KR101349267B1 - 마이크로 가스 센서 제조 방법 - Google Patents

마이크로 가스 센서 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101349267B1
KR101349267B1 KR1020120044574A KR20120044574A KR101349267B1 KR 101349267 B1 KR101349267 B1 KR 101349267B1 KR 1020120044574 A KR1020120044574 A KR 1020120044574A KR 20120044574 A KR20120044574 A KR 20120044574A KR 101349267 B1 KR101349267 B1 KR 101349267B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensing
heating electrode
forming
electrode pattern
sensing material
Prior art date
Application number
KR1020120044574A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130121407A (ko
Inventor
박준식
박광범
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020120044574A priority Critical patent/KR101349267B1/ko
Publication of KR20130121407A publication Critical patent/KR20130121407A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101349267B1 publication Critical patent/KR101349267B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/128—Microapparatus
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
    • G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
    • G01N27/16—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by burning or catalytic oxidation of surrounding material to be tested, e.g. of gas
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/007—Arrangements to check the analyser

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)

Abstract

본 발명의 마이크로 가스 센서 제조 방법 중 반도체식 마이크로 가스 센서 제조 방법은 실리콘 기판 상부 및 하부에 제1 절연막을 형성하는 (a)단계, 상기 실리콘 기판 상부의 제1 절연막 상부에 가열 전극 패턴을 형성하고, 상기 가열 전극 패턴 양측에 가열 전극 패드를 형성하는 (b)단계, 상기 가열 전극 패턴 및 가열 전극 패드를 감싸며, 상기 제1 절연막 상부에 제2 절연막을 형성하는 (c)단계, 상기 복수 개의 가열 전극 패드 상부에 형성된 상기 제2 절연막을 식각하는 (d)단계, 상기 복수 개의 가열 전극 패드 및 상기 제2 절연막 상부에 복수 개의 감지 전극 패드를 형성하는 (e)단계, 상기 가열 전극 패턴이 형성된 영역의 실리콘 기판 및 하부 제1 절연막을 제거하여 멤브레인(Membrane)을 형성하는 (f)단계, 상기 제2 절연막 상에 형성된 복수 개의 감지 전극 패드의 상호 이격된 영역에 무기바인더를 도포 및 건조하는 (g)단계, 상기 무기바인더 상부 및 상기 복수 개의 감지 전극 패드 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 형성하는 (h)단계를 포함한다.
이를 통해 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 소량 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리하고, 그 위에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더와 감지물질을 혼합하여 절연막 또는 감지 전극 패턴 상부에 도포한 후 건조 및 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 접착력이 감지물질의 접착력이 향상된 마이크로 가스 센서를 휴대용(portable) 센서 모듈이나 자동차용 센서 모듈에 적용할 경우 이동 중에 발생되는 강한 진동에 견딜 수 있어 장기적으로 사용 가능한 마이크로 가스 센서를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에서 접착막으로 무기바인더를 사용함으로써, 납(Pb) 또는 카드뮴(Cd)을 접착막으로 사용하지 않아도 되어 환경 문제나 인체 유해성 문제를 유발하지 않는 효과가 있다.

Description

마이크로 가스 센서 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING THE MICRO GAS SENSOR}
본 발명은 마이크로 가스 센서 제조 방법에 관한 것으로, 특히 절연막, 가열 전극 및 감지 전극 중 어느 하나와 접착되는 감지물질의 접착성이 향상된 마이크로 가스 센서 제조 방법에 관한 것이다.
현대 사회에서 가스의 사용은 우리의 일상 생활에 많은 도움이 되고 있으나, 가스를 잘못 사용하는 경우 심각한 피해가 발생하기도 한다.
그리고 우리 주변에는 대단히 위험한 가스들도 많이 존재하고 있는데, 화학 공장등과 같은 산업현장뿐만 아니라 일반 가정이나 업소 등에도 이러한 위해 가스의 위험성은 점차 커지고 있는 실정이다.
