JP2004325142A

JP2004325142A - ガスセンサ

Info

Publication number: JP2004325142A
Application number: JP2003117495A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Eda; 和夫江田
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2003-04-22
Filing date: 2003-04-22
Publication date: 2004-11-18

Abstract

【課題】検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性の高い小型のガスセンサを提供する。
【解決手段】一対の電極４ａ，４ｂと電極４ａ，４ｂ間のカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃとで構成される感ガス用抵抗素子４、一対の電極５ａ，５ｂと電極５ａ，５ｂ間のカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体４ｃとで構成される基準用抵抗素子５が基板１の一表面側に形成されている。基準用抵抗素子５を覆うパッシベーション膜６には感ガス用抵抗体４ｃを露出させる露出窓７が開孔されている。感ガス用抵抗素子４の一方の電極４ａと基準用抵抗素子５の一方の電極５ｂとを接続する配線８と、感ガス用抵抗素子４の他方の電極４ｂに接続された配線８と、基準用抵抗素子５の他方の電極５ａに接続された配線８とを備え、各配線８それぞれの一部がパッドを構成する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスセンサに関し、例えばガス漏れ検知器などに用いる小型のガスセンサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、カーボンナノチューブが各種センサの検出用素子として注目されており、１本のカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体の両端それぞれに電極が設けられた感ガス用抵抗素子を用いたガスセンサが提案されている。なお、このガスセンサは、感ガス用抵抗素子の電気的特性（抵抗値）を測定して検出対象ガスの濃度を求めるものである。
【０００３】
また、カーボンナノチューブを利用としたガスセンサとしては、有機化合物もしくは導電性高分子中にカーボンナノチューブが分散された薄膜を感ガス体として用いたガスセンサ（臭気センサ）も提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、上記特許文献１に開示されたガスセンサは、抵抗値が数ｋΩ程度の抵抗素子を直列接続して用いられる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−８２０８２号公報（第４頁−第１０頁、図１−図６）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような感ガス用抵抗素子を用いたガスセンサでは、カーボンナノチューブの電気的特性（抵抗値）が周囲温度の変化に伴って著しく変動するので、温度管理を行った環境下でないとガス濃度の正確な測定が困難であり、温度管理を行わなければ検出精度が低いという問題があり、温度管理を行うようにすればコストが高くなるという問題があった。また、上述のような感ガス用抵抗素子を用いたガスセンサでは、製品ごとのカーボンナノチューブの特性ばらつきが大きくセンサ特性の再現性が低いという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献１に開示されたガスセンサでは、有機化合物もしくは導電性高分子中にカーボンナノチューブを分散させる必要があるので、薄膜中のカーボンナノチューブの含有量や分散均一性の管理が難しく、製品間でのセンサ特性の再現性が低いものと推測される。また、上記特許文献１に開示されたガスセンサは、抵抗値が数ｋΩ程度の抵抗素子を直列接続して用いるものであるから、抵抗素子を配置するためのスペースが必要となり、全体として大型化してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さくて再現性の高い小型のガスセンサを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子とを直列接続した配線と、前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との直列回路の両端および前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された３つのパッドとを備えることを特徴とする。この構成によれば、一対の電極間にカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が設けられた感ガス用抵抗素子と一対の電極間にカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が設けられた基準用抵抗素子との直列回路が同一基板に形成されており、当該直列回路に定電圧源から電圧を印加し、感ガス用抵抗素子と基準用抵抗素子との接続点の電位を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できる。
【０００９】
