KR100783765B1 - 탄화규소 반도체 가스센서 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 변압기의 절연유 내의 수소가스 검침용 반도체 가스센서 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 불순물이 함유된 제1도전형 탄화규소 기판과; 상기 탄화규소 기판의 상면에 형성되고, 상기 탄화규소 기판의 불순물 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층과; 상기 에피박막층에 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자를 전기적으로 격리하기 위한 제2도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 불순물이 함유된 제2도전형 채널스토퍼와; 상기 에피박막층에 제1도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자용 불순물이 함유된 제1도전형 소스 및 드레인과; 상기 소스 및 드레인 상측의 일부영역과, 상기 채널스토퍼 및 상기 채널스토퍼 양옆의 에피박막층을 포함하는 상측영역과, 상기 에피 박막층의 양단부에 형성된 채널 스토퍼의 사이와 상기 소스 사이에 형성된 에피박막층 상측의 일부영역에 형성되는 보호산화막과; 상기 보호산화막 상측에 절연보호막 형성을 위해 형성되는 보호질화막과; 상기 소스 및 드레인 사이에 형성되는 게이트산화막과; 상기 센싱MOSFET 소자의 게이트산화막 상측에 형성되는 니켈-팔라듐게이트금속층과; 상기 소스와 드레인의 일부영역의 상측 및 상기 소스와 드레인의 옆에 형성된 에피박막층 일부영역의 상측에 형성된 니켈-크롬금속층과, 기준MOSFET 및 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 일부영역의 상층에 형성되어 수소농도에 따른 저항 변화를 측정하기 위해 니켈-팔라듐금속층과; 상기 센싱MOSFET의 니켈-팔라듐게이트금속층 및 니켈-팔라듐금속층의 영역을 제외한 상기 기준MOSFET 및 센싱MOSFET의 전체 소자 상부에 수소가스 접촉을 방지하기 위해 형성된 보호막과; 상기 보호산화막 상측에 절연보호 특성 향상을 위해 형성되는 보호질화막과; 상기 탄화규소 기판의 하부에 소자의 온도를 변화시키기 위한 발열층과; 상기 소자의 하면에 온도를 측정하기 위한 온도센싱부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치및 상기 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조방법을 기술적 요지로 한다. 이에 따라 상기 구성에 의한 본 발명은, 탄화규소기판의 MOSFET 소자는 탄화규소의 물성적 특성에 따라 넓은 온도 범위에서 소자의 특성 변화가 없어 절연유 내의 수소 검출 능력이 뛰어나고, 또한 저항센서를 동일 기판 위에 제작하여 낮은 수소농도에서는 탄화규소 MOSFET 소자를 통해 수소농도를 측정하고 높은 수소농도에서는 센싱저항용 센서 소자를 통해 측정하므로 넓은 범위(수십 ppm ~ 수천 ppm)의 수소농도의 측정이 가능한 것으로, 고온에서 높은 신뢰성을 가지며 제작단가가 저렴한 유입식 변압기 내의 수소가스를 감지할 수 있는 저항센서 내장형 니켈-팔라듐게이트 탄화규소 반도체 가스센서 장치를 제공하는 이점이 있다.

반도체 탄화규소 가스센서 MOSFET 니켈 크롬 팔라듐

Description

탄화규소 반도체 가스센서 장치 및 그 제조방법{silicon carbide semiconductor gas sensor device and the manufacturing method}

도 1 - 종래의 가스검출용 실리콘 반도체 가스센서의 구조를 보여주는 평면도.

도 2a ~ 도 2l - 본 발명에 따른 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조과정을 보여주는 개략적인 구성도.

도 3 - 본 발명에 따른 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 구조를 보여주는 평면도.

