JPS5872059A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPS5872059A
JPS5872059A JP17647382A JP17647382A JPS5872059A JP S5872059 A JPS5872059 A JP S5872059A JP 17647382 A JP17647382 A JP 17647382A JP 17647382 A JP17647382 A JP 17647382A JP S5872059 A JPS5872059 A JP S5872059A
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semiconductor device
semiconductor
item
predetermined
semiconductor substrate
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ロバ−ト・ジ−・ジヨンソン
ウルリツチ・ボン
ジヨン・ピ−・サムナ−
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 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(micr。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to integrated semiconductor devices in the field of sensors and sources of radiation of electromagnetic energy, and in particular to new microscopic spaces (MICRs) in applications involving sensing.

envirc1%ent ) f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
。パ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朽成部品の従来の
配置手段で可能な場合に比べて十分なチップとのよシ太
き表熱的および物理的絶縁がされておシ、半導体回路チ
ップに熱電トランスジーサ(thermal −to 
−electric transducer )または
静’に素子(5tatic electric ele
ment )を集積可能な空間(envir品ent 
)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。
The present invention relates to an integrated semiconductor device that can also integrate a signal processing circuit that provides f and a method for manufacturing the same. The semiconductor device of the present invention, which may also be manufactured by a patch process, has a much larger thermal and Physical insulation is provided, and a thermal-to-thermal transformer is attached to the semiconductor circuit chip.
-electric transducer) or static electric element (5tatic electric ele)
A space where environmental products can be accumulated (environment)
). The invention has application in the technical fields of flow detection, combustible gas detection, humidity detection and pressure detection. However, the invention is not limited to these fields.

本発明は、半導体装置およびその装置の製造方法に関す
る。
The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the device.

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、熱
電トランスソー−サまたは静電素子を構成する部材を有
し、その部材は、上記くぼみ上にPJ[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の次面に少なくとも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、そのくほみが実知的に、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。
A semiconductor device of the present invention has a semiconductor substrate with a recess formed in a first surface. Further, the semiconductor device has a member constituting a thermoelectric transformer saucer or an electrostatic element, and the member has a PJ [a predetermined configuration provided at a certain distance] above the recess. There is. The member is connected to the first surface in at least one location, and the recess has an opening around at least a portion of the predetermined configuration, the recess being operatively connected to the member and the semiconductor body. It provides physical and thermal insulation between the

このようにすると、集積半導体装置は、トランスジュー
サまたは素子と半導体基体の間に実e的な物理的および
熱的に絶縁された空間を提供することになる。
In this manner, the integrated semiconductor device provides a substantial physically and thermally isolated space between the transducer or component and the semiconductor body.

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
廟する半導体装置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(21) 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d1、PJr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シ一部限定さ
れている。その予め決められた構成は、異方性エツチン
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
表面に異方性エツチングを施して部材をアンダーカット
し、〈はみを作る。
A method of manufacturing such a device includes the steps of providing a semiconductor device having a first surface having a predetermined orientation with respect to the crystal structure of the semiconductor body. The method further includes the step of providing a layer of material forming the member on the first surface (21). The method also includes at least one portion of the first surface.
The exposed surface area d1 is partially defined by predetermined features to be provided at a distance PJr. The predetermined configuration is oriented such that undercutting by anisotropic etching occurs in a substantially minimal amount of time. Finally, the method undercuts the component by anisotropically etching the exposed surfaces to create a gap.

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。これらの特許の応用は、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。
This application describes various embodiments of the invention, and as mentioned above, the invention can be applied in technical fields such as flow sensing, combustible gas sensing, humidity sensing and pressure sensing. The applications of these patents are discussed in detail below, and the general device of the present invention and methods of manufacturing the device are described.

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。
First, an example applied to a flow sensor will be described.

長年にわだシ、熱的測風学[thermal(22) 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、電力の散逸(electric
al power dissipation )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全うはう。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。
For many years, thermal anemometry has been an effective means of measuring fluid flow. By definition, a thermal anemometer relies on its heat conduction in operation. Typically, a resistance element with a temperature sensitive resistance is placed in the fluid flow. The current flowing through the resistive element causes power dissipation (electric
(al power dissipation), the temperature of the resistance element increases. The fluid to be monitored is thermally swept away from the resistive element by its flow. The final temperature of the resistive element, indicated by measuring the resistance value, is a function of fluid velocity and thermal conductivity.

従来の抵抗値変化素子は、通常熱線、熱フィルム。Conventional resistance value change elements are usually heat wires or heat films.

サーミスター型である。理想的々熱的風速計は、^価で
なく、だが、非常に速い応答をする抵抗値トランスジュ
ーサで、正確かつ堅牢なことである。
It is a thermistor type. Ideally, a thermal anemometer would be a resistance transducer that is not resistant, but has a very fast response, is accurate, and is robust.

これらの要望は、従来の熱的風速η1″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
常バルク形の検出菓子からなシ、応答時間特性はわるい
。速応答形の風速計は辿n′高価であシ、こわれやすい
検出素子を肩している。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ガらず、したがって、ゴミ
These demands are often in conflict with each other, as demonstrated by the conventional thermal wind speed η1''.Cheap anemometers are usually bulk type detectors and have poor response time characteristics. Most anemometers are expensive and carry fragile sensing elements. Accurate anemometers typically require complicated and expensive assembly of the sensing element and support structure. The meter must be fully inserted into the area where the fluid is flowing to prevent it from coming off, and therefore debris.

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。
Susceptible to destruction or deterioration by impact from lint or other debris.

本発明の熱的風速針またはフロートランスジューサは、
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、風速針
はシリコン−コンミ4チブルプロセス(5ilicon
 −compatible processes )の
ような低コストパッチプロセスによって製造することも
できるので安価でアシ、ミリセコンドのレンジの熱的時
定数で応答し、正確さについてり1、流体の一定の変化
に対して抵抗値がよシ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。ぞして、その構造は、流体の流れの中
に完全に押入りる必要のカいよすなものであシ、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
よシ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。
The thermal wind needle or flow transducer of the present invention comprises:
It satisfies all the characteristics required of an ideal converter in a form close to ideal. According to the invention, the wind speed needle is manufactured using a silicone-commissible process (5ilicon).
They are inexpensive, can be manufactured by low-cost patch processes such as Improved sensitivity to large changes in value and improved signal to noise ratio
ratio), it outperforms conventional solid-state thermal anemometers. Therefore, the structure is such that it has to penetrate completely into the fluid flow, so that dirt, lint, and other debris are not likely to collide. It will flow near the detection element. The anemometer of the present invention is less susceptible to performance degradation than conventional thermal anemometers.

以下、本発明の風速計の−実り例を図面を用いて詳しく
説明する。
Hereinafter, practical examples of the anemometer of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第1図および第2図は、本発明にかかる70−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(5ilicon n1tride )のようガ誘
電体層12によシおおわれた第1の表面14を有してい
る。実施例では、第4図のエレメント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からなシ、エレメント2
2は窒化シリコンのよう々誘を体層18でおおわれてい
る。
1 and 2 are side cross-sectional views of a preferred embodiment of a 70-sensor according to the present invention. Single crystal (mono
-crystalline) semiconductor 10 has a first surface 14 covered with a dielectric layer 12, such as silicon nitride. In an exemplary embodiment, element 22 of FIG.
2 is covered with a dielectric layer 18 of silicon nitride.

誘電体層12は、エレメント22と半導体10の間に一
1気的絶縁(1solation )を与え、6%体層
12および18は、エレメント22にノヤシベーシロン
(paslvation )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(25) 素子のグリッド16と半導体10の間に、十分な熱的お
よび物理的絶縁が々される。くぼみ20は、通常、のち
に述べられるような目的にかなったエツチング技術を用
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1
0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、よシ大きいので、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。
Dielectric layer 12 provides 11 isolation between element 22 and semiconductor 10, and 6% body layers 12 and 18 provide paslvation to element 22. By forming the depression 20 under the grid 16, sufficient thermal and physical insulation is provided between the grid 16 of the resistive (25) element and the semiconductor 10. Recess 20 is typically formed using a custom etching technique as described below. Without this depression 20, it is difficult to obtain sufficient thermal and physical insulation between the grid 16 of the sensing element and the semiconductor 10. For example, if the grid 16 of the resistive element is connected to the semiconductor 1 by only a solid dielectric layer,
Since the thermal conductivity of a solid dielectric is usually much greater than that of air, the grid 16 of resistive elements substantially conducts heat to the semiconductor 10. It turns out.

検出菓子のグリッド16と半導体10の間の十分な熱的
および物理的絶縁は、センサのよう々広く種々さまざま
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シ、その検出素子は
空襲の流れの非常に感度の良い測定ができるように適応
(26) 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であるからである。
Sufficient thermal and physical isolation between the detection confectionery grid 16 and the semiconductor 10 has many advantages, making it adaptable to a wide variety of devices such as sensors. For example, in the case of the semiconductor-based flow sensor of the present invention, by constructing a very thin sensing element that is sufficiently thermally insulated from the semiconductor substrate, the sensing element can be made to withstand the flow of air raids. It has been adapted (26) to allow very sensitive measurements. This is because the temperature of thinly formed parts is easily influenced by air flow.

これは、半導体基体へ実質上熱が逃げてし址う検出素子
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。
This is in contrast to solid state thermal anemometers which have sensing elements that allow substantial heat to escape to the semiconductor substrate. The temperature sensitivity of a device having such a configuration is greatly influenced by the heat of the semiconductor itself.

第1図の実施例において、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、検出索子34は、
上から見ると、はぼ長方形であp1抵抗素子16と誘電
体層12および18の一部からなっている。
In the embodiment of FIG. 1, the member or sensing element 34 is provided in a bridging manner over the recess 20 and has first and second ends connected to the first surface 14 of the semiconductor. ing. In this way, the detection probe 34
When viewed from above, it has a roughly rectangular shape and consists of the p1 resistance element 16 and part of the dielectric layers 12 and 18.

第2図の実施例では、部材す々わち検出索子32は、抵
抗素子16と誘電体層12および18の一部からなシ、
半導体の第1の表面14に検出索子32の一端36だけ
で接続されて、〈ばみ20の上で片持ちはシされている
。半導体基体10へ接続されるのを、検出索子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
1iil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、釉
々の利点がある。加えて、検出索子32を介して伝達さ
れる熱損失(l1eat 1oas )は、その一端の
みで行なわれるので、検出索子32は、十分に、」ニジ
熱的に絶縁されたものとなる。
In the embodiment of FIG. 2, the member 32 consists of the resistive element 16 and part of the dielectric layers 12 and 18;
The sensing strand 32 is connected to the first surface 14 of the semiconductor at only one end 36 and is cantilevered over the hinge 20. Having only one end of the sensing element 32 connected to the semiconductor body 10 allows the sensing element 32 to expand and contract in nearly all directions without substantial constraint from the semiconductor body 10. There are many advantages of glazes, including these advantages. In addition, the heat loss (leat 1 oas ) transferred through the sensing strand 32 takes place only at one end thereof, so that the sensing strand 32 is well thermally insulated.

第3図は、2つの検出索子32またid、34からなる
好ましい実施例の正断面図であシ、第10図ないし第1
3図は、種々の好11.い実施例の平面図である。本発
明の70−七ンサに関り、てハ、1組の部材が、槙々の
利点を有するII−f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パックグラウンド′m圧(back
−ground voltage )は容易にほぼa、
b除けるので、非常に測定の8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
の検出素子よシ耐されるので、速度と同様に流れの方向
を指示することができる。
FIG. 3 is a front cross-sectional view of a preferred embodiment comprising two detection probes 32 and 34;
Figure 3 shows various advantages 11. FIG. Regarding the 70-7 sensor of the present invention, one set of members is a preferred embodiment with several advantages. As will be explained below, automatically temperature compensate for changes in the temperature of the environment, for example by using two substantially independent components and comparing the signal from one with the signal from the other. be able to. Such a configuration reduces back ground pressure (back ground pressure) within a single detection element.
-ground voltage) is easily approximately a,
Since b can be removed, the measurement can be greatly increased by 8 degrees. Furthermore, the use of two measuring elements in a flow sensor, as will be further explained below, allows the upstream sensing element to be more sensitive than the downstream sensing element, so that it can indicate flow direction as well as velocity. can.

しかしながら、くぼみ20の上に支持された1つの検出
素子は、本発明の70−センサと一致する。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
によシ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。
However, one sensing element supported above the recess 20 corresponds to the 70-sensor of the present invention. for example,
To detect the presence or absence of flow, the air turbulence signal generated by the flow sensor of one sensing element would be suitable for detecting the presence or absence of air flow. Only the alternating current component of the element resistance change due to air turbulence is amplified; the slow or direct current component of the element resistance due to changes in ambient temperature, for example, is not detected.

示した好ましい実施例では、ノf−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シ、グリッド
す々わち抵抗素子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、パーマロイか抵抗素子16を形成する
ように選択されている。たとえは、非常に薄い部材すな
わち(29) 検出素子32または34は、抵抗素子16と誘電体層1
2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
をもって抵抗索子16ヲ冷やして、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。
In the preferred embodiment shown, the f-malloy can be precisely formed by sputtering in layers only a few hundred angstroms thick, and the properties of permalloy make it possible to reduce the resistance of the grid, i.e., the resistance of the resistive element 16. Permalloy has been chosen to form the resistive element 16 because of its ability to obtain a highly sensitive and predetermined correlation between the temperatures of the element 16. For example, the detection element 32 or 34 consists of a very thin member, i.e. (29), a resistance element 16 and a dielectric layer 1.
2 and 18. When applied as a flow sensor, the air flow across the sensing element 32 or 34 cools the resistance cord 16 in a predetermined relationship with the speed of the air flow, causing a change in resistance and reducing the flow of air. would be able to measure.

示した実施例では、検出索子32および34は、通常は
、0.8から1.2ミクロン程度の厚さである。
In the embodiment shown, sensing cords 32 and 34 are typically on the order of 0.8 to 1.2 microns thick.

この厚さは、通常800オングストロ一ム程度の厚さの
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。
This thickness includes resistive element 16, which is typically on the order of 800 angstroms thick, and dielectric layers 12 and 18, each typically on the order of several thousand angstroms thick.

