JP2019144181A - 熱式検出センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にする。【解決手段】平坦化膜１０７を介した被検出流体と発熱抵抗体１０４との熱交換による発熱抵抗体１０４から被検出流体への熱伝達量に基づいて、被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との間に、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との物理的な接触を遮るバリア膜１０６を備え、バリア膜１０６によって、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の電気抵抗の変動を抑える。【選択図】図１
Description
本願は、被検出流体と発熱抵抗体との熱交換による発熱抵抗体から被検出流体への熱伝達量に基づいて、被検出流体の流量検出、流速検出、などのいわゆる被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサに関するものである。
被検出流体の流れ状態を検出する検出センサは、液体、気体、等の被検出流体、の流量、流速、等の被検出流体の流れ状態を検出するセンサであり、測定原理により、検出可能な被検出流体が異なる。被検出流体の流れ状態を検出するセンサは、以後、便宜上「流量センサ」と記す。
例えば、液体の流量センサとしては、電磁式センサ、カルマン渦式センサ、羽根車式センサ、等が使用される。一方、気体の流量センサとしては、カルマン渦式センサ、羽根車式センサ、熱式センサ、等が使用される。
流量センサの中でも、熱式流量センサは、従来から内燃機関の吸入空気（被検出流体）の量の検出、等に広く用いられている。
例えば、液体の流量センサとしては、電磁式センサ、カルマン渦式センサ、羽根車式センサ、等が使用される。一方、気体の流量センサとしては、カルマン渦式センサ、羽根車式センサ、熱式センサ、等が使用される。
流量センサの中でも、熱式流量センサは、従来から内燃機関の吸入空気（被検出流体）の量の検出、等に広く用いられている。
ここで、熱式流量センサの測定原理について説明する。
電流を流して加熱した発熱抵抗体を被検出流体中に置いた場合、発熱抵抗体から単位時間に失われる熱量、すなわち冷却量、は被検出流体の速度に依存する。
熱式流量センサは、被検出流体の流速または流量と、被検出流体中に配置された発熱抵抗体から被検出流体への熱伝達量と、の間に成立するほぼ一義的な関数関係、を利用して、熱伝達量に基づいて被検出流体の流速または流量を検出するものである。
発熱抵抗体としては、通常、白金（Ｐｔ）などの高融点の金属導体が用いられる。金属導体は温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する、いわゆる正の温度係数をもっている。
定温度差法と呼ばれる検出方法では、この性質、すなわち温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する性質、を利用して、金属導体の温度と被検出流体の温度との温度差を一定に保つように加熱電流を制御する。この加熱電流を電圧に置き換えて電圧信号として出力とする。この出力された電圧信号は、被検出流体の流速または流量と、ほぼ一義的な関数関係があることから、当該電圧信号を監視することで、被検出流体の流速または流量、すなわち被検出流体の流れ状態、を検出することができる。
電流を流して加熱した発熱抵抗体を被検出流体中に置いた場合、発熱抵抗体から単位時間に失われる熱量、すなわち冷却量、は被検出流体の速度に依存する。
熱式流量センサは、被検出流体の流速または流量と、被検出流体中に配置された発熱抵抗体から被検出流体への熱伝達量と、の間に成立するほぼ一義的な関数関係、を利用して、熱伝達量に基づいて被検出流体の流速または流量を検出するものである。
発熱抵抗体としては、通常、白金（Ｐｔ）などの高融点の金属導体が用いられる。金属導体は温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する、いわゆる正の温度係数をもっている。
定温度差法と呼ばれる検出方法では、この性質、すなわち温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する性質、を利用して、金属導体の温度と被検出流体の温度との温度差を一定に保つように加熱電流を制御する。この加熱電流を電圧に置き換えて電圧信号として出力とする。この出力された電圧信号は、被検出流体の流速または流量と、ほぼ一義的な関数関係があることから、当該電圧信号を監視することで、被検出流体の流速または流量、すなわち被検出流体の流れ状態、を検出することができる。
内燃機関への吸入空気量を計測する車載用の流量センサについては、カーメーカーの厳しい低消費電力と高応答性への要求を満たし、しかも、従来形より大幅なサイズダウンが図れる新型センサの開発が求められていた。そこで、半導体製造のマイクロマシニング技術を採用した流量センサが開発された。
シリコンウェハに数ミリ角の微細なダイヤフラム構造を一度に大量に形成するこの手法により、流量検出センサの大量生産が可能になった。また、薄膜形成技術とエッチング技術によって、極めて薄いダイヤフラム構造を高精度に形成することで、熱絶縁性が向上するとともに熱容量が小さくなり、消費電力と応答性が飛躍的に改善した。
シリコンウェハに数ミリ角の微細なダイヤフラム構造を一度に大量に形成するこの手法により、流量検出センサの大量生産が可能になった。また、薄膜形成技術とエッチング技術によって、極めて薄いダイヤフラム構造を高精度に形成することで、熱絶縁性が向上するとともに熱容量が小さくなり、消費電力と応答性が飛躍的に改善した。
例えば、特許文献１に開示されている熱式流量検出センサは下記に示すように構成されている。構造を以下説明していく。
シリコン半導体よりなる平板状基材上に窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜、パーマロイ（鉄とニッケルの合金）よりなる発熱抵抗体、及び測温抵抗体が形成されている。その上に、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる保護膜が形成されている。
発熱抵抗体及び測温抵抗体の着膜部近傍において平板状基材には空気スペースが設けられ、これによりブリッジ構造が形成されている。空気スペースは、窒化ケイ素に損傷を与えないエッチング液を用いて開口部からシリコン半導体の一部を除去することにより形成されている。測温抵抗は、発熱抵抗を挟んで計測流体の流れの方向に平面的に並んでいる。
このような従来の流量検出センサにおいて、感熱抵抗膜（発熱抵抗体、測温抵抗体）の配線によって形成される段差上に保護膜の成膜を行う。この保護膜に外力が加わると、保護膜の最表面にある段差のコーナー部に応力集中が起こる。最表面で起こる応力集中を起点として保護膜にクラックが入りやすい。保護膜にクラックが入ると、ダイヤフラム構造の強度が低下する恐れがある。さらに、クラックの間から雰囲気中の水分等が侵入すると、感熱抵抗膜（発熱抵抗体、測温抵抗体）の、抵抗値変動、腐食、等が起こることが考えられる。
シリコン半導体よりなる平板状基材上に窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜、パーマロイ（鉄とニッケルの合金）よりなる発熱抵抗体、及び測温抵抗体が形成されている。その上に、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる保護膜が形成されている。
発熱抵抗体及び測温抵抗体の着膜部近傍において平板状基材には空気スペースが設けられ、これによりブリッジ構造が形成されている。空気スペースは、窒化ケイ素に損傷を与えないエッチング液を用いて開口部からシリコン半導体の一部を除去することにより形成されている。測温抵抗は、発熱抵抗を挟んで計測流体の流れの方向に平面的に並んでいる。
このような従来の流量検出センサにおいて、感熱抵抗膜（発熱抵抗体、測温抵抗体）の配線によって形成される段差上に保護膜の成膜を行う。この保護膜に外力が加わると、保護膜の最表面にある段差のコーナー部に応力集中が起こる。最表面で起こる応力集中を起点として保護膜にクラックが入りやすい。保護膜にクラックが入ると、ダイヤフラム構造の強度が低下する恐れがある。さらに、クラックの間から雰囲気中の水分等が侵入すると、感熱抵抗膜（発熱抵抗体、測温抵抗体）の、抵抗値変動、腐食、等が起こることが考えられる。
特許文献２記載の熱式流量検出センサにおいては、平坦化膜を使用することで保護膜のクラック発生を抑制している。構造を以下説明していく。
シリコンウェハからなる支持基板上に、熱酸化膜（ｔｈ−ＳｉＯ２）及び窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜、白金（Ｐｔ）からなる発熱抵抗体、及び、発熱抵抗を保護するために窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁膜、が形成されている。その後、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）からなる平坦化膜、及び、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる保護膜が形成されている。
平坦化膜は発熱抵抗体で生じる段差を平滑化または低減して、段差のコーナー部における保護膜の応力集中を低減するものである。これにより、外力が加わる際に保護膜のクラック発生を抑制できる。
しかしながら、ブリッジあるいはダイヤフラム構造を得るために、引張応力となるＳｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）を使用した場合、このＳｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）で形成された支持膜および保護膜に発熱抵抗を挟み込んで構成される発熱構造体では、出力特性の長期的信頼性が得られないという課題がある。これは、Ｓｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）と発熱抵抗体（Ｐｔ）との界面でシリサイド化が進行し、抵抗値が徐々に変化するからである。
