JP5609919B2

JP5609919B2 - Micro heater element

Info

Publication number: JP5609919B2
Application number: JP2012113284A
Authority: JP
Inventors: 和海犬伏; 小室　栄樹; 栄樹小室; 潤平林
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2012-05-17
Filing date: 2012-05-17
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2032-05-17
Also published as: JP2013239401A

Description

本発明は、シリコン化合物等の支持膜の表面に形成された発熱体であるマイクロヒータを有するマイクロヒータ素子に関するものである。本マイクロヒータ素子は、例えば、赤外線検知センサやガス量等を検知するセンサを加熱するというような用途に用いられる。 The present invention relates to a microheater element having a microheater which is a heating element formed on the surface of a support film such as a silicon compound. This microheater element is used for such applications as heating an infrared detection sensor or a sensor that detects a gas amount or the like.

近年、半導体チップ上に形成される熱式流量計やガスセンサ等が提供されている。これらには、その検出原理で必要となるマイクロヒータが設けられている。マイクロヒータとは薄膜で形成された抵抗発熱体で、電流を流すことによりジュール熱を発生させる。このようなマイクロヒータは、通常、昇温時における基板への熱の逃げを抑制するために、マイクロヒータの膜厚が数μｍ程度の薄膜構造となるメンブレン構造やマイクロブリッジ構造といった断熱構造を採用している。 In recent years, thermal flow meters and gas sensors formed on semiconductor chips have been provided. These are provided with a micro heater required for the detection principle. A microheater is a resistance heating element formed of a thin film, and generates Joule heat by passing an electric current. Such a microheater usually employs a heat insulating structure such as a membrane structure or a microbridge structure in which the film thickness of the microheater is a few μm in order to suppress the escape of heat to the substrate when the temperature is raised. doing.

特許文献１には、マイクロブリッジ構造によるマイクロヒータが開示されている。マイクロブリッジ構造とは、支持脚等によって薄膜部を基板から隔離、浮かせた構造体のことで、このマイクロヒータは折り返し部分を曲線で構成することにより、部分的な温度上昇による抵抗値の経時的変化が起こりにくく、抵抗値のバラツキが小さいマイクロヒータを提供している。 Patent Document 1 discloses a micro heater having a micro bridge structure. The microbridge structure is a structure in which the thin film part is isolated and floated from the substrate by support legs, etc., and this microheater has a curved portion at the folded part, so that the resistance value due to partial temperature rises over time. There is provided a microheater that hardly changes and has a small variation in resistance value.

特許文献２には、これら基板上に形成したヒータを利用した湿度センサが開示されている。 Patent Document 2 discloses a humidity sensor using a heater formed on these substrates.

特開平１１−２８１４４４号公報JP-A-11-281444 特開２００６−１５３５１２号公報JP 2006-153512 A

特許文献１においては、マイクロヒータ電極内における局所的な形状による温度分布の改善はできるが、マイクロブリッジ上の広範囲な温度分布までは改善できない。すなわち、マイクロブリッジ上のマクロヒータ電極がある部分の温度が高く、その周囲で温度が低いなどの分布が生じるといった問題がある。 In Patent Document 1, the temperature distribution can be improved by the local shape in the microheater electrode, but the temperature distribution on the microbridge cannot be improved. That is, there is a problem that a distribution occurs such that the temperature of the portion where the macro heater electrode on the microbridge is high is high and the temperature is low around the portion.

特許文献２においては、配線パターンによる膜厚段差があるため、総膜厚が広範囲にわたって均一でなく、膜厚が厚い部分および薄い部分ができてしまう。そのため、膜厚の違いにより熱容量が場所によって異なりヒータから暖められる領域で熱分布が発生してしまうといった問題がある。 In Patent Document 2, since there is a film thickness difference due to the wiring pattern, the total film thickness is not uniform over a wide range, and a thick part and a thin part are formed. Therefore, there is a problem that heat distribution occurs in a region where the heat capacity varies depending on the location due to the difference in film thickness and is heated from the heater.

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、マイクロヒータによる温度分布が均一なマイクロヒータ素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object thereof is to provide a microheater element having a uniform temperature distribution by the microheater.

本発明は、基板上に、薄膜からなるマイクロヒータと、薄膜サーミスタが積層されており、さらにメンブレン構造を有しているマイクロヒータ素子であって、前記薄膜サーミスタは、一対の櫛歯電極を有しており、積層方向からみて、一対の前記櫛歯電極によって囲まれた領域が形成されており、前記マイクロヒータと一対の前記櫛歯電極は、積層方向からみて、前記領域内で、互いに重ならないように配置されていることを特徴とするマイクロヒータ素子である。 The present invention is a microheater element in which a microheater made of a thin film and a thin film thermistor are laminated on a substrate, and further has a membrane structure, and the thin film thermistor has a pair of comb electrodes. A region surrounded by the pair of comb-tooth electrodes is formed when viewed from the stacking direction, and the microheater and the pair of comb-tooth electrodes overlap each other within the region when viewed from the stacking direction. The microheater element is arranged so as not to be formed.

このような構成にすることにより、マイクロヒータによる温度分布が均一なマイクロヒータ素子を得ることができる。すなわち、マイクロヒータと薄膜サーミスタ電極配線が、積層方向からみて重なることにより生じてしまう膜厚段差を、お互いの膜厚により解消できるという効果もあり、このことも、マイクロヒータによる温度分布を均一にすることについて貢献している。 With such a configuration, a microheater element having a uniform temperature distribution by the microheater can be obtained. That is, there is also an effect that the film thickness difference caused by the overlap of the microheater and the thin film thermistor electrode wiring when viewed from the stacking direction can be eliminated by the mutual film thickness. This also makes the temperature distribution by the microheater uniform. Contributing about doing.

また、積層方向からみて、前記マイクロヒータが、前記領域外で、一対の櫛歯電極の外周を取り囲むように配置することで、櫛歯電極の外側からメンブレンの中央に向かって伝わる熱の流れもできるため、メンブレンの中央からの熱の流れを抑制させることができるばかりでなく、外周部の温度の低い箇所が回りを囲むマイクロヒータによって暖められるので温度分布が効果的に改善されるので、さらに好ましい。 In addition, when viewed from the stacking direction, the microheater is disposed outside the region so as to surround the outer periphery of the pair of comb electrodes, so that the heat flow transmitted from the outside of the comb electrodes toward the center of the membrane is also reduced. Since not only the flow of heat from the center of the membrane can be suppressed, but also the temperature distribution is effectively improved because the low temperature part of the outer periphery is heated by the surrounding micro heater, preferable.

また、前記薄膜サーミスタ上に、絶縁層を介して、温度分布改善層をさらに設けることにより、メンブレン中央と基板側の低温部との温度差が温度分布改善層を伝わって早急に緩和されるため、メンブレン内での温度分布を非常に小さくすることができるので、さらに好ましい。 Moreover, since a temperature distribution improvement layer is further provided on the thin film thermistor via an insulating layer, the temperature difference between the center of the membrane and the low temperature portion on the substrate side is quickly mitigated through the temperature distribution improvement layer. Further, it is more preferable because the temperature distribution in the membrane can be made very small.

本発明により、マイクロヒータによる温度分布が均一なマイクロヒータ素子が得られる。 According to the present invention, a microheater element having a uniform temperature distribution by the microheater can be obtained.

実施形態と実施例１によるマイクロヒータ素子の平面透視図である。It is a plane perspective view of the micro heater element by embodiment and Example 1. FIG. 図１のＡ−Ａ断面図である。It is AA sectional drawing of FIG. 図１の詳細な平面透視図である。FIG. 2 is a detailed plan perspective view of FIG. 1. 実施例１によるマイクロヒータ素子の製造工程断面図である。6 is a sectional view of a manufacturing process of the microheater element according to Example 1. FIG. 実施例１によるマイクロヒータ素子の製造工程断面図である。6 is a sectional view of a manufacturing process of the microheater element according to Example 1. FIG. 実施例１によるマイクロヒータ素子の製造工程断面図である。6 is a sectional view of a manufacturing process of the microheater element according to Example 1. FIG. 実施例１によるマイクロヒータ素子の製造工程断面図である。6 is a sectional view of a manufacturing process of the microheater element according to Example 1. FIG. 比較例１によるマイクロヒータ素子の平面透視図である。6 is a plan perspective view of a microheater element according to Comparative Example 1. FIG. 図５のＢ−Ｂ断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 実施例２によるマイクロヒータ素子の平面透視図である。6 is a plan perspective view of a microheater element according to Embodiment 2. FIG. 実施例３によるマイクロヒータ素子の断面図である。6 is a sectional view of a microheater element according to Example 3. FIG. 実施例４によるマイクロヒータ素子の平面透視図である。6 is a plan perspective view of a microheater element according to Example 4. FIG. 実施例５によるマイクロヒータ素子の断面図である。10 is a cross-sectional view of a microheater element according to Example 5. 実施例６によるマイクロヒータ素子の断面図である。10 is a cross-sectional view of a microheater element according to Example 6.

以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに以下に記載した構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. The constituent elements described below include those that can be easily assumed by those skilled in the art and those that are substantially the same. Furthermore, the constituent elements described below can be appropriately combined. In addition, various omissions, substitutions, or changes of components can be made without departing from the scope of the present invention.

図１及び図２を参照しながら、本実施形態のマイクロヒータ素子１の構造について説明する。ここで、図１はマイクロヒータ素子１の平面透視図、図２は図１のＡ−Ａでマイクロヒータ素子１を切断した断面図である。本実施形態によるマイクロヒータ素子１は、基板２、絶縁膜３、マイクロヒータ４、マイクロヒータ保護膜５、薄膜サーミスタ電極６、薄膜サーミスタ７、薄膜サーミスタ保護膜８を備える。 The structure of the microheater element 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. Here, FIG. 1 is a plan perspective view of the microheater element 1, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the microheater element 1 taken along line AA of FIG. The microheater element 1 according to the present embodiment includes a substrate 2, an insulating film 3, a microheater 4, a microheater protective film 5, a thin film thermistor electrode 6, a thin film thermistor 7, and a thin film thermistor protective film 8.

