感応センサ及びその製造方法
【課題】 ２種類のガスの検出を正確に行え、ヒータの消費電力が大きくなったり、感応センサが大型化するのを抑制できる感応センサを提供する。
【解決手段】 内層にヒータ１７を有するベース１と、ヒータ１７に対応する位置において、相互に対向するようにベース１の一方の面１ａ上に形成された第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂと、第１の一対の対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように形成された第１の感応膜２５と、ヒータ１７に対応する位置において、相互に対向するようにベース１の他方の面１ｂ上に形成された第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂにそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと、第２の一対の対向電極１１９Ａ，１１９Ｂに跨るように形成された第２の感応膜１２５とを有している。
【解決手段】 内層にヒータ１７を有するベース１と、ヒータ１７に対応する位置において、相互に対向するようにベース１の一方の面１ａ上に形成された第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂにそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂと、第１の一対の対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように形成された第１の感応膜２５と、ヒータ１７に対応する位置において、相互に対向するようにベース１の他方の面１ｂ上に形成された第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂにそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと、第２の一対の対向電極１１９Ａ，１１９Ｂに跨るように形成された第２の感応膜１２５とを有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ等のように特定の物質に感応する感応膜を備えた感応センサ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−２８１１７７号公報（特許文献１）には、ベース上に相互に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、該一対の薄膜対向電極に一端が接続された一対の薄膜配線パターンとを形成した感応センサが示されている。一対の薄膜対向電極は、細長い基本電極部と、該基本電極部から延びる１以上の直線状電極部とをそれぞれ有している。そして一方の薄膜対向電極の１以上の直線状電極部と他方の薄膜状対向電極の１以上の直線状電極とが等しい間隔をあけて交互に並ぶように、一対の薄膜対向電極が形成されている。この一対の対向電極上には、該一対の対向電極に跨って感応膜が形成されている。この種の感応センサを用いてガスを検出する場合には、ベースに感応膜を加熱するヒータを配置する。
【０００３】
このような感応センサにより２種類のガスを検出する場合は、ヒータの加熱温度を変化させて、それぞれのガスを検出する。例えば、特開２０００−３５６６１６号公報（特許文献２）に示すセンサでは、４００℃前後のヒータの加熱温度でメタンガスを検出し、１００℃前後のヒータの加熱温度で一酸化炭素を検出する。
【０００４】
または、特開平１１−２９５２５２号公報（特許文献３）に示すセンサのように、ベースに２つのヒータを並んで配置し、それぞれのヒータの上方に一対の薄膜対向電極、一対の薄膜配線パターン及び感応膜からなる感応部（以下、単に感応部という）を形成する。
【特許文献１】特開平５−２８１１７７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６６１６号公報
【特許文献３】特開平１１−２９５２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒータの加熱温度を変化させて、２種類のガスを検出する方法では、１つの感応部で２種類のガスを検出するため、正確にガス検出を行うのが難しかった。また、ベースに２つのヒータを並んで配置する方法では、ヒータの消費電力が大きくなる上、感応センサが大型化する問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、２種類のガスの検出を正確に行える感応センサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ヒータの消費電力が大きくなったり、感応センサが大型化するのを抑制できる感応センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の感応センサは、複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するようにベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、第１の一対の対向電極に跨るように第１の一対の対向電極及びベースの一方の面上に形成された第１の感応膜と、ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するようにベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、第２の一対の対向電極に跨るように第２の一対の対向電極上及びベースの他方の面に形成された第２の感応膜とを有している。なお、一対の薄膜対向電極は、直接的に対向するものでもよく、一対の薄膜対向電極の間にそれぞれの薄膜対向電極に間隔をあけて他の電極を配置し、このような電極を介して対向するものであっても構わない。本発明では、一対の薄膜対向電極、感応膜等からなる感応部をベースの両面にそれぞれ形成して、１つのヒータにより両面に形成された感応膜（第１及び第２の感応膜）を加熱している。このため、本発明の感応センサでは、２つの感応部を１つのヒータだけで加熱できるので、ヒータの消費電力を少なくできる。また、ヒータが占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【０００９】
第１及び第２の感応膜の特性が異なるように構成すれば、２つの感応部で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。
【００１０】
ベースの他方の面を、第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部をさらに有しているように構成することができる。このようにすれば、ベースは中央に位置するいわゆるダイヤフラム状の薄板部と、薄板部の周囲に位置して支持部に支持される被支持部（外側領域）とを有する構成となる。この場合、以下のように感応センサを構成することができる。
【００１１】
支持部は、ベースの他方の面の外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成し、第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれベースを厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通してベースの一方の面側に向かって露出させるように構成できる。このようにすれば、ベースの他方の面上に形成された第２の感応部の出力を一対の貫通孔を通して容易に取り出すことができる。また、第１の感応部の出力及び第２の感応部の出力は、いずれもベースの一方の面側から取り出すことができるので、感応センサに接続される検出器の設計が容易になる。この場合、ベースの外側領域に囲まれた内側領域には、第２の感応膜に被検出ガスを供給する１以上の貫通孔を形成すればよい。このようにすれば、１以上の貫通孔を通して、第２の感応膜にガスが到達する。
【００１２】
支持部には、支持部の厚み方向の両側と、ベースが位置する側の反対側とに開口する開口部を形成するのが好ましい。このようにすれば、開口部を通しても、第２の感応膜にガスが到達するため、第２の感応膜によるガスの検出が正確になる。
【００１３】
ベースの輪郭形状は矩形状を呈しており、支持部は、ベースの他方の面の四隅を支持する４つの支持部材から構成し、第２の一対の薄膜配線パターンは、ベースの他方の面上をベースの対向する一対の辺に向かってそれぞれ延びるように形成することができる。このようにすれば、４つの支持部材によりベースを安定して支持でき、４つの支持部材の隣接する２つの支持部材の間の空隙から、第２の感応部で検出するガスが流れ、ガスが検出しやすくなる。また、ベースの４つの支持部材が配置された側の面に形成された第２の感応部の出力を、隣接する２つの支持部材の間の空隙から、容易に取り出すことができる。
【００１４】
