JPH0227254A - Small-sized oxygen electrode - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔手肌 要〕
小型酸素電極に関し、
電解液の蒸発に起因する再現性・信頼性の低下を示さな
い、小型かつ低価格で大量生産可能な酸岩電極を提供す
ることを目的とし、
基板と、該基板の表面上に異方性エツチングによりあけ
られた穴と、前記基板上に絶縁膜を介して形成されたも
のであって前記穴の底部から前記基板の表面に至る2本
の電極と、前記穴の内部に満たされた電解液含有アルギ
ン酸塩ゲルと、前記穴を被覆し閉塞したガス透過性膜と
を有するように構成する。[Detailed description of the invention] [Required] Regarding small oxygen electrodes, it is an object of the present invention to provide an acid rock electrode that is small and can be mass-produced at low cost and does not show deterioration in reproducibility and reliability due to evaporation of electrolyte. A substrate, a hole formed on the surface of the substrate by anisotropic etching, and a hole formed on the substrate with an insulating film interposed therebetween, the surface of the substrate being exposed from the bottom of the hole. , an electrolyte-containing alginate gel filled in the hole, and a gas permeable membrane covering and closing the hole.
本発明は小型酸素電極に関し、特に小型かつ低価格で大
量生産可能な酸素電極に関する。The present invention relates to a small-sized oxygen electrode, and particularly to an oxygen electrode that is small and can be mass-produced at low cost.
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。Small oxygen electrodes can be advantageously used for measuring dissolved oxygen concentrations in various fields.
例えば、水質保全の見地から水中の生化学的酸岩要求量
(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ス濃度を測定
することができる。For example, biochemical acid rock demand (BOD) in water is measured from the viewpoint of water quality conservation, and this small oxygen electrode can be used as a measuring device for dissolved oxygen concentration. Further, in the fermentation industry, in order to efficiently proceed with alcohol fermentation, it is necessary to adjust the dissolved oxygen concentration in the fermenter, and the small oxygen electrode of the present invention can be used as a measuring device for this purpose. Furthermore, the small oxygen electrode can be combined with an enzyme to form an enzyme electrode, which can be used to measure the concentration of sugars, vitamins, and the like. For example, glucose is oxidized to gluconolactone by reacting with dissolved oxygen using the enzyme glucose oxidase as a catalyst. Glucose concentration can be determined from consumption.
このように本発明の小型酸素電極は、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°C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, but it is particularly suitable for use in the clinical medical field where it is attached to a °C catheter and inserted into the body. It is small, disposable, and inexpensive, making it very useful.
本発明者らは、従来のガラス製の酸素電極では、小型化
ができず大量生産も不可能であるので、リソグラフィー
技術及び異方性エツ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(特願昭62−
71739号)。この酸素電極は、シリコン基板上に異
方性エツチングにより形成した穴の上に、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、そして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−括大量生産が
できるために、低コストである。Since conventional glass oxygen electrodes cannot be miniaturized or mass produced, the inventors developed a new type of small oxygen electrode using lithography technology and anisotropic etching technology. Applied for a patent (Patent application 1986-
No. 71739). This oxygen electrode is made by forming two electrodes through an insulating film over a hole formed on a silicon substrate by anisotropic etching, further accommodating an electrolyte-containing body inside the hole, and finally This is an oxygen electrode with a structure in which the upper surface of the hole is covered with a gas permeable membrane. This oxygen electrode is
It is small, has little variation in characteristics, and can be mass-produced in bulk, resulting in low cost.
上記したタイプの酸素電極において、電解液含有体は、
通常、電解液をしみこませたゲノベたとえばアガロース
ゲルであった。しかし、アガロースゲルの場合には、シ
リコン基板上の微小な多くの穴の中にマイクロピペット
で1回ずつ繰り返し注入しなければならなかった。In the above-mentioned type of oxygen electrode, the electrolyte-containing body is
Usually, the gel was impregnated with an electrolyte, such as an agarose gel. However, in the case of agarose gel, it was necessary to repeatedly inject it into many tiny holes on a silicon substrate one by one using a micropipette.