シリコンウェハからなる支持基板上に、熱酸化膜（ｔｈ−ＳｉＯ２）及び窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜、白金（Ｐｔ）からなる発熱抵抗体、及び、発熱抵抗を保護するために窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる絶縁膜、が形成されている。その後、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ−Ｏｎ−Ｇｌａｓｓ）からなる平坦化膜、及び、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）からなる保護膜が形成されている。
平坦化膜は発熱抵抗体で生じる段差を平滑化または低減して、段差のコーナー部における保護膜の応力集中を低減するものである。これにより、外力が加わる際に保護膜のクラック発生を抑制できる。
しかしながら、ブリッジあるいはダイヤフラム構造を得るために、引張応力となるＳｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）を使用した場合、このＳｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）で形成された支持膜および保護膜に発熱抵抗を挟み込んで構成される発熱構造体では、出力特性の長期的信頼性が得られないという課題がある。これは、Ｓｉリッチな窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）と発熱抵抗体（Ｐｔ）との界面でシリサイド化が進行し、抵抗値が徐々に変化するからである。
特許文献３記載の熱式流量検出センサにおいては、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）を２．２５未満の屈折率とすることで、引張応力を維持しながら、窒化ケイ素膜（ＳｉＮ）の余剰Ｓｉを少なくして、抵抗値上昇の要因となる発熱抵抗体のシリサイド化を抑制している。
しかしながら、平坦化膜として使用しているＳＯＧはＳｉを含有している。金属のシリサイド化は金属とＳｉが反応することにより起こるため、小型化の際はＳＯＧ起因のシリサイド化を考慮する必要がある。
しかしながら、平坦化膜として使用しているＳＯＧはＳｉを含有している。金属のシリサイド化は金属とＳｉが反応することにより起こるため、小型化の際はＳＯＧ起因のシリサイド化を考慮する必要がある。
このように、特許文献１から３の構造においては、いくつかの点で技術的な改善をもたらしたが、現在のセンサとして求められている小型化に関しては、いずれの構造もそれぞれに課題を持っている。
流量センサの小型化・低コスト化にあたり、発熱抵抗体の配線幅を細くする方法が挙げられる。このため、従来のブリッジタイプ及びダイヤフラム構造タイプの流量検出センサでは許容されていた発熱抵抗体の抵抗値の変化が無視できなくなり、特性が変動（ドリフト）するといった問題が顕在化する。
これを、図を用いて説明する。図５は熱式流量検出センサの要部を示す平面図である。図６は配線幅の大きい従来の流量検出センサの断面図である。一方、図７は小型化により、配線幅が細くなった流量検出センサの断面図である。
これを、図を用いて説明する。図５は熱式流量検出センサの要部を示す平面図である。図６は配線幅の大きい従来の流量検出センサの断面図である。一方、図７は小型化により、配線幅が細くなった流量検出センサの断面図である。
発熱抵抗体と平坦化膜の界面にシリサイド層６０１が形成される。
発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）と発熱抵抗体と平坦化膜の界面におけるシリサイド化による抵抗値上昇率（＝抵抗値の変動量ΔＲ／初期の抵抗値Ｒ）を算出してみた。
発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）と、発熱抵抗体と平坦化膜の界面におけるシリサイド化による抵抗値上昇率とには、Ｘ−１の相関がある。つまり、発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）が細くなるとわずかなシリサイド化でも発熱抵抗体の抵抗値が大きく変動する。
発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）と発熱抵抗体と平坦化膜の界面におけるシリサイド化による抵抗値上昇率（＝抵抗値の変動量ΔＲ／初期の抵抗値Ｒ）を算出してみた。
発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）と、発熱抵抗体と平坦化膜の界面におけるシリサイド化による抵抗値上昇率とには、Ｘ−１の相関がある。つまり、発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）が細くなるとわずかなシリサイド化でも発熱抵抗体の抵抗値が大きく変動する。
例えば、図６及び図７に示した発熱抵抗体の配線幅（Ｘ）が２００μｍから１０μｍに減少するとシリサイド化による抵抗値上昇率は約２０倍となる。
この発熱抵抗体の抵抗値の変動によって流量センサの長期信頼性が低下するといった問題点が生じる。長期信頼性が低下するということは、抵抗値変動により時間が経過するにつれて、検出流量が真の値とは異なる値が算出されることを意味する。このような流量センサを、内燃機関で駆動される乗り物における内燃機関の吸気量の検出に適用した場合、車の空燃比制御に影響を及ぼし、燃費が悪くなる可能性がある。
この発熱抵抗体の抵抗値の変動によって流量センサの長期信頼性が低下するといった問題点が生じる。長期信頼性が低下するということは、抵抗値変動により時間が経過するにつれて、検出流量が真の値とは異なる値が算出されることを意味する。このような流量センサを、内燃機関で駆動される乗り物における内燃機関の吸気量の検出に適用した場合、車の空燃比制御に影響を及ぼし、燃費が悪くなる可能性がある。
本願は、前述のような実情に鑑み、被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にすることを目的とするものである。
本願に開示される熱式検出センサは、
絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により形成された酸化膜の層を備え、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサである。
絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により形成された酸化膜の層を備え、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサである。
本願に開示される熱式検出センサでは、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により形成された酸化膜の層を備え、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にすることができる。
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により形成された酸化膜の層を備え、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にすることができる。
以下に、本願の被検出流体の流れ状態の熱式検出センサの実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本願は以下の記述に限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合があり、また、本願の特徴に関係しない構成の図示は省略する。
実施の形態１．
以下、本願の実施の形態１を、図１によって説明する。図１は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態１の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
図１には、基板１０１、基板保護膜１０２、支持膜１０３、発熱抵抗体１０４、第一保護膜１０５、バリア膜１０６、平坦化膜１０７、第二保護膜１０８、裏面保護膜１０９、キャビティ１１０、およびダイヤフラム構造１１１、矢印ＦＤＤＦが例示されている。
以下、本願の実施の形態１を、図１によって説明する。図１は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態１の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
図１には、基板１０１、基板保護膜１０２、支持膜１０３、発熱抵抗体１０４、第一保護膜１０５、バリア膜１０６、平坦化膜１０７、第二保護膜１０８、裏面保護膜１０９、キャビティ１１０、およびダイヤフラム構造１１１、矢印ＦＤＤＦが例示されている。
図１に例示のように、被検出流体の流れ状態の熱式検出センサは、キャビティ１１０が開口された基板１０１と、基板１０１の表面上にキャビティ１１０を覆うように形成されたダイヤフラム構造１１１を備えている。
基板１０１は、シリコン基板であり、その表面の全面が、熱酸化膜等の基板保護膜１０２で覆われている。そして、キャビティ１１０が、基板１０１の裏面側から基板１０１および基板保護膜１０２の一部を除去することによって形成されている。
本実施の形態１においては、図１に例示のように、ダイヤフラム構造１１１は、支持膜１０３、発熱抵抗体１０４、第一保護膜１０５、バリア膜１０６、平坦化膜１０７、および第二保護膜１０８によって構成されている。
なお、発熱抵抗体１０４は、一般的には、感熱抵抗体とも呼ばれる。
また、ダイヤフラム構造１１１は、一般的には、ダイヤフラム部、あるいは単にダイヤフラムとも呼ばれる。
基板１０１は、シリコン基板であり、その表面の全面が、熱酸化膜等の基板保護膜１０２で覆われている。そして、キャビティ１１０が、基板１０１の裏面側から基板１０１および基板保護膜１０２の一部を除去することによって形成されている。
本実施の形態１においては、図１に例示のように、ダイヤフラム構造１１１は、支持膜１０３、発熱抵抗体１０４、第一保護膜１０５、バリア膜１０６、平坦化膜１０７、および第二保護膜１０８によって構成されている。
なお、発熱抵抗体１０４は、一般的には、感熱抵抗体とも呼ばれる。
また、ダイヤフラム構造１１１は、一般的には、ダイヤフラム部、あるいは単にダイヤフラムとも呼ばれる。
ダイヤフラム構造１１１は次のように形成される。
絶縁性の支持膜１０３が、基板１０１の表面上にキャビティ１１０が開口されるように成膜されている。
そして、発熱抵抗体１０４が、支持膜１０３の、キャビティ１１０上の部位、に形成されている。
