JPS58103653A - Gas sensor and its production - Google Patents

Gas sensor and its production

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Publication number
JPS58103653A
JPS58103653A JP20277681A JP20277681A JPS58103653A JP S58103653 A JPS58103653 A JP S58103653A JP 20277681 A JP20277681 A JP 20277681A JP 20277681 A JP20277681 A JP 20277681A JP S58103653 A JPS58103653 A JP S58103653A
Authority
JP
Japan
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gas sensor
film
thin layer
gas
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP20277681A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Abe
阿部 惇
Kuni Ogawa
小川 久仁
Masahiro Nishikawa
雅博 西川
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP20277681A priority Critical patent/JPS58103653A/en
Publication of JPS58103653A publication Critical patent/JPS58103653A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
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Abstract

PURPOSE:To obtain a small sized and durable sensor which consumes less electric power and has high accuracy by holding a semiconductor thin film differing in conductivity from a semiconductor substrate in space on said substrate, providing a gas sensitive film through an insulating material on the semiconductor thin film, and heating only the semiconductor thin film. CONSTITUTION:A hole 9' is provided to a support 9 of ceramics and an SiO2 film is beforehand formed on the interfaces 12', 12'' of a silicon substrate 1'- 1'' and the support 9 in such a way that there is a silicon thin film 2 doped with B at >=7X10<19>cm<-3> on the hole 9''; thereafter, a p type silicon layer (much smaller in conductivity than the layer 2) is formed thereon. An insulating film (SiO2) 7 is formed on the film 2, and a gas sensitive film 5 of metallic oxide such as SnO2 of ultrafine particles is formed on the film 7. Electrodes 3', 3'' for heating only the film 5 to high temp. are provided in the openings 8', 8'' of the film 7, and electrodes 6', 6'' for the purpose of measuring the electrical characteristics of the film 5 are provided. Thus, only the thin film 2 is heated by which the film 5 is heated to the necessary high temp. and the small sized sensor having high accuracy and good durability is obtained without deterioration by chemical combination of the electrodes and Si.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は改良されたガスセンサおよびそoa造方法にか
かシ、とくに低消費電力でしかも応答速度が速く、均一
な特性を有し、高精度、高信頼性を実現しゃすい超小形
ガスセンサを提供しようとするものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an improved gas sensor and SOA manufacturing method, which has particularly low power consumption, fast response speed, uniform characteristics, and realizes high precision and high reliability. The aim is to provide a lightweight, ultra-small gas sensor.

現在ガスセンサとしては焼結体、厚膜形、薄膜形、超微
粒子膜形など各種のタイプについての提案が行なわれて
いる。
Currently, various types of gas sensors are being proposed, including sintered bodies, thick film types, thin film types, and ultrafine particle film types.

この中で1本発明者が、たとえば特願昭63−1030
26号で提案している超微粒子膜形は他のタイプのも7
のに比べてガス感度が最も大きい。
Among these, one of the present inventors, for example, patent application No. 63-1030
The ultrafine particle film type proposed in No. 26 is similar to other types 7
It has the highest gas sensitivity compared to

一般にこれらの半導体形ガスセンサは精度に問題がある
と言われている。本発明者はその原因について詳細に検
討した結果、ガス感応体あるいはガス感応膜の動作温度
のバラツキも大きな要因の一つであることがわかった。
Generally, these semiconductor gas sensors are said to have a problem with accuracy. The inventor of the present invention conducted a detailed study on the cause and found that one of the major factors is variation in the operating temperature of the gas sensitive body or gas sensitive membrane.

そこで本発明者は、たとえば実願昭55−182434
号、実願昭66−182435号において、超微粒子ガ
ス感応性膜の動作温度を高精度に制御する方法について
提案した。この提案では、現在の超LSI製造に用いら
れている微細加工技術門そのまま利用して超微粒子ガス
感応性膜を有するガスセンサを製造できるので、他のタ
イプのものに比べて、小形であり、寸法精度などの均一
性も非常にすぐれている。
Therefore, the present inventor has proposed, for example, Utility Model Application No. 55-182434.
No. 66-182435, we proposed a method for controlling the operating temperature of an ultrafine particle gas-sensitive membrane with high precision. With this proposal, it is possible to manufacture a gas sensor with an ultrafine particle gas-sensitive film using the same microfabrication technology currently used in VLSI manufacturing, so it is smaller and smaller than other types of sensors. The accuracy and uniformity are also very good.

そして動作温度を制御することができるようになつたた
めに、結果として高精度になるだけでなく。
And because we can now control the operating temperature, we not only end up with higher precision.

形状1寸法を小さくしたことによる熱容量の低下によっ
て、ガス感応性膜の加熱応答時間が短縮されるだけでな
く、消費電力も低下させることができた。
The reduction in heat capacity due to the reduction in one dimension of the feature not only shortened the heating response time of the gas-sensitive membrane, but also reduced power consumption.

しかしながら1本発明者の行った従来の提案においても
未解決の問題点が残されていた。その問題点について第
1図を用いて説明する。
However, even in the conventional proposal made by the present inventor, unresolved problems remained. The problem will be explained using FIG. 1.

なお図(IL)は上面図、図(b)は図(&)のムーム
′における断面図である。
Note that Figure (IL) is a top view, and Figure (b) is a sectional view at Moom' in Figure (&).

