JP2002286674A - Contact combustion type gas sensor and its manufacturing method - Google Patents
Contact combustion type gas sensor and its manufacturing methodInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は接触燃焼式ガスセン
サおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、感度の
高いガス検出素子を備える接触燃焼式ガスセンサおよび
その製造方法に関する。The present invention relates to a catalytic combustion type gas sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a catalytic combustion type gas sensor having a highly sensitive gas detecting element and a method of manufacturing the same.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、この種の接触燃焼式ガスセンサと
しては、図１７（ａ）、（ｂ）に示すような特開平１１
−６８１１号公報に開示されたものが知られている。こ
の接触燃焼式ガスセンサ１は、基板２上にガス検出素子
３と補償素子４、５、６とが隣接して設けられ、ガス検
出素子３と補償素子４、５、６とで、可燃性ガスを燃焼
させる際に発生する燃焼熱を検出することによって可燃
性ガスを検量する機能を有している。ガス検出素子３お
よび補償素子４、５、６は、基板２上に積層された誘電
体膜７上に積層されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a contact combustion type gas sensor of this type, Japanese Patent Laid-Open Publication No.
The one disclosed in -6811 is known. In the contact combustion type gas sensor 1, a gas detecting element 3 and compensating elements 4, 5, and 6 are provided adjacent to each other on a substrate 2, and a flammable gas is Has the function of measuring the amount of combustible gas by detecting the heat of combustion generated when combusting gas. The gas detecting element 3 and the compensating elements 4, 5, and 6 are laminated on a dielectric film 7 laminated on the substrate 2.
【０００３】このガス検出素子３は、基板２上に形成さ
れた可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ８と、このヒ
ータ８に熱的に接触して設けられた熱良導体である熱伝
導層１０と、この熱伝導層１０を介して伝導されたヒー
タ８の発生量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に際し
て触媒として作用する触媒層１１を有して構成されてい
る。The gas detecting element 3 includes a heater 8 for promoting the combustion of a combustible gas formed on the substrate 2, and a heat conductive layer which is a thermal conductor provided in thermal contact with the heater 8. And a catalyst layer 11 which generates heat in accordance with the amount of generation of the heater 8 transmitted through the heat conduction layer 10 and acts as a catalyst when combustible gas is burned.
【０００４】また、補償素子４、５、６は、ガス検出素
子３に隣接して、基板２上に形成された可燃性ガスの燃
焼を促すためのヒータ８、このヒータ８に熱的に接触し
て設けられた熱良導体である熱伝導層１０を有して構成
されている。The compensating elements 4, 5, and 6 are adjacent to the gas detecting element 3 and have a heater 8 for promoting combustion of a combustible gas formed on the substrate 2, and are in thermal contact with the heater 8. It has a heat conductive layer 10 which is a good heat conductor provided as described above.
【０００５】さらに、ガス検出素子３および補償素子
４、５、６の各ヒータ８は、誘電体膜７上に積層形成さ
れ、それぞれ別個の白金パッド９に接続されている。Further, the heaters 8 of the gas detecting element 3 and the compensating elements 4, 5, 6 are laminated on the dielectric film 7 and connected to separate platinum pads 9.
【０００６】そして、ガス検出素子３および補償素子
４、５、６における熱伝導層１０は、ポーラス構造の膜
形態を有する陽極酸化被膜を用いて形成されている。The heat conductive layer 10 in the gas detecting element 3 and the compensating elements 4, 5, and 6 is formed using an anodic oxide film having a porous film structure.
【０００７】すなわち、ガス検出素子３における熱伝導
層１０は、図１８（ａ）、（ｂ）に示すように、内部に
触媒としての貴金属１１ａを分散したポーラス構造を有
する陽極酸化被膜として形成され、ヒータ８全体を覆う
ようにして基板２上に積層されている。That is, as shown in FIGS. 18A and 18B, the heat conductive layer 10 in the gas detection element 3 is formed as an anodic oxide film having a porous structure in which a noble metal 11a as a catalyst is dispersed. Are stacked on the substrate 2 so as to cover the entire heater 8.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た接触燃焼式ガスセンサ１におけるガス検出素子３にあ
っては、熱伝導層１０のポーラス度合いが製品間でばら
つき、このばらつきに起因してガス検知素子３のガス検
知感度が製品間でばらつくという課題を有している。However, in the gas detecting element 3 of the contact combustion type gas sensor 1 described above, the degree of porosity of the heat conductive layer 10 varies between products, and the gas detecting element is caused by the variation. The third problem is that the gas detection sensitivity varies among products.
【０００９】また、触媒効率は、熱伝導層１０と触媒層
１１の組成比に左右されるが、従来の接触燃焼式ガスセ
ンサ１においては、熱伝導層１０を、ポーラス構造膜形
態を有する陽極酸化被膜として形成するため、設計通り
の組成比を得ることが困難で、これにより特性が安定し
ないという課題を有している。The catalytic efficiency depends on the composition ratio between the heat conductive layer 10 and the catalyst layer 11. In the conventional catalytic combustion type gas sensor 1, the heat conductive layer 10 is formed by anodic oxidation having a porous structure. Since the film is formed as a film, it is difficult to obtain a composition ratio as designed, which causes a problem that characteristics are not stable.
【００１０】さらに、上記した接触燃焼式ガスセンサ１
では、電極層として機能する単層のヒータ８が触媒層１
１及び熱伝導層１０の下にあるため、飛躍的な高感度化
を図ることが困難であった。Further, the above-described catalytic combustion type gas sensor 1
Then, the single-layer heater 8 functioning as an electrode layer is
1 and below the heat conductive layer 10, it was difficult to achieve a dramatic increase in sensitivity.
