JP6966384B2 - 流量センサおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、流量センサおよびその製造技術に関する。

特開２００６−３４９６８７号公報（特許文献１）には、ダイヤフラム内の温度センサより外側に付加的温度センサと付加的加熱素子を配置することにより、付加的加熱素子による加熱でダイヤフラムの端部近傍での急峻な温度分布をなだらかにし、温度センサへのオイル付着を防止する技術が記載されている。

特開２００６−５２９４４号公報（特許文献２）には、ダイヤフラムと基板との境界部に跨って補助発熱抵抗体を形成することによって、ダイヤフラムと基板との境界部における急峻な温度分布を和らげて、熱泳動効果による浮遊性微粒子の付着を防止する熱式流量センサに関する技術が記載されている。

特開２００６−３４９６８７号公報 特開２００６−５２９４４号公報

エンジンに代表される内燃機関の燃費を向上するためには、内燃機関へ空気を導入するための吸気管における吸入空気量を検出することが必要とされている。特に、半導体材料を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）技術により製造されたヒータを有する熱式抵抗型の流量センサは、応答速度が速く、コストを低減できることから、内燃機関への吸入空気量を検出するセンサの主流となってきている。

このような流量センサには、例えば、エンジンからのオイルの逆流に起因する汚損物が付着する場合がある。さらに、近年では、燃費を向上するために、エンジンからの排気ガスを再び吸気管に戻すＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムが採用されることが多く、このシステムを採用することによって、流量センサには、汚損物が付着しやすくなる。特に、汚損物は、熱泳動現象によって、流量センサの表面温度が低温から高温となるような温度勾配がある場所に多く付着することから、できるだけ流量センサの表面での温度勾配をなだらかにする工夫が望まれている。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態における流量センサは、薄膜部と、薄膜部よりも厚さの厚い厚板部と、気体の流れる第１方向と交差する第２方向に延在し、かつ、平面視において前記薄膜部と前記厚板部との境界線となる第１辺とを備える。ここで、流量センサは、薄膜部に形成された発熱部と、薄膜部に形成された第１部位と、厚板部に形成され、かつ、第１部位と一体化した第２部位とを有する伝熱部とを有する。そして、第１辺は、平面視において伝熱部で覆われる被覆部分と、平面視において伝熱部から露出する露出部分とを有する。

このように構成されている流量センサは、例えば、基板の表面上に絶縁膜を形成する工程と、絶縁膜上に導体膜を形成する工程と、導体膜をパターニングすることにより、絶縁膜上に発熱部と伝熱部とを形成する工程と、基板の裏面から基板をエッチングして、薄膜部を形成する工程とを含む流量センサの製造方法によって製造される。

一実施の形態によれば、長期間にわたって流量センサの性能を維持することができる。

関連技術における流量センサの一部を構成する半導体チップの模式的な構成を示す図である。 関連技術における半導体チップでの等温線を模式的に示す図である。 関連技術における半導体チップの断面図（図１のＡ−Ａ線での断面図）と半導体チップの表面における温度分布との関係を示す図である。 基板と薄膜部との境界線の近傍に微粒子が溜まる状態を示す図である。 実施の形態における流量センサの一部を構成する半導体チップのレイアウト構成を示す平面図である。 変形例１における半導体チップのレイアウト構成を示す図である。 流量センサの回路構成を示す回路ブロック図である。 実施の形態における半導体チップでの等温線を模式的に示す図である。 実施の形態における半導体チップの断面図（図５のＡ−Ａ線での断面図）と半導体チップの表面における温度分布との関係を示す図である。 基板と薄膜部との境界線の近傍に微粒子が付着しにくくなる状態を示す図である。 実施の形態における流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１１に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１２に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１３に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１４に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１５に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 図１６に続く流量センサの製造工程を示す断面図である。 変形例２における半導体チップの構成例を示す図である。 図１８のＡ−Ａ線での断面図である。

実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。

＜関連技術における流量センサのレイアウト構成＞
まず、流量センサに関する関連技術について説明する。

ここで、本明細書でいう「関連技術」は、新規に発明者が見出した課題を有する技術であって、公知である従来技術ではないが、新規な技術的思想の前提技術（未公知技術）を意図して記載された技術である。

図１は、関連技術における流量センサの一部を構成する半導体チップの模式的な構成を示す図である。図１において、関連技術における半導体チップ１００は、例えば、平面形状が矩形形状である基板１０１を含む厚板部と、厚板部よりも厚さが薄い薄膜部１０２を有する。すなわち、図１に示すように、関連技術における半導体チップ１００においては、厚さの厚い基板（厚板部）１０１の中央部に厚さの薄い薄膜部１０２が形成されている。そして、この薄膜部１０２には、発熱抵抗体から構成されるヒータ１０３と、このヒータ１０３を両側から挟む測温抵抗体１０４ａおよび測温抵抗体１０４ｂと、発熱抵抗体から構成される補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂとが形成されている。このように構成されている半導体チップ１００においては、ダイヤフラムである薄膜部１０２の端部近傍に補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂが配置されている。このため、関連技術における半導体チップ１００では、補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂによる加熱によって、気体の流れる方向（ｘ方向）における薄膜部１０２の端部近傍での温度勾配を緩和することができると考えられる。

ところが、本発明者の検討によると、関連技術における半導体チップ１００のように、薄肉部１０２の端部近傍に補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂを設ける構成であっても、薄膜部１０２の端部近傍に汚損物となる微粒子の付着を効果的に抑制する観点から不充分であることを新たに見出した。

＜関連技術に存在する改善の余地＞
以下では、関連技術に存在する改善の余地について説明する。

図２は、関連技術における半導体チップでの等温線を模式的に示す図である。図２では、無風時の場合で、かつ、ヒータ１０３と補助ヒータ１０５ａと補助ヒータ１０５ｂとを発熱状態にした場合における半導体チップ１００の表面の温度分布が示されている。図２において、薄膜部１０２の中央部に配置されているヒータ１０３付近の温度が最も高く、薄膜部１０２の外縁部に向って温度が低下する。このとき、例えば、図２の領域ＡＲにおいては、等温線の密度が高くなっている。これは、図２の領域ＡＲを含む薄膜部１０２の端部においては、温度勾配が急峻になっていることを意味する。このように、薄膜部１０２の端部近傍に補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂを設ける構成を採用しても、薄膜部１０２の端部から基板１０１への放熱量が想定よりも大きい結果、薄膜部１０２と基板１０１との境界部における温度勾配が急峻になってしまうのである。すなわち、関連技術のように、単に、薄膜部１０２の端部近傍に補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂを設ける構成を採用する対策だけでは、薄膜部１０２と基板１０１との境界部における温度勾配をなだらかにするためには不充分なのである。

このことから、関連技術では、依然として、気体に混入している汚損物が、熱泳動現象によって、半導体チップ１００の表面温度が低温から高温となるような温度勾配がある場所に多く付着することになる。つまり、関連技術では、薄膜部１０２と基板１０１との境界部に汚損物が付着することを効果的に抑制することが困難となる。そして、薄膜部１０２と基板１０１との境界部に付着する汚損物が多くなると、付着した汚損物によって、気体の流れが乱される。この結果、流量センサにおける気体流量の測定精度が低下することになる。つまり、関連技術における流量センサでは、長期間にわたって流量センサの性能を維持することが困難となるのである。

