JPH09119912A - 半導体センサ装置およびその形成方法 - Google Patents
半導体センサ装置およびその形成方法Info
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- JPH09119912A JPH09119912A JP8186774A JP18677496A JPH09119912A JP H09119912 A JPH09119912 A JP H09119912A JP 8186774 A JP8186774 A JP 8186774A JP 18677496 A JP18677496 A JP 18677496A JP H09119912 A JPH09119912 A JP H09119912A
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Abstract
に製造工程を単純化しかつ有毒な化学薬品を不要とす
る。 【解決手段】 半導体センサ装置を形成する方法は基板
4を準備しかつ該基板上に犠牲層18を形成する段階を
含む。犠牲層18は次にパターニングおよびエッチング
されて基板4上に一部19を残す。基板4および犠牲層
の一部19の上に第1のアイソレーション層6が形成さ
れ、かつセンサ装置のヒータを提供する導電層12が第
1のアイソレーション層6の上に形成される。犠牲層の
一部19が次に選択的にエッチングされて第1のアイソ
レーション層6と基板4の間に空洞10を形成し、該空
洞10はヒータと基板の間の熱的隔離を与える。
Description
および半導体センサ装置を形成する方法に関する。より
詳細には、この発明は半導体化学センサおよびそれらの
製造方法に関する。
れた化学種または化学物質の濃度を監視する装置であ
る。化学センサは、例えば、業務環境および家庭環境に
おける有毒なまたは爆発性の気体の危険レベルを検出す
るために使用される。
て検出されるべき特定の化学製品に敏感な、感応層(s
ensitive layer)およびヒータを備えて
いる。該ヒータは前記感応層の温度を上昇させてセンサ
の感度および選択性を増大させる。
ンサのような、ハイブリッド技術を使用して形成された
化学センサがよく知られている。また、センサとヒータ
がシリコン基板上に集積された半導体化学センサを製造
することも知られている。
サはヒータと基板との間の熱的隔離が良好ではなく、そ
の結果大きな電力消費を生じている。
ける電力消費を低減するために、バルクのシリコンの後
部をミクロ機械加工してヒータの下に薄い膜(memb
rane)を形成することが提案されている。該膜の厚
さは2ミクロンのオーダである。薄い膜は電力消費を低
減するが、薄い膜は壊れやすくかつ製造の間に破損する
傾向があり、その結果歩留りの損失を生じる。さらに、
前記膜の壊れやすさに鑑みて、センサは自動的によりも
むしろ人手により取り扱われなければならず、これは極
めて時間を浪費しかつしたがって製造のコストを増大さ
せる。
が表面ミクロ機械加工およびエチレンジアミン−ピロカ
テコール−水−ピラジン(ethylenediami
ne−pyrocatechol−water−pyr
azine:EDP)の混合物を使用して前記膜の下を
エッチングすることにより形成される半導体化学センサ
の製造方法を述べている。しかしながら、EDPは発癌
性物質であると信じられている極めて危険な化学製品で
ある。そのような化学製品を使用することを避けるのが
好ましい。
生じることのない、改善された半導体センサ装置および
半導体センサ装置における電力消費を低減する改善され
た方法を提供するのが望ましい。
れば、半導体センサ装置を形成する方法が提供され、該
方法は、基板を提供する段階、前記基板の上部に犠牲層
(sacrificial layer)を形成する段
階、前記犠牲層をパターニングしかつエッチングして前
記基板上に一部を残す段階、前記基板および前記犠牲層
の部分の上部に第1のアイソレーション層を形成する段
階、前記第1のアイソレーション層の上部に導電層を形
成する段階であって、該導電層は前記センサ装置のため
