(57)【要約】半導体薄膜タイプのガスセンサー装置には、その片面に、少なくとも１個のガスセンサー、抵抗発熱体薄膜、及び当該センサー及び抵抗発熱体薄膜を電気的に接触させるためのパッドが含まれている。当該発熱体素子、ガスセンサー薄膜及び接点パッドは、全てスパッタ法によって作製される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも二面を有する絶縁基板（２）、当該基板に形成された半導体薄膜（３，４）、並びに当該基板及びその基板に形成された当該半導体薄膜を所定温度に加熱するための抵抗発熱体（８）を含むガスセンサー装置であって、当該基板（２）の片面に形成された半導体薄膜から作製され、当該基盤の前記片面に形成された各接点パッド（５，６，７）と抵抗発熱体（８）とが備えられ、そして電源に接続するための各接点パッド（９，１０）が備えられている、少なくとも１個の分離センサー素子（３，４）を含んでいることを特徴とするガスセンサー装置。
【請求項２】
前記装置が複数個の分離センサー素子（３，４）、好ましくは２〜４個のセンサーを含み、その各分離センサー素子が基板（２）の前記片面に形成されている、請求項１に記載のガスセンサー装置。
【請求項３】
前記基板（２）がアルミナから作製されている、請求項１又は２に記載のガスセンサー装置。
【請求項４】
前記基板（２）が絶縁層で被覆されたシリコンから作製されている、請求項１又は２に記載のガスセンサー装置。
【請求項５】
前記基板（２）が１〜２５ｍｍ2、好ましくは４〜９ｍｍ2の表面積を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項６】
前記抵抗発熱体（８）が複数のカーブをもつ蛇行パターンを示す、請求項１〜５のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項７】
前記各半導体薄膜（３，４）が前記蛇行のカーブ位置に配置されている、請求項６に記載のガスセンサー装置。
【請求項８】
前記接触パッド（５，６，７，９，１０）が基板（２）に堆積されたチタンから作製される第一層、及び白金からなる第二の重複堆積層を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項９】
前記接触パッド（５，６，７，９，１０）が基板（２）に堆積されたタングステンから作製される第一層、及び白金からなる第二の重複堆積層を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項１０】
前記ガスセンサー装置が少なくとも２個の半導体薄膜（３，４）を含み、そして当該半導体薄膜を接続するための接点パッド（５，６，７）がＵ型素子（７）を含み、各半導体薄膜（３，４）と接続されている当該Ｕ型素子の分枝部が抵抗発熱体（８）のカーブまで延びている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項１１】
前記半導体薄膜（３、４）が酸化チタンから作製されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項１２】
前記半導体薄膜（３、４）が酸化亜鉛から作製されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項１３】
前記半導体薄膜（３、４）が酸化鉄から作製されている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のガスセンサー装置。
【請求項１４】
絶縁基板（２）の片面に半導体薄膜（３，４）から作製される少なくとも１個の分離センサー素子をスパッタリングによって堆積させる段階、
当該基板の面上に金属付着層を堆積させて、当該センサー素子（３，４）及び抵抗発熱体（８）を接続するための接点パッド（５，６，７，９，１０）を作製する段階、及び
当該基板面上の当該付着層を覆って、抵抗発熱体（８）及び第二の貴金属導電層を形成させるパターンに沿って貴金属からなる導電性薄膜を堆積させる段階、
からなる各段階を含む、ガスセンサー装置の製造方法。
【請求項１５】
前記金属付着層を堆積させる段階が、当該センサー素子及び抵抗発熱体（８）を接続するための接点パッド（９，１０）用のチタン層を作製する段階である、請求項１４に記載のガスセンサー装置の製造方法。
【請求項１６】
