氣體傳感器及其形成方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及氣體傳感器及其形成方法。
【背景技術】
[0002]氣體傳感器是一種將外界氣體的成分、濃度轉(zhuǎn)化成對應電信號的轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)有技術提出了一種將IC電路應用到氣體傳感器的制造工藝，得到一種兼容IC電路的氣體傳感器。
[0003]現(xiàn)有技術的氣體傳感器的形成方法包括:
[0004]參照圖1，提供基底1，在基底I上形成有S12層2，S12層2起到絕緣隔離作用；在S12層2上形成有正極3和負極4，正極3和負極4相互隔開，正極3和負極4為高摻雜多晶硅，正極3和負極4呈梳狀，正極3具有朝向負極4延伸的第一梳尺件5，負極4具有朝向正極3延伸的第二梳尺件6，第一梳尺件5和第二梳尺件6相互隔開。
[0005]參照圖2，在所述第一梳尺件5和第二梳尺件6上形成Au層7 ;
[0006]參照圖3,使用汽-液-固單晶娃生長(vapor-liquor-solid of single crystalgrowth)工藝，設置反應腔內(nèi)的最低溫度為溫度363°C，向反應腔內(nèi)通入硅烷(Silane)氣體。在該反應腔環(huán)境中，Au層7(參照圖2)縮成Au顆粒，起到催化劑作用，硅烷分子中的硅原子與氫原子之間的化學鍵斷開，氫原子結合成氫氣被排出，硅原子穿過Au顆粒狀至S12層2表面，并結合為單晶硅。在該過程中，硅原子主要是沿垂直于S12層2上表面方向生長形成硅納米線8，同時還沿硅納米線8的表面向外生長形成絲9。這樣相鄰的第一梳狀件5和第二梳狀件6通過硅納米線表面的絲9相互連接，實現(xiàn)硅納米線8將正極3和負極4相互連接。
[0007]當外界氣體為中性氣體，在正極3和負極4之間通電，由于硅納米線8不導電，正極3和負極4不導通；當外界氣體為帶正電離子態(tài)或帶負電離子態(tài)，帶電氣體離子附著在硅納米線8表面，使得硅納米線8導電，正極3和負極4導通。在實踐中，該氣體傳感器可應用到生產(chǎn)、生活中，用于監(jiān)控生產(chǎn)、生活環(huán)境中的有害氣體含量；還可與控制電路連接，當氣體傳感器導通，控制電路接收電信號并轉(zhuǎn)化成氣體成分、濃度等參數(shù)。
[0008]但是，現(xiàn)有技術的氣體傳感器形成工藝，單晶硅主要沿垂直于S12層上表面方向生長，而硅納米線8表面的絲9的生長有限，絲9的數(shù)量有限且相鄰第一梳狀件5和第二梳狀件6之間的絲9的表面積不大，可吸附的帶電氣體離子有限，影響第一梳狀件5和第二梳狀件6之間的導通，嚴重的話，絲9上的帶電氣體離子不足以使第一梳狀件5和第二梳狀件6導通，這會降低氣體傳感器的靈敏性，造成氣體傳感器的性能不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問題是，現(xiàn)有技術形成氣體傳感器的工藝，會降低氣體傳感器的靈敏性，造成氣體傳感器的性能不佳。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種氣體傳感器的形成方法，該氣體傳感器的形成方法包括:
[0011]提供基底；
[0012]在所述基底上形成絕緣層；
[0013]在所述絕緣層上形成Au層，在所述Au層上形成導電層；
[0014]對所述導電層進行圖形化形成正極、負極；
[0015]去除所述正極和負極之間的Au層；
[0016]在含硅氣體環(huán)境中，使用汽-液-固單晶硅生長工藝，在所述正極和負極之間的絕緣層上生長硅納米線，所述正極和所述負極通過硅納米線電連接。
[0017]可選地，所述正極與負極之間的距離范圍為Iym?50μπι。
[0018]可選地，所述基底為摻雜硅基底。
[0019]可選地，所述導電層的材料為金屬或摻雜多晶硅。
[0020]可選地，所述金屬為Ti或Ta。
[0021]可選地，對所述導電層進行圖形化形成正極、負極的方法包括:
[0022]在所述導電層上形成圖形化的掩模層，所述圖形化的掩模層定義正極或負極的位置；
[0023]以所述圖形化的掩模層為掩模，干法刻蝕導電層形成正極、負極；
[0024]去除圖形化的掩模層。
[0025]可選地，去除所述正極和負極之間的Au層的方法為濕法刻蝕法。
[0026]可選地，所述濕法刻蝕法過程，使用的刻蝕劑為碘-碘化鉀溶液，在所述碘-碘化鉀溶液中，碘-碘化鉀溶液中，KI的質(zhì)量濃度范圍為2%?20%，I2的質(zhì)量濃度范圍為1%-10%。
[0027]可選地，所述Au層的厚度范圍為小于10nm。
[0028]可選地，所述含硅氣體為SiH4、SiCl4或Si2H6中的一種或多種。
