KR100385674B1 - A Sensor for Breath Alcohol Measurement Using Porous Silicon, and Fabrication Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다공질 실리콘을 감지물질로 이용하는 음주 측정용 알코올 센서에 관한 것이다. 종래의 알코올 센서로서, 백금을 이용한 전기 화학적 방식의 알코올 센서와 산화주석 등이 금속 산화물을 이용한 전기전도도 방식의 알코올 센서가 있다. 그러나, 백금을 이용한 알코올 센서는 가격이 비싸고, 동작 전류가 높기 때문에 밧데리 소모가 많으며, 용기 안의 알코올을 제거하기 위해 측정간격을 10분 이상 두어야 하는 문제점을 갖는다. 한편, 금속 산화물을 이용한 알코올 센서는 선택성과 선형성이 취약한 단점을 갖는다.The present invention relates to an alcohol sensor for alcohol measurement using porous silicon as a sensing material. Conventional alcohol sensors include an electrochemical alcohol sensor using platinum and an electrically conductive alcohol sensor using tin oxide and the like. However, the alcohol sensor using platinum is expensive, high operating current, high battery consumption, and has a problem that the measurement interval should be more than 10 minutes to remove alcohol in the container. On the other hand, an alcohol sensor using a metal oxide has a disadvantage in that selectivity and linearity are weak.

본 발명은 다공질 실리콘층을 알코올 감지물질로 이용하면서 실리콘 집적화 공정기술을 이용한 알코올 센서를 제조하였는 바, 이는 고농도 실리콘 기판 상의 일부 영역에 형성된 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층과; 상기 고농도 실리콘 기판의 일부 영역을 노출 상태로 유지하면서 상기 노출된 영역과 상기 다공질 실리콘층을 격리시키도록 상기 고농도 실리콘 기판 상에 형성된 에피층; 상기 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층의 상부와 상기 노출된 고농도 실리콘 기판의 일부 영역에 각각 형성된 전극들; 및 상기 에피층의 상부와 상기 노출된 고농도 실리콘기판의 다른 영역의 상부에 형성된 소자 보호막을 포함한다. 이러한 본 발명에 의하면 알코올 센서의 집적화가 용이하며 소형화 및 저가격화가 가능하다.The present invention provides an alcohol sensor using a silicon integration process technology using a porous silicon layer as an alcohol sensing material, comprising: a porous silicon layer which is an alcohol sensing region formed in a portion of a high concentration silicon substrate; An epitaxial layer formed on the high concentration silicon substrate to isolate the exposed area from the porous silicon layer while maintaining a portion of the high concentration silicon substrate in an exposed state; Electrodes formed on an upper portion of the porous silicon layer, the alcohol sensing region, and on a portion of the exposed high concentration silicon substrate; And an element passivation layer formed on the epitaxial layer and on the other region of the exposed high concentration silicon substrate. According to the present invention, the integration of the alcohol sensor is easy, miniaturization and low cost is possible.

Description

다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서 및 그 제조방법 { A Sensor for Breath Alcohol Measurement Using Porous Silicon, and Fabrication Method Thereof }A sensor for breath alcohol measurement using porous silicon, and fabrication method thereof}

본 발명은 음주 측정용 알코올 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게 설명하면 다공질 실리콘을 감지물질로 이용하는 알코올 센서에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서 제조방법에 관한 것이기도 하다.The present invention relates to an alcohol sensor for measuring alcohol, and more particularly, to an alcohol sensor using porous silicon as a sensing material. The present invention also relates to an alcohol sensor manufacturing method using the porous silicon.

