JPH11118616A - Temperature sensor, semiconductor wafer with temperature measuring function, and method of forming thermocouple sensor - Google Patents

Temperature sensor, semiconductor wafer with temperature measuring function, and method of forming thermocouple sensor

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JPH11118616A
JPH11118616A JP9260164A JP26016497A JPH11118616A JP H11118616 A JPH11118616 A JP H11118616A JP 9260164 A JP9260164 A JP 9260164A JP 26016497 A JP26016497 A JP 26016497A JP H11118616 A JPH11118616 A JP H11118616A
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JP
Japan
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conductor
thermocouple
insulating layer
wafer
forming
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Application number
JP9260164A
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Japanese (ja)
Inventor
H Schwagerman William
エイチ. シュワガーマン ウィリアム
C Shew William
シー. シュー ウィリアム
P Calvertson David
ピー. カルバートソン デイビッド
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
CLAUDE S GORDON CO
Original Assignee
CLAUDE S GORDON CO
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable measuring the surface temperature of a wafer in a semiconductor manufacturing equipment, improve precision, and reduce cost. SOLUTION: This temperature sensor contains a semiconductor wafer 26 having a thermocouple contact 46 formed or arranged on the wafer surface 30. The thermocouple contact 46 can contain a first patterned conductor 36 and a second patterned conductor 40 formed separately from the conductor 36. The first and the second patterned conductors 36 and 40 are in electric contact with each other and form the thermocouple contact 46 in an overlap region. Other thermocouple contacts are formed above the thermocouple contact 46, and a plurality of thermoelectric couples laminated in the vertical direction are formed. Thereby the temperature gradient in the vertical direction can be measured.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、広義には、製造工
程において温度を測定する温度センサデバイスに関し、
より具体的には、測温機能付き半導体ウエハに関する。
The present invention relates generally to a temperature sensor device for measuring temperature in a manufacturing process,
More specifically, the present invention relates to a semiconductor wafer with a temperature measurement function.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体ウエハの特に表面における温度
は、半導体製造工程における重要な工程パラメータであ
る。ウエハ表面の温度を制御するには、まずその温度を
正確に測定しなければならない。半導体製造工程中のウ
エハ温度を決定する従来技術による熱電対埋込半導体ウ
エハ(thermocouple-embedded semiconductor wafer)1
0を図1に示す。上面14を有する半導体基板12は、
基板12内に空洞(cavity)16を有する。2つの互いに
異種である伝導体20によって形成される熱電対接点1
8は、シース22で包まれている。シース22は、空洞
16内に埋め込まれ、セラミック埋込用化合物(seramic
potting compound)24によって固定される。冷接点
(図示せず)と熱電対接点18との間の温度差によっ
て、ミリボルト単位で測定可能な起電力(electromotive
force)が生じる。
2. Description of the Related Art Temperature, particularly at the surface of a semiconductor wafer, is an important process parameter in a semiconductor manufacturing process. To control the temperature of the wafer surface, it must first be accurately measured. Prior Art Thermocouple-embedded semiconductor wafer 1 for determining wafer temperature during semiconductor manufacturing process
0 is shown in FIG. The semiconductor substrate 12 having the upper surface 14
The substrate 12 has a cavity 16 therein. Thermocouple contact 1 formed by two dissimilar conductors 20
8 is wrapped in a sheath 22. The sheath 22 is embedded in the cavity 16 and contains a ceramic embedding compound (ceramic).
(potting compound) 24. Due to the temperature difference between the cold junction (not shown) and the thermocouple junction 18, the electromotive force, which can be measured in millivolts,
force) occurs.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記図1の従来技術に
よる熱電対埋込半導体ウエハ10における1つの欠点
は、非経済的で手間のかかる製造工程である。このセン
サの製造には、空洞16を設けるために基板12に穴を
形成する工程が含まれる。配線20によって形成される
熱電対接点18を手作業で空洞16内に入れなければな
らず、また、熱電対接点18を固定するためにセラミッ
ク埋込用化合物24を空洞16内に充填しなければなら
ない。さらに、(空洞16内に適合するように)熱電対
接点18は小さいので、デバイスは極端に壊れやすい。
さらに、(表面の温度勾配(thermal surface gradient)
を得るために)基板12の表面14付近の異なる位置に
おける温度を得たい場合も多く、そのような場合、基板
12内の熱電対の数が増えるにつれ、このデバイスのコ
ストは劇的に上昇していた。
One disadvantage of the prior art thermocouple embedded semiconductor wafer 10 of FIG. 1 is the uneconomical and laborious manufacturing process. Manufacturing the sensor includes forming a hole in substrate 12 to provide cavity 16. The thermocouple contact 18 formed by the wiring 20 must be manually inserted into the cavity 16 and the ceramic embedding compound 24 must be filled into the cavity 16 to secure the thermocouple contact 18. No. Furthermore, because the thermocouple contacts 18 are small (to fit within the cavity 16), the device is extremely fragile.
Furthermore, (thermal surface gradient)
Often, one wants to obtain temperatures at different locations near the surface 14 of the substrate 12 (in order to obtain the same), in which case the cost of the device will increase dramatically as the number of thermocouples in the substrate 12 increases. I was

【0004】上記従来技術による熱電対埋込半導体ウエ
ハ10におけるもう1つの欠点は、高温測定の用途にお
いて、このセンサの寿命が限られていることである。熱
電対シース22をセラミック埋込用化合物24内に固定
することにより、取り扱いの際に損傷を受けやすい脆い
構造となる。これにより、従来技術による上記温度セン
サを定期的に交換する必要が生じるので、そのコストは
経時的にさらに増加していた。
[0004] Another disadvantage of the prior art embedded thermocouple semiconductor wafer 10 is the limited lifetime of the sensor in high temperature measurement applications. Fixing the thermocouple sheath 22 in the ceramic embedding compound 24 results in a brittle structure that is easily damaged during handling. As a result, the temperature sensor according to the prior art needs to be periodically replaced, so that the cost is further increased with time.

【0005】従来技術による上記温度センサのさらに別
の欠点は、熱電対接点18、熱電対配線20およびシー
ス22の質量に起因して、埋め込まれた熱電対接点18
が、ウエハに熱負荷をかけることである。この熱負荷に
よって、熱電対接点の位置する空洞16におけるウエハ
温度、およびウエハ表面上のシース22に沿った部分の
ウエハ温度に乱れが生じて、これにより、温度測定が不
正確になり得る。さらに、ウエハに複数の熱電対接点を
設けたい場合もあり、そのような場合、配線、接点およ
び対応するシースに起因して、ウエハ温度分布にさらな
る乱れが生じるとともに、ウエハの取り扱いが困難にな
っていた。
[0005] Yet another disadvantage of the prior art temperature sensor is that due to the mass of the thermocouple contacts 18, thermocouple wires 20 and sheath 22, the embedded thermocouple contacts 18.
Is to apply a thermal load to the wafer. This thermal load causes a disturbance in the temperature of the wafer in the cavity 16 where the thermocouple contacts are located, and in the portion of the wafer surface along the sheath 22 that can lead to inaccurate temperature measurements. Further, it may be desirable to provide multiple thermocouple contacts on the wafer, in which case the wiring, contacts and corresponding sheaths will cause additional disturbances in the wafer temperature distribution and make handling the wafer difficult. I was

【0006】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、半導体製造装置内のウエハの表面温度
を測定することが可能な、精度の高い、またコストの削
減につながる測温機能付き半導体ウエハ、温度センサを
提供すること、および熱電対センサを形成する方法を提
供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and has a high-precision and temperature-measuring function capable of measuring the surface temperature of a wafer in a semiconductor manufacturing apparatus. It is an object of the present invention to provide a semiconductor wafer with a temperature, a temperature sensor, and a method of forming a thermocouple sensor.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明による温度センサ
は、半導体ウエハと、該半導体ウエハの表面上の熱電対
接点とを備えた温度センサであって、これにより上記目
的を達成する。
SUMMARY OF THE INVENTION A temperature sensor according to the present invention is a temperature sensor having a semiconductor wafer and a thermocouple contact on a surface of the semiconductor wafer, and achieves the above object.

【0008】前記熱電対接点は、前記半導体ウエハ上に
形成される第1の導電体と、該半導体ウエハ上に形成さ
れる第2の導電体とを備えていてもよく、該第2の導電
体は該第1の導電体から離して設けられ、該第1および
第2の導電体は互いに異種の導電体であり且つオーバー
ラップ領域においては互いに電気的に接触して熱電対接
点を形成していてもよい。
[0008] The thermocouple contact may include a first conductor formed on the semiconductor wafer and a second conductor formed on the semiconductor wafer. The body is spaced apart from the first conductor, the first and second conductors being different conductors and electrically contacting each other in the overlap region to form a thermocouple contact. May be.

【0009】前記熱電対接点は、第1の導電体と、該第
1の導電体から離して設けられる第2の導電体とを備え
ていてもよく、該第1および第2の導電体はオーバーラ
ップ領域においては互いに電気的に接触して熱電対接点
を形成していてもよい。
The thermocouple contact may include a first conductor and a second conductor provided separately from the first conductor, wherein the first and second conductors are In the overlap region, the thermocouple contacts may be formed in electrical contact with each other.

【0010】前記半導体ウエハと前記熱電対接点との間
に設けられた絶縁層をさらに備えていてもよい。
[0010] The semiconductor device may further include an insulating layer provided between the semiconductor wafer and the thermocouple contact.

【0011】前記熱電対接点に接続され、該熱電対接点
からの電気信号を中継する電気的コネクタをさらに備え
ていてもよい。
[0011] An electric connector connected to the thermocouple contact and relaying an electric signal from the thermocouple contact may be further provided.

