專利名稱：用于傳感半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中氟物質(zhì)的設(shè)備和工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于氟物質(zhì)的傳感器和傳感這種物質(zhì)的方法，具有用于監(jiān)控半導(dǎo)體處理操作中的含氟化合物和離子物質(zhì)的實(shí)用性。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體器件的制造中，硅(Si)和二氧化硅(SiO2)的淀積以及后續(xù)刻蝕是重要的操作步驟，目前包括8-10個步驟或總制造工序的約25％。每種淀積工具和刻蝕工具必須經(jīng)歷周期性的清洗工序，有時每次運(yùn)行時，以便保證均勻的和一致的薄膜性能。
目前，在刻蝕操作中，當(dāng)過去規(guī)定的時間量時，到達(dá)刻蝕終點(diǎn)。在刻蝕時，其中在清洗刻蝕完成之后，處理氣體繼續(xù)流入反應(yīng)器室是普遍的，導(dǎo)致較長的處理周期，減小的工具壽命和不必要的全球-變暖氣體損失到大氣(Anderson，B、；Behnke，J、；Berman，M、；Kobeissi，H、；Huling，B、LanganJ、；Lynn，S-Y、，Semiconductor International，October(1993))。
當(dāng)在半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中利用SiN時，在氮化硅材料的刻蝕中出現(xiàn)類似的問題。
各種分析技術(shù)，如FTIR，發(fā)射光譜學(xué)和電離質(zhì)譜分析可以用來監(jiān)控刻蝕工序。但是，這些技術(shù)往往是昂貴的，以及由于它們的復(fù)雜性常常需要專門的操作者。
因此提供可靠的、低成本的氣體傳感能力是技術(shù)上的重大進(jìn)步，該傳感能力通過減小和優(yōu)化清洗和刻蝕時間用來增加設(shè)備的生產(chǎn)量和刻蝕效率，該設(shè)備用于包括硅、氮化硅和二氧化硅的含硅材料的淀積和刻蝕，由此減小化學(xué)用途、延長設(shè)備使用壽命以及減小設(shè)備停機(jī)時間。
在解決該需要中，由于可以以快速方式熱操作懸浮結(jié)構(gòu)的制造的可控制性，微加工的氣體傳感器件對于提供高性能傳感概念上是有用的。已使用標(biāo)準(zhǔn)的2-級CMOS工藝研發(fā)表面微加工器件。但是，在用于侵蝕性環(huán)境的處理傳感器的制造中，主要問題是傳感器平臺的保護(hù)，特別是采用了SiO2和/或Si3N4的微加工元件，由于在他們被暴露的處理環(huán)境中這些材料被迅速地刻蝕，影響目標(biāo)氣體成分的傳感。
因此提供一種低抗被監(jiān)控的氣體環(huán)境侵襲的微加工傳感器件是重大的進(jìn)步，例如，被監(jiān)控的氣體環(huán)境含氟物質(zhì)或其他腐蝕劑或蝕刻劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上涉及用于傳感對這種物質(zhì)的存在是敏感的環(huán)境中的氟物質(zhì)的設(shè)備和方法，如周圍環(huán)境、來自半導(dǎo)體制造工序的排氣流等。
在一個方面，本發(fā)明涉及一種氣體傳感器組件，包括自立式氣體傳感器元件，該自立式氣體傳感器元件在襯底上耦合到一個器件，該器件用于監(jiān)控其與目標(biāo)氣體物質(zhì)接觸時氣體傳感器元件的至少一種性能變化并響應(yīng)地產(chǎn)生控制信號，其中氣體傳感器元件由與目標(biāo)氣體物質(zhì)接觸時顯示出所述變化的材料形成。
發(fā)明的再一方面涉及以傳感關(guān)系耦合到處理室以及布置為承受這種處理室內(nèi)的腐蝕條件的固態(tài)傳感器。
本發(fā)明的另一方面涉及布置為監(jiān)控來自半導(dǎo)體制造工廠的流出物或源于流出物的流體的氣體傳感器組件，其中源于此的流出物或流體容許包括目標(biāo)氣體物質(zhì)，以及氣體傳感器組件包括氣體傳感器元件，該氣體傳感器元件在襯底上耦合到一個器件，該器件用于監(jiān)控氣體傳感器元件與流出物或源于流出物的流體中的目標(biāo)氣體物質(zhì)接觸時的氣體傳感器元件的至少一種性能變化并響應(yīng)地產(chǎn)生控制信號的，其中氣體傳感器元件由與目標(biāo)氣體物質(zhì)接觸顯示出這種變化的材料形成。
發(fā)明的再一方面涉及監(jiān)控其中目標(biāo)氣體物質(zhì)存在的流體位置的方法，所述方法包括在所述流體位置將流體暴露于自立式氣體傳感器元件，該自立式氣體傳感器元件由其與目標(biāo)氟氣體物質(zhì)接觸時顯示出其至少一種性能變化的材料形成；監(jiān)控步驟(a)過程中氣體傳感器元件的所述至少一種性能；以及當(dāng)氣體傳感器元件顯示出氣體傳感器元件的至少一種性能的所述變化時，響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號，表示流體位置中目標(biāo)氟氣體物質(zhì)的存在或流體位置中的目標(biāo)氣體物質(zhì)的濃度變化。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種制造氣體傳感器組件的方法，包括以下步驟提供一種包括襯底部件的基本組件，襯底部件具有在其上分隔開的直立觸點(diǎn)；在觸點(diǎn)之間的基本組件上淀積支撐材料層；在支撐材料層上淀積傳感器材料層；以及除去傳感器材料層下面的支撐材料，以形成自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明的再一方面涉及一種制造氣體傳感器組件的方法，包括以下步驟提供襯底部件；在襯底部件中形成溝槽；在溝槽中淀積支撐材料；在溝槽和襯底部件的相鄰表面區(qū)域上淀積傳感器材料層；從傳感器材料層下面的溝槽除去支撐材料，以形成重疊溝槽的自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)。
發(fā)明的另一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括自立式氣體傳感器元件，該自立式氣體傳感器元件在襯底上耦合到一個器件，該器件用于監(jiān)控自立式氣體傳感器元件與氟物質(zhì)接觸時氣體傳感器元件的至少一種性能變化并響應(yīng)地產(chǎn)生控制信號，其中氣體傳感器元件由與氟物質(zhì)接觸時顯示出這種變化的材料形成。
發(fā)明的再一方面涉及以氣體傳感關(guān)系耦合到處理室并布置為承受這種處理室內(nèi)的腐蝕條件的固態(tài)傳感器。其中固態(tài)傳感器包括自立式氣體傳感器元件和信號發(fā)生器，自立式氣體傳感器元件布置為接觸腐蝕環(huán)境并通過氣體傳感器元件的至少一種可監(jiān)控性能的變化響應(yīng)該接觸，以及信號發(fā)生器布置為輸出指示氣體傳感器元件的這種至少一種性能變化的信號。
本發(fā)明的附加方面涉及一種氣體傳感器組件，包括襯底，具有在其上淀積的、用于在氣體傳感過程中保護(hù)襯底的阻擋層，在傳感材料的阻擋層上淀積的、在氣體傳感中暴露于待傳感氣體時產(chǎn)生傳感材料層的至少一種性能或響應(yīng)特性變化的層，以及在其背側(cè)上的襯底部件中形成的空腔，這種空腔在傳感層的背面終止。
再一方面，本發(fā)明涉及一種制造氣體傳感器組件的方法，包括以下步驟提供襯底部件；
在襯底部件上淀積阻擋層；在阻擋層上淀積傳感層；以及微加工在阻擋層的內(nèi)表面終止的襯底部件中的背面空腔。
本發(fā)明的又一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括自立式金屬傳感器元件和信號發(fā)生器，自立式金屬傳感器元件布置為元件的選擇性電阻加熱以及在氣體環(huán)境中與氟物質(zhì)接觸時顯示出至少一種元件性能變化，以及信號發(fā)生器可操作地與傳感器元件耦合，以當(dāng)被監(jiān)控的氣體與傳感器元件接觸以及被監(jiān)控的氣體含有這種氟物質(zhì)時，輸出指示被監(jiān)控的氣體中存在氟物質(zhì)的信號。
本發(fā)明的又一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括柱子陣列，圍繞這種柱子編織的一種或多種自立式金屬傳感器引線，以提供用于與對的存在敏感的氣體接觸的編織引線結(jié)構(gòu)，其中引線與一種或多種目標(biāo)物質(zhì)交互作用產(chǎn)生指示這種一種或多種目標(biāo)物質(zhì)存在的響應(yīng)。
另一方面，本發(fā)明涉及一種包括扁平烤盤結(jié)構(gòu)的氣體傳感器組件，扁平烤盤結(jié)構(gòu)包括通過這種氟物質(zhì)的存在或濃度增加的響應(yīng)指示響應(yīng)于這種氟物質(zhì)存在的自立式氣體傳感器元件。本發(fā)明的再一方面涉及一種用于探測氣體環(huán)境中的氟物質(zhì)的氣體傳感器件，包括耐氟物質(zhì)的聚酰亞胺支撐結(jié)構(gòu)和在其上支撐的傳感引線，用于接觸氣體環(huán)境，其中在暴露于氟物質(zhì)時傳感引線響應(yīng)地顯示出可監(jiān)控變化。
本發(fā)明的再一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括通過所述氟物質(zhì)的響應(yīng)指示響應(yīng)暴露于氟物質(zhì)的自立式氣體傳感器元件，其中所述自立式氣體傳感器元件包括復(fù)合細(xì)絲，復(fù)合細(xì)絲包括具有在其上涂敷的氟物質(zhì)敏感材料的細(xì)絲線心，其中與所述氟物質(zhì)響應(yīng)材料相比所述線心材料具有較高的電阻率。
本發(fā)明的又一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括耦合到微電子器件封裝的連接器管腳的自立式氣體傳感器元件，其中自立式氣體傳感器元件被布置為與對其中的一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化敏感的氣體環(huán)境接觸。自立式氣體傳感器元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)中通過微電子器件封裝的所述連接器管腳顯示出響應(yīng)可傳送性的材料形成。
本發(fā)明的另一方面涉及一種氣體傳感器組件，包括襯底上的自立式部件，其中自立式部件包括布置為與對其中一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化敏感的氣體環(huán)境接觸的氣體傳感器元件，以及氣體傳感器元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)中顯示出氣體環(huán)境中的一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化的響應(yīng)指示的材料形成，具有包括耐目標(biāo)氣體物質(zhì)的材料阻擋層的自立式部件，支撐該氣體傳感器元件。
在又一方面，本發(fā)明涉及一種氣體傳感器組件，包括在絕緣腳手架部件上或絕緣腳手架部件中編織的自立式氣體傳感引線元件，以及包括其上的許多繞組，以形成編織引線結(jié)構(gòu)，其中引線元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)中顯示出響應(yīng)性的材料形成，以及這種引線元件被耦合到電路，以當(dāng)引線元件暴露于這種目標(biāo)氣體物質(zhì)時產(chǎn)生氣體環(huán)境中的目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化的輸出指示。
在此使用的術(shù)語“氟物質(zhì)”希望廣泛地解釋為包括所有含氟材料，包括而不限于，氣態(tài)氟化物、原子氟本身以及二價(F2)形式、氟離子和含氟離子物質(zhì)。氟物質(zhì)可以包括例如NF3、SiF4、C2F6、HF、F2、COF2、ClF3、IF3等，以及其激活的含氟物質(zhì)(共同地表示為F●)，包括電離的碎片、等離子體形式等。
從接下來的公開內(nèi)容和附加的權(quán)利要求將更完全明白發(fā)明的其他方面、特點(diǎn)和實(shí)施例。


圖1，2和3是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例傳感器制造中的工藝流程的示意圖。
圖4描繪了根據(jù)發(fā)明的另一實(shí)施例的傳感器組件的制造中的連續(xù)步驟(步驟A至F)。
圖5-8描繪了傳感器組件的制造中的連續(xù)步驟，具有作為膜片支撐材料的抗化學(xué)阻擋層。
圖9是氣體傳感器組件的示意圖形，包括在垂直定向的平面中編織的傳感器引線。
圖10是氣體傳感器組件的示意性圖形，包括在水平定向的平面中編織的傳感器引線。
圖11是以跑道圖形圍繞柱子纏繞的傳感器引線的示意圖形。
圖12示出了支柱子上編織的傳感器引線的8字形圖形。
圖13示出了支柱子上纏繞的傳感器引線的“S”形結(jié)構(gòu)。
圖14示出了利用跑道編織技術(shù)的垂直編織氣體傳感器組件。
圖15示出具有“S”形編織的編織氣體傳感器組件。
圖16示出根據(jù)發(fā)明的另一實(shí)施例，在氣體傳感器元件中編織的8字形結(jié)構(gòu)。
圖17是圖14的氣體傳感器組件的頂平面圖。
圖18是圖15的氣體傳感器組件的頂平面圖。
圖19是圖16的氣體傳感器組件的頂平面圖。
圖20說明包括具有垂直切口的Vespel聚酰亞胺阻擋元件機(jī)構(gòu)的氣體傳感器組件，垂直切口形成用于控制傳感線的垂直位置的架子。
圖21描繪包括法蘭和用完全平行的切口加工的Vespel聚酰亞胺阻擋元件的氣體傳感器組件，以形成周圍可以編織傳感器引線的柱子。
圖22說明多孔的Vespel聚酰亞胺元件陣列和傳感引線組件。
圖23示出了具有以螺旋陣列編織的傳感器引線的圓柱形Vespel聚酰亞胺元件。
圖24說明設(shè)置用于垂直編織傳感引線的支撐結(jié)構(gòu)的圓柱形Vespel聚酰亞胺元件。
圖25示出圓柱形Vespel元件和傳感引線的“S”形編織圖形。
圖26是NF3等離子體測試歧管(test manifold)的示意圖。
圖27是由基線Pt箔的傅里葉變換紅外線(FTIR)監(jiān)控測試的壓降和SiF4濃度的曲線圖。
圖28是當(dāng)硅芯片增加時由Pt箔的FTIR監(jiān)控的壓降和SiF4濃度的曲線圖。
圖29是作為時間的函數(shù)的SiF4濃度和Pt電阻變化的曲線圖，在排氣線上使用FTIR測量SiF4濃度。
圖30是根據(jù)發(fā)明的另一實(shí)施例加工的Vespel聚酰亞胺傳感器組件的側(cè)視圖。
圖31是圖30的傳感器陣列的頂視圖。
