JPH0869858A - Hot-wire type microheater - Google Patents

Hot-wire type microheater

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Publication number
JPH0869858A
JPH0869858A JP6206505A JP20650594A JPH0869858A JP H0869858 A JPH0869858 A JP H0869858A JP 6206505 A JP6206505 A JP 6206505A JP 20650594 A JP20650594 A JP 20650594A JP H0869858 A JPH0869858 A JP H0869858A
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JP
Japan
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film
wire
hot
micro
thermal expansion
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6206505A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahiro Ide
卓宏 井出
Hiroshi Kikuchi
啓 菊地
Kenichi Nakamura
健一 中村
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Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
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Publication of JPH0869858A publication Critical patent/JPH0869858A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To simplify a manufacturing process, reduce mechanical fatigue of a hot-wire part even if a high temperature heat cycle is received, and lengthen the service life by constituting an overhang part of a material having heat resistance and a thermal expansion coefficient extremely close to a thermal expansion coefficient of a hot-wire. CONSTITUTION: A TiO2 film 11 being an overhang part to support a hot-wire is formed on an Si board 10 by using a semiconductor fine processing technology, and a Pt film 12 being the hot-wire is formed on it. A lower part of the TiO2 film 11 is removed by etching, and becomes a space 13, and it is formed as a cantilever structure. A thermal expansion coefficient (for example, 9.0×10<-6> at 20 deg.C) of the TiO2 film 11 is extremely close to a thermal expansion coefficient (For example, 8.8×10<-6> at 20 deg.C) of Pt.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、半導体微細加工技術を
用いて形成する熱線式マイクロヒータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hot wire type microheater formed by using a semiconductor fine processing technique.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体微細加工技術を用いて半導体基板
上に熱線を形成し、この熱線に通電することにより加熱
してガス感応物質とガスとの化学反応を起こさせてガス
の有無や濃度を検知するガスセンサ、あるいはガスによ
り熱線から奪われる熱量を電気量に換算してガスの流量
を検出する流量センサ、微小な局所を加熱する熱線式マ
イクロヒータが知られている。
2. Description of the Related Art A heat ray is formed on a semiconductor substrate by using a semiconductor microfabrication technique and heated by energizing the heat ray to cause a chemical reaction between the gas sensitive substance and the gas to detect the presence or absence or concentration of the gas. Known are a gas sensor for detecting, a flow sensor for detecting the flow rate of gas by converting the amount of heat taken by the gas from the heat ray into an electric quantity, and a hot wire micro-heater for heating a minute local area.

