JP4913866B2 - 感応センサ及びその製造方法 - Google Patents

Description

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。

特開平５−２８１１７７号公報（特許文献１）には、絶縁性基体上に相互間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。この種の感応センサでは、一対の薄膜対向電極の間の抵抗値を測定してガス濃度や湿度を測定する。

特開２００６−４７２７６号公報（特許文献２）には、デスペンサを用いて、一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を加熱硬化させて感応センサの感応膜を形成する技術が示されている。
特開平５−２８１１７７号公報 特開２００６−４７２７６号公報

しかしながら、特許文献１に示すような感応センサに特許文献２に示す技術を適用して、一対の薄膜対向電極に跨るように感応液をデスペンサを用いて滴下すると、感応液は同心円的に広がって、円形形状の未硬化感応膜が形成される。そのため、一対の薄膜対向電極の輪郭形状と未硬化感応膜の輪郭形状との相違から、一対の薄膜対向電極の一部が未硬化感応膜の外にはみ出ることになる。そのため、一対の薄膜対向電極の占有面積を大きくしなければならなかった。また、このようにして形成した感応膜では、厚み寸法にばらつきが生じて、感応センサを量産した場合、感応センサの検出精度にばらつきが生じるという問題があった。

本発明の目的は、一対の薄膜対向電極が占める占有部分の輪郭形状と感応膜が占める占有部分の輪郭形状との差を少なくして、しかも感応センサの検出精度にばらつきが生じるのを防ぐことができる感応センサを提供することにある。

本発明の他目的は、感応膜の寸法及び形状をできるだけ正確に形成して、感応精度にばらつきが生じるのを防ぐことが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。

本願発明が改良の対象とする感応センサは、絶縁性基体と、該絶縁性基体上に形成され相互間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、一対の対向電極に跨って形成された感応膜とを有している。そして、感応膜が一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて形成されている。ここで感応液は、滴下後に同心円的に広がって平面輪郭形状が円形形状の未硬化感応膜を形成する。また硬化とは、溶媒を加熱または自然放置により揮発させて生じる硬化及び焼成による硬化を含むものである。本発明では、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極は、仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈している。そして、一対の薄膜対向電極の他方の薄膜対向電極は、一方の薄膜対向電極に囲まれて仮想環状形の中心部に位置している。ここでいう仮想環状形は、仮想円、仮想楕円、円形に近似した仮想多角形等を含むものである。また、ここでいう弧状は、曲線だけでなく、１以上の角部を有する直線が組み合わされた弧も含むものである。

感応液は、滴下後に同心円的に広がって平面輪郭形状が円形形状になる。そのため、本発明のように、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極が仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈していると、一方の薄膜対向電極の占有部分の輪郭形状と、感応膜が占める占有部分の輪郭形状とが、共に環状形に近い形になるため、両者の大きさに大きな差は生じない。しかしながら、前述の未硬化感応膜は、中心部が盛り上がった薄いドーム型形状を有しており、未硬化感応膜の中心部では、厚み寸法にバラツキが生じやすい。そのため、未硬化感応膜を硬化した感応膜の中心部における感応膜部分も利用すると、感応センサの精度にばらつきが生じてしまう。そこで、本発明では、他方の薄膜対向電極を一方の薄膜対向電極に囲ませて仮想環状形の中心部に位置させた。このようにすれば、一方の薄膜対向電極と他方の薄膜対向電極との間に位置する感応膜の部分（周縁部分）は、他方の薄膜対向電極の上に位置する感応膜の部分（中央部分）よりも、厚み寸法のばらつきが小さい。そして他方の薄膜対向電極上に位置する感応膜の部分は、実質的に計測には寄与しない。そのため、本発明のように構成すると、感応センサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

絶縁性基体の内部には、感応膜を加熱するためのヒータを内蔵することができる。このようにヒータにより感応膜を加熱すれば、感応膜に必要以上に水分やガスが付着するのを防止することができ、感応センサの精度を高めることができる。この場合、他方の薄膜対向電極の中央には、他方の薄膜対向電極を貫通する孔部を形成するのが好ましい。他方の薄膜対向電極及び孔部の平面輪郭形状は、仮想環状形と同心の環状形状を有している。このようにすれば、ヒータの熱による絶縁性基体の上下方向の歪みを抑えることができ、絶縁性基体やヒータの損傷を防止できる。

一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極と他方の薄膜対向電極との間の寸法Ｌ１と、一対の薄膜配線パターンの他方の薄膜配線パターンと一方の薄膜対向電極との間の寸法Ｌ２とを等しくするのが好ましい。このようにすれば、一方の薄膜対向電極と他方の薄膜対向電極との間に位置する感応膜の部分が同じ寸法になり、感応センサの精度にばらつきが生じるのをさらに抑制することができる。

