JPH01207654A - Manufacture of gas sensor - Google Patents

Manufacture of gas sensor

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Publication number
JPH01207654A
JPH01207654A JP3232388A JP3232388A JPH01207654A JP H01207654 A JPH01207654 A JP H01207654A JP 3232388 A JP3232388 A JP 3232388A JP 3232388 A JP3232388 A JP 3232388A JP H01207654 A JPH01207654 A JP H01207654A
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JP
Japan
Prior art keywords
thin film
plasma
gas
gas sensor
manufacturing
Prior art date
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Pending
Application number
JP3232388A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kanji Fujita
藤田 寛治
Hironobu Ueno
上野 博信
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Figaro Engineering Inc
Original Assignee
Figaro Engineering Inc
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Filing date
Publication date
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Priority to JP3232388A priority Critical patent/JPH01207654A/en
Publication of JPH01207654A publication Critical patent/JPH01207654A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE:To use a mask of photoresist, etc., at the time of thin film manufacture by exposing a gas for raw material to plasma by RF discharging, etc., which is triggered by an excitation source and forming a metal oxide thin film. CONSTITUTION:The raw material gas for the metal oxide thin film is admitted to a reaction chamber 2 from a gas intake 20. Then, microwave plasma is produced in a container 26 with a microwave supplied from a microwave power source 24 and put in circular motion by applying a magnetic field to the container 26 from an electromagnet 30 to suppress the contact of the plasma with the container wall while making the plasma flow in the reaction chamber 2 through a grid 34. Positive ions in the plasma are accelerated through the operation of the grid 34, etc., to enter the reaction chamber 2 and when it reaches the part between discharging electrodes 10 and 12, the RF discharging is triggered with the ions. Consequently, the discharging is started even under low pressure and even if the electric power of a RF power source is low to decompose the raw material gas, thereby forming the metal oxide thin film on a substrate 18. Further, the mask of the photoresist is formed on the substrate 18 and removed after the thin film is formed.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の利用分野] この発明は、プラズマ放電を用いたガスセンサの製造方
法に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a method of manufacturing a gas sensor using plasma discharge.

[従来技術] RF放電(ラジオ波を用いたプラズマ放711)を利用
し、薄膜を形成する技術は周知である。この場合、原料
ガスの全圧は0 、 l Torr程度の場合が多い。
[Prior Art] A technique for forming a thin film using RF discharge (plasma emission 711 using radio waves) is well known. In this case, the total pressure of the raw material gas is often about 0.1 Torr.

そして原料ガスの圧力をこれ以下に下げると、放電が起
こりにくくなる。高い放電圧で、即ち低真空で放電を起
こさせると、基板の表面温度の上昇が著しい。従ってフ
ォトレジストによるマスクを使用できず、薄膜の微細加
工が円錐となる。
When the pressure of the source gas is lowered below this level, discharge becomes less likely to occur. When a discharge is caused at a high discharge voltage, that is, in a low vacuum, the surface temperature of the substrate increases significantly. Therefore, a photoresist mask cannot be used, and the fine processing of the thin film becomes conical.

発明台は、Ili’等の放電源に、マイクロ波プラズマ
や電子ビーム、あるいはイオンビーム等を注入し、これ
らのイオンや電子によりRF等の放電をトリガーすると
、より低圧でら放電が開始することを見出した。そして
発明台は、この方法によりガスセンサを製造することを
検討した。
The invention was made by injecting microwave plasma, electron beams, or ion beams into a discharge source such as Ili', and triggering an RF discharge using these ions or electrons to start a discharge at a lower voltage. I found out. The inventor then considered manufacturing a gas sensor using this method.

[発明の課題〕 この発明の課題は、薄膜製造時にフォトレジスト等のマ
スクの使用を可能にする点に何る。
[Problem of the Invention] An object of the present invention is to enable the use of a mask such as a photoresist during thin film production.

[発明の構成と作用] この発明では、RF放電やDC放電等のプラズマ中に金
!+1酸化物の原料ガスをさらし、金属酸化物源112
を形成さ口る。この放電は他の励起源によりl・リガー
して行う。
[Structure and operation of the invention] In this invention, gold! +1 Exposing the oxide raw material gas to the metal oxide source 112
Form the mouth. This discharge is performed by rigging with another excitation source.

金II4酸化物薄膜としては、5nOtやZnO等の金
属酸化物半導体、5b2o、の含水化合物等のプロトン
導電体、あるいはZ r 02等の酸素イオン導゛1を
体等の薄膜が灯る。
Examples of gold II4 oxide thin films include metal oxide semiconductors such as 5nOt and ZnO, proton conductors such as hydrated compounds of 5b2O, and oxygen ion conductors such as Zr02.

励起源には、例えばマイクロ波プラズマを用いる。ここ
で好ましくは、マイクロ波プラズマの生成部に磁界を加
える。磁界を加えろと、磁界に爪直な平面でのプラズマ
中の電子やイオンの運動は回転運動となり、これらの帯
電粒子と器壁との衝突によるプラズマの散逸を防止でき
る。プラズマ中の電子の一部は、マイクロ波に同期して
回転し、マイクロ波の電場により効率的に加速されろ。
For example, microwave plasma is used as the excitation source. Preferably, a magnetic field is applied to the microwave plasma generation section. When a magnetic field is applied, the motion of electrons and ions in the plasma on a plane perpendicular to the magnetic field becomes a rotational motion, which prevents dissipation of the plasma due to collisions between these charged particles and the vessel wall. Some of the electrons in the plasma rotate in synchronization with the microwave and are efficiently accelerated by the microwave's electric field.

これはマイクロ波と電子との共鳴であり、この共鳴を用
いてマイクロ波のエネルギーを著しく効率的にプラズマ
に吸収させる。
This is a resonance between microwaves and electrons, and this resonance is used to absorb microwave energy into plasma extremely efficiently.

マイクロ波プラズマの生成部と、RF等の放電部との間
には、グリッドを設けることが好ましい。
It is preferable to provide a grid between the microwave plasma generation section and the RF or other discharge section.

グリッドの電位を2つのプラズマに対して負に制御する
と、マイクロ波プラズマ中の電子はグリッドで反発され
、マイクロ波プラズマ中に押し戻される。またマイクロ
波プラズマ生成部の電位は、プラズマ中の陽イオンのみ
をIP等のプラズマ生成部に照射するため、RF等のプ
ラズマ生成部の電位に対して正とすることが好ましい。
When the potential of the grid is controlled to be negative with respect to the two plasmas, the electrons in the microwave plasma are repelled by the grid and pushed back into the microwave plasma. Further, the potential of the microwave plasma generation section is preferably positive with respect to the potential of the plasma generation section such as RF in order to irradiate only the positive ions in the plasma to the plasma generation section such as the IP.

他の励起源としては、電子ビームやイオンビーム等の任
0の乙のを用いることができる。しかし電子ヒームを用
いると、ビーム源のフィラメントが原料ガス中の酸素に
より酸化されるため、ji:(料ガスに酸素を加えられ
ない欠点か伴う。そこでマイクロ波やイオンビームの方
か好ましい。
As other excitation sources, any one of electron beams, ion beams, etc. can be used. However, when an electron beam is used, the filament of the beam source is oxidized by oxygen in the source gas, so there is a drawback that oxygen cannot be added to the source gas. Therefore, microwaves or ion beams are preferable.

金属酸化物薄膜の原料ガスとしては、例えば低沸点の金
属化合物と酸素との混合ガスを用いろ。
As the raw material gas for the metal oxide thin film, for example, a mixed gas of a low boiling point metal compound and oxygen may be used.

混合ガスには、Ar等の放電が容易でイオン化エネルギ
ーの低いガスを混合してら良い。金属酸化物の種類をS
nowとすると、Snの低沸点化合物としては5nC1
+やS n(CHs)−等が有る。この内腐蝕性の無い
S n(CHy)−が好ましい。勿論金属酸化物薄膜は
、−旦金属薄膜を形成した後に、酸化して製造しても良
い。
The mixed gas may include a gas such as Ar that is easy to discharge and has low ionization energy. Type of metal oxide S
Now, as a low boiling point compound of Sn, 5nC1
+, Sn(CHs)-, etc. Of these, Sn(CHy)-, which has no corrosive properties, is preferred. Of course, the metal oxide thin film may be manufactured by first forming the metal thin film and then oxidizing it.

このような製造方法の特徴は次の点に有る。第一に、薄
膜を形成すべき基板の温度上界が少ない。
The characteristics of this manufacturing method are as follows. First, the upper temperature limit of the substrate on which the thin film is to be formed is small.

このためフ」−トレノストの使用が可能になり、フォト
レジストを用いたマスクパターンによる微細な薄膜の形
成が可能になる。即ち小さなガスセンサの製造が可能に
なる。
For this reason, it becomes possible to use a photoresist, and it becomes possible to form a fine thin film using a mask pattern using a photoresist. That is, it becomes possible to manufacture small gas sensors.

第2に、場所的に均一な薄膜の形成が容易である。この
ため大きな基板を用い、多数のセンサを同時に生産する
ことができる。そして得られたセンサのバラ付きが小さ
い。例えば従来法の例として、Snの有機化合物の溶液
をスプレーで加熱した基板に吹き付け、基板上で熱分解
すると、スプレーからの位置と角度により薄膜の抵抗値
は大きくバラ付く。
Second, it is easy to form a locally uniform thin film. Therefore, a large number of sensors can be produced simultaneously using a large substrate. Moreover, the variation in the obtained sensor is small. For example, as an example of the conventional method, when a solution of an organic compound of Sn is sprayed onto a heated substrate and thermally decomposed on the substrate, the resistance value of the thin film varies greatly depending on the position and angle from the spray.

第三に、非晶質な薄膜が容易に得られろ。これに伴って
、従来法とは特性の異なったガスセンサが得られる。
Third, amorphous thin films can be easily obtained. Accordingly, a gas sensor with different characteristics from the conventional method can be obtained.

[実施例] 貨アの構造 第1図に、用いlこ薄膜製造装置の構造を示す。[Example] Structure of currency a FIG. 1 shows the structure of the thin film manufacturing apparatus used.

