JP2001349761A - 流速センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定した流速測定を可能とする流速センサを
提供する。 【解決手段】 表面が測定対象流体に暴露される半導体
基板２と、半導体基板２に支持されたダイアフラム３
と、半導体基板２及びダイアフラム３の表面に配置さ
れ、測定対象流体の温度を検出するサーモパイル５と、
測定対象流体を加熱するマイクロヒータ４と、半導体基
板２の表面に配置されたボンディングワイヤ１９と、半
導体基板２及びダイアフラム３の最表層及びボンディン
グワイヤ１９の表面に配置されたフッ素樹脂層２０とを
少なくとも有する。測定対象流体中の異物がセンサ表面
に付着しにくくなり、また付着した異物が除去されやす
くなる。したがって、測定対象流体中の異物がセンサ表
面に付着して、マイクロヒータからの熱の分布及びサー
モパイルの温度検出が不安定になることを抑えることが
できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は流速センサ及びその
製造方法に関わり、特に、ヒータにより発生させた熱の
伝播時間並びに上流側及び下流側に配置した温度センサ
の出力差に基づく温度差を計測することにより、流体の
流速を求める流速センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の流速センサとして、特開平１１−
６４０６１号公報に開示された流速センサがある。この
流速センサは、シリコン（Ｓｉ）基板と、Ｓｉ基板に支
持され、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）及び窒化シリコ
ン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）とからなるダイアフラムが配置さ
れ、マイクロヒータがダイアフラムの上に配置され、Ｓ
ｉ基板上に冷接点、ダイアフラム上に温接点がそれぞれ
配置された上流側サーモパイル及び下流側サーモパイル
がマイクロヒータを挟んで、流体の流れ方向に対して上
流側と下流側にそれぞれ配置されている。また、マイク
ロヒータには駆動電流を供給する電源配線が接続され、
上流側サーモパイルには温度検出信号を出力するための
上流側出力配線が接続され、下流側サーモパイルにも温
度検出信号を出力するための下流側出力配線が接続され
ている。

【０００３】図１０は上記の下流側サーモパイル５５の
断面構造示す図である。なお、上流側サーモパイルと下
流側サーモパイル５５は同様な構造を有している。サー
モパイル５５は、ｐ型不純物が高濃度に添加されたｐ
^＋＋−Ｓｉ層６０とアルミニウム（Ａｌ）層６２とから
なる熱伝対を形成している。Ｓｉ基板５２表面にｐ^＋＋
−Ｓｉ層６０が配置され、その上にＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ
_４／ＳｉＯ_２膜（以後、「ＯＮＯ膜」と言う）６１が配
置され、さらにその上にＡｌ層６２が配置されている。
Ｓｉ基板５２上でｐ^＋＋−Ｓｉ層とＡｌ層が接続されて
冷接点６４を形成し、ダイヤフラム５３上でもｐ^＋＋−
Ｓｉ層６０とＡｌ層６２が接続されて温接点６５を形成
している。さらに、Ａｌ層６２の上には、流速センサ全
体をダストあるいは湿気などから保護するための酸化シ
リコン（ＳｉＯ_２）膜６３が形成されている。また、Ａ
ｌ層６２は、図には示さないが下流側出力配線を介して
ボンディングパッド６６に接続されており、ボンディン
グパッド６６上にはＳｉＯ_２膜は形成されていない。以
後、この流速センサを従来例１とする。

【０００４】また、特公平５−７６５９号公報に開示さ
れた流速センサは、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示
すように、基板７０と基板７０に支持された２層の絶縁
層（７８、７９）からなるダイアフラム（８２、８４）
が配置され、ダイアフラム（８２、８４）の上の熱感知
センサ７２、ヒータ７６、熱感知センサ７４が配置され
ている。ダイアフラム（８２、８４）は、基板７０表面
の開口８６から基板エッチングにより形成された空洞部
８０により、基板７０から熱絶縁されている。以後、こ
の流速センサを従来例２とする。

【０００５】従来例１及び従来例２の流速センサは、ヒ
ータにより発生させた熱の伝播時間を上・下流側に設け
た温度センサによる出力差から測定し、測定対象流体の
流速を検出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】流速センサの測定原理
上、チップ表面にはダスト、ミストなどの異物が付着し
ては正しい測定ができない。異物が付着すると、ヒータ
からの熱の分布が本来の正常な分布から崩れ、出力のバ
ラツキ、低下・上昇などの異常が起こる。また、異物が
導電性のダスト、ミストである場合、ヒータ、温度セン
サ、ボンディングワイヤ間でのショートが起こり、ダイ
アフラム破壊の原因となる。

【０００７】したがって、センサ構造設計において、測
定流体中に含まれるダスト、ミストからセンサを保護す
ることが重要になる。従来例１の流速センサにおいて、
センサチップ上に成膜された保護膜（ＳｉＯ２層）６３
がその役目を果たしている。しかし、この保護膜だけで
は耐水性、表面の摩擦係数特性、絶縁性などの点で問題
があり、充分にセンサを保護することができない。

【０００８】また、従来例２の流速センサにおいて、図
１１（ｂ）の断面図に示すように、センサチップ表面か
らのエッチング処理により空洞部８０が形成されている
ため、センサチップ表面が暴露される流体中にダスト、
ミストが含まれる場合、開口８６を介して空洞部８０溜
まりやすい構造となっている。また、一度溜まってしま
ったダスト、ミストが、除去されにくい構造でもある。

