JPH09318569A - 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

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JPH09318569A
JPH09318569A JP13630596A JP13630596A JPH09318569A JP H09318569 A JPH09318569 A JP H09318569A JP 13630596 A JP13630596 A JP 13630596A JP 13630596 A JP13630596 A JP 13630596A JP H09318569 A JPH09318569 A JP H09318569A
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JP
Japan
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sensor
substrate
single crystal
gas sensor
insulating film
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JP13630596A
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English (en)
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Takahiro Morita
恭弘 森田
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Tokyo Gas Co Ltd
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Tokyo Gas Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 加熱のためのヒータにおける消費電力が少な
くて済むようにセンサ部が熱絶縁されたガスセンサを提
供するとともに、基板表面に形成されたセンサ部がエッ
チング液に浸されることなく、センサ部をチップ上の他
の部分から熱的に分離することができるガスセンサの製
造方法を提供することである。 【解決手段】 本発明によるガスセンサは、単結晶Si
基板1の表面にフィールド絶縁膜2およびゲート絶縁膜
3が形成され、このゲート絶縁膜3を用いてセンサ部が
形成され、このセンサ部の下方部分の単結晶Si(島状
部10)の周囲の単結晶Siが取り除かれることによっ
て、前記センサ部の下方部分の単結晶Si(島状部1
0)が他の部分の単結晶Siから島状に独立するととも
に前記センサ部が前記フィールド絶縁膜2によって支持
され、前記センサ部が前記基板1上の他の部分から熱絶
縁されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はガスセンサおよびそ
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から、ガスセンサとしては、ガス感
応膜の仕事関数の変化によるFETのしきい値電圧の変
化によってガス濃度を測定しようとするFETガスセン
サ等が知られている。FETガスセンサとしては、たと
えば、MISFET(金属−絶縁膜−半導体型FET)
のゲート金属としてPdを用いてPd−SiO2 −Si
構造を有し、各種ガスの濃度を検出するガスセンサが従
来から知られている。
【0003】この種のガスセンサは加熱することによっ
て応答性の向上等の効果が得られるため、センサ部をた
とえば100〜200℃程度に加熱して使用することが
望ましい。そこで、従来はセンサ部を加熱するためのヒ
ータを設け、このヒータに電流を流すことによってセン
サ部を加熱して使用していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、センサ部は
チップ上のごく一部分であるが、センサ部とチップが一
体化していて熱が伝わり易いために、センサ部を加熱す
るとチップ全体も同時に加熱する結果となり、センサ部
のみを加熱することができない。そのため、センサ部を
加熱する熱がチップを介してチップ固定台等に拡散して
しまうため、加熱するのはセンサ部のみでよいのにかか
わらず、余分な熱が必要となりヒータによる消費電力が
大きなものになってしまっていた。
【0005】一方、ガスセンサを熱的に絶縁するため
に、センサ部の周囲の基板をエッチングしようとする
と、基板全体をエッチング液に浸してしまうことにな
り、基板表面に形成されたセンサ部の素子がエッチング
液に浸されることになってしまう。このため、特に、ゲ
ート金属のPd等がエッチング液により変質し、センサ
として使い物にならなくなってしまう。
【0006】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
ので、加熱のためのヒータにおける消費電力が少なくて
済むようにセンサ部が熱絶縁されたガスセンサを提供す
るとともに、基板表面に形成されたセンサ部がエッチン
グ液に浸されることなく、センサ部を基板上の他の部分
から熱的に分離することができるガスセンサの製造方法
を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によるガスセンサは、単結晶Si基板の表
面に絶縁膜が形成され、この絶縁膜の一部を用いてセン
サ部が形成され、このセンサ部の下方部分の単結晶Si
の周囲の単結晶Siが取り除かれることによって、前記
センサ部の下方部分の単結晶Siが他の部分の単結晶S
iから島状に独立するとともに前記センサ部が前記絶縁
膜によって支持され、前記センサ部が前記基板上の他の
