JPH06103287B2 - センサ素子 - Google Patents

センサ素子

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JPH06103287B2
JPH06103287B2 JP62253045A JP25304587A JPH06103287B2 JP H06103287 B2 JPH06103287 B2 JP H06103287B2 JP 62253045 A JP62253045 A JP 62253045A JP 25304587 A JP25304587 A JP 25304587A JP H06103287 B2 JPH06103287 B2 JP H06103287B2
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【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、基板上に橋梁(ブリッジ)状,片持ち梁(カ
ンチレバー)状あるいはダイアフラム状に形成された下
部絶縁保護膜,下部導電性薄膜,サーミスタ薄膜,上部
導電性薄膜,上部絶縁保護膜からなる複合膜に対して、
周囲からの水蒸気,ガス,赤外線,流体あるいは酵素反
応によってもたらされる熱の出入りによって生じるサー
ミスタ薄膜の温度変化をインピーダンス変化として検知
するセンサ素子に関する。
<従来技術とその問題点> 従来例としてサーミスタビード11を極細の白金導線12で
両側から懸架した構造の絶対湿度センサを第6図に示
す。湿度の検出原理は以下のようである。電流によって
自己発熱しているサーミスタビード11に水蒸気が触れる
と乾燥空気との熱伝導度の差によってサーミスタビード
11の放熱状態に変化が生じる。従ってサーミスタビード
11の温度が変化してそのインピーダンスが変化すること
によって絶対湿度が検知される。このときのインピーダ
ンス変化は概して小さくまた周囲温度の影響を大きく受
けるので実使用時には、第6図に示すように同じ温度特
性を有するサーミスタビード11を別に乾燥空気を含んだ
缶12に密封して温度補償を行なわれる。(センサ側の缶
13には流速の影響を抑えつつ水蒸気が出入りできるよう
に小孔が穿設されている。)従来の絶対湿度センサの製
造過程においては、温度特性の揃った一対のサーミスタ
ビード11を選別する工程や、缶封止など溶接によるアッ
センブリーを行なう必要があり、コスト高の要因となっ
ていた。またサーミスタビード11は直径が0.5mm程度あ
るが、さらに小型化を図るなどして感湿応答速度をより
高める必要があった。
<発明の目的> 本発明は、Ge,Si,SiCなどのような比抵抗値の高いサー
ミスタ薄膜を、いずれか一方に一対の電極を有する上下
の導電性薄膜で狭むことによりセンサ素子のインピーダ
ンスの低減を図り、通常のサンドイッチ型電極で問題の
生じ易い段差カバー部分をなくすことを目的としてい
る。また基板上に順次積層された下部絶縁保護膜,下部
導電性薄膜,サーミスタ薄膜,上部導電性薄膜,上部絶
縁保護膜からなる複合膜を、その直下の基板を部分的に
エッチングすることにより橋梁(ブリッジ)状,片持ち
梁(カンチレバー)状,ダイアフラム状に成形して発熱
部分の熱容量を小さくすることにより高速応答性と低消
費電力化をすすめること及び複合膜の形成から遮蔽体の
接合封止まで、ウェーハ単位の一貫したバッチプロセス
によって多量に均一な素子を製造することにより、素子
選別を不要としコストダウンを図ることを目的とする。
<実施例> 本発明の1実施例であるブリッジ型センサ素子を第1図
に示す製造方法に従って説明する。シリコンの基板1上
に熱酸化法やスパッタ法によるSiO2またはCVD法によるS
i3N4からなる下部絶縁保護膜2を形成する。また後の工
程に行なう基板1のエッチングに対するマスクとして基
板1の裏面にもSiO2やSi3N4からなる耐エッチング性膜
2′を形成する必要がある。その際、熱酸化法によると
シリコン基板1の両面に同時に絶縁保護膜が形成され得
るのでコストの点で有利である。次にTi,Crなどの酸化
物との密着性が良好な材料を用いて下部導電性薄膜3を
蒸着する(第1図(a))。更にサーミスタ薄膜4とし
てGe,Si,SiC,TaN,Co−Mn複合酸化物等のNTCサーミスタ
材料またはBaTiO3等のPTCサーミスタ材料を蒸着法,ス
パッタ法またはCVD法によって成膜する。次にサーミス
タ薄膜4の発熱部分からの熱の伝熱放散を抑えるため
に、熱伝導率の小さい材料であるTi等を用いて一対の電
極を含む上部導電性薄膜5を形成する(第1図
(b))。更に図示していないが、電極のリード線引き
出し部分(パッド)にはAuを蒸着しておく。次に、パッ
シベーション膜としてSiO2やSi3N4からなる上部絶縁保
護膜6をスパッタ法やCVD法により形成し続いて上部絶
縁保護膜6のパッド部7をエッチングで除去する。その
後、下部絶縁保護膜2,下部導電性薄膜3,サーミスタ薄膜
4,上部導電性薄膜5,上部絶縁保護膜6からなる複合膜の