圖32是根據(jù)發(fā)明的又一實(shí)施例加工的Vespel聚酰亞胺傳感器組件的側(cè)視圖。
圖33是圖34的傳感器組件的頂視圖。
圖34是根據(jù)發(fā)明的再一實(shí)施例加工的Vespel聚酰亞胺傳感器組件的側(cè)視圖。
圖35是圖34的傳感器組件的頂視圖。
圖36是用于根據(jù)發(fā)明的再一實(shí)施例構(gòu)成的氣體傳感器組件的端點(diǎn)監(jiān)控行為的曲線圖，在曲線圖的上部端點(diǎn)監(jiān)控行為，在曲線圖的下部示出了殘余氣體分析器濃度，作為時間的函數(shù)，用分鐘。
具體實(shí)施例方式
盡管下面將具體參考半導(dǎo)體處理控制中的應(yīng)用更完全地描述本發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解不因此限制發(fā)明的實(shí)用性，而是延伸至各式各樣的其他使用和應(yīng)用，包括而不限于壽命安全系統(tǒng)中的布置、房間或周圍環(huán)境監(jiān)控操作及其他工業(yè)以及消費(fèi)者市場的氣體傳感應(yīng)用。
本發(fā)明在其一個方面中提供用于決定半導(dǎo)體室清洗工序的終點(diǎn)的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的氣體傳感能力。在這種應(yīng)用中基于MEMS的傳感商業(yè)上不可行，在本發(fā)明之前，由于兩個主要難題，viz.，(1)對于半導(dǎo)體室清洗中典型地采用的重氟化氣體(一般，NF3，SiF4，C2F6，HF和其激活的物質(zhì))具有可度量響應(yīng)的薄膜材料，以及(2)幸免于這種重氟化氣體的惡劣環(huán)境的可靠形式的這種傳感膜的集成和封裝。
這些成為艱難的挑戰(zhàn)，由于當(dāng)前MEMS設(shè)計(用于其他、更良性的氣體環(huán)境)要求在硅基器件結(jié)構(gòu)上淀積傳感金屬層，以及隨后將器件鍵合并封裝為芯片載體。這些當(dāng)前的制造方法需要多個步驟處理，包括相應(yīng)的多元件產(chǎn)品傳感器組件，其中每個元件經(jīng)受重氟化氣體的化學(xué)浸蝕。盡管通過研制適當(dāng)?shù)陌饨Y(jié)構(gòu)可以保護(hù)各種元件，但是這種權(quán)宜之計對于生產(chǎn)氣體傳感器件增加再制造復(fù)雜性、制造時間和成本。
本發(fā)明以能夠使用MEMS-基傳感器的方式克服這些障礙，MEMS-基傳感器件被容易地和廉價地制造，以及在這種工序的苛刻化學(xué)環(huán)境中以有效的、持久的和可靠的方式，容易有效地監(jiān)控半導(dǎo)體室清洗工序中的氟化氣體。
如下更完全地描述的本發(fā)明的氟化氣體傳感器具有兩個原始特征，區(qū)分它作為技術(shù)上的突破。一個這種特點(diǎn)是自立式(free-standing)金屬元件的器件中的使用，用作傳感材料和選擇性地作為用于氣體傳感操作的熱源(例如，通過電阻、導(dǎo)電或其他加熱)，至于例子，從環(huán)境條件改變傳感溫度或匹配其流出物包括待監(jiān)控的目標(biāo)氣體物質(zhì)的半導(dǎo)體室的溫度是希望的。第二種特點(diǎn)涉及自立式金屬膜的封裝，其中能直接在標(biāo)準(zhǔn)芯片載體/器件封裝上制造自立式結(jié)構(gòu)，以便該封裝變?yōu)槠骷钠脚_。
因此，本發(fā)明提供一種可以以傳感關(guān)系耦合到處理室，即，半導(dǎo)體處理室以及通過材料和傳感器元件的適當(dāng)選擇可以承受處理室內(nèi)的腐蝕環(huán)境的固態(tài)傳感器，下面將更完全地描述。
本發(fā)明的氟物質(zhì)傳感器件可以包括以下面所述的大量適當(dāng)形式的任意一種的單個傳感器元件。
另外，氟物質(zhì)傳感器件可以包括多個這種傳感器元件，其中多個元件重復(fù)提供或支持傳感能力，或其中多個傳感器元件的不同傳感器元件布置為被監(jiān)控的氣流或氣量中的不同氟物質(zhì)的感測，或其中以不同的方式操作陣列中的傳感器元件的不同傳感器元件，或以相互關(guān)連的方式，例如算術(shù)地操作的各種信號的產(chǎn)生，例如減法，以產(chǎn)生表示信號的網(wǎng)絡(luò)，附加地產(chǎn)生表示信號的復(fù)合物，或以任意其他適當(dāng)?shù)姆绞?，其中許多傳感器元件被有效地用來監(jiān)控所關(guān)心的氣流或流量中物質(zhì)的流動，用于產(chǎn)生監(jiān)控或控制目的的相關(guān)信號。
眾所周知，氟與大多數(shù)金屬起反應(yīng)，以及產(chǎn)生具有高，以及有時混合氧化態(tài)的化合物(Inorganic Solid Fluorides，Chemistry andPhysics、Academic Press 1985，Ed P.Hagenmuller)。許多過渡金屬和貴金屬(包括，例如，但是不局限于Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt)與氟氣體成分接觸容易形成各種非易失性氟化物。該氣體傳感器件和本發(fā)明的方法使用這些金屬的自立式形式，以探測被監(jiān)控氣體中氟化物質(zhì)的存在。
可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)所關(guān)心的氟物質(zhì)的探測，例如，通過它與含氟物質(zhì)起反應(yīng)時自立式金屬材料的電阻變化。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，可以根據(jù)用于氟物質(zhì)存在的監(jiān)控氣流的特性在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)踐中改變用于自立式氟物質(zhì)傳感器元件的制造的具體材料的選擇，以及尤其根據(jù)被監(jiān)控的目標(biāo)氣體物質(zhì)的腐蝕性或相反監(jiān)控氣體的存在，以及這種暴露中傳感器元件材料的相應(yīng)耐腐蝕性。
例如，由于根據(jù)監(jiān)控的介質(zhì)的其刻蝕，與結(jié)構(gòu)的其他傳感器元件材料相比，優(yōu)選在某些侵蝕性腐蝕環(huán)境中鈀可以更少。
對于本發(fā)明的給定端使用應(yīng)用，通過包括將結(jié)構(gòu)的候選氣體傳感器元件材料暴露于含氟物質(zhì)環(huán)境的簡單實(shí)驗(yàn)，可以容易地決定結(jié)構(gòu)的具體傳感材料的選擇，以及決定適合性，例如在這種暴露中候選材料的耐腐蝕性或耐刻蝕性。
可以以大量適當(dāng)形式的任意形式設(shè)置本發(fā)明的氟探測器中的自立式傳感器元件，包括但不限于引線、細(xì)絲、箔、納米孔自由形式或涂敷、電鍍的金屬，例如與液晶共同電鍍的金屬或氣隙上懸浮的薄膜。這些傳感器元件可以剪裁的形態(tài)，如粗糙表面、標(biāo)準(zhǔn)納米孔或感應(yīng)納米孔。在發(fā)明的一個實(shí)施例中，電鍍鎳用作氟物質(zhì)傳感材料，以及采用電鍍鋁也是有利的，以及任意其他先前提及的金屬的電鍍形式，以及除那些具體說明性地提及的金屬以外的金屬。氟化物與自立式金屬的反應(yīng)可以是溫敏的，以及通過使電流通過它可以實(shí)現(xiàn)金屬的加熱。以此方式，在氣體傳感操作中可以利用氣體傳感器元件作為自加熱結(jié)構(gòu)，通過結(jié)構(gòu)的自立式性質(zhì)能夠得到這種性質(zhì)。
通過改變結(jié)構(gòu)的幾何形狀可以獲得自立式金屬的抵抗性和性能。例如，可以以各種方式的任意方式減薄自立線，例如，機(jī)械、化學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)或熱學(xué)方式，以便增加絕對抵抗性，以及增加金屬的表面積-體積比，以由此增加靈敏度或增加信噪比。同樣，可以通過適當(dāng)?shù)剡x擇懸浮區(qū)上的薄膜寬度、長度和厚度獲得懸浮薄膜的幾何形狀。而且，可以獲得材料的物理性能。例如，可以通過合金或摻雜的每一種修改組分，以及可以通過例如改變晶粒尺寸、結(jié)晶度的級別、多孔性(例如，納米孔)，表面積-體積比等修改顯微結(jié)構(gòu)。
因此應(yīng)當(dāng)明白，可以在技術(shù)技巧內(nèi)且沒有不適當(dāng)試驗(yàn)的條件下，不同地配置自立式金屬結(jié)構(gòu)和相對于其形式、結(jié)構(gòu)、物理性能、化學(xué)性能和形態(tài)特性隨意地修改。
如在上文所論述，可以直接在標(biāo)準(zhǔn)芯片/載體封裝上容易地制造發(fā)明的傳感器的自立式金屬結(jié)構(gòu)，以便封裝被有效地構(gòu)成為用于器件的平臺。在應(yīng)用于半導(dǎo)體處理氣體監(jiān)控器件中，由于這種半導(dǎo)體制造應(yīng)用的重氟化環(huán)境性能是與常規(guī)MEMS-基氣體傳感器件的使用對立的環(huán)境，因此該封裝是本發(fā)明的重要特點(diǎn)。本發(fā)明的氣體傳感器件通過使用自立式金屬結(jié)構(gòu)作為直接集成到封裝中的傳感器元件克服對化學(xué)侵蝕的敏感度，現(xiàn)有技術(shù)在這種應(yīng)用中限制使用MEMS-基傳感器件的能力。
自立式結(jié)構(gòu)可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞郊蔀槠骷囊徊糠帧＠?，就自立式線傳感器元件或箔結(jié)構(gòu)傳感器元件而言，引線或箔結(jié)構(gòu)可以被直接點(diǎn)焊到封裝柱子。然后可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞较蛳聹p薄自立式引線或箔，例如，機(jī)械地、化學(xué)地、電機(jī)械地、電化學(xué)地、熱地、光學(xué)地等。優(yōu)選的減薄技術(shù)包括自立式金屬傳感器元件的激光微細(xì)加工。
作為用于將自立式金屬傳感器元件集成為器件封裝的另一說明性方法，絕緣層可以應(yīng)用于用于器件的封裝，接著平面化該絕緣體，以露出封裝焊盤，接著進(jìn)行薄膜淀積，以形成氣體傳感器元件。
可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行薄膜淀積，但是優(yōu)選它受物理汽相淀積影響，以及最優(yōu)選通過濺射或電子束蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)它?？梢圆捎檬a罩以描繪淀積薄膜的結(jié)構(gòu)。絕緣層材料可以是有機(jī)或無機(jī)的，但是可以承受其中它使用的環(huán)境的材料是有利的，即它應(yīng)該是真空-兼容的、耐刻蝕的和非污染的?？梢赃M(jìn)一步隨意地修改該集成結(jié)構(gòu)，例如，通過激光微細(xì)加工。激光微細(xì)加工，例如，可用于進(jìn)一步減薄幾何形狀以及刻蝕掉絕緣材料，產(chǎn)生氣隙且因此得到自立式薄膜器件結(jié)構(gòu)。
將自立式結(jié)構(gòu)集成為標(biāo)準(zhǔn)的微電子器件封裝如芯片載體封裝的能力，能夠?qū)⒈景l(fā)明的氣體傳感器設(shè)備不同地配置為一個-元器件結(jié)構(gòu)，另一種方法，如多個元件陣列，例如，使用變化的金屬結(jié)構(gòu)，在不同溫度下操作不同的幾何形狀或冗余結(jié)構(gòu)，以增加整個傳感器件的氣體探測能力。器件封裝中的管腳數(shù)目(接觸結(jié)構(gòu))是決定陣列的最大尺寸的限制因素，以及多管腳器件封裝結(jié)構(gòu)的廣泛商業(yè)可用性由此能夠相應(yīng)地提供尺寸變化的陣列。
在提供多個金屬傳感器元件的情況下，可以為被監(jiān)控的流體環(huán)境中的不同氟化物質(zhì)和/或不同溫度下相同的氟化物質(zhì)的感測構(gòu)成并布置多個金屬結(jié)構(gòu)的不同金屬結(jié)構(gòu)，和/或?yàn)槿哂嗪?或?yàn)楸ＷC精確度可以采用不同幾何形狀和結(jié)構(gòu)的傳感器元件。另外，或附加地，可以以不同的操作方式操作多個傳感器元件的不同傳感器元件，例如，電阻地、導(dǎo)電地、脈沖的、DC方式、AC方式等。
關(guān)于氣體傳感器元件的陣列使用，可以使用高級的數(shù)據(jù)處理技術(shù)增加傳感器系統(tǒng)的輸出。這種技術(shù)的例子，包括，但是不局限于，補(bǔ)償信號的使用、時變信號的使用、加熱器電流、鎖定放大技術(shù)、信號平均、信號時間衍生以及阻抗光譜學(xué)技術(shù)。此外，也可以應(yīng)用落入化學(xué)計量學(xué)范疇的高級技術(shù)。這些技術(shù)包括最小平方配合(fitting)、逆最小平方、主要成分回歸以及部分最小平方數(shù)據(jù)分析方法。
因此，在技術(shù)技巧內(nèi)可以以適當(dāng)?shù)姆绞今詈媳景l(fā)明的傳感器組件的氣體傳感器元件到變頻器、計算模塊、或其他信號處理單元，以提供被監(jiān)控的流體環(huán)境中的一種或多種氟物質(zhì)的存在或變化量的輸出指示。
現(xiàn)在參考附圖，圖1，2和3是描繪根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的傳感器制造中的工藝流程，包括自立式薄膜元件的封裝制造，以得到氣體傳感器組件。
如圖1所示，基體組件，包括在其上具有觸點(diǎn)2和4的襯底部件1，例如可以包括TO-5或TO-8頭部，首先在觸點(diǎn)之間用耐等離子體聚合物6涂敷，如聚酰亞胺，或市場上可買的SU-8光刻膠。
然后通過適當(dāng)?shù)钠矫婊襟E，如圖2所示拋光掉聚合物層6的過剩材料，以產(chǎn)生用于傳感金屬的后續(xù)電子束蒸發(fā)的平坦表面。
然后通過適當(dāng)?shù)募夹g(shù)如在觸點(diǎn)(和聚合物)上電子束蒸發(fā)金屬，在聚合物層6上形成Pt或其他合適的金屬膜8，例如，使用蔭罩(圖3中未示出)。附加的處理可以包括激光微調(diào)，以進(jìn)一步修改薄膜形狀，以及以從薄膜結(jié)構(gòu)下面除去選擇區(qū)中的聚酰亞胺材料，例如，利用激光燒蝕工具，以在薄膜氣體傳感器元件下面形成溝槽。
因此傳感器組件可以包括在傳感器平臺或具有聚酰亞胺保護(hù)層的電穿通表面上布置的薄膜金屬條，通過Vespel聚酰亞胺法蘭構(gòu)成傳感器平臺。一般，傳感器組件可以采用許多法蘭，例如KF法蘭，這種法蘭可以由適當(dāng)?shù)牟牧先鏥espel聚酰亞胺(可從E、I、du PontdeNemours和Company Wilming ton DE購買)或鋁形成。在一個實(shí)施例中，傳感器組件制造包括將TO頭壓配到Vespel聚酰亞胺法蘭部件中。Vespel聚酰亞胺是如下面更完全地描述的發(fā)明的各種實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)的優(yōu)選聚酰亞胺材料，但是將認(rèn)識到可以另外使用其他聚酰亞胺或結(jié)構(gòu)的聚合(例如，聚砜)材料。