この装置は発明者の一人が開発したもので、それ自体と
して新規なものである。図において、2は反応室、4は
拡散ポンプ、6はロータリーポンプであり、8は反応室
2からの排気口である。10は!’(F放電の放電電極
、12は接地電極、14はRF 711源である。なお
RF放電に変えDC放電を用いても良いが、その場合は
電極10.12へのプラズマのスパッタリングによる薄
膜の汚染が生じ易い。また接地?ti極12を特に設け
ず、反応室2の器壁全体を接地電極として放電させても
良い。
This device was developed by one of the inventors and is new in itself. In the figure, 2 is a reaction chamber, 4 is a diffusion pump, 6 is a rotary pump, and 8 is an exhaust port from the reaction chamber 2. 10 is! (The discharge electrode for F discharge, 12 is the ground electrode, and 14 is the RF 711 source. Note that DC discharge may be used instead of RF discharge, but in that case, the thin film is formed by sputtering plasma onto the electrodes 10 and 12. Contamination is likely to occur.Furthermore, the ground electrode 12 may not be particularly provided, and the entire wall of the reaction chamber 2 may be used as a ground electrode to cause discharge.

16は基板台、18はアルミナ等の基板、20は放電に
用いる気体の導入口、22はガス溜である。
16 is a substrate stand, 18 is a substrate such as alumina, 20 is an inlet for gas used for discharge, and 22 is a gas reservoir.

24はマイクロ波電源、26は導波管を介してマイクロ
波電源24に接続したマイクロ波プラズマの発生容器、
28は溶融シリカの板であり、容器26の真空シールに
用いる。30は電磁石コイル、32は容器中のマイクロ
波プラズマの電位を制御するための直流電源である。即
ち容器26と反応室2とを絶縁し、容器26に反応室2
に対して正の電位を加えると、容器中のマイクロ波プラ
ズマの陽イオンは反応室2に加速されて打ち込まれる。
24 is a microwave power source; 26 is a microwave plasma generation container connected to the microwave power source 24 via a waveguide;
A fused silica plate 28 is used for vacuum sealing the container 26. 30 is an electromagnetic coil, and 32 is a DC power source for controlling the potential of the microwave plasma in the container. That is, the container 26 and the reaction chamber 2 are insulated, and the reaction chamber 2 is connected to the container 26.
When a positive potential is applied to the reaction chamber 2, the positive ions of the microwave plasma in the container are accelerated and driven into the reaction chamber 2.

このイオンはビーム状になり、基板に照射される。同時
にこのイオンビームが放電電極10゜12間に到着する
と、RF放電がトリガーされる。
These ions form a beam and are irradiated onto the substrate. At the same time, when this ion beam arrives between the discharge electrodes 10.degree. 12, an RF discharge is triggered.

?TiTa205けず、イオンの自然拡散により放電を
トリガーしても良い。しかしこれは非効率である。34
は金網状のグリッドで、その電位を容器26及び反応室
2に対して、即ちマイクロ波プラズマ生成部とRFプラ
ズマ生成部の両者に対して負に保ち、ここでマイクロ波
プラズマ中の電子を反発して容器中に戻すようにする。
? Discharge may be triggered by natural diffusion of TiTa205 ions. However, this is inefficient. 34
is a wire-mesh-like grid that keeps its potential negative with respect to the container 26 and the reaction chamber 2, that is, with respect to both the microwave plasma generation section and the RF plasma generation section, and repels the electrons in the microwave plasma. and return it to the container.

グリッド34には電源から負の電位を加えても良いが、
実施例ではグリッド34を絶縁するだけにとどめた。こ
のようにすると、プラズマ中の電子のため、グリッド3
4の周囲に負の空間電位が形成されるので、この空間電
位を利用した。この操作により、反応室2にマイクロ波
プラズマ中の陽イオンを選択的に流入させる。
Although a negative potential may be applied to the grid 34 from the power supply,
In the embodiment, only the grid 34 was insulated. In this way, because of the electrons in the plasma, the grid 3
Since a negative space potential is formed around 4, this space potential was utilized. By this operation, positive ions in the microwave plasma are selectively flowed into the reaction chamber 2.

なお実施例では、容器26の磁界を1000ガウス、そ
の直径を10cm、長さを40C11とした。
In the example, the magnetic field of the container 26 was 1000 Gauss, its diameter was 10 cm, and its length was 40C11.

またマイクロ波電源24の周波数を2.45GHzとし
た。更に電源32の電圧、即ち容器26の反応室2に対
する電位を、70Vとして実験を行った。次に反応室2
は容器26と同軸の円筒状とし、直径を30cm、長さ
を300I11とした。RF電源14には13 、56
 MHzの周波数を用い、そのエネルギーを50Wとし
た。また放電電極10.12はいずれし直径8cff+
の円盤て、その間隔は6.5cmとした。反応室2内の
位置は、グリッド34からの図のZ軸方向の距離で示す
Further, the frequency of the microwave power source 24 was set to 2.45 GHz. Furthermore, the experiment was conducted with the voltage of the power supply 32, that is, the potential of the container 26 relative to the reaction chamber 2, set to 70V. Next, reaction chamber 2
had a cylindrical shape coaxial with the container 26, had a diameter of 30 cm, and a length of 300I11. 13, 56 for the RF power supply 14
A frequency of MHz was used, and the energy was 50W. In addition, the discharge electrode 10.12 will eventually have a diameter of 8cff+
The distance between the disks was 6.5 cm. The position within the reaction chamber 2 is indicated by the distance from the grid 34 in the Z-axis direction in the figure.