さらに詳細に説明する。図３は、関連技術における半導体チップの断面図（図１のＡ−Ａ線での断面図）と半導体チップの表面における温度分布との関係を示す図である。図３に示すように、関連技術における半導体チップ１００は、基板１０１（厚板部）と、基板１０１よりも厚さの薄い薄膜部（ダイヤフラム）１０２とを有する。基板１０１上には、絶縁膜２０１が形成されており、この絶縁膜２０１上に、ヒータ１０３と、測温抵抗体１０４ａと、測温抵抗体１０４ｂと、補助ヒータ１０５ａと、補助ヒータ１０５ｂとが形成されている。そして、ヒータ１０３と、測温抵抗体１０４ａと、測温抵抗体１０４ｂと、補助ヒータ１０５ａと、補助ヒータ１０５ｂとを覆うように、絶縁膜２０２が形成されている。ここで、絶縁膜２０１と絶縁膜２０２とによって、薄膜部１０２が構成され、この薄膜部１０２に、ヒータ１０３と、測温抵抗体１０４ａと、測温抵抗体１０４ｂと、補助ヒータ１０５ａと、補助ヒータ１０５ｂとが形成されていることになる。一方、図３において、基板１０１と絶縁膜２０１と絶縁膜２０２とによって厚板部が構成されている。そして、図３に示すように、薄膜部１０２と厚板部とは、境界線ＢＬ１および境界線ＢＬ２で区切られている。

このように構成されている関連技術における半導体チップ１００では、図３に示すように、薄膜部１０２の中央部に配置されているヒータ１０３付近の温度が最も高く、薄膜部１０２の外縁部に向って温度が低下する。特に、図３に示す関連技術における半導体チップ１００の表面では、境界線ＢＬ１の近傍および境界線ＢＬ２の近傍での温度勾配が急峻となっており、厚板部（基板１０１）では、低い一定温度Ｔｒｔとなる。これは、薄膜部１０２の端部近傍に補助ヒータ１０５ａおよび補助ヒータ１０５ｂを設ける構成を採用しても、薄膜部１０２の端部から基板１０１への放熱量が想定よりも大きい結果、薄膜部１０２と基板１０１との境界線ＢＬ１の近傍（境界線ＢＬ２の近傍）における急峻な温度勾配をなだらかにすることが困難であることを意味している。

このことから、関連技術における半導体チップ１００では、例えば、図４に示すように、境界線ＢＬ１の近傍に、急峻な温度勾配に起因する温度障壁が形成される。この結果、気体に混入してきた汚損物である微粒子３００は、温度障壁によって、基板１０１と薄膜部１０２との境界線ＢＬ１の近傍に集中的に溜まることになる。このため、関連技術における流量センサでは、基板１０１と薄膜部１０２との境界線ＢＬ１の近傍に集中的に溜まった汚損物（微粒子３００）によって、気体の流れが乱される。したがって、関連技術における流量センサでは、気体流量の測定精度が低下することになる。つまり、関連技術における流量センサでは、使用期間が長くなるにつれて、気体の流れる経路に汚損物が溜まる結果、気体流量の測定精度を維持することが困難となるという改善の余地が存在する。

そこで、本実施の形態では、関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について説明する。

＜実施の形態における流量センサのレイアウト構成＞
図５は、本実施の形態における流量センサの一部を構成する半導体チップのレイアウト構成を示す平面図である。図５において、本実施の形態における半導体チップ１０は、厚板部である基板１１と、基板１１よりも厚さの薄い薄膜部１２とを有する。そして、この薄膜部１２には、発熱抵抗体から構成されるヒータ１３と、ヒータ１３を離間して挟む測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂとが形成されている。さらに、薄膜部１２には、発熱抵抗体から構成される補助ヒータ１５ａおよび補助ヒータ１５ｂが形成されている。特に、測温抵抗体１４ａは、平面視において補助ヒータ１５ａとヒータ１３との間に配置されている一方、測温抵抗体１４ｂは、平面視において補助ヒータ１５ｂとヒータ１３との間に配置されている。

このように、本実施の形態における半導体チップ１０では、単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１上に絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、半導体チップ１０の一部領域では、基板１１が除去されて絶縁膜から構成されるダイヤフラムと呼ばれる薄膜部１２が構成される。このダイヤフラムと呼ばれる薄膜部１２には、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａおよび補助ヒータ１５ｂとが形成されている。例えば、ヒータ１３と測温抵抗体１４ａと測温抵抗体１４ｂのそれぞれは、引き出し配線を介して、外部機器と接続するためのパッド（接続端子）と電気的に接続されている。一方、補助ヒータ１５ａは、伝熱部１６と引き出し配線１８とを介して、外部機器と接続するためのパッドと電気的に接続されている。同様に、補助ヒータ１５ｂは、伝熱部１７と引き出し配線１９とを介して、外部機器と接続するためのパッド（接続端子）と電気的に接続されている。

そして、図５に示すように、引き出し配線１８からは、抵抗体２０が分岐して接続されており、この抵抗体２０も外部機器と接続するためのパッドと電気的に接続されている。同様に、引き出し配線１９からは、抵抗体２１が分岐して接続されており、この抵抗体２１も外部機器と接続するためのパッドと電気的に接続されている。

なお、本実施の形態における流量センサは、逆流する気体の気体流量も検知可能に構成されている。このことから、薄膜部１２に中心部にヒータ１３を配置し、かつ、ヒータ１３に対して、測温抵抗体１４ａと測温抵抗体１４ｂとを線対称に配置し、かつ、ヒータ１３に対して、補助ヒータ１５ａと補助ヒータ１５ｂとを線対称に配置することが望ましい。

次に、図５において、半導体チップ１０は、気体の流れる方向（ｘ方向）と交差する方向（ｙ方向）に延在し、かつ、平面視において薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１および辺Ｓ２を備える。

そして、半導体チップ１０には、薄膜部１２に形成された部位１６ａと、厚板部（基板１１）に形成され、かつ、部位１６ａと一体化した部位１６ｂとを有する伝熱部１６が形成されている。すなわち、半導体チップ１０において、伝熱部１６は、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１を跨ぐように形成されている。このとき、ｘ方向における部位１６ｂの幅は、ｘ方向における部位１６ａの幅よりも大きい。

同様に、半導体チップ１０には、薄膜部１２に形成された部位１７ａと、厚板部（基板１１）に形成され、かつ、部位１７ａと一体化した部位１７ｂとを有する伝熱部１７が形成されている。すなわち、半導体チップ１０において、伝熱部１７は、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ２を跨ぐように形成されている。このとき、ｘ方向における部位１７ｂの幅は、ｘ方向における部位１７ａの幅よりも大きい。

ここで、辺Ｓ１は、平面視において伝熱部１６で覆われる被覆部分と、平面視において伝熱部１６から露出する露出部分とを有し、伝熱部１６で覆われる被覆部分は、伝熱部１６から露出する露出部分よりも長くなっている。

同様に、辺Ｓ２は、平面視において伝熱部１７で覆われる被覆部分と、平面視において伝熱部１７から露出する露出部分とを有し、伝熱部１７で覆われる被覆部分は、伝熱部１７から露出する露出部分よりも長くなっている。

続いて、図５において、伝熱部１６は、補助ヒータ１５ａと電気的に接続されている一方、伝熱部１７は、補助ヒータ１５ｂと電気的に接続されている。例えば、図５に示すように、補助ヒータ１５ａは、ｘ方向において伝熱部１６よりも薄膜部１２の内側（中央側）に配置されているとともに、補助ヒータ１５ｂは、ｘ方向において伝熱部１７よりも薄膜部１２の内側（中央側）に配置されている。

例えば、図５に示すように、伝熱部１６は、分割された複数の分割部位から構成されており、これらの複数の分割部位は、離間しながらｙ方向に沿って配置されている。このとき、伝熱部１６と接続される補助ヒータ１５ａは、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位から構成されている。

