JPH11201929A - 薄膜ガスセンサ - Google Patents
薄膜ガスセンサInfo
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- JPH11201929A JPH11201929A JP640298A JP640298A JPH11201929A JP H11201929 A JPH11201929 A JP H11201929A JP 640298 A JP640298 A JP 640298A JP 640298 A JP640298 A JP 640298A JP H11201929 A JPH11201929 A JP H11201929A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 従来の薄膜ガスセンサは、感知部が小さいた
めに従来の焼結型に比べてＳＮ比が劣ることから、周囲
温度の変化による感度の低下が顕著であり、問題点とな
っていた。 【解決手段】 本発明の薄膜ガスセンサは、基板１と、
前記基板上に支持膜２を介して形成されたヒータ層３
と、前記ヒータ層上に電気絶縁層４を介して形成された
温度センサ層５と、前記温度センサ層上に電気絶縁層７
を介して間隔を持って一対に形成された電極８と、前記
電極間上に積層され、被検ガスに反応して電気抵抗値を
変化させるＳｎＯ2から成る感知膜９を備える。
めに従来の焼結型に比べてＳＮ比が劣ることから、周囲
温度の変化による感度の低下が顕著であり、問題点とな
っていた。 【解決手段】 本発明の薄膜ガスセンサは、基板１と、
前記基板上に支持膜２を介して形成されたヒータ層３
と、前記ヒータ層上に電気絶縁層４を介して形成された
温度センサ層５と、前記温度センサ層上に電気絶縁層７
を介して間隔を持って一対に形成された電極８と、前記
電極間上に積層され、被検ガスに反応して電気抵抗値を
変化させるＳｎＯ2から成る感知膜９を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電池駆動を可能と
する低消費電力型薄膜ガスセンサに関する。
する低消費電力型薄膜ガスセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】ガス漏れ警報器等の用途に用いられるガ
スセンサは、一般的にＣＯ，ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、ＣＨ2ＯＨ
などを選択的に検知することを目的として作られたデバ
イスであり、特に家庭用ガス漏れ警報器として用いられ
る場合には、高感度、高信頼性とともに、コストや設置
性も重要なファクターである。家庭用ガス漏れ警報器に
は、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガス検知を目
的としたものと、燃焼機器の不完全燃焼ガス検知を目的
としたもの、または前記両方の機能を併せ持ったもの等
があるが、いずれもコストが高く、設置性が悪いためあ
まり普及していないのが現状である。
スセンサは、一般的にＣＯ，ＣＨ4、Ｃ3Ｈ8、ＣＨ2ＯＨ
などを選択的に検知することを目的として作られたデバ
イスであり、特に家庭用ガス漏れ警報器として用いられ
る場合には、高感度、高信頼性とともに、コストや設置
性も重要なファクターである。家庭用ガス漏れ警報器に
は、都市ガス用やプロパンガス用の可燃性ガス検知を目
的としたものと、燃焼機器の不完全燃焼ガス検知を目的
としたもの、または前記両方の機能を併せ持ったもの等
があるが、いずれもコストが高く、設置性が悪いためあ
まり普及していないのが現状である。
【０００３】ＩＣプロセスと同様なＳｉウエハ上微細加
工による薄膜ガスセンサ形成方法は、大量生産を可能と
し、コストの大幅な低減が可能である。また、微小チッ
プの作製が容易であることから、熱容量を極めて小さく
することができ、消費電力の低減に伴って、電池駆動と
することが可能となる。したがって、電源電線の引き回
し等による設置性の悪さを解消することができる。一
方、従来から用いられている焼結型やスクリーン印刷に
よるセンサは、熱容量を小さくするといった観点で限界
があり、電池で駆動させることは不可能であった。
工による薄膜ガスセンサ形成方法は、大量生産を可能と
し、コストの大幅な低減が可能である。また、微小チッ
プの作製が容易であることから、熱容量を極めて小さく
することができ、消費電力の低減に伴って、電池駆動と
することが可能となる。したがって、電源電線の引き回
し等による設置性の悪さを解消することができる。一
方、従来から用いられている焼結型やスクリーン印刷に
よるセンサは、熱容量を小さくするといった観点で限界
があり、電池で駆動させることは不可能であった。