請求項２の発明は、基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記各感ガス用抵抗素子と前記各基準用抵抗素子とを前記感ガス用抵抗素子同士がブリッジ回路の対辺に位置するようにブリッジ接続した配線と、前記ブリッジ回路において隣り合う辺に位置する前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された４つのパッドとを備えることを特徴とする。この構成によれば、一対の電極間にカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が配置された２つの感ガス用抵抗素子と一対の電極間にカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が配置された２つの基準用抵抗素子とをブリッジ接続したブリッジ回路が同一基板に形成されており、当該ブリッジ回路に接続された４つのパッドのうちのブリッジ回路の対角に位置する２つのパッドに定電圧源から電圧を印加し、残りの２つのパッド間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できる。また、請求項１の発明に比べて感度が高くなるという利点がある。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記感ガス用抵抗体および前記基準用抵抗体は、それぞれ、前記各一対の電極間に形成された複数本のカーボンナノチューブの集合体からなることを特徴とする。この構成によれば、個々のカーボンナノチューブの電気的特性のばらつきに起因した製品間のセンサ特性のばらつきを、前記感ガス用抵抗体および前記基準用抵抗体それぞれが１本のカーボンナノチューブにより構成されている場合に比べて、小さくすることができる。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記感ガス用抵抗素子および前記基準用抵抗素子は、それぞれ、前記各一対の電極が前記基板の厚み方向に離間して配置され、前記各一対の電極のうち前記厚み方向において前記基板の前記一表面に近い側の各電極がカーボンナノチューブを成長させるための触媒材料により構成され、前記一表面に近い側の各電極それぞれの表面から前記複数本のカーボンナノチューブが成長されてなることを特徴とする。この構成によれば、前記基板の前記一表面に近い側の電極に対する前記カーボンナノチューブの位置精度を高めることが可能となり、また、前記基板の前記一表面に近い側の電極の表面積に応じてカーボンナノチューブの本数を規定することが可能となる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記カーボンナノチューブの長手方向を前記基板の前記一表面の法線方向と略一致させてなることを特徴とする。この構成によれば、前記カーボンナノチューブの長さ寸法の設計および管理が容易となり、前記各感ガス用抵抗素子および前記各規準用抵抗素子それぞれの抵抗値の製品間でのばらつきを小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
本実施形態のガスセンサ（ガスセンサチップ）は、図１に示すように、シリコン基板からなる矩形板状の基板１の一表面（主表面）上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２が形成され、絶縁膜２上に感ガス用抵抗素子４および基準用抵抗素子５が配置されている。なお、基板１の他表面（裏面）側にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜３が形成されている。
【００１４】
感ガス用抵抗素子４は、絶縁膜２上で図１（ｂ）の左右方向に離間して配置された一対の電極４ａ，４ｂと、当該一対の電極４ａ，４ｂ間に設けられた１本のカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃとで構成され、基準用抵抗素子５は、絶縁膜２上で図１（ｂ）の左右方向に離間して配置された一対の電極５ａ，５ｂと、当該一対の電極５ａ，５ｂ間に設けられた１本のカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体４ｃとで構成されている。
【００１５】
各電極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂは、カーボンナノチューブを成長させるための触媒材料（例えば、酸化鉄など）により形成されている。なお、感ガス用抵抗体４ｃとしての１本のカーボンナノチューブを介在させる対となる電極４ａ，４ｂは、互いに近づく向きに突出した尖鋭な平面形状に形成されており、各電極４ａ，４ｂの先端同士を結んだ直線上に１本のカーボンナノチューブが配置されている。同様に、基準用抵抗体５ｃとしての１本のカーボンナノチューブを介在させる対となる電極５ａ，５ｂは、互いに近づく向きに突出した尖鋭な平面形状に形成されており、各電極５ａ，５ｂの先端同士を結んだ直線上に１本のカーボンナノチューブが配置されており、感ガス用抵抗体４ｃと基準用抵抗体５ｃとは１つの直線上に、当該直線と長手方向が一致するように配置されている。
【００１６】