【００１１】そこで、この発明は、大幅に感度が向上
し、仕様に応じた感度調整が容易な接触燃焼式ガスセン
サを提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to provide a contact combustion type gas sensor whose sensitivity is greatly improved and whose sensitivity can be easily adjusted according to specifications.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
接触燃焼式ガスセンサであって、耐熱性絶縁膜の上にヒ
ータとして機能する第１電極層が形成され、前記第１電
極層の上に触媒層および第１熱伝導層が形成され、これ
ら第１電極層、触媒層、および第１熱伝導層でなる単位
が複数単位、積層されているガス検出素子を備えること
を特徴としている。According to the first aspect of the present invention,
A contact combustion type gas sensor, wherein a first electrode layer functioning as a heater is formed on a heat-resistant insulating film, and a catalyst layer and a first heat conductive layer are formed on the first electrode layer. A gas detecting element is characterized in that a plurality of units each including an electrode layer, a catalyst layer, and a first heat conductive layer are stacked.
【００１３】このような構成の請求項１記載の発明で
は、第１電極層中の伝導電子が、上下に挟まれている触
媒層の作用を受ける。すなわち、ガス検出時における触
媒層での温度上昇が、第１電極層中の伝導電子を散乱さ
せて顕著に抵抗を変化させる。複数の層に分かれて伝導
電子の散乱による抵抗変化が起こることにより、全体の
抵抗変化は大きくなり、大幅な高感度化を図ることがで
きる。また、触媒層と第１熱伝導層との膜厚や材料の量
を制御することにより、これらの組成比を容易に制御す
ることが可能となる。[0013] In the first aspect of the present invention, the conduction electrons in the first electrode layer are affected by the catalyst layer sandwiched between the upper and lower sides. That is, the temperature rise in the catalyst layer at the time of gas detection scatters the conduction electrons in the first electrode layer and significantly changes the resistance. The resistance change due to scattering of conduction electrons occurs in a plurality of layers, so that the overall resistance change becomes large, and a significant increase in sensitivity can be achieved. In addition, by controlling the thickness of the catalyst layer and the first heat conductive layer and the amount of the material, the composition ratio of these can be easily controlled.
【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の接触燃焼式ガスセンサであって、前記触媒層は、前
記第１熱伝導層に含まれ、前記触媒層を構成する触媒材
料が前記第１熱伝導層中に分散されていることを特徴と
する。According to a second aspect of the present invention, there is provided the catalytic combustion type gas sensor according to the first aspect, wherein the catalyst layer is included in the first heat conduction layer, and a catalyst material constituting the catalyst layer is provided. It is characterized by being dispersed in the first heat conductive layer.
【００１５】したがって、請求項２記載の発明では、請
求項１記載の作用に加えて、触媒を第１熱伝導層中に分
散させることにより、第１電極層中の伝導電子へ与える
影響を大きくする作用があり、接触燃焼式ガスセンサの
感度を向上させることができる。Therefore, according to the second aspect of the present invention, in addition to the function of the first aspect, by dispersing the catalyst in the first heat conductive layer, the effect on the conduction electrons in the first electrode layer is greatly increased. And the sensitivity of the contact combustion type gas sensor can be improved.
【００１６】さらに、請求項３記載の発明は、請求項１
または請求項２に記載された接触燃焼式ガスセンサであ
って、前記耐熱性絶縁膜膜上には、前記第１電極層と同
一材料でなる第２電極層と、前記第１熱伝導層と同一材
料でなる第２熱伝導層とを交互に積層してなる補償素子
が設けられていることを特徴とする。Further, the invention according to claim 3 is the invention according to claim 1.
3. The contact combustion type gas sensor according to claim 2, wherein a second electrode layer made of the same material as the first electrode layer and the first heat conductive layer are formed on the heat-resistant insulating film. A compensation element is provided in which a second heat conductive layer made of a material is alternately laminated.
【００１７】したがって、請求項３記載の発明は、請求
項１および請求項２に記載された作用に加えて、補償素
子をガス検出素子と同様の材料で形成することができる
ため、製造プロセスの共通化を図ることが可能となり、
製造コストを低減させることができる。Therefore, according to the third aspect of the present invention, in addition to the effects described in the first and second aspects, the compensating element can be formed of the same material as the gas detecting element, so that the manufacturing process can be simplified. It is possible to achieve commonality,
Manufacturing costs can be reduced.
【００１８】また、請求項４記載の発明は、請求項１乃
至請求項３のいずれかに記載の接触燃焼式ガスセンサで
あって、前記第１電極層および第２電極層は白金（Ｐ
ｔ）でなり、前記第１熱伝導層および第２熱伝導層は酸
化アルミニウムでなり、前記触媒はパラジウム（Ｐｄ）
であることを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the contact combustion type gas sensor according to any one of the first to third aspects, the first electrode layer and the second electrode layer are made of platinum (P).
t), the first and second heat conductive layers are made of aluminum oxide, and the catalyst is palladium (Pd).
It is characterized by being.
【００１９】請求項５記載の発明は、接触燃焼式ガスセ
ンサであって、耐熱絶縁膜の上に電極層を成膜する第１
工程と、前記電極層の上に触媒材料と熱伝導材料とを同
時に堆積させて触媒含有熱伝導層を成膜する第２工程と
を備え、前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返
して電極層と触媒含有熱伝導層とでなる単位を複数積層
させてガス検出素子を形成することを特徴とする。According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a contact combustion type gas sensor, wherein a first electrode layer is formed on a heat-resistant insulating film.
And a second step of simultaneously depositing a catalyst material and a heat conductive material on the electrode layer to form a catalyst-containing heat conductive layer, wherein the first step and the second step are alternately performed. A gas detection element is formed by repeatedly stacking a plurality of units each including an electrode layer and a catalyst-containing heat conductive layer.
