JPH07193194A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 精密な測定ができること 【構成】 この装置は、（１００）面と＜１１０＞方向
を有するシリコン半導体基板に、（１００）面と実質的
に平行な第１の表面に異方性エッチングのみによってく
ぼみが形成されている。このくぼみ上に＜１１０＞方向
に対してゼロでない角度に方向づけられた薄膜誘電体部
材が懸垂され、第１の表面に対して少なくとも１個所で
接続されている。この薄膜誘電体部材は、くぼみの長手
方向と実質的に垂直である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、センサおよび電磁エネ
ルギーの輻射源の分野の集積半導体装置に関し、特に、
センシングを含む応用においては新しい微細空間（ｍｉ
ｃｒｏ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）を与える信号処理回
路も集積可能な集積半導体装置およびその製造方法に関
する。バッチプロセスによっても製造されるであろう本
発明の半導体装置は、集積化半導体装置の構成部品の従
来の配置手段で可能な場合に比べて十分なチップとのよ
り大きな熱的および物理的絶縁がされており、半導体回
路チップに熱によって抵抗値が変化する抵抗素子が集積
可能な空間（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ）を与えるもので
ある。本発明は、流れ検出、可燃性ガス検出、湿度検出
および圧力検出の技術分野において応用できるものであ
る。しかしながら、本発明はこれらの分野に限定される
ものではない。

【０００２】本発明は、半導体装置およびその製造方法
に関する。本発明の半導体装置は、くぼみが第１の表面
に形成された半導体基体を有している。さらに、半導体
装置は、抵抗素子を構成する部材を有し、その部材は、
上記くぼみ上に所定の距離をおいて設けられた予め決め
られた構成をしている。その部材は第１の表面に少なく
とも１つの位置で接続され、くぼみは、少なくとも予め
決められた構成の一部分の回りに開口を設け、そのくぼ
みが実質的に、部材と半導体基体との間に物理的および
熱的絶縁を与えるものである。また、くぼみは、上記開
口を介して異方性エッチングのみによって形成され、抵
抗を構成する部材は、形成されるくぼみの長手方向と実
質的に垂直な位置関係と成るようにされる。

【０００３】このようにすると、集積半導体装置は、ト
ランスデューサ即ち抵抗と半導体基体の間に実質的に物
理的および熱的に絶縁された空間を提供することにな
る。また、くぼみを異方性エッチングのみによって形成
し、抵抗素子を構成する部材は、形成されるくぼみの長
手方向と実質的に垂直な位置関係と成るようにされてい
るため、精密な計測が可能となる。

【０００４】このような装置を製造する方法は、その半
導体基体の結晶構造に関して予め決められた方向を持つ
第１の表面を有する半導体基体を与える工程を有してい
る。さらにその方法は、その部材を第１の表面上で形成
する材料層を与える工程を有している。また、その方法
は、少なくとも、第１の表面の１つの予め決められた領
域を露出させる工程も有していて、その露出した表面領
域は、所定の距離をおいて設けられるべき予め決められ
た構成部により一部限定されている。その予め決められ
た構成は、異方性エッチングによるアンダーカットが実
質上最小時間で起こるように方向づけされている。最後
に、本方法は、露出された表面に異方性エッチングのみ
を施して部材をアンダーカットし、くぼみを作る。した
がって、このような製法を用いると、くぼみを異方性エ
ッチングのみによって形成するため、抵抗素子を構成す
る部材は、形成されるくぼみの長手方向と実質的に垂直
な位置関係となり、精密な計測が可能となる装置を得る
ことができる。

【０００５】本出願では、本発明の種々の実施例を説明
し、前述したように、本発明は流れ検出、可燃性ガス検
出、湿度検出および圧力検出のような技術分野で応用で
きるものである。これらの特定の応用は、以下に詳細に
説明され、そして本発明の全般的装置およびその装置の
製造に関する製法について説明する。

【０００６】

【従来技術】はじめに、フローセンサに応用した一実施
例について説明する。長年にわたり、熱的測風学〔ｔｈ
ｅｒｍａｌ ａｎｅｍｏｍｅｔｒｙ〕は流体の流れを測
定するのに有効な手段であった。定義によれば、熱的風
速計は、動作においてその熱伝導によっている。通常
は、感温抵抗を持つ抵抗素子が、流体の流れの中に置か
れる。その抵抗素子を流れる電流は、電力の消費（ｅｌ
ｅｃｔｒｉｃａｌ ｐｏｗｅｒ ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏ
ｎ）によって抵抗素子の温度が上昇する。監視される流
体は、その流れによってその抵抗素子から熱をうばう。
その抵抗素子の最終的な温度は、抵抗値を測定して示さ
れて、流体の速度および熱伝導率の関数である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の抵抗値変化素子
は、通常熱線、熱フイルム、サーミスター型である。理
想的な熱的風速計は、高価でなく、だが、非常に速い応
答をする抵抗値トランスデューサで、正確かつ堅牢なこ
とである。これらの要望は、従来の熱的風速計が実証し
ているように、しばしばたがいに相反する。安い風速計
は、通常バルク形の検出素子からなり、応答時間特性は
わるい。速応答形の風速計は通常高価であり、こわれや
すい検出素子を有している。正確な風速計は、通常、検
出素子および支持構造のアセンブリに手間がかかり高価
である。さらに、従来の風速計は、流体の流れている領
域の中へ完全に挿入されなければならず、したがって、
ゴミ、糸くず、または他の破片の衝突による破壊や悪化
を受けやすい。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の熱的風速計また
はフロートランスデューサは、１つの理想的な変換器に
要求されるすべての特性を理想に近い形で満たすもので
ある。本発明によれば、精密な計測が可能となる。ま
た、本発明によれば、風速計はシリコン−コンパチブル
プロセス（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ ｐ
ｒｏｃｅｓｓｅｓ）のような低コストバッチプロセスに
よって製造することもできるので安価であり、ミリセコ
ンドのレンジの熱的時定数で応答し、正確さについて
は、流体の一定の変化に対して抵抗値がより大きく変化
するという感度の向上と、信号対雑音比（ｓｉｇｎａｌ
ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ）の向上によって、従
来の固体熱的風速計より優れている。そして、その構造
は、流体の流れの中に完全に挿入する必要のないような
ものであり、結果としてゴミ、糸くず、および他の破片
は、衝突するというよりはむしろ検出素子のそばを流れ
ることになる。本発明の風速計は、従来の熱的風速計よ
り性能劣化を受けにくいものである。

【０００９】本発明の一実施態様によれば、（１００）
面と＜１１０＞方向を有し、前記（１００）面と実質的
に平行な第１の表面に異方性エッチングのみによって形
成されたくぼみを有する（１００）シリコンからなる半
導体基板と、前記＜１１０＞方向に対してゼロでない角
度に方向付けられ、前記くぼみ上に懸垂され、前記第１
の表面に少なくとも１カ所で接続されている薄膜誘電体
部材と、前記薄膜誘電体部材に形成された抵抗素子とか
らなり、前記薄膜誘電体部材は、前記くぼみの長手方向
と実質的に垂直であることを特徴とする半導体装置が提
供される。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の風速計の一実施例を図面を用
いて詳しく説明する。図１および図２は、本発明にかか
るフローセンサの好ましい実施例の側断面図である。単
結晶（ｍｏｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ）半導体１０
は、窒化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ）
のような誘電体層１２によりおおわれた第１の表面１４
を有している。実施例では、図４のエレメント２２は、
誘電体層１２上にスパッタされたパーマロイ抵抗素子す
なわちグリッド１６およびリード部２４からなり、エレ
メント２２は、窒化シリコンのような誘電体層１８で覆
われている。

【００１１】誘電体層１２は、エレメント２２と半導体
１０の間に電気的絶縁（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ）を与え、
誘電体層１２および１８は、エレメント２２にパシベー
ション（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）を与える。グリッド
１６の下のくぼみ２０を形成することによって、抵抗素
子のグリッド１６と半導体１０の間に、十分な熱的およ
び物理的絶縁がなされる。くぼみ２０は、通常、後に述
べられるような目的にかなったエッチング技術を用いて
形成される。このくぼみ２０がないと、検出素子のグリ
ッド１６と半導体１０の間で十分な熱的および物理的絶
縁を得ることはむずかしい。たとえば、抵抗素子のグリ
ッド１６が、固体の誘電体層のみによって半導体１０と
分けられていたとすると、固体の誘電体の熱伝導率は、
通常、空気の熱伝導率よりも、より大きいので、抵抗素
子のグリッド１６は、実質的に、半導体１０へ熱を伝え
ることになる。

【００１２】検出素子のグリッド１６と半導体１０の間
の十分な熱的および物理的絶縁は、センサのような広く
種々さまざまな装置に適応できるという多くの利点を有
する。たとえば、この本発明の半導体基体のフローセン
サの場合、非常に薄い検出素子が半導体基体から熱的に
十分に絶縁されているような構成にすることにより、そ
の検出素子は空気の流れの非常に感度の良い測定ができ
るように適応される。何故なら、薄く形成された部分の
温度は空気の流れによってたやすく影響を受けるからで
ある。これは、半導体基体へ実質上熱が逃げてしまう検
出素子を有する固体の熱的風速計に対比される。このよ
うな構成の装置の温度感度は、半導体自体の熱によって
大きく影響される。

【００１３】図１の実施例において、部材すなわち検出
素子３４は、くぼみ２０の上に橋渡し、すなわちブリッ
ジ状に設けられ、半導体の第１の表面１４へ接続された
第１および第２の端を有している。このように、検出素
子３４は、上から見ると、ほぼ長方形であり、抵抗素子
１６と誘電体層１２および１８の一部とによって構成さ
れている。