【０００４】一般的に、ガスセンサの感度やガス選択性
は、ガスセンサの温度に大きく依存しており、適切な温
度範囲で使用することが重要である。
は、ガスセンサの温度に大きく依存しており、適切な温
度範囲で使用することが重要である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】特に、薄膜ガスセンサ
は、感知部が小さいために従来の焼結型に比べてＳＮ比
が劣ることから、周囲温度の変化による感度の低下が顕
著であり、問題点となっていた。ガスセンサの温度を正
確に測定するためには、温度センサを感知部にできるだ
け接近させて設ける必要がある。しかし、複雑なパター
ンを形成している薄膜ガスセンサにおいては、温度セン
サをセンサ素子内に組み込むと、パターンがより複雑な
３次元構造となり、パターンの重ね合わせ部での破断な
どの問題が生じ、製造上困難である。
は、感知部が小さいために従来の焼結型に比べてＳＮ比
が劣ることから、周囲温度の変化による感度の低下が顕
著であり、問題点となっていた。ガスセンサの温度を正
確に測定するためには、温度センサを感知部にできるだ
け接近させて設ける必要がある。しかし、複雑なパター
ンを形成している薄膜ガスセンサにおいては、温度セン
サをセンサ素子内に組み込むと、パターンがより複雑な
３次元構造となり、パターンの重ね合わせ部での破断な
どの問題が生じ、製造上困難である。
【０００６】そこで本発明は、温度センサの配置を工夫
してパターンの破断等を防ぎ、さらに高感度、高選択性
を有する薄膜ガスセンサを提供しようとするものであ
る。
してパターンの破断等を防ぎ、さらに高感度、高選択性
を有する薄膜ガスセンサを提供しようとするものであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、基板と、前記基板上に支持
膜を介して形成されたヒータ層と、前記ヒータ層上に電
気絶縁層を介して形成された温度センサ層と、前記温度
センサ層上に電気絶縁層を介して、間隔を持って一対に
形成された電極と、前記電極間上に積層され、被検ガス
に反応して電気抵抗値を変化させるＳｎＯ2から成る感
知膜を備えることを特徴とする。
め、請求項１記載の発明は、基板と、前記基板上に支持
膜を介して形成されたヒータ層と、前記ヒータ層上に電
気絶縁層を介して形成された温度センサ層と、前記温度
センサ層上に電気絶縁層を介して、間隔を持って一対に
形成された電極と、前記電極間上に積層され、被検ガス
に反応して電気抵抗値を変化させるＳｎＯ2から成る感
知膜を備えることを特徴とする。
【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の薄
膜ガスセンサにおいて、前記ヒータ層、温度センサ層の
作用により、前記感知膜の温度が一定になるようにフィ
ードバック制御することを特徴とする。
膜ガスセンサにおいて、前記ヒータ層、温度センサ層の
作用により、前記感知膜の温度が一定になるようにフィ
ードバック制御することを特徴とする。
【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の薄膜ガスセンサにおいて、前記電気絶縁層は、バ
イアススパッタにより形成されたＳｉＯ2から構成され
ることを特徴とする。
記載の薄膜ガスセンサにおいて、前記電気絶縁層は、バ
イアススパッタにより形成されたＳｉＯ2から構成され
ることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１は、実施形態の構造図である。Ｓｉ
基板１上に、支持膜としてのＳｉＯ2熱酸化絶縁膜２を
形成する。ＳｉＯ2熱酸化絶縁膜２上に、ヒータ層３と
して、Ｎｉ−Ｃｒ及びＭｏＳｉ2から構成される膜をリ
フトオフによるウエットエッチングで膜厚２００〜５０
０ｎｍになるように形成する。ヒータ層３の上に電気絶
縁層４として、ＳｉＯ2から構成される膜をバイアスス
パッタにて膜厚３００〜８００ｎｍになるように形成す
る。なお、バイアススパッタについては、後述する。さ
らに、電気絶縁層４上に、温度センサ層５として、Ｔ
ｉ、Ｐｔをそれぞれ膜厚５０ｎｍと２００ｎｍになるよ
うに連続成膜し、エッチングによりパターンを形成す
る。この際、ヒータ用電極層６も合わせてパターニング
する。次に、温度センサ層５及びヒータ用電極層６上
に、電気絶縁層７として、ＳｉＯ2から構成される膜を
バイアススパッタにて膜厚４００ｎｍになるように形成
し、その上にセンサ用電極層８として、Ｔｉ、Ｐｔをそ
れぞれ５０ｎｍ，２００ｎｍになるように形成する。そ
の後、感知膜９としてのＳｎＯ2層をリフトオフにより
膜厚４００ｎｍになるように形成する。最後に、裏面か
ら前記Ｓｉ基板１をダイアフラム状にウエット又はドラ
イエッチングによりくり貫く。感知膜９の作用は、被検
