(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にガス検知素子と補償素子とが隣接して設けられ、ガス検知素子と補償素子とで可燃性ガスを燃焼す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接触燃焼式ガスセンサであって、
前記基板は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成る基板の表面は、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面として、Ｖ溝が複数集積されて成るＶ溝状、または、メサ溝が複数集積されて成るメサ状のコルゲート表面構造を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項２】
前記ガス検知素子は、
前記基板のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、当該ヒータのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層と、当該熱伝導層のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を介して伝導された当該ヒータの発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層を有する、
ことを特徴とする請求項１に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項３】
前記基板のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に担持された状態で当該基板のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜を有し、
前記ガス検知素子におけるヒータが、前記誘電体膜のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で当該誘電体膜上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項４】
前記補償素子は、
前記ガス検知素子に隣接して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に形成され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、当該ヒータに熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層を有する、
ことを特徴とする請求項３に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項５】
前記補償素子におけるヒータが、前記誘電体膜に接触した状態で当該誘電体膜上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項４に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項６】
基板上にガス検知素子と補償素子とが隣接して設けられ、ガス検知素子と補償素子とで可燃性ガスを燃焼す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接触燃焼式ガスセンサであって、
前記基板は、所定の厚さで形成されたダイアフラムを有し、
前記ダイアフラムは、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成るダイアフラムの表面は、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面として、Ｖ溝が複数集積されて成るＶ溝状またはメサ溝が複数集積されて成るメサ状コルゲート表面構造を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項７】
前記ガス検知素子は、
前記ダイアフラムのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、当該ヒータのＶ溝状コルゲート表面構造上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層と、当該熱伝導層のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を介して伝導された当該ヒータの発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層を有する、
ことを特徴とする請求項６に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項８】
前記ダイアフラムのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に担持された状態で当該ダイアフラムのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触して形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜を有し、
前記ガス検知素子におけるヒータが、前記誘電体膜のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で当該誘電体膜上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項７に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項９】
前記補償素子は、
前記ガス検知素子に隣接して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に形成され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、当該ヒータに熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層を有する、
ことを特徴とする請求項７または８に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１０】
前記補償素子におけるヒータが、前記誘電体膜に接触した状態で当該誘電体膜上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項９に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１１】
前記誘電体膜は酸化物を用いて形成され、
前記ガス検知素子におけるヒータと前記補償素子におけるヒータが、前記酸化物に接触した状態で当該酸化物上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項４，５，９または１０に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１２】
前記酸化物がシリコン酸化物である、
ことを特徴とする請求項１１に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１３】
前記誘電体膜は、前記酸化物と、当該酸化物のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で当該酸化物のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持されて形成された五酸化タンタルとを有し、
前記ガス検知素子におけるヒータのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造が、前記五酸化タンタルに接触した状態で当該五酸化タンタルのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１４】
前記誘電体膜は、前記酸化物と、当該酸化物の前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で当該酸化物のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持されて形成された五酸化タンタルとを有し、
前記補償素子におけるヒータが、前記五酸化タンタルに接触した状態で当該酸化物のＶ溝状コルゲート表面構造またはメサ状コルゲート表面構造上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする請求項１２に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１５】
前記ガス検知素子におけるヒータと前記補償素子におけるヒータとは、同一の抵抗材料を用いて同一形状に形成されている、
ことを特徴とする請求項１３または１４に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１６】
前記ヒータは、白金を用いて形成されている、
ことを特徴とする請求項１５に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１７】
前記誘電体膜を介して前記ヒータと反対側に、前記ガス検知素子におけるヒータの発熱量による前記ガス検知素子内部の温度分布を均一化するための均熱体を形成する、
ことを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１８】
前記誘電体膜を介して前記ヒータと反対側に、前記補償素子におけるヒータの発熱量による前記補償素子内部の温度分布を均一化するための均熱体を形成する、
ことを特徴とする請求項１７に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項１９】
前記ガス検知素子におけるヒータの発熱量または前記補償素子におけるヒータの発熱量によって前記基板内に発生する熱応力を緩和するための熱応力緩和凹部を当該ガス検知素子または当該補償素子の少なくとも一方の周辺に形成する、
ことを特徴とする請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項２０】
前記ガス検知素子におけるヒータまたは前記補償素子におけるヒータを前記ダイアフラム上に形成する場合、前記熱応力緩和凹部は、当該ダイアフラムを上下に貫通するように形成された貫通孔である、
ことを特徴とする請求項１９に記載の接触燃焼式ガスセンサ。
【請求項２１】
請求項５に記載の前記接触燃焼式ガスセンサの製造方法であって、
前記基板は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成る基板の表面に、基板表面に対して異方性エッチング処理を実行して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を形成する工程を含む表面形成工程と、
前記表面形成工程に続いて、前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を含む前記基板上に前記誘電体膜を担持して形成する誘電体膜形成工程と、
前記表面形成工程に続いて、前記補償素子におけるヒータを前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程と、前記ガス検知素子におけるヒータを前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、
前記ヒータ形成工程に続いて、酸化物の陽極酸化皮膜を形成する工程を含み、前記ガス検知素子における熱伝導層と前記補償素子における熱伝導層を形成する熱伝導層形成工程と、
前記陽極酸化皮膜形成工程に続いて、前記ガス検知素子の前記熱伝導層に接触した状態で前記触媒層を形成する触媒層形成工程を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの製造方法。
【請求項２２】
請求項１０に記載の前記接触燃焼式ガスセンサの製造方法であって、
前記基板上に前記誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、
前記誘電体膜形成工程に続いて、前記誘電体膜の所定部分を用いて前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を形成する前記Ｖ溝状コルゲート表面構造形成工程を含み、異方性エッチング処理を実行して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を形成する表面形成工程と、
前記表面形成工程に続いて、前記補償素子におけるヒータを前記Ｖ溝状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程と、前記ガス検知素子におけるヒータを前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、
前記ヒータ形成工程に続いて、酸化物の陽極酸化皮膜を形成する工程を含み、前記ガス検知素子における熱伝導層と前記補償素子における熱伝導層を形成する熱伝導層形成工程と、
前記陽極酸化皮膜形成工程に続いて、前記ガス検知素子の前記熱伝導層に接触した状態で前記触媒層を形成する触媒層形成工程を有し、