また、基板１の上記一表面側には、基準用抵抗素子５および絶縁膜２の表面および感ガス用抵抗素子４の一対の電極４ａ，４ｂを覆うシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜６が形成されている。ただし、パッシベーション膜６には、感ガス用抵抗素子４の感ガス用抵抗体４ｃの大部分を露出させる矩形状の露出窓（ガス導入孔）７が開孔されているので、感ガス用抵抗体４ｃに検出対象ガス（例えば、ＮＨ_３、ＮＯ_ｘ、ＣＯ_ｘ、Ｈ_２など）が接触することができるようになっている。したがって、感ガス用抵抗体４ｃは周囲の検出対象ガスの存否、濃度変化および周囲の温度変化それぞれにより抵抗値が変動するのに対して、基準用抵抗素子５は、周囲の温度変化のみにより抵抗値が変動する。要するに、本実施形態のガスセンサでは、基板１の上記一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃが一対の電極４ａ，４ｂ間に設けられた感ガス用抵抗素子４と、基板１の上記一表面側に形成されパッシベーション膜６により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体５ｃが一対の電極５ａ，５ｂ間に設けられた基準用抵抗素子５とを備えている。
【００１７】
感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５とは感ガス用抵抗素子４の一方の電極４ａと絶縁膜２と基準用抵抗素子５の一方の電極５ｂとに跨って形成された配線８（図１（ｂ）の真ん中の配線８）によって直列接続されている。また、感ガス用抵抗素子４の他方の電極４ｂは、当該電極４ｂと絶縁膜２とに跨って形成された配線８（図１（ｂ）の右側の配線８）に電気的に接続され、基準用抵抗素子５の他方の電極５ａは、当該電極５ａと絶縁膜２とに跨って形成された配線８（図１（ｂ）の左側の配線８）に電気的に接続されている。ここにおいて、各配線８は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）により形成されており、３つの配線８それぞれの一部が端子としてのパッドを構成している。
【００１８】
以下、本実施形態のガスセンサの製造方法について図２を参照しながら説明する。
【００１９】
まず、シリコン基板からなる基板１の上記一表面側および上記他表面側それぞれの全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２，３を例えば熱酸化法によって形成し、その後、基板１の上記一表面側の絶縁膜２上に上記触媒材料（例えば、酸化鉄など）からなる触媒薄膜を形成し、続いて、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して触媒薄膜をパターニングすることによりそれぞれ触媒薄膜の一部からなる電極４ａ，４ｂ，５ａ，５ｂをパターン形成してから、一対の電極４ａ，４ｂ間および一対の電極５ａ，５ｂ間それぞれに１本のカーボンナノチューブを成長させる（つまり、それぞれ１本のカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃを形成する）ことによって、図２（ａ）に示す構造を得る。なお、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃを形成するにあたっては、炭化水素系のガス（例えば、ＣＨ_４ガス、Ｃ_２Ｈ_２ガス、Ｃ_２Ｈ_４ガスなど）を原料ガス（反応ガス）として用いたＣＶＤ法を採用すればよい。
【００２０】
その後、基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜６を形成することによって、図２（ｂ）に示す構造を得る。なお、パッシベーション膜６の成膜方法としては、例えば、原料ガスとしてシランなどを用いたＣＶＤ法を採用すればよい。
【００２１】
次に、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して上記パッシベーション膜６に各配線８用のコンタクトホールおよび露出窓７を形成してから、基板１の上記一表面側の全面に例えばスパッタ法や蒸着法などによって上記金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる金属膜を形成し、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることでそれぞれ金属膜の一部からなる３つの配線８を形成することによって、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００２２】
なお、ここまでの工程はウェハの状態で行い最後にダイシングを行うことによって個々のガスセンサ（ガスセンサチップ）を得ることは勿論である。
【００２３】
以上説明した本実施形態のガスセンサでは、一対の電極４ａ，４ｂ間に１本のカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃが設けられた感ガス用抵抗素子４と一対の電極５ａ，５ｂ間に１本のカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体５ｃが設けられた基準用抵抗素子５との直列回路が同一の基板１に形成され、当該直列回路の両端および感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との接続点それぞれに上記パッドが設けられているので、上記直列回路に図示しない定電圧源から電圧を印加し、感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との接続点の電位を出力電圧として取り出すことができるから、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できる。
