JPH102872A - 半導体化学センサ素子および半導体化学センサ素子用熱電対の形成方法 - Google Patents
半導体化学センサ素子および半導体化学センサ素子用熱電対の形成方法Info
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- JPH102872A JPH102872A JP9052478A JP5247897A JPH102872A JP H102872 A JPH102872 A JP H102872A JP 9052478 A JP9052478 A JP 9052478A JP 5247897 A JP5247897 A JP 5247897A JP H102872 A JPH102872 A JP H102872A
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-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10N19/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one thermoelectric or thermomagnetic element covered by groups H10N10/00 - H10N15/00
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- G—PHYSICS
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 感応層の温度を検出するための微小熱電対を
有する化学センサ素子および熱電対の形成方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体化学センサ素子（２）は、特定の
化学物質を検出する感応層（４）と、感応層を加熱する
ヒータとを有する。ヒータは、半導体化学センサ素子
（２）内の導電層（８）のヒータ部分（６）によって形
成される。半導体化学センサ素子（２）は、更に、感応
層（４）の温度を検出する熱電対（１２）を含む。熱電
対は、導電層（８）のヒータ部分（６）の一部として、
またはそれに隣接して形成されたＰ／Ｎ接合（１４）を
含み、このＰ／Ｎ接合（１４）間に発生する信号が、感
応層（１４）の温度を表わす。
有する化学センサ素子および熱電対の形成方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体化学センサ素子（２）は、特定の
化学物質を検出する感応層（４）と、感応層を加熱する
ヒータとを有する。ヒータは、半導体化学センサ素子
（２）内の導電層（８）のヒータ部分（６）によって形
成される。半導体化学センサ素子（２）は、更に、感応
層（４）の温度を検出する熱電対（１２）を含む。熱電
対は、導電層（８）のヒータ部分（６）の一部として、
またはそれに隣接して形成されたＰ／Ｎ接合（１４）を
含み、このＰ／Ｎ接合（１４）間に発生する信号が、感
応層（１４）の温度を表わす。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体化学センサ
素子およびかかる素子のための熱電対を形成する方法に
関するものである。
素子およびかかる素子のための熱電対を形成する方法に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】化学センサとは、液体または気体におい
て所与の化学種の濃度を監視する素子のことである。化
学センサは、例えば、作業環境または家庭環境において
有毒ガスまたは爆発性ガスの危険レベルを検出するため
に用いられている。
て所与の化学種の濃度を監視する素子のことである。化
学センサは、例えば、作業環境または家庭環境において
有毒ガスまたは爆発性ガスの危険レベルを検出するため
に用いられている。
【０００３】例えば、セラミック基板上に形成されたセ
ンサのような、混成技術を用いて形成された化学センサ
は既知である。また、半導体基板上に半導体化学センサ
を製造することも既知である。本発明は半導体化学セン
サに関するものである。
ンサのような、混成技術を用いて形成された化学センサ
は既知である。また、半導体基板上に半導体化学センサ
を製造することも既知である。本発明は半導体化学セン
サに関するものである。
【０００４】典型的な化学センサは感応層(sensitivela
yer)を含み、これがセンサが検出対象とする特定の化学
種に感応する。感応層の検出対象化学種との反応によっ
て、感応層の物理的特性、例えば、抵抗率または表面電
位の変化が生じる。感応層の反応は、熱力学の関係によ
って支配されるので、温度は、センサ素子の出力、例え
ば、感度や選択性を最適化するにあたって重要な役割を
果たす。センサの中には、感応層の温度を上昇させるヒ
ータを含み、センサの感度および選択性向上を図ったも
のもある。検出対象化学種によっては、例えば、２５０
ないし６５０℃という、非常に高い温度に化学センサを
加熱しなければならない場合もある。
yer)を含み、これがセンサが検出対象とする特定の化学
種に感応する。感応層の検出対象化学種との反応によっ
て、感応層の物理的特性、例えば、抵抗率または表面電
位の変化が生じる。感応層の反応は、熱力学の関係によ
って支配されるので、温度は、センサ素子の出力、例え
ば、感度や選択性を最適化するにあたって重要な役割を
果たす。センサの中には、感応層の温度を上昇させるヒ
ータを含み、センサの感度および選択性向上を図ったも
のもある。検出対象化学種によっては、例えば、２５０
ないし６５０℃という、非常に高い温度に化学センサを
加熱しなければならない場合もある。
【０００５】化学センサの選択性は、感応層が加熱され
る温度によって左右されるので、２５０ないし６５０℃
のような温度範囲全体にわたって感応層またはヒータの
温度を精度高く監視することが望ましい。
る温度によって左右されるので、２５０ないし６５０℃
のような温度範囲全体にわたって感応層またはヒータの
温度を精度高く監視することが望ましい。
【０００６】半導体化学センサにおいて動作温度を監視
するために、ポリ抵抗(poly resistors)および金属抵抗
が用いられてきた。例えば、Sensors and Actuators B,
20(1994)第１３９ないし１４３頁に掲載されている、W
an Young Chunによる論文を参照されたい。しかしなが
ら、かかる技術は、かなり広いダイ空間を必要とする
が、ダイの広い面積の全体的な温度監視ができるに過ぎ
ない。したがって、かかる技術は精度が欠ける。
するために、ポリ抵抗(poly resistors)および金属抵抗
が用いられてきた。例えば、Sensors and Actuators B,
20(1994)第１３９ないし１４３頁に掲載されている、W
an Young Chunによる論文を参照されたい。しかしなが
ら、かかる技術は、かなり広いダイ空間を必要とする
が、ダイの広い面積の全体的な温度監視ができるに過ぎ
ない。したがって、かかる技術は精度が欠ける。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】したがって、先に引用
した問題を生じない温度検出器を有する、改良された半
導体化学センサ素子を提供することが望まれている。
した問題を生じない温度検出器を有する、改良された半
導体化学センサ素子を提供することが望まれている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、特定の
化学物質を検出する感応層と、この感応層を加熱するヒ
ータとを有する半導体化学センサ素子が提供される。ヒ
ータは、半導体化学センサ素子内の導電層のヒータ部分
によって形成される。半導体化学センサ素子は、更に、
感応層の温度を検出するための熱電対も含み、この熱電
対は、導電層のヒータ部分の一部として形成された、ま
たはこれに隣接して形成されたＰ／Ｎ接合を含み、この
Ｐ／Ｎ接合間に発生する信号が感応層の温度を表わす。
化学物質を検出する感応層と、この感応層を加熱するヒ
ータとを有する半導体化学センサ素子が提供される。ヒ
ータは、半導体化学センサ素子内の導電層のヒータ部分
によって形成される。半導体化学センサ素子は、更に、
感応層の温度を検出するための熱電対も含み、この熱電
対は、導電層のヒータ部分の一部として形成された、ま
たはこれに隣接して形成されたＰ／Ｎ接合を含み、この
Ｐ／Ｎ接合間に発生する信号が感応層の温度を表わす。
【０００９】本発明は、感応層の温度を検出するための
微小熱電対を有する化学センサ素子を提供する。この熱
電対は容易に化学センサ素子に集積することができる。
熱電対はヒータ内またはヒータに近接して配置すること
ができるので、非常に精度が高い温度検出を可能とする
ため、化学センサ素子の選択性および感度の向上が保証
される。
微小熱電対を有する化学センサ素子を提供する。この熱
電対は容易に化学センサ素子に集積することができる。
熱電対はヒータ内またはヒータに近接して配置すること
ができるので、非常に精度が高い温度検出を可能とする
ため、化学センサ素子の選択性および感度の向上が保証
される。
【００１０】この熱電対は小さいので、複数の熱電対を
化学センサ素子内に集積し、大きなダイ面積全体にわた
って精度高くかつ均一な温制御が可能となる。
化学センサ素子内に集積し、大きなダイ面積全体にわた
って精度高くかつ均一な温制御が可能となる。
【００１１】半導体化学センサ素子用熱電対の形成方法
も開示し、特許請求する。
も開示し、特許請求する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明による３種類の半導体化学
センサ素子、およびかかる化学センサ素子のための熱電
対の形成方法を、これより添付図面を参照しながら説明
する。
センサ素子、およびかかる化学センサ素子のための熱電
対の形成方法を、これより添付図面を参照しながら説明
する。
【００１３】まず最初に図１を参照すると、本発明の第
１実施例による半導体化学センサ素子２は、特定の化学
物質を検出する感応層４と、感応層４を加熱するヒータ
とを含む。ヒータは、半導体層１０上に形成された導電