在本發(fā)明的優(yōu)選方面，避免當(dāng)采用激光燒蝕在傳感器金屬膜底下形成溝槽時控制溝槽尺寸的問題，最小化對傳感器元件金屬層的損壞和避免傳感器元件上的襯底材料的再淀積的相關(guān)問題，可以進(jìn)行圖4所示的制造工序方法，以根據(jù)發(fā)明的另一實(shí)施例形成氣體傳感器組件。
圖4說明傳感器組件的制造中的連續(xù)步驟(步驟A至F)，其中參考圖的左手側(cè)上制造的結(jié)構(gòu)的截面正視圖描繪每個步驟，用步驟標(biāo)識標(biāo)記的箭頭(從圖的頂部到底部，依次參見箭頭A、B、C、D、E以及F)使這種截面正視圖與結(jié)構(gòu)的相應(yīng)頂平面圖連接，其中用工序的連續(xù)描述中論述的參考數(shù)字標(biāo)記用于每個步驟的頂平面圖。
在圖4的工序中，襯底10是Vespel聚酰亞胺法蘭(步驟A)。
在Vespel聚酰亞胺法蘭10中形成激光鉆孔的溝槽12，產(chǎn)生步驟B所示的結(jié)構(gòu)。盡管激光燒蝕是用于這種溝槽形成的優(yōu)選技術(shù)，但是可以采用其他非激光方法，例如，襯底的選擇性化學(xué)刻蝕、RIE技術(shù)等。
在激光鉆孔的襯底表面上涂敷犧牲材料層14(步驟C)，以便用犧牲材料填充溝槽。犧牲材料優(yōu)選是在后續(xù)工序中可以通過液相或氣相刻蝕或其他去除工序去除的材料。例子包括在O2存在的條件下可通過灰化去除的聚合材料，或可通過含氟等離子體刻蝕去除的材料如SiO2，或通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶液或溶劑溶解介質(zhì)。
接下來(步驟D)，在平面化操作中拋光結(jié)構(gòu)的表面，以從圍繞溝槽的法蘭表面除去犧牲材料14，留下犧牲材料的溝槽淀積物16。平面化步驟增加襯底表面的平面性，以及由此協(xié)助實(shí)現(xiàn)接著形成的金屬元件的幾何形狀的良好控制。平面化步驟是可選擇的，以及在犧牲材料實(shí)現(xiàn)良好的自動找平性能的情況下可以省略平面化步驟，以及可以將犧牲材料涂敷到溝槽中，以便成為具有圍繞溝槽空腔的襯底的相鄰表面的接近水平面。
然后在溝槽淀積物16和鄰近溝槽的襯底頂表面部分上淀積(步驟E)傳感金屬化材料，以限定傳感器元件18，如所示?？梢酝ㄟ^蔭罩淀積形成金屬傳感器元件，或另一種方法，通過光刻膠和刻蝕作為用于后續(xù)構(gòu)圖的覆蓋層。
最終(步驟F)，通過刻蝕或其他適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(增溶、氧化灰化、升華等)從溝槽12除去犧牲材料，以便重疊溝槽12的傳感器元件18作為露出的薄膜元件，然后可以通過引線耦合到適當(dāng)?shù)碾娮釉O(shè)備，例如包括電源和信號處理元件的電子控制模塊(圖4中未示出)。
這種電子設(shè)備被適當(dāng)?shù)夭贾?，以便可以監(jiān)控傳感器元件18的一種或多種性能。當(dāng)由于與金屬傳感器元件敏感的氟物質(zhì)的相互作用，監(jiān)控的性能，例如，金屬傳感器元件的電阻或其他適當(dāng)?shù)男阅芨淖儠r，電子設(shè)備提供相關(guān)的輸出，例如，控制信號，可見顯示輸出等，指示被監(jiān)控環(huán)境中的目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或數(shù)量。
在說明性實(shí)施例中，該輸出可以是用來調(diào)整工序的控制信號，由該工序獲得監(jiān)控的氣體。在半導(dǎo)體制造操作中，這種輸出可以激勵中央處理器(CPU)、微處理器或其他信號處理或信號響應(yīng)器件，以開關(guān)處理閥門和終止處理操作，或開始新的工序步驟或條件。
例如，在與氟化物如SiF4和/或其他氟物質(zhì)接觸時，橫穿金屬傳感器元件(作為電路的元件)的電壓可以下降，指示與目標(biāo)氟物質(zhì)接觸金屬傳感器元件的電阻增加。這種壓降可以用來產(chǎn)生用于工序控制目的的信號。該壓降可以用來產(chǎn)生激勵自動控制閥的信號，以影響半導(dǎo)體處理系統(tǒng)中的工藝流量的流動開始、流動結(jié)束或流動開關(guān)。控制信號可以另外地用來激勵周期計時器，以開始工序操作中的新步驟，或用于維護(hù)事件如消除處理室中的洗滌器樹脂變化的信號是需要的或合符需要的。
應(yīng)當(dāng)理解可以以各種方式的任意方式利用金屬傳感器元件的性能變化，以影響與目標(biāo)氣體(例如，氟)物質(zhì)的感測相關(guān)的工序控制，在技術(shù)技巧內(nèi)且沒有不適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)。
通過進(jìn)一步的例子，可以根據(jù)含供應(yīng)的氟物質(zhì)氣體(如全氟代物質(zhì)，例如，用于化學(xué)氣相淀積操作的預(yù)氟化有機(jī)金屬前體)的氣體箱體利用發(fā)明的傳感器組件，以及氣體傳感器組件可以用來決定由供應(yīng)容器存在滲漏或相反氣體箱體中的流動電路。然后可以利用氟物質(zhì)的感測激勵大量的凈化氣體源，以清除氣體箱體的內(nèi)部容量，并防止氟物質(zhì)的濃度到達(dá)有毒的或相反危險的級別。
在用于對其中的氟物質(zhì)進(jìn)入和產(chǎn)生敏感的周圍環(huán)境的監(jiān)控單元中也可以利用傳感器組件，另外，傳感器組件可以是耐磨氣體監(jiān)控單元的構(gòu)成部分，該部分被布置為啟動警報和/或緊急呼吸氣體的自足源的，用于危險材料清除，化學(xué)復(fù)合物中的點(diǎn)火器、HF玻璃-刻蝕操作中的工人等。
本發(fā)明的金屬傳感器元件中采用的金屬可以包括任意適當(dāng)?shù)慕饘傥镔|(zhì)，在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)中，例如，一種或多種目標(biāo)氟物質(zhì)，產(chǎn)生可監(jiān)控的變化和用作這種目標(biāo)物質(zhì)的指示器(例如，這種目標(biāo)物質(zhì)的存在，或這種目標(biāo)物質(zhì)的濃度變化)。
金屬傳感器元件的例子可以是用于本發(fā)明的廣泛實(shí)際操作中的氟物質(zhì)感測，包括，但是不局限于一個或多個Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt。該金屬可以是合金的形式或它可以包括金屬的化合物，以及在本發(fā)明的廣泛范圍內(nèi)預(yù)期的包括各種金屬物質(zhì)或各種彼此結(jié)合的金屬和非金屬物質(zhì)的復(fù)合傳感器元件。
本發(fā)明的傳感器組件中的金屬傳感器元件優(yōu)選具有高表面與體積(S/V)特性，以便于快速反應(yīng)，以及放大相對于表示氣體的體性能中的較低變化，在相同的傳感器材料的低S/V結(jié)構(gòu)中將另外發(fā)生表示氣體的體性能。
因此，傳感器材料的優(yōu)選高響應(yīng)形式包括箔、薄膜、細(xì)絲、針、粉末等，以及金屬摻雜的導(dǎo)電螺紋、在碳納米管上蒸氣-淀積的金屬等。金屬傳感器元件的臨界尺寸、箔或薄膜的厚度尺寸或用于形成細(xì)絲、針、粉末等的直徑希望小于500微米(μm)，優(yōu)選，小于150μm，更優(yōu)選小于25μm，再優(yōu)選小于10μm，以及最優(yōu)選在約0.1μm至約5μm的范圍內(nèi)，作為反應(yīng)速度的平衡和制造考慮事項(xiàng)的消除。
箔和薄膜，除具有低的厚度之外，例如，在約0.1μm至約50μm的范圍，為響應(yīng)性的原因，還希望在垂直于箔或薄膜的厚度方向的平面中具有小的尺寸特性。這種平面(X-Y面，Z軸是厚度方向)中的側(cè)向尺寸包括長度(x方向)和寬度(y方向)有利地小于約10cm，優(yōu)選小于約1mm，更優(yōu)選小于約100μm，例如，在約20μm至約5mm的范圍中，作為制造復(fù)雜性和響應(yīng)性的平衡。當(dāng)用作金屬傳感器元件時引線的長度可以是任意適當(dāng)?shù)拈L度，具體當(dāng)如在此所述以織物結(jié)構(gòu)使用時。作為具體例子，在本發(fā)明的一個實(shí)施例中有益地采用具有7-15cm的長度和75至150μm范圍內(nèi)的直徑的引線。一般，可以容易地決定傳感器引線的適當(dāng)尺寸，以為預(yù)定的應(yīng)用相應(yīng)地提供適當(dāng)?shù)男旁氡取?br> 在上述描述的內(nèi)容中，應(yīng)當(dāng)理解金屬傳感器元件可以被制造為納米級元件，雖然與上述的一般毫米/微米尺度元件相比為更昂貴的氣體傳感器產(chǎn)品。
本發(fā)明的傳感器元件是自立式元件，它具有暴露于通過傳感器監(jiān)控的流體環(huán)境的傳感部分，通過傳感器監(jiān)控所關(guān)心的目標(biāo)物質(zhì)的存在，例如，氟物質(zhì)，以最大化傳感器元件的靈敏度、響應(yīng)時間和使用壽命。
在一個實(shí)施例中，自立式氣體傳感器元件可以具有纖維或細(xì)絲結(jié)構(gòu)，其中伸長的氣體傳感器元件的端部被鍵合或相反耦合到觸點(diǎn)或其他電路元件，以及元件的中間部分不被支撐且構(gòu)成元件的自立式截面，在其固定的端部之間。相應(yīng)地，可以以箔或薄膜結(jié)構(gòu)制造自立式元件，其中部分箔或薄膜被鍵合或相反耦合到觸點(diǎn)或其他電路元件，觸點(diǎn)或其他電路元件中間的箔或薄膜的區(qū)域不被支持，且構(gòu)成氣體傳感器元件的自立式部分。
通過在標(biāo)準(zhǔn)芯片載體/器件封裝上直接形成傳感器器件便于發(fā)明的優(yōu)選方面中的傳感器器件的封裝，由此簡化器件與相關(guān)微電子電路的互連，微電子電路能進(jìn)行氣體監(jiān)控和傳感器器件組件的控制功能。例如，通過布置在適當(dāng)位置的穿通孔或管腳可以從襯底的背面實(shí)現(xiàn)電接觸到傳感器元件，以實(shí)現(xiàn)必需的電互連。
如由前述論述所示，容易以簡單和可重復(fù)的方式制造發(fā)明的氣體傳感器組件，以及能夠以有成本效益的方式實(shí)現(xiàn)氟物質(zhì)的感測，使用常規(guī)信號處理和可以方便地耦合到發(fā)明的氣體傳感器組件的控制元件。
發(fā)明的氣體傳感器組件容易適用于產(chǎn)生這種物質(zhì)的各種工業(yè)工藝操作中的氟物質(zhì)的監(jiān)控，包括半導(dǎo)體制造操作如室清洗，其中利用氟物質(zhì)除去氧化硅、氮化硅以及低介電常數(shù)(k＜3.9)的含硅薄膜，如碳摻雜的氧化硅，等。
圖5-8描繪了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的氣體傳感器組件的制造中的連續(xù)步驟，包括耐化學(xué)阻擋層如膜片支撐材料。
圖5示出了由硅或其他適當(dāng)?shù)牟牧闲纬傻囊r底部件50。如圖6所示，示出了在其上淀積阻擋層52之后的襯底部件50。阻擋層52防止襯底50受由傳感器監(jiān)控的氣體腐蝕，例如，含一種或多種氟物質(zhì)的氣體或其他目標(biāo)成分。阻擋層可以由適當(dāng)?shù)臒o機(jī)介質(zhì)材料如碳化硅、金剛石狀碳等形成。另外，阻擋層可以由有機(jī)材料形成，例如，聚酰亞胺。
在通過適當(dāng)?shù)牡矸e技術(shù)或其他制造方法形成阻擋層之后，淀積氣體傳感層54，如圖7所示。氣體傳感層可以包括適當(dāng)?shù)慕饘?，如鎳、鉑、銅或鋁或顯示出材料性能變化的其他適當(dāng)材料，或相反，在暴露于待傳感的氟物質(zhì)或其他目標(biāo)氣體組分中顯示出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)的材料。可以以任意適當(dāng)?shù)男问胶头绞降矸e傳感層54，如以用于通過刻蝕或通過蔭罩的后續(xù)構(gòu)圖的覆蓋層形式。
各種設(shè)計是可能的，以及可以有利地采用不同尺寸的器件陣列，以使氣體傳感器組件的效率最大化，涉及在通過組件監(jiān)控的流體環(huán)境中，用于一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的監(jiān)控的大量信號的產(chǎn)生和輸出。
圖8描繪了微加工襯底部件50的背面，以在組件的背面上形成空腔56之后的傳感器組件?？梢酝ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)的蝕刻技術(shù)或其他材料去除工序形成這種空腔。
圖8所示的傳感器組件具有其制造避免在組件的正傳感側(cè)邊上提供易刻蝕材料的優(yōu)點(diǎn)?？梢酝ㄟ^標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐優(yōu)化阻擋層52的厚度和性能。通過組件頂部的引線鍵合，或通過掩埋觸點(diǎn)和穿通孔穿過阻擋層，可以實(shí)現(xiàn)到金屬傳感器層54的電觸點(diǎn)。
盡管用于MEMS的后刻蝕(back-side etching)是公知技術(shù)，但是圖8所示的傳感器組件利用耐化學(xué)阻擋層52作為傳感層54的膜片支撐材料，且因此基本上不同于公知技術(shù)所采用的傳感器結(jié)構(gòu)。
形成電接觸之后，圖8所示的傳感組件可以從后面插入封裝中，且根據(jù)公知技術(shù)密封。另外，觸點(diǎn)形成之后的傳感器組件可以安裝在堅固的法蘭材料的正面上，例如由Vespel聚酰亞胺或鋁形成的KF法蘭。
因此本發(fā)明提供以自立式金屬傳感器元件(即，在一部分上在結(jié)構(gòu)上不被支撐的金屬傳感器元件，優(yōu)選，它們的長度或物理范圍的至少主要部分)為特點(diǎn)的微機(jī)械(MEMS)氣體傳感器組件，該自立式金屬傳感器元件直接集成到器件封裝中。在用于決定半導(dǎo)體室清洗工序(在通過傳感器組件監(jiān)控流出物中的氟物質(zhì)或其他目標(biāo)氣體組分的突破點(diǎn))的終點(diǎn)的半導(dǎo)體制造設(shè)備中可以采用所得的氣體傳感器組件。
在本發(fā)明的氣體探測器中使用的氟物質(zhì)傳感器元件適合包括當(dāng)在與傳感器元件接觸的氣體環(huán)境中暴露于氟物質(zhì)時容易形成非易失性氟化物的金屬，導(dǎo)致傳感器元件的電性能或其他性能或響應(yīng)的可測量變化。
