JPH06167472A - ガスセンサの電極構造及びその製造方法 - Google Patents
ガスセンサの電極構造及びその製造方法Info
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- JPH06167472A JPH06167472A JP34325892A JP34325892A JPH06167472A JP H06167472 A JPH06167472 A JP H06167472A JP 34325892 A JP34325892 A JP 34325892A JP 34325892 A JP34325892 A JP 34325892A JP H06167472 A JPH06167472 A JP H06167472A
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 感応膜用電極又は感温膜用電極と加熱用抵抗
体との間の位置合わせを工程を省略し、素子全体を微小
化し、また消費電力を低減する。 【構成】 ガラス製絶縁基板１上にＷ製の加熱用抵抗体
２を形成し、この上にＳiＯ2製絶縁体３、Ｗ製感応膜用
電極形成材料、仮被膜の順に三層の被膜を形成する。次
にエッチングによって仮被膜の全て及び感応膜用電極形
成材料のうち加熱用抵抗体２の上面に掛かる部分を除去
すると、加熱抵抗体２と感応部電極４ａ、４ｂとの位置
関係が自動的に決まる。さらにこの上に感応膜５を形成
してガスセンサの電極構造とする。
体との間の位置合わせを工程を省略し、素子全体を微小
化し、また消費電力を低減する。 【構成】 ガラス製絶縁基板１上にＷ製の加熱用抵抗体
２を形成し、この上にＳiＯ2製絶縁体３、Ｗ製感応膜用
電極形成材料、仮被膜の順に三層の被膜を形成する。次
にエッチングによって仮被膜の全て及び感応膜用電極形
成材料のうち加熱用抵抗体２の上面に掛かる部分を除去
すると、加熱抵抗体２と感応部電極４ａ、４ｂとの位置
関係が自動的に決まる。さらにこの上に感応膜５を形成
してガスセンサの電極構造とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は金属酸化物半導体に対す
るガスの吸脱着による抵抗値の変化を利用し、且つ加熱
用素子を有するガスセンサの電極構造及びその製造法に
関する。
るガスの吸脱着による抵抗値の変化を利用し、且つ加熱
用素子を有するガスセンサの電極構造及びその製造法に
関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体式ガスセンサはシート状、
線状又はコイル状の加熱体を基板等の支持体上に形成
し、感応部であるガス感応膜（半導体膜）及びこの感応
膜の抵抗を測定する電極は上記加熱体と相対する別の基
板面に置くか、又は加熱体上に絶縁物を挟んでその上に
重ねる三層構造としていた。
線状又はコイル状の加熱体を基板等の支持体上に形成
し、感応部であるガス感応膜（半導体膜）及びこの感応
膜の抵抗を測定する電極は上記加熱体と相対する別の基
板面に置くか、又は加熱体上に絶縁物を挟んでその上に
重ねる三層構造としていた。
【０００３】また従来品は感応部と加熱体との間にアル
ミナ基板等を挟んだ構造か、あるいは加熱体の上に絶縁
層及び感応部を積層した構造であったため、測温部を感
応部に接して設置することが困難であり、温度測定を行
わないか又は測温部を感応部から離れた位置に置いてい
た。
ミナ基板等を挟んだ構造か、あるいは加熱体の上に絶縁
層及び感応部を積層した構造であったため、測温部を感
応部に接して設置することが困難であり、温度測定を行
わないか又は測温部を感応部から離れた位置に置いてい
た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の構造上、感応部
を加熱するために支持体基板全体を加熱する方法が考え
られたがエネルギーロスが大きかった。また感応部のみ
を加熱する機構のものも存在したが、加熱用抵抗体と基
板との接触面積が大きいため熱が基板側へ逃げ、結局無
駄なエネルギーを消費していた。
を加熱するために支持体基板全体を加熱する方法が考え
られたがエネルギーロスが大きかった。また感応部のみ
を加熱する機構のものも存在したが、加熱用抵抗体と基
板との接触面積が大きいため熱が基板側へ逃げ、結局無
駄なエネルギーを消費していた。
【０００５】また従来は感応部と加熱用抵抗体とをそれ
ぞれ別の工程で形成していたため、両者を積層する場合
の位置合せが困難である上、このような積層構造である
ためにセンサ全体を小型化することが難しいという弱点
があった。
ぞれ別の工程で形成していたため、両者を積層する場合
の位置合せが困難である上、このような積層構造である
ためにセンサ全体を小型化することが難しいという弱点
があった。
【０００６】さらに感応部の温度制御については、感応
部の抵抗は温度に依存して変化するため感応部の温度を
一定に保つ必要があるが、前記のように測温部を設けて
いないか又は設置していても感応部からの距離があるた
め、感応部の温度を一定に保つことが困難であり、その
ためガスセンサの精度も向上しなかった。加熱方法につ
いても、前記のように感応部と測温部とが離れているた
め、熱応答性が悪くパルス的（断続的）な加熱を行うこ
とは難しかった。
部の抵抗は温度に依存して変化するため感応部の温度を
一定に保つ必要があるが、前記のように測温部を設けて
いないか又は設置していても感応部からの距離があるた
