KR101303616B1 - Formation method of semi-conductor gas sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일산화탄소를 비롯한 각종 유해한 가스를 검출할 수 있는 반도체식 가스센서에 관련되는 기술로서, 기판상의 활성영역에 제1박막물질을 형성하되, 상기 제1박막물질은 두께가 두꺼운 돌출부와 두께가 얇은 홈부가 반복되면서 형성되도록 하고, 상기 제1박막물질 위에 제2박막물질을 형성시킨 후 800℃에서 8시간 동안 열산화시킴으로써 제1박막과 제2박막이 결합된 이종산화물 감지막이 형성되도록 하되, 상기 제1박막은 SnO2이고, 상기 제2박막은 CuO 인 것을 특징으로 하는 반도체식 가스센서 형성방법에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor gas sensor capable of detecting various harmful gases including carbon monoxide, wherein a first thin film material is formed in an active region on a substrate, wherein the first thin film material has a thick protrusion and a thick thickness. The thin grooves are repeatedly formed, and the second thin film material is formed on the first thin film material, and thermally oxidized at 800 ° C. for 8 hours to form a hetero oxide sensing film in which the first thin film and the second thin film are combined. The first thin film is SnO 2 , and the second thin film relates to a method for forming a semiconductor gas sensor.
Description
본 발명은 일산화탄소를 비롯한 각종 유해한 가스를 검출할 수 있는 반도체식 가스센서 형성방법에 관련되는 기술이다.
The present invention relates to a method for forming a semiconductor gas sensor capable of detecting various harmful gases including carbon monoxide.
산화물을 이용하는 반도체식 가스센서는 다른 방식의 가스센서에 비해 가스에 대한 감도가 높고 빠른 응답 속도를 가지며 제작이 용이할 뿐 아니라 적당한 촉매제의 첨가로 특정가스에 대한 선택성의 부여가 가능하다는 장점이 있다.Semiconductor gas sensors using oxides have the advantages of higher sensitivity to gas, faster response speed, easier fabrication, and selectivity to specific gases by the addition of suitable catalysts than other gas sensors. .
이러한 반도체식 가스센서는 유해가스가 산화물 반도체의 감지막 표면에 노출되면 흡착 및 탈리에 의한 산화물 표면에서의 전기전도성이 변하는 성질을 이용한 것이며, 유해가스를 검출하기 위해서는 감지막을 이루는 감지물질의 온도를 300℃ 이상으로 균일하게 유지시켜야 한다.The semiconductor gas sensor uses a property of changing the electrical conductivity on the oxide surface due to adsorption and desorption when harmful gas is exposed to the sensing film surface of the oxide semiconductor.In order to detect the harmful gas, the temperature of the sensing material constituting the sensing film is measured. It should be maintained uniformly above 300 ℃.
따라서 감지막을 일정 온도 이상으로 유지하기 위한 히터가 필요하고 그에 따른 많은 전력이 소모되는 문제점이 있었다.Therefore, there is a problem in that a heater is required to maintain the sensing film above a certain temperature, and accordingly, a lot of power is consumed.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 CMOS 또는 CMOS-MEMS 기술을 이용한 마이크로 센서를 적용하고 있으며, 소형화, 경량화, 저전력화, 빠른 반응속도, 대량화, 낮은 제조단가 등의 장점이 있기 때문에 연구개발이 집중되고 있다.In order to solve this problem, micro sensor using CMOS or CMOS-MEMS technology is applied, and R & D is concentrated because of advantages such as miniaturization, light weight, low power, fast response speed, mass production, and low manufacturing cost. .
또한 가스센서의 저전력화 및 감도 향상을 위해 나노기술을 이용한 나노크기의 가스 감지막 개발에 대한 연구도 활발히 진행되고 있고 반도체식 가스센서의 가스 감응 특성은 표면 반응에 의한 것이므로 나노물질을 이용한 가스센서는 나노물질의 높은 비표면적으로 인해 벌크 감지막과 비교하여 상대적으로 낮은 동작온도에 기인한 저전력화와 높은 감도 특성을 나타내는 장점을 가진다.In addition, research on the development of nano-sized gas sensing membranes using nanotechnology is being actively conducted to reduce the gas sensor's power consumption and sensitivity, and the gas-sensing characteristics of semiconductor gas sensors are due to surface reactions. Due to the high specific surface area of the nanomaterial, it has the advantage of lowering power and high sensitivity due to relatively low operating temperature.
