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JP2010091501A - Gas sensor - Google Patents

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JP2010091501A
JP2010091501A JP2008263616A JP2008263616A JP2010091501A JP 2010091501 A JP2010091501 A JP 2010091501A JP 2008263616 A JP2008263616 A JP 2008263616A JP 2008263616 A JP2008263616 A JP 2008263616A JP 2010091501 A JP2010091501 A JP 2010091501A
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雅博 高倉
Masashi Kida
真史 喜田
Shinichiro Kito
真一郎 鬼頭
Takio Kojima
多喜男 小島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor which excellently senses a variation in concentration of a specific gas, while preventing any gas sensing layer from delaminating and without affecting its gas sensitivity. <P>SOLUTION: In the gas sensor 1 having the gas sensing layer 4 which is formed on a substrate 15 and made of a metal oxide semiconductor as the principal component varying its electric property in accordance with the variation in concentration of the specific gas in an environmental atmosphere, the gas sensing layer 4 is configured to conjoin a plurality of particles such that a gas-permeable property in the thickness direction of the gas sensing layer 4 is obtained through voids existing among the plurality of particles. Furthermore, the gas sensor 1 includes: a pair of sensing electrodes 6 which contain an inorganic oxide differing from the metal oxide semiconductor, and are disposed on the substrate 15 and used for sensing a variation in the electric property of the gas sensing layer 4 while contacting the gas sensing layer 4; and a contact layer 7 which contacts with the gas sensing layer 4, wherein a middle region 22 containing the inorganic oxide exists in at least a portion of an interface between the gas sensing layer 4 and the contact layer 7, so as to connect between the contact layer 7 and a particle being inward in regard to the outermost-side particle of the gas sensing layer 4. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサに関するものである。   The present invention relates to a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor.

従来、酸化スズ(SnO)等の金属酸化物半導体に、プラチナ等の貴金属を触媒として担持させ、環境雰囲気中の特定ガスの濃度変化によって電気的特性(例えば、抵抗値)が変化することを利用して、特定ガスの濃度変化を検知するガスセンサが知られている。このようなガスセンサのガス検知層は、その製造工程において、貴金属元素を含む溶液中に金属酸化物半導体粉末を含浸させた後、焼成することにより、貴金属を金属酸化物半導体表面上に分散させた状態で担持させている(例えば特許文献1参照)。
又、金属酸化物半導体に、触媒として塩基性金属酸化物を担持させたガス検知層を用いると、硫化水素やメルカプタン類などに起因すると思われる各種の臭い(特に悪臭)に対して高いガス感度を示すことが知られている(例えば特許文献2参照)。
Conventionally, a precious metal such as platinum is supported on a metal oxide semiconductor such as tin oxide (SnO 2 ) as a catalyst, and electrical characteristics (for example, resistance value) change depending on the concentration change of a specific gas in the environmental atmosphere. A gas sensor that detects a change in the concentration of a specific gas by using it is known. In the gas detection layer of such a gas sensor, the precious metal was dispersed on the surface of the metal oxide semiconductor by impregnating the metal oxide semiconductor powder in the solution containing the precious metal element in the manufacturing process and then firing. It is carried in a state (see, for example, Patent Document 1).
In addition, when a gas detection layer in which a basic metal oxide is supported as a catalyst on a metal oxide semiconductor is used, high gas sensitivity against various odors (especially bad odors) that may be caused by hydrogen sulfide, mercaptans, etc. (For example, refer to Patent Document 2).

一方、このようなガスセンサのガス検知層は、常温では特定ガスと反応せず、例えば200〜400℃に加熱されることで活性化されて特定ガスに反応する。このようなことから、ガス検知層が形成される半導体基板等の基体内に発熱抵抗体が設けられるのが一般的である。しかしながら、発熱抵抗体を用いてガスセンサを高温で駆動した場合、ガス検知層と基体との熱膨張差に起因して界面での剥離が生ずるおそれがある。また、このようなガスセンサでは、高信頼性を得るために、ガス検知層と基体との機械的な密着強度を高めることも当然に求められる。   On the other hand, the gas detection layer of such a gas sensor does not react with the specific gas at room temperature, but is activated by being heated to, for example, 200 to 400 ° C. and reacts with the specific gas. For this reason, a heating resistor is generally provided in a substrate such as a semiconductor substrate on which a gas detection layer is formed. However, when the gas sensor is driven at a high temperature using the heating resistor, there is a possibility that separation at the interface may occur due to a difference in thermal expansion between the gas detection layer and the substrate. Further, in such a gas sensor, in order to obtain high reliability, it is naturally required to increase the mechanical adhesion strength between the gas detection layer and the substrate.

そこで、ガス検知層と基体との間の密着性を向上させるため、これらの間に凹凸を有する密着層を介装させる技術が提案されている(例えば特許文献3参照)。この密着層は、凹凸によるアンカー効果により密着性を確保している。又、密着層がガス検知層の主成分をなす金属元素からなる薄膜を酸化処理して形成されるため、ガス検知層と熱膨張係数がほぼ等しく、熱膨張係数の差に起因してガス検知層から剥離するのを防ぐことができる。
又、シリコン基板上にガス検知体と選択燃焼膜とを順に形成する際、選択燃焼膜にシリカを含有させ、選択燃焼膜と基体との間の密着性を向上させる技術が提案されている(例えば特許文献4参照)。この技術によれば、選択燃焼膜中のシリカが焼結時にシリコン基板上のシリコン酸化膜と結合し、密着強度が増加する。
さらに、基体上に検知電極と、該検知電極間に設けた凹凸状の密着層とを有し、これら検知電極及び密着層をガス検知層で覆ったガスセンサが提案されている(例えば特許文献5参照)。
Therefore, in order to improve the adhesion between the gas detection layer and the substrate, a technique of interposing an adhesion layer having irregularities between them has been proposed (see, for example, Patent Document 3). This adhesion layer ensures adhesion by an anchor effect due to unevenness. In addition, since the adhesion layer is formed by oxidizing a thin film made of a metal element that is the main component of the gas detection layer, the thermal expansion coefficient is almost equal to that of the gas detection layer, and the gas detection is caused by the difference in thermal expansion coefficient. Peeling from the layer can be prevented.
In addition, when a gas detector and a selective combustion film are sequentially formed on a silicon substrate, a technique has been proposed in which silica is contained in the selective combustion film to improve the adhesion between the selective combustion film and the substrate ( For example, see Patent Document 4). According to this technique, the silica in the selective combustion film is combined with the silicon oxide film on the silicon substrate during sintering, and the adhesion strength is increased.
Furthermore, a gas sensor has been proposed that has a detection electrode on a substrate and an uneven adhesion layer provided between the detection electrodes, and the detection electrode and the adhesion layer are covered with a gas detection layer (for example, Patent Document 5). reference).

特開昭63−279150号公報JP-A 63-279150 特公平6−27719号公報Japanese Patent Publication No. 6-27719 特開2007−333676号公報JP 2007-333676 A 特開2002−5865号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-5865 欧州特許公開番号 EP1953539European Patent Publication No. EP1953539

しかしながら、上記特許文献3記載の技術の場合、密着性は改善されるものの、ガス検知層と基体(具体的には基体側の検知電極)との間に密着層が介在するため、ガス検知層と検知電極とを直接接触させた構造に比べ、ガス感度が低くなる傾向にある。
又、上記特許文献4記載の技術の場合、シリコン基板が滑らかな鏡面であるため、密着性の改善効果が十分とはいえない。さらに、上記特許文献5記載の技術の場合においても、密着性の改善効果が十分に得られないことがあった。
そこで、本発明は、ガス検知層が基体から剥離することを防止するとともに、ガス感度に影響を与えずに特定ガスの濃度変化を良好に検知するガスセンサを提供することを目的とする。
However, in the case of the technique described in Patent Document 3, although the adhesion is improved, the adhesion layer is interposed between the gas detection layer and the substrate (specifically, the detection electrode on the substrate side). The gas sensitivity tends to be lower than the structure in which the electrode and the detection electrode are in direct contact with each other.
Further, in the case of the technique described in Patent Document 4, since the silicon substrate has a smooth mirror surface, the effect of improving the adhesion cannot be said to be sufficient. Further, even in the case of the technique described in Patent Document 5, the effect of improving the adhesion may not be sufficiently obtained.
Therefore, an object of the present invention is to provide a gas sensor that prevents a gas detection layer from being peeled off from a substrate and that can favorably detect a change in the concentration of a specific gas without affecting the gas sensitivity.

