KR20090046843A - 반도체 센서 디바이스와 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 감지될 물질을 포함하는 가스 또는 액체가 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이에서 흐를 수 있고 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에 반도체 바디(11)의 표면에 형성되고, 제1 단부에서 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역(2)에 그리고 제2 단부에서 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역(3)에 연결된 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역(1)을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스(10)를 제조하는 방법에 관한 것이며, 상기 반도체 바디(11)의 표면에서 제1 연결 영역(2)이 형성되고 상기 메사-모양의 반도체 영역에 연결되고 제1 단부를 통해 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)이 형성되고, 계속해서 제2 연결 영역(3)이 형성되고 제2 단부에서 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)에 연결된다. 본 발명에 따르면, 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 형성 이후에 이러한 영역(1) 사이의 자유 공간은 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)과 반도체 센서 디바이스(10)의 다른 경계 부분의 물질에 관하여 선택적으로 제거될 수 있는 채움 물질(4)로 채워지고, 계속해서 전도층(30)은, 제2 연결 영역(3)이 형성되는 결과적인 구조에 걸쳐 증착되고 이후에 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이의 공간이 자유롭게 다시 만들어지는 선택적인 에칭에 의해 채움 물질(4)이 제거된다. 이리하여 센서 디바이스(10)는 산업적 규모로 쉽게 적용되고 높은 양품률을 초래하는 방법으로 제조되고 있다.
Description
본 발명은, 감지될 물질을 포함하는 유체(=액체 또는 가스)가 메사-모양의 반도체 영역 사이에서 흐를 수 있고 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에, 반도체 바디의 표면에 형성되고 제1 단부에서 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 그리고 제2 단부에서 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 연결된 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것인데, 상기 반도체 바디의 표면에서 제1 연결 영역이 형성되고 상기 메사-모양의 반도체 영역에 연결되며 제1 단부를 통해 복수의 메사-모양의 반도체 영역이 형성되고, 계속해서 제2 연결 영역이 형성되고 제2 단부에서 복수의 메사-모양의 반도체 영역에 연결된다. 본 발명은 또한 반도체 센서 디바이스에 관한 것이다.
이러한 방법은 화학 및/또는 생화학 물질을 검출하기 위한 센서 디바이스를 만드는데 아주 적합하다. 후자의 경우에, 상기 방법은 높은 감도(sensitivity)와 재생산도(reproducibility)로 항원/항체 바인딩, 유생분자 및 다른 것을 검출하도록 사용될 수 있어서 유전자 분석, 질병 진단 등에서 유익하게 사용될 수 있다. 더 욱이, 휘발성이고 액체에서 용해되지 않는 화학 물질과 같은 분해할 수 없는(simple) 분자의 검출은 전도율이 변화되는 나노-와이어로의 전하 물질에 의한 도입으로 또한 가능하다. 본 명세서에서 나노-와이어로 인해, 바디는 1 내지 100nm 사이, 더 구체적으로는, 10 내지 50nm 사이의 적어도 하나의 측면 크기를 갖는 것으로 의도된다. 바람직하게 상기 범위 내에 존재하는 크기를 나노-와이어는 두개의 측면 방향으로 갖는다. 메사-모양의 반도체 영역을 위한 복수의 나노-와이어의 사용은 아주 높은 감도를 갖는 센서의 제조를 가능하게 한다. 반도체에서 아주 작은 크기에 접촉하는 것이 반도체 처리에서 도전할 만한 기술이라는 사실을 본 명세서에서 더 유념한다. 그러나 상기 메사-모양의 반도체 영역이 특히 나노 와이어를 포함하도록 의도됨에도 불구하고, 본 발명은 다른 크기를 갖는 다른 메사-모양의 반도체 영역에 적용 가능하다. 메사-모양의 영역이 의미하는 바는, 이 영역이 상기 반도체 바디의 표면에 융기부(protrusion)를 형성한다는 것이다.