【００２４】
また、本実施形態では、感ガス用抵抗素子４に検出対象ガスが接触していない状態において感ガス用抵抗素子４の抵抗値と基準用抵抗素子５の抵抗値とが同じ値になるように感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃの長手方向の寸法を同じ寸法に設定してある（電極４ａ，４ｂ間の距離と電極５ａ，５ｂ間の距離を同じ距離に設定してある）ので、感ガス用抵抗素子４および基準用抵抗素子５の各抵抗値が設計値からずれたとしても同じようにずれる可能性が高く（設計値からの増減方向が同じで増減値も同程度になる可能性が高く）、検出精度を向上させることができる。また、本実施形態では、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃをそれぞれ１本のカーボンナノチューブにより構成しているが、それぞれ複数本のカーボンナノチューブにより構成するようにしてもよい。なお、本実施形態では、基板１としてシリコン基板を採用しているが、製造時のプロセス温度に耐えることができる基板であればシリコン基板以外の基板を採用してもよい。
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態のガスセンサの基本構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、感ガス用抵抗素子４および基準用抵抗素子５それぞれを２つずつ備えている点などが相違する。ここに、２つの感ガス用抵抗素子４および２つの基準用抵抗素子５は４つの配線８によりブリッジ回路を構成するように接続され、４つの配線８それぞれの一部が端子としてのパッドを構成している。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
本実施形態のガスセンサは、２つの感ガス用抵抗素子４を、それぞれ１本のカーボンチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃ同士が一平面内で平行になるように絶縁膜２（図１（ｂ）参照）上に配置するとともに、２つの基準用抵抗素子５を、それぞれ１本のカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体５ｃ同士が一平面内で平行になるように上記絶縁膜２上に配置してある。また、上記ブリッジ回路は、感ガス用抵抗素子４同士が互いに対向する辺に位置し、基準用抵抗素子５同士が互いに対向する辺に位置するように上記配線８により接続されている。ここに、本実施形態では、検出対象ガスが接触していない状態で２つの感ガス用抵抗体４ｃの抵抗値が等しくなるように２つの感ガス用抵抗体４ｃそれぞれを構成するカーボンナノチューブの長さ寸法を同じ値に設定し、２つの基準用抵抗体５ｃの抵抗値が等しくなるように２つの基準用抵抗体５ｃそれぞれを構成するカーボンナノチューブの長さ寸法を同じ値に設定してある。
【００２７】
なお、本実施形態のガスセンサの製造方法は実施形態１と同様なので説明を省略する。
【００２８】
しかして、本実施形態のガスセンサは、一対の電極４ａ，４ｂ（図１（ｂ）参照）間にカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃが設けられた２つの感ガス用抵抗素子４と一対の電極５ａ，５ｂ（図１（ｂ）参照）間にカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体５ｃが設けられた２つの基準用抵抗素子５とをブリッジ接続したブリッジ回路が同一の基板１（図１（ｂ）参照）に形成されており、当該ブリッジ回路に接続された４つのパッドのうちのブリッジ回路の対角に位置する２つのパッドに定電圧源から電圧を印加し、残りの２つのパッド間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できる。また、上記ブリッジ回路を構成しているので、実施形態１のガスセンサのように感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との直列回路における感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との接続点の電位を出力電圧として取り出す場合に比べて、感度が高くなるという利点がある。
【００２９】
（実施形態３）
本実施形態のガスセンサは、図４に示すように、シリコン基板からなる矩形板状の基板１の一表面（主表面）側に２つの感ガス用抵抗素子４および２つの基準用抵抗素子５が配置され、２つの感ガス用抵抗素子４および２つの基準用抵抗素子５が基板１の上記一表面上に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜２’により囲まれている。なお、基板１の他表面（裏面）側にはシリコン酸化膜からなる絶縁膜３が形成されている。また、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付してある。
【００３０】
各感ガス用抵抗素子４は、基板１の厚み方向に離間して配置される一対の電極４ａ，４ｂと、当該一対の電極４ａ，４ｂ間に設けられた複数本のカーボンナノチューブの集合体からなる感ガス用抵抗体４ｃとで構成され、各基準用抵抗素子５は、基板１の厚み方向に離間して配置される一対の電極５ａ，５ｂと、当該一対の電極５ａ，５ｂ間に設けられた複数本のカーボンナノチューブの集合体からなる基準用抵抗体４ｃとで構成されている。
【００３１】
各感ガス用抵抗素子４および各基準用抵抗素子５それぞれにおいて基板１の上記一表面に近い側の電極４ａ，５ａは、カーボンナノチューブを成長させるための触媒材料（例えば、酸化鉄）により形成されている。ここに、基板１の上記一表面に近い側の電極４ａ，５ａは、基板１の上記一表面側において基板１内に形成したポーラスシリコンからなる触媒支持部９上に配置されている。また、各感ガス用抵抗素子４および各基準用抵抗素子５それぞれにおいて基板１の上記一表面から遠い側の電極４ｂ，５ｂは、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉ）により形成されている。
【００３２】
また、基板１の上記一表面側には、基準用抵抗体５ｃおよび絶縁膜２’の表面を覆うシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜６が形成されている。ただし、パッシベーション膜６には、各感ガス用抵抗素子４それぞれの感ガス用抵抗体４ｃの大部分を露出させる２つの矩形状の露出窓（ガス導入孔）７が開孔されているので、各感ガス用抵抗体４ｃに検知対象ガスが接触することができるようになっている。したがって、感ガス用抵抗体４ｃは検出対象ガスの存否、濃度変化および周囲の温度変化それぞれにより抵抗値が変動するのに対して、基準用抵抗素子５は、周囲の温度変化のみにより抵抗値が変動する。要するに、本実施形態のガスセンサでは、基板１の上記一表面側に露設され検知対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体４ｃが一対の電極４ａ，４ｂ間に設けられた感ガス用抵抗素子４と、基板１の上記一表面側に形成されパッシベーション膜６により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体５ｃが一対の電極５ａ，５ｂ間に設けられた基準用抵抗素子５とを備えている。
【００３３】
ところで、本実施形態のガスセンサは、２つの感ガス用抵抗素子４と２つの基準用抵抗素子５とがブリッジ回路を構成するように配線８により接続されている。ここに、上記ブリッジ回路は、感ガス用抵抗素子４同士が互いに対向する辺に位置し、基準用抵抗素子５同士が互いに対向する辺に位置するように上記配線８により接続されている。また、本実施形態では、検出対象ガスが接触していない状態で２つの感ガス用抵抗体４ｃの抵抗値が等しくなるように２つの感ガス用抵抗体４ｃそれぞれを構成するカーボンナノチューブの長さ寸法を同じ値に設定し、２つの基準用抵抗体５ｃの抵抗値が等しくなるように２つの基準用抵抗体５ｃそれぞれを構成するカーボンナノチューブの長さ寸法を同じ値に設定してある。
【００３４】
各配線８は、金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる金属配線８ａと金属配線８ａに電気的に接続された拡散配線８ｂとで構成されており、４つの配線８それぞれにおける金属配線８ａの一部が端子としてのパッドを構成している。なお、電極４ｂと、当該電極４ｂに電気的に接続される金属配線８ａとは同一の金属材料により連続一体に形成され、電極５ｂと、当該電極５ｂに電気的に接続される金属配線８ａとは同一の金属材料により連続一体に形成されている。
【００３５】
以下、本実施形態のガスセンサの製造方法について図５を参照しながら説明する。
【００３６】
まず、シリコン基板からなる基板１の上記一表面側および上記他表面側それぞれの全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜２，３を例えば熱酸化法によって形成し、その後、拡散配線８ｂを形成するためにリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して基板１の上記一表面側の絶縁膜２をパターニングし、パターニングされた絶縁膜２をマスクとして基板１へイオン注入を行い、続いて熱拡散を行うことで拡散配線８ｂを形成することによって、図５（ａ）に示す構造を得る。
【００３７】
その後、基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成することで当該絶縁膜と上記絶縁膜２とからなる絶縁膜２’を形成し、次に、ポーラスシリコンからなる触媒支持部９を４箇所に形成するためにリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して基板１の上記一表面側の絶縁膜２’をパターニングし、パターニングされた絶縁膜２’をマスクとして基板１の露出部位を陽極酸化法により多孔質化することで触媒支持部９を形成し、続いて、例えばリフトオフ法などを利用してそれぞれ上記触媒材料（例えば、酸化鉄など）からなる２つの電極４ａおよび２つの電極５ａをそれぞれ触媒支持部９上に形成することによって、図５（ｂ）に示す構造を得る。
【００３８】
さらにその後、各電極４ａ上および各電極５ａ上それぞれに複数本のカーボンナノチューブの集合体を成長させることでそれぞれ複数本のカーボンナノチューブからなる２つの感ガス用抵抗体４ｃおよび２つの基準用抵抗体５ｃを形成し、続いて、基板１の上記一表面側の全面にシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜６を形成することによって、図５（ｃ）に示す構造を得る。なお、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃを形成するにあたっては、炭化水素系のガス（例えば、ＣＨ_４ガス、Ｃ_２Ｈ_２ガス、Ｃ_２Ｈ_４ガスなど）を原料ガス（反応ガス）として用いたＣＶＤ法を採用すればよい。また、パッシベーション膜６の成膜方法としては、例えば、原料ガスとしてシランなどを用いたＣＶＤ法を採用すればよい。