そして、第一保護膜１０５が、発熱抵抗体１０４上に形成され、その場合、第一保護膜１０５平面的に見て、発熱抵抗体１０４と同一のパターンに形成されている。
そして、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４の外周面、および第一保護膜１０５の外周面と天面、を覆うように、支持膜１０３上に被覆されている。
さらに、平坦化膜１０７が、バリア膜１０６上に形成されている。
さらに、第二保護膜１０８が、平坦化膜１０７上に形成されている。
なお、矢印ＦＤＤＦは被検出流体の流れる方向を示す。
絶縁性の支持膜１０３が、基板１０１の表面上にキャビティ１１０が開口されるように成膜されている。
そして、発熱抵抗体１０４が、支持膜１０３の、キャビティ１１０上の部位、に形成されている。
そして、第一保護膜１０５が、発熱抵抗体１０４上に形成され、その場合、第一保護膜１０５平面的に見て、発熱抵抗体１０４と同一のパターンに形成されている。
そして、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４の外周面、および第一保護膜１０５の外周面と天面、を覆うように、支持膜１０３上に被覆されている。
さらに、平坦化膜１０７が、バリア膜１０６上に形成されている。
さらに、第二保護膜１０８が、平坦化膜１０７上に形成されている。
なお、矢印ＦＤＤＦは被検出流体の流れる方向を示す。
また、本実施の形態１においては、被検出流体の流れ状態とは、被検出流体の流れる量、つまり流体流量、を意味し、また被検出流体の流れる速度、つまり流体流速を意味し、また、被検出流体の流れの停止、ほかを意味する。
また、本実施の形態１においては、発熱抵抗体１０４が、流れている被検出流体と熱交換することにより、発熱抵抗体１０４自身の温度が変化し、この発熱抵抗体自身の温度変化に伴って変化する発熱抵抗体自身の抵抗値に基づいて被検出流体の流れ状態を検出するための検出センサを、換言すれば、被検出流体と発熱抵抗体との熱交換による発熱抵抗体から被検出流体への熱伝達量に基づいて被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサを、本実施の形態では、事例として、熱式流量検出センサとも言う。
また、本実施の形態１においては、発熱抵抗体１０４が、流れている被検出流体と、第二保護膜１０８、平坦化膜１０７、バリア膜１０６、および第一保護膜１０５を介して、熱交換することにより、発熱抵抗体１０４自身の温度が変化し、この発熱抵抗体自身の温度変化に伴って変化する発熱抵抗体自身の抵抗値に基づいて、被検出流体の流れ状態を検出する。
また、本実施の形態１においては、発熱抵抗体１０４が、流れている被検出流体と熱交換することにより、発熱抵抗体１０４自身の温度が変化し、この発熱抵抗体自身の温度変化に伴って変化する発熱抵抗体自身の抵抗値に基づいて被検出流体の流れ状態を検出するための検出センサを、換言すれば、被検出流体と発熱抵抗体との熱交換による発熱抵抗体から被検出流体への熱伝達量に基づいて被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサを、本実施の形態では、事例として、熱式流量検出センサとも言う。
また、本実施の形態１においては、発熱抵抗体１０４が、流れている被検出流体と、第二保護膜１０８、平坦化膜１０７、バリア膜１０６、および第一保護膜１０５を介して、熱交換することにより、発熱抵抗体１０４自身の温度が変化し、この発熱抵抗体自身の温度変化に伴って変化する発熱抵抗体自身の抵抗値に基づいて、被検出流体の流れ状態を検出する。
つぎに、前述の本実施の形態１の被検出流体の流れ状態の熱式検出センサの製造方法について説明する。
図１において、基板１０１ は、例えば厚さ約４ ０ ０μｍ のシリコンウェハからなり、基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。
この基板保護膜１０２上に、例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置を用い、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
ここで、支持膜１０３は、Ｓｉリーンとなるように成膜することで、シリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇を抑制する効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
さらに、支持膜１０３は、５０〜３００ＭＰａの応力を有するように形成する。
図１において、基板１０１ は、例えば厚さ約４ ０ ０μｍ のシリコンウェハからなり、基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。
この基板保護膜１０２上に、例えば、ＰＥＣＶＤ（Plasma−Enhanced Chemical Vapor Deposition）装置を用い、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
ここで、支持膜１０３は、Ｓｉリーンとなるように成膜することで、シリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇を抑制する効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
さらに、支持膜１０３は、５０〜３００ＭＰａの応力を有するように形成する。
ここで、支持膜１０３は、絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、支持膜１０３の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する支持膜１０３の絶縁材料としては、例えば、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）、等が挙げられる。
なお、ＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）とは、炭素の同素体からなる非晶質炭素膜であり、ダイヤモンドに類似した高硬度・絶縁性を持つカーボン薄膜の総称であって、プラズマＣＶＤ法(化学気相成長法)、ＰＶＤ法(物理気相成長法)、等で製造される。
支持膜１０３がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
さらには、支持膜１０３の上には、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を用いて、厚さ約０．１〜１μｍの白金（Ｐｔ）よりなる発熱抵抗膜（感熱抵抗膜）を堆積することで、発熱抵抗体１０４が形成される。
金属導体の電気抵抗は温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する、いわゆる正の温度係数をもっている。その中でも白金（Ｐｔ）は、直線性及び再現性、耐食性に優れており、高感度・高精度な測定を行うことができる。
なお、ＤＬＣ（Diamond-Like Carbon）とは、炭素の同素体からなる非晶質炭素膜であり、ダイヤモンドに類似した高硬度・絶縁性を持つカーボン薄膜の総称であって、プラズマＣＶＤ法(化学気相成長法)、ＰＶＤ法(物理気相成長法)、等で製造される。
支持膜１０３がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
さらには、支持膜１０３の上には、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）装置を用いて、厚さ約０．１〜１μｍの白金（Ｐｔ）よりなる発熱抵抗膜（感熱抵抗膜）を堆積することで、発熱抵抗体１０４が形成される。
金属導体の電気抵抗は温度にほぼ比例して電気抵抗が増加する、いわゆる正の温度係数をもっている。その中でも白金（Ｐｔ）は、直線性及び再現性、耐食性に優れており、高感度・高精度な測定を行うことができる。
しかしながら、発熱抵抗膜は、測温抵抗体として用いることが可能であり、Ｓｉと反応する金属材料であれば特に制限されることはない。
発熱抵抗体１０４として用いることができ、Ｓｉと反応する金属材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、等が挙げられる。
また、発熱抵抗体１０４である発熱抵抗膜の成膜方法に関しても、発熱抵抗膜は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚みを制限するものはない。
発熱抵抗体１０４として用いることができ、Ｓｉと反応する金属材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、等が挙げられる。
また、発熱抵抗体１０４である発熱抵抗膜の成膜方法に関しても、発熱抵抗膜は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚みを制限するものはない。
さらに、発熱抵抗体１０４である発熱抵抗膜の上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＮからなる第一保護膜１０５を形成する。
ここで、第一保護膜１０５は、Ｓｉリーンとなるように成膜することでシリサイド化による抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、第一保護膜１０５は、Ｓｉリーンとなるように成膜することでシリサイド化による抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、第一保護膜１０５は、絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、第一保護膜１０５の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料としては、例えば、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、前述のＤＬＣ、等が挙げられる。
第一保護膜１０５がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体１０４である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、第一保護膜１０５の成膜方法に関しても、第一保護膜１０５は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
第一保護膜１０５がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体１０４である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、第一保護膜１０５の成膜方法に関しても、第一保護膜１０５は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
そして、発熱抵抗膜である白金（Ｐｔ）膜と支持膜１０３及び第一保護膜１０５であるＳｉリーンなＳｉＮ膜が成膜された基板１０１に６００℃〜７５０℃の熱処理を施す。
発熱抵抗膜及び第一保護膜１０５の形成に関しては、ウェットエッチング法あるいはドライエッチング法等を用いてパターニングが行われ、これにより発熱抵抗体１０４からなる配線が形成される。
発熱抵抗膜及び第一保護膜１０５の形成に関しては、ウェットエッチング法あるいはドライエッチング法等を用いてパターニングが行われ、これにより発熱抵抗体１０４からなる配線が形成される。
ついで、第一保護膜１０５で被覆された発熱抵抗体１０４、および電流路（電流路自体は周知のとおりでよいので図示を省略する）を覆うように、支持膜１０３の表面の全面に例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ０．１μｍ以上のＳｉＮからなるバリア膜１０６を形成する。
ここで、バリア膜１０６は、発熱抵抗体１０４と、後工程で形成される平坦化膜１０７とを分離することが可能であり、Ｓｉリーンとなるように成膜することでシリサイド化による抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
さらに、バリア膜１０６は５０〜３００ＭＰａの応力を有するように形成する。
また、バリア膜１０６は、支持膜１０３と平坦化膜１０７との境界の全域にわたって形成されている。また、バリア膜１０６は、その全域にわたって均一の厚さに形成されている。
ここで、バリア膜１０６は、発熱抵抗体１０４と、後工程で形成される平坦化膜１０７とを分離することが可能であり、Ｓｉリーンとなるように成膜することでシリサイド化による抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
さらに、バリア膜１０６は５０〜３００ＭＰａの応力を有するように形成する。
また、バリア膜１０６は、支持膜１０３と平坦化膜１０７との境界の全域にわたって形成されている。また、バリア膜１０６は、その全域にわたって均一の厚さに形成されている。
ここで、バリア膜１０６は発熱抵抗体１０４と後工程で形成する平坦化膜１０７とを分離することが可能である。バリア膜１０６の材料は、シリサイド化を抑制する絶縁材料であれば特に制限されることはない。バリア膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料とは、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、前述のＤＬＣ、等が挙げられる。バリア膜１０６がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、バリア膜１０６の成膜方法に関しても、バリア膜１０６は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
また、バリア膜１０６の成膜方法に関しても、バリア膜１０６は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
さらに、バリア膜１０６上に厚さ約０．１〜５μｍのＳＯＧ（Spin On Glass）膜（塗布シリコン酸化膜）からなる平坦化膜１０７を形成する。
この平坦化膜１０７は、ケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ） を主成分としており、例えば、東京応化製ＳＯＧ、Ｔｙｐｅ−１２のように、非常に高い流動性を有している。このように、平坦化膜１０７を設けることにより、図１に示すように、発熱抵抗体１０４と第一保護膜１０５とバリア膜１０６とによって生ずる段差あるいは凹凸を低減するとともに、急峻な段差あるいは凹凸の変化を平滑化するといった効果がある。
このＳＯＧ膜は約４００℃ 以上でアニールすることにより固化する。
この平坦化膜１０７は、ケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ） を主成分としており、例えば、東京応化製ＳＯＧ、Ｔｙｐｅ−１２のように、非常に高い流動性を有している。このように、平坦化膜１０７を設けることにより、図１に示すように、発熱抵抗体１０４と第一保護膜１０５とバリア膜１０６とによって生ずる段差あるいは凹凸を低減するとともに、急峻な段差あるいは凹凸の変化を平滑化するといった効果がある。
このＳＯＧ膜は約４００℃ 以上でアニールすることにより固化する。
さらに、平坦化膜１０７上に、表面を保護するための第二保護膜１０８を堆積する。ここで、第二保護膜１０８としては、前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、例えば厚さ約０．８μｍ以上のＳｉＮ膜を形成する。
なお、第二保護膜１０８を形成するために用いられる材料としては、当該技術分野において保護膜として用いることが可能な材料であれば特に制限されることはない。さらに、如何なる成膜装置を使用しても良い。
ただし、第二保護膜１０８の材料を支持膜１０３および第一保護膜１０５、バリア膜１０６と同じにすることで、同一の装置を使用することができる。
なお、第二保護膜１０８を形成するために用いられる材料としては、当該技術分野において保護膜として用いることが可能な材料であれば特に制限されることはない。さらに、如何なる成膜装置を使用しても良い。
ただし、第二保護膜１０８の材料を支持膜１０３および第一保護膜１０５、バリア膜１０６と同じにすることで、同一の装置を使用することができる。
この製造方法によると、平坦化膜の形成前にバリア膜１０６の成膜を実施する。発熱抵抗体１０４で生じる図示段差あるいは凹凸に起因する、外力による応力集中は第二保護膜１０８の最表面で起こる。そのため、バリア膜１０６は、外力による応力集中の影響を受けにくく、クラックは発生しない。
次に、基板１０１の裏面の全面に裏面保護膜１０９を形成する。そして、ドライエッチング等を用いて、裏面保護膜の一部を除去して、エッチングホールを形成する。その後、例えばアルカリエッチングを施して、基板１０１の裏面側から支持膜１０３に至るように、基板１０１および基板保護膜１０２の一部を除去することにより、キャビティ１１０を形成する。このキャビティ１１０は支持膜１０３の上にある発熱抵抗体１０４が形成されている領域の下部に対応して形成されている。これにより、発熱抵抗体１０４が、支持膜１０３に支持された状態で、キャビティ１１０の上方に形成され、ダイヤフラム構造１１１が構築される。
本実施の形態では、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)、ＮａＯＨ等が、エッチャントとして使用される。
本実施の形態では、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)、ＮａＯＨ等が、エッチャントとして使用される。
この実施の形態１によれば、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との間にバリア膜１０６を形成することにより、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との物理的な接触を抑え、高温環境下、例えば熱式検出センサが、内燃機関への吸入空気量を計測する車載用として使用されるような高温環境下、における発熱抵抗体１０４のシリサイド化を抑制することができる。
また、バリア膜１０６に、シリサイド化が起こらない絶縁材料を用いることで、発熱抵抗体１０４とバリア膜１０６との界面で起こる発熱抵抗体１０４のシリサイド化を抑制することが可能である。
発熱抵抗体１０４のシリサイド化が抑制されることで、発熱抵抗体１０４の電気抵抗変動を減少させることができ、被検出流体の流れ状態の熱式検出センサの出力特性の長期的信頼性を一層向上させることができる。
ここで、バリア膜１０６の材料を、ダイヤフラム構造１１１の主要構成材である支持膜１０３と同一の材料とすることで、バリア膜１０６の熱膨張率と支持膜１０３の熱膨張率とが同じになり、ダイヤフラム構造１１１に熱による歪が発生しにくく、高温時に熱式検出センサが同じ挙動を示すため、制御が行いやすい。さらに、他の外因に対しても、バリア膜１０６と支持膜１０３とを、同じ挙動を示す膜として扱うことができることから、精度の個体差がない安定した被検出流体の流れ状態の熱式検出センサを製造することが可能となる。
さらに、バリア膜１０６の材料及び応力を、ダイヤフラム構造１１１の主要構成材である支持膜１０３と同一の材料及び応力とすることで、応力および外因による変化のバラツキが少なくなる。したがって、ダイヤフラム構造として感度バラツキの小さい被検出流体の流れ状態の熱式検出センサを実現することが可能となる。
また、バリア膜１０６に、シリサイド化が起こらない絶縁材料を用いることで、発熱抵抗体１０４とバリア膜１０６との界面で起こる発熱抵抗体１０４のシリサイド化を抑制することが可能である。
発熱抵抗体１０４のシリサイド化が抑制されることで、発熱抵抗体１０４の電気抵抗変動を減少させることができ、被検出流体の流れ状態の熱式検出センサの出力特性の長期的信頼性を一層向上させることができる。
ここで、バリア膜１０６の材料を、ダイヤフラム構造１１１の主要構成材である支持膜１０３と同一の材料とすることで、バリア膜１０６の熱膨張率と支持膜１０３の熱膨張率とが同じになり、ダイヤフラム構造１１１に熱による歪が発生しにくく、高温時に熱式検出センサが同じ挙動を示すため、制御が行いやすい。さらに、他の外因に対しても、バリア膜１０６と支持膜１０３とを、同じ挙動を示す膜として扱うことができることから、精度の個体差がない安定した被検出流体の流れ状態の熱式検出センサを製造することが可能となる。
さらに、バリア膜１０６の材料及び応力を、ダイヤフラム構造１１１の主要構成材である支持膜１０３と同一の材料及び応力とすることで、応力および外因による変化のバラツキが少なくなる。したがって、ダイヤフラム構造として感度バラツキの小さい被検出流体の流れ状態の熱式検出センサを実現することが可能となる。
以上より、本実施の形態における被検出流体の流れ状態の熱式検出センサは、従来よりも、低コスト化・小型化を行う際に、発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値変動を抑制する被検出流体の流れ状態の熱式検出センサを提供することが可能となる。
実施の形態２．
以下、本実施の形態２を図２によって、前述の実施の形態１と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図２は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態２の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
前述の実施の形態１では、発熱抵抗体１０４上に第一保護膜１０５を備えた熱式流量検出センサとしているのに対し、本実施の形態２は、前述の実施の形態１における第一保護膜１０５の無い構造の事例である。
以下、本実施の形態２を図２によって、前述の実施の形態１と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図２は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態２の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
前述の実施の形態１では、発熱抵抗体１０４上に第一保護膜１０５を備えた熱式流量検出センサとしているのに対し、本実施の形態２は、前述の実施の形態１における第一保護膜１０５の無い構造の事例である。
前述の実施の形態１における第一保護膜１０５の無い構造においては、バリア膜１０６が無い場合には、金属である発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との接触面積が大きくなる。当該接触面積が大きくなるに従い、発熱抵抗体１０４である金属と平坦化膜１０７との界面で起こる高温環境下での発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値変動の影響が大きくなる。そのような場合でも、平坦化膜１０７と金属である発熱抵抗体１０４との間に介在するバリア膜１０６を形成することにより、高温環境下での発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値変動を抑止することができる。つまり、抵抗値変動抑制効果が高くなる。
前述の実施の形態１においては、発熱抵抗体１０４上に第一保護膜１０５を備えた構造を製造する場合について説明したが、本実施の形態２のように、前述の実施の形態１における第一保護膜１０５が設けられていない場合においても同様に実施することができる。
このような本実施の形態２における第一保護膜を用いない熱式流量検出センサについても、前述の実施の形態１と同じ効果があることは言うまでもない。
さらに、前述の実施の形態１のように第一保護膜１０５を備えた場合と比較して、高温環境下の発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇の抑制効果が高まる。
このような本実施の形態２における第一保護膜を用いない熱式流量検出センサについても、前述の実施の形態１と同じ効果があることは言うまでもない。
さらに、前述の実施の形態１のように第一保護膜１０５を備えた場合と比較して、高温環境下の発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇の抑制効果が高まる。
実施の形態３．
以下、本実施の形態３を図３によって、前述の実施の形態１および実施の形態２と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１および実施の形態２と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図３は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態３の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
上述の実施の形態１においては、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４および第一保護膜１０５を覆うように、支持膜１０３上に被覆された構造を有する場合について説明し、また、実施の形態２においては、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４を覆うように、支持膜１０３上に被覆された構造を有する場合について説明したが、本実施の形態３では、発熱抵抗体１０４を表面改質することにより、発熱抵抗体１０４の表面に酸化膜３０１の層が形成された構造を有している。
以下、本実施の形態３を図３によって、前述の実施の形態１および実施の形態２と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１および実施の形態２と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図３は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態３の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
上述の実施の形態１においては、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４および第一保護膜１０５を覆うように、支持膜１０３上に被覆された構造を有する場合について説明し、また、実施の形態２においては、バリア膜１０６が、発熱抵抗体１０４を覆うように、支持膜１０３上に被覆された構造を有する場合について説明したが、本実施の形態３では、発熱抵抗体１０４を表面改質することにより、発熱抵抗体１０４の表面に酸化膜３０１の層が形成された構造を有している。
図３において、熱式流量検出センサは、キャビティ１１０が開口された基板１０１と、基板１０１の表面上にキャビティ１１０を覆うように形成されたダイヤフラム構造１１１を備えている。
基板１０１は、シリコン基板であり、その表面の全面が熱酸化膜等の基板保護膜１０２で覆われている。そして、キャビティ１１０は、基板１０１の裏面側から基板１０１および基板保護膜１０２の一部を除去することによって形成されている。
ダイヤフラム構造１１１の構成部材である絶縁性の支持膜１０３は、基板１０１の表面上に、キャビティ１１０の天面を閉口するように、形成されている。
発熱抵抗体１０４は、支持膜１０３の、キャビティ１１０の天面に対応する部分の中央部で且つキャビティ１１０と反対側の面に、図５に例示の形状にパターン形成されている。
ダイヤフラム構造１１１の構成部材である絶縁性の支持膜１０３は、基板１０１の表面上に、キャビティ１１０の天面を閉口するように、形成されている。
発熱抵抗体１０４は、支持膜１０３の、キャビティ１１０の天面に対応する部分の中央部で且つキャビティ１１０と反対側の面に、図５に例示の形状にパターン形成されている。
発熱抵抗体１０４の、支持膜１０３との界面以外の全表面、つまり天面および周面、には、表面改質により酸化膜３０１の層が形成されている。さらに、表面改質により少なくとも前記全表面に酸化膜３０１の層が形成された発熱抵抗体１０４の上を覆うように、さらに、支持膜１０３の表面を覆うように、平坦化膜１０７が形成されている。
さらに第二保護膜１０８が、平坦化膜１０７上に形成されている。第二保護膜１０８の表面は、被検出流体の流路の壁面である。第二保護膜１０８の表面、つまり図示における上面に、被検出流体が接しながら矢印ＦＤＤＦの方向に流れる。矢印ＦＤＤＦの方向に流れる被検出流体は、第二保護膜１０８、平坦化膜１０７、および酸化膜３０１を介して、発熱抵抗体１０４と熱交換する。
さらに第二保護膜１０８が、平坦化膜１０７上に形成されている。第二保護膜１０８の表面は、被検出流体の流路の壁面である。第二保護膜１０８の表面、つまり図示における上面に、被検出流体が接しながら矢印ＦＤＤＦの方向に流れる。矢印ＦＤＤＦの方向に流れる被検出流体は、第二保護膜１０８、平坦化膜１０７、および酸化膜３０１を介して、発熱抵抗体１０４と熱交換する。
つぎに、本実施の形態３にかかる流量検出センサの製造方法について説明する。
図３において、基板１０１ は例えば厚さ約４ ０ ０μ ｍ のシリコンウェハからなり、基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。
この基板保護膜１０２上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
図３において、基板１０１ は例えば厚さ約４ ０ ０μ ｍ のシリコンウェハからなり、基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。
この基板保護膜１０２上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
ここで、支持膜１０３は、Ｓｉリーンとなるように成膜することで、シリサイド化による抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、支持膜１０３は絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、支持膜１０３の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する支持膜１０３の絶縁材料としては、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＤＬＣ、等が挙げられる。支持膜１０３がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
ここで、支持膜１０３は絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、支持膜１０３の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する支持膜１０３の絶縁材料としては、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＤＬＣ、等が挙げられる。支持膜１０３がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
さらに、支持膜１０３の上に、例えば、前述のＰＶＤ装置を用いて、厚さ約０．１〜１．５μｍのモリブデン（Ｍｏ）よりなる発熱抵抗膜を堆積して発熱抵抗体１０４を掲載する。
ここで、発熱抵抗膜である発熱抵抗体１０４は、表面改質により少なくとも表面に酸化膜の層を形成する金属材料であれば特に制限されることはない。
表面改質により表面に酸化膜を形成する金属材料としては、例えば、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、等が挙げられる。
また、成膜方法に関しても上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚みを制限するものはない。
ここで、発熱抵抗膜である発熱抵抗体１０４は、表面改質により少なくとも表面に酸化膜の層を形成する金属材料であれば特に制限されることはない。
表面改質により表面に酸化膜を形成する金属材料としては、例えば、アルミ（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、等が挙げられる。
また、成膜方法に関しても上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚みを制限するものはない。
発熱抵抗膜の形成に関してはウェットエッチング法あるいはドライエッチング法等を用いてパターニングが行われ、これにより発熱抵抗体１０４からなる配線が形成される。
さらに、酸素雰囲気下での高温処理により、発熱抵抗体１０４の金属表面を表面改質させ、酸化膜３０１の層を形成する。例えば、酸素雰囲気下でモリブデン（Ｍｏ）の場合には４００〜６００℃、アルミ（Ａｌ）の場合には２００〜３００℃、チタン（Ｔｉ）の場合には３００〜７００℃、タンタル（Ｔａ）の場合には６００〜７００℃、でそれぞれ熱処理を施すことで酸化膜が得られる。
ここで、表面改質方法に関しては金属表面が表面改質する方法であればよく、酸素プラズマ処理、イオン注入処理、など如何なる処理方法を使用してもよい。
さらに、酸素雰囲気下での高温処理により、発熱抵抗体１０４の金属表面を表面改質させ、酸化膜３０１の層を形成する。例えば、酸素雰囲気下でモリブデン（Ｍｏ）の場合には４００〜６００℃、アルミ（Ａｌ）の場合には２００〜３００℃、チタン（Ｔｉ）の場合には３００〜７００℃、タンタル（Ｔａ）の場合には６００〜７００℃、でそれぞれ熱処理を施すことで酸化膜が得られる。
ここで、表面改質方法に関しては金属表面が表面改質する方法であればよく、酸素プラズマ処理、イオン注入処理、など如何なる処理方法を使用してもよい。
さらに、酸化膜３０１の層を備えた発熱抵抗体１０４上に、厚さ約０．１〜１μｍのＳＯＧ膜からなる平坦化膜１０７を形成する。この平坦化膜１０７は、ケイ素（Ｓｉ）と酸素（Ｏ） を主成分としており、例えば、東京応化製ＳＯＧ、Ｔｙｐｅ−１２のように、非常に高い流動性を有している。このように、平坦化膜１０７を設けることにより、図３に示すように、発熱抵抗体１０４によって生ずる段差あるいは凹凸を低減するとともに、急峻な段差あるいは凹凸の変化を平滑化するといった効果がある。
さらに、このＳＯＧ膜は約４００℃ 以上でアニールすることにより固化する。
さらに、このＳＯＧ膜は約４００℃ 以上でアニールすることにより固化する。
さらに、平坦化膜１０７上に、表面を保護するための第二保護膜１０８を堆積する。ここで、第二保護膜１０８としては、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、例えば厚さ約０．８μｍ以上のＳｉＮ膜を形成する。
なお、第二保護膜１０８を形成するために用いられる材料としては、当該技術分野において保護膜として用いることが可能な材料であれば特に制限されることはない。さらに、如何なる成膜装置を使用しても良い。
なお、第二保護膜１０８を形成するために用いられる材料としては、当該技術分野において保護膜として用いることが可能な材料であれば特に制限されることはない。さらに、如何なる成膜装置を使用しても良い。
次に、基板１０１の裏面の全面に裏面保護膜１０９を形成する。そして、ドライエッチング等を用いて、裏面保護膜の一部を除去して、エッチングホールを形成する。その後、例えばアルカリエッチングを施して、基板１０１の裏面側から支持膜１０３に至るように、基板１０１および基板保護膜１０２の一部を除去することにより、キャビティ１１０を形成する。このキャビティ１１０は、支持膜１０３の上にある発熱抵抗体１０４が形成されている領域の下部に対応して形成されている。これにより、発熱抵抗体１０４が、支持膜１０３に支持された状態で、キャビティ１１０の上方に形成され、ダイヤフラム構造１１１が構築される。
ここでは、例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)、ＮａＯＨ、等が、エッチャントとして使用される。
ここでは、例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨ（Tetra Methyl Ammonium Hydroxide)、ＮａＯＨ、等が、エッチャントとして使用される。
本実施の形態３によれば、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との界面に介在する、発熱抵抗体１０４の金属表面に形成された酸化膜３０１が、バリア機能を有するため、酸化膜３０１が発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との物理的な接触を抑え、高温環境下における発熱抵抗体１０４のシリサイド化を抑制することができる。また、発熱抵抗体１０４の表面を表面改質することにより発熱抵抗体１０４の表面に酸化膜を形成することで、新たな膜の追加が不要となる。
発熱抵抗体１０４の表面を改質し形成した酸化膜により、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との界面で起こるシリサイド化が抑制されることで、発熱抵抗体１０４の、シリサイド化に起因する抵抗値変動を、減少させることができ、従って、流量センサの出力特性の長期的信頼性を一層向上させることができる。
以上より、本実施の形態３における熱式流量検出センサは、従来よりも、低コスト化・小型化を行う際に、シリサイド化に伴う抵抗値変動を抑制する熱式流量センサを提供することが可能となる。
以上より、本実施の形態３における熱式流量検出センサは、従来よりも、低コスト化・小型化を行う際に、シリサイド化に伴う抵抗値変動を抑制する熱式流量センサを提供することが可能となる。
実施の形態４．
以下、本実施の形態４を図４によって、前述の実施の形態１から実施の形態３と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１から実施の形態３と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図４は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態４の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
以下、本実施の形態４を図４によって、前述の実施の形態１から実施の形態３と異なる部分を主体に説明し、実施の形態１から実施の形態３と同一あるいは相当する部分についての説明は割愛する。図４は、図５のＥ−Ｐ線における断面を矢印の方向に見た、本実施の形態４の熱式検出センサの要部の一例を示す断面図である。
例えば、前述の実施の形態１では、熱式流量検出センサの全面に成膜したバリア膜１０６を備えた熱式流量センサとしているが、本実施の形態４では、発熱抵抗体１０４のシリサイド化を抑制する構造として、発熱抵抗体１０４の側壁（両側の壁面）のみを覆うサイドウォール４０１の構造としている。サイドウォール４０１の構造とすることで、前述の実施の形態１と同様に、高温環境下における発熱抵抗体１０４のシリサイド化に伴う発熱抵抗体１０４の抵抗値変動を抑止することができる。
ここで、発熱抵抗体１０４の側壁（両側の壁面）のみを覆うサイドウォールの構造とは、図４に例示のサイドウォール（側壁）の構造である。つまり、実施の形態１および２は、図１および図２に例示のように、バリア膜１０６が、支持膜１０３の上面の発熱抵抗体１０４との界面領域を除く他の全領域を覆う構造である。この図１および図２に例示の構造に対し、本実施の形態４においては、図４に例示のように、サイドウォール４０１が、支持膜１０３の上面の発熱抵抗体１０４との界面領域および当該界面領域の極く近傍の領域を除く他の全領域を覆わない構造であり、且つ、サイドウォール４０１が、発熱抵抗体１０４と平坦化膜１０７との接触を遮るように、発熱抵抗体１０４の側壁と第一保護膜１０５の側壁とを覆う構造である。
なお、他の構成は前述の実施の形態１と同様に構成されている。
なお、本実施の形態４において、第一保護膜１０５を設けることなく、サイドウォール４０１を延在して、当該延在部分で発熱抵抗体１０４の天面を覆うことにより、当該延在部分により発熱抵抗体１０４の天面と平坦化膜１０７との接触を遮るように構成してもよい。
なお、本実施の形態４において、第一保護膜１０５を設けることなく、サイドウォール４０１を延在して、当該延在部分で発熱抵抗体１０４の天面を覆うことにより、当該延在部分により発熱抵抗体１０４の天面と平坦化膜１０７との接触を遮るように構成してもよい。
つぎに、本実施の形態４にかかる流量検出センサの製造方法について説明する。
図４において、基板１０１ は、例えば厚さ約４ ０ ０μｍ のシリコンウェハからなり、この基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。この基板保護膜１０２上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
ここで、支持膜１０３をＳｉリーンとなるように成膜することで、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇、の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
図４において、基板１０１ は、例えば厚さ約４ ０ ０μｍ のシリコンウェハからなり、この基板１０１上に、酸化膜からなる基板保護膜１０２が形成されている。この基板保護膜１０２上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ約１μｍ の窒化ケイ素（ＳｉＮ）からなる絶縁性の支持膜１０３を形成する。以下、窒化ケイ素をＳｉＮと記載する。
ここで、支持膜１０３をＳｉリーンとなるように成膜することで、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇、の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、支持膜１０３は絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、支持膜１０３の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する支持膜１０３の絶縁材料としては、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、前述のＤＬＣ、等が挙げられる。支持膜１０３がシリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
また、支持膜１０３の成膜方法に関しても、支持膜１０３は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用しても良い。
さらに、支持膜１０３の上に、例えば、前述のＰＶＤ装置を用いて、厚さ約０．１〜１μｍのチタン（Ｔｉ）よりなる発熱抵抗膜（感熱抵抗）を堆積する。
しかしながら、発熱抵抗膜は測温抵抗体として用いることが可能であり、Ｓｉと反応する金属材料であれば特に制限されることはない。
発熱抵抗体１０４として用いることができ、Ｓｉと反応する金属材料とは、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、等が挙げられる。
また、成膜方法に関しては、上記要件を満たす膜の成膜方法であればよく、如何なる成膜装置を使用してもよい。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚み、を制限するものはない。
しかしながら、発熱抵抗膜は測温抵抗体として用いることが可能であり、Ｓｉと反応する金属材料であれば特に制限されることはない。
発熱抵抗体１０４として用いることができ、Ｓｉと反応する金属材料とは、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、チタン（Ｔｉ）、アルミ（Ａｌ）、等が挙げられる。
また、成膜方法に関しては、上記要件を満たす膜の成膜方法であればよく、如何なる成膜装置を使用してもよい。さらに、発熱抵抗膜の膜厚、すなわち発熱抵抗体１０４の厚み、を制限するものはない。
さらに、発熱抵抗膜の上に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用い、ＳｉＮからなる第一保護膜１０５を形成する。
ここで、第一保護膜１０５を、Ｓｉリーンとなるように成膜することで、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇、の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、第一保護膜１０５を、Ｓｉリーンとなるように成膜することで、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇、の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、第一保護膜１０５は、絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、第一保護膜１０５の材料は、特に制限されることはない。絶縁膜として機能し、シリサイド化を抑制する絶縁材料としては、例えば、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、前述のＤＬＣ、等が挙げられる。第一保護膜１０５を、シリサイド化を抑制する絶縁膜となるように成膜することで、発熱抵抗体１０４である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制する。
また、第一保護膜１０５の成膜方法に関しても、第一保護膜１０５は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用してもよい。
そして、発熱抵抗体１０４であるチタン（Ｔｉ）膜と、支持膜１０３および第一保護膜１０５であるＳｉリーンなＳｉＮ膜とが成膜された基板１０１に、６００℃〜７５０℃の熱処理を施す。
発熱抵抗体１０４である発熱抵抗膜および第一保護膜１０５の形成に関しては、ウェットエッチング法あるいはドライエッチング法等を用いてパターニングが行われ、これにより発熱抵抗体１０４からなる配線が形成される。
また、第一保護膜１０５の成膜方法に関しても、第一保護膜１０５は上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用してもよい。
そして、発熱抵抗体１０４であるチタン（Ｔｉ）膜と、支持膜１０３および第一保護膜１０５であるＳｉリーンなＳｉＮ膜とが成膜された基板１０１に、６００℃〜７５０℃の熱処理を施す。
発熱抵抗体１０４である発熱抵抗膜および第一保護膜１０５の形成に関しては、ウェットエッチング法あるいはドライエッチング法等を用いてパターニングが行われ、これにより発熱抵抗体１０４からなる配線が形成される。
ついで、第一保護膜１０５が被覆された発熱抵抗体１０４および電流路を覆うように、支持膜１０３の表面の全面に、例えば前述のＰＥＣＶＤ装置を用いて、厚さ０．１μｍ以上のＳｉＮを形成する。
そして、ドライエッチにより、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング）の異方性エッチングを行って、エッチバックし、サイドウォール４０１を形成する。
そして、ドライエッチにより、ＲＩＥ法（反応性イオンエッチング）の異方性エッチングを行って、エッチバックし、サイドウォール４０１を形成する。
ここで、サイドウォール４０１は、発熱抵抗体１０４と、後工程で形成され平坦化膜１０７とを分離することが可能である。サイドウォール４０１を、Ｓｉリーンとなるように、成膜することにより、発熱抵抗体１０４のシリサイド化による発熱抵抗体１０４の抵抗値上昇の抑制効果が高まる。Ｓｉリーンな膜とは、本実施の形態の例では、屈折率が２．２５未満のＳｉＮ膜である。
ここで、サイドウォール４０１は、発熱抵抗体１０４と、後工程で形成する平坦化膜１０７とを分離することが可能である。また、サイドウォール４０１は、シリサイド化を抑制する絶縁材料であればよく、サイドウォール４０１の材料は、特に制限されることはない。発熱抵抗体１０４とＳＯＧからなる平坦化膜１０７との物理的な接触を遮り、シリサイド化を抑制あるいは防止するサイドウォール４０１の絶縁材料としては、例えば、ＳｉリーンなＳｉＮ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＤＬＣ、等が挙げられる。サイドウォール４０１を、シリサイド化を抑制あるいは防止する絶縁膜となるように、成膜することで、発熱抵抗体１０４である金属とＳｉとのシリサイド化を抑制あるいは防止する。
また、サイドウォール４０１の成膜方法に関しても上記要件を満たす膜であればよく、如何なる成膜装置を使用してもよい。
以降の工程は、実施の形態１及び実施の形態２と同様に実施することができる。
以降の工程は、実施の形態１及び実施の形態２と同様に実施することができる。
この製造方法によると、平坦化膜の形成前にサイドウォール４０１の形成を実施する。発熱抵抗体１０４で生じる図示段差あるいは凹凸に起因する、外力による応力集中は第二保護膜１０８の最表面で起こる。そのため、サイドウォール４０１は、外力による応力集中の影響を受けにくく、クラックは発生しない。
このような本実施の形態４における発熱抵抗体１０４の側壁のみを覆うサイドウォール４０１についても、前述の実施の形態１と同じ効果があることは言うまでもない。
さらに、サイドウォール４０１が発熱抵抗体１０４の側壁のみを覆うことで、バリア膜１０６（実施の形態１および２を参照）の応力の影響を受けない。したがって、材料の選定などのデバイス設計の自由度が上がる。
さらに、サイドウォール４０１が発熱抵抗体１０４の側壁のみを覆うことで、バリア膜１０６（実施の形態１および２を参照）の応力の影響を受けない。したがって、材料の選定などのデバイス設計の自由度が上がる。
次いで、図９を用いて、発熱抵抗体１０４の抵抗値変動（ドリフト）抑制の評価を行った結果について説明する。
本願の試験サンプルは、本願の実施の形態１の流量検出センサをサンプルとした。
一方、本願の試験サンプルと比較するための従来品の比較例として、図７に示すように、発熱抵抗体１０４の天面に第一保護膜１０５を形成し、バリア膜は形成せずに、発熱抵抗体１０４である金属と平坦化膜１０７とが接触している流量検出センサを比較例サンプル−１とした。
また、本願の試験サンプルと比較するための従来品の比較例として、図８に示すように、バリア膜及び第一保護膜を形成せず、発熱抵抗体１０４である金属と平坦化膜１０７とが接触している流量検出センサを比較例サンプル−２とした。
ここで、試験サンプル、比較例サンプル−１、比較例サンプル−２の各材料の膜厚は基板保護膜１０２を５００ｎｍ、支持膜１０３を１．６μｍ、発熱抵抗体１０４の膜厚を２００ｎｍ、第一保護膜１０５を１００ｎｍ、バリア膜１０６を１００ｎｍ、平坦化膜１０７を１８０ｎｍ、第二保護膜１０８を１．６μｍとして形成した。
このように作製した三種類のサンプルの抵抗値を、所定の環境条件下で、すなわち一定温度で且つ一定速度の被検出流体の中に各サンプルを設置した状態で、測定した。
本願の試験サンプルは、本願の実施の形態１の流量検出センサをサンプルとした。
一方、本願の試験サンプルと比較するための従来品の比較例として、図７に示すように、発熱抵抗体１０４の天面に第一保護膜１０５を形成し、バリア膜は形成せずに、発熱抵抗体１０４である金属と平坦化膜１０７とが接触している流量検出センサを比較例サンプル−１とした。
また、本願の試験サンプルと比較するための従来品の比較例として、図８に示すように、バリア膜及び第一保護膜を形成せず、発熱抵抗体１０４である金属と平坦化膜１０７とが接触している流量検出センサを比較例サンプル−２とした。
ここで、試験サンプル、比較例サンプル−１、比較例サンプル−２の各材料の膜厚は基板保護膜１０２を５００ｎｍ、支持膜１０３を１．６μｍ、発熱抵抗体１０４の膜厚を２００ｎｍ、第一保護膜１０５を１００ｎｍ、バリア膜１０６を１００ｎｍ、平坦化膜１０７を１８０ｎｍ、第二保護膜１０８を１．６μｍとして形成した。
このように作製した三種類のサンプルの抵抗値を、所定の環境条件下で、すなわち一定温度で且つ一定速度の被検出流体の中に各サンプルを設置した状態で、測定した。
三仕様の試験サンプルの主たる構成部材は次の通りである。
本願の試験サンプル：バリア膜あり、第一保護膜あり、シリサイド層６０１なし、
比較例サンプル−１：バリア膜なし、第一保護膜あり、シリサイド層６０１あり、
比較例サンプル−２：バリア膜なし、第一保護膜なし、シリサイド層６０１あり、
本願の試験サンプル：バリア膜あり、第一保護膜あり、シリサイド層６０１なし、
比較例サンプル−１：バリア膜なし、第一保護膜あり、シリサイド層６０１あり、
比較例サンプル−２：バリア膜なし、第一保護膜なし、シリサイド層６０１あり、
なお、長期的な信頼性を確認するために、前述の所定の環境条件における一定温度は、実際の使用温度より高温とした高温試験を行った。
発熱抵抗体１０４の抵抗値の測定時点は、図９における横軸に例示のように、試験前（経過時間０）、及び試験開始後の経過時間５０ｈｒ、１００ｈｒ、２５０ｈｒ、３５０ｈｒの４ポイントとした。
図９における縦軸は、発熱抵抗体１０４の抵抗値変動（ドリフト）を示すΔＲ／Ｒ［％］としてある。ここで、Ｒは、試験前（経過時間０）における発熱抵抗体１０４の抵抗値であり、ΔＲは、試験開始後の発熱抵抗体１０４の抵抗値と試験前（経過時間０）における発熱抵抗体１０４の抵抗値との偏差である。
発熱抵抗体１０４の抵抗値の測定時点は、図９における横軸に例示のように、試験前（経過時間０）、及び試験開始後の経過時間５０ｈｒ、１００ｈｒ、２５０ｈｒ、３５０ｈｒの４ポイントとした。
図９における縦軸は、発熱抵抗体１０４の抵抗値変動（ドリフト）を示すΔＲ／Ｒ［％］としてある。ここで、Ｒは、試験前（経過時間０）における発熱抵抗体１０４の抵抗値であり、ΔＲは、試験開始後の発熱抵抗体１０４の抵抗値と試験前（経過時間０）における発熱抵抗体１０４の抵抗値との偏差である。
試験前の抵抗値からの変化率を比較した結果、図９に示すように、比較例サンプル−１及び比較例サンプル−２では抵抗値が０．１％以上変化していたが、本実施の形態１における試験サンプルにおいては、抵抗値はほとんど変わらなかった。
これにより、比較例サンプル−１及び比較例サンプル−２では発熱抵抗体である金属と平坦化膜とが接触しているために、前述の試験環境下で発熱抵抗体のシリサイド化が起こり、発熱抵抗体の抵抗値が上昇したことを確認できた。
さらに、比較例サンプル−１と比較例サンプル−２とを比較すると発熱抵抗体と平坦化膜の接触面積の広い比較例サンプル−２の方が発熱抵抗体の抵抗値上昇が高いことから、発熱抵抗体の抵抗値の上昇は発熱抵抗体と平坦化膜との接触面積に関係していることが示される。
すなわち、本実施の形態１における試験サンプルにおいては、発熱抵抗体と平坦化膜との界面にバリア膜を成膜することにより、発熱抵抗体である金属と平坦化膜の接触を遮ることにより、発熱抵抗体のシリサイド化に伴う発熱抵抗体の抵抗値変化を抑制することができることを確認できた。
これにより、比較例サンプル−１及び比較例サンプル−２では発熱抵抗体である金属と平坦化膜とが接触しているために、前述の試験環境下で発熱抵抗体のシリサイド化が起こり、発熱抵抗体の抵抗値が上昇したことを確認できた。
さらに、比較例サンプル−１と比較例サンプル−２とを比較すると発熱抵抗体と平坦化膜の接触面積の広い比較例サンプル−２の方が発熱抵抗体の抵抗値上昇が高いことから、発熱抵抗体の抵抗値の上昇は発熱抵抗体と平坦化膜との接触面積に関係していることが示される。
すなわち、本実施の形態１における試験サンプルにおいては、発熱抵抗体と平坦化膜との界面にバリア膜を成膜することにより、発熱抵抗体である金属と平坦化膜の接触を遮ることにより、発熱抵抗体のシリサイド化に伴う発熱抵抗体の抵抗値変化を抑制することができることを確認できた。
以上の本願の各実施の形態においては、ダイヤフラム構造を有する熱式流量センサを例として説明したが、本願の各実施の形態に何ら限定されるものではなく、金属からなる発熱抵抗体と平坦化膜との組み合わせからなる流量センサであれば、同様に適用することができ、その場合も、前述の各実施の形態の効果と同様の効果がある。
また、プロセス装置およびプロセス条件を適宜変更することも可能である。
また、プロセス装置およびプロセス条件を適宜変更することも可能である。
なお、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
１０１ 基板、１０２ 基板保護膜、１０３ 支持膜、１０４ 発熱抵抗体、
１０５ 第一保護膜、１０６ バリア膜、１０７ 平坦化膜、１０８ 第二保護膜、
１０９ 裏面保護膜、１１０ キャビティ、１１１ ダイヤフラム構造、
３０１ 酸化膜、４０１ サイドウォール、６０１ シリサイド層。
１０５ 第一保護膜、１０６ バリア膜、１０７ 平坦化膜、１０８ 第二保護膜、
１０９ 裏面保護膜、１１０ キャビティ、１１１ ダイヤフラム構造、
３０１ 酸化膜、４０１ サイドウォール、６０１ シリサイド層。
本願に開示される熱式検出センサは、
絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の外周面および前記被検出流体の側の天面を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜および前記支持膜がいずれも、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により、前記発熱抵抗体の前記被検出流体の側の天面および周面に形成された酸化膜の層を備え、前記支持膜が、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサである。
絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の外周面および前記被検出流体の側の天面を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜および前記支持膜がいずれも、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により、前記発熱抵抗体の前記被検出流体の側の天面および周面に形成された酸化膜の層を備え、前記支持膜が、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサであり、
また、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えることを特徴とする熱式検出センサである。
本願に開示される熱式検出センサでは、絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の外周面および前記被検出流体の側の天面を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜および前記支持膜がいずれも、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により、前記発熱抵抗体の前記被検出流体の側の天面および周面に形成された酸化膜の層を備え、前記支持膜が、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にすることができる。
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の外周面および前記被検出流体の側の天面を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜および前記支持膜がいずれも、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により、前記発熱抵抗体の前記被検出流体の側の天面および周面に形成された酸化膜の層を備え、前記支持膜が、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成され、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
また、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑えるので、
被検出流体の流れ状態の熱式検出センサにおいて、熱式検出センサの信頼性を維持して小型化および高精度化の少なくとも一方を図ることを可能にすることができる。
Claims (8)
- 絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的な接触を遮るバリア膜を備え、前記バリア膜によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサ。 - 前記バリア膜の材料が、前記支持膜の材料と同一である
ことを特徴とする請求項１に記載の熱式検出センサ。 - 前記バリア膜の応力が、前記支持膜の応力と同一である
ことを特徴とする請求項２に記載の熱式検出センサ。 - 前記バリア膜および前記支持膜がいずれも、２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成されている
ことを特徴とする請求項３に記載の熱式検出センサ。 - 絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の表面の改質により形成された酸化膜の層を備え、前記酸化膜の層によって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサ。 - 前記支持膜が２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の熱式検出センサ。 - 絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた金属からなる発熱抵抗体、および前記発熱抵抗体を覆うように形成され前記支持膜と前記発熱抵抗体との間の段差を被検出流体の側の自己の表面で平坦化するＳＯＧからなる平坦化膜を備え、前記平坦化膜を介した前記被検出流体と前記発熱抵抗体との熱交換による前記発熱抵抗体から前記被検出流体への熱伝達量に基づいて、前記被検出流体の流れ状態を検出する熱式検出センサにおいて、
前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との間に、前記発熱抵抗体の側壁を覆い前記発熱抵抗体と前記平坦化膜との物理的接触を遮るサイドウォールを備え、前記サイドウォールによって、前記発熱抵抗体のシリサイド化による前記発熱抵抗体の電気抵抗の変動を抑える
ことを特徴とする熱式検出センサ。 - 前記支持膜が２．２５未満の屈折率を有する窒化ケイ素で形成されている
ことを特徴とする請求項７に記載の熱式検出センサ。
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