これらの工程を前記ダイアフラムを形成するダイアフラム形成工程に先だって行う、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上にガス検知素子と補償素子とが隣接して設けられ、ガス検知素子と補償素子とで可燃性ガスを燃焼す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接触燃焼式ガスセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の接触燃焼式ガスセンサを説明するための断面図である。
【０００３】
従来この種の接触燃焼式ガスセンサとしては、例えば、特開平７−１１３７７６号公報（発明の名称：接触燃焼式ガスセンサ、出願人：富士電機株式会社、出願日：１９９３年１０月１９日）に示すようなものがある。
【０００４】
すなわち、図５に示す接触燃焼式ガスセンサＡは、半導体基体１に接着層２を介して誘電体層３で橋絡部を形成し、橋絡部上に４個の金属薄膜抵抗体（白金）７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを形成し、金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄを加熱体および抵抗測温体として用い、隣接する金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄの上にガス検知層５と補償層６を各々設け、触媒担体としてのアルミナ担体を蒸着処理またはスパッタ処理を用いて金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ上に形成し、アルミナ担体に貴金属を担持してガス検知層５を形成し、アルミナ担体に酸化銅を担持して補償層６を形成していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の接触燃焼式ガスセンサＡでは、触媒担体としてのアルミナ担体を蒸着処理またはスパッタ処理を用いて金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ上に形成していたため、金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ表面から内部へのアルミナ担体の拡散性および膜の密着強度が十分でなく、金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄが加熱状態になった際に発生する熱応力に起因してアルミナ担体に応力破壊が発生してしまう可能性があり、アルミナ担体に応力破壊に起因してセンサのガス検知感度に経時的な劣化が発生する可能性がある結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現することが難しいという技術的課題があった。
【０００６】
また触媒担体としてのアルミナ担体を蒸着処理またはスパッタ処理を用いて金属薄膜抵抗体７Ａ，７Ｂ，７Ｃ，７Ｄ上に形成していたため、可燃性ガスの燃焼に寄与するアルミナ担体の表面積が十分でない結果、十分なガス検知感度が得られない可能性があるという技術的課題もあった。
【０００７】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与するアルミナ担体の表面積が十分でないことに起因して、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子がアルミナ担体の表面に付着した場合にガス検知感度の急激な劣化が発生する可能性がある結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現することが難しいという技術的課題もあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点を解決することを課題としており、第１に、基板上にガス検知素子が設けられ、ガス検知素子のセンサ面に接触した所定種類のガスを検知するガスセンサであって、センサ面が、メサ溝またはＶ溝が複数集積されて成るＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を、ガスが接触する界面として有するガスセンサにより、熱伝導層とヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【０００９】
また触媒担体としてのポーラス形の陽極酸化皮膜で熱伝導層を形成することにより、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１０】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１１】
第２に、基板が、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、シリコン単結晶から成る基板の表面が、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面としてＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し、ガス検知素子が、基板のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、ヒータのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層と、熱伝導層のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を介して伝導されたヒータの発熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層を有し、補償素子が、ガス検知素子に隣接してＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に形成され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、ヒータに熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層を有する接触燃焼式ガスセンサにより、熱伝導層とヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１２】
また触媒担体としてのポーラス形の陽極酸化皮膜で熱伝導層を形成することにより、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１３】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１４】
第３に、基板が、所定の厚さで形成されたダイアフラムを有し、ダイアフラムが、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、シリコン単結晶から成るダイアフラムの表面が、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面としてＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し、ガス検知素子が、ダイアフラムのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、ヒータのＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層と、熱伝導層のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を介して伝導されたヒータの発熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層を有し、補償素子が、ガス検知素子に隣接してＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に形成され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータと、ヒータに熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層を有する接触燃焼式ガスセンサにより、熱伝導層とヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１５】
また触媒担体としてのポーラス形の陽極酸化皮膜で熱伝導層を形成することにより、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１６】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１７】
第４に、前述の接触燃焼式ガスセンサの製造方法であって、基板は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、シリコン単結晶から成る基板の表面に、基板表面に対して異方性エッチング処理を実行してＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を形成する工程を含む表面形成工程と、表面形成工程に続いて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を含む基板上に誘電体膜を担持して形成する誘電体膜形成工程と、表面形成工程に続いて、補償素子におけるヒータをＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程と、ガス検知素子におけるヒータをＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、ヒータ形成工程に続いて、ガス検知素子における熱伝導層と補償素子における熱伝導層を形成する熱伝導層形成工程と、陽極酸化皮膜形成工程に続いて、ガス検知素子の熱伝導層に接触した状態で触媒層を形成する触媒層形成工程を有する製造方法により、熱伝導層とヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１８】
また触媒担体としてのポーラス形の陽極酸化皮膜で熱伝導層を形成することにより、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００１９】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００２０】
第５に、前述の接触燃焼式ガスセンサの製造方法であって、基板上に誘電体膜を形成する誘電体膜形成工程と、誘電体膜形成工程に続いて、誘電体膜の所定部分を用い異方性エッチング処理を実行してメサ状コルゲート表面構造を形成する表面形成工程と、表面形成工程に続いて、補償素子におけるヒータをメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程と、ガス検知素子におけるヒータをメサ状コルゲート表面構造上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、ヒータ形成工程に続いて、ガス検知素子における熱伝導層と補償素子における熱伝導層を形成する熱伝導層形成工程と、陽極酸化皮膜形成工程に続いて、ガス検知素子の熱伝導層に接触した状態で触媒層を形成する触媒層形成工程を有する製造方法により、熱伝導層とヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００２１】
また触媒担体としてのポーラス形の陽極酸化皮膜で熱伝導層を形成することにより、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００２２】
更に、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避できる結果、長期的に高い安定性および信頼性を実現できる接触燃焼式ガスセンサを提供することを課題としている。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、
基板１２上にガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とが隣接して設けられ、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とで可燃性ガスを燃焼す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接触燃焼式ガスセンサ１０であって、
前記基板１２は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成る基板１２の表面は、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面として、Ｖ溝が複数集積されて成るＶ溝状またはメサ溝が複数集積されて成るメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００２４】
請求項１に記載の発明によれば、接触燃焼式ガスセンサ１０を構成する各層が、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１、または、Ｖ溝状コルゲート表面構造よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有するようにできるといった効果を奏する。
【００２５】
