JPS6026456B2 - ガス・湿度センサおよびその製造方法 - Google Patents
ガス・湿度センサおよびその製造方法Info
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- JPS6026456B2 JPS6026456B2 JP53101099A JP10109978A JPS6026456B2 JP S6026456 B2 JPS6026456 B2 JP S6026456B2 JP 53101099 A JP53101099 A JP 53101099A JP 10109978 A JP10109978 A JP 10109978A JP S6026456 B2 JPS6026456 B2 JP S6026456B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は超微粒子を樹脂で少なくともゲート酸化膜上に
保持されてなる、ガス、水蒸気などの外的作用因子に感
応する感応体と、ＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下
ＭＯＳ形ＦＥＴという）とを組み合せて構成された、ガ
ス、水蒸気などの分子の濃度を検知するためのガス・湿
度セソサおよびその製造方法に関するものである。
保持されてなる、ガス、水蒸気などの外的作用因子に感
応する感応体と、ＭＯＳ形電界効果トランジスタ（以下
ＭＯＳ形ＦＥＴという）とを組み合せて構成された、ガ
ス、水蒸気などの分子の濃度を検知するためのガス・湿
度セソサおよびその製造方法に関するものである。
従来、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、真空蒸
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、真空蒸
着法で形成したものが提案されている。
これは、Ｐｄ薄膜に日２ガスが接触すると、その濃度に
応じてＭＯＳ形ＦＥＴのしきい電圧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、感度
など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黍着膜に代えて、ガス中蒸発法によ
り作製した超微粒子を分散させた樹脂で少なくともゲー
ト酸化膜上に強固に付着させることにより、ガスあるい
は水蒸気に対する感度を飛躍的に高め、かつ均一な特性
のものを容易に得られるようにしたものである。
応じてＭＯＳ形ＦＥＴのしきい電圧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、感度
など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黍着膜に代えて、ガス中蒸発法によ
り作製した超微粒子を分散させた樹脂で少なくともゲー
ト酸化膜上に強固に付着させることにより、ガスあるい
は水蒸気に対する感度を飛躍的に高め、かつ均一な特性
のものを容易に得られるようにしたものである。
以下図面を用いて本発明の詳細を説明する。第１図は本
発明のＭＯＳ形ＦＥＴ構造のガス・湿度センサの一実施
例の製造工程を説明するためのものである。
発明のＭＯＳ形ＦＥＴ構造のガス・湿度センサの一実施
例の製造工程を説明するためのものである。
図において、１はたとえばく１００＞の方位を有するｐ
形シリコン基板であり、ＩＱ−肌程度の抵抗率を有する
。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。この窓３よりｎ形半導体を形
成する不純物、たとえばリンを周知の熱軸広散法または
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１０００
℃の水蒸気雰囲気中で約４０分熱処理して、新たに３０
００Ａ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を比０２−批Ｓ０４、ＨＦ−ＮＨ４Ｆ、ＨＮ０３、超
純水の順序で注意深く洗浄した後、９００℃の乾燥酸素
雰囲気中で２淵ご程度熱処理をし、前記窓部分に約ｌｏ
ｏＡの厚さのゲート熱酸化膜７を形成する（第１図Ｂ）
。このあと、ソース領域４とドレイン領域５に対するコ
ンタクト窓を、酸化膜６中に選択的に形成する。