通常0.001ないし0.010インチの深さの範囲で
あるくぼみ20によって抵抗素子16が十分に半導体1
0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^い感度の構成により、検出素子は烏感度
の流速測定ができる。
Recess 20, which typically ranges in depth from 0.001 to 0.010 inches, allows resistive element 16 to be sufficiently
This very thin and low sensitivity configuration, along with the fact that it is insulated from the zero substrate, allows the sensing element to perform extremely sensitive flow velocity measurements.

前述したように、抵抗素子16の好ましい実施例は、第
4図に示すようなパーマロイのグリッド(30) からなるものである。リード部24は、f−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、第4
図、第10図、第11図、第12図および第13図に図
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。
As previously mentioned, the preferred embodiment of resistive element 16 is comprised of a permalloy grid (30) as shown in FIG. The lead portion 24 is f-malloy. This is because additional processes can be eliminated. That is, making the lead portion 24 from other materials requires additional processes. The permalloy lead part 24 becomes slightly hot, but the lead part
10, 11, 12 and 13, the leads are relatively wide and conduct heat substantially to the substrate of the semiconductor 10, and the leads 24 are relatively wide, as shown in FIGS. Heating is relatively small.

前述したように、第3図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おいて
利点がある。このような構成の実施例は、第5図に図示
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、よシ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。
As previously mentioned, there are advantages in a flow transducer consisting of first and second resistive elements as illustrated in FIG. An embodiment of such a configuration, combined with a circuit such as that illustrated in Figure 5, provides a highly sensitive flow transducer that is independent of ambient temperature by eliminating background signals and providing a direct measurement signal. Obtainable.

第3図に図示したセンサの実施例の動作説明および第5
図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と符号性する。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
シ通常はつシ合わちれているが、つシ合わせる必要l′
iない。
Explanation of the operation of the embodiment of the sensor illustrated in FIG.
For purposes of explanation of the circuits illustrated in the figures, the resistive elements in these figures are designated 16A and 16B. Each resistance element 16A and 16B consists of a resistance element 16. Resistive elements 16A and 16B are at least substantially identical and are usually matched together, but need not be matched.
I don't.

本発明の笑η的な利点は、第5図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hF)、このようにして、パ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。
A major advantage of the present invention is that the circuit shown in FIG.
It can be integrated directly onto the substrate of the semiconductor 10 (hF); in this way, a complete detection device can be obtained on a single chip by means of a patch process.

第5図に示した回路は、たとえば、TLO87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ズ(
feedback 1oop )に並列に接続された抵
抗索子16Aまたは16Bを有している。抵抗素子16
Aは、そのリード部24を介して、増幅器500出力5
4と負入力(negativeinput ) 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、J臂幅器52の出力56と負入力58
の間に接続される。
The circuit shown in FIG. 5 has, for example, three differential amplifiers each consisting of TLO87. As shown, each of the two amplifiers 50 and 52 has a feedback loose (
It has a resistance cable 16A or 16B connected in parallel to the feedback loop (feedback 1oop). Resistance element 16
A connects the amplifier 500 output 5 via its lead 24.
4 and a negative input 59. Resistive element 16B similarly connects output 56 and negative input 58 of J arm spanner 52 via its lead portion 24.
connected between.

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のワイノJ?−55へ接続されている。
Negative input 58 to amplifier 52 is connected via resistor 64 to potentiometer 62's Wyno J? -55.

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52の正大
カフ2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。
Negative input 59 to amplifier 50 is connected to wiper 66 via resistor 70. Positive cuffs 2 and 74 of amplifiers 50 and 52 are connected to ground or reference potential 76, respectively.
It is connected to the.

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54は、抵抗8
6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
0出力92と買入カフ8の間に接続されている。
Output 56 of amplifier 52 is connected to amplifier 80 via resistor 82.
The output 54 of the amplifier 50 is connected to the negative input of the resistor 8
6 to the positive input of an amplifier 80. A positive input 84 of amplifier 80 is connected to ground or reference potential 76 via a resistor 88 . The resistor 90 is the amplifier 80
0 output 92 and the purchase cuff 8.

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、−15VDCのような
負の電源に接続されるように設けである。ポテンショメ
ータ62は、電源のグラスおよびマイナス電圧の間のど
こでも予め決め(33) られた電位を選択するための手段を与えるものである。
The first terminal 94 of the potentiometer 62 has a voltage of +15VDC.
Also, the second terminal 96 of potentiometer 62 is provided for connection to a negative power supply, such as -15 VDC. Potentiometer 62 provides a means for selecting a predetermined potential (33) anywhere between the glass and negative voltages of the power supply.

動作において、この示した回路は、出力92と接地また
は基準電位760間に抵抗素子16Aおよび16Bから
々る検出素子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。
In operation, the illustrated circuit generates a voltage between output 92 and ground or reference potential 760 that has a predetermined relationship to fluid velocity across sensing element 32 or 34 from resistive elements 16A and 16B.

抵抗素子16Aおよび16Bは、それヤれ、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
クルーズ中に一定軍流を維持する。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
子の抵抗飴とは独立である。そのフィードバックループ
の中に、一定′亀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i9−マロイの抵抗索子16Aまたは16
B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(34) 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。
Resistance elements 16A and 16B are connected to amplifier 50.
and 52 feedback loops. Each operational amplifier 50 and 52 maintains a constant flow rate during its feedback loop. Thus, the current through each resistive element 16A and 16B is independent of the resistance of that resistive element. In order to maintain a constant current in its feedback loop, each operational amplifier effectively changes its output voltage in response to changes in the resistance of resistive element 16A or 16B. As previously described, each i9-Malloy resistance cord 16A or 16
The resistance value of B changes in a predetermined relationship with the temperature of the resistance element. Thus, the voltage output of each (34) operational amplifier 50 and 52 has a predetermined relationship with the temperature of its associated resistive element element.

演算増幅器80け、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92の電圧は、
抵抗索子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16A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8
0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。
Operational amplifier 80 amplifies the difference between the voltage outputs of operational amplifier 50 and operational amplifier 52, and the voltage at output 92 of operational amplifier 80 is proportional to the voltage difference between the output voltages of operational amplifier 50 and operational amplifier 52. Therefore, the voltage at output 92 is
It has a predetermined relationship with the temperature difference between the resistance cord 16A and the resistance element 16B. The temperature difference between resistive elements 16A and 16B has a predetermined relationship with the fluid velocity across the sensing element. Therefore, amplifier 8
The zero output 92 voltage will have a predetermined relationship to the fluid velocity across resistive elements 16A and 16B.

まず、第1の部材すなわち抵抗素子16Aからなる検出
素子にかがシ、つぎに、第2の部材すなわち抵抗素子1
6Bからなる検出素子にかかる流体の流れは、抵抗素子
16Aを、抵抗索子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から熱をうはい、抵抗素子16Bの4=J
近へ熱を連ぶからである。ワイ/f−66における1す
1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の出力電圧よシも大きくなる。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鳴している。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酎やされるだろう〃・らであ
る。
First, the detection element consisting of the first member, ie, the resistance element 16A, is turned on, and then the second member, ie, the detection element 16A is turned on.
The fluid flow across the sensing element 6B will cause the resistive element 16A to be cooler than the resistive cord 16B. This is because the flow of fluid applied to the resistive element 16A carries away heat from the resistive element 16A, and 4=J of the resistive element 16B.
This is because it brings heat to those who are close to it. Assuming that the 1-to-1 supply voltage at W/F-66 is positive, the output voltage of amplifier 52 will also be greater than the output voltage of amplifier 50. This difference is multiplied by amplifier 80 and the output voltage at output 92 exhibits a predetermined relationship with the fluid velocity. As previously mentioned, the output voltage at output 92 can also provide a directional indication. For example, if resistive elements 16A and 16B are arranged along the flow within a duct, the two sensing element sensors of the present invention can be used to detect the direction of fluid flow as well as the flow rate. This is because, as mentioned above, the upstream detection element will be more sensitive than the downstream detection element.

以上のように、第5図に示した回路は、定′8L流モー
ドで、抵抗索子16Aおよび16Bを作動する。また、
他の回路でも、抵抗索子16Aおよび16B1または、
本発明の他のセンサを、定電圧モード、定高度すなわち
冗抵抗モード、また娃足箱カモードで作動する回路を有
するものであればよい。
As described above, the circuit shown in FIG. 5 operates resistive cords 16A and 16B in a constant '8L flow mode. Also,
In other circuits, resistor cables 16A and 16B1 or
Other sensors of the present invention may have circuits that operate in constant voltage mode, constant altitude or redundant resistance mode, or low-resistance mode.

次に、本発明を湿度センサとして比、用した例を説明す
る。この応用では、本発明のセンサは、表面吸漸影91
 (5urface adsorption effe
cts )および光学的影響(optical eff
ects )をうけずに、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。
Next, an example in which the present invention is used as a humidity sensor will be described. In this application, the sensor of the invention uses a surface absorption gradient 91
(5 surface advertising effect
cts) and optical eff
It is possible to measure the water vapor concentration or relative humidity of the atmosphere without undergoing any ects), is compatible with the integration of signal processing circuits, and can be realized on a single semiconductor chip at a very low cost.

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、単位容積当シの乾燥空気の分子の
数に対する単位容積当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(ave
rage molecularweight )に対す
る水の分子量の一定比による比況(5pecific 
humidity )に関連したモル湿度(molal
 humidity )と称される。
The humidity sensor of the present invention is based on the principle that the thermal conductivity of air changes as the water vapor concentration changes. Here, the water vapor concentration is defined as the ratio of the number of water vapor molecules per unit volume to the number of dry air molecules per unit volume. This concentration is often determined by the average molecular weight (ave) of dry air.
The ratio of the molecular weight of water to the molecular weight
molar humidity (humidity)
humidity).

(37) 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多?−器を与える回wrを介
して比7昇へ変換されるモル湿1隻をiDt ]妾に与
えるものである。
(37) Therefore, although not shown, the humidity sensor of the present invention has a multiplier suitable for molar humidity measurement. -IDt] Gives one mole of water to the concubine, which is converted into a ratio of 7 through wr.

また、モル湿度測定値を相対l妃度の61す定値に変換
することも興味あるところである。このような変換にd
、周囲温展−の測定が必要であり、標準湿度図表データ
(5tandard psychrometric c
hartdata )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間融になる。
It is also of interest to convert the molar humidity measurements to a constant value of 61 relative degrees. For such a transformation, d
It is necessary to measure the ambient temperature and temperature, and standard humidity chart data (5 standard psychometric c
hartdata), a corresponding automatic adjustment must be made. Some altitude effects due to air mixing density changes also result in fusion in the conversion to relative humidity.

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。
This is because, for a given mole fraction of water vapor, as measured by thermal conductivity, the partial pressure of water vapor will change with altitude.

したがって、最も正確な相対湿度の測定には、変換は、
高度依存因子(altitude−dependent
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。
Therefore, for the most accurate measurement of relative humidity, the conversion is
altitude-dependent factor
factor). Such conversion would be performed by circuitry not shown.

環境制御の応用装置には、ある低い基準温度お(38) よひ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、−足モル湿度において、温度とともに直
線的に変化し、そして、氷結および凝#4を除外する範
囲で、−足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、モル湿度画定および混合
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。
Environmental control applications require devices that read out the enthalpy of mixed air with respect to the enthalpy at some low reference temperature and zero humidity. Enthalpy varies linearly with temperature - in foot molar humidity, and - to the extent that excludes icing and condensation #4 - changes linearly with molar humidity in foot temperature. Determination of enthalpy can be obtained by circuit from molar humidity definition and mixed air temperature. The circuit, not shown, produces a readout offset for the dry air proportional to the difference between the mixing temperature and the reference temperature and converts the molar humidity output to an enthalpy scale.

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
施例によシ詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An example of application of the present invention to a humidity sensor will be explained below in detail by way of an embodiment using the drawings.

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の中にエツチングまたは他の方法で
形成されたくほみ102を廟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10
6を有する。その検出素子106は、第1図の検出菓子
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、または第2図および第
6図に示したようなカンチレバー形すなわぢ片持ちばす
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、くほ
み102の上にIJJT定の距離全おいて設けられた予
め決められた形をしている。
In its simple form, the humidity sensor of the invention comprises a substrate 100
a semiconductor substrate having a feature 102 etched or otherwise formed in a first surface 104 of the semiconductor body, further comprising a sensing element 10 such as shown at 106;
It has 6. The sensing element 106 may be bridge-shaped over the recess 102 in the same manner as the sensing confection 34 of FIG. 1, or cantilever-shaped as shown in FIGS. 2 and 6. It is probably shaped like a cantilevered rope. Member or detection element 10
6 usually has a resistive element designated by 108 and has a predetermined shape placed above the corner 102 at an IJJT constant distance.

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
口谷形成している。
Sensing element 106 is connected to first surface 104 at at least one location, such as shown at location 110 . The depression 102 defines an open valley in the first surface around at least a portion of the predetermined configuration of the member or sensing element 106 .

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の抵抗値と温肪の間に予め決められた関係
を崩している。
When the resistive element 108 is heated by being supplied with an electric current, the predetermined relationship between the resistance value of the resistive element 108 and the hot fat is broken.

本発明の湿度センサは、さらに第8図のような流れ止め
手段116を鳴することで、検出素子106にかかる空
気の流れをIまば防ぎ、空気の流れによる抵抗素子10
8の冷却をふせいている。
The humidity sensor of the present invention further prevents the flow of air across the detection element 106 by activating the flow prevention means 116 as shown in FIG.
8 is blocking cooling.

この流れ止め手段116は、検出菓子106および半導
体基体100の湿緻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、
フィルター120が設けられている。
The flow stop means 116 has an opening 118 to equalize the humidity level of the detection confectionery 106 and the semiconductor body 100 with the humidity level of the surrounding environment. Additionally, to prevent the sensor from being contaminated by airborne particulates,
A filter 120 is provided.

抵抗素子108は、抵抗素子108の抵抗値すなわち温
度に関係した大きざを持つ信号を与えるように使用され
、その信号の大きさニ、<ホみ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(t
hermal coupling )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。
The resistor element 108 is used to provide a signal having a magnitude related to the resistance value of the resistor element 108, that is, the temperature, and the magnitude of the signal is determined by the resistance between the element 108 and the semiconductor substrate 100 via the resistance element 102. The thermal coupling (t
thermal coupling) and changes with humidity. This change in thermal coupling occurs through changes in air conductivity as well as changes in molar humidity.
As a result, humidity can be measured.