【0003】一例として、特公平5−3894号公報に
はガス漏れ警報器に適したこの種のガス検出装置が開示
されているが、この種のガスセンサは熱容量をできるだ
け小さくし、応答特性を上げ、消費電力を低下させるた
めに熱線部が空中に張り出した架橋構造や片持ち梁構造
などの空中張出し構造が採用されている。この空中張出
し部上に形成される熱線には長期間にわたって安定な材
料であるPt、SiC、NiCrなどが用いられ、この
熱線を支持する空中張出し部には耐熱性がありかつ通電
時の漏洩電流を防ぐために電気絶縁性が高い材料、たと
えばSiO2 、Al23 、MgOなどが用いられてい
る。
As an example, Japanese Patent Publication No. 5-3894 discloses a gas detecting device of this type suitable for a gas leak alarm device. The gas sensor of this type has a heat capacity as small as possible to improve response characteristics. In order to reduce power consumption, an aerial overhang structure such as a bridge structure or a cantilever structure in which a heating wire part overhangs in the air is adopted. The heat wire formed on the air overhang is made of Pt, SiC, NiCr or the like, which is a stable material for a long period of time. The air overhang which supports the heat wire has heat resistance and leakage current when energized. In order to prevent this, a material having a high electric insulation property, such as SiO 2 , Al 2 O 3 or MgO, is used.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロヒ
ータを用いたガスセンサや流量センサでガス検知をする
場合、対象ガスが水素や一酸化炭素の場合は熱線の温度
はそれほど高くはないが、メタンの場合は400℃〜5
00℃と高温であり、しかも電池駆動を可能にするため
にパルス駆動方式を採用することが検討されている。こ
の場合、熱線とそれを支持する張り出し部は高温の熱サ
イクルを繰り返し受けてその熱応力が変化し、それによ
り熱線部の機械的疲労が大きくなりセンサの寿命が短縮
する。この場合、熱応力の大小は熱線の熱膨張率とそれ
を支持する張り出し部の熱膨張率との差の影響を大きく
受けることが考えられる。
By the way, when gas is detected by a gas sensor or a flow rate sensor using a micro heater, the temperature of the hot wire is not so high when the target gas is hydrogen or carbon monoxide, but In case of 400 ℃ -5
The temperature is as high as 00 ° C., and adoption of a pulse driving method is being considered to enable battery driving. In this case, the hot wire and the overhanging portion that supports the hot wire are repeatedly subjected to a high temperature heat cycle to change the thermal stress, which increases mechanical fatigue of the hot wire and shortens the life of the sensor. In this case, it is considered that the magnitude of the thermal stress is greatly affected by the difference between the coefficient of thermal expansion of the heat wire and the coefficient of thermal expansion of the overhanging portion that supports it.

【0005】一方、本発明者らは熱線を支持する張り出
し部の電気絶縁性はそれほど高いものでなくてもよいと
の認識の上に立って、熱線とそれを支持する張り出し部
の熱膨張率の観点から張り出し部の材料を選定すること
により、製造プロセスが簡単で高温の熱サイクルを受け
ても熱線部の機械的疲労が小さくて寿命の長い熱線式マ
イクロヒータを提供することを目的とする。
On the other hand, the inventors of the present invention recognize that the overhanging portion supporting the heat wire does not have to have a high electrical insulation property, and the thermal expansion coefficient of the overhanging portion supporting the heat wire and the heat ray. By selecting the material of the overhanging portion from the viewpoint of the above, it is an object to provide a hot wire type micro-heater that has a simple manufacturing process, has a small mechanical fatigue of the hot wire portion even when subjected to a high temperature heat cycle, and has a long life. .

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の態様によ
れば、上記の目的を達成するために、半導体微細加工技
術を用いて半導体基板に形成した張り出し部上に熱線を
形成してなる熱線式マイクロヒータのその張り出し部
を、耐熱性および熱線の熱膨張率に極めて近い熱膨張率
を有する材料で構成した。
According to the first aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a heat wire is formed on an overhang formed on a semiconductor substrate by using a semiconductor fine processing technique. The protruding portion of the hot wire micro-heater was made of a material having heat resistance and a coefficient of thermal expansion very close to that of the wire.

【0007】本発明の第2の態様によれば、上記の目的
を達成するために、半導体微細加工技術を用いて半導体
基板に形成した張り出し部上に絶縁膜を介して熱線を形
成してなる熱線式マイクロヒータのその張り出し部を、
耐熱性および熱線の熱膨張率に極めて近い熱膨張率を有
する材料で構成した。
According to the second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, a heat ray is formed on an overhanging portion formed on a semiconductor substrate using a semiconductor fine processing technique via an insulating film. The protruding part of the heat wire type micro heater,
It was made of a material having a heat resistance and a coefficient of thermal expansion extremely close to that of a heat ray.

【0008】熱線材料としては、Pt、Pt−Rh(ロ
ジウム)、Pt−Ir(イリジウム)、またはPd(パ
ラジウム)、Pd−Rh、Pd−Irが用いられ、張り
出し部の材料としては、TiO2 、TiN、YSZ(イ
ットリア安定化ジルコニア)が用いられる。
Pt, Pt-Rh (rhodium), Pt-Ir (iridium), or Pd (palladium), Pd-Rh, Pd-Ir is used as the heat ray material, and TiO 2 is used as the material of the overhang portion. , TiN, YSZ (yttria-stabilized zirconia) are used.

