JP2000230845A

JP2000230845A - マイクロヒータ

Info

Publication number: JP2000230845A
Application number: JP11033802A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Higuchi; 誠良樋口
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1999-02-12
Filing date: 1999-02-12
Publication date: 2000-08-22

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータ線の特定部分に過度の負荷が掛からな
いようなヒータ線を備えるマイクロヒータを提供するこ
と【解決手段】薄膜ヒータ２２にあるヒータ線２４は、
細長の長方形をした薄膜状の配線であるヒータ線部２４
ａ，２４ｂが絶縁膜２６を挟んで上下に重なるように配
置されていて、さらに、一方の端部同士は接続ヒータ線
部２４ｃによって接続され、１本に繋がっている。従っ
て、ヒータ線に電流を流したときに、ヒータ線同士の繋
ぎ目におきる電流集中は上部，下部ヒータ線部と接続ヒ
ータ線部との内側の境界線の全域に分散されるので、ヒ
ータ線の一部に過度の負荷が掛からなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検知部の温度変化
を電気信号の変化として検出し、ガスや液体などの流
量，流速，湿度等の物理量を測定するために用いられる
マイクロヒータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１に、従来のマイクロヒータ１の一例
を示している。図１（ａ）は、このマイクロヒータ１の
平面図を示し、同図（ｂ）は、同図（ａ）におけるＡ−
Ａ′線矢視断面図を示している。

【０００３】図１（ａ）に示すように、矩形状に除去さ
れた平面ロ字状の基板２の表面に薄膜３が形成され、こ
の薄膜３の表面にヒータ線４が所定の形状にパターン形
成されている。そして、ヒータ線４の両端には、それぞ
れワイヤパッド５が形成されており、このワイヤパッド
５にボンディングワイヤを接続することにより、そのボ
ンディングワイヤを介してヒータ線４と外部の装置との
電気的導通をとる構造になっている。

【０００４】より具体的な構造としては、外観が偏平な
直方体の基板２の中心から長手方向に偏心させた位置
に、孔部６が形成され、基板２の上面全面に形成した薄
膜３によりその孔部６が閉塞される。ヒータ線４は、基
板２の長手方向に沿って形成されるとともに、その中央
で折り返されている。これにより、ヒータ線４の両端つ
まり両ワイヤパッド５は、基板２の同一端側、つまり基
板２の長手方向の一端（孔部６と逆側の比較的広い領
域）に配置される。

【０００５】さらに、上記したヒータ線４の折り返し
は、薄膜３のうち孔部６を覆っている部分で行われ、し
かも、一定の長さを得るために、その孔部６に対向する
領域内で複数回折り返しを行っている。そして、この折
り返しは同一平面内で形成されている。

【０００６】なお、ヒータ線４は、多結晶シリコン薄膜
を成膜して形成しており、マイクロヒータ１の検知部と
なっている。つまり、ワイヤパッド５を通してヒータ線
４に通電するとヒータ線４は発熱する。この状態で、マ
イクロヒータ１の周辺に流体の流れが存在すると、ヒー
タ線４に発生している熱が奪われ、ヒータ３の抵抗値が
変化する。そして、ヒータ線４の抵抗温度係数は既知で
あるので、抵抗値の変化から温度の変化を求めることが
でき、その温度変化（奪われた熱量）から流量等を求め
ることができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のマイクロヒータは、以下に示す問題を有してい
る。すなわち、上記したようにヒータ線４は、線幅Ｗの
配線パターンを複数回折り返されている（図２参照）。
そして、このヒータ線４に対して電流を流して発熱させ
ると、その内側の曲がり角８の部分に電流集中が起きて
しまう。

【０００８】このように、一定の線幅Ｗとしても曲がり
角８に集中的に負荷がかかってしまうため、その線幅Ｗ
の利点を十分に発揮することができず、ヒータ線４の劣
化、ひいてはマイクロヒータ自体の劣化を早めることに
なる。その結果、長期間に渡る信頼性の確保が不十分で
あったり、ヒータ線４に過電流が流れた場合に、断線を
生じたり抵抗値の変化が発生するおそれがあった。

【０００９】また、高抵抗のヒータ線４を得るために
は、ヒータ線の全長を長くする必要があり、１回の折り
返しで実現するためにはマイクロヒータが細長くなり、
また図示するようにヒータ線４を複数回折り返すように
すると幅が広くなる。いずれにしてもヒータ線４の占有
面積が増加し、チップサイズの大型化を招き、１つのウ
エハ当たりの製造数が減少してコスト高を招く。

【００１０】本発明は、上記した背景に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、上記した問題を解決
し、ヒータ線に通電して加熱したときにヒータ線の特定
地点にかかる電流集中を解消することができ、ヒータ線
の劣化を防ぎ、耐久性に優れ、検出精度が高く、またヒ
ータ線の占有面積を小さくし、チップサイズを小型化す
るとともに低コストなマイクロヒータを提供することで
ある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係るマイクロヒータでは、薄膜ヒータ
と、この薄膜ヒータを支持する基板とを備え、前記薄膜
ヒータの周囲には空間が存在してなるマイクロヒータに
おいて、前記薄膜ヒータは、複数の平面に配置されたヒ
ータ線部が連続して形成された１本のヒータ線を備えて
構成した（請求項１）。

【００１２】このように構成すると、複数の平面上にそ
れぞれヒータ線部を配置した後、１本の線となるように
接続されたヒータ線は、薄膜ヒータを支持する基板上に
階層的な段状のヒータとなる。

【００１３】そして、このように階層的な段をもつ立体
的なヒータを形成するとき、例えば、基板に垂直な一平
面上に全てのヒータ線の中心軸が収まるようにすると、
基板の真上から見たヒータ中のヒータ線は一直線状に折
り重なるように配置できる。よって、ヒータ線が基板表
面上を占有する配線占有面積を小さくできる。

【００１４】また、各平面に形成されたヒータ線が段を
なすようにそのヒータ線の各端部同士を接続し１本の線
にしたことで、このヒータに電流を流したときに各ヒー
タ線同士の繋ぎ目におきる電流集中を抑えることができ
るようになる。なぜなら、このヒータに電流を流したと
き、各ヒータ線間の繋ぎ目に発生する電流集中は線とな
り、分散できるからである。

【００１５】なお、ヒータ線の折り返し数は任意であ
り、多く折り返すほど、つまり、多数の層にヒータ線部
を配置するほど高抵抗のヒータ線を小さいサイズで形成
することができる。なおまた、実施の形態の欄にもその
具体的な構成は示されていないが、マイクロヒータ中に
実装されるヒータは、必ずしも１本でなくても構わな
い。つまり、同一基板上に、複数本のヒータが配置され
ていても構わない。さらに、この基板上にヒータ以外の
部材があっても構わない。

【００１６】好ましくは、重ねられた複数の前記ヒータ
線部の間に介在される薄膜（実施の形態では、「絶縁膜
２６」に対応）の一部を除去して貫通孔（実施の形態で
は「貫通孔４４」に対応）を形成し、前記薄膜ヒータの
周囲の流体の一部が前記貫通孔内を通過可能に構成する
ことである（請求項２）。

【００１７】この構成は第３の実施の形態で示されてい
る。複数のヒータ線部を積層するためには、上下に隣接
するヒータ線部の対向面同士を絶縁する必要がある。こ
の絶縁の方法としては、各実施の形態で示すように絶縁
膜を介在することもできるし、空間的に離すようにする
こともでき、各種の構成がとれる。そして、請求項２の
ように貫通孔とすることにより、ヒータ線の周囲を流れ
る流体の一部は貫通孔内を通過し、その通過に伴いヒー
タ線の熱を奪う。つまり、ヒータ線の流体に対する接触
面積が増え、流体の流れに伴うヒータ線の温度変化が大
きくなるので、高感度となる。さらに、これらの貫通孔
を風の通り道にすることで、整流作用ができる。よっ
て、好ましくは、流体の流れ方向と貫通孔の配置方向を
平行にしておくとよい。

【００１８】なお、前記薄膜ヒータの周囲の流体の一部
が前記貫通孔内を通過可能とする構造にするには、例え
ば、ヒータ線の任意の端面とその端面に対向する面に通
じる貫通孔であり、その貫通孔の両端は、薄膜のいずれ
かの表面に開口し、外気と連通するように構成すること
で実現できる。また、前記ヒータ線部の間並びに前記ヒ
ータ線の周囲に配置された薄膜が、複数種の薄膜で形成
するとよい（請求項３）。

【００１９】係る構成にすると以下に示す作用が得られ
る。つまり、薄膜ヒータ中にあるヒータを取り巻く薄膜
には、応力が存在している。従って、圧縮応力をもつ部
材で構成される薄膜と引張応力をもつ部材で構成される
薄膜の両方を用いて薄膜ヒータを構成すると、薄膜全体
に余分な応力がなくなる。このように応力の中性を図っ
てもよいし、請求項４にも規定するように、引張応力が
生じるようにする橈みのでない薄膜ヒータを形成しやす
くなる。前記ヒータ線部の間並びに前記ヒータ線の周囲
に配置された薄膜全体で発生する応力が、引張応力とな
るように構成するとなおよい（請求項４）。

【００２０】そして、請求項４のように、薄膜全体で発
生する応力が引張応力になるようにすると、ハリが出た
上に余分な撓みが減るので薄膜ヒータの特性が安定する
ようになる。また、ハリを持たせることができ、薄膜ヒ
ータの強度が増し、特に耐衝撃という点での信頼性が向
上する。この実現手段としては、請求項３に記載するよ
うに、引張応力を有する薄膜と圧縮応力を有する薄膜を
用い、その比率を適宜に設定すると所望の引張応力が得
やすくなるので好ましいが、引張応力のみの薄膜で構成
することも可能ではある。また、引張応力の程度は、好
ましくは中性からやや引張力を生じる弱引張にすること
である。

【００２１】前記ヒータ線の表面に、流体の流れる方向
に対して平行に突起を形成するとよい（請求項５）。係
る構成は第４の実施の形態で示されている。そして、上
記のように、流体の流れる方向に対して平行に突起がヒ
ータにあると、ヒータの表面積が増えるので、ヒータ線
の発生する熱をヒータ周囲に漂う流体が奪いやすくな
る。すると、ヒータ自身の温度変化が起こりやすくな
る。さらに、この突起はヒータ周囲を流れる流体の流路
を整流し、流体の乱流の発生を抑制することにより、高
精度な測定が可能となる。

【００２２】さらにまた、前記ヒータ線が、ポリシリコ
ンにより形成されるように構成してもよい（請求項
６）。このように、薄膜ヒータに配線するヒータ線をポ
リシリコンにすることにより、パターニング等の加工作
業が非常に容易になる。さらに、ポリシリコンにドープ
させる不純物のドープ量を制御することにより、ヒータ
線の抵抗率の制御が容易になり、所望の特性が得られ
る。

【００２３】前記基板の前記薄膜ヒータの取付側表面
（実施の形態では、「上面」と称している面）のうち、
前記ヒータ線の検出領域に対向する部分を除去して凹部
を形成し、前記検出領域にあるヒータ線が前記基板と非
接触となるように構成するとなおよい（請求項７）。

【００２４】このように構成すると、薄膜ヒータにある
ヒータ線の検出領域が、この薄膜ヒータを支持する基板
に対して熱絶縁性を良好に保つことができるようにな
る。つまり、ヒータ線で発生する熱が基板側に逃げにく
くなる。

【００２５】また、前記基板は単結晶シリコンで形成さ
れ、前記ヒータ線が前記基板の＜１１０＞方向と平行に
形成されるように構成してもよい（請求項８）。このよ
うに構成すると、第１の実施の形態で説明したように、
半導体プロセスにおいて一般的に用いられるウエハは、
表面が（１００）面となっている。そして、ヒータ線を
＜１１０＞方向に形成すると、そのヒータ線の検出領域
の下側の基板を除去する際に、＜１１０＞方向と平行に
除去されるので、除去された領域は方形となり、小さい
除去領域でもって熱絶縁を確保できる。その結果、基板
全体の面積も小さくすることができ、チップサイズが小
型化される。

【００２６】本発明のマイクロヒータは、例えばこのヒ
ータ線の抵抗値変化から流量を求める熱線式流量計とし
て利用することができるが、これ以外にも、例えば、ヒ
ータの周囲にサーモパイル素子を形成し、流体の流れに
よるヒータの熱移動をサーモパイル素子により検知する
ことにより流量を求める場合のヒータとしても使用でき
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】図３，図４は、本発明に係るマイ
クロヒータの第１の実施の形態を示している。係るマイ
クロヒータ２０は矩形状のシリコン基板２１の上部を覆
うようにして形成される薄膜ヒータ２２を備えている。

【００２８】すなわち、基板２１は、単結晶シリコンか
ら形成されており、図３に示すように平面矩形状に形成
されている。そして、基板２１の上面が（１００）面と
なり、各辺に沿って＜１１０＞方向がくるようにする。
さらに、基板２１の上面には、長手方向の一端側に偏心
した位置に凹部２５が形成されている。この凹部２５
は、開口部が正方形となる。

【００２９】基板２１の上面に形成される薄膜ヒータ２
２は、絶縁膜２３の上にヒータ線２４が配置されること
により形成されている。そして、絶縁膜２３は平坦なシ
ート状であるので、凹部２５との間に所定の空間が形成
され、熱絶縁される。さらに、ヒータ線２４は、基板２
１の長手方向に沿って延びるように形成されるととも
に、その中央で折り返されている。

【００３０】そして、ヒータ線２４の折り返された中央
部分は、上記した凹部２５に対向する領域に位置し、ヒ
ータ線２４の両端は、凹部２５の外つまり基板２１の周
囲の枠体部分の上方に位置する。このように凹部２５の
上方に位置するヒータ線２４の部分は、絶縁膜２３に支
持される構造となり、熱絶縁性が高まる。

【００３１】ここで本発明では、ヒータ線２４は、上下
に重ねるように折り返すようにしている。つまり、絶縁
膜２３の上面に、長手方向に沿って中心位置に延びるよ
うにして下部ヒータ線部２４ａを形成する。この下部ヒ
ータ線部２４ａの先端は凹部２５の対向領域に位置して
いる。また、下部ヒータ線部２４ａの上方には、絶縁膜
２６を介して上部ヒータ線部２４ｂが形成される。そし
てそれら下部ヒータ線部２４ａと上部ヒータ線部２４ｂ
の先端は、絶縁膜２６に形成された貫通孔２６ａ内に充
填された接続ヒータ線２４ｃにより接続されている。

【００３２】図４（ｂ）に示すように、凹部２５の上方
で折り返された１本のヒータ線２４が形成され、同図
（ａ）に示すように下部ヒータ線部２４ａと上部ヒータ
線部２４ｂは、上下に完全に重なるようにパターン形成
されている。

【００３３】また、下部ヒータ線部２４ａと上部ヒータ
線部２４ｂの非接続側端部、つまり１本のヒータ線２４
の両端は、図３に示すようにそれぞれ中心線から反対側
に向けて突出する幅広の電極部２８ａ，２８ｂを形成し
ている。つまり、下部ヒータ線部２４ａに接続される下
部電極部２８ａと、上部ヒータ線部２４ｂに接続される
上部電極部２８ｂが一辺側で一部重なる（絶縁膜２６で
絶縁されている）とともにそれぞれ反対側に突出するよ
うにパターン形成されている。

【００３４】そして、これらヒータ線２４，電極部２８
ａ，２８ｂは、例えばポリシリコンで作製することがで
き、その場合、リン等の不純物をイオンインプラ等でド
ーピングし、拡散させることにより必要な抵抗値を得る
ことができる。

【００３５】さらに、この下部電極部２８ａ，上部電極
部２８ｂの上面には、金或いはアルミなどを蒸着／スパ
ッタすることによりワイヤパッド２７，２７が形成され
ている。これにより、ワイヤパッド２７，２７にボンデ
ィングワイヤをワイヤボンディングし、外部装置との接
続が可能となる。

【００３６】よって、このワイヤパッド２７，２７間に
所定の電流を通電することによりヒータ線２４を発熱さ
せ、その状態でワイヤパッド２７，２７間の抵抗を求め
ることにより、ヒータ線２４上を流れる流体の流量・流
速を検出するようになる。

【００３７】このとき、ヒータ線２４を流れる電流は、
折り返し部分で電流が集中するものの、上下に重ねたこ
とにより、図５に示すように、下部ヒータ線部２４ａと
接続ヒータ線２４ｃとの内側の接続部分２９ａや、上部
ヒータ線部２４ｂと接続ヒータ線２４ｃの内側の接続部
分２９ｂの全域で電流集中が発生する。よって、ヒータ
線２４の線幅Ｗの全体に電流が流れることになり、従来
のような点ではなく線で電流集中が発生するので、その
発生量は少なくなり、断線，配線異常も生じることな
く、抵抗値の変化もなく、長期にわたって安定に動作す
る。

【００３８】また、絶縁膜２３，２６は、酸化膜や窒化
膜などにより形成することができ、いずれかの単層で形
成してもよいし、複数層で形成してもよい。そして、一
般に酸化膜には圧縮応力が働き窒化膜には引張応力が働
いている。そこで、これらの膜の総合的な比率を、酸化
膜：窒化膜を３：１程度の比率にしておくことで、薄膜
全体の応力を中性に保つことができる。そして、この比
率よりも窒化膜を多くすることで薄膜全体を弱引張にす
ることができる。すると、このように弱引張にされた薄
膜にはハリが出ることで、撓みのない強度が確保できる
構成になる。

【００３９】さらにまた、ヒータ線２４を上下に重ねる
ように折り返したことにより、平面的な広がりがなくな
り、ヒータ線２４の占有面積を非常に少なくできるの
で、小型化が可能となる。

【００４０】なお、上記した実施の形態では、基板２１
の表面に有底の凹部２５を形成するようにした例を示し
たが、本発明はこれに限ることはなく従来例として示し
たように基板２１を貫通するように構成してもよい。さ
らに、最終的にヒータ線２４の最上面に露出している
が、このヒータ線２４上及びその周囲をさらに何らかの
保護膜によって覆うことで保護するようにしてもよい。

