CN119452250A 氢检测装置及其制造方法 （新唐科技日本株式会社）

2024.12.26PCT/JP2023/0242242023.06.29WO2024/009891JA2024.01.11氢检测装置(10)具备构成桥接电路的作为第一电阻元件的氢传感器(100)、作为第二电阻至少氢传感器(100)以及参考元件(100a)形成于一个半导体芯片(12)。氢传感器(100)具有第一电极(103)及第二电极(106)、金属氧化物层(104)及绝缘膜(107b)等，绝缘膜(107b)具有使第二电极(106)露出的开口(106a)。参考元件属氧化物层(104)及绝缘膜(107b)等，绝缘膜2所述第一电阻元件的一端与所述第二电阻元件的所述第三电阻元件的一端与所述第四电阻元件的所述第一电阻元件的另一端与所述第三电阻元件的另所述第二电阻元件的另一端与所述第四电阻元件的另所述第一电阻元件、所述第二电阻元件、所述第三电阻元件以及所述第第一金属氧化物层，与所述第一电极的所述主面和所述第所述第一绝缘膜具有使所述第二电极的与所述主面相对的另一面不被所述第一绝缘第二金属氧化物层，与所述第三电极的所述主面和所述第所述第二绝缘膜不具有使所述第四电极的与所述主面相对的另一面不被所述第二绝在针对所述第二电极的平面图中，所述第一电阻元件与所述第三电阻元件的距离为作为所述第一电阻元件的一端和另一端，所述第一电阻元件具有经在针对所述第二电极的平面图中，所述第一开口形成于所述第作为所述第一电阻元件的一端和另一端，所述第一电阻元件具有经所述第二绝缘膜在与所述第一绝缘膜的所述第一开口对应的位置具有内侧面及底面3所述第一电阻元件、所述第二电阻元件、所述第三电阻元件以是具备构成桥接电路的作为氢传感器的第一电阻元件、第二电在所述层叠体形成步骤中，作为用于所述第一电阻元件以在所述开口形成步骤中，至少对于所述第一电阻元件的所述第二电极的与所述主面相对的另一面不被所述绝缘膜覆盖而露出在所述开口形成步骤中，除了所述第一电阻元件的所述氢检测装置的制造方法还包括利用氢不透过膜覆盖所形成的所述第二开口的内4第三电阻元件以及所述第四电阻元件中的至少所述第一电阻元件以及所述第三电阻元件5在所述层叠体形成步骤中，作为用于所述第一电阻元件以及所述第三电阻元件的层叠体，[0019]图4B是表示图4A所示的氢检测装置中的氢传感器以及参考元件的布线图案的布[0021]图6是表示有关实施方式的氢检测装置的输出电压(差电压)的时间依赖性和距离[0025]图9B是表示图9A所示的氢检测装置中的氢传感器以及参考元件的布线图案的布B之间插入了其他电路要素的状态下A和B间6[0030]氢检测装置10具备构成桥接电路的作为第一电阻元件的氢传感器100、作为第二使用的情况下，第一端子TE1及第二端子TE2作为氢传感器100的一端及另一端与其他电阻[0036]此外，本图所示的氢传感器100是无论是横型模式还是纵型模式都能够使用的两2A的上表面)与金属氧化物层104相接，另一个面(即图2A的下表面)与绝缘膜107a及通孔氮化钛等与构成金属氧化物的金属相比标准电极电位更7氮化钽(TaN)或氮化钛(TiN)等过渡金属氮化物[0039]金属氧化物层104被第一电极103及第二电极106的相对的两个主面夹持，由作为具有气体响应性的电阻膜的金属氧化物构成，具有根据第二电极106所接触的气体中的含氢气体的有无而可逆地变化的电阻值。金属氧化物层104只要具有电阻因氢而变化的性质是指从化学计量组成的金属氧化物中的氧的量减去该金属氧化物中的氧的量而得到的值。氧化物的氧空位度基于这些化学计量组成的金属氧化物中具有最高电阻值的一个来定义。[0042]图2A所示的金属氧化物层104具有与第一电极103相接的第一层104a和与第一层属氧化物层104在第一电极103的平面图的外周具有绝[0044]这样的金属氧化物层104的电阻状态根据与第二电极106接触的含氢气体(量越属层106s及外部气体相接。第二电极106在开口106a内具有向外部气体露出的露出部分2A的第二电极106是铂(Pt)。在第二电极106连接有两个端子、即第一端子TE1和第二端子8[0048]如图2B所示，第一端子TE1和第二端子TE2在第二电极106的平面图中被配置于夹106的露出部分106e的通电使露出部分106e的氢解离作用活性化。预定电压可以是具有相[0049]就氢传感器100而言，通过在露出部分106e的通电中包含氢原子的气体分子与露过在露出部分106e的通电中包含氢原子的气体分子与露出部分106e接触，由此使第一电极氢原子的气体分子与露出部分106e接触，使第一端子TE1及第二端子TE2中的至少一方与第三端子BE之间的电阻值变化。