KR100916929B1 - Semiconductor type gas sensor and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 반도체형 가스 센서는 적외선 발광부, 적외선 발광부의 온도를 측정하기 위한 적외선 온도 측정부 및 적외선 발광부로부터 방출된 적외선을 수광하기 위한 적어도 하나 이상의 적외선 수광부를 포함하되, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지 물질은 산화 바나듐으로 서로 동일하며, 상기 적외선 수광부의 감지 물질 상부에 적외선 흡수층이 형성되는 것을 특징으로 한다.The semiconductor gas sensor according to the present invention includes an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit for measuring the temperature of the infrared light emitting unit, and at least one infrared light receiving unit for receiving the infrared rays emitted from the infrared light emitting unit, but the infrared temperature measuring unit And the sensing materials of the infrared light receiving unit are the same as vanadium oxide, and an infrared absorbing layer is formed on the sensing material of the infrared light receiving unit.
또한, 반도체형 가스 센서의 제조공정은 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO막이 형성된 기판상에 적외선 발광부를 형성하는 단계, 상기 적외선 발광부가 형성된 기판상에 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지 물질인 산화 바나듐을 증착한 후, 패터닝하는 단계, 기판의 전면에 보호층을 형성하는 단계, 보호층을 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부에 각각 콘택홀을 형성하는 단계, 기판의 전면에 전극 물질을 증착한 후 패터닝하여 전극 배선 및 전극 패드를 형성하는 단계, 적외선 수광부에 절연층 및 적외선 흡수층을 형성하는 단계, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 형성된 영역의 기판 후면을 식각하여 적어도 하나 이상의 멤브레인막을 형성하는 단계를 포함한다.In addition, the manufacturing process of the semiconductor gas sensor includes forming an infrared light emitting part on a substrate on which a low stress silicon nitride film or an ONO film is formed, and vanadium oxide, which is a sensing material of an infrared temperature measuring part and an infrared light receiving part, on a substrate on which the infrared light emitting part is formed. After deposition, patterning, forming a protective layer on the front surface of the substrate, etching the protective layer to form contact holes in the infrared light emitting portion, the infrared temperature measuring portion and the infrared light receiving portion, respectively, the electrode material on the front surface of the substrate Depositing and patterning the electrode wirings and the electrode pads, forming the insulating layer and the infrared absorbing layer on the infrared light receiving portion, and etching the back surface of the substrate in the region where the infrared light emitting portion, the infrared temperature measuring portion, and the infrared light receiving portion are formed. Forming at least one membrane membrane.
가스 센서, 산화 바나듐, 적외선 발광부, 적외선 수광부 Gas sensor, vanadium oxide, infrared light emitting part, infrared light receiving part
Description
본 발명은 반도체형 가스 센서 및 그의 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부, 적어도 하나 이상의 적외선 수광부, 센서 온도 측정부 등이 하나의 기판상에 구성하되, 적외선 온도 측정부와 적외선 수광부, 적외선 온도 측정부의 감지 물질을 동일한 물질로 형성하여 반도체형 가스 센서의 새로운 구조를 제안하고, 이들의 제조 공정을 간소화한 것에 관한 발명이다.The present invention relates to a semiconductor gas sensor and a method of manufacturing the same. More specifically, an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit, at least one infrared light receiving unit, a sensor temperature measuring unit, and the like are configured on one substrate, and infrared temperature measurement is performed. The invention relates to a new structure of a semiconductor gas sensor by forming the sensing material of the unit, the infrared light receiving unit, and the infrared temperature measuring unit by the same material, and to simplify the manufacturing process thereof.
산업 혁명 이후 산업계의 발전에 따라 그 부산물인 유독가스에 의한 대기오염이 부각되었고, 또한 가스 폭발이나 가스 중독의 위험성이 증대되었다. 이러한 상황에서 1923년 존슨에 의해 촉매 연소식 센서가 처음 보고되었고, 이후 다양한 방식의 가스 센서가 개발되었다. 이 중 반도체형 가스 센서는 금속 산화물 반도체 인 SnO2, ZnO 등의 소결체로서 공기 중 특정 가스의 유무 및 농도의 저항 변화로서 측정하는데 1962년에 Seiyama와 Taguch에 의해 처음 발표되었다. Since the industrial revolution, industrial developments have highlighted the air pollution caused by by-products of toxic gases, and the risk of gas explosion and gas poisoning has increased. Under these circumstances, catalytic combustion sensors were first reported by Johnson in 1923, and various types of gas sensors have since been developed. The semiconductor gas sensor is a sintered body of metal oxide semiconductors SnO 2 , ZnO, etc., which is measured as a change in resistance of the presence and concentration of a specific gas in air, first published by Seiyama and Taguch in 1962.
