特許 6685789 ガスセンサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6685789

(24)【登録日】2020年4月3日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】ガスセンサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/18 20060101AFI20200413BHJP

【ＦＩ】

   G01N27/18

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-59427(P2016-59427)

(22)【出願日】2016年3月24日

(65)【公開番号】特開2017-173126(P2017-173126A)

(43)【公開日】2017年9月28日

【審査請求日】2019年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】594123387

【氏名又は名称】ヤマハファインテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126170

【弁理士】

【氏名又は名称】水野 義之

(72)【発明者】

【氏名】服部 敦夫

【審査官】 村田 顕一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０１７９２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−０９６５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００５５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１３８０７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５０４８３３６（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｎ ２７／００−２７／１０

Ｇ０１Ｎ ２７／１４−２７／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱伝導式のガスセンサであって、
空洞部と、
前記空洞部の上に設けられた検出用ヒータおよび補償用ヒータと、
開口部が設けられた第１の有孔蓋として構成され、前記検出用ヒータを基準として前記空洞部とは反対側において、前記検出用ヒータを覆うガス透過性のガス透過蓋と、
開口部が設けられた第２の有孔蓋と、当該開口部を塞ぐ封止膜とを有し、前記補償用ヒータを基準として前記空洞部とは反対側の位置に密閉された空間を形成する密閉部と、
を備え、
前記検出用ヒータ、前記補償用ヒータおよび前記密閉部は、厚さが１００μｍ以下の薄膜であり、
前記ガスセンサは、前記検出用ヒータおよび前記補償用ヒータの温度が測定できるように構成されている、
ガスセンサ。

【請求項2】

請求項１記載のガスセンサであって、さらに、
前記検出用ヒータの近傍に設けられ、前記検出用ヒータの温度を測定する検出用測温素子と、
前記補償用ヒータの近傍に設けられ、前記補償用ヒータの温度を測定する補償用測温素子と、
を備える、
ガスセンサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱伝導式のガスセンサに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスの熱伝導度は、ガスの組成および圧力によって変化する。このような特性を利用して、特定種類のガスの濃度を測定し、あるいは、ガスの圧力を測定することが行われている。例えば、特許文献１には、湿度やガス等を検出するマイクロセンサが記載されている。このマイクロセンサでは、シリコンチップの同一基板上に温度補償と検出との２つの機能を具備させるとともに、この温度補償を機能させるために外部雰囲気を遮断している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平６−１３８０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、特許文献１に記載されたマイクロセンサでは、外部雰囲気を遮断するためのカバー部材は、接着剤を用いて温度補償用のセンサ部が設けられたシリコンチップに接合されている。このように、カバー部材をシリコンチップに接着する工程は、シリコンチップと同程度の大きさのカバー部材を取り扱うこととなるため、必ずしも簡単な工程ではない。そのため、特許文献１に記載されているようなマイクロセンサは、必ずしも製造が容易ではなかった。

【0005】

本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、熱伝導式のガスセンサにおいて、製造がより容易なガスセンサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題の少なくとも一部を達成するために、本発明のガスセンサは、熱伝導式のガスセンサであって、空洞部と、前記空洞部の上に設けられた検出用ヒータおよび補償用ヒータと、開口部が設けられた第１の有孔蓋として構成され、前記検出用ヒータを基準として前記空洞部とは反対側において、前記検出用ヒータを覆うガス透過性のガス透過蓋と、開口部が設けられた第２の有孔蓋と、当該開口部を塞ぐ封止膜とを有し、前記補償用ヒータを基準として前記空洞部とは反対側の位置に密閉された空間を形成する密閉部と、を備え、前記検出用ヒータ、前記補償用ヒータおよび前記密閉部は、厚さが１００μｍ以下の薄膜であり、前記ガスセンサは、前記検出用ヒータおよび前記補償用ヒータの温度が測定できるように構成されていることを特徴とする。

【0007】

このガスセンサでは、空洞部の上に設けられた検出用ヒータおよび補償用ヒータの温度を測定できるようにするとともに、補償用ヒータを基準として空洞部とは反対側の位置に密閉された空間を形成する密閉部を設けることにより、環境温度の変化等の外部要因による出力の変動が補償されている。このガスセンサを構成する密閉部、検出用ヒータおよび補償用ヒータは、いずれも厚さが１００μｍ以下の薄膜となっているため、半導体プロセスにおける一連の製造工程によりガスセンサを製造することができるので、より容易にガスセンサを製造することが可能となる。
また、検出用ヒータを基準として空洞部とは反対側において、検出用ヒータを覆うガス透過性のガス透過蓋を備ているため、検出用ヒータと補償用ヒータとの熱的な特性をより近くすることができるので、外的要因による出力の変動をより正確に補償することが可能となる。
さらに、このガスセンサでは、ガス透過蓋が、開口部が設けられた第１の有孔蓋として構成されており、密閉部が、開口部が設けられた第２の有孔蓋と、当該開口部を塞ぐ封止膜を有している。そのため、第１および第２の有孔蓋に設けられた開口部を用いて、密閉された空間や、検出用ヒータ側において当該空間に対応する空間を形成することができるので、これらの空間が設けられたガスセンサをより容易に製造することが可能となる。

【0008】

前記ガスセンサは、さらに、前記検出用ヒータの近傍に設けられ、前記検出用ヒータの温度を測定する検出用測温素子と、前記補償用ヒータの近傍に設けられ、前記補償用ヒータの温度を測定する補償用測温素子と、を備えるものとしても良い。検出用ヒータおよび補償用ヒータのそれぞれの近傍に、各ヒータの温度を測定する測温素子を設けることにより、ヒータの構造にかかわらず、ヒータの温度を表す出力信号を十分に大きくすることができる。そのため、ガスの検出感度をより高くすることができる。

【0011】

なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、ガスセンサ、そのガスセンサを利用したセンサモジュール、そのセンサモジュールを使用した特定のガスの検出装置および検出システム、それらのガスセンサ、センサモジュールおよび検出装置を用いたリークテスト装置やリークテストシステム等の態様で実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１実施形態におけるセンサモジュールの構成を示す説明図。

【図2】ガスセンサの構造を示す説明図。

【図3】ガスセンサの機能的な構成を示す説明図。

【図4】第２実施形態におけるガスセンサの構造を示す説明図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