【００２０】このような請求項５記載の発明では、薄膜
技術を用いてガス検出素子を製造することができるた
め、膜厚の制御性をよくすることができ、触媒材料を熱
伝導材料中に均一に分散させることができる。このた
め、触媒含有熱伝導層の組成比の制御性を向上すること
ができる。また、可燃性ガスと電極層との接触面積を電
極層の数および膜厚で制御することができるため、仕様
に応じた感度調整を容易に行うことができる。さらに、
薄膜技術を用いることにより、複数の層を連続成膜する
ことが可能となる。According to the fifth aspect of the present invention, since the gas detecting element can be manufactured by using the thin film technique, the controllability of the film thickness can be improved and the catalyst material can be contained in the heat conductive material. It can be uniformly dispersed. Therefore, controllability of the composition ratio of the catalyst-containing heat conductive layer can be improved. Further, since the contact area between the flammable gas and the electrode layer can be controlled by the number and thickness of the electrode layer, the sensitivity can be easily adjusted according to the specifications. further,
By using the thin film technology, a plurality of layers can be continuously formed.
【００２１】[0021]
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る接触燃焼式ガ
スセンサおよびその製造方法の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。以下の図面の記載において、同
一または類似の部分には同一または類似の符号を付して
いる。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面
寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは
異なることに留意すべきである。したがって、具体的な
厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものであ
る。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比
率が異なる部分がふくまれていることは勿論である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The details of a catalytic combustion type gas sensor and a method of manufacturing the same according to the present invention will be described below based on embodiments shown in the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimension, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Further, it is needless to say that parts having different dimensional relationships and ratios are included in the drawings.
【００２２】（実施形態１）図１は実施形態１の接触燃
焼式ガスセンサの平面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図で
ある。本実施形態に係る接触燃焼式ガスセンサ２０は、
基板２１上にガス検出素子２２と、補償素子２３、２
４、２５とが隣接して設けられ、ガス検出素子２２と補
償素子２３、２４、２５とで、可燃性ガスを燃焼させる
際に発生する燃焼熱を検出することによって可燃性ガス
を検量する機能を有している。ガス検出素子２２および
補償素子２３、２４、２５は、基板２１上に形成された
誘電体膜（耐熱性絶縁膜）２６上に設けられている。(Embodiment 1) FIG. 1 is a plan view of a catalytic combustion type gas sensor of Embodiment 1, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. The contact combustion type gas sensor 20 according to the present embodiment includes:
On a substrate 21, a gas detecting element 22, a compensating element 23,
4 and 25 are provided adjacent to each other, and the function of measuring the combustible gas by detecting the combustion heat generated when the combustible gas is burned by the gas detection element 22 and the compensation elements 23, 24 and 25. have. The gas detecting element 22 and the compensating elements 23, 24, 25 are provided on a dielectric film (heat-resistant insulating film) 26 formed on the substrate 21.
【００２３】ガス検出素子２２は、図３に示すように、
誘電体膜２６上に、ジグザグ状に形成された、（第１）
電極層２７、触媒層２８、（第１）熱伝導層２９がこの
順で、これら３層を一単位として例えば数十単位が積層
されて多層構造に形成されている。なお、電極層２７
は、可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータとしての機能
と検出電極としての機能とを有している。The gas detection element 22, as shown in FIG.
(First) formed in a zigzag shape on the dielectric film 26
The electrode layer 27, the catalyst layer 28, and the (first) heat conductive layer 29 are stacked in this order to form, for example, several tens of units with these three layers as one unit to form a multilayer structure. The electrode layer 27
Has a function as a heater for promoting combustion of combustible gas and a function as a detection electrode.
【００２４】このようなガス検出素子２２において、例
えば、電極層２７は白金（Ｐｔ）でなり、膜厚は５ｎｍ
に設定されている。また、触媒層２８は、例えばパラジ
ウム（Ｐｄ）で形成されている。さらに、熱伝導層２９
は、例えばＡｌ2Ｏ3で形成されている。そして、触媒層
２８及び熱伝導層２９を合わせた膜厚は、１０ｎｍに設
定されている。In such a gas detecting element 22, for example, the electrode layer 27 is made of platinum (Pt) and has a thickness of 5 nm.
Is set to The catalyst layer 28 is formed of, for example, palladium (Pd). Further, the heat conductive layer 29
Is formed of, for example, Al 2 O 3 . The total film thickness of the catalyst layer 28 and the heat conductive layer 29 is set to 10 nm.
【００２５】また、補償素子２３、２４、２５は、ガス
検出素子２２に隣接して、誘電体膜２６上に、ジグザグ
状に形成された、（第２）電極層３０と、この電極層３
０に熱的に接触して設けられた熱良導体である（第２）
熱伝導層３１とが交互に積層されてなる。また、電極層
３０と熱伝導層３１とでなる２層構造の積み上げ数は、
これら２層を一単位として、上記したガス検出素子２２
と略同一単位数に設定されている。ここで、電極層３０
は、上記ガス検出素子２２の電極層２７と同様に、可燃
性ガスの燃焼を促すためのヒータとしての機能と、比較
電極としての機能とを果たしている。The compensating elements 23, 24, and 25 are formed on the dielectric film 26 adjacent to the gas detecting element 22 in a zigzag (second) electrode layer 30 and the electrode layer 3.
No. 0 is a good thermal conductor provided in thermal contact with No. 0 (second)
The heat conductive layers 31 are alternately stacked. In addition, the number of stacked two-layer structure including the electrode layer 30 and the heat conductive layer 31 is as follows:
These two layers are defined as one unit, and the gas detection element 22 described above is used.
And the number of units is set to be substantially the same. Here, the electrode layer 30
Has a function as a heater for promoting combustion of combustible gas and a function as a reference electrode, like the electrode layer 27 of the gas detection element 22.
