JP2000221161A - 集積センサアレイの製造方法 - Google Patents

集積センサアレイの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 集積センサアレイを、品質、制御性、再現性
よく製造する。 【解決手段】 リフトオフ手法、シャドウマスク手法を
同時に用いて、個々に異なる感応面を持つセンサアレイ
を作製する。リフトオフオフ法により、コーティングが
なされるべきすべての領域11に対して開口部12を有する
レジスト層13を形成する。シャドウマスク15はある特定
のコーティングのための堆積が行われる開口部にのみ窓
14を保持するために利用される。その後、例えば蒸着に
よって、レジストの開口部12があり、かつシャドウマス
ク15の窓14がある領域11にコーティングが行われる。シ
ャドウマスク15は、次に堆積が行われる領域に移動さ
れ、その手順がすべてのコーティングが終了するまで繰
り返される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集積センサアレイ
の製造方法に関するものである。特に、化学センサある
いは物理センサ、例えば電界効果化学センサに関するも
のである。このようなセンサとしては、金属―絶縁体―
半導体、あるいは、金属―半導体という構造のものが一
般的であり、本発明は、デバイスの化学的感応部として
作用する上部層の品質の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】触媒作用のある金属は、トランジスタ、
キャパシタ、ダイオード等のような化学的に敏感な電界
効果デバイスのゲート電極として用いられ得ることが知
られている。これらの金属―絶縁体―半導体、あるい
は、金属―半導体デバイスは、気体中の分子や気体中の
イオンの濃度測定に用いられる。異なる化合物に対して
異なる感度をもつ電界効果センサの作製において通常変
化させられるパラメータは電極の材料と厚さである。こ
のようにして、アレイ上に設けられている個々のセンサ
は、同一の化合物に対して異なる感受性に、並びに異な
る化合物に対して感受性にして、検出の精度を増加させ
るように作成できる。異なる化学的感度パターンを持つ
化学センサアレイが、例えば、いわゆる電子ノーズ（el
ectronic noses）に使用するために、ますます必要とさ
れてきている。電界効果化学センサには、集積電子デバ
イスの通常の製造方法を用いて製造することができると
いう利点がある。それゆえ、同一チップ上に単に異なる
上部層を設けることによって、複数の異なる化学感度を
有する電界効果センサアレイを小型に、安価に製造する
ことができる。デバイスの製造コストを低く押さえるた
めに、アレイは、個々のセンサ間の間隔をできるだけ小
さくしたほうがよい。また、厚さを数ナノメートルまで
薄くした上部層電極が、よい再生産性と高い品質のセン
サを得るために、高い水平方向の精度、純度、均一性を
有していることも非常に重要である。
【０００３】電界効果化学センサにおける上部層電極の
堆積は、一般的にリフトオフ法もしくはシャドウマスク
法を用いてなされる。リフトオフ法は通常以下の手順で
行われる。レジストの堆積、マスク形成、露光、レジス
トに開口部を設けるためのパターン形成、センサ上部物
質の堆積、レジスト除去のため表面の洗浄である。この
全過程が、アレイ上の上部物質の各タイプごとに行われ
る必要がある。すなわち、感応面が複数回のリフトオフ
過程にさらされることを意味する。しかしながら、各リ
フトオフの過程には、上部層電極またはその基板をわず
かに残っているレジストで汚染してしまう恐れがある。
その結果、上部層電極が汚染されるだけでなく、堆積さ
れた上部層と基板との間の接触が悪くなってしまう。上
部層はセンサ固有の感度を左右するものであるから、セ
ンサの検知能力がひどく悪化することとなる。これを防
ぐ方法のひとつは、非常に強力なレジスト除去を行うこ
とであるが、この場合、上部電極をも剥がしてしまう恐
れが増加する。
【０００４】シャドウマスク法を用いる場合、レジスト
層の形成、除去の過程がないためリフトオフで生じてい
た問題は避けられる。しかし、パターニングされたレジ
ストマスクの代わりに、ある適切な材料でできた精密に
機械的に形成されたマスクが上部層や電極の領域を定め
るために用いられる。しかしながら、シャドウマスク法
は、リフトオフ法にくらべて正確さに欠け、本来必要の