이러한 반도체식 가스 센서는 1968년 일본의 피가로사에 의해 상업화된 후 가스 누출 경보, 가스의 농도 측정에 주로 사용되어 왔다. 이 과정 중에 센서는 그것의 재료 및 적용 감지기구의 개량을 통하여 각각의 검지 가스 및 용도에 알맞게 진화되고 상용화되어 산업 의료 및 실생활 분야 등에서 사용되어 지고 있다.This semiconductor gas sensor has been commercialized by Japan's Figaro in 1968, and has been mainly used for gas leak alarm and gas concentration measurement. During this process, the sensor has been evolved and commercialized for each detection gas and its application through the improvement of its material and applied sensor mechanism and used in industrial medical and real life fields.
이 중 이산화탄소(CO2) 가스는 대기 중에서 화학적으로 매우 안전한 기체로서 그 농도를 측정하기가 매우 어려운 이유로 인해 측정의 정밀도가 낮으며, 특히 저농도와 고농도 범위에서의 측정은 매우 어려운 실정이다. 이러한 CO2를 감지하기 위한 센서로는 일반적으로 광학식 센서를 가장 많이 사용하고 있다.Among them, carbon dioxide (CO 2 ) gas is a chemically very safe gas in the atmosphere, and the measurement accuracy is low because of the very difficult measurement, especially in the low concentration and high concentration range is very difficult. Optical sensors are commonly used as sensors for detecting CO 2 .
이 방식은 방출된 빛(레이저)의 특수 파장의 빛이 공기중의 CO2에 의해 흡수되며 이에 빛의 세기가 줄어드는데 이 줄어든 양을 감지하여 CO2의 양을 측정하는 방식이다. 이에 빛(레이저)을 방출할 수 있는 장치와 빛을 감지할 수 있는 장치가 필요하다. 또한 CO2에 흡수되는 파장의 빛은 습기에 의해서도 흡수가 되어 정확한 측정을 위해서는 공기 중의 습기를 제거해주는 장치가 부가적으로 더 필요하게 된다.In this method, the light of a special wavelength of emitted light (laser) is absorbed by CO 2 in the air, and the intensity of light decreases, and the amount of CO 2 is detected by detecting the reduced amount. This requires a device that can emit light (laser) and a device that can detect light. In addition, the light of the wavelength absorbed by CO 2 is also absorbed by moisture, and an additional device for removing moisture from the air is required for accurate measurement.
이러한 장치는 선택성과 정량성 및 재현성이 우수하다는 장점이 있으나, 빛을 방출할 수 있는 장치와 빛을 감지할 수 있는 장치 및 공기 중의 습기를 제거해 주는 장치를 각각 별도로 구성하므로 부피와 무게가 매우 크다는 것, 그 제조공정이 매우 복잡하다는 것 및 매우 고가라는 단점 등으로 그 용도가 다양함에도 불구하고 광범위하게 활용되지는 못하고 있는 실정이다.These devices have the advantage of excellent selectivity, quantification and reproducibility, but they are very large in volume and weight because they separately comprise a device that can emit light, a device that can detect light, and a device that removes moisture from the air. Things, the manufacturing process is very complicated and very expensive disadvantages such as the situation is not widely used even though the uses are diverse.
따라서, 본 발명은 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부 등 가스 센서에 필요한 구조체들을 하나의 기판상에 구성하여 센서의 크기를 소형화하고 일부 구조체들의 특성 분석을 용이하게 함에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention is to reduce the size of the sensor and to facilitate the characterization of some structures by constructing the structures necessary for the gas sensor, such as the infrared light emitting unit, infrared temperature measuring unit, infrared light receiving unit and sensor temperature measuring unit on a single substrate The purpose is.
