JP2020046441A - Thermal detection sensor - Google Patents
Thermal detection sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020046441A JP2020046441A JP2019233799A JP2019233799A JP2020046441A JP 2020046441 A JP2020046441 A JP 2020046441A JP 2019233799 A JP2019233799 A JP 2019233799A JP 2019233799 A JP2019233799 A JP 2019233799A JP 2020046441 A JP2020046441 A JP 2020046441A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- heating resistor
- fluid
- detected
- detection sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 79
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims abstract description 90
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 81
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 63
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 60
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 60
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 246
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 22
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 14
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 abstract 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 423
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 48
- 238000000034 method Methods 0.000 description 31
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 23
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 15
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 15
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 12
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 11
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 8
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 7
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 7
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 6
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 6
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 5
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000004043 responsiveness Effects 0.000 description 2
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002585 base Substances 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000002715 modification method Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000005549 size reduction Methods 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
本願は、絶縁性の支持膜、支持膜の上に設けられた発熱抵抗体、および発熱抵抗体を覆うように形成され支持膜と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、平坦化膜を介した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に関するものである。 This application discloses an insulating support film, a heating resistor provided on the support film, and a step between the support film and the heating resistor formed to cover the heating resistor. A flattening film made of SOG that flattens the surface of the substrate, and based on a heat transfer amount from the heating resistor to the fluid to be detected due to heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor through the flattening film. The present invention relates to a thermal detection sensor that detects a flow state of a detection fluid.
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。
The detection sensor that detects the flow state of the fluid to be detected is a sensor that detects the flow state of the fluid to be detected, such as the flow rate, flow velocity, etc. of the fluid to be detected, such as a liquid or a gas. The fluid to be detected is different. A sensor that detects the flow state of the fluid to be detected is hereinafter referred to as a “flow rate sensor” for convenience.
For example, as a liquid flow sensor, an electromagnetic sensor, a Karman vortex sensor, an impeller sensor, or the like is used. On the other hand, as a gas flow sensor, a Karman vortex sensor, an impeller sensor, a thermal sensor, or the like is used.
Among the flow sensors, a thermal flow sensor has been widely used for detecting the amount of intake air (fluid to be detected) of an internal combustion engine and the like.
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。
Here, the measurement principle of the thermal flow sensor will be described.
When a heating resistor heated by applying an electric current is placed in the fluid to be detected, the amount of heat lost from the heating resistor per unit time, that is, the amount of cooling depends on the speed of the fluid to be detected.
The thermal type flow sensor has a substantially unique functional relationship established between the flow rate or flow rate of the fluid to be detected and the amount of heat transferred from the heating resistor disposed in the fluid to be detected to the fluid to be detected. Utilizing this technique, the flow rate or flow rate of the fluid to be detected is detected based on the heat transfer amount.
As the heating resistor, a metal conductor having a high melting point such as platinum (Pt) is usually used. The metal conductor has a so-called positive temperature coefficient in which the electric resistance increases almost in proportion to the temperature.
In the detection method called the constant temperature difference method, using this property, that is, the property that the electric resistance increases almost in proportion to the temperature, the temperature difference between the temperature of the metal conductor and the temperature of the fluid to be detected is kept constant. Control the heating current as described above. This heating current is replaced by a voltage and output as a voltage signal. Since the output voltage signal has a substantially unambiguous functional relationship with the flow rate or flow rate of the detection target fluid, by monitoring the voltage signal, the flow rate or flow rate of the detection target fluid, that is, Flow state can be detected.
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。
For in-vehicle flow sensors that measure the amount of intake air to the internal combustion engine, we have developed a new type of sensor that satisfies the demands of car manufacturers for low power consumption and high responsiveness, and that can be significantly reduced in size compared to the conventional type. Was required. Therefore, a flow sensor employing a micromachining technology of semiconductor manufacturing has been developed.
This technique of forming a large number of microscopic diaphragm structures of several millimeters square on a silicon wafer at one time has enabled mass production of flow rate detection sensors. In addition, by forming a very thin diaphragm structure with high precision by using a thin film forming technique and an etching technique, thermal insulation was improved and heat capacity was reduced, and power consumption and responsiveness were dramatically improved.
