JP2008209390A - Gas sensor - Google Patents

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Koichi Fujita
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor capable of preventing a gas detecting layer from peeling, of electrically connecting the gas detection layer to a detecting electrode via an insulating close contact layer therebetween, and of satisfactorily detecting concentration change in a specific gas. <P>SOLUTION: The close contact layer 7 is formed between the gas detecting layer 4 and a substrate 15 constituted of a silicon substrate 2 and insulating film layers 3, 230, the degree of adhesion is improved, and peeling is prevented. This close contact layer 7 is made of an insulating metal oxide and will not affect the characteristics of the gas detection layer 4. The whole surface 61 of the detecting electrode 6, facing the gas detection layer 4, is in contact with the gas detection layer 4, thereby electrically connecting the gas detection layer 4 to the detecting electrode 6; and consequently, the electrical characteristics of the gas detection layer 4 which change, in response to the concentration change in the specified gas, can be detected satisfactorily. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサに関するものである。   The present invention relates to a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor.

従来、酸化スズ(SnO)等の金属酸化物半導体に、白金(Pt)等の貴金属を触媒として担持させ、被検知ガスによって電気的特性(例えば、抵抗値)が変化することを利用して、被検知ガスの濃度変化を検知するガスセンサが知られている。このようなガスセンサのガス検知層は、その製造工程において、貴金属元素を含む溶液中に金属酸化物半導体粉末を含浸させた後、焼成することにより、貴金属を金属酸化物半導体表面上に分散させた状態で担持させている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, a precious metal such as platinum (Pt) is supported as a catalyst on a metal oxide semiconductor such as tin oxide (SnO 2 ), and the electrical characteristics (for example, resistance value) change depending on the gas to be detected. Gas sensors that detect changes in the concentration of a gas to be detected are known. In the gas detection layer of such a gas sensor, the precious metal was dispersed on the surface of the metal oxide semiconductor by impregnating the metal oxide semiconductor powder in the solution containing the precious metal element in the manufacturing process and then firing. It is carried in a state (see, for example, Patent Document 1).

ところで、金属酸化物半導体に触媒として塩基性金属酸化物を担持させたガス検知層を用いると、硫化水素やメルカプタン類などに起因すると思われる各種の臭い(特に悪臭)に対して高いガス感度を示すことが知られている(例えば特許文献2参照)。しかし、塩基性金属酸化物は電気抵抗値が高く、特許文献1のように金属酸化物半導体粉末個々に塩基性金属酸化物を触媒として担持させた場合、ガス検知層自体の電気抵抗値が高くなり、ガスセンサの回路設計は困難となる。そこで、金属酸化物半導体粉末よりなるガス検知層を焼結させた後にその焼結体(ガス検知層)の表面上に塩基性金属酸化物を担持すれば、ガス検知層の電気抵抗値の増加を抑制することができる(例えば特許文献3参照)。   By the way, when a gas detection layer in which a basic metal oxide is supported as a catalyst on a metal oxide semiconductor is used, high gas sensitivity can be obtained against various odors (especially bad odors) that may be caused by hydrogen sulfide or mercaptans. It is known to show (see, for example, Patent Document 2). However, the basic metal oxide has a high electric resistance value. When the basic metal oxide is supported on each metal oxide semiconductor powder as a catalyst as in Patent Document 1, the electric resistance value of the gas detection layer itself is high. Thus, the circuit design of the gas sensor becomes difficult. Therefore, if a basic metal oxide is supported on the surface of the sintered body (gas detection layer) after sintering the gas detection layer made of metal oxide semiconductor powder, the electrical resistance value of the gas detection layer increases. Can be suppressed (see, for example, Patent Document 3).

一方、このようなガスセンサのガス検知層は、常温では被検知ガスと反応せず、例えば200〜400℃に加熱されることで活性化されて被検知ガスに反応することから、ガス検知層が形成される半導体基板等の基体内に発熱抵抗体が設けられるのが一般的である。しかしながら、発熱抵抗体を用いてガスセンサを高温で駆動した場合、ガス検知層と基体との熱膨張差に起因して界面での剥離が生ずるおそれがある。また、このようなガスセンサでは、高信頼性を得るために、ガス検知層と基体との機械的な密着強度を高めることも当然に求められる。そこで、ガス検知層と基体との間に、密着層を形成するものが種々提案されている。例えば、薄膜抵抗体である白金(Pt)製ヒータと下地の絶縁膜との間に酸化ハフニウム層を形成し、熱膨張を緩和する熱型センサ(例えば特許文献4参照)や、基板上に形成される電極層の表面に凹凸を形成して電極層の表面積を増加させ、さらにこの電極層とガス検知層との間に両者の材料組成を少しずつ変化させた導電性の傾斜機能材料を中間層として用い、熱膨張係数を緩和するガスセンサが提案されている(例えば特許文献5参照)。
特開昭63−279150号公報 特公平6−27719号公報 特公平5−51096号公報 特開2001−91486号公報 特開平9−33470号公報
On the other hand, the gas detection layer of such a gas sensor does not react with the gas to be detected at room temperature, and is activated by being heated to, for example, 200 to 400 ° C. and reacts with the gas to be detected. Generally, a heating resistor is provided in a substrate such as a semiconductor substrate to be formed. However, when the gas sensor is driven at a high temperature using the heating resistor, there is a possibility that separation at the interface may occur due to a difference in thermal expansion between the gas detection layer and the substrate. Further, in such a gas sensor, in order to obtain high reliability, it is naturally required to increase the mechanical adhesion strength between the gas detection layer and the substrate. Various proposals have been made to form an adhesion layer between the gas detection layer and the substrate. For example, a hafnium oxide layer is formed between a platinum (Pt) heater, which is a thin film resistor, and an underlying insulating film to reduce thermal expansion (see, for example, Patent Document 4) or on a substrate. The surface of the electrode layer is made uneven to increase the surface area of the electrode layer, and between the electrode layer and the gas detection layer, a conductive functionally graded material with a slight change in the material composition of both is intermediate A gas sensor that relaxes the thermal expansion coefficient by using it as a layer has been proposed (see, for example, Patent Document 5).
JP-A 63-279150 Japanese Patent Publication No. 6-27719 Japanese Patent Publication No. 5-51096 JP 2001-91486 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-33470

しかしながら、特許文献4において提案された熱型センサでは、接触面積の大きい薄膜同士の密着性向上には有効であるが、厚膜のガス検知層と基体との接触面積は小さいため有効ではない。また、特許文献5において提案されたガスセンサでは、基体とガス検知層との間の密着性を電極層の表面を凹凸に形成してその電極層上に導電性の中間層を設けることで確保することはできるものの、被検知ガスのガス反応は、検知電極とガス検知層の界面で起こるため、電極層とガス検知層との間にガス検知層とは異なる組成の導電性の中間層を形成してしまっては、ガス感度に悪影響を及ぼす懸念がある。   However, the thermal sensor proposed in Patent Document 4 is effective for improving the adhesion between thin films having a large contact area, but is not effective because the contact area between the thick gas detection layer and the substrate is small. Further, in the gas sensor proposed in Patent Document 5, the adhesion between the base and the gas detection layer is ensured by forming the surface of the electrode layer with irregularities and providing a conductive intermediate layer on the electrode layer. However, because the gas reaction of the gas to be detected occurs at the interface between the detection electrode and the gas detection layer, a conductive intermediate layer having a composition different from that of the gas detection layer is formed between the electrode layer and the gas detection layer. If so, there is a concern of adversely affecting gas sensitivity.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、密着層を用いてガス検知層が基体から剥離することを防止するとともに、ガス感度に悪影響を与えずに特定ガスの濃度変化を良好に検知するガスセンサを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and prevents adhesion of a gas detection layer from a substrate using an adhesion layer, and changes in the concentration of a specific gas without adversely affecting gas sensitivity. An object of the present invention is to provide a gas sensor that detects well.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明のガスセンサは、基体上に形成されるとともに、被検知ガス中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、前記基体上には、前記ガス検知層と接触する絶縁性の密着層および前記ガス検知層における電気的特性の変化を検出するための検知電極を備え、前記検知電極の前記ガス検知層と対向する側の面は全面、前記ガス検知層と当接していることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a gas sensor according to a first aspect of the present invention is a metal oxide semiconductor that is formed on a substrate and whose electrical characteristics change according to a change in concentration of a specific gas in a gas to be detected. In the gas sensor having a gas detection layer as a component, on the substrate, an insulating adhesion layer that is in contact with the gas detection layer and a detection electrode for detecting a change in electrical characteristics in the gas detection layer are provided. The entire surface of the detection electrode facing the gas detection layer is in contact with the gas detection layer.

また、請求項2に係る発明のガスセンサは、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記検知電極の前記基体と対向する側の面は、前記基体と当接している。   According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the surface of the detection electrode facing the base is in contact with the base.

また、請求項3に係る発明のガスセンサは、請求項1に記載の発明の構成に加え、前記検知電極は、前記密着層と前記ガス検知層との間に備えられ、前記検知電極の前記密着層と対向する側の面は、前記密着層と当接している。   According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the gas detection sensor is provided between the adhesion layer and the gas detection layer, and the adhesion of the detection electrode. The surface on the side facing the layer is in contact with the adhesion layer.

また、請求項4に係る発明のガスセンサは、基体上に形成されるとともに、被検知ガス中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、前記基体上には、前記ガス検知層と接触する絶縁性の密着層および前記ガス検知層における電気的特性の変化を検出する検知電極を備え、前記検知電極は、前記密着層と前記ガス検知層との間に備えられ、前記検知電極の前記密着層と対向する側の面は、前記密着層の前記検知電極および前記ガス検知層と対向する側に形成された第一凹凸面と当接しており、前記検知電極の前記ガス検知層と対向する側の面は、第二凹凸面を有するとともに、全面、前記ガス検知層と当接していることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a gas sensor comprising a metal oxide semiconductor as a main component, wherein the gas sensor is formed on a substrate and changes in electrical characteristics in accordance with a change in concentration of a specific gas in a gas to be detected. In the gas sensor having a layer, the substrate includes an insulating adhesion layer that contacts the gas detection layer and a detection electrode that detects a change in electrical characteristics of the gas detection layer , and the detection electrode includes the adhesion electrode A first layer formed between the detection electrode and the gas detection layer; and a surface of the detection electrode facing the adhesion layer. The surface on the side facing the gas detection layer of the detection electrode has a second uneven surface, and the entire surface is in contact with the gas detection layer.

また、請求項5に係るガスセンサは、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記基体上に形成される前記ガス検知層側から前記ガス検知層と前記密着層との接触面を投影したときの投影面積は、前記基体上に形成される当該ガス検知層側から当該ガス検知層と前記密着層および前記検知電極との接触面を投影したときの投影面積の50%以上を占めることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a gas sensor according to any one of the first to fourth aspects, wherein the gas detection layer and the adhesion layer are formed from the gas detection layer side formed on the substrate. The projected area when the contact surface is projected is 50% of the projected area when the contact surface between the gas detection layer, the adhesion layer, and the detection electrode is projected from the gas detection layer formed on the substrate. It is characterized by occupying the above.

また、請求項6に係る発明のガスセンサは、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記基体は、板厚方向に開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、前記開口部に対応する部位に隔壁部を有する絶縁層と、前記絶縁層の前記隔壁部上に形成される発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層とを備え、前記検知電極、前記密着層および、前記ガス検知層は、前記基体の前記保護層上に形成されている。
また、請求項7に係る発明のガスセンサは、請求項1乃至6のいずれかに記載の発明の構成に加え、前記検知電極は、一対の電極であり、前記密着層は、前記一対の検知電極間の領域に形成されていることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the gas sensor according to the sixth aspect of the invention, in addition to the configuration of the first aspect of the invention, the base includes a semiconductor substrate having an opening formed in a plate thickness direction, and the semiconductor substrate. An insulating layer formed on the insulating layer having a partition wall at a portion corresponding to the opening; a heating resistor formed on the partition wall of the insulating layer; and the insulating layer so as to cover the heating resistor The detection electrode, the adhesion layer, and the gas detection layer are formed on the protective layer of the substrate.
According to a seventh aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect of the present invention, the detection electrode is a pair of electrodes, and the adhesion layer is the pair of detection electrodes. It is formed in the area | region between.