部分から熱絶縁されていることを特徴とする。
【0008】また、本発明によるガスセンサの製造方法
は、単結晶Si基板の表面に絶縁膜を形成し、この絶縁
膜の一部を用いてセンサ部を形成し、前記基板の裏面の
うち前記センサ部の下方部分と前記センサ部の下方部分
の周囲を除く部分とにエッチングに対する保護膜を形成
し、前記基板の表面のセンサ部がエッチング液にさらさ
れることがないように前記基板の裏面から異方性エッチ
ングを行って前記センサ部の下方部分の単結晶Siの周
囲の単結晶Siを取り除き、前記センサ部の下方部分の
単結晶Siが他の部分の単結晶Siから島状に独立する
とともに前記センサ部が前記絶縁膜によって支持される
ようにし、前記センサ部を前記基板上の他の部分から熱
絶縁することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明を図面に基づいて説
明する。
【0010】図1ないし図5は、本発明によるガスセン
サの製造方法の一実施の形態を説明する図であり、ガス
センサを製作する基板の断面図である。
【0011】まず、図1に示すように、p型Siの基板
1の表面にSiO2 のフィールド絶縁膜2およびゲート
絶縁膜3を形成するとともに、基板1の裏面にSiO2
の保護膜4および5を形成する。基板1は面方位(10
0)の単結晶Siであり、その表面のゲート絶縁膜3の
部分に後に示すようにMOSFETを製作し、センサ部
となる。保護膜4は、基板1の裏面であってゲート絶縁
膜3に対向する位置に、センサ部よりもやや大きめに形
成される。保護膜5は、保護膜4の周囲に、保護膜4と
所定の間隔を置いて形成される。
【0012】次に、図2に示すように、センサ部を構成
するMOSFETを製作する。すなわち、不純物を導入
してn型のソース7とドレイン8を形成するとともに、
ゲート6を形成する。ゲート6にはPdが用いられる。
また、ヒータ9は不純物導入による拡散層であり、この
ヒータ9は電流を流すことにより発熱し、センサ部を加
熱することができる。なお、本発明によるガスセンサは
MOSFET型ガスセンサに限らずMISFET型ガス
センサに適用できることは言うまでもない。
【0013】次に、図3に示すように、基板1の裏面か
らエッチング処理を行う。エッチング液としてはKOH
やTMAH等のSiエッチング液を用い、このエッチン
グ液に基板1の裏面のみを浸す。このとき、基板1の表
面にエッチング液がまわり込まないようにガードしてお
く。保護膜4および5はSiO2 に限定されるものでは
なく、エッチング液に浸食されなければよいので、たと
えばSi34 等であってもよい。このエッチングは単
結晶Siの(111)面に対しては他の面と比較してエ
ッチング速度が非常に遅い異方性エッチングである。
【0014】エッチングが進行すると、図4に示すよう
に、保護膜5の上方部分は残り、保護膜4の上方部分が
エッチングされていく。
【0015】さらにエッチングが進行すると、図5に示
すように、保護膜4は剥離し、基板1のうちセンサ部の
下方部分が残って基板1の他の部分と分離された島状部
10となるので、この状態でエッチングをやめる。この
ようにすることによりセンサ部を熱絶縁することがで
き、ヒータ9による熱がセンサ部以外の部分に拡散する
ことがないため、ヒータ9によりセンサ部を加熱するた
めの消費電力が少なくて済む。
【0016】図6は図3に示した基板1を裏面から見た
斜視図である。
【0017】上述したように、本発明で用いるエッチン
グ処理は単結晶Siの(111)面に対するエッチング
速度が非常に遅い異方性エッチングであるため、基板1
を裏面からエッチングしていくと、単結晶Siの(11
1)面が現れている部分はほとんどエッチングされな
い。図6における2つの(111)面の境界部分には凸
状態になっている辺aと凹状態になっている辺bが存在
し、辺bのような凹部分では(111)面でエッチング
が停止する。しかし、辺aのような凸部では(111)
面が現れていてもエッチングが進行する性質があり、図
4ないし図5に示すように島状部10が残るようなエッ
チング処理を行うことができる。
【0018】図7ないし図11は、本発明によるガスセ
ンサの製造方法の別の実施の形態を説明する図であり、
ガスセンサを製作する基板の断面図である。
【0019】まず、図7に示すように、p型Siの基板
11の表面にSiO2 のフィールド絶縁膜12およびゲ
ート絶縁膜13を形成するとともに、基板11の裏面に
SiO2 の保護膜14および15を形成する。基板11
は面方位(100)の単結晶Siであり、その表面のゲ
ート絶縁膜13の部分に後に示すようにMOSFETを
製作し、センサ部となる。保護膜14は、基板11の裏
面であってゲート絶縁膜13に対向する位置に、センサ
部よりもやや大きめに形成される。保護膜15は、保護
膜14の周囲に、保護膜14と所定の間隔を置いて形成
される。
【0020】次に、図8に示すように、センサ部を構成
するMOSFETを製作する。すなわち、不純物を導入
してn型のソース17とドレイン18を形成するととも
に、ゲート16を形成する。ゲート16にはPdが用い
られる。また、ヒータ19はたとえば堆積した多結晶S
i層をパターニングしたものであり、このヒータ19は
電流を流すことにより発熱し、センサ部を加熱すること
ができる。なお、本実施の形態によるガスセンサもMO
SFET型ガスセンサに限らずMISFET型ガスセン
サに適用できることは言うまでもない。
【0021】次に、図9に示すように、基板11の裏面
からエッチング処理を行う。エッチング液としてはKO
HやTMAH等のSiエッチング液を用い、このエッチ
ング液に基板11の裏面のみを浸す。このとき、基板1
1の表面にエッチング液がまわり込まないようにガード
しておく。保護膜14および15はSiO2 に限定され
るものではなく、エッチング液に浸食されなければよい