上記課題を解決するため、本発明のガスセンサは、基体上に形成されるとともに、環境雰囲気中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、前記ガス検知層は、複数の粒子が結合しつつ、前記複数の粒子間に存在する空隙を通じて当該ガス検知層の厚み方向におけるガス透過性を有するように構成されてなり、かつ前記金属酸化物半導体とは異なる無機酸化物を含み、前記基体上に、前記ガス検知層と接触しつつ当該ガス検知層における電気的特性の変化を検出するための一対の検知電極と、前記ガス検知層と接触する密着層とを備え、前記ガス検知層と前記密着層との界面の少なくとも一部には、前記ガス検知層の最外側粒子よりも内側の粒子と前記密着層との間を接続するようにして、前記無機酸化物を含む中間領域部が存在している。
このようにすると、ガス検知層と検知電極とが接触しているので、ガス検知層と検知電極との界面におけるガス反応が、密着層を含めた他部材によって阻害されることがない。尚、検知電極及び密着層は、それぞれ基体の表面に直接形成され、かつ検知電極と密着層と非接触となるように基体上に設けられることが好ましい。これにより、検知電極の側周面を含めた表面とガス検知層とが略全面で接触し、接触面積が良好に確保されるので、ガス検知層と検知電極との界面におけるガス反応が良好にもたらされることになる。
又、本発明のガスセンサによれば、密着層とガス検知層とが表面での結合(アンカー効果等)だけでなく、ガス検知層中の無機酸化物からなる中間領域部が、ガス検知層を構成する複数の粒子間に存在する空隙に入り込む形態で、ガス検知層の最外側粒子よりも内側の粒子と密着層との間を接続しているため、ガス検知層の内部と密着層とが強固に接続され、密着層とガス検知層との密着性がさらに向上する。
In order to solve the above problems, the gas sensor of the present invention is a gas sensor mainly composed of a metal oxide semiconductor which is formed on a substrate and whose electrical characteristics change according to a change in the concentration of a specific gas in an environmental atmosphere. In the gas sensor having a layer, the gas detection layer is configured to have gas permeability in the thickness direction of the gas detection layer through a gap existing between the plurality of particles while a plurality of particles are combined. And a pair of sensing electrodes for detecting a change in electrical characteristics of the gas sensing layer while contacting the gas sensing layer on the substrate, including an inorganic oxide different from the metal oxide semiconductor, An adhesion layer that is in contact with the gas detection layer, and at least part of the interface between the gas detection layer and the adhesion layer includes a particle inside the outermost particle of the gas detection layer and the adhesion And as to connect between the intermediate region portion containing the inorganic oxide is present.
If it does in this way, since the gas detection layer and the detection electrode are contacting, the gas reaction in the interface of a gas detection layer and a detection electrode will not be inhibited by other members including a contact | adherence layer. The detection electrode and the adhesion layer are preferably formed directly on the surface of the substrate, and provided on the substrate so as not to contact the detection electrode and the adhesion layer. As a result, the surface including the side peripheral surface of the detection electrode and the gas detection layer are in contact with each other over almost the entire surface, and a good contact area is ensured, so that the gas reaction at the interface between the gas detection layer and the detection electrode is good. Will be brought.
Further, according to the gas sensor of the present invention, not only the adhesion layer and the gas detection layer are bonded on the surface (anchor effect, etc.), but also the intermediate region made of an inorganic oxide in the gas detection layer has the gas detection layer. In the form of entering the voids existing between the plurality of particles constituting the gas, the inner particles of the gas detection layer and the adhesion layer are connected to each other, so that the inside of the gas detection layer and the adhesion layer are It is firmly connected, and the adhesion between the adhesion layer and the gas detection layer is further improved.

前記密着層は前記無機酸化物と同一元素を含んでいるとよい。
このようにすると、ガス検知層中の無機酸化物と、密着層とが同一元素を含むので、両者の結合力がさらに向上する。又、密着層がガス検知層中の無機酸化物と同一元素を含むことにより、ガス検知層と密着層との間の熱膨張率差が中間領域部によって緩和されるため、この効果によっても両者の間の剥離が生じ難くなる。
The adhesion layer may contain the same element as the inorganic oxide.
If it does in this way, since the inorganic oxide in a gas detection layer and the contact | adherence layer contain the same element, both bond strength improves further. In addition, since the adhesion layer contains the same element as the inorganic oxide in the gas detection layer, the difference in thermal expansion between the gas detection layer and the adhesion layer is mitigated by the intermediate region portion. Peeling between them becomes difficult to occur.

前記検知電極は櫛歯状に形成され、一方の電極の櫛歯の間に、他方の電極の櫛歯が挿入され、少なくとも前記一方の電極の櫛歯と前記他方の電極の櫛歯との間に、前記密着層が設けられていてもよい。
このようにすると、一方の電極の櫛歯の間に、他方の電極の櫛歯が挿入され、一方の電極の櫛歯と他方の電極の櫛歯との間に密着層が設けられるので、検知電極とガス検知層との接触面積を増すことができ、一対の検知電極間に位置する基体の表面とガス検知層との密着性をより効果的に高めることができる。
The detection electrode is formed in a comb-like shape, and the comb-teeth of the other electrode are inserted between the comb-teeth of one electrode, and at least between the comb-teeth of the one electrode and the comb-teeth of the other electrode Further, the adhesion layer may be provided.
In this case, the comb teeth of the other electrode are inserted between the comb teeth of one electrode, and an adhesion layer is provided between the comb teeth of the one electrode and the comb teeth of the other electrode. The contact area between the electrode and the gas detection layer can be increased, and the adhesion between the surface of the substrate positioned between the pair of detection electrodes and the gas detection layer can be more effectively enhanced.

前記基体は、板厚方向に開口部が形成された半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、前記開口部に対応する部位に隔壁部を有する絶縁層と、前記隔壁部上に形成される発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層とを備え、前記検知電極、前記密着層、及び前記ガス検知層は、前記基体の前記保護層上に形成されていてもよい。
このようにすると、ガス検知層が発熱抵抗体により速やか且つ良好に加熱され、活性化するので、ガスセンサのガス感度を高めることができる。
The base is formed on the semiconductor substrate having an opening formed in a plate thickness direction, an insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a partition wall at a portion corresponding to the opening, and the partition wall. A heating layer and a protective layer formed on the insulating layer so as to cover the heating resistor, and the detection electrode, the adhesion layer, and the gas detection layer are formed on the protective layer of the substrate. It may be formed.
If it does in this way, since a gas detection layer will be heated quickly and favorably with a heating resistor, and it will activate, the gas sensitivity of a gas sensor can be raised.

又、少なくとも前記ガス検知層の表面を覆う多孔質状の被覆層が形成されていてもよい。
このようにすると、金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層が有機シリコン等の被毒物質から保護され、ガス検知層の劣化を防止でき、ひいてはガスセンサの耐久性が向上する。
In addition, a porous coating layer that covers at least the surface of the gas detection layer may be formed.
In this way, the gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor is protected from poisonous substances such as organic silicon, the deterioration of the gas detection layer can be prevented, and the durability of the gas sensor is improved.

この発明によれば、ガス検知層が基体から剥離することを防止するとともに、ガス感度に影響を与えずに特定ガスの濃度変化を良好に検知することができる。   According to the present invention, it is possible to prevent the gas detection layer from being peeled off from the substrate, and to satisfactorily detect a change in the concentration of the specific gas without affecting the gas sensitivity.

以下、本発明の第1の実施形態について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態に係るガスセンサの平面図を示す。
ガスセンサ1は、縦が2.6mm、横が2mmの平面視矩形状をなし、基体15中央の上面に密着層7が形成されている。また、基体15中の上面には、密着層7と接触しないようにして一対の検知電極6が形成されている。さらに、検知電極6を覆うとともに、検知電極6周縁の密着層7を覆うようにして、ガス検知層4が形成されている。そして、ガス検知層4を完全に覆うとともに、ガス検知層4周縁の密着層7を覆うようにして、多孔質状の被覆層20が形成されている。
又、詳しくは後述するが、ほぼガス検知層4の直下に位置する基体15内部に、発熱抵抗体5が埋設されている。
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 shows a plan view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.
The gas sensor 1 has a rectangular shape in plan view with a length of 2.6 mm and a width of 2 mm, and an adhesion layer 7 is formed on the upper surface of the center of the base body 15. A pair of detection electrodes 6 are formed on the upper surface of the substrate 15 so as not to contact the adhesion layer 7. Further, the gas detection layer 4 is formed so as to cover the detection electrode 6 and the adhesion layer 7 around the detection electrode 6. And the porous coating layer 20 is formed so that the gas detection layer 4 may be covered completely, and the adhesion layer 7 of the gas detection layer 4 periphery may be covered.
Further, as will be described in detail later, a heating resistor 5 is embedded in the base body 15 located almost immediately below the gas detection layer 4.

そして、発熱抵抗体5から2本のリード部12がガスセンサ1を平面視したときに密着層7の外側に引き出され、各リード部12はさらに基体15の一辺側(図1の下辺)まで延び、各リード部12の末端にコンタクトパッド9が形成されている。
又、検知電極6から2本の電極リード部10がガスセンサ1を平面視したときに密着層7の外側に引き出され、各電極リード部10はさらに基体15の上記一辺側まで延び、各電極リード部10の末端に酸化物半導体用コンタクト部8が形成されている。
ここで、各リード部12は発熱抵抗体5に通電するためのものである。各電極リード部10は、櫛歯状の検知電極6にそれぞれ通電するためのものである。
又、この実施形態では、2個の酸化物半導体用コンタクト部8が上記一辺の中央側に隣接して並び、2個のコンタクトパッド9は酸化物半導体用コンタクト部8を挟むようにして上記一辺の外側にそれぞれ配置されている。酸化物半導体用コンタクト部8及びコンタクトパッド9は、ガスセンサ1の外部回路に接続される。
なお、作製されたガスセンサ1の平面形状は矩形に限らず、多角形や円形であってもよく、その大きさ、厚み、各部材の配置も限定されるものではない。
Then, the two lead portions 12 are drawn from the heat generating resistor 5 to the outside of the adhesion layer 7 when the gas sensor 1 is viewed in plan, and each lead portion 12 further extends to one side of the base body 15 (the lower side in FIG. 1). A contact pad 9 is formed at the end of each lead portion 12.
Further, two electrode lead portions 10 are drawn from the detection electrode 6 to the outside of the adhesion layer 7 when the gas sensor 1 is viewed in a plan view, and each electrode lead portion 10 further extends to the one side of the base body 15. An oxide semiconductor contact portion 8 is formed at the end of the portion 10.
Here, each lead portion 12 is for energizing the heating resistor 5. Each electrode lead portion 10 is for energizing each comb-like detection electrode 6.
In this embodiment, the two oxide semiconductor contact portions 8 are arranged adjacent to the central side of the one side, and the two contact pads 9 are arranged outside the one side so as to sandwich the oxide semiconductor contact portion 8. Respectively. The oxide semiconductor contact portion 8 and the contact pad 9 are connected to an external circuit of the gas sensor 1.
In addition, the planar shape of the produced gas sensor 1 is not limited to a rectangle, and may be a polygon or a circle. The size, thickness, and arrangement of each member are not limited.