또한, 본 발명은 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부의 감지 물질을 동일한 물질로 형성함으로써 가스 센서의 제조 공정을 간소화함에 다른 목적이 있다.In addition, another object of the present invention is to simplify the manufacturing process of the gas sensor by forming the sensing material of the infrared temperature measuring unit, the infrared light receiving unit, and the sensor temperature measuring unit with the same material.
본 발명의 상기 목적은 적외선 발광부, 적외선 발광부의 온도를 측정하기 위한 적외선 온도 측정부 및 적외선 발광부로부터 방출된 적외선을 수광하기 위한 적어도 하나 이상의 적외선 수광부를 포함하되, 상기 적외선 온도 측정부 및 상기 적외선 수광부의 감지 물질은 산화 바나듐으로 서로 동일하며, 상기 적외선 수광부의 감지 물질 상부에 적외선 흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체형 가스 센서에 의하여 달성된다.The object of the present invention includes an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit for measuring the temperature of the infrared light emitting unit and at least one infrared light receiving unit for receiving the infrared rays emitted from the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the The sensing materials of the infrared light receiving part are the same as vanadium oxide, and are achieved by a semiconductor gas sensor, wherein an infrared absorbing layer is formed on the sensing material of the infrared light receiving part.
본 발명의 상기 목적은 적외선 발광부, 적외선 발광부의 온도를 측정하기 위한 적외선 온도 측정부, 적외선 발광부로부터 방출된 적외선을 수광하기 위한 적어도 하나 이상의 적외선 수광부 및 전체의 온도를 측정하기 위한 센서 온도 측정부를 포함하되, 상기 적외선 온도 측정부, 상기 적외선 수광부 및 상기 센서 온도 측정부의 감지 물질은 산화 바나듐으로 서로 동일하며, 상기 적외선 수광부의 감지 물질 상부에 적외선 흡수층이 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체형 가스 센서에 의하여 달성된다.The above object of the present invention is an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit for measuring the temperature of the infrared light emitting unit, at least one infrared light receiving unit for receiving the infrared rays emitted from the infrared light emitting unit and sensor temperature measurement for measuring the temperature of the whole Including a portion, the sensing material of the infrared temperature measuring unit, the infrared light receiving unit and the sensor temperature measuring unit is the same as each other vanadium oxide, the semiconductor gas sensor, characterized in that the infrared absorbing layer is formed on the sensing material of the infrared light receiving unit. Is achieved.
본 발명의 상기 목적은 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO막이 형성된 기판상에 적외선 발광부를 형성하는 단계, 상기 적외선 발광부가 형성된 기판상에 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지 물질인 산화 바나듐을 증착한 후, 패터닝하는 단계, 기판의 전면에 보호층을 형성하는 단계, 보호층을 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부에 각각 콘택홀을 형성하는 단계, 기판의 전면에 전극 물질을 증착한 후 패터닝하여 전극 배선 및 전극 패드를 형성하는 단계, 적외선 수광부에 절연층 및 적외선 흡수층을 형성하는 단계, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 형성된 영역의 기판 후면을 식각하여 적어도 하나 이상의 멤브레인막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체형 가스 센서 제조방법에 의하여 달성된다.The object of the present invention is to form an infrared light emitting part on a substrate on which a low stress silicon nitride film or an ONO film is formed, and after depositing vanadium oxide, which is a sensing material of an infrared temperature measuring part and an infrared light receiving part, on the substrate on which the infrared light emitting part is formed, Patterning, forming a protective layer on the front surface of the substrate, etching the protective layer to form contact holes in the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit, and the infrared light receiving unit, respectively, and depositing an electrode material on the front surface of the substrate. Patterning the electrode wiring and the electrode pad, forming the insulating layer and the infrared absorbing layer in the infrared light receiving portion, etching the back surface of the substrate in the region where the infrared light emitting portion, the infrared temperature measuring portion, and the infrared light receiving portion are formed to form at least one membrane film. Moon by the semiconductor gas sensor manufacturing method comprising the step of forming It is.
