；ｄ）完全或部分地去除栅绝缘保护层（３，３｀，３｀｀，３｀｀｀）；以及ｅ）在该栅绝缘层（２）上或者在栅绝缘保护层（３，３｀，３｀｀，３｀｀｀）的剩余部分上构造栅极层（６）。

【技术特征摘要】
2010.07.09 DE 102010031167.71.用于制造场效应晶体管的方法，包含有以下的方法步骤：a)提供由半导体材料构造的衬底层（1）；b)在该衬底层（1）上构造栅绝缘层（2）；c)在该栅绝缘层（2）上构造至少一个栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```）；d)完全或部分地去除栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```）；以及e)在该栅绝缘层（2）上或者在栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```）的剩余部分上构造栅极层（6）；其中，在方法步骤c)中由不同的材料来依次构造或施加两个或更多栅绝缘保护层（3`，3``，3```），并且至少一些栅绝缘保护层对在方法步骤c)和d)之间所实施的方法步骤在物理特性和/或化学特性方面是稳定的和/或是足够厚的，以在方法步骤c)和d)之间所实施的方法步骤期间保护该栅绝缘层防止环境影响。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)中，在由在物理特性和/或化学特性方面对于物理去除方法或干蚀刻是稳定的材料来构造或涂覆所述栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```）之一之前，由能够通过湿化学蚀刻来溶解或清除的材料来构造或涂覆所述栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```）的另一栅绝缘保护层。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在物理特性和/或化学特性方面对于物理去除方法或干蚀刻是稳定的材料是碳化硅、氮化硅、氮化钛或碳氮化硅，并且所述能够通过湿化学蚀刻来溶解或清除的材料是金属铝或镍。4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)中构造或施加一个或多个栅绝缘保护层（3，3`，3``，3```），其包含有-从由二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中所选择的材料，和/或-由硅、硼、碳和氮组成的混合物，和/或-由硅、铝、氧和氮组成的混合物，和/或-铝和/或镍，和/或-硅和/或钛和/或钽和/或铌，和/或-碳氮化硅，和/或-碳化硅，和/或-二氧化硅和/或氧化钛，和/或-有机材料。5.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)中首先由栅绝缘层材料来构造栅绝缘保护层（3`）。6.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，在方法步骤c)中由导电材料来构造至...

【专利技术属性】
技术研发人员：R菲克斯，A克劳斯，A马丁，
申请(专利权)人：R菲克斯，A克劳斯，A马丁，
类型：发明
国别省市：DE