지금까지 개발된 음주 측정용 센서는 크게 3가지 방식이 있는 바, 백금을 이용한 전기 화학적 방식, 금속 산화물 반도체를 이용한 표면 흡착에 의한 전도도 변화 방식, 및 레이저를 이용한 적외선 흡수 스펙트럼 분석 방식이 그것이다. 이 중 국내에서 교통 경찰관들이 사용하고 있는 백금을 이용한 전기 화학적 방식의 음주 측정기에 대해 살펴보면, 이는 두 개의 백금전극 감지기를 이용하여 호흡 가스가 감지기에 전달되었을 때 전기 화학적 반응에 의해 나타나는 작은 전압을 검지하여 피검자의 혈중 알코올 농도를 간접적으로 측정한다. 이 백금을 이용한 음주 측정기는 현재 신뢰성과 선형성이 좋기 때문에 각국에서 음주 측정기로 많이 사용하고 있다. 그러나 가격이 비싸고, 동작 전류가 100mA 이상으로 높기 때문에 밧데리를 자주 교체해야 하는 문제점이 있다. 또한 이 백금을 이용한 음주 측정기는 폐쇄된 용기에 채취한 시료를 분석하여 혈중 알코올 농도를 측정하는 바, 용기 안의 알코올을 제거하지 않으면 누적된 결과가 나타나기 때문에 채취한 시료를 완전히 제거하기 위해 측정간격을 10분 이상 두어야 하는 문제점을 갖는다.There are three types of sensors for measuring alcohol, which have been developed so far: electrochemical method using platinum, conductivity change method by surface adsorption using metal oxide semiconductor, and infrared absorption spectrum analysis method using laser. Among these, the platinum-based electrochemical breathalyzer, which is used by traffic policemen in Korea, uses two platinum electrode detectors to detect small voltages caused by electrochemical reactions when breathing gas is delivered to the detector. The blood alcohol level of the subject is measured indirectly. This platinum-based breathalyzer is currently used in many countries as a breathalyzer because of its reliability and linearity. However, since the price is high and the operating current is higher than 100 mA, the battery needs to be replaced frequently. In addition, this platinum-based breathalyzer measures blood alcohol levels by analyzing samples collected in a closed container. If the alcohol is not removed from the container, the cumulative result is displayed. There is a problem to leave more than 10 minutes.

한편, 금속 산화물 반도체를 이용한 음주 측정기는 산화주석(SnO2)을 사용하며, 표면에 흡착된 알코올 기체의 농도에 따라 전기 전도도의 변화를 이용하여 기체의 농도를 검지한다. 이 금속 산화물 반도체를 이용한 음주 측정기는 일반적으로 저렴하고 감도가 뛰어나며 응답속도와 장기 안정성에서 우수한 장점을 가지는 반면에, 선택성과 선형성이 취약한 단점을 가지기 때문에 국내외적으로 자가 측정용으로 주로 사용되고 있다.Meanwhile, a breathalyzer using a metal oxide semiconductor uses tin oxide (SnO 2 ), and detects gas concentration by using a change in electrical conductivity according to the concentration of alcohol gas adsorbed on the surface. The breathalyzer using the metal oxide semiconductor is generally used for self-measurement at home and abroad because it is generally inexpensive, has excellent sensitivity, and has excellent advantages in response speed and long-term stability.

1990년도 다공질 실리콘(Porus Silicon) 층에서의 감습효과에 대한 연구가 발표된 이후, 다공질 실리콘을 이용한 습도센서에 대한 연구가 계속되었다. 이 다공질 실리콘을 이용한 습도센서로서, 표면에 흡착된 습기에 의해 상, 하 전극 사이에 다공질 실리콘층의 유전상수 변화를 이용한 내부 정전용량형 센서가 있다. 본 발명의 출원인 중 1인인 김성진은 1998년 10월 22일자로 이러한 내부 정전용량형 습도센서에 관해 출원한 바 있다. 그러나, 본 발명의 출원인은 이 내부 정전용량형 습도센서가 습기에 대한 반응에 비해 알코올에 대한 반응이 더욱더 우수함을 여러 가지 실험을 통해 알게 되었다.Since the study of the moisture effect on the porous silicon layer was published in 1990, the research on the humidity sensor using the porous silicon continued. As a humidity sensor using this porous silicon, there is an internal capacitive sensor using a change in dielectric constant of the porous silicon layer between the upper and lower electrodes due to moisture adsorbed on the surface. Kim Seong-jin, one of the applicants of the present invention, filed on October 22, 1998 about such an internal capacitance type humidity sensor. However, the applicant of the present invention has learned through various experiments that the internal capacitive humidity sensor is more excellent in response to alcohol than in response to moisture.

