JP2003028691A - 薄膜式センサおよびその製造方法ならびにフローセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄膜式のフローセンサにおいて、配線部のＴ
ＣＲ（抵抗温度係数）の低下を極力抑制する。 【解決手段】 基板１の上に、下部絶縁膜、Ｔｉ酸化物
等の金属酸化物よりなる密着層、Ｐｔ等の金属よりなる
抵抗膜、シリコン窒化膜等の上部絶縁膜が順次積層され
ており、密着層と抵抗膜との積層膜が蛇行形状にパター
ニングされることで配線部としての流体温度計３、測温
体４、ヒータ５が構成されているフローセンサにおい
て、下部絶縁膜の上には、配線部３〜５と同一平面内に
て配線部３〜５を取り囲むように、配線部３〜５と同一
材料よりなる膜部材１１が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属抵抗膜を一対
の絶縁膜で挟んでなる薄膜部を有する薄膜式センサおよ
びその製造方法、ならびに前記薄膜部を有するフローセ
ンサおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｐｔ等の金属よりなる抵抗膜（金属抵抗
膜）をマイクロブリッジやメンブレン上に有し、金属抵
抗膜の抵抗温度特性を利用してセンシングを行う薄膜式
センサとしては、フローセンサ、赤外線センサ、ガスセ
ンサ等が知られている。

【０００３】このようなセンサは、一般に、基板の上
に、下部絶縁膜、金属抵抗膜、上部絶縁膜が順次積層さ
れて薄膜部を構成しているが、金属抵抗膜と絶縁膜（Ｓ
ｉＯ₂やＳｉＮ等）との密着性を向上させ金属抵抗膜の
剥離を防止するために、下部絶縁膜と金属抵抗膜との間
に、金属酸化物よりなる密着層を介在させるようにして
いる。

【０００４】また、金属抵抗膜は、その抵抗温度特性を
利用するため、下地の密着層とともに所定の配線形状に
パターニングされており、パターニングされた金属抵抗
膜と密着層との積層膜により、センシング等に用いる配
線部が構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者等
の検討によれば、従来の薄膜式センサにおいては、基板
上に、下部絶縁膜〜配線部（金属酸化物よりなる密着層
＋金属抵抗膜）まで形成した後に行う熱処理工程によ
り、配線部のＴＣＲ（抵抗温度係数）が低下するという
問題が発生することがわかった。

【０００６】この配線部のＴＣＲ低下という問題につい
て、フローセンサを例にとって説明する。薄膜式センサ
の従来例として、フローセンサの構成を図１１、図１２
に示す。図１１はフローセンサの斜視構成図、図１２は
フローセンサにおける配線部３〜５の配線パターンを示
す平面図である。

【０００７】空洞部１ａを有する基板１の上には、空洞
部１ａを覆うように薄膜部（メンブレン）１０が形成さ
れており、空洞部１ａ上の薄膜部１０には、配線部とし
てヒータ５および測温体４が形成されており、空洞部１
ａからはずれた基板１上の薄膜部１０には、配線部とし
ての流体温度計３が形成されている。

【０００８】これら配線部３〜５は、折り返し形状にパ
ターニングされており、図１１中の白抜き矢印に示す流
体の流れ方向から、流体温度計３、測温体４、ヒータ５
の順に配置されている。

【０００９】このようなフローセンサでは、流体温度計
３から得られる流体温度よりも一定温度高い温度になる
ようにヒータ５を駆動する。そして、流体が流れること
により、図１の白抜き矢印で示す順流においては、測温
体４は熱を奪われて温度が下がり、白抜き矢印の逆方向
である逆流では熱が運ばれて温度が上がるため、この測
温体４と流体温度計３との温度差から流体の流量および
流れ方向を検出するものである。このとき、流体温度計
３および測温体４を形成している金属配線の抵抗値変動
から温度を測定（検出）している。

【００１０】また、このフローセンサの一般的な製造方
法を図１３、図１４に示す。図１３、図１４は、最終的
に図１４（ｃ）に示すフローセンサを製造する工程を順
次示したものである。なお、図１４（ｃ）は図１１中の
Ａ−Ａ線に沿った模式的な断面構成図である。

【００１１】まず、図１３（ａ）に示す様に、シリコン
基板１の一面上に、減圧ＣＶＤ法等によりシリコン窒化
膜２１を成膜し、その上にプラズマＣＶＤ法等によりシ
リコン酸化膜２２を成膜し、これら２層２１、２２より
なる下部絶縁膜２を形成する（下部絶縁膜形成工程）。
この後、下部絶縁膜２の膜特性（応力安定性や強度等）
を高めるべく、窒素雰囲気炉等を用いてアニールする
（下部絶縁膜アニール工程）。

【００１２】次に、図１３（ｂ）に示す様に、下部絶縁
膜２の上に、密着層となるＴｉ膜３ａ、金属抵抗膜とな
るＰｔ膜３ｂが順次積層された積層膜３ｃを、蒸着法や
スパッタ法等により成膜する。この後、膜特性やＴＣＲ
の向上等のために、この積層膜３ｃを窒素雰囲気炉等を
用いてアニールする。このアニールにより、上記Ｔｉ膜
３ａは、密着層を構成する金属酸化物（本例ではＴｉ酸
化物）となる。次に、積層膜３ｃの上に、配線部３〜５
のパターンに対応した形状のレジスト膜４ａを形成す
る。

【００１３】次に、図１３（ｃ）に示す様に、レジスト
膜４ａをマスクとして積層膜３ｃをイオンミリング等に
よりエッチングし、配線部３〜５の形状にパターニング
する。ここまでの積層膜３ｃの成膜、アニールおよびパ
ターニングが、下部絶縁膜２の上に金属酸化物よりなる
密着層３ａを形成する工程（密着層形成工程）、密着層
の上に金属よりなる抵抗膜３ｂを形成する工程（抵抗膜
形成工程）および配線部３〜５を形成する工程（配線部
形成工程）である。

