JP3794311B2 - SENSOR HAVING THIN FILM STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME - Google Patents

SENSOR HAVING THIN FILM STRUCTURE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量センサ、ガスセンサ、圧力センサ、赤外線センサ等、基板と該基板の一面の上に設けられたセンシング部としての薄膜構造部とを備えるセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の薄膜構造部を有するセンサとしては、例えば、流体の流量を検出する流量センサがある。この流量センサの一般的な概略断面構成を図２８に示す。
【０００３】
空洞部１０ａを有する基板１０の一面上には、空洞部１０ａを覆うように積層膜２０が形成されている。この積層膜２０は例えば、基板１０の一面側からシリコン窒化膜２１、シリコン酸化膜２２、配線部２３〜２６、シリコン酸化膜２７、シリコン窒化膜２８が積層されて構成されている。
【０００４】
ここで、空洞部１０ａ上の積層膜２０は、基板１０の存在する部分の積層膜２０と比べて薄いメンブレンとしての薄膜構造部２０ａとして構成されており、この薄膜構造部２０ａには、配線部としてヒータ２３および測温体２４が形成されており、空洞部１０ａからはずれた基板１０上の積層膜２０には、配線部としての流体温度計２６および補正温度計２５が形成されている。
【０００５】
また、配線部２３〜２６は、例えば折り返し形状にパターニングされており、図２８中の白抜き矢印に示す流体の流れ方向から、流体温度計２６、補正温度計２５、測温体２４、ヒータ２３の順に配置されている。
【０００６】
このような流量センサでは、流体温度計２６から得られる流体温度よりも一定温度高い温度になるようにヒータ２３を駆動する。そして、流体が流れることにより、図２８の白抜き矢印で示す順流においては、測温体２４は熱を奪われて温度が下がり、白抜き矢印の逆方向である逆流では熱が運ばれて温度が上がるため、この測温体２４と流体温度計２６との温度差から流体の流量および流れ方向を検出するものである。このとき、流体温度計２６および測温体２４を形成している金属配線の抵抗値変動から温度を測定することで、検出を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記図２８に示すセンサを、例えばエンジンの吸気の空気流量測定に使用する場合、エアクリーナーで除去しきれない数十〜数百μｍのダストが薄膜構造部２０ａに衝突して、薄膜構造部２０ａを破壊してしまうという問題がある。
【０００８】
この問題について図２９を参照して説明する。図２９は従来の流量センサにおけるダスト衝突による薄膜構造部の変形の様子を模式的に示す図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）はダスト衝突時を示す。
【０００９】
薄膜構造部２０ａにダストＤ１が衝突すると、薄膜構造部２０ａが大きく変形して薄膜構造部２０ａの端部に大きな歪みが生じる。そして、薄膜構造部２０ａの端部の応力が破壊応力を超えると、薄膜構造部２０ａが破壊する。
【００１０】
このような問題に対して、薄膜構造部の破壊強度を向上させるものとして、特開２００１−１９４２０１号公報に記載のものが提案されている。このものは、薄膜構造部の最表面に強化膜を付けて破壊強度を向上させるようにしたものである。
【００１１】
しかしながら、薄膜構造部に上記の強化膜や保護膜等を形成することによって、薄膜構造部の破壊強度は向上するものの、その厚肉化は避けられず、薄膜構造部の熱容量がある程度大きくなるし、熱絶縁性も悪くなる。そのため、これらの方法による破壊強度の向上には限界がある。
【００１２】
薄膜構造部の役割は、熱を逃がさない構造とすることでセンサ特性を高めることにあるが、例えば、上記流量センサにおいては、上記した薄膜構造部２０ａの熱容量増大によって、センサの応答性が悪化するし、熱絶縁性悪化によってヒータ２３により所定温度にまで加熱するために必要な消費電力が大きくなるという問題が生じる。
【００１３】
また、特許第３１１５６６９号明細書には、検出素子としての薄膜構造部の下方に錐状の凸起部を有するセンサが提案されおり、薄膜構造部が変形した場合、錐状の凸起部の先端に薄膜構造部が接触して過大な変形が抑制されるとされている。しかし、点接触に近い接触であるため、薄膜構造部の変形を抑制する効果は小さい。
【００１４】
なお、流量センサに限らず、薄膜構造部を有するセンサにおいては、使用環境中に存在するダストが薄膜構造部に衝突する可能性は共通して存在するため、上記した薄膜構造部の破壊強度を向上させることは共通した課題である。
【００１５】
本発明は上記問題に鑑み、薄膜構造部を有するセンサにおいて、薄膜構造部の熱容量増大や熱絶縁性低下を起こすことなく破壊強度を向上させることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１、２に記載の発明では、基板（１０）と、基板の一面の上に設けられたセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）とを備えるセンサにおいて、薄膜構造部の下には、薄膜構造部が変形したときに当接するように薄膜構造部とは空隙（１２）を介して対向する面を有する変形防止板（４０）が設けられていることを特徴とする。
【００１７】
それによれば、薄膜構造部（２０ａ）の過大な変形が変形防止板（４０）との干渉により防止できる。ここで、変形防止板は、薄膜構造部と対向する面を有しており、両者の接触は面積の広い面接触にて行われるため、変形防止板は薄膜構造部を十分に受け止めることができ、変形抑制効果が大きい。
【００１８】
また、薄膜構造部（２０ａ）と変形防止板（４０）とは空隙すなわち隙間を介して位置するため、薄膜構造部の熱容量増大や熱絶縁性低下を防止することができる。したがって、本発明によれば、薄膜構造部の熱容量増大や熱絶縁性低下を起こすことなく破壊強度を向上させることができる。
【００１９】
ここで、請求項３に記載の発明のように、変形防止板（４０）における薄膜構造部と空隙（１２）を介して対向する面は平面にできる。なお、曲面等でも良い。
【００２０】
ここで、請求項４に記載の発明のように、変形防止板（４０）は、薄膜構造部（２０ａ）の下に位置する基板（１０）により構成されているものにできる。
【００２１】
また、請求項５に記載の発明では、変形防止板（４０）は薄膜構造部（２０ａ）よりも厚いことを特徴としており、それによって、変形防止板の強度が高まり、変形防止板による薄膜構造部の支持を確実に行うことができる。
【００２２】
また、請求項１に記載の発明では、変形防止板（４０）は、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴（４１）を有するメッシュ形状であることを特徴とする。また、請求項２に記載の発明では、変形防止板（４０）は、平面形状がストライプ形状であることを特徴とする。
【００２３】
変形防止板（４０）をメッシュ形状やストライプ形状とすることによって、変形防止板における熱伝導が抑制されるため、薄膜構造部（２０ａ）から変形防止板を介した熱の逃げを抑制するためには好ましい。
【００２４】
また、請求項６に記載の発明では、薄膜構造部（２０ａ）にはヒータ（２３）が設けられており、変形防止板（４０）は、ヒータの下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする。
【００２５】
また、請求項７に記載の発明では、薄膜構造部（２０ａ）には温度検出用の測温体（２４）が設けられており、変形防止板（４０）は、測温体の下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項８に記載の発明では、薄膜構造部（２０ａ）にはヒータ（２３）および温度検出用の測温体（２４）が設けられており、変形防止板（４０）は、ヒータおよび測温体の両方の下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする。
【００２７】
薄膜構造部（２０ａ）にヒータ（２３）や測温体（２４）が設けられている場合、発熱するヒータや測温体の下部に変形防止板が存在すると、変形防止板を介して熱が逃げやすくなる。そのため、ヒータに要する消費電力が増大したり、測温体の温度が上がりにくく温度検出の感度が悪化する可能性がある。
【００２８】
その点、上記の請求項６〜請求項８の発明によれば、ヒータ（２３）や測温体（２４）の下部に変形防止板（４０）が存在しない構成となるため、そのような問題を回避し、消費電力の増大を防止したり、温度検出感度を良好に維持することの可能なセンサを提供することができる。
【００２９】
また、請求項９に記載の発明では、変形防止板（４０）は、薄膜構造部（２０ａ）の下部の略全域に存在することを特徴としている。それによれば、薄膜構造部のどの領域にダストが衝突しても、薄膜構造部の変形を抑制する効果が十分に発揮される。
【００３０】
また、請求項１０に記載の発明のように、請求項１〜請求項９に記載のセンサは、流体の流量を測定する流量センサとして適用されるものにできる。
【００３４】
また、請求項１１に記載の発明では、基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、基板の一面側の所定領域にその表面からトレンチ（１４）を形成する工程と、トレンチを埋めるように基板の一面上に犠牲層（１１、１１ａ）を形成する工程と、犠牲層の上に薄膜構造部を形成する工程と、基板の他面側からトレンチ内の犠牲層に到達する穴部（１５）を形成する工程と、穴部を介してトレンチ内の犠牲層（１１ａ）および基板の一面側の犠牲層（１１）をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００３５】
それによれば、犠牲層（１１）の除去により、基板（１０）の一面と薄膜構造部（２０ａ）との間に空隙（１２）が形成され、薄膜構造部の下においてトレンチ（１４）以外の基板部分が変形防止板（４０）として形成される。そのため、請求項１〜請求項１０に記載のセンサを適切に製造できる。特に、トレンチをメッシュ状やストライプ状に配置すれば、請求項１や請求項２に記載のセンサを適切に実現できる。
【００３６】
また、請求項１２に記載の発明では、半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、不純物イオン注入部（１６）を覆うように半導体基板の一面の上に犠牲層（１１）を形成する工程と、犠牲層の上に薄膜構造部を形成する工程と、半導体基板の他面側から少なくとも不純物イオン注入部を残して半導体基板をエッチングすることにより、半導体基板の他面側に犠牲層を露出させる工程と、半導体基板の他面側から犠牲層をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００３７】
それによれば、半導体基板（１０）のうち不純物イオン注入部（１６）は、それ以外の部位よりも耐エッチング性の高い（エッチングレートの遅い）ものにできる。そのため、半導体基板の他面側からエッチングする際に、不純物イオン注入部を残して半導体基板をエッチングすることができる。
【００３８】
そして、犠牲層（１１）の除去により、半導体基板（１０）の一面と薄膜構造部（２０ａ）との間に空隙（１２）が形成され、薄膜構造部の下において不純物イオン注入部（１６）を含んだ半導体基板部分が変形防止板（４０）として形成される。そのため、請求項１〜請求項１０に記載のセンサとして基板に半導体基板を用いたものを適切に製造できる。特に、不純物イオン注入部をメッシュ状やストライプ状に配置すれば、請求項１や請求項２に記載のセンサを適切に実現できる。
【００３９】
また、請求項１３に記載の発明では、半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、不純物イオン注入部（１６）を覆うように半導体基板の一面の上に犠牲層（１７）を形成する工程と、犠牲層のうち所定領域にその表面から不純物イオンを注入し、犠牲層において不純物イオンが注入された領域（１７ａ）をその他の領域（１７ｂ）よりも耐エッチング性の高いものとする工程と、犠牲層の上に薄膜構造部を形成する工程と、半導体基板の他面側から少なくとも不純物イオン注入部を残して半導体基板をエッチングすることにより、半導体基板の他面側に犠牲層を露出させる工程と、半導体基板の他面側から、犠牲層のうち不純物イオンが注入されていない部位をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００４０】
それによれば、上記請求項１２と同様の効果を発揮することができる。それに加えて、エッチングされる犠牲層の領域を不純物イオン注入により画定し、犠牲層のオーバーエッチングを防止することができる。
【００４１】
この請求項１３の製造方法においては、請求項１４に記載の発明のように、犠牲層（１７）としてポリシリコン層を用いることにより、エッチングされる犠牲層の領域を不純物イオン注入により画定するという効果を、適切に実現することができる。
【００４２】
また、請求項１５に記載の発明では、請求項１２〜請求項１４の製造方法において、半導体基板（１０）としてシリコン基板を用いることを特徴とする。
【００４３】
シリコン基板にボロン等の不純物イオンを注入することによって、シリコン基板における不純物イオン注入部のエッチングレートを、それ以外の部位よりも適切に遅くすることができる。
【００４４】
ここで、不純物としては、ボロン等を用い、その不純物濃度は１×１０-18ｃｍ-3以上とすることができる。
【００４５】
また、請求項１８に記載の発明では、半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、不純物イオン注入部（１６）を覆うように半導体基板の一面の上に犠牲層（１７）を形成する工程と、犠牲層を所定形状にパターニングする工程と、犠牲層の上に薄膜構造部を形成する工程と、半導体基板の他面側から少なくとも不純物イオン注入部を残して半導体基板をエッチングすることにより、半導体基板の他面側に犠牲層を露出させる工程と、半導体基板の他面側から犠牲層をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする。
【００４６】
それによれば、犠牲層（１７）の除去により、半導体基板（１０）の一面と薄膜構造部（２０ａ）との間に空隙（１２）が形成され、薄膜構造部の下において穴部（４１）以外の基板部分が変形防止板（４０）として形成される。そのため、請求項１〜請求項１０に記載のセンサを適切に製造できる。特に、穴部をメッシュ状やストライプ状に配置すれば、請求項１や請求項２に記載のセンサを適切に実現できる。
【００４７】
また本製造方法によれば、犠牲層（１７）をエッチングして除去する前に、予め所定形状にパターニングするようにしているため、半導体基板（１０）の一面と薄膜構造部（２０ａ）との間の空隙（１２）を形成したい部分にのみ、犠牲層を配置することができ、当該空隙を精度良く形成することができる。
【００４８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００４９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態相互において同一部分には、図中、同一符号を付してある。
【００５０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る薄膜構造部を有するセンサとしての流量センサＳ１の概略平面図であり、図２（ａ）は図１中のＡ部拡大図、図２（ｂ）は図１中のＢ部拡大図である。また、図３は、図１中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【００５１】
センサＳ１は、本発明でいう基板としてのシリコン基板１０を備え、このシリコン基板１０は、本例では厚さ６２５μｍ程度である。図３に示すように、シリコン基板１０において図中の上面に相当する一面には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）１１が形成されている。
【００５２】
このシリコン酸化膜１１の上には各種の膜および配線パターンからなる積層膜２０が設けられている。このシリコン酸化膜１１は、後述の製造方法において犠牲層となるものであり、以下、基板側シリコン酸化膜１１という。
【００５３】
基板側シリコン酸化膜１１は、その一部が除去されることによって、シリコン基板１０の一面と積層膜２０との間に空隙１２が形成されている。ここで、空隙１２上の積層膜２０は、シリコン基板１０の存在する部分の積層膜２０と比べて薄い薄膜構造部（メンブレン）２０ａとして構成されている。
【００５４】
薄膜構造部２０ａを含む積層膜２０は、シリコン基板１０側からシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）２１、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）２２、パターニングされた配線部２３〜２６、シリコン酸化膜（ＳｉＯ2膜）２７、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）２８が順次積層されてなる。
【００５５】
ここで、積層膜２０において、配線部よりも下方にあるシリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２は下層絶縁膜２１、２２として構成され、配線部よりも上方にあるシリコン酸化膜２７およびシリコン窒化膜２８は上層絶縁膜２７、２８として構成されている。
【００５６】
以下、下層絶縁膜のシリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２をそれぞれ、下層シリコン窒化膜２１および下層シリコン酸化膜２２といい、上層絶縁膜のシリコン窒化膜２８およびシリコン酸化膜２７をそれぞれ、上層シリコン窒化膜２８および上層シリコン酸化膜２７という。
【００５７】
そして、これら上層および下層絶縁膜に挟まれた配線部２３〜２６は、ヒータ２３、測温体２４、補正温度計２５および流体温度計２６からなる。これらは導体材料よりなるが、本例では、下層がＴｉで上層がＰｔであるＰｔ／Ｔｉの積層膜からなる。
【００５８】
図１〜図３に示すように、配線部のうちヒータ２３および測温体２４は、積層膜２０のうち空隙１２の上に位置する薄膜構造部２０ａに形成され、補正温度計２５および流体温度計２６は、空隙１２の上から外れた部分すなわち基板側シリコン酸化膜１１の上に位置する積層膜２０に形成されている。
【００５９】
各々の配線部２３〜２６は、図２に示すように、蛇行形状をなしている。また、図１に示すように、シリコン基板１０の一面には、各々の配線部２３〜２６と電気的に接続され各配線部２３〜２６と外部とを電気的に接続するためのリード部３０が形成されている。
【００６０】
このリード部３０は、図３に示すように、各配線部２３〜２６と同様に、下層絶縁膜２１、２２と上層絶縁膜２７、２８との間に挟まれたＰｔ／Ｔｉの積層膜からなる。つまり、配線部２３〜２６とリード部３０とは、下層絶縁膜２１、２２の上にＰｔ／Ｔｉの積層膜を形成し、これをパターニングすることにより同時に形成されたものである。
【００６１】
また、図１に示すように、シリコン基板１０の周辺部に位置するリード部３０には、外部との接続用（例えばワイヤボンディング用）のパッド３１が形成されている。本例では、このパッド３１は、図３に示すように、上層絶縁膜２７、２８に形成した開口部に、上層がＡｕで下層がＴｉであるＡｕ／Ｔｉ積層膜を形成することにより構成されている。
【００６２】
このように、シリコン基板１０の一面上には積層膜２０の一部として薄膜構造部２０ａが設けられているが、本実施形態では、図３に示すように、この薄膜構造部２０ａと空隙１２を介して対向するシリコン基板１０の部分が変形防止板４０として構成されている。この変形防止板４０は、薄膜構造部２０ａが変形したときに当接するように薄膜構造部２０ａとは空隙１２を介して対向する平面を有する。ここで、当該平面は、変形防止板４０における図３中の上面である。
【００６３】
図３に示すように、本例の変形防止板４０は、シリコン基板１０自身の厚さを有しており、薄膜構造部２０ａよりも厚い。ちなみに、変形防止板４０の厚さすなわちシリコン基板１０の厚さは６２５μｍ程度、薄膜構造部２０ａの厚さすなわち積層膜２０の厚さは１〜２μｍ、空隙１２の間隔は０．１μｍ〜数μｍ程度とすることができる。
【００６４】