仮想環状形を仮想円とし、他方の薄膜対向電極及び孔部の平面輪郭形状を仮想円と同心の相似形状を有するようにすることができる。この場合、孔部の半径Ｒ１は、他方の薄膜対向電極の半径Ｒ２の３０〜９０％とするのが好ましい。３０％を下回ると、絶縁性基体の上下方向の歪みを十分に抑えることができない。また９０％を上回ると、感応膜と他方の薄膜対向電極との密着性が低下する上、感応膜の抵抗値にばらつきが生じるおそれがある。

感応膜は、例えば、ガスを吸収すると抵抗値が変化するガス感応膜とすることができる。

本発明において、一対の薄膜対向電極の他方の薄膜対向電極も、仮想環状形に沿うように形成し且つ一方の薄膜対向電極と対向するように弧状に形成してもよい。その場合は、一対の薄膜対向電極間に大きなスペースが形成されるため、仮想環状形の中心部には、一対の薄膜対向電極との間に間隔をあけて薄膜導電部を形成する。

このように、一対の薄膜対向電極を、仮想環状形に沿い且つ互いに対向するように形成された弧状を呈する形状にすると、一対の薄膜対向電極の占有部分の輪郭形状と、感応膜が占める占有部分の輪郭形状とが、ともに環状形に近い形になるため、両者の大きさに大きな差は生じない。また、仮想環状形の中心部（感応膜の中心部）に、一対の薄膜対向電極との間に間隔をあけて薄膜導電部を形成したので、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極から他方の薄膜対向電極に流れる電流の多くは、一方の薄膜対向電極→感応膜の一部分→薄膜導電部→感応膜の一部分→他方の薄膜対向電極という経路で流れる。薄膜対向電極と薄膜導電部との間に位置する感応膜の部分（周縁部分）は、薄膜導電部の上に位置する感応膜の部分（中央部分）よりも、厚み寸法のばらつきが小さい。そして薄膜導電部上に位置する感応膜の部分は、実質的に計測には寄与しない。そのため、本発明のように構成すると、感応センサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

前述の仮想環状形が仮想円または仮想楕円の場合、薄膜導電部の平面輪郭形状は、該仮想円または仮想楕円と同心の相似形状を有しているように形成することができる。このようすれば、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極から他方の薄膜対向電極に流れる電流が経由する感応膜の一部分は、ほぼ円弧状となる。そのため、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極から他方の薄膜対向電極に流れる電流が経由する感応膜の部分の厚み寸法のばらつきを極めて小さくして、感応センサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

本発明の感応センサは種々のセンサに適用できる。例えば、感応膜を加熱するためのヒータを内蔵し、感応膜が、ガスを吸収すると抵抗値が変化するガス感応膜とすることができる。このようにすれば、ガスの検出を確実に行うことができる。

一対の薄膜対向電極には、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、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を形成することができる。このように、抵抗発生構造を形成すると、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、抵抗発生構造により、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのが抑制される。そのため、感応膜の面積が小さく設計されていても、感応膜の寸法及び形状をできるだけ正確に形成することができる。その結果、ガスセンサを量産した場合、ガスの感応精度にばらつきが生じるのを抑制できる。

抵抗発生構造としては、種々のものを採用できる。例えば、一対の薄膜対向電極の上面に固定されて絶縁性基体から離れる方向に突出し、一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する薄膜対向電極の縁部に沿って連続して延びる薄膜によって形成された１以上の堰部から抵抗発生構造を構成することができる。このようにすれば、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、堰部により、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのが抑制され、未硬化感応膜は、堰部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。そのため、未硬化感応膜の広がりを確実に抑制して、感応膜の外周を堰部に沿ったものにすることができる。

また、一対の薄膜対向電極の上面に固定されて絶縁性基体から離れる方向に突出し、一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する薄膜対向電極の縁部に沿って不連続に延びる薄膜によって形成された１以上の突部から抵抗発生構造を構成することもできる。このようにすれば、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、感応液の表面張力により、未硬化感応膜の外周は、１以上の突部（不連続突部）に沿うことになる。このような不連続突部を形成すれば、抵抗発生構造の材料の量を少なくすることができる。

また、一対の薄膜対向電極の上面に固定されて絶縁性基体から離れる方向に突出し、薄膜対向電極上に分散して薄膜によって形成された複数の突部から抵抗発生構造を構成することもできる。このようにすれば、一対の薄膜対向電極と複数の突部との段差により、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、一対の薄膜対向電極上を流れる感応液と一対の薄膜対向電極との抵抗が大きくなる。

一対の薄膜配線パターンの一部の上には、出力取出用の引出電極をそれぞれ形成することができる。この場合、引出電極と抵抗発生構造とを同じ材質で形成するのが好ましい。このようにすれば、引出電極を形成する工程で抵抗発生構造を同時に形成でき、抵抗発生構造の形成が容易になる。