【０００９】本発明は上記問題点に鑑みて成されたもの
であり、その目的は、ダスト、ミストなどの異物の付着
を防ぎ、付着した異物が除去されやすい流速センサ及び
その製造方法を提供することである。

【００１０】本発明の他の目的は、安定した流速測定を
可能とする流速センサ及びその製造方法を提供すること
である。

【００１１】本発明の更に他の目的は、製造工程を削減
して量産性のよい流速センサ及びその製造方法を提供す
ることである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の特徴は、
表面が測定対象流体に暴露される半導体基板と、半導体
基板に支持されたダイアフラムと、半導体基板及びダイ
アフラムの表面に配置され、測定対象流体の温度を検出
するサーモパイルと、ダイアフラムの表面に配置され、
測定対象流体を加熱するマイクロヒータと、半導体基板
の表面に配置されたボンディングワイヤと、半導体基板
及びダイアフラムの最表層、及びボンディングワイヤの
表面に配置されたフッ素樹脂層とを少なくとも有する流
速センサであることである。

【００１３】ここで、「ダイアフラム」及び「ボンディ
ングワイヤ」の表面は測定対象流体に暴露される。ま
た、「ボンディングワイヤ」はサーモパイル及びマイク
ロヒータにそれぞれ接続されている。「フッ素樹脂層」
は、フッ素樹脂を代表とするフルオロカーボン系材料で
構成される。フルオロカーボン系材料は、表面エネルギ
ーが小さく、疎水性を示す。

【００１４】本発明の第１の特徴によれば、測定対象流
体に暴露される半導体基板及びダイアフラムの最表層、
及びボンディングワイヤの表面に配置されたフッ素樹脂
層を有することにより、測定対象流体中のダスト、ミス
トなどの異物がセンサ表面に付着しにくくなり、また付
着した異物が除去されやすくなる。したがって、測定対
象流体中の異物がセンサ表面に付着して、マイクロヒー
タからの熱の分布及びサーモパイルの温度検出が不安定
になることを抑えることができる。また、異物が付着し
て不安定になったマイクロヒータからの熱の分布及びサ
ーモパイルの出力がすぐに回復する。さらに、異物が導
電性のダスト、ミストである場合の、マイクロヒータ、
サーモパイル、ボンディングワイヤ間でのショートを防
ぐことができる。したがって、安定した流速測定が可能
な流速センサを得ることができる。

【００１５】本発明の第２の特徴は、表面が測定対象流
体に暴露される半導体基板と、半導体基板に支持された
ダイアフラムと、半導体基板及びダイアフラムの表面に
配置され、測定対象流体の温度を検出するサーモパイル
と、ダイアフラムの表面に配置され、測定対象流体を加
熱するマイクロヒータと、半導体基板及びダイアフラム
の最表層に配置されたフッ素樹脂層とを少なくとも有す
る流速センサであることである。

【００１６】本発明の第２の特徴によれば、測定対象流
体に暴露される半導体基板及びダイアフラムの最表層に
配置されたフッ素樹脂層を有することにより、測定対象
流体中のダスト、ミストなどの異物がセンサ表面に付着
しにくくなり、また付着した異物が除去されやすくな
る。したがって、測定対象流体中の異物がセンサ表面に
付着して、マイクロヒータからの熱の分布及びサーモパ
イルの温度検出が不安定になることを抑えることができ
る。また、異物が付着して不安定になったマイクロヒー
タからの熱の分布及びサーモパイルの温度検出がすぐに
回復する。さらに、異物が導電性のダスト、ミストであ
る場合の、マイクロヒータ、サーモパイル間でのショー
トを防ぐことができる。したがって、安定した流速測定
が可能な流速センサを得ることができる。

【００１７】また、フッ素樹脂層の形成工程をウェハ工
程に含ませることができるため、一度のプラズマ処理で
大量のチップを処理することができる。したがって、製
造工程を削減して量産性を向上させることできる。

【００１８】本発明の第３の特徴は、測定対象流体に暴
露される半導体基板の表面に、サーモパイル及びマイク
ロヒータを形成する工程と、半導体基板を選択的に除去
して、ダイアフラムを形成する工程と、半導体基板の表
面に、ボンディングパッドを形成する工程と、ウェハ状
態の半導体基板をチップ状に分割する工程と、ボンディ
ングパッドにボンディングワイヤを接続する工程と、半
導体基板及びダイアフラムの最表層、及びボンディング
ワイヤの表面にフッ素樹脂層を形成する工程とを少なく
とも有する流速センサの製造方法であることである。

【００１９】ここで、半導体基板を選択的に除去するこ
とで、サーモパイルの一部及びマイクロヒータはダイア
フラム上に配置されることになる。ボンディングパッド
は、サーモパイル及びマイクロヒータにそれぞれ接続さ
れている。サーモパイル、マイクロヒータ、ダイアフラ
ム、及びボンディングパッドの各形成工程は、ウェハ状
態の半導体基板に同時に複数のチップを形成するウェハ
工程である。また、ボンディングパッドの表面に形成さ
れたボンディングワイヤは、測定対象流体に暴露され
る。

