特許 6805084 半導体式ガス検知素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6805084

(24)【登録日】2020年12月7日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】半導体式ガス検知素子

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20201214BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/12 B

【請求項の数】2

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-109717(P2017-109717)

(22)【出願日】2017年6月2日

(65)【公開番号】特開2018-205077(P2018-205077A)

(43)【公開日】2018年12月27日

【審査請求日】2020年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000190301

【氏名又は名称】新コスモス電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】北川 靖久

(72)【発明者】

【氏名】中谷 忠司

(72)【発明者】

【氏名】三橋 弘和

【審査官】 黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−００３３０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２８６６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０７０７０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−００６２６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１４５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−０９１４８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０５５０６７４１（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、
前記基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、
前記検知電極に接触状態で前記基板上に配置され、前記被検知ガスに接触する感応部と、
前記基板上に配置され、前記被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、
前記検知電極は、前記感応部を加熱するヒータ部として機能するとともに、前記検知電極のうち、前記感応部に覆われずに前記感応部から露出する露出部において前記ガス燃焼手段として機能するように構成されている、半導体式ガス検知素子。

【請求項2】

基板と、
前記基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、
前記検知電極に接触状態で前記基板上に配置され、前記被検知ガスに接触する感応部と、
前記基板上に配置され、前記被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、
前記検知電極は、前記基板上において蛇行形状を有する検知電極パターンから形成され、
前記感応部は、前記検知電極パターンの中央部を覆うように配置されており、
前記検知電極は、前記検知電極パターンのうち前記感応部に覆われずに前記感応部から露出する露出部において前記ガス燃焼手段として機能するように構成されている、半導体式ガス検知素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、半導体式ガス検知素子に関し、特に、基板を備える半導体式ガス検知素子に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、基板を備える半導体式ガス検知素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、基板と、検知電極と、基板内に設けられるヒータと、検知電極に接触状態で基板上に配置されるガス感応部とを備える半導体式ガス検知素子が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６−７０７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に開示された半導体式ガス検知素子の分野では、従来より、被検知ガスの選択性（雰囲気ガス内から目的の被検知ガスを適切に選択する性質）を向上させることが望まれている。詳細には、半導体式ガス検知素子を用いたガスセンサでは、被検知ガス（たとえばメタン）よりも燃焼温度の低い易燃性ガス（たとえばアルコールや水素などの妨害ガス）が存在すると、被検知ガスの濃度が所定のしきい値に達していなくても被検知ガスが存在すると誤検知してしまう場合があるため、被検知ガスの選択性を向上させることが課題として存在する。

【0006】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、被検知ガスの選択性を向上させることが可能な半導体式ガス検知素子を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の第１の局面による半導体式ガス検知素子は、基板と、基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、検知電極に接触状態で基板上に配置され、被検知ガスに接触する感応部と、基板上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、検知電極は、感応部を加熱するヒータ部として機能するとともに、検知電極のうち、感応部に覆われずに感応部から露出する露出部においてガス燃焼手段として機能するように構成されている。

【0008】

この発明の第１の局面による半導体式ガス検知素子では、上記のように、基板上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段を設ける。これにより、ガス燃焼手段により易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。このため、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極とガス燃焼手段とが基板上に配置されるので、半導体製造プロセスにおいて、同一工程で検知電極とガス燃焼手段とを形成することができる。このため、製造工程を簡素化することができる。また、ガス燃焼手段を露出させることができるので、ガス燃焼手段を易燃性ガスに接触させて確実に燃焼除去することができる。このため、被検知ガスの選択性を確実に向上させることができる。また、ガス燃焼手段と検知電極とを別体にする場合と比較して、部品点数を減らすることができるので、構造を簡素化することができる。また、ヒータ部を加熱するためにヒータ部に流される電流を、ガス燃焼手段の加熱に利用することができる。

