JPS63201559A - 検知素子 - 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】 く技術分野〉 本発明は、検知素子の電極構造に関するものであり、特
に白金薄膜を用い念多層電極構造に関するものである。

〈従来技術〉 従来、基板上に薄膜を形成して、その電気抵抗又は電気
容量の変化等を電気的に検出することにより種々の物理
量や化学量等を側定する検知素子が多数知られている。

第２図に従来よシ知られている薄膜材料を用い之検知素
子の代表的な素子構造を示す。

絶縁体あるいは、表面に絶縁層を形成した導体又は半導
体を基板（１）とし、その表面に導体力１ら成る電極（
２）を形成し、更にその上に感応体となる薄膜材料（３
１を層設することにより検知素子が構成されている。そ
して種々の物理量、化学量の変化に応じて変動する薄膜
材料（３）の電気的特性を電気信号変化として取り出す
ものである。

しかしながら、このような構造の検知素子においては、
電極材料に起因する阻害要因のなめ検知素子の安定性及
び信頼性に支障をきたす場合が多い。例えば、 （１）電極材料自体が外界要因に対して不安定な物質で
ある場合、 （２）電極材料と基板若しくは薄膜材料との間で接着性
が充分に得られない、あるいは双方が反応を起こす場合
、 などがある。

上述の問題点を全て解決する単一電極材料は現在のとこ
ろ開発されていない。材料の安定性に関しては、一般に
よく用いられている電極材料であるアルミニウム、金、
銀などは電気伝導度の点からは問題ないが、いずれの材
料も他の金属に容易に拡散する性質があり、合金を生成
し易い。共晶合金は共晶温度の半分あるいはそれ以下の
温度で生成を開始する場合があり、生成温度が２００℃
以下の共晶合金もあるため、電極薄膜形成時の基板温度
や検知素子の使用雰囲気温度次第では、電極に異常が生
じて検知素子の特性が変化する等の問題が生じ信頼性の
面で非常に難点がある。

′！之、アルミニウム電極に代表されるように、エレク
トロマイグレーションが起こる。即ち、配線に直流電流
を流した場合、金属原子が輸送され金属原子が移動した
後にはボイドが発生し断線が起こる一方、金属原子が蓄
積したところにはヒルロックが発生し、配線の周囲にス
トレスを与えクラックの原因となる。

さらに接着性に関しては、一般によく用いられる絶縁層
である酸化シリコンとの接着性のよい金属材料は、酸化
されにくい即ち金属酸化物形成の自由エネルギーが負で
値が大きくかつ高融点であるモリブデン、タンタル、チ
タン等があるが、いずれの金属材料も電気伝導度が小さ
く単独では電極材料として用いるには不適当である。

以上のように電極材料として適した単一の金属材料は存
在せず、従って従来より上述の問題点が全て解決され、
信頼性の高い検知素子を得ることのできる電極構造及び
材料の開発が切望されている。

〈発明の目的〉 本発明は、従来のこのような問題点を解消するもので、
電極構造を第一層と第三層がチタン、中央の第二層が白
金である少なくとも三層構造とし基板及び薄膜材料との
接着性が強く、またそれらと反応を起こすことなく、力
１つそれ自体安定な材料から成る電極構造を用いること
により、電極に起因する問題点が全て除去され之信頼性
の高い検知素子を提供するものである。

〈発明の概要〉 本発明は、絶縁支持基板上もしくは絶縁物とコートし電
導体又は半導体７５．らなる支持基板上に、真空蒸着法
、スパッタリング法などの薄膜製造方法により、チタン
、白金、チタンの順にそれぞれの薄膜を積層付着させ、
湿式エツチング法、スパッタエツチング法などの方法で
パターン化し電極としている。

さらにこの電極間に感応体となる材料の薄膜を形成し念
後、チップ化、リード出しを行なって検知素子とする。

この電極構造は次の性質を利用している。

（１）　　チタン（Ｔｉ）は安定性が高く高融点であり
、酸化シリコンとの接着性がよい。

（２）　　白金（Ｐｔ）は、導電性がよく化学的に安定
である。

（３）　　チタンと白金は接着させるとその境界で緻密
な金属間化合物層Ｔｉ３Ｐｔをつくり拡散お合金化のバ
リヤとなる。

以上の点に注目し、チタン／白金／チタンの三層構造の
電極により検知素子電照の信頼性を高めたものである。

〈実施例〉 以下に、絶縁層として酸化シリコンを表面に形成しｔシ
リコン基板上に、ゲルマニウム薄膜全感応体として層設
した湿度センサを例にとって本発明の一実施例を説明す
る。

第１図はゲルマニウムを用い之湿度センサの素子構造で
ある。シリコン基板（４）を洗浄した後、熱酸化により
酸化シリコン層（５）を表面に形成して絶縁層とし、そ
の上に真空蒸着法によりチタン薄膜（６）を積層し、さ
らにその上にスパッタリング法により白金薄膜（７）を
形成後、先のチタン薄膜と同様に真空蒸着法によりチタ
ン薄膜（８）を白金薄膜の上形成する。以上によりチタ
ン／白金／チタンの三層構造から成る電極が作製される
。次に、スパッタエツチングによりチタン／白金／チタ
ンの三層をエツチングし、くし歯状にパターン単形して
電極とする。

このくし歯状電極上に真空蒸着法によりゲルマニウム薄
膜（９）を層設し、チップ化、リード出しを行ないセン
サ素子とする。ゲルマニウム薄膜（９）は湿分に応答し
てインピーダンスが変化する感応膜であり、従って、上
記三層構造の電極を左右一対配置しこの電極間にゲルマ
ニウム薄膜（９）を架設してインピーダンス変化を検出
することにより湿度が検出される。

このようにして作製した素子は、それぞれの薄膜形成時
において、薄膜材料の合金化による変色等は見られず、
また高温放置試鹸においては特性の経時変化も起こらな
い信頼性の高い素子となる。

尚、感応膜としては感湿膜以外に温度を検知する感温膜
、ガスを検知する膜、霜や露を検知する膜あるいはその
他薬品、油、煙等種々の物理量。

化学量を検知する膜が実施に供される。

〈発明の効果〉 以上の如く本発明の電極構造をもつ検知素子は従来より
も、基板、電極層あるいは薄膜感応層相互間の密着性が
よく、また反応や合金化が起こらないため、高い信頼性
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す検知素子の構成図であ
る。第２図は従来の検知素子を示す断面図である。 ｌ・・・基板、　　　　　４・・・シリコン基板、２・
・・電極、　　　　　　５・・・酸化シリコン膜、８・
・・薄膜材料、　　　　６．訃・・チタン膜、７・・・
白金膜、 ９・・・ゲルマニウム薄膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、薄膜材料の電気抵抗又は電気容量の変化により被測
   定量の変化を検知する検知素子において前記薄膜材料の
   電気抵抗又は電気容量の変化を検知する電極構造が白金
   薄膜層の上下面に該白金薄膜層と接してチタン薄膜層を
   積層形成した少なくとも三層の積層部を具備して成るこ
   とを特徴とする検知素子。 ２、薄膜材料がゲルマニウム薄膜である特許請求の範囲
   第１項記載の検知素子。 ３、検知素子の被検知量が湿度である特許請求の範囲第
   １項又は第２項記載の検知素子。 ４、電極の形状がくし歯状又は短冊状である特許請求の
   範囲第１項、第２項又は第３項記載の検知素子。