JP4797771B2 - SENSOR DEVICE HAVING MEMBRANE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF - Google Patents

SENSOR DEVICE HAVING MEMBRANE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF Download PDF

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Description

本発明は、薄膜部により構成されるメンブレンが設けられた熱式流量センサに、同じくメンブレンが設けられた圧力センサ又は加速度センサからなる歪センサが一体的に形成されてなるセンサ装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a sensor device in which a strain sensor composed of a pressure sensor or an acceleration sensor similarly provided with a membrane is integrally formed with a thermal flow sensor provided with a membrane constituted by a thin film portion, and a method for manufacturing the same. It is about.

従来、特許文献1において、発熱抵抗体(ヒータ)と測温抵抗体を用いた熱式流量センサが開示されている。熱式流量センサは、発熱抵抗体を被測定流体中に設置し、被測定流体によって奪われる発熱抵抗体の放熱量を測温抵抗体により検出して、被測定流体の流量を検出する。このような熱式流量センサでは、基板に凹部や空洞部を形成することにより、基板との接触を減らし、基板への熱伝達を抑制できるようにした薄膜部としてのメンブレンが設けられる。このメンブレンの上に発熱抵抗体と測温抵抗体を配置することで、熱式流量センサの応答性を高めている。   Conventionally, Patent Document 1 discloses a thermal flow sensor using a heating resistor (heater) and a resistance temperature detector. The thermal flow sensor detects the flow rate of the fluid to be measured by installing a heating resistor in the fluid to be measured and detecting the amount of heat released from the heating resistor taken by the fluid to be measured by the temperature measuring resistor. In such a thermal flow sensor, a membrane is provided as a thin film portion that can reduce contact with the substrate and suppress heat transfer to the substrate by forming a recess or a cavity in the substrate. The responsiveness of the thermal flow sensor is enhanced by arranging a heating resistor and a resistance temperature detector on the membrane.

この特許文献1に示される熱式流量センサは、半導体マイクロマシンニング技術により製造され、低コスト、低消費電流という点から有用である。このような熱式流量センサでは、センサ特性の経時変化が小さく、高信頼であるという点から、単結晶シリコンに不純物をドーピングすることでヒータや温度計を構成する抵抗体を形成している。   The thermal flow sensor disclosed in Patent Document 1 is manufactured by a semiconductor micromachining technique and is useful from the viewpoint of low cost and low current consumption. In such a thermal flow sensor, a resistor constituting a heater or a thermometer is formed by doping impurities into single crystal silicon from the point that the change with time of the sensor characteristics is small and the reliability is high.

このように単結晶シリコンを用いて抵抗体を形成する場合、メンブレンとの熱膨張の差等によりヒータに熱応力が発生する。熱応力が発生すると、応力により抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果が生じ、温度による抵抗値変化が発生し、センサ精度の低下原因となる。このため、ピエゾ抵抗効果による影響をできるだけ小さくできるように、ピエゾ抵抗効果の結晶方位依存性を利用して、ピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向に抵抗体の長手方向が取られている。
特開2001−12985号公報
When the resistor is formed using single crystal silicon as described above, thermal stress is generated in the heater due to a difference in thermal expansion from the membrane. When the thermal stress is generated, a piezoresistive effect in which the resistance value changes due to the stress is generated, and the resistance value change due to temperature occurs, which causes a decrease in sensor accuracy. For this reason, in order to minimize the influence of the piezoresistive effect, the longitudinal direction of the resistor is taken in the crystal direction where the piezoresistive effect is minimized by utilizing the crystal orientation dependency of the piezoresistive effect.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-12985

上述した熱式流体センサと同一チップで圧力センサを形成したいという要望がある。圧力センサでは、薄膜部として構成されるメンブレン(ダイアフラム)を形成し、単結晶シリコンで構成されるメンブレンにゲージ抵抗(感歪部)を形成することで、メンブレンに印加された圧力に応じてメンブレンが変位したときにゲージ抵抗の抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を利用して、圧力検出を行う。このような圧力センサでは、ピエゾ抵抗効果を積極的に利用するために、ピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向に抵抗体の長手方向を取るのが好ましい。   There is a desire to form a pressure sensor with the same chip as the thermal fluid sensor described above. In a pressure sensor, a membrane (diaphragm) configured as a thin film portion is formed, and a gauge resistance (strain-sensitive portion) is formed on the membrane configured of single crystal silicon, so that the membrane is adapted according to the pressure applied to the membrane. Pressure detection is performed using the piezoresistive effect in which the resistance value of the gauge resistance changes when is displaced. In such a pressure sensor, in order to actively use the piezoresistance effect, it is preferable to take the longitudinal direction of the resistor in the crystal direction where the piezoresistance effect is maximized.

このため、特許文献1に記載された熱式流量センサと圧力センサとを一体的に形成したセンサ装置とする場合、熱式流量センサではピエゾ抵抗効果の影響を抑え、圧力センサではピエゾ抵抗効果を積極的に利用するという、互いに相反する効果を実現しなければならなくなる。   For this reason, when it is set as the sensor apparatus which formed integrally the thermal type flow sensor and pressure sensor which were described in patent document 1, the thermal type flow sensor suppressed the influence of the piezoresistance effect, and the pressure sensor had the piezoresistance effect. It will be necessary to realize the mutually contradictory effects of active use.

これに対して、熱式流量センサの発熱抵抗体および/または感温抵抗体の長手方向に対して、圧力センサのゲージ抵抗の長手方向を45度ずらして形成することで、上述した相反する効果を実現することが可能となるが、シリコン基板を異方性エッチングすることによって熱式流量センサで利用される断熱用のメンブレンと圧力センサで利用される感歪用のメンブレンを形成しようとすると、熱式流量センサに適し、かつ、圧力センサに適したメンブレン形状を得るのが困難であるという問題がある。このため、これらのセンサを同一チップ上に集積して形成するのは困難であった。   On the other hand, the above-described conflicting effects can be obtained by forming the gauge sensor in the longitudinal direction by shifting the longitudinal direction by 45 degrees with respect to the longitudinal direction of the heating resistor and / or the temperature sensitive resistor in the thermal flow sensor. However, by anisotropically etching a silicon substrate, a heat insulating membrane used in a thermal flow sensor and a strain sensitive membrane used in a pressure sensor are formed. There is a problem that it is difficult to obtain a membrane shape suitable for a thermal flow sensor and suitable for a pressure sensor. For this reason, it is difficult to integrate and form these sensors on the same chip.

なお、ここでは熱式流量センサと同一チップに形成する歪センサとして圧力センサを例に挙げたが、メンブレンに錘を備えた加速度センサを形成する場合に関しても、上記と同様のことが言える。   Here, the pressure sensor is taken as an example of the strain sensor formed on the same chip as the thermal flow sensor, but the same can be said for the case of forming an acceleration sensor having a weight on the membrane.

本発明は上記点に鑑みて、熱式流量センサと同一チップに圧力センサ又は加速度センサからなる歪センサを好適に形成することができる構造のセンサ装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a sensor device having a structure capable of suitably forming a strain sensor including a pressure sensor or an acceleration sensor on the same chip as the thermal flow sensor and a method for manufacturing the same. .

上記目的を達成するため、本発明では、半導体層(14)のうち、熱式流量センサ(S1)の形成領域と歪センサ(S2)の形成領域とで導電型が反転させられており、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向と歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が同じ方向とされ、かつ、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向は単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向、歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向とされていることを第1の特徴としている。   In order to achieve the above object, in the present invention, in the semiconductor layer (14), the conductivity type is inverted between the formation region of the thermal flow sensor (S1) and the formation region of the strain sensor (S2), The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) in the flow rate sensor (S1) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) are the same direction, and the heater in the thermal flow rate sensor (S1) The longitudinal direction of (15a, 15b) is the crystal direction in which the piezoresistance effect in single crystal silicon is minimized, and the longitudinal direction of the gauge resistance (18a to 18d) in the strain sensor (S2) is that the piezoresistance effect in single crystal silicon is maximal. The first characteristic is that the crystal orientation is as follows.

このように、半導体層(14)のうち、熱式流量センサ(S1)の形成領域と歪センサ(S2)の形成領域とで導電型が反転させられている。このようにすれば、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向と歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が同じ方向としても、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向は単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向、歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向とすることができる。したがって、熱式流量センサ(S1)と同一チップに歪センサ(S2)を好適に形成することができる構造のセンサ装置とすることができる。   As described above, in the semiconductor layer (14), the conductivity type is inverted between the formation region of the thermal flow sensor (S1) and the formation region of the strain sensor (S2). In this way, even if the longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) in the thermal flow sensor (S1) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) are the same direction, the thermal flow sensor. The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) in (S1) is the crystal direction in which the piezoresistance effect in single crystal silicon is minimized, and the longitudinal direction of the gauge resistance (18a-18d) in the strain sensor (S2) is piezo in single crystal silicon. The crystal direction can maximize the resistance effect. Therefore, a sensor device having a structure in which the strain sensor (S2) can be suitably formed on the same chip as the thermal flow sensor (S1) can be obtained.