金屬傳感器元件的自立式結(jié)構(gòu)允許它用作傳感材料和熱源(例如，對電阻加熱或加熱的其他方式敏感)，以及由于傳感器元件的高表面-與-體積特性在先前描述的優(yōu)選形式中(箔、細(xì)絲、微粒子等)最大化傳感面積。傳感材料和相關(guān)封裝的整體設(shè)計避免在傳感環(huán)境中被侵蝕性氟化氣體物質(zhì)化學(xué)侵蝕的問題，由此實(shí)現(xiàn)技術(shù)上基本高級的標(biāo)準(zhǔn)硅MEMS結(jié)構(gòu)。
在操作的優(yōu)選方式中本發(fā)明的氣體傳感器組件的自立式金屬傳感器元件當(dāng)在傳感環(huán)境中它與含氟材料起反應(yīng)時，其電阻顯示出可測量變化。自立式金屬傳感器元件的尺寸被選擇為電阻(或其他定量地測量的響應(yīng)特性)適用于監(jiān)控環(huán)境中的目標(biāo)氣體物質(zhì)的探測，具有可接受的靈敏度和信噪比性能。
這種標(biāo)準(zhǔn)對于現(xiàn)有技術(shù)造成實(shí)質(zhì)性挑戰(zhàn)，但是在本發(fā)明的氣體傳感器組件中通過提供具有三維結(jié)構(gòu)的自立式金屬傳感器元件已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生希望數(shù)量的電阻或其他響應(yīng)特性，相對于現(xiàn)有技術(shù)氣體傳感器件伴有增加的靈敏度和/或增加的信噪比。
在具體實(shí)施例中，本發(fā)明的氟物質(zhì)(例如，NF3、SiF4、F6、HF等以及其激活物質(zhì))氣體傳感器組件利用自立式金屬結(jié)構(gòu)，例如，引線，作為用于傳感操作的傳感器元件和熱源，其中金屬結(jié)構(gòu)通過直接點(diǎn)焊到微電子封裝(例如，標(biāo)準(zhǔn)的芯片載體封裝)的封裝柱與微電子器件封裝集成。
在這種實(shí)施例中，在陣列中有利地布置柱子，優(yōu)選柱子的頭部在相同的水平二維平面中排成一行，在相鄰的柱子之間具有相等的空間。
為了保證通過氣體傳感器組件產(chǎn)生充分的絕對抵抗性，可以改變傳感元件(引線)的長度，同時保持制造容差內(nèi)的引線直徑恒量。當(dāng)引線長度基本上大于柱子之間的距離時，引線對相鄰柱子上的錨固點(diǎn)之間無控線圈具有敏感度。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，使用三維封裝結(jié)構(gòu)克服這種敏感性，以便可以使引線長度顯著地更長，以增加絕對器件抵抗性和信噪比，同時保持引線位置的精確線性控制，如下面更詳細(xì)的描述。可以利用各種結(jié)構(gòu)，其中采用金屬封裝柱子或機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺在三維空間控制引線位置。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例的說明性封裝柱子結(jié)構(gòu)中，由適當(dāng)?shù)?電和熱)絕緣材料形成的封裝柱子用作三維框架，圍繞三維框架編織傳感器引線。這種結(jié)構(gòu)中的引線在它們的端部電接觸到分開的柱子，至于例子，通過點(diǎn)焊或通過電觸點(diǎn)的其他適當(dāng)?shù)姆椒ㄈ鐗号?。引線的錨固端中間，圍繞柱子編織引線?？梢杂羞x擇地改變編織的范圍和引入該結(jié)構(gòu)中的柱子數(shù)目，以能夠?qū)崿F(xiàn)傳感引線的希望長度。
與引線的編織方法無關(guān)，必須觀察兩個基本標(biāo)準(zhǔn)，viz，(i)引線沿其自己的長度不接觸或與其他引線接觸，以及(ii)除在預(yù)定的電觸點(diǎn)之外引線不接觸柱子的金屬。第二標(biāo)準(zhǔn)需要用除在預(yù)定的電觸點(diǎn)之外的絕緣材料屏蔽柱子。結(jié)構(gòu)中的柱子不必是金屬，不用作氣體傳感器組件的任何引線的預(yù)定電觸點(diǎn)，但是可以由Vespel聚酰亞胺或其他適當(dāng)?shù)哪头镔|(zhì)絕緣材料形成。
可以采用與上述標(biāo)準(zhǔn)一致的各種技術(shù)實(shí)現(xiàn)希望的引線長度，且因此在封裝的柱子結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)絕對抵抗性?？梢杂欣夭捎眠@種技術(shù)的兩種普通類別，其中圍繞柱子編織傳感器引線，以在垂直定向的平面中形成編織結(jié)構(gòu)，例如如圖9所示。其中氣體傳感器組件60包括柱子62的陣列和在垂直定向的平面中形成編織結(jié)構(gòu)的“垂直”編織的傳感器引線64，以及其中圍繞柱子編織傳感器引線以在水平定向的平面中形成編織結(jié)構(gòu)的那些技術(shù)，例如如圖10所示，其中氣體傳感器組件70包括以傳感器引線的“水平”編織74為特點(diǎn)的柱子陣列72。
在本發(fā)明的實(shí)際操作中可以附加地改變在水平或垂直平面內(nèi)編織傳感器引線的具體方法。
例如，可以圍繞柱子以跑道圖形纏繞傳感器引線，如圖11所示，圖示了柱子80和82以及跑道繞組84或傳感器引線，但是必須注意避免形成用作射頻電感器的引線回路，由于寄生干擾信號，由此它可能不適合傳感器用途。
其他編織圖形包括圖12所示的8字形圖形，其中柱子90和92支撐傳感器引線96的8字形結(jié)構(gòu)，以及圖13示出了“S”形編織圖形，其中柱子100和102支撐傳感器引線104的“S”形結(jié)構(gòu)。
除這種編織結(jié)構(gòu)之外，在技術(shù)技巧內(nèi)可以采用許多編織的布置。為了表示可以應(yīng)用于傳感器件的編織的可能排列，可以構(gòu)成矩陣。例如，可以利用圖14所示的“跑道”編織技術(shù)制造垂直編織柱子組件，圖15所示的“S”-形編織技術(shù)，或圖16所示的8字形結(jié)構(gòu)。
圖14描繪了包括支撐Vespel聚酰亞胺塊114的法蘭112的氣體傳感傳感器陣列110，以及由金屬制造的柱子116的陣列，如圖所示，在法蘭下面露出的柱子部分118，Vespel聚酰亞胺塊114上柱子的絕緣材料-屏蔽的部分120，如圖所示。傳感器引線122圖示為跑道結(jié)構(gòu)，例如如圖11所示的類型。
圖15描繪包括支撐Vespel聚酰亞胺塊134的法蘭132和柱子138的136的氣體傳感器組件130，其中示出了法蘭下面的露出金屬部分140和示出了Vespel聚酰亞胺塊上面的絕緣材料屏蔽部分142，其中以圖13的平面圖所示類型的“S”形結(jié)構(gòu)編織氣體傳感器引線137。
圖16描繪包括法蘭152和具有柱子156的陣列的Vespel聚酰亞胺塊154。示出了法蘭152下面柱子的露出金屬部分158和示出了Vespel聚酰亞胺塊154上面柱子的絕緣屏蔽部分160。圖16中的傳感器引線162的引線編織圖形具有如圖12所示類型的8字形結(jié)構(gòu)。
圖17，18和19分別示出了圖14，圖15和圖16的氣體傳感器組件的頂平面圖。
圖17，18和19的氣體傳感器組件的多個柱子陣列容易地適合于測試結(jié)構(gòu)的各種傳感引線材料，以及在圖17-19中，柱子的較遠(yuǎn)右垂直行顯示為具有先前描述的引線的特殊結(jié)構(gòu)。應(yīng)當(dāng)理解連續(xù)的垂直行(行的左邊逐漸顯示在柱子上有傳感器引線)可以包括由不同的傳感金屬形成的引線，由此提供矩陣的編織技術(shù)和不同的傳感金屬。這種矩陣允許測試每種排列，以決定在本發(fā)明的給出應(yīng)用中最有效的封裝柱子/傳感引線編織設(shè)計。
在另一方面中，本發(fā)明的氣體傳感器組件可以利用機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)。Vespel聚酰亞胺是具有高絕緣強(qiáng)度、高耐熱、高壓縮強(qiáng)度和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性的聚酰亞胺，且這種材料由本發(fā)明人決定，以對氟物質(zhì)的腐蝕具有很高的抵抗性。因此Vespel聚酰亞胺可以用作用于傳感引線編織的三維框架的結(jié)構(gòu)材料。
在本發(fā)明的廣泛實(shí)際操作中也可以有用地采用其他耐氟固體材料，但是Vespel聚酰亞胺被認(rèn)為高度有效的，且在本發(fā)明的這些方面是優(yōu)選的。
利用用于具有Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)的傳感引線編織的三維框架，如先前描述的實(shí)施例使傳感引線電接觸到金屬封裝柱子，但是金屬柱子可以減輕它們的雙功能性需要，如電接觸和引線腳手架元件，通過并行使用用于氣體傳感引線的腳手架支撐結(jié)構(gòu)或其他自立式氣體傳感器元件。
在這種布置中，與腳手架結(jié)構(gòu)結(jié)合使用電接觸柱子，以支撐自立式引線或其他氣體傳感器元件，金屬柱子不需要任意絕緣體。因此，中間錨固端可以圍繞絕緣的材料結(jié)構(gòu)如Vespel聚酰亞胺腳手架部件編織氣體傳感器引線，以及隨后這種腳手架部件可以安裝在法蘭或其他襯底或支撐元件上。
Vespel聚酰亞胺是市場上可買到的塊和圓柱形以及粉末形式，可以被壓模制為任意希望的形狀。塊、圓柱或模制的Vespel聚酰亞胺材料的后續(xù)機(jī)械加工，提供適合于三維結(jié)構(gòu)中的傳感引線的腳手架的結(jié)構(gòu)。
使用先前論述的用于基于封裝的設(shè)計的技術(shù)控制這種腳手架中或圍繞腳手架的傳感引線的編織，允許傳感引線實(shí)現(xiàn)必需的長度性能，以及實(shí)現(xiàn)有效的氟物質(zhì)傳感需要的相應(yīng)絕對抵抗性?？梢砸栽试S它操縱引線位置的方式機(jī)械加工Vespel聚酰亞胺材料或其他耐氟固體材料，如以下說明性實(shí)施例所示。
可以以任何各種方法機(jī)械加工塊、圓柱或模制的Vespel聚酰亞胺材料，以產(chǎn)生其上或其中可以編織傳感引線的結(jié)構(gòu)。例如，可以剪切為Vespel聚酰亞胺材料，以產(chǎn)生溝道，通過該溝道可以編織引線。這種切口可以完全地貫穿材料，或在規(guī)定的深度終止，切口下面未切的材料產(chǎn)生“架子”，以控制引線的垂直位置。附加地，在切口的任何一側(cè)上產(chǎn)生的垂直柱子可以用作“柱子”，圍繞“柱子”可以纏繞引線。
圖20和21示出了正交垂直切口的各種Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)，具有如圖20所示的“架子”，通過Vespel聚酰亞胺塊平行垂直切口產(chǎn)生溝道和柱子，如圖21所示。在這些實(shí)施例中可以利用先前描述的任意各種圖形編織引線。切口Vespel聚酰亞胺器件設(shè)計容易地適合于包括不同或多種傳感引線的陣列。如利用封裝柱子傳感器設(shè)計，可以用所有可能的切口Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)以及所有編織圖形制造矩陣，以便存在用于評估的所有希望設(shè)計排列的傳感器，以及對于給定的氣體傳感應(yīng)用基于經(jīng)驗(yàn)選擇最好的設(shè)計。
圖20圖示了包括其上布置Vespel聚酰亞胺塊元件202的法蘭200，與金屬柱子204一起提供用于如所示的傳感器引線206的編織的支撐結(jié)構(gòu)。Vespel聚酰亞胺塊元件被機(jī)械加工具有正交割口，具有某些不完全切口，用于構(gòu)成控制傳感引線的垂直位置的架子。
圖21描繪了包括其上布置Vespel聚酰亞胺塊元件212的陣列和用于支撐傳感引線216的柱子214的法蘭210。圖21所示的結(jié)構(gòu)以用完全垂直地定向的平行切口機(jī)械加工Vespel聚酰亞胺塊元件為特色，在連續(xù)的割切口之間產(chǎn)生柱子，圍繞柱子可以編織引線。圖20和21說明性地圖示了利用“S”形編織圖形的兩種氣體傳感器組件結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的氣體傳感器組件也可以被制造，其中Vespel聚酰亞胺元件具有鉆孔，以產(chǎn)生“小釘板”結(jié)構(gòu)，通過“小釘板”結(jié)構(gòu)可以穿插引線，以產(chǎn)生用于支撐長傳感引線的結(jié)構(gòu)。
由圖22-25所示的示例性氣體傳感組件說明這種方法。
除以具有其中鉆孔的平坦材料片的形式利用Vespel聚酰亞胺元件之外，也可以采用其他廣泛地改變幾何形狀的非平坦“小釘板”型結(jié)構(gòu)作為用于傳感引線的腳手架元件。例如，通過鉆出Vespel聚酰亞胺圓柱的中心，可以制造管。沿管的側(cè)邊進(jìn)一步鉆較小的孔產(chǎn)生圓柱形“小釘板”型框架，通過該框架可以穿插和支撐傳感引線，以便可以控制沿其整個長度的引線的位置。
對于這種“小釘板(pegboard)”型腳手架許多改變是可能的，可以涉及Vespel聚酰亞胺支撐元件的數(shù)目和尺寸/形狀、孔的數(shù)目和鉆孔圖形以及通過這種孔穿插和編織引線的布置。使用這種“小釘板”結(jié)構(gòu)可以容易地構(gòu)成傳感引線的陣列，以及可以有選擇地改變編織風(fēng)格和圖形。此外，矩陣可以由器件設(shè)計的可能排列構(gòu)成，以便評定給定的目標(biāo)氣體種類傳感應(yīng)用的最好的可能結(jié)構(gòu)。
圖22-25每個分別包括利用機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)作為用于制造傳感引線陣列的“小釘板”型腳手架的傳感器件的各個例子的側(cè)、截面(除圖22的情況之外)和頂視圖。
圖22示出了與金屬接觸柱256一起布置在法蘭254上的Vespel聚酰亞胺元件250和252。Vespel聚酰亞胺元件250和252每個包含許多孔，通過該孔穿插傳感引線260(圖22中僅僅有氣體傳感器組件的側(cè)視圖和頂視圖，而圖23-25中示出了各個側(cè)視圖、剖面圖和頂視圖)。圖22中所示的布置提供利用“S”形編織圖形的水平編織陣列。
圖23示出了與法蘭274上的金屬柱272合作的圓柱形Vespel聚酰亞胺元件270，其中以螺旋陣列在Vespel聚酰亞胺元件上編織傳感引線276。
圖24示出了其它圓柱形Vespel聚酰亞胺元件300和法蘭304上的金屬柱302提供用于垂直地編織傳感引線306的支撐結(jié)構(gòu)，如所示。
圖25示出了與法蘭314上的金屬柱312結(jié)合的圓柱形Vespel聚酰亞胺元件310，用于在水平地編織布置中準(zhǔn)備傳感引線的“S”編織圖形。
在另一方面，本發(fā)明關(guān)注微機(jī)械化學(xué)傳感器件的陣列，其中微機(jī)械化學(xué)傳感器件具有包括有機(jī)和/或無機(jī)傳感器材料的敷層，有機(jī)和/或無機(jī)傳感器材料與待監(jiān)控的目標(biāo)種類反應(yīng)。傳感器敷層暴露于包含目標(biāo)氣體物質(zhì)的氣體環(huán)境，得到表示監(jiān)控環(huán)境中的目標(biāo)物質(zhì)的存在的物理、電氣和/或其他變化。這種微機(jī)械傳感器陣列被有益地用于監(jiān)控環(huán)境中的氟物質(zhì)的感測。
