JP2001153705A - Thermal type sensor, flow sensor and method of manufacturing the flow sensor - Google Patents
Thermal type sensor, flow sensor and method of manufacturing the flow sensorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、熱型センサ、流体
の流量を検出するフローセンサおよびフローセンサの製
造方法に関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a thermal sensor, a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid, and a method of manufacturing the flow sensor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】流体の流量を検出するフローセンサとし
て、半導体基板の空洞部上に誘電性の薄膜が形成され、
その上に流体温度検出体、ヒータおよび流量検出体とし
て金属層が設けられた構造のものが提案されている（例
えば、米国特許第４，８８８，９８８号明細書、特開平
８−２７１３０８号公報、特開平１１−２７１１２３号
公報、特開平５−２２６１３号公報等参照）。2. Description of the Related Art As a flow sensor for detecting a flow rate of a fluid, a dielectric thin film is formed on a cavity of a semiconductor substrate.
A structure in which a metal layer is provided thereon as a fluid temperature detector, a heater and a flow rate detector has been proposed (for example, US Pat. No. 4,888,988, JP-A-8-271308). And JP-A-11-271123 and JP-A-5-22613.
【０００３】このフローセンサにおける金属層の材料と
しては、特開平８−２７１３０８号公報に記載されたＰ
ｔ（白金）、あるいは特開平５−２２６１３号公報に記
載されたＮｉ（ニッケル）などが用いられている。The material of the metal layer in this flow sensor is described in JP-A-8-271308.
t (platinum) or Ni (nickel) described in JP-A-5-22613 is used.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、抵抗体
として用いられるＰｔ、Ｎｉは、半導体プロセスとは整
合性が良くなく、その金属層を形成するために専用のプ
ロセスライン（装置）を使用しなければならず、コスト
的に問題が生じる。However, Pt and Ni used as resistors are not compatible with the semiconductor process, and a dedicated process line (device) must be used to form the metal layer. This leads to cost problems.
【０００５】本発明は、半導体プロセスと整合性が良い
金属抵抗体を用いた熱型センサを提供することを第１の
目的とする。It is a first object of the present invention to provide a thermal sensor using a metal resistor having good compatibility with a semiconductor process.
【０００６】また、本発明は、流体温度検出体、発熱体
および流量検出体を、半導体プロセスと整合性が良い金
属層としたフローセンサおよびその製造方法を提供する
ことを第２の目的とする。It is a second object of the present invention to provide a flow sensor and a method of manufacturing the same, wherein the fluid temperature detector, the heating element, and the flow rate detector are made of a metal layer having good compatibility with a semiconductor process. .
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、請求項１に記載の発明では、空洞部（１ａ）を
有する基板（１）に空洞部（１ａ）上の全面あるいは一
部分に薄膜構造を有し、その薄膜構造内に少なくとも１
つの発熱素子（３０）としての金属抵抗体を有する構造
において、その金属抵抗体は、チタン、タングステンな
どＩＣ、ＬＳＩに代表される半導体プロセスの配線材料
として用いられている金属およびその化合物よりなる熱
型センサを特徴としている。In order to achieve the first object, according to the first aspect of the present invention, a substrate (1) having a cavity (1a) is entirely or partially provided on the cavity (1a). A thin film structure, and at least one
In a structure having a metal resistor as one heating element (30), the metal resistor is made of a metal such as titanium or tungsten, which is used as a wiring material in a semiconductor process represented by an IC or LSI, or a compound thereof. It features a type sensor.
【０００８】また、上記第２の目的を達成するため、以
下の技術的手段を採用する。In order to achieve the second object, the following technical means are employed.
【０００９】請求項２に記載の発明では、フローセンサ
における流体温度検出体（１０）、発熱体（３０）およ
び流量検出体（２０）を、チタンまたはタングステン若
しくはチタン、タングステンを含む化合物で形成したこ
とを特徴としている。According to the second aspect of the invention, the fluid temperature detector (10), the heating element (30) and the flow rate detector (20) in the flow sensor are formed of titanium or tungsten or a compound containing titanium and tungsten. It is characterized by:
【００１０】チタンまたはタングステン若しくはチタ
ン、タングステンを含む化合物は、半導体プロセスとは
整合性が良い金属層であるため、このような金属層を用
いることにより製造容易なフローセンサとすることがで
きる。[0010] Since titanium or tungsten or a compound containing titanium and tungsten is a metal layer having good compatibility with the semiconductor process, a flow sensor which can be easily manufactured by using such a metal layer can be obtained.
【００１１】また、流体温度検出体（１０）、発熱体
（３０）および流量検出体（２０）としては、請求項３
に記載の発明のように、チタンとチタンを含む化合物の
積層体またはタングステンを含む化合物との積層体で形
成するようにしてもよい。Further, the fluid temperature detector (10), the heating element (30) and the flow rate detector (20) are described in claim 3.
As in the invention described in (1), a laminate of titanium and a compound containing titanium or a laminate of a compound containing tungsten may be used.
【００１２】請求項４に記載の発明では、流体温度検出
体（１０）、発熱体（３０）および流量検出体（２０）
と、第１の絶縁膜（１２）および第２の絶縁膜（１３）
のそれぞれの間に、酸素非透過膜（４０、４１）を設け
たことを特徴としている。According to the fourth aspect of the present invention, the fluid temperature detector (10), the heating element (30), and the flow rate detector (20).
And a first insulating film (12) and a second insulating film (13)
Characterized in that an oxygen impermeable membrane (40, 41) is provided between each of them.
【００１３】このように酸素非透過膜（４０、４１）を
設けることによって、流体温度検出体１０、流量検出体
２０およびヒータ３０を構成するチタンまたはタングス
テンの酸化を防止できるため、センサとしての性能を高
く維持することができる。By providing the oxygen impermeable membranes (40, 41) in this way, oxidation of titanium or tungsten constituting the fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 can be prevented, and the performance as a sensor can be prevented. Can be kept high.