【００２６】これら補償素子２３、２４、２５におい
て、電極層３０は、白金（Ｐｔ）で形成されている。ま
た、熱伝導層３１は、Ａｌ2Ｏ3で形成されている。In these compensating elements 23, 24 and 25, the electrode layer 30 is formed of platinum (Pt). Further, the heat conductive layer 31 is formed of Al 2 O 3 .
【００２７】また、これらガス検出素子２２および補償
素子２３、２４、２５の電極層２７、３０の両端部に
は、白金でなる電極パッド３２、３３、３４、３５、３
６、３７が接続されている。なお、電極パッド３３は、
ガス検出素子２２の端部と補償素子２３の端部とを接続
するように形成されている。また、電極パッド３６は、
補償素子２４の端部と補償素子２５の端部を接続するよ
うに形成されている。Further, electrode pads 32, 33, 34, 35, 3 made of platinum are provided on both ends of the electrode layers 27, 30 of the gas detecting element 22 and the compensating elements 23, 24, 25.
6, 37 are connected. The electrode pad 33 is
The end of the gas detecting element 22 and the end of the compensating element 23 are connected to each other. In addition, the electrode pad 36
The end of the compensating element 24 is connected to the end of the compensating element 25.
【００２８】この実施形態１においては、触媒層２８で
の燃焼反応で温度が変化し、これを測温抵抗材料である
電極層２７で検出することができるようになっている。
そして、電極層２７、触媒層２８、熱伝導層２９でなる
単位を複数単位積み上げて多層化することで、検出の高
感度化を図ることができる。In the first embodiment, the temperature changes due to the combustion reaction in the catalyst layer 28, and this can be detected by the electrode layer 27, which is a temperature measuring resistance material.
Then, by stacking a plurality of units each including the electrode layer 27, the catalyst layer 28, and the heat conductive layer 29 to form a multilayer, it is possible to increase the sensitivity of detection.
【００２９】すなわち、ガス検出素子２２の電極層２７
が５ｎｍ程度と薄い膜厚であるため、伝導電子が上下に
挟まれている触媒層２８の影響を受け易く、ガス検出時
における触媒層２８での温度上昇が電極層２７中の伝導
電子を散乱させ、顕著に抵抗変化が起こる。これが幾つ
もの層に分かれてそれぞれが抵抗変化として出力される
ため、大幅な高感度化を図ることができる。That is, the electrode layer 27 of the gas detection element 22
Has a thin film thickness of about 5 nm, so that the conductive electrons are easily affected by the catalyst layer 28 sandwiched between the upper and lower sides, and the temperature rise in the catalyst layer 28 at the time of gas detection scatters the conductive electrons in the electrode layer 27. And a remarkable resistance change occurs. This is divided into a number of layers, each of which is output as a change in resistance, so that a significant increase in sensitivity can be achieved.
【００３０】また、本実施形態１では、電極層２７、触
媒層２８、熱伝導層２９の３層の積み上げ単位数を任意
に制御することで、可燃性ガスとの接触面積をコントロ
ールでき、仕様に応じた感度調整を行える。In the first embodiment, the contact area with the flammable gas can be controlled by arbitrarily controlling the number of stacked units of the three layers of the electrode layer 27, the catalyst layer 28, and the heat conductive layer 29. The sensitivity can be adjusted according to.
【００３１】さらに、本実施形態１では、ガス検出素子
２２及び補償素子２３、２４、２５が薄膜を積層した構
成であるため、薄膜製造プロセスを用いて容易に製造す
ることができる。特に、スパッタ装置、蒸着装置などの
チャンバを備えるマルチチャンバ処理装置を用いれば真
空状態を破らずに一貫した成膜を行うことができる。Furthermore, in the first embodiment, since the gas detecting element 22 and the compensating elements 23, 24, and 25 have a structure in which thin films are stacked, they can be easily manufactured using a thin film manufacturing process. In particular, if a multi-chamber processing apparatus including a chamber such as a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus is used, a consistent film can be formed without breaking a vacuum state.
【００３２】（実施形態２）図５は、本発明に係る接触
燃焼式ガスセンサにおけるガス検出素子の断面を示して
いる。なお、本実施形態２の接触燃焼式ガスセンサの構
成は、ガス検出素子の構成を除いて上記実施形態１と同
様であるため、実施形態１と同一部分には同一の符号を
付して説明を省略する。(Embodiment 2) FIG. 5 shows a cross section of a gas detecting element in a contact combustion type gas sensor according to the present invention. The configuration of the catalytic combustion type gas sensor of the second embodiment is the same as that of the first embodiment except for the configuration of the gas detection element. Omitted.
【００３３】本実施形態２のガス検出素子２２は、図５
に示すように、誘電体膜２６上に、ジグザグ状に形成さ
れた、電極層２７、触媒含有熱伝導層２９Ａがこの順
で、これら２層を一単位として例えば数十単位が積層さ
れて多層構造に形成されている。なお、電極層２７は、
可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータとしての機能と検
出電極としての機能とを有している。The gas detecting element 22 according to the second embodiment is similar to that shown in FIG.
As shown in FIG. 2, the electrode layer 27 and the catalyst-containing heat conductive layer 29A formed in a zigzag shape on the dielectric film 26 are stacked in this order, for example, several tens of units are laminated with these two layers as one unit. The structure is formed. The electrode layer 27 is
It has a function as a heater for promoting combustion of the combustible gas and a function as a detection electrode.