前述したベースに一対の貫通孔を形成する感応センサは、例えば、次のように製造することができる。まず、シリコン単結晶からなる素材板を用意し、素材板の表面に第２の一対の薄膜対向電極と第２の一対の薄膜配線パターンとを形成する。次に、第２の一対の薄膜対向電極及び第２の一対の薄膜配線パターン上並びに素材板の外部に露出する表面上に、複数の絶縁層から構成されるベース形成層を形成する。そして、ベース形成層の表面上に第１の一対の薄膜対向電極及び第１の一対の薄膜配線パターンを形成する。次に、エッチングによりベース形成層に一対の貫通孔を形成し、一対の貫通孔を形成する前または後に、素材板のベース形成層が形成された面の反対側をエッチングにより第２の一対の薄膜対向電極及び第２の一対の薄膜配線パターンの一部が露出するまでくり抜いて、支持部とベースの中央部とを形成する。次に第１及び第２の一対の薄膜対向電極に跨るように第１及び第２の感応膜をそれぞれ形成する。このように、製造すれば、比較的単純な手順でベースの他方の面側に一対の貫通孔を形成する感応センサを製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２つの感応部で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。また、２つの感応部を１つのヒータだけで加熱できるので、ヒータの消費電力を少なくできる。また、ヒータが占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１及び図２は、ガスセンサに適用した本発明の一実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び底面図であり、図３は、図１を上方から見た図の部分拡大図であり、図４は、図２のII-II線断面図であり、図５は、図１のガスセンサの中央部の拡大図（図３のＶ−Ｖ線断面図）である。なお、理解を容易にするため、図１及び図５では、厚み寸法を誇張して描いている。各図に示すように、本例のガスセンサは、ベース１と、支持部３と、第１及び第２の感応部５，７とを有している。ベース１は輪郭形状が矩形状を呈しており、中央に位置するいわゆるダイヤフラム状の薄板部９と、薄板部９の周囲に位置して支持部３に支持される被支持部（外側領域）１１とを有している。この外側領域１１は、後述する第２の感応膜１２５が形成されている領域の外側に位置している。また、ベース１は、第１の感応部５が形成された一方の面１ａと、第２の感応部７が形成された他方の面１ｂとを有している。ベース１の外側領域１１には、後述する第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂ上のそれぞれの接続用電極１３１をベース１の一方の面１ａ側に向かって露出させる一対の矩形状の貫通孔１ｃ，１ｄが形成されている。また、図２及び図４に示すように、ベース１の外側領域１１に囲まれた内側領域１２には、４つの貫通孔９ａが形成されている。４つの貫通孔９ａは、第１及び第２の感応部５，７の外側において、薄板部９の中心点Ｃを中心とした周方向に等間隔に形成されている。４つの貫通孔９ａは、ベース１の内側領域１２と支持部３とに囲まれた内部１４に外気を流入させて、第２の感応膜１２５に被検出ガスを供給する役割を果たしている。図５に詳細に示すように、ベース１は、複数の絶縁層１３，１５が積層されて構成されており、内層にヒータ１７を有している。具体的には、ベース１は、シリコン化合物からなる下部絶縁層１３と、該下部絶縁層１３上に形成されたシリコン化合物からなる上部絶縁層１５とを有している。下部絶縁層１３は、厚み４００Åの薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａと、厚み６０００Åの薄膜ＳｉＯ２層１３ｂとが積層されて構成されている。上部絶縁層１５は、厚み３μｍを有しておりＳｉＯ０．７Ｎ０．７から形成されている。
【００１７】
ヒータ１７は、ベース１の中央部に形成されており、上部絶縁層１５によって覆われた状態で下部絶縁層１３上に形成されている。ヒータ１７は、４１００Åの厚みの白金薄膜層からなり、蛇行のパターン形状を有している。このヒータ１７は、後述する第１の感応膜２５と第２の感応膜１２５とを加熱する役割を果たしている。
【００１８】
支持部３は、シリコン単結晶から形成されている。この支持部３は、ベース１の外側領域１１全体を支持するように環状に形成されている。
【００１９】
第１及び第２の感応部５，７は、ベース１の両面にそれぞれ形成されている。第１及び第２の感応部５，７は、感応膜の組成、堰及び一対の薄膜配線パターンを除いて同じ構成を有している。そこで、図３及び図５に示すベース１の第１の感応部５を参照して、第１及び第２の感応部５，７の構成を説明する。第１の感応部５は、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと、第１の薄膜導電部２１と、第１の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂと、第１の感応膜２５とを有している。なお、理解を容易にするため、図３においては、第１の感応膜２５を透明なものとして描いている。
【００２０】
第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、白金からなり、ベース１のヒータ１７に対応する位置においてスパッタリングにより形成されている。本例では、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、４０００Åの厚み寸法を有している。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、仮想円（仮想環状形）ＣＡに沿い且つ相互に間隔をあけて対向するように形成された円弧形状をそれぞれ呈している。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの間には、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂとの間に等しい間隔をあけることができる円形形状の第１の薄膜導電部２１が形成されている。この第１の薄膜導電部２１の平面輪郭形状は、仮想円ＣＡと同心の相似形状を有している。第１の薄膜導電部２１は、白金からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと共にスパッタリングにより形成されている。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂには、複数の凹部２７がそれぞれ形成されている。本例では、複数の凹部２７は、上面に開口する矩形の貫通孔からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ円弧状に延びる方向に並んで形成されている。これにより、複数の凹部２７は、薄膜対向電極に分散して形成されることになる。また、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ上には、堰部２９がそれぞれ形成されている。堰部２９は、後述する接続用電極３１と同材質の金からなり、スパッタリングにより形成されている。本例では、堰部２９は６０００Åの厚み寸法を有しており、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの上面に固定されてベース１から離れる方向に突出している。この堰部２９は、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂが対向する方向とは逆の方向に位置する第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの縁にそれぞれ沿って連続して延びる薄膜により形成されている。本例では、複数の凹部２７及び堰部２９により第１の感応膜２５を形成する未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる抵抗発生構造が構成されている。
【００２１】
本例では、図３に示すように、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの一方の薄膜対向電極１９Ａの端部１９ｂと、端部１９ｂと直接対向する他方の薄膜対向電極１９Ｂの端部１９ｃと間のギャップ寸法Ｌ１が、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと第１の薄膜導電部２１とのそれぞれのギャップ寸法Ｌ２の２倍に設定されている。
【００２２】
第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂは、白金からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ及び第１の薄膜導電部２１と共にスパッタリングにより形成されている。図１に示すように、第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂは、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに一端が接続されて、ベース１に形成された貫通孔１ｃ，１ｄに隣接する位置まで延びている。そして、第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂの縁部の表面上には、接続用電極３１がそれぞれ形成されている。接続用電極３１は、外部接続用の電極であり、金からなるスパッタリングにより形成されている。