【0012】前記半導体ウエハ上の様々な位置に存在す
る複数の熱電対接点をさらに備え、該複数の熱電対接点
は、該様々な位置における温度の電気的な指標を提供す
るように動作可能であり、これにより、温度マッピング
センサを作成するようにしてもよい。
[0012] The semiconductor device further includes a plurality of thermocouple contacts located at various locations on the semiconductor wafer, the plurality of thermocouple contacts operable to provide an electrical indication of temperature at the various locations. Yes, a temperature mapping sensor may be created.

【0013】前記熱電対接点上の絶縁層と、該絶縁層上
の第2の熱電対接点とを備えており、これにより、垂直
方向に積層された2つの熱電対を形成し、一方の該熱電
対は該半導体ウエハの前記表面上の温度を感知し、他方
の該熱電対は該半導体ウエハの該表面から所定の高さの
温度を感知するようにしてもよい。
[0013] An insulating layer on the thermocouple contact and a second thermocouple contact on the insulating layer are provided to form two vertically stacked thermocouples, one of the thermocouples being stacked on the other. A thermocouple may sense a temperature on the surface of the semiconductor wafer, and the other thermocouple may sense a temperature at a predetermined height from the surface of the semiconductor wafer.

【0014】また、本発明による測温機能付き半導体ウ
エハは、基板と、該基板上の絶縁層と、該絶縁層上の第
1の導電体と、該絶縁層上に、該第1の導電体から水平
方向に離して設けられる第2の導電体とを備え、該第1
および第2の導電体はオーバーラップ領域において互い
に接触して該ウエハの表面上に熱電対接点を形成する測
温機能付き半導体ウエハであって、これにより上記目的
を達成する。
Further, the semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention comprises a substrate, an insulating layer on the substrate, a first conductor on the insulating layer, and a first conductive material on the insulating layer. A second conductor provided horizontally apart from the body;
And the second conductor is a semiconductor wafer with a temperature measurement function that contacts each other in the overlap region to form a thermocouple contact on the surface of the wafer, thereby achieving the above object.

【0015】それぞれ対にされる複数の第1および第2
の導電体をさらに備えることにより、該ウエハ表面付近
の異なる位置に複数の熱電対接点を形成し、これによ
り、該ウエハの温度マッピングを行うようにしてもよ
い。
[0015] A plurality of first and second pairs each being paired.
May be further provided to form a plurality of thermocouple contacts at different positions near the wafer surface, thereby performing temperature mapping of the wafer.

【0016】前記第1の導電体は、前記オーバーラップ
領域から電気的コネクタに延びるパターニングされたス
トリップを備えていてもよい。
[0016] The first electrical conductor may comprise a patterned strip extending from the overlap region to an electrical connector.

【0017】前記絶縁層と前記第1および第2の導電体
との間に設けられた拡散バリア層をさらに備え、該拡散
バリア層が、該基板から該第1および第2の導電体への
半導体材料の移動を防ぐようにしてもよい。
The semiconductor device further comprises a diffusion barrier layer provided between the insulating layer and the first and second conductors, the diffusion barrier layer being provided between the substrate and the first and second conductors. The movement of the semiconductor material may be prevented.

【0018】前記第1および第2の導電体上の保護層を
さらに備え、これにより、該第1および第2の導電体を
汚染あるいは劣化から保護するようにしてもよい。
[0018] A protective layer on the first and second conductors may be further provided, thereby protecting the first and second conductors from contamination or deterioration.

【0019】前記第1の導電体はタンタルであり、前記
第2の導電体はニッケルであってもよい。
[0019] The first conductor may be tantalum, and the second conductor may be nickel.

【0020】前記第1および第2の導電体は互いに異種
であり且つ熱電対材料を包含していてもよい。
The first and second conductors may be different from each other and include a thermocouple material.

【0021】前記第1および第2の導電体は互いに異種
であり且つタンタル、ニッケル、ロジウム、鉄、アルミ
ニウム、銅、イリジウム、モリブデン、白金、チタン、
タングステン、金、およびクロムからなる群より選択さ
れるものであってもよい。
The first and second conductors are different from each other and include tantalum, nickel, rhodium, iron, aluminum, copper, iridium, molybdenum, platinum, titanium,
It may be selected from the group consisting of tungsten, gold, and chromium.

【0022】前記熱電対接点に接続される電気的コネク
タをさらに備え、該電気的コネクタは、該熱電対接点へ
の/からの電気信号を伝達するように動作可能にしても
よい。
[0022] The electronic device may further include an electrical connector connected to the thermocouple contact, the electrical connector operable to transmit an electrical signal to / from the thermocouple contact.

【0023】また、本発明における熱電対センサを形成
する方法は、半導体基板上に絶縁層を形成するステップ
と、該絶縁層上に熱電対接点を形成するステップとを包
含しており、そのことにより上記目的を達成する。
The method of forming a thermocouple sensor according to the present invention includes the steps of forming an insulating layer on a semiconductor substrate and forming a thermocouple contact on the insulating layer. Achieves the above object.

【0024】半導体基板上に絶縁層を形成する前記ステ
ップは、二酸化シリコン、窒化シリコン、およびアルミ
ナからなる群より選択される絶縁体の堆積を包含してい
てもよい。
[0024] The step of forming an insulating layer on the semiconductor substrate may include depositing an insulator selected from the group consisting of silicon dioxide, silicon nitride, and alumina.

【0025】熱電対接点を形成する前記ステップは、前
記絶縁層上に第1の導電層を堆積させるステップと、該
第1の導電層をパターニングすることにより、端部を有
する導電ストリップを形成するステップと、該導電スト
リップ上に第2の絶縁層を形成するステップと、該第2
の絶縁層をパターニングすることにより、該第1の導電
ストリップの該端にまで到達する穴を該第2の絶縁層中
に形成するステップと、該第2の絶縁層上に第2の導電
層を堆積させるステップであって、該第2の導電層は該
第1の導電層とは異種の導電材料であり、且つ、該第2
の導電層は、該第2の絶縁層中の該穴を介して該第1の
導電ストリップに電気的に接触して熱電対接点を形成す
るステップと、該第2の導電層をパターニングすること
により、第2の導電ストリップを形成するステップとを
包含していてもよい。
The step of forming a thermocouple contact includes the steps of depositing a first conductive layer on the insulating layer and patterning the first conductive layer to form a conductive strip having an end. Forming a second insulating layer on the conductive strip;
Forming a hole in said second insulating layer to reach said end of said first conductive strip by patterning said insulating layer; and forming a second conductive layer on said second insulating layer. Depositing the second conductive layer, wherein the second conductive layer is made of a different conductive material from the first conductive layer;
Electrically contacting the first conductive strip through the hole in the second insulating layer to form a thermocouple contact; and patterning the second conductive layer. Forming a second conductive strip.

【0026】熱電対接点を形成する前記ステップは、前
記絶縁層上に第1の導電体を形成するステップと、該絶
縁層上に第2の導電体を形成するステップとを包含して
いてもよく、該第2の導電体は該第1の導電体から水平
方向に離して設けられ、該第1の導電体とは異種であ
り、且つ終端点において該第1の導電体に電気的に接触
するようにしてもよい。
[0026] The step of forming a thermocouple contact may include forming a first conductor on the insulating layer and forming a second conductor on the insulating layer. Preferably, the second conductor is provided horizontally apart from the first conductor, is different from the first conductor, and is electrically connected to the first conductor at a termination point. You may make it contact.

【0027】前記第1および第2の導電体上に絶縁層を
形成するステップをさらに包含し、これにより、前記終
端点以外において該第1および第2の導電体が互いに電
気的な分離を維持するとともに、該第1および第2の導
電体を汚染あるいは劣化から保護するようにしてもよ
い。
The method may further include forming an insulating layer on the first and second conductors, such that the first and second conductors maintain electrical isolation from each other except at the termination point. In addition, the first and second conductors may be protected from contamination or deterioration.

【0028】熱電対接点を形成する前記ステップは、前
記絶縁層上に第1の導電層および第2の導電層を形成す
るステップと、該第1および第2の導電層に対してエッ
チングを行うことにより第1および第2のパターニング
された導電ストリップを形成するステップとを包含して
いてもよく、該第1および第2の導電ストリップは、互
いに離して設けられるとともに互いに異種であり、且つ
終端点において互いに電気的に接触するようにしてもよ
い。
The step of forming a thermocouple contact includes the steps of forming a first conductive layer and a second conductive layer on the insulating layer, and performing etching on the first and second conductive layers. Forming first and second patterned conductive strips, wherein the first and second conductive strips are spaced apart from each other and are dissimilar to each other, and are terminated. The points may be in electrical contact with each other.

【0029】あるいは、本発明による温度センサは、半
導体ウエハと、該半導体ウエハ上に形成され、互いに電
気的に絶縁された複数の熱電対とを備え、これらによっ
て、該半導体ウエハ上に垂直方向に積層された熱電対を
形成し、該複数の熱電対は、該半導体ウエハ上の複数の
高さにおける温度を感知するように動作可能であり、こ
れにより、垂直方向の温度勾配を得る温度センサであっ
て、これにより上記目的を達成する。
Alternatively, a temperature sensor according to the present invention comprises a semiconductor wafer and a plurality of thermocouples formed on the semiconductor wafer and electrically insulated from each other, whereby the thermocouples are vertically arranged on the semiconductor wafer. Forming a stacked thermocouple, wherein the plurality of thermocouples are operable to sense temperatures at a plurality of heights on the semiconductor wafer, thereby providing a vertical temperature gradient. Accordingly, the above object is achieved.