ない大きな電極領域と個々のセンサ間隔とを要する。さ
らに、シャドウマスク法は、上部層の各タイプによっ
て、複雑な手動の位置決めが必要となるため、リフトオ
フ法に比べて時間もコストも多くかかる。また、適応領
域のエッジ形成の精密さに欠け、再現性がよくない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情を鑑
みて、必要とされる品質、制御性、再現性を備えた集積
センサアレイの作製方法を提供することを目的とするも
のである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、請求項
１の手法で達成される。さらに、好ましい方法は、サブ
クレームと実施の形態、図面に記載されている。
【０００７】
【発明の効果】本発明はリフトオフの複数のステップを
一つに減らすものであり、これは、すべてのセンサ表面
（すなわち、上部電極の堆積前の表面）が、一度のレジ
ストの堆積にさらされるだけであることを意味する。従
来においては、センサ表面は、一回からアレイ上のセン
サタイプの数と同じ回数までの複数のリフトオフ過程に
さらされていた。これは、最後に行われる上部層電極の
堆積前にセンサ表面が汚染される危険が大きいという結
果となっていた。
【０００８】本発明の製造方法を用いれば、上部層電極
がレジストによって覆われることはなく、また、レジス
ト除去の過程も一度だけである。これは、従来のリフト
オフ法と比較して、上部層電極の剥がれや、汚染の危険
を低減させるものである。
【０００９】従来のシャドウマスク法と比較しても、本
発明は、センサをより高密度に構成することができるよ
うになる。この結果、各センサアレイの生産コストを低
く押さえることができる。さらに、低品質のシャドウマ
スクであっても、従来の高品質のシャドウマスクを用い
て達成されていたものよりも、上部層電極のより高い水
平方向の精密さ、均一性を実現することができる。
【００１０】要するに、本発明は、リフトオフ法とシャ
ドウマスク法とのよい特徴を組み合わせ、両者の欠点を
最小にしたものである。
【００１１】上述の手法は、異なる材料、および／また
は、異なる厚さのセンサのコーティング、さらには、個
々のセンサ間で変化する異なる材料の多層コーティング
にも利用可能である。本発明はさらに、小規模な過程、
並びに工業的過程にも適用可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下に本発明の具体的な実施の形
態を説明する。
【００１３】手順１として、基板10は、シングルリフト
オフ法の最初の手順にさらされ、上部層センサ面の感応
層が堆積される領域11に開口部12を有するレジスト層13
が形成される。
【００１４】手順２として、基板10は、アレイ上に設け
られる第一のタイプの各センサに対して一つだけマスク
窓14を有するシャドウマスク15によってさらに覆われ
る。シャドウマスク15の窓14はレジスト開口部12よりも
大きく、その窓14は、マスク15が第一のタイプの層の堆
積がなされる領域11のレジスト13の各開口部12を覆うよ
うに位置されている（各アレイ上に同一タイプのセンサ
が複数あってもよい。）。その後、第一の材料16が、例
えば真空装置内での蒸着、スパッタリング等により堆積
される。
【００１５】手順３として、シャドウマスク14は、アレ
イ上の、第二のタイプのセンサが設けられるべき場所に
位置されるように移動される（図１、２参照）。次に、
第二の電極材料17がレジスト13の開口部中およびその付
近に堆積される。
【００１６】なお、この手順３は、すべてのタイプのセ
ンサに上部電極が設けられるまで繰り返される。
【００１７】手順４として、最後に、シャドウマスク15
が取りはずされ、リフトオフマスク（レジスト層）13が
通常の方法で基板から除去される。
【００１８】上述の手順を用いると、上部層電極表面は
レジストにさらされず、レジスト除去の過程は一回でよ
い。それにもかかわらず、電極の水平方向の精密さと均
一性は、通常のリフトオフ法の場合と同様であり、シャ
ドウマスク法の利点をも有する。すなわち、堆積材料が
純度よく、変化せずに残り、接触状態も改善される。
【００１９】上記実施の形態においては、シャドウマス
クは、各コーティング手順間のセンサ間隔に相当する一
手順で配置されている。代わりに、基板との関係を位置
決めするガイドが提供されれば、異なる複数のシャドウ