在下面更完全地描述的具體方面，本發(fā)明的氣體傳感器件可以包括微電爐傳感結(jié)構(gòu)。
通過使用傳感器的陣列，可以探測目標(biāo)成分的多種物質(zhì)。例如，如果采用四個傳感元件的陣列，以及每個元件被設(shè)計成探測具體的目標(biāo)物質(zhì)，那么可以同時探測四個這種物質(zhì)。如果，作為經(jīng)常情況，制造僅與一種目標(biāo)物質(zhì)相互作用的敷層是困難的，來自復(fù)合器件的響應(yīng)可以被結(jié)合或相反根據(jù)其他響應(yīng)算術(shù)地操縱，以肯定地識別目標(biāo)物質(zhì)的存在和濃度。
例如，來自六個非專用傳感器的響應(yīng)可以被結(jié)合，以產(chǎn)生三種目標(biāo)氣體物質(zhì)的明確識別。此外，多個元件陣列內(nèi)的傳感器可以在不同的條件下分別地工作，例如，不同的溫度，進(jìn)一步擴(kuò)大可用變量的數(shù)目，以產(chǎn)生唯一的傳感能力。
此外，通過使用傳感元件的陣列，在一個封裝中可以引入大量多余的傳感器。該陣列可以根據(jù)成分傳感器元件順序地投入使用，由此擴(kuò)大整個傳感器組件封裝的壽命，或允許使用傳感處理中被消耗的傳感器敷層。
作為一個例子，陣列可以利用聚合物涂層，以抑制與不被使用的傳感器的反應(yīng)。在使用的時候，可以有選擇地改變具體陣列元件的溫度，以熔融或燒掉聚合物涂層并露出反應(yīng)的敷層。根據(jù)需要，可以以類似的方式在線產(chǎn)生附加元件，。
在用于制造傳感器陣列的微機(jī)械加工傳感器元件的使用中大量優(yōu)點(diǎn)是固有的。這些優(yōu)點(diǎn)包括，而不局限于，傳感器元件的微型化、陣列制造的容易，高體積的適用性、低成本制造、低功耗、以及集成電路板上的容納能力，這些進(jìn)一步降低尺寸和最終傳感陣列結(jié)構(gòu)的成本。
盡管本發(fā)明的廣泛實(shí)際操作中不優(yōu)選，但是相對于在此說明性地描述的氣體傳感器組件的其他形式，本發(fā)明的氣體傳感器組件可以制造為微電爐傳感器組件，其中用活躍的氟物質(zhì)傳感材料上的保護(hù)涂層配置氣體傳感元件。
可以用于氟物質(zhì)探測的說明性薄膜材料的例子包括Cr、Cu、W、Ni、Al和Si，如有用的金屬物質(zhì)，以及聚合材料。在化學(xué)氣相淀積(CVD)工藝中可以使用這種傳感元件，其中通過等離子體分裂三氟化氮(NF3)，以形成反應(yīng)的氟物質(zhì)。
到達(dá)MEMS傳感器件的F2或F與鋁、鎳、鎢、鉻、硅或其他有源傳感器材料起反應(yīng)，導(dǎo)致材料的抵抗性改變。電阻的這些改變將是時間、傳感器材料的工作溫度和含氟化合物或離子物質(zhì)的濃度的函數(shù)。
在可逆器件中，在傳感材料上將剩下氟化的反應(yīng)產(chǎn)物如NF2，但是材料的電阻將與氟化薄膜層的厚度成比例的增加。當(dāng)從被監(jiān)控的氣流除去目標(biāo)氟化物時，有源層表面的反應(yīng)將朝金屬的方向推動。由此當(dāng)氟被驅(qū)散時將恢復(fù)初始電阻。
在不可逆工序中，在氣流中將揮發(fā)和除去反應(yīng)產(chǎn)物如六氟化鎢WF6。有源層的電阻將隨鎢被除去而增加。在氟化物的去除時電阻不會減小。去除/電阻率升高將指示氟化物質(zhì)存在量。在該情況中，在陣列中提供幾個器件和順序地采用器件可以是有利的，由于他們在傳感工序中被消耗。聚合物或其他有機(jī)薄膜可以有效地覆蓋未使用的傳感元件，以及根據(jù)需要在器件的操作中可以熔融或燒蝕掉。
在有機(jī)敷層作為傳感材料的情況下，品種繁多的導(dǎo)電聚合物是市場上可買到的。這種聚合物的例子包括而不局限于聚苯撐亞乙烯基、可交聯(lián)的單體鑄型甲醇以及辛基噻吩，良好性能和市場上容易地買到的材料。
一般，與它被吸附相比由聚合物解吸氣體更緩慢。由此，通過微電爐使襯底溫度迅速地上升的能力增加吸附/脫附方案，幫助完成吸附氣體物質(zhì)的快速解吸。
酸物質(zhì)的吸附增加導(dǎo)電聚合物的導(dǎo)電性幾個數(shù)量級。在半導(dǎo)體制造操作中的氧化物室清洗過程中存在的物質(zhì)如氯化氫吸附將影響聚合物如辛基噻吩的導(dǎo)電性。由于HF是原子氟與氧化物中氫氣的反應(yīng)產(chǎn)物，因此氫氟酸同時可以用作室清洗工序的進(jìn)程的指示器。聚合物導(dǎo)電性可以相應(yīng)地保持恒定或相反作為氫氟酸減小的級別，表示室清洗工序的結(jié)束。
另外，例如由辛基噻吩形成的傳感膜可以與氧化物室清洗過程中存在的氟起反應(yīng)，當(dāng)通過聚合物與氟的反應(yīng)改變化學(xué)性質(zhì)時，導(dǎo)致聚合物的導(dǎo)電性能急劇減小。
應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到本發(fā)明的氣體傳感組件的微電爐實(shí)施例在組成傳感薄膜和采用的反應(yīng)/吸附化學(xué)性質(zhì)方面可以廣泛地改變，根據(jù)用于目標(biāo)氣體物質(zhì)探測的給定端應(yīng)用的技術(shù)技巧內(nèi)的決定。如Frank DiMeo Jr.和Gautam Bahndari的2001年7月24日出版的美國專利號6,265,222中更完全地描述，可以制造適合于本發(fā)明的實(shí)施的微電爐探測器的類型，在此將其公開內(nèi)容全部引入作為參考。
在一個目前優(yōu)選的傳感元件實(shí)施例中，其中傳感元件是細(xì)絲的形式，傳感器細(xì)絲包括Monel線心，具有約100微米數(shù)量級的直徑，是鍍鎳的。代替Monel，這種復(fù)合引線傳感器元件可以采用其他線心材料如鐵鎳合金、不銹鋼、銦、釩和鈷合金等。
鎳是高電阻特性，以及Monel具有更高的電阻率。因此它們的結(jié)合能夠最大化具有大電阻的傳感信號，以便實(shí)現(xiàn)更高的響應(yīng)性和有效的信號產(chǎn)生。
在這種線心和覆層復(fù)合細(xì)絲結(jié)構(gòu)中，線心材料可以包括本身不適于傳感器元件的材料，由于合金雜質(zhì)或其他考慮，但是具有高電阻率，當(dāng)在其上電鍍時能夠使其它材料如鎳補(bǔ)償線心材料的缺陷，并提供總體上高信號、高電阻率復(fù)合傳感器元件。
根據(jù)下列非限制例子更完全地說明發(fā)明的細(xì)節(jié)、特點(diǎn)和實(shí)施例。
例子1通孔點(diǎn)焊將具有4微米(μm)厚度的鉑箔連接到8-引線TO-5頭部的四個觸點(diǎn)。激光微細(xì)加工用來形成窄、更高電阻區(qū)域，具有80μm×50μm的近似尺寸。中間兩個觸點(diǎn)之間的箔的常溫(～25℃)電阻是0.14Ω。按細(xì)絲形式配置的這種箔是Pt測試樣品。
在圖26中示意地說明在該測試中使用的NF3等離子體測試歧管，包括歧管流動電路(但是僅僅在半導(dǎo)體室清洗工序模擬測試中的流動電路中提供且在基線中不提供)中的硅晶片30，Pt測試樣品32的上游。
歧管流動電路包括連接等離子體發(fā)生器34與下游主真空泵36的流動導(dǎo)管，隨后連接到干燥洗滌器單元38。從等離子體發(fā)生器34與歧管管道的連接點(diǎn)到Pt測試樣品32的距離是28英寸。主真空泵36和干燥洗滌器38之間的歧管管道裝備有通過相關(guān)的氣流槽耦合到FTIR氣體單元20的抽頭，如所示。通過標(biāo)記“流動方向”的箭頭，在流動電路中的各個位置示出在測試歧管中的流向。
自立式Pt箔安裝在圖26所示的NF3等離子體測試歧管中，并暴露于各種氟物質(zhì)。在約5乇的壓力下進(jìn)行等離子體測試。50mA的恒定電流(I)穿過箔，以及測量的電壓變化(ΔV)作為時間函數(shù)。SiF4濃度是測量主真空泵36的下流，使用FTIR氣體單元40，也作為時間函數(shù)。
當(dāng)箔暴露于基線條件(沒有Si或SiO2存在)時，箔中的壓降以類似于SiF4濃度的方式增加，如圖27所示。
在基線測試中以及后續(xù)室清洗工序模擬測試中通過等離子體發(fā)生器34產(chǎn)生NF3等離子體并流入歧管。在半導(dǎo)體處理室的側(cè)壁上可以存在公知是腐蝕硅和SiO2的NF3等離子體。NF3等離子體的副產(chǎn)品包括揮發(fā)性的SiF4。當(dāng)室被清洗時，SiF4的濃度減小。為了模擬測試歧管中的該事件，在歧管中設(shè)置硅晶片30以產(chǎn)生SiF4。
圖28示出了Si存在時作為時間函數(shù)的跨接露出Pt箔元件的壓降，以及作為時間函數(shù)的SiF4濃度。
圖29示出基線實(shí)驗(yàn)和有硅的實(shí)驗(yàn)之間的壓降差。壓降增加與產(chǎn)生的SiF4增加極大地相關(guān)，以及該反應(yīng)是可逆的，Pt電阻返回到預(yù)暴露值。Pt箔的電阻增加更加大于基于電阻率的公知溫度系數(shù)計算的值；因此，電阻的這些增加歸于NF3等離子體、Si污水和Pt箔之間的化學(xué)作用。
例子2為了表示三維結(jié)構(gòu)的使用，三個標(biāo)準(zhǔn)原型傳感器由如圖30-35所示的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺構(gòu)成。
圖30和31分別示出了利用安裝在鋁法蘭上的圓柱形小釘板設(shè)計的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺傳感器陣列的側(cè)視圖(圖30)和頂視圖(圖31)，其中每個傳感引線具有通過壓配柱的四探針觸點(diǎn)。
圖32和33分別示出了利用安裝在鋁法蘭上的圓柱形小釘板設(shè)計的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺傳感器組件的側(cè)視圖(圖32)和頂視圖(圖33)，其中每個傳感引線具有通過壓配柱的四探針電觸點(diǎn)。
圖34和35分別示出了安裝在鋁法蘭上的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺傳感器組件的側(cè)視圖(圖34)和頂視圖(圖35)，利用具有改變長度的螺旋溝槽的Vespel聚酰亞胺圓柱，允許待編織的單個傳感引線“上升”和“減小”單個Vespel聚酰亞胺圓柱的長度。多個圓柱允許使用多個傳感引線，其中每個傳感引線具有通過壓配柱的四探針電觸點(diǎn)。
圖30-31的傳感器由Vespel聚酰亞胺圓柱機(jī)械加工，以重復(fù)圖25中的以上非平坦小釘板結(jié)構(gòu)。在多傳感陣列中構(gòu)造該原型，每個引線格式利用16-管腳、四探針電觸點(diǎn)的鉑、鎳、銅和鋁線。
圖32-33所示的傳感器被機(jī)械加工以重復(fù)具有圖20所示的溝道、柱和架子-垂直切口Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)。在多個傳感陣列中構(gòu)造該原型，每個引線格式利用8-管腳，四探針電觸點(diǎn)的鉑、鎳、銅和鋁線。
圖34-35的傳感器表示溝道和架子設(shè)計的變化。沿單個圓柱形Vespel聚酰亞胺柱的長度以螺旋圖形剪切該原型中的溝道，以及在溝道內(nèi)部編織傳感引線。通過剪切不同深度的兩個分開的螺旋溝道，沿Vespel聚酰亞胺柱的長度彼此交叉，可以沿柱的長度制成雙程傳感引線，一個溝槽中的柱向上編織以及第二溝槽中的柱向下。因?yàn)橹哂胁煌纳疃龋€本身在溝槽交叉點(diǎn)中不接觸。在多個惡傳感陣列中構(gòu)造該原型，每個引線格式利用16-管腳、四探針電觸點(diǎn)的鉑、鎳、銅和鋁線。
例子3在該例子中，在100晶片的操作過程中產(chǎn)生數(shù)據(jù)。使用設(shè)置用于鎳傳感引線和銅傳感引線的腳手架支撐結(jié)構(gòu)的圓柱形小釘板部件構(gòu)成氣體傳感器組件。在圓柱的上部放置銅線，以及在圓柱的下部放置鎳傳感引線。75毫安恒定DC電流通入串聯(lián)的鎳絲和銅線。
每個鎳和銅線標(biāo)稱100微米直徑和大約13-14厘米長度。鎳絲的電阻是1.3Ω，以及銅線的電阻是0.255Ω。
來自處理室的氣體排放物經(jīng)歷連續(xù)的淀積和室清洗操作與傳感引線接觸，以及在淀積步驟和室清洗步驟過程中監(jiān)控氣體傳感引線的電阻率的變化率作為時間函數(shù)。
淀積步驟包括在襯底上由正硅酸乙酯(TEOS)源試劑淀積硅，接著用NF3清洗室。為了使氣體傳感引線的電阻率性能與工序操作相關(guān)，在與氣體傳感組件接觸之后來自室的排放氣通入殘余氣體分析儀(RGA)單元。RGA單元的輸出被監(jiān)控，作為時間函數(shù)，以及氣體傳感組件的圖形輸出和RGA單元迭加作為時間函數(shù)，如圖36的曲線圖所示。
下面陳述在構(gòu)成的淀積和清洗步驟中采用的工藝條件。
TEOS淀積室壓＝9Torr室溫＝390℃RF功率＝350WattsTEOS流速＝230sccm氦氣流速＝100sccm氧氣流速＝220sccm每個TEOS淀積持續(xù)120秒NF3清洗操作室壓＝3.2Torr室溫＝390℃RF功率＝350Watts氦氣流速＝225sccmNF3流速＝100sccm每個NF3清洗周期持續(xù)200秒。
圖36是曲線圖，在曲線圖的上部示出了作為終點(diǎn)監(jiān)控(EPM)的氣體傳感組件性能，以及在曲線圖的下部示出了作為時間函數(shù)的殘余氣體分析儀(RGA)氣體濃度，用分鐘。
曲線A和B示出了電阻變化，用(ohms/minute)×10-3的單位，作為時間函數(shù)，用于先前描述的處理操作中的連續(xù)正硅酸乙酯(TEOS)淀積步驟和交替的三氟化氮(NF3)清洗步驟，。
圖36的下部示出了作為時間函數(shù)的氟(曲線C)和四氟化硅(曲線D)的殘余氣體分析儀監(jiān)控濃度，用分鐘。
由圖36中的曲線圖的上部和下部的重疊明顯看出測試中的終點(diǎn)監(jiān)控器傳感元件(引線)的電阻變化與氟物質(zhì)探測很相關(guān)，通過殘余氣體分析儀，表明氣體傳感組件提供監(jiān)控室清洗操作中的氟物質(zhì)的高效裝置。
盡管在此參考說明性實(shí)施例和特點(diǎn)不同地描述了發(fā)明，但是應(yīng)當(dāng)理解在上文中描述的實(shí)施例和特點(diǎn)不打算限制本發(fā)明，且基于在此的公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地提出其他改變、改進(jìn)及其他實(shí)施例。因此按照此后闡述的權(quán)利要求廣泛地解釋本發(fā)明。
權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)134.一種氣體傳感器組件，包括自立式金屬傳感器元件和信號發(fā)生器，自立式金屬傳感器元件布置為選擇性抵抗元件的熱量和在與氣體環(huán)境中的氟物質(zhì)接觸時顯示出至少一種元件性能變化，以及信號發(fā)生器可操作地與傳感器元件耦合，以輸出指示氟物質(zhì)的存在和當(dāng)被監(jiān)控的氣體與傳感器元件接觸以及被監(jiān)控的氣體含所述氟物質(zhì)時監(jiān)控氣體的信號。