상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 다공질 실리콘을 알코올 감지물질로 사용하는 알코올 센서 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.An object of the present invention devised to solve the above problems of the prior art, to provide an alcohol sensor using a porous silicon as the alcohol sensing material and a method of manufacturing the same.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서의 구조도,1 is a structural diagram of an alcohol sensor using porous silicon according to an embodiment of the present invention,

도 2a 내지 도 2j는 본 발명의 한 실시예에 따른 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서의 제조방법을 도시한 공정도이다.2A to 2J are process diagrams illustrating a method of manufacturing an alcohol sensor using porous silicon according to an embodiment of the present invention.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※※ Explanation of code about main part of drawing ※

10 : 실리콘 기판 20 : 다공질 실리콘층10 silicon substrate 20 porous silicon layer

30 : 에피층 40 : 산화막30: epi layer 40: oxide film

50 : 전극 60 : 알루미늄 전극패드50 electrode 60 aluminum electrode pad

70 : 와이어 본딩70: wire bonding

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알코올 센서는, 고농도 실리콘 기판 상의 일부 영역에 형성된 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층과; 상기 고농도실리콘 기판의 일부 영역을 노출 상태로 유지하면서 상기 노출된 영역과 상기 다공질 실리콘층을 격리시키도록 상기 고농도 실리콘 기판 상에 형성된 에피층; 상기 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층의 상부와 상기 노출된 고농도 실리콘 기판의 일부 영역에 각각 형성된 전극들; 및 상기 에피층의 상부와 상기 노출된 고농도 실리콘기판의 다른 영역의 상부에 형성된 소자 보호막을 포함한 것을 특징으로 한다.An alcohol sensor according to the present invention for achieving the above object, the porous silicon layer which is an alcohol sensing region formed in a portion of the high concentration silicon substrate; An epitaxial layer formed on the high concentration silicon substrate to isolate the exposed area from the porous silicon layer while maintaining a portion of the high concentration silicon substrate in an exposed state; Electrodes formed on an upper portion of the porous silicon layer, the alcohol sensing region, and on a portion of the exposed high concentration silicon substrate; And an element passivation layer formed on an upper portion of the epitaxial layer and on another region of the exposed high concentration silicon substrate.

또한, 본 발명에 따른 알코올 센서 제조방법은, 제 1 도전형의 고농도 실리콘 기판상에 제 2 도전형의 에피층을 성장하는 제 1 단계와; 마스크패턴을 이용하여 상기 제 2 도전형의 에피층 중 적어도 2 영역을 제 1 도전형의 고농도 영역으로 변환시키고, 양극 반응을 이용하여 상기 제 1 도전형의 고농도 영역에 다공질 실리콘층을 형성하는 제 2 단계; 상기 적어도 2 영역의 다공질 실리콘층 중 1 영역을 열산화 공정을 통해 다공질 실리콘 산화막으로 변환시킨 후 제거하여 상기 고농도 실리콘 기판을 노출시키는 제 3 단계; 상기 결과물을 외부와 차폐시키기 위한 보호막을 형성하는 제 4 단계; 및 상기 고농도 실리콘 기판의 노출영역과 상기 다공질 실리콘층에 각각 전극을 형성하는 제 5 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.In addition, the alcohol sensor manufacturing method according to the present invention comprises: a first step of growing an epitaxial layer of a second conductivity type on a silicon substrate of the first conductivity type; Converting at least two regions of the epitaxial layer of the second conductivity type into a high concentration region of the first conductivity type using a mask pattern, and forming a porous silicon layer in the high concentration region of the first conductivity type using an anode reaction Two steps; A third step of exposing the high concentration silicon substrate by converting and removing one region of the at least two regions of the porous silicon layer into the porous silicon oxide film through a thermal oxidation process; Forming a protective film for shielding the resultant product from the outside; And a fifth step of forming electrodes in the exposed region of the high concentration silicon substrate and the porous silicon layer, respectively.