本発明者らは、この点をさらに改良してより大量生産向
きなものとなすべく研究の結果、ポリアクリルアミドゲ
ルを用い、シリコン基板上の微小な多くの穴の中に、−
括してゲルを注入可能な方法を見出した(特願昭62−
148221号)。この小型酸素電極の製造方法は、リ
ソグラフィー技術と異方性エツチング技術とを用いて複
数個の穴を形成し、かつ芸大に電極を形成したシリコン
基板上に、前記穴の部分を除いてネガ型レジストを被覆
し、前記基板を電解液を含んだ光重合性モノマー、好ま
しくはアクリルアミドの溶液に浸漬し、それぞれの穴に
該溶液を満たした状態で紫外線を照射して硬化せしめ、
電解液を含んだ多孔質担体を穴の中に形成することを特
徴とする。この製造方法によれば、小型酸素電極を形成
する微小な穴の中にのみ選択的に電解液を保持する多孔
質の担体を形成することができるので、より大量生産が
可能になる。The present inventors conducted research to further improve this point and make it more suitable for mass production. Using polyacrylamide gel, -
We discovered a method that allows gel to be injected all at once (Patent application 1986-
No. 148221). The manufacturing method for this small oxygen electrode involves forming a plurality of holes using lithography technology and anisotropic etching technology, and forming a negative mold on a silicon substrate on which electrodes have been formed at the University of the Arts, except for the hole portions. coated with a resist, the substrate is immersed in a solution of a photopolymerizable monomer, preferably acrylamide, containing an electrolytic solution, and each hole is filled with the solution and cured by irradiation with ultraviolet rays,
It is characterized by forming a porous carrier containing an electrolyte in the holes. According to this manufacturing method, it is possible to form a porous carrier that selectively retains the electrolyte only in the minute holes that form the small oxygen electrode, thereby making mass production possible.
上記した特願昭62−148221号に記載された方法
は、非常に小型の酸素電極を大量に生産できるという点
で画期的な製造方法である。しかし、この方法を詳細に
検討してみると、実用化にいたるために解決しなければ
ならない問題があることがわかった。すなわち、電解液
を蓄える穴の寸法が微小化すると、表面積/体積比が非
常に大きくなり、電解液が蒸発しやすくなるばかりでな
く、アクリルアミドのゲル化の際の発熱が加わると、−
a蒸発が加速されることである。また、蒸発を防ぐため
に飽和水蒸気中で反応を進行させると、ゲル化に伴って
この水溶液自体が水分を吸収し、ポリアクリルアミドゲ
ルの体積が2倍以上にも膨張することがわかった。この
ような体積変化は、再現性・信頼性の点でたいへん不利
である。The method described in Japanese Patent Application No. 62-148221 mentioned above is an epoch-making manufacturing method in that very small oxygen electrodes can be produced in large quantities. However, a detailed study of this method revealed that there are problems that must be resolved before it can be put into practical use. In other words, when the dimensions of the holes that store the electrolyte become smaller, the surface area/volume ratio becomes extremely large, which not only makes it easier for the electrolyte to evaporate, but also when the heat generated during gelation of acrylamide is added, -
a. Evaporation is accelerated. Furthermore, it has been found that when the reaction is allowed to proceed in saturated steam to prevent evaporation, the aqueous solution itself absorbs water as it gels, and the volume of the polyacrylamide gel expands to more than double. Such volume changes are very disadvantageous in terms of reproducibility and reliability.
本発明の目的は、したがって、電解液の蒸発に起因する
再現性・信頼性の低下を示さない、小型かつ低価格で大
量生産可能な酸素電極を提供することにある。Therefore, an object of the present invention is to provide an oxygen electrode that is small, inexpensive, and mass-producible, and does not exhibit deterioration in reproducibility and reliability due to evaporation of the electrolyte.
