JP6990165B2 - Thermal sensors and their manufacturing methods and semiconductor devices - Google Patents

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    • H01L29/84Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of applied mechanical force, e.g. of pressure

Description

本発明は、熱式センサおよびその製造技術並びに半導体装置に関し、例えば、湿度を測定する湿度センサおよびその製造方法並びに湿度センサを含む半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present invention relates to a thermal sensor and a manufacturing technique thereof and a semiconductor device, and relates to, for example, a humidity sensor for measuring humidity and a manufacturing method thereof, and a technique applicable to a semiconductor device including the humidity sensor.

特開2010-133897号公報(特許文献1)には、微細加工された発熱抵抗体の下方に位置する絶縁膜を圧縮応力膜と引張応力膜との積層膜から形成することにより、ダイヤフラムの応力不均衡を抑制して、気体流量の測定精度を向上できる流量センサに関する技術が記載されている。 According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-133897 (Patent Document 1), the stress of the diaphragm is formed by forming an insulating film located below the finely processed heat-generating resistor from a laminated film of a compressive stress film and a tensile stress film. A technique relating to a flow sensor capable of suppressing imbalance and improving the measurement accuracy of gas flow rate is described.

特開2014-16177号公報(特許文献2)には、加熱を必要とするセンサにおいて、熱応力によるクラックの発生を防止するために、絶縁膜よりも熱伝導率の高い熱応力緩和膜をヒータ部と接触させる技術が記載されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2014-16177 (Patent Document 2) uses a thermal stress relaxation film having a higher thermal conductivity than an insulating film as a heater in order to prevent the occurrence of cracks due to thermal stress in a sensor that requires heating. The technique of contacting the part is described.

特開2010-133897号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-133897 特開2014-16177号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-16177

近年、自動車などの内燃機関において、燃費向上のために電子制御された燃料噴射装置が設けられている。そして、この燃料噴射装置には、吸入空気量や吸入空気の圧力や湿度を検出する各種熱式センサが組み込まれている。このような熱式センサとして、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MEMSセンサがある。このMEMSセンサは、応答性に優れ、かつ、低電力での駆動が可能であり、さらにコスト低減を図ることができるという利点を有している。 In recent years, in internal combustion engines such as automobiles, electronically controlled fuel injection devices have been provided in order to improve fuel efficiency. The fuel injection device incorporates various thermal sensors that detect the amount of intake air and the pressure and humidity of the intake air. As such a thermal sensor, there is a MEMS sensor manufactured by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology. This MEMS sensor has the advantages of being excellent in responsiveness, being able to be driven with low power consumption, and being able to further reduce costs.

このようなMEMSセンサからなる熱式センサでは、熱を利用して物理量を計測する。特に、熱式センサでは、抵抗配線を利用して加熱源となるヒータを構成したり、抵抗配線の抵抗変化を利用して物理量を測定するために抵抗配線が使用される。 In a thermal sensor composed of such a MEMS sensor, a physical quantity is measured by using heat. In particular, in a thermal sensor, resistance wiring is used to form a heater as a heating source by using resistance wiring, or to measure a physical quantity by using resistance change of resistance wiring.

ここで、例えば、抵抗配線は、絶縁膜で覆われるが、本発明者の検討によると、抵抗配線を覆う絶縁膜に種類によっては、抵抗配線を覆う絶縁膜と抵抗配線との線膨張率の相違から、抵抗配線から発生する熱に起因して塑性変形が生じることを新規に見出した。 Here, for example, the resistance wiring is covered with an insulating film, but according to the study of the present invention, depending on the type of the insulating film covering the resistance wiring, the linear expansion rate between the insulating film covering the resistance wiring and the resistance wiring From the difference, it was newly found that plastic deformation occurs due to the heat generated from the resistance wiring.

そして、抵抗配線を覆う絶縁膜に塑性変形が生じると、絶縁膜で覆われている抵抗配線にたわみが生じて、抵抗配線の抵抗が経時的に変化する。たわみに伴う抵抗配線の抵抗変化は、熱式センサにおける物理量の測定精度の低下を招くことに繋がる。したがって、抵抗配線の経時的な抵抗変化を抑制することが望まれている。特に、抵抗配線のたわみによって、抵抗配線の経時的な抵抗変化が引き起こされることを考慮すると、抵抗配線のたわみを引き起こす原因となる絶縁膜の塑性変形を低減する工夫が望まれている。 When the insulating film covering the resistance wiring is plastically deformed, the resistance wiring covered with the insulating film is bent, and the resistance of the resistance wiring changes with time. The change in the resistance of the resistance wiring due to the deflection leads to a decrease in the measurement accuracy of the physical quantity in the thermal sensor. Therefore, it is desired to suppress the change in resistance of the resistance wiring over time. In particular, considering that the deflection of the resistance wiring causes a change in the resistance of the resistance wiring over time, it is desired to take measures to reduce the plastic deformation of the insulating film that causes the deflection of the resistance wiring.

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。 Other issues and novel features will become apparent from the description and accompanying drawings herein.

一実施の形態における熱式センサは、第1方向に延在する第1部分とこの第1部分と並行する第2部分とを含む抵抗配線を有する。このとき、熱式センサは、第1部分と第2部分との間に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さが抵抗配線の厚さよりも小さい応力調整膜を有する。 The thermal sensor in one embodiment has a resistance wiring including a first portion extending in a first direction and a second portion parallel to the first portion. At this time, the thermal sensor is formed between the first portion and the second portion, has a tensile stress, and has a stress adjusting film whose thickness in the film thickness direction is smaller than the thickness of the resistance wiring. Have.

一実施の形態によれば、熱式センサの性能向上を図ることができる。 According to one embodiment, the performance of the thermal sensor can be improved.

実施の形態における熱式湿度センサが組み込まれたセンサモジュールを示す模式図であり、実施の形態におけるセンサモジュールの表面カバーを透過して内部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the sensor module which incorporated the thermal type humidity sensor in embodiment, and is the schematic diagram which shows the inside through the surface cover of the sensor module in embodiment. 図1のA-A線で切断した断面図である。It is sectional drawing which cut at the line AA of FIG. 熱式湿度センサを構成する半導体チップのレイアウト構成を示す図である。It is a figure which shows the layout structure of the semiconductor chip which constitutes a thermal type humidity sensor. 図3のA-A線で切断した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 関連技術の熱式湿度センサにおいて、ダイヤフラム上に形成されている上層部の一部を拡大して示す断面図である。It is sectional drawing which enlarges and shows a part of the upper layer part formed on the diaphragm in the thermal type humidity sensor of a related art. 上層部に撓みが発生する状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state which the bending occurs in the upper layer part. 対策案を具現化した構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure which embodied the countermeasure plan. 対策案の改良を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the improvement of the measure plan. 実施の形態における熱式湿度センサの部分構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the partial structure of the thermal type humidity sensor in embodiment. 実施の形態における熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor in embodiment. 図10に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図11に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図12に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 変形例1における熱式湿度センサの上層部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the upper layer part of the thermal type humidity sensor in the modification 1. ヒータによる加熱の前後における表面段差変化量を示すグラフである。It is a graph which shows the amount of change of a surface step before and after heating by a heater. 熱式湿度センサ(半導体チップ)を500℃に加熱した状態で、ヒータに電流を流して、所定の時間毎にヒータの抵抗値を測定した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the resistance value of a heater at a predetermined time time by passing an electric current through a heater in a state where a thermal humidity sensor (semiconductor chip) was heated to 500 degreeC. 変形例1における熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor in the modification 1. FIG. 図17に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図18に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図19に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図20に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図21に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor following FIG. 図22に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor which follows | FIG. 図23に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor which follows | FIG. 図24に続く熱式湿度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the thermal type humidity sensor which follows | FIG. 変形例2における熱式湿度センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the thermal type humidity sensor in the modification 2. 変形例3における熱式湿度センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the thermal type humidity sensor in the modification 3. 変形例4における熱式湿度センサの構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the thermal type humidity sensor in the modification 4.

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。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are designated by the same reference numerals in principle, and the repeated description thereof will be omitted. In addition, in order to make the drawing easier to understand, hatching may be added even if it is a plan view.

<センサモジュールの構成>
本実施の形態におけるセンサモジュール(半導体装置)は、熱式センサが組み込まれたセンサモジュールである。熱式センサの適用箇所に制限はないが、この熱式センサは、例えば、各種センサとともにセンサモジュールに組み込むことができる。
<Sensor module configuration>
The sensor module (semiconductor device) in the present embodiment is a sensor module incorporating a thermal sensor. There are no restrictions on where the thermal sensor can be applied, but the thermal sensor can be incorporated into a sensor module together with various sensors, for example.

本実施の形態では、センサモジュールに組み込まれる熱式センサとして、湿度センサを例に挙げて説明する。図1および図2は、本実施の形態における熱式湿度センサが組み込まれたセンサモジュールを示す模式図である。特に、図1は、本実施の形態におけるセンサモジュールの表面カバーを透過して内部を示す模式図であり、図2は、図1のA-A線に沿った断面図である。 In the present embodiment, a humidity sensor will be described as an example as a thermal sensor incorporated in the sensor module. 1 and 2 are schematic views showing a sensor module incorporating a thermal humidity sensor according to the present embodiment. In particular, FIG. 1 is a schematic view showing the inside through the surface cover of the sensor module in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

図1において、本実施の形態におけるセンサモジュール100は、気体が流れる吸気管101に装着されており、支持基板102を有する。この支持基板102は、例えば、配線が印刷されたプリント基板から構成され、支持基板102上には、様々な種類の部品が搭載されている。具体的に、支持基板102上には、例えば、吸気管101を流れる気体の流量を測定する流量センサが形成された半導体チップ103と、気体の湿度を測定する熱式湿度センサが形成された半導体チップ104と、流量センサおよび熱式湿度センサを制御回路が形成された半導体チップ105とが搭載されている。このように構成されている支持基板102は、コネクタ106と接続されている。 In FIG. 1, the sensor module 100 according to the present embodiment is mounted on an intake pipe 101 through which gas flows, and has a support substrate 102. The support board 102 is composed of, for example, a printed circuit board on which wiring is printed, and various types of components are mounted on the support board 102. Specifically, on the support substrate 102, for example, a semiconductor chip 103 having a flow sensor for measuring the flow rate of the gas flowing through the intake pipe 101 and a semiconductor having a thermal humidity sensor for measuring the humidity of the gas are formed. A chip 104 and a semiconductor chip 105 in which a flow sensor and a thermal humidity sensor are formed with a control circuit are mounted. The support board 102 configured in this way is connected to the connector 106.

センサモジュール100のボディ107は、表面カバーや内壁を有し、表面カバーや内壁によって、ボディの内部空間は、流量センサが形成された半導体チップ103と制御回路が形成された半導体チップ105とが配置された制御空間107Aと、熱式湿度センサが形成された半導体チップ104が配置された検出空間107Bとに区画されている。 The body 107 of the sensor module 100 has a surface cover and an inner wall, and the semiconductor chip 103 on which the flow sensor is formed and the semiconductor chip 105 on which the control circuit is formed are arranged in the internal space of the body by the surface cover and the inner wall. It is divided into a control space 107A and a detection space 107B in which the semiconductor chip 104 on which the thermal humidity sensor is formed is arranged.

また、センサモジュール100のボディ107には、副流路108が設けられており、流量センサが形成されている半導体チップ103の一部は、副流路108と接している。 Further, the body 107 of the sensor module 100 is provided with an auxiliary flow path 108, and a part of the semiconductor chip 103 on which the flow rate sensor is formed is in contact with the auxiliary flow path 108.

さらに、センサモジュール100のボディ107によって区画された検出空間107Bは、気体入れ替え口109と連通している。この気体入れ替え口109は、気体の流れの影響を受けないように気体が流れる下流側に設けられている。そして、気体入れ替え口109の開口面積は、副流路108と比べて小さく、クランク形状から構成されている。特に、検出空間107Bの内部に配置されている熱式湿度センサ(半導体チップ104)に急激な流れの気体が接すると、熱式湿度センサの温度分布に悪影響を及ぼして、熱式湿度センサの検出精度が低下する。このことから、上述した気体入れ替え口109を介して、検出空間107Bを吸気管101の内部と連通させる構成が採用されている。 Further, the detection space 107B partitioned by the body 107 of the sensor module 100 communicates with the gas replacement port 109. The gas replacement port 109 is provided on the downstream side where the gas flows so as not to be affected by the gas flow. The opening area of the gas replacement port 109 is smaller than that of the subchannel 108, and is composed of a crank shape. In particular, if a gas with a rapid flow comes into contact with the thermal humidity sensor (semiconductor chip 104) arranged inside the detection space 107B, the temperature distribution of the thermal humidity sensor is adversely affected, and the thermal humidity sensor is detected. The accuracy is reduced. For this reason, a configuration is adopted in which the detection space 107B communicates with the inside of the intake pipe 101 via the gas replacement port 109 described above.

次に、図2に示すように、センサモジュール100のボディ107によって、制御回路が形成された半導体チップ105が配置されている制御空間107Aと、熱式湿度センサが形成された半導体チップ104が配置されている検出空間107Bとが分離されている。そして、検出空間107Bは、気体入れ替え口109と連通している。 Next, as shown in FIG. 2, the body 107 of the sensor module 100 arranges the control space 107A in which the semiconductor chip 105 in which the control circuit is formed is arranged, and the semiconductor chip 104 in which the semiconductor chip 104 in which the thermal humidity sensor is formed is arranged. The detection space 107B is separated from the detection space 107B. The detection space 107B communicates with the gas replacement port 109.

図2において、例えば、熱式湿度センサが形成された半導体チップ104は、ワイヤ110Aを介して、支持基板102の表面に形成されている配線と電気的に接続されている。同様に、例えば、制御回路が形成された半導体チップ105は、ワイヤ110Bを介して、支持基板102の表面に形成されている配線と電気的に接続されている。このとき、ワイヤ110Aやワイヤ110Bは、腐食から保護するため、保護材111で覆われるように構成されていてもよい。図2では、一例として、ワイヤ110Aが保護材111で覆われている構成が図示されている。 In FIG. 2, for example, the semiconductor chip 104 on which the thermal humidity sensor is formed is electrically connected to the wiring formed on the surface of the support substrate 102 via the wire 110A. Similarly, for example, the semiconductor chip 105 on which the control circuit is formed is electrically connected to the wiring formed on the surface of the support substrate 102 via the wire 110B. At this time, the wire 110A and the wire 110B may be configured to be covered with the protective material 111 in order to protect them from corrosion. In FIG. 2, as an example, a configuration in which the wire 110A is covered with the protective material 111 is shown.

以上のようにして、本実施の形態におけるセンサモジュール100が構成されている。なお、本実施の形態におけるセンサモジュール100は、上述した構成に限らず、例えば、圧力センサが配置された他の検出空間を備えるように構成することもできる。すなわち、本実施の形態におけるセンサモジュール100では、流量センサと熱式湿度センサとを組み合わせたセンサモジュールについて説明しているが、これに限らず、例えば、圧力センサや他のガスセンサと熱式湿度センサとを組み合わせたセンサモジュールや、熱式湿度センサ単体のセンサモジュールとすることもできる。 As described above, the sensor module 100 according to the present embodiment is configured. The sensor module 100 in the present embodiment is not limited to the above-described configuration, and may be configured to include, for example, another detection space in which the pressure sensor is arranged. That is, in the sensor module 100 in the present embodiment, a sensor module in which a flow rate sensor and a thermal type humidity sensor are combined is described, but the present invention is not limited to this, and for example, a pressure sensor or another gas sensor and a thermal type humidity sensor are described. It can also be a sensor module in combination with the above, or a sensor module of a single thermal humidity sensor.

<センサモジュールの動作>
本実施の形態におけるセンサモジュール100は、上記のように構成されており、以下に、その動作について簡単に説明する。
<Operation of sensor module>
The sensor module 100 in the present embodiment is configured as described above, and its operation will be briefly described below.

まず、図1において、吸気管101の内部に取り込まれた気体(例えば、空気)は、副流路108を通る。このとき、副流路108と接するように設けられた流量センサ(半導体チップ103)により、気体の流量が測定され、気体の流量に対応づけられた電気信号が流量センサ(半導体チップ103)から出力される。また、気体は、気体入れ替え口109から検出空間107Bに流入する。この結果、検出空間107Bの内部に設けられている熱式湿度センサ(半導体チップ104)によって、気体の湿度が測定され、気体の湿度に対応づけられた電気信号が湿度センサ(半導体チップ104)から出力される。 First, in FIG. 1, the gas (for example, air) taken into the inside of the intake pipe 101 passes through the auxiliary flow path 108. At this time, the flow rate of the gas is measured by the flow rate sensor (semiconductor chip 103) provided in contact with the subflow path 108, and the electric signal associated with the gas flow rate is output from the flow rate sensor (semiconductor chip 103). Will be done. Further, the gas flows into the detection space 107B from the gas replacement port 109. As a result, the humidity of the gas is measured by the thermal humidity sensor (semiconductor chip 104) provided inside the detection space 107B, and the electric signal associated with the humidity of the gas is transmitted from the humidity sensor (semiconductor chip 104). It is output.

流量センサ(半導体チップ105)から出力された電気信号と、熱式湿度センサ(半導体チップ104)から出力された電気信号は、制御回路が形成された半導体チップ105に入力される。そして、制御回路によって、気体の流量に対応づけられた電気信号に基づいて気体の流量が算出されて、気体の流量を示す流量データが、制御回路が形成された半導体チップ105からコネクタ106を介して、外部機器に出力される。同様に、制御回路によって、気体の湿度に対応づけられた電気信号に基づいて気体の湿度が算出されて、気体の湿度を示す湿度データが、制御回路が形成された半導体チップ105からコネクタ106を介して、外部機器に出力される。以上のようにして、本実施の形態におけるセンサモジュール100を動作させることができる。 The electric signal output from the flow rate sensor (semiconductor chip 105) and the electric signal output from the thermal humidity sensor (semiconductor chip 104) are input to the semiconductor chip 105 in which the control circuit is formed. Then, the control circuit calculates the gas flow rate based on the electric signal associated with the gas flow rate, and the flow rate data indicating the gas flow rate is transmitted from the semiconductor chip 105 on which the control circuit is formed to the connector 106 via the connector 106. Is output to an external device. Similarly, the control circuit calculates the humidity of the gas based on the electrical signal associated with the humidity of the gas, and the humidity data indicating the humidity of the gas is obtained from the semiconductor chip 105 on which the control circuit is formed to the connector 106. It is output to an external device via. As described above, the sensor module 100 according to the present embodiment can be operated.

例えば、このように構成されているセンサモジュール100を自動車などの内燃機関に組み込んで、吸入空気量、吸入空気の圧力や湿度を検出して、最適な量の燃料を内燃機関に噴霧することにより、内燃機関の燃費を向上することができる。 For example, by incorporating the sensor module 100 configured in this way into an internal combustion engine such as an automobile, the amount of intake air, the pressure and humidity of the intake air are detected, and the optimum amount of fuel is sprayed onto the internal combustion engine. , The fuel efficiency of the internal combustion engine can be improved.

<熱式湿度センサの構成>
次に、センサモジュール100に組み込まれている熱式湿度センサについて説明する。
<Structure of thermal humidity sensor>
Next, the thermal humidity sensor incorporated in the sensor module 100 will be described.

図3は、熱式湿度センサを構成する半導体チップ104のレイアウト構成を示す模式図である。図3において、半導体チップ104の平面形状は、矩形形状をしている。この半導体チップ104の裏面には、例えば、四角形状からなるダイヤフラム10が形成されている。図3では、破線によってダイヤフラム10が図示されている。 FIG. 3 is a schematic diagram showing the layout configuration of the semiconductor chip 104 constituting the thermal humidity sensor. In FIG. 3, the planar shape of the semiconductor chip 104 has a rectangular shape. For example, a quadrangular diaphragm 10 is formed on the back surface of the semiconductor chip 104. In FIG. 3, the diaphragm 10 is illustrated by a broken line.