전형적인 반도체 재료인 실리콘을 기본으로 한 다공질 실리콘은 알코올에 대한 반응성(세부적으로는 침투성)이 우수하고, 집적화가 가능하기 때문에 종래의 알코올 센서에 비해 저가격화, 경량화, 및 다기능화 알코올 센서의 제조에 적합하다.Porous silicon based on silicon, which is a typical semiconductor material, has excellent reactivity to alcohol (in detail, permeability), and can be integrated, thereby making it possible to manufacture lower cost, lighter, and more versatile alcohol sensors than conventional alcohol sensors. Suitable.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 한 실시예에 따른 "다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서 및 그 제조방법"을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail "an alcohol sensor using a porous silicon and a method of manufacturing the same" according to an embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서의 구조도이다.1 is a structural diagram of an alcohol sensor using porous silicon according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 제 1 도전형의 고농도 실리콘 기판(10) 상에 제 2 도전형의 에피층(30)이 형성된다. 이 고농도 실리콘 기판(10)으로는 비저항이 0.01Ωcm 인 고농도의 p+형 기판을 사용하는 바, 이로써 다공질 실리콘을 형성하기 위한 양극 반응시 별도의 금속 전극을 증착하지 않고도 바로 오믹 접합이 이루어질 수 있다. 에피층(30)은 n형을 사용한다. 다공질 실리콘을 형성하는 상세한 과정은 후술하기로 한다.Referring to FIG. 1, the epitaxial layer 30 of the second conductivity type is formed on the high concentration silicon substrate 10 of the first conductivity type. As the high concentration silicon substrate 10, a high concentration p + type substrate having a specific resistance of 0.01 Ωcm is used. Thus, ohmic bonding may be performed immediately without depositing a separate metal electrode during an anode reaction to form porous silicon. . The epi layer 30 uses n type. A detailed process of forming the porous silicon will be described later.

n형의 에피층(30) 내부의 일부 영역에는 불순물의 이온 주입과 선택적인 양극 반응을 통하여 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층(20)이 상기 고농도 실리콘 기판(10) 상에 형성된다. 또한 에피층(30) 내부의 다른 영역에는 에피층(30)에 의해 다공질 실리콘층(20)과 격리된 상기 고농도 실리콘 기판(10)의 노출영역이 형성된다. 이 다공질 실리콘층(20)과 노출영역에는 표면의 알코올 농도를 감지하기 위한 전극부가 형성된다. 즉, 다공질 실리콘층(20)과 노출영역의 일부 상부에는 각각 두 전극(50)이 형성되며, 나머지 영역(에피층(30) 전체 영역과 노출영역의 나머지 영역)의 상부에는 소자를 보호하기 위한 보호막(40)이 형성된다.In some regions inside the n-type epitaxial layer 30, a porous silicon layer 20, which is an alcohol sensing region, is formed on the high concentration silicon substrate 10 through ion implantation of impurities and selective anodic reaction. In addition, an exposed area of the high concentration silicon substrate 10 separated from the porous silicon layer 20 by the epi layer 30 is formed in another area inside the epi layer 30. The porous silicon layer 20 and the exposed region are formed with an electrode portion for sensing the alcohol concentration on the surface. That is, two electrodes 50 are formed on the porous silicon layer 20 and a part of the exposed area, respectively, and the upper part of the remaining area (the entire area of the epi layer 30 and the remaining area of the exposed area) is used to protect the device. The protective film 40 is formed.

이와 같이, 본 발명에 의한 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서는 가능한 한 큰 정전용량값을 얻기 위해 두 전극(50) 사이의 간격을 단지 다공질 실리콘층(20)으로 제한할 수 있으며, 집적화가 가능하도록 두 전극(50)의 위치를 모두 웨이퍼 상단에 형성한다.As described above, the alcohol sensor using porous silicon according to the present invention can limit the distance between the two electrodes 50 to only the porous silicon layer 20 in order to obtain a large capacitance value as much as possible. The positions of the electrodes 50 are all formed on the top of the wafer.

이하에는 상술한 구조를 갖는 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서를 제조하는 과정을 도 2a 내지 도 2j를 참조하면서 순차적으로 설명한다.Hereinafter, a process of manufacturing the alcohol sensor using the porous silicon having the above-described structure will be described sequentially with reference to FIGS. 2A to 2J.

본 발명에서는 마이크로 구조를 갖는 다공질 실리콘층을 형성하기 위하여 저항률이 0.01Ωcm 이하로 매우 낮은 고농도의 p+형 단결정 실리콘 기판을 사용한다. 웨이퍼의 도핑농도는 다공질 실리콘층의 다공의 크기에 큰 영향을 미치며, 다공질 실리콘층을 가공하여 소자를 만들고자 할 때는 다공률이 다소 떨어지더라도 구조적으로 안정한 마이크로 다공질이 적합하다.In the present invention, in order to form a porous silicon layer having a micro structure, a very high concentration p + type single crystal silicon substrate having a resistivity of 0.01? Cm or less is used. The doping concentration of the wafer has a great influence on the size of the pores of the porous silicon layer, and when making the device by processing the porous silicon layer, structurally stable microporous is suitable even if the porosity is slightly reduced.

