JP4105355B2 - 集積センサアレイの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積センサアレイの製造方法に関するものである。特に、化学センサあるいは物理センサ、例えば電界効果化学センサに関するものである。このようなセンサとしては、金属―絶縁体―半導体、あるいは、金属―半導体という構造のものが一般的であり、本発明は、デバイスの化学的感応部として作用する上部層の品質の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒作用のある金属は、トランジスタ、キャパシタ、ダイオード等のような化学的に敏感な電界効果デバイスのゲート電極として用いられ得ることが知られている。これらの金属―絶縁体―半導体、あるいは、金属―半導体デバイスは、気体中の分子や気体中のイオンの濃度測定に用いられる。異なる化合物に対して異なる感度をもつ電界効果センサの作製において通常変化させられるパラメータは電極の材料と厚さである。このようにして、アレイ上に設けられている個々のセンサは、同一の化合物に対して異なる感受性に、並びに異なる化合物に対して感受性にして、検出の精度を増加させるように作成できる。異なる化学的感度パターンを持つ化学センサアレイが、例えば、いわゆる電子ノーズ（electronic noses）に使用するために、ますます必要とされてきている。電界効果化学センサには、集積電子デバイスの通常の製造方法を用いて製造することができるという利点がある。それゆえ、同一チップ上に単に異なる上部層を設けることによって、複数の異なる化学感度を有する電界効果センサアレイを小型に、安価に製造することができる。デバイスの製造コストを低く押さえるために、アレイは、個々のセンサ間の間隔をできるだけ小さくしたほうがよい。また、厚さを数ナノメートルまで薄くした上部層電極が、よい再生産性と高い品質のセンサを得るために、高い水平方向の精度、純度、均一性を有していることも非常に重要である。
【０００３】
電界効果化学センサにおける上部層電極の堆積は、一般的にリフトオフ法もしくはシャドウマスク法を用いてなされる。リフトオフ法は通常以下の手順で行われる。レジストの堆積、マスク形成、露光、レジストに開口部を設けるためのパターン形成、センサ上部物質の堆積、レジスト除去のため表面の洗浄である。この全過程が、アレイ上の上部物質の各タイプごとに行われる必要がある。すなわち、感応面が複数回のリフトオフ過程にさらされることを意味する。しかしながら、各リフトオフの過程には、上部層電極またはその基板をわずかに残っているレジストで汚染してしまう恐れがある。その結果、上部層電極が汚染されるだけでなく、堆積された上部層と基板との間の接触が悪くなってしまう。上部層はセンサ固有の感度を左右するものであるから、センサの検知能力がひどく悪化することとなる。これを防ぐ方法のひとつは、非常に強力なレジスト除去を行うことであるが、この場合、上部電極をも剥がしてしまう恐れが増加する。
【０００４】
シャドウマスク法を用いる場合、レジスト層の形成、除去の過程がないためリフトオフで生じていた問題は避けられる。しかし、パターニングされたレジストマスクの代わりに、ある適切な材料でできた精密に機械的に形成されたマスクが上部層や電極の領域を定めるために用いられる。しかしながら、シャドウマスク法は、リフトオフ法にくらべて正確さに欠け、本来必要のない大きな電極領域と個々のセンサ間隔とを要する。さらに、シャドウマスク法は、上部層の各タイプによって、複雑な手動の位置決めが必要となるため、リフトオフ法に比べて時間もコストも多くかかる。また、適応領域のエッジ形成の精密さに欠け、再現性がよくない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情を鑑みて、必要とされる品質、制御性、再現性を備えた集積センサアレイの作製方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、請求項１の手法で達成される。さらに、好ましい方法は、サブクレームと実施の形態、図面に記載されている。
【０００７】
【発明の効果】
本発明はリフトオフの複数のステップを一つに減らすものであり、これは、すべてのセンサ表面（すなわち、上部電極の堆積前の表面）が、一度のレジストの堆積にさらされるだけであることを意味する。従来においては、センサ表面は、一回からアレイ上のセンサタイプの数と同じ回数までの複数のリフトオフ過程にさらされていた。これは、最後に行われる上部層電極の堆積前にセンサ表面が汚染される危険が大きいという結果となっていた。
【０００８】
本発明の製造方法を用いれば、上部層電極がレジストによって覆われることはなく、また、レジスト除去の過程も一度だけである。これは、従来のリフトオフ法と比較して、上部層電極の剥がれや、汚染の危険を低減させるものである。
【０００９】
従来のシャドウマスク法と比較しても、本発明は、センサをより高密度に構成することができるようになる。この結果、各センサアレイの生産コストを低く押さえることができる。さらに、低品質のシャドウマスクであっても、従来の高品質のシャドウマスクを用いて達成されていたものよりも、上部層電極のより高い水平方向の精密さ、均一性を実現することができる。
【００１０】
要するに、本発明は、リフトオフ法とシャドウマスク法とのよい特徴を組み合わせ、両者の欠点を最小にしたものである。
【００１１】
上述の手法は、異なる材料、および／または、異なる厚さのセンサのコーティング、さらには、個々のセンサ間で変化する異なる材料の多層コーティングにも利用可能である。本発明はさらに、小規模な過程、並びに工業的過程にも適用可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の具体的な実施の形態を説明する。
【００１３】
手順１として、基板10は、シングルリフトオフ法の最初の手順にさらされ、上部層センサ面の感応層が堆積される領域11に開口部12を有するレジスト層13が形成される。
【００１４】
手順２として、基板10は、アレイ上に設けられる第一のタイプの各センサに対して一つだけマスク窓14を有するシャドウマスク15によってさらに覆われる。シャドウマスク15の窓14はレジスト開口部12よりも大きく、その窓14は、マスク15が第一のタイプの層の堆積がなされる領域11のレジスト13の各開口部12を覆うように位置されている（各アレイ上に同一タイプのセンサが複数あってもよい。）。その後、第一の材料16が、例えば真空装置内での蒸着、スパッタリング等により堆積される。
【００１５】
手順３として、シャドウマスク14は、アレイ上の、第二のタイプのセンサが設けられるべき場所に位置されるように移動される（図１、２参照）。次に、第二の電極材料17がレジスト13の開口部中およびその付近に堆積される。
【００１６】
なお、この手順３は、すべてのタイプのセンサに上部電極が設けられるまで繰り返される。
【００１７】
手順４として、最後に、シャドウマスク15が取りはずされ、リフトオフマスク（レジスト層）13が通常の方法で基板から除去される。
【００１８】
上述の手順を用いると、上部層電極表面はレジストにさらされず、レジスト除去の過程は一回でよい。それにもかかわらず、電極の水平方向の精密さと均一性は、通常のリフトオフ法の場合と同様であり、シャドウマスク法の利点をも有する。すなわち、堆積材料が純度よく、変化せずに残り、接触状態も改善される。
【００１９】
上記実施の形態においては、シャドウマスクは、各コーティング手順間のセンサ間隔に相当する一手順で配置されている。代わりに、基板との関係を位置決めするガイドが提供されれば、異なる複数のシャドウマスクを用いても差支えない。
【００２０】
効率化のため、シャドウマスクは、レジスト上に近接してそれを保持する間隔部材18を備えているのが望ましい。間隔部材がない場合、シャドウマスクは、該マスクによって覆われているレジストの開口部と共に、囲み部を形成し、この囲み部から空気を抜くためには所定の時間を要することとなる。ここで、空気は堆積を悪化させるか、あるいは堆積を遅らせてしまう。さらに、この囲み部は、シャドウマスクをレジストとウエハに対して押し付けて保持する圧力が増加すると、真空を保持し得るため、わずかでも動くとダメージを与えることになる。それゆえ、シャドウマスクを自由に移動させるためには相当の時間がかかることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する平面図
【図２】本発明の実施の形態を説明する側面図
【符号の説明】
10 基板
12 開口部
13 リフトオフマスク
14 窓
15 シャドウマスク
16 第一の材料
17 第二の材料
18 間隔部材

