(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１検出膜を形成する工程と、
前記第１検出膜上に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜上に、第２検出膜を形成する工程と、
前記第１検出膜、前記犠牲膜、及び前記第２検出膜の積層膜の側部に第１支持部材を設けるとともに、前記側部に、第１導電部材及び第２導電部材を互いに離間して設ける工程と、
前記犠牲膜を除去する工程と、
を備え、
前記第２検出膜を形成する工程の後に、前記第２検出膜を熱処理して前記第２検出膜を多孔質にする工程を有し、
前記第２検出膜を多孔質にする工程は、前記犠牲膜を除去する工程の前に行われ、
前記犠牲膜を除去する工程において、前記犠牲膜をウェットエッチングにより部分的に除去することにより、前記第１検出膜と前記第２検出膜の間に、前記第２検出膜を前記第１検出膜上で支持する第２支持部材を形成する検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定の成分を検出する検出装置及び検出装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気中の二酸化炭素など、特定の成分を検出する装置としては、例えば特許文献１，２に記載されているように、薄膜ガスセンサがある。薄膜ガスセンサは、絶縁性の基板上に、検知膜としての金属酸化物の薄膜を体積法により形成するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−５７９７５号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
薄膜を用いた検出装置では、検出感度は薄膜の表面積にほぼ比例する。このため、検出感度を高めるためには薄膜を大面積化すればよい。しかし、薄膜を大面積にすると、検出装置が大型になってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、大型になることを抑制でき、かつ検出感度が高い検出装置及び検出装置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】
【０００７】
本発明によれば、基板上に第１検出膜を形成する工程と、
前記第１検出膜上に犠牲膜を形成する工程と、
前記犠牲膜上に、第２検出膜を形成する工程と、
前記第１検出膜、前記犠牲膜、及び前記第２検出膜の積層膜の側部に第１支持部材を設けるとともに、前記側部に、第１導電部材及び第２導電部材を互いに離間して設ける工程と、
前記犠牲膜を除去する工程と、
を備え、
前記第２検出膜を形成する工程の後に、前記第２検出膜を熱処理して前記第２検出膜を多孔質にする工程を有し、
前記第２検出膜を多孔質にする工程は、前記犠牲膜を除去する工程の前に行われ、
前記犠牲膜を除去する工程において、前記犠牲膜をウェットエッチングにより部分的に除去することにより、前記第１検出膜と前記第２検出膜の間に、前記第２検出膜を前記第１検出膜上で支持する第２支持部材を形成する検出装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、大型になることを抑制でき、かつ検出感度が高い検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に係る検出装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ´断面図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ´断面図である。
【図５】検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図６】検出装置の製造方法を示す断面図である。
【図７】第２の実施形態に係る検出装置の平面図である。
【図８】第３の実施形態に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図９】第４の実施形態に係る検出装置の構成を示す断面図である。
【図１０】図９の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る検出装置１００の平面図である。図２は、図１のＡ−Ａ´断面図である。図３は図１のＢ−Ｂ´断面図である。図４は、図１のＣ−Ｃ´断面図である。検出装置１００は、基板１１０、第１検出膜１２０、第２検出膜１３０、第１支持部材１４０、及び２つの導電部材１５０を備えている。第１検出膜１２０は基板１１０上に形成されている。第２検出膜１３０は、第１検出膜１２０から離間しており、かつ第１検出膜１２０と対向して配置されている。第１検出膜１２０と第２検出膜１３０の間は中空になっている。第１支持部材１４０は、第２検出膜１３０を第１検出膜１２０から離間した状態で支持する。２つの導電部材１５０は、第１検出膜１２０及び第２検出膜１３０を並列に接続している。２つの導電部材１５０は、互いに離間している。検出装置１００は、特定の成分の気体を検出する装置である。検出対象のガスは、例えば水素であるが、第１検出膜１２０及び第２検出膜１３０の材料によって、このガスは変わる。
【００１２】
検出装置１００では、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０は互いに離間しており、かつ互いに対向している。すなわち第１検出膜１２０と第２検出膜１３０は平面視で重なっているため、検出装置１００は大型にならない。また、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０は互いに離間しているため、検出膜の表面積は大きい。従って、検出装置１００の感度は向上する。以下、詳細に説明する。
【００１３】
基板１１０は、絶縁性の基板である。基板１１０は、例えばサファイア、アルミナ、又はガラスにより形成されている。
【００１４】