一対の薄膜対向電極は白金から形成することができ、また、引出電極と抵抗発生構造は金から形成することができる。このような材質を選択すれば、一対の薄膜対向電極及び引出電極を熱的、化学的、電気的に安定させることができる。

抵抗発生構造は、一対の薄膜対向電極の上面に開口し且つ薄膜対向電極に分散して形成された複数の凹部をさらに備えて構成することができる。このようにすれば、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、複数の凹部により、一対の薄膜対向電極上を流れる感応液と一対の薄膜対向電極との抵抗が大きくなり、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのが抑制される。抵抗発生構造は、複数の凹部からのみ構成しても構わない。

本願の発明が改良の対象とする感応センサの製造方法は、まず、スパッタリングにより、相互間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それぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成する。次に、一対の薄膜配線パターンの一部の上に出力取出用の引出電極をそれぞれ形成する。そして、一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する。本発明では、一対の薄膜対向電極の上面に固定されて絶縁性基体から離れる方向に突出して、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、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を、引出電極と同じ材質で同時にスパッタリングにより形成する。本発明の製造方法によれば、引出電極を形成する工程で抵抗発生構造を同時に形成できるので、抵抗発生構造を容易に形成することができる。

抵抗発生構造は、一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する薄膜対向電極の縁部に沿って連続して延びる薄膜によって形成された１以上の堰部、薄膜対向電極に沿って不連続に延びる薄膜によって形成された１以上の突部、または、薄膜対向電極上に分散して薄膜によって形成された複数の突部から構成することができる。

また本発明において、一対の薄膜対向電極を仮想環状形に沿い且つ互いに対向するように形成された弧状を呈する形状にする場合には、まず、スパッタリングにより、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、一対の薄膜対向電極に一端がそれぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成する。次に、一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する。本発明では、一対の薄膜対向電極の上面に開口し且つ薄膜対向電極に沿って分散し、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる複数の凹部からなる抵抗発生構造を、前述の一対の薄膜対向電極を形成するときに同時に形成する。本発明の製造方法によれば、一対の薄膜対向電極を形成する工程で抵抗発生構造（複数の凹部）を同時に形成できるので、抵抗発生構造を容易に形成することができる。

また、複数の凹部と一以上の堰部との両方を形成しても構わない。複数の凹部は一対の薄膜対向電極を形成するときに同時に形成でき、１以上の堰部は、引出電極と同じ材質で同時にスパッタリングにより形成することができる。そのため、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを効果的に抑制される感応センサを容易に形成することができる。

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１のガスセンサの中央部を上方から見た部分平面図である。 図１のガスセンサの中央部の拡大図（図２のIII−III線断面図）である。 他方の薄膜対向電極に形成した孔部の効果を調べた試験結果を示す図である。 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。 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の中央部を上方から見た部分平面図である。 図６のVII−VII線断面図である。 ガスセンサに適用した本発明のさらに他の実施の形態の感応センサの中央部を上方から見た部分平面図である。 図８のIX−IX線断面図である。 ガスセンサに適用した本発明のさらに別の実施の形態の感応センサの中央部を上方から見た部分平面図である。 図１０のXI−XI線断面図である。

図１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であり、図２は、図１のガスセンサの中央部を上方から見た部分平面図であり、図３は、図１のガスセンサの中央部の拡大図（図２のIII−III線断面図）である。各図に示すように、本例のガスセンサは、絶縁性基体１と一対の薄膜対向電極３，５と一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂと感応膜９とを有している。なお、理解を容易にするため、図２においては、感応膜９を透明なものとして描いている。本例では、絶縁性基体１は薄板部１１により構成されている。薄板部１１は、シリコン単結晶からなる筒状の支持部１３上に配置されている。このため、支持部１３に周縁部が支持されている薄板部１１の一部分は、いわゆるダイヤフラム状に形成されることになる。薄板部１１は、図３の上方から下方に向かってＳｉＯ_０．７Ｎ_０．７層１１ａとＳｉ_３Ｎ_４層１１ｂとＳｉＯ_２層１１ｃとが積層されて構成されている。本例では、ＳｉＯ_０．７Ｎ_０．７層１１ａ内のＳｉ_３Ｎ_４層１１ｂの上方に位置する部分には、白金からなり蛇行して配置されるヒータ１５が内蔵されている。