め、感応部の温度を一定に保つことが困難であり、その
ためガスセンサの精度も向上しなかった。加熱方法につ
いても、前記のように感応部と測温部とが離れているた
め、熱応答性が悪くパルス的（断続的）な加熱を行うこ
とは難しかった。
【０００７】また前記の積層構造では、感応部と加熱抵
抗体の間に熱伝導率の低い絶縁層があるため加熱抵抗体
の熱が均一に伝わらず、感応部の温度も不均一となり、
その結果ガスセンサの精度に悪影響を与えていた。
抗体の間に熱伝導率の低い絶縁層があるため加熱抵抗体
の熱が均一に伝わらず、感応部の温度も不均一となり、
その結果ガスセンサの精度に悪影響を与えていた。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の問題を解決するた
めの第一の手段として、加熱用抵抗体と、感応膜用電極
とが、厚さ方向において少なくとも両者の一部が重なる
ように絶縁体を介して配置されるガスセンサ電極構造と
し、好ましくは加熱用抵抗体と感応膜用電極とを、絶縁
体を介して櫛歯状に交互に配置されるガスセンサ電極構
造とした。
めの第一の手段として、加熱用抵抗体と、感応膜用電極
とが、厚さ方向において少なくとも両者の一部が重なる
ように絶縁体を介して配置されるガスセンサ電極構造と
し、好ましくは加熱用抵抗体と感応膜用電極とを、絶縁
体を介して櫛歯状に交互に配置されるガスセンサ電極構
造とした。
【０００９】第一の手段のガスセンサ電極構造は次の方
法で製造される。すなわち、絶縁基板上に、金属抵抗膜
を形成してこれを加熱用抵抗体に加工する第一の工程
と、この絶縁基板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆す
る絶縁層を形成し、さらにその表面を感応膜用電極の形
成用材料で被覆する第二の工程と、この表面を樹脂もし
くは液状ガラス成分含有物で被覆する第三の工程と、前
記の多層被覆した基板をエッチングによって平坦化し、
前記加熱用抵抗体と、前記感応膜用電極とを、厚さ方向
において少なくとも両者の一部が重なるように絶縁体を
介して配置させる第四の工程と、前記平坦化した基板を
感応膜形成用材料で被覆する第五の工程によって製造さ
れる。
法で製造される。すなわち、絶縁基板上に、金属抵抗膜
を形成してこれを加熱用抵抗体に加工する第一の工程
と、この絶縁基板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆す
る絶縁層を形成し、さらにその表面を感応膜用電極の形
成用材料で被覆する第二の工程と、この表面を樹脂もし
くは液状ガラス成分含有物で被覆する第三の工程と、前
記の多層被覆した基板をエッチングによって平坦化し、
前記加熱用抵抗体と、前記感応膜用電極とを、厚さ方向
において少なくとも両者の一部が重なるように絶縁体を
介して配置させる第四の工程と、前記平坦化した基板を
感応膜形成用材料で被覆する第五の工程によって製造さ
れる。
【００１０】また問題を解決するための第二の手段とし
て、加熱用抵抗体と、半導体感応膜との間に、温度感知
用の感温膜を配置したガスセンサ電極構造とし、好まし
くは感温膜の温度を測定するための感温膜用電極を、加
熱用抵抗体と、厚さ方向において少なくとも両者の一部
が重なるように絶縁体を介して配置されるガスセンサ電
極構造とし、さらに好ましくは加熱用抵抗体と感温膜用
電極とを、絶縁体を介して櫛歯状に交互に配置したガス
センサ電極構造とした。
て、加熱用抵抗体と、半導体感応膜との間に、温度感知
用の感温膜を配置したガスセンサ電極構造とし、好まし
くは感温膜の温度を測定するための感温膜用電極を、加
熱用抵抗体と、厚さ方向において少なくとも両者の一部
が重なるように絶縁体を介して配置されるガスセンサ電
極構造とし、さらに好ましくは加熱用抵抗体と感温膜用
電極とを、絶縁体を介して櫛歯状に交互に配置したガス
センサ電極構造とした。
【００１１】第二の手段のガスセンサ電極構造は次の方
法で製造される。すなわち、絶縁基板上に、金属抵抗膜
を形成してこれを加熱用抵抗体に加工する第一の工程
と、この絶縁基板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆す
る絶縁層を形成し、さらにその表面を感温膜用電極の形
成材料で被覆する第二の工程と、この表面を樹脂もしく
は液状ガラス成分含有物で被覆する第三の工程と、前記
の多層被覆した基板をエッチングによって平坦化し、前
記加熱用抵抗体と、前記感温膜用電極とを、厚さ方向に
おいて少なくとも両者の一部が重なるように絶縁体を介
して配置させる第四の工程と、前記平坦化した基板を感
温膜形成用材料で被覆し、さらにその上に絶縁層を形成
する第五の工程と、この絶縁層の表面を感応膜形成用材
料で被覆する第六の工程と、この感応膜に接続する感応
膜用電極を設置する第七によって製造される。
法で製造される。すなわち、絶縁基板上に、金属抵抗膜
を形成してこれを加熱用抵抗体に加工する第一の工程
と、この絶縁基板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆す
る絶縁層を形成し、さらにその表面を感温膜用電極の形
成材料で被覆する第二の工程と、この表面を樹脂もしく
は液状ガラス成分含有物で被覆する第三の工程と、前記
の多層被覆した基板をエッチングによって平坦化し、前
記加熱用抵抗体と、前記感温膜用電極とを、厚さ方向に
おいて少なくとも両者の一部が重なるように絶縁体を介
して配置させる第四の工程と、前記平坦化した基板を感
