CN1928508A - 流量传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种流量传感器，能够通过在半导体衬底上隔着绝缘膜形成具有相对较高的TCR的金属膜来实现高灵敏度。作为热式流体流量传感器的测量元件包括：由第1金属膜构成的发热电阻体(3)、测温电阻体(上游侧测温电阻体(4a)和下游侧测温电阻体(4b))、以及空气温度测温电阻体(5)，由用溅射法在含金属的非晶质膜(9)上淀积得到的具有Ta结晶块的3倍或3倍以下电阻率的α－Ta膜形成上述第1金属膜。

Description

流量传感器
技术领域
本发明涉及流体或气体流量传感器，特别是涉及适用于包含发热电阻体和测温电阻体的计量流体或气体流量的传感器的有效技术。
背景技术
在设置于汽车等的内燃机的电子控制燃料喷射装置、用于测量吸入空气量的空气流量计中，热式流体流量传感器，由于能够直接检测空气质量流量而成为主流。尤其是，利用半导体微细加工(micromachining)技术所制造的热式流体流量传感器，具有能以低成本制造、且能以低功率驱动的优点，因此日益引人注目。
例如，已公开了一种热式微流量传感器(例如，参照专利文献1)，该热式微流量传感器具有使用3.1×10-7～2×10-2Ωm的范围的材料在半导体衬底上以热绝缘结构的方式利用半导体微细加工技术形成的电阻值约为1kΩ的加热丝。另外，还公开了一种流量传感器(例如，参照专利文献2)，该流量传感器沿流体流动方向依次排列了上游测温电阻体、发热电阻体和下游测温电阻体，并由例如Ni这样的电阻温度系数大的材料的薄膜或线形成测温电阻体，由电阻温度系数比Ni小的Pt形成发热电阻体。另外，还公开了一种在被绝缘了的衬底的表面用溅射法形成的由粒径不小于800的铂电阻膜构成的薄膜式电阻体(例如，参照专利文献3)。
另外，还公开了一种感热式流量计(例如，参照专利文献4)，其结构为，在同一臂上的上、下游侧形成上、下游侧臂温度测温体。关于主要测温体和流体温度测温体侧，与平衡调整用电阻体一起形成第1电桥电路，关于上、下游侧臂温度测温体，与另一个平衡调整用电阻体一起形成第2电桥电路，由数字存储运算电路保持第1、第2电桥电路的输出并伴随零点校正进行求取流速的运算处理。另外，还公开了一种感热式微桥型流速计(例如，参照专利文献5)，该感热式微桥型流速计在主臂上形成发热电阻体和主测温电阻体，在下游侧形成副测温电阻体，在上游侧形成流体测温电阻体，设置将主测温电阻体、副测温电阻体和流体测温电阻体连接起来的第1电桥电路，设置将副测温电阻体和流体测温电阻体连接起来的第2电桥电路，并对第1、第2电桥电路的输出进行运算处理。另外，还公开了一种感热式微桥型流量计(例如，参照专利文献6)，该感热式微桥型流量计在衬底上设置室温校正用电阻体，在衬底的外部设置电流计量用电阻体，设置将发热体测温电阻体、流体测温电阻体和平衡调整用电阻体连接起来的电桥，设置随时计量压降值并作为数字信号输出的电计量电路，并设置了进行消除因室温变化而引起的误差的运算处理的运算处理电路。
另外，还公开了一种感热式流速计(例如，参照专利文献7)，该感热式流速计具有物理性质相同或同样的2个感热部，两个感热部被校正为无风时的特性、即静特性相同或等同、而流速相关性、即动特性不同。
[专利文献1]日本特开平8-54269号公报([0027]～[0029]段)
[专利文献2]日本特开平5-223613号公报([0012]～[0015]段)
[专利文献3]日本特开平10-213470号公报([0018]段)
[专利文献4]日本特开平6-230021号公报(图1)
[专利文献5]日本特开平6-300605号公报(图1)
[专利文献6]日本特开平6-317440号公报(图1)
[专利文献7]日本特开平7-190822号公报([0013]段、图1、图2)
发明内容