具体的に、このダイヤフラム10の平面形状は、例えば、一辺が600μmの四角形形状から構成されている。ダイヤフラム10は、その他の半導体チップの部分よりも厚さの薄い薄肉部として定義される。 Specifically, the planar shape of the diaphragm 10 is composed of, for example, a quadrangular shape having a side of 600 μm. The diaphragm 10 is defined as a thin portion having a thickness thinner than that of other semiconductor chips.

続いて、図3に示すように、半導体チップ104の表面には、平面視において、ダイヤフラム10に内包されるように、ヒータ形成領域が設けられており、このヒータ形成領域にヒータ11が形成されている。例えば、ヒータ形成領域は、90μm角の四角形状をしている。このようなヒータ形成領域に形成されているヒータ11は、例えば、折り返し形状を有する抵抗配線から構成されている。具体的に、ヒータ11は、y方向に延在する第1部分11aと、第1部分11aと並行してy方向に延在する第2部分11bと、第1部分11aと第2部分11bとを接続する接続部分11cとを有する。 Subsequently, as shown in FIG. 3, a heater forming region is provided on the surface of the semiconductor chip 104 so as to be included in the diaphragm 10 in a plan view, and the heater 11 is formed in this heater forming region. ing. For example, the heater forming region has a rectangular shape of 90 μm square. The heater 11 formed in such a heater forming region is composed of, for example, a resistance wiring having a folded shape. Specifically, the heater 11 includes a first portion 11a extending in the y direction, a second portion 11b extending in the y direction in parallel with the first portion 11a, and a first portion 11a and a second portion 11b. It has a connection portion 11c and a connection portion 11c for connecting the above.

そして、ヒータ11の一端は、引き出し配線であるリード配線12aと接続されている一方、ヒータ11の他端は、引き出し配線であるリード配線12bと接続されている。そして、リード配線12aは、プラグ14aを介して、外部接続端子として機能する電極13aと電気的に接続されている。同様に、リード配線12bは、プラグ14bを介して、外部接続端子として機能する電極13bと電気的に接続されている。 One end of the heater 11 is connected to the lead wiring 12a which is the lead wiring, while the other end of the heater 11 is connected to the lead wiring 12b which is the lead wiring. The lead wiring 12a is electrically connected to the electrode 13a that functions as an external connection terminal via the plug 14a. Similarly, the lead wiring 12b is electrically connected to the electrode 13b functioning as an external connection terminal via the plug 14b.

このように構成されている半導体チップ104では、電極13aと電極13bとの間に電流を流すことにより、電極13aと電極13bとを接続するヒータ11に電流を流すことができる。この結果、ヒータ11を構成する抵抗配線からジュール熱を発生させることができる。このとき、図3に示すように、平面視において、ヒータ11は、厚さの薄い薄肉部であるダイヤフラム10に内包されるように設けられているため、ヒータ11の加熱特性を向上することができる。すなわち、ダイヤフラム10は、ヒータ11の加熱特性を向上するために形成されているということができる。 In the semiconductor chip 104 configured in this way, by passing a current between the electrodes 13a and 13b, a current can be passed through the heater 11 connecting the electrodes 13a and 13b. As a result, Joule heat can be generated from the resistance wiring constituting the heater 11. At this time, as shown in FIG. 3, in a plan view, the heater 11 is provided so as to be included in the diaphragm 10 which is a thin thin portion, so that the heating characteristics of the heater 11 can be improved. can. That is, it can be said that the diaphragm 10 is formed to improve the heating characteristics of the heater 11.

次に、図4は、図3のA-A線で切断した断面図である。 Next, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.

図4において、熱式湿度センサを構成する半導体チップ104は、大まかにいうと、下層部20aと上層部20bの2つの部位を有する。 In FIG. 4, the semiconductor chip 104 constituting the thermal humidity sensor has roughly two portions, a lower layer portion 20a and an upper layer portion 20b.

図4に示すように、下層部20aは、開口部1aが形成された支持体である半導体基板1と、半導体基板1に開口部1aを形成する際にマスクとして使用された絶縁膜2から構成されている。半導体基板1は、例えば、単結晶シリコンから構成されており、半導体基板1の裏面に形成されている絶縁膜2は、例えば、酸化シリコン膜から形成されている。 As shown in FIG. 4, the lower layer portion 20a is composed of a semiconductor substrate 1 which is a support on which the opening 1a is formed and an insulating film 2 used as a mask when forming the opening 1a in the semiconductor substrate 1. Has been done. The semiconductor substrate 1 is made of, for example, single crystal silicon, and the insulating film 2 formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is made of, for example, a silicon oxide film.

続いて、図4に示すように、下層部20a上には、上層部20bが設けられており、この上層部20bは、複数の膜(積層膜)から構成されている。 Subsequently, as shown in FIG. 4, an upper layer portion 20b is provided on the lower layer portion 20a, and the upper layer portion 20b is composed of a plurality of films (laminated films).

具体的に、まず、上層部20bは、開口部1aが形成された半導体基板1上に形成された絶縁膜3を有する。この絶縁膜3は、酸化シリコン膜から形成されている。そして、上層部20bは、絶縁膜3上に形成された絶縁膜4と、絶縁膜4上に形成された絶縁膜5とを有する。このとき、絶縁膜4は、窒化シリコン膜から形成されている一方、絶縁膜5は、酸化シリコン膜から形成されている。 Specifically, first, the upper layer portion 20b has an insulating film 3 formed on the semiconductor substrate 1 on which the opening 1a is formed. The insulating film 3 is formed of a silicon oxide film. The upper layer portion 20b has an insulating film 4 formed on the insulating film 3 and an insulating film 5 formed on the insulating film 4. At this time, the insulating film 4 is formed of a silicon nitride film, while the insulating film 5 is formed of a silicon oxide film.

次に、図4に示すように、上層部20bは、絶縁膜5上に形成された抵抗配線(ヒータ用配線)からなるヒータ11を有する。このヒータ11は、湿度センサの発熱抵抗体として機能する。ヒータ11は、電流を流すことができるように導電性材料から構成されている。特に、ヒータ11は、電流が流れることにより発生するジュール熱が大きい導電性材料を使用することが望ましく、さらに、耐熱性も考慮して、例えば、高融点金属材料から構成することが望ましい。高融点金属材料としては、例えば、モリブデン(Mo)やタングステン(W)を挙げることができる。 Next, as shown in FIG. 4, the upper layer portion 20b has a heater 11 made of resistance wiring (heater wiring) formed on the insulating film 5. The heater 11 functions as a heat generation resistor of the humidity sensor. The heater 11 is made of a conductive material so that an electric current can flow. In particular, it is desirable to use a conductive material having a large Joule heat generated by the flow of an electric current, and further, in consideration of heat resistance, it is desirable that the heater 11 is made of, for example, a refractory metal material. Examples of the refractory metal material include molybdenum (Mo) and tungsten (W).

続いて、上層部20bは、ヒータ11を覆うように絶縁膜5上に形成された絶縁膜6と、絶縁膜6上に形成された絶縁膜7と、絶縁膜7上に形成された絶縁膜8とを有する。このとき、絶縁膜6は、酸化シリコン膜から形成されている一方、絶縁膜7は、窒化シリコン膜から形成されている。また、絶縁膜8は、酸化シリコン膜から形成されている。 Subsequently, the upper layer portion 20b has an insulating film 6 formed on the insulating film 5 so as to cover the heater 11, an insulating film 7 formed on the insulating film 6, and an insulating film formed on the insulating film 7. Has 8 and. At this time, the insulating film 6 is formed of a silicon oxide film, while the insulating film 7 is formed of a silicon nitride film. Further, the insulating film 8 is formed of a silicon oxide film.

ここで、図4に示すように、半導体基板1に形成された開口部1a上には、上層部20bを構成する積層膜(絶縁膜3~8およびヒータ11)だけが形成されている。このことから、半導体基板1に形成された開口部1a上の厚さ(上層部20bだけの厚さ)は、開口部1a以外の部位の厚さ(下層部20a+上層部20bの厚さ)よりも薄くなる。この結果、半導体チップ104には、半導体基板1に開口部1aを形成することによって、薄肉部となるダイヤフラム10が形成されることになる。 Here, as shown in FIG. 4, only the laminated film (insulating films 3 to 8 and the heater 11) constituting the upper layer portion 20b is formed on the opening 1a formed in the semiconductor substrate 1. From this, the thickness on the opening 1a formed in the semiconductor substrate 1 (thickness of only the upper layer 20b) is higher than the thickness of the portion other than the opening 1a (thickness of the lower layer 20a + the upper layer 20b). Also becomes thinner. As a result, in the semiconductor chip 104, the diaphragm 10 to be a thin-walled portion is formed by forming the opening 1a in the semiconductor substrate 1.

<熱式湿度センサの動作>
以上のようにして、熱式湿度センサを構成する半導体チップ104が構成されており、以下では、熱式湿度センサの動作について、図面を参照しながら説明することにする。
<Operation of thermal humidity sensor>
As described above, the semiconductor chip 104 constituting the thermal humidity sensor is configured, and the operation of the thermal humidity sensor will be described below with reference to the drawings.

まず、制御回路が形成された図1に示す半導体チップ105は、熱式湿度センサが形成された半導体チップ104と電気的に接続されている。そして、半導体チップ105に形成されている制御回路は、CPU(中央演算処理部)とメモリとを有しており、CPUの制御によって、図3に示す半導体チップ104(熱式湿度センサ)に形成されている電極13aと電極13bとの間に電圧(電位差)が印加される。例えば、電極13aに接地電位(0V)が印加される一方、電極13bに電源電位(例えば、5V)が印加される。この結果、電極13aと電極13bとに接続されている抵抗配線からなるヒータ11に電流が流れる。これにより、ヒータ11では、ジュール熱が発生して、ヒータ11は、発熱することになる。このとき、例えば、ヒータ11に流れる電流が一定となるように、CPUは、定電流制御を行なうことによって、例えば、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域の温度を500℃程度に維持する。 First, the semiconductor chip 105 shown in FIG. 1 in which the control circuit is formed is electrically connected to the semiconductor chip 104 in which the thermal humidity sensor is formed. The control circuit formed on the semiconductor chip 105 has a CPU (central processing unit) and a memory, and is formed on the semiconductor chip 104 (thermal humidity sensor) shown in FIG. 3 under the control of the CPU. A voltage (potential difference) is applied between the electrode 13a and the electrode 13b. For example, the ground potential (0V) is applied to the electrode 13a, while the power supply potential (for example, 5V) is applied to the electrode 13b. As a result, a current flows through the heater 11 including the resistance wiring connected to the electrode 13a and the electrode 13b. As a result, Joule heat is generated in the heater 11, and the heater 11 generates heat. At this time, for example, the CPU maintains the temperature of the heater forming region in which the heater 11 is formed, for example, at about 500 ° C. by performing constant current control so that the current flowing through the heater 11 becomes constant.

ここで、図4に示すように、ヒータ11が発熱すると、ヒータ11の上方および下方に存在する気体が加熱されて、気体に含まれる水分が蒸発(気化)する。このとき、ヒータ11から発生した熱の一部が、気体に含まれる水分の蒸発に必要とされる気化熱に消費される。すなわち、ヒータ11に供給された電力の一部が、気化熱に消費されるが、この気化熱のために消費される電力は、気体に含まれる水分量によって変化する。例えば、気体に含まれる水分が多くなると、水分の蒸発に必要とされる電力は大きくなる。一方、気体に含まれる水分が少なくなると、水分の蒸発に必要とされる電力は小さくなる。このことは、気体の湿度に応じて、水分の蒸発に必要とされる電力が変化することを意味する。そして、ここでは、CPUによって、ヒータ11を流れる電流を一定にする定電流制御が行なわれていることから、水分の蒸発に消費される電力の変化は、電極13aと電極13bとの間の電位差の変化として現れる。したがって、電極13aと電極13bとの間の電位差の変化を検出することによって、気体の湿度を測定することができる。 Here, as shown in FIG. 4, when the heater 11 generates heat, the gas existing above and below the heater 11 is heated, and the water contained in the gas evaporates (vaporizes). At this time, a part of the heat generated from the heater 11 is consumed by the heat of vaporization required for evaporation of the water contained in the gas. That is, a part of the electric power supplied to the heater 11 is consumed by the heat of vaporization, and the electric power consumed by the heat of vaporization changes depending on the amount of water contained in the gas. For example, the more water contained in a gas, the greater the power required to evaporate the water. On the other hand, when the amount of water contained in the gas decreases, the electric power required for evaporation of the water decreases. This means that the power required to evaporate the water changes depending on the humidity of the gas. Here, since the CPU performs constant current control to keep the current flowing through the heater 11 constant, the change in the electric power consumed for the evaporation of water is the potential difference between the electrodes 13a and 13b. Appears as a change in. Therefore, the humidity of the gas can be measured by detecting the change in the potential difference between the electrodes 13a and 13b.

具体的に、半導体チップ104における電極13aと電極13bとの間の電位差の変化は、半導体チップ105に含まれるCPUによって監視されている。そして、CPUは、電極13aと電極13bとの間の電位差に対応した電気信号を熱式湿度センサから入力すると、例えば、予め電気信号の電圧値と気体の湿度(湿度データ)とを対応付けたテーブルを記憶しているメモリにアクセスして、熱式湿度センサから入力した電気信号の電圧値に対応した気体の湿度(湿度データ)を取得する。その後、CPUは、取得した気体の湿度(湿度データ)を外部に出力する。このようにして、気体の湿度を測定できる。 Specifically, the change in the potential difference between the electrodes 13a and 13b in the semiconductor chip 104 is monitored by the CPU included in the semiconductor chip 105. Then, when the CPU inputs an electric signal corresponding to the potential difference between the electrodes 13a and 13b from the thermal humidity sensor, for example, the voltage value of the electric signal and the humidity of the gas (humidity data) are associated in advance. Access the memory that stores the table and acquire the humidity (humidity data) of the gas corresponding to the voltage value of the electric signal input from the thermal humidity sensor. After that, the CPU outputs the humidity (humidity data) of the acquired gas to the outside. In this way, the humidity of the gas can be measured.

このようにヒータ11を使用して絶対湿度を測定する熱式湿度センサは、例えば、感湿膜を使用して、感湿膜の抵抗値や容量値の変化から相対湿度を測定する湿度センサに比べて、湿度の検出感度が高いという利点を有している。なぜなら、例えば、感湿膜は、水分を吸着することにより抵抗値や容量値が変化するが、水分を吸着する量に限界があり、湿度が高い環境においては、感湿膜に吸着する水分の量が飽和して、湿度に対応した抵抗値や容量値の変化が起こらなくなってしまうからである。これに対し、熱式湿度センサでは、水分の蒸発に必要な熱量の大小によってヒータ11の両端の電位差が変化すること利用して気体の湿度を測定しているため、たとえ、湿度が高い状態でも検出精度を確保することができる。つまり、熱式湿度センサは、感湿膜による水分の吸着を利用する湿度センサではないため、感湿膜による水分吸着の飽和に起因する湿度の検出感度の低下を招くことがない。このことから、熱式湿度センサは、感湿膜を使用する湿度センサに比べて、気体の湿度の検出精度が高いという利点を有しているのである。したがって、特に、熱式湿度センサは、高温高湿環境の湿度検出に優れているということができる。 In this way, the thermal humidity sensor that measures absolute humidity using the heater 11 is, for example, a humidity sensor that uses a humidity sensitive film to measure relative humidity from changes in the resistance and capacitance values of the moisture sensitive film. In comparison, it has the advantage of high humidity detection sensitivity. This is because, for example, the moisture-sensitive film changes its resistance value and capacity value by adsorbing moisture, but the amount of moisture adsorbed is limited, and in a high humidity environment, the moisture adsorbed on the moisture-sensitive film This is because the amount is saturated and the resistance value and the capacitance value do not change according to the humidity. On the other hand, in the thermal humidity sensor, the humidity of the gas is measured by utilizing the fact that the potential difference between both ends of the heater 11 changes depending on the amount of heat required for evaporation of water, so that even in a high humidity state. Detection accuracy can be ensured. That is, since the thermal humidity sensor is not a humidity sensor that utilizes the adsorption of moisture by the moisture-sensitive film, the humidity detection sensitivity does not decrease due to the saturation of the moisture adsorption by the moisture-sensitive film. For this reason, the thermal humidity sensor has an advantage that the detection accuracy of the humidity of the gas is higher than that of the humidity sensor using the humidity sensitive film. Therefore, it can be said that the thermal humidity sensor is particularly excellent in detecting humidity in a high temperature and high humidity environment.

例えば、熱式湿度センサでは、ヒータ11の温度を500℃以上にすると、湿度の検出感度が良好であり、空気だけでなく、一酸化炭素(CO)や他のガスにおいて適切な検出感度を得ることができる。さらには、熱式湿度センサでは、600℃以上でも精度良く、かつ、多様なガスに対応する湿度センサを実現することができる。 For example, in a thermal humidity sensor, when the temperature of the heater 11 is set to 500 ° C. or higher, the humidity detection sensitivity is good, and appropriate detection sensitivity is obtained not only for air but also for carbon monoxide (CO) and other gases. be able to. Further, in the thermal humidity sensor, it is possible to realize a humidity sensor that can handle various gases with high accuracy even at 600 ° C. or higher.

ところが、本発明者が検討したところ、熱式湿度センサには、熱を利用することに起因して、改善の余地が存在することが明らかになった。そこで、以下では、熱式湿度センサに存在する改善の余地について、関連技術を使用しながら説明する。 However, as a result of the study by the present inventor, it has become clear that there is room for improvement in the thermal humidity sensor due to the use of heat. Therefore, in the following, the room for improvement existing in the thermal humidity sensor will be described using related techniques.

<改善の検討>
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。
<Examination of improvement>
The "related technology" referred to in the present specification is a technology having a problem newly found by the inventor, and is not a known conventional technology, but is intended as a prerequisite technology (unknown technology) of a new technical idea. It is a technique described in.

図5は、関連技術の熱式湿度センサにおいて、ダイヤフラム(図5では図示されず)上に形成されている上層部20bの一部を拡大して示す断面図である。 FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing a part of the upper layer portion 20b formed on the diaphragm (not shown in FIG. 5) in the thermal humidity sensor of the related technology.

図5に示すように、関連技術における湿度センサは、絶縁膜3と、絶縁膜3上に形成された絶縁膜4と、絶縁膜4上に形成された絶縁膜5とを有する。そして、関連技術における湿度センサは、絶縁膜5上に、ヒータ11を有する。このヒータ11は、少なくとも、互いに隣接する第1部分11aと第2部分11bとを含んでいる。そして、関連技術における熱式湿度センサは、さらに、ヒータ11を覆うように形成された絶縁膜6と、絶縁膜6上に形成された絶縁膜7と、絶縁膜7上に形成された絶縁膜8とを有する。 As shown in FIG. 5, the humidity sensor in the related art has an insulating film 3, an insulating film 4 formed on the insulating film 3, and an insulating film 5 formed on the insulating film 4. The humidity sensor in the related technology has a heater 11 on the insulating film 5. The heater 11 includes at least a first portion 11a and a second portion 11b adjacent to each other. The thermal humidity sensor in the related technology further includes an insulating film 6 formed so as to cover the heater 11, an insulating film 7 formed on the insulating film 6, and an insulating film formed on the insulating film 7. Has 8 and.

このとき、図5に示すように、関連技術における熱式湿度センサでは、例えば、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に絶縁膜6が埋め込まれている。ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれている絶縁膜6は、例えば、酸化シリコン膜から構成される。 At this time, as shown in FIG. 5, in the thermal humidity sensor in the related technology, for example, the insulating film 6 is embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. The insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is made of, for example, a silicon oxide film.