温膜形成用材料で被覆し、さらにその上に絶縁層を形成
する第五の工程と、この絶縁層の表面を感応膜形成用材
料で被覆する第六の工程と、この感応膜に接続する感応
膜用電極を設置する第七によって製造される。
【００１２】
【作用】第一の手段については、感応部電極を自己整合
で形成するため加熱抵抗体との重ねあわせが容易とな
り、素子全体の大きさを小さくすることができる。ここ
で自己整合とは、加熱抵抗体と感応部電極との位置関係
が一連の工程によって自動的に決まるため調整操作が不
要であることを意味する。また加熱体と感応部が薄い絶
縁層を挟み直接接触することにより、感応部の加熱効率
が良くなり消費電力を低く抑えることができる。さらに
感応部を形成する面の平坦化を行うため従来問題になっ
ていた段差による感応膜の切断を防止することができ
る。
で形成するため加熱抵抗体との重ねあわせが容易とな
り、素子全体の大きさを小さくすることができる。ここ
で自己整合とは、加熱抵抗体と感応部電極との位置関係
が一連の工程によって自動的に決まるため調整操作が不
要であることを意味する。また加熱体と感応部が薄い絶
縁層を挟み直接接触することにより、感応部の加熱効率
が良くなり消費電力を低く抑えることができる。さらに
感応部を形成する面の平坦化を行うため従来問題になっ
ていた段差による感応膜の切断を防止することができ
る。
【００１３】第二の手段については、感温部電極を自己
整合で形成するため、加熱抵抗体との位置合せが容易と
なり素子全体の大きさを小さくすることができる。また
加熱体と感応部との間に測温部があるため加熱体と感応
部の温度を直接測定することができる。さらに測温部に
熱伝導率の良い材料を使用することによって、消費電力
を小さくすることができる。
整合で形成するため、加熱抵抗体との位置合せが容易と
なり素子全体の大きさを小さくすることができる。また
加熱体と感応部との間に測温部があるため加熱体と感応
部の温度を直接測定することができる。さらに測温部に
熱伝導率の良い材料を使用することによって、消費電力
を小さくすることができる。
【００１４】
【実施例】以下に本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。ここで、図１〜図５は第一の手段に係るガス
センサ電極構造製造工程の各段階を順に説明するもので
ああって、このうち図１(a)〜図５(a)は各工程の平面図
であり、図１(b)〜図５(b)は図１(a)〜図５(a)のＡ−Ａ
線における断面図である。また図６〜図１２は第二の手
段に係るガスセンサ電極構造製造工程の各段階を順に説
明するものであって、このうち図６(a)〜図１２(a)は各
工程の平面図であり、図６(b)〜図１２(b)は図６(a)〜
図１２(a)のＢ−Ｂ線における断面図である。さらに図
１３は感温用サーミスタが安定するまでの応答時間を示
したものである。
説明する。ここで、図１〜図５は第一の手段に係るガス
センサ電極構造製造工程の各段階を順に説明するもので
ああって、このうち図１(a)〜図５(a)は各工程の平面図
であり、図１(b)〜図５(b)は図１(a)〜図５(a)のＡ−Ａ
線における断面図である。また図６〜図１２は第二の手
段に係るガスセンサ電極構造製造工程の各段階を順に説
明するものであって、このうち図６(a)〜図１２(a)は各
工程の平面図であり、図６(b)〜図１２(b)は図６(a)〜
図１２(a)のＢ−Ｂ線における断面図である。さらに図
１３は感温用サーミスタが安定するまでの応答時間を示
したものである。
【００１５】まず図１〜図５に基づいて第一の手段に係
る実施例を説明する。図１は加熱用抵抗体２の形成を説
明するものであり、ガラス製の絶縁基板１上にタングス
テン製金属抵抗膜を形成し、これを加工して加熱用抵抗
体２とする。絶縁基板１としては絶縁性を有していれば
どのようなものでも使用可能であり、上記のガラス基板
の他にアルミナ基板、シリコンを酸化した基板等が挙げ
られる。加熱用抵抗体２の材料としては上記のＷの他
に、Ｔi、Ｃu、Ａl、Ｓi、Ｐt、Ａu等が挙げられる。こ
の加熱用抵抗体２の幅は２〜１００μmが好ましい。
る実施例を説明する。図１は加熱用抵抗体２の形成を説
明するものであり、ガラス製の絶縁基板１上にタングス
テン製金属抵抗膜を形成し、これを加工して加熱用抵抗
体２とする。絶縁基板１としては絶縁性を有していれば
どのようなものでも使用可能であり、上記のガラス基板
の他にアルミナ基板、シリコンを酸化した基板等が挙げ
られる。加熱用抵抗体２の材料としては上記のＷの他
に、Ｔi、Ｃu、Ａl、Ｓi、Ｐt、Ａu等が挙げられる。こ
の加熱用抵抗体２の幅は２〜１００μmが好ましい。
【００１６】図２は絶縁基板１及び加熱用抵抗体２の両
者を共に被覆するＳiＯ2製絶縁層３及び、この絶縁層３
の表面をさらに被覆するタングステン製の感応膜用電極
の形成用材料４を説明するものである。絶縁層３として
は上記の他にＳi3Ｎ4、Ｔa2Ｏ5等で比抵抗が１０6Ω・cm
以上のものを使用することが好ましい。また絶縁層３の
厚みは０．１μm〜５μmが好ましい。絶縁層３はスパッ
タリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法、その他の方法
で形成することが出来るが、本例ではスパッタリング法
を使用した。また感応膜用電極の形成用材料４は本例で
は蒸着法によって形成したが、そのほかにスパッタリン
グ法、ＣＶＤ法等を用いることができる。感応膜用電極
の形成用材料４としてはＷの他に例えばＴi、Ａl、Ｎ
