半導體氣體傳感器的製作方法

2023-05-18 02:43:41

專利名稱：半導體氣體傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及根據權利要求1的前序部分的半導體氣體傳感器。
背景技術：
由DE 100 36 178 Al公開了一種FET溼度傳感器。在此，通過懸浮柵(SuspendedGate/SG)調整通道區的導電能力。此外，由DE 42 39 319 C2、DE 10 2005 008 051 A和EP I 103 808 BI分別公開了 SGFET氣體傳感器。此外，由DE 199 07 168 CU US 5 545 589 A、US 5 137 461 A 和 US 5 432 675
A公開了一些其他的固定裝置。這類具有通過氣隙與通道區域間隔開的控制電極的MOS電晶體的共同特徵是:控制電極和半導體主體通常不是一體構造的。由此，必須藉助於連接劑將控制電極與所屬的電晶體區域連接。此外，電連接控制電極。

發明內容
在所述背景下，本發明的任務在於，說明一種半導體氣體傳感器，其進一步改進現有技術。 所述任務通過具有權利要求1的特徵的半導體氣體傳感器解決。本發明的有利構型包含在從屬權利要求中。根據本發明的主題，提供基於集成的場效應電晶體的半導體氣體傳感器，其具有半導體主體，其具有構造在半導體主體的表面上的鈍化層，其中半導體氣體傳感器具有通過間隙與通道區域分離的氣體敏感的控制電極並且被構造為懸浮柵場效應電晶體(SGFET)，或者控制電極設置為具有間隙的電容器的第一板並且所述電容器的第二板與電容性控制地構造的場效應電晶體(CCFET)的柵極連接，並且控制電極具有半導體載體層，其具有位於其上的增附劑層和位於所述增附劑上的氣體敏感層，其中控制電極與參考電勢連接，並且所述氣體敏感層(120)的表面朝向通道區域(55)或第二板，並且設有支撐區，其具有第一支承結構(70)和第二支承結構(80)，所述第一支承結構具有第一支承區域(75)並且所述第二支承結構具有第二支承區域(85)，其中在半導體主體的表面上設有連接區，並且支撐區與所述連接區鄰接，所述連接區具有第一連接區域和第二連接區域，並且第一連接區域具有穿過鈍化層的第一成型部(Ausformung)，並且所述第一成形部具有底面，所述底面具有與參考電勢連接的導電層，所述第一連接區域藉助於第一連接劑與控制電極具有電連接和力鎖合連接，並且所述第二連接區域藉助於第二連接劑與控制電極至少具有力鎖合連接，第一連接劑至少部分地填充成型部並且所述控制電極與導電層連接。應注意，控制電極的朝向通道區域的面以下也稱作內面，即氣體敏感層設置在內面上。在此，氣體敏感層在SGFET中覆蓋至少一部分、優選整個通道區域或者在CCFET中以預給定的間距覆蓋反電極、即第二板，其中所述間距確定所述間隙的孔徑。控制電極的與內面相對置的面稱作外面或者稱作覆蓋面。此外，概念「電晶體區」表示包括源區域、通道區域和漏區域的區。優點在於，通常構造為層堆的控制電極藉助於第一連接劑與半導體主體不僅機械地、即力鎖合地連接而且藉助於第一連接劑與參考電勢電連接。研究表明，藉助於第一連接劑的電連接可以取代例如藉助於鍵合引線的附加電接通。由此可以在所謂的晶片水平層上已經實施成型部的製造並且可以將成型部的製造毫無問題地添加到集成電路的製造過程中。製造氣體傳感器的成本更低，並且氣體傳感器的可靠性更高。此外，與藉助鍵合引線在控制電極的覆蓋面或者外面上實施相比，結構高度更小。研究表明，第一連接劑的較小導電能力已經足以電連接控制電極。優選地，連接電阻構造為低於50M歐姆，最高優選低於IM歐姆。有利的是，第一連接劑和/或第二連接劑相同並且優選被構造為導電粘接劑。在此足夠的是，導電粘接劑或至少第一連接劑具有高於lS/m的導電能力。換句話說，SGFET或CGFET也稱作集成部件，其中第一連接劑和/或第二連接劑是第一部分，控制電極是集成部件的構造在鈍化層下面的第三部分的第二部分。在不同部分之間存在電信號連接，即集成部件的各個部分之間彼此有效電連接並且共同形成完整的部件。在一個擴展方案中，控制電極在半導體表面的法向量的方向上與連接區間隔開並且覆蓋連接區。在此，控制電極和連接區之間的間距尤其通過第一支承結構的高度以及通過第二支承結構的高度確定，其中優選地，第一支承結構的高度與第二支承結構的高度相同。支承結構的高度在此理解為相應的支承結構沿法向量的側邊。在一個特別優選的實施方式中，第一支承區域和/或第二支承區域分別具有一個平臺(Plateau)，其中所述平臺構造在鈍化層的表面上並且控制電極位於所述平臺上。在此優選地，控制電極僅僅位於平臺上並且由第一連接劑和/或第二連接劑既僅僅保持又僅僅藉助於連接劑之一與參考電勢電連接。根據一種擴展方案，除第一連接區域以外，第二連接區域也具有穿過鈍化層的第二成型部，其分別具有底面。此外優選地，在第二成型部的底面上構造有導電層。優選地，第二連接劑至少部分地填充第二成型部並且除機械連接以外還建立控制電極和參考電勢之間的電連接，其方式是，具有導電能力的第二連接劑將控制電極與導電層連接。此外優選地，槽狀地或孔狀地構造兩個成型部，並且各個印製導線層的介電層穿過所述成型部。根據一種替代實施方式優選地，兩個成型部的側面的一部分構造有導電層。研究表明，在所述成型部內，印製導線層和含矽的層、優選具有位於其上的矽化物層的摻雜的多晶矽層都是適合的。在此有利地，矽化物層構造為鎢矽化物。此外優選地，第一連接劑和/或第二連接劑完全地填充第一成型部或者第二成型部。根據一種優選實施方式，在底面上構造有一個、優選多個截錐狀的隆起部。根據一個擴展方案，隆起部構造成能導電的，特別優選地，隆起部構造為鎢塞。隆起部的優點是，第一連接劑和/或第二連接劑構造與成型部以及尤其是與底面的特別可靠的機械連接和/或電連接。換句話說，鎢塞或者隆起部增大了通過兩種連接劑塗覆的表面。根據一種優選的實施方式，第一連接劑和第二連接劑僅僅設置在控制電極下方和控制電極的側面上。由此，控制電極的外面不由兩種連接劑之一包圍，並且氣體傳感器的結構高度減小。在另一實施方式中特別有利的是，第一連接區域與第一支承結構緊鄰。由此，需要較少的半導體表面面積來構造氣體傳感器。此外有利地，由同樣設置在半導體主體上的集成電路控制SGFET或CCFET，並且藉助於集成電路分析處理SGFET的信號。


以下參照附圖詳細闡述本發明。在此相同的部件標註相同的標記。極其示意性地表示所示實施方式，即間距和橫向延展和縱向延展不是按照比例的並且(只要沒有額外說明)不具有可推導的彼此幾何關係。附圖示出:圖1:SGFET半導體氣體傳感器的橫截面視圖，圖2 =CCFET半導體氣體傳感器的橫截面視圖，圖3:根據第一實施方式的圖1和圖2的局部詳細視圖，圖4:根據第二實施方式的圖1和圖2的局部詳細視圖。
具體實施例方式圖1的示圖示出SGFET半導體氣體傳感器的橫截面視圖，所述SGFET半導體氣體傳感器具有電路殼體(未示出)和集成在所述電路殼體內的半導體氣體傳感器10，所述半導體氣體傳感器具有半導體主體20，所述半導體主體具有構造在表面上的鈍化層30，所述半導體氣體傳感器具有構造在半導體主體20中的集成的懸浮柵場效應電晶體40 (簡稱SGFET)，其具有電晶體區，其具有源區域50、通道區域55和漏區域60。半導體主體20藉助於粘接層24固定在載體22 (也稱作引線框架)上。在半導體主體20的表面上，在最上面的印製導線層25中構造有金屬面——所謂的焊盤。藉助於所分配的鍵合引線26通過所分配的引腳27將相應的焊盤與外部的(即位於電路殼體外部的)電連接電連接。最上面的印製導線層25除焊盤以外由鈍化層30覆蓋。在鈍化層30下面根據印製導線層的數量構造有多個氧化層65，其中構造在氧化層內的印製導線層沒有示出。SGFET具有支撐區，所述支撐區具有第一支承結構70和第二支承結構80，所述第一支承結構具有第一支承區域75，所述第二支承結構具有第二支承區域85，其中電晶體區設置在支撐區內半導體主體20的表面上。第一支承區域75和第二支承區域85沿著半導體表面的法向量設置在電晶體區上方並且與電晶體區間隔開。在通道區域55上方設有控制電極100，其中控制電極100覆蓋通道區域55並且位於第一支承區域75和第二支承區域85上，並且在通道區域55和控制電極100之間構造有間隙110。在其他走向中，控制電極100部分地覆蓋構造在半導體主體20的表面上的連接區，其中連接區包括具有第一成型部112的第一連接區域和具有第二成型部114的第二連接區域。兩個成型部112、114優選構造為槽狀或孔狀結構並且在此穿過設置在半導體主體20的表面上的鈍化層30和位於其下方的氧化層65。在兩個成型部112、114的底部上分布構造有摻雜的、能夠導電的多晶矽層115，其具有矽化物層。此外，控制電極100在半導體主體20的表面的法向量的方向上與連接區間隔開。此外，控制電極100在朝向通道區域55的面上具有氣體敏感層120。氣體敏感層120在增復劑層122上與通常由半導體材料構造的載體材料124連接。