먼저 도 2a를 참조하면, 0.01Ωcm 이하의 낮은 저항률과 1019cm-3의 고농도 p+형 단결정 실리콘 기판(10) 상에 1014∼ 1015도우즈(dose)로 인(phosphor)이 도핑된 n형 에피층(epitaxial layer)(30)을 성장한다. 이때, 에피층(30)은 1050℃의 성장온도에서 0.2㎛/min의 속도로 두께가 약 2∼4㎛가 되도록 성장한다. 이 n형 에피층(30)은 후속 공정에서 도핑농도와 도펀트(dopants)의 종류 차이에 의한 선택적 다공질 실리콘층을 형성할 때, 다공질 형성을 억제하는 역할을 수행한다.First, referring to FIG. 2A, phosphorus is doped with 10 14 to 10 15 doses on a low resistivity of 0.01 Ωcm or less and a high concentration p + type single crystal silicon substrate 10 of 10 19 cm −3 . An n-type epitaxial layer 30 is grown. At this time, the epi layer 30 is grown to a thickness of about 2 to 4 ㎛ at a rate of 0.2 ㎛ / min at a growth temperature of 1050 ℃. The n-type epitaxial layer 30 plays a role of suppressing porous formation when forming a selective porous silicon layer due to a difference in doping concentration and type of dopants in a subsequent process.

도 2b와 도 2c는 다공질 실리콘층(20)을 형성하는 단계를 나타낸다.2B and 2C illustrate the step of forming the porous silicon layer 20.

먼저 도 2b를 참조하면, 알코올 감지영역을 한정하기 위한 마스크패턴(PR1)을 도 2a의 결과물 상에 형성한 후, 이를 이온주입 마스크로 이용하여 붕소(boron)를 단위 면적당 1015cm-2정도로 주입하고, 주입된 붕소를 활성화시키기 위하여 질소 가스 분위기 속에서 약 1000 ℃의 온도에서 1시간 동안 어닐링을 진행하여 최소 비저항이 대략적으로 0.01Ωcm 이 되도록 조절한다.First, referring to FIG. 2B, a mask pattern PR1 for defining an alcohol sensing region is formed on the resultant of FIG. 2A, and then boron is used as an ion implantation mask to about 10 15 cm −2 per unit area. In order to activate the injected boron, annealing is performed at a temperature of about 1000 ° C. in a nitrogen gas atmosphere for 1 hour to adjust the minimum specific resistance to be approximately 0.01Ωcm.

이러한 공정을 통하여 결과물의 표면은 p+영역과 n 영역으로 나누어지는데, 다공질 실리콘층은 도핑농도가 높은 영역에 용이하게 형성되기 때문에 이러한 반응 선택성에 의해 p+층에 우세하게 형성된다.Through this process, the surface of the resultant is divided into p + region and n region. Since the porous silicon layer is easily formed in the region having high doping concentration, it is predominantly formed in the p + layer by this reaction selectivity.

다음, 마스크패턴(PR1)으로 덮여있는 결과물을 양극 반응기(anodic reaction) 속에서 정전류를 인가하여 도 2c에 도시된 바와 같이 국부적으로 다공질 실리콘층(20)을 형성한다. 다공질 실리콘층(20)은 양극 반응셀에서 25%의 불화수소(HF) 용액 속에 약 13mA/cm2의 전류밀도로 2분간의 양극 반응(anodic reaction)에 의해 형성한다. 이어서, 형성된 다공질 실리콘층(20) 내에 잔류할 수 있는 불화수소 용액을 제거하기 위해 증류수로 세척하는 공정을 추가할 수 있다.Next, the resultant covered with the mask pattern PR1 is applied with a constant current in an anode reaction to form a locally porous silicon layer 20 as shown in FIG. 2C. The porous silicon layer 20 is formed by anodic reaction for 2 minutes at a current density of about 13 mA / cm 2 in a 25% hydrogen fluoride (HF) solution in the anode reaction cell. Subsequently, a process of washing with distilled water may be added to remove the hydrogen fluoride solution that may remain in the formed porous silicon layer 20.

