JPH10199989A - Ｍｏｓ構造中の金属電極を有するセンサの製造方法 - Google Patents

Ｍｏｓ構造中の金属電極を有するセンサの製造方法

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JPH10199989A
JPH10199989A JP9277521A JP27752197A JPH10199989A JP H10199989 A JPH10199989 A JP H10199989A JP 9277521 A JP9277521 A JP 9277521A JP 27752197 A JP27752197 A JP 27752197A JP H10199989 A JPH10199989 A JP H10199989A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ＭＯＳ構造10中の金属電極13を
有するセンサの簡単で経済的な製造方法を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 ＭＯＳ構造（ＭＯＳトランジスタ）10は
通常のＭＯＳ処理によって製造され、金属電極構造7 を
有する感知領域はＭＯＳ処理期間中に形成され、金属電
極構造7 は金属の予め定められた接着特性を有する材料
から作られ、感知領域はパッシベーション層12と、感知
領域とパッシベーション層12との間に設けられた層9 と
をエッチングすることにより露出され、ＭＯＳ構造の表
面の金属被覆13は金属層が金属電極構造7 にのみ接着す
る処理方法により行われることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はＭＯＳ構造中の金属電極
を有するセンサの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】金属電極を形成する通常の製造工程は通
常の一般的なＭＯＳ処理方法と併用されることができな
いので、このようなセンサの製造は実施できない。一般
的なＭＯＳプロセスでは、付加的な処理工程は金属電極
の付着、特にフォトリソグラフ、エッチング、レジスト
剥離工程を必要とされる。金属電極がそれらに共通して
使用される材料、即ち金またはプラチナ等の貴金属から
形成されるならば、ＭＯＳ構造は前述のステップが実行
されるとき金属により汚染される。これはシリコン酸化
物の特性、特にＭＯＳトランジスタの場合、ゲート酸化
物とその下に位置するチャンネルの特性に悪影響を与え
る。さらに、処理工程を実行するために半導体工場で使
用される装置が汚染され、これはＭＯＳ製造では許容さ
れない。アルミニウムまたはチタニウム等の卑金属の電
極が付着されるならば、これらの金属は付着および他の
材料との接触期間にそれらの特性を変化する。結果とし
て、センサの特性も同様に変化する。プラチナが金属電
極に使用されるならば、接着材料が必要とされ、そのた
めチタニウムが使用される。この場合、前述の不適切な
特性が組合わされる。さらに、金属電極の付着に必要と
される付加的なステップのために、プロセスは複雑で高
価になる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、信頼
性のあるセンサ信号を生成するＭＯＳ構造中の金属電極
を有するセンサを製造するための経済的な製造方法を提
供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明によ
るＭＯＳ構造中の金属電極を有するセンサの製造方法に
より実現され、ここでＭＯＳ構造はパッシベーション層
を形成するまでの一般的なＭＯＳ処理工程で製造され、
金属電極構造を有する感知領域はＭＯＳ処理工程期間中
に形成され、金属電極構造は金属の予め定められた接着
特性を有する材料から作られ、感知領域はパッシベーシ
ョン層と、感知領域とパッシベーション層との間に位置
する層をエッチングすることにより露出され、ＭＯＳ構
造の表面の金属被覆は金属層が金属電極構造のみに接着
するように行われる。
【０００５】本発明の製造方法では、ＭＯＳ構造はパッ
シベーション層を形成するまでは通常の処理工程で製造
され、これはＭＯＳ構造を保護する役目を行う。この標
準的なＭＯＳ処理工程期間中に、金属電極構造を有する
感知領域が形成される。感知領域と金属電極構造は、Ｍ
ＯＳ構造で必要な材料が選択されることができる。付加
的なマスクは感知領域と金属電極構造に対して必要な
い。感知領域と金属電極構造はＭＯＳ処理工程で使用さ
れるマスクの生成期間中に形成されることができる。パ
ッシベーション層を有するＭＯＳ構造の製造後、パッシ
ベーション層は感知領域を露出するためにエッチングさ
れる。他の層がパッシベーション層と感知領域との間に
設けられるならば、これらは対応してエッチングされ
る。このエッチング工程は他のエッチング工程と共に実
行されることができ、付加的なマスクを必要としない。
金属電極を形成するために、構造は金属で被覆される。
金属が金属電極構造のみに接着しながらＭＯＳ構造の表
面全体が処理される金属被覆プロセスが使用されるの
で、これは付加的なマスクを必要としない。金属電極構
造の材料と金属は適切な接着能力をもつように選択され
る。したがって、金属電極の形成に付加的な処理工程の
必要性が除去されるので、本発明による製造方法は非常
に簡単である。しかしながら、特に、これは金属電極の
形成とＭＯＳ処理工程とを結合することを可能にするだ
けである。金属電極の形成はフォトリソグラフ、エッチ
ングまたはレジスト剥離工程を必要としないので、ＭＯ
Ｓ構造またはＭＯＳ処理工程を実行するための装置が汚
染されずに、金属電極は貴金属から作られることができ
る。
【０００６】本発明の第１の実施形態では、金属被覆は
メッキ、特に無電解のメッキにより行われる。この場
合、金属電極構造の材料と、付着される金属は適切に選
択されなければならない。無電解のメッキが使用される
ならば、付着される金属は金属電極構造の材料よりもよ
り貴である金属の特性をもたなければならない。
【０００７】本発明の第２の実施形態では、金属被覆
は、金属を蒸着し、それに続いて超音波エネルギを用い
た金属層の選択的な材料依存性除去により行われる。金
属電極構造の材料と、この構造を囲む材料と、金属が適
切に選択されるならば、この構造の外側の付着金属は超
音波処理によって確実かつ容易に除去されることができ
る。ＭＯＳ構造に悪影響を及ぼす処理工程も、マスク動
作に関連する高価な処理工程も必要ではない。
【０００８】貴金属、特にパラジウムが有効な金属被覆
として使用される。パラジウムをセンサ構造へ選択的に
接着することが確実にされる。除去する前に水素含有ガ
スにより金属層を処理することも有効である。金属層の
選択的な除去はより確実で高速である。
【０００９】感知領域がシリコンで作られ、金属電極構
造の外側の領域は、金属による接着がシリコンより良好
ではない材料で被覆されることが有効である。シリコン
ウェハで開始したならば、感知領域の形成に適切なシリ
コン層は少なくとも１つのＭＯＳトランジスタを含んだ
ＭＯＳ構造を生成する処理工程の結果として既に存在す
る。感知領域はそれ自体の基体上またはＭＯＳ処理期間
中に製造されたシリコン層上に形成されてもよい。例え
ば、これはゲート電極を形成するためにＭＯＳトランジ
スタのゲート領域上にポリシリコンを付着するのと同時
に形成される。さらに、酸化物、特にシリコン酸化物に
よりゲート電極構造の外側の領域を被覆することが有効
であり、それはこれに必要な処理工程がシリコン半導体
にＭＯＳ構造を製造する期間中に実行されるからであ
る。
【００１０】感知領域を露出するためのパッシベーショ
ン層およびその他の層のエッチング期間中に、結合パッ
ドの領域が露出されるならば、さらにプロセスの簡素化
が実現される。これに対して付加的なマスクおよびエッ
チング工程は必要ではない。結合パッド領域はシリコン
であり、感知領域と同一のマスク工程で形成される。こ
の方法で、導電通路を形成し接触を行うために通常使用
されるアルミニウムは半導体の内部から出されない。セ
ンサがバイオセンサまたは化学センサとして使用される
ならば、アルミニウムとアルミニウム合金は液体中に溶
融し、細胞等の生きた器官に対して有毒である理由で、
液体はアルミニウムと接触できないので、ＭＯＳ構造全
体は試験された液体で覆われてもよい。この実施形態は
原理上、ＭＯＳ製造プロセスとＭＯＳ構造特性における
変化を含まない。
【００１１】本発明の別の実施形態では、ＭＯＳ構造の
電気相互接続はシリコンで形成される。パッシベーショ
ン層は実質上、相互接続がアルミニウムであり、厚いパ
ッシベーション層が必要とされる場合よりも薄く作るこ
とができるので、薄いＭＯＳ構造が製造されることがで
きる。従来必要であったアルミニウム層および付加的な
絶縁層が不要になるので、構造も薄くなる。アルミニウ
ムの使用を避けることによって、より高い温度で処理工
程を実行することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照してより
詳細に説明する。図１はフィールド酸化物層２が付着さ
れている半導体基板１を示している。半導体基板１は例
えばシリコンであってもよく、フィールド酸化物層２は
二酸化シリコンでよい。フィールド酸化物層２はＭＯＳ
トランジスタが設けられる位置に開口３を有する。開口
３では、ゲート酸化物層４が付着され、これは実質上フ
ィールド酸化物層２よりも薄い。フィールド酸化物層２
とゲート酸化物層４上に付着されているポリシリコン層
５は、ゲート酸化物層４上にゲート電極８、フィールド