【0009】[0009]

【作用】張り出し部とその上に保持された熱線の熱膨張
係数が極めて近いので、熱線への通電により繰り返し熱
サイクルを受けても張り出し部と熱線が受ける熱応力が
小さいため、機械的疲労が小さくなる。
[Function] Since the thermal expansion coefficients of the overhanging portion and the heat wire held on it are extremely close to each other, the thermal stress applied to the overhanging portion and the heat wire is small even when subjected to repeated thermal cycles due to energization of the heat wire, so that mechanical fatigue is reduced. Get smaller.

【0010】[0010]

【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.

【0011】図1は本発明による熱線式マイクロヒータ
の一実施例の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing the structure of an embodiment of a hot wire type micro-heater according to the present invention.

【0012】この第1の実施例では、半導体微細加工技
術を用いてシリコン基板10上に熱線支持用の張り出し
部となるTiO2 膜11が形成され、その上に熱線とな
るPt膜12が形成される。Pt膜12により熱線が形
成されたTiO2 膜11の下部はエッチングにより除去
されて空間13となり片持ち梁構造となっている。
In the first embodiment, a TiO 2 film 11 serving as an overhang portion for supporting heat rays is formed on a silicon substrate 10 by using a semiconductor fine processing technique, and a Pt film 12 serving as heat rays is formed thereon. To be done. The lower part of the TiO 2 film 11 on which heat rays are formed by the Pt film 12 is removed by etching to become a space 13 and has a cantilever structure.

【0013】図2は本発明による熱線式マイクロヒータ
の他の実施例の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the hot wire type micro-heater according to the present invention.

【0014】この第2の実施例では、半導体微細加工技
術を用いてシリコン基板10上に熱線支持用の張り出し
部となるTiO2 膜11が形成され、その上に膜厚が数
100Å程度の極めて薄い絶縁膜であるSiO2 膜14
が形成され、その上に熱線となるPt膜12が形成され
る。Pt膜12により熱線が形成されたTiO2 膜11
の下部はエッチングにより除去されて空間13となり片
持ち梁構造となっている。
In the second embodiment, a TiO 2 film 11 serving as an overhang portion for supporting the heat rays is formed on a silicon substrate 10 by using a semiconductor fine processing technique, and a film thickness of several hundred Å is formed on the TiO 2 film 11. SiO 2 film 14 which is a thin insulating film
Is formed, and the Pt film 12 which becomes a heat ray is formed thereon. TiO 2 film 11 in which heat rays are formed by the Pt film 12
Is removed by etching to form a space 13 having a cantilever structure.

【0015】この第2の実施例はTiO2 膜11とPt
膜12との間に電気絶縁性の高いSiO2 膜14が存在
するために熱線への通電時の漏洩電流の心配はまったく
なくなり、張り出し部の材料を電気絶縁性は考慮するこ
となく熱線となるPt膜12の熱膨張率の観点だけから
選定すればよいので、一層有利になる。このSiO2
14は熱線への通電時に熱サイクルを受けても熱膨張係
数の極めて近い上下のPt膜12とTiO2 膜11から
ほぼ等しい熱応力を受けるため長い間に剥離するおそれ
はない。
In the second embodiment, the TiO 2 film 11 and Pt are
Since the SiO 2 film 14 having high electric insulation is present between the film 12 and the film 12, there is no fear of leakage current when the heat wire is energized, and the material of the overhanging portion becomes the heat wire without considering the electric insulation. It is more advantageous because the selection can be made only from the viewpoint of the coefficient of thermal expansion of the Pt film 12. Even if the SiO 2 film 14 is subjected to a heat cycle when electricity is applied to the heating wire, it is not likely to be peeled off for a long time because it receives substantially the same thermal stress from the upper and lower Pt films 12 and TiO 2 film 11 having extremely close thermal expansion coefficients.