発熱部直下の基板1を部分的に異方性エッチングするこ
とにより発熱部分の熱容量が小さくなり、高速応答性が
得られ且つ熱量が基板1へ容易に放散しないので低消費
電力化が図られる(第1図(c))。シリコンのエッチ
ャントにはEpw(エチレンジアミン,ピロカテコール,
水の混合液)やKOH水溶液が使われる。またサーミスタ
薄膜材料によっては、製造プロセスの都合上第2図に示
すように下部導電性薄膜3が一対の電極を成す構造が望
ましい場合がある。このとき、第2図(d)に示すよう
にサーミスタ薄膜4が上部導電性薄膜5の下だけにあっ
てもよい。以上述べたような電極構造は、サーミスタ薄
膜が上下の導電性薄膜に狭まれたいわゆるサンドイッチ
型である。通常のサンドイッチ型電極は第7図に示すよ
うに、上部導電性薄膜5がサーミスタ薄膜4の段差をカ
バーする必要があり、サーミスタ薄膜4が厚い場合充分
にカバーされにくいことや、製造プロセスが面倒である
という問題を有していた。本実施例による電極構造で
は、サーミスタ薄膜4内の電流経路が同じ膜厚の通常型
電極のそれの2倍になるが、サーミスタ薄膜4の段差を
カバーする必要がなく、またエッチングによる導電性薄
膜の形成が可能である。
このような複合膜は同一基板上に2つ以上並設されてお
り、上下の導電性薄膜で狭まれた部分のサーミスタ薄膜
4が通電によって100℃〜200℃に自己発熱する。第3図
は本実施例のセンサ素子の構造断面図(パッド部は図示
せず)であり、別のシリコンウェーハにハーフエッチン
グによって凹陥部を2つ以上設け、一方にエッチングよ
って小さい貫通孔が形成された遮蔽体8が、低融点ガラ
スや樹脂接着剤を用いて複合膜が載置されている基板1
の上面に接合される。第1の複合膜9は流速の影響を受
けないように、小さい貫通孔を通して外界に露呈されて
いて、例えば空気中の湿度変化により複合膜の熱の放散
状態が変わり、サーミスタ薄膜のインピーダンスが変化
する。それに対して第2の複合膜10は、基板1と遮蔽体
8間の乾燥空気中に気密封止され、外界の湿度変化の影
響を受けない。また周囲温度が変動したとき、第1の複
合膜のサーミスタ薄膜のインピーダンスは変化するが、
第2の複合膜のサーミスタ薄膜のそれも同様に変化する
ので、温度補償が行なわれ、外界の湿度を正確に検知す
ることが可能である。この場合従来例のように缶によっ
て封止するよりも本実施例のように小型の遮蔽体8を用
いた方が、素子全体の熱容量を小さくでき、外気温の変
動に対する両サーミスタ薄膜の追従応答性は速くなる。
上記実施例のセンサ素子は、複合膜の形成や基板のエッ
チングそして遮蔽体8のエッチングや基板1との接合ま
で一貫してウェーハ単位のバッチ処理ができる為、量産
に適し安価に製造され得る。基板や遮蔽体としてシリコ
ン以外にガリウム−ヒ素等のIII−V族化合物半導体を
用いることも可能であり、さらに複合膜の形状をそれぞ
れ第4図または第5図に示すような片持ち梁(カンチレ
バー)状、ダイアフラム状にしてもよい。第4図,第5
図はそれぞれ本発明の他の実施例を示すセンサ素子の構
成断面図であり第3図と同一符号は同一内容を示す。こ
の他、同様な原理でガスセンサが得られる。ガス種の選
択性が必要な場合は、ガス選択透過膜を遮蔽体の貫通孔
に設けたり、ガスクロマトグラフィーに用いられるよう
なカラムによるガス種の分離が考えられる。参照用の封
入ガスは、検知ガス種に応じて適宜選択してもよい。ま
た同一基板上に複数個の複合膜を設け、湿度・ガス複合
センサを形成することも可能である。また貫通孔を大き
くして流速センサとしての利用も可能である。他に複合
膜上に金黒等を蒸着したセンサ素子は、赤外線センサと
して応用できる。この場合、以上のセンサとは異なりサ
ーミスタ薄膜は加熱されず、赤外線照射によるサーミス
タ薄膜の温度上昇を検知する。シリコンは赤外線を透過
するので参照側の遮蔽体上に赤外線反射膜もしくは吸収
膜を形成する必要がある。また同様に複合膜上に酵素固
定化膜を形成したセンサ素子は、酵素と反応する酵素反
応物質(基質)を反応熱によって検知する酵素サーミス
タセンサとすることができる。
<発明の効果> 本発明によるセンサ素子はGe,Si,SiCなどのような比抵
抗値の高いサーミスタ薄膜を、いずれか一方に一対の電
極を有する上下の導電性薄膜で挟むことにより、上下の
導電性薄膜による製造時の位置合わせずれによるインピ
ーダンス変化が少なくなり、低インピーダンス化が図ら
れ、通常のサンドイッチ型電極で問題の生じ易い段差カ
バーを必要とせず、また製造が容易になる利点を有す
る。また基板上に順次積層された下部絶縁保護膜,下部
導電性薄膜,サーミスタ薄膜,上部導電性薄膜,上部絶
縁保護膜からなる複合膜を、その直下の基板を部分的に
エッチングすることにより橋梁(ブリッジ)状,片持ち
梁(カンチレバー)状,ダイアフラム状に成形して発熱
部分の熱容量を小さくすることができ、小型の一体成形
の遮蔽体によりさらに熱容量を小さくできるので、高速
応答性が得られ、低消費電力化が可能となった。また本