<도면에 사용된 주요부호에 대한 설명>

201 : 탄화규소 기판 202 : 에피박막층

203 : 제1산화막 204 : 제1금증착막

203a : 제2산화막 204a : 제2금증착막

205 : 채널스토퍼 206 : 소스 및 드레인

207 : 보호산화막 208 : 보호질화막

209 : 게이트산화막 210 : 니켈-크롬금속층(드레인)

211 : 니켈-크롬금속층(소스) 212 : 니켈-팔라듐금속층

213 : 니켈-팔라듐게이트금속층 214 : 보호막

215 : 발열층 S : 소스
D : 드레인

본 발명은 변압기의 절연유 내의 수소가스를 검침하는 반도체 가스센서 장치에 관한 것으로, 고온에서 동작이 가능한 제1도전형 탄화규소 기판에 이온주입을 통하여 MOSFET구조를 형성하고 게이트 금속으로 수소에 민감한 니켈-팔라듐 금속을 사용하며 불순물이 함유된 수소가스 감도 특성을 향상시키기 위하여 저항센서를 동종 기판에 형성하여 유입식 변압기의 절연유 속에서 발생하는 수소가스에 우수한 감도를 갖는 탄화규소 반도체 가스센서 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 유입식변압기는 절연유로 채워져 있으며 운전 중에 열적, 기계적 그리고 환경적인 스트레스를 받으면 내부에 국부과열, 부분방전 및 아크방전과 같은 이상이 발생하며 수소, 일산화탄소 등의 가스가 발생하며, 초기고장을 방치하면 고장이 진행되어 최종적으로 절연파괴된다.

이러한 것을 방지하기 위하여 변압기가 절연파괴와 같은 큰 고장에 도달하기 전에 고장을 발견하고 보수하기 위한 진단법이 다수 수행되고 있으며, 그 중 유중 가스분석법이 가장 신뢰성 있고 일반적으로 사용되고 있다.

일반적으로 절연유 내의 수소가스를 검출하는 방법으로는, 산화주석 및 산화인듐을 사용하는 방법, 팔라듐 나노입자를 사용하는 방법 및 백금과 산화티탄을 이용하여 가스 감도와 가스 선택성이 뛰어난 박막센서 및 실리콘 기판을 이용한 MOSFET형 가스센서 등이 사용되고 있다.

상기 산화주석을 사용하는 방법은 염화주석을 암모니아수를 이용하여 침전시키고 세척 및 건조하여 열처리를 하여 제작한다. 그러나 이 방법은 추가적으로 염화안티몬을 공침하여 전기저항을 줄이는 등의 복잡한 제조공정을 요구한다. 또한 상기 산화인듐은 산화주석과 같은 n형 반도체로서 매우 낮은 공기저항값을 가지나 가스 감도가 낮아 거의 사용하지 못하고 있다.

따라서 근래에는 실리콘을 기판으로 하는 반도체 가스센서가 개발되어 사용되고 있으며, 실리콘 기판의 반도체 가스센서는 제작이 용이하고 가격이 저렴하여 많은 분야에서 사용되고 있다.

그러나 센서의 감지능력을 높이기 위해서는 센서의 동작온도를 200℃ 이상으로 올려야 하나, 실리콘 소자의 물성적인 한계로 인해 200℃ 이상에서는 센서의 특성 저하를 유발하는 등 고온에서의 동작이 문제가 되고 있다.

또한 변압기의 이상 동작시 발생하는 수소가스의 양은 이상 동작이 계속됨에 따라 그 양이 비례적으로 증가한다. 따라서 고농도의 수소를 검출하기 위해서는 센서 소자의 감지 범위를 넓혀야 하며, 검출능력을 높이기 위해서는 검출부의 온도를 200℃ 이상으로 올려야 한다. 그러나 종래의 장치는 수소가스의 양의 증가에 따른 센서의 감지범위가 충분히 넓지 못할 뿐만 아니라 고온에서의 사용은 센서의 특성 저하를 유발하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 고온에서 동작이 가능한 탄화규소 기판에 이온주입을 통하여 MOSFET구조를 형성하고 게이트금속층으로 수소에 민감한 니켈-팔라듐을 사용하며, 고농도의 수소가스 감도 특성을 향상시키기 위하여 저항센서를 동종 기판에 형성하여 유입식 변압기의 절연유 속에서 발생하는 수소가스에 우수한 감도를 갖는 탄화규소 반도체 가스센서 장치 및 그의 제조방법의 제공을 그 목적으로 한다.