【００２３】
第１の感応膜２５は、ＳｎＯ２やＩｎ２Ｏ３を主成分とする金属酸化物半導体とＰｔとからなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように第１の一対の対向電極１９Ａ，１９Ｂ及びベース１の一方の面１ａ上に感応液を滴下して形成した未硬化感応膜が加熱により硬化されて形成されている。この第１の感応膜２５は、中心部が盛り上がった円板形状を有しており、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ上のそれぞれの堰部２９に接触している。
【００２４】
第２の感応部７は、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと、第２の薄膜導電部１２１と、第２の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと、第２の感応膜１２５とを有している。第２の感応部７は、堰を有していない点、並びに感応膜の組成（特性）、堰及び一対の薄膜配線パターンの構成を除いて第１の感応部５と同じ構成を有しているので、第１の感応部５と同じ構造の部材には、第１の感応部５に１００を加えた符号を付してその説明を省略する。第２の感応部７の感応膜１２５は、ＳｎＯ２やＩｎ２Ｏ３を主成分とする金属酸化物半導体とＰｄとから形成されている。これにより、本例では、第１の感応部５により一酸化炭素のガスの検出が行え、第２の感応部７によりメタンのガスの検出が行える。第２の感応部７の第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂは、ベース１の他方１ｂの面上において、ベース１と支持部３との間を延びるように形成されている。第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの縁部は、ベース１に形成された貫通孔１ｃ，１ｄ内まで延びている。そして、第１の一対の薄膜配線パターン１９Ａ，１９Ｂの縁部には、貫通孔１ｃ，１ｄを通してベース１の一方の面１ａ側に向かって露出する接続用電極１３１がそれぞれ形成されている。
【００２５】
本例のガスセンサは、以下のようにして製造した。まず、図６（Ａ）に示すようなシリコン単結晶からなる素材板４１を用意した。次に図６（Ｂ）に示すように、素材板４１の表面に第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと第２の薄膜導電部１２１とを白金を用いてスパッタリングにより形成した。第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂには、複数の凹部１２７が同時されることになる。
【００２６】
次に図６（Ｃ）に示すように、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂ、第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂ及び第２の薄膜導電部１２１上並びに素材板４１の外部に露出する表面上に、前述した複数の絶縁層から構成されるベース形成層４５を形成した。ここでいうベース形成層４５は、下部絶縁層１３（薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａ，薄膜ＳｉＯ２層１３ｂ）、ヒータ１７及び上部絶縁層１５から構成されている。薄膜ＳｉＯ２層１３ｂ、薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａ及びヒータ１７は、いずれもＰ−ＣＶＤの薄膜形成技術によりこの順番で形成した。上部絶縁層１５は、Ｐ−ＣＶＤの薄膜形成技術を厚みが３μｍまで行って形成した。なお、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと第２の薄膜導電部１２１との間の空隙部及び凹部１２７は、小さいため、これらの内部にベース形成層４５の一部は入り込み難い。また、ベース形成層４５の一部が入ったとしても、感応センサの機能が低下する可能性は低いと考えられる。
【００２７】
次に、ベース形成層４５の表面上に第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ，第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂ及び第１の薄膜導電部２１を形成した。
【００２８】
次に図６（Ｄ）に示すように、エッチングによりベース形成層４５に貫通孔１ｃ，１ｄを形成して、第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの縁部をベース１の一方の面３ａ側に露出させた。また、素材板４１の第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ等を形成した面の反対側をエッチングにより、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂ、第２の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの一部及び第２の薄膜導電部１２１が露出するまでくり抜いて凹部４７を形成した。これにより、ベース１の中央部（内側領域１２）と支持部３とを形成した。また、エッチングにより４つの貫通孔９ａ（図２参照）も形成した。
【００２９】
次に図６（Ｅ）に示すように、堰部２９と接続用電極３１とを金を用いてスパッタリングにより同時に形成した。また、接続用電極１３１も金を用いてスパッタリングにより形成した。これにより、一対の接続用電極１３１は、それぞれ一対の貫通孔１ｃ，１ｄを通してベース１の一方の面１ａ側に向かって露出することになる。
【００３０】
次に、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように感応液をデスペンサーにより滴下して未硬化感応膜を形成した。未硬化感応膜は、複数の凹部２７及び堰部２９により、一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂが対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制され、堰部２９に接触した状態で中心部が盛り上がった円板形状となる。そして、未硬化感応膜を約６００℃で加熱により硬化（焼成）させて、第１の感応膜２５を形成した（図１参照）。次にガスセンサの上下を逆にして第１の感応膜２５を作る方法と同様の方法で第２の感応膜１２５を作って図１に示すようなガスセンサを完成した。
【００３１】
本例の感応センサによれば、２つの感応部５，７で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。また、２つの感応部５，７を１つのヒータ１７だけで加熱できるので、ヒータ１７の消費電力を少なくできる。また、ヒータ１７が占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【００３２】
図７及び図８は、ガスセンサに適用した本発明の他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び底面図である。本例のガスセンサは、支持部とベースと第１の薄膜配線パターンの構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には２００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部２０３は、ベース２０１の他方の面２０１ｂの四隅を支持する４つの支持部材２０４により構成されている。本例のように、支持部２０３を４つの支持部材２０４から構成すれば、４つの支持部材２０４によりベース２０１を安定して支持でき、４つの支持部材２０４の隣接する２つの支持部材２０４の間の空隙から、後述する第２の感応部２０７に検出するガスが流れ、ガスが検出しやすくなる。本例のガスセンサのベース２０１は、一対の貫通孔が形成されておらず、その他は、図１〜図６に示すガスセンサのベース１と基本的に同じ構造を有している。
【００３３】
