JPS6026455B2 - ガス・湿度センサ - Google Patents
ガス・湿度センサInfo
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- JPS6026455B2 JPS6026455B2 JP10109878A JP10109878A JPS6026455B2 JP S6026455 B2 JPS6026455 B2 JP S6026455B2 JP 10109878 A JP10109878 A JP 10109878A JP 10109878 A JP10109878 A JP 10109878A JP S6026455 B2 JPS6026455 B2 JP S6026455B2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はガスや水蒸気などの外的作用因子に対して感応
する超微粒子膜をＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下
ＭＯＳ形ＦＥＴと称す）とを組み合わせて構成された、
ガス、水蒸気などの分子の濃度を高感度に検知するため
のガス・湿度センサに関するものである。
する超微粒子膜をＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下
ＭＯＳ形ＦＥＴと称す）とを組み合わせて構成された、
ガス、水蒸気などの分子の濃度を高感度に検知するため
のガス・湿度センサに関するものである。
従釆、この種の装置としては、ＭＯＳ形ＦＥＴのゲート
相当部分に、ほぼ１００Ａの厚さのＰｄ薄膜を、真空黍
着法で形成したものが提案されている。
相当部分に、ほぼ１００Ａの厚さのＰｄ薄膜を、真空黍
着法で形成したものが提案されている。
これは、Ｐｄ薄膜に比ガスが接触すると、その濃度に応
じてＭＯＳ形ＦＥＴのしきし、電圧ＶＴが変化し、その
結果、ＭＯＳ形ＦＥＴの電圧・電流特性が変化すること
を利用したものである。しかし、これには、ガスや水蒸
気などの一般的な検知対象に対して使用する上では、感
度などを解決すべき問題点が残されている。本発明は、
従来の装置におけるＰｄ蒸着膜に代０えて、ガス中蒸発
法により作製した超微粒子膜を設けることにより、ガス
あるいは水蒸気に対する検出感度を飛躍的に高めること
ができることを見出したことにもとづくものである。
じてＭＯＳ形ＦＥＴのしきし、電圧ＶＴが変化し、その
結果、ＭＯＳ形ＦＥＴの電圧・電流特性が変化すること
を利用したものである。しかし、これには、ガスや水蒸
気などの一般的な検知対象に対して使用する上では、感
度などを解決すべき問題点が残されている。本発明は、
従来の装置におけるＰｄ蒸着膜に代０えて、ガス中蒸発
法により作製した超微粒子膜を設けることにより、ガス
あるいは水蒸気に対する検出感度を飛躍的に高めること
ができることを見出したことにもとづくものである。
以下、図面を用いて、本発明の詳細について説明する。
タ 第１図は本発明にかかるＭＯＳ形ＦＥＴ構造の半導
体検知装置の一実施例の製造工程を説明するための図で
ある。
タ 第１図は本発明にかかるＭＯＳ形ＦＥＴ構造の半導
体検知装置の一実施例の製造工程を説明するための図で
ある。
まず、この製造方法から説明する。
１はたとえばく１００＞の方位を有するＰ形シリＯコン
基板であり、ＩＱ一肌程度の抵抗率である。
基板であり、ＩＱ一肌程度の抵抗率である。
この基板１の表面に３０００Ａ程度の酸化膜２を形成し
た後、周知の写真蝕刻法により所定領域の酸化膜を除去
して、窓３を形成する。しかるのち、酸化膜２の窓３か
らｎ形半導体を形成する不純物、５たとえば、リンを周
知の熱拡散法またはイオン注入法などにより拡散または
注入し、ソース領域４とドレィン領域５を形成する（第
１図Ａ）。次に酸化膜２を完全に除去した後、基板１を
たとえば１０００ｏｏの水蒸気雰囲気中で約４び分熱処
理して、新たに３０００Ａ程度の熱酸化膜６を形成する