따라서, 이러한 위해 가스의 누출을 사전에 감지하여 대처할 필요성이 요구되는데, 인간의 감각기관으로는 위해가스의 농도 및 종류를 거의 판별할 수 없기 때문에 위해가스의 누출을 감지하는 가스 센서가 개발되어 왔다.
통상적으로 가스센서는 크게 고체 전해질, 접촉 연소식, 전기 화학식, 반도체식으로 분류되나, 이 중에서 최근에 가장 많이 연구되고 있는 것이 마이크로 가스센서이다.
이는 마이크로 가스센서가 실리콘 칩 상에 제조되거나 집적됨으로써, 일반 IC와의 호환성이 뛰어나고, 저비용으로 제조할 수 있으며, 고효율의 동작 특성을 나타내기 때문이다.
마이크로 가스센서는 특정 가스가 가스 센서의 감지물질에 흡착될 때 그 감지물질의 전기 전도도가 변화하는데, 전기 전도도의 변화를 측정함으로써, 일정 농도 이상의 가스 유무를 검출하게 된다.
도 1은 종래의 마이크로 가스센서의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 마이크로 가스 센서는 중앙 영역(101)이 제거된 실리콘 기판(100) 상부 및 하부에 제1 절연막(110)이 형성되어 있고, 제거된 실리콘 기판의 중앙 영역(101)으로 부상된 제1 절연막(110) 상부에 가열 전극 패턴(120)이 형성되어 있고, 가열 전극 패턴(120)을 감싸며, 제1 절연막(110) 상부에 제2 절연막(130)이 형성되어 있고, 가열 전극 패턴(120)을 사이에 두고 제2 절연막(130) 상부에 복수 개의 제1 감지 전극 패턴(141) 및 제2 감지 전극 패턴(142)이 상호 이격되어 형성되어 있고, 제2 절연막(130) 상부에 제1 감지 전극 패턴(141) 및 제2 감지 전극 패턴(142)과 접촉하는 복수 개의 감지물질(150)이 도포되어 있고, 제2 절연막(130) 상부에 복수 개의 제2 감지 전극 패턴(142)과 연결되어 형성되는 접지 전극 패턴(미도시)으로 이루어진다.
이때 일반적으로 감지물질(150)은 용매와 유기바인터(organic binder)를 포함하고 있는 매제(vehicle)안에 촉매입자를 분산시켜 촉매 물질 슬러리(slurry)를 준비하고, 디스펜싱(Dispensing)공정방식을 사용하여 제1 감지 전극 패턴(141)과 제2 감지 전극 패턴(142) 사이에 떨어 뜨려 감지물질(150)이 형성되도록 한다.
그런데 이때 감지물질(150)과 제1 감지 전극 패턴(141), 제2 감지 전극 패턴(142) 및 제2 절연막(130)간의 접착력이 매우 낮아 가열 전극 패턴(120)이 열을 발생시키면 감지물질(150)이 분리되는 경우가 빈번히 발생되고, 이 때문에 마이크로 가스 센서의 감도가 떨어지고, 센서의 오작동이 발생되는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 소량 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상된 마이크로 감지 센서 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리하고, 그 위에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상된 마이크로 감지 센서 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더와 감지물질을 혼합하여 절연막 또는 감지 전극 패턴 상부에 도포한 후 건조 및 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상된 마이크로 감지 센서 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 가스 센서 제조 방법 중 반도체식 마이크로 가스 센서 제조 방법은 실리콘 기판 상부 및 하부에 제1 절연막을 형성하는 (a)단계, 상기 실리콘 기판 상부의 제1 절연막 상부에 가열 전극 패턴을 형성하고, 상기 가열 전극 패턴 양측에 가열 전극 패드를 형성하는 (b)단계, 상기 가열 전극 패턴 및 가열 전극 패드를 감싸며, 상기 제1 절연막 상부에 제2 절연막을 형성하는 (c)단계, 상기 복수 개의 가열 전극 패드 상부에 형성된 상기 제2 절연막을 식각하는 (d)단계, 상기 복수 개의 가열 전극 패드 및 상기 제2 절연막 상부에 복수 개의 감지 전극 패드를 형성하는 (e)단계, 상기 가열 전극 패턴이 형성된 영역의 실리콘 기판 및 하부 제1 절연막을 제거하여 멤브레인(Membrane)을 형성하는 (f)단계, 상기 제2 절연막 상에 형성된 복수 개의 감지 전극 패드의 상호 이격된 영역에 무기바인더를 도포 및 건조하는 (g)단계, 상기 무기바인더 상부 및 상기 복수 개의 감지 전극 패드 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 형성하는 (h)단계를 포함한다.
