ITMI20080532A1 - Metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su substrato semiconduttore - Google Patents
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Description
"Metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su substrato semiconduttore"
DESCRIZIONE
Campo di applicazione
La presente invenzione fa riferimento ad un metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su substrato semiconduttore.
L'invenzione fa altresì riferimento ad una membrana dielettrica totalmente sospesa sul substrato semiconduttore su cui il sensore di gas è integrato.
L'invenzione riguarda in particolare, ma non esclusivamente, un metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su substrato semiconduttore, del tipo comprendente una membrana dielettrica sospesa sul substrato semiconduttore, un elemento riscaldatore e un elemento sensibile in ossido metallico (anche nanostrutturato), e alla relativa membrana dielettrica sospesa e la descrizione che segue è fatta con riferimento a questo campo di applicazione con il solo scopo di semplificarne l'esposizione.
Arte nota
Come è ben noto, i sensori di gas comprendono un elemento sensibile a sostanze volatili presenti nellambìente, un elemento riscaldatore e alcuni elettrodi metallici. In particolare, viene sfruttato il fatto che alcuni materiali cambiano alcune delle loro caratteristiche chimico /fìsiche /elettriche quando vengono in contatto con altre sostanze presenti nell’ambiente che li circonda. Questo è il caso della variazione di resistività del materiale che costituisce l’elemento sensibile che varia in seguito all’assorbimento di tali sostanze volatili. Le variazioni di resistività vengono misurate mediante misure di resistenza (caratteristiche tensione corrente) tra gli elettrodi a contatto con lo strato sensibile. In particolare le variazioni risultano tanto maggiori, e quindi più facilmente rivelabili quando l’elemento sensibile viene portato, dall’elemento riscaldatore, ad una temperatura compresa tra 200°C e 500°C, temperature maggiori sono comunque sfruttate per il desorbimento delle sostanze per ristabilire sul sensore le condizioni iniziali dopo la misura.
Tra i sensori di gas sono ben noti quelli il cui elemento sensibile è formato da uno strato di ossido metalli conano-strutturato, i quali sono particolarmente adatti per rilevare la presenza di sostanze organiche presenti nell’ambiente circostante. Ad esempio, è noto che la resistività di un ossido metallico, come l’ossido di stagno (Sn02), varia fino a tre ordini di grandezza in presenza di idrocarburi, ovvero composti organici contenenti soltanto carbonio e idrogeno.
Attualmente, un sensore di gas viene integrato su un substrato semiconduttore, insieme agli elettrodi e all’elemento riscaldatore, mediante le note tecnologie dei semiconduttori. Tuttavia, lintegrazione su un unico “chip” presenta alcune problematiche, legate al fatto che, per rilevare le variazioni delle caratteristiche elettriche dell’elemento sensibile, quest’ultimo deve trovarsi a temperature superiori alla temperatura ambiente, tipicamente comprese tra 200°C e 500 C„ Tuttavia, essendo il substrato semiconduttore un buon conduttore di calore, l'intero “chip”, viene conseguentemente portato ad un’elevata temperatura di esercizio, che all’equilibrio sono praticamente identiche a quella dell’elemento sensibile, il che determina un cospicuo consumo di energia da parte dell’elemento riscaldatore, nonché il malfunzionamento e in alcuni casi il danneggiamento irreversibile di alcuni dei componenti del sensore stesso o di altri dispositivi qualora il sensore venga integrato con l’elettronica di controllo o altra circuiteria.
Per ovviare a questo problema, viene, solitamente, realizzata una membrana dielettrica che funge da isolante termico del substrato semiconduttore. Una prima soluzione tecnica nota consiste nel realizzare un sensore di gas integrato su un substrato semiconduttore, comprendente una membrana dielettrica sospesa in aria, che funge da isolante termico e che è realizzata tramite la nota tecnica del “bulk micromachining”, che consiste nell’attacco del silicio in soluzioni acquose alcaline, ad esempio KOH (idrossido di potassio), NaOH (idrossido di sodio), TMAH (tetrametilammonio idrossido). La membrana dielettrica è poi sovrastata da un elemento riscaldatore, al di sopra del quale è posizionato l’elemento sensibile, distanziato dall’elemento riscaldatore tramite uno strato protettivo ed isolante.
Pur vantaggiosa sotto vari aspetti, questa prima soluzione presenta vari inconvenienti. Infatti, la membrana dielettrica risulta molto fragile in quanto è realizzata mediante deposizione di tipo CVD (Chemical Vapour Deposition) di uno strato, generalmente di ossido o nitruro o strati alternati di questi di silicio, che presenta un alto valore di stress meccanico.
La fragilità della membrana impedisce, anche, di depositare lo strato che costituisce l’elemento sensibile mediante le note tecniche di “screen printing” o “doctor biade”.
Altro inconveniente è dovuto al fatto che questo tipo di struttura viene realizzata tramite un attacco anisotropo condotto dal retro della fetta di silicio in cui è integrato il sensore, necessitando dell’uso di una tecnica litografica “doublé side” e generando, nel silicio stesso, un profilo in sezione a 54,7° , Conseguentemente, l’ingombro del singolo dispositivo aumenta notevolmente. Infatti, per realizzare, ad esempio, una membrana sospesa quadrata di 100 pm di lato su un substrato spesso 500 μm, sarebbe necessario aprire dal retro una finestra di attacco avente una superficie quadrata di oltre 800X800 pm<2>. Quindi, l’area di ingombro del dispositivo sul substrato risulterebbe molto piu grande di quella effettivamente utile.
Una seconda soluzione nota consiste in un sensore di gas realizzato, invece, tramite la tecnica del “surface micromachining”, che sfrutta un attacco anisotropo di tipo basico sul substrato di silicio effettuato dal fronte della fetta di silicio. In pratica, viene effettuata una mascheratura selettiva utile a lasciare, solo in certe zone desiderate, uno strato dielettrico depositato precedentemente su tutta la fetta di silicio. Alternativamente, vengono utilizzati degli strati sacrificali ed effettuati degli attacchi chimici selettivi per il rilascio della membrana.
Sebbene la soluzione descritta risolva il problema dell’incremento dell’area di ingombro, non elimina, comunque, il problema legato allo stress e alla fragilità delle membrane sospese realizzate mediante la tecnica CVD.
E’, inoltre, risaputo che, neH’industria microelettronica, per favorire la produzione e la commercializzazione di sistemi, quali appunto i sensori di gas, per la rivelazione e il monitoraggio di agenti gassosi è indispensabile ridurre notevolmente i costi dei singoli elementi che li costituiscono e aumentarne laffidabilità, la sensibilità, la specificità, la stabilità e la robustezza meccanica.
La tecnica di migrazione atomica superficiale auto organizzante del silicio consente di ottenere strutture sospese meccanicamente robuste e di minimizzare l’ingombro dei dispositivi.
Un esempio di applicazione di tale tecnica é descritto nella domanda di brevetto europea con numero di pubblicazione EP 1 427 010, depositata il 29 novembre 2002 dalla stessa richiedente. In tale domanda é descritto un metodo per fabbricare un substrato semiconduttore comprendente una cavità isolante sepolta, allo scopo di realizzare strutture SOI (Silicon On Insulator) a basso costo. Tale metodo comprende le fasi di: formare una pluralità di trench nel substrato semiconduttore; formare uno strato superficiale sul substrato semiconduttore in modo da chiudere superficialmente la pluralità di trench formando allo stesso tempo almeno una cavità sepolta, in corrispondenza deH'estremità dei trench distale dalla superficie. In particolare, tale cavità viene realizzata a partire da strutture a trench a sviluppo cilindrico realizzate, nel substrato semiconduttore, sfruttando le proprietà del processo di migrazione superficiale auto organizzante del silicio.
In pratica, dopo aver realizzato dei trench a sviluppo cilindrico nel substrato, viene effettuato un processo termico (“annealing”) ad alta temperatura, ad esempio tra 1000°C÷1300°C, in ambiente non ossidante, ad esempio H2, per alcune decine di minuti.
Nelle figure da 1A a 1F sono mostrate le fasi di modifica, in seguito al processo termico, della morfologia di un trench 11 a sviluppo cilindrico realizzato in un substrato 10, che, per effetto della riorganizzazione strutturale degli atomi verso stati a minima energia, si trasforma in una cavità 11a sferica sepolta, mostrata in figura 1F. Nelle figure da 2A a 2D è mostrato come trench 11 molto vicini si trasformano dapprima in cavità di forma essenzialmente a “birillo" per divenire, in seguito, cavità sferiche 11a che si congiungono con le cavità adiacenti formando, così, un unico spazio o microcanale 1 lb. In questo modo si possono connettere un numero illimitato di sfere vuote I la ottenendo molteplici geometrie, come mostrato nelle figure 3 e 4.
Il problema tecnico che sta alla base della presente invenzione è quello di escogitare un metodo di fabbricazione di sensori di gas integrati su substrato semiconduttore e il relativo sensore di gas, avente caratteristiche strutturali e funzionali tali da ottenere un’elevata sensibilità del sensore di gas con processi di fabbricazione a basso costo superando le limitazioni e/o gli inconvenienti che tuttora limitano i sensori di gas realizzati secondo l'arte nota.
Sommario dell 'invenzione
L'idea di soluzione che sta alla base della presente invenzione è quella di prevedere un metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su substrato semiconduttore, comprendente una membrana dielettrica totalmente sospesa sul substrato semiconduttore, un elemento riscaldatore, degli elettrodi e un elemento sensibile comprendente ossidi metallici. La membrana dielettrica sospesa viene realizzata tramite ossidazione termica di un sottile strato di silicio cristallino totalmente sospeso coprente una cavità sepolta formata, in un substrato semiconduttore, a partire da strutture a trench, per effetto del noto processo di migrazione superficiale auto organizzante del silicio. Inoltre, l’elemento sensibile è formato da uno strato di ossidi metallici che possono essere sottoposti a un processo di sinterizzazione, che avviene all’intemo della fetta di silicio in cui il sensore è integrato, grazie aH’interconnessione degli elementi riscaldatori.
Sulla base di tale idea di soluzione il problema tecnico è risolto da un metodo del tipo precedentemente indicato e caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di:
- realizzare una prima pluralità di trench in detto substrato semiconduttore;
- realizzare una membrana di silicio cristallino sospesa su detto substrato semiconduttore, formando allo stesso tempo almeno una cavità isolante sepolta in detto substrato;
- realizzare una seconda pluralità di trench in detto substrato semiconduttore, in modo da sospendere totalmente su detto substrato semiconduttore detta almeno una membrana di silicio cristallino;
- realizzare, tramite un processo di ossidazione termica di detta almeno una membrana di silicio cristallino totalmente sospesa, detta almeno una membrana dielettrica sospesa;
- realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elemento riscaldatore;
- realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elettrodo e detta almeno una coppia di contatti elettrici;
- realizzare selettivamente, sopra detto almeno un elettrodo, detto almeno un elemento sensibile, comprendendo la fase di compattare detti strati di ossido metallico tramite un processo di sinterizzazione generato in detto almeno un sensore di gas collegando detto almeno un elettrodo ad un generatore di tensione.
Il problema è altresì risolto da una membrana dielettrica sospesa su detto substrato e caratterizzata dal fatto di essere realizzata tramite un processo di ossidazione termica di almeno una membrana di silicio cristallino totalmente sospesa su detto substrato.
Le caratteristiche ed i vantaggi del metodo e del dispositivo a membrana secondo Γ invenzione risulteranno dalla descrizione, fatta qui di seguito, di un suo esempio di realizzazione dato a titolo indicativo e non limitativo con riferimento ai disegni allegati.
Breve descrizione dei disegni
In tali disegni:
- le figure da 1A a 1F sono rispettive viste schematiche di un trench realizzato in un substrato semiconduttore durante le successive fasi di un metodo di fabbricazione, secondo l’arte nota;
- le figure da 2A a 2D sono rispettive viste schematiche di una pluralità di trench realizzati in un substrato semiconduttore durante le successive fasi di un metodo di fabbricazione, secondo l’arte nota;
- le figure 3 e 4 mostrano possibili geometrie di cavità ottenibili a partire da trench diversamente disposti, secondo l’arte nota;
- le figure da 5(A-C) a 18(A-C) e da 20(A-C) a 33 (A-C) mostrano le viste schematiche in pianta e nelle due sezioni longitudinale, nel piano AA’, e trasversale, nel piano BB’, di una porzione di substrato semiconduttore durante le successive fasi di un metodo di fabbricazione di un sensore di gas, secondo l’invenzione;
- la figura 19 mostra possibili geometrie di una membrana di silicio cristallina sospesa sul substrato semiconduttore, secondo l’invenzione;
- la figura 34 mostra uno schema di un esempio delle interconnessioni tra gli elementi riscaldatori del sensore di gas, allintern di una singola fetta di silicio, determinanti un processo di sinterizzazione degli ossidi metallici dell’elemento sensibile, secondo l’invenzione;
- la figura 35 mostra una vista tridimensionale in sezione di un sensore di gas realizzato con il metodo, secondo l’invenzione.
Descrizione dettagliata
Con riferimento a tali figure, viene descritto il metodo di fabbricazione di un sensore di gas integrato su un substrato semiconduttore, secondo l’invenzione .
In particolare, in figura 5 è mostrato un substrato semiconduttore 20, realizzato da una fetta di silicio cristallino con qualsiasi orientazione cristallografica di tipo P, ad esempio drogato con ioni accettori con concentrazione compresa tra 1E13 e 5E20 [crm<3>] (tipo P-, P, P<+>,P<++>, etc.). Alternativamente il substrato semiconduttore 50 è drogato con ioni donori (tipo N) con concentrazione, ad esempio, compresa tra 1E13 e 5E20.
In una fase iniziale, la fetta di silicio viene sottoposta a lavaggio chimico, allo scopo di rimuovere materiali organici ed eventuali residui di polveri presenti in superficie, e, successivamente, ad una prima fase di foto-litografia convenzionale, che, secondo un aspetto dell’invenzione, avviene, come mostrato in figura 6, con l’impiego di un primo strato 21 di dielettrico mascherante depositato sull’intera superficie del substrato 20. Lo strato dielettrico 21 è formato da ossido di silicio o, alternativamente, nitruro o, alternativamente, fotoresist o, alternativamente da una combinazione di questi materiali, che vengono depositati o, alternativamente, cresciuti secondo processi noti della tecnologia microelettronica. In seguito, come mostrato in figura 7, viene eseguita una fotomascheratura depositando sullo strato dielettrico 21 un primo strato di fotoresist 22, in modo tale da lasciare esposta una prima porzione 23a dello strato 21 sovrastante una prima porzione 24a del substrato 20, mostrata nella sezione longitudinale di figura 7B, e una seconda porzione 23b dello strato 21 sovrastante una seconda porzione 24b del substrato 20, mostrata nella sezione trasversale di figura 9C.
In figura 8 è mostrata la struttura risultante dalla successiva esecuzione di: una fase di attacco chimico, wet o dry, dello strato dielettrico 21, che elimina le porzioni 23a e 23b; urna fase di rimozione dello strato di fotoresist 22; e una fase di attacco delle prima porzione 24a e della seconda porzione 24b del substrato 20 di silicio. Infine, lo strato dielettrico 21 viene totalmente rimosso dall'intera superficie del substrato 20, nel quale rimangono una prima apertura 25a, mostrata in figura 9B, e una seconda apertura 25b, mostrata in figura 9C. Tali aperture costituiscono dei segni di riferimento nel substrato, utili per l’allineamento di tutti i livelli litografici utilizzati durante le successive fasi di fabbricazione del sensore di gas.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, invece, la prima fase di fotolitografia avviene usando direttamente lo strato di fotoresist 22 come materiale mascherante e attaccando il substrato 20 con un attacco chimico, wet o dry.
Il metodo procede con la realizzazione, nel substrato 20, di una prima pluralità di trench. In particolare, sulla superficie del substrato 20 e fin dentro le aperture 25a e 25b, viene depositato, come è mostrato in figura 10, un secondo strato dielettrico 26. Successivamente viene eseguita una seconda operazione fotolitografica, depositando, come mostrato in figura 11, un secondo strato di fotoresist 27 in maniera selettiva sullo strato dielettrico 26, lasciandone esposte quattro pluralità 28a-28d di fori cilindrici opportunamente spaziati, formanti regioni di forma quadrata (ovviamente le geometrie fabbricate con questo metodo possono essere di qualsivoglia forma), come è particolarmente evidente dalla figura HA. Seguono, come mostrato in figura 12, ima fase di attacco dello strato dielettrico 26, una fase di rimozione dello strato di fotoresist 27 e una fase di attacco del substrato 20. In tal modo viene realizzata una prima pluralità di trench 29 a sviluppo cilindrico equispaziati, aventi una larghezza compresa tra 0.3 μm e 2 μm e una profondità compresa tra 2 pm e 100 μm . I trench 29 possono, alternativamente, essere realizzati a forma di parallelepipedo o di qualsiasi solido poligonale, modificando la geometria delle aree esposte dallo strato di fotoresist 27. La distanza tra i centri di due trench 29 consecutivi è proporzionale alla larghezza dei trench stessi con un fattore di proporzionalità compreso tra 1,1 e 3. La disposizione geometrica dei trench 29 nel substrato 20 dipende direttamente dalla geometria con cui è stato depositato lo strato di fotoresist 27 e influenza la geometria della membrana del sensore di gas, realizzata in fasi successive.
Una volta definita la prima pluralità di trench 29, il substrato 20 viene sottoposto, prima, ad ima fase di rimozione dello strato dielettrico 26 e, in seguito, ad un processo termico in presenza di idrogeno ad alta temperatura, compresa tra 1000°C e 1300°C. La struttura risultante è mostrata in figura 13. Tale processo termico, come è noto, determina la riorganizzazione strutturale degli atomi di silicio verso stati di minima energia, grazie al noto fenomeno della migrazione atomica superficiale auto organizzante del silicio, che modifica la forma dei trench 29 da cilindrica a sferica. Inoltre, i trench 29 sono realizzati in maniera tale che la distanza tra i loro centri sia inferiore o al più uguale al diametro della sfera formata da ogni trench 29, per cui tutte le sfere si uniscono, formando, una cavità sepolta nel substrato senza causare difetti reticolari e di stress meccanico nel silicio cristallino sovrastante la cavità che si è riarrangiato tendendo naturalmente verso uno stato a minima energia. Inoltre, se i trench 29 sono molto profondi rispetto alla loro ampiezza, il processo termico determina la formazione di diverse cavità allineate verticalmente e separate da lamine di silicio cristallino. In particolare, come mostrato in figura 13A vengono formate quattro cavità 30a-30d, sepolte nel substrato 20 e separate da lamine di silicio cristallino. In figura 13B sono mostrate le sezioni longitudinali di una prima e una seconda cavità 30a e 30b e in figura 13C sono mostrate le sezioni trasversali di una seconda e una terza cavità 30b e 30c. Anche la forma delle cavità dipende dalla geometria dei trench 29. La cavità sepolta ha anch’essa forma quadrata. L’insieme delle lamine di silicio cristallino, coprenti le quattro cavità e ancorate al substrato 20 solo perimetralmente e da sottili strutture di silicio cristallino interne alle cavità sepolte 30a-30d, forma una membrana di silicio cristallino 31 parzialmente sospesa sul substrato 20. Nel caso di grandi dimensioni superficiali per evitare il collasso dello strato superficiale su quello sottostante vengono previsti dei punti di sostegno ottenuti eliminando punti isolati, segmenti, linee o piccole aree dalla geometria relativa ai trench, cercando di mantenere comunque dei punti di connessione tra le varie cavità formate, ossia per evitare il collasso della struttura sospesa sovrastante la cavità si può pensare di eliminare dall’array di trench un singolo punto o uno linea, o una piccola area in modo tale che la mancanza del trench in questi punti non dia luogo ad una cavità sferica, che lascerà quindi una colonna di substrato che fungerà da pilastro per la membrana sovrastante.
Il metodo prosegue con la realizzazione di una seconda pluralità di trench. Viene, quindi, effettuata una fase, mostrata in figura 14, in cui il substrato 20 viene ricoperto, secondo un aspetto del’invenzione, con un terzo strato dielettrico 32 mascherante. In seguito, come è particolarmente evidente dalle figure 15A e 15B, un terzo strato di fotoresist 33 viene depositato sullo strato dielettrico 32, lasciandone esposte quattro regioni trapezoidali (di forma qualsiasi) 34a-34d in corrispondenza, rispettivamente, di ognuna delle cavità sepolte 30a-30d. Secondo un altro aspetto dell’invenzione, invece, l’operazione di fotolitografia atta a realizzare la seconda pluralità di trench avviene usando come strato mascherante lo strato di fotoresist 33.