본 발명의 상기 목적은 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO막이 형성된 기판상에 적외선 발광부를 형성하는 단계, 기 적외선 발광부가 형성된 기판상에 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부의 감지 물질인 산화 바나듐을 증착한 후, 패터닝하는 단계, 기판의 전면에 보호층을 형성하는 단계, 보호층을 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부에 각각 콘택홀을 형성하는 단계, 기판의 전면에 전극 물질을 증착한 후 패터닝하여 전극 배선 및 전극 패드를 형성하는 단계, 적외선 수광부에 절연층 및 적외선 흡수층을 형성하는 단계, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 형성된 영역의 기판 후면을 식각하여 적어도 하나 이상의 멤브레인막을 형성하는 단계를 포함하는 반도체형 가스 센서 제조방법에 의하여 달성된다.The object of the present invention is to form an infrared light emitting part on a substrate on which a low stress silicon nitride film or an ONO film is formed, and vanadium oxide, which is a sensing material of an infrared temperature measuring part, an infrared light receiving part, and a sensor temperature measuring part, on a substrate on which the infrared light emitting part is formed. After deposition, patterning, forming a protective layer on the front surface of the substrate, etching the protective layer to form contact holes in the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit, the infrared light receiving unit, and the sensor temperature measuring unit, respectively, and the substrate Depositing and patterning an electrode material on the front surface of the electrode to form electrode wiring and electrode pads, forming an insulating layer and an infrared absorbing layer on the infrared light receiving unit, a substrate in the region where the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the infrared light receiving unit are formed Etching the back surface to form at least one membrane film It is achieved by a gas sensor production method.
이때, 감지 물질은 바나듐 산화물(VOx)인 것이 바람직하다.In this case, the sensing material is preferably vanadium oxide (VOx).
또한, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부는 멤브레인막 상에 형성되며, 이때, 적외선 발광부와 적외선 온도 측정부는 동일한 멤브레인막 상에 형성한다.In addition, the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit, and the infrared light receiving unit are formed on the membrane film. In this case, the infrared light emitting unit and the infrared temperature measuring unit are formed on the same membrane film.
이때, 멤브레인막은 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO(Oxide/Nitride/ Oxide)막 중 어느 하나로 형성하며, 적외선 발광부와 적외선 온도 측정부 사이의 간격은 0㎛ 초과 100 ㎛ 이하로 형성한다.In this case, the membrane film is formed of either a low stress silicon nitride film or an ONO (Oxide / Nitride / Oxide) film, and the distance between the infrared light emitting part and the infrared temperature measuring part is formed to be greater than 0 μm and 100 μm or less.
따라서, 본 발명은 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부 등 가스 센서에 필요한 구조체들을 하나의 기판상에 구성하여 센서의 크기를 소형화할 수 있어 센서의 집적화에 유리하며, 적외선 발광부와 센서 내부의 온도 측정이 용이하여 센서의 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, the present invention is advantageous in that the sensor can be miniaturized by constructing structures required for the gas sensor such as an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit, an infrared light receiving unit, and a sensor temperature measuring unit on one substrate, thereby miniaturizing the size of the sensor. The infrared light emitter and the temperature inside the sensor can be easily measured, thereby improving the sensitivity of the sensor.
또한, 본 발명은 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부의 감지 물질을 동일한 물질로 동시에 형성함으로써 가스 센서의 제조 공정을 더욱 간 소화할 수 있으며, 이로 인하여 공정 비용 및 시간의 감소, 공정 효율의 증가를 기대할 수 있는 이점이 있다.In addition, the present invention can further simplify the manufacturing process of the gas sensor by simultaneously forming the sensing material of the infrared temperature measuring unit, the infrared light receiving unit, and the sensor temperature measuring unit with the same material, thereby reducing the process cost, time, and process efficiency. There is an advantage that can be expected to increase.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.The terms or words used in this specification and claims are not to be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors may appropriately define the concept of terms in order to best describe their invention. It should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention based on the principle that the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, specific examples for the implementation of the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 사시도 및 단면도이다.1 is a perspective view and a cross-sectional view of a semiconductor gas sensor according to the present invention.
