JP2767614B2 - Manufacturing method of small oxygen electrode - Google Patents

Manufacturing method of small oxygen electrode

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JP2767614B2
JP2767614B2 JP1176173A JP17617389A JP2767614B2 JP 2767614 B2 JP2767614 B2 JP 2767614B2 JP 1176173 A JP1176173 A JP 1176173A JP 17617389 A JP17617389 A JP 17617389A JP 2767614 B2 JP2767614 B2 JP 2767614B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 本発明は小型酸素電極の製造方法に関し、レジストと
基板の密着性を改善し基板表面から溝の底部に延在する
電極のパターン形成を容易とし歩留り良く小型酸素電極
を量産可能とすることを目的としシリコンを異方性エッ
チングして該シリコン表面に溝を形成する工程と、該溝
の底部から該シリコンの表面に至るカソード・アノード
となる電極を絶縁膜を介して形成する工程と、該溝の内
部に電解質含有多孔性物質を充填する工程と、該電極の
露出部を除き該シリコンの表面を覆い該電解質含有多孔
性物質を被覆するガス透過性膜を形成する工程を有する
小型酸素電極の製法において、 上記シリコンとして少なくとも電極感応部形成領域が
粗面化されたものを用いることを特徴とする小型酸素電
極の製造方法により構成する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Overview] The present invention relates to a method for manufacturing a small oxygen electrode, which improves the adhesion between a resist and a substrate, facilitates the formation of a pattern of an electrode extending from the substrate surface to the bottom of the groove, and reduces the size with a good yield. Forming a groove in the silicon surface by anisotropically etching silicon for the purpose of enabling mass production of oxygen electrodes; and forming an insulating film from the bottom of the groove to the cathode / anode electrode to the silicon surface. A step of filling the inside of the groove with an electrolyte-containing porous material, and a gas-permeable membrane covering the silicon surface except for the exposed portion of the electrode and covering the electrolyte-containing porous material. A method for producing a small oxygen electrode, comprising the step of forming at least an electrode-sensitive portion forming region having a roughened surface as the silicon. More make up.

〔産業上の利用分野〕[Industrial applications]

本発明は小型酸素電極の製法に関し,特に小型酸素電
極のカソードおよびアノードの形成方法に関する。
The present invention relates to a method of manufacturing a small oxygen electrode, and more particularly to a method of forming a cathode and an anode of a small oxygen electrode.

小型酸素電極は、いろいろな分野において,溶存酸素
濃度の測定に有利に用いることができる。例えば,水質
保全の見地から水中の生化学的酸素要求量(BOD)の測
定が行われているが,この溶存酸素濃度の測定器として
この小型酸素電極を使用することができる。また,醗酵
工業において効率良くアルコール醗酵を進めるためには
醗酵槽中の溶存酸素濃度の調整が必要であり,この測定
器として本発明の小型酸素電極を使用することができ
る。さらにまた,小型酸素電極は,酵素と組み合わせて
酵素電極を形成し,糖やビタミンなどの濃度測定に用い
ることもできる。例えば,グルコースはグルコースオキ
シダーゼという酵素を触媒とし,溶存酸素と反応してグ
ルコノラクトンに酸化するが,これにより酸素電極セル
の中に拡散してくる溶存酸素が減ることを利用し,溶存
酸素の消費量からグルコール濃度を測定することができ
る。
The small oxygen electrode can be advantageously used in various fields for measuring the concentration of dissolved oxygen. For example, the measurement of biochemical oxygen demand (BOD) in water has been performed from the viewpoint of water quality conservation, and this small oxygen electrode can be used as a measuring device for the dissolved oxygen concentration. Further, in order to efficiently promote alcohol fermentation in the fermentation industry, it is necessary to adjust the concentration of dissolved oxygen in the fermenter, and the small oxygen electrode of the present invention can be used as a measuring instrument. Furthermore, the small oxygen electrode can be used in combination with an enzyme to form an enzyme electrode and measure the concentration of sugar, vitamins, and the like. For example, glucose is catalyzed by an enzyme called glucose oxidase and reacts with dissolved oxygen to oxidize to gluconolactone. This reduces the amount of dissolved oxygen that diffuses into the oxygen electrode cell. The glucose concentration can be measured from the consumption.

このように本発明の小型当酸素電極は環境計測,醗酵
工業,臨床医療など各種の分野で使用することができる
が,特に臨床医療分野においてカテーテルに装着し,体
内に挿入する用途においては,小型であるとともに使い
捨て可能で低価格であるので,非常に利用価値がある。
As described above, the small oxygen electrode of the present invention can be used in various fields such as environmental measurement, fermentation industry, and clinical medicine. In particular, in the clinical medicine field, the small oxygen electrode is attached to a catheter and inserted into the body. It is very useful because it is disposable and inexpensive.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

