KR20100119057A - A micro gas sensor and a manufacturig method therof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A micro-gas sensor and a manufacturing method thereof, which directly forms various sensing materials on a narrow space for a patterning process, is provided to reduce manufacturing processes by omitting an organic removal process. CONSTITUTION: A micro-gas sensor comprises a semiconductor substrate(100), a micro heater layer, a sensing electrode layer and a sensing material layer. The micro heater layer is formed on the top part of the substrate. The sensing electrode layer is formed on the micro heater. The sensing material layer is formed on the top of the sensing electrode layer. A first insulation layer is formed between the semiconductor substrate and the micro heater layer.

Description

마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법{A MICRO GAS SENSOR AND A MANUFACTURIG METHOD THEROF}Micro gas sensor and its manufacturing method {A MICRO GAS SENSOR AND A MANUFACTURIG METHOD THEROF}

본 발명은 마이크로 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 SiNx 멤브레인 상에 마이크로 히터, 절연체, 감지전극, 그리고 감지물이 차례대로 적층된 형태의 마이크로 가스 센서 및 마이크로 가스 센서의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a micro gas sensor and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a method for manufacturing a micro gas sensor and a micro gas sensor in which a micro heater, an insulator, a sensing electrode, and a sensing material are sequentially stacked on a SiNx membrane. It is about.

일반적으로 멤브레인상에 형성되어 있는 감지 전극 상에 감지물은, 감지물을 용액에 분산시키거나, 페이스트로 제조한 후에, 이를 적하(drop)하거나 스크린 인쇄함으로써 형성된다.In general, a sensing material on a sensing electrode formed on a membrane is formed by dispersing the sensing material in a solution or preparing a paste, and then dropping or screen printing it.

구체적으로, 멤브레인상에 형성되어 있는 감지 전극 상에 감지물을 스크린 인쇄하기 위해서는, 최소한 감지물 형성 영역이 50㎛이상의 크기가 유지되어야 하며, 감지물의 두께 또한 약 10㎛이상의 두께가 요구되어, 초소형의 마이크로 가스 센서를 제조하는데 제한이 있다. Specifically, in order to screen-print the sensing object on the sensing electrode formed on the membrane, at least 50 µm or more of the sensing object formation area should be maintained, and the thickness of the sensing object should also be about 10 µm or more. There is a limitation in manufacturing a micro gas sensor.

또한, 감지물을 적하(drop)하는 방식으로 감지 전극 상에 감지물을 형성할 경우, 정확한 감지 물질을 도포하기 곤란하고, 감지물의 도포영역(또는 드롭 영역)이 의도하지 않게 넓어지는 경우가 발생되어, 이 또한 초소형 마이크로 가스 센서의 제조에 있어서 큰 제약으로 되고 있다. In addition, when the sensing object is formed on the sensing electrode by dropping the sensing object, it is difficult to apply the correct sensing material, and the application area (or drop area) of the sensing object may be unintentionally widened. This is also a major limitation in the manufacture of ultra-small micro gas sensors.

또한, 전술한 스크린 인쇄 방식이나 적하 방식 모두 유기물을 제거하기 위한 열처리 공정이 필수적이지만, 이러한 공정을 최적화하기 위해 많은 실험 공정이 요구되며, 특히 드롭 방식으로 감지물질을 형성한 경우에는 열처리 공정 중 멤브레인이 파손되는 경우가 발생되는 문제점이 있다.In addition, in both the screen printing method and the dropping method described above, a heat treatment process for removing organic matters is essential, but many experiment processes are required to optimize such a process, and in particular, when a sensing material is formed in a drop method, the membrane during the heat treatment process There is a problem that occurs when this is broken.

따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems.

전술한 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일양태에 따르면, 반도체 기판; 상기 반도체 기판 상에 형성되는 마이크로 히터층; 상기 마이크로 히터 상에 형성되는 감지 전극층; 상기 감지 전극 상부에 형성되는 감지 물질층을 포함하고, 상기 감지 물질층은 상기 감지 전극층 상에 미리 형성된 촉매층을 이용하여 상기 감지 전극층 상에 직접 성장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서가 제공된다. 반도체 기판과 상기 마이크로 히터층 사이에는 제1 절연층이 형성되며, 상기 반도체 기판의 하부에는 제1 절연층과 동일한 물질의 제2 절연층이 형성된다. 제1 절연층 및 제2 절연층의 물질은 Si3N4를 포함하는 SiNx 계열인 것이 바람직하다.In order to solve the above problems, according to an aspect of the present invention, a semiconductor substrate; A micro heater layer formed on the semiconductor substrate; A sensing electrode layer formed on the micro heater; And a sensing material layer formed on the sensing electrode, wherein the sensing material layer is directly grown on the sensing electrode layer by using a catalyst layer previously formed on the sensing electrode layer. . A first insulating layer is formed between the semiconductor substrate and the micro heater layer, and a second insulating layer of the same material as the first insulating layer is formed below the semiconductor substrate. The first insulating material layer and the second insulating layer is preferably a SiNx sequence comprising a Si 3 N 4.