第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂは、ベース２０１の他方の面２０１ｂ上において、第２の一対の薄膜対向電極３１９Ａ，３１９Ｂに一端が接続されており、ベース２０１の縁部の隣接する２つの支持部材２０４の間を通ってベース２０１の対向する一対の辺２０１ｅ，２０１ｆに向かってそれぞれ延びている。第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂの縁部表面上には、接続用電極３３１がそれぞれ形成されている。本例のように、第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂを形成すれば、ベース２０１の４つの支持部材２０４が配置された側の面に形成された第２の感応部２０７の出力を、隣接する２つの支持部材２０４の間の空隙から、容易に取り出すことができる。
【００３４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の更に他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。本例のガスセンサは、支持部の構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には４００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部４０３は、４つの開口部４０３ａを有している。４つの開口部４０３ａは、ベース４０１の隣接する２つの隅部の間にそれぞれ形成されている。開口部４０３ａは、支持部４０３の厚み方向の両側と、ベース４０１が位置する側の反対側とに開口している。本例のガスセンサの開口部４０３ａの輪郭形状は、円弧形状（アーク形状）を有している。
【００３５】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の別の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。本例のガスセンサは、支持部の構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には６００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部６０３は、４つの開口部６０３ａを有している。４つの開口部６０３ａは、ベース６０１の隣接する２つの隅部の間にそれぞれ形成されている。開口部６０３ａは、支持部６０３の厚み方向の両側と、ベース６０１が位置する側の反対側とに開口している。本例のガスセンサの開口部６０３ａの輪郭形状は、台形形状を有している。
【００３６】
なお、上記各例では、感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化して感応膜を形成したが、薄膜形成技術によって形成された薄膜により感応膜を形成してもかまわない。
【００３７】
また、上記各例では、弧状を呈する一対の薄膜対向電極が薄膜導電部を介して対向しているが、一対の薄膜対向電極を直接対向させても構わない。例えば、一対の薄膜対向電極を細長い基本電極部と、該基本電極部から延びる１以上の直線状電極部とから形成し、一方の薄膜対向電極の直線状電極部と他方の薄膜状対向電極の直線状電極とを間隔をあけて交互に並ぶように、一対の薄膜対向電極を形成することができる。
【００３８】
また、上記各例では、未硬化感応膜を加熱硬化させたが、自然放置により未硬化感応膜を硬化させてもかまわない。
【００３９】
また、上記各例では、本発明をガスセンサに適用した例を示したが、本発明を湿度センサ等の他の感応センサに適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガスセンサに適用した本発明の一実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図である。
【図２】図１に示す感応センサの底面図である。
【図３】図１を上方から見た図の部分拡大図である。
【図４】図２のIV-IV線断面図である。
【図５】図１に示すガスセンサの中央部の拡大図（図３のＶ−Ｖ線断面図）である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示すガスセンサの製造方法を説明するために用いる図である。
【図７】ガスセンサに適用した本発明の他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図である。
【図８】図７に示す感応センサの底面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の更に他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の別の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ベース
３ 支持部
９ａ 貫通孔
１１ 外側領域
１７ ヒータ
１９Ａ，１９Ｂ 第１の一対の薄膜対向電極
１１９Ａ，１１９Ｂ 第２の一対の薄膜対向電極
２３Ａ，２３Ｂ 第１の薄膜配線パターン
１２３Ａ，１２３Ｂ 第２の薄膜配線パターン
２５ 第１の感応膜
１２５ 第２の感応膜
４０３ａ，６０３ａ 開口部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ等のように特定の物質に感応する感応膜を備えた感応センサ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開平５−２８１１７７号公報（特許文献１）には、ベース上に相互に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、該一対の薄膜対向電極に一端が接続された一対の薄膜配線パターンとを形成した感応センサが示されている。一対の薄膜対向電極は、細長い基本電極部と、該基本電極部から延びる１以上の直線状電極部とをそれぞれ有している。そして一方の薄膜対向電極の１以上の直線状電極部と他方の薄膜状対向電極の１以上の直線状電極とが等しい間隔をあけて交互に並ぶように、一対の薄膜対向電極が形成されている。この一対の対向電極上には、該一対の対向電極に跨って感応膜が形成されている。この種の感応センサを用いてガスを検出する場合には、ベースに感応膜を加熱するヒータを配置する。
【０００３】
このような感応センサにより２種類のガスを検出する場合は、ヒータの加熱温度を変化させて、それぞれのガスを検出する。例えば、特開２０００−３５６６１６号公報（特許文献２）に示すセンサでは、４００℃前後のヒータの加熱温度でメタンガスを検出し、１００℃前後のヒータの加熱温度で一酸化炭素を検出する。
【０００４】
または、特開平１１−２９５２５２号公報（特許文献３）に示すセンサのように、ベースに２つのヒータを並んで配置し、それぞれのヒータの上方に一対の薄膜対向電極、一対の薄膜配線パターン及び感応膜からなる感応部（以下、単に感応部という）を形成する。
【特許文献１】特開平５−２８１１７７号公報
【特許文献２】特開２０００−３５６６１６号公報
【特許文献３】特開平１１−２９５２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ヒータの加熱温度を変化させて、２種類のガスを検出する方法では、１つの感応部で２種類のガスを検出するため、正確にガス検出を行うのが難しかった。また、ベースに２つのヒータを並んで配置する方法では、ヒータの消費電力が大きくなる上、感応センサが大型化する問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、２種類のガスの検出を正確に行える感応センサ及びその製造方法を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、ヒータの消費電力が大きくなったり、感応センサが大型化するのを抑制できる感応センサ及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の感応センサは、複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するようにベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、第１の一対の対向電極に跨るように第１の一対の対向電極及びベースの一方の面上に形成された第１の感応膜と、ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するようにベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、第２の一対の対向電極に跨るように第２の一対の対向電極上及びベースの他方の面に形成された第２の感応膜とを有している。なお、一対の薄膜対向電極は、直接的に対向するものでもよく、一対の薄膜対向電極の間にそれぞれの薄膜対向電極に間隔をあけて他の電極を配置し、このような電極を介して対向するものであっても構わない。本発明では、一対の薄膜対向電極、感応膜等からなる感応部をベースの両面にそれぞれ形成して、１つのヒータにより両面に形成された感応膜（第１及び第２の感応膜）を加熱している。このため、本発明の感応センサでは、２つの感応部を１つのヒータだけで加熱できるので、ヒータの消費電力を少なくできる。また、ヒータが占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【０００９】
第１及び第２の感応膜の特性が異なるように構成すれば、２つの感応部で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。
【００１０】
ベースの他方の面を、第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部をさらに有しているように構成することができる。このようにすれば、ベースは中央に位置するいわゆるダイヤフラム状の薄板部と、薄板部の周囲に位置して支持部に支持される被支持部（外側領域）とを有する構成となる。この場合、以下のように感応センサを構成することができる。
【００１１】
支持部は、ベースの他方の面の外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成し、第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれベースを厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通してベースの一方の面側に向かって露出させるように構成できる。このようにすれば、ベースの他方の面上に形成された第２の感応部の出力を一対の貫通孔を通して容易に取り出すことができる。また、第１の感応部の出力及び第２の感応部の出力は、いずれもベースの一方の面側から取り出すことができるので、感応センサに接続される検出器の設計が容易になる。この場合、ベースの外側領域に囲まれた内側領域には、第２の感応膜に被検出ガスを供給する１以上の貫通孔を形成すればよい。このようにすれば、１以上の貫通孔を通して、第２の感応膜にガスが到達する。
【００１２】
支持部には、支持部の厚み方向の両側と、ベースが位置する側の反対側とに開口する開口部を形成するのが好ましい。このようにすれば、開口部を通しても、第２の感応膜にガスが到達するため、第２の感応膜によるガスの検出が正確になる。
【００１３】
ベースの輪郭形状は矩形状を呈しており、支持部は、ベースの他方の面の四隅を支持する４つの支持部材から構成し、第２の一対の薄膜配線パターンは、ベースの他方の面上をベースの対向する一対の辺に向かってそれぞれ延びるように形成することができる。このようにすれば、４つの支持部材によりベースを安定して支持でき、４つの支持部材の隣接する２つの支持部材の間の空隙から、第２の感応部で検出するガスが流れ、ガスが検出しやすくなる。また、ベースの４つの支持部材が配置された側の面に形成された第２の感応部の出力を、隣接する２つの支持部材の間の空隙から、容易に取り出すことができる。
【００１４】
前述したベースに一対の貫通孔を形成する感応センサは、例えば、次のように製造することができる。まず、シリコン単結晶からなる素材板を用意し、素材板の表面に第２の一対の薄膜対向電極と第２の一対の薄膜配線パターンとを形成する。次に、第２の一対の薄膜対向電極及び第２の一対の薄膜配線パターン上並びに素材板の外部に露出する表面上に、複数の絶縁層から構成されるベース形成層を形成する。そして、ベース形成層の表面上に第１の一対の薄膜対向電極及び第１の一対の薄膜配線パターンを形成する。次に、エッチングによりベース形成層に一対の貫通孔を形成し、一対の貫通孔を形成する前または後に、素材板のベース形成層が形成された面の反対側をエッチングにより第２の一対の薄膜対向電極及び第２の一対の薄膜配線パターンの一部が露出するまでくり抜いて、支持部とベースの中央部とを形成する。次に第１及び第２の一対の薄膜対向電極に跨るように第１及び第２の感応膜をそれぞれ形成する。このように、製造すれば、比較的単純な手順でベースの他方の面側に一対の貫通孔を形成する感応センサを製造することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、２つの感応部で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。また、２つの感応部を１つのヒータだけで加熱できるので、ヒータの消費電力を少なくできる。また、ヒータが占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１及び図２は、ガスセンサに適用した本発明の一実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び底面図であり、図３は、図１を上方から見た図の部分拡大図であり、図４は、図２のII-II線断面図であり、図５は、図１のガスセンサの中央部の拡大図（図３のＶ−Ｖ線断面図）である。なお、理解を容易にするため、図１及び図５では、厚み寸法を誇張して描いている。各図に示すように、本例のガスセンサは、ベース１と、支持部３と、第１及び第２の感応部５，７とを有している。ベース１は輪郭形状が矩形状を呈しており、中央に位置するいわゆるダイヤフラム状の薄板部９と、薄板部９の周囲に位置して支持部３に支持される被支持部（外側領域）１１とを有している。この外側領域１１は、後述する第２の感応膜１２５が形成されている領域の外側に位置している。また、ベース１は、第１の感応部５が形成された一方の面１ａと、第２の感応部７が形成された他方の面１ｂとを有している。ベース１の外側領域１１には、後述する第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂ上のそれぞれの接続用電極１３１をベース１の一方の面１ａ側に向かって露出させる一対の矩形状の貫通孔１ｃ，１ｄが形成されている。また、図２及び図４に示すように、ベース１の外側領域１１に囲まれた内側領域１２には、４つの貫通孔９ａが形成されている。４つの貫通孔９ａは、第１及び第２の感応部５，７の外側において、薄板部９の中心点Ｃを中心とした周方向に等間隔に形成されている。４つの貫通孔９ａは、ベース１の内側領域１２と支持部３とに囲まれた内部１４に外気を流入させて、第２の感応膜１２５に被検出ガスを供給する役割を果たしている。図５に詳細に示すように、ベース１は、複数の絶縁層１３，１５が積層されて構成されており、内層にヒータ１７を有している。具体的には、ベース１は、シリコン化合物からなる下部絶縁層１３と、該下部絶縁層１３上に形成されたシリコン化合物からなる上部絶縁層１５とを有している。下部絶縁層１３は、厚み４００Åの薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａと、厚み６０００Åの薄膜ＳｉＯ２層１３ｂとが積層されて構成されている。上部絶縁層１５は、厚み３μｍを有しておりＳｉＯ０．７Ｎ０．７から形成されている。
【００１７】
ヒータ１７は、ベース１の中央部に形成されており、上部絶縁層１５によって覆われた状態で下部絶縁層１３上に形成されている。ヒータ１７は、４１００Åの厚みの白金薄膜層からなり、蛇行のパターン形状を有している。このヒータ１７は、後述する第１の感応膜２５と第２の感応膜１２５とを加熱する役割を果たしている。
【００１８】
支持部３は、シリコン単結晶から形成されている。この支持部３は、ベース１の外側領域１１全体を支持するように環状に形成されている。
【００１９】
第１及び第２の感応部５，７は、ベース１の両面にそれぞれ形成されている。第１及び第２の感応部５，７は、感応膜の組成、堰及び一対の薄膜配線パターンを除いて同じ構成を有している。そこで、図３及び図５に示すベース１の第１の感応部５を参照して、第１及び第２の感応部５，７の構成を説明する。第１の感応部５は、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと、第１の薄膜導電部２１と、第１の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂと、第１の感応膜２５とを有している。なお、理解を容易にするため、図３においては、第１の感応膜２５を透明なものとして描いている。
【００２０】