金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサでは、検知電極とガス検知層との界面で起こるガス反応がガス検知に対し比較的大きな影響を及ぼすため、その界面に導電性の物質(換言すれば、ガスに活性な物質)を介在させない構成とすることが好ましい。その一方、検知電極の表面を含めた基体上に絶縁性の材料からなる密着層を形成すれば、ガス検知層と検知電極との電気的な接続を確保することができなくなってしまう。そこで、請求項1に係る発明のガスセンサでは、検知電極のガス検知層と対向する側の面を全面、ガス検知層と当接させつつ、上記密着層をガス検知層の電子伝導に影響を与えない絶縁材料にて構成するようにしている。これにより、基体とガス検知層との密着性を効果的に高めつつ、特定ガスに対する良好なガス感度が得られるといった従来の技術に無い効果を得ることができる。また、本発明のガスセンサによれば、ガス検知層に流す電流又は印加する電圧の大きさを小さくしても十分に特定ガスの濃度変化を検知できるので、ガスセンサの回路設計を容易且つ安価なものとすることができるといった効果も副次的に得られる。   In a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor, a gas reaction occurring at the interface between the detection electrode and the gas detection layer has a relatively large effect on the gas detection. (In other words, it is preferable to adopt a configuration in which no gas is active). On the other hand, if an adhesion layer made of an insulating material is formed on the substrate including the surface of the detection electrode, it becomes impossible to ensure electrical connection between the gas detection layer and the detection electrode. Therefore, in the gas sensor of the invention according to claim 1, the adhesion layer affects the electron conduction of the gas detection layer while the entire surface of the detection electrode facing the gas detection layer is in contact with the gas detection layer. It is made up of no insulating material. As a result, it is possible to obtain an effect that does not exist in the prior art, such that good gas sensitivity to a specific gas can be obtained while effectively improving the adhesion between the substrate and the gas detection layer. In addition, according to the gas sensor of the present invention, it is possible to sufficiently detect the concentration change of the specific gas even if the current flowing through the gas detection layer or the magnitude of the applied voltage is reduced. It is also possible to obtain a secondary effect.

また、請求項2に係る発明のガスセンサによれば、検知電極は、基体とガス検知層との双方に当接する構成を有することから、検知電極は密着層を覆わない形態で、この密着層と同一面上に形成されることになる。これにより、密着層を覆うように検知電極を設けて、その検知電極に接触するようにガス検知層を形成する場合に比べて、密着層の形成量を低減しながら、請求項1に記載の発明の効果を得ることができる。   Further, according to the gas sensor of the invention according to claim 2, since the detection electrode has a configuration that contacts both the base and the gas detection layer, the detection electrode does not cover the adhesion layer. They are formed on the same surface. Accordingly, the detection electrode is provided so as to cover the adhesion layer, and the formation amount of the adhesion layer is reduced as compared with the case where the gas detection layer is formed so as to be in contact with the detection electrode. The effects of the invention can be obtained.

また、請求項3に係る発明のガスセンサによれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、検知電極の基体側の面は密着層と当接しているので、ガス検知層と基体との密着性のみならず、検知電極と基体との密着性をも確保することができる。   According to the gas sensor of the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1, since the surface of the detection electrode on the substrate side is in contact with the adhesion layer, the gas detection layer and the substrate Not only the adhesion but also the adhesion between the detection electrode and the substrate can be ensured.

また、請求項4に係る発明のガスセンサによれば、検知電極の基体側の面は密着層と当接しているので、ガス検知層と基体との密着性のみならず、検知電極と基体との密着性をも確保することができる。検知電極のガス検知層と対向する側の面を全面、ガス検知層と当接させつつ、上記密着層をガス検知層の電子伝導に影響を与えない絶縁材料にて構成するようにしている。これにより、基体とガス検知層との密着性を効果的に高めつつ、特定ガスに対する良好なガス感度が得られるといった従来の技術に無い効果を得ることができる。さらに、検知電極のガス検知層と対向する側には、第二凹凸面が備えられており、ガス検知層が備える検知電極に対向する側の面は、検知電極が備える第二凹凸面の凹凸と嵌め合うような凹凸形状(凹凸面)になっている。このため、検知電極とガス検知層とが当接する面が平坦な場合に比べ接触面積が増加しており、上記第二凹凸面のアンカー効果により、検知電極とガス検知層との間の密着性をより一層向上させることができる。また、検知電極の基体側の面は、密着層が備える第一凹凸面の凹凸と嵌め合うような凹凸形状(凹凸面)になっている。そして検知電極は、その凹凸面において密着層の第一凹凸面と当接しているので、第一凹凸面のアンカー効果により、ガス検知層と基体との密着性のみならず、検知電極と基体との密着性をも確保することができる。また、本発明のガスセンサによれば、ガス検知層に流す電流又は印加する電圧の大きさを小さくしても十分に特定ガスの濃度変化を検知できるので、ガスセンサの回路設計を容易且つ安価なものとすることができるといった効果も副次的に得られる。   According to the gas sensor of the invention according to claim 4, since the surface of the detection electrode on the substrate side is in contact with the adhesion layer, not only the adhesion between the gas detection layer and the substrate but also the detection electrode and the substrate. Adhesion can also be ensured. The adhesion layer is made of an insulating material that does not affect the electron conduction of the gas detection layer while the entire surface of the detection electrode facing the gas detection layer is in contact with the gas detection layer. As a result, it is possible to obtain an effect that does not exist in the prior art, such that good gas sensitivity to a specific gas can be obtained while effectively improving the adhesion between the substrate and the gas detection layer. Furthermore, a second uneven surface is provided on the side of the detection electrode facing the gas detection layer, and the surface on the side facing the detection electrode included in the gas detection layer is an uneven surface of the second uneven surface included in the detection electrode. It has a concavo-convex shape (concave surface) that fits together. For this reason, the contact area is increased as compared with the case where the surface where the detection electrode and the gas detection layer contact is flat, and the adhesion between the detection electrode and the gas detection layer is achieved by the anchor effect of the second uneven surface. Can be further improved. Further, the surface of the detection electrode on the substrate side has an uneven shape (uneven surface) that fits with the unevenness of the first uneven surface provided in the adhesion layer. And since the detection electrode is in contact with the first concavo-convex surface of the adhesion layer on the concavo-convex surface, not only the adhesion between the gas detection layer and the substrate, but also the detection electrode and the substrate, due to the anchor effect of the first concavo-convex surface. Can also be secured. In addition, according to the gas sensor of the present invention, it is possible to sufficiently detect the concentration change of the specific gas even if the current flowing through the gas detection layer or the magnitude of the applied voltage is reduced. It is also possible to obtain a secondary effect.

また、請求項5に係る発明のガスセンサによれば、請求項1乃至4のいずれかに記載の発明の効果に加え、ガス検知層と密着層との接触面の投影面積(以下、「第1投影面積」と言う。)がガス検知層と密着層および検知電極との接触面の投影面積(以下、「第2投影面積」と言う。)に対して50%以上を占める。第1投影面積は、実測が困難なガス検知層と密着層との接触面積と正の相関がある。同様に、第2投影面積は、実測が困難なガス検知層と密着層および検知電極との接触面積と正の相関がある。したがって、上記のような構成により、基体とガス検知層との密着性をより確実に得ることができる。また、第1投影面積が第2投影面積の50%以上を占めることで、第2投影面積に占めるガス検知層と検知電極との接触面の投影面積(以下、「第3投影面積」と言う。)の割合が抑えられることになる。第3投影面積は、実測が困難なガス検知層と検知電極との接触面積と正の相関がある。つまり、本発明の構成によれば、触媒として作用する検知電極とガス検知層との接触面積が抑えられることになる。このため、被検知ガス中の特定ガス以外の雑ガスに起因したガス検知層の電気的特性の変化を検知電極が検出し難くなり、特定ガスの濃度変化を良好に検知することができるといった付随的な効果を得ることができる。なお、第2投影面積は、ガス検知層と密着層との接触面、および、ガス検知層と検知電極との接触面のそれぞれを、基体上に形成されるガス検知層側から投影した投影面積であるので、第1投影面積と第3投影面積との和が第2投影面積となる。   According to the gas sensor of the invention of claim 5, in addition to the effect of the invention of any of claims 1 to 4, the projected area of the contact surface between the gas detection layer and the adhesion layer (hereinafter referred to as “first” "Projected area") occupies 50% or more of the projected area (hereinafter referred to as "second projected area") of the contact surface between the gas detection layer, the adhesion layer, and the detection electrode. The first projected area has a positive correlation with the contact area between the gas detection layer and the adhesion layer that is difficult to measure. Similarly, the second projected area has a positive correlation with the contact area between the gas detection layer, the adhesion layer, and the detection electrode that are difficult to measure. Therefore, with the above configuration, the adhesion between the base and the gas detection layer can be obtained more reliably. Further, since the first projected area occupies 50% or more of the second projected area, the projected area of the contact surface between the gas detection layer and the sensing electrode in the second projected area (hereinafter referred to as “third projected area”). )) Will be suppressed. The third projected area has a positive correlation with the contact area between the gas detection layer and the detection electrode, which is difficult to measure. That is, according to the configuration of the present invention, the contact area between the detection electrode acting as a catalyst and the gas detection layer is suppressed. For this reason, it is difficult for the detection electrode to detect a change in the electrical characteristics of the gas detection layer due to a miscellaneous gas other than the specific gas in the gas to be detected, and the change in the concentration of the specific gas can be detected well. Effects can be obtained. The second projected area is a projected area obtained by projecting the contact surface between the gas detection layer and the adhesion layer and the contact surface between the gas detection layer and the detection electrode from the side of the gas detection layer formed on the substrate. Therefore, the sum of the first projected area and the third projected area is the second projected area.

また、請求項6に係る発明のガスセンサによれば、請求項1乃至5のいずれかに記載の発明の効果に加え、ガス検知層を発熱抵抗体と対向するように保護層上に形成しており、この発熱抵抗体は、半導体基板に形成された開口部に対応する位置に形成されるため、ガス検知層を効率よく加熱して活性化させることができ、より良好に特定ガスの濃度変化を検知することができる。   According to the gas sensor of the invention according to claim 6, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 5, the gas detection layer is formed on the protective layer so as to face the heating resistor. Since this heating resistor is formed at a position corresponding to the opening formed in the semiconductor substrate, the gas detection layer can be efficiently heated and activated, and the concentration change of the specific gas can be improved more effectively. Can be detected.

以下、本発明を具体化したガスセンサの一実施の形態について、図面を参照して説明する。まず、図1乃至図5を参照して、ガスセンサ1の構造について説明する。図1は、ガスセンサ1の平面図であり、図2は、ガスセンサ1の図1に示すA−A線における矢視方向断面図である。また、図3は、ガスセンサ1が備える発熱抵抗体5の平面図であり、図4は、ガスセンサ1の図1に示すB−B線における矢視方向断面図である。また、図5は、ガスセンサ1の図2に示すC−C線における矢視方向断面図である。なお、図2において、上下方向を上下方向と言い、図1乃至5において、左右方向を左右方向と言う。   Hereinafter, an embodiment of a gas sensor embodying the present invention will be described with reference to the drawings. First, the structure of the gas sensor 1 will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of the gas sensor 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view in the arrow direction of the gas sensor 1 along the line AA shown in FIG. 1. 3 is a plan view of the heating resistor 5 provided in the gas sensor 1, and FIG. 4 is a cross-sectional view in the direction of the arrow of the gas sensor 1 along the line BB shown in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view in the arrow direction of the gas sensor 1 along the line CC shown in FIG. In FIG. 2, the vertical direction is referred to as the vertical direction, and in FIGS. 1 to 5, the horizontal direction is referred to as the horizontal direction.