i、Ｃu、Ｐt、Ａuを使用することができる。
者を共に被覆するＳiＯ2製絶縁層３及び、この絶縁層３
の表面をさらに被覆するタングステン製の感応膜用電極
の形成用材料４を説明するものである。絶縁層３として
は上記の他にＳi3Ｎ4、Ｔa2Ｏ5等で比抵抗が１０6Ω・cm
以上のものを使用することが好ましい。また絶縁層３の
厚みは０．１μm〜５μmが好ましい。絶縁層３はスパッ
タリング法、ＣＶＤ法、スピンコート法、その他の方法
で形成することが出来るが、本例ではスパッタリング法
を使用した。また感応膜用電極の形成用材料４は本例で
は蒸着法によって形成したが、そのほかにスパッタリン
グ法、ＣＶＤ法等を用いることができる。感応膜用電極
の形成用材料４としてはＷの他に例えばＴi、Ａl、Ｎ
i、Ｃu、Ｐt、Ａuを使用することができる。
【００１７】図３は、後の平坦化の準備のために仮被膜
６を形成する工程を示すものである。仮被膜６は回転塗
布等の塗布方法により、樹脂或いは液状ガラス成分含有
物等の被膜を形成したものである。仮被膜６を形成する
ことによって後の平坦化を目的通りに行うことが可能で
ある。
６を形成する工程を示すものである。仮被膜６は回転塗
布等の塗布方法により、樹脂或いは液状ガラス成分含有
物等の被膜を形成したものである。仮被膜６を形成する
ことによって後の平坦化を目的通りに行うことが可能で
ある。
【００１８】図４は絶縁基板１表面の平坦化及び感応膜
用電極４ａ、４ｂを形成する工程を示すものである。平
坦化を行うためには仮被膜６で覆われた絶縁基板１をプ
ラズマ雰囲気中で仮被膜６及び感応膜用電極形成用材料
４をエッチングする。その際エッチング速度比を調節し
て、加熱用抵抗体２の上の感応膜用電極形成用材料４は
完全に除去され、加熱抵抗体２と厚さ方向で重なる場
所、すなわち加熱抵抗体２を挟む領域の感応膜用電極形
成用材料４は残るようにする。この結果、図４(a)で明
らかなように、感応膜用電極は４ａと４ｂに別れるが、
これらは絶縁層３を介して加熱用抵抗体２と櫛歯状に交
互に並ぶ（自己整合）。すなわち加熱用抵抗体２と感応
膜用電極４ａ、４ｂとの位置関係が自動的に決まるため
調整を行う工程は不要であり、また位置ずれの生ずる心
配がない。さらに加熱抵抗体２と感応膜用電極４ａ、４
ｂとが厚さ方向で少なくとも一部が重なるように絶縁基
板１上に配置されるため、素子全体を薄くすることが可
能である。
用電極４ａ、４ｂを形成する工程を示すものである。平
坦化を行うためには仮被膜６で覆われた絶縁基板１をプ
ラズマ雰囲気中で仮被膜６及び感応膜用電極形成用材料
４をエッチングする。その際エッチング速度比を調節し
て、加熱用抵抗体２の上の感応膜用電極形成用材料４は
完全に除去され、加熱抵抗体２と厚さ方向で重なる場
所、すなわち加熱抵抗体２を挟む領域の感応膜用電極形
成用材料４は残るようにする。この結果、図４(a)で明
らかなように、感応膜用電極は４ａと４ｂに別れるが、
これらは絶縁層３を介して加熱用抵抗体２と櫛歯状に交
互に並ぶ（自己整合）。すなわち加熱用抵抗体２と感応
膜用電極４ａ、４ｂとの位置関係が自動的に決まるため
調整を行う工程は不要であり、また位置ずれの生ずる心
配がない。さらに加熱抵抗体２と感応膜用電極４ａ、４
ｂとが厚さ方向で少なくとも一部が重なるように絶縁基
板１上に配置されるため、素子全体を薄くすることが可
能である。
【００１９】図５は感応膜５の形成工程を示すものであ
る。本例ではスパッタリング法によりＺn被膜を形成す
る。端子部は金属マスク処理によってこの被膜が形成さ
れないようにした。感応膜５を形成するに好適な材料と
しては上記の他Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｔi、Ｚr、Ｓn、Ｗ、Ｌ
a等の金属酸化物もしくはこれらの複合膜又はこれら金
属酸化物にＰt等の添加物を加えたもの等が挙げられ
る。感応膜５の形成方法としては上記のスパッタリング
法の他に蒸着法、ゾルゲル法等を挙げることができる。
感応膜５は絶縁層３を挟んで加熱抵抗体２と接するが、
絶縁層の厚さは０．１〜５μmと薄いため実質的に直接
接触していると変らない熱伝導があり、加熱用消費電力
の浪費を防ぐことができる。さらに感応膜５は平坦化の
済んだ面上に形成されるため、段差による切断等が生ず
る心配がない。
る。本例ではスパッタリング法によりＺn被膜を形成す
る。端子部は金属マスク処理によってこの被膜が形成さ
れないようにした。感応膜５を形成するに好適な材料と
しては上記の他Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｔi、Ｚr、Ｓn、Ｗ、Ｌ
a等の金属酸化物もしくはこれらの複合膜又はこれら金
属酸化物にＰt等の添加物を加えたもの等が挙げられ
る。感応膜５の形成方法としては上記のスパッタリング
法の他に蒸着法、ゾルゲル法等を挙げることができる。
感応膜５は絶縁層３を挟んで加熱抵抗体２と接するが、
絶縁層の厚さは０．１〜５μmと薄いため実質的に直接
接触していると変らない熱伝導があり、加熱用消費電力
の浪費を防ぐことができる。さらに感応膜５は平坦化の
済んだ面上に形成されるため、段差による切断等が生ず
る心配がない。
【００２０】次に図６〜図１３に基づいて第二の手段に
係る実施例を説明する。図６は加熱用抵抗体８の形成工
程を説明するものであり、ガラス製の絶縁基板７上にタ
ングステン製金属抵抗膜をスパッタリング法によって蒸
着形成し、これを加工して加熱用抵抗体８とする。絶縁