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1
14は、はぼこのつき出た部分112から基体100を
熱的に絶縁している。このつき(41) 出た部分は通常、電気的接続ができるようにワイヤーポ
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(feedthrougha )を有してい
る。
In a typical application of this humidity sensor, the chip or semiconductor body 100 has a header.
) is attached to a glass member 114 provided at 112 with epoxy. This glass member 1
14 thermally insulates the base body 100 from the protruding portion 112 of the hollow. This part (41) is not shown, but is usually used to connect a wire bonding arrangement to make an electrical connection.
It has a feedthrough.

さらにまた、この湿度センサは抵抗素子124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値の熱的係数(ther
mal coefficient ofresista
nce : TCR)がほとんどゼロである旧夕1]の
抵抗素子126を有している。第7図および以下で示す
ように、ぽ列の抵抗素子126は、抵抗素子124と直
列に接続してもよい。そのかわシに、直列の抵抗素子1
26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(chr
ome 5ilicide )またはニクロム(nic
hrome )素子からなるものである。
Furthermore, this humidity sensor has a reference resistance means 122 consisting of a resistance element 124. As discussed further below, the sensor according to the invention has a thermal coefficient of resistance (thermal coefficient of resistance) over the required predetermined temperature range.
mal coefficient ofresista
nce: TCR) is almost zero. As shown in FIG. 7 and below, the row of resistive elements 126 may be connected in series with the resistive elements 124. Instead, resistor element 1 in series
26 may be connected in series with the resistive element 108. For example, the series resistive element 126 may be chromium silicide (chr).
ome 5ilicide) or nichrome (nic
hhome) element.

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(42) 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。
Furthermore, the humidity sensor of the present invention has a heater consisting of an element 128, and is adapted to control the temperature of the semiconductor substrate (42) 100 to a predetermined temperature. Element 128 comprises a resistive element, such as a permalloy element, that substantially transfers heat to the semiconductor substrate.

抵抗素子108のように、抵抗索子124は、第4図に
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、抵抗索子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、淵にと抵
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。
Like resistor element 108, resistor cord 124 is comprised of a permalloy grid as shown in FIG. In this way, the resistive element 124 not only serves as a reference resistance for the resistive wire 108, but also as a temperature measuring means for the resistive element 124 or the temperature-controlled semiconductor body 100. Permalloy has a predetermined relationship between depth and resistance. In this way, the semiconductor body 100 can be maintained at a predetermined high temperature by adjusting the current flowing through the resistive element 128 and monitoring the temperature of the base body 100 with the resistive element 124.

示したように、抵抗素子108 、124 、126お
よび128は望化シリコン(5ilicon n1tr
ide)のような2つの誘電体層の間にはさ壕れておシ
、第1の層127は、第1の表面104の少なくとも一
部をおおっている。
As shown, resistive elements 108, 124, 126, and 128 are made of silicon (5ilicon n1tr).
The first layer 127 is sandwiched between two dielectric layers such as ide) and covers at least a portion of the first surface 104.

半導体基体100に実質的に〃(を伝導する・9−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、抵抗索子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、抵抗索子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、予め次められた比況の条件の
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。第5図に示すような回路
が、この目的を達成するために用いられ、第5図の抵抗
素子16Aおよび16Bを湿度センサの抵抗素子108
および124と1aきかえ、抵抗索子126を適当に抵
抗素子108″!。
If the semiconductor substrate 100 has a 9-malloy resistive element 124 that conducts substantially 124 is substantially the semiconductor substrate 100
Since the resistance value of resistive element 124 does not substantially change with changes in humidity. Thus, the signal from resistive element 124 is canceled by the signal from resistive element 108, effectively reducing the resulting signal which would have a predetermined value under the conditions of the predetermined ratio. It will be supplied to A circuit such as that shown in FIG. 5 is used to accomplish this purpose, replacing resistive elements 16A and 16B of FIG. 5 with resistive element 108 of the humidity sensor.
And replace 124 with 1a, and replace the resistance wire 126 with an appropriate resistance element 108''!

たは124のどちらかに直列に設けることになる。or 124 in series.

・母−マロイ素子の温度対抵抗値曲線は非直線である。- The temperature vs. resistance curve of the mother-Malloy element is non-linear.

抵抗素子108のIM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
れた顛斜を有するだろう。たとえば通常は抵抗索子12
4によって測定されるチップすなわち基体100の自動
rM度調節された温度のような第2の予め決められた@
嵐で、抵抗値124の抵抗値は、抵抗索子124の温度
対抵抗値曲線が、その動作温度で抵抗索子108の予め
決められた峨が[とほぼ一致する傾斜となるように確立
される。抵抗索子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、
可動の抵抗索子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、基準抵抗系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。
The IM degree vs. resistance curve of resistive element 108 will have a first predetermined slope when operating at a first predetermined operating temperature. For example, normally the resistance cord 12
A second predetermined temperature such as an automatic rM degree adjusted temperature of the tip or substrate 100 measured by
In a storm, the resistance value of resistor value 124 is established such that the temperature versus resistance curve of resistor cord 124 has a slope that approximately coincides with the predetermined slope of resistor cord 108 at its operating temperature. Ru. The overall effective resistance of resistive wire 108 or 124 is adjusted by adding resistive element 126 in series with either resistive element 108 or 124, in this example resistive element 124, as appropriate. . and,
The movable resistance cord 126 can be operated over the required temperature range.
The thermal coefficient of resistance value is approximately zero. As a result, the total effective resistance of the reference resistance system at the second predetermined temperature is equal to the total effective resistance of the sensing element of the humidity sensor at the first predetermined temperature. It will be made to be.

このようにして、基準抵抗系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つの索子を(45) 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。ここでも、これは、第5図に
示したような回路によって達成できるものである。
In this way, the effective resistance values of the reference resistance system element and the humidity detection element are approximately equal, and the signals passing through these two elements (45) have a sum of signals that is approximately zero at a predetermined humidity. It is canceled out like this. Again, this can be achieved by a circuit such as that shown in FIG.

そして次に、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
を検出するだめのセンサとしての応用ができる。第9図
に示したような本発明の可燃性ガスセンサの一実施例は
、第3図に示しだフローセンサと、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。
Next, an example in which the present invention is applied as a combustible gas sensor will be described. As mentioned above, the present invention can be applied as a sensor for detecting flammable gas. One embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, as shown in FIG. 9, is similar to the flow sensor shown in FIG. 3, except that the reaction member 130 is thermally coupled to one of the resistive elements. very similar. When warmed in the presence of flammable gas and oxygen, reaction member 130 will indicate the presence of flammable gas. In addition, flow stop means, such as flow stop means 116 used in humidity sensors, are also used to substantially prevent air flow across the first and second sensing elements shown in the embodiment.

第9図において、反比、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つの好ましく46) 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。
In FIG. 9, in contrast, the member 130 is the detection element 140.
The resistive element 142 is thermally coupled to the resistive element 142 inside the resistive element 142 . In one preferred embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, the reaction member 130 is warmed by a resistive element 142, typically made of iron oxide, for example.

プラチナまたはパラジウムの触媒反応性(cataly
−tically active )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系子
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の湯度変化は、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。
Catalytic reactivity of platinum or palladium
-tically active) thin film. In such embodiments, when the catalytically reactive thin film is warmed in the presence of flammable gas and oxygen, an exothermic reaction occurs resulting in a change in temperature and thus the resistance of its corresponding resistive element 142. The value changes. In this way, the change in the hot water temperature of the resistance element 142 due to the exothermic reaction indicates the presence of combustible gas and causes the resistance value of the resistance element to change.

本発明の他の好捷しい実施例では、反応部材130は、
たとえは、酸化鉄丑たは酸化スズの金属酸什物の抵抗素
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&[化物の抵抗素+は第4図に示す素子16r
(似た形でもよい。
In other preferred embodiments of the invention, the reaction member 130 includes:
For example, it is made of a metal oxide resistive element of iron oxide or tin oxide and is heated by the resistive element 142. The resistive element + of the gold &[oxide is the element 16r shown in FIG.
(It can be of similar shape.

このような実施例では、可燃性ガスおよび飴・素の有る
中で抵抗索子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
検出する〇 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の表向136の中にエツチング
または他の方法で形成されたくぼみ134を持つ手栃1
体基体ケ有する。
In such embodiments, the resistance value of the metal oxide resistance element changes when heated by the resistance cord 142 in the presence of flammable gas and candy/base, thereby detecting the presence of combustible gas. The combustible gas sensor of the present invention then includes a pocket 1 having a recess 134 etched or otherwise formed in a first surface 136 of a chip or semiconductor body 132.
It has a body base.

この可燃性ガスセンサは、第1図に示した検出素子34
と同様にくぼみ134の上に槁渡しされた形か、または
第2図に示した検山系子32のようにカンチレ・ぐ−形
すなわち片持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、第4図に示すような・や
−マロイのグリッドからなる符号142で示した抵抗f
子を有する。
This combustible gas sensor has a detection element 34 shown in FIG.
It has a detecting element 140 in the shape of a cantilever, that is, a cantilever beam, as in the case of the test piece 32 shown in FIG. 2. . This sensing element usually consists of a resistor f, designated by 142, consisting of a 0-Malloy grid as shown in FIG.
have a child

検出素子140はくぼみ134上に乃1足の距1愉をお
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136に接続されている。くほみ
134は、検出素子14()の予め決められた形の少な
くとも一部の丑わ)で第1の表面136に開口を形成し
ている。部月すなわち検出素子140は、抵抗素子14
2と半導体基体132の間で十分な物理的かつ熱的絶に
ヶ与えるものである。前述したように、この部祠す衣わ
ち横44−1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。
Sensing element 140 has a predetermined shape spaced one foot apart on recess 134 and is connected to first surface 136 in at least one location. The indentation 134 defines an opening in the first surface 136 at least a portion of the predetermined shape of the sensing element 14 ( ). In other words, the detection element 140 is the resistor element 14
2 and the semiconductor substrate 132. As mentioned above, this section 44-1 element 140 includes a reaction member 130 that is thermally coupled to a resistive element 142.

抵抗系子142は、を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
を翁する。
When the resistance element 142 is heated by being supplied with a current, a predetermined relationship is established between the resistance value of the resistance element 142 and the temperature.

ざらにまた、本発明の可燃性ガスセンサは、第8図に示
した流れ止め手段116のような流れ止め手段を有し、
その流れ止め手段は検出素子140にかかる空気の流れ
をほぼさまたげることになシ、抵抗素子142か空気の
流れによって冷却されるのを実質的に防げている、この
流れ止め手段は、たとえば第8図に示した開口118の
ようなものによって、反応部側130へ可燃性ガスが出
入できるようになっている。
In general, the combustible gas sensor of the present invention has a flow stopper such as the flow stopper 116 shown in FIG.
The flow stop means substantially obstructs the flow of air over the sensing element 140 and substantially prevents the resistive element 142 from being cooled by the air flow. An opening, such as the one shown in FIG. 118, allows flammable gas to enter and exit the reaction side 130.

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(49) 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
系子142によって温められると抵抗価が変化して、可
燃性ガスの存在を検出する。
As previously mentioned, in the first preferred embodiment of the combustible gas sensor of the present invention, the reaction member 130 typically comprises a catalytically reactive thin film. In such embodiments, when the reaction member 130 is heated by the resistive element 142 in the presence of flammable gas and oxygen, an exothermic reaction occurs resulting in a change in temperature and thus a change in the resistance value of the resistive element (49) 142. do. This change in resistance value of resistance element 142 will indicate the presence of combustible gas. In a second preferred embodiment, the reaction member 130 comprises a resistive element, typically a metal oxide. In such embodiments, when the resistive element is heated by resistive element 142 in the presence of flammable gas and oxygen, its resistance changes to detect the presence of combustible gas.

また、抵抗系子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144はまた第
1の表面136の少なくとも一部をおおっている。図示
のように、反応部材130は、検出素子140の誘電体
層146の上に設けられている。
Resistive element 142 is also protected within two dielectric layers, such as silicon nitride, with first layer 144 also covering at least a portion of first surface 136. As shown, the reaction member 130 is provided on the dielectric layer 146 of the sensing element 140.

もし、本発明の可燃性ガスセンサの第1のUt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、くほみ1
34の上にハ1定の距離をおいて設けられた予め決めら
れた形状を有しく50) 第2の検出素子148id少なくとも1個所で第1の表
面136に接続されていて、くほみ134は、検出素子
148の予め決められた形状の少なくとも−に1(のま
わシで第1の表111u 136にしH5D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
If the first preferred embodiment of the combustible gas sensor of the present invention is used, it is desirable to use a second resistive element 150, as shown by second sensing element 148. As shown, the second detection element 148
50) The second sensing element 148id is connected to the first surface 136 at at least one location and has a predetermined shape disposed at a certain distance above the corner 134. The recess 132 is formed in the first table 111u 136 by turning the predetermined shape of the detection element 148 at least 1 (1). Provide sufficient physical and thermal insulation between the

検出素子148が反応部月130のような反応部材を有
していないこと以外は、検出索子140と検出素子14
8はほは同一であってもよい。検出素子148は抵抗素
子150を有し、周囲温度父化に対してほぼ検出素子1
40と同じ反応を翁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、侵出素子142からの信号に
対して相殺するように働き、パ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肛
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。実質的に第5図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、第5図の抵抗素子16Aおよび
16Bと抵抗素子142および150を置きかえること
になる。
The detection element 140 and the detection element 14 are different from each other, except that the detection element 148 does not have a reaction member like the reaction part 130.
8 may be the same. The detection element 148 has a resistance element 150, and the detection element 148 has a resistive element 150, and the detection element 1
It will be used as a reference detection element that exhibits the same reaction as 40, and will perform automatic temperature correction. Additionally, the signal from the reference resistive element 150 acts to cancel the signal from the transmissive element 142, excluding the level of the pack ground signal caused by the thermal changes induced by the responsive member 130. This makes it possible to directly measure the detected signal. Substantially the same circuit as shown in FIG. 5 is used to accomplish this purpose, replacing resistive elements 142 and 150 with resistive elements 16A and 16B of FIG.

次に本発明を圧力センサとして応用した例を説明する。Next, an example in which the present invention is applied as a pressure sensor will be described.

前述したように、本発明は圧力センナとして、−例とし
ては、大気圧力以下のI−ヒカ(aub−atmosp
heric pressure )を測定するためのセ
ンナ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首れている。
As mentioned above, the present invention is suitable for use as a pressure sensor - for example, in sub-atmospheric pressure
It can be applied as a senna to measure herric pressure. Pressure sensors that cover a relatively wide dynamic range are desired.

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々神々のガスを用いている一般の
工業用プロセスは、しばしばグロセス制御の一部として
圧力の測定が要求される。
For example, oxygen, argon,
Common industrial processes that utilize gases such as nitrogen and hydrogen often require pressure measurements as part of gross control.

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
圧の必要伯:、こわれやすさ、抵抗の低い熱係数(lo
w thermal coefficjent ofr
esistance )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律動1積足数(
coo目ng time constant )よシ速
く増加するとタングステンか容易に酸化してしまうとい
う短寿命等の短所を有してい1こからである。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。
Conventional thermal conductivity pressure sensors that heat tungsten in sub-atmospheric ranges have not been satisfactory. Because of the relatively low dynamic range, high power and voltage requirements: fragility, low thermal coefficient of resistance (lo
w thermal coefficent ofr
relatively low sensitivity due to the oxygen partial pressure (
However, if the amount of tungsten is increased too quickly, it will easily oxidize, resulting in a short lifespan. The pressure sensor of the present invention significantly reduces or eliminates these disadvantages.

本発明の圧カセ/ザは、単位ガス容積の熱伝導率の変化
にもとすいている。特に、平均自由行路長(mean 
free path lengths )は、たとえば
第7図の検出素子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i (heat removal rate )
および熱伝導率は、ガス圧力の減少とともに減少する。
The pressure case/thermal chamber of the present invention is also based on changes in thermal conductivity of unit gas volume. In particular, the mean free path length (mean
Since the free path lengths ) is limited, for example, by the distance between the sensing element 106 and the underlying semiconductor substrate 100 in FIG. 7, the heat transfer i (heat removal rate ) from the sensing element
and thermal conductivity decrease with decreasing gas pressure.

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。
This leads to an increase in the temperature of the resistive element 108, assuming that the resistive element 108 is operating at a constant current.

本発明の圧力センサは、雌ホ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。
The pressure sensor of the present invention may have the same configuration as the humidity sensor of the present invention, and will be explained using the same diagram used to explain the humidity sensor.

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の中にエツ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(53) で示したような検出素子106を有する。その検出素子
106は、第1図の検出素子34と同じようにくぼみ1
02の上に橋渡しされるようにするか、または第2図お
よび第6図に示したようなカンチレバー形すなわち片持
ちばシのような形のものであろう。部材すなわち検出索
子106は、通當、符号108で示した抵抗素子を有し
、くほみ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1
10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
ぢ検出素子106の予め決められた構成の少なくとも一
部のまわ夛で第1の表面に開口を形成している。
In its simple form, the pressure sensor of the invention comprises a substrate 100
a semiconductor body having a recess 102 etched or otherwise formed in a first surface 104 of the semiconductor body and further having a sensing element 106 as shown at 106 (53). The sensing element 106 has a recess 1 similar to the sensing element 34 of FIG.
02 or cantilevered as shown in FIGS. 2 and 6. The member or sensing tether 106 generally has a resistive element generally designated 108 and has a predetermined shape positioned above the nozzle 102 at a predetermined distance. The detection element 106 is located at position 1
It is connected to the first surface 104 at at least one location, such as indicated at 10 . The recess 102 forms an opening in the first surface by at least a portion of the predetermined configuration of the member or sensing element 106 .

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。
Resistive element 108 has a predetermined relationship between the resistance value of resistive element 108 and the temperature when the resistive element 108 is heated by supplying current.

本発明の圧力センサは、さらに第8図のような流れ止め
手段116を有することで、検出索子106にかかる空
気の流れをほぼ防ぎ、空気の流(54) れによる抵抗素子108の冷却をふせいている。
The pressure sensor of the present invention further includes a flow prevention means 116 as shown in FIG. 8, which substantially prevents the flow of air across the detection cord 106 and prevents the resistance element 108 from being cooled by the air flow (54). It's closed.

このか1.れ1−め手段116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
(!−等しくするために屍口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、フィルター120が設けられている。
Is this 1. The first means 116 has a corpse port 118 to equalize the pressure level of the detection element 106 and the semiconductor substrate 100 to the pressure level (!-) of the surrounding environment. A filter 120 is provided to prevent this from occurring.

抵抗素子108b1、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力えるように使用され
、その信号の太きさは、〈はみ102を介して、その素
子108と半導体R体100の間で変化する熱的結合(
thermal coupling )によって大気圧
力V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、窒気の伝導率の変化を介して起
きるもので、この結果圧力の洲j定をすることかできる
The resistance element 108b1 is used to apply a signal having a magnitude related to the resistance value and temperature of the resistance element 108, and the thickness of the signal is determined by the resistance element 108b1 and the semiconductor R The thermal coupling that changes between the bodies 100 (
thermal coupling) changes with the pressure below atmospheric pressure V. This change in thermal coupling occurs through a change in the conductivity of nitrogen with a change in pressure, and as a result, the pressure can be determined.

この圧力センサの典型的な応用においでは、チップすな
わち半導体4体100はつき出た部分(header 
) ] 12に設けられたガラス部側114にエポキシ
(epoxy )で設けられている。このガラス部材1
14はは#ぽこのつき出た部分112から基体100を
熱的に絶縁している。このつき出た部分は通常、電気的
接続ができるようにワイヤーが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(feedth
roughs )を有している。
In a typical application of this pressure sensor, the chip or semiconductor body 100 has a protruding portion (header).
)] is provided on the glass part side 114 provided in 12 with epoxy. This glass member 1
14 thermally insulates the base 100 from the protruding portion 112. This protruding portion is typically provided with a feedthread hole (not shown) for connecting the wire landing configuration to make an electrical connection.
roughs).

さらに捷だ、この圧力センサは抵抗素子124からなる
基準抵抗手段122を鳴している。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値
の熱的係数(thermalcoefficient 
of resistance : TCR)が11とん
どゼロである直列の抵抗素子126を有している。
More importantly, this pressure sensor uses a reference resistance means 122 consisting of a resistance element 124. As mentioned in connection with the humidity sensor of the invention, the pressure sensor of the invention has a thermal coefficient of resistance over the required predetermined temperature range.
It has a series resistance element 126 whose resistance (TCR) is approximately zero.

第7図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とは列に接続してもよい。そのかわ
多に、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(chromeailicide )ま
たはニクロム(nichrome )素子からなるもの
である。
As shown in FIG. 7 and below, a series resistive element 126
may be connected in series with the resistive element 124. Alternatively, series resistive element 126 may be connected in series with resistive element 108. For example, series resistive element 126 may be comprised of a chrome silicide or nichrome element.

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いて、半導体基体100の温度を予
め決められた温度に副側jするようになっている。ニレ
メン)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。
Furthermore, the pressure sensor of the present invention has a heater consisting of an element 128, and is adapted to keep the temperature of the semiconductor substrate 100 at a predetermined temperature. 128 consists of a resistive element, such as a permalloy element, which substantially transfers heat to the semiconductor substrate.

抵抗素子108のように、抵抗素子】24は、第4図に
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
抗として役割を呆たすだけでなく、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。
Like resistive element 108, resistive element 24 consists of a permalloy grid as shown in FIG. In this way, the resistance element 124 not only serves as a reference resistance for the resistance element 108, but also serves as a temperature measuring means for the resistance element 124 or the semiconductor substrate 100 whose temperature is automatically controlled. . Permalloy has a predetermined relationship between temperature and resistance. In this way, the semiconductor body 100 can be maintained at a predetermined high temperature by adjusting the current flowing through the resistive element 128 and monitoring the temperature of the base body 100 with the resistive element 124.

示したように、抵抗素子108 、124 、126お
よび128は窒化シリコン(5ilicon n1tr
ide )(57) のような2つの誘電体層の間にはさまれておシ、第1の
層127は、第1の表向104の少なくとも一部をおお
っている。
As shown, resistive elements 108, 124, 126 and 128 are made of silicon nitride (silicon n1tr).
Sandwiched between two dielectric layers such as ide ) (57), the first layer 127 covers at least a portion of the first surface 104 .

半導体基+* 1 o oに実質的に熱を伝達する・セ
ーマロイの抵抗素子124を持ってすれd:、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々い。
By having a Themalloy resistive element 124 that substantially transfers heat to the semiconductor substrate, the temperature of the resistive element 124 is substantially regulated by the temperature of the semiconductor body. Additionally, since resistive element 124 is substantially thermally coupled to semiconductor body 100, resistive element 124
The resistance value tends to change substantially with changes in pressure.

したがって、抵抗素子124からの信号は、抵抗素子1
08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1で、予め決められた値を治するであろう結果
の信号を効果的に供給することになる。第5図に示すよ
うな回路が、この目的を達成するために用いられ、第5
図の抵抗素子16Aおよび16Bを圧力センサの抵抗素
子108および124と行きかえ、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。
Therefore, the signal from resistive element 124 is transmitted to resistive element 1
08, effectively providing a resulting signal that would cure a predetermined value at one of the predetermined pressure conditions. A circuit such as that shown in FIG. 5 is used to achieve this purpose;
The resistive elements 16A and 16B shown in the figure would be replaced with the resistive elements 108 and 124 of the pressure sensor, and the resistive element 126 would be placed in series with either resistive element 108 or 124, as appropriate.

・や−マロイ素子の温度対抵抗値曲勝は非@紛で(58
) るる。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。たとえは通常は抵抗素子
124によりて測定されるチップすなわち基体100の
自動11ら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124の温
度対抵抗値開&lが、その動作温度で抵抗素子108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108t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11 l′r
e等しく、この2つの素子を通る信月は、予め決められ
た圧力で信号の第11がほぼゼロになるように相殺され
る。ここでもこれは、第5図に示したようガ回路によっ
て達成できるものである。
・The temperature vs. resistance value curve of the Malloy element is non-destructive (58
) Ruru. The temperature versus resistance curve of resistive element 108 will have a first predetermined slope when operating at a first predetermined operating temperature. At a second predetermined temperature, such as the temperature of the chip or substrate 100 that is normally measured by the resistive element 124, the resistance value of the resistive value 124 is determined by the temperature of the resistive element 124. The resistance value open &l is established to have a slope that approximately matches the predetermined slope of the resistive element 108 at its operating temperature. The overall effective resistance of resistive element 108 or 124 is adjusted by adding resistive element 126 in series with either resistive element 108t or 124, in this example resistive element 124, as appropriate. . The series resistive element 126 then operates over the required temperature range.
The thermal coefficient of resistance value is approximately zero. As a result, the total effective resistance of the reference resistance element at the second predetermined temperature is equal to the total effective resistance of the sensing element of the pressure sensor at the first predetermined temperature. It will be made like this. In this way, the effective resistance value of the reference resistance element and the pressure sensing element is 11 l'r
e, the signals passing through these two elements cancel out at a predetermined pressure such that the 11th of the signal is approximately zero. Again, this can be accomplished with a circuit as shown in FIG.

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。々せならば、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太きいからである。
Although the pressure sensor of the present invention has been described as sensitive to changes in humidity levels, this is not a problem in normal applications. This is because, over the usage range of the pressure sensor of the present invention, the response to pressure changes is greater than the response to humidity changes.

い甘、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
く力ると、抵抗素子を治する温められた部側から熱をう
ばうべき分子がより少なく々ることに々ると考えられる
。そして、その抵抗素子に定電流を流すと、もし、分子
がよシ少なければ、部拐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けその部側すなわち検出素その部
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ど
変化しない。たとえば、10チ(/′e−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(
allpath lengths )は補正するために
、たとえば10チ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p少ない分子しか存在しない
が、分子は止められること々く10襲進むことになるの
で検出素子からの熱移動製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lIJ+の距離に比べて短
いときにかぎって、(61) 非常に正確な依存せたは補正因子である。
First, when considering the phenomenon related to the sensor of the present invention, when the pressure of the gas becomes low, that is, the density of the gas is low, heat should be transferred from the heated part side that cures the resistance element. It is thought that the number of molecules is smaller and more frequent. When a constant current is passed through the resistance element, if there are fewer molecules, the metal will become hotter and hotter as the pressure decreases. However, in such a case,
The amount of heat escaping from the sensing element is Does not change appreciably with changes in pressure. For example, a pressure change of 10 cents (/'e-cents) reduces the gas density by a corresponding amount;
The mean free path and, in fact, the total path length of any category (
allpath lengths) is increased to the exact same amount, for example 10 inches, to compensate. Thus, for pressures when the mean free path length is short compared to the distance between the detection element and the semiconductor substrate, molecules stop when they collide, and there are fewer molecules present. Since the molecule advances 10 times without being stopped, it can be approximated that the amount of heat transferred from the detection element is the same. This is a very accurate dependent correction factor (61) only when the mean free path length of the gas molecules is short compared to the lIJ+ distance between the sensing element and the semiconductor substrate.

以上のように、本発明の圧カセンザは、通常の大気圧付
近、たとえば、1襲圧から0.1気圧のレンジの圧力に
は、普通は感じないだろう。
As described above, the pressure sensor of the present invention will not normally feel pressure near normal atmospheric pressure, for example, in the range of 1 atm to 0.1 atm.

特別の好ましい実施例から見れば、前述した例よシ、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
を力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
するいかなる物理酌量は、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ととができる。
In view of a particular preferred embodiment, permalloy resistive elements, which, in combination with microstructures, serve as heaters and temperature sensors, such as those mentioned above, can be used to detect air flow, humidity, pressure, combustible gases and other gaseous It can be seen as a holistic invention that provides the basics for detecting objects that undergo many physical changes, such as physical objects. In fact, any physical extenuant that changes in a material composition in such a way as to cause a temperature change can, in principle, be detected by a sensor based on a structure such as the one shown.

さらに、部材すなわち検出素子は、たとえば示したよう
な静電素子(5tatic electric ele
ment)からなっていて、検出目的のための熱電笈侠
エレメント(thermal−to−electrlc
 transducingolement )としてだ
けでなく、電磁放射を与える(62) b・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(olectrlc−to−the
rmalelement )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。例数
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 oxide mono−crystalli
nefilm)、薄膜熱電対結合(thin film
 thermocouplejunctlon ’)、
半導体物質のサーミスターフィルムのような焦電材料、
またけ、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。
Further, the member or detection element may be an electrostatic element as shown, for example.
ment) and a thermal-to-electrlc element for detection purposes.
an electrothermal transducing element (olectrlc-to-the) for providing electromagnetic radiation (62) or otherwise serving as a source of thermal energy;
rmalelement). Of course, such generic elements are not limited to having permalloy resistive elements. This is because a suitable thermoelectric or electrostatic element is sufficient for the number of examples. Another example of a sensing element is a single crystal film of zinc oxide (
zinc oxide mono-crystalli
nefilm), thin film thermocouple coupling (thin film)
thermocouplejunctlon'),
pyroelectric materials, such as semiconductor material thermistor films;
It also includes other non-permalloy metal films with suitable temperature coefficients of resistance.