基板２としては、適度な機械的強度を有し、且つエッチングなどの微細加工に適した材質であれば、特に限定されるものではない。例えば、シリコン(Ｓｉ）単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板、ガラス基板などが好適である。基板の表面および裏面には、Ｓｉ酸化膜又はＳｉ窒化膜などの絶縁膜３が形成される。絶縁膜３として、例えばＳｉ酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜法を適用すればよい。膜厚は、絶縁膜３上に形成する膜と基板との絶縁がとれ、かつキャビティ１０を形成する際のエッチング停止層として機能すればよい。通常０．１〜１．０μｍ程度が好適である。 The substrate 2 is not particularly limited as long as it has a suitable mechanical strength and is suitable for fine processing such as etching. For example, a silicon (Si) single crystal substrate, a sapphire single crystal substrate, a ceramic substrate, a quartz substrate, a glass substrate, or the like is preferable. An insulating film 3 such as a Si oxide film or a Si nitride film is formed on the front and back surfaces of the substrate. In order to form, for example, a Si oxide film as the insulating film 3, a thermal oxidation method or a film formation method by CVD (Chemical Vapor Deposition) may be applied. The film thickness should just function as an etching stop layer when the film | membrane formed on the insulating film 3 and the board | substrate are insulated, and the cavity 10 is formed. Usually, about 0.1-1.0 micrometer is suitable.

基板２には、マイクロヒータ４を高温動作させた時に、熱が基板へ伝導するのを抑制するためにマイクロヒータ４の位置に対応して基板の一部を薄肉化したキャビティ１０を有している。このキャビティ１０により基板が取り除かれた部分はメンブレン９と呼ばれる。メンブレン９では基板を薄肉化した分だけ熱容量が小さくなるため、非常に少ない消費電力でマイクロヒータ４を高温にすることができる。また、基板２への伝導経路が数μｍの薄膜部分のみで形成された断熱構造であるため、基板２への熱伝導が小さく、効率よくマイクロヒータ素子１を高温にすることができる。 The substrate 2 has a cavity 10 in which a part of the substrate is thinned corresponding to the position of the microheater 4 in order to suppress heat conduction to the substrate when the microheater 4 is operated at a high temperature. Yes. A portion where the substrate is removed by the cavity 10 is called a membrane 9. Since the heat capacity of the membrane 9 is reduced by the thickness of the substrate, the microheater 4 can be heated to a very low power consumption. In addition, since the conduction path to the substrate 2 is a heat insulating structure formed only by a thin film portion of several μm, the heat conduction to the substrate 2 is small, and the microheater element 1 can be efficiently heated to a high temperature.

図２において、マイクロヒータ４の実際の温度検出用として、薄膜サーミスタ７が形成されている。薄膜サーミスタ７は櫛歯電極６Ａ、６Ｂを備え、マイクロヒータ４を覆うように形成される。これによりマイクロヒータ４の高温駆動中の実際の温度を直接検出することができる。このため所望の温度であるかどうかの検出機能を有するだけでなく、得られた電気信号より駆動電圧の調整によりマイクロヒータ４の温度コントロールが可能となる。 In FIG. 2, a thin film thermistor 7 is formed for detecting the actual temperature of the microheater 4. The thin film thermistor 7 includes comb-tooth electrodes 6 </ b> A and 6 </ b> B and is formed so as to cover the microheater 4. Thereby, the actual temperature during the high temperature driving of the micro heater 4 can be directly detected. Therefore, not only has a function of detecting whether or not the temperature is a desired temperature, but also the temperature of the microheater 4 can be controlled by adjusting the drive voltage based on the obtained electric signal.

薄膜サーミスタ７を形成するサーミスタの材質としては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコン、ゲルマニウムなどの負の温度抵抗係数を持つ材料をスパッタ法、ＣＶＤなどの薄膜プロセスを用いて形成する。膜厚は目標とするサーミスタ抵抗値に応じて調整すればよく、例えばＭｎＮｉＣｏ系酸化物を用いて室温での抵抗値（Ｒ２５）を１４０ｋΩ程度に設定するのであれば、素子の電極間の距離にもよるが０．２〜１μｍ程度の膜厚に設定すればよい。 As a material of the thermistor for forming the thin film thermistor 7, a material having a negative temperature resistance coefficient such as a composite metal oxide, amorphous silicon, polysilicon, germanium or the like is formed using a thin film process such as sputtering or CVD. The film thickness may be adjusted according to the target thermistor resistance value. For example, if the resistance value (R25) at room temperature is set to about 140 kΩ using MnNiCo-based oxide, the distance between the electrodes of the element is set. However, it may be set to a film thickness of about 0.2 to 1 μm.

薄膜サーミスタ７の電気信号を取り出す為に、薄膜サーミスタ電極６が形成される。薄膜サーミスタ７の薄膜サーミスタ電極６は一対の櫛歯電極６Ａと６Ｂからなり、それぞれの平面形状は、櫛形状であって、櫛歯電極６Ａと６Ｂが組み合わさって薄膜サーミスタ電極６を形成している。薄膜サーミスタ電極６の材質としては、薄膜サーミスタ７の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料、例えば、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、パラジウム(Ｐｄ)、イリジウム（Ｉｒ）又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。 In order to take out the electric signal of the thin film thermistor 7, the thin film thermistor electrode 6 is formed. The thin film thermistor electrode 6 of the thin film thermistor 7 is composed of a pair of comb electrodes 6A and 6B, each of which has a comb shape, and the comb electrodes 6A and 6B are combined to form the thin film thermistor electrode 6. Yes. The material of the thin film thermistor electrode 6 is a conductive material that can withstand processes such as the film forming process and the heat treatment process of the thin film thermistor 7 and has a relatively high melting point, such as molybdenum (Mo), platinum (Pt), gold ( Au), tungsten (W), tantalum (Ta), palladium (Pd), iridium (Ir), or an alloy containing any two or more thereof is preferable.

図３は、図１と同じ実施形態の平面透視図であるが、追加の情報を入れ込んだ図である。図１と図３において、マイクロヒータ素子１を積層方向からみて、薄膜サーミスタ７の薄膜サーミスタ電極６の間にマイクロヒータ４が形成されている。すなわち、薄膜サーミスタ７は、一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂを有しており、積層方向からみて、一対の櫛歯電極によって囲まれた領域２０が形成されており、マイクロヒータ４と一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂは、積層方向からみて、領域２０内で、互いに重ならないように配置されている。 FIG. 3 is a top perspective view of the same embodiment as FIG. 1, but with additional information. 1 and 3, the microheater 4 is formed between the thin film thermistor electrodes 6 of the thin film thermistor 7 when the microheater element 1 is viewed from the stacking direction. That is, the thin film thermistor 7 has a pair of comb-tooth electrodes 6A and 6B, and is formed with a region 20 surrounded by the pair of comb-tooth electrodes when viewed from the stacking direction. The tooth electrodes 6A and 6B are arranged so as not to overlap each other in the region 20 when viewed from the stacking direction.

マイクロヒータ４の配線幅は、薄膜サーミスタ７の薄膜サーミスタ電極６間の間隙と同じであることが望ましい。また、マイクロヒータ４の膜厚は薄膜サーミスタ電極６と同じであることが望ましい。図５は比較例１の平面透視図であるが、実施形態とは異なり、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ７の配線が積層方向からみて、重なるように配置されているが、図５のＢ−Ｂ断面図が図６であるが、図６の比較例１のような場合には、工程上の段差１９が生じてしまうという問題もある。 The wiring width of the microheater 4 is preferably the same as the gap between the thin film thermistor electrodes 6 of the thin film thermistor 7. The film thickness of the microheater 4 is preferably the same as that of the thin film thermistor electrode 6. 5 is a perspective plan view of the comparative example 1. Unlike the embodiment, the wires of the microheater 4 and the thin film thermistor 7 are arranged so as to overlap each other when viewed from the stacking direction. Although the cross-sectional view is FIG. 6, in the case of the comparative example 1 of FIG.

しかしながら、本実施形態のような配線の配置にすることにより、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ電極６が、積層方向からみて重なることにより生じてしまう図６のような膜厚段差１９が、お互いの膜厚により解消される。これにより、薄膜サーミスタ７の櫛歯電極６Ａ、６Ｂで囲まれた領域２０は厚みが均一になり、厚みばらつきが少ない平らな形状になり、温度分布の少ないマイクロヒータ素子１を形成することができる。 However, with the arrangement of wiring as in the present embodiment, the film thickness difference 19 as shown in FIG. 6 that occurs when the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 overlap each other when viewed from the stacking direction is formed between the films. It is eliminated by the thickness. Thereby, the region 20 surrounded by the comb-tooth electrodes 6A and 6B of the thin film thermistor 7 has a uniform thickness, a flat shape with little variation in thickness, and the microheater element 1 having a small temperature distribution can be formed. .

マイクロヒータ４の材質としては、薄膜サーミスタ７の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料からなる金属層であって、例えば、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｉｒ又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、さらに耐腐食性が高い、Ｐｔなどがより好適である。また絶縁膜３との密着性を向上させるためにはＰｔの下部にはチタン(Ｔｉ)などの密着層を形成するのが好ましい。 The material of the microheater 4 is a metal layer made of a material having a relatively high melting point, which is a conductive substance that can withstand processes such as a film forming process and a heat treatment process of the thin film thermistor 7, and includes, for example, Mo, Pt, Au, W, Ta, Pd, Ir, or an alloy containing any two or more of these is preferable. Further, a conductive material capable of high-precision dry etching such as ion milling is preferable, and Pt or the like having higher corrosion resistance is more preferable. In order to improve the adhesion to the insulating film 3, it is preferable to form an adhesion layer such as titanium (Ti) under the Pt.

