JPS62277528A - センサ素子およびその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 産業上の利用分野 本発明は赤外線検出器の温度センサやガス検知器の検知
素子等のセンサ素子に関し、特にマイクロブリッジ型の
センサ素子に関する。

従来の技術 従来から感熱センサを利用してエネルギー量等の測定を
することが行われており、これらの感熱センサを小型化
しまた高感度化するための手段が種々提案されている。

そして、半導体素子製造のためのミクロ加工技術が進歩
したことから、かかる感熱センサの小型化がミクロ加工
技術を利用することによって実現されている。また更に
、かかる小型センサの感度を一層高めるために、センサ
素子の感熱部位を基板と接触しないような架橋構造（以
下単にマイクロブリッジという）とする手段が、たとえ
ば特開昭５７−１７８１４９号に開示されている。

この方法は、エツチングされ易く絶縁性を有する素材か
らなる基板、たとえばシリコン基板の上面に熱酸化法、
ＣＶＤ法（化学的蒸着法）、ＰｖＤ法（物理的蒸着法）
等により５ｉｎ２の組成を有する絶縁層を形成したもの
などの上にタングステン、モリブデン、チタン若しくは
クロム等を蒸着またはスパッタリング等により膜形成し
て下地層とし、次いでこの下゛地層上に同様の膜形成技
術によりたとえばニッケルークロム合金、白金もしくは
白金合金等の選定材料層を形成する。次に選定材料層上
にホトレジストを塗布し、ホトリソグラフィー技術によ
りパターン露光し、不要部分を除去して選定材料層上に
ホトレジストパターンを形成する。そして、このパター
ンをマスクとして選定材料層、下地層および絶縁層をエ
ツチングし、所定のパターン形状に形成し、さらに基板
のシリコン部分を選択的にエツチングしてパターン形状
の下部の部分に空洞部を形成すると共に絶縁層や下地層
をも除去してマイクロブリッジとする。このようにして
形成されたマイクロブリッジは、感熱部分の熱容量が小
さく、高感度のセンサ素子を実現するのに有効である。

ところが、このような技術にあっては、シリコン基板を
選択的にエツチングして空洞部分を形成するに当っては
エツチングの精度および再現性に難があり、電気的特性
のバラツキが大きくなって量産上の問題があるほか、材
料の面でもコストがかかるという問題があった。

一方、電子素子等を形成するに当り基板として熱良導性
の金属たとえば銅やアルミニウム等の上に絶縁層を設け
て用いることが提案されており、サーミスタ材料を利用
した光センサ素子をこのような金属基板上に形成してマ
イクロブリッジとする方法が特開昭６１．−３０７３０
号に開示されている。

この方法においては、第３図に示すように、銅基板ａの
上にプラズマＣＶＤ法によって約３００℃の温度で窒化
ケイ素の絶縁層すを形成し、その上にたとえばプラズマ
ＣＶＤ法によってたとえばアモルファスシリコンなどの
サーミスタ材料層Ｃを形成し、さらにホトリソグラフィ
ー技術によって所定のパターンを有するサーミスタエレ
メントをエツチングして形成する。その後、銅基板部を
エッチ液によって部分的に除去して空洞部ｄとしマイク
ロブリッジを形成するものである。この方法は、エッチ
液としてたとえば塩化第２鉄水溶液などを用いることが
でき、精度のよいエツチングが可能であるから、シリコ
ン基板を用いる場合にくらべて寸法精度がよくかつ電気
特性のバラツキの少い製品を得ることを可能としたもの
である。

しかしながら、この方法によると、マイクロブリッジ部
分が変形したり、またその端部にクラ。

りが発生しあるいは折損を生ずることが多く、不良品の
発生率が高く、材料が安価でも生産コストが低下しない
という問題が残った。

解決しようとする問題点 本発明は、金属性基板上の空洞部に電子エレメントを橋
架したマイクロブリッジ型のセンサ素子の製造を行なう
に当って、従来技術における欠点を解消しようとして研
究を行った結果完成されたものである。すなわち、本発
明の目的は、欠陥の発生が少くて電気特性がそろってお
り、かつ高信頼性で経済的に有利なマイクロブリッジ型
のセンサ素子を提供し、またかかるセンサ素子を製造す
る方法を提供しようとするものである。

問題点を解決するための手段 前記の如き本発明の目的は、金属性基板の上に熱膨張係
数が１×１０−５以下の金属の薄層を設けさらにその上
に絶縁層を設けてなる基体上に電子エレメントを形成し
、次いで該基体をエツチング処理して該金属性基板の一
部のみを除去することにより該電子エレメントの下方に
空洞部を形成することにより、金属層と絶縁層と電子エ
レメントとが順に積層されてなる電子素子部が該空洞部
上に橋架されたマイクロブリッジ型センサ素子を実現す
ることによって達成できる。