基板７としては絶縁性を有していればどのようなもので
も使用可能であり、上記のガラスの他にアルミナ基板、
シリコン・ウエハーで表面をを酸化した基板、加熱用抵
抗体８の温度に耐え得る樹脂によって作成した基板等が
挙げられるが、平坦面を有しかつ熱伝導率の低いもので
あることが好ましい。加熱用抵抗体８の材料としては上
記のＷの他に、Ｓi、Ｔi、Ａl、Ｐt、Ｎi、Ｃr、Ｓn、
Ａu、Ａg、Ｐd、Ｃu及びこれらの合金等が使用可能であ
るが、機器の小型化の面から、耐マイグレーション性に
優れた高抵抗材料が好ましい。また加熱用抵抗体８の幅
は２〜１００μmが好ましく、その厚みは０．２〜１０
μmが好ましい。
係る実施例を説明する。図６は加熱用抵抗体８の形成工
程を説明するものであり、ガラス製の絶縁基板７上にタ
ングステン製金属抵抗膜をスパッタリング法によって蒸
着形成し、これを加工して加熱用抵抗体８とする。絶縁
基板７としては絶縁性を有していればどのようなもので
も使用可能であり、上記のガラスの他にアルミナ基板、
シリコン・ウエハーで表面をを酸化した基板、加熱用抵
抗体８の温度に耐え得る樹脂によって作成した基板等が
挙げられるが、平坦面を有しかつ熱伝導率の低いもので
あることが好ましい。加熱用抵抗体８の材料としては上
記のＷの他に、Ｓi、Ｔi、Ａl、Ｐt、Ｎi、Ｃr、Ｓn、
Ａu、Ａg、Ｐd、Ｃu及びこれらの合金等が使用可能であ
るが、機器の小型化の面から、耐マイグレーション性に
優れた高抵抗材料が好ましい。また加熱用抵抗体８の幅
は２〜１００μmが好ましく、その厚みは０．２〜１０
μmが好ましい。
【００２１】図７は絶縁基板７及び加熱用抵抗体８の両
者を共に被覆するＳiＯ2製絶縁層９ａ及び、この絶縁層
９ａの表面をさらに被覆するタングステン製の感温膜用
電極の形成用材料１０の形成工程を説明するものであ
る。絶縁層９ａとしては上記の他にＳi3Ｎ4、Ｔa2Ｏ5、
ＴiＯ2、もしくは加熱用抵抗体８の温度に耐えられる樹
脂等であって比抵抗が１０6Ω・cm以上のものを使用する
ことが好ましい。また絶縁層９ａの厚みは０．１μm〜
５μmが好ましい。絶縁層９ａはスパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、スピンコート法、蒸着法、ゾルゲル法、ディッ
プ法及び加熱用抵抗体８の表面を酸化して絶縁層とする
方法等で形成することが出来るが、本例ではＣＶＤ法を
使用した。また感温膜用電極の形成用材料１０は本例で
は蒸着法によって形成したが、そのほかにスパッタリン
グ法、ＣＶＤ法等を用いることができる。感温膜用電極
の形成用材料１０としてはＷの他に例えばＴi、Ａl、Ｎ
i、Ｃr、Ｓn、Ａg、Ｃu、Ｓiを使用することができる。
者を共に被覆するＳiＯ2製絶縁層９ａ及び、この絶縁層
９ａの表面をさらに被覆するタングステン製の感温膜用
電極の形成用材料１０の形成工程を説明するものであ
る。絶縁層９ａとしては上記の他にＳi3Ｎ4、Ｔa2Ｏ5、
ＴiＯ2、もしくは加熱用抵抗体８の温度に耐えられる樹
脂等であって比抵抗が１０6Ω・cm以上のものを使用する
ことが好ましい。また絶縁層９ａの厚みは０．１μm〜
５μmが好ましい。絶縁層９ａはスパッタリング法、Ｃ
ＶＤ法、スピンコート法、蒸着法、ゾルゲル法、ディッ
プ法及び加熱用抵抗体８の表面を酸化して絶縁層とする
方法等で形成することが出来るが、本例ではＣＶＤ法を
使用した。また感温膜用電極の形成用材料１０は本例で
は蒸着法によって形成したが、そのほかにスパッタリン
グ法、ＣＶＤ法等を用いることができる。感温膜用電極
の形成用材料１０としてはＷの他に例えばＴi、Ａl、Ｎ
i、Ｃr、Ｓn、Ａg、Ｃu、Ｓiを使用することができる。
【００２２】図８は、後の平坦化の準備のために仮被膜
１１を形成する工程を示すものである。仮被膜１１は回
転塗布等の塗布方法により、樹脂或いは液状ガラス成分
含有物等の被膜を形成したものである。仮被膜１１の膜
厚は加熱用抵抗体８の形成により生じた絶縁基板７上の
高低差（段差）の１．１〜１．３倍、さらには１．１５
〜１．２５倍で、段差が平坦化される最小膜厚が好まし
い。仮被膜１１を形成することによって後の平坦化を目
的通りに行うことが可能である。
１１を形成する工程を示すものである。仮被膜１１は回
転塗布等の塗布方法により、樹脂或いは液状ガラス成分
含有物等の被膜を形成したものである。仮被膜１１の膜
厚は加熱用抵抗体８の形成により生じた絶縁基板７上の
高低差（段差）の１．１〜１．３倍、さらには１．１５
〜１．２５倍で、段差が平坦化される最小膜厚が好まし
い。仮被膜１１を形成することによって後の平坦化を目
的通りに行うことが可能である。
【００２３】図９は絶縁基板７表面の平坦化及び感温膜
用電極１０ａ、１０ｂを形成する工程を示すものであ
る。平坦化を行うためには酸素プラズマ雰囲気中で仮被
膜１１をエッチングする。加熱用抵抗体８上面部の仮被
膜１１が完全に除去され、かつ各加熱用抵抗体８間の仮
被膜１１が残存する状態でエッチングを終了する。次に
加熱用抵抗体８上面に露出した感温膜用電極形成用材料
１０を薬品等によってエッチングし、さらに酸素プラズ
マ等で残りの仮被膜１１を除去する。上記の感温膜用電
極の形成は以下の方法によっても実現できる。すなわち
仮被膜１１及び加熱用抵抗体８を同時にエッチングする
方法であるが、エッチング速度比を調節して、加熱用抵
抗体８の上面部の感温膜用電極形成用材料１０は完全に
除去され、加熱抵抗体８と厚さ方向で重なる場所、すな
わち加熱抵抗体８を挟む領域の感温膜用電極形成用材料
