JP2004219080A - 半導体センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗体として半導体を用いる場合であれ、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることのできる半導体センサを提供する。
【解決手段】単結晶シリコンからなる半導体基板１０には、シリコン酸化膜２０が形成されている。そして、シリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれシリコンにて形成されている。これら上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂに隣接してその両側には、除去領域Ｒ１〜Ｒ５が形成されている。上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ等は、除去領域Ｒ１〜Ｒ５によって露出した半導体基板１０をシードとして非晶質シリコンが固相成長することで単結晶化されたシリコンからなる。
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体からなる抵抗体を用いて所定の物理量を感知する半導体センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
流体の流路に配置された発熱体を発熱制御する際、発熱体の生ずる熱が同発熱体付近を流通する流体によって奪われることを利用して流体の流量を検出する熱式のフローメータが周知である。すなわち、このフローメータでは、発熱体の生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量が流体の流量が多いほど増加することに着目し、この流体によって奪われる熱量に基づいて発熱体付近の流体の流量を検出するようにしている。
【０００３】
具体的には、例えば、感温体を通じて感知される発熱体の近傍の温度を所定の温度に維持するように上記発熱体へ供給する電力量を制御するとともに、上記発熱体の熱のうち、流体によって奪われた熱量の指標としての同発熱体に供給される電力量等に基づいて流体の流量を検出する。また、例えば、発熱体を所定の温度に制御するとともに、上記発熱体の熱のうち、流体によって奪われた熱量の指標としての同発熱体の付近の温度を感温体を通じて検知することで流体の流量を検出する。なおこの感温体は、抵抗体として構成されるとともに、自身の抵抗値の変化を利用して温度を感知するものであることが多い。
【０００４】
ところで、こうしたフローメータの備えるフローセンサは通常、半導体プロセスによって製造される。ただし、このように半導体プロセスを用いる場合、上記発熱体や感温体を例えば白金（Ｐｔ）等を用いて製造すると、同半導体プロセスにおいては汚染となる問題があった。このため、上記フローセンサを半導体プロセスによって製造する際には、上記発熱体や感温体も半導体にて形成することが望ましい。
【０００５】
しかし、例えば発熱体や感温体をポリシリコンによって形成する場合には、通電による抵抗値変化が大きく、フローセンサの流量検出精度を高く維持することが困難である。
【０００６】
また、例えばフローセンサを車載内燃機関の吸気通路に配置する場合、同吸気通路内の圧力変動が「数十ＫＰａ」となることから、圧力変動に対する抵抗値の変化を示すピエゾ抵抗係数は極力小さいことが望まれる。しかし、一般にシリコン材料は、金属と比較してピエゾ抵抗係数が大きいため、圧力変動による抵抗値の変化が金属と比較してより顕著であり、流量検出精度を確保することが困難となる。
【０００７】
そこで従来は、下記特許文献１に見られるように、単結晶シリコンを用いて発熱体や感温体を構成するとともに、この単結晶シリコンの結晶方位のうちのピエゾ抵抗係数を極小とする方位を発熱体や感温体の電流の流通方向と一致させるようにすることなども提案されている。このように、単結晶シリコンを用いることで、通電による抵抗値変化の問題に対処することができるとともに、単結晶シリコンの結晶方位を上述の態様で調整することで、圧力変動による抵抗値の変化をも抑制することができるようになる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１―１２９８５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１に記載の技術では、上記発熱体や感温体を構成する単結晶シリコンの結晶方位を上記態様とすべく、（ア）単結晶基板同士を貼り合わせる、あるいは（イ）ＳＩＭＯＸ（Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ｂｙ Ｉｍｐｌａｎｔｅｄ Ｏｘｙｇｅｎ）基板を製造する、等々の方法を採用している。しかし、上記（ア）のように、結晶方位の関係を維持して２つの単結晶基板を貼り合わせる場合には、張り合わせの後、発熱体や感温体を構成する側の単結晶シリコン基板を研磨せざるを得ない等、その製造工程が複雑となる問題がある。また、上記（イ）のように、ＳＭＯＸ基板を製造する場合には、酸素イオンを注入する工程や同酸素イオンの注入された基板の結晶性を回復させる工程等が必須となるため、やはりこの場合も製造工程の複雑化は避けられず、ウエハコストが高くなり、センサも高価となる。
【００１０】
なお、上記フローセンサに限らず、半導体からなる抵抗体を用いて所定の物理量を感知する半導体センサにあっては、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との両立が困難であるこうした実情も概ね共通したものとなっている。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、抵抗体として半導体を用いる場合であれ、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることのできる半導体センサ及びその製造方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成すべく、請求項１記載の半導体センサでは、下地膜に、その一部が除去された除去領域を設けるとともに、抵抗体を、半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有する単結晶化された半導体として形成した。このため、半導体基板及び下地膜上に上記抵抗体とする非晶質半導体を形成した後、下地膜の除去された領域における半導体基板の結晶面をシードとして非晶質半導体を固相成長させることができる。これにより、固相成長により単結晶化された半導体の結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、上記半導体センサによれば、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００１３】
また、請求項２記載の半導体センサでは、半導体基板には空洞部を有して形成し、下地膜を、該空洞部を架橋するかたちで形成するとともに、抵抗体を、同空洞部に対応する領域である薄膜部に形成した。このため、抵抗体は、外力に対して敏感に反応するものとなり、また、下地膜との熱膨張係数の違いに起因して温度変化による力も受けやすい。この点、上記半導体センサによれば、この抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向とすることで、外力等の影響による抵抗値の変動を抑制することができるようになる。
【００１４】
また、請求項３記載の半導体センサでは、除去領域を抵抗体と隣接して同抵抗体と平行に形成した。このため、上記非晶質半導体を固相成長させることによって抵抗体を単結晶化された半導体にて一層簡易に形成することができる。すなわち、固相成長を簡易に行うためには、非晶質半導体を炉アニール等の熱処理によって行うことが望ましいが、この場合、シードから下地膜上への固相成長距離には限界がある。これに対し、上記半導体センサによれば、除去領域を抵抗体と隣接して同抵抗体と平行に形成されるようにしたために、炉アニール等の熱処理によっても抵抗体を単結晶化された半導体にて確実に形成することができるようになる。
【００１５】
また、請求項４記載の半導体センサでは、除去領域を、抵抗体の幅方向の両側に形成した。これにより、上記非晶質半導体を固相成長させることによって抵抗体を単結晶化された半導体にて形成するに際し、同抵抗体の線幅を簡易に確保することができる。すなわち、非晶質半導体を抵抗体とする領域の両側から単結晶化させることで、この単結晶化された半導体の成長距離の限界値は、片側から固相成長をさせる場合の「２倍」となる。
【００１６】
また、請求項５記載の半導体センサでは、抵抗体を、除去領域から水平方向に「２μｍ」以上離間して形成した。これにより、抵抗体の膜厚を略均一に形成することが容易となる。すなわち、上記固相成長に際しては、面方位による成長速度の違いに起因して、除去領域から水平方向に「２μｍ」以内の領域にはファセットが形成されやすい。この点、上記半導体センサによれば、ファセットの形成されない領域に抵抗体を形成するために、固相成長により単結晶化された半導体から抵抗体を形成するに際し、その膜厚を均一とすることが容易となる。
【００１７】
また、請求項６記載の半導体センサでは、下地膜のうちの薄膜部の形成されている領域以外の領域に、その一部が除去された除去領域を設けるようにした。このように、薄膜部の形成されている領域以外の領域に除去領域を設けるために、薄膜部の強度の低下を抑制することができる。
【００１８】
また、請求項７記載の半導体センサでは、除去領域を、抵抗体の長手方向の全体に渡って、同長手方向と直交する方向への同抵抗体の投影領域の下方を包含する態様にて形成した。このため、下地膜の除去された領域における半結晶半導体基板の結晶面をシードとして非晶質半導体を固相成長させる際、抵抗体の長手方向の全領域にわたって簡易に非晶質半導体を単結晶化することができる。
【００１９】
また、請求項８記載の半導体センサでは、半導体基板の上面の結晶面を｛１００｝とするとともに、抵抗体を、Ｎ型の導電型を有して且つその電流の流通方向が半導体基板の結晶方位＜１１０＞に一致する方向に敷設した。このように、半導体基板の上面の結晶面が｛１００｝である場合には、例えば同半導体基板の裏面を開口させる際、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングにて結晶面｛１１１｝に沿って開口させることができる。したがって、例えば当該半導体基板を薄膜部を有して構成する場合、同薄膜部を矩形状に形成することが容易となる。
【００２０】
更に、Ｎ型の導電型を有する抵抗体を、その電流の流通方向が半導体基板の結晶方位＜１１０＞に一致する方向に敷設したために、ピエゾ抵抗係数を極小とすることができるようになる。
【００２１】
また、請求項９記載の半導体センサでは、半導体基板の上面の結晶面を｛１１０｝とするとともに、抵抗体を、Ｐ型の導電型を有して且つその電流の流通方向が半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設した。このように、半導体基板の上面が結晶面｛１１０｝である場合には、例えば同半導体基板の裏面を開口させる際、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングにて結晶面｛１１１｝にほぼ沿ったかたちで開口させることができる。したがって、例えば当該半導体基板を薄膜部を有して構成する場合、同薄膜部を矩形状に形成することが容易となる。
【００２２】
更に、Ｐ型の導電型を有する抵抗体を、その電流の流通方向が単結晶半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設したために、ピエゾ抵抗係数を極小とすることができるようになる。
【００２３】
また、請求項１０記載の半導体センサでは、下地膜において、抵抗体に隣接した領域及び同抵抗体の直下の領域の少なくとも一方にその一部が除去された除去領域を有するようにした。更に、抵抗体を、Ｐ型の導電型を有して半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有する単結晶化された半導体が除去領域に延設されるかたちで形成した。
【００２４】