시작 단락에서 언급된 바와 같이 방법은 WO 2004/109815로 2004년 12월 16일에 공개되었던 PCT(특허협력조약 : Patent Cooperation Treaty) 특허 출원서로부터 알려져 있다. 이 문서에서, 센서 디바이스를 획득하기 위해 단결정(single crystal) 나노-와이어를 포함하는 다수의 메사-모양의 반도체 영역이 기판 상에 제공된다. 산화 아연, 산화 티타늄, 규소 및 Ⅲ-Ⅴ 반도체 물질과 같은 다양한 물질은 상기 나노-와이어가 만들어지는 물질로서 언급된다. 나노 와이어 성장 이후에, 금과 같은 금속이 나노-와이어의 상단 표면상에 선택적으로 증착된다. 이리하여, 상기 나노-와이어의 상단 표면과의 Schottky 접촉 또는 옴 접촉이 이루어진다. 나 노-와이어의 금속화된 상단 표면은 계속해서 다수의 전도성의 작은 판을 포함하는 예컨대 직물로 덮인다. 화학적 또는 생화학적 센서로서 센서 디바이스의 구조와 적용에 대한 세부사항에 대해서는 WO 2005/054869로 2005년 6월 15일에 공개된 PCT 특허 출원서를 또한 참조한다. 도 2a에서, Au/Ti 옴 전극은, 이 전극이 증발 기술(evaporation technique)을 이용하여 ZnO 나노로드(nanorod)의 끝 부분에 수평 플레이트를 형성하도록 형성되었고 기판에 수직으로 배치된 ZnO 나노로드를 포함하는 바이오센서를 획득하기 위해 1분 동안 약 300℃로 가열된다.
이러한 방법의 단점은 센서를 포함하는 반도체 디바이스를 대규모로 제조하는데 덜 적합하다는 것이다. 또한, 상기 나노-와이어는 이의 상단에 전도성 작은 판을 적재할 때 쉽게 손상을 입는다. 이것은 양품률을 감소시킨다.
그러므로 본 발명의 목적은 위의 단점을 피하는 것이며 복수의 메사-모양의 반도체 영역, 특히 나노-와이어를 갖는 센서를 포함하며 높은 양품률을 초래하는 반도체 디바이스의 대규모 제조에 적합한 방법을 제공하는 것이다.
이를 달성하기 위해, 시작 단락에서 설명된 타입의 방법은, 상기 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 형성 이후에 이들 영역 사이의 자유 공간이 복수의 메사-모양의 반도체 영역 및 반도체 센서 디바이스의 다른 경계 부분의 물질에 관하여 선택적으로 제거될 수 있는 채움 물질로 채워지고, 계속해서 전도층이 제2 연결 영역이 형성되는 결과적인 구조에 걸쳐 증착되는 것을 특징으로 하고, 여기서 상기 채움 물질은 복수의 메사-모양의 반도체 영역 사이의 공간이 자유롭게 다시 만들어지는 선택적인 방법으로 제거된다. 상기 메사-모양의 반도체 영역이 채움 물질에 삽입되기 때문에, 이들은 상기 영역과의 접촉의 차후 형성 동안에 손상으로부터 보호받는다. 또한, 상기 접촉이 실질적으로 평면에 형성될 수 있기 때문에, 많은 산업 기술은 예컨대 증기 증착, 스퍼터링 등과 같은 전도층의 증착에 의해 상기 접촉을 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 증착을 시작할 때, 상기 채움 물질의 존재로 인해, 접촉 물질이 상기 메사 영역 사이에 있을 위험이 전혀 존재하지 않는다. 나중 단계에서, 이것은 상기 증착된 전도층의 두께와 강도에 의해 예방된다. 그러므로 접촉 형성 시 작은 판 또는 임의의 금속의 선택적인 증착을 사용할 필요가 전혀 없다. 그럼에도 불구하고 선택적인 증착이 바람직하다면, 물질 및/또는 프로세스의 선택은, 상기 채움 물질의 특성이 이 점에서 약간의 자유도를 제공하기 때문에 더 넓어 보인다. 마지막으로, 상기 채움 물질은 예컨대, 선택적인 에칭 프로세스에 의한 단순한 방법으로 완전히 제거될 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 프로세스는 대규모 산업상 제조 프로세스에 아주 적합하고 결과적인 센서 디바이스는 높은 양품률을 획득할 수 있다.