これにより、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する各層間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する積層構造の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００２６】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する積層構造は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、積層構造の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【００２７】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する積層構造の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【００２８】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する積層構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する積層構造の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が積層構造の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００２９】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する積層構造は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００３０】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する積層構造は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて積層構造に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する積層構造の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００３１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ガス検知素子３０は、
前記基板１２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、当該ヒータ１８のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層２２と、当該熱伝導層２２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を介して伝導された当該ヒータ１８の発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層２４を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００３２】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００３３】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【００３４】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【００３５】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００３６】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００３７】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００３８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記基板１２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に担持された状態で当該基板１２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を有し、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８が、前記誘電体膜１４，１６のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で当該誘電体膜１４，１６上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００３９】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有し熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４０】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記補償素子３２１，３２２，３２３は、
前記ガス検知素子３０に隣接して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に形成され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、当該ヒータ１８に熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層２２を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００４１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有し熱良導体である熱伝導層２２を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答な補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に担持された状態で当該基板１２上に形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を有し、
前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８が、前記誘電体膜１４，１６に接触した状態で当該誘電体膜１４，１６上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００４３】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４４】
請求項６に記載の発明は、
基板１２上にガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とが隣接して設けられ、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とで可燃性ガスを燃焼す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接触燃焼式ガスセンサ１０であって、
前記基板１２は、所定の厚さで形成されたダイアフラム１２２を有し、
前記ダイアフラム１２２は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成るダイアフラム１２２の表面は、異方性エッチング処理されて作成されガスが燃焼する界面として、Ｖ溝が複数集積されて成るＶ溝状またはメサ溝が複数集積されて成るメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００４５】
請求項６に記載の発明によれば、基板１２よりも実効的に熱容量の小さいダイアフラム１２２上にヒータ１８を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避できる結果、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４６】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有し熱良導体である熱伝導層２２を設けることにより、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４７】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００４８】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【００４９】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【００５０】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５１】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５２】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００５３】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有し可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層２４を設けることにより、十分なガス検知感度を実現でき、更に、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５４】
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ガス検知素子３０は、
前記ダイアフラム１２２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、当該ヒータ１８のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に熱的に接触して担持された熱良導体である熱伝導層２２と、当該熱伝導層２２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を介して伝導された当該ヒータ１８の発熱量に応じて発熱して前記可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層２４を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００５５】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５６】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【００５７】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【００５８】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００５９】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６０】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００６１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ダイアフラム１２２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に担持された状態で当該ダイアフラム１２２のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触して形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を有し、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８が、前記誘電体膜１４，１６のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で当該誘電体膜１４，１６上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００６２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有し熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６３】
請求項９に記載の発明は、請求項７または８に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記補償素子３２１，３２２，３２３は、
前記ガス検知素子３０に隣接して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に形成され前記可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、当該ヒータ１８に熱的に担持されて設けられた熱良導体である熱伝導層２２を有する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００６４】
請求項９に記載の発明によれば、請求項７または８に記載に記載の効果と同様の効果を奏する。
【００６５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に担持された状態で当該基板１２上に担持されて形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を有し、
前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８が、前記誘電体膜１４，１６に接触した状態で当該誘電体膜１４，１６上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００６６】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６７】
請求項１１に記載の発明は、請求項４，５，９または１０に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記誘電体膜１４，１６は酸化物１４を用いて形成され、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８と前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８が、前記酸化物１４に接触した状態で当該酸化物１４上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００６８】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項４，５，９または１０に記載の効果に加えて、熱不良導体特性を有する酸化物１４を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００６９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記酸化物１４がシリコン酸化物１４である、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００７０】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１１に記載の効果に加えて、熱不良導体特性および耐環境性を有するシリコン酸化物１４を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００７１】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記誘電体膜１４，１６は、前記酸化物１４と、当該酸化物１４のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で当該酸化物１４のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持されて形成された五酸化タンタル１６とを有し、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１が、前記五酸化タンタル１６に接触した状態で当該五酸化タンタル１６のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００７２】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載の効果に加えて、熱不良導体特性を有するシリコン酸化物１４と五酸化タンタル１６との積層を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００７３】
請求項１４に記載の発明は、請求項１２に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記誘電体膜１４，１６は、前記酸化物１４と、当該酸化物１４のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で当該酸化物１４のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持されて形成された五酸化タンタル１６とを有し、
前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８が、前記五酸化タンタル１６に接触した状態で当該五酸化タンタル１６のＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持されて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００７４】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１２に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に熱不良導体特性を有するシリコン酸化物１４とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有する五酸化タンタル１６との積層を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答な補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００７５】
請求項１５に記載の発明は、請求項１３または１４に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８と前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８とは、同一の抵抗材料を用いて同一形状に形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００７６】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１３または１４に記載の効果に加えて、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とを用いたブリッジ回路を有する高精度のガス検出回路４０を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【００７７】
請求項１６に記載の発明は、請求項１５に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ヒータ１８は、白金を用いて形成されている、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００７８】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に記載の効果に加えて、化学的に安定な白金をヒータ１８に用いることにより、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００７９】
請求項１７に記載の発明は、請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記誘電体膜を介して前記ヒータ１８と反対側に、前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８の発熱量による前記ガス検知素子３０内部の温度分布を均一化するための均熱体２６を形成する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００８０】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の効果に加えて、均熱体２６を用いてガス検知素子３０内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有するガス燃焼動作および測温動作が可能なガス検知素子３０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００８１】
請求項１８に記載の発明は、請求項１７に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記誘電体膜を介して前記ヒータ１８と反対側に、前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８の発熱量による前記補償素子３２１，３２２，３２３内部の温度分布を均一化するための均熱体２６を形成する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００８２】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１７に記載の効果に加えて、均熱体２６を用いて補償素子３２１，３２２，３２３内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有する補償動作が可能な補償素子３２１，３２２，３２３を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００８３】
請求項１９に記載の発明は、請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８の発熱量または前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８の発熱量によって前記基板１２内に発生する熱応力を緩和するための熱応力緩和凹部３４１，３４２，３４３，３４４を当該ガス検知素子３０または当該補償素子３２１，３２２，３２３の少なくとも一方の周辺に形成する、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００８４】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載の効果に加えて、熱応力緩和凹部３４１，３４２，３４３，３４４を設けてガス検知素子３０内や補償素子３２１，３２２，３２３内に発生する熱応力を緩和することにより、熱応力に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するガス検知素子３０や補償素子３２１，３２２，３２３の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００８５】
すなわち、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００８６】
請求項２０に記載の発明は、請求項１９に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０において、
前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８または前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８を前記ダイアフラム１２２上に形成する場合、前記熱応力緩和凹部３４１，３４２，３４３，３４４は、当該ダイアフラム１２２を上下に貫通するように形成された貫通孔３４１，３４２，３４３，３４４である、
ことを特徴とする接触燃焼式ガスセンサ１０である。
【００８７】
請求項２０に記載の発明によれば、請求項１９に記載の効果に加えて、半導体プロセスを用いて作成が容易な貫通孔３４１，３４２，３４３，３４４を設けてガス検知素子３０内や補償素子３２１，３２２，３２３内に発生する熱応力を緩和することにより、熱応力に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するガス検知素子３０や補償素子３２１，３２２，３２３の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【００８８】
すなわち、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【００８９】
請求項２１に記載の発明は、請求項５に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０の製造方法であって、
前記基板１２は、所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成り、
当該シリコン単結晶から成る基板１２の表面に、前記基板１２表面に対して異方性エッチング処理を実行して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を形成する工程を含む表面形成工程と、
前記表面形成工程に続いて、前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１を含む前記基板１２上に前記誘電体膜１４，１６を担持して形成する誘電体膜形成工程と、  前記表面形成工程に続いて、前記補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８を前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持された状態で形成する工程と、前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８を前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、
前記ヒータ形成工程に続いて、前記ガス検知素子３０における熱伝導層２２と前記補償素子３２１，３２２，３２３における熱伝導層２２を形成する熱伝導層形成工程と、