마이크로 히터층은 백금/탄탈륨(Pt/Ta)을 사용할 수 있으며, 이때 탄탈륨은 접착층으로서 작용한다.The micro heater layer may use platinum / tantalum (Pt / Ta), wherein tantalum serves as an adhesive layer.

또한, 마이크로 히터층과 상기 감지 전극 사이를 전기적으로 절연시키기 위 한 제3 절연층을 더 포함하고, 제3 절연층은 SiO2-Si3N4-SiO2로 이루어진 적층 ONO 구조를 갖는다.Further, further comprising a third insulating layer for electrically insulating between the micro heater layer and the sensing electrode, the third insulating layer has a laminated ONO structure consisting of SiO 2 -Si 3 N 4 -SiO 2 .

감지 전극은 백금/티타늄(Pt/Ti)인 것이 바람직하며, 이때 티타늄 층은 접착층으로서 작용한다. 또한, 촉매층의 물질은 Au, Pd 등과 같은 다양한 종류의 금속이 사용될 수도 있다.The sensing electrode is preferably platinum / titanium (Pt / Ti), wherein the titanium layer acts as an adhesive layer. In addition, various kinds of metals such as Au and Pd may be used as the material of the catalyst layer.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 반도체 기판의 전면 및 배면에 제 1 및 제 2 절연층을 각각 형성하는 단계; 상기 기판의 제1 절연층 접착층을 형성하고, 상기 접착층 상부에 마이크로 히터층을 형성하는 단계; 상기 마이크로 히터층을 도포하도록 제3 절연층을 형성하는 단계; 상기 제3 절연층 상부에 감지 전극을 형성하는 단계; 상기 감지 전극 상부에 감지 물질을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법이 제공된다.According to another aspect of the invention, forming a first and a second insulating layer on the front and back of the semiconductor substrate, respectively; Forming a first insulating layer adhesive layer of the substrate and forming a micro heater layer on the adhesive layer; Forming a third insulating layer to apply the micro heater layer; Forming a sensing electrode on the third insulating layer; A method of manufacturing a micro gas sensor is provided, comprising growing a sensing material on the sensing electrode.

감지 전극을 형성하는 단계 이후, 상기 감지 전극 상에 상기 감지 전극의 동일한 패턴의 형태로 촉매층을 형성하는 단계를 더 포함한다. 촉매층의 물질은 Au, Pd 등 다양한 종류의 금속이 사용될 수 있으며, 감지 전극의 물질은 Pt와 같은 비교적 고온에서 안정한 전도성의 물질이 사용될 수 있다.After forming the sensing electrode, the method may further include forming a catalyst layer on the sensing electrode in the form of the same pattern of the sensing electrode. As the material of the catalyst layer, various kinds of metals such as Au and Pd may be used, and the material of the sensing electrode may be a material having a stable conductivity at a relatively high temperature such as Pt.

또한, 감지 물질을 성장시키는 단계는, 상기 감지 전극 상에 형성된 Au 또는 Pd 등 다양한 종류의 금속 중 하나를 촉매로서 이용하여, VLS(Vapor-Liquid-solid) 방법을 통해 지속적으로 공급되는 Sn을 증발시키면서 Sn 나노선을 성장시키고, 이와 동시에 산소 가스를 공급함으로써 SnO2나노선이 감지 물질로서 상기 감지 전극 상에 성장 및 형성될 수 있다.In addition, growing the sensing material may be performed by evaporating Sn continuously supplied through a vapor-liquid-solid (VLS) method using one of various kinds of metals such as Au or Pd formed on the sensing electrode as a catalyst. SnO 2 nanowires can be grown and formed on the sensing electrode as a sensing material by growing Sn nanowires and simultaneously supplying oxygen gas.

