DE3229205A1 - Halbleiterbauelement und ein verfahren zu dessen herstellung - Google Patents

Abstract

In neuerer Zeit werden aus Lärmschutzgründen über Straßen oft Teilabdeckungen, bestehend aus seitlichen Wänden und einem zum Zwecke der natürlichen Beleuchtung und Belüftung mit Öffnungen versehenen Deckel, angeordnet. Bei einer bekannten Konstruktion sind die Öffnungen durchgehend über den Randstreifen vorgesehen und mit schallabsorbierenden, ebenen, parallel zur Fahrbahnachse angeordneten Elementen so durchsetzt, daß kein Schallstrahl direkt austreten kann. Nach der Erfindung sind die Mittelebenen des Elementes dieser Konstruktion, wie in der Zeichnung dargestellt, um einen konstanten Winkel α von 15 ° bis 25 ° gegen die Vertikale zur Fahrbahnmitte hin geneigt anzuordnen, wobei das Verhältnis aus Elementhöhe h in Neigungsrichtung und Abstand a zum benachbarten Element senkrecht zur Elementebene mindestens drei sein muß. Damit ist gewährleistet, daß bei gleichzeitig hohem Lärmschutz eine gute, gleichmäßige Ausleuchtung der Fahrbahn bei Tageslicht ohne störenden Sonnenlichtdirekteinfall erzielt wird.