一対の薄膜対向電極３，５は、白金からなり、薄板部１１の中央部表面上にスパッタリングにより形成されている。本例では、一対の薄膜対向電極３，５は、４０００Åの厚み寸法を有している。図２に示すように、一対の薄膜対向電極３，５の一方の薄膜対向電極３は、仮想環状形（仮想円）ＣＡに沿うように形成された円弧状を呈している。なお、本例では、感応膜９の輪郭と仮想円ＣＡとはほぼ一致している。一対の薄膜対向電極３，５の他方の薄膜対向電極５は、一方の薄膜対向電極３に囲まれて仮想円ＣＡの中心部に位置している。この他方の薄膜対向電極５の平面輪郭形状は、仮想円ＣＡと同心の相似形状となる円形を有している。このため、一方の薄膜対向電極３の内周部３ａと、他方の薄膜対向電極５の外周部５ａとが間隔をあけて対向する。また、一方の薄膜対向電極３の一方の薄膜配線パターン７Ａが位置する側の反対側の端部３ｂ，３ｃと、他方の薄膜配線パターン７Ｂの長手方向と直交する方向の両側部７ｃ，７ｄとがそれぞれ間隔をあけて対向する。本例では、一方の薄膜対向電極３の内周部３ａと他方の薄膜対向電極５の外周部５ａとの間隔寸法Ｌ１は、いずれの箇所においても等しく、一方の薄膜対向電極３の端部３ｂ，３ｃと他方の薄膜配線パターン７Ｂの両側部７ｃ，７ｄとのそれぞれの間隔寸法Ｌ２は、いずれの箇所においても等しい。また、間隔寸法Ｌ１と間隔寸法Ｌ２も等しくなっている。他方の薄膜対向電極５の中央には、他方の薄膜対向電極５を貫通する孔部５ｂが形成されている。この孔部５ｂの平面輪郭形状も、仮想円ＣＡと同心の相似形状となる円形を有している。孔部５ｂの半径Ｒ１は、他方の薄膜対向電極５の半径Ｒ２の３０〜９０％とするのが好ましい。

一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂは、白金からなり、一対の薄膜対向電極３，５と共にスパッタリングにより形成されている。一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂは、一対の薄膜対向電極３，５に一端が接続されて絶縁性基体１の縁部に向けてそれぞれ延びている。一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂの縁部近傍の表面上には、引出電極２１がそれぞれ形成されている（図１）。引出電極２１は、外部への出力取出用の電極であり、金からなり、スパッタリングにより形成されている。

感応膜９は、ＳｎＯ_２を主成分とする金属酸化物半導体からなり、一対の薄膜対向電極３，５に跨るよう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。この感応膜９は、中心部が盛り上がった円板形状を有しており、一対の薄膜対向電極３，５に跨って形成されている。

本例のガスセンサは、以下のようにして製造した。まず、一対の薄膜対向電極３，５と一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂとを白金を用いてスパッタリングにより絶縁性基体１上に形成した。そして、引出電極２１を金を用いてスパッタリングにより一対の薄膜配線パターン７Ａ，７Ｂ上に形成した。

次に、一対の薄膜対向電極３，５に跨るように感応液をデスペンサ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、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）させて感応膜９を形成してガスセンサを完成した。

本例のガスセンサでは、一対の薄膜対向電極３，５の間の抵抗値を測定してガス濃度を測定する。また、本例のガスセンサによれば、一対の薄膜対向電極３，５に跨るように感応液を滴下して未硬化感応膜を形成するので、感応液が滴下後に同心円的に広がって未硬化感応膜が形成される。そのため、一方の薄膜対向電極３が、仮想円ＣＡに沿うように形成された弧状を呈するので、一対の薄膜対向電極３，５が占める占有部分の輪郭形状と感応膜９が占める占有部分の輪郭形状との差を少なくできる。そのため、一対の薄膜対向電極３，５の占有面積を小さくできる。また、他方の薄膜対向電極５が一方の薄膜対向電極３に囲まれた仮想円ＣＡの中心部に位置するため、一方の薄膜対向電極３と他方の薄膜対向電極５との間に位置する感応膜の部分（周縁部分）の厚み寸法のばらつきが小さくなる。そのため、ガスセンサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

なお、本例では、仮想環状形ＣＡは、仮想円としたが、仮想楕円、円形に近似した仮想多角形であってもかまわない。

また、本例では、本発明の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。また、本例では、未硬化感応膜を加熱硬化させたが、例えば、湿度センサに用いる場合のように、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。

次に、他方の薄膜対向電極５に形成した孔部５ｂの効果を調べた試験の結果について説明する。まず、本例の感応センサ（実施例１）と、他方の薄膜対向電極５に孔部５ｂを形成せず、その他は本例の感応センサと同じ構造の感応センサ（実施例２）を製造した。そして、２５℃の雰囲気温度中において、実施例１及び実施例２の感応センサのヒータに２．５ｍＶの電圧を印可し、印可後０．０１５ｍｓ（ミリセカンド）後の各感応センサの絶縁性基体上の温度及び絶縁性基体の上下方向の変位量を測定した。図４は、その測定結果を示している。図４において、横軸は、感応センサの一方の端部から中心部を経由して他方の端部に至る過程における一方端部からの寸法を示している。寸法が１０００μｍの位置が他方の薄膜対向電極５の中心となる。図４より、実施例１の感応センサ（孔有）と実施例２の感応センサ（孔無）とでは、温度においては大きな差異はないが、絶縁性基体の上下方向の変位量においては、実施例１の感応センサ（孔有）は、実施例２の感応センサ（孔無）に比べて感応センサの中心部での変位量を約３０％抑えられるのが分かる。