前記金属付着層を堆積させる段階が、当該センサー素子及び抵抗発熱体（８）を接続するための接点パッド（９，１０）用のタングステン層を作製する段階である、請求項１４に記載のガスセンサー装置の製造方法。
【請求項１７】
前記分離センサー素子をスパッタリングによって堆積させる段階が複数回にわたって行われ、それによって複数個の分離センサー素子（３，４）が基板（２）の片面に堆積される、請求項１４〜１６のいずれか１項に記載のガスセンサー装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、絶縁基板、当該基板上に形成された半導体薄膜、及び当該基板及び半導体薄膜を所定の動作温度に加熱するための抵抗発熱体を含むタイプの半導体薄膜ガスセンサー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記したタイプのセンサー装置は、当業者には極めて周知であり、１９７０年代以来、大規模に生産されてきた。
【０００３】
最初のうちは、当該センサーは、管状セラミック基板上に当該薄膜を堆積させ、そして高融点金属製のワイヤを発熱体として用いることによって作られていた。
【０００４】
最近の製造法によれば、改良センサーの再生産性は、一方の面に導電材料から作られた発熱体を有し、他方の面にガスセンサー薄膜と電気接点とを有するアルミナ基板を用いて得ることができる。
【０００５】
当該センサーを構成する全ての薄膜について、スパッター法（スパッタリング）を基本とするセンサーの製造法についての完全な概説は、以下の番号１〜１６を付して挙げた参考文献によって提供される。
【０００６】
（１）G. Sberveglieri 等著、「センサーとアクチュエーター」、第４巻、１９９１年、４５７〜４６１頁、Elsevier Sequoia S. A.、ローザンヌ
（２）G. Sberveglieri 等著、「センサーとアクチュエーター」、第５巻、１９９１年、２５３〜２５５頁、Elsevier Sequoia S. A.、ローザンヌ
（３）G. Sberveglieri 等著、「ジャーナル  オブ  マテリアルズ  サイエンス」、第１０報告、１９９１年、６０２〜６０４頁、Chapmann & Hall
（４）G. Sberveglieri 等著、「センサーとアクチュエーター」、第７巻、１９９２年、７２１〜７２６頁、Elsevier Sequoia 
（５）G. Sberveglieri、G. Faglia、S. Groppelli、P. Nelli 発表、「テクノロジー  ダイジェスト  第６回国際会議;  固体センサーとアクチュエーター」、サンフランシスコ、カリホルニア州、米国、１９９１年、１６５〜１６８頁
【０００７】
（６）G. Sberveglieri 著、「センサーとアクチュエーター」、第６巻、１９９２年、２３９〜２４７頁、Elsevier Sequoia S. A.
（７）G. Sberveglieri 等著、「センサーとアクチュエーター」、第１５〜１６巻、１９９３年、８６〜８９頁、Elsevier Sequoia S. A.
（８）G. Sberveglieri 著、「抄録、半導体ガスセンサーにおける新たな開発」、９月、１３〜１４号、１９９３年、Castro Marina （イタリア）
（９）G. Sberveglieri、S. Groppelli、P. Nelli 著、「抄録、ユーロセンサー  VIII」、９月、２５〜２８号、１９９４年、Tolouse 、フランス
（１０）G. Sberveglieri 著、「センサーとアクチュエーター」、第２３巻、１９９５年、１０３〜１０９頁、Elsevier Science S. A.
【０００８】
（１１）G. Sberveglieri 等著、「アドバンスト  マテリアル」、第８巻、４号、１９９６年、３３４〜３３７頁、VCH Verlagsgesellschaft mbH
（１２）M. Ferroni 等著、「センサーとアクチュエーター」、第４４巻、１９９７年、４９９〜５０２頁、Elsevier Science S. A.
（１３）G. Faglia 等著、「センサーとアクチュエーター」、第５７巻、１９９９年、１８８〜１９１頁、Elsevier Science S. A.
（１４）E. Comini 等著、「センサーとアクチュエーター」、第６８巻、２０００年、１６８〜１７４頁、Elsevier Science S. A.
（１５）E. Comini 等著、「センサーとアクチュエーター」、第７０巻、２０００年、１０８〜１１４頁、Elsevier Science B. V.