例えば、半導体層(14)のうち、熱式流量センサ(S1)の形成領域をN型シリコン、歪センサ(S2)の形成領域をP型シリコンとし、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向および歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向を[0−11]もしくは[011]の結晶方向と一致させれば良い。   For example, in the semiconductor layer (14), the formation region of the thermal flow sensor (S1) is N-type silicon, the formation region of the strain sensor (S2) is P-type silicon, and the heater (15a in the thermal flow sensor (S1) is formed. 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a to 18d) in the strain sensor (S2) may coincide with the crystal direction of [0-11] or [011].

また、本発明は、シリコン基板(10)として、厚さ方向の結晶面方位が(100)面となるものを用い、シリコン基板(10)の裏面(10b)にエッチングマスク(24)を配置し、アルカリのエッチング液にて第1、第2空洞部(11、12)を形成する際に、エッチングマスク(24)のうち第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を菱形もしくは十字型として第1、第2空洞部(11、12)を形成することことを第2の特徴としている。   The present invention also uses a silicon substrate (10) whose crystal plane orientation in the thickness direction is the (100) plane, and an etching mask (24) is arranged on the back surface (10b) of the silicon substrate (10). When the first and second cavities (11, 12) are formed with an alkaline etching solution, the opening (24a) for forming the first cavities (11) in the etching mask (24) is formed. A second feature is that the first and second cavities (11, 12) are formed in a rectangular shape and the opening (24b) for forming the second cavities (12) has a rhombus or cross shape. .

半導体層(14)のうち、熱式流量センサ(S1)の形成領域と歪センサ(S2)の形成領域とで導電型を同じにする場合には、熱式流量センサ(S1)におけるヒータ(15a、15b)の長手方向と歪センサ(S2)におけるゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が45度ずれるようにすれば良い。この場合、エッチングマスク(24)のうち第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を菱形もしくは十字型とすれば、第1、第2空洞部(11、12)をヒータ(15a、15b)やゲージ抵抗(18a〜18d)の形成に好適な形状とすることができる。   In the semiconductor layer (14), when the conductive type is the same in the formation region of the thermal flow sensor (S1) and the formation region of the strain sensor (S2), the heater (15a) in the thermal flow sensor (S1) 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a to 18d) in the strain sensor (S2) may be shifted by 45 degrees. In this case, of the etching mask (24), the opening (24a) for forming the first cavity (11) has a rectangular shape, and the opening (24b) for forming the second cavity (12) has a rhombus. Or if it is set as a cross shape, the 1st, 2nd cavity part (11, 12) can be made into a suitable shape for formation of a heater (15a, 15b) or a gauge resistance (18a-18d).

また、本発明は、シリコン基板(10)として、厚さ方向の結晶面方位が(100)面となるものを用い、シリコン基板(10)の裏面(10b)にエッチングマスク(24)を配置し、アルカリに有機溶剤を添加したエッチング液にて第1、第2空洞部(11、12)を形成する際に、エッチングマスク(24)のうち第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を円形として、第1、第2空洞部(11、12)を形成することを第3の特徴としている。   The present invention also uses a silicon substrate (10) whose crystal plane orientation in the thickness direction is the (100) plane, and an etching mask (24) is arranged on the back surface (10b) of the silicon substrate (10). An opening for forming the first cavity (11) in the etching mask (24) when forming the first and second cavities (11, 12) with an etching solution in which an organic solvent is added to alkali. The third feature is that the first and second cavities (11, 12) are formed by making the part (24a) rectangular and the opening (24b) for forming the second cavity (12) circular. It is said.

このように、エッチングマスク(24)のうち第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を円形としても、第1、第2空洞部(11、12)をヒータ(15a、15b)やゲージ抵抗(18a〜18d)の形成に好適な形状とすることができる。   Thus, the opening (24a) for forming the first cavity (11) in the etching mask (24) has a rectangular shape, and the opening (24b) for forming the second cavity (12). Even if it is circular, the first and second cavities (11, 12) can be made into a shape suitable for forming heaters (15a, 15b) and gauge resistors (18a-18d).

本発明の第2、第3の特徴において、半導体層(14)を構成する単結晶シリコンをP型シリコンとする場合、シリコン基板(10)の結晶面方位に対して、半導体層(14)を構成する単結晶シリコンの結晶面方位が45度ずらすと、第1、第2空洞部(11、12)をヒータ(15a、15b)やゲージ抵抗(18a〜18d)の形成に好適な形状とすることができる。   In the second and third features of the present invention, when the single crystal silicon constituting the semiconductor layer (14) is P-type silicon, the semiconductor layer (14) is formed with respect to the crystal plane orientation of the silicon substrate (10). When the crystal plane orientation of the single crystal silicon to be formed is shifted by 45 degrees, the first and second cavities (11, 12) are shaped to be suitable for forming heaters (15a, 15b) and gauge resistors (18a-18d). be able to.

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ものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
図1(a)は、本発明の第1実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、図1(b)は、図1(a)中のA−A線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。なお、参考として、図1中に各部の結晶方向を示してある。
(First embodiment)
Fig.1 (a) is a figure which shows schematic plan structure of the sensor apparatus 1 to which 1st Embodiment of this invention is applied, FIG.1 (b) follows the AA line in Fig.1 (a). 2 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of the sensor device 1. For reference, the crystal direction of each part is shown in FIG.

センサ装置1は、熱式流量センサS1と圧力センサS2とを同一チップ上に集積した構造とされており、例えば板厚が400μmまたは600μmとされた半導体基板となるシリコン基板10をベースに形成されている。   The sensor device 1 has a structure in which a thermal flow sensor S1 and a pressure sensor S2 are integrated on the same chip. For example, the sensor device 1 is formed on the basis of a silicon substrate 10 as a semiconductor substrate having a plate thickness of 400 μm or 600 μm. ing.

熱式流量センサS1は、シリコン基板10に空洞部11を備えることで、この空洞部11が形成された部位の上部において薄厚部となるメンブレンを備えた構成とされる。また、圧力センサS2は、シリコン基板10に空洞部12を備えることで、この空洞部12が形成された部位の上部において薄厚部となるメンブレン(ダイアフラム)を備えた構成とされる。   The thermal flow sensor S <b> 1 includes a hollow portion 11 in the silicon substrate 10, and thus includes a membrane that is a thin portion above the portion where the hollow portion 11 is formed. In addition, the pressure sensor S2 includes a hollow portion 12 in the silicon substrate 10, and thus includes a membrane (diaphragm) that is a thin portion above the portion where the hollow portion 12 is formed.

図1(b)に示されるように、空洞部11、12は、シリコン基板10の表面10aと裏面10bを貫通するように形成されている。具体的には、空洞部11、12は、シリコン基板10の裏面10b側を開口部10c、10dとし、シリコン基板10の裏面10b側から表面10a側へ向かって凹ませた凹部として構成されている。   As shown in FIG. 1B, the cavities 11 and 12 are formed so as to penetrate the front surface 10 a and the back surface 10 b of the silicon substrate 10. Specifically, the cavities 11 and 12 are configured as recesses that are recessed from the back surface 10b side of the silicon substrate 10 toward the front surface 10a side with the back surface 10b side of the silicon substrate 10 as openings 10c and 10d. .

また、図1(b)に示されるように、シリコン基板10の表面10a上には、例えばシリコン窒化膜やシリコン酸化膜により構成された絶縁膜13が形成されている。この絶縁膜13の表面には、シリコン層に不純物を熱拡散させたことによって形成された半導体層14がパターニングされており、この半導体層14により、熱式流量センサS1の形成領域に関してはヒータ15a、15bと環境温度を測定するための温度計16a、16bおよび配線層17a〜17fを構成する抵抗体が形成されており、圧力センサS2の形成領域に関してはゲージ抵抗18a〜18dと配線層19a〜19dを構成する抵抗体が形成されている。   Further, as shown in FIG. 1B, an insulating film 13 made of, for example, a silicon nitride film or a silicon oxide film is formed on the surface 10a of the silicon substrate 10. A semiconductor layer 14 formed by thermally diffusing impurities in the silicon layer is patterned on the surface of the insulating film 13, and the semiconductor layer 14 allows the heater 15a to be formed in the region where the thermal flow sensor S1 is formed. 15b and the thermometers 16a and 16b for measuring the environmental temperature and the resistors constituting the wiring layers 17a to 17f are formed. Regarding the formation region of the pressure sensor S2, the gauge resistors 18a to 18d and the wiring layers 19a to 19b are formed. A resistor constituting 19d is formed.

このように構成されたシリコン基板10と絶縁膜13および半導体層14は、シリコン基板10を支持基板、絶縁膜13を埋め込み層(BOX層)、半導体層14をSOI層とするSOI基板を用いて構成されたものである。   The silicon substrate 10, the insulating film 13, and the semiconductor layer 14 configured as described above are formed using an SOI substrate in which the silicon substrate 10 is a supporting substrate, the insulating film 13 is a buried layer (BOX layer), and the semiconductor layer 14 is an SOI layer. It is configured.