상기 목적 달성을 위해 본 발명은, 불순물이 함유된 제1도전형 탄화규소 기판과; 상기 탄화규소 기판의 상면에 형성되고, 상기 탄화규소 기판의 불순물 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층과; 상기 에피박막층에 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자를 전기적으로 격리하기 위한 제2도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 불순물이 함유된 제2도전형 채널스토퍼와; 상기 에피박막층에 제1도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자용 불순물이 함유된 제1도전형 소스 및 드레인과; 상기 소스 및 드레인 상측의 일부영역과, 상기 채널스토퍼 및 상기 채널스토퍼 양옆의 에피박막층을 포함하는 상측영역과, 상기 에피 박막층의 양단부에 형성된 채널 스토퍼의 사이와 상기 소스 사이에 형성된 에피박막층 상측의 일부영역에 형성되는 보호산화막과; 상기 보호산화막 상측에 절연보호막 형성을 위해 형성되는 보호질화막과; 상기 소스 및 드레인 사이에 형성되는 게이트산화막과; 상기 센싱MOSFET 소자의 게이트산화막 상측에 형성되는 니켈-팔라듐게이트금속층과; 상기 소스와 드레인의 일부영역의 상측 및 상기 소스와 드레인의 옆에 형성된 에피박막층 일부영역의 상측에 형성된 니켈-크롬금속층과, 기준MOSFET 및 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 일부영역의 상층에 형성되어 수소농도에 따른 저항 변화를 측정하기 위해 니켈-팔라듐금속층과; 상기 센싱MOSFET의 니켈-팔라듐게이트금속층 및 니켈-팔라듐금속층의 영역을 제외한 상기 기준MOSFET 및 센싱MOSFET의 전체 소자 상부에 수소가스 접촉을 방지하기 위해 형성된 보호막과; 상기 보호산화막 상측에 절연보호 특성 향상을 위해 형성되는 보호질화막과; 상기 탄화규소 기판의 하부에 소자의 온도를 변화시키기 위한 발열층과; 상기 소자의 하면에 온도를 측정하기 위한 온도센싱부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치 및 상기 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조방법을 기술적 요지로 한다.

여기에서 상기 제1도전형 및 제2도전형은, 제1도전형이 n형이고 제2도전형이 p형이거나 또는 제1도전형이 p형이고 제2도전형이 n형인 것이 바람직하다.

이에 따라 상기 구성에 의한 본 발명은, 탄화규소기판의 MOSFET 소자는 탄화규소의 물성적 특성에 따라 넓은 온도 범위에서 소자의 특성 변화가 없어 절연유 내의 수소 검출 능력이 뛰어나고, 또한 저항센서를 동일 기판 위에 제작하여 낮은 수소농도에서는 탄화규소 MOSFET 소자를 통해 수소농도를 측정하고 높은 수소농도에서는 센싱저항용 센서 소자를 통해 측정하므로 넓은 범위(수십 ppm ~ 수천 ppm)의 수소농도의 측정이 가능한 것으로, 고온에서 높은 신뢰성을 가지며 제작단가가 저렴한 유입식 변압기 내의 수소가스를 감지할 수 있는 저항센서 내장형 니켈-팔라듐게이트 탄화규소 반도체 가스센서 장치를 제공하는 이점이 있다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예로써, 상기 불순물이 함유된 제1도전형 탄화규소 기판이 n+형 제1도전형 탄화규소 기판인 경우로 이에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다. 도 1은 종래의 가스검출용 실리콘 반도체 가스센서의 구조를 보여주는 평면도이고, 도 2a 내지 도 2l은 본 발명에 따른 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조과정을 보여주는 개략적인 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 구조를 보여주는 평면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 따른 탄화규소 반도체 가스센서 장치는 n+형 탄 화규소 기판(201), 그 상측에 형성된 동종의 에피박막층(202)을 포함하여 구성된 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자, 상기 소자를 각각 절연시키기 위한 채널스토퍼(205)와, 기준저항용 및 센싱저항용 금속층 그리고 보호막(214), 발열층(215) 및 온도센싱부로 크게 구성된다.

