[发明专利]用于气体传感器的场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及场效应晶体管，尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管、用于制造这种场效应晶体管的方法以及其应用。

背景技术

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。这尤其适用用来构造印制导线和绝缘的材料。

但传统上通过半导体技术所制造的产品并不是设计应用于尾气条件下。也就是说，目前在化学敏感的场效应晶体管的材料开发中还没有考虑针对废气管路应用的特殊要求，尤其对氧气、水、湿气、诸如氮氧化物和硫氧化物的酸性气体、和溶解材料、尤其金属离子的温度稳定性和化学稳定性。在传统的半导体技术中所公开的保护材料、如氮化硅或二氧化硅可能因而并不满足这些要求。

发明内容

本发明的主题是一种场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管，其包含有至少一个衬底层尤其晶片、和/或场绝缘层和/或栅绝缘层和/或金属层尤其印制导线，其中这些层中的至少一个至少部分地覆盖有至少一个层系统，该层系统包含有基层（Basisschicht）、覆盖层和设置于该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层。

“层系统”在本发明的意义上尤其可以理解为由不同材料制成的三个或更多依次设置的层组成的系统。“基层”在此尤其可以理解为该层系统的贴靠被覆盖层的层，并且“覆盖层”可以理解为该层系统的与被覆盖的层相背向的或最外侧/最上侧的层。

通过该层系统可以有利地提高场绝缘层（印制导线的绝缘层）、栅绝缘层和/或金属层、尤其印制导线和其下的欧姆触点的温度稳定性和化学稳定性。因此该层系统尤其可以称为保护层系统或钝化层系统。这样就可以再次提高尤其在极端条件（“严酷环境”）下、如在废气管路中场效应晶体管或气体传感器的寿命。此外该层系统本身还有利地用作栅绝缘层或栅绝缘层增强。

在本发明的范畴内该场效应晶体管尤其可以具有至少两个不同的层系统，层系统分别包含有基层、覆盖层和设置在该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层，并且层系统至少部分地覆盖该场绝缘层和/或该栅绝缘层和/或该金属层、尤其印制导线。

这所具有的优点是，层系统能够优化地与相应被覆盖的层的要求相匹配。在此层系统可以部分地覆盖另一层系统。

在本发明的场效应晶体管的一个实施方案的范畴内，该场效应晶体管包含有层系统，该层系统的基层由介电材料构成，该介电材料尤其从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物的集合中来选择，和/或其覆盖层由化学稳定的材料来构造。在此该覆盖层尤其可以由如下材料来构成，其比如包含有碳化硅、比如无定形的或多晶硅的碳化硅、尤其是小导电性的碳化硅、和/或碳氮化硅，或由其组成。通过由介电材料组成的基层，可以有利地实现与之下的层的电气绝缘。碳化硅或碳氮化硅有利地具有高的化学惰性并从而具有高的化学稳定性。该/这些中间层在此优选地（分别）由介电材料和/或自钝化材料构成。该/这些中间层尤其可以由如下材料构成：其包含有硅（Si）、硼（B）、碳（C）和氮（N）的混合物、和/或硅（Si）、铝（Al）、氧（O）和氮（N）的混合物、也称为SiAlON、和/或从硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐以及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物的集合中所选择的材料，或由其组成。硅-硼-碳-氮和SiAlON中间层尤其可以有利地自钝化地作用，其方式是它通过自氧化来降低或甚至防止被覆盖有层系统的层的氧化。该层系统已有利地证实不仅用于保护场绝缘层和栅绝缘层，而且用于保护金属层如印制导线。

在该实施方案的范畴内该基层比如可以通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactive sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）或者原子层沉积（ALD，英语：“atomic layer deposition”）来制造。