JP5108158B2 - 流量センサ - Google Patents
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Description
本実施の形態1による熱式流体流量センサの要部平面図の一例を図1に示す。
上記(式1)において、ρ0は金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの抵抗率、α1は表面散乱による抵抗増加、α2は粒界散乱による抵抗増加、α3は粒内散乱による抵抗増加である。従って、上記(式1)のα1〜α3の項を抑えることにより、その金属膜本来のTCRが得られることになる。但し、単結晶Siからなる半導体基板などに形成した金属膜では、微細なパターンを形成すると、表面散乱による抵抗増加α1が大きくなり、その抵抗率ρをインゴットの抵抗率ρ0にすることは非常に困難となる。そのため、少なくとも粒界散乱による抵抗増加α2および粒内散乱による抵抗増加α3を小さくすることが重要となる。
本実施の形態2では、熱式流体流量センサである測定素子に含まれる発熱抵抗体および測温抵抗体を構成する金属膜に、Mo(モリブデン)膜を用いる。図12は、本実施の形態2による熱式流体流量センサの一例を示す要部断面図であり、前述した実施の形態1の図6と同一箇所(図1のA−A′線における要部断面図)を示している。
本実施の形態3では、発熱抵抗体および測温抵抗体を含む測定素子を加速度センサに適用した例について説明する。
2 半導体基板
3 発熱抵抗体
4 測温抵抗体
4a 上流側測温抵抗体
4b 下流側測温抵抗体
4c 第1の金属膜
5 空気温度測温抵抗体
6a,6b,6c,6d,6e,6f,6g 端子電極
7a,7b,7c,7d,7e,7f,7g 引き出し配線
8 絶縁膜
9 金属を含む非晶質膜
10 保護膜
11 層間絶縁膜
12 接続孔
13 ダイヤフラム
14 熱式空気流量計
15 支持体
15a 下部支持体
15b 上部支持体
16 外部回路
17 空気通路
18 副通路
19 空気流
20,21 端子電極
22 金線
23 電源
24 トランジスタ
25,26,27 抵抗
28 制御回路
29 メモリ回路
30 半導体基板
31 絶縁膜
31a 改質層
32 発熱抵抗体
33a 上流側測温抵抗体
33b 下流側測温抵抗体
34 空気温度測温抵抗体
35 引き出し電極
36 層間絶縁膜
37 接続孔
38 端子電極
39 ダイヤフラム
41 加速度センサ
42 発熱抵抗体
43a,43b 端子電極
44a,44b,44c,44d 測温抵抗体
45a,45b,45c,45d,45e、45f 端子電極
46 半導体基板
47 絶縁膜
48 金属を含む非晶質膜
49 引き出し配線
50 層間絶縁膜
51 接続孔
52 ダイヤフラム
53 外部電源
54 力
55 入力回路
56 メモリ
57,58 抵抗体
Claims (15)
- 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と測温抵抗体とを含み、流体または気体流量を計測する流量センサであって、少なくとも前記測温抵抗体は金属膜で構成され、前記金属膜の抵抗率が、前記金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの3倍以下の抵抗率を有し、
前記金属膜は、前記金属膜の配向を高めるように改質された前記絶縁膜の表面に形成され、
前記絶縁膜の表面は、スパッタエッチング法により改質されることを特徴とする流量センサ。 - 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と測温抵抗体とを含み、流体または気体流量を計測する流量センサであって、少なくとも前記測温抵抗体は金属膜で構成され、前記金属膜の抵抗率が、前記金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの3倍以下の抵抗率を有し、
前記金属膜は、前記金属膜の配向を高めるように改質された前記絶縁膜の表面に形成され、
前記金属膜は、Mo膜、Ti膜、W膜、Co膜、Ni膜、Nb膜、Hf膜、Cr膜、Zr膜またはFe膜であることを特徴とする流量センサ。 - 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と測温抵抗体とを含み、流体または気体流量を計測する流量センサであって、少なくとも前記測温抵抗体は金属膜で構成され、前記金属膜の抵抗率が、前記金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの3倍以下の抵抗率を有し、
前記金属膜は、前記金属膜の配向を高めるように改質された前記絶縁膜の表面に形成され、
前記金属膜の上層に金属を含む酸化化合物が形成されていることを特徴とする流量センサ。 - 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と測温抵抗体とを含み、流体または気体流量を計測する流量センサであって、少なくとも前記測温抵抗体は金属膜で構成され、前記金属膜の抵抗率が、前記金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの3倍以下の抵抗率を有し、
前記金属膜は、前記金属膜の配向を高めるように改質された前記絶縁膜の表面に形成され、
前記金属膜の上層に金属を含む窒化化合物が形成されていることを特徴とする流量センサ。 - 半導体基板上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体と測温抵抗体とを含み、流体または気体流量を計測する流量センサであって、少なくとも前記測温抵抗体は金属膜で構成され、前記金属膜の抵抗率が、前記金属膜を構成する主成分の金属元素からなるインゴットの3倍以下の抵抗率を有し、前記金属膜の抵抗温度係数が2000ppm/℃以上であり、
前記金属膜は、前記金属膜の配向を高めるように改質された前記絶縁膜の表面に形成され、
前記金属膜がMo膜であることを特徴とする流量センサ。 - 請求項2、3、4、または5のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記絶縁膜の表面は、スパッタエッチング法またはイオン打ち込み法により改質されることを特徴とする流量センサ。
- 請求項1、2、3、4、または5のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記絶縁膜はSiOx膜またはSiNx膜であることを特徴とする流量センサ。
- 請求項1、3、または4のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記金属膜は、Ta膜、Mo膜、Ti膜、W膜、Co膜、Ni膜、Nb膜、Hf膜、Cr膜、Zr膜またはFe膜であることを特徴とする流量センサ。
- 請求項1、3、または4のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記金属膜がTa膜であり、体心立方晶系構造のTaが、前記Ta膜の50%以上を占めることを特徴とする流量センサ。
- 請求項1、2、3、4、または5のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記金属膜は、100nm以上の径を有する結晶粒が全体の50%以上を占める多結晶であることを特徴とする流量センサ。
- 請求項9に記載の流量センサにおいて、前記Ta膜は複数のTa結晶粒を含み、複数の前記Ta結晶粒の間は、粒内の結晶格子配列が双晶の関係にある、または20度以内の格子面傾角である小傾角粒界の関係にあることを特徴とする流量センサ。
- 請求項11に記載の流量センサにおいて、粒内の結晶格子配列が双晶の関係にある、または20度以内の格子面傾角である小傾角粒界の関係にある隣接粒界接触を有する複数の前記Ta結晶粒が、多結晶領域の約30%を占めることを特徴とする流量センサ。
- 請求項3に記載の流量センサにおいて、前記金属を含む酸化化合物は、AlOx、MoOx、TaOxまたはTiOxであることを特徴とする流量センサ。
- 請求項4に記載の流量センサにおいて、前記金属を含む窒化化合物は、MoN、TiN、TaN、WNまたはNiNであることを特徴とする流量センサ。
- 請求項1、2、3、4、または5のいずれか1項に記載の流量センサにおいて、前記流量センサは、支持体および外部回路と共に熱式空気流量計に実装されて、空気流量を計測することを特徴とする流量センサ。
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