【0012】

この発明の第２の局面による半導体式ガス検知素子は、基板と、基板上に配置される被検知ガスの検知電極と、検知電極に接触状態で基板上に配置され、被検知ガスに接触する感応部と、基板上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段と、を備え、検知電極は、基板上において蛇行形状を有する検知電極パターンから形成され、感応部は、検知電極パターンの中央部を覆うように配置されており、検知電極は、検知電極パターンのうち感応部に覆われずに感応部から露出する露出部においてガス燃焼手段として機能するように構成されている。このように構成すれば、上記第１の局面と同様に、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、ガス燃焼手段と検知電極とを別体にする場合と比較して、部品点数を減らすることができるので、構造を簡素化することができる。また、検知電極を、基板上において蛇行させることにより、基板の面積を大きくすることなく検知電極の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子をより小型化することが可能となる。また、基板上で感応部が偏って配置される場合と比較して、感応部が検知電極パターンの中央部を覆うように配置されると、基板内の温度分布が偏るのを抑制することができる。このため、基板（半導体式ガス検知素子）の加熱に伴う劣化を抑制することができる。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、上記のように、被検知ガスの選択性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。

【図2】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した模式的な断面図である。

【図3】図１の５００−５００線に沿った断面図である。

【図4】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の被覆部および露出部について説明するための平面図である。

【図5】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路図である。

【図6】本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子の製造工程を（ａ）〜（ｅ）に順に示した図である。

【図7】比較例による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。

【図8】比較例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。

【図9】本発明の実施例による半導体式ガス検知素子のガス濃度とセンサ出力との関係を示したグラフである。

【図10】本発明の変形例による半導体式ガス検知素子の全体構成を示した平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を具現化した実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

図１〜図６を参照して、本発明の一実施形態による半導体式ガス検知素子１００の構成について説明する。

【0017】

（半導体式ガス検知素子の構成）
図１に示すように、半導体式ガス検知素子１００は、基板１と、検知電極２と、感応部３と、を備えている。検知電極２と感応部３とは、基板１の一方面（後述するＡ１方向側の面）に接触している。また、半導体式ガス検知素子１００には、基板１上に配置されるリード線４が設けられている。

【0018】

半導体式ガス検知素子１００は、超微細構造の電子部品の製造技術であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術により形成されている。すなわち、半導体式ガス検知素子１００は、半導体製造プロセスなどに基づき形成される極めて小型の素子（ＭＥＭＳセンサ）である。半導体式ガス検知素子１００（基板１の後述する被支持部１１ａ）は、たとえば、一辺の大きさＬが約０．１ｍｍの矩形（略正方形）の平板形状を有している。

【0019】

半導体式ガス検知素子１００は、電源部（図示せず）に接続され、電源部から電流が供給されるように構成されている。たとえば、半導体式ガス検知素子１００は、電源部としての小型のリチウムイオン電池から１０秒毎に（１０秒周期で）０．１秒だけパルス電流が供給されるように構成されている。

【0020】

半導体式ガス検知素子１００は、電圧計（図示せず）により検知電極２の両端２１間の電気抵抗が測定されることによって行われる被検知ガスの検知に利用される。なお、検知電極２の両端２１間の電気抵抗とは、検知電極２と感応部３との合成抵抗である。回路構成については後述する。

【0021】

（基板の構成）
図１に示すように、基板１は、基板１の一方表面側に設けられる絶縁膜１１と、以下に説明するＡ２方向側から絶縁膜１１を接触状態で支持する支持基板部１２（図２参照）とを含んでいる。絶縁膜１１は、たとえば、二酸化ケイ素により形成されている。支持基板部１２は、たとえば、シリコン（ケイ素）を主成分とする材料により形成されている。

【0022】

絶縁膜１１は、検知電極２および感応部３が接触状態で一方表面側（以下に説明するＡ１方向側）に配置される被支持部１１ａと、被支持部１１ａを支持する支持部１１ｂとを含んでいる。

【0023】

ここで、以下の説明では、基板１の厚み方向をＡ方向とし、そのうちの基板１の絶縁膜１１側をＡ１方向とし、Ａ１方向の逆方向をＡ２方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の一方端面１０ａが延びる方向をＢ方向とする。また、Ａ方向に直交し、基板１の被支持部１１ａの互いに対向する一対の他方端面１０ｂが延びる方向をＣ方向とする。すなわち、Ａ方向およびＢ方向に直交する方向をＣ方向とする。なお、Ｂ方向およびＣ方向は、基板１の表面に沿った方向である。