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。
For example, the thermal type flow detection sensor disclosed in
An insulating support film made of a silicon nitride film (SiN), a heating resistor made of permalloy (an alloy of iron and nickel), and a temperature measuring resistor are formed on a flat substrate made of a silicon semiconductor. A protective film made of a silicon nitride film (SiN) is formed thereon.
An air space is provided in the flat base material in the vicinity of the film forming portions of the heating resistor and the temperature measuring resistor, thereby forming a bridge structure. The air space is formed by removing a part of the silicon semiconductor from the opening using an etchant that does not damage silicon nitride. The temperature measuring resistors are arranged in a plane in the direction of the flow of the measurement fluid with the heating resistor interposed therebetween.
In such a conventional flow rate detection sensor, a protective film is formed on a step formed by wiring of a heat-sensitive resistive film (heating resistor, temperature measuring resistor). When an external force is applied to this protective film, stress concentration occurs at the corner of the step on the outermost surface of the protective film. Cracks tend to occur in the protective film starting from the stress concentration occurring on the outermost surface. If the protective film is cracked, the strength of the diaphragm structure may be reduced. Further, when moisture or the like in the atmosphere enters from between cracks, it is conceivable that the resistance value fluctuation, corrosion, etc. of the heat-sensitive resistive film (heating resistor, temperature measuring resistor) may occur.
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。
In the thermal flow rate detection sensor described in
An insulating support film made of a thermal oxide film (th-SiO 2 ) and a silicon nitride film (SiN), a heating resistor made of platinum (Pt), and a heating resistor are protected on a support substrate made of a silicon wafer. Therefore, an insulating film made of a silicon nitride film (SiN) is formed. After that, a planarizing film made of SOG (Spin-On-Glass) and a protective film made of a silicon nitride film (SiN) are formed.
The flattening film smoothes or reduces steps generated in the heating resistor, and reduces stress concentration of the protective film at corners of the steps. Thereby, the occurrence of cracks in the protective film when an external force is applied can be suppressed.
However, when a Si-rich silicon nitride film (SiN), which becomes a tensile stress, is used to obtain a bridge or diaphragm structure, the supporting film and the protection film formed of the Si-rich silicon nitride film (SiN) generate heat. There is a problem that a long-term reliability of output characteristics cannot be obtained with a heat generating structure configured with a resistor interposed therebetween. This is because silicidation proceeds at the interface between the Si-rich silicon nitride film (SiN) and the heating resistor (Pt), and the resistance value gradually changes.
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。
In the thermal type flow rate sensor described in Patent Document 3, by setting the refractive index of the silicon nitride film (SiN) to be less than 2.25, the excess Si of the silicon nitride film (SiN) is reduced while maintaining the tensile stress. Thus, silicidation of the heating resistor, which causes a rise in the resistance value, is suppressed.
However, SOG used as a flattening film contains Si. Since silicidation of a metal occurs due to a reaction between a metal and Si, it is necessary to consider SOG-induced silicidation in downsizing.
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。
As described above, in the structures of
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。
In order to reduce the size and cost of the flow sensor, there is a method of reducing the wiring width of the heating resistor. For this reason, the change in the resistance value of the heating resistor, which is allowed in the conventional bridge type and diaphragm structure type flow rate detection sensors, cannot be ignored, and the problem that the characteristics fluctuate (drift) becomes apparent.
This will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a plan view showing a main part of the thermal type flow detection sensor. FIG. 6 is a sectional view of a conventional flow rate detection sensor having a large wiring width. On the other hand, FIG. 7 is a cross-sectional view of the flow rate detection sensor in which the wiring width has been reduced due to miniaturization.
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。
A
The wiring width (X) of the heating resistor and the rate of increase in resistance due to silicidation at the interface between the heating resistor and the flattening film (= variation in resistance value ΔR / initial resistance value R) were calculated.
There is a correlation of X− 1 between the wiring width (X) of the heating resistor and the rate of increase in the resistance value due to silicidation at the interface between the heating resistor and the flattening film. That is, when the wiring width (X) of the heating resistor is reduced, the resistance value of the heating resistor greatly changes even with a slight silicidation.
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。
For example, when the wiring width (X) of the heating resistor shown in FIGS. 6 and 7 is reduced from 200 μm to 10 μm, the rate of increase in resistance due to silicidation becomes about 20 times.
A problem arises in that the long-term reliability of the flow sensor is reduced due to the change in the resistance value of the heating resistor. Decreasing long-term reliability means that a value different from the true value of the detected flow rate is calculated as time elapses due to resistance value fluctuation. When such a flow sensor is applied to the detection of the intake air amount of an internal combustion engine in a vehicle driven by the internal combustion engine, it may affect the air-fuel ratio control of the vehicle, and the fuel efficiency may be deteriorated.
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。 In view of the above situation, the present application makes it possible to achieve at least one of miniaturization and high accuracy while maintaining the reliability of the thermal detection sensor in the thermal detection sensor in the flow state of the fluid to be detected. It is intended to do so.
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白金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であって、
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発熱抵抗体の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ものであり、
また、本願に開示される他の熱式検出センサは、
絶縁性の支持膜、前記支持膜の上に設けられた白金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であって、
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前記発熱抵抗体の周面に形成され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ものである。
The thermal detection sensor disclosed in the present application,
An insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and a step formed between the support film and the heating resistor that is formed to cover the heating resistor and detects a step between the support film and the heating resistor. A flattening film made of SOG that flattens on its own surface on the side of the side, and from the heating resistor to the fluid to be detected by heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film. A thermal detection sensor that detects a flow state of the fluid to be detected based on a heat transfer amount of
Between the heating resistor and the flattening film, the outer peripheral surface of the heating resistor and the top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected are covered, and the physical relationship between the heating resistor and the flattening film is established. With a barrier film that blocks
Both the barrier film and the support film are formed of silicon nitride having a refractive index of less than 2.25,
The barrier film suppresses a change in electrical resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor,
Also, other thermal detection sensors disclosed in the present application are:
An insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and a step formed between the support film and the heating resistor that is formed to cover the heating resistor and detects a step between the support film and the heating resistor. A flattening film made of SOG that flattens on its own surface on the side of the side, and from the heating resistor to the fluid to be detected by heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film. A thermal detection sensor that detects a flow state of the fluid to be detected based on a heat transfer amount of
Between the heating resistor and the flattening film, a surface of the heating resistor is modified on a top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected and a peripheral surface of the heating resistor. An oxide film layer that blocks physical contact between the heating resistor and the flattening film,
The support film is formed of silicon nitride having a refractive index of less than 2.25;
The oxide film layer suppresses a change in electric resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor.
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白金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であって、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発熱抵抗体の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、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。
また、本願に開示される他の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白金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であって、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前記発熱抵抗体の周面に形成され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、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。
In the thermal detection sensor disclosed in the present application, an insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and the support film and the heating element formed so as to cover the heating resistor are provided. A flattening film made of SOG for flattening a step between the resistor and a self-surface on the side of the fluid to be detected, and heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film; Thermal detection sensor for detecting the flow state of the fluid to be detected based on the amount of heat transfer from the heat generating resistor to the fluid to be detected by the heat-generating resistor, wherein between the heating resistor and the flattening film A barrier film that covers an outer peripheral surface of the heating resistor and a top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected, and blocks a physical contact between the heating resistor and the flattening film; And both said support membranes have a refraction of less than 2.25 The barrier film suppresses fluctuations in the electrical resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor, so that the thermal detection sensor detects the flow state of the fluid to be detected. At least one of miniaturization and high accuracy can be achieved while maintaining the reliability of the sensor.
In another thermal detection sensor disclosed in the present application, an insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and the support member formed so as to cover the heating resistor are provided. A flattening film made of SOG for flattening a step between a film and the heating resistor on its own surface on the side of the fluid to be detected, wherein the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film are provided. A thermal detection sensor for detecting a flow state of the fluid to be detected based on a heat transfer amount from the heating resistor to the fluid to be detected by heat exchange with the heating resistor and the flattening film. The heating resistor and the flattening film formed on the top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected and the peripheral surface of the heating resistor by modifying the surface of the heating resistor. An oxide film layer that blocks physical contact with the support film, A silicon oxide layer having a refractive index of less than 2.25, and the oxide film layer suppresses fluctuations in the electrical resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor. In the thermal detection sensor of (1), at least one of miniaturization and high accuracy can be achieved while maintaining the reliability of the thermal detection sensor.
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。 Hereinafter, an embodiment of a thermal detection sensor in a flow state of a fluid to be detected according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this application is not limited to the following description. In addition, in the drawings described below, the scale of each member may be different from the actual size for easy understanding, and illustration of a configuration that is not related to the features of the present application is omitted.