のヒータを提供するもの、前記犠牲層の部分を選択的に
エッチングして前記第1のアイソレーション層と前記基
板との間に空洞を形成する段階であって、該空洞は前記
ヒータと前記基板との間の熱的隔離を提供するもの、前
記導電層の上部に第2のアイソレーション層を形成する
段階、そして前記第2のアイソレーション層の上部に感
応層を形成する段階、を具備する。
ンサ装置はまた添付の特許請求の範囲の請求項12に開
示されかつ特許請求されている。
う段階は前記犠牲層をパターニングおよびエッチングし
て前記基板の上に第1および第2の部分を残す段階を備
えることができ、前記犠牲層の前記第1および第2の部
分は選択的にエッチングされて前記第1のアイソレーシ
ョン層と前記基板との間に第1および第2の空洞を提供
する。センサ装置の膜を形成する前記第1のアイソレー
ション層のために付加的な支持が必要とされる大きな表
面積を有する半導体センサ装置においては1つより多く
の空洞を持つことが特に有利である。
体センサ装置は同じ基板上に1つより多くのセンサ素子
を持つことができ、各々のセンサ素子は他のセンサ素子
から熱的に隔離される。異なるセンサ素子の温度は異な
る値に設定することができ、それによってセンサ素子が
種々のまたは異なる応答を持つようにすることができ
る。
サ装置を形成する方法が提供され、該方法は、基板を提
供する段階、前記基板の上部に第1のアイソレーション
層を形成する段階、前記第1のアイソレーション層およ
び前記基板をエッチングしてトレンチを形成する段階、
前記トレンチを犠牲材料で充填する段階、前記第1のア
イソレーション層および前記トレンチ内の犠牲材料の上
部に導電層を形成する段階であって、該導電層は前記セ
ンサ装置のためのヒータを提供するもの、前記トレンチ
の犠牲材料を選択的にエッチングして前記導電層と前記
基板との間に空洞を形成し前記ヒータと前記基板との間
に熱的隔離を与える段階、前記導電層の上部に第2のア
イソレーション層を形成する段階、そして前記第2のア
イソレーション層の上部に感応層を形成する段階、を具
備する。
ンサ装置はまた添付の特許請求の範囲の請求項13に開
示されかつ特許請求されている。
基板をエッチングする段階は前記第1のアイソレーショ
ン層および前記基板をエッチングして第1および第2の
トレンチを形成する段階を備えることができ、この場合
前記第1および第2のトレンチにおける犠牲材料は選択
的にエッチングされて前記導電層と前記基板との間に第
1および第2の空洞を形成する。前に述べたように、1
つより多くの空洞を有することはセンサ装置の膜を形成
する導電層のために付加的な支持を必要とする大きな表
面積を有する半導体センサ装置において特に有利であ
る。
さらに前記導電層の下に第3のアイソレーション層を形
成する段階を備え、該第3のアイソレーション層は前記
空洞の上部に前記膜を形成する。
導体装置を形成する方法は全て前記基板とヒータとの間
に熱的隔離を与える少なくとも1つの空洞を有する半導
体センサ装置を提供する。少なくとも1つの空洞を持つ
ことにより、本発明に係わる半導体センサ装置は低減さ
れた熱損失および電力消費を有するが装置の取り扱いを
困難にする壊れやすい膜を持たない。さらに、本発明は
前記EDPのような、危険な化学薬品を製造プロセスに
おいて使用する必要をなくする。
および本発明に係わる3つの半導体センサ装置を形成す
る方法につき、実例のみによって、添付の図面を参照し
て説明する。
実施形態に係わる半導体センサ装置2は基板4、ブリッ
ジ8を形成するために前記基板4の上部に形成された第
1のアイソレーション層6を備えて示されており、前記
第1のアイソレーション層6と基板4との間に空洞10
が形成される。半導体センサ装置2のヒータを形成する
層である、導電層12が第1のアイソレーション層6の
上に形成される。前記ヒータに電圧を供給するための電
極は示されていない。前記空洞10は前記第1のアイソ
レーション層6および前記基板4の間に熱的隔離を与え
る。ここに示した実施形態においては、空洞10は空気
で満たされるが、該空洞は良好な熱的絶縁を与える任意
の材料で満たすことができる。