第１検出膜１２０及び第２検出膜１３０は、検出すべき成分を検出するための膜であり、金属酸化物、例えばＷＯ３、ＳｎＯ２、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｃｒ２Ｏ３、及びＮｉＯの少なくとも一つからなる膜、又はこれらの材料に添加物を添加した膜などを含んでいる。第１検出膜１２０の厚さは、例えば５ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。第２検出膜１３０の厚さは、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。第１検出膜１２０と第２検出膜１３０は、同一の材料から構成されていても良いし、互いに異なる材料により構成されていても良い。本実施形態では、第１検出膜１２０は基板１１０上に直接形成されている。ただし、第１検出膜１２０と基板１１０の間に他の膜が形成されていても良い。また、第１検出膜１２０の上面と第２検出膜１３０の下面の間隔は、例えば１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である。また平面視において、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０は同一の形状、例えば矩形を有している。
【００１５】
第１支持部材１４０は、基板１１０上で第２検出膜１３０を支持している。詳細には、第１支持部材１４０の下端は基板１１０の上面に固定されている。そして第１支持部材１４０の上部は、第２検出膜１３０の側面及び上面の縁に固定されている。第１支持部材１４０は、例えば窒化シリコンや酸化シリコンなどの絶縁性の材料により形成されていても良いし、金属などの導電性材料により形成されていても良い。第１支持部材１４０は少なくとも２つ以上設けられているのが好ましい。そして２つの第１支持部材１４０は、第２検出膜１３０の重心を介して互いに対向しているのが好ましい。本図に示す例では、第１支持部材１４０は、第２検出膜１３０のうち互いに対向する２辺に設けられている。
【００１６】
２つの導電部材１５０は、第１検出膜１２０及び第２検出膜１３０を並列に接続しており、かつ互いに離間している。詳細には、導電部材１５０の下端は基板１１０の上面に固定されている。導電部材１５０の下部は、第１検出膜１２０の側面に接続しており、導電部材１５０の上部は第２検出膜１３０の側面及び上面の縁に接続している。導電部材１５０は、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、及びＲｕＯ２などの金属の少なくとも一つを含んでいる。導電部材１５０は、例えばＰｔ、Ａｕ、Ａｇ、及びＲｕＯ２などの金属から形成されている。本図に示す例では、導電部材１５０は、第２検出膜１３０のうち第１支持部材１４０とは異なる２辺に設けられている。
【００１７】
図５及び図６は、検出装置１００の製造方法を示す断面図である。まず図５に示すように、基板１１０上に第１検出膜１２０、犠牲膜１６０、及び第２検出膜１３０を、この順に形成する。第１検出膜１２０、犠牲膜１６０、及び第２検出膜１３０は、スパッタリング法、蒸着法、又はＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法を含む）などを用いて形成される。犠牲膜１６０は、第１検出膜１２０、第２検出膜１３０、第１支持部材１４０、及び導電部材１５０がエッチングされない条件でもエッチングされるような膜である。犠牲膜１６０は、例えば酸化シリコン膜、ガラス膜、Ｔａ２０５、Ａｌ、又はＳｉである。
【００１８】
次いで、第２検出膜１３０上にマスクパターン（例えばレジストパターン：図示せず）を形成し、このマスクパターンをマスクとして第２検出膜１３０、犠牲膜１６０、及び第１検出膜１２０を選択的に除去する。これにより、第２検出膜１３０、犠牲膜１６０、及び第１検出膜１２０の平面形状は、検出装置１００となるべき形状、例えば矩形になる。その後、マスクパターンを除去する。
【００１９】
次いで、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１検出膜１２０、犠牲膜１６０、及び第２検出膜１３０の積層膜の側面、基板１１０上、及び第２検出膜１３０上に、第１支持部材１４０となる膜を形成する。次いで、この膜の上にマスクパターン（例えばレジストパターン：図示せず）を形成し、このマスクパターンをマスクとして膜を選択的に除去する。これにより第１支持部材１４０が形成される。その後、マスクパターンを除去する。
【００２０】
次いで、第１検出膜１２０、犠牲膜１６０、及び第２検出膜１３０の積層膜の側面、基板１１０上、及び第２検出膜１３０上に、導電部材１５０となる膜を形成する。次いで、この膜の上にマスクパターン（例えばレジストパターン：図示せず）を形成し、このマスクパターンをマスクとして膜を選択的に除去する。これにより導電部材１５０が形成される。その後、マスクパターンを除去する。
【００２１】
その後、ウェットエッチング法を用いて、犠牲膜１６０を除去する。このようにして、検出装置１００が形成される。
【００２２】
以上、本実施形態によれば、検出装置１００を大型にしなくても、検出装置１００の感度を高めることができる。
【００２３】
（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態に係る検出装置１００の平面図である。本図に示す検出装置１００は、第１支持部材１４０を有していない点を除いて、第１の実施形態に係る検出装置１００と同様の構成である。本実施形態では、導電部材１５０が第１支持部材１４０の機能を兼ねている。
【００２４】
本実施形態に係る検出装置１００の製造方法は、第１支持部材１４０を形成する工程を有さない点を除いて、第１の実施形態に係る検出装置１００の製造方法と同様の構成である。
