JPS61275648A - マイクロガスセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔激業上の利用分野〕 本発明は、微細にして消費電力の小さな多機能を有する
マイクロガスセンサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来のガスセンサは、表１に示すように酸化物半導体が
中心で、その測定方式は大別して電気抵抗式と非電気抵
抗式の二種類がおる。現在商用化されているもののほと
んどが電気抵抗式で、これらは８ｎＯ２、ＺｎＯなどの
酸化物材料で素子を作り、その電気抵抗値からガス濃度
を知る方式で半導体素子とガスとの相互作用が牛導体表
面にとどまるか、内部まで及ぶかにより、表面制御盤か
バルク制御盤に分けることができる。

また、非電気抵抗式はガスの吸着や反応などによる半導
体の仕事関数を直接的あるいは間接的にガス検出に利用
する方式で、具体的には金属／半導体接合ダイオード素
子や金属ゲートに用いたＭＯ８１Ｆ１１：Ｔ素子を作り
、それらの整流特性やトランジスタ作用などがガスとの
接触で変化することを利用している。

第５図に上記の従来の半導体菓子の例を示す。

図（ａｔは焼結体素子を示し、符号３０は電極兼ヒータ
、３１は酸化物半導体でおる。また、図（ｂｌは薄膜素
子を示し、３２は電極、３３はヒータ、３４は絶縁体基
板である。また、図（ｃｌは多層構造体素子を示し、３
５は触媒層（Ｖ−Ｍｏ−ＡＩｔｏ＝）、、３６はＺｎＯ
層、５７はｔ＆、３８はリード線、３９はヒータ、４０
は絶縁管である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

これら従来の牛導体素子の共通する欠点は、６００〜４
００℃に加熱するヒータが必要であることであり、それ
ゆえに￥Ｌ−シリコン基板上でセンサー子とその情報処
理用の周辺回路あるい燻別機能のセンナとの集積化を図
ることが困難であった。

これまで、シリコン基板上で微細加工によって作製した
ガスセンサの例としてＢａＯ２を用いたものがある　〔
第６２回応用物理学会陶演予槁集３１Ｐ−Ａ−３（１９
８５年）〕。これ鑞、ｆ９１基板上に８　ｉ　ｏ、膜を
形成し、その上にｒｔ展のヒーター、検出リード及びポ
ンディング電極パターンを配置し、ヒーター、検出リー
ド部分の蓄熱効果を上げるためにこの部分の下層部の８
１１／アンダーカツトエツチングし、空間を設け、　８
ｎＯ１をガス感応膜としてヒーター、検出リード間く形
成したものであり、低“電力、高速応答を実現している
。

しかしながらヒーターによる熱のために情報処理用の周
辺回路あるいは別機能のセンサとの集積化が困難である
欠点は解消されていない。

本発明の目的は、シリコン基板上で１１＋！１加工によ
り作製したガスセンサにおいて、ヒーターの熱により情
報処理用の周辺回路あるいは別機能のセンナとの集積化
が困難であった点を解決したマイクロガスセンサを提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、ガス感応膜とヒーター及びそれらのｔ′＆か
らなるガス感応部と、それらの情報を処理する周辺回路
あるいは別機能のセンナとの間に、シリコン基板を凹凸
状に微細加工した放熱部を設け、ヒーターの熱が周辺回
路あるいは別機能のセンサへ入らないようにすることを
最も主要な特徴としている。

〔作用〕

本発明によれば、ガス感応部と周辺回路るるいは別機能
のセンナと集積化でき、ガスセンサがより小製化、低１
ｉ費電力化が可能となり、さらに他のセンナとの複曾化
により、高度の機能を持ったガスセンナが実現できる。

〔実施例１〕 第１図、第２図は本発明の第一の実施例を説明する図で
あって、図中１は熱酸化によって８１０゜が表面にコー
トされているシリコン基板、２は白金電極、３は白金温
度計、４は白金ヒータ、５は酸化物子導体８ｎＯ１のガ
ス感応膜、６はシリコンの選択エツチングで形成された
放熱部、７はヒートシンクである。

この白金温度計、と複合化されたマイクロガスセンサは
、白金ヒータ４の温度が４００℃自ｔＩ後でメタン、エ
タン、プロパン、ブタン、水素等の可燃ガスに対するガ
スセンナとなり、白金温度計３で温度を監視することに
より、火災センナとしても匍〈複合センサである。白金
ヒータ４の温度が１５０°別後では空気中の湿度に対す
るセンサとして働き白金温度計３からの温度と廿ぜて、
相対湿度を知ることができる湿度センサとなる。また、
当然、温度を監視することにより火災センナにもなる。

