JPH07209226A - ガス・ベーパ・センサ部材、および、その製造方法 - Google Patents

ガス・ベーパ・センサ部材、および、その製造方法

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JPH07209226A JP6329287A JP32928794A JPH07209226A JP H07209226 A JPH07209226 A JP H07209226A JP 6329287 A JP6329287 A JP 6329287A JP 32928794 A JP32928794 A JP 32928794A JP H07209226 A JPH07209226 A JP H07209226A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ガス・ベーパを検出するための新しいセンサ
を提供する。 【構成】 ガス・ベーパ検出器（２４）の感知部材の実
施例は、金‐パラジウム合金から形成される。感知部材
（１０）は、ホスフィンまたはアリシン・ガスに高感度
である。パラジウム濃度の感知部材の量は、一般に２０
％より低い。感知部材（１０）は、ガス・ベーパ検出器
（２４）において活性化部材として使用される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般にガス・ベーパ
（ｇａｓ ｖａｐｏｒ）を検出する装置に関し、さらに
詳しくは、ガス・ベーパを検出するための新しいセンサ
に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】従
来、ガス・ベーパ・センサの中に感知部材として、様々
な材料が使用される。センサ部材を形成するために使用
される材料は、一般に検出されるガスによって決められ
る。例えば、ホスフィン・ガス（ｐｈｏｓｐｈｉｎｅ
ｇａｓ）の検出に使用されるいくつかの一般的な材料
は、ロジウム（ｒｈｏｄｉｕｍ），銀で被覆されたカリ
ウム（ｐｏｔａｓｓｉｕｍ），酸化鉄（ｏｘｉｄｉｚｅ
ｄ ｉｒｏｎ），または金を含む。これらの従来の感知
部材の一つの欠点は、検出することのできるガス濃度で
ある。これらの従来のセンサは、約１０ppb（ｐａｒｔ
ｓｐｅｒ ｂｉｌｌｉｏｎ：１０億分率）より低いホス
フィン・ガス濃度を一般に検出できない。さらに、従来
のセンサは、低レベルのアルシン（水素化ヒ素）・ガス
等を検出できない。
【０００３】ホスフィンとアルシンは、ともに一般に半
導体の処理領域において使用される。両方のガスは、と
もに高い毒性なので、自然環境において、どちらのガス
のわずかな量でさえも検出することが望ましい。
【０００４】したがって、約１ppbより低いホスフィン
濃度の検出を容易にし、約１ppbより低いアルシン濃度
の検出を容易にするガス・ベーパ・センサ部材を有する
ことが望ましい。
【０００５】
【実施例】図１に、ガス・ベーパ検出装置、または、ガ
ス検出器において使用に適するガス・ベーパ・センサ部
材１０の実施例の断面を部分的に拡大した図を示す。部
材１０は、支持基板１１，支持基板１１上に中間層（ｉ
ｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｌａｙｅｒ）１２，中間層１２
の上に活性化層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）１３を含
む。基板１１は、活性化層１３を支持するために使用さ
れ、好ましくは、シリコンであるが、二酸化ケイ素（ｓ
ｉｌｉｃｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ），窒化ケイ素（ｓｉｌ
ｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ），窒化アルミニウム（ａｌ
ｕｍｉｎｕｍ ｎｉｔｒｉｄｅ），酸化アルミニウム
（ａｌｕｍｉｎｕｍ ｏｘｉｄｅ），水晶，ガラス，雲
母（ｍｉｃａ）を含む他の材料でもよい。層１２は、連
続な表面、および、層１３を基板１１に確実に接着する
接着剤としての機能を提供する。好ましくは、層１２は
半導体業界において当業者に周知の技術によって、基板
１１に加えられる約３０から５０ナノメータ（ｎａｎｏ
ｍａｔｅｒ）の二酸化けい素である。他の材料は、連続
な表面を提供し、層１３と反応せず、層１２にも使用さ
れる窒化けい素などである。基板１１の表面が連続的な
層１３を形成するのに適する場合、層１２は、除外する
ことができる。低レベルのホスフィン、または、アルシ
ン・ガスの感知を容易にするために、活性化層１３は、
約１パーセントから２０パーセントのパラジウム濃度の
量を有する金‐パラジウム合金を含む。より高いパラジ
ウム濃度によって、酸化パラジウムの層が層１３の表面