また、図３に示すように、変形防止板４０には、シリコン基板１０における図３中の下面である他面から空隙１２まで貫通する貫通穴４１が形成されている。本例では、図２（ａ）に示すように、変形防止板４０は、この貫通穴４１によって平面形状が格子状をなすストライプ形状となっている。なお、図２（ａ）中、変形防止板４０には点々ハッチングを施してある。
【００６５】
このような構造を有する流量センサＳ１は次のように作動する。図１中の白抜き矢印に示す流体の流れ方向から、流体温度計２６、補正温度計２５、測温体２４、ヒータ２３の順に配置されている。そして、流体温度計２６から得られる流体温度よりも一定温度高い温度になるようにヒータ２３を駆動する。なお、補正温度計２５は流体温度計２６の温度補正を行うものである。
【００６６】
そして、流体が流れることにより、図１の白抜き矢印で示す順流においては、測温体２４は熱を奪われて温度が下がり、白抜き矢印の逆方向である逆流では熱が運ばれて温度が上がるため、この測温体２４と流体温度計２６との温度差から流体の流量および流れ方向を検出するものである。このとき、流体温度計２６および測温体２４を形成している金属配線（本例ではＰｔ／Ｔｉ積層膜）の抵抗値変動から温度を測定することで、検出が行われる。
【００６７】
ここにおいて、薄膜構造部２０ａは、シリコン基板１０の上に位置する積層膜２０と比べて、基板１０と空隙１２を介して離れているため、センサＳ１において薄い部分である。そのため、薄膜構造部２０ａ以外のセンサの厚肉部と比べて、熱容量が小さく、熱の逃げを抑制できることから、センサ特性を向上させるのに役立っている。
【００６８】
ところで、上記流量センサＳ１においては、薄膜構造部２０ａの下に、薄膜構造部２０ａが変形したときに当接するように薄膜構造部２０ａとは空隙１２を介して対向する平面を有する変形防止板４０が設けられていることを主たる特徴としている。図３においては、図中の下方に薄膜構造部２０ａが変形したときに変形防止板４０に当接する。
【００６９】
それによれば、薄膜構造部２０ａの過大な変形が変形防止板４０との干渉により防止できる。ここで、変形防止板４０は、薄膜構造部２０ａと対向する平面を有した板状をなしており、両者の接触は面積の広い面接触にて行われるため、変形防止板４０は薄膜構造部２０ａを十分に受け止めることができ、変形抑制効果が大きい。
【００７０】
また、薄膜構造部２０ａと変形防止板４０とは隙間１２を介して位置するため、薄膜構造部２０ａから変形防止板４０を介した熱の逃げを抑制することができ、薄膜構造部２０ａの熱容量増大や熱絶縁性低下を防止することができる。したがって、本流量センサＳ１によれば、薄膜構造部２０ａの熱容量増大や熱絶縁性低下を起こすことなく破壊強度を向上させることができる。
【００７１】
この変形防止板４０の作用について図４を参照して、より具体的に説明する。図４は、本実施形態におけるダスト衝突による薄膜構造部２０ａの変形の様子を模式的に示す図であり、（ａ）は通常時、（ｂ）はダスト衝突時を示す。
【００７２】
薄膜構造部２０ａにダストＤ１が衝突すると、薄膜構造部２０ａが変形するが、図４（ｂ）に示すように、薄膜構造部２０ａは変形防止板４０に当たって止まる。そのため、ダスト衝突時において薄膜構造部２０ａの端部に発生する応力を薄膜構造部２０ａの破壊応力よりも小さいものにできる。
【００７３】
この応力の値は、薄膜構造部２０ａにおける構成膜の種類とそれぞれの膜厚といった膜構成や、それら膜の物性値や、薄膜構造部２０ａの形状とサイズや、変形防止板４０と薄膜構造部２０ａとの距離すなわち空隙１２の間隔がわかっていれば、シミュレーションによって設計することができる。
【００７４】
例えば、薄膜構造部２０ａの下部に０．１μｍ〜数μｍ程度の熱絶縁ギャップとしての空隙１２を設け、その下に変形防止板４０を設けた構成とすれば、薄膜構造部２０ａの熱絶縁を確保できる。これは、薄膜構造部２０ａの厚さ自体は変わらないため、シリコン基板１０との熱絶縁は従来構造とほとんど変わらないためである。それに加えて、ダスト衝突時には、薄膜構造部２０ａはすぐ下の変形防止板４０にぶつかって変形を抑制されるため、応力は小さく破壊されない。
【００７５】
また、変形防止板４０はダスト衝突によってほとんど変形しない板厚とする。ダスト衝突による変形防止板４０の変形量は、空隙１２の上に位置する薄膜構造部２０ａのサイズが一定のとき、板厚のほぼマイナス３乗に比例するので、例えば、板厚１０μｍとすれば、板厚１μｍのときの１／１０００の変形量に低減できる。この考え方を用いて、変形防止板４０の板厚を設計することができる。
【００７６】
本実施形態では、変形防止板４０は薄膜構造部２０ａよりも厚いものとしており、それによって、変形防止板４０の強度を高めて変形防止板４０自身の変形量を極力小さくすることで、変形防止板４０による薄膜構造部２０ａの支持を確実に行うことができる。
【００７７】
また、上記図２に示す例では、変形防止板４０は、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴４１を有するストライプ形状としている。変形防止板４０をストライプ形状とすることによって、変形防止板４０における熱伝導が抑制されるため、薄膜構造部２０ａから変形防止板４０を介した熱の逃げを抑制するためには好ましい。
【００７８】
なお、このストライプ形状による効果は、図５（ａ）に示すように、変形防止板４０の平面形状がメッシュ形状であっても同様に発揮される。図５において（ａ）はメッシュ形状、（ｂ）は流体の流れ方向と直交する方向に延びるストライプ形状である。もちろん、流体の流れ方向と斜め方向に延びるストライプ形状であっても良い。
【００７９】
また、本実施形態の流量センサＳ１のように、薄膜構造部２０ａに発熱体としてのヒータ２３や温度検出用の測温体２４が設けられている場合、図６〜図８に示すように、変形防止板４０は、ヒータ２３や測温体２４の下部にて厚さ方向に貫通していることが好ましい。
【００８０】
図６はヒータ２３の下部のみにて厚さ方向に貫通している例、図７は測温体２４の下部のみにて厚さ方向に貫通している例、図８はヒータ２３および測温体２４の両方の下部にて厚さ方向に貫通している例を示す。
【００８１】
薄膜構造部２０ａにヒータ２３や測温体２４が設けられている場合、発熱するヒータ２３や測温体２４の下部に変形防止板４０が存在すると、変形防止板４０を介して熱が逃げやすくなる。そのため、ヒータ２３に要する消費電力が増大したり、測温体２４の温度が上がりにくく温度検出の感度が悪化する可能性がある。
【００８２】
その点、図６に示す例では、ヒータ２３付近の下のみ変形防止板４０を取り除いた形となり、それによって、特にヒータ２３からの熱が、熱伝導や輻射や対流によって変形防止板４０に逃げにくく、効率的な加熱が可能である。つまり、消費電力を小さくすることができる。
【００８３】
また、図７に示す例では、測温体２４付近の下のみ変形防止板４０を取り除いた形となり、それによって、測温体２４付近の薄膜構造部２０ａの熱の逃げが小さく、感度の良いセンサＳ１を実現することができる。また、図８に示す例では、低消費電力かつ、高感度のセンサＳ１を実現することができる。
【００８４】
また、変形防止板４０は、変形する薄膜構造部２０ａを平面にて支持するものであるため、空隙１２の下において部分的に設けられていても、薄膜構造部２０ａの変形抑制機能は十分に発揮される。しかしながら、本実施形態のように、変形防止板４０を薄膜構造部２０ａの下部の略全域に存在させれば、薄膜構造部２０ａのどの領域にダストが衝突しても、薄膜構造部２０ａの変形を抑制する効果が十分に発揮され、より好ましい。
【００８５】
次に、上記した本実施形態の流量センサＳ１の製造方法について、図９〜図１１を参照して説明する。図９〜図１１は、上記図３に示す断面に対応した断面にて、製造方法を工程順に示す工程説明図である。
【００８６】
本製造方法は、大きくは、シリコン基板１０の一面側に犠牲層１１を形成する工程と、犠牲層１１の上に薄膜構造部２０ａを形成する工程と、基板１０の他面側から基板１０をエッチングして犠牲層１１に到達する穴部４１を形成する工程と、穴部４１を介して犠牲層１１をエッチングして除去する工程とを備える。
【００８７】
まず、図９（ａ）に示すように、シリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は例えば直径６インチ、厚さ６２５μｍのシリコンウェハを用いる。次に、図９（ｂ）に示すように、このシリコン基板１０の一面上に基板側シリコン酸化膜１１を形成する。
【００８８】
この基板側シリコン酸化膜１１はＰＥ−ＣＶＤ（プラズマ−ＣＶＤ）や熱酸化等により、例えば５００ｎｍの厚さにて成膜する。この基板側シリコン酸化膜１１は、最終的には薄膜構造部２０ａと変形防止板４０との間の空隙１２を作るための犠牲層である。
【００８９】
次に、基板側シリコン酸化膜（犠牲層）１１の上に薄膜構造部２０ａすなわち積層膜２０を形成する。まず、図９（ｃ）に示すように、基板側シリコン酸化膜１１の上に、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧−ＣＶＤ）やＰＥ−ＣＶＤ等により下層シリコン窒化膜２１を例えば厚さ１３５ｎｍにて成膜し、その上に、図９（ｄ）に示すように、ＰＥ−ＣＶＤや熱酸化等により下層シリコン酸化膜２２を例えば厚さ３００ｎｍにて成膜する。
【００９０】
次に、図９（ｅ）に示すように、下層シリコン酸化膜２２の上に、蒸着やスパッタ等により、配線部２３〜２６およびリード部３０となるＰｔ／Ｔｉ積層膜２３ａを例えば厚さ２５０ｎｍ／３０ｎｍにて成膜する。
【００９１】
次に、図１０（ａ）に示すように、このＰｔ／Ｔｉ積層膜２３ａをイオンミリング等によってパターニングし、ヒータ２３、測温体２４、補正温度計２５および流体温度計２６よりなる配線部２３〜２６と、リード部３０とを形成する。
【００９２】
次に、その上に、図１０（ｂ）に示すように、ＰＥ−ＣＶＤ等により上層シリコン酸化膜２７を例えば厚さ７００ｎｍにて成膜し、その上に、図１０（ｃ）に示すように、ＬＰ−ＣＶＤやＰＥ−ＣＶＤ等により上層シリコン窒化膜２８を例えば厚さ１３５ｎｍにて成膜する。
【００９３】
こうして、積層膜２０が形成され、空隙１２は形成されていないけれども、薄膜構造部２０ａが犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の上に形成される。
【００９４】
次に、図１０（ｄ）に示すように、積層膜２０の所定部分において、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等により上層絶縁膜２７、２８をエッチングして除去して開口部としてのコンタクトホール３１ａを形成し、リード部３０をコンタクトホール３１ａから露出させる。
【００９５】
次に、図１０（ｅ）に示すように、このコンタクトホール３１ａにＡｕ／Ｔｉ積層膜等を成膜して、リード部３１上にパッド３１を形成する。なお、Ａｕ／Ｔｉ積層膜を成膜する場合、酸化膜とＡｕとの密着性が悪いため、Ｔｉを密着層として入れている。
【００９６】
次に、図１１（ａ）に示すように、シリコン基板１０の他面に、ＰＥ−ＣＶＤ等により酸化膜１３を例えば１μｍにて成膜する。なお、この酸化膜１３に代えて、ＰＥ−ＣＶＤによる窒化膜等を形成しても良い。
【００９７】
そして、図１１（ｂ）に示すように、次工程のシリコンエッチングのためのマスクとするために、酸化膜１３をエッチングしてパターニングする。酸化膜１３に代えて上記窒化膜とした場合には、窒化膜をエッチングしてパターニングする。パターニング形状は、変形防止板４０の平面形状（メッシュ形状等）に合わせる。この図１１（ｂ）の工程をマスクパターニング工程という。
【００９８】
次に、図１１（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の他面側から基板１０をエッチングして基板側シリコン酸化膜１１に到達する穴部４１を形成する。具体的には、ＲＩＥもしくは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）やＫＯＨ等の異方性エッチング液を用いたウェットエッチングによりシリコンエッチングを行い、穴部４１を形成する。
【００９９】
この穴部４１は、上記図２（ａ）や図３に示したメッシュ形状をなす変形防止板４０の貫通穴４１に相当するものである。つまり、上記図１１（ｂ）に示したマスクパターニング工程において、マスクとなる酸化膜１３やレジスト膜のパターンを制御することにより、穴部４１をメッシュ状やストライプ状に配置すれば、上記図２、図５〜図８に示すような変形防止板４０の平面形状が得られる。
【０１００】
次に、図１１（ｄ）に示すように、穴部４１を介して基板側シリコン酸化膜１１の一部をエッチングして除去する。具体的には、フッ酸とフッ化アンモニウムの緩衝溶液であるバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等のエッチング液を穴部４１へ注入し、薄膜構造部２０ａの下の基板側シリコン酸化膜１１が抜けきったところでエッチングを止める。
【０１０１】
この犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の除去により、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間に空隙１２が形成され、薄膜構造部２０ａの下において穴部４１以外の基板部分が変形防止板４０として形成される。こうして、本実施形態の流量センサＳ１が適切に製造される。
【０１０２】
ここで、上記製造方法においては、シリコン基板１０として、面方位が（１１０）面であるシリコン基板１０を用い、穴部４１を形成するエッチングとしてウェットエッチングを行うことが好ましい。面方位が（１１０）面であるシリコン基板１０の異方性によって、穴部４１を垂直にエッチングされたものにできるためである。
【０１０３】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は製造方法に関わるものである。本実施形態の流量センサの製造方法について、図１２〜図１５を参照して説明する。図１２〜図１５は、最終的に図１５（ｃ）に示す流量センサＳ２を製造するための製造工程を概略断面にて工程順に示す工程説明図である。
【０１０４】
本製造方法は、大きくは、シリコン基板１０の一面側の所定領域にその表面からトレンチ１４を形成する工程と、トレンチ１４を埋めるように基板１０の一面上に犠牲層１１、１１ａを形成する工程と、犠牲層１１の上に薄膜構造部２０を形成する工程と、基板１０の他面側からトレンチ１４内の犠牲層１１ａに到達する穴部１５を形成する工程と、穴部１５を介してトレンチ１４内の犠牲層１１ａおよび基板１０の一面側の犠牲層１１をエッチングして除去する工程とを備える。
【０１０５】
具体的には、まず、図１２（ａ）に示すように、シリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は例えば、主表面の面方位が（１００）面であって直径６インチ、厚さ６２５μｍのシリコンウェハを用いる。
【０１０６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の一面側のうち最終的に薄膜構造部２０ａと対向する領域に、ＲＩＥ等により、その表面からトレンチ１４を形成する。このトレンチ１４は、後で犠牲層エッチングを行う工程にて変形防止板４０をエッチング液が通る際の穴部となる。
【０１０７】
次に、トレンチ１４を埋めるようにシリコン基板１０の一面上に犠牲層としてのシリコン酸化膜１１、１１ａを形成する。具体的には、図１２（ｃ）に示すように、トレンチ１４を埋めるようにシリコン基板１０の一面上に、ＰＥ−ＣＶＤやＬＰ−ＣＶＤ等により、シリコン酸化膜１１ａを成膜する。
【０１０８】
このシリコン酸化膜１１ａは、高いアスペクト比を持つトレンチ１４を埋める必要があるので、ＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケイト）を用いたＬＰ−ＣＶＤ等により成膜した酸化膜等のステップカバレッジの良いものが好ましい。
【０１０９】
そして、図１２（ｄ）に示すように、このシリコン酸化膜１１ａをＣＭＰ（化学的機械的研磨）等により、シリコン基板１０の表面が現れるまで研磨する。続いて、図１２（ｅ）に示すように、研磨された面の上にＰＥ−ＣＶＤや熱酸化等により、基板側シリコン酸化膜１１を例えば５００ｎｍの厚さにて成膜する。こうして、トレンチ１４に埋め込まれたシリコン酸化膜１１ａをその一部とする基板側シリコン酸化膜１１が、シリコン基板１０の一面上に犠牲層として形成される。
【０１１０】
次に、基板側シリコン酸化膜１１の上に薄膜構造部２０ａすなわち積層膜２０を形成する。積層膜２０は、上記第１実施形態と同様にして形成することができる。
【０１１１】
つまり、下層シリコン窒化膜２１の成膜（図１３（ａ）参照）、下層シリコン酸化膜２２の成膜（図１３（ｂ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａの成膜（図１３（ｃ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａのパターニングによる配線部２３〜２６およびリード部３０の形成（図１３（ｄ）参照）、上層シリコン酸化膜２７の成膜（図１３（ｅ）参照）、上層シリコン窒化膜２８の成膜（図１４（ａ）参照）を、順次行う。
【０１１２】
なお、上記第１実施形態と同様に、各膜厚は、下層シリコン窒化膜２１が例えば厚さ１３５ｎｍ、下層シリコン酸化膜２２が例えば厚さ３００ｎｍ、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａが例えば厚さ２５０ｎｍ／３０ｎｍ、上層シリコン酸化膜２７が例えば厚さ７００ｎｍ、上層シリコン窒化膜２８が例えば厚さ１３５ｎｍとすることができる。
【０１１３】
こうして、本製造方法においても、積層膜２０が形成され、空隙１２は形成されていないけれども、薄膜構造部２０ａが犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の上に形成される。次に、上記第１実施形態と同様にして、コンタクトホール３１ａの形成（図１４（ｂ）参照）、パッド３１の形成（図１４（ｃ）参照）を行う。
【０１１４】
次に、上記第１実施形態と同様にして、シリコン基板１０の他面への酸化膜１３（例えば１μｍ）の成膜または窒化膜の成膜（図１４（ｄ）参照）、マスクパターニング工程（図１５（ａ）参照）を行う。このとき、酸化膜１３または窒化膜のパターニング形状は、トレンチ１４の形成された領域の下にて開口部を持つようにする。
【０１１５】
次に、図１５（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の他面側からトレンチ１４内の犠牲層であるシリコン酸化膜１１ａに到達する穴部としての凹部１５を形成する。具体的には、ＴＭＡＨやＫＯＨ等の異方性エッチング液を用いたウェットエッチングにより、シリコン基板１０の他面側を異方性エッチングする。
【０１１６】
そして、トレンチ１４に埋め込まれたシリコン酸化膜１１ａが見えたところでエッチングをストップする。それによって、底部がトレンチ１４に到達した凹部１５が形成される。
【０１１７】
次に、図１５（ｃ）に示すように、凹部１５を介してトレンチ１４内のシリコン酸化膜１１ａおよびシリコン基板１０の一面側の基板側シリコン酸化膜１１をエッチングして除去する。具体的には、バッファードフッ酸等のエッチング液を凹部１５へ注入し、薄膜構造部２０ａの下の基板側シリコン酸化膜１１が抜けきったところでエッチングを止める。
【０１１８】
この犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の除去により、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間に空隙１２が形成され、薄膜構造部２０ａの下においてトレンチ１４以外の基板部分が変形防止板４０として形成される。つまり、トレンチ１４が貫通穴４１となった変形防止板４０が形成される。
【０１１９】
こうして、図１５（ｃ）に示す本第２実施形態の流量センサＳ２が適切に製造される。このセンサＳ２は、シリコン基板１０の他面側に凹部１５が形成されていること以外は、上記第１実施形態の流量センサＳ１と同様の構成であり、発揮される作用効果も同様である。
【０１２０】
そして、本実施形態の製造方法によれば、最終的に変形防止板４０の貫通穴４１となるトレンチ１４の配置や形状を制御することにより、上記図２、図５〜図８に示すような変形防止板４０の平面形状が得られる。
【０１２１】
なお、本実施形態の製造方法において、基板１０の他面側からトレンチ１４内の犠牲層１１に到達する穴部１５を形成する工程では、例えば、トレンチ１４に対応するシリコン基板１０の他面側を、研磨等にて薄肉化することで行っても良い。
