(57)【要約】【課題】大型化を招くことなく高感度化を図ることができる熱伝導式ガスセンサを提供する。【解決手段】基板１１の空洞部１１Ａ、上層絶縁膜１６、メンブレン２８と、ヒータ１５と、ヒータ１５の近傍に配されたサーモパイル１３と、ヒータ１５の表面に接触して形成され、上層絶縁膜１６から突出するように延びる放熱体１８と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱部と、
前記断熱部に設けられたヒータと、
前記断熱部において前記ヒータの近傍に配された測温部と、
前記ヒータの表面に接触して形成され、前記断熱部から突出するように延びる放熱体と、
を備えることを特徴とする熱伝導式ガスセンサ。
【請求項２】
前記放熱体の表面が凹凸面を含む請求項１に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項３】
前記放熱体は、前記ヒータから離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配された複数の突出部を有する請求項１または２に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項４】
前記放熱体は、
前記ヒータの表面に接触する第１放熱体と、
前記第１放熱体と異なる材料からなり、前記第１放熱体の先端に重ねて形成された第２放熱体と、
を備える請求項１から３のうちのいずれか１項に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項５】
前記断熱部が設けられた基板を有し、
前記断熱部は、前記基板に形成された空洞部を含み、
前記放熱体が前記空洞部に位置している請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項６】
前記放熱体が、前記ヒータから前記空洞部を通って前記空洞部の外側まで延びている請求項５に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【請求項７】
前記測温部は、直列に接続された第１熱電素子と、第２熱電素子を備え、
前記第１熱電素子及び前記第２熱電素子の少なくとも一方と、前記放熱体と、前記ヒータとは、同一の材料で形成されている請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の熱伝導式ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱伝導式ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素やヘリウムなどのガス（被検出ガス）を検出するガスセンサとして、従来、自身の温度変化（発熱）により抵抗値が変化する発熱抵抗体（ヒータ）を備えた熱伝導式ガスセンサがある。また、特許文献１には、薄膜部の内部にヒータを設け、ヒータと重なる薄膜部の表面に凹凸を有する金属層が形成されたガスセンサが開示されている。上記特許文献１のガスセンサでは、凹凸を有する金属層などの放熱体が形成されていることにより、ヒータから水素やヘリウムなどの被検出ガスへの熱伝導率を高め、被検出ガスの検出精度を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９０８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に開示されたガスセンサでは、放熱体とヒータとの間に薄膜部（絶縁層）が形成されている。このため、ヒータから放熱体への熱伝導率が低く、被検出ガスの濃度変化に対するヒータの温度変化が小さくなってしまう。
【０００５】
その結果として、被検出ガスの濃度を高い精度で検出することが難しいという問題がある。この問題に対しては、例えばヒータや放熱体の大型化を図ることにより、ガスセンサの高感度化を図ることが考えられる。ところが、ガスセンサの大型化は好ましくないという問題がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、大型化を招くことなく高感度化を図ることができる熱伝導式ガスセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記問題を解決するために、本発明の一態様は、断熱部と、前記断熱部に設けられたヒータと、前記断熱部において前記ヒータの近傍に配された測温部と、前記ヒータの表面に接触して形成され、前記断熱部から突出するように延びる放熱体と、を備えることを特徴とする熱伝導式ガスセンサである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る熱伝導式ガスセンサによれば、大型化を招くことなく高感度化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係るガスセンサモジュールの断面図である。
【図２】第１実施形態に係るガスセンサモジュールの平面図である。
【図３】第１実施形態に係るガスセンサの断面図及びその一部拡大図である。
【図４】第１実施形態に係るガスセンサの平面図である。
【図５】第１実施形態に係るガスセンサの製造過程の一工程を示す断面図である。
【図６】図５に続く製造過程の一工程を示す断面図である。
【図７】変形例１に係るガスセンサの断面図及びその一部拡大図である。
【図８】変形例１に係るガスセンサの製造過程の一工程を示す断面図である。
【図９】第２実施形態に係るガスセンサモジュールの断面図である。
【図１０】第２実施形態に係るガスセンサモジュールをガスセンサの裏側から見た図である。
【図１１】第２実施形態に係るガスセンサの断面図である。
【図１２】第２実施形態に係るガスセンサの製造工程の一工程を示す断面図である。
【図１３】図１２に続く製造過程の一工程を示す断面図である。
【図１４】図１３に続く製造過程の一工程を示す断面図である。
【図１５】変形例２に係るガスセンサの断面図である。
【図１６】変形例２に係るガスセンサの要部平面図である。
【図１７】変形例２に係るガスセンサの製造過程の一工程を示す断面図である。
【図１８】図１７に続く製造過程の一工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を適用したガスセンサの実施形態について説明する。以下の各実施形態において、共通する要素、部材等について、同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化することがある。なお、ガスセンサの検出対象となる被検出ガスは、特に限定されず、例えば、水素などの可燃性ガスであってもよいし、ヘリウムなどの不活性ガスであってもよい。
【００１１】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。図１及び図２に示すように、第１実施形態に係るガスセンサ１０は、ガスセンサモジュール１の一部として設けられている。ガスセンサモジュール１は、ガスセンサ１０及びパッケージ２０を備えている。パッケージ２０は、板状のパッケージ本体２１と、パッケージ本体２１に嵌め込まれるパッケージ蓋２２とを備えており、パッケージ蓋２２によってパッケージ本体２１の上方を閉塞する箱型を成している。パッケージ蓋２２は、通気性を有しており、例えば、ステンレスや真鍮からなる焼結金属、ステンレス金網、あるいは多孔質セラミックからなる。パッケージ蓋２２は、フィルタとして機能し、水素などの被検出ガスを含むエアを通過する一方で埃や塵など異物を捕捉して除去する。