よって、前の特定の例においてよシ、もつと一般的に説
明し、第1図ないし第4図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の表面の中にエツチ
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
示したより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を治し、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。そのくぼみ杜、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
シで、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。
Accordingly, the invention will now be described with reference to the foregoing specific examples and general descriptions, and with reference to the structures shown in FIGS. 1-4. The present invention includes a semiconductor body 10 having a recess 20 etched or otherwise formed in a first surface of the body. Furthermore, the present invention provides a member having a thermoelectric or electrostatic element, ie, a sensing element 32 or 34, indicated by the reference numeral 16, and the sensing element is provided at a predetermined distance above the depression 20. The first surface 14 is connected to the first surface 14 in at least one location in a predetermined structure. The indentation forms an opening in the first surface by at least a portion of the predetermined configuration of the member, ie, the detection element. The recess provides sufficient physical and thermal insulation between the thermoelectric or electrostatic element and the semiconductor substrate.

このような集積半導体装置は、あとで述べるようなパッ
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。
Such integrated semiconductor devices can be manufactured through a patch process as described below, providing sufficient physical and thermal isolation space between the thermoelectric or electrostatic elements and the semiconductor substrate.

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(crystalline 5tructure )
に関して予め決められた方向(orientation
 ) ′!f−冶する第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の表向の少なく
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19丁足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、異方性エツ
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、はぼ最小時間でおこなわれるであろう。
The manufacture of such a device according to the invention is based on the crystalline structure of the substrate.
orientation
)′! The method includes the steps of: providing a semiconductor body having a first surface to be treated; and providing a layer of material for forming a component or sensing element on the first surface. The manufacturing method of the present invention further comprises the step of exposing at least a predetermined region of the first surface,
The area of the exposed surface is arranged in a predetermined configuration such that when the recess is subsequently provided, it will be placed partially over the recess at a distance of 19 feet. is directional so that undercutting a predetermined configuration by anisotropic etching will occur in a minimal amount of time.

本発明の好ましい実施方法例は、まず(100)シリコ
ンウエーノ・表面14を設けることである。
A preferred embodiment of the present invention is to first provide a (100) silicon wafer surface 14.

その表面14には、低圧のガス放電(10Wpres+
5ure gas discharge )の中で通常
のスフ9.タリング技術によってつけられる通常300
0オングストロームはどの厚さの窒化シリコン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オングストロームはどのi9−マ
ロイの−、際な層が、スフ9ツタリングによって窒化シ
リコンの上につけられる。
Its surface 14 has a low pressure gas discharge (10Wpres+
5ure gas discharge) in a normal soup 9. Usually 300 attached by talling technique
0 angstroms is how thick the layer of silicon nitride 12 is. The next step is usually 80% nickel and 20% nickel.
An 800 angstrom layer of I9-Malloy, consisting of 800% iron, is deposited on top of the silicon nitride by sintering.

適当なフォトマスク(photo maak ) 、フ
オトレソス) (photoragiat )および適
当なエラチャン(65) ) (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。
A permalloy element 22 consisting of a grid 16 and leads 24 is formed using a suitable photomask, photoragiat and a suitable etchant.

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、ノクーマロイのエレメントを全部おお
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、500
0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、誘電体の非対象の層の部材すなわち検出
素子ができることになるが、このような対象性の欠除は
、等しい厚さの層を設ければ、訂正することができる。
A second layer 18 of silicon nitride, typically 5000 angstroms thick, is sputtered over the entire Nokoomalloy element to protect the resistive element and its leads from oxidation. a first layer of silicon nitride 3000 angstroms thick;
Providing a second layer of silicon nitride with a thickness of 0 angstroms would result in an asymmetrical layer member or sensing element of the dielectric; however, this lack of symmetry is due to the fact that a second layer of silicon nitride with a thickness of It can be corrected by adding layers.

第10図、第11図、第12図および第13図には、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ツチングされ
る。ここで、部Iは直線の縁を有しているように図示し
であるが、このような形状は、たとえば、曲線の線を不
するように変更してもよい。
10, 11, 12 and 13, openings 152 are etched through the nitride to the surface of the (100) silicon to form the respective members. Although section I is illustrated here as having straight edges, such a shape may be modified, for example, to have no curved lines.

(66) 最後に、窒化シリコンを侵さない異方性エツチング(a
nigotropic etchant )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ツチング
でとジ除く。水酸化カリウム(KOH)とイソグロビル
アルコール(1sopropyl alcohol )
の混合物がiMなエッチャント(5uitable e
tchant )である。エツチングきれたくほみの斜
面は、(111)面と、エツチングに抵抗する他の結晶
面と、エツチングによシ弱く抵抗する(100)面の表
面のくぼみの底によって形成されている。〈はみの底は
、部材からたとえば、0.004インチの所足の距離に
位置する。これは、通常、エツチングの継続時間(du
ration )を調節することによってなされる。
(66) Finally, anisotropic etching (a
A nigotropic etchant is used to etch away the silicon beneath the part in a controlled manner. Potassium hydroxide (KOH) and isoglobil alcohol (1sopropyl alcohol)
A mixture of is an iM etchant (5uitable e
tchant). The etched slope is formed by the (111) plane, other crystal planes that resist etching, and the bottom of the depression in the surface of the (100) plane that weakly resists etching. The bottom of the scissors is located at a distance of, for example, 0.004 inches from the member. This is usually the etching duration (du
This is done by adjusting the ration).

たとえば、ホウ素を含んだ層(baron−doped
layer )のようなドーピングされたシリコンのエ
ツチング止(doped 5ilicon etch 
5top )が、くぼみの深さを制御するために用いら
れてもよいがこのような止は、本発明を用いるときには
通常必要ではない。
For example, a layer containing boron (baron-doped)
doped silicon etch, such as
5 top) may be used to control the depth of the depression, but such a stop is usually not necessary when using the present invention.

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
通常は部拐の@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(n
on−zero angle ) 154で方向をむけ
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、ある角度で直線の部材の縁または軸
を設けるようにすることを含んでいる。しかし、部側が
@線の縁がない形であったシ、軸は容易に規矩でき々い
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。はぼ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
たようガ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ツ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。
In order to undercut the part in a minimum amount of time, for example, the predetermined shape of the edge or axis of the undercut is usually set at a non-zero angle (n) with respect to the [110] axis of the silicon.
on-zero angle) 154. The invention includes providing straight member edges or axes at an angle to minimize undercut time or, in the case of bridged members, to undercut. There is. However, if the part side had a shape without the edge of the @ line, the axis could easily be square and tight, but it could be considered that the shape itself was oriented to achieve, for example, a minimum undercut time. It will be done. By angling the dowel at approximately 45 degrees, the member or sensing element will be undercut in a minimum amount of time. For example, using a 45 degree angle, a normal sized cantilever as shown above would have an etching time of about 90 minutes compared to several hours using a 0 degree orientation.
Can be undercut in minutes.

部側がアンダーカットされる時間?r: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、第1図に示
されたような2端のブリッジの製造をすることになる。
Time for the side to be undercut? In addition to minimizing r:, using a non-zero direction will result in the production of a two-ended bridge as shown in FIG.

このような部材は[110]方向づけされた部材の縁で
は、実際上杵るのは不可能である。部杓の縁が(110
)方向つけされているとすると、部材の緑に沿って露出
された(111)結晶面で、または、符号160のよう
な内側の角で、異方性エツ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。従来技術によ
シわかるように[110)軸に方向づけされたカンチレ
バー形部材は、カンチレ・々−の自由端からビームの長
さ方向に沿って主にエツチング進む。
Such a member is virtually impossible to punch with the edges of the member oriented [110]. The edge of the scoop (110
) oriented, the anisotropic etching is not appreciably undercut at the exposed (111) crystal faces along the green of the part, or at the inside corners such as 160. This is because it is waxy. As known in the prior art, cantilevered members oriented along the [110) axis etch primarily along the length of the beam from the free end of the cantilever.

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、はとんどない。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。
Here, there is a slight undercut from the end of the cantilever beam, but there is not much. This results in undercutting from a direction including the ends of the member compared to a member made according to the invention as previously described.

45度に方向づけされた場合も、部材と半導体の端の支
持境界部をすばやく、丸くシ、なめらかにすることが可
能である。このようにして、第1図から第31¥Jに示
された絶縁層12の下の2つの(69) (111)面がぶつかシあうところに起こる応力集中部
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、ある釉
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、第2図に示したような2つのカンチレバー形の部側
を接続する第10図の符号156で示した接続手段や、
第1図に示したような2つの橋渡し形の部材を接続する
第12図の符号158で示した接続手段がある。
Even when oriented at 45 degrees, it is possible to quickly round and smooth the support interface at the edge of the component and the semiconductor. In this way, it is possible to avoid the occurrence of stress concentration areas that occur where the two (69) and (111) planes under the insulating layer 12 collide, as shown in Figures 1 to 31J. It may be desirable in some glaze devices to connect the first and second members by means of a connecting means, ie, in a sense, to provide the first and second elements in one member. Examples of such connecting means include the connecting means shown at 156 in FIG. 10 for connecting two cantilever-shaped portion sides as shown in FIG.
There is a connecting means, designated 158 in FIG. 12, for connecting two bridging-type members as shown in FIG.

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憔を維持する助けになシ
、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、第13図に示し
たようなp++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。
Such connection means will help maintain uniformity of the thermal conductivity between the space and the respective member and the bottom of the cavity, and will contribute to uniformity of performance in each type of device. . For similar reasons, it may be advantageous to provide two elements in one member in a p++ manner as shown in FIG.

さらにまた、処理または装置構成のために、第10図に
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誉れる応用(70) 例があるかもしれない。
Furthermore, there may be applications (70) in which it is desirable to connect components to the semiconductor substrate at auxiliary locations, such as location 159 shown in FIG. 10, for processing or device configuration.

小さな長方形のエツチングの穴152が、第10図およ
び第11図のカンチレバー形の部材の1つの&−続端お
よび第12図および第13図の橋渡し形すなわちブリッ
ジ形の両端に示8れていて、これらの穴は、部材が取シ
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
だ豹の助けになる。しかし、部材の端のこのような穴1
52は、装置の十分な性能には必要ではない。
Small rectangular etched holes 152 are shown at one &-continuation end of the cantilever-shaped member in FIGS. 10 and 11 and at both ends of the bridging shape in FIGS. 12 and 13. , these holes assist in undercutting or shaping the semiconductor substrate to which the component is attached. However, such a hole 1 at the end of the member
52 is not necessary for full performance of the device.

図示のように部材の端に沿っであるエツチングの穴15
2は、通常、フローセンサおよび可燃性がスセンサの場
合は0002から0.005インチ程度の幅で、湿度セ
ンサおよび圧力センサの場合は、0.001インチ程度
の開口の幅であシ、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
Etched holes 15 along the edge of the member as shown
2 typically has an opening width of about 0.002 to 0.005 inch for flow sensors and flammable gas sensors, and an opening width of about 0.001 inch for humidity sensors and pressure sensors. And the narrow width of the pressure sensor helps reduce the effects of gas flow.

第10図、第11図、第12図および第13図の半導体
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。
The semiconductor bodies of FIGS. 10, 11, 12, and 13 are shown in the form of flow sensors or combustible gas sensors and are numbered 10 or 132.

たとえば、第6図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、通常はくほみの上に所定の距
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。
For example, humidity and pressure sensors, such as those shown in FIG. 6, are similar in construction, but typically include one member and element spaced a predetermined distance apart.

第10図ないし第13図には、第5図に図示したような
1柑路の集積化のだめの領域が示しである。
FIGS. 10 to 13 show the area of one-way integration as shown in FIG. 5.

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′!l: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
る誘電体の角、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。
As previously mentioned, the practical effect of the invention for detecting by thermal means is that member 32'! This is achieved by providing an air gap or recess 20 below the l: or 34. Thereby, the sensing material is well thermally and physically insulated from the substrate by an air gap, typically by a corner, rectangular area of dielectric material attached at one or both ends to the silicon substrate, as shown. It means that it is supported. As previously mentioned, although rectangular members are used, in fact any other shape could be used.

示した実施例において、部材32または34の典型的ガ
寸法は、幅が0.005から0.00フインチ程度、長
さが0.010から0.020インチ程坂1そして厚さ
は08から1.2ミクロン(m1crons )である
In the embodiment shown, typical dimensions of member 32 or 34 are 0.005 to 0.00 inches wide, 0.010 to 0.020 inches long, and 0.8 to 1 inch thick. .2 microns (mlcrons).

第4図に示したようなエレメント16のよう々典型的な
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、通常ハ、800オングストロ一ム
&度から1600オングストロ一ム程度の範囲であシ、
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6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。
A typical permalloy element, such as element 16 shown in FIG. 4, is approximately 800 angstroms thick, but typically has a thickness ranging from 800 angstroms to about 1600 angstroms. ,
A preferred composition is 80% nickel and 20% iron, with a resistance of about 1000 ohms at room temperature. Resistance values for various applications are typically eg 25
The resistance ranges from approximately 500 ohms to 2000 ohms at room temperature of about 6°C. The temperature of the permalloy element is about 400.
When the temperature is increased to .degree. C., the resistance value increases to about 3.0 times.

パーマロイのグリッド160線の幅は、約6ミクロンで
約4ミクロンの間かくを有している。
The width of the permalloy grid 160 lines is approximately 6 microns with a spacing of approximately 4 microns.

〈ぼみ20は、通常部材と半導体基体10の間に、約0
.004インチのすきまがあるが、このすきまは、約0
.001インチから約o、oioインチの範囲で容易に
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、o、oosインチである。これらの寸法
は例として掲げただけであシ、限定的な意味ではない。
<The recess 20 is usually located between the member and the semiconductor substrate 10 at approximately 0.
.. There is a clearance of 0.004 inches, but this clearance is approximately 0.04 inches.
.. It can easily vary from 0.001 inches to about 0.000 inches. The typical thickness of the semiconductor body 10 or substrate is 0,000 inches. These dimensions are provided by way of example only and are not meant to be limiting.