【００１４】この場合、請求項５に記載の発明のよう
に、酸素非透過膜（４１）を、流体温度検出体（１
０）、発熱体（３０）および流量検出体（２０）のそれ
ぞれを覆うように形成すれば、チタンまたはタングステ
ンの酸化を防止する効果を高めることができる。In this case, the oxygen impermeable membrane (41) is connected to the fluid temperature detector (1).
0), if formed to cover each of the heating element (30) and the flow rate detection element (20), the effect of preventing oxidation of titanium or tungsten can be enhanced.
【００１５】上記した酸素非透過膜（４０、４１）は、
請求項６に記載の発明のように、窒素を含む化合物を用
いることができる。例えば、請求項７に記載の発明のよ
うな窒化チタン膜あるいは請求項８に記載の発明のよう
な窒化シリコン膜を用いることができる。The above-mentioned oxygen impermeable membranes (40, 41)
As in the invention described in claim 6, a compound containing nitrogen can be used. For example, a titanium nitride film as described in claim 7 or a silicon nitride film as described in claim 8 can be used.
【００１６】また、第１の絶縁膜（１２）と第２の絶縁
膜（１３）は、請求項９に記載の発明のように、窒化シ
リコンと酸化シリコンとを組み合わせた膜によりそれぞ
れ形成することができる。Further, the first insulating film (12) and the second insulating film (13) are each formed of a film combining silicon nitride and silicon oxide, as in the ninth aspect of the present invention. Can be.
【００１７】上記したフローセンサは、請求項１０ない
し１２に記載の製造方法によって、製造することができ
る。The above-described flow sensor can be manufactured by the manufacturing method according to claims 10 to 12.
【００１８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。The reference numerals in parentheses of the above means indicate the correspondence with specific means described in the embodiments described later.
【００１９】[0019]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 （第１実施形態）図１に、本発明の第１実施形態にかか
るフローセンサの平面図、図２に、図１中のＡ−Ａ断面
図を示す。この実施形態においては、感熱式のフローセ
ンサ（流量センサ）を、エンジンの吸気流量計に用いた
ものとしている。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. (First Embodiment) FIG. 1 is a plan view of a flow sensor according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA in FIG. In this embodiment, a heat-sensitive flow sensor (flow sensor) is used for an intake air flow meter of an engine.
【００２０】このフローセンサは、単結晶シリコン等で
形成された半導体基板１の上に、下層絶縁膜（第１の絶
縁膜）１２が形成され、その上に、流体温度検出体１
０、ヒータ（発熱体）３０および流量検出体（測温体）
２０が形成され、さらにその上に、上層絶縁膜（第２の
絶縁膜）１３が形成された構造となっている。In this flow sensor, a lower insulating film (first insulating film) 12 is formed on a semiconductor substrate 1 formed of single crystal silicon or the like, and a fluid temperature detector 1 is formed thereon.
0, heater (heating element) 30 and flow detecting element (temperature measuring element)
20 is formed, and an upper insulating film (second insulating film) 13 is further formed thereon.
【００２１】下層絶縁膜１２は、シリコン窒化膜よりな
る第１下層絶縁膜１２ａとシリコン酸化膜よりなる第２
下層絶縁膜１２ｂとから構成され、上層絶縁膜１３は、
シリコン酸化膜よりなる第１上層絶縁膜１３ａとシリコ
ン窒化膜よりなる第２上層絶縁膜１３ｂとから構成され
ている。また、流体温度検出体１０、流量検出体２０お
よびヒータ３０は、下層絶縁膜１２と上層絶縁膜１３の
間に配置され、上層絶縁膜１３によって覆われている。The lower insulating film 12 includes a first lower insulating film 12a made of a silicon nitride film and a second lower insulating film 12a made of a silicon oxide film.
The upper insulating film 13 is composed of a lower insulating film 12b.
It is composed of a first upper insulating film 13a made of a silicon oxide film and a second upper insulating film 13b made of a silicon nitride film. The fluid temperature detector 10, the flow detector 20, and the heater 30 are disposed between the lower insulating film 12 and the upper insulating film 13, and are covered by the upper insulating film 13.
【００２２】半導体基板１には、ヒータ３０と流量検出
体２０が形成された図１の点線で囲む領域において、図
２に示すように、空洞部１ａが形成されている。この空
洞部１ａの形成により、空洞部１ａ上にダイヤフラムの
薄膜構造部が形成され、その薄膜構造部にヒータ３０と
流量検出体２０が配置される。As shown in FIG. 2, a cavity 1a is formed in the semiconductor substrate 1 in a region surrounded by a dotted line in FIG. 1 where the heater 30 and the flow rate detector 20 are formed. Due to the formation of the cavity 1a, a diaphragm thin film structure is formed on the cavity 1a, and the heater 30 and the flow rate detector 20 are arranged in the thin film structure.
【００２３】流体温度検出体１０、流量検出体２０およ
びヒータ３０は、吸気流れの順方向（図１中の白抜き矢
印で示す順流方向）に対し、上流側からこの順で配置さ
れている。The fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 are arranged in this order from the upstream side in the forward direction of the intake air flow (the forward flow direction indicated by the white arrow in FIG. 1).
【００２４】流体温度検出体１０は、吸気温を検出する
もので、ヒータ３０の熱がその温度検出に影響を及ぼさ
ないようにヒータ３０から十分離隔した位置に配設され
ている。ヒータ３０は、流体温度検出体１０で検出され
た温度より一定温度高い基準温度になるように、図示し
ない制御回路によって制御される。The fluid temperature detector 10 detects the temperature of the intake air, and is disposed at a position far away from the heater 30 so that the heat of the heater 30 does not affect the temperature detection. The heater 30 is controlled by a control circuit (not shown) so that the reference temperature is higher by a certain temperature than the temperature detected by the fluid temperature detector 10.