図に示すように、p形シリコン基板1がアルミナなどの
支持体9に接着され、 8i0z膜7を介して。
As shown in the figure, a p-type silicon substrate 1 is bonded to a support 9 such as alumina through an 8i0z film 7.

超微粒子ガス感応性膜6が設けられている。3′。An ultrafine particle gas sensitive membrane 6 is provided. 3′.

3′は基板1に電力を印加するための電極 4’、 4
’。
3' is an electrode for applying power to the substrate 1; 4', 4;
'.

4″′は感応性膜6の電気抵抗あるいは電気容量などの
電気的特性を測定するための電極である。さて、加熱す
る必要があるのは、ガス感応性膜6の部分のみであるが
、第1図に示した従来例の場合には、シリコン。基板1
全体が加熱されてしまうという点と、基板1で発生した
熱がアルミナなどで形成されたセラミック製支持体を伝
わって逃げてしまうという点が問題であった。消費電力
をさらに低下させ、かつガス感応性膜6のみは数百°C
という高温まで加熱させるという相矛盾する課題を解決
する必要にせまられていた。
Reference numeral 4'' is an electrode for measuring electrical characteristics such as electrical resistance or capacitance of the sensitive membrane 6. Now, only the part of the gas-sensitive membrane 6 needs to be heated; In the case of the conventional example shown in FIG.
The problems were that the entire structure was heated and that the heat generated in the substrate 1 was transmitted through the ceramic support made of alumina or the like and escaped. Further reduces power consumption, and only the gas-sensitive membrane 6 can be heated to several hundred degrees Celsius.
There was an urgent need to solve the contradictory problem of heating to such high temperatures.

また第1図に示した従来例においては、ガス感応性膜6
を数百°Cに加熱しようとすると、電極3′。
Furthermore, in the conventional example shown in FIG.
If you try to heat it to several hundred degrees Celsius, electrode 3'.

3# とシリコン基板1との界面(a’、 a’部分)
も数百℃まで加熱されてしまうので、長時間経過すると
、シリ2コンと電極材料との間にできた合金層(Pt−
8i、Mo−8i、ムu −8i系など)が経時変化を
おこし、電極S/、 S#の性能が劣化してしまうとい
う点も解決されずに残されていた課題であった。
Interface between 3# and silicon substrate 1 (a', a' part)
Because the metal is heated to several hundred degrees Celsius, over a long period of time, the alloy layer (Pt-
Another problem that remained unsolved was that the performance of electrodes S/ and S# deteriorated due to changes in the performance of electrodes S/ and S# (such as Mo-8i, Mo-8i, and Mu-8i systems).

本発明は従来におけ不以上のような課題を解決すること
ができるもので、すなわち、本発明のガスセンサを用い
れば、消費電力をさらに低下させ、かつガス感応性膜6
のみは数百℃という高温まで加熱させる゛という、従来
のガスセンサに残された相矛盾する課題を一挙に解決す
ることができ、また本発明のガスセンサでは、第2図か
らも明らかなように、電極3’、 3’、部分の温度は
、感応性膜60部分の温度に比べて極端に低くできるの
で、従来のガスセ/すにおける電極劣化の問題も同時に
解決され、したがって長期安定性にすぐれた高信頼性ガ
スセンサの実現が可能になる。
The present invention can solve the above-mentioned problems in the past. That is, by using the gas sensor of the present invention, power consumption can be further reduced, and the gas sensitive membrane 6 can be used.
The contradictory problems remaining in conventional gas sensors, such as heating the gas to high temperatures of several hundred degrees Celsius, can be solved all at once, and as is clear from FIG. 2, the gas sensor of the present invention Since the temperature of the electrodes 3', 3' can be made extremely low compared to the temperature of the sensitive membrane 60, the problem of electrode deterioration in conventional gas stations is solved at the same time, resulting in excellent long-term stability. It becomes possible to realize a highly reliable gas sensor.

以下に本発明の詳細な説明する。The present invention will be explained in detail below.

第2図は本発明のガスセンサの一実施例を示すものであ
る。図(IL)は上面図1図(b)は図(IL)のムー
ム′における断面図1図(0)は下面図である。第1図
の従来例と同一の機能の部分については同一番号を付し
重複的説明は避けることとする。なお、第2図(IL)
においては簡単のために、第2図(b)に示した超微粒
子ガス感応性膜6の部分を図示していない。
FIG. 2 shows an embodiment of the gas sensor of the present invention. Figure (IL) is a top view; Figure (b) is a sectional view at Moum' in Figure (IL); Figure (0) is a bottom view. Portions having the same functions as those of the conventional example shown in FIG. 1 will be given the same reference numerals to avoid redundant explanation. In addition, Figure 2 (IL)
For the sake of simplicity, the part of the ultrafine particle gas-sensitive film 6 shown in FIG. 2(b) is not shown.

さて第2図に示した本発明のガスセンサはたとえば第1
図に示した従来のガスセンサと比べて2つの大きな相異
点がある。
Now, the gas sensor of the present invention shown in FIG.
There are two major differences compared to the conventional gas sensor shown in the figure.