本発明者らは、従来のガラス製の酸素電極では小型化
できず大量生産も不可能であるので,リソグフィー技術
及び異方性エッチング技術を利用した新しいタイプの小
型酸素電極を開発し,特許出願した(特開昭63−238548
号)。この酸素電極は,シリコン基板上に異方性エッチ
ングにより形成した穴(溝)の上に,絶縁膜を介して2
本の電極を形成し,さらにこの穴の内部に電解液含有体
を収容し,その最後に穴の上面をガス透過性膜で覆った
構造を有する酸素電極である。この酸素電極は小型で,
特性のばらつきが少なく,また一括大量生産ができるた
めに低コストである。
The present inventors have developed a new type of small-sized oxygen electrode using a lithography technique and an anisotropic etching technique, because a conventional glass-made oxygen electrode cannot be miniaturized and cannot be mass-produced. (JP-A-63-238548)
issue). This oxygen electrode is placed on a hole (groove) formed by anisotropic etching on a silicon substrate through an insulating film.
This is an oxygen electrode having a structure in which a book electrode is formed, an electrolyte-containing body is accommodated inside the hole, and the upper surface of the hole is finally covered with a gas-permeable membrane. This oxygen electrode is small,
Low variation in characteristics and low cost because batch mass production is possible.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

この小型酸素電極の作製にあたっては,通常の半導体
デバイスの作製と同様,電極感応部を、鏡面に研磨され
たシリコンウエハー表面に形成してきた。しかし,この
場合,問題は穴の上部から底部に至るカソードおよびア
ノード電極の形成であった。
In producing such a small oxygen electrode, an electrode sensitive portion has been formed on a mirror-polished silicon wafer surface, as in the production of a normal semiconductor device. However, in this case, the problem was the formation of the cathode and anode electrodes from the top to the bottom of the hole.

レジストを使用したパターニングは,通常のデバイス
のように1μm程度の段差しかない場合には,さほど困
難なく可能である。しかし,この小型酸素電極のよう
に,100μmを越えるような段差の溝が形成されている場
合には,まず,第一段階としてレジストの均一な塗布が
難しく,第5図に示した状況になる。即ち,穴の底部で
はレジスト膜厚が極めて厚くなり,また,逆に穴の端部
のエッジ部分1eでは,レジストがはじかれてしまい,連
続的なレジストパターンが形成できない。レジストパタ
ーンが切れると,小型酸素電極の作製において有効なエ
ッチングを施す際に,不要な箇所までエッチングされて
しまい,断線が増え,歩留まりが低下する。このような
パターン形成の問題は,HMDS(ヘキサメチルジシラザ
ン)などによる基板の表面処理により若干の改善が可能
でありネガ型フォトレジストで3〜4回の重ね焼きを行
えば一応の問題の解決が可能であった。しかし,パター
ニングの手間を考慮すれば,重ね焼きの回数はさらに少
なくなったほうが好ましい。
Patterning using a resist is possible without difficulty when there is only a step of about 1 μm as in a normal device. However, when a groove having a step exceeding 100 μm is formed as in this small oxygen electrode, first, it is difficult to apply the resist uniformly as a first step, and the situation shown in FIG. 5 is obtained. . That is, the resist film becomes extremely thick at the bottom of the hole, and conversely, at the edge 1e at the end of the hole, the resist is repelled and a continuous resist pattern cannot be formed. If the resist pattern is cut, unnecessary portions are etched when effective etching is performed in the fabrication of the small oxygen electrode, thereby increasing the number of disconnections and decreasing the yield. This pattern formation problem can be slightly improved by treating the surface of the substrate with HMDS (hexamethyldisilazane) or the like. Was possible. However, considering the trouble of patterning, it is preferable that the number of times of overprinting be further reduced.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明はシリコンを異方性エッチングして該シリコン
表面に溝を形成する工程と、該溝の底部から該シリコン
の表面に至るカソード・アノードとなる電極を絶縁膜を
介して形成する工程と、該溝の内部に電解質含有多孔性
物質を充填する工程と、該電極の露出部を除き該シリコ
ンの表面を覆い該電解質含有多孔性物質を被覆するガス
透過性膜を形成する工程を有する小型酸素電極の製法に
おいて、 上記シリコンとして少なくとも電極感応部形成領域が
粗面化されたものを用いることを特徴とする小型酸素電
極の製造方法により構成される。そして、異方性エッチ
ングにより形成された溝を有する半導体基板と、該基板
の表面を覆う絶縁膜と、該絶縁膜を介して該溝の底部か
ら該基板の表面に至って形成されるカソード・アノード
となる2本の電極と、該溝内に充填された電解質含有多
孔性物質と、該2本の電極の露出部を除き該基板の表面
を覆い該電解質含有多孔性物質を被覆するガス透過性膜
を有する小型酸素電極において、上記半導体基板として
少なくとも電極感応部形成領域が粗面化されたものを用
いた小型酸素電極が形成される。
The present invention is a step of forming a groove on the silicon surface by anisotropically etching silicon, and a step of forming an electrode serving as a cathode / anode from the bottom of the groove to the surface of the silicon via an insulating film, A small oxygen containing a step of filling the inside of the groove with an electrolyte-containing porous material, and a step of forming a gas-permeable membrane covering the surface of the silicon except for the exposed portion of the electrode and covering the electrolyte-containing porous material. In the method of manufacturing an electrode, the silicon is formed by a method of manufacturing a small-sized oxygen electrode, characterized in that at least the electrode-sensitive portion forming region is roughened. A semiconductor substrate having a groove formed by anisotropic etching; an insulating film covering the surface of the substrate; and a cathode / anode formed from the bottom of the groove to the surface of the substrate via the insulating film. Two electrodes, an electrolyte-containing porous material filled in the groove, and a gas permeable material that covers the surface of the substrate except for the exposed portions of the two electrodes and covers the electrolyte-containing porous material. In the small oxygen electrode having a film, a small oxygen electrode is formed by using at least an electrode sensitive portion forming region having a roughened surface as the semiconductor substrate.