センサ素子は、複合膜の形成や基板のエッチング及び遮
蔽体のエッチングや基板との接合まで一貫してウェーハ
単位のバッチ処理ができる為、量産に適し均一な素子を
安価に製造し得るため、素子選別を不要にすることが可
能である。その上センサ素子が小型であるため実用性が
高く且つ外気温の変動に対する追従性が良いという利点
を有する。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の1実施例であるブリッジ型
センサ素子の製造方法を示す構造断面図である。第3図
は複合膜をブリッジ状にした本発明の実施例を示すセン
サ素子の構造断面図である。第4図及び第5図は、複合
膜がそれぞれ片持ち梁(カンチレバー)状,ダイアフラ
ム状である本発明の他の実施例を示すセンサ素子の構造
断面図である。第6図は、従来のサーミスタ湿度センサ
の構造断面図である。第7図は、通常のサンドイッチ型
電極の構造断面図である。 1……基板、2……下部絶縁保護膜、3……下部導電性
薄膜、4……サーミスタ薄膜、5……上部導電性薄膜、
6……上部絶縁保護膜、7……パッド部、8……遮蔽
体、9……第1の複合膜、10……第2の複合膜、11……
サーミスタビード、12……白金導線、13,14……缶。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板の一部分が異方性エッチングされてな
    る橋梁状、片持ち梁、あるいはダイアフラム状に成型加
    工された支持体上に、絶縁膜、下部電極となる下部導電
    性薄膜、サーミスタ薄膜、上部電極となる上部導電性薄
    膜が順次積層された複合膜が2つ並設され、これら2つ
    の複合膜に対応するように独立の空隙部を有するように
    加工された一体成形の遮蔽体が前記基板に固着され、第
    1の複合膜は前記遮蔽体に配設された貫通孔を介して外
    界に露呈され且つ被検知量の変化に伴って前記サーミス
    タ薄膜の電気的特性が変化し、第2の複合膜は前記遮蔽
    体により気密封止されていることを特徴とするセンサ素
    子。
  2. 【請求項2】前記上部電極または前記下部電極のいづれ
    か一方の電極が一対の電極を構成し、該一対の電極は対
    峙する他方の電極と重なり合うようにしてなることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項に記載のセンサ素子。
  3. 【請求項3】前記基板及び前記遮蔽体はシリコンまたは
    III−V族化合物半導体を主としてなる特許請求の範囲
    第1項又は第2項記載のセンサ素子。
  4. 【請求項4】前記サーミスタ薄膜は、Ge,Si,SiC,TaN,Co
    −Mo複合酸化物,またはBaTiO3である特許請求の範囲第
    1項記載のセンサ素子。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06100568B2 (ja) * 1989-09-05 1994-12-12 シャープ株式会社 雰囲気センサ
JPH07117428B2 (ja) * 1991-12-17 1995-12-18 三菱重工業株式会社 薄膜センサ
JP5070627B2 (ja) * 2008-08-28 2012-11-14 矢崎総業株式会社 ガスセンサ
JP2014178137A (ja) * 2013-03-13 2014-09-25 Mitsubishi Materials Corp 湿度センサ
JP6685789B2 (ja) * 2016-03-24 2020-04-22 ヤマハファインテック株式会社 ガスセンサ
CN109239137B (zh) * 2018-09-17 2019-12-06 中国矿业大学 一种微型甲烷传感器及甲烷检测方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6014149A (ja) * 1983-07-05 1985-01-24 Sharp Corp 絶対湿度検知装置
US4542650A (en) * 1983-08-26 1985-09-24 Innovus Thermal mass flow meter
JPS61201148A (ja) * 1985-03-04 1986-09-05 Richo Seiki Kk 発熱体支持構造

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6014149A (ja) * 1983-07-05 1985-01-24 Sharp Corp 絶対湿度検知装置
US4542650A (en) * 1983-08-26 1985-09-24 Innovus Thermal mass flow meter
JPS61201148A (ja) * 1985-03-04 1986-09-05 Richo Seiki Kk 発熱体支持構造

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