Il metodo prosegue con urna fase di attacco dello strato dielettrico 32, come mostrato in figura 16A e 16B, e, con le fasi di rimozione dello strato di fotoresist 33 e di attacco chimico del substrato 20 di silicio, wet o dry, come mostrato in figura 17. In tal modo viene formata una seconda pluralità di trench 35, trasformando, allo stesso tempo, la membrana di silicio cristallino 31 sospesa e perimetralmente ancorata al substrato in una membrana di silicio cristallino totalmente sospese sul substrato eccezion fatta per alcuni punti di ancoraggio (vedi figura 17), e coperte dallo strato dielettrico. In particolare, in figura 17B sono mostrate le sezioni longitudinali di una prima e di una seconda membrana sospesa 36a e 36b e in figura 17C le sezioni trasversali di una seconda e una terza membrana sospesa 36b e 36c. Rimuovendo, infine, lo strato dielettrico 32 mascherante, risultano evidenti, come mostrato in figura 18A, quattro membrane di silicio cristallino 36a-36d, totalmente sospese ed ancorate sul substrato.
In figura 19 sono riportate, a solo scopo esemplificativo, alcune delle possibili geometrie delle membrane di silicio cristallino sospese 36a-36d. In particolare, le zone chiare delle forme geometriche di figura 19 vengono definite dalla prima pluralità di trench 29, mentre le zone scure dalla seconda pluralità di trench 35. la forma finale della membrana sospesa è la parte colorata in chiaro.
II metodo prosegue con l’ossidazione totale delle membrane sospese 36a-36d, allo scopo di isolare termicamente il substrato 20 del sensore di gas. A tale scopo, come mostrato in figura 20, viene eseguito un processo termico ad alta temperatura (tra 800 e 1300°C) in atmosfera contenente ossigeno, formando un ossido termico 37 su tutte le superfici del substrato 20, all'interno dei trench 35, al di sotto delle cavità 30a-30d e sulle membrane di silicio cristallino sospese 36a-36d. In tal modo viene realizzata l’ossidazione totale delle membrane di silicio cristallino sospese 36a-36d (da ambedue le superfici della membrana, quindi l’ossidazione procederà sia dalla superficie che dalla cavità), ottenendo membrane dielettriche sospese 38a-38d, mostrate in figura 20A, costituite interamente da ossido termico e aventi spessore di parecchi micron- Ad esempio, per una membrana di silicio cristallino spessa 2 μπι, la membrana dielettrica sospesa ottenuta ha spessore di circa 4 pm. In figura 20B sono mostrate le sezioni longitudinali di una prima e di una seconda membrana dielettrica sospesa 38a e 38b e in figura 2 OC le sezioni trasversali di una seconda e di una terza membrana dielettrica sospesa 38b e 38c.
Vantaggiosamente le membrane dielettriche sospese possono essere realizzate sia sul fronte che sul retro della fetta di silicio grazie alla tecnica fotolitografica nota come “Doublé Side Mask aligner”.
Il metodo prosegue, quindi, con la realizzazione di uno o più elementi riscaldatori, completi dei tratti di collegamento e delle aree di contatto ed interfacciamento. Gli elementi riscaldatori vengono realizzati in materiale conduttivo scelto tra alluminio, oro, polisilicio o altri metalli, a seconda dell’applicazione e della temperatura massima desiderata, in modo tale che, se percorsi da una corrente elettrica, si sviluppi, per effetto Joule, una quantità di calore proporzionale alla temperatura che si desidera raggiungere sull’elemento sensibile, le membrane dielettriche fungono da isolante termico verso il substrato 36a-36d.
Tra l’altro, il metodo prevede anche, in un suo aspetto, di integrare nel sensore di gas un elemento di tipo termoresistivo che monitori continuamente la temperatura raggiunta dalle membrane dielettriche sospese 36a-36d.
Viene, quindi, depositato uno strato 39 di materiale conduttore, ad esempio polisilicio drogato mediante tecniche LPCVD in fornace o mediante tecniche di crescita epitassiale (EPYPOLY), come mostrato in figura 21. In seguito, come mostrato in figura 22, un quarto strato di fotoresist 40 viene depositato, in maniera selettiva, sullo strato di polisilicio 39, lasciandone esposte, in corrispondenza delle membrane dielettriche sospese 36a-36d, una regione 41a-41d a forma di serpentina o altra forma per realizzare il riscaldatore sulla membrana, in ogni caso verrà realizzato un percorso conduttivo che sfrutterà l’effetto Joule, avendo cura di portare gli estremi di detto percorso fuori dalla zona sospesa e quindi sul substrato, dove saranno realizzati i contatti elettrici, facendo passare il percorso del riscaldatore sopra le strutture di ancoraggio della membrana, avente una prima estremità terminante, tramite un primo braccio obliquo 42a-42d, in una prima regione quadrata 43a-43d e una seconda estremità terminante, tramite un secondo braccio obliquo 44a-44d, in una seconda regione quadrata 45a-45d, come è evidente dalla figura 22A. Successivamente, come mostrato in figura 23, vengono effettuate una fase di attacco chimico, wet o dry, dello strato 39 e una fase di rimozione dello strato di fotoresist 40. In tal modo, vengono formati gli elementi riscaldatori 46a-46d, visibili in figura 23A, posizionati rispettivamente sopra le membrane dielettriche sospese 38a-38d e costituiti da nanostrutture di polisilicio. Gli elementi riscaldatori 46a-46d hanno una geometria determinata dalla fotolitografia e, in particolare, comprendono una regione 47a-47d generalmente a forma di serpentina, o di altra forma, avente una prima estremità terminante, tramite un primo braccio obliquo 48a-48d, in una prima regione quadrata 49a-49d e una seconda estremità terminante, tramite un secondo braccio obliquo 50a-50d, in una seconda regione quadrata 51a-51d. In figura 23B sono visibili le sezioni longitudinali di un primo e un secondo elemento riscaldatore 46a e 46b. In figura 23C sono visibili le sezioni trasversali di un secondo e un terzo elemento riscaldatore 46b e 46c.
Successivamente, come è evidente dalla figura 24, viene eseguita una deposizione, secondo una delle tecniche note di PECVD (Plasma Enfiane ed Chemical Vapour Deposition) o di LPCVD (Low pressure Chemical Vapour Deposition) o PVD (Physical Vapour Deposition), di un quarto strato dielettrico 52 sottile, ad esempio SiO2, TEOS, Vapox, nitruro, etc. Tale strato avente funzione di isolante elettrico dell’elemento riscaldante, nel caso in cui quest’ultimo venga realizzato in polisilicio e non mediante deposizione di uno strato metallico, può essere anche ottenuto per ossidazione parziale dello strato di polisicio stesso. Lo strato dielettrico 52, che funge da passivante, ricopre uniformemente tutti gli elementi riscaldatori 46a-46d, entrando anche nei trench 35, e ha uno spessore compreso tra qualche migliaio di Angstrom e parecchi micron, a seconda del materiale di cui è formato, della tecnica di deposizione e dell’applicazione.
