JP5161210B2 - ガスセンサ - Google Patents
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Description
まず、厚みが400μmのシリコン基板2を洗浄液中に浸し、洗浄処理を行う。
次に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiH2Cl2)、アンモニア(NH3)をソースガスとし、シリコン基板2の上面及び下面に、厚さが200nmの窒化ケイ素膜(Si3N4)膜からなる絶縁層32及び絶縁層232を形成した(図7参照)。
次に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O2)をソースガスとし、絶縁層32の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素(SiO2)膜からなる絶縁層33を形成した(図7参照)。
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、王水を用いたウエットエッチング処理で発熱抵抗体5及びリード部12のパターンを形成した(図8参照)。
そして、(3)と同様に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O2)をソースガスとし、絶縁層33,発熱抵抗体5及びリード部12の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素(SiO2)膜からなる新たな絶縁層を図9に示すように形成して絶縁層33の膜厚を厚くした。このようにして、厚さ200nmの絶縁層33内に発熱抵抗体5及びリード部12を埋設した。
さらに、(2)と同様に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiH2Cl2)、アンモニア(NH3)をソースガスとし、絶縁層33の上面に、厚さが200nmの窒化ケイ素(Si3N4)膜からなる保護層35を形成した(図9参照)。
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33のエッチングを行い、コンタクトパッド9を形成する部分にコンタクトホール13をあけ、リード部12の末端の一部を露出させた(図9参照)。
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、王水によるウエットエッチング処理で櫛歯状の検知電極6及びリード部10等のパターンを形成した(図10参照)。
検知電極6及び保護層35上に、密着層7となるヒロックAl膜をスパッタリング法により成膜する。次いで、フォトリソグラフィによるレジストパターニング後、検知電極6上及び周囲等の不要なAl膜をリン酸を主としたウエットエッチング処理により除去し、その後、酸化によりAl2O3にし、密着層7を櫛歯状の検知電極6間及びその周囲の保護層35上に形成した(図10参照)。
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11,9を形成した(図11参照)。
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32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(図12参照)。
さらに、検知電極6及び密着層7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て、ガス検知層4を形成した(図12参照)。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(SnCl2)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及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)2)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、バインダー及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。
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、検知電極6、密着層7及びガス検知層4が形成された基板を得た。
ダイシングソーを用いて基板を切断し、平面視、2.6mm×2mmの大きさのガスセンサ1を得た。この得られたガスセンサ1のガス検知層4の厚み(平均厚み)を、上記した段差計を用いて確認したところ、約15μmであった。これにより、絶縁層32,33及び保護膜35の厚みの合計(600nm)よりも2倍以上の厚みを有するガス検知層4が、表面粗さRaが0.03μm以下の保護膜35の表面上に密着して形成されていることが確認された。
Claims (9)
- 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一対の検知電極と、前記ガス検知層と接触する密着層とを備え、
前記検知電極は、前記ガス検知層と接触し、前記密着層とは非接触であり、
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膜とを備え、
前記検知電極、前記密着層及び、前記ガス検知層は、前記基体の前記保護層上に形成され、
前記検知電極の前記ガス検知層に対向する側の面及びその両側面全面が前記ガス検知層と当接し、
前記密着層が少なくとも前記検知電極間に設けられていることを特徴とするガスセンサ。 - 前記絶縁層及び前記保護膜の厚みの合計は2μm以下であり、且つ、前記保護層の表面の表面粗さRaが0.030μm以下であり、前記保護層の前記表面に対して2μmよりも厚い前記ガス検知層が形成されていることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記密着層の厚み方向に沿った断面を観察したときに、前記保護層の表面から該密着層の表面の凸をなす各頂部までの高さのうち、当該高さが大きい順に採取した5個の高さの平均値が、前記絶縁層及び前記保護膜の厚みの合計よりも大きいことを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。
- 前記絶縁層及び前記保護層の厚みの合計は2μm以下であり、且つ、前記保護層の表面の表面粗さが0.030μm以下であり、前記保護層の前記表面に対して2μmよりも厚く、前記合計よりも2倍以上の厚みを有する前記ガス検知層が形成されていることを特徴とする請求項3に記載のガスセンサ。
- 前記検知電極は、櫛歯状に形成され、一方の電極の櫛歯の間に、他方の電極の櫛歯が挿入され、
前記一方の電極の櫛歯と他方の電極の櫛歯との間に前記密着層が設けられていることを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載のガスセンサ。 - 前記密着層が、前記検知電極間及び前記検知電極の外周に対して連続して設けられていることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載のガスセンサ。
- 前記密着層が絶縁性であることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載のガスセンサ。
- 前記密着層を構成する物質の粒子の間に前記ガス検知層を構成する物質が入り込んでいることを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載のガスセンサ。
- 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及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8の何れかに記載のガスセンサ。
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