【0016】図3はPtを含む主な金属とマイクロヒー
タの張り出し部に用いられる材料の熱膨張係数を示す。
FIG. 3 shows the thermal expansion coefficients of main metals including Pt and the materials used for the overhanging portion of the microheater.

【0017】図3からわかるように、本実施例で張り出
し部に用いられるTiO2 膜11の熱膨張係数(たとえ
ば20℃で9.0×10-6)は従来用いられているSi
2(たとえば20℃で0.4〜0.55×10-6)、
Al23 、MgOと比べると、熱線材料であるPtの
熱膨張係数(たとえば20℃で8.8×10-6)に極め
て近い。また両者の電気絶縁性を比べてみると、本実施
例で用いるTiO2 膜11の導電率が1.2×102 Ω
・cmであるのに対して従来用いられているSiO2
導電率は1×1013Ω・cmであるので、TiO2 膜1
1の方がSiO2 よりはるかに電気絶縁性は小さいが、
それでも熱線であるPtの導電率1×10-7Ω・cmに
比べると導電率は9桁も小さいことになるので、熱線に
通電したときの漏洩電流は全く問題にならないと考えら
れる。
As can be seen from FIG. 3, the thermal expansion coefficient (for example, 9.0 × 10 -6 at 20 ° C.) of the TiO 2 film 11 used for the overhang portion in this embodiment is Si, which is conventionally used.
O 2 (for example, 0.4 to 0.55 × 10 −6 at 20 ° C.),
Compared with Al 2 O 3 and MgO, it is extremely close to the thermal expansion coefficient of Pt which is a heat wire material (for example, 8.8 × 10 −6 at 20 ° C.). Further, comparing the electric insulation between the two, the conductivity of the TiO 2 film 11 used in this example is 1.2 × 10 2 Ω.
・ Since the conductivity of SiO 2 used conventionally is 1 × 10 13 Ω · cm, the TiO 2 film 1
1 is much less electrically insulating than SiO 2, but
Still, since the conductivity is 9 orders of magnitude smaller than the conductivity of Pt, which is a heat wire, of 1 × 10 −7 Ω · cm, it is considered that the leakage current when the heat wire is energized does not pose any problem.

【0018】次に図4を参照して本発明による熱線式マ
イクロヒータの製造工程を説明する。以下に説明する例
は、張り出し部が片持ち梁構造の図1に示した実施例に
相当するマイクロヒータである。 工程1:ロードロック式多元スパッタリング装置を用い
て、まず図4(A)に示すように、次の条件でTiO2
膜11を成膜した。ロードロック式多元スパッタリング
装置を用いたのは水分の影響を受けることなく固有抵抗
に近い抵抗率を得るためである。
Next, the manufacturing process of the hot wire type micro-heater according to the present invention will be described with reference to FIG. The example described below is a micro-heater corresponding to the embodiment shown in FIG. 1 in which the projecting portion has a cantilever structure. Step 1: Using a load-lock type multi-source sputtering apparatus, first, as shown in FIG. 4 (A), TiO 2 by:
The film 11 was formed. The load-lock type multi-source sputtering device was used to obtain a resistivity close to the specific resistance without being affected by moisture.

【0019】スパッタリング装置:高周波電源、出力は
200〜1000W 圧 力 :1 〜 100mTorr 温 度 :室 温 〜 500℃ 膜 厚 :5000 〜 30000Å TiO2 膜11を成膜した後大気に触れることなく連続
して次の条件でPt膜12を成膜した。
Sputtering device: high frequency power source, output is 200 to 1000 W Pressure: 1 to 100 mTorr Temperature: Room temperature to 500 ° C. Film thickness: 5000 to 30000 Å TiO 2 film 11 is continuously formed without being exposed to the atmosphere. The Pt film 12 was formed under the following conditions.