また、図１において、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ電極６からの基板２上へのそれぞれの引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂは、メンブレン９の中心から放射状に等間隔かつ交互に配置されていることが望ましい。実施形態のマイクロヒータ素子１は、マイクロヒータ４を駆動させるため、また薄膜サーミスタ７の電気信号を検出するために電気接続配線が必要であるが、この、それぞれの引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂが形成されている部分は膜厚が厚くなってしまい熱容量が変わってしまう。また、一般的に引き出し配線として使われる材料は導電性を有するが、同時に熱伝導も大きいため、引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂを伝わって熱が基板２へ逃げてしまう。そのため、メンブレン９において温度分布が発生する。 In FIG. 1, the lead-out wirings 4A, 4B, 16A, and 16B from the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 onto the substrate 2 are alternately arranged radially at equal intervals from the center of the membrane 9. It is desirable. The microheater element 1 of the embodiment requires an electrical connection wiring to drive the microheater 4 and to detect an electrical signal of the thin film thermistor 7, and these lead wirings 4A, 4B, 16A, The portion where 16B is formed becomes thicker and the heat capacity changes. In general, the material used as the lead-out wiring has conductivity, but at the same time, the heat conduction is large, so that heat is transferred to the substrate 2 through the lead-out wiring 4A, 4B, 16A, 16B. Therefore, a temperature distribution occurs in the membrane 9.

そこで、引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂを偏りなく均等に最適配置させることで温度分布を改善することが可能となる。すなわち、引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂをメンブレン９の中心から放射状に等間隔に配置することで熱容量の大きい箇所、熱伝導が大きい箇所をメンブレン９内で均等に配置することになるので温度分布の偏りをなくすことができる。合わせて、発熱源となるマイクロヒータ４と、熱伝導が高く熱の逃げ道となる薄膜サーミスタ電極６を交互に配置させる、つまり、図１において、薄膜サーミスタの引き出し配線を１６Ａ、１６Ｂとして、マイクロヒータ４の引き出し配線を４Ａ、４Ｂとすると、１６Ａを基準として、時計周りにみていくと、１６Ａの隣には、４Ｂがあり、４Ｂの隣には、１６Ｂがあり、１６Ｂの隣には４Ａがあり、４Ａの隣には１６Ａというように、薄膜サーミスタの引き出し配線と、マイクロヒータ４の引き出し配線が、積層方向から見て、交互に配置することで、発熱体と熱の逃げ道とを効率よく均等に配置することになるのでメンブレン９の熱分布はよりいっそう改善される。 Therefore, the temperature distribution can be improved by optimally arranging the lead-out wirings 4A, 4B, 16A, and 16B evenly. That is, by arranging the lead-out wirings 4A, 4B, 16A, and 16B radially from the center of the membrane 9 at equal intervals, locations where the heat capacity is large and locations where the heat conduction is large are evenly arranged in the membrane 9. Distribution bias can be eliminated. At the same time, the microheater 4 serving as a heat source and the thin film thermistor electrode 6 having high thermal conductivity and serving as a heat escape path are alternately arranged. That is, in FIG. Assuming that the lead-out wiring of 4 is 4A and 4B, with reference to 16A, looking clockwise, there is 4B next to 16A, 16B next to 4B, and 4A next to 16B. Yes, 16A next to 4A, and the lead wire of the thin film thermistor and the lead wire of the microheater 4 are arranged alternately when viewed from the stacking direction, so that the heating element and the heat escape path are efficiently arranged Since they are arranged evenly, the heat distribution of the membrane 9 is further improved.

図２において、マイクロヒータ４及び絶縁膜３を覆うようにマイクロヒータ保護膜５が形成される。マイクロヒータ保護膜５としては、絶縁膜３と同じ材料であることが望ましい。マイクロヒータ４は数百度にまで上昇し、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層間剥離やクラックといった破壊につながる。同じ材料同士は、異種材料を積層した場合に比べて材料特性が同じであり密着性が強固で機械的強度も強い。このため、マイクロヒータ４の熱ストレスに対しても破壊を防止することができる。マイクロヒータ保護膜５として、例えばＳｉ酸化膜を形成するには、熱酸化法やＣＶＤによる成膜法を適用すればよい。膜厚は、マイクロヒータ４を確実に覆うことができ層間絶縁ができる厚みが良い。通常０．１〜３．０μｍ程度が好適である。 In FIG. 2, a microheater protective film 5 is formed so as to cover the microheater 4 and the insulating film 3. The microheater protective film 5 is preferably made of the same material as the insulating film 3. The microheater 4 is repeatedly subjected to thermal stress that rises to several hundred degrees and then drops to room temperature. Continuously receiving this thermal stress leads to destruction such as delamination and cracks. The same material has the same material characteristics, strong adhesion, and high mechanical strength compared to the case where different materials are laminated. For this reason, destruction can be prevented even against thermal stress of the microheater 4. For example, in order to form a Si oxide film as the microheater protective film 5, a thermal oxidation method or a film formation method by CVD may be applied. The film thickness is good enough to cover the microheater 4 reliably and to provide interlayer insulation. Usually, about 0.1-3.0 micrometers is suitable.

薄膜サーミスタ７に、複合金属酸化物等を利用する場合においては、マイクロヒータ保護膜５は、絶縁性を有する酸化膜であることが望ましく、例えばＳｉ酸化膜等が望ましい。マイクロヒータ保護膜５の上には薄膜サーミスタ７および薄膜サーミスタ電極６が形成される。マイクロヒータ保護膜５は、マイクロヒータ５の保護膜であると同時に、薄膜サーミスタ７の下地層でもあり、薄膜サーミスタ７と直接接触する。 In the case where a composite metal oxide or the like is used for the thin film thermistor 7, the microheater protective film 5 is preferably an insulating oxide film, for example, an Si oxide film. A thin film thermistor 7 and a thin film thermistor electrode 6 are formed on the microheater protective film 5. The microheater protective film 5 is not only a protective film for the microheater 5 but also an underlayer for the thin film thermistor 7 and is in direct contact with the thin film thermistor 7.

一般的に、複合金属酸化物を利用したサーミスタは、高温で還元劣化があるためサーミスタ全体を耐還元材料でコーティングする方法が知られている。即ち、サーミスタを還元性を持つ材料と接触させて高温状態にすると、サーミスタから酸素を奪って還元を引き起こし、サーミスタ特性に影響を与えてしまう。よって薄膜サーミスタ保護膜８においてもＳｉ酸化膜等の絶縁性を有する酸化膜であることが望ましい。 In general, a thermistor using a composite metal oxide has a reduction deterioration at a high temperature. Therefore, a method of coating the whole thermistor with a reduction resistant material is known. That is, when the thermistor is brought into contact with a reducing material and brought to a high temperature state, oxygen is taken from the thermistor to cause reduction, which affects the thermistor characteristics. Therefore, the thin film thermistor protective film 8 is also preferably an insulating oxide film such as a Si oxide film.

また、同様な理由により、薄膜サーミスタ電極６は薄膜サーミスタ７の基板側に形成されていることが望ましい。すなわち、マイクロヒータ４上に、絶縁層であるマイクロヒータ保護膜５を介して、一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂ、薄膜サーミスタ７の順に積層し形成されている。つまり、薄膜サーミスタ電極６の上に薄膜サーミスタ７が形成される。一般的に、薄膜電極は、電極材料と下地との密着力を上げるために密着層が形成される。例えばクロム（Ｃｒ）やＴｉ等が数ｎｍ程度の膜厚で形成される。薄膜サーミスタ７上に薄膜サーミスタ電極６が形成された場合、この密着層が直接薄膜サーミスタと接触し、サーミスタからの酸素を奪う等により酸化することで、界面抵抗が上昇し薄膜サーミスタ７の検出特性が変動してしまい好ましくない。 For the same reason, the thin film thermistor electrode 6 is preferably formed on the substrate side of the thin film thermistor 7. That is, a pair of comb-shaped electrodes 6A and 6B and a thin film thermistor 7 are laminated on the microheater 4 in this order via a microheater protective film 5 which is an insulating layer. That is, the thin film thermistor 7 is formed on the thin film thermistor electrode 6. In general, in the thin film electrode, an adhesion layer is formed in order to increase the adhesion between the electrode material and the base. For example, chromium (Cr), Ti, or the like is formed with a film thickness of about several nm. When the thin film thermistor electrode 6 is formed on the thin film thermistor 7, this adhesion layer is in direct contact with the thin film thermistor and is oxidized by depriving oxygen from the thermistor, thereby increasing the interface resistance and detecting characteristics of the thin film thermistor 7. Fluctuates and is not preferable.

薄膜サーミスタ電極６、マイクロヒータ４はメンブレン９の外で、電極パッド１１と接続される。電極パッド１１は、ワイヤーボンドやフリップチップボンディングなどで電気的接続を行うために、例えばアルミニウム（Ａｌ）やＡｕなどの材料で形成され、必要に応じて積層してもよい。 The thin film thermistor electrode 6 and the micro heater 4 are connected to the electrode pad 11 outside the membrane 9. The electrode pad 11 is formed of a material such as aluminum (Al) or Au, for example, in order to perform electrical connection by wire bonding or flip chip bonding, and may be laminated as necessary.

なお、マイクロヒータ４の温度検出としては薄膜サーミスタ７が好適である。まず、薄膜の積層構造であるために、マイクロヒータ４の発熱を直上にて直接検出することができる。また、一般的に、薄膜サーミスタ７はサーミスタの電気信号を取り出すために薄膜サーミスタ電極６により構成される。薄膜サーミスタ電極６は、抵抗値の調整や、信頼性の面で、多くは一対の櫛歯形状の電極６Ａ、６Ｂを構成することがほとんどである。この際に、上下またはどちらか一方に積層形成されるマイクロヒータ４を櫛歯電極６Ａ、６Ｂと重ならないように配置し、かつ膜厚や電極間、配線幅を最適化することで、配線パターン等により形成されてしまう、例えば図６で示すような段差１９を相殺しあい、厚みが均一で平らなマイクロヒータ素子１を作製することができる。よって、膜厚の不均一による熱容量の分布がない、マイクロヒータ面内で均熱のとれたマイクロヒータ素子１を形成することが可能となる。 A thin film thermistor 7 is suitable for detecting the temperature of the micro heater 4. First, because of the laminated structure of thin films, the heat generated by the microheater 4 can be directly detected. In general, the thin film thermistor 7 is constituted by a thin film thermistor electrode 6 in order to take out an electric signal of the thermistor. The thin film thermistor electrode 6 mostly constitutes a pair of comb-shaped electrodes 6A and 6B in terms of resistance adjustment and reliability. At this time, by arranging the micro heaters 4 stacked on the upper and lower sides or either one so as not to overlap with the comb-tooth electrodes 6A and 6B, and optimizing the film thickness, the distance between the electrodes, and the wiring width, For example, the step 19 as shown in FIG. 6 formed by canceling each other can be canceled, and the micro heater element 1 having a uniform thickness can be manufactured. Therefore, it is possible to form the microheater element 1 having a uniform heat distribution within the surface of the microheater without any heat capacity distribution due to non-uniform film thickness.