(73) 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l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。
(73) A member of typical dimensions as shown has a very small thermal volume l and thermal impedance, about 0
This results in a thermal time constant of 0.005 seconds.

したがって、熱の入力の小さ73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。
Therefore, a smaller 73 thermal input results in a new thermal equilibrium with a slightly different sensing element temperature.

この違いで、十分な電気的出力(q 号’e出すととが
できる。
This difference allows for sufficient electrical output (q'e).

このような構成の強度対重量比(strength−t
o−welght )は、非常に良く、前述の典型的な
寸法の2端ブリツジ形のものは、10000重力(gr
avities)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。
The strength-t
o-welght) is very good, and a two-end bridge type of the typical dimensions mentioned above has a 10,000 gr.
It can withstand mechanical shock forces better than other materials. Even single-ended structures when used as cantilevered structures can withstand 10,000 gravity shocks.

たとえば第1図および第2図の部材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m&以上に温めることは、多
くの応用において触性の利点がある。典型的な動作温度
は、約i o o ’cから400℃の範囲である。好
ましいノぐ−マロイエレ(74) 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
In many applications, heating a member or sensing element, such as member 32 or '34 of FIGS. There are advantages. Typical operating temperatures range from about IoO'C to 400C. With the preferred nozzle (74), input power of only a few milliwatts is achieved.
This can be achieved. Such power levels are compatible with integrated circuits provided on the same semiconductor substrate with the sensor, if desired, as previously discussed.

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
ンスよシモ、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N度を得ることは、よシむずか
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辿うんだのは
、電気的移行現象(electromigratlon
 )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シ、パーマロイにおいて
は、通常−平方センチメートル当fi 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、例えは室温が25℃
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、よシ^いインピーダンスによシ危険電流密度
を超えることなく所望の動作温度を得ることができる。
A typical temperature sensor in industry has an electrical impedance of 100 ohms. However, for the purposes of the present invention, such impedances have a number of disadvantages. For processing purposes, a typical 1000 ohm impedance or a 100 ohm impedance suitable for the preferred resistive element of the present invention may be used.
.. It is very difficult to obtain an impedance N degree of 1%. The typical impedance of 1000 ohms in the permalloy elements used in the present invention is due to the electromigraton phenomenon.
This is because we considered element failure due to ). Electrical transfer phenomena are physical failure mechanisms, and in permalloy they occur in the conductor due to the mass flow that occurs when the current exceeds a dangerous limit of about 10-6 amperes per square centimeter. It is something. Therefore, in order to achieve the desired operating temperature within the permalloy element 16, even if the room temperature is 25°C.
A relatively large impedance, on the order of 1000 ohms, is desirable; a high impedance allows the desired operating temperature to be achieved without exceeding dangerous current densities.

結果として、たとえば前述したように部材32または3
4の典型的な寸法は、従来技術によシ報告された0、0
01インチ幅と、0.004インチの長さの微細構造よ
りは十分大きくなければならない。
As a result, member 32 or 3, for example as previously described.
Typical dimensions of 4 are 0, 0 as reported by the prior art.
It must be sufficiently larger than the microstructures, which are 0.01 inch wide and 0.004 inch long.

本発明にコンパチブルなパーマロイ抵抗X子に通常必要
な部材のよシ大きな領域は、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、この方向がよシ広い微細構造を作
るときと、そして第1図に示したようなブリツノ形を作
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。
The larger area of material normally required for permalloy resistor X-elements compatible with the present invention must have sufficient surface area to provide a grid of permalloy as shown at 16. The preferred 45-degree orientation of the member as described above is a process that requires the least processing time when creating a wider microstructure and when creating a bulge shape as shown in Figure 1. This is very important from a time point of view.

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、・母−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、ノ々ルク状のプラチナ
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(par
ts per m1llion )の抵抗値の熱的係数
(thermal coefficient of r
esistance :以下rTcRJと略す)を有し
ている。i〜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)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(resis
ti−vity )という利点がある。さらV(、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はならないのに対して、・
ヤ(77) 一マロイは約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。A? −マロ
イは約1600オングストロームの厚さでその最大TC
R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シわずかに小さいだけであ
るので、800オングストロームが好ましい厚さとして
込択される。したがって、800オングストロ一ム程度
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
トコストを下けることができる。
As mentioned above, for many possible applications,
A preferred thermoelectric conversion or electrostatic element is the permalloy resistance element described above. When sandwiched within the silicon nitride member or sensing element, the mother-Malloy element is protected from oxidation by air and can be used as a heating element up to temperatures in excess of 400°C. Such permalloy elements have resistance vs. temperature characteristics similar to Nork-like platinum, with both permalloy and platinum having a resistance of about 4000 ppm (par
Thermal coefficient of resistance (ts per million)
esistance: hereinafter abbreviated as rTcRJ). However, permalloy is superior to platinum in structure according to the present invention. Platinum is commonly used as a material for temperature sensing elements, but permalloy has a resistivity that is twice that of platinum.
It has the advantage of ti-vity). Furthermore, in thin films, platinum must be at least 3500 angstroms thick;
Ya(77) monomalloy can achieve maximum TCR in a thickness range of about 800 to 1600 angstroms. A? - Malloy has a thickness of approximately 1600 angstroms and its maximum TC
R can be achieved, but the specific resistance is double and the TCR is 1600.
800 angstroms is selected as the preferred thickness since it is only slightly less than 800 angstroms. Therefore, using permalloy elements on the order of 800 angstroms thick, platinum requires only one-eighth the surface area required for the same resistance, increasing the thermal efficiency of the sensing element, requiring less area, and Can reduce costs.

このようKして、ノ母−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p11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
方を組合せたことは、低コスト、小さい熱容量、Ofま
しい感度および速い11、各音可能にした。
In this way, the mother-Malloy element is an efficient heater element and an efficient sensing element, and has a thermally insulated structure with respect to temperature changes in the microstructure as shown above. On top of that, the combination of both heater and detection functions in the same element allowed for low cost, small heat capacity, excellent sensitivity and fast 11,000 Hz.

さらに、)f!1常、1ミクロン程度の電化シリコン(
78) の支持絶縁薄膜の中にはさ陳れたi4?−マロイのヒー
タかつ検出のための素子は、ノクーマロイの薄膜の、特
に高い瀞黒゛における酸化に対して・にシベーションを
与える。それは、また、蟹化シリコンのもつエツチング
処理に対する高い抵抗から、たとえばliL、制32ま
たは34の正確な寸法制御かできることにもなる。加え
て、l要な熱伝導匁因の制御のためにたとえば、くぼみ
20を0001インチから0010インチぐらいの寸法
の深さに深くエツチングすることができる。
In addition,)f! 1 Usually, electrified silicon of about 1 micron (
78) i4 displayed in the supporting insulating thin film? - The element for the heater and detection of the malloy provides scivation against oxidation of the thin film of the malloy, especially at high abrasions. It also allows precise dimensional control of, for example, liL, 32 or 34, due to the high resistance of silicon nitride to etching processes. In addition, the recesses 20 can be deeply etched to a depth on the order of 0001 inches to 0010 inches, for example, to control the necessary thermal conductivity.

したがって、本発明の好着しい実hflを用いて、・ヤ
ーマロイは示したような微細構造と糾み合わさレテ、温
度センサお↓ひヒータまたは放射源(heater /
 radiation 5ource )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(paa
sivating material )としての窒化
シリコンの使用6、望みの構造を得るために必要とされ
るエツ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ツチング止(artifici
al etch 5top )なしで、作ることができ
ることになる。そして、0.001から0010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
ツチングの便用によp従来の方法で集積化牛導体装置上
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。
Therefore, using the preferred embodiment of the present invention, Yermalloy can be combined with a microstructure as shown, a temperature sensor, a heater or a radiation source.
radiation 5source). Support and passivation material (paa
The use of silicon nitride as the sivating material 6 will provide the necessary etching time to obtain the desired structure. Furthermore, the directionality according to the invention undercuts in a minimum time and
The desired structure is created using an artificial etch stop.
al etch 5top). The thermoelectric or electrostatic elements are then fabricated on the integrated conductor device in a conventional manner by deep anisotropic etching to control the depth of the recess in the range of 0.001 to 0.010 inches. Greater thermal insulation can be achieved than

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おL々の変臭が可能である
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ツチング技術を用いてJヒ成され
たが、本発明に従った実施例は、前述したようfL枝術
によって形成されたくぼみを持つものに限定されない。
Although the foregoing description has been set forth in terms of preferred embodiments, it will be apparent to those skilled in the art that numerous odor variations are possible within the scope of this invention. It is therefore intended that the invention be limited only by the scope of the claims that follow. For example, although the recess indicated at 20 was created using the purposeful etching technique described above, embodiments in accordance with the present invention may include recesses formed by fL branching as described above. It is not limited to those who have.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図、第2図および第3図は、本発明の好ましい実施
例のUr面図である。 第4図は、本発明に適合した電気的抵抗系子のグリッド
の一実施例を示す図である。 第5図は、本発明のセンサの好ましい実施例に適合する
一実M!!例の回路図である。 第6図、第7図および第8図は、本発明のセンサの実施
例を示す図である。 第9図は、本発明の可燃性ガスセンサの一実施例を示す
図である。 第10図、第11図、第12図および第13図は、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。 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・・・フィルター、156,158・・・
接続手段。 特許出願人  ノ・ネウエル・イρ−水たテッド代理人
 弁理士  松  下  義  治(81) IG  I IG  2 IG3 第1頁の続き 優先権主張 ■1981年10月9…沖米国(US)■
追31.0262 ■1981年10月91沖米国(US)■310263 ■1981年10月9日■■米国(US)■3]026
4 @1981年10月9日0■米国(US)■31034
4 ■1981年10月9日[有]米国(US)03103
45 :宿合 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 イナ・ヘザートントレイル第71 01番地
1, 2 and 3 are Ur side views of preferred embodiments of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of a grid of electrical resistance elements adapted to the present invention. FIG. 5 shows a sample M! which is compatible with a preferred embodiment of the sensor of the present invention. ! FIG. 3 is an example circuit diagram. FIG. 6, FIG. 7, and FIG. 8 are diagrams showing embodiments of the sensor of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing an embodiment of the combustible gas sensor of the present invention. FIGS. 10, 11, 12, and 13 are views showing detailed microstructure embodiments and directions of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 10... Single crystal semiconductor, 12.18... Silicon nitride, 16... Grid, 14... First surface, 20...
... Hollow, 32.34... Detection element, 24... Lead portion, 50.52.80... Amplifier, 62... Potentiometer, 122... Reference resistance means, 128...
...Element, 130...Reaction member, 114...
Glass member, 116...Flow stopper, 118...
Opening, 120... Filter, 156, 158...
Connection means. Patent Applicant: No. 1981, New York, United States (US), Patent Attorney Yoshiharu Matsushita (81)
Add 31.0262 ■October 91, 1981 off the coast of the United States (US)■310263 ■October 9, 1981■■United States (US)■3]026
4 @October 9, 1981 0■United States (US)■31034
4 ■October 9, 1981 United States (US) 03103
45: Camper John P. Sumner 71-01 Heatherton Trail, Edina, Minnesota, USA