′第1は薄層2を基板1’、1’間に架橋させた点であ
る。第2図からも明らかなように、薄層2部分の抵抗値
が基板1’、1”部分の抵抗値と比べて大きいので、端
子s1. a#間に印加された電力によって薄層2の部
分を局部的に発熱させ易い。また基板1’、1’と支持
体9との接触面積も狭いので支持体を介して放熱される
熱量も少なくなりその分だけ消費電力も少なくなる。
'The first is that the thin layer 2 is bridged between the substrates 1', 1'. As is clear from Fig. 2, the resistance value of the thin layer 2 portion is larger than the resistance value of the substrate 1' and 1'' portions, so the electric power applied between the terminals s1.a# causes the thin layer 2 to It is easy to generate heat locally. Also, since the contact area between the substrates 1', 1' and the support body 9 is narrow, the amount of heat radiated through the support body is reduced, and power consumption is reduced accordingly.

第2は電極3’、 3’と基板1’、1’間の8’、 
8’部分に形成された合金層の部分の温度を薄層2部分
の温度に比べて低くできるので、電極の劣化を防止する
ことができる。
The second is 8' between the electrodes 3', 3' and the substrates 1', 1';
Since the temperature of the alloy layer formed in the 8' portion can be made lower than the temperature of the thin layer 2, deterioration of the electrode can be prevented.

以上の説明から明らかなように1本発明のガスセンサに
おいては、ガス感応性膜6のみを数百℃まで加熱し、し
かも消費電力を少なくすることができる。さらに好都合
なことには8’、 8’部分の温度は従来の場合のよう
に数百°Cまで上昇することがないので電極の劣化も防
止することができる。
As is clear from the above description, in the gas sensor of the present invention, only the gas-sensitive membrane 6 can be heated to several hundred degrees Celsius, and power consumption can be reduced. Further advantageously, the temperature of the portions 8' and 8' does not rise to several hundred degrees Celsius as in the conventional case, so deterioration of the electrodes can be prevented.

なお、電極3’、 3’を12’、 12’  部分に
形成し、基板1’、11’を介して加熱電力を印加して
もよい。
Note that the electrodes 3', 3' may be formed at the 12', 12' portions, and heating power may be applied via the substrates 1', 11'.

さらに消費電力を少なくするために支持体9に開孔9′
を設けている。この開孔は後述するように基板1’、1
’部分を選択的に残し、薄層2を架橋させた構造のガス
センサを製造するときにも有効なものとなる。
In order to further reduce power consumption, holes 9' are formed in the support 9.
has been established. These openings are formed in the substrates 1' and 1 as described later.
It is also effective when manufacturing a gas sensor having a structure in which the thin layer 2 is crosslinked by selectively leaving the ' portion.

第3図は本発明のガスセ/すの他の実施例を示すもので
ある。図(II)は上面図1図(b)は下面図である。
FIG. 3 shows another embodiment of the gas station of the present invention. Figure (II) is a top view, and Figure (b) is a bottom view.

シリコン基板1の裏面からエツチングすることにより選
択的に薄層1o部分を設けである。すなわち、第2図に
示した実施例では薄層2が基板1’、1’間に架橋され
た構造になっているのに対して、基板の一部分に薄層2
が設けられた構造に表っている。第2図の実施例に比べ
て、シリコン基板11′、11’  の部分が余分に残
されているので熱容量がその分だけ大きくなるという点
では不利になるが、一方製造工程における取扱いが容易
になるlいう点では有利である。第2図の実施例では薄
層2の機械的強度の点から、薄層2を形成してから基板
(’、1’を支持体9に接着しようとすると堆扱いに留
意する必要があるが、第3図の実施例では、基板11’
、11’の部分が存在するので、たとえばシリコンウェ
ハ内に選択的エツチングにより多数の薄層10の部分を
形成したのち、スクライビングによシ個々のチップに分
割し、しかるのち支持体9に接着させるようにしても取
扱い上何ら問題がないのが製造上の大きな利点である。
The thin layer 1o is selectively formed by etching the silicon substrate 1 from its back surface. That is, in the embodiment shown in FIG. 2, the thin layer 2 is bridged between the substrates 1', 1', whereas the thin layer 2 is formed on a part of the substrate.
This is reflected in the structure provided with. Compared to the embodiment shown in FIG. 2, since the silicon substrates 11' and 11' are left extra, this is disadvantageous in that the heat capacity increases accordingly, but on the other hand, it is easier to handle in the manufacturing process. This is an advantage. In the embodiment shown in FIG. 2, from the viewpoint of the mechanical strength of the thin layer 2, it is necessary to take care in handling the substrate if the thin layer 2 is formed and then the substrate (', 1') is bonded to the support 9. , in the embodiment of FIG. 3, the substrate 11'
. A major advantage in manufacturing is that there is no problem in handling even if this is done.

なお、第2図の実施例の場合と同様に電極3’、 3’
をシリコン基板側に形成してもよい。
Incidentally, as in the embodiment shown in FIG. 2, the electrodes 3', 3'
may be formed on the silicon substrate side.

なお、第3図(IL)では簡単のために省略しであるが
、第1図、第2図に示したガス感応性膜6は。
Although omitted in FIG. 3 (IL) for the sake of simplicity, the gas-sensitive membrane 6 shown in FIGS. 1 and 2 is omitted.

はぼ薄層10の上部に設けることが望ましい。It is desirable to provide it on top of the thin layer 10.

さらに、第3図に示した実施例の変形について述べる。Furthermore, a modification of the embodiment shown in FIG. 3 will be described.