層８のヒータ部分６によって形成されている。更に、半
導体化学センサ素子２は感応層４の温度を検出する熱電
対１２を含み、この熱電対１２は、導電層８のヒータ部
分６に隣接して形成されたＰ／Ｎ接合１４から成る。信
号がＰ／Ｎ接合１４間に発生する。この信号は、ゼーベ
ック効果(Seebeck effect)によるＰ／Ｎ接合１４におけ
る温度を表わすので、感応層４の温度を表わすことにな
る。
１実施例による半導体化学センサ素子２は、特定の化学
物質を検出する感応層４と、感応層４を加熱するヒータ
とを含む。ヒータは、半導体層１０上に形成された導電
層８のヒータ部分６によって形成されている。更に、半
導体化学センサ素子２は感応層４の温度を検出する熱電
対１２を含み、この熱電対１２は、導電層８のヒータ部
分６に隣接して形成されたＰ／Ｎ接合１４から成る。信
号がＰ／Ｎ接合１４間に発生する。この信号は、ゼーベ
ック効果(Seebeck effect)によるＰ／Ｎ接合１４におけ
る温度を表わすので、感応層４の温度を表わすことにな
る。
【００１４】熱電対１２は、ヒータ部分６に隣接する導
電層８の一部分１６と、導電層８内に形成された導電性
領域１８とを含む。導電性領域１８は、導電層８とは異
なる導電型を有する導電性物質で形成されている。導電
層８の部分１６と導電性領域１８との間の接合部が、熱
電対１２のＰ／Ｎ接合１４を形成する。第１接点２０が
導電層８の部分１６まで達し、第２接点２２が導電領域
１８まで達している。第１接点２０および第２接点２２
間に電圧信号が発生する。この電圧信号はＰ／Ｎ接合１
４間の信号、即ち、感応層４の温度に対応する。
電層８の一部分１６と、導電層８内に形成された導電性
領域１８とを含む。導電性領域１８は、導電層８とは異
なる導電型を有する導電性物質で形成されている。導電
層８の部分１６と導電性領域１８との間の接合部が、熱
電対１２のＰ／Ｎ接合１４を形成する。第１接点２０が
導電層８の部分１６まで達し、第２接点２２が導電領域
１８まで達している。第１接点２０および第２接点２２
間に電圧信号が発生する。この電圧信号はＰ／Ｎ接合１
４間の信号、即ち、感応層４の温度に対応する。
【００１５】好ましくは、導電層８は、酸化シリコン層
のような、半導体層１０上に形成された第１絶縁層２４
上に形成された、Ｎ＋ドープ・ポリシリコンで形成す
る。半導体層１０はシリコン基板とすることができる。
導電領域１８は、好ましくは、Ｐ＋ドープ・ポリシリコ
ンであり、これによって、ポリＰ＋とポリＮ＋との接合
部がＰ／Ｎ接合１４を形成する。Ｎ＋ドープ・ポリシリ
コンとＰ＋ドープ・ポリシリコンは、高濃度にドープさ
れると、金属として機能する。かかる接合部は、ゼーベ
ック効果によって、温度の関数としての電圧信号を生成
する。
のような、半導体層１０上に形成された第１絶縁層２４
上に形成された、Ｎ＋ドープ・ポリシリコンで形成す
る。半導体層１０はシリコン基板とすることができる。
導電領域１８は、好ましくは、Ｐ＋ドープ・ポリシリコ
ンであり、これによって、ポリＰ＋とポリＮ＋との接合
部がＰ／Ｎ接合１４を形成する。Ｎ＋ドープ・ポリシリ
コンとＰ＋ドープ・ポリシリコンは、高濃度にドープさ
れると、金属として機能する。かかる接合部は、ゼーベ
ック効果によって、温度の関数としての電圧信号を生成
する。
【００１６】ＴＥＯＳ層または酸化シリコン層のような
第２絶縁層２６が、感応層４と導電層８との間に絶縁を
与える。感応層４は第２絶縁層２６上に形成され、ヒド
リド・ガス(hydride gasese)を検出するために、金層、
または金−パラジウム合金層で形成することができる。
一酸化炭素検出素子では、感応層４は酸化錫層で構成す
ることができる。感応層４を形成するために使用される
感応物質のタイプは、金属からドープ／化合物までの様
々な物質に及び、用途および半導体化学センサ素子２が
検出する化学物質のタイプによって異なる。
第２絶縁層２６が、感応層４と導電層８との間に絶縁を
与える。感応層４は第２絶縁層２６上に形成され、ヒド
リド・ガス(hydride gasese)を検出するために、金層、
または金−パラジウム合金層で形成することができる。
一酸化炭素検出素子では、感応層４は酸化錫層で構成す
ることができる。感応層４を形成するために使用される
感応物質のタイプは、金属からドープ／化合物までの様
々な物質に及び、用途および半導体化学センサ素子２が
検出する化学物質のタイプによって異なる。
【００１７】第１実施例では、熱電対１２は導電層８の
ヒータ部分６に隣接して形成されている。加えてまたは
代替的に、熱電対は、図２に示すように、ヒータの一部
として形成してもよい。
ヒータ部分６に隣接して形成されている。加えてまたは
代替的に、熱電対は、図２に示すように、ヒータの一部
として形成してもよい。
【００１８】次に図２を参照すると、本発明の第２実施
例による半導体化学センサ素子２００が示されている。
図１と類似の構造には、同一の参照番号に１００を加え
た番号で引用してある。
例による半導体化学センサ素子２００が示されている。
図１と類似の構造には、同一の参照番号に１００を加え
た番号で引用してある。
【００１９】半導体化学センサ素子２００は、特定の化