１０は残るようにする。これらどちらの方法によって
も、結果として図９(a)に示すように感温膜用電極は１
０ａと１０ｂに別れ、両者は絶縁層９ａを介して加熱用
抵抗体８と櫛歯状に交互に並ぶ（自己整合）。すなわち
加熱用抵抗体８と感温膜用電極１０ａ、１０ｂとの位置
関係は自動的に決まるため調整を行う工程が不要であ
り、また位置ずれの生ずる心配がない。さらに加熱抵抗
体８と感応膜用電極１０ａ、１０ｂとが厚さ方向で少な
くとも一部が重なるように絶縁基板７上に配置されるた
め、素子全体を薄くかつ微小化することが可能である。
用電極１０ａ、１０ｂを形成する工程を示すものであ
る。平坦化を行うためには酸素プラズマ雰囲気中で仮被
膜１１をエッチングする。加熱用抵抗体８上面部の仮被
膜１１が完全に除去され、かつ各加熱用抵抗体８間の仮
被膜１１が残存する状態でエッチングを終了する。次に
加熱用抵抗体８上面に露出した感温膜用電極形成用材料
１０を薬品等によってエッチングし、さらに酸素プラズ
マ等で残りの仮被膜１１を除去する。上記の感温膜用電
極の形成は以下の方法によっても実現できる。すなわち
仮被膜１１及び加熱用抵抗体８を同時にエッチングする
方法であるが、エッチング速度比を調節して、加熱用抵
抗体８の上面部の感温膜用電極形成用材料１０は完全に
除去され、加熱抵抗体８と厚さ方向で重なる場所、すな
わち加熱抵抗体８を挟む領域の感温膜用電極形成用材料
１０は残るようにする。これらどちらの方法によって
も、結果として図９(a)に示すように感温膜用電極は１
０ａと１０ｂに別れ、両者は絶縁層９ａを介して加熱用
抵抗体８と櫛歯状に交互に並ぶ（自己整合）。すなわち
加熱用抵抗体８と感温膜用電極１０ａ、１０ｂとの位置
関係は自動的に決まるため調整を行う工程が不要であ
り、また位置ずれの生ずる心配がない。さらに加熱抵抗
体８と感応膜用電極１０ａ、１０ｂとが厚さ方向で少な
くとも一部が重なるように絶縁基板７上に配置されるた
め、素子全体を薄くかつ微小化することが可能である。
【００２４】図１０は感温膜１２及び絶縁層９ｂの形成
工程を示すものである。本例では感温膜１２としてスパ
ッタリング法により被膜を形成した。感温膜１２を形成
するに好適な材料としては上記の他Ｍn、Ｃo、Ｎi、Ｆ
e、Ｃu等の２〜４成分系の遷移金属酸化物あるいはＳi
Ｃ、Ｓn、Ｓe等の非酸化物が挙げられる。感温膜１２の
形成方法としては上記のスパッタリング法の他に蒸着
法、ゾルゲル法等を挙げることができる。感温膜１２の
表面に形成する絶縁層９ｂはＳiＯ2製としたが、Ｓi3Ｎ
4、Ｔa2Ｏ5等であって比抵抗が１０6Ω・cm以上のものを
使用することが好ましい。また絶縁層９ｂの厚みは０．
１μm〜５μmが好ましい。絶縁層９ｂはスパッタリング
法の他、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成する
ことができる。
工程を示すものである。本例では感温膜１２としてスパ
ッタリング法により被膜を形成した。感温膜１２を形成
するに好適な材料としては上記の他Ｍn、Ｃo、Ｎi、Ｆ
e、Ｃu等の２〜４成分系の遷移金属酸化物あるいはＳi
Ｃ、Ｓn、Ｓe等の非酸化物が挙げられる。感温膜１２の
形成方法としては上記のスパッタリング法の他に蒸着
法、ゾルゲル法等を挙げることができる。感温膜１２の
表面に形成する絶縁層９ｂはＳiＯ2製としたが、Ｓi3Ｎ
4、Ｔa2Ｏ5等であって比抵抗が１０6Ω・cm以上のものを
使用することが好ましい。また絶縁層９ｂの厚みは０．
１μm〜５μmが好ましい。絶縁層９ｂはスパッタリング
法の他、ＣＶＤ法、スピンコート法等によって形成する
ことができる。
【００２５】図１１は感応膜１３の形成工程を示すもの
である。本例ではスパッタリング法によりＺn被膜を形
成する。端子部は金属マスク処理によってこの被膜が形
成されないようにした。感応膜１１を形成するに好適な
材料としては上記の他Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｔi、Ｚr、Ｓn、
Ｗ、Ｌa等の金属酸化物、これらの複合膜、これらの金
属膜にＰt等の添加物を加えたもの等が挙げられる。ま
た形成方法としては上記のスパッタリング法の他に蒸着
法、ゾルゲル法等を挙げることができる。以上の工程の
結果、加熱用抵抗体８と感応膜１３との間に感温膜１２
が挟まれる構造になるため、加熱用抵抗体８及び感応膜
１３の温度を実質的に直接測定することが可能であり、
被測温体に対する測温体の感温時間差（応答時間）が短
縮される。
である。本例ではスパッタリング法によりＺn被膜を形
成する。端子部は金属マスク処理によってこの被膜が形
成されないようにした。感応膜１１を形成するに好適な
材料としては上記の他Ｎi、Ｃo、Ｆe、Ｔi、Ｚr、Ｓn、
Ｗ、Ｌa等の金属酸化物、これらの複合膜、これらの金
属膜にＰt等の添加物を加えたもの等が挙げられる。ま
た形成方法としては上記のスパッタリング法の他に蒸着
法、ゾルゲル法等を挙げることができる。以上の工程の
結果、加熱用抵抗体８と感応膜１３との間に感温膜１２
が挟まれる構造になるため、加熱用抵抗体８及び感応膜
１３の温度を実質的に直接測定することが可能であり、
被測温体に対する測温体の感温時間差（応答時間）が短
縮される。
【００２６】図１２は感応膜１３上にタングステン製の
感応膜用電極１４を形成した様子を示すものである。本
例では図１２(a)に示したように感応膜用電極１４ａと
１４ｂとが距離を置いて互いに噛み合う配置とした。感