図2は、図1のA−A線に沿う断面図である。図2において、基体15は、シリコン基板2と、シリコン基板2表面に形成された絶縁被膜層3とから構成されている。又、シリコン基板2の下面の中央部がシリコン基板2の厚み方向に沿った断面で見たときに台形状に除去されて開口部21が形成され、開口部21から絶縁被膜層3が露出している。即ち、基体15は、開口部21を有するシリコン基板2と絶縁被膜層3とにより、ダイヤフラム構造をなすものである。ここで、開口部21は、発熱抵抗体5が配置される位置に重なるように位置している。
なお、シリコン基板2及び絶縁被膜層3が本発明における「基体」に相当し、シリコン基板2が本発明における「半導体基板」に相当する。また、絶縁被膜層3が本発明における「絶縁層」に相当する。
さらに、シリコン基板2の下面(絶縁被膜層3が形成された側と反対面)には、基板用絶縁層232が形成されている。
なお、基体15は、シリコン基板2を用いた本実施形態のものに限られず、アルミナ(Al)や半導体材料から作製してもよい。
2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 2, the base 15 is composed of a silicon substrate 2 and an insulating coating layer 3 formed on the surface of the silicon substrate 2. Further, when the central portion of the lower surface of the silicon substrate 2 is viewed in a section along the thickness direction of the silicon substrate 2, it is removed in a trapezoidal shape to form an opening 21, and the insulating coating layer 3 is exposed from the opening 21. ing. That is, the base body 15 forms a diaphragm structure by the silicon substrate 2 having the opening 21 and the insulating coating layer 3. Here, the opening 21 is positioned so as to overlap the position where the heating resistor 5 is disposed.
The silicon substrate 2 and the insulating coating layer 3 correspond to the “base” in the present invention, and the silicon substrate 2 corresponds to the “semiconductor substrate” in the present invention. The insulating coating layer 3 corresponds to the “insulating layer” in the present invention.
Further, a substrate insulating layer 232 is formed on the lower surface of the silicon substrate 2 (the surface opposite to the side on which the insulating coating layer 3 is formed).
The base 15 is not limited to that of the present embodiment using the silicon substrate 2 and may be made of alumina (Al 2 O 3 ) or a semiconductor material.

絶縁被膜層3は、絶縁層32,33及び保護層35をこの順に積層して構成され、絶縁層32がシリコン基板2側に位置している。絶縁層33の内部には、発熱抵抗体5及び各リード部12が形成され、保護層35が絶縁層33を覆っている。なお、シリコン基板2側の絶縁層32のうち、開口部21から露出した部分を隔壁部39と称する。
絶縁層32、保護層35は、所定の厚みを有する窒化ケイ素(Si)膜であり、絶縁層33は所定の厚みを有する酸化ケイ素(SiO)膜である。
The insulating coating layer 3 is configured by laminating insulating layers 32 and 33 and a protective layer 35 in this order, and the insulating layer 32 is located on the silicon substrate 2 side. Inside the insulating layer 33, the heating resistor 5 and each lead portion 12 are formed, and the protective layer 35 covers the insulating layer 33. In the insulating layer 32 on the silicon substrate 2 side, a portion exposed from the opening 21 is referred to as a partition wall 39.
The insulating layer 32 and the protective layer 35 are silicon nitride (Si 3 O 4 ) films having a predetermined thickness, and the insulating layer 33 is a silicon oxide (SiO 2 ) film having a predetermined thickness.

絶縁被膜層3の上面には、検知電極6、密着層7及びガス検知層4が形成されている。
ガス検知層4は複数の粒子が結合してなり、被検知ガス中の特定ガスによって自身の抵抗値が変化する性質を有する。また、ガスセンサ検知層4は、複数の粒子間に存在する空隙を通じて当該ガス検知層4の厚み方向におけるガス透過性を有するようにも構成されている。ここで、ガスセンサ1では、酸化スズ(SnO)に0.2重量%の酸化カルシウムを触媒として含有させてガス検知層4が設けられている。酸化カルシウムを含む酸化スズが、ガス検知能を発揮する金属酸化物半導体である。そして、このガス検知層4を用いて、被検知ガス中のアンモニア(NH)、硫化水素(HS)、二硫化メチル((CH)、メチルメルカプタン(CHSH)、トリメチルアミン((CH)N)などの特定ガスを検知するように構成されている。なお、本発明における「検知」とは、被検知ガスに含まれる特定ガスの有無を検知するのみならず、当該特定ガスの濃度変化を検知することも含む。
On the upper surface of the insulating coating layer 3, a detection electrode 6, an adhesion layer 7, and a gas detection layer 4 are formed.
The gas detection layer 4 is formed by combining a plurality of particles, and has a property that its own resistance value changes depending on a specific gas in the gas to be detected. The gas sensor detection layer 4 is also configured to have gas permeability in the thickness direction of the gas detection layer 4 through voids existing between a plurality of particles. Here, in the gas sensor 1, the gas detection layer 4 is provided by containing 0.2 wt% calcium oxide as a catalyst in tin oxide (SnO 2 ). Tin oxide containing calcium oxide is a metal oxide semiconductor that exhibits gas detection ability. And using this gas detection layer 4, ammonia (NH 3 ), hydrogen sulfide (H 2 S), methyl disulfide ((CH 3 ) 2 S 2 ), methyl mercaptan (CH 3 SH) in the gas to be detected And a specific gas such as trimethylamine ((CH 3 ) 3 N). The “detection” in the present invention includes not only detecting the presence or absence of a specific gas contained in the gas to be detected, but also detecting a change in the concentration of the specific gas.

上記金属酸化物半導体の他の例としては、酸化スズのガス検知層4に対する含有量を90質量%以上とした上で、Ir、P、Ptを含有させた構成を採ることもできる。より具体的には、Ir換算で0.50質量%のIrと、P換算で0.01質量%のPと、Pt換算で0.05質量%のPtとを含みつつ、残部が酸化スズからなる金属酸化物半導体を用いることもできる。   As another example of the metal oxide semiconductor, a configuration in which Ir, P, and Pt are contained after the content of tin oxide in the gas detection layer 4 is set to 90% by mass or more can be employed. More specifically, it contains 0.50% by mass of Ir in terms of Ir, 0.01% by mass of P in terms of P, and 0.05% by mass of Pt in terms of Pt, with the balance being tin oxide. A metal oxide semiconductor can also be used.

さらに、ガス検知層4は、上記金属酸化物半導体とは異なる無機酸化物を含む。後述するように、この無機酸化物は、密着層7との密着性を向上させる中間領域部を形成する。無機酸化物としては、例えば、アルミナ(Al)やシリカ(SiO)等の絶縁性の酸化物が例示され、密着層7と同一の元素であってもよい。
無機酸化物の配合割合は、ガス検知層4全体に対して0.2〜5.0質量%とするとよい。無機酸化物の配合割合が少な過ぎると後述する密着効果が少なく、配合割合が多過ぎるとガス検知能が低下するおそれがある。
なお、この無機酸化物は、ガス検知層4を形成する際に用いる上記金属酸化物半導体のペースト中に、無機酸化物のゾル(アルミナゾルやシリカゾル等)の形態で配合することができ、ガス検知層4焼成後に無機酸化物となる。
Furthermore, the gas detection layer 4 contains an inorganic oxide different from the metal oxide semiconductor. As will be described later, this inorganic oxide forms an intermediate region that improves the adhesion to the adhesion layer 7. Examples of the inorganic oxide include insulating oxides such as alumina (Al 2 O 3 ) and silica (SiO 2 ), and the same element as the adhesion layer 7 may be used.
The blending ratio of the inorganic oxide is preferably 0.2 to 5.0% by mass with respect to the entire gas detection layer 4. If the blending ratio of the inorganic oxide is too small, the adhesion effect described later is small, and if the blending ratio is too large, the gas detection ability may be lowered.
In addition, this inorganic oxide can be mix | blended with the form of the inorganic oxide sol (alumina sol, silica sol, etc.) in the said metal oxide semiconductor paste used when forming the gas detection layer 4, and gas detection Layer 4 becomes an inorganic oxide after firing.

又、ガス検知層4を覆う多孔質状の被覆層20は本発明の必須の構成ではないが、被覆層20を設けることにより、ガス検知層4が有機シリコン等によって被毒されるのを抑制でき、耐久性が向上する。被覆層20としては、アルミナ等のセラミックの多孔質層や酸化チタンからなる多孔質層等を用いることができる。   Further, the porous coating layer 20 covering the gas detection layer 4 is not an essential component of the present invention, but by providing the coating layer 20, the gas detection layer 4 is prevented from being poisoned by organic silicon or the like. And durability is improved. As the coating layer 20, a ceramic porous layer such as alumina, a porous layer made of titanium oxide, or the like can be used.

図3に示すように、発熱抵抗体5は平面視渦巻き状に形成され、シリコン基板2の開口部21の上部に対応する位置に配置されている。発熱抵抗体5は、白金(Pt)層とタンタル(Ta)層とから構成された2層構造を有する。   As shown in FIG. 3, the heating resistor 5 is formed in a spiral shape in plan view, and is disposed at a position corresponding to the upper portion of the opening 21 of the silicon substrate 2. The heating resistor 5 has a two-layer structure composed of a platinum (Pt) layer and a tantalum (Ta) layer.