同様に、図５に示すように、伝熱部１７も、分割された複数の分割部位から構成されており、これらの複数の分割部位は、離間しながらｙ方向に沿って配置されている。このとき、伝熱部１７と接続される補助ヒータ１５ｂは、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位から構成されている。

具体的に、本実施の形態における接続部位は、互いに隣り合う分割部位のうちの一方の分割部位と接続され、かつ、ｘ方向に延在する第１部位と、第１部位と接続され、かつ、ｙ方向に延在する第２部位と、第２部位と接続され、かつ、ｘ方向に延在する第３部位と、第３部位と接続され、かつ、ｙ方向に延在する第４部位とを含む。さらに、この接続部位は、第４部位と接続され、かつ、ｘ方向に延在する第５部位と、第５部位と接続され、かつ、ｙ方向に延在する第６部位と、第６部位と接続され、かつ、ｘ方向に延在し、かつ、互いに隣り合う分割部位のうちの他方の分割部位と接続される第７部位とを含む。

このように、本実施の形態における半導体チップ１０は、伝熱部１６とは離間して配置されているヒータ１３（第１発熱部）と、ｘ方向においてヒータ１３と伝熱部１６との間に配置され、かつ、伝熱部１６と電気的に接続されている補助ヒータ１５ａ（第２発熱部）とを有することになる。さらに、本実施の形態における半導体チップ１０は、ｘ方向においてヒータ１３と伝熱部１７との間に配置され、かつ、伝熱部１７と電気的に接続されている補助ヒータ１５ｂ（第２発熱部）も有していることになる。

続いて、図５に示すように、辺Ｓ１の一端部（上端部）は、伝熱部１６で覆われる被覆部分であるとともに、辺Ｓ１の他端部（下端部）も、伝熱部１６で覆われる被覆部分である。同様に、辺Ｓ２の一端部（上端部）は、伝熱部１７で覆われる被覆部分であるとともに、辺Ｓ２の他端部（下端部）も、伝熱部１７で覆われる被覆部分である。これにより、図５に示すように、伝熱部１６と補助ヒータ１５ａとを合わせたトータルのｙ方向の長さは、辺Ｓ１の長さと同等以上となる。

そして、ヒータ１３は、ｙ方向に延在しているとともに、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂも、ｙ方向に延在している。このとき、ｙ方向におけるヒータ１３の長さは、辺Ｓ１の長さよりも短く、かつ、ｙ方向における測温抵抗体１４ａ（測温抵抗体１４ｂ）の長さは、ｙ方向におけるヒータ１３の長さよりも短くなっている。すなわち、本実施の形態におけるヒータ１３は、ほぼ薄膜部１２の中心位置に配置されており、気体の流れるｘ方向と交差するｙ方向に長く形成されている。そして、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂは、気体の流れに乱れが生じた場合であっても、気体流量の検出精度を確保できるように、ヒータ１３よりも短く設計されている。ただし、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂは、気体流量の検出感度を保つため、ヒータ１３よりも高抵抗にする必要がある。このため、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂのそれぞれの配線幅をヒータ１３の配線幅よりも狭くするとともに、折り返し回数を多くして実質的な配線長をヒータ１３の配線長よりも長くすることが望ましい。また、伝熱部１６と補助ヒータ１５ａとを合わせたトータルのｙ方向の長さ（辺Ｓ１の長さと同等）は、ｙ方向におけるヒータ１３の長さよりも長く、これによって、空気の偏流に対する影響を小さくしている。

また、図５に示すように、ｘ方向における補助ヒータ１５ａと測温抵抗体１４ａとの間の距離は、ｘ方向におけるヒータ１３と測温抵抗体１４ａとの間の距離よりも大きく、ｘ方向における補助ヒータ１５ｂと測温抵抗体１４ｂとの間の距離は、ｘ方向におけるヒータ１３と測温抵抗体１４ｂとの間の距離よりも大きくなっている。すなわち、本実施の形態では、補助ヒータ１５ａおよび補助ヒータ１５ｂを設けることに起因する気体流量の検出感度への悪影響を小さくするために、補助ヒータ１５ａと測温抵抗体１４ａとの間の距離を、ヒータ１３と測温抵抗体１４ａとの間の距離よりも大きくし、かつ、補助ヒータ１５ｂと測温抵抗体１４ｂとの間の距離を、ヒータ１３と測温抵抗体１４ｂとの間の距離よりも大きくしている。

次に、図５に示すように、伝熱部１６は、基板１１に形成されている引き出し配線１８と電気的に接続されており、この引き出し配線１８は、抵抗体２０とも電気的に接続されている。したがって、補助ヒータ１５ａと伝熱部１６と引き出し配線１８とは電気的に接続されていることになり、引き出し配線１８が接続されているパッド（接続端子）を介して、半導体チップ１０の外部から補助ヒータ１５ａに電流を流すことが可能となる。

同様に、図５に示すように、伝熱部１７は、基板１１に形成されている引き出し配線１９と電気的に接続されており、この引き出し配線１９は、抵抗体２１とも電気的に接続されている。したがって、補助ヒータ１５ｂと伝熱部１７と引き出し配線１９とは電気的に接続されていることになり、引き出し配線１９が接続されているパッド（接続端子）を介して、半導体チップ１０の外部から補助ヒータ１５ｂに電流を流すことが可能となる。

なお、引き出し配線１８の幅は、抵抗値を低減するために、伝熱部１６の幅よりも大きいことが望ましく、同様に、引き出し配線１９の幅は、抵抗値を低減するために、伝熱部１７の幅よりも大きいことが望ましい。

ヒータ１３も基板１１に形成されている引き出し配線と電気的に接続されており、引き出し配線が接続されているパッド（接続端子）を介して、半導体チップ１０の外部からヒータ１３に電流を流すことが可能となる。また、測温抵抗体１４ａも基板１１に形成されている引き出し配線と電気的に接続されており、引き出し配線が接続されているパッド（接続端子）を介して、半導体チップ１０の外部から測温抵抗体１４ａに電流を流すことが可能となる。同様に、測温抵抗体１４ｂも基板１１に形成されている引き出し配線と電気的に接続されており、引き出し配線が接続されているパッド（接続端子）を介して、半導体チップ１０の外部から測温抵抗体１４ｂに電流を流すことが可能となる。

以上にようにして、本実施の形態における流量センサの一部を構成する半導体チップ１０がレイアウト構成されていることになる。

＜変形例１＞
続いて、実施の形態における半導体チップのレイアウト構成の変形例１について説明する。図６は、本変形例１における半導体チップのレイアウト構成を示す図である。図６に示すように、本変形例１においても、伝熱部１６は、分割された複数の分割部位から構成されており、これらの複数の分割部位は、離間しながらｙ方向に沿って配置されている。このとき、伝熱部１６と接続される補助ヒータ２５ａは、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位から構成されている。具体的に、本変形例において、補助ヒータ２５ａとなる接続部位は、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を最短距離で接続する部位から構成されている。

同様に、図６に示すように、伝熱部１７も、分割された複数の分割部位から構成されており、これらの複数の分割部位は、離間しながらｙ方向に沿って配置されている。このとき、伝熱部１７と接続される補助ヒータ２５ｂは、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位から構成されている。具体的に、本変形例１において、補助ヒータ２５ｂとなる接続部位は、複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を最短距離で接続する部位から構成されている。