바람직한 실시예는, 전도층이 증착되기 전에 채움 물질의 상단 부분이 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 상단 부분이 자유롭게 만들어지는 선택적인 에칭에 의해 제거되는 것을 특징으로 한다. 이리하여, 상기 상단 접촉 금속화는 메사 영역 또는 나노-와이어에 관하여 교대 배치될 수 있다(interdigited). 이것은 손상력(damaging force)으로부터 상기 와이어를 보호하는데 기여한다. 또한, 상기 메사의 상단 면에서의 접촉 저항이 감소될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 상기 채움 물질이 거의 완전히 제거되고 상기 복수의 메사-모양의 반도체 영역 간의 공간은 상기 채움 물질과는 다른 추가적인 채움 물질로 채워진다. 이리하여 상기 메사 또는 나노-와이어의 풋(foot)은 강화 층(enforcing layer)에 삽입될 수 있다. 상기 층은 전도성 또는 절연성일 수 있다. 후자는, 메사 또는 나노-와이어가 (반) 전도성 기판에 형성되는 경우와 전도성 매체가 센서 디바이스에 의해 검출될 혼합물 또는 물질을 운반하는 유체를 위해 사용 가능하게 될 경우에 바람직하다. 상기 추가적인 채움 물질은 지금부터, 앞서 설명된 바와 같이 채움 물질에 대해서도 그러하다. 그러므로 상기 추가적인 채움 물질을 선택적으로 에칭하는 것이 다시 가능해지고 이는 또한 상기 추가적인 채움 물질이 증착되는 채움 물질에 대해서도 그러하다. 또한, 상기 전도층이 증착되기 전에 상기 추가적인 채움 물질의 상단 부분은 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 상단 부분이 자유롭게 만들어지는 에칭에 의해 제거된다. 이것은 다시 한 번 상기 상단 접촉의 교대 배치형 구조(interdigited structure)를 가능케 한다.
바람직하게 채움 물질 또는 추가적인 채움 물질의 물질을 위해서 절연성 물질이 선택된다. 앞서 설명된 이점과는 별도로, 이러한 물질은 쉽게 증착 및 에칭될 수 있다. 또한, 이러한 물질은, 이들이 완전히 제거되지 않을 경우 전류의 경로를 방해하지 않는다. 적합한 물질은 (사용 순서와 관계없이) 예컨대 플루오르화 수소(hydrogen fluoride)와 강한 인산(hot phosphoric acid)의 완충 용액에 의해 선택적으로 에칭될 수 있는 이이산화 규소와 질화 규소이다.
상기 채움 물질 또는 추가적인 채움 물질의 바람직한 실시예에서, 스핀 코팅에 의해 증착되는 중합체가 사용된다. 이것은, 상기 (추가적인) 채움 물질이 값 싸고 빠른 방법으로 증착되는 것을 의미한다.
다른 수정에서, 상기 나노-와이어는 예컨대 CVD 프로세스에 이어 나노-와이어의 상단 표면이 자유롭게 만들어지는 CMP(Chemical Mechanical Polishing : 화학 기계 폴리싱) 단계에 의해 채움 물질의 층으로 완전히 묻힌다.
바람직하게 상기 채움 물질 또는 추가적인 채움 물질의 물질은 습식 에칭에 의해 선택적으로 에칭된다. 건식 에칭이 실행 가능하더라도, 습식 에칭은, 부식액(etchant)이 쉽게 언더에칭(underetching)하기 때문에 메사 또는 나노-와이어의 "우드(wood)"사이에서 에칭이 쉽고 간단한 이점을 제공한다.