도 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서는 적외선 발광부(120), 적외선 온도 측정부(130), 적외선 수광부(140)를 포함하되, 이들 구조체(120, 130, 140)들이 하나의 기판(100)상에 형성된다. 이때, 센서 온도 측정부(110)를 더 포함할 수도 있다.As shown in FIG. 1, the semiconductor gas sensor according to the present invention includes an infrared
우선, 기판상에 형성된 적외선 발광부(120)는 더욱 상세하게는 적외선 히터(heater)로서, 저 스트레스 실리콘 질화막(low stress SiN) 또는 ONO막(Oxide/Nitride/Oxide)로 형성된 멤브레인막 상에 형성되어 저전력으로도 적외선을 용이하게 발광할 수 있도록 한다.First, the infrared
이때, 적외선 발광부(120)의 발광 물질(122) 즉, 히터를 구성하는 물질은 백금(Pt) 또는 금(Au) 중 어느 하나로 형성하며, 전극(124)은 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티탄나이트라이드(TiN), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나로 형성하되, 크롬(Cr), 타이타늄(Ti)과 같은 금속 물질의 접착력을 증가시키는 물질 및 금속 물질을 사용하여 이중층으로 구현할 수 있다.At this time, the
적외선 온도 측정부(130)는 적외선 발광부(120)의 온도를 측정하기 위한 것으로 도 1에 도시된 바와 같이 적외선 발광부(120)와 일정 거리 이격되도록 배치하되 적외선 발광부(120)와 동일한 멤브레인막(150) 상에 위치하도록 형성한다.The infrared
이때, 적외선 발광부(120)와 적외선 온도 측정부(130) 사이의 간격은 0㎛ 초과 100㎛ 이하로 하여 적외선 발광부(120)로부터 방출되는 온도를 정확하게 측정할 수 있도록 한다.At this time, the distance between the infrared
그리고, 적외선 온도 측정부(130)의 감지 물질(132)은 적외선 수광부(140) 및 센서 온도 측정부(110)의 감지 물질(142, 112)과 동일한 물질로 형성되며, 본 발명의 일실시예에서는 감지 물질로 산화 바나듐(VOx)을 적용하여 형성한다.In addition, the
적외선 온도 측정부(130)의 전극(134)은 적외선 발광부(120)에 적용된 전극(124)과 동일한 물질로 형성할 수 있다.The
적외선 수광부(140)는 적외선 발광부(120)로부터 방출된 적외선을 수광하기 위한 것으로서, 도 1에 도시된 것과 같이 하나로 구성할 수 있으며, 도 2에 도시된 것과 같이 복수로 구성할 수도 있다.The infrared
적외선 수광부(140)는 적외선을 감지하기 위한 감지 물질(142)의 상부에 적외선 흡수층(미도시)을 포함하며, 이때 감지 물질(142)과 적외선 흡수층 사이에는 절연층(미도시)이 존재한다.The infrared
적외선 흡수층은 니켈(Ni), 징크옥사이드(ZnO), 크롬(Cr) 등과 같은 물질로 형성하되, 0Å 초과 400Å이하의 두께로 형성하도록 한다.The infrared absorbing layer is formed of a material such as nickel (Ni), zinc oxide (ZnO), chromium (Cr), etc., but is formed to have a thickness of more than 0 m and less than 400
그리고, 적외선 수광부(140) 또한 저 스트레스 실리콘 질화막(low stress SiN) 또는 ONO막(Oxide/Nitride/Oxide)로 형성된 멤브레인막(150) 상에 형성한다.In addition, the infrared
한편, 상기와 같은 적외선 발광부(120), 적외선 온도 측정부(130) 및 적외선 수광부(140)가 형성된 센서의 내부 온도를 측정하기 위하여 적외선 발광부의 일측에 센서 온도 측정부(110)를 더 포함하도록 구성한다. 이때, 센서 온도 측정부(110)의 감지 물질(122) 또한 상술한 바와 같이 적외선 온도 측정부(130), 적외선 수광부(140)에 구비된 감지 물질(132, 142)과 동일한 물질로 구성되며, 구체적으로 산화 바나듐(VOx)이 이에 해당된다.On the other hand, in order to measure the internal temperature of the sensor, the infrared
한편, 적외선 수광부(140) 및 센서 온도 측정부(110)의 전극(144, 124) 또한 적외선 발광부(120), 적외선 온도 측정부(130)의 전극(124, 134)과 동일한 물질로 형성될 수 있다.Meanwhile, the
도 2는 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 모듈(module, 200)을 나타난 단면도로서, 도 2에 도시된 반도체형 가스 센서는 하나의 기판(210)상에 하나의 적외선 발광부(220), 적외선 온도 측정부(230) 및 복수의 적외선 수광부(240)를 포함 한다.2 is a cross-sectional view illustrating a
그리고, 가스 센서 모듈의 상부 패키지(250)는 적외선 발광부(220)에서 방출되는 적외선을 효율적으로 수광하기 위하여 일정한 각도를 가지도록 구성하며, 이때, 상부 패키지의 내부면에는 반사판을 구비하여 적외선의 반사율을 높이도록 한다. 따라서, 본 발명에 따른 가스 센서의 기본적인 구동은 적외선 발광부(220)의 적외선 소스(IR source)를 이용하여 도 2에 도시된 바와 같이 적외선이 굴절되어 적외선 수광부(240)에 전달되고 그 저항 변화를 통하여 가스(CO2 등)의 량을 감지한다. In addition, the
한편, 도 3은 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 적외선 발광부에 대한 거리별 특성 그래프를 나타낸 것이다. On the other hand, Figure 3 shows a distance-specific characteristic graph for the infrared light emitting unit of the semiconductor gas sensor according to the present invention.