形シリコン基板であり、ＩＱ−肌程度の抵抗率を有する
。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。この窓３よりｎ形半導体を形
成する不純物、たとえばリンを周知の熱軸広散法または
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１０００
℃の水蒸気雰囲気中で約４０分熱処理して、新たに３０
００Ａ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を比０２−批Ｓ０４、ＨＦ−ＮＨ４Ｆ、ＨＮ０３、超
純水の順序で注意深く洗浄した後、９００℃の乾燥酸素
雰囲気中で２淵ご程度熱処理をし、前記窓部分に約ｌｏ
ｏＡの厚さのゲート熱酸化膜７を形成する（第１図Ｂ）
。このあと、ソース領域４とドレイン領域５に対するコ
ンタクト窓を、酸化膜６中に選択的に形成する。
次に、Ｎ等の金属薄膜を基板１の全面に蒸着等により形
成した後、周知の写真蝕刻法により選択的に除去して、
ソース電極８とドレィン電極９を形成する（第１図Ｃ）
。そして、市販の感光性樹脂、例えばＡＺ１４００（商
品名：シップレー社）、をシンナーで４倍の量に薄めて
、それを基板１上にスピンナー回転数５００仇ｐｍで数
百Ａの厚さに回転塗布する。
成した後、周知の写真蝕刻法により選択的に除去して、
ソース電極８とドレィン電極９を形成する（第１図Ｃ）
。そして、市販の感光性樹脂、例えばＡＺ１４００（商
品名：シップレー社）、をシンナーで４倍の量に薄めて
、それを基板１上にスピンナー回転数５００仇ｐｍで数
百Ａの厚さに回転塗布する。
９０ｑｏで２び分程度のプリべ−キングをした後、周知
の写真蝕刻法により、ゲート酸化膜７上の感光性樹脂膜
１０のみを残して、他の感光性樹脂を除去する（第１図
Ｄ）。
の写真蝕刻法により、ゲート酸化膜７上の感光性樹脂膜
１０のみを残して、他の感光性樹脂を除去する（第１図
Ｄ）。
この写真蝕刻法の工程では感光性樹脂膜の硬化をできる
だけ少なくするため、熱処理を極力低い温度で短時間に
行なうようにすることが望ましい。しかるのち、基板１
の表面にＰｄなどの金属あるいはＳＮ０２、Ｔｉ０２、
Ｚｎ○、Ｎｉ○などの酸化物の超微粒子膜１１を形成す
る。
だけ少なくするため、熱処理を極力低い温度で短時間に
行なうようにすることが望ましい。しかるのち、基板１
の表面にＰｄなどの金属あるいはＳＮ０２、Ｔｉ０２、
Ｚｎ○、Ｎｉ○などの酸化物の超微粒子膜１１を形成す
る。
この後、基板１を空気中において約１５０ｑｏの温度で
３び分程度熱してやる。この熱処理により、超微粒子は
非常に強固にゲート酸化膜７上に付着保持されることに
なる。この後、ェァブラシなどで、空気あるいはＮ２ガ
ス等を基板１に吹付けることにより、感光性樹脂膜１川
こより保持されているもの以外の超微粒子を吹き飛ばす
（第１図Ｆ）。これにより、感光性樹脂膜１０の表面に
沿って超微粒子膜１２が形成される。ここでは感光性樹
脂を例にしたが、電子線やＸ線等に感度を有する熱可塑
性樹脂を使用してもよいことは当然のことであり、なん
ら本発明の主旨から逸脱するものではない。ここで、Ｓ
ｎ酸化物の超微粒子膜の作製を例にあげて、第２図を用
いて超微粒子の形成方法を詳しく説明する。
３び分程度熱してやる。この熱処理により、超微粒子は
非常に強固にゲート酸化膜７上に付着保持されることに
なる。この後、ェァブラシなどで、空気あるいはＮ２ガ
ス等を基板１に吹付けることにより、感光性樹脂膜１川
こより保持されているもの以外の超微粒子を吹き飛ばす
（第１図Ｆ）。これにより、感光性樹脂膜１０の表面に
沿って超微粒子膜１２が形成される。ここでは感光性樹
脂を例にしたが、電子線やＸ線等に感度を有する熱可塑
性樹脂を使用してもよいことは当然のことであり、なん
ら本発明の主旨から逸脱するものではない。ここで、Ｓ
ｎ酸化物の超微粒子膜の作製を例にあげて、第２図を用
いて超微粒子の形成方法を詳しく説明する。
通常の真空蒸着装層２１中の試料ホルダ−２２に、第１
図Ｄに示す基板１を、樹脂膿１０が図面下方へ向くよう
取付け、固定する。蒸着用ボート２３中に、Ｓｎ、Ｓｎ
○またはＳｎ０２等の蒸発材料２４をセットした後、排
気口２５に接続した真空ポンプ（図示せず）を作動させ
て、装置１の内部を５×１０‐６Ｔｏｍ程度の真空度に
する。この後、０２ガス導入口２６のコックを開き、装