（１６）E. Comini 等著、「ジャーナル  マテリアル  リサーチ」、第１６巻、６号、２００１年、１５５９〜１５６４頁、Material Research Society
【０００９】
多くの場合、センサー薄膜のパターニングは、シャドーマスク技術を用いて得られる。
【００１０】
先行技術に関する図１〜７は、両面センサーの製造における各段階を図式的に示している。
【００１１】
当該全工程には、基板の下面に係る二段階、つまり、パッドの堆積（レオフォレス）及び発熱体の堆積段階と、基板の上面に係る三段階、つまり、フィルムの堆積、パッドの堆積及び相互配置型電極の堆積段階が含まれる。
【００１２】
上記した先行技術の方法には、主として、４本のピンを、基板、及び例えばＴＯ８や同様のパッケージであってよい超小型電子ケースにハンダ付けすることとなる場合に、固有の制約を有している。
【００１３】
第一に、最初に２本のガスセンサー薄膜用ワイヤをハンダ付けした後に、２本のワイヤを発熱体にハンダ付けしなければならないとき、あるいはその逆の場合には、基板を裏返すことが必要となる。これは全く厄介な操作であり、それによりハンダ工程がスローダウンし、ひいてはセンサーを構成する薄膜を損ねることに成りかねない。
【００１４】
第二に、基板は、ケースに直接ハンダ付けできないので、二段階に、つまり最初にワイヤをセンサーにハンダ付けし、次いでケースにハンダ付けすることが必要である。これにより、生産工程が、更にスローダウンしてしまうことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の一つの目的は、動作温度を速やかにかつ効率的に達成し、また温度表示を与える、改良されたガスセンサーを提供することにある。
【００１６】
本発明のその他の目的は、少なくとも一つのガスセンサー素子と一つの抵抗発熱体が逐次堆積段階によって作製される、ガスセンサー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】
【００１７】
本発明の一つの態様によれば、本発明では、少なくとも二面を有する絶縁基板（２）、当該基板に形成された半導体薄膜（３，４）、並びに当該基板及びその基板に形成された当該半導体薄膜を所定温度に加熱するための抵抗発熱体（８）を含むガスセンサー装置であって、当該基板（２）の片面に形成された半導体薄膜から作製され、当該基盤の前記片面に形成された各接点パッド（５，６，７）と抵抗発熱体（８）とが備えられ、そして電源に接続するための各接点パッド（９，１０）が備えられている、少なくとも１個の分離センサー素子（３，４）を含んでいることを特徴とするガスセンサー装置が提供される。
【００１８】
本発明のその他の態様によれば、本発明では、絶縁基板（２）の片面に半導体薄膜（３，４）から作製される少なくとも１個の分離センサー素子をスパッタリングによって堆積させる段階、当該基板の面上に金属付着層を堆積させて、当該センサー素子（３，４）及び抵抗発熱体（８）を接続するための接点パッド（５，６，７，９，１０）を作製する段階、及び当該基板面上の当該付着層を覆って、抵抗発熱体（８）及び第二の貴金属導電層を形成させるパターンに沿って貴金属からなる導電性薄膜を堆積させる段階からなる各段階を含む、ガスセンサー装置の製造方法が提供される。
【００１９】
本発明によれば、更に、好ましく、有利な実施態様として、特許請求の範囲の従属請求項に記載する発明が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下の記載では、単に、具体例によってなされ、図１１及び１２に説明されるような、特定の好ましい実施態様に言及して行う。数字１によって全体として示される装置には、絶縁基板２が含まれ、その基板の片面には、半導体薄膜３，４のそれぞれがガスセンサーの電気抵抗を測定するための測定器に接続される各導電性パッド５、６及び７と電気的接続関係にある、２個の半導体薄膜３,４から作製されるガスセンサーと、電源に接続される接点パッド９及び１０を具備した抵抗発熱体８とが設けられている。
【００２１】