【0030】あるいは、本発明による温度センサは、半
導体ウエハと、該半導体ウエハ上に堆積およびパターニ
ングされた第1の導電体と、該第1の導電体上に形成お
よびパターニングされた絶縁層であって、該絶縁層中に
おいて該第1の導電体の一方の端部の上に穴を有する絶
縁層と、該絶縁層上に堆積およびパターニングされた第
2の導電体であって、該穴を介して該第1の導電体と電
気的に接触して熱電対接点を形成する第2の導電体とを
備えた温度センサであって、これにより上記目的を達成
する。
Alternatively, a temperature sensor according to the present invention comprises a semiconductor wafer, a first conductor deposited and patterned on the semiconductor wafer, and an insulating layer formed and patterned on the first conductor. An insulating layer having a hole on one end of the first conductor in the insulating layer, and a second conductor deposited and patterned on the insulating layer, wherein the hole is A second conductor forming a thermocouple contact by electrically contacting the first conductor via the first conductor, thereby achieving the above object.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】本発明による測温機能付き半導体
ウエハは、半導体ウエハ上に形成あるいは配置される熱
電対を有する。熱電対が半導体ウエハの表面上にあるこ
とによって、半導体ウエハ内の垂直方向の温度勾配を考
慮しなくても、ウエハ表面温度を正確に決定することが
できる。半導体製造技術を用いて表面上に熱電対を形成
すれば、熱電対接点およびそれに付随するリード線の質
量を従来技術による離散的な熱電対の質量よりも小さく
することができるので、熱負荷に起因する誤差も低減さ
れる。半導体ウエハ表面上の様々な位置に上記のような
熱電対を複数形成および配置し、これにより、半導体ウ
エハの熱的表面プロファイル(thermal surface profil
e)をマッピングする(即ち、分布を決定する)ことが可
能になる。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention has a thermocouple formed or arranged on a semiconductor wafer. Since the thermocouple is on the surface of the semiconductor wafer, the temperature of the wafer surface can be accurately determined without considering the vertical temperature gradient in the semiconductor wafer. Forming a thermocouple on the surface using semiconductor manufacturing technology can reduce the mass of the thermocouple contacts and associated leads to less than the mass of discrete thermocouples of the prior art, thus reducing thermal load. The resulting error is also reduced. Multiple such thermocouples are formed and placed at various locations on the semiconductor wafer surface, thereby providing a thermal surface profile of the semiconductor wafer.
e) can be mapped (ie, the distribution determined).

【0032】半導体基板上に電気的絶縁材料を形成し、
その後、この絶縁材料上に2つの互いに異種の導電材料
をパターニングすることによって、上記熱電対を形成す
ることができる。2つの互いに異種の導電材料は、その
2つの互いに異種の導電材料が互いにオーバーラップし
て電気的に接触することによって熱電対接点を形成して
いるオーバーラップ領域を除いては、互いに水平方向に
離して設けられる(従って、互いに電気的に分離されて
いる)。汚染あるいは劣化から熱電対を保護する保護層
によって熱電対を覆ってもよい。保護層は電気的には絶
縁性であり、これによって、上記導電材料の電気的分離
が(接点を除いて)さらに維持される。また、保護層は
熱伝導性であり、これにより、熱電対接点によって実際
のウエハ表面温度を正確に測定することが可能になる。
Forming an electrically insulating material on the semiconductor substrate,
Thereafter, the thermocouple can be formed by patterning two different conductive materials on the insulating material. The two dissimilar conductive materials are oriented horizontally with respect to each other, except for the overlap region where the two dissimilar conductive materials overlap and electrically contact each other to form a thermocouple contact. They are spaced apart (and are therefore electrically isolated from each other). The thermocouple may be covered by a protective layer that protects the thermocouple from contamination or degradation. The protective layer is electrically insulating, which further maintains the electrical isolation of the conductive material (except for the contacts). Also, the protective layer is thermally conductive, which allows the actual wafer surface temperature to be accurately measured by thermocouple contacts.

【0033】本発明による熱電対センサを形成する方法
には、半導体ウエハの表面上に熱電対を形成あるいは配
置する工程が含まれる。半導体ウエハの表面上に熱電対
を形成する工程は、第1および第2の互いに異種の導電
材料を絶縁材料上で互いに水平方向に離して形成する工
程を含む。パターニングされた第1および第2の導電体
はオーバーラップ領域において互いに重なって電気的に
接触し、これにより、熱電対接点を形成する。同様に、
半導体ウエハ表面付近の様々な位置にこのような熱電対
を複数形成することが可能であり、これにより、半導体
ウエハ表面上の熱的表面プロファイルのマッピングが可
能になる。
A method of forming a thermocouple sensor according to the present invention includes forming or placing a thermocouple on a surface of a semiconductor wafer. Forming the thermocouple on the surface of the semiconductor wafer includes forming first and second different types of conductive materials on the insulating material horizontally apart from each other. The patterned first and second conductors are in overlapping electrical contact with each other in the overlap region, thereby forming a thermocouple contact. Similarly,
A plurality of such thermocouples can be formed at various locations near the semiconductor wafer surface, which allows mapping of the thermal surface profile on the semiconductor wafer surface.

【0034】図2は、本発明による測温機能付き半導体
ウエハ26の斜視図である。測温機能付き半導体ウエハ
26は、上面30を有する半導体基板28を含む。ある
いは、基板28は、アルミナ、ガラス、セラミクス等の
他の材料を含み得る。複数の熱電対32が、ウエハ基板
28上に形成されている。各熱電対32は、上面30上
に形成される第1の導電ストリップ36を有する。第1
の導電ストリップ36の一端は第1のボンドパッド38
にある。第2の導電ストリップ40は、第1の導電スト
リップ36から水平方向に離して設けられ、その一端は
第2のボンドパッド42にある。第1および第2の導電
ストリップ36および40の他方の端は共に、領域44
内にある。領域44内で導電ストリップ36および40
がオーバーラップし、互いに電気的に接触して熱電対接
点46を形成している。他の熱電対32も、ウエハ表面
30上での位置が異なるだけで、その構造および形状は
同じであってよい。
FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor wafer 26 having a temperature measuring function according to the present invention. The semiconductor wafer 26 with a temperature measurement function includes a semiconductor substrate 28 having an upper surface 30. Alternatively, substrate 28 may include other materials such as alumina, glass, ceramics, and the like. A plurality of thermocouples 32 are formed on the wafer substrate 28. Each thermocouple 32 has a first conductive strip 36 formed on top surface 30. First
One end of the conductive strip 36 is connected to a first bond pad 38.
It is in. The second conductive strip 40 is provided horizontally apart from the first conductive strip 36 and has one end at a second bond pad 42. The other ends of the first and second conductive strips 36 and 40 are both
Is within. Conductive strips 36 and 40 in region 44
Overlap and are in electrical contact with each other to form a thermocouple contact 46. Other thermocouples 32 may be the same in structure and shape, only differing in location on the wafer surface 30.

【0035】好適な実施形態においては、図2の測温機
能付き半導体ウエハ26は、ウエハコネクタ固定具(waf
er connector fixture)48をも有する。ウエハコネク
タ固定具48は、応力除去クランプ(stress relief cla
mp)50および互いに結合されているウエハコネクタ5
2を有する。ウエハコネクタ固定具48は、半導体ウエ
ハ26と、それぞれ2本の配線56を有する複数の熱電
対配線シース54とを保持する。応力除去クランプ50
およびウエハコネクタ52は、複数の熱電対シース54
を保持して、これらをウエハ26に対して固定する。こ
の特徴により、耐久性が向上し、操作者がどのように取
り扱っても使用可能な状態が維持される。各熱電対シー
ス54内の各2本の配線56の内、第1の配線は熱電対
32の第1のボンドパッド38に、そして、その第2の
配線は熱電対32の第2のボンドパッド42に電気的に
接続する。好適な実施形態においては、2本の配線56
をそれぞれのボンドパッド38および42に対して溶接
して純遷移(pure transition)を得ることにより、共融
合金(eutectics)に伴う問題を回避するとともに、遷移
における均質性を維持する。コネクタ58を各熱電対シ
ース54に接続することにより、熱電対接点46を変換
回路(図示せず)に電気的に接続する。動作中、測温機
能付き半導体ウエハ26の熱電対接点46は、熱電対接
点46とその他端(例えば、冷接点)との間の温度差を
感知して、ミリボルト単位の起電力を発生させる。この
電圧の大きさは、温度差の関数であり、熱電対接点46
における温度を表す温度値に変換される。あるいは、上
記複数の熱電対シース54を平行型コネクタ(parallel-
type connector)まで延ばして、上記変換回路と電気的
に連絡させてもよい。
In a preferred embodiment, the semiconductor wafer 26 having the temperature measuring function shown in FIG.
er connector fixture) 48. The wafer connector fixture 48 includes a stress relief clamp.
mp) 50 and the wafer connector 5 joined together
2 The wafer connector fixture 48 holds the semiconductor wafer 26 and a plurality of thermocouple wiring sheaths 54 each having two wirings 56. Stress relief clamp 50
And the wafer connector 52 includes a plurality of thermocouple sheaths 54.
And fix them to the wafer 26. Due to this feature, the durability is improved, and a usable state is maintained regardless of how the operator handles it. Of each two wires 56 in each thermocouple sheath 54, a first wire is to a first bond pad 38 of the thermocouple 32 and a second wire is to a second bond pad of the thermocouple 32. 42 is electrically connected. In a preferred embodiment, two wires 56
Are welded to the respective bond pads 38 and 42 to obtain a pure transition, thereby avoiding problems with eutectics and maintaining homogeneity in the transition. By connecting a connector 58 to each thermocouple sheath 54, the thermocouple contacts 46 are electrically connected to a conversion circuit (not shown). In operation, the thermocouple contact 46 of the semiconductor wafer 26 with temperature sensing senses the temperature difference between the thermocouple contact 46 and the other end (eg, the cold junction) and generates an electromotive force in millivolts. The magnitude of this voltage is a function of the temperature difference and the thermocouple contact 46
Is converted to a temperature value representing the temperature at. Alternatively, the plurality of thermocouple sheaths 54 may be connected to a parallel connector (parallel-
(type connector), and may be electrically connected to the conversion circuit.