【００１４】図２の実施例では、部材すなわち検出素子
３２は、抵抗素子１６と誘電体層１２および１８の一部
からなり、半導体の第１の表面１４に検出素子３２の一
端３６だけで接続されて、くぼみ２０の上で片持ちばり
されている。半導体基体１０へ接続されるのを、検出素
子３２の一端だけにすることは、半導体基体１０からの
実質的な抑制なしにほぼすべての方向に検出素子３２を
膨張および収縮させることができるという利点を含め
て、種々の利点がある。加えて、検出素子３２を介して
伝達される熱損失（ｈｅａｔ ｌｏｓｓ）は、その一端
のみで行われるので、検出素子３２は、十分に、より熱
的に絶縁されたものとなる。

【００１５】図３は、２つの並列配置された検出素子３
２または３４からなる薄膜誘電体部材がくぼみ２０の長
手方向に対して実質的に垂直に配置された本発明の好ま
しい実施例の正断面図であり、図１０ないし図１３は、
種々の好ましい実施例の平面図である。本発明のフロー
センサに関しては、１組の部材が、種々の利点を有する
好ましい実施例である。以下で説明されるが、たとえ
ば、２つの実質的に独立な部材を用いて一方からの信号
ともう一方からの信号を比較することで、環境の温度の
変化に対して自動的に温度補償をすることができる。そ
して、このような構成にすることは、単一の検出素子内
でのバックグラウンド電圧（ｂａｃｋ−ｇｒｏｕｎｄ
ｖｏｌｔａｇｅ）を容易にほぼ取り除けるので、非常に
測定の精度を上げることができる。さらに、フローセン
サに２つの測定素子を用いることは、以下でさらに説明
されるが、上流の検出素子は、下流の検出素子より冷や
されるので、速度と同様に流れの方法を指示することが
できる。

【００１６】しかしながら、くぼみ２０の上に支持され
た１つの検出素子でも、フローセンサになりうる。たと
えば、流れているかいないかを検出するために、１つの
検出素子のフローセンサで発生される空気の乱流信号
は、空気の流れの有無を検出するのに適しているであろ
う。空気の乱流による素子の抵抗変化の交流的な成分だ
けの増幅によりたとえば周囲温度の変化による素子抵抗
の遅いまたは直流的な成分の検出はしない。

【００１７】示した好ましい実施例では、パーマロイは
スパッタリングでたった数百オングストロームの厚さで
層を正確に形成できることと、パーマロイの特性によ
り、グリッドすなわち抵抗素子１６の抵抗値と抵抗素子
１６の温度の間に高い感度で予め決められた相関を得る
ことができることの理由から、パーマロイが抵抗素子１
６を形成するように選択されている。たとえば、非常に
薄い部材すなわち検出素子３２または３４は、抵抗素子
１６と誘電体層１２および１８より形成されるだろう。
フローセンサとして応用されるときは、検出素子３２ま
たは３４にかかる空気の流れは、空気の流れの速度と予
め決められた関係をもって抵抗素子１６を冷やして、抵
抗値の変化を起こし空気の流れを測定することができる
だろう。さらに、フローセンサとして使用される場合、
薄膜誘電体部材がくぼみの長手方向と実質的に垂直にな
っているため、薄膜誘電体部材の上と下（くぼみ内）の
流れの方向が一致し、正確な計測を行うことができる。

【００１８】示した実施例では、検出素子３２および３
４は、通常は、０．８から１．２ミクロン程度の厚さで
ある。この厚さは、通常８００オングストローム程度の
厚さの抵抗素子１６と、それぞれ通常数千オングストロ
ーム程度の厚さの誘電体層１２および１８を含むもので
ある。通常０．００１ｘ２．５４ｃｍないし０．０１０
ｘ２．５４ｃｍの深さの範囲であるくぼみ２０によって
抵抗素子１６が十分に半導体１０の基体から絶縁されて
いるという事実と共に、この非常に薄くかつ高い感度の
構成により、検出素子は高感度の流速測定ができる。

【００１９】前述したように、抵抗素子１６の好ましい
実施例は、図４に示すようなパーマロイのグリッドから
なるものである。リード部２４はパーマロイである。な
ぜなら、付加的なプロセスが除去できるからである。す
なわちリード部２４を他の材料で作ることは、付加的な
プロセスを必要とするからである。パーマロイのリード
部２４は、わずかに熱くなるが、リード部は、図４，図
１０，図１１，図１２および図１３に図示したように比
較的幅が広く、そしてリード部は、実質的に半導体１０
の基体へ熱を伝達し、リード部２４の加熱は比較的小さ
い。

【００２０】前述したように、図３に図示したような第
１および第２の抵抗素子からなるフロートランスジュー
サには種々の利点がある。このような構成の実施例は、
図５に図示したような回路と組み合わされ、バックグラ
ウンド信号を除去して直接測定信号を与えることによっ
て周囲温度とは独立した、より感度のよいフロートラン
スジューサを得ることができる。

【００２１】図３に図示したセンサの実施例の動作説明
および図５に図示した回路の説明のために、これらの図
面の抵抗素子を１６Ａおよび１６Ｂと符号を付する。そ
れぞれの抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂは、抵抗素子１６
からなる。抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂは、少なくとも
ほぼ同一であり通常はつり合わされているが、つり合わ
せる必要はない。

【００２２】本発明の実質的な利点は、図５に示すよう
な回路が、半導体１０の基体上に直接集積化することが
できることにあり、このようにして、バッチプロセスに
より、単一チップ上に完全な検出装置を得ることができ
る。

【００２３】図５に示した回路は、たとえば、ＴＬＯ８
７からなる差動増幅器を３つ有している。図示のよう
に、２つ増幅器５０および５２のそれぞれは、フィード
バックループ（ｆｅｅｄｂａｃｋ ｌｏｏｐ）に並列に
接続された抵抗素子１６Ａまたは１６Ｂを有している。
抵抗素子１６Ａは、そのリード部２４を介して、増幅器
５０の出力５４と負入力（ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｎｐｕ
ｔ）５９の間に接続される。抵抗素子１６Ｂは、同様に
そのリード部２４を介して、増幅器５２の出力５６と負
入力５８の間に接続される。

【００２４】増幅器５２への負入力５８は、抵抗６４を
介してポテンショメータ６２のワイパー６６へ接続され
ている。増幅器５０への負入力５９は、抵抗７０を介し
てワイパー６６へ接続されている。増幅器５０および５
２の正入力７２および７４は、それぞれ接地または基準
電位７６に接続されている。

【００２５】増幅器５２の出力５６は、抵抗８２を介し
て増幅器８０の負入力に接続され、増幅器５０の出力５
４は、抵抗８６を介して増幅器８０の正入力へ接続され
ている。増幅器８０の正入力８４は、抵抗８８を介して
接地または基準電位７６へ接続されている。抵抗９０
は、増幅器８０の出力９２と負入力７８の間に接続され
ている。

【００２６】ポテンショメータ６２の第１端子９４は、
＋１５ＶＤＣのような正の電源へ接続するために、ま
た、ポテンショメータ６２の第２の端子９６は、−１５
ＶＤＣのような負の電源に接続されるように設けてあ
る。ポテンショメータ６２は、電源のプラスおよびマイ
ナス電圧の間のどこでも予め決められた電位を選択する
ための手段を与えるものである。

【００２７】動作において、この示した回路は、出力９
２と接地または基準電位７６の間に抵抗素子１６Ａおよ
び１６Ｂからなる検出素子３２または３４にかかる流体
の速度と予め決められた関係を持つ電圧を発生する。抵
抗素子１６Ａおよび１６Ｂは、それぞれ、増幅器５０お
よび５２のフィードバックループに設けられる。それぞ
れの演算増幅器５０および５２は、そのフィードバック
ループ中に一定電流を維持する。よって、それぞれの抵
抗素子１６Ａおよび１６Ｂを通る電流は、その抵抗素子
の抵抗値とは独立である。そのフィードバックループの
中に、一定電流を維持するために、事実上、それぞれの
演算増幅器は、抵抗素子１６Ａまたは１６Ｂの抵抗値の
変化に応じて出力電圧を変化させる。前述のように、そ
れぞれのパーマロイの抵抗素子１６Ａまたは１６Ｂの抵
抗値は、その抵抗素子の温度と予め決められた関係で変
化する。よって、それぞれの演算増幅器５０および５２
の電圧出力は、その関連した抵抗素子エレメントの温度
と予め決められた関係を有している。

【００２８】演算増幅器８０は、演算増幅器５０と演算
増幅器５２の電圧出力の差を増幅し、演算増幅器８０の
出力９２の電圧は、演算増幅器５０と演算増幅器５２の
出力電圧の電圧差に比例している。したがって、出力９
２の電圧は、抵抗素子１６Ａと抵抗素子１６Ｂの間の温
度差と予め決められた関係を有している。抵抗素子１６
Ａと１６Ｂの温度差は、その検出素子エレメントにかか
る流体の速度と予め決められた関係を有している。よっ
て、増幅器８０の出力９２の電圧は抵抗素子１６Ａおよ
び１６Ｂにかかる流体の速度と予め決められた関係を持
っていることになる。

【００２９】まず、第１の部材すなわち抵抗素子１６Ａ
からなる検出素子にかかり、つぎに、第２の部材すなわ
ち抵抗素子１６Ｂからなる検出素子にかかる流体の流れ
は、抵抗素子１６Ａを、抵抗素子１６Ｂよりも冷たくす
ることになる。なぜなら、抵抗素子１６Ａにかかる流体
の流れは、抵抗素子１６Ａから熱をうばい、抵抗素子１
６Ｂの付近へ熱を運ぶからである。ワイパー６６におけ
る回路の供給電圧が正であるとすると、増幅器５２の出
力電圧は、増幅器５０の出力電圧よりも大きくなる。こ
の差は、増幅器８０によって増大され、出力９２の出力
電圧は、流体の速度と予め決められた関係を有してい
る。前述したように、出力９２における出力電圧は、ま
た、方向に関する指示も与えることができる。たとえ
ば、抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂがダクト内で流れに沿
って配列されたとすると、本発明の２つの検出素子のセ
ンサは流速と同様に流体の流れの方向を検出するために
用いることができる。なぜなら、上述したように、上流
の検出素子は下流の検出素子よりも冷やされるだろうか
らである。

