JP2003014518A

JP2003014518A - フローセンサ

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Publication number: JP2003014518A
Application number: JP2001199123A
Authority: JP
Inventors: Toshiki Isogai; 俊樹磯貝; Koichi Goto; 晃一後藤
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-06-29
Filing date: 2001-06-29
Publication date: 2003-01-15
Anticipated expiration: 2021-06-29
Also published as: JP4830221B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フローセンサにおいて薄膜構造部の強度を確
保できるようにする。【解決手段】空洞部１ａを有する半導体基板１と、こ
の半導体基板１の空洞部１ａ上に設けられ複数の積層さ
れた絶縁膜１１、１２、１３、１４よりなる流量検出部
としてのダイアフラム（薄膜構造部）１０とを備えるフ
ローセンサにおいて、ダイアフラム１０の絶縁膜１１〜
１４における最上層１４および最下層１１の少なくとも
一方が、ピンホールＰが低減された膜となっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検出
するフローセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種のフローセンサの一般的な概略断
面構成を図６に示す。このものは、空洞部１ａを有する
半導体基板１と、基板１の空洞部１ａ上に設けられた流
量検出部としての薄膜構造部（ダイアフラム）１０とを
備える。

【０００３】薄膜構造部１０は、シリコン酸化膜やシリ
コン窒化膜等の絶縁膜１０ａが複数積層されたものであ
り、発熱体および測温体等として機能するＰｔ等よりな
る抵抗体膜３０、４０が、これら絶縁膜１０ａに挟まれ
た形となっている。

【０００４】このようなフローセンサにあっては、例え
ば、半導体基板１上の薄膜構造部１０以外の領域に設け
られた流体温度検出体（図示せず）にて検出した温度よ
り所定の温度高くなるように発熱体４０の温度を制御
し、流体の流れによる測温体３０の温度変化に基づいて
流体の流量を検出するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のフローセンサでは、感度向上、低消費電力化の
ために、発熱体４０が位置する部分を薄膜構造としてい
るが、このように、薄膜構造とした場合、その部分の強
度が低下し、薄膜構造部１０の一面側と他面側に差圧が
発生して薄膜構造部１０がたわんだ場合に、薄膜構造部
１０が破壊しやすくなるという問題がある。

【０００６】さらに、薄膜構造部１０を構成する絶縁膜
１０ａにおいて、成膜条件等により緻密な膜が形成でき
ない場合、特に膜中に存在するピンホールＰの密度が多
くなってしまう場合、設計上、十分な強度を確保するこ
とができない。

【０００７】そこで、本発明は上記問題に鑑み、フロー
センサにおいて薄膜構造部の強度を確保できるようにす
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、空洞部（１ａ）を有す
る基板（１）と、この基板の空洞部上に設けられ複数の
積層された絶縁膜（１１、１２、１３、１４）よりなる
流量検出部としての薄膜構造部（１０）とを備えるフロ
ーセンサにおいて、薄膜構造部の絶縁膜における最上層
および最下層の少なくとも一方が、ピンホールが低減さ
れた膜となっていることを特徴とする。

【０００９】本発明では、薄膜構造部がたわんだ場合に
最大応力が発生する最上層および最下層の少なくとも一
方の絶縁膜を、ピンホールの無い膜または従来に比べて
ピンホールの少ない膜とすることにより、たわみに対す
る薄膜構造部の強度を十分に確保することができる。

【００１０】また、請求項２に記載の発明では、薄膜構
造部（１０）の絶縁膜（１１〜１４）における最上層
が、ピンホールが低減された膜となっていることを特徴
とする。一般に、フローセンサにおいて、上記差圧によ
り薄膜構造部がたわんだとき最大応力が発生するのは、
最上層である場合が多い。このような場合に、本発明は
上記効果を有効に発揮できる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、薄膜構
造部（１０）の絶縁膜（１１〜１４）における最下層
が、ピンホールが低減された膜となっていることを特徴
とする。それによれば、上記差圧により薄膜構造部がた
わんで最下層に最大応力が発生する場合に、上記効果を
有効に発揮できる。

【００１２】また、請求項４に記載の発明では、薄膜構
造部（１０）の絶縁膜（１１〜１４）における全ての膜
が、ピンホールが低減された膜となっていることを特徴
とする。それによれば、請求項１の発明の効果をより高
いレベルにて発揮することができる。

【００１３】また、請求項５に記載の発明では、ピンホ
ールが低減された膜は、熱ＣＶＤより成膜されたシリコ
ン窒化膜であることを特徴とする。それにより、請求項
１〜請求項４の発明の効果を適切に実現することができ
る。また、この熱ＣＶＤより成膜されたシリコン窒化膜
は、減圧ＣＶＤより成膜されたシリコン窒化膜にするこ
とができる。