さらに、半導体層14は、BPSG等からなる絶縁膜20によって覆われ、この絶縁膜20の所定部位に形成されたコンタクトホールを通じて、熱式流量センサS1の形成領域に関しては、アルミニウムなどで構成されたパッド21a〜21fに電気的に接続されており、圧力センサS2の形成領域に関してはアルミニウムなどで構成されたパッド22a〜22dに電気的に接続されている。   Further, the semiconductor layer 14 is covered with an insulating film 20 made of BPSG or the like, and the formation region of the thermal flow sensor S1 is made of aluminum or the like through a contact hole formed in a predetermined portion of the insulating film 20. The pads 21a to 21f are electrically connected, and the formation region of the pressure sensor S2 is electrically connected to pads 22a to 22d made of aluminum or the like.

また、絶縁膜20の表面において、シリコン基板10のほぼ全域を覆うようにシリコン窒化膜23が形成され、熱式流量センサS1および圧力センサS2の表面が保護されている。このシリコン窒化膜23におけるパッド21a〜21fやパッド22a〜22dと対応する部位には、開口部が形成されており、この開口部を通じてパッド21a〜21fやパッド22a〜22dに対してワイヤボンディングがされることで、熱式流量センサS1や圧力センサS2の外部に備えられる制御回路に電気的に接続されるようになっている。   A silicon nitride film 23 is formed on the surface of the insulating film 20 so as to cover almost the entire area of the silicon substrate 10, and the surfaces of the thermal flow sensor S1 and the pressure sensor S2 are protected. In the silicon nitride film 23, openings are formed in portions corresponding to the pads 21a to 21f and the pads 22a to 22d, and wire bonding is performed to the pads 21a to 21f and the pads 22a to 22d through the openings. By this, it is electrically connected to a control circuit provided outside the thermal flow sensor S1 and the pressure sensor S2.

そして、シリコン基板10における裏面側には、シリコン窒化膜24が形成されている。このシリコン窒化膜24のうちシリコン基板10の空洞部11や空洞部12と対応する位置に開口部が形成されており、この開口部を通じてシリコン基板10の開口部10c、10dが形成されている。   A silicon nitride film 24 is formed on the back side of the silicon substrate 10. Openings are formed in the silicon nitride film 24 at positions corresponding to the cavities 11 and 12 of the silicon substrate 10, and openings 10 c and 10 d of the silicon substrate 10 are formed through these openings.

以上が熱式流量センサS1と圧力センサS2を同一チップ上に集積したセンサ装置1の概略構成となっている。次に、このセンサ装置1における特徴的な構造部分について説明する。   The above is the schematic configuration of the sensor device 1 in which the thermal flow sensor S1 and the pressure sensor S2 are integrated on the same chip. Next, a characteristic structure portion of the sensor device 1 will be described.

上述したように熱式流量センサS1に備えられるヒータ15a、15bと圧力センサS2に備えられるゲージ抵抗18a〜18dは、共に、SOI層を構成する半導体層14により形成されている。この半導体層14は、面方位が(100)で構成されたシリコン基板を薄厚化させることにより構成されており、半導体層14の表面に平行な2方向のうち図1(a)の紙面左右方向の結晶方向が[0−11]、紙面上下方向の結晶方向が[011]、半導体層14の厚さ方向の結晶方向が[100]となるようにシリコン基板の面方位が選択されている。   As described above, the heaters 15a and 15b provided in the thermal flow sensor S1 and the gauge resistors 18a to 18d provided in the pressure sensor S2 are both formed by the semiconductor layer 14 constituting the SOI layer. The semiconductor layer 14 is formed by thinning a silicon substrate having a plane orientation of (100). Of the two directions parallel to the surface of the semiconductor layer 14, the left and right direction in FIG. The plane orientation of the silicon substrate is selected so that the crystal direction is [0-11], the crystal direction in the vertical direction of the paper is [011], and the crystal direction in the thickness direction of the semiconductor layer 14 is [100].

ヒータ15a、15bおよびゲージ抵抗18a〜18dの長手方向は、共に、図1(a)に示すように[0−11]の結晶方向と一致させられているが、半導体層14のうちヒータ15a、15bを含む熱式流量センサS1の形成領域はN型シリコンで構成され、ゲージ抵抗18a〜18dを含む圧力センサS2の形成領域はP型シリコンで構成されたものとなっている。   The longitudinal directions of the heaters 15a and 15b and the gauge resistors 18a to 18d are all matched with the crystal direction of [0-11] as shown in FIG. The formation region of the thermal flow sensor S1 including 15b is made of N-type silicon, and the formation region of the pressure sensor S2 including gauge resistors 18a to 18d is made of P-type silicon.

図2(a)、(b)は、それぞれ、N型シリコンとP型シリコンにおけるピエゾ抵抗係数と結晶方向の関係を示した相関図である。   FIGS. 2A and 2B are correlation diagrams showing the relationship between the piezoresistance coefficient and the crystal direction in N-type silicon and P-type silicon, respectively.

図2(a)に示されるように、N型シリコンの場合には、[0−11]および[011]の結晶方向でピエゾ抵抗係数が極小となり、そこから45度ずれた[100]の結晶方向でピエゾ抵抗係数が極大となる。このため、N型シリコンではピエゾ抵抗係数が極小となる[0−11]および[011]を長手方向として抵抗体を形成するとピエゾ抵抗効果が極小となり、ピエゾ抵抗係数が極大となる[100]の結晶方向を長手方向として抵抗体を形成するとピエゾ抵抗効果が極大となる。   As shown in FIG. 2A, in the case of N-type silicon, the piezoresistance coefficient is minimized in the crystal directions of [0-11] and [011], and the [100] crystal deviated by 45 degrees therefrom. The piezoresistance coefficient is maximized in the direction. For this reason, when a resistor is formed with [0-11] and [011] having the minimum piezoresistance coefficient in N-type silicon as the longitudinal direction, the piezoresistance effect is minimized and the piezoresistance coefficient is maximized. When the resistor is formed with the crystal direction as the longitudinal direction, the piezoresistance effect is maximized.

したがって、本実施形態のように、熱式流量センサS1の形成領域をN型シリコンとし、ヒータ15a、15bの長手方向を[0−11]の結晶方向と一致させることにより、ピエゾ抵抗効果を極小とすることが可能となる。   Therefore, as in this embodiment, the region where the thermal flow sensor S1 is formed is N-type silicon, and the longitudinal direction of the heaters 15a and 15b is aligned with the crystal direction of [0-11], thereby minimizing the piezoresistive effect. It becomes possible.

一方、図2(b)に示されるように、P型シリコンの場合には、[0−11]および[011]の結晶方向でピエゾ抵抗係数が極大となり、そこから45度ずれた[100]の結晶方向でピエゾ抵抗係数が極小となる。このため、P型シリコンではピエゾ抵抗係数が極大となる[0−11]および[011]を長手方向として抵抗体を形成するとピエゾ抵抗効果が極大となり、ピエゾ抵抗係数が極小となる[100]の結晶方向を長手方向として抵抗体を形成するとピエゾ抵抗効果が極小となる。   On the other hand, as shown in FIG. 2B, in the case of P-type silicon, the piezoresistance coefficient is maximized in the crystal directions of [0-11] and [011], and deviated by 45 degrees therefrom [100]. The piezoresistance coefficient is minimized in the crystal direction. Therefore, when a resistor is formed with [0-11] and [011] having the maximum piezoresistance coefficient in the P-type silicon as the longitudinal direction, the piezoresistance effect is maximized and the piezoresistance coefficient is minimized [100]. When the resistor is formed with the crystal direction as the longitudinal direction, the piezoresistive effect is minimized.

したがって、本実施形態のように、圧力センサS2の形成領域をP型シリコンとし、ゲージ抵抗18a〜18dの長手方向を[0−11]の結晶方向と一致させることにより、ピエゾ抵抗効果を極大とすることが可能となる。   Therefore, as in the present embodiment, the formation region of the pressure sensor S2 is P-type silicon, and the longitudinal direction of the gauge resistors 18a to 18d is matched with the crystal direction of [0-11], thereby maximizing the piezoresistive effect. It becomes possible to do.

続いて、このようなセンサ装置1の作動について説明する。まず、熱式流量センサS1で被測定流体である空気の流量検出を行うときの動作の一例について説明する。   Next, the operation of such a sensor device 1 will be described. First, an example of the operation when the flow rate of air, which is the fluid to be measured, is detected by the thermal flow sensor S1 will be described.

ヒータ15a、15bは、図示しない制御回路によって駆動され、例えば温度計16a、16bで測定される環境温度よりも200℃高い温度となるように制御される。具体的には、制御回路からパッド21b、21cおよび配線層17b、17cを通じてヒータ15aに電流が流されると共に、パッド21d、21cおよび配線層17d、17eを通じてヒータ15bに電流が流される。これにより、所定の線幅で構成された各ヒータ15a、15bが加熱され、これに伴ってヒータ15a、15bの温度が上昇する。   The heaters 15a and 15b are driven by a control circuit (not shown) and controlled so as to be 200 ° C. higher than the environmental temperature measured by the thermometers 16a and 16b, for example. Specifically, current flows from the control circuit to the heater 15a through the pads 21b and 21c and the wiring layers 17b and 17c, and current flows to the heater 15b through the pads 21d and 21c and the wiring layers 17d and 17e. Thereby, each heater 15a, 15b comprised by the predetermined | prescribed line | wire width is heated, and the temperature of heater 15a, 15b rises in connection with this.