【００３０】以上のように、図５に示した回路は、定電
流モードで、抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂを作動する。
また、他の回路でも、抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂ、ま
たは、本発明の他のセンサを、定電圧モード、定温度す
なわち定抵抗モード、または定電力モードで作動する回
路を有するものであればよい。

【００３１】次に、本発明を湿度センサとして応用した
例を説明する。この応用では、本発明のセンサは、表面
吸着影響（ｓｕｒｆａｃｅ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅ
ｆｆｅｃｔｓ）および光学的影響（ｏｐｔｉｃａｌ ｅ
ｆｆｅｃｔｓ）を受けずに、大気の水蒸気濃度または相
対湿度を測定することができ、信号処理回路の集積化と
コンパチブルで、１つの半導体チップ上に非常に低コス
トで実現できるものである。

【００３２】本発明の湿度センサは、水蒸気濃度の変化
とともに、空気の熱伝導率が変化することに原理をおい
ている。ここで、水蒸気濃度とは、単位容積当たりの乾
燥空気の分子の数に対する単位容量当たりの水蒸気分子
の数の比と定義する。この濃度は、しばしば乾燥空気の
平均分子量（ａｖｅｒａｇｅ ｍｏｌｅｃｕｌａｒｗｅ
ｉｇｈｔ）に対する水の分子量の一定比による比湿（ｓ
ｐｅｃｉｆｉｃ ｈｕｍｉｄｉｔｙ）に関連したモル湿
度（ｍｏｌａｌ ｈｕｍｉｄｉｔｙ）と称される。

【００３３】したがって、本発明の湿度センサは、図示
していないが、モル湿度測定に適当な乗算器を与える回
路を介して比湿へ変換されるモル湿度を直接に与えるも
のである。また、モル湿度測定値を相対湿度の測定値に
変換することも興味あるところである。このような変換
には周囲温度の測定が必要であり、標準湿度図表データ
（ｓｔａｎｄａｒｄ ｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔｒｉｃ ｃ
ｈａｒｔ ｄａｔａ）にしたがって相応する自動調整が
される必要がある。空気混合密度変化による多少の高度
の影響も、相対湿度への変換において問題になる。なぜ
なら、熱伝導率によって測定される水蒸気のあるモル分
率（ｍｏｌｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ）に対して、水蒸気の
分圧は高度とともに変化するだろうからである。したが
って、最も正確な相対湿度の測定の場合には、変換は、
高度依存因子（ａｌｔｉｔｕｄｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔ
ｆａｃｔｏｒ）によってわずかに調整されなければなら
ない。このような変換は、図示しない回路によってなさ
れるであろう。

【００３４】環境制御の応用装置には、ある低い基準温
度およびゼロ湿度におけるエンタルピーに関する混合空
気エンタルピーとして読みだされる装置が必要とされ
る。エンタルピーは、一定モル湿度において、温度とと
もに直線的に変化し、そして、氷結および凝固を除外す
る範囲で、一定温度においてモル湿度とともに直線的に
変化する。エンタルピーの決定は、モル湿度測定および
混合空気温度から、回路によって得ることができる。そ
の回路は図示していないが、混合温度と基準温度の差に
比例した乾燥空気に対しての読み出しオフセットを生
じ、モル湿度出力をエンタルピーの目盛りに変換する。

【００３５】以下本発明の湿度センサへの応用例を図面
を用いて一実施例により詳細に説明する。その簡単な形
では、本発明の湿度センサは、基体１００の第１の表面
１０４の中にエッチングまたは他の方法で形成されたく
ぼみ１０２を有する半導体基体からなるものであり、さ
らに、符号１０６で示したような検出素子１０６を有す
る。その検出素子１０６は、図１の検出素子３４と同じ
ようにくぼみ１０２の上に橋渡しすなわちブリッジ形に
されるようにするか、または図２および図６に示したよ
うなカンチレバー形すなわち片持ちばりのような形のも
のであろう。部材すなわち検出素子１０６は、通常、符
号１０８で示した抵抗素子を有し、くぼみ１０２の上に
所定の距離をおいて設けられた予め決められた形をして
いる。検出素子１０６は、位置１１０で示したような少
なくとも１つの位置で第１の表面１０４に接続されてい
る。くぼみ１０２は、部材すなわち検出素子１０６の予
め決められた構成の少なくとも一部のまわりで第１の表
面に開口を形成している。この抵抗素子１０８は、電流
が供給されて温められると、抵抗素子１０８の抵抗値と
温度の間に予め決められた関係を有している。

【００３６】本発明の湿度センサは、さらに図８のよう
な流れ止め手段１１６を有することで、検出素子１０６
にかかる空気の流れをほぼ防ぎ、空気の流れによる抵抗
素子１０８の冷却をふせいでいる。この流れ止め手段１
１６は、検出素子１０６および半導体基体１００の湿度
レベルを周囲環境の湿度レベルと等しくするために開口
１１８を有している。さらに、センサが空中の微粒子に
よって汚染されるのを防ぐために、フィルタ１２０が設
けられている。

【００３７】抵抗素子１０８は、抵抗素子１０８の抵抗
値すなわち温度に関係した大きさを持つ信号を与えるよ
うに使用され、その信号の大きさは、くぼみ１０２を介
してその素子１０８と半導体基体１００の間で変化する
熱的結合（ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって
湿度とともに変化する。この熱的結合の変化は、モル湿
度の変化とともに、空気の伝導率の変化を介して起きる
もので、この結果湿度の測定をすることができる。

【００３８】この湿度センサの典型的な応用において
は、チップすなわち半導体基体１００は、つき出た部分
（ｈｅａｄｅｒ）１１２に設けられたガラス部材１１４
にエポキシ（ｅｐｏｘｙ）でつけられている。このガラ
ス部材１１４は、ほぼこの突き出た部分１１２から基体
１００を熱的に絶縁している。この突き出た部分は、通
常電気的接続ができるようにワイヤーボンディング構成
を接続するために、図示していないが、貫通接続孔（ｆ
ｅｅｄｔｈｒｏｕｇｈｓ）を有している。

【００３９】さらにまた、この湿度センサは抵抗素子１
２４からなる基準抵抗手段１２２を有している。以下で
さらに述べるように、この本発明によるセンサには、必
要な予め決められた温度範囲にわたって抵抗熱係数（ｔ
ｈｅｒｍａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓ
ｉｓｔａｎｃｅ：ＴＣＲ）がほとんどゼロである直列の
抵抗素子１２６を有している。図７および以下で示すよ
うに、直列の抵抗素子１２６は、抵抗素子１２４と直列
に接続してもよい。そのかわりに、直列の抵抗素子１２
６は、抵抗素子１０８と直列に接続してもよい。たとえ
ば、直列の抵抗素子１２６は、ケイ化クロム（ｃｈｒｏ
ｍｅ ｓｉｌｉｓｉｄｅ）またはニクロム（ｎｉｃｈｒ
ｏｍｅ）素子からなるものである。

【００４０】さらに、本発明の湿度センサは、エレメン
ト１２８からなるヒータを有していて、半導体基体１０
０の温度を予め決められた温度に制御するようになって
いる。エレメント１２８は半導体基体に実質的に熱を伝
達するパーマロイエレメントのような抵抗素子からな
る。

【００４１】抵抗素子１０８のように、抵抗素子１２４
は、図４に示したようにパーマロイのグリッドからな
る。このように、抵抗素子１２４は、抵抗素子１０８に
対して基準抵抗として役割を果たすだけでなく、抵抗素
子１２４ないし自動温度調節された半導体基体１００に
対して温度測定手段としての役割も果たす。パーマロイ
は、温度と抵抗値の間に予め決められた関係を持つ。こ
のように、半導体基体１００は、抵抗素子のエレメント
１２８を流れる電流を調節し、かつ抵抗素子１２４で基
体１００の温度を監視することによって、予め決められ
た高い温度に維持され得る。

【００４２】示したように、抵抗素子１０８，１２４，
１２６および１２８は窒化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ
ｎｉｔｒｉｄｅ）のような２つの誘電体層の間にはさま
れており、第１の層１２７は、第１の表面１０４の少な
くとも一部を覆っている。半導体基体１００に実質的に
熱を伝導するパーマロイの抵抗素子１２４を持ってすれ
ば、抵抗素子１２４の温度は半導体基体の温度によって
実質的に調節される。さらに、抵抗素子１２４は実質的
に半導体基体１００に熱的に結合されているので、抵抗
素子１２４の抵抗値は、湿度の変化とともに実質的に変
化しない。したがって、抵抗素子１２４からの信号は、
抵抗素子１０８からの信号によって相殺され、予め決め
られた比湿の条件の下で、予め決められた値を有するで
あろう結果の信号を効果的に供給することになる。図５
に示すような回路が、この目的を達成するために用いら
れ、図５の抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂを湿度センサの
抵抗素子１０８および１２４と置きかえ、抵抗素子１２
６を適当に抵抗素子１０８または１２４のどちらかに直
列に設けることになる。