【００１２】
パッケージ２０には、ガスセンサ１０が収容されている。ガスセンサ１０は、ダイボンド材２５によってパッケージ本体２１の上面に固定されている。パッケージ本体２１には、貫通孔２１Ａが形成されており、電極３１（グランド端子３１Ａ、電圧印加端子３１Ｂ、及び出力端子３１Ｃ）が貫通している。貫通孔２１Ａと電極３１との間の空間は封止材３２で封止されている。パッケージ本体２１上には、図示しない配線が設けられており、この配線とガスセンサ１０とは、電極３１を介してワイヤ３３によって接続されている。
【００１３】
本実施形態に係るガスセンサ１０は、ガスの熱伝導度の差による発熱体の温度変化を測定することによってガスを検出する、いわゆる熱伝導式ガスセンサである。図３及び図４に示すように、ガスセンサ１０は、基板１１を備えている。基板１１は、例えばＳｉによって構成されている。基板１１の上層には、下層絶縁膜１２が設けられている。下層絶縁膜１２は、第１下層絶縁膜１２Ａ、第２下層絶縁膜１２Ｂ、及び第３下層絶縁膜１２Ｃを備えている。第１下層絶縁膜１２Ａは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。第２下層絶縁膜１２Ｂは、例えばＳｉ３Ｎ４によって構成されている。第３下層絶縁膜１２Ｃは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。
【００１４】
下層絶縁膜１２の上部には、サーモパイル１３、均熱部１４、及びヒータ１５が設けられている。サーモパイル１３は、第１熱電素子１３Ａと第２熱電素子１３Ｂとを備えて構成された測温部である。第１熱電素子１３Ａと均熱部１４は、いずれも例えば多結晶シリコンで構成されており、下層絶縁膜１２の表面に取り付けられている。第１熱電素子１３Ａは、均熱部１４の周囲に配置されている。
【００１５】
下層絶縁膜１２の上層には、上層絶縁膜１６が形成されている。上層絶縁膜１６は、第１上層絶縁膜１６Ａ、第２上層絶縁膜１６Ｂ、及び第３上層絶縁膜１６Ｃを備えている。第１上層絶縁膜１６Ａ、第２上層絶縁膜１６Ｂ、及び第３上層絶縁膜１６Ｃは、いずれも例えばＳｉＯ２によって構成されている。上層絶縁膜１６の内側には、導電膜１７が設けられている。導電膜１７は、サーモパイル１３やヒータ１５をパッケージ２０の電極に接続するための配線、サーモパイル１３における第１熱電素子１３Ａと第２熱電素子１３Ｂとを接続する配線などを構成している。導電膜１７は、例えば白金によって構成されている。また、上層絶縁膜１６には、複数の露出孔が形成されている。導電膜１７の一部は、露出孔を介して露出している。
【００１６】
下層絶縁膜１２及び下層絶縁膜１２の表面に取り付けられた第１熱電素子１３Ａと均熱部１４は、上層絶縁膜１６によって覆われている。上層絶縁膜１６の上部には、第２熱電素子１３Ｂとヒータ１５とが設けられている。第２熱電素子１３Ｂとヒータ１５は、第１上層絶縁膜１６Ａの表面に取り付けられており、いずれも例えば多結晶シリコンで構成されている。ヒータ１５は、均熱部１４の直上位置に配置されている。第２熱電素子１３Ｂは、ヒータ１５の周囲であって、第１熱電素子１３Ａの直上位置に配置されている。サーモパイル１３における第１熱電素子１３Ａと第２熱電素子１３Ｂとは、図４に示すように直列に接続されている。サーモパイル１３は、ヒータ１５の近傍に配されている。
【００１７】
第１上層絶縁膜１６Ａ及び第１上層絶縁膜１６Ａの表面に取り付けられたヒータ１５と第２熱電素子１３Ｂとは、第２上層絶縁膜１６Ｂで覆われている。また、ヒータ１５には、放熱体１８がヒータ１５の表面に接触して形成されている。放熱体１８は、柱状（ピン状）をなし、突出部となる柱状体１８Ａ，１８Ａ…を複数有しており、第２上層絶縁膜１６Ｂから突出するように延びている。複数の柱状体１８Ａ，１８Ａ…は、ヒータ１５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけてヒータ１５上に配されており、縦横に３×６列で整列している。第２上層絶縁膜１６Ｂのうちヒータ１５の上方を除く部分は、第３上層絶縁膜１６Ｃに覆われている。これにより、放熱体１８は、第３上層絶縁膜１６Ｃに覆われておらず、第２上層絶縁膜１６Ｂを貫通している。このため、放熱体１８は、ガスセンサ１０の表面に露出している。なお、放熱体１８としてはヒータ１５上に敷設され、表面に形成された凹凸面を含む形状を有する板状体の凹凸面における凸部が第２上層絶縁膜１６Ｂから突出するように延びるものであってもよい。
【００１８】
基板１１における下側には、空洞部１１Ａが設けられている。ヒータ１５及び放熱体１８は、空洞部１１Ａの上側に位置している。空洞部１１Ａは、基板１１上の熱を断熱している。基板１１における下面側では、空洞部１１Ａを除いた位置にマスク層１９が形成されている。マスク層１９は、第１マスク膜１９Ａ及び第２マスク膜１９Ｂを備えている。第１マスク膜１９Ａは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。第２マスク膜１９Ｂは、例えばＳｉ３Ｎ４によって構成されている。空洞部１１Ａからは、下層絶縁膜１２の一部（メンブレン２８）が露出している。上層絶縁膜１６、メンブレン２８、及び基板１１の空洞部１１Ａによって断熱部が構成されている。ヒータ１５は、この断熱部に設けられている。
【００１９】
次に、第１実施形態に係るガスセンサの製造手順について説明する。第１実施形態に係るガスセンサ１０を製造する際には、図５に示すように、はじめに、基板１１の上面に下層絶縁膜１２を形成し、下面にマスク層１９を形成する。下層絶縁膜１２及びマスク層１９を形成する際には、まず、例えば、基板１１を１１００℃の温度の酸素雰囲気中に曝して酸化することにより、ＳｉＯ２を例えば厚さ０．２μｍに形成し、第１下層絶縁膜１２Ａ及び第１マスク膜１９Ａを形成する。ＳｉＯ２（厚さ０．２μｍ）からなる第１下層絶縁膜１２Ａ及び第１マスク膜１９Ａは、例えば基板１１表面上にプラズマＣＶＤ法にて成膜することにより基板１１の両面に形成してもよい。
【００２０】
次に、第１下層絶縁膜１２Ａの上面及び第１マスク膜１９Ａの下面に、例えば厚さ０．３μｍのＳｉ３Ｎ４をＬＰ−ＣＶＤによって形成して第２下層絶縁膜１２Ｂ及び第２マスク膜１９Ｂを形成する。続いて、第２下層絶縁膜１２Ｂの上面に第３下層絶縁膜１２Ｃとして、例えば厚さ０．２μｍのＳｉＯ２をプラズマＣＶＤで形成する。下層絶縁膜１２に代えて、例えばＳｉＯＮからなる１層の下層絶縁膜を設けてもよい。
【００２１】
次に、第３下層絶縁膜１２Ｃの上面及び第２マスク膜１９Ｂの下面に第１半導体膜２９Ａを形成する。第１半導体膜２９Ａは、例えばＳｉＨ４ガスとＮ２ガスを用いて、６５０℃の条件下において多結晶シリコンを減圧ＣＶＤ法によって０．４μｍの膜厚で形成し、リン等の不純物をイオン注入法等によって多結晶シリコン膜に導入し、所定の抵抗値を得られるように調整する。例えば、１ｃｍ３当り１×１０２０個のイオンを注入する。
【００２２】