学物質を検出する感応層１０４と、感応層１０４を加熱
するヒータとを含む。ヒータは、半導体層１１０上に形
成された、導電層１０８のヒータ部分１０６によって形
成されている。更に、半導体化学センサ素子２００は、
感応層１０４の温度を検出する熱電対１５０を含む。熱
電対１５０は、導電層１０８のヒータ部分１０６内に形
成された、Ｐ／Ｎ接合１１４で構成されている。Ｐ／Ｎ
接合１１４の温度、したがって、感応層１０４の温度を
表わす信号が、Ｐ／Ｎ接合１１４間に発生する。
学物質を検出する感応層１０４と、感応層１０４を加熱
するヒータとを含む。ヒータは、半導体層１１０上に形
成された、導電層１０８のヒータ部分１０６によって形
成されている。更に、半導体化学センサ素子２００は、
感応層１０４の温度を検出する熱電対１５０を含む。熱
電対１５０は、導電層１０８のヒータ部分１０６内に形
成された、Ｐ／Ｎ接合１１４で構成されている。Ｐ／Ｎ
接合１１４の温度、したがって、感応層１０４の温度を
表わす信号が、Ｐ／Ｎ接合１１４間に発生する。
【００２０】熱電対１５０は、導電層１０８のヒータ部
分１０６内に形成された、導電性領域１１８を含む。導
電性領域１１８は、導電層１０８とは異なる導電型の導
電性物質で形成されている。接点１５２が導電領域１１
８まで達している。接点１５２およびヒータ部分１０６
への接点（図示せず）間に電圧信号が発生する。この電
圧信号は、熱電対１５０のＰ／Ｎ接合１１４間の信号に
対応する。したがって、接点１５２における電圧信号
は、感応層１０４の温度を表わす。
分１０６内に形成された、導電性領域１１８を含む。導
電性領域１１８は、導電層１０８とは異なる導電型の導
電性物質で形成されている。接点１５２が導電領域１１
８まで達している。接点１５２およびヒータ部分１０６
への接点（図示せず）間に電圧信号が発生する。この電
圧信号は、熱電対１５０のＰ／Ｎ接合１１４間の信号に
対応する。したがって、接点１５２における電圧信号
は、感応層１０４の温度を表わす。
【００２１】第１実施例におけるように、好ましくは、
導電層１０８は、半導体層１１０上に形成された酸化シ
リコン層のような第１絶縁層１２４上に形成された、Ｎ
＋ドープ・ポリシリコンで形成される。導電性領域１１
８は、好ましくは、Ｐ＋ドープ・ポリシリコンであり、
これによって、ポリＰ＋とポリＮ＋との接合部がＰ／Ｎ
接合１１４を形成する。かかる接合部は、ゼーベック効
果により、温度の関数としての電圧信号を生成する。
導電層１０８は、半導体層１１０上に形成された酸化シ
リコン層のような第１絶縁層１２４上に形成された、Ｎ
＋ドープ・ポリシリコンで形成される。導電性領域１１
８は、好ましくは、Ｐ＋ドープ・ポリシリコンであり、
これによって、ポリＰ＋とポリＮ＋との接合部がＰ／Ｎ
接合１１４を形成する。かかる接合部は、ゼーベック効
果により、温度の関数としての電圧信号を生成する。
【００２２】ＴＥＯＳ層または酸化シリコン層のような
第２絶縁層１２６が、感応層１０４と導電層１０８との
間に絶縁を与える。感応層１０４を形成する物質は、用
途および半導体化学センサ素子２００が検出する化学物
質のタイプによって異なる。次に、本発明による半導体
化学センサ素子のための熱電対の形成方法について、本
発明の第１実施例による半導体化学センサ２の熱電対１
２の形成を引用しながら、図１および図３ないし図７を
参照して説明する。
第２絶縁層１２６が、感応層１０４と導電層１０８との
間に絶縁を与える。感応層１０４を形成する物質は、用
途および半導体化学センサ素子２００が検出する化学物
質のタイプによって異なる。次に、本発明による半導体
化学センサ素子のための熱電対の形成方法について、本
発明の第１実施例による半導体化学センサ２の熱電対１
２の形成を引用しながら、図１および図３ないし図７を
参照して説明する。
【００２３】好ましくはシリコン基板である半導体層１
０を用意し、酸化シリコン（熱酸化物）の第１絶縁層２
４をシリコン基板１０上に形成する。好ましくは、Ｎ＋
ドープ・ポリシリコン層から成る導電層８を、酸化シリ
コン第１絶縁層２４上全体に形成する（図３参照）。こ
れらは、半導体化学センサ素子のヒータを形成するため
に用いるのと同一工程である。
０を用意し、酸化シリコン（熱酸化物）の第１絶縁層２
４をシリコン基板１０上に形成する。好ましくは、Ｎ＋
ドープ・ポリシリコン層から成る導電層８を、酸化シリ
コン第１絶縁層２４上全体に形成する（図３参照）。こ
れらは、半導体化学センサ素子のヒータを形成するため
に用いるのと同一工程である。
【００２４】フォトレジストのようなマスク２３を導電
層８上全体に形成し、次いでこれにパターニングおよび
エッチングを行って、フォトレジスト２３を貫通し導電
層８に達する開口２５を設ける（図４参照）。次に、硼
素またはその他のいずれかのＰ種を、非常に高い投与量
で開口２５を通じて導電層８に注入し、Ｐドーパントで
Ｎ＋ポリシリコン導電層８をドープする。次に、フォト
レジスト２３を除去する。こうして、導電層８とは異な
る導電型を有する導電領域１８が、導電層８内に形成さ
れる（図５）。異なる導電型とは、それぞれ、ポリＰ＋
とポリＮ＋のことである。