마지막으로 상기 채움 물질의 최종적인 완전한 제거를 위해, 건식 에칭은, 산소 또는 다른 반응 성분을 이용하는 채움 물질로서 유기 물질일 경우에 특히 사용될 수 있다. 이러한 경우, 예컨대 PMMA(=Poly Methyl Meta Acrylate)와 같은 물질이 사용되는 경우에, 상기 채움 물질의 완전한 제거를 위해 열처리가 고려될 수 있다. 이러한 변형에서 나노-와이어에 손상을 입힐 수 있는 모세관력(capillary force)이 회피된다.
상기 메사 또는 나노-와이어의 손상을 예방하는 관점에서, 채움 물질 또는 추가적인 채움 물질의 습식 에칭 이후에 차후의 건조 단계 시 복수의 메사-모양의 반도체 영역 사이의 공간에 존재하는 모세관력이 감소되는 식으로 본 발명에 따른 방법이 바람직하게 실행된다. 건조 단계 동안에 모세관력은 낮은 표면 장력을 갖는 액체를 사용하는 세척 단계를 상기 에칭 단계와 건조 단계 사이에 도입함으로써 감소될 수 있다. 이러한 액체는 예컨대 알코올에 기초한다. 다른 매력적인 수정에서는, 건조 단계 동안의 상기 모세관력은 초임계의 탄소이산화물(cabondioxide) 건조를 이용함으로써 감소된다.
바람직하게는, 복수의 메사-모양의 반도체 영역을 위해 나노-와이어가 선택된다. 이러한 나노-와이어는 예컨대 VLS(=Vapor Liquid Solid : 증기 액체 고체) 성장 기술에 의해 상대적으로 작은 면적에 매우 큰 수로 쉽게 형성될 수 있다. 이웃하는 나노-와이어 사이의 거리는 일반적으로 0.1 내지 10 μm, 바람직하게는 약 1 μm이지만, 이들의 길이는 예컨대 1 내지 10 μm사이이다. 이리하여, 예컨대 1mm x 1mm의 정사각형 접촉 면적에 약 106 개의 나노-와이어를 갖는 센서가 획득 가능하고, 이것은 하나의 단일 나노-와이어를 포함하는 센서와 비교해 볼 때 동일 인수만큼 증가됨을 의미한다.
상기 나노-와이어는, 검출될 물질을 운반하는 매체가 나노-와이어의 우드를 통해 흘러야만 하도록 바람직하게 배열된다. 상기 우드의 길이 방향은 폭보다 더 작도록 선택될 수 있다. 이리하여, 센서를 거쳐 가는 매체는 더 낮은 흐름 저항에 직면한다. 바람직하게, 상기 나노-와이어는 정상 오프 타입(normally off type)을 갖거나 FET(=Field Effect Transistor : 전계 트랜지스터)와 같은 특성을 갖는 디바이스의 일부를 형성한다. 검출될 물질은, 이들이 나노-와이어의 표면에 흡수된 이후, 예컨대 상기 나노-와이어로 전하를 도입함으로써 전도율을 변화시킬 것이다. 상기 나노-와이어의 광 표면 대 부피 비로 인해, 아주 큰 신호 대 잡음 비가 이러한 방법으로 획득될 수 있다. 그러나 검출될 물질이 (반) 절연층 또는 반전도층 또는 전도층인 나노-와이어의 표면에 형성될 수 있는 것과 같은 다른 검출 방법이 가능하다.
본 발명은 본 발명에 따른 방법에 의해 획득된 반도체 센서 디바이스를 포함한다. 후자의 디바이스는 (구조화된) 추가적인 기판 상에 형성되거나 추가적인 기판에 부착될 수 있다. 후자의 디바이스 또는 결합된 디바이스의 구성은, 검출될 물질/혼합물을 갖는 매체/유체를 운반하는 튜브가 쉽게 상기 디바이스에 연결될 수 있을 정도이다. 이러한 구성의 제조는 본 발명에 따른 방법과 통합되는 것이 상대적으로 쉬울 수 있다.