【0020】 スパッタリング装置:直流電源、出力500〜1500
W 圧 力 :1 〜 100mTorr 温 度 :300 〜 500℃ 膜 厚 :500 〜 5000Å この工程において、スパッタリングの温度を300〜5
00℃とすることによりPt膜12は密着材を必要とせ
ずTiO2 膜11に十分な力で接着することが確認でき
た。 工程2:次に、図4(B)に示すように、公知のホトリ
ソグラフィー技術を用いて熱線のパターニングを行っ
た。図中、15はレジストである。 工程3:続いて図4(C)に示すように、ロードロック
式プラズマエッチング装置を用いて次の条件でPt膜1
2をエッチングし熱線を形成した。
Sputtering device: DC power supply, output 500 to 1500
W pressure: 1 to 100 mTorr Temperature: 300 to 500 ° C. Film thickness: 500 to 5000 Å In this step, the sputtering temperature is 300 to 5
It was confirmed that by setting the temperature to 00 ° C., the Pt film 12 does not need an adhesive material and is bonded to the TiO 2 film 11 with sufficient force. Step 2: Next, as shown in FIG. 4B, patterning of heat rays was performed using a known photolithography technique. In the figure, 15 is a resist. Step 3: Subsequently, as shown in FIG. 4C, a Pt film 1 is formed under the following conditions using a load-lock type plasma etching apparatus.
2 was etched to form a heat ray.

【0021】 エッチング装置:高周波電源、出力50〜200W エッチングガス:Ar 圧 力 :1 〜 50mTorr 温 度 :−30℃ 〜 室 温 工程4:レジスト15を除去した後、図4(D)に示す
ように、公知のホトリソグラフィー技術を用いてレジス
ト16を塗布して後に異方性エッチングを行うためのホ
ールと張り出し部とを形成するためのパターニングを行
った。 工程5:次の工程では、図4(E)に示すように、後の
異方性エッチングのためのホール17と張り出し部を形
成するために、ロードロック式反応性イオンエッチング
装置を用いて次の条件でTiO2 膜11のエッチングを
行った。
Etching apparatus: high frequency power supply, output 50 to 200 W Etching gas: Ar Pressure: 1 to 50 mTorr Temperature: -30 ° C. to chamber temperature Step 4: After removing the resist 15, as shown in FIG. Then, a resist 16 was applied using a known photolithography technique, and then patterning was performed to form holes and overhangs for anisotropic etching later. Step 5: In the next step, as shown in FIG. 4E, a load-lock type reactive ion etching apparatus is used to form a hole 17 and an overhanging portion for later anisotropic etching. The TiO 2 film 11 was etched under the above conditions.

【0022】 イオンエッチング装置:高周波電源、出力50〜200
W エッチングガス :SF6 圧 力 :1 〜 50mTorr 温 度 :−40℃ 〜 室 温 エッチングガスとしては、他にCF4 、CF4 +O2
CCl4 などを用いることができる。 工程6:最後に、図4(F)に示すように、工程5で形
成したホール17からシリコン基板10を異方性エッチ
ングし、下部に空間13を残して片持ち梁構造の張り出
し部を形成した。エッチング液には、TMAH(テトラ
メチルアンモニウムヒドロオキサイド)溶液を用いた
が、その他にKOH、EDP(エチレンジアミンピロカ
テコール)、TEAH(テトラエチルアンモニウムヒド
ロオキサイド)などを用いることができる。
Ion etching apparatus: high frequency power supply, output 50 to 200
W etching gas: SF 6 pressure: 1 to 50 mTorr temperature: −40 ° C. to room temperature Other etching gases such as CF 4 , CF 4 + O 2 ,
CCl 4 or the like can be used. Step 6: Finally, as shown in FIG. 4 (F), the silicon substrate 10 is anisotropically etched from the hole 17 formed in Step 5 to leave a space 13 at the bottom to form a projecting portion having a cantilever structure. did. Although TMAH (tetramethylammonium hydroxide) solution was used as the etching solution, KOH, EDP (ethylenediaminepyrocatechol), TEAH (tetraethylammonium hydroxide), or the like can be used in addition to this.

【0023】以上は図1に示した実施例のマイクロヒー
タの製造工程であるが、図2に示した実施例のマイクロ
ヒータの製造工程も下記の2点を除き上述したのと同じ
である。 (1)図3(A)に示した工程1において、TiO2
11とPt膜12との間に電気絶縁性を有する膜厚数1
00ÅのSiO2 膜14を形成する工程が加わる。 (2)このSiO2 膜14の上に熱線となるPt膜12
をスパッタリングで形成するときの温度を、上述した温
度より高い500〜700℃とする。この温度にすれ
ば、SiO2 膜14上にPt線12を付着するのに密着
材が不要となることが確認できた。
The above is the manufacturing process of the micro-heater of the embodiment shown in FIG. 1, but the manufacturing process of the micro-heater of the embodiment shown in FIG. 2 is the same as described above except for the following two points. (1) In the step 1 shown in FIG. 3A, the number of films having an electrical insulating property between the TiO 2 film 11 and the Pt film 12 is 1
A step of forming the SiO 2 film 14 of 00Å is added. (2) Pt film 12 which becomes a heat ray on the SiO 2 film 14
The temperature at which is formed by sputtering is set to 500 to 700 ° C., which is higher than the above temperature. It has been confirmed that at this temperature, the adhesion material is not required to attach the Pt wire 12 on the SiO 2 film 14.

【0024】上記実施例では熱線材料としてPtを用い
たが、その他にPt−Rh(ロジウム)、Pt−Ir
(イリジウム)、またはPd(パラジウム)、Pd−R
h,Pd−Irを用いることもできる。また張り出し部
の材料としては、実施例で用いたTiO2 の他にTi3
4 やYSZ(イットリア安定化ジルコニア)を用いる
ことができる。これらの材料の熱膨張係数(たとえばP
dの熱膨張係数は20℃では11.8×10-6)はほぼ
等しいので、熱線材料と張り出し部の材料の組み合わせ
はどのようであっても良好な結果が得られるが、特にP
t、Pt−Rh、Pt−IrのいずれかとTiO2 とを
組み合わせ、またはPd、Pd−Rh、Pd−Irのい
ずれかとYSZとを組み合わせると、熱膨張係数の差が
小さいのですぐれた効果が得られる。なお、熱線材料と
してのPdの導電率はPtとほぼ等しい。
Although Pt was used as the heat-ray material in the above-mentioned examples, Pt-Rh (rhodium) and Pt-Ir are also used.
(Iridium), or Pd (palladium), Pd-R
It is also possible to use h, Pd-Ir. In addition to the TiO 2 used in the examples, Ti 3
N 4 or YSZ (yttria-stabilized zirconia) can be used. The coefficient of thermal expansion of these materials (eg P
Since the thermal expansion coefficient of d is about 11.8 × 10 −6 ) at 20 ° C., good results can be obtained regardless of the combination of the heat wire material and the material of the overhang portion.
t, Pt-Rh, combining the TiO 2 and one of Pt-Ir, or Pd, Pd-Rh, the combination of the YSZ and either Pd-Ir, obtained good effect since the difference in thermal expansion coefficient is small To be The conductivity of Pd as a heat wire material is almost equal to that of Pt.

【0025】上記第1の実施例では熱線を支持する張り
出し部の構造を片持ち梁構造として例示したが、架橋構
造その他の中空構造でもよいことはもちろんである。
In the first embodiment described above, the structure of the overhanging portion for supporting the heat rays is exemplified as the cantilever structure, but it goes without saying that it may be a bridge structure or other hollow structure.

【0026】また上記第2の実施例でTiO2 膜11と
Pt膜12との間に形成する極めて薄い電気絶縁膜はS
iO2 の他にSi34 でもよい。
In the second embodiment, the extremely thin electric insulating film formed between the TiO 2 film 11 and the Pt film 12 is S.
Si 3 N 4 may be used in addition to iO 2 .

【0027】さらに上記実施例ではシリコン基板に張り
出し部となるTiO2 膜とその上に熱線となるPt膜を
形成するのにスパッタリングを用いたが、この他に蒸
着、CVD、PVD、レーザデポジション法などを用い
ることもできる。
Further, in the above-mentioned embodiment, sputtering was used to form the TiO 2 film to be the overhang portion and the Pt film to be the heat ray on the silicon substrate, but in addition to this, vapor deposition, CVD, PVD, laser deposition are used. The method etc. can also be used.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱線材料と熱線を支持する張り出し部の熱膨張率が極め
て近いので、ヒータ駆動時に繰り返し熱サイクルを受け
ても、それにより生じる熱応力は小さくなり、マイクロ
ヒータが受ける機械的疲労も軽減されてマイクロヒータ
の寿命は従来のものに比べて長くなる。たとえば熱線材
料をPtとした場合は、張り出し部にはPtの熱膨張率
に極めて近い熱膨張率を有するTiO2 を選べば、通電
時の漏洩電流はほとんど問題にならずに機械的疲労を小
さくすることができる。また熱線材料を張り出し部上に
形成するのにスパッタリングを用い、その温度を300
℃以上にすれば密着材を用いずに接着するので、製造工
程が増えることがない。熱線と張り出し部との間に極め
て薄い絶縁膜を設ければ、張り出し部の材質は絶縁性を
考慮する必要が全くなくなるので熱膨張率の観点だけか
ら選択すればよいことになり、材料選択の自由度が大き
くなる。
As described above, according to the present invention,
Since the thermal expansion coefficient of the heat wire material and the overhanging portion supporting the heat wire are very close to each other, even if the heat cycle is repeated while the heater is driven, the thermal stress caused by the heat cycle is reduced, and the mechanical fatigue of the microheater is also reduced. The life of the heater is longer than that of the conventional one. For example, when Pt is used as the heat-ray material, if TiO 2 having a coefficient of thermal expansion extremely close to that of Pt is selected for the overhanging portion, leakage current during energization is not a problem and mechanical fatigue is reduced. can do. Sputtering is used to form the hot wire material on the overhang portion, and the temperature is set to 300
If the temperature is higher than 0 ° C., the bonding is performed without using an adhesive material, so that the number of manufacturing processes does not increase. If an extremely thin insulating film is provided between the heat wire and the projecting portion, the material of the projecting portion does not need to consider the insulating property at all, so it is sufficient to select it only from the viewpoint of the coefficient of thermal expansion. Greater freedom.

【0029】本発明は熱線式マイクロヒータであるが、
このマイクロヒータをガスセンサや流量センサに用いる
ことができることは言うまでもない。
Although the present invention is a hot wire type micro heater,
It goes without saying that this micro heater can be used for a gas sensor or a flow rate sensor.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による熱線式マイクロヒータの一実施例
の構造を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of an embodiment of a hot-wire micro-heater according to the present invention.

【図2】本発明による熱線式マイクロヒータの他の実施
例の構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing the structure of another embodiment of the hot-wire micro-heater according to the present invention.

【図3】Ptを含む主な金属とマイクロヒータの張り出
し部に用いられる材料の熱膨張係数を示す。
FIG. 3 shows coefficients of thermal expansion of main metals including Pt and materials used for an overhang portion of a microheater.

【図4】(A)ないし(F)は本発明による熱線式マイ
クロヒータの製造工程を示す。
4 (A) to (F) show a manufacturing process of a hot wire type micro-heater according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 シリコン基板 11 TiO2 膜 12 Pt膜 13 空間 14 SiO2 膜 15、16 レジスト 17 ホール10 Silicon Substrate 11 TiO 2 Film 12 Pt Film 13 Space 14 SiO 2 Film 15, 16 Resist 17 Hole

───────────────────────────────────────────────────── 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 H05B 3/20 328 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI technical display location H05B 3/20 328

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体微細加工技術を用いて半導体基板
に形成した張り出し部上に熱線を形成してなる熱線式マ
イクロヒータにおいて、前記張り出し部を、耐熱性およ
び熱線の熱膨張率に極めて近い熱膨張率を有する材料で
構成したことを特徴とする熱線式マイクロヒータ。
1. A hot-wire type micro-heater comprising a heating wire formed on a protruding portion formed on a semiconductor substrate by using a semiconductor fine processing technique, wherein the protruding portion has a heat resistance and a thermal expansion coefficient extremely close to that of the heating wire. A hot wire type micro-heater characterized by being made of a material having an expansion coefficient.
【請求項2】 前記熱線材料がPtであり、前記張り出
し部の材料がTiO2 である請求項1に記載の熱線式マ
イクロヒータ。
2. The hot wire micro-heater according to claim 1, wherein the hot wire material is Pt and the material of the overhanging portion is TiO 2 .
【請求項3】 半導体微細加工技術を用いて半導体基板
に形成した張り出し部上に絶縁膜を介して熱線を形成し
てなる熱線式マイクロヒータにおいて、前記張り出し部
を、耐熱性および熱線の熱膨張率に極めて近い熱膨張率
を有する材料で構成したことを特徴とする熱線式マイク
ロヒータ。
3. A hot wire micro-heater comprising a heating wire formed on a protruding portion formed on a semiconductor substrate by a semiconductor microfabrication technique through an insulating film, wherein the protruding portion has heat resistance and thermal expansion of the heating wire. A hot-wire micro-heater characterized by being made of a material having a coefficient of thermal expansion extremely close to the coefficient.
【請求項4】 前記絶縁膜がSiO2 膜であり、前記熱
線材料がPtであり、前記張り出し部の材料がTiO2
である請求項3に記載の熱線式マイクロヒータ。
4. The insulating film is a SiO 2 film, the heat ray material is Pt, and the material of the projecting portion is TiO 2
The hot wire micro-heater according to claim 3.
【請求項5】 前記張り出し部を構成するTiO2 膜上
に300℃以上でスパッタリングにより熱線となるPt
膜を形成したことを特徴とする請求項2に記載の熱線式
マイクロヒータ。
5. Pt which becomes a heat ray by sputtering at 300 ° C. or higher on the TiO 2 film forming the projecting portion.
The hot wire micro-heater according to claim 2, wherein a film is formed.
【請求項6】 前記SiO2 膜上に500℃以上でスパ
ッタリングにより熱線となるPt膜を形成したことを特
徴とする請求項4に記載の熱線式マイクロヒータ。
6. The hot wire micro-heater according to claim 4, wherein a Pt film which becomes a hot wire is formed on the SiO 2 film by sputtering at 500 ° C. or higher.
【請求項7】 前記張り出し部が架橋構造である請求項
1ないし6に記載の熱線式マイクロヒータ。
7. The hot wire micro-heater according to claim 1, wherein the projecting portion has a cross-linking structure.
【請求項8】 前記張り出し部が片持ち梁構造である請
求項1ないし6に記載の熱線式マイクロヒータ。
8. The hot wire micro-heater according to claim 1, wherein the projecting portion has a cantilever structure.
JP6206505A 1994-08-31 1994-08-31 Hot-wire type microheater Withdrawn JPH0869858A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016011875A (en) * 2014-06-27 2016-01-21 東京エレクトロン株式会社 Pressure sensor manufacturing method and pressure sensor

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