도 2d를 참조하면, 도 2c와 같이 다공질 실리콘층(20)이 형성되면 마스크패턴(PR1)을 제거한 후 그 결과물 전면에 질화막을 도포한다. 연이어, 사진식각공정을 통해 알코올을 감지하는 일부 다공질 실리콘층(20) 영역을 제외한 나머지 영역에서 질화막을 에칭하여 질화막 패턴(24)을 형성한다. 이 질화막 패턴(24)은 후속 공정인 산화막을 성장하는 공정에서 알코올 감지영역인 일부 다공질 실리콘층 위에 산화막이 형성되는 것을 방지하는 차단막(보호막) 역할을 수행한다.Referring to FIG. 2D, when the porous silicon layer 20 is formed as shown in FIG. 2C, the mask pattern PR1 is removed and a nitride film is applied to the entire surface of the resultant product. Subsequently, the nitride film pattern 24 is formed by etching the nitride film in the remaining regions except for the portion of the porous silicon layer 20 that senses alcohol through a photolithography process. The nitride film pattern 24 serves as a barrier film (protective film) to prevent the oxide film from being formed on a portion of the porous silicon layer, which is an alcohol sensing region, in a process of growing an oxide film, which is a subsequent process.

도 2e는 열산화(thermal oxidation) 공정을 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 도 2d의 결과물을 약 1000℃ 정도의 온도에서 산화시켜 결과물 전면에 걸쳐 약 3000Å 두께의 열산화막(26)을 형성한다. 이때, 열산화 공정에 노출된 상기 다공질 실리콘층(20)은 짧은 시간에도 표면 깊숙이 산화되기 때문에 산화 다공질 실리콘층(oxidized porous silicon)(28)으로 변환된다.2E illustrates a thermal oxidation process. Specifically, the resultant of FIG. 2D is oxidized at a temperature of about 1000 ° C. to form a thermal oxide film 26 having a thickness of about 3000 kPa over the entire surface of the resultant. In this case, the porous silicon layer 20 exposed to the thermal oxidation process is converted into an oxidized porous silicon layer 28 because the surface is oxidized deep even in a short time.

도 2f를 참조하면, 열산화 공정을 통하여 형성된 열산화막(26)과 변환된 산화 다공질 실리콘층(28)은 BOE(buffered oxide etchant) 에칭 용액속에 담구어서 제거하고, 보호막으로 사용된 질화막 패턴(24)은 인산염 용액을 이용하여 제거한다. 그 결과, 도 2f에 도시된 바와 같이 p+기판(10)의 일부가 노출되는데, 이를 노출영역이라고 한다.Referring to FIG. 2F, the thermal oxide layer 26 and the converted porous silicon layer 28 formed through the thermal oxidation process are immersed in a buffered oxide etchant (BOE) etching solution to be removed, and the nitride layer pattern 24 used as a protective layer. ) Is removed using a phosphate solution. As a result, as shown in FIG. 2F, a part of the p + substrate 10 is exposed, which is called an exposure area.

다음 도 2g를 참조하면, 도 2f의 결과물에 소자를 외부와 차폐시키기 위한 보호막(40)을 형성한다. 이때, 보호막(40)은 도펀트의 재분포에 영향을 주지 않도록 저온 공정이 가능한 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)법을 사용하여 약 5000Å 정도의 두께로 산화막을 증착한다. 연이어, 후속의 반투명 전극을 리프트오프(lift off) 방법으로 형성하기 위해 리프트오프용 포토레지스트막(PR2)을 보호막의 상부에 형성한다. 이 공정을 통하여 도포된 포토레지스트막(PR2)과 산화막(40)은 소정의 마스크로 이용한 사진 식각공정으로 알코올 감지창과 콘택구멍(contact hole)을 형성한다.Next, referring to FIG. 2G, a protective film 40 is formed on the resultant of FIG. 2F to shield the device from the outside. At this time, the protective film 40 is deposited to a thickness of about 5000 kW by using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method capable of low temperature processing so as not to affect the redistribution of the dopant. Subsequently, a lift-off photoresist film PR2 is formed on the upper portion of the protective film in order to form a subsequent translucent electrode by a lift off method. The photoresist film PR2 and the oxide film 40 applied through this process form an alcohol sensing window and a contact hole by a photolithography process using a predetermined mask.