【００４１】次に、上記した構成のマイクロヒータの製
造方法の一例について説明する。図６（ａ）に示すよう
に、上面が（１００）面となる単結晶シリコン基板を基
板２１として用意する。そして、同図（ｂ）に示すよう
に、この基板２１の表面に窒化膜，堆積酸化膜を成膜
し、絶縁膜２３を形成する。この絶縁膜２３は、このよ
うに複数の材料を成膜したものでもよいが、いずれか１
つの材質からなる単層膜でもよい。

【００４２】その後、図７に示すように、ポリシリコン
を絶縁膜２３上に堆積させ、リン等の不純物をイオンイ
ンプラ装置によりドープし、所定配線の形状にパターニ
ングする。これにより、同図（ｂ）に示すように、下部
ヒータ線部２４ａ，下部電極部２８ａが形成される。ま
た、上記のドープ量により下部ヒータ線部２４ａ，下部
電極部２８ａの抵抗値が決定する。

【００４３】次いで、図８に示すように、下部ヒータ線
部２４ａや下部電極部２８ａ並びに露出した絶縁膜２３
を覆うようにして、その全面に絶縁膜２６′を成膜す
る。この絶縁膜２６′も、例えば堆積酸化膜を形成する
ことにより成膜できる。そして、図９に示すように、絶
縁膜２６′の所定箇所をドライエッチング等により除去
し、下部ヒータ線部２４ａの先端（下部電極部２８ａの
反対側）に通じる貫通孔２６ａを形成する。

【００４４】その後、上記のように形成した基板２１の
上部全面にポリシリコンを堆積させ不純物を所定量ドー
プする。このとき、貫通孔２６ａ内にポリシリコンが充
填される程度に十分に堆積させる。その後、その貫通孔
２６ａ内に充填・堆積されたポリシリコンを除き露出し
たポリシリコンを除去する。これにより、図１０に示す
ように、貫通孔２６ａ内に所定量の不純物がドープされ
たポリシリコンからなる接続ヒータ線２４ｃが製造さ
れ、この接続ヒータ線２４ｃと下部ヒータ線部２４ａが
導通される。

【００４５】次に、再度基板全面にポリシリコンを堆積
させ、不純物をドープした後、パターニングし、上部ヒ
ータ線部２４ｂ，上部電極部２８ｂを形成する（図１１
参照）。これにより、接続ヒータ線２４ｃの上部露出面
と上部ヒータ線部２４ｂが接続されるので、１本に繋が
ったヒータ線２４が形成される。

【００４６】そして、上記した第１の実施の形態のよう
にヒータ線２４の上面に保護膜を形成しない場合には、
この後露出する下部電極部２８ａ，上部電極部２８ｂの
上面にワイヤパッドを形成する（具体的な工程は後述す
る）。そして、保護膜を形成する場合には、図１２に示
すように、全面を覆うようにして堆積酸化膜を形成し、
保護膜３０を設ける。

【００４７】この保護膜３０を全面に覆った状態では、
両電極部２８ａ，２８ｂも覆われてしまい、外部との接
続ができなくなるので、図１３に示すように、両電極部
２８ａ，２８ｂに対向する保護膜３０及び絶縁膜２６に
対して掘り込み加工を行い、接続孔３１を形成する。こ
れにより、接続孔３１の底面に、下部電極部２８ａと上
部電極部２８ｂがそれぞれ露出する。

【００４８】そして、図１４に示すように、接続孔３１
を含み、下部電極部２８ａと上部電極部２８ｂの上方の
領域に対してアルミ成膜してワイヤパッド２７，２７を
形成する。これにより、ワイヤパッド２７，２７は、接
続孔３１，３１に対してアルミ成膜されることで、ワイ
ヤパッド２７と両電極部２８ａ，２８ｂとが導通され
る。もちろん、両ワイヤパッド２７，２７が直接接触し
ないようにパターニングするのはいうまでもない。

【００４９】最後に、図１５に示すように、ヒータ線２
４以外の薄膜（保護膜３０，絶縁膜２３，２６）部分に
複数箇所基板２１に達する貫通孔を開けて、その貫通孔
より基板２１をウエットエッチングし凹部２５を形成す
る。このように凹部２５をヒータ線２４の下側所定位置
に形成することで、ヒータ線２４は基板２１から浮いた
状態になり、メンブレンが形成される。

【００５０】なお、本実施の形態では、ヒータ線２４の
形成面側から凹部２５を形成しているが、図１６に示す
ように、基板２１の下面側から直にエッチングして絶縁
膜２３を露出させ凹部（メンブレン）２５′を形成して
もよい。

【００５１】また、同図では説明を容易にするために薄
膜部を非常に分厚表示しているが実際は基板が４００〜
５００μｍに対して薄膜部が数μｍである。さらに、本
実施の形態ではヒータ線２４の幅は５〜１０μｍに統一
しているが、この線幅やその線の長さは、製作する過程
でその都度変更しても構わない。

【００５２】図１７は、本発明に係るマイクロヒータの
第２の実施の形態を示している。本実施の形態として説
明するマイクロヒータ４１の構成は、基本的には第１の
実施の形態と同様であるため、係る構成を示す同一部材
及び符号は全て第１の実施の形態と同一のものとし、そ
れらの詳しい説明は省略する。

【００５３】図１７は、係るマイクロヒータ４１をヒー
タ線２４′の中心軸に沿って、基板２１の平面を垂直に
切断した状態を示している。第１の実施の形態における
ヒータ線２４では、１回だけ折り返されていたのに対
し、本実施の形態では、複数回折り返された状態として
いる。

【００５４】すなわち、下部ヒータ線部２４ａと上部ヒ
ータ線部２４ｂの間に、２本の中間ヒータ線２４ｄを介
在させ、下部ヒータ線部２４ａの先端と中間ヒータ線２
４ｄの一端並びに上部ヒータ線部２４ｂの先端と中間ヒ
ータ線２４ｄの一端をそれぞれ接続ヒータ線２４ｃ′で
接続し、両中間ヒータ線２４ｄの他端同士を接続ヒータ
線２４ｃ″で接続する。

【００５５】そして、下部，上部ヒータ線部２４ａ，２
４ｂ並びに中間ヒータ線２４ｄは、上下に重なるように
して配置され、中間ヒータ線２４ｄはその全長が短く、
凹部２５に対向する領域内に配置されている。また、各
ヒータ線２４ａ，２４ｂ，２４ｃ′，２４ｃ″，２４ｄ
の周囲には、絶縁膜２６が介在され、途中での短絡が阻
止されている。

【００５６】これにより、１本の長いヒータ線２４′が
形成される。よって、高抵抗のヒータを製造することが
でき、しかも、上下の積層数が増すだけでよく、ヒータ
線の占有面積は増加しない。よって、センササイズの小
型化が図れ、１ウエハ当たりにとれるチップ数が増加す
るので、１つのマイクロヒータのコストを低下すること
ができる。

【００５７】なお、折り返し数は上記した第２の実施の
形態のものに限ることはなく、折り返し数を増やしてヒ
ータ線の全長を長くするようにしてももちろんよい。そ
の他の構成並びに作用効果は上記した第１の実施の形態
と同様であるので、同一符号を付し、その詳細な説明を
省略する。

【００５８】図１８は、本発明に係るマイクロヒータの
第３の実施の形態を示している。本実施の形態にマイク
ロヒータ４２は、第１の実施の形態を基本とし、上下に
重なったヒータ線（下部ヒータ線部２４ａ，上部ヒータ
線部２４ｂ）の間に介在する絶縁膜２６の一部を除去
し、貫通孔４４を形成している。この貫通孔４４は、ヒ
ータ線２４の配置方向と直交するとともに両端が開放さ
れ、測定対象の流体がその貫通孔４４内も通過可能とな
っている。

【００５９】これにより、測定対象の流体が流れた場
合、ヒータ線２４の周囲とともに、貫通孔４４内も通過
するので、ヒータ線２４の流体に対する接触面積が増加
し、ヒータ線２４か発生する熱を流体が吸熱しやすくな
り、温度変化が大きくなる。よって、流量が小さくても
（微流速であっても）温度変化が顕著に現れるので、高
感度になる。さらには、この貫通孔４４が、流体の流れ
を案内する整流効果も発揮するので、乱流による温度変
化のノイズが抑制され、精度も向上する。

【００６０】そして、このような貫通孔４４を形成する
には、例えば、貫通孔４４の形成領域を堆積酸化膜で形
成し、除去しない領域との境界に窒化膜等で境界を作っ
ておき、ヒータ線２４を形成した後犠牲層エッチングに
より堆積酸化膜のみを除去することにより製造できる。

【００６１】なお、図示した例では、貫通孔４４を複数
本設けたため、隣接する貫通孔４４同士の間に挟まれる
絶縁膜２６が柱状に残さることになるが、この柱部分も
除去して、１つの大きな孔にしてもよい。その他の構成
並びに作用効果は上記した第１の実施の形態と同様であ
るので、同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
また、第２の実施の形態のように複数回折り返すタイプ
に対しても、本実施の形態のように絶縁層に貫通孔を設
けるようにすることももちろんできる。

【００６２】図１９は、本発明に係るマイクロヒータの
第４の実施の形態を示している。本実施の形態も図示し
た例では第１の実施の形態を基本としているが、上記し
た各実施の形態のものと組み合わせて実施できるのはも
ちろんである。

【００６３】同図に示すように、本実施の形態のマイク
ロヒータ４５では、ヒータ線２４の上面に凸部４６を設
けている。そして、本例では、上部ヒータ線部２４ｂと
同一材料で計３個設けているが、その設置数並びに設置
位置は任意である。さらに、製造の容易性から同一材料
を用いて構成したが、熱伝導性が良好な材料であれば、
別の材料でもよい。

【００６４】このようにすると、ヒータ線２４の流体と
の接触面積が増し、ヒータ線２４が発する熱を、流体が
奪いやすくなるので、第３の実施の形態と同様に高感度
となる。また、マイクロヒータ４５の使用時の検出対象
となる流体の進行方向と平行になるように凸部４６を設
けると、整流効果も発揮し、精度も向上するので好まし
い。その他の構成並びに作用効果は上記した第１の実施
の形態と同様であるので、同一符号を付し、その詳細な
説明を省略する。

【００６５】なお、この凸部４６を製造するには、例え
ば、上部ヒータ線部２４ｂを厚めに作るか、或いは、ヒ
ータ線のデポを２度行った後、ドライエッチングにより
不要部分を除去して凸部４６を形成することができる。

【００６６】また、上部ヒータ線部２４ｂ上にマスクと
なる酸化膜をパターニングして形成（凸部形成領域のみ
酸化膜を除去する）し、次いで全面にポリシリコンを成
膜後、酸化膜未形成領域に形成されたポリシリコンを除
いて除去し、その後酸化膜を除去する。これにより、ポ
リシリコンからなる凸部２５が残る。

【００６７】なおまた、絶縁層を複数種の材料から構成
する場合に、上記した実施の形態のように、１つの絶縁
層を複数材料で形成してもよいし、各絶縁層は単層で構
成し、複数の絶縁層をことなる材質で構成することによ
り、全体で複数種の材料から構成するようにしてももち
ろんよい。

【００６８】

【発明の効果】以上のように、本発明に係るマイクロヒ
ータでは、ヒータ線が複数の平面にそれぞれあるヒータ
線部を繋げて１本の線を構成したので、基板表面上を占
有するヒータ線の占有面積を小さくできる。従って、こ
のような構造のヒータを薄膜ヒータの構造に取り入れる
ことで、これを取りつける支持基板を小さくできる。す
ると、マイクロヒータの構造そのものを小型化すること
ができ、低価格化が図れる。

【００６９】また、複数の平面にそれぞれあるヒータ線
部を繋げて１本の線にした場合、ヒータ線に電流を流し
たときに発生する電流集中は各ヒータ線間の繋ぎ目に、
線領域として発生するので、電流集中が点として発生す
る従来のヒータ線よりもヒータ線の劣化が少なくなる。
よって、このようなヒータ構造をもつマイクロヒータは
長期にわたり信頼性の確保ができる。また、線幅全体を
有効に利用できる。

【００７０】そして、請求項２のように構成すると、ヒ
ータ線の間等にある貫通孔を通してヒータ線で発生する
熱が外部へ奪われやすくなり熱の移動効率が上がる。し
かも、この貫通孔は、ヒータ線間を埋める薄膜の一部が
部分的に削除されただけのものなので、強度的にも信頼
性の高いヒータ形状となる。

【００７１】さらに、これらの貫通孔を風の通り道にす
ることにより、薄膜ヒータ周囲の風が整流されるため、
このような薄膜ヒータを搭載するマイクロヒータの測定
精度が向上する。

【００７２】また、請求項３のように、ヒータ線の周囲
の薄膜を性質の異なる複数種の膜で形成すると、薄膜に
発生する応力や撓みをなくすことができ、薄膜ヒータの
強度が上がる。

【００７３】さらに、請求項４のように薄膜全体の応力
を引張応力に設定すると、ハリが出た上に余分な撓みが
減り薄膜ヒータの特性が安定する。そして、ハリをもた
せることにより、薄膜ヒータの耐衝撃性が向上する。

【００７４】また、請求項５のように構成すると、ヒー
タ表面の突起によりヒータ自身の温度変化が起こりやす
くなるため、ヒータ周囲に流れる流体の速度が微粒速度
であっても、ヒータ自身の温度変化が顕著になり、高感
度で安定なものとなる。さらに、このヒータにある突起
を流体の流れる方向に対して平行にすることにより、ヒ
ータ周囲に流れる流体の整流効果が向上し、乱流による
温度変化のノイズがなくなり、精度が高いうえに再現性
の上でも高い精度が得られるマイクロヒータを構成する
ことができる。

【００７５】そして、請求項６のように構成すると、ヒ
ータ線のパターニング等の加工性が容易になる。しか
も、ポリシリコンにドープする不純物の量を制御するこ
とにより、ヒータ線の抵抗率の制御も容易に行え、所望
の設計どおりに製造可能となる。