ここで、関連技術における熱式湿度センサを動作させると、ヒータ11に電流が流れる。この結果、ヒータ11においてジュール熱が発生して、ヒータ11の温度は高くなる。このとき、熱式湿度センサでは、ヒータ11の設定温度を高くするほど、湿度センサによる湿度の検出感度が高くなる。なぜなら、ヒータ11の温度を高くするということは、ヒータ11の両端に印加する電位差が大きくなることを意味し、気体に含まれる水分の蒸発(気化)に消費される熱量に対応する電圧変化(ΔV)が大きくなるからである。例えば、ヒータ11の両端に印加する電位差が「2V」である場合に、気体に含まれる水分の蒸発に消費される熱量に対応する電圧変化(ΔV)が0.2Vであるとすると、ヒータ11の両端に印加する電位差が「3V」である場合には、気体に含まれる水分の蒸発に消費される熱量に対応する電圧変化(ΔV)が0.3Vとなる(0.2V/2V=0.3V/3V)。つまり、ヒータ11の両端に印加する電位差が「2V」の場合、検出すべき電圧信号の絶対値は、0.2Vとなる一方、ヒータ11の両端に印加する電位差が「3V」の場合、検出すべき電圧信号の絶対値は、0.3Vとなる。そして、例えば、検出系の背景ノイズが「0.01V」であるとすると、ヒータ11の両端に印加する電位差が「2V」の場合のS/N比(シグナル/ノイズ比)は、「0.2V/0.01V=20」となる。これに対し、ヒータ11の両端に印加する電位差が「3V」の場合のS/N比(シグナル/ノイズ比)は、「0.3V/0.01V=30」となる。したがって、ヒータ11の両端に印加する電位差が大きくなると、S/N比が大きくなることになり、このことは、ヒータ11の両端に印加する電位差が大きくなると検出感度が向上することを意味する。以上のことから、熱式湿度センサでは、ヒータ11の設定温度を高くするほど、湿度センサによる湿度の検出感度が高くなるのである。 Here, when the thermal humidity sensor in the related technology is operated, a current flows through the heater 11. As a result, Joule heat is generated in the heater 11, and the temperature of the heater 11 becomes high. At this time, in the thermal humidity sensor, the higher the set temperature of the heater 11, the higher the humidity detection sensitivity of the humidity sensor. This is because raising the temperature of the heater 11 means that the potential difference applied to both ends of the heater 11 becomes large, and the voltage change (voltage change corresponding to the amount of heat consumed for evaporation (vaporization) of the water contained in the gas). This is because ΔV) becomes large. For example, when the potential difference applied to both ends of the heater 11 is "2V" and the voltage change (ΔV) corresponding to the amount of heat consumed for evaporation of the water contained in the gas is 0.2V, the heater 11 When the potential difference applied to both ends of the gas is "3V", the voltage change (ΔV) corresponding to the amount of heat consumed for evaporation of the water contained in the gas is 0.3V (0.2V / 2V = 0). .3V / 3V). That is, when the potential difference applied to both ends of the heater 11 is "2V", the absolute value of the voltage signal to be detected is 0.2V, while when the potential difference applied to both ends of the heater 11 is "3V", it is detected. The absolute value of the voltage signal to be should be 0.3V. Then, for example, assuming that the background noise of the detection system is "0.01V", the S / N ratio (signal / noise ratio) when the potential difference applied to both ends of the heater 11 is "2V" is "0. 2V / 0.01V = 20 ”. On the other hand, when the potential difference applied to both ends of the heater 11 is "3V", the S / N ratio (signal / noise ratio) is "0.3V / 0.01V = 30". Therefore, when the potential difference applied to both ends of the heater 11 becomes large, the S / N ratio becomes large, which means that the detection sensitivity is improved when the potential difference applied to both ends of the heater 11 becomes large. From the above, in the thermal humidity sensor, the higher the set temperature of the heater 11, the higher the humidity detection sensitivity of the humidity sensor.

したがって、例えば、関連技術における熱式湿度センサにおいては、その他の流量センサに代表される熱式センサに比べて、ヒータ11の設定温度が高めとなっている。具体的に、熱式湿度センサにおいて、ヒータ11の温度は、300℃~600℃程度に設定されている。この場合、関連技術における熱式湿度センサでは、改善の余地が顕在化する。 Therefore, for example, in the thermal humidity sensor in the related technology, the set temperature of the heater 11 is higher than that of the thermal sensor represented by other flow rate sensors. Specifically, in the thermal humidity sensor, the temperature of the heater 11 is set to about 300 ° C. to 600 ° C. In this case, there is room for improvement in the thermal humidity sensor in the related technology.

具体的に、図5に示すように、関連技術における熱式湿度センサでは、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に酸化シリコン膜からなる絶縁膜6が埋め込まれている。このとき、ヒータ11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材料から構成されており、例えば、モリブデン(Mo)の線膨張係数は、約5.1×10-6/Kである。一方、絶縁膜6を構成する酸化シリコンの線膨張係数は、約0.7×10-6/Kである。したがって、ヒータ11を構成する第1部分11aや第2部分11bの線膨張率と、第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜6との線膨張率は、相違することになる。そして、ヒータ11を構成するモリブデン(Mo)の線膨張係数が約5.1×10-6/Kである一方、絶縁膜6を構成する酸化シリコンの線膨張係数が約0.7×10-6/Kであることを考慮すると、ヒータ11を加熱した場合、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bには、引張応力となる熱応力が加わる。一方、第1部分11aと第2部分11bに埋め込まれた絶縁膜6(酸化シリコン膜)には、圧縮応力となる熱応力が加わる。 Specifically, as shown in FIG. 5, in the thermal humidity sensor in the related technology, an insulating film 6 made of a silicon oxide film is embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. There is. At this time, the heater 11 is made of, for example, a refractory metal material typified by molybdenum (Mo) or tungsten (W), and for example, the linear expansion coefficient of molybdenum (Mo) is about 5.1 × 10. -6 / K. On the other hand, the linear expansion coefficient of silicon oxide constituting the insulating film 6 is about 0.7 × 10 -6 / K. Therefore, the linear expansion rate of the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 and the linear expansion rate of the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b are different. It will be. The linear expansion coefficient of molybdenum (Mo) constituting the heater 11 is about 5.1 × 10-6 / K, while the linear expansion coefficient of silicon oxide constituting the insulating film 6 is about 0.7 × 10 . Considering that it is 6 / K, when the heater 11 is heated, thermal stress, which is a tensile stress, is applied to the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. On the other hand, thermal stress, which is a compressive stress, is applied to the insulating film 6 (silicon oxide film) embedded in the first portion 11a and the second portion 11b.

ここで、関連技術における熱式湿度センサでは、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となることから、ヒータ11を覆う絶縁膜6(特に、第1部分11aと第2部分11bに埋め込まれた絶縁膜6)も高温となる。そして、絶縁膜6は、酸化シリコン膜から構成されており、この酸化シリコン膜は、300℃~600℃程度の高温が加わると軟化する性質を有している(ガラス転移)。したがって、ヒータ11を加熱すると、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜6には、圧縮応力となる熱応力が加わるとともに軟化する。この結果、例えば、図6に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜6は、塑性変形することになる。特に、第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜6の塑性変形は、経時的に進む。これにより、図6に示すように、絶縁膜3~8の積層膜から構成される上層部20bに撓みが発生する。このことは、上層部20bに埋め込まれているヒータ11にも撓みが生じることを意味する。そして、ヒータ11に撓みが発生するということは、ヒータ11の抵抗値が変化することを意味する。特に、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜6に経時的な塑性変形が生じることは、ヒータ11に生じる撓みも経時変化することを意味し、これによって、ヒータ11の抵抗値は経時変化することになる。 Here, in the thermal humidity sensor in the related technology, since the temperature of the heater 11 becomes a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C., the insulating film 6 (particularly, the first portion 11a and the second portion 11b) covering the heater 11 is formed. The embedded insulating film 6) also becomes hot. The insulating film 6 is made of a silicon oxide film, and the silicon oxide film has a property of softening when a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C. is applied (glass transition). Therefore, when the heater 11 is heated, the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is softened with a thermal stress which is a compressive stress. As a result, for example, as shown in FIG. 6, the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is plastically deformed. In particular, the plastic deformation of the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b progresses over time. As a result, as shown in FIG. 6, bending occurs in the upper layer portion 20b composed of the laminated film of the insulating films 3 to 8. This means that the heater 11 embedded in the upper layer portion 20b also bends. The fact that the heater 11 is bent means that the resistance value of the heater 11 changes. In particular, the fact that the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 undergoes plastic deformation over time means that the deflection of the heater 11 also changes over time. As a result, the resistance value of the heater 11 changes with time.

このとき、関連技術における熱式湿度センサでは、ヒータ11に流れる電流を一定にする定電流制御が行なわれており、気体の湿度によってヒータ11の両端の間の電位差が変動することを利用して、気体の湿度を測定している。ところが、定電流制御において、ヒータ11の抵抗値が経時的に変化するということは、たとえ、気体の湿度が同じであっても、ヒータ11の両端間の電位差が変動することを意味する。このことは、関連技術における熱式湿度センサでは、気体の湿度を検出する精度が低下することを意味する。つまり、ヒータ11の抵抗値が経時的に変化するということは、長期間にわたる気体の湿度の検出精度を維持することが困難となることを意味する。言い換えれば、ヒータ11の抵抗値が経時的に変化するということは、関連技術における熱式湿度センサの長期信頼性を確保できなくなることを意味するのである。このように、ヒータ11の温度が高温となる関連技術における熱式湿度センサでは、ヒータ11の第1部分11aと第2部分11bとの間に挟まれた絶縁膜6に塑性変形が生じることに起因して、ヒータ11の抵抗値が経時変化する。この結果、関連技術における熱式湿度センサでは、長期間にわたる気体の湿度の検出精度を確保することが困難となるという改善の余地が顕在化するのである。 At this time, in the thermal humidity sensor in the related technology, constant current control is performed to keep the current flowing through the heater 11 constant, and the potential difference between both ends of the heater 11 fluctuates depending on the humidity of the gas. , Measuring the humidity of the gas. However, in constant current control, the fact that the resistance value of the heater 11 changes with time means that the potential difference between both ends of the heater 11 fluctuates even if the humidity of the gas is the same. This means that the thermal humidity sensor in the related technology has a reduced accuracy of detecting the humidity of the gas. That is, the fact that the resistance value of the heater 11 changes with time means that it becomes difficult to maintain the detection accuracy of the humidity of the gas for a long period of time. In other words, the fact that the resistance value of the heater 11 changes with time means that the long-term reliability of the thermal humidity sensor in the related technology cannot be ensured. As described above, in the thermal humidity sensor in the related technology in which the temperature of the heater 11 becomes high, the insulating film 6 sandwiched between the first portion 11a and the second portion 11b of the heater 11 undergoes plastic deformation. As a result, the resistance value of the heater 11 changes with time. As a result, there is room for improvement in the thermal humidity sensor in the related technology, which makes it difficult to secure the detection accuracy of the humidity of the gas over a long period of time.

<対策案>
上述したメカニズムによると、熱式湿度センサにおいて長期間にわたる気体の湿度の検出精度を確保するためには、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することが重要であることがわかる。そして、ヒータ11の抵抗値の経時変化を引き起こす原因は、ヒータ11の第1部分11aと第2部分11bとの間に挟まれた絶縁膜6に塑性変形が生じることにある。この塑性変形は、ヒータの温度が高温になると軟化する性質と、ヒータ11を構成する高融点金属材料との線膨張率の相違から圧縮応力となる熱応力が加わる性質とによって引き起こされる。したがって、熱式湿度センサにおいて長期間にわたる気体の湿度の検出精度を確保するためには、ヒータ11の第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれる絶縁膜6として、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となる場合でも塑性変形を生じにくい絶縁膜を使用すればよいと考えられる。すなわち、対策案としては、ヒータ11の第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれる絶縁膜6として、ヒータの温度が高温になっても軟化しにくい性質と、圧縮応力ではなく、ヒータ11を構成する高融点金属材料との線膨張率の相違から引張応力となる熱応力が加わる性質とを有する絶縁膜を使用することが考えられる。
<Countermeasure plan>
According to the mechanism described above, in order to ensure the detection accuracy of the humidity of the gas over a long period of time in the thermal humidity sensor, it is important to suppress the change with time of the resistance value of the heater 11. The cause of causing the resistance value of the heater 11 to change with time is that the insulating film 6 sandwiched between the first portion 11a and the second portion 11b of the heater 11 undergoes plastic deformation. This plastic deformation is caused by the property of softening when the temperature of the heater becomes high and the property of applying thermal stress which is a compressive stress due to the difference in linear expansion rate from the refractory metal material constituting the heater 11. Therefore, in order to ensure the detection accuracy of gas humidity over a long period of time in the thermal humidity sensor, the temperature of the heater 11 is used as the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b of the heater 11. However, it is considered that an insulating film that does not easily cause plastic deformation may be used even when the temperature becomes as high as 300 ° C to 600 ° C. That is, as a countermeasure, the insulating film 6 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b of the heater 11 has a property that it is difficult to soften even when the temperature of the heater becomes high, and it is not a compressive stress. It is conceivable to use an insulating film having a property of applying thermal stress, which is a tensile stress, due to the difference in linear expansion rate from the refractory metal material constituting the heater 11.

図7は、上述した対策案を具現化した構造を示す断面図である。図7において、対策案では、ヒータ11を覆うように絶縁膜30が形成されている。これにより、例えば、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間には、絶縁膜6ではなくて、絶縁膜30が埋め込まれることになる。ここで、絶縁膜6は、酸化シリコン膜であり、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となると、軟化する性質と圧縮応力となる熱応力が加わる膜である。したがって、図5に示す関連技術のように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に酸化シリコン膜からなる絶縁膜6が埋め込まれる場合、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となると塑性変形が生じる(図6参照)。これに対し、図7に示す対策案において、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれている絶縁膜30は、例えば、窒化シリコン膜から構成されている。この窒化シリコン膜は、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となっても軟化しにくく、かつ、ヒータ11を構成する高融点金属材料との線膨張率の相違から引張応力となる熱応力が加わる膜である。このため、図7に示す対策案では、たとえ、ヒータ11の温度が300℃~600℃程度の高温となる場合であっても、第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた絶縁膜30に塑性変形が生じない。この結果、対策案では、塑性変形に起因するヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができると考えることができる。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a structure embodying the above-mentioned countermeasure plan. In FIG. 7, in the countermeasure plan, the insulating film 30 is formed so as to cover the heater 11. As a result, for example, an insulating film 30 is embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 instead of the insulating film 6. Here, the insulating film 6 is a silicon oxide film, and is a film to which a property of softening and a thermal stress which becomes a compressive stress are applied when the temperature of the heater 11 becomes a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C. Therefore, when the insulating film 6 made of a silicon oxide film is embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, the temperature of the heater 11 is 300 ° C. as in the related technique shown in FIG. Plastic deformation occurs at a high temperature of about 600 ° C. (see FIG. 6). On the other hand, in the countermeasure plan shown in FIG. 7, the insulating film 30 embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is made of, for example, a silicon nitride film. This silicon nitride film is difficult to soften even when the temperature of the heater 11 becomes a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C., and becomes a tensile stress due to the difference in linear expansion rate from the refractory metal material constituting the heater 11. A film to which thermal stress is applied. Therefore, in the countermeasure plan shown in FIG. 7, even when the temperature of the heater 11 becomes a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C., it is embedded between the first portion 11a and the second portion 11b. No plastic deformation occurs in the insulating film 30. As a result, in the countermeasure plan, it can be considered that the change with time of the resistance value of the heater 11 due to the plastic deformation can be suppressed.

ところが、上述した対策案では、絶縁膜30の塑性変形を抑制することはできても、別の要因によって、ヒータ11の抵抗値の経時変化が大きくなる。すなわち、図7に示すように、対策案では、ヒータ11の全体を覆うように一体的な絶縁膜30が形成されている。言い換えれば、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間を埋め込むように絶縁膜30が形成されているだけでなく、第1部分11aや第2部分11bの上部も覆うように絶縁膜30が形成されている。この場合、ヒータ11の温度が高温となると、図7に示すように、一体的な絶縁膜30には、大きな引張応力が加わることになる。そして、この絶縁膜30に加わる大きな引張応力によって、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域全体にわたって反りが発生し、これによって、ヒータ11に歪みが発生する。この結果、歪みの影響によって、ヒータ11の抵抗値が変動することになる。このため、対策案では、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制する観点から不充分である。 However, in the above-mentioned countermeasure plan, although the plastic deformation of the insulating film 30 can be suppressed, the change in the resistance value of the heater 11 with time becomes large due to another factor. That is, as shown in FIG. 7, in the countermeasure plan, an integral insulating film 30 is formed so as to cover the entire heater 11. In other words, not only the insulating film 30 is formed so as to fill the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, but also the upper portions of the first portion 11a and the second portion 11b are formed. The insulating film 30 is formed so as to cover it. In this case, when the temperature of the heater 11 becomes high, a large tensile stress is applied to the integral insulating film 30 as shown in FIG. 7. Then, the large tensile stress applied to the insulating film 30 causes warpage over the entire heater forming region in which the heater 11 is formed, which causes distortion in the heater 11. As a result, the resistance value of the heater 11 fluctuates due to the influence of distortion. Therefore, the countermeasure plan is insufficient from the viewpoint of suppressing the change in the resistance value of the heater 11 with time.

この点に関し、対策案の改良として、例えば、図8に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間にだけ絶縁膜30を形成することが考えられる。すなわち、図7に示すように、ヒータ11全体を覆うように一体的な絶縁膜30を形成するのではなく、図8に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間にだけ絶縁膜30を形成する。これにより、ヒータ11の隙間に埋め込まれた絶縁膜30が分断されるため、絶縁膜30による引張応力の大きさを小さくすることができる。これにより、図8に示す対策案の改良では、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域全体にわたる反りの発生を抑制することができる。ただし、図8に示す対策案の改良においても、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間全体に絶縁膜30が埋め込まれているため、絶縁膜30に起因する引張応力によって、ヒータ11を構成する第1部分11aや第2部分11bに歪みが発生する。ヒータ11を構成する第1部分11aや第2部分11bに歪みが発生するということは、歪みの影響によって、ヒータ11の抵抗値が変動することを意味する。したがって、図8に示す対策案の改良においても、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制する観点から不充分であることがわかる。このように、絶縁膜30として、ヒータの温度が高温になっても軟化しにくい性質と、圧縮応力ではなく、ヒータ11を構成する高融点金属材料との線膨張率の相違から引張応力となる熱応力が加わる性質とを有する絶縁膜を使用する対策案は、ヒータ11の抵抗値の変動を抑制して、長期間にわたる気体の湿度の検出精度を確保する観点から不充分な対策であるということができる。 Regarding this point, as an improvement of the countermeasure plan, for example, as shown in FIG. 8, it is conceivable to form the insulating film 30 only in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. .. That is, as shown in FIG. 7, instead of forming an integral insulating film 30 so as to cover the entire heater 11, as shown in FIG. 8, the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 are formed. The insulating film 30 is formed only in the gap between the two. As a result, the insulating film 30 embedded in the gap of the heater 11 is divided, so that the magnitude of the tensile stress due to the insulating film 30 can be reduced. As a result, in the improvement of the countermeasure plan shown in FIG. 8, it is possible to suppress the occurrence of warpage over the entire heater forming region in which the heater 11 is formed. However, even in the improvement of the countermeasure plan shown in FIG. 8, the insulating film 30 is embedded in the entire gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, which is caused by the insulating film 30. Due to the tensile stress, the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 are distorted. The fact that the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 are distorted means that the resistance value of the heater 11 fluctuates due to the influence of the strain. Therefore, it can be seen that the improvement of the countermeasure plan shown in FIG. 8 is also insufficient from the viewpoint of suppressing the change in the resistance value of the heater 11 with time. As described above, the insulating film 30 has a property that it is difficult to soften even when the temperature of the heater becomes high, and the tensile stress is obtained due to the difference in the linear expansion rate from the refractory metal material constituting the heater 11 instead of the compressive stress. It is said that the countermeasure plan using an insulating film having the property of applying thermal stress is an insufficient countermeasure from the viewpoint of suppressing the fluctuation of the resistance value of the heater 11 and ensuring the detection accuracy of the gas humidity for a long period of time. be able to.

