JPH0854269A - 熱式マイクロフローセンサ及びその製造方法 - Google Patents
熱式マイクロフローセンサ及びその製造方法Info
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- JPH0854269A JPH0854269A JP6190319A JP19031994A JPH0854269A JP H0854269 A JPH0854269 A JP H0854269A JP 6190319 A JP6190319 A JP 6190319A JP 19031994 A JP19031994 A JP 19031994A JP H0854269 A JPH0854269 A JP H0854269A
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6845—Micromachined devices
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 低流速から高流速まで測定可能な広い測定レ
ンジを有し、電池駆動を十分可能にする程度に消費電力
が小さく、応答性に優れ、大量生産が容易な熱式マイク
ロフローセンサ及びその製造方法を提供することであ
る。 【構成】 本発明の熱式マイクロフローセンサは、抵抗
率において３．１×１０-7〜２×１０-2Ωｍの範囲を有
する材料を用いて、抵抗値がほぼ１ｋΩになるように半
導体基板１上に熱絶縁構造の形態で半導体微細加工技術
によって形成されたヒータ線４を具備する。該ヒータ線
４の材質の一例としてポリシリコンが用いられる。
ンジを有し、電池駆動を十分可能にする程度に消費電力
が小さく、応答性に優れ、大量生産が容易な熱式マイク
ロフローセンサ及びその製造方法を提供することであ
る。 【構成】 本発明の熱式マイクロフローセンサは、抵抗
率において３．１×１０-7〜２×１０-2Ωｍの範囲を有
する材料を用いて、抵抗値がほぼ１ｋΩになるように半
導体基板１上に熱絶縁構造の形態で半導体微細加工技術
によって形成されたヒータ線４を具備する。該ヒータ線
４の材質の一例としてポリシリコンが用いられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はフローセンサに関し、特
に半導体微細加工技術を用いて製造される熱式マイクロ
フローセンサ及びその製造方法に関する。
に半導体微細加工技術を用いて製造される熱式マイクロ
フローセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】このマイクロフローセンサは、超小型なの
で細いガス管などの狭所に設置してガスの流速を測定す
ることに利用され得る。また、消費電力が極めて小さい
ので、電源の取れない場所でも電池駆動の流速計として
設置することができる。さらに、数ｍｍ／ｓ程度の微流
速から数十ｍ／ｓの高流速までを１つのセンサで測定可
能なので広レンジ型フローセンサとして用いることがで
きる。
で細いガス管などの狭所に設置してガスの流速を測定す
ることに利用され得る。また、消費電力が極めて小さい
ので、電源の取れない場所でも電池駆動の流速計として
設置することができる。さらに、数ｍｍ／ｓ程度の微流
速から数十ｍ／ｓの高流速までを１つのセンサで測定可
能なので広レンジ型フローセンサとして用いることがで
きる。
【０００３】
【従来の技術】シリコンなどの半導体基板上に半導体微
細加工技術を用いて微細なヒータ線を形成した熱式マイ
クロフローセンサであって、これを流体の流通路に設置
して、流体によって奪われる前記ヒータ線の熱が流量に
依存して変化するという原理を用いた熱式マイクロフロ
ーセンサは従来から知られている。この種のフローセン
サは比較的容易にかつ大量生産方式で製造することがで
き、しかも小型で、電力消費が少なく、処理回路等の他
の電気回路との接続が容易である等の利点を有するの
で、流速や流量の測定に近年広く用いられるようになっ
てきている。
細加工技術を用いて微細なヒータ線を形成した熱式マイ
クロフローセンサであって、これを流体の流通路に設置
して、流体によって奪われる前記ヒータ線の熱が流量に
依存して変化するという原理を用いた熱式マイクロフロ
ーセンサは従来から知られている。この種のフローセン
サは比較的容易にかつ大量生産方式で製造することがで
き、しかも小型で、電力消費が少なく、処理回路等の他
の電気回路との接続が容易である等の利点を有するの
で、流速や流量の測定に近年広く用いられるようになっ
てきている。
【０００４】最近では、センサ自体の感度を向上させ、
しかも熱損失を減らすために、半導体基板上でヒータ線
を架橋構造または片持ち梁構造として、熱線と半導体基
板との間の熱絶縁性を高めている。
しかも熱損失を減らすために、半導体基板上でヒータ線
を架橋構造または片持ち梁構造として、熱線と半導体基
板との間の熱絶縁性を高めている。
【０００５】また、半導体基板上に形成されるヒータ線
の材質としては、従来一般に白金、金、銅、アルミニウ
ム、クロム、ニッケル、タングステン、パーマロイ（Ｆ
ｅＮｉ）といった金属材料が用いられている。
の材質としては、従来一般に白金、金、銅、アルミニウ
ム、クロム、ニッケル、タングステン、パーマロイ（Ｆ
ｅＮｉ）といった金属材料が用いられている。
【０００６】上記した熱式マイクロフローセンサの１例
が特公平３−５２０２８号公報に開示されている。
が特公平３−５２０２８号公報に開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】センサとしては、測定
に際してノイズを抑えて所定の大きさの出力を確保する
必要があり、一方、消費電力はできる限り小さいことが
望ましい。そのためには、ヒータ線へ流す電流を０．５
〜１０ｍＡにし、ヒータ線の端子電圧を１〜１０Ｖにす
ることが望ましい。また、ヒータ線自体の抵抗値として
は０．５〜１０ｋΩにすることが望ましく、好適には全
体で１ｋΩ程度の抵抗値を有するヒータ線が所望され
る。
に際してノイズを抑えて所定の大きさの出力を確保する
必要があり、一方、消費電力はできる限り小さいことが
望ましい。そのためには、ヒータ線へ流す電流を０．５
〜１０ｍＡにし、ヒータ線の端子電圧を１〜１０Ｖにす
ることが望ましい。また、ヒータ線自体の抵抗値として
は０．５〜１０ｋΩにすることが望ましく、好適には全
体で１ｋΩ程度の抵抗値を有するヒータ線が所望され
る。
【０００８】熱式フローセンサの消費電力は、ヒータ線
から流体へ伝達される単位時間当たりの熱量Ｑ1 とヒー
タ線から基板へ逃げる熱量Ｑ2 との和に等しい。ヒータ
線と基板との間の熱絶縁を十分に行った場合には、消費
電力はＱ1 で決定される。このＱ1 はヒータ線と流体と
の接触面積Ｓに比例する。実験によると、消費電力を数
十ｍＷ以下に抑えるには接触面積Ｓを０．０２ｍｍ2 程
度以下にする必要があることがわかった。
から流体へ伝達される単位時間当たりの熱量Ｑ1 とヒー
タ線から基板へ逃げる熱量Ｑ2 との和に等しい。ヒータ
線と基板との間の熱絶縁を十分に行った場合には、消費
電力はＱ1 で決定される。このＱ1 はヒータ線と流体と
の接触面積Ｓに比例する。実験によると、消費電力を数
十ｍＷ以下に抑えるには接触面積Ｓを０．０２ｍｍ2 程
度以下にする必要があることがわかった。
【０００９】ヒータ線の材質に金属材料を用いた場合、
金属の抵抗率は１０-7Ωｍ程度以下なので、消費電力を
数十ｍＷ以下に抑えて、１ｋΩの電気抵抗値を得るに
は、ヒータ線幅を５μｍ以上とすれば、ヒータ線の膜厚
を０．１μｍ程度以下にしなければならない。しかし、
このように薄い膜厚では架橋構造または片持ち梁構造と
して基板上で自立するだけの強度を持つことができな
い。従って、支持体が必要になるわけであるが、支持体
を設けることによって発熱しない部材の割合が大きくな
り、ヒータ線による昇温効率が低下する。その結果、セ
ンサの応答性及び感度が悪くなる。感度を向上させるに
は、ヒータ線の発熱温度を高くすることが望ましいが、
膜厚が薄くなると電流密度が大きくなってエレクトロマ
イグレーション等による断線などが生じ易くなる。
金属の抵抗率は１０-7Ωｍ程度以下なので、消費電力を
数十ｍＷ以下に抑えて、１ｋΩの電気抵抗値を得るに
は、ヒータ線幅を５μｍ以上とすれば、ヒータ線の膜厚
を０．１μｍ程度以下にしなければならない。しかし、
このように薄い膜厚では架橋構造または片持ち梁構造と
して基板上で自立するだけの強度を持つことができな
い。従って、支持体が必要になるわけであるが、支持体
を設けることによって発熱しない部材の割合が大きくな
り、ヒータ線による昇温効率が低下する。その結果、セ
ンサの応答性及び感度が悪くなる。感度を向上させるに
は、ヒータ線の発熱温度を高くすることが望ましいが、
膜厚が薄くなると電流密度が大きくなってエレクトロマ
イグレーション等による断線などが生じ易くなる。
【００１０】また、ヒータ線の材質として特開昭６１−
２３５７２５号公報に示されているようなサーミスタ材
料を用いた場合には、抵抗値を１ｋΩ程度まで下げるた
めに膜厚を２μｍ以上にする必要がある。その結果、熱
容量が大きくなり過ぎて応答性を十分上げることができ
ない。さらに、サーミスタ材料を用いたセンサを大量生
産する場合、材料の物性値のばらつきが大きくなり、歩
留が低くなる。
２３５７２５号公報に示されているようなサーミスタ材
料を用いた場合には、抵抗値を１ｋΩ程度まで下げるた
めに膜厚を２μｍ以上にする必要がある。その結果、熱
容量が大きくなり過ぎて応答性を十分上げることができ
ない。さらに、サーミスタ材料を用いたセンサを大量生
産する場合、材料の物性値のばらつきが大きくなり、歩
留が低くなる。
【００１１】本発明は従来技術における上記問題点を解
決するためになされたもので、その目的とするところ
は、低流速から高流速まで測定可能な広い測定レンジを
有し、応答性に優れ、消費電力の小さい、大量生産が容
易な熱式マイクロフローセンサを提供することである。
決するためになされたもので、その目的とするところ
は、低流速から高流速まで測定可能な広い測定レンジを
有し、応答性に優れ、消費電力の小さい、大量生産が容
易な熱式マイクロフローセンサを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の熱式マイクロフローセンサの主なる態様に
よれば、抵抗率において３．１×１０-7〜２×１０-2Ω
ｍの範囲を有する材料を用いて、抵抗値が１ｋΩ程度に
なるように半導体基板上に熱絶縁構造の形態で形成した
ヒータ線を具備する熱式マイクロフローセンサが提供さ
れる。
に、本発明の熱式マイクロフローセンサの主なる態様に
よれば、抵抗率において３．１×１０-7〜２×１０-2Ω
ｍの範囲を有する材料を用いて、抵抗値が１ｋΩ程度に
なるように半導体基板上に熱絶縁構造の形態で形成した
ヒータ線を具備する熱式マイクロフローセンサが提供さ
れる。
【００１３】本発明の熱式マイクロフローセンサの第２
態様によれば、上記主なる態様に記載のヒータ線の熱絶
縁構造は架橋または片持ち梁構造である。
態様によれば、上記主なる態様に記載のヒータ線の熱絶
縁構造は架橋または片持ち梁構造である。
【００１４】本発明の熱式マイクロフローセンサの第３
態様によれば、上記主なる態様に記載のヒータ線は、そ
の材料をポリシリコンとし、半導体微細加工技術を用い
て半導体基板上に７〜１０μｍの線幅でかつ０．５〜２
μｍの厚さに形成される。
態様によれば、上記主なる態様に記載のヒータ線は、そ
の材料をポリシリコンとし、半導体微細加工技術を用い
て半導体基板上に７〜１０μｍの線幅でかつ０．５〜２
μｍの厚さに形成される。
【００１５】本発明の熱式マイクロフローセンサの第４
態様によれば、上記第３態様に記載のヒータ線に所望の
抵抗率が与えられるように、ポリシリコン膜にドーピン
グが施される。
態様によれば、上記第３態様に記載のヒータ線に所望の
抵抗率が与えられるように、ポリシリコン膜にドーピン
グが施される。
【００１６】本発明の熱式マイクロフローセンサの第５
態様によれば、上記第４態様に記載のヒータ線は、ヒー
タ線コンタクト及びその引き出し線部の抵抗率よりも他
の部分の抵抗率の方が大きくなるように形成されてい
る。
態様によれば、上記第４態様に記載のヒータ線は、ヒー
タ線コンタクト及びその引き出し線部の抵抗率よりも他
の部分の抵抗率の方が大きくなるように形成されてい
る。
【００１７】本発明の製造方法の主なる態様によれば、
半導体微細加工技術を用いてシリコン基板の下面全域に
保護膜を０．０１〜０．５μｍの範囲の膜厚で成膜する
ことと、前記シリコン基板の上面全域にＣＶＤまたはス
パッタリングまたは熱酸化によって０．１〜２μｍの範
囲の膜厚でヒータ線用の下部保護膜を成膜することと、