ガスセンサ1は、図1に示すように、縦が2.6mm,横が2mmの矩形状の平面形状を有するガスセンサであり、図2に示すように、シリコン基板2の上面に絶縁被膜層3が形成され、この絶縁被膜層3には、発熱抵抗体5が内包されるとともに、その上面には密着層7およびガス検知層4が形成された構造を有する。ガス検知層4は、被検知ガス中の特定ガスによって自身の抵抗値が変化する性質を有する。ここで、本ガスセンサ1では、二酸化スズに0.2重量%の酸化カルシウムを触媒として含有させてガス検知層4が設けられており、このガス検知層4を用いて被検知ガス中のアンモニア(NH)、硫化水素(HS)、二硫化メチル((CH)、メチルメルカプタン(CHSH)、トリメチルアミン((CHN)などの特定ガスを検知するように構成されている。なお、本発明における「検知」とは、被検知ガスに含まれる特定ガスの有無を検知するのみならず、当該特定ガスの濃度変化を検知することも含む趣旨である。また、シリコン基板2が、本発明における「半導体基板」に相当し、シリコン基板2,絶縁被膜層3および絶縁被膜層230が、本発明における「基体」に相当する。以下、ガスセンサ1を構成する各部材について詳述する。 As shown in FIG. 1, the gas sensor 1 is a gas sensor having a rectangular planar shape with a length of 2.6 mm and a width of 2 mm. As shown in FIG. 2, an insulating coating layer 3 is formed on the upper surface of the silicon substrate 2. The insulating coating layer 3 has a structure in which the heating resistor 5 is included and the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 are formed on the upper surface thereof. The gas detection layer 4 has a property that its own resistance value changes depending on the specific gas in the gas to be detected. Here, in the present gas sensor 1, the gas detection layer 4 is provided by containing 0.2% by weight of calcium oxide as a catalyst in tin dioxide, and the ammonia ( To detect specific gases such as NH 3 ), hydrogen sulfide (H 2 S), methyl disulfide ((CH 3 ) 2 S 2 ), methyl mercaptan (CH 3 SH), trimethylamine ((CH 3 ) 3 N) It is configured. The “detection” in the present invention is intended to include not only detecting the presence or absence of a specific gas contained in the gas to be detected, but also detecting a change in the concentration of the specific gas. The silicon substrate 2 corresponds to the “semiconductor substrate” in the present invention, and the silicon substrate 2, the insulating coating layer 3, and the insulating coating layer 230 correspond to the “base” in the present invention. Hereinafter, each member which comprises the gas sensor 1 is explained in full detail.

シリコン基板2は、所定の厚みを有するシリコン製の平板である。また、図2に示すように、シリコン基板2の下面はシリコン基板2および絶縁被膜層230の一部が除去され、絶縁層31の一部が隔壁部39として露出された開口部21が形成されている。即ち、ガスセンサ1では、開口部21を有するシリコン基板2と、絶縁被膜層3と、絶縁被膜層230とにより、ダイヤフラム構造を有する基体15をなすものである。この開口部21は、隔壁部39の位置が、開口部21の開口側から平面視したとき、絶縁層33,34内に埋設された発熱抵抗体5が配置される位置となるように形成されている。   The silicon substrate 2 is a silicon flat plate having a predetermined thickness. Further, as shown in FIG. 2, the silicon substrate 2 and a part of the insulating coating layer 230 are removed from the lower surface of the silicon substrate 2 to form an opening 21 in which a part of the insulating layer 31 is exposed as a partition wall 39. ing. That is, in the gas sensor 1, the silicon substrate 2 having the opening 21, the insulating coating layer 3, and the insulating coating layer 230 form the base body 15 having a diaphragm structure. The opening 21 is formed so that the position of the partition wall 39 is a position where the heating resistor 5 embedded in the insulating layers 33 and 34 is disposed when viewed from the opening side of the opening 21. ing.

絶縁被膜層3は、シリコン基板2の上面に形成された絶縁層31,32,33,34および保護層35から構成される。シリコン基板2の上面に形成された絶縁層31は、所定の厚みを有する酸化ケイ素(SiO)膜であり、この絶縁層31の下面の一部は、シリコン基板2の開口部21に露呈している。また、この絶縁層31の上面に形成された絶縁層32は、所定の厚みを有する窒化ケイ素(Si)膜であり、この絶縁層32の上面に形成された絶縁層33は、所定の厚みを有する酸化ケイ素(SiO)膜である。この絶縁層33の上面には、後述する発熱抵抗体5および、発熱抵抗体5に通電するためのリード部12の他、絶縁層34が形成されている。この絶縁層34は、所定の厚みを有する酸化ケイ素(SiO)膜である。この絶縁層34の上面には、所定の厚みを有する窒化ケイ素(Si)膜からなる保護層35が形成されている。この保護層35は、後述する発熱抵抗体5および、発熱抵抗体5に通電するためのリード部12を覆うように配設されることでこれらの汚染や損傷を防ぐ役割を果たす。 The insulating coating layer 3 is composed of insulating layers 31, 32, 33, 34 and a protective layer 35 formed on the upper surface of the silicon substrate 2. The insulating layer 31 formed on the upper surface of the silicon substrate 2 is a silicon oxide (SiO 2 ) film having a predetermined thickness, and a part of the lower surface of the insulating layer 31 is exposed to the opening 21 of the silicon substrate 2. ing. The insulating layer 32 formed on the upper surface of the insulating layer 31 is a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film having a predetermined thickness. The insulating layer 33 formed on the upper surface of the insulating layer 32 has a predetermined thickness. This is a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of An insulating layer 34 is formed on the upper surface of the insulating layer 33 in addition to a heating resistor 5 to be described later and a lead portion 12 for energizing the heating resistor 5. The insulating layer 34 is a silicon oxide (SiO 2 ) film having a predetermined thickness. A protective layer 35 made of a silicon nitride (Si 3 N 4 ) film having a predetermined thickness is formed on the upper surface of the insulating layer 34. The protective layer 35 plays a role of preventing contamination and damage by being disposed so as to cover a heating resistor 5 described later and a lead portion 12 for energizing the heating resistor 5.

シリコン基板2の下面に形成された絶縁層231は、所定の厚みを有する酸化ケイ素(SiO)膜であり、この絶縁層231の下面に形成された絶縁層232は、所定の厚みを有する窒化ケイ素(Si)膜である。絶縁層231,232は、シリコン基板2の下面に設けられた絶縁被膜層230を構成する。 The insulating layer 231 formed on the lower surface of the silicon substrate 2 is a silicon oxide (SiO 2 ) film having a predetermined thickness, and the insulating layer 232 formed on the lower surface of the insulating layer 231 is nitrided having a predetermined thickness. It is a silicon (Si 3 N 4 ) film. The insulating layers 231 and 232 constitute an insulating coating layer 230 provided on the lower surface of the silicon substrate 2.

発熱抵抗体5は、図2および図3に示すように、シリコン基板2の開口部21の上部に対応する部位であって、絶縁層33と絶縁層34との間に、平面視渦巻き状に形成されている。また、絶縁層33と絶縁層34との間には、発熱抵抗体5に接続され、発熱抵抗体5に通電するためのリード部12が埋設されており、図4に示すように、このリード部12の末端にて、外部回路と接続するための発熱抵抗体コンタクト部9が形成されている。発熱抵抗体5およびリード部12は、白金(Pt)層とタンタル(Ta)層とから構成された2層構造を有する。また、発熱抵抗体コンタクト部9は、白金(Pt)層とタンタル(Ta)層とから構成された引き出し電極91の表面上に、金(Au)からなるコンタクトパッド92が形成された構造を有する。なお、発熱抵抗体コンタクト部9は、ガスセンサ1に一対設けられている。   As shown in FIGS. 2 and 3, the heating resistor 5 is a portion corresponding to the upper part of the opening 21 of the silicon substrate 2, and has a spiral shape in plan view between the insulating layer 33 and the insulating layer 34. Is formed. Further, a lead portion 12 is embedded between the insulating layer 33 and the insulating layer 34 to be connected to the heating resistor 5 and to energize the heating resistor 5. As shown in FIG. A heating resistor contact portion 9 for connecting to an external circuit is formed at the end of the portion 12. The heating resistor 5 and the lead part 12 have a two-layer structure composed of a platinum (Pt) layer and a tantalum (Ta) layer. The heating resistor contact portion 9 has a structure in which a contact pad 92 made of gold (Au) is formed on the surface of the extraction electrode 91 formed of a platinum (Pt) layer and a tantalum (Ta) layer. . A pair of heating resistor contact portions 9 is provided in the gas sensor 1.

保護層35の上面には、発熱抵抗体5上に位置するように検知電極6と、検知電極6に通電するためのリード部10(図4参照)とが、それぞれシリコン基板2と平行な同一平面上に形成されている。この検知電極6およびリード部10は、発熱抵抗体コンタクト部9の引き出し電極91と同様に、保護層35の上に形成されるタンタル(Ta)層と、その表面上に形成された白金(Pt)層とから構成されている。また、図4に示すように、リード部10の末端には、その表面上に金(Au)からなるコンタクトパッド11が形成され、外部回路と接続するための酸化物半導体コンタクト部8として構成されている。なお、酸化物半導体コンタクト部8は、図1および図4に示すように、ガスセンサ1に一対設けられている。   On the upper surface of the protective layer 35, the detection electrode 6 and the lead portion 10 (see FIG. 4) for energizing the detection electrode 6 so as to be positioned on the heating resistor 5 are respectively in parallel with the silicon substrate 2. It is formed on a plane. Like the lead electrode 91 of the heating resistor contact portion 9, the detection electrode 6 and the lead portion 10 are composed of a tantalum (Ta) layer formed on the protective layer 35 and platinum (Pt) formed on the surface thereof. ) Layer. Further, as shown in FIG. 4, a contact pad 11 made of gold (Au) is formed on the surface of the end of the lead portion 10, and is configured as an oxide semiconductor contact portion 8 for connecting to an external circuit. ing. In addition, as shown in FIGS. 1 and 4, a pair of oxide semiconductor contact portions 8 is provided in the gas sensor 1.

検知電極6は、図5に示すように、櫛歯状の平面形状を有し、ガス検知層4における電気的特性の変化を検出するための一対の電極である。図2に示すように、この検知電極6のガス検知層4に対向する側の面61は全面、ガス検知層4と当接し、ガス検知層4と検知電極6とが電気的に接続されている。このように、ガス検知層4と検知電極6の面61とが全面接触しているので、ガス検知層4と検知電極6との界面におけるガス反応が密着層7を含めた他部材によって何ら阻害されることがない。また、発熱抵抗体5により加熱されてガス検知層4が速やか且つ良好に活性化することから、その観点からもガスセンサ1のガス感度を高めることができる。一方、この検知電極6の保護層35と対向する側の面62は、保護層35と当接している。そして、検知電極6の周りであって、検知電極6の面61を除く部位には、基体15とガス検知層4との密着性を向上させ、ガス検知層4が基体15から剥離することを防ぐ密着層7が設けられている。   As shown in FIG. 5, the detection electrode 6 has a comb-like planar shape and is a pair of electrodes for detecting changes in electrical characteristics in the gas detection layer 4. As shown in FIG. 2, the surface 61 of the detection electrode 6 facing the gas detection layer 4 is entirely in contact with the gas detection layer 4, and the gas detection layer 4 and the detection electrode 6 are electrically connected. Yes. Thus, since the gas detection layer 4 and the surface 61 of the detection electrode 6 are in full contact with each other, the gas reaction at the interface between the gas detection layer 4 and the detection electrode 6 is inhibited by other members including the adhesion layer 7. It will not be done. Moreover, since the gas detection layer 4 is heated quickly and satisfactorily by being heated by the heating resistor 5, the gas sensitivity of the gas sensor 1 can be increased also from this viewpoint. On the other hand, the surface 62 of the detection electrode 6 facing the protective layer 35 is in contact with the protective layer 35. The adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4 is improved around the detection electrode 6 and excluding the surface 61 of the detection electrode 6, and the gas detection layer 4 is peeled off from the base 15. An adhesion layer 7 for preventing is provided.

この密着層7は、基体15とガス検知層4との間の密着性を向上させるための層であって、絶縁性の金属酸化物からなる複数の粒子が凝集した構造をなしている。そのため、密着層7は、自身の表面が凹凸面になっており、基体15と厚膜状に形成されたガス検知層4との密着性を上記凹凸面のアンカー効果によって高めている。なお、この密着層7は、例えば、絶縁性の金属酸化物の粒子を分散させたゾル溶液を塗布し、焼成して固化させることにより得ることができる。   The adhesion layer 7 is a layer for improving the adhesion between the substrate 15 and the gas detection layer 4 and has a structure in which a plurality of particles made of an insulating metal oxide are aggregated. Therefore, the adhesion layer 7 has an irregular surface on its surface, and the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4 formed in a thick film is enhanced by the anchor effect of the irregular surface. The adhesion layer 7 can be obtained, for example, by applying a sol solution in which insulating metal oxide particles are dispersed, baking, and solidifying.