ガス（ＣＨ4）と反応して電気抵抗値を変化させること
にある。
態を説明する。図１は、実施形態の構造図である。Ｓｉ
基板１上に、支持膜としてのＳｉＯ2熱酸化絶縁膜２を
形成する。ＳｉＯ2熱酸化絶縁膜２上に、ヒータ層３と
して、Ｎｉ−Ｃｒ及びＭｏＳｉ2から構成される膜をリ
フトオフによるウエットエッチングで膜厚２００〜５０
０ｎｍになるように形成する。ヒータ層３の上に電気絶
縁層４として、ＳｉＯ2から構成される膜をバイアスス
パッタにて膜厚３００〜８００ｎｍになるように形成す
る。なお、バイアススパッタについては、後述する。さ
らに、電気絶縁層４上に、温度センサ層５として、Ｔ
ｉ、Ｐｔをそれぞれ膜厚５０ｎｍと２００ｎｍになるよ
うに連続成膜し、エッチングによりパターンを形成す
る。この際、ヒータ用電極層６も合わせてパターニング
する。次に、温度センサ層５及びヒータ用電極層６上
に、電気絶縁層７として、ＳｉＯ2から構成される膜を
バイアススパッタにて膜厚４００ｎｍになるように形成
し、その上にセンサ用電極層８として、Ｔｉ、Ｐｔをそ
れぞれ５０ｎｍ，２００ｎｍになるように形成する。そ
の後、感知膜９としてのＳｎＯ2層をリフトオフにより
膜厚４００ｎｍになるように形成する。最後に、裏面か
ら前記Ｓｉ基板１をダイアフラム状にウエット又はドラ
イエッチングによりくり貫く。感知膜９の作用は、被検
ガス（ＣＨ4）と反応して電気抵抗値を変化させること
にある。
【００１１】図２は、従来の薄膜ガスセンサのＣＨ4ガ
ス（２０００ｐｐｍ）雰囲気中での温度−抵抗特性であ
る。図中縦軸は薄膜ガスセンサにより出力された電気抵
抗値、横軸は薄膜ガスセンサの温度（但し感知部の正確
な温度ではなく、薄膜ガスセンサとは別途設けられた温
度センサによる指示値）である。図示したように、電気
抵抗値がある一定値（警報基準レベル）以下において警
報を発するように設定するが、電気抵抗値は薄膜ガスセ
ンサの温度に依存して２次曲線近似で変化してしまう。
ス（２０００ｐｐｍ）雰囲気中での温度−抵抗特性であ
る。図中縦軸は薄膜ガスセンサにより出力された電気抵
抗値、横軸は薄膜ガスセンサの温度（但し感知部の正確
な温度ではなく、薄膜ガスセンサとは別途設けられた温
度センサによる指示値）である。図示したように、電気
抵抗値がある一定値（警報基準レベル）以下において警
報を発するように設定するが、電気抵抗値は薄膜ガスセ
ンサの温度に依存して２次曲線近似で変化してしまう。
【００１２】そこで、従来の薄膜ガスセンサでは、予
め、電気抵抗値が最低になる近傍の点を含む３点の温度
に対する電気抵抗値を測定しておき、補正式を導出して
おく。そして、実測した温度と電気抵抗値に対して上記
補正式を適用し、所定の温度に対する電気抵抗値を算出
し、当該算出した電気抵抗値が前記警報基準レベル以下
であるかどうかにより被検ガスの有無を判断していた。
しかしながら、このような方法は時間と手間がかかる割
に精度がよくない。
め、電気抵抗値が最低になる近傍の点を含む３点の温度
に対する電気抵抗値を測定しておき、補正式を導出して
おく。そして、実測した温度と電気抵抗値に対して上記
補正式を適用し、所定の温度に対する電気抵抗値を算出
し、当該算出した電気抵抗値が前記警報基準レベル以下
であるかどうかにより被検ガスの有無を判断していた。
しかしながら、このような方法は時間と手間がかかる割
に精度がよくない。
【００１３】これに対して、図１に示した実施形態で
は、感知膜９の直下に温度センサ層５を配置したため、
感知膜９の温度を正確に測定できる。さらに、温度セン
サ層５により測定した感知膜９の温度をフィードバック
制御し、ヒータ層３の作用により感知膜９の温度を一定
値に保持することができる。したがって、上述した補正
式を適用する必要がなくなり、実測した電気抵抗値に基
づいて直接被検ガスの有無を判断することができる。
は、感知膜９の直下に温度センサ層５を配置したため、
感知膜９の温度を正確に測定できる。さらに、温度セン
サ層５により測定した感知膜９の温度をフィードバック
制御し、ヒータ層３の作用により感知膜９の温度を一定
値に保持することができる。したがって、上述した補正
式を適用する必要がなくなり、実測した電気抵抗値に基
づいて直接被検ガスの有無を判断することができる。
【００１４】図１に示した実施形態では、ヒータ層３の
上部に温度センサ層５のパターンを重ねていくことにな
るが、ヒータ層３と温度センサ層５の間の電気絶縁層４
の被覆性や平坦性が良くないと、短絡事故や積層段差部
での破断などが起こりやすい。そこで、本実施形態は、
上記被覆性、平坦性を改善するために、電気絶縁層４、
７をバイアススパッタにより形成する。図３は、バイア
ススパッタ装置の構成図である。図３に示すように、タ
ーゲット１０だけでなくＳｉ基板１側にも高周波電源１
１を設け、マッチングＢＯＸ１２を介して負のバイアス
