气体传感器及其形成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及气体传感器及其形成方法。
【背景技术】
[0002]气体传感器是一种将外界气体的成分、浓度转化成对应电信号的转换器。现有技术提出了一种将IC电路应用到气体传感器的制造工艺，得到一种兼容IC电路的气体传感器。
[0003]现有技术的气体传感器的形成方法包括:
[0004]参照图1，提供基底1，在基底I上形成有S12层2，S12层2起到绝缘隔离作用；在S12层2上形成有正极3和负极4，正极3和负极4相互隔开，正极3和负极4为高掺杂多晶硅，正极3和负极4呈梳状，正极3具有朝向负极4延伸的第一梳尺件5，负极4具有朝向正极3延伸的第二梳尺件6，第一梳尺件5和第二梳尺件6相互隔开。
[0005]参照图2，在所述第一梳尺件5和第二梳尺件6上形成Au层7 ;
[0006]参照图3,使用汽-液-固单晶娃生长(vapor-liquor-solid of single crystalgrowth)工艺，设置反应腔内的最低温度为温度363°C，向反应腔内通入硅烷(Silane)气体。在该反应腔环境中，Au层7(参照图2)缩成Au颗粒，起到催化剂作用，硅烷分子中的硅原子与氢原子之间的化学键断开，氢原子结合成氢气被排出，硅原子穿过Au颗粒状至S12层2表面，并结合为单晶硅。在该过程中，硅原子主要是沿垂直于S12层2上表面方向生长形成硅纳米线8，同时还沿硅纳米线8的表面向外生长形成丝9。这样相邻的第一梳状件5和第二梳状件6通过硅纳米线表面的丝9相互连接，实现硅纳米线8将正极3和负极4相互连接。
[0007]当外界气体为中性气体，在正极3和负极4之间通电，由于硅纳米线8不导电，正极3和负极4不导通；当外界气体为带正电离子态或带负电离子态，带电气体离子附着在硅纳米线8表面，使得硅纳米线8导电，正极3和负极4导通。在实践中，该气体传感器可应用到生产、生活中，用于监控生产、生活环境中的有害气体含量；还可与控制电路连接，当气体传感器导通，控制电路接收电信号并转化成气体成分、浓度等参数。
[0008]但是，现有技术的气体传感器形成工艺，单晶硅主要沿垂直于S12层上表面方向生长，而硅纳米线8表面的丝9的生长有限，丝9的数量有限且相邻第一梳状件5和第二梳状件6之间的丝9的表面积不大，可吸附的带电气体离子有限，影响第一梳状件5和第二梳状件6之间的导通，严重的话，丝9上的带电气体离子不足以使第一梳状件5和第二梳状件6导通，这会降低气体传感器的灵敏性，造成气体传感器的性能不佳。
【发明内容】
[0009]本发明解决的问题是，现有技术形成气体传感器的工艺，会降低气体传感器的灵敏性，造成气体传感器的性能不佳。
[0010]为解决上述问题，本发明提供一种气体传感器的形成方法，该气体传感器的形成方法包括:
[0011]提供基底；
[0012]在所述基底上形成绝缘层；
[0013]在所述绝缘层上形成Au层，在所述Au层上形成导电层；
[0014]对所述导电层进行图形化形成正极、负极；
[0015]去除所述正极和负极之间的Au层；
[0016]在含硅气体环境中，使用汽-液-固单晶硅生长工艺，在所述正极和负极之间的绝缘层上生长硅纳米线，所述正极和所述负极通过硅纳米线电连接。
[0017]可选地，所述正极与负极之间的距离范围为Iym?50μπι。
[0018]可选地，所述基底为掺杂硅基底。
[0019]可选地，所述导电层的材料为金属或掺杂多晶硅。
[0020]可选地，所述金属为Ti或Ta。
[0021]可选地，对所述导电层进行图形化形成正极、负极的方法包括:
[0022]在所述导电层上形成图形化的掩模层，所述图形化的掩模层定义正极或负极的位置；
[0023]以所述图形化的掩模层为掩模，干法刻蚀导电层形成正极、负极；
[0024]去除图形化的掩模层。
[0025]可选地，去除所述正极和负极之间的Au层的方法为湿法刻蚀法。
[0026]可选地，所述湿法刻蚀法过程，使用的刻蚀剂为碘-碘化钾溶液，在所述碘-碘化钾溶液中，碘-碘化钾溶液中，KI的质量浓度范围为2%?20%，I2的质量浓度范围为1%-10%。
[0027]可选地，所述Au层的厚度范围为小于10nm。
[0028]可选地，所述含硅气体为SiH4、SiCl4或Si2H6中的一种或多种。
[0029]可选地，在所述汽-液-固单晶硅生长过程，温度范围大于等于363 °C小于Au的熔点。
[0030]本发明还提供一种气体传感器，该气体传感器包括:
[0031]基底；
[0032]位于所述基底上的绝缘层；
[0033]位于所述基底上的正极和负极；
[0034]位于所述正极与绝缘层之间、位于所述负极与绝缘层之间的Au层；
[0035]位于所述正极与负极之间的绝缘层上的硅纳米线，所述正极和负极通过硅纳米线电连接。
[0036]可选地，所述正极与负极之间的距离范围为I μ m?50 μ m。
[0037]可选地，所述基底为掺杂硅基底。
[0038]可选地，所述导电层的材料为金属或掺杂多晶硅。
[0039]可选地，所述金属为Ti或Ta。
[0040]可选地，所述Au层的厚度范围为小于10nm。
[0041]可选地，上述任一所述的气体传感器作为晶体管；
[0042]所述基底作为背栅，所述正极作为源极，所述负极作为漏极。
[0043]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0044]Au层位于正极与绝缘层之间、负极与绝缘层之间，Au层朝向正极、朝向负极的两侧面暴露。在汽-液-固单晶硅生长过程中，暴露的Au层侧面熔融形成颗粒状，含硅气体中的硅原子穿过Au颗粒结合并生长，且生长方向是平行于绝缘层上表面方向，这样Au层两侧面生长的硅纳米线在生长过程中结合连接，正极和负极通过该硅纳米线电连接。与现有技术的丝表面积较小相比，本技术方案的硅纳米线具有很大的表面积，可以吸附更多的带电离子，更有助于正极和负极之间的导通，提升气体传感器的灵敏性，气体传感器的性能较佳。
【附图说明】
[0045]图1?图3是现有技术的气体传感器在形成过程中的立体结构示意图；
[0046]图4?图9是本发明具体实施例的气体传感器在形成过程中的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0047]针对现有技术存在的问题，本发明技术方案提出一种新的气体传感器及其形成方法。使用该气体传感器的形成方法，在正极与绝缘层之间、在负极和绝缘层之间具有Au层，Au层朝向正极和朝向负极的表面暴露。使用汽-液-固单晶硅生长工艺，硅纳米线主要沿平行于绝缘层上表面方向生长，电连接所述正极和负极。
[0048]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
[0049]参照图4，提供基底100。
[0050]在本实施例中，所述基底100为掺杂硅基底。在其他实施例中，还可为锗基底或者绝缘体上硅基底等；或者基底100的材料还可以包括其它的材料，例如砷化镓等II1- V族化合物。对基底100形成掺杂，可使其导电。
[0051]参照图5，在基底100上形成绝缘层101，绝缘层101覆盖基底100，所述绝缘层101
起到绝缘隔离作用。
[0052]在具体实施例中，绝缘层101的材料为氧化硅，形成绝缘层101的方法为化学气相沉积或热氧化生长工艺。
[0053]参照图6，在绝缘层101上形成Au层102，在Au层102上形成导电层103。
[0054]在具体实施例中，在绝缘层101上形成Au层102的工艺为溅射工艺，Au层102的厚度范围小于10nm。
[0055]在具体实施例中，导电层103的材料为金属或掺杂多晶硅，该金属的熔点使它不会在汽-液-固工艺中发生形态变化，而且该金属不允许含硅原子穿过。其中，金属可以是Ti或Ta。当导电层103的材料为金属时，可使用化学气相沉积或物理气相沉积形成。
[0056]当导电层103的材料为掺杂多晶硅，形成导电层103的方法为:使用化学气相沉积，在沉积过程中进行原位离子掺杂。所述掺杂可以是N型离子掺杂或P型离子掺杂。
[0057]参照图7，对导电层103 (参照图6)进行图形化形成正极131、负极132，正极131和负极132相互隔开，正极131和负极132之间的Au层暴露。
[0058]在具体实施例中，对导电层进行图形化形成正极131、负极132的方法包括:
[0059]在导电层上形成图形化的掩模层，图形化的掩模层的材料可以是光刻胶或其他硬掩模材料，图形化的掩模层定义正极和负极的位置；
[0060]以图形化的掩模层为掩模，干法刻蚀导电层形成正极131和负极132 ；
[0061]去除图形化的掩模层。当图形化的掩模层的材料层为光刻胶，使用灰化工艺去除图形化的掩模层。
[0062]在具体实施例中，正极131和负极132之间的距离L范围为I μπι?50 μπι。如果L大于50 μ m,正极131和负极132之间的娃纳米线需要吸附更多的带电离