【公開日：2024.07.25】【最終更新日：2024.03.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

23KT1252

利用課題名 / Title

MEMSセンサの開発

利用した実施機関 / Support Institute

京都大学 / Kyoto Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マルチマテリアル化技術・次世代高分子マテリアル/Multi-material technologies / Next-generation high-molecular materials（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

限界電流式,酸素センサ,小型,応力,センサ/ Sensor,リソグラフィ/ Lithography,ダイシング/ Dicing,3D積層技術/ 3D lamination technology

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

照元 幸次

所属名 / Affiliation

ローム株式会社

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

赤坂俊輔,畑野舞子

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術相談/Technical Consultation

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

KT-119：両面マスク露光&ボンドアライメント装置
KT-334：ウエハプロファイラ
KT-218：レーザダイシング装置
KT-221：紫外線照射装置
KT-222：エキスパンド装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

高温高湿な過酷な環境においても信頼性の高いバルクYSZベースの限界電流式酸素センサは、車載や産業機器、半導体プロセス装置から医療など様々な場面で利用されている。しかし、バルクYSZを含むセンサ全体を500℃以上に加熱して使用するため、高温物体による危険性や加熱のための数ワットの消費電力が原因となり、ポータブル機器や環境モニタリングなどの分野への利用は広がっていない。今回、長期動作に伴うYSZの劣化を防ぐために成膜条件の最適化を実施した。

実験 / Experimental

6インチシリコン基板上にYSZをRFスパッタ法により室温で成膜し、ウエハの反りを測定してYSZ薄膜の残留応力を導出した。さらに、高温動作による応力変動を把握するため、残留応力のポストアニール温度依存性の評価も行った。

結果と考察 / Results and Discussion

図１は、今回使用したウエハの反り量を測定する装置である。ピンの上にシリコンウエハをセットすることにより、自重でウエハが反る。ウエハに成膜した薄膜の残留応力によりウエハの反りの程度が変化するため、薄膜の応力を導出することができる。図2は、YSZ薄膜の残留応力のポストアニール温度依存性である。アニール温度は10時間である。成膜直後のYSZ薄膜は圧縮応力であるが、ポストアニールにより圧縮応力が小さくなっていく。今回の成膜条件では、ポストアニール温度が700℃でも圧縮応力を保つことが確認された。マイクロヒーターによる急激な温度変化があるため、クラックの恐れのある引張応力よりも圧縮応力であることが好ましく、今回の成果により十分なマージンをもって圧縮応力を保つことが示された。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

図1. ウエハ反り測定装置

図2. RFスパッタ成膜YSZ薄膜応力のポストアニール温度依存性

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

1. Shunsuke Akasaka, Low‐Power and Fast‐Response Limiting Current‐Type Oxygen Microsensor with a Wide Range Oxygen Concentration, IEEJ Transactions on Electrical and Electronic Engineering, 19, 796-799(2023).
   DOI: https://doi.org/10.1002/tee.23939
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：1件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：1件