JP2006267084A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ガスセンサ1は、シリコン基板2上に、SnO2を主成分とする金属酸化物半導体部41が形成され、その金属酸化物半導体部41の表面にPdから構成される触媒部42が分散して形成されており、金属酸化物半導体部41と触媒部42とで感応部4として構成されている。さらに、感応部4上にSiO2を主成分とする絶縁部7が分散して形成されている。そして、絶縁部7が形成された感応部4の表面において、SiとPdの原子数比であるSi/(Pd+Si)で示される表面添加率が65%以上97%以下、かつ、SiとSnの原子数比であるSi/(Sn+Si)で示される表面添加率が75%以上97%以下となるように、触媒部42と絶縁部7とは金属酸化物半導体部41の表面に形成されている。
【選択図】 図1
Description
Ci={(Ai/RSFi)/(ΣiAi/RSFi)}×100・・・(1)
ここで、Ciは測定対象とする元素iの定量値(atomic%)、Aiは測定対象とする元素iの光電子ピーク面積、RSFiは測定対象とする元素iの相対感度係数を示すものとする。
また、本発明において「主成分」とは、その成分が、含有される全成分のうち80重量%以上、好ましくは90重量%以上、より好ましくは95重量%以上を占める成分であることを示す。
上記構造のガスセンサ1について本発明の効果を確認するため、以下に説明する各工程に基づき、金属酸化物半導体部41におけるSi,触媒部42を構成する貴金属M,Snの表面添加率の異なる7種のサンプルを作製して評価試験を行った。なお、作製途中のガスセンサ1の中間体を、基板と称する。
まず、厚みが400μmのシリコン基板2を洗浄液中に浸し、洗浄処理を行った。
上記シリコン基板2を熱処理炉に入れ、熱酸化処理にて厚さが100nmの酸化ケイ素層(絶縁層31,35)をシリコン基板2の全面に形成した。
次に、LP−CVDにてSiH2Cl2、NH3をソースガスとし、シリコン基板2の一方の面側に、厚さが200nmの窒化ケイ素層(絶縁層32)を形成した。同様に、シリコン基板2の他方の面側に、厚さが100nmの窒化ケイ素層(絶縁層36)を形成した。
次に、プラズマCVDにてTEOS、O2をソースガスとし、絶縁層32の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素層(絶縁層33の一部)を形成した。
その後、DCスパッタ装置を用い、絶縁層33の表面上に厚さ20nmのタンタル層を形成し、その層上に厚さ220nmの白金層を形成した。スパッタ後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ウエットエッチング処理で発熱体5およびリード部12のパターンを形成した。
そして、(4)と同様に、プラズマCVDにてTEOS、O2をソースガスとし、絶縁層33(下層)および発熱体5の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素層(絶縁層33(上層))を形成した。このようにして、厚さ200nmの絶縁層33内に発熱体5およびリード部12を埋設した。
さらに、(3)と同様に、LP−CVDにてSiH2Cl2、NH3をソースガスとし、絶縁層33の表面上に厚さが200nmの窒化ケイ素層(絶縁層34)を形成した。
次いで、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ドライエッチング法で絶縁層33,34のエッチングを行い、発熱体コンタクト部9を形成する部分に穴をあけ、リード部12の末端の一部を露出させた。
次に、DCスパッタ装置を用い、絶縁層34の表面上に厚さ20nmのチタン層を形成し、さらにその表面上に厚さ40nmの白金層を形成した。スパッタ後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ウエットエッチング処理で電極6、リード部10および引き出し電極91のパターンを形成した。
そして、DCスパッタ装置を用い、電極部分の作製された基板の電極側の表面上に、厚さ400nmの金層を形成した。スパッタ後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ウエットエッチング処理でコンタクトパッド11,92を形成した。
次いで、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、マスクとなる絶縁膜をドライエッチング処理により形成した。そしてTMAH溶液中に基板を浸し、シリコン基板2の異方性エッチングを行うことで、絶縁層35,36が形成された側の面が開口され、発熱体5の配置位置に対応する部分の絶縁層31が露出されるように、開口部21を形成した。
次に、絶縁層34の表面上に、以下の方法により感応部4を形成した。まず、RFスパッタ装置を用い、発熱体5および開口部21に対応する位置に酸化スズ層(金属酸化物半導体部41)を形成した。次いでRFスパッタ装置を用い、酸化スズ層の表面上に貴金属M(具体的にはPdまたはPt)を付着させて触媒部42を形成することで感応部4を完成した。さらにRFスパッタ装置を用い、感応部4の表面上に酸化ケイ素を付着させることで、絶縁部7を形成した。上記各工程は、各部の形成時の温度が50〜400℃となるように基板を加熱しながら行い、各部を薄膜状に形成した。この工程により金属酸化物半導体部41、触媒部42、絶縁部7を順に形成するが、触媒部42および絶縁部7の形成は、XPSにより絶縁部7の表面を測定して求められるSi/(M+Si)で示される表面添加率が65%以上97%以下、かつ、Si/(Sn+Si)で示される表面添加率が75%以上97%以下となるように、スパッタ処理を行う時間を調整した。
熱処理炉に基板を挿入し、大気中にて300〜500℃で1〜10時間の熱処理を基板に加えた。
ダイシングソーを用いて基板を切断し、平面視、2.6mm×2mmの大きさのガスセンサ1を得た。そして、ガスセンサ1を大気中にて250℃で100時間にわたりエージング処理を行い、ガスセンサ1を完成させた。
なお、このようにして完成されたガスセンサ1は、センサ制御回路などが搭載された回路基板に搭載されて使用に供されることになる。
2 シリコン基板
4 感応部
5 発熱体
7 絶縁部
21 開口部
41 金属酸化物半導体部
42 触媒部
Claims (4)
- 被検知ガスによって電気的特性が変化する金属酸化物半導体部および前記金属酸化物半導体部の表面に分散されてなる触媒部からなる感応部と、
前記感応部の一部を露出させるようにして前記感応部上に形成された絶縁部と
を備え、
前記金属酸化物半導体部はSnO2を主成分とし、前記触媒部は貴金属Mから構成され、前記絶縁部はSiO2を主成分とするガスセンサであって、
前記絶縁部が形成された前記感応部の表面において、
Siと前記貴金属Mの原子数比であるSi/(M+Si)で示される表面添加率が65%以上97%以下であり、かつ、
SiとSnの原子数比であるSi/(Sn+Si)で示される表面添加率が75%以上97%以下である
ことを特徴とするガスセンサ。 - 前記貴金属Mは、PdまたはPtであることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記金属酸化物半導体部と、前記触媒部と、前記絶縁部とは、それぞれ薄膜形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のガスセンサ。
- シリコン基板と、前記シリコン基板上に形成されると共に、前記金属酸化物半導体部を加熱するための発熱体を埋設した絶縁層とを含み、前記シリコン基板のうち前記発熱体の直下に位置する部位に開口部が形成された基体を備え、前記金属酸化物半導体部が、前記発熱体の直上に位置するように前記絶縁層上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のガスセンサ。
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