本発明者らは、ポリアクリルアミドゲル作製時の体積変
化の最大の原因は水分の変化であるという認識の下で研
究を進めた結果、水分の蒸発(乾燥空気中)あるいは吸
収(飽和水蒸気中)が最小限に抑えられれば、ゲルの厚
みの変化を最小限に抑え、また、露出した表面を平坦に
保つことができるということを見出した。このような水
分の変化を抑えるため、本発明者らは、ポリアクリルア
ミドゲルのかわりにアルギン酸力ルシウムゲノベアルギ
ン酸バリウム等のアルギン酸塩ゲルを用いる方法を開発
した。この本発明の方法によれば、ゲルが瞬時にして得
られる上、水分の蒸発を抑えることができ、反応の前後
で体積変化のほとんどない表面の平坦なゲルを容易に得
ることができる。The present inventors conducted research with the understanding that the biggest cause of volume change during the production of polyacrylamide gel is a change in moisture, and as a result, we found that moisture evaporates (in dry air) or absorbs (in saturated water vapor). It has been found that if this is minimized, changes in gel thickness can be minimized and the exposed surface can be kept flat. In order to suppress such changes in water content, the present inventors have developed a method using alginate gel such as alginate lucium genove barium alginate instead of polyacrylamide gel. According to the method of the present invention, a gel can be obtained instantaneously, evaporation of water can be suppressed, and a gel with a flat surface that hardly changes in volume before and after the reaction can be easily obtained.
本発明は、すなわち、基板と、該基板の表面上に異方性
エツチングによりあけられた穴と、前記基板上に絶縁膜
を介して形成されたものであって前記穴の底部から前記
基板の表面に至る2本の電極と、前記穴の内部に満たさ
れた電解液含有アルギン酸塩ゲルと、前記穴を被覆し閉
塞したガス透過性膜とを有することを特徴とする、小型
酸素電極にある。Specifically, the present invention includes a substrate, a hole formed on the surface of the substrate by anisotropic etching, and a hole formed on the substrate with an insulating film interposed therebetween. A small oxygen electrode characterized by having two electrodes reaching the surface, an electrolyte-containing alginate gel filled in the hole, and a gas permeable membrane covering and closing the hole. .
本発明の小型酸素電極は、もしも水溶液中での絶縁不良
に原因があると考えられるノイズや特性のばらつきがあ
るならば、少なくともその裏面において疎水性絶縁膜、
例えばシリコーンゴムなどを付加的に有していてもよい
。If the small-sized oxygen electrode of the present invention has noise or variations in characteristics that are thought to be caused by poor insulation in an aqueous solution, at least a hydrophobic insulating film on the back side of the electrode,
For example, it may additionally contain silicone rubber.
本発明の小型酸素電極は、好ましくは、シリコン基板上
に異方性エツチングにより穴をあけ、前記穴の底部から
前記基板の表面に至る2本の電極を絶縁膜を介して形成
し、前記基板上を前記穴の部分及び電気的コンタクトを
とる部分を除いてフォトレジストで被覆し、前記フォト
レジスト被覆基板を電解液含有アルギン酸す) IJウ
ム水溶液中に浸漬して前記穴の部分のみに前記水溶液を
満たし、この状態の基板を電解液含有塩化カルシウム水
溶液中に浸漬して前記アルギン酸す) IJウム水溶液
をゲル化、そして前記穴の上面をガス透過性膜で被覆す
ることによって製造することができる。Preferably, the small oxygen electrode of the present invention is provided by forming a hole on a silicon substrate by anisotropic etching, forming two electrodes extending from the bottom of the hole to the surface of the substrate via an insulating film, and The top is covered with a photoresist except for the hole portions and the portions for electrical contact, and the photoresist-coated substrate is immersed in an electrolyte-containing alginic acid solution, and the aqueous solution is applied only to the hole portions. The substrate in this state is immersed in a calcium chloride aqueous solution containing an electrolytic solution to gel the IJium aqueous solution, and the upper surface of the hole is covered with a gas permeable membrane. .
この本発明を実施するにあたって、電極本体の基材又は
基板としては、金属基板や半導体基板、特にシリコン基
板を有利に使用することができる。In implementing the present invention, a metal substrate or a semiconductor substrate, particularly a silicon substrate, can be advantageously used as the base material or substrate of the electrode body.