支撐區在半導體主體20的表面上設置在連接區內，其中連接區具有第一連接區域和第二連接區域，所述第一連接區域具有第一成型部112並且所述第二連接區域具有第二成型部114，所述第一連接區域藉助於由優選構造為導電粘接劑的第一連接劑130與控制電極100既具有電接觸或連接也具有力鎖合連接。由此，控制電極100與參考電勢(未示出)連接。此外，第二連接區域藉助於第二連接劑140與控制電極100連接。有利的是，第二連接劑140與第一連接劑130相同。由此，可以簡化氣體傳感器的製造過程並且節省製造成本。應注意，根據第一連接劑140的替代實施方式，僅僅構造力鎖合連接也是足夠的。此外優選地，第一連接劑和第二連接劑130、140設置在控制電極100下方和控制電極100的外側上，但不在外表面145上。圖2的示圖示出CCGFET半導體氣體傳感器的橫截面視圖。以下僅僅闡述與圖1的示圖的不同。電晶體區不是構造控制電極100下方間隙110內，而是構造在半導體主體20的另一位置上。控制電極100的氣體敏感層現在是電容器的第一板。電容器的第二板構造在第一板下方間隙110的底部區域中並且藉助於印製導線117與場效應電晶體的柵極57連接。此外，第二板由鈍化層30覆蓋並且由此受到保護以免環境影響。如果現在電容器的第一板上的逸出功變化，則場效應電晶體的柵極57上的電壓由此也變化並且通道區域55中的導電能力因此也變化。即電容性地控制場效應電晶體的柵極電壓。在圖3的示圖中示出了根據第一實施方式的圖1和圖2的局部詳細視圖。以下僅僅闡述與以上附圖中的實施方式的不同。應理解，以下闡述的實施方式可以毫無問題地過度到第二連接區域。控制電極100部分地覆蓋第一成型部112。為了製造第一成型部112，除設置在氧化層下方的能夠導電的多晶矽層115以外，優選藉助於各向異性的蝕刻工藝去除氧化層65。在成型部112的側面上構造有鈍化層30。由此清楚，在沉積鈍化層之前已經藉助於第一蝕刻工藝施加了第一成型部112。隨後，藉助所謂的盤窗蝕刻工藝(Padfensteratzprozess)在成型部112的底部區域中暴露多晶矽層115。在一個沒有示出的替代實施方式中，也可以在沉積鈍化層30之後製造成型部112。在此，在成型部的側面上不構造鈍化層30。第一支承結構70緊鄰第一成型部112或者第一連接區域。第一支承結構70在表面上具有平頂山狀提高的支承區域75。通過印製導線構造在最上面的印製導線層25中鈍化層30下方來實現所述提高，並且所述提高與形狀鎖合地置於支承區域75上的控制電極100—起構成溝紋(Falz)。為了將控制電極100可靠地不僅力鎖合地而且電地與半導體主體20連接，第一連接劑130完全填充第一成型部112和溝紋。此外，在半導體主體20的表面上控制電極100的側面的一部分和鈍化層30的一部分由第一連接劑130圍繞。由此，藉助於第一連接劑130構造控制電極100與半導體主體20的非常可靠且堅固的連接。在圖4的示圖中示出了根據第二實施方式的圖1和圖2的局部詳細視圖。以下僅僅闡述與以上附圖的不同。在底面上或者在多晶矽層115上設置有多個截錐狀的隆起部，其優選被構造為鎢塞150。鎢塞150與底座形成材料鎖合且力鎖合的連接，所述底座優選構造為矽化物層、最優選構造為鎢矽化物層。鎢塞150分別由第一連接劑130包裹。由此在第一連接劑130和底部區域之間構造特別牢固且可靠的連接。
權利要求
1.半導體氣體傳感器(10)，其基於集成的場效應電晶體，其具有半導體主體(20)，所述半導體主體(20)具有構造在所述半導體主體(20)的表面上的鈍化層(30)， -所述半導體氣體傳感器具有通過間隙與通道區域分離的氣體敏感的控制電極並且構造為懸浮柵場效應電晶體(SGFET)，或者 -所述控制電極(100)設置為具有間隙的電容器的第一板，並且所述電容器的第二板與電容性控制地構造的場效應電晶體(CCFET)的柵極連接，並且 所述控制電極具有半導體載體層和氣體敏感層(120)，所述半導體載體層具有位於其上的增附劑層並且所述氣體敏感層位於所述增附劑層上，其中，所述控制電極與參考電勢連接， -所述氣體敏感層(120)的表面朝著所述通道區域(55)或所述第二板， -設有支撐區，所述支撐區具有第一支承結構(70)和第二支承結構(80)，所述第一支承結構具有第一支承區域(75)並且所述第二支承結構具有第二支承區域(85)， 其特徵在於， 在所述半導體主體的表面上設有連接區，並且所述支撐區與所述連接區鄰接，所述連接區具有第一連接區域和第二連接區域，所述第一連接區域具有穿過所述鈍化層(30)的第一成型部(112)，並且所述第一成型部具有底面，所述底面具有與所述參考電勢連接的導電層(115)，並且所述第一連接區域藉助於第一連接劑(130)與所述控制電極(100)具有電連接和力鎖合連接 ，並且所述第二連接區域藉助於第二連接劑(140)與所述控制電極(100)至少具有力鎖合連接，並且所述第一連接劑(130)至少部分地填充所述成型部，並且所述控制電極(100)與所述導電層(I 15)連接。
2.根據權利要求1所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述控制電極(100)在所述半導體表面的法向量的方向上與所述連接區間隔開並且至少部分地覆蓋所述連接區。
3.根據權利要求1或2所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第二連接區域(140)具有穿過所述鈍化層(30)的第二成型部(114)，所述第二成型部具有底面，並且在所述底面上構造有導電層，並且所述第一連接劑(130)將所述控制電極(100)與所述導電層電連接。
4.根據權利要求3所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，在所述底面上構造有截錐狀的隆起部。
5.根據權利要求3所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，在所述底面上構造有多個截錐狀的隆起部。
6.根據權利要求4或5所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述隆起部構造為鎢塞(150)。
7.根據權利要求3至6中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述導電層包含矽。
8.根據權利要求3至7中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述導電層由摻雜的多晶娃層(115)和娃化物層構成。
9.根據以上權利要求中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第一連接劑(130)和所述第二連接劑(140)包含導電粘接劑。
10.根據以上權利要求中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第一連接劑(130)和所述第二連接劑(140)僅僅設置在所述控制電極(100)下方和所述控制電極(100)的外側上。
11.根據以上權利要求中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第一連接區域與所述第一支承結構(70)緊鄰。
12.根據權利要求3至11中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第一連接劑(130)和/或所述第二連接劑(140)完全填充所述第一成型部(112)和所述第二成型部(114)。
13.根據權 利要求1至12中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述第一支承區域(75)和/或所述第二支承區域(85)分別包括一個平臺，所述平臺構造在所述鈍化層(50 )的表面上，並且所述控制電極位於所述平臺上。
14.根據權利要求1至13中任一項所述的半導體氣體傳感器(10)，其特徵在於，所述控制電極僅僅位於所述第一支承區域(75)和所述第二支承區域(85)上並且僅僅由所述第一連接劑(130)和/或由所述第二連接劑(140)保持。
全文摘要
基於集成的場效應電晶體的半導體氣體傳感器具有半導體主體和通過間隙與通道區域分離的氣體敏感的控制電極且構造為懸浮柵場效應電晶體，或者控制電極設置為具有間隙的電容器的第一板且電容器的第二板與電容性控制構造的場效應電晶體的柵極連接，控制電極具有半導體載體層和氣體敏感層，半導體載體層具有增附劑層且氣體敏感層位於增附劑層上，控制電極與參考電勢連接，氣體敏感層的表面朝著通道區域或第二板，在半導體主體表面上設有連接區，支撐區設置在連接區內，連接區具有第一連接區域和第二連接區域，第一連接區域藉助第一連接劑與控制電極電連接和力鎖合連接，第二連接區域藉助第二連接劑與控制電極至少力鎖合連接。
文檔編號G01N27/403GK103175881SQ20121047082
公開日2013年6月26日 申請日期2012年11月20日 優先權日2011年11月21日
發明者C·維爾貝茨, T·科萊特, H-P·弗雷裡希斯 申請人:邁克納斯公司