135.一種氣體傳感器組件，包括柱陣列，圍繞所述柱編織的一種或多種自立式金屬傳感器引線，以提供用于與對一種或多種目標(biāo)物質(zhì)的存在敏感的氣體接觸的編織引線結(jié)構(gòu)，其中一種或多種目標(biāo)物質(zhì)與引線交互作用產(chǎn)生所述一種或多種目標(biāo)物質(zhì)存在的響應(yīng)指示。
136.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中柱子由金屬材料形成。
137.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中柱子由Vespel聚酰亞胺形成。
138.根據(jù)權(quán)利要求136的氣體傳感器組件，其中在錨固點(diǎn)鍵合引線，以選擇所述柱子。
139.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中編織的引線結(jié)構(gòu)垂直地定向。
140.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中編織的引線結(jié)構(gòu)水平地定向。
141.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以跑道圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
142.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以8字形圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
143.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以“S”形圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
144.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括安裝所述柱子的Vespel聚酰亞胺塊。
145.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，還包括被機(jī)械加工以形成至少某些所述柱子的Vespel聚酰亞胺塊。
146.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括分別由不同的傳感金屬形成，和/或包括許多編織構(gòu)形以提供矩陣結(jié)構(gòu)的多個引線。
147.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括用于編織引線結(jié)構(gòu)的支撐的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)。
148.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)包括其中的切口溝道，通過切口溝道編織氣體傳感引線。
149.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)形成垂直柱，在垂直柱圍繞纏繞氣體傳感引線。
150.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)包括在控制的垂直位置支撐氣體傳感引線的切口部分。
151.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)具有在其中形成的孔，其中通過孔車螺紋氣體傳感引線。
152.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，還包括支撐所述編織引線結(jié)構(gòu)的Vespel聚酰亞胺多孔支撐件，其中在所述多孔支撐件的開口中支撐所述引線。
153.一種氣體傳感器組件，包括微扁平烤盤結(jié)構(gòu)，該微扁平烤盤結(jié)構(gòu)包括通過所述氟物質(zhì)的存在或濃度增加的響應(yīng)指示響應(yīng)于氟物質(zhì)的存在的自立式氣體傳感元件。
154.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感器組件，其中氣體傳感元件包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組的金屬及其合金和化合物。
155.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感器組件，其中氣體傳感器元件包括無機(jī)傳感器薄膜。
156.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感器組件，其中氣體傳感元件包括有機(jī)傳感器薄膜。
157.根據(jù)權(quán)利要求156的氣體傳感器組件，其中所述氣體傳感元件包括選自由銅和鎳構(gòu)成的組的金屬。
158.一種氣體傳感器組件，包括通過所述氟物質(zhì)的響應(yīng)指示響應(yīng)于對氟物質(zhì)的暴露的自立式氣體傳感元件，其中所述自立式氣體傳感元件包括復(fù)合細(xì)絲，復(fù)合細(xì)絲包括具有在其上涂敷的氟物質(zhì)敏感材料的細(xì)絲線心，其中與所述氟物質(zhì)響應(yīng)材料相比所述線心材料具有較高的電阻率。
159.根據(jù)權(quán)利要求158的氣體傳感器組件，其中細(xì)絲線心包括Monel。
160.根據(jù)權(quán)利要求159的氣體傳感器組件，其中氟物質(zhì)-響應(yīng)材料包括鎳。
161.一種氣體傳感器組件，包括耦合到微電子器件封裝的連接器管腳的自立式氣體傳感元件，其中自立式氣體傳感元件被布置為與對其中的一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化敏感的氣體環(huán)境接觸，以及自立式氣體傳感元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)時顯示出通過微電子器件封裝的所述連接器管腳可傳送響應(yīng)的材料形成。
162.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中微電子器件封裝包括芯片載體。
163.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括引線或箔元件。
164.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括在包括許多繞組的延伸結(jié)構(gòu)中的絕緣腳手架部件上支撐的引線。
權(quán)利要求
1.一種氣體傳感器組件，包括在襯底上耦合到一個器件的自立式氣體傳感元件，該器件用于監(jiān)控自立式氣體傳感元件與氟物質(zhì)接觸時氣體傳感元件的至少一種性能變化并響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號，其中氣體傳感元件由與氟物質(zhì)接觸時顯示出所述變化的材料形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中形成自立式氣體傳感元件的材料包括過渡金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中形成自立式氣體傳感元件的材料包括貴金屬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中形成自立式氣體傳感元件的材料包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組的金屬及其合金和化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中形成自立式氣體傳感元件的材料包括Ni。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中氟物質(zhì)包括選自由NF3、SiF4、C2F6、HF、F2、COF2、ClF3、IF3及其激活的物質(zhì)構(gòu)成的組的氟物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的氣體傳感器組件，其中形成自立式氣體傳感元件的材料包括Ni，以及其中氟物質(zhì)包括選自由NF3、SiF4、C2F6、HF、F2、COF2及其激活的物質(zhì)構(gòu)成的組的氟物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有選自由箔、薄膜、細(xì)絲、針、粉末、金屬摻雜的導(dǎo)電螺紋、電淀積的金屬及蒸氣淀積的金屬構(gòu)成的組的構(gòu)造。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有小于100μm的臨界尺寸。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有小于50μm的臨界尺寸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有小于25μm的臨界尺寸。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有小于10μm的臨界尺寸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件具有約0.1μm至約0.5μm范圍內(nèi)的臨界尺寸。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有約0.1μm至約100μm范圍內(nèi)的厚度的箔或薄膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的氣體傳感器組件，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸約小于10mm。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的氣體傳感器組件，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸約小于1mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的氣體傳感器組件，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸約小于100μm。
18.根據(jù)權(quán)利要求14的氣體傳感器組件，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸在約20μm至約5mm的范圍中。
19.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于150μm直徑的細(xì)絲。
20.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于50μm直徑的細(xì)絲。
21.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于25μm直徑的細(xì)絲。
22.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于10μm直徑的細(xì)絲。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括具有0.1μm至0.5μm的直徑范圍的細(xì)絲。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中所述器件用于監(jiān)控氣體傳感元件與氟代物質(zhì)接觸時氣體傳感元件的至少一種性能的變化并響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號，包括響應(yīng)地產(chǎn)生所述輸出信號的電路，以及其中氣體傳感器元件的至少一種性能的所述變化包括氣體傳感元件的電阻率變化。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中所述器件用于監(jiān)控氣體傳感元件與氟物質(zhì)接觸時氣體傳感元件的至少一種性能的變化并響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號，產(chǎn)生用于監(jiān)控工序或控制產(chǎn)生氟物質(zhì)的工序的輸出信號。
26.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中在作為所述襯底的芯片載體/器件封裝上直接制造自立式氣體傳感元件。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的氣體傳感器組件，其中通過在芯片載體/器件封裝中布置的穿通孔或管腳從芯片載體/器件封裝的背面實(shí)現(xiàn)與氣體傳感器元件的電接觸。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，其中氟物質(zhì)與氣體傳感器元件的接觸實(shí)現(xiàn)氟物質(zhì)和氣體傳感元件的溫敏反應(yīng)，以及其中組件被構(gòu)成和布置為使電流流過氣體傳感元件，用于加熱氣體傳感元件至促進(jìn)溫敏反應(yīng)的溫度。
29.根據(jù)權(quán)利要求1的氣體傳感器組件，包括限定陣列的許多所述氣體傳感元件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的氣體傳感器組件，其中陣列被構(gòu)成和布置為監(jiān)控不同的氟物質(zhì)，和/或在陣列的不同元件中以不同的工作方式工作。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的氣體傳感器組件，其中陣列被構(gòu)成和布置為監(jiān)控不同的工藝條件下的相同氟物質(zhì)。
32.一種以氣體傳感關(guān)系耦合到處理室并布置為承受所述處理室內(nèi)的腐蝕條件的固態(tài)傳感器，其中所述固態(tài)傳感器包括自立式氣體傳感元件和信號發(fā)生器，自立式氣體傳感元件布置為接觸所述腐蝕環(huán)境和通過氣體傳感器元件的至少一種可監(jiān)控性能的變化響應(yīng)所述接觸，以及信號發(fā)生器布置為輸出氣體傳感元件的所述至少一種性能中的所述變化的信號指示。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的固態(tài)傳感器，其中處理室包括半導(dǎo)體處理室。
