JPH10148624A - 化学抵抗ガスマイクロセンサを含む半導体集積回路装置及びその製造方法 - Google Patents
化学抵抗ガスマイクロセンサを含む半導体集積回路装置及びその製造方法Info
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- JPH10148624A JPH10148624A JP9204367A JP20436797A JPH10148624A JP H10148624 A JPH10148624 A JP H10148624A JP 9204367 A JP9204367 A JP 9204367A JP 20436797 A JP20436797 A JP 20436797A JP H10148624 A JPH10148624 A JP H10148624A
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- H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
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- H01L21/76—Making of isolation regions between components
- H01L21/764—Air gaps
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 改良された機械的特性、大きな感度およびよ
り早い応答特性を備える化学抵抗ガスマイクロセンサを
得る。 【解決手段】 化学抵抗ガスマイクロセンサは、単結晶
シリコンの２個のウエファ（１、４）間の中間酸化物層
（２）上にエアギャップ（３）を有する専用のＳＯＩ基
板中に集積された加熱素子（１２）を含み；酸化錫の感
知素子（２５）が加熱素子上に形成され、かつ誘電性で
しかも絶縁性の保護層によって加熱素子から分離されて
いる。装置製造の最終過程で形成されるトレンチ（２
８）は、加熱素子（１２）を集積化したウエファ（４）
の表面（６）からエアギャップ（３）に延び、感知素子
（２５）をチップの残りの部分から機械的に分離し絶縁
する。それによってセンサの機械的特性、感度および応
答を向上させる。
り早い応答特性を備える化学抵抗ガスマイクロセンサを
得る。 【解決手段】 化学抵抗ガスマイクロセンサは、単結晶
シリコンの２個のウエファ（１、４）間の中間酸化物層
（２）上にエアギャップ（３）を有する専用のＳＯＩ基
板中に集積された加熱素子（１２）を含み；酸化錫の感
知素子（２５）が加熱素子上に形成され、かつ誘電性で
しかも絶縁性の保護層によって加熱素子から分離されて
いる。装置製造の最終過程で形成されるトレンチ（２
８）は、加熱素子（１２）を集積化したウエファ（４）
の表面（６）からエアギャップ（３）に延び、感知素子
（２５）をチップの残りの部分から機械的に分離し絶縁
する。それによってセンサの機械的特性、感度および応
答を向上させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化学抵抗ガスマイ
クロセンサを含む半導体集積回路装置の製造方法に関す
る。
クロセンサを含む半導体集積回路装置の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】周知のように、化学センサはガス分子と
感知フィルム間の化学反応によってガスの存在を検出す
る。化学反応はその多くの部分を動作温度に依存し、こ
の温度はフィルム中のガスの吸収、脱着および拡散に影
響を与える。そのため、温度が、センサの感度、特に選
択性および応答時間に関する性能を最適化するための重
要な因子である。従ってセンサは、動作を最適化するた
めに温度調整および制御手段を備えている。
感知フィルム間の化学反応によってガスの存在を検出す
る。化学反応はその多くの部分を動作温度に依存し、こ
の温度はフィルム中のガスの吸収、脱着および拡散に影
響を与える。そのため、温度が、センサの感度、特に選
択性および応答時間に関する性能を最適化するための重
要な因子である。従ってセンサは、動作を最適化するた
めに温度調整および制御手段を備えている。
【０００３】最近、マイクロエレクトロニクス技術を用
いて集積化された化学抵抗ガスマイクロセンサが製造さ
れている。このようなセンサは多くの利点を有してい
る：製造コストが低いこと；使用中のエネルギー消費が
低いこと；応答時間の速さ；および温度制御と出力信号