上にでき、それによって層１３の効率が低下する。電気
的な端子（図示せず）は、層１３を部材１０によって感
知されるガスの濃度の決定を容易にする電気的な回路
（図示せず）に接続する。
【０００６】層１３は、２つの別々の材料を加え、次に
それらを一つの同質の層にアニーリング（ａｎｎｅａｌ
ｉｎｇ）することによって形成される。説明のために、
２つの層は、点線１６を付した分割される層１３によっ
て図示される。パラジウム層１７は、低い圧力蒸気（ｌ
ｏｗ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ）、
または、半導体業界における当業者に周知の他の手段に
よって、層１２の表面上に蒸着される。次に、金の層１
８は、半導体業界における当業者に周知の技術によっ
て、パラジウム１７の上に蒸着される。好適な実施例に
おいて、パラジウム１７および金１８は、それぞれ約６
ナノメータ，５４ナノメータの厚みを有する。さらに好
適な実施例において、層１３は、約１センチメータの四
角である。そのような蒸着技術の一例として、Ｋ.Ｅｖ
ａｎｓらによる論文「ＥｆｆｅｃｔＯｆ Ｔｈｅ Ｗｏ
ｒｋ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｃｈａｎｇｅ」（Ｍｉｃｒｏ
ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｃｏｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、１９９１年
８月１９‐２１日、３５９‐３６４頁）に説明される。
パラジウム１７の酸化を防止するために、パラジウムを
最初に蒸着し、次に金で覆うことが重要である。パラジ
ウム１７が酸素にさらされないと、パラジウムの酸化は
最早関係ないので、蒸着シーケンスは重要でなくなる。
蒸着後に、層１３は、同質の金‐パラジウム合金薄膜を
形成するために、窒素（ｎｉｔｒｏｇｅｎ）または、ア
ルゴン（ａｒｇｏｎ）のような不活性ガス中で、パラジ
ウム１７および金１８のアニーリングによって形成され
る。アニーリングは、それぞれ１時間５分の間３００か
ら５００度（℃）の温度で達成される。結果として生じ
る層１３の厚みは、約５０から７０ナノメータである。
【０００７】別の実施例において、活性化層１３は、約
５０から７０ナノメータの厚みを有する金の層である。
金の層は、低い圧力蒸気または、半導体業界における当
業者に周知の他の蒸着手段によって形成される。その後
は、金‐パラジウム層と同様に、金の層はアニールさ
れ、同質の金の薄膜を形成する。
【０００８】図２は、直列に電気的に接続されたガス検
出器２４，可変電圧資源２２，電流計２３を含むガス・
ベーパ・センサ回路２０の概略図である。検出器２４
は、図１の部材１０である第１平板、および、第２キャ
パシタ平板（ｃａｐａｃｉｔｏｒ ｐｌａｔｅ）として
機能する基準部材２１を有するキャパシタとして電気的
に機能する。基準部材２１は、検出されるガス・ベーパ
において不活性で、一般的にステンレス鋼、または、ク
ロム塩の金（ｃｈｒｏｍｉａｔｅｄ ｇｏｌｄ）のどち
らかの材料である。部材１０および２１は、異なった材
料であるので、それぞれの材料の仕事関数電圧（ｗｏｒ
ｋ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｖｏｌｔａｇｅ）は異なる。仕
事関数電圧におけるこの差異は、部材１０と２１との間
の電圧差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｖｏｌｔａｇ
ｅ）となる。以下に示すように、この電圧差は部材１０
と２１との間を通過するガスの検出を容易にする。
【０００９】キャパシタの平板間の距離を周期的に変化
させることによって、電流の電流計２３を介する流れを
誘導する。電流は、資源２２によって加えられる電圧
と、部材１０および２１の異なる仕事関数電圧によって
生成される電圧差との間の差に比例する。電圧差と等し
くなる値まで電圧資源２２を調整することによって、即
ち、仕事関数電圧間の差、電流を零にする（空白の状
態：ｎｕｌｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）。
【００１０】そのような装置は、一般にケルビン・プロ
ーブ（Ｋｅｌｖｉｎ ｐｒｏｂｅ）や従来技術を参照に
される。ガスを検出するために、検出器２４は、空気に
部材１０および２４を露出し、電流計２３を介して電流
が流れなくなるまで電圧資源２２を調整することによっ
て調整される。例えば、アルシンまたはホスフィンを含
んだガス・ベーパ等、ガス・ベーパ２６に部材１０を露
出することによって、ベーパ２６の中のガスが部材１０
の仕事関数電圧を変更する。仕事関数電圧が変化する
と、電流計２３を介して流れる電流によって電圧差も変