Description

• Beschreibung
• Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 5.
• Die Erfindung ist insbesondere anwendbar bei einem ionensensitiven Feldeffekt-Transistor, der auch ISFET genannt wird. Ein ISFET ist ein Halbleiterbauelement, mit dem die Konzentration einer Ionenart in einer wässrigen Lösung bestimmt werden kann. Der ionensensitive Feldeffekt-Transistor ist ein Feldeffekt-Transistor, dessen Metallgate ersetzt wird durch einen Elektrolyten und eine darin befindliche Bezugselektrode. Wird auf den Gatebereich des ISFET eine spezielle Schicht aufgebracht, die gegenüber einer bestimmten Ionenart empfindlich ist, so entsteht ein zusätzliches elektrisches Potential am Gate, das von der Ionenkonzentration in der Lösung abhängig ist. Dieses zusätzliche Potential beeinflußt in dem ISFET den Drain-Source-Strom, über den die Ionenkonzentration in der Lösung meßbar ist.
• Insbesondere für H+-Sensoren, die z.B. zu einer pH-Wert-Messung verwendet werden, sind verschiedene Schichten bekannt, die sich mit in der Halbleitertechnologie üblichen Verfahrensschritten in einen ISFET integrieren lassen. In der Zeitschrift Sensors and Actuators, Heft 1, Seite 77 bis 96 von 1981 in einem Artikel von T. Matsuo und M. Esashi sind als Schichtmaterialien Si3N4, Al203 und Pa 205 genannt. Si3N4 ist ein in der Halbleitertechnologie viel benutztes Schichtmaterial, sein Einsatz für die Herstellung von ISFETs bereitet keine Schwierigkeiten.
• Si 3N4 hat jedoch in nachteiliger Weise gegenüber Hf-Ionen eine Hysterese und eine zu große Ansprechzeit. Ebenso wie Si N kann Al 0 als Schichtmaterial über einen sogenannten CVD-Prozeß erzeugt werden, jedoch kann eine solche Al2O3-Schicht nachträglich schlecht strukturiert werden, da keine geeigneten Atzprozesse zur Verfügung stehen.
• Ähnlich liegt der Fall bei Tantaloxid (Ta2O5).
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Halbleiterbauelement anzugeben, das insbesondere zur hysteresefreien Konzentrationsmessung von H+-Ionen geeignet ist, und ein Verfahren, das eine wirtschaftliche Herstellung des Halbleiterbauelementes ermöglicht.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die in den kennzeichnenden Teilen der Patentansprüche l und 5 angegebenen Merkmale.
• Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen näher erläutert.
• FIG. 1 bis 4 zeigen beispielhafte Verfahrensschritte zur Herstellung eines ISFET.
• FIG. 1 zeigt ein p-leitendes Silizium-Substrat 1, in das eine Drainzone 2 und eine Sourcezone 3 eingebracht sind, z.B. durch ein Diffusionsverfahren. Dazwischen liegt der Gatebereich 4, zu dem ein Gatedielektrikum 41 gehört, das z.B. aus SiO2 besteht. Der übrige Bereich des Subtrates 1 ist ebenfalls mit SiO2 abgedeckt, dem sogenannten Feldoxid 7. Im Bereich der Drain- und Sourcezonen sind Kontaktfenster 5, 6 in das Feldoxid 7 geätzt.
• Gemäß FIG. 2 wird nun auf die derart struktuierte SiO2-Schicht ganzflächig eine metallische Schicht 8, aufgebracht, beispielsweise aufgedampftes Aluminium. Die metallische Schicht 8 füllt die Kontaktfenster 5, 6 und stellt dadurch einen elektrischen Kontakt zu den Drain-und Sourcezonen her. Auf der metallischen Schicht 8 wird anschließend ganzflächig eine Abdeckschicht 9 aufgebracht, z.B. SiO2 oder Si3N4, beispielsweise mit Hilfe eines sogenannten CVD-Prozesses oder eines Plasma-Prozesses. Die Wahl des Prozesses ist abhängig vom Schmelzpunkt und/oder der Legierungsfähigkeit der metallischen Schicht 8. Die Abdeckschicht 9 wird nun an einigen Stellen bis zu der darunter liegenden metallischen Schicht abgeätzt, z.B.
• mit Hilfe der in der Halbleitertechnologie üblichen Fotolacktechnik und anschließendem Naß- oder Plasmaätzen.
• Dadurch entstehen in der Abdeckschicht 9 Fenster 10, die bei einer nachfolgenden Oxidation eine selektive Oxidation der metallischen Schicht 8 ermöglichen. Die Fenster 10 werden an den Stellen angebracht, an denen in der metallischen Schicht 8 elektrisch isolierende Bereiche entstehen sollen. Derartige Bereiche sind z.B. Zwischenräume zwischen elektrischen Leiterbahnen sowie der ionensensitive Bereich eines ISFET.
• FIG. 3 zeigt die elektrisch isolierenden Bereiche ll, die durch eine derartige selektive Oxidation erzeugt werden.
• Diese selektive Oxidation ermöglicht bei dem beispielhaft gewählten ISFET in vorteilhafter Weise die gleichzeitige Herstellung des ionensensitiven Schichtbereiches und der elektrischen Leiterbahnen, die als elektrische Zuleitungen dienen für die Drain- und Sourcezonen. Ein weiterer Vorteil einer derartigen selektiven Oxidation besteht darin, daß die Oberflächen der entstandenen Leiterbahnen und die Oberflächen der dazwischen liegenden, elektrisch isolierenden Bereiche im wesentlichen in einer Ebene liegen, so daß möglicherweise störende geometrische Stufen vermieden werden, die zu Fehlstellen führen könnten bei einer nachfolgend abgeschiedenen Schutz- und/oder Isolierschicht.
• Enthält die metallische Schicht 8 beispielsweise eines der Metalle Al oder Ta, so ist es möglich, die selektive Oxidation mit Hilfe eines anodischen Oxidationsverfahrens durchzuführen. Enthält die metallische Schicht 8 bei- spielsweise eines der hochschmelzenden Metalle W, Mo oder Ta, so ist eine thermische Oxidation vorteilhaft bei einem Temperaturbereich von 5000C bis 8000C. Bei der thermischen Oxidation wirkt die Abdeckschicht 9 als Oxidationsmaske, die z.B. aus Si3N4 oder SiO2 besteht. Weiterhin ist es möglich, an die beschriebene oxidative Umwandlung der metallischen Schicht 8 einen weiteren Oxidationsvorgang, z.B. bei einer Temperatur von lO00°C, anzuschließen, der die gewünschten chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der isolierenden Bereiche 11 optimiert.
• Gemäß FIG. 4 werden in einem weiteren Verfahrensschritt die strukturierte Abdeckschicht 9 und die isolierenden Bereiche ll mit einer Isolier- und/oder Schutzschicht 12, z.B. aus SiO2, überzogen, in die nicht dargestellte Pad-Fenster geätzt werden, die eine Kontaktierung der Leiterbahnen ermöglichen. Bei einem ISFET wird die Schutzschicht 12 außerdem im ionensensitiven Gatebereich entfernt, so daß der dortige isolierende Bereich ll freiliegt. Da die Metalloxidschicht der Bereiche ll im allgemeinen andere chemische Eigenschaften besitzt als die aus SiO2 bestehende Schutzschicht 12, erfolgt in zuverlässiger Weise ein erwünschter Ätzstop an dieser Schicht.
• Ein alternativer, nicht dargestellter Verfahrensschritt besteht darin, zunächst das Gateoxid 41 (FIG. l) wegzulassen und die metallische Schicht 8 (FIG. 2) unmittelbar auf das Substrat 1 im Gatebereich aufzubringen. Bei der nachfolgenden selektiven Oxidation (FIG. 3) entsteht dann zunächst im Gatebereich der isolierende Bereich 11, der als ionensensitive Schicht wirkt. Eine weitere Oxidation, durch die ionensensitive Schicht hindurch, oxidiert das Substrat 1, z.B. Silizium, im Gatebereich zu einer Schicht aus SiO2, die bei einem ISFET als Gateoxid wirkt. Auf diese Weise wird eine genau definierte Grenzschicht erzeugt.
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Claims (7)