以上のように、補助ヒータは、図５に示す補助ヒータ１５ａおよび補助ヒータ１５ｂのように構成されるだけでなく、図６に示す補助ヒータ２５ａおよび補助ヒータ２５ｂのように構成することもできる。

＜実施の形態における流量センサの回路構成＞
次に、本実施の形態における流量センサの回路構成について説明する。

図７は、流量センサの回路構成を示す回路ブロック図である。図７において、本実施の形態における流量センサは、図示しないが、例えば、流量センサを制御するためのＣＰＵ（Central Processing Unit）を有し、さらに、このＣＰＵに入力信号を入力するための入力回路、および、ＣＰＵからの出力信号を出力するための出力回路を有している。そして、流量センサには、データを記憶するメモリが設けられており、ＣＰＵは、メモリにアクセスして、メモリに記憶されているデータを参照することができるようになっている。

そして、ＣＰＵは、出力回路を介して、例えば、トランジスタのベース電極と接続されている。そして、このトランジスタのコレクタ電極は電源に接続され、トランジスタのエミッタ電極は、端子ＴＥ１と接続されている。そして、端子ＴＥ１とグランド端子との間に発熱抵抗体から構成されるヒータ１３が設けられている。したがって、トランジスタは、ＣＰＵによって制御されるようになっている。すなわち、トランジスタのベース電極は、出力回路を介してＣＰＵに接続されているので、ＣＰＵからの出力信号がトランジスタのベース電極に入力される。この結果、ＣＰＵからの出力信号（制御信号）によって、トランジスタを流れる電流が制御されるように構成されている。

ＣＰＵからの出力信号によってトランジスタを流れる電流が大きくなると、電源から端子ＴＥ１に供給される電流が大きくなり、ヒータ１３の加熱量が大きくなる。一方、ＣＰＵ１からの出力信号によってトランジスタを流れる電流が少なくなると、ヒータ１３へ供給される電流が少なくなり、ヒータ１３の加熱量は減少する。このように流量センサでは、ＣＰＵによってヒータ１３を流れる電流量が制御され、これによって、ヒータ１３からの発熱量がＣＰＵによって制御されるように構成されていることがわかる。

次に、図７において、本実施の形態における流量センサは、気体の流量を検知するための温度センサブリッジＴＳＢを有している。この温度センサブリッジＴＳＢは、参照電圧Ｖｓが印加される端子ＴＥ２とグランド端子との間に設けられたブリッジを構成する４つの抵抗体から構成されている。この４つの抵抗体は、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂと、抵抗体３０および抵抗体３１から構成されている。

図７の矢印の方向は、気体が流れる方向を示しており、この気体が流れる方向の上流側に測温抵抗体１４ａが設けられ、下流側に測温抵抗体１４ｂが設けられている。これらの測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂは、ヒータ１３までの距離が同じになるように配置されている。一方、抵抗体（固定抵抗体）３０および抵抗体（固定抵抗体）３１は、例えば、半導体チップの外部に設けられるが、半導体チップ内に設けることもできる。

温度センサブリッジＴＳＢでは、端子ＴＥ２とグランド端子の間に測温抵抗体１４ａと抵抗体３０が直列接続されており、この測温抵抗体１４ａと抵抗体３０の接続点がノードＡとなっている。さらに、端子ＴＥ２とグランド端子との間には、測温抵抗体１４ｂと抵抗体３１とが直列接続されており、この測温抵抗体１４ｂと抵抗体３１の接続点がノードＢとなっている。そして、ノードＡの電位とノードＢの電位は、増幅回路３２を介して、ＣＰＵに出力されるようになっている。

そして、矢印方向に流れる気体の流量が零である無風状態のとき、ノードＡの電位とノードＢの電位との差電位が０Ｖとなるように、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂと抵抗体３０および抵抗体３１の各抵抗値が設定されている。具体的に、測温抵抗体１４ａと測温抵抗体１４ｂは、ヒータ１３からの距離が等しく、かつ、抵抗値も等しくなるように構成されている。このため、温度センサブリッジＴＳＢでは、ヒータ１３の発熱量にかかわらず、無風状態であれば、ノードＡとノードＢの差電位は０Ｖとなるように構成されていることがわかる。

続いて、本実施の形態における流量センサは、ブリッジＡＨＢを有している。このブリッジＡＨＢは、端子ＴＥ３とグランド端子との間に設けられたブリッジを構成する６つの構成要素から構成されている。この６つの構成要素は、発熱抵抗体からなる補助ヒータ１５ａおよび発熱抵抗体からなる補助ヒータ１５ｂと、伝熱部１６および伝熱部１７と、抵抗体２０および抵抗体２１から構成されている。

ブリッジＡＨＢでは、端子ＴＥ３とグランド端子の間に補助ヒータ１５ａと伝熱部１６と抵抗体２０とが直列接続されており、この伝熱部１６と抵抗体２０の接続点がノードＣとなっている。さらに、端子ＴＥ２とグランド端子との間には、補助ヒータ１５ｂと伝熱部１７と抵抗体２１とが直列接続されており、この伝熱部１７と抵抗体２１の接続点がノードＤとなっている。ノードＣの電位とノードＤの電位は、増幅回路３３を介して、ＣＰＵに出力されるようになっている。このとき、ＣＰＵは、矢印方向に流れる気体の流量が零である無風状態のとき、ノードＣの電位とノードＤの電位との差電位が０Ｖとなるように、端子ＴＥ３に供給される電流を制御するようになっている。

＜実施の形態における流量センサの動作＞
本実施の形態における流量センサは上記のように構成されており、以下に、その動作について、図７を参照しながら説明する。まず、ＣＰＵは、出力回路を介してトランジスタのベース電極に出力信号（制御信号）を出力することにより、トランジスタに電流を流す。すると、トランジスタのコレクタ電極に接続されている電源から、トランジスタのエミッタ電極に接続されている端子ＴＥ１を介して、ヒータ１３に電流が流れる。このため、ヒータ１３は発熱する。このとき、ＣＰＵは、例えば、ヒータ１３に流れる電流をフィードバック制御する。これにより、本実施の形態における流量センサでは、ヒータ１３で暖められた気体が一定温度となるように制御される。

次に、流量センサでの気体の流量を測定する動作について説明する。まず、無風状態の場合について説明する。無風状態のとき、温度センサブリッジＴＳＢのノードＡの電位とノードＢの電位との差電位が０Ｖとなるように、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂと抵抗体３０および抵抗体３１の各抵抗値が設定されている。このため、温度センサブリッジＴＳＢでは、ヒータ１３の発熱量にかかわらず、無風状態であれば、ノードＡとノードＢの差電位は０Ｖとなり、この差電位（０Ｖ）が増幅回路３２を介してＣＰＵに入力される。そして、温度センサブリッジＴＳＢからの差電位が０Ｖであることを認識したＣＰＵは、矢印方向に流れる気体の流量が零であると認識し、出力回路を介して気体流量が零であることを示す出力信号が流量センサから出力される。

続いて、図７の矢印方向に気体が流れている場合を考える。この場合、図７に示すように、気体の流れる方向の上流側に配置されている測温抵抗体１４ａは、矢印方向に流れる気体によって冷却される。このため、測温抵抗体１４ａの温度は低下する。これに対し、気体の流れる方向の下流側に配置されている測温抵抗体１４ｂは、ヒータ１３で暖められた気体が測温抵抗体１４ｂに流れてくるので温度が上昇する。この結果、温度センサブリッジＴＳＢのバランスが崩れ、温度センサブリッジＴＳＢのノードＡとノードＢとの間に零ではない差電位が発生する。この差電位が増幅回路３２を介してＣＰＵに入力される。そして、温度センサブリッジＴＳＢからの差電位が零ではないことを認識したＣＰＵは、矢印方向に流れる気体の流量が零ではないことを認識する。その後、ＣＰＵはメモリにアクセスする。メモリには、差電位と気体流量を対応づけた対比表（テーブル）が記憶されているので、メモリにアクセスしたＣＰＵは、メモリに記憶されている対比表から気体流量を算出する。このようにして、ＣＰＵで算出された気体流量は出力回路を介して、流量センサから出力される結果、流量センサによれば、気体の流量を求めることができる。