層12の上に形成され、かつ感応層16が前記第2のア
イソレーション層14の上に形成される。
されるべき化学種または化学物質(chemical
species)に敏感なものである。例えば、一酸化
炭素(carbon monoxide)センサにおい
ては、感応層16は典型的には酸化スズ(tin ox
ide)層から構成される。
ensor membrane)を形成するアイソレー
ション層を形成しかつ次に前記犠牲層をエッチングして
前記膜と基板との間に空洞を提供することにより、本発
明はヒータと基板との間に熱的隔離を与えるが、上に述
べた従来技術の装置における問題は有していない。本発
明に係わる半導体センサ装置は取り扱う上で壊れやすい
装置を提供することなく低減された熱損失および低減さ
れた電力消費を与える。さらに、そのような装置の製造
において何らの危険な化学薬品をも必要としない。
実施形態に係わる半導体センサ装置を形成する方法につ
き説明する。
が基板4の上に形成される(図2)。該犠牲層は、技術
的によく知られている方法で、パターニングされかつエ
ッチングされて基板4の上に犠牲層の一部19を残す
(図3)。第1のアイソレーション層6が前記基板の上
にかつ部分的に前記犠牲層の前記一部19の上に形成さ
れる(図4)。図6から分かるように、前記第1のアイ
ソレーション層6は前記犠牲層の前記一部19の部分2
1が引き続くエッチングのために露出された状態に残さ
れるようにパターニングされかつエッチングされる。
層6の上に(図5)しかしながら前記犠牲層の前記一部
19の露出部分21の上には存在しないように形成され
る(図7を参照)。前記犠牲層の一部19は次に、好ま
しくは液体のエッチング剤を使用して、等方性エッチン
グ(縦方向および横方向エッチング)を使用して選択的
にエッチングされる。使用されるエッチング剤のタイプ
は犠牲層18、アイソレーション層6および導電層12
の材料に依存する。もし、例えば、犠牲層が酸化シリコ
ン層からなり、アイソレーション層が窒化シリコン層か
らなりかつ導電層が多結晶シリコン層からなるものであ
れば、前記酸化シリコン犠牲層の一部を選択的にエッチ
ングするために液体フッ化水素(hydrogen f
luoride)を使用することができる。
後、空洞10が前記第1のアイソレーション層6と前記
基板4との間に設けられる。すなわち、第1のアイソレ
ーション層6がブリッジ8を形成する。
2の上に形成されかつ感応層(sensitive l
ayer)16が第2のアイソレーション層14の上に
形成される(図1)。
ンサ装置は今まで1つの空洞10を持つものとして説明
してきた。しかしながら、本発明に係わるセンサ装置
は、例えば図8に示されるように、2つまたはそれ以上
の空洞を持つものとすることができる。これは大きな表
面積を有するセンサにとって特に有利である。
センサ装置を提供することのさらに他の利点はそれが熱
的に遮断された異なるセンサ素子を同じチップ上に持つ
ことができるという選択肢を与えることである。そのよ
うな装置では、異なるセンサ素子の温度を異なる値に設
定して該センサ素子から異なる応答を得ることができ
る。
は、前記犠牲層の一部19が2つ形成されかつ次に選択
的にエッチングされるように上に述べた方法を変更す
る。
記異なる層の材料は次の通りである。酸化シリコンの犠
牲層がシリコン基板上に形成される。第1のアイソレー
ション層は窒化シリコンから構成される。前記導電層は
多結晶シリコン材料から形成される。第2のアイソレー
ション層は酸化シリコンから構成される。前記感応層は
酸化スズから構成される。しかしながら、本発明はこれ
らの種類の層に限定されるものではなくかつ一酸化炭素
のセンサに限定されるものではない。当業者は本明細書
の記載に基づき種々の半導体およびアイソレーション材
料を使用できることを理解するであろう。例えば、前記
アイソレーション層はオキシナイトライド(oxyni
tride)、酸化物、または窒化物から形成でき、前
記犠牲層は酸化物、ドーピングされた酸化物(dope
d oxide)、またはポリイミドから形成でき、前
記導電層はポリ(poly)または金属から形成でき、