本発明において採用される金属性基板としては、たとえ
ば銅、アルミニウム、ニッケル、鉄等の金属の薄板、ま
たは適宜の無機または有機絶縁材料から形成された板体
の表面に前記のような金属の層を設けた基板などが用い
られる。

また、このような金属性基板上に設けられる金属の薄層
は、熱膨張係数が１×１０”５以下の金属たとえばタン
グステン、モリブデン、チタン、クロムなどを材料とし
て得たもので、たとえばマグネトロン・スパッタ法など
の比較的低い温度条件で金属層を形成できる手段を用い
て均一な薄層として形成される。層の厚さは特に制限は
ないが、薄すぎては効果がなく、また厚すぎると経済的
に不利であるから、１０μｍ以下とするのが好ましい。

このような金属層の上に設けられる絶縁層は、どのよう
な手法で設けてもよいが、たとえばプラズマＣＶＤ法な
どにより、たとえば窒化ケイ素や酸化ケイ素などの薄層
を形成することによって得られる。絶縁層の厚さは特に
制限はないが、経済的な観点から１０μｍ以下であるの
が好ましい。

このようにして金属性基板上に熱膨張係数が１×１０−
５以下の金属層と絶縁層とを順に積層して基体が得られ
るが、この基体上には、目的とするセンサ用途に適した
電子エレメントを、公知の方法に従って形成する。すな
わち、ガスセンサ等の目的のためには、たとえばニッケ
ルークロム合金や白金またはその合金などの発熱体とし
て適した材料を、また、温度センサ等の目的のためには
、たとえばアモルファスシリコン、炭化ケイ素、あるい
はマンガン、コバルト、ニッケル等の金属の酸化物など
のサーミスタとして適した材料を使用し、それぞれの材
料に適した手法、たとえばスパフタリング、イオンブレ
ーティング、プラズマＣＶＤなどの手法を利用して電子
材料層を形成し、次いでたとえばホトレジストなどを塗
布してホトリソグラフィー技術によってパターン露光し
、現像してホトレジストパターンを形成する。そして、
このパターンをマスクとして電子材料層、絶縁層および
金属層をエツチングして電子エレメントが支持層の上に
積層された電子素子部を形成する。

このような電子エレメントの形成は、それぞれの使用目
的に応じた構造の電子素子を得るために、それぞれ適宜
の手段および手順を採用して実施してよく、何等制限さ
れるものではない。

かくして金属性基板上に金属層と絶縁層と電子エレメン
トが順に積層された電子素子部が形成されたものが得ら
れるが、次いで電子素子部の側方に露出した金属性基板
の部分を深さ方向にエツチングし電子素子部の下方の基
板部分を除去して空洞部を形成する。こうして基板上に
形成された空洞部の上に金属層と絶縁層と電子エレメン
トとが順に積層されてなる電子素子部が橋架されたマイ
クロブリッジ型センサ素子が得られるが、基板の金属部
分に空洞部を形成するためのエツチング手法としては、
従来公知の方法が使用でき、基板を構成する金属材料に
適した方法を適宜選択して用いてもよいことは言うまで
もない。

以下、実施例について説明するが、本発明はこれにより
何等制限されるものではない。

実施例１ 第１図は本発明のセンサ素子の例の構造であり、同図（
ａ）は平面図であり、そのＡ−Ａ断面を同図（ｂ）に示
す。図において、■は銅を素材とした基板であり、２は
タングステンターゲットを用い、マグネトロン・スパッ
タ法によって得られた厚さ４μｍの金属層、３はプラズ
マＣＶＤ法によって形成された厚さ７μｍの窒化ケイ素
の絶縁層である。

この窒化ケイ素層を形成する際、基板温度は約３ＯＯ℃
であった。４はガス検知用センサ素子として用いるため
のニッケルークロム合金発熱体であり、絶縁層３の上に
スパッタ法により積層したのち、パターンエツチングに
より金属層２、絶縁層３と共に所定形状に形成したもの
である。また、５は空洞部であり、さきのエツチングに
よって発熱体４の両側方に露出した銅基板１の上面にホ
トレジストを塗布し、パターン露光して空洞部予定部分
以外をマスクしたのち塩化第二鉄エツチング溶液を用い
て銅基板部分を溶出して形成したものである。