層８上全体に形成し、次いでこれにパターニングおよび
エッチングを行って、フォトレジスト２３を貫通し導電
層８に達する開口２５を設ける（図４参照）。次に、硼
素またはその他のいずれかのＰ種を、非常に高い投与量
で開口２５を通じて導電層８に注入し、Ｐドーパントで
Ｎ＋ポリシリコン導電層８をドープする。次に、フォト
レジスト２３を除去する。こうして、導電層８とは異な
る導電型を有する導電領域１８が、導電層８内に形成さ
れる（図５）。異なる導電型とは、それぞれ、ポリＰ＋
とポリＮ＋のことである。
【００２５】次に、導電層８にパターニングおよびエッ
チングを行い、ヒータ部分６（図６には示されていな
い）および熱電対１２の部分１６を形成する。
チングを行い、ヒータ部分６（図６には示されていな
い）および熱電対１２の部分１６を形成する。
【００２６】次に、導電層８および絶縁層２４上全体に
第２絶縁層２６を形成する。第２絶縁層２６にパターニ
ングおよびエッチングを行って、導電領域１８および導
電層８への接点開口を形成する。次に、接点開口内にメ
タライゼーションを形成し、第１接点２０および第２接
点２２を形成する。接点開口１９，２１は、メタライゼ
ーション前の図６の斜視図を示す、図７においてより明
確に見ることができる。
第２絶縁層２６を形成する。第２絶縁層２６にパターニ
ングおよびエッチングを行って、導電領域１８および導
電層８への接点開口を形成する。次に、接点開口内にメ
タライゼーションを形成し、第１接点２０および第２接
点２２を形成する。接点開口１９，２１は、メタライゼ
ーション前の図６の斜視図を示す、図７においてより明
確に見ることができる。
【００２７】本発明による半導体化学センサ素子のヒー
タは導電層８で形成される。したがって、これまでの説
明から、導電層８内に導電領域１８を形成する初期工程
は、ヒータを形成する工程に対応することが認められよ
う。熱電対１２を形成するためには、追加のフォトおよ
び注入工程のみを行えばよいので、本発明による熱電対
を半導体化学センサ素子内に集積するために必要な工程
はわずかである。
タは導電層８で形成される。したがって、これまでの説
明から、導電層８内に導電領域１８を形成する初期工程
は、ヒータを形成する工程に対応することが認められよ
う。熱電対１２を形成するためには、追加のフォトおよ
び注入工程のみを行えばよいので、本発明による熱電対
を半導体化学センサ素子内に集積するために必要な工程
はわずかである。
【００２８】ほぼ同一の方法を用いて第２実施例の熱電
対１５０が形成可能であることが認められよう。熱電対
１５０がヒータ自体の一部となっているので、導電層１
０８のパターニングおよびエッチング工程は、第２実施
例では多少異なる。
対１５０が形成可能であることが認められよう。熱電対
１５０がヒータ自体の一部となっているので、導電層１
０８のパターニングおよびエッチング工程は、第２実施
例では多少異なる。
【００２９】本発明の第１および第２実施例による半導
体化学センサ素子の各々について、これまで１つの熱電
対を含むものとして説明してきた。しかしながら、これ
は例示の目的のために過ぎない。本発明による化学セン
サ素子は、１つ以上の熱電対を含むことも可能である。
即ち、本発明による化学センサ素子は、第１実施例によ
る熱電対１２を１つ以上、または第２実施例による熱電
対１５０を１つ以上含むことができる。更に、本発明に
よる化学センサ素子は、少なくとも１つの第１および少
なくとも１つの第２の異なる熱電対を含むことを可能で
ある。即ち、第１熱電対をヒータの一部として形成し、
第２熱電対をヒータに隣接して形成する訳である。
体化学センサ素子の各々について、これまで１つの熱電
対を含むものとして説明してきた。しかしながら、これ
は例示の目的のために過ぎない。本発明による化学セン
サ素子は、１つ以上の熱電対を含むことも可能である。
即ち、本発明による化学センサ素子は、第１実施例によ
る熱電対１２を１つ以上、または第２実施例による熱電
対１５０を１つ以上含むことができる。更に、本発明に
よる化学センサ素子は、少なくとも１つの第１および少
なくとも１つの第２の異なる熱電対を含むことを可能で
ある。即ち、第１熱電対をヒータの一部として形成し、
第２熱電対をヒータに隣接して形成する訳である。
【００３０】図８にその他の可能な組み合わせを示す。
図８に示すのは、本発明の第３実施例による半導体化学
センサ素子３００の一部の平面構成図である。
図８に示すのは、本発明の第３実施例による半導体化学
センサ素子３００の一部の平面構成図である。
【００３１】化学センサ素子３００はヒータ６０を含
む。ヒータ６０は、Ｎ＋ドープ・ポリシリコンのような
導電層で形成され、ヒータの一部としての第１熱電対３
０２と、例えば、半導体化学センサ素子のダイの縁部
に、ヒータから離れて設けられた第２熱電対３０４とを
有する。第１熱電対３０２は上述の熱電対１５０に対応
し、一方、第２熱電対３０４は上述の熱電対１２に対応
する。接点３１０が、ヒータ内に形成された、第１熱電
対３０２のＰ＋導電領域に接続されている。また、接点
３０６，３０８が、第２熱電対３０４のＰ＋導電領域と