前記熱伝導層形成工程に続いて、前記ガス検知素子３０の前記熱伝導層２２に接触した状態で前記触媒層２４を形成する触媒層形成工程を有する、
ことを特徴とする製造方法である。
【００９０】
請求項２１に記載の発明によれば、請求項５に記載の効果と同様の効果を奏する。
【００９１】
請求項２２に記載の発明は、請求項１０に記載の接触燃焼式ガスセンサ１０の製造方法であって、
前記基板１２上に前記誘電体膜１４，１６を形成する誘電体膜形成工程と、
前記誘電体膜形成工程に続いて、前記誘電体膜１４，１６の所定部分を用いて前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２41を形成する誘電体膜形成工程と、異方性エッチング処理を実行して前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２41を形成する表面形成工程と、
前記表面形成工程に続いて、前記補償素子３２1，３２2，３２3におけるヒータ１８を前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２41上に担持された状態で形成する工程と、前記ガス検知素子３０におけるヒータ１８を前記Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２41上に担持された状態で形成する工程を含むヒータ形成工程と、
前記ヒータ形成工程に続いて、前記ガス検知素子３０における熱伝導層２２と前記補償素子３２1，３２2，３２3における熱伝導層２２を形成する熱伝導層形成工程と、
前記熱伝導層形成工程に続いて、前記ガス検知素子３０の前記熱伝導層２２に接触した状態で前記触媒層２４を形成する触媒層形成工程を有し、
これらの工程を前記ダイアフラムを形成するダイアフラム形成工程に先だって行う
ことを特徴とする製造方法である。
【００９２】
請求項２２に記載の発明によれば、請求項１０に記載の効果と同様の効果を奏する。
【００９３】
【発明の実施の形態】
初めに、図面に基づき、本発明の接触燃焼式ガスセンサの一実施形態を説明する。
【００９４】
図１は、本発明の接触燃焼式ガスセンサ１０の実施形態を説明するための断面図である。図２は、図１の接触燃焼式ガスセンサ１０の上面図である。
【００９５】
本接触燃焼式ガスセンサ１０は、本発明のガスセンサの一形態であって、基板１２上にガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とが隣接して設けられ、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とで可燃性ガスを燃焼す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、所謂、接触燃焼式のガスセンサである。
【００９６】
具体的には、ホイートストーンブリッジ等のブリッジ回路に接触燃焼式ガスセンサ１０を組み込んだガス検出回路４０（後述）を用いて、可燃性ガスの検量を実行することになる。
【００９７】
本接触燃焼式ガスセンサ１０においては、基板１２は所定の厚さで形成され所定の結晶方位を有するシリコン単結晶から成るダイアフラム１２２を有している。具体的には、基板１２として結晶方位（１００）のシリコン（元素記号：Ｓｉ）単結晶（具体的には、厚さが数１００μｍ〜１ｍｍ程度のシリコンウェハ）を用いている。以降、シリコン基板１２と総称することにする。
【００９８】
またダイアフラム１２２は、図１および図２に示すように、シリコン基板１２の裏面を数１０〜数１００μｍ程度の厚さまで異方性エッチング処理して形成している。以降、この様なダイアフラム１２２をＳｉダイアフラム１２２と総称することにする。
【００９９】
Ｓｉ単結晶から成るＳｉダイアフラム１２２の表面には、補償素子３２１，３２２，３２３を形成するためのＶ溝状コルゲート表面構造１２４１が作成され、更に、ガス検知素子３０が形成されると同時にガスが燃焼する界面としてのＶ溝状コルゲート表面構造１２４１が異方性エッチング処理によって作成されている。
【０１００】
ここで、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１とは、（１００）Ｓｉ単結晶の斜めエッチング特性を利用して形成される数μｍ〜数１０μｍのピッチのＶ字形状の線状の襞（コルゲート：ｃｏｒｒｕｇａｔｅ）構造を意味している。この様なＶ字形状の深さや幅は数μｍ〜数１０μｍの範囲で任意に選択することができる。
【０１０１】
なお、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１に代えて、ガス検知素子３０が形成されると同時にガスが燃焼する界面としてのメサ状コルゲート表面構造を用いることも可能である。メサ状コルゲート表面構造とは、（１００）Ｓｉ単結晶の斜めエッチング特性を利用して形成される凸形状のメサが数μｍ〜数１０μｍのピッチでシリコン基板１２平面上に形成された構造を意味している。この様なメサの底辺および高さは数μｍ〜数１０μｍの範囲で任意に選択することができる。これにより、シリコン基板１２よりも実効的に熱容量の小さいＳｉダイアフラム１２２上にヒータ１８を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避できる結果、メサ状コルゲート表面構造を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有し熱良導体である熱伝導層２２を設けることにより、メサ状コルゲート表面構造を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。また、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２とメサ状コルゲート表面構造を有するヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１０２】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。また、メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。更に、メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中にシリコン基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有し可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層２４を設けることにより、十分なガス検知感度を実現でき、更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１０３】
接触燃焼式ガスセンサ１０は、Ｓｉダイアフラム１２２のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１に担持された状態（すなわち、積層された状態）でＳｉダイアフラム１２２のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１に接触して形成された熱不良導体特性を有する誘電体膜１４，１６を有している。
【０１０４】
誘電体膜１４，１６は、シリコン酸化物１４と、酸化物１４上に形成されるＶ溝状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態でシリコン酸化物１４のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に積層されて形成された五酸化タンタル１６とを有している。なお、五酸化タンタル１６に代えて、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等を用いることもできる。
【０１０５】
酸化物１４としては、シリコン酸化物１４を用いることが望ましい。本実施形態では、前述のＳｉ単結晶基板１２の表面を熱酸化処理することにより得られるシリコン酸化物１４（具体的には、酸化シリコン）を酸化物１４として用いることが望ましい。以降、この様なシリコン酸化物１４を酸化シリコン１４と総称することにする。
【０１０６】
この場合、酸化シリコン１４の酸化膜厚は１μｍ程度以下であるため、図１に示すように、下地のシリコン基板１２におけるＶ溝状コルゲート表面構造１２４１が現れる結果、酸化シリコン１４の上面には、このＶ溝状コルゲート表面構造１２４１と同様な表面構造が踏襲されて形成されることになる。
【０１０７】
すなわち、熱不良導体特性を有する酸化物１４を設けることにより、シリコン基板１２におけるＶ溝状コルゲート表面構造１２４１と同様な表面構造を踏襲することができるようになるといった効果を奏する。更に、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１０８】
この場合、五酸化タンタル１６の膜厚は０．５μｍ程度以下であるため、図１に示すように、下地のシリコン酸化物１４におけるＶ溝状コルゲート表面構造１２４１が現れる結果、五酸化タンタル１６の上面には、このＶ溝状コルゲート表面構造１２４１と同様な表面構造が踏襲されて形成されることになる。
【０１０９】
すなわち、熱不良導体特性および耐環境性を有する酸化シリコン１４を設けることにより、シリコン基板１２におけるＶ溝状コルゲート表面構造１２４１と同様な表面構造を踏襲することができるようになるといった効果を奏する。更に、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１１０】
この場合、ガス検知素子３０におけるヒータ１８は、後述するように、五酸化タンタル１６のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に接触した状態で積層されることになる。以降、誘電体膜１４，１６を誘電体膜（酸化シリコン／五酸化タンタル）１４，１６と総称することにする。
【０１１１】
これにより、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１１２】
続いて、ガス検知素子３０の構造を説明する。
【０１１３】
ガス検知素子３０は、Ｓｉダイアフラム１２２のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に積層され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、ヒータ１８のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に熱的に接触して積層された熱良導体である熱伝導層２２と、熱伝導層２２のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を介して伝導されたヒータ１８の発熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層２４（具体的には、白金Ｐｔ、パラジウムＰｄ等の貴金属薄膜層）を有している。以降、この様な触媒層２４をＰｔ／Ｐｄ触媒層２４と総称することにする。
【０１１４】
なお、ガス検知素子３０は、Ｓｉダイアフラム１２２のメサ状コルゲート表面構造上に積層され可燃性ガスの燃焼を促すためのヒータ１８と、ヒータ１８のメサ状コルゲート表面構造上に熱的に接触して積層された熱良導体である熱伝導層２２と、熱伝導層２２のメサ状コルゲート表面構造を介して伝導されたヒータ１８の発熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用するＰｔ／Ｐｄ触媒層２４から構成されていても良い。この場合、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２とメサ状コルゲート表面構造を有するヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的を更に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に更に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。更に、メサ状コルゲート表面構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に更に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。また、メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用するＰｔ／Ｐｄ触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について更に長期的に高い安定性、更に高い再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。更に、メサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中にシリコン基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１１５】
ガス検知素子３０におけるヒータ１８は、酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１に接触した状態で酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６上に積層されて形成されている。
