(57)【要約】 【構成】  Si基板の空洞を架橋するように脚により支持された架橋部に、下層の第１層パターンと上層の第２層パターンとから成るヒータパターンを設ける。第１層パターンと第２層パターンとの間に中間絶縁膜が有り、第１層パターンと第２層パターンは、中間絶縁膜が無い部分で、電気的に直列に接続されている。第１層パターンの一端と第２層パターンの一端とが、Si基板上で第１及び第２のパッドに接続されている。【効果】  ヒータ抵抗を約２倍にできる。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地絶縁膜を備えたSi基板の空洞を架橋するように脚により支持された架橋部に、ヒータパターンを設けたガスセンサにおいて、
前記ヒータパターンが下層の第１層パターンと上層の第２層パターンとから成り、
第１層パターンと第２層パターンとの間に中間絶縁膜が有り、
第１層パターンと第２層パターンは、中間絶縁膜が無い部分で、電気的に直列に接続され、
第１層パターンの一端と第２層パターンの一端とが、Si基板上で第１及び第２のパッドに接続されていることを特徴とする、ガスセンサ。  
【請求項２】
第２層パターンを覆うように酸化触媒膜が設けられ、
前記脚が架橋部当たり４本設けられて、１本の脚で第１層パターンの一端を引き出して第１のパッドへ接続し、他の１本の脚で第２層パターンの一端を引き出して第２のパッドへ接続し、残る２本の脚で、第１層パターンと第２層パターンをSi基板上に引き出し、Si基板上で第１層パターンと第２層パターンとを重ねることにより、電気的に直列に接続されていることを特徴とする、請求項１のガスセンサ。
【請求項３】
第１のパッドと第２のパッドはPt-Auの膜からなり、第１層パターンと第２層パターンはPt膜からなり、第１層パターンと第２層パターンとの接続部がPt-Au膜からなることを特徴とする、請求項１のガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、Si基板を微細加工したガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
Si基板上にアンダーカットエッチングにより架橋部を設け、架橋部にヒータパターンを設けたガスセンサが知られている。ヒータパターンにはPt膜等が用いられるが、３Ｖ程度の駆動電圧とするためには、ヒータパターンを長くあるいは細くし、ヒータ抵抗を大きくする必要がある。そこで発明者は、架橋部のサイズを増さずにヒータ抵抗を大きくすることにより、この問題を解決することを検討した。なお特許文献１（JP2008-76260A）は、ガスセンサの配線パターンを２層にすることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】JP2008-76260A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この発明の課題は、架橋部のサイズを増さずに、ガスセンサのヒータ抵抗を大きくすることにある。
この発明での補助的な課題は、第１のヒータパターンと第２層のヒータパターンとを確実に接続することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明のガスセンサは、下地絶縁膜を備えたSi基板の空洞を架橋するように脚により支持された架橋部に、ヒータパターンを設けたガスセンサにおいて、
前記ヒータパターンが下層の第１層パターンと上層の第２層パターンとから成り、第１層パターンと第２層パターンとの間に中間絶縁膜が有り、第１層パターンと第２層パターンは、中間絶縁膜が無い部分で、電気的に直列に接続され、第１層パターンの一端と第２層パターンの一端とが、Si基板上で第１及び第２のパッドに接続されていることを特徴とする。  
【０００６】
この発明ではヒータパターンを上下２層にすることにより、ヒータ抵抗を約２倍にできる。従ってヒータの駆動電圧を大きくする、あるいはヒータパターンを短くしてより小さな架橋部とすることができる。
【０００７】
好ましくは、第２層パターンを覆うように酸化触媒膜が設けられ、前記脚が架橋部当たり４本設けられて、１本の脚で第１層パターンの一端を引き出して第１のパッドへ接続し、他の１本の脚で第２層パターンの一端を引き出して第２のパッドへ接続し、残る２本の脚で、第１層パターンと第２層パターンをSi基板上に引き出し、Si基板上で第１層パターンと第２層パターンとを重ねることにより、電気的に直列に接続されている。このようにすると、Si基板上で大きな面積を用いて、第１層パターンと第２層パターンを接続できるので、中間絶縁膜の端部で第２層パターンが断線する可能性が小さくなる。
【０００８】
好ましくは、第１のパッドと第２のパッドはPt-Auの膜からなり、第１層パターンと第２層パターンはPt膜からなり、第１層パターンと第２層パターンとの接続部がPt-Au膜からなる。ヒータパターンをPt膜とする場合、パッドもPt膜で作成するのが自然であるが、パッドへのボンディングを容易にするため、表面をAu膜で被覆することが好ましい。するとパッドはPtとAuが合金化した膜、あるいはPtとAuの２層の膜となり、これらをPt-Au膜と呼ぶ。第１層パターンと第２層パターンとの接続部もパッドと同時にAu膜で被覆すると、接続部はPt-Au膜となり、Au膜で被覆した分だけ、中間絶縁膜の端部で第２層パターンが断線する可能性が小さくなる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例での第１層のヒータパターンを示す平面図
【図２】実施例での第２層のヒータパターンを示す平面図
【図３】第１層と第２層のヒータパターンの接合部を示す断面図
【図４】半導体ガスセンサに関する実施例での電極パターンを示す平面図
【図５】図４のV−V方向断面図
【図６】接触燃焼式ガスセンサに関する実施例での、パッドを用いた第１層と第２層の接合を示す平面図
【図７】図６のVII-VII方向断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。
【実施例】
【００１１】
図１〜図７に、実施例のガスセンサ２，６２を示す。図１〜図５は接触燃焼式と半導体式の双方に対応する実施例を示す。図において、２はガスセンサで、図示しないSi基板上に、酸化タンタル，シリカ，窒化ケイ素などから成る下地絶縁膜４を設け、架橋部６を脚１０〜１３で下地絶縁膜４に接続する。７は空洞部で、アンダーカットエッチングにより架橋部６と脚１０〜１３の底面まで延びている。８は架橋部６に設けたホールで、設けなくてもよい。架橋部６は、例えば４本の脚１０〜１３により、下地絶縁膜４により支持され、下地絶縁膜４，架橋部６，脚１０〜１３は同一材料から成る。架橋部６と脚１０とにヒータの第１層パターン１４を設け、例えば基板上でパッド２０に接続する。架橋部６は例えば一辺が20〜60μｍ程度の正方形で、空洞部７により下地絶縁膜４で覆われたSi基板から5〜20μｍ程度分離されている。
【００１２】
図２に示すように、第１層パターン１４を被覆する中間絶縁膜１６を設け、その材質は、酸化タンタル，シリカ，窒化ケイ素などである。そして中間絶縁膜１６上に第２層パターン１５を設け、例えば脚１２を介してパッド２１へ接続する。第１層パターン１４の先端部と第２層パターン１５の起端部とを重ねた位置で、中間絶縁膜１６に孔１７を設け、パターン１４，１５を接合し接合部１８とする。第１層パターン１４，第２層パターン１５は例えばそれぞれPt膜などで構成し、膜厚は例えば100〜1000nm程度とする。下地絶縁膜４、中間絶縁膜１６への付着性を増すため、Pt膜と絶縁膜４，１６の間にTi膜などを設けても良い。
【００１３】
図３に接合部１８の周囲を示す。中間絶縁膜１６の端部のため、第２層パターン１５に段差が生じ、断線の原因となることがある。このため、例えば第２層パターン１５をスパッタリングで作成し、段差を乗り越えやすくする。なお実施例では、パターン１４，１５を共にスパッタリングで作成する。パッド２０，２１等では、パターン１４，１５と同様のPt膜を下地膜とし、ワイヤボンディング、フリップチップボンディング等を容易にするため、膜厚100nm〜1000nm程度のAu膜でパッドを被覆する。接合部１８も、パッド２０，２１等と同時に膜厚100nm〜1000nm程度のAu膜３０で被覆し、中間絶縁膜１６の端部で断線する可能性を小さくする。Au膜は下地のPt膜と合金化することがあり、特に架橋部６上では加熱のために合金化が進みやすい。
【００１４】