【００２５】なお、流体温度検出体１０、流量検出体２
０およびヒータ３０は、抵抗体膜であり、チタン（Ｔ
ｉ）またはＴｉを含む化合物により形成されている。ま
た、それらは、ＴｉとＴｉを含む化合物の積層体で形成
されていてもよい。さらに、それらはタングステン
（Ｗ）またはＷを含む化合物若しくはＷとＷを含む化合
物の積層体により形成されていてもよい。The fluid temperature detector 10 and the flow rate detector 2
0 and the heater 30 are resistor films, and titanium (T
i) or a compound containing Ti. Further, they may be formed of a laminate of Ti and a compound containing Ti. Further, they may be formed of tungsten (W) or a compound containing W or a laminate of compounds containing W and W.
【００２６】また、流体温度検出体１０、流量検出体２
０およびヒータ３０は、それぞれの接続端子３５を介し
て外部回路（上記した制御回路を含む）と電気的に接続
されている。The fluid temperature detector 10, the flow rate detector 2
0 and the heater 30 are electrically connected to an external circuit (including the above-described control circuit) via respective connection terminals 35.
【００２７】次に、フローセンサの検出原理を説明す
る。Next, the detection principle of the flow sensor will be described.
【００２８】ヒータ３０は、流体温度検出体１０で検出
する温度よりも一定温度高い基準温度になるように、制
御回路によってその通電が制御される。すなわち、空気
流によってヒータ３０の温度が基準温度より低下し、ヒ
ータ３０の抵抗値が低下すると、ヒータ３０に電流が流
れ、ヒータ３０の温度が上昇して基準温度に達すると、
ヒータ３０に流れる電流が遮断されるように制御され
る。このようにして、ヒータ３０の温度は、流体温度検
出体１０で検出する温度よりも一定温度高い基準温度に
設定される。The heater 30 is energized by a control circuit so that the reference temperature is higher than the temperature detected by the fluid temperature detector 10 by a certain temperature. That is, when the temperature of the heater 30 falls below the reference temperature due to the airflow and the resistance value of the heater 30 decreases, a current flows through the heater 30, and when the temperature of the heater 30 rises and reaches the reference temperature,
Control is performed so that the current flowing through the heater 30 is cut off. In this way, the temperature of heater 30 is set to the reference temperature that is higher than the temperature detected by fluid temperature detector 10 by a certain temperature.
【００２９】図３に、ヒータ３０の温度分布と、流量検
出体２０の検出温度と、基準温度との関係を示す。FIG. 3 shows the relationship between the temperature distribution of the heater 30, the temperature detected by the flow rate detector 20, and the reference temperature.
【００３０】吸気が順流方向に流れている場合、ヒータ
３０の吸気流れ上流部３０ａは、吸気流れによって吸気
流れ下流部３０ｂよりも冷却される。このため、吸気流
れ上流部３０ａの温度は、基準温度より低下する。吸気
流れ上流部３０ａの温度が低下すると、その抵抗値が低
下するので、ヒータ３０全体の抵抗値が低下する。する
と、低下した抵抗値を上昇させるために、ヒータ３０に
供給される電流値が上昇し、ヒータ３０の吸気流れ下流
部３０ｂの温度が基準温度よりも上昇する。吸気流れ下
流部３０ｂの温度が上昇すると、その抵抗値が上昇する
ので、ヒータ３０全体の抵抗値が上昇する。ヒータ３０
の吸気流れ上流部３０ａは、吸気流れによって冷却され
るので、基準温度を下回ったままである。ヒータ３０の
吸気流れ下流部３０ｂから吸気流れ上流部３０ａに熱が
伝わる電熱長は長く、吸気流れ下流部３０ｂから吸気流
れ上流部３０ａに熱が伝わりにくいので、ヒータ３０の
吸気流れ上流部３０ａの温度は基準温度よりも低く、吸
気流れ下流部３０ｂの温度は基準温度よりも高い状態が
保持される。When the intake air flows in the forward flow direction, the intake air upstream portion 30a of the heater 30 is cooled by the intake air flow more than the intake air downstream portion 30b. For this reason, the temperature of the intake flow upstream portion 30a falls below the reference temperature. When the temperature of the intake flow upstream portion 30a decreases, the resistance value decreases, and therefore the resistance value of the entire heater 30 decreases. Then, in order to increase the decreased resistance value, the current value supplied to the heater 30 increases, and the temperature of the downstream portion 30b of the intake air of the heater 30 rises above the reference temperature. When the temperature of the downstream portion 30b of the intake air increases, the resistance value increases, so that the resistance value of the entire heater 30 increases. Heater 30
Is cooled by the intake air flow, and therefore remains below the reference temperature. Heat is transmitted from the downstream portion 30b of the intake air flow to the upstream portion 30a of the intake air flow of the heater 30 for a long time. The temperature is lower than the reference temperature, and the temperature of the downstream portion 30b of the intake air flow is kept higher than the reference temperature.
【００３１】流量検出体２０は、ヒータ３０の吸気流れ
上流部３０ａ近傍に配置されているので、流量検出体２
０によって検出される温度は、ヒータ３０の吸気流れ上
流部３０ａとほぼ等しい温度になる。つまり。流量検出
体２０の検出温度は、吸気流れが順方向のとき基準温度
よりも低くなり、逆方向のとき基準温度よりも高くな
る。また、流量検出体２０の検出温度と基準温度との差
が大きくなるほど、吸気流れ方向に関わらず吸気流量が
多いことを表す。図４に、吸気流れ方向および吸気流量
に対する流量検出体の検出温度の変化を示す。Since the flow rate detector 20 is disposed near the upstream portion 30a of the intake air flow of the heater 30, the flow rate detector 2
The temperature detected by 0 is substantially equal to the temperature of the intake air upstream portion 30a of the heater 30. I mean. The temperature detected by the flow rate detector 20 is lower than the reference temperature when the intake air flow is in the forward direction, and is higher than the reference temperature when the intake air flow is in the reverse direction. The larger the difference between the temperature detected by the flow rate detector 20 and the reference temperature, the larger the intake flow rate regardless of the intake flow direction. FIG. 4 shows a change in the detected temperature of the flow rate detector with respect to the intake air flow direction and the intake air flow rate.