イオン注入を行った後、１０００℃のランプアニールを行ってイオンを活性化させる。こうして第１半導体膜２９Ａを形成する。なお、イオン注入に代わりに拡散炉においてリン等の不純物を熱拡散してもよい。また、イオン注入や拡散炉における不純物の熱拡散を行う代わりに、ＳｉＨ４及びＰＨ３ガスを用いてＣＶＤを行うことにより、リンドープされた多結晶シリコンを成膜してもよい。第１半導体膜２９Ａは、多結晶シリコンの代わりに、鉄シリサイド、ＳｉＧｅ、ビスマスアンチモン等をスパッタ法等によって成膜してもよい。
【００２３】
第３下層絶縁膜１２Ｃの上面及び第２マスク膜１９Ｂの下面に第１半導体膜２９Ａを形成したら、フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングを行い、第３下層絶縁膜１２Ｃの上面に形成した第１半導体膜２９Ａを所望の形状に加工することにより、第１熱電素子１３Ａと均熱部１４を形成する。パターニングでは、例えば、第１半導体膜２９Ａの上面にフォトレジストを１μｍの厚さでスピンコートにより塗布した後、プリベークする。次に、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー、ステッパー等の露光装置で露光した後、現像及びポストベークを行い、所望のパターン形状のフォトレジストを第１半導体膜２９Ａ上に形成する。そのフォトレジストをマスクにして、第１半導体膜２９Ａをエッチングする。第１半導体膜２９Ａのエッチングは、例えば、ＣＦ４ガスを用いたプラズマエッチングにて行う。エッチング後、フォトレジストパターンは、酸素プラズマを用いてアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、硫酸、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【００２４】
第１半導体膜２９Ａのエッチングを行い、第１熱電素子１３Ａと均熱部１４を形成したら、第１熱電素子１３Ａ、均熱部１４、及び第３下層絶縁膜１２Ｃの上に、第１上層絶縁膜１６Ａを形成する。第１上層絶縁膜１６Ａとしては、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２を例えば０．３μｍの厚さで成膜する。
【００２５】
次に、第１上層絶縁膜１６Ａの上面に第２半導体膜２９Ｂを形成する。第２半導体膜２９Ｂは、例えばＳｉＨ４ガスとＮ２ガスを用いて、６５０℃の条件下において多結晶シリコンを減圧ＣＶＤ法によって０．４μｍの膜厚で形成し、ボロン等の不純物をイオン注入法等によって多結晶シリコン膜に導入し、所定の抵抗値を得られるように調整する。例えば、１ｃｍ３当り１×１０２０個のイオンを注入する。イオン注入後１０００℃のランプアニールを行ってイオンを活性化させる。イオン注入の代わりに、拡散炉にてボロン等の不純物を熱拡散してもよい。イオン注入や熱拡散を行う代わりに、ＳｉＨ４及びＢＦ３ガスを用いてＣＶＤを行うことにより、ボロンドープされた多結晶シリコンを成膜してもよい。多結晶シリコンの代わりに、減圧ＣＶＤ法、プラズマＣＢＤ法、スパッタ法＋アニールにより、ボロンドープされた多結晶ＳｉＧｅを成膜してもよい。
【００２６】
その後、第１熱電素子１３Ａと均熱部１４を形成したときと同様にしてフォトレジストを第２半導体膜２９Ｂ上に形成する。そのフォトレジストをマスクにして、第２半導体膜２９Ｂをエッチングして、第１熱電素子１３Ａと均熱部１４上に第１上層絶縁膜１６Ａを介して第２熱電素子１３Ｂ及びヒータ１５を形成する。
【００２７】
次に、第２熱電素子１３Ｂ、ヒータ１５、及び第１上層絶縁膜１６Ａの上面に、第２上層絶縁膜１６Ｂを形成する。第２上層絶縁膜１６Ｂとしては、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２を例えば０．３μｍの厚さに成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなる第１上層絶縁膜１６Ａ及び第２上層絶縁膜１６Ｂに、所望の形状のコンタクトホール１６Ｈのパターンを形成し、第１熱電素子１３Ａ、第２熱電素子１３Ｂ、及びヒータ１５の一部を露出させる。ここでは、例えばフォトレジストを１μｍの厚さでスピンコートにより塗布し、プリベークする。次に、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー、ステッパー等の露光装置で露光した後、現像及びポストベークを行い、図示しないフォトレジストパターンを第２上層絶縁膜１６Ｂ上に形成する。このフォトレジストパターンをマスクにして、第２上層絶縁膜１６Ｂ及び第１上層絶縁膜１６Ａをエッチングする。第２上層絶縁膜１６Ｂ及び第１上層絶縁膜１６Ａのエッチングは、例えば、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにて行う。エッチング後、フォトレジストは、酸素プラズマを用いてアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【００２８】
コンタクトホール１６Ｈを形成したら、図６に示すように、コンタクトホール１６Ｈ内及び第２上層絶縁膜１６Ｂ上に導電膜１７及び放熱体１８を形成する。この導電膜１７及び放熱体１８は、例えばスパッタ法を用いて白金（Ｐｔ）をスパッタリングすることによって成膜された導電膜層を所望の形状にパターニングすることによって形成する。パターニングは、フォトリソグラフィ技術を用いて行う。
【００２９】
ここでは、例えばフォトレジストを２μｍの厚さでスピンコートにより塗布し、プリベークする。次に、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー又はステッパーで露光した後、現像及びポストベークを行い、所望のパターン形状のフォトレジストを導電膜層上に形成する。このフォトレジストをマスクにして、白金（Ｐｔ）からなる導電膜層をＡｒイオンミリング法にてエッチングする。導電膜層は、白金(Ｐｔ）の代わりにアルミニウム、チタン等の金属やＡｌＳｉＣｕ等の合金を用いて形成してもよい。エッチング後、フォトレジストは、酸素プラズマを用いてアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【００３０】
導電膜１７及び放熱体１８を形成する過程において、第１熱電素子１３Ａと第２熱電素子１３Ｂが直列接続されてサーモパイル１３が完成する。また、放熱体１８は、ヒータ１５の上方に形成されたコンタクトホール１６Ｈ（図５参照）内に形成された導電膜層を含んで構成される。このため、放熱体１８はヒータ１５に接触して形成される。
【００３１】
続いて、導電膜１７及び第２上層絶縁膜１６Ｂの上に、図３に示す第３上層絶縁膜１６Ｃを形成する。第３上層絶縁膜１６Ｃとしては、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２を例えば０．３μｍの厚さで成膜する。なお、第３上層絶縁膜１６Ｃとしては、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２の代わりにＳｉＯ３Ｎ４を成膜しても良い。第３上層絶縁膜１６Ｃは、放熱体１８を避けた位置に形成される。このため、放熱体１８は、第３上層絶縁膜１６Ｃよりも突出するように延びて形成されている。
【００３２】