Ａ．第１実施形態：
Ａ１．センサモジュール：
図１は、本発明の第１実施形態における熱伝導式ガスセンサモジュール１０（以下、単に「センサモジュール１０」とも呼ぶ）の構成を示す説明図である。図１（ａ）は、センサモジュール１０の断面を示している。第１実施形態のセンサモジュール１０では、センサチップ１００が、ヘッダ１１とキャップ１２とからなるパッケージ１９内に実装されている。キャップ１２は、例えば、ステンレス鋼や真鍮等の焼結金属、ステンレス鋼等からなる金網、あるいは、多孔質セラミックスで形成されている。これにより、パッケージ１９内外の通気性が確保されるとともに、センサチップ１００の汚染が抑制され、また、センサモジュール１０自体の防爆化が図られている。センサチップ１００は、その基板１１０がダイボンド材１５によりヘッダ１１に接着されることにより、ヘッダ１１に固定されている。

【0014】

図１（ｂ）は、ヘッダ１１に固定されたセンサチップ１００を上面から見た様子を示している。図１（ｂ）における２本の一点鎖線Ｃ１，Ｃ２は、それぞれセンサチップ１００の中心線（以下、「中心線Ｃ１」および「中心線Ｃ２」とも呼ぶ）を示し、二点鎖線は、図１（ａ）で示したセンサチップ１００の断面の位置を示している。なお、図１（ａ）において、パッケージ１９の断面は、センサチップ１００の中心線Ｃ２における断面として図示している。図１（ｂ）に示すように、センサチップ１００は、図１（ｂ）の縦方向に伸びる中心線Ｃ１と、図１（ｂ）の横方向に伸びる中心線Ｃ２とのそれぞれに対してほぼ対称に形成されている。そのため、以下では、必要性がない限り、このように対称性を有する部分については、その１つについてのみ説明する。

【0015】

図１（ｂ）に示すように、センサチップ１００の上面には、導電膜が露出したボンディングパッドＰ１〜Ｐ４が形成されている。この４つのボンディングパッドＰ１〜Ｐ４と、封止材１３を介してヘッダ１１に取り付けられた端子１４とをワイヤ１６で接続することにより、センサチップ１００は外部の回路に接続される。

【0016】

センサチップ１００は、図１（ｂ）において、中心線Ｃ１の左側に位置するガス検出部ＲＤ（以下、「検出部ＲＤ」とも呼ぶ）と、中心線Ｃ１の右側に位置する補償部ＲＣとを有している。検出部ＲＤおよび補償部ＲＣの上面側には、それぞれ、開口部１６７，１６８を有する蓋１６１，１６２が形成されている。蓋１６１，１６２は、その一部が空中に浮いた状態で形成されているため、中空の空間（中空空間）１９１，１９２を形成する。検出部ＲＤでは、蓋１６１の開口部１６７が塞がれていないため、センサモジュール１０外部の雰囲気が、キャップ１２と蓋１６１の開口部１６７とを介して、中空空間１９１の内部に導入される。一方、補償部ＲＣでは、蓋１６２の開口部１６８が塞がれており、中空空間１９２が密閉されているため、中空空間１９２の内部のガスは、雰囲気の影響を受けない。

【0017】

詳細については後述するが、第１実施形態のセンサチップ１００は、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣに形成された中空空間１９１，１９２のそれぞれについて、それらの内部に存在するガスの熱伝導度を表す信号を出力する。この出力信号に基づいて、検出部ＲＤの中空空間１９１内に導入されるセンサモジュール１０の雰囲気と、密閉された補償部ＲＣの中空空間１９２内のガスとの熱伝導度の差を評価することで、基準となるガス（空気や窒素等）と熱伝導度が異なる特定のガス（検出対象ガス）の雰囲気中における濃度が測定可能となっている。

【0018】

検出対象ガスの濃度の測定は、例えば、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣの出力信号を、センサモジュール１０の外部に設けられた演算増幅器に入力し、出力信号の差を表す差分信号を得ることにより行うことができる。なお、一般的に、検出対象ガスの濃度を測定する際には、予めセンサモジュール１０を検出対象ガスが含まれない雰囲気中に配置し、その状態における差分信号の値（オフセット）が零に調整される。オフセットを零に調整した後、センサモジュール１０を測定対象となる雰囲気中に配置すると、当該雰囲気中に検出対象ガスが存在する場合には、検出部ＲＤに形成された中空空間１９１内のガスの熱伝導度が変化する。これにより、検出部ＲＤの出力信号のみが検出対象ガスの濃度に応じて変化するので、差分信号の値が検出対象ガスの濃度に対応することとなり、検出対象ガスの濃度が測定される。

【0019】

第１実施形態のセンサチップ１００では、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣがほぼ対称に形成されているので、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣは、中空空間１９１，１９２に雰囲気が導入されるか否かを除いて、熱的な特性がほぼ同じとなっている。そのため、環境温度の変化等の外的要因による検出部ＲＤの出力信号の変動を、補償部ＲＣの出力信号により高い精度で補償することができる。このようにして、環境温度の変化等の外的要因による検出対象ガスの濃度の測定値の変動（ドリフト）を十分に小さくすることができるので、雰囲気中における検出対象ガスの検出感度をより高くすることができる。なお、このように、センサチップ１００は、センサモジュール１０において、特定のガスを検出する機能を担っているので、ガスセンサそのものであると謂える。そのため、以下では、センサチップ１００を単に「ガスセンサ１００」と呼ぶ。

【0020】

Ａ２．ガスセンサの構造：
図２は、ガスセンサ１００の構造を示す説明図である。図２（ａ）は、ガスセンサ１００を上面から見た様子を示しており、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、それぞれ、図２（ａ）の切断線Ａ−Ａ’および切断線Ｂ−Ｂ’におけるガスセンサ１００の断面を示している。

【0021】

ガスセンサ１００は、２つの空洞部１１７，１１８が設けられた基板１１０と、基板１１０の上面に形成された絶縁膜１２０とを有している。絶縁膜１２０上には、ガスの検出機能を実現するための構造（後述する）を形成する複数の膜（機能膜）が積層されている。具体的には、絶縁膜１２０上には、半導体膜１３０と、導電膜１４０と、保護膜１５０と、中空膜１６０とが、この順で積層されている。これらの機能膜１３０，１４０，１５０，１６０は、薄膜として形成されている（すなわち、機能膜１３０，１４０，１５０，１６０は、薄膜である）。ここで、薄膜とは、厚さが１００μｍ以下の膜を謂う。薄膜として形成される機能膜１３０，１４０，１５０，１６０は、半導体デバイスの製造方法として周知の技術（微細加工技術）を用いて形成することができる。なお、本明細書において、機能膜１３０，１４０，１５０，１６０とは、成膜された後、パターニング等により所定の形状に形成された膜、および、後の工程においてさらにパターニング等がなされた膜を謂う。絶縁膜１２０および絶縁膜１２０上に積層される機能膜は、ガスセンサの製造工程や構造の変更に伴い、適宜追加あるいは省略される。