図５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であり、図６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の中央部を上方から見た部分平面図であり、図７は、図６のVII−VII線断面図である。各図に示すように、本例のガスセンサは、絶縁性基体１０１と一対の薄膜対向電極１０３，１０５と一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂと感応膜１０９とを有している。なお、理解を容易にするため、図６においては、感応膜１０９を透明なものとして描いている。本例では、絶縁性基体１０１は薄板部１１１により構成されている。薄板部１１１は、シリコン単結晶からなる筒状の支持部１１３上に配置されている。このため、支持部１１３に周縁部が支持されている薄板部１１１の一部分は、いわゆるダイヤフラム状に形成されることになる。薄板部１１１は、図７の上方から下方に向かってＳｉＯ_０．７Ｎ_０．７層１１１ａとＳｉ_３Ｎ_４層１１１ｂとＳｉＯ_２層１１１ｃとが積層されて構成されている。本例では、ＳｉＯ_０．７Ｎ_０．７層１１１ａ内のＳｉ_３Ｎ_４層１１１ｂの上方に位置する部分には、白金からなり蛇行して配置されるヒータ１１５が内蔵されている。

一対の薄膜対向電極１０３，１０５は、白金からなり、薄板部１１１の中央部表面上にスパッタリングにより形成されている。本例では、一対の薄膜対向電極１０３，１０５は、４０００Åの厚み寸法を有している。一対の薄膜対向電極１０３，１０５は、図６に示すように、仮想環状形（仮想円）ＣＡに沿い且つ互いに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。言い換えるならば、一対の薄膜対向電極１０３，１０５の一方の薄膜対向電極１０３は、仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈しており、他方の薄膜対向電極１０５は、仮想円ＣＡに沿い且つ一方の薄膜対向電極１０３に対向するように形成された弧状を呈している。一対の薄膜対向電極１０３，１０５の間には、一対の薄膜対向電極１０３，１０５との間に等しい間隔をあけることができる円形形状の薄膜導電部１１６が形成されている。この薄膜導電部１１６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。薄膜導電部１１６は、白金からなり、一対の薄膜対向電極１０３，１０５と共にスパッタリングにより形成されている。一対の薄膜対向電極１０３，１０５には、複数の凹部１１７がそれぞれ形成されている。本例では、複数の凹部１１７は、上面に開口する矩形の貫通孔からなり、一対の薄膜対向電極１０３，１０５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１１７は、一対の薄膜対向電極１０３，１０５にそれぞれ分散して形成されることになる。また、一対の薄膜対向電極１０３，１０５上には、堰部１１９がそれぞれ形成されている。堰部１１９は、後述する引出電極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１１９は、６０００Åの厚み寸法を有している。この堰部１１９は、一対の薄膜対向電極１０３，１０５の上面に固定されて絶縁性基体１０１から離れる方向に突出しており、一対の薄膜対向電極１０３，１０５が対向する方向とは逆の方向に位置する一対の薄膜対向電極１０３，１０５の縁部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１１７及び堰部１１９により後述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。抵抗発生構造（１１７，１１９）の作用については、後に詳細に説明する。

一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂは、白金からなり、一対の薄膜対向電極１０３，１０５及び薄膜導電部１１６と共にスパッタリングにより形成されている。一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂは、一対の薄膜対向電極１０３，１０５に一端が接続されて絶縁性基体１０１の縁部に向けてそれぞれ延びている。一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂの縁部近傍の表面上には、引出電極１２１がそれぞれ形成されている（図５）。引出電極１２１は、外部への出力取出用の電極であり、金からなり、スパッタリングにより形成されている。

感応膜１０９は、ＳｎＯ_２を主成分とする金属酸化物半導体からなり、一対の薄膜対向電極１０３，１０５に跨るよう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。この感応膜１０９は、中心部が盛り上がった円板形状を有しており、一対の薄膜対向電極１０３，１０５上のそれぞれの堰部１１９に接触した状態で一対の薄膜対向電極１０３，１０５に跨って形成されている。

本例のガスセンサは、以下のようにして製造した。まず、一対の薄膜対向電極１０３，１０５と一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂと薄膜導電部１１６とを白金を用いてスパッタリングにより絶縁性基体１０１上に形成した。一対の薄膜対向電極１０３，１０５には、複数の凹部１１７を同時に形成した。