薄膜の形成 気体導入口20からテトラメチルS n I 2 Mo
1%、酸素88Mo1%の混合気を導入し、反応室2の
全圧をI X l O−3〜3 X I O−”Tor
rとして、放電させた。この混合気にはAr等の他のガ
スを混入してら良い。なおこの圧力では、RF7Ii源
14単独では放電はわずかで、膜の形成は極端に遅い。
Formation of thin film Tetramethyl S n I 2 Mo from the gas inlet 20
A mixture of 1% oxygen and 88Mo1% oxygen was introduced, and the total pressure in the reaction chamber 2 was reduced to 1%
It was discharged as r. Other gases such as Ar may be mixed into this mixture. Note that at this pressure, when the RF7Ii source 14 is used alone, the discharge is slight and the film formation is extremely slow.

テトラメチルSnはSnの低沸点化合物の一例である。Tetramethyl Sn is an example of a low boiling point compound of Sn.

一方マイクロ波?u源24から容器26にマイクロ波を
供給する。このマイクロ波のため、容器26でマイクロ
波プラズマが生成した。容器26には電磁石30から磁
界を加え、ローレンツ力によりプラズマを円運動させて
器壁との接触を抑制した。またプラズマ中の電子の一部
はマイクロ波に同期して円運動°4′るので、マイクロ
波の電場により加速される。容器26の軸方向の運動に
は磁界は作用しないので、生成したプラズマはグリッド
34を介して反応室2に流入する。この時グリッド34
は絶縁されているので、周囲の空間への電子の蓄積等に
よる負の空間電位が生成する。この空間電位のため電子
はグリッド34で反発され、プラズマ中に戻される。こ
れにより、反応室2にはイオンビームが流入し、その密
度はマイクロ波電源4の電力で、エネルギーは直流電源
32の電圧で制御できる。容器26は反応室2に対し正
の電位に保たれているので、グリッド34を通過したプ
ラズマ中の陽イオンは加速されて反応室内に侵入する。
Microwave on the other hand? Microwaves are supplied from the u source 24 to the container 26. Due to this microwave, microwave plasma was generated in the container 26. A magnetic field was applied to the container 26 from an electromagnet 30, and the plasma was caused to move in a circular motion by the Lorentz force, thereby suppressing contact with the container wall. Further, since some of the electrons in the plasma move in a circular motion 4' in synchronization with the microwave, they are accelerated by the electric field of the microwave. Since no magnetic field acts on the axial movement of the container 26, the generated plasma flows into the reaction chamber 2 via the grid 34. At this time grid 34
Since it is insulated, a negative space potential is generated due to the accumulation of electrons in the surrounding space. Because of this space potential, electrons are repelled by the grid 34 and returned to the plasma. As a result, an ion beam flows into the reaction chamber 2, and its density can be controlled by the power of the microwave power source 4 and the energy can be controlled by the voltage of the DC power source 32. Since the container 26 is maintained at a positive potential with respect to the reaction chamber 2, the positive ions in the plasma that have passed through the grid 34 are accelerated and enter the reaction chamber.

マイクロ波プラズマからのイオンの流れが、放電電極1
0.12間に到?1ずろと、このイオンによりrlF放
電がトリガーされる。このため本来RF放電が生じない
圧力でも、またRF主電源電力が低くても、放電が開始
する。放電によりSnのa機化合物と酸素との混合ガス
を分解し、基板I8上に金属酸化物の薄膜を形成させろ
A flow of ions from the microwave plasma flows to the discharge electrode 1.
Reached 0.12 hours? 1, this ion triggers an rIF discharge. Therefore, the discharge starts even at a pressure at which RF discharge would not normally occur, or even if the RF main power supply power is low. Decompose the mixed gas of the Sn a-organic compound and oxygen by electric discharge to form a thin film of metal oxide on the substrate I8.

容器26にマイクロ波プラズマを作る目的は、反応室2
にイオンビームを照射することと、RF放電のトリガー
とに有る。従って、他の励起源、例えば電子ビームやイ
オンビームを用いても良い。
The purpose of creating microwave plasma in the container 26 is to
ion beam irradiation and triggering of RF discharge. Therefore, other excitation sources may be used, such as electron beams or ion beams.

2かし?[を子ビームを用いると、ビーム源のフィラメ
ントの酸化のため、酸素を薄膜の原料ガスに含有させる
ことかできない。
2? [If a child beam is used, oxygen cannot be included in the thin film source gas because of the oxidation of the filament of the beam source.

基板の溝造を第2図に示す。図において、40はアルミ
ナ等の耐熱絶縁性基板、42はRu Oy等のヒータパ
ターン、44.46.48は電極である。これらのむの
はフォトレジスト50によりマスクして仔る。52はフ
ォトレジストに設けた穴である。この穴52に金属酸化
物の薄膜を形成する。そして基板40を未分割のまま多
数結合したしのを、基板18として薄膜の形成に使用し
た。
Figure 2 shows the groove structure of the board. In the figure, 40 is a heat-resistant insulating substrate made of alumina or the like, 42 is a heater pattern made of Ru Oy or the like, and 44, 46, 48 are electrodes. These holes are masked with a photoresist 50. 52 is a hole provided in the photoresist. A thin film of metal oxide is formed in this hole 52. A large number of undivided substrates 40 were bonded together and used as the substrate 18 for forming a thin film.