[0029]可選地，在所述汽-液-固單晶硅生長過程，溫度范圍大于等于363 °C小于Au的熔點。
[0030]本發(fā)明還提供一種氣體傳感器，該氣體傳感器包括:
[0031]基底；
[0032]位于所述基底上的絕緣層；
[0033]位于所述基底上的正極和負極；
[0034]位于所述正極與絕緣層之間、位于所述負極與絕緣層之間的Au層；
[0035]位于所述正極與負極之間的絕緣層上的硅納米線，所述正極和負極通過硅納米線電連接。
[0036]可選地，所述正極與負極之間的距離范圍為I μ m?50 μ m。
[0037]可選地，所述基底為摻雜硅基底。
[0038]可選地，所述導電層的材料為金屬或摻雜多晶硅。
[0039]可選地，所述金屬為Ti或Ta。
[0040]可選地，所述Au層的厚度范圍為小于10nm。
[0041]可選地，上述任一所述的氣體傳感器作為晶體管；
[0042]所述基底作為背柵，所述正極作為源極，所述負極作為漏極。
[0043]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下優(yōu)點:
[0044]Au層位于正極與絕緣層之間、負極與絕緣層之間，Au層朝向正極、朝向負極的兩側(cè)面暴露。在汽-液-固單晶硅生長過程中，暴露的Au層側(cè)面熔融形成顆粒狀，含硅氣體中的硅原子穿過Au顆粒結合并生長，且生長方向是平行于絕緣層上表面方向，這樣Au層兩側(cè)面生長的硅納米線在生長過程中結合連接，正極和負極通過該硅納米線電連接。與現(xiàn)有技術的絲表面積較小相比，本技術方案的硅納米線具有很大的表面積，可以吸附更多的帶電離子，更有助于正極和負極之間的導通，提升氣體傳感器的靈敏性，氣體傳感器的性能較佳。
【附圖說明】
[0045]圖1?圖3是現(xiàn)有技術的氣體傳感器在形成過程中的立體結構示意圖；
[0046]圖4?圖9是本發(fā)明具體實施例的氣體傳感器在形成過程中的剖面結構示意圖。
【具體實施方式】
[0047]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明技術方案提出一種新的氣體傳感器及其形成方法。使用該氣體傳感器的形成方法，在正極與絕緣層之間、在負極和絕緣層之間具有Au層，Au層朝向正極和朝向負極的表面暴露。使用汽-液-固單晶硅生長工藝，硅納米線主要沿平行于絕緣層上表面方向生長，電連接所述正極和負極。
[0048]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。
[0049]參照圖4，提供基底100。
[0050]在本實施例中，所述基底100為摻雜硅基底。在其他實施例中，還可為鍺基底或者絕緣體上硅基底等；或者基底100的材料還可以包括其它的材料，例如砷化鎵等II1- V族化合物。對基底100形成摻雜，可使其導電。
[0051]參照圖5，在基底100上形成絕緣層101，絕緣層101覆蓋基底100，所述絕緣層101
起到絕緣隔離作用。
[0052]在具體實施例中，絕緣層101的材料為氧化硅，形成絕緣層101的方法為化學氣相沉積或熱氧化生長工藝。
[0053]參照圖6，在絕緣層101上形成Au層102，在Au層102上形成導電層103。
[0054]在具體實施例中，在絕緣層101上形成Au層102的工藝為濺射工藝，Au層102的厚度范圍小于10nm。
[0055]在具體實施例中，導電層103的材料為金屬或摻雜多晶硅，該金屬的熔點使它不會在汽-液-固工藝中發(fā)生形態(tài)變化，而且該金屬不允許含硅原子穿過。其中，金屬可以是Ti或Ta。當導電層103的材料為金屬時，可使用化學氣相沉積或物理氣相沉積形成。
[0056]當導電層103的材料為摻雜多晶硅，形成導電層103的方法為:使用化學氣相沉積，在沉積過程中進行原位離子摻雜。所述摻雜可以是N型離子摻雜或P型離子摻雜。
[0057]參照圖7，對導電層103 (參照圖6)進行圖形化形成正極131、負極132，正極131和負極132相互隔開，正極131和負極132之間的Au層暴露。
[0058]在具體實施例中，對導電層進行圖形化形成正極131、負極132的方法包括:
[0059]在導電層上形成圖形化的掩模層，圖形化的掩模層的材料可以是光刻膠或其他硬掩模材料，圖形化的掩模層定義正極和負極的位置；
[0060]以圖形化的掩模層為掩模，干法刻蝕導電層形成正極131和負極132 ；
[0061]去除圖形化的掩模層。當圖形化的掩模層的材料層為光刻膠，使用灰化工藝去除圖形化的掩模層。
[0062]在具體實施例中，正極131和負極132之間的距離L范圍為I μπι?50 μπι。如果L大于50 μ m,正極131和負極132之間的娃納米線需要吸附更多的帶電離