電圧を印加する。Ｓｉ基板１に負のバイアス電圧を印加
することにより、基板上でのエッチングと膜の堆積を同
時に行う。従って、突出した部分（例えばパターン部
分）が選択的にエッチングされるため、平坦な膜を容易
に得ることができる。なお、図３において、１３はター
ゲット１０側の高周波電源、１４はマッチングＢＯＸ、
１５はシャッターである。
上部に温度センサ層５のパターンを重ねていくことにな
るが、ヒータ層３と温度センサ層５の間の電気絶縁層４
の被覆性や平坦性が良くないと、短絡事故や積層段差部
での破断などが起こりやすい。そこで、本実施形態は、
上記被覆性、平坦性を改善するために、電気絶縁層４、
７をバイアススパッタにより形成する。図３は、バイア
ススパッタ装置の構成図である。図３に示すように、タ
ーゲット１０だけでなくＳｉ基板１側にも高周波電源１
１を設け、マッチングＢＯＸ１２を介して負のバイアス
電圧を印加する。Ｓｉ基板１に負のバイアス電圧を印加
することにより、基板上でのエッチングと膜の堆積を同
時に行う。従って、突出した部分（例えばパターン部
分）が選択的にエッチングされるため、平坦な膜を容易
に得ることができる。なお、図３において、１３はター
ゲット１０側の高周波電源、１４はマッチングＢＯＸ、
１５はシャッターである。
【００１５】図４は、バイアススパッタの効果を示した
図である。図４（ａ）は、バイアススパッタを行わない
場合の電気絶縁膜の堆積の様子を示したものであり、被
覆性の悪さからパターン２１のエッジ部分で膜２２に大
きな段差が観察される。一方、図４（ｂ）は、バイアス
スパッタを行った場合の電気絶縁膜の堆積の様子を示し
たものである。図４（ｂ）から明らかなように、バイア
ススパッタを行うことにより、基板上のパターン２１に
かかわらず、被覆性の良い平坦な電気絶縁膜２２が堆積
されていることがわかる。
図である。図４（ａ）は、バイアススパッタを行わない
場合の電気絶縁膜の堆積の様子を示したものであり、被
覆性の悪さからパターン２１のエッジ部分で膜２２に大
きな段差が観察される。一方、図４（ｂ）は、バイアス
スパッタを行った場合の電気絶縁膜の堆積の様子を示し
たものである。図４（ｂ）から明らかなように、バイア
ススパッタを行うことにより、基板上のパターン２１に
かかわらず、被覆性の良い平坦な電気絶縁膜２２が堆積
されていることがわかる。
【００１６】
【発明の効果】以上のように請求項１、２、または３記
載の発明によれば、Ｓｉウエハ上の微細加工によって大
量生産が可能となり、製造コストを大幅に低減すること
ができる。さらに、微小チップの作製が可能であること
から、熱容量を小さくでき、消費電力軽減によって電池
駆動が可能となり、ひいては設置性を改善することがで
きる。
載の発明によれば、Ｓｉウエハ上の微細加工によって大
量生産が可能となり、製造コストを大幅に低減すること
ができる。さらに、微小チップの作製が可能であること
から、熱容量を小さくでき、消費電力軽減によって電池
駆動が可能となり、ひいては設置性を改善することがで
きる。
【００１７】請求項２記載の発明によれば、周囲温度の
変化にかかわらず、感知膜の温度は一定に保たれること
から、周囲温度の変化による感度低下がなくなり、高感
度、高選択性の薄膜ガスセンサを提供することができ
る。
変化にかかわらず、感知膜の温度は一定に保たれること
から、周囲温度の変化による感度低下がなくなり、高感
度、高選択性の薄膜ガスセンサを提供することができ
る。
【００１８】請求項３記載の発明によれば、短絡事故や
積層段差部での破断などがなくなり、信頼性のある薄膜
ガスセンサを安定して量産することができる。
積層段差部での破断などがなくなり、信頼性のある薄膜
ガスセンサを安定して量産することができる。
【図１】実施形態の構成図である。
【図２】薄膜ガスセンサのＣＨ4ガス（２０００ｐｐ
ｍ）雰囲気中での温度−抵抗特性図である。
ｍ）雰囲気中での温度−抵抗特性図である。
【図３】バイアススパッタ装置の構成図である。
【図４】バイアススパッタの効果を示した図である。
１ Ｓｉ基板 ２ ＳｉＯ2熱酸化絶縁膜 ３ ヒータ層 ４、７ 電気絶縁層 ５ 温度センサ層 ６ ヒータ用電極層 ８ センサ用電極層 ９ 感知膜
フロントページの続き (72)発明者 津田 孝一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内
Claims (3)
- 【請求項１】 被検ガスの有無を検出する薄膜ガスセン
サにおいて、 基板と、 前記基板上に支持膜を介して形成されたヒータ層と、 前記ヒータ層上に電気絶縁層を介して形成された温度セ
ンサ層と、 前記温度センサ層上に電気絶縁層を介して、間隔を持っ
て一対に形成された電極と、 前記電極間上に積層され、被検ガスに反応して電気抵抗