【００３４】このようなガス検出素子２２において、例
えば、電極層２７は白金（Ｐｔ）でなり、膜厚は５ｎｍ
に設定されている。また、触媒含有熱伝導層２９Ａは、
例えばＡｌ2Ｏ3中にパラジウム（Ｐｄ）を分散させて形
成されたものであり、その膜厚は１０ｎｍに設定されて
いる。なお、触媒含有熱伝導層２９Ａは、同時スパッタ
などにより熱伝導材料（Ａｌ2Ｏ3）中に触媒（Ｐｄ）が
均一に分散した状態となっている。なお、図７は、本実
施形態２のガス検出素子２２の両端部に接続された電極
パッド３２、３３の一例を示している。In such a gas detection element 22, for example, the electrode layer 27 is made of platinum (Pt) and has a thickness of 5 nm.
Is set to The catalyst-containing heat conductive layer 29A is
For example, it is formed by dispersing palladium (Pd) in Al 2 O 3 , and its film thickness is set to 10 nm. The catalyst-containing heat conductive layer 29A is in a state where the catalyst (Pd) is uniformly dispersed in the heat conductive material (Al2O3) by simultaneous sputtering or the like. FIG. 7 shows an example of the electrode pads 32 and 33 connected to both ends of the gas detection element 22 according to the second embodiment.
【００３５】本実施形態２における接触燃焼式ガスセン
サ２０の他の構成は、上記した実施形態１に係る接触燃
焼式ガスセンサ２０と同様である。本実施形態２におい
ては、複数の薄膜でなる電極層２７がガスを検出する触
媒含有熱伝導層２９Ａを挟み込んだ構成であるため、図
６に示すように、ガス検出時における触媒含有熱伝導層
２９Ａでの温度上昇が電極層２７中の伝導電子ｅに影響
を与え易くなっている。したがって、ガス検出時におけ
る触媒含有熱伝導層２９Ａでの温度上昇が電極層２７中
の伝導電子を散乱させることで顕著に抵抗変化させる。
このような作用が複数の層に亙ってそれぞれが抵抗変化
として出力されるため、大幅な高感度化を図ることがで
きる。そして、触媒含有熱伝導層２９と電極層２７との
積層単位数を任意に制御することで、可燃性ガスとの接
触面積をコントロールすることができ、仕様に応じた感
度調整が可能となる。本実施形態２においても、ガス検
出素子２２及び補償素子２３、２４、２５が薄膜を積層
した構成であるため、薄膜製造プロセスを用いて容易に
製造することができる。特に、スパッタ装置、蒸着装置
などのチャンバを備えるマルチチャンバ処理装置を用い
れば真空状態を破らずに一貫した成膜を行うことができ
る。The other structure of the contact combustion gas sensor 20 according to the second embodiment is the same as that of the contact combustion gas sensor 20 according to the first embodiment. In the second embodiment, since the electrode-containing layer 27 composed of a plurality of thin films sandwiches the catalyst-containing heat conductive layer 29A for detecting gas, as shown in FIG. The temperature rise at 29A tends to affect the conduction electrons e in the electrode layer 27. Therefore, the temperature rise in the catalyst-containing heat conductive layer 29A at the time of gas detection causes conductive electrons in the electrode layer 27 to be scattered, thereby causing a significant change in resistance.
Such an action is output as a resistance change over a plurality of layers, so that a significant increase in sensitivity can be achieved. Then, by arbitrarily controlling the number of stacked units of the catalyst-containing heat conductive layer 29 and the electrode layer 27, the contact area with the combustible gas can be controlled, and the sensitivity can be adjusted according to the specification. Also in the second embodiment, since the gas detection element 22 and the compensating elements 23, 24, and 25 have a configuration in which thin films are stacked, they can be easily manufactured using a thin film manufacturing process. In particular, if a multi-chamber processing apparatus including a chamber such as a sputtering apparatus or a vapor deposition apparatus is used, a consistent film can be formed without breaking a vacuum state.
【００３６】（接触燃焼式ガスセンサの製造方法）以
下、接触燃焼式ガスセンサの製造方法の一例を図面を用
いて説明する。(Method for Manufacturing Contact-Combustion Gas Sensor) An example of a method for manufacturing a contact-combustion gas sensor will be described below with reference to the drawings.
【００３７】まず、図８に示すように、シリコン基板４
０を用意し、図９に示すように基板表面に酸化処理を施
して、厚さ６００ｎｍ程度の誘電体膜としてのシリコン
酸化膜（ＳｉＯ2）４１を形成する。なお、この酸化処
理は、酸素および水素雰囲気中で温度が１１００℃で１
時間の熱酸化を行う。First, as shown in FIG.
9, a silicon oxide film (SiO 2 ) 41 as a dielectric film having a thickness of about 600 nm is formed by performing an oxidation treatment on the substrate surface as shown in FIG. This oxidation treatment is performed at a temperature of 1100 ° C. in an atmosphere of oxygen and hydrogen.
Perform thermal oxidation for a time.
【００３８】次に、スパッタ装置を用いて、図１０およ
び図１１に示すように、シリコン基板４０の一方のシリ
コン酸化膜４１上に、電極層４２と触媒含有熱伝導層４
３とを交互に所定の複数単位（例えば５０単位）積層し
て多層膜構造を形成する。なお、この例では、電極層４
２を白金で形成し、触媒含有熱伝導層４３をパラジウム
（Ｐｄ）を１５ｗｔ％含有するＡｌ2Ｏ3で形成してい
る。そして、この製造方法例では、電極層４２の膜厚を
５ｎｍ、触媒含有熱伝導層４３の膜厚を１０ｎｍに設定
している。Next, as shown in FIGS. 10 and 11, an electrode layer 42 and a catalyst-containing heat conductive layer 4 are formed on one silicon oxide film 41 of a silicon substrate 40 by using a sputtering apparatus.