따라서, 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서는 상술한 바와 같이 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부 등 가스 센서에 필요한 구조체들을 하나의 기판상에 구성하여 센서의 크기를 소형화할 수 있어 센서의 집적화에 유리하며, 적외선 발광부와 센서 내부의 온도 측정이 용이하여 센서의 감도를 더욱 향상시킬 수 있는 것이다.Therefore, the semiconductor type gas sensor according to the present invention comprises the structures necessary for the gas sensor, such as an infrared light emitting unit, an infrared temperature measuring unit, an infrared light receiving unit, and a sensor temperature measuring unit on one substrate, thereby miniaturizing the size of the sensor. It can be advantageous to the integration of the sensor, it is easy to measure the temperature inside the infrared light emitting unit and the sensor can further improve the sensitivity of the sensor.
이하, 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 제조방법은 MEMS 공정을 이용하여 용이하게 형성할 수 있는 것으로 이를 첨부된 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a method of manufacturing a semiconductor gas sensor according to the present invention can be easily formed using a MEMS process, which will be described below with reference to FIGS. 4A to 4G.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 반도체형 가스 센서의 적외선 수광부에 대한 제조 공정 단계를 도시한 것이다.4A to 4G show manufacturing process steps for the infrared light receiving portion of the semiconductor gas sensor of the present invention.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체형 가스 센서의 제조 방법은 우선, 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO막(310)이 형성된 반도체 기판(300)상에 적외선 발광부 즉 적외선 히터(도시하지 않음)를 형성한다.In the method of manufacturing a semiconductor gas sensor according to an embodiment of the present invention, first, an infrared light emitting part, that is, an infrared heater (not shown) is formed on a
이때, 적외선 발광부 즉, 히터를 구성하는 물질은 백금(Pt) 또는 금(Au) 중 어느 하나를 증착한 후 식각하여 형성하거나, 리프트 오프(lift-off) 공정을 적용하여 용이하게 형성할 수 있다.At this time, the material constituting the infrared light emitting unit, that is, the heater may be formed by depositing any one of platinum (Pt) or gold (Au) and then etching or may be easily formed by applying a lift-off process. have.
이후, 적외선 발광부가 형성된 기판상에 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지 물질을 증착한 후 패터닝하여 각각의 영역(적외선 수광부 및 적외선 온도 측정부)상에 감지 물질 패턴(320)을 형성한다.Subsequently, a
본 발명의 일실시예에서는 감지 물질로서 산화 바나듐(VOx)을 증착한 후, 패터닝한다.In one embodiment of the present invention, after depositing vanadium oxide (VOx) as a sensing material, it is patterned.
따라서, 본 발명에 따른 센서 제조방법은 한번의 감지 물질 증착 공정 및 패터닝 공정으로 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지부 패턴(320)을 동시에 형성할 수 있는 것이다.Therefore, the sensor manufacturing method according to the present invention may simultaneously form the
다음으로 기판의 전면에 보호층(passivation layer, 330)을 형성한 후, 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부에 각각 콘택홀(340)을 형성한다.Next, after forming a
그리고, 형성된 콘택홀(340)을 포함하여 기판의 전면에 전극 물질(350)을 증착한 후 패터닝하여 전극(전극 배선 및 전극 패드)를 형성한다.The
이때, 전극 물질로서, 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티탄나이트라이드(TiN), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나를 증착하여 형성하되, 크롬(Cr), 타이타늄(Ti)과 같은 금속 물질의 접착력을 증가시키는 물질을 증착한 후, 상기 전극 물질을 증착하여 다층으로 형성할 수도 있다.In this case, as the electrode material, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium nitride (TiN), tungsten (W), ruthenium (Ru), iridium ( Formed by depositing at least one of Ir) and copper (Cu), after depositing a material that increases the adhesion of the metal material, such as chromium (Cr), titanium (Ti), the electrode material is deposited to form a multilayer You may.
그리고, 기판의 전면에 절연층(도시하지 않음)을 형성한 후, 적외선 수광부에 해당하는 영역의 상부에만 적외선 흡수층을 증착한 후 패터닝하여 감지 물질, 절연층 및 적외선 흡수층(360)으로 구성된 적외선 수광부를 형성한다.After forming an insulating layer (not shown) on the entire surface of the substrate, an infrared absorbing layer formed of a sensing material, an insulating layer, and an infrared
이후, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 형성된 영역의 기판 후면을 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 멤브레인막(370)상에 형성되도록 한다.Subsequently, the back surface of the substrate in which the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the infrared light receiving unit are formed is etched so that the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the infrared light receiving unit are formed on the
이때, 후면의 식각공정은 일반적인 반도체 기판의 습식 식각 또는 건식 식각공정을 적용하여 용이하게 수행할 수 있다.In this case, the etching process on the back side may be easily performed by applying a wet etching process or a dry etching process of a general semiconductor substrate.
이후, 각 전극에 와이어 본딩(380) 공정을 수행하도록 한다.Thereafter,
본 발명의 다른 실시예에 따른 반도체형 가스 센서의 제조방법은 상술한 일실시예와 동일하되, 센서 온도 측정부를 형성하는 단계가 포함된 것이 상이하다.The method of manufacturing a semiconductor gas sensor according to another embodiment of the present invention is the same as the above-described embodiment, but includes a step of forming a sensor temperature measuring unit.
이를 상세히 설명하면 다음과 같다.This will be described in detail as follows.
본 발명의 일실시예에 따른 반도체형 가스 센서의 제조 방법은 우선, 저 스트레스 실리콘 질화막 또는 ONO막이 형성된 반도체 기판상에 적외선 발광부 즉 적외선 히터를 형성한다.In the method of manufacturing a semiconductor gas sensor according to an embodiment of the present invention, first, an infrared light emitting part, that is, an infrared heater, is formed on a semiconductor substrate on which a low stress silicon nitride film or an ONO film is formed.
이때, 적외선 발광부 즉, 히터를 구성하는 물질은 백금(Pt) 또는 금(Au) 중 어느 하나를 증착한 후 식각하여 형성하거나, 리프트 오프(lift-off) 공정을 적용하여 용이하게 형성할 수 있다.At this time, the material constituting the infrared light emitting unit, that is, the heater may be formed by depositing any one of platinum (Pt) or gold (Au) and then etching or may be easily formed by applying a lift-off process. have.
이후, 적외선 발광부가 형성된 기판상에 센서 온도 측정부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지 물질을 증착한 후 패터닝하여 각각의 영역(센서 온도 측정부, 적외선 수광부 및 적외선 온도 측정부)상에 감지 물질 패턴을 형성한다.Thereafter, the sensor temperature measuring unit, the infrared temperature measuring unit, and the infrared light receiving unit are deposited on a substrate on which the infrared light emitting unit is formed, and then patterned and sensed on each area (sensor temperature measuring unit, infrared light receiving unit, and infrared temperature measuring unit). Form a material pattern.
본 발명의 일실시예에서는 감지 물질로서 산화 바나듐(VOx)을 증착한 후, 패터닝한다.In one embodiment of the present invention, after depositing vanadium oxide (VOx) as a sensing material, it is patterned.
따라서, 본 발명에 따른 센서 제조방법은 한번의 감지 물질 증착 공정 및 패터닝 공정으로 센서 온도 측정부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부의 감지부 패턴을 동시에 형성할 수 있는 것이다.Accordingly, the sensor manufacturing method according to the present invention may simultaneously form the sensing unit pattern of the sensor temperature measuring unit, the infrared temperature measuring unit, and the infrared light receiving unit in one sensing material deposition process and patterning process.