【００２０】本発明の第３の特徴によれば、測定対象流
体に暴露される半導体基板及びダイアフラムの最表層、
及びボンディングワイヤの表面にフッ素樹脂層を形成す
ることにより、測定対象流体中のダスト、ミストなどの
異物がセンサ表面に付着しにくくなり、また付着した異
物が除去されやすくなる。したがって、測定対象流体中
の異物がセンサ表面に付着して、マイクロヒータからの
熱の分布及びサーモパイルの温度検出が不安定になるこ
とを抑えることができる。また、異物が付着して不安定
になったマイクロヒータからの熱の分布及びサーモパイ
ルの出力がすぐに回復する。さらに、異物が導電性のダ
スト、ミストである場合の、マイクロヒータ、サーモパ
イル、ボンディングワイヤ間でのショートを防ぐことが
できる。したがって、安定した流速測定が可能な流速セ
ンサの製造方法を得ることができる。

【００２１】本発明の第４の特徴は、測定対象流体に暴
露される半導体基板の表面に、サーモパイル及びマイク
ロヒータを形成する工程と、半導体基板の最表層にフッ
素樹脂層を形成する工程と、半導体基板を選択的に除去
して、ダイアフラムを形成する工程と、ウェハ状態の半
導体基板をチップ状に分割する工程とを少なくとも有す
る流速センサの製造方法であることである。

【００２２】ここで、半導体基板を選択的に除去するこ
とで、サーモパイルの一部及びマイクロヒータはダイア
フラム上に配置されることになる。ダイアフラムの表面
は測定対象流体に暴露される。サーモパイル、マイクロ
ヒータ、及びダイアフラムの各形成工程は、ウェハ状態
の半導体基板に同時に複数のチップを形成するウェハ工
程である。フッ素樹脂層を形成する工程と、ダイアフラ
ムを形成する工程とは順序を問わず、結果的に、フッ素
樹脂層は半導体基板とダイアフラムの最表層に形成され
ることになる。つまり、フッ素樹脂層を形成した後に、
ダイアフラムを形成した後に、フッ素樹脂層を形成して
もよい。この場合、フッ素樹脂層は、半導体基板及びダ
イアフラムの最表層に形成することになる。

【００２３】本発明の第４の特徴によれば、測定対象流
体に暴露される半導体基板及びダイアフラムの最表層に
フッ素樹脂層を形成することにより、測定対象流体中の
ダスト、ミストなどの異物がセンサ表面に付着しにくく
なり、また付着した異物が除去されやすくなる。したが
って、測定対象流体中の異物がセンサ表面に付着して、
マイクロヒータからの熱の分布及びサーモパイルの温度
検出が不安定になることを抑えることができる。また、
異物が付着して不安定になったマイクロヒータからの熱
の分布及びサーモパイルの出力がすぐに回復する。さら
に、異物が導電性のダスト、ミストである場合の、マイ
クロヒータ、サーモパイル、ボンディングワイヤ間での
ショートを防ぐことができる。したがって、安定した流
速測定が可能な流速センサの製造方法を得ることができ
る。

【００２４】また、フッ素樹脂層を形成する工程をウェ
ハ工程に含ませることができるため、一度のプラズマ処
理で大量のチップを処理することができる。したがっ
て、製造工程を削減して量産性を向上させることでき
る。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において従来技術と類
似な部分には類似な符号を付している。

【００２６】（第１の実施の形態）図１は、本発明の第
１の実施の形態に係わる流速センサの平面構成図であ
る。図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係
わる流速センサ１は、表面が測定対象流体に暴露される
半導体基板からなるシリコン（Ｓｉ）基板２と、Ｓｉ基
板２に支持され、酸化シリコン膜（ＳｉＯ_２膜）及び窒
化シリコン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）とからなるダイアフラム
３とから構成されている。ダイアフラム３は、Ｓｉ基板
２から熱的に絶縁されている。ダイアフラム３の上にマ
イクロヒータ４が配置され、Ｓｉ基板２上に冷接点、ダ
イアフラム３上に温接点がそれぞれ配置された上流側サ
ーモパイル８及び下流側サーモパイル５がマイクロヒー
タ４を挟んで、流体の流れ方向に対して上流側と下流側
にそれぞれ配置されている。また、マイクロヒータ４に
は駆動電流を供給する電源配線６が接続され、上流側サ
ーモパイル８には温度検出信号を出力するための上流側
出力配線９が接続され、下流側サーモパイル５にも温度
検出信号を出力するための下流側出力配線７が接続され
ている。さらに、電源配線６の他端には、金ワイヤなど
のボンディングワイヤを接続するためのボンディングパ
ッド１８が接続されている。同様に、上流側出力配線９
と下流側出力配線７の他端には、ボンディングパッド
（１６、１７）がそれぞれ接続されている。