전술한 본 발명의 특징적 구성에 따르면, 기존 감지 물질 형성 공정은 매우 작은 면적에 형성이 어려우나. 본 발명에서는 포토-리소그래피 공정이나 전자-빔 리소그래피 등 패터닝 공정이 허락하는 매우 작은 면적에까지 다양한 감지 물질를 직접 형성할 수 있다.According to the characteristic configuration of the present invention described above, it is difficult to form a conventional sensing material in a very small area. In the present invention, various sensing materials can be directly formed in a very small area allowed by a patterning process such as a photo-lithography process or electron-beam lithography.

또한, 기존의 감지물 스크린 인쇄 방식이나 적하 방식에서는 유기물을 제거하기 위한 열처리 공정이 필수적이나, 본 발명에서는 감지 전극 상에 감지 물질을 직접 성장 시킴으로써 유기물 제거 공정을 생략할 수 있어 제조 공정을 단축할 수 있다는 효과가 얻어지는 동시에, 적하 방식으로 감지 물질을 형성한 경우 차후 열처리 공정 중 멤브레인이 파손되는 문제점까지 해결할 수 있다.In addition, in the existing sensing screen printing method or dropping method, a heat treatment process for removing organic matters is essential, but in the present invention, the organic material removal process can be omitted by growing the sensing material directly on the sensing electrode, thereby shortening the manufacturing process. At the same time, when the sensing material is formed by the dropping method, the membrane may be broken during the subsequent heat treatment.

또한, 본 발명에 따르면, 감지 전극 상의 감지 물질의 직접 성장은 SnO2 나노선 뿐만 아니라, ZnO, WOx, FeOx 등의 다양한 반도체식 가스 센서용 감지재료를 형성할 수 있다. 또한 선택성 및 반복성을 향상 시키기 위하여 특정한 금속이 도핑된 SnO2 등 변형된 산화물 나노선도 감지 전극 상에 직접 성장이 가능하다.In addition, according to the present invention, the direct growth of the sensing material on the sensing electrode may form not only SnO 2 nanowires, but also sensing materials for various semiconductor gas sensors such as ZnO, WOx, FeOx, and the like. In addition, modified oxide nanowires such as SnO 2 doped with a specific metal can be grown directly on the sensing electrode to improve selectivity and repeatability.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(100), 예컨대, 실리콘 웨이퍼기판(100)의 전면 및 배면에 소정 두께의 제1 절연층(110) 및 제2 절연층(120)을 각각 형성한다. First, as shown in FIG. 1, the first insulating layer 110 and the second insulating layer 120 having a predetermined thickness are formed on the front and rear surfaces of the semiconductor substrate 100, for example, the silicon wafer substrate 100. do.

제1 및 제2 절연층의 재료로서는 SiNx 계열의 실리콘 질화막(본 실시예에서는 Si3N4)이 사용되는 것이 바람직하며, LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 공정에 의해 약 2㎛의 두께로 실리콘 웨이퍼 기판(100)의 전면 및 배면에 형성된다. 실리콘 웨이퍼는 p타입 또는 n타입 웨이퍼 중 어느 하나가 사용될 수도 있다.As the material of the first and second insulating layers, a SiNx-based silicon nitride film (Si 3 N 4 in this embodiment) is preferably used, and the silicon having a thickness of about 2 μm by a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) process is used. It is formed on the front and back of the wafer substrate 100. As the silicon wafer, either a p-type or n-type wafer may be used.

실리콘 웨이퍼 기판(100)에 실리콘 질화막(110)이 형성된 후, 도 2에 도시한 바와 같이, 마이크로 히터를 실리콘 질화막(110) 상에 제작하기 위해, 직류 스퍼터기(D.C. sputter) 혹은 전자-빔 증착기(E-beam evaporator)를 이용해, 전도성 금속인 탄탈(Ta)(130)을 수십 nm의 두께로 얇게 증착한 후, 탄탈층(130) 상부에 백 금(Pt)(140)을 수백 nm의 두께로 증착한다. 백금과 탄탈륨은 상기 기판(100)이 특별한 패턴을 가지고 있지 않기 때문에 상기 기판(100)의 형태에 따라 평평하게 증착이 된다.After the silicon nitride film 110 is formed on the silicon wafer substrate 100, as shown in FIG. 2, a DC sputter or an electron-beam evaporator is used to fabricate the micro heater on the silicon nitride film 110. (E-beam evaporator), using a thin film of tantalum (Ta) 130, a conductive metal thinly deposited to a thickness of several tens of nm, and then platinum (Pt) 140 on the tantalum layer 130, hundreds of nm thick To be deposited. Platinum and tantalum are deposited flat according to the shape of the substrate 100 because the substrate 100 does not have a special pattern.

여기서 탄탈(Ta)은 실리콘 웨이퍼 기판(100)과 백금(140)간의 접합층(adhesion layer)으로 사용된다. 이와 같은 접착층 재료로서 Ta2O5 또는 티타늄(Ti) 등이 사용될 수도 있다. The tantalum Ta is used as an adhesion layer between the silicon wafer substrate 100 and the platinum 140. As such an adhesive layer material, Ta 2 O 5 or titanium (Ti) may be used.

도 3에 도시한 바와 같이, 포토 마스크를 사용한 리소그래피 공정 또는 식각 공정 등을 통해 백금층의 일부에 제1 절연층(110)이 노출되도록 마이크로 히터 패턴이 형성된다. 전기 전도성을 지닌 금속인 백금이 사용됨에 따라, 백금에 외부 인가 전압에 의해 주울 열을 발생시켜 멤브레인의 온도를 상승시켜 센서의 가스 적정 감응 온도를 만들어 주는 마이크로 히터로서 동작하게 된다.As shown in FIG. 3, a micro heater pattern is formed such that the first insulating layer 110 is exposed to a portion of the platinum layer through a lithography process or an etching process using a photo mask. As platinum, which is an electrically conductive metal, is used, it generates a joule heat by the externally applied voltage to the platinum to increase the temperature of the membrane to operate as a micro-heater to make the gas proper response temperature of the sensor.

이어서, 마이크로 히터로서 동작하는 백금층에 히터 패턴(140)이 형성된 후, 도 4에 도시한 바와 같이, 제3 절연층으로서 사용하기 위한 SiO2-Si3N4-SiO2(적층 ONO구조물)를 각 수백 nm두께로 최소 잔류응력을 고려하여 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)를 사용해 연속적으로 증착하며 이는 마이크로 히터와 차후 형성될 감지전극 사이에서의 절연층으로서 작용한다.Subsequently, after the heater pattern 140 is formed on the platinum layer operating as a micro heater, as shown in FIG. 4, SiO 2 -Si 3 N 4 -SiO 2 (laminated ONO structure) for use as the third insulating layer is formed. At several hundreds of nm thick, deposition is successively carried out using plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), taking into account the minimum residual stress, which acts as an insulating layer between the micro heater and the sensing electrode to be formed subsequently.

도 4에 도시한 바와 같은 제3 절연층(150)을 형성한 후에, 도 5에 도시한 바와 같이 제3 절연층 상부에 감지 전극으로 사용하기 위한 백금층(160)을 수백 nm의 두께로 형성한다. 감지 전극으로서의 백금층은 Ti층(미도시)을 접착층을 사이에 두고 형성될 수도 있다. After forming the third insulating layer 150 as shown in FIG. 4, a platinum layer 160 for use as a sensing electrode is formed on the third insulating layer as shown in FIG. 5 to a thickness of several hundred nm. do. The platinum layer as the sensing electrode may be formed with a Ti layer (not shown) interposed therebetween.

이후, 백금층(160)은 도 6에 도시한 바와 같이 감지 전극으로 사용되는 부분을 제외하고는 제거 및 패터닝되어 차후 형성될 감지 물질의 가스 감지를 통해 발생되는 저항 변화를 감지하도록 동작한다. 이어서, 도 7에 도시한 바와 같이, 마이크로 히터(140)에 전원을 공급하기 위한 히터 패드 접촉 홀(170)을 형성한다.Thereafter, the platinum layer 160 is removed and patterned except for the portion used as the sensing electrode as shown in FIG. 6 to operate to sense a resistance change generated through gas sensing of a sensing material to be formed later. Subsequently, as shown in FIG. 7, a heater pad contact hole 170 for supplying power to the micro heater 140 is formed.

이어서, 도 8에 도시한 바와 같이, 백금으로 이루어진 감지 전극(160)과 동일한 패턴 형태로 금(Au) 또는 Pd를 포함하는 금속 중 하나의 박막을 리프트-오프(lift-off) 공정을 이용하여 패터닝하여 촉매로 사용될 Au 또는 Pd를 포함하는 슴속 중 어느 하나의 물질로 이루어진 층(180)을 형성한다. Subsequently, as shown in FIG. 8, a thin film of one of metals including gold (Au) or Pd in the same pattern form as the sensing electrode 160 made of platinum is formed by using a lift-off process. Patterning to form a layer (180) of any one material of the chest containing Au or Pd to be used as a catalyst.

이후 아르곤(Ar) 분위기에서 약 500℃에서 30분간 유지하여 백금 감지 전극(160) 상의 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 금속층(180)이 미세한 서클(circle) 형태로 클러스팅(clustering)되도록 유도한다. Then, the metal layer 180 of any one of the metals including Au or Pd on the platinum sensing electrode 160 is clustered in the form of fine circles by maintaining the argon (Ar) atmosphere at about 500 ° C. for 30 minutes. Induce as much as possible.

이후 수평 구조의 전기로에서 감지 재료의 원료인 금속(예를 들면 주석(Sn))과 700℃~900℃ 온도 범위에서 증발 시키면서 아르곤 캐리어(Ar carrier) 가스를 통해 다운 스트리밍(down streaming)되도록 유도하여, 원료 물질 보다 다운 스트리밍에 유치되어 있는 감지 전극 상에 형성된 촉매물질인 클러스트된 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 물질과 공정(eutectic) 반응이 일어나도록 유도한다. Then, in the horizontal furnace, the metal (eg, tin), which is a raw material of the sensing material, is evaporated in the temperature range of 700 ° C. to 900 ° C. while inducing it to be downstream streamed through the ar carrier gas. In addition, a eutectic reaction may be caused to occur with any one of the metals including the clustered Au or Pd, which is a catalyst material formed on the sensing electrode which is attracted to the downstream stream rather than the raw material.

VLS(Vapor-Liquid-Solid) 방법을 이용하여 주석을 증발시킴과 동시에 지속적으로 주석을 공급함으로써 과포화된 주석이 클러스트된 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 금속 등 이들 중 하나의 촉매 아래에 계속적으로 석출되어, Sn 나노선이 성장되게 된다. 이 때, 산소 가스도 반응 가스로서 함께 공급시켜 줌으로써 궁극적으로 감지물로 사용되는 SnO2 나노선(190)이 감지 전극 상에 형성되게 된다. By evaporating tin using the VLS (Vapor-Liquid-Solid) method and continuously supplying tin, supersaturated tin is deposited under one of these catalysts, such as the metal of any of the metals containing crusted Au or Pd. Precipitates continuously, causing Sn nanowires to grow. At this time, the oxygen gas is also supplied as a reaction gas so that the SnO 2 nanowire 190 ultimately used as a sensing material is formed on the sensing electrode.

도 9에 도시한 바와 같이, SnO2 나노선은 성장 시간을 충분히 유지할 경우, 떨어져 있는 감지전극(Interdigitized electrode: IDT)상에서 자라는 SnO2 나노선이 결국 상호 크로스-링크(cross-linking) 되어 감지 물질로서 작용할 수 있게 된다.As shown in Figure 9, SnO 2 nanowires if enough to maintain the growth time, detached sensing electrode: SnO 2 nanowire eventually mutual cross grow on (Interdigitized electrode IDT) - is linked (cross-linking) sensitive material Can act as

이후, 도 10에 도시한 바와 같이, 가스 센서의 동작 소비전력을 낮추기 위하 여, 감지 물질(190) 등이 형성된 앞면의 영역의 정 반대면인 배면의 SiNx를 패터닝한 후, 벌크 마이크로 머시닝 공정(KOH용액을 이용한 일반적인 습식 Si식각 공정)을 이용하여, 마이크로 히터 아래에 형성되어 있는 SiNx를 남기고 Si을 식각함으로써, 궁극적으로 SiNx 멤브레인 상에 마이크로 히터, 절연체, 감지전극, 그리고 감지물까지 차례로 적층형태로 형성된 마이크로 가스 센서가 제조될 수 있다. 벌크 마이크로 머시닝 공정 중에는 앞면에 형성된 감지물질을 포함하는 모든 면은 지그(jig) 등을 통하여 용액이 닿지 않도록 보호된 상태로 유지된다.Then, as shown in FIG. 10, in order to lower the operating power consumption of the gas sensor, after patterning the SiNx on the back, which is the opposite surface of the front region where the sensing material 190 or the like is formed, a bulk micromachining process ( A conventional wet Si etching process using a KOH solution is used to etch Si, leaving behind the SiNx formed under the micro heater, ultimately stacking the micro heater, insulator, sensing electrode, and sensing material on the SiNx membrane. Micro gas sensor formed into a can be manufactured. During the bulk micromachining process, all surfaces including the sensing material formed on the front surface are kept protected from contact with the jig or the like.

이와 같은 본 발명에 따르면, 기존 감지 물질 형성 공정은 매우 작은 면적에 형성이 어려우나. 본 발명에서는 포토-리소그래피 공정이나 전자-빔 리소그래피 등 패터닝 공정이 허락하는 매우 작은 면적에까지 다양한 감지 물질를 직접 형성할 수 있다.According to the present invention, it is difficult to form the existing sensing material formation in a very small area. In the present invention, various sensing materials can be directly formed in a very small area allowed by a patterning process such as a photo-lithography process or electron-beam lithography.

또한, 기존의 감지물 스크린 인쇄 방식이나 적하 방식에서는 유기물을 제거하기 위한 열처리 공정이 필수적이나, 본 발명에서는 감지 전극 상에 감지 물질을 직접 성장 시킴으로써 유기물 제거 공정을 생략할 수 있어 제조 공정을 단축할 수 있다는 효과가 얻어지는 동시에, 적하 방식으로 감지 물질을 형성한 경우 차후 열처리 공정 중 멤브레인이 파손되는 문제점까지 해결할 수 있다.In addition, in the existing sensing screen printing method or dropping method, a heat treatment process for removing organic matters is essential, but in the present invention, the organic material removal process can be omitted by growing the sensing material directly on the sensing electrode, thereby shortening the manufacturing process. At the same time, when the sensing material is formed by the dropping method, the membrane may be broken during the subsequent heat treatment.

본 발명에 따르면, 감지 전극 상의 감지 물질의 직접 성장은 SnO2 나노선 뿐 만 아니라, ZnO, WOx, FeOx 등의 다양한 반도체식 가스 센서용 감지재료를 형성할 수 있다.According to the present invention, the direct growth of the sensing material on the sensing electrode can form not only SnO 2 nanowires, but also various sensing materials for semiconductor gas sensors such as ZnO, WOx, FeOx, and the like.

또한, 선택성 및 반복성을 향상 시키기 위하여 특정한 금속이 도핑된 SnO2 등 개질된 산화물 반도체 나노선도 감지 전극 상에 직접 성장이 가능하다.In addition, modified oxide semiconductor nanowires such as SnO 2 doped with a specific metal may be directly grown on the sensing electrode to improve selectivity and repeatability.

도 1은 반도체 기판의 전면 및 배면에 절연층이 형성된 것을 도시한 도면.1 is a diagram illustrating an insulating layer formed on a front surface and a back surface of a semiconductor substrate.

도 2는 도 1에 후속하여 상기 반도체 기판의 전면에 형성된 절연층 상부에 Ti 접착층을 도포한 이후, 마이크로 히터로서 사용하기 위한 Pt 층을 도포한 상태를 개략적으로 도시한 도면.FIG. 2 schematically illustrates a state in which a Pt layer for use as a micro heater is coated after the Ti adhesive layer is coated on the insulating layer formed on the front surface of the semiconductor substrate subsequent to FIG. 1.

도 3은 도 2에 후속하여 상기 Pt 층을 마이크로 히터로서 패터닝한 상태를 도시한 도면.FIG. 3 is a view showing a state in which the Pt layer is patterned as a micro heater subsequent to FIG. 2; FIG.

도 4는 도 3에 후속하여, 상기 패터닝된 Pt 층 상부에 SiO2-Si3N4-SiO2로 이루어진 절연층을 형성한 상태를 개략적으로 도시한 도면.FIG. 4 schematically illustrates a state in which an insulating layer made of SiO 2 —Si 3 N 4 —SiO 2 is formed on the patterned Pt layer subsequent to FIG. 3.

도 5는 도 4에 후속하여, SiO2-Si3N4-SiO2로 이루어진 절연층 상부에 감지 전극으로서 사용될 Pt층을 도포한 상태를 개략적으로 도시한 도면.FIG. 5 schematically shows a state in which a Pt layer to be used as a sensing electrode is applied on top of an insulating layer made of SiO 2 —Si 3 N 4 —SiO 2 , subsequent to FIG. 4.

도 6은 도 5에 후속하여, 상기 Pt층을 감지 전극으로서 패터닝한 상태를 개략적으로 도시한 도면.FIG. 6 schematically illustrates a state in which the Pt layer is patterned as a sensing electrode, subsequent to FIG. 5; FIG.

도 7은 도 6에 후속하여, 감지 전극이 형성된 후, 상기 마이크로 히터의 전극에 전원을 공급하기 위한 히터 패드 접촉 홀을 형성한 상태를 개략적으로 도시한 도면.FIG. 7 schematically illustrates a state in which a heater pad contact hole for supplying power to an electrode of the micro heater is formed after the sensing electrode is formed, subsequent to FIG. 6.

도 8은 상기 감지 전극 상부에 촉매층을 형성한 상태를 개략적으로 도시한 도면.8 is a view schematically showing a state in which a catalyst layer is formed on the sensing electrode.

도 9는 상기 촉매층을 이용하여 SNO2 감지 물질을 성장시킨 상태를 개략적으 로 도시한 도면.FIG. 9 schematically illustrates a state in which an SNO 2 sensing material is grown using the catalyst layer. FIG.

도 10은 상기 실리콘 기판 및 실리콘 기판의 배면 절연층의 일부를 제거한 상태를 도시한 도면.FIG. 10 is a view showing a state in which a part of the silicon substrate and a rear insulating layer of the silicon substrate is removed. FIG.

Claims (15)

반도체 기판;Semiconductor substrates; 상기 반도체 기판 상에 형성되는 마이크로 히터층;A micro heater layer formed on the semiconductor substrate; 상기 마이크로 히터 상에 형성되는 감지 전극층;A sensing electrode layer formed on the micro heater; 상기 감지 전극 상부에 형성되는 감지 물질층을 포함하고,A sensing material layer formed on the sensing electrode; 상기 감지 물질층은 상기 감지 전극층 상에 미리 형성된 촉매층을 이용하여 상기 감지 전극층 상에 직접 성장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.And the sensing material layer is directly grown on the sensing electrode layer by using a catalyst layer previously formed on the sensing electrode layer. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반도체 기판과 상기 마이크로 히터층 사이에는 제1 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.And a first insulating layer is formed between the semiconductor substrate and the micro heater layer. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 마이크로 히터층은 백금/탄탈륨(Pt/Ta)인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.The micro heater layer is a micro gas sensor, characterized in that the platinum / tantalum (Pt / Ta). 제3항에 있어서,The method of claim 3, 상기 제1 절연층은 Si3N4를 포함하는 SiNx 계열의 물질인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.The first insulating layer is a micro gas sensor, characterized in that the SiNx-based material containing Si 3 N 4 . 제4항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 반도체 기판의 하부에는 제1 절연층과 동일한 물질의 제2 절연층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.And a second insulating layer of the same material as the first insulating layer is formed below the semiconductor substrate. 제5항에 있어서,The method of claim 5, 상기 마이크로 히터층과 상기 감지 전극 사이를 전기적으로 절연시키기 위한 제3 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.And a third insulating layer for electrically insulating between the micro heater layer and the sensing electrode. 제6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 감지 전극은 백금/티타늄(Pt/Ti)인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.And said sensing electrode is platinum / titanium (Pt / Ti). 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매층의 물질은 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서.The material of the catalyst layer is a micro gas sensor, characterized in that any one of a metal containing Au or Pd. 반도체 기판의 전면 및 배면에 제 1 및 제 2 절연층을 각각 형성하는 단계;Forming first and second insulating layers on the front and back surfaces of the semiconductor substrate, respectively; 상기 기판의 제1 절연층 접착층을 형성하고, 상기 접착층 상부에 마이크로 히터층을 형성하는 단계;Forming a first insulating layer adhesive layer of the substrate and forming a micro heater layer on the adhesive layer; 상기 마이크로 히터층을 도포하도록 제3 절연층을 형성하는 단계;Forming a third insulating layer to apply the micro heater layer; 상기 제3 절연층 상부에 감지 전극을 형성하는 단계;Forming a sensing electrode on the third insulating layer; 상기 감지 전극 상부에 감지 물질을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법.And growing a sensing material on the sensing electrode. 제9항에 있어서,10. The method of claim 9, 상기 감지 전극을 형성하는 단계 이후, 상기 감지 전극 상에 상기 감지 전극의 동일한 패턴의 형태로 촉매층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법.And after forming the sensing electrode, forming a catalyst layer on the sensing electrode in the form of the same pattern of the sensing electrode. 제10항에 있어서,The method of claim 10, 상기 촉매층의 물질은 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법.The material of the catalyst layer is a method of manufacturing a micro gas sensor, characterized in that any one of a metal containing Au or Pd. 제11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 감지 전극의 물질은 Pt인 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법.The material of the sensing electrode is a method of manufacturing a micro gas sensor, characterized in that the Pt. 제12항에 있어서,The method of claim 12, 상기 감지 물질을 성장시키는 단계는, 상기 감지 전극 상에 형성된 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나를 촉매로서 이용하여, VLS(Vapor-Liquid-solid) 방법을 통해 지속적으로 공급되는 Sn을 증발시키면서 Sn 나노선을 성장시키고, 이와 동시에 산소 가스를 공급함으로써 SnO2나노선이 감지 물질로서 상기 감지 전극 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 가스 센서의 제조 방법.The growing of the sensing material may include evaporating Sn continuously supplied through a vapor-liquid-solid (VLS) method using any one of Au or Pd-containing metals formed on the sensing electrode as a catalyst. A method for manufacturing a microgas sensor, wherein SnO 2 nanowires are formed on the sensing electrode as a sensing material by growing Sn nanowires and simultaneously supplying oxygen gas. SiNx 멤브레인 상에 마이크로 히터, 절연체, 감지 전극이 차례대로 형성된 마이크로 가스센서의 감지 전극 상부에 감지 물질층을 형성하는 방법에 있어서,A method of forming a sensing material layer on a sensing electrode of a micro gas sensor in which a micro heater, an insulator, and a sensing electrode are sequentially formed on a SiNx membrane, 상기 감지 전극 상부에 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 금속 촉매층을 형성하는 단계;Forming a metal catalyst layer of any one of metals including Au or Pd on the sensing electrode; 아르곤(Ar) 분위기에서 약 500℃에서 30분간 유지하여 감지 전극 상의 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 촉매층이 미세한 서클(circle) 형태로 클러스팅되도록 유도하는 단계;Holding at about 500 ° C. for 30 minutes in an argon (Ar) atmosphere to induce the catalyst layer of any one of the metals including Au or Pd on the sensing electrode to be clustered into a fine circle shape; 수평 구조의 전기로에서 감지 물질의 원료인 금속 Sn과 함께 상기 감지 전극 상에 형성된 촉매 물질인 클러스트된 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 어느 하나의 금속층이 공정(eutectic) 반응이 일어나도록 유도하는 단계;Inducing a eutectic reaction of a metal layer of any one of metals including a catalyst Au or Pd, which is a catalyst material, formed on the sensing electrode together with metal Sn as a raw material of the sensing material in an electric furnace having a horizontal structure; VLS(Vapor-Liquid-Solid) 방법을 이용하여 주석을 증발시킴과 동시에 지속적으로 주석을 공급함으로써 과포화된 주석이 클러스트된 Au 또는 Pd를 포함하는 금속 중 하나의 촉매 아래에 계속적으로 석출되어, Sn 나노선을 성장하는 단계;By evaporating tin using the VLS (Vapor-Liquid-Solid) method and continuously supplying tin, supersaturated tin is continuously precipitated under the catalyst of one of the metals containing the crusted Au or Pd. Growing a route; 산소 가스를 성장중인 Sn 나노선에 공급시켜 줌으로써 SnO2 나노선을 감지 전극 상에 감지 물질로서 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 SiNx 멤브레인 상에 마이크로 히터, 절연체, 감지 전극이 차례대로 형성된 마이크로 가스센서의 감지 전극 상부에 감지 물질층을 형성하는 방법.Forming a SnO 2 nanowire as a sensing material on the sensing electrode by supplying oxygen gas to the growing Sn nanowire, wherein the micro heater, the insulator, and the sensing electrode are sequentially formed on the SiNx membrane. A method of forming a sensing material layer on top of a sensing electrode of a gas sensor. 제14항에 있어서,The method of claim 14, 상기 감지 전극에 형성된 SnO2 나노선을 인접한 감지 전극 상에서 성장되는 SnO2 나노선에 상호 크로스-링크(cross-linking) 시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 SiNx 멤브레인 상에 마이크로 히터, 절연체, 감지 전극이 차례대로 형성된 마이크로 가스센서의 감지 전극 상부에 감지 물질층을 형성하는 방법.SnO 2 or mutually cross on SnO 2 nanowires are grown on a sensing electrode adjacent to the line formed on the sensing electrodes micro-heater on the SiNx membrane according to claim 1, further comprising the step of links (cross-linking), the insulator, the sense A method of forming a sensing material layer on top of a sensing electrode of a micro gas sensor in which the electrodes are formed in sequence.
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