マスクを用いても差支えない。
【００２０】効率化のため、シャドウマスクは、レジス
ト上に近接してそれを保持する間隔部材18を備えている
のが望ましい。間隔部材がない場合、シャドウマスク
は、該マスクによって覆われているレジストの開口部と
共に、囲み部を形成し、この囲み部から空気を抜くため
には所定の時間を要することとなる。ここで、空気は堆
積を悪化させるか、あるいは堆積を遅らせてしまう。さ
らに、この囲み部は、シャドウマスクをレジストとウエ
ハに対して押し付けて保持する圧力が増加すると、真空
を保持し得るため、わずかでも動くとダメージを与える
ことになる。それゆえ、シャドウマスクを自由に移動さ
せるためには相当の時間がかかることとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する平面図
【図２】本発明の実施の形態を説明する側面図
【符号の説明】 10 基板 12 開口部 13 リフトオフマスク 14 窓 15 シャドウマスク 16 第一の材料 17 第二の材料 18 間隔部材

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 共通する基板上に集積センサアレイを製
    造する方法であって、該基板の表面上に、該基板上の、
    次の手順で堆積が行われるすべての領域に対して開口部
    を有するレジストマスクを形成し、 第一のシャドウマスクを前記レジストマスクの上方に配
    し、該シャドウマスクが、堆積がされるべきでないレジ
    ストマスクのすべての開口部を覆い、もしくは保護して
    いる状態で、第一の材料の堆積を行って、堆積が行われ
    るべき領域のみを残し、 その後、第二のシャドウマスクを前記基板の前記レジス
    トマスクの上方に配し、該第二のシャドウマスクによっ
    て覆われていない前記基板上の前記レジストマスクの開
    口部の領域に対して第二の堆積を行い、 さらなるシャドウマスクにより、処理されるべき前記レ
    ジストマスクの所望の開口部を露出させ、前記レジスト
    マスクの異なる開口部についてすべての堆積、もしく
    は、他の処理がなされた後、 最後のシャドウマスクを除去し、さらに、前記レジスト
    マスクを除去することを特徴とする集積化センサアレイ
    の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記シャドウマスクの窓が、前記レジス
    トマスクの前記開口部よりも広い領域を覆う堆積物を与
    えるほど十分に大きいことを特徴とする請求項１記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 異なる堆積物に対して、異なるシャドウ
    マスクを用いることを特徴とする請求項１または２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】 前記堆積物間で前記シャドウマスクを置
    き換えることを特徴とする請求項１から３いずれか記載
    の方法。
  5. 【請求項５】 前記シャドウマスクとレジストとの間に
    間隔部材を配したことを特徴とする請求項１から４いず
    れか記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記センサが化学センサ、特に、電界効
    果化学センサであることを特徴とする請求項１から５い
    ずれか記載の方法。
  7. 【請求項７】 使用するときに、前記レジストと基板に
    対面する側に、間隔部材が設けられていることを特徴と
    する請求項１記載の方法に使用するシャドウマスク。
  8. 【請求項８】 前記間隔部材が、堆積時に前記レジスト
    と基板に対面する前記シャドウマスクの一面上の突起部
    であることを特徴とする請求項７記載のシャドウマス
    ク。
  9. 【請求項９】 前記間隔部材が、堆積時に前記レジスト
    と基板に対面する前記シャドウマスクの一面上に配され
    た多孔質層であることを特徴とする請求項７記載のシャ
    ドウマスク。
  10. 【請求項１０】 前記多孔質層が前記シャドウマスクと
    接着されていることを特徴とする請求項９記載のシャド
    ウマスク。
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