【００４３】パーマロイ素子の温度対抵抗値曲線は非直
線である。抵抗素子１０８の温度対抵抗値曲線は、第１
の予め決められた動作温度で動作している時は第１の予
め決められた傾斜を有するだろう。たとえば、通常は抵
抗素子１２４によって測定されるチップすなわち基体１
００の自動温度調節された温度のような第２の予め決め
られた温度で、抵抗値１２４の抵抗値は、抵抗素子１２
４の温度対抵抗値曲線が、その動作温度で抵抗素子１０
８の予め決められた傾斜とほぼ一致する傾斜となるよう
に確立される。抵抗素子１０８または１２４の全体の有
効な抵抗値は、適当に、抵抗素子１０８または１２４の
どちらかに、この例の場合は抵抗素子１２４だが、直列
に抵抗素子１２６を加えることによって調整される。そ
して、直列の抵抗素子１２６は、必要な温度範囲にわた
って、抵抗値の熱的係数がほぼゼロであるものである。
結果として、基準抵抗素子の全体の有効な抵抗値は、第
２の予め決められた温度において、湿度センサの検出素
子の第１の予め決められた温度での全体の有効な抵抗値
と等しくなるように作られるだろう。このようにして、
基準抵抗素子と湿度の検出素子の有効な抵抗値はほぼ等
しく、この２つの素子を通る信号は、予め決められた湿
度で信号の和がほぼゼロになるように相殺される。これ
は、図５に示したような回路によって達成できるもので
ある。

【００４４】次に、本発明を可燃性ガスセンサとして応
用した例を説明する。前述したように、本発明は、可燃
性ガスを検出するためのセンサとしての応用ができる。
図９に示したような本発明の可燃性ガスセンサーの一実
施例は、図３に示したフローセンサと、反応部材１３０
が抵抗素子の１つに熱的に結合されていることを除いて
きわめて似ている。可燃性ガスと酸素がある中で温めら
れると、反応部材１３０は、可燃性ガスの存在を示すこ
とになる。加えて、湿度センサに用いられていた流れ止
め手段１１６のような流れ止め手段もまた、実施例に示
した第１および第２の検出素子にかかる空気の流れをほ
ぼ防ぐように用いられる。

【００４５】図９において、反応部材１３０が、検出素
子１４０の中に抵抗素子１４２と熱的に結合されてい
る。本発明の可燃性ガスセンサの１つの好ましい実施例
では、反応部材１３０は、抵抗素子１４２によって温め
られるが、通常、たとえば、酸化鉄、プラチナまたはバ
ラジウムの触媒反応性（ｃａｔａｌｙｔｉｃａｌｌｙａ
ｃｔｉｖｅ）薄膜からなる。このような実施例におい
て、触媒反応性薄膜が可燃性ガスおよび酸素の有る中で
温められたとき、発熱反応を生じて、温度が変化し、し
たがってその相応した抵抗素子１４２の抵抗値が変化す
る。このように、発熱反応による抵抗素子１４２の温度
変化は、可燃性ガスの存在を示して抵抗素子の抵抗値変
化をさせる。

【００４６】本発明の他の好ましい実施例では、反応部
材１３０は、たとえば、酸化鉄または酸化スズの金属酸
化物の抵抗素子からできていて、抵抗素子１４２によっ
て温められる。その金属酸化物の抵抗素子は図４に示す
素子１６に似た形でもよい。このような実施例では、可
燃性ガスおよび酸素の有る中で抵抗素子１４２によって
温められるとき、金属酸化物の抵抗素子の抵抗値が変化
して、可燃性ガスの存在を検出する。

【００４７】そして、本発明の可燃性ガスセンサは、チ
ップすなわち半導体基体１３２の第１の表面１３６の中
にエッチングまたは他の方法で形成されたくぼみ１３４
を持つ半導体基体を有する。この可燃性ガスセンサは、
図１に示した検出素子３４と同様にくぼみ１３４の上に
橋渡しされた形か、または図２に示した検出素子３２の
ようにカンチレバー形すなわち片持ちばりのようにされ
た形の検出素子１４０を有する。この検出素子は通常、
図４に示すようなパーマロイのグリッドからなる符号１
４２で示した抵抗素子を有する。検出素子１４０は、く
ぼみ１３４上に所定の距離をおいて設けられた予め決め
られた形をしていて、少なくとも一個所で第１の表面１
３６に接続されている。くぼみ１３４は、検出素子１４
０の予め決められた形の少なくとも一部のまわりで第１
の表面１３６に開口を形成している。部材すなわち検出
素子１４０は、抵抗素子１４２と半導体基体１３２の間
で十分な物理的かつ熱的絶縁を与えるものである。前述
したように、この部材すなわち検出素子１４０は、抵抗
素子１４２と熱的に結合された反応部材１３０を有して
いる。抵抗素子１４２は、電流が与えられて温まると、
その抵抗素子１４２の抵抗値と温度の間に予め決められ
た関係を有する。

【００４８】さらにまた、本発明の可燃性ガスセンサ
は、図８に示した流れ止め手段１１６のような流れ止め
手段を有し、その流れ止め手段１１６は、検出素子１４
０にかかる空気の流れをほぼさまたげることになり、抵
抗素子１４２が空気の流れによって冷却されるのを実質
的に防げている、この流れ止め手段１１６は、たとえば
図８に示した開口１１８のようなものによって、反応部
材１３０へ可燃性ガスが出入できるようになっている。

【００４９】前述のように、本発明の可燃性ガスセンサ
の第１の好ましい実施例では、反応部材１３０は、通
常、触媒反応性薄膜からなる。このような実施例では、
反応部材１３０が可燃性ガスおよび酸素の有る中で抵抗
素子１４２によって温められると、発熱反応を生じ、温
度が変化し、したがって抵抗素子１４２の抵抗値が変化
する。この抵抗素子１４２の抵抗値における変化は、可
燃性ガスの存在を示すことになる。第２の好ましい実施
例では、反応部材１３０は、通常金属酸化物の抵抗素子
からなる。このような実施例では、この抵抗素子は可燃
性ガスおよび酸素の有る中で抵抗素子１４２によって温
められると抵抗値が変化して、可燃性ガスの存在を検出
する。

【００５０】また、抵抗素子１４２は窒化シリコンのよ
うな２つの誘電体層の中に保護されていて、第１の層１
４４はまた第１の表面１３６の少なくとも一部を覆って
いる。図示のように、反応部材１３０は、検出素子１４
０の誘電体層１４６の上に設けられている。

【００５１】もし、本発明の可燃性ガスセンサの第１の
好ましい実施例が用いられるとすると、第２の検出素子
１４８で示されるように第２の抵抗素子１５０を用いる
ことが望ましい。図示のように、第２の検出素子１４８
は、くぼみ１３４の上に所定の距離をおいて設けられた
予め決められた形状を有し、第２の検出素子１４８は少
なくとも１個所で第１の表面１３６に接続されていて、
くぼみ１３４は、検出素子１４８の予め決められた形状
の少なくとも一部のまわりで第１の表面１３６に開口を
形成している。くぼみ１３２は、第２の抵抗素子１４８
と半導体基体１３２の間に十分な物理的かつ熱的な絶縁
を与える。

【００５２】検出素子１４８が反応部材１３０のような
反応部材を有していないこと以外は、検出素子１４０と
検出素子１４８はほぼ同一であってもよい。検出素子１
４８は抵抗素子１５０を有し、周囲温度変化に対してほ
ぼ検出素子１４０と同じ反応を有する基準検出素子とし
て用いられて、自動温度補正をすることになる。さら
に、基準の抵抗素子１５０からの信号は、検出素子１４
２からの信号に対して相殺するように働き、バックグラ
ウンド信号のレベルを除外して、反応部材１３０によっ
て導かれた温度変化によって生じた信号を直接測定でき
るようにしている。実質的に図５に示した同じ回路が、
この目的を達成するために用いられ、図５の抵抗素子１
６Ａおよび１６Ｂと抵抗素子１４２および１５０を置き
換えることになる。

【００５３】次に本発明を圧力センサとして応用した例
を説明する。前述したように、本発明は圧力センサとし
て、一例としては、大気圧力以下の圧力（ｓｕｂ−ａｔ
ｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ）を測定するた
めのセンサとしての応用ができる。比較的広いダイナミ
ックレンジをカバーする圧力センサが望まれている。た
とえば、変化する温度および圧力で酸素、アルゴン、窒
素および水素のような種々のガスを用いている一般の工
業用プロセスは、しばしばプロセス制御の一部として圧
力の測定が要求される。

【００５４】従来の大気圧以下のレンジでのタングステ
ン加熱の熱伝導率圧力センサは、満足できるものではな
かった。なぜなら、比較的低いダイナミックレンジ、高
電力および電圧の必要性、こわれやすさ、低い抵抗熱係
数（ｌｏｗ ｔｈｅｒｍａｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ
ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）による比較的低い感度、
そして、酸素分圧が加熱されたタングステンの冷却時定
数（ｃｏｏｌｉｎｇｔｉｍｅ ｃｏｎｓｔａｎｔ）より
速く増加するとタングステンが容易に酸化してしまうと
いう短寿命等短所を有していたからである。本発明の圧
力センサはこれらの短所の程度をいちじるしく減少また
は除去するものである。

【００５５】本発明の圧力センサは、単位ガス容積の熱
伝導率の変化に基づいている。特に、平均自由行路長
（ｍｅａｎ ｆｒｅｅ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈｓ）
は、たとえば図７の検出素子１０６とその下の半導体基
体１００の間の距離によって限定されているので、検出
素子からの熱移動量（ｈｅａｔ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａ
ｔｅ）および熱伝導率は、ガス圧力の減少とともに減少
する。これは、抵抗素子１０８が一定電流で動作してい
るとすれば、抵抗素子１０８の温度上昇を導く。

