JP4653265B2

JP4653265B2 - 発熱型薄膜素子センサとその製造方法

Info

Publication number: JP4653265B2
Application number: JP05445898A
Authority: JP
Inventors: 勤小幡
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd
Priority date: 1998-02-18
Filing date: 1998-02-18
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2018-02-18
Also published as: JPH11233303A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発熱状態にした薄膜素子の抵抗値の変化から相対湿度や相対流量、ガス等を検出する発熱型薄膜素子を備えた発熱型薄膜素子センサとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の発熱型薄膜素子を備えたセンサは、図５に示すように、例えばシリコン単結晶等の半導体基板１の上面に下側絶縁膜２を形成し、その上に発熱部と通電部及び電極部を含む薄膜からなる導体膜３を設けたものがあった。半導体基板１には、導体膜３とは反対側の下方に開口させて下側絶縁膜２に達する空洞部４が形成されている。空洞部４は、異方性エッチングにより形成され、空洞部４内の下側絶縁膜２と発熱部を含む導体膜３とにより、発熱型薄膜素子５を構成していた。また、下側絶縁膜２の上には、導体膜３の発熱部を覆って上側絶縁膜６が設けられていた。
【０００３】
この発熱型薄膜素子５を備えたセンサの製造は、シリコン単結晶等の半導体基板１の上面にスパッタリングによりＳｉＯ₂やＴａ₂Ｏ₅等により下側絶縁膜２を形成し、その上にＰｔ等の導体膜３を形成し、エッチング等により所定の形状に形成する。下側絶縁膜２の表面には、必要に応じて導体膜３を覆うようにスバッタリング等によりＳｉＯ₂やＴａ₂Ｏ₅の上側絶縁膜６を形成する。次に、半導体基板１の下方から下側絶縁膜２まで異方性エッチングして空洞部４を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の発熱型薄膜素子を備えたセンサは、シリコンウエハの基板１に下側絶縁膜２を梁状にして導体膜３の抵抗値変化から湿度や流量を検知するため、その感度を高めるために導体膜３に電流を流して加熱し、その状態の抵抗値から検知対象のデータを検知していた。さらに、導体膜３の表面の埃や不純物を除去するために、表面を７００℃程度に加熱して除去することができるが、これらの加熱により導体膜３の耐久性が大幅に落ちてしまうという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑みてなされたもので、耐久性及び検知精度が高い発熱型薄膜素子センサとその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の発熱型薄膜素子センサは、半導体単結晶の基板の下方に開口した空洞部と、この基板の表面側に設けられた第一の絶縁層と、その上側に所定幅のパターンに形成された導体膜と、この導体膜及びその周囲を上記第一の絶縁層との間に挟むように覆って保護する第二の絶縁層と、上記導体膜に沿って同形状で等しい幅に形成され上記第一の絶縁層を介して反対側の上記空洞部内に形成された発熱部とから成り、上記発熱部は上記半導体に所定の不純物が拡散した拡散部である発熱型薄膜素子センサである。
【０００７】
この発熱型薄膜素子センサは、検知部である導体膜と、この導体膜を加熱する発熱部とを絶縁層を介して別々に形成したものである。検知に際しては、発熱部に電流を流して、導体膜を所定の温度に加熱して所定の検知を行う。また、表面に埃等が付着した場合は、発熱部により導体膜を高温に加熱して埃を除去する。
【０００８】
この発明の発熱型薄膜素子センサの製造方法は、基板に所定のパターンの発熱部を形成し、この発熱部の表面側に絶縁層を形成し、その絶縁層の表面に導体膜を形成し、上記基板裏面側から上記発熱部に向けてエッチングを行い、上記基板裏面に空洞部を形成するとともに、この空洞部内に上記発熱部を残すようにする発熱型薄膜素子センサの製造方法である。
【０００９】
特に、この発明の発熱型薄膜素子センサの製造方法は、半導体の基板に所定のパターンの発熱部となる不純物拡散部を所定のパターンに形成し、この不純物拡散部が形成された上記基板表面に上記不純物拡散部及びその周囲を覆う第一の絶縁層を形成し、その第一の絶縁層の表面に上記第一の絶縁層を挟んで上記不純物拡散部に沿って同形状で等しい幅に導体膜を形成し、この導体膜及びその周囲を上記第一の絶縁層との間に挟むように覆って保護する第二の絶縁層を形成し、上記基板裏面側から上記不純物拡散部に向けてエッチングを行い、上記基板裏面に空洞部を形成するとともに、上記不純物拡散部を選択的に残して上記発熱部とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の発熱型薄膜素子センサの一実施の形態について図面に基づいて説明する。この実施形態の発熱型薄膜素子センサは、シリコン（Ｓｉ）単結晶の半導体基板１０を有し、この半導体基板１０には、下方に開口した空洞部１４が形成され、この空洞部１４の上部は、ＳｉＯ₂の１μｍ程度の薄い絶縁層１２により覆われている。
【００１１】
基板１０の表面上には、絶縁層１２の表面に４０００〜５０００Å程度の厚さの導体膜１３がコ字状に形成されている。導体膜１３は、プラチナ（Ｐｔ）やチタン（Ｔｉ）等の温度係数の大きい金属薄膜からなる。この導体膜１３の両端部には、図４に示すように、基板１０の表面の側方に形成された電極１８が形成されている。さらに、導体膜１３の表面には、保護膜である１μｍ程度の薄いＳｉＯ₂の絶縁層１６が積層されている。
【００１２】
空洞部１４内の絶縁層１２の裏面側には、導体膜１３に沿った形状のコ字型に発熱部２０が形成されている。発熱部２０は、シリコンに高濃度に不純物であるボロン（Ｂ）を拡散したＰ⁺Ｓｉによって構成される。この不純物拡散部である発熱部２０のボロン濃度は、例えば約１０²⁰ｃｍ^-3である。
【００１３】
コ字形の発熱部２０の両端部から続く拡散部２６は、絶縁層１２の裏面に沿って基板１０の側方に至り、図４に示すように、基板１０の表面に形成された電極２８に接続されている。表面の電極２８と拡散部２６の端部との接続は、電極２８の位置で絶縁層１２に窓を形成しておき、電極２８の形成により電極２８と拡散部２６が接続されるようにする。
【００１４】
次に、この実施形態の発熱型薄膜素子センサの製造方法について、図３をもとにして説明する。この製造方法では、先ず図３（Ａ）に示すように、Ｎ型Ｓｉ単結晶の基板１０の表面に、酸化膜２２を形成し、発熱部２０の形状を形成するパターンに窓２４を開ける。そして、ボロン等のＰ型ドーパントをＳｉ基板１０中に高濃度に拡散させる。これにより、不純物拡散部２６が所定形状に形成される。
【００１５】
この後、酸化膜２２を除去し、図３（Ｂ）に示すように、基板１０の表面に絶縁膜１２をスパッタリング等により形成する。さらに、金属薄膜の導体膜１３を絶縁層１２の表面に形成する。所定形状に形成する方法は、金属薄膜を全面に蒸着やスパッタリングにより形成した後エッチングして、図３（Ｃ）に示すように、導体膜１３を所定形状に形成する。さらに、この導体膜１３を覆って保護する絶縁層１６を形成する。
【００１６】
次に、基板１０の裏面側から異方性エッチングし、図３（Ｄ）に示すように、発熱部２０を形成する不純物拡散部２６が選択的に残るようにする。不純物拡散部２６は、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）等のアルカリエッチング液により、Ｓｉを異方性エッチングすると、選択的にエッチングされずに残る。
【００１７】
この実施形態の発熱型薄膜素子センサは、絶縁層１２を介して検知部分となる導体膜１３と発熱部２０とが別々に設けられ、導体膜１３に汚れが着いた際も発熱部２０を、例えば７００℃程度に発熱させて導体膜１３を加熱すれば良く、加熱が均一に適切に行われ、導体膜１３の一部に発熱が集中したりして断線することがない。従って、センサの耐久性が延び、信頼性も高いものとなる。さらに、検知時の加熱にも、発熱部２０により例えば２００〜３００℃に導体膜１３を間接的に加熱するので、導体膜１３には常時発熱に必要な電流を流す必要がなく、検知に必要な電流を流すだけで良く、導体膜１３の耐久性がより高くなる。また、電極１８，２８は各々基板１０の表面側に別々に設けられているので、検知用回路及び発熱用回路への接続も容易である。
【００１８】
なお、この発明の発熱型薄膜素子センサとその製造方法は、上記実施形態に限定されず、基板はＳｉ単結晶以外に、他の半導体や絶縁体を用いても良い。また絶縁層は、ＳｉＯ₂やＴａ₂Ｏ₅等を適宜選択可能である。また発熱部は、ボロンを拡散する他、他の不純物の拡散によるものでも良く、また拡散により選択的にエッチングする他、基板表面に所定形状に発熱部を蒸着等により形成し絶縁層を形成した後、基板をエッチングし、絶縁層の裏面に所定形状に発熱部が形成されるようにしても良い。
【００１９】
【発明の効果】
この発明の発熱型薄膜素子センサによれば、検知を行う導体膜に直接大きな電流を流して発熱させる必要がなく、発熱部により間接的に導体膜を加熱するので、導体膜に加熱むらが生じたり、さらに局部的に高温になることがなく、センサの耐久性が向上する。また、検知部分の汚れ等も、発熱部により高温にすることにより、容易に清浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の発熱型薄膜素子センサの一実施形態部分破断斜視図である。
【図２】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの縦断面図である。
【図３】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの製造工程を示す縦断面図である。
【図４】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの部分破断平面図である。
【図５】従来の技術の発熱型薄膜素子センサの縦断面図である。
【符号の説明】
１０基板
１２，１６絶縁層
１３導体膜
１４空洞部
２０発熱部

Claims

半導体単結晶の基板の下方に開口した空洞部と、この基板の表面側に設けられた第一の絶縁層と、その上側に所定幅のパターンに形成された導体膜と、この導体膜及びその周囲を上記第一の絶縁層との間に挟むように覆って保護する第二の絶縁層と、上記導体膜に沿って同形状で等しい幅に形成され上記第一の絶縁層を介して反対側の上記空洞部内に形成された発熱部とから成り、上記発熱部は上記半導体に所定の不純物が拡散した拡散部である発熱型薄膜素子センサ。
半導体の基板に所定のパターンの発熱部となる不純物拡散部を所定のパターンに形成し、この不純物拡散部が形成された上記基板表面に上記不純物拡散部及びその周囲を覆う第一の絶縁層を形成し、その第一の絶縁層の表面に上記第一の絶縁層を挟んで上記不純物拡散部に沿って同形状で等しい幅に導体膜を形成し、この導体膜及びその周囲を上記第一の絶縁層との間に挟むように覆って保護する第二の絶縁層を形成し、上記基板裏面側から上記不純物拡散部に向けてエッチングを行い、上記基板裏面に空洞部を形成するとともに、上記不純物拡散部を選択的に残して上記発熱部とする発熱型薄膜素子センサの製造方法。