ガスセンサ素子及びその製造方法
【課題】応力による感応部の変形を低減することができるガスセンサ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】開口部５を有する空洞部７を備えた支持体３の表面３Ａに、ヒータ配線パターン１９を内蔵して支持体３の表面３Ａに固定される固定部１５と開口部上に位置する非固定部１７を有するベース絶縁層９とを設ける。ベース絶縁層９の非固定部１７の中央部２１に電極配線パターン２７と感応膜３１を形成する。非固定部１７が、中央部２１及び中央部２１と固定部１５とを連結する複数本の連結部２３を構成する。４本の連結部２３を基部３３と延伸部３５とから構成する。連結部２３の基部３３は、開口部５の縁部５Ａに沿って延びるように構成する。延伸部３５は、基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結するように構成する。連結部２３は、基部３３の最大幅寸法Ｗ１が、延伸部３５の最大幅寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成する。
【解決手段】開口部５を有する空洞部７を備えた支持体３の表面３Ａに、ヒータ配線パターン１９を内蔵して支持体３の表面３Ａに固定される固定部１５と開口部上に位置する非固定部１７を有するベース絶縁層９とを設ける。ベース絶縁層９の非固定部１７の中央部２１に電極配線パターン２７と感応膜３１を形成する。非固定部１７が、中央部２１及び中央部２１と固定部１５とを連結する複数本の連結部２３を構成する。４本の連結部２３を基部３３と延伸部３５とから構成する。連結部２３の基部３３は、開口部５の縁部５Ａに沿って延びるように構成する。延伸部３５は、基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結するように構成する。連結部２３は、基部３３の最大幅寸法Ｗ１が、延伸部３５の最大幅寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータを内蔵する絶縁体のベースに電極を備える感応部を設けてガスを検知するガスセンサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−１３２８１４号公報には、ヒータを内蔵するステージ２の外側に等間隔に配置された４本のブリッジ３が、シリコンフレーム１とステージ２とを架橋するガスセンサ素子の構造が開示されている。また、特開２００９−５８３８９号公報には、加熱手段１４を内蔵する絶縁層１３（被支持基板部１０）の上に検出電極１２を備えるガス感応部１１が形成され、基材３１に取り付けられた支持基板部３０とガス感応部１１が形成された被支持基板部１０とが、卍形状を１８０°反転させた形状を呈する架橋部によって架橋されたガスセンサ素子の構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３２８１４号公報
【特許文献２】特開２００９−５８３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガスセンサ素子では、感応部に発生する応力を吸収するために架橋部（またはブリッジ）を上述のように配置する工夫がなされている。しかしながら、このような架橋部（またはブリッジ部）の配置を工夫しただけの従来の構成では、感応部に大きな応力が発生した場合には、その応力を十分に吸収することができないため、感応部の変形または破損を低減することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、応力による感応部の変形を低減することができるガスセンサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、小型化が容易なガスセンサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が改良の対象とするガスセンサ素子は、支持体、ベース絶縁層、ヒータ配線パターン、電極配線パターン及び感応膜を備える。支持体は、例えばシリコン単結晶基板からなり、厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも表面に開口する開口部を有する空洞部を備える。ベース絶縁層は、例えば窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層等の複数の絶縁層が積層されて構成され、且つ支持体の表面上に裏面が固定される固定部及び該固定部と一体に設けられて支持体の開口部上に位置する非固定部を有する。ヒータ配線パターンは、ベース絶縁層の内部に形成され（具体的には下部絶縁層と上部絶縁層との間に形成され）て、非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有する。電極配線パターンは、ベース絶縁層の表面上（具体的には上部絶縁層の表面上）に形成され非固定部に検出用電極部を有する。感応膜は、検出用電極部を覆うように非固定部の中央部上に塗布形成されている。そして、ベース絶縁層の非固定部は、中央部及び該中央部と固定部とを連結する４本の連結部を備えている。
【０００８】
本発明では、４本の連結部が開口部の縁部に沿って延びる基部とこの基部から中央部に向かって延びて中央部に連結された延伸部とから構成されている。そして、連結部は、基部の最大幅寸法は、延伸部の最大幅寸法よりも大きくなるように形成するのが好ましい。非固定部の連結部をこのような寸法の関係を有する基部と延伸部とにより構成すると、ヒータを内蔵しかつ表面に検出用電極部と感応膜が形成されたベース絶縁層の非固定部（中央部）に加熱による大きな応力（連結部の延伸部だけでは吸収しきれない応力）が発生した場合でも、支持体の開口部の縁部に沿って形成された連結部の基部が、非固定部の中央部に発生した応力を吸収するため、検出用電極部および感応膜を含む感応部の変形および破損を確実に低減することができる。その結果、センサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部が、中央部で発生した応力を吸収することができるため、応力が延伸部に集中するのを防ぐことができる。また、非固定部の中央部に連結する延伸部が、固定部に直接結合するものではなく、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部を介して固定部に結合するため、連結部の強度を高くすることができる。
【０００９】
開口部の輪郭形状が方形状を呈し、かつ４本の連結部の基部が開口部の四隅に位置するように支持体の空洞部を形成するのが好ましい。支持体の空洞部をこのように形成すると、非固定部の基部の最大幅寸法を可能な限りにおいて大きなものとすることができる。
【００１０】
開口部の縁部を構成する４つの辺のうち、開口部の四隅の各隅を形成する２つの辺に跨るように形成するのが好ましい。開口部の四隅に位置する連結部の基部をこのように形成すると、非固定部に支持体の開口部の縁部の二辺に跨る基部を形成できるので、裾野が広がった機械的強度の高い基部を形成することができる。
【００１１】
非固定部の形状は、任意である。例えば、中央部の形状が円板形状を有し、かつ４本の連結部の延伸部が四隅に対して仮想した２本の仮想対角線に沿って延びるような形状にすることができる。ここで仮想対角線は、方形状の開口部の四隅を対角線方向に結んで開口部の中心点で交差する２つの直線を意味する。非固定部の形状をこのような形状にすると、非固定部の中央部に発生した応力を中央部の周方向の外側に均等に逃がすことができる（一部の延伸部に応力が集中するのを防ぐことができる）。また、連結部の延伸部をこのような構造にすると、少ない連結部で確実に中央部を固定部に連結することができる。
【００１２】
また、非固定部の形状は、中央部を円板形状を有する形状にした上で、連結部の延伸部を、第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成してもよい。この場合、第１の延伸部分は、方形状の開口部の縁部の一辺に沿って延び且つ一端が基部と連続するように構成する。そして第２の延伸部分は、第１の延伸部分とこの第１の延伸部分の他端と連続し第１の延伸部分と直交し中央部に向かって延びるように構成する。連結部の延伸部を、このような第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成すると、連結部の輪郭形状が略卍形状を呈するように非固定部が形成されるため（すなわち、各連結部の延伸部が非固定部の中央部と基部との中間部で直角に曲がっているため）、中央部に発生した応力が伝わる方向を中央部の径方向から周方向に変化させることができ、延伸部と基部とで応力を効率よく吸収することができる。
【００１３】
４本の連結部の基部の中央部と対向する縁部が、中央部の中心点を中心とする仮想円に沿うように、非固定部を形成するのが好ましい。仮想円は、中央部の中心点を中心として円板形状の中央部の輪郭形状を示す円に対して、面積が大きくかつほぼ相似形の円を意味する。この場合、円板形状の中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法の０．１〜０．７倍になるように、非固定部を形成するのが好ましい。非固定部をこのような形状に構成すると、円板形状の中央部の輪郭形状と相似形の円板形状の縁部を有する基部によって、中央部に発生した応力を中央部の周方向の外側に放射状に均等に逃がすことができる。また、基部の大きさ（輪郭形状としてみた場合は基部の面積）を大きくすることができる。しかも中央部の面積を大きくすることができて、感応膜の形成が容易になる。また中央部の表面が円形形状を有するため、中央部の表面と塗布した感応膜との間の表面張力は均一になり易い。そのため、感応膜の塗布量を多くすることができ、中央部の表面に形成する感応膜の膜厚を均一にすることができる。なお、中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法の０．１倍よりも小さい比率では、中央部の面積が相対的に小さくなりすぎて、検出用電極部基部および感応膜を形成するエリアを確保できなくなる。また中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法のが０．７倍よりも大きい比率では、連結部が基部の面積が相対的に小さくなすぎて、大きな応力を吸収することができない。
【００１４】
支持体の空洞部の形状は、任意である。しかしながら、開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有するように支持体の空洞部を形成すれば、空洞部の体積を小さくすることができる。そのため、ガスセンサ素子を小型化することが可能になる上に、製造コストを少なくすることができる。
【００１５】
本発明のガスセンサ素子の製造方法は、以下のように行う。まず支持体の材料として、厚み方向に対向する表面及び裏面を備えるシリコン単結晶基板を用意する。このシリコン単結晶基板の表面上に下部絶縁層を形成し、下部絶縁層の非固定部の中央部を構成する部分の表面上に電気ヒータ部が形成されるように下部絶縁層の表面上にヒータ配線パターンを形成し、ヒータ配線パターンを覆うように下部絶縁層の表面上に上部絶縁層を形成して、シリコン単結晶基板の表面上にベース絶縁層を形成する。そして、ベース絶縁層を構成する上部絶縁層の非固定部を構成する部分の表面上に、検出用電極部が形成されるように、ベース絶縁層の表面上に電極配線パターンを形成する。
【００１６】
次に、ベース絶縁層の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングによりシリコン単結晶基板の表面が露出するまでベース絶縁層をエッチングし、連結部が開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から中央部に向かって延びて中央部に連結する延伸部とからなるように連結部を形成する。次に、異方性エッチングによりシリコン単結晶基板の露出した表面側からエッチングを施して、輪郭形状が方形状になる開口部を有する空洞部を形成する。このエッチングの制御により、開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有する空洞部を形成する。その後、少なくとも中央部のエッチングレジストを除去して検出用電極部を露出させ、検出用電極部を覆うように中央部の表面に感応膜を形成する。
【００１７】
このようなガスセンサ素子の製造方法を用いることにより、二段階のエッチングを行うだけで、支持体の開口部の縁部に沿って非固定部の中央部に発生した応力を吸収する基部を有する連結部を構成することができる。すなわち、簡単な方法でセンサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、特に、ベース絶縁層の非固定部を形成するための空洞部を支持体の表面側からエッチングを施して形成するため（支持体の裏面側からエッチングを施して空洞部を形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能なガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は本発明に係るガスセンサ素子の第１実施例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）に示すガスセンサ素子の第１実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】（Ａ）は図２（Ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図であり、（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。
【図４】本発明に係るガスセンサ素子の第２実施例を示す図である。
【図５】（Ａ）は図４に示すガスセンサ素子の第１実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図６】図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図７】（Ａ）は図５（Ａ）のVIＡ−VIＡ線断面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）のVIＢ−VIＢ線断面図であり、（Ｃ）は図５（Ａ）のVIＣ−VIＣ線断面図である。
【図８】本発明に係るガスセンサ素子の第３実施例を示す図である。
【図９】（Ａ）は図８に示すガスセンサ素子の第３実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図１０】（Ａ）は図９（Ａ）のIXＡ−IXＡ線断面図であり、（Ｂ）は図９（Ａ）のIXＢ−IXＢ線断面図であり、（Ｃ）は図９（Ａ）のIXＣ−IXＣ線断面図である。
【図１１】（Ａ）乃至（Ｈ）は、本発明のガスセンサ素子の製造方法の一例を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明に係るガスセンサ素子の第１実施例を示す図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のガスセンサ素子の主要部を拡大して示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を６００倍で拡大撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３（Ａ）は、図２（Ｂ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線断面図であり、図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図であり、図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。なお、理解を容易にするため、図２（Ａ）及び図３（Ｃ）では、後述の検出用電極部２９及び感応膜３１の図示を省略し、さらに図３（Ａ）〜（Ｃ）では、ヒータ配線パターン１９及び電極配線パターン２７（検出用電極部２９を含む）の図示を省略している。図２及びこれらの図において、符号１は、ガスセンサ素子の第１実施例である。ガスセンサ素子１は、支持体３、ベース絶縁層９、ヒータ配線パターン１９、電極配線パターン２７及び感応膜３１を備える。
【００２０】
支持体３は、縦幅１．５ｍｍ、横幅１．５ｍｍ、厚み０．２６ｍｍのシリコン単結晶基板からなり、厚み方向に対向する表面３Ａ及び裏面３Ｂを備える。そして、支持体３は、表面３Ａに開口する開口部５を有する空洞部７を備えている。
【００２１】
ベース絶縁層９は、厚み０．６μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）層及び厚み０．４μｍの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）層からなる下部絶縁層１１と厚み３μｍの窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる上部絶縁層１３とを支持体３の表面３ＡにプラズマＣＶＤにより積層して構成されている。そして、ベース絶縁層９は、支持体３の表面３Ａ上に裏面１５Ｂが固定される固定部１５及びこの固定部１５と一体に設けられて支持体３の開口部５上に位置する非固定部１７を有する。この非固定部１７は、中央部２１及び中央部２１と固定部１５とを連結する４本の連結部２３を備えている。
【００２２】
ヒータ配線パターン１９は、厚み４０００Åの貴金属薄膜層からなり、下部絶縁層１１の表面１１Ａ上に形成され上部絶縁層１５に覆われている。そして、ヒータ配線パターン１９は、非固定部１７の中央部２１内に電気ヒータ部２５を有する。電気ヒータ部２５は、中央部２１に設けられた後述の感応膜３１を加熱して感応膜３１に付着した検出の対象でないガス（不純ガス）を揮発させる機能を有する。電気ヒータ部２５の加熱温度は、揮発させるガスの種類によって上下させることができるようになっている。
【００２３】
電極配線パターン２７は、Ｐｔからなり、非固定部１７に検出用電極部２９を備えて、上部絶縁層１３の表面１３Ａ上にスパッタリングにより形成されている。電極配線パターン２７は、接続用電極部２８を介して外部に接続できるようになっている。電極配線パターン２７は、検出用電極部２９は、後述の感応膜３１に検出対象のガスが付着したときに、ガスセンサ素子１内の抵抗値変化を検出する機能を有する。
【００２４】
感応膜３１は、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする金属化合物半導体をペースト化したものを、検出用電極部２９を覆うように非固定部１７の中央部２１上に塗布後、６５０℃以上で焼成し形成されている。感応膜３１は、検出対象のガスが付着するようになっている。
【００２５】
図２（Ａ）及び図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の第１実施例では、４本の連結部２３が基部３３と延伸部３５とから構成されている。連結部２３の基部３３は、開口部５の縁部５Ａに沿って延びるように構成されている。また延伸部３５は、基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結するように構成されている。そして、連結部２３は、基部３３の最大幅寸法Ｗ１が、延伸部３５の最大幅寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成されている。
【００２６】
言い換えると、図１（Ｂ）、図２（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、本発明の第１実施例では、開口部５の輪郭形状が方形状（ほぼ正方形）を呈し、かつ４本の連結部２３の基部３３が開口部５の四隅５１，５２，５３，５４に位置するように支持体３の表面３Ａに空洞部７が形成されている。支持体３の空洞部７をこのように形成すると、非固定部１７に延伸部３５だけでは吸収しきれない応力を吸収できる基部３３を確実に形成することができる。その上、非固定部１７の基部３３の最大幅寸法Ｗ１を可能な限りにおいて大きなものとすることができる。
【００２７】
さらに、開口部５の縁部５Ａを構成する４つの辺５５，５６，５７，５８のうち、開口部５の四隅５１〜５４の各隅５１，５２，５３または５４をそれぞれ形成する２つの辺５５及び５８、５５及び５６、５６及び５７、または５７及び５８に跨るように形成されている。開口部５の四隅５１〜５４に位置する連結部２３の基部３３をこのように形成すると、非固定部１７に支持体３の開口部５の縁部５Ａに跨る基部３３を形成することができるので、裾野が広がった機械的強度の高い基部を形成することができる。
【００２８】
本発明の第１実施例では、図２（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、非固定部１７の形状が、中央部２１の形状が円板形状を有し、かつ４本の連結部２３の延伸部３５が四隅５１〜５４に対して仮想した２本の仮想対角線ＳＤ１，ＳＤ２［開口部５の四隅５１〜５４を対角線方向に結んで開口部５の中心点（中央部２１の中心点Ｃ）で交差する２つの直線］に沿って延びるような形状になっている。すなわち、４本の連結部２３の延伸部３５が、中央部２１から基部３３に向かってほぼ等間隔（約９０度の角度間隔）に放射上に広がるように構成されている。非固定部１７をこのような形状になっている結果、非固定部１７の中央部２１に発生した応力を中央部２１の周方向の外側に均等に逃がすことができる（例えば一部の延伸部３５に応力が集中するのを防ぐことができる）。また、連結部２３の延伸部３５をこのような構造にすることにより、少ない連結部（４本の連結部２３）で確実に中央部２１を固定部１５に連結することができる。
【００２９】
本発明の第１実施例では、４本の連結部２３の基部３３の中央部２１と対向する縁部３３Ａが、中央部２１の中心点Ｃを中心とする仮想円ＳＣ（中央部２１の中心点Ｃを中心として円板形状の中央部２１の輪郭形状を示す円に対して、面積が大きくかつほぼ相似形の円）に沿うように、非固定部１７が構成されている。この場合、円板形状の中央部２１の直径寸法が仮想円の直径寸法の約０．４５倍（０．１〜０．７倍の範囲内）になっている。円板形状の中央部２１と対向する基部３３の縁部３３Ａの形状が、中央部２１の円板形状と同じ中心点Ｃを中心とする相似形の円板形状を有するため、中央部２１に発生した応力を中央部２１の周方向の外側に放射状に均等に逃がすことができる。また、基部３３の大きさ（輪郭形状としてみた場合は基部の面積）を大きくすることができる。その上、中央部２１の面積を大きくすることができて、感応膜３１の形成が容易になる。また、円形形状を有する中央部２１の表面と塗布した感応膜３１との間の表面張力は均一になり易いため、感応膜３１の塗布量を多くすることができ、しかも中央部２１の表面に形成する感応膜３１の膜厚を均一にすることができる。
【００３０】
本発明の第１実施例では、図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、開口部５から支持体３の裏面３Ｂに向かうに従って横断面積が小さくなる四角錐形状を有するように支持体３の空洞部７が形成されている。空洞部７のように四角錐形状の空洞にすると、空洞の体積を小さくすることができるため、ガスセンサ素子を小型化することができ、しかも製造コストを少なくすることができる。
【００３１】
次に本発明の第２実施例について説明する。図４は、本発明に係るガスセンサ素子の第２実施例を示す図である。図５（Ａ）は、図４に示すガスセンサ素子の主要部を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を４００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図６は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面に対応するガスセンサ素子の主要部を５００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図７（Ａ）は、図５（Ａ）のVIＡ−VIＡ線断面図であり、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）のVIＢ−VIＢ線断面図であり、図７（Ｃ）は、図５（Ａ）のVIＣ−VIＣ線断面図である。なお、第２実施例において第１実施例と共通する部分については、第１実施例で付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。また、理解を容易にするため、図５（Ａ）及び図７（Ｃ）においても、検出用電極部１２９及び感応膜１３１の図示を省略し、さらに図７（Ａ）〜（Ｃ）においても、ヒータ配線パターン１１９及び電極配線パターン１２７（検出用電極部１２９を含む）の図示を省略している。
【００３２】
本発明の第２実施例では、中央部１２１が円板形状を有し、連結部１２３の延伸部１３５を第１の延伸部分１３５１と第２の延伸部分１３５２とから構成するように、非固定部１１７の形状が定められている。第１の延伸部分１３５１は、方形状（ほぼ正四角形）の開口部１０５の縁部１０５Ａの一辺に沿って延び且つ一端１３５１Ａが基部１３３と連続するように構成する。そして、第２の延伸部分１３５２は、第１の延伸部分１３５１とこの第１の延伸部分１３５１の他端１３５１Ｂと連続し第１の延伸部分１３５１と直交し中央部１２１に向かって延びるように構成する。連結部１２３の延伸部１３５を、このような第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成することにより、連結部１２３の輪郭形状が略卍形状を呈するように非固定部１１７が形成されるため（すなわち、各連結部１２３の延伸部１３５が非固定部１１７の中央部１２１と基部１３３との中間部で直角に曲がっているため）、中央部１２１に発生した応力が伝わる方向を中央部１２１の径方向から周方向に変化させることができるため、延伸部１３５と基部１３３とで応力を効率よく吸収することができる［図５（Ａ）及び（Ｂ）、図６並びに図７（Ａ）〜（Ｃ）参照］。
【００３３】
次に第３実施例について説明する。図８は、本発明に係るガスセンサ素子の第３実施例を示す図である。図９（Ａ）は図８に示すガスセンサ素子の第３実施例の主要部を拡大して示す図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を４００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図１０（Ａ）は図９（Ａ）のIXＡ−IXＡ線断面図であり、図１０（Ｂ）は図９（Ａ）のIXＢ−IXＢ線断面図であり、図１０（Ｃ）は図９（Ａ）のIXＣ−IXＣ線断面図である。なお、第３実施例において第２実施例と共通する部分については、第２実施例で付した符号の数にさらに１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。また、理解を容易にするため、図９（Ａ）及び図１０（Ｃ）においても、検出用電極部１２９及び感応膜１３１の図示を省略し、さらに図１０（Ａ）〜（Ｃ）においても、ヒータ配線パターン１１９及び電極配線パターン１２７（検出用電極部１２９を含む）の図示を省略している。
【００３４】
本発明の第３実施例においても、中央部２２１が円板形状を有し、連結部２２３の延伸部２３５を第１の延伸部分２３５１と第２の延伸部分２３５２とから構成するように、非固定部２１７の形状が定められている点で第２実施例の構成と共通する。一方、第３実施例では、４本の連結部２２３の基部２３３の中央部２２１と対向する縁部２３３Ａが、支持体２０３の開口部２０５の縁部２０５Ａの中心点（中央部２２１の中心点Ｃ）を中心とする仮想正方形ＳＳ（中央部２２１の中心点Ｃを中心として正方形状の開口部２０５の縁部２０５Ａの輪郭形状を示す正方形に対して、面積が小さくかつほぼ相似形の正方形円）に対して沿うように、非固定部１７が構成されている点で、第２実施例の構成と異なる。すなわち、第２実施例に対して基部２３３の体積（輪郭形状で見た場合は体積）が小さくなる。しかしながら、図９（Ａ）及び（Ｂ）並びに図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第３実施例では基部２３３が存在するため、図９（Ａ）において非固定部２１７に基部２３３が全く形成されていない構成に比べて、延伸部２３５（第１の延伸部分２３５１及び第２の延伸部分２３５２）で吸収しきれない応力を基部２３３に吸収させることができる。
【００３５】
以下、本発明のガスセンサ素子の製造方法の一例として、図１１に示すように本発明の第１実施例を製造する方法について説明する。まず支持体３の材料として、厚み方向に対向する表面２Ａ及び裏面２Ｂを有するシリコン単結晶基板２を用意する［図１１（Ａ）］。このシリコン単結晶基板２の表面２Ａ上に厚み６０００Åの酸化シリコン（ＳｉＯ2）層及び厚み４００Åの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）層からなる下部絶縁層１１をＷｅｔ酸化及びＬＰ−ＣＶＤにより形成する［図１１（Ｂ）］。下部絶縁層１１の非固定部１７の中央部２１を構成する部分の表面上に、電気ヒータ部２５が形成されるように下部絶縁層１１の表面１１Ａ上に厚み４０００Åの貴金属薄膜層からなるヒータ配線パターン１９を形成する［図１１（Ｃ）］。下部絶縁層１１の表面１１Ａ上には、ヒータ配線パターン１９を覆うように厚み３μｍの窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる上部絶縁層をプラズマＣＤＶにより形成して、シリコン単結晶基板２の表面２Ａ上にベース絶縁層９を形成する［図１１（Ｄ）］。そして、ベース絶縁層９を構成する上部絶縁層１３の後述する非固定部１７を構成する部分（電気ヒータ部２５が形成された部分）の表面上に、検出用電極部２９が形成されるように、ベース絶縁層９の表面９Ａ上にＰｔからなる電極配線パターンをスパッタリングにより形成する［図１１（Ｅ）］。
【００３６】
次に、ベース絶縁層９の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングによりシリコン単結晶基板２の表面２Ａが露出するまでベース絶縁層９をエッチングして、連結部２３が後述の開口部５の縁部５Ａに沿って延びる後述の基部３３と該基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結する延伸部３５とからなるように連結部を２３を形成する［図１１（Ｆ）］。
【００３７】
次に、異方性エッチングによりシリコン単結晶基板２の露出した表面２Ａ側からエッチングを施して、輪郭形状が方形状（ほぼ正方形）になる開口部５を有する空洞部７を形成する。このエッチングの制御により、開口部５から支持体３の裏面３Ｂに向かうに従って横断面積が小さくなる四角錐形状を有する空洞部７を形成して支持体３を構成する［図１１（Ｇ）］。具体的には、４本の連結部２３の基部３３が、開口部５の四隅５１〜５４に位置し、基部３３は開口部５の縁部５Ａを構成する４つの辺５５〜５８のうち対応する隅を形成する２つの辺５５及び５８、５５及び５６，５６及び５７、または５７及び５８に跨るように、シリコン単結晶基板２の表面２Ａ上に四角錐形状の空洞部７を形成して支持体３を構成する。その後、中央部２１のエッチングレジストを除去して検出用電極部２７を露出させ、検出用電極部２７を覆うように中央部２１の表面に感応膜３１を形成する。感応膜３１は、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする金属化合物半導体をペースト化したものを中央部２１の表面に塗布し、６５０℃以上で焼成することにより形成する［図１１（Ｈ）］。
【００３８】
このようなガスセンサ素子の製造方法を用いることにより、二段階のエッチングを行うだけで、支持体３の開口部５の縁部５Ａに沿って非固定部１７の中央部２１に発生した応力を吸収する基部３３を有する連結部２３を構成することができる。すなわち、簡単な方法でセンサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、ベース絶縁層９の非固定部１７を形成するための空洞部７を支持体３の表面３Ａ側からエッチングを施して形成するため（支持体３の裏面３Ｂ側からエッチングを施して空洞部７を形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能なガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、非固定部の連結部を基部と延伸部とにより構成するため、ヒータを内蔵しかつ表面に検出用電極部と感応膜が形成されたベース絶縁層の非固定部（中央部）に加熱による大きな応力が発生した場合でも、支持体の開口部の縁部に沿って形成された連結部の基部が、非固定部の中央部に発生した応力を吸収するため、検出用電極部および感応膜を含む感応部の変形および破損を確実に低減することができる。したがって、センサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。
【００４０】
また、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部が、中央部で発生した応力を吸収することができるため、応力が延伸部に集中するのを防ぐことができる。また、非固定部の中央部に連結する延伸部が、固定部に直接結合するものではなく、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部を介して固定部に結合するため、連結部の強度を高くすることができる。
【００４１】
さらに、ベース絶縁層の非固定部を形成するための空洞部（開口部）が支持体の表面側に形成するため（支持体の裏面側に形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能でしかもガスセンサ素子を簡単に形成することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１０１，２０１ ガスセンサ素子
２ シリコン単結晶基板
３，１０３，２０３ 支持体
３Ａ 表面
３Ｂ，１０３Ｂ，２０３Ｂ 裏面
５，１０５，２０５ 開口部
５Ａ，１０５Ａ，２０５Ａ 縁部
７，１０７，２０７ 空洞部
９ ベース絶縁層
１１ 下部絶縁層
１１Ａ 表面
１３ 上部絶縁層
１３Ａ 表面
１５ 固定部
１７，１１７，２１７ 非固定部
１９，１１９ ヒータ配線パターン
２１，１２１，２２１ 中央部
Ｃ 中心点
２３，１２３，２２３ 連結部
２５ 電気ヒータ部
２７，１２７ 電極配線パターン
２９，１２９ 検出用電極部
３１，１３１ 感応膜
３３，１３３，２３３ 基部
３３Ａ，１３３Ａ，２３３Ａ 縁部
ＳＣ 仮想円
３５，１３５，２３５ 延伸部
１３５１，２３５１ 第１の延伸部分
１３５１Ａ，２３５１Ａ 一端
１３５１Ｂ，２３５１Ｂ 他端
１３５２，２３５２ 第２の延伸部分
５１，５２，５３，５４ 四隅
５５，５６，５７，５８ ４つの辺
ＳＤ１，ＳＤ２ 仮想対角線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒータを内蔵する絶縁体のベースに電極を備える感応部を設けてガスを検知するガスセンサ素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００７−１３２８１４号公報には、ヒータを内蔵するステージ２の外側に等間隔に配置された４本のブリッジ３が、シリコンフレーム１とステージ２とを架橋するガスセンサ素子の構造が開示されている。また、特開２００９−５８３８９号公報には、加熱手段１４を内蔵する絶縁層１３（被支持基板部１０）の上に検出電極１２を備えるガス感応部１１が形成され、基材３１に取り付けられた支持基板部３０とガス感応部１１が形成された被支持基板部１０とが、卍形状を１８０°反転させた形状を呈する架橋部によって架橋されたガスセンサ素子の構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１３２８１４号公報
【特許文献２】特開２００９−５８３８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガスセンサ素子では、感応部に発生する応力を吸収するために架橋部（またはブリッジ）を上述のように配置する工夫がなされている。しかしながら、このような架橋部（またはブリッジ部）の配置を工夫しただけの従来の構成では、感応部に大きな応力が発生した場合には、その応力を十分に吸収することができないため、感応部の変形または破損を低減することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、応力による感応部の変形を低減することができるガスセンサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
本発明の他の目的は、小型化が容易なガスセンサ素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明が改良の対象とするガスセンサ素子は、支持体、ベース絶縁層、ヒータ配線パターン、電極配線パターン及び感応膜を備える。支持体は、例えばシリコン単結晶基板からなり、厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも表面に開口する開口部を有する空洞部を備える。ベース絶縁層は、例えば窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層等の複数の絶縁層が積層されて構成され、且つ支持体の表面上に裏面が固定される固定部及び該固定部と一体に設けられて支持体の開口部上に位置する非固定部を有する。ヒータ配線パターンは、ベース絶縁層の内部に形成され（具体的には下部絶縁層と上部絶縁層との間に形成され）て、非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有する。電極配線パターンは、ベース絶縁層の表面上（具体的には上部絶縁層の表面上）に形成され非固定部に検出用電極部を有する。感応膜は、検出用電極部を覆うように非固定部の中央部上に塗布形成されている。そして、ベース絶縁層の非固定部は、中央部及び該中央部と固定部とを連結する４本の連結部を備えている。
【０００８】
本発明では、４本の連結部が開口部の縁部に沿って延びる基部とこの基部から中央部に向かって延びて中央部に連結された延伸部とから構成されている。そして、連結部は、基部の最大幅寸法は、延伸部の最大幅寸法よりも大きくなるように形成するのが好ましい。非固定部の連結部をこのような寸法の関係を有する基部と延伸部とにより構成すると、ヒータを内蔵しかつ表面に検出用電極部と感応膜が形成されたベース絶縁層の非固定部（中央部）に加熱による大きな応力（連結部の延伸部だけでは吸収しきれない応力）が発生した場合でも、支持体の開口部の縁部に沿って形成された連結部の基部が、非固定部の中央部に発生した応力を吸収するため、検出用電極部および感応膜を含む感応部の変形および破損を確実に低減することができる。その結果、センサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部が、中央部で発生した応力を吸収することができるため、応力が延伸部に集中するのを防ぐことができる。また、非固定部の中央部に連結する延伸部が、固定部に直接結合するものではなく、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部を介して固定部に結合するため、連結部の強度を高くすることができる。
【０００９】
開口部の輪郭形状が方形状を呈し、かつ４本の連結部の基部が開口部の四隅に位置するように支持体の空洞部を形成するのが好ましい。支持体の空洞部をこのように形成すると、非固定部の基部の最大幅寸法を可能な限りにおいて大きなものとすることができる。
【００１０】
開口部の縁部を構成する４つの辺のうち、開口部の四隅の各隅を形成する２つの辺に跨るように形成するのが好ましい。開口部の四隅に位置する連結部の基部をこのように形成すると、非固定部に支持体の開口部の縁部の二辺に跨る基部を形成できるので、裾野が広がった機械的強度の高い基部を形成することができる。
【００１１】
非固定部の形状は、任意である。例えば、中央部の形状が円板形状を有し、かつ４本の連結部の延伸部が四隅に対して仮想した２本の仮想対角線に沿って延びるような形状にすることができる。ここで仮想対角線は、方形状の開口部の四隅を対角線方向に結んで開口部の中心点で交差する２つの直線を意味する。非固定部の形状をこのような形状にすると、非固定部の中央部に発生した応力を中央部の周方向の外側に均等に逃がすことができる（一部の延伸部に応力が集中するのを防ぐことができる）。また、連結部の延伸部をこのような構造にすると、少ない連結部で確実に中央部を固定部に連結することができる。
【００１２】
また、非固定部の形状は、中央部を円板形状を有する形状にした上で、連結部の延伸部を、第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成してもよい。この場合、第１の延伸部分は、方形状の開口部の縁部の一辺に沿って延び且つ一端が基部と連続するように構成する。そして第２の延伸部分は、第１の延伸部分とこの第１の延伸部分の他端と連続し第１の延伸部分と直交し中央部に向かって延びるように構成する。連結部の延伸部を、このような第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成すると、連結部の輪郭形状が略卍形状を呈するように非固定部が形成されるため（すなわち、各連結部の延伸部が非固定部の中央部と基部との中間部で直角に曲がっているため）、中央部に発生した応力が伝わる方向を中央部の径方向から周方向に変化させることができ、延伸部と基部とで応力を効率よく吸収することができる。
【００１３】
４本の連結部の基部の中央部と対向する縁部が、中央部の中心点を中心とする仮想円に沿うように、非固定部を形成するのが好ましい。仮想円は、中央部の中心点を中心として円板形状の中央部の輪郭形状を示す円に対して、面積が大きくかつほぼ相似形の円を意味する。この場合、円板形状の中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法の０．１〜０．７倍になるように、非固定部を形成するのが好ましい。非固定部をこのような形状に構成すると、円板形状の中央部の輪郭形状と相似形の円板形状の縁部を有する基部によって、中央部に発生した応力を中央部の周方向の外側に放射状に均等に逃がすことができる。また、基部の大きさ（輪郭形状としてみた場合は基部の面積）を大きくすることができる。しかも中央部の面積を大きくすることができて、感応膜の形成が容易になる。また中央部の表面が円形形状を有するため、中央部の表面と塗布した感応膜との間の表面張力は均一になり易い。そのため、感応膜の塗布量を多くすることができ、中央部の表面に形成する感応膜の膜厚を均一にすることができる。なお、中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法の０．１倍よりも小さい比率では、中央部の面積が相対的に小さくなりすぎて、検出用電極部基部および感応膜を形成するエリアを確保できなくなる。また中央部の直径寸法が仮想円の直径寸法のが０．７倍よりも大きい比率では、連結部が基部の面積が相対的に小さくなすぎて、大きな応力を吸収することができない。
【００１４】
支持体の空洞部の形状は、任意である。しかしながら、開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有するように支持体の空洞部を形成すれば、空洞部の体積を小さくすることができる。そのため、ガスセンサ素子を小型化することが可能になる上に、製造コストを少なくすることができる。
【００１５】
本発明のガスセンサ素子の製造方法は、以下のように行う。まず支持体の材料として、厚み方向に対向する表面及び裏面を備えるシリコン単結晶基板を用意する。このシリコン単結晶基板の表面上に下部絶縁層を形成し、下部絶縁層の非固定部の中央部を構成する部分の表面上に電気ヒータ部が形成されるように下部絶縁層の表面上にヒータ配線パターンを形成し、ヒータ配線パターンを覆うように下部絶縁層の表面上に上部絶縁層を形成して、シリコン単結晶基板の表面上にベース絶縁層を形成する。そして、ベース絶縁層を構成する上部絶縁層の非固定部を構成する部分の表面上に、検出用電極部が形成されるように、ベース絶縁層の表面上に電極配線パターンを形成する。
【００１６】
次に、ベース絶縁層の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングによりシリコン単結晶基板の表面が露出するまでベース絶縁層をエッチングし、連結部が開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から中央部に向かって延びて中央部に連結する延伸部とからなるように連結部を形成する。次に、異方性エッチングによりシリコン単結晶基板の露出した表面側からエッチングを施して、輪郭形状が方形状になる開口部を有する空洞部を形成する。このエッチングの制御により、開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有する空洞部を形成する。その後、少なくとも中央部のエッチングレジストを除去して検出用電極部を露出させ、検出用電極部を覆うように中央部の表面に感応膜を形成する。
【００１７】
このようなガスセンサ素子の製造方法を用いることにより、二段階のエッチングを行うだけで、支持体の開口部の縁部に沿って非固定部の中央部に発生した応力を吸収する基部を有する連結部を構成することができる。すなわち、簡単な方法でセンサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、特に、ベース絶縁層の非固定部を形成するための空洞部を支持体の表面側からエッチングを施して形成するため（支持体の裏面側からエッチングを施して空洞部を形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能なガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（Ａ）は本発明に係るガスセンサ素子の第１実施例を示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。
【図２】（Ａ）は図１（Ａ）に示すガスセンサ素子の第１実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図３】（Ａ）は図２（Ａ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線断面図であり、（Ｂ）は図２（Ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図であり、（Ｃ）は図２（Ａ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。
【図４】本発明に係るガスセンサ素子の第２実施例を示す図である。
【図５】（Ａ）は図４に示すガスセンサ素子の第１実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図６】図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図７】（Ａ）は図５（Ａ）のVIＡ−VIＡ線断面図であり、（Ｂ）は図５（Ａ）のVIＢ−VIＢ線断面図であり、（Ｃ）は図５（Ａ）のVIＣ−VIＣ線断面図である。
【図８】本発明に係るガスセンサ素子の第３実施例を示す図である。
【図９】（Ａ）は図８に示すガスセンサ素子の第３実施例の主要部を拡大して示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を拡大撮影したＳＥＭ写真である。
【図１０】（Ａ）は図９（Ａ）のIXＡ−IXＡ線断面図であり、（Ｂ）は図９（Ａ）のIXＢ−IXＢ線断面図であり、（Ｃ）は図９（Ａ）のIXＣ−IXＣ線断面図である。
【図１１】（Ａ）乃至（Ｈ）は、本発明のガスセンサ素子の製造方法の一例を説明する工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１（Ａ）は、本発明に係るガスセンサ素子の第１実施例を示す図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）のＩＢ−ＩＢ線断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のガスセンサ素子の主要部を拡大して示す図であり、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を６００倍で拡大撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図３（Ａ）は、図２（Ｂ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線断面図であり、図３（Ｂ）は、図２（Ｂ）のＩＩＢ−ＩＩＢ線断面図であり、図３（Ｃ）は、図２（Ｂ）のＩＩＣ−ＩＩＣ線断面図である。なお、理解を容易にするため、図２（Ａ）及び図３（Ｃ）では、後述の検出用電極部２９及び感応膜３１の図示を省略し、さらに図３（Ａ）〜（Ｃ）では、ヒータ配線パターン１９及び電極配線パターン２７（検出用電極部２９を含む）の図示を省略している。図２及びこれらの図において、符号１は、ガスセンサ素子の第１実施例である。ガスセンサ素子１は、支持体３、ベース絶縁層９、ヒータ配線パターン１９、電極配線パターン２７及び感応膜３１を備える。
【００２０】
支持体３は、縦幅１．５ｍｍ、横幅１．５ｍｍ、厚み０．２６ｍｍのシリコン単結晶基板からなり、厚み方向に対向する表面３Ａ及び裏面３Ｂを備える。そして、支持体３は、表面３Ａに開口する開口部５を有する空洞部７を備えている。
【００２１】
ベース絶縁層９は、厚み０．６μｍの酸化シリコン（ＳｉＯ2）層及び厚み０．４μｍの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）層からなる下部絶縁層１１と厚み３μｍの窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる上部絶縁層１３とを支持体３の表面３ＡにプラズマＣＶＤにより積層して構成されている。そして、ベース絶縁層９は、支持体３の表面３Ａ上に裏面１５Ｂが固定される固定部１５及びこの固定部１５と一体に設けられて支持体３の開口部５上に位置する非固定部１７を有する。この非固定部１７は、中央部２１及び中央部２１と固定部１５とを連結する４本の連結部２３を備えている。
【００２２】
ヒータ配線パターン１９は、厚み４０００Åの貴金属薄膜層からなり、下部絶縁層１１の表面１１Ａ上に形成され上部絶縁層１５に覆われている。そして、ヒータ配線パターン１９は、非固定部１７の中央部２１内に電気ヒータ部２５を有する。電気ヒータ部２５は、中央部２１に設けられた後述の感応膜３１を加熱して感応膜３１に付着した検出の対象でないガス（不純ガス）を揮発させる機能を有する。電気ヒータ部２５の加熱温度は、揮発させるガスの種類によって上下させることができるようになっている。
【００２３】
電極配線パターン２７は、Ｐｔからなり、非固定部１７に検出用電極部２９を備えて、上部絶縁層１３の表面１３Ａ上にスパッタリングにより形成されている。電極配線パターン２７は、接続用電極部２８を介して外部に接続できるようになっている。電極配線パターン２７は、検出用電極部２９は、後述の感応膜３１に検出対象のガスが付着したときに、ガスセンサ素子１内の抵抗値変化を検出する機能を有する。
【００２４】
感応膜３１は、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする金属化合物半導体をペースト化したものを、検出用電極部２９を覆うように非固定部１７の中央部２１上に塗布後、６５０℃以上で焼成し形成されている。感応膜３１は、検出対象のガスが付着するようになっている。
【００２５】
図２（Ａ）及び図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、本発明の第１実施例では、４本の連結部２３が基部３３と延伸部３５とから構成されている。連結部２３の基部３３は、開口部５の縁部５Ａに沿って延びるように構成されている。また延伸部３５は、基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結するように構成されている。そして、連結部２３は、基部３３の最大幅寸法Ｗ１が、延伸部３５の最大幅寸法Ｗ２よりも大きくなるように構成されている。
【００２６】
言い換えると、図１（Ｂ）、図２（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、本発明の第１実施例では、開口部５の輪郭形状が方形状（ほぼ正方形）を呈し、かつ４本の連結部２３の基部３３が開口部５の四隅５１，５２，５３，５４に位置するように支持体３の表面３Ａに空洞部７が形成されている。支持体３の空洞部７をこのように形成すると、非固定部１７に延伸部３５だけでは吸収しきれない応力を吸収できる基部３３を確実に形成することができる。その上、非固定部１７の基部３３の最大幅寸法Ｗ１を可能な限りにおいて大きなものとすることができる。
【００２７】
さらに、開口部５の縁部５Ａを構成する４つの辺５５，５６，５７，５８のうち、開口部５の四隅５１〜５４の各隅５１，５２，５３または５４をそれぞれ形成する２つの辺５５及び５８、５５及び５６、５６及び５７、または５７及び５８に跨るように形成されている。開口部５の四隅５１〜５４に位置する連結部２３の基部３３をこのように形成すると、非固定部１７に支持体３の開口部５の縁部５Ａに跨る基部３３を形成することができるので、裾野が広がった機械的強度の高い基部を形成することができる。
【００２８】
本発明の第１実施例では、図２（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、非固定部１７の形状が、中央部２１の形状が円板形状を有し、かつ４本の連結部２３の延伸部３５が四隅５１〜５４に対して仮想した２本の仮想対角線ＳＤ１，ＳＤ２［開口部５の四隅５１〜５４を対角線方向に結んで開口部５の中心点（中央部２１の中心点Ｃ）で交差する２つの直線］に沿って延びるような形状になっている。すなわち、４本の連結部２３の延伸部３５が、中央部２１から基部３３に向かってほぼ等間隔（約９０度の角度間隔）に放射上に広がるように構成されている。非固定部１７をこのような形状になっている結果、非固定部１７の中央部２１に発生した応力を中央部２１の周方向の外側に均等に逃がすことができる（例えば一部の延伸部３５に応力が集中するのを防ぐことができる）。また、連結部２３の延伸部３５をこのような構造にすることにより、少ない連結部（４本の連結部２３）で確実に中央部２１を固定部１５に連結することができる。
【００２９】
本発明の第１実施例では、４本の連結部２３の基部３３の中央部２１と対向する縁部３３Ａが、中央部２１の中心点Ｃを中心とする仮想円ＳＣ（中央部２１の中心点Ｃを中心として円板形状の中央部２１の輪郭形状を示す円に対して、面積が大きくかつほぼ相似形の円）に沿うように、非固定部１７が構成されている。この場合、円板形状の中央部２１の直径寸法が仮想円の直径寸法の約０．４５倍（０．１〜０．７倍の範囲内）になっている。円板形状の中央部２１と対向する基部３３の縁部３３Ａの形状が、中央部２１の円板形状と同じ中心点Ｃを中心とする相似形の円板形状を有するため、中央部２１に発生した応力を中央部２１の周方向の外側に放射状に均等に逃がすことができる。また、基部３３の大きさ（輪郭形状としてみた場合は基部の面積）を大きくすることができる。その上、中央部２１の面積を大きくすることができて、感応膜３１の形成が容易になる。また、円形形状を有する中央部２１の表面と塗布した感応膜３１との間の表面張力は均一になり易いため、感応膜３１の塗布量を多くすることができ、しかも中央部２１の表面に形成する感応膜３１の膜厚を均一にすることができる。
【００３０】
本発明の第１実施例では、図２（Ａ）及び（Ｂ）並びに図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、開口部５から支持体３の裏面３Ｂに向かうに従って横断面積が小さくなる四角錐形状を有するように支持体３の空洞部７が形成されている。空洞部７のように四角錐形状の空洞にすると、空洞の体積を小さくすることができるため、ガスセンサ素子を小型化することができ、しかも製造コストを少なくすることができる。
【００３１】
次に本発明の第２実施例について説明する。図４は、本発明に係るガスセンサ素子の第２実施例を示す図である。図５（Ａ）は、図４に示すガスセンサ素子の主要部を拡大して示す図であり、図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を４００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図６は、図５（Ａ）のＶＢ−ＶＢ線断面に対応するガスセンサ素子の主要部を５００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図７（Ａ）は、図５（Ａ）のVIＡ−VIＡ線断面図であり、図７（Ｂ）は、図５（Ａ）のVIＢ−VIＢ線断面図であり、図７（Ｃ）は、図５（Ａ）のVIＣ−VIＣ線断面図である。なお、第２実施例において第１実施例と共通する部分については、第１実施例で付した符号の数に１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。また、理解を容易にするため、図５（Ａ）及び図７（Ｃ）においても、検出用電極部１２９及び感応膜１３１の図示を省略し、さらに図７（Ａ）〜（Ｃ）においても、ヒータ配線パターン１１９及び電極配線パターン１２７（検出用電極部１２９を含む）の図示を省略している。
【００３２】
本発明の第２実施例では、中央部１２１が円板形状を有し、連結部１２３の延伸部１３５を第１の延伸部分１３５１と第２の延伸部分１３５２とから構成するように、非固定部１１７の形状が定められている。第１の延伸部分１３５１は、方形状（ほぼ正四角形）の開口部１０５の縁部１０５Ａの一辺に沿って延び且つ一端１３５１Ａが基部１３３と連続するように構成する。そして、第２の延伸部分１３５２は、第１の延伸部分１３５１とこの第１の延伸部分１３５１の他端１３５１Ｂと連続し第１の延伸部分１３５１と直交し中央部１２１に向かって延びるように構成する。連結部１２３の延伸部１３５を、このような第１の延伸部分と第２の延伸部分とから構成することにより、連結部１２３の輪郭形状が略卍形状を呈するように非固定部１１７が形成されるため（すなわち、各連結部１２３の延伸部１３５が非固定部１１７の中央部１２１と基部１３３との中間部で直角に曲がっているため）、中央部１２１に発生した応力が伝わる方向を中央部１２１の径方向から周方向に変化させることができるため、延伸部１３５と基部１３３とで応力を効率よく吸収することができる［図５（Ａ）及び（Ｂ）、図６並びに図７（Ａ）〜（Ｃ）参照］。
【００３３】
次に第３実施例について説明する。図８は、本発明に係るガスセンサ素子の第３実施例を示す図である。図９（Ａ）は図８に示すガスセンサ素子の第３実施例の主要部を拡大して示す図であり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）に対応するガスセンサ素子の主要部を４００倍で拡大撮影したＳＥＭ写真である。図１０（Ａ）は図９（Ａ）のIXＡ−IXＡ線断面図であり、図１０（Ｂ）は図９（Ａ）のIXＢ−IXＢ線断面図であり、図１０（Ｃ）は図９（Ａ）のIXＣ−IXＣ線断面図である。なお、第３実施例において第２実施例と共通する部分については、第２実施例で付した符号の数にさらに１００の数を加えた数の符号を付して説明を省略する。また、理解を容易にするため、図９（Ａ）及び図１０（Ｃ）においても、検出用電極部１２９及び感応膜１３１の図示を省略し、さらに図１０（Ａ）〜（Ｃ）においても、ヒータ配線パターン１１９及び電極配線パターン１２７（検出用電極部１２９を含む）の図示を省略している。
【００３４】
本発明の第３実施例においても、中央部２２１が円板形状を有し、連結部２２３の延伸部２３５を第１の延伸部分２３５１と第２の延伸部分２３５２とから構成するように、非固定部２１７の形状が定められている点で第２実施例の構成と共通する。一方、第３実施例では、４本の連結部２２３の基部２３３の中央部２２１と対向する縁部２３３Ａが、支持体２０３の開口部２０５の縁部２０５Ａの中心点（中央部２２１の中心点Ｃ）を中心とする仮想正方形ＳＳ（中央部２２１の中心点Ｃを中心として正方形状の開口部２０５の縁部２０５Ａの輪郭形状を示す正方形に対して、面積が小さくかつほぼ相似形の正方形円）に対して沿うように、非固定部１７が構成されている点で、第２実施例の構成と異なる。すなわち、第２実施例に対して基部２３３の体積（輪郭形状で見た場合は体積）が小さくなる。しかしながら、図９（Ａ）及び（Ｂ）並びに図１０（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、第３実施例では基部２３３が存在するため、図９（Ａ）において非固定部２１７に基部２３３が全く形成されていない構成に比べて、延伸部２３５（第１の延伸部分２３５１及び第２の延伸部分２３５２）で吸収しきれない応力を基部２３３に吸収させることができる。
【００３５】
以下、本発明のガスセンサ素子の製造方法の一例として、図１１に示すように本発明の第１実施例を製造する方法について説明する。まず支持体３の材料として、厚み方向に対向する表面２Ａ及び裏面２Ｂを有するシリコン単結晶基板２を用意する［図１１（Ａ）］。このシリコン単結晶基板２の表面２Ａ上に厚み６０００Åの酸化シリコン（ＳｉＯ2）層及び厚み４００Åの窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）層からなる下部絶縁層１１をＷｅｔ酸化及びＬＰ−ＣＶＤにより形成する［図１１（Ｂ）］。下部絶縁層１１の非固定部１７の中央部２１を構成する部分の表面上に、電気ヒータ部２５が形成されるように下部絶縁層１１の表面１１Ａ上に厚み４０００Åの貴金属薄膜層からなるヒータ配線パターン１９を形成する［図１１（Ｃ）］。下部絶縁層１１の表面１１Ａ上には、ヒータ配線パターン１９を覆うように厚み３μｍの窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる上部絶縁層をプラズマＣＤＶにより形成して、シリコン単結晶基板２の表面２Ａ上にベース絶縁層９を形成する［図１１（Ｄ）］。そして、ベース絶縁層９を構成する上部絶縁層１３の後述する非固定部１７を構成する部分（電気ヒータ部２５が形成された部分）の表面上に、検出用電極部２９が形成されるように、ベース絶縁層９の表面９Ａ上にＰｔからなる電極配線パターンをスパッタリングにより形成する［図１１（Ｅ）］。
【００３６】
次に、ベース絶縁層９の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングによりシリコン単結晶基板２の表面２Ａが露出するまでベース絶縁層９をエッチングして、連結部２３が後述の開口部５の縁部５Ａに沿って延びる後述の基部３３と該基部３３から中央部２１に向かって延びて中央部２１に連結する延伸部３５とからなるように連結部を２３を形成する［図１１（Ｆ）］。
【００３７】
次に、異方性エッチングによりシリコン単結晶基板２の露出した表面２Ａ側からエッチングを施して、輪郭形状が方形状（ほぼ正方形）になる開口部５を有する空洞部７を形成する。このエッチングの制御により、開口部５から支持体３の裏面３Ｂに向かうに従って横断面積が小さくなる四角錐形状を有する空洞部７を形成して支持体３を構成する［図１１（Ｇ）］。具体的には、４本の連結部２３の基部３３が、開口部５の四隅５１〜５４に位置し、基部３３は開口部５の縁部５Ａを構成する４つの辺５５〜５８のうち対応する隅を形成する２つの辺５５及び５８、５５及び５６，５６及び５７、または５７及び５８に跨るように、シリコン単結晶基板２の表面２Ａ上に四角錐形状の空洞部７を形成して支持体３を構成する。その後、中央部２１のエッチングレジストを除去して検出用電極部２７を露出させ、検出用電極部２７を覆うように中央部２１の表面に感応膜３１を形成する。感応膜３１は、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする金属化合物半導体をペースト化したものを中央部２１の表面に塗布し、６５０℃以上で焼成することにより形成する［図１１（Ｈ）］。
【００３８】
このようなガスセンサ素子の製造方法を用いることにより、二段階のエッチングを行うだけで、支持体３の開口部５の縁部５Ａに沿って非固定部１７の中央部２１に発生した応力を吸収する基部３３を有する連結部２３を構成することができる。すなわち、簡単な方法でセンサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。また、ベース絶縁層９の非固定部１７を形成するための空洞部７を支持体３の表面３Ａ側からエッチングを施して形成するため（支持体３の裏面３Ｂ側からエッチングを施して空洞部７を形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能なガスセンサ素子の製造方法を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、非固定部の連結部を基部と延伸部とにより構成するため、ヒータを内蔵しかつ表面に検出用電極部と感応膜が形成されたベース絶縁層の非固定部（中央部）に加熱による大きな応力が発生した場合でも、支持体の開口部の縁部に沿って形成された連結部の基部が、非固定部の中央部に発生した応力を吸収するため、検出用電極部および感応膜を含む感応部の変形および破損を確実に低減することができる。したがって、センサ感度が低下し難いガスセンサ素子を提供することができる。
【００４０】
また、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部が、中央部で発生した応力を吸収することができるため、応力が延伸部に集中するのを防ぐことができる。また、非固定部の中央部に連結する延伸部が、固定部に直接結合するものではなく、延伸部よりも最大幅寸法が大きい基部を介して固定部に結合するため、連結部の強度を高くすることができる。
【００４１】
さらに、ベース絶縁層の非固定部を形成するための空洞部（開口部）が支持体の表面側に形成するため（支持体の裏面側に形成するものではないため）、ガスセンサ素子の小型化が可能でしかもガスセンサ素子を簡単に形成することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１，１０１，２０１ ガスセンサ素子
２ シリコン単結晶基板
３，１０３，２０３ 支持体
３Ａ 表面
３Ｂ，１０３Ｂ，２０３Ｂ 裏面
５，１０５，２０５ 開口部
５Ａ，１０５Ａ，２０５Ａ 縁部
７，１０７，２０７ 空洞部
９ ベース絶縁層
１１ 下部絶縁層
１１Ａ 表面
１３ 上部絶縁層
１３Ａ 表面
１５ 固定部
１７，１１７，２１７ 非固定部
１９，１１９ ヒータ配線パターン
２１，１２１，２２１ 中央部
Ｃ 中心点
２３，１２３，２２３ 連結部
２５ 電気ヒータ部
２７，１２７ 電極配線パターン
２９，１２９ 検出用電極部
３１，１３１ 感応膜
３３，１３３，２３３ 基部
３３Ａ，１３３Ａ，２３３Ａ 縁部
ＳＣ 仮想円
３５，１３５，２３５ 延伸部
１３５１，２３５１ 第１の延伸部分
１３５１Ａ，２３５１Ａ 一端
１３５１Ｂ，２３５１Ｂ 他端
１３５２，２３５２ 第２の延伸部分
５１，５２，５３，５４ 四隅
５５，５６，５７，５８ ４つの辺
ＳＤ１，ＳＤ２ 仮想対角線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えたシリコン単結晶基板からなる支持体と、
窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層とが積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層との間に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、
前記上部絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、
前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に塗布形成された感応膜とを備え、
前記ベース絶縁層の前記非固定部が、前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する４本の連結部を備えたガスセンサ素子であって、
前記連結部は前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結された延伸部とからなり、
前記開口部の輪郭形状は方形状を呈しており、
４本の前記連結部の基部が、前記開口部の四隅に位置し、前記基部は前記開口部の前記縁部を構成する４つの辺のうち対応する前記隅を形成する２つの前記辺に跨るように形成されているガスセンサ素子。
【請求項２】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えた支持体と、
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、
前記ベース絶縁層の内部に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、
前記ベース絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、
前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に形成された感応膜とを備え、
前記ベース絶縁層の前記非固定部が、前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する複数本の連結部を備えたガスセンサ素子であって、
前記連結部は前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結された延伸部とからなり、
前記基部の最大幅寸法は前記延伸部の最大幅寸法よりも大きいことを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
前記開口部の輪郭形状は方形状を呈しており、
４本の前記連結部の基部が、前記開口部の四隅に位置していることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記基部は、前記開口部の前記縁部を構成する４つの辺のうち対応する前記隅を形成する２つの前記辺に跨るように形成されている請求項３に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
前記中央部は円板形状を有しており、
前記４本の連結部の前記延伸部は、前記四隅に対して仮想した２本の仮想対角線に沿って延びている請求項１，３または４に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
前記中央部は円板形状を有しており、
前記連結部の前記延伸部は、方形状の前記開口部の縁部の一辺に沿って延び且つ一端が前記基部と連続する第１の延伸部分と該第１の延伸部分の他端と連続し前記第１の延伸部分と直交し前記中央部に向かって延びる第２の延伸部分とからなる請求項１，３または４に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
前記４本の連結部の前記基部の前記中央部と対向する縁部は、前記中央部の中心点を中心とする仮想円に沿っており、
前記円板形状の前記中央部の直径寸法は前記仮想円の直径寸法の０．１〜０．７倍である請求項５または６に記載のガスセンサ素子。
【請求項８】
