○ 공정 목적

300℃ 내성 수소 센서 표준 요소 공정 확보를 통해, SiC 기반 수소 센서 제조 공정에 사용하고자 한다. 이 공정을 기반으로 300℃ 이상 동작 가능 수소센서 상용화를 유도한다.

○ 공정 용도

Pt 재료는 수소센서의 히터, 온도보상 소자, 검지 재료, 전극 등으로 다양하게 사용

○ 공정 구조(사진 및 모식도/구조도 등)



극한 환경에 수소센서를 적용하기 위해서는, 300℃ 이상 고온에서 낮은 TCR (temperature coefficient of resistor) 값과 온도 증가에 따른 hysteresis 거동을 보이지 않는 Pt 박막 제작 공정이 필요



- 일반적으로 금속의 전기저항 (ρtotal)은 아래식과 같이 금속 박막 내 불순물 저항 (ρI), 격자결함 저항(ρD), 진동 원자(포논)와 전자 충돌로 인한 열저항 (ρth)합으로 이루어진다.

ρtotal = ρth + ρI + ρD





이때 금속 박막이 단결정이고, 박막 내 불순물과 격자결함이 작다면 열저항만 남는다. 그리고 금속 박막 비저항은 고온에서는 온도 증가에 따라 1차원적으로 비례하고, Debye 온도 이하에서는 이론적으로 T5에 비례하는 것으로 알려졌다. 다음 그림은 측정 온도 증가에 따른 저항 변화를 보여주며, 금속의 비저항값은 불순물, 산화, 기체 함유 등의 화학적 요인, 격자결함, 구조 결함, 결정립 크기 등의 물리적 요인, 스트레인, 소성 변형, 잔류 응력이 등의 기계적 요인에 영향을 받는 것으로 알려졌다. 이처럼 금속 박막 증착시 O, N 등의 성분을 함유하거나 후속 열처리 통해 TCR값 조절이 가능함을 알려준다 (참고, Miton Ohring, The materials science of thin films, Academic Press, Inc, 1992, pp. 455-463)

○ 수소 센서 제작을 위한 작업도 (Run Sheet) 및 일관 공정 순서도

Thermal Oxidation → 노광 공정 (lift-off) : patterning 공정 → 적층 Pt 박막 증착 공정 → RTA 공정 → (보호막 증착 공정) → (감지막 증착)

1) 고온 안정 Pt 박막 개발: RTA (rapid thermal anneal) 공정 최적화를 통한 공정개발

- 배선 선폭에 따른 특성 평가



2) 적층 Pt 박막 개발: 고온 안정 Pt 박막 구조 개발 (낮은 TCR 박막)



3) 보호막 공정개발: 불순물 주입 효과 개발

○ 공정 특성 : Pt 박막 형성 단위공정과 모듈공정 확립으로 SiC 기반 수소 센서 제작하여 센서 동작 및 설계 검증



- 고온 안정성 저항형 수소 센서 제작 공정

- RTA 공정 최적화를 통한 고온 안정성 Pt 박막 개발



※ 배선 선폭 변화에 따른 안정성 평가

※ 재현성 측정 결과