【0036】図3は、半導体製造装置60内に設置され
た測温機能付き半導体ウエハ26を示す側面図である。
コネクタ58は、フィードスルー(feedthrough)59を
介して、装置60の外部で変換回路に電気的に接続され
る。本実施例では、スパッタリング装置を示している
が、本発明はあらゆる種類の半導体製造装置に適用可能
である。
FIG. 3 is a side view showing the semiconductor wafer 26 with a temperature measuring function installed in the semiconductor manufacturing apparatus 60.
The connector 58 is electrically connected to the conversion circuit outside the device 60 via a feedthrough 59. Although this embodiment shows a sputtering apparatus, the present invention can be applied to all kinds of semiconductor manufacturing apparatuses.

【0037】図4は、図2の熱電対32の中の1つにお
ける、熱電対接点46が形成される端部領域44を示す
拡大斜視図である。図示されているように、第1の導電
体36は第2の導電体40から水平方向に離してその長
手方向に沿って設けられている。第1の導電体36およ
び第2の導電体40は、端部領域44で湾曲して互いに
近づき、オーバーラップ領域46において互いに電気的
に接触して熱電対接点46を形成する。好適な実施形態
においては、一方の導電体36はタンタルであり、他方
の導電体40はニッケルである。合金内の組成の均一性
を維持することは困難であり、また、合金の熱電特性は
その組成に強く依存するので、導電体36および40は
純粋金属であることが好ましい。純粋物質を用いること
によって、導電体36および40と2本の配線56との
適合性も向上する。
FIG. 4 is an enlarged perspective view of one of the thermocouples 32 of FIG. 2 showing an end region 44 where a thermocouple contact 46 is formed. As shown, the first conductor 36 is provided along the longitudinal direction of the second conductor 40 at a horizontal distance from the second conductor 40. The first conductor 36 and the second conductor 40 curve toward each other at an end region 44 and make electrical contact with each other at an overlap region 46 to form a thermocouple contact 46. In the preferred embodiment, one conductor 36 is tantalum and the other conductor 40 is nickel. The conductors 36 and 40 are preferably pure metals because it is difficult to maintain compositional uniformity within the alloy and the thermoelectric properties of the alloy are strongly dependent on its composition. By using a pure substance, the compatibility between the conductors 36 and 40 and the two wirings 56 is also improved.

【0038】図5は、図4の点線62に沿った断面図で
ある。この位置では、導電体36および40は互いに水
平方向に離して設けられており、且つ、互いに電気的に
分離されている。半導体基板28上には絶縁層66があ
り、その上に、堆積およびパターニングによって導電体
36および40が形成される。好適な実施形態において
は、両導電体36および40の上に保護層68が設けら
れる。保護層68は、熱電対が動作するために必ず必要
なものではなく、任意に省略可能であるが、保護層68
を用いれば、導電体36および40を汚染あるいは劣化
から保護することが可能である。好ましくは、保護層6
8はアルミナである。
FIG. 5 is a sectional view taken along the dotted line 62 in FIG. In this position, conductors 36 and 40 are provided horizontally apart from each other and are electrically isolated from each other. On the semiconductor substrate 28 is an insulating layer 66, on which the conductors 36 and 40 are formed by deposition and patterning. In a preferred embodiment, a protective layer 68 is provided over both conductors 36 and 40. The protective layer 68 is not always necessary for the operation of the thermocouple, and can be arbitrarily omitted.
Is used, it is possible to protect the conductors 36 and 40 from contamination or deterioration. Preferably, the protective layer 6
8 is alumina.

【0039】図6は、上記と同様に図4の点線62に沿
った、別の実施形態を示す断面図である。この実施形態
は、絶縁層66上に拡散バリア層70が設けられている
ことを除いては、図5に示される実施形態と実質的に同
じである。拡散バリア層70は好ましくはアルミナであ
る。拡散バリア層70を用いて、ウエハ基板28からの
半導体物質の移動を防ぐことにより、導電体36および
40の汚染を防ぐことが可能である。
FIG. 6 is a cross-sectional view of another embodiment, similar to the above, taken along dotted line 62 in FIG. This embodiment is substantially the same as the embodiment shown in FIG. 5, except that a diffusion barrier layer 70 is provided on the insulating layer 66. Diffusion barrier layer 70 is preferably alumina. By using the diffusion barrier layer 70 to prevent semiconductor material from migrating from the wafer substrate 28, contamination of the conductors 36 and 40 can be prevented.

【0040】図7は、図4の点線64に沿った断面図で
あり、端部領域44を示す。オーバーラップ領域におい
て、導電体36および40は互いにオーバーラップして
電気的に接触している。オーバーラップ領域は、絶縁層
66によってウエハ基板28から絶縁されるとともに、
保護層68によって覆われる。
FIG. 7 is a cross-sectional view along the dotted line 64 of FIG. In the overlap region, the conductors 36 and 40 overlap and are in electrical contact with each other. The overlap region is insulated from the wafer substrate 28 by the insulating layer 66,
Covered by a protective layer 68.

【0041】図8a〜図8hは、半導体ウエハ基板28
の表面30上に熱電対を形成するための好適な方法であ
るシャドウマスキング膜蒸着工程(shadowmasking film
deposition process)を示す部分断面図である。図8a
において、スチーム(steam)等の標準的な酸化型工程(ox
idation-type process)あるいは他の公知の半導体製造
工程を用いて、シリコンでできていてもよいウエハ基板
28を絶縁層66で覆う。絶縁層66は、二酸化シリコ
ンあるいは窒化シリコンであり得る。他の種類の絶縁材
料を用いることも可能である。絶縁層66によって、後
に絶縁層66上に形成される熱電対接点46は、半導体
ウエハ基板28に伴うあらゆる電気的干渉から絶縁され
る。
FIGS. 8A to 8H show the semiconductor wafer substrate 28.
A preferred method for forming a thermocouple on the surface 30 of the mask is a shadow masking film deposition process.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a deposition process). FIG.
In standard oxidation type processes such as steam (ox)
The wafer substrate 28, which may be made of silicon, is covered with an insulating layer 66 using an idation-type process or other known semiconductor manufacturing processes. Insulating layer 66 can be silicon dioxide or silicon nitride. Other types of insulating materials can be used. The insulating layer 66 insulates the thermocouple contacts 46 that are later formed on the insulating layer 66 from any electrical interference associated with the semiconductor wafer substrate 28.

【0042】図8bにおいて、第1のマスクテンプレー
ト(mask template)72を、絶縁層66上に配置する。
マスクテンプレート72は、その後に形成される材料
を、絶縁層66に選択的に接触させる。その後、図8c
に示されるように、第1の導電層73を、マスクテンプ
レート72と絶縁層66の露出部分との上に堆積させ
る。その後、マスクテンプレート72を除去すると、第
1の導電体36が図8dに示されるように残る。
Referring to FIG. 8 b, a first mask template 72 is disposed on the insulating layer 66.
The mask template 72 selectively contacts a subsequently formed material to the insulating layer 66. Then, FIG.
A first conductive layer 73 is deposited over the mask template 72 and the exposed portions of the insulating layer 66, as shown in FIG. Thereafter, when the mask template 72 is removed, the first conductor 36 remains as shown in FIG. 8D.

【0043】図8eにおいて、第2のマスクテンプレー
ト74を第1の導電体36上に配置する。マスクテンプ
レート74は、その後に形成される材料を、第1の導電
体36および絶縁層66に選択的に接触させる。その
後、図8fに示されるように、第2の導電層75を、マ
スクテンプレート74と、第1の導電体36および絶縁
層66の露出部分との上に堆積させる。その後、マスク
テンプレート74を除去すると、図8gに示されるよう
に、第2の導電体40が第1の導電体36上に残り、熱
電対接点46が形成される。その後、図8hに示される
ように、保護層68を第1および第2の導電体36およ
び40上に堆積させる。
In FIG. 8E, a second mask template 74 is disposed on the first conductor 36. The mask template 74 selectively contacts a subsequently formed material with the first conductor 36 and the insulating layer 66. Thereafter, as shown in FIG. 8f, a second conductive layer 75 is deposited over the mask template 74 and the exposed portions of the first conductor 36 and the insulating layer 66. Thereafter, when the mask template 74 is removed, the second conductor 40 remains on the first conductor 36 and the thermocouple contact 46 is formed, as shown in FIG. 8g. Thereafter, a protective layer 68 is deposited on the first and second conductors 36 and 40, as shown in FIG. 8h.

【0044】図9a〜図9iは、フォトリソグラフィ技
術を用いて半導体ウエハ基板28の表面30上に熱電対
を形成する別の方法を示す部分断面図である。図9aに
おいて、スチーム等の標準的な酸化型工程あるいは他の
公知の半導体製造工程を用いて、ウエハ基板28を絶縁
層66で覆う。絶縁層66は、二酸化シリコンあるいは
窒化シリコンであり得る。他の種類の絶縁材料を用いる
ことも可能である。絶縁層66によって、後に絶縁層6
6上に形成される熱電対接点46が、半導体ウエハ基板
28に伴うあらゆる電気的干渉から絶縁される。
FIGS. 9a to 9i are partial cross-sectional views showing another method of forming a thermocouple on the surface 30 of the semiconductor wafer substrate 28 using the photolithography technique. In FIG. 9a, the wafer substrate 28 is covered with an insulating layer 66 using a standard oxidation type process such as steam or other known semiconductor manufacturing processes. Insulating layer 66 can be silicon dioxide or silicon nitride. Other types of insulating materials can be used. The insulating layer 66 allows the insulating layer 6 to be formed later.
Thermocouple contacts 46 formed on 6 are isolated from any electrical interference associated with semiconductor wafer substrate 28.