薄膜の形成後にフォトレジストを除去し、薄膜を熱処理
すると共に、基板18をセンサ1個毎に分割して、電極
44,46.48を配線すれば、ガスセンザが完成する
After forming the thin film, the photoresist is removed, the thin film is heat treated, the substrate 18 is divided into individual sensors, and the electrodes 44, 46, 48 are wired to complete the gas sensor.

第3図に、5nap薄膜の形成時間と薄膜の面抵抗との
関係を示す。基板18の接地位置は放電電極10.12
の中央部、混合気の圧力は3XIO−3Torrとした
。(原則として以下同じ。)図の結果は、得られたS 
n 02薄膜を空気中700℃で1時間処理し1こ後、
280℃で抵抗値を測定したものである。またこの薄膜
の形成過程での基板18の表面温度は8cm程度で、フ
ォトレジストの耐熱温度(200℃以下)よりも十分低
かった。図から薄膜の形成時間は20分以上とすれば良
いことか判る。そこで以下では、薄膜の形成時間を40
分間とした。
FIG. 3 shows the relationship between the formation time of a 5nap thin film and the sheet resistance of the thin film. The grounding position of the substrate 18 is the discharge electrode 10.12.
The pressure of the air-fuel mixture at the center of the cylinder was set to 3XIO-3Torr. (In principle, the same applies below.) The results shown in the figure are the obtained S
The n02 thin film was treated in air at 700°C for 1 hour, and after 1 hour,
The resistance value was measured at 280°C. Further, the surface temperature of the substrate 18 during the process of forming this thin film was about 8 cm, which was sufficiently lower than the allowable temperature limit (200° C. or lower) of the photoresist. It can be seen from the figure that the time required to form the thin film is 20 minutes or more. Therefore, below, the thin film formation time is 40
It was set as 1 minute.

第4図に、得られたSnO2薄膜の、(放電時間・10
分間、原料ガスの圧力3 、0 X l O−3Tor
r)、X線回折図を示す。図の(A)は薄膜形成直後の
ものを、(B)は空気中700℃で1時間熱処理後の乙
のを示す。なおX線回折のため、基板18には石英カラ
スを用いた。未処理の薄膜は非晶質、700℃で処理し
ても5no2の平均結晶子径(直径)は70〜+ 00
 /’1に過ぎない。即ちこの発明では、非晶質あるい
は平均結晶子径の小さな薄膜が容易に得られる。
Figure 4 shows the (discharge time/10
min, source gas pressure 3,0 X l O-3 Tor
r) shows an X-ray diffraction diagram. In the figure, (A) shows the thin film immediately after formation, and (B) shows the film after heat treatment at 700° C. for 1 hour in air. Note that for X-ray diffraction, quartz glass was used as the substrate 18. The untreated thin film is amorphous, and even when treated at 700°C, the average crystallite diameter (diameter) of 5no2 is 70~+00
/'It's only 1. That is, according to the present invention, a thin film that is amorphous or has a small average crystallite diameter can be easily obtained.

第5図に、5000倍でのSno、薄膜の電子顕微鏡写
真を示す。膜1′7は約0.2μm、膜の状態は製造後
、熱処理11りのらので、基板は石英ガラスである。製
造には3.Ox l 0−3Torrの混合気を用い、
膜の形成時間は40分間である。基板をiE出させるた
め、ガラスカッターで膜にクラック(図の左部)を設け
である。
FIG. 5 shows an electron micrograph of the Sno thin film at 5000 times magnification. The film 1'7 has a thickness of about 0.2 .mu.m, and the state of the film has been heat-treated after manufacturing, so the substrate is quartz glass. 3. For manufacturing. Using a mixture of Ox l 0-3 Torr,
The film formation time is 40 minutes. In order to expose the substrate to iE, a crack was created in the film using a glass cutter (left side of the figure).

薄膜の形成に対する最適圧を知るため、混合気の圧力を
変えて薄膜を調整し、室温での面抵抗を測定した。結果
を、KΩ単位で表1に示す。
To determine the optimal pressure for thin film formation, the thin films were prepared by varying the pressure of the air-fuel mixture, and the sheet resistance at room temperature was measured. The results are shown in Table 1 in KΩ.

表 1 (最適圧) 基板のZ軸位置 全圧(Torr)  2cm    l Ocm  1
8cm  26cm5XIO−’  〜10’   閃
   ■   ■3 x l O−’   20  6
0  160 −150I X I O−’    o
o   oo    oo    o。
Table 1 (Optimal pressure) Z-axis position total pressure of substrate (Torr) 2cm l Ocm 1
8cm 26cm5XIO-'~10' Flash ■ ■3 x l O-' 20 6
0 160 -150I X I O-' o
ooooooooo.

* Z軸位置が+8c+nで放電電極1.Q、12の中
央に対応し、各データは薄膜の面抵抗を現す。
*Discharge electrode 1 when the Z-axis position is +8c+n. Q, corresponds to the center of 12, and each data represents the sheet resistance of the thin film.