このため、半導体基板及び下地膜上に上記抵抗体とする非晶質半導体を形成した後、下地膜の除去された領域における半導体基板の結晶面をシードとして非晶質半導体を固相成長させることができる。これにより、固相成長させることで生成された単結晶シリコンの結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、上記半導体センサによれば、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００２５】
しかも、下地膜上に形成されている抵抗体が除去領域に延設されるかたちで形成されるため、抵抗体の線幅を十分に確保することが容易となる。そして、この際、抵抗体がＰ型の導電型を有するために、同抵抗体の形成される箇所において半導体基板に空洞部を形成する場合には、アルカリ溶液によるウェットエッチングを用いる場合であれ、選択比を好適に確保することができる。
【００２６】
また、請求項１１記載の半導体センサでは、半導体基板の上面の結晶面を｛１１０｝とするとともに、抵抗体を、その電流の流通方向が前記半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設した。このように、半導体基板の上面が結晶面｛１１０｝である場合には、例えば同半導体基板の裏面を開口させる際、アルカリ溶液を用いたウェットエッチングにて結晶面｛１１１｝にほぼ沿ったかたちで開口させることができる。したがって、例えば当該半導体基板を薄膜部を有して構成する場合、同薄膜部を矩形状に形成することが容易となる。
【００２７】
更に、Ｐ型の導電型を有する抵抗体を、その電流の流通方向が単結晶半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設したために、ピエゾ抵抗係数を極小とすることができるようになる。
【００２８】
また、請求項１２記載の半導体センサでは、下地膜の除去領域を、抵抗体の形成面側に開口面積が徐々に拡大されるテーパ状に形成するようにした。これにより、上記非晶質半導体を固相成長させることによる下地膜上での単結晶化された半導体の形成を促進することができるようになる。
【００２９】
なお、請求項１２記載の半導体センサは、請求項１３記載の半導体センサによるように、除去領域のテーパ角を「４０°」以下としてもよい。これにより、下地膜上での単結晶化された半導体の形成をいっそう促進することができるようになる。
【００３０】
また、請求項１４記載の半導体センサでは、当該半導体センサは、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサであるとともに、前記発熱体及び前記感温体の少なくとも一方が前記抵抗体にて形成されるものであるようにした。こうしたフローセンサにあっては、上記発熱体や感温体としての抵抗体への圧力の印加に起因した抵抗値の変化がフローセンサの感知精度に大きく影響することとなる。これに対し、上記半導体センサによれば、抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向と簡易に一致させることができるため、フローセンサの感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００３１】
また、請求項１５記載の半導体センサでは、当該半導体センサの環境温度を感知する単結晶化された半導体からなる温度計を更に備え、且つ前記温度計と隣接して同温度計と平行に前記下地膜が除去された領域を更に備えるようにした。このため、この温度計に隣接して下地膜の除去された領域における半導体基板の結晶面をシードとして非晶質半導体を固相成長させることができる。これにより、固相成長により単結晶化された半導体の結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、温度計の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、圧力印加に起因した抵抗値の変化による温度計の感知精度の低下を抑制することができる。
【００３２】
また、抵抗体と膜質を近似させることができることから、抵抗温度係数等の特性を上記抵抗体と簡易に一致させることもできる。
また、請求項１６記載の半導体センサでは、感温体は、前記抵抗体にて構成されるものであるとともに、前記温度計と前記抵抗体とが同一の線幅にて構成されてなるようにした。このため、抵抗体とその膜質をいっそう近似させることができ、ひいては、抵抗温度係数等の特性を上記抵抗体といっそう簡易に一致させることもできる。
【００３３】
また、請求項１７記載の半導体センサでは、発熱体は抵抗体が複数並列に接続されて構成されるようにした。これにより、発熱体として必要な合計の線幅を確保しつつも、同発熱体の製造を簡易に行うことができる。すなわち、発熱体を上記抵抗体の並列接続体として形成することで、各抵抗体の線幅についてはこれを縮小することができるため、上記固相成長距離の限界値以下の設定に容易にすることができる。
【００３４】
また、請求項１８記載の半導体センサでは、半導体薄膜を、少なくとも抵抗体を構成する領域が局所的に半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有して単結晶化されてなるようにした。このように、半導体薄膜を半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有して局所的に単結晶化するために、半導体基板の結晶面をシードとして用いた固相成長にて上記抵抗体を簡易に形成することができる。
【００３５】
すなわち、半導体基板及び下地膜上に上記抵抗体とする非晶質半導体を形成した後、下地膜の一部を除去することにより露出した半導体基板の結晶面をシードとして非晶質半導体を固相成長させることで簡易に上記抵抗体を形成することができる。これにより、固相成長させることで生成された単結晶シリコンの結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、上記半導体センサによれば、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００３６】
また、請求項１９記載の半導体センサは、半導体基板には空洞部を有して形成し、下地膜を、該空洞部を架橋するかたちで形成するとともに、抵抗体を、同空洞部に対応する領域である薄膜部に形成した。このため、抵抗体は、外力に対して敏感に反応するものとなり、また、下地膜との熱膨張係数の違いに起因して温度変化による力も受けやすい。この点、上記半導体センサによれば、この抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向とすることで、外力等の影響による抵抗値の変動を抑制することができるようになる。
【００３７】
また、請求項２０記載の半導体センサは、当該半導体センサは、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサであるとともに、発熱体及び感温体の少なくとも一方を上記単結晶化された抵抗体にて形成した。こうしたフローセンサにあっては、上記発熱体や感温体としての抵抗体への圧力の印加に起因した抵抗値の変化がフローセンサの感知精度に大きく影響することとなる。これに対し、上記半導体センサによれば、抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向と簡易に一致させることができるため、フローセンサの感知精度の低下を抑制することと製造工程を簡易化することとの好適な両立を図ることができるようになる。
【００３８】
一方、請求項２１記載の半導体センサの製造方法では、半導体基板上に下地膜を形成する工程と、下地膜のうちの抵抗体とする領域に隣接した領域を半導体基板の表面が露出されるまで除去する工程と、除去する領域も含めて、下地膜上に非晶質半導体を形成する工程と、非晶質半導体に熱処理を施すことで、下地膜の除去された領域における半導体基板の結晶面をシードとし該非晶質半導体の固層成長に基づき、同非晶質半導体の少なくとも前記抵抗体とする部分を単結晶化する工程と、単結晶化された半導体をパターニングして抵抗体を形成する工程とを備えるようにした。
【００３９】
これにより、固相成長により単結晶化された半導体の結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、上記半導体センサの製造方法によれば、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００４０】
また、請求項２２記載の半導体センサの製造方法では、半導体基板に空洞部を形成することで、下地膜が空洞部を架橋して薄膜部を形成するようにする工程を更に有し、且つ抵抗体を、薄膜部に形成するようにした。このように抵抗体を薄膜部に形成するため、抵抗体は、外力に対して敏感に反応するものとなり、また、下地膜との熱膨張係数の違いに起因して温度変化による力も受けやすい。この点、上記半導体センサの製造方法によれば、この抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向とすることで、外力等の影響による抵抗値の変動を抑制することができるようになる。
【００４１】
また、請求項２３記載の半導体センサの製造方法では、非晶質半導体を単結晶化する工程に先立つ工程として、非晶質半導体に不純物を予めドーピングする工程を更に備えた。これにより、上記固相成長の成長距離を増大させることができるようになる。
【００４２】
この請求項２３に記載の半導体センサの製造方法は、請求項２４記載の半導体センサの製造方法によるように、ドーピングする不純物の濃度を、「５×１０^１９〜５×１０^２０ｃｍ―^３」の範囲とするようにしてもよい。これにより、上記固相成長の成長距離をいっそう好適に増大させることができるようになる。
【００４３】
また、請求項２５記載の半導体センサの製造方法では、非晶質半導体を単結晶化する工程の後、少なくとも抵抗体とする部分に再度不純物をドーピングする工程を更に備えた。これにより、抵抗体の抵抗率を十分に低下させることができるようになる。
【００４４】
なお、上記請求項２５記載の半導体センサの製造方法は、請求項２６記載の半導体センサの製造方法によるように、非晶質半導体を単結晶化する工程に先立ってドーピングする不純物の濃度を「１×１０^２０ｃｍ―^３」程度とし、同非晶質半導体を単結晶化した後に再度ドーピングする不純物の濃度Ａを、「１×１０^２０ｃｍ―^３＜Ａ＜５×１０^２０ｃｍ―^３」の範囲とした。これにより、固相成長距離を好適に増大させることができるとともに、抵抗体の抵抗率を好適に低下させることができるようになる。
【００４５】
また、請求項２７記載の半導体センサの製造方法では、下地膜のうち、抵抗体とする領域に隣接した領域を除去する工程は、同下地膜の開口が抵抗体の形成面側に開口面積が徐々に拡大されるテーパ状となる態様で行われる。これにより、上記非晶質半導体を固相成長させることによる下地膜上での単結晶化を促進することができるようになる。
【００４６】
また、請求項２８記載の半導体センサの製造方法では、非晶質半導体の単結晶化に際しての熱処理を、「５７０〜６００℃」の炉アニール処理として行った。これにより、固相成長距離の確保と固相成長の工程にかかる時間の短縮との好適な両立を図ることができる。
【００４７】
また、請求項２９記載の半導体センサの製造方法では、半導体基板上に下地膜を形成する工程と、薄膜部を構成する部分以外の部分において下地膜を半導体基板の表面が露出するまで部分的に除去する工程と、除去した部分も含めて、下地膜上に非晶質半導体を形成する工程と、非晶質半導体に熱処理を施すことで、下地膜の除去された領域における半導体基板の結晶面をシードとした該非晶質半導体の固層成長に基づき、少なくとも抵抗体とする部分まで非晶質半導体を単結晶化する工程と、単結晶化された半導体をパターニングして抵抗体を形成する工程とを備えた。
【００４８】
これにより、固相成長により単結晶化された半導体の結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。したがって、上記半導体センサの製造方法によれば、その抵抗値の変化による感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００４９】
また、請求項３０記載の半導体センサの製造方法では、非晶質半導体の単結晶化に際しての熱処理が、同非晶質半導体に対するレーザ照射によって行われる。これにより、固相成長距離を好適に確保することができるようになる。
【００５０】