【００３２】このように、流量検出体２０の温度は、吸
気流量および吸気流れ方向によって変化する。流量検出
体２０の温度が変化すると、その抵抗値が変化するた
め、図示しない検出回路で流量検出体２０の抵抗値の変
化を検出することにより、吸気流量および吸気流れ方向
を検出することができる。As described above, the temperature of the flow rate detector 20 changes depending on the intake flow rate and the intake flow direction. When the temperature of the flow rate detector 20 changes, the resistance value changes. Therefore, by detecting a change in the resistance value of the flow rate detector 20 with a detection circuit (not shown), the intake flow rate and the intake flow direction can be detected. .
【００３３】なお、基準温度は、流体温度検出体１０の
検出温度、つまり吸気温度により変動するので、図４に
示す流量検出体２０の検出温度の変化を示すグラフも吸
気温により変動する。制御回路は、流体温度検出体１０
の検出温度に基づき、ヒータ３０の温度を制御するよう
になっているため、吸気温が変動しても吸気流れの方向
と吸気流量とを測定することができる。Since the reference temperature varies depending on the temperature detected by the fluid temperature detector 10, that is, the intake air temperature, the graph shown in FIG. 4 showing the change in the detected temperature of the flow rate detector 20 also varies depending on the intake air temperature. The control circuit includes the fluid temperature detector 10
Since the temperature of the heater 30 is controlled based on the detected temperature, the direction of the intake air flow and the intake air flow rate can be measured even if the intake air temperature fluctuates.
【００３４】次に、上記したフローセンサの製造方法に
ついて、図５に示す工程図を参照して順に説明する。 ［図５（ａ）の工程］半導体基板１として単結晶のシリ
コン基板を用い、半導体基板１の一面側にＳｉ3Ｎ4膜１
２ａとＳｉＯ2膜１２ｂとを組み合わせた２層ＳｉＮ／
ＳｉＯ2により下層絶縁膜１２を形成する。このように
２層膜を用いたのは、圧縮応力膜と引っ張り応力膜を組
み合わせて下部膜に生じる応力を緩和させているためで
ある。Next, a method of manufacturing the above-described flow sensor will be described in order with reference to a process chart shown in FIG. [Step of FIG. 5A] A single-crystal silicon substrate is used as the semiconductor substrate 1, and a Si 3 N 4 film 1 is formed on one surface side of the semiconductor substrate 1.
2a and two layers SiN combining a SiO 2 film 12b /
The lower insulating film 12 is formed of SiO 2 . The reason why the two-layer film is used is that the stress generated in the lower film is reduced by combining the compressive stress film and the tensile stress film.
【００３５】続いて、流体温度検出体１０、流量検出体
２０およびヒータ３０となるＴｉ膜またはＷ膜（抵抗体
膜）を真空蒸着、スパッタ等により、２０００Å堆積さ
せる。堆積後、ＲＩＥ、イオンミリング等によるエッチ
ングにてパターニングを行い、流体温度検出体１０、流
量検出体２０およびヒータ３０を形成する。 ［図５（ｂ）の工程］下層絶縁膜１２と同様に、Ｓｉ3
Ｎ4膜とＳｉＯ2膜とを組み合わせた２層ＳｉＯ2／ＳＩ
Ｎにより上層絶縁膜１３を形成する。ここで、流体温度
検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０を膜構造
のほぼ中心に配置し、その上下に上層絶縁膜１３および
下層絶縁膜１２を対称に配置することで、温度変化して
も反り変動が生じず、熱ストレスに対して強い構造が形
成できる。Subsequently, a Ti film or a W film (resistor film) serving as the fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 is deposited at 2000.degree. After the deposition, patterning is performed by etching such as RIE or ion milling to form the fluid temperature detector 10, the flow detector 20, and the heater 30. [Step of FIG. 5B] Like the lower insulating film 12, Si 3
Two-layer SiO 2 / SI combining N 4 film and SiO 2 film
The upper insulating film 13 is formed with N. Here, the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30 are arranged substantially at the center of the film structure, and the upper insulating film 13 and the lower insulating film 12 are arranged symmetrically above and below the film structure, so that the temperature changes. Also, warpage does not occur and a structure resistant to thermal stress can be formed.
【００３６】なお、上層絶縁膜１３および下層絶縁膜１
２としては、ダイヤフラムを半導体基板１上に橋架する
ための構造体となり、抵抗体膜の保護膜として作用する
ものであれば、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＯ
膜などの単一膜あるいは多層膜を用いることもできる。The upper insulating film 13 and the lower insulating film 1
2 is a structure for bridging the diaphragm on the semiconductor substrate 1, and if it functions as a protective film for the resistor film, TiO 2 , Al 2 O 3 , Ta 2 O 5 , MgO
A single film such as a film or a multilayer film can be used.
【００３７】そして、上層絶縁膜１３を堆積させた後、
上層絶縁膜１３を部分的にエッチングして開口部を形成
し、全面にＡｌ（アルミ）を蒸着した後、エッチングし
て開口部に接続端子３５を形成する。 ［図５（ｃ）の工程］ＴＭＡＨ溶液等により、裏面から
下層絶縁膜１２との境界面まで異方性エッチングを行
い、空洞部１ａを形成する。なお、そのエッチングは、
ＴＭＡＨ溶液による異方性エッチングに限らず、空洞部
１ａが形成できればＫＯＨ溶液等を用いてもよい。After the upper insulating film 13 is deposited,
The upper insulating film 13 is partially etched to form an opening, Al (aluminum) is vapor-deposited on the entire surface, and then the connection terminal 35 is formed in the opening. [Step of FIG. 5C] Anisotropic etching is performed from the back surface to the boundary surface with the lower insulating film 12 using a TMAH solution or the like to form the cavity 1a. The etching is
Not limited to the anisotropic etching using the TMAH solution, a KOH solution or the like may be used as long as the cavity 1a can be formed.
【００３８】このようにして、図１、図２に示すフロー
センサを製造することができる。Thus, the flow sensor shown in FIGS. 1 and 2 can be manufactured.
【００３９】上記した実施形態によれば、流体温度検出
体１０、流量検出体２０およびヒータ３０をＴｉまたは
Ｗにより形成しているから、従来のようなＰｔ、Ｎｉな
どで形成したものと比べ、半導体プロセスと整合させる
ことができ、汎用なプロセスライン（装置）を使用する
ことができるため、センサを安価に製造することができ
る。According to the above-described embodiment, the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30 are formed of Ti or W. The sensor can be manufactured at low cost because it can be matched with the semiconductor process and a general-purpose process line (apparatus) can be used.
【００４０】なお、上記した製造方法において、流体温
度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０を、Ｔ
ｉを含む化合物、ＴｉとＴｉを含む化合物の積層体、Ｗ
を含む化合物、ＷとＷを含む化合物の積層体のいずれか
で形成するようにしてもよい。 （第２実施形態）図６に、本発明の第２実施形態にかか
るフローセンサの断面図、図７に図６中の丸で示した部
分の拡大図を示す。In the above-described manufacturing method, the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30
a compound containing i, a laminate of Ti and a compound containing Ti, W
Or a laminate of W and a compound containing W. (Second Embodiment) FIG. 6 is a sectional view of a flow sensor according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by a circle in FIG.
【００４１】この実施形態においては、図７に示すよう
に、流体温度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ
３０の上下に、流体温度検出体１０、流量検出体２０お
よびヒータ３０に酸素が拡散するのを防止する層、すな
わち酸素非透過膜（例えば、窒素を含む化合物、具体的
には窒化チタン膜あるいは窒化シリコン膜）４０が、そ
れぞれ設けられている。In this embodiment, as shown in FIG. 7, oxygen diffuses between the fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 above and below the fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30. Each layer is provided with a layer for preventing the formation of a layer, that is, an oxygen impermeable film (for example, a compound containing nitrogen, specifically, a titanium nitride film or a silicon nitride film).
【００４２】また、第２下層絶縁膜１２ｂおよび第１上
層絶縁膜１３ａは、酸素の拡散を防止することができる
ように窒化シリコン膜等の膜を用いている。The second lower insulating film 12b and the first upper insulating film 13a are made of a film such as a silicon nitride film so as to prevent diffusion of oxygen.
【００４３】このように、流体温度検出体１０、流量検
出体２０およびヒータ３０の上下に酸素非透過膜４０を
それぞれ設け、さらに第２下層絶縁膜１２ｂおよび第１
上層絶縁膜１３ａとして窒化シリコン膜を用いることに
より、ＴｉまたはＷよりなる流体温度検出体１０、流量
検出体２０およびヒータ３０に酸素が拡散するのを防止
することができる。このことにより、流体温度検出体１
０、流量検出体２０およびヒータ３０のＴｉまたはＷが
酸化するのが防止されるため、センサとしての性能を高
く維持することができる。As described above, the oxygen impervious films 40 are provided above and below the fluid temperature detector 10, the flow detector 20, and the heater 30, respectively, and further, the second lower insulating film 12b and the first
By using a silicon nitride film as the upper insulating film 13a, it is possible to prevent oxygen from diffusing into the fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 made of Ti or W. Thereby, the fluid temperature detector 1
0, since Ti or W of the flow rate detector 20 and the heater 30 is prevented from being oxidized, the performance as a sensor can be kept high.
【００４４】この第２実施形態におけるフローセンサ
は、以下のようにして製造することができる。The flow sensor according to the second embodiment can be manufactured as follows.
【００４５】まず、半導体基板１上に下層絶縁膜１２を
形成する。そして、この下層絶縁膜１２上に第１の酸素
非透過膜４０ａ形成し、第１の酸素非透過膜４０ａに、
流体温度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０
となるＴｉまたはＷの抵抗体膜を形成する。続いて、抵
抗体膜上に第２の酸素非透過膜４０ｂを形成した後、第
１の酸素非透過膜４０ａ、抵抗体膜および第２の酸素非
透過膜４０ｂを共にパターニングし、パターニングされ
た抵抗膜により流体温度検出体１０、流量検出体２０お
よびヒータ３０を形成する。この後、上層絶縁膜１３を
形成し、所定の工程を経た後、空洞部１ａを第１実施形
態と同様にして形成する。First, the lower insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 1. Then, a first oxygen impermeable film 40a is formed on the lower insulating film 12, and the first oxygen impermeable film 40a is formed on the first oxygen impermeable film 40a.
Fluid temperature detector 10, flow detector 20 and heater 30
Then, a Ti or W resistor film is formed. Subsequently, after forming a second oxygen-impermeable film 40b on the resistor film, the first oxygen-impermeable film 40a, the resistor film, and the second oxygen-impermeable film 40b were patterned together, and were patterned. The fluid temperature detector 10, the flow detector 20 and the heater 30 are formed by the resistive film. Thereafter, the upper insulating film 13 is formed, and after a predetermined process, the cavity 1a is formed in the same manner as in the first embodiment.
【００４６】なお、下層絶縁膜１２、上層絶縁膜１３
は、第１実施形態と同様の２層構造とし、第１、第２の
酸素非透過膜４０ａ、４０ｂとしては、窒化チタン膜あ
るいは窒化シリコン膜を用いる。 （第３実施形態）上記した第２実施形態では、流体温度
検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０の上下に
酸素非透過膜４０をそれぞれ設けるものを示したが、図
８に示すように、流体温度検出体１０、流量検出体２０
およびヒータ３０の周り全体を酸素非透過膜４１で覆う
ようにしてもよい。The lower insulating film 12 and the upper insulating film 13
Has a two-layer structure similar to that of the first embodiment, and uses a titanium nitride film or a silicon nitride film as the first and second oxygen impermeable films 40a and 40b. Third Embodiment In the above-described second embodiment, the case where the oxygen non-permeable membranes 40 are provided above and below the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30, respectively, is shown in FIG. , Fluid temperature detector 10, flow detector 20
Alternatively, the entire area around the heater 30 may be covered with the oxygen impermeable film 41.
【００４７】このようにすれば、一層効果的に、流体温
度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０への酸
素の拡散を防止することができる。In this manner, diffusion of oxygen to the fluid temperature detector 10, the flow detector 20, and the heater 30 can be more effectively prevented.
【００４８】この第３実施形態におけるフローセンサ
は、以下のようにして製造することができる。The flow sensor according to the third embodiment can be manufactured as follows.
【００４９】まず、半導体基板１上に下層絶縁膜１２を
形成する。そして、この下層絶縁膜１２上に第１の酸素
非透過膜４１ａを形成し、第１の酸素非透過膜４１ａ上
に、流体温度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ
３０となるＴｉまたはＷの抵抗体膜を形成した後、抵抗
体膜をパターニングして流体温度検出体１０、流量検出
体２０およびヒータ３０の形状とする。続いて、第２の
酸素非透過膜４１ｂを形成した後、第１の酸素非透過膜
４１ａと第２の酸素非透過膜４１ｂを共にパターニング
する。この後、上層絶縁膜１３を形成し、所定の工程を
経た後、空洞部１ａを第１実施形態と同様にして形成す
る。First, the lower insulating film 12 is formed on the semiconductor substrate 1. Then, a first oxygen impermeable film 41a is formed on the lower insulating film 12, and Ti or W serving as the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30 is formed on the first oxygen impermeable film 41a. After the resistor film is formed, the resistor film is patterned into shapes of the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30. Subsequently, after forming the second oxygen-impermeable film 41b, the first oxygen-impermeable film 41a and the second oxygen-impermeable film 41b are both patterned. Thereafter, the upper insulating film 13 is formed, and after a predetermined process, the cavity 1a is formed in the same manner as in the first embodiment.
【００５０】なお、下層絶縁膜１２、上層絶縁膜１３
は、第１実施形態と同様の２層構造とし、第１、第２の
酸素非透過膜４１ａ、４１ｂとしては、窒化チタン膜あ
るいは窒化シリコン膜を用いる。The lower insulating film 12 and the upper insulating film 13
Has a two-layer structure similar to that of the first embodiment, and uses a titanium nitride film or a silicon nitride film as the first and second oxygen impermeable films 41a and 41b.
【００５１】上記した第２、第３実施形態において、流
体温度検出体１０、流量検出体２０およびヒータ３０と
しては、ＴｉまたはＷ以外に、Ｔｉを含む化合物、Ｔｉ
とＴｉを含む化合物の積層体、Ｗを含む化合物、ＷとＷ
を含む化合物の積層体のいずれかで形成されたものであ
ってもよい。In the second and third embodiments described above, the fluid temperature detector 10, the flow rate detector 20, and the heater 30 may be a compound containing Ti or Ti in addition to Ti or W.
Of compound containing Ti and Ti, compound containing W, W and W
May be formed of any of the compound laminates containing
【００５２】また、上記した第１乃至第３実施形態にお
いては、空洞部１ａを半導体基板１の裏面側に形成し
て、空洞部１ａ上にダイヤフラムの薄膜構造部を設ける
ものを示したが、半導体基板１の表面側において、ヒー
タ３０と流量検出体２０が形成された領域に空洞部を形
成し、その空洞部上の薄膜構造部により半導体基板１を
橋架するような構造としてもよい。In the first to third embodiments, the cavity 1a is formed on the back side of the semiconductor substrate 1 and the thin film structure of the diaphragm is provided on the cavity 1a. On the surface side of the semiconductor substrate 1, a cavity may be formed in a region where the heater 30 and the flow rate detector 20 are formed, and the semiconductor substrate 1 may be bridged by the thin film structure on the cavity.
【００５３】また、流量検出体２０は、ヒータ３０の片
側に設けるものに限らず、ヒータ３０の両側に設けるも
のであってもよい。この場合、その両側の流量検出体２
０の温度差に基づいて流量が検出される。The flow rate detector 20 is not limited to the one provided on one side of the heater 30, but may be provided on both sides of the heater 30. In this case, the flow rate detectors 2 on both sides
The flow rate is detected based on the zero temperature difference.
【００５４】なお、本発明は、空洞部１ａを有する基板
１に空洞部１ａ上の全面あるいは一部分に薄膜構造を有
し、その薄膜構造内に少なくとも１つの発熱素子３０と
しての金属抵抗体を有する構造のものであれば、上記し
たフローセンサ以外の熱型センサにも広く適用でき、そ
の際に、金属抵抗体として、チタン、タングステンなど
ＩＣ、ＬＳＩに代表される半導体プロセスの配線材料と
して用いられている金属およびその化合物よりなるもの
を用いることができる。According to the present invention, the substrate 1 having the cavity 1a has a thin film structure on the entire surface or a part of the cavity 1a, and has at least one metal resistor as the heating element 30 in the thin film structure. As long as it has a structure, it can be widely applied to thermal sensors other than the flow sensor described above. In this case, it is used as a metal resistor as a wiring material of a semiconductor process typified by IC and LSI such as titanium and tungsten. Metals and compounds thereof.