値を変化させるＳｎＯ 2から成る感知膜を備えることを
特徴とする薄膜ガスセンサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の薄膜ガスセンサにおい
て、 前記ヒータ層、温度センサ層の作用により、前記感知膜
の温度が一定になるようにフィードバック制御すること
を特徴とする薄膜ガスセンサ。 - 【請求項３】 請求項１または２記載の薄膜ガスセンサ
において、 前記電気絶縁層は、バイアススパッタにより形成された
ＳｉＯ2から構成されることを特徴とする薄膜ガスセン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP640298A JPH11201929A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 薄膜ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP640298A JPH11201929A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 薄膜ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11201929A true JPH11201929A (ja) | 1999-07-30 |
Family
ID=11637386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP640298A Withdrawn JPH11201929A (ja) | 1998-01-16 | 1998-01-16 | 薄膜ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11201929A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286673A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-03 | Denso Corp | ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2002357581A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 湿度センサ |
| JP2005265548A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| JP2008128772A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
| KR100843169B1 (ko) | 2006-12-26 | 2008-07-02 | 전자부품연구원 | 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법 |
| KR100873058B1 (ko) | 2007-02-27 | 2008-12-11 | 세주엔지니어링주식회사 | 서미스터가 삽입된 접촉연소식 가스센서 |
-
1998
- 1998-01-16 JP JP640298A patent/JPH11201929A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002286673A (ja) * | 2001-03-28 | 2002-10-03 | Denso Corp | ガスセンサ及びその製造方法 |
| JP2002357581A (ja) * | 2001-05-31 | 2002-12-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 湿度センサ |
| JP2005265548A (ja) * | 2004-03-17 | 2005-09-29 | Tdk Corp | ガスセンサ |
| JP2008128772A (ja) * | 2006-11-20 | 2008-06-05 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ及びその製造方法 |
| KR100843169B1 (ko) | 2006-12-26 | 2008-07-02 | 전자부품연구원 | 마이크로 가스센서 어레이 및 그 제조방법 |
| KR100873058B1 (ko) | 2007-02-27 | 2008-12-11 | 세주엔지니어링주식회사 | 서미스터가 삽입된 접촉연소식 가스센서 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20050405 |