酸化物層２上に相互接続部６と感知領域７を形成するよ
うな方法でパターン処理される。感知層７は金属電極が
そこに形成されるための構造を有する。示されている実
施形態では、感知領域は平坦な金属電極を支持する役目
を行う。感知領域７のシリコンはまたインターデジタル
キャパシタを形成するための櫛形構造のような空間的に
異なった構造を有していてもよい。これを実現するた
め、感知領域７のシリコンは金属電極で被覆されない位
置でフィールド酸化物層２を露出する方法でパターン化
される。
【００１３】これまで説明した構造の製造を含む処理工
程は一般的なＭＯＳ処理工程に対応する。これらの工程
を実行するのに必要な詳細は当業者によく知られてい
る。感知領域７は構造、特にＭＯＳトランジスタの製造
期間中に限定されることが確実にされなければならな
い。示された実施形態では感知領域７はシリコンゲート
電極８と相互接続部６と同時に形成される。
【００１４】図２で示されているように、続いて絶縁層
９が付着され、開口が所望の接触領域上、特にＭＯＳト
ランジスタ10と相互接続部６上に形成される。電気接触
部を形成するように絶縁層９の開口が導体層11の材料で
充填される方法で、導体層11は絶縁層９上に付着され
る。ＭＯＳ構造全体は保護層12で被覆される。導体層11
は一般的にはアルミニウム層である。
【００１５】金属電極13が付着されている領域の感知層
７を露出するためパッシベーション層12と絶縁層９に開
口がエッチングされる。同時に、相互接続６の領域は結
合パッドを形成するために露出される。ＭＯＳ構造の表
面は、金属層が金属電極の感知領域の構造と、結合パッ
ドのための相互接続部６の露出された領域のみに接着す
る方法で金属を被覆される。この方法で、金属電極13と
結合パッド14が図３で示されているように形成される。
【００１６】金属電極13と結合パッド14の構成は、金属
電極13の感知領域７の構造と、結合パッド14の領域が金
属に良好に接着する材料から形成され、パッシベーショ
ン層12と絶縁層９は金属電極13と結合パッド14の構造の
材料が良好に接着しない材料で形成されることにより可
能にされる。適切な材料は、相互接続部６と感知領域７
にはポリシリコン、金属電極13と結合パッド14にはパラ
ジウム、絶縁層９には二酸化シリコン、パッシベーショ
ン層12にはシリコン窒化物および／またはシリコン酸化
物である。
【００１７】本発明の１実施形態では、選択的な金属被
覆はメッキ、特に無電解メッキにより行われる。この場
合、前述の材料選択の場合のように、付着される金属は
ベースの材料よりも貴金属である材料でなければならな
い。
【００１８】本発明の第２の実施形態では、金属はパタ
ーン化されたパッシベーション層12が設けられているＭ
ＯＳ構造の表面全体にわたって蒸着することにより付着
される。したがって生成された金属層はその後、選択的
に除去されなければならない。これはＭＯＳ構造に超音
波処理を施すことにより行われ、その期間中に金属層は
パッシベーション層12と絶縁層９から分離する。超音波
処理前に、ＭＯＳ構造は水素含有ガスで処理されてもよ
い。パラジウムで製造されている場合、金属層は水素を
取るので、これは金属層をパッシベーション層12からよ
り容易に分離する結果となる。シリコンとパラジウムの
接着特性によってパラジウム層は超音波処理期間中でさ
えもシリコンから分離しない。図３で示されている実施
形態では、感知領域の構造は平坦な金属電極が接着する
内部領域を含んでいる。この処理によって他の構造、特
にインターデジタルキャパシタ構造を形成することも可
能である。
【００１９】図４、５は本発明にしたがったプロセスに
よるＭＯＳ構造の別の実施形態の製造を示している。以
下説明する以外の方法でなければ、この構造は図１乃至
３を伴って説明したプロセスで製造される。図４は開口
３を有するフィールド酸化物層２が半導体基体１上に付
着された後の構造を示している。開口３にＭＯＳトラン
ジスタを形成するため、ゲート酸化物層４がそこに付着
され、これはこの実施形態では、フィールド酸化物層２
と、半導体基体の表面を露出するゲート酸化物層４との
間にコンタクト開口が設けられる方法で成形される。こ
の方法では、基体１上に形成されたＭＯＳトランジスタ
10と、フィールド酸化物層２に付着されたポリシリコン
層５との間で直接接触が可能にされる。示された実施形
態では、ポリシリコン層５は、感知領域７、ゲート電極
８、相互接続部６、６´を形成するように成形される。
相互接続部６、６´はＭＯＳトランジスタ10との接触を
形成し、結合パッド14を形成する両方に使用されること
ができる。
【００２０】図５は、前述したプロセスのうちの１つに
よって、感知領域７の構造と結合パッド14のための開口
を有するパッシベーション層12が形成された後の構造を