前記下部保護膜の上面全域にＣＶＤによって０．５〜２
μｍの範囲の膜厚でヒータ線となるポリシリコン膜を成
膜し、その後に抵抗率が３．１×１０-7〜２×１０-2Ω
ｍになるように該ポリシリコン膜にドーピングを施すこ
とと、前記ポリシリコン膜を所望の線幅及び形状のヒー
タ線に形成するために、該ポリシリコン膜にエッチング
を施すことと、前記ヒータ線形成後のシリコン基板の最
上面全域にＣＶＤまたはスパッタリングによって０．１
〜１．５μｍの範囲の膜厚で上部保護膜を成膜した後、
ヒータ線コンタクト部にコンタクトパッド埋め込み用の
コンタクトホールを形成するためにエッチングを施すこ
とと、前記コンタクトホールを含むシリコン基板の最上
面全域にスパッタリングまたは蒸着によって０．１〜１
μｍの範囲の膜厚でＡｕ膜を成膜した後、該Ａｕ膜をコ
ンタクトパッドに形成するためのエッチングを施すこと
と、下面から５０〜２００μｍの厚さが残るように、前
記シリコン基板の上面からダイシングを行うことと、前
記ヒータ線を前記シリコン基板から熱的に絶縁するよう
に、ヒータ線の下方に位置するシリコン基板部に異方性
エッチングを施すことによって、そこに５０〜３００μ
ｍの範囲の深さを有するアンダーカット凹部を形成する
ことの各ステップを含むことを特徴とする熱式マイクロ
フローセンサの製造方法が提供される。
半導体微細加工技術を用いてシリコン基板の下面全域に
保護膜を０．０１〜０．５μｍの範囲の膜厚で成膜する
ことと、前記シリコン基板の上面全域にＣＶＤまたはス
パッタリングまたは熱酸化によって０．１〜２μｍの範
囲の膜厚でヒータ線用の下部保護膜を成膜することと、
前記下部保護膜の上面全域にＣＶＤによって０．５〜２
μｍの範囲の膜厚でヒータ線となるポリシリコン膜を成
膜し、その後に抵抗率が３．１×１０-7〜２×１０-2Ω
ｍになるように該ポリシリコン膜にドーピングを施すこ
とと、前記ポリシリコン膜を所望の線幅及び形状のヒー
タ線に形成するために、該ポリシリコン膜にエッチング
を施すことと、前記ヒータ線形成後のシリコン基板の最
上面全域にＣＶＤまたはスパッタリングによって０．１
〜１．５μｍの範囲の膜厚で上部保護膜を成膜した後、
ヒータ線コンタクト部にコンタクトパッド埋め込み用の
コンタクトホールを形成するためにエッチングを施すこ
とと、前記コンタクトホールを含むシリコン基板の最上
面全域にスパッタリングまたは蒸着によって０．１〜１
μｍの範囲の膜厚でＡｕ膜を成膜した後、該Ａｕ膜をコ
ンタクトパッドに形成するためのエッチングを施すこと
と、下面から５０〜２００μｍの厚さが残るように、前
記シリコン基板の上面からダイシングを行うことと、前
記ヒータ線を前記シリコン基板から熱的に絶縁するよう
に、ヒータ線の下方に位置するシリコン基板部に異方性
エッチングを施すことによって、そこに５０〜３００μ
ｍの範囲の深さを有するアンダーカット凹部を形成する
ことの各ステップを含むことを特徴とする熱式マイクロ
フローセンサの製造方法が提供される。
【００１８】本発明の製造方法の第２態様によれば、上
記主なる態様に記載のドーピングは、イオン注入及び拡
散または拡散剤塗布及び拡散によって行われる。
記主なる態様に記載のドーピングは、イオン注入及び拡
散または拡散剤塗布及び拡散によって行われる。
【００１９】本発明の製造方法の第３態様によれば、上
記第２態様に記載のイオン注入は、ヒータ線の各部にお
いてイオン注入量が異なるように行われる。
記第２態様に記載のイオン注入は、ヒータ線の各部にお
いてイオン注入量が異なるように行われる。
【００２０】本発明の製造方法の第４態様によれば、上
記第３態様に記載のイオン注入は、１回目はポリシリコ
ン膜全体に、２回目はヒータ線コンタクトとなる部分及
びその引き出し線部に施されるか、或いは、１回目はヒ
ータ線コンタクトとなる部分及びその引き出し線部に、
２回目はポリシリコン膜全体に施される。
記第３態様に記載のイオン注入は、１回目はポリシリコ
ン膜全体に、２回目はヒータ線コンタクトとなる部分及
びその引き出し線部に施されるか、或いは、１回目はヒ
ータ線コンタクトとなる部分及びその引き出し線部に、
２回目はポリシリコン膜全体に施される。
【００２１】本発明の製造方法の第５態様によれば、上
記主なる態様に記載の異方性エッチングを施すステップ
の後に、前記ヒータ線を被覆する前記上部及び下部保護
膜を可能な限り薄膜化するためのエッチングを施すステ
ップを更に含む。
記主なる態様に記載の異方性エッチングを施すステップ
の後に、前記ヒータ線を被覆する前記上部及び下部保護
膜を可能な限り薄膜化するためのエッチングを施すステ
ップを更に含む。
【００２２】
【作用】３．１×１０-7〜２×１０-2Ωｍの範囲の抵抗
率を有し、１ｋΩ程度の抵抗値を有する１本のポリシリ
コン製のヒータ線が半導体微細加工技術を用いてシリコ
ン基板上に形成される。該ヒータ線の本体下方に位置す
る基板部分はエッチングを施すことによって除去され、
これによりヒータ線本体は、基板からの熱絶縁を達成す
るために架橋または片持ち梁構造で自立している。ま
た、ヒータ線には各部において所望のかつ互いに異なる
抵抗率が与えられるように調整されたドーピングが施さ
れる。更に、熱的かつ電気的絶縁及び酸化防止のために
ＳｉＯ2 の保護膜でヒータ線が被覆される。斯くして、
低流速から高流速までの広い測定レンジを有し、電池駆
動を十分可能にするほど消費電力が小さく、応答性に優
れ、大量生産が容易な熱式マイクロフローセンサが提供
されることになる。
率を有し、１ｋΩ程度の抵抗値を有する１本のポリシリ
コン製のヒータ線が半導体微細加工技術を用いてシリコ
ン基板上に形成される。該ヒータ線の本体下方に位置す
る基板部分はエッチングを施すことによって除去され、
これによりヒータ線本体は、基板からの熱絶縁を達成す
るために架橋または片持ち梁構造で自立している。ま
た、ヒータ線には各部において所望のかつ互いに異なる
抵抗率が与えられるように調整されたドーピングが施さ
れる。更に、熱的かつ電気的絶縁及び酸化防止のために
ＳｉＯ2 の保護膜でヒータ線が被覆される。斯くして、
低流速から高流速までの広い測定レンジを有し、電池駆
動を十分可能にするほど消費電力が小さく、応答性に優
れ、大量生産が容易な熱式マイクロフローセンサが提供
されることになる。
【００２３】
【実施例】以下、添付の図面に関連して本発明を更に詳
細に説明する。
細に説明する。
【００２４】図１には本発明の熱式マイクロフローセン
サの一実施例が示されており、（ａ）はその上面図、
（ｂ）は（ａ）における線Ｂ−Ｂに沿った断面図であ
る。図１の（ａ）及び／または（ｂ）において、参照符
号１は半導体基板としてのシリコン基板である。このシ
リコン基板１の下面にはまず、シリコン基板１に凹部７
を形成するためにシリコン基板１に施される異方性エッ
チングに対する保護膜となる窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）薄膜２が形成され、次いでシリコン基板１の上面に
はヒータ線４を保護するだけでなく、ヒータ線４をシリ
コン基板１から電気的かつ熱的に絶縁する役目も果たす
酸化シリコンのようなガラス系の薄膜からなる下部保護
膜３ａが形成されている。ヒータ線４の上面には上部保
護膜３ｂが形成されており、この上部保護膜３ｂのヒー
タ線コンタクト４ｂに対応する部分にはコンタクトホー
ル５が形成され、そこにコンタクトパッド６が設けられ
ている。ヒータ線コンタクト４ｂは引き出し線部４ｃを
介してヒータ線４の本体（発熱部）と接続しており、斯
くしてヒータ線４が外部の電気回路（図示せず）に接続
するようになっている。図１の（ａ）に示されている参
照符号８は、シリコン基板１に異方性エッチングを施す
ために下部及び上部保護膜３ａ，３ｂ貫通して形成され
るエッチングホールである。
サの一実施例が示されており、（ａ）はその上面図、
（ｂ）は（ａ）における線Ｂ−Ｂに沿った断面図であ
る。図１の（ａ）及び／または（ｂ）において、参照符
号１は半導体基板としてのシリコン基板である。このシ
リコン基板１の下面にはまず、シリコン基板１に凹部７
を形成するためにシリコン基板１に施される異方性エッ
チングに対する保護膜となる窒化シリコン（Ｓｉ3 Ｎ
4 ）薄膜２が形成され、次いでシリコン基板１の上面に
はヒータ線４を保護するだけでなく、ヒータ線４をシリ
コン基板１から電気的かつ熱的に絶縁する役目も果たす
酸化シリコンのようなガラス系の薄膜からなる下部保護
膜３ａが形成されている。ヒータ線４の上面には上部保
護膜３ｂが形成されており、この上部保護膜３ｂのヒー
タ線コンタクト４ｂに対応する部分にはコンタクトホー
ル５が形成され、そこにコンタクトパッド６が設けられ
ている。ヒータ線コンタクト４ｂは引き出し線部４ｃを
介してヒータ線４の本体（発熱部）と接続しており、斯
くしてヒータ線４が外部の電気回路（図示せず）に接続
するようになっている。図１の（ａ）に示されている参
照符号８は、シリコン基板１に異方性エッチングを施す
ために下部及び上部保護膜３ａ，３ｂ貫通して形成され
るエッチングホールである。
【００２５】ところで、この種のセンサに使われるヒー
タ線に関しては、前述したセンサとして用いるための条
件のほかに製造面における条件を加味する必要がある。
タ線に関しては、前述したセンサとして用いるための条
件のほかに製造面における条件を加味する必要がある。
【００２６】そこで、本発明の熱式マイクロフローセン
サに組み込まれるヒータ線材の抵抗率は次のように定め
られる。
サに組み込まれるヒータ線材の抵抗率は次のように定め
られる。
【００２７】まず、製造面における条件として、架橋ま
たは片持ち梁構造のヒータ線の厚さ １．自立強度を持たせるために、０．５μｍ＜ｄが望ま
しく、 ２．応答速度を高めるために、ｄ＜２μｍが望ましく、 ３．加工を容易にするために、５μｍ＜ｗが望ましい。
たは片持ち梁構造のヒータ線の厚さ １．自立強度を持たせるために、０．５μｍ＜ｄが望ま
しく、 ２．応答速度を高めるために、ｄ＜２μｍが望ましく、 ３．加工を容易にするために、５μｍ＜ｗが望ましい。
【００２８】以上の条件のほかに前述したセンサとして
用いる際の条件、すなわち ５．所定の出力を得るために、駆動電圧を１〜１０Ｖ、
駆動電流を０．５〜１０ｍＡにすることが望ましく、 ６．ヒータ線自体の抵抗値Ｒは、０．５ｋΩ＜Ｒ＜１０
ｋΩとすることが望ましく、更に
用いる際の条件、すなわち ５．所定の出力を得るために、駆動電圧を１〜１０Ｖ、
駆動電流を０．５〜１０ｍＡにすることが望ましく、 ６．ヒータ線自体の抵抗値Ｒは、０．５ｋΩ＜Ｒ＜１０
ｋΩとすることが望ましく、更に
【００２９】上記１〜７の各条件から、本発明の熱式マ
イクロフローセンサに組み込まれるヒータ線４の所望の
抵抗率ρは、３．１×１０-7〜２×１０-2Ωｍの範囲に
定められる。
イクロフローセンサに組み込まれるヒータ線４の所望の
抵抗率ρは、３．１×１０-7〜２×１０-2Ωｍの範囲に
定められる。
【００３０】参考までに、従来からヒータ線材料として
用いられている各種金属の抵抗率をここに列記すれば、
Ｐｔが１．０６×１０-7Ωｍ、Ａｕが２．４×１０-8Ω
ｍ、Ｗが５．５×１０-8Ωｍ、Ａｌが２．７×１０-8Ω
ｍ、Ｎｉが７．２×１０-8Ωｍとなり、いずれも上記し
たポリシリコン製のヒータ線の抵抗率に及ばないことが
明らかである。
用いられている各種金属の抵抗率をここに列記すれば、
Ｐｔが１．０６×１０-7Ωｍ、Ａｕが２．４×１０-8Ω
ｍ、Ｗが５．５×１０-8Ωｍ、Ａｌが２．７×１０-8Ω
ｍ、Ｎｉが７．２×１０-8Ωｍとなり、いずれも上記し
たポリシリコン製のヒータ線の抵抗率に及ばないことが
明らかである。
【００３１】次に、図１に示した実施例の製造プロセス
が図２のプロセスチャートに従って説明される。
が図２のプロセスチャートに従って説明される。
【００３２】まず、図２の（Ａ）に示されるように、シ
リコン基板１の下面全域に保護膜２としての窒化シリコ
ン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜がプラズマＣＶＤによって厚さ０．
０５μｍで成膜される。これは後述するシリコン基板１
への異方性エッチングに際して、シリコン基板１の下面
を保護する目的でなされるもので、酸化シリコン膜を使
って保護することも可能だが、この場合には後述する工
程（Ｆ）の後に常圧ＣＶＤによって０．２μｍ程度の厚
さで成膜することになる。保護膜２の膜厚は０．０１〜
０．５μｍの範囲から適宜選択される。
リコン基板１の下面全域に保護膜２としての窒化シリコ
ン（Ｓｉ3 Ｎ4 ）膜がプラズマＣＶＤによって厚さ０．
０５μｍで成膜される。これは後述するシリコン基板１
への異方性エッチングに際して、シリコン基板１の下面
を保護する目的でなされるもので、酸化シリコン膜を使
って保護することも可能だが、この場合には後述する工