通过用电阻值的温度系数(Temperature Co-efficiency ofResistance，以下简略记为TCR)相对较高的金属膜形成热式流体流量传感器的测温电阻体，能够提高测温电阻体的检测灵敏度。但是，本发明人研究后发现，在由单晶Si(硅)构成的半导体衬底上隔着绝缘膜形成的金属膜的TCR，比不隔着绝缘膜地在由单晶Si构成的半导体衬底上直接形成的金属膜的TCR低，因此，尽管将金属膜用于热式流体流量传感器的测温电阻体，但也不能得到金属膜本来具有的相对较高的TCR，因而使测温电阻体的检测灵敏度受到损害。
本发明的目的在于，提供一种能够通过在半导体衬底上隔着绝缘膜形成具有相对较高的TCR的金属膜来实现高灵敏度的流量传感器的技术。
本发明的上述和其它目的以及新的特征，从本说明书的描述和附图可以看得很清楚。
以下，简单地说明本申请所公开的发明中有代表性的发明的概要。
本发明是包括在半导体衬底上隔着绝缘膜形成的发热电阻体和测温电阻体、计量流体或气体流量的流量传感器，由具有Ta(钽)结晶块(ingot)的3倍或3倍以下的电阻率的体心立方晶系结构的Ta膜构成发热电阻体和测温电阻体。
以下，简单地说明由本申请所公开的发明中有代表性的发明取得的效果。
由于在半导体衬底上隔着绝缘膜形成具有相对较高的TCR的Ta膜，所以能够实现高灵敏度的流量传感器。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的一个例子的主要部分俯视图。
图2是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的主要部分剖视图。
图3是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的主要部分剖视图。
图4是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的主要部分剖视图。
图5是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的主要部分剖视图。
图6是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的主要部分剖视图。
图7是表示本发明实施方式1的在含金属的非晶质膜上形成的Ta膜的电阻率(室温)和TCR(室温～300℃)的关系的曲线图。
图8是表示本发明实施方式1的装有安装在汽车等的内燃机的吸气通路上的热式流体流量传感器的热式空气流量计的概略配置图。
图9是将图8的一部分放大后的主要部分俯视图。
图10是图9的B-B′线的主要部分剖视图。
图11是示出本发明实施方式1的热式流体流量传感器和外部电路的电路图。
图12是表示本发明实施方式2的热式流体流量传感器的一个例子的主要部分剖视图。
图13是表示本发明实施方式2的在改性层上形成的Mo膜的电阻率(室温)和TCR(室温～300℃)的关系的曲线图。
图14是表示本发明实施方式3的加速度传感器的一个例子的主要部分俯视图。
图15是图14的C-C′线的主要部分剖视图。
图16是示出本发明实施方式3的加速度传感器和外部电路的电路图。
具体实施方式
在本实施方式中，当提到要素的数等(包括个数、数值、量、范围等)时，除特别指明和在原理上明确地限定为特定的数等情况以外，并不限定于该特定的数，也可以在该特定的数以上或以下。另外，在本实施方式中，其构成要素(也包括要素步骤等)，除特别指明和在原理上明确地认为必须这样时以外，当然不必一定必须这样。同样，在本实施方式中，当提到构成要素等的形状、位置关系等时，除特别指明和在原理上明确地认为不是那样时以外，实际上包括与该形状等近似或类似的情况等。这种情况对上述数值和范围也是一样。
另外，在用于说明本实施方式的所有图中，具有相同功能的标以同一符号，并省略其重复的说明。以下，根据附图详细说明本发明的
实施方式。
[实施方式1]