【００２７】図２（ａ）は、図１の示した下流側サーモ
パイル５の断面構造示す図である。上流側サーモパイル
８と下流側サーモパイル５は同様な断面構造を有してい
る。下流側サーモパイル５は、ｐ型不純物が高濃度に添
加されたｐ^＋＋−Ｓｉ層１０とアルミニウム（Ａｌ）層
１２とからなる熱伝対を形成している。ｐ^＋＋−Ｓｉ層
１０は、Ｓｉ基板２表面に配置され、ｐ^＋＋−Ｓｉ層１
０の上及びＳｉ基板２の裏面にＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４／
ＳｉＯ_２層（以後、「ＯＮＯ層」と言う）１１が配置さ
れ、さらにその上にＡｌ層１２が配置されている。ｐ
^＋＋−Ｓｉ層１０とＡｌ層１２とはＯＮＯ層１１により
絶縁されている。Ｓｉ基板２上でｐ^＋＋−Ｓｉ層１０と
Ａｌ層１２が接続されて冷接点１４を形成し、ダイアフ
ラム３上でもｐ^＋＋−Ｓｉ層１０とＡｌ層１２が接続さ
れて温接点１５を形成している。さらに、Ａｌ層１２の
上には、サーモパイル５全体をダスト、ミストから保護
するための酸化シリコン（ＳｉＯ_２）層１３がセンサ表
面に形成されている。Ａｌ層１２は、図示はしない下流
側出力配線を介してボンディングパッド１６に接続され
ている。ボンディングパッド１６上にはＳｉＯ_２層１３
は形成されていない。ボンディングパッド１６の上には
ボンディングワイヤ１９が接続されている。Ｓｉ基板２
及びダイアフラム３の最表層及びボンディングワイヤ１
９の表面には、フッ素樹脂層２０が配置されている。実
施の形態においてＳｉ基板２の最表層はＳｉＯ_２膜１３
の上を意味する。

【００２８】図２（ｂ）は、図１に示したマイクロヒー
タ４の断面構造を示す図である。マイクロヒータは、発
熱抵抗体としてＰｔ／Ｔｉ層２１で構成されている。ま
た、マイクロヒータ４は、サーモパイル（５、８）と同
一工程にて製造されているため、主な構成要素が一致す
る。Ｓｉ基板２の表面にはｐ^＋＋−Ｓｉ層１０が形成さ
れ、ｐ^＋＋−Ｓｉ層１０の上及びＳｉ基板の裏面に、Ｏ
ＮＯ層１１が形成されている。ＯＮＯ層１１の上にＰｔ
／Ｔｉ層２１が形成され、その上にＳｉＯ_２層１３がマ
イクロヒータ４全体に形成されている。Ｐｔ／Ｔｉ層２
１は、図示はしない電源配線を介してボンディングパッ
ド１８に接続されている。ボンディングパッド１８の上
にＳｉＯ_２層１３は形成されていない。ボンディングパ
ッド１８の上にはボンディングワイヤ１９が接続されて
いる。Ｓｉ基板２及びダイアフラム３の最表層及びボン
ディングワイヤ１９の表面には、フッ素樹脂層２０が配
置されている。サーモパイル５と同様に、実施の形態に
おいてＳｉ基板２の最表層とはＳｉＯ_２層１３の上を意
味する。

【００２９】上記の流速センサ１の動作について説明す
る。ボンディングワイヤ１９及び電源配線６を介して矩
形パルス信号がマイクロヒータ４に駆動電流として供給
される。この矩形パルス信号の立ち上がりからマイクロ
ヒータ４は加熱を開始する。測定対象流体としてガスが
流れると、マイクロヒータ４から発生した熱は、ガスを
媒体として下流側サーモパイル５に伝達される。下流側
サーモパイル５はマイクロヒータ４から伝達された熱を
検出する。冷接点１４と温接点１５との熱起電力の差及
び熱容量の差から発生する電圧により下流側出力配線７
を介して出力信号が出力される。この下流側サーモパイ
ル５の出力動作と並行して上流側サーモパイル８は、周
囲温度、すなわちマイクロヒータ４による加熱前の測定
対象流体としてのガスの温度熱を検出し、熱起電力の差
及び熱容量の差から発生する電圧により上流側出力配線
９を介して出力信号が出力される。このようにして出力
された２つの信号を適当な比較回路に入力し、この比較
回路から差信号が出力される。この差信号の前記の矩形
パルス信号の立ち上がりからの時間が短ければ流速は速
く、時間が長ければ流速は遅いことになる。

【００３０】次に、本発明に係わる流速センサの製造方
法について、図３乃至図６を参照して説明する。図３及
び図４は流速センサ１の中でサーモパイル（５、８）部
分の主要な工程断面図を示し、図５及び図６はマイクロ
ヒータ４部分の主要な工程断面図を示す。工程断面図
は、すべて図２（ａ）あるいは図２（ｂ）と同一切断面
の断面図である。

【００３１】（イ）まず、シリコン単結晶からなる半導
体基板２に酸素雰囲気において熱処理を施し、図３
（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２の表面及び裏面に酸化
膜を形成する。

【００３２】（ロ）次に、フォトリソグラフィ技術を用
いて、所定の形状を有するレジストパターンを酸化膜２
２の表面に形成し、このレジストパターンをマスクとし
てボロン（Ｂ）などのｐ型不純物イオンをＳｉ基板２に
対してイオン注入する。続けて、アニール処理を施し、
注入された不純物イオンを拡散及び活性化させて、図３
（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２表面に選択的にｐ^＋＋
−Ｓｉ層１０を形成する。なお、図３（ｂ）において、
酸化膜２２は除去されている。

