JP2679811B2 - ガス検出装置 - Google Patents
ガス検出装置Info
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- JP2679811B2 JP2679811B2 JP63169534A JP16953488A JP2679811B2 JP 2679811 B2 JP2679811 B2 JP 2679811B2 JP 63169534 A JP63169534 A JP 63169534A JP 16953488 A JP16953488 A JP 16953488A JP 2679811 B2 JP2679811 B2 JP 2679811B2
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- Japan
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- metal oxide
- oxide semiconductor
- silicon substrate
- gas
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Description
【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は雰囲気中にガスが存在することを検知するガ
スセンサに関するものであり、詳しくは、LPガスや都市
ガスなどのガス漏れ警報器として使用するのに適したガ
スセンサに関する。
スセンサに関するものであり、詳しくは、LPガスや都市
ガスなどのガス漏れ警報器として使用するのに適したガ
スセンサに関する。
［従来技術］ ガス感応物質として金属酸化物半導体を用い、その内
部に電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒー
タコイルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が表
面でのガス吸着によって下がることを利用したガス検出
装置は知られているが、この種のものは消費電力が大き
く乾電池駆動には適さないという問題点を有している。
部に電極と、電極を兼ねたヒータコイルを内蔵し、ヒー
タコイルにより加熱した金属酸化物半導体の抵抗値が表
面でのガス吸着によって下がることを利用したガス検出
装置は知られているが、この種のものは消費電力が大き
く乾電池駆動には適さないという問題点を有している。
この点を解消したものとして特開昭61-191953号公報
には、シリコン基板上に金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜）を所定の形状に形成させ、その金属酸化物半導体膜
の少なくとも一部が露出するように、シリコン基板上に
RFスパッタリングによりSiO2膜を形成し、さらに、金属
酸化物半導体膜に接合する少なくとも一対の検出リー
ド、少なくとも一つのヒータリード及びボンディング電
極をSiO2膜上に配設し、ボンディング領域を外いたとこ
ろに耐熱性絶縁膜を形成したガス検出装置が開示されて
いる。
には、シリコン基板上に金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜）を所定の形状に形成させ、その金属酸化物半導体膜
の少なくとも一部が露出するように、シリコン基板上に
RFスパッタリングによりSiO2膜を形成し、さらに、金属
酸化物半導体膜に接合する少なくとも一対の検出リー
ド、少なくとも一つのヒータリード及びボンディング電
極をSiO2膜上に配設し、ボンディング領域を外いたとこ
ろに耐熱性絶縁膜を形成したガス検出装置が開示されて
いる。
このガス検出装置によれば、検出用リードとヒータリ
ードとを同一のパターニング工程で形成することが可能
であり、構成が簡素化されるとともに製造が容易であ
り、加えて、検出用リード及びヒータリードは耐熱性絶
縁層で別々に被覆されており、従って、リード間の濡れ
電流は最小でリードの特性は安定化されているといった
効果がもたらされる。
ードとを同一のパターニング工程で形成することが可能