この時、空気の流れによって、ヒータ15a、15bの熱が奪われる。空気の流量によって熱の奪われ方に差が生じる。ヒータ15a、15bが常に一定の温度になるように、制御回路側で電流を調整する。この時の電流値の変化を信号として、流量を算出する。また、流れの方向によって、2本のヒータ15a、15bで熱の奪われ方に差が生じる。すなわち、下流側に較べて上流側の方が熱の奪われ方が激しく、より多くの電流が必要になってくる。この両者の差から、流量と同時に、流れの方向を検知することが出来る。各温度計16a、16bは基準となる環境温度の検出用として利用される。   At this time, the heat of the heaters 15a and 15b is taken away by the air flow. There is a difference in how heat is taken away depending on the air flow rate. The current is adjusted on the control circuit side so that the heaters 15a and 15b always have a constant temperature. The flow rate is calculated using the change in the current value at this time as a signal. Further, depending on the direction of flow, there is a difference in how heat is taken away by the two heaters 15a and 15b. That is, the upstream side is more deprived of heat than the downstream side, and more current is required. From the difference between the two, the flow direction can be detected simultaneously with the flow rate. Each of the thermometers 16a and 16b is used for detecting a reference environmental temperature.

例えば、図1(a)中の白抜き矢印方向から空気が流れてくるとする。ここで、上述したように、ヒータ15a、15bのうちヒータ15aは多く熱を奪われるため、制御回路がヒータ15aの温度(抵抗値)を一定に保とうとヒータ15aへの通電量を大きくする。逆に、ヒータ15aの発熱によって暖められた空気がヒータ15bの上を通過するため放熱量が減り、ヒータ15bへの通電量を小さくする。   For example, assume that air flows from the direction of the white arrow in FIG. Here, as described above, the heater 15a of the heaters 15a and 15b is deprived of much heat. Therefore, if the control circuit keeps the temperature (resistance value) of the heater 15a constant, the energization amount to the heater 15a is increased. On the contrary, since the air warmed by the heat generated by the heater 15a passes over the heater 15b, the heat radiation amount is reduced, and the energization amount to the heater 15b is reduced.

したがって、制御回路は、ヒータ15aおよびヒータ15bへの通電量に基づいて、空気の流量および流れの方向を検出することが可能となる。そして、このような熱式流量センサS1の作動に関して、ヒータ15a、15bはピエゾ抵抗効果による影響をほとんど受けないで済むため、好適な流量検出を行うことが可能となる。なお、ここで言うヒータ15a、15bとは、温度によって抵抗値が変化する発熱抵抗体であり、感温抵抗体の機能を兼ね備えている。すなわち、温度をヒータ15a、15bの抵抗値に置き換えて一定に保っている。このため応力による抵抗値変化(ピエゾ抵抗効果)が生じると、温度が正しく保てなくなり、誤差要因となる。   Therefore, the control circuit can detect the air flow rate and the flow direction based on the energization amount to the heater 15a and the heater 15b. With respect to the operation of the thermal flow sensor S1, the heaters 15a and 15b are hardly affected by the piezoresistive effect, so that a suitable flow rate can be detected. The heaters 15a and 15b referred to here are heating resistors whose resistance values change with temperature, and also have the function of a temperature sensitive resistor. That is, the temperature is kept constant by replacing the resistance values of the heaters 15a and 15b. For this reason, if a resistance value change due to stress (piezoresistance effect) occurs, the temperature cannot be maintained correctly, which causes an error.

次に、圧力センサS2の作動について説明する。なお、ここでは図示していないが、例えば、圧力センサS2に関しては、空洞部12が例えば減圧雰囲気下(真空中)において台座などによって封止されることで圧力基準室が形成され、メンブレンを挟んだ圧力基準室と外部との圧力差に基づいて作動する。   Next, the operation of the pressure sensor S2 will be described. Although not shown here, for example, with respect to the pressure sensor S2, a pressure reference chamber is formed by sealing the cavity 12 with a pedestal or the like in a reduced-pressure atmosphere (in a vacuum), for example, and sandwiches the membrane. It operates based on the pressure difference between the pressure reference chamber and the outside.

例えば、パッド22aを図示しない電源に接続すると共にパッド22cをGND接続し、パッド22aおよび配線層19aを通じて図示しない電源からの電流供給を行う。そして、ホイートストンブリッジ回路を構成するように接続されたゲージ抵抗18a〜18dの中間電位、つまりゲージ抵抗18aとゲージ抵抗18dの間の電位がパッド22dを通じて出力されると共に、ゲート抵抗18bとゲージ抵抗18cの間の電位がパッド22bを通じて出力される。   For example, the pad 22a is connected to a power source (not shown) and the pad 22c is connected to GND, and current is supplied from the power source (not shown) through the pad 22a and the wiring layer 19a. An intermediate potential of the gauge resistors 18a to 18d connected to form a Wheatstone bridge circuit, that is, a potential between the gauge resistor 18a and the gauge resistor 18d is output through the pad 22d, and the gate resistor 18b and the gauge resistor 18c. Is output through the pad 22b.

そして、圧力基準室と外部との圧力差に基づいてメンブレンが変位すると、メンブレンの変位に伴ってゲージ抵抗18a〜18dの抵抗値が変化し、パッド22bから出力される電位とパッド22dから出力される電位の間に電位差が生じる。このとき、ゲージ抵抗18a〜18dでは、ピエゾ抵抗効果を十分に発揮して抵抗値を変化させられるため、大きな電位差を発生させられ、この大きな電位差に基づいて、好適に印加された圧力の大きさを検出することが可能となる。   When the membrane is displaced based on the pressure difference between the pressure reference chamber and the outside, the resistance values of the gauge resistors 18a to 18d change with the displacement of the membrane, and the potential output from the pad 22b and the potential output from the pad 22d. A potential difference occurs between the potentials. At this time, the gauge resistors 18a to 18d can sufficiently exhibit the piezoresistive effect and change the resistance value, so that a large potential difference can be generated, and the magnitude of the pressure suitably applied based on the large potential difference. Can be detected.

以上説明したように、本実施形態のセンサ装置1では、半導体層14のうち、熱式流量センサS1のヒータ15a、15bを形成するための部分をN型シリコンで構成し、圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dを形成するための部分をP型シリコンで構成するようにしている。このため、熱式流量センサS1に関しては、ヒータ15a、15bはピエゾ抵抗効果による影響をほとんど受けないで済むため、好適な流量検出を行うことが可能となる。また、圧力センサS2に関しては、ゲージ抵抗18a〜18dはピエゾ抵抗効果を十分に発揮して抵抗値を変化させるため、好適に圧力検出を行うことが可能となる。   As described above, in the sensor device 1 of the present embodiment, the portion of the semiconductor layer 14 for forming the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 is formed of N-type silicon, and the gauge of the pressure sensor S2 A portion for forming the resistors 18a to 18d is made of P-type silicon. For this reason, with respect to the thermal flow sensor S1, the heaters 15a and 15b are hardly affected by the piezoresistive effect, so that it is possible to detect a suitable flow rate. Further, regarding the pressure sensor S2, the gauge resistors 18a to 18d sufficiently exhibit the piezoresistive effect and change the resistance value, so that pressure detection can be suitably performed.

そして、このような構成を熱式流量センサS1のヒータ15a、15bと圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dの各長手方向が一致するような構造により実現しているため、各センサS1、S2に適したメンブレン形状を容易に得ることができる。つまり、本実施形態の場合、各センサS1、S2のメンブレンを構成するための空洞部11、12の側壁を同じ面方位にできるため、エッチングの結晶面方位依存性があったとしても、容易に各センサS1、S2に適したメンブレン形状を得ることができる。したがって、熱式流量センサS1と同一チップに圧力センサS2を好適に形成することができる構造のセンサ装置1とすることができる。   And since such a structure is implement | achieved by the structure where each longitudinal direction of heater 15a, 15b of thermal type flow sensor S1 and gauge resistance 18a-18d of pressure sensor S2 corresponds, each sensor S1, S2 is equipped. A suitable membrane shape can be easily obtained. That is, in the case of this embodiment, since the side walls of the cavities 11 and 12 for constituting the membranes of the sensors S1 and S2 can be set to the same plane orientation, even if there is crystal plane orientation dependence of etching, A membrane shape suitable for each of the sensors S1 and S2 can be obtained. Therefore, it can be set as the sensor apparatus 1 of the structure which can form the pressure sensor S2 suitably in the same chip | tip as the thermal type flow sensor S1.