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)基体の第1の表面に形成されたくぼみを有する半
導体基体と、 静電素子を有して、上記くほ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で、上記第1の表面に少
なくとも1つの位置で接続された部材を有して、 上記くほみが、上記予め決められた構成の少なくとも1
部分のまわりで上記第1の表面に開口を形成して上記半
導体基体と上記静電素子の間に十分な物理的および熱的
絶縁を与えることによって、上記静電素子と上記半導体
基体の間に十分な物理的および熱的絶縁の空間を与える
ようにしセンサとして用いられることを特徴とする半導
体装置。 (2、特許請求の範囲第(1)項において、上記半導体
基体は、(100)面および[1103方向を持つ(1
00をンリ・斧あり、上記半導体基体の上記第1の表面
は、上記(100)面に実質的に平行であり・上記予め
決められた構成は、上記[110]方向にゼロでない角
度で方向づけられていることを特徴とする半導体装置。 (3)特許請求の範囲第(1)項または第(2)項にお
いて、上記部材は上記第1の表面に2つの位置で接続さ
れて、上記予め沃められた構成は、上記くぼみの上に橋
渡しはれたことを特徴とする半導体装置。 (4)特許請求の範囲第(1)項、第(2)項または第
(3)項において、上記部材は、上記第1に接続され、
上記予め次められた構成は上記くぼみの」二に片持ばシ
されたカンチレバー形であることを特徴とする半導体装
置。 (5)特許請求の範囲第(1)項、第(2)項、第(3
)項または第(4)項において、フローセンサとして用
いたことを特許とする半導体装置。 (6)%計請求の範囲第(1)項、第(2)項、第(コ
1)項または第(4)項において、上記部材に反応部拐
を設けて、可燃性ガスセンサとして用いたことを特徴と
する半導体装置。 (力 特許請求の範囲第(6)項において、上記可燃性
ガスセンサは、流れ止め手段でおおわれてなることを特
徴とする半導体装置。 (8)%許趙求の範囲第(υ項、第(2ノ項、第(3)
項。 第(4)項、第(5)項、第(6)項または第(7)項
において、上記静電素子は抵抗素子からなることを特徴
とする半導体装置。 (9)基体の第1の表面に形成さ扛たくぼみ全有する半
導体基体と、 熱電素子を有して、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で、上記第1の表面に少
なくとも1つの位置で接続された部材を有して、 上記くぼみが、上記予め決められた構成の少なくとも1
部分のまわシで上記第1の光面に開口を形成して上記半
導体基体と上記熱電素子の間に十分な物理的および熱的
杷縁全与えることによって、上記熱電素子と上記半導体
基体の間に十分な物理的および熱的P、Mの全問を与え
るようにしセンサとして用いられること全特徴とする半
痺体装留。 00  特許請求の範囲第(9)項において、上記半導
体基体は、(100)面および[110]方向を持つc
loo声シリコンであシ、上記半導体基体の上記第1の
表面は、上記(100)面に実質的に平行であシ、上記
予め決められた構成は、上記[110〕方向にゼロでな
い角度で方向づけられていること全特徴とする半導体装
tt 。 0])特許請求の範囲第(9)項または第四項において
、上記部材は上記第1の表面に2つの位置で接続されて
、上記予め決められた構成は、上記くぼみの上に橋渡し
されたことを特a次とする半導体装置。 0′4  特許請求の範囲第(9)項、第(l[I目た
け第(]η項において、上記部材は、上記第1に接続さ
れ、上記予め法められた構成は上記くぼみの−にに片持
げシされたカンチレバー形であること全特徴とする半導
体装置。 01  特許請求の範囲第(9)項、第(1(!項・第
(lIJ項または第(lり項において、フローセンサと
して用いたこと全特徴とする半導体装置。 ◇→ 特許請求の範囲第(9)項、第00項、第0υ項
または第0′4項において、上記部材に反応部材を設け
て、可燃性ガスセンサとして用いたこと全特徴とする半
導体装置。 0リ 特許請求の範囲第α1項において、上記可燃性ガ
スセンサは、流れ止め手段でおおわれてなることを特徴
とする半導体装置。 0リ 特許請求の範囲第(9)項、第四項、第01ノ項
。 第(6)項、第α:)項、第CL→項または第αυ項に
おいて、上記熱電素子は抵抗素子からなること全特徴と
する半導体装置。 0η 基体の第1の表面に形成されたくほみを有する半
導体基体と、 第1および第2の静電素子を有して、上記くぼみ上に所
定の距離を於いて設けられた予め決められた構成で、上
記第1の表面に少なくとも1つの位置で接続された部材
を有して、 上記くぼみが、上記予め決められた構成の少なくとも1
部分のまわシで上記第1の表面に開口を(5) 形成して上記半導体基体と上記第1および上記第2の静
電素子の間に十分な物理的および熱的絶縁全方えること
によって、上記第1および上記第2の静電素子と上記半
導体基体の間に十分な物理的および熱的絶縁の空間を与
えるようにしセン9として用いられること全%徴とする
半導体装置。 α4 特許請求の範囲第04項において、上記部材は、
上記第1の静電素子全有する第1の部材と上記第2の静
電素子を廟する第2の部材からカシ、上記第1および上
記第2の部材は、それぞれ上記くほ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で上記第1の表面
に少なくとも1つの位置で接続され、上記くほみは上記
第1および上記第2の部拐の予め決められた構成の少な
くとも一部分のまわりで上記第1の光面に開口を形成し
、上記第1の部材と上記第20郡IVi接続されている
ことを%徴とする半導体装置。 0印 特許請求の範囲第αη項一または第(i印項にお
い(6) 体基体の上記第1の表面は、上記(100)面に実質的
に平行であ、す、上記予め決められた構成は、上記(1
101方向にゼロでない角度で方向づけられていること
を特徴とする半導体装置。 (2、特許請求の範囲第07)項、第(18)項1だは
第(19)項において、上記部材は上記第1の表面に2
つの位itで接続されて、上記予め決められた構成は、
上記くほみの上に橋渡しされたことt%徴とする半導体
装置。 (2、特許請求の範囲第(17)項、第(18)項、第
(191項または第(2(1)項において、上記部祠は
、上記第1に接続され、上記予め決められた構成は上記
くぼみの上に片持ばりされたカンチレ・々−形であるこ
とを特徴とする半導体装置。 (22、特許請求の範囲8g(17)項、第(18つ項
、第α()項、第(20)項一または第(21)項にお
いて、フローセンサとして用いたこと全特徴とする半導
体装置。 (2、特許請求の範囲第(17)項、第(18)項、第
09)項、第(20)項または第(21)項において、
少なくとも1つの部材に反応部材全役けて、可燃性ガス
センサとして用いたことを特徴とする半導体装置。 (2、特許請求の範囲第(23) mにおいて、上記可
燃性ガスセンサは、流れ止め手段でおおわれてなること
を特徴とする半導体装置。 (25)%¥f請求の範囲第(17)項、2)ジ(18
)項、第0呻項、第(20)項、第(21)項、第(2
2)項、第(23)項または第(24)項において、上
記静電素子は、抵抗素子からなること全特徴とする半導
体装置。 (26)基体の第1の抄面に形成されたくほみを有する
半導体基体と、 第1および第2の熱電素子全有して、上記くほみ上に所
定の距離全おいて設けられた予め決められた構成で、上
記第1の表面に少なくとも1つの位置で接続された部材
を有して、 上記くほみが、上記予め決められた構成の少なくとも1
部分のまわシで上記第1の置部に開口を形成して上記半
導体基体と上記第1および上記第20熱電素子の間に十
分な物理的および熱的絶縁を与えることによって、上記
第1および上記第2の熱電素子と上記半導体基体の間に
十分な物理的および熱的絶縁の空間を与えるようにしセ
ンサとして用いられることを特徴とする半導体装置。 (27)%1ff−請求の範囲第(26)項において、
上記部材は、上記第1の熱電累子全有する第1の部材と
上記第2の熱電素子を有する第2の部材からな広上記第
1および上記第2の部材は、それぞれ上記くぼみ上に所
定の距離全おいて設けられた予め決められた構成で上記
第1の表面に少なくとも1つの位置で接続烙れ、上記く
ぼみは上記第1および上記第2の部拐の予め決められた
構成の少なくとも一部分のまわりで上記第1の表面に開
口を形成し、上記第1の部材と上記第2の部材は接続さ
れていること全特徴とする半導体装置。 (2、特許請求の範囲第(26)項および第(27)項
において・上記半導体基体は、(100)面および(1
10)方向を持つ(1o o %yリコタスあり、上記
半導体基体の上記第1の表面は、上記(ioo)面に実
質的に平行であり、上記予め決められた構成は、上記〔
110〕方回にゼロでない角度で方向づけられているこ
とを特徴とする半導体装置。 (9) (2、特許請求の範囲第(26)項、第(27)項また
は第(28)項において、上記部材は上記第1の底面に
2つの位置で接続されて、上記予め決められた構成は、
上記くほみの上に橋渡しされたこと全特徴とする半導体
装置。 (30)特許請求の範囲第(26)項、第(27)項ま
たは第(28)項において、上記部材は、上記第1VC
−接続され、上記予め決められた構成は上記くほみの上
に片持ばシされたカンチレバー形であることを特徴とす
る半導体装置。 (31)特iff’請求の範囲第(26)項、第(27
)項、第(289項、第(29)狽または第(30)項
において、フローセンサとして用いたこと全特徴とする
半導体装置。 (32)特iff請求の範囲第(2り項、第(27)項
、第(28)項、第(29)項または第(30)項にお
いて、少なくとも1つの部材に反応部材を設けて、h]
燃性ガスセンサとして用いたこと全特徴とする半導体装
置。 (33)特ifF請求の範囲第(32)項において、上
記町(10) 燃性ガスセンサは、流れ止め手段でおおわれてなること
を特徴とする半導体装置。 (34)特許請求の範囲第(26)項、第(27)項、
第(28)項、第(29)項、第(30)項、第(31
)項、第(32)mtたは第(33)項において、上記
熱電電子は、抵抗素子からなることを特徴とする半導体
装置。 (35)基体の第1の光面に形成されたくぼみを有する
半導体基体と、 電流が与えられて温められると抵抗値と温度の間に予め
決められた関係金有する抵抗系子葡有して、上記くほみ
の上に所足の距離をおいて設けられた予め決められた構
成で、上記第1の光面に少なくとも1つの位置で接続さ
れた部材と、上記部材へ空気の流れがかかるのを防げる
が、上記部材と上記半導体基体の間盆、周囲環境と、は
ぼ等しくするような流n止め手段とを廟して、上δ己く
ぼみが、上記予め決められた構成の少なくとも1部分の
まわりで上記第1の次面に開口全形成して上記半導体基
体と上記抵抗素子の間に十分な物理的および熱的絶縁全
方えることによって1上記抵抗素子と上記半導体基体の
間に十分な物理的および熱的絶縁の空間を与えるように
し、センサとして用いられることを特徴とする半導体装
置。 (36)特許請求の範囲第(35)項において、上記半
導体基体は、(100)而および〔110〕方同6iI
シェI+− に持つ(100Yンリコンぞあ月上記半尋体基体の上記
第1の表面は、上記(100)面に実質的に平行であり
、上記予め決められた構成は、上記[110]方向にゼ
ロでない角度で方向づけられていることを%徴とする半
導体装置。 (37)的−h請求の範囲第(35)埃または第(36
)項において、上記部材は上記第1の表向に2つの位1
首で接続されて、上記予め次められた構成は、上記くほ
みの上に橋渡しされたこと全特徴とする半導体装置。 (38)特許請求の範囲第(35)項、第(36)項ま
たは第(37)項において、上記部材は、上記第1に接
続され、上記予め決められた構成は上記くほみの上に片
持はりされたカンチレバー形であることを特徴とする半
導体装置。 (39)特許請求の範囲第(35)項、第(36)項・
第(37)項または第(38)項において、上記抵抗素
子はノヤーマロイ累子からなることを特徴とする半導体
装置。 (40)%許請求の範囲第(35)項、第(36)項・
第(37)項、第(38)項または第(39)項におい
て、湿度センサとして用いたことを特徴とする半導体装
置。 (41)特許請求の範囲第(35)項、第(36)項、
第(37)項、第(38)項または第(39)項におい
て、圧力センサとして用いたこと全特徴とする半導体装
置。 (42)基体の第1の衣而に形成されたくぼみ金有する
半導体基体と、 電流が与えられて温められると抵抗値と温度の間に予め
決められた関係全有する抵抗素子を有して、上記くぼみ
の上に所足の距離全おいて設けられた予め決められた構
成で、上記第1の表面に少なくとも1つの位置で接続さ
れた部材と、抵抗値と温度の間に予め決められた関係盆
有して、上記半導体基体からの熱が伝達される基準抵抗
手段と、 (13) 上記部材へ空気の流れがかかるのを防げるが、上記部材
と上記半導体基体の間全周囲庫境とほぼ等しくするよう
な流れ止め手段とを有して、上記くぼみが、上記予め決
められた構成の少なくとも1部分の1わシで上記第1の
底面に開口全形成して上記半導体基体と上記抵抗系子の
間に十分な物理的および熱的絶縁全方えることによって
、上記抵抗素子と上記半導体基体の間に十分な物理的お
よび熱的絶縁の空間を与えるようにし、センサとして用
いられることを特徴とする半導体装置。 (43)特許請求の範囲第(42)項において、上記半
導体基体は、(ioo)曲および(110)方向を持つ
(1005’/ IJ・・埒あり、上記半導体基体の上
記第1の光面ば、上記(100)■に実質的に平行であ
り、上記予め決められた構成は、上記[110]方向に
ゼロでない角度で方向づけられていることを特徴とする
半導体装置。 (44)特If!′F請求の範囲第(42)項または第
(43)項において、上記部材は上記第1の表面に2つ
の位置で接続されて、上記予め決められた構成は、上記
(14) くほみの上に橋渡しされたこと全特徴とする半導体装置
。 (45)特許請求の範囲第(42)項または第(43)
項において一上記部材は、上記第1に接続され、上記予
め決められた構成は上記くぼみの上に片持ばすされたカ
ンチレバー形であること全特徴とする半導体装置。 (46)特許請求の範囲第(42)項、第(43)項、
第(44)項または第(45)項において、上記抵抗素
子はパーマロイ素子からなること全特徴とする半導体装
置0 (47)特許請求の範囲第(42)項、第(43)項、
第(44)項、第(45)項または第(46)項におい
て、湿度センサとして用いたこと金%徴とする半導体装
+t。 (48)特許請求の範囲第(42)項、第(43)項、
第(44)項、 ;g (45)項または第(46)項
において、圧力センサとして用いたことt%徴とする半
導体装置。 (49) #許請求の範囲第(42) ]Jj 、第(
43)項、第(44)項、第(45)項、第(46)項
、第(47)項または第(48)項において、上記半導
体基体は、予め決められだ温度に上記半導体基体の温度
全制御するためのヒータを有したことを特徴とする半導
体装置。 (50)ψf軒請求の範囲第(42)項、第(43)項
、第(44)項・第(45)項、第(46)項、第(4
7)項または第(48)項において、上記基準抵抗手段
は、パーマロイ素子からなることを特徴とする半導体装
置。 (51)半導体の結晶構造に関して予め決められた方向
’f)翁する第1の衣r[8Yを持つ半導体基体を設け
ること、 上記第1の表面上に部材を構成する材料層を設けること
、 予め決められた構成が方向を有するように、上記第1の
光面の少なくとも1つの予め決められた領域を露出させ
ること、 くほみを設けるためかつ上記部材をアンダーカットする
ために露出された上記領域に異方性エツチングをするこ
とからなって、 上記半導体基体に少なくとも1つの位置で接続され、上
記第1の表面に上記予め次められた構成の少なくとも一
部分のまわpで開口全なす上記くぼみの上に所定の距m
、−iおいて形成された上記部材を有する半導体装置の
製造方法。 (52)特Fl:請求の範囲第(51)項において、上
記半導体基体は、(100)面および(110)方向−
りl−11= ’に持)(100yンリコ少であり、上記半導体基体の
上記第1の表面は、上記(100)而に実質的に平行で
あり、上記予め次められた構成は、上目己(110)方
向にゼロでない角度で方向づけられていること全特徴と
する半導体装置。 (53)%訂請求の範囲第(51)項または第(52)
項において、上記予め犬められた構成は・井ゼロ角で方
向づけされたほぼ血縁の端を有すること全特徴と−fる
半導体装置の製造方法。 (54)竹rF噌氷の範囲第(51)引丑たは第(52
)項において、上記予め決められた構成は、非ゼロ角で
方向づけされたII!Illを有することを特徴とする
半導体装置の製造方法〇 (55)特許請求の範囲第(53)項または第(54)
項において、上記非ゼロ角はほば45度でめることを%
徴とする#−噂鉢体装置製造方法。 (17) (56)半導体の結晶構造に関して予め決められた方向
全有する第1の界面を持つ半導体基体を設けること、 上記第1の表面上に部材を構成する材料層を設けること
、 ブリッジ形にすべき予め決められた構成が方向を有する
ように、上記第1の表面の少なくとも1つの予め決めら
れた第1および第2領域’(f−m出させること、 くほみ全設けるためかつ上記部制全アンダーカットする
ために露出された上記領域に異方性エツチングすること
からなって、 上記半導体基体に2つの位置で接続され、上記第1の界
面に上記予め決められた構成の少なくとも一部分のまわ
りで開口全なす上記くほみの上に所定の距離をおいて形
成された上記部材を有する半導体装置の製造方法。 (57) e訂請求の範囲第(51)項において、上記
半導体基体は、(ioo)面および[110]方向を持
つ(100f’i IJコメ量〜シ、上ロピ半導体基(
18) 体の上記第1の表面は、上記(100)面に実質的に平
行であシ、上記予め決められた構成は、上記〔110〕
方向にゼロでない角度で方向づけられていることを特徴
とする半導体装置。 (58)特許請求の範囲第(56)項または第(57)
項において、上記予め決められた構成は、非ゼロ角で方
向づけされたほぼ直線の端を有すること全特徴とする半
導体装置の製造方法。 (59)%計請求の範囲@ (56)項または第(57
)項において、上記予め決められた構成は、非ゼロ角で
方向づけされた軸を有することを特徴とする半導体装置
のJA遣方法。 (60〕%計請求の範囲第(58)項または第(59)
項において、上記非ゼロ角はIよぼ45度であること全
特徴とする半導体装置の製造方法。
[Scope of Claims] (1) A semiconductor substrate having a depression formed on a first surface of the substrate; a member connected at at least one location to the first surface in a predetermined configuration, the rim having a member connected to the first surface at at least one location in the predetermined configuration;
between the electrostatic element and the semiconductor body by forming an opening in the first surface around the portion to provide sufficient physical and thermal insulation between the semiconductor body and the electrostatic element; A semiconductor device characterized in that it provides sufficient physical and thermal insulation space and is used as a sensor. (2. In claim (1), the semiconductor substrate has a (100) plane and a (1103 direction).
00, the first surface of the semiconductor body is substantially parallel to the (100) plane, and the predetermined configuration is oriented at a non-zero angle in the [110] direction. A semiconductor device characterized by: (3) In claim (1) or (2), wherein the member is connected to the first surface at two locations, and the pre-filled configuration is located above the recess. A semiconductor device characterized by being a bridge between (4) In claim (1), (2) or (3), the member is connected to the first,
A semiconductor device characterized in that the predetermined structure is in the form of a cantilever that is cantilevered on the second side of the recess. (5) Claims (1), (2), (3)
) or (4), the semiconductor device is patented for use as a flow sensor. (6) Percentage meter In claim (1), (2), (1), or (4), the above-mentioned member is provided with a reaction part and used as a combustible gas sensor. A semiconductor device characterized by: In claim (6), the semiconductor device is characterized in that the combustible gas sensor is covered with a flow prevention means. Section, (3)
Section. The semiconductor device according to item (4), item (5), item (6), or item (7), wherein the electrostatic element is a resistive element. (9) A semiconductor substrate having all the depressions formed on the first surface of the substrate, and a thermoelectric element having a predetermined configuration provided at a predetermined distance above the depression, a member connected at at least one location to a surface of the at least one surface of the at least one surface of the at least one of the predetermined configurations;
between the thermoelectric element and the semiconductor substrate by forming an aperture in the first optical surface with the rotation of the portion to provide a sufficient physical and thermal barrier between the semiconductor substrate and the thermoelectric element; The hemiplegia device is characterized in that it provides sufficient physical and thermal P, M information to the body and is used as a sensor. 00 In claim (9), the semiconductor substrate has a c-shaped structure having a (100) plane and a [110] direction.
The first surface of the semiconductor substrate is substantially parallel to the (100) plane, and the predetermined configuration is at a non-zero angle in the [110] direction. A semiconductor device characterized by being oriented. 0]) In claim 9 or 4, wherein the member is connected to the first surface in two positions, and the predetermined configuration is bridged over the recess. Semiconductor device with special features. 0'4 In claim (9), item (l[I-th (] η), the above-mentioned member is connected to the above-mentioned first, and the above-mentioned predetermined configuration is connected to the - A semiconductor device characterized in that it is in the form of a cantilever that is cantilevered. A semiconductor device having all the characteristics of being used as a flow sensor. ◇→ Claims (9), 00, 0υ, or 0'4, wherein the above member is provided with a reaction member, A semiconductor device characterized in that it is used as a combustible gas sensor.0li The semiconductor device according to claim α1, characterized in that the combustible gas sensor is covered with a flow stopper. Range No. (9), No. 4, No. 01. In No. (6), No. α:), No. CL→, or No. αυ, all characteristics are that the thermoelectric element is composed of a resistive element. 0η A semiconductor device having a semiconductor substrate having a depression formed on a first surface of the substrate, and first and second electrostatic elements, which are provided on the depression at a predetermined distance. a member connected to the first surface at at least one location in a predetermined configuration;