【0045】図9bにおいて、化学蒸着(CVD)技
術、スパッタ蒸着技術あるいは他の公知の半導体製造工
程を用いて、第1の導電層76を絶縁層66上に堆積さ
せる。その後、図9cに示されるように、フォトレジス
ト77を第1の導電層76上に堆積させ、これにパター
ニングを行うことによってフォトマスクを形成する。膜
の均一性のために、導電体の厚さは少なくとも1000
オングストロームであるのが好ましい。その後、第1の
導電層76を露光し、その後、これにドライ反応性イオ
ンエッチング工程、化学エッチング工程あるいは他の公
知の半導体製造工程を用いて図9dに示されるように第
1の導電体36を形成する。
Referring to FIG. 9b, a first conductive layer 76 is deposited on the insulating layer 66 using a chemical vapor deposition (CVD) technique, a sputter deposition technique, or other known semiconductor manufacturing processes. Thereafter, as shown in FIG. 9C, a photoresist 77 is deposited on the first conductive layer 76, and a photomask is formed by patterning the photoresist. For film uniformity, the conductor thickness should be at least 1000
Angstroms are preferred. Thereafter, the first conductive layer 76 is exposed, and then the first conductive layer 76 is exposed to the first conductive layer 36 as shown in FIG. 9d by using a dry reactive ion etching step, a chemical etching step or other known semiconductor manufacturing steps. To form

【0046】図9eにおいて、第1の導電層76と同様
に、表面上に第2の導電層78を形成する。第1の導電
層76の場合と同様に、第2の導電層78上に第2のフ
ォトレジスト79を形成し、これにパターニングを行っ
て、図9fに示されるようなフォトマスクを形成する。
その後、第1の導電層76の場合と同様に、第2の導電
層78を露光し、これにエッチングを行うことによっ
て、図9gに示されるような第2の導電体40を形成す
る。図9hにおいて、第1および第2のフォトレジスト
77および79を除去すると、第1および第2の導電体
36および40が、互いに水平方向に離して設けられ、
互いに電気的に分離した状態で残る(但し、端部領域4
4を除く。図7に示すように、端部領域44において
は、第1および第2の導電体36および40は、パター
ニングによって互いにオーバーラップして電気的に接触
している)。その後、図9iに示されるように、保護層
68を第1および第2の導電体36および40上に堆積
させる。
In FIG. 9E, a second conductive layer 78 is formed on the surface similarly to the first conductive layer 76. As in the case of the first conductive layer 76, a second photoresist 79 is formed on the second conductive layer 78, and is patterned to form a photomask as shown in FIG. 9F.
Thereafter, as in the case of the first conductive layer 76, the second conductive layer 78 is exposed and etched to form the second conductor 40 as shown in FIG. 9g. In FIG. 9h, when the first and second photoresists 77 and 79 are removed, the first and second conductors 36 and 40 are provided horizontally apart from each other,
It remains electrically separated from each other (however, the end region 4
Except 4 As shown in FIG. 7, in the end region 44, the first and second conductors 36 and 40 overlap each other by patterning and are in electrical contact with each other). Thereafter, a protective layer 68 is deposited on the first and second conductors 36 and 40, as shown in FIG. 9i.

【0047】図10は、半導体ウエハ28の表面30上
に熱電対80が垂直方向に製造された、本発明の別の実
施形態を示す断面図である。熱電対80は、基板28上
に形成された絶縁層66を有する。シャドウマスキング
あるいはフォトリソグラフィ技術のいずれかを用いて、
堆積およびパターニングによって第1の導電体82を絶
縁層66上に形成する。第1の導電体82にまで到達す
る穴85が第1の導電体82の端部において形成される
ように、堆積およびパターニングによって第2の絶縁層
84を第1の導電体82上に形成する。第1の導電体8
2の露出している端部に電気的に接触するように第2の
導電体86を第2の絶縁層84上に堆積およびパターニ
ングし、これにより、熱電対接点87を形成する。第2
の導電体86上に、任意に省略可能な第3の絶縁層88
を堆積させてもよい。
FIG. 10 is a cross-sectional view of another embodiment of the present invention in which a thermocouple 80 has been fabricated vertically on surface 30 of semiconductor wafer 28. The thermocouple 80 has an insulating layer 66 formed on the substrate 28. Using either shadow masking or photolithography technology,
A first conductor 82 is formed on the insulating layer 66 by deposition and patterning. A second insulating layer 84 is formed on the first conductor 82 by deposition and patterning, such that a hole 85 reaching the first conductor 82 is formed at the end of the first conductor 82. . First conductor 8
A second conductor 86 is deposited and patterned on the second insulating layer 84 so as to make electrical contact with the exposed end of the second 2, thereby forming a thermocouple contact 87. Second
A third insulating layer 88 which can be arbitrarily omitted on the conductor 86 of FIG.
May be deposited.

【0048】図10に示される、垂直方向に製造された
熱電対80は、熱電対80の2つの導電体82および8
6が、互いに対して、水平方向にではなく垂直方向に設
けられている点で、図5の熱電対34とは異なる。これ
により、熱電対80のために必要となる水平方向の表面
積が減少し、ウエハ28の表面上に上記のような熱電対
80をより多数形成することができるという利点が得ら
れる。
The vertically manufactured thermocouple 80 shown in FIG. 10 has two conductors 82 and 8 of the thermocouple 80.
6 differ from the thermocouple 34 of FIG. 5 in that they are provided vertically, not horizontally, with respect to each other. This has the advantage that the required horizontal surface area for the thermocouples 80 is reduced and more thermocouples 80 as described above can be formed on the surface of the wafer 28.

【0049】図11は、半導体基板28上に垂直方向に
積層された複数の熱電対89を示す断面図である。この
断面図は、図5と同様に、複数の熱電対89を形成する
導電体が互いに水平方向に離して設けられている位置に
沿ったものである。図7に示されるものと同様に、複数
の熱電対89を形成する導電体は、端部領域44におい
て電気的に接触し、これにより熱電対接点を形成してい
る。図11において、基板28の上に絶縁層66が設け
られている。第1および第2の導電体36および40
は、パターニングによって絶縁層66上に形成されると
ともに、保護層68で覆われている。この例では、保護
層68は、第2の絶縁層として機能する。同様に、第3
および第4の導電体90および92は、パターニングに
よって第2の絶縁層68上に形成されるとともに、第3
の絶縁層94で覆われている。第3および第4の導電体
90および92によって、第1の熱電対の上方に第2の
熱電対が形成される。図示されているように、第3およ
び第4の熱電対が、初めの2つの熱電対の上に同様の方
法で形成される。当業者には周知であるように、複数の
熱電対89のそれぞれに対する選択的な電気的接触は、
コンタクトおよびビアのパターンを通して得ることがで
きる。複数の熱電対89によって、半導体ウエハ内の所
定の深さにおける温度の測定が可能になるとともに、垂
直方向の温度勾配のマッピングを行うことが可能にな
る。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a plurality of thermocouples 89 vertically stacked on the semiconductor substrate 28. This cross-sectional view is similar to FIG. 5 and is along a position where the conductors forming the plurality of thermocouples 89 are horizontally separated from each other. Similar to that shown in FIG. 7, the conductors forming the plurality of thermocouples 89 are in electrical contact at the end regions 44, thereby forming thermocouple contacts. In FIG. 11, an insulating layer 66 is provided on a substrate 28. First and second conductors 36 and 40
Are formed on the insulating layer 66 by patterning and are covered with a protective layer 68. In this example, the protective layer 68 functions as a second insulating layer. Similarly, the third
And fourth conductors 90 and 92 are formed on second insulating layer 68 by patterning, and
Covered with an insulating layer 94. The third and fourth conductors 90 and 92 form a second thermocouple above the first thermocouple. As shown, third and fourth thermocouples are formed in a similar manner over the first two thermocouples. As is well known to those skilled in the art, the selective electrical contact for each of the plurality of thermocouples 89 is:
It can be obtained through contact and via patterns. The plurality of thermocouples 89 enable the measurement of the temperature at a predetermined depth in the semiconductor wafer and the mapping of the temperature gradient in the vertical direction.

【0050】本発明によって、図1に示される従来技術
によるウエハ10の欠点が克服される。例えば、図3に
示される測温機能付き半導体ウエハ26を半導体製造装
置60内に配置した場合、熱電対接点46が半導体ウエ
ハ26の表面上にあるので、測温機能付き半導体ウエハ
26によって、ウエハ表面における温度が正確に感知さ
れる。このように本発明によれば、垂直方向の温度勾配
に起因する誤差が回避されるので、ウエハ内に垂直方向
に埋め込まれた熱電対デバイスにおける誤差が排除され
る。
The present invention overcomes the disadvantages of the prior art wafer 10 shown in FIG. For example, when the semiconductor wafer 26 with the temperature measurement function shown in FIG. 3 is arranged in the semiconductor manufacturing apparatus 60, the thermocouple contact 46 is on the surface of the semiconductor wafer 26, so that the semiconductor wafer 26 with the temperature measurement function The temperature at the surface is accurately sensed. Thus, according to the present invention, errors due to vertical temperature gradients are avoided, thereby eliminating errors in thermocouple devices embedded vertically in the wafer.