【0024】

被支持部１１ａは、平面視において（Ａ方向から見て）、矩形形状を有している。図２に示すように、支持基板部１２には、Ａ方向において被支持部１１ａと重なる範囲、および、被支持部１１ａと重なる範囲を囲む所定範囲において、Ａ２方向に窪む凹部１２ａが設けられている。すなわち、被支持部１１ａと支持基板部１２とは、互いに空間を隔てて配置されており、互いに離間している。

【0025】

図１に示すように、支持部１１ｂは、複数（４個）設けられている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの内側の一端が矩形形状の被支持部１１ａの互いに異なる隅部（角部）に接続されている。また、複数の支持部１１ｂは、それぞれの外側（被支持部１１ａに接続される側とは逆側）の一端が、支持基板部１２に固定されている。また、図２に示すように、上記の通り、凹部１２ａにより支持基板部１２と被支持部１１ａとが互いに離間しているため、被支持部１１ａは、支持部１１ｂにより浮いた状態で支持されている。また、図１に示すように、複数の支持部１１ｂは、被支持部１１ａと一体的に形成されている。また、複数の支持部１１ｂは、平面視において（Ａ方向から見て）、それぞれ、被支持部１１ａを中心とする同一方向（Ａ１方向側から見て反時計回り方向）に折れ曲がるＬ字形状を有している。

【0026】

（リード線の構成）
図１に示すように、リード線４は、被支持部１１ａのＢ１方向側かつＣ１方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側に設けられている。また、リード線４は、被支持部１１ａのＢ２方向側かつＣ２方向側の隅部（角部）に接続される支持部１１ｂ上のＡ１方向側にも設けられている。すなわち、２つのリード線４は、被支持部１１ａの対角線方向に互いに向かい合う一対の支持部１１ｂ上にそれぞれ１つずつ設けられている。また、リード線４は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。

【0027】

（検知電極の構成）
図１および図３に示す検知電極２の材質としては、たとえば、白金や金などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。検知電極２は、感応部３に接触状態で基板１（絶縁膜１１）上のＡ１方向側に配置されている。また、検知電極２は、基板１の表面上に基板１（絶縁膜１１）に接触した状態で配置されている。また、検知電極２は、リード線４（図１参照）と一体的に形成されている。また、検知電極２は、リード線４よりも細く形成されており、リード線４よりも電気抵抗が大きくなるように構成されている。

【0028】

図１に示すように、検知電極２は、基板１上において蛇行形状を有する検知電極パターンＰから形成されている。

【0029】

詳細には、検知電極２（検知電極パターンＰ）は、Ｂ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第１部分２２と、Ｃ方向を長手方向とする矩形の平板形状の複数の第２部分２３とを含み、複数の第１部分２２と複数の第２部分２３とを交互に接続することにより蛇行形状を形成している。また、複数の第１部分２２は、平面視で互いに略平行にＣ方向に隣り合って配置されている。また、図１では、一例として、検知電極２が、９個の第１部分２２を含んでいる。複数の第１部分２２は、Ｃ方向に略等間隔で並んでいる。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、Ｂ方向に直線状に延びている。また、複数の第１部分２２は、それぞれ、基板１の被支持部１１ａのＢ１方向側端部近傍からＢ２方向側端部近傍まで延びている。

【0030】

第２部分２３は、互いに隣り合う第１部分２２の端部同士を接続するように構成されている。複数の第２部分２３は、Ｃ方向において、それぞれ、第１部分２２の一方端部および他方端部を交互に接続している。また、第２部分２３の長手方向（Ｃ方向）の大きさＤ１は、第１部分２２の長手方向（Ｂ方向）の大きさＤ２よりも小さい。

【0031】

複数の第２部分２３と、Ｃ１方向端部およびＣ２方向端部の第１部分２２とは、基板１の被支持部１１ａの外縁に沿って配置されている。すなわち、検知電極２（検知電極パターンＰ）の外縁は、概して、基板１の被支持部１１ａの外縁と相似形状となるように形成されている。

【0032】

図４に示すように、検知電極２は、感応部３に覆われる被覆部２４と、感応部３に覆われずに露出する露出部２５とを含んでいる。すなわち、検知電極２は、半導体式ガス検知素子１００が配置される領域の雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触することのない被覆部２４と、雰囲気ガスに接触する露出部２５とを含んでいる。また、被覆部２４と露出部２５とは、検知電極２と一体的な構成である。つまり、被覆部２４および露出部２５は、いずれも検知電極２の一部である。露出部２５は、特許請求の範囲の「ガス燃焼手段」の一例である。

