[发明专利]半导体传感器以及半导体传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体传感器以及半导体传感器的制造方法。

背景技术

近年来，考虑了对环境的影响，正在推进化学传感器、气味传 感器和气体传感器等的开发，这些传感器在晶体振荡器或表面弹性 波元件等的压电元件上形成吸附化学物质的分子的感应膜，通过将 所述感应膜的质量变化作为压电元件的振荡频率的变化来掌握，从 而检测包含在空气中的化学物质。

例如，下述专利文献1中公开了一种为了提高吸附灵敏度(即、 传感器灵敏度)而使薄膜(感应膜)的吸附面积增大的制造方法以 及使用了通过该制造方法制造的薄膜的化学传感器，该方法包括： 将感应膜材料和微粒子混合的步骤；使感应膜材料和微粒子的混合 物形成为薄膜的步骤；干燥该薄膜的步骤；以及将露出于干燥后的 薄膜表面的微粒子除去的步骤。

在上述现有技术中，为了提高感应膜的吸附灵敏度，另外需要 如上所述的特殊的制造步骤，因此，导致制造成本的增加，出现了 化学传感器的造价变高的问题。

专利文献1：特开2007-147556号公报

发明内容

本发明是鉴于这样的事实而做出的，其目的在于提供一种廉价 且高灵敏度的半导体传感器以及该半导体传感器的制造方法。

为了达到上述目的，本发明所涉及的半导体传感器包括：多层 压电薄膜，层压在半导体基板上；一对电极，形成在所述多层压电 薄膜中的至少上下一对的压电薄膜的界面上，用于激发表面弹性 波；金属薄膜，形成在最下层的压电薄膜与所述最下层的压电薄膜 正下面(directly under)的薄膜的界面上，并且，该金属薄膜促进 最上层的压电薄膜的表面上的凸凹部的生成；以及感应膜，在所述 最上层的压电薄膜上至少形成在所述凸凹部上，用于分子吸附。

具有这样特征的半导体传感器，通过在最下层的压电薄膜和该 最下层的压电薄膜正下面的薄膜的界面上形成所述金属薄膜，能够 使最上层的压电薄膜的表面上产生凸凹部。也就是说，能够使形成 在该最上层的压电薄膜的表面上的分子吸附用的感应膜的表面积 (分子吸附面积)增大，能够得到高灵敏度的半导体传感器。另外， 由于这样的金属薄膜的形成工艺可以利用一直使用的半导体制造 工艺，所以不需要现有技术(专利文献1)那样的用于增加感应膜 的表面积的特殊步骤，能够抑制制造成本。因此，根据本发明，能 够提供一种廉价且高灵敏度的半导体传感器。

另外，在上述半导体传感器中，优选金属薄膜是促进所述压电 薄膜中的纤锌矿结构在c轴方向上的结晶生长的金属。

通过使用这样的金属薄膜，能够促进最上层的压电薄膜的表面 上的凸凹部的生成。

另外，优选作为这样的金属薄膜，使用Pt、Au、Al、Ag、Cu、 Mo、Cr、Nb、W、Ni、Fe、Ti、Co、Zn和Zr之中的任何一种。

另外，优选上述的半导体传感器中包括振荡电路，所述振荡电 路是如下所述的结构，即、在所述最下层的压电薄膜和所述半导体 基板之间层压有构成反相器电路(倒相电路，inverter circuit)的薄 膜，表面弹性波元件和所述反相器电路电连接而成，其中，所述表 面弹性波元件包括所述金属薄膜、所述压电薄膜、所述电极和所述 感应膜。

这样反相器型的振荡电路的振荡频率依赖于表面弹性波元件 的频率特性而确定。由于在表面弹性波元件上设置有分子吸附用的 感应膜，所以表面弹性波元件的频率特性对应于该感应膜的分子吸 附量而变化，其结果是，振荡电路的振荡频率也变化。通过用外部 的频率计数器等计测与这样的分子吸附量对应的振荡频率的变化， 能够高灵敏度地检测出包含在空气中的化学物质。

另外，优选在上述的半导体传感器中，上述反相器电路包括 CMOS电路。

通过这样地使用CMOS电路作为反相器电路，可以实现半导体 传感器的低耗电性和高应答性。

另外，在上述的半导体传感器中，优选包括多个所述振荡电路， 将所述多个振荡电路中的至少一个所包含的所述表面弹性波元件 作为未形成上述感应膜的参考用元件。

这样，将作为参考元件的包括未形成感应膜的表面弹性波元件 的振荡电路的振荡频率作为参考频率，并与其他的振荡电路的振荡 频率进行比较，从而能够容易地检测根据分子吸附而变动的频率， 能够得到更高灵敏度的半导体传感器。