【0022】

ガスセンサ１００の作成工程では、まず、空洞部１１７，１１８を有さないシリコン（Ｓｉ）基板を準備する。次いで、準備したＳｉ基板上に、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）およびＳｉＯ_２をこの順に成膜することにより、絶縁膜１２０を形成する。なお、絶縁膜１２０を、ＳｉＯ_２とＳｉ_３Ｎ_４との多層膜とせず、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）の単層膜とすることも可能である。絶縁膜１２０を形成した後、ポリシリコンの成膜・パターニングを行うことにより、半導体膜１３０を形成する。半導体膜１３０を形成する材料として、ポリシリコンに替えて、鉄シリサイド（ＦｅＳｉ_２）、シリコン・ゲルマニウム（ＳｉＧｅ）あるいはビスマス・アンチモン（ＢｉＳｂ）等の種々の半導体を用いても良い。次いで、白金（Ｐｔ）の成膜・パターニングを行うことにより、導電膜１４０を形成する。導電膜１４０を形成する材料として、Ｐｔに替えて、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｈ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、ニオブ（Ｎｂ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ハフニウム（Ｈｆ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ａｌ合金、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）等、種々の金属や合金を用いても良い。また、導電膜１４０の少なくとも一方の面に、Ｔｉやクロム（Ｃｒ）からなる密着層を形成しても良い。導電膜１４０を形成した後、ＳｉＯ_２の成膜・パターニングを行うことにより、保護膜１５０を形成する。パターニングによって保護膜１５０に開口部（コンタクトホール）１５１〜１５４を設けることにより、導電膜１４０が露出したボンディングパッドＰ１〜Ｐ４が形成される。

【0023】

これらの開口部１５１〜１５４の他、保護膜１５０には、４つの開口部１５５が設けられている。これらの４つの開口部１５５を通してさらに絶縁膜１２０をエッチングすることにより、絶縁膜１２０にも開口部１２９が形成される。なお、これらの開口部１５５，１２９の形成を省略することも可能である。開口部１２９（あるいは、開口部１５１〜１５４）を形成した後、中空空間１９１，１９２が形成される領域に犠牲膜を形成する。犠牲膜は、フォトレジストあるいは感光性ポリイミド等の感光性樹脂を塗布した後、露光および現像を行うことによって、中空空間１９１，１９２の形状に形成される。また、インクジェットやスクリーン印刷等の印刷技術を用いてフォトレジストあるいはポリイミド等の有機材料を中空空間１９１，１９２の形状に形成し、犠牲膜とすることも可能である。犠牲膜の形成の後、Ａｌの成膜・パターニングを行うことにより、中空膜１６０を形成する。中空膜１６０を形成する材料として、Ａｌに替えて、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕ、銀（Ａｇ）またはベリリウム（Ｂｅ）等の単体金属、クロム銅またはベリリウム銅等の合金、タングステンシリサイド（ＷＳｉ）、モリブデンシリサイド（ＭｏＳｉ）、ニッケルシリサイド（ＮｉＳｉ）またはチタンシリサイド（ＴｉＳｉ）等のシリサイド、あるいは、カーボンナノチューブやダイヤモンドライクカーボン等の炭素化合物を使用することも可能である。なお、犠牲膜は、後の工程において除去可能であれば良く、必ずしも有機材料で形成する必要はない。犠牲膜としては、中空膜１６０を形成する材料に応じて、ポリシリコン、Ａｌ、Ｃｕ、ニッケル（Ｎｉ）等の種々の無機材料から選択された材料で形成することも可能である。

【0024】

中空膜１６０を形成した後、基板１１０に設けられる空洞部１１７，１１８を形成する。空洞部１１７，１１８の形成に際しては、まず、基板の機能膜１３０，１４０，１５０，１６０が形成されていない面（裏面）を研磨する。研磨により基板を所望の厚さにした後、裏面をエッチングすることにより、空洞部１１７，１１８を形成する。なお、基板の研磨を省略することも可能である。空洞部１１７，１１８の形成は、ドライエッチングと、ウェットエッチングとのどちらによっても行うことができる。ドライエッチングを行う場合には、Ｃ_４Ｆ_８プラズマによるパッシベーションと、ＳＦ_６プラズマによるエッチングとのステップを短い時間間隔で繰り返すエッチング方法（いわゆるボッシュプロセス）を用いるのが好ましい。また、ウェットエッチングを行う場合には、結晶異方性エッチングを行うのが好ましい。空洞部１１７，１１８を形成することにより、外枠部１１１と、２つの空洞部１１７，１１８を隔てる板状部１１２とを備える基板１１０が形成される。また、空洞部１１７，１１８を形成することにより、絶縁膜１２０が裏面側において露出したメンブレン１２１，１２２が形成される。なお、図２から明らかなように、メンブレン１２１，１２２は、空洞部１１７，１１８を渡るように形成されている。

【0025】

空洞部１１７，１１８の形成後、中空空間１９１，１９２となる領域に形成されている犠牲膜を除去する。有機材料で形成された犠牲膜は、中空膜１６０に設けられた開口部１６７，１６８を介してアッシングを行うことにより除去される。また、犠牲膜を無機材料で形成している場合には、犠牲膜は、エッチング等により除去される。犠牲膜の除去の後、補償部ＲＣの蓋１６２の上面に封止膜１７０が形成される。封止膜１７０は、蓋１６２の上面にディスペンサやインクジェット等によりポリイミドを塗布し、塗布したポリイミドを加熱硬化することにより形成することができる。この場合、補償部ＲＣの中空空間１９２内には、封止膜１７０となるポリイミドを塗布する際の雰囲気ガスが導入された状態となる。なお、封止膜１７０として、感光性ポリイミドを中空膜１６０の全体を覆うように塗布し、露光および現像を行うことによって、補償部ＲＣ側の蓋１６２のみを覆うようにすることも可能である。さらに、封止膜１７０は、上述の形成方法のほか、金属やガラスの粉末を含むペーストを塗布して焼成することにより形成することもでき、また、金属粉末粒子が分散された感光性樹脂を塗布し、露光および現像を行って形成することも可能である。このようにして、封止膜１７０として金属やガラスを含む膜を用いると、検出対象ガスが封止膜１７０を透過することが抑制される。そのため、補償部ＲＣ側の中空空間１９２に検出対象ガスが入ることにより補償部ＲＣの出力信号が変動し、ドリフトが発生することを抑制することができる。また、封止膜１７０は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、蒸着あるいはめっき等の方法を用いて形成することも可能である。この場合、密閉された中空空間１９２内は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、蒸着あるいはめっきが行われた環境と同じ状態（真空等の減圧された状態）となる。さらに、封止膜１７０は、複数種類の膜を積層した積層膜（例えば、有機膜と無機膜との積層膜）として形成することも可能である。なお、蓋１６２と、蓋１６２の開口部１６８を塞ぐ封止膜１７０とにより、中空空間１９２は密閉されるので、蓋１６２と封止膜１７０とは、併せて、密閉された空間を形成する「密閉部」とも呼ぶことができる。