なお、本実施の形態における流量センサが動作している際、補助ヒータ１５ａの温度および補助ヒータ１５ｂの温度が一定となるように、ＣＰＵは、ノードＣとノードＤの差電圧に基づいて、ブリッジＡＨＢが接続されている端子ＴＥ３に供給する電流を制御する。

＜実施の形態における特徴＞
次に、本実施の形態における特徴点について説明する。本実施の形態における第１特徴点は、例えば、図５に示すように、薄膜部１２に形成された部位１６ａと、厚板部（基板１１）に形成された部位１６ｂとを有する伝熱部１６が半導体チップ１０に形成され、かつ、部位１６ａと部位１６ｂとが一体化している点にある。言い換えれば、本実施の形態における第１特徴点は、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１を跨るように、伝熱部１６が形成されている点にあるとも言える。

これにより、本実施の形態によれば、薄膜部１２に形成されている発熱部（例えば、ヒータ１３や補助ヒータ１５ａ、１５ｂ）で発生した熱が周囲に拡散する際、伝熱部１６を直接熱が伝わる熱伝導作用と、伝熱部における輻射熱作用との相乗効果によって、伝熱部１６上の表面における温度勾配を緩やかにすることができる。つまり、本実施の形態によれば、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１に跨る伝熱部１６の存在によって、辺Ｓ１近傍の表面の温度勾配を緩やかにすることができる。

この結果、本実施の形態における半導体チップ１０では、辺Ｓ１の近傍における温度勾配が緩和されるため、気体に混入してきた汚損物である微粒子の熱泳動に起因する辺Ｓ１近傍への付着を抑制することができる。したがって、本実施の形態における流量センサでは、汚損物（微粒子）の付着に起因する気体流れの乱れが抑制されることから、本実施の形態における流量センサでは、気体流量の測定精度が低下を防止できる。すなわち、本実施の形態における流量センサでは、使用期間が長くなっても、気体の流れる経路に汚損物が溜まりにくくなる結果、長期間にわたって、気体流量の測定精度を維持できる。

図８は、本実施の形態における半導体チップでの等温線を模式的に示す図である。図８では、無風時の場合で、かつ、ヒータ１３と補助ヒータ１５ａと補助ヒータ１５ｂとを発熱状態にした場合における半導体チップ１０の表面の温度分布が示されている。図８において、薄膜部１２の中央部に配置されているヒータ１３付近の温度が最も高く、薄膜部１２の外縁部に向って温度が低下する。このとき、例えば、図８の辺Ｓ１の近傍領域（ドット領域）においては、図２よりも等温線の密度が低くなっている。これは、図８の辺Ｓ１の近傍領域においては、温度勾配が緩和されていることを意味する。このように、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１を跨るように、伝熱部１６を形成することによって、薄膜部１２と基板１１との境界部における温度勾配を緩和できることがわかる。すなわち、本実施の形態１における第１特徴点を採用することによって、伝熱部における熱伝導作用と熱輻射作用との相乗効果を得ることができ、これによって、辺Ｓ１近傍の表面の温度勾配を緩やかにすることができるのである。

図９は、本実施の形態における半導体チップの断面図（図５のＡ−Ａ線での断面図）と半導体チップの表面における温度分布との関係を示す図である。図９に示すように、本実施の形態における半導体チップ１０は、基板１１（厚板部）と、基板１１よりも厚さの薄い薄膜部（ダイヤフラム）１２とを有する。基板１１上には、絶縁膜４０が形成されており、この絶縁膜４０上に、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂとが形成されている。そして、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂとを覆うように、絶縁膜４１が形成されている。ここで、絶縁膜４０と絶縁膜４１とによって、薄膜部１２が構成され、この薄膜部１２に、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂとが形成されていることになる。一方、図９において、基板１１と絶縁膜４０と絶縁膜４１とによって厚板部が構成されている。そして、図９に示すように、薄膜部１２と厚板部とは、薄膜部１２と厚板部との境界線となる辺Ｓ１および辺Ｓ２で分けられていることになる。

このように構成されている本実施の形態における半導体チップ１０では、図９に示すように、薄膜部１２の中央部に配置されているヒータ１３付近の温度が最も高く、薄膜部１２の外縁部に向って温度が低下する。つまり、ヒータ１３の温度は、補助ヒータ１５ａ（補助ヒータ１５ｂ）の温度よりも高くなっている。

ここで、図３に示す関連技術における半導体チップ１００とは異なり、図９に示す本実施の形態における半導体チップ１０の表面では、辺Ｓ１の近傍および辺Ｓ１の近傍での温度勾配が緩やかになっていることがわかる。これは、図９に示す本実施の形態における半導体チップ１０では、例えば、辺Ｓ１を跨いで伝熱部１６が形成されており、この伝熱部１６での熱伝導効果と熱輻射効果との相乗効果によって、厚板部への温度勾配の「裾引き」が生じていることに起因している。このように、本実施の形態における第１特徴点を採用することによって、辺Ｓ１の表面近傍における温度勾配を緩和できることがわかる。

本実施の形態における半導体チップ１０では、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１の近傍に、急峻な温度勾配が生じなくなるため、急峻な温度勾配に起因する温度障壁が形成されにくくなる。この結果、例えば、図１０に示すように、気体に混入してきた汚損物である微粒子３００は、基板１１と薄膜部１２との境界線となる辺Ｓ１の近傍に集中的に付着しにくくなる。このことから、本実施の形態における流量センサでは、基板１１と薄膜部１２との境界線となる辺Ｓ１の近傍に汚損物の塊が形成されにくくなるため、汚損物の塊による気体流れの乱れが抑制され、気体は、流量センサの表面上をスムーズに流れることになる。したがって、本実施の形態における流量センサでは、気体流れの乱れに起因する気体流量の測定精度の低下を抑制することができる。つまり、本実施の形態における流量センサでは、使用期間が長くなっても、気体の流れる経路に汚損物が溜まりにくくなる結果、長期間にわたって気体流量の測定精度を維持できる。

なお、上述したように、本実施の形態における第１特徴点は、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１を跨るように、伝熱部１６が形成されている点にあり、この伝熱部１６は、熱伝導効果と熱輻射効果との相乗効果によって、辺Ｓ１の表面近傍の温度勾配を緩和している。したがって、伝熱部１６は、熱伝導率の高い材料から構成することが望ましく、例えば、図９に示す絶縁膜４０や絶縁膜４１の熱伝導率よりも高い材料から構成することが望ましい。具体的に、伝熱部１６は、金属材料から構成できる。