마지막으로 본 발명은, 감지될 물질을 포함하는 유체가 메사-모양의 반도체 영역 사이에서 흐를 수 있고 상기 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에, 반도체 바디의 표면에 형성되고 제1 단부에서 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 그리고 제2 단부에서 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 연결된 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 포함하는데, 상기 반도체 바디의 표면에서 제1 연결 영역이 형성되고 상기 메사-모양의 반도체 영역에 연결되고 제1 단부를 통해 복수의 메사-모양의 반도체 영역이 형성되고, 제2 연결 영역이 형성되고 제2 단부에서 복수의 메사-모양의 반도체 영역에 그리고 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 측벽 부분에 연결된다. 상기 제2 연결 영역이 상기 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 측벽 부분과 전기적인 접촉을 이룰 경우, 상기 접촉 면적은, 제2의 상단 단부만이 접촉되는 경우보다 훨씬 더 크다. 더 큰 접촉 면적은 (접촉 면적에 반비례하는) 접촉 저항을 낮추는데 유익하고 접촉 저항의 확산을 줄인다. 바이오센서가 아주 민감해야하기 때문에, 접촉 저항 값의 아주 작은 확산을 갖는 상기 접촉의 양호한 옴의 특성을 갖는 것이 중요하다. 상기 더 큰 접촉 면적은 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 기계적 안정성을 향상시킨다.
본 발명의 이러한 및 다른 측면은 도면과 연계하여 읽혀질, 아래에서 설명되는 실시예로부터 분명해지고 이 실시예를 참고하여 설명될 것이다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조할 때의 다양한 단계에서 반도체 센서 디바이스의 단면도를 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 다른 방법을 이용하여 제조할 때의 관련 단계에서 다른 반도체 센서 디바이스의 단면도를 도시한 도면.
상기 도면들은 개략적이며 일정한 비율로 도시되지 않았는데, 특히 두께 방향으로의 크기는 더 명확함을 위해 과장되어 있다. 대응 부분은 일반적으로 다양한 도면에서의 동일한 참조번호 및 동일한 해칭(hatching)을 가질 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 방법을 이용하여 제조할 때의 다양한 단계로서 반도체 센서 디바이스의 단면도를 도시한다. 제조될 반도체 센서 디바이스(10)는, 바람직하게는, 도 1에 앞선 단계에서 다양한 구성요소 또는 소자를 이미 포함할 수 있다. 이러한 구성요소 또는 소자는 도면에서 도시되지 않는다.
상기 디바이스(10)(도 1 참조)의 제1의 관련된 제조 단계에서, 규소 반도체 바디(11)를 형성하는 규소 기판(2)에 메사-모양의 반도체 영역(1)이 제공되고, 여기서 복수의 나노 와이어(1)는 규소를 포함한다. 상기 영역(1)은 p-타입으로 도핑되나, 상단 부분 및 하단 부분은 n-타입으로 도핑된다. 상기 영역(1)의 표면은 예컨대, 산화물로 형성된 얇은 산화층으로 덮인다. 이리하여, 하나의 영역은, 검출될 물질이 상기 영역(1)의 표면에 흡수된 이후에 전도성 n-타입 채널을 영역(1)에 도입할 수 있는 동안, 정상 오프 타입의 npn FET로서 동작할 수 있다. 상기 와이어(1)는 예컨대 균일하게 증착된 층의 포토리소그래피(photolithography) 및 에칭(etching)에 의해 형성될 수 있고, 또한 예컨대 'Applied Physics Letters, vol. 4, no. 5, 1 march 1964, pp 89-90에서 공개되었던, R.S. Wagner와 W.C Ellis에 의한 "Vapor-liquid-solid mechanism of single crystal growth"에서 설명된 바와 같이 선택적인 증착 기술에 의해 형성될 수 있다. 이러한 예에서, 상기 기둥(1)의 높이는 약 500 nm이고 이의 직경은 약 50 nm이다.