支持体9に開孔9′を設けない場合には薄層10の部分
と支持体9との間に空気の層ができるので、加熱された
薄層部分からの放熱が少なくなる。したがって支持体9
に穴9′を設けるが設けないかは1本発明のガスセンサ
の設置場所、支持体の構造、熱伝導率などから総合判断
することによシ、消費電力を最小にするという観点から
決めればよい。
If the support 9 is not provided with the openings 9', an air layer will be formed between the thin layer 10 and the support 9, so that less heat will be radiated from the heated thin layer. Therefore support 9
Whether or not to provide the hole 9' in the gas sensor can be decided based on comprehensive judgment from the installation location of the gas sensor of the present invention, the structure of the support, thermal conductivity, etc., and from the viewpoint of minimizing power consumption. .

なお、第3図(IL)からも明らかなように、電極3′
Furthermore, as is clear from FIG. 3 (IL), the electrode 3'
.

3#間に電圧を印加した場合、薄層10の部分だけでな
く、基板1.j’、’11’  の部分にも電流が流れ
てしまう。
When a voltage is applied across 3#, not only the thin layer 10 but also the substrate 1. Current also flows through the portions j' and '11'.

薄層1oの部分を局部的に加熱するという主旨からすれ
ば、 11’、11’  部分に流れる電流を少なくす
ることが好ましい。したがってこの部分の電気抵抗の値
が高いことが好ましい。抵抗値を大きくする第1の方法
は11’、11’  部分を可能なかぎり小さくするこ
とである。さらに小さくするためには、11’、 ’1
1’部分を上面、下面あるいは側面からエツチングする
ことによシ゛一部分除去することである。
Considering the purpose of locally heating a portion of the thin layer 1o, it is preferable to reduce the current flowing through the portions 11' and 11'. Therefore, it is preferable that this portion has a high electrical resistance value. The first method of increasing the resistance value is to make the portions 11' and 11' as small as possible. To make it even smaller, 11', '1
1' is partially removed by etching it from the top, bottom or side.

第2の方法は、電気的に見かけ上11’、 11.’部
分の抵抗値を大きくする方法である。たとえば他の部分
がp形シリコンであるのに対して、11′。
The second method is electrically apparently 11', 11. This is a method of increasing the resistance value of the ' part. For example, 11' while the other parts are p-type silicon.

11′部分の一部分あるいは全域がn形になるように構
成することである。あるいはn影領域にも電極を設けて
、p形とn影領域との間に逆バイアスを印加するように
してもよい。
A part or the entire area of the portion 11' is configured to be n-type. Alternatively, an electrode may also be provided in the n-shaded region to apply a reverse bias between the p-type and n-shaded regions.

第3の方法は基板に接着したのち、 11’、11’部
分0みを”1″に1り除去L?Ltう方法である。
The third method is to adhere to the board and then remove the parts 11' and 11' by 1 per "1". This is the method.

第4の方法は薄層2あるいは10部分の不純物濃度を選
択的に制御することによって他の部分に比べてその部分
の抵抗値を選択的に低くする方法である。
A fourth method is to selectively control the impurity concentration in the thin layer 2 or 10 portion to selectively lower the resistance value of that portion compared to other portions.

第5の方法については第4図を用いて説明する。The fifth method will be explained using FIG. 4.

薄層1oの1部分(点線で図示)を完全に基板1′。A portion of the thin layer 1o (shown in dotted lines) is completely covered with the substrate 1'.

1′、11′、11′から分離してしまう。チップの表
面違いに大きいし、熱伝導率も桁違いに小さいので。
1', 11', and 11'. It is larger than the surface of the chip, and its thermal conductivity is also an order of magnitude lower.

開孔12’、12’ を介して薄層1oに電極3’、 
3’を設けて電圧を印加するならば局部ヒータとするこ
とができる。
Electrodes 3' are applied to the thin layer 1o through the holes 12', 12'.
If 3' is provided and a voltage is applied, it can be used as a local heater.

以上に述べた実施例において、第4図に示した実施例を
除いては電極S/ 、 S#、を上面に設けることは必
ずしも必要でない。支持体9に設けた電極(図示せず)
に基板1’、1’の部分を介して電圧を印加することも
可能である。この場合には電極3′。
In the embodiments described above, except for the embodiment shown in FIG. 4, it is not necessarily necessary to provide the electrodes S/ and S# on the top surface. Electrodes provided on support 9 (not shown)
It is also possible to apply a voltage to the parts of the substrate 1', 1'. In this case electrode 3'.

3′を設ける必要がないのでその分だけチップ面積する
ことが望ましい。
Since there is no need to provide 3', it is desirable to increase the chip area by that amount.

以上に述べた実施例において、たとえば電極3′。In the embodiments described above, for example electrode 3'.

3′間に一定電流を流し、端子間電圧を測定することに
よシ、電極a/、 a#間の抵抗値および抵抗への印加
電力を演算によシ求めることができる。一方、薄層2の
抵抗値は一定の温度依存性を示すので。
By flowing a constant current between electrodes 3' and measuring the voltage between the terminals, the resistance value between electrodes a/a and a# and the power applied to the resistor can be calculated. On the other hand, the resistance value of the thin layer 2 shows a certain temperature dependence.