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。The insulating film can be formed from a silicon oxide film or other materials. A silicon oxide film can be easily formed by thermally oxidizing a silicon substrate, for example.
2本の電極は、製作される電極がポーラ口型であるかガ
ルバニ型であるかに応じているいろに変更することがで
きる。例えは、ポーラ口型の酸素電極を製造する場合に
は、画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、ポーラ口型と
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ゃすい金属の
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、そして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 two electrodes can be varied depending on whether the electrodes being made are polar or galvanic. For example, when manufacturing a polar-mouth type oxygen electrode, both the picture electrode and the electrode are made of a gold electrode or a platinum electrode, and a voltage is applied between the two electrodes during measurement. In the case of a polar mouth type, it is preferable to use a neutral aqueous solution, such as a 0.1M potassium chloride aqueous solution, which does not easily attack the underlying silicon oxide film. In addition, lead is used as the anode side electrode.
An electrode made of a metal such as silver that causes less chemical reactions than gold or platinum is used, an electrode made of gold or platinum is used as the cathode electrode, and an alkaline aqueous solution such as a 1M potassium hydroxide aqueous solution is used as the electrolyte. For example, a galvanic type oxygen electrode can be manufactured. Formation of such an electrode can be advantageously performed by, for example, a film forming method such as vacuum evaporation or sputtering.
電極形成後、好ましくは、基板上に、その基板の穴の部
分及び電気的コンタクトを取る部分を除いてフォトレジ
ストを塗布する。このフォトレジストは、好ましくはネ
ガ型フォトレジスト、例えば東京応化製OMR−83で
ある。このタイプのフォトレジストは、穴の部分のみに
電解液含有アルギン酸ナトリウム水溶液を満たすに際し
て、そのような水溶液をはじく性質を持っているので有
利である。After forming the electrodes, preferably a photoresist is applied onto the substrate except for the hole portions of the substrate and the portions where electrical contact is to be made. This photoresist is preferably a negative type photoresist, such as OMR-83 manufactured by Tokyo Ohka. This type of photoresist is advantageous because it has the property of repelling an aqueous solution of sodium alginate containing an electrolyte when only the hole portions are filled with the aqueous solution.
電解液含有アルギン酸塩ゲルの形成は、例えば、基板を
電解液含有アルギン酸ナトリウム水溶液中に浸漬し、そ
のような溶液を穴に満た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を電解液含有塩化カルシウ
ム水溶液中に浸漬してゲル化することによって有利に実
施することができる。また、この手法で、ナトリウムと
カルシウムを交換してもよい。Formation of an electrolyte-containing alginate gel can be achieved, for example, by immersing a substrate in an electrolyte-containing sodium alginate aqueous solution, slowly pulling up the substrate with the holes filled with the solution, and then immersing the substrate in this state into an electrolyte-containing solution. This can be advantageously carried out by immersion in an aqueous calcium chloride solution to form a gel. This technique may also be used to exchange sodium and calcium.
多孔性担体により保持されるべき電解質としては、いろ
いろなものを用いることができるが、例えば、塩化カリ
ウドが好ましい。硫酸ナトリウムは沈澱を生じるので好
ましくない。Although various electrolytes can be used as the electrolyte to be retained by the porous carrier, potassium chloride is preferred, for example. Sodium sulfate is not preferred because it causes precipitation.
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、初めは液体状でデイツプコーディング
あるいはスピンコーティング等が可能であり、電極材料
、シリコン基板等の基板、そして絶縁膜としてのシリコ
ン酸化膜等との密着力が良好で電解液が外部に漏出しな
いことも必須の用件である。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
ストなどを挙げることができる。テフロン(商品名)膜
は、酸素透過性であるけれども密着力を持たないので、
使用を避けなければならない。Gas permeable membranes are hydrophobic and do not allow aqueous solutions to pass through them, but they are initially liquid and can be dip coated or spin coated, and can be used as electrode materials, substrates such as silicon substrates, and insulating films. It is also essential that the electrolyte has good adhesion to the silicon oxide film, etc., and that the electrolyte does not leak outside. Suitable gas permeable membrane materials include photoresists, preferably negative-tone photoresists, and the like. Although Teflon (trade name) membrane is oxygen permeable, it does not have adhesive strength.
Use must be avoided.
本発明に係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簿模形成技術と
を用いて小型酸素電極を9産するものであるから、穴の
中への電解液の充填法も量産に向く方法で行う必要があ
る。その方法として本発明は、電解液を含む多孔性物質
を穴の中に一括して形成するもので、詳しくは例えば、
基板を電解液含有アルギン酸ナトリウム水溶液中に浸漬
して穴の中に充填させ、これを電解液含有塩化カルシウ
ム水溶液中に浸漬してゲル化するものである。The small-sized oxygen electrode according to the present invention uses lithography technology and book-forming technology used to form semiconductor integrated circuits to produce nine small-sized oxygen electrodes. The filling method must also be suitable for mass production. As a method of this invention, the present invention forms a porous material containing an electrolyte in holes all at once.
The substrate is immersed in an aqueous solution of sodium alginate containing an electrolytic solution to fill the holes, and the substrate is immersed in an aqueous solution of calcium chloride containing an electrolytic solution to form a gel.
上記のようにすれば、多数の穴に一括して電解液を充填
することができるが、本発明では上記の操作をより有利
に行うために、リソグラフィーに使用するレジストとし
て、疎水性のフォトレジスト、好ましくはネガ型フォト
レジストを使用する。By doing the above, it is possible to fill a large number of holes with the electrolyte at once. However, in the present invention, in order to perform the above operation more advantageously, a hydrophobic photoresist is used as the resist used for lithography. , preferably using a negative photoresist.
すなわち、ネガ型フォトレジストはゴム系であって疎水
性であり、水溶液に漬けてもレジストで被覆した部分は
水を弾いてしまうという性質がある。That is, the negative photoresist is rubber-based and hydrophobic, and has the property that even when immersed in an aqueous solution, the portion covered with the resist repels water.
これを利用し、本発明は穴以外の部分にネガ型レジスト
を被覆した上で浸漬処理を行うものである。Utilizing this, in the present invention, parts other than the holes are coated with a negative resist and then immersion treatment is performed.
また、本発明では例えばアルギン酸カルシウムゲルを使
用しているが、アルギン酸ナトリウムと塩化カルシウム
のゲル化反応は塩化カルシウム水溶液中で瞬時に起こる
ため、ゲル中の水分の変化を抑えるのが容易であり、反
応の前後で体積変化のほとんどない表面の平坦なゲルを
容易に得ることができる。In addition, in the present invention, for example, calcium alginate gel is used, but since the gelation reaction between sodium alginate and calcium chloride occurs instantaneously in an aqueous calcium chloride solution, it is easy to suppress changes in water content in the gel. A gel with a flat surface and almost no change in volume before and after the reaction can be easily obtained.
ついで、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 explained with reference to the accompanying drawings.
第1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、電極3A、3B
の一部が露出している。電極3A、3Bは、本例の場合
、ポーラ口型とするために画電極とも金電極で構成した
。FIG. 1 is a perspective view showing a preferred example of a small-sized oxygen electrode according to the present invention. The illustrated oxygen electrode has a rectangular parallelepiped shape, the sensitive part is covered with a gas permeable membrane 14, and the electrodes 3A and 3B are connected to an attached device.
A part of it is exposed. In this example, the electrodes 3A and 3B were made of gold electrodes as well as the picture electrodes in order to have a polar mouth type.