【0033】

なお、図４では、便宜的に、被覆部２４と露出部２５とにそれぞれハッチングを付している。図４のハッチングは、断面を示すものではない。

【0034】

複数の第２部分２３（図１参照）は、いずれも露出部２５により構成されている。また、Ｃ１方向端部およびＣ２方向端部の第１部分２２（図１参照）は、いずれも露出部２５により構成されている。また、他の第１部分２２（Ｃ方向において内側に配置される第１部分２２）は、露出部２５と被覆部２４とから構成されている。詳細には、他の第１部分２２（Ｃ方向において内側に配置される第１部分２２）は、概して、Ｂ方向における内側部分が被覆部２４により構成され、Ｂ方向における外側部分（両端近傍）が露出部２５により構成されている。図４の例では、露出部２５が被覆部２４の周囲に配置されている。すなわち、露出部２５が、被覆部２４を全周にわたって取り囲んでいる。

【0035】

検知電極２は、露出部２５の総面積Ｓ１と被覆部２４の総面積Ｓ２との比が、約３：７となるように形成されている。すなわち、検知電極２は、表面（上面、つまりＡ１方向の端面）の約７０％が感応部３に覆われている。

【0036】

検知電極２は、電源部（図示せず）からリード線４を介して電流が流されることにより、加熱されるように構成されている。具体的には、検知電極２は、被検知ガスよりも燃焼温度が低い易燃性ガスの燃焼温度以上で、かつ、被検知ガスの燃焼温度未満まで加熱されるように構成されている。

【0037】

たとえば、被検知ガスがメタンの場合、燃焼温度は、少なくとも５００℃以上であり、易燃性ガスがアルコールや水素の場合、燃焼温度は、約３００℃である。このため、検知電極２は、たとえば、約４００℃に加熱されるように構成される。その結果、検知電極２は、雰囲気ガスに接触する露出部２５で、易燃性ガスにも接触することが可能であるため、露出部２５は、易燃性ガスを燃焼除去するように構成されている。また、検知電極２は、感応部３を加熱するヒータ部としても機能するように構成されている。つまり、検知電極２のうち露出部２５は、ヒータ部として機能するとともにガス燃焼手段として機能し、検知電極２のうち被覆部２４は、ヒータ部として機能するように構成されている。

【0038】

（感応部の構成）
図１に示す感応部３は、金属酸化物半導体により形成されている。金属酸化物半導体の材質としては、たとえば、酸化スズや、酸化インジウム、酸化亜鉛などを用いることが可能であるが、特にこれらに限定されるものではない。感応部３は、検知電極２（被覆部２４（図４参照））により加熱されることによって、感応部３に接触する雰囲気ガスに含まれる被検知ガスと反応して、抵抗値を変化させる特性を有している。半導体式ガス検知素子１００は、この感応部３の特性を利用して、被検知ガスを検知するように構成されている。

【0039】

感応部３は、検知電極パターンＰ（検知電極２）の中央部を覆うように配置されている。すなわち、感応部３（感応部３に覆われる検知電極２（被覆部２４））は、平面視で、露出部２５（図４参照）に周囲を囲まれている。また、感応部３は、概して、検知電極パターンＰ（検知電極２）と同様の矩形形状に形成されている。また、感応部３は、基板１の被支持部１１ａのＢ方向に延びる中心線α、および、基板１の被支持部１１ａのＣ方向に延びる中心線βに対して、それぞれ対称形状となるように形成されている。

【0040】

図３に示すように、感応部３は、検知電極２の中央部において、第１部分２２の上面（Ａ１側の面）に接触するとともに、隣接する第１部分２２の側面（上面に交差する面）間に入り込むように配置されている。

【0041】

（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの回路構成）
次に、図５を参照して、熱線型の半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成の例について説明する。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００を含む半導体式ガスセンサＧの回路構成は、一例であり、以下に示す構成に限定されるものではない。