Segue, quindi, una quinta fase di fotolitografia utile ad aprire i contatti elettrici degli elementi riscaldatori sullo strato 52. Viene, pertanto, effettuata, come mostrato rispettivamente in figura 25. Più in particolare, effettuando una fase di spin coating utilizzando uno strato di fotore si st di spessore superiore alla differenza di altezze nella struttura, avremo un effetto di planarizzazione. Ovviamente essendo il resist liquido riempirà completamente la cavità sottostante la membrana sospesa (vedi fig 23/33). Dopo la fotosensibilizzazione del resist si effettuerà lo sviluppo e quindi la parte sotto la cavità non impressionata dalla luce sarà rimossa dai solventi della fase di sviluppo. Si procederà dunque con l’attacco dello strato passivante e quindi la rimozione del resist dovrà essere effettuata avendo cura di concludere questa fase con uno step di rimozione in wet, in modo tale che vengano eliminati tutti gli eventuali residui di resist. Segue la deposizione di un quinto strato 53 di fotoresist sullo strato dielettrico 52, lasciandone esposte le porzioni 53a-53h sovrastanti le regioni quadrate o di altra forma che costituiranno i contatti del riscaldatore 49a-49d e 51a-51d. In seguito ad un attacco chimico dello strato dielettrico 52, come mostrato in figura 26, e alla rimozione dello strato di fotoresist 53, le porzioni 54a-54d e 55a-55d dello strato di fotoresist 53 rimangono depositate rispettivamente sulle regioni quadrate 49a-49d e 51a-51d. In figura 26B sono visibili le sezioni longitudinali di una prima e di una seconda porzione 54a e 54b dello strato di fotoresist 53; in figura 26C sono visibili le sezioni trasversali di una seconda ed una terza porzione 55b e 55c dello strato di fotoresist 53, una classica apertura di contatti su un poly.
Infine, come mostrato in figura 27, secondo un aspetto dell’invenzione, viene depositato mediante “sputtering”, uno strato barriera 56, ad esempio TiTiONTi (Titanio/ ossinitruro di titanio/ titanio) o altro materiale simile, allo scopo di evitare che, durante una successiva fase di metallizzazione dei contatti, gli ossidi metallici superficiali costituenti l’elemento sensibile diffondano nello strato di dielettrico 52, a causa dell’elevata temperatura e per garantire l’adesione meccanica tra lo strato metallico e lo strato dielettrico di isolamento sottostante .
Il metodo prosegue, quindi, con la realizzazione degli elettrodi dell’elemento sensibile del sensore di gas e dei contatti elettrici dell’elemento riscaldatore. Gli elettrodi vengono realizzati tramite uno strato metallico che, secondo un aspetto dell’invenzione, viene cresciuto selettivamente mediante un processo di elettrodeposizione. In tal caso, in particolare, sullo strato barriera 56 viene depositato per “sputtering” un primo strato metallico 57, avente spessore pari a qualche centinaio di Angstrom, che funge da strato seme (“seed layer”) per la crescita di uno strato metallico spesso e sul quale viene effettuata una successiva fase di elettrodeposizione. Tale fase è mostrata in figura 28. Inoltre, lo strato metallico 57, oltre ad essere un materiale conduttore, deve avere la proprietà di essere inerte al contatto con l’elemento sensibile realizzato in fasi successive per evitare ogni contaminazione o avvelenamento di detto strato. Tale strato metallico è, infatti, scelto nel gruppo dei metalli nobili.
Secondo un altro aspetto dell’invenzione, invece, tale strato metallico seme 57 viene depositato per “sputtering” e successivamente conformato tramite tipici processi di litografia e attacco.
Viene, successivamente, depositato, come mostrato in figura 29, un sesto strato di fotoresist 58 al di sopra dello strato metallico seme 57, in modo tale da lasciare esposte le porzioni 54a-54d e 55a-55d di fotoresist e altre quattro regioni 59a-59d a forma di pettine, con geometrie interdigitate, (i due rami metallici su cui sarà depositiate l’elemento sensibile non sono connessi direttamente tra loro, sono i r4eofori di un resistere il cui elemento resistivo è esclusivamente l’ossido metallico che costituirà l’elemento sensibile.. Infatti ogni contatto tra i due reofori (Resistenza circa nulla) essendo in parallelo con la resistenza offerta dall’elemento sensibile annullerebbe ogni effetto si rivelazione in presenza di gas o altra sostanza organica. In teoria basterebbe contattare semplicemente lo strato di ossido metallico con due semplici linee metalliche, la struttura a pettine, interdigitata o di qualsivoglia forma, fermo restando il non contatto tra i due elettrodi, serve solo per aumentare l’area di contatto. Giocando con questo parametro e con la distanza tra i due elettrodi, lo spessore della metallizzazione, etc. possiamo realizzare il resistere del volore che vogliamo, conoscendo la resistività intrinseca del materiale sensibile in assenza di sostanze da rilevare. avente una prima estremità terminante, tramite un primo braccio obliquo 60a-60d, in una prima regione quadrata 61a-61d e una seconda estremità terminante, tramite un secondo braccio obliquo 62a-62d, in una seconda regione quadrata 63a-63d, con geometria complementare a quella degli elementi riscaldatori, come è evidente dalla figura 29A.
Viene successivamente effettuata la fase di elettrodeposizione, tramite la quale viene cresciuto un secondo e più spesso strato metallico 64, come mostrato in figura 30. Lo spessore dello strato metallico 64 aumenta proporzionalmente alla durata del processo di elettrodeposizione e, conseguentemente, diminuisce la resistenza serie degli elettrodi (per esempio da 0.4 micron a oltre 10 micron). Inoltre lo spessore dello strato metallico 64 è minore dello spessore dello strato di fotoresist 58, il che permette di effettuare un processo di “lift-off, lasciando, in seguito alla rimozione dello strato di fotoresist 58, delle porzioni di strato metallico 64 sulle aree interessate definite mediante la fotolitografia, come mostrato in figura 31. Inoltre, viene rimosso lo strato metallico seme 57 e viene eseguito un attacco dello strato barriera 56. In tal modo, vengono formati gli elettrodi 65a-65d, comprendenti una porzione dello strato barriera 56 e una porzione del secondo strato metallico 64. Gli elettrodi 65a-65d hanno una geometria determinata dalla fotolitografia e, in particolare, sono costituiti da una regione 66a-66d a forma di pettine avente una prima estremità terminante, tramite un primo braccio obliquo 67a-67d, in una prima regione quadrata 68a-68d e una seconda estremità terminante, tramite un secondo braccio obliquo 69a-69d, in una seconda regione quadrata 70a-70d. In particolare, in figura 31B sono visibili le sezioni longitudinali di un primo e di un secondo elettrodo 65a e 65b; in figura 31C sono visibili le sezioni trasversali di un secondo e di un terzo elettrodo 65b e 65c..
In tal modo, per ogni elemento riscaldatore, vengono anche formate quattro coppie di contatti elettrici (71a,72a), (71b,72b), (71c,72c), (71d,71d), comprendenti le porzioni di fotoresist 54a-54d e 55a-55d e porzioni del secondo strato metallico 64. In particolare, in figura 31B sono visibili le sezioni longitudinali dei primi contatti elettrici 71a e 71b di una prima e di una seconda coppia di contatti elettrici; in figura 310 sono visibili le sezioni trasversali dei secondi contatti elettrici 72b e 72c di una seconda e di una terza coppia di contatti elettrici.