処理回路の集積化、などである。現在市販されている集
積化されたマイクロセンサは、バルク−マイクロマシン
化された半導体材料のウエファ上に堆積された酸化錫の
化学抵抗ダイヤフラムで形成され、このダイヤフラムの
面上において、ダイヤフラムの酸素とガス間の化学反応
により生じるフィルムの抵抗変化としてガスの存在を検
出する。
いて集積化された化学抵抗ガスマイクロセンサが製造さ
れている。このようなセンサは多くの利点を有してい
る：製造コストが低いこと；使用中のエネルギー消費が
低いこと；応答時間の速さ；および温度制御と出力信号
処理回路の集積化、などである。現在市販されている集
積化されたマイクロセンサは、バルク−マイクロマシン
化された半導体材料のウエファ上に堆積された酸化錫の
化学抵抗ダイヤフラムで形成され、このダイヤフラムの
面上において、ダイヤフラムの酸素とガス間の化学反応
により生じるフィルムの抵抗変化としてガスの存在を検
出する。
【０００４】このようなセンサを正確に機能させるため
には、約４００℃の温度に保持する必要があり、そのた
め加熱素子が設けられ、さらに信号制御および処理回路
を集積した残りのチップ部分からこの加熱素子を熱的に
分離する必要がある。感知部分を残りのチップ部分から
分離するために種々の技術が知られており、伝統的な方
法としては、バルク−マイクロマシン法がある。この方
法では、シリコンウエファの塊の上またはその中に堆積
した誘電体層上に感知部分を形成し、さらにプラズマま
たはウエットエッチングによってシリコン塊の一部分を
ウエファの背面から取り除くものである。誘電体層は、
センサを機械的に支持し、且つシリコンウエファの塊か
らセンサを熱的に分離する、二重の機能を達成する。こ
の技術を用いて、センサ領域からシリコンの一部分を取
り除きかつウエファの厚さの一部分のみをエッチングす
ることにより、プロトタイプが形成され、また別のプロ
トタイプでは、センサ領域の全シリコンが取り除かれる
（センサ素子を支持する誘電体層にまで達するエッチン
グによって）。後者の解決方法の詳細については、例え
ば、マシェル (D. Mutschall) 、シャイブ(C. Scheibe)
およびオバーマイヤー(E. Obermeier)による「オンチッ
プヒーターを有する化学センサおよび埋め込み型センサ
構造に対する基本マイクロモジュール」と題された論文
に記載されている。
には、約４００℃の温度に保持する必要があり、そのた
め加熱素子が設けられ、さらに信号制御および処理回路
を集積した残りのチップ部分からこの加熱素子を熱的に
分離する必要がある。感知部分を残りのチップ部分から
分離するために種々の技術が知られており、伝統的な方
法としては、バルク−マイクロマシン法がある。この方
法では、シリコンウエファの塊の上またはその中に堆積
した誘電体層上に感知部分を形成し、さらにプラズマま
たはウエットエッチングによってシリコン塊の一部分を
ウエファの背面から取り除くものである。誘電体層は、
センサを機械的に支持し、且つシリコンウエファの塊か
らセンサを熱的に分離する、二重の機能を達成する。こ
の技術を用いて、センサ領域からシリコンの一部分を取
り除きかつウエファの厚さの一部分のみをエッチングす
ることにより、プロトタイプが形成され、また別のプロ
トタイプでは、センサ領域の全シリコンが取り除かれる
（センサ素子を支持する誘電体層にまで達するエッチン
グによって）。後者の解決方法の詳細については、例え
ば、マシェル (D. Mutschall) 、シャイブ(C. Scheibe)
およびオバーマイヤー(E. Obermeier)による「オンチッ
プヒーターを有する化学センサおよび埋め込み型センサ
構造に対する基本マイクロモジュール」と題された論文
に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】バルク−マイクロマシ
ン技術は、しかしながら前面−背面処理を要し、このよ
うな特別なウエファ処理は、現在の集積回路製造方法と
は両立しない。その他の技術としてフロントマイクロマ
シン技術があり、この技術ではシリコンウエファの塊あ
るいは犠牲層を正面からエッチングし、誘電体層によっ
て機械的にセンサ素子を支持しさらにこれを熱的に分離
する。この技術の詳細は、異なるタイプのセンサの製造
に関して、モーサー(D. Moser)およびバルテス(H. Balt
es) によって１９９２年版「マイクロ機械システム、Ａ
ＳＭＥ」のＤＳＣ−Vol.40 に発表された論文「Ｎ−ポ