하지만 가스센서용 나노 감지막을 생산하기 위해서는 상당한 축적된 기술력이 필요하고 제조단가가 비싸지게 되는 문제점이 있다.However, in order to produce a nano-sensor film for gas sensors, there is a problem that requires a significant accumulated technology and manufacturing cost is expensive.
가스센서용 감지막을 이루는 대표적인 물질은 SnO2 가 있으며, SnO2는 여러 종류의 기체에 우수한 반응특성을 나타내는 물질이지만 SnO2 만으로는 선택적 소비전력 안정성에서 단점이 있다. 따라서 다양한 촉매제를 부가하여 특정기체에 대한 감응 특성을 높이도록 한다. 대표적으로 CuO는 CO, H2S와 같은 특정기체에서 높은 감도를 나타낸다.The representative material that forms the sensing film for gas sensor is SnO 2 SnO 2 is a material exhibiting excellent reaction characteristics to various kinds of gases, but SnO 2 alone has a disadvantage in selective power consumption stability. Therefore, various catalysts may be added to increase the sensitivity to a specific gas. Typically, CuO has high sensitivity in certain gases such as CO and H 2 S.
가스센서는 보통 특정한 유해가스를 검출하기 위해 설치되기 때문에 특정가스에 대한 감응 특성을 높이기 위해서는 적절한 촉매제가 사용되어야 하며, 이를 위해서는 감지막의 비표면적을 높일 수 있도록 해야 하고 가스센서의 동작온도를 낮춰 소비전력을 최소로 하는 것이 중요하다.Since gas sensors are usually installed to detect specific harmful gases, appropriate catalysts should be used to increase the specific gas response characteristics. To this end, the specific surface area of the sensing membrane should be increased, and the operating temperature of the gas sensor should be lowered. It is important to minimize power.
본 발명과 관련되는 종래기술로 대한민국 등록특허번호 제10-0634280호(2006.10.09 등록)의 "반도체형 가스센서 어레이 형성방법 및 반도체형 가스센서 어레이"가 알려져 있다.As a conventional technology related to the present invention, a "semiconductor type gas sensor array forming method and semiconductor type gas sensor array" of Republic of Korea Patent No. 10-0634280 (registered October 10, 2006) is known.
종래기술에 따른 반도체형 가스센서용 감지막 형성방법은 기판상에 주석박막을 형성하는 단계, 상기 주석박막상에 촉매제박막을 형성하는 하는 단계, 상기 기판상의 다른 영역에 주석박막을 형성하고 상기 주석박막 사이에 촉매제박막을 형성하는 단계를 한 번 이상 반복하는 단계, 상기 두 개 이상의 주석박막/촉매제박막을 한 번에 열산화하여 두 개 이상의 감지막을 형성하는 단계로 이루어진다.According to the prior art, a method of forming a sensing film for a semiconductor gas sensor includes forming a tin thin film on a substrate, forming a catalyst thin film on the tin thin film, and forming a tin thin film on another region on the substrate. Repeating the step of forming the catalyst thin film between the thin film one or more times, and the step of thermally oxidizing the two or more tin thin film / catalyst thin film at one time to form two or more sensing films.
주석박막 위에 촉매제박막을 형성한 후 열을 가하여 열산화시키게 되면 이종금속이 서로 결합된 이종산화물 감지막이 형성된다. 하지만 가스센서의 작동온도가 보통 300 ~ 400℃ 정도의 범위에 있기 때문에 이종산화물로 이루어진 감지막은 박리가 발생될 가능성이 높다.
When the catalyst thin film is formed on the tin thin film and thermally oxidized by applying heat, a hetero oxide sensing film in which dissimilar metals are bonded to each other is formed. However, since the operating temperature of the gas sensor is usually in the range of about 300 ~ 400 ℃, the detection film made of a hetero oxide is likely to peel off.