応膜用電極１４は蒸着法によって形成したが、そのほか
にスパッタリング法、ＣＶＤ法、厚膜印刷法等を用いる
ことができる。感応膜用電極１４の形成用材料としては
Ｗの他に例えばＴi、Ａl、Ｎi、Ｃr、Ｓn、Ａg、Ｃu、
Ａu、Ｐt、Ｐdを使用することができる。
感応膜用電極１４を形成した様子を示すものである。本
例では図１２(a)に示したように感応膜用電極１４ａと
１４ｂとが距離を置いて互いに噛み合う配置とした。感
応膜用電極１４は蒸着法によって形成したが、そのほか
にスパッタリング法、ＣＶＤ法、厚膜印刷法等を用いる
ことができる。感応膜用電極１４の形成用材料としては
Ｗの他に例えばＴi、Ａl、Ｎi、Ｃr、Ｓn、Ａg、Ｃu、
Ａu、Ｐt、Ｐdを使用することができる。
【００２７】第二の手段によって製造した電極構造を有
するガスセンサと、従来型の構造を有するガスセンサに
感温用サーミスタを装着したものの２点を用いて、加熱
用抵抗体に電流を流し始めてから感温用サーミスタが安
定するまでの時間（応答時間）を測定し、この結果を図
１３に示した。曲線Ｉは本例に係るガスセンサの結果を
示し、曲線ＩＩは従来品の結果を示したものである。図
１３から明白なように本例では僅か２秒で感温用サーミ
スタが安定しているのに対し、従来品の場合は安定する
までに１３秒を要した。
するガスセンサと、従来型の構造を有するガスセンサに
感温用サーミスタを装着したものの２点を用いて、加熱
用抵抗体に電流を流し始めてから感温用サーミスタが安
定するまでの時間（応答時間）を測定し、この結果を図
１３に示した。曲線Ｉは本例に係るガスセンサの結果を
示し、曲線ＩＩは従来品の結果を示したものである。図
１３から明白なように本例では僅か２秒で感温用サーミ
スタが安定しているのに対し、従来品の場合は安定する
までに１３秒を要した。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように、第一の手段に関す
る発明については、感応膜用電極を自己整合で形成する
ため加熱抵抗体との位置合せが容易となり、素子全体を
微小化することができる。また加熱用抵抗体と感応部が
近接しているため、感応部の加熱効率が良くなり消費電
力を低く抑えることができる。さらに感応部を形成する
面を平坦化するため段差による感応膜の切断を防止する
ことができる。
る発明については、感応膜用電極を自己整合で形成する
ため加熱抵抗体との位置合せが容易となり、素子全体を
微小化することができる。また加熱用抵抗体と感応部が
近接しているため、感応部の加熱効率が良くなり消費電
力を低く抑えることができる。さらに感応部を形成する
面を平坦化するため段差による感応膜の切断を防止する
ことができる。
【００２９】第二の手段に関する発明については、感温
膜用電極を自己整合で形成するため加熱抵抗体との位置
合せが容易となり、素子全体を微小化することができ
る。また加熱用抵抗体と感応膜との間に感温膜が挟まれ
る構造になるため、加熱用抵抗体及び感応膜の温度を実
質的に直接測定することが可能であり、被測温体に対す
る測温体の感温時間差（応答時間）が短縮される。
膜用電極を自己整合で形成するため加熱抵抗体との位置
合せが容易となり、素子全体を微小化することができ
る。また加熱用抵抗体と感応膜との間に感温膜が挟まれ
る構造になるため、加熱用抵抗体及び感応膜の温度を実
質的に直接測定することが可能であり、被測温体に対す
る測温体の感温時間差（応答時間）が短縮される。
【図１】本発明に係るガスセンサ電極構造の加熱用抵抗
体形成の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大
断面図(b)
体形成の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大
断面図(b)
【図２】同、絶縁層及び感応膜用電極形成の工程を示す
平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
【図３】同、仮被膜形成の工程を示す平面図(a)、及び
(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
【図４】同、平坦化及びそれに伴う感応膜用電極自己整
合の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大断面
図(b)
合の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＡ−Ａ線拡大断面
図(b)
【図５】同、感応膜形成の工程を示す平面図(a)、及び
(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
(a)のＡ−Ａ線拡大断面図(b)
【図６】本発明に係るガスセンサ電極構造（感温膜入
り）の加熱用抵抗体形成の工程を示す平面図(a)、及び
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
り）の加熱用抵抗体形成の工程を示す平面図(a)、及び
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図７】同、絶縁層及び感温膜用電極形成の工程を示す
平面図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
平面図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図８】同、仮被膜形成の工程を示す平面図(a)、及び