図4は、図1のB−B線に沿う断面図である。図4において、保護層35上に各電極リード部10が設けられている。また、各電極リード部10末端の表面にコンタクトパッド11が形成され、全体として酸化物半導体用コンタクト部8を構成している。
一方、絶縁層33中にリード部12が埋設され、リード部12末端の表面にコンタクトパッド9が形成されている。このコンタクトパッド9は保護層35に露出するように形成される。
電極リード部10、リード部12は、タンタル(Ta)層と、その表面上に形成された白金(Pt)層とから構成されている。コンタクトパッド9、11はAuから形成されている。
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. In FIG. 4, each electrode lead portion 10 is provided on the protective layer 35. Further, a contact pad 11 is formed on the surface of the terminal end of each electrode lead portion 10 to constitute the oxide semiconductor contact portion 8 as a whole.
On the other hand, the lead portion 12 is embedded in the insulating layer 33, and the contact pad 9 is formed on the surface of the end of the lead portion 12. The contact pad 9 is formed so as to be exposed to the protective layer 35.
The electrode lead part 10 and the lead part 12 are composed of a tantalum (Ta) layer and a platinum (Pt) layer formed on the surface thereof. The contact pads 9 and 11 are made of Au.

一対の検知電極6は、一例として、平面図である図5に示すように、それぞれ櫛歯状の平面形状を有し、一方の電極の櫛歯67の間に、他方の電極の櫛歯67が挿入されている。又、一方の電極の櫛歯67と他方の電極の櫛歯67との間に、当該櫛歯67と非接触に間隔を空けて密着層7が蛇行しながら連続的に設けられている。この検知電極6は、ガス検知層4における電気的特性の変化を検出するための一対の電極である。また、密着層7は、図5に示すように、検知電極6の櫛歯67の間だけでなく、検知電極6の周囲(外周)にまで連続的に連なって形成されている。なお、密着層7は、検知電極6の外縁部に対しても、非接触に間隔を空けて形成されている。   As an example, as shown in FIG. 5 which is a plan view, each of the pair of detection electrodes 6 has a comb-like planar shape, and between the comb teeth 67 of one electrode, the comb teeth 67 of the other electrode. Has been inserted. In addition, the adhesion layer 7 is continuously provided between the comb teeth 67 of one electrode and the comb teeth 67 of the other electrode in a meandering manner in a non-contact manner with the comb teeth 67. The detection electrodes 6 are a pair of electrodes for detecting changes in electrical characteristics in the gas detection layer 4. Further, as shown in FIG. 5, the adhesion layer 7 is continuously formed not only between the comb teeth 67 of the detection electrode 6 but also around the detection electrode 6 (outer periphery). Note that the adhesion layer 7 is also formed on the outer edge portion of the detection electrode 6 at a non-contact interval.

上記図2に示すように、この検知電極6のガス検知層4に対向する側の面61及びその両側面は、それらの全面でガス検知層4と当接し、ガス検知層4と検知電極6とが電気的に接続されている。このように、ガス検知層4と、検知電極6の面61及びその両側面とが全面で接触し、接触面積を確保しているので、ガス検知層4と検知電極6との界面におけるガス反応が、密着層7を含めた他部材によって何ら阻害されることがない。また、ガス検知層4が発熱抵抗体5により加熱され、速やか且つ良好に活性化することからもガスセンサ1(ガス検知層4)のガス感度を高めることができる。   As shown in FIG. 2, the surface 61 of the detection electrode 6 facing the gas detection layer 4 and both side surfaces thereof are in contact with the gas detection layer 4 over the entire surface, and the gas detection layer 4 and the detection electrode 6 are in contact with each other. And are electrically connected. Thus, since the gas detection layer 4 and the surface 61 of the detection electrode 6 and both side surfaces thereof are in contact with each other to ensure a contact area, the gas reaction at the interface between the gas detection layer 4 and the detection electrode 6 is ensured. However, it is not hindered by other members including the adhesion layer 7. In addition, the gas sensitivity of the gas sensor 1 (gas detection layer 4) can be increased because the gas detection layer 4 is heated by the heating resistor 5 and activated quickly and satisfactorily.

一方、上記図2に示すように、この検知電極6のうち、保護層35と対向する側の面62は、保護層35と当接している。そして、互いに隣接する検知電極6の間には、基体15とガス検知層4との密着性を向上させ、ガス検知層4が基体15から剥離することを防ぐための密着層7が、前記検知電極6と非接触に設けられている。即ち、検知電極6は、ガス検知層4と接触し、密着層7とは非接触となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 2, the surface 62 of the detection electrode 6 facing the protective layer 35 is in contact with the protective layer 35. An adhesion layer 7 for improving the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4 and preventing the gas detection layer 4 from peeling from the base 15 is provided between the detection electrodes 6 adjacent to each other. It is provided in non-contact with the electrode 6. That is, the detection electrode 6 is in contact with the gas detection layer 4 and is not in contact with the adhesion layer 7.

図6に模式的に示すように、この密着層7は、基体15とガス検知層4との間の密着性を向上させるための層であって、絶縁性の金属酸化物からなる複数の粒子が凝集した構造をなしている。そのため、密着層7は、自身の表面が凹凸面71になっている。一方、ガス検知層4も上述したように、複数の粒子が結合(凝集)した構造をなしている。
そのため、密着層7の凹凸面71に、ガス検知層4を構成する物質が物理的に入り込み、このアンカー効果により、基体15と厚膜状に形成されたガス検知層4との密着性が高められている。
As schematically shown in FIG. 6, the adhesion layer 7 is a layer for improving the adhesion between the substrate 15 and the gas detection layer 4, and includes a plurality of particles made of an insulating metal oxide. Has an agglomerated structure. Therefore, the adhesion layer 7 has an uneven surface 71 on its own surface. On the other hand, the gas detection layer 4 also has a structure in which a plurality of particles are bonded (aggregated) as described above.
Therefore, the substance constituting the gas detection layer 4 physically enters the uneven surface 71 of the adhesion layer 7, and this anchor effect increases the adhesion between the base 15 and the gas detection layer 4 formed in a thick film shape. It has been.

密着層7は、例えば、ヒロックAl膜をスパッタリング法により成膜後、酸化させて形成することができる。ヒロックAl膜は、Alをスパッタリングして得られる略半球状の突起状の被膜である。
又、密着層7は、検知電極6とは非接触であるので、導電性の材料により構成することもできる。ただし、検知電極6とガス検知層4との界面で起こるガス反応に影響を及ぼさないよう、密着層7は、アルミナ(Al)やシリカ(SiO)等の絶縁性の酸化物により構成することが好ましい。
なお、この実施形態では、密着層7は、アルミナ(Al)により構成している。
The adhesion layer 7 can be formed by, for example, forming a hillock Al film by sputtering and then oxidizing it. The hillock Al film is a substantially hemispherical protrusion-like film obtained by sputtering Al.
Further, since the adhesion layer 7 is not in contact with the detection electrode 6, it can also be formed of a conductive material. However, the adhesion layer 7 is made of an insulating oxide such as alumina (Al 2 O 3 ) or silica (SiO 2 ) so as not to affect the gas reaction occurring at the interface between the detection electrode 6 and the gas detection layer 4. It is preferable to configure.
In this embodiment, the adhesion layer 7 is made of alumina (Al 2 O 3 ).

さらに、本発明においては、密着層7とガス検知層4との密着性をさらに向上させるため、ガス検知層4中に、そのガス検知能を発揮する金属酸化物半導体(この実施形態では、酸化スズ)と異なる無機酸化物(この実施形態ではアルミナ(Al))を含ませている。このようにすると、ガス検知層4中の無機酸化物が金属酸化物半導体からなる複数の粒子間に存在する空隙を通じて密着層7に流動し、密着層7(凹凸面71)とガス検知層4との間に中間領域部22が存在するようになる。上記アンカー効果に加え、この中間領域部22により、密着層7とガス検知層4とが強固に接続するため、本実施形態のガスセンサ1では、ガス検知層4と密着層7との密着性がさらに向上する。
特に、上記したように、基体15をダイヤフラム構造とした場合、ダイヤフラム部分で熱による撓みが生じ、ガス検知層4が密着層7から剥離し易くなるが、中間領域部22が介在することで、剥離を防止できる。
さらに、本実施形態では、ガス検知層4中の無機酸化物が、密着層7を構成する無機酸化物(金属酸化物)と同じアルミナで構成されているため、熱膨張率が非常に近いないし同一であるため、ダイヤフラム部分で熱による撓みが生じた場合に、中間領域部22によってガス検知層4と密着層7との間の熱膨張率差を緩和し、この効果によっても両者の間の剥離を防止できる。
Furthermore, in the present invention, in order to further improve the adhesion between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4, a metal oxide semiconductor (in this embodiment, an oxidation oxide) that exhibits its gas detection capability is included in the gas detection layer 4. An inorganic oxide (in this embodiment, alumina (Al 2 O 3 )) different from tin is included. If it does in this way, the inorganic oxide in gas detection layer 4 will flow to adhesion layer 7 through the gap which exists between a plurality of particles which consist of metal oxide semiconductors, and adhesion layer 7 (uneven surface 71) and gas detection layer 4 The intermediate region 22 is present between the two. In addition to the anchor effect, the adhesion region 7 and the gas detection layer 4 are firmly connected to each other by the intermediate region 22. Therefore, in the gas sensor 1 of the present embodiment, the adhesion between the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7 is improved. Further improve.
In particular, as described above, when the base body 15 has a diaphragm structure, the diaphragm portion is bent due to heat, and the gas detection layer 4 is easily peeled off from the adhesion layer 7, but the intermediate region portion 22 is interposed. Separation can be prevented.
Furthermore, in this embodiment, since the inorganic oxide in the gas detection layer 4 is composed of the same alumina as the inorganic oxide (metal oxide) constituting the adhesion layer 7, the coefficient of thermal expansion is very close. Therefore, when the diaphragm portion is bent due to heat, the intermediate region portion 22 reduces the difference in thermal expansion coefficient between the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7, and this effect also reduces the difference between the two. Separation can be prevented.

図7は、本発明の実施形態における密着層7とガス検知層4との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像を示す。この図において、ガス検知層4は、複数の粒子が結合してなることがわかる。また、複数の粒子間に隙間が存在することがわかる。ガス検知層4を構成する金属酸化物半導体は、図7の濃い色で示されている(STEMに付属したEDXで得られた元素分布を、濃淡により組成の違いを表現した)。一方、密着層7も複数の粒子が凝集して凹凸面71を形成している。
そして、密着層7とガス検知層4との界面には、ガス検知層4の最外側粒子4aよりも内側の粒子4bと密着層7との間を接続するようにして、ガス検知層4より薄い色の中間領域部22が形成されている。中間領域部22と密着層7との色相は同じであり、しかも中間領域部22は密着層7表面から、ガス検知層4の最外側粒子4aの背面の空隙に延びている(つまり、最外側粒子4aよりも内側の粒子4bまで中間領域部22が形成されていることになる)。
FIG. 7 shows a STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 in the embodiment of the present invention. In this figure, it can be seen that the gas detection layer 4 is formed by combining a plurality of particles. Moreover, it turns out that a clearance gap exists between several particle | grains. The metal oxide semiconductor composing the gas detection layer 4 is shown in a dark color in FIG. 7 (the element distribution obtained by EDX attached to the STEM expresses the difference in composition by shading). On the other hand, in the adhesion layer 7, a plurality of particles aggregate to form an uneven surface 71.
Then, the gas detection layer 4 is connected to the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 such that the particles 4b inside the outermost particles 4a of the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7 are connected. A light colored intermediate region 22 is formed. The hues of the intermediate region portion 22 and the adhesion layer 7 are the same, and the intermediate region portion 22 extends from the surface of the adhesion layer 7 to the void on the back surface of the outermost particle 4a of the gas detection layer 4 (that is, the outermost region). The intermediate region portion 22 is formed up to the particle 4b inside the particle 4a).

通常、密着層7の凹凸面71は物理的にガス検知層4の表面に当接するだけであるから、密着層7自身はガス検知層4の最表面(最外側粒子4a)と接することはあっても、最外側粒子4aの背面(粒子4b)まで密着層7が入り込むことはない。従って、中間領域部22は密着層7に由来するものではなく、ガス検知層4中の無機酸化物が焼成時に流動して形成されたものと考えられる。これは、中間領域部22と密着層7との色相が同じであり、両者がともにアルミナ(Al)で構成されていることからも上記考えが裏付けられる。 Usually, since the uneven surface 71 of the adhesion layer 7 is only physically in contact with the surface of the gas detection layer 4, the adhesion layer 7 itself may not be in contact with the outermost surface (outermost particle 4a) of the gas detection layer 4. However, the adhesion layer 7 does not enter the back surface (particles 4b) of the outermost particles 4a. Therefore, it is considered that the intermediate region portion 22 is not derived from the adhesion layer 7 but is formed by the inorganic oxide in the gas detection layer 4 flowing during firing. This is supported by the fact that the hues of the intermediate region 22 and the adhesion layer 7 are the same, and both are made of alumina (Al 2 O 3 ).

一方、図8のSTEM像に示すように、ガス検知層4中に無機酸化物を含まない場合、密着層7の凹凸面71が物理的にガス検知層4の表面に当接するだけであり、密着層7自身はガス検知層4の最表面(最外側粒子4a)と接することはあっても、最外側粒子4aの背面(内側の粒子4b)まで密着層7が入り込んでいないことがわかる。
なお、実際のガスセンサの密着層7とガス検知層4との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像を見たとき、ガス検知層4を構成する金属酸化物半導体と異なる濃淡の中間領域部22が、最外側粒子4aよりも内側の粒子4bまで介在し、かつ中間領域22が密着層7と接続しているように観察される。
又、密着層7が、ガス検知層4に含まれる無機酸化物を含む場合、密着層7とガス検知層4との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像を見たとき、中間領域部22と密着層7とが一体化しているように観察される(図7参照)。
On the other hand, as shown in the STEM image of FIG. 8, when the gas detection layer 4 does not contain an inorganic oxide, the uneven surface 71 of the adhesion layer 7 only physically contacts the surface of the gas detection layer 4. Although the adhesion layer 7 itself contacts the outermost surface (outermost particle 4a) of the gas detection layer 4, it can be seen that the adhesion layer 7 does not enter the back surface (inner particle 4b) of the outermost particle 4a.
In addition, when the STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 of the actual gas sensor is viewed, a light and dark intermediate region portion different from the metal oxide semiconductor constituting the gas detection layer 4 It is observed that 22 is interposed up to the inner particle 4b of the outermost particle 4a and the intermediate region 22 is connected to the adhesion layer 7.
Further, when the adhesion layer 7 contains an inorganic oxide contained in the gas detection layer 4, when the STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 is viewed, the intermediate region portion 22 and the adhesion layer 7 are observed to be integrated (see FIG. 7).

次に、上記構造を有するガスセンサ1の製造工程の一例を、図9乃至図15を参照して説明する。図9乃至図15は、ガスセンサ1の製造工程の途中におけるガスセンサ1の縦断面図である。尚、作製途中のガスセンサ1の中間体を、基板と称する。   Next, an example of a manufacturing process of the gas sensor 1 having the above structure will be described with reference to FIGS. 9 to 15 are longitudinal sectional views of the gas sensor 1 during the manufacturing process of the gas sensor 1. In addition, the intermediate body of the gas sensor 1 in the middle of manufacture is called a board | substrate.

(1) シリコン基板2の洗浄
まず、厚みが400μmのシリコン基板2を洗浄液中に浸し、洗浄処理を行う。
(2) 絶縁層32及び基板用絶縁層232の形成
次に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiHCl)、アンモニア(NH)をソースガスとし、図9に示すように、シリコン基板2の上面及び下面に、厚さが200nmの窒化ケイ素膜(Si)膜からなる絶縁層32及び基板用絶縁層232を形成する。
(3) 絶縁層33の形成
次に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O)をソースガスとし、絶縁層32の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素(SiO)膜からなる絶縁層33を形成する。
(1) Cleaning of the silicon substrate 2 First, the silicon substrate 2 having a thickness of 400 μm is immersed in a cleaning solution to perform a cleaning process.
(2) Formation of Insulating Layer 32 and Substrate Insulating Layer 232 Next, dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) are used as source gases by LP-CVD, as shown in FIG. An insulating layer 32 made of a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) having a thickness of 200 nm and a substrate insulating layer 232 are formed on the upper and lower surfaces of the substrate.
(3) Formation of Insulating Layer 33 Next, silicon oxide (SiO 2 ) having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the insulating layer 32 using tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen (O 2 ) as a source gas by plasma CVD. An insulating layer 33 made of a film is formed.

(4) 発熱抵抗体5及びリード部12の形成
その後、DCスパッタ装置を用い、絶縁層33の表面上に厚さ20nmのタンタル(Ta)層を形成し、その層上に厚さ220nmの白金(Pt)層を形成する。スパッタ後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、王水を用いたウエットエッチング処理にて、図10に示すように、発熱抵抗体5及びリード部12のパターンを形成する。
(4) Formation of heating resistor 5 and lead portion 12 Thereafter, using a DC sputtering apparatus, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the insulating layer 33, and platinum having a thickness of 220 nm is formed on the layer. A (Pt) layer is formed. After sputtering, the resist is patterned by photolithography, and a pattern of the heating resistor 5 and the lead portion 12 is formed by wet etching using aqua regia as shown in FIG.

(5) 絶縁層33の更なる成膜
そして、(3)と同様に、プラズマCVDにてテトラエトキシシラン(TEOS)、酸素(O)をソースガスとし、絶縁層33,発熱抵抗体5及びリード部12の表面上に厚さが100nmの酸化ケイ素(SiO)膜からなる新たな絶縁層を図11に示すように形成して絶縁層33の膜厚を厚くする。このようにして、厚さ200nmの絶縁層33内に発熱抵抗体5及びリード部12を埋設する。
(6) 保護層35の形成
さらに、(2)と同様に、LP−CVDにてジクロルシラン(SiHCl)、アンモニア(NH)をソースガスとし、絶縁層33の上面に、厚さが200nmの窒化ケイ素(Si)膜からなる保護層35を形成する。
(7) コンタクトパッド9の開口の形成
次いで、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ドライエッチング法で保護層35及び絶縁層33のエッチングを行い、図11に示すように、コンタクトパッド9を形成する部分にコンタクトホール13を開け、リード部12の末端の一部を露出させる。
(5) Further film formation of the insulating layer 33 And, as in (3), tetraethoxysilane (TEOS) and oxygen (O 2 ) are used as a source gas by plasma CVD, and the insulating layer 33, the heating resistor 5 and A new insulating layer made of a silicon oxide (SiO 2 ) film having a thickness of 100 nm is formed on the surface of the lead portion 12 as shown in FIG. 11 to increase the thickness of the insulating layer 33. In this manner, the heating resistor 5 and the lead portion 12 are embedded in the insulating layer 33 having a thickness of 200 nm.
(6) Formation of Protective Layer 35 Further, as in (2), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) and ammonia (NH 3 ) are used as source gases by LP-CVD, and the thickness is increased on the upper surface of the insulating layer 33. A protective layer 35 made of a 200 nm silicon nitride (Si 3 N 4 ) film is formed.
(7) Formation of Opening of Contact Pad 9 Next, resist is patterned by photolithography, and the protective layer 35 and the insulating layer 33 are etched by a dry etching method to form the contact pad 9 as shown in FIG. A contact hole 13 is opened in the portion, and a part of the end of the lead portion 12 is exposed.

