СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ГАЗОВОГО СЕНСОРА Советский патент 1996 года по МПК H01L21/02 

Изобретение относится одновременно к газоаналитическому приборостроению и микроэлектронике и может быть использовано при производстве полупроводниковых преобразователей и сенсоров, изготовленных в рамках электронной технологии и предназначенных для детектирования и измерения микро- и макроконцентраций в газовой фазе различных веществ, например аммиака и влаги, в т. ч. внутрикорпусной.

Цель изобретения повышение чувствительности элемента.

Введение операции плазмохимического травления при указанных режимных параметрах приводит к изменению структурно-топологических характеристик пористого слоя и, вероятно, к физико-химической модификации его разветвленной поверхности, что, очевидно, и обеспечивает повышение чувствительности элемента.

П р и м е р 1. Чувствительный элемент полупроводникового газового сенсора (см. фиг.) изготавливают следующим образом. Высокоомную кремниевую подложку 1 марки КДВ-10 ориентации 100 с целью формирования пористого слоя подвергают анодной обработке в электролите (об.ч.): концентрированный водный раствор фтористоводородной кислоты 1, изопропиловый спирт 1 в течение 30 мин при плотности анодного тока 5 mA/см² при 20^oС. Обработанную подложку промывают в 3 л кипящей деионизованной воды. Затем, после сушки на центрифуге пластины помещают в реакционную камеру установки плазмохимического травления ОВПХ 0125/50-008 и осуществляют обработку полученного пористого слоя в плазме высокочастотного разряда в газовой среде с парциальным давлением компонентов (Па): фреон-14 42, кислород 25, арго 1 при плотности мощности разряда 0,05 Вт/см³ в течение 15 мин. Температура подложки составляет 80^oС, скорость газового потока 9 л/ч. После этого подложку помещают в вакуумную камеру установки УВЕ. Э1-ПЗ и через контактную маску на пористый слой 2 термическим распылением наносят пленку 3 алюминия толщиной от 30 до 50 мм. Затем через вторую контактную маску методом термического распыления, наносят алюминиевые контактные площадки 4 толщиной 0,5 мкм размером 0,2х0,2 мкм. Далее пластину разделяют на чипы размеров 2х3 мм, монтируют в металлостеклянные корпуса 5 и методом ультразвуковой сварки подсоединяют внешние выводы 6 из алюминиевой проволоки диаметром 40 мкм.

Апробацию чувствительных элементов к адсорбции паров воды осуществляют на вакуумной установке, в измерительную ячейку которой вмонтируют образец. После откачки системы до давления остаточных газов до 10^-4 Торр осуществляют напуск паров воды до давления 1 Торр и измерение относительного изменения сопротивления. Относительное изменение сопротивления на постоянном токе при 20^oС составляет 210%
Оценку чувствительности элемента к парам аммиака осуществляют на гостированном испытательном стенде, позволяющем получать концентрации исследуемого газа во влажном (65% отн.) воздуха от 0,5 до 1000 частиц на миллион (млн. ^-1). Относительное изменение электропроводности, фиксируемое при 20^oС на частоте 1 кГц, при напуске 250 млн^-1 составляет 830% Изменение емкости составляет примерно 220% Сигналы имеют растущий характер и обратимы при удалении паров аммиака из газового потока.

Последующие опыты по изготовлению чувствительного элемента аналогичны примеру 1, но отличаются от него или составом травящей газовой среды (парциальное давление компонентов, Па): фреон-14 40, кислород 21, аргон 5, или режимом плазмохимического травления: 0,04, 0,50, 0,55 Вт/см³; 1,20 мин.

Как видно из данных испытаний, заявляемый способ в отличие от известного обеспечивает повышение чувствительности изготавливаемого элемента к парам воды с 25 до 210% к парам аммиака во влажном воздухе со 110 до 830% (по электропроводности) и с 76 до 220% (по емкости).

За пределами заявляемых интервалов состава и режимных параметров наблюдаются следующие эффекты. При выходе за нижние пределы указанного состава плазмы, плотности мощности разряда и продолжительности травления тонкие пленки продуктов анодирования поверх пористого слоя не стравливаются, а при выходе за верхние пределы вышеуказанных технологических параметров происходит разрушение поверхности пористого слоя, что приводит к снижению чувствительности элемента полупроводникового сенсора.

Использование: изготовление чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора на основе пористого кремния. Сущность изобретения: при изготовлении чувствительного элемента на высокоомной кремниевой подложке с р-типом проводимости формируют пористый слой обработкой в НF-содержащем электролите, пористый слой промывают в кипящей деионизованной воде, сушат, проводят сухое травление в плазме высокочастотного разряда в газовой среде с парциальным давлением компонента (Па): фреон-14 40-42; кислород 21-25; аргон 1-5, при плотности мощности разряда 0,05-0,5 Вт/см³ в течение 1,5-15,0 мин, и затем через контактную маску наносят металл. Способ позволяет увеличить чувствительность элемента. 1 ил.

Способ изготовления чувствительного элемента полупроводникового газового сенсора, включающий формирование пористого слоя на высокоомной кремниевой подложке р-типа проводимости путем ее обработки в HF-содержащем электролите, промывку полученного пористого слоя в кипящей деионизованной воде, сушку его, нанесение металла поверх пористого слоя через контактную маску, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности элемента, перед нанесением металла проводят сухое травление пористого слоя в плазме высокочастотного разряда в газовой среде с парциальным давлением компонентов, Па:
Фреон-14 40 42
Кислород 21 25
Аргон 1 5
при плотности мощности разряда 0,05 0,5 Вт/см³ в течение 1,5 - 15,0 мин.