(57)【要約】【課題】物理量の変化に応じて変化する温度を測定することにより物理量を測定する熱型センサにおいて、物理量の測定精度をより高くする。【解決手段】熱型センサ１００は、物理量の変化に応じて温度が変化する測定領域と、基準領域との温度差により物理量を測定する。熱型センサは、第１の導電形の半導体により形成された第１の熱電素子１３１と、第１の熱電素子１３１とは異なる材料により形成された第２の熱電素子１５１とにより構成されたサーモパイルと、第１の熱電素子１３１と同一の材料により形成された第１の電極１３２と、第２の導電型の半導体により形成された第２の電極１５２とが接合されたダイオードとを有している。物理量を測定するための温度差は、測定領域と基準領域とにサーモパイルの第１と第２の接点を配置することにより、サーモパイルが出力する電圧信号により測定される。【選択図】図３
2016151473.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱部上に位置し物理量の変化に応じて温度が変化する測定領域と、前記測定領域の温度の測定の基準となり前記測定領域とは別個の基準領域と、の温度差を測定することにより前記物理量を測定する熱型センサであって、
第１の導電形の半導体により形成された第１の熱電素子と、前記第１の熱電素子とは異なる材料により形成された第２の熱電素子と、により構成されたサーモパイルと、
前記第１の熱電素子と同一の材料により形成された第１の電極と、第２の導電型の半導体により形成された第２の電極と、を有し、前記第１と第２の電極とによりｐｎ接合が形成され、前記熱型センサの特定の位置の温度を測定可能なダイオードと、
を備え、
前記温度差は、前記測定領域に前記サーモパイルの第１の接点を配置し、前記基準領域に前記サーモパイルの第２の接点を配置することにより、前記サーモパイルが出力する電圧信号により測定される、
熱型センサ。
【請求項２】
請求項１記載の熱型センサであって、
前記第１の熱電素子および前記第１の電極は、前記第１の導電型のポリシリコンにより形成されており、
前記第２の熱電素子は、前記第２の導電型のポリシリコンにより形成されている、
熱型センサ。
【請求項３】
前記第２の電極は、前記第２の導電型のポリシリコンにより形成されている、請求項２記載の熱型センサ。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか記載の熱型センサであり、さらに、
前記測定領域上の前記第１の接点の近傍に形成され、可燃性ガスの燃焼触媒を担持した担体を含むガス反応膜と、
前記測定領域に形成され、前記ガス反応膜を加熱するように構成されたヒータと、
を備え、
前記燃焼触媒による前記可燃性ガスの燃焼による前記測定領域の温度の変化を測定することにより、前記物理量として前記可燃性ガスの濃度を測定する、
熱型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、物理量の変化に応じて変化する温度を測定することにより物理量を測定する熱型センサにおいて、物理量の測定精度をより高くする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス濃度、流量、流速あるいは湿度等の物理量の変化に応じて変化する温度を測定し、当該物理量を測定する熱型センサは、幅広い分野で使用されている。例えば、水素等の可燃性ガスの濃度を測定するため、触媒を用いて可燃性ガスを燃焼させ、燃焼熱による触媒温度の上昇を電気的に検出する接触燃焼式ガスセンサが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、接触燃焼式ガスセンサにおいて、サーモパイルにより燃焼熱を検出することにより、可燃性ガスに対してより大きなセンサ出力を得て、低濃度の可燃性ガスや感度の低い可燃性ガスに対してガス検知感度を向上すること、および、抵抗（測温抵抗体）により周囲温度を測定することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−９９８０１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、一般的に、測温抵抗体が占める面積を小さくすることは困難であり、周囲温度（環境温度）を測定するために測温抵抗体を用いた場合、周囲温度として測定可能な位置が限定される。そのため、適切な位置において周囲温度を測定し、ガス濃度の測定精度を高くすることは、必ずしも容易でなかった。この問題は、接触燃焼式ガスセンサに限らず、ガス濃度、流量、流速あるいは湿度等を測定する種々の熱型センサに共通する。
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、物理量の変化に応じて変化する温度を測定することにより物理量を測定する熱型センサにおいて、物理量の測定精度をより高くする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題の少なくとも一部を達成するため、本発明の熱型センサは、断熱部上に位置し物理量の変化に応じて温度が変化する測定領域と、前記測定領域の温度の測定の基準となり前記測定領域とは別個の基準領域と、の温度差を測定することにより前記物理量を測定する熱型センサであって、第１の導電形の半導体により形成された第１の熱電素子と、前記第１の熱電素子とは異なる材料により形成された第２の熱電素子と、により構成されたサーモパイルと、前記第１の熱電素子と同一の材料により形成された第１の電極と、第２の導電型の半導体により形成された第２の電極と、を有し、前記第１と第２の電極とによりｐｎ接合が形成され、前記熱型センサの特定の位置の温度を測定可能なダイオードと、を備え、前記温度差は、前記測定領域に前記サーモパイルの第１の接点を配置し、前記基準領域に前記サーモパイルの第２の接点を配置することにより、前記サーモパイルが出力する電圧信号により測定されることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、熱型センサの特定の位置の温度をダイオードにより測定することが可能となる。一般に、ダイオードが占める面積は、測温抵抗体が占める面積よりも小さくできる。そのため、熱型センサにおいて、ダイオードをより適切な位置に配置することができるので、当該ダイオードにより温度を測定することにより、物理量の測定精度をより高くすることが可能となる。また、サーモパイルを構成する第１の熱電素子と、ダイオードの第１の電極とを同一の材料により形成しているので、第１の熱電素子と第１の電極とを同時に形成することができるので、熱型センサの製造工程をより短縮することが可能となる。
【０００８】