【0051】測温機能付き半導体ウエハ26は、熱負荷
に起因する誤差も実質的に低減する。シャドウマスキン
グあるいはフォトリソグラフィ等の半導体処理技術を用
いて、第1および第2の導電体36および40を半導体
ウエハ26の表面30上に形成することによって、熱電
対接点46自体の質量を、配線接続およびセラミック埋
込用化合物によって熱電対接点(図1の従来技術におけ
る接点18および接着剤24)を形成する従来技術によ
るセンサの質量よりも実質的に小さくすることができ
る。熱電対接点46の質量の実質的な低減によって、熱
負荷が低減される。さらに、測温機能付き半導体ウエハ
26によって、半導体ウエハ26上の(図1の従来技術
の)熱電対シース22が排除される。本発明では、その
代わりに、第1および第2の導電体36および40を利
用してウエハ表面30に沿って電気信号を中継してい
る。導電ストリップ36および40の質量は、従来技術
による半導体ウエハ上のシース22の質量よりも十分に
小さく、これにより、従来技術による熱電対センサに比
べて熱負荷がさらに低減される。ウエハ上に複数の熱電
対接点32を形成すれば、熱負荷の低減量はさらに大き
くなる。
The semiconductor wafer 26 with the temperature measuring function also substantially reduces errors caused by heat load. By forming the first and second conductors 36 and 40 on the surface 30 of the semiconductor wafer 26 using a semiconductor processing technique such as shadow masking or photolithography, the mass of the thermocouple contact 46 itself can be reduced by wiring connection. And the mass of the prior art sensor forming the thermocouple contact (the prior art contact 18 and adhesive 24 of FIG. 1) with the ceramic implant compound. The substantial reduction in the mass of the thermocouple contacts 46 reduces the thermal load. Further, the semiconductor wafer 26 with the temperature measurement function eliminates the thermocouple sheath 22 (prior art of FIG. 1) on the semiconductor wafer 26. Instead, the present invention utilizes first and second conductors 36 and 40 to relay electrical signals along wafer surface 30. The mass of the conductive strips 36 and 40 is substantially less than the mass of the sheath 22 on the prior art semiconductor wafer, which further reduces the thermal load compared to prior art thermocouple sensors. If a plurality of thermocouple contacts 32 are formed on the wafer, the amount of reduction in the thermal load is further increased.

【0052】測温機能付き半導体ウエハ26は、RTD
(抵抗温度検知器)に対する実質的なパフォーマンスの
向上をももたらす。熱電対半導体ウエハ26によれば、
最高2400℃の温度を正確に測定することができる
が、RTDによって精度が保証されるのは最高650℃
までである。従って、1200℃にも達し得る多くの半
導体処理工程にRTDは適さない。さらに、測温機能付
き半導体ウエハ26は熱電対接点を多数含むように形成
することができるが、RTDはこれよりも制限されてい
る。RTDは正確な抵抗の測定に依存しているので、リ
ード線の抵抗を最小化するために、太いリード線を抵抗
器まで延ばす必要がある。このような太いリード線はス
ペースをとるので、多数の感知抵抗器を利用することが
できなくなる。
The semiconductor wafer 26 with the temperature measuring function is an RTD
(Resistive temperature detectors). According to the thermocouple semiconductor wafer 26,
Temperatures up to 2400 ° C can be measured accurately, but RTDs guarantee accuracy up to 650 ° C
Up to. Therefore, the RTD is not suitable for many semiconductor processing steps that can reach 1200 ° C. Further, the semiconductor wafer with temperature measurement function 26 can be formed to include many thermocouple contacts, but the RTD is more limited. Since the RTD relies on accurate resistance measurements, it is necessary to extend the thick leads to the resistors to minimize the lead resistance. Such thick leads take up space and make it impossible to utilize a large number of sensing resistors.

【0053】図11に示される別の実施形態において
は、複数の熱電対89によって半導体ウエハ内の垂直方
向の温度勾配のマッピングを行うことが可能になる。絶
縁層および導電層のそれぞれの高さを決定することがで
きるので、各熱電対の垂直方向の深さが分かる。垂直方
向の温度勾配は、半導体処理においては貴重な情報であ
る。なぜなら、表面温度は現処理工程にとって重要であ
るが、基板28内の様々な深さにおける温度は前処理工
程にとって重要であるからである。例えば、前に注入工
程を行ってある領域を形成した場合、その後の高温を伴
う処理工程によって、その領域が垂直方向および水平方
向に拡散する。半導体回路設計者は、予期されるその領
域の拡散の程度を知っておく必要がある。複数の熱電対
89によって、その拡散を正確に予測することが可能に
なる。なぜなら、その垂直方向の深さ(d1〜d4)に配
置された熱電対によって、その深さでの温度が決定され
るからである。複数の熱電対89によって、工程全体の
試験を行うことが可能になる。垂直方向の温度が予期さ
れる値から大幅に逸脱した場合、その逸脱は、表面上の
熱電対の故障あるいはその他の種類の工程不良(process
failure)を示唆するものであり得る。従って、複数の
熱電対89によって、処理の信頼性が向上する。
In another embodiment, shown in FIG. 11, a plurality of thermocouples 89 allow mapping of vertical temperature gradients within a semiconductor wafer. Since the respective heights of the insulating layer and the conductive layer can be determined, the vertical depth of each thermocouple is known. Vertical temperature gradients are valuable information in semiconductor processing. This is because surface temperature is important for the current processing step, but temperatures at various depths in the substrate 28 are important for the preprocessing step. For example, if a region has been previously subjected to an implantation step, then the region will diffuse vertically and horizontally due to subsequent high temperature processing steps. The semiconductor circuit designer needs to know the expected degree of diffusion of the area. The plurality of thermocouples 89 makes it possible to accurately predict the diffusion. This is because, the placed thermocouple depth of the vertical (d 1 ~d 4), because the temperature at that depth is determined. The plurality of thermocouples 89 enables testing of the entire process. If the vertical temperature deviates significantly from the expected value, the deviation is due to a thermocouple failure on the surface or other type of process failure.
failure). Therefore, the reliability of the process is improved by the plurality of thermocouples 89.

【0054】本発明を、いくつかの好適な実施形態のコ
ンテキストにおいて記載したが、さらに別の実施形態も
本発明の範囲内に入る。例えば、タンタルおよびニッケ
ル以外の互いに異種の導電材料を第1および第2の導電
体36および40として用いることができる。例えば、
ロジウム、鉄、アルミニウム、銅、イリジウム、モリブ
デン、白金、チタン、タングステン、金、およびクロム
等を用いることができる。さらに、合金およびドープ金
属ならびに他の材料を用いることも可能である。変換回
路の複雑さを最低限に抑えるためには、長手方向に沿っ
て一定した組成を有する合金およびドープ金属を用いる
ことが望ましい。さらに、導電体36および40を汚染
あるいは基板28からの移動から十分に保護する保護層
68および拡散バリア層70として、アルミナ以外の絶
縁材料を用いることができる。このような材料の例とし
て、二酸化シリコンあるいは窒化シリコンが挙げられ
る。さらに、これらの材料の組合せを利用することも可
能である。
Although the present invention has been described in the context of some preferred embodiments, still other embodiments fall within the scope of the present invention. For example, mutually different conductive materials other than tantalum and nickel can be used as the first and second conductors 36 and 40. For example,
Rhodium, iron, aluminum, copper, iridium, molybdenum, platinum, titanium, tungsten, gold, chromium, and the like can be used. In addition, alloys and doped metals and other materials can be used. To minimize the complexity of the conversion circuit, it is desirable to use alloys and doped metals having a constant composition along the length. Further, an insulating material other than alumina can be used for the protective layer 68 and the diffusion barrier layer 70 that sufficiently protect the conductors 36 and 40 from contamination or migration from the substrate 28. Examples of such materials include silicon dioxide or silicon nitride. In addition, combinations of these materials can be used.

【0055】説明の便宜上、本発明のいくつかの実施形
態を開示したが、前記請求項に規定される本発明の範囲
および主旨から逸脱することなく様々な改変、追加およ
び代替が可能であることが当業者には理解される。
Although several embodiments of the present invention have been disclosed for convenience of description, various modifications, additions, and substitutions can be made without departing from the scope and spirit of the present invention as defined in the appended claims. Will be understood by those skilled in the art.

【0056】[0056]

【発明の効果】本発明による測温機能付き半導体ウエハ
は、半導体ウエハ上に形成あるいは配置された熱電対を
有する。熱電対が半導体ウエハの表面上にあることによ
って、半導体ウエハ内の垂直方向の温度勾配を考慮しな
くても、ウエハの表面温度を正確に決定することができ
る。半導体製造技術を用いてウエハの表面上に熱電対を
形成すれば、熱電対接点およびそれに付随するリード線
の質量を従来技術による離散的な熱電対の質量よりも小
さくすることができるので、熱負荷に起因する誤差も低
減される。本発明による熱電対センサを形成する方法に
より、半導体ウエハ表面上の様々な位置に上記のような
熱電対を複数形成および配置することにより、半導体ウ
エハの熱的表面プロファイルをマッピングすることが可
能になる。
The semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention has a thermocouple formed or arranged on the semiconductor wafer. By having the thermocouple on the surface of the semiconductor wafer, the surface temperature of the wafer can be accurately determined without having to consider the vertical temperature gradient in the semiconductor wafer. Forming thermocouples on the surface of a wafer using semiconductor manufacturing techniques can reduce the mass of thermocouple contacts and associated leads to less than the mass of discrete thermocouples of the prior art. Errors due to loads are also reduced. The method for forming a thermocouple sensor according to the present invention enables the thermal surface profile of a semiconductor wafer to be mapped by forming and arranging a plurality of such thermocouples at various positions on the surface of the semiconductor wafer. Become.

【0057】本発明による垂直方向に製造された熱電対
は、熱電対の2つの導電体およびが、互いに対して、水
平方向にではなく垂直方向に設けられている。これによ
り、熱電対のために必要となる水平方向の表面積が減少
し、ウエハ表面上に熱電対をより多数形成することがで
きるという利点が得られる。
The thermocouple manufactured vertically according to the invention has the two conductors of the thermocouple and the vertical, rather than horizontal, orientation with respect to each other. This has the advantage that the horizontal surface area required for the thermocouple is reduced and more thermocouples can be formed on the wafer surface.

【0058】本発明による垂直方向に積層された複数の
熱電対によって半導体ウエハ内の垂直方向の温度勾配の
マッピングを行うことが可能になる。これにより、工程
全体の試験を行うことが可能になり、処理の信頼性が向
上する。
A plurality of vertically stacked thermocouples according to the present invention enable mapping of vertical temperature gradients within a semiconductor wafer. This makes it possible to perform a test of the entire process, and improves the reliability of the process.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来技術による熱電対埋込半導体ウエハを示す
部分断面図である。
FIG. 1 is a partial sectional view showing a thermocouple embedded semiconductor wafer according to the prior art.