そこで、本実施の形態では、ヒータ11の抵抗値の変動を抑制して、長期間にわたる気体の湿度の検出精度を確保する熱式湿度センサを提供するための工夫を施している。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。 Therefore, in the present embodiment, a device is provided for providing a thermal humidity sensor that suppresses fluctuations in the resistance value of the heater 11 and secures detection accuracy of gas humidity over a long period of time. Hereinafter, the technical idea in the present embodiment to which this device has been devised will be described.

<実施の形態における熱式湿度センサの構成>
図9は、本実施の形態における熱式湿度センサの部分構成を示す断面図である。
<Structure of thermal humidity sensor in the embodiment>
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a partial configuration of the thermal humidity sensor according to the present embodiment.

図9では、本実施の形態の熱式湿度センサにおいて、図4に示すダイヤフラム10上の上層部20bに対応する構成が図示されている。図9に示すように、本実施の形態における熱式湿度センサは、ダイヤフラム(図9では図示されず)上に形成された絶縁膜3と、絶縁膜3上に形成された絶縁膜4と、絶縁膜4上に形成された絶縁膜5とを有する。そして、本実施の形態における熱式湿度センサは、絶縁膜5上に形成されたヒータ11を有する。このヒータ11は、折り返された抵抗配線から構成されており(図3参照)、少なくとも、互いに離間して並んで配置された第1部分11aと第2部分11bとを有する。この第1部分11aと第2部分11bとの間には、隙間(スペース)が設けられており、この隙間には、絶縁膜30(半絶縁性膜およびワイドギャップ半導体膜も含む概念で使用される)と絶縁膜6とが埋め込まれている。この絶縁膜6は、ヒータ11を覆うように、ヒータ11の上方にも形成されている。なお、絶縁膜30は、ヒータ11に撓みを発生させる要因となる応力を緩和する応力緩和膜である。 FIG. 9 shows a configuration corresponding to the upper layer portion 20b on the diaphragm 10 shown in FIG. 4 in the thermal humidity sensor of the present embodiment. As shown in FIG. 9, the thermal humidity sensor in the present embodiment includes an insulating film 3 formed on a diaphragm (not shown in FIG. 9), an insulating film 4 formed on the insulating film 3, and an insulating film 4 formed on the insulating film 3. It has an insulating film 5 formed on the insulating film 4. The thermal humidity sensor in the present embodiment has a heater 11 formed on the insulating film 5. The heater 11 is composed of folded resistance wiring (see FIG. 3), and has at least a first portion 11a and a second portion 11b arranged side by side so as to be separated from each other. A gap (space) is provided between the first portion 11a and the second portion 11b, and the gap is used in the concept of including the insulating film 30 (semi-insulating film and wide-gap semiconductor film). ) And the insulating film 6 are embedded. The insulating film 6 is also formed above the heater 11 so as to cover the heater 11. The insulating film 30 is a stress relaxation film that relaxes the stress that causes the heater 11 to bend.

さらに、本実施の形態における熱式湿度センサは、絶縁膜6上に形成された絶縁膜7と、絶縁膜7上に形成された絶縁膜8とを有する。ここで、絶縁膜3は、酸化シリコン膜から構成されており、絶縁膜4は、窒化シリコン膜から形成されている。また、絶縁膜5は、酸化シリコン膜から形成されている。さらに、絶縁膜6も酸化シリコン膜から構成されている一方、絶縁膜7は、窒化シリコン膜から構成されている。また、絶縁膜8は、酸化シリコン膜から構成されている。一方、絶縁膜30は、窒化アルミニウム膜や窒化シリコン膜から構成されている。 Further, the thermal humidity sensor in the present embodiment has an insulating film 7 formed on the insulating film 6 and an insulating film 8 formed on the insulating film 7. Here, the insulating film 3 is made of a silicon oxide film, and the insulating film 4 is made of a silicon nitride film. Further, the insulating film 5 is formed of a silicon oxide film. Further, the insulating film 6 is also made of a silicon oxide film, while the insulating film 7 is made of a silicon nitride film. Further, the insulating film 8 is made of a silicon oxide film. On the other hand, the insulating film 30 is made of an aluminum nitride film or a silicon nitride film.

ここで、酸化シリコン膜は、圧縮応力を有する膜であり、窒化シリコン膜よりも軟らかい膜である。一方、窒化アルミニウム膜は、引張応力を有する膜であり、酸化シリコン膜よりも硬い膜である。ここでいう「圧縮応力」および「引張応力」は、シリコンと接する場合を基準として規定されている。すなわち、酸化シリコン膜をシリコン(基板)と接触させた場合、酸化シリコン膜の線膨張率とシリコンの線膨張率の相違から酸化シリコン膜には、圧縮応力が加わる。一方、窒化アルミニウム膜をシリコン(基板)と接触させた場合、窒化アルミニウム膜の線膨張率とシリコンの線膨張率の相違から窒化アルミニウム膜には、引張応力が加わる。同様に、窒化シリコン膜をシリコン(基板)と接触させた場合、窒化シリコン膜の線膨張率とシリコンの線膨張率の相違から窒化シリコン膜には、引張応力が加わる。さらに言えば、酸化シリコン膜と窒化アルミニウム膜とを接触させた場合、酸化シリコン膜には、圧縮応力が加わる一方、窒化アルミニウム膜には、引張応力が加わる。同様に、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜とを接触させた場合、酸化シリコン膜には、圧縮応力が加わる一方、窒化シリコン膜には、引張応力が加わる。 Here, the silicon oxide film is a film having compressive stress and is softer than the silicon nitride film. On the other hand, the aluminum nitride film is a film having tensile stress and is harder than the silicon oxide film. The "compressive stress" and "tensile stress" referred to here are defined based on the case of contact with silicon. That is, when the silicon oxide film is brought into contact with silicon (the substrate), compressive stress is applied to the silicon oxide film due to the difference between the linear expansion rate of the silicon oxide film and the linear expansion rate of silicon. On the other hand, when the aluminum nitride film is brought into contact with silicon (the substrate), tensile stress is applied to the aluminum nitride film due to the difference between the linear expansion rate of the aluminum nitride film and the linear expansion rate of silicon. Similarly, when a silicon nitride film is brought into contact with silicon (a substrate), tensile stress is applied to the silicon nitride film due to the difference between the linear expansion rate of the silicon nitride film and the linear expansion rate of silicon. Furthermore, when the silicon oxide film and the aluminum nitride film are brought into contact with each other, compressive stress is applied to the silicon oxide film, while tensile stress is applied to the aluminum nitride film. Similarly, when the silicon oxide film and the silicon nitride film are brought into contact with each other, compressive stress is applied to the silicon oxide film, while tensile stress is applied to the silicon nitride film.

図9において、図9では図示しないダイヤフラム上に絶縁膜3と絶縁膜4と絶縁膜5とからなる積層膜を形成しているが、これは以下の理由による。すなわち、ダイヤフラム上に、例えば、酸化シリコン膜だけを形成する場合、酸化シリコン膜は、圧縮応力膜として機能することから、酸化シリコン膜の下方に形成されるダイヤフラムに大きな熱応力が加わることになり、これによって、ダイヤフラムは破損するおそれがある。そこで、図9に示すように、ダイヤフラム上に酸化シリコン膜(絶縁膜3)と窒化シリコン膜(絶縁膜4)と酸化シリコン膜(絶縁膜5)からなる積層膜を形成している。この場合、酸化シリコン膜は、圧縮応力膜として機能する一方、窒化シリコン膜は、引張応力膜として機能する。このことから、積層膜全体としての熱応力は、圧縮応力と引張応力との打ち消し合いによって小さくなる。このことは、ダイヤフラムに加わる熱応力が小さくなることを意味する。この結果、ダイヤフラムの破損を抑制することができる。つまり、ダイヤフラム上に絶縁膜3と絶縁膜4と絶縁膜5からなる積層膜を形成する技術的意義は、熱応力に起因するダイヤフラムの破損を抑制することにある。これにより、熱式湿度センサの信頼性向上を図ることができる。 In FIG. 9, a laminated film composed of an insulating film 3, an insulating film 4, and an insulating film 5 is formed on a diaphragm (not shown in FIG. 9) for the following reasons. That is, for example, when only the silicon oxide film is formed on the diaphragm, the silicon oxide film functions as a compressive stress film, so that a large thermal stress is applied to the diaphragm formed below the silicon oxide film. , This may damage the diaphragm. Therefore, as shown in FIG. 9, a laminated film composed of a silicon oxide film (insulating film 3), a silicon nitride film (insulating film 4), and a silicon oxide film (insulating film 5) is formed on the diaphragm. In this case, the silicon oxide film functions as a compressive stress film, while the silicon nitride film functions as a tensile stress film. From this, the thermal stress of the laminated film as a whole becomes small due to the cancellation of the compressive stress and the tensile stress. This means that the thermal stress applied to the diaphragm is reduced. As a result, damage to the diaphragm can be suppressed. That is, the technical significance of forming the laminated film composed of the insulating film 3, the insulating film 4, and the insulating film 5 on the diaphragm is to suppress the breakage of the diaphragm due to thermal stress. This makes it possible to improve the reliability of the thermal humidity sensor.

次に、図9において、ヒータ11上に絶縁膜6と絶縁膜7と絶縁膜8からなる積層膜を形成している理由について説明する。例えば、絶縁膜6は、酸化シリコン膜から形成され、かつ、絶縁膜7は、窒化シリコン膜から形成され、かつ、絶縁膜7は、酸化シリコン膜から形成されている。ここで、酸化シリコン膜は、窒化シリコン膜よりも軟らかい性質を有し、かつ、クラックが入りにくい性質を有している。一方、窒化シリコン膜は、酸化シリコン膜よりも硬い性質を有するが、硬いがゆえにクラックが入りやすいという性質を有している。したがって、ヒータ11を覆う絶縁膜として酸化シリコン膜単体を使用する場合には、クラック耐性には優れているが、軟らかいため、強度が弱くなる。一方、ヒータ11を覆う絶縁膜として窒化シリコン膜単体を使用する場合、硬いため、強度を確保できるが、クラック耐性が劣化することになる。そこで、ヒータ11を覆う絶縁膜として、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜を使用することにより、クラック耐性に優れているという酸化シリコン膜の利点と、外部衝撃からの強度を確保できるという窒化シリコン膜の利点とを得ることができる。つまり、ヒータ11を覆う絶縁膜として、絶縁膜6と絶縁膜7と絶縁膜8からなる積層膜を使用する技術的意義は、クラック耐性の向上と強度の確保とを両立させることにある。これにより、熱式湿度センサの信頼性を向上できる。 Next, in FIG. 9, the reason why the laminated film composed of the insulating film 6, the insulating film 7, and the insulating film 8 is formed on the heater 11 will be described. For example, the insulating film 6 is formed of a silicon oxide film, the insulating film 7 is formed of a silicon nitride film, and the insulating film 7 is formed of a silicon oxide film. Here, the silicon oxide film has a property of being softer than that of the silicon nitride film and has a property of being less likely to be cracked. On the other hand, the silicon nitride film has a property of being harder than the silicon oxide film, but has a property of being easily cracked because it is hard. Therefore, when the silicon oxide film alone is used as the insulating film covering the heater 11, the crack resistance is excellent, but the strength is weak because it is soft. On the other hand, when the silicon nitride film alone is used as the insulating film covering the heater 11, the strength can be ensured because it is hard, but the crack resistance is deteriorated. Therefore, by using a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film as an insulating film covering the heater 11, the advantage of the silicon oxide film having excellent crack resistance and the nitriding that the strength from an external impact can be secured. You can get the advantages of silicon film. That is, the technical significance of using a laminated film composed of the insulating film 6, the insulating film 7, and the insulating film 8 as the insulating film covering the heater 11 is to achieve both improvement of crack resistance and securing of strength. This can improve the reliability of the thermal humidity sensor.

さらに言えば、窒化シリコン膜は、緻密な膜であり、水分の浸入を防止するバリア膜として機能する。このことから、図9に示すように、ヒータ11を挟むように、上下に窒化シリコン膜(絶縁膜4と絶縁膜7)を設けることにより、ヒータ11に達する水分の浸入を抑制することができ、これによって、金属材料から構成されるヒータ11の水分による腐食の発生を抑制することができる。この観点からも、熱式湿度センサの信頼性を向上することができる。 Furthermore, the silicon nitride film is a dense film and functions as a barrier film for preventing the infiltration of water. Therefore, as shown in FIG. 9, by providing silicon nitride films (insulating film 4 and insulating film 7) above and below the heater 11 so as to sandwich the heater 11, it is possible to suppress the infiltration of water reaching the heater 11. As a result, it is possible to suppress the occurrence of corrosion due to moisture in the heater 11 made of a metal material. From this point of view, the reliability of the thermal humidity sensor can be improved.

続いて、図9に示すように、本実施の形態における熱式湿度センサでは、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)に、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さがヒータ11の厚さよりも小さな絶縁膜30が形成されている。言い換えれば、本実施の形態における熱式湿度センサでは、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)に、線膨張係数が1.0×10-6/K以上9.0×10-6/K以下であり、かつ、膜厚方向の厚さがヒータ11の厚さよりも小さな絶縁膜30が形成されているということもできる。そして、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)には、上述した絶縁膜30の他に、圧縮応力を有する絶縁膜6も埋め込まれている。 Subsequently, as shown in FIG. 9, in the thermal humidity sensor of the present embodiment, there is a tensile stress in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. Moreover, the insulating film 30 whose thickness in the film thickness direction is smaller than the thickness of the heater 11 is formed. In other words, in the thermal humidity sensor of the present embodiment, the linear expansion coefficient is 1.0 × 10 -6 / in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. It can also be said that the insulating film 30 having a thickness of K or more and 9.0 × 10-6 / K or less and having a thickness in the film thickness direction smaller than the thickness of the heater 11 is formed. In addition to the above-mentioned insulating film 30, an insulating film 6 having compressive stress is also embedded in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11.

このとき、絶縁膜30は、絶縁膜5上に形成されており、絶縁膜30は、絶縁膜5と接している。そして、例えば、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)に形成されている絶縁膜30の占有体積は、この隙間(スペース)の体積の1/3以上である。また、例えば、図9に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aの幅(x方向)Lは、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)の幅(x方向)Sよりも大きくなっている。 At this time, the insulating film 30 is formed on the insulating film 5, and the insulating film 30 is in contact with the insulating film 5. Then, for example, the occupied volume of the insulating film 30 formed in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is 1/3 of the volume of this gap (space). That is all. Further, for example, as shown in FIG. 9, the width (x direction) L of the first portion 11a constituting the heater 11 is the width (x) of the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b. Direction) It is larger than S.

次に、例えば、図3に示すように、熱式湿度センサ(半導体チップ104)は、平面視において、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域と、ヒータ形成領域の外側の外側領域とを有している。このとき、図9に示すように、絶縁膜30は、ヒータ形成領域内に形成されている。 Next, for example, as shown in FIG. 3, the thermal humidity sensor (semiconductor chip 104) has a heater forming region in which the heater 11 is formed and an outer region outside the heater forming region in a plan view. is doing. At this time, as shown in FIG. 9, the insulating film 30 is formed in the heater forming region.

以上のようにして、本実施の形態における熱式湿度センサが構成されている。 As described above, the thermal humidity sensor according to the present embodiment is configured.

<実施の形態における特徴>
続いて、本実施の形態における熱式湿度センサの特徴点について説明する。
<Characteristics in the embodiment>
Subsequently, the feature points of the thermal humidity sensor in the present embodiment will be described.

本実施の形態における第1特徴点は、例えば、図9に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)に、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さがヒータ11の厚さよりも小さい絶縁膜30と、圧縮応力を有する絶縁膜6の一部とが埋め込まれている点にある。これにより、本実施の形態における熱式湿度センサによれば、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができ、これによって、熱式湿度センサの長期間にわたる気体湿度の検出精度を確保することができる。 The first characteristic point in the present embodiment has, for example, as shown in FIG. 9, a tensile stress in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. Moreover, the insulating film 30 whose thickness in the film thickness direction is smaller than the thickness of the heater 11 and a part of the insulating film 6 having compressive stress are embedded. As a result, according to the thermal humidity sensor of the present embodiment, it is possible to suppress the change of the resistance value of the heater 11 with time, thereby ensuring the detection accuracy of the gas humidity of the thermal humidity sensor over a long period of time. be able to.

以下に、この理由について説明する。 The reason for this will be explained below.

例えば、上述した関連技術のように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に、圧縮応力を有する絶縁膜6である酸化シリコン膜だけを埋め込む場合、熱式湿度センサを動作させるために、ヒータ11の温度を300℃~600℃程度の高温にすると、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に埋め込まれた酸化シリコン膜も高温となる。そして、この酸化シリコン膜は、300℃~600℃程度の高温が加わると軟化する性質を有している。したがって、ヒータ11を加熱すると、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた酸化シリコン膜には、圧縮応力となる熱応力が加わるとともに軟化する。この結果、例えば、図6に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に埋め込まれた酸化シリコン膜は、塑性変形することになる。これにより、図6に示すように、ヒータ11に撓みが生じる。そして、ヒータ11に撓みが発生するということは、ヒータ11の抵抗値が変化することを意味する。したがって、例えば、関連技術のように、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に、圧縮応力を有する酸化シリコン膜だけを埋め込む構成では、酸化シリコン膜に塑性変形が生じる結果、ヒータ11の抵抗値が経時変化してしまう。 For example, as in the related technique described above, when only the silicon oxide film, which is the insulating film 6 having compressive stress, is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, a thermal formula is used. When the temperature of the heater 11 is set to a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C. in order to operate the humidity sensor, the silicon oxide film embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b also becomes high temperature. The silicon oxide film has a property of softening when a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C. is applied. Therefore, when the heater 11 is heated, the silicon oxide film embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is softened with a thermal stress which is a compressive stress. As a result, for example, as shown in FIG. 6, the silicon oxide film embedded between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is plastically deformed. This causes the heater 11 to bend, as shown in FIG. The fact that the heater 11 is bent means that the resistance value of the heater 11 changes. Therefore, for example, in the configuration in which only the silicon oxide film having compressive stress is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b as in the related technology, the silicon oxide film undergoes plastic deformation, resulting in a heater. The resistance value of 11 changes with time.

そこで、例えば、図7や図8に示す対策案(改良も含む)のように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に、引張応力を有する窒化シリコン膜だけを埋め込む構成を採用すると、塑性変形に起因するヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制できる一方、強すぎる引張応力によって、ヒータ11を構成する第1部分11aおよび第2部分11bに歪みが発生する。この結果、ヒータ11の抵抗値が経時変化する。したがって、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に、酸化シリコン膜単体を埋め込む構成(関連技術)と、窒化シリコン膜単体を埋め込む構成(対策案)のいずれの構成であっても、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することは困難となる。 Therefore, for example, as in the countermeasures (including improvements) shown in FIGS. 7 and 8, a silicon nitride film having tensile stress is provided in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. By adopting a configuration in which only the heater 11 is embedded, it is possible to suppress the change over time in the resistance value of the heater 11 due to plastic deformation, but the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 are distorted due to too strong tensile stress. do. As a result, the resistance value of the heater 11 changes with time. Therefore, either a configuration in which the silicon oxide film alone is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 (related technology) or a configuration in which the silicon nitride film alone is embedded (countermeasure plan). Even with the configuration, it is difficult to suppress the change over time in the resistance value of the heater 11.

この点に関し、本実施の形態における第1特徴点によれば、例えば、図9に示すように、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間(スペース)に、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さがヒータ11の厚さよりも小さい絶縁膜30と、圧縮応力を有する絶縁膜6の一部とが埋め込まれている。この構成では、ヒータ11の温度を300℃~600℃程度の高温にすると、隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)が軟化して塑性変形しようとするが、この隙間には、軟化しない絶縁膜30も埋め込まれている。このことから、この絶縁膜30によって、隙間のサイズ(間隔)が固定されるため、たとえ、隙間の一部に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)が軟化しても、塑性変形することが阻害される。つまり、本実施の形態における第1特徴点を採用すると、隙間に埋め込まれている絶縁膜30が存在することによって、絶縁膜30とともに隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜の塑性変形が抑制される。これにより、本実施の形態における第1特徴点によれば、酸化シリコン膜の塑性変形に起因するヒータ11の抵抗値の変動を抑制することができる。 Regarding this point, according to the first feature point in the present embodiment, for example, as shown in FIG. 9, in the gap (space) between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. An insulating film 30 having a tensile stress and having a thickness in the film thickness direction smaller than the thickness of the heater 11 and a part of the insulating film 6 having a compressive stress are embedded. In this configuration, when the temperature of the heater 11 is set to a high temperature of about 300 ° C. to 600 ° C., the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap softens and tries to plastically deform. An insulating film 30 that does not soften is also embedded. From this, since the size (interval) of the gap is fixed by the insulating film 30, even if the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in a part of the gap is softened, it is plastically deformed. Is hindered. That is, when the first feature point in the present embodiment is adopted, the presence of the insulating film 30 embedded in the gap suppresses the plastic deformation of the silicon oxide film embedded in the gap together with the insulating film 30. .. Thereby, according to the first characteristic point in the present embodiment, it is possible to suppress the fluctuation of the resistance value of the heater 11 due to the plastic deformation of the silicon oxide film.

さらに、本実施の形態における第1特徴点によれば、隙間に埋め込まれている絶縁膜30は、引張応力を有する一方、隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)は、圧縮応力を有する。したがって、隙間に埋め込まれている絶縁膜3と酸化シリコン膜(絶縁膜6)に加わる熱応力が逆特性であることから、隙間に埋め込まれている絶縁膜30と酸化シリコン膜(絶縁膜6)の組み合わせた積層膜に働く応力の絶対値は小さくなる。この結果、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bのそれぞれに生じる歪みは、例えば、図7および図8に示す対応案のように、隙間に引張応力を有する絶縁膜30単体を埋め込む構成に比べて、第1部分11aおよび第2部分11bに生じる歪みを低減することができる。このことは、本実施の形態における第1特徴点によれば、ヒータ11を構成する第1部分11aおよび第2部分11bに生じる歪みに起因するヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制できることを意味する。 Further, according to the first characteristic point in the present embodiment, the insulating film 30 embedded in the gap has a tensile stress, while the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap has a compressive stress. Has. Therefore, since the thermal stress applied to the insulating film 3 embedded in the gap and the silicon oxide film (insulating film 6) has opposite characteristics, the insulating film 30 and the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap have opposite characteristics. The absolute value of the stress acting on the combined laminated film becomes smaller. As a result, the strain generated in each of the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is, for example, a single insulating film 30 having a tensile stress in the gap, as in the countermeasures shown in FIGS. 7 and 8. The distortion generated in the first portion 11a and the second portion 11b can be reduced as compared with the embedded configuration. This means that, according to the first characteristic point in the present embodiment, it is possible to suppress the change over time in the resistance value of the heater 11 due to the strain generated in the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. do.

以上のことから、本実施の形態における第1特徴点を有する熱式湿度センサは、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制する観点から、関連技術における熱式湿度センサや対策案における熱式湿度センサに比べて、優位性を有していることがわかる。つまり、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り、今までの技術では実現困難であった熱式湿度センサにおけるヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができる。この結果、本実施の形態における熱式湿度センサによれば、長期間にわたる気体湿度の検出精度を確保することができる。言い換えれば、本実施の形態によれば、熱式湿度センサの性能向上を図ることができる。 From the above, the thermal humidity sensor having the first characteristic point in the present embodiment is the thermal humidity sensor in the related technology and the thermal humidity in the countermeasure plan from the viewpoint of suppressing the time-dependent change of the resistance value of the heater 11. It can be seen that it has an advantage over the sensor. That is, by adopting the first characteristic point in the first embodiment, it is possible to suppress the change with time of the resistance value of the heater 11 in the thermal humidity sensor, which has been difficult to realize by the conventional technology. As a result, according to the thermal humidity sensor of the present embodiment, it is possible to secure the detection accuracy of the gas humidity over a long period of time. In other words, according to the present embodiment, the performance of the thermal humidity sensor can be improved.

ここで、隙間に埋め込まれている絶縁膜30の占有体積は、隙間の体積(容積)の1/3以上であることが望ましい。なぜなら、隙間に埋め込まれている絶縁膜30の占有体積が隙間の体積の1/3を下回ると、絶縁膜30が隙間のサイズ(間隔)を固定するという機能を充分に発揮することが困難となるからである。すなわち、隙間に埋め込まれている絶縁膜30の占有体積が隙間の体積の1/3を下回ると、圧縮応力を有する酸化シリコン膜の軟化によって塑性変形が生じることを抑制できにくくなるからである。 Here, it is desirable that the occupied volume of the insulating film 30 embedded in the gap is 1/3 or more of the volume (volume) of the gap. This is because when the occupied volume of the insulating film 30 embedded in the gap is less than 1/3 of the volume of the gap, it is difficult for the insulating film 30 to fully exert the function of fixing the size (interval) of the gap. Because it becomes. That is, if the occupied volume of the insulating film 30 embedded in the gap is less than 1/3 of the volume of the gap, it becomes difficult to suppress the occurrence of plastic deformation due to the softening of the silicon oxide film having compressive stress.

なお、隙間に埋め込まれている絶縁膜30の占有体積は、隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)との関係で決定することが望ましい。具体的には、隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)は圧縮応力を有する一方、隙間に埋め込まれている絶縁膜30は、引張応力を有する。このとき、酸化シリコン膜に加わる圧縮応力と絶縁膜30に加わる引張応力とが互いに相殺すると、隙間に埋め込まれた酸化シリコン膜(絶縁膜6)と絶縁膜30との合わせたトータルの熱応力が非常に小さくなる。この場合、ヒータ11を構成する第1部分11aおよび第2部分11bに歪みが発生しにくくなり、これによって、ヒータ11の抵抗値の経時変化を効果的に抑制することができるからである。したがって、隙間に埋め込まれている絶縁膜30の占有体積は、隙間の体積(容積)の1/3以上であることを前提として、隙間に埋め込まれている酸化シリコン膜(絶縁膜6)に加わる圧縮応力を打ち消す大きさの引張応力を有するように決定することが望ましい。さらに言えば、ヒータ11を構成する第1部分11aおよび第2部分11bに歪みを与えない観点から、絶縁膜30の線膨張率は、ヒータ11を構成する金属材料の線膨張係数に近いことが望ましい。 It is desirable that the occupied volume of the insulating film 30 embedded in the gap is determined in relation to the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap. Specifically, the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap has compressive stress, while the insulating film 30 embedded in the gap has tensile stress. At this time, when the compressive stress applied to the silicon oxide film and the tensile stress applied to the insulating film 30 cancel each other out, the total thermal stress of the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap and the insulating film 30 is increased. Very small. In this case, distortion is less likely to occur in the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, whereby the change in the resistance value of the heater 11 with time can be effectively suppressed. Therefore, on the premise that the occupied volume of the insulating film 30 embedded in the gap is 1/3 or more of the volume (volume) of the gap, the insulating film 30 is added to the silicon oxide film (insulating film 6) embedded in the gap. It is desirable to determine to have a tensile stress of a magnitude that cancels the compressive stress. Furthermore, the linear expansion coefficient of the insulating film 30 is close to the linear expansion coefficient of the metal material constituting the heater 11 from the viewpoint of not distorting the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. desirable.

絶縁膜30は、例えば、窒化アルミニウム膜や窒化シリコン膜から構成することができる。ここで、例えば、絶縁膜30を窒化アルミニウム膜から構成する場合、窒化アルミニウム膜は熱伝導率が高い性質を有することから、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域内の温度分布のばらつきを抑制することができる。例えば、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間に温度差が生じている場合であっても、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に埋め込まれた熱伝導率の高い窒化アルミニウム膜(絶縁膜30)によって、第1部分11aと第2部分11bとの間の温度差が緩和される。これにより、ヒータ11が形成されているヒータ形成領域内の温度分布を均一に近づけることができる。このことは、気体の水分蒸発による電圧ばらつきが小さくなることを意味し、これによって、本実施の形態における熱式湿度センサによれば、湿度の測定精度を向上することができる。一方、絶縁膜30を窒化シリコン膜から構成する場合、窒化シリコンは、シリコンデバイスの製造技術において頻繁に使用されて、シリコンとの親和性の高い材料であることから、シリコンデバイスである熱式湿度センサに適用することが容易であるという利点が得られる。 The insulating film 30 can be made of, for example, an aluminum nitride film or a silicon nitride film. Here, for example, when the insulating film 30 is made of an aluminum nitride film, the aluminum nitride film has a property of high thermal conductivity, so that the variation in the temperature distribution in the heater forming region where the heater 11 is formed is suppressed. can do. For example, even when there is a temperature difference between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, it is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b. The aluminum nitride film (insulating film 30) having high thermal conductivity alleviates the temperature difference between the first portion 11a and the second portion 11b. As a result, the temperature distribution in the heater forming region where the heater 11 is formed can be made uniform. This means that the voltage variation due to the evaporation of water from the gas is reduced, and thereby, according to the thermal humidity sensor of the present embodiment, the humidity measurement accuracy can be improved. On the other hand, when the insulating film 30 is composed of a silicon nitride film, silicon nitride is frequently used in silicon device manufacturing technology and is a material having a high affinity with silicon. Therefore, it is a silicon device. The advantage is that it is easy to apply to the sensor.

次に、本実施の形態における第2特徴点は、例えば、図9に示すように、絶縁膜30がヒータ形成領域内にだけ形成されている点にある。これは、以下に示す理由による。すなわち、絶縁膜30として、例えば、窒化アルミニウム膜が使用されるが、上述したように、この窒化アルミニウム膜は、熱伝導率が高いという性質がある。したがって、例えば、絶縁膜30をヒータ形成領域内だけでなく、ヒータ形成領域の外側領域にも形成すると、ヒータ11で発生した熱が、熱伝導率の高い窒化アルミニウム膜によって、ヒータ形成領域の外側領域に容易に逃げてしまう。このことは、ヒータ形成領域を所定の温度にまでに上昇させる電力が大きくなることを意味する。つまり、絶縁膜30をヒータ形成領域内だけでなく、ヒータ形成領域の外側領域にまで形成すると、電力の消費効率が低下して、熱式湿度センサの消費電力が必要以上に大きくなってしまう。この点に関し、絶縁膜30をヒータ形成領域内にだけ形成するという本実施の形態における第2特徴点によれば、長期間にわたる気体湿度の検出精度を確保しながらも、熱式湿度センサの低消費電力化を図ることができるという利点が得られる。 Next, the second characteristic point in the present embodiment is that, for example, as shown in FIG. 9, the insulating film 30 is formed only in the heater forming region. This is due to the following reasons. That is, for example, an aluminum nitride film is used as the insulating film 30, and as described above, this aluminum nitride film has a property of having high thermal conductivity. Therefore, for example, when the insulating film 30 is formed not only in the heater forming region but also in the outer region of the heater forming region, the heat generated by the heater 11 is generated outside the heater forming region by the aluminum nitride film having high thermal conductivity. It easily escapes to the area. This means that the electric power for raising the heater forming region to a predetermined temperature becomes large. That is, if the insulating film 30 is formed not only in the heater forming region but also in the outer region of the heater forming region, the power consumption efficiency is lowered and the power consumption of the thermal humidity sensor becomes larger than necessary. Regarding this point, according to the second characteristic point in the present embodiment in which the insulating film 30 is formed only in the heater forming region, the thermal humidity sensor is low while ensuring the detection accuracy of the gas humidity over a long period of time. The advantage of being able to increase power consumption can be obtained.

<実施の形態における熱式湿度センサの製造方法>
続いて、本実施の形態における熱式湿度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10に示すように、絶縁膜3と絶縁膜4と絶縁膜5からなる積層膜を形成する。このとき、絶縁膜3は、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。また、絶縁膜4は、例えば、窒化シリコン膜から形成されており、例えば、CVD法を使用することができ、絶縁膜5は、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。その後、絶縁膜5上に、例えば、モリブデン(Mo)やタングステンに代表される高融点金属材料からなる金属膜を形成する。この金属膜は、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成できる。そして、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用することにより、金属膜をパターニングして、抵抗配線からなるヒータ11を形成する。このヒータ11は、折り返し形状に加工された抵抗配線から構成され、少なくとも、第1方向に延在する第1部分11aと、第1部分11aと並行しながら第1方向に延在する第2部分11bとを含む。このとき、第1部分11aと第2部分11bとの間には、隙間(スペース)が形成される。
<Manufacturing method of thermal humidity sensor in the embodiment>
Subsequently, the method of manufacturing the thermal humidity sensor according to the present embodiment will be described with reference to the drawings. First, as shown in FIG. 10, a laminated film composed of the insulating film 3, the insulating film 4, and the insulating film 5 is formed. At this time, the insulating film 3 is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed, for example, by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. Further, the insulating film 4 is formed of, for example, a silicon nitride film, and a CVD method can be used, for example, and the insulating film 5 is formed of, for example, a silicon oxide film, for example, a CVD method can be used. It can be formed by use. After that, a metal film made of a refractory metal material typified by, for example, molybdenum (Mo) or tungsten is formed on the insulating film 5. This metal film can be formed, for example, by using a sputtering method. Then, by using the photolithography technique and the etching technique, the metal film is patterned to form the heater 11 made of resistance wiring. The heater 11 is composed of a resistance wiring processed into a folded shape, and at least a first portion 11a extending in the first direction and a second portion extending in the first direction in parallel with the first portion 11a. Includes 11b. At this time, a gap (space) is formed between the first portion 11a and the second portion 11b.

次に、図11に示すように、ヒータ11を覆うように、絶縁膜5上に絶縁膜30を形成する。この絶縁膜30は、例えば、窒化アルミニウム膜や窒化シリコン膜から形成される。窒化アルミニウム膜は、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成される。一方、窒化シリコン膜は、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。ここで、絶縁膜30は、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bの間の隙間に形成されるとともに、第1部分11aの上面および第2部分11bの上面にも形成される。そして、絶縁膜50の膜厚は、ヒータ11の膜厚よりも小さくなっている。 Next, as shown in FIG. 11, the insulating film 30 is formed on the insulating film 5 so as to cover the heater 11. The insulating film 30 is formed of, for example, an aluminum nitride film or a silicon nitride film. The aluminum nitride film is formed, for example, by using a sputtering method. On the other hand, the silicon nitride film can be formed, for example, by using a CVD method. Here, the insulating film 30 is formed in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, and is also formed on the upper surface of the first portion 11a and the upper surface of the second portion 11b. .. The film thickness of the insulating film 50 is smaller than the film thickness of the heater 11.

続いて、図12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、絶縁膜30をパターニングする。絶縁膜30のパターニングは、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bの間の隙間にだけ絶縁膜30が残存するように行なわれる。 Subsequently, as shown in FIG. 12, the insulating film 30 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. The patterning of the insulating film 30 is performed so that the insulating film 30 remains only in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11.

次に、図13に示すように、ヒータ11上および絶縁膜30上を含む絶縁膜5上に、絶縁膜6を形成する。絶縁膜6は、例えば、酸化シリコン膜から形成されており、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。このとき、絶縁膜6の一部は、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に埋め込まれる。この結果、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間には、絶縁膜30と絶縁膜6とが埋め込まれる。具体的に、隙間には、窒化アルミニウム膜と酸化シリコン膜が埋め込まれる。 Next, as shown in FIG. 13, the insulating film 6 is formed on the insulating film 5 including the heater 11 and the insulating film 30. The insulating film 6 is formed of, for example, a silicon oxide film, and can be formed, for example, by using a CVD method. At this time, a part of the insulating film 6 is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. As a result, the insulating film 30 and the insulating film 6 are embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b. Specifically, an aluminum nitride film and a silicon oxide film are embedded in the gap.

その後の工程は、省略する。以上のようにして、本実施の形態における熱式湿度センサを製造することができる。 Subsequent steps will be omitted. As described above, the thermal humidity sensor according to the present embodiment can be manufactured.

<変形例1>
次に、実施の形態における変形例1について説明する。
<Modification 1>
Next, a modification 1 in the embodiment will be described.

<<熱式湿度センサの構成>>
図14は、本変形例1における熱式湿度センサの一部分(上層部)を示す模式図である。
<< Configuration of thermal humidity sensor >>
FIG. 14 is a schematic view showing a part (upper layer portion) of the thermal humidity sensor in the present modification 1.

図14に示す本変形例1における熱式湿度センサの構成は、例えば、図9に示す実施の形態における熱式湿度センサの構成とほぼ同様の構成をしているため、相違点を中心に説明する。図14において、本変形例1における熱式湿度センサは、ヒータ11を覆う絶縁膜30を有している。特に、本変形例1では、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に絶縁膜30を形成するだけでなく、第1部分11a上および第2部分11b上にも絶縁膜30が形成されている。すなわち、本変形例1における絶縁膜30は、ヒータ11の有する凹凸形状に合わせて、凹凸形状を有する一体的な膜として形成されている。このように構成されている本変形例1における熱式湿度センサでも、隙間に絶縁膜30(引張応力を有する膜)と絶縁膜6(圧縮応力を有する膜)とを設けるという実施の形態における第1特徴点が採用されている。このため、本変形例1における熱式湿度センサでも、実施の形態における熱式湿度センサと同様に、ヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができる。 Since the configuration of the thermal humidity sensor in the present modification 1 shown in FIG. 14 has almost the same configuration as the configuration of the thermal humidity sensor in the embodiment shown in FIG. 9, the differences will be mainly described. do. In FIG. 14, the thermal humidity sensor in the first modification has an insulating film 30 that covers the heater 11. In particular, in the present modification 1, not only the insulating film 30 is formed in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, but also the insulating film 30 is formed on the first portion 11a and the second portion 11b. Also, the insulating film 30 is formed. That is, the insulating film 30 in the present modification 1 is formed as an integral film having an uneven shape according to the uneven shape of the heater 11. Also in the thermal type humidity sensor in the present modification 1 configured as described above, the first embodiment in which the insulating film 30 (film having tensile stress) and the insulating film 6 (film having compressive stress) are provided in the gap. One feature point is adopted. Therefore, the thermal humidity sensor in the first modification can also suppress the change over time in the resistance value of the heater 11 as in the thermal humidity sensor in the embodiment.

ここで、本変形例1における絶縁膜30は、ヒータ11の凹凸形状に合わせて、凹凸形状を有する一体的な膜から形成されているが、例えば、図7に示す対策案とは異なり、ヒータ11の凹凸形状を反映している膜である。このため、図14に示すように、例えば、第1部分11a上に形成されている絶縁膜30の部分と、第2部分11b上に形成されている絶縁膜30の部分とは離間しており、引張応力は分散される。したがって、本変形例1における絶縁膜30を形成しても、図7に示す対策案とは異なり、絶縁膜30の引張応力が反りを発生させるほどに大きくならない。このため、本変形例1における熱式湿度センサ(図14参照)は、実施の形態における熱式湿度センサ(図9参照)と同様にヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができる。以下では、この点を説明する。 Here, the insulating film 30 in the present modification 1 is formed of an integral film having an uneven shape according to the uneven shape of the heater 11, but unlike the countermeasure plan shown in FIG. 7, for example, the heater It is a film that reflects the uneven shape of 11. Therefore, as shown in FIG. 14, for example, the portion of the insulating film 30 formed on the first portion 11a and the portion of the insulating film 30 formed on the second portion 11b are separated from each other. , The tensile stress is dispersed. Therefore, even if the insulating film 30 in the present modification 1 is formed, the tensile stress of the insulating film 30 does not become large enough to cause warpage, unlike the countermeasure plan shown in FIG. 7. Therefore, the thermal humidity sensor (see FIG. 14) in the first modification can suppress the time-dependent change of the resistance value of the heater 11 as in the thermal humidity sensor (see FIG. 9) in the embodiment. This point will be described below.