【００１４】次に、下部絶縁膜２の上に配線部３〜５を
覆うように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸化膜
６１を成膜し、窒素雰囲気炉等を用いてアニールした
後、その上に、減圧ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜６
２を成膜し、これら２層６１、６２により上部絶縁膜６
を形成する（上部絶縁膜形成工程）。

【００１５】その後、図１３（ｄ）に示す様に、上記配
線部３〜５のパッド部７（図１１参照）を形成するため
に上部絶縁膜６に開口７ａを形成し、図１４（ａ）に示
す様に、蒸着法やスパッタ法、およびフォトリソグラフ
法を用いたエッチング等を行うことにより、Ａｕ等より
なるパッド部７を形成する。

【００１６】次に、図１４（ｂ）に示す様に、シリコン
基板１の他面に、プラズマＣＶＤ法等により成膜された
シリコン酸化膜８を形成し、これをエッチングして上記
空洞部１ａに対応した開口部８ａを形成する。次に、図
１４（ｃ）に示す様に、シリコン酸化膜８をマスクとし
て、シリコン基板１を、その他面からシリコン窒化膜２
１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（空洞部形成工程）。

【００１７】このようにして、上記図１１に示すフロー
センサを製造することができる。そして、図１４（ｃ）
に示すように、フローセンサの構成は、空洞部１ａを有
する基板１上にて空洞部１ａ上に薄膜構造部１０が形成
され、薄膜構造部１０は、基板１側から下部絶縁膜２、
金属酸化物よりなる密着層３ａ、金属抵抗膜３ｂ、上部
絶縁膜６が順次積層されたものであって、密着層３ａと
抵抗膜３ｂとの積層膜３ａが所定形状にパターニングさ
れることで配線部３〜５を構成しているものである。

【００１８】このように、上記製造方法においては、配
線部３〜５の形成工程以降、上部絶縁膜２の高温成膜工
程や、配線部３〜５のＴＣＲ向上や経時安定性のため、
または絶縁膜２、６の応力安定性や強度を高めるための
アニール工程等、必要不可欠な熱処理工程が存在する。

【００１９】ここにおいて、配線部３〜５のＴＣＲ低下
の問題は、上部絶縁膜６としてのシリコン窒化膜６２を
減圧ＣＶＤ法で高温（〜８００℃）成膜する時や、ま
た、当該シリコン窒化膜６２を低温のプラズマＣＶＤで
成膜した後に当該ＰＥ−ＳｉＮ膜６２を高温でアニール
する時に生じる。

【００２０】この原因は、図１５に示す推定メカニズム
により説明される。水素等の還元性ガス（図１５中、丸
で囲んだＨとして示す）がシリコン窒化膜６２の成膜時
においては原料ガスから発生し、また、シリコン窒化膜
６２のアニール時においては当該窒化膜６２から発生
し、高温の還元性ガス雰囲気に配線部３〜５がさらされ
る。

【００２１】そのため、配線部３〜５のうち密着層を構
成している金属酸化物（ＴｉＯ₂等）が還元されて金属
となり、この還元された金属が、金属抵抗膜（Ｐｔ膜）
中に拡散する。それによって、配線部３〜５のＴＣＲが
低下すると考えられ、それゆえ、密着層における金属酸
化物の還元を抑制することが必要であると考えられる。

【００２２】具体的には、シリコン窒化膜６２を減圧Ｃ
ＶＤ法で成膜するときには、ＳｉＨ ₂Ｃｌ₂＋ＮＨ₃→Ｓ
ｉ₃Ｎ₄＋Ｈ₂＋ＨＣｌの反応であり、水素が発生し、シ
リコン酸化膜２２、６２中に水素が多く取り込まれる。
一方、低温で形成したＰＥ−ＳｉＮ膜を高温でアニール
することでも、ＰＥ−ＳｉＮ膜から水素が発生し、これ
がシリコン酸化膜２２、６２中に取り込まれる。

【００２３】このような推定メカニズムから、配線部３
〜５のＴＣＲ低下は、ある程度までは避けられないが、
さらに、配線部３〜５はパターニングされているため、
配線部３〜５の周囲の配線部３〜５の無い領域Ａ（図１
５参照）において、シリコン酸化膜２２、６１に取り込
まれた還元性ガスが、当該酸化膜中を拡散して配線部３
〜５まで移動してくる。

【００２４】すると、この領域Ａから移動してきた還元
性ガスも加わって、密着層を構成する金属酸化物の還元
度合が大きくなり、結果、配線部３〜５のＴＣＲが大き
く低下してしまうと考えられる。

【００２５】また、フローセンサのように、パターニン
グされた配線部３〜５が複数種類存在する場合、各配線
部において、その周囲の配線部の無い領域Ａの大きさ
（面積）は互いに異なる。

【００２６】また、個々の配線部３〜５においては、そ
の役割上、線幅も異なる。例えば、フローセンサにおい
ては、ヒータ５や測温体４、流体温度計３に求められる
抵抗は駆動回路によって決まり、ヒータ５では数１００
Ω、測温体４や流体温度計３では数ｋΩとなる。

【００２７】このように、周囲の領域Ａの大きさや線幅
の異なる複数の配線部が存在する場合、個々の配線部に
取り込まれる還元性ガスの量等が互いに異なる。従っ
て、各配線部のＴＣＲの低下度合もばらつくこととな
り、例えば駆動回路が複雑化する等、好ましくない。

【００２８】このようなことから、上述のフローセンサ
に限らず、基板の上に、下部絶縁膜、金属酸化物よりな
る密着層、金属抵抗膜、上部絶縁膜を順次成膜するとと
もに、パターニングされた密着層と抵抗膜との積層膜に
より配線部を構成するようにした薄膜式センサにおいて
は、配線部を形成した後に行う上部絶縁膜の成膜やアニ
ールといった熱処理工程にて、還元性ガスが発生し、そ
れにより配線部のＴＣＲが低下するという問題が発生す
る。