表!の結果から、放電時の圧ツノは1x10−3〜3 
X I 0−2Torrが好ましいことか判る。表1か
ら判る他の特徴は、基板位置による抵抗値の変化が比較
的少ない点である(3 X l O−3Torrの例)
table! From the results, the pressure horn during discharge is 1x10-3~3
It can be seen that X I 0-2 Torr is preferable. Another feature that can be seen from Table 1 is that the resistance value changes relatively little depending on the substrate position (example of 3 X l O-3 Torr).
.

即しこの発明では、均一な薄膜の形成が容易である。That is, in this invention, it is easy to form a uniform thin film.

マイクロ波プラズマとRF放電との相互作用を検討した
。マイクロ波や磁界を加えずRP主電源みを動作させて
放電させた場合、マイクロ波と磁界のみを加え、RF7
14源を用いずマイクロ波プラズマだけて薄膜を生成さ
せた場合、及び実施例の3者に付いて、得られたSnO
2薄膜の室温での面抵抗を求めた。結果を、KΩ単位で
表2に示す。
The interaction between microwave plasma and RF discharge was investigated. If you operate only the RP main power supply and discharge without applying microwaves or magnetic fields, if you apply only microwaves and magnetic fields, RF7
In the case where the thin film was generated only by microwave plasma without using the No. 14 source, and in the case of the three examples
The sheet resistance of the two thin films at room temperature was determined. The results are shown in Table 2 in KΩ.

表 2 (マイクロ波との相互作用) 17 Fのみ    1083X1032X10’  
  5X103マイクロ波のみ 2X103  ■  
   lXl0′    ■実施例     20  
60     160    450* 反応圧は3 
X 10−3Torr、谷データは薄膜の面抵抗を現す
Table 2 (Interaction with microwave) 17F only 1083X1032X10'
5X103 microwave only 2X103 ■
lXl0′ ■Example 20
60 160 450* Reaction pressure is 3
X 10-3 Torr, the valley data represents the sheet resistance of the thin film.

表2から、マイクロ波プラズマによるR F放電のトリ
ガーにより、薄膜が形成されることが判る。
From Table 2, it can be seen that thin films are formed by triggering RF discharge by microwave plasma.

11Fのみ、あるいはマイクロ波プラズマのみでは、薄
膜は極端に高抵抗である。
With only 11F or microwave plasma, the thin film has extremely high resistance.

プ各タンザの特恒 非晶質、あるいは結晶成長の程度か低いSnO。Special characteristics of each tanza SnO is amorphous or has a low degree of crystal growth.

膜が得られたため、ガス感度ら従来のらのとは異なった
ものが得られた。発明者らは、得られたガスセンサを悪
臭物質(主としてl−T、S、CH3S11等の硫黄化
合物やアミン化合物)の検出に用いろごとを検討した。
Since a film was obtained, gas sensitivity and other characteristics were obtained that were different from those of conventional rays. The inventors investigated how the obtained gas sensor could be used to detect malodorous substances (mainly sulfur compounds and amine compounds such as L-T, S, and CH3S11).

第6図、第7図はその結果である。Figures 6 and 7 show the results.

得られた薄膜(S no 2単味)を、空気中360°
C〜700℃で1時間熱処理し、ガス感度を求めfコ。
The obtained thin film (single S no 2) was heated at 360° in air.
Heat treated at 700°C for 1 hour and determined the gas sensitivity.

結果は空気中とガス中との抵抗値の比で示す。測定温度
は280°Cである。なお比較例として、S n(OC
14*)* ・(OCaHsN 112)のイソブタノ
ール溶液に基板を浸し、熱分解した5nOt膜を用いた
。熱分解温度は、熱分解の制約のため500℃、700
℃の2種とした。
The results are shown as the ratio of resistance values in air and gas. The measurement temperature is 280°C. As a comparative example, S n(OC
A 5nOt film was used which was thermally decomposed by immersing the substrate in an isobutanol solution of 14*)* (OCaHsN 112). The thermal decomposition temperature was 500℃ and 700℃ due to thermal decomposition restrictions.
There were two types: ℃.

第6図、第7図より明らかなように、実施例のガスセン
サは比較例゛のらのよりもガス感度が高い。
As is clear from FIGS. 6 and 7, the gas sensor of the example has higher gas sensitivity than the comparative example.

特に1]、Sに対しては実施例を700℃で処理したし
のが、(CH”+)+ Nに対しては実施例を360℃
で処理したものが高感度である。実施例での熱処理温度
(処理時間1時間、空気中)と、空気中での抵抗値(2
80℃)との関係を表3に示す。
In particular, for S, the example was treated at 700°C, but for (CH”+)+N, the example was treated at 360°C.
Those processed with this method have high sensitivity. The heat treatment temperature in the example (treatment time 1 hour, in air) and the resistance value in air (2
80°C) is shown in Table 3.

表 3 空気中の抵抗値(KΩ単位) 得られたSnO2薄膜は高温で処理すると高抵抗化する
ので、処理温度の上限は800℃程度である。
Table 3 Resistance value in air (KΩ unit) Since the obtained SnO2 thin film becomes highly resistive when treated at high temperature, the upper limit of the treatment temperature is about 800°C.

なお実施例はSnO2薄膜に付いて示したが、原材料を
例えばS b(CI 、)、と酸素との混合気とすれば
、プロトン導電体の5b205薄IV5.か得られろ。
Although the examples are shown for SnO2 thin films, if the raw material is, for example, a mixture of S b (CI) and oxygen, the proton conductor 5b205 thin IV5. Or get it.

また原材料をZ r(CI−13)4とすれば酸素イオ
ン導電体のZ r O2薄膜が得られろ。更に実施例で
は混合気に酸素を加え、薄膜形成と同時にSnを酸化し
てSnowとしたが、−旦Snの金属薄膜を形成した後
酸化して5nOtとしてム良い。
Furthermore, if the raw material is Zr(CI-13)4, a ZrO2 thin film, which is an oxygen ion conductor, can be obtained. Further, in the embodiment, oxygen was added to the mixture and Sn was oxidized at the same time as the thin film was formed to obtain Snow, but it is also possible to form a Sn metal thin film and then oxidize it to 5nOt.

[発明の効果コ この発明では、以下の効果が得られる。[Effects of invention This invention provides the following effects.

(1)放電プラズマを他の励起源でトリガーして放電さ
せると、基板の表面温度の上昇を抑制てきた。このため
フォトレジストの使用が可能になり、微細な薄膜を形成
できる。このことはガスセンサの小形化を可能にする。
(1) When the discharge plasma is triggered by another excitation source to generate a discharge, the rise in the surface temperature of the substrate has been suppressed. This makes it possible to use photoresist and form fine thin films. This allows the gas sensor to be made smaller.

(2)非晶質、あるいは平均結晶子径の小さな薄膜を得
ろことができ、結晶成長の進んだ薄膜を用いたガスセン
サとは、異なる特性のものが得られる。
(2) It is possible to obtain a thin film that is amorphous or has a small average crystallite diameter, and has characteristics different from gas sensors using thin films with advanced crystal growth.

(3)基板の位置による薄膜特性のバラ付きが小さいた
め、多数のガスセンサを一度に製造できる。
(3) Since there is little variation in thin film properties depending on the position of the substrate, a large number of gas sensors can be manufactured at once.

(4)励起源をマイクロ波プラズマとすると、反応ガス
に酸素を加えることかできる。これに対して電子ビーム
を励起源とすると、フィラメントの酸化のため、酸素自
存系での放電ができない。
(4) When the excitation source is microwave plasma, oxygen can be added to the reaction gas. On the other hand, if an electron beam is used as the excitation source, the filament will oxidize, making it impossible to discharge in an oxygen-existing system.

(5)マイクロ波プラズマの生成部に磁界を加えると、
プラズマの器壁による損失を抑制し、またプラズマ中の
電子とマイクロ波との共鳴で電子をjノ[1速できる。
(5) When a magnetic field is applied to the microwave plasma generation part,
It suppresses loss due to the plasma vessel wall, and the resonance between the electrons in the plasma and the microwaves allows the electrons to be accelerated by one speed.

(6)マイクロ波プラズマの生成部と放電部との間にグ
リッドを設け、グリッドの電位を負とすれば、マイクロ
波プラズマ中の電子をプラズマ内に戻し、マイクロ波を
効率的にプラズマに吸収させろことができる。
(6) If a grid is provided between the microwave plasma generation part and the discharge part and the potential of the grid is negative, the electrons in the microwave plasma will be returned to the plasma, and the microwave will be efficiently absorbed into the plasma. You can do it.

(7)用いるマイクロ波プラズマやRFプラズマは独立
に制御できるので、その密度やエネルギー等を自由に調
整でき、薄膜調整条件の制御が容易である。
(7) Since the microwave plasma and RF plasma used can be controlled independently, their density, energy, etc. can be adjusted freely, and thin film conditioning conditions can be easily controlled.

(8)放電に用いる原料ガスを、金属の低沸点化合物と
酸素との混合気とすれば、最初から金属酸化物の薄膜を
得ることができる。
(8) If the raw material gas used for discharge is a mixture of a low-boiling metal compound and oxygen, a thin film of metal oxide can be obtained from the beginning.

(9)−SnO,薄膜を得る場合、Snの低沸点化合物
をS nC+4またはテトラメチルSnとすれば、蒸気
圧が高く、薄膜形成に適した圧力のSn化合物の蒸気が
得られる。
(9) When obtaining a thin film of -SnO, if the low boiling point compound of Sn is SnC+4 or tetramethyl Sn, a vapor of the Sn compound having a high vapor pressure and a pressure suitable for forming a thin film can be obtained.