Successivamente, come mostrato in figura 32, sugli elettrodi 65a-65d vengono realizzati gli elementi sensibili 73a-73d, formati da strati metallici sensibili depositati. Ciascuno strato metallico sensibile comprende un insieme di ossidi metallici differenti per tipo e caratteristiche morfologiche, ognuno dei quali viene “funzionalizzato”, per via chimica o già in fase di sintesi, ovvero reso più o meno selettivo rispetto alle specie volatili che vengono assorbite. In particolare, in figura 32B sono visibili le sezioni longitudinali di un primo e di un secondo elemento sensibile 73a e 73b; in figura 31C sono visibili le sezioni trasversali di un secondo e di un terzo elemento sensibile 73b e 73c.
Lo strato sensibile viene preparato e dispensato con varie tecniche, ad esempio “sol-gel”, “inkjet printing”, “screen printing”, “microdispensing”, a seconda che l’applicazione richieda uno strato sensibile spesso, e, quindi, più sensibile ma più lento nella risposta, oppure sottile e più veloce. Inoltre, lo strato sensibile viene dispensato selettivamente ed esclusivamente sopra gli elettrodi, in forma di liquido o, alternativamente, gel o, alternativamente, amalgama o, alternativamente, pasta. In ogni caso deve essere eliminato il solvente (e non l’ossido metallico ovviamente). Inoltre, generalizzando il metodo alla fabbricazione di più dispositivi, tutti gli elettrodi metallici formati costituiscono una rete interconnessa di percorsi conduttivi che corrono all 'interno delle linee di taglio dei dispositivi (“scribe line”). Di conseguenza, quando viene applicata sugli elettrodi una tensione esterna all’incirca doppia rispetto alla tensione operativa dei dispositivi, tutti gli elementi riscaldatori presenti sulla fetta di silicio vengono connessi in parallelo e azionati contemporaneamente. In tal modo, la temperatura raggiunta sulle membrane risulta di circa 700°C, e, mantenendo questa temperatura per alcuni minuti, gli elementi sensibili 73a-73d vengono cosi<'>sottoposti al noto fenomeno della sinterizzazione che compatta gli ossidi metallici e ne aumenta la conducibilità elettrica. Dopo la deposizione dello strato sensibile occorre una sinterizzazione dello strato sensibile, che allo stato dell’arte viene effettuato mediante un processo termico in forno. La nostra idea si basa sul fatto che la sinterizzazione del materiale sensibile può essere effettuata direttamente su wafer utilizzando gli stessi riscaldatori dei vari sensori, sfruttando l’elevato isolamento termico ed elettrico offerto dalla membrana dielettrica sospesa realizzata secondo l’invenzione. Al fine di effettuare questo processo su un intero wafer, saranno previste delle connessioni elettriche temporanee, all’interno delle linne di taglio (scribe line), tali linee elettriche connetteranno i riscaldatori dei dispositivi esclusivamente mentre si trovano sul wafer intero. Questi bus elettrici saranno tutti connessi tra loro a due o più contatti principali sul wafer, dopo il taglio tutte queste linee saranno eliminate e quindi ogni dispositivo risulterà indipendente da ogni altro. Questo consentirà di effettuare la sinterizzazione del materiale sensibile direttamente sul wafer, senza alcun processo in forno, dopo la deposizione dello stesso materiale o addirittura durante questa fase semplicemente applicando una tensione elettrica opportuna allenterò wafer.
Pertanto, il metodo secondo l’invenzione consente di ottenere una struttura “self curing”, capace, cioè , di effettuare la sinterizzazione sia durante che dopo la dispensa del materiale, ad esempio per “ink jet”, semplicemente connettendo temporaneamente la fetta di silicio con un generatore di tensione. Inoltre, tale processo termico, secondo l invenzione, viene effettuato direttamente sulla fetta di silicio, senza l’utilizzo di una stufa o di un forno.
La figura 33 mostra il sensore di gas 100, ottenuto dopo la fase del “self curing”, e la figura 34 mostra uno schema delle connessioni elettriche tra gli elementi riscaldatori del sensore di gas, all’interno di una singola fetta di silicio, che determinano il processo di sinterizzazione degli ossidi metallici, secondo linvenzione. Tutte le connessioni presenti sulla fetta di silicio vengono poi eliminate automaticamente durante il taglio dei dispositivi garantendo l’indipendenza elettrica di ogni singolo sensore di gas presente sulla fetta di silicio.
A titolo puramente esemplificativo, la figura 35 mostra una vista tridimensionale di una porzione del sensore di gas 100 realizzato con il metodo, secondo l’invenzione, che comprende anche uno strato di passivazione 74. Lo strato 74 di passivazione, ha la funzione di isolare elettricamente la struttura del riscaldatore da quella degli elettrodi dello strato sensibile, ma allos tesso tempo non deve impedirne il trasferimento di calore.
Naturalmente l area del dispositivo, la geometria e le dimensioni della membrana e di tutti i componenti del sensore di gas variano a seconda del tipo di applicazione, delle condizioni di esercizio, della temperatura e della potenza termica del dispositivo.
In conclusione, il metodo secondo l'invenzione consente di realizzare un sensore di gas a basso costo e integrabile su substrati semiconduttori, con la tecnologia standard dei circuiti elettronici.
In particolare, il metodo consente di integrare una pluralità di sensori, ciascuno specifico per una specifica famiglia di sostanze, nello stesso “chip”. In tal modo, è possibile realizzare un “naso elettronico” utile per applicazioni sia in campo chimico che biologico.
Un ulteriore vantaggio del metodo descritto consiste nel poter realizzare, a partire da una struttura cristallina sospesa di spessore di qualche micron ed esposta all’ambiente da entrambe le facce, una membrana sospesa interamente formata da ossido di silicio di spessore difficilmente ottenibile con un processo di ossidazione superficiale. Gli ancoraggi della membrana dielettrica sospesa al sensore hanno la funzione di supporto meccanico anche per i percorsi elettrici del riscaldatore e del sensore, a partire dai contatti di connessione previsti sul substrato fino alla membrana dielettrica sospesa. Inoltre, il sensore può essere realizzato, insieme alla circuiteria, sia dal fronte che dal retro della fetta di silicio, riducendo, cosi<'>, l’occupazione di area sul "chip” e aumentando la robustezza meccanica del dispositivo.
Il metodo secondo l invenzione può, inoltre, essere impiegato per tutte le applicazioni in cui è necessario effettuare un riscaldamento, anche ad alta temperatura, di un’area limitata e selezionata del “chip”.
Infine, un ulteriore vantaggio del metodo descritto è rappresentato dal fatto che l’uso delle tecniche di “inkjet” e di “screen printing” per depositare lo strato sensibile consente di utilizzare un materiale sensibile diverso per ogni dispositivo, consentendo, quindi, di rivelare contemporaneamente sostanze differenti.