【００５６】本発明の圧力センサは、ほぼ本発明の湿度
センサと同じ構成でよく、その湿度センサの説明に用い
た同じ図を用いて説明する。その簡単な形では、本発明
の圧力センサは、基体１００の第１の表面１０４の中に
エッチングまたは他の方法で形成されたくぼみ１０２を
有する半導体基体からなるもので、さらに、符号１０６
で示したような検出素子１０６を有する。その検出素子
１０６は、図１の検出素子３４と同じようにくぼみ１０
２の上に橋渡しされるようにするか、または図２および
図６に示したようなカンチレバー形すなわち片持ちばり
のような形のものであろう。部材すなわち検出素子１０
６は、通常、符号１０８で示した抵抗素子を有し、くぼ
み１０２の上に所定の距離をおいて設けられた予め決め
られた形をしている。検出素子１０６は、位置１１０で
示したような少なくとも１つの位置で第１の表面１０４
に接続されている。くぼみ１０２は、部材すなわち検出
素子１０６の予め決められた構成の少なくとも一部のま
わりで第１の表面に開口を形成している。抵抗素子１０
８は、電流が供給されて温められると、抵抗素子１０８
の抵抗値と温度の間に予め決められた関係を有してい
る。

【００５７】本発明の圧力センサは、さらに図８のよう
な流れ止め手段１１６を有することで、検出素子１０６
にかかる空気の流れをほぼ防ぎ、空気の流れによる抵抗
素子１０８の冷却を防いでいる。この流れ止め手段１１
６は、圧力レベルを検出素子１０６と半導体基体１００
とを周囲環境の圧力レベルと等しくするために開口１１
８を有している。さらに、センサが空中の微粒子によっ
て汚染されるのを防ぐために、フィルター１２０が設け
られている。

【００５８】抵抗素子１０８は、抵抗素子１０８の抵抗
値および温度に関係した大きさを持つ信号を与えるよう
に使用され、その信号の大きさは、くぼみ１０２を介し
て、その素子１０８と半導体基体１００の間で変化する
熱的結合（ｔｈｅｒｍａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ）によって
大気圧力以下の圧力とともに変化する。この熱的結合の
変化は、圧力の変化とともに、空気の伝導率の変化を介
して起きるもので、この結果圧力の測定をすることがで
きる。

【００５９】この圧力センサの典型的な応用において
は、チップすなわち半導体基体１００は、突き出た部分
（ｈｅａｄｅｒ）１１２に設けられたガラス部材１１４
にエポキシ（ｅｐｘｙ）で接着されている。このガラス
部材１１４はほぼこの突き出た部分１１２から基体１０
０を熱的に絶縁している。この突き出た部分は、通常、
電気的接続ができるようにワイヤーボンディング構成を
接続するために、図示していないが貫通接続孔（ｆｅｅ
ｄｔｈｒｏｕｇｈｓ）を有している。

【００６０】さらにまた、この圧力センサは抵抗素子１
２４からなる基準抵抗手段１２２を有している。本発明
の湿度センサのところで述べたように、この本発明によ
る圧力センサには、必要な予め決められた温度範囲にわ
たって抵抗熱係数（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉ
ｅｎｔ ｏｆ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ：ＴＣＲ）がほと
んどゼロである直列の抵抗素子１２６を有している。図
７および以下で示すように、直列の抵抗素子１２６は、
抵抗素子１２４と直列に接続してもよい。そのかわり
に、直列の抵抗素子１２６は、抵抗素子１０８と直列に
接続してもよい。たとえば、直列の抵抗素子１２６は、
ケイ化クロム（ｃｈｒｏｍｅ ｓｉｌｉｃｉｄｅ）また
はニクロム（ｎｉｃｈｒｏｍｅ）素子からなるものであ
る。

【００６１】さらに、本発明の圧力センサは、エレメン
ト１２８からなるヒータを有しており、このヒータによ
って半導体基体１００の温度を予め決められた温度に制
御するようになっている。エレメント１２８は、半導体
基体に実質的に熱を伝達するパーマロイエレメントのよ
うな抵抗素子からなる。

【００６２】抵抗素子１０８のように、抵抗素子１２４
は、図４に示したようにパーマロイのグリッドからな
る。このように、抵抗素子１２４は、抵抗素子１０８に
対して基準抵抗として役割を果たすだけでなく、抵抗素
子１２４ないし自動温度調節された半導体基体１００に
対して温度測定手段としての役割も果たす。パーマロイ
は、温度と抵抗値の間に予め決められた関係を持つ。こ
のように、半導体基体１００は、抵抗素子のエレメント
１２８を流れる電流を調節し、かつ抵抗素子１２４で基
体１００の温度を監視することによって、予め決められ
た高い温度に維持することができる。

【００６３】示したように、抵抗素子１０８，１２４，
１２６および１２８は窒化シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎ
ｎｉｔｒｉｄｅ）のような２つの誘電体層の間にはさま
れており、第１の層１２７は、第１の表面１０４の少な
くとも一部を覆っている。また、半導体基体１００に実
質的に熱を伝達するパーマロイの抵抗素子１２４を持っ
てすれば、抵抗素子１２４の温度は、半導体基体の温度
によって実質的に調節される。さらに、抵抗素子１２４
は実質的に半導体基体１００に熱的に結合されているの
で、抵抗素子１２４の抵抗値は、圧力の変化とともに実
質的に変化しない。したがって、抵抗素子１２４からの
信号は、抵抗素子１０８からの信号によって相殺され、
予め決められた圧力の条件の下で、予め決められた値を
有するであろう結果の信号を効果的に供給することにな
る。図５に示すような回路が、この目的を達成するため
に用いられ、図５の抵抗素子１６Ａおよび１６Ｂを圧力
センサの抵抗素子１０８および１２４と置きかえ、抵抗
素子１２６を適当に抵抗素子１０８または１２４のどち
らかに直列に設けることになる。

【００６４】パーマロイ素子の温度対抵抗値曲線は非直
線である。抵抗素子１０８の温度対抵抗値曲線は、第１
の予め決められた動作温度で動作している時は第１の予
め決められた傾斜を有するだろう。たとえば、通常は抵
抗素子１２４によって測定されるチップすなわち基体１
００の自動温度調節された温度のような第２の予め決め
られた温度で、抵抗値１２４の抵抗値は、抵抗素子１２
４の温度対抵抗値曲線が、その動作温度で抵抗素子１０
８の予め決められた傾斜とほぼ一致する傾斜となるよう
に確立される。抵抗素子１０８または１２４の全体の有
効な抵抗値は、適当に、抵抗素子１０８または１２４の
どちらかに、この例の場合は抵抗素子１２４だが、直列
に抵抗素子１２６を加えることによって調整される。そ
して直列の抵抗素子１２６は、必要な温度範囲にわたっ
て、抵抗値の熱的係数がほぼゼロであるものである。結
果として、基準抵抗素子の全体の有効な抵抗値は、第２
の予め決められた温度において、圧力センサの検出素子
の第１の予め決められた温度での全体の有効な抵抗値と
等しくなるように作られるだろう。このようにして、基
準抵抗素子と圧力の検出素子の有効な抵抗値はほぼ等し
く、この２つの素子を通る信号は、予め決められた圧力
で信号の和がほぼゼロになるように相殺される。ここで
もこれは、図５に示したような回路によって達成できる
ものである。

【００６５】本発明の圧力センサが、湿度レベルの変化
にも感じるように説明したけれど、これは通常の応用に
おいては問題にはならない。なぜならば、本発明の圧力
センサの使用レンジにわたって、圧力変化に対する応答
は、湿度変化に対する応答に比べて大きいからである。

【００６６】いま、第１に、本発明のセンサに関する現
象を考えるとき、ガスの圧力が低くなる、すなわち、ガ
スの密度が低くなると、抵抗素子を有する温められた部
材から熱をうばうべき分子がより少なくなることになる
と考えられる。そして、その抵抗素子に定電流を流す
と、もし、分子がより少なければ、部材は圧力が低下す
るとどんどん熱くなると思われる。しかしながら、この
ような場合は、分子の平均自由行路長がその部材すなわ
ち検出素子と半導体基体の間の距離の検出できる一部の
長さ（ａｎ ａｐｐｒｅｃｉａｂｌｅ ｆｒａｃｔｉｏ
ｎ ｏｆ ｔｈｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎ）であるときだけ
である。

【００６７】その部材すなわち検出素子と半導体基体の
間の距離に比べて平均自由行路長が短いときの圧力に対
しては、検出素子から逃げる熱の量は、圧力の変化とと
もに検出できるほぼ変化しない。たとえば、１０％（パ
ーセント）の圧力変化が、その相応した量でガス密度を
低下させるが、平均自由行路および、実際どのカテゴリ
ーの全行路長（ａｌｌ ｐａｔｈ ｌｅｎｇｔｈｓ）は
補正するために、たとえば１０％の全く同じ量まで上昇
する。このように、平均自由行路長が、検出素子と半導
体基体の間の距離に比べて短いときの圧力に対しては、
分子は衝突したときは停止し、そして、より少ない分子
しか存在しないが、分子は止められることなく１０％進
むことになるので検出素子からの熱移動量は同じとなる
という近似をすることができる。これは、ガスの分子の
平均自由行路長が、検出素子と半導体基体の間の距離に
比べて短いときにかぎって、非常に正確な依存または補
正因子である。

【００６８】以上のように、本発明の圧力センサは、通
常の大気圧付近、たとえば、１気圧から０．１気圧のレ
ンジの圧力には、普通は感じないだろう。特別の好まし
い実施例から見れば、前述した例より、微細構造と組み
合わされて、ヒータおよび温度センサとして働くパーマ
ロイの抵抗素子は、空気の流れ、湿度、圧力、可燃性ガ
スおよび他のガス性のもののような多くの物理的な変化
をする物を検出するための基本となるものを与えるよう
な総体的な発明と見ることができる。実際、物質の構成
物において温度変化を生ずるような変化をするいかなる
物理的量も、原則として示したような構造に基づいたセ
ンサによって検出することができる。