【００３９】
次に、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパッシベーション膜６に電極４ｂ，５ｂ用のコンタクトホールおよび露出窓７を形成し、続いて、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパッシベーション膜６と絶縁膜２’との積層膜に金属配線８ａ用のコンタクトホールを形成してから、基板１の上記一表面側の全面に例えばスパッタ法や蒸着法などによって上記金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる金属膜を形成し、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して金属膜をパターニングすることでそれぞれ金属膜の一部からなる２つの電極４ｂおよび２つの電極５ｂおよび４つの金属配線８ａを形成することによって、図５（ｄ）に示す構造を得る。
【００４０】
なお、ここまでの工程はウェハの状態で行い最後にダイシングを行うことによって個々のガスセンサ（ガスセンサチップ）を得ることは勿論である。
【００４１】
しかして、本実施形態のガスセンサは、一対の電極４ａ，４ｂ間に複数本のカーボンナノチューブの集合体からなる感ガス用抵抗体４ｃが設けられた２つの感ガス用抵抗素子４と一対の電極５ａ，５ｂ間に複数本のカーボンナノチューブの集合体からなる基準用抵抗体５ｃが設けられた２つの基準用抵抗素子５とをブリッジ接続したブリッジ回路が同一の基板１に形成されており、当該ブリッジ回路に接続された４つのパッドのうちのブリッジ回路の対角に位置する２つのパッドに定電圧源から電圧を印加し、残りの２つのパッド間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できる。また、上記ブリッジ回路を構成しているので、実施形態１のガスセンサのように感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との直列回路における感ガス用抵抗素子４と基準用抵抗素子５との接続点の電位を出力電圧として取り出す場合に比べて、感度が高くなるという利点がある。
【００４２】
また、本実施形態では、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃがそれぞれ複数本のカーボンナノチューブの集合体からなるので、個々のカーボンナノチューブの電気的特性のばらつきに起因した製品間のセンサ特性のばらつきを、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃそれぞれが１本のカーボンナノチューブにより構成されている場合に比べて、小さくすることができる。しかも、感ガス用抵抗体４ｃおよび基準用抵抗体５ｃは、複数本のカーボンナノチューブが基板１の上記一表面に近い側の電極４ａ，５ａの表面から成長されているので、電極４ａ，５ａに対するカーボンナノチューブの位置精度を高めることが可能となり、しかも、基板１の上記一表面に近い側の電極４ａ，５ａの表面積に応じてカーボンナノチューブの本数を規定することが可能となる。
【００４３】
また、カーボンナノチューブの長手方向を基板１の上記一表面の法線方向と略一致させてあるので、カーボンナノチューブの長さ寸法の設計および管理が容易となり、各感ガス用抵抗素子４および各規準用抵抗素子５それぞれの抵抗値の製品間でのばらつきを小さくすることができる。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１の発明は、基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子とを直列接続した配線と、前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との直列回路の両端および前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された３つのパッドとを備えるものであり、一対の電極間にカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が設けられた感ガス用抵抗素子と一対の電極間にカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が設けられた基準用抵抗素子との直列回路が同一基板に形成されており、当該直列回路に定電圧源から電圧を印加し、感ガス用抵抗素子と基準用抵抗素子との接続点の電位を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できるという効果がある。
【００４５】
請求項２の発明は、基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記各感ガス用抵抗素子と前記各基準用抵抗素子とを前記感ガス用抵抗素子同士がブリッジ回路の対辺に位置するようにブリッジ接続した配線と、前記ブリッジ回路において隣り合う辺に位置する前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された４つのパッドとを備えるものであり、一対の電極間にカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が配置された２つの感ガス用抵抗素子と一対の電極間にカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が配置された２つの基準用抵抗素子とをブリッジ接続したブリッジ回路が同一基板に形成されており、当該ブリッジ回路に接続された４つのパッドのうちのブリッジ回路の対角に位置する２つのパッドに定電圧源から電圧を印加し、残りの２つのパッド間の電圧を出力電圧として取り出すことができるので、検出対象ガスを周囲温度によらず高精度に検出することが可能であり且つ製品間の特性ばらつきが小さく再現性が高い小型のガスセンサを提供できるという効果がある。また、請求項１の発明に比べて感度が高くなるという利点がある。