图1中示出本实施方式1的热式流体流量传感器的主要部分俯视图的一个例子。
作为热式流体流量传感器的测量元件1，包括：由单晶Si构成的半导体衬底2，在半导体衬底2上隔着绝缘膜形成的发热电阻体3，用于检测被发热电阻体3加热了的空气的空气温度、由上游侧测温电阻体4a和下游侧测温电阻体4b构成的测温电阻体4，用于测量空气的空气温度的空气温度测温电阻体5，用于将测量元件1的信号连接到外部电路的端子电极6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g，将发热电阻体3的两端与端子电极6a、6b连接起来的引出布线7a、7b，将测温电阻体4的两端与端子电极6c、6d连接起来的引出布线7c、7d，从上游侧测温电阻体4a和下游侧测温电阻体4b之间连接到端子电极6e的引出布线7e，以及将空气温度测温电阻体5的两端与端子电极6f、6g连接起来的引出布线7f、7g。
发热电阻体3的宽度，例如为10～20μm左右，测温电阻体4的宽度，例如为1～2μm左右。另外，引出布线7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g的宽度，例如为100μm左右。
以下，用图2～图6按工序顺序说明本实施方式1的热式流体流量传感器的制造方法。图2～图6是图1的A-A′线的主要部分剖视图。
首先，如图2所示，准备由单晶Si构成的半导体衬底2。接着，在半导体衬底2上依次形成绝缘膜8、含金属的非晶质膜9和第1金属膜4c。绝缘膜8，是为使半导体衬底2和含金属的非晶质膜9绝缘而设置的，例如由SiOx(氧化硅)膜或SiNx(氮化硅)膜构成，其厚度例如为200nm左右。含金属的非晶质膜9，可以列举出用溅射法形成的厚度不大于50nm的TaOx(氧化钽)膜。也可以采用例如AlOx(氧化铝)膜、TiOx(氧化钛)膜、MoOx(氧化钼)膜或AlNx(氮化铝)膜来替代TaOx膜。第1金属膜4c，可以列举出用溅射法形成的厚度为100nm左右的具有体心立方晶系结构的Ta(以下，简略记为α-Ta)膜。用溅射法形成第1金属膜4c时的半导体衬底2的温度，例如保持在200℃～500℃左右。此外，含金属的非晶质膜9和第1金属膜4c，可以用同一个溅射装置连续地成膜。
然后，如图3所示，将用光刻法形成的抗蚀剂图案作为掩模对第1金属膜4c进行蚀刻，形成由第1金属膜4c构成的发热电阻体3、测温电阻体4(上游侧测温电阻体4a和下游侧测温电阻体4b)、空气温度测温电阻体5和引出布线7e。此外，在图3和以下的说明中使用的图4～图6中，仅示出引出布线7e，而将其它的引出布线7a、7b、7c、7d、7f、7g省略，但这些引出布线7a、7b、7c、7d、7f、7g与引出布线7e同时形成。
接着，如图4所示，在发热电阻体3、测温电阻体4(上游侧测温电阻体4a和下游侧测温电阻体4b)、空气温度测温电阻体5和引出布线7e的上层依次形成保护膜10和层间绝缘膜11。保护膜10，具有抑制由热处理造成的影响的功能，由含金属的氧化物或含金属的氮化物构成。保护膜10的厚度，如考虑对层间绝缘膜11进行蚀刻时的余量，则最好不大于80nm。层间绝缘膜11，例如由厚度为500nm左右的SiOx膜构成。
下一步，如图5所示，将用光刻法形成的抗蚀剂图案作为掩模依次对层间绝缘膜11和保护膜10进行蚀刻，形成使由第1金属膜4c构成的引出布线7e的一部分露出的连接孔12。在上述蚀刻中采用干蚀刻法或湿蚀刻法。接着，在包括连接孔12的内部的层间绝缘膜11的上层形成第2金属膜。之后，将用光刻法形成的抗蚀剂图案作为掩模对第2金属膜进行蚀刻，形成通过连接孔12与引出布线7e电连接的端子电极6e。此外，在图5和以下的说明中使用的图6中，仅示出端子电极6e，而将其它的端子电极6a、6b、6c、6d、6f、6g省略，但这些端子电极6a、6b、6c、6d、6f、6g与端子电极6e同时形成。
第2金属膜，例如由厚度为1μm左右的Al(铝)合金膜构成，但为了能与由第1金属膜4c构成的引出布线7e良好地接触，也可以在形成前用Ar(氩)对第1金属膜4c的表面进行溅射蚀刻。进一步，为使该接触更可靠，也可以由TiN(氮化钛)等的阻挡金属膜与Al合金膜的层叠膜形成第2金属膜。然而，如将此时的阻挡金属膜形成得相对较厚，则接触电阻增加，因此其厚度最好在20nm左右。但是，当具有足够的接触面积而能避开电阻增加的问题时，可以使阻挡金属膜的厚度不大于100nm。
然后，如图6所示，用光刻法在半导体衬底2的背面形成抗蚀剂图案，将该抗蚀剂图案作为掩模，用KOH(氢氧化钾)水溶液或TMAH(氢氧化四甲基铵)水溶液对半导体衬底2的一部分进行湿蚀刻，形成薄膜(diaphragm)13。该薄膜13在包括形成了发热电阻体3和测温电阻体4(上游侧测温电阻体4a和下游侧测温电阻体4b)的区域的位置形成。
此外，在本实施方式1中，虽然说明了由第1金属膜4c和第2金属膜构成的2层的金属膜结构，但当在电阻体的配置上有布线交叉等情况时，可以形成使用了与第1金属膜4c和第2金属膜相同的材料的另一层金属膜，从而构成3层的金属膜结构。
图7是表示本实施方式1的在含金属的非晶质膜上形成的Ta膜的电阻率(室温)和TCR(室温～300℃)的关系的曲线图。
当在SiOx膜等绝缘膜上直接形成了Ta膜时，具有正方晶系结构的Ta(以下，简略记为β-Ta)成为主体，其电阻率为α-Ta结晶块的电阻率的10倍或10倍以上，而TCR为大致接近于零的值。此处，所谓结晶块(ingot)，是指由从溶液生长、凝固而形成的单晶体构成的固体块。
与此相对，当在含金属的非晶质膜上形成了Ta膜时，α-Ta成为主体，如图7所示，随着Ta膜的电阻率的减小，趋近于α-Ta结晶块的电阻率，而Ta膜的TCR增加。而且，在α-Ta占50％或50％以上的Ta膜中，其电阻率为α-Ta结晶块的3倍或3倍以下，因此可以确保约2500ppm/℃以上的TCR，由此可见，能获得在实用上足够高的TCR。进而可以看出，通过控制电阻率，能够减小Ta膜的TCR的波动。
此外，金属膜的电阻率ρ，通常用式1近似。
ρ＝ρ0+α1+α2+α3                   (式1)
在上述式1中，ρ0是由构成金属膜的主要成分的金属元素构成的结晶块的电阻率，α1是表面散射引起的电阻增加，α2是晶界散射引起的电阻增加，α3是晶粒内散射引起的电阻增加。因此，通过抑制上述式1的α1～α3的各项，能得到该金属膜本来的TCR。但是，在由单晶Si构成的半导体衬底等上形成的金属膜中，当形成微细的图案时，表面散射引起的电阻增加α1增大，因而使其电阻率ρ等于结晶块的电阻率ρ0就非常困难。因此，至少使晶界散射引起的电阻增加α2和晶粒内散射引起的电阻增加α3减小是至关重要的。
可是，Ta具有若干种结晶结构体，因而重要的是形成具有电阻率ρ0更低的结晶结构的Ta膜、即α-Ta膜。但是，用溅射法等在SiOx膜等绝缘膜上形成的Ta膜，在Ta淀积的过程中已附着的Ta粒子在绝缘膜的表面移动并凝聚在一个部位，形成β-Ta多晶体。因此，晶界散射引起的电阻增加α2和晶粒内散射引起的电阻增加α3等因电子散射而引起的电阻增加，使得上述Ta膜成为高电阻。为使一时形成的β-Ta变为α-Ta，需要高的热能。由于这些原因，α-Ta膜很不容易形成，因而以往很难得到相对较高的TCR。
但是，在本实施方式1中，通过在第1金属膜4c的下层形成含金属的非晶质膜9，使得在这之前很困难的α-Ta膜的形成变得容易了。可以认为这是由于含金属的非晶质膜9具有存在着金属元素的结合键的表面状态，因此生成α-Ta的核而促进α-Ta的生长，从而使α-Ta膜的形成变得容易。另外，该α-Ta膜，是形成具有不小于100nm的粗大粒径的大晶粒、且该大晶粒占总体的50％或50％以上的多晶体。在该多个大晶粒之间，晶粒内的晶格排列具有双晶关系，或具有晶格面倾角不大于20度的小倾角晶界关系，具有这种相邻晶界接触的大晶粒的集团占多晶体区域的30％。