また、請求項３１記載の半導体センサの製造方法では、当該半導体センサを、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサとし、且つ発熱体及び感温体の少なくとも一方を単結晶化された半導体からなる抵抗体にて形成した。こうしたフローセンサにあっては、上記発熱体や感温体としての抵抗体への圧力の印加に起因した抵抗値の変化がフローセンサの感知精度に大きく影響することとなる。これに対し、上記半導体センサの製造方法によれば、抵抗体の電流の流通方向をピエゾ抵抗係数を極小とする方向と簡易に一致させることができるため、フローセンサの感知精度の低下の抑制と製造工程の簡易化との好適な両立を図ることができるようになる。
【００５１】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００５２】
図１に、上記フローメータＦＭの回路構成を示す。同図１に示されるように、このフローメータＦＭは、熱式のフローセンサＦＳと、該フローセンサＦＳの感知結果に基づき電気信号を生成する信号生成回路ＳＧとを備えている。
【００５３】
ここで、フローセンサＦＳは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂと、当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａと下流側温度計Ｒｋｂとを備えている。
【００５４】
本実施形態においては、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、発熱体であるとともに自身の温度を感知する感温体としても機能する。すなわち、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、電流の供給によって発熱する抵抗体としての機能に加えて、同抵抗体の抵抗値の変化に基づいて自身の温度をも感知するものである。そして、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの生じる熱のうち流体によって奪われる熱に基づき流体の流量を感知する。また、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとのそれぞれの生じる熱のうち流体によって奪われる熱量の差に基づき、流体の流通方向を感知する。
【００５５】
一方、信号生成回路ＳＧは、上記フローセンサＦＳによる流体の流量及び流体の流通方向の感知結果に応じた検出信号を生成する。詳しくは、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａの温度差と、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂの温度差とをそれぞれ所定値（例えば「２００℃」）とするように、フローセンサＦＳへ供給する電流を制御する。そして、このフローセンサＦＳで消費される電力に基づき上記流体の流量及び流体の流通方向に応じた検出信号を生成する。
【００５６】
ここで、上記フローセンサＦＳ及び信号生成回路ＳＧを備えるフローメータＦＭの具体的な回路構成について更に説明する。
フローメータＦＭは、吸気通路の上流側に対応した上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと、吸気通路の下流側に対応した下流側ホィーストンブリッジＤＨＢとを備えている。
【００５７】
ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、上流側ヒータＲｈａから抵抗Ｒ１ａへと、また、上流側温度計Ｒｋａから抵抗Ｒ２ａへとそれぞれ電流が流れる態様にて、上流側ヒータＲｈａ及び抵抗Ｒ１ａと上流側温度計Ｒｋａ及び抵抗Ｒ２ａとが並列接続された回路である。そして、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの接続点ＰａにトランジスタＵＴを介してバッテリＢから電流が供給される。そして、上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と上流側温度計Ｒｋａでの電圧降下とは差動増幅回路ＵＯＰに取り込まれる。そして、この差動増幅回路ＵＯＰにより、これら２つの電圧降下を等しくすべく、換言すればブリッジの平衡条件を成立させるべく、これらの電圧降下の差に応じてトランジスタＵＴが制御される。
【００５８】
ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、平衡条件が成立したときに、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるように設定されている。なお、環境温度にかかわらず、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるときに上記平衡条件が成立するようにすべく、これら上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとは、抵抗温度係数が互いに等しく設定されている。
【００５９】
一方、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢは、下流側ヒータＲｈｂから抵抗Ｒ１ｂへと、また、下流側温度計Ｒｋｂから抵抗Ｒ２ｂへとそれぞれ電流が流れる態様にて、下流側ヒータＲｈｂ及び抵抗Ｒ１ｂと下流側温度計Ｒｋｂ及び抵抗Ｒ２ｂとが並列接続された回路である。この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢも、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと同様、平衡条件を成立させるべく、トランジスタＤＴ及び差動増幅回路ＤＯＰを備えている。なお、この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの構成は、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの構成と同様であるため、その説明を割愛する。
【００６０】
これら上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの下流側ヒータＲｈｂでの電圧降下とは、差動増幅回路ＣＯＰに取り込まれる。そして、これら２つの電圧降下の差に応じた信号が差動増幅回路ＣＯＰにて生成され、増幅回路ＡＣによって増幅された後、信号生成回路ＳＧの端子Ｐ７を介して外部に出力される。この端子Ｐ７を介して出力される検出信号が流体の流量及び流通方向の検出信号である。
【００６１】
図２に、上記フローセンサＦＳの構成を示す。このフローセンサＦＳは、半導体基板１０を備えて構成されている。そして、半導体基板１０上に積層されているシリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計Ｒｋｂが形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、リード部Ｌ１〜Ｌ６を介して、先の図１に示した信号生成回路ＳＧとの接続端子となるパッドＰ１〜Ｐ６と接続されている。
【００６２】
ちなみに、半導体基板１０は、空洞部Ｈを有する。詳しくは、半導体基板１０は、その裏面側において図２に１点鎖線にて示す矩形状の領域が開口されているとともに、この開口面積が半導体基板１０の上面側へ行くほど縮小され、同半導体基板１０の上面では図２に破線にて示されるような矩形状の領域となっている。
【００６３】
このように空洞部Ｈを有するために、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂは、フローセンサＦＳのうち、半導体基板１０の空洞部Ｈを架橋するようにして形成されている薄膜部ＭＢに備えられることとなる。この薄膜部ＭＢは、フローセンサＦＳの他の箇所と比べてその膜厚が薄く形成されているために、熱容量が低く抑えられ、また、フローセンサＦＳの他の箇所との熱的な絶縁が図られている。更に、薄膜部ＭＢの２辺と、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの長手方向とが平行となるように設定されており、これにより、フローセンサＦＳの感度の向上が図られている。
【００６４】
なお、上記フローセンサＦＳは、車載内燃機関において、流体の流通方向が、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの長手方向と直交する方向となるように配置される。
【００６５】
次に、上記フローセンサＦＳのうち、特に上記薄膜部ＭＢについて更に説明する。
図３に、フローセンサＦＳのうち薄膜部ＭＢ近傍の断面構成を示す。この図３は、先の図２のＡ−Ａ断面を示している。同図３に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板１０には、上記シリコン酸化膜２０が形成されている。そして、シリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれシリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン窒化膜４０が積層されている。ちなみに、上記シリコン酸化膜２０やシリコン窒化膜４０は、空洞部Ｈを含めて半導体基板１０の上方の略全ての領域に積層形成されている。
【００６６】
本実施形態では、半導体基板１０は、単結晶シリコンからなるとともに、その上面（シリコン酸化膜２０との界面）が基本格子の等価な６面のいずれかである｛１００｝面に設定されている。そして、薄膜部ＭＢの端部の辺を、半導体基板１０の結晶方位＜１１０＞に一致させる。すなわち、例えば半導体基板１０の上面を結晶面（１００）とすると、薄膜部ＭＢ近傍の拡大平面図である図４に例示すように、薄膜部ＭＢの端部の辺は、それぞれ半導体基板１０の結晶方位［０１１］等と一致している。
【００６７】
そして、上述したように、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの長手方向は、薄膜部ＭＢの２辺と平行となっているため、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの長手方向も、半導体基板１０の結晶方位＜１１０＞と一致している。
【００６８】
一方、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、単結晶化されたシリコン（単結晶シリコンに近似した特性を有する膜）にて形成されている。これに対し、リード部Ｌ１〜Ｌ６は、多結晶シリコンにて形成されている。
【００６９】
そして、上記単結晶化されたシリコンからなる上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、Ｎ型の導電型を有するとともに、そのピエゾ抵抗係数が極小となるように設定されている。次に、このピエゾ抵抗係数の極小化について説明する。
【００７０】
上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンは、それぞれ上記半導体基板１０の結晶方位と等しくなるように配置されている。すなわち、例えば、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンは、その上面が結晶面｛１００｝となっている。また、例えば、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの長手方向は、これらを構成する単結晶化されたシリコンの結晶方位＜１１０＞ともなっている。そしてこれにより、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは、その電流の流通方向においてピエゾ抵抗係数が極小となる。また、上流側温度計Ｒｋａと下流側温度計Ｒｋｂとは、その長手方向においてピエゾ抵抗係数が極小となる。
【００７１】
図５に、結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す。
