JP5753807B2 - 熱式流体流量センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
実施例1に係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。実施例1に係る熱式流体流量センサである測定素子1は、半導体基板2、発熱抵抗体3、発熱抵抗体用測温抵抗体4、測温抵抗体5a〜5d、空気温度測温抵抗体6、ヒータ温度制御用抵抗体7、8、端子電極9a9i、および引き出し配線10a、10b、10c−1、10c−2、10d、10e、10f、10g、10h−1、10h−2、10i−1、10i−2等から形成されている。
次に、実施例1に係る熱式流体流量センサの製造方法の一例を図2〜図7を用いて工程順に説明する。図2〜図7は、図1中のA−A線に対応する要部断面図である。
図8は、実施例1に係る本実施れに係る熱式流体流量センサが実装され、自動車等の内燃機関の吸気通路に取り付けられた熱式空気流量計の概略配置図である。熱式空気流量計26は、熱式流体流量センサである前述の測定素子1と、上部および下部からなる支持体27と、外部回路28とから構成され、測定素子1は、空気通路29の内部にある副通路30に配置される。外部回路28は、支持体27を介して測定素子1の端子に電気的に接続される。吸気された空気は、内燃機関の条件によって、図8中の矢印(空気の流れ13)で示された空気流の方向、またはこれとは逆の方向に流れる。
次に、ダイヤフラム表面の変位量を用いて、実施例1の特徴およびその効果について説明する。図12上段は、本発明者が実施例1に係るダイヤフラム構造(図7参照)に対する比較例としたダイヤフラム構造を有する、従来方式の熱式流体流量センサの要部断面図である。図12下段には、センサ配線(上流側測温抵抗体5a、5bおよび下流側測温抵抗体5c、5d、発熱抵抗体用測温抵抗体4)の配線幅を約1μmとし、ヒータ配線(発熱抵抗体3)の配線幅を約5μmとし、図12下段ではその表面を触診段差計により計測し、ダイヤフラム部中心における最上層のシリコン酸化膜を基準とした、各表面位置における相対的な変位量を図示している。
Claims (15)
- 引っ張り応力を有する発熱抵抗体と、
引っ張り応力を有し前記発熱抵抗体とは配線幅が異なる測温抵抗体と、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体のそれぞれの上層および下層に設けられ、引っ張り応力を有する複数の第1絶縁膜と、圧縮応力を有する複数の第2絶縁膜と、を含む絶縁層と、を有し、
前記絶縁層のうち、前記発熱抵抗体または前記測温抵抗体のうち配線幅の太い配線の上部および下部に位置する部分の応力の平均値が、前記発熱抵抗体または前記測温抵抗体のうち配線幅の細い配線の上部および下部に位置する部分の応力の平均値よりも圧縮側であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項1において、
前記絶縁層は、圧縮応力を有する絶縁膜であって、前記配線幅の太い配線の上部の膜厚が前記配線幅の細い配線の上部の膜厚よりも厚い応力調整層をさらに有することを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項2において、
前記応力調整層は、前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体と接して設けられることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項2において、
前記応力調整層は、酸化シリコン膜からなることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項1において、
前記絶縁層は、引っ張り応力を有する絶縁膜であって、前記配線幅の太い配線の上部に設けられ、前記配線幅の細い配線の上部には設けられない応力調整層をさらに有することを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項5において、
前記応力調整層は、窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜からなることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項1において、
前記発熱抵抗体の配線幅は、前記測温抵抗体の配線幅よりも太いことを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項1において、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体は、モリブデン、アルファタンタル、チタン、タングステン、コバルト、ニッケル、鉄、ニオブ、ハフニウム、クロム、ジルコニウム、白金、ベータタンタルのうちのいずれかを主成分とする金属膜、窒化タンタル、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化チタンのうちのいずれかを主成分とする金属窒化化合物、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイドのうちのいずれかを主成分とする金属シリサイド化合物、または、燐もしくはボロンをドープしたポリシリコンであることを特徴とする請求項1に記載の熱式流体流量センサ。 - 引っ張り応力を有する発熱抵抗体と、
引っ張り応力を有し前記発熱抵抗体よりも配線幅が細い測温抵抗体と、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体の上層に設けられ、圧縮応力を有し、前記発熱抵抗体が設けられる部分の上部の膜厚が前記測温抵抗体の設けられる部分の膜厚よりも厚い応力調整層と、を有することを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項9において、
前記応力調整層は、前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体と接することを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項9において、
前記応力調整層は、酸化シリコン膜からなることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - (a)半導体基板の上層に、それぞれが引っ張り応力を有する複数の第1絶縁膜と、それぞれが圧縮応力を有する複数の第2絶縁膜と、を含む絶縁層を形成する工程と、
(b)半導体基板の上層に、引っ張り応力を有する発熱抵抗体と、引っ張り応力を有し前記発熱抵抗体とは配線幅の異なる測温抵抗体と、を形成する工程と、
(c)前記工程(b)の後に、前記絶縁層のうち、前記発熱抵抗体または前記測温抵抗体のうち配線幅の太い配線の上部および下部に位置する部分の応力の平均値を、前記発熱抵抗体または前記測温抵抗体のうち配線幅の細い配線の上部および下部に位置する部分の応力の平均値よりも圧縮側にする工程と、を有することを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。 - 請求項12において、
前記工程(c)は、前記複数の第2絶縁膜のうち少なくとも1つを、CMP法を用いて研磨する工程であることを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。 - 請求項12において、
前記工程(c)は、前記複数の第2絶縁膜のうち少なくとも1つについて、前記配線幅の細い配線の上部に位置する部分をドライエッチングで除去する工程であることを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。 - 請求項12において、
前記工程(c)は、前記複数の第1絶縁膜のうち少なくとも1つについて、前記配線幅の太い配線の上部に位置する部分をドライエッチングで除去する工程であることを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。
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