Ｎ＋導電層の一部とに、それぞれ接続されている。接点
３１２，３１４はヒータの接点である。
む。ヒータ６０は、Ｎ＋ドープ・ポリシリコンのような
導電層で形成され、ヒータの一部としての第１熱電対３
０２と、例えば、半導体化学センサ素子のダイの縁部
に、ヒータから離れて設けられた第２熱電対３０４とを
有する。第１熱電対３０２は上述の熱電対１５０に対応
し、一方、第２熱電対３０４は上述の熱電対１２に対応
する。接点３１０が、ヒータ内に形成された、第１熱電
対３０２のＰ＋導電領域に接続されている。また、接点
３０６，３０８が、第２熱電対３０４のＰ＋導電領域と
Ｎ＋導電層の一部とに、それぞれ接続されている。接点
３１２，３１４はヒータの接点である。
【００３２】熱電対３０２，３０４が発生する電圧信号
から、半導体化学センサ素子の２つの領域間の温度差
と、ヒータ中央における温度も判定することができる。
から、半導体化学センサ素子の２つの領域間の温度差
と、ヒータ中央における温度も判定することができる。
【００３３】好ましくは、第２熱電対３０４は、シリコ
ンの厚みが最大である、ダイの縁部に配置する。かかる
構成では、第２熱電対３０４は、温度が化学センサ素子
のパッケージングの温度とほぼ同一である位置にある。
したがって、第２熱電対３０４によって測定される温度
は周囲の外部温度にほぼ対応する。かかる構成は、ポリ
の抵抗率のばらつきによるロット毎のばらつきに対する
不感性(immunity)を与えるために使用することができ
る。抵抗の小さな変化によって、測定可能な温度変化が
生じる。これは、各ロット毎に第１および第２熱電対間
の温度差を観察することによって、検出可能である。
ンの厚みが最大である、ダイの縁部に配置する。かかる
構成では、第２熱電対３０４は、温度が化学センサ素子
のパッケージングの温度とほぼ同一である位置にある。
したがって、第２熱電対３０４によって測定される温度
は周囲の外部温度にほぼ対応する。かかる構成は、ポリ
の抵抗率のばらつきによるロット毎のばらつきに対する
不感性(immunity)を与えるために使用することができ
る。抵抗の小さな変化によって、測定可能な温度変化が
生じる。これは、各ロット毎に第１および第２熱電対間
の温度差を観察することによって、検出可能である。
【００３４】以上のように、半導体化学センサ素子内に
１つ以上の熱電対を設けることによって、より均一にか
つより精度高く温度の監視および制御が可能となる。
１つ以上の熱電対を設けることによって、より均一にか
つより精度高く温度の監視および制御が可能となる。
【００３５】ヒータ全体において温度は均一ではない場
合があるので、２つの熱電対をヒータ内に配置すると特
に有用である。こうすれば、ヒータの温度を異なる地点
で監視して、それに応じて制御を行うことができる。
合があるので、２つの熱電対をヒータ内に配置すると特
に有用である。こうすれば、ヒータの温度を異なる地点
で監視して、それに応じて制御を行うことができる。
【００３６】本発明による熱電対は、ヒータに隣接して
および／またはヒータの一部として集積されたＰ／Ｎ接
合から成る。従来技術のポリ抵抗と比較すると、かかる
熱電対の寸法は非常に小さく、約３０ないし５０ミクロ
ンであるので、ダイ上での良好な空間解像度が保証され
る。熱電対のサイズが小さいことは、半導体化学センサ
素子全体に複数の熱電対を集積可能であることを意味す
るので、正確な温度検出を保証するものである。
および／またはヒータの一部として集積されたＰ／Ｎ接
合から成る。従来技術のポリ抵抗と比較すると、かかる
熱電対の寸法は非常に小さく、約３０ないし５０ミクロ
ンであるので、ダイ上での良好な空間解像度が保証され
る。熱電対のサイズが小さいことは、半導体化学センサ
素子全体に複数の熱電対を集積可能であることを意味す
るので、正確な温度検出を保証するものである。
【００３７】ヒータをポリ導電層で形成すると、熱電対
をヒータの一部として集積可能である。この場合、Ｐ／
Ｎ接合は、ヒータ自体と、ヒータ内に注入された導電領
域との間に形成される。
をヒータの一部として集積可能である。この場合、Ｐ／
Ｎ接合は、ヒータ自体と、ヒータ内に注入された導電領
域との間に形成される。
【図１】本発明の第１実施例による半導体化学センサ素
子を示す簡略構成断面図。
子を示す簡略構成断面図。
【図２】本発明の第２実施例による半導体化学センサ素
子を示す簡略構成断面図。
子を示す簡略構成断面図。
【図３】本発明による図１の半導体化学センサ素子を、
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
【図４】本発明による図１の半導体化学センサ素子を、
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
【図５】本発明による図１の半導体化学センサ素子を、
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
【図６】本発明による図１の半導体化学センサ素子を、
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