図５（ａ）は、Ｎ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１００｝であるものについて、その結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示している。同図５（ａ）において、（πｌ）は、電流の流通方向と平行な方向に加わる応力の変化に対する抵抗値の変化を示す抵抗係数であり、（πｔ）は、電流の流通方向と垂直な方向に加わる応力の変化に対する抵抗値の変化を示す抵抗係数である。同図５（ａ）に示されるように、Ｎ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１００｝であるときには、結晶方位＜１１０＞において上記２つの係数である（πｌ）、（πｔ）は、いずれも極小値を取ることがわかる。
【００７２】
一方、図５（ｂ）は、Ｐ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１００｝であるものについて、その結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示している。同図５（ｂ）に示されるように、この場合、結晶方位＜１１０＞においては、ピエゾ抵抗係数が大きな値となっている。
【００７３】
次に、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンと、半導体基板１０との結晶方位を互いに簡易に等しくための上記フローセンサＦＳの構成について説明する。
【００７４】
先の図３に示すように、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の下地膜としてのシリコン酸化膜２０は、その一部が除去された除去領域Ｒ１〜Ｒ５を有して形成されている。詳しくは、先の図４に示すように、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂと隣接してこれらと平行に、除去領域Ｒ１〜Ｒ３が形成されている。更に、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂと隣接してこれらと平行に除去領域Ｒ４、５が形成されている。しかも、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の幅方向の両側に除去領域Ｒ１〜Ｒ５が形成されている。
【００７５】
更に、これら除去領域Ｒ１〜Ｒ３は、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの長手方向（図４、縦方向）の全体に渡って、同長手方向と直交する方向（図４、横方向）への投影領域の下方を包含する態様にて形成されている。また、除去領域Ｒ４やＲ５は、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂの長手方向（図４、縦方向）と直交する方向（図４、横方向）への投影領域の下方を包含する態様にて形成されている。
【００７６】
上記除去領域Ｒを設けることで、図６に示すように、半導体基板１０及びシリコン酸化膜２０上に上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂとする非晶質シリコンを堆積した後、炉アニール処理により、除去領域Ｒにおける半導体基板１０の結晶面をシードとして非晶質シリコンを固相成長させることができる。そして、これにより、シード上方から下地基板と同じ結晶方位の結晶が成長し、その後、横方向に、換言すればシリコン酸化膜２０上に、結晶が成長する。ただし、この横方向への結晶の成長距離には限界がある。すなわち、固相成長がある程度進む頃には、非晶質シリコン内で結晶核が生じるため、これを核とした結晶成長が生じ多結晶シリコンとなる。本実施形態では、上記シードから固相成長することで単結晶である半導体基板１０と同じ面方位を有して単結晶化されたシリコンを用いて上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等を形成する。
【００７７】
そして、上記半導体基板１０と同じ面方位を有する単結晶化されたシリコンを用いて上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を形成すべく、上記除去領域Ｒは、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等と隣接するとともにこれらと平行に形成されるようにした。そして、除去領域Ｒは、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの長手方向をカバーするようにした。これにより、上記非晶質シリコンを固相成長させることによって、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等に対応した領域を確実に単結晶化することが可能となる。
【００７８】
更に、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の両側に除去領域Ｒ１〜Ｒ５を形成して両側からの固相成長を利用することで、単結晶化されるシリコンの幅の限界値を「２」倍とすることができる。
【００７９】
ここで、上記固相成長を好適に行うための条件について考察する。
図７に、図６に示すシリコン酸化膜２０が、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の形成面側に開口面積が徐々に拡大されるテーパ状に形成される除去領域Ｒのテーパ角θと、固相成長との関係を示す。同図７では、テーパ角θが「２０°」であるときの成長距離を「１」としたときの、テーパ角θに対する成長距離の関係を示している。同図７に示されるように、テーパ角θが「４０°」を超えると、テーパ角θが増大するほど成長距離が低減する。このため、本実施形態では、テーパ角θを「４０°」以下に設定することとする。
【００８０】
また、先の図６に示すように、上記固相成長により単結晶化されるシリコンの成長速度には面方位による差があることから、除去領域Ｒ端部上方には、結晶面｛１１１｝面のファセットＦが形成される。同図６に示すように、このファセットＦの形成される部分は、単結晶化されたシリコンの膜厚が厚くなる。このため、ファセットＦの形成されている部分を含んで上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を形成すると、薄膜部ＭＢ（保護膜としてのシリコン窒化膜４０）上面の段差が大きくなる。このため、ファセットＦは除去領域Ｒ端部から水平方向の距離Ｗが「２μｍ」以内に形成されることを考慮して、本実施形態では、除去領域Ｒ端部から水平方向の距離Ｗを「２μｍ」以上離間して上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を形成する。
【００８１】
次に、上記横方向への固相成長の距離について図８を用いて考察する。
図８において、曲線ｆ１は、リンのドープされた非晶質シリコン中の不純物濃度と上記横方向の成長距離との関係を示すものである。同図８に示されるように、不純物濃度を大きくすることで横方向の成長距離を拡大することができる。この不純物濃度が「５×１０^１９ｃｍ―^３」以上であると、成長距離を「３０μｍ」以上とすることができ望ましい。特に、不純物濃度が「１×１０^２０ｃｍ―^３」程度であるときに成長距離が最大となる。そしてこのとき、成長距離は「４０μｍ」となる。このため、本実施形態のように、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等に隣接して両側に除去領域を設けることで、線幅「８０μｍ」程度の単結晶化されたシリコンを得ることができる。
【００８２】
一方、当該フローセンサＦＳは、低電圧（例えば「１４Ｖ」以下）駆動が望まれるため、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等は低抵抗が望ましい。このため、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の抵抗率の低下を図る上では、不純物濃度は高濃度であるほど望ましい。
【００８３】
ただし、図８の曲線ｆ２に、不純物濃度と高温通電時における抵抗値の変化との関係を示すように、不純物濃度が所定の濃度以上となると高温通電時における抵抗値の変化が顕著となる。この抵抗値が顕著に変化する不純物濃度は、不純物種や、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ等を製造する際のプロセス温度によって若干変化するが、通常のプロセス温度においては「５×１０^２０ｃｍ―^３」程度の濃度となる。
【００８４】
以上から、本実施形態では、不純物濃度を「５×１０^１９ｃｍ―^３〜５×１０^２０ｃｍ―^３」とする。更に、上記横方向の固相成長距離を最大化しつつ抵抗率を極力低下させるためには、不純物濃度を「１×１０^２０ｃｍ―^３」程度として固相成長を行った後、再度不純物をドーピングするようにすることが望ましい。
【００８５】
ここで、本実施形態にかかる膜厚条件や成膜条件を満たす薄膜部ＭＢの製造手順の一例を図９及び図１０に基づいて説明する。図９及び図１０に示す断面は、先の図２に示したＡ−Ａ断面である。
【００８６】
この一連の工程においては、まず図９（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板１０を、その上面が結晶面｛１００｝となるようにして配置する。次に、同半導体基板１０上にパッド酸化膜１１及びシリコン窒化膜１２を順次積層形成する。そして、上記除去領域Ｒ１〜Ｒ５に対応してこれらパッド酸化膜１１及びシリコン窒化膜１２をパターニングする。
【００８７】
一方、図９（ｂ）に示す工程においては、上記シリコン窒化膜１２をマスクとして半導体基板１０を熱酸化することにより、シリコン酸化膜２０を形成する。このように、本実施形態では、ＬＯＣＯＳ法を用いてシリコン酸化膜２０を形成することで、上記除去領域Ｒ１〜Ｒ５をシリコン酸化膜２０がテーパ状に開口されることによって形成される領域とする。
【００８８】
続く図９（ｃ）に示す工程では、上記パッド酸化膜１１及びシリコン窒化膜１２を除去した後、多結晶シリコンからなる半導体薄膜３０を、低圧ＣＶＤ法にて例えば膜厚「１．０μｍ」にて堆積する。このときの成膜温度は、例えば「６００℃」とすればよい。次に、図９（ｄ）に示す工程において、半導体薄膜３０に不純物（リン）を所定量（例えば「１×１０^２０ｃｍ―^３」程度）注入する。この不純物の注入量は、上記横方向の固相成長速度の増大を図ることができるのみならず、上記半導体薄膜３０の非晶質化を図ることのできる量とする。
【００８９】
このように、多結晶シリコンからなる半導体薄膜３０を低圧ＣＶＤ法にて成膜後、この非晶質化を図ることで非晶質シリコンを形成する場合、非晶質シリコンを直接堆積するよりも高い成膜速度を確保することができる。
【００９０】
こうして不純物の注入された後、図９（ｅ）に示す工程において、炉アニール（熱処理）を行う。この熱処理により、除去領域Ｒ１〜Ｒ５と隣接するシリコン酸化膜２０上の非晶質シリコンは、その両側から単結晶化が進むこととなる。なお、この熱処理の条件は、例えば「５７０℃〜６００℃」で所定時間（例えば「２０時間」）の熱処理とする条件であることが望ましい。こうした温度設定により、固相成長距離と製造時間との好適な両立を図ることができる。
【００９１】
なお、この熱処理によって、リード部Ｌ１〜Ｌ６とする領域は、多結晶化される。
こうして上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等とする部分の単結晶化を図った後、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の抵抗率を更に低下させる場合には、図１０（ａ）に示す工程おけるように、不純物（リン）を更に注入すればよい。
【００９２】
次に、図１０（ｂ）に示す工程において、半導体薄膜３０をパターニングすることで、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５を形成する。ちなみに、この図１０や先の図９等では、フローセンサＦＳの製造時の断面図を模式的に示しており、そのサイズ比は正確ではない。実際には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ等の線幅は、その膜厚の数十倍とすることが望ましい。
【００９３】
なお、ここでは図示しないが、これら図９（ｃ）〜図１０（ｂ）に示す工程において、先の図２に示したリード部Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６をも同時に形成する。
【００９４】
次に、図１０（ｃ）に示す工程において、熱ＣＶＤ法にてシリコン窒化膜４０を例えば膜厚「３．０μｍ」にて堆積する。このときの成膜条件を以下に例示する。
【００９５】
ガス流量比 ＳｉＨ_２Ｃｌ_２：ＮＨ_３＝４：１
雰囲気温度 ８５０℃
圧力 ２０Ｐａ
次に、図１０（ｄ）に示すように、半導体基板１０の裏面側に、シリコン窒化膜５０を、プラズマＣＶＤ法により所定の膜厚（例えば「１μｍ」）にて成膜する。続いて、先の図２に一点鎖線にて示した領域に対応した開口部を形成すべく、反応性イオンエッチングにてシリコン窒化膜５０をエッチングする。更に、シリコン窒化膜５０をマスクとして半導体基板１０をエッチングすることで、半導体基板１０に空洞部Ｈを形成する。これにより、空洞部Ｈを架橋するように薄膜部ＭＢが形成されることとなる。
【００９６】
ここで、この図１０（ｄ）に示す半導体基板１０のエッチングは、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチングにて行う。これにより、半導体基板１０を上記エッチング液により｛１１１｝面に沿ってエッチングすることができる。
【００９７】
なお、この図１０（ｄ）に示す工程の前又は後の工程において、シリコン窒化膜４０にコンタクトホールを形成するとともに、ここに金属を充填して先の図２に示したパッドＰ１〜Ｐ６を形成する。
【００９８】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を構成する単結晶化されたシリコンと半導体基板１０との結晶方位を同一とするとともに、シリコン酸化膜２０の一部が除去された除去領域Ｒ１〜Ｒ５を有するようにした。これにより、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を構成する単結晶シリコンの結晶方位のうちピエゾ抵抗係数を極小とする方向を、抵抗体の電流の流通方向と簡易に一致させることができるようになる。
【００９９】
（２）除去領域Ｒ１〜Ｒ５を上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等と隣接してこれらと平行に形成した。このため、炉アニール処理によっても、必要な領域に単結晶シリコンを簡易に形成することができる。
【０１００】
（３）除去領域を、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の幅方向の両側に形成した。これにより、単結晶シリコンから構成される上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の線幅を十分に確保することができるようになる。
【０１０１】
（４）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を、除去領域から水平方向に「２μｍ」以上離間して形成した。これにより、ファセット等を含めず、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の膜厚を略均一に形成することができる。
【０１０２】
（５）除去領域を、シリコン酸化膜２０がテーパ状に開口された領域として形成した。これにより、横方向の固相成長距離を十分に確保することができる。
（６）半導体基板１０の上面を結晶面｛１００｝とするとともに、アルカリ性のエッチング液にてウェットエッチングにより同半導体基板１０をエッチングした。これにより、半導体基板１０を｛１１１｝面に沿って開口させることができ、薄膜部ＭＢを簡易に矩形状に形成することができる。
【０１０３】
（７）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等において、その電流の流通方向を結晶方位＜１１０＞とした。これにより、ピエゾ抵抗係数を極小とすることができる。
【０１０４】
（８）不純物を注入した後、固相成長を行った。これにより、横方向の固相成長距離を拡大することができる。
（９）シリコン酸化膜２０をＬＯＣＯＳ法にて形成した。これにより、除去領域との境界近傍がテーパ状に開口された形状を有するシリコン酸化膜２０を簡易に形成することができる。
【０１０５】
（１０）低圧ＣＶＤ法にて多結晶シリコンを堆積後、これに高濃度の不純物を注入することで、非晶質シリコンを形成した。これにより、成膜速度を高く維持することができる。
【０１０６】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１０７】
上記フローメータも先の図１と同様の構成を有する。また、本実施形態にかかるフローセンサＦＳの平面構成も、先の図２に示した構成と同様である。
図１１に、本実施形態にかかるフローセンサＦＳの断面構成を示す。この図１１は、先の図２に示したＡ−Ａ断面と同様の断面を示している。同図１１に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板１１０上には、シリコン酸化膜１２０が形成されている。このシリコン酸化膜１２０上には、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれシリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン窒化膜１４０が積層されている。ちなみに、上記シリコン窒化膜１４０やシリコン酸化膜１２０も、空洞部Ｈを含めて半導体基板１１０の上方の略全ての領域に積層形成されている。
【０１０８】
本実施形態では、半導体基板１１０は、単結晶シリコンからなるとともに、その上面（シリコン酸化膜２０との界面）が基本格子の等価な６面のいずれかである｛１１０｝面に設定されている。そして、薄膜部ＭＢの端部を、半導体基板１１０の結晶方位＜１００＞及び結晶方位＜１１０＞とする。すなわち、例えば半導体基板１１０の上面を結晶面（１１０）とすると、薄膜部ＭＢ近傍の拡大平面図である図１２に例示すように、薄膜部ＭＢの端部は、それぞれ半導体基板１１０の結晶方位［００１］等とする。
【０１０９】
ただし、本実施形態では、半導体基板１１０の裏面側の開口部は、図１２に１点鎖線にて示されるように、略８角形状となっている。このようなマスクによりエッチングすることで、エッチングの終点部である半導体基板１１０の上面側では、図１２に破線にて示すように略矩形状にすることができる。
【０１１０】
そして、上流側ヒータＲｈａ及び、下流側ヒータＲｈｂの長手方向は、薄膜部ＭＢの２辺と平行となっている。特に、本実施形態では、これら上流側ヒータＲｈａ及び、下流側ヒータＲｈｂの長手方向を、半導体基板１１０の結晶方位＜１００＞と一致させている。
【０１１１】
一方、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂも、単結晶化されたシリコン（単結晶シリコンに近似した特性を有する膜）にて形成されている。これに対し、リード部Ｌ１〜Ｌ６は、多結晶シリコンにて形成されている。
【０１１２】
ここで、上記単結晶化されたシリコンからなる上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、Ｐ型の導電型を有するとともに、そのピエゾ抵抗係数が極小となるように設定されている。次に、このピエゾ係数の極小化について説明する。
【０１１３】
ここで、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンは、それぞれ上記半導体基板１１０の結晶方位と等しくなるように敷設されている。すなわち、例えば、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンは、その上面が結晶面｛１１０｝となっている。また、例えば、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの長手方向は、これらを構成する単結晶化されたシリコンの結晶方位＜１００＞となっている。そしてこれにより、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは、その電流の流通方向においてピエゾ抵抗係数が極小となる。また、上流側温度計Ｒｋａと下流側温度計Ｒｋｂとは、その長手方向においてピエゾ抵抗係数が極小となる。
【０１１４】
図１３に、結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す。
図１３（ａ）は、Ｐ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１１０｝であるときに、その結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示している。同図１３（ａ）においても、先の図５同様、（πｌ）は、電流の流通方向と平行な方向に加わる応力の変化に対する抵抗値の変化を示す抵抗係数であり、（πｔ）は、電流の流通方向と垂直な方向に加わる応力の変化に対する抵抗値の変化を示す抵抗係数である。同図１３（ａ）に示されるように、Ｐ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１１０｝であるときには、結晶方位＜１００＞において上記２つの係数である（πｌ）、（πｔ）は、いずれも極小値を取ることがわかる。
【０１１５】
これに対し、図１３（ｂ）は、Ｎ型の導電型を有する単結晶シリコンの上面が結晶面｛１１０｝であるときに、その結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示している。
【０１１６】
なお、シリコン酸化膜１２０の有するテーパ角や除去領域Ｒ１〜Ｒ５の形状及び配置態様等については、先の第１の実施形態と同様である。また、本実施形態でも、シリコン酸化膜１２０の端部において｛１１１｝面のファセットが生じることを考慮して、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等は、除去領域Ｒ１〜Ｒ５から水平方向に離間して形成する。
【０１１７】
更に、本実施形態にかかるフローセンサＦＳも、先の図９及び図１０に示したのと同様のプロセスにて製造することができる。ただし、この際、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等を構成する単結晶シリコンに注入される不純物は、ボロンとする。また、不純物（ボロン）の注入量と固相成長距離との関係もリンの場合と若干異なるが、例えば「３×１０^２０ｃｍ―^３」程度の不純物を注入することで固相成長距離が「１１μｍ」程となり、不純物を注入しない場合の「２倍」程度となる。このため、本実施形態においても、固相成長に先立って、不純物を注入する。
【０１１８】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）、（８）〜（１０）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果を得ることができる。
【０１１９】
（１１）半導体基板１０の上面を結晶面｛１１０｝とするとともに、アルカリ性のエッチング液にてウェットエッチングにより同半導体基板１１０をエッチングした。これにより、半導体基板１１０を｛１１１｝面を利用して開口させることができ、薄膜部ＭＢを簡易に矩形状に形成することができる。
【０１２０】
（１２）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等において、その電流の流通方向を結晶方位＜１００＞とした。これにより、ピエゾ抵抗係数を極小とすることができる。
【０１２１】
（第３の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第３の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１２２】
上記フローメータも先の図１と同様の構成を有する。また、本実施形態にかかるフローセンサの平面構成も、先の図２に示した構成と同様である。
図１４（ａ）に、本実施形態にかかるフローセンサＦＳのうち、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの平面構成を示す。同図１４（ａ）に示すように、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂは発熱抵抗体ｈが複数（例えば「７本」）並列に接続されて構成されるようにした。更に、これら各発熱抵抗体ｈの幅方向の両側に除去領域Ｒを設けるようにした。