かつ前記感応層は数多くの異なる種類の金属酸化物の1
つから形成できる。
施形態に係わる半導体センサ装置22が示されており、
該センサ装置22は基板24、該基板24の上に形成さ
れた第1のアイソレーション層26、該第1のアイソレ
ーション層26を通り下方向にかつ基板24内に伸びて
いるトレンチ25、そして前記第1のアイソレーション
層26およびトレンチ25の上部に形成された導電層3
2を具備し、該導電層32は該導電層32とトレンチ2
5の底部との間に空洞30を提供する。前記導電層32
は半導体センサ装置22のヒータを形成する。該ヒータ
に電圧を供給するための電極は示されていない。前記空
洞30は前記導電層32と基板24との間に熱的アイソ
レーションを与える。ここに説明する実施形態では、空
洞10は空気で満たされているが、該空洞は良好な熱的
絶縁を与える任意の材料で充填することができる。第2
のアイソレーション層34が前記導電層32の上部に形
成されかつ感応層36が前記第2のアイソレーション層
34の上部に形成される。前記感応層36はセンサ装置
によって検知されるべき化学種または物質に敏感なもの
である。例えば、一酸化炭素のセンサにおいては、前記
感応層26は典型的には酸化スズ層から構成される。
置を形成する方法につき図9〜図13を参照して説明す
る。
ソレーション層26が該基板24の上部に形成される
(図10)。該第1のアイソレーション層26は基板2
4と共にパターニングされかつエッチングされて前記第
1のアイソレーション層26を通り基板24内にトレン
チ25を形成する(図11)。シリコン基板上に形成さ
れた窒化シリコンアイソレーション層に対しては、水酸
化カリウム(potassium hydroxid
e)エッチング剤を使用した化学エッチングを使用して
トレンチ25を形成できる。プラズマエッチングのよう
な、他の形式のエッチングも使用できる。
アイソレーション層26の上に犠牲層が形成される。該
犠牲層は次にエッチングされて前記第1のアイソレーシ
ョン層26の上の犠牲層の一部を除去しかつトレンチ2
5を充填する部分39を残すようにされる。しかしなが
ら、第1のアイソレーション層26から全ての犠牲層を
除去する必要はない。図12に示されるように、犠牲層
の部分39はまた第1のアイソレーション層26にわた
り延在してもよい。
て犠牲層の部分39の一部を露出状態に残すように前記
第1のアイソレーション層26の上にかつ部分的に前記
犠牲層の部分39の上に形成される(図13)。前記犠
牲層の部分39は次に、好ましくは液体エッチング剤を
使用して、等方性エッチング(縦方向および横方向エッ
チング)を用いて選択的にエッチングされる。使用され
るエッチング剤のタイプは前記犠牲層、第1のアイソレ
ーション層26および導電層32の材料に依存する。例
えば、前記犠牲層がポリイミド層からなり、前記第1の
アイソレーション層が窒化シリコン層から構成されかつ
前記導電層がポリシリコン層から構成されれば、前記ポ
リイミド犠牲層の一部を選択的にエッチングするための
エッチング剤として液体のフッ化水素(hydroge
n fluoride)が使用できる。SOGおよび酸
化シリコンのような他の材料もトレンチを充填するため
に犠牲層を形成する上で使用できる。
空洞30が前記導電層32と基板24内の前記トレンチ
25の底部との間に提供される。すなわち、導電層32
はブリッジ28を形成する。
化シリコン層、が前記導電層32の上部に形成され、か
つ感応層36が該第2のアイソレーション層34の上に
形成される(図9)。
ンサ装置は今まで1つの空洞30を有するものとして説
明した。しかしながら、前記第1の実施形態と同様に、
本発明の第2の実施形態に係わるセンサ装置は、例えば
図14に示されるように、2つまたはそれ以上の空洞を
備えたものとすることができる。
は、2つのトレンチが形成されかつ犠牲材料で充填さ
れ、該犠牲材料は次に選択的にエッチングされるよう
に、上記方法を変更する。
実施形態に係わる半導体センサ装置42が示されてい
る。該第3の実施形態に係わる半導体センサ装置42
は、例えば窒化シリコン層の、第3のアイソレーション
層47が第1のアイソレーション層46と導電層52の
間に形成されていることを除き、前記第2の実施形態に
係わる半導体センサ装置22と同様のものである。図1
5においては、図9〜図14に関して説明しかつ示した
ものと同様の層は同じ参照番号に数20を加えたもので
示されている。
ンサ装置42を形成する方法は上に述べた第2の実施形
態に係わる半導体センサ装置22を形成する方法と同様
である。第1のアイソレーション層46およびトレンチ
を充填する犠牲材料の一部の上に第3のアイソレーショ
ン層47を形成するために付加的な工程が必要とされ
る。前記犠牲層の部分は第3のアイソレーション層47
の上部に導電層52を形成した後に選択的にエッチング
される。このプロセスは上に述べたように2つまたはそ
れ以上の空洞50を設けるよう修正できる。
センサ装置の膜を形成するアイソレーション層または導
電層が犠牲層の上に形成されかつ該犠牲層が次に少なく
とも1つの空洞を提供するよう選択的にエッチングされ
る点で前記第1の実施形態のものと同様である。前に述
べたように、この構造は従来技術の装置のような問題を
生じることなく低減された熱損失および低減された電力
消費を可能にする。しかしながら、前記第2および第3
の実施形態は犠牲層を被着する前に少なくとも1つのト
レンチを提供するために基板をまずエッチングするとい
う付加的な工程を使用し、かつしたがってこれらの実施
形態は第1の実施形態と比較してより深い空洞を持つこ
とができる。より深い空洞を持つことは前記膜と基板と
の間の熱的アイソレーションを改善することができる。
の材料であるものとして示されている。しかしながら、
これは単に説明の都合上のものであり本発明を制限する
ことを意図したものではない。
装置の単純化した概略的断面図である。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的平面図であ
る。
1の半導体センサ装置の単純化した概略的平面図であ
る。
態の単純化した概略的断面図である。
装置の単純化した概略的断面図である。
図9の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
図9の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
図9の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
図9の半導体センサ装置の単純化した概略的断面図であ
る。
形態を示す単純化した概略的断面図である。
サ装置を示す単純化した概略的断面図である。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体センサ装置を形成する方法であっ
て、 基板を提供する段階、 該基板の上部に犠牲層を形成する段階、 前記犠牲層をパターニングしかつエッチングして前記基
板上に一部を残す段階、 前記基板および前記犠牲層の部分の上に第1のアイソレ
ーション層を形成する段階、 前記第1のアイソレーション層の上部に導電層を形成す
る段階であって、該導電層は前記センサ装置のためのヒ
ータを提供するもの、 前記犠牲層の部分を選択的にエッチングして前記第1の
アイソレーション層と前記基板との間に空洞を形成する
段階であって、該空洞は前記ヒータと前記基板との間に
熱的隔離を与えるもの、 前記導電層の上部に第2のアイソレーション層を形成す
る段階、そして前記第2のアイソレーション層の上部に
感応層を形成する段階、 を具備することを特徴とする半導体センサ装置の形成方
法。 - 【請求項2】 前記パターニングおよびエッチング段階
は、前記基板上に第1および第2の部分を残すよう前記
犠牲層をパターニングしかつエッチングする段階を含
み、前記犠牲層の前記第1および第2の部分は選択的に
エッチングされて前記第1のアイソレーション層と前記
基板との間に第1および第2の空洞を提供することを特
徴とする請求項1に記載の半導体センサ装置を形成する
方法。 - 【請求項3】 前記選択的エッチング段階は前記犠牲層
の一部の等方性選択エッチングを用いることを特徴とす