基板２は、典型的には、アルミナから作られるが、本発明では、また、他のタイプの基板、例えば、絶縁層で被覆されたシリコンから作られる基板を用いることも意図している。
【００２２】
下記の表には、添付図面に示される寸法−ミリメートルで−が示されている。
【００２３】
これらの寸法は、単に情報提供の目的で与えられており、非限定的なものである。よって、例えば、当該基板が３ｍｍ×３ｍｍ（寸法“ａ”）を示すことがあるが、それは、また、それより小さくてもよく、例えば、約２５０μｍオーダーの厚さをもつ、２ｍｍ×２ｍｍであってもよい。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
基板２は、１〜２５ｍｍ2、好ましくは４〜９ｍｍ2の範囲にある表面積を有していてよい。
【００２６】
発熱体及び関連する接点パッドからなるセンサー薄膜の堆積は、図８、９及び１０に示されるものと同様のシャドーマスクを用いて、スパッタリング又は陰極破壊によって実施される。
【００２７】
最初の段階は、好ましくは基板の中央部分に位置する、二つの開口部、３ａ及び４ａのみを有するマスク（図８）を用いて、感応性薄膜を堆積させることである。仮に、二種類の異なる感応性薄膜を堆積させなければならないならば、図８のマスクは、単一の開口部を有し、これを二段階の逐次堆積工程で用いればよい。
【００２８】
半導体薄膜の化学組成は、当業者に周知であり、錫、亜鉛及び鉄の酸化物のような金属酸化物が含まれる。
【００２９】
感応性薄膜が一度堆積されると、必要に応じて、酸化／熱安定化され、この工程に続いて、金線をハンダ付けするために用いられる接点パッドが堆積される。この接点パッドを堆積させることによって、感応性薄膜の電気特性の測定が可能となり、抵抗発熱体８を作動させることを可能にする。当該発熱体は、蛇行パターン状の貴金属（白金）から構成されていることが好ましく、それは動作温度に達するように設計されていて、また、それは温度センサーとして用いることも可能である。
【００３０】
接点パッドの堆積は、好ましくは二段階に実施される。最初の段階では、チタン／タングステンの付着層が、図９に示されるもののようなマスクを用いて基板２上に堆積される。この目的では、当該マスクは、抵抗発熱体８の接点パッド９及び１０用の付着層を作製するための二つの開口部１４ａ及び１５ａ、及び感応性薄膜の接点パッド５、６及び７を作製するための三つの開口部１１ａ、１２ａ及び１３ａ（この開口部１３ａは、アース接点用の付着層のためのものである）を有する。
【００３１】
第二の段階では、貴金属（白金）からなる抵抗発熱体８と貴金属（白金）からなる第二層とが、上記した付着層を覆うように堆積させる。この段階は、図１０に示されるもののようなマスクを用いて実施される。当該マスクは、抵抗発熱体８と接点パッド９及び１０の貴金属（白金）からなる第二層とをパターニングするためのそれぞれの開口部８ａ、９ａ及び１０ａ、及び２個の感応性薄膜の接点パッド５、６及び７用の白金からなる第二層をパターニングするために用いられる開口部５ａ、６a及び７ａを有する。
【００３２】
この堆積層の厚さは、実施される測定の種類、必要とする温度範囲及び当該発熱体に印加される電圧に依存する。
【００３３】
現在の好ましい配置では、抵抗発熱体８は、複数のカーブをもつ蛇行パターンを示し、そしてこの二つの感応性半導体薄膜３及び４は、それらが同一面に開口部をもつ非連続の二つの蛇行カーブの内部に存在するように、基板上に配列される。
【００３４】
この実施態様では、半導体薄膜の接点パッドは、好ましくは、Ｕ型素子７を含み、その複数の分枝部−その末端はそれぞれ当該半導体薄膜３及び４と接している−が、二つの非連続カーブまで延びている。
【００３５】
当該抵抗発熱体のパターンは、より少ない電力で同じ動作温度が達せられるように、本明細書中に記載し、説明したものと異なってもよいことが分かる。
【実施例】
【００３６】
図１３及び１４の図表は、本発明による装置の２個のＳｎＯ2センサー薄膜について行った電気的特性の結果を示している。
【００３７】