34.根據(jù)權(quán)利要求32的固態(tài)傳感器，其中所述自立式氣體傳感器元件包括引線或金屬膜。
35.一種布置為監(jiān)控來自半導(dǎo)體制造工廠的流出物或源于所述流出物的流體的氣體傳感器組件，其中所述流出物或源于此的流體對目標(biāo)氟物質(zhì)的存在是敏感的，其中所述種氣體傳感器組件包括自立式氣體傳感元件，該自立式氣體傳感元件在襯底上耦合到用于監(jiān)控氣體傳感元件與所述流出物中或來源于所述流出物的流體中的目標(biāo)氟物質(zhì)接觸時氣體傳感器元件的至少一種性能變化，并響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號的器件，其中氣體傳感元件由與目標(biāo)氟物質(zhì)接觸時顯示出所述變化的材料形成。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的氣體傳感器組件，布置為監(jiān)控來自半導(dǎo)體處理室的流出物，半導(dǎo)體處理室布置為用NF3周期性清洗，其中容許在所述半導(dǎo)體處理室存在的硅和/或含硅材料與NF3起反應(yīng)，以形成SiF4，以及其中SiF4是目標(biāo)氟物質(zhì)。
37.根據(jù)權(quán)利要求35的氣體傳感器組件，其中氣體傳感元件由鎳形成。
38.一種監(jiān)控其中目標(biāo)氟物質(zhì)的存在或濃度變化的流體位置的方法，所述方法包括(a)從所述流體位置將流體暴露于自立式氣體傳感元件，該自立式氣體傳感元件由在與目標(biāo)氟物質(zhì)接觸時顯示出其至少一種性能變化的材料形成；(b)監(jiān)控步驟(a)過程中氣體傳感器元件的所述至少一種性能；以及(c)當(dāng)氣體傳感器元件顯示出氣體傳感器元件的至少一種性能的所述變化時，響應(yīng)地產(chǎn)生輸出信號，表示流體位置中目標(biāo)氟物質(zhì)的存在。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中流體位置包括制造工藝的周圍氣體環(huán)境。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中流體位置包括半導(dǎo)體處理工廠中的流體流。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件材料包括過渡金屬。
42.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件材料包括電鍍的金屬。
43.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件材料包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組的金屬及其合金和化合物。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件材料包括鎳。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中氟物質(zhì)包括選自由NF3、SiF4、C2F6、HF、F2、COF2、ClF3、IF3及其激活物質(zhì)構(gòu)成的組的氟物質(zhì)。
46.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感器元件材料包括Ni，以及其中氟物質(zhì)包括選自由NF3、SiF4、C2F6、HF、F2、COF2及其激活的原子團(tuán)構(gòu)成的組的氟物質(zhì)。
47.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感器元件具有選自由箔、薄膜、細(xì)絲、針、粉末、金屬摻雜的導(dǎo)電螺紋、淀積的金屬構(gòu)成的組的構(gòu)造。
48.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件具有小于150μm的臨界尺寸。
49.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件具有小于50μm的臨界尺寸。
50.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件具有小于25μm的臨界尺寸。
51.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件具有小于10μm的臨界尺寸。
52.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件具有約0.1μm至約0.5μm范圍內(nèi)的臨界尺寸。
53.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有約0.1μm至約50μm厚度范圍的箔或薄膜。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中在x和y方向的每一個中，箔或薄膜的橫向尺寸約小于10mm。
55.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸約小于1mm。
56.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸約小于100μm。
57.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中在x和y方向的每一個中箔或薄膜的橫向尺寸在約20μm至約5mm的范圍內(nèi)。
58.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于100μm直徑的細(xì)絲。
59.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于50μm直徑的細(xì)絲。
60.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于25μm直徑的細(xì)絲。
61.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有小于10μm直徑的細(xì)絲。
62.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中自立式氣體傳感元件包括具有約0.1μm至約0.5μm范圍內(nèi)的直徑的細(xì)絲。
63.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(c)中產(chǎn)生的輸出信號用來控制其中產(chǎn)生目標(biāo)氟物質(zhì)的工序。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的方法，其中該工序包括半導(dǎo)體制造工序。
65.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(c)中產(chǎn)生的輸出信號用來啟動警報。
66.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(c)中產(chǎn)生的輸出信號用來啟動一種或多種閥門。
67.根據(jù)權(quán)利要求38的方法，其中步驟(c)中產(chǎn)生的輸出信號用來實(shí)現(xiàn)具有作為化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)品產(chǎn)生的目標(biāo)氟物質(zhì)的工序中的操作變化。
68.根據(jù)權(quán)利要求67的方法，其中目標(biāo)氟物質(zhì)包括選自由SiF4、F2和F構(gòu)成的至少一種物質(zhì)。
69.一種制造氣體傳感器組件的方法，包括以下步驟提供一種包括襯底部件的基本組件，襯底部件具有在其上分隔開的直立觸點(diǎn)；在觸點(diǎn)之間的基本組件上淀積支撐材料層；在支撐材料層上淀積傳感器材料層；以及除去傳感器材料層下面的支撐材料，以形成自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)。
70.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中傳感器材料在與目標(biāo)氣體物質(zhì)接觸時顯示出至少一種性能變化。
71.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中支撐材料包括聚合材料。
72.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中支撐材料包括光刻膠材料。
73.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中傳感器材料包括過渡金屬。
74.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中傳感器材料包括電淀積的金屬。
75.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中材料傳感器材料包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組的金屬，及其合金和化合物。
76.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中傳感器材料包括鎳。
77.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中通過選自由傳感金屬的電子束蒸發(fā)、傳感金屬的電淀積以及傳感金屬的較少電淀積構(gòu)成組的淀積技術(shù)淀積傳感器材料。
78.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中支撐材料包括聚酰亞胺。
79.根據(jù)權(quán)利要求78的方法，其中通過激光燒蝕除去支撐材料。
80.根據(jù)權(quán)利要求79的方法，其中傳感器材料包括鎳。
81.根據(jù)權(quán)利要求69的方法，其中基本組件包括Vespel聚酰亞胺法蘭。
82.一種制造氣體傳感器組件的方法，包括以下步驟提供一種襯底部件；在襯底部件中形成溝槽；在溝槽中淀積支撐材料；在溝槽和襯底部件的相鄰表面區(qū)域上淀積傳感器材料層；從傳感器材料層下面的溝槽除去支撐材料，以形成重疊溝槽的自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)。
83.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中襯底部件包括Vespel聚酰亞胺法蘭。
84.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中通過激光鉆孔在襯底部件中形成溝槽。
85.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中通過襯底部件的化學(xué)刻蝕形成溝槽。
86.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中通過反應(yīng)離子刻蝕襯底部件形成溝槽。
87.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中支撐材料包括聚合材料。
88.根據(jù)權(quán)利要求87的方法，其中在氧氣存在的情況下通過支撐材料的灰化從溝槽除去支撐材料。
89.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中支撐材料包括SiO2。
90.根據(jù)權(quán)利要求89的方法，其中通過含氟等離子體刻蝕從溝槽除去支撐材料。
91.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中在淀積傳感器材料層之前，平整支撐材料，以從襯底部件的所述相鄰表面區(qū)域除去支撐材料。
92.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中通過襯底部件的溝槽和所述相鄰表面區(qū)域上的蔭罩淀積傳感器材料。
93.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中在包括襯底部件的所述溝槽層和所述相鄰表面區(qū)域的襯底部件上淀積傳感器材料，作為傳感器材料的覆蓋層，以及通過光刻膠和刻蝕構(gòu)圖覆蓋層。
94.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中通過選自由刻蝕、增溶、氧化灰化和升華構(gòu)成的組的去除技術(shù)從溝槽除去支撐材料。
95.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中傳感器材料被淀積或構(gòu)圖，以具有一般的矩形結(jié)構(gòu)。
96.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中傳感器材料包括具有響應(yīng)于傳感器材料與目標(biāo)氣體物質(zhì)的相互作用而改變的至少一種性能的材料，還包括將自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)耦合到電源和用于監(jiān)控所述變化的信號處理元件并響應(yīng)地產(chǎn)生指示目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在的輸出信號。
97.根據(jù)權(quán)利要求96的方法，其中至少一種性能包括傳感器材料的電阻。
98.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中傳感器材料包括選自由過渡金屬和貴金屬構(gòu)成的組的材料。
99.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中傳感器材料包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組及其合金和化合物的材料。
100.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中傳感器材料包括鎳。
101.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)具有小于100μm的厚度。