1. Patentansprüche 0» Halbleiterbauelement, insbesondere zur Messung von Ionenkonzentrationen, bestehend aus einem Substrat sowie einer darauf angeordneten Schichtenfolge, die zumindest einen ionensensitiven Schichtbereich sowie mindestens eine elektrische Leiterbahn enthält, dadurch gekennzeichnet, daß in der Leiterbahn mindestens ein Metall enthalten ist und daß mindestens ein daraus gebildetes Metalloxid in dem ionensensitiven Schichtbereich enthalten ist.
2. 2. Halbleiterbauelement nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall derart gewählt ist, daß eine Legierung aus dem Metall und den angrenzenden Schichten vermieden ist.
3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall ein Element der Nebengruppen des Periodischen Systems der Elemente ist.
4. 4. Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im wesentlichen aus Silizium besteht und daß als Metall mindestens eines der Metalle Aluminium, Tantal, Wolfram oder Molybdän gewählt ist.
5. 5. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements, insbesondere zur Messung von Ionenkonzentrationen, bestehend aus einem Substrat sowie einer darauf angeordneten Schichtenfolge, die zumindest einen ionensensitiven Schichtbereich sowie mindestens eine elektrische Leiterbahn enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von einer metallischen Schicht (8) durch eine selektive Oxidation zumindest die Leiterbahn sowie der ionensensitive Schichtbereich erzeugt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Oxidation mittels Abdeckmasken und eine anodische und/oder thermische Oxidation erzeugt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem ionensensitiven Feldeffekttransistor, der auf einem Substrat aus Silizium aufgebaut wird, mindestens ein ionensensitiver Gatebereich zumindest durch folgende Verfahrensschritte hergestellt wird: a) die metallische Schicht (8) wird auf eine Gatezone des Substrates (l) aufgebracht; b) die metallische Schicht wird durch selektive Oxidation in den ionensensitiven Schichtbereich umgewandelt; c) durch den ionensensitiven Schichtbereich hindurch wird die Gatezone des Substrates (1) derart oxidiert, daß ein Gateoxid entsteht.