このレジスト塗布時の問題は,基板とレジストの馴染
みにくさによるもであるが,上に述べたように,化学的
処理ではあまり効果が期待できないことがわかった。そ
こで,これまでこの小型酸素電極をシリコン基板の研磨
された鏡面に形成したものを,これまで使用してこなか
ったエッチングされた粗い面に形成することを試みた。
これは密着性をこれ以上向上させるのが困難な化学的方
法に代えて,スピンコーティングの際にレジストと基板
との摩擦を物理的手段で増大させ,レジストが凝集しに
くくするものである。
Although the problem at the time of applying the resist is due to the incompatibility between the substrate and the resist, as described above, it has been found that the chemical treatment cannot be expected to be very effective. Therefore, an attempt was made to form the small oxygen electrode formed on a polished mirror surface of a silicon substrate on a rough etched surface which has not been used before.
In this method, the friction between the resist and the substrate is increased by physical means during spin coating, instead of a chemical method in which it is difficult to further improve the adhesion, so that the resist is less likely to aggregate.

半導体基板表面の表面粗さは0.5μm以上2μm以下
が好ましい。表面粗さが0.5μmより小では摩擦が小さ
く、レジストを凝集しにくくする効果が小で歩留り向上
の効果が得られず,又、表面粗さが2μmより大ではカ
ソード・アノード電極の基板表面形成に問題が生ずる。
The surface roughness of the semiconductor substrate surface is preferably 0.5 μm or more and 2 μm or less. If the surface roughness is less than 0.5 μm, the friction is small, the effect of making the resist hard to coagulate is small and the effect of improving the yield cannot be obtained, and if the surface roughness is more than 2 μm, the substrate surface of the cathode / anode electrode is formed. Problems arise.

小型酸素電極のカソードとして金電極、白金電極を用
いことができる。
A gold electrode or a platinum electrode can be used as the cathode of the small oxygen electrode.

小型酸素電極のアノードとしてカソードと同じ物質、
或いは、銀/塩化銀電極を用いることができる。
The same material as the cathode as the anode of the small oxygen electrode,
Alternatively, a silver / silver chloride electrode can be used.

小型酸素電極の電解質含有多孔性物質として,ポリア
クリルアミドゲル、アルギン酸カルシウムゲルを用いる
ことができる。
Polyacrylamide gel and calcium alginate gel can be used as the electrolyte-containing porous material of the small oxygen electrode.

小型酸素電極の電解質として,塩化カリウム、高分子
電解質を用いることができる。
Potassium chloride and a polymer electrolyte can be used as the electrolyte of the small oxygen electrode.

本発明は,後に述べるレジストパターン形成方法を基
礎に,シリコン基板上に異方性エッチングにより穴
(溝)をあけ,前記穴の底部から前記基板の表面に至る
カソード・アノードを絶縁膜を介して形成し,基板裏面
を疎水性絶縁膜で被覆した後,穴の内部に電解液含有多
孔性物質を満たし,多孔性物質上部にガス透過性膜をデ
ィップコーティングにより形成する小型酸素電極の製法
の歩留り向上を目的とするものである。
According to the present invention, a hole (groove) is formed on a silicon substrate by anisotropic etching based on a resist pattern forming method described later, and a cathode / anode from the bottom of the hole to the surface of the substrate is interposed via an insulating film. After forming, covering the back surface of the substrate with a hydrophobic insulating film, filling the inside of the hole with the electrolyte-containing porous material, and forming a gas-permeable film on the upper portion of the porous material by dip coating. It is intended for improvement.

この本発明の方法を実施するにあたって,電極本体の
基材としては,半導体基板,特にシリコン基板を有利に
使用することができる。絶縁膜は,シリコン酸化膜,そ
の他から形成することができる。シリコン酸化膜は,例
えば基板がシリコンである場合に,その基板を熱酸化す
ることによって容易に形成することができる。
In carrying out the method of the present invention, a semiconductor substrate, particularly a silicon substrate, can be advantageously used as a base material of the electrode body. The insulating film can be formed from a silicon oxide film or the like. For example, when the substrate is silicon, the silicon oxide film can be easily formed by thermally oxidizing the substrate.