이를 상세히 살펴보면, 상기 n+형 탄화규소 기판(201) 상면에는 p형 탄화규소 에피박막층(202)이 적층 형성된다. 그리고 상기 에피박막층(202) 상측에는 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자를 전기적으로 격리시키고자 600℃ 이상의 고온에서 수백 keV 주입에너지를 갖는 p형 불순물인 보론, 알루미늄 등의 3족원소가 이온주입을 통해 주입되어 p+형 채널스토퍼(205)가 형성된다.

이때 상기 p+형 채널스토퍼(205)를 제조하기 전에 채널스토퍼(205) 영역 이외에 높은 에너지로 주입되는 상기 불순물이 주입되지 않도록 불순물주입방지층을 더 형성시키게 되며, 상기 불순물주입방지층을 형성시키기 위해 열산화 또는 기상증착 등의 방법을 이용한 제1산화막(203) 및 이온빔증착 등의 방법을 이용한 제1금증착막(204)을 형성시키게 된다.

상기 제1산화막(203) 및 제1금증착막(204)은 사진식각공정을 통해 상기 채널스토퍼(205)를 형성하기 위해 이온이 주입될 이온주입영역을 형성하게 되며, 이에 의해 상기 이온주입영역으로 p형 불순물이 주입되면서, 고농도의 p+형 채널스토퍼(205)가 완성되게 된다. 여기에서 상기 제1금증착막(204)은 상기 제1산화막(203)의 얇은 두께에 의한 특성을 보완해주기 위한 것으로 적어도 1000Å 정도의 두께로 형성되며, 제1산화막없이 제1금증착막만 형성되어도 무방하다. 상기 제1산화 막(203) 및 제1금증착막(204)은 상기 채널스토퍼(205) 형성 이후에는 사진식각공정에 의해 제거되게 된다.

따라서 상기 채널스토퍼(205)에 의해 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자가 전기적으로 격리되어 기준MOSFET 소자의 소스와 센싱MOSFET 소자의 드레인 간에 전류가 흐르지 않도록 하며, 이에 의해 센싱MOSFET 소자에서 검출된 전류값과 기준MOSFET 소자에서 검출된 전류값의 차이를 비교하여 수소가스를 정확하게 검출할 수 있게 된다. 또한 상기 채널스토퍼(205)는 상기 기준 MOSFET소자 및 상기 센싱MOSFET 소자의 양단부의 영역에 형성되어 이 영역으로는 전류캐리어가 이동되지 않도록 하여 더욱 정확한 수소가스의 검출이 이루어지도록 하였다.

그리고 상기 에피박막층(202)에는 기준MOSFET 소자 및 센싱MOSFET 소자를 이루는 소스 및 드레인(206: S, D)이 각각 형성되며, 상기 소스 및 드레인(206)은 600℃ 이상의 고온에서 수백 keV 주입에너지를 갖는 5족원소인 인, 아세닉 등의 n형 불순물을 이온주입을 통해 주입시켜 고농도의 n+ 소스 및 드레인(206)을 형성시키게 된다.

여기에서 상기 n+ 소스 및 드레인(206)을 형성시키기 위해, n+ 소스 및 드레인(206) 영역 이외에는 높은 에너지로 주입되는 이온이 주입되지 않도록 불순물주입방지층을 더 형성시키게 된다. 상기 불순물주입방지층은 이는 화학기상증착 방법 등을 통해 증착된 제2산화막(203a)과 이온빔증착 방법 등을 통해 증착된 제2금증착막(204a)으로 형성되는 것이 바람직하나, 필요에 따라 상기 제2금증착막(204a)만 형성되어도 무방하다. 상기 제2산화막 및 제2금증착막은 사진식각공정을 통해 상기 소스와 드레인(206)이 형성될 수 있는 영역인 이온주입영역을 형성하고, 상기 이온주입영역에 상기 n형 불순물이 주입되므로써 고농도의 상기 n+ 소스 및 드레인(206)이 형성되게 된다.

상기의 이온주입된 불순물은 주입된 불순물 이온의 활성화 및 안정적으로 확산되도록 1600℃ 이상의 고온의 아르곤 가스 분위기에서 30분 동안 열처리 과정을 거치게 된다.

그리고 상기 소스 및 드레인(206)의 일부와, 상기 각 소스(S)와 상기 에피박막층(202)의 양단에 각각 형성된 채널 스토퍼의 사이에 형성된 에피박막층(202) 일부와, 상기 채널스토퍼(205) 및 상기 체널스토퍼(205) 양옆의 에피박막층(202)의 일부를 포함하는 에피박막층(202)의 상측에는 저온 화학기상증착법에 의해 형성된 보호산화막(207) 및 상기 보호산화막(207) 상측에 형성되는 절연보호 특성 향상을 위해 형성되는 보호질화막(208)이 형성되어 상기 소스와 드레인(206) 영역을 보호하고, 고온분위기 기체 간의 물질 이동을 막으며, 표면에서의 물질이동을 방지한다.

그리고 상기 소스 및 드레인(206) 사이에는 게이트 절연을 위한 열산화에 의한 얇은 게이트산화막(209)이 형성되며, 상기 소스와 드레인의 일부영역의 상측 및 상기 소스와 드레인의 옆에 형성된 에피박막층 일부영역의 상측에 형성된 니켈-크롬금속층(210),(211)이 증착된다. 그리고 상기 게이트산화막(209) 상측에는 게이트금속층이 형성되며, 기준MOSFET 및 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 일부영역의 상층에 형성되어 수소농도에 따른 저항 변화를 측정하기 위한 니켈-팔라듐금속층(212)이 형성된다. 여기에서 상기 게이트금속층도 니켈-팔라듐게이트금속층(213)으로 형성되는 것이 바람직하다. 이는 일반적으로 팔라듐금속층은 수소가스와 반응하는 촉매금속으로 사용되나 제1도전형 탄화규소 기판 표면에 증착시에 쉽게 박리되는 현상을 보이므로 접착성 향상을 위해서 니켈-팔라듐게이트금속층(213)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 니켈-팔라듐으로 이루어진 금속층은 변압기의 절연유 내에서 수소가 발생되어 상기 니켈-팔라듐게이트금속층(213)에 수소가 접촉하게 되면, 상기 니켈-팔라듐게이트금속층(213)에서 분극이 일어나게 되며, 이러한 수소 분극량(수소의 농도)의 변화에 따라 상기 게이트에 전압변화가 유도되어 센싱MOSFET 소자에서 전류가 흐르게 되며, 이를 기준MOSFET 소자에서 발생되는 전류와 비교하여 수소가스를 검출하게 되는 것이다.

이 경우에 상기 기준MOSFET 및 상기 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 상측 일부영역에는 별도로 니켈-팔라듐금속층(212)이 상기 에피박막층(202) 상면에 더 형성되어, 낮은 수소농도에서는 상기 센싱 및 기준MOSFET 소자의 게이트 전압변화에 따른 전류차를 통해 수소농도를 측정하고, 높은 수소농도에서는 상기 기준MOSFET 및 상기 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 상측 일부영역에 형성된 니켈-팔라듐금속층(212)을 통해 측정되므로 넓은 범위(수십ppm ~ 수천ppm)의 수소농도의 측정이 가능한 것이다.

그리고 상기 센싱MOSFET 소자 측의 전극영역에는 외부와 전기적 신호선을 연결하기 위한 것으로 전기전도도가 우수한 금단자층이 형성되며, 상기 금단자층에는 금선을 통한 와이어 본딩에 의해 외부와 전기적으로 연결되게 된다.

그리고 상기 기준MOSFET 소자 영역에 수소가스 접촉을 방지하기 위한 것으로 회전도포(spin coating)법에 의한 폴리이미드 보호막(214)이 더 형성되며, 이에 의해 정확한 수소가스의 검출이 가능한 것이다.