なお、このようなセンサ装置1の製造方法に関しては、半導体層14のうち、熱式流量センサS1のヒータ15a、15bを形成するための部分をN型シリコンで構成し、圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dを形成するための部分をP型シリコンで構成すること以外に関しては、従来と同様である。そして、この工程に関しても、SOI層を構成するシリコン基板のうち熱式流量センサS1の形成予定領域に予めN型不純物をドーピングしておくと共に、圧力センサS2の形成予定領域に予めP型不純物をドーピングしておけば良い。勿論、半導体層14をパターニングする前に、各センサの形成予定領域に選択的にN型不純物やP型不純物をイオン注入など行うようにしても良い。   In addition, regarding the manufacturing method of such a sensor apparatus 1, the part for forming the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 in the semiconductor layer 14 is made of N-type silicon, and the gauge resistance of the pressure sensor S2 Except that the portion for forming 18a to 18d is made of P-type silicon, it is the same as the conventional one. Also in this step, the silicon substrate constituting the SOI layer is doped in advance with an N-type impurity in a region where the thermal flow sensor S1 is to be formed, and a P-type impurity is previously doped in the region where the pressure sensor S2 is to be formed. Doping should be done. Of course, before patterning the semiconductor layer 14, an N-type impurity or a P-type impurity may be selectively ion-implanted into a region where each sensor is to be formed.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のセンサ装置1は、第1実施形態に対して、半導体層14をすべてN型シリコンで構成している点と、圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dの長手方向の向きが熱式流量センサS1のヒータ15a、15bの長手方向と異なる方向にしている点が異なっている。以下、本実施形態のうち第1実施形態と異なる点について説明するが、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. Compared to the first embodiment, the sensor device 1 of the present embodiment is a thermal type in that the semiconductor layer 14 is entirely made of N-type silicon and the longitudinal direction of the gauge resistors 18a to 18d of the pressure sensor S2 is the thermal type. The difference is that the flow direction is different from the longitudinal direction of the heaters 15a and 15b of the flow rate sensor S1. Hereinafter, although a different point from 1st Embodiment among this embodiment is demonstrated, since it is the same as that of 1st Embodiment about others, description is abbreviate | omitted.

図3(a)は、本実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、図3(b)は、図3(a)中のB−B線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。なお、参考として、図3中に各部の結晶方向を示してある。   Fig.3 (a) is a figure which shows schematic plan structure of the sensor apparatus 1 to which this embodiment is applied, FIG.3 (b) is the sensor apparatus 1 along the BB line in Fig.3 (a). FIG. For reference, the crystal direction of each part is shown in FIG.

上述したように、本実施形態のセンサ装置1では、熱式流量センサS1のヒータ15a、15bや圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dを構成する半導体層14をすべてN型シリコンで構成している。そして、図3(a)に示すように、熱式流量センサS1に形成されるヒータ15a、15bの長手方向を[0−11]の結晶方向と一致させることによりピエゾ抵抗効果を極小とし、圧力センサS2に形成されるゲージ抵抗18a〜18dの長手方向を[0−11]から45度ずらした[100]の結晶方向と一致させることによりピエゾ抵抗効果を極大としている。   As described above, in the sensor device 1 of the present embodiment, the semiconductor layers 14 constituting the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 and the gauge resistors 18a to 18d of the pressure sensor S2 are all made of N-type silicon. . Then, as shown in FIG. 3A, the longitudinal direction of the heaters 15a and 15b formed in the thermal flow sensor S1 is made to coincide with the crystal direction of [0-11], thereby minimizing the piezoresistance effect, By making the longitudinal direction of the gauge resistors 18a to 18d formed in the sensor S2 coincide with the [100] crystal direction shifted by 45 degrees from [0-11], the piezoresistance effect is maximized.

以上のような構造としても、熱式流量センサS1に関しては、ヒータ15a、15bはピエゾ抵抗効果による影響をほとんど受けないで済むため、好適な流量検出を行うことが可能となる。また、圧力センサS2に関しては、ゲージ抵抗18a〜18dはピエゾ抵抗効果を十分に発揮して抵抗値を変化させるため、好適に圧力検出を行うことが可能となる。   Even with the above-described structure, with respect to the thermal flow rate sensor S1, the heaters 15a and 15b are hardly affected by the piezoresistive effect, so that it is possible to detect a suitable flow rate. Further, regarding the pressure sensor S2, the gauge resistors 18a to 18d sufficiently exhibit the piezoresistive effect and change the resistance value, so that pressure detection can be suitably performed.

このようなセンサ装置1の製造方法に関しては、シリコン基板10の厚さ方向の面方位を(100)とし、かつ、シリコン基板10の裏面10bに形成するシリコン窒化膜24のうち圧力センサS2の空洞部12の位置に形成される開口部が本実施形態のゲージ抵抗18a〜18dに対応できる形状となるようにすることが必要になる。   With respect to the manufacturing method of such a sensor device 1, the surface orientation in the thickness direction of the silicon substrate 10 is (100), and the cavity of the pressure sensor S 2 in the silicon nitride film 24 formed on the back surface 10 b of the silicon substrate 10. It is necessary that the opening formed at the position of the portion 12 has a shape corresponding to the gauge resistors 18a to 18d of the present embodiment.

図4(a)、(b)は、シリコン基板10の裏面10bからのエッチングを行うときのエッチングマスクとなるシリコン窒化膜24のレイアウトおよび断面形状を示した図である。   FIGS. 4A and 4B are views showing the layout and cross-sectional shape of the silicon nitride film 24 serving as an etching mask when etching is performed from the back surface 10b of the silicon substrate 10. FIG.

図4(a)に示されるように、シリコン窒化膜24には熱式流量センサS1における空洞部11と対応する開口部24aと、圧力センサS2の空洞部12と対応する開口部24bが形成されている。開口部24aは、長方形を為しており、相対する2組の辺のうち一方が[0−11]の結晶方向と平行、他方が[011]の結晶方向と平行になっている。開口部24bは、菱形を為しており、相対する2組の辺が共に[100]の結晶方向と平行になっている。   As shown in FIG. 4A, an opening 24a corresponding to the cavity 11 in the thermal flow sensor S1 and an opening 24b corresponding to the cavity 12 of the pressure sensor S2 are formed in the silicon nitride film 24. ing. The opening 24a has a rectangular shape, and one of two opposing sides is parallel to the crystal direction [0-11] and the other is parallel to the crystal direction [011]. The opening 24b has a rhombus shape, and two pairs of opposite sides are both parallel to the crystal direction of [100].

このようなエッチングマスクを用いて、水酸化カリウム等のアルカリのエッチング液を用いてエッチングを行うと、圧力センサS2の空洞部12の各辺が熱式流量センサS1の各辺に対して、45度ずつずれた構造、つまり[100]の結晶方向と一致する辺を有した構造となる。このため、圧力センサS2における各ゲージ抵抗18a〜18dを空洞部12のうち[100]の結晶方向と一致する各辺に延設できるように、空洞部12の形状、つまりメンブレンの出来映え形状を圧力センサS2の形成に適したものとすることができる。   When etching is performed using an etching solution of alkali such as potassium hydroxide using such an etching mask, each side of the cavity 12 of the pressure sensor S2 is 45 with respect to each side of the thermal flow sensor S1. The structure is shifted by a degree, that is, a structure having sides that coincide with the crystal direction of [100]. For this reason, the shape of the cavity portion 12, that is, the finished shape of the membrane, is set so that the gauge resistances 18 a to 18 d in the pressure sensor S 2 can be extended to each side of the cavity portion 12 that coincides with the crystal direction of [100]. It can be suitable for forming the sensor S2.

なお、ここでは、圧力センサS2の空洞部12の形成に用いるエッチングマスクの開口部が菱形となるようにしているが、他の形状であっても良い。例えば、図5に示すシリコン窒化膜24のレイアウト図のように、[0−11]の結晶方向と[011]方向に伸びる辺を持つ十字型としても良い。このようなエッチングマスクを用いても、上記と同様に、空洞部12の形状、つまりメンブレンの出来映え形状を圧力センサS2の形成に適したものとすることができる。   Here, although the opening of the etching mask used for forming the cavity 12 of the pressure sensor S2 has a rhombus shape, other shapes may be used. For example, as shown in the layout diagram of the silicon nitride film 24 shown in FIG. 5, a cross shape having a [0-11] crystal direction and a side extending in the [011] direction may be used. Even when such an etching mask is used, the shape of the cavity 12, that is, the finished shape of the membrane, can be made suitable for the formation of the pressure sensor S2, as described above.