程（Ｆ）の後に常圧ＣＶＤによって０．２μｍ程度の厚
さで成膜することになる。保護膜２の膜厚は０．０１〜
０．５μｍの範囲から適宜選択される。
【００３３】続いて、図２の（Ｂ）では、シリコン基板
１の上面全域に後続のプロセスにおいて形成されるヒー
タ線４の下部保護膜３ａとして酸化シリコン（ＳｉＯ
2 ）膜が常圧ＣＶＤ、スパッタリングまたは熱酸化によ
って厚さ０．８μｍで成膜される。この下部保護膜３ａ
はヒータ線４とシリコン基板１との間を電気的かつ熱的
に絶縁するために設けられるもので、実施例ではＴＥＯ
Ｓ−ＳｉＯ2 を用いたが、熱伝導率の小さい絶縁材質で
あれば良く、膜厚は０．１〜２μｍの範囲から適宜選択
される。
１の上面全域に後続のプロセスにおいて形成されるヒー
タ線４の下部保護膜３ａとして酸化シリコン（ＳｉＯ
2 ）膜が常圧ＣＶＤ、スパッタリングまたは熱酸化によ
って厚さ０．８μｍで成膜される。この下部保護膜３ａ
はヒータ線４とシリコン基板１との間を電気的かつ熱的
に絶縁するために設けられるもので、実施例ではＴＥＯ
Ｓ−ＳｉＯ2 を用いたが、熱伝導率の小さい絶縁材質で
あれば良く、膜厚は０．１〜２μｍの範囲から適宜選択
される。
【００３４】次に、図２の（Ｃ）に示されるように、ヒ
ータ線４となるポリシリコン膜４ａが下部保護膜３ａの
上面全域に例えばＬＰＣＶＤのようなＣＶＤによって厚
さ１μｍで成膜され、所望の抵抗率を得るためにイオン
注入及び拡散または拡散剤塗布及び拡散によってドーピ
ングがポリシリコン膜４ａに施される。このドーピング
は、好適には、ヒータ線の各部において不純物の注入が
異なるように調整することができるイオン注入によって
なされる。更に、このイオン注入は、１回目はポリシリ
コン膜４ａの全体に対して行われ、２回目はヒータ線コ
ンタクト４ｂ及び引き出し線部４ｃとなる各部分に対し
て行われ、これらの部分の抵抗率を小さくして発熱を抑
えている。勿論、１回目のイオン注入をヒータ線コンタ
クト４ｂ及び引き出し線部４ｃに対して行い、２回目を
ポリシリコン膜４ａの全体に対して行ってもよい。な
お、ポリシリコン膜４ａの膜厚は０．５〜２μｍの範囲
から適宜選択される。
ータ線４となるポリシリコン膜４ａが下部保護膜３ａの
上面全域に例えばＬＰＣＶＤのようなＣＶＤによって厚
さ１μｍで成膜され、所望の抵抗率を得るためにイオン
注入及び拡散または拡散剤塗布及び拡散によってドーピ
ングがポリシリコン膜４ａに施される。このドーピング
は、好適には、ヒータ線の各部において不純物の注入が
異なるように調整することができるイオン注入によって
なされる。更に、このイオン注入は、１回目はポリシリ
コン膜４ａの全体に対して行われ、２回目はヒータ線コ
ンタクト４ｂ及び引き出し線部４ｃとなる各部分に対し
て行われ、これらの部分の抵抗率を小さくして発熱を抑
えている。勿論、１回目のイオン注入をヒータ線コンタ
クト４ｂ及び引き出し線部４ｃに対して行い、２回目を
ポリシリコン膜４ａの全体に対して行ってもよい。な
お、ポリシリコン膜４ａの膜厚は０．５〜２μｍの範囲
から適宜選択される。
【００３５】図２の（Ｄ）においては、前プロセス
（Ｃ）において成膜されたポリシリコン膜４ａを所望の
線幅及び形状のヒータ線４（本体以外にヒータ線コンタ
クト４ｂ及び引き出し線部４ｃを含む）に形成するため
に、ＳＦ6 ガス存在下でのＲＩＥによってポリシリコン
膜４ａにエッチングを施す。
（Ｃ）において成膜されたポリシリコン膜４ａを所望の
線幅及び形状のヒータ線４（本体以外にヒータ線コンタ
クト４ｂ及び引き出し線部４ｃを含む）に形成するため
に、ＳＦ6 ガス存在下でのＲＩＥによってポリシリコン
膜４ａにエッチングを施す。
【００３６】図２の（Ｅ）では、所望のヒータ線４が下
部保護膜３ａ上に形成された後に、シリコン基板１の最
上面全域にわたって上部保護膜３ｂとしての酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）膜がＣＶＤまたはスパッタリングによっ
て厚さ０．５μｍで成膜される。この上部保護膜３ｂの
役割はポリシリコン製のヒータ線を後述のプロセスで用
いられる異方性エッチング液及び外気（空気）から保護
するものであって、窒化シリコン膜でも良いが、ポリシ
リコン製のヒータ線コンタクト４ｂ（図１の（ａ）参
照）が残るようにエッチングを施してコンタクトホール
５を形成する処理が続いて必要になるので、酸化シリコ
ン膜が好適に用いられる。上部保護膜３ｂの膜厚は０．
１〜１．５μｍの範囲から適宜選択される。コンタクト
ホール５を形成するための上部保護膜３ｂのエッチング
としては、Ｂ−ＨＦ液によるウエットエッチングが好適
に採用される。
部保護膜３ａ上に形成された後に、シリコン基板１の最
上面全域にわたって上部保護膜３ｂとしての酸化シリコ
ン（ＳｉＯ2 ）膜がＣＶＤまたはスパッタリングによっ
て厚さ０．５μｍで成膜される。この上部保護膜３ｂの
役割はポリシリコン製のヒータ線を後述のプロセスで用
いられる異方性エッチング液及び外気（空気）から保護
するものであって、窒化シリコン膜でも良いが、ポリシ
リコン製のヒータ線コンタクト４ｂ（図１の（ａ）参
照）が残るようにエッチングを施してコンタクトホール
５を形成する処理が続いて必要になるので、酸化シリコ
ン膜が好適に用いられる。上部保護膜３ｂの膜厚は０．
１〜１．５μｍの範囲から適宜選択される。コンタクト
ホール５を形成するための上部保護膜３ｂのエッチング
としては、Ｂ−ＨＦ液によるウエットエッチングが好適
に採用される。
【００３７】続いて、図２の（Ｆ）に示されるように、
コンタクトホール５を含む上面全域に、ヒータ線４を図
示しない電気回路と接続するためのコンタクトパッド６
となるＡｕ膜がスパッタリングまたは蒸着によって０．
５μｍの厚さで成膜された後、コンタクトホール５の内
部及びその周囲を残し、他の箇所のＡｕ膜をヨウ化カリ
ウム・ヨウ素水溶液によるウエットエッチングを施して
除去する。その後、次に行われる異方性エッチングのた
めのエッチングホールを形成すべく、上部及び下部保護
膜３ｂ，３ａの一部にＳＦ6 ガス存在下でのＲＩＥが施
される。なお、コンタクトパッド６の材質としては異方
性エッチング液に侵されず、成膜及びエッチングが容易
で、しかも酸化等の経時変化が起こり難い材質であれば
良く、その中で現在のところＡｕが最適である。また、
Ａｕ膜の厚さは０．１〜１μｍの範囲から適宜選択され