forming an opening (5) in the first surface by turning the portion to provide sufficient physical and thermal insulation between the semiconductor substrate and the first and second electrostatic elements; . A semiconductor device which is used as a sensor 9 by providing sufficient physical and thermal insulation space between the first and second electrostatic elements and the semiconductor substrate. α4 In claim 04, the member is
A first member having all the first electrostatic elements and a second member containing the second electrostatic element, the first member and the second member are each placed in a predetermined position on the recess. at least one location connected to the first surface in a predetermined configuration spaced apart from each other; A semiconductor device characterized in that an opening is formed in the first optical surface around at least a portion thereof, and the twentieth group IVi is connected to the first member. (6) The first surface of the body substrate is substantially parallel to the (100) plane. The configuration is as above (1
A semiconductor device characterized in that it is oriented at a non-zero angle in the 101 direction. (2, Claim No. 07), (18), Claim 1, or (19), wherein the member has two parts on the first surface.
The above predetermined configuration is connected in two places:
A semiconductor device having a t% characteristic of being bridged over the above-mentioned ridge. (2. In Claims (17), (18), (191) or (2(1)), the said part shrine is connected to said first and said predetermined A semiconductor device characterized in that the configuration is a cantilever shape that is cantilevered above the recess. (22, Claim 8g (17), (18th item, α()) A semiconductor device having all the features of being used as a flow sensor in Claims, Claims (20), (1), or (21). ), paragraph (20) or paragraph (21),
A semiconductor device characterized in that at least one member serves as a reaction member and is used as a combustible gas sensor. (2. Claim (23) m) The semiconductor device characterized in that the combustible gas sensor is covered with a flow prevention means. (25)%¥fClaim (17), 2) Ji (18
), No. 0, No. (20), No. (21), No. 2
The semiconductor device according to item 2), item (23), or item (24), wherein the electrostatic element is a resistive element. (26) A semiconductor substrate having a notch formed on the first cut surface of the base body, and a first and second thermoelectric element, which are provided on the notch at a predetermined distance. a member connected to the first surface at at least one location in a predetermined configuration;
the first and second thermoelectric elements by forming an opening in the first seat with a turn of the portion to provide sufficient physical and thermal insulation between the semiconductor substrate and the first and twentieth thermoelectric elements; A semiconductor device characterized in that it provides sufficient physical and thermal insulation space between the second thermoelectric element and the semiconductor substrate, and is used as a sensor. (27) %1ff - In claim (26),
The member includes a first member having the first thermoelectric element and a second member having the second thermoelectric element. at least one location on said first surface in a predetermined configuration provided at a distance of at least one of said first and said second recesses. A semiconductor device characterized in that an opening is formed in the first surface around a portion, and the first member and the second member are connected. (2. In claims (26) and (27), the semiconductor substrate has a (100) plane and a (1
10) the first surface of the semiconductor body is substantially parallel to the (ioo) plane, and the predetermined configuration is in the
110] A semiconductor device characterized in that it is oriented in a direction at a non-zero angle. (9) (2. In Claims (26), (27), or (28), the member is connected to the first bottom surface at two positions, and the member is connected to the first bottom surface at two positions, The configuration is
A semiconductor device having all the features of bridging the above-mentioned features. (30) In claim (26), (27), or (28), the member is
- a semiconductor device which is connected and characterized in that said predetermined configuration is in the form of a cantilever cantilevered over said groove; (31) Claims (26) and (27)
), (289), (29), or (30), the semiconductor device is characterized in that it is used as a flow sensor. (32) Claims (2), (2), (30) In paragraph 27), paragraph (28), paragraph (29) or paragraph (30), at least one member is provided with a reaction member, h]
A semiconductor device characterized by being used as a combustible gas sensor. (33) A semiconductor device according to claim (32), wherein the combustible gas sensor (10) is covered with a flow prevention means. (34) Claims (26) and (27),
Clause (28), Clause (29), Clause (30), Clause (31)
), (32) mt, or (33), the semiconductor device characterized in that the thermoelectric electrons include a resistive element. (35) a semiconductor substrate having a recess formed in a first optical surface of the substrate; and a resistive substrate having a predetermined relationship between resistance and temperature when heated by applying an electric current. , a member in a predetermined configuration disposed a sufficient distance above the aperture and connected to the first light surface at at least one position; and a member for air flow to the member. This can be prevented by providing a basin between the member and the semiconductor substrate, and a flow prevention means that makes the surrounding environment approximately equal, so that the upper part of the recess is at least one of the predetermined configurations. 1 between the resistive element and the semiconductor substrate by forming a full opening in the first surface around a portion to provide sufficient physical and thermal insulation between the semiconductor substrate and the resistive element; 1. A semiconductor device characterized in that it provides sufficient physical and thermal insulation space to the semiconductor device, and is used as a sensor. (36) In claim (35), the semiconductor substrate includes (100) and [110] 6iI
The first surface of the semicircular base body is substantially parallel to the (100) plane, and the predetermined configuration is in the [110] direction. (37) A-h Claim No. (35) Dust or (36) No.
), the member has two positions 1 on the first surface.
A semiconductor device, all characterized in that the pre-ordered structure is connected at the neck and bridged over the neck. (38) In claim (35), (36), or (37), the member is connected to the first, and the predetermined configuration is A semiconductor device characterized by being cantilever-shaped. (39) Claims paragraphs (35) and (36).
The semiconductor device according to item (37) or item (38), wherein the resistance element is made of a Noyer Malloy resistor. (40)% Scope of Claims Clauses (35) and (36)
A semiconductor device characterized in that it is used as a humidity sensor in item (37), item (38), or item (39). (41) Claims (35) and (36),
A semiconductor device having all the features of being used as a pressure sensor in item (37), item (38), or item (39). (42) a semiconductor substrate having a recess formed in a first body of the substrate; and a resistive element having a predetermined relationship between resistance and temperature when heated by application of an electric current; a predetermined configuration disposed a predetermined distance above the recess and connected to the first surface at at least one location; (13) a reference resistance means through which heat is transferred from the semiconductor substrate; the recess is fully opened in the first bottom surface in at least one portion of the predetermined configuration, and the recess is substantially equal in width to the semiconductor body and the resistor. By providing sufficient physical and thermal insulation between the resistive elements and the semiconductor substrate, sufficient physical and thermal insulation space is provided between the resistive element and the semiconductor substrate, and it is possible to use the resistive element as a sensor. Characteristic semiconductor devices. (43) In claim (42), the semiconductor substrate has a (1005'/IJ...) having an (ioo) curve and a (110) direction, and the first optical surface of the semiconductor substrate For example, the semiconductor device is substantially parallel to the above (100) (1), and the predetermined configuration is oriented at a non-zero angle in the [110] direction. !'F Claims (42) or (43), wherein the member is connected to the first surface at two positions, and the predetermined configuration is defined in claim (14). (45) Claim (42) or (43)
3. The semiconductor device of claim 1, wherein the member is connected to the first member, and the predetermined configuration is cantilevered over the recess. (46) Claims (42) and (43),
In paragraph (44) or (45), the semiconductor device is characterized in that the resistance element is made of a permalloy element. (47) Claims (42) and (43);
In item (44), item (45) or item (46), semiconductor device +t used as a humidity sensor. (48) Claims (42) and (43),
Item (44), ;g (45) or item (46), t% indicates that the semiconductor device is used as a pressure sensor. (49) #Claims No. (42) ] Jj, No. (
In item 43), item (44), item (45), item (46), item (47), or item (48), the semiconductor substrate is heated to a predetermined temperature. A semiconductor device characterized by having a heater for total temperature control. (50) Scope of ψf claims Clauses (42), (43), (44), (45), (46), (4)
The semiconductor device according to item 7) or item (48), wherein the reference resistance means comprises a permalloy element. (51) providing a semiconductor substrate having a predetermined direction with respect to the crystal structure of the semiconductor; providing a semiconductor substrate having a first layer r[8Y; providing a material layer constituting the member on the first surface; exposing at least one predetermined area of the first optical surface such that the predetermined configuration has an orientation; anisotropically etching said region connected to said semiconductor body at at least one location and forming an opening entirely around at least a portion of said predetermined feature in said first surface; A predetermined distance m above the depression
, -i. A method of manufacturing a semiconductor device having the above member formed in -i. (52) Feature Fl: In claim (51), the semiconductor substrate has a (100) plane and a (110) direction -
the first surface of the semiconductor body is substantially parallel to the (100) surface, and the pre-ordered configuration is A semiconductor device characterized in that it is oriented at a non-zero angle in the (110) direction.
In Clause 1, the predetermined configuration has substantially congenital edges oriented at zero angles, and -f. (54) Bamboo rF ice range No. (51)
), the predetermined configuration is oriented at a non-zero angle II! Method for manufacturing a semiconductor device characterized by having Ill (55) Claim (53) or (54)
%, the non-zero angle is approximately 45 degrees.
Characteristic #-Rumor bowl device manufacturing method. (17) (56) providing a semiconductor substrate having a first interface having all predetermined directions with respect to the crystal structure of the semiconductor; providing a material layer constituting the member on the first surface; at least one predetermined first and second region'(f-m) of said first surface such that said predetermined configuration has a direction; anisotropically etching the exposed area to undercut a portion of the semiconductor body, the at least a portion of the predetermined configuration being connected to the semiconductor substrate at two locations and at the first interface; A method for manufacturing a semiconductor device having the member formed at a predetermined distance above the recess having an opening around the entire periphery of the semiconductor substrate. is a (100f'i IJ rice amount ~ shi, upper ropi semiconductor group (
18) The first surface of the body is substantially parallel to the (100) plane, and the predetermined configuration is in the [110]
A semiconductor device characterized in that it is oriented at a non-zero angle in a direction. (58) Claim (56) or (57)
3. The method of manufacturing a semiconductor device according to paragraph 1, wherein the predetermined configuration has substantially straight edges oriented at a non-zero angle. (59) Scope of claim @ (56) or (57)
), wherein the predetermined configuration has an axis oriented at a non-zero angle. (60]% Claims paragraph (58) or (59)
2. The method of manufacturing a semiconductor device according to paragraph 1, wherein the non-zero angle is approximately 45 degrees.
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