リ（多結晶）／Ｐ−ポリ（多結晶）熱伝対による高感度
ＣＭＯＳガスフローセンサ」に記載されている。さら
に、バルクおよびフロントマイクロマシン技術に関する
一般的な文献としては、ストッフェル(AxelM. Stoffel)
によって１９９４年版「マイクロエレクトロニクスジ
ャーナル」第２５巻、１４５−１５６ページに発表され
た「マイクロマシンおよびＡＳＩＣ技術」と題された論
文に示されている。
ン技術は、しかしながら前面−背面処理を要し、このよ
うな特別なウエファ処理は、現在の集積回路製造方法と
は両立しない。その他の技術としてフロントマイクロマ
シン技術があり、この技術ではシリコンウエファの塊あ
るいは犠牲層を正面からエッチングし、誘電体層によっ
て機械的にセンサ素子を支持しさらにこれを熱的に分離
する。この技術の詳細は、異なるタイプのセンサの製造
に関して、モーサー(D. Moser)およびバルテス(H. Balt
es) によって１９９２年版「マイクロ機械システム、Ａ
ＳＭＥ」のＤＳＣ−Vol.40 に発表された論文「Ｎ−ポ
リ（多結晶）／Ｐ−ポリ（多結晶）熱伝対による高感度
ＣＭＯＳガスフローセンサ」に記載されている。さら
に、バルクおよびフロントマイクロマシン技術に関する
一般的な文献としては、ストッフェル(AxelM. Stoffel)
によって１９９４年版「マイクロエレクトロニクスジ
ャーナル」第２５巻、１４５−１５６ページに発表され
た「マイクロマシンおよびＡＳＩＣ技術」と題された論
文に示されている。
【０００６】しかしながらこの技術を用いて懸垂式の構
造を形成することは、現在のマイクロエレクトロニクス
製造技術とは両立しないエッチングステップを必要と
し、そのためセンサとこれに関する制御および処理回路
を一個のチップ上に形成することは不可能である。異な
るタイプのセンサに関して、専用のＳＯＩ(Silicon-on-
Insulator)基板を用いることが提案されている。この場
合出発材料としてのウエファは、センサ領域においてエ
アギャップ（空間）を形成するために酸化物を選択的に
取り除いたシリコン−シリコン酸化物−シリコン積層体
から構成されている。ウエファの前面から形成されたト
レンチはエアギャップに達することによって、センサを
熱的に分離する。この技術の詳細は、剪断応力センサに
関して、例えば、１９９２年６月２日発行の雑誌、「マ
イクロエレクトロメカニカルシステム」第１巻、 No.
２、８９から９４ページに記載のシャジイ(J. Shajii)
、ナグ(Kay-Yip Ng)およびシュミット(M.A. Schmidt)
による「ウエファボンディング技術を用いて超小型に製
造されたフローティング素子剪断応力センサ」と題され
た論文に記載されている。使用されたボンディング技術
（エアギャップの形成を除いて）は、同様に、１９８９
年８月発行の「日本応用物理学会誌」第２８巻、 No.
８、１４２６−１４４３ページに記載されたハウスマン
(J. Hausman)、スピアリング(G.A. Spierings)、ビアマ
ン(U.K.P. Bierman)およびパル(J.A. Pals) による「シ
リコンオンイシュレータウエファボンディング−ウエフ
ァ薄膜化技術の評価」と題された論文に記載されてい
る。
造を形成することは、現在のマイクロエレクトロニクス
製造技術とは両立しないエッチングステップを必要と
し、そのためセンサとこれに関する制御および処理回路
を一個のチップ上に形成することは不可能である。異な
るタイプのセンサに関して、専用のＳＯＩ(Silicon-on-
Insulator)基板を用いることが提案されている。この場
合出発材料としてのウエファは、センサ領域においてエ
アギャップ（空間）を形成するために酸化物を選択的に
取り除いたシリコン−シリコン酸化物−シリコン積層体
から構成されている。ウエファの前面から形成されたト
レンチはエアギャップに達することによって、センサを
熱的に分離する。この技術の詳細は、剪断応力センサに
関して、例えば、１９９２年６月２日発行の雑誌、「マ
イクロエレクトロメカニカルシステム」第１巻、 No.
２、８９から９４ページに記載のシャジイ(J. Shajii)
、ナグ(Kay-Yip Ng)およびシュミット(M.A. Schmidt)
による「ウエファボンディング技術を用いて超小型に製
造されたフローティング素子剪断応力センサ」と題され
た論文に記載されている。使用されたボンディング技術
（エアギャップの形成を除いて）は、同様に、１９８９
年８月発行の「日本応用物理学会誌」第２８巻、 No.
８、１４２６−１４４３ページに記載されたハウスマン
(J. Hausman)、スピアリング(G.A. Spierings)、ビアマ
ン(U.K.P. Bierman)およびパル(J.A. Pals) による「シ
リコンオンイシュレータウエファボンディング−ウエフ
ァ薄膜化技術の評価」と題された論文に記載されてい
る。
【０００７】本発明の目的は、周知の技術に特に関係し
た欠点を克服すべく設計された化学抵抗ガスセンサおよ
びその製造方法を提供することである。
た欠点を克服すべく設計された化学抵抗ガスセンサおよ
びその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明に従えば、請求項
１および１２にそれぞれ示すように、化学抵抗ガスマイ
クロセンサを含む半導体集積回路装置の製造方法および
化学抵抗ガスマイクロセンサを含む集積回路装置が提供
される。実際、本発明に従えば、このセンサはＳＯＩ基
板を用いて形成され；さらに加熱素子および感知素子が
それぞれ基板中に集積して形成され、誘電体によって互
いに分離されることにより、周知のセンサに比べて改良
された機械的特性、大きな感度およびより早い応答特性
を備える。
１および１２にそれぞれ示すように、化学抵抗ガスマイ
クロセンサを含む半導体集積回路装置の製造方法および
化学抵抗ガスマイクロセンサを含む集積回路装置が提供
される。実際、本発明に従えば、このセンサはＳＯＩ基
板を用いて形成され；さらに加熱素子および感知素子が
それぞれ基板中に集積して形成され、誘電体によって互
いに分離されることにより、周知のセンサに比べて改良
された機械的特性、大きな感度およびより早い応答特性
を備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下に、一例として本発明の非限
定的な実施の形態を、図面を参照して説明する。本製造
方法では、例えば熱成長によって、シリコン酸化物層２
を単結晶シリコンの第１のウエファ１上に形成し（図
１）；酸化物層２をマスクしエッチングしてその一部を
除去し、後に「エアギャップ」を形成する開口３を形成
し（図２）；さらに例えばＰ型の単結晶シリコンの第２
のウエファ４を、例えば前述のハウスマン、スピアリン
グ、ビアマンおよびパルによる論文に記載された方法を
用いて酸化物層２にボンディングすることにより、上面
および底面を第２および第１のウエファ４および１によ
ってかつその側面を酸化物層２によって区画されたエア
ギャップ３を含む、専用のＳＯＩ基板１００を形成す
る。
定的な実施の形態を、図面を参照して説明する。本製造
方法では、例えば熱成長によって、シリコン酸化物層２
を単結晶シリコンの第１のウエファ１上に形成し（図
１）；酸化物層２をマスクしエッチングしてその一部を
除去し、後に「エアギャップ」を形成する開口３を形成
し（図２）；さらに例えばＰ型の単結晶シリコンの第２
のウエファ４を、例えば前述のハウスマン、スピアリン
グ、ビアマンおよびパルによる論文に記載された方法を
用いて酸化物層２にボンディングすることにより、上面
および底面を第２および第１のウエファ４および１によ
ってかつその側面を酸化物層２によって区画されたエア
ギャップ３を含む、専用のＳＯＩ基板１００を形成す
る。
【００１０】この場合、ＳＯＩ基板１００は、バイポー
ラ集積回路およびＭＯＳ電子製品を形成するための通常
の方法で製造される。特に（図４）、第２のウエファ４
では、接合即ち誘電性絶縁領域５が第２のウエファ４の
上面６から酸化物層２に延びて形成されており、さらに
Ｎ−ウエル７中に形成されたＰタイプのソースおよびド
レイン領域８、およびゲート酸化物領域１４によって第
２のウエファ４から絶縁された制御ゲート領域９を有す
るＰＭＯＳトランジスタが形成されている。図４は同時
に、（矢印１１で図示するように）レジストマスク１０
を用いた自己整合注入による、ソースおよびドレイン領
域８を示している。その途中で、ガスセンサのための加
熱体を形成する領域１２が、第２のウエファ４の表面６
をカバーする酸化物保護層１３を介して、図４に示すよ
うに、注入されることが好ましい。
ラ集積回路およびＭＯＳ電子製品を形成するための通常
の方法で製造される。特に（図４）、第２のウエファ４
では、接合即ち誘電性絶縁領域５が第２のウエファ４の
上面６から酸化物層２に延びて形成されており、さらに
Ｎ−ウエル７中に形成されたＰタイプのソースおよびド
レイン領域８、およびゲート酸化物領域１４によって第
２のウエファ４から絶縁された制御ゲート領域９を有す
るＰＭＯＳトランジスタが形成されている。図４は同時
に、（矢印１１で図示するように）レジストマスク１０