次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなる第３上層絶縁膜１６Ｃに所望の形状の露出孔を形成し、導電膜１７の一部を露出させる。例えば、フォトレジストを１μｍの厚さでスピンコートにより塗布した後、プリベークする。次に、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー、ステッパー等の露光機で露光した後、現像及びポストベークを行い、フォトレジストパターンを第３上層絶縁膜１６Ｃ上に形成する。このフォトレジストパターンをマスクにして、第３上層絶縁膜１６Ｃをエッチングする。第３上層絶縁膜１６Ｃのエッチングは、例えば、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにて行う。エッチング後、フォトレジストは、酸素プラズマを用いてアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。こうして、ガスセンサ１０における基板１１の上側部分が完成する。
【００３３】
最後に、基板１１の下側部分を作成する。基板１１の下側では、基板１１を下側（裏面側）からエッチングして空洞部１１Ａを形成し、メンブレン２８を露出させる。例えば、図示しないフォトレジストをマスクにして、基板１１の裏面に形成された第１マスク膜１９Ａ及び第２マスク膜１９ＢをＳＦ６ガスを用いた等方性ドライエッチングあるいはＣＦ４ガスを用いた異方性ドライエッチングにて除去した後、基板１１の下面（裏面）の第１マスク膜１９Ａ及び第２マスク膜１９Ｂをエッチングする。エッチング終了後、フォトレジストを除去する。第１マスク膜１９Ａ及び第２マスク膜１９Ｂをマスクにして、ＴＭＡＨまたはＫＯＨを用いて基板１１を結晶異方性エッチングして、メンブレン２８を露出させる。こうして、図３に示すように、ガスセンサ１０が製造される。
【００３４】
本実施形態に係るガスセンサ１０は、ヒータ１５に放熱体１８を設けて構成されおり、ヒータ１５から放熱体１８を介して被検出雰囲気中に拡散される熱の大きさに基づいて、サーモパイル１３を用いて被検出ガスの濃度を検出する。サーモパイル１３は、ヒータ１５の近傍に設けられているので、サーモパイル１３の温接点（第１熱電素子１３Ａ及び第２熱電素子１３Ｂのうちヒータ１５の近くに位置する端部）は、略ヒータ１５の温度となる。またサーモパイル１３の冷接点（第１熱電素子１３Ａ及び第２熱電素子１３Ｂのうちヒータ１５から離れて位置する端部）は、基板１１上にあり、略基板１１の温度に保たれている。
【００３５】
ヒータ１５から被検出ガスを含むエアへの放熱量は、ヒータ１５を取り巻く被検出ガスを含むエアの組成（被検出ガスの濃度）に左右されるため、サーモパイル１３は、温接点と冷接点との温度差により熱起電力を発生する。この起電力の大きさから被検出ガスの濃度を推定することができる。
【００３６】
ここで、放熱体１８は、絶縁膜を介することなく、ヒータ１５に接触して設けられている。また、ヒータ１５は、上層絶縁膜１６、メンブレン２８、及び基板１１の空洞部１１Ａによって構成される断熱部に設けられている。このため、ヒータ１５から放熱体１８に伝熱する際の熱損失を小さくすることができるので、被検出ガスの濃度の変化が小さくても、ヒータ１５の温度を大きく変化させることができ、ガスセンサ１０の高感度化を図ることができる。さらに、ヒータ１５から放熱体１８への熱伝達率が高められているので、ガスセンサ１０におけるヒータ１５や放熱体１８の大型化が不要となり、ガスセンサ１０の小型化や低コスト化に寄与することができる。また、放熱体１８をヒータ１５に対して独立して設けることができるので、放熱体１８の設計の自由度を高めることができる。
【００３７】
また、放熱体１８は、ヒータ１５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配された複数の柱状体１８Ａ，１８Ａ…を有している。このため、放熱体１８における被検出ガスを含むエアと接触面積を大きくすることができるので、ヒータ１５と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。また、放熱体１８が、ヒータ１５上に敷設され、表面に形成された凹凸形状を有する板状体の凹凸形状における凸部が第２上層絶縁膜１６Ｂから突出するように延びる場合でも、放熱体１８における被検出ガスを含むエアと接触面積を大きくすることができるので、ヒータ１５と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。
【００３８】
［第１実施形態の変形例］
次に、第１実施形態の変形例（以下「変形例１」という）について説明する。図７に示す変形例１に係るガスセンサ５０は、上記第１実施形態に係るガスセンサ１０と比較して、放熱体の構造が異なっている。以下、放熱体の構造を中心として、変形例１に係るガスセンサについて説明する。
【００３９】
図７に示すように、変形例１に係るガスセンサ５０は、放熱体５１として、第１放熱体５２と第２放熱体５３とを備えている。第１放熱体５２は、上記第１実施形態におけるガスセンサ１０の放熱体１８と同様の構成を有しており、突出部となる複数の第１柱状体５２Ａ，５２Ａ…を有している。複数の第１柱状体５２Ａ，５２Ａ…は、ヒータ１５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけてヒータ１５上に配されており、縦横に５×６列で整列している。
【００４０】
第１放熱体５２の上方には、第２放熱体５３が設けられている。第２放熱体５３は、第１放熱体５２と同様、複数の第２柱状体５３Ａ，５３Ａ…を備えて構成されおり、第２放熱体５３は、第１放熱体５２の先端に重ねて形成されている。第２柱状体５３Ａ，５３Ａ…は、第１柱状体５２Ａ，５２Ａ…と同様５×６に整列された１８本を備えており、各第２柱状体５３Ａ，５３Ａ…が第１柱状体５２Ａ，５２Ａ…上にそれぞれ設けられている。第２放熱体５３は、第１放熱体５２とは異なる材料からなる。第１放熱体５２及び第２放熱体５３は、第３上層絶縁膜１６Ｃには覆われておらず、第２上層絶縁膜１６Ｂを貫通している。このため、第１放熱体５２及び第２放熱体５３は、ガスセンサ５０の表面に露出している。
【００４１】
次に、変形例１に係るガスセンサの製造手順について説明する。変形例１に係るガスセンサ５０の製造工程は、第２放熱体５３を製造する工程を除いて、第１実施形態に係るガスセンサ１０の製造工程と共通である。また、第１放熱体５２は、第１実施形態に係るガスセンサ１０における放熱体１８と共通の製造工程で製造することができる。
【００４２】
第１放熱体５２を製造した後、フォトリソグラフィとメッキ法を用いて、第２放熱体５３を形成する。具体的には、図８に示すように、はじめに、第３上層絶縁膜１６Ｃ及び第１放熱体５２の間における第２上層絶縁膜１６Ｂを覆うように、フォトレジスト層５４を形成する。この状態において、フォトレジスト層５４には、第１放熱体５２の上方に空間が形成されている。
【００４３】