【0042】

図５に示すように、検知電極２と感応部３との合成抵抗である熱線型半導体式ガス検知素子抵抗Ｒ（以下、素子抵抗Ｒとする）は、固定抵抗Ｒ１、Ｒ２およびＲ３とともにブリッジ回路に組み込まれて半導体式ガスセンサＧを構成している。素子抵抗Ｒは、固定抵抗Ｒ３に直列接続されている。また、素子抵抗Ｒおよび固定抵抗Ｒ３の対辺には、直列接続された固定抵抗Ｒ１およびＲ２が設けられている。そして、電源Ｅによりブリッジ回路に電圧を印加する。この際、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３との中点Ｐ１と、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２との中点Ｐ２との電位差がセンサ出力Ｖとなる。

【0043】

詳細には、素子抵抗Ｒと固定抵抗Ｒ３とが直列接続されることにより、素子抵抗Ｒの一端ｒ１と固定抵抗Ｒ３の一端ｒ３１とは、等電位になっている。また、固定抵抗Ｒ１と固定抵抗Ｒ２とが直列接続されることにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とは、等電位になっている。

【0044】

また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とは、等電位になるように接続されている。また、素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２との中点Ｐ３（素子抵抗Ｒの他端ｒ２と固定抵抗Ｒ１の他端ｒ１２とを接続する配線）は、電源Ｅの正極側に接続されている。

【0045】

また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とは、等電位になるように接続されている。また、固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２との中点Ｐ４（固定抵抗Ｒ３の他端ｒ３２と固定抵抗Ｒ２の他端ｒ２２とを接続する配線）は、電源Ｅの負極側に接続されている。

【0046】

固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２（固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１とを接続する配線）は、一端が電源Ｅの正極側に他端が電源Ｅの負極側に接続される抵抗Ｒ０に、接続されている。これにより、固定抵抗Ｒ１の一端ｒ１１と固定抵抗Ｒ２の一端ｒ２１との中点Ｐ２は、所定の基準電位となる（ゼロセットされる）。

【0047】

ブリッジ回路には電源Ｅによって常時または間欠的に通電され、半導体式ガス検知素子１００は、検知の際に適した所定の温度となるように構成されている。また、半導体式ガス検知素子１００（感応部３（図１参照））は、被検知ガスが吸着すると抵抗値が変化する。このため、本実施形態に係る半導体式ガスセンサＧでは、半導体式ガス検知素子１００の素子抵抗Ｒの変化を偏差電圧をとして取り出し、これをセンサ出力Ｖとすることで被検知ガスのガス濃度を測定可能なように構成されている。

【0048】

（半導体式ガス検知素子を含むガスセンサの製造方法）
次に、図６（ａ）〜（ｅ）を参照して、ＭＥＭＳ技術による半導体式ガス検知素子１００の製造方法について説明する。図６（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ、半導体式ガス検知素子１００の製造工程を示している。製造工程は、図６（ａ）〜（ｅ）の順で実施される。なお、以下に示す半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、一例であり、本発明の半導体式ガス検知素子１００の製造方法は、以下に示す製造方法に限定されるものではない。

【0049】

はじめに、図６（ａ）に示すように、基板１の絶縁膜１１上に所定の厚みを有する白金の金属層Ｋを形成する。

【0050】

次に、図６（ｂ）に示すように、基板１上の所定位置にマスクＭを形成する。マスクＭは、平面視において（Ａ方向から見て）、基板１上に形成しようとする検知電極２（図４に示す被覆部２４および露出部２５）と重なる位置に、少なくとも形成される。

【0051】

次に、図６（ｃ）に示すように、エッチングにより、平面視において（Ａ方向から見て）、マスクＭ間に位置する金属層Ｋを除去する。これにより、検知電極２（検知電極パターンＰ（図１参照））が基板１上に形成される。

【0052】

次に、図６（ｄ）に示すように、基板１上のマスクＭが除去されて、検知電極２の上面（Ａ１方向の端面）が露出する。

【0053】

次に、図６（ｅ）に示すように、基板１および検知電極２上に、基板１の中央部の上方（基板１のＡ１方向側）から酸化スズを含む感応部３の材料溶液が滴下により塗布される。そして、酸化スズを含む感応部３の材料溶液が焼成され、感応部３が形成される。以上により半導体式ガス検知素子１００の製造が完了する。