<<変形例1における効果>>
図15は、ヒータによる加熱の前後における表面段差変化量を示すグラフである。
<< Effect in Modification 1 >>
FIG. 15 is a graph showing the amount of change in surface level difference before and after heating by the heater.

ここで、表面段差は、ダイヤフラム上の上層部の表面における段差を示している。そして、本変形例1では、触針式の段差計を使用して、ヒータ11による加熱前と、ヒータ11による加熱後(500℃で1000時間)の変化量を測定している。 Here, the surface step indicates a step on the surface of the upper layer portion on the diaphragm. Then, in the present modification 1, the amount of change before heating by the heater 11 and after heating by the heater 11 (at 500 ° C. for 1000 hours) is measured by using a stylus type step meter.

図15において、横軸は、ヒータ11の中心からの距離を示しており、縦軸は、加熱前と加熱後の表面段差変化量を示している。そして、グラフ(1)は、本変形例1における加熱後の測定結果を示している一方、グラフ(2)は、図5に示す関連技術における加熱後の測定結果を示している。なお、ヒータ形成領域は、中心±45μmの範囲である。 In FIG. 15, the horizontal axis shows the distance from the center of the heater 11, and the vertical axis shows the amount of change in the surface step before and after heating. The graph (1) shows the measurement result after heating in the present modification 1, while the graph (2) shows the measurement result after heating in the related technique shown in FIG. The heater forming region is in the range of ± 45 μm in the center.

図15のグラフ(2)に着目すると、関連技術では、ヒータ形成領域の外側領域(約±100μm)から中心に向かって、表面が下方に変形していることがわかる。具体的に、ヒータ11の中心では約-0.13μmの変化が生じていることがわかる。これは、関連技術における熱式湿度センサでは、ヒータ形成領域の中心部が塑性変形していることを意味している。これに対し、図15のグラフ(1)に着目すると、本変形例1では、加熱後においても、表面段差変化量がほとんどないことがわかる。この結果から、本変形例1における熱式湿度センサでは、膜の塑性変形が抑制されることが裏付けられている。 Focusing on the graph (2) of FIG. 15, it can be seen that in the related technique, the surface is deformed downward from the outer region (about ± 100 μm) of the heater forming region toward the center. Specifically, it can be seen that a change of about −0.13 μm occurs at the center of the heater 11. This means that in the thermal humidity sensor in the related technology, the central part of the heater forming region is plastically deformed. On the other hand, paying attention to the graph (1) in FIG. 15, it can be seen that in the present modification 1, there is almost no change in the surface step even after heating. From this result, it is confirmed that the thermal humidity sensor in the first modification suppresses the plastic deformation of the film.

図16は、熱式湿度センサ(半導体チップ)を500℃に加熱した状態で、ヒータ11に電流を流して、所定の時間毎にヒータ11の抵抗値を測定(加速試験)した結果を示すグラフである。図16において、横軸は、加熱時間(通電時間)(時)を示しており、縦軸は、ヒータ抵抗変化率(%)を示している。そして、グラフ(1)は、本変形例1における測定結果を示している一方、グラフ(2)は、図5に示す関連技術における測定結果を示している。 FIG. 16 is a graph showing the results of measuring the resistance value of the heater 11 (acceleration test) by passing a current through the heater 11 in a state where the thermal humidity sensor (semiconductor chip) is heated to 500 ° C. Is. In FIG. 16, the horizontal axis represents the heating time (energization time) (hours), and the vertical axis represents the heater resistance change rate (%). The graph (1) shows the measurement results in the present modification 1, while the graph (2) shows the measurement results in the related technique shown in FIG.

図16のグラフ(2)に着目すると、関連技術では、加熱時間が数時間で0.1%以上、加熱時間が1000時間で約0.4%の抵抗値の変化(変化率)が見られることがわかる。このヒータ11の抵抗値の変化量は、絶対湿度の誤差に換算すると、約20g/mであり、室温における湿度が約10%も相違することになってしまう。 Focusing on the graph (2) of FIG. 16, in the related technology, a change (rate of change) in the resistance value of 0.1% or more in a heating time of several hours and about 0.4% in a heating time of 1000 hours can be seen. You can see that. The amount of change in the resistance value of the heater 11 is about 20 g / m 2 when converted into an error in absolute humidity, and the humidity at room temperature differs by about 10%.

これに対し、図16のグラフ(1)に着目すると、本変形例1では、加熱時間の初期に約0.02%変化するが、加熱時間が1000時間まで最大でもヒータ11の抵抗値の変化率は、約0.03%であり、ヒータの抵抗値の経時変化が抑制されていることがわかる。 On the other hand, focusing on the graph (1) of FIG. 16, in the present modification 1, the change is about 0.02% at the initial stage of the heating time, but the change in the resistance value of the heater 11 is changed even if the heating time is up to 1000 hours. The rate is about 0.03%, and it can be seen that the change in the resistance value of the heater with time is suppressed.

図15および図16の結果から、ヒータの抵抗値の変化は、ヒータ形成領域での塑性変形に大きく関係していることがわかる。すなわち、ヒータ11をモリブデン(Mo)から構成する場合、その線膨張係数は、約5.1×10-6/Kである。また、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間には、酸化シリコン膜が埋め込まれており、その線膨張係数は、約0.7×10-6/Kである。このような線膨張係数の相違によって、関連技術では、長時間加熱すると、熱応力に起因する塑性変形が酸化シリコン膜に生じる。この結果、関連技術では、ヒータ11自体も変形して、ヒータ11の抵抗値が大きく変化することになる。 From the results of FIGS. 15 and 16, it can be seen that the change in the resistance value of the heater is largely related to the plastic deformation in the heater forming region. That is, when the heater 11 is composed of molybdenum (Mo), its linear expansion coefficient is about 5.1 × 10-6 / K. Further, a silicon oxide film is embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11, and the linear expansion coefficient thereof is about 0.7 × 10 -6 / K. be. Due to such a difference in linear expansion coefficient, in the related technique, when heated for a long time, plastic deformation due to thermal stress occurs in the silicon oxide film. As a result, in the related technology, the heater 11 itself is also deformed, and the resistance value of the heater 11 changes significantly.

これに対し、本変形例1においては、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に酸化シリコン膜だけではなく、線膨張係数が4.5×10-6/Kの窒化アルミニウム膜が埋め込まれている。これにより、隙間に埋め込まれている材料の線膨張係数が平均化される。この結果、応力の分散効果を得ることができるため、酸化シリコン膜の塑性変形が抑制される。したがって、酸化シリコン膜の塑性変形に起因するヒータ11の抵抗値の経時変化が抑制されることから、熱式湿度センサの長期信頼性を確保することができる。 On the other hand, in the present modification 1, not only the silicon oxide film but also the linear expansion coefficient is 4.5 × 10 -6 / in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. An aluminum nitride film of K is embedded. This averages the linear expansion coefficients of the material embedded in the gap. As a result, the stress dispersion effect can be obtained, so that the plastic deformation of the silicon oxide film is suppressed. Therefore, since the change in the resistance value of the heater 11 with time due to the plastic deformation of the silicon oxide film is suppressed, the long-term reliability of the thermal humidity sensor can be ensured.

<<熱式湿度センサの製造方法>>
次に、本変形例1における熱式湿度センサの製造方法について説明する。
<< Manufacturing method of thermal humidity sensor >>
Next, a method of manufacturing the thermal humidity sensor in the first modification will be described.

まず、図17に示すように、半導体基板1を準備する。半導体基板1としては、例えば、単結晶シリコン基板(シリコンウェハ)を用いることができる。単結晶シリコン基板は、例えば、<100>の結晶方位のシリコン(Si)からなる。 First, as shown in FIG. 17, the semiconductor substrate 1 is prepared. As the semiconductor substrate 1, for example, a single crystal silicon substrate (silicon wafer) can be used. The single crystal silicon substrate is made of, for example, silicon (Si) having a crystal orientation of <100>.

続いて、図18に示すように、半導体基板1上に、3層の絶縁膜を形成する。具体的には、半導体基板1上に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜3を形成する。例えば、絶縁膜3は、半導体基板1を熱酸化することにより形成することができる。例えば、酸化シリコン膜からなる絶縁膜3は、熱酸化炉に酸素または水蒸気を導入して、1000℃以上の熱を加えることにより形成することができる。熱酸化法によって形成された酸化シリコン膜は、圧縮応力を有する膜となる。なお、本工程では、半導体基板1の上面だけでなく、半導体基板1の下面にも酸化シリコン膜からなる絶縁膜2が形成される。ただし、半導体基板1の上面に形成される絶縁膜3と、半導体基板1の下面に形成される絶縁膜2は、異なる工程で形成することもできる。その後、絶縁膜3上に絶縁膜4を形成する。絶縁膜4は、窒化シリコン膜からなり、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法を使用することにより形成することができる。窒化シリコン膜は、CVD法で形成した場合、引張応力を有する膜となる。そして、絶縁膜4上に絶縁膜5を形成する。絶縁膜5は、酸化シリコン膜からなり、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。CVD法で形成された酸化シリコン膜は、圧縮応力を有する膜となる。 Subsequently, as shown in FIG. 18, a three-layer insulating film is formed on the semiconductor substrate 1. Specifically, an insulating film 3 made of a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate 1. For example, the insulating film 3 can be formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 1. For example, the insulating film 3 made of a silicon oxide film can be formed by introducing oxygen or steam into a thermal oxidation furnace and applying heat of 1000 ° C. or higher. The silicon oxide film formed by the thermal oxidation method becomes a film having compressive stress. In this step, the insulating film 2 made of a silicon oxide film is formed not only on the upper surface of the semiconductor substrate 1 but also on the lower surface of the semiconductor substrate 1. However, the insulating film 3 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1 and the insulating film 2 formed on the lower surface of the semiconductor substrate 1 can be formed by different steps. After that, the insulating film 4 is formed on the insulating film 3. The insulating film 4 is made of a silicon nitride film and can be formed, for example, by using a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. When formed by the CVD method, the silicon nitride film is a film having tensile stress. Then, the insulating film 5 is formed on the insulating film 4. The insulating film 5 is made of a silicon oxide film and can be formed, for example, by using a CVD method. The silicon oxide film formed by the CVD method becomes a film having compressive stress.

このように、圧縮応力を有する膜と引張応力を有する膜とを積層することにより、膜応力が低減される結果、湿度センサ自体に不所望な応力が加わることを防止できる。 By laminating the film having compressive stress and the film having tensile stress in this way, as a result of reducing the film stress, it is possible to prevent an undesired stress from being applied to the humidity sensor itself.

本変形例では、3層の絶縁膜(絶縁膜3と絶縁膜4と絶縁膜5)を積層する構成について説明したが、この構成に限らず、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜とを追加してもよい。さらに、3層の絶縁膜を形成した時点で、例えば、窒素雰囲気において、例えば、1000℃の加熱処理を実施することにより、膜応力の安定化を図ることもできる。 In this modification, a configuration in which three layers of insulating films (insulating film 3, insulating film 4, and insulating film 5) are laminated has been described, but the present invention is not limited to this configuration, and a silicon nitride film and a silicon oxide film are added. It is also good. Further, when the three-layer insulating film is formed, the film stress can be stabilized by, for example, performing a heat treatment at 1000 ° C. in a nitrogen atmosphere.

次に、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5の表面をわずかにエッチングすることにより、絶縁膜5の表面を改質する。具体的には、例えば、アルゴンガス(Arガス)を使用したスパッタエッチングにより、絶縁膜5の表面を15nm程度エッチングする。その後、図19に示すように、表面を改質した絶縁膜5上に金属膜(導電性膜)15を形成する。例えば、絶縁膜5上に、スパッタリング法を使用して高融点金属膜を形成する。ここでは、高融点金属膜として、モリブデン膜(Mo膜)を160nm形成する。なお、モリブデン膜に替えて、タングステン膜(W膜)を使用することもできる。 Next, the surface of the insulating film 5 is modified by slightly etching the surface of the insulating film 5 made of the silicon oxide film. Specifically, for example, the surface of the insulating film 5 is etched by about 15 nm by sputtering etching using argon gas (Ar gas). After that, as shown in FIG. 19, a metal film (conductive film) 15 is formed on the insulating film 5 whose surface has been modified. For example, a refractory metal film is formed on the insulating film 5 by using a sputtering method. Here, a molybdenum film (Mo film) is formed at 160 nm as the refractory metal film. A tungsten film (W film) can also be used instead of the molybdenum film.

続いて、図20に示すように、金属膜15をパターニングする。具体的には、金属膜15上にフォトレジスト膜(図示せず)を塗布した後、フォトレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、フォトレジスト膜をパターニングする。そして、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、金属膜15をドライエッチングする。これにより、金属膜15がパターニングされて、金属膜15からなるヒータ11およびリード配線(図3に示すリード配線12aとリード配線12b)を形成することができる。その後、パターニングしたフォトレジスト膜を除去する。 Subsequently, as shown in FIG. 20, the metal film 15 is patterned. Specifically, a photoresist film (not shown) is applied onto the metal film 15, and then the photoresist film is exposed and developed to pattern the photoresist film. Then, the metal film 15 is dry-etched using the patterned photoresist film as a mask. As a result, the metal film 15 can be patterned to form the heater 11 and the lead wiring (lead wiring 12a and lead wiring 12b shown in FIG. 3) made of the metal film 15. Then, the patterned photoresist film is removed.

このようにして、ヒータ11とリード配線12a、12bとは、同層に形成される。同層に形成されるとは、同じ材料を用いて同じ工程で形成されることを意味する。 In this way, the heater 11 and the lead wirings 12a and 12b are formed in the same layer. Forming in the same layer means forming in the same process using the same material.

なお、耐熱性向上のため、モリブデン膜からなる金属膜15を形成した後、窒素雰囲気において、熱式湿度センサを使用する際の加熱温度である500℃以上、望ましくは1000℃の熱処理を行う。これにより、金属膜15の粒成長を促して、長時間にわたるヒータ加熱に対しても、ヒータの抵抗値の変動を抑制することができる。ここで、モリブデン膜(金属膜15)の線膨張係数は、5.1×10-6/Kであり、酸化シリコン膜の約0.7×10-6/Kと比較して大きいことから、モリブデン膜は引張応力を有する膜となる。 In order to improve heat resistance, after forming the metal film 15 made of molybdenum film, heat treatment is performed in a nitrogen atmosphere at a heating temperature of 500 ° C. or higher, preferably 1000 ° C., which is the heating temperature when using the thermal humidity sensor. As a result, the grain growth of the metal film 15 can be promoted, and the fluctuation of the resistance value of the heater can be suppressed even when the heater is heated for a long time. Here, the linear expansion coefficient of the molybdenum film (metal film 15) is 5.1 × 10-6 / K, which is larger than that of the silicon oxide film of about 0.7 × 10-6 / K. The molybdenum film is a film having tensile stress.

次に、図21に示すように、ヒータ11を覆うように応力調整膜として機能する絶縁膜30を形成する。例えば、絶縁膜30は、窒化アルミニウム膜から構成され、例えば、スパッタリング法を使用することより形成することができる。このとき、窒化アルミニウム膜からなる絶縁膜30の膜厚は、モリブデン膜からなるヒータ11の膜厚よりも薄い150nmである。したがって、絶縁膜30は、ヒータ11の有する凹凸形状に合わせて、凹凸形状を有する一体的な膜として形成される。窒化アルミニウム膜の線膨張係数は、4.5×10-6/Kであり、モリブデン膜の線膨張係数とほぼ等しいことから、引張応力を有する膜となる。ここで、窒化アルミニウム膜は、熱伝導率が高いという性質がある。したがって、例えば、絶縁膜30をヒータ形成領域内だけでなく、ヒータ形成領域の外側領域にも形成したままであると、ヒータ11で発生した熱が、熱伝導率の高い窒化アルミニウム膜によって、ヒータ形成領域の外側領域に容易に逃げてしまう。このことは、ヒータ形成領域を所定の温度にまでに上昇させる電力が大きくなることを意味する。つまり、絶縁膜30をヒータ形成領域内だけでなく、ヒータ形成領域の外側領域にまで形成すると、電力の消費効率が低下して、熱式湿度センサの消費電力が必要以上に大きくなってしまう。 Next, as shown in FIG. 21, an insulating film 30 that functions as a stress adjusting film is formed so as to cover the heater 11. For example, the insulating film 30 is made of an aluminum nitride film and can be formed by using, for example, a sputtering method. At this time, the film thickness of the insulating film 30 made of the aluminum nitride film is 150 nm, which is thinner than the film thickness of the heater 11 made of the molybdenum film. Therefore, the insulating film 30 is formed as an integral film having an uneven shape according to the uneven shape of the heater 11. Since the linear expansion coefficient of the aluminum nitride film is 4.5 × 10 -6 / K, which is almost equal to the linear expansion coefficient of the molybdenum film, the film has tensile stress. Here, the aluminum nitride film has a property of having high thermal conductivity. Therefore, for example, if the insulating film 30 is still formed not only in the heater forming region but also in the outer region of the heater forming region, the heat generated by the heater 11 is generated by the aluminum nitride film having high thermal conductivity. It easily escapes to the outer region of the forming region. This means that the electric power for raising the heater forming region to a predetermined temperature becomes large. That is, if the insulating film 30 is formed not only in the heater forming region but also in the outer region of the heater forming region, the power consumption efficiency is lowered and the power consumption of the thermal humidity sensor becomes larger than necessary.

このことから、図22に示すように、フォトレジスト膜をマスクとして、ヒータ形成領域にだけ絶縁膜30が残るようにパターニングする。これにより、本変形例1においても、絶縁膜30をヒータ形成領域内にだけ形成することができる。 Therefore, as shown in FIG. 22, the photoresist film is used as a mask, and the insulating film 30 is patterned so as to remain only in the heater forming region. As a result, even in the present modification 1, the insulating film 30 can be formed only in the heater forming region.

なお、応力調整膜として機能する絶縁膜30の安定化のために、熱式湿度センサを使用する際の加熱温度である500℃以上、望ましくは1000℃の熱処理を、絶縁膜30のパターニング工程の前後のいずれかに行うことが望ましい。 In order to stabilize the insulating film 30 that functions as a stress adjusting film, a heat treatment of 500 ° C. or higher, preferably 1000 ° C., which is the heating temperature when using the thermal humidity sensor, is performed in the patterning step of the insulating film 30. It is desirable to do it either before or after.

続いて、図23に示すように、ヒータ11を覆う絶縁膜30上および絶縁膜5上にわたって、3層の絶縁膜を形成する。具体的に、まず、ヒータ11を覆う絶縁膜30上および絶縁膜5上にわたって絶縁膜6を形成する。この絶縁膜6は、例えば、酸化シリコン膜からなり、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。絶縁膜6の膜厚は、例えば、600nm程度である。このとき、絶縁膜6の一部は、ヒータ11の隙間に埋め込まれる。この結果、ヒータ11の隙間には、絶縁膜30と絶縁膜6とが埋め込まれる。具体的に、隙間には、窒化アルミニウム膜と酸化シリコン膜が埋め込まれる。 Subsequently, as shown in FIG. 23, a three-layer insulating film is formed over the insulating film 30 and the insulating film 5 covering the heater 11. Specifically, first, the insulating film 6 is formed over the insulating film 30 and the insulating film 5 that cover the heater 11. The insulating film 6 is made of, for example, a silicon oxide film, and can be formed, for example, by using a CVD method. The film thickness of the insulating film 6 is, for example, about 600 nm. At this time, a part of the insulating film 6 is embedded in the gap of the heater 11. As a result, the insulating film 30 and the insulating film 6 are embedded in the gap of the heater 11. Specifically, an aluminum nitride film and a silicon oxide film are embedded in the gap.

その後、例えば、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法を使用することにより、絶縁膜6の表面を平坦化する。そして、平坦化された絶縁膜6上に絶縁膜7を形成する。絶縁膜7は、窒化シリコン膜から形成され、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。次に、絶縁膜7上に絶縁膜8を形成する。絶縁膜8は、酸化シリコン膜からなり、例えば、CVD法を使用することにより形成することができる。 Then, for example, the surface of the insulating film 6 is flattened by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method. Then, the insulating film 7 is formed on the flattened insulating film 6. The insulating film 7 is formed of a silicon nitride film, and can be formed, for example, by using a CVD method. Next, the insulating film 8 is formed on the insulating film 7. The insulating film 8 is made of a silicon oxide film and can be formed, for example, by using a CVD method.

このように、酸化シリコン膜からなる絶縁膜6の表面を平坦化することにより、絶縁膜6上に形成される絶縁膜7と絶縁膜8とが平坦な積層膜として形成される。これにより、熱式湿度センサ自体に不所望な応力が加わることを抑制できる。 By flattening the surface of the insulating film 6 made of the silicon oxide film in this way, the insulating film 7 and the insulating film 8 formed on the insulating film 6 are formed as a flat laminated film. As a result, it is possible to suppress the application of undesired stress to the thermal humidity sensor itself.

なお、絶縁膜6~8のそれぞれの応力を調整するため、それぞれの絶縁膜6~8を形成した後に熱処理を行なうこともできる。また、窒化シリコン膜からなる絶縁膜4と、窒化シリコン膜からなる絶縁膜7は、ヒータ11が発熱した際に、ヒータ11を覆う絶縁膜30が熱応力で降伏状態まで伸縮しないように制限する機能も有している。 In order to adjust the stress of each of the insulating films 6 to 8, heat treatment can be performed after forming each of the insulating films 6 to 8. Further, the insulating film 4 made of a silicon nitride film and the insulating film 7 made of a silicon nitride film limit the insulating film 30 covering the heater 11 so as not to expand and contract to a yield state due to thermal stress when the heater 11 generates heat. It also has a function.

ここで、例えば、図23に示すように、本変形例1において、窒化シリコン膜からなる絶縁膜7は、絶縁膜30の上方に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、表面が平坦な膜である。これにより、窒化シリコン膜からなる絶縁膜7に備わる引張応力によって、例えば、ヒータ11を覆う絶縁膜30の角部に加わる熱応力が緩和される。このことは、ヒータ11を覆う絶縁膜30の角部にクラックは発生することを抑制できることを意味する。すなわち、本変形例1において、窒化シリコン膜からなる絶縁膜7は、さらに、ヒータ11を覆うように形成された絶縁膜30の角部に発生するクラックを抑制するという技術的意義も有していることになる。 Here, for example, as shown in FIG. 23, in the present modification 1, the insulating film 7 made of a silicon nitride film is formed above the insulating film 30, has tensile stress, and has a flat surface. It is a thin film. As a result, for example, the thermal stress applied to the corner portion of the insulating film 30 covering the heater 11 is relaxed by the tensile stress provided in the insulating film 7 made of the silicon nitride film. This means that it is possible to suppress the generation of cracks in the corners of the insulating film 30 that covers the heater 11. That is, in the present modification 1, the insulating film 7 made of a silicon nitride film also has a technical significance of suppressing cracks generated in the corners of the insulating film 30 formed so as to cover the heater 11. Will be there.

次に、例えば、図3および図23を参考にしながら、プラグ14aを介してリード配線12aと電気的に接続される電極13aと、プラグ14bを介してリード配線12bと電気的に接続される電極13bとの形成工程を説明する。ここで、以下では、例えば、リード配線(12a、12b)のように、図3に示されている符号は、(符号)で記載する。 Next, for example, referring to FIGS. 3 and 23, an electrode 13a electrically connected to the lead wiring 12a via the plug 14a and an electrode electrically connected to the lead wiring 12b via the plug 14b. The forming step with 13b will be described. Here, in the following, the reference numerals shown in FIG. 3, such as lead wiring (12a, 12b), are described by (reference numerals).

まず、図23において、ヒータ11を覆うように絶縁膜6~8が形成されているが、ヒータ11とリード配線(12a、12b)は、同層に形成されている。このため、リード配線(12a、12b)上にも絶縁膜6~8が形成されている。 First, in FIG. 23, the insulating films 6 to 8 are formed so as to cover the heater 11, but the heater 11 and the lead wirings (12a, 12b) are formed in the same layer. Therefore, the insulating films 6 to 8 are also formed on the lead wirings (12a, 12b).

このことを前提として、まず、絶縁膜8上にフォトレジスト膜を塗布した後、フォトレジスト膜に対して露光・現像処理を施すことにより、コンタクトホール形成領域を開口するフォトレジスト膜を形成する(フォトレジスト膜のパターニング)。そして、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、絶縁膜8と絶縁膜7と絶縁膜6とを順次ドライエッチングすることにより、リード配線(12a、12b)のそれぞれに達するコンタクトホールを形成する。これらのコンタクトホールの底部には、リード配線(12a、12b)の表面が露出する。その後、パターニングしたフォトレジスト膜を除去する。 On the premise of this, first, a photoresist film is applied on the insulating film 8, and then the photoresist film is exposed and developed to form a photoresist film that opens a contact hole forming region (). Patterning of photoresist film). Then, using the patterned photoresist film as a mask, the insulating film 8, the insulating film 7, and the insulating film 6 are sequentially dry-etched to form contact holes reaching each of the lead wirings (12a, 12b). The surface of the lead wiring (12a, 12b) is exposed at the bottom of these contact holes. Then, the patterned photoresist film is removed.

続いて、絶縁膜8の表面と、コンタクトホールから露出するリード配線(12a、12b)の表面をわずかにエッチングすることにより、これらの表面を改質する。具体的に、例えば、アルゴンガス(Arガス)を使用したスパッタエッチングにより15nm程度エッチングする。 Subsequently, the surface of the insulating film 8 and the surface of the lead wiring (12a, 12b) exposed from the contact hole are slightly etched to modify these surfaces. Specifically, for example, about 15 nm is etched by sputter etching using argon gas (Ar gas).

その後、リード配線(12a、12b)と電気的に接続される電極(13a、13b)を形成する。具体的に、まず、コンタクトホール内を含む絶縁膜8上に金属膜(導電性膜)を形成する。例えば、コンタクトホール内を含む絶縁膜8上に、スパッタリング法を使用して、バリアメタル膜を形成し、このバリアメタル膜上に主金属膜を形成する。ここでは、例えば、バリアメタル膜として、チタン膜(Ti膜)を20nm~200nm形成した後、主金属膜として、アルミニウム膜(Al膜)をバリアメタル膜よりも厚い膜厚で形成する。これにより、コンタクトホールの内部は、バリアメタル膜と主金属膜とによって埋め込まれて、プラグ(14a、14b)が形成される。 After that, electrodes (13a, 13b) electrically connected to the lead wiring (12a, 12b) are formed. Specifically, first, a metal film (conductive film) is formed on the insulating film 8 including the inside of the contact hole. For example, a barrier metal film is formed on the insulating film 8 including the inside of the contact hole by using a sputtering method, and a main metal film is formed on the barrier metal film. Here, for example, a titanium film (Ti film) is formed at 20 nm to 200 nm as a barrier metal film, and then an aluminum film (Al film) is formed as a main metal film with a thickness thicker than that of the barrier metal film. As a result, the inside of the contact hole is embedded by the barrier metal film and the main metal film to form plugs (14a, 14b).

なお、バリアメタル膜は、チタン膜の他、例えば、窒化チタン膜(TiN膜)や窒化タングステン膜(TiW膜)を使用することもできるし、バリアメタル膜として、これらの積層膜を使用することもできる。一方、主金属膜は、アルミニウム膜に限らず、例えば、アルミニウム(Al)を主成分とするアルミニウム合金膜を使用することもできる。 As the barrier metal film, for example, a titanium nitride film (TiN film) or a tungsten nitride film (TiW film) can be used in addition to the titanium film, and these laminated films can be used as the barrier metal film. You can also. On the other hand, the main metal film is not limited to the aluminum film, and for example, an aluminum alloy film containing aluminum (Al) as a main component can be used.

次に、主金属膜上にフォトレジスト膜を塗布して、フォトレジスト膜に対して、露光・現像処理を施すことにより、電極(13a、13b)を形成する電極形成領域を覆うようにフォトレジスト膜をパターニングする。そして、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、主金属膜とバリアメタル膜をドライエッチングすることにより、電極(13a、13b)を形成する。これにより、電極(13a)は、コンタクトホール内のプラグ(14a)を介してリード配線(12a)と電気的に接続される。同様に、電極(13b)は、コンタクトホール内のプラグ(14b)を介してリード配線(12b)と電気的に接続される。この後、パターニングしたフォトレジスト膜は除去される。 Next, a photoresist film is applied on the main metal film, and the photoresist film is exposed and developed to cover the electrode forming region forming the electrodes (13a, 13b). Pattern the film. Then, the electrodes (13a, 13b) are formed by dry etching the main metal film and the barrier metal film using the patterned photoresist film as a mask. As a result, the electrode (13a) is electrically connected to the lead wiring (12a) via the plug (14a) in the contact hole. Similarly, the electrode (13b) is electrically connected to the lead wiring (12b) via a plug (14b) in the contact hole. After this, the patterned photoresist film is removed.

続いて、図24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、半導体基板1の裏面に形成されている酸化シリコン膜からなる絶縁膜2をパターニングする。絶縁膜2のパターニングは、ダイヤフラム形成領域を開口するように行なわれる。その後、図25に示すように、パターニングした絶縁膜2をマスクとして、半導体基板1を絶縁膜3が露出するまでウェットエッチングすることにより、半導体基板1にダイヤフラム(薄肉部)10を形成する。例えば、KOH(水酸化カリウム)溶液またはTMAH(テトラメチルアミド)溶液を使用してウェットエッチングを行なう。ただし、ウェットエッチングに限らず、例えば、フッ素系ガスを使用したドライエッチングにより、半導体基板1にダイヤフラム10を形成することもできる。 Subsequently, as shown in FIG. 24, the insulating film 2 made of the silicon oxide film formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is patterned by using the photolithography technique and the etching technique. The patterning of the insulating film 2 is performed so as to open the diaphragm forming region. Then, as shown in FIG. 25, a diaphragm (thin wall portion) 10 is formed on the semiconductor substrate 1 by wet-etching the semiconductor substrate 1 with the patterned insulating film 2 as a mask until the insulating film 3 is exposed. For example, wet etching is performed using a KOH (potassium hydroxide) solution or a TMAH (tetramethylamide) solution. However, the diaphragm 10 can be formed on the semiconductor substrate 1 not only by wet etching but also by dry etching using, for example, a fluorine-based gas.

ここでは、半導体基板1の裏面に形成された酸化シリコン膜からなる絶縁膜2をハードマスクとして利用しているが、これに限らず、例えば、絶縁膜2上に他の膜を積層した積層膜(例えば、酸化シリコン膜と窒化シリコン膜の積層膜)をハードマスクとして利用することもできる。さらには、半導体基板1の上面側の処理が終了した後(例えば、電極(13a、13bを形成した後)、半導体基板1の裏面に別途絶縁膜を形成して、この絶縁膜をマスクに使用することもできる。 Here, the insulating film 2 made of a silicon oxide film formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 is used as a hard mask, but the present invention is not limited to this, and for example, a laminated film in which another film is laminated on the insulating film 2. (For example, a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film) can also be used as a hard mask. Further, after the processing on the upper surface side of the semiconductor substrate 1 is completed (for example, after forming the electrodes (13a, 13b)), a separate insulating film is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 and this insulating film is used as a mask. You can also do it.

なお、半導体基板1にダイヤフラム10を形成した後、絶縁膜8および電極(13a、13b)を覆うように保護絶縁膜を形成し、電極(13a、13b)上に形成されている保護絶縁膜に開口部を形成することにより、電極(13a、13b)の一部を露出させたパッドを形成することもできる。このようにして、パッドを形成した後、例えば、半導体ウェハ状態(シリコンウェハ状態)の半導体基板1をダイシングすることにより、本変形例1における熱式湿度センサ(半導体チップ)を形成することができる。なお、例えば、熱式湿度センサとなる半導体チップに形成されているパッドは、ボンディングワイヤを使用して、配線基板(プリント基板)の配線(端子)と電気的に接続される。 After forming the diaphragm 10 on the semiconductor substrate 1, a protective insulating film is formed so as to cover the insulating film 8 and the electrodes (13a, 13b), and the protective insulating film formed on the electrodes (13a, 13b) is formed. By forming the opening, it is also possible to form a pad in which a part of the electrodes (13a, 13b) is exposed. In this way, after the pad is formed, for example, by dicing the semiconductor substrate 1 in the semiconductor wafer state (silicon wafer state), the thermal humidity sensor (semiconductor chip) in the present modification 1 can be formed. .. For example, a pad formed on a semiconductor chip to be a thermal humidity sensor is electrically connected to a wiring (terminal) of a wiring board (printed circuit board) by using a bonding wire.

<変形例2>
続いて、実施の形態における変形例2について説明する。
<Modification 2>
Subsequently, the modification 2 in the embodiment will be described.

<<熱式湿度センサの構成>>
図26は、本変形例2における熱式湿度センサの模式的な構成を示す断面図である。
<< Configuration of thermal humidity sensor >>
FIG. 26 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the thermal humidity sensor in the second modification.

図26において、本変形例2における熱式湿度センサでは、ヒータ11と絶縁膜30との間に中間膜40が設けられている。その他の構成は、変形例1における熱式湿度センサの構成と同様である。 In FIG. 26, in the thermal humidity sensor of the second modification, an interlayer film 40 is provided between the heater 11 and the insulating film 30. Other configurations are the same as the configuration of the thermal humidity sensor in the first modification.

例えば、ヒータ11を覆うように形成される絶縁膜30は、窒化アルミニウム膜や窒化シリコン膜から構成される。ここで、窒化シリコン膜は、ヒータ11を構成する高融点金属膜(例えば、モリブデン膜)との密着性がそれほど良好ではないという性質がある。例えば、絶縁膜30を窒化シリコン膜から構成する場合、ヒータ11を構成する高融点金属膜と、絶縁膜30を構成する窒化シリコン膜とが密着することになるが、高融点金属膜と窒化シリコン膜との密着力が弱いため、製造工程中において加えられる熱処理などによって、絶縁膜30がヒータ11から剥離する可能性がある。 For example, the insulating film 30 formed so as to cover the heater 11 is composed of an aluminum nitride film or a silicon nitride film. Here, the silicon nitride film has a property that the adhesion to the refractory metal film (for example, a molybdenum film) constituting the heater 11 is not so good. For example, when the insulating film 30 is made of a silicon nitride film, the refractory metal film constituting the heater 11 and the silicon nitride film constituting the insulating film 30 are in close contact with each other, but the refractory metal film and silicon nitride are in close contact with each other. Since the adhesion to the film is weak, the insulating film 30 may be peeled off from the heater 11 due to heat treatment or the like applied during the manufacturing process.

この点に関し、本変形例2では、ヒータ11と絶縁膜30との間に、例えば、酸化シリコン膜からなる中間膜40を挿入している。この場合、ヒータ11を構成する高融点金属膜と、中間膜40を構成する酸化シリコン膜との密着性は良好であるため、ヒータ11からの絶縁膜30の剥離を抑制することができる。さらには、中間膜40を構成する酸化シリコン膜と、絶縁膜30を構成する窒化シリコン膜との密着性も良好であるため、中間膜40と絶縁膜30との密着性も向上することができる。 In this regard, in the present modification 2, for example, an intermediate film 40 made of a silicon oxide film is inserted between the heater 11 and the insulating film 30. In this case, since the adhesion between the refractory metal film constituting the heater 11 and the silicon oxide film constituting the intermediate film 40 is good, peeling of the insulating film 30 from the heater 11 can be suppressed. Further, since the adhesion between the silicon oxide film constituting the interlayer film 40 and the silicon nitride film constituting the insulating film 30 is also good, the adhesion between the intermediate film 40 and the insulating film 30 can be improved. ..

以上のことから、本変形例2では、ヒータ11と絶縁膜30との間に中間膜40を設けることにより、ヒータ11と中間膜40との密着力の向上と、中間膜40と絶縁膜30との密着力の向上の両方を実現することができる。これにより、本変形例2によれば、信頼性の高い熱式湿度センサを提供することができる。 From the above, in the present modification 2, by providing the interlayer film 40 between the heater 11 and the insulating film 30, the adhesion between the heater 11 and the interlayer film 40 is improved, and the interlayer film 40 and the insulating film 30 are provided. It is possible to realize both improvement of the adhesion with and. Thereby, according to the present modification 2, it is possible to provide a highly reliable thermal humidity sensor.

<<熱式湿度センサの製造方法>>
本変形例2では、ヒータ11を形成した後、ヒータ11よりも膜厚の小さい中間膜40を形成する。中間膜40は、例えば、プラズマCVD法を使用することにより形成された酸化シリコン膜から構成される。このとき、中間膜40を構成する酸化シリコン膜の膜厚は、例えば、約50nmである。その後、中間膜40上に、例えば、窒化シリコン膜からなる絶縁膜30を形成する。この窒化シリコン膜の膜厚は、約100nmである。
<< Manufacturing method of thermal humidity sensor >>
In the second modification, after the heater 11 is formed, the interlayer film 40 having a film thickness smaller than that of the heater 11 is formed. The interlayer film 40 is composed of, for example, a silicon oxide film formed by using a plasma CVD method. At this time, the film thickness of the silicon oxide film constituting the intermediate film 40 is, for example, about 50 nm. After that, an insulating film 30 made of, for example, a silicon nitride film is formed on the interlayer film 40. The film thickness of this silicon nitride film is about 100 nm.

以降の工程は、変形例1における熱式湿度センサの製造方法とほぼ同様である。以上のようにして、本変形例2における熱式湿度センサを製造することができる。 Subsequent steps are almost the same as the manufacturing method of the thermal humidity sensor in the first modification. As described above, the thermal humidity sensor according to the second modification can be manufactured.

なお、中間膜40は、酸化シリコン膜に限らず、例えば、窒素を含有する酸化シリコン膜、炭素を含有する酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、非導電性を有する金属酸化物膜などから構成することもできる。特に、中間膜40は、例えば、融点が1000℃以上の耐熱性に優れた膜から構成することが望ましい。 The interlayer film 40 is not limited to the silicon oxide film, and is composed of, for example, a silicon oxide film containing nitrogen, a silicon oxide film containing carbon, an aluminum oxide film, a metal oxide film having non-conductivity, and the like. You can also. In particular, it is desirable that the interlayer film 40 is made of, for example, a film having a melting point of 1000 ° C. or higher and having excellent heat resistance.

<変形例3>
次に、実施の形態における変形例3について説明する。
<Modification 3>
Next, a modification 3 in the embodiment will be described.

<<熱式湿度センサの構成>>
図27は、本変形例3における熱式湿度センサの模式的な構成を示す断面図である。
<< Configuration of thermal humidity sensor >>
FIG. 27 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the thermal humidity sensor in the present modification 3.

図27において、本変形例3における熱式湿度センサでは、ヒータ11の下層に、ヒータ11を構成する高融点金属の線膨張係数に近い線膨張係数を有する絶縁膜45が形成されている。すなわち、ヒータ11の下層に引張応力を有する絶縁膜45が形成されている。この絶縁膜45は、ヒータ11を覆うように形成されている絶縁膜30と同じ材料から構成され、例えば、絶縁膜45の膜厚は、絶縁膜30の膜厚よりも薄くなっている。その他の構成は、変形例1における熱式湿度センサの構成と同様である。このように本変形例3における熱式湿度センサでは、絶縁膜30の下方に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、表面が平坦な絶縁膜45がヒータ11の下層に形成されている。 In FIG. 27, in the thermal humidity sensor of the third modification, an insulating film 45 having a linear expansion coefficient close to the linear expansion coefficient of the refractory metal constituting the heater 11 is formed on the lower layer of the heater 11. That is, an insulating film 45 having tensile stress is formed in the lower layer of the heater 11. The insulating film 45 is made of the same material as the insulating film 30 formed so as to cover the heater 11. For example, the film thickness of the insulating film 45 is thinner than the film thickness of the insulating film 30. Other configurations are the same as the configuration of the thermal humidity sensor in the first modification. As described above, in the thermal humidity sensor in the third modification, the insulating film 45 formed below the insulating film 30, has tensile stress, and has a flat surface is formed in the lower layer of the heater 11. ..