抵抗値を測定することにより薄層部分の温度を知ること
ができる。薄層2の抵抗値の温度依存性をあらかじめ記
憶させておき、抵抗値の実測値と記憶値とを比較するこ
とによシ、薄層2の温度を知ることができる。同様にし
て薄層に印加される加熱電力あるいは加熱温度と、被検
−ガスの各種濃度における前記感応性膜の電気的特性と
の相関関係をい4ったん記憶させ、しかるのち前記電気
的特性の実測値と記憶値とを比較することにょシ被検ガ
スを検知・することができる。      −以上に述
べたように本発明のセンサではガス感応性膜の動作温度
を動作状態において高精度に検知できるだけでなく、高
精度に制御することができるという実用上価値の大きい
特長を有している。
By measuring the resistance value, the temperature of the thin layer portion can be determined. The temperature dependence of the resistance value of the thin layer 2 is stored in advance, and the temperature of the thin layer 2 can be determined by comparing the measured resistance value with the stored value. Similarly, the correlation between the heating power or heating temperature applied to the thin layer and the electrical properties of the sensitive film at various concentrations of the gas to be tested is once memorized, and then the electrical properties The test gas can be detected by comparing the actual measured value with the stored value. - As mentioned above, the sensor of the present invention not only can detect the operating temperature of the gas-sensitive membrane in the operating state with high precision, but also has the feature of great practical value in that it can control it with high precision. There is.

また、以上の実施例において加熱ヒータは温度センサを
兼用することを述べたが、ヒータとは別の位置に雰囲気
温度を検出するだめの温度センサを設け、雰囲気温度に
よる変化分を演算処理にょシ補正することもできる。
Furthermore, in the above embodiments, it has been mentioned that the heater also serves as a temperature sensor, but a temperature sensor for detecting the ambient temperature is provided at a separate location from the heater, and changes due to ambient temperature can be calculated and processed. It can also be corrected.

第6図に示したのは、第3図を用いて説明した実施例の
他の変形例である。薄層2が曲折したパターン(点線)
となっている。このようなことは第2図、第4図の場合
にも実施可能である。この場合には薄層部分の抵抗値を
パターン形状によっても設定することができるのが設計
上の利点である。ガス感応性膜6を設ける部分の抵抗値
を局部的に高く、できるのでよシ局部的に加熱すること
ができる点でも有利である。
What is shown in FIG. 6 is another modification of the embodiment described using FIG. Curved pattern of thin layer 2 (dotted line)
It becomes. This kind of thing can also be implemented in the cases of FIGS. 2 and 4. In this case, a design advantage is that the resistance value of the thin layer portion can also be set by the pattern shape. It is also advantageous in that the resistance value of the portion where the gas-sensitive film 6 is provided can be locally increased, allowing for localized heating.

以上の説明からも明らかなように本発明の主旨を損わな
い範囲において種々の変形が考えられるのはいうまでも
ない。たとえば薄層2の厚さを局部的に変えることもで
きる。
As is clear from the above description, it goes without saying that various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. For example, it is also possible to vary the thickness of the thin layer 2 locally.

つぎに本発明のガスセンサを得るための製造勇退につい
て述べる。
Next, the manufacturing process for obtaining the gas sensor of the present invention will be described.

薄層2および基板1/、 1#を構成する材料としてシ
リコンを用いる場合の例について説明する。
An example in which silicon is used as the material constituting the thin layer 2 and the substrates 1/, 1# will be described.

たとえば、エチレンジアミン・ピロカテコールの水溶液
(17mlエチレンジアミン、sml水−3gピロカテ
コール)によって、ボロンを含むシリコンのく1oo〉
方向のエツチング速度は、ボロン濃にカs 2 x 1
o” aa−″”−6x 1o”ax−” (抵抗率:
10−1〜1o2Ω−cIII)ノ範囲ではほぼs o
 pm/brと一定値を示すことが知られている。〈1
oO〉シリコンを1度角度研磨したサンプルを前記エツ
チング液で10分間エツチングしたときのエツチング深
さを観測すると、シリコン中で電気的に活性なポロン原
子の濃度が、7×1019cIIr3 以上になると急
激にエツチング速度が遅くなることが知られている。こ
の限界濃度以下の場合にはp形。
For example, an aqueous solution of ethylenediamine/pyrocatechol (17ml ethylenediamine, sml water - 3g pyrocatechol) can be used to remove silicone containing boron.
The etching speed in the direction is s 2 x 1
o"aa-""-6x 1o"ax-" (Resistivity:
In the range of 10-1 to 1o2Ω-cIII), it is almost so
It is known that it shows a constant value of pm/br. <1
oO〉When observing the etching depth when a sample of silicon polished at a one-degree angle was etched for 10 minutes with the above etching solution, it was found that when the concentration of electrically active poron atoms in silicon exceeds 7×1019cIIr3, the etching depth increases. It is known that the etching speed becomes slower. If the concentration is below this limit, it is p-type.

n形ともに、はぼ一定速度のエツチングが行なわれるこ
とも知られている。
It is also known that etching is performed at a nearly constant rate for both n-type etching.

本発明、の製造方法は以上に述べた現象を利用すること
によって効果的に実施できる。第2図を用いて、具体的
に述べる。薄層2の部分が選択的に7 X 10” 9
(1’1Ir5  以上のボロン濃度を有している(図
示せず)ことが必要である。
The manufacturing method of the present invention can be effectively implemented by utilizing the phenomenon described above. This will be explained in detail using FIG. Part of thin layer 2 is selectively 7 x 10” 9
(It is necessary to have a boron concentration of 1'1Ir5 or more (not shown).