【０１２３】
これにより、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂとして必要な合計の線幅を確保しつつも、同上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの製造を簡易に行うことができる。すなわち、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを上記発熱抵抗体ｈの並列接続体として形成することで、各発熱抵抗体ｈの線幅についてはこれを縮小することができるため、上記固相成長距離の限界値以下の設定に容易にすることができる。ちなみに、これら各発熱抵抗体ｈの線幅は、固相成長距離の限界値の「２倍」以下に設定する。
【０１２４】
特に、本実施形態のように、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを構成する単結晶化されたシリコンにドーピングされる不純物としてボロンを用いる場合には、リンを用いた場合と比較して横方向の成長距離が短い。これに対し、本実施形態のように、複数の発熱抵抗体ｈの並列接続体として上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを構成することで、成長距離が短い場合であれ、所望の（合計の）線幅にてこれらを形成することができる。
【０１２５】
更に、本実施形態では、これら各発熱抵抗体ｈの線幅Δを同一とするとともに、この線幅Δを図１４（ｂ）に示す上流側温度計Ｒｋａや、図１４（ｃ）に示す下流側温度計Ｒｋｂの線幅と同一とするようにした。これにより、上流側温度計Ｒｋａや、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンの膜質を、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを構成する単結晶化されたシリコンの膜質と近似させる。そして、これにより、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂの抵抗温度係数の好適な一致を図る。
【０１２６】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）、（８）〜（１０）の効果や、先の第２の実施形態の上記（１１）及び（１２）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１２７】
（１３）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを、発熱抵抗体ｈが複数（例えば「７本」）並列に接続されて構成されるようにした。これにより、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂとして必要な（合計の）線幅を確保しつつも、同上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの製造を簡易に行うことができる。
【０１２８】
（１４）各発熱抵抗体ｈの線幅Δを同一とするとともに、この線幅Δを上流側温度計Ｒｋａや、下流側温度計Ｒｋｂの線幅と同一とするようにした。これにより、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを構成する単結晶化されたシリコンの膜質を、上流側温度計Ｒｋａや、下流側温度計Ｒｋｂを構成する単結晶化されたシリコンの膜質と好適に近似させることができる。
【０１２９】
（第４の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第４の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１３０】
上記フローメータも先の図１と同様の構成を有し、また、先の図２に示したフローセンサＦＳと同様の構成を有する。
図１５は、本実施形態にかかるフローセンサＦＳの平面図である。同図１５に示すように、本実施形態のフローセンサＦＳは、単結晶シリコンからなる半導体基板２１０上に形成されたシリコン窒化膜２２０上に、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６がそれぞれ単結晶化されたシリコンにて形成されている。
【０１３１】
ここで、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の下地膜としてのシリコン窒化膜２２０も、その一部が除去された除去領域Ｒ１〜Ｒ５を有して形成されている。更に、シリコン窒化膜２２０は、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂの直下の領域にも除去領域Ｒ６、Ｒ７を有している。そして、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを、これら除去領域Ｒ６、Ｒ７に延設されるかたちで形成した。
【０１３２】
これにより、上流側ヒータＲｈａについては、除去領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ６からの固相成長により単結晶化されたシリコンを用いることができ、また、下流側ヒータＲｈｂについては、除去領域Ｒ１、Ｒ３、Ｒ７からの固相成長により単結晶化されたシリコンを用いることができる。このため、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの線幅を十分に確保することが容易となる。また、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂが除去領域Ｒ６、Ｒ７に延設して形成されるため、これらの抵抗値を低減させることができる。また、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂｈａを、その不純物濃度が「１×１０^２０ｃｍ―^３」を超える高濃度のＰ型の導電型を有して構成する。これにより、半導体基板２１０に空洞部Ｈを形成する際、アルカリ溶液によるウェットエッチングを用いる場合であれ、半導体基板２１０と上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂとの選択比を好適に確保することができる。
【０１３３】
ここで、図１５に示したフローセンサＦＳの製造工程の一例を図１６及び図１７を用いて説明する。図１６及び図１７に示す断面は、先の図２に示したＡ−Ａ断面と同様の断面である。
【０１３４】
この一連の工程においては、まず図１６（ａ）に示すように、例えばＮ型の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板２１０を、その上面が結晶面｛１１０｝となるようにして配置する。次に、同半導体基板２１０上に、シリコン窒化膜２２０を所定の膜厚（例えば「２μｍ」）にて成膜する。このときの成膜条件は、先の図１０（ｃ）に示した工程におけるものと同様である。
【０１３５】
次に、図１６（ｂ）に示す工程において、等方性ドライエッチングにてシリコン窒化膜２２０をパターニングすることで、上記除去領域Ｒ１〜Ｒ７を形成する。次に、図１６（ｃ）に示す工程において、非晶質シリコンからなる半導体薄膜２３０を所定の膜厚（例えば「１μｍ」）にて成膜する。ちなみに、この半導体薄膜２３０の成膜は、スパッタ法や、例えば「５００℃」程度の温度での低圧ＣＶＤ法、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法等を用いて行えばよい。
【０１３６】
次に、図１６（ｄ）に示す工程において、半導体薄膜３０に不純物（ボロン）を所定量（例えば「１×１０^２０ｃｍ―^３」以上）注入する。
こうして不純物の注入された後、図１６（ｅ）に示す工程において、所定温度（例えば「５７０℃〜６００℃」）で所定時間（例えば「２０時間」）の炉アニール（熱処理）を行う。この熱処理により、除去領域Ｒ１〜Ｒ７と隣接するシリコン窒化膜２２０上の非晶質シリコンは、その両側から単結晶化が進むこととなる。
【０１３７】
こうして上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等とする部分の単結晶化を図った後、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等の抵抗率を更に低下させる場合には、図１７（ａ）に示すように、不純物（ボロン）を更に注入すればよい。
【０１３８】
次に、図１７（ｂ）に示す工程において、半導体薄膜３０をパターニングすることで、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５を形成する。ちなみに、この図１７や先の図１６等でも、フローセンサＦＳの製造時の断面図を模式的に示しており、そのサイズ比は正確ではない。実際には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ等の線幅は、その膜厚の数十倍とすることが望ましい。
【０１３９】
なお、ここでは図示しないが、これら図１６（ｃ）〜図１７（ｂ）に示す工程において、先の図２に示したリード部Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６をも同時に形成する。
【０１４０】
次に、図１７（ｃ）に示す工程において、熱ＣＶＤ法にてシリコン窒化膜２４０を例えば膜厚「２．０μｍ」にて堆積する。このときの成膜条件は、先の図１０（ｃ）に示したものと同様である。
【０１４１】
次に、図１７（ｄ）に示すように、半導体基板２１０の裏面側に、シリコン窒化膜２５０を、プラズマＣＶＤ法により所定の膜厚（例えば「１μｍ」）にて成膜する。続いて、先の図１２に示した薄膜部ＭＢに対応した空洞部Ｈを形成すべく、反応性イオンエッチングにてシリコン窒化膜２５０をパターニングする。更に、シリコン窒化膜２５０をマスクとして半導体基板２１０をエッチングすることで、半導体基板２１０に空洞部Ｈを形成する。これにより、空洞部Ｈを架橋するように薄膜部ＭＢが形成されることとなる。
【０１４２】
ここで、この図１７（ｄ）に示す半導体基板２１０のエッチングは、ＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチングにて行う。これにより、半導体基板２１０を上記エッチング液により｛１１１｝を利用してエッチングすることができる。
【０１４３】
なお、この図１７（ｄ）に示す工程の前又は後の工程において、シリコン窒化膜４０にコンタクトホールを形成するとともに、ここに金属を充填して先の図２に示したパッドＰ１〜Ｐ６を形成する。
【０１４４】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）〜（５）、（８）の効果や、先の第２の実施形態の上記（１１）及び（１２）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１４５】
（１５）上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂを、除去領域Ｒ６、Ｒ７に延設されるかたちで形成した。これにより、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの線幅を十分に確保することが容易となる。また、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの抵抗値を低減させることができる。
【０１４６】
（第５の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第５の実施形態について、先の第２の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【０１４７】
上記フローメータも先の図１と同様の構成を有する。また、本実施形態にかかるフローセンサの平面構成も、先の図２に示した構成と同様である。