第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、白金からなり、ベース１のヒータ１７に対応する位置においてスパッタリングにより形成されている。本例では、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、４０００Åの厚み寸法を有している。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂは、仮想円（仮想環状形）ＣＡに沿い且つ相互に間隔をあけて対向するように形成された円弧形状をそれぞれ呈している。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの間には、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂとの間に等しい間隔をあけることができる円形形状の第１の薄膜導電部２１が形成されている。この第１の薄膜導電部２１の平面輪郭形状は、仮想円ＣＡと同心の相似形状を有している。第１の薄膜導電部２１は、白金からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと共にスパッタリングにより形成されている。第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂには、複数の凹部２７がそれぞれ形成されている。本例では、複数の凹部２７は、上面に開口する矩形の貫通孔からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂがそれぞれ円弧状に延びる方向に並んで形成されている。これにより、複数の凹部２７は、薄膜対向電極に分散して形成されることになる。また、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ上には、堰部２９がそれぞれ形成されている。堰部２９は、後述する接続用電極３１と同材質の金からなり、スパッタリングにより形成されている。本例では、堰部２９は６０００Åの厚み寸法を有しており、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの上面に固定されてベース１から離れる方向に突出している。この堰部２９は、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂが対向する方向とは逆の方向に位置する第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの縁にそれぞれ沿って連続して延びる薄膜により形成されている。本例では、複数の凹部２７及び堰部２９により第１の感応膜２５を形成する未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる抵抗発生構造が構成されている。
【００２１】
本例では、図３に示すように、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂの一方の薄膜対向電極１９Ａの端部１９ｂと、端部１９ｂと直接対向する他方の薄膜対向電極１９Ｂの端部１９ｃと間のギャップ寸法Ｌ１が、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂと第１の薄膜導電部２１とのそれぞれのギャップ寸法Ｌ２の２倍に設定されている。
【００２２】
第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂは、白金からなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ及び第１の薄膜導電部２１と共にスパッタリングにより形成されている。図１に示すように、第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂは、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに一端が接続されて、ベース１に形成された貫通孔１ｃ，１ｄに隣接する位置まで延びている。そして、第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂの縁部の表面上には、接続用電極３１がそれぞれ形成されている。接続用電極３１は、外部接続用の電極であり、金からなるスパッタリングにより形成されている。
【００２３】
第１の感応膜２５は、ＳｎＯ２やＩｎ２Ｏ３を主成分とする金属酸化物半導体とＰｔとからなり、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように第１の一対の対向電極１９Ａ，１９Ｂ及びベース１の一方の面１ａ上に感応液を滴下して形成した未硬化感応膜が加熱により硬化されて形成されている。この第１の感応膜２５は、中心部が盛り上がった円板形状を有しており、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ上のそれぞれの堰部２９に接触している。
【００２４】
第２の感応部７は、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと、第２の薄膜導電部１２１と、第２の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと、第２の感応膜１２５とを有している。第２の感応部７は、堰を有していない点、並びに感応膜の組成（特性）、堰及び一対の薄膜配線パターンの構成を除いて第１の感応部５と同じ構成を有しているので、第１の感応部５と同じ構造の部材には、第１の感応部５に１００を加えた符号を付してその説明を省略する。第２の感応部７の感応膜１２５は、ＳｎＯ２やＩｎ２Ｏ３を主成分とする金属酸化物半導体とＰｄとから形成されている。これにより、本例では、第１の感応部５により一酸化炭素のガスの検出が行え、第２の感応部７によりメタンのガスの検出が行える。第２の感応部７の第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂは、ベース１の他方１ｂの面上において、ベース１と支持部３との間を延びるように形成されている。第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの縁部は、ベース１に形成された貫通孔１ｃ，１ｄ内まで延びている。そして、第１の一対の薄膜配線パターン１９Ａ，１９Ｂの縁部には、貫通孔１ｃ，１ｄを通してベース１の一方の面１ａ側に向かって露出する接続用電極１３１がそれぞれ形成されている。
【００２５】
本例のガスセンサは、以下のようにして製造した。まず、図６（Ａ）に示すようなシリコン単結晶からなる素材板４１を用意した。次に図６（Ｂ）に示すように、素材板４１の表面に第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂと第２の薄膜導電部１２１とを白金を用いてスパッタリングにより形成した。第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂには、複数の凹部１２７が同時されることになる。
【００２６】
次に図６（Ｃ）に示すように、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂ、第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂ及び第２の薄膜導電部１２１上並びに素材板４１の外部に露出する表面上に、前述した複数の絶縁層から構成されるベース形成層４５を形成した。ここでいうベース形成層４５は、下部絶縁層１３（薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａ，薄膜ＳｉＯ２層１３ｂ）、ヒータ１７及び上部絶縁層１５から構成されている。薄膜ＳｉＯ２層１３ｂ、薄膜Ｓｉ３Ｎ４層１３ａ及びヒータ１７は、いずれもＰ−ＣＶＤの薄膜形成技術によりこの順番で形成した。上部絶縁層１５は、Ｐ−ＣＶＤの薄膜形成技術を厚みが３μｍまで行って形成した。なお、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂと第２の薄膜導電部１２１との間の空隙部及び凹部１２７は、小さいため、これらの内部にベース形成層４５の一部は入り込み難い。また、ベース形成層４５の一部が入ったとしても、感応センサの機能が低下する可能性は低いと考えられる。
【００２７】
次に、ベース形成層４５の表面上に第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ，第１の一対の薄膜配線パターン２３Ａ，２３Ｂ及び第１の薄膜導電部２１を形成した。
【００２８】
次に図６（Ｄ）に示すように、エッチングによりベース形成層４５に貫通孔１ｃ，１ｄを形成して、第２の一対の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの縁部をベース１の一方の面３ａ側に露出させた。また、素材板４１の第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂ等を形成した面の反対側をエッチングにより、第２の一対の薄膜対向電極１１９Ａ，１１９Ｂ、第２の薄膜配線パターン１２３Ａ，１２３Ｂの一部及び第２の薄膜導電部１２１が露出するまでくり抜いて凹部４７を形成した。これにより、ベース１の中央部（内側領域１２）と支持部３とを形成した。また、エッチングにより４つの貫通孔９ａ（図２参照）も形成した。
【００２９】
次に図６（Ｅ）に示すように、堰部２９と接続用電極３１とを金を用いてスパッタリングにより同時に形成した。また、接続用電極１３１も金を用いてスパッタリングにより形成した。これにより、一対の接続用電極１３１は、それぞれ一対の貫通孔１ｃ，１ｄを通してベース１の一方の面１ａ側に向かって露出することになる。
【００３０】
次に、第１の一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂに跨るように感応液をデスペンサーにより滴下して未硬化感応膜を形成した。未硬化感応膜は、複数の凹部２７及び堰部２９により、一対の薄膜対向電極１９Ａ，１９Ｂが対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制され、堰部２９に接触した状態で中心部が盛り上がった円板形状となる。そして、未硬化感応膜を約６００℃で加熱により硬化（焼成）させて、第１の感応膜２５を形成した（図１参照）。次にガスセンサの上下を逆にして第１の感応膜２５を作る方法と同様の方法で第２の感応膜１２５を作って図１に示すようなガスセンサを完成した。
【００３１】
本例の感応センサによれば、２つの感応部５，７で２種類のガスをそれぞれ検出するため、正確にガス検出を行うことができる。また、２つの感応部５，７を１つのヒータ１７だけで加熱できるので、ヒータ１７の消費電力を少なくできる。また、ヒータ１７が占める部分を小さくできるので、感応センサが大型化するのを抑制できる。
【００３２】
図７及び図８は、ガスセンサに適用した本発明の他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び底面図である。本例のガスセンサは、支持部とベースと第１の薄膜配線パターンの構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には２００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部２０３は、ベース２０１の他方の面２０１ｂの四隅を支持する４つの支持部材２０４により構成されている。本例のように、支持部２０３を４つの支持部材２０４から構成すれば、４つの支持部材２０４によりベース２０１を安定して支持でき、４つの支持部材２０４の隣接する２つの支持部材２０４の間の空隙から、後述する第２の感応部２０７に検出するガスが流れ、ガスが検出しやすくなる。本例のガスセンサのベース２０１は、一対の貫通孔が形成されておらず、その他は、図１〜図６に示すガスセンサのベース１と基本的に同じ構造を有している。
【００３３】
第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂは、ベース２０１の他方の面２０１ｂ上において、第２の一対の薄膜対向電極３１９Ａ，３１９Ｂに一端が接続されており、ベース２０１の縁部の隣接する２つの支持部材２０４の間を通ってベース２０１の対向する一対の辺２０１ｅ，２０１ｆに向かってそれぞれ延びている。第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂの縁部表面上には、接続用電極３３１がそれぞれ形成されている。本例のように、第２の一対の薄膜配線パターン３２３Ａ，３２３Ｂを形成すれば、ベース２０１の４つの支持部材２０４が配置された側の面に形成された第２の感応部２０７の出力を、隣接する２つの支持部材２０４の間の空隙から、容易に取り出すことができる。
【００３４】
図９（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の更に他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。本例のガスセンサは、支持部の構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には４００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部４０３は、４つの開口部４０３ａを有している。４つの開口部４０３ａは、ベース４０１の隣接する２つの隅部の間にそれぞれ形成されている。開口部４０３ａは、支持部４０３の厚み方向の両側と、ベース４０１が位置する側の反対側とに開口している。本例のガスセンサの開口部４０３ａの輪郭形状は、円弧形状（アーク形状）を有している。
【００３５】
図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の別の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。本例のガスセンサは、支持部の構造を除いて図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造を有している。本例のガスセンサにおいては、図１〜図６に示すガスセンサと同じ構造の部材には６００を加えた符号を付して、その説明を省略する。本例のガスセンサの支持部６０３は、４つの開口部６０３ａを有している。４つの開口部６０３ａは、ベース６０１の隣接する２つの隅部の間にそれぞれ形成されている。開口部６０３ａは、支持部６０３の厚み方向の両側と、ベース６０１が位置する側の反対側とに開口している。本例のガスセンサの開口部６０３ａの輪郭形状は、台形形状を有している。
【００３６】
なお、上記各例では、感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化して感応膜を形成したが、薄膜形成技術によって形成された薄膜により感応膜を形成してもかまわない。
【００３７】
また、上記各例では、弧状を呈する一対の薄膜対向電極が薄膜導電部を介して対向しているが、一対の薄膜対向電極を直接対向させても構わない。例えば、一対の薄膜対向電極を細長い基本電極部と、該基本電極部から延びる１以上の直線状電極部とから形成し、一方の薄膜対向電極の直線状電極部と他方の薄膜状対向電極の直線状電極とを間隔をあけて交互に並ぶように、一対の薄膜対向電極を形成することができる。
【００３８】
また、上記各例では、未硬化感応膜を加熱硬化させたが、自然放置により未硬化感応膜を硬化させてもかまわない。
【００３９】
また、上記各例では、本発明をガスセンサに適用した例を示したが、本発明を湿度センサ等の他の感応センサに適用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】ガスセンサに適用した本発明の一実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図である。
【図２】図１に示す感応センサの底面図である。
【図３】図１を上方から見た図の部分拡大図である。
【図４】図２のIV-IV線断面図である。
【図５】図１に示すガスセンサの中央部の拡大図（図３のＶ−Ｖ線断面図）である。
【図６】（Ａ）〜（Ｅ）は、図１に示すガスセンサの製造方法を説明するために用いる図である。
【図７】ガスセンサに適用した本発明の他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図である。
【図８】図７に示す感応センサの底面図である。
【図９】（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の更に他の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。
【図１０】（Ａ）及び（Ｂ）は、ガスセンサに適用した本発明の別の実施の形態の感応センサを模式的に表した断面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ ベース
３ 支持部
９ａ 貫通孔
１１ 外側領域
１７ ヒータ
１９Ａ，１９Ｂ 第１の一対の薄膜対向電極
１１９Ａ，１１９Ｂ 第２の一対の薄膜対向電極
２３Ａ，２３Ｂ 第１の薄膜配線パターン
１２３Ａ，１２３Ｂ 第２の薄膜配線パターン
２５ 第１の感応膜
１２５ 第２の感応膜
４０３ａ，６０３ａ 開口部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、
前記第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、
前記第１の一対の対向電極に跨るように前記第１の一対の対向電極及び前記ベースの前記一方の面上に形成された第１の感応膜と、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、
前記第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、
前記第２の一対の対向電極に跨るように前記第２の一対の対向電極上及び前記ベースの前記他方の面に形成された第２の感応膜とを有する感応センサ。
【請求項２】
前記第１及び第２の感応膜の特性が異なることを特徴とする請求項１に記載の感応センサ。
【請求項３】
前記ベースの前記他方の面を、前記第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部をさらに有している請求項１に記載の感応センサ。
【請求項４】
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の前記外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれ前記ベースを前記厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通して前記ベースの前記一方の面側に向かって露出しており、
前記ベースの前記外側領域に囲まれた内側領域には、前記第２の感応膜に被検出ガスを供給する１以上の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の感応センサ。
【請求項５】
前記支持部には、前記支持部の厚み方向の両側と、前記ベースが位置する側の反対側とに開口する開口部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の感応センサ。
【請求項６】
前記ベースの輪郭形状は矩形状を呈しており、
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の四隅を支持する４つの支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンは、前記ベースの前記他方の面上を、前記ベースの対向する一対の辺に向かってそれぞれ延びるように形成されている請求項３に記載の感応センサ。
【請求項７】
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、
前記第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、
前記第１の一対の対向電極に跨るように前記第１の一対の対向電極及び前記ベースの前記一方の面上に形成された第１の感応膜と、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、
前記第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、
前記第２の一対の対向電極に跨るように前記第２の一対の対向電極上及び前記ベースの前記他方の面に形成された第２の感応膜と、
前記ベースの前記他方の面を、前記第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部とを有し、
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の前記外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれ前記ベースを前記厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通して前記ベースの前記一方の面側に向かって露出している感応センサの製造方法において、
シリコン単結晶からなる素材板を用意し、
前記素材板の表面に前記第２の一対の薄膜対向電極と前記第２の一対の薄膜配線パターンとを形成し、
前記第２の一対の薄膜対向電極及び前記第２の一対の薄膜配線パターン上並びに前記素材板の外部に露出する表面上に、前記複数の絶縁層から構成されるベース形成層を形成し、
前記ベース形成層の表面上に前記第１の一対の薄膜対向電極及び前記第１の一対の薄膜配線パターンを形成し、
エッチングにより前記ベース形成層に前記一対の貫通孔を形成し、
前記一対の貫通孔を形成する前または後に、前記素材板の前記ベース形成層が形成された面の反対側をエッチングにより前記第２の一対の薄膜対向電極及び前記第２の一対の薄膜配線パターンの一部が露出するまでくり抜いて、前記支持部と前記ベースの中央部とを形成し、
前記第１及び第２の一対の薄膜対向電極に跨るように第１及び第２の感応膜をそれぞれ形成する感応センサの製造方法。
【請求項１】
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、
前記第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、
前記第１の一対の対向電極に跨るように前記第１の一対の対向電極及び前記ベースの前記一方の面上に形成された第１の感応膜と、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、
前記第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、
前記第２の一対の対向電極に跨るように前記第２の一対の対向電極上及び前記ベースの前記他方の面に形成された第２の感応膜とを有する感応センサ。
【請求項２】
前記第１及び第２の感応膜の特性が異なることを特徴とする請求項１に記載の感応センサ。
【請求項３】
前記ベースの前記他方の面を、前記第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部をさらに有している請求項１に記載の感応センサ。
【請求項４】
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の前記外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれ前記ベースを前記厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通して前記ベースの前記一方の面側に向かって露出しており、
前記ベースの前記外側領域に囲まれた内側領域には、前記第２の感応膜に被検出ガスを供給する１以上の貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の感応センサ。
【請求項５】
前記支持部には、前記支持部の厚み方向の両側と、前記ベースが位置する側の反対側とに開口する開口部が形成されていることを特徴とする請求項４に記載の感応センサ。
【請求項６】
前記ベースの輪郭形状は矩形状を呈しており、
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の四隅を支持する４つの支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンは、前記ベースの前記他方の面上を、前記ベースの対向する一対の辺に向かってそれぞれ延びるように形成されている請求項３に記載の感応センサ。
【請求項７】
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ内層にヒータを有するベースと、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの一方の面上に形成された第１の一対の薄膜対向電極と、
前記第１の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第１の一対の薄膜配線パターンと、
前記第１の一対の対向電極に跨るように前記第１の一対の対向電極及び前記ベースの前記一方の面上に形成された第１の感応膜と、
前記ヒータに対応する位置において、相互に間隔をあけて対向するように前記ベースの他方の面上に形成された第２の一対の薄膜対向電極と、
前記第２の一対の薄膜対向電極にそれぞれ接続された第２の一対の薄膜配線パターンと、
前記第２の一対の対向電極に跨るように前記第２の一対の対向電極上及び前記ベースの前記他方の面に形成された第２の感応膜と、
前記ベースの前記他方の面を、前記第２の感応膜が形成されている領域の外側に位置する外側領域において支持する支持部とを有し、
前記支持部は、前記ベースの前記他方の面の前記外側領域全体を支持するように形成された環状の支持部材から構成されており、
前記第２の一対の薄膜配線パターンの外部接続用の一対の接続用電極は、それぞれ前記ベースを前記厚み方向に貫通する一対の貫通孔を通して前記ベースの前記一方の面側に向かって露出している感応センサの製造方法において、
シリコン単結晶からなる素材板を用意し、
前記素材板の表面に前記第２の一対の薄膜対向電極と前記第２の一対の薄膜配線パターンとを形成し、
前記第２の一対の薄膜対向電極及び前記第２の一対の薄膜配線パターン上並びに前記素材板の外部に露出する表面上に、前記複数の絶縁層から構成されるベース形成層を形成し、
前記ベース形成層の表面上に前記第１の一対の薄膜対向電極及び前記第１の一対の薄膜配線パターンを形成し、
エッチングにより前記ベース形成層に前記一対の貫通孔を形成し、
前記一対の貫通孔を形成する前または後に、前記素材板の前記ベース形成層が形成された面の反対側をエッチングにより前記第２の一対の薄膜対向電極及び前記第２の一対の薄膜配線パターンの一部が露出するまでくり抜いて、前記支持部と前記ベースの中央部とを形成し、
前記第１及び第２の一対の薄膜対向電極に跨るように第１及び第２の感応膜をそれぞれ形成する感応センサの製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−７４９７７（Ｐ２００９−７４９７７Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２４５１１３（Ｐ２００７−２４５１１３）
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００２４２６３３）北陸電気工業株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２１日（２００７．９．２１）
【出願人】（０００２４２６３３）北陸電気工業株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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