当該装置を、三つの異なる濃度：５（図表に示されていない）、２０および２００ｐｐｍ）下での一酸化炭素を用いて試験した。このグラフは、４００℃の動作温度下で、ＣＯ濃度を変えたことに伴う電流の変化を示している。当該装置における両者のセンサー薄膜に係る応答曲線は、略同一である。
【００３８】
単一の基板上に二つのガスセンサーが存在するため、分析される同じガス混合物に対して、（二つの異なる層の場合には）二つの異なる電気信号が与えられる。これにより、適当なアルゴリズムを用いて当該電気信号の十分な分析を行うことが可能となるので、当該センサーの選択性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
更なる利点は、細い線を、より迅速にかつより容易に、しかもより少ない損傷で、ハンダ付けすることを可能とすることである。当該感応性薄膜及び発熱体は、基板を裏返すこと無しに、連続してハンダ付けすることができる。また、適当な支持体を用いれば、当該装置を、直接、例えばＴＯ８パッケージであってもよいケースにハンダ付けすることもできる。
【００４０】
更に、その他の利点は、当該薄膜と発熱体との両者に係る電気的接続が単一の段階でなし得るので、僅か三段階しか必要としない本発明の生産工程は、先行技術に比して、より一層使い易いことである。
【００４１】
その上、当該抵抗発熱体及び２個の感応性薄膜の接点パッドの両者に対してチタン／タングステン付着層を用いると、単一段階での堆積も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】先行技術である両面センサーの製造段階における、当初のガスセンサーの下面を示す概略図である。
【図２】先行技術である両面センサーの製造段階における、パッド堆積後のガスセンサーの下面を示す概略図である。
【図３】先行技術である両面センサーの製造段階における、発熱体堆積後のガスセンサーの下面を示す概略図である。
【図４】先行技術である両面センサーの製造段階における、当初のガスセンサーの上面を示す概略図である。
【図５】先行技術である両面センサーの製造段階における、薄膜堆積後のガスセンサーの上面を示す概略図である。
【図６】先行技術である両面センサーの製造段階における、パッド堆積後のガスセンサーの上面を示す概略図である。
【図７】先行技術である両面センサーの製造段階における、相互配置型接点堆積後のガスセンサーの上面を示す概略図である。
【図８】本願発明の片面センサーの製造における、センサー薄膜堆積用の第一シャドーマスクを示す概略図である。
【図９】本願発明の片面センサーの製造における、接点パッドの作製に用いられる第二シャドーマスクを示す概略図である。
【図１０】本願発明の片面センサーの製造における、接点パッドの作製に用いられる第三シャドーマスクを示す概略図である。
【図１１】本願発明の片面センサーについて、光学顕微鏡を用いて記録した画像の概略図である。
【図１２】本願発明の片面センサーにおける、図１１のセンサーの概略図である。
【図１３】本願発明による片面センサー装置の第一ＳｉＯ2半導体センサーにおける二つのＣＯ濃度（２０，２００ｐｐｍ）に対する応答を示す略図である。
【図１４】本願発明による片面センサー装置の第二ＳｉＯ2半導体センサーにおける二つのＣＯ濃度（２０，２００ｐｐｍ）に対する応答を示す略図である。
【図１５】本願発明による片面センサー装置に係る温度−電力の検量線を示す。
【符号の説明】
【００４３】
１    半導体薄膜ガスセンサー装置
２    絶縁基板
３    半導体薄膜（センサー素子）
３ａ    開口部
４    半導体薄膜（センサー素子）
４ａ    開口部
５    接点パッド
６    接点パッド
７    接点パッド（Ｕ型素子）
８    抵抗発熱体
９    接点パッド
１０    接点パッド
１１ａ    開口部
１２ａ    開口部
１３ａ    開口部
１４ａ    開口部
１５ａ    開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006524326.tif 000018
【国際調査報告】
2006524326.tif 000019
2006524326.tif 000020