【図2】半導体ウエハ表面上に形成された複数の熱電対
接点を有する測温機能付き半導体ウエハを示す斜視図で
ある。
FIG. 2 is a perspective view showing a semiconductor wafer with a temperature measuring function having a plurality of thermocouple contacts formed on the surface of the semiconductor wafer.

【図3】半導体製造装置内にある温度計付きウエハを示
す側面図である。
FIG. 3 is a side view showing a wafer with a thermometer in the semiconductor manufacturing apparatus.

【図4】図2に示される半導体ウエハ表面上の熱電対接
点を示す拡大部分斜視図である。
FIG. 4 is an enlarged partial perspective view showing thermocouple contacts on the semiconductor wafer surface shown in FIG. 2;

【図5】半導体ウエハ上に形成された熱電対を示す、図
4の点線62に沿った部分断面図である。
FIG. 5 is a partial cross-sectional view of the thermocouple formed on the semiconductor wafer, taken along dotted line 62 in FIG.

【図6】半導体ウエハ表面上に形成された熱電対が、熱
電対と半導体基板との間に設けられた拡散バリア層を有
する本発明の別の実施形態を示す、図5に類似の部分断
面図である。
FIG. 6 is a partial cross-section similar to FIG. 5, showing another embodiment of the invention in which a thermocouple formed on a semiconductor wafer surface has a diffusion barrier layer provided between the thermocouple and the semiconductor substrate. FIG.

【図7】2つの互いに異種の導電材料が電気的に接触し
て熱電対接点を形成している終端点を示す、図4の点線
64に沿った部分断面図である。
FIG. 7 is a partial cross-sectional view taken along dotted line 64 of FIG. 4 showing a termination point where two dissimilar conductive materials are in electrical contact to form a thermocouple contact.

【図8a】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8a is a partial cross-sectional view showing steps in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図8b】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8b is a partial cross-sectional view showing steps in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図8c】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8c is a partial cross-sectional view showing steps in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図8d】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8d is a partial cross-sectional view showing steps in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図8e】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8e is a partial cross-sectional view showing steps in a process for manufacturing a semiconductor shadow mask for forming a wafer with a thermometer according to the present invention.

【図8f】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8f is a partial cross-sectional view showing a step in a manufacturing process of a semiconductor shadow mask for forming a wafer with a thermometer according to the present invention.

【図8g】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8g is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図8h】本発明による温度計付きウエハを形成するた
めの半導体シャドウマスキング製造工程におけるステッ
プを示す部分断面図である。
FIG. 8h is a partial cross-sectional view showing steps in a semiconductor shadow masking manufacturing process for forming a thermometer-equipped wafer according to the present invention.

【図9a】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9a is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention.

【図9b】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9b is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measurement function according to the present invention.

【図9c】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9c is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measurement function according to the present invention.

【図9d】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9d is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention.

【図9e】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9e is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measurement function according to the present invention.

【図9f】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9f is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measurement function according to the present invention.

【図9g】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9g is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention.

【図9h】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
9h is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measurement function according to the present invention. FIG.

【図9i】本発明による測温機能付き半導体ウエハを形
成するための半導体フォトリソグラフィ製造工程におけ
るステップを示す部分断面図である。
FIG. 9i is a partial cross-sectional view showing a step in a semiconductor photolithography manufacturing process for forming a semiconductor wafer with a temperature measuring function according to the present invention.

【図10】半導体ウエハ表面上に垂直方向に製造された
熱電対を示す部分断面図である。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view showing a thermocouple manufactured vertically on a semiconductor wafer surface.

【図11】半導体ウエハ上に垂直方向に積層された熱電
対を示す部分断面図である。
FIG. 11 is a partial cross-sectional view showing a thermocouple vertically stacked on a semiconductor wafer.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

26 測温機能付き半導体ウエハ 28 半導体基板 30 ウエハ表面 32 熱電対 34 熱電対 36 第1の導電体 38 第1のボンドパッド 40 第2の導電体 42 第2のボンドパッド 44 端部領域 46 熱電対接点 48 ウエハコネクタ固定具 50 応力除去クランプ 52 ウエハコネクタ 54 熱電対配線シース 56 配線 58 コネクタ 59 フィードスルー 60 半導体製造装置 66 絶縁層 68 保護層 70 拡散バリア層 72 第1のマスクテンプレート 73 第1の導電層 74 第2のマスクテンプレート 75 第2の導電層 76 第1の導電層 77 第1のフォトレジスト 78 第2の導電層 79 第2のフォトレジスト 80 垂直方向に製造された熱電対 82 第1の導電体 84 第2の絶縁層 86 第2の導電体 87 熱電対接点 88 第3の絶縁層 89 垂直方向に積層された複数の熱電対 90 第3の導電体 92 第4の導電体 94 第3の絶縁層 26 Semiconductor wafer with temperature measurement function 28 Semiconductor substrate 30 Wafer surface 32 Thermocouple 34 Thermocouple 36 First conductor 38 First bond pad 40 Second conductor 42 Second bond pad 44 End region 46 Thermocouple Contact 48 Wafer connector fixture 50 Stress relief clamp 52 Wafer connector 54 Thermocouple wiring sheath 56 Wiring 58 Connector 59 Feedthrough 60 Semiconductor manufacturing equipment 66 Insulating layer 68 Protective layer 70 Diffusion barrier layer 72 First mask template 73 First conductive Layer 74 Second mask template 75 Second conductive layer 76 First conductive layer 77 First photoresist 78 Second conductive layer 79 Second photoresist 80 Vertically manufactured thermocouple 82 First Conductor 84 Second insulating layer 86 Second conductor 87 Thermocouple contact 88 The insulating layer 89 vertically plurality of thermocouples are stacked in 90 third conductor 92 fourth conductor 94 third insulating layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 597136179 5710 Kenosha Street, Richmond, Illinois 60071,U.S.A. (72)発明者 ウィリアム シー. シュー アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53115, デラバン, マシュー ストリート 218 (72)発明者 デイビッド ピー. カルバートソン アメリカ合衆国 ウィスコンシン 53104, ブリストル, 203アールディー アベ ニュー 8222 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (71) Applicant 597136179 5710 Kenosha Street, Richmond, Illinois 60071, U.S.A. S. A. (72) Inventor William C. Shoe United States Wisconsin 53115, Delavan, Matthew Street 218 (72) Inventor David P. Calvertson United States Wisconsin 53104, Bristol, 203 RD Avenue 8222