。この熱酸化膜６の一部分を通常の写真蝕刻法により選
択的に除去して、ゲート酸化膜を形成するための窓を開
ける。それから、基板１を日２０２−比Ｓ０４、ＨＦ−
ＮＨ４Ｆ、ＨＮ０３、超純水の順序で注意深く洗浄した
後、９００ｏｏの乾燥酸素雰囲気中で２０分程度熱処理
をし、前記窓部分に約１００Ａの厚さのゲ−ト酸化膜７
を形成する。（第１図Ｂ）。このあと、ソース領域４と
ドレィン領域５に対するコンタクト窓を熱酸化膜６中に
選択的に形成する。
た後、周知の写真蝕刻法により所定領域の酸化膜を除去
して、窓３を形成する。しかるのち、酸化膜２の窓３か
らｎ形半導体を形成する不純物、５たとえば、リンを周
知の熱拡散法またはイオン注入法などにより拡散または
注入し、ソース領域４とドレィン領域５を形成する（第
１図Ａ）。次に酸化膜２を完全に除去した後、基板１を
たとえば１０００ｏｏの水蒸気雰囲気中で約４び分熱処
理して、新たに３０００Ａ程度の熱酸化膜６を形成する
。この熱酸化膜６の一部分を通常の写真蝕刻法により選
択的に除去して、ゲート酸化膜を形成するための窓を開
ける。それから、基板１を日２０２−比Ｓ０４、ＨＦ−
ＮＨ４Ｆ、ＨＮ０３、超純水の順序で注意深く洗浄した
後、９００ｏｏの乾燥酸素雰囲気中で２０分程度熱処理
をし、前記窓部分に約１００Ａの厚さのゲ−ト酸化膜７
を形成する。（第１図Ｂ）。このあと、ソース領域４と
ドレィン領域５に対するコンタクト窓を熱酸化膜６中に
選択的に形成する。
しかるのち、ＡＩなどの電極材料を蒸発させて金属薄膜
を形成したのち、周知の写真蝕刻法により選択的に除去
して、所定のソース電極８とドレィン電極９を形成する
（第２図ｃ）。次に、基板１の表面に、Ｐｄなどの金属
超微粒子膜あるいはＳｎ０２、Ｚｎ○、Ｔｉ０２、Ｎｊ
○などの酸化物超微粒子膜を形成する。
を形成したのち、周知の写真蝕刻法により選択的に除去
して、所定のソース電極８とドレィン電極９を形成する
（第２図ｃ）。次に、基板１の表面に、Ｐｄなどの金属
超微粒子膜あるいはＳｎ０２、Ｚｎ○、Ｔｉ０２、Ｎｊ
○などの酸化物超微粒子膜を形成する。
しかるのち、この超微粒子膜を選択的に除去しト少なく
ともゲート酸化膜７上に超微粒子膜１０を残すようにす
る（第１図Ｄ）。Ｓｎ酸化物の超微粒子膜の作製を例に
あげて、第２図を用いて説明する。
ともゲート酸化膜７上に超微粒子膜１０を残すようにす
る（第１図Ｄ）。Ｓｎ酸化物の超微粒子膜の作製を例に
あげて、第２図を用いて説明する。
通常の真空蒸着装暦２１中の試料ホルダー２２に、第１
図Ｃに示す構造の基板１をゲート酸化膜７側が図面下方
向に向くように取付ける。
図Ｃに示す構造の基板１をゲート酸化膜７側が図面下方
向に向くように取付ける。
蒸着用ボート２３にＳｎ、もしくはＳｎ○、またはＳｎ
０２といった蒸発材料２４をセットしてから、排気口２
５に連結された真空ポンプ（図示せず）を作動させて、
真空蒸着装層２１内を５×１０‐６Ｔｏｒｒ程度の真空
度にする。それから０２導入口２６のコックを開き、真
空蒸着装暦２１内に０２ガスを導入し、０２圧力を０．
５Ｔｏｍ程度に保つ。次に、蒸発用電源２７により０２
ガス雰囲気のもとでボート２３に通電し、発熱させて、
蒸発材料２４を１■数秒から数分間蒸発させる。たとえ
ば、蒸発材料２４としてＳｎを選び、７０〜８０Ａ、４
Ｖの電力を１分間ボート２３に印加すると、約１仏のの
厚さのＳｎ酸化物超微粒子膜が基板１の表面に形成され
た。ここでは、蒸発材料を蒸発させる方法として、抵抗
加熱による方法について述べたが、誘導加熱法をはじめ
とする方法でもよいことは言うまでもない。このように
して作られた超微粒子膜の特性は、その作製条件により
かなり異なる。
０２といった蒸発材料２４をセットしてから、排気口２
５に連結された真空ポンプ（図示せず）を作動させて、
真空蒸着装層２１内を５×１０‐６Ｔｏｒｒ程度の真空
度にする。それから０２導入口２６のコックを開き、真
空蒸着装暦２１内に０２ガスを導入し、０２圧力を０．
５Ｔｏｍ程度に保つ。次に、蒸発用電源２７により０２