(8) 検知電極6及び電極リード部10の形成
次に、DCスパッタ装置を用い、保護層35の表面上に厚さ20nmのタンタル(Ta)層を形成し、さらにその表面上に厚さ40nmの白金(Pt)層を形成する。スパッタ後、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、王水によるウエットエッチング処理にて、図12に示すように、櫛歯状の平面形状を有する検知電極6,電極リード部10等のパターンを形成する。
(8) Formation of Detection Electrode 6 and Electrode Lead 10 Next, using a DC sputtering apparatus, a tantalum (Ta) layer having a thickness of 20 nm is formed on the surface of the protective layer 35, and further a thickness of 40 nm is formed on the surface. The platinum (Pt) layer is formed. After sputtering, resist is patterned by photolithography, and a pattern of detection electrodes 6, electrode lead portions 10 and the like having a comb-like planar shape is formed by wet etching with aqua regia as shown in FIG. .

(9) 密着層7の形成
検知電極6及び保護層35上に、密着層7となるヒロックAl膜をスパッタリング法により成膜する。次いで、フォトリソグラフィによるレジストパターニング後、検知電極6上及び周囲等の不要なAl膜をリン酸を主としたウエットエッチング処理により除去し、その後、陽極酸化によりAlにし、密着層7を櫛歯状の検知電極6間及びその周囲の保護層35上に形成する。
(9) Formation of Adhesion Layer 7 A hillock Al film to be the adhesion layer 7 is formed on the detection electrode 6 and the protective layer 35 by a sputtering method. Next, after resist patterning by photolithography, an unnecessary Al film on and around the detection electrode 6 is removed by a wet etching process mainly including phosphoric acid, and then Al 2 O 3 is formed by anodic oxidation, and the adhesion layer 7 is formed. It is formed on the protective layer 35 between and around the comb-like detection electrodes 6.

(10) コンタクトパッド9,11の形成
DCスパッタ装置を用い、上記電極部分が作製された基板の電極側の表面上に、厚さ400nmの金(Au)層を形成する。スパッタ後、図13に示すように、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、ウエットエッチング処理でコンタクトパッド9,11を形成する。
(10) Formation of Contact Pads 9 and 11 Using a DC sputtering apparatus, a gold (Au) layer having a thickness of 400 nm is formed on the electrode-side surface of the substrate on which the electrode portion is formed. After sputtering, as shown in FIG. 13, resist patterning is performed by photolithography, and contact pads 9 and 11 are formed by wet etching.

(11) 開口部21の形成
次いで、フォトリソグラフィによりレジストのパターニングを行い、マスクとなる絶縁膜をドライエッチング処理により形成する。そして水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)溶液中に基板を浸し、シリコン基板2の異方性エッチングを行うことで、下面が開口され、図14に示すように、発熱抵抗体5の配置位置に対応する部分の絶縁層32の隔壁部39となる部分が露出されるように、開口部21を形成する。
(11) Formation of Opening 21 Next, resist is patterned by photolithography, and an insulating film serving as a mask is formed by dry etching. Then, the bottom surface is opened by immersing the substrate in tetramethylammonium hydroxide (TMAH) solution and performing anisotropic etching of the silicon substrate 2, and corresponds to the position of the heating resistor 5 as shown in FIG. The opening 21 is formed so that a portion to be the partition wall 39 of the insulating layer 32 is exposed.

(12) ガス検知層4の形成
さらに、検知電極6及び密着層7の表面上に、酸化スズ(酸化スズ粒子)を主成分とし、酸化カルシウムを添加し、さらにアルミナ(無機酸化物)ゾルをアルミナ換算で全体に対して1.0質量%添加した酸化物半導体ペーストを厚膜印刷により塗布し、図15に示すように、厚さ20μmのペースト層を形成して未焼成状態のガス検知層4を形成する。
尚、酸化物半導体ペーストは、例えば以下の手順により作製することができる。まず、純水に塩化スズ(SnCl)を加え、十分に撹拌して溶解させた後、アンモニア水を滴下して、水酸化スズを析出させる。その後、沈殿粉末を純水で数回洗浄してアンモニウムイオン及び塩素イオンを除去し、乾燥させる。乾燥後、純水に沈殿粉末と水酸化カルシウム(Ca(OH))を分散させ、十分に攪拌させた後、乾燥させる。このときの水酸化カルシウムの添加量は、酸化カルシウム(CaO)換算で0.2重量%となるように添加する。乾燥後、800℃、5時間の条件で焼成し、得られた粉末4.95gと、アルミナ(無機酸化物)ゾル(20質量%溶液)の0.25gとをらいかい機で1時間粉砕後、有機溶剤を混合し、らいかい機(もしくはポットミルでもよい)で4時間粉砕する。さらにバインダー及び粘度調製剤を添加して4時間粉砕を行い、25℃にて粘度140Pa・sのペーストに調製する。
(12) Formation of gas detection layer 4 Further, on the surfaces of the detection electrode 6 and the adhesion layer 7, tin oxide (tin oxide particles) is the main component, calcium oxide is added, and alumina (inorganic oxide) sol is further added. An oxide semiconductor paste added in an amount of 1.0% by mass in terms of alumina is applied by thick film printing to form a paste layer having a thickness of 20 μm as shown in FIG. 4 is formed.
The oxide semiconductor paste can be manufactured, for example, by the following procedure. First, tin chloride (SnCl 2 ) is added to pure water, and after sufficiently stirring and dissolving, ammonia water is added dropwise to precipitate tin hydroxide. Thereafter, the precipitated powder is washed several times with pure water to remove ammonium ions and chlorine ions and dried. After drying, the precipitated powder and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) are dispersed in pure water, sufficiently stirred, and then dried. At this time, the addition amount of calcium hydroxide is 0.2 wt% in terms of calcium oxide (CaO). After drying, calcining under conditions of 800 ° C. for 5 hours, pulverizing 4.95 g of the obtained powder and 0.25 g of alumina (inorganic oxide) sol (20 mass% solution) for 1 hour with a cracking machine Then, the organic solvent is mixed and pulverized for 4 hours with a roughing machine (or a pot mill). Further, a binder and a viscosity adjusting agent are added and pulverized for 4 hours to prepare a paste having a viscosity of 140 Pa · s at 25 ° C.

(13) 基板の焼成
基板を熱処理炉に挿入し、例えば650℃で1時間の焼成条件にて焼成する。当該処理により、検知電極6、ガス検知層4及び密着層7が形成された基板を得ることができる。又、この処理により、ガス検知層4中の無機酸化物が流動し、中間領域部22が形成されるものと考えられる。
(14) 被覆層20の形成
次いで、焼成後の基板に対して、ガス検知層4を覆うように、酸化チタン粒子を含むペーストを厚膜印刷により塗布し、未焼成状態の被覆層20を形成する。そして、この基板を熱処理炉に挿入し、例えば500℃で1時間の焼成条件にて焼成する。当該処理により、被覆層20が形成された基板を得ることができる。
(15) 基板の切断
ダイシングソーを用いて基板を切断し、例えば平面視2.6mm×2mmの大きさのガスセンサ1を得る。
(13) Firing of the substrate The substrate is inserted into a heat treatment furnace and baked, for example, at 650 ° C. for 1 hour. By this treatment, a substrate on which the detection electrode 6, the gas detection layer 4, and the adhesion layer 7 are formed can be obtained. In addition, it is considered that the inorganic oxide in the gas detection layer 4 flows and the intermediate region 22 is formed by this treatment.
(14) Formation of coating layer 20 Next, a paste containing titanium oxide particles is applied to the fired substrate by thick film so as to cover the gas detection layer 4 to form a coating layer 20 in an unfired state. To do. Then, this substrate is inserted into a heat treatment furnace and baked, for example, at 500 ° C. under baking conditions for 1 hour. By the treatment, a substrate on which the coating layer 20 is formed can be obtained.
(15) Cutting the substrate The substrate is cut using a dicing saw to obtain the gas sensor 1 having a size of, for example, 2.6 mm × 2 mm in plan view.

尚、上記「(2)絶縁層32及び絶縁層232の形成」の前に、シリコン基板2に熱酸化膜を成膜しても良い。また、「(7)コンタクトパッド9の開口の形成」において、コンタクトホール13を形成したが、「(8)検知電極6及び電極リード部10の形成」後にコンタクトホール13を形成しても良い。また、「(9)密着層7の形成」を「(11)開口部21の形成」の形成後に行っても良い。
さらに、「(9)密着層7の形成」において、ヒロックAlを酸化によりAlにする工程を省略して(金属Alのままとして)も良い。又、密着層7をスクリーン印刷法、スピンコート法など、その他の方法により形成してもよい。
また、上記実施形態では、密着層7を、検知電極6及び電極リード部10の形成後に作製しているが、検知電極6及び電極リード部10の形成前に密着層7を作製してもよい。その場合には、例えば、密着層7となるゾル溶液層を保護層35上に膜状に形成した後、検知電極6及び電極リード部10の形成を形成する箇所をエッチング等により除去し、続いて当該除去部分に検知電極6及び電極リード部10を形成すればよい。
Note that a thermal oxide film may be formed on the silicon substrate 2 before “(2) formation of the insulating layer 32 and the insulating layer 232”. Further, the contact hole 13 is formed in “(7) Formation of the opening of the contact pad 9”, but the contact hole 13 may be formed after “(8) Formation of the detection electrode 6 and the electrode lead portion 10”. Further, “(9) formation of adhesion layer 7” may be performed after “(11) formation of opening 21”.
Further, in “(9) Formation of adhesion layer 7”, the step of converting hillock Al to Al 2 O 3 by oxidation may be omitted (as metal Al remains). Further, the adhesion layer 7 may be formed by other methods such as a screen printing method and a spin coating method.
Moreover, in the said embodiment, although the contact | adherence layer 7 is produced after formation of the detection electrode 6 and the electrode lead part 10, you may produce the adhesion layer 7 before formation of the detection electrode 6 and the electrode lead part 10. FIG. . In that case, for example, after forming a sol solution layer to be the adhesion layer 7 on the protective layer 35 in a film shape, the portions where the detection electrodes 6 and the electrode lead portions 10 are formed are removed by etching or the like. Then, the detection electrode 6 and the electrode lead portion 10 may be formed in the removed portion.