【0026】

上述のように形成されたガスセンサ１００では、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣにおいて、導電膜１４０として形成されたヒータ１４１，１４２が、メンブレン１２１，１２２上に位置している。なお、後述するが、検出部ＲＤ側のヒータ１４１は、ガスの検出機能を実現するために使用されるので、「検出用ヒータ」とも呼ぶことができる。一方、補償部ＲＣ側のヒータ１４２は、検出部ＲＤの出力変動を補償するために使用されるので、「補償用ヒータ」とも呼ぶことができる。メンブレン１２１，１２２の下面には、熱を伝達しにくい空洞部１１７，１１８が形成されているので、ガスセンサ１００内において、ヒータ１４１，１４２で発生した熱は、メンブレン１２１，１２２を介して伝達される。このように、空洞部１１７，１１８は、熱を伝達しにくいので、「低熱伝導部」とも呼ぶことができる。一方、メンブレン１２１，１２２は、一般に薄く（約１〜５μｍ）形成されるので、メンブレン１２１，１２２の面方向への熱の伝達は抑制される。そのため、ヒータ１４１，１４２で発生した熱のうち、ガスセンサ１００内で伝達され、ダイボンド材１５（図１）およびヘッダ１１を介して外部に放出される熱量を十分に低くすることができる。

【0027】

さらに、中空空間１９１，１９２を形成する蓋１６１，１６２は、ヒータ１４１，１４２の上方において、ヒータ１４１，１４２に近接して配置されている。また、蓋１６１，１６２を形成している中空膜１６０は、保護膜１５０および絶縁膜１２０に設けられた開口部１５５，１２９を介して基板１１０の外枠部１１１に接触している。中空膜１６０は、また、基板１１０の板状部１１２の上部において、保護膜１５０に接触している。これにより、中空膜１６０に伝わった熱は、外枠部１１１および板状部１１２を介してガスセンサ１００の外部に放出されるので、中空膜１６０として形成された蓋１６１，１６２の温度は、ガスセンサ１００を実装したパッケージ１９の温度（環境温度）とほぼ同じになる。なお、保護膜１５０および絶縁膜１２０に開口部１５５，１２９を形成しない場合においても、中空膜は、その周縁において保護膜に接触する。そのため、中空膜に伝わった熱は、周縁の接触部を介して外枠部１１１に伝達されるので、中空膜の温度を環境温度とほぼ同じにすることができる。但し、中空膜および蓋は、必ずしも環境温度とほぼ同じにする必要はなく、中空膜および蓋を熱伝導度の低い材料で形成することも可能である。このようにしても、検出部および補償部の熱的な特性がほぼ同じにすることができるので、環境温度の変化等の外的要因による検出部の出力信号の変動を、補償部の出力信号により補償することができる。なお、図２から明らかなように、蓋１６１，１６２および蓋１６１，１６２により形成される中空空間１９１，１９２は、ヒータ１４１，１４２を基準として空洞部１１７，１１８（低熱伝導部）とは反対側に位置している。

【0028】

このように、メンブレン１２１，１２２を介して外部に放出される熱量が低く抑えられるとともに、環境温度とほぼ同温度の蓋１６１，１６２がヒータ１４１，１４２に近接して配置されているため、ヒータ１４１，１４２で発生した熱は、その大部分が中空空間１９１，１９２の内部に存在するガスにより蓋１６１，１６２に伝達され、蓋１６１，１６２から基板１１０を介してガスセンサ１００の外部に放出される。このように、ヒータ１４１，１４２で発生した熱は、主として中空空間１９１，１９２の内部に存在するガスにより伝達されて外部に放出されるので、ヒータ１４１，１４２に一定の電力を供給し、ヒータ１４１，１４２の発熱量を一定とした場合、ヒータ１４１，１４２の温度を測定することで、中空空間１９１，１９２のそれぞれの内部に存在するガスの熱伝導度を求めることができる。そして、雰囲気が導入される中空空間１９１と、密閉された中空空間１９２との内部に存在するガスの熱伝導度の差を評価することにより、雰囲気中の検査対象ガスの濃度を測定することができる。

【0029】

なお、第１実施形態のセンサチップ１００では、基板を下面側からエッチングすることにより空洞部１１７，１１８を形成しているが、空洞部は、基板を上面側からエッチングして形成することも可能である。この場合、開口部１５５，１２９の形成と同時に、絶縁膜１２０と、保護膜１５０とに貫通穴を設け、当該貫通穴を通して基板をエッチングすることにより空洞部を形成することができる。基板のエッチングは、中空空間１９１，１９２を形成するための犠牲膜を除去した後、蓋１６１，１６２に設けられた開口部１６７，１６８を介して行うことができる。このように基板を上面側からエッチングした場合、基板の上面側からの加工のみでガスセンサを製造でき、また、基板の残存部を下面側からエッチングした場合よりも多くすることができる。そのため、ガスセンサの製造工程を簡略化して歩留まりをより高くすることができるとともに、エッチング後の基板の強度をより高くすることができる点で、基板を上面側からエッチングするのが好ましい。一方、基板の下面側からエッチングする方が、空洞部が形成される領域において絶縁膜１２０に貫通穴を形成することを避けることができるので、メンブレンに貫通穴が形成されて強度が低下することを抑制し、メンブレンの破損を抑制できる点で、好ましい。

【0030】

また、空洞部は、必ずしも基板に設ける必要はない。例えば、基板と絶縁膜との間、もしくは、絶縁膜１２０と半導体膜、導電膜および保護膜との間に、空洞部を形成することも可能である。このような基板上の空洞部は、基板もしくは絶縁膜１２０上の空洞部を形成する領域に犠牲膜（以下、「空洞形成膜」とも呼ぶ）を形成した後、上述のように中空膜までの各機能膜を形成し、保護膜上面から犠牲膜に到達する貫通穴を通して空洞形成膜を除去することにより、形成することができる。この空洞形成膜は、中空空間１９１，１９２を形成するための犠牲膜と同様に形成することができる。そして、空洞形成膜は、犠牲膜を除去して中空空間１９１，１９２を形成する際に、中空空間１９１，１９２を形成する犠牲膜と同時に除去することができる。なお、空洞形成膜として半導体等を用いる場合には、基板もしくは半導体膜のエッチングを阻止するため、基板、もしくは、絶縁膜１２０および犠牲膜の上に、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４等からなる阻止膜が形成される。このように、基板上に空洞部を形成した場合、基板をエッチングした場合よりも、基板の強度をより高くすることができる。一方、ガスセンサの製造工程をより簡略化できる点においては、基板をエッチングするのが好ましい。