ので、たとえばSi34 等であってもよい。このエッ
チングは単結晶Siの(111)面に対しては他の面と
比較してエッチング速度が非常に遅い異方性エッチング
である。
【0022】エッチングが進行すると、図10に示すよ
うに、保護膜15の上方部分は残り、保護膜14の上方
部分がエッチングされていく。
【0023】さらにエッチングが進行すると、図11に
示すように、保護膜14は剥離し、基板11のうちセン
サ部の下方部分が残って基板11の他の部分と分離され
た島状部20となるので、この状態でエッチングをやめ
る。このようにすることによりセンサ部を熱絶縁するこ
とができ、ヒータ19による熱がセンサ部以外の部分に
拡散することがないため、ヒータ19によりセンサ部を
加熱するための消費電力が少なくて済む。
【0024】なお、以上説明した発明の実施の形態にお
いては、センサ部のゲート絶縁膜3、13にSiO2
用いたが、本発明はこれに限られるものではなく、たと
えばSi34 等を用いてもよい。
【0025】また、基板1、11、ソース7、17、ド
レイン8、18の導電型は逆でも構わないのは言うまで
もない。
【0026】また、上述の発明の実施の形態において
は、ガスセンサがMISFET型のガスセンサの場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限られるものではな
く、たとえばガスセンサがMISダイオード型のガスセ
ンサであっても構わない。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加熱のためのヒータにおける消費電力が少なくて済むよ
うにセンサ部が熱絶縁されたガスセンサを提供すること
ができる。
【0028】また、基板表面に形成されたセンサ部がエ
ッチング液に浸されることなく、センサ部をチップ上の
他の部分から熱的に分離することができるガスセンサの
製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるガスセンサの製造方法の一実施の
形態を説明する図である。
【図2】本発明によるガスセンサの製造方法の一実施の
形態を説明する図であり、図1に続く工程を説明する図
である。
【図3】本発明によるガスセンサの製造方法の一実施の
形態を説明する図であり、図2に続く工程を説明する図
である。
【図4】本発明によるガスセンサの製造方法の一実施の
形態を説明する図であり、図3に続く工程を説明する図
である。
【図5】本発明によるガスセンサの製造方法の一実施の
形態を説明する図であり、図4に続く工程を説明する図
である。
【図6】図6は図3に示した基板1を裏面から見た斜視
図である。
【図7】本発明によるガスセンサの製造方法の別の実施
の形態を説明する図である。
【図8】本発明によるガスセンサの製造方法の別の実施
の形態を説明する図であり、図7に続く工程を説明する
図である。
【図9】本発明によるガスセンサの製造方法の別の実施
の形態を説明する図であり、図8に続く工程を説明する
図である。
【図10】本発明によるガスセンサの製造方法の別の実
施の形態を説明する図であり、図9に続く工程を説明す
る図である。
【図11】本発明によるガスセンサの製造方法の別の実
施の形態を説明する図であり、図10に続く工程を説明
する図である。
【符号の説明】
1、11 基板 2、12 フィールド絶縁膜 3、13 ゲート絶縁膜 4、5、14、15 保護膜 6、16 ゲート 7、17 ソース 8、18 ドレイン 9、19 ヒータ 10、20 島状部

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 単結晶Si基板の表面に絶縁膜が形成さ
    れ、該絶縁膜の一部を用いてセンサ部が形成され、該セ
    ンサ部の下方部分の単結晶Siの周囲の単結晶Siが取
    り除かれることによって、前記センサ部の下方部分の単
    結晶Siが他の部分の単結晶Siから島状に独立すると
    ともに前記センサ部が前記絶縁膜によって支持され、前
    記センサ部が前記基板上の他の部分から熱絶縁されてい
    ることを特徴とするガスセンサ。
  2. 【請求項2】 前記ガスセンサがMISFET型センサ
    であることを特徴とする請求項1に記載のガスセンサ。
  3. 【請求項3】 前記ガスセンサがMISダイオード型セ
    ンサであることを特徴とする請求項1に記載のガスセン
    サ。
  4. 【請求項4】 単結晶Si基板の表面に絶縁膜を形成
    し、該絶縁膜の一部を用いてセンサ部を形成し、前記基
    板の裏面のうち前記センサ部の下方部分と前記センサ部
    の下方部分の周囲を除く部分とにエッチングに対する保
    護膜を形成し、前記基板の表面のセンサ部がエッチング
    液にさらされることがないように前記基板の裏面から異
    方性エッチングを行って前記センサ部の下方部分の単結
    晶Siの周囲の単結晶Siを取り除き、前記センサ部の
    下方部分の単結晶Siが他の部分の単結晶Siから島状
    に独立するとともに前記センサ部が前記絶縁膜によって
    支持されるようにし、前記センサ部を前記基板上の他の
    部分から熱絶縁することを特徴とするガスセンサの製造
    方法。
  5. 【請求項5】 前記ガスセンサがMISFET型センサ
    であることを特徴とする請求項4に記載のガスセンサの
    製造方法。
  6. 【請求項6】 前記ガスセンサがMISダイオード型セ
    ンサであることを特徴とする請求項4に記載のガスセン
    サの製造方法。
JP13630596A 1996-05-30 1996-05-30 ガスセンサおよびその製造方法 Withdrawn JPH09318569A (ja)

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