る。
コンタクトホール５を含む上面全域に、ヒータ線４を図
示しない電気回路と接続するためのコンタクトパッド６
となるＡｕ膜がスパッタリングまたは蒸着によって０．
５μｍの厚さで成膜された後、コンタクトホール５の内
部及びその周囲を残し、他の箇所のＡｕ膜をヨウ化カリ
ウム・ヨウ素水溶液によるウエットエッチングを施して
除去する。その後、次に行われる異方性エッチングのた
めのエッチングホールを形成すべく、上部及び下部保護
膜３ｂ，３ａの一部にＳＦ6 ガス存在下でのＲＩＥが施
される。なお、コンタクトパッド６の材質としては異方
性エッチング液に侵されず、成膜及びエッチングが容易
で、しかも酸化等の経時変化が起こり難い材質であれば
良く、その中で現在のところＡｕが最適である。また、
Ａｕ膜の厚さは０．１〜１μｍの範囲から適宜選択され
る。
【００３８】その後、次の異方性エッチングを施すステ
ップに移る前に、シリコン基板１に対してダイシングが
なされる。このダイシングを行わずに異方性エッチング
を施すとシリコン基板全体に応力が発生し、それによっ
て形成された構造が破壊される虞があるからである。な
お、ダイシングはシリコン基板１の上面から行われ、個
々のチップを完全に切り離さすことなく、下面まで５０
〜２００μｍの厚さの切り残し部を形成しておく。図２
の（Ｇ）では、ヒータ線４をシリコン基板１から熱的に
絶縁するために、前プロセス（Ｆ）において形成された
エッチングホール５から異方性エッチング液（ＴＭＡＨ
またはＫＯＨ）を混入させ、ヒータ線４の本体下方及び
その周辺のシリコン基板部分に異方性エッチングを施し
てその部分を除去し、そこに深さがほぼ１００μｍのア
ンダーカット凹部７を形成する。該凹部７の深さは５０
〜３００μｍの範囲で適宜選択される。これによってヒ
ータ線４の本体は架橋または片持ち梁構造としてシリコ
ン基板１上で自立することになる。
ップに移る前に、シリコン基板１に対してダイシングが
なされる。このダイシングを行わずに異方性エッチング
を施すとシリコン基板全体に応力が発生し、それによっ
て形成された構造が破壊される虞があるからである。な
お、ダイシングはシリコン基板１の上面から行われ、個
々のチップを完全に切り離さすことなく、下面まで５０
〜２００μｍの厚さの切り残し部を形成しておく。図２
の（Ｇ）では、ヒータ線４をシリコン基板１から熱的に
絶縁するために、前プロセス（Ｆ）において形成された
エッチングホール５から異方性エッチング液（ＴＭＡＨ
またはＫＯＨ）を混入させ、ヒータ線４の本体下方及び
その周辺のシリコン基板部分に異方性エッチングを施し
てその部分を除去し、そこに深さがほぼ１００μｍのア
ンダーカット凹部７を形成する。該凹部７の深さは５０
〜３００μｍの範囲で適宜選択される。これによってヒ
ータ線４の本体は架橋または片持ち梁構造としてシリコ
ン基板１上で自立することになる。
【００３９】なお、以上の説明は１個の熱式マイクロフ
ローセンサを対象にしたが、本発明によれば、複数個の
熱式マイクロフローセンサが半導体微細加工技術を用い
てシリコン基板となる１枚のウェハ上に同時に形成され
得ることは言うまでもない。例えば、１枚の２インチウ
ェハ上には１４４個形成することができる。
ローセンサを対象にしたが、本発明によれば、複数個の
熱式マイクロフローセンサが半導体微細加工技術を用い
てシリコン基板となる１枚のウェハ上に同時に形成され
得ることは言うまでもない。例えば、１枚の２インチウ
ェハ上には１４４個形成することができる。
【００４０】最終プロセスとなる図２の（Ｈ）では、ヒ
ータ線４を含む検出部の熱容量を小さくしてセンサとし
ての応答性を向上させるために、ヒータ線４を被覆する
上部及び下部保護膜３ｂ，３ａはエッチングが施されて
更に薄くされる。これにより、シリコン基板１及びコン
タクトパッド６との接触部を除く上部及び下部保護膜３
ｂ，３ａのそれぞれの膜厚は０．１〜０．５μｍにな
る。なお、下部保護膜３ｂのシリコン基板１と接触して
いる部分は、熱絶縁の立場から熱伝導率の小さい酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）膜が元の厚さで残されるので好都合
である。
ータ線４を含む検出部の熱容量を小さくしてセンサとし
ての応答性を向上させるために、ヒータ線４を被覆する
上部及び下部保護膜３ｂ，３ａはエッチングが施されて
更に薄くされる。これにより、シリコン基板１及びコン
タクトパッド６との接触部を除く上部及び下部保護膜３
ｂ，３ａのそれぞれの膜厚は０．１〜０．５μｍにな
る。なお、下部保護膜３ｂのシリコン基板１と接触して
いる部分は、熱絶縁の立場から熱伝導率の小さい酸化シ
リコン（ＳｉＯ2 ）膜が元の厚さで残されるので好都合
である。
【００４１】次に、本発明の実施例による流速計測特性
が図５及び図６のグラフにそれぞれ示される。この時の
流速計測の測定系は図３に概略的に示すようになってお
り、所定の長さの直円管２１内に流量調節弁２３を介し
てコンプレッサ２２からメタンガス等の流体が送り込ま
れる。本発明の熱式マイクロフローセンサを設けたセン
サチップ１０が直円管２１内のほぼ中間位置にヒータ線
４が流体と平行になるように設置されている。センサチ
ップ１０のヒータ線４には電源１１及び電圧計等の測定
器１２が接続されている。センサチップ１０の下流側に
は圧力計２４及び基準流量計２５が設けられている。
が図５及び図６のグラフにそれぞれ示される。この時の
流速計測の測定系は図３に概略的に示すようになってお
り、所定の長さの直円管２１内に流量調節弁２３を介し
てコンプレッサ２２からメタンガス等の流体が送り込ま
れる。本発明の熱式マイクロフローセンサを設けたセン
サチップ１０が直円管２１内のほぼ中間位置にヒータ線
４が流体と平行になるように設置されている。センサチ
ップ１０のヒータ線４には電源１１及び電圧計等の測定
器１２が接続されている。センサチップ１０の下流側に
は圧力計２４及び基準流量計２５が設けられている。
【００４２】図４はセンサチップ１０の拡大正面図であ
り、センサチップ１０がガラス板１３の上に固着されて
いるのがわかる。このガラス板１３の一側には一対のア
ルミニウム配線１４，１４が付着されていて、それぞれ
の一端はボンディング１５，１５を介して熱式マイクロ
フローセンサのコンタクトパッド６，６に接続され、一
方、それぞれの他端は導線１６，１６を介して図３図示
の電源１１及び測定器１２に接続されている。