このような構造を有する発熱体エレメントの上にガス吸
着物質層を設けてなるガス検知用センサ素子は、三層と
なった電子素子部６がマイクロブリッジとなって空洞部
５の上に橋架されており、電子素子部の熱容量が小さく
また熱損失も少く、高感度である。

尖施炭主 第２図は本発明のセンサ素子の他の例であり、同図（ａ
）は平面図であり、そのＢ−Ｂ断面を同図（ｂｌに示す
。この例では、銅基板１、金属層２および絶縁層３は実
施例１の場合と全く同様にして形成したが、その上に光
センサ用の電子エレメント７を設けたものである。

この電子エレメント７は、クロムの蒸着膜からなるオー
ム性電極７１，７２、プラズマＣＶＤ法により形成され
たアモルファスシリコンのサーミスタ層７３、ホトレジ
スト膜からなる電気絶縁層７４および光を吸収して熱に
変換するための金属からなる光吸収層７５を順に積層し
て形成されている。

このような電子エレメント７を金属層２および絶縁層３
の上に積層して設けて構成された電子素子部８は、銅基
板１の上に実施例１の場合と同様にして形成された空洞
部５を跨いで橋架され、マイクロブリッジを形成してい
る。

衾里鬼作里 従来のマイクロブリッジ型の素子にあっては、金属性基
板上に絶縁層を介して電子素子を設けたのちに基板をエ
ツチングして空洞部を設けるという方法によって製造が
行われていたため、製造時に欠陥が多く発生して不良品
率が高く、また製品の信顛性が低かったのに対して、本
発明のセンサ素子では、金属性基板上に先ず熱膨張係数
が１×１０−５以下の金属の薄層を設け、次いで絶縁層
を介して電子エレメントを設けると共に、前記の金属の
薄層を残すようにして基板の金属のみをエツチングする
ことにより空洞部を形成するようにしたものである。そ
して、このようにすることによってマイクロブリッジ部
分の変形やクラックの発生などの不良品発生の原因を著
しく減少させることができたものである。

このような、金属基板上へ特定の性質を有する金属層を
設け、かつその金属層を除去しないという方法が予期し
ない効果を生むに至った理由に関しては、必ずしも明確
ではない。しかしながら、基板上に絶縁層や電子素子を
構成する種々の材料を積層し加工するに当って、その工
程中で反復される加熱、冷却によって内部歪が生じ、マ
イクロブリッジが形成されたときに開放された歪応力が
、種々の変形や破壊を引き起すものであるとすれば、本
発明において、かかる特定の性質を有する金属層の存在
が歪の発生を防止し、または応力の開放を抑止するのに
有効に作用するものであろうと考えられる。

１浬Ｒ１丸果 本発明は、以上述べたような、特定の手順に従ってマイ
クロブリッジ型のセンサ素子を製造するものであり、製
造時の不良品の発生が少いので、歩留よく高信頼性の素
子を量産することが可能となった。

そしてまた、基板として比較的に安価な金属材料を用い
ることができ、エツチング手段も簡単で精度の高い方法
が採用できることもあって、電気的特性のバラツキの少
い素子が経済的に得られる利点をも有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るセンサ素子の一つの例としての
ガス検知用センサ素子を示すものであり、同図（ａ）は
その平面図、同図（ｂ）は同図（ａ）のＡ−Ａ線におけ
る断面図である。 第２図は、同じく本発明に係るセンサ素子の他の例とし
ての光検出用センサ素子を示すものであり、同図（ａ）
はその平面図、同図（ｂｌは同図（ａ）のＢ−Ｂ線にお
ける断面図、第３図は従来技術によるセンサ素子の断面
図である。 １・・・基板、２・・・金属層、３・・・絶縁層、４，
７・・・電子エレメント、５・・・空洞部、６，８・・
・電子素子部、ａ・・・基板、ｂ・・・絶縁層、Ｃ・・
・サーミスタ材料層、ｄ・・・空洞部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱膨張係数が１×１０＾−＾５以下の金属層と絶
   縁層と電子エレメントとが順に積層されてなる電子素子
   部が、金属性基板の空洞部上に橋架されていることを特
   徴とするマイクロブリッジ型のセンサ素子。
2. （２）金属性基板の上に熱膨張係数が１×１０＾−＾５
   以下の金属の薄層を設けさらにその上に絶縁層を設けて
   なる基体上に電子エレメントを形成し、次いで該基体を
   エッチング処理して該金属性基板の一部のみを除去する
   ことにより該電子エレメントの下方に空洞部を形成する
   ことを特徴とするマイクロブリッジ型のセンサ素子の製
   造方法。