そして、この密着層7は、図5に示す横断面図のように、櫛歯状に形成された一対の検知電極6間の領域に形成されるとともに、検知電極6の周縁部と接触する。一方、図2に示す縦断面図のように、検知電極6のガス検知層4との間には密着層7が形成されておらず、検知電極6のガス検知層4に対向する側の面61は全面、ガス検知層4と当接する構成を有する。このような構成により、検知電極6とガス検知層4との界面で起こるガス反応に影響を及ぼすことなく、基体15とガス検知層4との密着性を向上させている。さらに、ガス検知層4が剥離する場合には、ガス検知層4の端部から剥離することが多いが、本実施形態の密着層7は、その上面において、ガス検知層4の端部と当接しているため、ガス検知層4の端部から剥離することも防止することができる。   The adhesion layer 7 is formed in a region between the pair of detection electrodes 6 formed in a comb-teeth shape as shown in the cross-sectional view shown in FIG. On the other hand, as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 2, the adhesion layer 7 is not formed between the detection electrode 6 and the gas detection layer 4, and the surface of the detection electrode 6 facing the gas detection layer 4. 61 has a configuration in which the entire surface is in contact with the gas detection layer 4. With such a configuration, the adhesion between the substrate 15 and the gas detection layer 4 is improved without affecting the gas reaction occurring at the interface between the detection electrode 6 and the gas detection layer 4. Further, when the gas detection layer 4 is peeled off, the gas detection layer 4 is often peeled off from the end portion of the gas detection layer 4. Since they are in contact with each other, peeling from the end of the gas detection layer 4 can also be prevented.

さらに、この密着層7は、検知電極6とガス検知層4との界面で起こるガス反応に影響を及ぼさないよう、アルミナ(Al)やシリカ(SiO)等の絶縁性の金属酸化物により構成されている。なお、検知電極6とガス検知層4との密着性を向上させるために、この密着層7の膜厚は、検知電極6の厚みより小さいことが好ましい。このような構成にすることにより、密着層7の厚さを薄くすることができる他、検知電極6のガス検知層4と対向する側の面61が全面にわたって密着層7の上面に対して確実に露出するため、当該面61を全面、確実にガス検知層4と当接させることができる。 Further, the adhesion layer 7 is made of an insulating metal oxide such as alumina (Al 2 O 3 ) or silica (SiO 2 ) so as not to affect the gas reaction occurring at the interface between the detection electrode 6 and the gas detection layer 4. It is composed of things. In order to improve the adhesion between the detection electrode 6 and the gas detection layer 4, the thickness of the adhesion layer 7 is preferably smaller than the thickness of the detection electrode 6. With such a configuration, the thickness of the adhesion layer 7 can be reduced, and the surface 61 of the detection electrode 6 on the side facing the gas detection layer 4 is surely covered with respect to the upper surface of the adhesion layer 7. Therefore, the entire surface 61 can be reliably brought into contact with the gas detection layer 4.

[実施例1]
上記構造を有するガスセンサ1を、以下の製造工程に従って作製した。なお、作製途中のガスセンサ1の中間体を、基板と称する。また、各工程の説明に用いる工程名に付した括弧内の数字は、各工程の実施順序を示しており、例えば、「(1) シリコン基板2の洗浄」は、1番目に行われる工程であることを示している。
[Example 1]
The gas sensor 1 having the above structure was produced according to the following manufacturing process. In addition, the intermediate body of the gas sensor 1 in the middle of manufacture is called a board | substrate. The numbers in parentheses attached to the process names used in the description of each process indicate the execution order of the processes. For example, “(1) cleaning the silicon substrate 2” is the process performed first. It shows that there is.

(1) シリコン基板2の洗浄
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。
(1) Cleaning of the silicon substrate 2 First, the silicon substrate 2 having a thickness of 400 μm was immersed in a cleaning solution and subjected to a cleaning process.

(2) 絶縁層31,231の形成
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(SiO)膜からなる絶縁層31,231をそれぞれシリコン基板2の両面(上面および下面)に形成した。
(2) Formation of insulating layers 31 and 231 The silicon substrate 2 is placed in a heat treatment furnace, and the insulating layers 31 and 231 made of a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 100 nm are formed on the silicon substrate 2 by thermal oxidation. It formed on both surfaces (upper surface and lower surface).

(3) 絶縁層32,232の形成
次に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiHCl)、アンモニア(NH)をソースガスとし、厚さが200nmの窒化ケイ素膜(Si)膜からなる絶縁層32,232をそれぞれ絶縁層31,231の表面上に形成した。
(3) Formation of Insulating Layers 32, 232 Next, a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) having a thickness of 200 nm using dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) as source gases by LP-CVD. Insulating layers 32 and 232 made of films were formed on the surfaces of the insulating layers 31 and 231, respectively.

(4) 絶縁層33の形成
次に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O)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(SiO)膜からなる絶縁層33を形成した。
(4) Formation of Insulating Layer 33 Next, silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 100 nm on the surface of the insulating layer 32 using tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen (O 2 ) as a source gas by plasma CVD. An insulating layer 33 made of a film was formed.

(5) 発熱抵抗体5およびリード部12の形成
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(Ta)層を形成し、その層上に厚さ220nmの白金(Pt)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抵抗体5およびリード部12のパターンを形成した。
(5) Formation of heating resistor 5 and lead portion 12 Thereafter, using a DC sputtering apparatus, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the insulating layer 33, and platinum having a thickness of 220 nm is formed on the layer. A (Pt) layer was formed. After sputtering, the resist was patterned by photolithography, and the pattern of the heating resistor 5 and the lead portion 12 was formed by wet etching.

(6) 絶縁層34の形成
そして、(4)と同様に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O)をソースガスとし、絶縁層33,発熱抵抗体5およびリード部12の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素(SiO)膜からなる絶縁層34を形成した。このようにして、厚さ200nmの絶縁層34内に発熱抵抗体5およびリード部12を埋設した。
(6) Formation of Insulating Layer 34 Then, similarly to (4), tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen (O 2 ) are used as a source gas by plasma CVD, and the insulating layer 33, the heating resistor 5 and the lead portion 12 are formed. An insulating layer 34 made of a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 100 nm was formed on the surface of the substrate. Thus, the heating resistor 5 and the lead portion 12 were embedded in the insulating layer 34 having a thickness of 200 nm.

(7) 保護層35の形成
さらに、(3)と同様に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiHCl)、アンモニア(NH)をソースガスとし、絶縁層34の上面に、厚さが200nmの窒化ケイ素(Si)膜からなる保護層35を形成した。
(7) Formation of Protective Layer 35 Further, similarly to (3), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) are used as source gases by LP-CVD, and the thickness is increased on the upper surface of the insulating layer 34. A protective layer 35 made of a 200 nm silicon nitride (Si 3 N 4 ) film was formed.

(8) 発熱抵抗体コンタクト部9の開口の形成
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保護層35,絶縁層34のエッチングを行い、発熱抵抗体コンタクト部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。
(8) Formation of Opening of Heating Resistor Contact Part 9 Next, a resist pattern is formed by photolithography, and the protective layer 35 and the insulating layer 34 are etched by a dry etching method to form the heating resistor contact part 9 A hole was made in the lead hole to expose a part of the end of the lead portion 12.

(9) 検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成
次に、DCスパッタ装置を用い、保護層35の表面上に厚さ20nmのタンタル(Ta)層を形成し、さらにその表面上に厚さ40nmの白金(Pt)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櫛歯状の検知電極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。
(9) Formation of detection electrode 6, lead portion 10 and extraction electrode 91 Next, using a DC sputtering apparatus, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the protective layer 35, and further on the surface. A platinum (Pt) layer having a thickness of 40 nm was formed. After sputtering, the resist was patterned by photolithography, and the patterns of the comb-like detection electrode 6, the lead portion 10, and the extraction electrode 91 were formed by wet etching.

(10) 密着層7の形成
櫛歯状の検知電極6間およびその周囲の保護層35上に、焼成後に密着層7となるゾル溶液層を形成した。なお、ゾル溶液層は、粒径が10nm〜20nmの範囲内のアルミナ粒子を含むゾル溶液を所定の粘度に調製し、このゾル溶液を、インクジェット法を用いて保護層35上に塗布し、乾燥することにより形成した。
(10) Formation of Adhesion Layer 7 A sol solution layer that becomes the adhesion layer 7 after firing was formed on the protective layer 35 between and around the comb-shaped detection electrodes 6. The sol solution layer is prepared by preparing a sol solution containing alumina particles having a particle diameter in the range of 10 nm to 20 nm to a predetermined viscosity, applying the sol solution on the protective layer 35 using an ink jet method, and drying the solution. Was formed.

(11) コンタクトパッド11,92の形成
そして、DCスパッタ装置を用い、上記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(Au)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。
(11) Formation of contact pads 11 and 92 Then, using a DC sputtering apparatus, a gold (Au) layer having a thickness of 400 nm was formed on the electrode-side surface of the substrate on which the electrode part was fabricated. After sputtering, resist was patterned by photolithography, and contact pads 11 and 92 were formed by wet etching.

(12) 開口部21の形成
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。そして水酸化テトラメチルアンモニウム(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、下面が開口され、発熱抵抗体5の配置位置に対応する部分の絶縁層31の隔壁部39となる部分が露出されるように、開口部21を形成した。
(12) Formation of opening 21 Next, a resist was patterned by photolithography, and an insulating film serving as a mask was formed by dry etching. Then, the substrate is immersed in a tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution and anisotropic etching of the silicon substrate 2 is performed, so that the lower surface is opened and the insulating layer 31 corresponding to the arrangement position of the heating resistor 5 is formed. The opening 21 was formed so that the portion to be the partition wall 39 was exposed.

(13) ガス検知層4の形成
さらに、ゾル溶液層および検知電極6の表面上に、酸化スズを主成分とし、酸化カルシウムを添加した酸化物半導体ペーストを厚膜印刷により塗布し、厚さ30μmのペースト層を形成した。なお、酸化物半導体ペーストは以下の手順により作製した。まず、純水に塩化スズ(SnCl)を加え、十分撹拌して溶解させた後、アンモニア水を滴下して、水酸化スズを析出させた。その後、沈殿粉末を純水で数回洗浄してアンモニウムイオンおよび塩素イオンを除去し、乾燥させた。乾燥後、純水に沈殿粉末と水酸化カルシウム(Ca(OH))を分散させ、十分に攪拌させた後、乾燥させた。このときの、水酸化カルシウムの添加量は、酸化カルシウム(CaO)換算で0.2重量%となるように添加した。乾燥後、800℃、5時間の条件で焼成し、得られた粉末5gをらいかい機で1時間粉
砕した。その後、有機溶剤を混合し、らいかい機(もしくはポットミルでもよい)で4時間粉砕した。さらに、バインダーおよび粘度調製剤を添加して4時間粉砕を行い、25℃にて粘度140Pa・sのペーストに調製した。
(13) Formation of gas detection layer 4 Further, an oxide semiconductor paste mainly composed of tin oxide and added with calcium oxide is applied on the surface of the sol solution layer and the detection electrode 6 by thick film printing, and the thickness is 30 μm. A paste layer was formed. Note that the oxide semiconductor paste was manufactured by the following procedure. First, tin chloride (SnCl 2 ) was added to pure water and sufficiently stirred and dissolved, and then ammonia water was added dropwise to precipitate tin hydroxide. Thereafter, the precipitated powder was washed several times with pure water to remove ammonium ions and chlorine ions and dried. After drying, the precipitated powder and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) were dispersed in pure water, sufficiently stirred, and then dried. At this time, the amount of calcium hydroxide added was 0.2% by weight in terms of calcium oxide (CaO). After drying, it was calcined at 800 ° C. for 5 hours, and 5 g of the obtained powder was pulverized for 1 hour with a raking machine. Then, the organic solvent was mixed and pulverized for 4 hours with a roughing machine (or a pot mill). Further, a binder and a viscosity adjusting agent were added and pulverized for 4 hours to prepare a paste having a viscosity of 140 Pa · s at 25 ° C.

(14) 基板の焼成
基板を熱処理炉に挿入し、650℃で1時間の焼成条件にて焼成し、密着層7およびガス検知層4が形成された基板を得た。
(14) Substrate firing The substrate was inserted into a heat treatment furnace and fired at 650 ° C. for 1 hour to obtain a substrate on which the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 were formed.

(15) 基板の切断
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。
(15) Cutting the substrate The substrate was cut using a dicing saw to obtain a gas sensor 1 having a size of 2.6 mm × 2 mm in plan view.

次に、上記製造工程に従ってガスセンサ1を作製したことによる本発明の効果を確認するため、以下に示す2種の評価および検証を行った。   Next, in order to confirm the effect of the present invention by producing the gas sensor 1 according to the above manufacturing process, the following two types of evaluation and verification were performed.

[評価1]
密着層7を絶縁性のアルミナ(Al)粒子を用いて構成したガスセンサ1と、比較例として、ガスセンサ1の密着層7の材料を除いて同一な構成を有するガスセンサを作製し、特定ガス成分に対するガス感度を評価した。この比較例の密着層は、ガス検知層4の主成分をなす酸化物半導体である酸化スズ(SnO)からなり、触媒となる酸化カルシウムを含有しないものを用いた。
[Evaluation 1]
As a comparative example, a gas sensor having the same configuration except for the material of the adhesion layer 7 of the gas sensor 1 is manufactured and specified as the gas sensor 1 in which the adhesion layer 7 is configured using insulating alumina (Al 2 O 3 ) particles. The gas sensitivity to the gas component was evaluated. The adhesion layer of this comparative example was made of tin oxide (SnO 2 ), which is an oxide semiconductor constituting the main component of the gas detection layer 4, and did not contain calcium oxide as a catalyst.

評価試験の手順は次の通りである。まず、温度25℃、相対湿度40%RHで、酸素(O)の分量を20.9体積%とした酸素と窒素(N)との混合ガスをベースガスとし、ベースガス雰囲気中で各ガスセンサのベースガス抵抗値(Rair)を測定した。この測定時の発熱抵抗体5の温度は、350℃となるように制御した。そして、ベースガス抵抗値測定後、ベースガス中に検知対象となる特定ガス成分としてのアンモニア(NH)を5ppm混合し、5秒後に各ガスセンサの電気抵抗値(Rgas)を測定した。そして、ベースガス抵抗値と測定した電気抵抗値との比(Rgas/Rair)を算出し、これをガス感度とした。 The procedure of the evaluation test is as follows. First, a mixed gas of oxygen and nitrogen (N 2 ) with a temperature of 25 ° C., a relative humidity of 40% RH, and an oxygen (O 2 ) amount of 20.9% by volume is used as a base gas. The base gas resistance value (Rair) of the gas sensor was measured. The temperature of the heating resistor 5 during this measurement was controlled to be 350 ° C. Then, after measuring the base gas resistance value, 5 ppm of ammonia (NH 3 ) as a specific gas component to be detected was mixed in the base gas, and after 5 seconds, the electric resistance value (Rgas) of each gas sensor was measured. Then, a ratio (Rgas / Rair) between the base gas resistance value and the measured electric resistance value was calculated and used as gas sensitivity.

以上のように行った評価1の結果を図6に示す。図6は、評価1の結果を表す棒グラフである。図6に示すように、両ガスセンサともに、ガス感度は実用上問題がないとされる0.95未満の値が示されたが、本実施例のガスセンサ1のガス感度は0.67であり、比較例のガス感度0.94と比較して、顕著なガス感度を示すことが確認された。このように、密着層が被検知ガス中に含まれる特定ガス成分に反応を示す物質により作製された比較例よりも、絶縁性金属酸化物で作製した実施例の方が、ガス感度が良好であることから、密着層の材料が、検知電極とガス検知層との界面で起こる反応がガス検知に対し比較的大きな影響を及ぼすことが示唆された。   The result of the evaluation 1 performed as described above is shown in FIG. FIG. 6 is a bar graph showing the result of evaluation 1. As shown in FIG. 6, the gas sensitivity of both gas sensors showed a value of less than 0.95, which is considered to have no practical problem, but the gas sensitivity of the gas sensor 1 of the present example is 0.67. Compared with the gas sensitivity of 0.94 in the comparative example, it was confirmed that the gas sensitivity was remarkable. As described above, the gas sensitivity is better in the example made of the insulating metal oxide than in the comparative example in which the adhesion layer is made of the substance that reacts with the specific gas component contained in the gas to be detected. From this, it was suggested that the material of the adhesion layer has a relatively large influence on the gas detection by the reaction occurring at the interface between the detection electrode and the gas detection layer.

[評価2]
ついで、実施例1のガスセンサ1における特定ガス成分以外の雑ガスに対する特性を評価した。この評価試験の手順は次の通りである。まず、上記の評価1と同様に、ベースガス雰囲気中でのガスセンサ1のベースガス抵抗値(Rair)を測定した。そして、ベースガス抵抗値測定後、ベースガス中に特定ガス成分であるアンモニアではなく、雑ガスとして二酸化窒素酸化物(NO)を1ppm混合し、10秒後にガスセンサ1の電気抵抗値(Rgas')を測定した。そして、ベースガス抵抗値と測定した電気抵抗値との比(Rgas'/Rair)を算出し、これを雑ガス特性とした。この雑ガス特性は、比(Rgas'/Rair)の値が大きくなるほど、特定ガス成分の濃度変化に対する検知精度が低下することを示す指標である。雑ガス特性は、1.9以下であることが実用上好ましいとされており、特に好ましくは1.5以下であることが好ましいとされている。
[Evaluation 2]
Subsequently, the characteristic with respect to miscellaneous gases other than the specific gas component in the gas sensor 1 of Example 1 was evaluated. The procedure of this evaluation test is as follows. First, similarly to the above evaluation 1, the base gas resistance value (Rair) of the gas sensor 1 in the base gas atmosphere was measured. Then, after measuring the base gas resistance value, 1 ppm of nitrogen dioxide oxide (NO 2 ) as a miscellaneous gas is mixed in the base gas instead of ammonia as the specific gas component, and after 10 seconds, the electric resistance value (Rgas ′) of the gas sensor 1 is mixed. ) Was measured. Then, a ratio (Rgas' / Rair) between the base gas resistance value and the measured electric resistance value was calculated, and this was defined as the miscellaneous gas characteristic. This miscellaneous gas characteristic is an index indicating that the detection accuracy with respect to the change in the concentration of the specific gas component decreases as the value of the ratio (Rgas ′ / Rair) increases. The miscellaneous gas characteristics are considered to be practically preferably 1.9 or less, particularly preferably 1.5 or less.

本発明者らが実験により種々検討したところ、この雑ガス特性を抑えるには、触媒として作用する検知電極6とガス検知層4との接触面積の割合を低くすると有効であることが新たに確認された。具体的には、第1投影面積を第2投影面積の50%以上確保して、ガス検知層と検知電極との接触面積の割合を抑えることが雑ガス特性を抑える上で有効となることが実験結果から示唆された。例えば、第1投影面積を150,000μm,第2投影面積を250,000μmとして、第1投影面積が第2投影面積の60%を占めるようにガスセンサ1を製造した場合、その雑ガス特性は1.33であった。この雑ガス特性を示す比1.33は、実用上特に好ましいとされる1.5よりも小さい値であり、雑ガス特性を良好に抑えられることが確認できた。なお、第1投影面積が第2投影面積に占める割合の上限は、ガスセンサにて検知すべき特定ガスの最低濃度変化が測定可能であるか否かを基準として、100%未満の値が適宜設定される。 As a result of various examinations by the inventors through experiments, it has been newly confirmed that reducing the ratio of the contact area between the detection electrode 6 acting as a catalyst and the gas detection layer 4 is effective in suppressing this miscellaneous gas characteristic. It was done. Specifically, securing the first projected area of 50% or more of the second projected area and reducing the ratio of the contact area between the gas detection layer and the detection electrode may be effective in suppressing miscellaneous gas characteristics. The experimental results suggested it. For example, when the gas sensor 1 is manufactured such that the first projected area is 150,000 μm 2 , the second projected area is 250,000 μm 2 , and the first projected area occupies 60% of the second projected area, its miscellaneous gas characteristics Was 1.33. The ratio 1.33 indicating the miscellaneous gas characteristics is a value smaller than 1.5, which is particularly preferable in practice, and it was confirmed that the miscellaneous gas characteristics can be satisfactorily suppressed. The upper limit of the ratio of the first projected area to the second projected area is appropriately set to a value less than 100% based on whether or not the minimum concentration change of the specific gas to be detected by the gas sensor can be measured. Is done.

ここで、第1投影面積を第2投影面積の50%以上確保する場合には、上記のガスセンサ1の製造工程における条件を以下のように設定すればよい。以下、評価2において上述の第1投影面積が第2投影面積の60%を占める場合を例に、製造工程の条件を説明する。「(9) 検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成」では、基板上に形成されるガス検知層4側から一対の検知電極6を投影したときの投影面積(第3投影面積)が100,000μmとなるように、検知電極6を形成した。また、「(10) 密着層7の形成」は、基板上に形成されるガス検知層4側から当該ガス検知層4の領域内で検知電極6を含む形で密着層7を投影したときの投影領域における、当該密着層のみの投影面積(第1投影面積)が150,000μmとなるように密着層7を形成した。さらに、「(13) ガス検知層4の形成」では、基板上に形成されるガス検知層4側からガス検知層4と密着層7および検知電極6との接触面を投影したときの投影面積(第2投影面積)が250,000μmとなるように、ガス検知層4を形成した。これにより、評価2において上述のガスセンサ1では、上記第1投影面積は、第2投影面積の50%以上(150,000μm/250,000μm×100=60%)を占める構成となっている。 Here, in order to secure 50% or more of the first projected area of the second projected area, the conditions in the manufacturing process of the gas sensor 1 may be set as follows. Hereinafter, the conditions of the manufacturing process will be described by taking as an example the case where the first projected area occupies 60% of the second projected area in Evaluation 2. In “(9) Formation of the detection electrode 6, the lead portion 10, and the extraction electrode 91”, a projection area (third projection area) when the pair of detection electrodes 6 is projected from the gas detection layer 4 side formed on the substrate. The detection electrode 6 was formed so as to be 100,000 μm 2 . In addition, “(10) Formation of the adhesion layer 7” means that the adhesion layer 7 is projected from the side of the gas detection layer 4 formed on the substrate so as to include the detection electrode 6 in the region of the gas detection layer 4. The adhesion layer 7 was formed so that the projection area (first projection area) of only the adhesion layer in the projection region was 150,000 μm 2 . Further, in “(13) Formation of gas detection layer 4”, the projected area when the contact surface between the gas detection layer 4, the adhesion layer 7 and the detection electrode 6 is projected from the gas detection layer 4 formed on the substrate. The gas detection layer 4 was formed so that (second projected area) was 250,000 μm 2 . Thereby, in the gas sensor 1 described above in evaluation 2, the first projected area occupies 50% or more (150,000 μm 2 / 250,000 μm 2 × 100 = 60%) of the second projected area. .

以上詳述したように、本実施形態のガスセンサ1では、検知電極6のガス検知層4と対向する側の面61を全面、ガス検知層4と当接させて検知電極6とガス検知層4との接触面積を確保しつつ、基体15とガス検知層4との間にガス検知層4の電子伝導に影響を与えない絶縁材料からなる密着層7を形成している。したがって、本実施形態のガスセンサ1によれば、基体15とガス検知層4との間の密着性を向上させつつ、良好なガス感度が得られるという従来の技術にはない効果を得ることができる。また、ガス検知層4に流す電流又は印加する電圧の大きさを小さくしても十分に特定ガスの濃度変化を検知できるので、ガスセンサの回路設計を容易且つ安価なものとすることができるといった効果も副次的に得られる。さらに、この発熱抵抗体5は、シリコン基板2に形成された開口部21に対応する位置に形成されるため、ガス検知層4を効率よく加熱して活性化することができ、良好に被検知ガス中の特定ガスの濃度変化を検知することができる。   As described above in detail, in the gas sensor 1 of the present embodiment, the detection electrode 6 and the gas detection layer 4 are brought into contact with the gas detection layer 4 on the entire surface 61 of the detection electrode 6 facing the gas detection layer 4. An adhesion layer 7 made of an insulating material that does not affect the electron conduction of the gas detection layer 4 is formed between the base 15 and the gas detection layer 4 while ensuring a contact area with the gas detection layer 4. Therefore, according to the gas sensor 1 of the present embodiment, it is possible to obtain an effect that is not found in the prior art that good gas sensitivity can be obtained while improving the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4. . In addition, since the change in the concentration of the specific gas can be sufficiently detected even if the current flowing through the gas detection layer 4 or the applied voltage is reduced, the circuit design of the gas sensor can be made easy and inexpensive. Is also obtained as a secondary. Further, since the heating resistor 5 is formed at a position corresponding to the opening 21 formed in the silicon substrate 2, the gas detection layer 4 can be efficiently heated and activated, and the detection target can be satisfactorily detected. A change in the concentration of a specific gas in the gas can be detected.

なお、本発明は上記実施の形態に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。例えば、基体15をなすシリコン基板2はシリコンにより作製したが、アルミナ(Al)や半導体材料から作製してもよい。また、作製されたガスセンサ1の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形であってもよく、その大きさ、厚み、各部材の配置も限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention. For example, the silicon substrate 2 forming the base 15 is made of silicon, but may be made of alumina (Al 2 O 3 ) or a semiconductor material. Moreover, the planar shape of the produced gas sensor 1 is not limited to a rectangle, but may be a polygon or a circle, and the size, thickness, and arrangement of each member are not limited.