カソードおよびアノードは,製作される電極がポーラ
ロ型であるかガルバニ型であるかに応じていろいろに変
更することができる。例えば,ポーラロ型の酸素電極を
製造する場合には,両電極とも金電極あるいは白金電極
から構成し,測定時に両電極間に電圧を印加する。な
お,ポーラロ型とする場合には,下地となるシリコン酸
化膜を侵しにくい例えば,0.1M塩化カリウム水溶液等の
中性水溶液を用いるのが好ましい。また,アノード側電
極として鉛,銀等の金や白金に較べて化学反応を起こし
やすい金属の電極を用い,カソード側電極として金,白
金等の電極を用い,電解液として例えば1M水酸化カリウ
ム水溶液等のアルカリ性水溶液を用いれば,ガルバニ型
酸素電極を製造することができる。このような電極の形
成は,例えば,真空蒸着,スパッタリング等の成膜法に
よって有利に行うことができる。
The cathode and the anode can be variously changed depending on whether the electrode to be manufactured is a polaro type or a galvanic type. For example, when manufacturing a polaro-type oxygen electrode, both electrodes are formed of a gold electrode or a platinum electrode, and a voltage is applied between both electrodes during measurement. In the case of the polaro type, it is preferable to use a neutral aqueous solution such as a 0.1 M potassium chloride aqueous solution which does not easily attack the underlying silicon oxide film. In addition, an electrode made of a metal, such as lead or silver, which is more susceptible to a chemical reaction than gold or platinum, is used as an anode, an electrode made of gold, platinum, or the like is used as a cathode, and a 1M aqueous solution of potassium hydroxide is used as an electrolyte. If an alkaline aqueous solution such as that described above is used, a galvanic oxygen electrode can be manufactured. Such an electrode can be advantageously formed by a film forming method such as vacuum evaporation and sputtering.

電極形成後の基板上に,穴の部分及び電気的コンタク
トを取る部分を除いて塗布するフォトレジストは,好ま
しくはネガ型フォトレジスト,例えば東京応化製OMR−8
3である。このタイプのフォトレジストは,穴の部分の
みに電解液含有多孔性物質を満たすに際して,その原料
となる水溶液をはじく性質を持っているので有利であ
る。
The photoresist to be applied on the substrate after forming the electrodes except for the holes and the portions for making electrical contact is preferably a negative photoresist, for example, OMR-8 manufactured by Tokyo Ohka.
3 This type of photoresist is advantageous because it has the property of repelling an aqueous solution as a raw material when only the holes are filled with the electrolyte-containing porous material.

電解液含有ゲルの形成は,例えば特開昭63−311158号
に記載したように,基板を電解液含有アクリルアミド水
溶液中に浸漬し,そのような溶液に浸した状態で基板を
ゆっくり引き上げ,さらにこの状態の基板に紫外線を照
射してゲル化する方法や,特願昭63−176978に述べるア
ルギン酸カルシウムゲルいを用いた類似の方法により,
有利に実施することができる。
As described in JP-A-63-311158, for example, a substrate is immersed in an aqueous solution of acrylamide containing an electrolyte, and the substrate is slowly pulled up in a state of being immersed in such a solution. The substrate in the state is irradiated with ultraviolet rays to form a gel, or a similar method using calcium alginate gel described in Japanese Patent Application No. 63-176978.
It can be implemented advantageously.

多孔性担体により保持されるべき電解質としては,塩
化カリウム,硫酸ナトリウム等,いろいろなものを用い
ることができる。
Various electrolytes such as potassium chloride and sodium sulfate can be used as the electrolyte to be retained by the porous carrier.

ガス透過性膜は,疎水性で水溶液が通過しないことは
もちろんであるが,初めは液体状でディップコーティン
グあるいはスピンコーティングが可能であり,電極材
料,シリコン基板,そして絶縁膜としてのシリコン酸化
膜との密着力が良好で電解液が外部に漏出しないことも
必須の条件である。適当なガス透過性膜材料としては,
フォトレジスト,好ましくは,ネガ型フォトレジストな
どをあげることができる。テフロン(商品名)は,酸素
透過性であるけれども,密着性が悪いので避けなければ
ならない。
Gas permeable membranes are hydrophobic and do not allow aqueous solution to pass through, but they are initially liquid and can be dip-coated or spin-coated, and can be used as an electrode material, a silicon substrate, and a silicon oxide film as an insulating film. It is also an indispensable condition that the adhesion of the electrolyte is good and the electrolyte does not leak out. Suitable gas permeable membrane materials include:
A photoresist, preferably a negative photoresist, may be used. Teflon (trade name) is oxygen permeable, but must be avoided because of poor adhesion.

〔作用〕[Action]

本発明に関わる小型酸素電極は,半導体集積回路の形
成に使用されているリソグラフィー技術と薄膜形成技術
とを用いて小型酸素電極を量産するものであり,実用に
耐えうるものにするためには少しでも歩留まりを向上さ
せなければならない。歩留まりを決定づけるのは,一つ
にはカソードおよびアノードの形成である。これらは,
平坦な基板上に形成する場合には,何ら問題なくでき
る。しかし,本発明者が問題にしている小型酸素電極の
ように,基板上に深い大きな穴があいている場合には,
これらの形成は前述のように非常に困難になる。このた
め,歩留まり改善のためには,これらを効率的に形成す
る方法の確立が必要である。その一つの手段として,本
発明は,通常のデバイス作製に使用されるシリコンウエ
ハーの鏡面には素子を作製せず,エッチングをほどこさ
れ,ざらざらになった面(ただし,マクロにみれば平
坦)をデバイス作製に使用することとした。これにより
パターニング時にレジストと基板の摩擦が増加し,スピ
ンコーティングの際もレジストが基板からはじかれにく
くなり,例えば,カソード形成時に金薄膜蒸着後レジス
トパターンを形成して,エッチングにより金電極の形成
を行うような場合には,断線がなくなり,非常に有利に
なる。
The small-sized oxygen electrode according to the present invention is used for mass-producing the small-sized oxygen electrode using the lithography technology and the thin-film forming technology used for forming the semiconductor integrated circuit. But the yield must be improved. One factor that determines yield is the formation of the cathode and anode. They are,
When formed on a flat substrate, there is no problem. However, when a large deep hole is formed on the substrate, as in the case of the small oxygen electrode which the present inventor is concerned with,
These formations are very difficult as described above. For this reason, in order to improve the yield, it is necessary to establish a method for efficiently forming them. As one of the means, the present invention does not produce an element on a mirror surface of a silicon wafer used for ordinary device fabrication, but applies an etched and roughened surface (however, a macroscopically flat surface). It was decided to use it for device fabrication. This increases the friction between the resist and the substrate during patterning, making it difficult for the resist to be repelled from the substrate during spin coating. For example, forming a resist pattern after depositing a gold thin film during cathode formation, and forming a gold electrode by etching In such a case, there is no disconnection, which is very advantageous.

〔実施例〕〔Example〕

次いで,本発明による小型酸素電極の製法の好ましい
一例を添付の図面を参照しながら説明する。
Next, a preferred example of a method for manufacturing a small oxygen electrode according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明による少なくとも電極感応部形成領域
が粗面化された、穴のあいた基板上に塗布されたレジス
トの様子を示す断面図である。レジスト槽は粗面化され
た基板表面1rにより溝穴のエッジ部1eにも良好に形成さ
れており、角のエッジ部1eでレジストパターンが切れる
ことはない。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state of a resist applied on a substrate having a hole in which at least an electrode-sensitive portion forming region according to the present invention is roughened. The resist bath is well formed at the edge 1e of the slot by the roughened substrate surface 1r, and the resist pattern is not cut off at the corner edge 1e.

第2図は,本発明による小型酸素電極の好ましい一例
を示した斜視図である。図示の酸素電極は直方体の形状
を有していて、感応部がガス透過性膜14で覆われるとと
もに、付属のデバイスに接続するため,カソード3A,ア
ノード3Bの一部が露出している。カソード3A,アノード3
Bは本例の場合,ポーラロ型とするために両電極とも金
電極で構成した。第2図の小型酸素電極の構造は,その
II−II線に沿った断面図である第3図から詳しく理解で
きるであろう。シリコン基板1は異方性エッチングによ
り形成された穴(溝)を有するとともに,その全面にシ
リコン酸化膜2が絶縁膜として被着せしめられている。
さらに基板裏面は破れにくい疎水性絶縁膜7で覆われて
いる。シリコン基板1の穴には,カソード3Aおよびアノ
ード3Bが対をなして被着せしめられている。カソード3A
およびアノード3Bは,第2図で示したように,それぞれ
の一部分が溝の外側にまで延在している。また,シリコ
ン基板1の穴には電解液含有ゲル6が満たされている。
さらに,穴の上部には,基板1の上部を覆うようにし
て,ガス透過性膜層14が形成されている。
FIG. 2 is a perspective view showing a preferred example of a small oxygen electrode according to the present invention. The illustrated oxygen electrode has a rectangular parallelepiped shape. The sensitive portion is covered with the gas-permeable membrane 14, and a part of the cathode 3A and the anode 3B is exposed for connection to an attached device. Cathode 3A, anode 3
In the case of B in this example, both electrodes were constituted by gold electrodes in order to obtain a polaro type. The structure of the small oxygen electrode shown in FIG.
FIG. 3 is a sectional view taken along the line II-II. The silicon substrate 1 has holes (grooves) formed by anisotropic etching, and a silicon oxide film 2 is applied as an insulating film over the entire surface.
Further, the back surface of the substrate is covered with a hydrophobic insulating film 7 that is difficult to tear. A pair of a cathode 3A and an anode 3B are attached to the hole of the silicon substrate 1 in pairs. Cathode 3A
As shown in FIG. 2, the anode 3B and the anode 3B partially extend to the outside of the groove. The hole in the silicon substrate 1 is filled with an electrolyte-containing gel 6.
Further, a gas-permeable film layer 14 is formed above the hole so as to cover the upper part of the substrate 1.