【００６９】さらに、部材すなわち検出素子は、たとえ
ば、示したような抵抗素子からなっていて、検出目的の
ための熱電変換エレメント（ｔｈｅｒｍａｌ−ｔｏ−ｅ
ｌｅｃｔｒｉｃ ｔｒａｎｓｄｕｃｉｎｇ ｅｌｅｍｅ
ｎｔ）としてだけでなく、電磁放射を与えるかまたは他
の方法で熱エネルギー源として働くための電熱変換エレ
メント（ｅｌｅｃｔｒｉｃ−ｔｏ−ｔｈｅｒｍａｌ ｅ
ｌｅｍｅｎｔ）としての役割をすることができる。もち
ろん、このような総称的エレメントは、パーマロイの抵
抗素子を有することに限定されない。何故なら、適当な
熱電または静電素子で十分であるからである。検出素子
の他の例は、酸化亜鉛の単結晶フィルム（ｚｉｎｃ ｏ
ｘｉｄｅ ｍｏｎｏ−ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｆｉｌ
ｍ）、薄膜熱電対結合（ｔｈｉｎ ｆｉｌｍ ｔｈｅｒ
ｍｏｃｏｕｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ）、半導体物質の
サーミスターフィルムのような焦電材料、または、好適
な抵抗値の温度係数を持つパーマロイでない他の金属フ
ィルムを含んでいる。

【００７０】よって、前の特定の例においてより、もっ
と一般的に説明し、図１ないし図４に示す構造を用い
て、本発明を説明する。本発明は、基体の第１の表面の
中にエッチングまた他の方法で形成されたくぼみ２０を
持つ半導体基体１０を有している。さらに、本発明は、
符号１６で示したような熱電変換または静電素子を有す
る部材すなわち検出素子３２または３４を有し、かつ、
その検出素子は、くぼみ２０の上に所定の距離をおいて
設けられた予め決められた構造で、すくなくとも１個所
で第１の表面１４に接続されている。そのくぼみは、部
材すなわち検出素子の予め決められた構成の少なくとも
一部のまわりで、第１の表面に開口を形成している。く
ぼみは、その熱電変換または静電素子と半導体基体の間
に十分な物理的かつ熱的絶縁を与えるものである。

【００７１】このような集積半導体装置は、後で述べる
ようなバッチプロセスを通して製造することができ、熱
電変換または静電素子と半導体基体の間に十分な物理的
かつ熱的絶縁の空間を与えられる。本発明に関するこの
ような装置の製造は、基体の結晶構造（ｃｒｙｓｔａｌ
ｌｉｎｅ ｓｔｒｕｔｕｒｅ）に関して予め決められた
方向（ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ）を有する第１の表面を
持つ半導体基体を設けることの段階と、部材すなわち検
出素子を第１の表面に構成するための物質層を設けるこ
との段階を有している。本発明の製造方法は、さらに、
第１の表面の少なくとも予め決められた領域を露出する
ことの段階を有し、その露出された表面の領域は、後で
くぼみを設けたときに部分的にくぼみの上に所定の距離
をおいて設けられるような予め決められた構成にして、
その予め決められた構成は方向性を有していて、その結
果、異方性エッチングによって予め決められた構成のア
ンダーカットをすることが、ほぼ最小時間で行われるで
あろう。

【００７２】本発明の好ましい実施方法例は、まず（１
００）シリコンウェーハ表面１４を設けることである。
その表面１４には、低圧のガス放電（ｌｏｗ ｐｒｅｓ
ｓｕｒｅ ｇａｓ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）の中で通常の
スパッタリング技術によってつけられる通常３０００オ
ングストロームほどの熱さの窒化シリコン１２の層があ
る。次の段階では、通常は８０％のニッケルと２０％の
鉄からなる８００オングストロームほどのパーマロイの
一様な層が、スパッタリングによって窒化シリコンの上
につけられる。

【００７３】適当なフォトマスク（ｐｈｏｔｏ ｍａｓ
ｋ）、フォトレジスト（ｐｈｏｔｏｒｅｓｉｓｔ）およ
び適当なエッチャント（ｅｔｃｈａｎｔ）を用いて、グ
リッド１６およびリード部２４からなるパーマロイのエ
レメント２２が形成される。通常５０００オングストロ
ームの厚さの窒化シリコンの第２の層１８が、パーマロ
イのエレメントを全部覆うようにスパッタリングによっ
てつけられ、その抵抗素子とそのリード部を酸化から保
護する。３０００オングストロームの厚さの窒化シリコ
ンの第１の層と、５０００オングストロームの厚さの窒
化シリコンの第２の層を設けることは、誘電体の非対称
の層の部材すなわち検出素子ができることになるが、こ
のような対称性の欠如は、等しい厚さの層を設ければ、
訂正することができる。図１０，図１１，図１２および
図１３には、開口１５２が、それぞれの部材を形成する
ために、窒化物を通して（１００）シリコンの表面まで
エッチングされる。この開口１５２は、＜１１０＞方向
に対してゼロでないある角度をもった辺とこの辺と直交
する辺とを組み合わせて形成されている。ここで、部材
は直線の縁を有しているように図示してあるが、このよ
うな形状は、たとえば、曲線の縁を有するように変更し
てもよい。

【００７４】最後に、窒化シリコンを侵さない異方性エ
ッチング（ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃｅｔｃｈａｎｔ）が
用いられて、部材の下のシリコンを制御された方法でエ
ッチングでとり除く。水酸化カリウム（ＫＯＨ）とイソ
プロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌ ａｌｃｏｈ
ｏｌ）の混合物が適当なエッチャント（ｓｕｉｔａｂｌ
ｅ ｅｔｃｈａｎｔ）である。エッチングされたくぼみ
の斜面は、（１１１）面と、エッチングに抵抗する他の
結晶面と、エッチングにより弱く抵抗する（１００）面
の表面のくぼみの底によって形成されている。くぼみの
底は、部材からたとえば、０．００４ｘ２．５４ｃｍの
所定の距離に位置する。これは、通常、エッチングの継
続時間（ｄｕｒａｔｉｏｎ）を調節することによってな
される。たとえば、従来、ホウ素を含んだ層（ｂｏｒｏ
ｎ−ｄｏｐｅｄ ｌａｙｅｒ）のようなドーピングされ
たシリコンのエッチング止（ｄｏｐｅｄ ｓｉｌｉｃｏ
ｎ ｅｔｃｈ ｓｔｏｐ）が、くぼみの深さを制御する
ために用いられている。この方法によると、エッチング
止を形成する工程を必要とし、コスト高となる。これに
対し、くぼみを異方性エッチングのみによって形成する
本発明によれば、エッチングの継続時間を調節してくぼ
みの深さを制御することが可能となり、このため、上述
したエッチング止は不要となる。

【００７５】図１１Ａ、図１２Ａ、図１３Ａは、図１
１、図１２、図１３に開口１５２を介して部材の下のシ
リコンを異方性エッチングのみによりエッチングするこ
とにより形成されるくぼみの形状を破線で追加した状態
を示してある。

【００７６】最小時間で部材のアンダーカットをするた
めに、たとえば通常は部材の直線の縁または軸の予め決
められた形状は、シリコンの〔１１０〕軸に対してゼロ
でない角度（ｎｏｎ−ｚｅｒｏ ａｎｇｌｅ）１５４の
方向に向けられている。本発明は、アンダーカットの時
間を最小にするために、または、橋渡しされた部材の場
合、アンダーカットをするために、ある角度で部材の直
線の縁または軸を設けるようにすることを含んでいる。
しかし、部材に直線の縁がない形であったり、軸は容易
に規定できないが、形自体がたとえば、最小のアンダー
カット時間を達成するように方向づけられているような
ことが考えられる。ほぼ４５度の角度をつけることによ
って、部材すなわち検出素子は、最小の時間でアンダー
カットされるであろう。たとえば、４５度の角度を用い
ると、前に示したような通常の寸法のカンチレバーは、
０度の方向を用いた場合の数時間のエッチング時間に比
べれば、約９０分でアンダーカットすることができる。

【００７７】部材がアンダーカットされる時間を最小に
することに加えて、ゼロでない方向を用いることは、図
１に示されたような２端のブリッジの製造をすることに
なる。このような部材は、＜１１０＞方向に方向づけら
れた部材の縁を持ったものを実際上作るのは不可能であ
る。部材の縁が＜１１０＞方向に方向づけされていると
すると、部材の縁に沿って露出された（１１１）結晶面
で、または、符号１６０のような内側の角で、異方性エ
ッチングが評価できるほどにアンダーカットされないだ
ろうからである。〔１１０〕軸に方向づけされたカンチ
レバー形部材は、カンチレバーの自由端からビームの長
さ方向に沿って主にエッチングが進む。ここでカンチレ
バービームの端からのアンダーカットは少しはあるにし
ろ、ほとんどない。これは、前述されたように本発明に
よって作られる部材に比較して、部材の端を含む方向か
らアンダーカットが起こることになる。

【００７８】４５度に方向付けされた場合は、部材と半
導体の端の支持境界部をすばやく、丸くし、滑らかにす
ることが可能である。このようにして、そうでない場合
に図１から図３に示された絶縁層１２の下に２つの（１
１１）面が突き当たるところに起こる応力集中の発生を
さけることができる。接続手段によって第１と第２の部
材を接続する、すなわち、ある意味で、一つの部材に第
１および第２のエレメントを設けることが、ある種の装
置で望まれるであろう。このような接続手段の例には、
図２に示したような２つのカンチレバー形の部材を持続
する図１０の符号１５６で示した接続手段や、図１に示
したような２つの橋渡し形の部材を接続する図１２の符
号１５８で示した接続手段がある。このような接続手段
は、空間およびそれぞれの部材とくぼみの底の間の熱伝
導率の一様性を維持する助けになり、それぞれのタイプ
の装置における性能の均一化に貢献することになる。同
じような理由から、図１３に示したような例の方法で一
つの部材に２つのエレメントを設けることは有利であろ
う。