次に、本発明の第2の実施形態に係るガスセンサについて説明する。第2の実施形態に係るガスセンサは、密着層7Bの形状が異なること以外は、上記第1の実施形態と構成が同一であるので、密着層7Bの形状のみを図16を用いて説明する。
図16は、密着層7Bの平面図である。図16に示すように、密着層7Bは、平面視、短冊状に形成され、互いに離間した複数の密着層7Bから構成されている。この複数の密着層7Bが互いに離間して、一方の検知電極6の櫛歯67と他方の検知電極6の櫛歯67との間に配列されている。尚、密着層7Bは、櫛歯67と非接触に配列されている。
Next, a gas sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. Since the gas sensor according to the second embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the shape of the adhesion layer 7B is different, only the shape of the adhesion layer 7B will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a plan view of the adhesion layer 7B. As shown in FIG. 16, the adhesion layer 7 </ b> B is formed in a strip shape in a plan view, and includes a plurality of adhesion layers 7 </ b> B that are separated from each other. The plurality of adhesion layers 7 </ b> B are spaced apart from each other and are arranged between the comb teeth 67 of one detection electrode 6 and the comb teeth 67 of the other detection electrode 6. The adhesion layer 7B is arranged in non-contact with the comb teeth 67.

次に、本発明の第3の実施形態に係るガスセンサについて説明する。第3の実施形態に係るガスセンサは、密着層7Cの形状が異なること以外は、上記第1の実施形態と構成が同一であるので、密着層7Cの形状のみを図17を用いて説明する。
図17は、密着層7Cの平面図である。密着層7Cは、平面視、短冊状に形成され、互いに離間した複数の密着層7Cから構成され、一方の検知電極6と他方の検知電極6との周囲を囲むように整列して配置されている。尚、密着層7Cは、検知電極6と非接触に配列されている。
Next, a gas sensor according to a third embodiment of the present invention will be described. Since the gas sensor according to the third embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the shape of the adhesion layer 7C is different, only the shape of the adhesion layer 7C will be described with reference to FIG.
FIG. 17 is a plan view of the adhesion layer 7C. The adhesion layer 7C is formed in a strip shape in a plan view, and is composed of a plurality of adhesion layers 7C spaced apart from each other. The adhesion layer 7C is arranged so as to surround the periphery of one detection electrode 6 and the other detection electrode 6. Yes. The adhesion layer 7 </ b> C is arranged in non-contact with the detection electrode 6.

次に、本発明の第4の実施形態に係るガスセンサについて説明する。第4の実施形態に係るガスセンサは、検知電極6Dの形状が異なること以外は、上記第1の実施形態と構成が同一であるので、検知電極6Dの形状のみを平面図18を用いて説明する。尚、図18では、密着層7は省略してある。
図18に示すように、検知電極6Dは、第1の実施形態のように検知電極を櫛歯状に形成するのではなく、Tの字の根本部分を頂辺に平行に折り曲げたものを2個用意し、これらを対称形に配置して、当該Tの字の頂辺同士が互いに一定間隔開けて平行に対向するようにした平行電極である。この場合には、密着層7は、上記第1〜第3の実施形態の何れの形状でも良い。
Next, a gas sensor according to a fourth embodiment of the present invention will be described. Since the gas sensor according to the fourth embodiment has the same configuration as that of the first embodiment except that the shape of the detection electrode 6D is different, only the shape of the detection electrode 6D will be described with reference to a plan view 18. . In FIG. 18, the adhesion layer 7 is omitted.
As shown in FIG. 18, the detection electrode 6 </ b> D is not a detection electrode formed in a comb shape as in the first embodiment, but is formed by bending a T-shaped base portion parallel to the top side. The parallel electrodes are prepared in parallel and arranged symmetrically so that the tops of the T-shapes face each other at a predetermined interval. In this case, the adhesion layer 7 may have any shape of the first to third embodiments.

また、上記第1〜4の実施形態において、平面から見たとき(図1の紙面の上側から見たとき)、ガス検知層4と密着層7との接触面を投影したときの投影面積は、ガス検知層4と前記密着層7及び前記検知電極6との接触面を投影したときの投影面積の50%以上を占めるようにすることが望ましい。この構成により、基体15とガス検知層4との密着性をより確実に得ることが出来る。なお、上述した第1の実施の形態では、ガス検知層4と密着層7との接触面を投影したときの投影面積が、ガス検知層4と密着層7及び検知電極6との接触面を投影したときの投影面積の68%となるように、ガスセンサ1を構成している。   In the first to fourth embodiments, the projected area when the contact surface between the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7 is projected when viewed from above (when viewed from the upper side of the sheet of FIG. 1) is as follows. It is desirable to occupy 50% or more of the projected area when the contact surface between the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7 and the detection electrode 6 is projected. With this configuration, the adhesion between the substrate 15 and the gas detection layer 4 can be obtained more reliably. In the first embodiment described above, the projected area when the contact surface between the gas detection layer 4 and the adhesion layer 7 is projected is the contact area between the gas detection layer 4, the adhesion layer 7 and the detection electrode 6. The gas sensor 1 is configured to be 68% of the projected area when projected.

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but extends to various modifications and equivalents included in the spirit and scope of the present invention.

次に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these.

図9〜図15に示した方法により、図1、図2に示したガスセンサ1を製造した。但し、ガス検知層4は以下のペーストを印刷して形成した。
このペーストは、まず、純水に塩化スズ(SnCl)を加え、十分に撹拌して溶解させた後、アンモニア水を滴下して、水酸化スズを析出させた。その後、沈殿粉末を純水で数回洗浄してアンモニウムイオン及び塩素イオンを除去し、乾燥させる。乾燥後、純水に沈殿粉末と水酸化カルシウム(Ca(OH))を分散させ、十分に攪拌させた後、乾燥させた。このときの水酸化カルシウムの添加量は、酸化カルシウム(CaO)換算で0.2重量%となるように添加した。乾燥後、800℃、5時間の条件で焼成し、得られた粉末5gをらいかい機で0.5時間粉砕後、有機溶剤を混合し、らいかい機(もしくはポットミルでもよい)で1時間粉砕した。さらに、アルミナ(無機酸化物)ゾル、バインダー及び粘度調製剤を添加して3時間粉砕を行い、25℃にて粘度140Pa・sのペーストに調製した。
The gas sensor 1 shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured by the method shown in FIGS. However, the gas detection layer 4 was formed by printing the following paste.
In this paste, first, tin chloride (SnCl 2 ) was added to pure water and dissolved with sufficient stirring, and then ammonia water was added dropwise to precipitate tin hydroxide. Thereafter, the precipitated powder is washed several times with pure water to remove ammonium ions and chlorine ions and dried. After drying, the precipitated powder and calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) were dispersed in pure water, sufficiently stirred, and then dried. The amount of calcium hydroxide added at this time was 0.2 wt% in terms of calcium oxide (CaO). After drying, calcined at 800 ° C. for 5 hours, pulverized 5 g of the obtained powder for 0.5 hour with a rake machine, mixed with an organic solvent, and crushed for 1 hour with a rake machine (or a pot mill). did. Furthermore, an alumina (inorganic oxide) sol, a binder, and a viscosity modifier were added and pulverized for 3 hours to prepare a paste having a viscosity of 140 Pa · s at 25 ° C.

なお、アルミナゾルは、(焼成後の)アルミナ換算でガス検知層4の重量に対して1.0質量%となるようにペーストに添加した。
又、焼成後のガス検知層4上にTiOを厚膜印刷し、500℃で1時間焼成して、被覆層20を形成した。
The alumina sol was added to the paste so as to be 1.0 mass% with respect to the weight of the gas detection layer 4 in terms of alumina (after firing).
Further, a thick film of TiO 2 was printed on the fired gas detection layer 4 and fired at 500 ° C. for 1 hour to form the coating layer 20.

以上のようにして製造したガスセンサ1を、実施例とする。
比較例1として、密着層7を形成せず、ガス検知層4に無機酸化物(アルミナ)を含有させなかったこと以外は、実施例とまったく同様にしてガスセンサを製造した。
比較例2として、密着層7を形成しなかったこと以外は、実施例とまったく同様にしてガスセンサを製造した。
比較例3として、ガス検知層4に無機酸化物(アルミナ)を含有させなかったこと以外は、実施例とまったく同様にしてガスセンサを製造した。
The gas sensor 1 manufactured as described above is an example.
As Comparative Example 1, a gas sensor was manufactured in exactly the same manner as in Example except that the adhesion layer 7 was not formed and the gas detection layer 4 did not contain an inorganic oxide (alumina).
As Comparative Example 2, a gas sensor was manufactured in exactly the same manner as in Example except that the adhesion layer 7 was not formed.
As Comparative Example 3, a gas sensor was manufactured in exactly the same manner as in Example except that the gas detection layer 4 did not contain an inorganic oxide (alumina).

実施例のガスセンサの、密着層7とガス検知層4との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像は図7に示すようになった。
又、比較例3のガスセンサの、密着層7とガス検知層4との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像は図8に示すようになった。
The STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 of the gas sensor of the example is as shown in FIG.
Further, the STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface between the adhesion layer 7 and the gas detection layer 4 of the gas sensor of Comparative Example 3 is as shown in FIG.