であり、構成が簡素化されるとともに製造が容易であ
り、加えて、検出用リード及びヒータリードは耐熱性絶
縁層で別々に被覆されており、従って、リード間の濡れ
電流は最小でリードの特性は安定化されているといった
効果がもたらされる。
この特開昭61-191953号公報記載のガス検出装置にお
いては、架橋又は片持ち梁を支えているのはSiO2であ
り、これは前記のようにRFスパッタリングによって成膜
された0.3〜２μｍ程度の膜厚である。だが、SiO2はス
パッタリングレイトが小さく、Ar圧力0.01〜0.1Torr、
投入電力密度１〜10W/cm2、基板温度350〜400℃のRFス
パッタリング条件では、SiO2の膜厚を約１μｍ形成する
には１〜３時間という長時間を要し、量産性の効率とし
て良好とは言いがたい。
いては、架橋又は片持ち梁を支えているのはSiO2であ
り、これは前記のようにRFスパッタリングによって成膜
された0.3〜２μｍ程度の膜厚である。だが、SiO2はス
パッタリングレイトが小さく、Ar圧力0.01〜0.1Torr、
投入電力密度１〜10W/cm2、基板温度350〜400℃のRFス
パッタリング条件では、SiO2の膜厚を約１μｍ形成する
には１〜３時間という長時間を要し、量産性の効率とし
て良好とは言いがたい。
もっとも、このSiO2膜の形成にはシリコン基板を1000
〜1200℃という高温で熱酸化する一般的手段が採用され
れば量産に有効であると考えられるが、高温で形成され
た（熱酸化により製膜された）SiO2膜は膜が徴密でピン
ホールも少なく絶縁性にすぐれているものの常温で歪が
大きく、従って、これで架橋構造をつくると亀裂が生じ
やすいといった欠陥がある。
〜1200℃という高温で熱酸化する一般的手段が採用され
れば量産に有効であると考えられるが、高温で形成され
た（熱酸化により製膜された）SiO2膜は膜が徴密でピン
ホールも少なく絶縁性にすぐれているものの常温で歪が
大きく、従って、これで架橋構造をつくると亀裂が生じ
やすいといった欠陥がある。
［目的］ 本発明は上記のごとき問題点を解消するとともに、セ
ンサ出力が安定しており信頼性にすぐれたガスセンサを
提供するものである。
ンサ出力が安定しており信頼性にすぐれたガスセンサを
提供するものである。
［構成］ 本発明は、シリコン基板上に金属酸化物半導体膜が所
定の形状に形成され、その金属酸化物半導体膜の少なく
とも一部を露出してシリコン基板上にシリコン酸化膜が
形成され、かつ、該金属酸化物半導体膜に接合する少な
くとも一対の検出リード、少なくとも一つのヒータリー
ド及びボンディング電極が該シリコン酸化膜上に配設さ
れ、更にその上に、ボンディング領域を除いて耐熱性絶
縁膜が形成されたガス検出装置において、該シリコン酸
化膜は該シリコン基板の熱酸化により絶縁性を有する程
度に成長せしめられた薄膜（実用上支障を生じさせない
程度に形成された絶縁性酸化シリコン薄膜）であること
を特徴としている。
定の形状に形成され、その金属酸化物半導体膜の少なく
とも一部を露出してシリコン基板上にシリコン酸化膜が
形成され、かつ、該金属酸化物半導体膜に接合する少な
くとも一対の検出リード、少なくとも一つのヒータリー
ド及びボンディング電極が該シリコン酸化膜上に配設さ
れ、更にその上に、ボンディング領域を除いて耐熱性絶
縁膜が形成されたガス検出装置において、該シリコン酸
化膜は該シリコン基板の熱酸化により絶縁性を有する程
度に成長せしめられた薄膜（実用上支障を生じさせない
程度に形成された絶縁性酸化シリコン薄膜）であること
を特徴としている。
ちなみに、本発明者らは、熱酸化によりSiO2膜を形成
して絶縁性基板とし、この上に各種配線等を施こした
後、耐熱性絶縁膜をスパッタリング、CVD、その他の方
法により形成せしめるようにすれば、先にあげたごとき
問題点を一挙に解決しうることを確めた。特に耐熱性絶
縁膜で架橋構造や片持ち梁構造をつくるには好適であ
る。本発明はこれに基づいてなされたものである。
して絶縁性基板とし、この上に各種配線等を施こした
後、耐熱性絶縁膜をスパッタリング、CVD、その他の方
法により形成せしめるようにすれば、先にあげたごとき
問題点を一挙に解決しうることを確めた。特に耐熱性絶
縁膜で架橋構造や片持ち梁構造をつくるには好適であ
る。本発明はこれに基づいてなされたものである。
以下に、本発明を添付の図面に従がいながらさらに詳
細に説明する。
細に説明する。
なお、本発明は、端的にいえば、本発明者のうちの一
人が先に提案した前記特開昭61-191953号公報記載のガ
スセンサの改良であるが、そこにみられる張り出し部の
形成されたものに限られることはない。
人が先に提案した前記特開昭61-191953号公報記載のガ
スセンサの改良であるが、そこにみられる張り出し部の
形成されたものに限られることはない。
第１図（ニ）及び第２図は本発明センサの主要部の二
例の概略断面を示しており、これら図面において、１は
シリコン基板、２は金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜）、31はSiO2膜（シリコン基板１の熱酸化による
膜）、32は耐熱性絶縁膜（スパッタリングによるSiO
2膜）、４はヒータリード、５は検出リードを示してお
り、Ｂはボンディングパッド部、Ｏは基板１に設けられ
た空洞部を表わしている。
例の概略断面を示しており、これら図面において、１は
シリコン基板、２は金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜）、31はSiO2膜（シリコン基板１の熱酸化による
膜）、32は耐熱性絶縁膜（スパッタリングによるSiO
2膜）、４はヒータリード、５は検出リードを示してお
り、Ｂはボンディングパッド部、Ｏは基板１に設けられ
た空洞部を表わしている。
第１図（ニ）のタイプのガスセンサをその製造過程を
追いながら説明を進めることとする。
追いながら説明を進めることとする。
先ず、シリコン基板１を用意する［第１図（イ）］。
このシリコン基板１上に金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜＝ガス検出層）２をSnO2、Fe2O3、ZnOなどでCVD、イ
オンプレーティング、蒸着、スパッタリング等によって
製膜する。膜厚は0.05〜0.3μｍ好ましくは0.1〜0.2μ
ｍ程度である。この製膜に際してのパターニングにおい
ては、ガス感応膜２のエッジにテーパーが形成されるよ
うになされるのが望ましい［第１図（ロ）］。
このシリコン基板１上に金属酸化物半導体膜（ガス感応
膜＝ガス検出層）２をSnO2、Fe2O3、ZnOなどでCVD、イ
オンプレーティング、蒸着、スパッタリング等によって
製膜する。膜厚は0.05〜0.3μｍ好ましくは0.1〜0.2μ
ｍ程度である。この製膜に際してのパターニングにおい
ては、ガス感応膜２のエッジにテーパーが形成されるよ
うになされるのが望ましい［第１図（ロ）］。
これは、ガス感応膜２のエッジが切立っていると、第
３図にみられるように、次いで行なわれるシリコン基板
１の熱酸化で成長・形成されるSiO2によって、ガス感応
膜２とSiO2膜31との段差が大きくなり、勢い、ガス感応
膜２のエッジの歪が大きくなるため、そこから亀裂
（ｌ）が発生するようになる。
３図にみられるように、次いで行なわれるシリコン基板
１の熱酸化で成長・形成されるSiO2によって、ガス感応
膜２とSiO2膜31との段差が大きくなり、勢い、ガス感応
膜２のエッジの歪が大きくなるため、そこから亀裂
（ｌ）が発生するようになる。
前記（ロ）に続いて、シリコン基板１を熱酸化する。
ここでの熱酸化は、歪低減のためできるだけ低い温度即
ち600〜1000℃好ましくは700〜900℃で行なう。この熱
酸化で形成されるSiO2膜31の厚さはSiO2膜31がセンサの
実施に際して絶縁機能に支障をきたさない程度の厚さで
あればよく、従って、0.05〜0.3μｍ好ましくは0.1〜0.
2μｍくらいが適当である［第１図（ハ）］。
ここでの熱酸化は、歪低減のためできるだけ低い温度即
ち600〜1000℃好ましくは700〜900℃で行なう。この熱
酸化で形成されるSiO2膜31の厚さはSiO2膜31がセンサの
実施に際して絶縁機能に支障をきたさない程度の厚さで
あればよく、従って、0.05〜0.3μｍ好ましくは0.1〜0.