【００３３】（ハ）次に、酸素雰囲気において熱処理を
施し、Ｓｉ基板２の表面及び裏面に酸化膜（ＳｉＯ
_２膜）を形成する。続いて、ＣＶＤ法を用いて窒化シリ
コン膜（Ｓｉ_３Ｎ_４膜）をＳｉ基板２の表面及び裏面に
堆積する。さらに続けて再度ＳｉＯ_２膜を形成する。こ
うして図３（ｃ）に示すように、Ｓｉ基板２の表面及び
裏面にＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４／ＳｉＯ_２層（ＯＮＯ層）
１１を形成する。

【００３４】（ニ）次に、フォトリソグラフィ技術を用
いて、ＯＮＯ層１１の上に冷接点１４、温接点１５、及
びダイアフラム３の部分に開口窓を有するレジストパタ
ーンを形成する。このレジストパターンをマスクとし
て、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などの異方性エ
ッチングを行い、図３（ｄ）に示すように、Ｓｉ基板２
の表面及び裏面のＯＮＯ層１１を選択的に除去する。な
お、図３（ｄ）において、レジストは除去されている。

【００３５】（ホ）次に、ＣＶＤ法あるいはスパッタ法
を用いて、Ｓｉ基板２表面に一様にアルミニウム膜を堆
積する。続けて、フォトリソグラフィ技術を用いて冷接
点１４及び温接点１５を含む部分に開口窓を有するレジ
ストパターンをアルミニウム膜の上に形成し、このレジ
ストパターンをマスクとしてＲＩＥを行い、選択的にア
ルミニウム膜を除去して、図３（ｅ）に示すように、Ａ
ｌ層１２を形成する。なお、図３（ｅ）において、レジ
ストは除去されている。

【００３６】（へ）次に、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ_２
層１３をＳｉ基板２の表面に一様に形成する。続けて、
ボンディングパッド１６上に形成されたＳｉＯ_２層１３
を選択的に除去して、図４（ａ）に示すように、ボンデ
ィングパッド１６の接続面を表出させる。

【００３７】（ト）次に、Ｓｉ基板２の裏面に形成され
たＯＮＯ層１１をエッチングマスクとして、異方性のシ
リコンエッチング液を導入し、Ｓｉ基板２に対して異方
性のエッチングを行い、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉ
基板２の一部を除去して、ダイアフラム３を形成する。

【００３８】（チ）次に、ウェハ状態のＳｉ基板２をチ
ップ状に分割し、実装基板にダイボンディングを行った
後、ワイヤボンディング装置を用いて、図４（ｃ）に示
すように、ボンディングワイヤ１９をボンディングパッ
ド１６に接続する。

【００３９】（リ）最後に、Ｓｉ基板２及びダイアフラ
ム３の最表層及びボンディングワイヤ１９の表面にフッ
素樹脂を堆積してフッ素樹脂層２０を形成し、図２
（ａ）に示すようなサーモパイル（５、８）が完成す
る。Ｓｉ基板２及びダイアフラム３の最表層は、測定対
象流体に暴露される部分でり、ここでは、ＳｉＯ_２層１
３の上及びボンディングワイヤ１９の表面がそれにあた
る。フッ素樹脂層２０の形成方法は、プラズマ重合法で
行う。ただし、これ以外にも、単分子膜形成法、ＤＩＰ
法、プラズマ反応法などの方法を用いることができる。
形成する膜厚は、１００〜３００ｎｍの範囲とする。原
料となるガスは、Ｃ４Ｆ８ガスを使用する。ただし、こ
れ以外にもＣＨＦ３ガス、Ｃ４Ｆ１０ガス、フロリナー
トなどを原料としてプラズマ処理を行っても構わない。

【００４０】次に、マイクロヒータ４部分の製造方法に
ついて、図５及び図６を参照して説明する。前にも述べ
たように、マイクロヒータ４は一部を除いて、サーモパ
イル５と同一製造工程にて製造されているので、サーモ
パイル５との差異をついて詳細に述べる。

【００４１】（イ）まず、半導体基板２に熱処理を施
し、図５（ａ）に示すように、Ｓｉ基板２の表面及び裏
面に酸化膜を形成する。

【００４２】（ロ）次に、所定の形状を有するレジスト
パターンをＳｉ基板２表面に形成し、ｐ型不純物イオン
をＳｉ基板２に対して選択的にイオン注入する。続け
て、注入された不純物イオンを拡散及び活性化させて、
図５（ｂ）に示すように、ｐ^{＋ ＋}−Ｓｉ層１０を形成す
る。

【００４３】（ハ）次に、図５（ｃ）に示すように、Ｓ
ｉ基板２の表面及び裏面にＯＮＯ層１１を形成する。

【００４４】（ニ）次に、ＯＮＯ層１１の上にダイアフ
ラム３の部分に開口窓を有するレジストパターンをマス
クとしてＲＩＥを行い、図５（ｄ）に示すように、Ｓｉ
基板２の表面及び裏面のＯＮＯ層１１を選択的に除去す
る。

【００４５】（ホ）次に、スパッタ法あるいは蒸着法を
用いて、Ｓｉ基板２表面に一様にチタン（Ｔｉ）膜を堆
積する。続けて、同様に白金（Ｐｔ）膜を堆積する。こ
のようにして２つの金属膜からなるＰｔ／Ｔｉ膜をＳｉ
基板２の表面の上に一様に形成する。その後、所定の形
状のレジストパターンをＰｔ／Ｔｉ層２１の上に形成
し、ＲＩＥを行い選択的にＰｔ／Ｔｉ膜を除去して図５
（ｅ）に示すように、Ｐｔ／Ｔｉ層２１を形成する。な
お、図５（ｅ）において、レジストは除去されている。