【００２９】そこで、本発明は上記問題に鑑み、薄膜式
センサにおいて、配線部のＴＣＲの低下を極力抑制する
ことを目的とする。

【００３０】

【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、基板（１）の上に、下
部絶縁膜（２）、金属酸化物よりなる密着層（３ａ）、
金属よりなる抵抗膜（３ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次
積層されており、密着層と抵抗膜との積層膜が所定形状
にパターニングされることで配線部（３、４、５）を構
成している薄膜式センサにおいて、下部絶縁膜の上に
は、配線部と同一平面内にて配線部の少なくとも一部を
取り囲むように、配線部と同一材料よりなる膜部材（１
１）が設けられていることを特徴とする。

【００３１】それによれば、配線部（３〜５）の少なく
とも一部の周囲において配線部の無い領域に、配線部と
同一材料よりなる膜部材が存在するため、上部絶縁膜の
成膜やアニールといった熱処理工程にて発生した還元性
ガスは、この膜部材にて消費される。

【００３２】従って、配線部にまで到達し配線部のＴＣ
Ｒを低下させる還元性ガスの量を少なくすることができ
るため、配線部のＴＣＲの低下を極力抑制することがで
きる。

【００３３】また、本発明では、膜部材は、下部絶縁膜
の上にて配線部と同一平面内にて配線部と同一材料より
なるものであるため、配線部と同時に成膜することが可
能であり、膜部材形成用の工程を付加することなく、製
造工程の簡略化が図れる。

【００３４】また、請求項２に記載の発明のように、膜
部材（１１）が、配線部（３〜５）の全体を取り囲むよ
うに設けられているものにすれば、よりいっそう配線部
にまで到達する還元性ガスの量を少なくすることがで
き、請求項１の発明の効果をより高いレベルにて実現す
ることができる。

【００３５】また、請求項３に記載の発明においては、
少なくとも配線部（３〜５）の近傍には、金属酸化物を
含む材料よりなる膜部材（１２）が、配線部に対して電
気的に絶縁された状態で積層されて設けられていること
を特徴とする。

【００３６】それによれば、上部絶縁膜の成膜やアニー
ルといった熱処理工程にて発生し上部絶縁膜や下部絶縁
膜中を拡散してくる還元性ガスは、配線部の近傍に位置
する膜部材により消費される。よって、請求項１の発明
と同様、配線部にまで到達する還元性ガスの量を少なく
することができ、配線部のＴＣＲの低下を極力抑制する
ことができる。

【００３７】ここで、配線部（３〜５）に対して電気的
に絶縁された状態で積層される膜部材（１２）の配置形
態としては、請求項４に記載の発明のように、下部絶縁
膜（２）に埋設したり、請求項５に記載の発明のよう
に、上部絶縁膜（６）に埋設したりすることができる。

【００３８】また、請求項１〜請求項５に記載の薄膜式
センサにおいては、請求項６に記載の発明のように、配
線部（３〜５）を構成する積層膜において、密着層（３
ａ）がＴｉの酸化物を含む材料よりなり、抵抗膜（３
ｂ）がＰｔよりなるものにすることができる。

【００３９】また、請求項１〜請求項６に記載の薄膜式
センサにおいては、請求項７に記載の発明のように、上
部絶縁膜（６）が、減圧ＣＶＤ法により成膜されたシリ
コン窒化膜（６２）を含むものであるものにすることが
できる。

【００４０】また、請求項８に記載の発明では、基板
（１）の上に下部絶縁膜（２）を形成する工程と、下部
絶縁膜の上に金属酸化物よりなる密着層（３ａ）を形成
する工程と、密着層の上に金属よりなる抵抗膜（３ｂ）
を形成する工程と、密着層と抵抗膜との積層膜を所定形
状にパターニングすることにより配線部（３〜５）を形
成する工程と、配線部を覆うように、上部絶縁膜（６）
を形成する工程とを備える薄膜式センサの製造方法にお
いて、上部絶縁膜を形成する工程では、上部絶縁膜とし
てプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜
（６２）を形成した後、このシリコン窒化膜に対して厚
さ方向に貫通する貫通穴（６２ａ）を形成した状態でシ
リコン窒化膜をアニールすることを特徴とする。

【００４１】「課題」の欄にて述べたように、上部絶縁
膜としてシリコン窒化膜を低温のプラズマＣＶＤで成膜
した後に当該シリコン窒化膜（ＰＥ−ＳｉＮ膜）を高温
でアニールすると、ＰＥ−ＳｉＮ膜から還元性ガスが発
生する。

【００４２】ここにおいて、本製造方法によれば、ＰＥ
−ＳｉＮ膜に対して厚さ方向に貫通する貫通穴を形成し
た状態でＰＥ−ＳｉＮ膜をアニールするようにしている
ため、ＰＥ−ＳｉＮ膜から配線部へ拡散していく還元性
ガスは、当該貫通穴から外部へ脱離しやすくなる。

【００４３】そのため、本製造方法においても、配線部
にまで到達する還元性ガスの量を少なくすることがで
き、配線部のＴＣＲの低下を極力抑制することができ
る。

【００４４】ここで、本製造方法においても、請求項９
に記載の発明のように、密着層（３ａ）をＴｉを含む材
料を用いて形成し、抵抗膜（３ｂ）をＰｔを用いて形成
するようにできる。

【００４５】また、本製造方法においては、請求項１０
に記載の発明のように、貫通穴（６２ａ）は丸穴形状で
あるものにできる。丸穴形状とすることで、例えば角穴
形状とする場合に比べて貫通穴には角部が無くなるた
め、応力集中を防止することができる。そのため、薄膜
部の強度向上、信頼性の向上が図れる。