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。
Hereinafter,
FIG. 1 shows a
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。
As illustrated in FIG. 1, a thermal detection sensor in a flow state of a fluid to be detected includes a
The
In the first embodiment, as illustrated in FIG. 1, the
Note that the
Further, the
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。
The
An insulating
Then, the
Then, the first
The
Further, a flattening
Further, a second
The arrow FDDF indicates the direction in which the fluid to be detected flows.
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。
Further, in the first embodiment, the flow state of the detection target fluid means the amount of the detection target fluid flowing, that is, the fluid flow rate, and the flow rate of the detection target fluid, that is, the fluid flow velocity. , Stop of the flow of the fluid to be detected, and others.
Further, in the first embodiment, the temperature of the
Further, in the first embodiment, the
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。
Next, a method of manufacturing the above-described thermal detection sensor according to the first embodiment in the flow state of the fluid to be detected will be described.
In FIG. 1, a
An insulating
Here, by forming the
Further, the
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。
Here, the supporting
DLC (Diamond-Like Carbon) is an amorphous carbon film made of an allotrope of carbon, and is a general term for a carbon thin film having high hardness and insulating properties similar to diamond. Phase growth method), PVD method (physical vapor phase growth method), and the like.
By forming the supporting
Regarding the method of forming the
Further, on the
The electrical resistance of the metal conductor has a so-called positive temperature coefficient in which the electrical resistance increases almost in proportion to the temperature. Among them, platinum (Pt) is excellent in linearity, reproducibility, and corrosion resistance, and can perform high-sensitivity and high-accuracy measurement.
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。
However, the heating resistance film can be used as a temperature measuring resistor, and is not particularly limited as long as it is a metal material that reacts with Si.
As a metal material that can be used as the
Also, as for the method of forming the heating resistor film as the
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。
Further, a first
Here, by forming the first
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。
Here, the first
By forming the first
Regarding the method of forming the first
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。
Then, a heat treatment at 600 ° C. to 750 ° C. is performed on the
With respect to the formation of the heating resistor film and the first
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。
Next, the
Here, the
Further, the
Further, the
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。
Here, the
As for the method of forming the
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。
Further, a flattening
The flattening
This SOG film is solidified by annealing at about 400 ° C. or higher.
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。
Further, a second
Note that a material used for forming the second
However, by using the same material for the second
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。
According to this manufacturing method, the
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。
Next, a back
In the present embodiment, KOH, TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), NaOH or the like is used as an etchant.
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。
According to the first embodiment, the
Further, by using an insulating material which does not cause silicidation for the
By suppressing the silicidation of the
Here, when the material of the
Further, by setting the material and the stress of the
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。
As described above, the thermal detection sensor for detecting the flow state of the fluid to be detected according to the present embodiment can reduce the size of the heat-generating
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。
Hereinafter, the second embodiment will be described mainly with reference to FIG. 2 focusing on portions different from the above-described first embodiment, and a description of the same or equivalent portions as the first embodiment will be omitted. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a main part of the thermal detection sensor according to the second embodiment when a cross section taken along line EP of FIG. 5 is viewed in a direction of an arrow.
In the above-described first embodiment, the thermal flow rate detection sensor includes the
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。
In the structure without the first
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。
In the above-described first embodiment, the case where the structure including the first
Needless to say, the thermal type flow rate sensor without using the first protective film according to the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment.
Furthermore, compared to the case where the first
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。
Embodiment 3 FIG.
Hereinafter, the third embodiment will be described mainly with reference to FIG. 3 focusing on portions different from the above-described first and second embodiments, and a description of portions which are the same as or correspond to the first and second embodiments. Is omitted. FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example of a main part of the thermal detection sensor according to the third embodiment, when a cross section taken along line EP of FIG. 5 is viewed in a direction of an arrow.
In the first embodiment described above, the case where the
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。
In FIG. 3, the thermal type flow detection sensor includes a
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。
The
The insulating
The
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。
On the entire surface of the
Further, a second
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。
Next, a method of manufacturing the flow rate detection sensor according to the third embodiment will be described.
In FIG. 3, a
An insulating
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。
Here, by forming the
Here, the supporting
Regarding the method of forming the
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。
Further, a heating resistor film made of molybdenum (Mo) having a thickness of about 0.1 to 1.5 μm is deposited on the
Here, the
Examples of the metal material that forms an oxide film on the surface by surface modification include aluminum (Al), titanium (Ti), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), and the like.
In addition, a film forming method may be any film as long as the film satisfies the above requirements, and any film forming apparatus may be used. Furthermore, there is no limitation on the thickness of the heating resistor film, that is, the thickness of the
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。
With respect to the formation of the heating resistor film, patterning is performed using a wet etching method, a dry etching method, or the like, whereby a wiring including the
Further, the surface of the metal surface of the
Here, regarding the surface modification method, any method may be used as long as the surface of the metal surface is modified, and any treatment method such as an oxygen plasma treatment and an ion implantation treatment may be used.
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。
Further, a flattening
Further, the SOG film is solidified by annealing at about 400 ° C. or higher.
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。
Further, a second
Note that a material used for forming the second
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。
Next, a back
Here, for example, KOH, TMAH (Tetra Methyl Ammonium Hydroxide), NaOH, or the like is used as an etchant.
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。
According to the third embodiment, since the
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。
The oxide film formed by modifying the surface of the
As described above, the thermal type flow rate detection sensor according to the third embodiment can provide a thermal type flow rate sensor that suppresses a resistance value variation due to silicidation when performing cost reduction and size reduction as compared with the related art. It becomes possible.
参考例1.
以下、本参考例1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、本参考例1の熱式検出センサを示す断面図である。
Reference Example 1.
Hereinafter,
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、本参考例1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。
For example, in the first embodiment described above, the thermal type flow sensor including the
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、本参考例1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。
Here, the sidewall structure that covers only the side wall (both wall surfaces) of the
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、本参考例1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。
The other configuration is the same as that of the first embodiment.
In the first embodiment, the
つぎに、本参考例1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。
Next, a method of manufacturing the flow rate detection sensor according to the first embodiment will be described.
In FIG. 4, a
Here, by forming the
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。
Here, the supporting
Regarding the method of forming the
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。
Further, on the
However, the heating resistance film can be used as a temperature measuring resistor, and is not particularly limited as long as it is a metal material that reacts with Si.
The metal material that can be used as the
As for the film forming method, any film forming method that satisfies the above requirements may be used, and any film forming apparatus may be used. Further, there is no limitation on the thickness of the heating resistor film, that is, the thickness of the
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。
Further, the first
Here, by forming the first
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。
Here, the first
Regarding the method of forming the first
Then, a heat treatment at 600 ° C. to 750 ° C. is performed on the
With respect to the formation of the heating resistor film and the first
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。
Next, SiN having a thickness of 0.1 μm or more is applied to the entire surface of the
Then, anisotropic etching of the RIE method (reactive ion etching) is performed by dry etching, and etch back is performed to form the
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。
Here, the
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。
Here, the
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。
Further, the film formation method of the
Subsequent steps can be performed in the same manner as in
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。
According to this manufacturing method, the formation of the
このような本参考例1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と同等の効果はあるが、構造は前述の実施の形態2,3の方が簡単である。
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。
The
Further, since the
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。
Next, with reference to FIG. 9, a description will be given of the result of evaluation of suppression of fluctuation (drift) in the resistance value of the
The test sample of the present application was a sample of the flow rate detection sensor according to the first embodiment of the present application.
On the other hand, as a comparative example of a conventional product for comparison with the test sample of the present application, as shown in FIG. 7, a first
As a comparative example of a conventional product for comparison with the test sample of the present application, as shown in FIG. 8, a metal serving as a
Here, the thickness of each material of the test sample, the comparative example sample-1, and the comparative example sample-2 is 500 nm for the substrate
The resistance values of the three types of samples thus prepared were measured under predetermined environmental conditions, that is, in a state where each sample was placed in a fluid to be detected at a constant temperature and a constant speed.
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、
The main components of the test sample of the three specifications are as follows.
Test sample of the present application: with barrier film, with first protective film, without
Comparative Example Sample-1: No barrier film, first protective film,
Comparative Example Sample-2: no barrier film, no first protective film,
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。
In order to confirm long-term reliability, a high-temperature test was performed in which the above-mentioned constant temperature under the predetermined environmental conditions was higher than the actual use temperature.
As illustrated in the horizontal axis of FIG. 9, the measurement points of the resistance value of the
The vertical axis in FIG. 9 is ΔR / R [%] indicating the resistance value fluctuation (drift) of the
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。
As a result of comparing the rate of change from the resistance value before the test, as shown in FIG. 9, the resistance value of Comparative Example Sample-1 and Comparative Example Sample-2 changed by 0.1% or more. In the test sample in the
As a result, in Comparative Example Sample-1 and Comparative Example Sample-2, since the metal as the heating resistor and the flattening film are in contact with each other, the heating resistor is silicided in the above-described test environment, and the heat is generated. It was confirmed that the resistance value of the resistor increased.
Further, when comparing the comparative example sample-1 and the comparative example sample-2, since the comparative example sample-2 having a larger contact area between the heating resistor and the flattening film has a higher resistance value increase of the heating resistor, the heating value is higher. It is shown that the increase in the resistance value of the resistor is related to the contact area between the heating resistor and the flattening film.
That is, in the test sample according to the first embodiment, the barrier film is formed at the interface between the heating resistor and the flattening film, thereby blocking the contact between the metal as the heating resistor and the flattening film. It was confirmed that a change in the resistance value of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor could be suppressed.
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。
In each of the above embodiments of the present application, a thermal flow sensor having a diaphragm structure has been described as an example. However, the present invention is not limited to each of the embodiments of the present invention. The same can be applied to any flow sensor formed of a combination with a membrane. In such a case, the same effects as those of the above-described embodiments can be obtained.
Further, the process device and the process conditions can be appropriately changed.
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。
Although various exemplary embodiments and examples are described in this application, various features, aspects, and functions described in one or more embodiments are described in specific embodiments. The present invention is not limited to the application, and can be applied to the embodiment alone or in various combinations.
Accordingly, innumerable modifications not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, a case where at least one component is deformed, added or omitted, and a case where at least one component is extracted and combined with components of other embodiments are included.
In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
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。
101 substrate, 102 substrate protective film, 103 support film, 104 heating resistor,
105 first protective film, 106 barrier film, 107 planarization film, 108 second protective film,
109 back surface protective film, 110 cavity, 111 diaphragm structure,
301 oxide film, 401 sidewall, 601 silicide layer.
Claims (5)
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発熱抵抗体の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。 An insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and a step formed between the support film and the heating resistor that is formed to cover the heating resistor and detects a step between the support film and the heating resistor. A flattening film made of SOG that flattens on its own surface on the side of the side, and from the heating resistor to the fluid to be detected by heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film. A thermal detection sensor that detects a flow state of the fluid to be detected based on a heat transfer amount of
Between the heating resistor and the flattening film, the outer peripheral surface of the heating resistor and the top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected are covered, and the physical relationship between the heating resistor and the flattening film is established. With a barrier film that blocks
Both the barrier film and the support film are formed of silicon nitride having a refractive index of less than 2.25,
A thermal detection sensor, wherein the barrier film suppresses a change in electric resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor.
前記バリア膜が、前記発熱抵抗体の外周面、前記第一保護膜の外周面、および前記第一保護膜の前記被検出流体の側の天面を覆うように設けられている
ことを特徴とする請求項1に記載の熱式検出センサ。 A first protective film that is an insulating film that suppresses silicidation is provided between the heating resistor and the barrier film,
The barrier film is provided so as to cover an outer peripheral surface of the heating resistor, an outer peripheral surface of the first protective film, and a top surface of the first protective film on the side of the fluid to be detected. The thermal detection sensor according to claim 1.
ことを特徴とする請求項2に記載の熱式検出センサ。 The thermal detection sensor according to claim 2, wherein the material of the barrier film is the same as the material of the support film.
ことを特徴とする請求項3に記載の熱式検出センサ。 4. The thermal detection sensor according to claim 3, wherein the stress of the barrier film is the same as the stress of the support film.
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前記発熱抵抗体の周面に形成され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。 An insulating support film, a heating resistor made of platinum provided on the support film, and a step formed between the support film and the heating resistor that is formed to cover the heating resistor and detects a step between the support film and the heating resistor. A flattening film made of SOG that flattens on its own surface on the side of the side, and from the heating resistor to the fluid to be detected by heat exchange between the fluid to be detected and the heating resistor via the flattening film. A thermal detection sensor that detects a flow state of the fluid to be detected based on a heat transfer amount of
Between the heating resistor and the flattening film, a surface of the heating resistor is modified on a top surface of the heating resistor on the side of the fluid to be detected and a peripheral surface of the heating resistor. An oxide film layer that blocks physical contact between the heating resistor and the flattening film,
The support film is formed of silicon nitride having a refractive index of less than 2.25;
The thermal detection sensor according to claim 1, wherein the oxide film layer suppresses a change in electric resistance of the heating resistor due to silicidation of the heating resistor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019233799A JP7158369B2 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Thermal detection sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019233799A JP7158369B2 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Thermal detection sensor |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018030342A Division JP6661678B2 (en) | 2018-02-23 | 2018-02-23 | Thermal detection sensor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020046441A true JP2020046441A (en) | 2020-03-26 |
JP7158369B2 JP7158369B2 (en) | 2022-10-21 |
Family
ID=69901316
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019233799A Active JP7158369B2 (en) | 2019-12-25 | 2019-12-25 | Thermal detection sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7158369B2 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004156988A (en) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Mitsubishi Electric Corp | Heating structure and thermal sensor |
JP2014006052A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tateyama Kagaku Kogyo Kk | Thin-film resistor temperature sensor and method for manufacturing same |
-
2019
- 2019-12-25 JP JP2019233799A patent/JP7158369B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004156988A (en) * | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Mitsubishi Electric Corp | Heating structure and thermal sensor |
JP2014006052A (en) * | 2012-06-21 | 2014-01-16 | Tateyama Kagaku Kogyo Kk | Thin-film resistor temperature sensor and method for manufacturing same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7158369B2 (en) | 2022-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2204346B1 (en) | Thermal fluid flow sensor and method of manufacturing the same | |
JP5202007B2 (en) | Thermal fluid flow sensor | |
JP4307738B2 (en) | Pressure sensor | |
JP5683192B2 (en) | Thermal flow sensor | |
JP4474771B2 (en) | Flow measuring device | |
JP2008020193A (en) | Thermal flow rate sensor | |
JPH1123338A (en) | Thermosensitive flow-rate detecting element and flow-rate sensor using the same | |
EP2943434B1 (en) | Sensor with an embedded thermistor for precise local temperature measurement | |
JP6661678B2 (en) | Thermal detection sensor | |
JP2009300381A (en) | Heat conduction type vacuum gage, and pressure measuring method | |
JP2020046441A (en) | Thermal detection sensor | |
CN216869661U (en) | Gas flow direction detection device and thermal flow sensor | |
JP3601993B2 (en) | Thermal sensor and method of manufacturing the same | |
WO2013136856A1 (en) | Thermal type fluid flow rate sensor and manufacturing method therefor | |
JP4404297B2 (en) | Flow sensor | |
JP2014190878A (en) | Gas sensor | |
KR102063928B1 (en) | Fabrication method of pressure sensors with high sensitivity and reliability | |
JP3638786B2 (en) | Flow rate detecting element and flow rate sensor | |
Schössler et al. | Wafer level approach for the investigation of the long-term stability of resistive platinum devices at elevated temperatures | |
US6619130B1 (en) | Pressure sensor | |
WO2003102974A1 (en) | Platinum thin film and thermal sensor | |
JPH11287687A (en) | Flow defection element, flow sensor, and manufacture of flow detection element | |
KR100559129B1 (en) | Thermal air flow sensor | |
JP2005308698A (en) | Flowrate sensor and manufacturing method thereof | |
JP6990165B2 (en) | Thermal sensors and their manufacturing methods and semiconductor devices |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191225 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210302 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210329 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20211005 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20211215 |
|
C60 | Trial request (containing other claim documents, opposition documents) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60 Effective date: 20211215 |
|
A911 | Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20211223 |
|
C21 | Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21 Effective date: 20220105 |
|
A912 | Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20220304 |
|
C211 | Notice of termination of reconsideration by examiners before appeal proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C211 Effective date: 20220308 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20220419 |
|
C22 | Notice of designation (change) of administrative judge |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C22 Effective date: 20220614 |
|
C13 | Notice of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C13 Effective date: 20220628 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220805 |
|
C23 | Notice of termination of proceedings |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C23 Effective date: 20220906 |
|
C03 | Trial/appeal decision taken |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C03 Effective date: 20221004 |
|
C30A | Notification sent |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C3012 Effective date: 20221004 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20221011 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 7158369 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |