JPH03293553A - ガスセンサおよびその製造方法 - Google Patents
ガスセンサおよびその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
ヒータの消費電力が少なくICの実装密度に優れるガス
センサおよびその製造方法に関する。 [0002]
中で300〜500℃の温度に加熱されると粒子表面に
大気中の酸素が活性化吸着して高抵抗化しているが、可
燃性ガスが接触すると吸着酸素と可燃性ガスとが反応し
て吸着酸素が除去され抵抗値が減少する。このような性
質を利用して、酸化スズを用いたガスセンサはLPガス
、都市ガス等のガス漏れ警報器に広く用いられている。 [0003] このようなn型金属酸化物半導体を用いるガスセンサは
、ヒータを用いて上記所定温度に加熱される。図5は従
来のガスセンサを示す断面図である。アルミナ基板14
の一方の主面の上に電極11,12、酸化スズからなる
感ガス層13、被覆層17が、他の主面にはヒータ18
が設けられる。15.16はヒータ用電極である。 [0004] 図6は従来の異なるガスセンサを示す断面図である(特
開昭59−143946号公報参照)。アンダカットさ
れたシリコン基板20Aの上部に酸化シリコン層21A
に支持されたセンサ用電極24Aと、酸化シリコン層2
3Aで絶縁されたヒータ25Aと、酸化スズ層26Aと
が張出した構造となっている。 [0005]
消費電力が数100mWであり、乾電池をヒータ電源と
して用いることができないかまたは乾電池が使用可能と
してもそのアンダカットに際し両面マスク合わせを行う
必要があった。 [0006] この発明は上述の点に鑑みてなされ、その目的はセンサ
構造を改良して、ヒータの消費電力を少なくして、乾電
池駆動可能な小型のガスセンサを提供し、あわせてマス
ク合わせの必要のないガスセンサの容易な製造方法を提
供することにある。 [0007]
二の絶縁層と、第一および第二の電極対と、酸化物半導
体層、とを有し、シリコン基板は表面が平坦なものであ
り、ポリシリコン層はシリコン基板に接する平坦な部分
とシリコン基板に接することのないわん曲の部分とから
なり、第一の絶縁層はシリコン基板に接するものであっ
て第一の絶縁層とポリシリコン層のわん曲の部分とで囲
まれる領域は空間部となるものであり、第二の絶縁層は
ポリシリコン層のわん曲の部分と平坦な部分の両者につ
き少なくともそれらの一部を被覆し、この際第二の絶縁
層の平坦な部分には第二の電極対のためにコンタクトホ
ールが設けられ、第一の電極対は第二の絶縁層の上に選
択的に積層されるとともに、第二の絶縁層のわん曲の部
分で1対向して配置され、第二の電極対は第二の絶縁層
の上に第一の電極対と隔離して選択的に設けられ、前記
コンタクトホールにおいてポリシリコン層と接続し、酸
化物半導体層は第一の電極対の対向する部分に設けられ
、第一の電極対に接続されること、 [0009] 2)シリコン基板と、第三の絶縁層と、第四の絶縁層と
、第五の絶縁層と、ヒータと、第三の電極対と、酸化物
半導体層とを有し、シリコン基板は表面が平坦なもので
あり、第三の絶縁層はシリコン基板の主面に直接的に積
層され、第四の絶縁層は第三の絶縁層の上に接して積層
される平坦な部分と、第三の絶縁層に接することのない
わん曲の部分とからなり、ここにわん曲の部分と第三の
絶縁層とに囲まれる領域は空間部となり、第三の電極対
は、第四の絶縁層の平坦な部分とわん曲の部分の上に選
択的にかつ離隔して積層され、この際わん曲の部分に積
層される電極対は対向して配置され、ヒータは第四の絶
縁層の平坦な部分とわん曲の部分の上に選択的に積層さ
れ、第五の絶縁層は窓部を有するとともに、この窓部を
除きヒータと、第四の絶縁層と、第三の電極対の上に積
層されて平坦な部分とわん曲の部分を形成し、この際窓
部は第三の電極対の平坦な部分およびわん曲の部分、並
びにヒータの平坦な部分にそれぞれ設けられ、酸化物半
導体層は第五の絶縁層のわん曲の部分の上に選択的に積
層され、このとき第五の絶縁層の窓部を介して、第三の
電極対と電気的に接続されるものであること、または[
0010] 3)第一の工程ないし第七の工程を有し、第一の工程は
シリコン基板の平坦な1主面に第三の絶縁層を形成し、
第二の工程は、第三の絶縁層の上にポリシリコン層を形
成し、第三の工程は、ポリシリコン層をパターニングし
て複数個のメサ形ポリシリコンを形成し、第四の工程は
、第三の絶縁層とメサ形ポリシリコンの上に第四の絶縁
層を形成し、第五の工程は第四の絶縁層の上に白金層を
積層し、次いでパターニングを行ってヒータと第三の電
極対を形成し、この際第三の電極対は第四の絶縁層の平
坦な部分と、わん状の部分とに選択的にかつ対向して配
置され、ヒータは第四の絶縁層の平坦部とわん状の部分
の上に選択的に配置され、第六の工程は、第四の絶縁層
とヒータと第三の電極対の上に第五の絶縁層を積層し次
いで第五の絶縁層の所定部をエツチングして、第三の電
極対の平坦部とわん曲部の一部に通ずる窓と、ヒータの
平坦な部分の一部に通ずる窓を形成するとともに第四と
第五の絶縁層を順次エツチングして、第四と第五の絶縁
層のわん曲の部分の周辺部分にポリシリコンに通ずる窓
を形成してポリシリコンを溶解除去し第七の工程は、第
五の絶縁層のわん曲の部分に酸化物半導体層を積層する
工程であるとすることにより達成される。 [0011]
ジ構造により基板と非接触とされるので熱容量が減り消
費電力が少なくなる。またこの発明に係るセンサの構造
は半導体の製造技術を適用することができ、そのために
超小型化することができ消費電力が少なくなる。さらに
、ヒータと第三の電極対とが同一のマスクを用いて同時
に形成され、メサ形ポリシリコンの溶解により空間部が
形成される。 [0012]
は請求項1で定義された発明の実施例に係るガスセンサ
を示し、図1 (a)は平面図、図1 (b)は図1
(a)のA−A矢視図である。シリコン基板1とその上
に形成された窒化シリコン膜IAと、空間部2と、ポリ
シリコン層3と、窒化シリコンからなる第二の絶縁層4
と、AI・Siからなる第一の電極対5A、5Bと第二
の電極対5C。 5Dと、酸化スズからなる酸化物半導体層7とからガス
センサが構成される。このようなガスセンサは以下のよ
うにして製造される。図2は請求項1で定義された発明
の実施例に係るガスセンサの製造手順を示す工程図であ
る。任意の結晶方位をもつシリコン基板1の上に絶縁膜
として窒化シリコン膜IAがさらにその上にシリコン酸
化膜2Aが公知の技術を用いて2μm厚に形成される(
図2(a)参照)。次いでシリコン酸化膜2Aはエツチ
ングされ、島状のシリコン酸化膜2Bが形成される(図
2(b)参照)。続いてポリシリコン層3、窒化シリコ
ンからなる絶縁層4を設は絶縁層4にコンタクトホール
8A、8Bが形成される(図2(C)参照)。引続いて
Al−3i金金属を形成し、エツチングにより第一の電
極対5A、5B、第二の電極対5C,5Dを形成する(
図2(d)参照)。A1−5i金金属のエツチングのあ
と窒化シリコンからなる絶縁層4につき図1 (a)に
示す幅Wが12μm、長さしが1000μmになるよう
にドライエツチングが行われる。絶縁層4のドライエツ
チングのあと、ポリシリコン層3が絶縁層4と同じパタ
ーンでフッ硝酸によりエツチングされる。島状の酸化シ
リコン2Bがフッ酸により除去され空間部2となる。最
後に酸化スズがスパッタされ厚さ1μm1幅10μm、
長さ100μmの酸化物半導体層7が形成される(図2
(e)参照)。このとき酸化スズの抵抗は100にΩ
である。 [0013] 第一の電極対5A、5Bは酸化物半導体層7の抵抗を測
定する。可燃性ガスが酸化スズに接触すると、酸化スズ
の抵抗が減少する。第二の電極対5C,5Dはヒータで
あるポリシリコン層3に電流を流す。3V印加して3m
Wの電力で酸化物半導体層7を300℃で加熱すること
ができる。これは従来の数100mWの電力に比し約1
7100の電力消費量である。上述の製造プロセスは半
導体製造技術を適用するものであり、この場合特にMO
S FET半導体の製造方法に主要部が共通となって
いる。被加熱部分である第二の絶縁層4、第一および第
二の電極対、酸化物半導体層7が空間部2を伴って微細
に形成され、熱容量の小さいガスセンサとなる。この発
明の構造を有するガスセンサは3mmX3mmのシリコ
ンチップ上にトランジスタ等と共に形成することも可能
であり、電池駆動でポータプルのガスセンサを構成でき
る。またポリシリコンは耐熱性が大きいので高信頼性の
ガスセンサが得られる。 [0014] 図3は請求項2で定義された発明の実施例に係るガスセ
ンサを示し、図3 (a)は平面図、図3(b)は図3
(a)のB−B矢視断面図である。 [0015] このガスセンサは表面が平坦な基板20と酸化シリコン
からなる第三の絶縁層21と、空間部27と、酸化シリ
コンからなる第四の絶縁層22と、ヒータ25と、第三
の電極対24と、第五の絶縁層23と、窓部31,41
,51,71゜72と、酸化物半導体層26とから構成
される。 [0016] このようなガスセンサは次のようにして調製される。図
4は請求項3で定義された発明の実施例に係るガスセン
サの製造手順を示す工程図である。 [0017] 先ず、任意の結晶方位を持つ2.5mm角、厚さ400
μmのシリコン基板20の上に熱酸化により厚さ1μm
の酸化シリコン層21を第三の絶縁層として形成し、さ
らにその上にポリシリコン層27Aを公知の技術を用い
て2μm厚に形成する(図4(a)参照)。次いでポリ
シリコン層27Aを選択エツチングし、図3 (a)の
二点鎖線で示す400μm角のメサ形ポリシリコン27
Bを形成する(図4(b)参照)。次に、1μm厚の酸
化シリコン層22を被覆し、さらに0.2μm厚の白金
層を積層する。この白金層をパターニングしてヒータ2
5および第三の電極対24を形成する(図4(C)図4
(d)参照)。続いて1μm厚の酸化シリコン層23を
被覆する(図4(e)参照)。このあとフォトエッチグ
により窓部31,41,51,71.72を設ける(図
4(f)参照)。その後窓部71を通じて酸化シリコン
はエツチングしないエツチング液、例えばHF−HNO
3−CH5C00H混酸を用いてメサ形ポリシリコン2
7Bを除去し、空間部27を形成する(図4g参照)。 このようにして形成されたブリッジの上に酸化スズ層2
6が1μm厚に形成され、酸化物半導体層26がつくら
れる(図4(h)参照)。 [0018] なお、窓部はエツチング液の入口となるほか、酸化シリ
コン層22.23を通じての熱伝導を制限するので、消
費電力を減少させるのに役立つ。 [0019] 上の実施例で基板20の表面の酸化シリコン層21は、
ポリシリコン層27Aをエツチングする際、シリコン基
板20がエツチングされるのを防止する役目をする。こ
の際空間部27の形成にA1などのSiよりエツチング
されやすい金属等を用いれば、酸化シリコン層21を省
略することもできる。 [0020]
と、第一および第二の絶縁層と、第一および第二の電極
対と、酸化物半導体層とを有し、シリコン基板は表面が
平坦なものであり、ポリシリコン層はシリコン基板に接
する平坦な部分とシリコン基板に接することのないわん
曲の部分とからなり、第一の絶縁層はシリコン基板に接
するものであって第一の絶縁層とポリシリコン層のわん
曲の部分とで囲まれる領域は空間部となるものであり、
第二の絶縁層はポリシリコン層のわん曲の部分と平坦な
部分の両者につき少なくともそれらの一部を被覆し、こ
の際第二の絶縁層の平坦な部分には第二の電極対のため
にコンタクトホールが設けられ、第一の電極対は第二の
絶縁層の上に選択的に積層されるとともに、第二の絶縁
層のわん曲の部分で対向して配置され、第二の電極対は
第二の絶縁層の上に第一の電極対と隔離して選択的に設
けられ、前記コンタクトホールにおいてポリシリコン層
と接続し、酸化物半導体層は第一の電極対の対向する部
分に設けられ第一の電極対に接続され、 [0021] ■シリコン基板と、第三の絶縁層と、第四の絶縁層と、
第五の絶縁層と、ヒータと、第三の電極対と、酸化物半
導体層とを有し、シリコン基板は表面が平坦なものであ
り、第三の絶縁層はシリコン基板の主面に直接的に積層
され、第四の絶縁層は第三の絶縁層の上に接して積層さ
れる平坦な部分と、第三の絶縁層に接することのないわ
ん曲の部分とからなり、ここにわん曲の部分と第三の絶
縁層とに囲まれる領域は空間部となり、第三の電極対は
、第四の絶縁層の平坦な部分とわん曲の部分の上に選択
的にカリ離隔して積層され、この際わん曲の部分に積層
される電極対は対向して配置され、ヒータは第四の絶縁
層の平坦な部分とわん曲の部分の上に選択的に積層され
、第五の絶縁層は窓部を有するとともに、この窓部を除
きヒータと、第四の絶縁層と、第三の電極対の上に積層
されて平坦な部分とわん曲の部分を形成し、この際窓部
は第三の電極対の平坦な部分およびわん曲の部分、並び
にヒータの平坦な部分にそれぞれ設けられ、酸化物半導
体層は第五の絶縁層のわん曲の部分の上に選択的に積層
され、このとき第五の絶縁層の窓部を介して、第三の電
極対と電気的に接続されるものであること、または[0
022] ■第一の工程ないし第七の工程を有し、第一の工程はシ
リコン基板の平坦な1主面に第三の絶縁層を形成し、第
二の工程は、第三の絶縁層の上にポリシリコン層を形成
し、第三の工程は、ポリシリコン層をパターニングして
複数個のメサ形ポリシリコンを形成し、第四の工程は、
第三の絶縁層とメサ形ポリシリコンの上に第四の絶縁層
を形成し、第五の工程は第四の絶縁層の上に白金層を積
層し、次いでパターニングを行ってヒータと第三の電極
対を形成し、この際第三の電極対は第四の絶縁層の平坦
な部分と、わん曲の部分とに選択的にかつ対向して配置
され、ヒータは第四の絶縁層の平坦な部分とわん曲の部
分の上に選択的に配置され第六の工程は、第四の絶縁層
とヒータと第三の電極対の上に第五の絶縁層を積層し、
次いで第五の絶縁層の所定部をエツチングして、第三の
電極対の平坦部とわん曲部の一部に通ずる窓と、ヒータ
の平坦な部分の一部に通ずる窓を形成するとともに第四
と第五の絶縁層を順次エツチングして、第四と第五の絶
縁層のわん曲の部分の周辺部分にポリシリコンに通ずる
窓を形成してポリシリコンを溶解除去し、第七の工程は
、第五の絶縁層のわん曲の部分に酸化物半導体層を積層
する工程であるので、 [0023] 酸化物半導体層とそれを加熱するためのヒータがシリコ
ン基板と非接触の状態となり、加熱部分の熱容量が減っ
て消費電力が少なくなる。またこの発明に係る構造を有
するガスセンサは半導体技術を適用して超小型化するこ
とができ消費電力を少なくすることができる。さらにこ
の構造を有するガスセンサはシリコンチップ上にトラン
ジスタ等とともに搭載することができ乾電池駆動で低消
費電力。 ポータプル型小型ガスセンサとして使用することが可能
となる。また請求項3で定義されたガスセンサの製造方
法においては、空間部の形成の際にポリシリコン層のみ
を選択的に溶解除去できるうえ、ヒータと第三の電極対
の製造にマスク合わせが不要となり、ガスセンサの製造
が容易になる。
示し、図1 (a)は平面図、図1 (b)は図1 (
a)(7)A−A矢視断面図
つきその製造手順を示す工程図
示し、図3(a)は平面図、図3(b)は図3 (a)
(7)B−B矢視断面図
製造手順を示す工程図
Claims (3)
- 【請求項1】シリコン基板と、ポリシリコン層と、第一
および第二の絶縁層と、第一および第二の電極対と、酸
化物半導体層、とを有し、シリコン基板は表面が平坦な