【0031】

第１実施形態のセンサチップ１００では、板状部１１２の上部において中空膜１６０を保護膜１５０に接触させることで、中空膜１６０自体により、検出部ＲＤと補償部ＲＣとの中空空間１９１，１９２を分離しているが、これらの２つの中空空間は、他の方法で分離することも可能である。例えば、保護膜の上面に別途形成された厚い絶縁膜、あるいは、厚く形成された保護膜を用いて２つの中空空間を分離することも可能である。この場合、厚い絶縁膜あるいは保護膜の上面に開口部が設けられた中空膜を形成し、中空膜の開口部からエッチングにより厚い絶縁膜あるいは保護膜に凹部を設ければよい。

【0032】

Ａ３．熱伝導度評価のための機能的な構成：
図３は、ガスセンサ１００においてガスの熱伝導度を評価するための機能的な構成を示す説明図である。図３（ａ）は、図２（ａ）と同様に、ガスセンサ１００を上面から見た様子を示している。但し、図３（ａ）および図３（ｂ）においては、図示の便宜上、中空膜１６０および封止膜１７０の図示と、保護膜１５０のハッチングとを省略している。図３（ｂ）は、図３（ａ）において点線で囲んだ領域の拡大図である。

【0033】

ガスセンサ１００は、蓋１６１，１６２（図２）により形成される中空空間１９１，１９２内のガスの熱伝導度を評価するための構造として、４つのサーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４と、導電膜１４０として形成された２つのヒータ１４１，１４２、接続線１４４、グランド配線１４５およびヒータ配線１４６とを有している。

【0034】

ヒータ１４１，１４２は、幅の狭い葛折の線状に形成されている。ヒータ１４１，１４２のそれぞれは、一端がグランド配線１４５に接続され、他端がヒータ配線１４６に接続されている。そのため、グランド配線１４５に形成されたボンディングパッドＰ１と、ヒータ配線１４６に形成されたボンディングパッドＰ２との間に電圧を印加することにより、ヒータ１４１，１４２が発熱する。

【0035】

サーモパイルＴＰ１は、図３（ｂ）に示すように、半導体膜１３０（図２）として形成された半導体熱電素子１３１と、導電膜１４０として形成された金属熱電素子１４３とを有している。サーモパイルＴＰ１では、図３において横方向に伸びる半導体熱電素子１３１および金属熱電素子１４３が縦方向に複数配列されている。金属熱電素子１４３は、メンブレン１２１上のヒータ１４１の付近と、基板１１０（図２（ｂ））の外枠部１１１の上部とにおいて、隣接する半導体熱電素子１３１に接続されている。これにより、半導体熱電素子１３１および金属熱電素子１４３は、温接点ＨＪと冷接点ＣＪとを有する熱電対として機能し、冷接点ＣＪを基準とし、ヒータ１４１の付近に配置された温接点ＨＪの温度を表す電圧を出力する。なお、温接点ＨＪの温度は、温接点ＨＪをヒータ１４１に十分に近づけることにより、ヒータ１４１とほぼ同じ温度とすることができるので、以下では、「ヒータ１４１の温度」とも謂う。冷接点ＣＪは、ダイボンド材１５（図１）を介してヘッダ１１に接着された外枠部１１１（すなわち、低熱伝導部である空洞部１１７，１１８が設けられていない領域）の上部に形成されているので、環境温度とほぼ同温度となる。そのため、ヒータ１４１の温度の測定基準は、環境温度となる。他のサーモパイルＴＰ２〜ＴＰ４も、図３（ｂ）に示すサーモパイルＴＰ１と同様に構成されている。そのため、サーモパイルＴＰ１，ＴＰ２の温接点ＨＪは、検出部ＲＤ側のヒータ１４１の温度を測定する機能を有し、サーモパイルＴＰ３，ＴＰ４の温接点ＨＪは、補償部ＲＣ側のヒータ１４２の温度を測定する機能を有している。このように、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４の温接点ＨＪは、ヒータ１４１，１４２の温度を測定する機能を有しているため、「測温素子」とも謂うことができる。また、検出部ＲＤのサーモパイルＴＰ１，ＴＰ２が有する温接点ＨＪは、ガスの検出機能を実現するために使用されるので、「検出用測温素子」とも呼ぶことができる。一方、補償部ＲＣのサーモパイルＴＰ３，ＴＰ４が有する温接点ＨＪは、検出部ＲＤの出力変動を補償するために使用されるので、「補償用測温素子」とも呼ぶことができる。

【0036】

検出部ＲＤ側において、サーモパイルＴＰ１を構成する半導体熱電素子１３１のうち、中心線Ｃ２とは反対側（外側）の半導体熱電素子１３１は、グランド配線１４５に接続されている。一方、サーモパイルＴＰ１の中心線Ｃ２側（内側）の金属熱電素子１４３は、接続線１４４と連続するように形成されている。接続線１４４は、基板１１０（図２（ｂ））の外枠部１１１を跨ぎ、中心線Ｃ１に対してサーモパイルＴＰ１とほぼ対称に形成されたサーモパイルＴＰ２の内側の半導体熱電素子１３１に接続されている。サーモパイルＴＰ２の外側の金属熱電素子１４３は、ボンディングパッドＰ３と連続するように形成されている。これにより、グランド配線１４５上のボンディングパッドＰ１と、サーモパイルＴＰ２に接続されたボンディングパッドＰ３との間では、ヒータ１４１の付近に配置された温接点ＨＪと、外枠部１１１の上部に配置された冷接点ＣＪとを有する熱電対が直列接続される。このように、熱電対が直列接続されることにより、２つのボンディングパッドＰ１，Ｐ３間の電圧、すなわち、検出部ＲＤのヒータ１４１の温度を表す出力信号を十分に大きくすることができる。同様に、補償部ＲＣ側のサーモパイルＴＰ３，ＴＰ４においても、熱電対が直列接続されるので、補償部ＲＣのヒータ１４２の温度を表す出力信号を十分に大きくすることができる。そのため、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣのそれぞれに設けられたヒータ１４１，１４２の温度をより正確に測定することが可能となる。なお、電磁ノイズからのシールド性を向上させ、あるいは、グランド配線に近接した冷接点ＣＪの温度の均一性を向上させるため、冷接点ＣＪに近い位置において、絶縁膜１２０（図２）に開口部を設け、グランド配線と基板１１０（図２）とを接続するものとしても良い。