【００７９】さらにまた、処理または装置構成のため
に、図１０に示す位置１５９のような補助的な位置で、
部材を半導体基体に接続することが望まれる応用例があ
るかもしれない。

【００８０】小さな長方形のエッチングの穴１５２Ａ
が、図１０および図１１のカンチレバー形の部材の１つ
の接続端および図１２および図１３の橋渡し形すなわち
ブリッジ形の両端に示されていて、これらの穴は、部材
が取り付けられている半導体基体のアンダーカットや形
作りのための助けになる。しかし、部材の端のこのよう
な穴１５２は、装置の十分な性能には必要ではない。

【００８１】図示のように部材の端に沿ってあるエッチ
ングの穴１５２Ａは、通常、フローセンサおよび可燃性
ガスセンサの場合は０．００２ｘ２．５４ｃｍから０．
００５ｘ２．５４ｃｍ程度の幅で、湿度センサおよび圧
力センサの場合は、０．００１ｘ２．５４ｃｍ程度の開
口の幅であり、湿度センサおよび圧力センサの幅がせま
い場合は、ガスの流れの影響を減少する助けになる。

【００８２】図１０，図１１，図１２および図１３の半
導体基体は、フローセンサまたは可燃性ガスセンサの形
状として示され、符号１０または１３２が付けられてい
る。たとえば、図６のような湿度センサおよび圧力セン
サの構成は、同様であるが、通常はくぼみの上に所定の
距離をおいて設けられた１つの部材とエレメントを有し
ている。図１０ないし図１３には、図５に図示したよう
な回路の集積化のための領域６０が示してある。

【００８３】前述したように、熱的手段によって検出す
るための本発明の実際的な効果は、部材３２または３４
の下の空気のギャップ、すなわち、くぼみ２０を設ける
ことによって達成される。それによって、検出材は、空
気のギャップによって基板から、十分に熱的および物理
的に絶縁され、シリコン基板に一端または両端で取り付
けられている誘電体の長方形領域によって、図示のよう
に通常はささえられていることになる。前述したよう
に、長方形の部材が用いられているが、実際には他のど
んな形でも用いることができる。

【００８４】示した実施例において、部材３２または３
４の典型的な寸法は、幅が０．００５ｘ２．５４ｃｍか
ら０．００７ｘ２．５４ｃｍ程度、長さが０．０１０ｘ
２．５４ｃｍから０．０２０ｘ２．５４ｃｍ程度、そし
て厚さは０．８から１．２ミクロン（ｍｉｃｒｏｎｓ）
である。図４に示したようなエレメント１６のような典
型的なパーマロイエレメントは、だいたい８００オング
ストロームの厚さであるが、通常は、８００オングスト
ローム程度から１６００オングストローム程度の範囲で
あり、好ましい組成は８０％のニッケルと２０％の鉄か
らなるもので、その抵抗値は、室温で約１０００オーム
である。種々の応用に対しての抵抗値は、通常、たとえ
ば２５℃ぐらいの室温でほぼ５００オームから２０００
オームの範囲である。パーマロイエレメントの温度を約
４００℃まで上げると、抵抗値は、約３．０倍まで上昇
する。パーマロイのグリッド１６の線の幅は、約６ミク
ロンで約４ミクロンの間隔を有している。くぼみ２０
は、通常部材と半導体基体１０の間に、約０．００４ｘ
２．５４ｃｍのすきまがあるが、このすきまは、約０．
００１ｘ２．５４ｃｍから約０．０１０ｘ２．５４ｃｍ
の範囲で容易に変更することができる。半導体基体１０
もしくは基板の通常の厚さは、０．００８ｘ２．５４ｃ
ｍである。これらの寸法は例として掲げただけであり、
限定的な意味ではない。

【００８５】示したような典型的な寸法の部材は、非常
に小さな熱的な熱容量および熱的インピーダンスを有し
ており、約０．００５秒の熱的時定数を生じている。し
たがって、熱の入力の小さな変化は、わずかに異なる検
出素子の温度で新しい熱的平衡になる。この違いで、十
分な電気的出力信号を出すことができる。

【００８６】このような構成の強度対重量比（ｓｔｒｅ
ｎｇｔｈ−ｔｏ−ｗｅｉｇｈｔ）は、非常に良く、前述
の典型的な寸法の２端ブリッジ形のものは、１００００
重力（ｇｒａｖｉｔｉｅｓ）を超えて機械的ショック力
に良く耐えることができる。カンチレバー形として用い
られるときの一端支え構造でさえ、１００００重力のシ
ョックに耐えることができる。

【００８７】たとえば図１および図２の部材３２または
３４のような部材すなわち検出素子を、その検出性能を
最適にするために、室または周囲温度以上に温めること
は、多くの応用において独特の利点がある。典型的な動
作温度は、約１００℃から４００℃の範囲である。好ま
しいパーマロイエレメントを用いると、たった数ミリワ
ットの入力電力で、これが達成することができる。この
ような電力レベルは、前述したように、必要ならばセン
サとともに同じ半導体基体の上に設けられる集積回路と
コンパチブルである。

【００８８】工業における通常の温度センサは、１００
オームの電気的インピーダンスを有している。しかしな
がら、本発明の目的には、このようなインピーダンスは
多くの不利な点を有している。処理目的のためには、本
発明の好ましい抵抗素子に好適な通常の１０００オーム
のインピーダンスよりも、１００オームのインピーダン
スで通常の０．１％のインピーダンス精度を得ること
は、よりむずかしい。本発明において用いられるパーマ
ロイエレメントに通常１０００オームのインピーダンス
を選んだのは、電気的移行現象（ｅｌｅｃｔｒｏｍｉｇ
ｒａｔｉｏｎ）による素子故障を考えたからである。電
気的移行現象は物理的故障メカニズムであり、パーマロ
イにおいては、通常一平方センチメートル当たり１０^-6
アンペア程度の危険リミットを電流が超えたときに起こ
る物質の流れ（ｍａｓｓ ｆｌｏｗ）によって導線内に
生じるものである。よって、パーマロイエレメント１６
内で所望の動作温度を達成するために、例えば室温が２
５℃で１０００オーム程度の比較的大きなインピーダン
スが望ましく、より高いインピーダンスにより危険電流
密度を超えることなく所望の動作温度を得ることができ
る。

【００８９】結果として、たとえば前述したように部材
３２または３４の典型的な寸法は、従来技術により報告
された０．００１ｘ２．５４ｃｍ幅と、０．００４ｘ
２．５４ｃｍの長さの微細構造よりは十分大きくなけれ
ばならない。本発明にコンパチブルなパーマロイ抵抗素
子に通常必要な部材のより大きな領域は、符号１６で示
したようなパーマロイのグリッドを設けるのに十分な表
面領域を有している必要がある。そして、前述したよう
な部材の好ましい４５度の方向は、この方向がより広い
微細構造を作るときと、そして図１に示したようなブリ
ッジ形を作るときに最小処理時間で済むという処理時間
の観点から非常に重要となる。

【００９０】前述してきたように、多くの考えられる応
用に対して、好ましい熱電変換または静電素子は、以上
説明したパーマロイの抵抗素子である。窒化シリコンの
部材すなわち検出素子の中にはさまれているとき、パー
マロイエレメントは空気による酸化から保護され、加熱
素子として４００℃を超える温度まで使用することがで
きる。このようなパーマロイエレメントは、バルク状の
プラチナに似た抵抗値対温度特性を有し、パーマロイお
よびプラチナは共に、０℃において、約４０００ｐｐｍ
（ｐａｒｔｓ ｐｅｒ ｍｉｌｌｉｏｎ）の抵抗熱係数
（ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｒ
ｅｓｉｓｔａｎｃｅ：以下「ＴＣＲ」と称す）を有して
いる。しかしながら、パーマロイは、本発明によれば構
造においてプラチナよりすぐれている。プラチナは普通
温度検出素子のための材料として用いられているが、パ
ーマロイは、プラチナの２倍の比抵抗（ｒｅｓｉｓｔｒ
−ｖｉｔｙ）という利点がある。さらに、薄膜におい
て、プラチナは、少なくとも３５００オングストローム
の厚さの薄膜でなければならないのに対して、パーマロ
イは約８００から１６００オングストロームの厚さの範
囲で、最大のＴＣＲを達成できる。パーマロイは約１６
００オングストロームの厚さでその最大ＴＣＲを達成で
きるが、比抵抗が２倍で、ＴＣＲが１６００オングスト
ロームにおいてよりわずかに小さいだけであるので、８
００オングストロームが好ましい厚さとして選択され
る。したがって、８００オングストローム程度の厚さの
パーマロイエレメントを用いて、同じ抵抗値でプラチナ
が必要な表面領域の８分の１だけで済み、検出素子の熱
効率を上げ、要求面積が小さく、そしてユニットコスト
を下げることができる。

【００９１】このようにして、パーマロイエレメント
は、示してきたような微細構造の温度変化に対して、効
率的なヒータ素子かつ効率的な検出素子であり、十分に
熱的に絶縁された構造の上で、同じ素子にヒータ機能と
検出機能の両方を組み合わせたことは、低コスト、小さ
い熱容量、好ましい感度および速い応答を可能にした。
さらに、通常、１ミクロン程度の窒化シリコンの支持絶
縁膜の中に挟まれたパーマロイのヒータかつ検出のため
の素子は、パーマロイの薄膜の、特に高い温度における
酸化に対してパシベーションを与える。それは、また、
窒化シリコンのもつエッチング処理に対する高い抵抗か
ら、たとえば部材３２または３４の正確な寸法制御がで
きることにもなる。加えて、重要な熱伝導要因の制御の
ためにたとえば、くぼみ２０を０．００１ｘ２．５４ｃ
ｍから０．０１０ｘ２．５４ｃｍぐらいの寸法の深さに
深くエッチングすることができる。