通过上述的检测电路检测该电阻值的变化(也将该检测称作度小的Ta2O5或TaOX为材料的一层[0056]参考本图和图2A可知，参考元件100a相当于在图2A所示的氢传感器100中未形成极(图3的第一电极103)的主面和第四电极(图3的第二电极106)的主面相接地配置的第二(图3的第二电极106)和第二金属氧化物层(图3的金属氧化物层104)的第二绝缘膜(图3的9[0059]图4B是表示图4A所示的氢检测装置10中的氢传感器100及参考元件100a的布线图TE2与未形成开口的参考元件100a的第二端子TE2连接且与桥接电路的端子A连接的布线图件100a的第一端子TE1与桥接电路的端子D连接[0061]对半导体基板反复进行用于形成氢传感器100及参考元件100a的层叠体的成膜及(基于等离子体的氮氧化硅膜)等保护膜的绝缘膜109a、作为Au等电极的第一端子TE1及第二端子TE2、作为HDP_NSG(基于高密度等离子体的掺氮玻璃)等作为层间绝缘膜的绝缘膜绝缘膜109b的一部分除去为矩形状，从而形成氢传感器100的开口106a(开口形成步骤[0064]图6是表示有关实施方式的氢检测装置10的输出电压(差电压)的时间依赖性以及[0065]图6的(a)是在不存在氢的环境下，使图4A所示的在氢检测装置10的氢传感器100与参考元件100a之间的平面图中的距离作为参数变化，记录在桥接电路的端子B_D间出现[0067]图6的(b)是将图6的(a)中得到的结果改写为差电压(纵轴)的距离(横轴)依赖性的桥接电路检测由半导体芯片12中的配置位置的差异引起的结构物[0069]由此可知，在构成桥接电路的氢传感器100与参考元件100a之间的平面图中的距氢传感器100与参考元件100a之间的距离为27μm的氢检测装置10，在不存在氢的环境下确认出差电压为0mV之后，将氢检测装置10的环境在300msec的期间内将氢浓度设为0.01%,[0071]如本图所示，具备相距27μm的距离而配置的氢传感器100和参考元件100a的氢检[0074]图8是表示实施方式的变形例1的氢检测装置10a的整体结构例的概略图。与图4A接电路的四个电阻元件中的仅氢传感器100和参考元件100a形成于一个半导体芯片12，其他两个电阻器R1和R2安装于半导体芯片12[0075]即使是这样的实施方式的变形例1的氢检测装置10a，氢传感器100和参考元件[0077]图9B是表示图9A所示的氢检测装置10b中的氢传感器100及参考元件100b的布线子TE2与形成有开口110a的参考元件100b的第二端子TE2连接且与桥接电路的端子A连接的参考元件100b的第一端子TE1与桥接电路的端子D连[0078]即使是这样的实施方式的变形例2的氢检测装置10b，氢传感器100和参考元件出了着眼于构成图9A所示的氢检测装置10b的4个电阻元件中的氢传感器100和参考元件[0080]对半导体基板反复进行用于形成氢传感器100及参考元件100b的层叠体的成膜及(基于等离子体的氮氧化硅膜)等保护膜的绝缘膜109a、作为Au等电极的第一端子TE1及第二端子TE2、作为HDP_NSG(基于高密度等离子体的掺氮玻璃)等作为层间绝缘膜的绝缘膜膜107c及绝缘膜109b的一部分以矩形状去除，以使第二电极106的上表面相对于氢传感器100的中间生成物及参考元件100b的中间生成物分别露出，由此形成氢传感器100的开口[0082]最后，形成于参考元件100b的开口110a的内侧面及底面由P_SiON等氢不透过膜所示的实施方式的变形例2的氢检测装置10b相比，不同点在于，在变形例3的氢检测装置[0084]即使是这样的实施方式的变形例3的氢检测装置10c，氢传感器100和参考元件106及第一金属氧化物层(图2A的金属氧化物层104)的第一绝缘膜(绝缘膜107a～107c、有使第四电极(图3的第二电极106)的与主面相对的另一面不被第二绝缘膜覆盖而露出的[0086]由此，构成高灵敏度的桥接电路的氢传感器100及参考元件100a是具有基本相同由通孔108与第二电极106的另一面连接的端子(第一端子TE1或第二端子TE2)和经由通孔器100的第一绝缘膜中的开口106a对应的位置具有内侧面和底面被氢不透过膜110覆盖的[0094]由此，构成高灵敏度的桥接电路的氢传感器100及参考元件100a是具有基本相同还包括利用氢不透过膜110覆盖所形成的第二开口(110a)的内侧面和底面的氢不透过膜形的一部分的构成要素组合而构建的其他方式也包含于本发明传感器100与参考元件100a的距离为2000μm以下，则也可以是任意的距离，例如1500μm以[0101]本发明的氢检测装置能够作为使用了桥接电路的高灵敏度且稳定地动作的氢检