【００１４】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一
例である。

【００１５】

【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。図１は、本発明の実施形態にかかる
フローセンサＳ１の斜視図であり、図２は、図１中のＡ
−Ａ線に沿った一部概略断面図である。

【００１６】このフローセンサＳ１は、単結晶シリコン
等で形成された半導体基板１を有する。半導体基板１の
上には、下層絶縁膜となるシリコン窒化膜１１およびシ
リコン酸化膜１２が形成され、その上に、温度計をなす
流体温度検出体２０および流量検出体（測温体）３０が
形成されるとともにヒータ（発熱体）４０が形成され、
さらにその上に、上部絶縁膜となるシリコン酸化膜１３
およびシリコン窒化膜１４が形成された構造となってい
る。

【００１７】半導体基板１には、図２に示すように、空
洞部１ａが形成されており、この空洞部１ａ上に薄膜構
造部をなすダイアフラム１０が形成され、ダイアフラム
１０に流量検出体３０とヒータ４０とが配置されてい
る。

【００１８】流体温度検出体２０、流量検出体３０およ
びヒータ４０は、流体の流れの方向（図１中の白抜き矢
印で示す）に対し、上流側からその順で配置されてお
り、いずれもＰｔなどの配線材料からなる抵抗体膜でパ
ターン形成されている。

【００１９】流体温度検出体２０は、流体の温度を検出
するもので、ヒータ４０の熱がその温度検出に影響を及
ぼさないようにヒータ４０から十分離隔した位置に配設
されている。ヒータ４０は、流体温度検出体２０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。

【００２０】このように構成されたフローセンサＳ１に
おいて、流体が流れると、その流体温度が流体温度検出
体２０により計測され、その計測された温度よりも一定
温度高い基準温度になるようにヒータ４０が通電制御さ
れる。そして、流体の流れの大きさによってヒータ４０
の熱分布が変化し、その熱分布の変化により流量検出体
３０の抵抗値が変化することで、流量が検出される。

【００２１】ここで、本フローセンサＳ１においては、
半導体基板１の空洞部１ａ上に設けられ複数の積層され
た絶縁膜１１〜１４よりなる流量検出部としてのダイア
フラム（薄膜構造部）１０が形成されているが、これら
絶縁膜１１〜１４における最上層１４および最下層１１
の少なくとも一方が、ピンホールが低減された膜となっ
ている。

【００２２】図２に示す例（第１の例）では、絶縁膜１
１〜１４における最上層１４が、ピンホールの無い膜と
なっている。また、本実施形態では、次の図３〜図５に
示す形態も可能である。なお、図２〜図５において、ピ
ンホールＰは、小さな白丸にて示してある。

【００２３】図３に示す第２の例では、絶縁膜１１〜１
４における最上層１４が、当該最上層１４以外の層１１
〜１３に比べてピンホールＰの少ない膜となっている。
また、図４に示す第３の例では、絶縁膜１１〜１４にお
ける最上層１４と最下層１１が、ピンホールの無い膜と
なっている。また、図５に示す第４の例では、絶縁膜１
１〜１４における最上層１４と最下層１１が、それ以外
の層１２、１３に比べてピンホールＰの少ない膜となっ
ている。

【００２４】これらピンホールの無い膜およびピンホー
ルＰの少ない膜は、具体的には熱ＣＶＤより成膜された
シリコン窒化膜であり、より具体的には、減圧ＣＶＤ
（ＬＰＣＶＤ）により成膜されたシリコン窒化膜（ＬＰ
−ＳｉＮ膜）よりなる。また、比較的ピンホールＰの多
い膜は、プラズマＣＶＤより成膜されたシリコン酸化膜
やシリコン窒化膜である。

【００２５】次に、上記したフローセンサＳ１の製造方
法について、図２に示す第１の例を製造する場合につい
て述べる。半導体基板として単結晶のシリコン基板１を
用い、その一面（表面）側に、プラズマＣＶＤ法によ
り、シリコン窒化膜１１、その上にシリコン酸化膜１２
を形成する。

【００２６】次に、抵抗体材料としてＰｔ膜を真空蒸着
等によりシリコン酸化膜１２の上に堆積させ、Ｐｔ膜を
エッチング等により流体温度検出体２０、流量検出体３
０およびヒータ４０の配線形状にパターニングする。

【００２７】次に、流体温度検出体２０、流量検出体３
０およびヒータ４０間の絶縁のために、プラズマＣＶＤ
法によりシリコン酸化膜１３を堆積させる。その上に、
減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）により、ピンホールの無い膜
であるＬＰ−ＳｉＮ膜１４を形成する。その後、図示し
ないが、流体温度検出体２０、流量検出体３０およびヒ
ータ４０の電極パッド形成のためにＬＰ−ＳｉＮ膜１４
に開口を形成する。