【０１２２】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は製造方法に関わるものである。本実施形態の流量センサの製造方法について、図１６〜図１９を参照して説明する。図１６〜図１９は、最終的に図１９（ｃ）に示す流量センサＳ３を製造するための製造工程を概略断面にて工程順に示す工程説明図である。
【０１２３】
本製造方法は、大きくは、半導体基板としてのシリコン基板１０の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、不純物イオン注入部１６を覆うようにシリコン基板１０の一面の上に犠牲層１１を形成する工程と、犠牲層１１の上に薄膜構造部２０ａを形成する工程と、シリコン基板１０の他面側から少なくとも不純物イオン注入部１６を残してシリコン基板１０をエッチングすることにより、シリコン基板１０の他面側に犠牲層１１を露出させる工程と、シリコン基板１０の他面側から犠牲層１１をエッチングして除去する工程とを備える。
【０１２４】
具体的には、まず、図１６（ａ）に示すように、半導体基板としてのシリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は例えば、主表面の面方位が（１００）面であるｎ型のものであって直径６インチ、厚さ６２５μｍのシリコンウェハを用いる。
【０１２５】
次に、図１６（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の一面側のうち最終的に薄膜構造部２０ａと対向する領域に、その表面からボロン等の不純物イオンを注入し、不純物イオン注入部１６を形成する。この不純物イオン注入部１６の濃度は例えば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度とする。
【０１２６】
この不純物イオン注入部１６は、本例のシリコン基板１０においてその他の部分よりも、シリコンエッチングに対する耐性の高いすなわちエッチングレートの遅いものになる。
【０１２７】
次に、図１６（ｃ）に示すように、不純物イオン注入部１６を覆うようにシリコン基板１０の一面の上に犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１を形成する。具体的には、上記実施形態と同様に、ＰＥ−ＣＶＤや熱酸化等により、基板側シリコン酸化膜１１を例えば５００ｎｍの厚さにて成膜する。
【０１２８】
次に、基板側シリコン酸化膜１１の上に薄膜構造部２０ａすなわち積層膜２０を形成する。積層膜２０は、上記第１実施形態と同様にして形成することができる。
【０１２９】
つまり、下層シリコン窒化膜２１の成膜（図１６（ｄ）参照）、下層シリコン酸化膜２２の成膜（図１６（ｅ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａの成膜（図１７（ａ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａのパターニングによる配線部２３〜２６およびリード部３０の形成（図１７（ｂ）参照）、上層シリコン酸化膜２７の成膜（図１７（ｃ）参照）、上層シリコン窒化膜２８の成膜（図１７（ｄ）参照）を、順次行う。これら各膜２１、２２、２３ａ、２７、２８の膜厚は、上記第１実施形態に示した一例と同様のものにできる。
【０１３０】
こうして、本製造方法においても、積層膜２０が形成され、空隙１２は形成されていないけれども、薄膜構造部２０ａが犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の上に形成される。次に、上記第１実施形態と同様にして、コンタクトホール３１ａの形成（図１８（ａ）参照）、パッド３１の形成（図１８（ｂ）参照）を行う。
【０１３１】
次に、上記第１実施形態と同様にして、シリコン基板１０の他面への酸化膜１３（例えば１μｍ）の成膜またはレジスト膜の成膜（図１８（ｃ）参照）、マスクパターニング工程（図１９（ａ）参照）を行う。このとき、酸化膜１３または窒化膜のパターニング形状は、不純物イオン注入部１６の形成された領域の下にて開口部を持つようにする。
【０１３２】
次に、図１９（ｂ）に示すように、シリコン基板１０の他面側から少なくとも不純物イオン注入部１６を残してシリコン基板１０をエッチングすることにより、シリコン基板１０の他面側に基板側シリコン酸化膜１１を露出させる。具体的には、ＫＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋プロパノール溶液等を用いたウェットエッチングにより、シリコン基板１０の他面側を異方性エッチングする。
【０１３３】
そして、シリコン基板１０の他面側から基板側シリコン酸化膜１１が見えたところでエッチングをストップする。このとき、上記したように不純物イオン注入部１６は、シリコン基板１０の他の部位よりもエッチング速度が遅いため、残る。
【０１３４】
こうして、シリコン基板１０の他面側に凹部１５が形成される。そして、この凹部１５の底部において、残っている不純物イオン注入部１６の間に形成される穴部４１によって、基板側シリコン酸化膜１１がシリコン基板１０の他面側に露出している。
【０１３５】
次に、図１９（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の他面側から犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１をエッチングして除去する。具体的には、バッファードフッ酸等のエッチング液を凹部１５へ注入し、薄膜構造部２０ａの下の基板側シリコン酸化膜１１が抜けきったところでエッチングを止める。なお、このとき、シリコン基板１０の他面側のシリコン酸化膜１３も同時にエッチングされ、薄くなったり無くなったりする。
【０１３６】
この犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１の除去により、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間に空隙１２が形成される。そして、薄膜構造部２０ａの下において、不純物イオン注入部１６を含んだ基板部分、すなわち不純物イオン注入部１６およびその周囲の残り部が、変形防止板４０として形成される。
【０１３７】
そして、図１９（ｃ）に示すように、各不純物イオン注入部１６の間に貫通穴としての穴部４１が設けられた変形防止板４０が形成される。こうして、図１９（ｃ）に示す本第３実施形態の流量センサＳ３が適切に製造される。
【０１３８】
このセンサＳ３は、変形防止板４０を構成するシリコン基板１０が不純物イオン注入部１６を含んでいること、および、シリコン基板１０の他面側に凹部１５が形成されていること以外は、上記第１実施形態の流量センサＳ１と同様の構成であり、発揮される作用効果も同様である。
【０１３９】
そして、本実施形態の製造方法によれば、不純物イオン注入部１６の配置や形状を制御することにより、上記図２、図５〜図８に示すような変形防止板４０の平面形状が得られる。
【０１４０】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態は製造方法に関わるものである。本実施形態の流量センサの製造方法について、図２０〜図２３を参照して説明する。図２０〜図２３は、最終的に図２３（ｃ）に示す流量センサＳ４を製造するための製造工程を概略断面にて工程順に示す工程説明図である。
【０１４１】
本製造方法は、大きくは、半導体基板としてのシリコン基板１０の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、不純物イオン注入部１６を覆うようにシリコン基板１０の一面の上に犠牲層１７を形成する工程と、犠牲層１７のうち所定領域にその表面から不純物イオンを注入し、犠牲層１７において不純物イオンが注入された領域１７ａをその他の領域１７ｂよりも耐エッチング性の高いものとする工程と、犠牲層１７の上に薄膜構造部２０ａを形成する工程と、シリコン基板１０の他面側から少なくとも不純物イオン注入部１６を残してシリコン基板１０をエッチングすることにより、シリコン基板１０の他面側に犠牲層１７を露出させる工程と、シリコン基板１０の他面側から、犠牲層１７のうち不純物イオンが注入されていない部位１７ｂをエッチングして除去する工程とを備える。
【０１４２】
具体的には、まず、図２０（ａ）に示すように、半導体基板としてのシリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は例えば、主表面の面方位が（１００）面であるｎ型のものであって直径６インチ、厚さ６２５μｍのシリコンウェハを用いる。
【０１４３】
次に、図２０（ｂ）に示すように、上記第３実施形態と同様にして、シリコン基板１０の一面側のうち最終的に薄膜構造部２０ａと対向する領域に、その表面からボロン等の不純物イオンを例えば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にて注入する。それにより、本例のシリコン基板１０において、その他の部分よりもシリコンエッチングに対する耐性の高い不純物イオン注入部１６が形成される。
【０１４４】
次に、図２０（ｃ）に示すように、不純物イオン注入部１６を覆うようにシリコン基板１０の一面の上に、犠牲層としてのポリシリコン膜１７を形成する。具体的には、ＬＰ−ＣＶＤ等によりポリシリコン膜１７を例えば５００ｎｍの厚さにて成膜する。
【０１４５】
次に、図２０（ｄ）に示すように、ポリシリコン膜１７のうち所定領域、すなわち最終的に空隙１２とならない部分に、その表面からボロン等の不純物イオンを例えば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にて注入する。それによって、ポリシリコン膜１７において不純物イオンが注入された領域１７ａをその他の領域１７ｂよりも耐エッチング性の高いものとする。
【０１４６】
次に、ポリシリコン膜１７の上に薄膜構造部２０ａすなわち積層膜２０を形成する。積層膜２０は、上記第１実施形態と同様にして形成することができる。
【０１４７】
つまり、下層シリコン窒化膜２１の成膜（図２０（ｅ）参照）、下層シリコン酸化膜２２の成膜（図２１（ａ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａの成膜（図２１（ｂ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａのパターニングによる配線部２３〜２６およびリード部３０の形成（図２１（ｃ）参照）、上層シリコン酸化膜２７の成膜（図２１（ｄ）参照）、上層シリコン窒化膜２８の成膜（図２２（ａ）参照）を、順次行う。これら各膜２１、２２、２３ａ、２７、２８の膜厚は、上記第１実施形態に示した一例と同様のものにできる。
【０１４８】
こうして、本製造方法においても、積層膜２０が形成され、空隙１２は形成されていないけれども、薄膜構造部２０ａが犠牲層としてのポリシリコン膜１７の上に形成される。次に、上記第１実施形態と同様にして、コンタクトホール３１ａの形成（図２２（ｂ）参照）、パッド３１の形成（図２２（ｃ）参照）を行う。
【０１４９】
次に、上記第１実施形態と同様にして、シリコン基板１０の他面への酸化膜１３（例えば１μｍ）の成膜または窒化膜の成膜（図２２（ｄ）参照）、マスクパターニング工程（図２３（ａ）参照）を行う。このとき、酸化膜１３または窒化膜のパターニング形状は、不純物イオン注入部１６の形成された領域の下にて開口部を持つようにする。
【０１５０】
次に、図２３（ｂ）に示すように、上記第３実施形態と同様、シリコン基板１０の他面側から少なくとも不純物イオン注入部１６を残してシリコン基板１０をエッチングすることにより、シリコン基板１０の他面側に犠牲層１７を露出させる。
【０１５１】
具体的には、上記同様、ＫＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋プロパノール溶液等を用いたウェットエッチングを行い、シリコン基板１０の他面側からポリシリコン膜１７が見えたところでエッチングをストップすれば、シリコン基板１０の他の部位よりもエッチング速度が遅い不純物イオン注入部１６は、残る。こうして、上記第３実施形態と同様、凹部１５の底部に形成された穴部４１によって、ポリシリコン膜１７がシリコン基板１０の他面側に露出する。
【０１５２】
次に、図２３（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の他面側からポリシリコン膜１７のうち不純物イオンが注入されていない部位、すなわち上記図２０（ｄ）に示すその他の領域１７ｂをエッチングして除去する。実際には、上記図２３（ｂ）におけるエッチングを連続して行うことで、このポリシリコン膜１７のエッチングが行われる。
【０１５３】
ポリシリコン膜１７において不純物イオンが注入された領域１７ａは、その他の領域１７ｂよりもエッチング速度が遅いので、ポリシリコン膜１７における不純物イオンが注入された領域１７ａがオーバーエッチングされない。
【０１５４】
この犠牲層としてのポリシリコン膜１７ｂの除去により、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間に空隙１２が形成され、薄膜構造部２０ａの下においては、上記第３実施形態と同様、不純物イオン注入部１６を含んだ基板部分、すなわち不純物イオン注入部１６およびその周囲の残り部が、変形防止板４０として形成される。
【０１５５】
そして、図２３（ｃ）に示すように、各不純物イオン注入部１６の間に貫通穴としての穴部４１が形成された変形防止板４０が形成される。こうして、図２３（ｃ）に示す本第４実施形態の流量センサＳ４が適切に製造される。
【０１５６】
このセンサＳ４は、上記第３実施形態の流量センサＳ３（図１９（ｃ）参照）と同一の構成であり、発揮される作用効果は上記第１実施形態の流量センサＳ１と同様である。
【０１５７】
そして、本実施形態の製造方法によれば、上記第３実施形態と同様、不純物イオン注入部１６の配置や形状を制御することにより、上記図２、図５〜図８に示すような変形防止板４０の平面形状が得られる。また、本製造方法では、エッチングされる犠牲層１７の領域を不純物イオン注入により画定し、犠牲層１７のオーバーエッチングを防止することができる。
【０１５８】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態は製造方法に関わるものである。本実施形態の流量センサの製造方法について、図２４〜図２７を参照して説明する。図２４〜図２７は、最終的に図２７（ｃ）に示す流量センサＳ５を製造するための製造工程を概略断面にて工程順に示す工程説明図である。
【０１５９】
本製造方法は、大きくは、シリコン基板１０の一面側に犠牲層１７を形成する工程と、犠牲層１７を所定形状にパターニングする工程と、犠牲層１７の上に薄膜構造部２０ａを形成する工程と、基板１０の他面側から基板１０をエッチングして犠牲層１７に到達する穴部４１を形成する工程と、穴部４１を介して犠牲層１７をエッチングして除去する工程とを備える。
【０１６０】
具体的には、まず、図２４（ａ）に示すように、基板としてのシリコン基板１０を用意する。シリコン基板１０は例えば、主表面の面方位が（１００）面であるｎ型のものであって直径６インチ、厚さ６２５μｍのシリコンウェハを用いる。
【０１６１】
次に、図２４（ｂ）に示すように、上記第３実施形態と同様にして、シリコン基板１０の一面側の最終的に薄膜構造部２０ａと対向する領域に、その表面からボロン等の不純物イオンを例えば１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度にて注入する。それにより、本例のシリコン基板１０において、その他の部分よりもシリコンエッチングに対する耐性の高い不純物イオン注入部１６が形成される。
【０１６２】
次に、図２４（ｃ）に示すように、不純物イオン注入部１６を覆うようにシリコン基板１０の一面の上に、犠牲層としてのポリシリコン膜１７を形成する。具体的には、ＬＰ−ＣＶＤ等によりポリシリコン膜１７を例えば５００ｎｍの厚さにて成膜する。
【０１６３】
次に、図２４（ｄ）に示すように、ＲＩＥ等によって、ポリシリコン膜１７を所定形状にパターニングする。それにより、ポリシリコン膜１７は、最終的に空隙１２となる部分の形状になる。
【０１６４】
次に、図２４（ｅ）に示すように、ポリシリコン膜１７およびシリコン基板１０の一面の上に、ＰＥ−ＣＶＤ等の成膜により、オーバーエッチング防止用のシリコン酸化膜１８を形成する。このシリコン酸化膜１８は、後の犠牲層エッチング時にエッチングされにくく、オーバーエッチを防止するものであり、形成することが好ましい。なお、エッチング時間等をコントロールすれば、このシリコン酸化膜１８は形成しなくても良い。
【０１６５】
次に、本例では、このオーバーエッチング用のシリコン酸化膜１８を介してポリシリコン膜１７の上に薄膜構造部２０ａすなわち積層膜２０を形成する。積層膜２０は、上記第１実施形態と同様にして形成することができる。
【０１６６】
つまり、下層シリコン窒化膜２１の成膜（図２５（ａ）参照）、下層シリコン酸化膜２２の成膜（図２５（ｂ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａの成膜（図２５（ｃ）参照）、Ｐｔ／Ｔｉ積層膜２３ａのパターニングによる配線部２３〜２６およびリード部３０の形成（図２５（ｄ）参照）、上層シリコン酸化膜２７の成膜（図２５（ｅ）参照）、上層シリコン窒化膜２８の成膜（図２６（ａ）参照）を、順次行う。これら各膜２１、２２、２３ａ、２７、２８の膜厚は、上記第１実施形態に示した一例と同様のものにできる。
【０１６７】
こうして、本製造方法においても、積層膜２０が形成され、空隙１２は形成されていないけれども、薄膜構造部２０ａが犠牲層としてのポリシリコン膜１７の上に形成される。次に、上記第１実施形態と同様にして、コンタクトホール３１ａの形成（図２６（ｂ）参照）、パッド３１の形成（図２６（ｃ）参照）を行う。
【０１６８】
次に、上記第１実施形態と同様にして、シリコン基板１０の他面への酸化膜１３（例えば１μｍ）の成膜または窒化膜の成膜（図２６（ｄ）参照）、マスクパターニング工程（図２７（ａ）参照）を行う。このとき、酸化膜１３または窒化膜のパターニング形状は、不純物イオン注入部１６の形成された領域の下にて開口部を持つようにする。
【０１６９】
次に、図２７（ｂ）に示すように、上記第３実施形態と同様、シリコン基板１０の他面側から少なくとも不純物イオン注入部１６を残してシリコン基板１０をエッチングすることにより、シリコン基板１０の他面側に犠牲層１７を露出させる。具体的には、上記同様、ＫＯＨ＋Ｈ2Ｏ＋プロパノール溶液等を用いたウェットエッチングを行えば良い。
【０１７０】
このように、本例では、シリコン基板１０にエッチング耐性の高い不純物イオン注入部１６を形成し、シリコン基板１０の他面側から当該注入部１６を残してエッチングすることによって、シリコン基板１０がエッチングされた部分に、犠牲層１７に到達する穴部４１が形成される。この穴部４１は、最終的に変形防止板４０の貫通穴となる。
【０１７１】
次に、図２７（ｃ）に示すように、シリコン基板１０の他面側から穴部４１を介してポリシリコン膜１７をエッチングして除去する。実際には、上記図２７（ｂ）におけるエッチングを連続して行うことで、このポリシリコン膜１７のエッチングが行われる。
【０１７２】
この犠牲層エッチングでは、上述したように、オーバーエッチング防止用のシリコン酸化膜１８はエッチング速度が遅いので、ポリシリコン膜１７のサイドがオーバーエッチングされない。
【０１７３】
この犠牲層としてのポリシリコン膜１７の除去により、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間に空隙１２が形成され、薄膜構造部２０ａの下においては、上記第３実施形態と同様、不純物イオン注入部１６を含んだ基板部分、すなわち不純物イオン注入部１６およびその周囲の残り部が、変形防止板４０として形成される。
【０１７４】
そして、図２７（ｃ）に示すように、各不純物イオン注入部１６の間に貫通穴としての穴部４１が形成された変形防止板４０が形成される。こうして、図２７（ｃ）に示す本第５実施形態の流量センサＳ５が適切に製造される。
【０１７５】
このセンサＳ４は、実質的に上記第３実施形態の流量センサＳ３（図１９（ｃ）参照）と同一の構成であり、発揮される作用効果は上記第１実施形態の流量センサＳ１と同様である。。
【０１７６】
そして、本実施形態の製造方法によれば、上記第３実施形態と同様、不純物イオン注入部１６の配置や形状を制御することにより、上記図２、図５〜図８に示すような変形防止板４０の平面形状が得られる。
【０１７７】
