气敏元件及其制造方法技术

公开一种气敏元件及其制造方法包括：一块其背面的预定部分被腐蚀的半导体基片；在该半导体基片上所形成具有图形凹槽的支撑层；在该图形凹槽上所形成的加热丝；在整个加热丝的表面上所形成的绝缘层；在所说的绝缘层上所形成的电极以及在整个所说的电极的表面上所形成的敏感层。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别涉及一种内装微加热丝的。一般，为了各种目的，气敏元件探测漏气、缺氧、及由氮或氧化碳构成的污染材料，或控制引擎或锅炉的燃烧条件。一个用于上述各种目的半导体气敏元件，通常由气体敏感部分、加热部分及防爆网组成。下面将解释此种气敏元件的工作原理。首先，当气体与敏感层接触时，在气体分子与敏感层之间产生电荷迁移，改变电导率，亦即电阻值。流过电极的电流值也有改变。这样一来就探测到气体的存在。当电流流过加热丝时，气体敏感层被加热丝加热。这样就提高了敏感层的灵敏度和响应率，同时去除其沾污。根据一般的不采用半导体工艺的方法，将具有上述性能的加热丝由Ni-Cr、Ta或Pt一类金属线制成的线圈形式埋入，如附图说明图1所示。此种线圈式的加热丝主要用来加热陶瓷管。然而，这种线圈式的加热丝对集成器件，如偏平式的敏感元件是不适合的。所以，为了解决线圈式的加热丝的缺陷，而提出一种用丝网印刷形成的加热丝图形加热陶瓷基片的厚膜式加热丝。下面参照图2和3来解释这种具有以丝网印刷制成的厚膜式加热丝的气敏元件。图1是常规厚膜式加热丝的平面视图。图2是具有图1所示的厚膜式加热丝的常规气敏元件的剖面图。如图1所示，将形成加热丝图形4的丝网放在陶瓷基片1上，并使丝网隔开一预定间距。然后，用加热丝材料膏，即Pt膏或RuO2膏进行印刷。然后，在高温对陶瓷基片1实行热处理，去除膏中所含的有机材料。这样一来，只有Rt或RuO2的加热丝材料以加热丝图形的形状留在陶瓷基片1上，制成加热丝。图2所示，一个常规的气敏元件包括一块陶瓷基片1、在整个陶瓷基片1的表面上所形成的电极2、在整个电极2表面上所形成的敏感层3、以及在陶瓷基片1背面所形成的厚膜式加热丝4。然而，在这种常规的气敏元件中，这种以丝网印刷方法所形成的厚膜式加热丝4太厚，高于几十微米厚，不能制作精细的图形。此外，该厚膜式加热丝增大了功耗，难以用于半导体制造工艺。同时，在形成加热丝图形的已有技术中也曾采用湿法腐蚀或干法腐蚀。下面将解释采用腐蚀方法形成加热丝图形的工艺。首先，在支撑层上淀积Pt或Au一类的加热丝材料，然后用光刻腐蚀去掉在不需要的部分所淀积的加热丝材料，完成加热丝图形。然而，上述的腐蚀方法因采用腐蚀而使工艺复杂化。而Pt或Au一类的金属又难以腐蚀。这不能精确地实施腐蚀。因而，导致广泛使用剥离方法，因为在加热丝图形形成的工艺中它不需要单独的腐蚀溶液，又能选择去掉难腐蚀的金属，例如Pt或Au。下面简要介绍剥离方法。首先，在支撑层上涂敷光致抗蚀胶，通过光刻选择去掉光致抗蚀胶，露出支撑层要求加热丝材料的部分，在支撑层不需要加热丝材料的部分留下光致抗蚀胶。然后，在支撑层和光致抗蚀胶上淀积加热丝材料，将所得结构浸入丙酮中，以便借助于超声波溶解光致抗蚀胶。这样一来，去掉了光致抗蚀胶，同时去掉了在光致抗蚀胶上所淀积的加热丝材料，只在露出支撑层的加热丝图形上留下加热丝材料。最近，提出采用半导体工艺，通过上述剥离方法来制造具有精密结构的微加热丝的方法。下面参照图3A～3D简要解释这种工艺。图3A～3D是采用剥离方法用于制造气敏加热丝的常规方法的连续制造过程的剖面图。如图3A所示，在硅基片上(未示出)生长一层氧化硅或氮化硅，形成支撑层12。在该支撑层12上涂敷光致抗蚀胶13，然后如图3B所示，有选择地腐蚀，以便只在不需要在后序工艺中将要淀积加热丝材料的部分留有光致抗蚀胶。通过此工艺，形成加热丝图形。这里所形成的留下的光致抗蚀胶的上缘具有外伸结构。下面将说明由光致抗蚀胶形成的加热丝图形为何会有外伸结构的原因。在气敏元件的常规制造方法中，在支撑层上涂敷光致抗蚀胶，垂直腐蚀光致抗蚀胶，只去掉不要需要加热丝材料的部分，形成加热丝图形，在加热丝图形的整个表面上淀积加热丝材料，再用剥离工艺去掉在不需要的部分所留下的加热丝图形。这里的加热丝材料与加热丝图形的边缘是接触的，其边缘在光致抗蚀胶腐蚀过程中，未经腐蚀而留下。所以，不需要的加热丝图形不是完美地被去掉。因此，当加热丝图形的上缘有外伸结构时，不使加热材料与加热图形的边缘接触。然后，如图3C所示，在整个支撑片12的表面上淀积加热丝材料14，将所得结构浸入丙酮中，用超声波使加热丝图形溶解于丙酮中。此时，当去掉加热丝图形13a时，同样也去掉了在加热丝图形上所淀积的加热丝材料14。加热丝材料14只留在支撑层12被裸露的加热丝图形部分上，完成加热丝14a。然而，如图3B所示，即使按让其上缘有外伸结构的A的方式将光致抗蚀胶13构图，如图3C所示，在支撑层12上淀积加热丝材料14的情况下，淀积在支撑层12上的加热丝材料不是垂直地而是以不同角度下落到加热丝图形13a上。因此，该加热丝材料甚至淀积到外伸结构的下边，使加热丝材料两端变得比中间部分高，而成刃状。因而，如图3D所示，在加热丝14a的两边形成了刀刃状的不需要的竖直图形B。在采用前述的加热丝来制造半导体气敏元件的情况下，在加热丝和电极之间所形成的绝缘层是如此之薄，以致在加热丝的两个边缘上所形成的、不希望有的刃状竖直图形可能会接触到电极。因此，毁坏了加热丝和电极之间的绝缘，使气敏元件特性变劣。本专利技术的目的在于提供一种，增加加热丝和电极之间的绝缘，而改善气敏元件可靠性。为达到本专利技术的目的，提供一种气敏元件，包括一块其背面的预定部分被腐蚀的半导体基片；在该半导体基片上所形成的其上有图形凹槽的支撑层；在图形凹槽上所形成的加热丝；在整个加热丝的表面上所形成的绝缘层；在所说的绝缘层上所形成的电极以及在所说的电极的整个表面上所形成的敏感层。为本专利技术的目的，进一步提出一种制造气敏元件的方法，该方法包括以下各步骤制备一块半导体基片；在该半导体基片上形成由上、下支撑层构成的支撑层；在支撑层上形成图形凹槽；在图形凹槽上形成加热丝；在整个加热丝的表面上形成绝缘层；在绝缘层上形成电极；在整个电极表面上形成敏感层以及腐蚀半导体基片的背面露出下支撑层。图1是常规厚膜式加热丝的平面图；图2是具有图1所示的厚膜式加热丝的常规气敏元件的剖面图；图3A～3D是用于制造气敏元件加热丝的常规方法的连续制造过程的剖面图；图4是依本专利技术的气敏元件的剖面图；以及图5A～5F是用于制造依本专利技术的气敏元件的方法的连续制造过程的剖面图。下面参照附图解释本专利技术的优选实施方案。图4是依本专利技术的气敏元件的剖面图。如图4所示，依本专利技术的气敏元件包括一块其背面的预定部分被腐蚀的半导体基片21；在该半导体基片21上所形成的具有图形的凹槽24的支撑层22；在图形凹槽24上所形成的加热丝25a；在整个加热丝25a表面上所形成的绝缘层26；在绝缘层26上所形成的电极(27)以及在整个电极27表面上所形成的敏感层28。这里的支撑层22由下支撑层22a和上支撑层22b构成。下支撑层22a由氮化硅形成，而上支撑层22b由PSG形成。上、下支撑层22a和22b还可用除氮化硅和PSG以外的其它各种绝缘材料形成。下面参照附图解释制造具有上述结构的气敏元件的方法。图5A～5F是用于制造依本专利技术的气敏元件的方法的连续制造过程的剖面图。首先，制备一块半导体基片21，例如两面抛光的P型片子。然后，用丙酮、甲醇和去离子水进行标准清洗工艺。用氟酸去掉半导体基片21表面上所形成的自然氧化物。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种气敏元件，包含：一块其背面的预定部分被腐蚀的半导体基片；在所说的半导体基片上所形成的其上有图形凹槽的支撑层；在所说的图形凹槽上所形成的加热丝；在整个所说的加热丝的表面上所形成的绝缘层；在所说的绝缘层上所形成的电极；以 及在整个所说的的电极的表面上所形成的敏感层。

【技术特征摘要】
KR 1994-10-26 27489/941.一种气敏元件，包含一块其背面的预定部分被腐蚀的半导体基片；在所说的半导体基片上所形成的其上有图形凹槽的支撑层；在所说的图形凹槽上所形成的加热丝；在整个所说的加热丝的表面上所形成的绝缘层；在所说的绝缘层上所形成的电极；以及在整个所说的的电极的表面上所形成的敏感层。2.如权利要求1所要求的气敏元件，其中所说的图形凹槽是形成在所说的支撑层表面上，与所说的加热丝的两(刃状)边缘同深度。3.一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴炫洙，申铉雨，权哲汉，洪炯基，尹童铉，李圭晶，金成泰，
申请(专利权)人：LG半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]