第2図および第3図に示した小型酸素電極は,例え
ば,第4図に順を追って示す製造プロセスで有利に製造
することができる。なお,第4図(A)に示す電極形成
後の本体は,次のような工程を経て製造することができ
る。なお,以下の説明では,理解を容易にならしめるた
め,1枚のウエハーに1個だけ酸素電極を形成する場合に
ついて記載するけれども,実際には多数個の小型酸素電
極が同時に形成されるということを理解されたい。な
お,ここでは(特願昭63−176978)に基づき,アルギン
酸カルシウムゲルを電解質含有ゲルとして用いる場合に
ついて述べる。以下の実施例において,“基板表面”あ
るいは“ウエハー表面”とはエッチング処理により表面
が粗くなった面,“基板裏面”あるいは“ウエハー裏
面”とはこれと反対側の面をさす(この基板裏面は鏡面
でもエッチング面でもどちらでも構わない)。基板表面
の表面粗さは0.5μm以上2μm以下が好ましい。
The small oxygen electrode shown in FIGS. 2 and 3 can be advantageously manufactured, for example, by a manufacturing process shown in FIG. 4 in order. The main body after the electrodes are formed as shown in FIG. 4A can be manufactured through the following steps. In the following description, in order to facilitate understanding, a case where only one oxygen electrode is formed on one wafer is described. However, in practice, a large number of small oxygen electrodes are simultaneously formed. I want to be understood. Here, the case where calcium alginate gel is used as the electrolyte-containing gel will be described based on Japanese Patent Application No. 63-176978. In the following embodiments, “substrate surface” or “wafer surface” refers to a surface whose surface has been roughened by etching, and “substrate back surface” or “wafer back surface” refers to a surface opposite thereto (this substrate back surface). May be either a mirror surface or an etched surface). The surface roughness of the substrate surface is preferably 0.5 μm or more and 2 μm or less.

1.ウエハー洗浄 基板表面が表面粗さ1μmに粗面された厚さ350μm
の(100)面2インチシリコンウエハーを用意し,これ
を過酸化水素とアンモニアの混合溶液および濃硝酸で洗
浄した。
1.Wafer cleaning 350μm thick substrate surface roughened to 1μm
A (100) plane 2-inch silicon wafer was prepared and washed with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and concentrated nitric acid.

2.SiO2膜の形成 シリコンウエハーをウエット熱酸化し,その全面に膜
厚0.8μmのSiO2膜を形成した。
2. Formation of SiO 2 film A silicon wafer was subjected to wet thermal oxidation to form a 0.8 μm thick SiO 2 film on the entire surface.

(SiO2膜形成後も基板表面粗さは保持される。) 3.エッチング用パターンの形成 ネガ型フォトレジスト(東京応化製OMR−83,粘度60c
P)を粗い基板表面を有するシリコンウエハー面上に塗
布した後,露光・現像・リンスを行い,ウエハー上にエ
ッチング用レジストパターンを形成した。
(The substrate surface roughness is maintained even after the SiO 2 film is formed.) 3. Formation of etching pattern Negative photoresist (OMR-83, Tokyo Ohka, viscosity 60c)
After applying P) on a silicon wafer surface having a rough substrate surface, exposure, development and rinsing were performed to form an etching resist pattern on the wafer.

4.レジスト塗布 基板裏面にも上記工程で使用したものと同じネガ型フ
ォトレジストを塗布した後,150℃で30分間に渡ってベー
クした。
4. Application of resist The same negative photoresist as that used in the above process was applied to the back surface of the substrate, and baked at 150 ° C for 30 minutes.

5.SiO2膜のエッチング 50%フッ化水素酸:40%フッ化アンモニウム=1:6水溶
液にウエハーを浸漬し,フォトレジストが被覆されてい
ない露出部分のSiO2をエッチングにより除去した。引き
続いて硫酸/過酸化水素水(2:1)溶液によりレジスト
を除去した。
5. Etching of SiO 2 film The wafer was immersed in a 50% hydrofluoric acid: 40% ammonium fluoride = 1: 6 aqueous solution, and the exposed portions of the SiO 2 that were not coated with the photoresist were removed by etching. Subsequently, the resist was removed with a sulfuric acid / aqueous hydrogen peroxide (2: 1) solution.

6.Siの異方性エッチング 80℃の35%水酸化カリウム水溶液中にてシリコンの異
方性エッチングを行った。エッチング深さ300μm。エ
ッチング完了後,ウエハーを純水で洗浄した。
6. Anisotropic etching of silicon Anisotropic etching of silicon was performed in a 35% aqueous solution of potassium hydroxide at 80 ° C. Etching depth 300μm. After the completion of the etching, the wafer was washed with pure water.

この異方性エッチングの完了後,エッチング時に使用
したSiO2膜を除去した。これは,5と同様に50%フッ化水
素酸:40%フッ化アンモニウム=1:6水溶液中で行った。
After the completion of the anisotropic etching, the SiO 2 film used at the time of etching was removed. This was performed in a 50% hydrofluoric acid: 40% ammonium fluoride = 1: 6 aqueous solution as in the case of 5.

7.SiO2膜の形成 シリコンウエハー全面にSiO2膜を成長させるため,再
び1.の洗浄工程に引き続いて,ウエハーをウエット熱酸
化した。膜厚0.8μmの膜が形成された。
To grow an SiO 2 film is formed a silicon wafer the entire surface of 7.SiO 2 film, and subsequently again 1. washing steps were wet thermal oxidation of the wafers. A film having a thickness of 0.8 μm was formed.

8.クロムおよび金薄膜の形成 基板表面に,クロム薄膜(400Å,金と基板の密着
用)に引き続き,金薄膜(4000Å)を真空蒸着により形
成した。
8. Formation of chromium and gold thin films On the substrate surface, a chromium thin film (400 mm, for adhesion between gold and the substrate) and a gold thin film (4000 mm) were formed by vacuum evaporation.

9.電極形成用レジストパターンの形成 ネガ型フォトレジスト(東京応化製OMR−83,粘度60c
P)を使用して,ウエハーの金薄膜上に電極形成用レジ
ストパターンを形成した。一度で連続的なパターンが形
成できない場合は,150℃でポストベーク後,300cPレジス
トを使用して,再度重ね焼きした。
9.Formation of resist pattern for electrode formation Negative photoresist (OMR-83 manufactured by Tokyo Ohka, viscosity 60c)
Using P), a resist pattern for electrode formation was formed on the gold thin film on the wafer. If a continuous pattern could not be formed at once, it was post-baked at 150 ° C and then overprinted again using a 300 cP resist.

10.金およびクロムのエッチング レジストパターンが形成された基板を以下のの金
およびクロム用エッチング液にこの順に浸漬し,露出し
た金およびクロムの部分をエッチングにより除去した。
さらに,純水にて洗浄後,硫酸/過酸化水素水(2:1)
溶液によりレジストを除去した。
10. Etching of Gold and Chromium The substrate on which the resist pattern was formed was immersed in the following etching solution for gold and chromium in this order, and the exposed gold and chromium portions were removed by etching.
After washing with pure water, sulfuric acid / hydrogen peroxide (2: 1)
The resist was removed by the solution.

金エッチング液:4g KIおよび1g I2を40mlの水に溶か
したもの クロムエッチング液:0.5g NaOHおよび1g K3Fe(CN)
を4mlの水に溶かしたもの 金電極の形成された状態を第4図(A)に示す。
Gold etching solution: 4 g KI and 1 g I 2 dissolved in 40 ml of water Chromium etching solution: 0.5 g NaOH and 1 g K 3 Fe (CN)
6 dissolved in 4 ml of water FIG. 4 (A) shows a state in which a gold electrode is formed.

11.基板裏面に疎水性絶縁膜形成 基板裏面に疎水性絶縁膜(信越シリコーン製ES−100
1)を一様に塗布し,150℃でベーキングを施した 12.レジスト塗布(第4図(B)) 本体表面で,穴5と,電気的コンタクトを取るパッド
部分以外のところをネガ型フォトレジスト(東京応化製
OMR−83,粘度60cP)4で被覆した。これは,ウエハーの
表面にフォトレジストを塗布し,プリベーク後に露光及
び現像を行うことによって実施した。
11. Hydrophobic insulating film formed on the back of the substrate Hydrophobic insulating film (ES-100 made by Shin-Etsu Silicone)
1) Uniformly coated and baked at 150 ° C 12. Resist coating (Fig. 4 (B)) On the surface of the main body, except for the hole 5 and the pad part for making electrical contact, a negative photo Resist (Tokyo Ohka)
OMR-83, viscosity 60 cP) 4. This was performed by applying a photoresist on the surface of the wafer, and performing exposure and development after pre-baking.

13.基板の切り出し 基板上に多数形成された酸素電極をチップ状に切り出
した。(スクライブラインは上記レジストの露光現像工
程で予め除去しておいても良い) 14.穴の中を親水性にする チップ先端部を1M水酸化ナトリウム水溶液中に浸漬す
る。この結果,レジストで被われていないところが親水
性になった。
13. Cutting of substrate A large number of oxygen electrodes formed on the substrate were cut into chips. (The scribe line may be removed in advance in the above-mentioned resist exposure and development process.) 14. Make the inside of the hole hydrophilic. Dip the tip of the chip into a 1M aqueous solution of sodium hydroxide. As a result, portions not covered with the resist became hydrophilic.

15.アルギン酸カルシウムゲルの充填(第4図(C)) 電解液含有ゲルの形成用として,次のような2種類の
溶液を調整した。
15. Filling of calcium alginate gel (FIG. 4 (C)) The following two types of solutions were prepared for forming an electrolyte-containing gel.

A液:アルギン酸ナトリウムを0.1M塩化カリウム水溶
液中に溶解したもの。
Solution A: A solution in which sodium alginate is dissolved in a 0.1 M aqueous solution of potassium chloride.

アルギン酸ナトリウム濃度0.2%。Sodium alginate concentration 0.2%.

B液:塩化カルシウムを0.1M塩化カリウム水溶液中に
溶解したもの。
Solution B: Calcium chloride dissolved in 0.1 M aqueous potassium chloride solution.

塩化カルシウム濃度5%。Calcium chloride concentration 5%.

A液に第4図(B)のチップを浸漬してゆっくり引き
上げたところ,ネガ型フォトレジスト膜4は疎水性であ
るので,先のA液はレジスト膜からはじかれて穴5内に
のみ残った。ついで,このチップをB液に浸漬したとこ
ろ,A液は瞬時にゲル化した。
When the chip of FIG. 4 (B) is immersed in the solution A and slowly pulled up, the solution A is repelled from the resist film and remains only in the hole 5 because the negative type photoresist film 4 is hydrophobic. Was. Next, when this chip was immersed in the solution B, the solution A instantly gelled.