フォトレジスト層５４を形成したら、フォトレジスト層５４における第１放熱体５２の上方の空間にメッキを行うメッキ法によって第２放熱体５３を形成する。メッキを行った後、フォトレジスト層５４は、酸素プラズマを用いたドライエッチングによってアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。なお、第２放熱体５３は、メッキ法の代わりに、第１放熱体５２上のみに触媒を形成し、この触媒上のみに（選択的に）カーボンナノチューブを成長させてもよい。こうして、図７に示すように、ガスセンサ５０が製造される。
【００４４】
変形例１に係るガスセンサ５０は、上記第１実施形態に係るガスセンサ５０と同様、放熱体５１は、絶縁膜を介することなく、ヒータ１５に接触して設けられている。また、ヒータ１５は、上層絶縁膜１６、メンブレン２８、及び基板１１の空洞部１１Ａによって構成される断熱部に設けられている。これにより、ガスセンサ５０の高感度化を図ることができ、ヒータ１５や放熱体１８の不要となるため、ガスセンサ１０の小型化や低コスト化に寄与することができる。
【００４５】
また、放熱体５１は、ヒータ１５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配された複数の第１柱状体５２Ａ，５２Ａ…及び第２柱状体５３Ａ，５３Ａ…を有している。このため、放熱体５１における被検出ガスを含むエアと接触面積を大きくすることができるので、ヒータ１５と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。また、放熱体５１は、ヒータ１５直接接触する第１放熱体５２と、第１放熱体５２上に設けられた第２放熱体５３とを備えている。このため、第２放熱体５３の素材を第１放熱体５２の素材と異なるようにすることができるので、被検出ガスの種類に応じた第２放熱体５３の材料を容易に選択することができる。
【００４６】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。図９及び図１０に示すように、第２実施形態に係るガスセンサ６０は、ガスセンサモジュール２の一部として設けられている。ガスセンサモジュール２は、ガスセンサ６０及びパッケージ７０を備えている。パッケージ７０は、板状のパッケージ本体７１と、パッケージ本体７１に被せられるパッケージ蓋７２とを備えており、パッケージ蓋７２によってパッケージ本体７１の内側を閉塞する箱型を成している。パッケージ蓋７２は、通気性を有しており、例えば、ステンレスや真鍮からなる焼結金属、ステンレス金網、あるいは多孔質セラミックからなる。パッケージ蓋７２は、フィルタとして機能しており、水素などの被検出ガスを含むエアを通過する一方で埃や塵など異物を捕捉して除去している。
【００４７】
パッケージ７０には、ガスセンサ６０が収容されている。ガスセンサ６０は、はんだボール７４によってパッケージ本体７１の上面に固定されている。パッケージ本体７１の上面には、電極板７３が敷設されており、電極板７３には導電性のはんだボール７４が設けられている。電極板７３とガスセンサ６０とは、はんだボール７４を介して電気的に接続されている。また、パッケージ本体７１の下面に外側電極板７５が設けられている。外側電極板７５は、電極板７３に対して、図示しない配線を介して電気的に接続されている。
【００４８】
本実施形態に係るガスセンサ６０は、上記第１実施形態のガスセンサ１０と同様、いわゆる熱伝導式ガスセンサである。図１０，１１に示すように、ガスセンサ６０は、基板６１を備えている。基板６１は、例えばＳｉによって構成されている。基板６１の下層には、上層絶縁膜６２が設けられている。上層絶縁膜６２は、第１上層絶縁膜６２Ａ、第２上層絶縁膜６２Ｂ、及び第３上層絶縁膜６２Ｃを備えている。第１上層絶縁膜６２Ａは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。第２上層絶縁膜６２Ｂは、例えばＳｉ３Ｎ４によって構成されている。第３上層絶縁膜６２Ｃは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。
【００４９】
上層絶縁膜６２の下部には、サーモパイル６３及びヒータ６５が設けられている。サーモパイル６３は、第１熱電素子６３Ａと第２熱電素子６３Ｂとを備えて構成されている。第１熱電素子６３Ａ及びヒータ６５は、いずれも例えば多結晶シリコンで構成されており、上層絶縁膜６２の下面に取り付けられている。第１熱電素子６３Ａは、ヒータ６５の周囲に配置されている。
【００５０】
上層絶縁膜６２の下層には、下層絶縁膜６６が形成されている。下層絶縁膜６６は、第１下層絶縁膜６６Ａ、第２下層絶縁膜６６Ｂ、及び第３下層絶縁膜６６Ｃを備えている。第１下層絶縁膜６６Ａ、第２下層絶縁膜６６Ｂ、及び第３下層絶縁膜６６Ｃは、いずれも例えばＳｉＯ２によって構成されている。下層絶縁膜６６には、露出孔が形成されており、露出孔を介して導電膜６７が外部の電極などと接続可能とされている。導電膜６７は、例えば白金によって構成されている。
【００５１】
上層絶縁膜６２及び上層絶縁膜６２の裏面に取り付けられた第１熱電素子６３Ａは、下層絶縁膜６６によって覆われている。下層絶縁膜６６の下部には、第２熱電素子６３Ｂが設けられている。第２熱電素子６３Ｂは、第１下層絶縁膜６６Ａの裏面に取り付けられており、例えば多結晶シリコンで構成されている。第２熱電素子６３Ｂは、ヒータ６５の周囲であって、第１熱電素子６３Ａの直下位置に配置されている。サーモパイル６３における第１熱電素子６３Ａと第２熱電素子６３Ｂとは、直列に接続されている。サーモパイル６３の温接点は、ヒータ６５の近傍に配されている。
【００５２】
第１下層絶縁膜６６Ａ及び第１下層絶縁膜６６Ａの裏面に取り付けられた第２熱電素子６３Ｂは、第２下層絶縁膜６６Ｂで覆われている。ヒータ６５には、放熱体６８がヒータ６５の表面に接触して形成されている。放熱体６８は、多結晶シリコンで構成され、ヒータ６５と放熱体６８とは一体的に形成されているが、機能的には、放熱体６８がヒータ６５の表面に接触した状態となっている。また、第１熱電素子６３Ａと、ヒータ６５と、放熱体６８とは、同一の材料（導電材料）である多結晶シリコンで構成されている。また、後に説明するように、第１熱電素子６３Ａと、ヒータ６５と、放熱体６８とは、一工程で製造される。
【００５３】
放熱体６８は、柱状（ピン状）なし、突出部となる柱状体６８Ａ，６８Ａ…を複数有しており、上層絶縁膜６２を貫通して上層絶縁膜６２における第３上層絶縁膜６２Ｃから突出するように延びている。このため、放熱体６８は、ガスセンサ６０の表面に露出している。放熱体６８は、基板６１の上面の高さ位置と略同じ高さ位置まで延在している。
【００５４】
複数の柱状体６８Ａ，６８Ａ…は、ヒータ６５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけてヒータ６５上に配されており、縦横に５×６列（図１１参照）で整列している。放熱体６８としては、例えばヒータ６５上に敷設され、表面に形成された凹凸形状を有する板状体の凹凸形状における凸部が上層絶縁膜６２から突出するように延びるものであってもよい。
【００５５】
基板６１における上側には、空洞部６１Ａが設けられている。ヒータ６５は、空洞部６１Ａの下方に位置している。放熱体６８は、上層絶縁膜６２から突出して空洞部６１Ａに位置している。空洞部６１Ａは、基板６１上の熱を断熱している。基板６１における上面側では、空洞部６１Ａを除いた位置にマスク層６９が形成されている。マスク層６９は、第１マスク膜６９Ａ及び第２マスク膜６９Ｂを備えている。第１マスク膜６９Ａは、例えばＳｉＯ２によって構成されている。第２マスク膜６９Ｂは、例えばＳｉ３Ｎ４によって構成されている。空洞部６１Ａからは、上層絶縁膜６２の一部（メンブレン７８）が露出している。上層絶縁膜６２、メンブレン７８、及び基板６１の空洞部６１Ａによって断熱部が構成されており、断熱部にヒータ６５が設けられている。