ものであり、ポリシリコン層はシリコン基板に接する平
坦な部分とシリコン基板に接することのないわん曲の部
分とからなり、第一の絶縁層はシリコン基板に接するも
のであって第一の絶縁層とポリシリコン層のわん曲の部
分とで囲まれる領域は空間部となるものであり、第二の
絶縁層はポリシリコン層のわん曲の部分と平坦な部分の
両者につき少なくともそれらの一部を被覆し、この際第
二の絶縁層の平坦な部分には第二の電極対のためにコン
タクトホールが設けられ、第一の電極対は第二の絶縁層
の上に選択的に積層されるとともに、第二の絶縁層のわ
ん曲の部分で対向して配置され、第二の電極対は第二の
絶縁層の上に第一の電極対と隔離して選択的に設けられ
、前記コンタクトホールにおいてポリシリコン層と接続
し、酸化物半導体層は第一の電極対の対向する部分に設
けられ、第一の電極対に接続される、ことを特徴とする
ガスセンサ。 - 【請求項2】シリコン基板と、第三の絶縁層と、第四の
絶縁層と、第五の絶縁層と、ヒータと、第三の電極対と
、酸化物半導体層とを有し、シリコン基板は表面が平坦
なものであり、第三の絶縁層はシリコン基板の主面に直
接的に積層され、第四の絶縁層は第三の絶縁層の上に接
して積層される平坦な部分と、第三の絶縁層に接するこ
とのないわん曲の部分とからなり、ここにわん曲の部分
と第三の絶縁層とに囲まれる領域は空間部となり、第三
の電極対は、第四の絶縁層の平坦な部分とわん曲の部分
の上に選択的にかつ離隔して積層され、この際わん曲の
部分に積層される電極対は対向して配置され、ヒータは
第四の絶縁層の平坦な部分とわん曲の部分の上に選択的
に積層され、第五の絶縁層は窓部を有するとともに、こ
の窓部を除きヒータと、第四の絶縁層と、第三の電極対
の上に積層されて平坦な部分とわん曲の部サを形成し、
この際窓部は第三の電極対の平坦な部分およびわん曲の
部分、並びにヒータの平坦な部分にそれぞれ設けられ、
酸化物半導体層は第五の絶縁層のわん曲の部分の上に選
択的に積層され、このとき第五の絶縁層の窓部を介して
、第三の電極対と電気的に接続されるものであることを
特徴とするガスセンサ。 - 【請求項3】第一の工程ないし第七の工程を有し、第一
の工程はシリコン基板の平坦な1主面に第三の絶縁層を
形成し、第二の工程は、第三の絶縁層の上にポリシリコ
ン層を形成し、第三の工程は、ポリシリコン層をパター
ニングして複数個のメサ形ポリシリコンを形成し、第四
の工程は、第三の絶縁層とメサ形ポリシリコンの上に第
四の絶縁層を形成し、第五の工程は第四の絶縁層の上に
白金層を積層し、次いでパターニングを行ってヒータと
第三の電極対を形成し、この際第三の電極対は第四の絶
縁層の平坦な部分と、わん曲の部分とに選択的にかつ対
向して配置され、ヒータは第四の絶縁層の平坦な部分と
わん曲の部分の上に選択的に配置され、第六の工程は、
第四の絶縁層とヒータと第三の電極対の上に第五の絶縁
層を積層し、次いで第五の絶縁層の所定部をエッチング
して、第三の電極対の平坦部とわん曲部の一部に通ずる
窓と、ヒータの平坦な部分の一部に通ずる窓を形成する
とともに第四と第五の絶縁層を順次エッチングして、第
四と第五の絶縁層のわん曲の部分の周辺部分にポリシリ
コンに通ずる窓を形成してポリシリコンを溶解除去し、
第七の工程は、第五の絶縁層のわん曲の部分に酸化物半
導体層を積層する工程であることを特徴とするガスセン
サの製造方法。
Priority Applications (3)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1990
- 1990-12-20 JP JP40396290A patent/JP2847970B2/ja not_active Expired - Fee Related
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