前記第１の熱電素子および前記第１の電極は、前記第１の導電型のポリシリコンにより形成されており、前記第２の熱電素子は、前記第２の導電型のポリシリコンにより形成されているものとしても良い。一般に、異なる導電型の半導体を用いたサーモパイルは、熱起電力が大きいため、サーモパイルが出力する電圧信号をより大きくすることができる。そのため、測定領域と基準領域との温度差をより高い感度で測定することができるので、物理量の測定精度をより高くすることが可能となる。また、半導体の中でもポリシリコンは成膜や不純物濃度を変化させることによる広範囲の抵抗値制御および微細加工が容易なため、第１と第２の熱電素子を形成することがより容易となる。
【０００９】
前記第２の電極は、前記第２の導電型のポリシリコンにより形成されているものとしても良い。第２の電極と第２の導電型のポリシリコンにより形成することにより、第２の電極と第２の熱電素子とを同時に形成することができる。そのため、熱型センサの製造工程をさらに短縮することが可能となる。
【００１０】
前記熱型センサは、さらに、前記測定領域上の前記第１の接点の近傍に形成され、可燃性ガスの燃焼触媒を担持した担体を含むガス反応膜と、前記測定領域に形成され、前記ガス反応膜を加熱するように構成されたヒータと、を備え、前記燃焼触媒による前記可燃性ガスの燃焼による前記測定領域の温度の変化を測定することにより、前記物理量として前記可燃性ガスの濃度を測定するものとしても良い。この熱型センサとして構成された接触燃焼式ガスセンサによれば、物理量としての可燃性ガスの濃度の測定精度をより高くすることが可能となる。
【００１１】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ガスセンサや種々の物理量を測定するための熱型センサ、そのガスセンサを利用したセンサモジュール、そのセンサモジュールを使用したガス検出装置およびガス検出システム、それらのガスセンサ、センサモジュールおよびガス検出装置を用いたリークテスト装置やリークテストシステム等の態様で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態としての燃焼式センサモジュールの構成を示す説明図。
【図２】ガスセンサの製造工程の中間段階における中間体の形状を示す説明図。
【図３】図２の後の段階における中間体の形状を示す説明図。
【図４】図３の後の段階における中間体の形状を示す説明図。
【図５】図４に示す段階の後、さらに工程を進めることにより得られるガスセンサの形状を示す説明図。
【図６】本発明の第２実施形態としての吸光式センサモジュールの構成を示す説明図。
【図７】第２実施形態としてのガスセンサの構成を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
Ａ．第１実施形態：
Ａ１．接触燃焼式ガスセンサモジュール：
図１は、本発明の第１実施形態としての接触燃焼式ガスセンサモジュール１０（以下、単に「燃焼式センサモジュール１０」とも呼ぶ）の構成を示す説明図である。図１（ａ）は、燃焼式センサモジュール１０の断面を示している。第１実施形態の燃焼式センサモジュール１０では、燃焼式センサチップ１００が、ケース１１とキャップ１２とからなるパッケージ１９内に実装されている。キャップ１２は、例えば、ステンレス鋼や真鍮等の焼結金属、ステンレス鋼等からなる金網、あるいは、多孔質セラミックスで形成されている。これにより、パッケージ１９内外の通気性が確保されるとともに、燃焼式センサチップ１００の汚染が抑制され、また、燃焼式センサモジュール１０自体の防爆化が図られている。燃焼式センサチップ１００は、空洞部１１９が設けられた基板１１０がダイボンド材１５によりケース１１に接着されることにより、ケース１１に固定されている。
【００１４】
図１（ｂ）は、ケース１１に固定された燃焼式センサチップ１００を上面から見た様子を示している。図１（ｂ）における一点鎖線Ａは、図１（ａ）で示した断面の位置を示す切断線である。また、一点鎖線Ｃ１，Ｃ２は、燃焼式センサチップ１００の中心位置を示す中心線である。図１（ｂ）に示すように、燃焼式センサチップ１００の上面には、導電膜が露出したボンディングパッドＰ１１〜Ｐ１７が形成されている。このボンディングパッドＰ１１〜Ｐ１７と、ケース１１の外部電極１３に接続された端子１４とをワイヤ１６で接続することにより、燃焼式センサチップ１００と外部回路との接続が可能となっている。
【００１５】
燃焼式センサチップ１００の上面には、可燃性ガスを触媒燃焼させるためのガス反応膜１９１と、比較のための参照膜１９２とが設けられている。可燃性ガスがキャップ１２を透過して燃焼式センサチップ１００に到達すると、ガス反応膜１９１では、可燃性ガスが触媒燃焼し、可燃性ガスの濃度に応じた量の熱が発生する。そのため、ガス反応膜１９１は、可燃性ガスの濃度に応じて温度が上昇する。一方、参照膜１９２は、触媒燃焼による温度上昇が発生しない。詳細については後述するが、燃焼式センサチップ１００は、ガス反応膜１９１と参照膜１９２とのそれぞれの温度を表す信号を出力する。これらの出力信号に基づいて、可燃性ガスの触媒燃焼により温度上昇するガス反応膜１９１と、可燃性ガスによる温度上昇がない参照膜１９２との温度差を求めることにより、雰囲気中の可燃性ガスの濃度を測定することができる。なお、このように、燃焼式センサチップ１００は、燃焼式センサモジュール１０において、ガスを検出する機能を担っているので、ガスセンサそのものであると謂える。そのため、以下では、燃焼式センサチップ１００を単に「ガスセンサ１００」と呼ぶ。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、ガスセンサ１００は、横方向に伸びる中心線Ｃ１に対して対称に形成されており、また、縦方向に伸びる中心線Ｃ２に対してほぼ対称に形成されている。そのため、以下では、必要性がない限り、このように対称性を有する部分については、その１つについてのみ説明する。また、中心線Ｃ１よりガス反応膜１９１側の部分は、ガス反応膜１９１の温度を表す信号、すなわち、雰囲気中の可燃性ガスの濃度に応じた信号を出力するように構成されており、中心線Ｃ１より参照膜１９２側の部分は、外的要因によるガス反応膜１９１の温度変化を補償するための信号を出力する。そのため、ガス反応膜１９１側の部分は、ガスを検出するガス検出部ＲＤ１とも謂うことができ、参照膜１９２側の部分は外的要因による出力変動を補償する補償部ＲＣ１とも謂うことができる。このように、ガスセンサ１００は、ガス検出部ＲＤ１と補償部ＲＣ１とがほぼ対称に形成されているので、環境温度の変化等の外的要因による出力変動を高い精度で補償することができる。
【００１７】
Ａ２．ガスセンサの製造工程：
図１（ａ）に示すように、ガスセンサ１００は、空洞部１１９が設けられた基板１１０と、基板１１０の上面に形成された絶縁膜１２０とを有している。絶縁膜１２０上には、ガスの検出機能を実現するための構造（後述する）を形成する複数の膜（機能膜）が積層されている。具体的には、絶縁膜１２０上に、半導体、導電体および絶縁体等を成膜し、必要に応じてパターニングすることにより、種々の機能膜が形成される。なお、以下では、成膜およびパターニングにより形成される機能膜については、当該パターニングの前後を通して、同一の符号を付して参照する。これらの機能膜は、半導体デバイスの製造方法として周知の技術を用いて形成することができるので、各機能膜の具体的な形成方法については説明を省略する。また、絶縁膜１２０および絶縁膜１２０上に積層される機能膜は、ガスセンサの製造工程や構造の変更に伴い、適宜追加あるいは省略される。
【００１８】
図２は、ガスセンサ１００の製造工程の中間段階における中間体１００ａの形状を示す説明図である。図２（ａ）は、中間体１００ａを上面から見た様子を示しており、図２（ｂ）は、図２（ａ）の切断線Ａにおける中間体１００ａの断面を示している。ガスセンサ１００の製造工程では、まず、空洞部１１９（図１（ａ））を有さないシリコン（Ｓｉ）等の基板１１０ａを準備する。次いで、準備した基板１１０ａの上面に、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）およびＳｉＯ２をこの順に成膜することにより、絶縁膜１２０を形成する。なお、絶縁膜１２０を、ＳｉＯ２とＳｉ３Ｎ４との多層膜とせず、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）の単層膜とすることも可能である。また、基板１１０ａの裏面に、ＳｉＯ２およびＳｉ３Ｎ４をこの順に成膜することにより、マスク膜１０２ａを形成する。
【００１９】
基板１１０ａに絶縁膜１２０とマスク膜１０２ａとを形成した後、上面にｎ型ポリシリコンを成膜することにより、ｎ型半導体膜１３０を形成する。このｎ型半導体膜１３０をパターニングすることにより、絶縁膜１２０上にｎ型熱電素子１３１とカソード体１３２とが形成される。ｎ型熱電素子１３１とカソード体１３２との形成後、上面にＳｉＯ２を成膜することにより、第１の層間絶縁膜１４０ａを形成する。この第１の層間絶縁膜１４０ａをパターニングすることにより、カソード体１３２上の一部分に開口部（コンタクトホール）Ｈ１１が形成された中間体１００ａが得られる。
【００２０】
図３は、図２の後の段階における中間体１００ｂの形状を示す説明図である。図３（ａ）は、中間体１００ｂを上面から見た様子を示しており、図３（ｂ）は、図３（ａ）の切断線Ａにおける中間体１００ｂの断面を示している。コンタクトホールＨ１１の形成後、上面にｐ型ポリシリコンを成膜することにより、ｐ型半導体膜１５０を形成する。このｐ型半導体膜１５０をパターニングすることにより、ｐ型熱電素子１５１とアノード体１５２とが形成される。このとき、２つの電極としてのカソード体１３２とアノード体１５２とがコンタクトホールＨ１１を介して接続されることにより、ｐｎ接合を有するダイオードが形成される。
【００２１】
なお、ｎ型半導体膜１３０およびｐ型半導体膜１５０の少なくとも一方の材料として、ポリシリコンに替えて、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、鉄シリサイド（ＦｅＳｉ２）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）あるいはビスマス・アンチモン（ＢｉＳｂ）等の種々の半導体を用いても良い。また、第１実施形態では、絶縁膜１２０上にｎ型半導体膜１３０を形成し、層間絶縁膜１４０ａ上にｐ型半導体膜１５０を形成しているが、これらの半導体膜の導電型を逆にすることも可能である。さらに、２つの半導体膜１３０，１５０のいずれかを金属からなる導電膜に置き換えることも可能である。また、ダイオードを、基板１１０ａと、ｎ型もしくはｐ型半導体膜とにより形成することができる。
【００２２】
ｐ型熱電素子１５１とアノード体１５２との形成後、上面にＳｉＯ２を成膜することにより、第２の層間絶縁膜１６０を形成する。そして、第１の層間絶縁膜１４０ａ（図２）と第２の層間絶縁膜１６０とを併せてパターニングする。これにより、コンタクトホールＨ１２〜Ｈ１７が形成された中間体１００ｂが得られる。この中間体１００ｂでは、コンタクトホールＨ１２，Ｈ１３によりｎ型熱電素子１３１が上面に露出し、コンタクトホールＨ１４，Ｈ１５によりｐ型熱電素子１５１が上面に露出している。また、コンタクトホールＨ１６，Ｈ１７により、それぞれ、アノード体１５２とカソード体１３２とが上面に露出している。
【００２３】
図４は、図３の後の段階における中間体１００ｃの形状を示す説明図である。図４（ａ）は、中間体１００ｃを上面から見た様子を示しており、図４（ｂ）は、図４（ａ）の切断線Ａにおける中間体１００ｃの断面を示している。コンタクトホールＨ１２〜Ｈ１７の形成後、上面にニクロム（ＮｉＣｒ）を成膜することにより、導電膜１７０を形成する。この導電膜１７０をパターニングすることにより、ヒータ１７１が形成される。また、第１および第２の層間絶縁膜１４０，１６０には、ｎ型およびｐ型半導体膜１３０，１５０が露出したコンタクトホールＨ１２〜Ｈ１７が形成されているので、ヒータ１７１の形成と同時に、ｎ型半導体膜１３０と、ｐ型半導体膜１５０と、導電膜１７０とをヒータ１７１の形成と同時に、所定の機能を実現するように接続する配線が形成される。具体的には、温接点接続線１７２、冷接点接続線１７３、信号出力線１７４、サーモパイル接続線１７５、ヒータ通電線１７６、グランド配線１７７、アノード接続線１７８およびカソード接続線１７９が形成される。
【００２４】
なお、導電膜１７０を形成する材料として、ＮｉＣｒに替えて、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）あるいはアルミニウム合金（例えば、ＡｌＳｉやＡｌＳｉＣｕ）等、合金を含む種々の金属を用いても良い。また、第１実施形態では、ヒータ１７１と各配線１７２〜１７９とを、導電膜１７０として形成しているが、ヒータをポリシリコンあるいはアモルファスシリコンで形成し、各配線１７２〜１７９を金属で形成し、ヒータ通電線１７６と、ポリシリコンあるいはアモルファスシリコンで形成されたヒータとを接合するものとしても良い。
【００２５】
ヒータ１７１は、幅の狭い葛折の線状に形成されており、その両端がそれぞれヒータ通電線１７６とグランド配線１７７とに接続されている。そのため、ヒータ通電線１７６とグランド配線１７７との間に電圧を印加することにより、ヒータ１７１に通電することができる。温接点接続線１７２は、上下に積層されたｎ型熱電素子１３１とｐ型熱電素子１５１とを接続して、ガス反応膜１９１や参照膜１９２（図１）の温度を測定するための温接点を形成する。冷接点接続線１７３は、隣接するｎ型熱電素子１３１とｐ型熱電素子１５１とを接続して、温度測定の基準となる冷接点を形成するとともに、ｎ型熱電素子１３１とｐ型熱電素子１５１とで構成される複数の熱電対を直列接続する。サーモパイル接続線１７５は、熱電対を直列接続したサーモパイルをさらに直列接続する。信号出力線１７４は、直列接続されたサーモパイルの一端のｐ型熱電素子１５１に接続されている。一方、直列接続されたサーモパイルの他端にあるｎ型熱電素子１３１は、グランド配線１７７に接続されている。これにより、信号出力線１７４には、グランド配線１７７に対して、温接点と冷接点との温度差に対応した電圧信号が出力される。なお、このように、冷接点が配置される基板１１０上の領域は、温度測定の基準となるので、基準領域とも謂うことができる。また、温接点が配置されるガス反応膜１９１や参照膜１９２の下の領域は、冷接点を基準とした温度測定の対象であるので、測定領域とも謂うことができる。アノード接続線１７８およびカソード接続線１７９は、ｐｎ接合されたアノード体１５２およびカソード体１３２に接続されている。そこで、アノード接続線１７８からカソード接続線１７９に一定の電流を流した際の順電圧等により、基板１１０（図１）の温度を測定することができる。
【００２６】
図５は、図４に示す段階の後、さらに工程を進めることにより得られるガスセンサ１００の形状を示す説明図である。図５（ａ）は、ガスセンサ１００を上面から見た様子を示しており、図５（ｂ）は、図５（ａ）の切断線Ａにおけるガスセンサ１００の断面を示している。導電膜１７０の形成（図４）の後、中間体１００ｃ上に、ＳｉＯ２を成膜して、保護膜１８０を形成する。この保護膜１８０をパターニングして開口部１８１〜１８５を設けることにより、信号出力線１７４が露出したボンディングパッド（信号出力パッド）Ｐ１１，Ｐ１３と、ヒータ通電線１７６が露出したボンディングパッド（ヒータ通電パッド）Ｐ１２，Ｐ１４と、グランド配線１７７が露出したボンディングパッド（グランドパッド）Ｐ１５と、アノード接続線１７８が露出したボンディングパッド（アノードパッド）Ｐ１６と、カソード接続線１７９が露出したボンディングパッド（カソードパッド）Ｐ１７とが形成される。また、電磁ノイズからのシールド性を向上させ、あるいは、グランド配線に近接した冷接点の温度の均一性を向上させるため、絶縁膜１２０と、第１および第２の層間絶縁膜１４０，１６０とに開口部を設け、グランド配線と基板１１０ａとを接続しても良い。
【００２７】
保護膜１８０をパターニングした後、基板１１０に設けられる空洞部１１９を形成する。空洞部１１９の形成に際しては、まず、マスク膜１０２ａに開口部１０９を形成する。次いで、開口部１０９が設けられたマスク膜１０２をマスクとして基板１１０ａをエッチングすることにより、空洞部１１９が形成される。エッチングは、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）の水溶液を用いた結晶異方性エッチングにより行うことができる。また、このようなウェットエッチングの他、いわゆるボッシュプロセス等のドライエッチングにより空洞部１１９を形成するものとしても良い。このように空洞部１１９を形成することにより、絶縁膜１２０が裏面側において露出したメンブレン１２１が形成される。なお、このメンブレン１２１は、図５から分かるように、空洞部１１９を渡るように形成されている。
【００２８】
なお、図５の例では、基板を下面側からエッチングすることにより空洞部１１９を形成しているが、空洞部は、基板を上面側からエッチングして形成することも可能である。この場合、絶縁膜１２０と、第１および第２の層間絶縁膜１４０，１６０と、保護膜１８０とに貫通穴を設け、当該貫通穴を通して基板をエッチングすることにより空洞部を形成することができる。このように基板を上面側からエッチングした場合、基板の上面側からの加工のみでガスセンサを製造でき、また、基板の残存部を下面側からエッチングした場合よりも多くすることができる。そのため、ガスセンサの製造工程を簡略化して歩留まりをより高くすることができるとともに、エッチング後の基板の強度をより高くすることができる点で、基板を上面側からエッチングするのが好ましい。一方、基板の下面側からエッチングする方が、絶縁膜１２０に貫通穴を設けることなく空洞部１１９が形成できるので、メンブレンに貫通穴が形成されて強度が低下することを抑制し、メンブレンの破損を抑制できる点で、好ましい。
【００２９】
また、空洞部は、必ずしも基板に設ける必要はない。例えば、基板と絶縁膜との間、もしくは、絶縁膜１２０とｎ型半導体膜および第１の層間絶縁膜との間に、空洞部を形成することも可能である。このような基板上の空洞部は、基板もしくは絶縁膜１２０上の空洞部を形成する領域に犠牲膜を形成した後、上述のように保護膜までの各機能膜を形成し、次いで保護膜上面から犠牲膜に到達する貫通穴を設け、当該貫通穴を通して犠牲膜を除去することにより、形成することができる。犠牲膜を形成する材料としては、ポリイミド等の樹脂やポリシリコン等の半導体を用いることができる。樹脂からなる犠牲膜は、アッシングにより除去することができ、半導体からなる犠牲膜は、エッチングにより除去することができる。但し、犠牲膜として半導体を用いる場合には、基板もしくはｎ型半導体膜のエッチングを阻止するため、基板、もしくは、絶縁膜１２０および犠牲膜の上に、ＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等からなる阻止膜が形成される。このように、基板上に空洞部を形成した場合、基板をエッチングした場合よりも、基板の強度をより高くすることができる。一方、ガスセンサの製造工程をより簡略化できる点においては、基板をエッチングするのが好ましい。
【００３０】
空洞部１１９の形成後、保護膜１８０上にガス反応膜１９１および参照膜１９２を形成する。具体的には、ガス反応膜１９１および参照膜１９２を形成する領域に、それぞれ、燃焼触媒としての白金（Ｐｔ）微粒子を担持させたアルミナ粒子等の担体を含むペーストと、触媒を担持させていない担体を含むペーストとを塗布する。ペーストの塗布は、ディスペンサによる塗布技術やスクリーン印刷技術を用いて行うことができる。ペーストを塗布した後、焼成することにより、ガス反応膜１９１および参照膜１９２が形成される。このように、保護膜１８０上にガス反応膜１９１と参照膜１９２とを形成することにより、ガスセンサ１００が得られる。
【００３１】
なお、ガス反応膜１９１に使用する燃焼触媒として、Ｐｔ微粒子に替えて、パラジウム（Ｐｄ）微粒子を用いることも可能である。また、参照膜１９２の比熱をガス反応膜１９１に近づけるため、参照膜１９２を形成するためのペーストに酸化銅（ＣｕＯ）等の金属酸化物を混ぜても良い。さらに、参照膜１９２に含まれる担体に、特定のガスについて選択的に触媒として作用する燃焼触媒（例えば、Ａｕの超微粒子）を担持するものとしても良い。この場合においても、当該特定のガス以外の可燃性ガスに関しては、参照膜１９２の担体には燃焼触媒が担持されていないと謂うことができる。
【００３２】
なお、第１実施形態のガスセンサ１００においては、温接点を形成する温接点接続線１７２と、ガス反応膜１９１および参照膜１９２と、ヒータ１７１とが、いずれもメンブレン１２１上に形成されている。一方、冷接点を形成する冷接点接続線１７３は、基板１１０上に形成されている。また、温接点接続線１７２により形成される温接点は、ガス反応膜１９１や参照膜１９２の下に形成されている。但し、温接点は、必ずしもガス反応膜１９１や参照膜１９２の下に形成される必要はない。一般的に、温接点は、ガス反応膜１９１や参照膜１９２の近傍に形成されていれば良い。このようにしても、ガス反応膜１９１や参照膜１９２の温度を測定することができる。同様に、冷接点は、基板１１０の近傍に形成されていれば良い。
【００３３】
Ａ３．ガスセンサの動作：
図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、温接点接続線１７２は、ガス反応膜１９１と参照膜１９２とのそれぞれの下に形成されているため、温接点接続線１７２の温度は、ガス反応膜１９１や参照膜１９２の温度とほぼ同一となる。一方、図１に示すように、基板１１０は、ダイボンド材１５によりパッケージ１９のケース１１に接着されているので、基板１１０上に配置された冷接点接続線１７３の温度は、パッケージ１９の温度や環境温度とほぼ同一となる。そのため、信号出力パッドＰ１１，Ｐ１３には、それぞれ、環境温度を基準としたガス反応膜１９１および参照膜１９２の温度に対応した電圧が出力される。そして、２つの信号出力パッドＰ１１，Ｐ１３の出力電圧の差を取ることにより、環境温度等の外的要因を補償して、ガス反応膜１９１と参照膜１９２との温度差を測定することができる。
【００３４】
ガスセンサ１００を動作させる際には、グランドパッドＰ１５とヒータ通電パッドＰ１２，Ｐ１４との間に電圧を印加して、ヒータ１７１を発熱させ、ガス反応膜１９１と参照膜１９２との温度を上昇させる。ガス反応膜１９１においては、温度が上昇することにより燃焼触媒が活性化する。これにより、雰囲気中に可燃性ガスが存在する場合には、可燃性ガスが触媒燃焼して発熱し、可燃性ガスの濃度に応じて温度が上昇する。一方、参照膜１９２は、雰囲気中に可燃性ガスが存在する場合においても発熱しない。そのため、ガス反応膜１９１と参照膜１９２とには、可燃性ガスの濃度に応じた温度差が生じる。このガス反応膜１９１と参照膜１９２との温度差を、上述のように測定することにより、雰囲気中の可燃性ガスの濃度を測定することができる。
【００３５】
このように、ヒータ１７１を発熱させると、ガス反応膜１９１における可燃性ガスの触媒燃焼が促進されるので、ガスセンサ１００における可燃性ガスの検出感度が高くなる。また、可燃性ガスとして水素ガス（Ｈ２）を検出する場合、ガス反応膜１９１における触媒燃焼により水（Ｈ２Ｏ）が生成される。このとき、ガス反応膜１９１の温度が低いと、生成されたＨ２Ｏが凝結してガス反応膜１９１が濡れ、検出感度が低下する虞がある。一方、第１実施形態のガスセンサ１００では、ヒータ１７１によりガス反応膜１９１を加熱することにより、生成されたＨ２Ｏによる検出感度の低下を抑制することが可能となる。また、参照膜１９２は、ガス反応膜１９１と同様にヒータ１７１により加熱することができ、独立に加熱温度を制御できるので、雰囲気に可燃性ガスが含まれない場合に、ガス反応膜１９１と参照膜１９２とをほぼ同温度とし、ガス検出部ＲＤ１と補償部ＲＣ１との出力電圧の差（オフセット）をほぼ０とすることが可能となる。
【００３６】
第１実施形態のガスセンサ１００では、上述のように、ヒータ１７１と、温接点を形成する温接点接続線１７２と、ガス反応膜１９１および参照膜１９２とが、いずれもメンブレン１２１上に形成されている。このメンブレン１２１は、一般に薄く（約１〜５μｍ）形成されるので、メンブレン１２１自体の熱容量が小さくなるとともに、熱伝導度が低い絶縁膜（ＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４）を主体に構成されている。また、メンブレン１２１の下面には、熱を伝達しない空洞部１１９が形成されている。このように、ガス反応膜１９１を空洞部１１９上に形成された熱容量が小さく、熱伝導度が低いメンブレン１２１の上部に形成することにより、ガス反応膜１９１における可燃性ガスの触媒燃焼で発生する熱量が少ない場合においても、ガス反応膜１９１の温度を十分に上昇させることができる。そのため、ガスセンサ１００における可燃性ガスの検出感度をより高くすることができる。なお、メンブレン１２１の下面に形成された空洞部１１９は、熱を伝達しないので、断熱部とも言うことができる。
【００３７】
このように、第１実施形態のガスセンサ１００では、ガス検出部ＲＤ１と補償部ＲＣ１とのそれぞれに設けられたサーモパイルが出力する電圧の差を取ることにより、環境温度等の外的要因を補償している。しかしながら、環境温度が変化した場合、基板１１０、ガス反応膜１９１および参照膜１９２の温度が変化する可能性がある。ガス反応膜１９１の温度が変化すると、燃焼触媒の活性が変化し、可燃性ガスの濃度が一定であっても、ガス検出部ＲＤ１のサーモパイルの出力電圧が変化する。また、熱起電力を決定するゼーベック係数は、一般に非線形であり、温接点と冷接点との温度差が一定であっても、冷接点の温度が変化すると、サーモパイルの出力電圧が変化する。そのため、可燃性ガスの濃度を一定とした場合における、可燃性ガス濃度の測定値の変化（ドリフト）が発生する虞がある。
【００３８】
一方、第１実施形態のガスセンサ１００では、基板１１０の上部にアノード体１５２およびカソード体１３２がｐｎ接合されたダイオードが形成されている。このように形成されたダイオードを用いることにより、上述のように、基板１１０の温度を測定することができる。そのため、ダイオードにより測定された基板１１０の温度により、サーモパイルの出力電圧により測定される可燃性ガスの濃度を補正することにより、ドリフトの影響を低減し、可燃性ガスの濃度をより高い精度で測定することができる。また、測定されたガス濃度を補正するほか、ダイオードにより測定された基板１１０の温度に応じて、ヒータ１７１に供給する電力を調整し、ガス反応膜１９１および参照膜１９２の温度を一定に維持し、ドリフトを低減することも可能である。
【００３９】
なお、第１実施形態のガスセンサ１００では、サーモパイルを構成する２つの熱電素子１３１，１５１をｎ型およびｐ型の半導体により形成している。そのため、これらの熱電素子１３１，１５１を形成すると同時に、ダイオードを構成するカソード体１３２とアノード体１５２とを形成することができる。そのため、工程を追加することなく、基板１１０の温度を測定するためのダイオード（基板測温素子）を形成することができるので、基板測温素子を有するガスセンサの製造工程を短縮することができる。さらに、基板測温素子として、ダイオードを用いることにより、Ｐｔ等による測温抵抗体を用いる場合よりも、基板測温素子の占める面積を小さくすることができる。そのため、ガスセンサの小型化を図ることが可能である。また、基板測温素子の占める面積が小さくなることにより、ガスセンサ上のより適切な位置に基板測温素子を設け、あるいは、複数の基板測温素子を設けることにより、より正確に測定値を補正してドリフトの影響を低減し、あるいは、環境温度の変化によるガス反応膜１９１および参照膜１９２の温度変化をより小さくしてドリフトを低減することが可能となる。また、一般に測温抵抗体に利用されるＰｔは、Ｐｔ自体が高価であるとともに、パターニングが容易でない。そのため、基板測温素子として測温抵抗体を用いた場合、ガスセンサのコストが上昇するとともに、基板の温度測定特性が不安定化する虞がある。さらに、Ｐｔのパターニングに使用されるイオンミリングは、パターニングされるＰｔの下の層にダメージを与える可能性がある。そのため、基板測温素子として測温抵抗体を用いた場合、イオンミリングによるダメージによりガスセンサの品質が低下する虞がある。一方、第１実施形態では、基板測温素子としてダイオードを用いることにより、コストの低減を図るとともに、ガスセンサの品質の低下や、基板の温度測定特性の不安定化を抑制することができる。
【００４０】
さらに、第１実施形態のガスセンサ１００では、基板１１０の上部にダイオードを設け、基板１１０の温度を測定しているが、ダイオードをメンブレン１２１上に設け、メンブレン１２１の温度を測定することも可能である。一般的には、ダイオードを用いることにより、ガスセンサ１００上の特定の位置における温度を測定することが可能である。例えば、ヒータ１７１の近くにダイオードを設け、ヒータ１７１近傍の温度を測定することも可能である。この場合、ダイオードにより測定されたヒータ１７１近傍の温度に応じてヒータ１７１に供給する電力を調整することにより、環境温度の変化によるガス反応膜１９１および参照膜１９２の温度変化をより確実に抑制することが可能となる。
【００４１】
第１実施形態では、ガス検出部ＲＤ１のヒータ１７１に通電するためのヒータ通電パッドＰ１２と、補償部ＲＣ１のヒータ１７１に通電するためのヒータ通電パッドＰ１４とを別個に形成し、ガス検出部ＲＤ１と補償部ＲＣ１とのヒータ１７１に別個に通電できるようにしているが、例えば、これらのヒータ通電パッドを１つの端子に接続し、２つのヒータ１７１に同時に通電することも可能である。但し、雰囲気中に可燃性ガスがない状態において各ヒータ１７１の通電電流を調整して、ガス濃度に対応する出力信号のオフセットを０に調整することにより、より低濃度のガスを検出することが可能となる点で、ガス検出部ＲＤ１のヒータ１７１と補償部ＲＣ１のヒータ１７１とに別個に通電できるようにするのが好ましい。
【００４２】
第１実施形態では、燃焼触媒を担持していない担体を含む参照膜１９２を形成しているが、製造工程を簡略化するために参照膜１９２の形成を省略することも可能である。この場合、補償部ＲＣ１の温接点は、温度がガス反応膜１９１に近くなるヒータ１７１の温度を測定するように、ヒータ１７１の近傍に形成されていれば良い。このとき、補償部ＲＣ１のヒータ１７１は、補償部ＲＣ１の温接点の近傍を含む領域に形成されているといえる。但し、参照膜１９２およびガス反応膜１９１のそれぞれが形成している領域の熱容量をより近くし、気流等の影響による可燃性ガスの検出精度の低下を抑制することができる点で、参照膜１９２を形成するのが好ましい。
【００４３】
また、第１実施形態では、ガス反応膜１９１および参照膜１９２のそれぞれの下にヒータ１７１を形成しているが、参照膜１９２の下のヒータ１７１を省略することも可能である。この場合においても、空洞部１１９を渡る薄いメンブレン１２１上にガス反応膜１９１および参照膜１９２が形成されているので、雰囲気が可燃性ガスを含まない場合におけるガス反応膜１９１と参照膜１９２との温度差は、主としてメンブレン１２１上の構造により決定される。そして、基板１１０の温度が変動しても、ガス反応膜１９１と参照膜１９２との温度差の変動は抑制されるので、可燃性ガスの濃度に対応するガス反応膜１９１の温度上昇量をより正確に求めることが可能となる。但し、雰囲気が可燃性ガスを含まない場合においてガス反応膜１９１と参照膜１９２とをほぼ同温度とし、ガス濃度に対応する出力信号のオフセットをほぼ０とすることにより、低濃度のガスをより容易に検出することが可能となる点で、ガス反応膜１９１および参照膜１９２のそれぞれの下にヒータ１７１を形成するのが好ましい。
【００４４】
Ｂ．第２実施形態：
図６は、本発明の第２実施形態としての吸光式ガスセンサモジュール２０（以下、単に「吸光式センサモジュール２０」とも呼ぶ）の構成を示す説明図である。図６（ａ）は、吸光式センサモジュール２０の図６（ｂ）の一点鎖線Ｄ２における断面を示している。吸光式センサモジュール２０では、吸光式センサチップ２００が、ヘッダ２１とキャップ３０とからなるパッケージ２９内に実装されている。キャップ３０の上面には、２つの貫通穴３９が設けられており、貫通穴３９のそれぞれの位置に、互いに異なる特定の波長を透過するフィルタ３１，３２が取り付けられている。これにより、吸光式センサチップ２００は、パッケージ２９内に封止されている。吸光式センサチップ２００は、その基板２１０がダイボンド材２５によりヘッダ２１に接着されることにより、ヘッダ２１に固定されている。
【００４５】
図６（ｂ）は、ヘッダ２１に固定された吸光式センサチップ２００を上面から見た様子を示している。なお、図６（ｂ）における一点鎖線Ｄ１，Ｄ２は、吸光式センサチップ２００の中心位置を示す中心線である。吸光式センサチップ２００の上面には、導電膜が露出したボンディングパッドＰ２１，Ｐ２３，Ｐ２６，Ｐ２７が形成されている。このボンディングパッドＰ２１，Ｐ２３，Ｐ２６，Ｐ２７と、封止材２３を介してヘッダ２１に取り付けられた端子２４とをワイヤ２６で接続することにより、吸光式センサチップ２００は外部の回路に接続される。
【００４６】
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、吸光式センサチップ２００の上面には、赤外線を吸収する赤外線吸収膜２９３，２９４が設けられている。赤外線光源（図示しない）が点灯されると、赤外線光源と吸光式センサモジュール２０との間に設置された検出対象ガス封入セル（図示しない）内に導入された検出ガス対象ガスを透過して、吸光式ガスセンサモジュール２０の上面から入射した赤外線が、フィルタ３１，３２を透過して吸光式センサチップ２００の赤外線吸収膜２９３，２９４に到達すると、到達した赤外線の強度に応じて熱が発生し、赤外線吸収膜２９３，２９４の温度が上昇する。このとき、フィルタ３１が透過する波長を特定のガス（検出対象ガス）の吸収線の波長とし、フィルタ３２が透過する波長を検出対象ガスで吸収されない波長とすることにより、吸光式ガスセンサモジュール２０に入射する赤外線の光路上における検出対象ガスの濃度に応じて、赤外線吸収膜２９３における温度上昇量が、赤外線吸収膜２９４における温度上昇量よりも低くなる。吸光式センサチップ２００は、２つの赤外線吸収膜２９３，２９４の温度差を表す信号を出力する。この出力信号に基づいて、検出対象ガスによる吸収により温度上昇量が低下する赤外線吸収膜２９３と、温度上昇量の低下がない赤外線吸収膜２９４との温度差を求めることにより、検出対象ガスの濃度を測定することができる。なお、このように、吸光式センサチップ２００も、吸光式センサモジュール２０において、ガスを検出する機能を担っているので、以下では、吸光式センサチップ２００を単に「ガスセンサ２００」と呼ぶ。
【００４７】
なお、ガスセンサ２００においても、検出対象ガスの吸収線の波長を透過するフィルタ３１側の部分は、検出対象ガスの濃度の測定に使用され、中心線Ｃ１より検出対象ガスで吸収されない波長を透過するフィルタ３２側の部分は、赤外光の光源の輝度や環境温度等の外的要因の変動による赤外線吸収膜２９３の温度変化を補償するために使用される。そのため、フィルタ３１側の部分は、ガスを検出するガス検出部ＲＤ２とも謂うことができ、フィルタ３２側の部分は外的要因による出力変動を補償する補償部ＲＣ２とも謂うことができる。
【００４８】
図７は、第２実施形態としてのガスセンサ２００の構成を示す説明図である。図７（ａ）は、ガスセンサ２００を上面から見た様子を示しており、図７（ｂ）は、図７（ａ）の切断線Ｂにおけるガスセンサ２００の断面を示し、図７（ｃ）は、図７（ａ）の左側から見た中心線Ｄ２におけるガスセンサ２００の断面を示している。第２実施形態のガスセンサ２００は、第１実施形態のガスセンサ１００と同様に作製され、構成も類似している。そのため、ガスセンサ２００のうちガスセンサ１００と類似する各部には、ガスセンサ１００の各部に付した符号の最初の数字を「１」から「２」に変更した符号を付すとともに、その説明を省略する。
【００４９】
上述のように、第２実施形態のガスセンサ２００と第１実施形態のガスセンサ１００とは、ガスの検出原理が異なっているため、構成が異なっている。具体的には、第２実施形態のガスセンサ２００では、ガス反応膜１９１、参照膜１９２、ヒータ１７１およびヒータ通電線１７６を省略するとともに、赤外線吸収膜２９３，２９４および反射膜ＲＦＦを設けている。赤外線吸収膜２９３，２９４は、ガス反応膜１９１や参照膜１９２における担体に替えて、カーボンブラックあるいは金属酸化物を含むペーストを塗布し、焼成することにより形成される。反射膜ＲＦＦは、赤外線吸収膜２９３，２９４の下部に導電膜２７０として形成される。この反射膜ＲＦＦにより、赤外線吸収膜２９３，２９４を透過した赤外線が赤外線吸収膜２９３，２９４に向けて反射されるため、赤外線吸収膜２９３，２９４における発熱量を大きくし、ガスの検出感度をより高くすることができる。
【００５０】
また、ガスセンサ２００では、２つの赤外線吸収膜２９３，２９４の温度差を表す信号を出力するため、グランド配線１７７を省略し、導電膜２７０として形成されたサーモパイル連結線ＴＣＬにより、ガス検出部ＲＤ２および補償部ＲＣ２のサーモパイルをフロート状態で接続している。具体的には、サーモパイル連結線ＴＣＬは、ガス検出部ＲＤ２および補償部ＲＣ２のそれぞれにおいて、サーモパイルを構成する直列接続された熱電対の端にあたるｎ型熱電素子２３１を互いに接続している。このようにｎ型熱電素子２３１を互いに接続することにより、信号出力パッドＰ２１から信号出力パッドＰ２３に繋がる回路として見たときに、ガス検出部ＲＤ２におけるサーモパイルと、補償部ＲＣ２におけるサーモパイルとにおいて、熱電対としての接続順序が逆になっている。具体的に言えば、ガス検出部ＲＤ２では、信号出力パッドＰ２１からサーモパイル連結線ＴＣＬに向かって順に、温接点においてｐ型熱電素子２５１からｎ型熱電素子２３１に接続され、冷接点においてｎ型熱電素子２３１からｐ型熱電素子２５１に接続されている。一方、補償部ＲＣ２では、サーモパイル連結線ＴＣＬから信号出力パッドＰ２３に向かって順に、冷接点においてｐ型熱電素子２５１からｎ型熱電素子２３１に接続され、温接点においてｎ型熱電素子２３１からｐ型熱電素子２５１に接続されている。
【００５１】
このように、直列接続された熱電対の端にあたるｎ型熱電素子２３１をフロート状態で互いに接続することにより、２つの信号出力パッドＰ２１，Ｐ２３間の電圧は、ガス検出部ＲＤ２と補償部ＲＣ２とのそれぞれの赤外線吸収膜２９３，２９４の温度差を表す電圧となる。言い換えれば、２つの信号出力パッドＰ２１，Ｐ２３からは、検出対象ガスの濃度に対応した信号が直接出力される。そのため、吸光式センサモジュール２０（図６）の外部において差動増幅器により出力信号の差を求めることを省略できるので、ガスの検出回路をより簡単にすることが可能となる。また、一般的に差動増幅器等の増幅器は、入力電圧が電源電圧を超えると動作しない。そのため、差動増幅器により出力信号の差を求める場合には、出力信号の電圧が差動増幅器の電源電圧を超えないように、サーモパイルを構成する熱電対の段数や、熱電素子２３１，２５１として使用する材料が制限される。一方、直列接続された熱電対の端にあたる熱電素子２３１をフロート状態で接続すれば、２つの赤外線吸収膜２９３，２９４の温度差を表す電圧が出力される。そのため、サーモパイルを構成する熱電対の段数を増やし、また、より熱起電力が大きくなるように熱電素子として使用する材料を選択することにより、ガスの検出感度をより高くすることが可能となる。なお、直列接続の末端に位置する熱電素子をフロート状態で接続する構成は、接触燃焼式のガスセンサにおいても採用することができる。
【００５２】
さらに、ガスセンサ２００では、いわゆるボッシュプロセスを用いて基板２１０に２つの空洞部２１８，２１９を設けている。空洞部２２１，２２２を区切る板状部２１２は、ヘッダ２１（図６）にダイボンド材２５を用いて接着される。図７に示すように、板状部２１２は、ガス検出部ＲＤ２と補償部ＲＣ２との境界（中心線Ｄ２）の下に設けられており、ヘッダ２１に接着されている。そのため、赤外線吸収膜２９３，２９４のそれぞれにおいて発生した熱は、板状部２１２とヘッダ２１とを介して吸光式センサモジュール２０の外部に放出され、ガス検出部ＲＤ２と補償部ＲＣ２とは、熱的に分離される。これにより、赤外線吸収膜２９３，２９４の温度上昇量の差をより正確に求めることが可能となるので、検出対象ガスの検出感度をより高くすることができる。
【００５３】
第２実施形態のガスセンサ２００では、第１実施形態のガスセンサ１００と同様に、基板２１０上に基板測温素子としてのダイオードを設けている。そのため、第１実施形態のガスセンサ１００と同様に、サーモパイルの出力電圧により測定される検出対象ガスの濃度を補正することができるので、検出対象ガスの濃度をより正確に測定することが可能となる。また、基板測温素子としてダイオードを用いることにより、ガスセンサの小型化とコストの低減を図るとともに、ガスセンサの品質の低下や、基板の温度測定特性の不安定化を抑制することができる。
【００５４】
Ｃ．変形例：
本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。
【００５５】
Ｃ１．変形例１：