【００９２】したがって、本発明の好ましい実施例を用
いて、パーマロイは示したような微細構造と組み合わさ
れて、温度センサおよびヒータまたは放射源（ｈｅａｔ
ｅｒ／ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｓｏｕｒｃｅ）の両方を形
成することになる。支持およびパシベーション材（ｐａ
ｓｓｉｖａｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ）としての窒化
シリコンの使用は、望みの構造を得るために必要とされ
るエッチング時間を与えることになる。さらに、本発明
による方向性は、最小時間でアンダーカットし、かつ、
所望の構造を人工的なエッチング止（ａｒｔｉｆｉｃｉ
ａｌ ｅｔｃｈｓｔｏｐ）なしで、作ることができるこ
とになる。そして、０．００１から０．０１０インチの
範囲でくぼみの深さを制御するための深い異方性のエッ
チングの使用により従来の方法で集積化半導体装置上に
熱電または静電素子を作るよりも、より大きな熱的絶縁
を達成することができる。

【００９３】以上の説明は好ましい実施例で説明された
が、当業者であれば、この発明の範囲内で種々の変更が
可能であることは明らかであろう。従って、この発明
は、特許請求の範囲の記載のみによって限定されること
を承知されたい。たとえば、符号２０で示したくぼみ
は、前述したような目的にかなったエッチング技術を用
いて形成されたが、本発明に従った実施例は、前述した
ような技術によって形成されたくぼみを持つものに限定
されない。

【００９４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、以
下に列挙するような効果を奏する。まず、異方性エッチ
ングのみによって形成されるくぼみの長手方向と実質的
に垂直な方向に薄膜誘電体部材を配置することができ、
この結果、薄膜誘電体部材上の検出素子を流れに対して
直角に配置することができ、計測感度を向上させること
ができる。この効果が得られる実施例としては、図３、
図１０、図１１、図１２、及び図１３に示される。

【００９５】また、くぼみの長手方向と薄膜誘電体部材
が実質的に垂直になっているので、フローセンサとして
使用する場合、薄膜誘電体部材の上と下（くぼみ内）の
流れの方向が一致するため正確な計測が行える。この効
果が得られる実施例としては、図３、図１０、図１１、
図１２、及び図１３に示される。

【００９６】また、並列配置された薄膜誘電体部材同士
あるいは薄膜誘電体部材と半導体基板とを接続する接続
手段１５６、１５８、１５９を設けることによって、空
間及びそれぞれの部材とくぼみの底との間の間隔のばら
つきを防ぎ、この結果、熱伝導率の一様性を維持する助
けとなり、性能の均一化に貢献させることができる。こ
の効果が得られる実施例としては、図１０及び図１２に
示される。

【００９７】また、誘電体部材に補助開口部１５２を設
けることにより、部材が取り付けられている半導体基体
のアンダーカットをスムーズに行わせ、また形作りを容
易に行う助けとして作用させることができる。この効果
が得られる実施例としては、図１０、図１１、図１２及
び図１３に示される。

【００９８】また、薄膜誘電体部材内の温度分布が薄膜
誘電体部材の長手、短手方向の中心線に対して線対称に
なるため、無駄がなく、精密な計測が可能な装置を得る
ことができる。この効果が得られる実施例としては、図
１０、図１１、図１２及び図１３に示される。

【００９９】また、異方性エッチングのみによって形成
されるくぼみの長手方向と実質的に垂直な方向に薄膜誘
電体部材を配置することができ、この結果、薄膜誘電体
部材内の温度分布が薄膜誘電体部材の長手、短手方向の
中心線に対して線対称になるため、薄膜誘電体部材の内
部応力、抵抗素子の発熱による応力、基板や薄膜誘電体
部材の熱変形等によって、薄膜誘電体部材がねじれた
り、しわが生じたり、割れたりすることがなくなる。こ
の効果が得られる実施例としては、図１０、図１１、図
１２及び図１３に示される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例の断面図である。

【図２】本発明の好ましい実施例の断面図である。

【図３】本発明の好ましい実施例の断面図である。

【図４】本発明に適合した電気的抵抗素子のグリッドの
一実施例を示す図である。

【図５】本発明のセンサの好ましい実施例に適合する一
実施例の回路図である。

【図６】本発明のセンサの実施例を示す図である。

【図７】本発明のセンサの実施例を示す図である。

【図８】本発明のセンサの実施例を示す図である。

【図９】本発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す図
である。

【図１０】本発明の詳細な微細構造の実施例と方向を示
した図である。

【図１１】本発明の詳細な微細構造の実施例と方向を示
した図である。

【図１１Ａ】図１１の開口を介して異方性エッチングす
ることにより形成されるくぼみの形状を破線で示した図
である。

【図１２】本発明の詳細な微細構造の実施例と方向を示
した図である。

【図１２Ａ】図１２の開口を介して異方性エッチングす
ることにより形成されるくぼみの形状を破線で示した図
である。

【図１３】本発明の詳細な微細構造の実施例と方向を示
した図である。

【図１３Ａ】図１３の開口を介して異方性エッチングす
ることにより形成されるくぼみの形状を破線で示した図
である。

【符号の説明】

１０ 単結晶半導体 １２，１８ 窒化シリコン １６ グリッド １４ 第１表面 ２０ くぼみ ３２，３４ 検出素子 ２４ リード部 ５０，５２，８０ 増幅器 ６２ ポテンショメータ １２２ 基準抵抗手段 １２８ エレメント １３０ 反応部材 １１４ ガラス部材 １１６ 流れ止め手段 １１８ 開口 １２０ フィルタ １５２ 開口 １５６，１５８，１５９ 接続手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｇ０１Ｆ 1/68 Ｇ０１Ｐ 5/12 (31)優先権主張番号 ３１０２６４ (32)優先日 1981年10月９日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ３１０３４４ (32)優先日 1981年10月９日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (31)優先権主張番号 ３１０３４５ (32)優先日 1981年10月９日 (33)優先権主張国 米国（ＵＳ） (72)発明者 ウルリッチ・ボン アメリカ合衆国ミネソタ州・ホプキンス・ シャディーオークロード第4936番地 (72)発明者 ジョン・ピー・サムナー アメリカ合衆国ミネソタ州・エディナ・ヘ ザートントレイル第7101番地

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （１００）面と＜１１０＞方向を有し、
   前記（１００）面と実質的に平行な第１の表面に異方性
   エッチングのみによって形成されたくぼみを有する（１
   ００）シリコンからなる半導体基板と、 前記＜１１０＞方向に対してゼロでない角度に方向付け
   られ、前記くぼみ上に懸垂され、前記第１の表面に少な
   くとも１カ所で接続されている薄膜誘電体部材と、 前記薄膜誘電体部材に形成された抵抗素子とからなり、 前記薄膜誘電体部材は、前記くぼみの長手方向と実質的
   に垂直であることを特徴とする半導体装置。
2. 【請求項２】 前記ゼロでない角度は、４５度であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導体装
   置。
3. 【請求項３】 前記抵抗素子の所定形状は、格子状であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の半導
   体装置。
4. 【請求項４】 （１００）面と＜１１０＞方向を有し、
   前記（１００）面と実質的に平行な第１の表面に異方性
   エッチングのみによって形成されたくぼみを有する（１
   ００）シリコンからなる半導体基板と、 前記＜１１０＞方向に対してゼロでない角度に方向付け
   られ、前記くぼみ上に懸垂され、前記第１の表面に少な
   くとも１カ所で接続されている複数の薄膜誘電体部材
   と、 前記薄膜誘電体部材のそれぞれに形成された抵抗素子
   と、 前記薄膜誘電体部材同士あるいは前記薄膜誘電体部材と
   前記半導体基板とを接続する接続手段とからなることを
   特徴とする半導体装置。
5. 【請求項５】 （１００）面と＜１１０＞方向を有し、
   前記（１００）面と実質的に平行な第１の表面に異方性
   エッチングのみによって形成されたくぼみを有する（１
   ００）シリコンからなる半導体基板と、 前記＜１１０＞方向に対してゼロでない角度に方向付け
   られ、前記くぼみ上に懸垂され、前記第１の表面に少な
   くとも１カ所で接続されている薄膜誘電体部材と、 前記薄膜誘電体部材に形成された抵抗素子とからなり、 前記薄膜誘電体部材は、同部材上に形成された補助開口
   部を有することを特徴とする半導体装置。
6. 【請求項６】 第１の表面に異方性エッチングのみによ
   って形成されたくぼみを有する半導体基板と、前記くぼ
   み上に懸垂され、前記第１の表面に少なくとも１カ所で
   接続されている薄膜誘電体部材と、前記薄膜誘電体部材
   に形成された抵抗素子とを含む半導体装置の製造方法で
   あって、 （１００）面と＜１１０＞方向を有する（１００）シリ
   コンからなる半導体基板を用い、 前記半導体基板の（１００）面に平行な第１の表面に絶
   縁層及び抵抗素子からなる材料層を形成し、 前記薄膜誘電体部材が＜１００＞方向に対してゼロでな
   い角度を有し、開口部がその長手方向に垂直な中心線に
   対して線対称となるとともに、それぞれの前記開口部の
   前記中心線同士が一致するように、前記材料層の所定の
   領域を取り除いて前記第１の表面の所定領域を露出さ
   せ、 前記露出された領域から異方性エッチングを行って前記
   抵抗素子をアンダーカットし、 くぼみを設ける段階からなることを特徴とする半導体装
   置の製造方法。