り、センサチップ１０がガラス板１３の上に固着されて
いるのがわかる。このガラス板１３の一側には一対のア
ルミニウム配線１４，１４が付着されていて、それぞれ
の一端はボンディング１５，１５を介して熱式マイクロ
フローセンサのコンタクトパッド６，６に接続され、一
方、それぞれの他端は導線１６，１６を介して図３図示
の電源１１及び測定器１２に接続されている。
【００４３】図５のグラフに示される流速計測特性は、
直円管２１の直径を５０ｍｍ、長さを２０００ｍｍとし
た図３図示の測定系において流速を０〜４０ｍ／ｓまで
変化させた時の定電流下（１．５ｍＡ）でのヒータ線４
の電圧変化を示している。これによれば、本発明の熱式
マイクロフローセンサによって約４０ｍ／ｓの流速まで
測定できることがわかる。なお、本測定では念のため２
回の測定結果を示しており、１回目には低流速から高流
速へと変化させ、２回目は高流速から低流速へと変化さ
せた。
直円管２１の直径を５０ｍｍ、長さを２０００ｍｍとし
た図３図示の測定系において流速を０〜４０ｍ／ｓまで
変化させた時の定電流下（１．５ｍＡ）でのヒータ線４
の電圧変化を示している。これによれば、本発明の熱式
マイクロフローセンサによって約４０ｍ／ｓの流速まで
測定できることがわかる。なお、本測定では念のため２
回の測定結果を示しており、１回目には低流速から高流
速へと変化させ、２回目は高流速から低流速へと変化さ
せた。
【００４４】また、図６のグラフに示される流速計測特
性は、直円管２１の直径を９ｍｍ、長さを２０００ｍｍ
とした図３図示の測定系において流速を０〜０．１ｍ／
ｓまで変化させた時のヒータ線４の電圧変化を示してい
る。カーブＣ１はヒータ線４の温度が一定（約１００
℃）になるようにヒータ線４に電流を流した時のもので
あり、一方、カーブＣ２は電源を定電流源とした時のも
のである。いずれの場合にも約０．０１ｍ／ｓの流速ま
で計測されている。
性は、直円管２１の直径を９ｍｍ、長さを２０００ｍｍ
とした図３図示の測定系において流速を０〜０．１ｍ／
ｓまで変化させた時のヒータ線４の電圧変化を示してい
る。カーブＣ１はヒータ線４の温度が一定（約１００
℃）になるようにヒータ線４に電流を流した時のもので
あり、一方、カーブＣ２は電源を定電流源とした時のも
のである。いずれの場合にも約０．０１ｍ／ｓの流速ま
で計測されている。
【００４５】このように、本発明の熱式マイクロフロー
センサを用いることにより、１個のセンサで０．０１〜
４０ｍ／ｓもの広レンジの測定が可能になる。
センサを用いることにより、１個のセンサで０．０１〜
４０ｍ／ｓもの広レンジの測定が可能になる。
【００４６】参考までに、本発明の測定レンジと従来各
種のフローセンサの測定レンジを比較するために、図７
に測定レンジの比較図を示す。この図からも本発明の熱
式マイクロフローセンサが如何に広測定レンジを有して
いるかが分かる。
種のフローセンサの測定レンジを比較するために、図７
に測定レンジの比較図を示す。この図からも本発明の熱
式マイクロフローセンサが如何に広測定レンジを有して
いるかが分かる。
【００４７】また、本発明の熱式マイクロフローセンサ
の１００％立ち上がり時間は５ｍｓ以下で、高速応答型
になっている。
の１００％立ち上がり時間は５ｍｓ以下で、高速応答型
になっている。
【００４８】更に、消費電力はヒータ線を１００℃に保
つように常時通電した状態で８ｍＷ以下であり、電池駆
動が十分に可能な低消費電力型になっている。
つように常時通電した状態で８ｍＷ以下であり、電池駆
動が十分に可能な低消費電力型になっている。
【００４９】以上の説明は単に本発明の好適な実施例の
例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはな
い。
例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはな
い。
【００５０】
【発明の効果】本発明の熱式マイクロフローセンサは下
記の諸効果を有する。すなわち、 １．ヒータ線の材質を高い抵抗率（金属の１００倍以
上）を有する材料にしたので、電気抵抗値を１ｋΩ程度
にするのにヒータ線の膜厚を０．５〜２μｍ程度まで厚
くすることができる。従って、ヒータ線の単位接触面積
あたりの熱容量を大きくとることが可能になり、高流速
（数十ｍ／ｓ）の測定が可能になる。 ２．ヒータ線の材質をポリシリコンにすることによっ
て、その抵抗率を不純物のドーピング量によって調整す
ることができ、種々の特性のヒータ線を実現させること
ができる。 ３．ヒータ線の材質をポリシリコンにすることによっ
て、２００〜３００℃の高温にして使用しても、エレク
トロマイグレーション等による断線の心配がない。ま
た、ヒータ線表面を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の保護膜
で包むことにより、そこに付着したゴミをクリーニング
するために空気中で７００〜８００℃程度に昇温しても
酸化したり断線したりすることがない。 ４．ヒータ線が超小型であり、基板から熱絶縁された構
造のため、消費電力が８ｍＷ以下と小さいので、電池駆
動が十分可能になる。 ５．ヒータ線が超小型であり、基板から熱絶縁された構
造のため、速い応答性（５ｍｓ以下）を有する。 ６．半導体微細加工技術を用いて作成されるので、容易
に大量生産され得る。 ７．増幅回路等の処理回路を同一基板上に一体的に形成
することができるので、センサのＳ／Ｎ比を高くするこ
とができる。
記の諸効果を有する。すなわち、 １．ヒータ線の材質を高い抵抗率（金属の１００倍以
上）を有する材料にしたので、電気抵抗値を１ｋΩ程度
にするのにヒータ線の膜厚を０．５〜２μｍ程度まで厚
くすることができる。従って、ヒータ線の単位接触面積
あたりの熱容量を大きくとることが可能になり、高流速
（数十ｍ／ｓ）の測定が可能になる。 ２．ヒータ線の材質をポリシリコンにすることによっ
て、その抵抗率を不純物のドーピング量によって調整す
ることができ、種々の特性のヒータ線を実現させること
ができる。 ３．ヒータ線の材質をポリシリコンにすることによっ
て、２００〜３００℃の高温にして使用しても、エレク
トロマイグレーション等による断線の心配がない。ま
た、ヒータ線表面を酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）の保護膜
で包むことにより、そこに付着したゴミをクリーニング
するために空気中で７００〜８００℃程度に昇温しても
酸化したり断線したりすることがない。 ４．ヒータ線が超小型であり、基板から熱絶縁された構
造のため、消費電力が８ｍＷ以下と小さいので、電池駆
動が十分可能になる。 ５．ヒータ線が超小型であり、基板から熱絶縁された構
造のため、速い応答性（５ｍｓ以下）を有する。 ６．半導体微細加工技術を用いて作成されるので、容易
に大量生産され得る。 ７．増幅回路等の処理回路を同一基板上に一体的に形成
することができるので、センサのＳ／Ｎ比を高くするこ
とができる。
【図１】（ａ）及び（ｂ）は本発明の実施例を示すそれ
ぞれ概略上面図及び概略断面図である。
ぞれ概略上面図及び概略断面図である。
【図２】（Ａ）から（Ｈ）まではそれぞれ本発明の実施
例のプロセスチャートを示す断面図である。
例のプロセスチャートを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例を用いた測定系の説明図であ
る。
る。
【図４】図３に示した測定系の要部の拡大正面図であ
る。
る。
【図５】本発明の実施例による１つの流速計測特性を示
すグラフである。
すグラフである。
【図６】本発明の実施例によるもう１つの流速計測特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例を含む各種フローセンサの測定
レンジの比較表である。
レンジの比較表である。
１ シリコン基板 ２ 保護膜 ３ａ 下部保護膜 ３ｂ 上部保護膜 ４ ヒータ線 ４ａ ポリシリコン膜 ４ｂ ヒータ線コンタクト ４ｃ 引き出し線部 ５ コンタクトホール ６ コンタクトパッド ７ 凹部 ８ エッチングホール １０ センサチップ １１ 電源 １２ 測定器 １３ ガラス板 １４ アルミニウム配線 １５ ボンディング １６ 導線 ２１ 直円管 ２２ コンプレッサ ２３ 流量調整弁 ２４ 圧力計 ２５ 流量計
Claims (13)
- 【請求項１】 抵抗率において３．１×１０-7〜２×１
０-2Ωｍの範囲を有する材料を用いて、抵抗値がほぼ１
ｋΩになるように半導体基板上に熱絶縁構造の形態で形
成されたヒータ線を具備することを特徴とする熱式マイ
クロフローセンサ。 - 【請求項２】 前記ヒータ線の熱絶縁構造が架橋または
片持ち梁構造であることを特徴とする請求項１記載の熱
式マイクロフローセンサ。 - 【請求項３】 前記ヒータ線が、その材料をポリシリコ
ンとし、半導体微細加工技術を用いて前記半導体基板上
に形成されたことを特徴とする請求項１記載の熱式マイ
クロフローセンサ。 - 【請求項４】 前記ヒータ線が、７〜１０μｍの線幅と
０．５〜２μｍの厚さとを有することを特徴とする請求
項３記載の熱式マイクロフローセンサ。 - 【請求項５】 前記ポリシリコンにドーピングを施すこ
とによって、所望の抵抗率が前記ヒータ線に与えられて
いることを特徴とする請求項３及び４のいずれか一方に
記載の熱式マイクロフローセンサ。 - 【請求項６】 前記ヒータ線が、ヒータ線コンタクト及
びその引き出し線部の抵抗率よりも他の部分の抵抗率の
方が大きくなるように形成されていることを特徴とする
請求項５記載の熱式マイクロフローセンサ。 - 【請求項７】 半導体微細加工技術を用いてシリコン基
板の下面全域に保護膜を０．０１〜０．５μｍの範囲の
膜厚で成膜することと、 前記シリコン基板の上面全域にＣＶＤ、スパッタリング
または熱酸化によって０．１〜２μｍの範囲の膜厚でヒ
ータ線用の下部保護膜を成膜することと、 前記下部保護膜の上面全域にＣＶＤによって０．５〜２
μｍの範囲の膜厚でヒータ線となるポリシリコン膜を成
膜し、その後に抵抗率が３．１×１０-7〜２×１０-2Ω
ｍになるように該ポリシリコン膜にドーピングを施すこ
とと、 前記ポリシリコン膜を所望の線幅及び形状のヒータ線に
形成するために、該ポリシリコン膜にエッチングを施す
ことと、 前記ヒータ線形成後のシリコン基板の最上面全域にＣＶ
Ｄまたはスパッタリングによって０．１〜１．５μｍの
範囲の膜厚で上部保護膜を成膜した後、ヒータ線コンタ
クト部にコンタクトパッド埋め込み用のコンタクトホー
ルを形成するためにエッチングを施すことと、 前記コンタクトホールを含むシリコン基板の最上面全域
にスパッタリングまたは蒸着によって０．１〜１μｍの
範囲の膜厚でＡｕ膜を成膜した後、該Ａｕ膜をコンタク
トパッドに形成するためのエッチングを施すことと、 下面から５０〜２００μｍの厚さが残るように、前記シ
リコン基板の上面からダイシングを行うことと、 前記ヒータ線を前記シリコン基板から熱的に絶縁するよ
うに、ヒータ線の下方に位置するシリコン基板部に異方
性エッチングを施すことによって、そこに５０〜３００
μｍの範囲の深さを有するアンダーカット凹部を形成す
ること、の各ステップを含むことを特徴とする熱式マイ
クロフローセンサの製造方法。 - 【請求項８】 前記ドーピングがイオン注入及び拡散に
よって行われることを特徴とする請求項７記載の熱式マ
イクロフローセンサの製造方法。 - 【請求項９】 前記ドーピングが拡散剤塗布及び拡散に
よって行われることを特徴とする請求項７記載の熱式マ
イクロフローセンサの製造方法。 - 【請求項１０】 前記イオン注入が、ヒータ線の各部に
おいてイオン注入量が異なるように行われることを特徴
とする請求項８記載の熱式マイクロフローセンサの製造
方法。 - 【請求項１１】 前記イオン注入が、１回目は前記ポリ
シリコン膜全体に施され、２回目はヒータ線コンタクト
となる部分及びその引き出し線部に施されることを特徴
とする請求項１０記載の熱式マイクロフローセンサの製
造方法。 - 【請求項１２】 前記イオン注入が、１回目はヒータ線
コンタクトとなる部分及びその引き出し線部に施され、
２回目は前記ポリシリコン膜全体に施されることを特徴
とする請求項１０記載の熱式マイクロフローセンサの製
造方法。 - 【請求項１３】 前記異方性エッチングを施すステップ
の後に、前記ヒータ線を被覆する前記上部及び下部保護
膜を可能な限り薄膜化するためのエッチングを施すステ
ップを更に含むことを特徴とする請求項７記載の熱式マ
イクロフローセンサの製造方法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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