Claims (24)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体ウエハと、 該半導体ウエハの表面上の熱電対接点(thermocouple ju
nction)と、を備えた、温度センサ。
A semiconductor wafer and a thermocouple contact on a surface of the semiconductor wafer.
nction) and a temperature sensor.
【請求項2】 前記熱電対接点は、 前記半導体ウエハ上に形成される第1の導電体と、 該半導体ウエハ上に形成される第2の導電体と、を備え
ており、 該第2の導電体は該第1の導電体から離して設けられ、
該第1および第2の導電体は互いに異種の導電体であり
且つオーバーラップ領域においては互いに電気的に接触
して熱電対接点を形成する、請求項1に記載のセンサ。
2. The thermocouple contact, comprising: a first conductor formed on the semiconductor wafer; and a second conductor formed on the semiconductor wafer. A conductor is provided away from the first conductor;
The sensor of claim 1, wherein the first and second conductors are dissimilar conductors and electrically contact each other in the overlap region to form a thermocouple contact.
【請求項3】 前記熱電対接点は、 第1の導電体と、 該第1の導電体から離して設けられる第2の導電体と、
を備えており、該第1および第2の導電体はオーバーラ
ップ領域においては互いに電気的に接触して熱電対接点
を形成する、請求項1に記載のセンサ。
3. The thermocouple contact comprises: a first conductor; a second conductor provided separately from the first conductor;
The sensor of claim 1, comprising: a first conductive member, the first conductive member and the second conductive member electrically contacting each other in the overlap region to form a thermocouple contact.
【請求項4】 前記半導体ウエハと前記熱電対接点との
間に設けられた絶縁層をさらに備えた、請求項1に記載
のセンサ。
4. The sensor according to claim 1, further comprising an insulating layer provided between said semiconductor wafer and said thermocouple contact.
【請求項5】 前記熱電対接点に接続され、該熱電対接
点からの電気信号を中継する電気的コネクタをさらに備
えた、請求項1に記載のセンサ。
5. The sensor according to claim 1, further comprising an electrical connector connected to the thermocouple contact and relaying an electric signal from the thermocouple contact.
【請求項6】 前記半導体ウエハ上の様々な位置に存在
する複数の熱電対接点をさらに備え、該複数の熱電対接
点は、該様々な位置における温度の電気的な指標を提供
するように動作可能であり、これにより、温度マッピン
グセンサを作成する、請求項1に記載のセンサ。
6. The semiconductor wafer further comprising a plurality of thermocouple contacts located at various locations on the semiconductor wafer, the plurality of thermocouple contacts operating to provide an electrical indication of the temperature at the various locations. The sensor of claim 1, wherein the sensor is capable of creating a temperature mapping sensor.
【請求項7】 前記熱電対接点上の絶縁層と、 該絶縁層上の第2の熱電対接点と、を備えており、これ
により、垂直方向に積層された2つの熱電対を形成し、
一方の該熱電対は該半導体ウエハの前記表面上の温度を
感知し、他方の該熱電対は該半導体ウエハの該表面から
所定の高さの温度を感知する、請求項1に記載のセン
サ。
7. An insulating layer on the thermocouple contact, and a second thermocouple contact on the insulating layer, thereby forming two vertically stacked thermocouples,
The sensor of claim 1, wherein one of the thermocouples senses a temperature on the surface of the semiconductor wafer and the other thermocouple senses a temperature at a predetermined height from the surface of the semiconductor wafer.
【請求項8】 基板と、 該基板上の絶縁層と、 該絶縁層上の第1の導電体と、 該絶縁層上に、該第1の導電体から水平方向に離して設
けられる第2の導電体と、を備え、該第1および第2の
導電体はオーバーラップ領域において互いに接触して該
ウエハの表面上に熱電対接点を形成する、測温機能付き
半導体ウエハ(temperature instrumented semiconducto
r wafer)。
8. A substrate, an insulating layer on the substrate, a first conductor on the insulating layer, and a second conductor provided on the insulating layer and horizontally separated from the first conductor. Wherein the first and second conductors contact each other in the overlap region to form a thermocouple contact on the surface of the wafer, the semiconductor wafer having a temperature measurement function.
r wafer).
【請求項9】 それぞれ対にされる複数の第1および第
2の導電体をさらに備えることにより、該ウエハ表面付
近の異なる位置に複数の熱電対接点を形成し、これによ
り、該ウエハの温度マッピングを行う、請求項8に記載
のウエハ。
9. A plurality of thermocouple contacts at different locations near the surface of the wafer, further comprising a plurality of first and second conductors, each paired with the other, thereby providing a temperature of the wafer. 9. The wafer according to claim 8, wherein mapping is performed.
【請求項10】 前記第1の導電体は、前記オーバーラ
ップ領域から電気的コネクタに延びるパターニングされ
たストリップを備えている、請求項8に記載のウエハ。
10. The wafer of claim 8, wherein said first conductor comprises a patterned strip extending from said overlap region to an electrical connector.
【請求項11】 前記絶縁層と前記第1および第2の導
電体との間に設けられた拡散バリア層をさらに備え、該
拡散バリア層は、該基板から該第1および第2の導電体
への半導体材料の移動を防ぐ、請求項8に記載のウエ
ハ。
11. The semiconductor device further comprises a diffusion barrier layer provided between the insulating layer and the first and second conductors, wherein the diffusion barrier layer is provided on the first and second conductors from the substrate. 9. The wafer of claim 8, wherein the wafer prevents migration of semiconductor material.
【請求項12】 前記第1および第2の導電体上の保護
層をさらに備え、これにより、該第1および第2の導電
体を汚染(contamination)あるいは劣化から保護する、
請求項8に記載のウエハ。
12. The method according to claim 12, further comprising a protective layer on the first and second conductors, thereby protecting the first and second conductors from contamination or deterioration.
A wafer according to claim 8.
【請求項13】 前記第1の導電体はタンタルであり、
前記第2の導電体はニッケルである、請求項8に記載の
ウエハ。
13. The first conductor is tantalum,
9. The wafer according to claim 8, wherein said second conductor is nickel.
【請求項14】 前記第1および第2の導電体は互いに
異種であり且つ熱電対材料を包含する、請求項8に記載
のウエハ。
14. The wafer of claim 8, wherein the first and second conductors are dissimilar to each other and include a thermocouple material.
【請求項15】 前記第1および第2の導電体は互いに
異種であり且つタンタル、ニッケル、ロジウム、鉄、ア
ルミニウム、銅、イリジウム、モリブデン、白金、チタ
ン、タングステン、金、およびクロムからなる群より選
択される、請求項8に記載のウエハ。
15. The first and second conductors are dissimilar to each other and selected from the group consisting of tantalum, nickel, rhodium, iron, aluminum, copper, iridium, molybdenum, platinum, titanium, tungsten, gold, and chromium. 9. The wafer of claim 8, which is selected.
【請求項16】 前記熱電対接点に接続される電気的コ
ネクタをさらに備え、該電気的コネクタは、該熱電対接
点への/からの電気信号を伝達するように動作可能であ
る、請求項8に記載のウエハ。
16. The thermocouple contact further comprising an electrical connector connected to the thermocouple contact, wherein the electrical connector is operable to transmit an electrical signal to / from the thermocouple contact. The wafer according to 1.
【請求項17】 半導体基板上に絶縁層を形成するステ
ップと、 該絶縁層上に熱電対接点を形成するステップと、を包含
する、熱電対センサを形成する方法。
17. A method for forming a thermocouple sensor, comprising: forming an insulating layer on a semiconductor substrate; and forming a thermocouple contact on the insulating layer.
【請求項18】 半導体基板上に絶縁層を形成する前記
ステップは、二酸化シリコン、窒化シリコン、およびア
ルミナからなる群より選択される絶縁体の堆積を包含す
る、請求項17に記載の方法。
18. The method of claim 17, wherein forming an insulating layer on the semiconductor substrate comprises depositing an insulator selected from the group consisting of silicon dioxide, silicon nitride, and alumina.
【請求項19】 熱電対接点を形成する前記ステップ
は、 前記絶縁層上に第1の導電層を堆積させるステップと、 該第1の導電層をパターニングすることにより、端部を
有する導電ストリップを形成するステップと、 該導電ストリップ上に第2の絶縁層を形成するステップ
と、 該第2の絶縁層をパターニングすることにより、該第1
の導電ストリップの該端にまで到達する穴を該第2の絶
縁層中に形成するステップと、 該第2の絶縁層上に第2の導電層を堆積させるステップ
であって、該第2の導電層は該第1の導電層とは異種の
導電材料であり、且つ、該第2の導電層は、該第2の絶
縁層中の該穴を介して該第1の導電ストリップに電気的
に接触して熱電対接点を形成するステップと、 該第2の導電層をパターニングすることにより、第2の
導電ストリップを形成するステップと、を包含する、請
求項17に記載の方法。
19. The step of forming a thermocouple contact comprises: depositing a first conductive layer on the insulating layer; and patterning the first conductive layer to form a conductive strip having an end. Forming; forming a second insulating layer on the conductive strip; and patterning the second insulating layer to form the first insulating layer.
Forming a hole in said second insulating layer to reach said end of said conductive strip; and depositing a second conductive layer on said second insulating layer, said second conductive layer comprising: The conductive layer is a conductive material different from the first conductive layer, and the second conductive layer is electrically connected to the first conductive strip through the hole in the second insulating layer. 20. The method of claim 17, comprising: forming a second conductive strip by contacting a thermocouple contact; and patterning the second conductive layer.
【請求項20】 熱電対接点を形成する前記ステップ
は、 前記絶縁層上に第1の導電体を形成するステップと、 該絶縁層上に第2の導電体を形成するステップと、を包
含し、該第2の導電体は該第1の導電体から水平方向に
離して設けられ、該第1の導電体とは異種であり、且つ
終端点において該第1の導電体に電気的に接触する、請
求項17に記載の方法。
20. The step of forming a thermocouple contact includes forming a first conductor on the insulating layer, and forming a second conductor on the insulating layer. , The second conductor is provided horizontally apart from the first conductor, is different from the first conductor, and electrically contacts the first conductor at a termination point. The method of claim 17, wherein
【請求項21】 前記第1および第2の導電体上に絶縁
層を形成するステップをさらに包含し、これにより、前
記終端点以外において該第1および第2の導電体が互い
に電気的な分離を維持するとともに、該第1および第2
の導電体を汚染あるいは劣化から保護する、請求項20
に記載の方法。
21. The method further comprising forming an insulating layer on the first and second conductors, such that the first and second conductors are electrically isolated from each other except at the termination point. And the first and second
21. The conductor of claim 20, wherein the conductor is protected from contamination or deterioration.
The method described in.
【請求項22】 熱電対接点を形成する前記ステップ
は、 前記絶縁層上に第1の導電層および第2の導電層を形成
するステップと、 該第1および第2の導電層に対してエッチングを行うこ
とにより第1および第2のパターニングされた導電スト
リップを形成するステップと、を包含し、該第1および
第2の導電ストリップは、互いに離して設けられるとと
もに互いに異種であり、且つ終端点において互いに電気
的に接触する、請求項17に記載の方法。
22. The step of forming a thermocouple contact, comprising: forming a first conductive layer and a second conductive layer on the insulating layer; and etching the first and second conductive layers. Forming the first and second patterned conductive strips, wherein the first and second conductive strips are spaced apart from each other and are dissimilar to each other, and a termination point. 18. The method of claim 17, wherein the electrical contacts are made at each other.
【請求項23】 半導体ウエハと、 該半導体ウエハ上に形成され、互いに電気的に絶縁され
た複数の熱電対と、を備え、これらによって、該半導体
ウエハ上に垂直方向に積層された熱電対を形成し、該複
数の熱電対は、該半導体ウエハ上の複数の高さにおける
温度を感知するように動作可能であり、これにより、垂
直方向の温度勾配(vertical thermalgradient)を得る、
温度センサ。
23. A semiconductor wafer comprising: a semiconductor wafer; and a plurality of thermocouples formed on the semiconductor wafer and electrically insulated from each other. Forming, and wherein the plurality of thermocouples are operable to sense temperature at a plurality of heights on the semiconductor wafer, thereby obtaining a vertical thermal gradient.
Temperature sensor.
【請求項24】 半導体ウエハと、 該半導体ウエハ上に堆積およびパターニングされた第1
の導電体と、 該第1の導電体上に形成およびパターニングされた絶縁
層であって、該絶縁層中において該第1の導電体の一方
の端部の上に穴を有する絶縁層と、 該絶縁層上に堆積およびパターニングされた第2の導電
体であって、該穴を介して該第1の導電体と電気的に接
触して熱電対接点を形成する第2の導電体と、を備え
た、温度センサ。
24. A semiconductor wafer, and a first wafer deposited and patterned on the semiconductor wafer.
And an insulating layer formed and patterned on the first conductor, the insulating layer having a hole in the insulating layer over one end of the first conductor, A second conductor deposited and patterned on the insulating layer, the second conductor electrically contacting the first conductor through the hole to form a thermocouple contact; A temperature sensor comprising:
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