JP5209690B2 - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサ Download PDFInfo
- Publication number
- JP5209690B2 JP5209690B2 JP2010260278A JP2010260278A JP5209690B2 JP 5209690 B2 JP5209690 B2 JP 5209690B2 JP 2010260278 A JP2010260278 A JP 2010260278A JP 2010260278 A JP2010260278 A JP 2010260278A JP 5209690 B2 JP5209690 B2 JP 5209690B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- layer film
- film
- outer layer
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 48
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 26
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 122
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 103
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 15
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 10
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 5
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 5
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 description 4
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 4
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 4
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 4
- CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J tin(4+);tetrahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Sn+4] CVNKFOIOZXAFBO-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 4
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 4
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000007096 poisonous effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000010298 pulverizing process Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
この種のガスセンサとしては、ダイアフラム上にガス感応膜を設けるとともに、ガス感応膜の剥離を防止するために、ガス感応膜の形状をなだらかにして、ヒータ加熱時の応力集中を緩和したものが提案されている(特許文献1参照)。
つまり、この様に外層膜の厚みが内層膜の厚みより薄い場合には、例えばワイヤボンディングの際の振動等によって、大きな応力が加わった場合に、外層膜等に剥離が発生し易いので、上述した様に、B/Aの範囲を設定することが好ましい。
図1に示す様に、本実施例のガスセンサ1は、ダイアフラム構造を有しており、平板形状の矩形の基板3(例えば縦2.3mm×横2mm×厚み0.4mm)の一表面に、被検出ガス中の特定ガスの検知(特定ガスの濃度の変化の検知)を行うガス検知部5が形成されている。
なお、ここでは、基板3の厚み方向(図1の紙面方向)をガスセンサ1の上下方向とし、ガス検知部5が形成された面側をガスセンサ1の上側として説明する。以下、各構成について説明する。
前記ガス感応膜47は、金属酸化物半導体のSnO2を主成分とし、被検知ガス中の特定ガスによって自身の電気的特性(具体的には電気抵抗値)が変化する特性を有する。なお、ガス感応膜47は、被検出ガス中に含まれるCH3COOC2H5や、NH3、H2S、(CH3)3Nなどの臭気性のある特定ガスの有無や濃度に応じて、自身の電気抵抗値が変化する。
b)次に、本実施例の要部であるガス検知部5の構成について、更に詳細に説明する。
そこで、本実施例では、この様な剥離を防止するために、後の実験例による実験結果等に基づいて、0.00<B/A≦0.70と規定している。つまり、この範囲内であれば、外層膜49の剥離49が少ないことが分かっているので、B/Aを前記範囲に設定している。
<基板の作製工程>
(1)シリコン基板11の洗浄
まず、厚み400μmのシリコン基板11を洗浄液中に浸し、洗浄処理を行った。
前記シリコン基板11を熱処理炉に入れ、熱酸化処理にて、シリコン基板11の両面に、厚さ100nmのSiO2膜からなる絶縁層21、31を形成した。
次に、LP−CVDにて、SiH2Cl2、NH3をソースガスとして、絶縁層21、31の各表面に、厚さが200nmのSi3N4膜からなる絶縁層22、33を形成した。
次に、プラズマCVDにて、TEOS、O2をソースガスとし、絶縁層22の表面に、厚さ100nmのSiO2膜からなる絶縁層23を形成した。
次に、DCスパッタ装置を用い、絶縁層23の表面に、厚さ20nmのTa層を形成し、その層上に、厚さ220nmの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27及びリード部29を形成した。
次に、前記(4)と同様にして、プラズマCVDにて、TEOS、O2をソースガスとし、絶縁層23、発熱抵抗体27及びリード29の表面に、厚さ100nmのSiO2膜からなる絶縁層24を形成した。このようにして、厚さ200nmのSiO2膜からなる絶縁層23、24内に、発熱抵抗体27及びリード部29を埋設した。
次に、前記(3)と同様にして、LP−CVDにて、SiH2Cl2、NH3をソースガスとして、絶縁層24の表面に、厚さが200nmのSi3N4膜からなる保護層25を形成した。
次に、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25及び絶縁層24のエッチングを行い、接続端子39を形成する予定の部分に、スルーホール35を開け、リード部29の末端の一部(ヒータコンタクト部)を露出させた。
次に、DCスパッタ装置を用い、保護層25の表面に、厚さ20nmのTa層を形成し、さらにその表面上に、厚さ40nmの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にて、櫛歯状の平面形状を有する検知電極43及びリード部51のパターンを形成した。また、前記(8)で形成したスルーホール35内及び周辺にもTa層及びPt層を形成し、リード部29の末端の保護層25の上面側に引き出す引出電極37のパターンを形成した。
次に、DCスパッタ装置を用いて、前記電極部分が作製された基板の電極側の表面に、厚さ400nmの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、(ボンディングパッドである)接続端子39、41を形成した。
(11)開口部17の形成
次に、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(図示せず)をドライエッチング処理により形成した。そして、TMAH溶液中にシリコン基板11を浸し、シリコン基板11の異方性エッチングを行って下面側に開口部21を形成した。これにより、ダイアフラム部5の下面側の凹部を形成した。
櫛歯状の検知電極43間及びその周囲の保護層25上に、スパッタや酸化処理等によって、Al2O3からなる密着層7を形成した。
<ガス検知部の作製工程>
(1)塩化第2スズ水溶液の調整
塩化第2スズに純水を加え、塩化第2スズ水溶液を所定量のpHに調節した。
アンモニア水に純水を加え、アンモニア水を所定量のpHに調整した。
(3)中和
前記塩化第2スズ水溶液に、前記アンモニア水を攪拌しながら滴下し、水酸化スズを析出させた。
前記水酸化スズから、純水及び塩化アンモニウムイオンを除去するため、濾過を行った。
前記濾過後の水酸化スズを、150℃で乾燥後、焼成を行った。
(6)担持
ガス選択性を得るため、前記焼成後の水酸化スズに、Ir、Pt、リン酸を所定量加えた後、600℃で担持焼成を行った。
前記担持後の酸化スズ粉末を、粉砕器で所定の粒度になるまで粉砕した。
(8)ペーストの調製
前記粉末に溶剤とバインダとを加え、混連して、ガス感応膜ペーストを作製した。
そして、上述した<基板の作製工程>にて作製した基板3のダイアフラム部7の表面に、メタルマスクを用いて、前記ガス感応膜ペーストを塗布し、乾燥後、560℃で焼成し、ガス感応膜47を作製した。
次に、前記ガス感応膜47の表面及びその周囲に、メタルマスクを用いて、TiO2ペーストを塗布し、乾燥後、500℃で熱処理し、ガス感応膜47を覆う外層膜49を作製した。なお、TiO2ペーストは、TiO2粉末に、溶剤とバインダとを加えて作製したものである。
なお、本実施例では、上述した様に、ガス検知部5における各高さの比を、「0.00<B/A≦0.70」と規定しているが、この範囲に調節するためには、TiO2を形成する際に用いるメタルマスクの厚みを変更するか、若しくは、TiO2ペースト中のTiO2の配合量を変更すればよい。
上述した様に、本実施例では、平均値Aと変曲点(b1、b2)の高さBとの比B/Aを、0.00<B/A≦0.70の範囲に設定しているので、ダイアフラム構造のガスセンサ1において、ワイヤボンディングの際の振動等によって、大きな応力が加わった場合でも、ガス感応膜47を覆う外層膜49の剥離が発生し難いという顕著な効果を奏する。
[実験例1]
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
詳しくは、下記表1に示す様に、B/Aの異なる試料を各100個作製した。そして、各試料の4個の接続端子に対して、超音波によってワイヤボンディングを行った。
[実験例2]
次に、前記実験例1において剥離率が増加した理由を、シミュレーションによって調べた実験例について説明する。
その結果を、下記表2及び図5に示す。
例えば図6に示す様に、本発明は、ガス検知部61が、ガス感応膜63とガス感応膜63を覆う触媒(例えばAu、Pd、Pt)を含む触媒膜65とからなる内層膜67と、ガス感応膜63等を保護する外層膜69との3重構造を有するガスセンサ71にも適用できる。この場合でも、外層膜69の剥離を防止できる。なお、触媒膜65は多孔質状の連続した膜や触媒領域が海島状に分散した不連続な膜にて形成されればよい。
3…基板
5、61…ガス検知部
7…ダイアフラム部
47、63…ガス感応膜
49…外層膜
50、69…多層膜
65…触媒膜
Claims (3)
- 基板の一部が薄肉とされたダイアフラム部を有するダイアフラム構造を備えるとともに、前記ダイアフラム部上に、被検出ガス中の特定ガスの検知を行うガス検知部を備えたガスセンサにおいて、
前記ダイアフラム部上のガス検知部は、
前記特定ガスの検知を行うガス感応膜を含む1又は複数の膜からなる内層膜と、該内層膜の表面及び周囲を覆うTiO 2 からなる外層膜とから形成された多層膜を備え、
前記ガス検知部を、前記内層膜と前記外層膜とが重なり合う多重領域を含み、且つ、当該ガス検知部の重心を含むように前記基板に垂直に破断した破断面において、
前記外層膜は、前記基板表面に沿った左右両側において、前記外層膜の外縁から当該外層膜の外側表面に沿って二次導関数値を求めたときに当該二次導関数値が負から正の値に転ずる変曲点をそれぞれ有するとともに、
前記多重領域における前記外層膜の外側表面の前記基板表面からの高さの平均値をAとし、前記変曲点のうち前記基板表面からの高さの高い方をBとした場合に、前記平均値Aと前記変曲点の高さBとの比B/Aが、0.00<B/A≦0.70の範囲であることを特徴とするガスセンサ。 - 前記内層膜と前記外層膜とが重なっている多重領域において、前記外層膜が前記内層膜より薄いことを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記ガス検知部が、前記ガス感応膜からなる前記内層膜と、前記ガス感応膜を保護する保護膜からなる前記外層膜との2重構造であることを特徴とする請求項1又は2に記載のガスセンサ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010260278A JP5209690B2 (ja) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010260278A JP5209690B2 (ja) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | ガスセンサ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2012112718A JP2012112718A (ja) | 2012-06-14 |
JP5209690B2 true JP5209690B2 (ja) | 2013-06-12 |
Family
ID=46497103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010260278A Active JP5209690B2 (ja) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | ガスセンサ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5209690B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7500467B2 (ja) * | 2021-02-22 | 2024-06-17 | 株式会社東芝 | センサ |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004077458A (ja) * | 2001-11-14 | 2004-03-11 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ガスセンサ,およびガスセンサの製造方法 |
JP3950812B2 (ja) * | 2003-04-28 | 2007-08-01 | 日本特殊陶業株式会社 | ガスセンサ及びその製造方法 |
JP4136811B2 (ja) * | 2003-06-30 | 2008-08-20 | 富士電機ホールディングス株式会社 | 薄膜ガスセンサおよびその製造方法 |
JP2006147812A (ja) * | 2004-10-18 | 2006-06-08 | Ricoh Co Ltd | 積層薄膜電気配線板 |
JP2010185774A (ja) * | 2009-02-12 | 2010-08-26 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
-
2010
- 2010-11-22 JP JP2010260278A patent/JP5209690B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2012112718A (ja) | 2012-06-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4921556B2 (ja) | ガスセンサ | |
US10241094B2 (en) | Micro heater, micro sensor and micro sensor manufacturing method | |
JP5161210B2 (ja) | ガスセンサ | |
WO2018062379A1 (ja) | 湿度センサ | |
KR101808239B1 (ko) | 마이크로 히터 및 마이크로 센서 | |
EP3287777A1 (en) | Micro heater and micro sensor | |
JP2013500492A5 (ja) | ||
EP1953539B1 (en) | Gas sensor | |
JP2002286673A (ja) | ガスセンサ及びその製造方法 | |
JP5021377B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP5209690B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP5134490B2 (ja) | ガスセンサ | |
JP2008209390A5 (ja) | ||
KR101839811B1 (ko) | 마이크로 센서 | |
CN106124576A (zh) | 集成的湿度传感器和多单元气体传感器及其制造方法 | |
JP2005164570A (ja) | ガスセンサ及びその製造方法 | |
JP2010276451A (ja) | ガスセンサ | |
JP2008275603A (ja) | ガスセンサ | |
JP2006317155A (ja) | ガスセンサおよびその製造方法 | |
JP2008309556A (ja) | ガスセンサ | |
JP2007139669A (ja) | ガスセンサ | |
JP2006084357A (ja) | 湿度センサ | |
JP2009002802A (ja) | 被水センサおよび結露センサ | |
JP4244875B2 (ja) | 容量式湿度センサの製造方法 | |
US20180003661A1 (en) | Micro multi-array sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20121024 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121106 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121228 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130221 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5209690 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |