JP3452409B2 - マイクロブリッジヒータ - Google Patents
マイクロブリッジヒータInfo
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/14—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature
- G01N27/18—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of an electrically-heated body in dependence upon change of temperature caused by changes in the thermal conductivity of a surrounding material to be tested
Description
線センサやガスセンサとしても利用されるマイクロブリ
ッジヒータに関するものである。
気的特性を変化させることを利用して湿度などを測定す
ることが行なわれている。例えば空気中の湿度の変化は
選定材料層の熱伝導率の変化となって現れるので、その
変化を、加熱した選定材料層にてなるヒータの温度変
化、すなわち抵抗値変化として検知することができる。
ヒータを構成し、そのヒータに断続して又は継続して電
流を流すことによりジュール熱が発生するので、できる
だけ熱時定数を小さくして性能を安定させるための構造
として、ヒータ部分が基板から離れて空中に延在するよ
うにしたマイクロブリッジヒータが使用されている。そ
のようなマイクロブリッジヒータは、第1絶縁層上に選
定材料層が付着形成され、さらにその上に第2絶縁層が
付着形成された積層構造のヒータ部を有し、そのヒータ
部の両端又は一端が基板に固定され、中間部が基板に形
成された凹部により基板から離れて空中に延在する張出
し部となっている。
方法の一例が特開昭57−94641号公報に記載され
ており、その製造方法により製造されるマイクロブリッ
ジヒータの構造を図1により説明する。ヒータ部7では
通電を行なう選定材料層4として膜厚が約5000Åの
白金層又は白金合金層が使用され、その下側には第1絶
縁層2としてSiO2層又はSi3N4層が約1.4μmの
厚さに形成され、第1絶縁層2と選定材料層4の間に密
BR>着力を増加させるための下地層3としてMo、T
i、Crなどが約400Åの厚さに形成されている。選
定材料層4上にはSiO2又はSi3N4にてなる第2絶
縁層5が約3000Åの厚さに付着形成されている。ヒ
ータ部7の両端部は電極パッド部8となって基板1に固
定されている。基板1にはヒータ部7と基板1との間を
離すように凹部10が形成されている。このようなマイ
クロブリッジヒータが湿度センサとして用いられるとき
は、このヒータ部に例えば10mW程度が印加されて所
定のサイクルでパルス通電が行なわれてその出力電圧が
読み取られる。
るマイクロブリッジヒータは、約400℃の温度まで上
昇し、次に常温へ下がるという熱ストレスを繰り返し受
ける。この熱ストレスを継続的に受けると、ヒータ部の
段差部(ヒータ材である選定材料層と第1及び第2の絶
縁層の間)にクラックが発生し、断線に至ることがあ
る。特に、絶縁層としてシリコン窒化膜を用いる場合に
は、内部応力が高くステップカバレッジが悪いというシ
リコン窒化膜の特性により、よりクラックの発生が起こ
りやすくなる。また熱ストレスによるヒータ部の積層構
造の膨張と収縮の繰返しによる反りによってもクラック
が発生する。
自己発熱による場合だけでなく、設置された環境の温度
変化が自己発熱に匹敵するような状態であれば、マイク
ロブリッジヒータに通電しなくてもクラックが発生する
おそれがある。本発明の目的は、そのようなマイクロブ
リッジヒータにおいて、絶縁層の内部応力を低減し、ス
テップカバレッジを改善し、熱ストレスに対する耐性を
高めることである。
ヒータでは、第2絶縁層5の膜厚が3000Å程度と薄
く、そのため寿命的にも問題がある。すなわち、実使用
による通電パルスの繰返しにより、選定材料層4には熱
ストレスがかかり、そのために熱酸化などによる劣化が
進む。第2絶縁層8が薄いために、その通電パルスの繰
返しによる熱ストレスに対する耐性に劣る。そこで、本
発明はさらに第2絶縁層に酸化防止膜としての役割も付
加することも目的とするものである。
ジヒータでは、第1絶縁層と選定材料層の間の接着層と
しての下地層を設けず、かつ第1絶縁層と第2絶縁層の
材質を同一にする。さらにヒータ部の選定材料層の側面
を第3絶縁層で被覆するのが好ましい。また、さらに第
1絶縁層と第2絶縁層の膜厚も同一にするのが好まし
い。材質の好ましい例は、第1及び第2の絶縁層の材質
がSi系又はTa系の酸化膜、選定材料層の材質がPt
又はPt合金、基板がSi基板である。
下地層を設けないことにより、またさらに第1絶縁層と
第2絶縁層の材質を同一にすることにより、選定材料層
を挾む上下の層の熱抵抗及び熱膨張率を同一にすること
ができ、選定材料層の上下での伸び縮みを相殺すること
ができる。これにより選定材料層にかかる熱ストレスが
小さくなる。このことは、第1絶縁層と第2絶縁層の膜
厚まで同一にすることによりさらに有効になる。
じ厚さにまで厚くすることにより第2絶縁層が酸化防止
膜の役割を果たす。第1絶縁層と第2絶縁層をともにS
i系又はTa系金属の酸化膜とすることにより内部応力
が低減され、ステップカバレッジが改善されて選定材料
層にかかる熱ストレスがより小さくなる。選定材料層の
側面も絶縁層で被覆すれば、選定材料層の酸化がさらに
防止される。
図、(B)はそのU−U’線位置での断面図、(C)は
(A)のV−V’線位置での断面図である。ヒータ部2
7は最下層が第1絶縁層22で、その上に選定材料層2
4が付着形成され、その上にさらに第2絶縁層25が付
着形成されている。選定材料層24は通電されてヒータ
となる部分であり、一例として厚さが約5000ÅのP
t層を用いた。第1絶縁層22と第2絶縁層25は材質
をともにTa2O5で同一とし、厚さも約1.25μmで
同一とした。第1絶縁層22には架橋構造の担持体とし
ての役割上、ある一定以上の機械的強度が求められるこ
と、第2絶縁層25には選定材料層24のカバレッジと
酸化防止という役割が求められることを考慮して、厚さ
の範囲としては1.0〜1.5μmが適当である。またT
a2O5という材料のもつ特性として、粘りがあり、内部
応力が低く、かつ耐クラック性に富むという点以外に、
それぞれの接合層であるPtやSiとの密着性も優れて
いるという点を挙げることができる。そのため、ヒータ
部においては第1絶縁層22と選定材料層24の間に接
着層を設けなくても膜の剥離などの問題は起こらない。
に固定されている。両端部は電極パッド部28となり、
電極パッド部28では第2絶縁層25が選択的に除去さ
れ、選定材料層24が露出してリード線との接続が可能
になっている。基板21には凹部30が形成され、ヒー
タ部27の下部と基板21の間が直接接触することな
く、ヒータ部27が空中に延在する張出し部となり、ヒ
ータ部27の熱時定数が小さくなっている。
昭57−94641号公報に記載されている方法と同様
である。ヒータ部27の積層構造に相違があるが、本発
明の積層構造は、シリコンウエハ上にTa2O5、Pt、
Ta2O5をその順に連続してスパッタリングすることに
より形成することができる。
る。図2の実施例と比較すると、選定材料層24の側部
も絶縁層31で被うように、第3の絶縁層31が形成さ
れている点で異なっている。絶縁層31も第1及び第2
の絶縁層と同じTa2O5により形成するのが好ましい。
図3の実施例の製造方法も前述の引用例に記載されてい
るものと同様である。絶縁層22,25,31の材質と
してはSiO2を用いることもできる。
間に接着層としての下地層を設けず、また第1絶縁層と
第2絶縁層の材質を同一にしたことにより、選定材料層
にかかる熱ストレスが小さくなる。このことは、第1絶
縁層と第2絶縁層の膜厚まで同一にすることによりさら
に有効になる。また、第2絶縁層の厚さを第1絶縁層と
同じ厚さにまで厚くすることにより第2絶縁層が酸化防
止膜の役割を果たす。第1絶縁層と第2絶縁層をともに
Si系又はTa系金属の酸化膜とすることにより内部応
力が低減され、ステップカバレッジが改善されて選定材
料層にかかる熱ストレスがより小さくなる。選定材料層
の側面も絶縁層で被覆すれば、選定材料層の酸化がさら
に防止される。このように、本発明では結果としてマイ
クロブリッジヒータの寿命が伸びる。
り、(A)は平面図、(B)はそのX−X’線位置での
断面図、(C)は(A)のY−Y’線位置での断面図で
ある。
あり、(A)は平面図、(B)はそのU−U’線位置で
の断面図、(C)は(A)のV−V’線位置での断面図
である。
(B)に対応した状態で示す断面図である。
Claims (4)
- 【請求項1】 第1絶縁層上に選定材料層が付着形成さ
れ、さらにその上に第2絶縁層が付着形成された積層構
造のヒータ部を有し、そのヒータ部の両端又は一端が基
板に固定され、中間部が基板に形成された凹部により基
板から離れて空中に延在する張出し部となっているマイ
クロブリッジヒータにおいて、 前記第1絶縁層と第2絶縁層の材質が同一であることを
特徴とするマイクロブリッジヒータ。 - 【請求項2】 前記中間部では前記選定材料層の側面が
第3絶縁層で被覆されている請求項1に記載のマイクロ
ブリッジヒータ。 - 【請求項3】 前記第1絶縁層と第2絶縁層の膜厚も同
一である請求項1又は2に記載のマイクロブリッジヒー
タ。 - 【請求項4】 前記第1絶縁層と第2絶縁層の材質がS
i系又はTa系の酸化膜、前記選定材料層の材質がPt
又はPt合金、前記基板がSi基板である請求項1〜3
に記載のマイクロブリッジヒータ。
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JP29558194A JP3452409B2 (ja) | 1994-08-10 | 1994-11-04 | マイクロブリッジヒータ |
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JP21036994 | 1994-08-10 | ||
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- 1994-11-04 JP JP29558194A patent/JP3452409B2/ja not_active Expired - Fee Related
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1995
- 1995-08-10 US US08/513,594 patent/US5652443A/en not_active Expired - Lifetime
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