Claims (41)
- RIVENDICAZIONI 1. Metodo di fabbricazione di almeno un sensore di gas (100) integrato su un substrato (20) semiconduttore comprendente almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d); almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d) al di sopra di detta almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa su detto substrato (20); almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) in corrispondenza di detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d); almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b, 72b;71c,72c;71d,71d) di detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d); almeno un elemento sensibile (73a;73b;73c;73d) comprendente una pluralità di strati di ossido metallico deposti su detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) ; detto metodo caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi di: - realizzare una prima pluralità di trench (29) in detto substrato (20) semiconduttore; - realizzare una membrana di silicio cristallino (31) sospesa su detto substrato (20) semiconduttore, formando allo stesso tempo almeno una cavità (30a;30b;30c;30d) isolante sepolta in detto substrato (20); - realizzare una seconda pluralità di trench (35) in detto substrato (20) semiconduttore, in modo da sospendere totalmente su detto substrato (20) semiconduttore detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d); - realizzare, tramite un processo di ossidazione termica di detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d) totalmente sospesa, detta almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa; - realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d); - realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) e detta almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b, 72b;71c,72c;71d,71d); - realizzare selettivamente, sopra detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d), detto almeno un elemento sensibile (73a;73b;73c;73d), comprendendo la fase di compattare detti strati di ossido metallico tramite un processo di sinterizzazione generato in detto almeno un sensore di gas (100) collegando detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) ad un generatore di tensione.
- 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare una prima pluralità di trench (29) in detto substrato (20) semiconduttore è preceduta da una fase di realizzazione, in detto substrato (20) semiconduttore, di almeno un’apertura (25a;25b) di riferimento comprendente le fasi di: - formare un primo strato dielettrico (21) mascherante su detto substrato (20); - depositare un primo strato di fotoresist (22) su detto primo strato dielettrico (21), lasciandone esposta almeno una porzione (23a;23b) sovrastante almeno una porzione (24a;24b) di detto substrato - eseguire un attacco chimico di detto primo strato dielettrico (21) ; - rimuovere detto primo strato di fotoresist (22); - eseguire un attacco chimico di detto substrato (20); - rimuovere detto primo strato dielettrico (21),
- 3. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo strato dielettrico (21) viene depositato.
- 4. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo strato dielettrico (21) viene cresciuto.
- 5. Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo strato dielettrico (2 1) è scelto nel gruppo formato da: - ossido di silicio; - nitruro; - fotoresist; - un materiale che sia la combinazione di ossido di silicio, nitruro e fotoresist.
- 6, Metodo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, in detto substrato (20) semiconduttore, almeno un’apertura (25a;25b) di riferimento viene eseguita utilizzando come materiale mascherante detto strato di fotoresist (22).
- 7. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare detta prima pluralità di trench (29) in detto substrato (20) semiconduttore comprende le fasi di: - depositare un secondo strato dielettrico (26); - depositare un secondo strato di fotoresist (27) su detto secondo strato dielettrico (26) lasciandone esposta almeno una pluralità (28a;28b;28c;28d) di fori spaziati, formanti una regione di forma poligonale; - eseguire un attacco chimico di detto strato dielettrico (26); - rimuovere detto strato di fotoresist (27); - eseguire un attacco chimico di detto substrato (20).
- 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che detti trench (29) sono a sviluppo di solido poligonale.
- 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti trench (29) sono a sviluppo cilindrico.
- 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti trench (29) hanno larghezza compresa tra 0.3 μιη e 2 μπι e profondità compresa tra 2 μιη e 100 μιη.
- 11. Metodo secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che la distanza tra i centri di detti trench (29) è proporzionale alla larghezza di detti trench (29) di un fattore compreso tra 1,1 e 3.
- 12. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare detta membrana di silicio cristallino (31) sospesa su detto substrato (20) semiconduttore comprende le fasi di: - rimuovere detto strato dielettrico (26); - eseguire un processo termico, in presenza di idrogeno, a temperatura compresa tra 1000°C e 1300°C.
- 13. Metodo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto che detta fase di eseguire un processo termico fa chiudere superficialmente detta pluralità di trench (29) con lamine di silicio cristallino, formando allo stesso tempo detta almeno una cavità (30a;30b;30c;30d) isolante sepolta in detto substrato (20).
- 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, caratterizzato dal fatto che dette lamine di silicio cristallino sono ancorate a detto substrato (20) perimetralmente e tramite sottili strutture di silicio cristallino interne a detta almeno una cavità (30a;30b;30c;30d).
- 15. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che fase di realizzare detta seconda pluralità di trench (35) in detto substrato (20) semiconduttore, in modo da sospendere totalmente su detto substrato (20) semiconduttore detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d), comprende le fasi di: - depositare, su detta membrana di silicio cristallino (31), un terzo strato dielettrico (32) mascherante; - depositare, su detto terzo strato di dielettrico (32), un terzo strato di fotoresist (33), lasciandone esposta almeno una pluralità di regioni poligonali (34a;34b;34c;34d) in corrispondenza di detta almeno una cavità sepolta (30a;30b;30c;30d); - eseguire un attacco chimico di detto strato dielettrico (32) mascherante; - rimuovere detto strato di fotoresist (33); - eseguire un attacco chimico di detto substrato (20); - rimuovere detto strato dielettrico (32) mascherante.
- 16. Metodo secondo la rivendicazione 15, caratterizzato dal fatto che dette regioni poligonali (34a;34b;34c;34d) sono trapezoidali.
- 17. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare detta seconda pluralità di trench (35) in detto substrato (20) semiconduttore, in modo da sospendere totalmente su detto substrato (20) semiconduttore detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d), viene eseguita utilizzando come materiale mascherante detto strato di fotoresist (33).
- 18. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, tramite un processo di ossidazione termica di detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d) totalmente sospesa, detta almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa comprende eseguire detto processo di ossidazione termica a temperatura compresa tra 800 e 1300 in atmosfèra contenente ossigeno, depositando crescendo uno strato di ossido termico (37) su detta almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d) totalmente sospesa.
- 19. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d) comprende le fasi di: - depositare uno strato (39) di materiale conduttore sopra detta almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa; - depositare un quarto strato di fotoresist (40) su detto strato (39) di materiale conduttore, lasciandone esposte, in corrispondenza di detta almeno una membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa, almeno una regione (41a;41b;41c;41d) a forma di serpentina avente una prima estremità terminante, tramite almeno un primo braccio obliquo (42a;42b;42c;42d), in almeno una prima regione quadrata (43a;43b;43c;43d) e almeno una seconda estremità terminante, tramite almeno un secondo braccio obliquo (44a;44b;44c;44d), in almeno una seconda regione quadrata (45a;45b;45c;45d); - eseguire un attacco chimico di detto strato (39) di materiale conduttore; - rimuovere detto strato di fotoresist (40).