また、ガスセンサ1の製造方法は、実施例1に限定されず、適宜変更を加えることが可能である。例えば、実施例1では、「(10) 密着層7の形成」において、密着層7となるゾル溶液層をインクジェット法により形成したが、ディップ法、電気泳動法、液膜転送法、ミスト輸送法、スクリーン印刷法、スピンコート法など、その他の方法により形成してもよい。また、密着層7を検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成後に行っていたが、検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成前に行うようにしてもよい。その場合には、例えば、密着層7となるゾル溶液層を保護層35上に膜状に形成した後、検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成を形成する箇所をエッチング等により除去し、続いて当該除去部分に検知電極6,リード部10および引き出し電極91を形成する。   Moreover, the manufacturing method of the gas sensor 1 is not limited to Example 1, It can change suitably. For example, in Example 1, in “(10) Formation of adhesion layer 7”, the sol solution layer to be the adhesion layer 7 was formed by the ink jet method. However, the dipping method, electrophoresis method, liquid film transfer method, mist transport method are used. Further, it may be formed by other methods such as a screen printing method and a spin coating method. Further, although the adhesion layer 7 is performed after the formation of the detection electrode 6, the lead portion 10, and the extraction electrode 91, it may be performed before the detection electrode 6, the lead portion 10, and the extraction electrode 91 are formed. In that case, for example, after forming a sol solution layer as the adhesion layer 7 on the protective layer 35 in a film shape, the portions where the formation of the detection electrode 6, the lead portion 10 and the extraction electrode 91 are formed are removed by etching or the like. Subsequently, the detection electrode 6, the lead portion 10, and the extraction electrode 91 are formed in the removed portion.

また、上記実施形態においては、密着層7の膜厚は、ガス検知層4の膜厚より小さい構成を有していたが、検知電極6のガス検知層4と対向する側の面61を全面、ガス検知層4と当接していればよく、これに限定されない。さらに、密着層7は、上記実施形態では、櫛歯状に形成された一対の検知電極6間の領域および検知電極6の周縁部の二つの領域に形成する構成としたが、いずれか一方の領域のみに密着層7を形成するようにしてガス検知層4と基体15との密着性を確保するようにしてもよい。   In the above embodiment, the thickness of the adhesion layer 7 is smaller than the thickness of the gas detection layer 4. However, the surface 61 of the detection electrode 6 facing the gas detection layer 4 is entirely covered. The gas detection layer 4 is not limited to this as long as it is in contact with the gas detection layer 4. Furthermore, in the said embodiment, although the contact | adherence layer 7 was set as the structure formed in the area | region between a pair of detection electrode 6 formed in the comb-tooth shape, and two area | regions of the peripheral part of the detection electrode 6, either one was used. The adhesion layer 7 may be formed only in the region to ensure the adhesion between the gas detection layer 4 and the substrate 15.

また、上記実施形態においては、第1投影面積を第2投影面積の50%以上確保して、ガス検知層と検知電極との接触面積の割合を抑えるようにしていたが、上記実施形態の場合に限定されない。第1投影面積が第2投影面積に占める割合は、ガス感度や雑ガス特性等に応じて適宜設定可能である。   Further, in the above embodiment, the first projected area is secured 50% or more of the second projected area to reduce the ratio of the contact area between the gas detection layer and the detection electrode. It is not limited to. The ratio of the first projected area to the second projected area can be appropriately set according to gas sensitivity, miscellaneous gas characteristics, and the like.

また、絶縁被膜層3は酸化ケイ素および窒化ケイ素からなる複層構造としたが、酸化ケイ素又は窒化ケイ素からなる単層構造としてもよい。また、本実施の形態では、絶縁層33,34内に発熱抵抗体5を埋設させたが、これに限定されない。例えば、絶縁層32内に発熱抵抗体5を埋設させるようにしてもよい。   The insulating coating layer 3 has a multilayer structure made of silicon oxide and silicon nitride, but may have a single layer structure made of silicon oxide or silicon nitride. In the present embodiment, the heating resistor 5 is embedded in the insulating layers 33 and 34. However, the present invention is not limited to this. For example, the heating resistor 5 may be embedded in the insulating layer 32.

また、ガス検知層4は、主成分として金属酸化物半導体である酸化スズを用いたが、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニッケル(NiO)、酸化チタン(TiO)、酸化バナジウム(VO)など、その他の金属酸化物半導体を用いてもよい。また、金属酸化物半導体に添加する塩基性金属酸化物としては、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、ベリリウム(Be)などのアルカリ土類金属の酸化物、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)などのアルカリ金属の酸化物、スカンジウム(Sc)、イットリウム(Y)、その他、ランタノイド系元素などの希土類の酸化物を用いてもよい。 Moreover, although the gas detection layer 4 used tin oxide which is a metal oxide semiconductor as a main component, zinc oxide (ZnO), nickel oxide (NiO), titanium oxide (TiO 2 ), vanadium oxide (VO 2 ), etc. Other metal oxide semiconductors may be used. The basic metal oxide added to the metal oxide semiconductor includes oxides of alkaline earth metals such as calcium (Ca), magnesium (Mg), strontium (Sr), barium (Ba), and beryllium (Be). Oxides of alkali metals such as sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb) and cesium (Cs), scandium (Sc), yttrium (Y), and other rare earth oxides such as lanthanoid elements It may be used.

ところで、上述の実施形態において、検知電極6の基体15と対向する面は保護層35と当接する構成を有していた。この構成によれば、密着層7の形成量を低減しながら基体15とガス検知層4との密着性を向上できるという長所がある一方で、基体15と検知電極6との接触面の面積が大きい場合などには、基体15と検知電極6との密着性が改善されない場合がある。そこで、密着層の構成を変形例1のようにしてもよい。以下、検知電極6の下面に、密着層7が形成される変形例1に係るガスセンサ101について、図7を参照して説明する。なお、ガスセンサ101の構成は、密着層の構成を除き、上述の実施形態と同様であるので、同様の形態の説明は省略する。図7は、ガスセンサ101の図2に示す図1のA−A線における矢視方向断面図に対応する断面図である。図7において、上下方向を上下方向と、左右方向を左右方向と言う。   By the way, in the above-described embodiment, the surface of the detection electrode 6 facing the base body 15 has a configuration in contact with the protective layer 35. According to this configuration, there is an advantage that the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4 can be improved while reducing the formation amount of the adhesion layer 7, while the area of the contact surface between the base 15 and the detection electrode 6 is small. If it is large, the adhesion between the substrate 15 and the detection electrode 6 may not be improved. Therefore, the configuration of the adhesion layer may be as in the first modification. Hereinafter, the gas sensor 101 according to the first modification example in which the adhesion layer 7 is formed on the lower surface of the detection electrode 6 will be described with reference to FIG. Since the configuration of the gas sensor 101 is the same as that of the above-described embodiment except for the configuration of the adhesion layer, the description of the same mode is omitted. 7 is a cross-sectional view of the gas sensor 101 corresponding to the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 shown in FIG. In FIG. 7, the vertical direction is referred to as the vertical direction, and the horizontal direction is referred to as the horizontal direction.

図7に示すように、変形例1に係るガスセンサ101において、検知電極106のガス検知層104と対向する側の面161は全面、ガス検知層104と当接している。一方、検知電極106の基体15側の面162,即ち密着層と対向する側の面162は、密着層107と当接している。このような構成にすることにより、検知電極106と保護層35との密着性を向上させている。また、変形例1においては、上述の実施形態に比べ、基体15を構成する保護層35と密着層107との接触面の面積が増加しているので、密着層107と保護層35とがより確実に密着する。したがって、例えば、基体15と検知電極106との接触面の面積が大きい場合にも、基体15と検知電極6との密着性を向上することができ、ガス検知層104が基体15から剥離することを防止することができる。   As shown in FIG. 7, in the gas sensor 101 according to Modification 1, the entire surface 161 of the detection electrode 106 facing the gas detection layer 104 is in contact with the gas detection layer 104. On the other hand, the surface 162 of the detection electrode 106 on the substrate 15 side, that is, the surface 162 facing the adhesion layer is in contact with the adhesion layer 107. By adopting such a configuration, the adhesion between the detection electrode 106 and the protective layer 35 is improved. Further, in Modification 1, since the area of the contact surface between the protective layer 35 and the adhesive layer 107 constituting the base body 15 is increased as compared with the above-described embodiment, the adhesive layer 107 and the protective layer 35 are more Adhere securely. Therefore, for example, even when the area of the contact surface between the base 15 and the detection electrode 106 is large, the adhesion between the base 15 and the detection electrode 6 can be improved, and the gas detection layer 104 is peeled from the base 15. Can be prevented.

次に、実施例2として、変形例1の製造工程について説明する。変形例1のガスセンサ101の製造方法は、前述の実施例1と、「(9) 検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成」および、「(10) 密着層7の形成」とにおいて異なる。上述の実施例1と同様の工程についての説明は省略し、以下、実施例1と異なる製造工程について説明する。   Next, as Example 2, the manufacturing process of Modification 1 will be described. The manufacturing method of the gas sensor 101 of the first modification is the same as that of the first embodiment described above, and “(9) Formation of the detection electrode 6, the lead portion 10 and the extraction electrode 91” and “(10) Formation of the adhesion layer 7”. Different. A description of the same steps as those of the first embodiment will be omitted, and hereinafter, manufacturing steps different from those of the first embodiment will be described.

[実施例2]
(9) 密着層107の形成
発熱抵抗体5および開口部21に対応する保護層35の上面の位置に、焼成後に密着層7となるゾル溶液層をスピンコート法により形成し、乾燥させた。その後、ゾル溶液層のうちで検知電極106を形成する部分をエッチングにより除去し、凹状部を形成した。
[Example 2]
(9) Formation of Adhesion Layer 107 A sol solution layer that becomes the adhesion layer 7 after firing was formed by spin coating at a position on the upper surface of the protective layer 35 corresponding to the heating resistor 5 and the opening 21 and dried. Then, the part which forms the detection electrode 106 in a sol solution layer was removed by etching, and the recessed part was formed.

(10) 検知電極106,リード部10および引き出し電極91の形成
次に、DCスパッタ装置を用い、密着層107のエッチングにより除去された凹状部および保護層35の表面上に厚さ20nmのタンタル層を形成し、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櫛歯状の検知電極106,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。
(10) Formation of the detection electrode 106, the lead portion 10, and the lead electrode 91 Next, a tantalum layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the concave portion and the protective layer 35 removed by etching the adhesion layer 107 using a DC sputtering apparatus. Further, a platinum layer having a thickness of 40 nm was formed on the surface. After sputtering, the resist was patterned by photolithography, and the patterns of the comb-like detection electrode 106, the lead portion 10, and the extraction electrode 91 were formed by wet etching.

ところで、上述の実施形態および変形例1において、検知電極とガス検知層とは直接当接した構成を有している。ガス検知層と検知電極との接触面の面積が大きい場合などには、基体と検知電極との密着性が改善されない場合がある。そこで変形例2のように、密着層とガス検知層との間に検知電極が形成され、且つ、密着層は検知電極およびガス検知層に対向する側に第一凹凸面を備えるとともに、検知電極はガス検知層に対向する側に第二凹凸面を備えるようにしてもよい。以下、変形例2に係るガスセンサ201について、図8および図9を参照して説明する。図8は、ガスセンサ201の図2に示す図1のA−A線における矢視方向断面図に対応する断面図である。また図9は、図8に示すガスセンサ201の一部を拡大した拡大図である。なお、図8および図9において、上下方向を上下方向と、左右方向を左右方向と言う。   By the way, in the above-mentioned embodiment and the modification 1, it has the structure which the detection electrode and the gas detection layer contact | abutted directly. When the area of the contact surface between the gas detection layer and the detection electrode is large, the adhesion between the substrate and the detection electrode may not be improved. Therefore, as in Modification 2, the detection electrode is formed between the adhesion layer and the gas detection layer, and the adhesion layer has a first uneven surface on the side facing the detection electrode and the gas detection layer, and the detection electrode. May be provided with a second uneven surface on the side facing the gas detection layer. Hereinafter, the gas sensor 201 according to the modified example 2 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. 8 is a cross-sectional view of the gas sensor 201 corresponding to the cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1 shown in FIG. FIG. 9 is an enlarged view of a part of the gas sensor 201 shown in FIG. 8 and 9, the vertical direction is referred to as the vertical direction, and the horizontal direction is referred to as the horizontal direction.