그리고 상기 탄화규소 기판(201)의 하부에는 상기 센싱MOSFET 소자의 센싱감도를 향상시키기 위해 200℃ 이상의 고온에서 소자를 동작시키기 위하여 상기 MOSFET 소자의 온도를 변화시키기 위한 금속 저항형 발열층(215)이 형성되며, 상기 MOSFET 소자의 하부에는 상기 발열층(215)에 의한 온도를 측정하기 위한 온도센싱부가 더 형성된다. 이에 의해 센서의 감지능력을 향상시키기 위한 것으로, 전기적 신호에 의하여 소자의 온도범위를 쉽게 올릴 수 있게 되는 것이다.

이상과 같이 구성된 본 발명은 상기 제1도전형이 n형, 제2도전형이 p형으로 형성되어 있으나, 필요에 따라 상기 제1도전형이 p형, 제2도전형이 n형으로 형성될 수 있다.

이에 따라, 니켈-팔라듐 게이트 탄화규소 MOSFET 센서 소자는 탄화규소의 우수한 전기전도도 및 넓은 온도범위에서의 안정성 등으로 고온에서의 동작 특성이 우수하고, 상기 에피박막층(202) 표면에 MOSFET형 센서 소자와 저항형 센서 소자를 집적하여 상온에서 600℃까지 넓은 온도범위의 측정이 가능하며 후면에 발열층(215)을 삽입하여 전기적 신호에 의하여 소자의 온도범위를 쉽게 올릴 수 있으며 온도 감지를 가능케 하는 장점이 있다.

상기 구성에 의한 본 발명은, 탄화규소 기판의 MOSFET 소자는 탄화규소의 물성적 특성에 따라 넓은 온도 범위에서 소자의 특성 변화가 없어 절연유 내의 수소 검출 능력이 뛰어난 효과가 있다.

또한 저항센서를 동일 탄화규소 기판 위에 제작하여 낮은 수소농도에서는 탄화규소 MOSFET 소자를 통해 수소농도를 측정하고 높은 수소농도에서는 센싱저항용 센서 소자를 통해 측정하므로 넓은 범위(수십 ppm ~ 수천 ppm)의 수소농도의 측정 이 가능한 효과가 있다.

따라서 고온에서 높은 신뢰성을 가지며 제작단가가 저렴한 유입식 변압기 내의 수소가스를 감지할 수 있는 저항센서 내장형 니켈-팔라듐게이트 탄화규소 반도체 가스센서 장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 불순물이 함유된 제1도전형 탄화규소 기판과;

   상기 탄화규소 기판의 상면에 형성되고, 상기 탄화규소 기판의 불순물 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층과;

   상기 에피박막층에 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자를 전기적으로 격리하기 위한 제2도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 불순물이 함유된 제2도전형 채널스토퍼와;

   상기 에피박막층에 제1도전형 불순물의 이온주입을 통해 형성되는 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자용 불순물이 함유된 제1도전형 소스 및 드레인과;

   상기 소스 및 드레인 상측의 일부영역과, 상기 채널스토퍼 및 상기 채널스토퍼 양옆의 에피박막층을 포함하는 상측영역과, 상기 에피 박막층의 양단부에 형성된 채널 스토퍼의 사이와 상기 소스 사이에 형성된 에피박막층 상측의 일부영역에 형성되는 보호산화막과;

   상기 보호산화막 상측에 절연보호막 형성을 위해 형성되는 보호질화막과;

   상기 소스 및 드레인 사이에 형성되는 게이트산화막과;

   상기 센싱MOSFET 소자의 게이트산화막 상측에 형성되는 니켈-팔라듐게이트금속층과;

   상기 소스와 드레인의 일부영역의 상측 및 상기 소스와 드레인의 옆에 형성된 에피박막층 일부영역의 상측에 형성된 니켈-크롬금속층과, 기준MOSFET 및 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 일부영역의 상층에 형성되어 수소농도에 따른 저항 변화를 측정하기 위해 니켈-팔라듐금속층과;