【００２８】次に、シリコン基板１の裏面にマスク材
（例えばシリコン酸化膜もしくはシリコン窒化膜）を形
成し、このマスク材をエッチングして空洞部に対応した
開口部を形成する。

【００２９】そして、シリコン基板１の裏面側をシリコ
ン窒化膜１１が露出するまで異方性エッチングして空洞
部１ａを形成する。このときの終点検出は、例えばエッ
チング液にＴＭＡＨ（水酸化４メチルアンモニウム）を
用いることにより、シリコンに対してシリコン窒化膜１
１のエッチング速度が非常に小さいため容易に止めるこ
とができる。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。

【００３０】ところで、本実施形態によれば、ダイアフ
ラム（薄膜構造部）１０の絶縁膜１１〜１４における最
上層１４および最下層１１の少なくとも一方が、ピンホ
ールが低減された膜となっていることを特徴とする。

【００３１】本実施形態では、ピンホールが低減された
膜として減圧ＣＶＤ等の熱ＣＶＤにより成膜されたＳｉ
Ｎ膜としている。例えば、減圧ＣＶＤは成膜温度（例え
ば７００〜８００℃）がプラズマＣＶＤの成膜温度（例
えば４００℃）に比べて高い。この成膜温度の違い等に
よりピンホールの少ない緻密な膜質を実現できると考え
られる。

【００３２】そして、本実施形態では、ダイアフラム１
０がたわんだ場合に最大応力が発生する最上層１４およ
び最下層１１の少なくとも一方の絶縁膜を、ピンホール
の無い膜または従来に比べてピンホールの少ない膜とす
ることにより、たわみに対するダイアフラム１０の強度
を十分に確保することができる。

【００３３】一般に、ダイアフラム１０の両面に発生す
る差圧により、ダイアフラム１０は空洞部１ａ側に凸と
なるようにたわむ。この場合、最大応力が発生するの
は、最上層１４である。そこで、上記図２等に示す様
に、最上層１４が、ピンホールが低減された膜となって
いれば、上記効果を有効に発揮できる。

【００３４】また、ダイアフラム１０に加わる圧力の方
向が逆になって、ダイアフラム１０が空洞部１ａとは反
対側に凸となるように、たわむ場合には、最大応力が発
生するのは、最下層１１である。この場合、上記図４や
図５に示す様に、最下層１４が、ピンホールが低減され
た膜となっていれば、上記効果を有効に発揮できる。

【００３５】また、ダイアフラム１０の絶縁膜１１〜１
４全てが、ピンホールが低減された膜となっているこて
も良く、この場合、より高いレベルにて上記効果を発揮
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態にかかるフローセンサの斜視
図である。

【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った概略断面図である。

【図３】上記実施形態の第２の例を示す概略断面図であ
る。

【図４】上記実施形態の第３の例を示す概略断面図であ
る。

【図５】上記実施形態の第４の例を示す概略断面図であ
る。

【図６】従来の一般的なフローセンサを示す概略断面図
である。

【符号の説明】

１…半導体基板、１ａ…空洞部、１０…ダイアフラム
（薄膜構造部）、１１〜１４…絶縁膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 2F035 EA08 4K030 BA40 CA04 CA12 FA10 LA11 5F058 BA20 BD02 BD04 BD10 BF04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】空洞部（１ａ）を有する基板（１）と、この基板の前記空洞部上に設けられ複数の積層された絶
縁膜（１１〜１４）を有する流量検出部としての薄膜構
造部（１０）とを備えるフローセンサにおいて、前記薄膜構造部の前記絶縁膜における最上層および最下
層の少なくとも一方が、ピンホールが低減された膜とな
っていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】前記薄膜構造部（１０）の前記絶縁膜
（１１〜１４）における最上層が、ピンホールが低減さ
れた膜となっていることを特徴とする請求項１に記載の
フローセンサ。
【請求項３】前記薄膜構造部（１０）の前記絶縁膜
（１１〜１４）における最下層が、ピンホールが低減さ
れた膜となっていることを特徴とする請求項１または２
に記載のフローセンサ。
【請求項４】前記薄膜構造部（１０）の前記絶縁膜
（１１〜１４）における全ての膜が、ピンホールが低減
された膜となっていることを特徴とする請求項１に記載
のフローセンサ。
【請求項５】前記ピンホールが低減された膜は、熱Ｃ
ＶＤより成膜されたシリコン窒化膜であることを特徴と
する請求項１ないし４のいずれか１つに記載のフローセ
ンサ。
【請求項６】前記熱ＣＶＤより成膜されたシリコン窒
化膜は、減圧ＣＶＤより成膜されたシリコン窒化膜であ
ることを特徴とする請求項５に記載のフローセンサ。