図8および図9に示すように、変形例2に係るガスセンサ201の構成は、密着層207,検知電極206およびガス検知層204の構成を除き、上述の実施形態と同様である。したがって、上述の実施形態と同様の構成については説明を省略し、以下上述の実施形態と異なる密着層207,検知電極206およびガス検知層204の構成について詳述する。   As shown in FIGS. 8 and 9, the configuration of the gas sensor 201 according to Modification 2 is the same as that of the above-described embodiment except for the configurations of the adhesion layer 207, the detection electrode 206, and the gas detection layer 204. Therefore, the description of the same configuration as that of the above-described embodiment is omitted, and the configurations of the adhesion layer 207, the detection electrode 206, and the gas detection layer 204, which are different from those of the above-described embodiment, will be described in detail below.

図8および図9に示すように、変形例2に係るガスセンサ201の密着層207は、ガス検知層204および検知電極206と対向する側の表面に第一凹凸面271を備えている。この密着層207は、基体15とガス検知層204との間の密着性を向上させるための層であって、絶縁性の金属酸化物からなる複数の粒子が凝集した構造をなしている。変形例2においては、密着層207の表面が凹凸面になっているため、密着層207は、基体15と厚膜状に形成されたガス検知層204との密着性を上記第一凹凸面271のアンカー効果によってより効果的に高めている。なお、この密着層207は、例えば、絶縁性の金属酸化物の粒子を分散させたゾル溶液を塗布し、焼成して固化させることにより得ることができる。   As shown in FIGS. 8 and 9, the adhesion layer 207 of the gas sensor 201 according to the second modification includes a first uneven surface 271 on the surface facing the gas detection layer 204 and the detection electrode 206. The adhesion layer 207 is a layer for improving the adhesion between the substrate 15 and the gas detection layer 204, and has a structure in which a plurality of particles made of an insulating metal oxide are aggregated. In the modified example 2, since the surface of the adhesion layer 207 is an uneven surface, the adhesion layer 207 provides the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 204 formed in a thick film shape as the first uneven surface 271. It is enhanced more effectively by the anchor effect. The adhesion layer 207 can be obtained, for example, by applying a sol solution in which insulating metal oxide particles are dispersed, baking, and solidifying.

検知電極206は、基体15側、即ち密着層207と対向する側に、密着層207の第一凹凸面271の凹凸に嵌め合うような凹凸を有する凹凸面261を備え、その凹凸面261において密着層207の第一凹凸面271と当接している。このように変形例2においては、上述の実施形態に比べ、基体15を構成するガス検知層204および検知電極206と密着層207との接触面の面積が増加しているので、ガス検知層204および検知電極206と密着層207とがより確実に密着する。したがって、例えば、基体15と検知電極206との接触面の面積が大きい場合にも、基体15と検知電極206との密着性を向上させることができ、ガス検知層204が基体15から剥離することを防止することができる。   The detection electrode 206 includes an uneven surface 261 having unevenness that fits the unevenness of the first uneven surface 271 of the adhesion layer 207 on the base 15 side, that is, the side facing the adhesion layer 207. It is in contact with the first uneven surface 271 of the layer 207. As described above, in the modified example 2, the area of the contact surface between the gas detection layer 204 and the detection electrode 206 and the adhesion layer 207 constituting the base body 15 is increased as compared with the above-described embodiment. In addition, the detection electrode 206 and the adhesion layer 207 adhere more reliably. Therefore, for example, even when the area of the contact surface between the base 15 and the detection electrode 206 is large, the adhesion between the base 15 and the detection electrode 206 can be improved, and the gas detection layer 204 is peeled off from the base 15. Can be prevented.

また検知電極206は、ガス検知層204と対向する側に第二凹凸面262を備えている。一方、ガス検知層204の検知電極206と当接する面241は、検知電極206が備える第二凹凸面262の凹凸に嵌め合うような凹凸を有する凹凸面となっている。そして、検知電極206のガス検知層204と対向する側の面は全面、第二凹凸面262においてガス検知層204の面241と当接している。このため、検知電極206のガス検知層204と対向する側の面が平らな場合に比べ、検知電極206とガス検知層204との接触面積が増加しており、上記第二凹凸面262のアンカー効果により検知電極206とガス検知層204との密着性を向上させることができる。したがって、例えば、ガス検知層204と検知電極206との接触面の面積が大きい場合にも、ガス検知層204が基体15から剥離することを防止する効果が増加する。なお、第二凹凸面262を備えた検知電極206は、例えば、第一凹凸面271を備えた密着層207の表面に導電性の金属膜をスパッタ法で成膜することにより得ることができる。また例えば、検知電極形成後、ガス検知層と対向する側の面に機械的な凹凸化処理を施すことによって第二凹凸面を形成してもよい。   The detection electrode 206 includes a second uneven surface 262 on the side facing the gas detection layer 204. On the other hand, the surface 241 that contacts the detection electrode 206 of the gas detection layer 204 is an uneven surface that has unevenness that fits into the unevenness of the second uneven surface 262 provided in the detection electrode 206. The entire surface of the detection electrode 206 facing the gas detection layer 204 is in contact with the surface 241 of the gas detection layer 204 at the second uneven surface 262. For this reason, the contact area between the detection electrode 206 and the gas detection layer 204 is increased as compared with the case where the surface of the detection electrode 206 facing the gas detection layer 204 is flat, and the anchor of the second uneven surface 262 is increased. Due to the effect, the adhesion between the detection electrode 206 and the gas detection layer 204 can be improved. Therefore, for example, even when the area of the contact surface between the gas detection layer 204 and the detection electrode 206 is large, the effect of preventing the gas detection layer 204 from peeling from the base body 15 is increased. The detection electrode 206 provided with the second uneven surface 262 can be obtained, for example, by forming a conductive metal film on the surface of the adhesion layer 207 provided with the first uneven surface 271 by a sputtering method. Further, for example, after the detection electrode is formed, the second uneven surface may be formed by performing mechanical unevenness processing on the surface facing the gas detection layer.

次に、実施例3として、変形例2に係るガスセンサ201の製造工程の一例について説明する。変形例2のガスセンサ201の製造方法は、前述の実施例1と、「(8)発熱抵抗体コンタクト部9の開口の形成」、「(9) 検知電極6,リード部10および引き出し電極91の形成」、「(10) 密着層7の形成」および、「(13) ガス検知層4の形成」において異なり、他の工程については工程の内容および実施順序ともに実施例1と同様である。上述の実施例1と同様の工程についての説明は省略し、以下、実施例1と異なる製造工程について説明する。   Next, as Example 3, an example of a manufacturing process of the gas sensor 201 according to Modification 2 will be described. The manufacturing method of the gas sensor 201 of Modification 2 is the same as that of Example 1 described above, “(8) Formation of the opening of the heating resistor contact portion 9”, “(9) Detection electrode 6, lead portion 10 and lead electrode 91. Unlike the “formation”, “(10) formation of the adhesion layer 7” and “(13) formation of the gas detection layer 4”, the other steps are the same as those in the first embodiment in terms of the process contents and the execution order. A description of the same steps as those of the first embodiment will be omitted, and hereinafter, manufacturing steps different from those of the first embodiment will be described.

[実施例3]
(8) 密着層207の形成
発熱抵抗体5および開口部21に対応する保護層35の上面の位置に、表面に凹凸のあるアルミニウム膜をスパッタ法により所定の厚みで成膜し、そのアルミニウム膜を酸化して酸化アルミニウムとした。この工程において、自身の表面が凹凸面になった密着層207が形成された。
[Example 3]
(8) Formation of Adhesion Layer 207 An aluminum film having an uneven surface is formed at a predetermined thickness on the upper surface of the protective layer 35 corresponding to the heating resistor 5 and the opening 21 by a sputtering method, and the aluminum film Was oxidized to aluminum oxide. In this step, an adhesion layer 207 having an uneven surface was formed.

(9) 発熱抵抗体コンタクト部9の開口の形成
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自身の上面に密着層207が形成された保護層35,絶縁層34のエッチングを行い、発熱抵抗体コンタクト部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。
(9) Formation of Opening of Heating Resistor Contact 9 Next, resist is patterned by photolithography, and the protective layer 35 and the insulating layer 34 in which the adhesion layer 207 is formed on the upper surface thereof are etched by dry etching. Then, a hole was made in a portion where the heating resistor contact portion 9 was formed, and a part of the end of the lead portion 12 was exposed.

(10) 検知電極206,リード部10および引き出し電極91の形成
次に、DCスパッタ装置を用い、密着層207および保護層35の表面上に厚さ20nmのタンタル層を形成し、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櫛歯状の検知電極206,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。この工程において、「(8) 密着層207の形成」において形成した密着層207の表面の凹凸面に起因して、検知電極206の上面に凹凸を有する第二凹凸面262が形成された(図10)。
(10) Formation of the detection electrode 206, the lead portion 10, and the lead electrode 91 Next, using a DC sputtering apparatus, a tantalum layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the adhesion layer 207 and the protective layer 35, and further on the surface A platinum layer with a thickness of 40 nm was formed. After sputtering, the resist was patterned by photolithography, and the patterns of the comb-like detection electrode 206, the lead portion 10, and the extraction electrode 91 were formed by wet etching. In this step, due to the uneven surface on the surface of the adhesion layer 207 formed in “(8) Formation of the adhesion layer 207”, the second uneven surface 262 having unevenness on the upper surface of the detection electrode 206 was formed (FIG. 10).

(13) ガス検知層204の形成
さらに、検知電極206および密着層207の上面に、酸化スズを主成分とし、酸化カルシウムを添加した酸化物半導体ペーストを厚膜印刷により塗布し、厚さ30μmのペースト層を形成した。このとき、ガス検知層204と検知電極206とが当接する面である面241には、「(10) 検知電極206,リード部10および引き出し電極91の形成」において形成した検知電極206の第二凹凸面262の凹凸に嵌め合う凹凸が形成された(図11)。なお、酸化物半導体ペーストは実施例1と同様の手順により作製した。
(13) Formation of gas detection layer 204 Further, an oxide semiconductor paste mainly composed of tin oxide and added with calcium oxide is applied to the upper surfaces of the detection electrode 206 and the adhesion layer 207 by thick film printing, and the thickness is 30 μm. A paste layer was formed. At this time, the second surface of the detection electrode 206 formed in “(10) Formation of the detection electrode 206, the lead portion 10, and the extraction electrode 91” is formed on the surface 241 that is a surface where the gas detection layer 204 and the detection electrode 206 are in contact with each other. Irregularities that fit into the irregularities of the irregular surface 262 were formed (FIG. 11). Note that the oxide semiconductor paste was manufactured in the same procedure as in Example 1.

次に、上記製造工程に従って製造したガスセンサ201の構造を確認するため、検知電極206の第二凹凸面262およびこの第二凹凸面262とガス検知層204の面241とが当接した状態を走査電子顕微鏡により10,000倍に拡大して確認した。図10は、検知電極206の形成直後(ガス検知層204を形成前)における検知電極206の第二凹凸面262を走査電子顕微鏡により拡大して撮影した写真である。図10の写真に示すように、上記製造工程に従って作成した検知電極206のガス検知層204に対向する側の面には、複数の金属粒子が凝集して形成された第二凹凸面262が確認された。この第二凹凸面262は、この「(8) 密着層207の形成」において形成した密着層207の表面の凹凸面に起因して形成された凹凸面である。一方図11は、検知電極206とガス検知層204との当接面を走査電子顕微鏡により拡大して撮影した写真である。図11の写真において、図11の下部に見られる比較的粒の大きい粒子を備える層が検知電極206であり、図11の上部に見られる比較的粒の小さい粒子を備える層がガス検知層204である。ガス検知層204の検知電極206と当接する側の面241は、検知電極206が備える第二凹凸面262の凹凸に嵌め合う凹凸面となっていることが確認された。図10および図11の写真から、変形例2に係るガスセンサ201は、検知電極206のガス検知層204と対向する側の面が平らな場合に比べ、検知電極206とガス検知層204との接触面積が増加していることが確認された。   Next, in order to confirm the structure of the gas sensor 201 manufactured according to the above manufacturing process, the second uneven surface 262 of the detection electrode 206 and the state where the second uneven surface 262 and the surface 241 of the gas detection layer 204 are in contact with each other are scanned. It confirmed by magnifying 10,000 times with the electron microscope. FIG. 10 is a photograph obtained by enlarging the second uneven surface 262 of the detection electrode 206 with a scanning electron microscope immediately after the formation of the detection electrode 206 (before forming the gas detection layer 204). As shown in the photograph of FIG. 10, a second uneven surface 262 formed by agglomeration of a plurality of metal particles is confirmed on the surface of the detection electrode 206 prepared in accordance with the above manufacturing process on the side facing the gas detection layer 204. It was done. The second uneven surface 262 is an uneven surface formed due to the uneven surface on the surface of the adhesion layer 207 formed in “(8) Formation of the adhesion layer 207”. On the other hand, FIG. 11 is a photograph taken by enlarging the contact surface between the detection electrode 206 and the gas detection layer 204 with a scanning electron microscope. In the photograph of FIG. 11, the layer having relatively large particles seen in the lower part of FIG. 11 is the detection electrode 206, and the layer having relatively small particles seen in the upper part of FIG. 11 is the gas detection layer 204. It is. It was confirmed that the surface 241 of the gas detection layer 204 on the side in contact with the detection electrode 206 is an uneven surface that fits into the unevenness of the second uneven surface 262 included in the detection electrode 206. 10 and 11, the gas sensor 201 according to the modified example 2 is in contact with the detection electrode 206 and the gas detection layer 204 as compared with the case where the surface of the detection electrode 206 facing the gas detection layer 204 is flat. It was confirmed that the area increased.