3 are alternately stacked in a predetermined plurality of units (for example, 50 units) to form a multilayer film structure. In this example, the electrode layer 4
2 is formed of platinum, and the catalyst-containing heat conductive layer 43 is formed of Al 2 O 3 containing 15 wt% of palladium (Pd). In this example of the manufacturing method, the thickness of the electrode layer 42 is set to 5 nm, and the thickness of the catalyst-containing heat conductive layer 43 is set to 10 nm.
【００３９】ここで、電極層４２は、ＤＣスパッタを行
って形成し、触媒含有熱伝導層４３はＲＦスパッタを行
って形成している。なお、触媒含有熱伝導層４３のＲＦ
スパッタにおいては、ターゲットとしてＡｌ2Ｏ3ターゲ
ットの上にＰｄチップを載せて同時にスパッタリングを
行う。このＰｄチップの量は、Ａｌ2Ｏ3−１５ｗｔ％Ｐ
ｄの組成になるように調整する。Here, the electrode layer 42 is formed by performing DC sputtering, and the catalyst-containing heat conductive layer 43 is formed by performing RF sputtering. The RF of the catalyst-containing heat conductive layer 43
In sputtering, a Pd chip is mounted on an Al 2 O 3 target as a target, and sputtering is performed at the same time. The amount of this Pd chip is Al 2 O 3 -15 wt% P
The composition is adjusted so that the composition becomes d.
【００４０】次に、図１１に示す状態において、最上層
の触媒含有熱伝導層４３の上に、フォトレジストをコー
ティングして、露光・現像を行うフォトリソグラフィー
技術を用いてパターニングを行う。このとき、図１３に
示すようなジグザグ形状の平面パターンとなるように、
フォトレジストの露光・現像を行う。その後、フォトレ
ジストをマスクとしてイオンミリングを行って加工す
る。この結果、図１２に示すような断面構造を有するガ
ス検出素子４７が形成される。なお、図１２は、図１３
におけるＢ−Ｂ断面を示す断面図である。Next, in the state shown in FIG. 11, a photoresist is coated on the uppermost catalyst-containing heat conductive layer 43, and patterning is performed by using a photolithography technique of exposing and developing. At this time, a zigzag plane pattern as shown in FIG.
The photoresist is exposed and developed. Thereafter, ion milling is performed using the photoresist as a mask for processing. As a result, a gas detection element 47 having a sectional structure as shown in FIG. 12 is formed. FIG. 12 corresponds to FIG.
It is sectional drawing which shows the BB cross section in FIG.
【００４１】続いて、フォトレジストを剥離した後、例
えば図１４に示すような、電極パッド４４、４５を多層
構造のガス検出素子４７の両端部に形成する。なお、電
極パッド４４、４５は、例えばリフトオフ法を用いて白
金（Ｐｔ）を蒸着またはスパッタすることにより形成す
る。Subsequently, after the photoresist is removed, electrode pads 44 and 45 are formed at both ends of the gas detecting element 47 having a multilayer structure as shown in FIG. 14, for example. The electrode pads 44 and 45 are formed by depositing or sputtering platinum (Pt) using, for example, a lift-off method.
【００４２】その後、図１５に示すように、シリコン基
板４０の裏面側に、デバイス中央が露呈するようにフォ
トレジスト４６をパターニングし、このフォトレジスト
４６をマスクとして例えば反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）などの異方性エッチングを行ってデバイス中央の
シリコン基板４１を除去する。この結果、シリコン酸化
膜４１が露呈する。このシリコン酸化膜４１は、接触燃
焼式ガスセンサのダイアフラムとなる。なお、ガス検出
素子４７に隣接する領域には、白金でなる電極層とＡｌ
2Ｏ3との複数の積層構造でなる図示しない補償素子を、
スパッタ法または蒸着法により、同様に積層して形成す
ればよい。このようにして、図１６に示すような接触燃
焼式ガスセンサ５０の製造が終了する。Thereafter, as shown in FIG. 15, a photoresist 46 is patterned on the back surface of the silicon substrate 40 so that the center of the device is exposed, and the photoresist 46 is used as a mask to form, for example, reactive ion etching (R).
The silicon substrate 41 at the center of the device is removed by performing anisotropic etching such as IE). As a result, the silicon oxide film 41 is exposed. This silicon oxide film 41 becomes a diaphragm of the contact combustion type gas sensor. Note that an electrode layer made of platinum and an Al layer
A compensating element (not shown) having a plurality of laminated structures with 2 O 3 is
What is necessary is just to laminate | stack and form similarly by a sputtering method or a vapor deposition method. Thus, the manufacture of the contact combustion type gas sensor 50 as shown in FIG. 16 is completed.
【００４３】このような接触燃焼式ガスセンサの製造方
法では、一貫して薄膜形成技術を用いることができるた
め、製造プロセスが簡単となり、膜厚の制御性を高め
て、品質の高い接触燃焼式ガスセンサを製造することが
可能となる。In such a method of manufacturing a contact combustion type gas sensor, since a thin film forming technique can be used consistently, the manufacturing process is simplified, the controllability of the film thickness is improved, and a high quality contact combustion type gas sensor is manufactured. Can be manufactured.
【００４４】以上、本発明の実施形態１、実施形態２お
よび製造方法について説明したが、上記の実施の形態の
開示の一部をなす論述およぼ図面はこの発明を限定する
ものであると理解するべきではない。この開示から当業
者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が
明らかになろう。The first and second embodiments and the manufacturing method of the present invention have been described above. However, it should be understood that the description and drawings constituting a part of the disclosure of the above embodiments limit the present invention. Should not be. From this disclosure, various alternative embodiments, examples, and operation techniques will be apparent to those skilled in the art.