【図１】本発明の第１実施形態にかかるフローセンサの
平面図である。FIG. 1 is a plan view of a flow sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図２】図１中のＡ−Ａ断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA in FIG.
【図３】ヒータ３０の温度分布と、流量検出体２０の検
出温度と、基準温度との関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a temperature distribution of a heater 30, a temperature detected by a flow rate detector 20, and a reference temperature.
【図４】吸気流れ方向および吸気流量に対する流量検出
体の検出温度の変化を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a change in detected temperature of a flow rate detector with respect to an intake flow direction and an intake flow rate.
【図５】本発明の第１実施形態にかかるフローセンサの
製造方法を示す工程図である。FIG. 5 is a process chart showing a method of manufacturing the flow sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図６】本発明の第２実施形態にかかるフローセンサの
断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a flow sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図７】図６中の丸で示した部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of a portion indicated by a circle in FIG. 6;
【図８】本発明の第３実施形態にかかるフローセンサの
断面図である。FIG. 8 is a sectional view of a flow sensor according to a third embodiment of the present invention.
１…半導体基板、１ａ…空洞、１２…下層絶縁膜、１２
ａ…第１下層絶縁膜、１２ｂ…第２下層絶縁膜、１３…
上層絶縁膜、１３ａ…第１上層絶縁膜、１３ｂ…第２上
層絶縁膜、１０…流体温度検出体、２０…流量検出体、
３０…ヒータ、４０、４１…酸素非透過膜。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor substrate, 1a ... Cavity, 12 ... Lower insulating film, 12
a: first lower insulating film, 12b: second lower insulating film, 13 ...
Upper insulating film, 13a: first upper insulating film, 13b: second upper insulating film, 10: fluid temperature detector, 20: flow rate detector,
30: heater, 40, 41: oxygen impermeable membrane.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大原 淳士 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F035 EA08 4M112 AA10 BA01 CA02 CA07 CA13 CA14 DA03 DA04 DA08 DA09 EA03 EA06 EA07 EA11 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Atsushi Ohara 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi F-term in DENSO Corporation (reference) 2F035 EA08 4M112 AA10 BA01 CA02 CA07 CA13 CA14 DA03 DA04 DA08 DA09 EA03 EA06 EA07 EA11
Claims (12)
記空洞部（１ａ）上の全面あるいは一部分に薄膜構造を
有し、その薄膜構造内に少なくとも１つの発熱素子（３
０）としての金属抵抗体を有する構造において、その金
属抵抗体は、チタン、タングステンなどＩＣ、ＬＳＩに
代表される半導体プロセスの配線材料として用いられて
いる金属およびその化合物よりなることを特徴とする熱
型センサ。A substrate (1) having a cavity (1a) has a thin film structure on the entire surface or a part of the cavity (1a), and at least one heating element (3) is provided in the thin film structure.
In the structure having the metal resistor as 0), the metal resistor is made of a metal or a compound thereof such as titanium or tungsten, which is used as a wiring material for a semiconductor process represented by an IC or an LSI, such as an IC. Thermal sensor.
（１０）、発熱体（３０）および流量検出体（２０）が
形成され、前記流体温度検出体（１０）で検出した温度
に基づいて前記発熱体（３０）の温度を基準温度に設定
し、このときの前記流量検出体（２０）の抵抗値に基づ
いて流体の流量を検出するようにしたフローセンサにお
いて、 前記流体温度検出体（１０）、発熱体（３０）および流
量検出体（２０）が、チタンまたはタングステン若しく
はチタン、タングステンを含む化合物で形成されている
ことを特徴とするフローセンサ。2. A fluid temperature detector (10), a heating element (30) and a flow rate detector (20) are formed on a semiconductor substrate (1), and based on the temperature detected by the fluid temperature detector (10). A flow sensor configured to set a temperature of the heating element to a reference temperature and to detect a flow rate of a fluid based on a resistance value of the flow detection element at this time; (10) A flow sensor, wherein the heating element (30) and the flow detection element (20) are formed of titanium or tungsten or a compound containing titanium and tungsten.
体（３０）および前記流量検出体（２０）が、チタンと
チタンを含む化合物の積層体またはタングステンを含む
化合物との積層体で形成されていることを特徴とする請
求項２に記載のフローセンサ。3. The fluid temperature detector (10), the heating element (30) and the flow rate detector (20) are formed of a laminate of titanium and a compound containing titanium or a laminate of a compound containing tungsten. The flow sensor according to claim 2, wherein:
体（３０）および前記流量検出体（２０）は、第１の絶
縁膜（１２）と第２の絶縁膜（１３）の間に配置されて
おり、前記流体温度検出体（１０）、前記発熱体（３
０）および前記流量検出体（２０）と、前記第１の絶縁
膜（１２）および前記第２の絶縁膜（１３）のそれぞれ
の間に、酸素非透過膜（４０、４１）が設けられている
ことを特徴とする請求項２または３に記載のフローセン
サ。4. The fluid temperature detector (10), the heating element (30) and the flow rate detector (20) are provided between a first insulating film (12) and a second insulating film (13). The fluid temperature detector (10) and the heating element (3
0) and the flow rate detector (20), and the oxygen impermeable membranes (40, 41) are provided between the first insulating film (12) and the second insulating film (13), respectively. The flow sensor according to claim 2, wherein the flow sensor is provided.
温度検出体（１０）、前記発熱体（３０）および前記流
量検出体（２０）のそれぞれを覆うように形成されてい
ることを特徴とする請求項４に記載のフローセンサ。5. The oxygen impermeable membrane (41) is formed so as to cover each of the fluid temperature detector (10), the heating element (30) and the flow rate detector (20). The flow sensor according to claim 4, characterized in that:
素を含む化合物で形成されていることを特徴とする請求
項４または５に記載のフローセンサ。6. The flow sensor according to claim 4, wherein the oxygen impermeable membrane (40, 41) is formed of a compound containing nitrogen.