Claims (6)

1. 共通する基板上に集積センサアレイを製造する方法であって、該基板の表面上に、該基板上の、次の手順で堆積が行われるすべての領域に対して開口部を有するレジストマスクを形成し、
   第一のシャドウマスクを前記レジストマスクの上方に配し、該シャドウマスクが、堆積がされるべきでないレジストマスクのすべての開口部を覆い、もしくは保護している状態で、第一の材料の堆積を行って、堆積が行われるべき領域のみを残し、
   その後、第二のシャドウマスクを前記基板の前記レジストマスクの上方に配し、該第二のシャドウマスクによって覆われていない前記基板上の前記レジストマスクの開口部の領域に対して第二の堆積を行い、
   さらなるシャドウマスクにより、処理されるべき前記レジストマスクの所望の開口部を露出させ、前記レジストマスクの異なる開口部についてすべての堆積、もしくは、他の処理がなされた後、
   最後のシャドウマスクを除去し、さらに、前記レジストマスクを除去することを特徴とする集積化センサアレイの製造方法。
2. 前記シャドウマスクの窓が、前記レジストマスクの前記開口部よりも広い領域を覆う堆積物を与えるほど十分に大きいことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 異なる堆積物に対して、異なるシャドウマスクを用いることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 前記堆積物間で前記シャドウマスクを置き換えることを特徴とする請求項１から３いずれか記載の方法。
5. 前記シャドウマスクとレジストとの間に間隔部材を配したことを特徴とする請求項１から４いずれか記載の方法。
6. 前記センサが化学センサ、特に、電界効果化学センサであることを特徴とする請求項１から５いずれか記載の方法。

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