図１８に、本実施形態にかかるフローセンサＦＳのうち、薄膜部ＭＢ近傍の平面構成を示す。同図１８に示すように、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの下地膜としてのシリコン酸化膜３２０は、除去領域Ｒ１〜Ｒ３を有している。しかも、これら除去領域Ｒ１〜Ｒ３は、いずれも薄膜部ＭＢ以外の領域に形成されている。これにより、除去領域を薄膜部ＭＢに形成した場合と比較して、同薄膜部ＭＢの強度低下が抑制される。
【０１４８】
ただし、この場合、例えば除去領域Ｒ８は、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂとは隣接しないために、固相成長距離を十分に確保する必要がある。これに対し、本実施形態では、炉アニール処理に代えて、レーザアニール処理を行うようにする。詳しくは、図１８に示すように、先の図９（ａ）及び図９（ｂ）に示した工程に代えて、除去領域Ｒ８〜Ｒ１０を、それぞれ上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂの左側に形成する。この際、除去領域Ｒ８〜１０は、それぞれ上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ（抵抗体）の長手方向の全体に渡って、同長手方向と直交する方向（図中、横方向）への同抵抗体の投影領域の下方を包含する態様にて形成する。そして、先の図９（ｅ）に示す工程に代えて、レーザを図中、左から右へと走査させることで、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂや、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂの領域における半導体薄膜を単結晶化させる。
【０１４９】
このように、上記投影領域を包含する態様にて除去領域Ｒ８〜１０を形成することで、非晶質シリコンを固相成長させる際、上記各抵抗体の長手方向の全領域にわたって簡易に非晶質シリコンを単結晶化することができる。
【０１５０】
なお、これら除去領域を右側に形成してもよいが、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂに対する除去領域Ｒ８の関係と、上流側温度計Ｒｋａに対する除去領域Ｒ９の関係と、下流側温度計Ｒｋｂに対する除去領域Ｒ１０の関係とは互いに等しくする。すなわち、全てが右側であるか左側であるようにする。そして、除去領域が右側に形成されている場合には、レーザを右から左に走査させる。
【０１５１】
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（１）、（４）、（５）、（８）〜（１０）の効果、先の第２の実施形態の上記（１１）及び（１２）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
【０１５２】
（１６）レーザを用いた熱処理により固相成長させることで、その成長距離を十分に確保することができるようになる。
（１７）除去領域を薄膜部ＭＢ以外の領域に形成した。これにより、薄膜部ＭＢの強度低下を抑制することができる。
【０１５３】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第１〜第３、及び第５の実施形態において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等の下地膜となるシリコン酸化膜の形成手法としては、ＬＯＣＯＳ法に限らない。例えば等方性エッチングによってもよい。いずれにせよ、このシリコン酸化膜は、除去領域との境界近傍がテーパ状となるように形成することが望ましい。
【０１５４】
・上記第１〜第３、及び第５の実施形態において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等の下地膜としては、シリコン酸化膜に限らない。例えば上記第４の実施形態で用いたシリコン窒化膜等でもよく、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる多層膜でもよい。
【０１５５】
・上記第１〜３、及び第５の実施形態及びそれらの変形例においては、非晶質シリコンを形成する手法は、一旦多結晶シリコンを成膜する手法に限らない。例えば、上記第４の実施形態と同様、非晶質シリコンを直接成膜してもよい。
【０１５６】
・上記第４の実施形態において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等の下地膜としては、シリコン窒化膜に限らない。例えば上記第１〜３の実施形態やその変形例等で用いたシリコン酸化膜等でもよく、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜からなる多層膜でもよい。
【０１５７】
・上記第４の実施形態及びそれらの変形例における非晶質シリコンを形成する手法は、上述したものに限らず、例えば、上記第１の実施形態と同様、一旦多結晶シリコンを成膜するものであってもよい。
【０１５８】
・上記第１〜第４の実施形態において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等の幅方向の両側に除去領域を形成しなくても、すなわち片側に形成するのみでも固相成長により単結晶化されたシリコンを形成することはできる。
【０１５９】
・上記第１〜３、及び第５の実施形態において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等を除去領域から「２μｍ」以上離間させなくても、単結晶化されたシリコンにて上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等を形成することはできる。
【０１６０】
・上記第１〜第５の実施形態において、不純物を注入する以前に非晶質シリコンに熱処理を施すようにしても、固相成長により単結晶化されたシリコンを形成することはできる。
【０１６１】
・除去領域の形状や配置態様も上記第１〜第５の実施形態及びそれらの変形例に例示したものに限らない。例えば、レーザによる固相成長距離が「数ｍｍ」程度であることから、フローセンサＦＳ上に除去領域を一カ所設けるのみであっても、これにより露出した半導体基板面をシードとして用いて上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等とする領域の単結晶化を図ることができる。
【０１６２】
・上記第１の実施形態及びその変形例において、Ｎ型の導電型を有する単結晶化されたシリコンとしては、必ずしもリンの注入されたシリコンに限らない。
・上記第２〜５の実施形態及びそれらの変形例において、Ｐ型の導電型を有する単結晶化されたシリコンとしては、必ずしもボロンの注入されたシリコンに限らない。
【０１６３】
・上記第４の実施形態においては、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの直下に除去領域を形成するとともに、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを同除去領域に延設するかたちで形成したが、これに限らない。例えば上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂに隣接して形成される除去領域に延設されるようにしてもよい。
【０１６４】
・上記各実施形態では、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ及び下流側温度計Ｒｋｂを単結晶化されたシリコンにて形成したが、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂのみを単結晶化されたシリコンにて形成してもよい。また、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ及び下流側温度計Ｒｋｂに加えて、リード部Ｌ１〜Ｌ６も単結晶化されたシリコンにて形成してもよい。
【０１６５】
・半導体への不純物のドーピング手法としては、イオン注入法に限らない。例えば、気相から半導体中へドーパント原子（不純物）を拡散させる手法や、ドーパント原子（不純物）のドープされた酸化膜ソースを使って表面から半導体中へ上記ドーパント原子（不純物）を拡散させる手法等でもよい。
【０１６６】
・薄膜部ＭＢを形成すべく、半導体基板を開口して空洞部を形成する手法については、上記ウェットエッチングを用いたものに限らず、例えばドライエッチングを用いたものであってもよい。
【０１６７】
・単結晶半導体や非晶質半導体等の半導体としては、シリコンに限らない。
・当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計ＲｋｂをフローセンサＦＳに備える構成とする代わりに、信号生成回路ＳＧに備える構成としてもよい。この場合であれ、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂと下流側温度計Ｒｋｂとの抵抗温度係数は、互いに一致させるようにする。
【０１６８】
・発熱体と、該発熱体の近傍（発熱体自身又は発熱体の付近）の温度を感知する感温体とを上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂのように同一とする代わりに、これらを別部材にて構成してもよい。この際、発熱体及び感温体の少なくとも一方を、上記各実施形態及びそれらの変形例に示す態様にて単結晶化された半導体からなる抵抗体にて構成することは有効である。ちなみに、本実施形態に例示するように、発熱体に供給される電力量等に基づいて流体の流量を感知するフローセンサにあっては、上記発熱体と感温体を別部材とした場合、発熱体はその抵抗値の変化が検出されるものではない。しかし、この場合であれ、抵抗値の変化は発熱体に供給される電力量に影響するため、ピエゾ抵抗係数を極小とすることは有効である。
【０１６９】
・上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを備えなくても、単一のヒータ（発熱体、及び該発熱体の近傍の温度を感知する感温体）を備える構成であっても、発熱体に供給される電力量等に基づいて流体の流量を感知することはできる。更に、例えば上記特許文献１に記載のように、発熱体自身を第２の感温体としてこれによって自身の温度を感知しつつ発熱体を所定に制御するとともに、この付近の温度を上記感温体によって感知し、これに基づいて発熱体の生じる熱量のうち流体によって奪われた熱量を感知する構成としてもよい。
【０１７０】
・フローセンサＦＳの構成としては、ａ．発熱体及び該発熱体の近傍の温度を感知する感温体の少なくとも一方からなる抵抗体が単結晶半導体からなる半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有する単結晶化された半導体にて形成される。ｂ．これら抵抗体の下地膜に、その一部が除去された除去領域が設けられる。という２つの構成要件を備える範囲において、適宜変更してよい。
【０１７１】
更に、フローセンサＦＳの構成としては、上記抵抗体の下地膜と同抵抗体を覆う保護膜とを同一材料且つ同一の成膜手法にて成膜された膜とするものであってもよい。この場合、必ずしも下地膜には除去領域としての痕跡が残らない。
【０１７２】
・フローセンサＦＳとしては、車載用内燃機関の吸入空気量を感知するものに限らず、適宜の流体の流量を感知するものであればよい。
・単結晶半導体からなる半導体基板上に下地膜及び抵抗体が積層形成され、抵抗体を用いて所定の物理量を感知する半導体センサとしては、フローセンサに限らず、例えば、ガスセンサやＩＲセンサ、赤外線センサ等であってもよい。こうしたセンサにあっては、必ずしも抵抗体にセンサの外部から圧力が印加されることによる影響は大きくないものもある。しかし、こうした場合であれ、半導体センサを構成する各部材の熱膨張係数が違うことに起因して、温度変化によって抵抗体が力を受ける場合には、その抵抗値が変化することがある。この場合であれ、本発明によれば、ピエゾ抵抗係数を極小とするように抵抗体を配置することで、温度補正にかかる処理を簡易化、又は削除しつつも感知精度を好適に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるフローメータの回路図。
【図２】同実施形態にかかるフローセンサの構成を示す平面図。
【図３】同実施形態にかかるフローセンサの断面構成を示す断面図。
【図４】同実施形態にかかるフローセンサの薄膜部近傍の平面構成を示す平面図。