る請求項1に記載の半導体センサ装置を形成する方法。 - 【請求項4】 前記選択的エッチング段階は液体のエッ
チング剤を使用することを特徴とする請求項1に記載の
半導体センサ装置を形成する方法。 - 【請求項5】 半導体センサ装置を形成する方法であっ
て、 基板を準備する段階、 前記基板の上部に第1のアイソレーション層を形成する
段階、 前記第1のアイソレーション層および基板をエッチング
してトレンチを形成する段階、 前記トレンチを犠牲材料で充電する段階、 前記第1のアイソレーション層および前記トレンチ内の
犠牲材料の上部に導電層を形成する段階であって、該導
電層は前記センサ装置のためのヒータを提供するもの、 前記トレンチにおける犠牲材料を選択的にエッチングし
て前記導電層と前記基板との間に空洞を形成し前記ヒー
タと前記基板との間に熱的隔離を与える段階、 前記導電層の上部に第2のアイソレーション層を形成す
る段階、そして前記第2のアイソレーション層の上部に
感応層を形成する段階、 を具備することを特徴とする半導体センサ装置を形成す
る方法。 - 【請求項6】 前記第1のアイソレーション層および基
板をエッチングする段階は前記第1のアイソレーション
層および基板をエッチングして第1および第2のトレン
チを形成する段階を含みかつ前記第1および第2のトレ
ンチにおける犠牲材料は選択的にエッチングされて前記
導電層および前記基板の間に第1のおよび第2の空洞を
形成することを特徴とする請求項5に記載の半導体セン
サ装置。 - 【請求項7】 前記方法はさらに前記導電層の下に第3
のアイソレーション層を形成する段階を具備することを
特徴とする請求項5に記載の半導体センサ装置を形成す
る方法。 - 【請求項8】 前記選択的エッチング段階は前記トレン
チにおける犠牲材料の等方性選択エッチングを使用する
ことを特徴とする請求項5に記載の半導体センサ装置を
形成する方法。 - 【請求項9】 前記選択的エッチング段階は液体エッチ
ング剤を使用することを特徴とする請求項5に記載の半
導体センサ装置を形成する方法。 - 【請求項10】 半導体センサ装置であって、 基板、 該基板の上部に形成されブリッジを提供するための第1
のアイソレーション層であって、該ブリッジは前記第1
のアイソレーション層と基板との間に空洞を提供するも
の、 前記第1のアイソレーション層の上部に形成された導電
層であって、該導電層は前記センサ装置のためのヒータ
を提供し、前記空洞は前記ヒータと基板との間の熱的隔
離を与えるもの、 前記導電層の上部に形成された第2のアイソレーション
層、そして前記第2のアイソレーション層の上部に形成
された感応層、 を具備することを特徴とする半導体センサ装置。 - 【請求項11】 半導体センサ装置であって、 基板、 前記基板の上部に形成された第1のアイソレーション
層、 前記第1のアイソレーション層を通り前記基板内に下に
伸びた空洞、 前記空洞の上部にブリッジを提供するために前記第1の
アイソレーション層の上部に形成された導電層であっ
て、 該導電層は前記センサ装置のためのヒータを提供し、前
記空洞は前記ヒータと前記基板との間の熱的隔離を与え
るもの、 前記導電層の上部に形成された第2のアイソレーション
層、そして前記第2のアイソレーション層の上部に形成
された感応層、を具備することを特徴とする半導体セン
サ装置。 - 【請求項12】 さらに前記導電層の下に第3のアイソ
レーション層を具備し、該第3のアイソレーション層は
前記空洞の上部にブリッジを形成することを特徴とする
請求項11に記載の半導体センサ装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9507903A FR2736205B1 (fr) | 1995-06-30 | 1995-06-30 | Dispositif detecteur a semiconducteur et son procede de formation |
FR9507903 | 1995-06-30 |
Publications (1)
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