一般に酸化物子導体から構成されるガスセンサは、酸化
働手導体を４００℃前後に加熱する必要があり、比較的
低温で動作する湿度センナでも１５０℃罰後で加熱する
必要があるため、別機能を持つ他のセンナと同一基板で
複合化することは困難であった。これを可能とするため
に６で示す放熱部を形成した。この効果をさらに詳しく
説明するため、第１図の断面図を第２図に示す。ガスセ
ンサのヒータ４から発生する熱はシリコン基板ｌの下に
接した′Ｍ製のヒートシンク７に吸収されるが、基板ｌ
に平行な方向にも伝導する。シリコンを選択エツチング
で櫛状に微細加工して表面積を多くした構造の放熱部６
により基板ｌに平行な方向への熱伝導を大串に低下させ
ることが可能となった。従来の技術では、ヒータを必要
とするガスセ／すと同一基板上で他の別機能を有するセ
ンナと集積化することは困難であったが本発明により可
能となった。

なお、放熱部６の形成方法としては、プラズマＯＶＤ法
により作製したＳｉ、Ｎ４　膜をマスク材として、櫛状
の凹部分にホトレジストを用いて窓をおけ、ＫＯＨ溶液
（ＫＯＨ４４＆Ｗ、Ｈｌｏ　　１００ｄ、８５℃）で選
択エツチングする。なお、シリコン基板は（１１Ｇ）面
をウェハ面とした単結晶基板を用いる。

〔実施例２〕 第３図、第４図は本発明の第二の実施例を説明する図で
６つ曵、１〜７は第一の実施例と同一構成要素を示し、
８はＬＥＴを搭載したチップ、９は７リツプチツプボン
デイングにおけるはんだパンダ、１０は熱伝導の惑い高
分子コート、１１はワイヤボンディングにおけるア、Ｉ
ｌ／（ワイヤでめる。

このマイクロガスセンサは、センナの情報を処理する周
辺回路なＩ、８ｒチツプとして同一基板内に集積させた
もので、ヒータ４の熱が白金温度計３とＴ、、８ｒチツ
プ８の双方へ伝導しないように、シリコンを選択エツチ
ングして作製した櫛状の放熱ｓ６をガス感応ｇＸ５とヒ
ータ４及びそれらの電＠２の周囲に設けている。また、
第４図に示すように、ヒートシンク７において、白金温
度計３及びＬ８ｒチップ８の部分に熱伝導の悪い高分子
膜ｌＯを設け、ヒートシンク７からの熱の逆流を防いで
いる。また放熱部６により基板１に平行な方向の熱の伝
導を防いでいる。

このような構造になっているから、ヒータ４を持つガス
センサと情報処理用の周辺回路おるいは別機能のセンナ
との集積化が可能となった。

なお、上の例では、シリコン基板１とＬＳＴチップ８の
配線ははんだバンプ９を用いた７リツグチツズボンデイ
ング方式を用いている。この接続は、ビームリード方式
を用いても可能でおる。また、ガスセンナの白金電極２
とＬ８ｒチップ８の配線はムｌ配線１１を用いたワイヤ
ボンディング方式で行っている。

〔発明の効果〕

以上説明したように、ガスセンサにおいて、ガス感応膜
とヒータ及びそれらの電極からなるガス感応部と、上記
ガス感応部からの情報を処理する周辺回路部るるいは別
機能のセンナ部との間に、櫛形の放熱部を設けたので、
基板に平行な方向の熱伝導を阻止することができる。ま
た従来から利用されているヒートシンクを併用すれば、
基板−垂直方向に熱を逃すことができ、周辺回路あるい
は別機能のセンサとの集積化が可能となり、値組で消費
電力が小さく多機能のマイクロガスセンサを提供し得る
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例の平面図、第２図は第１
図の■−ロ線断面図、第３図は本発明の第二の実施例の
平面図、第４図は第３図のｋＶ−１’／線断面図、第５
図（ａ）、（ｂｌ、（Ｑ）は従来のガスセンサの例を示
す図である。 ｌ・・・・・シリコン基板、２・・・・・白金電極、３
・・・・・白金温度計、４・・・・・白金ヒータ、５・
・・・・ガス感応膜、６・・・・・放熱部、７・・・・
・ヒートシンク、８・・・・・−８丁チップ、９・・・
・・はんだバンプ、１０・・・・・高分子膜、ｌｌ・・
・・・ＡＪｌ配線。 第２図 第５図 （Ｃ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリコン基板上で微細加工によって作製したガスセンサ
   において、ガス感応膜とヒータ及びそれらの電極からな
   るガス感応部と上記ガス感応部からの情報を処理する周
   辺回路部あるいは別機能のセンサ部との間に、シリコン
   基板に少なくとも一つ以上の凹凸形状を微細加工した櫛
   形の放熱部を設けたことを特徴とするマイクロガスセン
   サ。