を用いた自己整合注入による、ソースおよびドレイン領
域８を示している。その途中で、ガスセンサのための加
熱体を形成する領域１２が、第２のウエファ４の表面６
をカバーする酸化物保護層１３を介して、図４に示すよ
うに、注入されることが好ましい。
【００１１】その後、加熱体を感知素子から電気的に絶
縁するために、誘電体保護層１５（例えばシリコン窒化
物またはＢＰＳＧ−燐酸ボロンシリコンガラス）を堆積
し；接触部を開口し；さらに金属層１６を堆積して接触
電極を形成する（図５）。金属層１６は、最終製品にお
いてアルミニウム層によって達成される以上の高い動作
温度を確保するために、チタン−プラチナ−クロムの３
重層またはタングステンの単層から構成される。
縁するために、誘電体保護層１５（例えばシリコン窒化
物またはＢＰＳＧ−燐酸ボロンシリコンガラス）を堆積
し；接触部を開口し；さらに金属層１６を堆積して接触
電極を形成する（図５）。金属層１６は、最終製品にお
いてアルミニウム層によって達成される以上の高い動作
温度を確保するために、チタン−プラチナ−クロムの３
重層またはタングステンの単層から構成される。
【００１２】金属層１６はその後第２のウエファ４上
に、電子部品領域８、９のための金属接触領域１６ａ
と、感知素子のための金属接触領域１６ｂと加熱体を形
成する領域１２のための金属接触領域１６ｃ（図１１に
のみ示される）を形成するために、区画される。図６に
示す中間構造を得るために、誘電体（例えばＴＥＯＳ−
テトラエチルオルソシリケイト）マスク層２０を堆積
し、感知素子を形成すべき領域においてそれを除去す
る。
に、電子部品領域８、９のための金属接触領域１６ａ
と、感知素子のための金属接触領域１６ｂと加熱体を形
成する領域１２のための金属接触領域１６ｃ（図１１に
のみ示される）を形成するために、区画される。図６に
示す中間構造を得るために、誘電体（例えばＴＥＯＳ−
テトラエチルオルソシリケイト）マスク層２０を堆積
し、感知素子を形成すべき領域においてそれを除去す
る。
【００１３】この時、酸化錫フィルム２１を（例えばス
パッタリングによって）堆積し、この上にプラチナ−パ
ラジウムの触媒層２２を堆積して感知フィルム２１を活
性化するのに必要なエネルギーを減少させ、かつガス分
子と酸化錫間の化学反応を助ける（図７）。その後、レ
ジストマスク２４を堆積して酸化錫フィルム２１および
触媒層２２を区画し、図８に示す中間構造を得る。この
中間構造ではフィルム２１と層２２の残りの部分は、感
知素子２５を形成する。この時、マスク２４を除去し、
感知素子２５を支持する第２のウエファ４の領域の全側
面（接触部分を除く）を取り囲んでトレンチを掘る。こ
の為に、レジストマスク２６を堆積し（センサ領域にお
いて図１〜７に示す断面と異なった断面を示す図８を参
照のこと）；マスク２６を用いて、誘電体マスク層２
０、誘電体保護層１５および第２のウエファ４を部分的
にエアギャップ３に達するまで除去し、それによって図
９に示すようにトレンチ２８を形成する。トレンチ２８
は、第２のウエファ４の内側部分４’を横方向から区画
するために、閉線、例えば長方形の側面に沿って（誘電
体保護層２０を取り除いた、図１１に示すように）ある
いは円周に沿って延びることが好ましく、さらにエアギ
ャップ３の周囲に沿って延びることが効果的である。ト
レンチ２８は、ウエファ４の、誘電体層１５、２０（図
９）の内側部分４’、１５’２０’およびそれぞれの外
側部分４”、１５”、２０”間に延びる接触および支持
アーム２９によって分割された多数の部分を含み、その
ため、内側部分４’はチップの残りの部分から熱的に分
離されている。マスク２６はその後図１０にその断面を
示す最終的な構造を得るために、図１１の上部から除去
される。
パッタリングによって）堆積し、この上にプラチナ−パ
ラジウムの触媒層２２を堆積して感知フィルム２１を活
性化するのに必要なエネルギーを減少させ、かつガス分
子と酸化錫間の化学反応を助ける（図７）。その後、レ
ジストマスク２４を堆積して酸化錫フィルム２１および
触媒層２２を区画し、図８に示す中間構造を得る。この
中間構造ではフィルム２１と層２２の残りの部分は、感
知素子２５を形成する。この時、マスク２４を除去し、
感知素子２５を支持する第２のウエファ４の領域の全側
面（接触部分を除く）を取り囲んでトレンチを掘る。こ
の為に、レジストマスク２６を堆積し（センサ領域にお
いて図１〜７に示す断面と異なった断面を示す図８を参
照のこと）；マスク２６を用いて、誘電体マスク層２
０、誘電体保護層１５および第２のウエファ４を部分的
にエアギャップ３に達するまで除去し、それによって図
９に示すようにトレンチ２８を形成する。トレンチ２８
