[發明專利]氣體傳感器和用于制造這種氣體傳感器的方法

在審

• 申請號: 201310306951.7
• 申請日: 2013-07-02
• 公開（公告）號: CN103529108A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: A·克勞斯;W·達夫斯
• 申請（專利權）人: 羅伯特·博世有限公司
• 主分類號: G01N27/414
• 分類號: G01N27/414;H01L29/772
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 宣力偉;楊國治

技術領域

本發明的主題是包括場效應晶體管的氣體傳感器。此外本發明的主題是用于制造這種氣體傳感器的方法。

背景技術

傳感器、如例如化學的氣體傳感器經常在高溫下運行，所述氣體傳感器基于具有襯底的場效應晶體管，所述襯底例如具有帶有大帶隙的半導體材料，所述高溫能夠處于300℃或者以上的范圍中。這種溫度例如存在于能夠布置在內燃機的排氣系統中或者上的傳感器中。為了實現傳感器中恒定的溫度，經常還會需要將傳感器加熱超過環境溫度。

除了這種傳感器相對于這種溫度的機械穩定性以及電學穩定性之外，此外還可能有利的是相對于各種不同的材料、如例如氧氣、水或者濕氣(Feuchtigkeit)、形成酸的氣體、如例如氮氧化物或者硫氧化物并且相對于溶解的物質、如例如金屬離子的化學穩定性。

發明內容

本發明的主題是氣體傳感器，其包括具有襯底的場效應晶體管，在所述襯底上布置有能夠暴露于氣體的柵電極、源電極和漏電極，其中在襯底和柵電極之間布置有電絕緣部，其中所述電絕緣部構造為層系統，并且其中將規定的、穩定的電荷引入到所述層系統的至少一層中。

這種氣體傳感器在此包括場效應晶體管，所述場效應晶體管以已知的方式包括襯底。所述襯底能夠例如由碳化硅構成并且例如通過相應的摻雜劑而具有源極區域以及漏極區域，在所述源極區域上布置有源電極，在所述漏極區域上布置有漏電極。在所述源極區域和所述漏極區域之間能夠布置或者在運行時形成半導體襯底的空間電荷區或者溝道。在所述襯底的空間電荷區上方能夠布置絕緣體或者電絕緣部，所述絕緣體或者電絕緣部使得襯底或者空間電荷區與柵電極分開。

因此，對于場效應晶體管或者場效應氣體傳感器能夠以已知的方式尤其理解為一種結構，對所述結構而言在吸附確定的氣體或者確定的氣體離子時能夠通過電場的作用改變電方面和物理方面可測量的參量。所述物理方面可測量的參量能夠例如是兩個連接觸頭之間的電阻或者源極觸頭和漏極觸頭之間的電流或者電容，所述電容在電極位置和背電極(Rückelektrode)之間是可測量的。

所述背電極尤其能夠通過半導體襯底形成，在所述半導體襯底中構造對氣體敏感的場效應晶體管的源極區域、漏極區域以及布置在源極區域和漏極區域之間的溝道區域，其中所述溝道區域或者所述空間電荷區域的至少一個表面鄰接到絕緣層上。

這種實施方式呈現的優點在于，氣體傳感器能夠以差異最大的變型方案用于氣體探測并且因此能夠與相應地應用于分析單元的技術相匹配。這又能夠再次呈現優點，即氣體探測器能夠基于半導體襯底制造，其中對于分析的不同方案也能夠實施氣體傳感器的不同方案。所述氣體傳感器的不同實施方式也能夠具有對于不同種類氣體的不同的敏感性，從而通過氣體傳感器的不同設計方案的自由度將上述裝置能夠應用于高精度的氣體探測。

在此柵電極尤其能夠是多孔的，以引起位于下面的層與待測量的氣體流或者存在于氣體流中的物質相互作用。此外，柵電極尤其能夠暴露于氣體，即能夠直接并且緊貼著暴露于待測量的氣體流或者能夠與所述氣體流接觸。電極或者傳感器相對于流體流或者流體也能夠至少短期地暴露，這例如在氣體流中冷凝的條件下能夠是必需的。

柵電極和襯底或者空間電荷區域之間的電絕緣部尤其能夠構造為層系統。層系統在此尤其可以意味著多個具有相同或者不同的材料的單層，所述單層尤其直接相互鄰接地布置。所述層系統在下文中也被稱為柵極堆(Gatestapel)。例如多個具有必要時不同功能性的層的組合能夠形成層系統，所述層系統能夠形成電絕緣部。在此所述層系統的至少一層能夠被用作電絕緣體，所述至少一層具有大于1×10E7Ohm×cm的比電阻或者具有大于4eV的帶隙。這種層結構的其他有利的實施方式能夠以盡可能合適的次序形成例如具有良好的絕緣性的良好的擴散阻擋(Diffusionsbarrier)和具有良好的耐腐蝕性的層的組合。

在此能夠將規定的、穩定的電荷引入到所述層系統的至少一層中。

上述裝置或者如此構造的氣體傳感器尤其能夠改善電絕緣部、如尤其安裝在場效應晶體管的活性的溝道區域上的柵極絕緣部的結構方面和電方面的穩定性。此外尤其在高溫時能夠減少漏電。如上所述，這尤其能夠通過在制造期間對層系統中的電絕緣部或者柵極絕緣部的單個層有針對性地并且持續地進行改性實現，所述改性例如通過有針對性地將電荷引入到或者使電荷形成到電絕緣部的相應的層材料或單個的或者全部的層中實現。