따라서 본 발명은 이종산화물로 이루어지는 가스센서용 감지막으로서 비표면적을 높여서 특정가스에 대한 감응 특성을 향상시킬 수 있고, 이종 산화물간 결합이 보다 견고하여 박리가 발생되지 않도록 하는 반도체식 가스센서의 형성방법을 제공하고자 한다.Accordingly, the present invention provides a gas sensor film made of dissimilar oxides to increase the specific surface area to improve the response characteristics to a particular gas, and to form a semiconductor gas sensor that prevents delamination due to more robust bonding between dissimilar oxides. To provide a method.
또한 본 발명은 가스센서가 200℃ 정도의 작동온도에서도 원활하게 작동될 수 있어 전력소비를 최소화할 수 있는 반도체식 가스센서의 형성방법을 제공하고자 한다.
In another aspect, the present invention is to provide a method of forming a semiconductor gas sensor that can be smoothly operated at an operating temperature of about 200 ℃ to minimize the power consumption.
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본 발명의 반도체식 가스센서의 형성방법은, 기판상의 활성영역에 제1박막물질을 형성하되, 상기 제1박막물질은 두께가 두꺼운 돌출부와 두께가 얇은 홈부가 반복되면서 형성되도록 하고, 상기 제1박막물질 위에 제2박막물질을 형성시킨 후 800℃에서 8시간 동안 열산화시킴으로써 제1박막과 제2박막이 결합된 이종산화물 감지막이 형성되도록 하되, 상기 제1박막은 SnO2이고, 상기 제2박막은 CuO 인 것을 특징으로 한다.In the method of forming a semiconductor gas sensor of the present invention, a first thin film material is formed in an active region on a substrate, and the first thin film material is formed by repeatedly forming a thick protrusion and a thin groove. After forming the second thin film material on the thin film material to thermally oxidize at 800 ℃ for 8 hours to form a hetero oxide sensing film combined with the first thin film and the second thin film, the first thin film is SnO 2 , the second The thin film is characterized in that the CuO.
그리고 본 발명에서 상기 제1박막물질은 8×10-6 torr의 진공상태에서 상기 돌출부는 1000Å 두께로 230℃에서 열증착하고, 상기 홈부는 500Å 두께로 230℃에서 열증착하며, 상기 제2박막물질은 8×10-6 torr의 진공상태에서 20Å 두께로 1080℃에서 전자빔 증착하도록 하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the first thin film material is thermally deposited at 230 ° C. with a thickness of 1000 kPa and the groove is thermally deposited at 230 ° C. with a thickness of 500 kPa in the vacuum state of 8 × 10 −6 torr, and the second thin film material. Is characterized in that the electron beam deposition at 1080 ℃ to a thickness of 20Å in a vacuum state of 8 × 10 -6 torr.
또한 본 발명에서 상기 기판은, 실리콘 플레이트의 상하면에 질화막을 증착시키는 질화막 증착 단계; 상기 실리콘 플레이트에 증착된 하부측 질화막을 부분적으로 제거하는 패터닝 단계; 수산화칼륨(KOH) 용액을 이용하여 상기 실리콘 플레이트의 하부측을 제거하는 식각단계; 상기 실리콘 플레이트의 상면에 형성된 상부측 질화막 위에 히터 및 전극을 형성하기 위한 리프트-오프 단계; 형성된 상기 히터 및 전극을 SiO2 증착막에 의해 덮이도록 하는 부동태 단계; 에칭을 통해서 상기 SiO2 증착막의 일부를 제거하여 상기 히터 및 전극이 노출되게 하는 활성영역 형성단계;를 통해서 획득되는 것을 특징으로 한다.
In the present invention, the substrate, the nitride film deposition step of depositing a nitride film on the upper and lower surfaces of the silicon plate; A patterning step of partially removing the lower nitride film deposited on the silicon plate; An etching step of removing the lower side of the silicon plate using a potassium hydroxide (KOH) solution; A lift-off step of forming a heater and an electrode on an upper nitride film formed on an upper surface of the silicon plate; A passivating step of covering the heater and the electrode formed by the SiO 2 deposition film; And removing the portion of the SiO 2 deposited film through etching to form an active region for exposing the heater and the electrode.