【図５】結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図。
【図６】同実施形態における固相成長の態様を模式的に示す断面図。
【図７】下地膜のテーパ角と固相成長割合との関係を示す図。
【図８】単結晶シリコンの不純物濃度と成長距離との関係を示す図。
【図９】上記実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１０】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１１】第２の実施形態にかかるフローセンサの断面構成を示す断面図。
【図１２】同実施形態にかかるフローセンサの薄膜部近傍の平面構成を示す平面図。
【図１３】結晶方位とピエゾ抵抗係数との関係を示す図。
【図１４】第３の実施形態にかかるフローセンサの抵抗体の構成を示す平面図。
【図１５】第４の実施形態にかかるフローセンサの構成を示す断面図。
【図１６】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１７】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１８】第５の実施形態にかかるフローセンサの薄膜部近傍の平面構成を示す平面図。
【符号の説明】
１０…半導体基板、２０…シリコン酸化膜、３０…半導体薄膜、４０…シリコン窒化膜、５０…シリコン窒化膜、１１０…半導体基板、１２０…シリコン酸化膜、１４０…シリコン窒化膜、２１０…半導体基板、２２０…シリコン窒化膜、２３０…半導体薄膜、２４０…シリコン窒化膜、３２０…シリコン酸化膜、Ｒｈａ…上流側ヒータ、Ｒｈｂ…下流側ヒータ。

Claims (31)

1. 単結晶半導体からなる半導体基板上に下地膜を介して形成された抵抗体を用いて所定の物理量を感知する半導体センサにおいて、
   前記下地膜には、その一部が除去された除去領域が設けられてなり、前記抵抗体は、前記半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有する単結晶化された半導体として形成されてなる
   ことを特徴とする半導体センサ。
2. 請求項１記載の半導体センサにおいて、
   前記半導体基板は空洞部を有して形成されてなり、前記下地膜は、該空洞部を架橋するかたちで形成されるとともに、前記抵抗体は、同空洞部に対応する領域である薄膜部に形成されてなる
   ことを特徴とする半導体センサ。
3. 前記除去領域は、前記抵抗体と隣接して同抵抗体と平行に形成されてなる
   請求項１又は２記載の半導体センサ。
4. 前記除去領域は、前記抵抗体の幅方向の両側に形成されてなる
   請求項３記載の半導体センサ。
5. 前記抵抗体は、前記除去領域から水平方向に「２μｍ」以上離間して形成されてなる
   請求項１〜４のいずれかに記載の半導体センサ。
6. 前記除去領域は、前記下地膜のうち、前記薄膜部の形成されている領域以外の領域に設けられてなる
   請求項２記載の半導体センサ。
7. 前記除去領域は、前記抵抗体の長手方向の全体に渡って、同長手方向と直交する方向への同抵抗体の投影領域の下方を包含する態様にて形成されてなる
   請求項１〜６のいずれかに記載の半導体センサ。
8. 前記半導体基板は、その上面の結晶面が｛１００｝であり、前記抵抗体は、Ｎ型の導電型を有して且つ、その電流の流通方向が前記半導体基板の結晶方位＜１１０＞に一致する方向に敷設されてなる
   請求項１〜７のいずれかに記載の半導体センサ。
9. 前記半導体基板は、その上面の結晶面が｛１１０｝であり、前記抵抗体は、Ｐ型の導電型を有して且つ、その電流の流通方向が前記半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設されてなる
   請求項１〜７のいずれかに記載の半導体センサ。
10. 単結晶半導体からなる半導体基板上に成膜された下地膜が前記半導体基板に設けられた空洞部を架橋して薄膜部を構成するとともに、該薄膜部を構成する下地膜上に形成された抵抗体によって所定の物理量を感知する半導体センサにおいて、
    前記下地膜は、前記抵抗体に隣接した領域及び同抵抗体の直下の領域の少なくとも一方にその一部が除去された除去領域を有し、前記抵抗体は、Ｐ型の導電型を有して前記半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有する単結晶化された半導体が前記除去領域に延設されるかたちで形成されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
11. 前記半導体基板は、その上面の結晶面が｛１１０｝であり、前記抵抗体は、その電流の流通方向が前記半導体基板の結晶方位＜１００＞に一致する方向に敷設されてなる
    請求項１０記載の半導体センサ。
12. 前記下地膜の除去領域は、前記抵抗体の形成面側に開口面積が徐々に拡大されるテーパ状に形成されてなる
    請求項１〜１１のいずれかに記載の半導体センサ。
13. 前記除去領域のテーパ角が「４０°」以下である
    請求項１２記載の半導体センサ。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の半導体センサにおいて、
    当該半導体センサは、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサであり、前記発熱体及び前記感温体の少なくとも一方が前記単結晶化された半導体からなる抵抗体にて形成されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
15. 請求項１４記載の半導体センサにおいて、
    当該半導体センサの環境温度を感知する単結晶化された半導体からなる温度計を更に備え、前記下地膜は、前記温度計についてもこれに隣接且つ平行してその一部が除去された除去領域を備えてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
16. 請求項１５記載の半導体センサにおいて、
    少なくとも前記感温体が、前記単結晶化された半導体からなる抵抗体にて形成されてなり、前記温度計と前記抵抗体とは同一の線幅にて敷設されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
17. 前記発熱体は、前記単結晶化された半導体からなる抵抗体が複数並列に接続されて構成されてなる
    請求項１４〜１６のいずれかに記載の半導体センサ。
18. 単結晶半導体からなる半導体基板上に下地膜を介して形成される抵抗体と、該抵抗体と接続してこれに電流を供給する配線であるリード部とが半導体薄膜にて構成されるとともに、前記抵抗体により所定の物理量を感知する半導体センサにおいて、
    前記半導体薄膜は、少なくとも前記抵抗体を構成する領域が局所的に前記半導体基板の結晶方位と等しい結晶方位を有して単結晶化されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
19. 請求項１８記載の半導体センサにおいて、
    前記半導体基板は空洞部を有して形成されてなり、前記下地膜は、該空洞部を架橋するかたちで形成されるとともに、前記抵抗体は、同空洞部に対応する領域である薄膜部に形成されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
20. 請求項１８又は１９記載の半導体センサにおいて、
    当該半導体センサは、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサであり、前記発熱体及び前記感温体の少なくとも一方が前記抵抗体にて形成されてなる
    ことを特徴とする半導体センサ。
21. 単結晶半導体からなる半導体基板上に下地膜を介して形成された抵抗体を用いて所定の物理量を感知する半導体センサを製造する方法において、
    前記半導体基板上に前記下地膜を形成する工程と、
    前記下地膜のうちの前記抵抗体とする領域に隣接した領域を前記半導体基板の表面が露出されるまで除去する工程と、
    前記除去する領域も含めて、前記下地膜上に非晶質半導体を形成する工程と、
    前記非晶質半導体に熱処理を施すことで、前記下地膜の除去された領域における前記半導体基板の結晶面をシードとし該非晶質半導体の固層成長に基づき、同非晶質半導体の少なくとも前記抵抗体とする部分を単結晶化する工程と、
    前記単結晶化された半導体をパターニングして前記抵抗体を形成する工程とを備える
    ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
22. 請求項２１記載の半導体センサの製造方法において、
    前記半導体基板に空洞部を形成することで、前記下地膜が前記空洞部を架橋して薄膜部を形成するようにする工程を更に有し、且つ前記抵抗体を、前記薄膜部に形成する
    ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
23. 請求項２１又は２２記載の半導体センサの製造方法において、
    前記非晶質半導体を単結晶化する工程に先立つ工程として、前記非晶質半導体に不純物を予めドーピングする工程を更に備える
    ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
24. 前記ドーピングする不純物の濃度を、「５×１０^１９〜５×１０^２０ｃｍ―^３」の範囲とする
    請求項２３記載の半導体センサの製造方法。
25. 請求項２３又は２４記載の半導体センサの製造方法において、
    前記非晶質半導体を単結晶化する工程の後、少なくとも前記抵抗体とする部分に再度不純物をドーピングする工程を更に備える
    ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
26. 前記非晶質半導体を単結晶化する工程に先立ってドーピングする不純物の濃度を「１×１０^２０ｃｍ―^３」程度とし、同非晶質半導体を単結晶化した後に再度ドーピングする不純物の濃度Ａを、
    「１×１０^２０ｃｍ―^３＜Ａ＜５×１０^２０ｃｍ―^３」
    の範囲とする
    請求項２５記載の半導体センサの製造方法。
27. 前記下地膜のうち、前記抵抗体とする領域に隣接した領域を除去する工程は、同下地膜の開口が前記抵抗体の形成面側に開口面積が徐々に拡大されるテーパ状となる態様で行われる
    請求項２１〜２６のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
28. 前記非晶質半導体の単結晶化に際しての熱処理が、「５７０〜６００℃」の炉アニール処理として行われる
    請求項２１〜２７のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
29. 単結晶半導体からなる半導体基板上に成膜された下地膜が前記半導体基板に設けられた空洞部を架橋して薄膜部を構成するとともに、該薄膜部を構成する下地膜上に備えられている抵抗体によって所定の物理量を感知する半導体センサにおいて、
    前記半導体基板上に前記下地膜を形成する工程と、
    前記薄膜部を構成する部分以外の部分において前記下地膜を前記半導体基板の表面が露出するまで部分的に除去する工程と、
    前記除去した部分も含めて、前記下地膜上に非晶質半導体を形成する工程と、
    前記非晶質半導体に熱処理を施すことで、前記下地膜の除去された領域における前記半導体基板の結晶面をシードとした該非晶質半導体の固層成長に基づき、少なくとも前記抵抗体とする部分まで前記非晶質半導体を単結晶化する工程と、
    前記単結晶化された半導体をパターニングして前記抵抗体を形成する工程とを備える
    ことを特徴とする半導体センサの製造方法。
30. 前記非晶質半導体の単結晶化に際しての熱処理が、同非晶質半導体に対するレーザ照射によって行われる
    請求項２９記載の半導体センサの製造方法。
31. 請求項２１〜３０のいずれかに記載の半導体センサの製造方法において、
    当該半導体センサは、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサであり、前記発熱体及び前記感温体の少なくとも一方が前記単結晶化された半導体からなる抵抗体にて形成されてなることを特徴とする半導体センサの製造方法。

Images