次に、引出電極１２１と堰部１１９を金を用いてスパッタリングにより一対の薄膜配線パターン１０７Ａ，１０７Ｂ上と一対の薄膜対向電極１０３，１０５上とに同時に形成した。

次に、一対の薄膜対向電極１０３，１０５に跨るように感応液をデスペンサ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１１７及び堰部１１９により、一対の薄膜対向電極１０３，１０５が対向する方向とは逆の方向に広がるのが抑制され、堰部１１９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）させて感応膜１０９を形成してガスセンサを完成した。

本例のガスセンサでは、一対の薄膜対向電極１０３，１０５に跨るように感応液を滴下して未硬化感応膜を形成するので、感応液が滴下後に同心円的に広がって未硬化感応膜が形成される。そのため、一対の薄膜対向電極１０３，１０５の平面輪郭形状が、仮想円ＣＡに沿い且つ互いに対向するように形成された弧状を呈しているので、一対の薄膜対向電極１０３，１０５が占める占有部分の輪郭形状と感応膜１０９が占める占有部分の輪郭形状との差を少なくできる。また、本例では、仮想円ＣＡの中心部（未硬化感応膜の中心部）に、一対の薄膜対向電極１０３，１０５との間に間隔をあけて薄膜導電部１１６を形成したので、一対の薄膜対向電極１０３，１０５の一方の薄膜対向電極１０３から他方の薄膜対向電極１０５に流れる電流は、一方の薄膜対向電極１０３→感応膜１０９の一部分→薄膜導電部１１６→感応膜１０９の一部分→他方の薄膜対向電極１０５という経路で流れる。薄膜対向電極１０３，１０５と薄膜導電部１１６との間に位置する感応膜１０９の部分（周縁部分）は、薄膜導電部１１６の上に位置する感応膜１０９の部分（中央部分）よりも、厚み寸法のばらつきが小さい。そして薄膜導電部１１６上に位置する感応膜１０９の部分は、実質的に計測には寄与しない。そのため、本例のように構成すると、感応センサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

さらに本例のガスセンサでは、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、複数の凹部１１７により、一対の薄膜対向電極１０３，１０５上を流れる感応液と一対の薄膜対向電極１０３，１０５との抵抗が大きくなる。また、堰部１１９により、未硬化感応膜が一対の薄膜対向電極１０３，１０５が対向する方向とは逆の方向に広がるのが抑制される。このように、複数の凹部１１７及び堰部１１９はいずれも、未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる。そのため、感応膜の面積が小さく設計されていても、寸法及び形状を正確に感応膜を形成することができる。その結果、ガスセンサを量産した場合、ガスの感応精度にばらつきが生じるのを抑制できる。

図８は、ガスセンサに適用した本発明のさらに他の実施の形態の感応センサの中央部を上方から見た部分平面図であり、図９は、図８のXI−XI線断面図である。本例のガスセンサは、抵抗発生構造を除いて図６及び図７に示すガスセンサと同じ構造を有している。そのため、図６及び図７に示すガスセンサと同じ部材には、図６及び図７に付した符号に１００を加えた数の符号を付してその説明を省略する。本例のガスセンサの一対の薄膜対向電極２０３，２０５は、堰部の代わりに１以上の突部（不連続突部）２１９を形成している。不連続突部２１９は、一対の薄膜対向電極２０３，２０５の上面に固定されて絶縁性基体２０１から離れる方向に突出し、一対の薄膜対向電極２０３，２０５が対向する方向とは逆の方向に位置する薄膜対向電極２０３，２０５の縁部に沿って不連続に延びる薄膜によって形成されている。このような不連続突部２１９を形成すれば、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下する際に、感応液の表面張力により、未硬化感応膜の外周は、不連続突部２１９に沿うことになる。そのため、抵抗発生構造を形成する材料の量を少なくすることができる。

図１０は、ガスセンサに適用した本発明のさらに別の実施の形態の感応センサの中央部を上方から見た部分平面図であり、図１１は、図１０のXI−XI線断面図である。本例のガスセンサも、抵抗発生構造を除いて図６及び図７に示すガスセンサと同じ構造を有している。そのため、図６及び図７に示すガスセンサと同じ部材には、図６及び図７に付した符号に２００を加えた数の符号を付してその説明を省略する。本例のガスセンサの一対の薄膜対向電極３０３，３０５には、堰部及び複数の凹部を形成せずに、複数の突部３１９を形成している。複数の突部３１９は、一対の薄膜対向電極３０３，３０５の上面に固定されて絶縁性基体３０１から離れる方向に突出し、薄膜対向電極３０３，３０５上に分散して薄膜によって形成されている。このように複数の突部３１９を形成すれば、一対の薄膜対向電極３０３，３０５と複数の突部３１９との段差により、未硬化感応膜を形成するために感応液を滴下した際に、一対の薄膜対向電極３０３，３０５上を流れる感応液と一対の薄膜対向電極３０３，３０５との抵抗が大きくなる。