示しており、開口において選択的に露出されたシリコン
領域へ金属層が付着され、即ち感知領域７の構造上へ付
着され、また結合パッド14の領域へ付着された後の構造
を示している。この実施形態はシリコン相互接続部を使
用し、即ち付加的なアルミニウム相互接続部と中間の絶
縁層の付着が避けられ、それによってプロセスはより簡
単になり、より薄いＭＯＳ構造が実現されることができ
る。さらに、アルミニウムの使用が避けられるので、構
造は高温処理にも耐えられ、それによって高温プロセス
が製造期間に実行されることができる。アルミニウム相
互接続部を有する一般的なＭＯＳ構造と比較して、相互
接続部のより高い電気抵抗による他の電気特性が考慮さ
れなければならない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にしたがったプロセスで製造されたＭＯ
Ｓ構造の第１の実施形態の断面図。
【図２】本発明にしたがったプロセスで製造されたＭＯ
Ｓ構造の第１の実施形態の断面図。
【図３】本発明にしたがったプロセスで製造されたＭＯ
Ｓ構造の第１の実施形態の断面図。
【図４】異なった処理工程後、本発明にしたがったプロ
セスで製造されたセンサの第２の実施形態の断面図。
【図５】異なった処理工程後、本発明にしたがったプロ
セスで製造されたセンサの第２の実施形態の断面図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター・イーゲル ドイツ連邦共和国、デー − 79331 テ ニンゲン、シャルンホルスト − シュト ラーセ 32 (72)発明者 ハンス − ユルゲン・ガーレ ドイツ連邦共和国、デー − 79312 エ ンメンディンゲン、パノラマシュトラーセ 13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＭＯＳ構造中に設けられた金属電極を有
    するセンサの製造方法において、 ＭＯＳ構造は一般的なＭＯＳ処理によって製造され、金
    属電極構造を有する感知領域はＭＯＳ処理期間中に形成
    され、金属電極構造は金属の予め定められた接着特性を
    有する材料から作られ、感知領域は、パッシベーション
    層および感知領域とパッシベーション層との間に設けら
    れた層をエッチングすることにより露出され、ＭＯＳ構
    造の表面の金属被覆は、金属層が金属電極構造にのみ接
    着する処理方法により行われることを特徴とするセンサ
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 金属被覆はメッキ、特に無電解メッキに
    より行われることを特徴とする請求項１記載の製造方
    法。
  3. 【請求項３】 金属被覆は金属の蒸着と、その後の超音
    波エネルギを用いた選択的な金属層の材料依存除去によ
    り行われることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
  4. 【請求項４】 金属被覆のために、貴金属、特にパラジ
    ウムが使用されることを特徴とする請求項１乃至３のい
    ずれか１項記載の製造方法。
  5. 【請求項５】 選択的な除去前に、金属層は水素含有ガ
    スによって処理されることを特徴とする請求項４記載の
    製造方法。
  6. 【請求項６】 感知層はシリコンから作られ、金属電極
    構造の外側の領域は金属に対する接着がシリコンに対す
    る接着よりも良好ではない材料で被覆されていることを
    特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の製造方
    法。
  7. 【請求項７】 金属電極構造の外側の領域が酸化物、特
    にシリコン酸化物で被覆されることを特徴とする請求項
    １乃至６のいずれか１項記載の製造方法。
  8. 【請求項８】 感知領域を露出するためのパッシベーシ
    ョン層のエッチング期間に、結合パッド領域が露出され
    ることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項記載
    の製造方法。
  9. 【請求項９】 結合パッド領域がポリシリコンから作ら
    れ、感知領域と同じマスクステップで形成されることを
    特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の製造方
    法。
  10. 【請求項１０】 ＭＯＳ構造の電気相互接続部がポリシ
    リコンから形成されることを特徴とする請求項１乃至９
    のいずれか１項記載の製造方法。
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