계속해서(도 2 참조), 상대적으로 두꺼운 층(4)은 절연 물질을 포함한다. 상기 층(4)은 스핀 코팅(spin coating)에 의해 증착된 중합체{예컨대, (광) 레지스트}를 또는, CVD(Chemical Vapor Deposition : 화학 증기 증착) 및 TEOS(=Tetra Ethyl Ortho Silicate)를 이용하여 공형 증착(conformal deposition)될 수 있는 이이산화 규소와 같은 물질을 소스 물질로서 포함할 수 있다. 또한, HDP(=High Density Plasma : 고밀도 플라즈마) 증착 프로세스를 이용하는 이산화 규소의 비-공형 증착이 가능하다. 이러한 예에서, 레지스트 층(4)은 스핀 코팅을 이용하여 증 착된다. 상기 층의 상단 부분(4A)은 그 다음 에칭 단계에 의해 제거된다. 변형에서, 상기 나노-와이어(1)는 채움-물질(fill-material)에 의해 완전히 묻힐 수 있고 CMP(Chemical Mechanical Polishing : 화학 기계 폴리싱)가 에칭 단계 이전에 사용되는데 에칭 단계에 의해 채움 물질의 상단 영역(4A)이 제거되고 이것에 의해 나노-와이어(1)의 상단 부분이 자유롭게, 예컨대 10 내지 20 nm의 높이를 갖는 자유 부분을 형성하여 만들어진다. 상기 에칭은 알려진 에칭 비율을 이용해서 시간을 기초로 해서 실시될 수 있다.
계속해서(도 3 참조), 금속과 같은 60 nm 두께의 전도성 물질 층(3)은 상기 구조의 전면에 증착된다. 이것은 증착 기술로서 증기 증착 또는 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 실시된다. 이러한 방법에서 상기 전도성 층(3)은 또한 나노-와이어(1)의 상단 부분을 둘러싸므로 이들의 부착물과 구조의 강도(rigidity)를 향상시킨다. 상기 증착은 두개의 이웃하는 나노-와이어(1) 사이에 있는 모든 캐비티가 완전히 제거되는 방식으로 지속될 수 있지만, 후자는 도면에서 도시되지 않는다. 상기 금속(3)은 상기 나노-와이어의 반도체 물질에 양호한 옴 접촉(ohmic contact)을 형성하도록 선택될 수 있다. 바람직하거나 요구되는 경우에, 가열 단계는, 상기 채움 물질이 열적으로 안정적일 경우의 이러한 단계에서 또는 그렇지 않을 경우의 나중 단계에서 상기 접촉을 형성하거나 향상하도록 사용될 수 있다.
다음으로(도 4 참조), 상기 채움 물질의 층(4)은 선택적인 에칭을 이용하여 제거된다. 상기 채움 물질을 위해 레지스트가 사용되는 경우, 상업적으로 이용 가능한 제거기가 사용될 수 있다. 무기물의 채움 물질을 위해 습식-에칭(wet etching)이 또한 사용될 수 있다. 계속해서, 상기 디바이스(10)에는 센서 디바이스로 유체(20)를 유입하기 위한 수단이 제공되며, 상기 유체(20)는 센서 디바이스(10)에 의해 검출될 물질 또는 혼합물을 포함한다. 이러한 수단은 그러나 도면에 도시되지 않는다. 상기 디바이스(10)는 또한 이러한 수단을 포함하는 구조에 병합될 수 있거나, 이의 제조는 상기 디바이스(10)의 제조와 통합될 수 있다. 나노-와이어(1)에 접촉하는 두개의 접촉 영역(3,2)에 접촉 와이어(30)가 제공될 수 있거나 이러한 동작을 실행하는 컨덕터의 패턴이 제공될 수 있는데, 이 컨덕터는 전류 측정 디바이스에 연결될 수 있고, 후자는 도면에 도시되지 않는다. 바람직하게, 이러한 전류 측정 디바이스는, 반도체 기술을 이용하여 상기 반도체 바디(11)에 미리 형성될 수 있는 소형 회로이다.