【００５６】
次に、第２実施形態に係るガスセンサの製造手順について説明する。第２実施形態に係るガスセンサ６０を製造する際には、図１２に示すように、基板６１の上面に、上記第１実施形態と同様のＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層を形成し、基板６１の下面に、上記第１実施形態と同様のＳｉＯ２層及びＳｉ３Ｎ４層を形成する。なお、第２実施形態に係るガスセンサ６０の製造工程では、途中で基板６１を天地入れ替える天地入替工程がある。この天地入替工程後は、基板６１の上面が裏面になり、基板６１の下面が表面となる。
【００５７】
基板６１の上面に形成されたＳｉＯ２層、Ｓｉ３Ｎ４層、及びＳｉＯ２層は、それぞれ上層絶縁膜６２の第１上層絶縁膜６２Ａ、第２上層絶縁膜６２Ｂ、及び第３上層絶縁膜６２Ｃとなる。また、基板６１の下面に形成されたＳｉＯ２層及びＳｉ３Ｎ４層は、それぞれ第１マスク膜６９Ａ及び第２マスク膜６９Ｂとなる。なお、厚さ０．２μｍのＳｉＯ２層は、基板６１の表面または裏面上にプラズマＣＶＤ法にて成膜することにより基板６１の両面に形成してもよい。なお、上層絶縁膜６２に代えて、ＳｉＯＮからなる１層の上層絶縁膜を設けてもよい。
【００５８】
次に、基板６１の上面側からエッチングして、上層絶縁膜６２及び基板６１を貫通する微細凹部７６を形成し、第１マスク膜６９Ａを露出させる。例えば、上層絶縁膜６２の上面上に厚さ1０μｍのフォトレジストを塗布、露光、現像して所望の開口形状のパターンを形成する。このフォトレジストをマスクにして、上層絶縁膜６２及び基板６１をエッチングし、微細凹部７６を形成し、第１マスク膜６９Ａの表面を露出させる。例えば、上層絶縁膜６２は、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、基板６１は、パッシベーション（Ｃ４Ｆ８プラズマ）とエッチング（ＳＦ６プラズマ）のステップを短く交互に繰り返す、いわゆるボッシュプロセス）を行う。なお、第１マスク膜６９Ａを露出させず、基板６１の途中までエッチングを行ってもよい。
【００５９】
微細凹部７６としては、５×６列に整列された１８本の微細凹部７６が形成される。続いて、基板６１に形成された微細凹部７６の表面（内面）に微細凹部絶縁膜（不図示）を形成する。例えば、微細凹部絶縁膜は、基板６１に形成された微細凹部７６の表面を熱酸化させ、Ｓｉからなる基板６１の表面にＳｉＯ２を０．１μｍの厚さで成長させることによって形成する。
【００６０】
それから、図１３に示すように、マスク層６９、上層絶縁膜６２、及び微細凹部絶縁膜を覆うようにして半導体膜７９を形成する。半導体膜７９は、上記第１実施形態における半導体膜２９と同様に形成することができる。また、イオン注入の代わりに、上記第１実施形態と同様に拡散炉にてリン等の不純物を熱拡散してもよいし、リンドープされた多結晶シリコンを成膜しても良い。半導体膜７９は、多結晶シリコンの代わりに、鉄シリサイド、ＳｉＧｅ、ビスマスアンチモン等をスパッタ法等にて成膜してもよい。
【００６１】
続いて、図１４に示すように、上記第１実施形態にけるサーモパイル１３（第１熱電素子１３Ａ及び第２熱電素子１３Ｂ）、均熱部１４、及びヒータ１５と同様にして、サーモパイル６３の第１熱電素子６３Ａ及びヒータ６５を製造する。この工程では、サーモパイル６３の第１熱電素子６３Ａ及びヒータ６５とともに、ヒータ６５の下面に放熱体６８を製造する。すなわち、サーモパイル６３の第１熱電素子６３Ａ、ヒータ６５及び放熱体６８は、ここでの一工程で製造される。このとき、ヒータ６５の下面には、放熱体６８における柱状体６８Ａ，６８Ａ…が接触した状態で設けられる。また、第１実施形態における上層絶縁膜１６と同様にして、下層絶縁膜６６が形成される。下層絶縁膜６６の形成に際し、第１下層絶縁膜６６Ａを成膜した後、第１熱電素子６３Ａの上層に成膜された第１下層絶縁膜６６Ａの上層に第２熱電素子６３Ｂを形成する。
【００６２】
それから、天地入替工程で基板６１の天地を入れ替え、基板６１の上側（裏側）部分を作成する。基板６１の上側（裏側）では、基板６１を上側からエッチングして空洞部６１Ａを形成し、メンブレン７８を露出させる。ここでのエッチングの手順は、上記第１実施形態における空洞部６１Ａを形成する際の手順と共通である。これにより、空洞部６１Ａには、放熱体６８が設けられた状態となる。こうして、図１１に示すように、ガスセンサ５０が製造される。なお、図１１に示す例では、放熱体６８の上端部にマスク層６９の一部が取り残された状態となっているが、放熱体６８の取り残されたマスク層６９を除去するようにしてもよい。
【００６３】
本実施形態に係るガスセンサ６０は、上記第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様、放熱体６８が絶縁膜を介することなく、ヒータ６５に接触して設けられている。また、ヒータ６５は、下層絶縁膜６６、メンブレン７８、及び基板６１の空洞部６１Ａによって構成される断熱部に設けられている。このため、ヒータ６５から放熱体６８に伝熱する際の熱損失を小さくすることができるので、被検出ガスの濃度の変化が小さくても、ヒータ６５の温度を大きく変化させることができ、ガスセンサ６０の高感度化を図ることができる。さらに、ヒータ６５から放熱体６８への熱伝達率が高められているので、ガスセンサ６０におけるヒータ６５や放熱体６８の大型化が不要となり、ガスセンサ６０の小型化や低コスト化に寄与することができる。
【００６４】
また、放熱体６８は、ヒータ６５から離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配された複数の柱状体６８Ａ，６８Ａ…を有しているため、ヒータ６５と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。また、放熱体６８は、基板６１の空洞部６１Ａに位置している。ガスセンサモジュール２を用いて被検出ガスの検出を行う際には、空洞部６１Ａがパッケージ蓋７２を向いて配置されるので、空洞部６１Ａ内には被検出ガスを含むエアが流入しやすくなる。このため、基板６１の空洞部６１Ａ内でヒータ６５と被検出ガスを含むエアとの間における熱交換を効率的に行うことができる。
【００６５】
また、放熱体６８は、基板６１の空洞部６１Ａ内に設けられ、いわば基板６１の厚みを利用して設けられている。したがって、放熱体６８の長さ(高さ)におけるチップ内、ウエハー内、ロット間のばらつきを低減することができる。また、放熱体６８は、細長い柱状体６８Ａを複数備えることから、製造工程で損傷するおそれがあるが、放熱体６８が基板６１の厚みを利用して設けられているので、製造工程における損傷を抑制することができる。
【００６６】