また、本製造方法では、犠牲層１７をエッチングして除去する前に、予め所定形状にパターニングするようにしているため、シリコン基板１０の一面と薄膜構造部２０ａとの間の空隙１２を形成したい部分にのみ犠牲層１７を配置することができ、当該空隙１２を、精度良く狙いの形状やサイズにて形成することができる。
【０１７８】
ここで、本第５実施形態の製造方法は、上述したように、大きくは、基板の一面側への犠牲層の形成工程と、犠牲層のパターニング工程と、犠牲層の上への薄膜構造部の形成工程と、基板の他面側からの基板エッチングによる犠牲層に到達する穴部の形成工程と、穴部を介した犠牲層エッチング工程とを備えるものである。
【０１７９】
したがって、例えば、上記図９〜図１１に示される第１実施形態の製造方法において、上記図９（ｂ）に示す犠牲層としての基板側シリコン酸化膜１１を形成した後に、本第５実施形態の製造方法を適用することも可能である。
【０１８０】
つまり、上記図９（ｂ）に示すように基板側シリコン酸化膜１１を形成した後、これを所定形状にパターニングし、その後は、薄膜構造部２０ａの形成およびそれ以降の工程を上記第１実施形態に示した製造方法で行えばよい。
【０１８１】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、変形防止板４０は、基板１０の一部として構成されているが、シリコン基板１０とは別体の部材で構成しても良い。また、変形防止板４０の貫通穴４１は１個でも良い。
【０１８２】
また、本発明は、流量センサに限らず、ガスセンサ、圧力センサ、赤外線センサ等の薄膜構造部を有するセンサに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る薄膜構造部を有するセンサとしての流量センサの概略平面図である。
【図２】（ａ）は図１中のＡ部拡大図、（ｂ）は図１中のＢ部拡大図である。
【図３】図１中のＣ−Ｃ線に沿った概略断面図である。
【図４】本発明におけるダスト衝突による薄膜構造部の変形の様子を模式的に示す図である。
【図５】変形防止板の平面形状がの変形例を示す平面図である。
【図６】変形防止板がヒータの下部のみにて厚さ方向に貫通している例を示す平面図である。
【図７】変形防止板が測温体の下部のみにて厚さ方向に貫通している例を示す平面図である。
【図８】変形防止板がヒータおよび測温体の両方の下部にて厚さ方向に貫通している例を示す平面図である。
【図９】上記第１実施形態に係る流量センサの製造方法を示す工程説明図である。
【図１０】図９に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１１】図１０に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る流量センサの製造方法を示す工程説明図である。
【図１３】図１２に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１４】図１３に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１５】図１４に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係る流量センサの製造方法を示す工程説明図である。
【図１７】図１６に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１８】図１７に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図１９】図１８に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２０】本発明の第４実施形態に係る流量センサの製造方法を示す工程説明図である。
【図２１】図２０に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２２】図２１に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２３】図２２に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２４】本発明の第５実施形態に係る流量センサの製造方法を示す工程説明図である。
【図２５】図２４に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２６】図２５に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２７】図２６に続く製造方法を示す工程説明図である。
【図２８】従来の一般的な薄膜構造部を有するセンサとしての流量センサを示す概略断面図である。
【図２９】従来の流量センサにおけるダスト衝突による薄膜構造部の変形の様子を模式的に示す図である。
【符号の説明】
１０…シリコン基板、１１…基板側シリコン酸化膜（犠牲層）、
１１ａ…トレンチに埋め込まれたシリコン酸化膜、１２…空隙、
１４…トレンチ、１５…凹部（穴部）、１６…不純物イオン注入部、
１７…ポリシリコン膜（犠牲層）、
１７ａ…不純物イオンが注入された領域、
１７ｂ…その他の領域（不純物イオンが注入されていない部位）、
２０ａ…薄膜構造部、２３…ヒータ、２４…測温体、４０…変形防止板、
４１…貫通穴（穴部）。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a sensor including a substrate and a thin film structure portion as a sensing portion provided on one surface of the substrate, such as a flow rate sensor, a gas sensor, a pressure sensor, and an infrared sensor, and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a sensor having this type of thin film structure, for example, there is a flow rate sensor that detects the flow rate of a fluid. A general schematic cross-sectional configuration of the flow sensor is shown in FIG.
[0003]
A laminated film 20 is formed on one surface of the substrate 10 having the cavity 10a so as to cover the cavity 10a. For example, the laminated film 20 is configured by laminating a silicon nitride film 21, a silicon oxide film 22, wiring portions 23 to 26, a silicon oxide film 27, and a silicon nitride film 28 from one surface side of the substrate 10.
[0004]
Here, the laminated film 20 on the cavity portion 10a is configured as a thin film structure portion 20a as a thin membrane as compared with the laminated film 20 in the portion where the substrate 10 exists, and the thin film structure portion 20a includes a wiring portion. A heater 23 and a temperature measuring body 24 are formed, and a fluid thermometer 26 and a correction thermometer 25 as wiring portions are formed on the laminated film 20 on the substrate 10 that is off the cavity 10a.
[0005]
In addition, the wiring portions 23 to 26 are patterned, for example, in a folded shape, and the fluid thermometer 26, the correction thermometer 25, the temperature measuring body 24, and the heater 23 from the fluid flow direction indicated by the white arrow in FIG. 28. Are arranged in the order.
[0006]
In such a flow rate sensor, the heater 23 is driven so as to reach a temperature higher than the fluid temperature obtained from the fluid thermometer 26 by a certain temperature. As the fluid flows, in the forward flow indicated by the white arrow in FIG. 28, the temperature measuring body 24 is deprived of heat and the temperature decreases, and in the reverse flow in the reverse direction of the white arrow, the heat is carried and the temperature is reduced. Therefore, the flow rate and the flow direction of the fluid are detected from the temperature difference between the temperature measuring body 24 and the fluid thermometer 26. At this time, the detection is performed by measuring the temperature from the resistance value fluctuation of the metal wiring forming the fluid thermometer 26 and the temperature measuring body 24.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the sensor shown in FIG. 28 is used, for example, for measuring the air flow rate of the intake air of an engine, dust of several tens to several hundreds of μm that cannot be removed by the air cleaner collides with the thin film structure 20a, and the thin film structure. There is a problem that the part 20a is destroyed.
[0008]
This problem will be described with reference to FIG. FIGS. 29A and 29B are diagrams schematically showing a state of deformation of the thin film structure portion due to dust collision in a conventional flow sensor, where FIG. 29A shows a normal time and FIG. 29B shows a dust collision time.
[0009]
When the dust D1 collides with the thin film structure portion 20a, the thin film structure portion 20a is greatly deformed and a large distortion is generated at the end of the thin film structure portion 20a. And if the stress of the edge part of the thin film structure part 20a exceeds a destructive stress, the thin film structure part 20a will be destroyed.
[0010]
In order to improve the breaking strength of the thin film structure portion against such a problem, a device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-194201 has been proposed. In this device, a reinforced film is attached to the outermost surface of the thin film structure portion so as to improve the breaking strength.
[0011]
However, although the above-mentioned reinforcing film, protective film, etc. are formed on the thin film structure part, the fracture strength of the thin film structure part is improved, but the increase in thickness is inevitable, and the heat capacity of the thin film structure part increases to some extent. In addition, the thermal insulation is also deteriorated. For this reason, there is a limit to the improvement in fracture strength by these methods.
[0012]
The role of the thin film structure part is to improve the sensor characteristics by adopting a structure that does not allow heat to escape. For example, in the flow rate sensor, the response of the sensor deteriorates due to the increase in the heat capacity of the thin film structure part 20a. However, there arises a problem that the power consumption necessary for heating to a predetermined temperature by the heater 23 increases due to the deterioration of the thermal insulation.
[0013]
In addition, Japanese Patent No. 3115669 proposes a sensor having a cone-shaped protruding portion below a thin-film structure portion as a detection element, and when the thin-film structure portion is deformed, the cone-shaped protruding portion It is said that excessive deformation is suppressed by contact of the thin film structure with the tip. However, since the contact is close to a point contact, the effect of suppressing deformation of the thin film structure is small.
[0014]
It should be noted that not only the flow rate sensor but also a sensor having a thin film structure part has a common possibility that dust existing in the use environment collides with the thin film structure part. Improving is a common challenge.
[0015]
In view of the above problems, an object of the present invention is to improve the breaking strength of a sensor having a thin film structure without causing an increase in heat capacity or a decrease in thermal insulation of the thin film structure.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, claim 1 is provided. 2 In the invention described in the above, in the sensor including the substrate (10) and the thin film structure portion (20a) as a sensing portion provided on one surface of the substrate, the thin film structure portion is deformed under the thin film structure portion. The deformation prevention plate having a surface facing the thin film structure portion with a gap (12) so as to come into contact with the thin film structure portion ( 40 ) Is provided.
[0017]
According to this, excessive deformation of the thin film structure part (20a) can be prevented by interference with the deformation preventing plate (40). Here, since the deformation prevention plate has a surface facing the thin film structure portion, and the contact between both is performed by surface contact with a large area, the deformation prevention plate can sufficiently receive the thin film structure portion. The deformation suppressing effect is great.