因此，尽管是金属膜，但晶界上的异物的偏析很少，而且，能够抑制造成金属膜的电阻增加的晶界上的电子散射，因此，通过增大第1金属膜4c的总电阻中的晶粒内的晶格上的金属粒子热振动成分，可以实现相对较高的TCR。
此外，在本实施方式1中，为形成α-Ta膜而在第1金属膜4c的下层形成了含金属的非晶质膜9，但作为其它方法，也可以使例如第1金属膜4c的下层为绝缘膜8(例如，像SiOx这样的不含金属的非晶质膜)，通过使用了Ar气等的溅射蚀刻法或离子注入法使上述绝缘膜8的表面变成与例如含金属的非晶质膜9相同的表面状态、即存在着元素的结合键的表面状态，或者，例如也可以使第1金属膜4c的下层为取向性弱、不妨碍α-Ta生长的结晶膜。只要使α-Ta在整个第1金属膜4c中所占的比例至少不低于50％即可。
图8是表示本发明实施方式1的装有安装在汽车等的内燃机的吸气通路上的热式流体流量传感器的热式空气流量计的概略配置图。
热式空气流量计14，包括作为热式流体流量传感器的测量元件1、由上部和下部构成的支撑体15、以及外部电路16。测量元件1，配置在位于空气通路17的内部的副通路18内。外部电路16，通过支撑体15和测量元件1的端子电连接。吸入空气，根据内燃机的条件，沿图8中箭头所指示的空气流19的方向或与其相反的方向流动。
图9是将上述的图8的一部分(测量元件1和支撑体15)放大后的主要部分俯视图，图10是图9的B-B′线的主要部分剖视图。
如图9和图10所示，测量元件1，固定在下部的支撑体15a上，在测量元件1的端子电极20和外部电路16的端子电极21之间，例如通过使用金丝22等的引线键合法进行电连接。端子电极20、21和金丝22，通过由上部支撑体15b覆盖来加以保护。上部支撑体15b，也可以是密封保护。
以下，用图11说明上述的热式空气流量计14的动作。图11是示出本实施方式1的测量元件1和外部电路16的电路图，符号23是电源，符号24是用于使加热(旁热)电流流过发热电阻体3的晶体管，符号25、26、27是设置在外部电路16内的电阻，符号28是由包括A/D转换器等的输出电路和进行运算处理等的CPU(CentralProcessing Unit)构成的控制电路，符号29是存储电路。
由测温电阻体4、空气温度测温电阻体5、电阻26、27构成的电桥电路的端子C、D的电压被输入到控制电路28，设定发热电阻体3、测温电阻体4、空气温度测温电阻体5、电阻25、26、27的电阻值并用控制电路28进行控制，以使由发热电阻体3旁热了的测温电阻体4的温度(Th)比与空气温度对应的空气温度测温电阻体5的温度(Tr)高出某个恒定值(例如ΔTh＝150℃)。当测温电阻体4的温度低于设定值时，由控制电路28的输出进行控制，使得晶体管24导通，从而使加热电流流过发热电阻体3，另一方面，当测温电阻体4的温度高于设定值时，进行控制，使得晶体管24截止，从而控制为使其回到设定值。这时，流过发热电阻体3的加热电流(对应于电阻25的电位B)对应于空气流量(Q)。
此外，在本实施方式1中，示出了将作为热式流体流量传感器的测量元件1和外部电路16分开的例子，但因本实施方式1中示出的电阻体(发热电阻体3和测温电阻体4)是在Si半导体工艺中一般使用的材料，所以，即使不利用专用的生产线也能够在同一半导体衬底2上形成作为热式流体流量传感器的测量元件1和外部电路16。因此，通过单片化，可以降低成本。
这样，按照本实施方式1，通过用溅射法在含金属的非晶质膜(例如TaOx膜、AlOx膜、TiOx膜、MoOx膜或AlNx膜)上形成Ta膜，可以形成具有至少不小于100nm的粗大粒径的大晶粒，晶界上的异物的偏析或晶粒内的缺陷少，而且，可以抑制造成金属膜的电阻增加的电子散射，因此，能够形成具有Ta结晶块的3倍或3倍以下电阻率的α-Ta膜。其结果是，可以得到Ta膜本来具有的相对较高的TCR、例如约2500ppm/℃以上的TCR，因此能够提高包含由Ta膜构成的测温电阻体的热式流体流量传感器的检测灵敏度。
[实施方式2]
在本实施方式2中，构成作为热式流体流量传感器的测量元件中所包含的发热电阻体和测温电阻体的金属膜，采用Mo(钼)膜。图12是表示本实施方式2的热式流体流量传感器的一个例子的主要部分剖视图，示出了与上述实施方式1的图6相同的部位(图1的A-A′线的主要部分剖视图)。
在由单晶Si构成的半导体衬底30上形成有绝缘膜31，进一步在绝缘膜31上形成有由第3金属膜、例如Mo构成的发热电阻体32、测温电阻体(上游侧测温电阻体33a和下游侧测温电阻体33b)、空气温度测温电阻体34和引出布线35。绝缘膜31，是为使半导体衬底30和第3金属膜绝缘而设置的，例如由SiOx膜或SiNx膜构成，其厚度例如为200nm左右。另外，在绝缘膜31的表面，设置着具有提高在其上形成的第3金属膜的取向的功能的改性层31a。该改性层31a，例如通过用Ar气等对绝缘膜31的表面进行溅射蚀刻、或对绝缘膜31的表面进行杂质的离子注入形成，具有存在着元素的结合键的状态。在发热电阻体32、测温电阻体(上游侧测温电阻体33a和下游侧测温电阻体33b)、空气温度测温电阻体34和引出布线35的上层，形成有例如由厚度为150nm左右的SiNx膜构成的层间绝缘膜36。
进一步，与上述实施方式1同样地，形成使由第4金属膜构成的引出布线35的一部分露出的连接孔37、通过连接孔37与引出布线35电连接的端子电极38、以及薄膜39。
在图12中，在由第3金属膜(例如Mo膜)构成的发热电阻体32、测温电阻体(上游侧测温电阻体33a和下游侧测温电阻体33b)、空气温度测温电阻体34和引出布线35的上层，直接形成了层间绝缘膜36，但是也可以在第3金属膜和层间绝缘膜36之间形成含金属的氮化物(例如MoN(氮化钼)、TiN、TaN(氮化钽)、WN(氮化钨)或NiN(氮化镍)等)、或氧化物(例如AlOx、MoOx、TaOx或TiOx等)，由此，能够谋求接合性的提高。另外，在本实施方式2中，说明了由第3和第4金属膜构成的2层的金属膜结构，但当在电阻体的配置上有布线交叉等情况时，可以形成使用了与第3和第4金属膜相同的材料的另一层金属膜，从而构成3层的金属膜结构。
图13是表示本实施方式2的在改性层上形成的Mo膜的电阻率(室温)和TCR(室温～300℃)的关系的曲线图。
可以看出，与上述的Ta膜一样，Mo膜的电阻率与TCR存在着密切的关系。即，随着Mo膜的电阻率的减小，Mo膜的TCR增加，只要Mo膜的电阻率在Mo结晶块的3倍或3倍以下，即可确保约2000ppm/℃以上的TCR，因而获得了在实用上足够高的TCR。因此，通过至少对测温电阻体使用具有Mo结晶块的3倍或3倍以下电阻率的Mo膜，能提高检测精度，从而进行高精度的温度校正。
这样，按照本实施方式2，通过用溅射法在绝缘膜31的表面所形成的改性层31a上形成Mo膜，能够形成具有Mo结晶块的3倍或3倍以下电阻率的Mo膜。其结果是，可以得到Mo膜本来具有的相对较高的TCR、例如约2000ppm/℃以上的TCR，因此能够提高包含由Mo膜构成的测温电阻体的热式流体流量传感器的检测灵敏度。
[实施方式3]
在本实施方式3中，说明将包含发热电阻体和测温电阻体的测量元件应用于加速度传感器的例子。
图14是表示本实施方式3的加速度感器的一个例子的主要部分俯视图。
加速度传感器41，具有在由单晶Si构成的半导体衬底上隔着绝缘膜等形成的发热电阻体42，进行发热电阻体42和外部电路之间的电连接的端子电极43a、43b，从发热电阻体42在4个方向上空出一定间隔地配置的长度相同(电阻值相同)的测温电阻体44a、44b、44c、44d，以及进行测温电阻体44a、44b、44c、44d和外部电路之间的电连接的端子电极45a、45b、45c、45d、45e、45f，并通过外部电路构成电桥电路等。
图15是图14的C-C′线的主要部分剖视图。
在由单晶Si构成的半导体衬底46上形成有绝缘膜47，并在绝缘膜47上形成有含金属的非晶质膜48。进一步，在含金属的非晶质膜48上形成有由第5金属膜构成的发热电阻体42、测温电阻体44b、44d和引出布线49。含金属的非晶质膜48，与上述实施方式1的含金属的非晶质膜9相同，可以列举出厚度不大于50nm的TaOx膜、AlOx膜、TiOx膜、MoOx膜或AlNx膜。而且，第5金属膜，与上述实施方式1的第1金属膜4c相同，可以列举出厚度为100nm左右的α-Ta膜。
在发热电阻体42、测温电阻体44b、44d和引出布线49的上层，形成有由例如厚度为150nm左右的SiNx膜构成的层间绝缘膜50。另外，与上述实施方式1同样地，形成有使由第5金属膜构成的引出布线49的一部分露出的连接孔51、通过连接孔51与引出布线49电连接的端子电极45c、45f和薄膜52。
在图15中，仅示出测温电阻体44b、44d，而省略其它测温电阻体44a、44c，但这些测温电阻体44a、44b、44c、44d是同时形成的。另外，在图15中，仅示出端子电极45c、45f，而省略其它的端子电极43a、43b及端子电极45a、45b、45d、45e，但这些端子电极43a、43b及端子电极45a、45b、45c、45d、45e、45f是同时形成的。
接下来，用图16和上述的图14说明加速度传感器的动作。图16是示出本实施方式3的加速度传感器和外部电路的电路图。
首先，从外部电源53向发热电阻体42流入用于旁热的加热电流。各测温电阻体44a、44b、44c、44d被旁热加热，其电阻值发生改变。这时，通过使加热电流保持恒定，使测温电阻体44a、44b、44c、44d的温度保持稳定，电阻值也保持稳定。而且，由于从发热电阻体42到各测温电阻体44a、44b、44c、44d的距离是一定的，因此各测温电阻体44a、44b、44c、44d的温度相等，而且，由于形状相同，因此电阻值也相等。
在这种状态下，例如，如图14所示，当从外部对加速度传感器41施加力54而使加速度传感器41移动时，处于均衡的旁热状态被破坏，使测温电阻体44b和测温电阻体44d的温度不同，电阻值发生变化，因而能够检测加速度。将该电阻值的不同(电压差)传送到外部的输入电路55，与存储在存储器56中的静止状态的数据进行比较，由CPU等计算移动方向和温度差(ΔT)后输出到外部。根据加速度传感器41的输出结果，能够进行加速度的调整或开关的接通、断开等处理。符号57、58是加热器输出调整用的电阻体。
在本实施方式3中，对在4个方向上配置了测温电阻体44a、44b、44c、44d的加速度传感器41进行了说明，但是通过进一步改变测温电阻体的角度并增加个数，还能以高精度测知力54的施加方向。
另外，虽然用上述实施方式1的α-Ta膜构成了发热电阻体42和测温电阻体44a、44b、44c、44d，但如用上述实施方式2的Mo膜构成也可以取得同样的效果。另外，由于包括具有相对较高的TCR的电阻体，因此也能够只作为温度传感器使用。
这样，按照本实施方式3，不仅能够适用于热式流体流量传感器，而且也能够适用于加速度传感器，并能实现高灵敏度的加速度传感器。
以上，根据实施方式具体地说明了由本发明人所作的发明，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离其主旨的范围内当然可以进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，说明了由以Ta或Mo为主要成分的金属膜构成测温电阻体等的热式流体流量传感器，但也可以用例如以Ti(钛)、W(钨)、Co(钴)、Ni(镍)、Nb(铌)、Hf(铪)、Cr(铬)、Zr(锆)或Fe(铁)为主要成分的金属膜，通过在这些金属膜的基底设置含金属的非晶质膜、或在基底设置存在着元素的结合键的绝缘膜的改性层，能获得与上述的实施方式1和2相同的效果。即，由于形成具有不小于100nm的粗大粒径的大晶粒、且晶界上的异物的偏析很少，所以能够抑制造成金属膜的电阻增加的晶界上的电子散射，增大总电阻中的晶粒内的晶格上的金属粒子热振动成分，结果，能实现相对较高的TCR。因此，通过使以Ti、W、Co、Ni、Nb、Hf、Cr、Zr或Fe为主要成分的金属膜也形成为具有结晶块的电阻率的3倍或3倍以下的电阻率，可以提高检测精度，进行高精度的温度校正。