第1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2図から詳しく理解できるであろう
。シリコン基板1は、異方性エツチングにより形成され
た穴を有するとともに、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。シリコン基板1の
穴には、2本の金電極3Aおよび3Bが対をなして被着
せしめられている。金電極3Aおよび3Bは、第1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
の上部の全面(第1図の露出部を除く)を覆う形で、ガ
ス透過性膜14が被覆されている。The structure of the small oxygen electrode shown in FIG. 1 can be understood in detail from FIG. 2, which is a sectional view taken along the line II--II. A silicon substrate 1 has holes formed by anisotropic etching, and a silicon oxide film 2 is deposited as an insulating film on the entire surface thereof. Two gold electrodes 3A and 3B are deposited in pairs in the holes of the silicon substrate 1. As shown in FIG. 1, a portion of each of the gold electrodes 3A and 3B extends to the outside of the groove. Furthermore, the holes in the silicon substrate 1 are filled with an electrolyte-containing gel 6. Furthermore, the board 1 is placed at the top of the hole.
A gas permeable membrane 14 is coated to cover the entire upper surface (excluding the exposed portion in FIG. 1).
第1図および第2図に示した小型酸素電極は、例えば、
第3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3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。The small oxygen electrode shown in FIGS. 1 and 2 is, for example,
It can be advantageously manufactured by the manufacturing process shown in sequence in FIG. Note that the main body after forming the electrodes shown in FIG. 3(A) can be manufactured through the following steps.
なお、以下の説明では、理解を容易ならしめるため、1
枚のウェハーに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。In the following explanation, 1.
Although the case where only one oxygen electrode is formed on a wafer is described, it should be understood that in reality, multiple small oxygen electrodes are formed simultaneously.
1、ウェハー洗浄
厚さ350 μmの(100)面2インチシリコンウェ
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 A 2-inch (100)-sided silicon wafer with a thickness of 350 μm was prepared and cleaned with a mixed solution of hydrogen peroxide and ammonia and concentrated nitric acid.
2.3I02膜の形成
シリコンウェハーをウェット熱酸化し、その全面に膜厚
0.8 μmのSiO□膜を形成した。2.3 Formation of I02 film A silicon wafer was subjected to wet thermal oxidation to form a SiO□ film with a thickness of 0.8 μm on the entire surface.
3、エツチング用パターンの形成
ネガ型フォトレジスト(東京応化袋 OMR−83、粘
度60 cP)を使用して、ウェハー上にエツチングレ
ジストパターンを形成した。3. Formation of etching pattern An etching resist pattern was formed on the wafer using a negative photoresist (TOKYO OHKABUKU OMR-83, viscosity 60 cP).
4、レジスト塗布
ウェハーの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、130tで3゜分間に渡っ
てベークした。4. The same negative photoresist used in the above step was applied to the back side of the resist-coated wafer and baked at 130t for 3°.
5、 Sin、膜のエツチング
50%フッ化水素酸:50%フッ化アンモニウム=1:
6水溶液にウェハーを浸漬し、フォトレジストが被覆さ
れていない露出部分の8102をエツチングにより除去
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. Sin, film etching 50% hydrofluoric acid: 50% ammonium fluoride = 1:
The wafer was immersed in an aqueous solution of No. 6, and the exposed portion 8102 not covered with photoresist was removed by etching. Subsequently, the resist was removed using a sulfuric acid/hydrogen peroxide solution (2:1).
6、Siの異方性エツチング
80℃の35%水酸化カリウノ・水溶液中にてシリコン
の異方性エツチングを行った。エツチング深さ300μ
m0エツチング完了後、ウェハーを純水で洗浄した。6. Anisotropic etching of Si Anisotropic etching of silicon was performed in a 35% potassium hydroxide aqueous solution at 80°C. Etching depth 300μ
After completing m0 etching, the wafer was washed with pure water.
この異方性エツチングの完了後、エツチング時に使用し
た5iO7膜を除去した。これは、工程5と同様に50
%フッ化水素酸;50%フッ化アンモニウム=1:6水
溶液中で行った。After completing this anisotropic etching, the 5iO7 film used during etching was removed. This is 50 as in step 5.
% hydrofluoric acid; 50% ammonium fluoride = 1:6 aqueous solution.
7、3in2膜の形成
シリコンウェハー1の表面に5in2膜を成長させるた
め、1.と同様の洗浄工程に引き続いて、ウェハーをウ
ェット熱酸化した。膜厚0.8μmのSlO□膜2が形
成された。7. Formation of 3in2 film In order to grow a 5in2 film on the surface of the silicon wafer 1, 1. Following a similar cleaning step, the wafers were wet thermally oxidized. A SlO□ film 2 with a film thickness of 0.8 μm was formed.