置１内に０２ガスを導入し、その圧力をたとえば０．５
Ｔｏｎ程度に保つ。
図Ｄに示す基板１を、樹脂膿１０が図面下方へ向くよう
取付け、固定する。蒸着用ボート２３中に、Ｓｎ、Ｓｎ
○またはＳｎ０２等の蒸発材料２４をセットした後、排
気口２５に接続した真空ポンプ（図示せず）を作動させ
て、装置１の内部を５×１０‐６Ｔｏｍ程度の真空度に
する。この後、０２ガス導入口２６のコックを開き、装
置１内に０２ガスを導入し、その圧力をたとえば０．５
Ｔｏｎ程度に保つ。
次に、蒸発用電源２７によりボート２３に通電させ、そ
れを発熱させて、０２ガス雰囲気のもとで蒸発材料２４
を十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を使用したとき、ボート２３に７０〜８山Ａ
、４Ｖの電力を１分間印加したところ、約１仏のの厚さ
のＳｎ酸化物超微粒子膜が基板１上に形成された。ここ
では、蒸発材料を蒸発させる方法として、抵抗加熱法を
例にあげて述べたが、他の方法たとえば誘導加熱法や赤
外線加熱法でもよいことは言うまでもないことである。
れを発熱させて、０２ガス雰囲気のもとで蒸発材料２４
を十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を使用したとき、ボート２３に７０〜８山Ａ
、４Ｖの電力を１分間印加したところ、約１仏のの厚さ
のＳｎ酸化物超微粒子膜が基板１上に形成された。ここ
では、蒸発材料を蒸発させる方法として、抵抗加熱法を
例にあげて述べたが、他の方法たとえば誘導加熱法や赤
外線加熱法でもよいことは言うまでもないことである。
このようにして得られる超微粒子膜の特性は、その製造
条件によってかなり異なる。
条件によってかなり異なる。
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ガスの圧力に強く依存する
。Ｓｎ酸化物の超微粒子の場合を例にとると、０２ガス
圧１皿ｏｒｒでは平均粒径が百数十Ａ、０２ガス圧ＩＴ
ｏｍでは数十Ａの超微粒子が形成される。一般に、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
合が大きくなり、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。そのため、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感応する。第３図に、Ｓｎ酸化物
超微粒子膜の、ィソブタンガスに対する０２ガス圧力依
存性を示す。
程となる雰囲気すなわち０２ガスの圧力に強く依存する
。Ｓｎ酸化物の超微粒子の場合を例にとると、０２ガス
圧１皿ｏｒｒでは平均粒径が百数十Ａ、０２ガス圧ＩＴ
ｏｍでは数十Ａの超微粒子が形成される。一般に、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
合が大きくなり、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。そのため、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感応する。第３図に、Ｓｎ酸化物
超微粒子膜の、ィソブタンガスに対する０２ガス圧力依
存性を示す。
図の実線から明らかなように、製造時の雰囲気の０２ガ
ス圧力が０．１Ｔｏｎ以上で感度が増大し、０．４〜０
．町ｏｎで感度は最大となる。それよりも０２ガス圧力
が高くなると、感度は低下し、ｌｍｏｍ程度まで感度を
示す。Ｘ線回折パターンから求めたＳｎ酸化物超微粒子
の平均粒径は、図の破線で示すとおりである。これから
、感度は平均粒径が１０〜１２０Ａのときに認められる
ことがわかる。比較のために、Ｓｎ酸化物蒸着膜を１０
‐４Ｔｏｍ程度の雰囲気中で作製し、その感度を調べた
ところ、きわめて低い感度しか得られなかった。このよ
うに、超微粒子膜が蒸着膜に比べてセンサとして優れた
性質を示すのは、次のような理由によるものではないか
と考えられる。
ス圧力が０．１Ｔｏｎ以上で感度が増大し、０．４〜０
．町ｏｎで感度は最大となる。それよりも０２ガス圧力
が高くなると、感度は低下し、ｌｍｏｍ程度まで感度を
示す。Ｘ線回折パターンから求めたＳｎ酸化物超微粒子
の平均粒径は、図の破線で示すとおりである。これから