異なる製造段階において示す簡略構成断面図。
【図７】メタライゼーション前の図１の半導体化学セン
サ素子の熱電対を示す簡略構成平面図。
サ素子の熱電対を示す簡略構成平面図。
【図８】本発明の第３実施例による半導体化学センサ素
子の一部を示す簡略構成平面図。
子の一部を示す簡略構成平面図。
２ 半導体化学センサ素子 ４ 感応層 ６ ヒータ部分 ８ 導電層 １０ 半導体層 １２ 熱電対 １４ Ｐ／Ｎ接合 １６ 導電層部分 １８ 導電性領域 ２０ 第１接点 ２２ 第２接点 ２４ 第１絶縁層 ２６ 第２絶縁層 ６０ ヒータ １０４ 感応層 １０６ ヒータ部分 １０８ 導電層 １１０ 半導体層 １１４ Ｐ／Ｎ接合 １１８ 導電性領域 １２４ 第１絶縁層 １２６ 第２絶縁層 １５０ 熱電対 １５２ 接点 ２００ 半導体化学センサ素子 ３００ 化学センサ素子 ３０２ 第１熱電対 ３０４ 第２熱電対 ３０６，３０８，３１０，３１２，３１４ 接点
フロントページの続き (72)発明者 リオネル・ルコウザース フランス国トゥルース31100、ケミン・サ ビト68 (72)発明者 アレクサンドラ・ロレンツォ フランス国トゥルース31100、ル・ジー ン・パリスオト・デ・ラ・バレッテ５ (72)発明者 エマニュエル・シェイド フランス国トゥルース31450、ル・ソレイ ラ・デ・ラッセレ
Claims (8)
- 【請求項１】化学物質を検出する感応層と、該感応層を
加熱するヒータとを有する半導体化学センサ素子であっ
て、前記ヒータは、前記半導体化学センサ素子内の導電
層のヒータ部分によって形成され、前記半導体化学セン
サ素子は、更に、前記感応層の温度を検出する第１熱電
対を含み、該第１熱電対は：前記導電層の前記部分の一
部として；および前記導電層のヒータ部分に隣接して；
のいずれかの構成で形成されたＰ／Ｎ接合を含み、該Ｐ
／Ｎ接合間に発生する信号が、前記感応層の温度を表わ
すことを特徴とする半導体化学センサ素子。 - 【請求項２】前記導電層は第１導電性物質で形成され、
前記熱電対は、前記導電層内に形成された第２導電性物
質の導電性領を含み、第１接点が前記導電性領域まで達
しており、前記第２導電性物質は、前記第１導電性物質
とは異なる導電型を有し、前記第１熱電対のＰ／Ｎ接合
は、前記導電性領域と前記導電層との間に接合部を含
み、前記第１接点に発生する電圧信号は、前記感応層の
温度を表わすことを特徴とする請求項１記載の半導体化
学センサ素子。 - 【請求項３】前記導電性領域は、前記導電層のヒータ部
分内に形成されることを特徴とする請求項２記載の半導
体化学センサ素子。 - 【請求項４】前記導電層は第１導電性物質で形成され、
前記熱電対は：前記導電層内に形成された第２導電性物
質の導電性領であって、第１接点が前記導電性領域まで
達しており、前記第１導電性物質とは異なる導電型を有
する前記第２導電性物質；および前記ヒータ部分に隣接
する前記導電層の部分であって、第２接点がそこまで達
している前記部分；から成り、 前記第１熱電対のＰ／Ｎ接合は、前記導電性領域と前記
導電層の前記部分との間に接合部を含み、前記第１およ
び第２接点間に発生する電圧信号が、前記感応層の温度
を表わす；を特徴とする請求項１記載の半導体化学セン
サ素子。 - 【請求項５】更に、前記感応層の温度を検出する第２熱
電対を含み、前記第２熱電対は、前記導電層のヒータ部
分に隣接して形成されたＰ／Ｎ接合を含み、該Ｐ／Ｎ接
合間に発生する信号が、前記感応層の温度を表わすこと
を特徴とする請求項３記載の半導体化学センサ素子。 - 【請求項６】前記第２熱電対は：前記導電層内に形成さ
れた前記第２導電性物質の導電性領域であって、第１接
点がそこまで達している前記導電性領域；および前記導
電層のヒータ部分に隣接する前記導電層の部分であっ
て、第２接点がそこまで達する前記部分；から成り、 前記第２熱電対のＰ／Ｎ接合は、前記導電性領域と前記
導電層の前記部分との間に接合部を含み、前記第１およ
び第２接点間に発生する電圧信号が前記感応層の温度を
表わす、ことを特徴とする請求項５記載の半導体化学セ
ンサ素子。 - 【請求項７】化学物質を検出する感応層と、該感応層を
加熱するヒータとを有する半導体化学センサ素子であっ
て、前記ヒータは、前記半導体化学センサ素子内の導電
層のヒータ部分によって形成され、前記半導体化学セン
サ素子は、更に：前記感応層の温度を検出する第１熱電
対であって、該第１熱電対は、前記導電層のヒータ部分
の一部としてまたはそれに隣接して形成されたＰ／Ｎ接
合を含み、該Ｐ／Ｎ接合間に発生する信号が前記感応層
の温度を表わす前記第１熱電対；および前記ヒータから
離れた前記半導体化学センサ素子の領域の温度を検出す
る第２熱電対であって、該第２熱電対は、導電層内に形
成されたＰ／Ｎ接合を含み、該Ｐ／Ｎ接合間に発生する
信号が前記半導体化学センサ素子の前記領域の温度を表
わす前記第２熱電対；から成ることを特徴とする半導体
化学センサ素子。 - 【請求項８】前出の請求項のいずれかに記載の半導体化
学センサ素子のための熱電対の形成方法であって：半導
体層を設ける段階；前記半導体層上全体に第１導電型を
有する導電層を形成する段階；前記導電層上全体にマス