【００４５】例えば、上記した製造方法では、スパッタ
装置を用いて電極層４２、触媒含有熱伝導層４３の成膜
を行ったが、蒸着装置を用いて行ってもよい。また、基
板としては、シリコン基板４０に限定されるものではな
く、各種の無機材料を用いることができ、誘電体膜とし
てもシリコン酸化膜４１に限定されるものではない。さ
らに、上記実施形態では、各電極層を白金（Ｐｔ）、各
熱伝導層を酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）で形成し、触
媒をパラジウム（Ｐｄ）としたが、勿論他の材料を適用
することも可能である。For example, in the above-described manufacturing method, the electrode layer 42 and the catalyst-containing heat conductive layer 43 are formed using a sputtering apparatus, but may be formed using a vapor deposition apparatus. Further, the substrate is not limited to the silicon substrate 40, various inorganic materials can be used, and the dielectric film is not limited to the silicon oxide film 41. Further, in the above embodiment, each electrode layer is formed of platinum (Pt), each heat conductive layer is formed of aluminum oxide (Al 2 O 3 ), and the catalyst is palladium (Pd). Of course, other materials are applied. It is also possible.
【００４６】[0046]
【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、第１電極
層中の伝導電子が、上下に挟まれている触媒層の作用を
受けるため、ガス検出時における触媒層での温度上昇
が、第１電極層中の伝導電子を散乱させて顕著に抵抗を
変化させることができ、全体の抵抗変化は大きくなり、
大幅な高感度化を図れるという効果がある。また、触媒
層と第１熱伝導層との膜厚や材料の量を制御することに
より、これらの組成比を容易に制御することが可能とな
る。According to the first aspect of the present invention, the conduction electrons in the first electrode layer are affected by the catalyst layer sandwiched between the upper and lower layers. The resistance can be remarkably changed by scattering the conduction electrons in the first electrode layer, and the overall resistance change increases,
This has the effect of significantly increasing the sensitivity. In addition, by controlling the thickness of the catalyst layer and the first heat conductive layer and the amount of the material, the composition ratio of these can be easily controlled.
【００４７】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の効果に加えて、触媒を第１熱伝導層中に分散させる
ことにより、第１電極層中の伝導電子へ与える影響を大
きくすることができ、接触燃焼式ガスセンサの感度を向
上させることができる。According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect, by dispersing the catalyst in the first heat conductive layer, the effect on the conduction electrons in the first electrode layer is greatly increased. And the sensitivity of the contact combustion type gas sensor can be improved.
【００４８】請求項３記載の発明によれば、請求項１お
よび請求項２に記載された効果に加えて、補償素子をガ
ス検出素子と同様の材料で形成することができるため、
製造プロセスの共通化を図ることが可能となり、製造コ
ストを低減させる効果がある。According to the third aspect of the present invention, in addition to the effects described in the first and second aspects, the compensating element can be formed of the same material as the gas detecting element.
This makes it possible to use a common manufacturing process, which has the effect of reducing manufacturing costs.
【００４９】請求項４記載の発明によれば、電気伝導性
の高い白金を第１電極層および第２電極層に用いること
で検出精度を高めると共に、触媒としてパラジウムを用
いることで可燃性ガスに対する触媒作用を高める効果が
ある。According to the fourth aspect of the invention, the use of platinum having high electrical conductivity for the first electrode layer and the second electrode layer enhances the detection accuracy, and the use of palladium as a catalyst enables the use of palladium as a catalyst for combustible gas. It has the effect of increasing the catalytic action.
【００５０】請求項５記載の発明によれば、薄膜技術を
用いてガス検出素子を製造することができるため、膜厚
の制御性をよくすることができ、触媒材料を熱伝導材料
中に均一に分散させることができ、触媒含有熱伝導層の
組成比の制御性を向上することができる。また、可燃性
ガスと電極層との接触面積を電極層の数および膜厚で制
御することができるため、仕様に応じた感度調整を容易
に行えりという効果がある。さらに、薄膜技術を用いる
ことにより、複数の層を連続成膜することが可能とな
り、製造コストを低減させる効果がある。According to the fifth aspect of the present invention, since the gas detecting element can be manufactured using the thin film technology, the controllability of the film thickness can be improved, and the catalyst material can be uniformly dispersed in the heat conductive material. And the controllability of the composition ratio of the catalyst-containing heat conductive layer can be improved. Further, since the contact area between the combustible gas and the electrode layer can be controlled by the number and thickness of the electrode layer, there is an effect that the sensitivity can be easily adjusted according to the specification. Further, by using the thin film technology, a plurality of layers can be continuously formed, which has an effect of reducing manufacturing cost.
【図１】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの実施形態
１を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a first embodiment of a catalytic combustion type gas sensor according to the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.
【図３】実施形態１におけるガス検出素子の要部断面図
である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a main part of the gas detection element according to the first embodiment.
【図４】実施形態１における補償素子の要部断面図であ
る。FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of the compensation element according to the first embodiment.
【図５】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの実施形態
２を示す要部断面図である。FIG. 5 is a sectional view of a main part showing Embodiment 2 of a contact combustion type gas sensor according to the present invention.
【図６】実施形態２の抵抗変化のメカニズムを示す説明
図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a mechanism of a resistance change according to the second embodiment.
【図７】実施形態２におけるガス検出素子の斜視図であ
る。FIG. 7 is a perspective view of a gas detection element according to a second embodiment.
【図８】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方法
の工程断面図である。FIG. 8 is a process sectional view of a method for manufacturing a contact combustion type gas sensor according to the present invention.
【図９】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方法
の工程断面図である。FIG. 9 is a process cross-sectional view of the method for manufacturing the contact combustion gas sensor according to the present invention.
【図１０】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法の工程断面図である。FIG. 10 is a process sectional view of the method for manufacturing the catalytic combustion gas sensor according to the present invention.