【００７６】また、請求項７のように構成すると、ヒー
タ線の発する熱は基板側に逃げにくくなりマイクロヒー
タ中において薄膜ヒータ部分にとどまる。すると、薄膜
ヒータ部分から奪われるヒータ線の発するほとんどの熱
は、検出対象となる流体によって奪われることになるの
で、検出精度が向上する。

【００７７】さらに、請求項８のように構成すると、ヒ
ータ領域下側の基板除去領域の占有面積を小さくできる
ため、マイクロヒータの小型化が可能になり、１つのウ
エハから製造可能な個数が増加し、低コスト化を図るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は従来のマイクロヒータの一例を示す平
面図である。（ｂ）は図１（a）におけるＡ−Ａ線矢視
図断面図である。

【図２】従来のマイクロヒータにあるヒータの配線パタ
ーンの一例を示す平面図である。

【図３】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の形
態を示す平面図である。

【図４】（ａ）は図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図であ
る。（ｂ）は図３におけるＣ−Ｃ線矢視断面図である。

【図５】ヒータ線の部分を示す拡大斜視図である。

【図６】（ａ）は、本発明に係るマイクロヒータの第１
の実施の形態の製造過程を示す断面図（その１）であ
る。（ｂ）は、本発明に係るマイクロヒータの第１の実
施の形態の製造過程を示す断面図（その２）である。

【図７】（ａ）は、本発明に係るマイクロヒータの第１
の実施の形態の製造過程を示す断面図（その３）であ
る。（ｂ）は、その平面図である。

【図８】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の形
態の製造過程を示す断面図（その４）である。

【図９】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の形
態の製造過程を示す断面図（その５）である。

【図１０】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す断面図（その６）である。

【図１１】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す断面図（その７）である。

【図１２】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す断面図（その８）である。

【図１３】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す平面図（その９）である。

【図１４】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す平面図（その１０）である。

【図１５】本発明に係るマイクロヒータの第１の実施の
形態の製造過程を示す断面図（その１１）である。

【図１６】図１５に示す工程の替わりの製造工程を示す
断面図である。

【図１７】本発明に係るマイクロヒータの第２の実施の
形態を示す断面図である。

【図１８】本発明に係るマイクロヒータの第３の実施の
形態を示す断面図である。

【図１９】本発明に係るマイクロヒータの第４の実施の
形態を示す断面図である。

【符号の説明】

２０，４１，４２，４５マイクロヒータ２１基板２２薄膜ヒータ２３絶縁膜（ヒータ下側に形成している薄膜）２４，２４′ ヒータ線２５，２５′ 凹部（基板除去領域）２６絶縁膜（ヒータ線間に形成する薄膜）４４貫通孔４６凸部（突起）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】薄膜ヒータと、この薄膜ヒータを支持す
る基板とを備え、前記薄膜ヒータの周囲には空間が存在
してなるマイクロヒータにおいて、前記薄膜ヒータは、複数の平面に配置されたヒータ線部
が連続して形成された１本のヒータ線を備えたことを特
徴とするマイクロヒータ。
【請求項２】重ねられた複数の前記ヒータ線部の間に
介在される薄膜の一部を除去して貫通孔を形成し、前記薄膜ヒータの周囲の流体の一部が前記貫通孔内を通
過可能としたことを特徴とする請求項１のマイクロヒー
タ。
【請求項３】前記ヒータ線部の間並びに前記ヒータ線
の周囲に配置された薄膜が、複数種の薄膜で形成されて
いることを特徴とする請求項１または２に記載のマイク
ロヒータ。
【請求項４】前記ヒータ線部の間並びに前記ヒータ線
の周囲に配置された薄膜全体で発生する応力が、引張応
力となるようにしたことを特徴とする請求項１〜３のい
ずれか１項に記載のマイクロヒータ。
【請求項５】前記ヒータ線の表面に、流体の流れる方
向に対して平行に突起を形成したことを特徴とする請求
項１〜４のいずれか１項に記載のマイクロヒータ。
【請求項６】前記ヒータ線が、ポリシリコンを用いて
形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５の
いずれか１項に記載のマイクロヒータ。
【請求項７】前記基板の前記薄膜ヒータの取付側表面
のうち、前記ヒータ線の検出領域に対向する部分を除去
して凹部を形成し、前記検出領域にあるヒータ線が前記
基板と非接触となるようにしたことを特徴とする請求項
１〜６のいずれか１項に記載のマイクロヒータ。
【請求項８】前記基板は単結晶シリコンで形成され、前記ヒータ線が前記基板の＜１１０＞方向と平行に形成
されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
項に記載のマイクロヒータ。