実施例及び比較例1〜3のガスセンサに対し、衝撃試験としてガス検知層4(被覆層20)の表面(上面)が下側を向く方向へ衝撃加速度Gを印加していく試験を行った。具体的には、衝撃加速度を500Gで3回印加し、さらに1000Gで3回印加した後、衝撃加速度を1000Gずつ増やして各々3回印加したとき、ガスセンサ内のガス検知層4の剥離個数(ガス検知層の一部もしくは全部が脱落した状態を剥離したと定義)を目視で確認した。(剥離発生率:剥離個数/全投入数(10個))。   For the gas sensors of Examples and Comparative Examples 1 to 3, an impact test was performed in which the impact acceleration G was applied in a direction in which the surface (upper surface) of the gas detection layer 4 (coating layer 20) faces downward. Specifically, when the impact acceleration is applied 3 times at 500 G, and further applied 3 times at 1000 G, the impact acceleration is increased by 1000 G and applied 3 times each. When the impact acceleration is applied 3 times, the number of peeled gas detection layers 4 in the gas sensor (gas It was visually confirmed that a state where a part or all of the detection layer was dropped was defined as being peeled. (Peeling occurrence rate: number of peeling / total number of inputs (10)).

得られた結果を図19に示す。
図19から明らかなように、密着層7を形成し、ガス検知層4に無機酸化物(アルミナ)を含有させた実施例の場合、2000G以下の衝撃加速度で衝撃試験を行ってもガス検知層4の剥離が生じなかった。これは、図7に示したように、中間領域部22がガス検知層4内から密着層7とつながるように存在し、両者が強固に密着したためと考えられる。
一方、ガス検知層4に無機酸化物(アルミナ)を含有させなかった比較例1、3の場合、及びガス検知層4に無機酸化物(アルミナ)を含有させたが密着層7を形成なかった比較例2の場合、いずれも最初の衝撃加速度(500G)で衝撃試験を行った際にガス検知層4の剥離が(%の割合で生じた。これは、図8に示すように、上記した中間領域部22が存在しないか(比較例1、3)、中間領域部22が介在しても相手方が凹凸のない基体15であったため(比較例2)と考えられる。
The obtained result is shown in FIG.
As is clear from FIG. 19, in the case of the embodiment in which the adhesion layer 7 is formed and the gas detection layer 4 contains an inorganic oxide (alumina), the gas detection layer can be used even if an impact test is performed with an impact acceleration of 2000 G or less. No peeling of 4 occurred. This is presumably because the intermediate region 22 exists so as to be connected to the adhesion layer 7 from within the gas detection layer 4 as shown in FIG.
On the other hand, in the case of Comparative Examples 1 and 3 in which the gas detection layer 4 did not contain an inorganic oxide (alumina), and the gas detection layer 4 contained an inorganic oxide (alumina), the adhesion layer 7 was not formed. In the case of Comparative Example 2, peeling of the gas detection layer 4 occurred at a rate (%) when the impact test was performed at the initial impact acceleration (500 G). This is as described above as shown in FIG. It is considered that the intermediate region portion 22 does not exist (Comparative Examples 1 and 3), or the other party is the base body 15 without unevenness even if the intermediate region portion 22 is interposed (Comparative Example 2).

本発明の第1の実施形態に係るガスセンサの平面図である。It is a top view of the gas sensor which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1に示すA−A線における矢視方向断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in the direction of the arrow in the line AA shown in FIG. ガスセンサが備える発熱抵抗体の平面図である。It is a top view of the heating resistor with which a gas sensor is provided. 図1に示すB−B線における矢視方向断面図である。It is arrow direction sectional drawing in the BB line shown in FIG. ガスセンサの平面方向から見たときの、検知電極と密着層を示す平面図である。It is a top view which shows a detection electrode and a contact | adherence layer when it sees from the plane direction of a gas sensor. 図1に示すA−A線におけるガス検知層近傍の矢視方向断面の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the arrow direction cross section of the gas detection layer vicinity in the AA line shown in FIG. 本発明の第1の実施形態における密着層とガス検知層との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像を示す図である。It is a figure which shows the STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface of the contact | adherence layer and gas detection layer in the 1st Embodiment of this invention. ガス検知層中に無機酸化物を含まない場合の、密着層とガス検知層との界面のSTEM(走査型透過電子顕微鏡)像を示す図である。It is a figure which shows the STEM (scanning transmission electron microscope) image of the interface of a contact | adherence layer and a gas detection layer in case an inorganic oxide is not included in a gas detection layer. ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。It is a longitudinal cross-section of the gas sensor in the middle of the manufacturing process of a gas sensor. 図9に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 10 is a longitudinal cross-sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process continued from FIG. 9; 図10に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 11 is a longitudinal cross-sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process continued from FIG. 10. 図11に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 12 is a longitudinal cross-sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process continued from FIG. 11. 図12に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 13 is a longitudinal sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process following FIG. 12. 図13に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 14 is a longitudinal cross-sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process continued from FIG. 13. 図14に続く、ガスセンサの製造工程の途中に於けるガスセンサの縦断面である。FIG. 15 is a longitudinal cross-sectional view of the gas sensor in the middle of the gas sensor manufacturing process continued from FIG. 14. 本発明の第2の実施形態に係るガスセンサが有する密着層を示す平面図である。It is a top view which shows the contact | adherence layer which the gas sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention has. 本発明の第3の実施形態に係るガスセンサが有する密着層を示す平面図である。It is a top view which shows the contact | adherence layer which the gas sensor which concerns on the 3rd Embodiment of this invention has. 本発明の第4の実施形態に係るガスセンサが有する検知電極を示す平面図である。It is a top view which shows the detection electrode which the gas sensor which concerns on the 4th Embodiment of this invention has. ガスセンサに衝撃試験を施したときの、ガス検知層の剥離発生率を示す図である。It is a figure which shows the peeling incidence rate of a gas detection layer when an impact test is given to a gas sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1 ガスセンサ
2 シリコン基板(半導体基板)
3 絶縁被膜層
4 ガス検知層
4a ガス検知層の最外側粒子
4b 最外側粒子よりも内側の粒子
5 発熱抵抗体
6、6D 検知電極
7、7B、7C 密着層
15 基体
20 被覆層
21 開口部
22 中間領域部
32、33 絶縁層
35 保護層
39 隔壁部
67 櫛歯
1 Gas sensor 2 Silicon substrate (semiconductor substrate)
3 Insulating coating layer 4 Gas detection layer 4a Outermost particles of gas detection layer 4b Particles inside innermost particles 5 Heating resistor 6, 6D Detection electrodes 7, 7B, 7C Adhesion layer 15 Base 20 Covering layer 21 Opening 22 Intermediate region portion 32, 33 Insulating layer 35 Protective layer 39 Partition portion 67 Comb teeth

Claims (5)

基体上に形成されるとともに、環境雰囲気中の特定ガスの濃度変化に応じて電気的特性が変化する金属酸化物半導体を主成分とするガス検知層を有するガスセンサにおいて、
前記ガス検知層は、複数の粒子が結合しつつ、前記複数の粒子間に存在する空隙を通じて当該ガス検知層の厚み方向におけるガス透過性を有するように構成されてなり、かつ前記金属酸化物半導体とは異なる無機酸化物を含み、 前記基体上に、前記ガス検知層と接触しつつ当該ガス検知層における電気的特性の変化を検出するための一対の検知電極と、前記ガス検知層と接触する密着層とを備え、
前記ガス検知層と前記密着層との界面の少なくとも一部には、前記ガス検知層の最外側粒子よりも内側の粒子と前記密着層との間を接続するようにして、前記無機酸化物を含む中間領域部が存在しているガスセンサ。
In a gas sensor having a gas detection layer mainly composed of a metal oxide semiconductor that is formed on a substrate and whose electrical characteristics change according to a change in concentration of a specific gas in an environmental atmosphere.
The gas detection layer is configured to have gas permeability in the thickness direction of the gas detection layer through a gap existing between the plurality of particles while the plurality of particles are bonded, and the metal oxide semiconductor. A pair of detection electrodes for detecting a change in electrical characteristics of the gas detection layer while being in contact with the gas detection layer, and in contact with the gas detection layer. An adhesion layer,
At least part of the interface between the gas detection layer and the adhesion layer connects the particles inside the outermost particles of the gas detection layer and the adhesion layer, and the inorganic oxide A gas sensor in which an intermediate region portion is present.
前記密着層は前記無機酸化物と同一元素を含んでいる請求項1記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein the adhesion layer contains the same element as the inorganic oxide. 前記検知電極は櫛歯状に形成され、一方の電極の櫛歯の間に、他方の電極の櫛歯が挿入され、
少なくとも前記一方の電極の櫛歯と前記他方の電極の櫛歯との間に、前記密着層が設けられている請求項1又は2記載のガスセンサ。
The detection electrode is formed in a comb-like shape, and the comb tooth of the other electrode is inserted between the comb teeth of one electrode,
The gas sensor according to claim 1, wherein the adhesion layer is provided at least between the comb teeth of the one electrode and the comb teeth of the other electrode.
前記基体は、板厚方向に開口部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記開口部に対応する部位に隔壁部を有する絶縁層と、
前記絶縁層のうちで前記隔壁部上に形成される発熱抵抗体と、
前記発熱抵抗体を覆うように前記絶縁層上に形成される保護層とを備え、
前記検知電極、前記密着層、及び前記ガス検知層は、前記基体の前記保護層上に形成されている請求項1〜3のいずれかに記載のガスセンサ。
The base is a semiconductor substrate having an opening formed in the thickness direction;
An insulating layer formed on the semiconductor substrate and having a partition wall at a portion corresponding to the opening;
A heating resistor formed on the partition wall of the insulating layer;
A protective layer formed on the insulating layer so as to cover the heating resistor,
The gas sensor according to claim 1, wherein the detection electrode, the adhesion layer, and the gas detection layer are formed on the protective layer of the base.
少なくとも前記ガス検知層の表面を覆う多孔質状の被覆層が形成されている請求項1〜4のいずれかに記載のガスセンサ。   The gas sensor according to claim 1, wherein a porous coating layer that covers at least a surface of the gas detection layer is formed.
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