は、第２のウエファ４の内側部分４’を横方向から区画
するために、閉線、例えば長方形の側面に沿って（誘電
体保護層２０を取り除いた、図１１に示すように）ある
いは円周に沿って延びることが好ましく、さらにエアギ
ャップ３の周囲に沿って延びることが効果的である。ト
レンチ２８は、ウエファ４の、誘電体層１５、２０（図
９）の内側部分４’、１５’２０’およびそれぞれの外
側部分４”、１５”、２０”間に延びる接触および支持
アーム２９によって分割された多数の部分を含み、その
ため、内側部分４’はチップの残りの部分から熱的に分
離されている。マスク２６はその後図１０にその断面を
示す最終的な構造を得るために、図１１の上部から除去
される。
【００１４】
【発明の効果】本発明にかかる製造方法とセンサの利点
は、以下のとおりである。ＳＯＩ基板１００を用いるこ
とによって、説明した方法は完全にプレナー型マイクロ
エレクトロニクス技術と両立し、その結果信頼性、再現
性およびコストに関して同じ効果が可能となり、同様に
センサと、関連する信号制御および処理回路とを一個の
チップ上に集積することが可能となる。
は、以下のとおりである。ＳＯＩ基板１００を用いるこ
とによって、説明した方法は完全にプレナー型マイクロ
エレクトロニクス技術と両立し、その結果信頼性、再現
性およびコストに関して同じ効果が可能となり、同様に
センサと、関連する信号制御および処理回路とを一個の
チップ上に集積することが可能となる。
【００１５】さらに、基板の前面または背面からの異方
性エッチングを含む周知の解決方法と比べて、センサの
空間的な集積度が向上し、その結果、このセンサは周知
のセンサに比べて小型化しかつ駆動エネルギーが小さく
なる。多結晶シリコンの代わりに単結晶シリコンの加熱
体を構成することによって、センサ素子２５をより均一
にかつより早く加熱することが可能となる。勿論、より
均一な加熱によって、センサの選択性および感度が改良
され、一方より早い加熱はセンサの応答時間を減少さ
せ、その操作性を改良する。さらに最終的にセンサの機
械的安定性が向上する（ヤングとポアソン率（係数）は
堆積フィルムと比べた場合、製法パラメータにより少な
く依存する）。
性エッチングを含む周知の解決方法と比べて、センサの
空間的な集積度が向上し、その結果、このセンサは周知
のセンサに比べて小型化しかつ駆動エネルギーが小さく
なる。多結晶シリコンの代わりに単結晶シリコンの加熱
体を構成することによって、センサ素子２５をより均一
にかつより早く加熱することが可能となる。勿論、より
均一な加熱によって、センサの選択性および感度が改良
され、一方より早い加熱はセンサの応答時間を減少さ
せ、その操作性を改良する。さらに最終的にセンサの機
械的安定性が向上する（ヤングとポアソン率（係数）は
堆積フィルムと比べた場合、製法パラメータにより少な
く依存する）。
【００１６】本発明の範囲から外れることなく、ここに
記載し図示した製造方法およびセンサに対して、種々の
変更が可能である。特に、第２のウエファ中の分離領域
は異なるタイプ、例えば接合タイプの代わりに誘電タイ
プとして形成され；同一のチップ上に集積された電子部
品はバイポーラおよびＭＯＳの両者であってよく；種々
の領域の導電型は図示したものと異なるものであっても
よく；さらに触媒層は省略されても良い。
記載し図示した製造方法およびセンサに対して、種々の
変更が可能である。特に、第２のウエファ中の分離領域
は異なるタイプ、例えば接合タイプの代わりに誘電タイ
プとして形成され；同一のチップ上に集積された電子部
品はバイポーラおよびＭＯＳの両者であってよく；種々
の領域の導電型は図示したものと異なるものであっても
よく；さらに触媒層は省略されても良い。
【図１】本発明にかかる製造方法の第１の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図２】本発明にかかる製造方法の第２の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図３】本発明にかかる製造方法の第３の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図４】本発明にかかる製造方法の第４の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図５】本発明にかかる製造方法の第５の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図６】本発明にかかる製造方法の第６の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図７】本発明にかかる製造方法の第７の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図８】本発明にかかる製造方法の第８の過程における