[0018]
Moreover, since the thin film structure part (20a) and the deformation preventing plate (40) are located via a gap, that is, a gap, it is possible to prevent an increase in heat capacity and a decrease in thermal insulation of the thin film structure part. Therefore, according to the present invention, the breaking strength can be improved without causing an increase in the heat capacity of the thin film structure portion or a decrease in thermal insulation.
[0019]
Where the claim 3 As described in the invention described above, the surface of the deformation prevention plate (40) facing the thin film structure portion via the gap (12) can be flat. It may be a curved surface.
[0020]
Where the claim 4 As described in the invention described above, the deformation preventing plate (40) can be constituted by the substrate (10) located under the thin film structure (20a).
[0021]
Claims 5 The deformation prevention plate (40) is characterized in that the deformation prevention plate (40) is thicker than the thin film structure portion (20a), thereby increasing the strength of the deformation prevention plate and ensuring the support of the thin film structure portion by the deformation prevention plate. Can be done.
[0022]
Claims 1 The deformation prevention plate (40) is characterized in that it has a mesh shape having a plurality of through holes (41) penetrating in the thickness direction. Claims 2 In the invention described in item 1, the deformation preventing plate (40) is characterized in that the planar shape is a stripe shape.
[0023]
By making the deformation prevention plate (40) into a mesh shape or stripe shape, heat conduction in the deformation prevention plate is suppressed, so that heat escape from the thin film structure portion (20a) through the deformation prevention plate is suppressed. Is preferred.
[0024]
Claims 6 In the invention described in (1), the thin film structure (20a) is provided with a heater (23), and the deformation prevention plate (40) penetrates in the thickness direction below the heater. .
[0025]
Claims 7 In the invention described in (1), the thin film structure (20a) is provided with a temperature measuring element (24) for temperature detection, and the deformation preventing plate (40) penetrates in the thickness direction at the lower part of the temperature measuring element. It is characterized by that.
[0026]
Claims 8 In the present invention, the thin film structure (20a) is provided with a heater (23) and a temperature sensing element (24) for temperature detection, and the deformation prevention plate (40) is both a heater and a temperature sensing element. It penetrates in the thickness direction at the lower part of.
[0027]
When the heater (23) and the temperature measuring element (24) are provided in the thin film structure (20a), if a deformation preventing plate exists under the heater or the temperature measuring element that generates heat, heat is transmitted through the deformation preventing plate. Easier to escape. For this reason, the power consumption required for the heater may increase, or the temperature of the temperature sensing element may not easily rise, and the temperature detection sensitivity may deteriorate.
[0028]
In that respect, the above claims 6 ~ Claim 8 According to the invention, since the deformation prevention plate (40) does not exist under the heater (23) or the temperature measuring body (24), such a problem can be avoided and an increase in power consumption can be prevented. Thus, it is possible to provide a sensor capable of maintaining good temperature detection sensitivity.
[0029]
Claims 9 In the invention described in (1), the deformation preventing plate (40) is present in substantially the entire lower portion of the thin film structure portion (20a). According to this, even if dust collides with any region of the thin film structure, the effect of suppressing the deformation of the thin film structure is sufficiently exhibited.
[0030]
Claims 10 As in the invention described in claim 1 to claim 1 9 Can be applied as a flow sensor for measuring the flow rate of fluid.
[0034]
Claims 11 According to the invention described in the above, a method for manufacturing a sensor in which a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a substrate (10), and a trench ( 14), a step of forming a sacrificial layer (11, 11a) on one surface of the substrate so as to fill the trench, a step of forming a thin film structure on the sacrificial layer, and the other side of the substrate Forming a hole (15) reaching the sacrificial layer in the trench from the surface, and etching and removing the sacrificial layer (11a) in the trench and the sacrificial layer (11) on the one surface side of the substrate through the hole. And a process.
[0035]
According to this, by removing the sacrificial layer (11), a gap (12) is formed between one surface of the substrate (10) and the thin film structure (20a), and other than the trench (14) under the thin film structure. The substrate portion is formed as a deformation preventing plate (40). Therefore, claims 1 to claim 10 Can be manufactured appropriately. In particular, if the trenches are arranged in a mesh or stripe, the claim 1 And claims 2 Can be appropriately realized.
[0036]
Claims 12 According to the invention described in the above, a method for manufacturing a sensor, in which a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a semiconductor substrate (10), is formed from a surface thereof to a predetermined region on one surface side of the semiconductor substrate. A step of implanting impurity ions, a step of forming a sacrificial layer (11) on one surface of the semiconductor substrate so as to cover the impurity ion implanted portion (16), and a step of forming a thin film structure on the sacrificial layer Etching the sacrificial layer on the other side of the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate leaving at least an impurity ion implanted portion from the other side of the semiconductor substrate; and etching the sacrificial layer from the other side of the semiconductor substrate And removing it.
[0037]
According to this, the impurity ion implantation part (16) of the semiconductor substrate (10) can be made higher in etching resistance (slower etching rate) than the other parts. Therefore, when etching from the other surface side of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate can be etched leaving the impurity ion implanted portion.
[0038]
Then, by removing the sacrificial layer (11), a gap (12) is formed between one surface of the semiconductor substrate (10) and the thin film structure portion (20a), and an impurity ion implanted portion (16) is formed under the thin film structure portion. The semiconductor substrate portion including the is formed as a deformation preventing plate (40). Therefore, claims 1 to claim 10 A sensor using a semiconductor substrate as the substrate can be appropriately manufactured. In particular, if the impurity ion implantation portion is arranged in a mesh shape or a stripe shape, the claim 1 And claims 2 Can be appropriately realized.
[0039]
Claims 13 According to the invention described in the above, a method for manufacturing a sensor, in which a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a semiconductor substrate (10), is formed from a surface thereof to a predetermined region on one surface side of the semiconductor substrate. A step of implanting impurity ions, a step of forming a sacrificial layer (17) on one surface of the semiconductor substrate so as to cover the impurity ion implanted portion (16), and impurity ions from the surface of a predetermined region of the sacrificial layer. A step of implanting and implanting impurity ions in the sacrificial layer (17a) having higher etching resistance than the other region (17b), and forming a thin film structure on the sacrificial layer; A step of exposing the sacrificial layer to the other surface side of the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate leaving at least an impurity ion implanted portion from the other surface side of the semiconductor substrate; Et al., Impurity ions of the sacrificial layer is characterized by comprising a step of removing by etching a portion not injected.
[0040]
According to it, the above claims 12 The same effect can be exhibited. In addition, the region of the sacrificial layer to be etched can be defined by impurity ion implantation to prevent over-etching of the sacrificial layer.
[0041]
This claim 13 In the manufacturing method of claim 14 By using a polysilicon layer as the sacrificial layer (17) as in the invention described in 1), it is possible to appropriately realize the effect of defining the region of the sacrificial layer to be etched by impurity ion implantation.
[0042]
Claims 15 In the invention described in claim 12 ~ Claim 14 In this manufacturing method, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate (10).
[0043]
By implanting impurity ions such as boron into the silicon substrate, the etching rate of the impurity ion implanted portion in the silicon substrate can be appropriately made slower than other portions.
[0044]
Here, boron or the like is used as the impurity, and the impurity concentration is 1 × 10 6. -18 cm -3 This can be done.
[0045]
Claims 18 In the invention described in semiconductor A method for manufacturing a sensor, wherein a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a substrate (10), A step of implanting impurity ions from the surface into a predetermined region on one side of the semiconductor substrate, and a semiconductor so as to cover the impurity ion implanted portion (16) One side of the board upon Sacrificial layer ( 17 ), Patterning the sacrificial layer into a predetermined shape, forming a thin film structure on the sacrificial layer, semiconductor From the other side of the board Semiconductor with at least impurity ion implantation Etching substrate A step of exposing the sacrificial layer to the other surface side of the semiconductor substrate, and from the other surface side of the semiconductor substrate. And a step of etching and removing the sacrificial layer.
[0046]
According to it, the sacrificial layer ( 17 ) semiconductor A gap (12) is formed between one surface of the substrate (10) and the thin film structure portion (20a), and a substrate portion other than the hole portion (41) is formed as a deformation preventing plate (40) under the thin film structure portion. The Therefore, claims 1 to claim 10 Can be manufactured appropriately. In particular, if the holes are arranged in a mesh or stripe, the claims 1 And claims 2 Can be appropriately realized.
[0047]
According to this manufacturing method, the sacrificial layer ( 17 ) Is removed in advance by etching. semiconductor The sacrificial layer can be disposed only in a portion where the gap (12) between the one surface of the substrate (10) and the thin film structure portion (20a) is to be formed, and the gap can be formed with high accuracy.
[0048]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0049]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below. In the following embodiments, the same portions are denoted by the same reference numerals in the drawings.
[0050]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic plan view of a flow sensor S1 as a sensor having a thin film structure according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 (a) is an enlarged view of a portion A in FIG. ) Is an enlarged view of a portion B in FIG. FIG. 3 is a schematic sectional view taken along the line CC in FIG.
[0051]
The sensor S1 includes a silicon substrate 10 as a substrate in the present invention, and this silicon substrate 10 has a thickness of about 625 μm in this example. As shown in FIG. 3, a silicon oxide film (SiO 2) is formed on one surface of the silicon substrate 10 corresponding to the upper surface in the drawing. 2 Film) 11 is formed.
[0052]
On the silicon oxide film 11, a laminated film 20 made of various films and wiring patterns is provided. This silicon oxide film 11 becomes a sacrificial layer in the manufacturing method described later, and is hereinafter referred to as a substrate-side silicon oxide film 11.
[0053]
By removing a part of the substrate-side silicon oxide film 11, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the laminated film 20. Here, the laminated film 20 on the gap 12 is configured as a thin film structure portion (membrane) 20a that is thinner than the laminated film 20 where the silicon substrate 10 exists.
[0054]
The laminated film 20 including the thin film structure portion 20a is formed from a silicon nitride film (Si Three N Four Film) 21, silicon oxide film (SiO 2) 2 Film) 22, patterned wiring portions 23 to 26, silicon oxide film (SiO2) 2 Film) 27, silicon nitride film (Si Three N Four Film) 28 is sequentially laminated.
[0055]
Here, in the laminated film 20, the silicon nitride film 21 and the silicon oxide film 22 below the wiring part are configured as lower insulating films 21 and 22, and the silicon oxide film 27 and the silicon nitride film above the wiring part are formed. Reference numeral 28 denotes an upper insulating film 27 or 28.
[0056]
Hereinafter, the silicon nitride film 21 and the silicon oxide film 22 as the lower insulating film are respectively referred to as the lower silicon nitride film 21 and the lower silicon oxide film 22, and the silicon nitride film 28 and the silicon oxide film 27 as the upper insulating film are respectively upper silicon. The nitride film 28 and the upper silicon oxide film 27 are referred to.
[0057]
The wiring portions 23 to 26 sandwiched between the upper and lower insulating films are composed of a heater 23, a temperature measuring body 24, a correction thermometer 25, and a fluid thermometer 26. Although these are made of a conductor material, in this example, they are made of a Pt / Ti laminated film in which the lower layer is Ti and the upper layer is Pt.
[0058]
As shown in FIGS. 1 to 3, the heater 23 and the temperature measuring body 24 in the wiring portion are formed in the thin film structure portion 20 a located on the gap 12 in the laminated film 20, and the correction thermometer 25 and the fluid temperature are formed. The total 26 is formed on the laminated film 20 located on the portion of the gap 12 that is off the top, that is, on the substrate-side silicon oxide film 11.
[0059]
Each wiring part 23-26 has comprised the meandering shape, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 1, on one surface of the silicon substrate 10, lead portions 30 are electrically connected to the respective wiring portions 23 to 26 and electrically connected to the respective wiring portions 23 to 26 and the outside. Is formed.
[0060]
As shown in FIG. 3, the lead portion 30 is made of a Pt / Ti laminated film sandwiched between the lower insulating films 21 and 22 and the upper insulating films 27 and 28 as in the case of the wiring portions 23 to 26. Become. That is, the wiring portions 23 to 26 and the lead portion 30 are formed simultaneously by forming a Pt / Ti laminated film on the lower insulating films 21 and 22 and patterning the same.
[0061]
As shown in FIG. 1, pads 31 for connection to the outside (for example, for wire bonding) are formed on the lead portion 30 located in the peripheral portion of the silicon substrate 10. In this example, as shown in FIG. 3, the pad 31 is formed by forming an Au / Ti laminated film having an upper layer made of Au and a lower layer made of Ti in an opening formed in the upper insulating films 27 and. ing.
[0062]
As described above, the thin film structure portion 20a is provided as a part of the laminated film 20 on one surface of the silicon substrate 10. In this embodiment, as shown in FIG. 3, the thin film structure portion 20a and the gap 12 are provided. A portion of the silicon substrate 10 that is opposed to each other is configured as a deformation preventing plate 40. The deformation prevention plate 40 has a flat surface facing the thin film structure portion 20a through the gap 12 so as to come into contact when the thin film structure portion 20a is deformed. Here, the plane is the upper surface of the deformation preventing plate 40 in FIG.
[0063]
As shown in FIG. 3, the deformation preventing plate 40 of this example has the thickness of the silicon substrate 10 itself, and is thicker than the thin film structure portion 20a. Incidentally, the thickness of the deformation prevention plate 40, that is, the thickness of the silicon substrate 10, is about 625 μm, the thickness of the thin film structure portion 20a, that is, the thickness of the laminated film 20, is 1-2 μm, and the gap 12 is 0.1 μm to several μm. Can be about.
[0064]
As shown in FIG. 3, the deformation preventing plate 40 is formed with a through hole 41 that penetrates from the other surface, which is the lower surface in FIG. 3, of the silicon substrate 10 to the gap 12. In this example, as shown in FIG. 2A, the deformation preventing plate 40 has a stripe shape in which the planar shape forms a lattice shape by the through holes 41. In FIG. 2 (a), the deformation prevention plate 40 is hatched at several points.
[0065]
The flow sensor S1 having such a structure operates as follows. The fluid thermometer 26, the correction thermometer 25, the temperature measuring body 24, and the heater 23 are arranged in this order from the fluid flow direction indicated by the hollow arrow in FIG. Then, the heater 23 is driven so that the temperature is higher than the fluid temperature obtained from the fluid thermometer 26 by a certain temperature. The correction thermometer 25 corrects the temperature of the fluid thermometer 26.
[0066]
In the forward flow indicated by the white arrow in FIG. 1 due to the flow of the fluid, the temperature measuring body 24 is deprived of heat and the temperature decreases, and in the reverse flow in the reverse direction of the white arrow, the heat is carried and the temperature is reduced. Therefore, the flow rate and the flow direction of the fluid are detected from the temperature difference between the temperature measuring body 24 and the fluid thermometer 26. At this time, the detection is performed by measuring the temperature from the resistance value fluctuation of the metal wiring (in this example, Pt / Ti laminated film) forming the fluid thermometer 26 and the temperature measuring body 24.
[0067]
Here, the thin film structure portion 20a is a thin portion in the sensor S1 because the thin film structure portion 20a is separated from the substrate 10 via the gap 12 as compared with the laminated film 20 positioned on the silicon substrate 10. Therefore, the heat capacity is small compared to the thick part of the sensor other than the thin film structure 20a, and the escape of heat can be suppressed, which is helpful in improving the sensor characteristics.
[0068]
By the way, in the flow rate sensor S1, the deformation preventing plate 40 having a plane facing the thin film structure portion 20a through the gap 12 so as to come into contact with the thin film structure portion 20a when the thin film structure portion 20a is deformed. Is the main feature. In FIG. 3, when the thin film structure portion 20 a is deformed downward in the drawing, it contacts the deformation preventing plate 40.
[0069]
According to this, excessive deformation of the thin film structure 20 a can be prevented by interference with the deformation preventing plate 40. Here, the deformation prevention plate 40 has a plate shape having a flat surface facing the thin film structure portion 20a, and the contact between the two is performed by surface contact with a wide area. 20a can be received sufficiently, and the effect of suppressing deformation is great.
[0070]
In addition, since the thin film structure portion 20a and the deformation prevention plate 40 are located via the gap 12, heat escape from the thin film structure portion 20a through the deformation prevention plate 40 can be suppressed, and the heat capacity of the thin film structure portion 20a. An increase or a decrease in thermal insulation can be prevented. Therefore, according to this flow sensor S1, the breaking strength can be improved without causing an increase in the heat capacity of the thin film structure portion 20a or a decrease in thermal insulation.