도 2h를 참조하면, 이 결과물 전면에 크롬(Cr)과 금(Au)으로 약 300Å 이하의 박막을 진공 증착하고, 리프트오프방법으로 불필요한 영역의 전극물질을 포토레지스트패턴(PR2)과 함께 제거함으로써, 노출되는 다공질 실리콘층(20) 및 실리콘 기판(10)의 노출영역의 상부에 반투명 전극(50)을 동시에 형성한다.Referring to FIG. 2H, a thin film of about 300 mW or less is vacuum deposited on the entire surface of the resultant with chromium (Cr) and gold (Au), and the electrode material of the unnecessary region is removed together with the photoresist pattern PR2 by a lift-off method. The translucent electrode 50 is simultaneously formed on the exposed porous silicon layer 20 and the exposed region of the silicon substrate 10.

최종적으로, 외부 전극과의 연결을 위해 도 2i에 도시된 바와 같이 알루미늄 전극패드(60)와 와이어 본딩(70) 공정을 수행함으로써, 도 2j에 도시된 바와 같은 알코올 센서의 제작을 완료한다.Finally, the aluminum electrode pad 60 and the wire bonding 70 process are performed as shown in FIG. 2I to connect the external electrodes, thereby completing the manufacture of the alcohol sensor as shown in FIG. 2J.

이러한 알코올 센서는 정전용량형으로서, 다공질 실리콘층으로 침투한 알코올기체는 알코올의 농도에 따라 다공질 실리콘층을 포함한 산화막, 알코올 및 수증기가 혼재된 감지영역의 총 유전율이 변화된다. 감지영역인 다공질 실리콘층은 다공질 실리콘, 산화막, 알코올, 수증기 및 공기가 혼재된 유전체로서, 총 유전율(x)은 각 성분의 유전상수(xi)와 각 성분이 차지하는 체적비(σi)에 따라서 수학식 1과 같이 근사화된다.The alcohol sensor is capacitive, and the alcohol gas that has penetrated into the porous silicon layer changes the total dielectric constant of the sensing region in which the oxide film, alcohol, and water vapor including the porous silicon layer is mixed according to the alcohol concentration. The porous silicon layer, which is a sensing region, is a dielectric in which porous silicon, oxide film, alcohol, water vapor, and air are mixed. The total dielectric constant (x) depends on the dielectric constant (x i ) of each component and the volume ratio (σ i ) of each component. Approximated as in Equation 1.

정전계에서 실리콘의 유전상수는 12, 산화막의 유전상수는 3.9, 순수 알코올과 물의 유전상수는 각각 25와 80 이며, 알코올 농도가 증가할수록 단위 체적당 알코올이 차지하는 체적비가 증가하기 때문에 정전용량이 증가하며, 이로써 알코올농도를 측정할 수 있게 된다.In the electrostatic field, the dielectric constant of silicon is 12, the dielectric constant of oxide is 3.9, and the dielectric constant of pure alcohol and water is 25 and 80, respectively, and as the alcohol concentration increases, the volume ratio of alcohol per unit volume increases, so the capacitance increases. This allows the alcohol concentration to be measured.

위에서 양호한 실시예에 근거하여 이 발명을 설명하였지만, 이러한 실시예는 이 발명을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다. 이 발명이 속하는 분야의 숙련자에게는 이 발명의 기술사상을 벗어남이 없이 위 실시예에 대한 다양한 변화나 변경 또는 조절이 가능함이 자명할 것이다. 그러므로, 이 발명의 보호범위는첨부된 청구범위에 의해서만 한정될 것이며, 위와 같은 변화예나 변경예 또는 조절예를 모두 포함하는 것으로 해석되어야 할 것이다.While the invention has been described above based on the preferred embodiments thereof, these embodiments are intended to illustrate rather than limit the invention. It will be apparent to those skilled in the art that various changes, modifications, or adjustments to the above embodiments can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the protection scope of the present invention will be limited only by the appended claims, and should be construed as including all such changes, modifications or adjustments.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 다공질 실리콘층의 알코올에 대한 반응성이 우수하고 집적화가 가능하기 때문에, 저가격화, 경량화, 및 다기능화가 가능한 알코올 센서를 제조할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, since the reactivity with the alcohol of the porous silicon layer is excellent and can be integrated, there is an effect of manufacturing an alcohol sensor capable of low cost, light weight, and multifunctionality.