続いて、本実施の形態における第２特徴点は、例えば、図５に示すように、辺Ｓ１に跨る伝熱部１６を形成することを前提として、この辺Ｓ１が、平面視において伝熱部１６で覆われる被覆部分と、平面視において伝熱部１６から露出する露出部分とを有する点にある。これにより、例えば、伝熱部１６は、図５に示すように、分割された複数の分割部位から構成されることになる。この結果、互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位を補助ヒータ１５ａとして使用することができる。つまり、本実施の形態における第２特徴点によれば、伝熱部１６を補助ヒータ１５ａと電気的に接続する配線として機能させることができる利点が得られる。ここで、伝熱部１６の本来の基本機能は、熱伝導効果と熱輻射効果との相乗効果によって、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１の近傍の温度勾配を緩和するものである。この点に関し、上述した本実施の形態における第２特徴点を採用すると、伝熱部１６は、補助ヒータ１５ａと直接接続されることになるため、補助ヒータ１５ａで発生した熱が伝熱部１６に直接伝わりやすくなる。この結果、本実施の形態における第２特徴点によれば、補助ヒータ１５ａとの接続容易性を向上できるだけでなく、伝熱部１６の本来の機能である熱伝導効果も高めることができ、これによって、辺Ｓ１の近傍の温度勾配のさらなる緩和を図ることができる。

特に、図５に示すように、伝熱部１６を構成する複数の分割部位は、離間しながらｙ方向に沿って配置されていることが望ましい。この場合、図５に示すように、伝熱部１６と複数の補助ヒータ１５ａとを接続することができ、かつ、この複数の補助ヒータ１５ａをｙ方向に沿って配置することが可能となる。これにより、辺Ｓ１に沿った伝熱部１６の温度が平均化されることになり、辺Ｓ１の近傍上の表面全体にわたって、ほぼ均等に温度勾配を緩和することができる。つまり、離間しながらｙ方向に沿って配置された複数の分割部位から伝熱部１６を構成することにより、温度勾配の緩やかな領域を広げることができる結果、汚損物（微粒子）の付着を抑制できる領域が広がることになる。したがって、離間しながらｙ方向に沿って配置された複数の分割部位から伝熱部１６を構成すると、流量センサ上を流れる気体の方向が多少偏流しても、流量センサの流量特性に与える悪影響を低減することができる効果が得られる。

さらに、図５に示すように、辺Ｓ１の近傍上の表面全体にわたって、ほぼ均等に温度勾配を緩和する観点から、伝熱部１６で覆われる辺Ｓ１の被覆部分は、伝熱部１６から露出する辺Ｓ１の露出部分よりも長いことが望ましい。なぜなら、伝熱部１６で覆われる辺Ｓ１の被覆部分は、伝熱部１６による熱伝導効果と熱輻射効果との相乗効果によって、被覆部分の上方に存在する半導体チップ１０の最表面の温度勾配を緩和することができることから、このような温度勾配を緩和できる領域を増加させることが望ましいからである。

以上のように、本実施の形態における第１特徴点と第２特徴点とを組み合わせることにより、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界線となる辺Ｓ１近傍領域の上方に位置する半導体チップ１０の最表面での温度勾配を効果的に緩和することができる。このため、汚損物（微粒子）は、辺Ｓ１近傍の半導体チップ１０の最表面に局在化することなく分散化される。そして、仮に、汚損物が、辺Ｓ１近傍の半導体チップ１０の最表面に付着したとしても、汚損物のサイズは小さく、流量センサの検出特性に及ぼす悪影響を低減できる。このような効果は、伝熱部１６による良好な熱伝導性に基づいている。

次に、本実施の形態における第３特徴点は、例えば、図１０に示すように、伝熱部１６のうちの薄膜部１２に形成されている部位１６ａのｘ方向の幅Ｗ１が、伝熱部１６のうちの厚板部（基板１１）に形成されている部位１６ｂのｘ方向の幅Ｗ２よりも小さい点にある。言い換えれば、本実施の形態における第３特徴点は、伝熱部１６のうちの厚板部（基板１１）に形成されている部位１６ｂのｘ方向の幅Ｗ２が、伝熱部１６のうちの薄膜部１２に形成されている部位１６ａのｘ方向の幅Ｗ１よりも大きい点にある。これにより、本実施の形態によれば、絶縁膜４１の表面における温度勾配の厚板部（基板１１）側への「裾引き」を大きくすることができる結果、付着物による悪影響が顕在化しやすい辺Ｓ１近傍の広い領域にわたって温度勾配を緩和することができる。

続いて、本実施の形態における第４特徴点は、例えば、図１０に示すように、補助ヒータ１５ａと伝熱部１６との間の距離Ｌを、伝熱部１６のうちの薄膜部１２に形成されている部位１６ａのｘ方向の幅Ｗ１以下にする点にある。これは、伝熱部１６による熱伝導効率を向上するためには、補助ヒータ１５ａを伝熱部１６に近づけることが望ましい一方、補助ヒータ１５ａを伝熱部１６に近づけすぎると、補助ヒータ１５ａと厚板部（基板１１）との間の距離も縮まる結果、厚板部からの熱の放熱量が大きくなってしまうことを考慮したものである。つまり、本実施の形態における第４特徴点によれば、厚板部（基板１１）からの熱の放熱量の増大（熱逃げの増大）を抑制しながら、伝熱部１６による熱伝導効率の向上を図ることができる。

さらに、本実施の形態における第５特徴点は、例えば、図１０に示すように、絶縁膜４０の膜厚Ｔ１が、絶縁膜４１の膜厚Ｔ２よりも厚い点にある。言い換えれば、本実施の形態における第５特徴点は、絶縁膜４１の膜厚Ｔ２が、絶縁膜４０の膜厚Ｔ１よりも薄い点にある。これにより、本実施の形態における第５特徴点によれば、補助ヒータ１５ａおよび伝熱部１６のそれぞれから絶縁膜４１の表面までの距離を小さくすることができる。このことは、伝熱部１６からの熱伝導と熱輻射が効率良く絶縁膜４１の表面まで行なわれることを意味し、これによって、辺Ｓ１近傍上の絶縁膜４１の表面における温度勾配を緩和できる（第１利点）。一方、本実施の形態における第５特徴点によれば、伝熱部１６の下層に位置する絶縁膜４０の膜厚Ｔ１が厚いことから、基板１１と伝熱部１６との間に熱伝導率の低い絶縁膜４０が介在することによる断熱効果によって、伝熱部１６から基板１１への放熱（熱逃げ）が抑制される（第２利点）。このように、本実施の形態における第５特徴点によれば、上述した第１利点と第２利点との相乗効果によって、辺Ｓ１近傍上の絶縁膜４１の表面における温度勾配のさらなる緩和を実現することができる。

＜実施の形態における流量センサの製造方法＞
次に、本実施の形態における流量センサの製造方法について、図面を参照しながら説明する。まず、図１１に示すように、（１００）の結晶方位の単結晶シリコン（Ｓｉ）からなる基板１１を用意する。次に、図１２に示すように、第１絶縁膜と、第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜と、第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜とからなる絶縁膜４０を基板１１上に形成する。ここで、第１絶縁膜は、例えば、１０００℃以上の炉体に、酸素あるいは水蒸気を導入した形成された圧縮応力を有する酸化シリコン膜である。また、第２絶縁膜は、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法で形成された引張応力を有する窒化シリコン膜であり、第３絶縁膜は、ＣＶＤ法を使用して形成された圧縮応力を有する酸化シリコン膜である。なお、第３絶縁膜を形成した後、薄膜部（ダイヤフラム）全体の膜応力を調整するために、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を適宜追加してもよい。

続いて、図１３に示すように、アルゴンガス（Ａｒガス）によるスパッタリングを使用したエッチング（スパッタエッチング）により、絶縁膜４０を約１５ｎｍ除去した後、表面改質を行なう。その後、スパッタリング法を使用することにより、例えば、モリブデンン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）に代表される高融点金属材料からなる金属膜（導体膜）５０を形成する。この金属膜５０の膜厚は、例えば、約１６０ｎｍである。