前記空洞部は、前記開口部から前記支持体の前記裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有している請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項９】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えたシリコン単結晶基板からなる支持体と、窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層とが積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、前記ベース絶縁層の内部に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、前記上部絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に塗布形成された感応膜とを備え、前記ベース絶縁層の前記非固定部が前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する４本の連結部を備えたガスセンサ素子の製造方法であって、
前記支持体の材料として、厚み方向に対向する表面及び裏面を備えるシリコン単結晶基板を用意し、
前記シリコン単結晶基板の前記表面上に前記下部絶縁層を形成し、前記下部絶縁層の前記非固定部の中央部を構成する部分の表面上に前記電気ヒータ部が形成されるように前記下部絶縁層の表面上に前記ヒータ配線パターンを形成し、前記ヒータ配線パターンを覆うように前記下部絶縁層の表面上に前記上部絶縁層を形成して、前記シリコン単結晶基板の前記表面上に前記ベース絶縁層を形成し、
前記ベース絶縁層を構成する前記上部絶縁層の前記非固定部を構成する部分の表面上に前記検出用電極部が形成されるように、前記ベース絶縁層の表面上に前記電極配線パターンを形成し、
ベース絶縁層の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングにより前記シリコン単結晶基板の前記表面が露出するまで前記ベース絶縁層をエッチングして、前記連結部が前記連結部が前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結する延伸部とからなるように前記連結部を形成し、
異方性エッチングにより前記支持体の前記露出した表面側からエッチングを施してして、輪郭形状が方形状になる前記開口部を有し、かつ開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有する空洞部を形成し、
少なくとも中央部の前記エッチングレジスト膜を除去して検出用電極部を露出させて、検出用電極部を覆うように前記中央部の表面に前記感応膜を形成するガスセンサ素子の製造方法。
【請求項１】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えたシリコン単結晶基板からなる支持体と、
窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層とが積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、
前記下部絶縁層と前記上部絶縁層との間に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、
前記上部絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、
前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に塗布形成された感応膜とを備え、
前記ベース絶縁層の前記非固定部が、前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する４本の連結部を備えたガスセンサ素子であって、
前記連結部は前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結された延伸部とからなり、
前記開口部の輪郭形状は方形状を呈しており、
４本の前記連結部の基部が、前記開口部の四隅に位置し、前記基部は前記開口部の前記縁部を構成する４つの辺のうち対応する前記隅を形成する２つの前記辺に跨るように形成されているガスセンサ素子。
【請求項２】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えた支持体と、
複数の絶縁層が積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、
前記ベース絶縁層の内部に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、
前記ベース絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、
前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に形成された感応膜とを備え、
前記ベース絶縁層の前記非固定部が、前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する複数本の連結部を備えたガスセンサ素子であって、
前記連結部は前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結された延伸部とからなり、
前記基部の最大幅寸法は前記延伸部の最大幅寸法よりも大きいことを特徴とするガスセンサ素子。
【請求項３】
前記開口部の輪郭形状は方形状を呈しており、
４本の前記連結部の基部が、前記開口部の四隅に位置していることを特徴とする請求項２に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
前記基部は、前記開口部の前記縁部を構成する４つの辺のうち対応する前記隅を形成する２つの前記辺に跨るように形成されている請求項３に記載のガスセンサ素子。
【請求項５】
前記中央部は円板形状を有しており、
前記４本の連結部の前記延伸部は、前記四隅に対して仮想した２本の仮想対角線に沿って延びている請求項１，３または４に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
前記中央部は円板形状を有しており、
前記連結部の前記延伸部は、方形状の前記開口部の縁部の一辺に沿って延び且つ一端が前記基部と連続する第１の延伸部分と該第１の延伸部分の他端と連続し前記第１の延伸部分と直交し前記中央部に向かって延びる第２の延伸部分とからなる請求項１，３または４に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
前記４本の連結部の前記基部の前記中央部と対向する縁部は、前記中央部の中心点を中心とする仮想円に沿っており、
前記円板形状の前記中央部の直径寸法は前記仮想円の直径寸法の０．１〜０．７倍である請求項５または６に記載のガスセンサ素子。
【請求項８】
前記空洞部は、前記開口部から前記支持体の前記裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有している請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項９】
厚み方向に対向する表面及び裏面を備え、且つ少なくとも前記表面に開口する開口部を有する空洞部を備えたシリコン単結晶基板からなる支持体と、窒化シリコン及び酸化シリコンからなる下部絶縁層と窒化酸化シリコンからなる上部絶縁層とが積層されて構成され且つ前記支持体の前記表面上に裏面が固定される固定部及び前記固定部と一体に設けられて前記支持体の前記開口部上に位置する非固定部を有するベース絶縁層と、前記ベース絶縁層の内部に形成されて、前記非固定部の中央部内に電気ヒータ部を有するヒータ配線パターンと、前記上部絶縁層の表面上に形成され前記非固定部に検出用電極部を有する電極配線パターンと、前記検出用電極部を覆うように前記非固定部の前記中央部上に塗布形成された感応膜とを備え、前記ベース絶縁層の前記非固定部が前記中央部及び前記中央部と前記固定部とを連結する４本の連結部を備えたガスセンサ素子の製造方法であって、
前記支持体の材料として、厚み方向に対向する表面及び裏面を備えるシリコン単結晶基板を用意し、
前記シリコン単結晶基板の前記表面上に前記下部絶縁層を形成し、前記下部絶縁層の前記非固定部の中央部を構成する部分の表面上に前記電気ヒータ部が形成されるように前記下部絶縁層の表面上に前記ヒータ配線パターンを形成し、前記ヒータ配線パターンを覆うように前記下部絶縁層の表面上に前記上部絶縁層を形成して、前記シリコン単結晶基板の前記表面上に前記ベース絶縁層を形成し、
前記ベース絶縁層を構成する前記上部絶縁層の前記非固定部を構成する部分の表面上に前記検出用電極部が形成されるように、前記ベース絶縁層の表面上に前記電極配線パターンを形成し、
ベース絶縁層の表面に固定部と非固定部の形状が残る形状にエッチングレジスト膜を形成した後、反応性イオンエッチングにより前記シリコン単結晶基板の前記表面が露出するまで前記ベース絶縁層をエッチングして、前記連結部が前記連結部が前記開口部の縁部に沿って延びる基部と該基部から前記中央部に向かって延びて前記中央部に連結する延伸部とからなるように前記連結部を形成し、
異方性エッチングにより前記支持体の前記露出した表面側からエッチングを施してして、輪郭形状が方形状になる前記開口部を有し、かつ開口部から支持体の裏面に向かうに従って横断面積が小さくなる切頭四角錐または四角錐形状を有する空洞部を形成し、
少なくとも中央部の前記エッチングレジスト膜を除去して検出用電極部を露出させて、検出用電極部を覆うように前記中央部の表面に前記感応膜を形成するガスセンサ素子の製造方法。
【図１】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図９】
【図３】
【図４】
【図７】
【図８】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図５】
【図６】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−８０８０９（Ｐ２０１１−８０８０９Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３２００６（Ｐ２００９−２３２００６）
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００２４２６３３）北陸電気工業株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月５日（２００９．１０．５）
【出願人】（０００２４２６３３）北陸電気工業株式会社 (49)
【Ｆターム（参考）】
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