다음으로 기판의 전면에 보호층(passivation layer)을 형성한 후, 식각하여 센서 온도 측정부, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부에 각각 콘택홀을 형성한다.Next, a passivation layer is formed on the entire surface of the substrate, and then etched to form contact holes in the sensor temperature measuring unit, the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit, and the infrared light receiving unit, respectively.
그리고, 형성된 콘택홀을 포함하여 기판의 전면에 전극 물질을 증착한 후 패터닝하여 전극(전극 배선 및 전극 패드)를 형성한다.The electrode material is deposited on the entire surface of the substrate including the formed contact hole and then patterned to form electrodes (electrode wirings and electrode pads).
이때, 전극 물질로서, 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 티탄나이트라이드(TiN), 텅스텐(W), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 및 구리(Cu) 중 적어도 어느 하나를 증착하여 형성하되, 크롬(Cr), 타이타늄(Ti)과 같은 금속 물질의 접착력을 증가시키는 물질을 증착한 후, 상기 전극 물질을 증착하여 다층으로 형성할 수도 있다.In this case, as the electrode material, gold (Au), platinum (Pt), aluminum (Al), molybdenum (Mo), silver (Ag), titanium nitride (TiN), tungsten (W), ruthenium (Ru), iridium ( Formed by depositing at least one of Ir) and copper (Cu), after depositing a material that increases the adhesion of the metal material, such as chromium (Cr), titanium (Ti), the electrode material is deposited to form a multilayer You may.
그리고, 기판의 전면에 절연층을 형성한 후, 적외선 수광부에 해당하는 영역의 상부에만 적외선 흡수층을 형성한 후 패터닝하여 감지 물질, 절연층 및 적외선 흡수층으로 구성된 적외선 수광부를 형성한다.After forming an insulating layer on the entire surface of the substrate, an infrared absorbing layer is formed only on an upper portion of the region corresponding to the infrared light receiving unit, and then patterned to form an infrared light receiving unit including a sensing material, an insulating layer, and an infrared absorbing layer.
이후, 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 형성된 영역의 기판 후면을 식각하여 적외선 발광부, 적외선 온도 측정부 및 적외선 수광부가 멤브레인막상에 형성되도록 한다.Thereafter, the back surface of the substrate in which the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the infrared light receiving unit are formed is etched so that the infrared light emitting unit, the infrared temperature measuring unit and the infrared light receiving unit are formed on the membrane film.
이때, 후면의 식각공정은 일반적인 반도체 기판의 습식 식각 또는 건식 식각공정을 적용하여 용이하게 수행할 수 있다.In this case, the etching process on the back side may be easily performed by applying a wet etching process or a dry etching process of a general semiconductor substrate.
이후, 각 전극에 와이어 본딩 공정을 수행하도록 한다.Thereafter, a wire bonding process is performed on each electrode.
따라서, 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 제조방법은 적외선 온도 측정부, 적외선 수광부 및 센서 온도 측정부의 감지 물질을 동일한 물질로 동시에 형성함으로써 가스 센서의 제조공정을 더욱 간소화할 수 있으며, 이로 인하여 공정 비용 및 시간의 감소, 공정 효율의 증가를 기대할 수 있는 것이다.Therefore, the manufacturing method of the semiconductor gas sensor according to the present invention can further simplify the manufacturing process of the gas sensor by simultaneously forming the sensing material of the infrared temperature measuring unit, the infrared light receiving unit, and the sensor temperature measuring unit with the same material. Reduction in cost, time and process efficiency can be expected.
도 1a는 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 사시도,1A is a perspective view of a semiconductor gas sensor according to the present invention;
도 1b는 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 단면도,1B is a cross-sectional view of a semiconductor gas sensor according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서 모듈의 단면도, 2 is a cross-sectional view of a semiconductor gas sensor module according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 적외선 발광부에 대한 거리별 특성 그래프,3 is a characteristic graph for each distance of the infrared light emitting unit of the semiconductor gas sensor according to the present invention;
도 4a 내지 도 4g는 본 발명에 따른 반도체형 가스 센서의 적외선 수광부에 대한 제조 공정도.Figures 4a to 4g is a manufacturing process diagram for the infrared light receiving portion of the semiconductor gas sensor according to the present invention.
Claims (13)
Priority Applications (1)
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Patent Citations (4)
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