【００４６】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記感ガス用抵抗体および前記基準用抵抗体は、それぞれ、前記各一対の電極間に形成された複数本のカーボンナノチューブの集合体からなるので、個々のカーボンナノチューブの電気的特性のばらつきに起因した製品間のセンサ特性のばらつきを、前記感ガス用抵抗体および前記基準用抵抗体それぞれが１本のカーボンナノチューブにより構成されている場合に比べて、小さくすることができるという効果がある。
【００４７】
請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記感ガス用抵抗素子および前記基準用抵抗素子は、それぞれ、前記各一対の電極が前記基板の厚み方向に離間して配置され、前記各一対の電極のうち前記厚み方向において前記基板の前記一表面に近い側の各電極がカーボンナノチューブを成長させるための触媒材料により構成され、前記一表面に近い側の各電極それぞれの表面から前記複数本のカーボンナノチューブが成長されてなるので、前記基板の前記一表面に近い側の電極に対する前記カーボンナノチューブの位置精度を高めることが可能となり、また、前記基板の前記一表面に近い側の電極の表面積に応じてカーボンナノチューブの本数を規定することが可能となるという効果がある。
【００４８】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４の発明において、前記カーボンナノチューブの長手方向を前記基板の前記一表面の法線方向と略一致させてなるので、前記カーボンナノチューブの長さ寸法の設計および管理が容易となり、前記各感ガス用抵抗素子および前記各規準用抵抗素子それぞれの抵抗値の製品間でのばらつきを小さくすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態１を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３】実施形態２を示す概略平面図である。
【図４】実施形態３を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図５】同上の製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【符号の説明】
１基板
２絶縁膜
２’ 絶縁膜
３絶縁膜
４感ガス用抵抗素子
４ａ，４ｂ電極
４ｃ感ガス用抵抗体
５基準用抵抗素子
５ａ，５ｂ電極
５ｃ基準用抵抗体
６パッシベーション膜
７露出窓
８配線
８ａ金属配線
８ｂ拡散配線
９触媒支持部

Claims

基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子とを直列接続した配線と、前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との直列回路の両端および前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された３つのパッドとを備えることを特徴とするガスセンサ。
基板と、前記基板の一表面側に露設され検出対象ガスの接触に応じて抵抗値が変化するカーボンナノチューブからなる感ガス用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの感ガス用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成されパッシベーション膜により覆われたカーボンナノチューブからなる基準用抵抗体が一対の電極間に設けられた２つの基準用抵抗素子と、前記基板の前記一表面側に形成され前記各感ガス用抵抗素子と前記各基準用抵抗素子とを前記感ガス用抵抗素子同士がブリッジ回路の対辺に位置するようにブリッジ接続した配線と、前記ブリッジ回路において隣り合う辺に位置する前記感ガス用抵抗素子と前記基準用抵抗素子との接続点それぞれに電気的に接続された４つのパッドとを備えることを特徴とするガスセンサ。
前記感ガス用抵抗体および前記基準用抵抗体は、それぞれ、前記各一対の電極間に形成された複数本のカーボンナノチューブの集合体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のガスセンサ。
前記感ガス用抵抗素子および前記基準用抵抗素子は、それぞれ、前記各一対の電極が前記基板の厚み方向に離間して配置され、前記各一対の電極のうち前記厚み方向において前記基板の前記一表面に近い側の各電極がカーボンナノチューブを成長させるための触媒材料により構成され、前記一表面に近い側の各電極それぞれの表面から前記複数本のカーボンナノチューブが成長されてなることを特徴とする請求項３記載のガスセンサ。
前記カーボンナノチューブの長手方向を前記基板の前記一表面の法線方向と略一致させてなることを特徴とする請求項３または請求項４記載のガスセンサ。