【００４６】また、請求項１１に記載の発明では、空洞
部（１ａ）を有する基板（１）と、この基板上にて空洞
部上に形成された薄膜構造部（１０）とを備え、この薄
膜構造部は、基板側から下部絶縁膜（２）、金属酸化物
よりなる密着層（３ａ）、金属よりなる抵抗膜（３
ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次積層されたものであっ
て、密着層と抵抗膜との積層膜が所定形状にパターニン
グされることで配線部（３〜５）を構成しているもので
あるフローセンサにおいて、下部絶縁膜の上には、配線
部と同一平面内にて配線部の少なくとも一部を取り囲む
ように、配線部と同一材料よりなる膜部材（１１）が設
けられていることを特徴とする。

【００４７】本発明は、基板に空洞部を形成し、この空
洞部上にてメンブレン構造を構成するフローセンサに係
るものであり、下部絶縁膜の上に、配線部と同一平面内
にて配線部の少なくとも一部を取り囲むように、配線部
と同一材料よりなる膜部材を設けることにより、請求項
１の発明と同様の効果を有するフローセンサを提供する
ことができる。

【００４８】また、請求項１２に記載の発明では、薄膜
構造部（１０）において、膜部材（１１）は、配線部
（３〜５）の全体を取り囲むように設けられていること
を特徴とするものであり、請求項２の発明と同様の効果
を有するフローセンサを提供することができる。

【００４９】また、請求項１３に記載の発明では、空洞
部（１ａ）上に位置する薄膜構造部（１０）において、
膜部材（１１）は、配線部（４、５）の一部を取り囲む
ように設けられていることを特徴とする。

【００５０】空洞部（１ａ）上に形成された薄膜構造部
は、フローセンサにおいては、配線部の特性を向上させ
るために熱逃げを少なくした部分である。その薄膜構造
部において、膜部材を配線部の全体を取り囲むように配
置しても良いが、本発明では、配線部の一部を取り囲む
にとどめることにより、薄膜構造部の厚膜化する面積を
抑え、薄膜構造部の熱逃げ性を良好に確保することがで
きる。

【００５１】また、請求項１４に記載のフローセンサに
おいては、少なくとも配線部（３〜５）の近傍には、金
属酸化物を含む材料よりなる膜部材（１２）が、配線部
に対して電気的に絶縁された状態で積層されて設けられ
ていることを特徴とする。それによれば、請求項３に記
載の薄膜式センサと同様の効果を有するフローセンサを
提供することができる。

【００５２】また、請求項１５に記載の発明では、上記
請求項１４記載のフローセンサにおいて、空洞部（１
ａ）上に位置する薄膜構造部（１０）において、膜部材
（１２）は、薄膜構造部の全体ではなく配線部（４、
５）の近傍に部分的に設けられていることを特徴とす
る。

【００５３】それによれば、膜部材の積層配置によって
薄膜構造部の厚膜化する面積を抑え、薄膜構造部の熱逃
げ性を良好に確保することができる利点がある。

【００５４】また、請求項１１〜請求項１５に記載のフ
ローセンサにおいても、請求項１６に記載の発明のよう
に、配線部（３〜５）を構成する積層膜において、密着
層（３ａ）がＴｉの酸化物を含む材料よりなり、抵抗膜
（３ｂ）がＰｔよりなるものにすることができる。ま
た、上部絶縁膜（６）が、減圧ＣＶＤ法により成膜され
たシリコン窒化膜（６２）を含むものであるものにして
も良い。

【００５５】また、請求項１７に記載の発明では、基板
（１）の一面上に下部絶縁膜（２）を形成する工程と、
下部絶縁膜の上に金属酸化物よりなる密着層（３ａ）を
形成する工程と、密着層の上に金属よりなる抵抗膜（３
ｂ）を形成する工程と、密着層と抵抗膜との積層膜を所
定形状にパターニングすることにより配線部（３〜５）
を形成する工程と、配線部を覆うように上部絶縁膜
（６）を形成する工程と、基板に対して基板の他面から
下部絶縁膜まで到達する空洞部（１ａ）を形成する工程
と備えるフローセンサの製造方法において、上部絶縁膜
を形成する工程では、上部絶縁膜としてプラズマＣＶＤ
法により成膜されたシリコン窒化膜（６２）を形成した
後、空洞部からはずれた位置にあるシリコン窒化膜に対
して厚さ方向に貫通する貫通穴（６２ａ）を形成した状
態でシリコン窒化膜をアニールすることを特徴とする。

【００５６】本発明の製造方法によれば、上記請求項８
に記載の製造方法と同様の効果を有するフローセンサの
製造方法を提供することができる。さらに、本製造方法
では、貫通穴を空洞部上以外の部位に形成するようにし
ているから、空洞部上の薄膜構造部に貫通穴を存在させ
ることが無くなり、薄膜構造部の強度向上が図れる。

【００５７】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。

【００５８】

【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。以下の各実施形態は、本発明をフロ
ーセンサに具体化したものであり、上記図１１、図１２
および図１４（ｃ）に示す構成、上記図１３、図１４に
示す製造方法を基に一部変形したものである。よって、
図１１〜図１４と同一または均等な部分には図中、同一
符号を付して補足説明をするにとどめ、主として相違点
について説明することとする。

【００５９】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態に係るフローセンサの第１の例の要部を示す平面
図である。基板１は、単結晶シリコン基板等の半導体基
板（本例ではシリコン基板）よりなり、厚み方向に貫通
する空洞部１ａを有している。この基板１上には、空洞
部１ａを覆うように、薄膜構造部１０が形成されてい
る。

【００６０】この薄膜構造部１０は、上記図１４（ｃ）
に示したように、基板１側から下部絶縁膜２（本例で
は、シリコン窒化膜２１とシリコン酸化膜２２）、金属
酸化物（本例ではチタン酸化物）よりなる密着層３ａ、
金属（本例ではＰｔ）よりなる抵抗膜３ｂ、上部絶縁膜
６（本例では、シリコン酸化膜６１とシリコン窒化膜６
２））が順次積層されたものであって、密着層３ａと抵
抗膜３ｂとの積層膜３ｃが平面折り返し形状（平面蛇行
形状）にパターニングされた配線部３〜５を構成してい
る。