Claims (3)

고농도 실리콘 기판과;A high concentration silicon substrate; 상기 고농도 실리콘 기판 상의 일부 영역에 형성된 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층과;A porous silicon layer which is an alcohol sensing region formed in a portion of the high concentration silicon substrate; 상기 고농도 실리콘 기판의 다른 일부 영역을 노출 상태로 유지하면서 상기 고농도 실리콘 기판의 노출 영역과 상기 다공질 실리콘층을 격리시키도록 상기 고농도 실리콘 기판 상에 형성된 에피층과;An epitaxial layer formed on said high concentration silicon substrate so as to isolate said exposed region of said high concentration silicon substrate and said porous silicon layer while maintaining said other partial region of said high concentration silicon substrate; 상기 알코올 감지영역인 다공질 실리콘층의 상부와 상기 고농도 실리콘 기판의 노출 영역의 상부에 각각 형성된 전극들과;Electrodes formed on the porous silicon layer, the alcohol sensing region, and on the exposed region of the high concentration silicon substrate, respectively; 상기 전극들이 형성된 영역을 뺀 나머지 영역의 상부에 형성된 소자 보호막과;An element protection film formed on an upper portion of the remaining region except for the region in which the electrodes are formed; 상기 각각의 전극에 연결된 알루미늄 전극패드들과;Aluminum electrode pads connected to the respective electrodes; 상기 각각의 알루미늄 전극패드에 본딩된 와이어들을 구비한 것을 특징으로 하는 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서.Alcohol sensor using porous silicon, characterized in that the wire bonded to each of the aluminum electrode pad. 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서를 제조하는 방법에 있어서,In the method of manufacturing an alcohol sensor using porous silicon, 제 1 도전형의 고농도 실리콘 기판 상에 제 2 도전형의 에피층을 성장하는 제 1 단계와;A first step of growing an epitaxial layer of a second conductivity type on a high concentration silicon substrate of a first conductivity type; 마스크패턴을 이용하여 상기 제 2 도전형의 에피층 중 적어도 2 개의 일부 영역을 제 1 도전형의 고농도 영역으로 변환시키고, 양극 반응을 이용하여 상기 제 1 도전형의 고농도 영역에 다공질 실리콘층을 형성하는 제 2 단계와;The mask pattern is used to convert at least two partial regions of the epitaxial layer of the second conductivity type into a high concentration region of the first conductivity type, and a porous silicon layer is formed in the high concentration region of the first conductivity type using an anode reaction. Performing a second step; 상기 적어도 2 개의 일부 영역의 다공질 실리콘층 중 1 개의 일부 영역을 열산화 공정을 통해 다공질 실리콘 산화막으로 변환시킨 후 제거하여 상기 고농도 실리콘 기판을 노출시켜 상기 고농도 실리콘 기판의 노출 영역을 생성하는 제 3 단계와;A third step of converting one partial region of the porous silicon layer of the at least two partial regions into a porous silicon oxide film through a thermal oxidation process and removing the exposed silicon substrate by exposing the high concentration silicon substrate to generate an exposed region of the high concentration silicon substrate Wow; 상기 제 3 단계의 결과물 상부에 외부와 차폐시키기 위한 소자 보호막을 형성하는 제 4 단계와;A fourth step of forming an element protection film on the resultant of the third step to shield the outside from the outside; 상기 고농도 실리콘 기판의 노출 영역과 상기 다공질 실리콘층에 형성된 상기 소자 보호막을 제거하고 상기 고농도 실리콘 기판의 노출 영역의 상부와 상기 다공질 실리콘층의 상부에 각각 전극을 형성하는 제 5 단계와;Removing a exposed portion of the high concentration silicon substrate and the device protection layer formed on the porous silicon layer, and forming an electrode on an upper portion of the exposed area of the high concentration silicon substrate and an upper portion of the porous silicon layer, respectively; 상기 각각의 전극에 외부 전극과의 연결을 위해 알루미늄 전극패드들을 형성하고 상기 각각의 알루미늄 전극패드에 와이어를 본딩하는 제 6 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서 제조방법.And forming a sixth electrode pad to connect the external electrode to each of the electrodes, and bonding a wire to each of the aluminum electrode pads. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 도전형의 에피층은 2∼3 ㎛의 두께와 1014∼ 1015cm-3의 도핑농도를 갖는 n형 에피층인 것을 특징으로 하는 다공질 실리콘을 이용한 알코올 센서 제조방법.The alcohol sensor using porous silicon according to claim 2, wherein the epitaxial layer of the second conductivity type is an n-type epilayer having a thickness of 2 to 3 µm and a doping concentration of 10 14 to 10 15 cm -3 . Manufacturing method.
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