化チタン膜よりなることを特徴とする請求項６に記載の
フローセンサ。7. The flow sensor according to claim 6, wherein the oxygen impermeable films (40, 41) are made of a titanium nitride film.
化シリコン膜よりなることを特徴とする請求項６に記載
のフローセンサ。8. The flow sensor according to claim 6, wherein the oxygen impermeable films (40, 41) are made of a silicon nitride film.
絶縁膜（１３）は、窒化シリコンと酸化シリコンとを組
み合わせた膜によりそれぞれ形成されていることを特徴
とする請求項４ないし８のいずれか１つに記載のフロー
センサ。9. The semiconductor device according to claim 4, wherein the first insulating film and the second insulating film are each formed of a combination of silicon nitride and silicon oxide. 9. The flow sensor according to any one of items 8 to 8.
縁膜（１２）を形成する工程と、 前記第１の絶縁膜（１２）の上に、流体温度検出体（１
０）、発熱体（３０）および流量検出体（２０）を、チ
タンまたはタングステン若しくはチタン、タングステン
を含む化合物で形成する工程と、 前記第１の絶縁膜（１２）、前記流体温度検出体（１
０）、前記発熱体（３０）および前記流量検出体（２
０）の上に、第２の絶縁膜（１３）を形成する工程とを
有することを特徴とするフローセンサの製造方法。10. A step of forming a first insulating film (12) on one surface side of a semiconductor substrate (1); and forming a fluid temperature detector (1) on the first insulating film (12).
0), a step of forming the heating element (30) and the flow rate detector (20) with titanium or tungsten or a compound containing titanium and tungsten; and a step of forming the first insulating film (12) and the fluid temperature detector (1).
0), the heating element (30) and the flow rate detection element (2
Forming a second insulating film (13) on top of (0).
縁膜（１２）を形成する工程と、 前記第１の絶縁膜（１２）の上に第１の酸素非透過膜
（４０ａ）を形成する工程と、 前記第１の酸素非透過膜（４０ａ）の上に抵抗体膜を形
成する工程と、 前記抵抗体膜の上に第２の酸素非透過膜（４０ｂ）を形
成した後、前記第１の酸素非透過膜（４０ａ）、前記抵
抗体膜および前記第２の酸素非透過膜（４０ｂ）を共に
パターニングし、このパターニングされた前記抵抗膜に
より流体温度検出体（１０）、発熱体（３０）および流
量検出体（２０）を形成する工程と、 前記第１の絶縁膜（１２）、前記流体温度検出体（１
０）、前記発熱体（３０）および前記流量検出体（２
０）の上に、第２の絶縁膜（１３）を形成する工程とを
有することを特徴としたフローセンサの製造方法。11. A step of forming a first insulating film (12) on one surface side of a semiconductor substrate (1); and a first oxygen-impermeable film (40a) on the first insulating film (12). Forming a resistor film on the first oxygen impermeable film (40a); and forming a second oxygen impermeable film (40b) on the resistor film. Patterning the first oxygen impermeable film (40a), the resistor film, and the second oxygen impermeable film (40b) together, and using the patterned resistive film, a fluid temperature detector (10); Forming a heating element (30) and a flow rate detector (20); the first insulating film (12); and the fluid temperature detector (1).
0), the heating element (30) and the flow rate detection element (2
Forming a second insulating film (13) on top of (0).
縁膜（１２）を形成する工程と、 前記第１の絶縁膜（１２）の上に第１の酸素非透過膜
（４１ａ）を形成する工程と、 前記第１の酸素非透過膜（４１ａ）の上に、流体温度検
出体（１０）、発熱体（３０）および流量検出体（２
０）を形成する工程と、 第２の酸素非透過膜（４１ｂ）を形成した後、前記第１
の酸素非透過膜（４１ａ）と前記第２の酸素非透過膜
（４１ｂ）を共にパターニングして、前記第１の酸素非
透過膜（４１ａ）と第２の酸素非透過膜（４１ｂ）によ
り前記流体温度検出体（１０）、前記発熱体（３０）お
よび前記流量検出体（２０）を覆った状態にする工程
と、 前記第１の絶縁膜（１２）、前記流体温度検出体（１
０）、前記発熱体（３０）および前記流量検出体（２
０）の上に、第２の絶縁膜（１３）を形成する工程とを
有することを特徴としたフローセンサの製造方法。12. A step of forming a first insulating film (12) on one surface side of a semiconductor substrate (1), and a first oxygen impermeable film (41a) on the first insulating film (12). Forming a fluid temperature detector, a heating element (30) and a flow rate detector (2) on the first oxygen impermeable membrane (41a).
0), and after forming the second oxygen impermeable membrane (41b),
The oxygen impermeable film (41a) and the second oxygen impermeable film (41b) are patterned together to form the first oxygen impermeable film (41a) and the second oxygen impermeable film (41b). A step of covering the fluid temperature detector (10), the heating element (30), and the flow rate detector (20); and the first insulating film (12) and the fluid temperature detector (1).
0), the heating element (30) and the flow rate detection element (2
Forming a second insulating film (13) on top of (0).
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33659199A JP2001153705A (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Thermal type sensor, flow sensor and method of manufacturing the flow sensor |
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|---|---|
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| JP33659199A Pending JP2001153705A (en) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | Thermal type sensor, flow sensor and method of manufacturing the flow sensor |
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|---|---|
| JP (1) | JP2001153705A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003021547A (en) * | 2001-07-09 | 2003-01-24 | Denso Corp | Thin film sensor and flow sensor and its manufacturing method |
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| JP2016038244A (en) * | 2014-08-06 | 2016-03-22 | 株式会社デンソー | Thermosensitive flow rate sensor and manufacturing method thereof |
-
1999
- 1999-11-26 JP JP33659199A patent/JP2001153705A/en active Pending
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