さらに、エッチング液にイソプロピルアルコール(IPA)等の有機溶剤を添加すると、結晶面方位の選択比が変わることを利用することもできる。例えば、図6(a)に示すシリコン窒化膜24のレイアウト図に示すように、円形状の開口部24bを形成しておき、有機溶剤を添加したエッチング液を用いてエッチングを行うことで、図6(b)に示すシリコン基板10に形成された空洞部11、12のレイアウト図に示すように、空洞部11、12の形状、つまりメンブレンの出来映え形状を圧力センサS2の形成に適したものとすることができる。   Furthermore, it is also possible to utilize the fact that the selection ratio of crystal plane orientation changes when an organic solvent such as isopropyl alcohol (IPA) is added to the etching solution. For example, as shown in the layout diagram of the silicon nitride film 24 shown in FIG. 6A, a circular opening 24b is formed, and etching is performed using an etching solution to which an organic solvent is added. As shown in the layout diagram of the cavities 11 and 12 formed in the silicon substrate 10 shown in FIG. 6B, the shape of the cavities 11 and 12, that is, the finished shape of the membrane is suitable for the formation of the pressure sensor S2. can do.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態では、第2実施形態に対して、半導体層14をP型シリコンで構成している点と、熱式流量センサS1のヒータ15a、15bおよび圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dの長手方向を45度ずらしている点、および、半導体層14の結晶方向に対してシリコン基板10の結晶方向を45度ずらしている点が異なる。以下、本実施形態のうち第1実施形態と異なる点について説明するが、その他に関しては第1実施形態と同様であるため、説明を省略する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, compared to the second embodiment, the semiconductor layer 14 is composed of P-type silicon, and the lengths of the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 and the gauge resistors 18a to 18d of the pressure sensor S2. The difference is that the direction is shifted 45 degrees, and the crystal direction of the silicon substrate 10 is shifted 45 degrees with respect to the crystal direction of the semiconductor layer 14. Hereinafter, although a different point from 1st Embodiment among this embodiment is demonstrated, since it is the same as that of 1st Embodiment about others, description is abbreviate | omitted.

図7(a)は、本実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、図7(b)は、図7(a)中のC−C線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。なお、参考として、図7中に各部の結晶方向を示してある。   Fig.7 (a) is a figure which shows schematic plan structure of the sensor apparatus 1 to which this embodiment is applied, FIG.7 (b) shows the sensor apparatus 1 along CC line in Fig.7 (a). FIG. For reference, the crystal direction of each part is shown in FIG.

上述したように、本実施形態のセンサ装置1では、熱式流量センサS1のヒータ15a、15bや圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dを構成する半導体層14をすべてP型シリコンで構成している。そして、図7(a)に示すように、熱式流量センサS1に形成されるヒータ15a、15bの長手方向を[100]の結晶方向と一致させることによりピエゾ抵抗効果を極小とし、圧力センサS2に形成されるゲージ抵抗18a〜18dの長手方向を[100]から45度ずらした[0−11]もしくは[011]の結晶方向と一致させることによりピエゾ抵抗効果を極大としている。   As described above, in the sensor device 1 of the present embodiment, the semiconductor layers 14 constituting the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 and the gauge resistors 18a to 18d of the pressure sensor S2 are all made of P-type silicon. . Then, as shown in FIG. 7 (a), the longitudinal direction of the heaters 15a and 15b formed in the thermal flow sensor S1 is made to coincide with the crystal direction of [100], thereby minimizing the piezoresistive effect and the pressure sensor S2. The piezoresistive effect is maximized by matching the longitudinal direction of the gauge resistors 18a to 18d formed in [1] with the [0-11] or [011] crystal direction shifted by 45 degrees from [100].

以上のような構造としても、熱式流量センサS1に関しては、ヒータ15a、15bはピエゾ抵抗効果による影響をほとんど受けないで済むため、好適な流量検出を行うことが可能となる。また、圧力センサS2に関しては、ゲージ抵抗18a〜18dはピエゾ抵抗効果を十分に発揮して抵抗値を変化させるため、好適に圧力検出を行うことが可能となる。   Even with the above-described structure, with respect to the thermal flow rate sensor S1, the heaters 15a and 15b are hardly affected by the piezoresistive effect, so that it is possible to detect a suitable flow rate. Further, regarding the pressure sensor S2, the gauge resistors 18a to 18d sufficiently exhibit the piezoresistive effect and change the resistance value, so that pressure detection can be suitably performed.

このようなP型シリコンにヒータ15a、15bを形成した場合、図2(a)、(b)から分かるようにN型シリコンではピエゾ抵抗効果が極小になってもある程度残るが、P型シリコンではピエゾ抵抗効果をほとんど無しの状態にできるため、よりピエゾ抵抗効果の影響が少ない熱式流量センサS1とすることが可能となる。   When the heaters 15a and 15b are formed on such P-type silicon, as can be seen from FIGS. 2 (a) and 2 (b), N-type silicon remains to some extent even if the piezoresistance effect is minimized. Since the piezoresistive effect can be almost completely eliminated, the thermal flow sensor S1 having less influence of the piezoresistive effect can be obtained.

ただし、このようなセンサ装置1の場合、シリコン基板10に空洞部11、12を形成するに際し、半導体層14の面方位にシリコン基板10の面方位を一致させると、エッチングの面方位依存性により、空洞部11、12が第2実施形態(図3参照)で示した形状にならない。このため、上述したように、本実施形態では、空洞部11、12の形成に関しては第2実施形態に示した形状にできるように、半導体層14の結晶方向に対してシリコン基板10の結晶方向を45度ずらしている。このようにすれば、第2実施形態と同様の手法により、シリコン基板10に対して空洞部11、12を形成することが可能となる。   However, in the case of such a sensor device 1, when the cavity portions 11 and 12 are formed in the silicon substrate 10, if the plane orientation of the silicon substrate 10 is made to coincide with the plane orientation of the semiconductor layer 14, the etching depends on the plane orientation dependency. The cavities 11 and 12 do not have the shape shown in the second embodiment (see FIG. 3). Therefore, as described above, in the present embodiment, the formation of the cavities 11 and 12 is such that the crystal direction of the silicon substrate 10 with respect to the crystal direction of the semiconductor layer 14 is the shape shown in the second embodiment. Is shifted 45 degrees. In this way, the cavities 11 and 12 can be formed in the silicon substrate 10 by the same method as in the second embodiment.

これにより、空洞部11、12の形状、つまりメンブレンの出来映え形状を圧力センサS2の形成に適したものとすることができる。   Thereby, the shape of the cavities 11 and 12, that is, the finished shape of the membrane can be made suitable for the formation of the pressure sensor S2.

(他の実施形態)
上記各実施形態において、センサ装置1の様々な形態を示したが、ここに記したものは単なる一例であり、各実施形態に示した手法を組み合わせることも可能である。例えば、上記第1実施形態では、半導体層14のうち熱式流量センサS1のヒータ15a、15bが形成される領域をN型シリコンとし、圧力センサS2のゲージ抵抗18a〜18dが形成される領域をP型シリコンとしている。このような形態に対して、第3実施形態で示したように、半導体層14の面方位とシリコン基板10の面方位を45度ずらすようにしても良い。勿論、第2実施形態に示したように、半導体層14をすべてN型シリコンとする場合において、第3実施形態で示したように、半導体層14の面方位とシリコン基板10の面方位を45度ずらすようにしても良い。
(Other embodiments)
In each of the above embodiments, various forms of the sensor device 1 have been shown. However, what is described here is merely an example, and the methods described in each embodiment can be combined. For example, in the first embodiment, the region where the heaters 15a and 15b of the thermal flow sensor S1 are formed in the semiconductor layer 14 is N-type silicon, and the region where the gauge resistors 18a to 18d of the pressure sensor S2 are formed. P-type silicon is used. In contrast to such a configuration, as shown in the third embodiment, the plane orientation of the semiconductor layer 14 and the plane orientation of the silicon substrate 10 may be shifted by 45 degrees. Of course, as shown in the second embodiment, when all the semiconductor layers 14 are made of N-type silicon, the plane orientation of the semiconductor layer 14 and the plane orientation of the silicon substrate 10 are 45 as shown in the third embodiment. You may make it deviate.

また、上記実施形態では、ヒータ15a、15bは特許文献1の発熱抵抗体と測温抵抗体を兼用した構成であるものを例に挙げて説明したが、発熱抵抗体と測温抵抗体を別体とした構成であっても構わない。   In the above-described embodiment, the heaters 15a and 15b have been described by taking as an example the configuration in which the heating resistor and the resistance temperature detector of Patent Document 1 are combined. However, the heating resistor and the resistance temperature detector are separated. It may be configured as a body.

さらに、上記実施形態では、ゲージ抵抗18a〜18dを有した歪センサとして圧力センサS2を例に挙げたが、加速度センサに関しても、上記各実施形態と同様に本発明を適用することができる。   Furthermore, in the above embodiment, the pressure sensor S2 has been described as an example of the strain sensor having the gauge resistors 18a to 18d. However, the present invention can also be applied to the acceleration sensor as in the above embodiments.

また、空洞部11、12をシリコン基板10の裏面10bから表面10aまで貫通するように形成したが、予め表面10aに凹部を形成しておき、SOI層(半導体層14)を形成するためのシリコン基板の一面に絶縁膜13を形成した状態で、凹部を形成しておいたシリコン基板10とSOI層を形成するためのシリコン基板を貼り合わせるようにすれば、圧力基準室を構成することができるため、このような構造としても構わない。   Moreover, although the cavity parts 11 and 12 were formed so that it might penetrate from the back surface 10b of the silicon substrate 10 to the surface 10a, the recessed part was previously formed in the surface 10a, and the silicon | silicone for forming an SOI layer (semiconductor layer 14) The pressure reference chamber can be configured by bonding the silicon substrate 10 in which the recesses are formed and the silicon substrate for forming the SOI layer together with the insulating film 13 formed on one surface of the substrate. Therefore, such a structure may be used.

なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(−)を付すべきであるが、パソコン出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付すものとする。   In addition, when indicating the orientation of a crystal, a bar (-) should be added to a desired number, but there is a limitation in expression based on a personal computer application. A bar shall be placed in front of the number.

(a)は、本発明の第1実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、(b)は、(a)中のA−A線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。(A) is a figure which shows the schematic plane structure of the sensor apparatus 1 to which 1st Embodiment of this invention is applied, (b) is the outline of the sensor apparatus 1 along the AA line in (a). It is a figure which shows a cross-sectional structure. (a)、(b)は、それぞれ、N型シリコンとP型シリコンにおけるピエゾ抵抗係数と結晶方向の関係を示した相関図である。(A), (b) is a correlation diagram showing the relationship between the piezoresistance coefficient and the crystal direction in N-type silicon and P-type silicon, respectively. (a)は、本実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、(b)は、(a)中のB−B線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。(A) is a figure which shows schematic plan structure of the sensor apparatus 1 to which this embodiment is applied, (b) shows schematic sectional structure of the sensor apparatus 1 along the BB line in (a). FIG. (a)、(b)は、シリコン基板10の裏面10bからのエッチングを行うときのエッチングマスクとなるシリコン窒化膜24のレイアウトおよび断面形状を示した図である。(A), (b) is the figure which showed the layout and cross-sectional shape of the silicon nitride film 24 used as an etching mask when etching from the back surface 10b of the silicon substrate 10 is performed. シリコン基板10の裏面10bからのエッチングを行うときのエッチングシリコン窒化膜24のレイアウト図である。4 is a layout diagram of an etched silicon nitride film 24 when etching is performed from the back surface 10b of the silicon substrate 10. FIG. (a)は、シリコン基板10の裏面10bからのエッチングを行うときのシリコン窒化膜24のレイアウト図、(b)は、シリコン基板10に形成された空洞部11、12のレイアウト図である。(A) is a layout diagram of the silicon nitride film 24 when etching from the back surface 10 b of the silicon substrate 10, and (b) is a layout diagram of the cavities 11 and 12 formed in the silicon substrate 10. (a)は、本実施形態を適用したセンサ装置1の概略平面構成を示す図であり、(b)は、(a)中のC−C線に沿ったセンサ装置1の概略断面構成を示す図である。(A) is a figure which shows schematic planar structure of the sensor apparatus 1 to which this embodiment is applied, (b) shows schematic sectional structure of the sensor apparatus 1 along the CC line in (a). FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…センサ装置、10…シリコン基板、10a…表面、10b…裏面、
10c、10d…開口部、11、12…空洞部、13…絶縁膜、14…半導体層、
15a、15b…ヒータ、16a、16b…温度計、17a〜17f…配線層、
18a〜18d…ゲージ抵抗、19a〜19d…配線層、20…絶縁膜、
21a〜21f…パッド、22a〜22d…パッド、23…シリコン窒化膜、
24…シリコン窒化膜、24a、24b…開口部、S1…熱式流量センサ、
S2…圧力センサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sensor apparatus, 10 ... Silicon substrate, 10a ... Front surface, 10b ... Back surface,
10c, 10d ... opening, 11, 12 ... cavity, 13 ... insulating film, 14 ... semiconductor layer,
15a, 15b ... heater, 16a, 16b ... thermometer, 17a-17f ... wiring layer,
18a-18d ... gauge resistance, 19a-19d ... wiring layer, 20 ... insulating film,
21a-21f ... pad, 22a-22d ... pad, 23 ... silicon nitride film,
24 ... Silicon nitride film, 24a, 24b ... Opening, S1 ... Thermal flow sensor,
S2: Pressure sensor.

Claims (7)