また、基板６１の空洞部６１Ａに放熱体６８が設けられているので、基板６１によって放熱体６８を物理的に保護することができる。したがって、パッケージ７０を簡略化したり省略したりすることができ、ガスセンサモジュール２の簡素化を図ることができる。さらに、放熱体６８の長さを基板６１の厚さと略同一とすることができ、平面寸法の微細化を図ることができる。したがって、アスペクト比の高い放熱体を形成できるので、表面積の大きな放熱体６８を小さな設置面積内に配設することにより、ヒータ６５や放熱体６８を大きく形成することなく、ガスセンサ６０の高感度化を図ることができる。
【００６７】
また、ガスセンサ６０では、サーモパイル６３の第１熱電素子６３Ａ、ヒータ６５、及び放熱体６８は同一の材料で形成され、一工程で製造されている。このため、製造工程の簡略化を図ることができる。なお、サーモパイル６３における第１熱電素子６３Ａを形成した後に、サーモパイル６３における第２熱電素子６３Ｂ、ヒータ６５、及び放熱体６８を同一の材料により一工程で形成するようにしてもよい。また、サーモパイル６３における第１熱電素子６３Ａ、第２熱電素子６３Ｂ、ヒータ６５、及び放熱体６８を一工程で形成してもよい。
【００６８】
［第２実施形態の変形例］
次に、第２実施形態の変形例（以下「変形例２」という）について説明する。図１５に示す変形例２に係るガスセンサ８０は、基板８１を備えている。基板８１の下面には、上層絶縁膜８２が形成されている。上層絶縁膜８２は、第１上層絶縁膜８２Ａ、第２上層絶縁膜８２Ｂ、第３上層絶縁膜８２Ｃを備える３層構造を成している。なお、変形例２に係るガスセンサ８０の製造工程においても、天地入替工程が含まれる。
【００６９】
上層絶縁膜８２の下面には、サーモパイル８３と、ヒータ８４が設けられている。サーモパイル８３は、ヒータ８４の近傍に設けられ、ヒータ８４の周囲を取り囲むようにして配置されている。サーモパイル８３は、図１５，１６に示すように、第１熱電素子８３Ａと第２熱電素子８３Ｂとを備えて構成されている。第１熱電素子８３Ａ及び第２熱電素子８３Ｂは、上層絶縁膜８２の下面に取り付けられている。第１熱電素子８３Ａは、例えば多結晶シリコンで構成されており、第２熱電素子８３Ｂは、後述する導電膜８５によって構成されている。上層絶縁膜８２及びサーモパイル８３の下面側、ヒータ８４の上面側には、導電膜８５が設けられている。
【００７０】
上層絶縁膜８２、サーモパイル８３、ヒータ８４、及び導電膜８５の全面または一部の上には、下層絶縁膜８６が設けられている。下層絶縁膜８６には、露出孔が形成されており、露出孔を介して導電膜８５が外部の電極などと接続可能とされている。
【００７１】
ガスセンサ８０は、上記第２実施形態で用いたパッケージ７０（図９参照）と同様のパッケージに収容されてガスセンサモジュールを構成する。ガスセンサ８０における導電膜８５は、露出孔に設けられたはんだボール７４を介してパッケージ本体７１に設けられた電極板７３と電気的に接続される。
【００７２】
ヒータ８４の上面側には、放熱体８７が接触した状態で設けられている。放熱体８７は、上層絶縁膜８２を貫通して設けられている。放熱体８７は、複数の柱状体８７Ａ，８７Ａ…を備えている。複数の柱状体８７Ａ，８７Ａ…は、ヒータ８４から離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配されている。
【００７３】
基板８１には、空洞部８１Ａが設けられており、放熱体８７は、空洞部８１Ａを通って設けられている。放熱体８７は、基板８１の上面よりも上方まで突出して設けられている。すなわち、放熱体８７は、ヒータ８４から空洞部８１Ａを通って空洞部８１Ａの外側まで延びている。
【００７４】
次に、変形例２に係るガスセンサの製造手順について説明する。変形例２に係るガスセンサ８０を製造する際には、まず、図１７に示すように、基板８１を基板１１の下面に上層絶縁膜８２を形成し、上面にマスク層９１を形成する。上層絶縁膜８２及びマスク層９１は、上記第２実施形態の上層絶縁膜６２及びマスク層６９と同様にして形成する。
【００７５】
上層絶縁膜８２及びマスク層９１を形成したら、上層絶縁膜８２の上面に多結晶シリコンの半導体膜を形成し、この半導体膜にフォトリソグラフィ技術を用いたパターニングを行うことにより、サーモパイル８３の第１熱電素子８３Ａを形成する。フォトリソグラフィ技術を用いたパターニングは、上記第１実施形態において、第１熱電素子１３Ａと均熱部１４を形成したときと同様にして行われる。
【００７６】
その後、上層絶縁膜８２及び第１熱電素子８３Ａの上面に導電膜８５を成膜する。導電膜８５としては、スパッタ法により、例えば、０．５ミクロン厚の白金(Ｐｔ）をスパッタ法にて成膜する。白金（Ｐｔ）の代わりに、タングステン(Ｗ）、レニウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ)、モリブデン（Ｍｏ)、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、ニオブ、イリジウム（Ｉｒ)、ルテニウム（Ｒｕ）、ハウニウム（Ｈｆ)、 アルミニウム（Ａｌ）、アルミニウム（Ａｌ）合金、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）等の金属あるいは、高融点金属を含む合金を用いてもよい。あるいは、密着槽として、５０ｎｍの厚さのチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）を導電膜の上面や下面にスパッタ法によって成膜してもよい。
【００７７】
続いて、フォトリソグラフィ技術を用いて、白金（Ｐｔ）からなる導電膜を所望の形状にパターニングして、所望パターンの導電膜８５を形成する。パターン化された導電膜８５には、第２熱電素子８３Ｂが含まれている。サーモパイル８３における第１熱電素子８３Ａ及び第２熱電素子８３Ｂとは接続され、熱電対として機能する。複数の熱電対が直列接続されることで、サーモパイル８３が完成する。
【００７８】
フォトリソグラフィ技術では、例えば、フォトレジストを２μｍの厚さでスピンコートにより塗布・プリベークする。次に、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー又はステッパーで露光した後、現像・ポストベークを行い、所望のパターン形状のフォトレジストを導電膜上に形成する。フォトレジストをマスクにして、白金（Ｐｔ）からなる導電膜を、Ａｒイオンを用いたミリング法にてエッチングする。エッチング後、フォトレジストは、酸素プラズマを用いたアッシング装置であるいわゆるアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【００７９】
その後、ヒータ８４を形成する。ヒータ８４は、例えば、スパッタ法を用いてＮｉＣｒを成膜した後フォトリソグラフィ及びエッチング技術を用いてＮｉＣｒからなるヒータ６５として形成する。ヒータ８４を形成したら、上層絶縁膜８２、サーモパイル８３、及び導電膜８５の上に下層絶縁膜８６を形成する。
【００８０】