上記各実施形態では、ガス検出部と補償部とのそれぞれにおいて、２つのサーモパイルを設けているが、サーモパイルの数は、任意の数とすることができる。例えば、ガス検出部と補償部とのそれぞれにおいて、単一のサーモパイルを設けるものとしても良く、また、さらにサーモパイルを増やすものとしても良い。また、上記各実施形態では、ガス反応膜と参照膜あるいは赤外線吸収膜の温度を測定するために、熱電対を直列接続したサーモパイルを用いているが、ガス検出部と補償部とのそれぞれにおいて、単一の熱電対、あるいは、測温抵抗体やサーミスタ等の他の測温素子を設け、それによりガス反応膜と参照膜あるいは赤外線吸収膜の温度を測定するものとしても良い。但し、ガス反応膜と参照膜あるいは赤外線吸収膜の温度を表す十分に高い電圧信号が直接出力され、ガスの検出感度をより高くすることが容易となる点で、サーモパイルによりガス反応膜と参照膜あるいは赤外線吸収膜の温度を測定するのが好ましい。
【００５６】
Ｃ２．変形例２：
上記各実施形態では、サーモパイルの温接点を、ガス反応膜、参照膜および赤外線吸収膜の下に配置し、冷接点を温度測定の基準となる基板の上に配置しているが、温接点および冷接点の配置は、この態様に限定されない。例えば、ガス検出部のガス反応膜あるいは赤外線吸収膜の下に温接点を配置し、補償部の参照膜あるいは赤外線吸収膜の下に冷接点を配置することも可能である。この場合、冷接点が配置される補償部の参照膜あるいは赤外線吸収膜の下は、温度測定の基準となるので、基準領域と謂うことができ、温接点が配置されるガス検出部のガス反応膜あるいは赤外線吸収膜の下は、冷接点を基準領域とした温度特性の対象であるので、測定領域とも謂うことができる。また、基準領域に温接点を配置し、測定領域に冷接点を配置することも可能である。このようにしても、サーモパイルから出力される電圧信号の極性が反転するだけであるので、ガスの検出をすることができる。
【００５７】
Ｃ３．変形例３：
上記各実施形態では、ガスセンサに、ガス検出部と補償部とを設けているが、補償部を省略することも可能である。この場合、可燃性ガスあるいは検出対象ガスが存在しない状態において、ガス反応膜を加熱するヒータに通電を開始し、あるいは、赤外線光源を点灯してから十分に時間が経過した後、演算増幅器等を用いて出力電圧が０となるようにオフセットを調整することにより、可燃性ガスあるいは検出対象ガスの検出を行うことができる。
【００５８】
Ｃ４．変形例４：
上記各実施形態では、断熱部として、基板自体に設けられた空洞部、もしくは、基板上に形成された空洞部を用いているが、断熱部は必ずしも空洞である必要はない。断熱部は、例えば、基板自体に設けられた空洞部に、多孔質材や樹脂等の断熱材を埋め込むことにより形成することができる。多孔質材としてＳｉＯ２を用いる場合には、周知の低比誘電率（Low-k）絶縁膜やシリカエアロゲルの形成技術により空洞部に多孔質ＳｉＯ２を埋め込むことができる。多孔質材として樹脂を用いる場合には、当該樹脂のモノマやプレポリマを空洞部に充填し、その後、熱や紫外線によりモノマやプレポリマを重合させれば良い。また、断熱部として、基板上に多孔質材や樹脂等の断熱膜を形成するものとしても良い。この場合、上述した基板上に空洞部を形成する工程と同様に、基板もしくは絶縁膜上に多孔質材や樹脂等の断熱膜を形成し、形成した断熱膜を残存させることにより断熱部を形成することができる。また、基板上に断熱膜を形成するためのポリシリコン膜を形成し、当該ポリシリコン膜を陽極酸化により多孔質化しても良い。さらに、断熱部として、基板自体に多孔質部を形成するものとしても良い。多孔質部は、例えば、基板としてＳｉ基板を用いている場合には、基板自体に空洞部を形成する工程と同様に、基板の下面側もしくは基板の上面側から、空洞部に相当する領域を陽極酸化により多孔質化することで形成することができる。なお、空洞でない断熱部を用いる場合において、断熱部の材料が導電性を有する場合には、断熱部と、半導体膜あるいは導電膜との間には絶縁膜が追加される。このように、空洞でない断熱部を用いることにより、断熱部上に形成された機能膜の破損が抑制される。
【００５９】
Ｃ５．変形例５：
上記各実施形態では、本発明を物理量としてのガス濃度を、ガス濃度に応じて温度が変化する測定領域（すなわち、ガス反応膜１９１あるいは赤外線吸収膜２９３の近傍）と、測定領域の温度の測定の基準となる基準領域（すなわち、基板１１０，２１０上）との温度差を測定することにより測定するガスセンサに適用しているが、本発明は、ガスセンサの他、物理量の変化に応じて温度が変化する測定領域と、測定領域の温度の測定の基準となる基準領域との温度差を測定することにより、当該物理量を測定する種々の熱型センサに適用することができる。本発明は、例えば、物理量として、流量、流速あるいは湿度を測定する熱型センサに適用することができる。この場合、メンブレン上に、測定領域であるヒータと、ヒータの近傍にサーモパイルの温接点を配置し、基準領域である基板上にサーモパイルの冷接点を配置し、サーモパイルが出力する電圧信号により測定領域と基準領域との温度差を測定すれば良い。この場合においても、ダイオードにより温度を測定することにより、環境温度の変化による測定値のドリフトの影響を低減し、あるいは、測定値のドリフトを抑制することが可能となるので、物理量の測定精度をより高くすることができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０…燃焼式センサモジュール、１１…ケース、１２，３０…キャップ、１３…外部電極、１４，２４…端子、１５，２５…ダイボンド材、１６，２６…ワイヤ、１９，２９…パッケージ、２０…吸光式センサモジュール、２１…ヘッダ、２３…封止材、３１，３２…フィルタ、３９…貫通穴、１００，２００…ガスセンサ、１００ａ，１００ｂ，１００ｃ…中間体、１０２，１０２ａ…マスク膜、１０９…開口部、１１０，１１０ａ，２１０…基板、１１９，２１８，２１９…空洞部、１２０，２２０…絶縁膜、１２１，２２１，２２２…メンブレン、１３０，２３０…ｎ型半導体膜、１３１，２３１…ｎ型熱電素子、１３２，２３２…カソード体、１４０，１４０ａ，１６０，２４０，２６０…層間絶縁膜、１５０，２５０…ｐ型半導体膜、１５１，２５１…ｐ型熱電素子、１５２，２５２…アノード体、１７０，２７０…導電膜、１７１…ヒータ、１７２，２７２…温接点接続線、１７３，２７３…冷接点接続線、１７４，２７４…信号出力線、１７５，２７５…サーモパイル接続線、１７６…ヒータ通電線、１７７…グランド配線、１７８，２７８…アノード接続線、１７９，２７９…カソード接続線、１８０，２８０…保護膜、１８１〜１８５，２８１，２８４，２８５…開口部、１９１…ガス反応膜、１９２…参照膜、２１２…板状部、２９３，２９４…赤外線吸収膜、Ｈ１１〜Ｈ１７…コンタクトホール、Ｐ１１，Ｐ１３，Ｐ２１，Ｐ２３…信号出力パッド、Ｐ１２，Ｐ１４…ヒータ通電パッド、Ｐ１５…グランドパッド、Ｐ１６，Ｐ２６…アノードパッド、Ｐ１７，Ｐ２７…カソードパッド、ＲＣ１，ＲＣ２…補償部、ＲＤ１，ＲＤ２…ガス検出部、ＲＦＦ…反射膜、ＴＣＬ…サーモパイル連結線
【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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