   상기 센싱MOSFET의 니켈-팔라듐게이트금속층 및 니켈-팔라듐금속층의 영역을 제외한 상기 기준MOSFET 및 센싱MOSFET의 전체 소자 상부에 수소가스 접촉을 방지하기 위해 형성된 보호막과;

   상기 보호산화막 상측에 절연보호 특성 향상을 위해 형성되는 보호질화막과;

   상기 탄화규소 기판의 하부에 소자의 온도를 변화시키기 위한 발열층과;

   상기 소자의 하면에 온도를 측정하기 위한 온도센싱부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치.
2. 제 1항에 있어서, 제1도전형이 n형이고 제2도전형이 p형이거나 또는 제1도전형이 p형이고 제2도전형이 n형인 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치.
3. 불순물이 함유된 제1도전형 탄화규소 기판의 상면에 상기 기판의 상면에 형성되고 상기 탄화규소 기판의 불순물의 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층을 형성하는 단계와;

   이온주입시 불순물 주입 방지층으로 사용하기 위한 제1산화막 및 제1금증착막을 형성하는 단계와;

   상기 제1산화막 및 제1금증착막에 사진식각공정을 통해 채널스토퍼를 형성하기 위한 이온주입영역을 형성하는 단계와;

   상기 기판의 상면에 형성되고 상기 탄화규소 기판의 불순물의 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층에 제2도전형 불순물을 이온주입 방법을 통해 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자를 전기적으로 격리시키기 위한 불순물이 함유된 제2도전형 채널스토퍼 영역을 형성하는 단계와;

   이온주입시 제1산화막 및 제1금증착막을 제거하고, 불순물 방지층으로 사용하기 위한 제2산화막과 제2금증착막을 증착하는 단계와;

   상기 제2산화막 및 제2금증착막을 사진식각공정을 통해 소스와 드레인이 형성될 수 있는 이온주입영역을 형성하는 단계와;

   상기 기판의 상면에 형성되는 상기 탄화규소 기판의 불순물의 농도보다 낮은 농도인 제2도전형 탄화규소 에피박막층에 제1도전형의 불순물을 이온주입 방법을 통해 기준MOSFET 소자와 센싱MOSFET 소자의 불순물이 함유된 제1도전형 소스와 드레인을 형성하는 단계와;

   상기의 이온주입된 불순물이 확산되도록 열처리하는 단계와;

   상기 소스 및 드레인 상측의 일부영역과, 상기 채널스토퍼 및 상기 채널스토퍼 양옆의 에피박막층을 포함하는 상측영역과, 상기 에피 박막층의 양단부에 형성된 채널 스토퍼의 사이와 상기 소스 사이에 형성된 에피박막층 상측의 일부영역에 채널스토퍼 및 상기 소스 및 드레인 상측을 보호하기 위한 보호산화막 및 상기 보호산화막 상측에 형성되는 보호질화막을 증착하는 단계와;

   상기 소스 및 드레인 사이에 게이트 절연을 위한 게이트산화막을 성장시키는 단계와;

   상기 소스와 드레인 영역에 니켈-크롬금속층을 증착하는 단계와;

   상기 기준MOSFET 및 상기 센싱MOSFET소자의 각 외측부에 형성된 채널스토퍼와 소스 사이의 에피박막층 상측 일부영역에 수소농도에 따른 저항 변화를 측정하기 위해 니켈-팔라듐금속층을 증착하는 단계와;

   상기 센싱MOSFET 소자 측의 전극영역에 외부와의 전기적 신호선을 연결하기 위한 금단자층을 형성하는 단계와;

   상기 센싱MOSFET의 니켈-팔라듐게이트금속층 및 니켈-팔라듐금속층의 영역을 제외한 상기 기준MOSFET 및 상기 센싱MOSFET의 전체 소자 상부에 수소가스 접촉을 방지하기 위해 형성된 보호막을 형성하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조방법.
4. 제 3항에 있어서, 제1도전형이 n형이고 제2도전형이 p형이거나 또는 제1도전형이 p형이고 제2도전형이 n형인 것을 특징으로 하는 탄화규소 반도체 가스센서 장치의 제조방법.

Images