(工业可利用性)
本发明，除了能够适用于上述实施方式的热式流体流量传感器和加速度传感器以外，还能够适用于温度传感器、湿度传感器或气体传感器等各种传感器。

Claims (17)

1.一种流量传感器，包括在半导体衬底上隔着绝缘膜形成的发热电阻体和测温电阻体，计量流体或气体流量，该流量传感器的特征在于：
至少上述测温电阻体由金属膜构成，上述金属膜的电阻率，小于或等于由构成上述金属膜的主要成分的金属元素构成的结晶块的电阻率的3倍。
2.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
上述金属膜，是Ta膜、Mo膜、Ti膜、W膜、Co膜、Ni膜、Nb膜、Hf膜、Cr膜、Zr膜或Fe膜。
3.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
体心立方晶系结构的Ta，占上述金属膜的50％或50％以上。
4.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
上述金属膜，是具有大于或等于100nm的粒径的晶粒占总体的50％或50％以上的多晶体。
5.根据权利要求4所述的流量传感器，其特征在于：
在多个上述晶粒之间，晶粒内的晶格排列为双晶关系、或晶格面倾角小于或等于20度的小倾角晶界关系。
6.根据权利要求5所述的流量传感器，其特征在于：
具有晶粒内的晶格排列为双晶关系、或晶格面倾角小于或等于20度的小倾角晶界关系的相邻晶界接触的多个上述晶粒，约占多晶体区域的30％。
7.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
在上述金属膜之下具有含金属的非晶质膜。
8.根据权利要求7所述的流量传感器，其特征在于：
上述含金属的非晶质膜的厚度小于或等于50nm。
9.根据权利要求7所述的流量传感器，其特征在于：
上述含金属的非晶质膜，是TaOx膜、AlOx膜、TiOx膜、MoOx膜或AlNx膜。
10.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
在上述绝缘膜的表面，具有存在着构成上述绝缘膜的元素的结合键的改性层。
11.根据权利要求10所述的流量传感器，其特征在于：
上述改性层，用溅射蚀刻法或离子注入法形成。
12.根据权利要求10所述的流量传感器，其特征在于：
上述绝缘膜是SiOx膜或SiNx膜。
13.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
在上述金属膜的上层形成有含金属的氧化物。
14.根据权利要求13所述的流量传感器，其特征在于：
上述含金属的氧化物，是AlOx、MoOx、TaOx或TiOx。
15.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
在上述金属膜的上层形成有含金属的氮化物。
16.根据权利要求15所述的流量传感器，其特征在于：
上述含金属的氮化物，是MoN、TiN、TaN、WN或NiN。
17.根据权利要求1所述的流量传感器，其特征在于：
上述流量传感器，与支撑体和外部电路一起安装于热式空气流量计，测量空气流量。
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