【０１１６】
すなわち、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有し熱不良導体特性を有する酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１１７】
なお、Ｓｉダイアフラム１２２のメサ状コルゲート表面構造に積層された状態でＳｉダイアフラム１２２のメサ状コルゲート表面構造に接触して形成された熱不良導体特性を有する酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６を有し、ガス検知素子３０におけるヒータ１８が、酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６のメサ状コルゲート表面構造に接触した状態で酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６上に積層されて形成されることが望ましい。すなわち、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造を有し熱不良導体特性を有する酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６を設けることにより、ヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、メサ状コルゲート表面構造を有するヒータ１８が生成する発熱量を更に効率よくかつ短時間でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１１８】
ここで、ガス検知素子３０におけるヒータ１８は、補償素子３２１，３２２，３２３におけるヒータ１８と同一の抵抗材料を用いて同一形状に形成されている。これにより、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とでホイートストーンブリッジ（後述）を構成した場合に、精度良く抵抗バランスをとることができ、その結果、ガスの検知精度を向上させることができる。
【０１１９】
具体的には、白金（元素記号：Ｐｔ）の薄膜を九十九折り（ジグザグ）形状に形成している。以降、Ｐｔヒータ１８と総称することにする。なお、ヒータ材料としては、Ｐｔの他に、抵抗温度係数が大きく、高温まで熱的に安定な金属または化合物であるルテニウム（元素記号：Ｒｕ）の酸化物（ＲｕＯ２）やハフニウム（元素記号：Ｈｆ）の酸化物（ＨｆＯ２）等を用いることも可能である。
【０１２０】
これにより、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とを用いたブリッジ回路を有する高精度のガス検出回路４０を実現することができるようになるといった効果を奏する。また化学的に安定な白金をＰｔヒータ１８に用いることにより、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１２１】
本実施形態では、ガス検知素子３０における熱伝導層２２が、アルミニウム（元素記号：Ａｌ）の酸化物（Ａｌ２Ｏ３；アルミナ）を用いて形成されている点に特徴を有している。以降、熱伝導層２２をアルミナ層２２で代表することにする。
【０１２２】
アルミナ層２２の均等物としては、タンタル（元素記号：Ｔａ）の酸化物（Ｔａ２Ｏ５）、チタン（元素記号：Ｔｉ）の酸化物（ＴｉＯ２）、ジルコニウム（元素記号：Ｚｒ）の酸化物（ＺｒＯ２）、タングステン酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物等の陽極酸化皮膜を形成できる金属を含む均等物ならば特に限定されることなく用いることができる。
【０１２３】
以上説明したように、ガス検知素子３０の実施形態によれば、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するアルミナ層２２とＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するＰｔヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、Ｐｔヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対するアルミナ層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１２４】
Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するアルミナ層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、アルミナ層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１２５】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与するアルミナ層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１２６】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１により、可燃性ガスの燃焼に寄与するアルミナ層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子がアルミナ層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１２７】
また、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するアルミナ層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用するＰｔ／Ｐｄ触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１２８】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するアルミナ層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べてアルミナ層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中にシリコン基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するアルミナ層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１２９】
続いて、補償素子の実施形態を説明する。
【０１３０】
本補償素子３２１，３２２，３２３は、図１に示すように、ガス検知素子３０に隣接してＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に形成され可燃性ガスの燃焼を促すためのＰｔヒータ１８と、Ｐｔヒータ１８に熱的に積層されて設けられた熱良導体である熱伝導層２２を有している。
【０１３１】
この場合、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１上に、シリコン基板１２上に積層されて形成された熱不良導体特性を有する酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６が形成されている。
【０１３２】
補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８は、酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６に接触した状態で、シリコン基板１２（Ｓｉダイアフラム１２２）のＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を踏襲するように酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６上に積層されて形成されている。
【０１３３】
すなわち、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１上に熱不良導体特性を有する酸化シリコン１４とＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を有する五酸化タンタル１６との積層を設けることにより、Ｐｔヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するＰｔヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答な補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１３４】
補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８は、ガス検知素子３０におけるＰｔヒータ１８と同一の抵抗材料を用いて同一形状に形成されている。
【０１３５】
具体的には、白金（Ｐｔ）の薄膜を九十九折り（ジグザグ）形状に形成している。以降、Ｐｔヒータ１８をと総称することにする。なお、ヒータ材料としては、Ｐｔの他に、ルテニウム（元素記号：Ｒｕ）の酸化物（ＲｕＯ２）やハフニウム（元素記号：Ｈｆ）の酸化物（ＨｆＯ２）等を用いることも可能である。
【０１３６】
これにより、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とを用いたブリッジ回路を有する高精度のガス検出回路４０を容易に実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１３７】
また、化学的に安定な白金をＰｔヒータ１８に用いることにより、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１３８】
これにより、ガス検知素子３０と補償素子３２１，３２２，３２３とを用いたブリッジ回路を有する高精度のガス検出回路４０を実現することができるようになるといった効果を奏する。化学的に安定な白金をＰｔヒータ１８に用いることにより、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１３９】
本実施形態では、補償素子３２１，３２２，３２３における熱伝導層２２が、アルミナ層２２で形成されている。
【０１４０】
アルミナ層２２の均等物としては、Ｔａの酸化物（五酸化タンタル、Ｔａ２Ｏ５）、Ｔｉの酸化物（ＴｉＯ２）、Ｚｒの酸化物（ＺｒＯ２）、タングステン酸化物、スズ酸化物、亜鉛酸化物等の陽極酸化皮膜を形成できる金属を含む均等物ならば特に限定されることなく用いることができる。
【０１４１】
続いて、ガス検知素子３０および補償素子３２１，３２２，３２３に共通に設けられる構成要素の実施形態を説明する。
【０１４２】
また、本実施形態の接触燃焼式ガスセンサ１０は、酸化シリコン１４を介したシリコン基板１２側（図１に示す裏側）に、ガス検知素子３０におけるＰｔヒータ１８の発熱量によるガス検知素子３０内部の温度分布を均一化するための均熱体２６が形成されている。
【０１４３】
すなわち、均熱体２６を用いてガス検知素子３０内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有するガス燃焼動作および測温動作が可能なガス検知素子３０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１４４】
同様の主旨で、酸化膜を介したシリコン基板１２の裏面側に、補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８の発熱量による補償素子３２１，３２２，３２３内部の温度分布を均一化するための均熱体２６が形成されている。
【０１４５】
ガス検知素子３０における均熱体２６と補償素子３２１，３２２，３２３における均熱体２６は、シリコン基板１２の裏面側をエッチング処理してＳｉダイアフラム１２２を形成する際に、Ｓｉの異方性エッチング処理を実行することにより、メサ形状の均熱体２６をＳｉダイアフラム１２２と一体化した状態で形成することができる。なお、Ｓｉダイアフラム１２２を形成した後で、裏面のＳｉダイアフラム１２２にＡｌ等の金属層を形成して均熱体２６とすることも可能である。
【０１４６】
すなわち、均熱体２６を用いて補償素子３２１，３２２，３２３内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有する補償動作が可能な補償素子３２１，３２２，３２３を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１４７】
なお、ガス検知素子３０における均熱体２６と補償素子３２１，３２２，３２３における均熱体２６とを共通の均熱体２６によって簡便に牽制することも可能であって、この場合も同様の効果を奏する。
【０１４８】
また本実施形態では、図１に示すように、ガス検知素子３０におけるＰｔヒータ１８の発熱量または補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８の発熱量によってシリコン基板１２内に発生する熱応力を緩和するための熱応力緩和凹部３４１，３４２，３４３，３４４（図２参照）を、ガス検知素子３０または補償素子３２１，３２２，３２３の少なくとも一方の周辺に形成している。