본 발명에 의한 반도체식 가스센서 형성방법은 이종산화물 감지막의 비표면적을 최대한 넓게 형성할 수 있고 이종산화물이 보다 견고히 결합되어 박리되는 것을 방지할 수 있어 제품의 안정성과 내구성이 향상되며 특정가스에 대한 감응 특성을 좋게 할 수 있다는 효과가 있다.The method for forming a semiconductor gas sensor according to the present invention can form the specific surface area of the heterooxide sensing film as wide as possible, and can prevent the heterooxide from being more tightly bonded and peeled off, thereby improving the stability and durability of the product and for the specific gas. There is an effect that the response characteristics can be improved.
그리고 본 발명은 기존의 가스센서의 작동온도보다 낮은 200℃ 정도가 작동온도가 되도록 함으로써 소비전력을 줄일 수 있도록 한다는 효과도 있다.
In addition, the present invention also has the effect of reducing the power consumption by allowing the operating temperature of 200 ℃ lower than the operating temperature of the existing gas sensor.
도 1은 기판에 제1박막과 제2박막이 형성된 상태를 보여주는 반도체식 가스센서의 단면도.
도 2는 본 발명에 사용되는 기판의 제작공정도.
도 3은 본 발명에 의해 제작된 SnO2·CuO 가스센서의 동작온도 및 시간경과에 따른 감응특성를 나타낸 그래프.
도 4는 SnO2·CuO 가스센서의 동작온도에 따른 감도 관계 그래프.
도 5는 SnO2·CuO 가스센서의 200℃에서 일산화탄소 농도별 감응특성 그래프.
도 6은 SnO2·CuO 가스센서의 200℃에서 일산화탄소 농도에 따른 감도 관계 그래프.1 is a cross-sectional view of a semiconductor gas sensor showing a state in which a first thin film and a second thin film are formed on a substrate.
Figure 2 is a manufacturing process of the substrate used in the present invention.
Figure 3 is a graph showing the response characteristics according to the operating temperature and time of the SnO 2 · CuO gas sensor produced by the present invention.
4 is a sensitivity relationship graph according to the operating temperature of the SnO 2 · CuO gas sensor.
Figure 5 is a graph of the response characteristics of carbon monoxide concentration at 200 ℃ of the SnO 2 · CuO gas sensor.
6 is a sensitivity relationship graph of carbon monoxide concentration at 200 ° C. of a SnO 2 · CuO gas sensor.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention in the drawings, portions not related to the description are omitted, and like reference numerals are given to similar portions throughout the specification.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명에 의한 반도체식 가스센서는 소정의 기판(100)상에 복수개의 히터와 전극(110)이 마련되며, 기판(100)상의 활성영역에 제1박막물질과 제2박막물질이 차례대로 증착된 후 열산화시킴으로써 제1박막(200a)과 제2박막(200b)으로 이루어지는 이종산화물 감지막(200)이 형성된다. 도 1은 기판에 제1박막과 제2박막이 형성된 상태를 보여주는 반도체식 가스센서의 단면도이다.In the semiconductor gas sensor according to the present invention, a plurality of heaters and
특히, 본 발명에서 제1박막(200a)은 돌출부(210)와 홈부(220)가 반복되면서 형성되며, 돌출부(210)는 두께가 두꺼운 부분이고 홈부(220)는 두께가 얇은 부분을 의미한다. 따라서 기판(100)상의 활영영역에 형성되는 제1박막(200a)은 교대로 돌출부(210)와 홈부(220)가 한 번 이상 반복되면서 형성된다.In particular, in the present invention, the first
바람직하게 제1박막물질은 Sn이며, 제2박막물질은 Cu가 되고, 제1박막물질과 제2박막물질이 증착된 후 열산화 과정을 거치게 되면 제1박막과 제2박막이 결합된 이종 산화물 감지막이 형성된다. 열산화를 통해 형성되는 제1박막(200a)은 SnO2 이며, 제2박막(200b)은 CuO 가 된다. 제1박막(200a)이 이종산화물 감지막(200)을 이루는 주물질이 되고 제2박막(200b)은 촉매제로서 기능하게 된다. 즉, 제2박막(200b)은 특정가스에 대한 가스센서의 감응 특성을 높이기 위해 첨가되는 물질이다.Preferably, the first thin film material is Sn, the second thin film material is Cu, and when the first thin film material and the second thin film material are deposited and subjected to a thermal oxidation process, a heterogeneous oxide in which the first thin film and the second thin film are combined. The sensing film is formed. The first
제1박막(200a)과 결합되는 제2박막(200b)은 제1박막(200a)의 형태와 같이 요철 형태를 이룰 수 있고 혹은 제2박막(200b)은 매끈한 평면을 이루는 것일 수도 있다.The second
기본적으로 본 발명에서는 제1박막(200a)이 돌출부(210)와 홈부(220)로 이루어지기 때문에 제1박막(200a) 위에 결합되는 제2박막(200b)은 제1박막(200a)의 형태와 같이 요철을 이루는 것일 수 있다. 이 경우 제2박막(200b)의 두께는 위치에 관계없이 전체적으로 동일한 두께를 이루게 된다.In the present invention, since the first
제1박막(200a)을 덮게 되는 제2박막(200b)이 전체적으로 매끈한 평면을 이루도록 하는 경우에는 제1박막(200a)의 돌출부(210) 영역 위의 제2박막(200b)의 두께는 얇고 제1박막(200a)의 홈부(220) 영역 위의 제2박막(200b)의 두께는 두껍게 된다. 즉, 제2박막(200b)이 제1박막(200a)의 홈부(220)를 메우면서 전체적으로 균일한 높이가 되도록 제2박막(200b)이 형성될 수 있다.When the second
그리고 본 발명에 의한 반도체식 가스센서는 바람직하게 이종산화물 감지막(200)이 200℃의 작동온도를 갖는 것으로 한다. 공지의 가스센서의 경우 보통 300 ~ 400℃의 작동온도에서 특정가스에 대한 감도 특성이 최고가 되지만 본 발명의 경우 200℃ 에서 가스에 대한 검출 감도 특성이 최대가 되므로 소비전력을 낮출 수 있게 되는 장점이 있다.In the semiconductor gas sensor according to the present invention, the hetero
또한 본 발명은 제1박막(200a)을 돌출부(210)와 홈부(220)가 교대로 반복 형성되게 하므로 이종산화물 감지막(200)의 비표면적을 최대화할 수 있다는 장점이 있고, 제1박막(200a) 위에 결합되는 제2박막(200b)의 결합강도도 높아질 수 있다는 장점이 있다.
In addition, since the
다음으로 본 발명의 또 다른 사상인 반도체식 가스센서 형성방법에 대해 설명하도록 하며, 상술된 반도체식 가스센서를 형성시키는 방법에 대한 것이다.Next, a method of forming a semiconductor gas sensor, which is another idea of the present invention, will be described, and a method of forming the semiconductor gas sensor described above.
준비된 소정의 기판(100)에 제1박막물질을 증착시키고 그 위에 제2박막물질을 증착시킨 후 열을 가하여 열산화시키면 제1박막(200a)과 제2박막(200b)으로 이루어지는 이종산화물이 감지막(200)이 형성된다.When the first thin film material is deposited on the
보다 구체적으로 기판(100)상의 활성영역에 제1박막물질이 증착되도록 하되, 제1박막물질은 두께가 두꺼운 돌출부(210)와 두께가 얇은 홈부(220)가 반복되면서 형성되도록 한다.More specifically, the first thin film material is deposited on the active region on the
제1박막물질이 형성되면 그 상면에 제2박막물질을 증착시키게 되며, 이후 대략 800℃에서 8시간 동안 열산화시키면 제1박막(200a)과 제2박막(200b)이 결합된 이종산화물 감지막(200)이 형성되는 반도체식 가스센서를 제조할 수 있게 된다.When the first thin film material is formed, the second thin film material is deposited on the upper surface thereof. Then, when the thermal oxidation is performed at approximately 800 ° C. for 8 hours, the hetero oxide sensing film in which the first
여기에서 제1박막(200a)은 SnO2이고, 제2박막(200b)은 CuO 가 된다.Here, the first
그리고 Sn을 포함하는 제1박막물질은은 Sn의 용융점이 230℃ 이므로 열증착(Thermal evaporation)법으로 증착하며, Cu를 포함하는 제2박막물질은 상대적으로 융점이 높은 관계로(Cu의 용융점은 1080℃ 임) 전자빔 증착(E-beam evaporation)을 하도록 한다.The first thin film material containing Sn is deposited by thermal evaporation because the melting point of Sn is 230 ° C., and the second thin film material containing Cu has a relatively high melting point (the melting point of Cu is 1080 ℃) E-beam evaporation is performed.
제1박막물질의 증착시에는 8×10-6 torr의 진공상태에서 상기 돌출부(210)는 1000Å 두께로 230℃에서 열증착하고, 상기 홈부(220)는 500Å 두께로 230℃에서 열증착하도록 한다.In the deposition of the first thin film material, the
제2박막물질의 증착시에는 8×10-6 torr의 진공상태에서 20Å 두께로 1080℃에서 전자빔 증착하도록 한다.In the deposition of the second thin film material, the electron beam is deposited at 1080 ° C. with a thickness of 20 kV in a vacuum state of 8 × 10 −6 torr.
다음으로 본 발명에 의한 반도체식 가스센서를 구성하는 기판에 대해 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 도 2는 본 발명에 사용되는 기판의 제작공정도이다.Next, the substrate constituting the semiconductor gas sensor according to the present invention will be described in more detail. 2 is a manufacturing process chart of the substrate used in the present invention.
본 실시예가 적용되는 소정의 기판(100)은 실리콘 기판을 기본으로 하게 되며, 질화막 증착 단계(S1), 패터닝 단계(S2), 식각단계(S3), 리프트-오프 단계(S4), 부동태 단계(S5) 및 활성영역 형성단계(S6)로 이루어진다.The
질화막 증착단계(S1)는 준비된 실리콘 플레이트(120)의 상하면에 질화막(130)을 증착시키는 과정이며, 패터닝 단계(S2)는 실리콘 플레이트(120)에 증착된 하부측 질화막(130)의 일부는 부분적으로 제거하는 것으로 RIE(Reactive ion etching) 을 통해서 질화막을 제거하도록 한다.The nitride film deposition step S1 is a process of depositing the
실리콘 플레이트(120)의 하부측 질화막(130)을 부분적으로 제거한 다음 식각단계(S3)를 통해서 실리콘 플레이트(120)를 제거하게 된다. 식각단계(S3)에서는 KOH 용액을 이용하여 식각하도록 한다.The
다음으로 실리콘 플레이트의 상면의 질화막(130) 위에 히터와 전극(110)을 형성시키는 리프트-오프 단계(S4)가 수행된다. 리프트-오프 단계(S4)는 마스크를 이용하여 질화막(130) 위에 히터와 전극(110)을 형성시키는 것이다.Next, a lift-off step S4 of forming a heater and an
질화막(130) 위에 히터와 전극(110)들이 형성되면 부동태 단계(S5)로 히터 및 전극(110)이 덮이도록 SiO2 증착막(140)을 형성시키게 된다. 부동태 단계(S5)로 전극과 히터(110)들은 서로 독립되게 확실한 절연이 이루어진다.When the heater and the
다음으로 RIE를 통해서 SiO2 증착막(140)의 일부를 제거하여 상기 히터 및 전극이 노출되게 하는 활성영역 형성단계(S6)가 뒤따른다.Next, an active region forming step S6 is performed in which a part of the SiO 2 deposition layer 140 is removed through the RIE to expose the heater and the electrode.
상술한 바와 같은 과정을 통해서 활성영역을 갖는 기판(100)이 완성되면 상기 기판의 활성영역에 이종산화물 감지막(200)을 형성시키게 된다.
When the
이하 본 발명에 의한 반도체식 가스센서를 갖는 가스센서의 테스트 결과에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, a test result of a gas sensor having a semiconductor gas sensor according to the present invention will be described.
1) 동작온도에 따른 감도 특성 테스트1) Sensitivity characteristic test according to operating temperature
일반적으로 가스센서의 감도는 동작온도에 영향을 받게 되기 때문에 테스트를 진행하는 동안 온도를 일정하게 유지시킬 필요가 있다. 그리고 테스트에 사용된 특정가스는 일산화탄소(CO)를 사용하였다.In general, the sensitivity of the gas sensor is affected by the operating temperature, so it is necessary to keep the temperature constant during the test. The specific gas used in the test was carbon monoxide (CO).
일산화탄소의 농도는 10ppm으로 고정하였고 동작온도를 150℃에서 300℃까지 50℃ 간격으로 감도 특성을 측정하였다.The concentration of carbon monoxide was fixed at 10 ppm and the operating temperature was measured at 50 ° C intervals from 150 ° C to 300 ° C.
도 3은 본 발명에 의해 제작된 SnO2·CuO 가스센서의 동작온도 및 시간경과에 따른 감응특성를 나타낸 그래프이며, 도 4는 SnO2·CuO 가스센서의 동작온도에 따른 감도 관계 그래프이다.Figure 3 is a graph showing the sensitivity of the SnO 2 · CuO gas sensor according to the operating temperature and time elapsed according to the present invention, Figure 4 is a graph of the sensitivity relationship according to the operating temperature of the SnO 2 · CuO gas sensor.
테스트 결과 전체적인 경향은 가스센서의 동작온도가 증가할수록 감도는 증가하지만 동작온도가 200℃ 이상에서는 거의 유사한 감도 특성을 나타내었다.As a result of the test, the overall trend is that the sensitivity increases as the operating temperature of the gas sensor increases, but the sensitivity is almost similar when the operating temperature is over 200 ℃.
최대감도는 200℃와 250℃에서 각각 8.19%, 8.18%로 측정되었으며 동작온도에 따른 감도를 비교했을 때 200℃를 동작온도로 설정하는 것이 소비전력을 줄이면서도 감도 특성도 높게 유지할 수 있는 것으로 확인되었다.
The maximum sensitivity was measured at 8.19% and 8.18% at 200 ℃ and 250 ℃, respectively. When comparing the sensitivity according to the operating temperature, setting 200 ℃ as the operating temperature can reduce power consumption and maintain high sensitivity characteristics. It became.
2) 일산화탄소(CO) 가스 농도에 따른 감도 특성2) Sensitivity Characteristics by Carbon Monoxide (CO) Gas Concentration
도 5는 SnO2·CuO 가스센서의 200℃에서 일산화탄소 농도별 감응특성 그래프이며, 도 6은 SnO2·CuO 가스센서의 200℃에서 일산화탄소 농도에 따른 감도 관계 그래프이다.FIG. 5 is a graph illustrating sensitivity characteristics of carbon monoxide at 200 ° C. of a SnO 2 · CuO gas sensor, and FIG. 6 is a graph showing a sensitivity relationship according to carbon monoxide concentration at 200 ° C. of a SnO 2 · CuO gas sensor.
SnO2·CuO 가스센서의 일산화탄소 가스 농도에 따른 감도 특성을 측정하기 위해 200℃의 동작온도에서 일산화탄소의 농도를 1ppm, 10ppm, 100ppm으로 하여 감도 특성을 측정하였다.In order to measure the sensitivity characteristics according to the carbon monoxide gas concentration of the SnO 2 · CuO gas sensor, the sensitivity characteristics of the SnO 2 Cu Cu gas were measured at 1ppm, 10ppm and 100ppm at 200 ° C.
테스트 결과 전체적 경향은 일산화탄소의 농도가 증가함에 따라 감도는 증가하였고 100ppm 의 농도에서 측정한 감도(18.7%)는 10ppm에서 측정한 감도(8.2%)의 약 2.3배로 급격한 감도 향상을 관찰할 수 있었다. 또한 일산화탄소의 농도가 1ppm 이하인 경우 감도가 3.5% 미만으로 낮은 감도 특성을 나타내었다.As a result, the overall trend was that the sensitivity increased as the concentration of carbon monoxide increased, and the sensitivity (18.7%) measured at 100ppm concentration was about 2.3 times the sensitivity (8.2%) measured at 10ppm. In addition, when the concentration of carbon monoxide is less than 1ppm, the sensitivity was less than 3.5% showed low sensitivity.
이상 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 반도체식 가스센서는 그 작동온도를 200℃로 하는 경우 감도 특성이 좋고 소비전력도 최소화할 수 있다는 결론을 얻을 수 있었다.
As described above, the semiconductor gas sensor according to the present invention has a good sensitivity characteristic and the power consumption can be minimized when the operating temperature is 200 ° C.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The foregoing description of the present invention is intended for illustration, and it will be understood by those skilled in the art that the present invention may be easily modified in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It is therefore to be understood that the embodiments described above are intended to be illustrative, but not limiting, in all respects. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
본 발명은 특정한 유해 가스를 검출하기 위한 가스센서로 사용될 수 있다.
The present invention can be used as a gas sensor for detecting a specific harmful gas.
100 : 기판 110 : 히터와 전극
120 : 실리콘 플레이트 130 : 질화막
140 : SiO2 증착막 200 : 이종산화물 감지막
200a: 제1박막 200b: 제2박막
210 : 돌출부 220 : 홈부
S1 : 질화막 증착단계 S2 : 패터닝 단계
S3 : 식각단계 S4 : 리프트-오프단계
S5 : 부동태 단계 S6 : 활영영역 형성단계100
120: silicon plate 130: nitride film
140: SiO 2 Deposition film 200: dissimilar oxide detection film
200a: first
210: protrusion 220: groove
S1: nitride film deposition step S2: patterning step
S3: etching step S4: lift-off step
S5: passivation step S6: active area formation step
Claims (5)
기판상의 활성영역에 제1박막물질을 형성하되, 상기 제1박막물질은 두께가 두꺼운 돌출부와 두께가 얇은 홈부가 반복되면서 형성되도록 하고,
상기 제1박막물질 위에 제2박막물질을 형성시킨 후 800℃에서 8시간 동안 열산화시킴으로써 제1박막과 제2박막이 결합된 이종산화물 감지막이 형성되도록 하되, 상기 제1박막은 SnO2이고, 상기 제2박막은 CuO 인 것을 특징으로 하는 반도체식 가스센서 형성방법.In the method for forming a semiconductor gas sensor,
A first thin film material is formed in the active region on the substrate, and the first thin film material is formed by repeatedly forming a thick protrusion and a thin groove.
After forming the second thin film material on the first thin film material to thermally oxidize at 800 ℃ for 8 hours to form a hetero oxide sensing film combined with the first thin film and the second thin film, the first thin film is SnO 2 , The second thin film is a semiconductor gas sensor forming method, characterized in that the CuO.
상기 제1박막물질은 8×10-6 torr의 진공상태에서 상기 돌출부는 1000Å 두께로 230℃에서 열증착하고, 상기 홈부는 500Å 두께로 230℃에서 열증착하며,
상기 제2박막물질은 8×10-6 torr의 진공상태에서 20Å 두께로 1080℃에서 전자빔 증착하도록 하는 것을 특징으로 하는 반도체식 가스센서 형성방법.The method of claim 3, wherein
The first thin film material is thermally deposited at 230 ° C. with a thickness of 1000 kPa and the groove is thermally deposited at 230 ° C. with a thickness of 500 kPa in a vacuum state of 8 × 10 −6 torr,
The second thin film material is a method for forming a semiconductor gas sensor, characterized in that for evaporation at 1080 ℃ to a thickness of 20Å in a vacuum state of 8 × 10 -6 torr.
상기 기판은,
실리콘 플레이트의 상하면에 질화막을 증착시키는 질화막 증착 단계;
상기 실리콘 플레이트에 증착된 하부측 질화막을 부분적으로 제거하는 패터닝 단계;
수산화칼륨(KOH) 용액을 이용하여 상기 실리콘 플레이트의 하부측을 제거하는 식각단계;
상기 실리콘 플레이트의 상면에 형성된 상부측 질화막 위에 히터 및 전극을 형성하기 위한 리프트-오프 단계;
형성된 상기 히터 및 전극을 SiO2 증착막에 의해 덮이도록 하는 부동태 단계;
에칭을 통해서 상기 SiO2 증착막의 일부를 제거하여 상기 히터 및 전극이 노출되게 하는 활성영역 형성단계;를 통해서 획득되는 것을 특징으로 하는 반도체식 가스센서 형성방법.
The method according to claim 3 or 4,
Wherein:
A nitride film deposition step of depositing a nitride film on the upper and lower surfaces of the silicon plate;
A patterning step of partially removing the lower nitride film deposited on the silicon plate;
An etching step of removing the lower side of the silicon plate using a potassium hydroxide (KOH) solution;
A lift-off step of forming a heater and an electrode on an upper nitride film formed on an upper surface of the silicon plate;
A passivating step of covering the heater and the electrode formed by the SiO 2 deposition film;
Etching through the SiO 2 And forming an active region in which the heater and the electrode are exposed by removing a portion of the deposition film.
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