【0054】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0055】

本実施形態では、上記のように、基板１上に配置され、被検知ガスよりも燃焼温度の低い易燃性ガスを燃焼除去するガス燃焼手段として露出部２５を設ける。これにより、ガス燃焼手段（露出部２５）により易燃性ガスを燃焼除去することができるので、被検知ガスに対する易燃性ガスの濃度を低くすることができる。このため、被検知ガスの選択性を向上させることができる。また、検知電極２とガス燃焼手段（露出部２５）とが基板１上に配置されるので、半導体製造プロセスにおいて、同一工程で検知電極２とガス燃焼手段（露出部２５）とを形成することができる。このため、製造工程を簡素化することができる。

【0056】

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段を、感応部３に覆われずに露出する露出部２５に形成する。これにより、ガス燃焼手段を露出させることができるので、ガス燃焼手段を易燃性ガスに接触させて確実に燃焼除去することができる。このため、被検知ガスの選択性を確実に向上させることができる。

【0057】

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段（露出部２５）を、検知電極２と一体的に形成する。これにより、ガス燃焼手段と検知電極２とを別体にする場合と比較して、部品点数を減らすることができるので、構造を簡素化することができる。

【0058】

また、本実施形態では、上記のように、ガス燃焼手段に、感応部３を加熱するヒータ部を設け、露出部２５に、ヒータ部のうち感応部３に覆われずに露出している部分を設ける。これにより、ヒータ部が電流により加熱される構成である場合に、ヒータ部を加熱するためにヒータ部に流される電流を、ガス燃焼手段の加熱にも利用することができる。

【0059】

また、本実施形態では、上記のように、検知電極２を、基板１上において蛇行形状を有し、露出部２５を含む検知電極パターンＰから形成し、感応部３を、検知電極パターンＰの中央部を覆うように配置する。これにより、検知電極２を、基板１の面積を大きくすることなく蛇行させることにより、基板１上において検知電極２の長さを大きく確保することができる。このため、半導体式ガス検知素子１００をより小型化することが可能となる。また、基板１上で感応部３が偏って配置される場合と比較して、感応部３が検知電極パターンＰの中央部を覆うように配置されると、基板１内の温度分布が偏るのを抑制することができる。このため、基板１（半導体式ガス検知素子１００）の加熱に伴う劣化を抑制することができる。

【0060】

（実施例）
次に、図１および図７〜図９を参照して、本発明の実施例および比較例について説明する。

【0061】

実施例では、図１に示す検知電極２を白金により作製するとともに、感応部３を酸化スズにより作製した。

【0062】

図７に示すように、比較例として、実施例と同一材料の検知電極２０２および実施例と同一材料の感応部２０３を備える半導体式ガス検知素子２００を作製した。感応部２０３は、実施例とは異なり、検知電極２０２の全体を覆っている。すなわち、比較例の半導体式ガス検知素子２００は、露出部（検知電極２０２が露出する部分）を備えておらず、検知電極２０２が雰囲気ガス（被検知ガスおよび易燃性ガスを含む）に接触しないように構成されている。

【0063】

（実施例・比較例の測定結果および評価）
実施例の半導体式ガス検知素子１００、および、比較例の半導体式ガス検知素子２００を、それぞれ、密閉された測定槽（図示せず）内に配置して、測定槽内にメタン、水素およびエタノールをそれぞれ互いに等しい量（ガス濃度）だけ封入して、センサ出力（ｍＶ）を電圧計（図示せず）により測定した。

【0064】

測定は、メタン、水素およびエタノールのそれぞれのガス濃度を５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍ、３０００ｐｐｍ、５０００ｐｐｍおよび１００００ｐｐｍとする条件で行った。すなわち、メタンのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、水素のガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍ、および、エタノールのガス濃度が５００（１０００、３０００、５０００、１００００）ｐｐｍとなるガスについて、センサ出力（ｍＶ）を測定した。

【0065】

＜比較例のメタン、水素、エタノールの測定結果＞
図８に示すように、比較例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が４０〜８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が８０〜１２０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１２０〜１６０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１４０〜１８０ｍＶの範囲に収まり、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタン、水素およびエタノールの各センサ出力が１６０〜２００ｍＶの範囲に収まる結果となった。すなわち、いずれのガス濃度においても、メタン、水素およびエタノールは、互いに比較的近いセンサ出力を示すことが分かった。また、いずれのガス濃度においてもメタンが最も小さなセンサ出力を示すことが分かった。