또한 상기 감지막 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 추가적으로 형성하는 (i)단계를 더 포함한다.
또한 상기 (f)단계 이후에 상기 제2 절연막 상에 상기 복수 개의 감지 전극 패드를 감싸면서, 상기 무기바인더와 상기 감지물질을 혼합한 슬러리를 도포한 후 건조 및 열처리하여 무기바인더가 혼합된 감지막을 형성한다.
또한 상기 제2 절연막은 실리콘 산화물(SiO2), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진다.
또한 상기 감지물질은 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어진다.
또한 상기 무기바인더는 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 물질 또는 산화 주석(SnO2) 겔(gel)로 이루어진다.
본 발명의 마이크로 가스 센서 제조 방법 중 접촉연소식 마이크로 가스 센서 제조 방법은 실리콘 기판 상부 및 하부에 제1 절연막을 형성하는 (a)단계, 상기 실리콘 기판 상부의 제1 절연막 상부에 가열 전극 패턴을 형성하고, 상기 가열 전극 패턴 양측에 가열 전극 패드를 형성하는 (b)단계, 상기 가열 전극 패턴 및 가열 전극 패드를 감싸며, 상기 제1 절연막 상부에 제2 절연막을 형성하는 (c)단계, 상기 복수 개의 가열 전극 패드 상부에 형성된 상기 제2 절연막을 식각하는 (d)단계, 상기 가열 전극 패턴이 형성된 영역의 실리콘 기판 및 상기 실리콘 기판의 하부 제1 절연막을 제거하여 멤브레인(Membrane)을 형성하는 (e)단계, 상기 가열 전극 패턴 상의 상기 제2 절연막 상부에 무기바인더를 도포 및 건조하는 (f)단계, 상기 무기바인더 상부 및 상기 복수 개의 감지 전극 패드 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 형성하는 (g)단계를 포함한다.
또한 상기 감지막 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 추가적으로 형성하는 (h)단계를 더 포함한다.
또한 상기 (e)단계 이후에 상기 가열 전극 패턴 상의 상기 제2 절연막 상부에 상기 무기바인더와 상기 감지물질을 혼합한 슬러리를 도포한 후 건조 및 열처리하여 무기바인더가 혼합된 감지막을 형성한다.
또한 상기 제2 절연막은 실리콘 산화물(Si02), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진다.
또한 상기 감지물질은 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어진다.
또한 상기 무기바인더는 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 물질 또는 산화 주석(SnO2) 겔(gel)로 이루어진다.
본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 소량 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더를 먼저 도포 및 건조하고, 그 위에 감지물질을 도포한 후 열처리하고, 그 위에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 감지물질을 도포하기 전에 무기바인더와 감지물질을 혼합하여 절연막 또는 감지 전극 패턴 상부에 도포한 후 건조 및 열처리함으로써, 감지물질의 접착력이 향상되는 효과가 있다.
또한 본 발명은 접착력이 감지물질의 접착력이 향상된 마이크로 가스 센서를 휴대용(portable) 센서 모듈이나 자동차용 센서 모듈에 적용할 경우 이동 중에 발생되는 강한 진동에 견딜 수 있어 장기적으로 사용 가능한 마이크로 가스 센서를 제작할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에서 접착막으로 무기바인더를 사용함으로써, 납(Pb) 또는 카드뮴(Cd)을 접착막으로 사용하지 않아도 되어 환경 문제나 인체 유해성 문제를 유발하지 않는 효과가 있다.
도 1은 종래의 마이크로 가스센서의 단면도,
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체식 마이크로 가스센서의 제조방법을 나타낸 단면도,
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉연소식 마이크로 가스센서의 제조방법을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2i는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체식 마이크로 가스센서의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 2a 내지 도 2i에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(200)의 상부 및 하부에 제1 절연막(210)을 형성한다(도 2a)
실리콘 기판(200)의 상부 및 하부에 형성되는 제1 절연막(210)은 실리콘 질화물(SiNX)의 단일막 또는 실리콘 산화물(Si02) 및 실리콘 질화물(SiNX)의 이중막으로 이루어진다.
여기서 실리콘 산화막(Si02)은 100~500nm의 두께로 증착하고, 실리콘 질화막(SiNX)은 100~300nm의 두께로 증착한다.
그리고 실리콘 산화막(Si02) 및 실리콘 질화막(SiNX)은 저압화학기상증착법(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 활용하여 최소 응력을 가지도록 증착한다.
다음으로, 제1 절연막(210)의 상부에 도 2b에 도시된 바와 같은 가열 전극 패턴(220)을 형성하고, 복수 개의 가열 전극 패턴(220) 양측에 가열 전극 패턴(220)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 가열 전극 패드(221)를 형성한다.(도 2b)
가열 전극 패턴(220)은 감지물질이 특정 가스를 흡착하는 최적의 온도까지 감지물질을 가열하기 위한 것이고, 가열 전극 패드(221)는 가열 전극 패턴(220)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 제1 절연막(210) 상부에 탄탈륨(Ta), 백금(Pt), 티타늄(Ti)등을 증착한 후 PR 패터닝(Photolithography) 공정을 통해 이루어질 수 있다.
또한 가열 전극 패턴(220)은 복수 개의 감지물질을 동시에 가열할 수 있도록 형성하는데, 이를 위해 복수 개의 감지물질이 도포되는 각 영역 또는 그 인접 영역을 경유하도록 제1 절연막(210) 상부에 형성한다.
이 경우, 한 개의 가열 전극 패턴(220)에 전압을 인가하여 복수 개의 감지물질을 동시에 가열할 수 있기 때문에, 마이크로 가스센서의 소비전력을 현저히 줄일 수 있게 된다.
이어서, 가열 전극 패턴(220)과 가열 전극 패드(221)를 감싸면서, 제1 절연막(210) 상부에 제2 절연막(230)을 형성한다.(도 2c)
이때 제2 절연막(230)은 잔류응력(residual stress)이 최소화 되도록 실리콘 산화물(Si02), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진다.
여기서 제2 절연막(230)은 가열 전극 패턴(220)과 이후에 형성될 감지 전극 패턴을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다.
이어서, 가열 전극 패드(221) 상부에 형성된 제2 절연막(230) 상부를 가열 전극 패드(221)가 노출되도록 PR 패터닝 공정을 통해 식각한다.(도2d)
그리고 제2 절연막(230) 및 가열 전극 패드(221) 상부에 상호 이격된 복수 개의 감지 전극 패턴(250)을 형성한다.(도 2e)
감지 전극 패턴(250)은 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt)으로 이루어지며, 제2 절연막(230) 및 가열 전극 패드(221) 상부에 티타늄(Ti) 또는 백금(Pt)을 증착하고, PR 패터닝 공정을 통해 감지 전극 패턴(250) 및 가열 전극 패드(221)를 형성한다.
그리고 실리콘 기판(200) 하단에 형성된 제1 절연막(210) 중 가열 전극 패턴(220)이 형성된 영역에 해당하는 부분을 PR 패터닝 공정을 통해 제거한다.(도 2f)
그리고 하단의 제1 절연막(210)이 제거된 영역의 실리콘 기판(200)도 제거한다.(도 2g)
이때 실리콘 기판(200)는 습식 식각 방식을 이용하여 식각하는데, 특히 25% KOH(수산화칼륨) 용액으로 식각한다.
상술한 과정을 통해 마이크로 플랫폼이 형성되면,
감지 전극 패턴(250) 상부에 접착막(280)과 감지물질(290)을 순차적으로 형성한다.(도 2h)
이때 접착막(280)은 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 무기바인더로 이루어지며, 슬러리(slurry) 상태의 무기바인더를 감지 전극 패턴 (280) 상부에 도포함으로써, 감지 전극 패턴(280)의 상호 이격된 영역에 도포되고, 이후 건조함으로써 형성된다.
이때 접착막(280)은 감지 전극 패턴(250)의 상면이 노출되도록 형성되는 것이 바람직하며, Bi2O3-B2O3-SiO2계의 물질 대신 산화 주석(SnO2) 겔(gel)이 사용될 수 있다.
이어서, 접착막(280) 상부에 감지물질(290)을 형성한다.
감지물질(290)은 슬러리 상태의 감지물질(290)이 감지 전극 패턴(250)의 상호 이격된 영역에 형성된 접착막(280) 및 감지 전극 패턴(250) 상부에 도포된 후 열처리공정을 통해 형성된다.
이때 감지물질은 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 금속 산화물이 사용될 수 있다.
한편, 감지 전극 패턴(250) 상부에 접착막(280)과 감지물질(290)을 형성하여 열처리 공정을 수행한 후 감지물질(290) 상부에 감지물질(290)을 한번 더 도포하고 열처리 공정을 수행하여 반도체식 마이크로 감지센서를 완성할 수도 있다.
또한 도 2i에 도시된 바와 같이 감지 전극 패턴(250) 상부에 접착막(280)과 감지물질(290)을 혼합하여 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry)를 형성한 후 이를 감지 전극 패턴(250) 상부에 도포 후 건조 및 열처리 공정을 수행함으로써 반도체식 마이크로 감지센서를 완성할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시 예에 따른 접촉연소식 마이크로 가스센서의 제조방법을 나타낸 단면도이다.
도 3a 내지 도 3h에 도시된 바와 같이, 실리콘 기판(300)의 상부 및 하부에 제1 절연막(310)을 형성한다(도 3a)
실리콘 기판(300)의 상부 및 하부에 형성되는 제1 절연막(310)은 실리콘 질화물(SiNX)의 단일막 또는 실리콘 산화물(Si02) 및 실리콘 질화물(SiNX)의 이중막으로 이루어진다.
여기서 실리콘 산화막(Si02)은 100~500nm의 두께로 증착하고, 실리콘 질화막(SiNX)은 100~300nm의 두께로 증착한다.
그리고 실리콘 산화막(Si02) 및 실리콘 질화막(SiNX)은 저압화학기상증착법(LPCVD:Low Pressure Chemical Vapor Deposition)을 활용하여 최소 응력을 가지도록 증착한다.
다음으로, 제1 절연막(310)의 상부에 도 3b에 도시된 바와 같은 가열 전극 패턴(320)을 형성하고, 가열 전극 패턴(320) 양측에 가열 전극 패턴(320)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 가열 전극 패드(321)를 형성한다.(도 3b)
가열 전극 패턴(320)은 감지물질이 특정 가스를 흡착하는 최적의 온도까지 감지물질을 가열하기 위한 것이고, 가열 전극 패드(321)는 가열 전극 패턴(320)을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 것으로, 제1 절연막(310) 상부에 탄탈륨(Ta), 백금(Pt), 티타늄(Ti)등을 증착한 후 PR 패터닝(Photolithography) 공정을 통해 이루어질 수 있다.
또한 가열 전극 패턴(320)은 복수 개의 감지물질을 동시에 가열할 수 있도록 형성하는데, 이를 위해 복수 개의 감지물질이 도포되는 각 영역 또는 그 인접 영역을 경유하도록 제1 절연막(310) 상부에 형성한다.
이 경우, 한 개의 가열 전극 패턴(320)에 전압을 인가하여 복수 개의 감지물질을 동시에 가열할 수 있기 때문에, 마이크로 가스센서의 소비전력을 현저히 줄일 수 있게 된다.
이어서, 가열 전극 패턴(320), 가열 전극 패드(321) 및 제1 절연막(310) 상부에 제2 절연막(330)을 형성한다.(도 3c)
이때 제2 절연막(330)은 잔류응력(residual stress)이 최소화 되도록 실리콘 산화물(Si02), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진다.
이어서, 가열 전극 패드(321) 상부에 형성된 제2 절연막(230) 상부를 가열 전극 패드(221)가 노출되도록 PR 패터닝 공정을 통해 식각한다.(도 3d)
그리고 실리콘 기판(300) 하단에 형성된 제1 절연막(310) 중 가열 전극 패턴(320)이 형성된 영역에 해당하는 부분을 PR 패터닝 공정을 통해 제거한다.(도 3e)
그리고 하단의 제1 절연막(310)이 제거된 영역의 실리콘 기판(300)도 제거한다.(도 3f)
이때 실리콘 기판(200)는 습식 식각 방식을 이용하여 식각하는데, 특히 25% KOH(수산화칼륨) 용액으로 식각한다.
상술한 과정을 통해 마이크로 플랫폼이 형성되면,
가열 전극 패턴(320) 상부에 형성된 제2 절연막(330) 상부에 접착막(370)과 감지물질(380)을 순차적으로 형성한다.(도 3g)
이때 접착막(370)은 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 무기바인더로 이루어지며, 슬러리(slurry) 상태의 무기바인더를 제2 절연막(330) 상부에 도포 후 건조한다.
이어서, 접착막(370) 상부에 감지물질(380)을 형성한다.
감지물질(290)은 슬러리 상태의 감지물질(290)이 접착막(280) 상부에 도포된 후 열처리공정을 통해 형성된다.
이때 감지물질은 산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 금속 산화물이 사용될 수 있다.
한편, 제2 절연막(330) 상부에 접착막(370)과 감지물질(380)을 형성하여 열처리 공정을 수행한 후 감지물질(380) 상부에 감지물질(380)을 한번 더 도포하고 열처리 공정을 수행하여 접촉연소식 마이크로 감지센서를 완성할 수도 있다.
또한 도 3h에 도시된 바와 같이 제2 절연막(330) 상부에 접착막(370)과 감지물질(380)을 혼합하여 페이스트(paste) 또는 슬러리(slurry)를 형성한 후 이를 제2 절연막(330) 상부에 도포 후 건조 및 열처리 공정을 수행함으로써 접촉연소식 마이크로 감지센서를 완성할 수도 있다.
이를 통해 감지물질과 제2 절연막 또는 감지 전극 패턴 사이에 얇은 접착막이 형성되어 감지물질의 접착력을 향상시킬 수 있다.
또한 상술한 제조과정 중 건조과정은 100℃~200℃의 오븐에서 10~20분동안 수행될 수 있으며, 열처리 과정은 가열 전극 패턴을 300℃~600℃로 30~60분간 가열하거나, 전기로를 이용하여 수행될 수 있다.
이상의 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 제시하여 설명하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경할 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
100, 200, 300: 실리콘 기판 110, 210, 310: 제1 절연막
150, 220, 320: 가열 전극 패턴 221, 321: 가열 전극 패드
130, 230, 330: 제2 절연막 141, 142, 250: 감지 전극 패턴
280, 370: 접착제 290, 380: 감지물질

Claims (14)

  1. 실리콘 기판 상부 및 하부에 제1 절연막을 형성하는 (a)단계:
    상기 실리콘 기판 상부의 제1 절연막 상부에 가열 전극 패턴을 형성하고, 상기 가열 전극 패턴 양측에 가열 전극 패드를 형성하는 (b)단계:
    상기 가열 전극 패턴 및 가열 전극 패드를 감싸며, 상기 제1 절연막 상부에 제2 절연막을 형성하는 (c)단계:
    상기 복수 개의 가열 전극 패드 상부에 형성된 상기 제2 절연막을 식각하는 (d)단계:
    상기 복수 개의 가열 전극 패드 및 상기 제2 절연막 상부에 복수 개의 감지 전극 패드를 형성하는 (e)단계:
    상기 가열 전극 패턴이 형성된 영역의 실리콘 기판 및 하부 제1 절연막을 제거하여 멤브레인(Membrane)을 형성하는 (f)단계:
    상기 제2 절연막 상에 형성된 복수 개의 감지 전극 패드의 상호 이격된 영역에 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 물질 또는 산화 주석(SnO2) 겔(gel)로 이루어지는 무기바인더를 도포 및 건조하는 (g)단계:
    상기 무기바인더 상부 및 상기 복수 개의 감지 전극 패드 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 형성하는 (h)단계를 포함하는 반도체식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 감지막 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 추가적으로 형성하는 (i)단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 (f)단계 이후에,
    상기 제2 절연막 상에 상기 복수 개의 감지 전극 패드를 감싸면서, 상기 무기바인더와 상기 감지물질을 혼합한 슬러리를 도포한 후 건조 및 열처리하여 무기바인더가 혼합된 감지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 반도체식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 제2 절연막은,
    실리콘 산화물(Si02), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 반도체식 마이크로 가스 센서 및 제조 방법.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 감지물질은,
    산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 반도체식 마이크로 가스 센서 및 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 반도체식 마이크로 가스 센서.
  8. 실리콘 기판 상부 및 하부에 제1 절연막을 형성하는 (a)단계:
    상기 실리콘 기판 상부의 제1 절연막 상부에 가열 전극 패턴을 형성하고, 상기 가열 전극 패턴 양측에 가열 전극 패드를 형성하는 (b)단계:
    상기 가열 전극 패턴 및 가열 전극 패드를 감싸며, 상기 제1 절연막 상부에 제2 절연막을 형성하는 (c)단계:
    상기 복수 개의 가열 전극 패드 상부에 형성된 상기 제2 절연막을 식각하는 (d)단계:
    상기 가열 전극 패턴이 형성된 영역의 실리콘 기판 및 상기 실리콘 기판의 하부 제1 절연막을 제거하여 멤브레인(Membrane)을 형성하는 (e)단계:
    상기 가열 전극 패턴 상의 상기 제2 절연막 상부에 Bi2O3-B2O3-SiO2계의 물질 또는 산화 주석(SnO2) 겔(gel)로 이루어지는 무기바인더를 도포 및 건조하는 (f)단계:
    상기 무기바인더 상부 및 상기 복수 개의 감지 전극 패드 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 형성하는 (g)단계를 포함하는 접촉연소식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 감지막 상부에 감지물질을 도포하여 열처리함으로써 감지막을 추가적으로 형성하는 (h)단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉연소식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서, 상기 (e)단계 이후에,
    상기 가열 전극 패턴 상의 상기 제2 절연막 상부에 상기 무기바인더와 상기 감지물질을 혼합한 슬러리를 도포한 후 건조 및 열처리하여 무기바인더가 혼합된 감지막을 형성하는 것을 특징으로 하는 접촉연소식 마이크로 가스 센서 제조 방법.
  11. 제8 항에 있어서, 상기 제2 절연막은,
    실리콘 산화물(Si02), 실리콘 질화물(SiNX) 및 실리콘 산화물(Si02)이 순차적으로 증착된 삼중막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 접촉연소식 마이크로 가스 센서 및 제조 방법.
  12. 제8 항에 있어서, 상기 감지물질은,
    산화 주석(SnO2), 산화 텅스텐(WO3), 산화 아연(ZnO), 산화 인듐(In2O3), 산화 티타늄(TiO2), 그리고 이들 재료에 백금(Pt) 또는/그리고 팔라듐(Pd)이 혼합된 물질 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 접촉연소식 마이크로 가스 센서 및 제조 방법.
  13. 삭제
  14. 제8 항 내지 제12 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 접촉연소식 마이크로 가스 센서.
KR1020120044574A 2012-04-27 2012-04-27 마이크로 가스 센서 제조 방법 KR101349267B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120044574A KR101349267B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 마이크로 가스 센서 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120044574A KR101349267B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 마이크로 가스 센서 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130121407A KR20130121407A (ko) 2013-11-06
KR101349267B1 true KR101349267B1 (ko) 2014-01-16

Family

ID=49851649

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120044574A KR101349267B1 (ko) 2012-04-27 2012-04-27 마이크로 가스 센서 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101349267B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210123596A (ko) 2020-04-03 2021-10-14 한국전자기술연구원 플렉시블 가스 센서 및 이의 제조 방법

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104698038A (zh) * 2015-01-21 2015-06-10 济南大学 一种氧化铟纳米片气体传感器及其制备方法
KR102359236B1 (ko) * 2016-08-31 2022-02-07 엘지이노텍 주식회사 가스 센싱 모듈 및 이를 포함하는 센싱 장치
CN109580724A (zh) * 2017-09-29 2019-04-05 萧育仁 微型气体传感器及其制造方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010276451A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010276451A (ja) * 2009-05-28 2010-12-09 Ngk Spark Plug Co Ltd ガスセンサ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210123596A (ko) 2020-04-03 2021-10-14 한국전자기술연구원 플렉시블 가스 센서 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130121407A (ko) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101349267B1 (ko) 마이크로 가스 센서 제조 방법
KR100843169B1 (ko) 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법
EP3069130B1 (en) Integrated gas sensor and related manufacturing process
CN104977326A (zh) 传感器
KR20060055525A (ko) 가스 센서와 그 제조 방법
CN1825103A (zh) 湿度传感器件及其自我诊断方法
EP3287777B1 (en) Micro sensor
CN104089981A (zh) 基于纳米TiO2 薄膜的微型氧气传感器及制备工艺
JP4590764B2 (ja) ガスセンサ及びその製造方法
CN104297303A (zh) 丙酮气敏传感器及其制备方法
CN103946697A (zh) 集成湿度传感器及其制造方法
JP2017106857A (ja) 半導体式ガスセンサ、半導体式ガスセンサの製造方法、およびセンサネットワークシステム
Kim et al. Batch Nanofabrication of Suspended Single 1D Nanoheaters for Ultralow‐Power Metal Oxide Semiconductor‐Based Gas Sensors
KR101943084B1 (ko) 가스 센서의 제조 방법
EP3465189B1 (en) Gas detection device and method of manufacturing the same
KR102378133B1 (ko) 반도체 가스 센서
US20210188625A1 (en) Semiconductor chip
KR100894111B1 (ko) 가스 센서 및 그의 제조 방법
KR100585664B1 (ko) 박막형 습도 센서 및 그 제조 방법
JP5212286B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよび薄膜ガスセンサの製造方法
KR100905106B1 (ko) 수소 누설 검지센서 및 그 제조방법
JP5278086B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法
JP2006317155A (ja) ガスセンサおよびその製造方法
JP2019211395A (ja) 接触燃焼式ガスセンサ及びその製造方法
JP4753736B2 (ja) 薄膜ガスセンサおよびその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161229

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171207

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 7