【図１１】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法の工程断面図である。FIG. 11 is a process sectional view of a method for manufacturing a contact combustion gas sensor according to the present invention.
【図１２】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法の工程断面図（図１３のＢ−Ｂ断面図）である。12 is a process cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 13) of the method for manufacturing the contact combustion gas sensor according to the present invention.
【図１３】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法におけるガス検出素子の平面図である。FIG. 13 is a plan view of a gas detection element in the method for manufacturing a contact combustion type gas sensor according to the present invention.
【図１４】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法におけるガス検出素子の平面図である。FIG. 14 is a plan view of a gas detection element in the method for manufacturing a contact combustion gas sensor according to the present invention.
【図１５】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの製造方
法の工程断面図である。FIG. 15 is a process sectional view of the method for manufacturing the catalytic combustion gas sensor according to the present invention.
【図１６】本発明に係る接触燃焼式ガスセンサの断面図
である。FIG. 16 is a sectional view of a catalytic combustion type gas sensor according to the present invention.
【図１７】（ａ）は従来の接触燃焼式ガスセンサの断面
図、（ｂ）は従来の接触燃焼式ガスセンサの平面図であ
る。17A is a cross-sectional view of a conventional catalytic combustion type gas sensor, and FIG. 17B is a plan view of the conventional catalytic combustion type gas sensor.
【図１８】（ａ）は従来の接触燃焼式ガスセンサの斜視
図、（ｂ）は従来の接触燃焼式ガスセンサの断面図であ
る。18A is a perspective view of a conventional catalytic combustion gas sensor, and FIG. 18B is a cross-sectional view of the conventional catalytic combustion gas sensor.
２０ 接触燃焼式ガスセンサ ２２ ガス検出素子 ２３、２４、２５ 補償素子 ２６ シリコン酸化膜 ２７ 電極層 ２８ 触媒層 ２９ 熱伝導層 ２９Ａ 触媒含有熱伝導層 ４１ シリコン酸化膜 ４２ 電極層 ４３ 触媒含有熱伝導層 ４７ ガス検出素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 20 Contact combustion type gas sensor 22 Gas detection element 23, 24, 25 Compensation element 26 Silicon oxide film 27 Electrode layer 28 Catalyst layer 29 Heat conduction layer 29A Catalyst-containing heat conduction layer 41 Silicon oxide film 42 Electrode layer 43 Catalyst-containing heat conduction layer 47 Gas detection element
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G060 AA01 AB03 AB05 AB08 AB16 AB17 AB18 AB19 AB20 AB21 AE19 AF07 AG11 BA03 BB03 BB04 BB05 BB09 BB18 BD01 HB06 JA01 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page F term (reference) 2G060 AA01 AB03 AB05 AB08 AB16 AB17 AB18 AB19 AB20 AB21 AE19 AF07 AG11 BA03 BB03 BB04 BB05 BB09 BB18 BD01 HB06 JA01
Claims (5)
る第１電極層が形成され、前記第１電極層の上に触媒層
および第１熱伝導層が形成され、これら第１電極層、触
媒層、および第１熱伝導層でなる単位が複数単位、積層
されているガス検出素子を備えることを特徴とする接触
燃焼式ガスセンサ。A first electrode layer functioning as a heater is formed on the heat-resistant insulating film; a catalyst layer and a first heat conductive layer are formed on the first electrode layer; A catalytic combustion type gas sensor comprising: a gas detection element in which a plurality of units each including a catalyst layer and a first heat conductive layer are stacked.
あって、 前記触媒層は、前記第１熱伝導層に含まれ、前記触媒層
を構成する触媒材料が前記第１熱伝導層中に分散されて
いることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。2. The catalytic combustion type gas sensor according to claim 1, wherein the catalyst layer is included in the first heat conduction layer, and a catalyst material forming the catalyst layer is included in the first heat conduction layer. A catalytic combustion type gas sensor which is dispersed.
触燃焼式ガスセンサであって、 前記耐熱性絶縁膜膜上には、前記第１電極層と同一材料
でなる第２電極層と、前記第１熱伝導層と同一材料でな
る第２熱伝導層とを交互に積層してなる補償素子が設け
られていることを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。3. The contact combustion gas sensor according to claim 1, wherein a second electrode layer made of the same material as the first electrode layer is provided on the heat-resistant insulating film. A catalytic combustion type gas sensor comprising a compensating element formed by alternately stacking the first heat conductive layer and a second heat conductive layer made of the same material.
の接触燃焼式ガスセンサであって、 前記第１電極層および第２電極層は白金でなり、前記第
１熱伝導層および第２熱伝導層は酸化アルミニウムでな
り、前記触媒はパラジウムであることを特徴とする接触
燃焼式ガスセンサ。4. The contact combustion type gas sensor according to claim 1, wherein the first electrode layer and the second electrode layer are made of platinum, and the first heat conductive layer and the second electrode layer are made of platinum. The thermal combustion layer is made of aluminum oxide, and the catalyst is palladium.
工程と、前記電極層の上に触媒材料と熱伝導材料とを同
時に堆積させて触媒含有熱伝導層を成膜する第２工程と
を備え、 前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰り返して前記
電極層と触媒含有熱伝導層とでなる単位を複数積層させ
てガス検出素子を形成することを特徴とする接触燃焼式
ガスセンサの製造方法。5. A first method for forming an electrode layer on a heat-resistant insulating film.
And a second step of simultaneously depositing a catalyst material and a heat conductive material on the electrode layer to form a catalyst-containing heat conductive layer, wherein the first step and the second step are alternately performed. A method for manufacturing a contact combustion type gas sensor, wherein a gas detecting element is formed by repeatedly stacking a plurality of units each including the electrode layer and the catalyst-containing heat conductive layer.
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