【0037】

第１実施形態のガスセンサ１００では、２つのボンディングパッドＰ１，Ｐ２の間に電圧を印加することにより、ヒータ１４１，１４２が発熱する。このヒータ１４１，１４２の温度は、ヒータ１４１，１４２に投入された電力と、ヒータ１４１，１４２からガスセンサ１００の外部に放出される熱量により決定される。上述のように、ヒータ１４１，１４２からガスセンサ１００の外部への熱の放出は、主として、中空空間１９１，１９２（図２）内のガスを通して行われるため、ヒータ１４１，１４２から外部に放出される熱量は、中空空間１９１，１９２内のガスの熱伝導度によって決まる。そのため、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４を用いてヒータ１４１，１４２の温度を測定することにより、中空空間１９１，１９２内のガスの熱伝導度を評価することができる。

【0038】

ガスセンサ１００は、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣから、ヒータ１４１，１４２の温度を表す出力信号を出力する。これらの出力信号は、雰囲気が導入される検出部ＲＤの中空空間１９１と、密閉され雰囲気の影響を受けない補償部ＲＣの中空空間１９２との、それぞれの内部に存在するガスの熱伝導度に対応するため、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣから出力され、ヒータ１４１，１４２のそれぞれの温度を表す出力信号の差である差分信号を得ることにより、検出対象ガスの濃度に対応する熱伝導度の差を評価することができる。そして、雰囲気中に検出対象ガスが含まれない状態で差分信号のオフセットを零に調整することで、差分信号の値を雰囲気中の検出対象ガスの濃度に対応したものとすることができるので、差分信号に基づいて検出対象ガスの濃度を測定することができる。

【0039】

また、第１実施形態のガスセンサ１００では、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣがほぼ対称な構造となっている。そのため、環境温度の変化等の外的要因による検出部ＲＤの出力信号の変動を、補償部ＲＣの出力信号により高い精度で補償し、検出対象ガスの濃度の測定値の変動（ドリフト）を十分に小さくすることができるので、検出対象ガスの検出感度をより高くすることができる。

【0040】

さらに、第１実施形態のガスセンサ１００では、ガスの検出機能を実現するための構造（すなわち、ヒータ１４１，１４２、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４および蓋１６１，１６２等）を、薄膜として形成している。そのため、ガスセンサ１００およびガスセンサ１００を使用したセンサモジュール１０を小型化することができる。このように、ガスセンサ１００およびセンサモジュール１０を小型化することにより、ガスセンサ１００およびセンサモジュール１０をガスの検出が行われる検出領域により近づけることができる。そのため、検出領域以外への検出対象ガスの拡散による、検出対象ガスの検出感度の低下や、検出対象ガスが放出されている位置を特定する際の位置精度の低下を抑制することができる。特に、第１実施形態のガスセンサ１００では、ガスセンサ１００およびセンサモジュール１０の高さをより小さくすること（低背化）ができる。これにより、ガスセンサ１００およびセンサモジュール１０の実装の自由度をより高くすることができる。

【0041】

また、第１実施形態のガスセンサ１００では、ガスの検出機能を実現するための構造を、薄膜として形成しているため、当該構造を、半導体デバイスの製造方法として使用される微細加工技術を用いて形成することができる。そのため、ガスセンサ１００の各部の位置合わせの精度をより高くし、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣとの対称性をより高くすることができる。このように、検出部ＲＤおよび補償部ＲＣとの対称性をより高くすることにより、検出部ＲＤの出力信号の変動の補償部ＲＣの出力信号による補償を、さらに高い精度で行うこと可能となるので、検出対象ガスの検出感度をさらに高くすることができる。加えて、ガスセンサ１００は、他の半導体デバイスと同様に、一連の製造工程（半導体プロセス）により形成される。このように、第１実施形態によれば、ガスセンサの製造がより容易となり、ガスセンサを製造するために要する労力が低減されるので、ガスセンサの製造コストの低減を図ることができる。

【0042】

第１実施形態のガスセンサ１００では、２つの空洞部１１７，１１８の間の板状部１１２が、図１（ａ）に示すように、ダイボンド材１５を介して、パッケージ１９のヘッダ１１に接着されているので、検出部ＲＤと補償部ＲＣとのそれぞれに形成されたヒータ１４１，１４２で発生し、板状部１１２に向かって伝達された熱は、板状部１１２からガスセンサ１００の外部に放出される。そのため、検出部ＲＤのヒータ１４１の温度変化が補償部ＲＣのヒータ１４２の温度に与える影響をより小さくすることができるので、外的要因による検出部ＲＤの出力変動をより正確に補償し、検出対象ガスの検出感度をより高くすることができる。このように、板状部１１２は、検出部ＲＤと補償部ＲＣとを熱的に分離する機能を有しているので、「熱分離部」と謂うことができる。熱分離部は、必ずしも板状である必要はなく、また、外枠部１１１を渡るように形成されている必要はない。一般的には、熱分離部は、基板として検出部ＲＤと補償部ＲＣとの境界部である中心線Ｃ２の近傍に形成されていれば良い。ここで、ある領域の近傍とは、その領域と重なる位置、および、その領域の付近の位置の双方を含む位置を謂う。但し、板状部１１２等の熱分離部を省略することも可能である。熱分離部を省略しても、ヒータ１４１，１４２と、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４の温接点ＨＪとが、熱伝導度が低い絶縁膜（ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４）を主体に構成されたメンブレン上に設けられることにより、メンブレンに沿った方向への熱の伝達が抑制されるので、外的要因による検出部ＲＤ出力の変動を補償することができる。さらに、第１実施形態のガスセンサ１００では、ヒータ１４１，１４２に通電するためのグランド配線１４５およびヒータ配線１４６は、空洞部１１７，１１８およびメンブレン１２１，１２２の上において、検出部ＲＤと補償部ＲＣとを跨がない。そのため、グランド配線１４５およびヒータ配線１４６は、熱伝導度の高い導電膜１４０として形成されているが、検出部ＲＤと補償部ＲＣとの熱的な分離状態は、より良好に維持される。

【0043】

Ｂ．第２実施形態：
図４は、第２実施形態におけるガスセンサ２００の構造を示す説明図である。上面から見た場合、第２実施形態のガスセンサ２００は、第１実施形態のガスセンサ１００と同一形状となる。そのため、図４では、ガスセンサ２００を上面から見た様子を省略し、図２（ａ）の切断線Ａ−Ａ’および切断線Ｂ−Ｂ’に対応する位置におけるガスセンサ２００の断面を、図４（ａ）および図４（ｂ）にて示している。なお、第２実施形態のガスセンサ２００は、その構成の大部分が第１実施形態のガスセンサ１００と共通する。そのため、第２実施形態のガスセンサ２００のうち、第１実施形態のガスセンサ１００と共通する部分については、第１実施形態のガスセンサ１００と同一の符号を付けている。