【００４６】（へ）次に、ＳｉＯ_２層１３をＳｉ基板２
の表面に一様に形成する。続けて、ボンディングパッド
１６上に形成されたＳｉＯ_２層１３を選択的に除去し
て、図６（ａ）に示すように、ボンディングパッド１６
の接続面を表出させる。

【００４７】（ト）次に、Ｓｉ基板２の裏面に形成され
たＯＮＯ層１１をエッチングマスクとして異方性のエッ
チングを行い、図６（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２の
一部を除去して、ダイアフラム３を形成する。

【００４８】（チ）次に、ウェハ状態のＳｉ基板２をチ
ップ状に分割し、ダイボンディングを行った後、図６
（ｃ）に示すように、ボンディングワイヤ１９をボンデ
ィングパッド１６に接続する。

【００４９】（リ）最後に、Ｓｉ基板２の表面側の実際
に測定対象流体に暴露される部分にフッ素樹脂層２０を
形成し、図２（ｂ）に示すようなマイクロヒータ４が完
成する。測定対象流体の暴露部分は、具体的には、Ｓｉ
Ｏ_２層１３の上及びボンディングワイヤ１９の表面であ
る。また、フッ素樹脂層２０の成膜方法及び成膜条件
は、サーモパイル５と同じである。

【００５０】図７は、本発明に係わる流速センサの出力
特性を示すグラフである。横軸に測定対象流体の毎時の
流量（リットル）を取り、縦軸に下流側サーモパイルと
上流側サーモパイルの出力差（Ｐ２−Ｐ１）を取ってい
る。測定対象流体の流速を変化させて、各流速時の出力
差をプロットしたものである。図７に示す特性グラフを
基にして、サーモパイルの出力差から測定対象流体の流
速を求めることができる。図７に示すグラフから、フッ
素樹脂層２０を有さない従来例１と同様な出力特性が得
られることがわかった。

【００５１】図８は本発明に係わる流速センサの防湿特
性について行った実験結果をまとめた図である。図８に
おいて、「本発明」は、本発明に係わる流速センサを示
し、「従来例１」は、特開平１１−６４０６１号公報に
開示された流速センサを示し、「従来例２」は、特公平
５−７６５９号公報に開示された流速センサを示してい
る。「Ｐ１」及び「Ｐ２」は、それぞれ上流側サーモパ
イル及び下流側サーモパイルの出力を示し、「Ｐ１−Ｐ
２」は、出力差を示す。また、「ＭＩＮ」「ＭＡＸ」
「ＭＡＸ−ＭＩＮ」は、一定測定時間における各サーモ
パイルからの出力の最小値、最大値、及び出力の変動値
をそれぞれ示す。出力の変動値が少ないほど、安定して
センサの測定を行うことができる。実験は、まず、「
大気中（初期状態）」流量ゼロにおいて、各センサの出
力特性を測定する。次に、「水道水ジャブ漬け」にお
いて、各センサの測定対象流体に暴露されるチップ表面
を水道水に浸漬して出力特性を測定する。次に、「取
り出し直後」において、水道水にジャブ漬けされた各セ
ンサを大気中に取り出し、その直後に出力特性を測定し
た。最後に、「流路中」において、毎時２００リット
ルの流量を一定時間流した後、測定対象流体を流すのを
やめ、流速がゼロの時の出力特性を測定した。

【００５２】測定の結果、まず「大気中」において、
本発明と従来例１との間では、出力の変動値（ＭＡＸ−
ＭＩＮ）に大きな違いは見られなかった。次に「水道
水ジャブ漬け」において、従来例１及び従来例２の出力
の変動値が、本発明よりも２倍以上の大きな値を示し
た。次に「取り出し直後」においては、プロファイル
データから、「水道水ジャブ漬け」と同様に、出力の
変動値に有意差があるのが推測される。次に「流路
中」において、流速がゼロの場合は、本発明と従来例１
とに有意差は見られないが、従来２の出力の変動値が本
発明に比して増加していた。流速が２００Ｌ／ｈの場合
は、従来例１及び従来例２の出力の変動値が本発明に比
して増加していた。測定の結果から、本発明に係わる流
速センサは、従来例１及び従来例２に比して、出力の変
動値が小さく、水道水にジャブ漬けされた影響をあまり
受けていないことがわかる。特に水道水ジャブ漬けした
あとの流体測定中においては顕著であることがわかる。

【００５３】以上説明したように本発明の実施の形態に
よれば、測定対象流体に暴露されるＳｉ基板２及びダイ
アフラム３の最表層、及びボンディングワイヤ１９の表
面にフッ素樹脂層２０を形成することにより、測定対象
流体中のダスト、ミストなどの異物がセンサ表面に付着
しにくくなり、また付着した異物が除去されやすくな
る。したがって、測定対象流体中の異物がセンサ表面に
付着して、マイクロヒータ４からの熱の分布及びサーモ
パイル（５、８）の温度検出が不安定になることを抑え
ることができる。また、異物が付着して不安定になった
マイクロヒータ４からの熱の分布及びサーモパイル
（５、８）の出力がすぐに回復する。さらに、異物が導
電性のダスト、ミストである場合の、マイクロヒータ
４、サーモパイル（５、８）、ボンディングワイヤ１９
間でのショートを防ぐことができる。したがって、安定
した流速測定が可能となる。