16.ガス透過性膜の被覆(第4図(D)) 電解液含有ゲル6上にそのゲルを覆うようにしてガス
透過性膜14を被覆した。本例ではガス透過性膜として,
工程3等で使用したのと同じネガ型フォトレジストを使
用した。すなわち,ネガ型フォトレジスト(東京応化製
OMR−83(商品名),粘度60cP)をディップコーティン
グにより塗布した。このレジストは,プリベークを施さ
ずに直ちに露光現像し,その後小型酸素電極本体を純水
中または飽和水蒸気中に一昼夜放置してレジスト中のシ
ンナーを抜き,ガス透過性膜および側壁用絶縁膜を完成
させた。このレジス膜は裏面にも形成されるが,これは
より絶縁性を向上させるのに有利に作用する。
16. Coating of gas permeable membrane (FIG. 4 (D)) A gas permeable membrane 14 was coated on the electrolyte-containing gel 6 so as to cover the gel. In this example, the gas permeable membrane
The same negative photoresist as used in Step 3 and the like was used. That is, a negative photoresist (Tokyo Oka)
OMR-83 (trade name), viscosity 60 cP) was applied by dip coating. This resist is exposed and developed immediately without pre-baking, and then the small oxygen electrode body is left in pure water or saturated steam for 24 hours to remove the thinner in the resist and complete the gas permeable film and the insulating film for the side wall. I let it. This resist film is also formed on the back surface, which advantageously acts to further improve the insulating properties.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の方法によれば,レジストと基板の密着性が改
善されるので,特に基板表面から穴の底部に延在する電
極のパターン形成が容易になり,少ない手間で電極の形
成が可能である。
According to the method of the present invention, since the adhesion between the resist and the substrate is improved, it is particularly easy to form an electrode pattern extending from the substrate surface to the bottom of the hole, and the electrode can be formed with a small amount of labor. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明による電極感応部形成領域が粗面化され
た、穴のあいた基板上に塗布されたレジストの様子を示
す断面図、 第2図は本発明による小型酸素電極の好ましい一例を示
した斜視図、 第3図は第2図の電極の線分II−IIに沿った断面図、 第4図(A)〜(D)は第2図および第3図に示した小
型酸素電極の製造プロセスの後半を順を追って示した断
面図、 第5図は従来法による鏡面に研磨されたシリコンウエハ
ー表面の、穴(溝)のあいた基板上に塗布されたレジス
トの様子を示す断面図である。 1は基板、1rは粗面化された基板表面、1sは鏡面研磨の
基板表面、1eは穴(溝)形成部のエッジ部、2は絶縁
膜、3Aおよび3Bは電極、4はフォトレジスト膜、5は
穴、6は電解液含有ゲル、7は疎水性絶縁膜、14はガス
透過性膜、
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a state of a resist applied on a perforated substrate having a roughened electrode sensitive portion forming region according to the present invention, and FIG. 2 is a preferred example of a small oxygen electrode according to the present invention. FIG. 3 is a sectional view taken along line II-II of the electrode of FIG. 2, and FIGS. 4A to 4D are small oxygen electrodes shown in FIGS. 2 and 3. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the latter half of the manufacturing process in order, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state of a resist applied on a substrate having holes (grooves) on a mirror-polished silicon wafer surface by a conventional method. It is. 1 is a substrate, 1r is a roughened substrate surface, 1s is a mirror-polished substrate surface, 1e is an edge portion of a hole (groove) forming portion, 2 is an insulating film, 3A and 3B are electrodes, and 4 is a photoresist film. 5 is a hole, 6 is an electrolyte-containing gel, 7 is a hydrophobic insulating film, 14 is a gas permeable film,

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小嶋 尚美 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−238548(JP,A) 特開 昭60−66821(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/404──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Naomi Kojima 1015 Kamiodanaka, Nakahara-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Fujitsu Limited (56) References JP-A-63-238548 (JP, A) JP-A-60-66821 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G01N 27/404

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】シリコンを異方性エッチングして該シリコ
ン表面に溝を形成する工程と、該溝の底部から該シリコ
ンの表面に至るカソード・アノードとなる電極を絶縁膜
を介して形成する工程と、該溝の内部に電解質含有多孔
性物質を充填する工程と、該電極の露出部を除き該シリ
コンの表面を覆い該電解質含有多孔性物質を被覆するガ
ス透過性膜を形成する工程を有する小型酸素電極の製法
において、 上記シリコンとして少なくとも電極感応部形成領域が粗
面化されたものを用いることを特徴とする小型酸素電極
の製造方法。
1. A step of forming a groove in the silicon surface by anisotropically etching silicon, and a step of forming an electrode serving as a cathode / anode from the bottom of the groove to the surface of the silicon via an insulating film. And filling the inside of the groove with an electrolyte-containing porous material, and forming a gas-permeable membrane that covers the surface of the silicon except for the exposed portion of the electrode and covers the electrolyte-containing porous material. A method for manufacturing a small-sized oxygen electrode, comprising using, as the silicon, at least an electrode-sensitive portion forming region having a roughened surface.
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JPS6066821A (en) * 1983-09-22 1985-04-17 Nec Corp Manufacture of semiconductor device
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