、感度は平均粒径が１０〜１２０Ａのときに認められる
ことがわかる。比較のために、Ｓｎ酸化物蒸着膜を１０
‐４Ｔｏｍ程度の雰囲気中で作製し、その感度を調べた
ところ、きわめて低い感度しか得られなかった。このよ
うに、超微粒子膜が蒸着膜に比べてセンサとして優れた
性質を示すのは、次のような理由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、平均粒径が１０Ａから１
２０Ａ程度の単結晶であり、バルクとよく似た性質を示
すが、その表面エネルギーがバルクに比べて非常に高い
。超微粒子膜は、このような特長を有する個々の超微粒
子が適当な密度、すなわち、その作製条件により異なる
が、全体薄中の十数分の一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。つま
り、超微粒子膜の表面活性度が蒸着膜のそれに比べて非
常に高い。このようなことから、ＭＯＳ形ＦＥＴのゲー
ト酸化膜上に、ガスまたは水蒸気に感応する金属または
酸化物の超微粒子を保持する樹脂膜を付着させることに
より、従来の黍着膜をゲート酸化膜上に付着したＭＯＳ
形ＦＥＴに比べて、きわめて高い感度でガス、水蒸気な
どの濃度に感応する。
２０Ａ程度の単結晶であり、バルクとよく似た性質を示
すが、その表面エネルギーがバルクに比べて非常に高い
。超微粒子膜は、このような特長を有する個々の超微粒
子が適当な密度、すなわち、その作製条件により異なる
が、全体薄中の十数分の一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。つま
り、超微粒子膜の表面活性度が蒸着膜のそれに比べて非
常に高い。このようなことから、ＭＯＳ形ＦＥＴのゲー
ト酸化膜上に、ガスまたは水蒸気に感応する金属または
酸化物の超微粒子を保持する樹脂膜を付着させることに
より、従来の黍着膜をゲート酸化膜上に付着したＭＯＳ
形ＦＥＴに比べて、きわめて高い感度でガス、水蒸気な
どの濃度に感応する。
本発明の大きな特徴の一つは、ＭＯＳ形ＦＥＴのゲート
相当部分に、薄い絶縁物質を介して、樹脂によって保持
された金属あるいは酸化物の超微粒子膜を形成している
点であり、樹脂によって金属あるいは酸化物の超微粒子
がゲート酸化膜上に強固に保持されることになり、きわ
めて高い感度で、安定にガス、水蒸気などの濃度を検知
することができる。
相当部分に、薄い絶縁物質を介して、樹脂によって保持
された金属あるいは酸化物の超微粒子膜を形成している
点であり、樹脂によって金属あるいは酸化物の超微粒子
がゲート酸化膜上に強固に保持されることになり、きわ
めて高い感度で、安定にガス、水蒸気などの濃度を検知
することができる。
他の大きな特徴は、非常に容易にかつ精度よく所定領域
のみに金属あるいは酸化物の超微粒子を形成できること
、および、装置の製造工程のほとんどが通常の半導体集
積回路や薄膜集積回路の製造工程に共適しているので、
比較的容易にかつ大量に本発明の装置を製造することが
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することができる。
さらに、本発明では、金属あるいは酸化物の超微粒子膜
のゲート酸化膜に対する密着力が非常に強く、測定ガス
や雰囲気に対して使用上の制限がほとんどなく、広範囲
な環境下で装置を使用することができるという利点も有
している。
のみに金属あるいは酸化物の超微粒子を形成できること
、および、装置の製造工程のほとんどが通常の半導体集
積回路や薄膜集積回路の製造工程に共適しているので、
比較的容易にかつ大量に本発明の装置を製造することが
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することができる。
さらに、本発明では、金属あるいは酸化物の超微粒子膜
のゲート酸化膜に対する密着力が非常に強く、測定ガス
や雰囲気に対して使用上の制限がほとんどなく、広範囲
な環境下で装置を使用することができるという利点も有
している。
また、従来の写真蝕刻法の技術で金属あるいは酸化物の
超微粒子膜の形状をそのまま決定することができるので
、非常に精度よく容易に２山川程度のパターンも形成す
ることができる。
超微粒子膜の形状をそのまま決定することができるので
、非常に精度よく容易に２山川程度のパターンも形成す
ることができる。
第１図は本発明にかかる半導体検知装置の一実施例の製
造工程を示す図、第２図は超微粒子膜の製造装置の構成
の一例を示す図、第３図はＳｎ酸化物超微粒子膜の製造
時における０２ガス圧力とその感度、超微粒子の平均粒
径との関係を示す図である。 １・・・・・・基板、４・・・・・・ソース領域、５…
・・・ドレィン領域、７・・・・・・ゲート酸化膜、１
０・・・・・・樹脂膜、１２・・・・・・超微粒子膜。 第１図第１図 第２図 図 の 船
造工程を示す図、第２図は超微粒子膜の製造装置の構成
の一例を示す図、第３図はＳｎ酸化物超微粒子膜の製造
時における０２ガス圧力とその感度、超微粒子の平均粒
径との関係を示す図である。 １・・・・・・基板、４・・・・・・ソース領域、５…
・・・ドレィン領域、７・・・・・・ゲート酸化膜、１
０・・・・・・樹脂膜、１２・・・・・・超微粒子膜。 第１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樹脂膜によつて保持された平
均粒径１０〜１２０Åの超微粒子で形成されている超微
粒子膜を具備することを特徴とするガス・湿度センサ。 ２ 少なくともソース領域とドレイン領域、ゲート酸化
膜を有する半導体基板の、少なくとも前記ゲート絶縁膜
上に樹脂膜を形成し、さらに平均粒径１０〜１２０Åの
超微粒子を付着させた後、前記樹脂膜を軟化させ、前記
超微粒子を付着させてから、前記樹脂膜を硬化させ、さ
らに前記樹脂膜に保持されている超微粒子以外を除去し
て、超微粒子膜を形成することを特徴とするガス・湿度
センサの製造方法。３ ０．１〜１０Ｔｏｒｒの圧力の
Ｏ＿２ガス雰囲気中において、Ｓｎもしくはその酸化物
を蒸発させ、少なくとも樹脂膜上にＳｎ酸化物の超微粒
子を付着させることを特徴とするガス・湿度センサの製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53101099A JPS6026456B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP53101099A JPS6026456B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5527951A JPS5527951A (en) | 1980-02-28 |
| JPS6026456B2 true JPS6026456B2 (ja) | 1985-06-24 |
Family
ID=14291637
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP53101099A Expired JPS6026456B2 (ja) | 1978-08-18 | 1978-08-18 | ガス・湿度センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6026456B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008116210A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-22 | Mitsumi Electric Co Ltd | センサおよび検出方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56142445A (en) * | 1980-04-09 | 1981-11-06 | Hitachi Ltd | Manufacturing of humidity-sensing semiconductor element |
-
1978
- 1978-08-18 JP JP53101099A patent/JPS6026456B2/ja not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008116210A (ja) * | 2006-10-31 | 2008-05-22 | Mitsumi Electric Co Ltd | センサおよび検出方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5527951A (en) | 1980-02-28 |
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