【００５４】測定対象流体に暴露される部分であるＳｉ
Ｏ_２層１３上及びボンディングワイヤの表面に形成され
たフッ素樹脂層に代表されるフルオロカーボン系材料
は、表面エネルギーが小さいため、疎水性を示す。した
がって、測定対象流体中のダスト、ミストがセンサ表面
に付きにくく、除去されやすくなる。したがって、測定
対象流体中の異物の付着及び異物との摩擦が少なく、安
定した出力を得ることができる。

【００５５】（変形例）本発明の実施の形態に係わる流
速センサはウェハのダイシング及びダイボンディングの
後にフッ素樹脂層を形成して、ボンディングワイヤの表
面にも、フッ素樹脂層を形成していたが、このフッ素樹
脂層の形成をウェハのダイシング前に行う場合について
述べる。

【００５６】変形例に係わる流速センサの平面構造は実
施の形態とほぼ同一であるため説明を省略する。図９は
変形例に係わる流速センサの断面図を示す。図９（ａ）
は、下流側サーモパイル５部分の断面構造を示し、図９
（ｂ）は、マイクロヒータ４部分の断面構造を示す。変
形例においても、下流側サーモパイル５と上流側サーモ
パイル８との断面構造に違いはない。図９（ａ）に示す
ように、下流側サーモパイル５は、ｐ^＋＋−Ｓｉ層１０
とＡｌ層１２とからなる熱伝対を形成している。ｐ^＋＋
−Ｓｉ層１０は、Ｓｉ基板２表面に配置され、ｐ^＋＋−
Ｓｉ層１０の上及びＳｉ基板２の裏面にＯＮＯ層１１が
配置され、さらにその上にＡｌ層１２が配置されてい
る。Ｓｉ基板２上でｐ^＋＋−Ｓｉ層１０とＡｌ層１２が
接続されて冷接点１４を形成し、ダイヤフラム３上でも
ｐ^＋＋−Ｓｉ層１０とＡｌ層１２が接続されて温接点１
５を形成している。さらに、Ａｌ層１２の上には、酸化
シリコン（ＳｉＯ_２）層１３がセンサ表面全体に形成さ
れている。Ａｌ層１２は、ボンディングパッド１６に接
続されており、ボンディングパッド１６の上にはボンデ
ィングワイヤ１９が接続されている。以上の構成要素
は、実施の形態と同じである。測定対象流体に暴露され
る部分のうち、Ｓｉ基板２及びダイアフラム３の最表
層、つまりＳｉＯ_２膜１３の上に、フッ素樹脂層２０が
形成されている。つまり、実施の形態においては、フッ
素樹脂層２０は、ボンディングワイヤ１９の表面にも形
成されていたが、変形例においては形成されていない。

【００５７】マイクロヒータ４部分についても、図９
（ｂ）に示すように、測定対象流体に暴露される部分の
うち、ＳｉＯ_２膜１３の上に、フッ素樹脂層２０が形成
されているが、ボンディングワイヤ１９の表面には形成
されていない。また、マイクロヒータ４部分のフッ素樹
脂層２０以外の構成要素は、実施の形態と同じであるた
め、説明を省略する。

【００５８】次に、変形例に係わる流速センサの製造方
法について説明する。なお、フッ素樹脂層２０以外にセ
ンサの構成要素の製造方法は実施の形態と同じである。
フッ素樹脂層２０の形成方法について詳細に説明する。

【００５９】実施の形態では、工程（へ）において、Ｓ
ｉＯ_２層１３をＡｌ層１２の表面に一様に形成した後、
ボンディングパッド１６上に形成されたＳｉＯ_２層１３
を選択的に除去して、図４（ａ）に示すように、ボンデ
ィングパッド１６の接続面を表出させていた。しかし、
変形例においては、ＳｉＯ_２層１３をＡｌ層１２の表面
に一様に形成した後、続けて、フッ素樹脂層２０を形成
する。そして、ボンディングパッド１６上に形成された
ＳｉＯ_２層１３及びフッ素樹脂層２０を選択的に除去し
て、ボンディングパッド１６の接続面を表出させる。そ
の後、ウェハ状態のＳｉ基板２をチップ状に分割し、実
装基板に対してダイボンディングを行った後、ボンディ
ングワイヤ１９をボンディングパッド１６に接続する。

【００６０】変形例によれば、実施の形態と同様に、測
定対象流体に暴露されるＳｉ基板２及びダイアフラム３
の最表層にフッ素樹脂層２０を形成することにより、測
定対象流体中のダスト、ミストなどの異物がセンサ表面
に付着しにくくなり、また付着した異物が除去されやす
くなる。したがって、測定対象流体中の異物がセンサ表
面に付着して、マイクロヒータ４からの熱の分布及びサ
ーモパイル（５、８）の温度検出が不安定になることを
抑えることができる。また、異物が付着して不安定にな
ったマイクロヒータ４からの熱の分布及びサーモパイル
（５、８）の出力がすぐに回復する。さらに、異物が導
電性のダスト、ミストである場合の、マイクロヒータ
４、サーモパイル（５、８）でのショートを防ぐことが
できる。したがって、安定した流速測定が可能となる。