なお、上記変形例2において、「(2) 絶縁層31,231の形成」を行い、絶縁層31,231を形成するようにしていたが、この工程を省略し、シリコン基板2の両面に窒化ケイ素膜(Si)膜からなる絶縁層32,232を形成するようにしてもよい。また各製造工程の実施順序は必要に応じて変更可能であり、例えば、「(9) 発熱抵抗体コンタクト部9の開口の形成」は「(10) 検知電極206,リード部10および引き出し電極91の形成」の後に行うようにしてもよい。 In the second modification, “(2) Formation of insulating layers 31 and 231” is performed to form the insulating layers 31 and 231. However, this step is omitted, and both surfaces of the silicon substrate 2 are nitrided. The insulating layers 32 and 232 made of a silicon film (Si 3 N 4 ) film may be formed. Further, the execution order of each manufacturing process can be changed as necessary. For example, “(9) Formation of opening of heating resistor contact portion 9” is “(10) Detection electrode 206, lead portion 10 and extraction electrode 91”. It may be performed after “formation”.

本発明は、半導体式ガスセンサに適用することができる。   The present invention can be applied to a semiconductor gas sensor.

ガスセンサ1の平面図である。2 is a plan view of the gas sensor 1. FIG. ガスセンサ1の図1に示すA−A線における矢視方向断面図である。It is arrow sectional drawing in the AA line | wire shown in FIG. ガスセンサ1が備える発熱抵抗体5の平面図である。It is a top view of the heating resistor 5 with which the gas sensor 1 is provided. ガスセンサ1の図1に示すB−B線における矢視方向断面図である。It is arrow direction sectional drawing in the BB line shown in FIG. ガスセンサ1の図2に示すC−C線における矢視方向断面図である。It is arrow sectional drawing in the CC line shown in FIG. 2 of the gas sensor 1. FIG. 評価1の結果を表す棒グラフである。It is a bar graph showing the result of evaluation 1. ガスセンサ101の図2に示す図1のA−A線における矢視方向断面図に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the arrow direction sectional view in the AA line of FIG. 1 of the gas sensor 101 shown in FIG. ガスセンサ201の図2に示す図1のA−A線における矢視方向断面図に対応する断面図である。It is sectional drawing corresponding to the arrow sectional view in the AA of FIG. 1 of the gas sensor 201 shown in FIG. 図8に示すガスセンサ201の波線240付近を拡大した拡大図である。It is the enlarged view to which the wavy line 240 vicinity of the gas sensor 201 shown in FIG. 8 was expanded. 検知電極206の形成直後(ガス検知層204を形成前)における検知電極206の第二凹凸面262を走査電子顕微鏡により拡大して撮影した写真である。It is the photograph which expanded and image | photographed the 2nd uneven | corrugated surface 262 of the detection electrode 206 immediately after formation of the detection electrode 206 (before forming the gas detection layer 204). 検知電極206とガス検知層204との当接面を走査電子顕微鏡により拡大して撮影した写真である。It is the photograph which expanded and image | photographed the contact surface of the detection electrode 206 and the gas detection layer 204 with the scanning electron microscope.

符号の説明Explanation of symbols

1,101,201 ガスセンサ
2 シリコン基板
3,230 絶縁被膜層
4,104,204 ガス検知層
5 発熱抵抗体
6,106,206 検知電極
7,107,207 密着層
15 基体
21 開口部
31,32,33,34,231,232 絶縁層
35 保護層
39 隔壁部
61,62,161,162 面
261 凹凸面
262 第二凹凸面
271 第一凹凸面
1, 101, 201 Gas sensor 2 Silicon substrate 3, 230 Insulating coating layer 4, 104, 204 Gas detection layer 5 Heating resistor 6, 106, 206 Detection electrode 7, 107, 207 Adhesion layer 15 Base body 21 Openings 31, 32, 33, 34, 231, 232 Insulating layer 35 Protective layer 39 Separation part 61, 62, 161, 162 surface 261 uneven surface 262 second uneven surface 271 first uneven surface

Claims (6)

基体上に形成されるとともに、被検知ガス中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、
前記基体上には、前記ガス検知層における電気的特性の変化を検出するための検知電極および前記ガス検知層と接触する絶縁性の密着層を備え、
前記検知電極の前記ガス検知層と対向する側の面は全面、前記ガス検知層と当接していることを特徴とするガスセンサ。
In a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor, which is formed on a substrate and whose electrical characteristics change according to a change in concentration of a specific gas in a gas to be detected,
On the substrate, a detection electrode for detecting a change in electrical characteristics in the gas detection layer and an insulating adhesion layer in contact with the gas detection layer are provided.
The gas sensor according to claim 1, wherein a surface of the detection electrode facing the gas detection layer is entirely in contact with the gas detection layer.
前記検知電極の前記基体と対向する側の面は、前記基体と当接していることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein a surface of the detection electrode facing the base is in contact with the base. 前記検知電極は、前記密着層と前記ガス検知層との間に備えられ、
前記検知電極の前記密着層と対向する側の面は、前記密着層と当接していることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
The detection electrode is provided between the adhesion layer and the gas detection layer,
2. The gas sensor according to claim 1, wherein a surface of the detection electrode facing the adhesion layer is in contact with the adhesion layer.
基体上に形成されるとともに、被検知ガス中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、
前記基体上には、前記ガス検知層における電気的特性の変化を検出する検知電極および前記ガス検知層と接触する絶縁性の密着層を備え、
前記検知電極は、前記密着層と前記ガス検知層との間に備えられ、
前記検知電極の前記密着層と対向する側の面は、前記密着層の前記検知電極および前記ガス検知層と対向する側に形成された第一凹凸面と当接しており、
前記検知電極の前記ガス検知層と対向する側の面は、第二凹凸面を有するとともに、全面、前記ガス検知層と当接していることを特徴とするガスセンサ。
In a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor, which is formed on a substrate and whose electrical characteristics change according to a change in concentration of a specific gas in a gas to be detected,
On the substrate, a detection electrode for detecting a change in electrical characteristics in the gas detection layer and an insulating adhesion layer in contact with the gas detection layer are provided.
The detection electrode is provided between the adhesion layer and the gas detection layer,
The surface of the detection electrode facing the adhesion layer is in contact with a first uneven surface formed on the adhesion layer facing the detection electrode and the gas detection layer,
The gas sensor according to claim 1, wherein a surface of the detection electrode facing the gas detection layer has a second concavo-convex surface, and the entire surface is in contact with the gas detection layer.
前記基体上に形成される前記ガス検知層側から前記ガス検知層と前記密着層との接触面を投影したときの投影面積は、前記基体上に形成される当該ガス検知層側から当該ガス検知層と前記密着層および前記検知電極との接触面を投影したときの投影面積の50%以上を占めることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のガスセンサ。   The projected area when the contact surface between the gas detection layer and the adhesion layer is projected from the gas detection layer side formed on the substrate is calculated from the gas detection layer side formed on the substrate. The gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas sensor occupies 50% or more of a projected area when a contact surface between a layer, the adhesion layer, and the detection electrode is projected. 前記基体は、板厚方向に開口部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記開口部に対応する部位に隔壁部を有する絶縁層と、
前記絶縁層の前記隔壁部上に形成される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層とを備え、
前記検知電極、前記密着層および、前記ガス検知層は、前記基体の前記保護層上に形成されていることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のガスセンサ。
The base is a semiconductor substrate having an opening formed in the thickness direction;
An insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a partition wall at a portion corresponding to the opening;
A heating resistor formed on the partition portion of the insulating layer;
A protective layer formed on the insulating layer so as to cover the heating resistor,
The gas sensor according to claim 1, wherein the detection electrode, the adhesion layer, and the gas detection layer are formed on the protective layer of the base.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010091501A (en) * 2008-10-10 2010-04-22 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
US8393196B2 (en) 2007-12-14 2013-03-12 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
JP2020517958A (en) * 2017-04-26 2020-06-18 ネバダ・ナノテック・システムズ・インコーポレイテッド Gas sensor including micro hot plate with resistive heater and related methods
JP2021012068A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 Koa株式会社 Sulfuration detection sensor and method for manufacturing sulfuration detection sensor
CN114994140A (en) * 2022-05-24 2022-09-02 哈尔滨工业大学 Zinc oxide-titanium dioxide sensor for detecting sulfur content and preparation method and application thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6162854A (en) * 1984-09-04 1986-03-31 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic substrate supporting metal oxide thick film
JPS6417460U (en) * 1987-07-21 1989-01-27
JPH01132947A (en) * 1987-11-18 1989-05-25 Toyota Motor Corp Ceramic substrate with metal oxide semiconductor film and manufacture thereof
JPH02285246A (en) * 1989-04-26 1990-11-22 Seiko Epson Corp Humidity sensor element
JPH0933470A (en) * 1995-07-14 1997-02-07 Ricoh Co Ltd Gas sensor
JP2002328109A (en) * 2001-05-02 2002-11-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Element for detecting hydrogen gas, and method of manufacturing the same
JP2004286553A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JP2006119014A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element and manufacturing method of gas sensor element

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6162854A (en) * 1984-09-04 1986-03-31 Ngk Spark Plug Co Ltd Ceramic substrate supporting metal oxide thick film
JPS6417460U (en) * 1987-07-21 1989-01-27
JPH01132947A (en) * 1987-11-18 1989-05-25 Toyota Motor Corp Ceramic substrate with metal oxide semiconductor film and manufacture thereof
JPH02285246A (en) * 1989-04-26 1990-11-22 Seiko Epson Corp Humidity sensor element
JPH0933470A (en) * 1995-07-14 1997-02-07 Ricoh Co Ltd Gas sensor
JP2002328109A (en) * 2001-05-02 2002-11-15 Ngk Spark Plug Co Ltd Element for detecting hydrogen gas, and method of manufacturing the same
JP2004286553A (en) * 2003-03-20 2004-10-14 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JP2006119014A (en) * 2004-10-22 2006-05-11 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor element and manufacturing method of gas sensor element

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8393196B2 (en) 2007-12-14 2013-03-12 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Gas sensor
JP2010091501A (en) * 2008-10-10 2010-04-22 Ngk Spark Plug Co Ltd Gas sensor
JP2020517958A (en) * 2017-04-26 2020-06-18 ネバダ・ナノテック・システムズ・インコーポレイテッド Gas sensor including micro hot plate with resistive heater and related methods
JP7208919B2 (en) 2017-04-26 2023-01-19 ネバダ・ナノテック・システムズ・インコーポレイテッド Gas sensor including micro-hotplate with resistive heater and related method
JP2021012068A (en) * 2019-07-04 2021-02-04 Koa株式会社 Sulfuration detection sensor and method for manufacturing sulfuration detection sensor
JP7256085B2 (en) 2019-07-04 2023-04-11 Koa株式会社 Sulfurization detection sensor and manufacturing method of sulfuration detection sensor
CN114994140A (en) * 2022-05-24 2022-09-02 哈尔滨工业大学 Zinc oxide-titanium dioxide sensor for detecting sulfur content and preparation method and application thereof
CN114994140B (en) * 2022-05-24 2023-06-16 哈尔滨工业大学 Zinc oxide-titanium dioxide sensor for detecting sulfur content and preparation method and application thereof

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