(10)薄膜の形成時間を20分以上とすれば、薄膜の
抵抗値は放電時間により余り変化せず、ロットを変えて
らほぼ同質の薄膜を製造することができる。
(10) When the thin film formation time is set to 20 minutes or more, the resistance value of the thin film does not change much depending on the discharge time, and thin films of substantially the same quality can be manufactured from different lots.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は実施例に用いた薄膜製造装置の断面図、第2図
は実施例に用いた基板の平面図、第3図は実施例で得た
金属酸化物薄膜の抵抗値を示す特性図である。第4図(
Δ)、(B)はそれぞれ実施例で得た金属酸化物薄膜の
X線回折図である。第5図は、実施例で得た5n02薄
膜の表面構造を示す電子顕微鏡写真である。第6図、第
7図は実施例で得たガスセンサの特性図である。 図において、2 反応室、 +0.+2  ?Ii極、  141’(F電源、18
 基板、     24 マイクロ波電源、26 マイ
クロ波プラズマ発生容器、 30 電磁石コイル、34 グリッド。
Figure 1 is a cross-sectional view of the thin film manufacturing apparatus used in the example, Figure 2 is a plan view of the substrate used in the example, and Figure 3 is a characteristic diagram showing the resistance value of the metal oxide thin film obtained in the example. It is. Figure 4 (
Δ) and (B) are X-ray diffraction patterns of metal oxide thin films obtained in Examples, respectively. FIG. 5 is an electron micrograph showing the surface structure of the 5n02 thin film obtained in the example. FIG. 6 and FIG. 7 are characteristic diagrams of the gas sensor obtained in the example. In the figure, 2 reaction chambers, +0. +2? Ii pole, 141' (F power supply, 18
Substrate, 24 microwave power source, 26 microwave plasma generation container, 30 electromagnetic coil, 34 grid.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)金属酸化物薄膜の原料ガスを放電プラズマにさら
して、金属酸化物の薄膜を得るようにしたガスセンサの
製造方法において、 前記プラズマ放電を、他の励起源によりトリガーするよ
うにしたことを特徴とする、ガスセンサの製造方法。
(1) In a method for manufacturing a gas sensor in which a metal oxide thin film is obtained by exposing raw material gas for the metal oxide thin film to discharge plasma, the plasma discharge is triggered by another excitation source. A method for manufacturing a gas sensor.
(2)前記励起源をマイクロ波プラズマとしたことを特
徴とする、請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
(2) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, wherein the excitation source is microwave plasma.
(3)前記マイクロ波プラズマの生成部に磁界を加え、
マイクロ波プラズマの散逸を防止すると共に、マイクロ
波プラズマ中の電子とマイクロ波との共鳴により電子を
加速するようにしたことを特徴とする、請求項2に記載
のガスセンサの製造方法。
(3) Applying a magnetic field to the microwave plasma generation part,
3. The method of manufacturing a gas sensor according to claim 2, wherein the microwave plasma is prevented from dissipating and the electrons are accelerated by resonance between the electrons in the microwave plasma and the microwave.
(4)前記マイクロ波プラズマの生成部の電位をこれら
2つのプラズマの間にグリッドを設け、グリッドの電位
をこれらの2つのプラズマに対して負電位として、マイ
クロ波プラズマ中の電子をグリッドで反発してマイクロ
波プラズマ内に戻すようにしたことを特徴とする、請求
項3に記載のガスセンサの製造方法。
(4) A grid is provided between these two plasmas, and the potential of the grid is set to be a negative potential with respect to these two plasmas, so that the electrons in the microwave plasma are repelled by the grid. 4. The method of manufacturing a gas sensor according to claim 3, wherein the gas sensor is returned to the microwave plasma.
(5)前記励起源を電子ビームとしたことを特徴とする
、請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
(5) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, wherein the excitation source is an electron beam.
(6)前記励起源をイオンビームとしたことを特徴とす
る、請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
(6) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, wherein the excitation source is an ion beam.
(7)金属酸化物薄膜の原料ガスを、低沸点金属化合物
と酸素との混合ガスとしたことを特徴とする、請求項1
に記載のガスセンサの製造方法。
(7) Claim 1, characterized in that the raw material gas for the metal oxide thin film is a mixed gas of a low boiling point metal compound and oxygen.
The method for manufacturing the gas sensor described in .
(8)前記混合ガスを、SnCl_4及びSn(CH_
3)_4からなる群の少なくとも一員の化合物と酸素と
の混合ガスとしたことを特徴とする、請求項7に記載の
ガスセンサの製造方法。
(8) Add the mixed gas to SnCl_4 and Sn(CH_
3) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 7, wherein the gas is a mixed gas of at least one member of the group consisting of _4 and oxygen.
(9)耐熱絶縁性基板にフォトレジストを用いてマスク
を形成し、マスク形成後の基板に金属酸化物薄膜を形成
させるようにしたことを特徴とする、請求項1に記載の
ガスセンサの製造方法。
(9) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, characterized in that a mask is formed on a heat-resistant insulating substrate using a photoresist, and a metal oxide thin film is formed on the substrate after the mask is formed. .
(10)プラズマ放電部での気体の全圧を1×10^−
^3〜3×10^−^2Torrとしたことを特徴とす
る、請求項1に記載のガスセンサの製造方法。
(10) The total pressure of the gas in the plasma discharge part is 1×10^-
2. The method of manufacturing a gas sensor according to claim 1, wherein the pressure is ^3 to 3 x 10^-^2 Torr.
(11)プラズマ放電による薄膜の形成時間を20分以
上としたことを特徴とする、請求項1に記載のガスセン
サの製造方法。
(11) The method for manufacturing a gas sensor according to claim 1, characterized in that the time for forming the thin film by plasma discharge is 20 minutes or more.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06119897A (en) * 1992-10-07 1994-04-28 Nissin Electric Co Ltd Plasma lighting method
EP0851222A1 (en) * 1996-12-31 1998-07-01 Corning Incorporated Metal oxide semiconductor catalyst hydrocarbon sensor
JP2007147655A (en) * 2007-03-09 2007-06-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element

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