【0044】

第２実施形態のガスセンサ２００は、ガスセンサ２００の下面に、開口部２２７，２２８が設けられた下蓋２２０が設けられている点と、下蓋２２０に設けられた補償部ＲＣ側の開口部２２８が、封止膜２７０により塞がれている点と、下蓋２２０が設けられることによりメンブレン１２１，１２２の下面に形成された空洞部２１７，２１８が中空空間１９１，１９２を形成している点とで、第１実施形態のガスセンサ１００と異なっている。他の点は、第１実施形態と同様である。

【0045】

下蓋２２０は、絶縁膜１２０を成膜する際に、基板の下面にも同時に成膜される絶縁膜をパターニングすることにより形成することができる。具体的には、空洞部２１７，２１８を形成する際に基板の研磨を行わないようにすることで、下面の絶縁膜を残し、当該絶縁膜をパターニングすることにより、開口部２２７，２２８が形成された下蓋２２０が形成される。そして、下蓋２２０の開口部２２７，２２８を介して基板をエッチングすることにより、空洞部２１７，２１８を形成することができる。なお、基板の研磨を行う場合には、基板の研磨の後、別途下面側に絶縁体膜あるいは金属膜を成膜・パターニングすることで下蓋２２０を形成すれば良い。

【0046】

空洞部２１７，２１８の形成では、まず、下蓋２２０を介して、ボッシュプロセス等の深堀り反応性イオンエッチング（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ）を行う。これにより、開口部２２７，２２８から絶縁膜１２０の下面に到達する凹部を形成する。次いで、形成された凹部から基板を等方的にエッチングすることにより、凹部を連結させる。これにより、全体的に基板が除去された空洞部２１７，２１８が形成される。空洞部２１７，２１８の形成の後、補償部ＲＣの上面の蓋１６２と同様に、開口部２２８が封止膜２７０により塞がれる。

【0047】

このように形成されたガスセンサ２００では、ダイボンド材１５でヘッダ１１に接着される下面側においても、中空空間となる空洞部２１８は密閉される。そのため、ダイボンド材１５に隙間が存在し、あるいは、検出対象ガスがダイボンド材１５を透過する場合においても、空洞部２１８に検出対象ガスが入ることが抑制される。空洞部２１８に検出対象ガスが入ると、空洞部２１８内のガスの熱伝導度が変化し、ヒータ１４２の温度が変化する可能性がある。しかしながら、第２実施形態では、空洞部２１８に検出対象ガスが入ることが抑制されるので、ヒータ１４２の温度の変化により補償部ＲＣの出力信号が変動することによるドリフトの発生を抑制することができる。なお、図４の例では、補償部ＲＣの開口部２２８のみを封止膜２７０で塞いでいるが、補償部ＲＣの開口部２２８と検出部ＲＤの開口部２２７との双方を封止膜で塞ぐものとしても良い。この場合、検出部ＲＤ側の空洞部２１７に検出対象ガスが入るのが抑制されるので、検出対象ガスの濃度が低下していく際に、空洞部２１７に検出対象ガスが残ることで、応答速度が低下することを抑制することができる。

【0048】

Ｃ．変形例：
本発明は上記各実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば、次のような変形も可能である。

【0049】

Ｃ１．変形例１：
上記各実施形態では、２つのヒータ１４１，１４２を並列に接続して、２つのヒータ１４１，１４２に同時に通電しているが、２つのヒータ１４１，１４２に別個に通電するものとしても良い。この場合、例えば、ヒータ配線１４６を２つに分割し、それぞれに、電圧印加用のボンディングパッドを設ければ良い。２つのヒータ１４１，１４２に別個に通電すれば、ヒータ１４１，１４２ごとに通電電流を調整して独立に加熱温度を制御できる。そのため、通電電流を調整することにより、雰囲気中に検知対象ガスがない状態において、ヒータ１４１，１４２のそれぞれの温度を表す出力信号の差（オフセット）を零に調整すれば、より低濃度のガスを検出することが可能となる。

【0050】

Ｃ２．変形例２：
上記各実施形態では、検出部ＲＤと補償部ＲＣとのそれぞれにおいて、２つのサーモパイルＴＰ１〜ＴＰ２，ＴＰ３〜ＴＰ４を設けているが、サーモパイルの数は、任意の数とすることができる。例えば、ガス検出部と補償部とのそれぞれにおいて、単一のサーモパイルを設けるものとしても良く、また、さらにサーモパイルを増やすものとしても良い。また、上記各実施形態では、ヒータ１４１，１４２の温度を測定するために、熱電対を直列接続したサーモパイルＴＰ１〜ＴＰ２，ＴＰ３〜ＴＰ４を用いているが、検出部と補償部とのそれぞれにおいて、単一の熱電対を設け、それによりヒータ１４１，１４２の温度を測定するものとしても良い。但し、出力信号をより大きくすることができる点で、熱電対を直列接続したサーモパイルを用いるのが好ましい。

【0051】

Ｃ３．変形例３：
上記各実施形態では、半導体膜１３０として形成された半導体熱電素子１３１と、導電膜１４０として形成された金属熱電素子１４３とを接続することにより、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４を構成しているが、サーモパイルは、極性の異なる２つの半導体膜として形成された２種の半導体熱電素子を接続するものとしても良く、また、材質の異なる２つの導電膜として形成された２種の金属熱電素子を接続するものとしても良い。但し、出力信号をより大きくするとともに、ガスセンサを製造するための工程数の増加を抑制することができる点で、半導体膜１３０として形成された半導体熱電素子１３１と、導電膜１４０として成された金属熱電素子１４３とを接続して、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４を構成するのが好ましい。

【0052】

Ｃ４．変形例４：
上記各実施形態では、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４の温接点ＨＪによりヒータ１４１，１４２の温度を測定しているが、ヒータ１４１，１４２の温度は、測温抵抗体や半導体測温素子等の他の測温素子を用いて測定することも可能である。但し、ヒータ１４１，１４２の温度を表す十分に高い電圧信号が直接出力され、検出対象ガスの検出感度をより高くすることが容易となる点で、サーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４の温接点ＨＪによりヒータ１４１，１４２の温度との温度を測定するのが好ましい。さらに、ヒータ１４１，１４２の温度は、別個の測温素子を用いることなく測定することも可能である。この場合、２つのヒータ１４１，１４２を別個に通電できるように形成したうえで、ヒータ１４１，１４２の抵抗値を測定することで、ヒータ１４１，１４２の温度を測定することができる。但し、ヒータ１４１，１４２の構造にかかわらず、ヒータ１４１，１４２の温度を表す出力信号を十分に大きくすることができる点で、ヒータ１４１，１４２の付近に設けられた測温素子によりヒータ１４１，１４２の温度を測定するのが好ましい。