下層絶縁膜８６としては、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ２を０．３μｍの厚さで成膜する。次いで、フォトリソグラフィ技術を用いて、ＳｉＯ２からなる下層絶縁膜８６に所望の形状の露出孔を形成して導電膜８５の一部を露出する。例えば、フォトレジストを１μｍの厚さでスピンコートにより塗布した後、プリベークする。続いて、所望のパターンが形成されたフォトマスクを用いて、アライナー、ステッパー等の露光装置で露光した後、現像・ポストベークを行い、フォトレジストを下層絶縁膜８６上に形成する。このフォトレジストをマスクにして、ＳｉＯ２からなる下層絶縁膜８６をエッチングする。下層絶縁膜８６のエッチングは、例えば、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングにて行う。エッチング後、フォトレジストは、酸素プラズマを用いてアッシャーで除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。
【００８１】
その後、天地入替工程を挟み、基板８１の天地を入れ替えた後、図１７に示すように、基板８１を上面（裏面）からエッチングして、上記第２実施形態と同様にして、マスク層９１、基板８１、及び上層絶縁膜８２を貫通する微細凹部９２を形成し、ヒータ８４を露出させる。例えば、基板８１の裏面上に厚さ1０μｍのフォトレジストを塗布、露光、現像して所望の開口形状のパターンを形成する。このフォトレジストをマスクにして、マスク層９１、基板８１、及び上層絶縁膜８２をエッチングし、微細凹部９２を形成して、ヒータ８４の表面を露出する。例えば、マスク層９１は、ＣＨＦ３ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、基板６１は、パッシベーション（Ｃ４Ｆ８プラズマ）とエッチング（ＳＦ６プラズマ）のステップを短く交互に繰り返す、いわゆるボッシュプロセス）を行う。
【００８２】
それから、図１８に示すように、マスク層９１及び微細凹部９２に高熱伝導膜９３を形成する。高熱伝導膜９３は例えばメッキ法で銅（Ｃｕ）を成膜する貫通電極製造プロセス（Ｖｉａ  Ｌａｓｔ法）によって行われる。なお、高熱伝導膜９３は、メッキで成膜したＣｕ膜の代わりに、ＣＶＤ法でタングステン（Ｗ）を埋め込んでも良い。または、金属ペーストや導電性ポリマーを埋め込んでもよい。あるいは、ＮｉやＣｏ等の触媒を少なくともヒータ８４上に付着させて、微細凹部９２内にカーボンナノチューブを成長させてもよい。
【００８３】
そして、高熱伝導膜９３及びマスク層９１をエッチバックする。エッチバックは、例えばＣＭＰ（chemical mechanical polishing）によって行うことができる。なお、マスク層９１は、全体を除去するようにしてもよいし、少なくとも１部を残しておくようにしてもよい。
【００８４】
続いて、基板８１を裏面（上面）からエッチングして、空洞部８１Ａ（図１５参照）を形成する。例えば、基板８１の裏面上に厚さ1０μｍのフォトレジストを塗布、露光、現像して所望の開口形状のパターンを形成する。このフォトレジストをマスクにして、基板８１をエッチングし、空洞部８１Ａを形成することで、上層絶縁膜８２の表面を露出する。例えば、パッシベーション（Ｃ４Ｆ８プラズマ）とエッチング（ＳＦ６プラズマ）のステップを短く交互に繰り返す、いわゆるボッシュプロセス）で行う。
【００８５】
エッチング終了後、酸素プラズマアッシャーを用いてフォトレジストを除去する。アッシャーを用いたドライエッチングの代わりに、硫酸、有機溶剤、フォトレジスト用剥離液等の薬品を用いたウェットエッチングを用いてもよい。さらに基板８１をエッチングして放熱体８７を基板８１の上面よりも上方に到達する長さだけ突出させる。なお、エッチングされた基板８１の表面を保護フィルムやフォトレジストにて保護してもよい。こうして、図１５に示すように、ガスセンサ８０が製造される。
【００８６】
本実施形態に係るガスセンサ８０は、上記第１実施形態に係るガスセンサ１０と同様、放熱体８７が絶縁膜を介することなく、ヒータ８４に接触して設けられている。また、ヒータ８４は、上層絶縁膜８２や基板８１の空洞部８１Ａ等によって構成される断熱部に設けられている。このため、ヒータ８４から放熱体８７に伝熱する際の熱損失を小さくすることができるので、被検出ガスの濃度の変化が小さくても、ヒータ８４の温度を大きく変化させることができ、ガスセンサ８０の高感度化を図ることができる。さらに、ヒータ８４から放熱体８７への熱伝達率が高められているので、ガスセンサ８０におけるヒータ８４や放熱体８７の大型化が不要となり、ガスセンサ８０の小型化や低コスト化に寄与することができる。
【００８７】
また、放熱体８７は、ヒータ８４から離れる方向に延び、互いに間隔をあけて配された複数の柱状体８７Ａ，８７Ａ…を有している。このため、放熱体８７における被検出ガスを含むエアと接触面積を大きくすることができるので、ヒータ８４と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。さらに、放熱体８７は、ヒータ８４から空洞部８１Ａを通って空洞部８１Ａの外側まで延びている。このため、放熱体８７における被検出ガスを含むエアと接触面積を大きくすることができるので、ヒータ８４と被検出ガスを含むエアとの間の熱交換率を高めることができる。
【００８８】
また、放熱体が基板に囲まれていると、被検出ガスの置換が遅くなるため、ガスセンサの応答性が低くなる可能性がある。この点、基板８１の高さは、放熱体８７の高さより低くされているため、被検出ガスの置換を早めることができる。したがって、被検出ガスを検出する際における高速応答化を図ることができる。
【００８９】
以上、本発明の実施形態について、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【００９０】
例えば、上記各実施形態では、放熱体を構成する突出部が複数の柱状体（ピン）とされているが、突出部は、フィン（板状体）であってもよい。突出部がフィンである場合、これらのフィンは、例えば略平行に配置されていてもよいし、互いに交差して配置されていてもよい。また、放熱体は、複数の柱状体やフィンなどの突出部を有する態様に限らず、例えば単一の放熱体であってもよい。また、複数の柱状体やフィンは、整列して配置されていなくともよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、温度計測を行うために、サーモパイルを用いているが、抵抗体や赤外線検出素子などを他の温度計測素子によって温度計測を行ってもよい。また、断熱部を形成するに当たり、Ｌｏｗ−Ｋ材料を用いたいわゆるＬｏｗ−Ｋ膜を用いてもよい。また、吸引ポンプなどを用いてパッケージ内に被検出ガスを含むエアを吸引するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００９２】
１，２…ガスセンサモジュール、１０，５０，６０，８０…ガスセンサ（熱伝導式ガスセンサ）、１１，６１，８１…基板、１１Ａ，６１Ａ，８１Ａ…空洞部（断熱部）、１２…下層絶縁膜、１３，６３…サーモパイル（測温部）、６３Ａ…第１熱電素子（第１測温部）、６３Ｂ…第２熱電素子（第２測温部）、１４…均熱部、１５…ヒータ、１６…上層絶縁膜（断熱部）、１７…導電膜、１８，５１，６８，８７…放熱体、１８Ａ…柱状体（突出部）、２８…メンブレン（断熱部）、５２…第１放熱体、５３…第２放熱体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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