薄膜型ガスセンサ
【課題】過度の発熱が起きず、検知感度の良いガス検知素子を提供する。
【解決手段】センサ領域Ｒ内に複数の梁部で構成する保持部材を、支持基板４１から延設して設ける。梁部に設ける薄膜熱感知体は、センサ領域Ｒの中心領域Ｂから外れた位置に複数設ける。それぞれの薄膜熱感知体は、センサ領域Ｒの中心点Ｃに対して点対称にしてもよく、中心点Ｃから等距離の位置にしてもよい。こうすることで、ガスの到来時に熱が集中せず、また、複数の薄膜熱感知体は同一形状、同一大きさにして熱容量が同一になるようにすれば、ガスの検知の際の感度特性や反応速度特性も向上させることができる。
【解決手段】センサ領域Ｒ内に複数の梁部で構成する保持部材を、支持基板４１から延設して設ける。梁部に設ける薄膜熱感知体は、センサ領域Ｒの中心領域Ｂから外れた位置に複数設ける。それぞれの薄膜熱感知体は、センサ領域Ｒの中心点Ｃに対して点対称にしてもよく、中心点Ｃから等距離の位置にしてもよい。こうすることで、ガスの到来時に熱が集中せず、また、複数の薄膜熱感知体は同一形状、同一大きさにして熱容量が同一になるようにすれば、ガスの検知の際の感度特性や反応速度特性も向上させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のガス漏れを検知する接触燃焼式ガスセンサに関し、特に薄膜型ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ガスやメタンガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、ガスセンサが用いられている。ガスセンサは、検知素子の検知面にガスが到来することによる相互作用で検知素子の電気信号の変化を捉えるものである。なお、以降の説明では、可燃性ガスを単にガスと表現する。
【０００３】
ガスセンサの構成に関しては多くの提案をみるが、中でも接触燃焼式ガスセンサが広く知られている。この接触燃焼式ガスセンサは、ガスが検知面を有する検出素子や触媒と接触して発熱反応を起こすことでガスの到来を検知するものである。
【０００４】
このような接触燃焼式ガスセンサは、家庭用、産業用等において、ガスを使用する各種の機器内や、それが設置された室内等におけるガス漏れ検知装置として多用されている。
【０００５】
近年では、接触燃焼式ガスセンサの中でもバルク型と呼ばれるタイプが広く用いられているが、一方でシリコンウエハ上に薄膜状の熱伝膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを形成するマイクロセンサ素子製造技術を利用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械素子）によるセンサチップを用いた薄膜型ガスセンサも用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に示した従来技術を図１３を用いて説明する。図１３は、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした平面図である。
図１３において、１９は電極パッド、１８は電気配線、３は空洞、２は半導体基板、１７は熱感知部、１６は梁部である。
半導体基板２は、枠形状に加工されており、この枠をつなぐ梁部１６が形成されている。平面から見ると、その梁部１６がない部分は空洞３となっている。空洞３は、エアホールとも呼ばれるものであって、ガスが通過する部分である。
梁部１６の上部に設けられた熱感知部１７は、ガスの到達により発熱反応し抵抗値が変化する。
【０００７】
このような構成を有するセンサチップと、このセンサチップを制御する回路等により薄膜型ガスセンサを構成する。ガスの到来を検出するためには、予め電極パッド１９間に電圧を印加しておき、ガスの到来による熱感知部１７の発熱によって生じる抵抗変化分を検出する。
【０００８】
薄膜型ガスセンサのセンサチップは、構成要素が半導体製造技術により形成することができるため、バルク型接触燃焼式ガスセンサに比べ集積度が高く、量産性も高いという特徴がある。また、ヒータなども金属製の薄膜熱感知体で形成できることから、熱応答性も良好である。
【０００９】
近年、薄膜型ガスセンサの小型化が要求されている。薄膜型ガスセンサのサイズは、センサチップの平面的な面積、並びに厚さによって決定するため、小面積で薄型のセンサチップであるほど、薄膜型ガスセンサを小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２４７９８１号公報（第６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、薄膜型ガスセンサは、そのサイズの小型化要求とともにガスの感知性能の向上も要求されている。特許文献１に示した従来技術において、そのような要求に対応しようとするならば、梁部１６の上部に設けられた熱感知部１７の数を増やせばよい。具体的には、梁部１６の上部に複数の熱感知部１７を配設するのである。
【００１２】
このような構成にすれば、より多くの熱感知部１７がガスに晒されるので、同時に複数の熱感知部１７が発熱する。これにより発熱量が多くなるから、熱応答性が向上し、その結果、感知性能が向上するのである。
【００１３】
しかしながら、複数の熱感知部１７を配設する構造は、熱感知部１７が発する熱が隣接する他の熱感知部１７に影響し、過度なる発熱を起こしてしまうことがあることが分かった。ようするに、熱感知部１７が密集していると、その部分に熱が篭ってしまうのである。
このような過度なる発熱は、熱感知部１７を設けている梁部１６に熱ストレスとして印加され、梁部１６自体に亀裂などの損傷を起こしてしまうという問題を発生する。
【００１４】
すなわち、特許文献１に示した従来技術は、ガスの感知性能を向上させようとすると、センサチップ自体が損傷してしまうのである。
薄膜型ガスセンサは、特許文献１に示した従来技術に示したように、ＭＥＭＳによるセンサチップを用いることで、小型化を達成している。
つまり、ガスの感知性能の向上とセンサチップの小型化とを両立する技術は、いまだ提案されていないのである。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサチップの小型化とガスの感知性能の向上とを両立した薄膜型ガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するため、本発明の薄膜型ガスセンサは、以下に示す構成を採用するものである。
【００１７】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、このセンサ領域に支持基板から延設して保持部材を設け、センサ領域の保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、薄膜熱感知体は、センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする。
【００１８】
このような構成にすることで、センサ領域の中心点付近に薄膜熱感知体が集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。
【００１９】
薄膜熱感知体は、中心点に対して点対称に配置するようにしてもよい。また、複数の薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点からそれぞれ等距離にあるようにしてもよい。
【００２０】
このような構成にすることによって、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になる。
【００２１】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体の熱容量がそれぞれ同一であることが望ましい。
【００２２】
これによって、それぞれの薄膜熱感知体に同一な発熱特性が得られ、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度が向上する。
【００２３】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体が金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続しているのが望ましい。
【００２４】
薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ接続することで、複数の薄膜熱感知体を直列に接続することができる。
【００２５】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材には薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されているのが望ましい。
【００２６】
貫通孔を有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材の上面側と裏面側とに流通することができるため、センサ領域に到来したガスが留まることがなくなり、ガスにより保持部材に不測の応力が印加されることがなくなる。
【００２７】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材が薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことが望ましい。
【００２８】
このような構成にすると、保持部材の熱容量が小さくなり、ガスの検出感度が向上する。
【００２９】
また、保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、積層膜を構成する第１の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、積層膜を構成する第２の薄膜は、メンブレン構造を有し、このメンブレン構造は、支持基板からセンサ領域に向かって一様な薄膜であり、薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔を有する構成であってもよい。
【００３０】
このような構成にすると、保持部材の強度が向上する。また、第１の薄膜と第２の薄膜とで、膜の応力特性を変えることもできるため、保持部材を応力に対して強くすることができる。
【００３１】
また、保持部材を複数備え、複数の保持部材は、その端部がセンサ領域の中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、複数の保持部材のそれぞれに薄膜熱感知体を設けるようにしてもよい。
【００３２】
このような構成にすると、片持ち梁構造としてバランスがよくなる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が適度に離間することにより、薄膜熱感知体の密集がなくなり、発熱の集中が生じない。
従って、保持部材の損傷が防止され、センサとしての寿命を延ばすことができる。また、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置することができるため、薄膜熱感知体の抵抗値を高く設定することが可能となり、ガスの検知の際の感度特性や反応速度特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態を説明する平面図および端面図である。
【図２】図１（ａ）における矢印Ｄの部位の部分拡大図である。
【図３】本発明によるガス検知感度の向上を説明するグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する平面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を説明する平面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の異なる構成を説明する平面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態を説明する平面図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図１２】本発明の実装形態を説明する概略図である。
【図１３】特許文献１に記載されたガスセンサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体を、センサ領域の中心点から少し離れた部位に分散させて配置する。
具体的には、枠形状の支持基板の内壁で囲まれたセンサ領域に保持部材を設ける。保持部材は、例えば、支持基板から延設された梁部である。この保持部材に薄膜熱感知体を設けるのであるが、センサ領域の中心である中心点とは重ならないようにすると共に、この中心点から離間して設けるのである。
このような構造を有することによって、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。よって、薄膜型ガスセンサの小型化とガスの感知性能の向上とが図れるものである。
【００３６】
なお、本発明の薄膜型ガスセンサのガスの検知手順であるが、薄膜熱感知体に電流を流し、通電による発熱で所定の温度に達した状態でガスが到来するまで待機する。ガスが到来し、薄膜熱感知体の上部のガス検知体にガスが接触することでガス検知体が燃焼し、薄膜熱感知体はより発熱する。これにより、薄膜熱感知体に流れる電流値が変化するので、それを検出するものである。
このような検出手順はすでに知られているものであるから、詳細な説明は省略するものとする。
【００３７】
なお、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないという特徴的な構成は、少なくとも２つの薄膜熱感知体で構成することができるが、もちろん、その数を増やしてもかまわない。１つの保持部材に１つの薄膜熱感知体を設けてもよく、また、１つの保持部材に複数の薄膜熱感知体を備えてもよい。
【００３８】
薄膜熱感知体は、その数を増やすことで、到来するガスが接触する場所が増え、発熱しやすくなるから（その抵抗値が変化しやすくなるから）、検出感度が向上する。また、増やした薄膜熱感知体をすべて直列に接続するなどすると、抵抗値が高くなるため、ガスの到来による抵抗値の変化をさらに検出しやすくなる。もちろん、１つの保持部材に設ける薄膜熱感知体の数は、本発明の薄膜型ガスセンサを用いるシステムによっても変わる。
【００３９】
いずれにしても、薄膜熱感知体の数に関係なく、その薄膜熱感知体をセンサ領域の中心点付近に集中しないように、中心点から離間して配置することで、ガスの到来による発熱がセンサ領域に分散されるので、熱の集中がなく、薄膜型ガスセンサとして破損しにくくなり、その寿命が向上するのである。
【００４０】
以下、図面を用いて実施形態の詳細を説明する。すでに説明したように、本発明にあっては、少なくとも２つの薄膜熱感知体を有していればよいのであるが、検出感度が向上する好例として、４つの薄膜熱感知体を用いる例と、８つの薄膜熱感知体を用いる例とを用いて説明する。
【実施例１】
【００４１】
［第１の実施形態の説明：図１、図２］
本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態の構造を模式的に示す図である。図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断線X−X´における端面を模式的に示す端面図である。図２は、図１（ａ）に示す梁部の接続部分を拡大した部分拡大図である。
【００４２】
図１において、４１は枠形状の支持基板、４１ｃは支持基板４１の内壁、４２は絶縁膜、４２ｈは貫通孔である。４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは梁部である。４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄは電極パッドである。４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆは金属薄膜抵抗体である。４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは薄膜熱感知体である。４８は薄膜熱感知体の上部を覆うガス感知体である。このガス検知体４８は、触媒として働くものである。そして、これらでガス検知素子４０を構成している。
【００４３】
記号Ｒは、センサ領域を示している。図１に示すように、ガス検知素子４０は、枠形状の支持基板４１から、その内側に梁部４３ａ〜４３ｄが構成されている。これらの梁部には、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とガス検知体とが設けられている。
このようにセンサ領域Ｒは、ガスの検出を行う構成が設けられる領域であり、支持基板４１の４つの内壁４１ｃに囲まれた部分がセンサ領域Ｒである。
【００４４】
記号Ｃは、センサ領域Ｒの中心点を示している。図１では「＋」で示している。記号Ｂは、センサ領域Ｒの中央領域であり、中心点Ｃを含む領域である。図１では円形の破線で示している。この中央領域Ｂは、図１に示す例では、梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが合流する合流部分でもある。
【００４５】
図１、図２において、中央領域Ｂにて隣り合う梁部の接続部分は、記号Ｄで示している。図２に示すように、接続部分Ｄには、梁部同士が接する点Ｂｃｄから三角形の張出部Ｆを有するようになっている。
【００４６】
［外形形状の説明：図１、図２］
まず、外形形状を説明する。
図１に示すように、支持基板４１の形状は、平面的に枠形状を有している。支持基板４１は、絶縁性を有し、熱伝導率が低く、耐熱性に優れている材質が適している。さらに、加工のし易さを鑑みると、知られている半導体素子の製造方法を適用できることから、例えば、シリコン（Ｓｉ）が好適である。もちろん、その他の材質を用いてもかまわない。
【００４７】
図１（ｂ）に示すように、支持基板４１の表面には、絶縁膜４２が形成されている。絶縁膜４２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成している。もちろん、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）なども用いることができる。また、これらを積層した積層膜としてもよい。
【００４８】
絶縁膜４２の形状は、図１（ａ）に示すように、枠形状の対向する２辺を所定の幅を持って橋渡しするように形成されており、梁部４３ａ〜４３ｄを構成している。図１に示す例では、梁部４３ａ〜４３ｄは、その裏側に支持基板４１はなく、絶縁膜４２のみで構成
している。梁部４３ａ〜４３ｄは、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体を搭載する保持部材である。
【００４９】
ところで、このように、支持基板を橋渡しするように梁部が設けてある構成を、両持ち梁構造という。なお、支持基板から梁部が延在し、その端部が開放端となっている構成を、片持ち梁構造という。
どちらの梁構造であっても、ガスが到来して、そのガスの圧力により生じる力が梁部４３ａ〜４３ｄにかかり、応力が発生したとしても、梁部が損壊しないような強度を備える必要がある。
【００５０】
絶縁膜４２を積層膜とするとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、２つの膜を積層するとき、下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。
このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができる。そうすると、ガスの到来により生じる力が梁部４３ａ〜４３ｄにかかったとしても、梁部に発生する撓みに絶縁膜４２自体の応力特性は関与しないから、梁部の設計がし易くなる。
【００５１】
図１（ａ）に示すように、支持基板４１が梁部４３ａ〜４３ｄにより分割された領域が、ガスの流通部となる貫通孔４２ｈとなっている。図１に示す例では、梁部が４つあるため、この貫通孔４２ｈも４つある。この貫通孔４２ｈは、いわゆるエアホールと呼ばれ、ガスが通過する部分となっている。
【００５２】
貫通孔４２ｈを有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄの上面側と裏面側とに流通する。そうすると、センサ領域Ｒに到来したガスが留まることがないため、ガスの流入を阻害することがない。
【００５３】
支持基板４１から延設された梁部４３ａ〜４３ｄは、中央領域Ｂでそれぞれが接続している。接続部分Ｄには、張出部Ｆを有している。この張出部Ｆによって、梁部同士の接続部分は、直角ではなく鈍角を有するようになっている。梁部は４つあるため、張出部Ｆも４つある。このため、各梁部は、張出部Ｆの分だけ表面積が増えるから、強度を向上することができる。ガスの到来による応力が梁部にかかっても、梁部が損壊することはない。
【００５４】
［薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドの説明：図１、図２］
次に、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体および金属薄膜抵抗体、そしてこれらに接続する電極パッドについて説明する。
絶縁膜４２で構成している保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄの上部には、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄ、金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆが設けてある。支持基板４１上の絶縁膜４２の上部には、電極パッド４４ａ〜４４ｄが設けてある。
電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図１に示す例では、図１（ａ）の平面視して時計の文字板に例えると、電極パッド４４ａは１２時方向、同じく、電極パッド４４ｂは９時方向、電極パッド４４ｃは６時方向、電極パッド４４ｄは３時方向にそれぞれ設けている。
【００５５】
それぞれの梁部にはそれぞれ薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けられている。梁部４３ａの上部には、薄膜熱感知体４６ａと金属薄膜抵抗体４５ａとが設けてある。支持基板４１上の電極パッド４４ａとは、金属薄膜抵抗体４５ａを介して薄膜熱感知体４６ａが接続されている。
【００５６】
同様に、梁部４３ｂの上部には、薄膜熱感知体４６ｂと金属薄膜抵抗体４５ｂとが設けてあり、電極パッド４４ｂには、金属薄膜抵抗体４５ｂを介して薄膜熱感知体４６ｂが接
続されている。
梁部４３ｃの上部には、薄膜熱感知体４６ｃと金属薄膜抵抗体４５ｃとが設けてあり、電極パッド４４ｃには、金属薄膜抵抗体４５ｃを介して薄膜熱感知体４６ｃが接続されている。
梁部４３ｄの上部には、薄膜熱感知体４６ｄと金属薄膜抵抗体４５ｄとが設けてあり、電極パッド４４ｄには、金属薄膜抵抗体４５ｄを介して薄膜熱感知体４６ｄが接続されている。
【００５７】
４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設しているが、図１に示す例では、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが中心点Ｃに対して点対称であり、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが中心点Ｃに対して点対称である。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【００５８】
このような構成にすれば、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になり、特定の薄膜熱感知体に熱が集中し、それにより熱が集中した薄膜熱感知体を設けている特定の梁部が熱ストレスを受けて損壊することがなくなるのである。
【００５９】
図１に示す例では、各薄膜熱感知体の上部にはガス感知体４８を設けている。このガス感知体４８は、ガスが到来し、接触したとき発熱する。いわゆる触媒である。薄膜熱感知体の材質にもよるが、このように、ガス感知体４８を設けることで、ガスの到来に対応して熱を発生しやすくなるので、薄膜型ガスセンサの仕様に応じて用いるとよい。
【００６０】
なお、各薄膜熱感知体は、その熱容量が同一である方が好ましい。具体的には、各々の薄膜熱感知体を構成する材質を同一としたときは、その幅と膜厚とを同一にすればよい。
このようにすれば、それぞれの薄膜熱感知体の発熱特性がばらつくことがなくなるため、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。
【００６１】
ところで、ガスを検知する際の反応速度特性とは、ガスが到来して薄膜熱感知体が発熱したとき、薄膜熱感知体が、ガスが到来したと感知する所定の温度に達するまでの速度を示すものである。
また、感度特性とは、ガスが到来して発熱し、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する変化量のことをいう。
すなわち、センサとしては、ガスが到来したときに所定の温度まで素早く変化し、その抵抗値の変化量が大きいほど感度がよいとされているのである。
【００６２】
［薄膜熱感知体の形状説明：図１］
次に、薄膜熱感知体の形状を説明する。
４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、複数の折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしている。図１に示す例では、１つの薄膜熱感知体の折り返し部は６つ設けている。
先の説明のとおり、各薄膜熱感知体は同一の熱容量とする方が好ましいため、このような九十九折り形状を有していても、各薄膜熱感知体の熱容量が同一になるために、同一形状、同一大きさになるよう形成している。
【００６３】
ところで、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの抵抗値は、適する値が存在する。もちろん、高抵抗である方が、ガス検知の感度特性や反応速度特性が向上して好ましいのである。抵抗値を高くするためには、加工が難しくなるものの、薄膜熱感知体を細く、薄く形成すればよい。
【００６４】
しかしながら、薄膜熱感知体のパターンの幅などを小さくすると、電力密度が増して、エレクトロマイグレーションの影響を受けやすくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子が金属原子と衝突し、これらの間で運動量の交換が行われるために、金属原子が徐々に移動する現象である。このため、金属原子が欠乏した部分に、欠損が生じるのである。
エレクトロマイグレーションが発生すると、薄膜熱感知体の断線が発生し、ガスセンサとしての寿命が短くなってしまう。
【００６５】
このような事情から、薄膜熱感知体の抵抗値には、ガスセンサとして十分な感度とエレクトロマイグレーションなどへの耐性とを両立する値が存在するのである。
このような事情を鑑みて、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの形状を決めるのであるが、一般に、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄのパターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。このため、薄膜熱感知体のパターンの幅や膜厚などのほか、折り返し部の個数なども考慮に入れて、抵抗値を決めるのである。
【００６６】
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの九十九折りパターン形状は、図１に示す例では、梁部４３ａ〜４３ｄの短手方向（幅方向）に折り返し部を有しているが、もちろんこれに限定するものではない。図示はしないが、長手方向（長さ方向）に折り返し部を有してもよいのである。
いずれにしても、九十九折りパターン形状は、薄膜熱感知体の配設スペースを小さくすることができるのでセンサ領域Ｒを小型化でき、その結果、薄膜型ガスセンサ自体も小型化することができるという効果も奏するのである。
【００６７】
［薄膜熱感知体の配置の説明：図１］
次に、薄膜熱感知体を梁部に配置する上での特徴を説明する。
センサ領域Ｒの中央領域Ｂは、梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが合流する合流部分となっている。この部分には、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは設けていない。つまり、各薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間している。これは本発明の特徴的な部分である。このような構成にすれば、センサ領域Ｒの中心点Ｃを含む中央領域Ｂに過度なる発熱が集中することを防止することができる。
【００６８】
図１に示す例では、中央領域Ｂの部分では、２つの薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体でそれぞれ接続している。薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｄとを金属薄膜抵抗体４５ｅで接続し、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｃとを金属薄膜抵抗体４５ｆで接続している。つまり、２つの薄膜熱感知体を直列に接続している。
【００６９】
なお、金属薄膜抵抗体４５ｅ，４５ｆは、中心点Ｃから外れた部位に設けている。 このようにすれば、中央領域Ｂ内で２つの金属薄膜抵抗体同士が交差することなく、４つの梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの上部に４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを平面的に分散して配設することができる。
なお、中央領域Ｂには、張出部Ｆが設けてあるため、その分だけ表面積が広くなるから、金属薄膜抵抗体のパターン形成に余裕をもたせることができる。
【００７０】
［梁部を構成する絶縁膜の説明：図１］
次に、梁部の構造の特徴を説明する。
保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄは、その上面側に薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄと、それに接続する金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆ、および薄膜熱感知体の上部にガス感知体４８を設けるので、それらの部材を保持するに耐えうる強度を必要とする。そのため、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚は、所定の厚みを必要とする。
しかしながら、到来するガスの検知性能を向上させるためには、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部分（梁部４３ａ〜４３ｄ）の熱容量を小さくする方が望ましい。なぜならば、熱容量が大きいと、ガスの到来により生じた熱が梁部に吸収されてしまうからである。この状態では、薄膜熱感知体の熱が上昇しきれず（つまり、抵抗値が変化しきれず）、ガスが到来してもそれを感知することができなくなってしまう。
【００７１】
このように、梁部４３ａ〜４３ｄの強度とガスを検知するための性能とは、トレードオフの関係にあるから、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚は、それを鑑みて適宜に設定する。到来するガスの種類、薄膜熱感知体やガス検知体の材質によっても発熱温度が異なるから、例えば、実験を繰り返してデータを取るなどして、絶縁膜４２の膜厚を設定してもよい。
【００７２】
また、梁部４３ａ〜４３ｄの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部位の幅も同様である。この幅が広ければ、梁部の強度は向上する。
発明者が検討したところ、梁部４３ａ〜４３ｄの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部位の幅とその膜厚とは、「膜厚＜幅」とすることがよいことを見出した。その理由は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄが搭載されている部位の直下が最も熱伝導性が高いからである。そのため、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚を薄くして熱容量を小さくし、幅を大きくして強度を維持するとよいのである。
【００７３】
図１に示す例では、例えば、電極パッド４４ａと電極パッド４４ｂとを外部の基板上などで電気的に接続し、電極パッド４４ｃと電極パッド４４ｄとの間に電源および電流計を接続すると、４つの薄膜熱感知体が直列接続になり、これらに電流を流すことができると共に、電流量を計測することができる。具体的には、電極パッド４４ｃと電極パッド４４ｄとの間に図示しない電源から電圧を印加しておき、薄膜熱感知体に通電しておく。その後、ガスが到来するとガスに反応して薄膜熱感知体の温度が上昇し、その電流量に変化が起きる。この電流量の変化を捉えることで、ガスの到来を知り得ることができるのである。
【００７４】
なお、すでに説明したとおり、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で、薄膜熱感知体４６ａ〜４７ｄの上部には、ガス検知体４８を設けているが、その材質などの詳細については、後述する。
【００７５】
ところで、ガスの到来により薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄが発熱することで、そのガスの到来を知り得るわけであるから、各々の薄膜熱感知体にどのように電流を流し、その電流を計測するかは、図１に示す例に限定するものではないのは明らかである。
【００７６】
これら薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、同一の金属で構成することができる。これらは、高融点貴金属を用いる場合が多く、例えば、白金（Ｐｔ）である。
【００７７】
このような高融点貴金属を用いる理由は、温度である。すなわち、薄膜熱感知体の上部にはガス感知体４８が設けてあり、このガス検知体４８は、触媒として機能するものであって、ガスが到来したときに発熱し、検出感度を向上させる効果がある。ガス検知体４８は、薄膜熱感知体上に焼結させている。しかし、このガス検知体４８の焼結温度は高く、用いる触媒の材質にもよるが、例えば、６００〜７００度程度である。そして、ガスが到来したときに生じる温度を、いわゆる燃焼温度と呼び、その温度は、例えば、４００度を超える。
このように、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体は高温に晒されるため、高融点貴金属を用いるのである。
【００７８】
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄ、金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆ、電極パッド４４ａ〜４４ｄは、保持部材である絶縁膜４２との密着性を良くするために、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）、あるいは、これらの合金からなる金属膜を下地層として設け、その上に白金（Ｐｔ）を形成して構成してもよい。例えば、白金（Ｐｔ）は、スパッタリング法などの知られている形成方法で形成することができる。
なお、薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、白金（Ｐｔ）以外の材料としては、ロジウム（Ｒｄ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）などの高融点貴金属、あるいは、これらの合金金属などを用いることができる。
【００７９】
［ガス検知体の説明］
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの上面に設けるガス感知体４８は、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で設ける触媒である。特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる熱伝導層と、この熱伝導層の表面に燃焼触媒層を重ねた構成を有している。
燃焼触媒層は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）を主成分にして、白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）なる燃焼触媒の微粉末を溶媒に混ぜ合わせてスラリー状にし、それを熱伝導層の表面に塗布して６００°Ｃの温度で焼結したものである。
【００８０】
図１に示す例では、ガス検知体４８は、センサ領域Ｒの中央領域Ｂにて、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に十字型に薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを覆うように設けているが、これに限定するものではない。各薄膜熱感知体の上部に独立してガス検知体４８を設けてもよいのである。
もちろん、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの抵抗値、到来するガスの種類などに応じて、ガス検知体４８を設けない場合もある。
【００８１】
また、図１（ｂ）に示すように、ガス感知体４８は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの上面側にのみ設ける例を示したが、もちろんこれに限定するものではない。到来するガスは貫通孔４２ｈを通って流通するので、図示はしないが、保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄを挟んでその裏面側にも設けてもよい。つまり、ガス感知体４８で梁部４３ａ〜４３ｄを上下から包むようにしてもよいのである。
このような構造をとると、燃焼触媒層の表面面積が増してガスとの接触面積が増え、より速く燃焼することができる。そして、ガス検知の反応速度を更に速める効果を得る。
【００８２】
［第１の実施形態による効果の説明：図３］
本発明のガスセンサの効果を、図３のグラフを用いて説明する。図３は第１の実施形態の構造のガスセンサと、特許文献１に示された技術を元にしたガスセンサ（従来技術によるガスセンサと称する）とを試作し、実際にガス検知試験を行い、それぞれのガス感度特性を比較したものである。
【００８３】
検知対象のガスは水素を用いており、図３に示すグラフの横軸は水素濃度、縦軸はガスセンサの出力電圧であるセンサ出力を示している。センサ出力とは、ガスの到来により薄膜熱感知体が発熱してその抵抗値が変化し、それに応じて流れる電流値が変化したときの電圧出力を示している。
【００８４】
図３のグラフでは、従来技術によるガスセンサを「従来例」とし、「□」で示している。第１の実施形態の構造のガスセンサは「本発明」とし、「◆」で示している。
図３に示すとおり、本発明のガスセンサは、従来技術によるガスセンサと比べて、約２倍程度のガス感度特性が得られている。
【００８５】
これは、センサ領域Ｒの所定の部分に薄膜熱感知体が集中せず、分散して配置している
ため、到来するガスが各薄膜熱感知体に適度に接触するためである。
【００８６】
また、第１の実施形態の構造のガスセンサと従来技術によるガスセンサとで、それぞれガス検知体４８（触媒）の燃焼試験を行い、良品率を比較した例を以下の表１に示す。なお、この燃焼試験により、薄膜熱感知体にかかる熱の影響を調べることができる。また、ここでいう良品率とは、ガスセンサとしてガスの検出実験を行ったときに、正常にセンサ出力が発生するものを良品とした。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１に示すように、従来技術によるガスセンサでは、梁部の中央に薄膜熱感知体が集中しているため、その部分で過度なる発熱が起こり、梁部が損壊し、良品率を下げている。これに対し、第１の実施形態の構造のガスセンサ（表１では、本発明のガスセンサと表記）では、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置しているため、過度なる発熱が起きず、梁部が損壊しないため、良品率が高いのである。
【実施例２】
【００８９】
［第２の実施形態の説明：図４］
次に、第２の実施形態を図４を用いて説明する。
図４は第２の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。なお、図４は、説明しやすいように、例えば、ガス検知体４８など説明に必要のない構成は省略している。また、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００９０】
図４において、５４ａ，５４ｂは電極パッドである。５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈ，５５ｉは金属薄膜抵抗体である。５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ，５６ｈは薄膜熱感知体である。そして、これらでガス検知素子５０を構成している。
【００９１】
梁部４３ａ〜４３ｄの上部には、薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈ、金属薄膜抵抗体５５ａ〜５５ｉが設けてある。支持基板４１上の上部には、電極パッド５４ａ，５４ｂが設けてある。
電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図４に示す例では、電極パッド５４ａ，５４ｂは９時方向に設けている。
【００９２】
梁部４３ｂの上部には、薄膜熱感知体５６ａ，５６ｂと金属薄膜抵抗体５５ａ，５５ｂとが設けてある。
同様に、梁部４３ｃの上部には、薄膜熱感知体５６ｃ，５６ｄと金属薄膜抵抗体５５ｄとが設けてある。梁部４３ｄの上部には、薄膜熱感知体５６ｅ，５６ｆと金属薄膜抵抗体
５５ｆとが設けてある。梁部４３ａの上部には、薄膜熱感知体５６ｇ，５６ｈと金属薄膜抵抗体５５ｈとが設けてある。
つまり、図４に示す例では、１つの梁部に２つの薄膜熱感知体を搭載しているのである。
【００９３】
センサ領域Ｒの中央領域Ｂ（図４では省略しているが、図１（ａ）を参照されたい）には、金属薄膜抵抗体５５ｃ，５５ｅ，５５ｇ，５５ｉが設けてある。これら金属薄膜抵抗体は、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間するとともに、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、金属薄膜抵抗体５５ｃと金属薄膜抵抗体５５ｇとが中心点Ｃに対して点対称であり、金属薄膜抵抗体５５ｅと金属薄膜抵抗体５５ｉとが中心点Ｃに対して点対称である。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【００９４】
図４に示す例では、電極パッド５４ａと電極パッド５４ｂとは、各金属薄膜抵抗体と各薄膜熱感知体を介して接続されている。
つまり、電極パッド５４ａから辿ると、金属薄膜抵抗体５５ａ、薄膜熱感知体５６ａ、金属薄膜抵抗体５５ｉ、薄膜熱感知体５６ｈ、金属薄膜抵抗体５５ｈ、薄膜熱感知体５６ｇ、金属薄膜抵抗体５５ｇ、薄膜熱感知体５６ｆ、金属薄膜抵抗体５５ｆ、薄膜熱感知体５６ｅ、金属薄膜抵抗体５５ｅ、薄膜熱感知体５６ｄ、金属薄膜抵抗体５５ｄ、薄膜熱感知体５６ｃ、金属薄膜抵抗体５５ｃ、薄膜熱感知体５６ｂ、金属薄膜抵抗体５５ｂを経て電極パッド５４ｂと接続している。
【００９５】
図４に示すガス検知素子５０の構成は、８つの薄膜熱感知体５６を直列に接続した回路をなしているのである。電極パッド５４ａと電極パッド５４ｂとの間に電源および電流計を接続すると、８つの薄膜熱感知体に電流を流すことができると共に、電流量を計測することができるのである。
このような構成にすることで、図示しない外部の機器との接続配線を減らすことができる。
【００９６】
梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈは、１つの梁部の上部にて、隣接して梁部表面に対して平行にバランス良く配置している。すでに説明したように、薄膜熱感知体同士が接近して配設されると、双方に過度なる発熱の影響が出てしまうが、そのような状況を鑑みて、双方を離間して配設する。
【００９７】
また、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈは、それぞれ中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になっている。
ところで、薄膜熱感知体５６ａ，５６ｂを第１の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｃ，５６ｄを第２の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｅ，５６ｆを第３の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｇ，５６ｈを第４の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Ｃに対して点対称に配置されていることになる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなし、同一形状、同一の大きさに形成している。
【００９８】
このような構成をなすことにより、少ない梁の数で多くの薄膜熱感知体を平面的にバランスのとれた状態で搭載することができる。そして、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
また、外部での接続を必要とせず、全ての薄膜熱感知体を直列で使用できるため、ガスセンサとしてのサイズを小型化することができる。
【実施例３】
【００９９】
［第３の実施形態の説明：図５］
次に、第３の実施形態を図５を用いて説明する。
図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の切断線Ｙ−Ｙ´における端面を模式的に示す端面図である。図５において、６９は層間絶縁膜である。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１００】
図５において、６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは梁部である。６９は層間絶縁膜である。６０はガス検知素子を示している。
【０１０１】
図５に示す第３の実施形態のガス検知素子６０の特徴は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを立体的に配置しているという点である。
図５（ｂ）に示すように、支持基板４１の表面には、絶縁膜４２が形成されており、この絶縁膜４２で梁部６３ａ，６３ｃを構成している。絶縁膜４２の上部には、層間絶縁膜６９を設けており、この層間絶縁膜６９と絶縁膜４２とで梁部６３ｂ，６３ｄを構成している。
【０１０２】
層間絶縁膜６９は、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けている。図５（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド４４ａ〜４４ｄを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部６３ａ〜６３ｄは、すべて絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１０３】
梁部６３ａ，６３ｃは、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部６３ｂ，６３ｄは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１０４】
薄膜熱感知体４６ａおよび金属薄膜抵抗体４５ａは、絶縁膜４２で構成する梁部６３ａ上に設けている。同じく、薄膜熱感知体４６ｃおよび金属薄膜抵抗体４５ｃは、絶縁膜４２で構成する梁部６３ｃ上に設けている。
また、薄膜熱感知体４６ｂおよび金属薄膜抵抗体４５ｂは、層間絶縁膜６９で構成する梁部６３ｂ上に設けている。同じく、薄膜熱感知体４６ｄおよび金属薄膜抵抗体４５ｄは、層間絶縁膜６９で構成する梁部６３ｄ上に設けている。
【０１０５】
なお、これらの梁部６３ａ〜６３ｄの上部の薄膜熱感知体４５ａ〜４５ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けている。
【０１０６】
中央領域Ｂは、下側の梁部６３ａと梁部６３ｃとの接続部分と、上側の梁部６３ｂと梁部６３ｄとの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Ｂにあっては、下側の梁部６３ａと梁部６３ｃとの接続部分において薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが金属薄膜抵抗体４５ｅにより接続されている。また、上側の梁部６３ｂと梁部６３ｄとの接続部分において薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが金属薄膜抵抗体４５ｆにより接続されている。
金属薄膜抵抗体４５ｅと金属薄膜抵抗体４５ｆとの間には層間絶縁膜６９があるから、双方が接触してしまうことはない。
【０１０７】
電極パッド４４ａ〜４４ｄは、すべて層間絶縁膜６９の上部に設けてある。電極パッド４４ａ，４４ｃの下部には、図示はしないが層間絶縁膜６９を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド４４ａと金属薄膜抵抗体４５ａとが接続され、電極パッド４４ｃと金属薄膜抵抗体４５ｃとが接続されている。
【０１０８】
このように、第３の実施形態の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層膜構造になっている。
すなわち、梁部６３ａ，６３ｃの構造は、絶縁膜４２の上部に薄膜熱感知体４６ａ，４６ｃと金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｃ，４５ｅとを設けてあり、その上部に層間絶縁膜６９を設けている。つまり、下側の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。
【０１０９】
一方、梁部６３ｂ，６３ｄの構造は、絶縁膜４２の上部に層間絶縁膜６９を設けてあり、その上部に薄膜熱感知体４６ｂ，４６ｄと金属薄膜抵抗体４５ｂ，４５ｄ，４５ｆとを設けている。つまり、上側の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とが積層された上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。
【０１１０】
このようにすれば、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは、中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態とすることができる。
また、４つの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。図５に示す第３の実施形態では、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを立体的に配置しているため、詳しくは、薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが点対称になっており、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが点対称になっている。
【０１１１】
各薄膜熱感知体は、中心点Ｃから等距離に配置されていて、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしており、同一大きさで形成している。
このように、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１１２】
このように、１つのセンサ領域Ｒの内部にあっても、梁構造を異ならせてもよい。もちろん、それぞれの梁部に設ける薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体の抵抗値などを適宜変更することで、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。
【０１１３】
層間絶縁膜６９は、絶縁膜４２と同一の材料で構成することができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などの材料を用いることができる。
【０１１４】
もちろん、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とを異なる材料の膜で構成してもよい。また、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、絶縁膜４２を引っ張り応力を有する膜とし、層間絶縁膜６９を圧縮応力を有する膜とするのである。このようにすれば、すでに説明したように、双方の膜の応力を打ち消すことができる。
【０１１５】
また、絶縁膜４２および層間絶縁膜６９をそれぞれ積層膜とすることもできる。このとき、積層する膜の応力特性をそれぞれ変えるようにしてもよいのである。例えば、絶縁膜４２および層間絶縁膜６９をそれぞれ２つの膜で積層するとき、絶縁膜４２の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とし、層間絶縁膜６９の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。つまり、応力特性が相反する膜を交互に設けるのである。このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができるばかりか、１つの膜厚が薄膜化するため、膜の応力自体を低減することができるのである。
【０１１６】
なお、中央領域Ｂにおいては、すでに説明した第１の実施形態および第２の実施形態に例示した張出部Ｆは設けていない例を示したが、もちろん、これに限定するものではない。
【実施例４】
【０１１７】
［第４の実施形態の説明：図６］
次に、第４の実施形態を図６を用いて説明する。
図６は第４の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図６において、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈは梁部である。７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈは電極パッドである。７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆ，７５ｇ，７５ｈ，７５ｉ，７５ｊ，７５ｋ，７５ｌは金属薄膜抵抗体である。７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅ，７６ｆ，７６ｇ，７６ｈは薄膜熱感知体である。７０はガス検知素子を示している。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
図６に示す第４の実施形態のガス検知素子７０の特徴は、８つの梁部で保持部材を構成しており、第３の実施形態と同様に、絶縁膜４２の上部に層間絶縁膜６９を設け、薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈを立体的に配置しているという点である。
つまり、各梁部に薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体を設けてそれらを接続し、中央領域Ｂで薄膜熱感知体同士を金属薄膜抵抗体で接続している構成は基本的に同じであり、その数が違うものである。
【０１１９】
薄膜熱感知体７６ｂ，７６ｄ、７６ｆ，７６ｈと金属薄膜抵抗体７５ｂ，７５ｄ、７５ｆ，７５ｈとは、絶縁膜４２（図６には図示しない）で構成する梁部７３ｂ，７３ｄ、７３ｆ，７３ｈ上にそれぞれ設けている。同じく、薄膜熱感知体７６ａ，７６ｃ，７６ｅ，７６ｇと金属薄膜抵抗体７５ａ，７５ｃ、７５ｅ，７５ｇとは、絶縁膜４２の上部に設ける層間絶縁膜６９で構成する梁部７３ａ，７３ｃ、７３ｅ，７３ｇ上にそれぞれ設けている。
【０１２０】
層間絶縁膜６９は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けており、図６（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド７４ａ〜７４ｈを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部７３ａ〜７３ｈは、すべて絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１２１】
梁部７３ｂ，７３ｄ，７３ｆ，７３ｈは、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部７３ａ，７３ｃ，７３ｅ，７３ｇは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１２２】
なお、これらの梁部７３ａ〜７３ｈの上部の薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けているが、図６においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１２３】
中央領域Ｂは、下側の梁部７３ｂ，７３ｄ，７３ｆ，７３ｈの接続部分と、上側の梁部７３ａ，７３ｃ，７３ｅ，７３ｇの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Ｂにあっては、下側の梁部である梁部７３ｂと梁部７３ｄとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｂと薄膜熱感知体７６ｄとが金属薄膜抵抗体７５ｋにより接続されている。同様に、下側の梁部である梁部７３ｆと梁部７３ｈとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｆと薄膜熱感知体７６ｈとが金属薄膜抵抗体７５ｌにより接続されている。
【０１２４】
また、上側の梁部である梁部７３ａと梁部７３ｇとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ａと薄膜熱感知体７６ｇとが金属薄膜抵抗体７５ｊにより接続されている。同様に、上側の梁部である梁部７３ｃと梁部７３ｅとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｃと薄膜熱感知体７６ｅとが金属薄膜抵抗体７５ｉにより接続されている。
金属薄膜抵抗体７５ｋ，７５ｌと金属薄膜抵抗体７５ｉ，７５ｊとの間には層間絶縁膜６９があるから、双方が接触してしまうことはない。
【０１２５】
電極パッド７４ａ〜７４ｈは、すべて層間絶縁膜６９の上部に設けてある。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図６に示す例では、電極パッド７４ａ，７４ｃ，７４ｅ，７４ｇは、それぞれ１２時方向、９時方向、６時方向、３時方向に設けており、電極パッド７４ｂ，７４ｄ，７４ｆ，７４ｈは、それぞれ支持基板４１の角部に設けている。
【０１２６】
電極パッド７４ｂ，７４ｄ，７４ｆ，７４ｈの下部には、図示はしないが層間絶縁膜６９を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド７４ｂと金属薄膜抵抗体７５ｂとが、電極パッド７４ｄと金属薄膜抵抗体７５ｄとが、電極パッド７４ｆと金属薄膜抵抗体７５ｆとが、電極パッド７４ｈと金属薄膜抵抗体７５ｈとがそれぞれ接続されている。
【０１２７】
このように、第４の実施形態の梁部は、第３の実施形態と同様に、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層膜構造になっている。
【０１２８】
なお、中央領域Ｂにおいては、金属薄膜抵抗体７５ｋ，７５ｌ，７５ｉ，７５ｊは、第１の実施形態と同様に、センサ領域Ｒの中心点Ｃの上部には設けていない。
そして、８つの薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈも他の実施形態と同様に、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設しており、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【０１２９】
図６に示す第４の実施形態では、薄膜熱感知体を立体的に配置しているが、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。
詳しくは、薄膜熱感知体７６ａと薄膜熱感知体７６ｅとが点対称になっており、薄膜熱感知体７６ｃと薄膜熱感知体７６ｇとが点対称になっている。同様に、薄膜熱感知体７６ｂと薄膜熱感知体７６ｆとが点対称になっており、薄膜熱感知体７６ｄと薄膜熱感知体７６ｈとが点対称になっている。
【０１３０】
このようにすれば、薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈは、中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１３１】
第４の実施形態は、梁部を８つ設ける例を示した。このように多くの梁部に薄膜熱感知体を分けて配置することにより、１つの梁部当たりの熱容量が低減されることから、薄膜熱感知体の感度が向上する。また、１つの梁部当たりの重量が低減されるから、梁部自体が軽くなり、ガスの到来などによる不足の応力が加わっても、破壊に至りにくくなるのである。
【０１３２】
なお、第４の実施形態では、梁部の数を８つとしたが、これは一例である。到来するガスの種類や、薄膜熱感知体の材料や抵抗値によって、自由に選択することができる。
また、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とは、第３の実施形態と同様に、同じ材料を用いて
も異なる材料を用いてもよく、もちろん、複数の膜を積層する積層膜構造を有してもよい。
【実施例５】
【０１３３】
［第５の実施形態の説明１：図７］
次に、第５の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は第５の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図７において、４２ａはメンブレン構造体である。８２ｈはメンブレン構造体４２ａに設ける貫通孔である。８４ａ，８４ｂは電極パッドである。８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ，８５ｅは金属薄膜抵抗体である。８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄは薄膜熱感知体である。８０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
図７に示す第５の実施形態のガス検知素子８０の特徴は、保持部材をメンブレン構造とした点である。すでに説明した第１から第４の実施形態は、支持基板４１の上部に絶縁膜４２を設け、この絶縁膜４２で支持基板４１の枠形状の対向する２辺を所定の幅を持って橋渡しするように梁部を構成していた。図７に示す第５の実施形態では、保持部材を梁部で構成せず、メンブレン構造体４２ａとしたものである。
【０１３５】
メンブレン構造体４２ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜４２をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。メンブレンとは「膜」を意味するものであり、メンブレン構造とは、膜による構造そのものを意味するものであるが、本発明の実施形態では、説明しやすいように絶縁膜４２のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体４２ａとしている。
【０１３６】
薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄおよび金属薄膜抵抗体８５ａ〜８５ｅは、絶縁膜４２で構成するメンブレン構造体４２ａ上に設けている。電極パッド８４ａ，８４ｂは、絶縁膜４２の上ではあるが、支持基板４１の上部に設けている。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図７に示す例では、６時方向に設けている。
【０１３７】
メンブレン構造体４２ａは、特に限定しないが、例えば、１μｍの薄膜である。メンブレン構造体４２ａの上部の、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを有していない部分に貫通孔８２ｈを設けている。この貫通孔８２ｈは、すでに説明した第１〜第４の実施形態の貫通孔４２ｈと同様の役割を有しており、ガスが通過する部分となっている。
【０１３８】
貫通孔８２ｈは、図７に示す例では、円形の形状を有しているが、もちろん、その形状は一例であって、多角形で構成してもよい。また、多角形と円形とを組み合わせてもよく、自由に変更が可能である。
【０１３９】
薄膜熱感知体８６ａと薄膜熱感知体８６ｂとは、金属薄膜抵抗体８５ｂで接続している。同様に、薄膜熱感知体８６ｂと薄膜熱感知体８６ｃとは、金属薄膜抵抗体８５ｃで接続し、薄膜熱感知体８６ｃと薄膜熱感知体８６ｄとは、金属薄膜抵抗体８５ｄで接続している。
薄膜熱感知体８６ａは、金属薄膜抵抗体８５ａにより、電極パッド８４ａに接続しており、同様に、薄膜熱感知体８６ｄは、金属薄膜抵抗体８５ｅにより、電極パッド８４ｂに接続している。
【０１４０】
なお、メンブレン構造体４２ａの上部の薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図７においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１４１】
図７に示す例では、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄは、センサ領域Ｒの中心点Ｃを囲むように設けているが、それぞれの薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間して配設しており、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【０１４２】
図７に示す第５の実施形態では、薄膜熱感知体８６ａと薄膜熱感知体８６ｃとが点対称になっており、薄膜熱感知体８６ｂと薄膜熱感知体８６ｄとが点対称になっている。
【０１４３】
図７に示す第５の実施形態では、保持部材をメンブレン構造体４２ａとすることで、枠形状の支持基板４１の内壁４１ｃに囲まれたセンサ領域Ｒはすべてメンブレン構造体４２ａとなるこのような構造であるから、膜自体にしなやかさを有している。このため、流通するガスの流圧によってメンブレン構造体４２ａに撓みが生じても、その撓みは小さく抑えることができる。また、メンブレン構造体４２ａに生じる応力も分散して小さくなり、メンブレン構造体４２ａの損壊を抑制する効果を生む。
【０１４４】
また、４つの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１４５】
［第５の実施形態の説明２：図８］
次に、第５の実施形態の別の構成を図８を用いて説明する。
図８は第５の実施形態の別の構造を模式的に示す平面図である。図８に示す構成も、図７に示す構成と同様に、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄおよび金属薄膜抵抗体８５ａ〜８５ｅは、絶縁膜４２で構成するメンブレン構造体４２ａ上に設けているのである。しかし、相違点は、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄの配置が、メンブレン構造体４２ａ上に分散して配置しているという点である。
【０１４６】
図８に示す構成では、各薄膜熱感知体は、中心点Ｃに対して点対称に配置しているものではなく、中心点Ｃからの距離も同一ではない。メンブレン構造体４２ａに対しては、多少重量バランスが悪くはなるが、センサ領域Ｒに分散しているため、熱の集中は緩和できる。このように、薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間して、センサ領域Ｒにばらけて配置してもよいのである。
【実施例６】
【０１４７】
［第６の実施形態の説明：図９］
次に、第６の実施形態を図９を用いて説明する。
図９は第６の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の切断線Ｚ−Ｚ´における端面を模式的に示す端面図である。
図９において、９９は絶縁膜である。９９ａは絶縁膜９９で構成したメンブレン構造体である。９９ｈはメンブレン構造体９９に設ける貫通孔である。９０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１４８】
図９に示す第６の実施形態のガス検知素子９０の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図５を用いて説明した第３の実施形態と図７や図８を用いて説明した第５の実施形態とを合わせた構成であって、下側の梁部６３ａ，６３ｃの上部に上側の梁部６３ｂ，６３ｄを重ねており、これら２つの梁部の下部にメンブレン構造体９９ａを設ける構成である。
【０１４９】
メンブレン構造体９９ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜９９をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。図７や図８を用いてすでに説明した第５の実施形態のメンブレン構造体４２ａと同様に、絶縁膜９９のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体９９ａとしている。
【０１５０】
層間絶縁膜６９は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けており、図９（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド４４ａ〜４４ｄを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部６３ａ〜６３ｄは、すべてメンブレン構造体９９ａと絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１５１】
なお、梁部６３ａ，６３ｃは、メンブレン構造体９９ａの上部に設ける絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部６３ｂ，６３ｄは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１５２】
なお、メンブレン構造体９９ａの上部の薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図９においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１５３】
図示しないが、中央領域Ｂにおいて、梁部６３ａ〜６３ｄに設ける薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄと平面的に重なるメンブレン構造体９９ａの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
【０１５４】
なお、図９に示す例では、２つの梁部の下部にメンブレン構造体９９ａを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。２つの梁部の上部にメンブレン構造体９９ａを設けてもよいのである。
【０１５５】
いずれの構成においても、梁部とメンブレン構造体とで保持部材を構成すれば、保持部材を損壊しにくくすることができる。２つの梁部を構成する絶縁膜４２と層間絶縁膜６９、そしてメンブレン構造体９９ａを構成する絶縁膜９９は、すでに説明した実施形態と同様に、その材料や膜厚を適宜選択することができる。これにより、梁部自体が有する応力を打ち消しあったり、強度としなやかさを兼ね備えた保持部材とすることができるためである。
【実施例７】
【０１５６】
［第７の実施形態の説明：図１０］
次に、第７の実施形態を図１０を用いて説明する。
図１０は第７の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図１０において、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは梁部である。１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ，１０４ｆ，１０４ｇ，１０４ｈは電極パッドである。１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅ，１０５ｆ，１０５ｇ，１０５ｈ，１０５ｉ，１０５ｊ，１０５ｋ，１０５ｌは金属薄膜抵抗体である。１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈは薄膜熱感知体である。１００はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１５７】
図１０に示す第７の実施形態のガス検知素子１００の特徴は、保持部材を構成する梁部
が、いわゆる片持ち梁構造を有している点である。つまり、支持基板４１から梁部を構成する絶縁膜４２が中心点Ｃに向かって延在し、その端部が開放端となっている構成である。
センサ領域Ｒの中央領域Ｂでは、各梁部は離間しているため、梁部の接続部分Ｄは存在しない。
なお、電極パッド１０４ａ〜１０４ｈは、支持基板４１の上部の絶縁膜４２の上に設けてある。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図１０に示す例では、１２時方向、９時方向、６時方向、３時方向にそれぞれ設けている。
【０１５８】
梁部１０３ａの上部には、薄膜熱感知体１０６ａ，１０６ｈと、金属薄膜抵抗体１０５ａ，１０５ｈ，１０５ｉとが設けてある。薄膜熱感知体１０６ａと薄膜熱感知体１０６ｈとは、梁部１０３ａの端部にて金属薄膜抵抗体１０５ｉで接続されている。薄膜熱感知体１０６ａは、金属薄膜抵抗体１０５ａで電極パッド１０４ａに接続し、薄膜熱感知体１０６ｈは、金属薄膜抵抗体１０５ｈで電極パッド１０４ａｈ接続している。
他の梁部に関しても同様に、２つの薄膜熱感知体が梁部の端部にて金属薄膜抵抗体で接続されており、そして電極パッドにそれぞれ接続されている。
【０１５９】
なお、薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図１０においては、図面を見やすくするために省略している。ガス検知体４８は、各梁部の上部の薄膜熱感知体ごとに設けるが、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Ｃの上部を覆うように設けてもかまわない。
【０１６０】
図１０に示す例では、他の実施形態と同様に、薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈは、センサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設している。中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けており、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
ところで、薄膜熱感知体１０６ａ，１０６ｈを第１の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｂ，１０６ｃを第２の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｄ，１０６ｅを第３の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｆ，１０６ｇを第４の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Ｃに対して点対称に配置されていることになる。
【０１６１】
図１０に示すような構成にすれば、梁構造としては、しなやかであり、ガスの到来により圧力が生じても、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができる。これにより、梁部の損壊を防止することができるのである。
また、それぞれの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１６２】
なお、第７の実施形態では、梁部１０３ａ〜１０３ｄは、絶縁膜４２で構成しているため、強度などは同一となっているが、これに限定するものではない。すでに説明したように、絶縁膜４２は、複数の膜を積層した積層膜構造を有してもよい。このとき、各梁部の膜の材料や膜厚をそれぞれ変えることで、それぞれの梁部の強度や撓み具合を変えることができる。
そのような構成にすれば、到来するガスの向きや角度、速度などに応じて、より適する梁部を構成することができるのである。
【０１６３】
なお、ガス検知体４８は、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Ｃの上部を覆うように設けてもかまわないと説明したが、このような構成にすると、梁部１０３ａ〜１０３ｄがガス検知体４８にて接続されるような形態になる。このため、ガスの到来により、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができにくくなるが、もちろん、
梁部を構成する膜の材料や膜厚を選択することで、梁構造としてのしなやかさを有することもできる。
【実施例８】
【０１６４】
［第８の実施形態の説明：図１１］
次に、第８の実施形態を図１１を用いて説明する。
図１１は第８の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図１１（ａ）はその平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の切断線Ｗ−Ｗ´における端面を模式的に示す端面図である。
図１１において、１１９は絶縁膜である。１１９ａは絶縁膜１１９で構成したメンブレン構造体である。１１９ｈはメンブレン構造体１１９に設ける貫通孔である。１１０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１６５】
図１１に示す第８の実施形態のガス検知素子１１０の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図１０を用いて説明した第７の実施形態と図７や図８を用いて説明した第５の実施形態とを合わせた構成であって、梁部１０３ａ〜１０３ｄの下部にメンブレン構造体１１９ａを設ける構成である。
【０１６６】
メンブレン構造体１１９ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜１１９をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。図７や図８を用いて説明した第５の実施形態のメンブレン構造体４２ａと同様に、絶縁膜１１９のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体１１９ａとしている。
【０１６７】
なお、梁部１０３ａ〜１０３ｄの上部の薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図１１においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１６８】
図示しないが、中央領域Ｂにおいて、梁部１０３ａ〜１０３ｄに設ける薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈと平面的に重なるメンブレン構造体１１９ａの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
【０１６９】
なお、図１１に示す例では、梁部１０３ａ〜１０３ｄの下部にメンブレン構造体１１９ａを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。梁部１０３ａ〜１０３ｄの上部にメンブレン構造体１１９ａを設けてもよいのである。
【０１７０】
梁部１０３ａ〜１０３ｄは、片持ち梁構造と同様に、それぞれが撓むことができるため、梁構造としては、よりしなやかである。それらの下部にメンブレン構造体１１９ａを設けることで、強度も有することができる。したがって、保持部材を損壊しにくくすることができる。
【０１７１】
以上、第１の実施形態〜第８の実施形態では、薄膜熱感知体の上部にガス検知体を設ける構成を例示してきたが、もちろんこれに限定するものではない。薄膜熱感知体を半導体で構成すれば、ガス検知体は不要になる。
【０１７２】
［ガスセンサシステムの説明：図１２］
次に、本発明の薄膜型ガスセンサを用いたガスセンサシステムについて説明する。図１２は、その概念図である。
図１１において、１００１はガス検知素子、１００２はリファレンス素子、１００３は補正回路、１００４は判定回路、１００５はガス流入方向、１０１１はガス検知体（触媒）、１１００はガスセンサシステムである。
【０１７３】
ガス検知素子１００１は、これまでに説明した実施形態と同一のものである。図１２においては、説明しやすいように簡略化している。なお、ガス検知素子１００１には、ガス検知体１０１１を設けており、ガスの到来により発熱しやすくしている。
リファレンス素子１００２は、ガス検知素子１００と同一の構造体であるが、ガス検知体１０１１を設けていない。
ガスセンサシステム１１００は、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを内包する構成となっている。このような構成を２チップ構成とよぶ。ガスセンサシステム１１００は、説明に必要のない部分を省略している。
【０１７４】
ガス検知素子１００１は判定回路１００４と接続しており、リファレンス素子１００２は、補正回路１００３を介して判定回路１００４に接続している。
【０１７５】
ガスセンサは、ガスの到来を温度変化という物理量に置き換えることでガスを検知するものであるが、温度は周囲環境によっても変化するため、単一のガス検知素子ではその影響を受けやすい。
例えば、周囲温度が激しく変動するような環境にガスセンサを設置したとき、それに搭載するガス検知素子が単一であったとき、薄膜熱感知体の抵抗値変化が、ガスが到来したことによるものなのか、周囲温度が変化したことによるものなのかを、判別できないのである。
【０１７６】
２チップ構成のガスセンサシステム１１００は、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを内包するため、これら２つの素子は常に同一の環境温度に置かれる。例えば、環境温度が変化し、ガス検知素子１００１の薄膜熱感知体の抵抗値が変化しても、リファレンス素子１００２の薄膜熱感知体の抵抗値も同様に変化する。ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との抵抗値は、それぞれ判定回路１００４にて比較されるが、それぞれの抵抗値に差異がなければ、ガスが到来していないことを判別できるのである。
【０１７７】
一方、流入方向１００５からガスが流入したとき、ガス検知素子１００１は、ガス検知体１０１１を搭載しているため、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する。リファレンス素子１００２は、ガス検知体１０１１を備えていないため、抵抗値が変化しない。つまり、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との抵抗値に、差異が発生する。この差異を判定回路１００４にて検出することにより、ガスが到来したことを判別できるのである。
【０１７８】
ようするに、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とで、ガスの到来により発生する発熱具合に違いを生じさせておくことで、ガスの到来を正しく検知できるようにするのである。
したがって、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とは、少なくとも１つずつあればよく、当然のことながら、ガスセンサシステム１１００の都合により、これらの対を複数設けてもよく、ガス検知素子１００１の数とリファレンス素子１００２の数とをそれぞれ変えてもかまわない。
【０１７９】
なお、リファレンス素子１００２は、補正回路１００３を介して判定回路１００４と接続している。補正回路１００３は、ガス検知素子１００１がガス検知体１０１１を備えていることにより、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との薄膜熱感知体の
抵抗値に若干の違いが生じてしまう場合などに、それを補正するために設けるものである。例えば、薄膜熱感知体と同一の材料などにより構成される抵抗素子などを用いる。
このようにすれば、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とで、その抵抗値に違いが生じても、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８０】
また、ガスセンサシステム１１００によっては、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との配設状態（例えば、双方の素子の実装場所など）によって、必ずしも環境温度の影響を等しく受けないこともある。このような場合であっても、補正回路１００３を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８１】
さらにまた、ガスセンサシステム１１００によっては、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを離間して配設する場合がある。ガスが到来する経路は同じであるが、装置の構造上の都合などにより、双方を離間して配置する場合がある。または、あるガスの流入経路において、ガスが流入してくる側にガス検知素子１００１を設け、ガスが排出される側にリファレンス素子１００２を設ける場合などである。そうすると、双方の素子の周囲温度に差異が生じてしまうこともある。このような場合であっても、補正回路１００４を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８２】
なお、図１２に示す例では、補正回路１００３は、リファレンス素子１００２と判定回路１００４との間に設けているが、もちろん、これに限定するものではなく、ガス検知素子１００１と判定回路１００４との間に設けてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が密集していないため、ガスの到来により高温になっても熱の集中がなく、梁部の耐久性を向上させることができる。このため、比較的高温環境で運用されるガスセンサとして好適である。
【符号の説明】
【０１８４】
４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０ ガス検知素子
４１ 支持基板
４１ｃ 内壁
４２，９９，１１９ 絶縁膜
４２ａ，９９ａ，１１９ａ メンブレン構造体
４２ｈ，８２ｈ，９９ｈ，１１９ｈ 貫通孔
４３ａ〜４３ｄ 梁部
６３ａ〜６３ｄ 梁部
７３ａ〜７３ｈ 梁部
１０３ａ〜１０３ｄ 梁部
４４ａ〜４４ｄ 電極パッド
５４ａ，５４ｂ 電極パッド
７４ａ〜７４ｈ 電極パッド
８４ａ，８４ｂ 電極パッド
１０４ａ〜１０４ｈ 電極パッド
４５ａ〜４５ｆ 金属薄膜抵抗体
５５ａ〜５５ｉ 金属薄膜抵抗体
７５ａ〜７５ｌ 金属薄膜抵抗体
８５ａ〜８５ｅ 金属薄膜抵抗体
１０５ａ〜１０５ｌ 金属薄膜抵抗体
４６ａ〜４６ｄ 薄膜熱感知体
５６ａ〜５６ｈ 薄膜熱感知体
７６ａ〜７６ｈ 薄膜熱感知体
８６ａ〜８６ｄ 薄膜熱感知体
１０６ａ〜１０６ｈ 薄膜熱感知体
４８ ガス感知体
６９ 層間絶縁膜
Ｂ 中央領域
Ｃ 中心点
Ｆ 張出部
Ｒ センサ領域
１００１ ガス検知素子
１００２ リファレンス素子
１００３ 補正回路
１００４ 判定回路
１００５ ガス流入方向
１０１１ ガス感知体
１１００ ガスセンサシステム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種のガス漏れを検知する接触燃焼式ガスセンサに関し、特に薄膜型ガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、水素ガスやメタンガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、ガスセンサが用いられている。ガスセンサは、検知素子の検知面にガスが到来することによる相互作用で検知素子の電気信号の変化を捉えるものである。なお、以降の説明では、可燃性ガスを単にガスと表現する。
【０００３】
ガスセンサの構成に関しては多くの提案をみるが、中でも接触燃焼式ガスセンサが広く知られている。この接触燃焼式ガスセンサは、ガスが検知面を有する検出素子や触媒と接触して発熱反応を起こすことでガスの到来を検知するものである。
【０００４】
このような接触燃焼式ガスセンサは、家庭用、産業用等において、ガスを使用する各種の機器内や、それが設置された室内等におけるガス漏れ検知装置として多用されている。
【０００５】
近年では、接触燃焼式ガスセンサの中でもバルク型と呼ばれるタイプが広く用いられているが、一方でシリコンウエハ上に薄膜状の熱伝膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを形成するマイクロセンサ素子製造技術を利用したＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ：微小電気機械素子）によるセンサチップを用いた薄膜型ガスセンサも用いられるようになってきた（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
特許文献１に示した従来技術を図１３を用いて説明する。図１３は、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした平面図である。
図１３において、１９は電極パッド、１８は電気配線、３は空洞、２は半導体基板、１７は熱感知部、１６は梁部である。
半導体基板２は、枠形状に加工されており、この枠をつなぐ梁部１６が形成されている。平面から見ると、その梁部１６がない部分は空洞３となっている。空洞３は、エアホールとも呼ばれるものであって、ガスが通過する部分である。
梁部１６の上部に設けられた熱感知部１７は、ガスの到達により発熱反応し抵抗値が変化する。
【０００７】
このような構成を有するセンサチップと、このセンサチップを制御する回路等により薄膜型ガスセンサを構成する。ガスの到来を検出するためには、予め電極パッド１９間に電圧を印加しておき、ガスの到来による熱感知部１７の発熱によって生じる抵抗変化分を検出する。
【０００８】
薄膜型ガスセンサのセンサチップは、構成要素が半導体製造技術により形成することができるため、バルク型接触燃焼式ガスセンサに比べ集積度が高く、量産性も高いという特徴がある。また、ヒータなども金属製の薄膜熱感知体で形成できることから、熱応答性も良好である。
【０００９】
近年、薄膜型ガスセンサの小型化が要求されている。薄膜型ガスセンサのサイズは、センサチップの平面的な面積、並びに厚さによって決定するため、小面積で薄型のセンサチップであるほど、薄膜型ガスセンサを小型化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平８−２４７９８１号公報（第６頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年、薄膜型ガスセンサは、そのサイズの小型化要求とともにガスの感知性能の向上も要求されている。特許文献１に示した従来技術において、そのような要求に対応しようとするならば、梁部１６の上部に設けられた熱感知部１７の数を増やせばよい。具体的には、梁部１６の上部に複数の熱感知部１７を配設するのである。
【００１２】
このような構成にすれば、より多くの熱感知部１７がガスに晒されるので、同時に複数の熱感知部１７が発熱する。これにより発熱量が多くなるから、熱応答性が向上し、その結果、感知性能が向上するのである。
【００１３】
しかしながら、複数の熱感知部１７を配設する構造は、熱感知部１７が発する熱が隣接する他の熱感知部１７に影響し、過度なる発熱を起こしてしまうことがあることが分かった。ようするに、熱感知部１７が密集していると、その部分に熱が篭ってしまうのである。
このような過度なる発熱は、熱感知部１７を設けている梁部１６に熱ストレスとして印加され、梁部１６自体に亀裂などの損傷を起こしてしまうという問題を発生する。
【００１４】
すなわち、特許文献１に示した従来技術は、ガスの感知性能を向上させようとすると、センサチップ自体が損傷してしまうのである。
薄膜型ガスセンサは、特許文献１に示した従来技術に示したように、ＭＥＭＳによるセンサチップを用いることで、小型化を達成している。
つまり、ガスの感知性能の向上とセンサチップの小型化とを両立する技術は、いまだ提案されていないのである。
【００１５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサチップの小型化とガスの感知性能の向上とを両立した薄膜型ガスセンサを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記の課題を解決するため、本発明の薄膜型ガスセンサは、以下に示す構成を採用するものである。
【００１７】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、このセンサ領域に支持基板から延設して保持部材を設け、センサ領域の保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、薄膜熱感知体は、センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする。
【００１８】
このような構成にすることで、センサ領域の中心点付近に薄膜熱感知体が集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。
【００１９】
薄膜熱感知体は、中心点に対して点対称に配置するようにしてもよい。また、複数の薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点からそれぞれ等距離にあるようにしてもよい。
【００２０】
このような構成にすることによって、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になる。
【００２１】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体の熱容量がそれぞれ同一であることが望ましい。
【００２２】
これによって、それぞれの薄膜熱感知体に同一な発熱特性が得られ、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度が向上する。
【００２３】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体が金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続しているのが望ましい。
【００２４】
薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ接続することで、複数の薄膜熱感知体を直列に接続することができる。
【００２５】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材には薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されているのが望ましい。
【００２６】
貫通孔を有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材の上面側と裏面側とに流通することができるため、センサ領域に到来したガスが留まることがなくなり、ガスにより保持部材に不測の応力が印加されることがなくなる。
【００２７】
また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材が薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことが望ましい。
【００２８】
このような構成にすると、保持部材の熱容量が小さくなり、ガスの検出感度が向上する。
【００２９】
また、保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、積層膜を構成する第１の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、積層膜を構成する第２の薄膜は、メンブレン構造を有し、このメンブレン構造は、支持基板からセンサ領域に向かって一様な薄膜であり、薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔を有する構成であってもよい。
【００３０】
このような構成にすると、保持部材の強度が向上する。また、第１の薄膜と第２の薄膜とで、膜の応力特性を変えることもできるため、保持部材を応力に対して強くすることができる。
【００３１】
また、保持部材を複数備え、複数の保持部材は、その端部がセンサ領域の中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、複数の保持部材のそれぞれに薄膜熱感知体を設けるようにしてもよい。
【００３２】
このような構成にすると、片持ち梁構造としてバランスがよくなる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が適度に離間することにより、薄膜熱感知体の密集がなくなり、発熱の集中が生じない。
従って、保持部材の損傷が防止され、センサとしての寿命を延ばすことができる。また、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置することができるため、薄膜熱感知体の抵抗値を高く設定することが可能となり、ガスの検知の際の感度特性や反応速度特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態を説明する平面図および端面図である。
【図２】図１（ａ）における矢印Ｄの部位の部分拡大図である。
【図３】本発明によるガス検知感度の向上を説明するグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する平面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図６】本発明の第４の実施形態を説明する平面図である。
【図７】本発明の第５の実施形態を説明する平面図である。
【図８】本発明の第５の実施形態の異なる構成を説明する平面図である。
【図９】本発明の第６の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図１０】本発明の第７の実施形態を説明する平面図である。
【図１１】本発明の第８の実施形態を説明する平面図と端面図である。
【図１２】本発明の実装形態を説明する概略図である。
【図１３】特許文献１に記載されたガスセンサの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体を、センサ領域の中心点から少し離れた部位に分散させて配置する。
具体的には、枠形状の支持基板の内壁で囲まれたセンサ領域に保持部材を設ける。保持部材は、例えば、支持基板から延設された梁部である。この保持部材に薄膜熱感知体を設けるのであるが、センサ領域の中心である中心点とは重ならないようにすると共に、この中心点から離間して設けるのである。
このような構造を有することによって、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。よって、薄膜型ガスセンサの小型化とガスの感知性能の向上とが図れるものである。
【００３６】
なお、本発明の薄膜型ガスセンサのガスの検知手順であるが、薄膜熱感知体に電流を流し、通電による発熱で所定の温度に達した状態でガスが到来するまで待機する。ガスが到来し、薄膜熱感知体の上部のガス検知体にガスが接触することでガス検知体が燃焼し、薄膜熱感知体はより発熱する。これにより、薄膜熱感知体に流れる電流値が変化するので、それを検出するものである。
このような検出手順はすでに知られているものであるから、詳細な説明は省略するものとする。
【００３７】
なお、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないという特徴的な構成は、少なくとも２つの薄膜熱感知体で構成することができるが、もちろん、その数を増やしてもかまわない。１つの保持部材に１つの薄膜熱感知体を設けてもよく、また、１つの保持部材に複数の薄膜熱感知体を備えてもよい。
【００３８】
薄膜熱感知体は、その数を増やすことで、到来するガスが接触する場所が増え、発熱しやすくなるから（その抵抗値が変化しやすくなるから）、検出感度が向上する。また、増やした薄膜熱感知体をすべて直列に接続するなどすると、抵抗値が高くなるため、ガスの到来による抵抗値の変化をさらに検出しやすくなる。もちろん、１つの保持部材に設ける薄膜熱感知体の数は、本発明の薄膜型ガスセンサを用いるシステムによっても変わる。
【００３９】
いずれにしても、薄膜熱感知体の数に関係なく、その薄膜熱感知体をセンサ領域の中心点付近に集中しないように、中心点から離間して配置することで、ガスの到来による発熱がセンサ領域に分散されるので、熱の集中がなく、薄膜型ガスセンサとして破損しにくくなり、その寿命が向上するのである。
【００４０】
以下、図面を用いて実施形態の詳細を説明する。すでに説明したように、本発明にあっては、少なくとも２つの薄膜熱感知体を有していればよいのであるが、検出感度が向上する好例として、４つの薄膜熱感知体を用いる例と、８つの薄膜熱感知体を用いる例とを用いて説明する。
【実施例１】
【００４１】
［第１の実施形態の説明：図１、図２］
本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態を図１、図２を用いて説明する。図１は、本発明の薄膜型ガスセンサの第１の実施形態の構造を模式的に示す図である。図１（ａ）はその平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の切断線X−X´における端面を模式的に示す端面図である。図２は、図１（ａ）に示す梁部の接続部分を拡大した部分拡大図である。
【００４２】
図１において、４１は枠形状の支持基板、４１ｃは支持基板４１の内壁、４２は絶縁膜、４２ｈは貫通孔である。４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄは梁部である。４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄは電極パッドである。４５ａ，４５ｂ，４５ｃ，４５ｄ，４５ｅ，４５ｆは金属薄膜抵抗体である。４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは薄膜熱感知体である。４８は薄膜熱感知体の上部を覆うガス感知体である。このガス検知体４８は、触媒として働くものである。そして、これらでガス検知素子４０を構成している。
【００４３】
記号Ｒは、センサ領域を示している。図１に示すように、ガス検知素子４０は、枠形状の支持基板４１から、その内側に梁部４３ａ〜４３ｄが構成されている。これらの梁部には、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とガス検知体とが設けられている。
このようにセンサ領域Ｒは、ガスの検出を行う構成が設けられる領域であり、支持基板４１の４つの内壁４１ｃに囲まれた部分がセンサ領域Ｒである。
【００４４】
記号Ｃは、センサ領域Ｒの中心点を示している。図１では「＋」で示している。記号Ｂは、センサ領域Ｒの中央領域であり、中心点Ｃを含む領域である。図１では円形の破線で示している。この中央領域Ｂは、図１に示す例では、梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが合流する合流部分でもある。
【００４５】
図１、図２において、中央領域Ｂにて隣り合う梁部の接続部分は、記号Ｄで示している。図２に示すように、接続部分Ｄには、梁部同士が接する点Ｂｃｄから三角形の張出部Ｆを有するようになっている。
【００４６】
［外形形状の説明：図１、図２］
まず、外形形状を説明する。
図１に示すように、支持基板４１の形状は、平面的に枠形状を有している。支持基板４１は、絶縁性を有し、熱伝導率が低く、耐熱性に優れている材質が適している。さらに、加工のし易さを鑑みると、知られている半導体素子の製造方法を適用できることから、例えば、シリコン（Ｓｉ）が好適である。もちろん、その他の材質を用いてもかまわない。
【００４７】
図１（ｂ）に示すように、支持基板４１の表面には、絶縁膜４２が形成されている。絶縁膜４２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で構成している。もちろん、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）なども用いることができる。また、これらを積層した積層膜としてもよい。
【００４８】
絶縁膜４２の形状は、図１（ａ）に示すように、枠形状の対向する２辺を所定の幅を持って橋渡しするように形成されており、梁部４３ａ〜４３ｄを構成している。図１に示す例では、梁部４３ａ〜４３ｄは、その裏側に支持基板４１はなく、絶縁膜４２のみで構成
している。梁部４３ａ〜４３ｄは、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体を搭載する保持部材である。
【００４９】
ところで、このように、支持基板を橋渡しするように梁部が設けてある構成を、両持ち梁構造という。なお、支持基板から梁部が延在し、その端部が開放端となっている構成を、片持ち梁構造という。
どちらの梁構造であっても、ガスが到来して、そのガスの圧力により生じる力が梁部４３ａ〜４３ｄにかかり、応力が発生したとしても、梁部が損壊しないような強度を備える必要がある。
【００５０】
絶縁膜４２を積層膜とするとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、２つの膜を積層するとき、下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。
このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができる。そうすると、ガスの到来により生じる力が梁部４３ａ〜４３ｄにかかったとしても、梁部に発生する撓みに絶縁膜４２自体の応力特性は関与しないから、梁部の設計がし易くなる。
【００５１】
図１（ａ）に示すように、支持基板４１が梁部４３ａ〜４３ｄにより分割された領域が、ガスの流通部となる貫通孔４２ｈとなっている。図１に示す例では、梁部が４つあるため、この貫通孔４２ｈも４つある。この貫通孔４２ｈは、いわゆるエアホールと呼ばれ、ガスが通過する部分となっている。
【００５２】
貫通孔４２ｈを有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄの上面側と裏面側とに流通する。そうすると、センサ領域Ｒに到来したガスが留まることがないため、ガスの流入を阻害することがない。
【００５３】
支持基板４１から延設された梁部４３ａ〜４３ｄは、中央領域Ｂでそれぞれが接続している。接続部分Ｄには、張出部Ｆを有している。この張出部Ｆによって、梁部同士の接続部分は、直角ではなく鈍角を有するようになっている。梁部は４つあるため、張出部Ｆも４つある。このため、各梁部は、張出部Ｆの分だけ表面積が増えるから、強度を向上することができる。ガスの到来による応力が梁部にかかっても、梁部が損壊することはない。
【００５４】
［薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドの説明：図１、図２］
次に、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体および金属薄膜抵抗体、そしてこれらに接続する電極パッドについて説明する。
絶縁膜４２で構成している保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄの上部には、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄ、金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆが設けてある。支持基板４１上の絶縁膜４２の上部には、電極パッド４４ａ〜４４ｄが設けてある。
電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図１に示す例では、図１（ａ）の平面視して時計の文字板に例えると、電極パッド４４ａは１２時方向、同じく、電極パッド４４ｂは９時方向、電極パッド４４ｃは６時方向、電極パッド４４ｄは３時方向にそれぞれ設けている。
【００５５】
それぞれの梁部にはそれぞれ薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けられている。梁部４３ａの上部には、薄膜熱感知体４６ａと金属薄膜抵抗体４５ａとが設けてある。支持基板４１上の電極パッド４４ａとは、金属薄膜抵抗体４５ａを介して薄膜熱感知体４６ａが接続されている。
【００５６】
同様に、梁部４３ｂの上部には、薄膜熱感知体４６ｂと金属薄膜抵抗体４５ｂとが設けてあり、電極パッド４４ｂには、金属薄膜抵抗体４５ｂを介して薄膜熱感知体４６ｂが接
続されている。
梁部４３ｃの上部には、薄膜熱感知体４６ｃと金属薄膜抵抗体４５ｃとが設けてあり、電極パッド４４ｃには、金属薄膜抵抗体４５ｃを介して薄膜熱感知体４６ｃが接続されている。
梁部４３ｄの上部には、薄膜熱感知体４６ｄと金属薄膜抵抗体４５ｄとが設けてあり、電極パッド４４ｄには、金属薄膜抵抗体４５ｄを介して薄膜熱感知体４６ｄが接続されている。
【００５７】
４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設しているが、図１に示す例では、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが中心点Ｃに対して点対称であり、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが中心点Ｃに対して点対称である。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【００５８】
このような構成にすれば、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になり、特定の薄膜熱感知体に熱が集中し、それにより熱が集中した薄膜熱感知体を設けている特定の梁部が熱ストレスを受けて損壊することがなくなるのである。
【００５９】
図１に示す例では、各薄膜熱感知体の上部にはガス感知体４８を設けている。このガス感知体４８は、ガスが到来し、接触したとき発熱する。いわゆる触媒である。薄膜熱感知体の材質にもよるが、このように、ガス感知体４８を設けることで、ガスの到来に対応して熱を発生しやすくなるので、薄膜型ガスセンサの仕様に応じて用いるとよい。
【００６０】
なお、各薄膜熱感知体は、その熱容量が同一である方が好ましい。具体的には、各々の薄膜熱感知体を構成する材質を同一としたときは、その幅と膜厚とを同一にすればよい。
このようにすれば、それぞれの薄膜熱感知体の発熱特性がばらつくことがなくなるため、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。
【００６１】
ところで、ガスを検知する際の反応速度特性とは、ガスが到来して薄膜熱感知体が発熱したとき、薄膜熱感知体が、ガスが到来したと感知する所定の温度に達するまでの速度を示すものである。
また、感度特性とは、ガスが到来して発熱し、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する変化量のことをいう。
すなわち、センサとしては、ガスが到来したときに所定の温度まで素早く変化し、その抵抗値の変化量が大きいほど感度がよいとされているのである。
【００６２】
［薄膜熱感知体の形状説明：図１］
次に、薄膜熱感知体の形状を説明する。
４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄは、複数の折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしている。図１に示す例では、１つの薄膜熱感知体の折り返し部は６つ設けている。
先の説明のとおり、各薄膜熱感知体は同一の熱容量とする方が好ましいため、このような九十九折り形状を有していても、各薄膜熱感知体の熱容量が同一になるために、同一形状、同一大きさになるよう形成している。
【００６３】
ところで、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの抵抗値は、適する値が存在する。もちろん、高抵抗である方が、ガス検知の感度特性や反応速度特性が向上して好ましいのである。抵抗値を高くするためには、加工が難しくなるものの、薄膜熱感知体を細く、薄く形成すればよい。
【００６４】
しかしながら、薄膜熱感知体のパターンの幅などを小さくすると、電力密度が増して、エレクトロマイグレーションの影響を受けやすくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子が金属原子と衝突し、これらの間で運動量の交換が行われるために、金属原子が徐々に移動する現象である。このため、金属原子が欠乏した部分に、欠損が生じるのである。
エレクトロマイグレーションが発生すると、薄膜熱感知体の断線が発生し、ガスセンサとしての寿命が短くなってしまう。
【００６５】
このような事情から、薄膜熱感知体の抵抗値には、ガスセンサとして十分な感度とエレクトロマイグレーションなどへの耐性とを両立する値が存在するのである。
このような事情を鑑みて、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの形状を決めるのであるが、一般に、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄのパターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。このため、薄膜熱感知体のパターンの幅や膜厚などのほか、折り返し部の個数なども考慮に入れて、抵抗値を決めるのである。
【００６６】
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの九十九折りパターン形状は、図１に示す例では、梁部４３ａ〜４３ｄの短手方向（幅方向）に折り返し部を有しているが、もちろんこれに限定するものではない。図示はしないが、長手方向（長さ方向）に折り返し部を有してもよいのである。
いずれにしても、九十九折りパターン形状は、薄膜熱感知体の配設スペースを小さくすることができるのでセンサ領域Ｒを小型化でき、その結果、薄膜型ガスセンサ自体も小型化することができるという効果も奏するのである。
【００６７】
［薄膜熱感知体の配置の説明：図１］
次に、薄膜熱感知体を梁部に配置する上での特徴を説明する。
センサ領域Ｒの中央領域Ｂは、梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが合流する合流部分となっている。この部分には、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは設けていない。つまり、各薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間している。これは本発明の特徴的な部分である。このような構成にすれば、センサ領域Ｒの中心点Ｃを含む中央領域Ｂに過度なる発熱が集中することを防止することができる。
【００６８】
図１に示す例では、中央領域Ｂの部分では、２つの薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体でそれぞれ接続している。薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｄとを金属薄膜抵抗体４５ｅで接続し、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｃとを金属薄膜抵抗体４５ｆで接続している。つまり、２つの薄膜熱感知体を直列に接続している。
【００６９】
なお、金属薄膜抵抗体４５ｅ，４５ｆは、中心点Ｃから外れた部位に設けている。 このようにすれば、中央領域Ｂ内で２つの金属薄膜抵抗体同士が交差することなく、４つの梁部４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの上部に４つの薄膜熱感知体４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄを平面的に分散して配設することができる。
なお、中央領域Ｂには、張出部Ｆが設けてあるため、その分だけ表面積が広くなるから、金属薄膜抵抗体のパターン形成に余裕をもたせることができる。
【００７０】
［梁部を構成する絶縁膜の説明：図１］
次に、梁部の構造の特徴を説明する。
保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄは、その上面側に薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄと、それに接続する金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆ、および薄膜熱感知体の上部にガス感知体４８を設けるので、それらの部材を保持するに耐えうる強度を必要とする。そのため、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚は、所定の厚みを必要とする。
しかしながら、到来するガスの検知性能を向上させるためには、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部分（梁部４３ａ〜４３ｄ）の熱容量を小さくする方が望ましい。なぜならば、熱容量が大きいと、ガスの到来により生じた熱が梁部に吸収されてしまうからである。この状態では、薄膜熱感知体の熱が上昇しきれず（つまり、抵抗値が変化しきれず）、ガスが到来してもそれを感知することができなくなってしまう。
【００７１】
このように、梁部４３ａ〜４３ｄの強度とガスを検知するための性能とは、トレードオフの関係にあるから、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚は、それを鑑みて適宜に設定する。到来するガスの種類、薄膜熱感知体やガス検知体の材質によっても発熱温度が異なるから、例えば、実験を繰り返してデータを取るなどして、絶縁膜４２の膜厚を設定してもよい。
【００７２】
また、梁部４３ａ〜４３ｄの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部位の幅も同様である。この幅が広ければ、梁部の強度は向上する。
発明者が検討したところ、梁部４３ａ〜４３ｄの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを搭載する部位の幅とその膜厚とは、「膜厚＜幅」とすることがよいことを見出した。その理由は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄが搭載されている部位の直下が最も熱伝導性が高いからである。そのため、梁部４３ａ〜４３ｄを構成する絶縁膜４２の膜厚を薄くして熱容量を小さくし、幅を大きくして強度を維持するとよいのである。
【００７３】
図１に示す例では、例えば、電極パッド４４ａと電極パッド４４ｂとを外部の基板上などで電気的に接続し、電極パッド４４ｃと電極パッド４４ｄとの間に電源および電流計を接続すると、４つの薄膜熱感知体が直列接続になり、これらに電流を流すことができると共に、電流量を計測することができる。具体的には、電極パッド４４ｃと電極パッド４４ｄとの間に図示しない電源から電圧を印加しておき、薄膜熱感知体に通電しておく。その後、ガスが到来するとガスに反応して薄膜熱感知体の温度が上昇し、その電流量に変化が起きる。この電流量の変化を捉えることで、ガスの到来を知り得ることができるのである。
【００７４】
なお、すでに説明したとおり、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で、薄膜熱感知体４６ａ〜４７ｄの上部には、ガス検知体４８を設けているが、その材質などの詳細については、後述する。
【００７５】
ところで、ガスの到来により薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄが発熱することで、そのガスの到来を知り得るわけであるから、各々の薄膜熱感知体にどのように電流を流し、その電流を計測するかは、図１に示す例に限定するものではないのは明らかである。
【００７６】
これら薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、同一の金属で構成することができる。これらは、高融点貴金属を用いる場合が多く、例えば、白金（Ｐｔ）である。
【００７７】
このような高融点貴金属を用いる理由は、温度である。すなわち、薄膜熱感知体の上部にはガス感知体４８が設けてあり、このガス検知体４８は、触媒として機能するものであって、ガスが到来したときに発熱し、検出感度を向上させる効果がある。ガス検知体４８は、薄膜熱感知体上に焼結させている。しかし、このガス検知体４８の焼結温度は高く、用いる触媒の材質にもよるが、例えば、６００〜７００度程度である。そして、ガスが到来したときに生じる温度を、いわゆる燃焼温度と呼び、その温度は、例えば、４００度を超える。
このように、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体は高温に晒されるため、高融点貴金属を用いるのである。
【００７８】
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄ、金属薄膜抵抗体４５ａ〜４５ｆ、電極パッド４４ａ〜４４ｄは、保持部材である絶縁膜４２との密着性を良くするために、クロム（Ｃｒ）やチタン（Ｔｉ）、あるいは、これらの合金からなる金属膜を下地層として設け、その上に白金（Ｐｔ）を形成して構成してもよい。例えば、白金（Ｐｔ）は、スパッタリング法などの知られている形成方法で形成することができる。
なお、薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、白金（Ｐｔ）以外の材料としては、ロジウム（Ｒｄ）、パラジウム（Ｐｄ）、金（Ａｕ）などの高融点貴金属、あるいは、これらの合金金属などを用いることができる。
【００７９】
［ガス検知体の説明］
薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの上面に設けるガス感知体４８は、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で設ける触媒である。特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる熱伝導層と、この熱伝導層の表面に燃焼触媒層を重ねた構成を有している。
燃焼触媒層は、例えば、酸化スズ（ＳｎＯ２）を主成分にして、白金（Ｐｔ）とパラジウム（Ｐｄ）なる燃焼触媒の微粉末を溶媒に混ぜ合わせてスラリー状にし、それを熱伝導層の表面に塗布して６００°Ｃの温度で焼結したものである。
【００８０】
図１に示す例では、ガス検知体４８は、センサ領域Ｒの中央領域Ｂにて、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に十字型に薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを覆うように設けているが、これに限定するものではない。各薄膜熱感知体の上部に独立してガス検知体４８を設けてもよいのである。
もちろん、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの抵抗値、到来するガスの種類などに応じて、ガス検知体４８を設けない場合もある。
【００８１】
また、図１（ｂ）に示すように、ガス感知体４８は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄの上面側にのみ設ける例を示したが、もちろんこれに限定するものではない。到来するガスは貫通孔４２ｈを通って流通するので、図示はしないが、保持部材である梁部４３ａ〜４３ｄを挟んでその裏面側にも設けてもよい。つまり、ガス感知体４８で梁部４３ａ〜４３ｄを上下から包むようにしてもよいのである。
このような構造をとると、燃焼触媒層の表面面積が増してガスとの接触面積が増え、より速く燃焼することができる。そして、ガス検知の反応速度を更に速める効果を得る。
【００８２】
［第１の実施形態による効果の説明：図３］
本発明のガスセンサの効果を、図３のグラフを用いて説明する。図３は第１の実施形態の構造のガスセンサと、特許文献１に示された技術を元にしたガスセンサ（従来技術によるガスセンサと称する）とを試作し、実際にガス検知試験を行い、それぞれのガス感度特性を比較したものである。
【００８３】
検知対象のガスは水素を用いており、図３に示すグラフの横軸は水素濃度、縦軸はガスセンサの出力電圧であるセンサ出力を示している。センサ出力とは、ガスの到来により薄膜熱感知体が発熱してその抵抗値が変化し、それに応じて流れる電流値が変化したときの電圧出力を示している。
【００８４】
図３のグラフでは、従来技術によるガスセンサを「従来例」とし、「□」で示している。第１の実施形態の構造のガスセンサは「本発明」とし、「◆」で示している。
図３に示すとおり、本発明のガスセンサは、従来技術によるガスセンサと比べて、約２倍程度のガス感度特性が得られている。
【００８５】
これは、センサ領域Ｒの所定の部分に薄膜熱感知体が集中せず、分散して配置している
ため、到来するガスが各薄膜熱感知体に適度に接触するためである。
【００８６】
また、第１の実施形態の構造のガスセンサと従来技術によるガスセンサとで、それぞれガス検知体４８（触媒）の燃焼試験を行い、良品率を比較した例を以下の表１に示す。なお、この燃焼試験により、薄膜熱感知体にかかる熱の影響を調べることができる。また、ここでいう良品率とは、ガスセンサとしてガスの検出実験を行ったときに、正常にセンサ出力が発生するものを良品とした。
【００８７】
【表１】
【００８８】
表１に示すように、従来技術によるガスセンサでは、梁部の中央に薄膜熱感知体が集中しているため、その部分で過度なる発熱が起こり、梁部が損壊し、良品率を下げている。これに対し、第１の実施形態の構造のガスセンサ（表１では、本発明のガスセンサと表記）では、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置しているため、過度なる発熱が起きず、梁部が損壊しないため、良品率が高いのである。
【実施例２】
【００８９】
［第２の実施形態の説明：図４］
次に、第２の実施形態を図４を用いて説明する。
図４は第２の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。なお、図４は、説明しやすいように、例えば、ガス検知体４８など説明に必要のない構成は省略している。また、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【００９０】
図４において、５４ａ，５４ｂは電極パッドである。５５ａ，５５ｂ，５５ｃ，５５ｄ，５５ｅ，５５ｆ，５５ｇ，５５ｈ，５５ｉは金属薄膜抵抗体である。５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５６ｄ，５６ｅ，５６ｆ，５６ｇ，５６ｈは薄膜熱感知体である。そして、これらでガス検知素子５０を構成している。
【００９１】
梁部４３ａ〜４３ｄの上部には、薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈ、金属薄膜抵抗体５５ａ〜５５ｉが設けてある。支持基板４１上の上部には、電極パッド５４ａ，５４ｂが設けてある。
電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図４に示す例では、電極パッド５４ａ，５４ｂは９時方向に設けている。
【００９２】
梁部４３ｂの上部には、薄膜熱感知体５６ａ，５６ｂと金属薄膜抵抗体５５ａ，５５ｂとが設けてある。
同様に、梁部４３ｃの上部には、薄膜熱感知体５６ｃ，５６ｄと金属薄膜抵抗体５５ｄとが設けてある。梁部４３ｄの上部には、薄膜熱感知体５６ｅ，５６ｆと金属薄膜抵抗体
５５ｆとが設けてある。梁部４３ａの上部には、薄膜熱感知体５６ｇ，５６ｈと金属薄膜抵抗体５５ｈとが設けてある。
つまり、図４に示す例では、１つの梁部に２つの薄膜熱感知体を搭載しているのである。
【００９３】
センサ領域Ｒの中央領域Ｂ（図４では省略しているが、図１（ａ）を参照されたい）には、金属薄膜抵抗体５５ｃ，５５ｅ，５５ｇ，５５ｉが設けてある。これら金属薄膜抵抗体は、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間するとともに、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、金属薄膜抵抗体５５ｃと金属薄膜抵抗体５５ｇとが中心点Ｃに対して点対称であり、金属薄膜抵抗体５５ｅと金属薄膜抵抗体５５ｉとが中心点Ｃに対して点対称である。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【００９４】
図４に示す例では、電極パッド５４ａと電極パッド５４ｂとは、各金属薄膜抵抗体と各薄膜熱感知体を介して接続されている。
つまり、電極パッド５４ａから辿ると、金属薄膜抵抗体５５ａ、薄膜熱感知体５６ａ、金属薄膜抵抗体５５ｉ、薄膜熱感知体５６ｈ、金属薄膜抵抗体５５ｈ、薄膜熱感知体５６ｇ、金属薄膜抵抗体５５ｇ、薄膜熱感知体５６ｆ、金属薄膜抵抗体５５ｆ、薄膜熱感知体５６ｅ、金属薄膜抵抗体５５ｅ、薄膜熱感知体５６ｄ、金属薄膜抵抗体５５ｄ、薄膜熱感知体５６ｃ、金属薄膜抵抗体５５ｃ、薄膜熱感知体５６ｂ、金属薄膜抵抗体５５ｂを経て電極パッド５４ｂと接続している。
【００９５】
図４に示すガス検知素子５０の構成は、８つの薄膜熱感知体５６を直列に接続した回路をなしているのである。電極パッド５４ａと電極パッド５４ｂとの間に電源および電流計を接続すると、８つの薄膜熱感知体に電流を流すことができると共に、電流量を計測することができるのである。
このような構成にすることで、図示しない外部の機器との接続配線を減らすことができる。
【００９６】
梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈは、１つの梁部の上部にて、隣接して梁部表面に対して平行にバランス良く配置している。すでに説明したように、薄膜熱感知体同士が接近して配設されると、双方に過度なる発熱の影響が出てしまうが、そのような状況を鑑みて、双方を離間して配設する。
【００９７】
また、梁部４３ａ〜４３ｄの上部に設ける薄膜熱感知体５６ａ〜５６ｈは、それぞれ中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になっている。
ところで、薄膜熱感知体５６ａ，５６ｂを第１の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｃ，５６ｄを第２の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｅ，５６ｆを第３の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体５６ｇ，５６ｈを第４の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Ｃに対して点対称に配置されていることになる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなし、同一形状、同一の大きさに形成している。
【００９８】
このような構成をなすことにより、少ない梁の数で多くの薄膜熱感知体を平面的にバランスのとれた状態で搭載することができる。そして、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
また、外部での接続を必要とせず、全ての薄膜熱感知体を直列で使用できるため、ガスセンサとしてのサイズを小型化することができる。
【実施例３】
【００９９】
［第３の実施形態の説明：図５］
次に、第３の実施形態を図５を用いて説明する。
図５（ａ）はその平面図、図５（ｂ）は図５（ａ）の切断線Ｙ−Ｙ´における端面を模式的に示す端面図である。図５において、６９は層間絶縁膜である。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１００】
図５において、６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄは梁部である。６９は層間絶縁膜である。６０はガス検知素子を示している。
【０１０１】
図５に示す第３の実施形態のガス検知素子６０の特徴は、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを立体的に配置しているという点である。
図５（ｂ）に示すように、支持基板４１の表面には、絶縁膜４２が形成されており、この絶縁膜４２で梁部６３ａ，６３ｃを構成している。絶縁膜４２の上部には、層間絶縁膜６９を設けており、この層間絶縁膜６９と絶縁膜４２とで梁部６３ｂ，６３ｄを構成している。
【０１０２】
層間絶縁膜６９は、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けている。図５（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド４４ａ〜４４ｄを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部６３ａ〜６３ｄは、すべて絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１０３】
梁部６３ａ，６３ｃは、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部６３ｂ，６３ｄは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１０４】
薄膜熱感知体４６ａおよび金属薄膜抵抗体４５ａは、絶縁膜４２で構成する梁部６３ａ上に設けている。同じく、薄膜熱感知体４６ｃおよび金属薄膜抵抗体４５ｃは、絶縁膜４２で構成する梁部６３ｃ上に設けている。
また、薄膜熱感知体４６ｂおよび金属薄膜抵抗体４５ｂは、層間絶縁膜６９で構成する梁部６３ｂ上に設けている。同じく、薄膜熱感知体４６ｄおよび金属薄膜抵抗体４５ｄは、層間絶縁膜６９で構成する梁部６３ｄ上に設けている。
【０１０５】
なお、これらの梁部６３ａ〜６３ｄの上部の薄膜熱感知体４５ａ〜４５ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けている。
【０１０６】
中央領域Ｂは、下側の梁部６３ａと梁部６３ｃとの接続部分と、上側の梁部６３ｂと梁部６３ｄとの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Ｂにあっては、下側の梁部６３ａと梁部６３ｃとの接続部分において薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが金属薄膜抵抗体４５ｅにより接続されている。また、上側の梁部６３ｂと梁部６３ｄとの接続部分において薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが金属薄膜抵抗体４５ｆにより接続されている。
金属薄膜抵抗体４５ｅと金属薄膜抵抗体４５ｆとの間には層間絶縁膜６９があるから、双方が接触してしまうことはない。
【０１０７】
電極パッド４４ａ〜４４ｄは、すべて層間絶縁膜６９の上部に設けてある。電極パッド４４ａ，４４ｃの下部には、図示はしないが層間絶縁膜６９を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド４４ａと金属薄膜抵抗体４５ａとが接続され、電極パッド４４ｃと金属薄膜抵抗体４５ｃとが接続されている。
【０１０８】
このように、第３の実施形態の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層膜構造になっている。
すなわち、梁部６３ａ，６３ｃの構造は、絶縁膜４２の上部に薄膜熱感知体４６ａ，４６ｃと金属薄膜抵抗体４５ａ，４５ｃ，４５ｅとを設けてあり、その上部に層間絶縁膜６９を設けている。つまり、下側の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。
【０１０９】
一方、梁部６３ｂ，６３ｄの構造は、絶縁膜４２の上部に層間絶縁膜６９を設けてあり、その上部に薄膜熱感知体４６ｂ，４６ｄと金属薄膜抵抗体４５ｂ，４５ｄ，４５ｆとを設けている。つまり、上側の梁部は、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とが積層された上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。
【０１１０】
このようにすれば、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは、中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態とすることができる。
また、４つの薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄは、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。図５に示す第３の実施形態では、薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを立体的に配置しているため、詳しくは、薄膜熱感知体４６ａと薄膜熱感知体４６ｃとが点対称になっており、薄膜熱感知体４６ｂと薄膜熱感知体４６ｄとが点対称になっている。
【０１１１】
各薄膜熱感知体は、中心点Ｃから等距離に配置されていて、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしており、同一大きさで形成している。
このように、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１１２】
このように、１つのセンサ領域Ｒの内部にあっても、梁構造を異ならせてもよい。もちろん、それぞれの梁部に設ける薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体の抵抗値などを適宜変更することで、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。
【０１１３】
層間絶縁膜６９は、絶縁膜４２と同一の材料で構成することができる。例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）などの材料を用いることができる。
【０１１４】
もちろん、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とを異なる材料の膜で構成してもよい。また、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、絶縁膜４２を引っ張り応力を有する膜とし、層間絶縁膜６９を圧縮応力を有する膜とするのである。このようにすれば、すでに説明したように、双方の膜の応力を打ち消すことができる。
【０１１５】
また、絶縁膜４２および層間絶縁膜６９をそれぞれ積層膜とすることもできる。このとき、積層する膜の応力特性をそれぞれ変えるようにしてもよいのである。例えば、絶縁膜４２および層間絶縁膜６９をそれぞれ２つの膜で積層するとき、絶縁膜４２の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とし、層間絶縁膜６９の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。つまり、応力特性が相反する膜を交互に設けるのである。このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができるばかりか、１つの膜厚が薄膜化するため、膜の応力自体を低減することができるのである。
【０１１６】
なお、中央領域Ｂにおいては、すでに説明した第１の実施形態および第２の実施形態に例示した張出部Ｆは設けていない例を示したが、もちろん、これに限定するものではない。
【実施例４】
【０１１７】
［第４の実施形態の説明：図６］
次に、第４の実施形態を図６を用いて説明する。
図６は第４の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図６において、７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ，７３ｅ，７３ｆ，７３ｇ，７３ｈは梁部である。７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７４ｄ，７４ｅ，７４ｆ，７４ｇ，７４ｈは電極パッドである。７５ａ，７５ｂ，７５ｃ，７５ｄ，７５ｅ，７５ｆ，７５ｇ，７５ｈ，７５ｉ，７５ｊ，７５ｋ，７５ｌは金属薄膜抵抗体である。７６ａ，７６ｂ，７６ｃ，７６ｄ，７６ｅ，７６ｆ，７６ｇ，７６ｈは薄膜熱感知体である。７０はガス検知素子を示している。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１１８】
図６に示す第４の実施形態のガス検知素子７０の特徴は、８つの梁部で保持部材を構成しており、第３の実施形態と同様に、絶縁膜４２の上部に層間絶縁膜６９を設け、薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈを立体的に配置しているという点である。
つまり、各梁部に薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体を設けてそれらを接続し、中央領域Ｂで薄膜熱感知体同士を金属薄膜抵抗体で接続している構成は基本的に同じであり、その数が違うものである。
【０１１９】
薄膜熱感知体７６ｂ，７６ｄ、７６ｆ，７６ｈと金属薄膜抵抗体７５ｂ，７５ｄ、７５ｆ，７５ｈとは、絶縁膜４２（図６には図示しない）で構成する梁部７３ｂ，７３ｄ、７３ｆ，７３ｈ上にそれぞれ設けている。同じく、薄膜熱感知体７６ａ，７６ｃ，７６ｅ，７６ｇと金属薄膜抵抗体７５ａ，７５ｃ、７５ｅ，７５ｇとは、絶縁膜４２の上部に設ける層間絶縁膜６９で構成する梁部７３ａ，７３ｃ、７３ｅ，７３ｇ上にそれぞれ設けている。
【０１２０】
層間絶縁膜６９は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けており、図６（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド７４ａ〜７４ｈを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部７３ａ〜７３ｈは、すべて絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１２１】
梁部７３ｂ，７３ｄ，７３ｆ，７３ｈは、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部７３ａ，７３ｃ，７３ｅ，７３ｇは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１２２】
なお、これらの梁部７３ａ〜７３ｈの上部の薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けているが、図６においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１２３】
中央領域Ｂは、下側の梁部７３ｂ，７３ｄ，７３ｆ，７３ｈの接続部分と、上側の梁部７３ａ，７３ｃ，７３ｅ，７３ｇの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Ｂにあっては、下側の梁部である梁部７３ｂと梁部７３ｄとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｂと薄膜熱感知体７６ｄとが金属薄膜抵抗体７５ｋにより接続されている。同様に、下側の梁部である梁部７３ｆと梁部７３ｈとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｆと薄膜熱感知体７６ｈとが金属薄膜抵抗体７５ｌにより接続されている。
【０１２４】
また、上側の梁部である梁部７３ａと梁部７３ｇとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ａと薄膜熱感知体７６ｇとが金属薄膜抵抗体７５ｊにより接続されている。同様に、上側の梁部である梁部７３ｃと梁部７３ｅとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体７６ｃと薄膜熱感知体７６ｅとが金属薄膜抵抗体７５ｉにより接続されている。
金属薄膜抵抗体７５ｋ，７５ｌと金属薄膜抵抗体７５ｉ，７５ｊとの間には層間絶縁膜６９があるから、双方が接触してしまうことはない。
【０１２５】
電極パッド７４ａ〜７４ｈは、すべて層間絶縁膜６９の上部に設けてある。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図６に示す例では、電極パッド７４ａ，７４ｃ，７４ｅ，７４ｇは、それぞれ１２時方向、９時方向、６時方向、３時方向に設けており、電極パッド７４ｂ，７４ｄ，７４ｆ，７４ｈは、それぞれ支持基板４１の角部に設けている。
【０１２６】
電極パッド７４ｂ，７４ｄ，７４ｆ，７４ｈの下部には、図示はしないが層間絶縁膜６９を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド７４ｂと金属薄膜抵抗体７５ｂとが、電極パッド７４ｄと金属薄膜抵抗体７５ｄとが、電極パッド７４ｆと金属薄膜抵抗体７５ｆとが、電極パッド７４ｈと金属薄膜抵抗体７５ｈとがそれぞれ接続されている。
【０１２７】
このように、第４の実施形態の梁部は、第３の実施形態と同様に、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層膜構造になっている。
【０１２８】
なお、中央領域Ｂにおいては、金属薄膜抵抗体７５ｋ，７５ｌ，７５ｉ，７５ｊは、第１の実施形態と同様に、センサ領域Ｒの中心点Ｃの上部には設けていない。
そして、８つの薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈも他の実施形態と同様に、それぞれセンサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設しており、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【０１２９】
図６に示す第４の実施形態では、薄膜熱感知体を立体的に配置しているが、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。
詳しくは、薄膜熱感知体７６ａと薄膜熱感知体７６ｅとが点対称になっており、薄膜熱感知体７６ｃと薄膜熱感知体７６ｇとが点対称になっている。同様に、薄膜熱感知体７６ｂと薄膜熱感知体７６ｆとが点対称になっており、薄膜熱感知体７６ｄと薄膜熱感知体７６ｈとが点対称になっている。
【０１３０】
このようにすれば、薄膜熱感知体７６ａ〜７６ｈは、中心点Ｃから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１３１】
第４の実施形態は、梁部を８つ設ける例を示した。このように多くの梁部に薄膜熱感知体を分けて配置することにより、１つの梁部当たりの熱容量が低減されることから、薄膜熱感知体の感度が向上する。また、１つの梁部当たりの重量が低減されるから、梁部自体が軽くなり、ガスの到来などによる不足の応力が加わっても、破壊に至りにくくなるのである。
【０１３２】
なお、第４の実施形態では、梁部の数を８つとしたが、これは一例である。到来するガスの種類や、薄膜熱感知体の材料や抵抗値によって、自由に選択することができる。
また、絶縁膜４２と層間絶縁膜６９とは、第３の実施形態と同様に、同じ材料を用いて
も異なる材料を用いてもよく、もちろん、複数の膜を積層する積層膜構造を有してもよい。
【実施例５】
【０１３３】
［第５の実施形態の説明１：図７］
次に、第５の実施形態を図７を用いて説明する。
図７は第５の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図７において、４２ａはメンブレン構造体である。８２ｈはメンブレン構造体４２ａに設ける貫通孔である。８４ａ，８４ｂは電極パッドである。８５ａ，８５ｂ，８５ｃ，８５ｄ，８５ｅは金属薄膜抵抗体である。８６ａ，８６ｂ，８６ｃ，８６ｄは薄膜熱感知体である。８０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１３４】
図７に示す第５の実施形態のガス検知素子８０の特徴は、保持部材をメンブレン構造とした点である。すでに説明した第１から第４の実施形態は、支持基板４１の上部に絶縁膜４２を設け、この絶縁膜４２で支持基板４１の枠形状の対向する２辺を所定の幅を持って橋渡しするように梁部を構成していた。図７に示す第５の実施形態では、保持部材を梁部で構成せず、メンブレン構造体４２ａとしたものである。
【０１３５】
メンブレン構造体４２ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜４２をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。メンブレンとは「膜」を意味するものであり、メンブレン構造とは、膜による構造そのものを意味するものであるが、本発明の実施形態では、説明しやすいように絶縁膜４２のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体４２ａとしている。
【０１３６】
薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄおよび金属薄膜抵抗体８５ａ〜８５ｅは、絶縁膜４２で構成するメンブレン構造体４２ａ上に設けている。電極パッド８４ａ，８４ｂは、絶縁膜４２の上ではあるが、支持基板４１の上部に設けている。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図７に示す例では、６時方向に設けている。
【０１３７】
メンブレン構造体４２ａは、特に限定しないが、例えば、１μｍの薄膜である。メンブレン構造体４２ａの上部の、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを有していない部分に貫通孔８２ｈを設けている。この貫通孔８２ｈは、すでに説明した第１〜第４の実施形態の貫通孔４２ｈと同様の役割を有しており、ガスが通過する部分となっている。
【０１３８】
貫通孔８２ｈは、図７に示す例では、円形の形状を有しているが、もちろん、その形状は一例であって、多角形で構成してもよい。また、多角形と円形とを組み合わせてもよく、自由に変更が可能である。
【０１３９】
薄膜熱感知体８６ａと薄膜熱感知体８６ｂとは、金属薄膜抵抗体８５ｂで接続している。同様に、薄膜熱感知体８６ｂと薄膜熱感知体８６ｃとは、金属薄膜抵抗体８５ｃで接続し、薄膜熱感知体８６ｃと薄膜熱感知体８６ｄとは、金属薄膜抵抗体８５ｄで接続している。
薄膜熱感知体８６ａは、金属薄膜抵抗体８５ａにより、電極パッド８４ａに接続しており、同様に、薄膜熱感知体８６ｄは、金属薄膜抵抗体８５ｅにより、電極パッド８４ｂに接続している。
【０１４０】
なお、メンブレン構造体４２ａの上部の薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図７においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１４１】
図７に示す例では、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄは、センサ領域Ｒの中心点Ｃを囲むように設けているが、それぞれの薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間して配設しており、中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。また、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
【０１４２】
図７に示す第５の実施形態では、薄膜熱感知体８６ａと薄膜熱感知体８６ｃとが点対称になっており、薄膜熱感知体８６ｂと薄膜熱感知体８６ｄとが点対称になっている。
【０１４３】
図７に示す第５の実施形態では、保持部材をメンブレン構造体４２ａとすることで、枠形状の支持基板４１の内壁４１ｃに囲まれたセンサ領域Ｒはすべてメンブレン構造体４２ａとなるこのような構造であるから、膜自体にしなやかさを有している。このため、流通するガスの流圧によってメンブレン構造体４２ａに撓みが生じても、その撓みは小さく抑えることができる。また、メンブレン構造体４２ａに生じる応力も分散して小さくなり、メンブレン構造体４２ａの損壊を抑制する効果を生む。
【０１４４】
また、４つの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１４５】
［第５の実施形態の説明２：図８］
次に、第５の実施形態の別の構成を図８を用いて説明する。
図８は第５の実施形態の別の構造を模式的に示す平面図である。図８に示す構成も、図７に示す構成と同様に、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄおよび金属薄膜抵抗体８５ａ〜８５ｅは、絶縁膜４２で構成するメンブレン構造体４２ａ上に設けているのである。しかし、相違点は、薄膜熱感知体８６ａ〜８６ｄの配置が、メンブレン構造体４２ａ上に分散して配置しているという点である。
【０１４６】
図８に示す構成では、各薄膜熱感知体は、中心点Ｃに対して点対称に配置しているものではなく、中心点Ｃからの距離も同一ではない。メンブレン構造体４２ａに対しては、多少重量バランスが悪くはなるが、センサ領域Ｒに分散しているため、熱の集中は緩和できる。このように、薄膜熱感知体は、中心点Ｃから離間して、センサ領域Ｒにばらけて配置してもよいのである。
【実施例６】
【０１４７】
［第６の実施形態の説明：図９］
次に、第６の実施形態を図９を用いて説明する。
図９は第６の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図９（ａ）はその平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）の切断線Ｚ−Ｚ´における端面を模式的に示す端面図である。
図９において、９９は絶縁膜である。９９ａは絶縁膜９９で構成したメンブレン構造体である。９９ｈはメンブレン構造体９９に設ける貫通孔である。９０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１４８】
図９に示す第６の実施形態のガス検知素子９０の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図５を用いて説明した第３の実施形態と図７や図８を用いて説明した第５の実施形態とを合わせた構成であって、下側の梁部６３ａ，６３ｃの上部に上側の梁部６３ｂ，６３ｄを重ねており、これら２つの梁部の下部にメンブレン構造体９９ａを設ける構成である。
【０１４９】
メンブレン構造体９９ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜９９をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。図７や図８を用いてすでに説明した第５の実施形態のメンブレン構造体４２ａと同様に、絶縁膜９９のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体９９ａとしている。
【０１５０】
層間絶縁膜６９は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板４１の表面に設けている絶縁膜４２のさらに上部に設けており、図９（ａ）に示す平面図では、支持基板４１の電極パッド４４ａ〜４４ｄを除く表面全てが層間絶縁膜６９となっている。
したがって、梁部６３ａ〜６３ｄは、すべてメンブレン構造体９９ａと絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との積層構造になっている。
【０１５１】
なお、梁部６３ａ，６３ｃは、メンブレン構造体９９ａの上部に設ける絶縁膜４２と層間絶縁膜６９との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部６３ｂ，６３ｄは、梁部の最上面である層間絶縁膜６９の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。
【０１５２】
なお、メンブレン構造体９９ａの上部の薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図９においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１５３】
図示しないが、中央領域Ｂにおいて、梁部６３ａ〜６３ｄに設ける薄膜熱感知体４６ａ〜４６ｄと平面的に重なるメンブレン構造体９９ａの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
【０１５４】
なお、図９に示す例では、２つの梁部の下部にメンブレン構造体９９ａを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。２つの梁部の上部にメンブレン構造体９９ａを設けてもよいのである。
【０１５５】
いずれの構成においても、梁部とメンブレン構造体とで保持部材を構成すれば、保持部材を損壊しにくくすることができる。２つの梁部を構成する絶縁膜４２と層間絶縁膜６９、そしてメンブレン構造体９９ａを構成する絶縁膜９９は、すでに説明した実施形態と同様に、その材料や膜厚を適宜選択することができる。これにより、梁部自体が有する応力を打ち消しあったり、強度としなやかさを兼ね備えた保持部材とすることができるためである。
【実施例７】
【０１５６】
［第７の実施形態の説明：図１０］
次に、第７の実施形態を図１０を用いて説明する。
図１０は第７の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図１０において、１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０３ｄは梁部である。１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ，１０４ｅ，１０４ｆ，１０４ｇ，１０４ｈは電極パッドである。１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ，１０５ｄ，１０５ｅ，１０５ｆ，１０５ｇ，１０５ｈ，１０５ｉ，１０５ｊ，１０５ｋ，１０５ｌは金属薄膜抵抗体である。１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ，１０６ｄ，１０６ｅ，１０６ｆ，１０６ｇ，１０６ｈは薄膜熱感知体である。１００はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１５７】
図１０に示す第７の実施形態のガス検知素子１００の特徴は、保持部材を構成する梁部
が、いわゆる片持ち梁構造を有している点である。つまり、支持基板４１から梁部を構成する絶縁膜４２が中心点Ｃに向かって延在し、その端部が開放端となっている構成である。
センサ領域Ｒの中央領域Ｂでは、各梁部は離間しているため、梁部の接続部分Ｄは存在しない。
なお、電極パッド１０４ａ〜１０４ｈは、支持基板４１の上部の絶縁膜４２の上に設けてある。電極パッドは支持基板４１の上部のどこに設けてもかまわないが、図１０に示す例では、１２時方向、９時方向、６時方向、３時方向にそれぞれ設けている。
【０１５８】
梁部１０３ａの上部には、薄膜熱感知体１０６ａ，１０６ｈと、金属薄膜抵抗体１０５ａ，１０５ｈ，１０５ｉとが設けてある。薄膜熱感知体１０６ａと薄膜熱感知体１０６ｈとは、梁部１０３ａの端部にて金属薄膜抵抗体１０５ｉで接続されている。薄膜熱感知体１０６ａは、金属薄膜抵抗体１０５ａで電極パッド１０４ａに接続し、薄膜熱感知体１０６ｈは、金属薄膜抵抗体１０５ｈで電極パッド１０４ａｈ接続している。
他の梁部に関しても同様に、２つの薄膜熱感知体が梁部の端部にて金属薄膜抵抗体で接続されており、そして電極パッドにそれぞれ接続されている。
【０１５９】
なお、薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図１０においては、図面を見やすくするために省略している。ガス検知体４８は、各梁部の上部の薄膜熱感知体ごとに設けるが、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Ｃの上部を覆うように設けてもかまわない。
【０１６０】
図１０に示す例では、他の実施形態と同様に、薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈは、センサ領域Ｒの中心点Ｃから離間して配設している。中心点Ｃに対して点対称の位置にそれぞれを設けており、中心点Ｃから等距離になるようにも設けている。
ところで、薄膜熱感知体１０６ａ，１０６ｈを第１の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｂ，１０６ｃを第２の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｄ，１０６ｅを第３の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体１０６ｆ，１０６ｇを第４の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Ｃに対して点対称に配置されていることになる。
【０１６１】
図１０に示すような構成にすれば、梁構造としては、しなやかであり、ガスの到来により圧力が生じても、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができる。これにより、梁部の損壊を防止することができるのである。
また、それぞれの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
【０１６２】
なお、第７の実施形態では、梁部１０３ａ〜１０３ｄは、絶縁膜４２で構成しているため、強度などは同一となっているが、これに限定するものではない。すでに説明したように、絶縁膜４２は、複数の膜を積層した積層膜構造を有してもよい。このとき、各梁部の膜の材料や膜厚をそれぞれ変えることで、それぞれの梁部の強度や撓み具合を変えることができる。
そのような構成にすれば、到来するガスの向きや角度、速度などに応じて、より適する梁部を構成することができるのである。
【０１６３】
なお、ガス検知体４８は、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Ｃの上部を覆うように設けてもかまわないと説明したが、このような構成にすると、梁部１０３ａ〜１０３ｄがガス検知体４８にて接続されるような形態になる。このため、ガスの到来により、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができにくくなるが、もちろん、
梁部を構成する膜の材料や膜厚を選択することで、梁構造としてのしなやかさを有することもできる。
【実施例８】
【０１６４】
［第８の実施形態の説明：図１１］
次に、第８の実施形態を図１１を用いて説明する。
図１１は第８の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図１１（ａ）はその平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）の切断線Ｗ−Ｗ´における端面を模式的に示す端面図である。
図１１において、１１９は絶縁膜である。１１９ａは絶縁膜１１９で構成したメンブレン構造体である。１１９ｈはメンブレン構造体１１９に設ける貫通孔である。１１０はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
【０１６５】
図１１に示す第８の実施形態のガス検知素子１１０の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図１０を用いて説明した第７の実施形態と図７や図８を用いて説明した第５の実施形態とを合わせた構成であって、梁部１０３ａ〜１０３ｄの下部にメンブレン構造体１１９ａを設ける構成である。
【０１６６】
メンブレン構造体１１９ａは、支持基板４１の上部に設ける絶縁膜１１９をセンサ領域Ｒの方向に一様な薄膜で構成したものである。図７や図８を用いて説明した第５の実施形態のメンブレン構造体４２ａと同様に、絶縁膜１１９のうち、センサ領域Ｒの部分をメンブレン構造体１１９ａとしている。
【０１６７】
なお、梁部１０３ａ〜１０３ｄの上部の薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈを覆うように、ガス検知体４８を設けるのであるが、図１１においては、図面を見やすくするために省略している。
【０１６８】
図示しないが、中央領域Ｂにおいて、梁部１０３ａ〜１０３ｄに設ける薄膜熱感知体１０６ａ〜１０６ｈと平面的に重なるメンブレン構造体１１９ａの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
【０１６９】
なお、図１１に示す例では、梁部１０３ａ〜１０３ｄの下部にメンブレン構造体１１９ａを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。梁部１０３ａ〜１０３ｄの上部にメンブレン構造体１１９ａを設けてもよいのである。
【０１７０】
梁部１０３ａ〜１０３ｄは、片持ち梁構造と同様に、それぞれが撓むことができるため、梁構造としては、よりしなやかである。それらの下部にメンブレン構造体１１９ａを設けることで、強度も有することができる。したがって、保持部材を損壊しにくくすることができる。
【０１７１】
以上、第１の実施形態〜第８の実施形態では、薄膜熱感知体の上部にガス検知体を設ける構成を例示してきたが、もちろんこれに限定するものではない。薄膜熱感知体を半導体で構成すれば、ガス検知体は不要になる。
【０１７２】
［ガスセンサシステムの説明：図１２］
次に、本発明の薄膜型ガスセンサを用いたガスセンサシステムについて説明する。図１２は、その概念図である。
図１１において、１００１はガス検知素子、１００２はリファレンス素子、１００３は補正回路、１００４は判定回路、１００５はガス流入方向、１０１１はガス検知体（触媒）、１１００はガスセンサシステムである。
【０１７３】
ガス検知素子１００１は、これまでに説明した実施形態と同一のものである。図１２においては、説明しやすいように簡略化している。なお、ガス検知素子１００１には、ガス検知体１０１１を設けており、ガスの到来により発熱しやすくしている。
リファレンス素子１００２は、ガス検知素子１００と同一の構造体であるが、ガス検知体１０１１を設けていない。
ガスセンサシステム１１００は、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを内包する構成となっている。このような構成を２チップ構成とよぶ。ガスセンサシステム１１００は、説明に必要のない部分を省略している。
【０１７４】
ガス検知素子１００１は判定回路１００４と接続しており、リファレンス素子１００２は、補正回路１００３を介して判定回路１００４に接続している。
【０１７５】
ガスセンサは、ガスの到来を温度変化という物理量に置き換えることでガスを検知するものであるが、温度は周囲環境によっても変化するため、単一のガス検知素子ではその影響を受けやすい。
例えば、周囲温度が激しく変動するような環境にガスセンサを設置したとき、それに搭載するガス検知素子が単一であったとき、薄膜熱感知体の抵抗値変化が、ガスが到来したことによるものなのか、周囲温度が変化したことによるものなのかを、判別できないのである。
【０１７６】
２チップ構成のガスセンサシステム１１００は、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを内包するため、これら２つの素子は常に同一の環境温度に置かれる。例えば、環境温度が変化し、ガス検知素子１００１の薄膜熱感知体の抵抗値が変化しても、リファレンス素子１００２の薄膜熱感知体の抵抗値も同様に変化する。ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との抵抗値は、それぞれ判定回路１００４にて比較されるが、それぞれの抵抗値に差異がなければ、ガスが到来していないことを判別できるのである。
【０１７７】
一方、流入方向１００５からガスが流入したとき、ガス検知素子１００１は、ガス検知体１０１１を搭載しているため、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する。リファレンス素子１００２は、ガス検知体１０１１を備えていないため、抵抗値が変化しない。つまり、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との抵抗値に、差異が発生する。この差異を判定回路１００４にて検出することにより、ガスが到来したことを判別できるのである。
【０１７８】
ようするに、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とで、ガスの到来により発生する発熱具合に違いを生じさせておくことで、ガスの到来を正しく検知できるようにするのである。
したがって、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とは、少なくとも１つずつあればよく、当然のことながら、ガスセンサシステム１１００の都合により、これらの対を複数設けてもよく、ガス検知素子１００１の数とリファレンス素子１００２の数とをそれぞれ変えてもかまわない。
【０１７９】
なお、リファレンス素子１００２は、補正回路１００３を介して判定回路１００４と接続している。補正回路１００３は、ガス検知素子１００１がガス検知体１０１１を備えていることにより、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との薄膜熱感知体の
抵抗値に若干の違いが生じてしまう場合などに、それを補正するために設けるものである。例えば、薄膜熱感知体と同一の材料などにより構成される抵抗素子などを用いる。
このようにすれば、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とで、その抵抗値に違いが生じても、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８０】
また、ガスセンサシステム１１００によっては、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２との配設状態（例えば、双方の素子の実装場所など）によって、必ずしも環境温度の影響を等しく受けないこともある。このような場合であっても、補正回路１００３を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８１】
さらにまた、ガスセンサシステム１１００によっては、ガス検知素子１００１とリファレンス素子１００２とを離間して配設する場合がある。ガスが到来する経路は同じであるが、装置の構造上の都合などにより、双方を離間して配置する場合がある。または、あるガスの流入経路において、ガスが流入してくる側にガス検知素子１００１を設け、ガスが排出される側にリファレンス素子１００２を設ける場合などである。そうすると、双方の素子の周囲温度に差異が生じてしまうこともある。このような場合であっても、補正回路１００４を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路１００４は正しく判定することができる。
【０１８２】
なお、図１２に示す例では、補正回路１００３は、リファレンス素子１００２と判定回路１００４との間に設けているが、もちろん、これに限定するものではなく、ガス検知素子１００１と判定回路１００４との間に設けてもかまわない。
【産業上の利用可能性】
【０１８３】
本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が密集していないため、ガスの到来により高温になっても熱の集中がなく、梁部の耐久性を向上させることができる。このため、比較的高温環境で運用されるガスセンサとして好適である。
【符号の説明】
【０１８４】
４０，５０，６０，７０，８０，９０，１００，１１０ ガス検知素子
４１ 支持基板
４１ｃ 内壁
４２，９９，１１９ 絶縁膜
４２ａ，９９ａ，１１９ａ メンブレン構造体
４２ｈ，８２ｈ，９９ｈ，１１９ｈ 貫通孔
４３ａ〜４３ｄ 梁部
６３ａ〜６３ｄ 梁部
７３ａ〜７３ｈ 梁部
１０３ａ〜１０３ｄ 梁部
４４ａ〜４４ｄ 電極パッド
５４ａ，５４ｂ 電極パッド
７４ａ〜７４ｈ 電極パッド
８４ａ，８４ｂ 電極パッド
１０４ａ〜１０４ｈ 電極パッド
４５ａ〜４５ｆ 金属薄膜抵抗体
５５ａ〜５５ｉ 金属薄膜抵抗体
７５ａ〜７５ｌ 金属薄膜抵抗体
８５ａ〜８５ｅ 金属薄膜抵抗体
１０５ａ〜１０５ｌ 金属薄膜抵抗体
４６ａ〜４６ｄ 薄膜熱感知体
５６ａ〜５６ｈ 薄膜熱感知体
７６ａ〜７６ｈ 薄膜熱感知体
８６ａ〜８６ｄ 薄膜熱感知体
１０６ａ〜１０６ｈ 薄膜熱感知体
４８ ガス感知体
６９ 層間絶縁膜
Ｂ 中央領域
Ｃ 中心点
Ｆ 張出部
Ｒ センサ領域
１００１ ガス検知素子
１００２ リファレンス素子
１００３ 補正回路
１００４ 判定回路
１００５ ガス流入方向
１０１１ ガス感知体
１１００ ガスセンサシステム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、該センサ領域に前記支持基板から延設して保持部材を設け、前記センサ領域の該保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、
前記薄膜熱感知体は、前記センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする薄膜型ガスセンサ。
【請求項２】
前記薄膜熱感知体は、前記中心点に対して点対称に配置することを特徴とする請求項１に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項３】
複数の前記薄膜熱感知体は、前記中心点からそれぞれ等距離に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項４】
複数の前記薄膜熱感知体は、熱容量がそれぞれ同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項５】
複数の前記薄膜熱感知体は、金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項６】
前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項７】
前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項８】
前記保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、
前記積層膜を構成する第１の薄膜は、メンブレン構造を有し、
前記積層膜を構成する第２の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、
前記メンブレン構造は、前記支持基板から前記センサ領域に向かって一様な薄膜であり、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて前記貫通孔を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項９】
前記保持部材を複数備え、
複数の前記保持部材は、その端部が前記センサ領域の前記中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、
複数の前記保持部材のそれぞれに前記薄膜熱感知体を設けることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項１】
枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、該センサ領域に前記支持基板から延設して保持部材を設け、前記センサ領域の該保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、
前記薄膜熱感知体は、前記センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする薄膜型ガスセンサ。
【請求項２】
前記薄膜熱感知体は、前記中心点に対して点対称に配置することを特徴とする請求項１に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項３】
複数の前記薄膜熱感知体は、前記中心点からそれぞれ等距離に設けることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項４】
複数の前記薄膜熱感知体は、熱容量がそれぞれ同一であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項５】
複数の前記薄膜熱感知体は、金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続していることを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項６】
前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項７】
前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項８】
前記保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、
前記積層膜を構成する第１の薄膜は、メンブレン構造を有し、
前記積層膜を構成する第２の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、
前記メンブレン構造は、前記支持基板から前記センサ領域に向かって一様な薄膜であり、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて前記貫通孔を有していることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【請求項９】
前記保持部材を複数備え、
複数の前記保持部材は、その端部が前記センサ領域の前記中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、
複数の前記保持部材のそれぞれに前記薄膜熱感知体を設けることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の薄膜型ガスセンサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−２３０３８５（Ｐ２０１０−２３０３８５Ａ）
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−７６４５９（Ｐ２００９−７６４５９）
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（３０７０２３３７３）シチズン時計株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月２６日（２００９．３．２６）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【出願人】（３０７０２３３７３）シチズン時計株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]