その後、図１４に示すように、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、金属膜５０を加工して、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂと、伝熱部１６と、伝熱部１７と、引き出し配線１８と、引き出し配線１９とを形成する。したがって、例えば、ヒータ１３と補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂとは、同じ金属材料から構成されることになる。

次に、図１５に示すように、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂと、伝熱部１６と、伝熱部１７と、引き出し配線１８と、引き出し配線１９とを覆うように絶縁膜４１を形成する。この絶縁膜４１は、例えば、第４絶縁膜と、第４絶縁膜上に形成された第５絶縁膜と、第５絶縁膜上に形成された第６絶縁膜とから構成される。

具体的に、第４絶縁膜を形成した後、例えば、化学機械的研磨法（ＣＭＰ法）を使用することにより、第４絶縁膜の表面を平坦化する。なお、第４絶縁膜は、ＣＶＤ法を使用して形成された圧縮応力を有する酸化シリコン膜であり、ＣＭＰ法による研磨工程後に、再度酸化シリコン膜を追加形成することもできる。

そして、第４絶縁膜上に第５絶縁膜を形成した後、第５絶縁膜上に第６絶縁膜を形成する。ここで、第５絶縁膜は、例えば、プラズマＣＶＤ法で形成された引張応力を有する窒化シリコン膜であり、第６絶縁膜は、例えば、ＣＶＤ法で形成された圧縮応力を有する酸化シリコン膜である。なお、ここまでの工程で形成された絶縁膜４０と金属膜５０と絶縁膜４１の応力を調整するために、適宜熱処理工程を加えることもできる。

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、引き出し配線１８と、引き出し配線１９と、ヒータ１３と接続された引き出し配線と、測温抵抗体１４ａおよび測温抵抗体１４ｂのそれぞれと接続された引き出し配線とを覆う絶縁膜４１に接続孔（図示せず）を形成する。その後、アルゴンガス（Ａｒガス）を使用したスパッタリングによるエッチングにより、絶縁膜４１と、接続孔の底面に露出する金属膜５０とを約１５ｎｍ程度除去する。次に、表面改質処理を実施した後、例えば、スパッタリング法を使用することにより、第１金属膜を形成する。この第１金属膜は、例えば、チタン膜（Ｔｉ膜）や窒化チタン膜（ＴｉＮ膜）やチタンタングステン膜（ＴｉＷ膜）から構成され、その膜厚は、例えば、２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。その後、第１金属膜上に、例えば、アルミニウムを主成分とする第２金属膜を形成する。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術によるパターニング工程により、第１金属膜と第２金属膜を加工して、接続端子（パッド電極）を形成する。

なお、接続端子を形成した後、保護絶縁膜を形成して、ワイヤを接続する接続端子のボンディング領域以外を覆うようにしてもよい。この場合、後述する薄膜部１２上に形成される保護絶縁膜は、膜応力を計算して除去するか否かを判断する。

次に、図１６に示すように、基板１１の裏面に絶縁膜４２を形成する。この絶縁膜４２は、ＣＶＤ法を使用して形成された酸化シリコン膜や、プラズマＣＶＤ法を使用して形成された窒化シリコン膜や、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層膜から構成することができる。また、基板１１の表面に絶縁膜４０を形成する際に、基板１１の裏面にも絶縁膜４０を形成して、この絶縁膜４０を絶縁膜４２として使用することもできる。このように、基板１１の裏面に、シリコンとエッチング選択比が取れる材料から構成される絶縁膜４２を形成する。

続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、基板１１の裏面に形成されている絶縁膜４２をパターニングする。絶縁膜４２のパターニングは、平面視において後述する薄膜部と重なる基板１１の領域を露出するように行なわれる。

その後、図１７に示すように、パターニングした絶縁膜４２をマスクとして、基板１１をエッチングすることにより、基板１１の部分が除去された薄膜部１２を形成する。

ここで、基板１１の裏面からのエッチングは、ＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液やＴＭＡＨ（テトラメチルアミド）溶液によるウェットエッチングや、フッ素系ガスを主成分とするエッチングガスを使用したドライエッチングによって行なわれる。なお、本実施の形態では、パターニングされた絶縁膜４２からなるハードマスクを使用して、シリコンからなる基板１１をエッチングする例について説明したが、例えば、ドライエッチングによって基板１１をエッチングする場合、パターニングされた絶縁膜４２からなるハードマスクを使用するのではなく、ドライエッチングに対して耐性を有するレジスト膜を使用することも可能である。

以上のようにして、本実施の形態における流量センサの一部を構成する半導体チップを製造することができる。

＜変形例２＞
実施の形態における半導体チップの変形例２について説明する。

図１８は、本変形例２における半導体チップの構成例を示す図である。図１８に示す本変形例２における半導体チップ１０では、伝熱部１６が補助ヒータ（１５ａ）（図１８では、伝熱部１６に隠れて見えない）よりも上層に形成され、かつ、伝熱部１７も補助ヒータ（１５ｂ）（図１８では、伝熱部１７に隠れて見えない）よりも上層に形成されている。したがって、本変形例２では、平面視において補助ヒータ（１５ａ）と伝熱部１６とは、重なる部分を含むように配置され、かつ、平面視において補助ヒータ（１５ｂ）と伝熱部１７とは、重なる部分を含むように配置されていることになる。

図１８に示すように、半導体チップ１０は、基板１１が形成されている厚板部と、この厚板部よりも厚さの薄い薄膜部１２を有している。薄膜部１２には、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ（１５ａ）と、補助ヒータ（１５ｂ）とが同一層に形成されている。一方、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との跨るように伝熱部１６および伝熱部１７が形成されており、これらの伝熱部１６および伝熱部１７は、ヒータ１３などが形成されている層よりも上層に形成されている。

図１９は、図１８のＡ−Ａ線での断面図である。図１９に示すように、本変形例２における半導体チップ１０は、基板１１上に絶縁膜４０が形成されており、基板１１の一部領域が除去されて薄膜部１２が形成されている。絶縁膜４０上には、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂと、引き出し配線１８と、引き出し配線１９とが同一層に形成されている。次に、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂと、引き出し配線１８と、引き出し配線１９とを覆うように絶縁膜４３が形成されており、この絶縁膜４３上に伝熱部１６および伝熱部１７が形成されている。ここで、図１９に示すように、伝熱部１６は、絶縁膜４３に設けられた接続プラグによって、補助ヒータ１５ａと接続され、伝熱部１７は、絶縁膜４３に設けられた接続プラグによって、補助ヒータ１５ｂと接続されている。続いて、伝熱部１６および伝熱部１７を覆うように、絶縁膜４３上に絶縁膜４４が形成されている。

このように構成されている半導体チップ１０の製造工程は、図１１から図１４まで、実施の形態における半導体チップ１０とほぼ同様の工程となっている。ただし、実施の形態とは異なり、絶縁膜４０上には、伝熱部１６および伝熱部１７は形成しない。次に、ヒータ１３と、測温抵抗体１４ａと、測温抵抗体１４ｂと、補助ヒータ１５ａと、補助ヒータ１５ｂと、引き出し配線１８と、引き出し配線１９とを覆うように絶縁膜４３を形成する。そして、絶縁膜４３に接続孔を形成した後、絶縁膜４３上に金属膜を形成する。この金属膜は、例えば、モリブデン（Ｍｏ）やタングステン（Ｗ）に代表される高融点金属膜から構成され、その膜厚は、例えば、約１６０ｎｍである。続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、金属膜をパターニングして、伝熱部１６および伝熱部１７を形成する。次に、伝熱部１６および伝熱部１７を覆うように、絶縁膜４４を形成する。その後、図１５〜図１７に示す工程を経ることにより、本変形例２における半導体チップ１０を製造することができる。