- 20.. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d) comprende almeno una regione (47a;47b;47c;47d) a forma di serpentina avente almeno una prima estremità terminante, tramite almeno un primo braccio obliquo (48a;48b;48c;48d), in almeno una prima regione quadrata (49a;49b;49c;49d) e almeno una seconda estremità terminante, tramite almeno un secondo braccio obliquo (50a;50b;50c;50d), in almeno una seconda regione quadrata (51a;51b;51c;51d).
- 21. Metodo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detto strato (39) di materiale conduttore è polisilicio drogato in situ durante la deposizione o mediante impianto e diffusione.
- 22. Metodo secondo la rivendicazione 19, caratterizzato dal fatto che detto strato (39) di materiale conduttore è un metallo.
- 23. Metodo secondo le rivendicazioni 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) e detta almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b, 72b;71c,72c;71d,71d) è preceduta dalle fasi di: - depositare un quarto strato dielettrico (52) sottile passivante; - depositare un quinto strato di fotoresist (53) su detto strato dielettrico (52), lasciandone esposte una pluralità di porzioni (53a;53b;53c;53d;53e;53f;53g;53h) sovrastanti rispettivamente detta almeno una prima regione quadrata (49a;49b;49c;49d) e detta almeno una seconda regione quadrata (51a;51b;51c;51d); - eseguire un attacco chimico di detto strato dielettrico (52); - rimuovere detto strato di fotoresist (53), lasciando almeno una prima porzione (54a;54b;54c;54d) e almeno una seconda porzione (55a;55b;55c;55d) dello strato di fotoresist (53) rispettivamente su detta almeno una prima regione quadrata (49a;49b;49c;49d) e detta almeno una seconda regione quadrata (51a;51b;51c;51d); - depositare uno strato barriera (56).
- 24. Metodo secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che detto strato dielettrico (52) è scelto nel gruppo comprendente: - ossido di silicio; - TEOS; - vapox; - nitruro.
- 25. Metodo secondo la rivendicazione 23, caratterizzato dal fatto che detto strato barriera (56) è depositato mediante sputtering di un materiale del tipo TiTiONTi o altro tipo di barriera termica per evitare la diffusione e per garantire l’adesione.
- 26. Metodo secondo le rivendicazioni 1 e 23, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) e detta almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b, 72b;71c,72c;71d,71d) comprende le fasi di: - depositare, su detto strato barriera (56) un primo strato metallico seme (57); - depositare un sesto strato di fotoresist (58) su detto strato metallico seme (57), lasciandone esposta detta almeno una prima porzione (54a;54b;54c;54d), detta almeno una seconda porzione (55a;55b;55c;55d) di fotoresist (53) e almeno una regione (59a;59b;59c;59d) a forma di serpentina avente una prima estremità terminante, tramite almeno un primo braccio obliquo (60a;60b;60c;60d), in almeno una prima regione quadrata (61a;61b;61c;61d) e una seconda estremità terminante, tramite almeno un secondo braccio obliquo (62a;62b;62c;62d), in almeno una seconda regione quadrata (63a;63b;63c;63d); - crescere, per elettrodeposizione da detto strato metallico seme (57) uno strato metallico spesso (64); - rimuovere detto strato di fotoresist (58); - rimuovere detto strato metallico seme (57); - eseguire un attacco chimico di detto strato barriera (56).
- 27. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, tramite fotolitografia selettiva, detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) e detta almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b, 72b;71c,72c;71d,71d) comprende le fasi di: - depositare, su detto strato barriera (56) un primo strato metallico seme (57); - conformare detto primo strato metallico seme (57) mediante processi di litografia e attacco convenzionali.
- 28. Metodo secondo la rivendicazione 26, caratterizzato dal fatto che detto primo strato metallico seme (57) è depositato per “sputtering”.
- 29. Metodo secondo la rivendicazione 26, caratterizzato dal fatto che detto primo strato metallico seme (57) è scelto nel gruppo dei metalli nobili.
- 30. Metodo secondo la rivendicazione 26, caratterizzato dal fatto che detto strato metallico (64) ha spessore maggiore di detto strato di fotoresist (58) e compreso tra. ... e .
- 31. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) comprende almeno una regione (66a;66b;66c;66d) a forma di serpentina avente una prima estremità terminante, tramite almeno un primo braccio obliquo (67a;67b;67c;67d), in almeno una prima regione quadrata (68a;68b;68c;68d) e una seconda estremità terminante, tramite almeno un secondo braccio obliquo (69a;69b;69c;69d), in almeno una seconda regione quadrata (70a;70b;70c;70d).
- 32. Metodo secondo la rivendicazione 27, caratterizzato dal fatto che almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b,72b;71c,72c;71d,71d) di detto almeno un elemento riscaldatore (46a;46b;46c;46d) è formata su detta almeno una prima porzione (54a;54b;54c;54d) e su detta almeno una seconda porzione (55a;55b;55c;55d) di fotoresist (53).
- 33. Metodo secondo le rivendicazioni 1 e 26, caratterizzato dal fatto che almeno una coppia di contatti elettrici (71a,72a;71b,72b;71c,72c;71d,71d) comprende detta almeno una prima porzione (54a;54b;54c;54d) e detta almeno una seconda porzione (55a;55b;55c;55d) di fotoresist (53) e almeno una porzione di detto secondo strato metallico (64).
- 34. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare selettivamente, sopra detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d), detto almeno un elemento sensibile (73a;73b;73c;73d), comprende la fase di depositare almeno uno strato di ossidi metallici tramite la tecnica del sol-gel.
- 35. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, sopra detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d), almeno un elemento sensibile (73a;73b;73c;73d) comprende la fase di depositare almeno uno strato di ossidi metallici tramite la tecnica dell’ink-jet printing.
- 36. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di realizzare, sopra detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d), almeno un elemento sensibile (73a;73b;73c;73d) comprende la fase di depositare almeno uno strato di ossidi metallici tramite la tecnica de microdispensing.
- 37. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta fase di compattare detti strati di ossido metallico tramite un processo di sinterizzazione generato in detto almeno un sensore di gas (100) collegando detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) ad un generatore di tensione comprende applicare a detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) un valore di tensione (VG) correlato alla temperatura che si vuole raggiungere.
- 38. Metodo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che collegare detto almeno un elettrodo (65a;65b;65c;65d) ad un generatore di tensione determina la connessione in parallelo di una pluralità di elementi riscaldatori compresi in una matrice di sensori di gas integrati su detto substrato (20).
- 39. Membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) sospesa su detto substrato (20), caratterizzata dal fatto di essere realizzata tramite un processo di ossidazione termica di almeno una membrana di silicio cristallino (36a;36b;36c;36d) totalmente sospesa su detto substrato (20).
- 40. Membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) secondo la rivendicazione 39, caratterizzata dal fatto di comprendere uno strato di ossido termico (37) di spessore compreso tra lOOOAngstrom e 10 micron, a seconda dell ’applicazione.
- 41. Membrana dielettrica (38a;38b;38c;38d) secondo la rivendicazione 39, caratterizzata dal fatto di essere ancorata a detto substrato (20) soltanto tramite sottili strutture di silicio cristallino interne a detta almeno una cavità (30a;30b;30c;30d)
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