ガス雰囲気のもとでボート２３に通電し、発熱させて、
蒸発材料２４を１■数秒から数分間蒸発させる。たとえ
ば、蒸発材料２４としてＳｎを選び、７０〜８０Ａ、４
Ｖの電力を１分間ボート２３に印加すると、約１仏のの
厚さのＳｎ酸化物超微粒子膜が基板１の表面に形成され
た。ここでは、蒸発材料を蒸発させる方法として、抵抗
加熱による方法について述べたが、誘導加熱法をはじめ
とする方法でもよいことは言うまでもない。このように
して作られた超微粒子膜の特性は、その作製条件により
かなり異なる。
種々の作製パラメーターの中でも、特に超微粒子形成過
程となる雰囲気すなわち０２ガス圧力に強く依存する。
Ｓ舵酸化物の超微粒子の場合を例にとると、０２ガス圧
ｌｍｏｍでは平均粒径が百数十人、０２ガス圧ＩＴｏｒ
ｒでは数十Ａの超微粒子が形成される。一般０に、超微
粒子の粒径が小さくなるほど、粒子中に占める表面の割
合が大きくなって、粒子全エネルギー中に占める表面エ
ネルギーの割合が大きくなる。すなわち、表面活性度が
増加する。粒径１００Ａの超微粒子では表面原子数が全
原子数の約２０％夕で、表面エネルギーが結合エネルギ
ーの数％であり、粒径２０Ａの超微粒子では、前者が約
８０％、後者が１０％以上にもなる。これから、超微粒
子膜がガス、水蒸気などの外的作用因子に対してきわめ
て敏感に相互作用するものであることがわかる。０ 第
３図にＳｎ酸化物の超微粒子膜を形成したときの０２ガ
ス圧力と、イソブタンカスに対する感度との関係を示す
。
程となる雰囲気すなわち０２ガス圧力に強く依存する。
Ｓ舵酸化物の超微粒子の場合を例にとると、０２ガス圧
ｌｍｏｍでは平均粒径が百数十人、０２ガス圧ＩＴｏｒ
ｒでは数十Ａの超微粒子が形成される。一般０に、超微
粒子の粒径が小さくなるほど、粒子中に占める表面の割
合が大きくなって、粒子全エネルギー中に占める表面エ
ネルギーの割合が大きくなる。すなわち、表面活性度が
増加する。粒径１００Ａの超微粒子では表面原子数が全
原子数の約２０％夕で、表面エネルギーが結合エネルギ
ーの数％であり、粒径２０Ａの超微粒子では、前者が約
８０％、後者が１０％以上にもなる。これから、超微粒
子膜がガス、水蒸気などの外的作用因子に対してきわめ
て敏感に相互作用するものであることがわかる。０ 第
３図にＳｎ酸化物の超微粒子膜を形成したときの０２ガ
ス圧力と、イソブタンカスに対する感度との関係を示す
。
図から明らかなように、０２ガス圧力が０．１Ｔｏｎ以
上になると、感度を示し、０．４〜０．８ｒｏｒｒで感
度は極大となる。それ以上の０２タガス圧力になると、
感度は再び低下し、ｌＯＴｏｎ付近でほとんど感度を示
さなくなる。Ｘ線回折パターンの結果から、Ｓｎ酸化物
の超微粒子の平均粒径を求めたところ、図の波線で示す
ように、ほぼ１０〜１２０Ａの範囲で感度が示される。
特に、平０均粒径１０〜２０Ａの範囲で感度は極大とな
る。比較のため、通常実施されている１０‐４Ｔｏｎ程
度の０２ガス圧力の雰囲気中で、Ｓｎ酸化物の蒸着膜を
形成した。それによれば、感度はほとんど認められなか
った。このように、超微粒子膜と蒸着膜とが本質的に異
なっているのは、超微粒子の次のような性質等によるも
のではないかと考えられる。
上になると、感度を示し、０．４〜０．８ｒｏｒｒで感
度は極大となる。それ以上の０２タガス圧力になると、
感度は再び低下し、ｌＯＴｏｎ付近でほとんど感度を示
さなくなる。Ｘ線回折パターンの結果から、Ｓｎ酸化物
の超微粒子の平均粒径を求めたところ、図の波線で示す
ように、ほぼ１０〜１２０Ａの範囲で感度が示される。
特に、平０均粒径１０〜２０Ａの範囲で感度は極大とな
る。比較のため、通常実施されている１０‐４Ｔｏｎ程
度の０２ガス圧力の雰囲気中で、Ｓｎ酸化物の蒸着膜を
形成した。それによれば、感度はほとんど認められなか
った。このように、超微粒子膜と蒸着膜とが本質的に異
なっているのは、超微粒子の次のような性質等によるも
のではないかと考えられる。
すなわち、個々の超微粒子は、十数Ａから数百Ａの平均
粒径を有する単結晶であり、バルクの性質とよく似た性
質をもっているが、その表面のエネルギーがバルクのそ
れに比べ非常に高い。超微粒子膜は、このような特徴を
有する個々の超微粒子が適当な密度、すなわち作製条件
により異なるが全体積中の十数分の−から数百分の一の
充填率で集合、堆積したものであるから、蒸着膜に比べ
て、対象とするガス、水蒸気に直接接する表面積がはる
かに広く、かつ前述のごとく表面エネルギーもはるかに
高いものである。このようなことから超微粒子膜の表面
活性度が非常に高く、蒸着膜の特性から予想することの
できない特長が得られる。以上のような理由から、第１
図Ｄに示すように、ゲート酸化膜上に、ガスまたは水蒸
気に感ずる金属あるいは酸化物の超微粒子膜を付着形成
したＭＯＳ形ＦＥＴ構造の装置は、従釆の単なる蒸着膜
をゲート酸化膜上に付着形成したＭＯＳ形ＦＥＴ構造の
装置に比べてきわめて高い感度でガス、水蒸気などの濃
度を検知しうるものである。
粒径を有する単結晶であり、バルクの性質とよく似た性
質をもっているが、その表面のエネルギーがバルクのそ
れに比べ非常に高い。超微粒子膜は、このような特徴を
有する個々の超微粒子が適当な密度、すなわち作製条件
により異なるが全体積中の十数分の−から数百分の一の
充填率で集合、堆積したものであるから、蒸着膜に比べ
て、対象とするガス、水蒸気に直接接する表面積がはる
かに広く、かつ前述のごとく表面エネルギーもはるかに
高いものである。このようなことから超微粒子膜の表面
活性度が非常に高く、蒸着膜の特性から予想することの
できない特長が得られる。以上のような理由から、第１
図Ｄに示すように、ゲート酸化膜上に、ガスまたは水蒸
気に感ずる金属あるいは酸化物の超微粒子膜を付着形成
したＭＯＳ形ＦＥＴ構造の装置は、従釆の単なる蒸着膜
をゲート酸化膜上に付着形成したＭＯＳ形ＦＥＴ構造の
装置に比べてきわめて高い感度でガス、水蒸気などの濃
度を検知しうるものである。
第４図は本発明の異なる他の例を示す主要断面図である
。
。
すなわち、ゲート酸化膜上７上、あるいはゲート酸化膜
７からフィールド酸化膜６に延在した部分上、またはフ
ィールド酸化膜６上に、金属あるいは酸化物の超微粒子
膜１０と電気的接触を有すように、ＡＩまたはＡｕ／Ｃ
ｒはどからなる電極１１を形成し、金属あるいは酸化物
の超微粒子膜１０に外部から任意の電圧を与えられるよ
うに構成したものである。この電極１１に外部から印加
する電圧でガスまたは水蒸気に対する感度が最大となる
ようにゲート電位を設定することができる。本発明の大
きな特徴の一つは、従来のＭＯＳ形ＦＥＴのゲート相当
部分上に薄い絶縁膜を介して超微粒子膜を形成している
点であり、そのためきわめて高い感度でガスや水蒸気な
どの濃度を検知することができるということである。
７からフィールド酸化膜６に延在した部分上、またはフ
ィールド酸化膜６上に、金属あるいは酸化物の超微粒子
膜１０と電気的接触を有すように、ＡＩまたはＡｕ／Ｃ
ｒはどからなる電極１１を形成し、金属あるいは酸化物
の超微粒子膜１０に外部から任意の電圧を与えられるよ
うに構成したものである。この電極１１に外部から印加
する電圧でガスまたは水蒸気に対する感度が最大となる
ようにゲート電位を設定することができる。本発明の大
きな特徴の一つは、従来のＭＯＳ形ＦＥＴのゲート相当
部分上に薄い絶縁膜を介して超微粒子膜を形成している
点であり、そのためきわめて高い感度でガスや水蒸気な
どの濃度を検知することができるということである。
他の大きな特徴は、その製造工程の大部分が、通常の半
導体集積回路の製造方法と薄膜集積回路の製造方法とに
共適しているので、比較的容易に、大量に製造すること
ができる点であり、そのため信頼性が高く、かつ均一な
特性を有する装置を比較的安価に製造できる点である。
導体集積回路の製造方法と薄膜集積回路の製造方法とに
共適しているので、比較的容易に、大量に製造すること
ができる点であり、そのため信頼性が高く、かつ均一な
特性を有する装置を比較的安価に製造できる点である。
第１図Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは本発明にかかる半導体検知装置
の−実施例とその製造工程を説明するための工程図、第
２図は超微粒子膜の製造装置の一例を示す図、第３図は
Ｓｎ酸化物の超微粒子膜の製造時における０２ガス圧力
とィソブタンカスに対する感度、超微粒子の平均粒径と
の関係を示す図、第４図は半導体検知装置の他の実施例
を説明するための断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・酸化膜、３・・・
・・・窓、４・・・・・・ソース領域、５……ドレィン
領域、６……酸化膜、７・・・・・・ゲート酸化膜、８
・・・・・・ソース電極、９・・・・・・ドレィン電極
、１０・・・・・・超微粒子膜、１１・・・・・・ゲー
ト電極。 第４図 第１図 第２図 図 の 船
の−実施例とその製造工程を説明するための工程図、第
２図は超微粒子膜の製造装置の一例を示す図、第３図は
Ｓｎ酸化物の超微粒子膜の製造時における０２ガス圧力
とィソブタンカスに対する感度、超微粒子の平均粒径と
の関係を示す図、第４図は半導体検知装置の他の実施例
を説明するための断面図である。 １・・・・・・基板、２・・・・・・酸化膜、３・・・
・・・窓、４・・・・・・ソース領域、５……ドレィン
領域、６……酸化膜、７・・・・・・ゲート酸化膜、８
・・・・・・ソース電極、９・・・・・・ドレィン電極
、１０・・・・・・超微粒子膜、１１・・・・・・ゲー
ト電極。 第４図 第１図 第２図 図 の 船
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ソース領域とドレイン領域とを有する半導体基板、
この半導体基板上に形成されているゲート絶縁膜、およ
び、このゲート絶縁膜上に平均粒径が１０〜１２０Åの
超微粒子で形成された超微粒子膜を具備していることを
特徴とするガス・湿度センサ。 ２ 超微粒子膜にゲート電極を電気的に接触させてなる
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のガス・湿
度センサ。 ３ 超微粒子膜が金属酸化物の超微粒子で形成されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
に記載のガス・湿度センサ。 ４ 金属酸化物がＳｎ酸化物であることを特徴とする特
許請求の範囲第３項に記載のガス・湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10109878A JPS6026455B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10109878A JPS6026455B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5527950A JPS5527950A (en) | 1980-02-28 |
| JPS6026455B2 true JPS6026455B2 (ja) | 1985-06-24 |
Family
ID=14291611
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10109878A Expired JPS6026455B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6026455B2 (ja) |
-
1978
- 1978-08-18 JP JP10109878A patent/JPS6026455B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5527950A (en) | 1980-02-28 |
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