【００６１】また、フッ素樹脂層を形成する工程をウェ
ハ工程に含ませることができるため、一度のプラズマ処
理で大量のチップを処理することができる。したがっ
て、製造工程を削減して量産性を向上させることでき
る。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ダ
スト、ミストなどの異物の付着を防ぎ、付着した異物が
除去されやすい流速センサ及びその製造方法を提供する
ことができる。

【００６３】また本発明によれば、安定した流速測定を
可能とする流速センサ及びその製造方法を提供すること
ができる。

【００６４】さらに本発明によれば、製造工程を削減し
て量産性のよい流速センサ及びその製造方法を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係わる流速センサの平面
構成図である。

【図２】図２（ａ）は、図１に示した流速センサの下流
側サーモパイル部分の断面構成図であり、図２（ｂ）
は、図１に示した流速センサのマイクロヒータ部分の断
面構成図である。

【図３】本発明の実施の形態に係わる流速センサの下流
側サーモパイル部分の主要な製造工程を示す工程断面図
である（その１）。

【図４】本発明の実施の形態に係わる流速センサの下流
側サーモパイル部分の主要な製造工程を示す工程断面図
である（その２）。

【図５】本発明の実施の形態に係わる流速センサのマイ
クロヒータ部分の主要な製造工程を示す工程断面図であ
る（その１）。

【図６】本発明の実施の形態に係わる流速センサのマイ
クロヒータ部分の主要な製造工程を示す工程断面図であ
る（その２）。

【図７】本発明の実施の形態に係わる流速センサの出力
特性の実験結果を示すグラフである。

【図８】本発明の実施の形態に係わる流速センサの出力
特性の比較実験の結果を示す図である。

【図９】図９（ａ）は、本発明の実施の形態の変形例に
係わる流速センサの下流側サーモパイル部分の断面構成
図であり、図９（ｂ）は、本発明の実施の形態の変形例
に係わる流速センサのマイクロヒータ部分の断面構成図
である。

【図１０】従来技術に係わる流速センサ（従来例１）の
断面構成図である。

【図１１】図１１（ａ）は、従来技術に係わる流速セン
サ（従来例２）の平面構成図であり、図１１（ｂ）は、
従来技術に係わる流速センサ（従来例２）の断面構成図
である。

【符号の説明】

１ 流速センサ ２ Ｓｉ基板 ３ ダイアフラム ４ マイクロヒータ ５ 下流側サーモパイル ６ 電源配線 ７ 下流側出力配線 ８ 上流側サーモパイル ９ 上流側出力配線 １０ Ｐ^＋＋−Ｓｉ層 １１ ＯＮＯ層 １２ Ａｌ層 １３ ＳｉＯ_２層 １４ 冷接点 １５ 温接点 １６、１７、１８ ボンディングパッド １９ ボンディングワイヤ ２０ フッ素樹脂層 ２１ Ｐｔ／Ｔｉ層 ２２ 酸化膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面が測定対象流体に暴露される半導体
   基板と、 前記半導体基板に支持されたダイアフラムと、 前記半導体基板及び前記ダイアフラムの表面に配置さ
   れ、前記測定対象流体の温度を検出するサーモパイル
   と、 前記ダイアフラムの表面に配置され、前記測定対象流体
   を加熱するマイクロヒータと、 前記半導体基板の表面に配置されたボンディングワイヤ
   と、 前記半導体基板及び前記ダイアフラムの最表層、及び前
   記ボンディングワイヤの表面に配置されたフッ素樹脂層
   とを少なくとも有することを特徴とする流速センサ。
2. 【請求項２】 表面が測定対象流体に暴露される半導体
   基板と、 前記半導体基板に支持されたダイアフラムと、 前記半導体基板及び前記ダイアフラムの表面に配置さ
   れ、前記測定対象流体の温度を検出するサーモパイル
   と、 前記ダイアフラムの表面に配置され、前記測定対象流体
   を加熱するマイクロヒータと、 前記半導体基板及び前記ダイアフラムの最表層に配置さ
   れたフッ素樹脂層とを少なくとも有することを特徴とす
   る流速センサ。
3. 【請求項３】 測定対象流体に暴露される半導体基板の
   表面に、サーモパイル及びマイクロヒータを形成する工
   程と、 前記半導体基板を選択的に除去して、ダイアフラムを形
   成する工程と、 前記半導体基板の表面に、ボンディングパッドを形成す
   る工程と、 ウェハ状態の前記半導体基板をチップ状に分割する工程
   と、 前記ボンディングパッドにボンディングワイヤを接続す
   る工程と、 前記半導体基板及び前記ダイアフラムの最表層、及び前
   記ボンディングワイヤの表面にフッ素樹脂層を形成する
   工程とを少なくとも有することを特徴とする流速センサ
   の製造方法。
4. 【請求項４】 測定対象流体に暴露される半導体基板の
   表面に、サーモパイル及びマイクロヒータを形成する工
   程と、 前記半導体基板の最表層にフッ素樹脂層を形成する工程
   と、 前記半導体基板を選択的に除去して、ダイアフラムを形
   成する工程と、 ウェハ状態の前記半導体基板をチップ状に分割する工程
   とを少なくとも有することを特徴とする流速センサの製
   造方法。