（実施例１）
実施形態に基づく、実施例１の薄膜サーミスタ７を有するマイクロヒータ素子１の具体的な製造方法について、図を用いて説明する。 Example 1
A specific manufacturing method of the microheater element 1 having the thin film thermistor 7 of Example 1 based on the embodiment will be described with reference to the drawings.

まず、Ｓｉからなり、誘電率が２．４で、板厚が２５０μｍである基板２の２つの主面に、熱酸化法により厚さ０．５μｍのＳｉＯ_２膜を略全面に形成し絶縁膜３とした。 First, an SiO ₂ film having a thickness of 0.5 μm is formed on substantially the entire surface of two main surfaces of the substrate 2 made of Si, having a dielectric constant of 2.4 and a plate thickness of 250 μm by a thermal oxidation method. It was set to 3.

次いで、図４ａに示すように、基板２の一方の主面上の絶縁膜３の表面に、高周波マグネトロンスパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉからなる密着層１２を形成し、その上に、厚さ１００ｎｍのＰｔからなる金属層１３を略全面に形成し、マイクロヒータ４とした。なお、Ｔｉからなる密着層１２はＰｔからなる金属層１３と絶縁膜３とを密着させるための密着層である。なお、必要に応じて、Ｔｉからなる密着層１２はなくてもよい。 Next, as shown in FIG. 4a, an adhesion layer 12 made of Ti having a thickness of 5 nm is formed on the surface of the insulating film 3 on one main surface of the substrate 2 by a high frequency magnetron sputtering method. A metal layer 13 made of Pt having a thickness of 100 nm was formed on substantially the entire surface, and the micro heater 4 was obtained. The adhesion layer 12 made of Ti is an adhesion layer for making the metal layer 13 made of Pt and the insulating film 3 adhere to each other. If necessary, the adhesion layer 12 made of Ti may be omitted.

マイクロヒータ４の材質としては、薄膜サーミスタ７の成膜工程および熱処理工程などのプロセスに耐えうる導電性物質で比較的高融点の材料からなる金属層１３であって、例えば、Ｍｏ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｉｒ又はこれら何れか２種以上を含む合金などが好適である。また、イオンミリングなどの高精度なドライエッチングが可能である導電材質であることが好ましく、さらに耐腐食性が高い、Ｐｔなどがより好適である。また絶縁膜３との密着性を向上させるためにはＰｔの下部にはチタン(Ｔｉ)などの密着層１２を形成するのが好ましい。 The material of the microheater 4 is a metal layer 13 made of a material having a relatively high melting point, which is a conductive material that can withstand processes such as a film forming process and a heat treatment process of the thin film thermistor 7, and includes, for example, Mo, Pt, Au , W, Ta, Pd, Ir, or an alloy containing any two or more thereof is preferable. Further, a conductive material capable of high-precision dry etching such as ion milling is preferable, and Pt or the like having higher corrosion resistance is more preferable. In order to improve the adhesion with the insulating film 3, it is preferable to form an adhesion layer 12 such as titanium (Ti) under the Pt.

その後、図４ａに示すように、形成されたマイクロヒータ４上に、フォトリソグラフィにてミアンダ状など所望の形状のエッチングマスク１４をフォトレジストで形成した後、エッチングマスク１４で覆われていないＰｔからなる金属層１３および、Ｔｉからなる密着層１２をイオンミリング法によりエッチングする。そして、エッチングマスク１４を除去することにより、マイクロヒータ４を所望の形に形成する。なお、図４ｂのマイクロヒータ４は、密着層１２と、金属層１３の２層構造であるが、便宜上、以後は、マイクロヒータ４と表示することとする。 Thereafter, as shown in FIG. 4a, an etching mask 14 having a desired shape such as a meander shape is formed by photolithography on the formed microheater 4 and then the Pt not covered with the etching mask 14 is formed. The metal layer 13 and the adhesion layer 12 made of Ti are etched by an ion milling method. Then, the microheater 4 is formed in a desired shape by removing the etching mask 14. The microheater 4 in FIG. 4b has a two-layer structure of an adhesion layer 12 and a metal layer 13, but for the sake of convenience, it will be referred to as the microheater 4 hereinafter.

続いて、図４ｂに示すように、マイクロヒータ４及び絶縁膜３を覆うように、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ−Ｅｔｈｙｌ−Ｏｒｔｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ）−ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜を成膜することで、厚さ０．４μｍのマイクロヒータ保護膜５を形成した。ここで絶縁膜３と同じＳｉ酸化膜とすることで、マイクロヒータ４の動作時における熱ストレスに対しても強固に保護膜としての機能を果たす。事前に行った実験では保護膜３をＳｉ窒化膜としてマイクロヒータ４を作成し駆動させた場合にこの保護膜３との界面付近において剥離が生じてしまった。 Subsequently, as shown in FIG. 4 b, a SiO ₂ film is formed by TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) -CVD so as to cover the microheater 4 and the insulating film 3. A 4 μm microheater protective film 5 was formed. Here, by using the same Si oxide film as the insulating film 3, the microheater 4 functions as a protective film firmly against thermal stress during operation of the microheater 4. In an experiment conducted in advance, when the microheater 4 was prepared and driven using the protective film 3 as a Si nitride film, peeling occurred near the interface with the protective film 3.

さらに、図４ｃに示すように、マイクロヒータ保護膜５表面に、高周波マグネトロンスパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉからなる密着層２２、および、厚さ１００ｎｍのＰｔからなる金属層２３を順次形成し、薄膜サーミスタ電極６とする。Ｔｉからなる密着層２２はＰｔからなる金属層２３とマイクロヒータ保護膜５とを密着させるための密着層である。ここでも、必要に応じて、Ｔｉからなる密着層２２はなくてもよい。
形成された薄膜サーミスタ電極６上に、フォトリソグラフィにて櫛歯状など所望の形状のエッチングマスク１５をフォトレジストで形成した後、エッチングマスク１５で覆われていない密着層２２および金属層２３をイオンミリング法によりエッチングする。 Further, as shown in FIG. 4c, an adhesion layer 22 made of Ti having a thickness of 5 nm and a metal layer 23 made of Pt having a thickness of 100 nm are sequentially formed on the surface of the microheater protective film 5 by high-frequency magnetron sputtering. The thin film thermistor electrode 6 is used. The adhesion layer 22 made of Ti is an adhesion layer for making the metal layer 23 made of Pt and the microheater protective film 5 adhere to each other. Here, if necessary, the adhesion layer 22 made of Ti may be omitted.
On the formed thin film thermistor electrode 6, an etching mask 15 having a desired shape such as a comb-tooth shape is formed by photolithography, and then the adhesion layer 22 and the metal layer 23 not covered with the etching mask 15 are ionized. Etching is performed by a milling method.

その後、図４ｄに示すように、エッチングマスク１５を除去することにより、薄膜サーミスタ７の一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂの間隙が２５ミクロンである、薄膜サーミスタ電極６を形成する。なお、一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂが、図１のＡ−Ａ断面でみて、水平方向に交互に配置されている。 Thereafter, as shown in FIG. 4d, the etching mask 15 is removed to form the thin film thermistor electrode 6 in which the gap between the pair of comb electrodes 6A and 6B of the thin film thermistor 7 is 25 microns. In addition, a pair of comb-tooth electrodes 6A and 6B are alternately arranged in the horizontal direction as seen in the section AA in FIG.

次いで、図２に示すように、形成した薄膜サーミスタ電極６の表面に、スパッタ法によりＭｎＮｉＣｏ系複合酸化膜を成膜することで、厚さ０．４μｍ、抵抗値１４０ｋΩのマイクロヒータ温度検知膜として機能する、薄膜サーミスタ薄膜７を形成した。このスパッタは、マルチターゲットスパッタ装置を使用し、基板温度６００℃、アルゴン（Ａｒ）圧力０．５Ｐａ、Ｏ_２／Ａｒ流量比２％、投入電力４００Ｗの条件下で実施した。その後、ＢＯＸ焼成炉を使用し、熱処理を大気雰囲気中で６５０℃、１時間の条件下で実施した。なお、図２の薄膜サーミスタ電極６は、密着層２２と、金属層２３の２層構造であるが、便宜上、以後は、薄膜サーミスタ電極６と表示することとする。 Next, as shown in FIG. 2, by forming a MnNiCo-based composite oxide film on the surface of the formed thin film thermistor electrode 6 by sputtering, a microheater temperature detection film having a thickness of 0.4 μm and a resistance value of 140 kΩ is obtained. A functioning thin film thermistor film 7 was formed. This sputtering was performed using a multi-target sputtering apparatus under the conditions of a substrate temperature of 600 ° C., an argon (Ar) pressure of 0.5 Pa, an O ₂ / Ar flow rate ratio of 2%, and an input power of 400 W. Then, using the BOX baking furnace, heat processing was implemented on condition of 650 degreeC and 1 hour in air | atmosphere atmosphere. The thin film thermistor electrode 6 in FIG. 2 has a two-layer structure of the adhesion layer 22 and the metal layer 23, but for the sake of convenience, it will be hereinafter referred to as the thin film thermistor electrode 6.

ところで、本実施形態のマイクロヒータ素子１は、薄膜サーミスタ７によりマイクロヒータ４の動作温度を直接検出することができる。これにより動作中の温度を所定値で安定維持できるようにフィードバック制御することが可能である。あわせて、経時劣化にともなうマイクロヒータ抵抗の変化、すなわち動作温度の変化を、薄膜サーミスタ７により検出することも可能である。このため、マイクロヒータを使ったセンサ等で使用する場合に、出力が経時的に変化してしまって測定値に誤差が生じてしまっていたという問題も解決できる。 By the way, the micro heater element 1 of this embodiment can directly detect the operating temperature of the micro heater 4 by the thin film thermistor 7. Thus, feedback control can be performed so that the temperature during operation can be stably maintained at a predetermined value. At the same time, it is also possible to detect a change in the resistance of the microheater accompanying the deterioration with time, that is, a change in the operating temperature, by the thin film thermistor 7. For this reason, when using with the sensor etc. which used the micro heater, the problem that the output changed with time and the error has arisen in the measured value can also be solved.

続いて、フォトリソグラフィにより、所望のエッチングマスクを作成し、塩化第二鉄水溶液を用いてウェットエッチング処理し非マスク領域のＭｎＮｉＣｏ系複合酸化膜を除去した。その後、エッチングマスクを除去することにより、薄膜サーミスタ７を形成した。 Subsequently, a desired etching mask was prepared by photolithography, and wet etching was performed using a ferric chloride aqueous solution to remove the MnNiCo-based composite oxide film in the non-mask region. Then, the thin film thermistor 7 was formed by removing the etching mask.

次に、薄膜サーミスタ７を覆うように、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法によりＳｉＯ_２膜を成膜することで、厚さ０．４μｍの薄膜サーミスタ保護膜８を形成した。 Next, a thin film thermistor protective film 8 having a thickness of 0.4 μm was formed by forming a SiO ₂ film by TEOS-CVD so as to cover the thin film thermistor 7.

そして、図示していないが、電極パッド１１を配置する部位を除く薄膜サーミスタ保護膜８上にフォトリソグラフィによりエッチングマスクを作成し、電極パッド１１を配置する部位にウェットエッチング処理を施し、ＳｉＯ_２膜を除去することで開口を形成し、電子ビーム蒸着法により厚さ１．０ミクロンのＡｌ金属薄膜を形成し、リフトオフ法により、開口を充填するように形成したＡｌ金属薄膜以外の部位のＡｌおよびマスクを除去し、電極パッド１１を形成した。 Then, although not shown, an etching mask is created by photolithography on the thin film thermistor protective film 8 excluding the portion where the electrode pad 11 is disposed, and wet etching treatment is performed on the portion where the electrode pad 11 is disposed, and the SiO ₂ film To form an opening, to form an Al metal thin film having a thickness of 1.0 micron by an electron beam vapor deposition method, and to form Al and other parts of the Al metal thin film formed so as to fill the opening by a lift-off method. The mask was removed and the electrode pad 11 was formed.

最後に、図２に示すように、基板２の裏面にフォトリソグラフィによりエッチングマスクを形成したのち、裏面側をフッ化物系ガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって絶縁膜３を除去した。その後、フッ化物系ガスを用いたＲＩＥによって基板２を除去し、一辺が７５０μｍ程度のキャビティ１０を形成した。基板２を除去しキャビティ１０を形成するには、エッチングとバリア層形成を交互に行いながら垂直に加工する深堀りＲＩＥ（Ｄｅｅｐ−ＲＩＥ、Ｄ−ＲＩＥ）法を用い、メンブレン９を得た。 Finally, as shown in FIG. 2, after forming an etching mask on the back surface of the substrate 2 by photolithography, the insulating film 3 was removed by reactive ion etching (RIE) using a fluoride-based gas on the back surface side. Thereafter, the substrate 2 was removed by RIE using a fluoride gas to form a cavity 10 having a side of about 750 μm. In order to remove the substrate 2 and form the cavity 10, a membrane 9 was obtained by using a deep RIE (Deep-RIE, D-RIE) method in which etching and barrier layer formation were alternately performed and processed vertically.

（比較例１）
実施例１と同様な製造方法で、比較例１を作成した。実施例１と異なる点は、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ電極６が、比較例１を図５に示すように、積層方向からみて、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ電極６が重なるように配置されている点である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図６に示すように、工程上の段差１９が、形成されている。 (Comparative Example 1)
Comparative Example 1 was produced by the same production method as in Example 1. The difference from the first embodiment is that the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 are arranged so that the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 overlap each other when the comparative example 1 is viewed from the stacking direction as shown in FIG. Is a point. 6 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 6, a step 19 in the process is formed.

実施例１と比較例１を図示しない赤外線カメラを使ってマイクロヒータ素子１の温度分布を確認した。マイクロヒータ素子１の最高温度点が１００℃になるように電圧印加し、図３に示したように、薄膜サーミスタ７の櫛歯電極６Ａ、６Ｂで囲まれた領域２０の２点、Ｄ、Ｅの温度を測定した。Ｄ点は下層にマイクロヒータ４が配置されるが、薄膜サーミスタ電極６はない地点である。Ｅ点は下層にマイクロヒータ４はないが、薄膜サーミスタ電極６が配置されている地点で、メンブレン９内での温度分布の影響を受けないように、２点はすぐ隣の隣接する点を選択した。また、マイクロヒータ素子１と図示しない赤外線カメラとの距離は５センチで、測定環境の影響を受けないように温湿度管理された空間で行った。また、基板は２５℃に温度制御された筐体に直接接触させ固定した。また、領域２０内おいて、薄膜サーミスタ電極６から電極パッド１１へと接続される部分であって、最低温度部と考えられる点、すなわち、図３のＦ点についても測定した。表１は、実施例１から４と、比較例１から３についての実験の結果を示したデータである。 Example 1 and Comparative Example 1 were checked for temperature distribution of the microheater element 1 using an infrared camera (not shown). Voltage is applied so that the maximum temperature point of the microheater element 1 is 100 ° C., and as shown in FIG. 3, two points in the region 20 surrounded by the comb electrodes 6A, 6B of the thin film thermistor 7, D, E The temperature of was measured. Point D is a point where the microheater 4 is disposed in the lower layer but the thin film thermistor electrode 6 is not present. Although point E does not have a microheater 4 in the lower layer, two adjacent points are selected so that they are not affected by the temperature distribution in the membrane 9 at the point where the thin film thermistor electrode 6 is disposed. did. The distance between the microheater element 1 and an infrared camera (not shown) was 5 cm, and the measurement was performed in a temperature and humidity controlled space so as not to be affected by the measurement environment. Further, the substrate was fixed in direct contact with a housing whose temperature was controlled at 25 ° C. Further, in the region 20, the portion connected from the thin film thermistor electrode 6 to the electrode pad 11 and considered as the lowest temperature portion, that is, the point F in FIG. 3 was also measured. Table 1 is data showing the results of experiments on Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 3.

比較例１においては、メンブレン９の中央が最も高温になり１００℃を示した。先ほどと同じ位置の２点において同様に温度測定した。ただし、図５のように、下層における層構成が異なり、下層にマイクロヒータ４および薄膜サーミスタ電極６が配置されている地点であるＥ点と、下層にマイクロヒータ４および薄膜サーミスタ電極６がない地点であるＤ点となる。 In Comparative Example 1, the center of the membrane 9 became the highest temperature and showed 100 ° C. The temperature was similarly measured at two points at the same position as before. However, as shown in FIG. 5, the layer structure in the lower layer is different, and point E is a point where the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 are arranged in the lower layer, and point where the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 are not in the lower layer It becomes D point which is.

この結果、表１より、比較例１においては、Ｄ点では９７．７℃、Ｅ点では８７．３℃、Ｆ点では６９．３℃であった。下層にマイクロヒータ４および薄膜サーミスタ電極６が配置されている地点であるＥ点の方が、Ｄ点よりも１０．４℃低い結果となった。これは、比較例１の構成において、Ｅ点では発熱源であるマイクロヒータ４の直上に熱伝導の高い薄膜サーミスタ電極６が形成されていることで、この薄膜サーミスタ電極６が熱を基板へ逃がすパスになっているためである。また、マイクロヒータ４および薄膜サーミスタ電極６の分だけ膜厚が厚いため熱容量も大きくなり、表面温度が低くなったためである。 As a result, from Table 1, in Comparative Example 1, the point D was 97.7 ° C., the point E was 87.3 ° C., and the point F was 69.3 ° C. The point E where the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 are disposed in the lower layer was 10.4 ° C. lower than the point D. This is because the thin film thermistor electrode 6 having high thermal conductivity is formed immediately above the microheater 4 that is a heat source at the point E in the configuration of the comparative example 1, and the thin film thermistor electrode 6 releases heat to the substrate. This is because it is a pass. Further, because the film thickness is thicker by the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6, the heat capacity is increased and the surface temperature is lowered.

一方、Ｄ点の下層にマイクロヒータ４および薄膜サーミスタ電極６がない地点においては、熱を逃がすパスがなく、かつ膜厚が薄く熱容量が小さいために熱がこもり、温度が高くなった。この結果、図３の領域２０において、温度の高い箇所、低い箇所が規則的に存在しマイクロヒータ素子１の温度分布が発生してしまった。なお、Ｆ点での温度が最低温度となっているのは、基板２に近くなるほど熱が逃げやすくなるため温度が下がる傾向があるためである。また、Ｆ点は基板２への引き出し配線上であるために熱が容易に基板２に逃げ易くなっているためで、領域２０において一番温度が低い部分となる。 On the other hand, at the point where the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 are not present below the point D, there is no path for escaping heat, and since the film thickness is small and the heat capacity is small, the heat is accumulated and the temperature rises. As a result, in the region 20 of FIG. 3, there are regularly places where the temperature is high and where the temperature is low, and the temperature distribution of the microheater element 1 is generated. The reason why the temperature at the point F is the lowest is that the closer to the substrate 2, the easier the heat escapes, so the temperature tends to decrease. In addition, since the point F is on the lead-out wiring to the substrate 2, the heat easily escapes to the substrate 2.

一方、比較例１に対し、実施例１においても、メンブレン９の中央が最も高温になり１００℃を示した。表１において、実施例１では、この時、領域２０における上述の２点を測定しＤ点は９６．６℃、Ｅ点は９５．４℃、Ｆ点は８０．２℃で、Ｄ点とＥ点の温度差は１．２℃であった。また、領域２０の外側、すなわち基板側に近づくほど温度が下がる傾向が確認され、メンブレン９の中央の１００℃を最高温度に同心円状に温度分布が確認された。また、Ｆ点についても、比較例１に比べて、温度が高くなっており、改善が確認された。これは、比較例１におけるＦ点では、マイクロヒータ４が形成されている分だけ膜厚が厚く、結果として熱容量が大きいことにより温度が低くなったと考えられる。すなわち、比較例１に対し、実施例１では、温度分布に改善があることを確認できた。 On the other hand, compared to Comparative Example 1, also in Example 1, the center of the membrane 9 became the highest temperature and showed 100 ° C. In Table 1, in Example 1, the above-mentioned two points in the region 20 were measured, the D point was 96.6 ° C., the E point was 95.4 ° C., the F point was 80.2 ° C., The temperature difference at point E was 1.2 ° C. In addition, the tendency of the temperature to decrease as it approaches the outside of the region 20, that is, the substrate side, was confirmed, and the temperature distribution was confirmed concentrically with the center temperature of 100 ° C. being the maximum temperature. Moreover, also about F point, compared with the comparative example 1, temperature was high and the improvement was confirmed. This is presumably because at the point F in Comparative Example 1, the film thickness was increased by the amount of the microheater 4 formed, and as a result, the temperature was lowered due to the large heat capacity. That is, it was confirmed that the temperature distribution in Example 1 was improved compared to Comparative Example 1.

（実施例２）
図７は、実施例２に係わるマイクロヒータ素子１の平面透視図である。実施例１と異なる点は、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ７の一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂを積層方向からみて、マイクロヒータ４が、図３に示した一対の櫛歯電極によって囲まれた領域２０の外で、一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂの外周をも取り囲むように並行して配置されたことが異なる。製造方法は、実施例１と同じでマイクロヒータ４のフォトレジストマスクが異なり、配線パターンのみが異なる。 (Example 2)
FIG. 7 is a plan perspective view of the microheater element 1 according to the second embodiment. The difference from the first embodiment is that when the pair of comb electrodes 6A and 6B of the micro heater 4 and the thin film thermistor 7 is viewed from the stacking direction, the micro heater 4 is surrounded by the pair of comb electrodes shown in FIG. It is different in that it is arranged in parallel so as to surround the outer periphery of the pair of comb-tooth electrodes 6A and 6B. The manufacturing method is the same as in Example 1, the photoresist mask of the microheater 4 is different, and only the wiring pattern is different.

実施例１と同じ評価系を使用して測定を行った。実施例１と同様にマイクロヒータ素子１の最高温度点が１００℃になるように電圧印加し、領域２０における最低温度を計測した。実施例２において、メンブレン９の中央が最も高温になり１００℃を示した。表１より、領域２０内おいて、最低温度部は薄膜サーミスタ電極６から電極パッド１１へと接続される部分すなわち、図３のＦ点で、８７．３℃であった。なお、Ｆ点の温度は、比較例１では、６９．３℃、実施例１では、８０．２℃であり、やはり、それぞれで、最低温度部となっている。 Measurement was carried out using the same evaluation system as in Example 1. In the same manner as in Example 1, voltage was applied so that the maximum temperature point of the microheater element 1 was 100 ° C., and the minimum temperature in the region 20 was measured. In Example 2, the center of the membrane 9 became the highest temperature and showed 100 ° C. From Table 1, the lowest temperature portion in the region 20 was 87.3 ° C. at the portion connected from the thin film thermistor electrode 6 to the electrode pad 11, that is, point F in FIG. In addition, the temperature of F point is 69.3 degreeC in the comparative example 1, and 80.2 degreeC in Example 1, and also becomes a minimum temperature part in each.

これは、基板２に近くなるほど熱が逃げやすくなるため温度が下がる傾向があり、また、基板２への引き出し配線上であるために熱が容易に基板２に逃げ易くなっているためである。櫛歯電極６Ａ、６Ｂで囲まれた領域２０においても基板側ほど熱が逃げやすく温度が低い。その点、実施例２では櫛歯電極６Ａ、６Ｂの外側、すなわち基板２に近い領域にマイクロヒータ４の一部を配置し発熱させることで、櫛歯電極６Ａ、６Ｂの外側からメンブレン９の中央に向かって伝わる熱の流れもできるため、メンブレン９の中央からの熱の流れを抑制させることができるばかりでなく、外周部の温度の低い箇所が回りを囲むマイクロヒータ４によって暖められるので温度分布が効果的に改善されたためである。 This is because the closer to the substrate 2, the easier it is for heat to escape, and the temperature tends to decrease, and because it is on the lead-out wiring to the substrate 2, the heat easily escapes to the substrate 2. Even in the region 20 surrounded by the comb-tooth electrodes 6A and 6B, the heat is more likely to escape toward the substrate side, and the temperature is lower. In that respect, in Example 2, a part of the microheater 4 is disposed outside the comb-tooth electrodes 6A and 6B, that is, in a region close to the substrate 2 to generate heat, so that the center of the membrane 9 is located from the outside of the comb-tooth electrodes 6A and 6B. Since the flow of heat transmitted toward the center can also be performed, not only the flow of heat from the center of the membrane 9 can be suppressed, but also the low temperature portion of the outer peripheral portion is heated by the surrounding microheater 4 so that the temperature distribution This is because of the effective improvement.

すなわち、実施例２は、比較例１に比べて、格段に、温度分布に改善が見られた。また、実施例１に対しても、更なる改善が見られた。 That is, in Example 2, the temperature distribution was remarkably improved as compared with Comparative Example 1. Moreover, further improvement was seen with respect to Example 1.

（実施例３）
実施例３を図８に示す。実施例１と異なる点は、薄膜サーミスタ電極６が薄膜サーミスタ７の上部に形成されていることである。薄膜サーミスタ７の一対の櫛歯電極６Ａ、６Ｂの積層方向から見た配置は実施例１と同じである。実施例１で示す製造方法において、マイクロヒータ保護膜５を形成した後に、薄膜サーミスタ７を形成し、その後に薄膜サーミスタ電極６を形成する以外は同じである。ここで、薄膜サーミスタ電極６は、以下の通りリフトオフ法で形成した。まず、薄膜サーミスタ７を形成するまでは実施例１の通りで、その後、フォトリソグラフィにより、薄膜サーミスタ電極６を形成する部位以外にフォトレジストを形成した。つづいて、高周波マグネトロンスパッタ法により、厚さ５ｎｍのＴｉ金属薄膜２２、および厚さ１００ｎｍのＰｔ金属薄膜２３を順次、略全面に形成する。その後、フォトレジストで覆われていた部分をレジストごと剥離することで、薄膜サーミスタ電極６を形成した。以降、薄膜サーミスタ保護膜８形成と続く。 (Example 3)
Example 3 is shown in FIG. The difference from the first embodiment is that the thin film thermistor electrode 6 is formed on the upper part of the thin film thermistor 7. The arrangement of the pair of comb electrodes 6A and 6B of the thin film thermistor 7 viewed from the stacking direction is the same as that of the first embodiment. In the manufacturing method shown in Example 1, it is the same except that after the microheater protective film 5 is formed, the thin film thermistor 7 is formed and then the thin film thermistor electrode 6 is formed. Here, the thin film thermistor electrode 6 was formed by the lift-off method as follows. First, the process was the same as Example 1 until the thin film thermistor 7 was formed, and then a photoresist was formed by photolithography in addition to the part where the thin film thermistor electrode 6 was formed. Subsequently, a Ti metal thin film 22 having a thickness of 5 nm and a Pt metal thin film 23 having a thickness of 100 nm are sequentially formed on a substantially entire surface by a high frequency magnetron sputtering method. Then, the thin film thermistor electrode 6 was formed by peeling the part covered with the photoresist together with the resist. Thereafter, the formation of the thin film thermistor protective film 8 is continued.

実施例３で作成したマイクロヒータ素子１を実施例１と同じ評価を行ったが、実施例１と同等の結果でＤ点において９６．５℃、Ｅ点において９５．７℃であった。しかし、このマイクロヒータ素子１を１２５℃１０００ｈｒの長期信頼性試験に投入したところ、薄膜サーミスタ７の抵抗が信頼性投入前に比べて７．０％の抵抗値増加が生じてしまうという問題がみられた。なお、実施例１で作成した素子を比較のために一緒に投入したところ０．５％の抵抗値変化であった。これは、薄膜サーミスタ電極６におけるＰｔからなる金属層２３、Ｔｉからなる密着層２２、および、薄膜サーミスタ７が関係していると考えられる。 The micro heater element 1 produced in Example 3 was evaluated in the same manner as in Example 1. The result was the same as that in Example 1, with the D point being 96.5 ° C. and the E point being 95.7 ° C. However, when this microheater element 1 is put into a long-term reliability test at 125 ° C. and 1000 hours, the resistance of the thin film thermistor 7 is increased by 7.0% compared to before the reliability is put on. It was. When the element prepared in Example 1 was put together for comparison, the resistance value change was 0.5%. This is considered to be related to the metal layer 23 made of Pt, the adhesion layer 22 made of Ti, and the thin film thermistor 7 in the thin film thermistor electrode 6.

すなわち、実施例１のように、薄膜サーミスタ７に対して薄膜サーミスタ電極６が基板側の下側に形成される場合には、基板側から順に密着層２２、金属層２３、薄膜サーミスタ７となり、密着層２２と薄膜サーミスタ７は直接接することはない。一方で、薄膜サーミスタ７に対して薄膜サーミスタ電極６が基板２と反対側の上側に形成される場合には、基板側から順に薄膜サーミスタ７、密着層２２、金属層２３となり薄膜サーミスタ７と密着層２２が直接接することになる。ここでＴｉからなる密着層２２は非常に酸化しやすい性質であるため、高温放置による酸化反応によりＴｉ酸化膜となり、薄膜サーミスタ７とＰｔからなる金属層２３との界面抵抗が増えてしまったために薄膜サーミスタ７の抵抗値変動が起こってしまったと考えられる。 That is, as in Example 1, when the thin film thermistor electrode 6 is formed on the lower side of the substrate side with respect to the thin film thermistor 7, the adhesion layer 22, the metal layer 23, and the thin film thermistor 7 are sequentially formed from the substrate side. The adhesion layer 22 and the thin film thermistor 7 are not in direct contact. On the other hand, when the thin film thermistor electrode 6 is formed on the upper side opposite to the substrate 2 with respect to the thin film thermistor 7, the thin film thermistor 7, the adhesion layer 22, and the metal layer 23 are formed in this order from the substrate side. Layer 22 will be in direct contact. Here, since the adhesion layer 22 made of Ti is very easy to oxidize, it becomes a Ti oxide film due to an oxidation reaction when left at high temperature, and the interface resistance between the thin film thermistor 7 and the metal layer 23 made of Pt is increased. It is considered that the resistance value fluctuation of the thin film thermistor 7 has occurred.

すなわち、実施例３における、Ｔｉからなる密着層２２が酸化して、薄膜サーミスタ７とＰｔからなる金属層２３との界面抵抗が増えてしまうという問題は、実施例３以外の、実施例１をはじめとする実施例により、解決される。 That is, the problem that the adhesion layer 22 made of Ti in Example 3 is oxidized and the interface resistance between the thin film thermistor 7 and the metal layer 23 made of Pt is increased is the same as in Example 1 except for Example 3. This is solved by the first embodiment.

（実施例４）
実施例４として、１つの例を図９に示す。実施例１と実施例４との違いは次の通りである。実施例１は、図１のように、マイクロヒータ４と薄膜サーミスタ電極６からの基板上へのそれぞれの引き出し配線４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂはメンブレン９の中央から放射状に等間隔かつ交互に配置されている。実施例４については、例えば、図９のように、マイクロヒータ４はメンブレン９に対して対角線上に基板への引き出し配線４Ａ、４Ｂが接続されている。一方、薄膜サーミスタ電極６の引き出し配線１６Ａ、１６Ｂは、例えば、図９のように、櫛歯電極６Ａ、６Ｂともに４辺で形成された四角いメンブレン内で、対角線上ではなくマイクロヒータ４の引き出し配線４Ａ側に、偏った配置で引き出されている。すなわち、実施例１と異なり基板上への引き出し配線がメンブレン中央から放射状に等間隔かつ交互に配置されていないことになる。 Example 4
As Example 4, one example is shown in FIG. The difference between Example 1 and Example 4 is as follows. In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the lead-out wirings 4A, 4B, 16A, and 16B from the microheater 4 and the thin film thermistor electrode 6 onto the substrate are arranged alternately at equal intervals radially from the center of the membrane 9. Has been. In the fourth embodiment, for example, as shown in FIG. 9, the microheater 4 is connected to the membrane 9 on the diagonal lines to the wiring lines 4 </ b> A and 4 </ b> B to the substrate. On the other hand, the lead wires 16A and 16B of the thin film thermistor electrode 6 are, for example, as shown in FIG. 9, in the square membrane formed by four sides of both the comb electrodes 6A and 6B, not the diagonal wires and the lead wires of the microheater 4 It is pulled out to the 4A side in a biased arrangement. That is, unlike the first embodiment, the lead-out lines on the substrate are not arranged radially and alternately from the center of the membrane.

実施例１と同じ評価系を使用して、同様に図３の領域２０において最高温度が１００℃になるように調整し測定した。評価にあたっては、図９のように、メンブレン９上の領域２０より外側の任意の部分、４点（Ｎ、Ｏ、Ｐ、Ｑ）の温度測定を行った。それぞれ４点はメンブレン９の中央を原点としてそれぞれ９０度づつ回転させたときに重なる点である。 Using the same evaluation system as in Example 1, the measurement was similarly performed by adjusting the maximum temperature to 100 ° C. in the region 20 of FIG. In the evaluation, as shown in FIG. 9, temperature measurement was performed at an arbitrary portion outside the region 20 on the membrane 9 and at four points (N, O, P, Q). Each of the four points is an overlapping point when rotated by 90 degrees with the center of the membrane 9 as the origin.

結果は、表２により、図９のような実施例４においては、Ｎ点とＱ点が同等で４１℃程度、Ｏ点とＰ点がそれぞれ同等で５５℃程度で、Ｎ点とＱ点の温度がＯ点とＰ点の温度よりも低い結果となってしまい問題であるのに対し、実施例１においては、４点ともに５４℃程度となり改善が見られた。この場合、図３の通り、４点ともにマイクロヒータ４の基板２への引き出し配線、４Ａ、４Ｂからと、薄膜サーミスタ７の櫛歯電極６Ａ、６Ｂの基板への引き出し配線１６Ａ、１６Ｂから等しい距離にあるために、４点においては熱分布が同じになり４点が同等の温度となったからである。ただし、図３の領域２０のように、領域２０が正方形状であれば、引き出し配線の４Ａ、４Ｂ、１６Ａ、１６Ｂは、等間隔となるのであるが、ここでいう、等間隔は、必ず正確な等しい距離を意味するわけではなく、ばらつきなどの誤差を考慮した上での、おおよその概念を含む。 According to Table 2, in Example 4 as shown in FIG. 9, the N point and the Q point are equivalent to about 41 ° C., the O point and the P point are equivalent to about 55 ° C., and the N point and the Q point are The temperature is lower than the temperatures at the O and P points, which is a problem. In Example 1, all the four points were about 54 ° C., and an improvement was observed. In this case, as shown in FIG. 3, the four points are equally spaced from the lead wires 4A, 4B of the microheater 4 to the substrate 2 and the lead wires 16A, 16B of the comb electrodes 6A, 6B of the thin film thermistor 7 to the substrate. This is because the heat distribution is the same at the four points and the four points have the same temperature. However, if the region 20 is square like the region 20 in FIG. 3, the lead wires 4A, 4B, 16A, and 16B are equally spaced. It does not mean the same distance, but includes an approximate concept that takes into account errors such as variations.

実施例４の２点（Ｎ、Ｑ）の温度が低い問題について、例えば図９の場合だと、発熱源でもあるマイクロヒータ４の基板２への引き出し配線４Ａと２点（Ｎ、Ｑ）の間には薄膜サーミスタ櫛歯電極６Ａ、６Ｂがそれぞれ配置されている。このため、引き出し配線４Ａで発熱した熱が２点（Ｎ、Ｑ）に直接伝わる前に、熱伝導の良い櫛歯電極６Ａ、６Ｂに伝わり、結果として櫛歯電極６Ａ、６Ｂの基板２への引き出し配線を伝って、熱が基板へ逃げてしまったためである。よって、実施例４ではメンブレン９において非常に温度分布の大きいマイクロヒータ素子になってしまった。 Regarding the problem of the low temperature at the two points (N, Q) of the fourth embodiment, for example, in the case of FIG. 9, the lead wire 4A to the substrate 2 of the microheater 4 that is also a heat generation source and the two points (N, Q) Thin film thermistor comb-tooth electrodes 6A and 6B are disposed between them. For this reason, before the heat generated in the lead-out wiring 4A is directly transmitted to the two points (N, Q), it is transmitted to the comb electrodes 6A and 6B having good thermal conductivity, and as a result, the comb electrodes 6A and 6B are transferred to the substrate 2. This is because heat has escaped to the substrate through the lead wiring. Therefore, in Example 4, the membrane 9 was a microheater element having a very large temperature distribution.

すなわち、実施例４における、２点（Ｎ、Ｑ）の温度が低い問題について、実施例４以外の実施例１をはじめとする実施例は、このような配線の構成をとっていないため、解決された。 That is, the problem of the low temperature at the two points (N, Q) in the fourth embodiment is solved because the first embodiment other than the fourth embodiment, including the first embodiment, does not have such a wiring configuration. It was done.

（実施例５）
実施例５を図１０に示す。実施例１と異なる点は、マイクロヒータ素子１の最表層に温度分布改善層１８が形成されている点である。温度分布改善層１８はキャビティの幅Ｌよりも小さい方が好ましい。これは、基板２が下部に存在する領域まで形成すると基板２への熱の逃げが大きくなってしまうためである。特に、温度分布改善層１８は熱伝導が良好な材質を使用し、パターン形状にあわせた最適な大きさにするのが良い。温度分布改善層１８の材料としては、例えば、Ａｕ、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等があげられるが、これに限定されることはなく、マイクロヒータ素子１の製造工程等の制約を考慮して最適な金属材料を選定すればよい。 (Example 5)
Example 5 is shown in FIG. The difference from the first embodiment is that a temperature distribution improving layer 18 is formed on the outermost layer of the microheater element 1. The temperature distribution improving layer 18 is preferably smaller than the width L of the cavity. This is because heat escape to the substrate 2 becomes large if the substrate 2 is formed up to a region where the substrate 2 exists below. In particular, the temperature distribution improving layer 18 is preferably made of a material having good heat conduction and having an optimum size according to the pattern shape. Examples of the material of the temperature distribution improving layer 18 include Au, silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), and the like, but are not limited thereto, and the manufacturing process of the microheater element 1 The optimum metal material may be selected in consideration of such restrictions.

実施例５においては、この熱伝導が良好な温度分布改善層１８を利用してメンブレン９の温度分布を小さくすることを目的とする。すなわち、パターン形状にもよるが、メンブレン９の中央は基板２への熱伝導の影響が一番小さいために高温になり、メンブレン中央から基板側へ近づくほど温度が低下していく。ここで、温度分布改善層１８をメンブレン９上に形成することで、メンブレン中央と基板側の低温部との温度差が温度分布改善層１８を伝わって早急に緩和されるため、メンブレン９内での温度分布を非常に小さくすることができる。 In the fifth embodiment, an object is to reduce the temperature distribution of the membrane 9 by using the temperature distribution improving layer 18 having good heat conduction. That is, although depending on the pattern shape, the center of the membrane 9 becomes high because the influence of heat conduction to the substrate 2 is the smallest, and the temperature decreases as it approaches the substrate side from the center of the membrane. Here, by forming the temperature distribution improving layer 18 on the membrane 9, the temperature difference between the center of the membrane and the low temperature portion on the substrate side is quickly mitigated through the temperature distribution improving layer 18. The temperature distribution of can be made very small.