【００６１】ここにおいて、図１に示す第１の例では、
下部絶縁膜２の上には、配線部３〜５と同一平面（つま
り、シリコン酸化膜２２の上面）内にて、各配線部３、
４、５の全体を取り囲むように、配線部３〜５と同一材
料（本例ではＰｔ／Ｔｉ酸化物）よりなる膜部材１１が
設けられている。

【００６２】この膜部材１１は、上記図１３（ｂ）に示
したように、密着層となるＴｉ膜３ａ、金属抵抗膜とな
るＰｔ膜３ｂが順次積層された積層膜３ｃを成膜した
後、アニールし、次に、図１３（ｃ）に示したように、
積層膜３ｃをエッチングすることにより、配線部３〜５
と同時に形成することができる。つまり、上記レジスト
膜４ａのマスクパターンを図１に示す配線部３〜５、膜
部材１１のパターンに対応して変更すれば良い。

【００６３】つまり、本実施形態のフローセンサも、上
記図２、図３に示したように、基板１の一面上に下部絶
縁膜２を形成する下部絶縁膜形成工程、下部絶縁膜アニ
ール工程を行い、続いて、密着層形成工程、抵抗膜形成
工程、配線部形成工程を行って配線部３〜５を形成する
とともに膜部材１１を形成し、その後、上部絶縁膜形成
工程〜空洞部形成工程までを行うことで、製造すること
ができる。

【００６４】なお、上部絶縁膜６における上層のシリコ
ン窒化膜６２は、高温の減圧ＣＶＤ法により成膜したも
の（ＬＰ−ＳｉＮ膜）でも良いし、低温のプラズマＣＶ
Ｄで成膜した後に当該シリコン窒化膜（ＰＥ−ＳｉＮ
膜）６２を高温でアニールすることにより成膜するよう
にしても良い。いずれにしても、上述したように水素等
の還元性ガスが発生する。

【００６５】そして、本実施形態では、この還元性ガス
による配線部のＴＣＲ低下対策として、図１に示したよ
うに、下部絶縁膜２の上に、配線部３〜５と同一平面内
にて配線部３〜５の全体を取り囲むように、配線部３〜
５と同一材料よりなる膜部材１１を設けている。

【００６６】それによれば、すべての配線部３〜５の周
囲において配線部３〜５の無い領域に、配線部３〜５と
同一材料よりなる膜部材１１が存在するため、上部絶縁
膜６のシリコン窒化膜６２の減圧ＣＶＤ成膜や、プラズ
マＣＶＤ成膜後のアニールといった熱処理工程にて発生
した水素等の還元性ガスは、この膜部材１１にて消費さ
れる。

【００６７】つまり、膜部材１１に集まった水素等の還
元性ガスは、膜部材１１を構成する金属酸化物（本例で
はＰｔ／Ｔｉ酸化物におけるチタン酸化物）を還元する
のに消費される。

【００６８】従って、配線部３〜５のＴＣＲを低下させ
る作用をもたらす還元性ガスが配線部３〜５にまで到達
する量を、少なくすることができるため、配線部３〜５
のＴＣＲの低下を極力抑制することができる。

【００６９】図２は、実際に、図１に示す本実施形態の
第１の例と上記図１２に示した従来例のパターンとで、
ＴＣＲの低下度合を調べた結果を示す図である。従来例
に比べて、本実施形態のＴＣＲは向上しており、また、
各配線部３〜５間でのＴＣＲばらつきもほとんどなく、
膜部材１１による効果がはっきりと現れている。

【００７０】なお、従来例では、配線部３〜５のうち、
ＴＣＲの低下度合は、ヒータ５がもっとも小さく、次い
で測温体４、そして流体温度計３がもっとも大きくなっ
ている。これは、ヒータ５は配線部のうち最も線幅が広
いためであり、また、同程度に線幅が細い測温体４と流
体温度計３とでは、その周囲の配線部の無い領域（上記
領域Ａ）の面積が、流体温度計３の方が大きく、多量の
還元性ガスを取り込み易いためである。

【００７１】また、膜部材１１は、下部絶縁膜２の上に
て配線部３〜５と同一平面内にて配線部３〜５と同一材
料よりなるものであるため、上述したように、マスクパ
ターンの変更程度にて配線部３〜５と同時に形成するこ
とが可能であり、膜部材１１を形成するための工程を特
に付加することなく、製造工程の簡略化が図れる。

【００７２】また、本実施形態では、上記図１に示した
ように、膜部材１１が、配線部３〜５の全体を取り囲む
ように設けられていなくとも良く、下部絶縁膜２上の配
線部３〜５と同一平面内にて、配線部３〜５の一部を取
り囲むように設けられていても良い。それによっても、
膜部材１１による効果により、上記図２に示す様な従来
例における配線部３〜５のＴＣＲの低下を極力抑制する
ことができる。

【００７３】例えば、図３（本実施形態の第２の例）、
図４（本実施形態の第３の例）、図５（本実施形態の第
４の例）に示すような膜部材１１の配置パターンを採用
することができる。

【００７４】図３に示す第２の例では、膜部材１１は、
幅広で比較的ＴＣＲ低下の少ないヒータ５の周囲では部
分的に設け、測温体４および流体温度計３は全体を取り
囲んでいる。それにより、空洞部１ａ上に形成された薄
膜構造部１０において、上記図１に示す第１の例に比べ
て、膜部材１１の形成領域をかなり部分的なものにして
いる。

【００７５】そのため、上記図１に示す第１の例より
は、ＴＣＲ低下抑制効果は多少劣るものの、膜部材形成
によって薄膜構造部１０が厚膜化する面積を抑え、薄膜
構造部１０の熱逃げ性を良好に確保することができ、ヒ
ータ５の消費電力の増大を防止できる。ちなみに、上記
第１の例では、薄膜構造部１０全体が厚膜化するため、
熱逃げ性の低下に伴うヒータ消費電力の増大は避けられ
ない。

【００７６】また、図４、図５に示す第３、第４の例で
は、各配線部３、４、５のほとんど全体が、膜部材１１
によって取り囲まれているが、薄膜構造部１０に占める
膜部材１１の形成領域は部分的なものであるため、図３
に示す第２の例と同様に、ヒータ消費電力の増大を防止
できる。

【００７７】（第２実施形態）図６は、本発明の第２実
施形態に係るフローセンサの第１の例を示す概略断面図
であり、図７は第２の例を示す概略断面図であり、図８
は第３の例を示す概略断面図である。これら図６〜図８
は上記図１４（ｃ）に対応した断面にて示してある。第
１実施形態との相違点について主として述べる。

【００７８】上記第１実施形態では、還元性ガスを吸収
する機能を有する膜部材（以下、第１の膜部材という）
１１が配線部３〜５と同一平面内に設けられていたが、
本第２実施形態では、金属酸化物を含む材料よりなる膜
部材（以下、第２の膜部材という）１２が、少なくとも
配線部３〜５の近傍にて、配線部３〜５に対して電気的
に絶縁された状態で積層されて設けられている。

【００７９】第２の膜部材１２は、還元性ガスを消費す
るために金属酸化物であればかまわないが、本実施形態
の各例では、配線部３〜５と同一の材料すなわちＰｔ／
Ｔｉ酸化物の積層膜よりなる。

【００８０】図６に示す第１の例では、第２の膜部材１
２は基板上のほぼ全域にて下部絶縁膜２に埋設された形
となっている。具体的には、シリコン窒化膜２１を成膜
した後、シリコン酸化膜２２の成膜を２回に分けるとと
もに、１回目と２回目の間にＴｉ膜、Ｐｔ膜を成膜する
ようにする。そして、下部絶縁膜２のアニールを行うこ
とにより、その熱によって、Ｔｉ膜が酸化するため、Ｐ
ｔ／Ｔｉ酸化物の積層膜よりなる第２の膜部材１２が形
成される。

【００８１】図７に示す第２の例では、第２の膜部材１
２は基板上のほぼ全域にて上部絶縁膜６に埋設された形
となっている。具体的には、シリコン酸化膜６１を成膜
した後、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜を順次成膜し、その上に、シリ
コン窒化膜６２を成膜する。このとき、ＬＰ−ＳｉＮ膜
６２の成膜時の熱や、ＰＥ−ＳｉＮ膜６２の成膜後のア
ニールの熱によって、Ｔｉ膜が酸化し、Ｐｔ／Ｔｉ酸化
物の積層膜よりなる第２の膜部材１２が形成される。

【００８２】また、上記第１の例、第２の例では、第２
の膜部材１２は、空洞部１ａ上の薄膜構造部１０の全体
に設けられているが、図８に示す第３の例では、下部絶
縁膜２に埋設された第２の膜部材１２は、空洞部１ａ上
に位置する薄膜構造部１０において配線部４、５の近傍
に部分的に設けられている。なお、第３の例において、
第２の膜部材１２が上部絶縁膜６に埋設されていても良
い。

【００８３】そして、本実施形態の各例においても、Ｌ
Ｐ−ＳｉＮ膜６２の成膜時やＰＥ−ＳｉＮ膜６２のアニ
ール時に、水素等の還元性ガスが発生するが、この還元
性ガスが上部絶縁膜６や下部絶縁膜２中を拡散してくる
間に、第２の膜部材１２により消費される。

【００８４】つまり、第２の膜部材１２に集まった水素
等の還元性ガスは、第２の膜部材１２を構成する金属酸
化物（本例ではＰｔ／Ｔｉ酸化物におけるチタン酸化
物）を還元するのに消費される。

【００８５】従って、本実施形態においても、配線部３
〜５のＴＣＲを低下させる作用をもたらす還元性ガスが
配線部３〜５にまで到達する量を、少なくすることがで
きるため、上記図２に示したような従来例における配線
部のＴＣＲの低下を極力抑制することができる。

【００８６】また、図８に示す第３の例では、空洞部１
ａ上に位置する薄膜構造部１０において、第２の膜部材
１２は、薄膜構造部１０の全体ではなく配線部４、５の
近傍に部分的に設けられている。そのため、第２の膜部
材１２を積層配置することによって薄膜構造部１０が厚
膜化する面積を抑え、薄膜構造部１０の熱逃げ性を良好
に確保することができ、第１、第２の例に比べてヒータ
消費電力の増大を防止できる利点がある。

【００８７】（第３実施形態）図９は、本発明の第３実
施形態に係るフローセンサの第１の例を示す概略断面図
であり、図１０は第２の例を示す概略断面図である。こ
れら図９、図１０は上記図１４（ｃ）に対応した断面に
て示してある。本実施形態は主として製造方法に係るも
のである。

【００８８】本実施形態のフローセンサの製造方法も、
基本的には、上記図１３、図１４に示した製造方法と同
様、下部絶縁膜形成工程、密着層形成工程、抵抗膜形成
工程、配線部形成工程、上部絶縁膜形成工程、空洞部形
成工程を備える。

【００８９】ここにおいて、本実施形態では、上部絶縁
膜形成工程に特徴を持たせたものであり、上部絶縁膜６
として、シリコン酸化膜６１を成膜した後、その上に、
プラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜（Ｐ
Ｅ−ＳｉＮ膜）６２を形成し、次に、図９、図１０に示
すように、ＰＥ−ＳｉＮ膜６２に対して厚さ方向に貫通
する貫通穴６２ａを、配線部３〜５の周囲（または配線
部３〜５の上）に形成した状態でＰＥ−ＳｉＮ膜６２を
アニールするものである。

【００９０】ここで、貫通穴６２ａは、ドライエッチン
グ等により形成することができる。また、貫通穴６２ａ
は、ＰＥ−ＳｉＮ膜６２だけでなく、その下のシリコン
酸化膜６１までも貫通していて良い。

【００９１】図９に示す第１の例では、貫通穴６２ａは
空洞部１ａ上の薄膜構造部１０におけるＰＥ−ＳｉＮ膜
６２にも形成するが、図１０に示す第２の例では、貫通
穴６２ａは、空洞部１ａ上のＰＥ−ＳｉＮ膜６２には形
成せず、空洞部１ａからはずれた位置にあるＰＥ−Ｓｉ
Ｎ膜６２ａに対して形成する。

【００９２】ところで、上述したように、上部絶縁膜と
してのＰＥ−ＳｉＮ膜６２を高温でアニールすると、Ｐ
Ｅ−ＳｉＮ膜６２から水素等の還元性ガスが発生する。
ここにおいて、本製造方法によれば、ＰＥ−ＳｉＮ膜６
２に対して厚さ方向に貫通する貫通穴６２ａを形成した
状態でＰＥ−ＳｉＮ膜６２をアニールするようにしてい
る。

【００９３】それにより、ＰＥ−ＳｉＮ膜６２から配線
部３〜５へ拡散していく還元性ガスは、当該貫通穴６２
ａから外部へ脱離しやすくなる。そのため、本製造方法
によれば、配線部３〜５にまで到達する還元性ガスの量
を少なくすることができ、配線部のＴＣＲの低下を極力
抑制することができる。

【００９４】さらに、本実施形態の第２の例の製造方法
では、貫通穴６２ａを空洞部１ａ上以外の部位に形成す
るようにしているから、空洞部１ａ上の薄膜構造部１０
に貫通穴６２ａを存在させることが無くなり、薄膜構造
部１０の強度向上を図ることができる。

【００９５】また、本実施形態においては、貫通穴６２
ａは丸穴形状（つまり、開口形状が円または楕円）であ
ることが好ましい。例えば、貫通穴６２ａを角穴形状と
すると、貫通穴６２の開口縁部に角部ができ、この角部
に応力集中が発生しやすくなって、薄膜構造部の強度が
低下するおそれがある。その点、丸穴形状とすること
で、そのような角部が無くなるため、薄膜構造部１０の
強度向上、信頼性の向上が図れる。

【００９６】また、本実施形態において、ＰＥ−ＳｉＮ
膜６２に形成した貫通穴６２ａは、基板１の空洞部１ａ
を形成するための異方性エッチング用の穴として兼用し
ても良い。

【００９７】（他の実施形態）なお、本発明は上記した
フローセンサ以外にも、薄膜式センサであれば、赤外線
センサ、ガスセンサ、湿度センサ等に適用可能である。
また、基板には空洞部が無いものであっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るフローセンサの第
１の例の要部を示す平面図である。

【図２】上記第１実施形態の第１の例によるＴＣＲ低下
の抑制効果を示す図である。

【図３】上記第１実施形態に係るフローセンサの第２の
例の要部を示す平面図である。

【図４】上記第１実施形態に係るフローセンサの第３の
例の要部を示す平面図である。

【図５】上記第１実施形態に係るフローセンサの第４の
例の要部を示す平面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係るフローセンサの第
１の例を示す概略断面図である。

【図７】上記第２実施形態に係るフローセンサの第２の
例を示す概略断面図である。

【図８】上記第２実施形態に係るフローセンサの第３の
例を示す概略断面図である。

【図９】本発明の第３実施形態に係るフローセンサの第
１の例を示す概略断面図である。

【図１０】上記第３実施形態に係るフローセンサの第２
の例を示す概略断面図である。

【図１１】従来の一般的なフローセンサの斜視構成図で
ある。

【図１２】図１１のフローセンサにおける配線部の配線
パターンを示す平面図である。

【図１３】図１１のフローセンサの製造方法を示す工程
図である。

【図１４】図１３に続く製造方法を示す工程図である。

【図１５】配線部のＴＣＲ低下の推定メカニズムを示す
図である。

【符号の説明】

１…基板、１ａ…空洞部、２…下部絶縁膜、３…流体温
度計、３ａ…密着層、３ｂ…抵抗膜、４…測温体、５…
ヒータ、６…上部絶縁膜、１０…薄膜構造部、１１…膜
部材（第１の膜部材）、１２…膜部材（第２の膜部
材）、６２…シリコン窒化膜、６２ａ…貫通穴。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F035 EA08 5E034 AA09 AB08 AC12 DA02 DB11 DE12 DE16