クを形成する段階；前記マスクにパターニングおよびエ
ッチングを行い、その中に開口を形成する段階；前記第
１導電型とは異なる導電型を有するドーパントを、前記
開口を通じて前記導電層に注入し、前記導電層内に導電
性領域を形成する段階であって、前記熱電対のＰ／Ｎ接
合が、前記導電性領域と前記導電層との間に接合部有す
るように前記導電性領域を形成する前記段階；前記導電
性領域および前記導電層上全体に絶縁層を形成する段
階；前記絶縁層にパターニングおよびエッチングを行
い、前記導電領域まで達する少なくとも１つの接点開口
を形成する段階；および前記開口を金属で充填し、前記
導電性領域への接点を設け、前記導電性領域への接点に
おいて発生する電圧信号を前記Ｐ／Ｎ接合における温度
の関数とする段階；から成ることを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9602669A FR2745637B1 (fr) | 1996-03-04 | 1996-03-04 | Dispositif capteur chimique a semiconducteur et procede de formation d'un thermocouple pour ce dispositif |
| FR9602669 | 1996-03-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH102872A true JPH102872A (ja) | 1998-01-06 |
| JP3937191B2 JP3937191B2 (ja) | 2007-06-27 |
Family
ID=9489803
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05247897A Expired - Fee Related JP3937191B2 (ja) | 1996-03-04 | 1997-02-20 | 半導体化学センサ素子および半導体化学センサ素子用熱電対の形成方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5879630A (ja) |
| EP (1) | EP0794427B1 (ja) |
| JP (1) | JP3937191B2 (ja) |
| KR (1) | KR100429321B1 (ja) |
| DE (1) | DE69724486T2 (ja) |
| FR (1) | FR2745637B1 (ja) |
| TW (1) | TW374251B (ja) |
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| US20090043264A1 (en) * | 2005-04-24 | 2009-02-12 | Novo Nordisk A/S | Injection Device |
| DE102006006347B3 (de) | 2006-02-07 | 2007-08-23 | Universität Rostock | Sensorvorrichtung für ein elektrochemisches Messgerät und Verfahren zur Durchführung elektrochemischer Messungen |
| JP5183499B2 (ja) * | 2006-03-10 | 2013-04-17 | ノボ・ノルデイスク・エー／エス | 注射装置 |
| JP5062768B2 (ja) * | 2006-03-10 | 2012-10-31 | ノボ・ノルデイスク・エー／エス | 注射装置および該装置のカートリッジを交換する方法 |
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| AU2007253481B2 (en) * | 2006-05-18 | 2013-01-17 | Novo Nordisk A/S | An injection device with mode locking means |
| EP2073871B1 (en) * | 2006-09-29 | 2013-03-20 | Novo Nordisk A/S | An injection device with electronic detecting means |
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| EP2190506B1 (en) | 2007-08-17 | 2011-08-17 | Novo Nordisk A/S | Medical device with value sensor |
| ES2385630T3 (es) * | 2007-12-31 | 2012-07-27 | Novo Nordisk A/S | Dispositivo de inyección controlado electrónicamente |
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