【0066】

＜実施例のメタンの測定結果＞
図９に示すように、実施例では、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約３５ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約５５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１０５ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１２５ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、メタンのセンサ出力が約１５０ｍＶを示す結果となった。

【0067】

＜実施例の水素の測定結果＞
ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約１５ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約２５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約４０ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約５０ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、水素のセンサ出力が約６５ｍＶを示す結果となった。

【0068】

＜実施例のエタノールの測定結果＞
また、ガス濃度が５００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１０ｍＶを示し、ガス濃度が１０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約１５ｍＶを示し、ガス濃度が３０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約３０ｍＶを示し、ガス濃度が５０００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約３５ｍＶを示し、ガス濃度が１００００ｐｐｍの場合、エタノールのセンサ出力が約４５ｍＶを示す結果となった。

【0069】

＜評価＞
実施例では、いずれのガス濃度においてもメタンのセンサ出力が水素およびエタノールのセンサ出力よりも大幅に大きくなる（２倍以上になる）ことが分かった。すなわち、測定槽内の易燃性ガス（妨害ガス）がガス封入時よりも少なくなり、メタンが選択的に検知されていることが分かった。また、比較例とは逆に、いずれのガス濃度においてもメタンが最も大きなセンサ出力を示すことが分かった。

【0070】

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0071】

たとえば、上記実施形態では、感応部を概して矩形形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１０に示す変形例の半導体式ガス検知素子３００のように、検知電極２が露出しているのであれば、感応部３０３を楕円形状などの矩形形状以外の形状に形成してもよい。

【0072】

また、上記実施形態では、感応部を、基板の被支持部の中心線に対して対称形状となるように形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、感応部を、基板の被支持部の中心線に対して一方側に偏った非対称形状となるように形成してもよい。

【0073】

また、上記実施形態では、感応部は検知電極の一部を覆うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検知電極間に感応部を配置するように構成（検知電極を覆わないように構成）してもよい。

【0074】

また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子によりメタンを被検知ガスとして検知した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、プロパンやブタンなどのメタン以外のガスを被検知ガスとして検知してもよい。この際、易燃性ガスは、プロパンやブタンよりも燃焼温度が低いガスとなる。

【0075】

また、上記実施形態では、感応部を、検知電極の表面（上面）の約７０％を覆うように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、被検知ガスを適切に検知可能であるならば、感応部を、検知電極の表面の７０％よりも大きな範囲、または、７０％よりも小さな範囲（０％を含む）を覆うように構成してもよい。ただし、感応部を、検知電極の表面の約５０％〜９０％を覆うように構成するのが好ましい。

【0076】

また、上記実施形態では、検出パターンを蛇行形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、検出パターンを櫛歯形状などの蛇行形状以外の形状に形成してもよい。

【0077】

また、上記実施形態では、基板の被支持部を矩形形状に形成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、基板の被支持部を円形形状などの矩形形状以外の形状に形成してもよい。

【0078】

また、上記実施形態では、感応部を基板の被支持部の中央部に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、感応部を環状に形成して、基板の被支持部の中央部を囲むように配置してもよい。

【0079】

また、上記実施形態では、半導体式ガス検知素子を２端子式の構成（１つの検知電極に対してリード線を２つ設ける構成）とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、半導体式ガス検知素子を４端子式の構成（２つの検知電極に対してそれぞれリード線を２つ設ける構成）などとしてもよい。

【0080】

また、上記実施形態では、検知電極と、感応部を加熱するヒータ部とを一体的な構成（同一構成）とした例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、検知電極と、感応部を加熱するヒータ部とを別々の構成としてもよい。この場合、ヒータ部をガス燃焼手段として用いる。

【0081】

また、上記実施形態では、検知電極（露出部）により、易燃性ガスを燃焼除去するように構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ガス燃焼手段として、検知電極とは別の構成を設けて、易燃性ガスを燃焼除去してもよい。

【符号の説明】

【0082】

１ 基板
２ 検知電極
３、３０３ 感応部
２４ 被覆部
２５ 露出部（ガス燃焼手段）
１００、３００ 半導体式ガス検知素子
Ｐ 検知電極パターン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】