なお、本例では、本発明の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。

また、本例では、未硬化感応膜を加熱硬化させたが、例えば、湿度センサに用いる場合のように、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。

以下、本願の明細書に記載した発明を付記する。

（１） 絶縁性基体と、
前記絶縁性基体上に形成され、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、
前記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、
前記一対の対向電極に跨って形成された感応膜とを有し、
前記感応膜が前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて形成されている感応センサであって、
前記一対の薄膜対向電極の平面輪郭形状は、仮想環状形に沿い且つ互いに対向するように形成された弧状を呈しており、
前記仮想環状形の中心部には、前記一対の薄膜対向電極との間に間隔をあけて薄膜導電部が形成されており、
前記一対の薄膜対向電極には、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記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形成されていることを特徴とする感応センサ。

（２） 前記抵抗発生構造が、前記一対の薄膜対向電極の上面に固定されて前記絶縁性基体から離れる方向に突出し、前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する前記薄膜対向電極の縁部に沿って連続して延びる薄膜によって形成された１以上の堰部からなることを特徴とする上記（１）に記載の感応センサ。

（３） 前記抵抗発生構造が、前記一対の薄膜対向電極の上面に固定されて前記絶縁性基体から離れる方向に突出し、前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する前記薄膜対向電極の縁部に沿って不連続に延びる薄膜によって形成された１以上の突部からなることを特徴とする上記（１）に記載の感応センサ。

（４） 前記抵抗発生構造が、前記一対の薄膜対向電極の上面に固定されて前記絶縁性基体から離れる方向に突出し、前記薄膜対向電極上に分散して薄膜によって形成された複数の突部からなることを特徴とする上記（１）に記載の感応センサ。

（５） 前記一対の薄膜配線パターンの一部の上には、出力取出用の引出電極がそれぞれ形成されており、
前記引出電極と前記抵抗発生構造とが、同じ材質で形成されていることを特徴とする上記（２），（３）または（４）に記載の感応センサ。

（６） 前記一対の薄膜対向電極は白金から形成され、前記引出電極と前記抵抗発生構造は金から形成されていることを特徴とする上記（４）に記載の感応センサ。

（７） 前記抵抗発生構造は、前記一対の薄膜対向電極の上面に開口し且つ前記薄膜対向電極に分散して形成された複数の凹部をさらに備えていることを特徴とする上記（２），（３）または（４）に記載の感応センサ。

（８） スパッタリングにより、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、前記一対の薄膜対向電極に一端がそれぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成し、
前記一対の薄膜配線パターンの一部の上に出力取出用の引出電極をそれぞれ形成し、
前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する感応センサの製造方法において、
前記一対の薄膜対向電極の上面に固定されて前記絶縁性基体から離れる方向に突出し、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記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を、前記引出電極と同じ材質で同時にスパッタリングにより形成し、
前記抵抗発生構造は、前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する前記薄膜対向電極の縁部に沿って連続して延びる薄膜によって形成された１以上の堰部、前記薄膜対向電極に沿って不連続に延びる薄膜によって形成された１以上の突部、または、前記薄膜対向電極上に分散して薄膜によって形成された複数の突部からなることを特徴とする感応センサの製造方法。

（９） スパッタリングにより、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、前記一対の薄膜対向電極に一端がそれぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成し、
前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する感応センサの製造方法において、
前記一対の薄膜対向電極の上面に開口し且つ前記薄膜対向電極に沿って分散し、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる複数の凹部からなる抵抗発生構造を、前記一対の薄膜対向電極を形成するときに同時に形成することを特徴とする感応センサの製造方法。

（１０） スパッタリングにより、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、前記一対の薄膜対向電極に一端がそれぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成し、
前記一対の薄膜配線パターンの一部の上に出力取出用の引出電極をそれぞれ形成し、
前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する感応センサの製造方法において、
前記一対の薄膜対向電極の上面に開口し且つ前記薄膜対向電極に沿って分散し、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記未硬化感応膜の広がりに対して抵抗となる複数の凹部を前記一対の薄膜対向電極を形成するときに同時に形成し、
前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に位置する前記薄膜対向電極の縁部に沿って連続して延びる薄膜によって形成された１以上の堰部を、前記引出電極と同じ材質で同時にスパッタリングにより形成することを特徴とする感応センサの製造方法。