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板（１）の上に、下部絶縁膜（２）、
   金属酸化物よりなる密着層（３ａ）、金属よりなる抵抗
   膜（３ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次積層されており、
   前記密着層と前記抵抗膜との積層膜が所定形状にパター
   ニングされることで配線部（３、４、５）を構成してい
   る薄膜式センサにおいて、 前記下部絶縁膜の上には、前記配線部と同一平面内にて
   前記配線部の少なくとも一部を取り囲むように、前記配
   線部と同一材料よりなる膜部材（１１）が設けられてい
   ることを特徴とする薄膜式センサ。
2. 【請求項２】 前記膜部材（１１）は、前記配線部（３
   〜５）の全体を取り囲むように設けられていることを特
   徴とする請求項１に記載の薄膜式センサ。
3. 【請求項３】 基板（１）の上に、下部絶縁膜（２）、
   金属酸化物よりなる密着層（３ａ）、金属よりなる抵抗
   膜（３ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次積層されており、
   前記密着層と前記抵抗膜との積層膜が所定形状にパター
   ニングされることで配線部（３〜５）を構成している薄
   膜式センサにおいて、 少なくとも前記配線部の近傍には、金属酸化物を含む材
   料よりなる膜部材（１２）が、前記配線部に対して電気
   的に絶縁された状態で積層されて設けられていることを
   特徴とする薄膜式センサ。
4. 【請求項４】 前記膜部材（１２）は、前記下部絶縁膜
   （２）に埋設されていることを特徴とする請求項３に記
   載の薄膜式センサ。
5. 【請求項５】 前記膜部材（１２）は、前記上部絶縁膜
   （６）に埋設されていることを特徴とする請求項３に記
   載の薄膜式センサ。
6. 【請求項６】 前記配線部（３〜５）を構成する積層膜
   において、前記密着層（３ａ）はＴｉの酸化物を含む材
   料よりなり、前記抵抗膜（３ｂ）はＰｔよりなることを
   特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の薄
   膜式センサ。
7. 【請求項７】 前記上部絶縁膜（６）は、減圧ＣＶＤ法
   により成膜されたシリコン窒化膜（６２）を含むもので
   あることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つ
   に記載の薄膜式センサ。
8. 【請求項８】 基板（１）の上に下部絶縁膜（２）を形
   成する工程と、 前記下部絶縁膜の上に金属酸化物よりなる密着層（３
   ａ）を形成する工程と、 前記密着層の上に金属よりなる抵抗膜（３ｂ）を形成す
   る工程と、 前記密着層と前記抵抗膜との積層膜を所定形状にパター
   ニングすることにより配線部（３〜５）を形成する工程
   と、 前記配線部を覆うように、上部絶縁膜（６）を形成する
   工程とを備える薄膜式センサの製造方法において、 前記上部絶縁膜を形成する工程では、前記上部絶縁膜と
   してプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜
   （６２）を形成した後、このシリコン窒化膜に対して厚
   さ方向に貫通する貫通穴（６２ａ）を形成した状態で前
   記シリコン窒化膜をアニールすることを特徴とする薄膜
   式センサの製造方法。
9. 【請求項９】 前記密着層（３ａ）をＴｉを含む材料を
   用いて形成し、前記抵抗膜（３ｂ）をＰｔを用いて形成
   することを特徴とする請求項８に記載の薄膜式センサの
   製造方法。
10. 【請求項１０】 前記貫通穴（６２ａ）は丸穴形状であ
    ることを特徴とする請求項８または９に記載の薄膜式セ
    ンサの製造方法。
11. 【請求項１１】 空洞部（１ａ）を有する基板（１）
    と、 この基板上にて前記空洞部上に形成された薄膜構造部
    （１０）とを備え、 この薄膜構造部は、前記基板側から下部絶縁膜（２）、
    金属酸化物よりなる密着層（３ａ）、金属よりなる抵抗
    膜（３ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次積層されたもので
    あって、前記密着層と前記抵抗膜との積層膜が所定形状
    にパターニングされることで配線部（３〜５）を構成し
    ているものであるフローセンサにおいて、 前記下部絶縁膜の上には、前記配線部と同一平面内にて
    前記配線部の少なくとも一部を取り囲むように、前記配
    線部と同一材料よりなる膜部材（１１）が設けられてい
    ることを特徴とするフローセンサ。
12. 【請求項１２】 前記薄膜構造部（１０）において、前
    記膜部材（１１）は、前記配線部（３〜５）の全体を取
    り囲むように設けられていることを特徴とする請求項１
    １に記載のフローセンサ。
13. 【請求項１３】 前記空洞部（１ａ）上に位置する前記
    薄膜構造部（１０）において、前記膜部材（１１）は、
    前記配線部（４、５）の一部を取り囲むように設けられ
    ていることを特徴とする請求１１に記載のフローセン
    サ。
14. 【請求項１４】 空洞部（１ａ）を有する基板（１）
    と、この基板上にて前記空洞部上に形成された薄膜構造
    部（１０）とを備え、 この薄膜構造部は、前記基板側から下部絶縁膜（２）、
    金属酸化物よりなる密着層（３ａ）、金属よりなる抵抗
    膜（３ｂ）、上部絶縁膜（６）が順次積層されたもので
    あって、前記密着層と前記抵抗膜との積層膜が所定形状
    にパターニングされることで配線部（３〜５）を構成し
    ているものであるフローセンサにおいて、 少なくとも前記配線部の近傍には、金属酸化物を含む材
    料よりなる膜部材（１２）が、前記配線部に対して電気
    的に絶縁された状態で積層されて設けられていることを
    特徴とするフローセンサ。
15. 【請求項１５】 前記空洞部（１ａ）上に位置する前記
    薄膜構造部（１０）において、前記膜部材（１２）は、
    前記薄膜構造部の全体ではなく前記配線部（４、５）の
    近傍に部分的に設けられていることを特徴とする請求項
    １４に記載のフローセンサ。
16. 【請求項１６】 前記配線部（３〜５）を構成する積層
    膜において、前記密着層（３ａ）はＴｉの酸化物を含む
    材料よりなり、前記抵抗膜（３ｂ）はＰｔよりなること
    を特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか１つに記
    載のフローセンサ。
17. 【請求項１７】 基板（１）の一面上に下部絶縁膜
    （２）を形成する工程と、 前記下部絶縁膜の上に金属酸化物よりなる密着層（３
    ａ）を形成する工程と、 前記密着層の上に金属よりなる抵抗膜（３ｂ）を形成す
    る工程と、 前記密着層と前記抵抗膜との積層膜を所定形状にパター
    ニングすることにより配線部（３〜５）を形成する工程
    と、 前記配線部を覆うように上部絶縁膜（６）を形成する工
    程と、 前記基板に対して前記基板の他面から前記下部絶縁膜ま
    で到達する空洞部（１ａ）を形成する工程と備えるフロ
    ーセンサの製造方法において、 前記上部絶縁膜を形成する工程では、前記上部絶縁膜と
    してプラズマＣＶＤ法により成膜されたシリコン窒化膜
    （６２）を形成した後、 前記空洞部からはずれた位置にある前記シリコン窒化膜
    に対して厚さ方向に貫通する貫通穴（６２ａ）を形成し
    た状態で前記シリコン窒化膜をアニールすることを特徴
    とするフローセンサの製造方法。