図１〜図３のようにして、第２層パターン１５と接合部１８を作成すると、γ-アルミナ＋Ptなどから成り、膜厚100nm〜100μｍ程度の酸化触媒の膜で架橋部６を被覆し、接触燃焼式ガスセンサとする。なお酸化触媒の膜と第２層パターン１５の間に、別の絶縁膜を設けても良い。SnO2などの膜で架橋部６を被覆し半導体ガスセンサとする場合、図４，図５のように、第３層絶縁膜２４と電極２５，２６などを設け、膜厚100nm〜100μｍ程度の半導体２８で被覆する。図４に示すように、酸化タンタル，シリカ，窒化ケイ素などの第３層絶縁膜２４で第２層パターン１５を被覆し、Ptなどの電極２５，２６を設け、それらの端部をパッド２２，２３へと引き出す。そして架橋部６を酸化第２スズ、酸化インジウム、酸化タングステン等の半導体２８で被覆する。被覆後の架橋部６を図５に模式的に示す。ここでホール８を設けると、半導体２８が架橋部６の裏面側にも回り込むので、雰囲気との接触面積が増す。この結果ガス感度が向上する。なおホール８の作用は、接触燃焼式ガスセンサの場合も同様である。また第２層パターン１５の配置によっては、パターン１５を電極に兼用し、第３層絶縁膜２４を省略し、また電極２５，２６の一方を省略できる。
【００１５】
接触燃焼式ガスセンサの場合、２個のパッドが必要であるが、架橋部６を安定して支持するために４本の脚１０〜１３を設ける。そこで余った２本の脚を用いて、第１層パターン１４と第２層パターン１５をSi基板上に引き出すと、基板上の大きなパッドでパターン１４，１５を接続できる。このような例を図６，図７に示す。６２は接触燃焼式ガスセンサで、脚１１から第１層パターン１４を基板上へ引き出し、脚１２から第２層パターン１５を引き出す。６４は接続用パッドで、パターン１４と同時に成膜した下層パターン６６と、パターン１５と同時に成膜した上層パターン６８とからなり、上層パターン６８の底面の一部にのみ中間絶縁膜１６がある。ここで中間絶縁膜１６の端部に凹凸を設け、図６では端部を基板表面に平行な方向に突き出させて、パッド６４内での中間絶縁膜１６の周長を大きくする。中間絶縁膜１６の端部のパッド６４内の周長は、パッド６４の短辺方向の幅よりも長くする。これによって上層パターン６８が中間絶縁膜１６の端部で断線する可能性をさらに小さくする。７０は第２層パターン１５に接続したパッドで、パッド２０，７０間にヒータ電圧を加える。
【００１６】
図７に接続用パッド６４の積層構造を示す。下層パターン６６上に上層パターン６８が重ねられており、間に中間絶縁膜１６が有る。図６のようにして中間絶縁膜１６の端部の周長を長くし、上層パターン６８の断線の可能性を小さくする。また他のパッドと同様にAu膜７４で被覆し、上層パターン６８の断線の可能性を小さくする。なお他の点では、図１〜図３の実施例と同様である。
【００１７】
接触燃焼式ガスセンサの場合、検出片と補償片のように、２個の架橋部が必要である。図６，図７のように、１基板当たり１個の架橋部６を設けても良く、あるいは１つの基板に２個の架橋部を設けても良い。
【００１８】
実施例では以下の効果が得られる。
(1)  ヒータ抵抗を約２倍にできる。従って駆動電圧を大きくでき、あるいはヒータパターンを短くして架橋部６を小さくできる。架橋部６を小さくすると、Si基板も小さくできる。例えば膜厚500nm程度で、線幅と線間の間隙が共に３μｍ程度のPtヒータを、一辺が40μｍ程度の架橋部６に配線すると、１層の場合、室温での抵抗値が100Ω程度の場合が多いが、２層にすると200Ω程度にできる。
(2)  接続用パッド６４を設けることにより、Si基板上の大きな面積を用いてパターン１４，１５を接続し、第２層パターン１５が断線する可能性を小さくできる。
(3)  Au膜３０，７４により、接合部１８及び接続用パッド６４を被覆することにより、断線の可能性をさらに小さくできる。
【符号の説明】
【００１９】
２          ガスセンサ
４          下地絶縁膜
６          架橋部
７          空洞部
８          ホール
１０〜１３  脚
１４        第１層パターン
１５        第２層パターン
１６        中間絶縁膜
１７        孔
１８        接合部
２０〜２３  パッド
２４        第３層絶縁膜
２５，２６  電極
２８        半導体
６２        接触燃焼式ガスセンサ
６４        接続用パッド
６６        下層パターン
６８        上層パターン
７０        パッド
７２        Si基板
３０，７４  Au膜          
【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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