本発明によれば、一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極が仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈しているので、一対の薄膜対向電極の占有部分の輪郭形状と、感応膜が占める占有部分の輪郭形状とが、ともに環状形に近い形になるため、両者の大きさに大きな差は生じない。そのため、一対の薄膜対向電極の占有面積を小さくできる。また、他方の薄膜対向電極が一方の薄膜対向電極に囲まれて仮想環状形の中心部に位置するため、一方の薄膜対向電極と他方の薄膜対向電極との間に位置する感応膜の部分（周縁部分）の厚み寸法のばらつきを小さくできる。そのため、感応センサの精度にばらつきが生じるのを抑制することができる。

Claims (10)

1. 絶縁性基体と、
   前記絶縁性基体上に形成され、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、
   前記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、
   前記一対の対向電極に跨って形成された感応膜とを有し、
   前記感応膜が前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて形成されている感応センサであって、
   前記絶縁性基体の内部には、前記感応膜を加熱するためのヒータが内蔵されており、
   前記一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極は、仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈しており、
   前記一対の薄膜対向電極の他方の薄膜対向電極は、前記一方の薄膜対向電極に囲まれて前記仮想環状形の中心部に位置しており、
   前記他方の薄膜対向電極の中央には、前記他方の薄膜対向電極を貫通する孔部が形成されており、
   前記他方の薄膜対向電極及び前記孔部の平面輪郭形状は、前記仮想環状形と同心の環状形状を有していることを特徴とする感応センサ。
2. 前記一対の薄膜対向電極の前記一方の薄膜対向電極と前記他方の薄膜対向電極との間の寸法Ｌ１と、前記一対の薄膜配線パターンの他方の薄膜配線パターンと前記一方の薄膜対向電極との間の寸法Ｌ２とが等しいことを特徴とする請求項１に記載の感応センサ。
3. 前記仮想環状形は仮想円からなり、
   前記他方の薄膜対向電極及び前記孔部の平面輪郭形状は前記仮想円と同心の相似形状を有しており、
   前記孔部の半径Ｒ１は、前記他方の薄膜対向電極の半径Ｒ２の３０〜９０％であることを特徴とする請求項２に記載の感応センサ。
4. 前記感応膜が、ガスを吸収すると抵抗値が変化するガス感応膜であることを特徴とする請求項３に記載の感応センサ。
5. 絶縁性基体と、
   前記絶縁性基体上に形成され、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、
   前記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、
   前記一対の対向電極に跨って形成された感応膜とを有し、
   前記感応膜が前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて形成されている感応センサであって、
   前記一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極は、仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈しており、
   前記一対の薄膜対向電極の他方の薄膜対向電極は、前記一方の薄膜対向電極に囲まれて前記仮想環状形の中心部に位置していることを特徴とする感応センサ。
6. 絶縁性基体と、
   前記絶縁性基体上に形成され、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、
   前記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、
   前記一対の対向電極に跨って形成された感応膜とを有し、
   前記感応膜が前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて形成されている感応センサであって、
   前記一対の薄膜対向電極の一方の薄膜対向電極は、仮想環状形に沿うように形成された弧状を呈しており、
   前記一対の薄膜対向電極の他方の薄膜対向電極は、仮想環状形に沿い且つ前記一方の薄膜対向電極と対向するように形成された弧状を呈しており、
   前記仮想環状形の中心部には、前記一対の薄膜対向電極との間に間隔をあけて薄膜導電部が形成されていることを特徴とする感応センサ。
7. 前記仮想環状形は、仮想円または仮想楕円であり、
   前記薄膜導電部の平面輪郭形状は、前記仮想円または仮想楕円と同心の相似形状を有していることを特徴とする請求項６に記載の感応センサ。
8. 前記絶縁性基体の内部には、前記感応膜を加熱するためのヒータが内蔵されており、
   前記感応膜が、ガスを吸収すると抵抗値が変化するガス感応膜であることを特徴とする請求項７に記載の感応センサ。
9. 前記一対の薄膜対向電極には、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記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形成されていることを特徴とする請求項８に記載の感応センサ。
10. スパッタリングにより、相互間に間隔をあけて対向する一対の薄膜対向電極と、前記一対の薄膜対向電極に一端がそれぞれ接続された一対の薄膜配線パターンとを絶縁性基体上に形成し、
    前記一対の薄膜配線パターンの一部の上に出力取出用の引出電極をそれぞれ形成し、
    前記一対の薄膜対向電極に跨るように感応液を滴下して形成した未硬化感応膜を硬化させて感応膜を形成する感応センサの製造方法において、
    前記一対の薄膜対向電極の上面に固定されて前記絶縁性基体から離れる方向に突出し、前記未硬化感応膜が前記一対の薄膜対向電極が対向する方向とは逆の方向に広がるのを抑制するように、前記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を、前記引出電極と同じ材質で同時にスパッタリングにより形成することを特徴とする感応センサの製造方法。

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