2μｍくらいが適当である［第１図（ハ）］。
シリコン基板１上にガス感応膜２のエッジがテーパに
なって形成されているもの［第１図（ロ）］にこの
（ハ）の熱酸化を施した場合、第１図（ハ）にみられる
ように、ガス感応膜２のエッジ下部にSiO2膜31がもぐり
込んだ形態となって形成されるため表面の段差は少なく
なり、従って、この表面に後に設けられる各種配線等に
不都合を生じさせることがない。
なって形成されているもの［第１図（ロ）］にこの
（ハ）の熱酸化を施した場合、第１図（ハ）にみられる
ように、ガス感応膜２のエッジ下部にSiO2膜31がもぐり
込んだ形態となって形成されるため表面の段差は少なく
なり、従って、この表面に後に設けられる各種配線等に
不都合を生じさせることがない。
次いで、この（ハ）の状態のものにヒータリード４、
検出リード５及びボンディング電極（図示せず、但しこ
の電極は別個の検出用電極、ヒータ用電極を意味する）
の各パターンをPt、NiCr、Ir、PtRhなどの単層膜或いは
Pt/Cr、Pt/Ni、Pt/Tiなどの二層膜等によって構成し、
更に、これらをボンディング領域を除いて耐熱性絶縁膜
32で被覆する。ここでの耐熱性絶縁膜32はSiO2、Ta
2O5、Al2O3、Si3N4、MgOなどがスパッタリング、CVD、
イオンプレーティング、蒸着などにより0.2〜2.0μｍ厚
好ましくは0.1〜0.8μｍ厚くらいに形成されているが、
この耐熱性絶縁膜32はボンディング領域（Ｂ）及び少な
くともガス感応膜２の一部が露出されるようにフォトエ
ッチング法によって除去されている［第１図（ニ）］。
検出リード５及びボンディング電極（図示せず、但しこ
の電極は別個の検出用電極、ヒータ用電極を意味する）
の各パターンをPt、NiCr、Ir、PtRhなどの単層膜或いは
Pt/Cr、Pt/Ni、Pt/Tiなどの二層膜等によって構成し、
更に、これらをボンディング領域を除いて耐熱性絶縁膜
32で被覆する。ここでの耐熱性絶縁膜32はSiO2、Ta
2O5、Al2O3、Si3N4、MgOなどがスパッタリング、CVD、
イオンプレーティング、蒸着などにより0.2〜2.0μｍ厚
好ましくは0.1〜0.8μｍ厚くらいに形成されているが、
この耐熱性絶縁膜32はボンディング領域（Ｂ）及び少な
くともガス感応膜２の一部が露出されるようにフォトエ
ッチング法によって除去されている［第１図（ニ）］。
なお、これら図面からは判りづらいが、一対の検出リ
ード５は検出領域（ガス感応膜５）において所定距離隔
離して設けられており、ヒータリード４は検出リード５
と並置して設けられており、更に、ヒータリード４はヒ
ータ用電極、検出リード５は検出用電極にそれぞれ連絡
している。
ード５は検出領域（ガス感応膜５）において所定距離隔
離して設けられており、ヒータリード４は検出リード５
と並置して設けられており、更に、ヒータリード４はヒ
ータ用電極、検出リード５は検出用電極にそれぞれ連絡
している。
第２図に示した他の例のガス検出装置は、シリコン基
板１に空洞部Ｏをアンダーカットエッチングにより形成
させた片持ち梁構造からなる例であり、ガス感応膜２は
空洞部Ｏに露出している。従って、この例では、ガス感
応膜２上に耐熱性絶縁膜32が形成されていること以外は
第１図の例と異なっていない。
板１に空洞部Ｏをアンダーカットエッチングにより形成
させた片持ち梁構造からなる例であり、ガス感応膜２は
空洞部Ｏに露出している。従って、この例では、ガス感
応膜２上に耐熱性絶縁膜32が形成されていること以外は
第１図の例と異なっていない。
本発明ガスセンサは、マイクロヒータ構造を有するタ
イプのものに好適に使用でき、また、第２図に示したよ
うなシリコン基板１に空洞部Ｏを形成したセンサにあっ
ては、片持ち梁構造に限らず架橋構造を呈したものであ
ってもかまわない。
イプのものに好適に使用でき、また、第２図に示したよ
うなシリコン基板１に空洞部Ｏを形成したセンサにあっ
ては、片持ち梁構造に限らず架橋構造を呈したものであ
ってもかまわない。
本発明の技術思想は湿度、温度、赤外線などのセンサ
の製造にも応用しうるものである。
の製造にも応用しうるものである。
［効果］ 本発明ガスセンサは、シリコン基板１上のSiO2膜はシ
リコン基板１の熱酸化により絶縁性が得られる程度に薄
く形成され、更に、この薄い熱酸化膜（SiO2膜）上に耐
熱性絶縁膜がスパッタリング、その他の手段により形成
されているため、常温での歪は著しく小さなものとな
り、絶縁性は高いものとなっている。加えて、製造時基
板上のSiO2及び表面耐熱性絶縁膜の成膜に要する時間も
大幅に短縮できる。
リコン基板１の熱酸化により絶縁性が得られる程度に薄
く形成され、更に、この薄い熱酸化膜（SiO2膜）上に耐
熱性絶縁膜がスパッタリング、その他の手段により形成
されているため、常温での歪は著しく小さなものとな
り、絶縁性は高いものとなっている。加えて、製造時基
板上のSiO2及び表面耐熱性絶縁膜の成膜に要する時間も
大幅に短縮できる。
第１図は本発明に係るガス検出装置を製造過程に従って
説明するための図である。第２図は他の例のガス検出装