【０１４９】
具体的には、ガス検知素子３０におけるＰｔヒータ１８および補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８をダイアフラム１２２上に形成する場合、熱応力緩和凹部３４１，３４２，３４３，３４４として、ダイアフラム１２２を上下に貫通するように形成された貫通孔３４１，３４２，３４３，３４４を用いることが望ましい。
【０１５０】
すなわち、半導体プロセスを用いて作成が容易な貫通孔３４１，３４２，３４３，３４４を設けてガス検知素子３０内や補償素子３２１，３２２，３２３内に発生する熱応力を緩和することにより、熱応力に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するガス検知素子３０や補償素子３２１，３２２，３２３の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１５１】
すなわち、Ｐｔヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５２】
以上説明したように、本接触燃焼式ガスセンサ１０によれば、シリコン基板１２よりも実効的に熱容量の小さいＳｉダイアフラム１２２上にＰｔヒータ１８を設けることにより、Ｐｔヒータ１８が生成する発熱量がシリコン基板１２中に熱拡散する現象を回避できる結果、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するＰｔヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５３】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有し熱良導体である熱伝導層２２を設けることにより、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するＰｔヒータ１８が生成する発熱量を効率よくかつ短時間でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５４】
また、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２とＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を有するＰｔヒータ１８との間で十分な膜密着強度を実現でき、Ｐｔヒータ１８が加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層２２の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５５】
Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１５６】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１５７】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層２２の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層２２の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５８】
また、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用するＰｔ／Ｐｄ触媒層２４を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサ１０のガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１５９】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有する熱伝導層２２は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層２２に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中にシリコン基板１２と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサ１０の間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層２２の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１６０】
更に、Ｖ溝状コルゲート表面構造１２４１を有し可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用するＰｔ／Ｐｄ触媒層２４を設けることにより、十分なガス検知感度を実現でき、更に、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１６１】
次に、図面に基づき、接触燃焼式ガスセンサ１０の製造方法の一実施形態を説明する。
【０１６２】
図３は、図１の接触燃焼式ガスセンサ１０の製造方法の実施形態を説明するためのプロセス図である。なお、接触燃焼式ガスセンサ１０の説明において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
【０１６３】
本製造方法は、誘電体膜形成工程、表面形成工程、ヒータ形成工程、熱伝導層形成工程、陽極酸化皮膜形成工程、触媒層形成工程、Ｓｉダイアフラム形成工程、均熱体形成工程、熱応力緩和凹部形成工程、ダイアフラム形成工程を有している。
【０１６４】
誘電体膜形成工程は、シリコン基板１２上に酸化シリコン１４と五酸化タンタル１６をこの順番で形成する工程である。酸化シリコン１４は、前述したように、シリコン基板１２を熱酸化することによって形成することができる。
【０１６５】
表面形成工程は、誘電体膜形成工程とコルゲート表面形成工程を含んでいる。誘電体膜形成工程は、誘電体膜形成工程に続いて、酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６の所定部分を用いてＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を形成する工程である。一方コルゲート表面形成工程は、異方性エッチング処理を実行してＶ溝状コルゲート表面構造１２４１を形成する工程である。
【０１６６】
ヒータ形成工程は、表面形成工程に続いて、補償素子３２１，３２２，３２３におけるＰｔヒータ１８をＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に積層された状態で形成する工程と、ガス検知素子３０におけるＰｔヒータ１８をＶ溝状コルゲート表面構造１２４１上に積層された状態で形成する工程を含んでいる。
【０１６７】
熱伝導層形成工程は、ヒータ形成工程に続いて、ガス検知素子３０におけるアルミナ層２２と補償素子３２１，３２２，３２３におけるアルミナ層２２を形成する工程である。
【０１６８】
触媒層形成工程は、熱伝導層形成工程に続いて、ガス検知素子３０のアルミナ層２２に接触した状態でＰｔ／Ｐｄ触媒層２４を積層形成する工程である。
【０１６９】
Ｓｉダイアフラム形成工程は、均熱体形成工程に先だって実行される工程であって、Ｓｉダイアフラム１２2を形成する工程である。
均熱体形成工程は、Ｓｉダイアフラム形成工程の後、ガス検知素子３０または補償素子３２1，３２2，３２3における酸化シリコン／五酸化タンタル１４，１６を介したシリコン基板１２側に、均熱体２６を形成する工程である。
熱応力緩和凹部形成工程は、貫通孔３４1，３４2，３４3，３４4をガス検知素子３０または補償素子３２1，３２2，３２3の各々の周辺に形成する工程である。
【０１７０】
次に、図面に基づき、接触燃焼式ガスセンサ１０を用いたガス検出回路の一実施形態を説明する。
図４は、図１の接触燃焼式ガスセンサ１０をホイートストーンブリッジに組み込む場合のガス検出回路の回路図である。なお、接触燃焼式ガスセンサ１０または接触燃焼式ガスセンサ１０の製造方法の実施形態の説明において既に記述したものと同一の部分については、同一符号を付し、重複した説明は省略する。
図４に示すように、ガス検出回路４０は、３個の補償素子３２1，３２2，３２3とガス検知素子３０とを用いて構成したホイートストーンブリッジに、電源３６と電流検出手段３８とをＰｔパッド２０，…，２０（２０1，２０2，２０3，２０4）を介して組み込んだ回路構成を有している。
電源３６の高電位側（すなわち、電源電位Ｖcc側）は、ガス検知素子３０のＰｔパッド２０1、補償素子３２3のＰｔパッド２０6とに接続され、低電位側（すなわち、接地電位側）は、補償素子３２2のＰｔパッド２０4と補償素子３２1のＰｔパッド２０3に接続されている。
電流検出手段３８は、ガス検知素子３０および補償素子３２1の共通のＰｔパッド２０2と補償素子３２2，３２3の共通のＰｔパッド２０5との間に接続されている。
本ガス検出回路４０においては、ガス検知素子３０と補償素子３２1，３２2，３２3とで可燃性ガスを燃焼する際に発生する燃焼熱に起因して発生するガス検知素子３０の抵抗値変化、および補償素子３２1，３２2，３２3の抵抗値変化をホイートストーンブリッジとこれに接続された電流検出手段３８に流れる電流値の変化によって検出することにより、可燃性ガスを検量することができる。
【０１７１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、Ｖ溝状コルゲート表面構造、または、Ｖ溝状コルゲート表面構造よりも更に大きな表面積を有するメサ状コルゲート表面構造により、接触燃焼式ガスセンサを構成する各層も同様なＶ溝状コルゲート表面構造またはメサ状コルゲート表面構造を有するようにできるといった効果を奏する。
【０１７２】
これにより、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造有する各層間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する積層構造の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１７３】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する積層構造は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、積層構造の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１７４】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する積層構造の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１７５】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する積層構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する積層構造の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が積層構造の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１７６】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する積層構造は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサのガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１７７】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する積層構造は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて積層構造に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する積層構造の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１７８】
請求項２に記載の発明によれば、請求項１に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１７９】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１８０】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１８１】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８２】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサのガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８３】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１８４】