第2図(0)に示すように穴9′を有する支持体9上に
r形薄層2が形成されたp形シリコン基板を接着する。
As shown in FIG. 2(0), a p-type silicon substrate on which an r-type thin layer 2 has been formed is adhered onto a support 9 having a hole 9'.

支持体としてはシリコンのエツチング液に対して耐食性
を有し、しかも高抵抗率の材料。
The support is made of a material that is resistant to corrosion by silicone etching solutions and has high resistivity.

たとえばアルミナなどで構成されていることが好ましい
。また第2図(b)には図示してい々いが、支持体9と
基板との間のたとえば境界部12’、12’の部分に、
エツチングを実行する以前に、あらかじめ5102膜な
どの耐食性の被膜を形成しておいてもよい。SiO2膜
はほとんどエツチングされないので、穴9′側からシリ
コン基板をエツチングしたときに、異方性エツチングに
より境界部12′。
For example, it is preferably made of alumina. Furthermore, as shown in FIG. 2(b), for example, at the boundary parts 12', 12' between the support body 9 and the substrate,
Before etching, a corrosion-resistant film such as 5102 film may be formed in advance. Since the SiO2 film is hardly etched, when the silicon substrate is etched from the hole 9' side, the boundary part 12' is etched by anisotropic etching.

12′の上部のシリコン基板1′、1″が選択的に残さ
れる。
The silicon substrate 1', 1'' on top of 12' is selectively left.

接着状態によって12’、12’の部分を規定してもよ
い。。
The portions 12' and 12' may be defined depending on the state of adhesion. .

の 次に製造方法他の実施例について第6図を用いて説明す
る。105〜116℃の前記エツチング液(75m1エ
チレンジアミン、 24m1水、12gピロカテコール
)中で、<100>方向のp形シリコン基板中に不純物
としてリンが拡散された薄層2に、電極3′あるいは3
′を介して正の電圧を印加し、前記エツチング液中の白
金電極に負の電圧を印加して、すなわち電極間に0.6
 V程度の電圧を印加した状態でエツチングすることに
よりn形薄層2を残して、p影領域のみをエツチングす
ることができる。たとえば厚さ1μ諺以下の薄層を精度
よく形成することができる。このときのp形のエツチン
グ速度は1.26−1.76μl/分であることが知ら
れている。このときn影領域は6人/分以下しかエツチ
ングされないことも知られている。
Next, a manufacturing method and other embodiments will be described using FIG. 6. In the etching solution (75 ml of ethylene diamine, 24 ml of water, 12 g of pyrocatechol) at 105 to 116° C., an electrode 3' or 3
', and a negative voltage is applied to the platinum electrode in the etching solution, i.e. 0.6
By performing etching while applying a voltage of approximately V, it is possible to leave the n-type thin layer 2 and etch only the p-shaded region. For example, a thin layer with a thickness of 1 μm or less can be formed with high precision. It is known that the p-type etching rate at this time is 1.26-1.76 μl/min. It is also known that at this time, the n-shadow area is etched by less than 6 people/minute.

ところで、第2図(0)に示すように、シリコン薄層2
0幅W′はシリコン基板1’ 、、 1’の幅Wに比べ
て狭くなっている。このような構造を実現するためには
、前記のエツチングを実行する以前に第6図のn形薄層
2のうち、第2図(0)の13’、13’部分の薄層部
分をあらかじめp形に変換しておくこと懸装である。あ
るいは前記のエツチングを実行する以前に13’、 1
3”部分のSiO2膜とその下部のn形薄層部分とをあ
らかじめ除去しておくことが必要である。そのときには
第2図(C)の構造になる。以上の説明からも明らかな
ように不純物濃度だけでなく、エツチングで残されるパ
ターンによっても抵抗値を適宜設定できる。
By the way, as shown in FIG. 2(0), the silicon thin layer 2
The zero width W' is narrower than the width W of the silicon substrates 1', . In order to realize such a structure, before performing the above-mentioned etching, the thin layer portions 13' and 13' in FIG. 2(0) of the n-type thin layer 2 in FIG. It is important to convert it to p-type. Alternatively, before performing the above etching, 13', 1
It is necessary to remove the 3" portion of the SiO2 film and the n-type thin layer below it in advance. In that case, the structure shown in FIG. 2(C) will be obtained.As is clear from the above explanation, The resistance value can be appropriately set not only by the impurity concentration but also by the pattern left by etching.

電極s/、 31は前記エツチングを実行する以前に形
成してもよいし、エツチング終了後形成してもよい。あ
るいはシリコンをエツチングする際に電極表面を塗膜で
被覆しておいて、エツチング終了後塗膜を除去するよう
にしてもよい。
The electrodes s/, 31 may be formed before the etching is performed, or may be formed after the etching is completed. Alternatively, the electrode surface may be coated with a coating film when etching silicon, and the coating film may be removed after etching is completed.

第6図においては図示されていないが、たとえば基板1
′あるいは1′の上部のp影領域で分離されたn形島状
薄層部分に通常のIC回路あるいは記憶素子などを形成
してもよいことはいうまでもないO 以上に述べた実施例はシリコンについて示しているがG
a45sなどの他の半導体材料を用いても本発明を実施
することができる。
Although not shown in FIG. 6, for example, the substrate 1
It goes without saying that a normal IC circuit or a memory element may be formed in the n-type island-like thin layer portion separated by the p-shaded region on the upper part of ' or 1'. It shows silicon, but G
Other semiconductor materials such as a45s can also be used to practice the invention.

さて、率2図におけるガス感応性膜6はガス中蒸発法を
用いて形成された超微粒子膜で構成される。このような
ガス感応性超微粒子膜の製造方法については、たとえば
特願昭53−100620号などにおいてすでに提案し
たが、これを選択的に特定の位置に形成するために、た
とえばメタルマスクを用いることができる。第2図(I
L)を用いて説明すると、電極4’ 、 4 ’I 4
”’  が形成されている領域以外の部分を被覆するメ
タルマスクを用いれば1選択的にたとえばSn酸化物超
微粒子膜6を形成することができる。
Now, the gas-sensitive film 6 in Figure 2 is composed of an ultrafine particle film formed using an evaporation method in a gas. A method for manufacturing such a gas-sensitive ultrafine particle film has already been proposed, for example, in Japanese Patent Application No. 100620/1982, but in order to selectively form it at specific positions, it is possible to use, for example, a metal mask. I can do it. Figure 2 (I
L), electrodes 4', 4'I 4
By using a metal mask that covers the area other than the area where the ``'' is formed, it is possible to selectively form the Sn oxide ultrafine particle film 6, for example.

ガス感応性膜としてガス中蒸発法によ多形成され゛た超
微粒子膜以外にも、従来から知られている各種ガス感応
性膜を用いても本発明の主旨が損われないことはいうま
でもないし、以上に説明した各種の実施例の組み合せ、
あるいは変形が考えられることもいうまでもない〇 ところで本発明者がたとえば特願昭64−68138号
において提案したように、超微粒子ガス感応性膜の動作
温度を変えることにより同一の感応膜で異った複数のガ
スを検知することができる。本発明のガスセンサでは感
応部およびヒータ部を微小化できるので、たとえば複数
の感応膜を近接して設けそれぞれの動作温度を変えて所
定の温度で定常動作させることが実用的に可能になった
。したがって複数個のガス感応性膜を同一状態で動作さ
せてガス検知を行うことにより検知確度および精度を向
上させることができるだけでなく、少なくとも1つを室
温付近で動作させることにより湿度を検知することがで
きる。
It goes without saying that the gist of the present invention will not be impaired even if various conventionally known gas-sensitive films can be used as the gas-sensitive film in addition to the ultrafine particle film formed by the evaporation method in gas. There is no combination of the various embodiments described above,
It goes without saying that deformation is also possible. By the way, as the present inventor proposed in Japanese Patent Application No. 64-68138, by changing the operating temperature of the ultrafine particle gas-sensitive membrane, the same sensitive membrane can be changed. can detect multiple gases. In the gas sensor of the present invention, the sensitive part and the heater part can be miniaturized, so it has become practical to provide, for example, a plurality of sensitive films in close proximity and to vary the operating temperature of each to operate steadily at a predetermined temperature. Therefore, not only can detection accuracy and precision be improved by operating multiple gas-sensitive membranes in the same state for gas detection, but also humidity can be detected by operating at least one of them near room temperature. I can do it.

本発明のガスセンサでは、薄層2を用いることにより加
熱電力を低下させることができただけでなく、ガス感応
性膜として超微粒子膜を用いることにより膜内体の熱容
量も小さくできた。ガス感応性膜を定常状態で動作させ
るだけでなく、所定の温度領域の間で昇温・降温させて
動作させるときにも熱応答速度が桁違いに速くなった分
だけ実用上の価値が向上した。
In the gas sensor of the present invention, not only was it possible to reduce the heating power by using the thin layer 2, but also the heat capacity of the membrane inner body could be reduced by using the ultrafine particle membrane as the gas-sensitive membrane. The practical value is improved by an order of magnitude faster thermal response speed when the gas-sensitive membrane is operated not only in a steady state but also when the temperature is raised and lowered within a predetermined temperature range. did.

以上述べたように本発明のガスセンサ社低消費電力、高
速応答性、高精度、高信頼性などのすぐれた特徴を有し
、しかも均一に縮小形に製造することができるので工業
的価値の太きいものである。
As mentioned above, the gas sensor of the present invention has excellent features such as low power consumption, high-speed response, high precision, and high reliability, and can be manufactured uniformly in a reduced size, so it has great industrial value. It's a beautiful thing.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第 ンサの一実施例を示すもので、このうち図(&)は上面
図1図(b)は図(IL)のムーム′における断面図、
図(0)は下面図である。第3図(&) 、 Cb)は
本発明のガスセンサの他の実施例を示すもので、このう
ち図(IL)は上面図1図(b)は下面図である。第4
図は第3図(&)。 (b)に示した実施例の一変形例を示す上面図、第6図
は同じく第3図(a) 、 (b)に示した実施例の他
の変形例を示す上面図、第6図は本発明のガスセンサの
製造方法を説明するための断面図である。 感応性膜用)、6・・・・・・ガス感応性膜、e’、e
’・・・・・・電極(ワイヤボンデング用)、7・・・
・・・8i02膜。 9・・・・・・支持体、9′・・・・・・開孔(支持体
の) 、 S/ 、 S#・・・・・・開孔(SiO2
膜の)。 :1図 C′ 109′ 第4図
Figure (&) is a top view, Figure (b) is a cross-sectional view at Moum' in Figure (IL), and
Figure (0) is a bottom view. FIG. 3(&), Cb) shows another embodiment of the gas sensor of the present invention, in which FIG. 3(IL) is a top view and FIG. 1(b) is a bottom view. Fourth
The figure is Figure 3 (&). FIG. 6 is a top view showing a modification of the embodiment shown in FIGS. 3(a) and 6(b), and FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the method of manufacturing a gas sensor of the present invention. (for sensitive membrane), 6... Gas sensitive membrane, e', e
'... Electrode (for wire bonding), 7...
...8i02 membrane. 9...Support, 9'...Opening (of the support), S/, S#...Opening (SiO2
of the membrane). :1 Figure C'109' Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)半導体基板の少なくとも一部分に前記基板によっ
て空間に保持される半導体層を有し、前記薄層上に絶縁
物膜を介してガス感応性膜を有し、かつ前記薄層に電力
を印加する手段と、前記感応性膜の電気的特性を計測す
る手段とを有することを特徴とするガスセンサ。  1 (2))薄層に印加される加熱用電力あるいは加熱温度
と、被検ガスの各種濃度における感応性膜の電気的特性
との相関関係を記憶手段にいったん記憶させ、しかるの
ち電気的特性の実測値と記憶値とを比較することによシ
被検ガスを検知するよう構成されたことを特徴とする特
許請求の範囲第1項に記載のガスセンサ。 (3)感応性膜が超微粒子で構成された膜であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のガスセンサ。 (4)基板および薄層がシリコンからなることを特徴と
する特許請求の範囲第1項に記載のガスセンサ。 (@ 薄層を構成するシリコンが不純物として7×10
19cIr3以上のポロンを含むことを特徴とする特許
請求の範囲第4項に記載のガスセンサ。 (6)薄層と電板とが互いに異なる導電形であることを
特徴とする特許請求の範囲第1項に記載のガスセンサ。 (′7)薄層が基板中への不純物の熱拡散またはイオン
注入された層、または基板上へのエピタキシアル成長層
であることを特徴とする特許請求の範囲第1、項に記載
のガスセンサ。 (8)薄層のほぼ中央部分の面積が大きくなるように形
成されていることを特徴とする特許請求の範囲第11項
に記載のガスセンサ。 (9)基板が薄層の電気抵抗に比べて高抵抗である支持
体上に接着されていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項に記載の゛ガスセンサ。 (10)支持体が開孔を有することを特徴とする特許請
求の範囲第9項に記載のガスセンサ。 (11)薄層が複数個配設されたことを特徴とする特許
請承の範囲第1項、第8項あるいは第9項に記載のガス
センサ。 (12)複数個の薄層上にそれぞれ配設されたガス感応
性膜のうち少なくとも1′)が湿度を検知するよう構成
されたことを特徴とする特許請求の範囲第11項に記載
のガスセンサ。 (13)絶縁物膜−が形成された半導体基板の一部を選
択的に゛エツチングすることにょシ、前記基板によ多空
間に保持された半導体薄層を形成し、しかるのちガス中
蒸発法にょシ前記薄層上に超微粒子で構成されたガス感
応性膜を形成することを特徴とするガスセンサの製造方
法。
Scope of Claims: (1) A semiconductor layer has a semiconductor layer held in space by the substrate in at least a portion of the semiconductor substrate, and a gas-sensitive film is provided on the thin layer with an insulating film interposed therebetween; A gas sensor comprising means for applying electrical power to the thin layer and means for measuring electrical characteristics of the sensitive membrane. 1 (2)) The correlation between the heating power or heating temperature applied to the thin layer and the electrical characteristics of the sensitive film at various concentrations of the test gas is stored in the storage means, and then the electrical characteristics are stored. 2. The gas sensor according to claim 1, wherein the gas sensor is configured to detect a gas to be detected by comparing an actual measured value and a stored value. (3) The gas sensor according to claim 1, wherein the sensitive film is a film made of ultrafine particles. (4) The gas sensor according to claim 1, wherein the substrate and the thin layer are made of silicon. (@ Silicon constituting the thin layer is 7×10 as an impurity.
The gas sensor according to claim 4, characterized in that it contains a poron of 19cIr3 or more. (6) The gas sensor according to claim 1, wherein the thin layer and the electric plate have different conductivity types. ('7) The gas sensor according to claim 1, wherein the thin layer is a layer in which impurities are thermally diffused or ion-implanted into the substrate, or a layer epitaxially grown on the substrate. . (8) The gas sensor according to claim 11, wherein the thin layer is formed so that the area approximately at the center thereof is large. (9) The gas sensor according to claim 1, wherein the substrate is adhered to a support having a higher electrical resistance than the thin layer. (10) The gas sensor according to claim 9, wherein the support has an opening. (11) The gas sensor according to claim 1, 8, or 9, characterized in that a plurality of thin layers are provided. (12) The gas sensor according to claim 11, wherein at least one of the gas-sensitive films disposed on each of the plurality of thin layers (1') is configured to detect humidity. . (13) By selectively etching a part of the semiconductor substrate on which the insulating film has been formed, a semiconductor thin layer held in multiple spaces is formed on the substrate, and then evaporation in gas is performed. A method for manufacturing a gas sensor, comprising forming a gas-sensitive film made of ultrafine particles on the thin layer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62145150A (en) * 1985-12-13 1987-06-29 ゼネラル モ−タ−ズ コ−ポレ−シヨン Gas-sensor device
CN109239137A (en) * 2018-09-17 2019-01-18 中国矿业大学 A kind of miniature methane transducer and CH_4 detection method

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