[發明專利]傳感材料及其制備方法及實時傳感方法

無效

• 申請號: 201110235843.6
• 申請日: 2011-08-15
• 公開（公告）號: CN102874764A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發明（設計）人: 李壽南;林弘萍;施惠雅;謝文安;林致捷
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: C01B13/14
• 分類號: C01B13/14;G01N21/75
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉

技術領域

本發明涉及一種傳感材料，且特別涉及一種兆分之一(parts?per?trillion，ppt)級的傳感材料及其制備方法，以及應用此傳感材料的實時傳感方法。

背景技術

半導體與光電制造方法中使用的氣體及其副產物可成為氣態微量污染物(airborne?molecular?contaminant，AMC)而導致多種產品缺陷問題，其中典型的五大類氣態微污染為酸性氣體(molecular?acids，MA)、堿性氣體(molecular?bases，MB)、氣態可凝結物(molecular?condensables，MC)、摻雜類氣體(molecular?dopants，MD)及未分類(no?class，MO)。例如酸性氣體會腐蝕金屬層、堿性氣體會產生T-topping的危害、氣態可凝結物會影響薄膜特性(使Si-N膜轉變為Si-O膜并使曝光機鏡片霧化)、摻雜類氣體(例如磷化氫(PH₃)、砷化氫(AsH₃))會導致半導體p-n電性偏移、未分類(no?classes，MO)中的臭氧(O₃)污染會使組件電容量降低。

為了避免微量污染物導致半導體與光電制造方法的產率下降，每年國家半導體技術藍圖委員會(International?Technology?Roadmap?for?Semiconductors，ITRS)會對不同線寬制造方法建議其污染物容許濃度。如上所述，磷化氫為氣態微量污染物的一種，其在常溫下為無色有毒氣體，當吸入人體時更會造成呼吸困難甚至可能致死，因此半導體廠皆需依法安裝磷化氫氣體的偵測器。以45納米(nm)制造方法為例，ITRS建議PH₃濃度值應小于10兆分之一(parts?per?trillion，ppt)，因此需要可偵測達到ppt等級濃度的氣體偵測器。市面上所販售的磷化氫氣體偵測器主要為電化學式與色帶式兩種類型，兩者的市場占有率高達9成以上，然而這些市售的磷化氫氣體偵測器偵測下限約在100-10十億分之一(parts?per?billion，ppb)，遠高于ITRS所建議的10ppt。目前業界采用的偵測摻雜類氣體(MD)的方法是將測試晶圓暴露于潔凈室24～48小時，然后以氫氟酸(HF)溶解測試晶圓表面所沉降的MD，最后再用電感耦合等離子體質譜分析儀(ICP-MS)進行定性、定量分析。此方法極耗費時間與人力，且每個MD樣品的采樣與分析時間長達2-7天，因此當確認遭受MD污染時，已歷時數十天，導致數以萬片的晶圓因遭受污染而報廢，半導體廠也因此遭受數億臺幣的損失。

中國臺灣專利公開號201109081A1揭露一種負載金屬氧化物的納米結構材料及含磷化合物的檢測方法，是以一種負載金屬氧化物的納米結構材料，經以下步驟合成傳感材料：混合硅或鈦氧化物與一界面活性劑，并聚合成一中孔洞(mesoporous)氧化硅或氧化鈦，并進一步與一金屬或金屬化合物混合，最后對該混合物進行異相成核。根據另一實施例，負載金屬氧化物的納米結構材料的形成步驟也可為：將含硅或鈦化合物與碳材模板一起進行鍛燒，接著將所得產物與一金屬或金屬化合物混合，并進行第二次鍛燒。此案還提供利用上述納米結構材料所進行的含磷化合物(例如磷化氫)的檢測方法。然而，此案所合成的傳感材料需在400℃下的較高溫進行監測，且對磷化氫的偵測下限僅達100-10ppb/6小時。

因此，亟需可實時偵測ppt級氣態微量污染物的傳感材料及傳感方法。

發明內容

本發明提供一種傳感材料的制備方法，包括以下步驟：(a)提供一金屬氧化物前驅物的水溶液；(b)混合二氧化鈦(TiO₂)納米管與該金屬氧化物前驅物的水溶液以形成一混合物；(c)以一弱堿調整該混合物的pH值至中性；(d)將該混合物分散于水中并加熱；及(e)過濾該混合物以留下固體部分，并在持續通氧的環境中鍛燒該固體部分，以形成負載一金屬氧化物的二氧化鈦納米管。

本發明還提供一種傳感材料，包括：二氧化鈦(TiO₂)納米管；及均勻分散且負載于該二氧化鈦納米管上的金屬氧化物，其中該負載金屬氧化物的二氧化鈦納米管的比表面積(BET)約為200-400平方米/克(m²/g)，且該金屬氧化物的金屬元素相對于鈦元素的原子比例約為10-50％。

本發明還提供一種實時傳感方法，包括：提供上述傳感材料；導入一待測氣體與該傳感材料反應；及以拉曼光譜儀系統或傅立葉紅外線光譜儀系統分析反應結果。