상기 채움 물질(4)을 에칭한 이후에, 알코올과 같은 낮은 표면 장력의 액체를 이용하여 세척 단계가 실시된다. 그러나 바람직하게 상기 구조는 초임계의 CO2 건조법(supercritical CO2 drying)을 이용하여 건조된다. 이것은 예컨대 Bal-Tec CPD Critical Point Dryer와 같은 장치에 의해 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 다른 방법을 이용하여 제조할 때의 관련 단계에서 다른 반도체 센서 디바이스의 단면도를 도시한다. 상기 센서와 이의 제조의 구성은 본 명세서에서 언급되는 제1의 예에서 설명되는 바와 상당히 동일하다. 반도체 기판(2) 상단에 그리고 이웃하는 나노-와이어(1)의 풋(foot) 사이에 절연층(14)이 존재함으로써 차이가 형성된다. 이러한 층(14)은 이이산화 규소를 포함할 수 있고 이러한 물질에 대해 앞에서 나타난 바와 같이 증착될 수 있다. 이들의 상단에서 예컨 대, 레지스트를 포함하는 (추가적인) 채움 물질이 앞선 예에서와 같이 스핀 코팅에 의해 다시 증착된다. 이러한 레지스트는 또한 상기 절연층(14)에 관해 선택적으로 쉽게 제거될 수 있다. 층(14)은 상기 기판(2)에 나노-와이어(1)의 더 견고한 부착을 형성할 뿐만 아니라 검출될 물질/혼합물을 운반하는 전기 전도성 유체, 특히 전기 전도성 액체(20)의 경우에 상단과 하단 접촉 영역(2,3) 사이에서 단락(short circuit)을 방지한다.
본 발명이 본 명세서에서 설명되는 예에 국한되지 않고 본 발명의 범위 내에서 많은 변형과 수정이 당업자에게 가능하다는 사실이 명백해질 것이다.
예컨대, 본 발명이 다수의 나노-와이어를 포함하는 센서의 제조에 적합할 뿐만 아니라 심지어 하나의 단일 나노-와이어에 이르는 소수의 와이어가 가능한 선택이라는 사실에 유념해야 한다. 각각의 나노 와이어 영역은 단일 디바이스(의 일부)의 일부를 위한 것일 수 있지만 단일 디바이스 또는 디바이스의 단일 영역의 일부를 형성하는 복수의 나노 와이어를 사용하는 것이 또한 가능하다. 그러므로 (예컨대 n-타입의) 전도성의 반도성 층은 상기 반도성 나노-와이어의 형성 이전에 그리고 그 후에 균일하게 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 나노-와이어의 성장 동안에 도핑 단계가 필요한 경우, 회피될 수 있다.
또한 다양한 수정이 개별적인 단계에 관하여 가능하다는 사실에 유념한다. 예컨대 다른 증착 기술이 예에서 사용되는 기술에 대신해서 선택될 수 있다. 동일한 내용이 선택된 물질에 적용된다. 그러므로 상기 (추가적인) 채움 물질은 질화 규소 또는 다른 절연체로 구성된다.
상술한 바와 같이, 본 발명은, 감지될 물질을 포함하는 유체(=액체 또는 가스)가 메사-모양의 반도체 영역 사이에서 흐를 수 있고 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에, 반도체 바디의 표면에 형성되고 제1 단부에서 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 그리고 제2 단부에서 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역에 연결된 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법에 이용가능 하며, 반도체 센서 디바이스에 이용가능 하다.