熱式流量センサ(S1)と歪センサ(S2)が同一チップに形成された構成とされ、
前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に形成された第1空洞部(11)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に形成された第2空洞部(12)とを有したシリコン基板(10)と、
前記シリコン基板(10)の表面(10b)側において、前記第1、第2空洞部(11、12)を覆うように形成された絶縁膜(13)と、
前記絶縁膜(13)の上において、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に備えられたヒータ(15a、15b)および配線層(17a〜17f)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に備えられたゲージ抵抗(18a〜18d)を単結晶シリコンで構成した半導体層(14)とを有し、
前記シリコン基板(10)を支持基板、前記絶縁膜(13)を埋め込み層、前記半導体層(14)をSOI層としたSOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板(10)における前記第1、第2空洞部(11、12)に形成された前記絶縁膜(13)をメンブレンとして構成されたセンサ装置であって、
前記半導体層(14)のうち、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域と前記歪センサ(S2)の形成領域とで導電型が反転させられており、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向と前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が同じ方向とされ、かつ、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向、前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向とされていることを特徴とするセンサ装置。
The thermal flow sensor (S1) and the strain sensor (S2) are formed on the same chip.
A silicon substrate having a first cavity (11) formed in the formation region of the thermal flow sensor (S1) and a second cavity (12) formed in the formation region of the strain sensor (S2). (10) and
An insulating film (13) formed so as to cover the first and second cavities (11, 12) on the surface (10b) side of the silicon substrate (10);
On the insulating film (13), heaters (15a, 15b) and wiring layers (17a-17f) provided in the formation region of the thermal flow sensor (S1), and the formation region of the strain sensor (S2) A semiconductor layer (14) composed of single crystal silicon with the gauge resistance (18a-18d) provided in
The silicon substrate (10) is formed using an SOI substrate having a supporting substrate, the insulating film (13) as a buried layer, and the semiconductor layer (14) as an SOI layer. A sensor device configured with the insulating film (13) formed in the second cavity (11, 12) as a membrane,
In the semiconductor layer (14), the conductivity type is inverted between the formation region of the thermal flow sensor (S1) and the formation region of the strain sensor (S2), and in the thermal flow sensor (S1) The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a to 18d) in the strain sensor (S2) are the same direction, and the heater (15a) in the thermal flow sensor (S1) 15b) is the crystal direction in which the piezoresistance effect in the single crystal silicon is minimized, and the longitudinal direction of the gauge resistances (18a to 18d) in the strain sensor (S2) is the piezoresistance effect in the single crystal silicon. A sensor device characterized by having a maximum crystal orientation.
前記半導体層(14)のうち、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域はN型シリコン、前記歪センサ(S2)の形成領域はP型シリコンとされており、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向および前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は[0−11]もしくは[011]の結晶方向と一致していることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 Of the semiconductor layer (14), the formation region of the thermal flow sensor (S1) is N-type silicon, and the formation region of the strain sensor (S2) is P-type silicon, and the thermal flow sensor (S1). ) In the longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) coincide with the crystal direction of [0-11] or [011]. The sensor device according to claim 1. 前記シリコン基板(10)の結晶面方位に対して、前記半導体層(14)を構成する前記単結晶シリコンの結晶面方位が45度ずらされていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。 The sensor according to claim 1, wherein the crystal plane orientation of the single crystal silicon constituting the semiconductor layer (14) is shifted by 45 degrees with respect to the crystal plane orientation of the silicon substrate (10). apparatus. 熱式流量センサ(S1)と歪センサ(S2)が同一チップに形成された構成とされ、
前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に形成された第1空洞部(11)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に形成された第2空洞部(12)とを有したシリコン基板(10)と、
前記シリコン基板(10)の表面(10b)側において、前記第1、第2空洞部(11、12)を覆うように形成された絶縁膜(13)と、
前記絶縁膜(13)の上において、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に備えられたヒータ(15a、15b)および配線層(17a〜17f)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に備えられたゲージ抵抗(18a〜18d)を単結晶シリコンで構成した半導体層(14)とを有し、
前記シリコン基板(10)を支持基板、前記絶縁膜(13)を埋め込み層、前記半導体層(14)をSOI層としたSOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板(10)における前記第1、第2空洞部(11、12)に形成された前記絶縁膜(13)をメンブレンとして構成され、
前記半導体層(14)のうち、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域と前記歪センサ(S2)の形成領域とで導電型が同じにされており、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向と前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が45度ずらされ、かつ、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向、前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向とされたセンサ装置の製造方法であって、
前記シリコン基板(10)として、厚さ方向の結晶面方位が(100)面となるものを用い、前記シリコン基板(10)の裏面(10b)にエッチングマスク(24)を配置し、アルカリのエッチング液にて前記第1、第2空洞部(11、12)を形成する際に、前記エッチングマスク(24)のうち前記第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、前記第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を菱形もしくは十字型として前記第1、第2空洞部(11、12)を形成することことを特徴とするセンサ装置の製造方法。
The thermal flow sensor (S1) and the strain sensor (S2) are formed on the same chip.
A silicon substrate having a first cavity (11) formed in the formation region of the thermal flow sensor (S1) and a second cavity (12) formed in the formation region of the strain sensor (S2). (10) and
An insulating film (13) formed so as to cover the first and second cavities (11, 12) on the surface (10b) side of the silicon substrate (10);
On the insulating film (13), heaters (15a, 15b) and wiring layers (17a-17f) provided in the formation region of the thermal flow sensor (S1), and the formation region of the strain sensor (S2) A semiconductor layer (14) composed of single crystal silicon with the gauge resistance (18a-18d) provided in
The silicon substrate (10) is formed using an SOI substrate having a supporting substrate, the insulating film (13) as a buried layer, and the semiconductor layer (14) as an SOI layer. The insulating film (13) formed in the second cavity (11, 12) is configured as a membrane,
In the semiconductor layer (14), the region where the thermal flow sensor (S1) is formed and the region where the strain sensor (S2) is formed have the same conductivity type. In the thermal flow sensor (S1), The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) are shifted by 45 degrees, and the heater (15a) in the thermal flow sensor (S1) 15b) is the crystal direction in which the piezoresistance effect in the single crystal silicon is minimized, and the longitudinal direction of the gauge resistances (18a to 18d) in the strain sensor (S2) is the piezoresistance effect in the single crystal silicon. A method of manufacturing a sensor device having a maximum crystal orientation,
As the silicon substrate (10), a substrate whose crystal plane orientation in the thickness direction is the (100) plane, an etching mask (24) is arranged on the back surface (10b) of the silicon substrate (10), and alkali etching is performed. When forming the first and second cavities (11, 12) with a liquid, the opening (24a) for forming the first cavities (11) in the etching mask (24) is rectangular. A sensor device characterized in that the first and second cavities (11, 12) are formed in the shape of an opening (24b) for forming the second cavities (12) with a rhombus or cross shape. Manufacturing method.
熱式流量センサ(S1)と歪センサ(S2)が同一チップに形成された構成とされ、
前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に形成された第1空洞部(11)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に形成された第2空洞部(12)とを有したシリコン基板(10)と、
前記シリコン基板(10)の表面(10b)側において、前記第1、第2空洞部(11、12)を覆うように形成された絶縁膜(13)と、
前記絶縁膜(13)の上において、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域に備えられたヒータ(15a、15b)および配線層(17a〜17f)と、前記歪センサ(S2)の形成領域に備えられたゲージ抵抗(18a〜18d)を単結晶シリコンで構成した半導体層(14)とを有し、
前記シリコン基板(10)を支持基板、前記絶縁膜(13)を埋め込み層、前記半導体層(14)をSOI層としたSOI基板を用いて形成され、前記シリコン基板(10)における前記第1、第2空洞部(11、12)に形成された前記絶縁膜(13)をメンブレンとして構成され、
前記半導体層(14)のうち、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域と前記歪センサ(S2)の形成領域とで導電型が同じにされており、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向と前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向が45度ずらされ、かつ、前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極小となる結晶方向、前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は前記単結晶シリコンにおけるピエゾ抵抗効果が極大となる結晶方向とされたセンサ装置の製造方法であって、
前記シリコン基板(10)として、厚さ方向の結晶面方位が(100)面となるものを用い、前記シリコン基板(10)の裏面(10b)にエッチングマスク(24)を配置し、アルカリに有機溶剤を添加したエッチング液にて前記第1、第2空洞部(11、12)を形成する際に、前記エッチングマスク(24)のうち前記第1空洞部(11)を形成するための開口部(24a)を矩形状、前記第2空洞部(12)を形成するための開口部(24b)を円形として、前記第1、第2空洞部(11、12)を形成することを特徴とするセンサ装置の製造方法。
The thermal flow sensor (S1) and the strain sensor (S2) are formed on the same chip.
A silicon substrate having a first cavity (11) formed in the formation region of the thermal flow sensor (S1) and a second cavity (12) formed in the formation region of the strain sensor (S2). (10) and
An insulating film (13) formed so as to cover the first and second cavities (11, 12) on the surface (10b) side of the silicon substrate (10);
On the insulating film (13), heaters (15a, 15b) and wiring layers (17a-17f) provided in the formation region of the thermal flow sensor (S1), and the formation region of the strain sensor (S2) A semiconductor layer (14) composed of single crystal silicon with the gauge resistance (18a-18d) provided in
The silicon substrate (10) is formed using an SOI substrate having a supporting substrate, the insulating film (13) as a buried layer, and the semiconductor layer (14) as an SOI layer. The insulating film (13) formed in the second cavity (11, 12) is configured as a membrane,
In the semiconductor layer (14), the region where the thermal flow sensor (S1) is formed and the region where the strain sensor (S2) is formed have the same conductivity type. In the thermal flow sensor (S1), The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) are shifted by 45 degrees, and the heater (15a) in the thermal flow sensor (S1) 15b) is the crystal direction in which the piezoresistance effect in the single crystal silicon is minimized, and the longitudinal direction of the gauge resistances (18a to 18d) in the strain sensor (S2) is the piezoresistance effect in the single crystal silicon. A method of manufacturing a sensor device having a maximum crystal orientation,
As the silicon substrate (10), a substrate whose crystal plane orientation in the thickness direction is the (100) plane, an etching mask (24) is disposed on the back surface (10b) of the silicon substrate (10), and the organic substrate is alkali-free. An opening for forming the first cavity (11) in the etching mask (24) when the first and second cavities (11, 12) are formed with an etchant added with a solvent. The first and second cavities (11, 12) are formed by making (24a) rectangular and the opening (24b) for forming the second cavity (12) circular. A method for manufacturing a sensor device.
前記シリコン基板(10)の結晶面方位に対して、前記半導体層(14)を構成する前記単結晶シリコンの結晶面方位が45度ずらして配置することを特徴とする請求項4または5に記載のセンサ装置の製造方法。 The crystal plane orientation of the single crystal silicon constituting the semiconductor layer (14) is shifted by 45 degrees with respect to the crystal plane orientation of the silicon substrate (10). Manufacturing method of the sensor device. 前記半導体層(14)のうち、前記熱式流量センサ(S1)の形成領域はP型シリコン、前記歪センサ(S2)の形成領域はN型シリコンとされており、
前記熱式流量センサ(S1)における前記ヒータ(15a、15b)の長手方向および前記歪センサ(S2)における前記ゲージ抵抗(18a〜18d)の長手方向は[010]の結晶方向と等価な方向と一致しており、
前記シリコン基板(10)の結晶面方位に対して、前記半導体層(14)を構成する前記単結晶シリコンの結晶面方位が45度ずらされていることを特徴とする請求項1に記載のセンサ装置。
Of the semiconductor layer (14), the formation region of the thermal flow sensor (S1) is P-type silicon, and the formation region of the strain sensor (S2) is N-type silicon,
The longitudinal direction of the heaters (15a, 15b) in the thermal flow sensor (S1) and the longitudinal direction of the gauge resistors (18a-18d) in the strain sensor (S2) are equivalent to the crystal direction of [010]. Match,
The sensor according to claim 1, wherein the crystal plane orientation of the single crystal silicon constituting the semiconductor layer (14) is shifted by 45 degrees with respect to the crystal plane orientation of the silicon substrate (10). apparatus.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7101899B2 (en) 2019-01-25 2022-07-15 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング MEMS Sensors and Methods for Operating MEMS Sensors

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5035310B2 (en) * 2008-09-30 2012-09-26 株式会社デンソー Flow sensor
JP5141482B2 (en) * 2008-09-30 2013-02-13 株式会社デンソー Flow sensor
JP5302729B2 (en) * 2009-03-24 2013-10-02 住友ゴム工業株式会社 Pneumatic tire and strain sensor used therefor
JP5542505B2 (en) 2010-04-01 2014-07-09 日立オートモティブシステムズ株式会社 Thermal flow sensor
WO2011161917A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 パナソニック株式会社 Acceleration sensor
JP5287806B2 (en) * 2010-08-20 2013-09-11 株式会社デンソー Semiconductor pressure sensor
JP5899939B2 (en) * 2012-01-13 2016-04-06 株式会社デンソー Semiconductor pressure sensor and manufacturing method thereof
JP2013033057A (en) * 2012-10-04 2013-02-14 Denso Corp Flow sensor
JP6200962B2 (en) * 2013-10-31 2017-09-20 日立オートモティブシステムズ株式会社 Air flow measurement device
JP6561017B2 (en) * 2016-06-15 2019-08-14 日立オートモティブシステムズ株式会社 Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, and flow sensor
CN116202661B (en) * 2023-01-10 2023-09-29 苏州锐光科技有限公司 Pressure sensor and manufacturing method thereof

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3335860B2 (en) * 1997-01-16 2002-10-21 株式会社日立製作所 Measuring element for thermal air flow meter and thermal air flow meter
JP2004219080A (en) * 2003-01-09 2004-08-05 Denso Corp Semiconductor sensor and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7101899B2 (en) 2019-01-25 2022-07-15 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング MEMS Sensors and Methods for Operating MEMS Sensors

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