ここでは、実施例１と同様のマイクロヒータ素子１において、薄膜サーミスタ保護膜の上に、温度分布改善層１８を形成した。まず、フォトリソグラフィにより、温度分布改善層１８を形成する部位以外にフォトレジストを形成した。つづいて、高周波マグネトロンスパッタ法により、厚さ１０ｎｍのＴｉからなる温度分布改善層１８を形成しフォトレジストをリフトオフにより剥離した。その後、基板裏面をＤ−ＲＩＥすることでキャビティ形成しメンブレン９を得た。 Here, in the same microheater element 1 as in Example 1, the temperature distribution improving layer 18 was formed on the thin film thermistor protective film. First, a photoresist was formed by a photolithography other than the portion where the temperature distribution improving layer 18 was formed. Subsequently, a temperature distribution improving layer 18 made of Ti having a thickness of 10 nm was formed by high-frequency magnetron sputtering, and the photoresist was peeled off by lift-off. Thereafter, the back surface of the substrate was D-RIE to form a cavity to obtain a membrane 9.

実施例５で作成したマイクロヒータ素子１を、実施例２と同じ要領で測定した。マイクロヒータ素子１の最高温度が１００℃になるように印加電圧を調整し、領域２０において最低温度を計測した。両方とも領域２０のメンブレン９の中央付近で１００℃になり、電極パッド１１へと接続される部分であるＦ点でやはり最低温度となった。表１より、図３のＦ点の温度を見ると、比較例１では、６９．３℃、実施例１では、８０．２℃、実施例２では、８７．３℃であり、やはり、それぞれで、最低温度部となっている。それらに対し、実施例５でのＦ点の温度は、９３．４℃と格段に改善されていた。 The microheater element 1 created in Example 5 was measured in the same manner as in Example 2. The applied voltage was adjusted so that the maximum temperature of the microheater element 1 was 100 ° C., and the minimum temperature was measured in the region 20. In both cases, the temperature became 100 ° C. near the center of the membrane 9 in the region 20, and the temperature became the lowest at point F, which is a portion connected to the electrode pad 11. From Table 1, the temperature at point F in FIG. 3 is 69.3 ° C. in Comparative Example 1, 80.2 ° C. in Example 1, and 87.3 ° C. in Example 2. And it is the lowest temperature part. On the other hand, the temperature at the point F in Example 5 was remarkably improved to 93.4 ° C.

すなわち、実施例５は、比較例１に比べて、格段に、温度分布に改善が見られた。また、実施例２に対しても、更なる改善が見られた。 That is, in Example 5, the temperature distribution was remarkably improved as compared with Comparative Example 1. In addition, further improvement was observed with respect to Example 2.

（実施例６）
実施例６を図１１に示す。実施例５と異なる点は、赤外線放射層１７が温度分布改善層１８の上に形成されている点である。温度分布改善層１８および赤外線放射層１７はキャビティ幅Ｌよりも小さい方が好ましい。理由は、実施例５の場合と同じである。赤外線放射層１７は、Ａｕ黒、Ｐｔ黒に代表される黒化膜等があげられるが、これに限定したものではなく、無機、有機材料、等これらを組み合わせたものを使用することができる。実施例４ではＡｕ黒を使用した。ここでは、実施例３のマイクロヒータ素子１において、裏面のＤ−ＲＩＥによるキャビティ１０の形成工程前に赤外線放射層１７を形成した。まず、フォトリソグラフィにより、赤外線放射層１７を形成する部位を露出させたマスクをかぶせ、低真空度においてＡｕ黒を蒸着にて形成した。その後、基板裏面をＤ−ＲＩＥすることでキャビティ１０を形成しメンブレン９を得た。また、金属で形成された黒化膜は一般的に密度が低く密着性が低いといった問題があるが、温度分布改善層１８は密着層としての機能も兼ね備えるので赤外線放射層１７の密着性を向上させることもできる。 (Example 6)
Example 6 is shown in FIG. The difference from the fifth embodiment is that the infrared radiation layer 17 is formed on the temperature distribution improving layer 18. The temperature distribution improving layer 18 and the infrared radiation layer 17 are preferably smaller than the cavity width L. The reason is the same as in the fifth embodiment. The infrared radiation layer 17 may be a blackened film typified by Au black or Pt black, but is not limited thereto, and an inorganic, organic material, or a combination of these may be used. In Example 4, Au black was used. Here, in the microheater element 1 of Example 3, the infrared radiation layer 17 was formed before the step of forming the cavity 10 by D-RIE on the back surface. First, a mask exposing the portion where the infrared radiation layer 17 is formed was covered by photolithography, and Au black was formed by vapor deposition at a low vacuum. Thereafter, the cavity 10 was formed by D-RIE of the back surface of the substrate, and the membrane 9 was obtained. In addition, the blackening film formed of metal generally has a problem of low density and low adhesion, but the temperature distribution improving layer 18 also functions as an adhesion layer, so the adhesion of the infrared radiation layer 17 is improved. It can also be made.

実施例５および、実施例６で作成したマイクロヒータ素子１を、外部に別で設けた赤外線検知素子を使って評価した。印加電圧はそれぞれ同じにし、マイクロヒータ素子１から直上に１０ｃｍ離れたところに赤外線検知素子として外部に別で設けた図示しないサーモパイルを対向するように設置して受光した赤外線量に応じて信号に変換された出力を比較することで評価した。また、測定環境の影響を受けないように温湿度管理された空間で行った。その結果、実施例６で作成したマイクロヒータ素子１は、実施例５に対して、約２．３倍の出力を得ることができた。すなわち、実施例６のマイクロヒータ素子１においては、放射率の高いＡｕ黒からなる赤外線放射層１７を具備しているため、より効果的に熱放射されているため高い出力を得ることができた。したがって、実施例６では、実施例５に比較して、赤外線放射効率が良くなったことを確認した。 The microheater element 1 created in Example 5 and Example 6 was evaluated using an infrared detection element provided separately outside. The applied voltage is the same, and a thermopile (not shown), which is separately provided outside as an infrared detection element, is placed 10 cm away from the micro heater element 1 so as to face it, and converted into a signal according to the amount of received infrared light. It was evaluated by comparing the output. Moreover, it was performed in a temperature and humidity controlled space so as not to be affected by the measurement environment. As a result, the microheater element 1 produced in Example 6 was able to obtain an output about 2.3 times that of Example 5. That is, in the microheater element 1 of Example 6, since the infrared radiation layer 17 made of Au black having a high emissivity was provided, a high output could be obtained because heat was radiated more effectively. . Therefore, in Example 6, it was confirmed that the infrared radiation efficiency was improved as compared with Example 5.

１マイクロヒータ素子
２基板
３絶縁膜
４マイクロヒータ
４Ａ、４Ｂマイクロヒータからの引き出し配線
５マイクロヒータ保護膜
６薄膜サーミスタ電極
６Ａ、６Ｂ櫛歯電極
７薄膜サーミスタ
８薄膜サーミスタ保護膜
９メンブレン
１０キャビティ
１１電極パッド
１２、２２Ｔｉ金属薄膜
１３、２３Ｐｔ金属薄膜
１４、１５エッチングマスク
１６Ａ、１６Ｂ薄膜サーミスタからの引き出し配線
１７赤外線放射層
１８温度分布改善層
１９段差
２０櫛歯電極６Ａ、６Ｂで囲まれた領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Micro heater element 2 Substrate 3 Insulating film 4 Micro heater 4A, 4B Lead-out wiring from micro heater 5 Micro heater protective film 6 Thin film thermistor electrode 6A, 6B Comb electrode 7 Thin film thermistor 8 Thin film thermistor protective film 9 Membrane 10 Cavity 11 Electrode Pads 12, 22 Ti metal thin film 13, 23 Pt metal thin film 14, 15 Etching mask 16A, 16B Lead-out wiring 17 from thin film thermistor 17 Infrared radiation layer
18 Temperature distribution improving layer 19 Step 20 Region surrounded by comb electrodes 6A and 6B

Claims

A microheater element in which a microheater and a thermistor are laminated on a substrate and further has a membrane structure,
The thermistor has a pair of comb electrodes,
A region surrounded by the pair of comb electrodes is formed when viewed from the stacking direction,
The microheater and the pair of comb electrodes are arranged so as not to overlap each other in the region as viewed from the stacking direction ,
The microheaters and the respective lead wires from the pair of comb-tooth electrodes are alternately arranged radially at equal intervals from the center position of the membrane structure as viewed from the stacking direction. element.

2. The microheater element according to claim 1 , wherein a pair of the comb electrodes and the thermistor are sequentially stacked on the microheater via an insulating layer.

A microheater element in which a microheater and a thermistor are laminated on a substrate and further has a membrane structure,
The thermistor has a pair of comb electrodes,
A region surrounded by the pair of comb electrodes is formed when viewed from the stacking direction,
The microheater and the pair of comb-tooth electrodes are arranged so as not to overlap each other in the region when viewed from the stacking direction, and the microheater is paired by a pair of combs outside the region when viewed from the stacking direction. A microheater element, which is disposed so as to surround the outer periphery of a tooth electrode.

A microheater element in which a microheater and a thermistor are laminated on a substrate and further has a membrane structure,
The thermistor has a pair of comb electrodes,
A region surrounded by the pair of comb electrodes is formed when viewed from the stacking direction,
The microheater and the pair of comb electrodes are arranged so as not to overlap each other in the region when viewed from the stacking direction, and a temperature distribution improvement layer is stacked on the thermistor via an insulating layer. A micro-heater element, wherein an infrared radiation layer is laminated on the temperature distribution improving layer.