Claims (17)
- 감지될 물질을 포함하는 유체가 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이에서 흐를 수 있고 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에, 반도체 바디(11)의 표면에 형성되고 제1 단부에서는 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역(2)에 그리고 제2 단부에서는 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역(3)에 연결되는 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역(1)을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스(10)를 제조하는 방법으로서,상기 반도체 바디(11)의 표면에서 제1 연결 영역(2)이 형성되고 상기 메사-모양의 반도체 영역에 연결되고 제1 단부를 통해 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)이 형성되고, 계속해서 제2 연결 영역(3)이 형성되고 제2 단부에서 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)에 연결되는, 센서 디바이스(10)를 제조하는 방법에 있어서,복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 형성 이후에 이러한 영역(1) 사이의 자유 공간은 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)과 반도체 센서 디바이스(10)의 다른 경계 부분의 물질에 관하여 선택적으로 제거될 수 있는 채움 물질(4)로 채워지고, 계속해서 전도층(30)은, 상기 제2 연결 영역(3)이 형성되는 결과적인 구조에 걸쳐 증착되고 이후에 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이의 공간이 자유롭게 다시 만들어지는 선택적인 방법으로 채움 물질(4)이 제거되는 것을특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 전도층(30)이 증착되기 전에, 채움 물질(4)의 상단 부분(4A)이, 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 상단 부분이 자유롭게 만들어지는 선택적인 에칭에 의해 제거되는 것을특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 2 항에 있어서,상기 채움 물질(4)이 거의 완전히 제거되고 상기 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1) 간의 공간은 상기 채움 물질과는 다른 추가적인 채움 물질로 채워지는 것을특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 3 항에 있어서,상기 전도층(30)이 증착되기 전에, 상기 추가적인 채움 물질의 상단 부분이, 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 상단 부분이 자유롭게 만들어지는 에칭에 의 해 제거되는 것을특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 물질을 위해 절연성 물질이 선택되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 물질을 위해 스핀 코팅에 의해 증착되는 중합체가 사용되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 물질이 습식 에칭에 의해 선택적으로 에칭되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 7 항에 있어서,채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 에칭 이후에, 차후의 건조 단계 시 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이의 공간에 존재하는 모세관력(capillary force)이 감소되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 8 항에 있어서,건조 단계 동안에 모세관력은, 낮은 표면 장력을 갖는 액체를 사용하는 세척 단계를 에칭 단계와 건조 단계 사이에 도입함으로써 감소되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 8 항에 있어서,건조 단계 동안의 상기 모세관력은 초임계의 탄소이산화물 건조(supercritical cabondioxide drying)를 이용함으로써 감소되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 물질을 위해 산소 또는 다른 반응 성분을 이용하여 건식 에칭함으로써 선택적으로 제거되는 유기 물질이 사용되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 채움 물질(4) 또는 추가적인 채움 물질의 물질을 위해 유기 물질이 사용되고 상기 (추가적인) 채움 물질(4)은 열처리에 의한 선택적인 방식으로 제거되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서,복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 형성 이후에 이러한 영역(1) 사이의 자유 공간은, 채움 물질(4)의 층으로 상기 영역(1)을 완전히 묻고(burying) 난 뒤 그 다음 상기 영역(1)의 상단 표면이 자유롭게 만들어지는 화학-기계 폴리싱 단계에 의해 채움 물질(4)로 채워지는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)을 위해 나노-와이어(1)가 선택되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)을 위해 나노-와이어(1)가 선택되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,상기 메사-모양의 반도체 영역은 정상 오프 구성요소(normally off element)로서 또는 정상 오프 타입의 트랜지스터와 같은 능동 구성요소의 일부로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스를 제조하는 방법.
- 감지될 물질을 포함하는 유체가 메사-모양의 반도체 영역(1) 사이에서 흐를 수 있고 상기 감지될 물질이 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있는 동안에, 반도체 바디(11)의 표면에 형성되고 제1 단부에서 제1의 전기적으로 전도성인 연결 영역(2)에 그리고 제2 단부에서 제2의 전기적으로 전도성인 연결 영역(3)에 연결된 복수의 서로 평행한 메사-모양의 반도체 영역(1)을 포함하는 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스(10)로서,상기 반도체 바디(11)의 표면에서 제1 연결 영역(2)이 형성되고 상기 메사-모양의 반도체 영역에 연결되고 제1 단부를 통해 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)이 형성되고, 제2 연결 영역(3)이 형성되고 제2 단부에서 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)에 그리고 복수의 메사-모양의 반도체 영역(1)의 측벽 부분에 연결되는, 물질을 감지하기 위한 반도체 센서 디바이스.
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