置の概略断面図である。 第３図は前記製造過程における欠陥を説明するための図
である。 １……シリコン基板 ２……ガス感応膜（金属酸化物半導体膜） ４……ヒータリード、５……検出リード 31……SiO2膜、32……耐熱性絶縁膜 Ｂ……ボンディングパッド部 Ｏ……空洞部
説明するための図である。第２図は他の例のガス検出装
置の概略断面図である。 第３図は前記製造過程における欠陥を説明するための図
である。 １……シリコン基板 ２……ガス感応膜（金属酸化物半導体膜） ４……ヒータリード、５……検出リード 31……SiO2膜、32……耐熱性絶縁膜 Ｂ……ボンディングパッド部 Ｏ……空洞部
Claims (1)
- 【請求項１】シリコン基板上に金属酸化物半導体膜が所
定の形状に形成され、該金属酸化物半導体膜の少なくと
も一部が露出されてシリコン基板上にシリコン酸化膜が
形成され、かつ、該金属酸化物半導体膜に接合する少な
くとも一対の検出リードと、少なくとも一つのヒータリ
ード及びボンディング電極とが該シリコン酸化膜上に配
設され、更にその上に、ボンディグ領域と金属酸化物半
導体膜の一部を除いて耐熱性絶縁膜が形成され、あるい
は、ボンディグ領域を除くが、金属酸化物半導体膜上を
含み耐熱性絶縁膜が形成された場合は、該金属酸化物半
導体膜下のシリコン基板の一部がエッチング除去され
て、該金属酸化物半導体膜の一部が露出された構造のガ
ス検知装置において、該シリコン酸化膜は該シリコン基
板の熱酸化により絶縁性を有する程度に成長せしめられ
た薄膜であることを特徴とするガス検出装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63169534A JP2679811B2 (ja) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | ガス検出装置 |
| US07/288,279 US4967589A (en) | 1987-12-23 | 1988-12-22 | Gas detecting device |
| US07/559,148 US5003812A (en) | 1987-12-23 | 1990-07-30 | Gas detecting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63169534A JP2679811B2 (ja) | 1988-07-06 | 1988-07-06 | ガス検出装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0219756A JPH0219756A (ja) | 1990-01-23 |
| JP2679811B2 true JP2679811B2 (ja) | 1997-11-19 |
Family
ID=15888277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63169534A Expired - Lifetime JP2679811B2 (ja) | 1987-12-23 | 1988-07-06 | ガス検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2679811B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103412008A (zh) * | 2013-08-21 | 2013-11-27 | 东北大学 | 用于低温检测H2的Pd掺杂SnO2纳米线气体传感器及制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3019387C2 (de) * | 1980-05-21 | 1986-01-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Dünnschicht-Halbleiter-Gassensor mit einem in den Sensoraufbau integrierten Heizelement |
| JPS61191953A (ja) * | 1985-02-20 | 1986-08-26 | Richo Seiki Kk | ガス検出装置 |
-
1988
- 1988-07-06 JP JP63169534A patent/JP2679811B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103412008A (zh) * | 2013-08-21 | 2013-11-27 | 东北大学 | 用于低温检测H2的Pd掺杂SnO2纳米线气体传感器及制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0219756A (ja) | 1990-01-23 |
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Legal Events
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