【0053】

Ｃ５．変形例５：
上記各実施形態では、測温素子であるサーモパイルＴＰ１〜ＴＰ４の温接点ＨＪは、ヒータ１４１，１４２から離れた位置に形成されている。しかしながら、機能膜の構成を適宜変更することにより、温接点ＨＪとヒータとを上下に重なり合うように配置することも可能である。従って、温接点ＨＪ等の測温素子は、ヒータの近傍に設けられていればよい。

【0054】

Ｃ６．変形例６：
上記各実施形態では、検出部ＲＤにおいて、ヒータ１４１の上面側に蓋１６１を設けているが、蓋１６１を省略することも可能である。一般的には、補償部ＲＣにおいて、ヒータ１４２の上面側、すなわち、空洞部１１８とは反対側の位置に密閉された空間が形成されていれば良い。但し、検出部ＲＤと補償部ＲＣとの熱的な特性をより近いものとすることでより確実に外的要因による出力変動を補償できる点で、検出部ＲＤにおいて、補償部ＲＣの蓋１６２と同様な蓋１６１を設けるのが好ましい。また、ヒータ１４１に近い位置に蓋１６１を設けることにより、中空空間１９１内のガスを介して外部に放出される熱量をより大きくすることができ、検出対象ガスの検出感度をより高くすることができる。

【0055】

Ｃ７．変形例７：
上記各実施形態では、検出部ＲＤのヒータ１４１の上部に設けられた蓋１６１に開口部１６７を形成しているが、一般的には、検出部ＲＤにおいて、ヒータ１４１を覆う蓋は、ガス透過性を有していればよい。ガス透過性の蓋としては、蓋１６１の開口部１６７をガス透過性材料で塞いだものを使用することができる。この場合、開口部１６７を塞ぐガス透過性材料として、特定のガスを選択的に透過する材料を用いることにより、検出対象ガスの選択性を高くすることができる。例えば、水素透過性の金属により開口部１６７を塞ぐことにより、水素を選択的に検出するようにすることも可能である。また、開口部が形成されていない膜によりガス透過性の蓋を形成することも可能である。この場合、多孔質の金属薄膜によりガス透過性の蓋を形成することも可能である。なお、多孔質の金属薄膜は、例えば、金属と、当該金属に対して選択的にエッチングされる細孔形成材とをコスパッタリングして膜を形成し、形成された膜の細孔形成材を選択的にエッチングすることにより形成することができる。但し、開口部１６７を介して犠牲膜を除去することが可能であり、中空空間１９１の形成がより容易となる点で、ヒータ１４１を覆う蓋は、開口部１６７が設けられた蓋１６１（有孔蓋）とするのが好ましい。また、開口部１６８を介して犠牲膜を除去することが可能であり、中空空間１９２の形成がより容易となる点で、密閉された中空空間１９２を形成する密閉部は、開口部１６８が設けられた蓋１６２（有孔蓋）と、当該開口部１６８を塞ぐ封止膜１７０により形成するのが好ましい。

【0056】

Ｃ８．変形例８：
上記各実施形態では、低熱伝導部として、基板自体に設けられた空洞部、もしくは、基板上に形成された空洞部を用いているが、低熱伝導部は必ずしも空洞である必要はない。低熱伝導部は、例えば、基板自体に設けられた空洞部に、多孔質材や樹脂等の低熱伝導材を埋め込むことにより形成することができる。多孔質材としてＳｉＯ_２を用いる場合には、周知の低比誘電率（Low-k）絶縁膜やシリカエアロゲルの形成技術により空洞部に多孔質ＳｉＯ_２を埋め込むことができる。多孔質材として樹脂を用いる場合には、当該樹脂のモノマやプレポリマを空洞部に充填し、その後、熱や紫外線によりモノマやプレポリマを重合させれば良い。また、低熱伝導部として、基板上に多孔質材や樹脂等の低熱伝導膜を形成するものとしても良い。この場合、上述した基板上に空洞部を形成する工程と同様に、基板もしくは絶縁膜１２０上に多孔質材や樹脂等の低熱伝導膜を形成し、形成した低熱伝導膜を残存させることにより低熱伝導部を形成することができる。また、基板上に低熱伝導膜を形成するためのポリシリコン膜を形成し、当該ポリシリコン膜を陽極酸化により多孔質化しても良い。さらに、低熱伝導部として、基板自体に多孔質部を形成するものとしても良い。多孔質部は、例えば、基板としてＳｉ基板を用いている場合には、基板自体に空洞部を形成する工程と同様に、基板の下面側もしくは基板の上面側から、空洞部に相当する領域を陽極酸化により多孔質化することで形成することができる。なお、空洞でない低熱伝導部を用いる場合において、低熱伝導部の材料が導電性を有する場合には、低熱伝導部と、半導体膜あるいは導電膜との間には絶縁膜が追加される。このように、空洞でない低熱伝導部を用いることにより、低熱伝導部上に形成された機能膜の破損が抑制される。

【符号の説明】

【0057】

１０…センサモジュール、１１…ヘッダ、１２…キャップ、１３…封止材、１４…端子、１５…ダイボンド材、１６…ワイヤ、１９…パッケージ、１００…ガスセンサ、１１０…基板、１１１…外枠部、１１２…板状部、１１７，１１８…空洞部（低熱伝導部）、１２０…絶縁膜、１２１，１２２…メンブレン、１２９…開口部、１３０…半導体膜、１３１…半導体熱電素子、１４０…導電膜、１４１，１４２…ヒータ、１４３…金属熱電素子、１４４…接続線、１４５…グランド配線、１４６…ヒータ配線、１５０…保護膜、１５１，１５２，１５３，１５４，１５５…開口部、１６０…中空膜、１６１，１６２…蓋、１６７，１６８…開口部、１７０…封止膜、１９１，１９２…中空空間、２００…ガスセンサ、２１７，２１８…空洞部（低熱伝導部）、２２０…下蓋、２２７，２２８…開口部、２７０…封止膜、ＣＪ…冷接点、ＨＪ…温接点、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４…ボンディングパッド、ＲＣ…補償部、ＲＤ…検出部、ＴＰ１，ＴＰ２，ＴＰ３，ＴＰ４…サーモパイル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】