化する。この電流の値は、ベーパ２６の中のガスの濃度
によって決定される。その結果、ガス濃度は、電流また
は変化した電圧差のどちらかを測定することによって決
定される。したがって、ベーパ２６におけるガスの存在
および濃度は、部材１０の仕事関数電圧の中の変化を検
出することによって決定することができる。好適な実施
例において、電圧差は監視され、ベーパ２６の中のガス
を検出する。この好適な実施例において、約１ppb濃度
のアルシンは、約１００ミリボルトの電圧を生成する。
【００１１】単一の金薄膜を活性化層１３に使用するこ
とによって、１０ppbのホスフィン濃度、および、１５
から２０ppbのアルシン濃度を検出することが出来るこ
とは周知である。しかしながら、金-パラジウム合金薄
膜を使用することによって、１ppbより低いホスフィン
濃度、および、１ppbよりはるかに低いアルシン濃度を
検出することができる。パラジウム薄膜単独では、ホス
フィンまたはアリシンの濃度が２０ppbより高い場合の
み感知できるので、この金‐パラジウム薄膜の特性は予
測されない。したがって、金とパラジウムを一緒に結合
させることによって、個々の構成物質の間の感度とな
る。すなわち、１０ppbより高い濃度および２０ppbより
低い濃度を検出する。金‐パラジウム合金薄膜の急激な
感度は、予測できない結果である。
【００１２】新しいガス検出器のための感知部材を提供
したことを理解されたい。活性化層として金‐パラジウ
ム合金を利用することは、極端に低レベルのホスフィン
またはアリシンのいずれかの濃度を感知することができ
る。１ppbより低い感知能力は、従来のセンサよりも少
なくとも大きさの単位は優れる。金薄膜を活性化層とし
て使用することは、アルシンを感知する部材で従来達成
されるより低いアルシンを感知することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるガス・ベーパ・センサ部材の実
施例の断面を部分的に拡大した図である。
【図２】 図１のガス・ベーパ・センサを使用するため
の電気的な回路の概略図である。
【符号の説明】
１０ ガス・ベーパ・センサ部材 １１ 支持基板 １２ 中間層 １７ パラジウム １８ 金 ２０ ガス・ベーパ感知回路 ２１ 基準部材 ２２ 可変電圧資源 ２３ 電流計 ２４ ガス検出器 ２６ ガス・ベーパ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・グラウンシンガー アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 ウエスト・ハリソン・ストリート128 (72)発明者 イアン・ウィルアード・ソレンセン アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 ノース・クエスタ・ティエラ・ドライブ 5337

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ガス・ベーパ・センサ部材であって：表
    面を有する基板（１１）；前記表面上に金‐パラジウム
    合金（１３），約１パーセント乃至２０パーセントの濃
    度のパラジウム量まで加えられるような前記合金層（１
    ３）；によって構成されることを特徴とするガス・ベー
    パ・センサ。
  2. 【請求項２】 前記表面がけい素，二酸化けい素，窒化
    けい素，ガラス，窒化アルミニウム，酸化アルミニウ
    ム、または雲母によって形成されることを特徴とする請
    求項１記載の前記ガス・ベーパ・センサ部材（１０）。
  3. 【請求項３】 アルシン・ガスを感知する方法におい
    て：前記アルシン・ガスに金薄膜（１３）の露出；およ
    び、 前記金薄膜の仕事関数の変化の検出；から構成されるこ
    とを特徴とするアルシン・ガスの感知する方法。
  4. 【請求項４】 ガス・ベーパを感知する方法において：
    前記ガス・ベーパに金‐パラジウム合金薄膜の露出；お
    よび、 前記金‐パラジウム合金薄膜（１３）の仕事関数の変化
    の検出；から構成されることを特徴とするガス・ベーパ
    を感知する方法。
  5. 【請求項５】 前記ガス・ベーパに前記金‐パラジウム
    合金薄膜（１３）の露出は、アルシン、またはホスフィ
    ンのどちらか一方に前記金‐パラジウム合金薄膜（１
    ３）の露出を含むことを特徴とする請求項４記載の方
    法。
  6. 【請求項６】 前記金‐パラジウム合金薄膜（１３）の
    露出は、約１乃至２０パーセントの濃度のパラジウムの
    量まで加えられることを含む請求項５記載の方法。
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