[0071]
The action of the deformation preventing plate 40 will be described more specifically with reference to FIG. 4A and 4B are diagrams schematically showing a state of deformation of the thin film structure portion 20a due to dust collision in the present embodiment, where FIG. 4A shows a normal time and FIG. 4B shows a dust collision time.
[0072]
When the dust D1 collides with the thin film structure portion 20a, the thin film structure portion 20a is deformed, but the thin film structure portion 20a hits against the deformation preventing plate 40 and stops as shown in FIG. Therefore, the stress generated at the end of the thin film structure 20a at the time of dust collision can be made smaller than the fracture stress of the thin film structure 20a.
[0073]
The value of this stress is the film configuration such as the type and thickness of the constituent film in the thin film structure 20a, the physical properties of these films, the shape and size of the thin film structure 20a, the deformation prevention plate 40 and the thin film structure. If the distance from 20a, that is, the interval between the gaps 12 is known, it can be designed by simulation.
[0074]
For example, if the gap 12 as a thermal insulation gap of about 0.1 μm to several μm is provided below the thin film structure portion 20 a and the deformation prevention plate 40 is provided below the gap 12, the thin film structure portion 20 a can be thermally insulated. It can be secured. This is because the thickness itself of the thin film structure portion 20a does not change, and the thermal insulation with the silicon substrate 10 is almost the same as the conventional structure. In addition, at the time of dust collision, since the thin film structure portion 20a hits the deformation prevention plate 40 immediately below and the deformation is suppressed, the stress is small and is not broken.
[0075]
The deformation prevention plate 40 has a thickness that hardly deforms due to dust collision. The deformation amount of the deformation preventing plate 40 due to the dust collision is proportional to the minus third power of the plate thickness when the size of the thin film structure portion 20a located above the gap 12 is constant. The deformation can be reduced to 1/1000 when the plate thickness is 1 μm. Using this concept, the thickness of the deformation prevention plate 40 can be designed.
[0076]
In the present embodiment, the deformation prevention plate 40 is thicker than the thin film structure portion 20a, thereby increasing the strength of the deformation prevention plate 40 and minimizing the amount of deformation of the deformation prevention plate 40 itself, thereby preventing deformation. The thin film structure 20a can be reliably supported by the plate 40.
[0077]
In the example shown in FIG. 2, the deformation preventing plate 40 has a stripe shape having a plurality of through holes 41 penetrating in the thickness direction. By making the deformation prevention plate 40 in a stripe shape, heat conduction in the deformation prevention plate 40 is suppressed, which is preferable in order to suppress heat escape from the thin film structure portion 20a through the deformation prevention plate 40.
[0078]
Note that the effect of the stripe shape is also exhibited even when the planar shape of the deformation preventing plate 40 is a mesh shape, as shown in FIG. 5A shows a mesh shape, and FIG. 5B shows a stripe shape extending in a direction perpendicular to the fluid flow direction. Of course, a stripe shape extending obliquely with the fluid flow direction may also be used.
[0079]
Moreover, when the heater 23 as a heat generating body and the temperature measuring body 24 for temperature detection are provided in the thin film structure part 20a like the flow sensor S1 of this embodiment, as shown in FIGS. The deformation preventing plate 40 preferably penetrates in the thickness direction below the heater 23 and the temperature measuring body 24.
[0080]
6 shows an example in which only the lower part of the heater 23 penetrates in the thickness direction, FIG. 7 shows an example in which only the lower part of the temperature measuring body 24 penetrates in the thickness direction, and FIG. The example which penetrates in the thickness direction in both lower parts of the body 24 is shown.
[0081]
In the case where the thin film structure 20 a is provided with the heater 23 and the temperature measuring body 24, if the deformation preventing plate 40 exists under the heater 23 and the temperature measuring body 24 that generate heat, heat easily escapes through the deformation preventing plate 40. Become. For this reason, power consumption required for the heater 23 may increase, or the temperature of the temperature measuring body 24 may not easily rise, and the temperature detection sensitivity may deteriorate.
[0082]
In that respect, in the example shown in FIG. 6, the deformation preventing plate 40 is removed only under the vicinity of the heater 23, so that heat from the heater 23 escapes to the deformation preventing plate 40 by heat conduction, radiation or convection in particular. It is difficult and efficient heating is possible. That is, power consumption can be reduced.
[0083]
In the example shown in FIG. 7, the deformation preventing plate 40 is removed only under the vicinity of the temperature measuring body 24, whereby the heat escape of the thin film structure portion 20 a near the temperature measuring body 24 is small and the sensitivity is good. The sensor S1 can be realized. Further, in the example shown in FIG. 8, it is possible to realize the sensor S1 with low power consumption and high sensitivity.
[0084]
Further, since the deformation prevention plate 40 supports the deformed thin film structure portion 20a in a plane, even if it is partially provided under the gap 12, the deformation prevention function of the thin film structure portion 20a is sufficient. Demonstrated. However, if the deformation preventing plate 40 is provided in substantially the entire lower portion of the thin film structure portion 20a as in this embodiment, the deformation of the thin film structure portion 20a can be performed no matter which region of the thin film structure portion 20a collides with dust. This is more preferable because the effect of suppressing the above is sufficiently exhibited.
[0085]
Next, a manufacturing method of the flow rate sensor S1 of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS. 9-11 is process explanatory drawing which shows a manufacturing method in order of a process in the cross section corresponding to the cross section shown in the said FIG.
[0086]
In general, the manufacturing method includes a step of forming the sacrificial layer 11 on one surface side of the silicon substrate 10, a step of forming the thin film structure portion 20 a on the sacrificial layer 11, and the substrate 10 from the other surface side of the substrate 10. Etching to form the hole 41 reaching the sacrificial layer 11, and etching to remove the sacrificial layer 11 through the hole 41.
[0087]
First, as shown in FIG. 9A, a silicon substrate 10 is prepared. For example, a silicon wafer having a diameter of 6 inches and a thickness of 625 μm is used as the silicon substrate 10. Next, as shown in FIG. 9B, a substrate-side silicon oxide film 11 is formed on one surface of the silicon substrate 10.
[0088]
The substrate-side silicon oxide film 11 is formed with a thickness of, for example, 500 nm by PE-CVD (plasma-CVD), thermal oxidation, or the like. The substrate-side silicon oxide film 11 is a sacrificial layer for finally creating a gap 12 between the thin film structure portion 20a and the deformation preventing plate 40.
[0089]
Next, a thin film structure portion 20a, that is, a laminated film 20 is formed on the substrate side silicon oxide film (sacrificial layer) 11. First, as shown in FIG. 9C, a lower layer silicon nitride film 21 is formed on the substrate side silicon oxide film 11 to a thickness of, for example, 135 nm by LP-CVD (low pressure-CVD), PE-CVD, or the like. Then, as shown in FIG. 9D, a lower silicon oxide film 22 is formed with a thickness of, for example, 300 nm by PE-CVD, thermal oxidation, or the like.
[0090]
Next, as shown in FIG. 9E, a Pt / Ti laminated film 23a to be the wiring parts 23 to 26 and the lead part 30 is formed on the lower silicon oxide film 22 by vapor deposition, sputtering, or the like, for example, with a thickness of 250 nm. The film is formed at / 30 nm.
[0091]
Next, as shown in FIG. 10A, this Pt / Ti laminated film 23a is patterned by ion milling or the like, and a wiring section 23 comprising a heater 23, a temperature measuring body 24, a correction thermometer 25, and a fluid thermometer 26. -26 and the lead part 30 are formed.
[0092]
Next, as shown in FIG. 10B, an upper silicon oxide film 27 is formed to a thickness of, for example, 700 nm by PE-CVD or the like, and as shown in FIG. 10C. Further, the upper silicon nitride film 28 is formed with a thickness of, for example, 135 nm by LP-CVD, PE-CVD, or the like.
[0093]
Thus, although the laminated film 20 is formed and the gap 12 is not formed, the thin film structure portion 20a is formed on the substrate side silicon oxide film 11 as a sacrificial layer.
[0094]
Next, as shown in FIG. 10D, the upper insulating films 27 and 28 are removed by etching at a predetermined portion of the laminated film 20 by RIE (reactive ion etching) or the like to form a contact hole 31a as an opening. And the lead portion 30 is exposed from the contact hole 31a.
[0095]
Next, as shown in FIG. 10E, an Au / Ti laminated film or the like is formed in the contact hole 31 a to form a pad 31 on the lead portion 31. Note that when an Au / Ti laminated film is formed, Ti is included as an adhesion layer because the adhesion between the oxide film and Au is poor.
[0096]
Next, as shown in FIG. 11A, an oxide film 13 is formed on the other surface of the silicon substrate 10 at 1 μm, for example, by PE-CVD or the like. Instead of the oxide film 13, a nitride film by PE-CVD may be formed.
[0097]
Then, as shown in FIG. 11B, the oxide film 13 is etched and patterned to serve as a mask for silicon etching in the next step. When the nitride film is used instead of the oxide film 13, the nitride film is etched and patterned. The patterning shape is matched with the planar shape (mesh shape or the like) of the deformation preventing plate 40. The process of FIG. 11B is called a mask patterning process.
[0098]
Next, as shown in FIG. 11C, the substrate 10 is etched from the other surface side of the silicon substrate 10 to form a hole 41 that reaches the substrate-side silicon oxide film 11. Specifically, the hole 41 is formed by performing silicon etching by wet etching using RIE or an anisotropic etching solution such as tetramethylammonium hydroxide (TMAH) or KOH.
[0099]
The hole 41 corresponds to the through hole 41 of the deformation preventing plate 40 having the mesh shape shown in FIG. That is, in the mask patterning step shown in FIG. 11B, the holes 41 are arranged in a mesh shape or a stripe shape by controlling the pattern of the oxide film 13 or resist film serving as a mask. The planar shape of the deformation preventing plate 40 as shown in FIGS.
[0100]
Next, as shown in FIG. 11 (d), a part of the substrate side silicon oxide film 11 is removed by etching through the hole 41. Specifically, an etching solution such as buffered hydrofluoric acid (BHF) which is a buffer solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride is injected into the hole 41, and the substrate side silicon oxide film 11 under the thin film structure portion 20a is removed. Stop etching when you are done.
[0101]
By removing the substrate-side silicon oxide film 11 as the sacrificial layer, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a, and a substrate portion other than the hole 41 is formed under the thin film structure portion 20a. It is formed as a deformation preventing plate 40. Thus, the flow sensor S1 of the present embodiment is appropriately manufactured.
[0102]
Here, in the above manufacturing method, it is preferable to use the silicon substrate 10 having the (110) plane as the silicon substrate 10 and perform wet etching as the etching for forming the hole 41. This is because the hole 41 can be vertically etched by the anisotropy of the silicon substrate 10 whose plane orientation is the (110) plane.
[0103]
(Second Embodiment)
The second embodiment of the present invention relates to a manufacturing method. The manufacturing method of the flow sensor of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 12-15 is process explanatory drawing which shows the manufacturing process for finally manufacturing flow-rate sensor S2 shown in FIG.15 (c) in order of a process in a schematic cross section.
[0104]
The present manufacturing method roughly includes a step of forming a trench 14 from a surface thereof in a predetermined region on one surface side of the silicon substrate 10 and a step of forming sacrificial layers 11 and 11a on one surface of the substrate 10 so as to fill the trench 14. A step of forming the thin film structure portion 20 on the sacrificial layer 11, a step of forming the hole portion 15 reaching the sacrificial layer 11 a in the trench 14 from the other surface side of the substrate 10, and the hole portion 15. A step of etching and removing the sacrificial layer 11a in the trench 14 and the sacrificial layer 11 on the one surface side of the substrate 10.
[0105]
Specifically, first, as shown in FIG. 12A, a silicon substrate 10 is prepared. As the silicon substrate 10, for example, a silicon wafer having a main surface with a (100) plane, a diameter of 6 inches, and a thickness of 625 μm is used.
[0106]
Next, as shown in FIG. 12B, a trench 14 is formed from the surface of one surface side of the silicon substrate 10 by an RIE or the like in a region finally facing the thin film structure portion 20a. The trench 14 becomes a hole when the etching solution passes through the deformation preventing plate 40 in a step of performing sacrifice layer etching later.
[0107]
Next, silicon oxide films 11 and 11a as sacrificial layers are formed on one surface of the silicon substrate 10 so as to fill the trench 14. Specifically, as shown in FIG. 12C, a silicon oxide film 11a is formed on one surface of the silicon substrate 10 by PE-CVD, LP-CVD, or the like so as to fill the trench.
[0108]
Since the silicon oxide film 11a needs to fill the trench 14 having a high aspect ratio, a silicon oxide film having a good step coverage such as an oxide film formed by LP-CVD using TEOS (tetraethyl orthosilicate) is preferable.
[0109]
Then, as shown in FIG. 12D, the silicon oxide film 11a is polished by CMP (Chemical Mechanical Polishing) or the like until the surface of the silicon substrate 10 appears. Subsequently, as shown in FIG. 12E, a substrate-side silicon oxide film 11 is formed to a thickness of, for example, 500 nm on the polished surface by PE-CVD, thermal oxidation, or the like. Thus, the substrate-side silicon oxide film 11, which includes the silicon oxide film 11 a embedded in the trench 14 as a part, is formed as a sacrificial layer on one surface of the silicon substrate 10.
[0110]
Next, a thin film structure portion 20 a, that is, a laminated film 20 is formed on the substrate side silicon oxide film 11. The laminated film 20 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
[0111]
That is, the lower silicon nitride film 21 is formed (see FIG. 13A), the lower silicon oxide film 22 is formed (see FIG. 13B), and the Pt / Ti stacked film 23a is formed (FIG. 13C). )), Formation of the wiring portions 23 to 26 and the lead portion 30 by patterning of the Pt / Ti laminated film 23a (see FIG. 13D), film formation of the upper silicon oxide film 27 (see FIG. 13E), The upper silicon nitride film 28 is sequentially formed (see FIG. 14A).
[0112]
Similar to the first embodiment, the lower silicon nitride film 21 has a thickness of, for example, 135 nm, the lower silicon oxide film 22 has a thickness of, for example, 300 nm, and the Pt / Ti laminated film 23a has a thickness of, for example, 250 nm / second. The upper silicon oxide film 27 can have a thickness of, for example, 700 nm, and the upper silicon nitride film 28 can have a thickness of, for example, 135 nm.
[0113]
Thus, even in the present manufacturing method, the laminated film 20 is formed and the gap 12 is not formed, but the thin film structure portion 20a is formed on the substrate-side silicon oxide film 11 as a sacrificial layer. Next, in the same manner as in the first embodiment, the contact hole 31a is formed (see FIG. 14B) and the pad 31 is formed (see FIG. 14C).
[0114]
Next, as in the first embodiment, an oxide film 13 (for example, 1 μm) or a nitride film is formed on the other surface of the silicon substrate 10 (see FIG. 14D), and a mask patterning step ( (See FIG. 15A). At this time, the patterning shape of the oxide film 13 or the nitride film has an opening under the region where the trench 14 is formed.
[0115]
Next, as shown in FIG. 15B, a recess 15 is formed as a hole that reaches the silicon oxide film 11 a that is a sacrificial layer in the trench 14 from the other surface side of the silicon substrate 10. Specifically, the other surface side of the silicon substrate 10 is anisotropically etched by wet etching using an anisotropic etchant such as TMAH or KOH.
[0116]
Then, the etching is stopped when the silicon oxide film 11a embedded in the trench 14 is seen. Thereby, a recess 15 whose bottom reaches the trench 14 is formed.
[0117]
Next, as shown in FIG. 15C, the silicon oxide film 11 a in the trench 14 and the substrate side silicon oxide film 11 on the one surface side of the silicon substrate 10 are removed by etching through the recess 15. Specifically, an etching solution such as buffered hydrofluoric acid is injected into the recess 15 and the etching is stopped when the substrate-side silicon oxide film 11 under the thin film structure portion 20a is completely removed.
[0118]
By removing the substrate-side silicon oxide film 11 as the sacrificial layer, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a, and the substrate portion other than the trench 14 is deformed under the thin film structure portion 20a. It is formed as a prevention plate 40. That is, the deformation preventing plate 40 in which the trench 14 becomes the through hole 41 is formed.
[0119]
Thus, the flow rate sensor S2 of the second embodiment shown in FIG. 15C is appropriately manufactured. This sensor S2 has the same configuration as the flow rate sensor S1 of the first embodiment except that the concave portion 15 is formed on the other surface side of the silicon substrate 10, and the same effects are exhibited.
[0120]
And according to the manufacturing method of this embodiment, by controlling the arrangement | positioning and shape of the trench 14 which finally becomes the through-hole 41 of the deformation | transformation prevention board 40, as shown to the said FIG. 2, FIG. A planar shape of the deformation preventing plate 40 is obtained.
[0121]
In the manufacturing method of this embodiment, in the step of forming the hole 15 reaching the sacrificial layer 11 in the trench 14 from the other surface side of the substrate 10, for example, the other surface side of the silicon substrate 10 corresponding to the trench 14. May be performed by thinning by polishing or the like.
[0122]
(Third embodiment)
The third embodiment of the present invention relates to a manufacturing method. The manufacturing method of the flow sensor of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 16-19 is process explanatory drawing which shows the manufacturing process for finally manufacturing flow-rate sensor S3 shown in FIG.19 (c) in order of a process in a schematic cross section.
[0123]
In this manufacturing method, roughly, a step of implanting impurity ions from a surface into a predetermined region on one surface side of the silicon substrate 10 as a semiconductor substrate and a surface of the silicon substrate 10 so as to cover the impurity ion implanted portion 16 are performed. A step of forming the sacrificial layer 11, a step of forming the thin film structure portion 20a on the sacrificial layer 11, and etching the silicon substrate 10 leaving at least the impurity ion implanted portion 16 from the other surface side of the silicon substrate 10. And a step of exposing the sacrificial layer 11 to the other surface side of the silicon substrate 10 and a step of etching and removing the sacrificial layer 11 from the other surface side of the silicon substrate 10.
[0124]
Specifically, first, as shown in FIG. 16A, a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate is prepared. The silicon substrate 10 is, for example, an n-type silicon wafer whose main surface has a (100) plane orientation and has a diameter of 6 inches and a thickness of 625 μm.
[0125]
Next, as shown in FIG. 16 (b), impurity ions such as boron are implanted from the surface into a region finally facing the thin film structure portion 20a on one surface side of the silicon substrate 10, and the impurity ion implanted portion. 16 is formed. The concentration of the impurity ion implanted portion 16 is, for example, 1 × 10 20 cm -3 Make the concentration as high as possible.
[0126]
The impurity ion implanted portion 16 has higher resistance to silicon etching, that is, a slower etching rate than the other portions in the silicon substrate 10 of this example.
[0127]
Next, as shown in FIG. 16C, a substrate-side silicon oxide film 11 as a sacrificial layer is formed on one surface of the silicon substrate 10 so as to cover the impurity ion implanted portion 16. Specifically, as in the above embodiment, the substrate-side silicon oxide film 11 is formed to a thickness of, for example, 500 nm by PE-CVD, thermal oxidation, or the like.
[0128]
Next, a thin film structure portion 20 a, that is, a laminated film 20 is formed on the substrate side silicon oxide film 11. The laminated film 20 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
[0129]
That is, the lower silicon nitride film 21 is formed (see FIG. 16D), the lower silicon oxide film 22 is formed (see FIG. 16E), and the Pt / Ti laminated film 23a is formed (FIG. 17A). )), Formation of wiring parts 23 to 26 and lead part 30 by patterning of Pt / Ti laminated film 23a (see FIG. 17B), formation of upper silicon oxide film 27 (see FIG. 17C), The upper silicon nitride film 28 is sequentially formed (see FIG. 17D). The film thickness of each of the films 21, 22, 23a, 27, and 28 can be the same as the example shown in the first embodiment.
[0130]
Thus, even in the present manufacturing method, the laminated film 20 is formed and the gap 12 is not formed, but the thin film structure portion 20a is formed on the substrate-side silicon oxide film 11 as a sacrificial layer. Next, in the same manner as in the first embodiment, the contact hole 31a is formed (see FIG. 18A) and the pad 31 is formed (see FIG. 18B).
[0131]
Next, in the same manner as in the first embodiment, an oxide film 13 (for example, 1 μm) or a resist film is formed on the other surface of the silicon substrate 10 (see FIG. 18C), and a mask patterning step ( (See FIG. 19A). At this time, the patterning shape of the oxide film 13 or the nitride film has an opening under the region where the impurity ion implantation portion 16 is formed.
[0132]
Next, as shown in FIG. 19B, the silicon substrate 10 is etched from the other surface side of the silicon substrate 10 with at least the impurity ion implanted portions 16 being left, so that the substrate side silicon is formed on the other surface side of the silicon substrate 10. The oxide film 11 is exposed. Specifically, KOH + H 2 The other side of the silicon substrate 10 is anisotropically etched by wet etching using an O + propanol solution or the like.
[0133]
Then, the etching is stopped when the substrate side silicon oxide film 11 is seen from the other surface side of the silicon substrate 10. At this time, as described above, the impurity ion implanted portion 16 remains because the etching rate is slower than other portions of the silicon substrate 10.
[0134]
Thus, the recess 15 is formed on the other surface side of the silicon substrate 10. The substrate-side silicon oxide film 11 is exposed to the other surface side of the silicon substrate 10 through the hole 41 formed between the remaining impurity ion implanted portions 16 at the bottom of the recess 15.
[0135]
Next, as shown in FIG. 19C, the substrate-side silicon oxide film 11 as a sacrificial layer is removed by etching from the other surface side of the silicon substrate 10. Specifically, an etching solution such as buffered hydrofluoric acid is injected into the recess 15 and the etching is stopped when the substrate-side silicon oxide film 11 under the thin film structure portion 20a is completely removed. At this time, the silicon oxide film 13 on the other surface side of the silicon substrate 10 is also etched at the same time, and becomes thinner or disappears.
[0136]
By removing the substrate-side silicon oxide film 11 as the sacrificial layer, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a. Then, under the thin film structure portion 20a, the substrate portion including the impurity ion implanted portion 16, that is, the impurity ion implanted portion 16 and the remaining portion around it are formed as the deformation preventing plate 40.
[0137]
Then, as shown in FIG. 19C, a deformation preventing plate 40 in which a hole 41 as a through hole is provided between the respective impurity ion implanted portions 16 is formed. Thus, the flow rate sensor S3 of the third embodiment shown in FIG. 19C is appropriately manufactured.
[0138]
This sensor S3 is the same as that described above except that the silicon substrate 10 constituting the deformation prevention plate 40 includes the impurity ion implanted portion 16 and that the recess 15 is formed on the other surface side of the silicon substrate 10. The configuration is the same as that of the flow sensor S1 of the embodiment, and the operational effects that are exhibited are also the same.
[0139]
And according to the manufacturing method of this embodiment, the planar shape of the deformation preventing plate 40 as shown in FIGS. 2 and 5 to 8 is obtained by controlling the arrangement and shape of the impurity ion implantation part 16. .
[0140]
(Fourth embodiment)
The fourth embodiment of the present invention relates to a manufacturing method. The manufacturing method of the flow sensor of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 20-23 is process explanatory drawing which shows the manufacturing process for finally manufacturing flow-rate sensor S4 shown in FIG.23 (c) in order of a process in a schematic cross section.
[0141]
In this manufacturing method, roughly, a step of implanting impurity ions from a surface into a predetermined region on one surface side of the silicon substrate 10 as a semiconductor substrate, and a surface of the silicon substrate 10 so as to cover the impurity ion implanted portion 16 are performed. A step of forming the sacrificial layer 17 and impurity ions are implanted into a predetermined region of the sacrificial layer 17 from the surface thereof, and the region 17a into which the impurity ions are implanted in the sacrificial layer 17 has higher etching resistance than the other regions 17b. A step of forming the thin film structure portion 20a on the sacrificial layer 17, and a step of etching the silicon substrate 10 leaving at least the impurity ion implanted portion 16 from the other surface side of the silicon substrate 10. Impurity ions of the sacrificial layer 17 are injected from the other surface side of the silicon substrate 10. The site 17b which is not and a step of removing by etching.
[0142]
Specifically, first, as shown in FIG. 20A, a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate is prepared. The silicon substrate 10 is, for example, an n-type silicon wafer whose main surface has a (100) plane orientation and has a diameter of 6 inches and a thickness of 625 μm.
[0143]
Next, as shown in FIG. 20B, in the same manner as in the third embodiment, boron or the like is formed from the surface of the one surface side of the silicon substrate 10 to the region finally facing the thin film structure portion 20a. Impurity ions are, for example, 1 × 10 20 cm -3 Inject at a high concentration. Thereby, in the silicon substrate 10 of this example, the impurity ion implantation part 16 having higher resistance to silicon etching than the other parts is formed.
[0144]
Next, as shown in FIG. 20C, a polysilicon film 17 as a sacrificial layer is formed on one surface of the silicon substrate 10 so as to cover the impurity ion implanted portion 16. Specifically, the polysilicon film 17 is formed with a thickness of, for example, 500 nm by LP-CVD or the like.
[0145]
Next, as shown in FIG. 20D, impurity ions such as boron are applied to the predetermined region of the polysilicon film 17, that is, the portion that does not eventually become the gap 12 from the surface, for example, 1 × 10 6. 20 cm -3 Inject at a high concentration. As a result, the region 17a in which impurity ions are implanted in the polysilicon film 17 has higher etching resistance than the other regions 17b.
[0146]
Next, a thin film structure portion 20 a, that is, a laminated film 20 is formed on the polysilicon film 17. The laminated film 20 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
[0147]
That is, the lower silicon nitride film 21 is formed (see FIG. 20E), the lower silicon oxide film 22 is formed (see FIG. 21A), and the Pt / Ti stacked film 23a is formed (FIG. 21B). )), Formation of wiring parts 23 to 26 and lead part 30 by patterning of Pt / Ti laminated film 23a (see FIG. 21C), formation of upper silicon oxide film 27 (see FIG. 21D), The upper silicon nitride film 28 is sequentially formed (see FIG. 22A). The film thickness of each of the films 21, 22, 23a, 27, and 28 can be the same as the example shown in the first embodiment.
[0148]
Thus, even in the present manufacturing method, the laminated film 20 is formed and the gap 12 is not formed, but the thin film structure portion 20a is formed on the polysilicon film 17 as the sacrificial layer. Next, in the same manner as in the first embodiment, the contact hole 31a is formed (see FIG. 22B) and the pad 31 is formed (see FIG. 22C).
[0149]
Next, in the same manner as in the first embodiment, an oxide film 13 (for example, 1 μm) or a nitride film is formed on the other surface of the silicon substrate 10 (see FIG. 22D), and a mask patterning step ( (See FIG. 23A). At this time, the patterning shape of the oxide film 13 or the nitride film has an opening under the region where the impurity ion implantation portion 16 is formed.
[0150]
Next, as shown in FIG. 23B, as in the third embodiment, the silicon substrate 10 is etched by leaving at least the impurity ion implanted portions 16 from the other surface side of the silicon substrate 10. The sacrificial layer 17 is exposed on the other surface side.
[0151]
Specifically, as above, KOH + H 2 If wet etching using an O + propanol solution or the like is performed and the etching is stopped when the polysilicon film 17 is seen from the other side of the silicon substrate 10, impurity ion implantation is performed at a slower etching rate than other parts of the silicon substrate 10. Part 16 remains. Thus, as in the third embodiment, the polysilicon film 17 is exposed to the other surface side of the silicon substrate 10 through the hole 41 formed in the bottom of the recess 15.
[0152]
Next, as shown in FIG. 23C, a portion of the polysilicon film 17 where no impurity ions are implanted from the other surface side of the silicon substrate 10, that is, the other region 17b shown in FIG. Etch away. Actually, the polysilicon film 17 is etched by continuously performing the etching in FIG.
[0153]
In the polysilicon film 17, the region 17a into which impurity ions are implanted has a slower etching rate than the other region 17b, and therefore the region 17a into which impurity ions are implanted in the polysilicon film 17 is not over-etched.
[0154]
By removing the polysilicon film 17b as the sacrificial layer, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a. Under the thin film structure portion 20a, as in the third embodiment, The substrate portion including the impurity ion implanted portion 16, that is, the impurity ion implanted portion 16 and the remaining portion around it are formed as the deformation preventing plate 40.
[0155]
Then, as shown in FIG. 23C, a deformation preventing plate 40 in which a hole 41 as a through hole is formed between the impurity ion implanted portions 16 is formed. Thus, the flow sensor S4 of the fourth embodiment shown in FIG.
[0156]
This sensor S4 has the same configuration as the flow rate sensor S3 of the third embodiment (see FIG. 19C), and the operational effect is the same as that of the flow rate sensor S1 of the first embodiment.
[0157]
And according to the manufacturing method of this embodiment, like the said 3rd Embodiment, by controlling arrangement | positioning and shape of the impurity ion implantation part 16, a deformation | transformation prevention as shown to the said FIG. 2, FIG. A planar shape of the plate 40 is obtained. Further, in this manufacturing method, the region of the sacrificial layer 17 to be etched can be defined by impurity ion implantation, and overetching of the sacrificial layer 17 can be prevented.
[0158]
(Fifth embodiment)
The fifth embodiment of the present invention relates to a manufacturing method. The manufacturing method of the flow sensor of this embodiment is demonstrated with reference to FIGS. 24 to 27 are process explanatory views showing the manufacturing process for manufacturing the flow rate sensor S5 finally shown in FIG.
[0159]
In general, the present manufacturing method includes a step of forming the sacrificial layer 17 on one side of the silicon substrate 10, a step of patterning the sacrificial layer 17 into a predetermined shape, and a step of forming the thin film structure portion 20 a on the sacrificial layer 17. And a step of etching the substrate 10 from the other surface side of the substrate 10 to form the hole 41 reaching the sacrificial layer 17 and a step of etching and removing the sacrificial layer 17 through the hole 41.
[0160]
Specifically, first, as shown in FIG. 24A, a silicon substrate 10 as a substrate is prepared. The silicon substrate 10 is, for example, an n-type silicon wafer whose main surface has a (100) plane orientation and has a diameter of 6 inches and a thickness of 625 μm.
[0161]
Next, as shown in FIG. 24B, in the same manner as in the third embodiment, an impurity such as boron is introduced from the surface into a region finally facing the thin film structure portion 20a on one surface side of the silicon substrate 10. For example, 1 × 10 20 cm -3 Inject at a high concentration. Thereby, in the silicon substrate 10 of this example, the impurity ion implantation part 16 having higher resistance to silicon etching than the other parts is formed.
[0162]
Next, as shown in FIG. 24C, a polysilicon film 17 as a sacrificial layer is formed on one surface of the silicon substrate 10 so as to cover the impurity ion implanted portion 16. Specifically, the polysilicon film 17 is formed with a thickness of, for example, 500 nm by LP-CVD or the like.
[0163]
Next, as shown in FIG. 24D, the polysilicon film 17 is patterned into a predetermined shape by RIE or the like. As a result, the polysilicon film 17 has a shape of a portion that finally becomes the gap 12.
[0164]
Next, as shown in FIG. 24E, a silicon oxide film 18 for preventing overetching is formed on one surface of the polysilicon film 17 and the silicon substrate 10 by film formation such as PE-CVD. This silicon oxide film 18 is difficult to be etched at the time of later sacrifice layer etching and prevents overetching, and is preferably formed. If the etching time is controlled, this silicon oxide film 18 need not be formed.
[0165]
Next, in this example, a thin film structure portion 20a, that is, a laminated film 20 is formed on the polysilicon film 17 via the silicon oxide film 18 for overetching. The laminated film 20 can be formed in the same manner as in the first embodiment.
[0166]
That is, the lower silicon nitride film 21 is formed (see FIG. 25A), the lower silicon oxide film 22 is formed (see FIG. 25B), and the Pt / Ti laminated film 23a is formed (FIG. 25C). )), The formation of the wiring portions 23 to 26 and the lead portion 30 by patterning the Pt / Ti laminated film 23a (see FIG. 25D), the formation of the upper silicon oxide film 27 (see FIG. 25E), The upper silicon nitride film 28 is sequentially formed (see FIG. 26A). The film thickness of each of the films 21, 22, 23a, 27, and 28 can be the same as the example shown in the first embodiment.
[0167]
Thus, even in the present manufacturing method, the laminated film 20 is formed and the gap 12 is not formed, but the thin film structure portion 20a is formed on the polysilicon film 17 as the sacrificial layer. Next, in the same manner as in the first embodiment, the contact hole 31a (see FIG. 26B) and the pad 31 (see FIG. 26C) are formed.
[0168]
Next, in the same manner as in the first embodiment, an oxide film 13 (for example, 1 μm) or a nitride film is formed on the other surface of the silicon substrate 10 (see FIG. 26D), and a mask patterning step ( (See FIG. 27A). At this time, the patterning shape of the oxide film 13 or the nitride film has an opening under the region where the impurity ion implantation portion 16 is formed.
[0169]
Next, as shown in FIG. 27B, as in the third embodiment, the silicon substrate 10 is etched by leaving at least the impurity ion implanted portions 16 from the other surface side of the silicon substrate 10. The sacrificial layer 17 is exposed on the other surface side. Specifically, as above, KOH + H 2 Wet etching may be performed using an O + propanol solution or the like.
[0170]
As described above, in this example, the silicon substrate 10 is etched by forming the impurity ion implanted portion 16 having high etching resistance in the silicon substrate 10 and performing etching while leaving the implanted portion 16 from the other surface side of the silicon substrate 10. A hole 41 reaching the sacrificial layer 17 is formed in the formed part. The hole 41 finally becomes a through hole of the deformation preventing plate 40.
[0171]
Next, as shown in FIG. 27C, the polysilicon film 17 is removed by etching from the other surface side of the silicon substrate 10 through the hole 41. Actually, the polysilicon film 17 is etched by continuously performing the etching in FIG.
[0172]
In this sacrificial layer etching, as described above, since the etching rate of the silicon oxide film 18 for preventing overetching is low, the side of the polysilicon film 17 is not overetched.
[0173]
By removing the polysilicon film 17 as the sacrificial layer, a gap 12 is formed between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a. Under the thin film structure portion 20a, as in the third embodiment, The substrate portion including the impurity ion implanted portion 16, that is, the impurity ion implanted portion 16 and the remaining portion around it are formed as the deformation preventing plate 40.
[0174]
Then, as shown in FIG. 27C, a deformation preventing plate 40 in which a hole 41 as a through hole is formed between the impurity ion implanted portions 16 is formed. Thus, the flow rate sensor S5 of the fifth embodiment shown in FIG. 27C is appropriately manufactured.
[0175]
This sensor S4 has substantially the same configuration as the flow rate sensor S3 of the third embodiment (see FIG. 19C), and the operational effects exhibited are the same as those of the flow rate sensor S1 of the first embodiment. is there. .
[0176]
And according to the manufacturing method of this embodiment, like the said 3rd Embodiment, by controlling arrangement | positioning and shape of the impurity ion implantation part 16, a deformation | transformation prevention as shown to the said FIG. 2, FIG. A planar shape of the plate 40 is obtained.
[0177]
Further, in this manufacturing method, the sacrificial layer 17 is patterned in advance before being etched away, so that it is desired to form the gap 12 between one surface of the silicon substrate 10 and the thin film structure portion 20a. The sacrificial layer 17 can be disposed only in the portion, and the gap 12 can be accurately formed with a target shape and size.
[0178]
Here, as described above, the manufacturing method according to the fifth embodiment is roughly composed of a sacrificial layer forming step on one side of the substrate, a sacrificial layer patterning step, and a thin film structure on the sacrificial layer. Forming step, forming a hole part reaching the sacrificial layer by substrate etching from the other side of the substrate, and sacrificial layer etching process through the hole part.
[0179]
Therefore, for example, in the manufacturing method of the first embodiment shown in FIGS. 9 to 11, the fifth embodiment after forming the substrate side silicon oxide film 11 as the sacrificial layer shown in FIG. It is also possible to apply this manufacturing method.
[0180]
That is, as shown in FIG. 9B, after the substrate side silicon oxide film 11 is formed, it is patterned into a predetermined shape, and thereafter, the formation of the thin film structure portion 20a and the subsequent steps are performed in the first embodiment. The manufacturing method shown in the embodiment may be performed.
[0181]
(Other embodiments)
In the above embodiment, the deformation preventing plate 40 is configured as a part of the substrate 10, but may be configured as a member separate from the silicon substrate 10. Further, the number of through holes 41 of the deformation preventing plate 40 may be one.
[0182]
Moreover, this invention is applicable not only to a flow sensor but the sensor which has thin film structure parts, such as a gas sensor, a pressure sensor, and an infrared sensor.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view of a flow sensor as a sensor having a thin film structure according to a first embodiment of the present invention.
2A is an enlarged view of a portion A in FIG. 1, and FIG. 2B is an enlarged view of a portion B in FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line CC in FIG.
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state of deformation of a thin film structure portion due to dust collision in the present invention.
FIG. 5 is a plan view showing a modification example of the planar shape of the deformation preventing plate.
FIG. 6 is a plan view showing an example in which the deformation preventing plate penetrates in the thickness direction only at the lower part of the heater.
FIG. 7 is a plan view showing an example in which the deformation prevention plate penetrates in the thickness direction only at the lower portion of the temperature measuring element.
FIG. 8 is a plan view showing an example in which the deformation prevention plate penetrates in the thickness direction at the lower part of both the heater and the temperature measuring element.
FIG. 9 is a process explanatory view showing the flow sensor manufacturing method according to the first embodiment.
10 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 9; FIG.
11 is a process explanatory diagram showing the manufacturing method subsequent to FIG. 10; FIG.
FIG. 12 is a process explanatory view showing the flow sensor manufacturing method according to the second embodiment of the present invention.
13 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 12; FIG.
14 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 13; FIG.
15 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 14; FIG.
FIG. 16 is a process explanatory view showing the flow sensor manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.
17 is a process explanatory diagram showing the manufacturing method subsequent to FIG. 16; FIG.
18 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 17; FIG.
FIG. 19 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 18;
FIG. 20 is a process explanatory view showing the flow sensor manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 20;
22 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method following FIG. 21; FIG.
FIG. 23 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 22;
FIG. 24 is a process explanatory view showing the flow sensor manufacturing method according to the fifth embodiment of the present invention;
FIG. 25 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method following FIG. 24;
FIG. 26 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method following FIG. 25;
FIG. 27 is a process explanatory diagram illustrating the manufacturing method subsequent to FIG. 26;
FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a flow rate sensor as a sensor having a conventional general thin film structure.
FIG. 29 is a diagram schematically showing a state of deformation of a thin film structure portion due to dust collision in a conventional flow sensor.
[Explanation of symbols]
10 ... silicon substrate, 11 ... substrate side silicon oxide film (sacrificial layer),
11a: silicon oxide film embedded in the trench, 12 ... gap,
14 ... trench, 15 ... recess (hole), 16 ... impurity ion implantation part,
17 ... polysilicon film (sacrificial layer),
17a ... a region where impurity ions are implanted;
17b ... Other regions (portions where no impurity ions are implanted),
20a ... thin film structure part, 23 ... heater, 24 ... temperature sensor, 40 ... deformation prevention plate,
41 ... through hole (hole).

Claims (18)

基板（１０）と、
前記基板の一面の上に設けられたセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）とを備えるセンサにおいて、
前記薄膜構造部の下には、前記薄膜構造部が変形したときに当接するように前記薄膜構造部とは空隙（１２）を介して対向する面を有する変形防止板（４０）が設けられており、
前記変形防止板（４０）は、厚さ方向に貫通する複数の貫通穴（４１）を有するメッシュ形状であることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサ。A substrate (10);
In a sensor comprising a thin film structure part (20a) as a sensing part provided on one surface of the substrate,
Under the thin film structure portion, a deformation preventing plate (40) having a surface facing the thin film structure portion through a gap (12) is provided so as to contact when the thin film structure portion is deformed. And
The deformation prevention plate (40) has a mesh shape having a plurality of through holes (41) penetrating in the thickness direction . 基板（１０）と、A substrate (10);
前記基板の一面の上に設けられたセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）とを備えるセンサにおいて、In a sensor comprising a thin film structure part (20a) as a sensing part provided on one surface of the substrate,
前記薄膜構造部の下には、前記薄膜構造部が変形したときに当接するように前記薄膜構造部とは空隙（１２）を介して対向する面を有する変形防止板（４０）が設けられており、A deformation preventing plate (40) having a surface facing the thin film structure portion through a gap (12) is provided under the thin film structure portion so as to contact when the thin film structure portion is deformed. And
前記変形防止板（４０）は、平面形状がストライプ形状であることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサ。The deformation preventing plate (40) is a sensor having a thin film structure part, wherein a planar shape is a stripe shape. 前記変形防止板（４０）における前記薄膜構造部と空隙（１２）を介して対向する面が平面であることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜構造部を有するセンサ。 3. The sensor having a thin film structure according to claim 1, wherein a surface of the deformation preventing plate (40) facing the thin film structure through a gap (12) is a flat surface. 前記変形防止板（４０）は、前記薄膜構造部（２０ａ）の下に位置する前記基板（１０）により構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the deformation preventing plate (40) is constituted by the substrate (10) located under the thin film structure (20a). A sensor having a structure. 前記変形防止板（４０）は前記薄膜構造部（２０ａ）よりも厚いことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The sensor having a thin film structure according to any one of claims 1 to 4 , wherein the deformation preventing plate (40) is thicker than the thin film structure (20a). 前記薄膜構造部（２０ａ）には、ヒータ（２３）が設けられており、
前記変形防止板（４０）は、前記ヒータの下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The thin film structure (20a) is provided with a heater (23),
The sensor having a thin film structure according to any one of claims 1 to 5 , wherein the deformation prevention plate (40) penetrates in a thickness direction at a lower portion of the heater. 前記薄膜構造部（２０ａ）には、温度検出用の測温体（２４）が設けられており、
前記変形防止板（４０）は、前記測温体の下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The thin film structure portion (20a) is provided with a temperature measuring body (24) for temperature detection,
The sensor having a thin film structure according to any one of claims 1 to 5 , wherein the deformation prevention plate (40) penetrates in a thickness direction at a lower portion of the temperature measuring element. 前記薄膜構造部（２０ａ）には、ヒータ（２３）および温度検出用の測温体（２４）が設けられており、
前記変形防止板（４０）は、前記ヒータおよび前記測温体の両方の下部にて厚さ方向に貫通していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The thin film structure (20a) is provided with a heater (23) and a temperature detector (24) for temperature detection,
The thin film structure according to any one of claims 1 to 5 , wherein the deformation preventing plate (40) penetrates in a thickness direction at a lower portion of both the heater and the temperature measuring element. A sensor having a part. 前記変形防止板（４０）は、前記薄膜構造部（２０ａ）の下部の略全域に存在することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The sensor having a thin film structure according to any one of claims 1 to 8 , wherein the deformation preventing plate (40) is present in substantially the entire lower portion of the thin film structure (20a). 前記センサは、流体の流量を測定する流量センサとして適用されるものであることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサ。The sensor having a thin film structure according to any one of claims 1 to 9 , wherein the sensor is applied as a flow rate sensor for measuring a flow rate of a fluid. 基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、
前記基板の一面側の所定領域にその表面からトレンチ（１４）を形成する工程と、
前記トレンチを埋めるように前記基板の一面上に犠牲層（１１、１１ａ）を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記薄膜構造部を形成する工程と、
前記基板の他面側から前記トレンチ内の前記犠牲層に到達する穴部（１５）を形成する工程と、
前記穴部を介して前記トレンチ内の前記犠牲層（１１ａ）および前記基板の一面側の前記犠牲層（１１）をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサの製造方法。A method for manufacturing a sensor, wherein a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a substrate (10),
Forming a trench (14) from a surface thereof in a predetermined region on one side of the substrate;
Forming a sacrificial layer (11, 11a) on one surface of the substrate so as to fill the trench;
Forming the thin film structure on the sacrificial layer;
Forming a hole (15) that reaches the sacrificial layer in the trench from the other side of the substrate;
Etching the sacrificial layer (11a) in the trench and the sacrificial layer (11) on the one surface side of the substrate through the hole. Manufacturing method. 半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、
前記半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、
前記不純物イオン注入部（１６）を覆うように前記半導体基板の一面の上に犠牲層（１１）を形成する工程と、
前記犠牲層の上に前記薄膜構造部を形成する工程と、
前記半導体基板の他面側から少なくとも前記不純物イオン注入部を残して前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板の他面側に前記犠牲層を露出させる工程と、
前記半導体基板の他面側から前記犠牲層をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサの製造方法。A method for manufacturing a sensor, wherein a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a semiconductor substrate (10),
Implanting impurity ions from a surface of a predetermined region on one surface side of the semiconductor substrate;
Forming a sacrificial layer (11) on one surface of the semiconductor substrate so as to cover the impurity ion implanted portion (16);
Forming the thin film structure on the sacrificial layer;
Exposing the sacrificial layer on the other surface side of the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate leaving at least the impurity ion implanted portion from the other surface side of the semiconductor substrate;
And a step of etching and removing the sacrificial layer from the other surface side of the semiconductor substrate. 半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、
前記半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、
前記不純物イオン注入部（１６）を覆うように前記半導体基板の一面の上に犠牲層（１７）を形成する工程と、
前記犠牲層のうち所定領域にその表面から不純物イオンを注入し、前記犠牲層において不純物イオンが注入された領域（１７ａ）をその他の領域（１７ｂ）よりも耐エッチング性の高いものとする工程と、
前記犠牲層の上に前記薄膜構造部を形成する工程と、
前記半導体基板の他面側から少なくとも前記不純物イオン注入部を残して前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板の他面側に前記犠牲層を露出させる工程と、
前記半導体基板の他面側から、前記犠牲層のうち前記不純物イオンが注入されていない部位をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサの製造方法。A method for manufacturing a sensor, wherein a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a semiconductor substrate (10),
Implanting impurity ions from a surface of a predetermined region on one surface side of the semiconductor substrate;
Forming a sacrificial layer (17) on one surface of the semiconductor substrate so as to cover the impurity ion implanted portion (16);
Impurity ions are implanted into a predetermined region of the sacrificial layer from the surface thereof, and the region (17a) in which the impurity ions are implanted in the sacrificial layer has higher etching resistance than the other region (17b); ,
Forming the thin film structure on the sacrificial layer;
Exposing the sacrificial layer on the other surface side of the semiconductor substrate by etching the semiconductor substrate leaving at least the impurity ion implanted portion from the other surface side of the semiconductor substrate;
And a step of etching and removing a portion of the sacrificial layer where the impurity ions are not implanted from the other surface side of the semiconductor substrate. 前記犠牲層（１７）としてポリシリコン層を用いることを特徴とする請求項１３に記載の薄膜構造部を有するセンサの製造方法。The method for manufacturing a sensor having a thin film structure according to claim 13 , wherein a polysilicon layer is used as the sacrificial layer (17). 前記半導体基板（１０）としてシリコン基板を用いることを特徴とする請求項１２ないし１４のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサの製造方法。Method of manufacturing a sensor having a thin film structure according to any one of claims 12 to 14, characterized in that a silicon substrate is used as said semiconductor substrate (10). 前記不純物としてボロンを用いたことを特徴とする請求項１２ないし１５のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサの製造方法。 16. The method of manufacturing a sensor having a thin film structure according to claim 12, wherein boron is used as the impurity. 前記不純物濃度として１×１０-18ｃｍ-3以上とすることを特徴とする請求項１２ないし１６のいずれか一つに記載の薄膜構造部を有するセンサの製造方法。Method of manufacturing a sensor having a thin film structure according to any one of claims 12 to 16, characterized in that a 1 × 10 -18 cm -3 or more as the impurity concentration. 半導体基板（１０）の一面上にセンシング部としての薄膜構造部（２０ａ）を形成してなるセンサの製造方法であって、
前記半導体基板の一面側の所定領域にその表面から不純物イオンを注入する工程と、
前記不純物イオン注入部（１６）を覆うように前記半導体基板の一面の上に犠牲層（１７）を形成する工程と、
前記犠牲層を所定形状にパターニングする工程と、
前記犠牲層の上に前記薄膜構造部を形成する工程と、
前記半導体基板の他面側から少なくとも前記不純物イオン注入部を残して前記半導体基板をエッチングすることにより、前記半導体基板の他面側に前記犠牲層を露出させる工程と、
前記半導体基板の他面側から前記犠牲層をエッチングして除去する工程とを備えることを特徴とする薄膜構造部を有するセンサの製造方法。 A method for manufacturing a sensor, wherein a thin film structure part (20a) as a sensing part is formed on one surface of a semiconductor substrate (10),
Implanting impurity ions from a surface of a predetermined region on one surface side of the semiconductor substrate;
Forming a sacrificial layer ( 17 ) on one surface of the semiconductor substrate so as to cover the impurity ion implanted portion (16) ;
Patterning the sacrificial layer into a predetermined shape;
Forming the thin film structure on the sacrificial layer;
By etching the semiconductor substrate while leaving at least the impurity ion implantation unit from the other surface side of the semiconductor substrate, thereby exposing the sacrificial layer on the other surface side of the semiconductor substrate,
And a step of etching and removing the sacrificial layer from the other surface side of the semiconductor substrate .
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