【００２５】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、導電部材１５０が第１支持部材１４０の機能を兼ねているため、第１支持部材１４０を設ける必要がない。このため、検出装置１００の製造コストを低くすることができる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図８（ａ）及び（ｂ）は、第３の実施形態に係る検出装置１００の構成を示す断面図である。本実施形態に係る検出装置１００は、以下の点を除いて、第１又は第２の実施形態に係る検出装置１００と同様の構成である。本図は、第１の実施形態と同様の場合を示している。
【００２７】
まず、第２検出膜１３０は多孔質膜である。このため、検出対象となる気体は、第２検出膜１３０内の孔を介して、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０の間の空間に到達する。なお、第２検出膜１３０を多孔質膜にするためには、第２検出膜１３０を堆積法により形成した後、第２検出膜１３０を熱処理すればよい。第２検出膜１３０の厚さ及びこの熱処理条件を調節することにより、第２検出膜１３０の多孔質化を制御することができる。なお、第１検出膜１２０もこの工程で多孔質化することがある。
【００２８】
そして、検出装置１００は、第２支持部材１６２を有している。第２支持部材１６２は、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０の間に位置しており、第２検出膜１３０を第１検出膜１２０上に支持している。第２支持部材１６２は、犠牲膜１６０を部分的に除去することにより形成されている。具体的には、第２検出膜１３０は多孔質膜であるため、犠牲膜１６０をウェットエッチングするとき、エッチング液が第２検出膜１３０内を通って犠牲膜１６０に到達する。このため、犠牲膜１６０を部分的に除去して第２支持部材１６２を形成することができる。
【００２９】
本実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２検出膜１３０を多孔質にしているため、検出対象となる気体は、第２検出膜１３０内の孔を介して、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０の間の空間に到達する。このため、検出装置１００の検出感度を高くすることができる。
【００３０】
また、第２検出膜１３０は第２支持部材１６２によって第１検出膜１２０上に支持されている。このため、検出装置１００の耐久性を高めることができる。
【００３１】
（第４の実施形態）
図９は、第４の実施形態に係る検出装置１００の構成を示す断面図である。本実施形態に係る検出装置１００は、第２検出膜１３０を複数有している点を除いて、第１〜第３の実施形態のいずれかに係る検出装置１００と同様の構成である。本図に示す例は、第３の実施形態と同様の場合を示している。複数の第２検出膜１３０は、厚さ方向において互いに離間して配置されている。そしていずれの第２検出膜１３０も、側面が導電部材１５０によって支持されている。
【００３２】
本実施形態に係る検出装置１００の製造方法は、第１検出膜１２０上に犠牲膜１６０及び第２検出膜１３０を複数交互に積層する点を除いて、第１〜第３の実施形態に係る検出装置１００の製造方法と同様である。
【００３３】
なお、本実施形態において、第３の実施形態に示した第２支持部材１６２を設ける場合、犠牲膜１６０をウェットエッチングする工程は、犠牲膜１６０及び第２検出膜１３０が一組積層されるたびに行われても良いし、犠牲膜１６０及び第２検出膜１３０が複数組積層されてから行われてもよい。
【００３４】
なお、第２支持部材１６２を形成する工程において、ウェットエッチング液は、下層に行くにつれて届きにくくなる。このため、相対的に上に位置する犠牲膜１６０は、相対的に下に位置する犠牲膜１６０よりもエッチングされやすい。このため、相対的に上に位置する犠牲膜１６０を、エッチングされにくい材料により形成しても良い。例えば犠牲膜１６０にＡｌ２Ｏ３やＳｉ3Ｎ4を添加し、この添加割合を上に行くにつれて増やしても良い。
【００３５】
また図１０に示すように、第１検出膜１２０を第２検出膜１３０より薄くし、かつ第２検出膜１３０を上に行くにつれて厚くしても良い。これに伴い、第１検出膜１２０と第２検出膜１３０の間隔を第２検出膜１３０相互間の間隔よりも狭くし、かつ、第２検出膜１３０の相互間の間隔を、上に行くにつれて広くしても良い。
【００３６】
本実施形態によっても、第１〜第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第２検出膜１３０を複数段有しているため、検出装置１００の感度をさらに高くすることができる。
【００３７】
（実施例）
第２の実施形態に係る検出装置１００を作製した。第１検出膜１２０及び第２検出膜１３０には、ＷＯ３にＴｉＯ２を１０モル％混ぜた膜を使用した。また比較例として、検出膜として第１検出膜１２０のみを有する検出装置１００を作製した。実施例と比較例を比較した結果、実施例に係る検出装置１００は、比較例に係る検出装置１００よりも、検出感度が１０倍以上高かった。
【００３８】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００３９】
１００ 検出装置
１１０ 基板
１２０ 第１検出膜
１３０ 第２検出膜
１４０ 第１支持部材
１５０ 導電部材
１６０ 犠牲膜
１６２ 第２支持部材
【図１】
0005897362.tif 000002
【図２】
0005897362.tif 000003
【図３】
0005897362.tif 000004
【図４】
0005897362.tif 000005
【図５】
0005897362.tif 000006
【図６】
0005897362.tif 000007
【図７】
0005897362.tif 000008
【図８】
0005897362.tif 000009
【図９】
0005897362.tif 000010
【図１０】
0005897362.tif 000011