請求項３に記載の発明によれば、請求項２に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し熱不良導体特性を有する誘電体膜を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８５】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造１２４１またはメサ状コルゲート表面構造上に熱良導体である熱伝導層を設けることにより、ヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答な補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８６】
請求項５に記載の発明によれば、請求項４に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱不良導体特性を有する誘電体膜を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８７】
請求項６に記載の発明によれば、基板よりも実効的に熱容量の小さいダイアフラム上にヒータを設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避できる結果、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８８】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し熱良導体である熱伝導層を設けることにより、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１８９】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１９０】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１９１】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１９２】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１９３】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサのガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１９４】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０１９５】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層を設けることにより、十分なガス検知感度を実現でき、更に、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１９６】
請求項７に記載の発明によれば、請求項６に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータとの間で十分な膜密着強度を実現でき、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する熱伝導層の応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０１９７】
Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱容量を小さくでき、かつ、熱伝導層の表面積を実効的に拡大することに大きく寄与するといった効果を奏する。
【０１９８】
すなわち、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、十分なガス検知感度を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０１９９】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造により、可燃性ガスの燃焼に寄与する熱伝導層の表面積を実効的に拡大することができる結果、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子が熱伝導層の表面に付着した場合であっても、ガス検知感度の急激な劣化が発生する現象を回避して汚染耐性を向上できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２００】
また、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、大気中を浮遊するゴミや油粒子等の浮遊汚染粒子から触媒として作用する触媒層を保護し白金またはパラジウムの触媒機能の劣化を回避することができる結果、接触燃焼式ガスセンサのガス検知感度について長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０１】
更に、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する熱伝導層は、蒸着処理やスパッタ処理によって形成される薄膜に比べて熱伝導層に発生する熱応力を緩和しやすい特性を有し、製造途中での熱処理中に基板と薄膜間の熱膨張率の差に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因する熱伝導層の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０２０２】
請求項８に記載の発明によれば、請求項７に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有し熱不良導体特性を有する誘電体膜を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサ１０を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０３】
請求項９に記載の発明によれば、請求項７または８に記載に記載の効果と同様の効果を奏する。
【０２０４】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項９に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱不良導体特性を有する誘電体膜を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板１２中に熱拡散する現象を回避し、ヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０５】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項４，５，９または１０に記載の効果に加えて、熱不良導体特性を有する酸化物を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避し、ヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０６】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項１１に記載の効果に加えて、熱不良導体特性および耐環境性を有するシリコン酸化物を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避し、ヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作または補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０７】
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載の効果に加えて、熱不良導体特性を有するシリコン酸化物と五酸化タンタル１６との積層を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答なガス燃焼動作および測温動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０８】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１２に記載の効果に加えて、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造上に熱不良導体特性を有するシリコン酸化物とＶ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有する五酸化タンタル１６との積層を設けることにより、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡散する現象を回避し、Ｖ溝状またはメサ状コルゲート表面構造を有するヒータが生成する発熱量を効率よくかつ短時間で触媒層に伝導させることができる結果、高感度かつ高速応答な補償動作が可能な接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２０９】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項１３または１４に記載の効果に加えて、ガス検知素子と補償素子とを用いたブリッジ回路を有する高精度のガス検出回路を実現することができるようになるといった効果を奏する。
【０２１０】
請求項１６に記載の発明によれば、請求項１５に記載の効果に加えて、化学的に安定な白金をヒータに用いることにより、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２１１】
請求項１７に記載の発明によれば、請求項１１ないし１６のいずれか一項に記載の効果に加えて、均熱体２６を用いてガス検知素子内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有するガス燃焼動作および測温動作が可能なガス検知素子を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２１２】
請求項１８に記載の発明によれば、請求項１７に記載の効果に加えて、均熱体２６を用いて補償素子内部の温度分布を均一化することにより、高い安定性、再現性および信頼性を有する補償動作が可能な補償素子を実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２１３】
請求項１９に記載の発明によれば、請求項１１ないし１８のいずれか一項に記載の効果に加えて、熱応力緩和凹部を設けてガス検知素子内や補償素子内に発生する熱応力を緩和することにより、熱応力に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するガス検知素子や補償素子の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０２１４】
すなわち、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２１５】
請求項２０に記載の発明によれば、請求項１９に記載の効果に加えて、半導体プロセスを用いて作成が容易な貫通孔を設けてガス検知素子内や補償素子内に発生する熱応力を緩和することにより、熱応力に起因する膜剥がれ現象や、接触燃焼式ガスセンサの間欠駆動時に発生し易いヒートサイクルに起因するガス検知素子や補償素子の応力破壊現象を回避して応力破壊耐性を向上させることができるようになるといった効果を奏する。
【０２１６】
すなわち、ヒータが加熱状態になった際に発生する熱応力に対する応力破壊耐性を実現でき、センサのガス検知感度の初期特性を経時的に維持できる結果、長期的に高い安定性、再現性および信頼性を有する接触燃焼式ガスセンサを実現できるようになるといった効果を奏する。
【０２１７】
請求項２１に記載の発明によれば、請求項５に記載の効果と同様の効果を奏する。
【０２１８】
請求項２２に記載の発明によれば、請求項１０に記載の効果と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の接触燃焼式ガスセンサの実施形態を説明するための断面図である。
【図２】図１の接触燃焼式ガスセンサの上面図である。
【図３】図１の接触燃焼式ガスセンサの製造方法の実施形態を説明するためのプロセス図である。
【図４】図１の接触燃焼式ガスセンサをホイートストーンブリッジに組み込む場合のガス検出回路の回路図である。
【図５】従来の接触燃焼式ガスセンサを説明するための断面図である。
【符号の説明】
１０    接触燃焼式ガスセンサ
１２    基板
１２２        ダイアフラム
１２４        Ｖ溝
１２４１    Ｖ溝状コルゲート表面構造
１４    誘電体膜
１６    五酸化タンタル
１８    ヒータ
２０    白金パッド
２０１，２０２，２０３，２０４        白金パッド
２２    熱伝導層
２４    触媒層
２６    均熱体
３０    ガス検知素子
３２１，３２２，３２３        補償素子
３４１，３４２，３４３，３４４        熱応力緩和凹部（貫通孔）
３６電源
３８    電流検出手段
４０    ガス検出回路
【図１】
0003585082.tif 000002
【図２】
0003585082.tif 000003
【図３】
0003585082.tif 000004
【図４】
0003585082.tif 000005
【図５】
0003585082.tif 000006