本変形例２によれば、例えば、図１９に示すように、伝熱部１６が補助ヒータ１５ａと平面視において重なる部分を有している結果、補助ヒータ１５ａから伝熱部１６への伝熱効率が向上する。つまり、補助ヒータ１５ａから伝熱部１６への熱伝導効果および熱輻射効果を高めることができる。この結果、伝熱部１６から絶縁膜４４の表面への伝熱特性（熱伝導効果および熱輻射効果）も向上することから、薄膜部１２と厚板部（基板１１）との境界近傍領域における絶縁膜４４の表面上の温度勾配を緩和することができる。

さらに、本変形例２では、伝熱部１６の下層に絶縁膜４０だけでなく、絶縁膜４３も形成されていることになるため、伝熱部１６から基板１１側に熱が伝わる際の断熱効果を高めることができる。これにより、本変形例２では、伝熱部１６から基板１１側への放熱（熱逃げ）が抑制される結果、流量センサの流量特性への悪影響を抑制できる。

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。

１１ 基板
１２ 薄膜部
１３ ヒータ
１４ａ 測温抵抗体
１４ｂ 測温抵抗体
１５ａ 補助ヒータ
１５ｂ 補助ヒータ
１６ 伝熱部
１７ 伝熱部
４０ 絶縁膜
４１ 絶縁膜
４２ 絶縁膜
４３ 絶縁膜
４４ 絶縁膜
Ｓ１ 辺
Ｓ２ 辺

Claims (15)

1. 薄膜部と、
   前記薄膜部よりも厚さの厚い厚板部と、
   気体の流れる第１方向と交差する第２方向に延在し、かつ、平面視において前記薄膜部と前記厚板部との境界線となる第１辺と、
   を備える、流量センサであって、
   前記流量センサは、
   前記薄膜部に形成された発熱部と、
   前記薄膜部に形成された第１部位と、前記厚板部に形成され、かつ、前記第１部位と一体化した第２部位とを有する伝熱部と、
   を有し、
   前記第１辺は、
   平面視において前記伝熱部で覆われる被覆部分と、
   平面視において前記伝熱部から露出する露出部分と、
   を有する、流量センサ。
2. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
   前記被覆部分は、前記露出部分よりも長い、流量センサ。
3. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
   前記伝熱部は、前記発熱部と電気的に接続されている、流量センサ。
4. 請求項３に記載の流量センサにおいて、
   前記伝熱部は、分割された複数の分割部位から構成され、
   前記複数の分割部位は、離間しながら前記第２方向に沿って配置され、
   前記発熱部は、前記複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を接続する接続部位から構成される、流量センサ。
5. 請求項４に記載の流量センサにおいて、
   前記接続部位は、前記複数の分割部位のうちの互いに隣り合う分割部位を最短距離で接続する部位から構成される、流量センサ。
6. 請求項４に記載の流量センサにおいて、
   前記発熱部は、前記第１方向において前記伝熱部よりも前記薄膜部の内側に配置されている、流量センサ。
7. 請求項６に記載の流量センサにおいて、
   前記接続部位は、
   前記互いに隣り合う分割部位のうちの一方の分割部位と接続され、かつ、前記第１方向に延在する第１部分と、
   前記第１部分と接続され、かつ、前記第２方向に延在する第２部分と、
   前記第２部分と接続され、かつ、前記第１方向に延在する第３部分と、
   前記第３部分と接続され、かつ、前記第２方向に延在する第４部分と、
   前記第４部分と接続され、かつ、前記第１方向に延在する第５部分と、
   前記第５部分と接続され、かつ、前記第２方向に延在する第６部分と、
   前記第６部分と接続され、かつ、前記第１方向に延在し、かつ、前記互いに隣り合う分割部位のうちの他方の分割部位と接続される第７部分と、
   から構成される、流量センサ。
8. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
   前記発熱部は、
   前記伝熱部とは離間して配置されている第１発熱部と、
   前記第１方向において前記第１発熱部と前記伝熱部との間に配置され、かつ、前記伝熱部と電気的に接続されている第２発熱部と、
   を有する、流量センサ。
9. 請求項８に記載の流量センサにおいて、
   前記流量センサは、前記薄膜部に形成され、かつ、平面視において前記第２発熱部と前記第１発熱部との間に配置されている測温抵抗部を有する、流量センサ。
10. 請求項９に記載の流量センサにおいて、
    前記第１辺の一端部は、前記伝熱部で覆われる前記被覆部分であり、
    前記第１辺の他端部も、前記伝熱部で覆われる前記被覆部分であり、
    前記第１発熱部は、前記第２方向に延在しており、
    前記測温抵抗部も、前記第２方向に延在しており、
    前記第２方向における前記第１発熱部の長さは、前記第１辺の長さよりも短く、
    前記第２方向における前記測温抵抗部の長さは、前記第２方向における前記第１発熱部の長さよりも短い、流量センサ。
11. 請求項９に記載の流量センサにおいて、
    前記第１方向における前記第２発熱部と前記測温抵抗部との間の距離は、前記第１方向における前記第１発熱部と前記測温抵抗部との間の距離よりも大きい、流量センサ。
12. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
    前記第１方向における前記第２部位の幅は、前記第１方向における前記第１部位の幅よりも大きい、流量センサ。
13. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
    前記流量センサは、
    基板と、
    前記基板上に形成された第１絶縁膜と、
    前記第１絶縁膜上に形成された前記発熱部と、
    前記第１絶縁膜上に形成された前記伝熱部と、
    前記発熱部と前記伝熱部とを覆うように前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜と、
    を有し、
    前記第２絶縁膜の厚さは、前記第１絶縁膜の厚さよりも薄い、流量センサ。
14. 請求項１に記載の流量センサにおいて、
    前記流量センサは、
    基板と、
    前記基板上に形成された第１絶縁膜と、
    前記第１絶縁膜上に形成された前記発熱部と、
    前記発熱部を覆うように前記第１絶縁膜上に形成された第２絶縁膜と、
    前記第２絶縁膜上に形成された前記伝熱部と、
    前記伝熱部を覆うように前記第２絶縁膜上に形成された第３絶縁膜と、
    を有し、
    平面視において前記発熱部と前記伝熱部とは、重なる部分を含む、流量センサ。
15. 薄膜部と、
    前記薄膜部よりも厚さの厚い厚板部と、
    気体の流れる第１方向と交差する第２方向に延在し、かつ、前記薄膜部と前記厚板部との境界線となる第１辺と、
    を備える、流量センサであって、
    前記流量センサは、
    前記薄膜部に形成された発熱部と、
    前記薄膜部に形成された第１部位と、前記厚板部に形成され、かつ、前記第１部位と一体化した第２部位とを有する伝熱部と、
    を有し、
    前記第１辺は、
    平面視において前記伝熱部で覆われる被覆部分と、
    平面視において前記伝熱部から露出する露出部分と、
    を有する、流量センサの製造方法であって、
    （ａ）基板の表面上に絶縁膜を形成する工程、
    （ｂ）前記絶縁膜上に導体膜を形成する工程、
    （ｃ）前記導体膜をパターニングすることにより、前記絶縁膜上に前記発熱部と前記伝熱部とを形成する工程、
    （ｄ）前記基板の裏面から前記基板をエッチングして、前記薄膜部を形成する工程、
    を含む、流量センサの製造方法。

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