半導体材料ウエファの断面図である。
半導体材料ウエファの断面図である。
【図９】本発明にかかる製造方法の一過程における断面
図であって、図１から８に示す断面とは異なる断面を示
す。
図であって、図１から８に示す断面とは異なる断面を示
す。
【図１０】本発明にかかる製造方法の一過程における断
面図であって、図１から８に示す断面とは異なる断面を
示す。
面図であって、図１から８に示す断面とは異なる断面を
示す。
【図１１】図１０に示すウエファの拡大上面図である。
１…第１のウエファ ２…絶縁材料層 ３…エアギャップ ４…第２のウエファ ６…表面 ８…一電導型領域 １２…加熱素子 １５…保護層 １６…金属材料層 ２０…マスク構造 ２１、２２…ガス感知材料層 ２５…感知素子 ２８…トレンチ １００…ＳＯＩ基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ベネデット ビグナ イタリア国，85100 ポテンザ，ビア ア ンジオ 20
Claims (19)
- 【請求項１】 半導体材料のＳＯＩ基板（１００）を形
成し；前記ＳＯＩ基板中に加熱素子（１２）を形成し；
前記ＳＯＩ基板（１００）上にガス感知素子（２５）を
形成する、各ステップを具備する、化学抵抗ガスマイク
ロセンサを含む半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項２】 前記ＳＯＩ基板を形成するステップは、 単結晶半導体材料の第１のウエファ（１）上に絶縁材料
層（２）を形成し；前記絶縁材料層（２）の一部分を選
択的に除去し；さらに前記第１のウエファと前記絶縁材
料層と共にエアギャップ（３）を区画するために、単結
晶半導体材料の第２のウエファ（４）を前記絶縁材料層
にボンディングする各ステップを具備する、請求項１に
記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項３】 前記ガス感知素子（２５）を形成するス
テップに引き続いて、前記第２のウエファの表面（６）
から前記エアギャップ（３）に延びるトレンチ（２８）
を形成するために前記第２のウエファ（４）の部分を選
択的に除去するステップを含む、請求項２に記載の半導
体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項４】 前記トレンチ（２８）は、実質的に前記
エアギャップ（３）の周囲に沿った閉線内に延びる複数
のトレンチ部分を含み、前記トレンチ部分は前記第２の
ウエファ（４）によって形成された接続および支持アー
ム（２９）によって相互に分離されるものである、請求
項３に記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項５】 前記加熱素子（１２）を形成するステッ
プは、ドーピング材を前記ＳＯＩ基板（１００）の前記
エアギャップ（３）上の一部分に注入するステップから
なるものである、請求項２から４の何れか１項に記載の
半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項６】 前記ＳＯＩ基板（１００）に注入するス
テップは、集積化される電子部品の一電導型領域（８）
を注入するステップと同時に実行されるものである、請
求項５に記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項７】 前記加熱素子（１２）を形成するステッ
プは前記第２のウエファ（４）の前記エアギャップ
（３）上の一部分に注入するステップからなり；さらに
前記ガス感知素子（２５）を形成するステップは、前記
第２のウエファ（４）上に絶縁材料の保護領域（１
５’）形成し、さらに前記保護領域上にガス感知材料の
感知領域（２５）を形成するステップを具備する、請求
項２から４の何れか１項に記載の半導体集積回路装置の
製造方法。 - 【請求項８】 前記ガス感知素子（２５）を形成するス
テップは：前記ＳＯＩ基板（１００）上に絶縁材料の保
護層（１５）を形成し；さらに前記保護層（１５）上に
ガス感知材料の感知領域（２５）を形成するステップを
具備する、請求項１から６の何れか１項に記載の半導体
集積回路装置の製造方法。 - 【請求項９】 前記ＳＯＩ基板（１００）上に保護層
（１５）を形成するステップに引き続いて：前記保護層
（１５）に接触部分を開口し；前記保護層（１５）上に
金属材料層（１６）を堆積し；さらに前記金属材料層
（１６）を区画するステップを含み、さらに前記感知領
域（２５）を形成するステップは：前記加熱素子（１
２）上に窓を提供するためのマスク構造（２０）を形成
し；前記ガス感知材料の層（２１、２２）を堆積し；さ
らに前記ガス感知材料層を区画する、各ステップを具備
する、請求項８に記載の半導体集積回路装置の製造方
法。 - 【請求項１０】 前記金属材料層（１６）を堆積するス
テップは、チタン、プラチナおよびクロムの３重層を堆
積するステップからなる、請求項９に記載の半導体集積
回路装置の製造方法。 - 【請求項１１】 前記金属材料装置（１６）を堆積する
ステップはタングステン層を堆積するステップからな
る、請求項９に記載の半導体集積回路装置の製造方法。 - 【請求項１２】 半導体材料の基板（１００）および加
熱素子（１２）とガス感知素子（２５）とを含む化学抵
抗ガスマイクロセンサとを具備する半導体集積回路装置
において、前記半導体材料基板はＳＯＩ基板（１００）
であり、前記加熱素子（１２）は前記ＳＯＩ基板上に集
積化されているものである、半導体集積回路装置。 - 【請求項１３】 前記ＳＯＩ基板（１００）は単結晶半
導体材料の第１のウエファ（１）と；前記第１のウエフ
ァ（１）上の絶縁材料層（２）と；および前記絶縁材料
層（２）上の単結晶半導体材料の第２のウエファ（４）
とを具備し；前記絶縁材料層は、前記第１および第２の
ウエファ（１、４）によって更に前記絶縁材料層（２）
によって区画されるエアギャップ（３）において中断さ
れているものである、請求項１２に記載の半導体集積回
路装置。 - 【請求項１４】 前記第２のウエファ（４）の表面
（６）から前記エアギャップ（３）に延びるトレンチ
（２８）を具備する、請求項１３に記載の半導体集積回
路装置。 - 【請求項１５】 前記トレンチ（２８）は、前記エアギ
ャップ（３）の周囲に沿った閉線中に実質的に広がる複
数のトレンチ部分を具備し；前記トレンチ部分は前記第
２のウエファ（４）によって形成された接続および支持
アーム（２９）によって相互に分離されているものであ
る、請求項１４に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項１６】 前記加熱素子（１２）は前記第２のウ
エファ（４）の前記エアギャップ（３）上の一部分にド
ーピング材が注入された領域からなる、請求項１３から
１５の何れか１項に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項１７】 前記注入領域（１２）上の前記第２の
ウエファ（４）の表面（６）上に延びる絶縁材料の保護
領域（１５）と；さらに前記保護領域（１５）の一部分
上に延びるガス感知材料の感知領域（２５）とを具備す
る、請求項１６に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項１８】 前記注入および感知領域（１２、２
５）および集積化される電子部品のための電導領域
（８）に電気的に接続された金属材料の接触領域（１６
ｃ、１６ｂ、１６ａ）を具備し；さらに前記金属材料は
チタン、プラチナおよびクロムの３重層からなる、請求
項１７に記載の半導体集積回路装置。 - 【請求項１９】 前記注入および感知領域（１２、２
５）および集積化される電子部品のための電導領域
（８）に電気的に接続された金属材料の接触領域（１６
ｃ、１６ｂ、１６ａ）を具備し；さらに前記金属材料は
タングステン層からなる、請求項１７に記載の半導体集
積回路装置。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP96830436A EP0822578B1 (en) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | Method of fabricating integrated semiconductor devices comprising a chemoresistive gas microsensor |
| IT96830436:0 | 1996-07-31 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10148624A true JPH10148624A (ja) | 1998-06-02 |
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| EP (1) | EP0822578B1 (ja) |
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