8、りOl、および金薄膜の形成
りo L薄膜(400人、金と基板の密着用)に弓き続
き、金薄膜(4000人)を真空蒸着により形成した。8. Formation of a gold thin film and a gold thin film Following the formation of a thin film (400 people, for adhesion between the gold and the substrate), a thin gold film (4000 people) was formed by vacuum evaporation.
9、電極形成用レジストバクーンの形成ネガ型フォトレ
ジスト (東京応化袋 OMR−83、粘度60 cP
)を使用して、ウェハー1の8102上に電極形成用レ
ジストパターン(図示せず)を形成した。9. Negative photoresist for electrode formation (Tokyo Ohkabukuro OMR-83, viscosity 60 cP)
) was used to form a resist pattern for electrode formation (not shown) on 8102 of wafer 1.
10、金およびクロムのエツチング
レジストパターンが形成された基板を以下の■及び■の
金およびクロム用エツ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ツ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. Gold and chromium etching The substrate on which the resist pattern was formed was immersed in the following gold and chromium etching solutions (1) and (3) in this order, and the exposed gold and chromium portions were removed by etching. Furthermore, after washing with pure water, sulfuric acid/hydrogen peroxide solution (2:
1) The resist was removed using a solution.
■金エツチング液:4gKI およびIgl□を40
mlの水に溶かしたもの。■Gold etching solution: 4gKI and Igl□ 40
Dissolved in ml of water.
■り四l・エツチング液: Q、 5 g NaOHお
よび1g K3Fe(CN)sを4mlの水に溶かした
もの。■Etching solution: Q, 5 g NaOH and 1 g K3Fe(CN)s dissolved in 4 ml water.
金電極の形成された状態を第3図(A)に示す。FIG. 3(A) shows the state in which the gold electrode is formed.
図中の3A及び3Bが電極で、5は穴である。In the figure, 3A and 3B are electrodes, and 5 is a hole.
11、レジスト塗布(第3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(東京応化袋
OMR−83、粘度60 cP) 4で被覆した。11. Applying resist (Figure 3 (B)) Apply negative photoresist (Tokyo Ohka Bag) to the surface of the main body other than the hole 5 and the pad area for electrical contact.
Coated with OMR-83, viscosity 60 cP) 4.
これは、ウェハーの表面にフォトレジストを塗布し、プ
リベータ後に露光及び現像を行うことによって実施した
。This was done by applying a photoresist to the surface of the wafer, exposing and developing after pre-beta.
12、穴の中の親水性化
ウェハーを1M水酸化す) IJウム水溶液中に浸漬し
た。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。12. The hydrophilized wafer in the hole was immersed in a 1M hydroxide solution. As a result, the areas not covered with resist became hydrophilic.
13、アルギン酸カルシウドゲルの充填(第3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
液を調製した。13. Filling with alginate calcium gel (Figure 3 (C)
) The following two types of solutions were prepared for forming electrolyte-containing gels.
A液ニ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。アルギン酸ナトリウム濃度0,
2%。Solution A: Sodium nyalginate dissolved in 0.1M potassium chloride aqueous solution. 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。塩化カルシウム濃度5%。Solution B: Calcium chloride dissolved in a 0.1M potassium chloride aqueous solution. Calcium chloride concentration 5%.
A液に第3図(B)のウェハー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−CC穴内
内のみ残った。次いで、このウェハーをB液に浸漬した
ところ、A液は瞬時にゲル化した。電解液含有ゲル6が
得られた。When the wafer shown in Fig. 3 (B) was immersed in liquid A and slowly pulled up, the negative photoresist film 4 was hydrophobic, so the liquid A was repelled from the resist film and remained only in the CC holes. . Next, when this wafer was immersed in Solution B, Solution A instantly gelled. An electrolyte-containing gel 6 was obtained.
14、ガス透過性膜の被覆(第3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60 cP)をスピンコーティン
グにより2μm程度の厚さに塗布した。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、ガス透過性膜を完成させ
た。14. Covering the gas permeable membrane (Fig. 3 (D)) The gas permeable membrane 14 is coated on the electrolyte-containing gel 6 so as to cover the gel.
coated. In this example, the same negative photoresist as used in step 3 was used as the gas permeable film. That is, a negative photoresist (manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. OMR-
83 (trade name), viscosity 60 cP) was applied to a thickness of about 2 μm by spin coating. This resist was immediately exposed and developed without prebaking, and then a small oxygen electrode was left in pure water or saturated steam overnight to remove the thinner from the resist, completing a gas permeable membrane.
本発明によれば、体積変化の起こりにくい表面の平坦な
微小な体債のゲルを短時間に容易に得ることができるの
で、その表面にガス透過性膜を形成しやすくなり、作製
時のガス透過性膜の破損が減り、歩留まりが改善される
。また、小型酸素電極の特性を左右するガス透過性膜と
カソードの距離を制御しやすくなるため、−枚のウェハ
ー上に多数の小型酸素電極を一括して作製する場合には
、その特性上のばらつきを小さくできる。According to the present invention, it is possible to easily obtain in a short time a gel with a flat surface and a microscopic structure that does not easily change in volume. Permeable membrane damage is reduced and yield is improved. In addition, since it becomes easier to control the distance between the gas permeable membrane and the cathode, which affects the characteristics of small oxygen electrodes, it is possible to easily control the distance between the gas permeable membrane and the cathode. Variations can be reduced.
第1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2図は、第1図の電極の線分II−I+ に沿った断
面図、そして
第3図(A)〜(D)は、第1図および第2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
断面図である。
図中、1は基板、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は電解液含有ゲノペ
そして14はガス透過性膜である。FIG. 1 is a perspective view showing a preferred example of a small oxygen electrode according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrode in FIG. 1 along line II-I+, and FIGS. (D) is a sectional view sequentially showing the second half of the manufacturing process of the small oxygen electrode shown in FIGS. 1 and 2. In the figure, 1 is a substrate, 2 is an insulating film, 3A and 3B are electrodes,
4 is a photoresist film, 5 is a hole, 6 is an electrolyte-containing genope, and 14 is a gas permeable film.
Claims (1)
あけられた穴と、前記基板上に絶縁膜を介して形成され
たものであって前記穴の底部から前記基板の表面に至る
2本の電極と、前記穴の内部に満たされた電解液含有ア
ルギン酸塩ゲルと、前記穴を被覆し閉塞したガス透過性
膜とを有することを特徴とする、小型酸素電極。1. A substrate, a hole made by anisotropic etching on the surface of the substrate, and 2. A hole formed on the substrate via an insulating film, extending from the bottom of the hole to the surface of the substrate. 1. A small-sized oxygen electrode, comprising a solid electrode, an electrolyte-containing alginate gel filled inside the hole, and a gas permeable membrane covering and closing the hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63176978A JP2530690B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63176978A JP2530690B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0227254A true JPH0227254A (en) | 1990-01-30 |
JP2530690B2 JP2530690B2 (en) | 1996-09-04 |
Family
ID=16023036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63176978A Expired - Lifetime JP2530690B2 (en) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | Small oxygen electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2530690B2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03269254A (en) * | 1990-03-19 | 1991-11-29 | Fujitsu Ltd | Small-sized oxygen electrode and manufacture thereof |
US7664607B2 (en) | 2005-10-04 | 2010-02-16 | Teledyne Technologies Incorporated | Pre-calibrated gas sensor |
-
1988
- 1988-07-18 JP JP63176978A patent/JP2530690B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH03269254A (en) * | 1990-03-19 | 1991-11-29 | Fujitsu Ltd | Small-sized oxygen electrode and manufacture thereof |
US7664607B2 (en) | 2005-10-04 | 2010-02-16 | Teledyne Technologies Incorporated | Pre-calibrated gas sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2530690B2 (en) | 1996-09-04 |
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