102.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)具有小于50μm的厚度。
103.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)具有小于25μm的厚度。
104.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)具有小于10μm的厚度。
105.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)具有約0.1μm至約5μm范圍內(nèi)的厚度。
106.根據(jù)權(quán)利要求82的方法，其中襯底包括芯片載體/器件封裝。
107.根據(jù)權(quán)利要求106的方法，還包括通過在芯片載體/器件封裝中布置的穿通孔或管腳從芯片載體/器件封裝的背面電接觸自立式傳感器材料結(jié)構(gòu)。
108.一種氣體傳感器組件，包括襯底，具有在其上淀積的、用于在氣體傳感過程中保護(hù)襯底被侵襲的阻擋層，在所述氣體感測傳感材料層的至少一種性能或響應(yīng)特性變化中暴露于待感測氣體的感測材料的所述阻擋層上淀積的層，以及在其背面上的襯底部件中形成的空腔，所述空腔在傳感層的背面終止。
109.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中襯底由硅形成。
110.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中阻擋層由無機(jī)介質(zhì)材料形成。
111.根據(jù)權(quán)利要求110的氣體傳感器組件，其中無機(jī)介質(zhì)材料包括選自由碳化硅和金剛石狀碳構(gòu)成的組。
112.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中阻擋層由有機(jī)材料形成。
113.根據(jù)權(quán)利要求112的氣體傳感器組件，其中所述無機(jī)介質(zhì)材料包括聚酰亞胺。
114.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中傳感材料層包括選自由鉑、銅、鋁和鎳構(gòu)成的組的金屬。
115.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中傳感材料層由鎳形成。
116.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中通過選自由構(gòu)圖刻蝕和通過蔭罩的構(gòu)圖構(gòu)成的組的構(gòu)圖技術(shù)構(gòu)圖傳感材料層。
117.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，其中空腔包括刻蝕空腔。
118.根據(jù)權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，還包括到傳感層的電觸點(diǎn)。
119.根據(jù)權(quán)利要求118的氣體傳感器組件，其中通過頂部引線鍵合形成電觸點(diǎn)。
120.根據(jù)權(quán)利要求118的氣體傳感器組件，其中通過掩埋的觸點(diǎn)穿過阻擋層和通過通孔結(jié)構(gòu)形成電觸點(diǎn)。
121.在密封的封裝中安裝的權(quán)利要求108的氣體傳感器組件，。
122.在法蘭部件的正面上安裝的權(quán)利要求108的氣體傳感器組件。
123.一種制造氣體傳感器組件的方法，包括提供襯底部件；在所述襯底部件上淀積阻擋層；在阻擋層上淀積傳感層；以及微加工所述襯底部件中的背面空腔，該空腔在阻擋層的內(nèi)部表面終止。
124.權(quán)利要求123的方法，還包括形成到金屬傳感層的電觸點(diǎn)。
125.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，其中通過頂部引線鍵合到傳感層形成所述電觸點(diǎn)。
126.根據(jù)權(quán)利要求124的方法，其中通過掩埋的觸點(diǎn)和穿通孔結(jié)構(gòu)形成所述電觸點(diǎn)。
127.根據(jù)權(quán)利要求123的方法，還包括將氣體傳感器組件插入封裝并將其密封。
128.根據(jù)權(quán)利要求123的方法，還包括在法蘭部件的前表面上安裝氣體傳感器組件。
129.根據(jù)權(quán)利要求123的方法，其中阻擋層由無機(jī)介質(zhì)材料形成。
130.根據(jù)權(quán)利要求129的方法，其中無機(jī)介質(zhì)材料包括選自由碳化硅和金剛石狀碳構(gòu)成的組。
131.根據(jù)權(quán)利要求123的方法，其中阻擋層由有機(jī)材料形成。
132.根據(jù)權(quán)利要求131的方法，其中有機(jī)材料包括聚酰亞胺。
133.根據(jù)權(quán)利要求123的方法，其中傳感材料層包括選自由鉑、銅、鋁和鎳構(gòu)成的組的金屬。
134.一種氣體傳感器組件，包括自立式金屬傳感器元件和信號發(fā)生器，自立式金屬傳感器元件布置為選擇性抵抗元件的熱量和在與氣體環(huán)境中的氟物質(zhì)接觸時顯示出至少一種元件性能變化，以及信號發(fā)生器可操作地與傳感器元件耦合，以輸出指示氟物質(zhì)的存在和當(dāng)被監(jiān)控的氣體與傳感器元件接觸以及被監(jiān)控的氣體含所述氟物質(zhì)時監(jiān)控氣體的信號。
135.一種氣體傳感器組件，包括柱陣列，圍繞所述柱編織的一種或多種自立式金屬傳感器引線，以提供用于與對一種或多種目標(biāo)物質(zhì)的存在敏感的氣體接觸的編織引線結(jié)構(gòu)，其中一種或多種目標(biāo)物質(zhì)與引線交互作用，以產(chǎn)生指示所述一種或多種目標(biāo)物質(zhì)存在的響應(yīng)。
136.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中柱子由金屬材料形成。
137.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中柱子由Vespel聚酰亞胺形成。
138.根據(jù)權(quán)利要求136的氣體傳感器組件，其中在錨固點(diǎn)鍵合引線，以選擇所述柱子。
139.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中編織的引線結(jié)構(gòu)垂直地定向。
140.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中編織的引線結(jié)構(gòu)水平地定向。
141.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以跑道圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
142.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以8字形圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
143.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，其中以“S”形圖形圍繞柱子纏繞氣體傳感引線。
144.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括安裝所述柱子的Vespel聚酰亞胺塊。
145.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，還包括機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺塊，以形成至少某些所述柱子。
146.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括分別由不同的傳感金屬形成和/或包括許多編織結(jié)構(gòu)以提供矩陣結(jié)構(gòu)的多個引線。
147.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，包括用于編織引線結(jié)構(gòu)的支撐的機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)。
148.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)包括切口溝道，其中通過切口溝道編織氣體傳感引線。
149.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)形成垂直柱，圍繞垂直柱纏繞氣體傳感引線。
150.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)包括在控制的垂直位置支撐氣體傳感引線的切口部分。
151.根據(jù)權(quán)利要求147的氣體傳感器組件，其中機(jī)械加工的Vespel聚酰亞胺結(jié)構(gòu)具有在其中形成的孔，其中通過孔車螺紋氣體傳感引線。
152.根據(jù)權(quán)利要求135的氣體傳感器組件，還包括支撐所述編織引線結(jié)構(gòu)的Vespel聚酰亞胺多孔支撐件，其中在所述多孔支撐件的開口中支撐所述引線。
153.一種氣體傳感器組件，包括微扁平烤盤結(jié)構(gòu)，該微扁平烤盤結(jié)構(gòu)包括通過所述氟物質(zhì)的存在或濃度增加的響應(yīng)指示響應(yīng)于氟物質(zhì)的存在的自立式氣體傳感元件。
154.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感器組件，其中氣體傳感元件包括選自由Ti、V、Cr、Mn、Nb、Mo、Ru、Pd、Ag、Ir、Ni、Al、Cu和Pt構(gòu)成的組的金屬及其合金和化合物。
155.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感組件，其中氣體傳感器元件包括無機(jī)傳感器薄膜。
156.根據(jù)權(quán)利要求153的氣體傳感組件，其中氣體傳感元件包括有機(jī)傳感器薄膜。
157.根據(jù)權(quán)利要求156的氣體傳感組件，其中所述氣體傳感元件包括選自由銅和鎳構(gòu)成的組的金屬。
158.一種氣體傳感器組件，包括通過所述氟物質(zhì)的響應(yīng)指示響應(yīng)于對氟物質(zhì)的暴露的自立式氣體傳感元件，其中所述自立式氣體傳感器元件包括復(fù)合細(xì)絲，復(fù)合細(xì)絲包括具有在其上涂敷的氟物質(zhì)敏感材料的細(xì)絲線心，其中與所述氟物質(zhì)響應(yīng)材料相比所述線心材料具有較高的電阻率。
159.根據(jù)權(quán)利要求158的氣體傳感器組件，其中細(xì)絲線心包括Monel。
160.根據(jù)權(quán)利要求159的氣體傳感器組件，其中氟物質(zhì)-響應(yīng)材料包括鎳。
161.一種氣體傳感器組件，包括耦合到微電子器件封裝的連接器管腳的自立式氣體傳感元件，其中自立式氣體傳感元件被布置為與對其中的一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化敏感的氣體環(huán)境接觸，自立式氣體傳感元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)時顯示出通過微電子器件封裝的所述連接器管腳可傳送響應(yīng)性的材料形成。
162.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中微電子器件封裝包括芯片載體。
163.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括引線或箔元件。
164.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，其中自立式氣體傳感元件包括在包括許多繞組的延伸結(jié)構(gòu)中的絕緣腳手架部件上支撐的引線。
165.根據(jù)權(quán)利要求164的氣體傳感器組件，其中絕緣腳手架部件由Vespel聚酰亞胺形成。
166.根據(jù)權(quán)利要求161的氣體傳感器組件，以目標(biāo)氣體感測關(guān)系耦合到半導(dǎo)體處理室。
167.一種氣體傳感器組件，包括襯底上的自立式部件，其中自立式部件包括布置為與對其中一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化敏感的氣體環(huán)境接觸的氣體傳感元件，并且氣體傳感元件由在暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)時顯示出氣體環(huán)境中所述一種或多種目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化的響應(yīng)指示的材料形成，自立式部件包括抵抗目標(biāo)氣體物質(zhì)的材料阻擋層，支撐所述氣體傳感元件。
168.根據(jù)權(quán)利要求167的氣體傳感器組件，其中阻擋層材料選自由碳化硅、金剛石狀碳和聚酰亞胺構(gòu)成的組。
169.根據(jù)權(quán)利要求168的氣體傳感器組件，其中氣體傳感材料層由選自由鎳、鉑、銅和鋁構(gòu)成的組的材料形成。
170.一種氣體傳感器組件，包括在絕緣腳手架部件上或絕緣腳手架部件中編織且包括其上的許多繞組以形成編織引線結(jié)構(gòu)的自立式氣體傳感引線元件，其中引線元件由暴露于目標(biāo)氣體物質(zhì)顯示出響應(yīng)性的材料形成，所述引線元件被耦合到電路，以當(dāng)引線元件暴露于所述目標(biāo)氣體物質(zhì)時產(chǎn)生氣體環(huán)境中的目標(biāo)氣體物質(zhì)的存在或濃度變化的輸出指示。
171.一種用于探測氣體環(huán)境中的氟物質(zhì)的氣體傳感器件，包括耐氟物質(zhì)的聚酰亞胺支撐結(jié)構(gòu)和在其上支撐的、用于接觸氣體環(huán)境的傳感引線，其中傳感引線響應(yīng)地顯示出在暴露于所述氟物質(zhì)中可監(jiān)控的變化。
全文摘要
一種用于探測含氟氣體中的含氟物質(zhì)的氣體探測器(54)和工藝，例如，經(jīng)歷用HF、NF
文檔編號G01N33/00GK1705871SQ200380101667
公開日2005年12月7日 申請日期2003年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月17日
發(fā)明者弗蘭克·迪梅奧, 陳世輝, 杰弗里·W·諾伊納, 詹姆士·韋爾奇, 米謝勒·斯塔瓦咨, 托馬斯·H·鮑姆, 麥肯齊·E·京, 陳英欣, 杰弗里·F·羅德 申請人:高級技術(shù)材料公司