例えば、圧縮応力を有する絶縁膜5(酸化シリコン膜)がヒータ11と接触するようにヒータ11の下層に形成されていると、ヒータ11を加熱する際、ヒータ11と絶縁膜5との接触部分で大きな熱応力が発生する。この熱応力は、ヒータ11の抵抗値の変動を引き起こす要因となるため、小さくすることが望ましい。 For example, if the insulating film 5 (silicon oxide film) having compressive stress is formed in the lower layer of the heater 11 so as to be in contact with the heater 11, when the heater 11 is heated, the contact portion between the heater 11 and the insulating film 5 is formed. Generates a large thermal stress. Since this thermal stress causes fluctuations in the resistance value of the heater 11, it is desirable to reduce it.

この点に関し、本変形例3では、引張応力を有する絶縁膜45をヒータ11と接触するようにヒータ11の下層に形成している。これにより、ヒータ11を加熱する際、ヒータ11自体に引張応力が加わるとともに、ヒータ11の下層に位置する絶縁膜45にも引張応力が加わる。したがって、ヒータ11と絶縁膜45との接触部分における熱応力を小さくすることができる。この結果、本変形例3によれば、ヒータ11の抵抗値の変動を抑制することができる。 In this regard, in the present modification 3, the insulating film 45 having tensile stress is formed in the lower layer of the heater 11 so as to be in contact with the heater 11. As a result, when the heater 11 is heated, a tensile stress is applied to the heater 11 itself, and a tensile stress is also applied to the insulating film 45 located in the lower layer of the heater 11. Therefore, the thermal stress at the contact portion between the heater 11 and the insulating film 45 can be reduced. As a result, according to the present modification 3, fluctuations in the resistance value of the heater 11 can be suppressed.

さらに、絶縁膜45は、熱伝導率の高い材料から構成されることが望ましい。なぜなら、ヒータ11の下層に位置する絶縁膜45を熱伝導率の高い材料から構成することにより、ヒータ形成領域内の温度分布を均一化することができるからである。このことは、高温となりやすいヒータ形成領域の中心部での塑性変形を抑制できやすくなることを意味し、これによって、長期間にわたる熱式湿度センサの検出精度を維持することができる。 Further, it is desirable that the insulating film 45 is made of a material having high thermal conductivity. This is because the insulating film 45 located in the lower layer of the heater 11 is made of a material having high thermal conductivity, so that the temperature distribution in the heater forming region can be made uniform. This means that it becomes easy to suppress the plastic deformation in the central portion of the heater forming region where the temperature tends to be high, and thereby the detection accuracy of the thermal humidity sensor can be maintained for a long period of time.

<<熱式湿度センサの製造方法>>
本変形例3では、酸化シリコン膜からなる絶縁膜5を形成した後、絶縁膜5上に絶縁膜45を形成する。この絶縁膜45は、例えば、窒化アルミニウム膜から形成され、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成することができる。絶縁膜45の膜厚は、例えば、約50nmである。次に、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、絶縁膜45をパターニングする。絶縁膜45のパターニングは、ヒータ形成領域にだけ絶縁膜45が残存するように行なわれる。これは、窒化アルミニウム膜から構成される絶縁膜45の熱伝導率が高いため、ヒータ形成領域の外側領域にまで延在するように形成すると、ヒータ形成領域に形成されているヒータから発生した熱が、ヒータ形成領域の外側領域まで容易に拡散して(熱逃げ)、消費電力の増大を抑制することを考慮したものである。以降の工程は、変形例1における熱式湿度センサの製造方法とほぼ同様である。以上のようにして、本変形例3における熱式湿度センサを製造することができる。
<< Manufacturing method of thermal humidity sensor >>
In the present modification 3, the insulating film 5 made of the silicon oxide film is formed, and then the insulating film 45 is formed on the insulating film 5. The insulating film 45 is formed of, for example, an aluminum nitride film, and can be formed, for example, by using a sputtering method. The film thickness of the insulating film 45 is, for example, about 50 nm. Next, the insulating film 45 is patterned by using a photolithography technique and an etching technique. The patterning of the insulating film 45 is performed so that the insulating film 45 remains only in the heater forming region. This is because the heat conductivity of the insulating film 45 made of the aluminum nitride film is high, so that when the insulating film 45 is formed so as to extend to the outer region of the heater forming region, the heat generated from the heater formed in the heater forming region is generated. However, it is considered that the heat is easily diffused to the outer region of the heater forming region (heat escape) to suppress the increase in power consumption. Subsequent steps are almost the same as the manufacturing method of the thermal humidity sensor in the first modification. As described above, the thermal humidity sensor according to the third modification can be manufactured.

なお、絶縁膜45の膜厚は、ヒータ11の膜厚よりも薄く、かつ、ヒータ11を覆う絶縁膜30の膜厚よりも薄いことが望ましい。なぜなら、絶縁膜45の膜厚が厚くなると、絶縁膜45の線膨張に起因する熱応力が大きくなりすぎるからである。 It is desirable that the film thickness of the insulating film 45 is thinner than the film thickness of the heater 11 and thinner than the film thickness of the insulating film 30 covering the heater 11. This is because when the film thickness of the insulating film 45 becomes thicker, the thermal stress caused by the linear expansion of the insulating film 45 becomes too large.

<変形例4>
続いて、実施の形態における変形例4について説明する。
<Modification example 4>
Subsequently, the modified example 4 in the embodiment will be described.

<<熱式湿度センサの構成>>
図28は、本変形例4における熱式湿度センサの模式的な構成を示す断面図である。
<< Configuration of thermal humidity sensor >>
FIG. 28 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the thermal humidity sensor in the present modification 4.

図28において、本変形例4における熱式湿度センサでは、絶縁膜30が、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に形成された第1膜部位30aと、第1部分11a上および第2部分11b上に形成された第2膜部位30bから構成されており、第1膜部位30aと第2膜部位30bとが分離されている。言い換えれば、本変形例4における熱式湿度センサでは、ヒータ11を構成する第1部分11aの側壁および第2部分11bの側壁に絶縁膜30が形成されていない。その他の構成は、変形例1における熱式湿度センサの構成と同様である。 In FIG. 28, in the thermal type humidity sensor in the present modification 4, the insulating film 30 has a first film portion 30a formed in a gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11. It is composed of a second film portion 30b formed on the first portion 11a and the second portion 11b, and the first film portion 30a and the second film portion 30b are separated from each other. In other words, in the thermal humidity sensor in the present modification 4, the insulating film 30 is not formed on the side wall of the first portion 11a and the side wall of the second portion 11b constituting the heater 11. Other configurations are the same as the configuration of the thermal humidity sensor in the first modification.

このように構成されている本変形例4における熱式湿度センサでは、ヒータ11を構成する第1部分11aの側壁および第2部分11bの側壁に絶縁膜30が形成されないことから、第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間の距離を小さくしても、この隙間に引張応力を有する絶縁膜30(第1膜部位30a)と圧縮応力を有する絶縁膜6の一部を埋め込むことができる。そして、本変形例4では、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間に埋め込まれる絶縁膜6の体積を低減することができる。このことは、塑性変形しやすい絶縁膜6の体積を低減できるということは、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間自体が塑性変形しにくくなることを意味し、これによって、ヒータ11の撓みを抑制することができる。したがって、本変形例4では、さらに、圧縮応力を有する絶縁膜6の塑性変形に起因するヒータ11の抵抗値の経時変化を抑制することができる。また、ヒータ11を構成する第1部分11aと第2部分11bとの間の隙間の体積(容積)を小さくできるということは、ヒータ11の発熱部位(例えば、第1部分11aや第2部分11b)の占有密度を向上できることを意味し、これによって、ヒータ11の発熱効率を向上することができる。そして、ヒータ11の発熱効率を向上できるということは、熱式湿度センサの低消費電力化を図ることができることを意味する。以上のことから、本変形例4における熱式湿度センサによれば、低消費電力化を図りながら、長期間にわたる熱式湿度センサの検出精度を維持できる。 In the thermal humidity sensor in the present modification 4 configured in this way, the insulating film 30 is not formed on the side wall of the first portion 11a and the side wall of the second portion 11b constituting the heater 11, so that the first portion 11a is formed. Even if the distance between the second portion 11b and the second portion 11b is reduced, a part of the insulating film 30 having tensile stress (first film portion 30a) and the insulating film 6 having compressive stress can be embedded in this gap. can. Then, in the present modification 4, the volume of the insulating film 6 embedded in the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 can be reduced. This means that the volume of the insulating film 6 that is easily plastically deformed can be reduced, which means that the gap itself between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 is less likely to be plastically deformed. As a result, the deflection of the heater 11 can be suppressed. Therefore, in the present modification 4, it is possible to further suppress the change over time in the resistance value of the heater 11 due to the plastic deformation of the insulating film 6 having compressive stress. Further, the fact that the volume (volume) of the gap between the first portion 11a and the second portion 11b constituting the heater 11 can be reduced means that the heat generating portion of the heater 11 (for example, the first portion 11a and the second portion 11b) can be reduced. ) Can be improved, thereby improving the heat generation efficiency of the heater 11. The fact that the heat generation efficiency of the heater 11 can be improved means that the power consumption of the thermal humidity sensor can be reduced. From the above, according to the thermal humidity sensor in the present modification 4, the detection accuracy of the thermal humidity sensor can be maintained for a long period of time while reducing the power consumption.

<<熱式湿度センサの製造方法>>
本変形例4では、ヒータ11を形成した後、絶縁膜30を形成する。具体的に、フォトリソグラフィ技術を利用して、フォトレジスト膜に対して、ヒータ形成領域だけを開口するようにパターニングする。そして、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクにして、指向性の高いロングスロースパッタリング法により、例えば、窒化アルミニウム膜からなる第1膜部位30aおよび第2膜部位30bからなる絶縁膜30を形成する。すなわち、ロングスロースパッタリング法を使用した場合、ヒータ11を構成する第1部分11aの側壁および第2部分11bの側壁には、ほとんど窒化アルミニウム膜が形成されない。以降の工程は、変形例1における熱式湿度センサの製造方法とほぼ同様である。以上のようにして、本変形例4における熱式湿度センサを製造することができる。
<< Manufacturing method of thermal humidity sensor >>
In the present modification 4, the insulating film 30 is formed after the heater 11 is formed. Specifically, using a photolithography technique, the photoresist film is patterned so as to open only the heater forming region. Then, using the patterned photoresist film as a mask, for example, an insulating film 30 made of a first film portion 30a made of an aluminum nitride film and a second film portion 30b is formed by a long slow sputtering method having high directivity. That is, when the long slow sputtering method is used, almost no aluminum nitride film is formed on the side wall of the first portion 11a and the side wall of the second portion 11b constituting the heater 11. Subsequent steps are almost the same as the manufacturing method of the thermal humidity sensor in the first modification. As described above, the thermal humidity sensor according to the present modification 4 can be manufactured.

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。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment thereof, the present invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

実施の形態では、熱式センサの一例として、熱式湿度センサを例に挙げて、実施の形態における技術的思想を説明したが、実施の形態における技術的思想は、これに限らず、例えば、熱式流量センサや熱式ガスセンサに代表される幅広い熱式センサに適用できる。なぜなら、例えば、熱式流量センサは、ヒータを使用して気体を温め、温めた気体の上流側の温度と下流側の温度との温度差が気体の流量に応じて変化することを利用して、気体の流量を測定するセンサであり、ヒータを使用するからである。また、熱式ガスセンサでは、例えば、ヒータによる加熱によって吸着したガス分子を開放するリセット動作が行なわれるため、必然的に、ヒータが使用されるからである。 In the embodiment, the thermal type humidity sensor is taken as an example of the thermal type sensor to explain the technical idea in the embodiment, but the technical idea in the embodiment is not limited to this, for example. It can be applied to a wide range of thermal sensors such as thermal flow sensors and thermal gas sensors. This is because, for example, a thermal flow sensor uses a heater to heat a gas and utilizes the fact that the temperature difference between the temperature on the upstream side and the temperature on the downstream side of the warmed gas changes according to the flow rate of the gas. This is because it is a sensor that measures the flow rate of gas and uses a heater. Further, in the thermal gas sensor, for example, a reset operation is performed to release the gas molecules adsorbed by heating by the heater, so that the heater is inevitably used.

前記実施の形態は、以下の形態を含む。 The embodiment includes the following embodiments.

(付記1)
支持基板と、
前記支持基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された抵抗配線と、
を備える、熱式センサであって、
前記抵抗配線は、
第1方向に延在する第1部分と、
前記第1部分と並行する第2部分と、
を含み、
前記熱式センサは、前記第1部分と前記第2部分との間に形成され、かつ、膜厚方向の厚さが前記抵抗配線の厚さよりも小さい第1膜を有し、
前記第1膜は、線膨張係数が1.0×10-6/K以上9.0×10-6/K以下の膜である、熱式センサ。
(Appendix 1)
Support board and
The insulating film formed on the support substrate and
With the resistance wiring formed on the insulating film,
It is a thermal sensor equipped with
The resistance wiring is
The first part extending in the first direction and
The second part parallel to the first part,
Including
The thermal sensor has a first film formed between the first portion and the second portion, and the thickness in the film thickness direction is smaller than the thickness of the resistance wiring.
The first film is a thermal sensor having a linear expansion coefficient of 1.0 × 10 -6 / K or more and 9.0 × 10 -6 / K or less.

1 半導体基板
2 絶縁膜
3 絶縁膜
4 絶縁膜
5 絶縁膜
6 絶縁膜
7 絶縁膜
8 絶縁膜
10 ダイヤフラム
11 ヒータ
11a 第1部分
11b 第2部分
30 絶縁膜
30a 第1膜部位
30b 第2膜部位
40 中間膜
45 絶縁膜
1 Semiconductor substrate 2 Insulation film 3 Insulation film 4 Insulation film 5 Insulation film 6 Insulation film 7 Insulation film 8 Insulation film 10 Diaphragm 11 Heater 11a 1st part 11b 2nd part 30 Insulation film 30a 1st film part 30b 2nd film part 40 Intermediate film 45 Insulating film

Claims (15)

支持基板と、
前記支持基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された抵抗配線と、
を備える、熱式センサであって、
前記抵抗配線は、
第1方向に延在する第1部分と、
前記第1部分と並行する第2部分と、
を含み、
前記熱式センサは、前記第1部分と前記第2部分との間に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さが前記抵抗配線の厚さよりも小さい第1膜を有する、熱式センサ。
Support board and
The insulating film formed on the support substrate and
With the resistance wiring formed on the insulating film,
It is a thermal sensor equipped with
The resistance wiring is
The first part extending in the first direction and
The second part parallel to the first part,
Including
The thermal sensor is a first film formed between the first portion and the second portion, has tensile stress, and has a thickness in the film thickness direction smaller than the thickness of the resistance wiring. Has a thermal sensor.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1膜は、前記絶縁膜と接する、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The first film is a thermal sensor in contact with the insulating film.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1部分と前記第2部分との間に形成された前記第1膜の占有体積は、前記第1部分と前記第2部分との間の体積の1/3以上である、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The occupied volume of the first film formed between the first portion and the second portion is 1/3 or more of the volume between the first portion and the second portion. ..
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1膜は、前記第1部分上および前記第2部分上にも形成されている、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The first film is a thermal sensor that is also formed on the first portion and the second portion.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記熱式センサは、前記抵抗配線と前記第1膜との間に中間膜を有する、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The thermal sensor is a thermal sensor having an interlayer film between the resistance wiring and the first film.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記熱式センサは、さらに、前記第1膜の上方に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、表面が平坦な第2膜を含む、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The thermal sensor is a thermal sensor further formed above the first film, has tensile stress, and includes a second film having a flat surface.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記熱式センサは、さらに、前記第1膜の下方に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、表面が平坦な第3膜を含む、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The thermal sensor is a thermal sensor further formed below the first film, has tensile stress, and includes a third film having a flat surface.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記熱式センサは、
平面視において、前記抵抗配線が形成された第1領域と、
平面視において、前記第1領域の外側の第2領域と、
を含み、
前記第1膜は、平面視において、前記第1領域内に形成されている、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The thermal sensor is
In the plan view, the first region where the resistance wiring is formed and
In a plan view, the second region outside the first region and
Including
The first film is a thermal sensor formed in the first region in a plan view.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1膜は、前記抵抗配線に撓みを発生させる要因となる応力を緩和する応力緩和膜である、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The first film is a thermal sensor, which is a stress relaxation film that relieves stress that causes bending of the resistance wiring.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1膜は、窒化アルミニウム膜、または、窒化シリコン膜である、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The first film is a thermal sensor, which is an aluminum nitride film or a silicon nitride film.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記第1方向と直交する第2方向における前記抵抗配線の幅は、前記第1部分と前記第2部分との間の距離よりも大きい、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
A thermal sensor in which the width of the resistance wiring in the second direction orthogonal to the first direction is larger than the distance between the first portion and the second portion.
請求項1に記載の熱式センサにおいて、
前記熱式センサは、湿度センサである、熱式センサ。
In the thermal sensor according to claim 1,
The thermal sensor is a thermal sensor, which is a humidity sensor.
(a)支持基板上に絶縁膜を形成する工程、
(b)絶縁膜上に抵抗配線を形成する工程、
(c)前記抵抗配線を覆う第1膜を形成する工程、
を備える、熱式センサの製造方法であって、
前記抵抗配線は、
第1方向に延在する第1部分と、
前記第1部分と並行する第2部分と、
を含み、
前記第1膜は、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さが前記抵抗配線の厚さよりも小さい、熱式センサの製造方法。
(A) Step of forming an insulating film on the support substrate,
(B) Step of forming resistance wiring on the insulating film,
(C) A step of forming a first film covering the resistance wiring,
Is a method of manufacturing a thermal sensor, which is equipped with
The resistance wiring is
The first part extending in the first direction and
The second part parallel to the first part,
Including
A method for manufacturing a thermal sensor, wherein the first film has tensile stress and the thickness in the film thickness direction is smaller than the thickness of the resistance wiring.
熱式センサが形成された第1半導体チップと、
前記熱式センサを制御する制御回路が形成された第2半導体チップと、
を有する、半導体装置であって、
前記第1半導体チップは、
支持基板と、
前記支持基板上に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成された抵抗配線と、
を備え、
前記抵抗配線は、
第1方向に延在する第1部分と、
前記第1部分と並行する第2部分と、
を含み、
前記第1半導体チップは、前記第1部分と前記第2部分との間に形成され、かつ、引張応力を有し、かつ、膜厚方向の厚さが前記抵抗配線の厚さよりも小さい第1膜を有する、半導体装置。
The first semiconductor chip on which the thermal sensor is formed and
A second semiconductor chip in which a control circuit for controlling the thermal sensor is formed, and
Is a semiconductor device that has
The first semiconductor chip is
Support board and
The insulating film formed on the support substrate and
With the resistance wiring formed on the insulating film,
Equipped with
The resistance wiring is
The first part extending in the first direction and
The second part parallel to the first part,
Including
The first semiconductor chip is formed between the first portion and the second portion, has tensile stress, and has a thickness in the film thickness direction smaller than the thickness of the resistance wiring. A semiconductor device having a film.
請求項14に記載の半導体装置において、
前記半導体装置は、内燃機関に組み込み可能なセンサモジュールである、半導体装置。
In the semiconductor device according to claim 14,
The semiconductor device is a semiconductor device that is a sensor module that can be incorporated into an internal combustion engine.
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