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図９】同、平坦化及びそれに伴う感温膜用電極自己整
合の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面
図(b)
合の工程を示す平面図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面
図(b)
【図１０】同、感温膜及び絶縁層形成の工程を示す平面
図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
図(a)、及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図１１】同、感応膜形成の工程を示す平面図、及び
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図１２】同、感応膜用電極形成の工程を示す平面図、
及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
及び(a)のＢ−Ｂ線拡大断面図(b)
【図１３】本発明に係るガスセンサ電極構造（感温膜入
り）及び従来品の応答時間を示すグラフ
り）及び従来品の応答時間を示すグラフ
１，７…絶縁基板、２，８…加熱用抵抗体、３，９ａ，
９ｂ…絶縁体、４，１４…感応膜用電極の形成用材料、
４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ…感応膜用電極、５，１３
…感応膜、６，１１…仮被膜、１０…感温膜用電極の形
成用材料、１０ａ，１０ｂ…感温膜用電極、１２…感温
膜。
９ｂ…絶縁体、４，１４…感応膜用電極の形成用材料、
４ａ，４ｂ，１４ａ，１４ｂ…感応膜用電極、５，１３
…感応膜、６，１１…仮被膜、１０…感温膜用電極の形
成用材料、１０ａ，１０ｂ…感温膜用電極、１２…感温
膜。
Claims (7)
- 【請求項１】 絶縁基板上に加熱用抵抗体、金属酸化物
半導体感応膜及び感応膜用電極を形成し、この半導体感
応膜に対するガスの吸脱着による抵抗値の変化を利用す
るガスセンサ電極構造において、前記加熱用抵抗体と、
前記感応膜用電極とを、厚さ方向において少なくとも両
者の一部が重なるように絶縁体を介して配置したことを
特徴とするガスセンサ電極構造。 - 【請求項２】 前記加熱用抵抗体と前記感応膜用電極と
を、絶縁体を介して櫛歯状に交互に配置した事を特徴と
する請求項１に記載のガスセンサ電極構造。 - 【請求項３】 絶縁基板上に、金属抵抗膜を形成してこ
れを加熱用抵抗体に加工する第一の工程と、この絶縁基
板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆する絶縁層を形成
し、さらにその表面を感応膜用電極の形成用材料で被覆
する第二の工程と、この表面を樹脂もしくは液状ガラス
成分含有物で被覆する第三の工程と、前記の多層被覆し
た基板をエッチングによって平坦化し、前記加熱用抵抗
体と、前記感応膜用電極とを、厚さ方向において少なく
とも両者の一部が重なるように絶縁体を介して配置させ
る第四の工程と、前記平坦化した基板を感応膜形成用材
料で被覆する第五の工程とを含むことを特徴とするガス
センサ電極構造の製造方法。 - 【請求項４】 絶縁基板上に加熱用抵抗体、金属酸化物
半導体感応膜及び感応膜用電極を形成し、この半導体感
応膜に対するガスの吸脱着による抵抗値の変化を利用し
たガスセンサ電極構造において、前記加熱用抵抗体と、
前記半導体感応膜との間に、温度感知用の感温膜を配置
したことを特徴とするガスセンサ電極構造。 - 【請求項５】 前記感温膜の温度を測定するための感温
膜用電極を、前記加熱用抵抗体と、厚さ方向において少
なくとも両者の一部が重なるように絶縁体を介して配置
したことを特徴とするガスセンサ電極構造。 - 【請求項６】 前記加熱用抵抗体と前記感温膜用電極と
を、絶縁体を介して櫛歯状に交互に配置した事を特徴と
する請求項４又は５に記載のガスセンサ電極構造。 - 【請求項７】 絶縁基板上に、金属抵抗膜を形成してこ
れを加熱用抵抗体に加工する第一の工程と、この絶縁基
板及び加熱用抵抗体の両者を共に被覆する絶縁層を形成
し、さらにその表面を感温膜用電極の形成材料で被覆す
る第二の工程と、この表面を樹脂もしくは液状ガラス成
分含有物で被覆する第三の工程と、前記の多層被覆した
基板をエッチングによって平坦化し、前記加熱用抵抗体
と、前記感温膜用電極とを、厚さ方向において少なくと
も両者の一部が重なるように絶縁体を介して配置させる
第四の工程と、前記平坦化した基板を感温膜形成用材料
で被覆し、さらにその上に絶縁層を形成する第五の工程
と、この絶縁層の表面を感応膜形成用材料で被覆する第
六の工程と、この感応膜に接続する感応膜用電極を設置
する第七の工程を含むことを特徴とするガスセンサ電極
構造の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04343258A JP3077428B2 (ja) | 1992-11-30 | 1992-11-30 | ガスセンサの電極構造及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1992
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