JPH0875517A - Semiconductor microsensor and manufacture thereof - Google Patents

Semiconductor microsensor and manufacture thereof

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JPH0875517A
JPH0875517A JP6211569A JP21156994A JPH0875517A JP H0875517 A JPH0875517 A JP H0875517A JP 6211569 A JP6211569 A JP 6211569A JP 21156994 A JP21156994 A JP 21156994A JP H0875517 A JPH0875517 A JP H0875517A
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electrode
recess
semiconductor
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heat
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Eiji Yoshikawa
英治 吉川
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PURPOSE: To obtain a semiconductor microsensor having high detection sensitivity and response time constant and strong against destruction due to disturbance. CONSTITUTION: The semiconductor microsensor comprises a semiconductor substrate 11 having a first recess 13 made in one major surface 11a having (100) face in the <100> direction, an interlayer structure 21 provided on one major surface 11a with one or more of detection elements 24 being formed at a part corresponding to the first recess 13, and an upper structure 31 provided on the interlayer structure 21 with a second recess 32 corresponding to the first recess 13 being made in one major surface on the interlayer structure 21 side and a plurality of through holes 33a, 33b communicating with the outside being made in the bottom face of the second recess 32.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、流体の流量、加速
度、圧力等の物理量を検出する際に用いられ、高い検出
感度を有するとともに外的擾乱により破壊されにくい半
導体マイクロセンサとその製造方法に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor microsensor which is used for detecting a physical quantity such as a flow rate, acceleration, pressure, etc. of a fluid, has a high detection sensitivity, and is not easily destroyed by an external disturbance, and a manufacturing method thereof. It is a thing.

【0002】[0002]

【従来の技術】図23は、例えば特開昭63−2711
67号公報に示された従来の半導体マイクロセンサとし
ての流速センサを示す断面図であり、図において、1は
単結晶シリコン基板(以下、Si基板と略称)、2はS
i基板1に異方性エッチングにより形成された断面台形
状のピット(凹部)、3はピット2周囲のSi基板1上
に形成されたシリコン酸化膜(SiO2 膜)、4はSi
2 膜3上に形成されたBPSG、5はピット2を覆う
ようにBPSG4上に形成されたSiO2 膜、6はSi
2 膜5の下面の凹部5aに形成された多孔質酸化ケイ
素、7はSiO2膜5上に形成された発熱素子、8はS
iO2 膜5上に形成された温度検出素子である。
2. Description of the Related Art FIG. 23 shows, for example, JP-A-63-2711.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a flow velocity sensor as a conventional semiconductor microsensor disclosed in Japanese Patent Publication No. 67, 67, in which 1 is a single crystal silicon substrate (hereinafter abbreviated as Si substrate) and 2 is S.
A pit (recess) having a trapezoidal cross section formed on the i substrate 1 by anisotropic etching, 3 is a silicon oxide film (SiO 2 film) formed on the Si substrate 1 around the pit 2, and 4 is Si.
BPSG formed on the O 2 film 3, 5 is a SiO 2 film formed on the BPSG 4 so as to cover the pits 2, and 6 is Si
Porous silicon oxide formed in the recess 5a on the lower surface of the O 2 film 5, 7 is a heating element formed on the SiO 2 film 5, and 8 is S.
It is a temperature detection element formed on the iO 2 film 5.

【0003】次に、この流速センサの製造方法を図24
に基づき説明する。まず、Si基板1aにピット2を形
成し、該ピット2周囲のSi基板1a上にSiO2 膜3
a、BPSG4aを順次形成してなる第1のセンサ部材
(同図(a))と、Si基板1b上にSiO2 膜3bを
形成し、該SiO2 膜3b上の中央部の窪みに多孔質酸
化ケイ素6及びその周囲にBPSG4bを形成してなる
第2のセンサ部材(同図(b))とを作製し、次いで第
1のセンサ部材のBPSG4aと第2のセンサ部材のB
PSG4bとを密着させ、これらBPSG4a,4bを
約1000℃の高温下で溶融させることによりこれら第
1及び第2のセンサ部材同士を貼り合わせ(同図
(c))、次いで一方のSi基板1bをエッチングによ
り完全に除去し、SiO2 膜3b上に発熱素子7と温度
検出素子8を形成して流速センサとする。
Next, a method of manufacturing this flow velocity sensor will be described with reference to FIG.
It will be explained based on. First, pits 2 are formed on the Si substrate 1a, and the SiO 2 film 3 is formed on the Si substrate 1a around the pits 2.
a, a first sensor member (FIG. 3A) formed by sequentially forming BPSG 4a, a SiO 2 film 3b is formed on a Si substrate 1b, and a porous hollow is formed in the central depression on the SiO 2 film 3b. A second sensor member (FIG. 2B) in which BPSG 4b is formed around silicon oxide 6 is produced, and then BPSG 4a of the first sensor member and B of the second sensor member are formed.
The first and second sensor members are bonded to each other by bringing them into close contact with the PSG 4b and melting these BPSGs 4a and 4b at a high temperature of about 1000 ° C. (FIG. 7 (c)), and then one Si substrate 1b is attached. It is completely removed by etching, and the heating element 7 and the temperature detecting element 8 are formed on the SiO 2 film 3b to form a flow velocity sensor.

【0004】この流速センサでは、流体の流れにより発
熱素子7が冷却された際に該発熱素子7を元の温度に戻
すように流れる加熱電流を検出することにより前記流体
の流速を測定している。
In this flow velocity sensor, the flow velocity of the fluid is measured by detecting the heating current flowing so as to return the heating element 7 to the original temperature when the heating element 7 is cooled by the flow of the fluid. .

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】従来の半導体マイクロ
センサとしての流速センサは以上のように構成されてい
るので、発熱素子7及び温度検出素子8が直接流体にさ
らされるため、ある程度の感度が得られる反面、空気中
に含まれる塵埃が各素子7,8に堆積しやすく、従って
センサの特性を長時間にわたって一定に維持することが
困難であり、また外部からの衝撃によって破損しやす
く、破損を免れるためには検出感度の低下をトレードオ
フにして、検出部の膜厚を増して機械的強度を上げる必
要があるなどの問題点があった。
Since the flow velocity sensor as the conventional semiconductor microsensor is constructed as described above, since the heating element 7 and the temperature detection element 8 are directly exposed to the fluid, a certain degree of sensitivity can be obtained. On the other hand, dust contained in the air is liable to accumulate on the elements 7 and 8, so that it is difficult to maintain the characteristics of the sensor constant for a long time. In order to avoid this, there is a problem that it is necessary to increase the film thickness of the detection portion to increase the mechanical strength by making a trade-off with a decrease in detection sensitivity.

【0006】また、上記のような流速センサは所望の構
造を得るために、あらかじめ表面に窪み等を加工してお
いた複数個の部材を貼り合わせる必要があった。このよ
うな工程はアライメントや接合部位の信頼性に問題があ
り、何よりもスループットが低く、コスト高になるなど
の問題点があった。また、貼り合わせのために部材を高
温にする必要があり、他の機能薄膜の特性に悪影響を及
ぼすおそれがあった。そこで、例えば特開平4−343
023号公報に示されたように、裏面からエッチングを
施す方法も提案されているが、この方法においてもアラ
イメントの信頼性に問題があり、パッケージングが複雑
になりチップの機械的強度の低下をもたらすなどの問題
点もあった。
In addition, in order to obtain a desired structure, it is necessary for the above-described flow velocity sensor to bond together a plurality of members whose surfaces are previously processed with depressions or the like. In such a process, there are problems in alignment and reliability of the bonding site, and above all, there is a problem that throughput is low and cost is high. In addition, it is necessary to raise the temperature of the member for bonding, which may adversely affect the characteristics of other functional thin films. Therefore, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 4-343
As shown in Japanese Patent No. 023, a method of performing etching from the back surface is also proposed, but this method also has a problem in the reliability of alignment, which complicates packaging and lowers the mechanical strength of the chip. There were problems such as bringing it.

【0007】請求項1乃至13の発明は、上記のような
問題点を解消するためになされたもので、高い検出感度
及び小さい応答時定数を有するとともに外的擾乱により
破壊されにくい半導体マイクロセンサを得ることを目的
とする。
The inventions set forth in claims 1 to 13 have been made to solve the above-mentioned problems, and a semiconductor microsensor having high detection sensitivity and a small response time constant and being hardly destroyed by an external disturbance is provided. The purpose is to get.

【0008】請求項14または15の発明は、加工精度
が高く、従って歩留り及び信頼性が向上し、しかも安価
な半導体マイクロセンサの製造方法を提供することを目
的とする。
It is an object of the invention of claim 14 or 15 to provide a method for manufacturing a semiconductor microsensor, which has a high processing accuracy, thus improving yield and reliability, and is inexpensive.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る半
導体マイクロセンサは、半導体基板の<110>方向及
び(100)面を有する一主面上に設けられ該一主面上
の第1の凹部に対応する部分に1つ以上の検出素子が形
成された層間構造体と、該層間構造体上に設けられ該層
間構造体側の一主面に前記第1の凹部と対向するように
第2の凹部が形成されるとともに該第2の凹部の底面に
外部と連通する複数の貫通孔が形成された上部構造体と
を備えたものである。
A semiconductor microsensor according to a first aspect of the present invention is provided on a main surface having a <110> direction and a (100) plane of a semiconductor substrate, and is provided on the first main surface. An interlayer structure having one or more detection elements formed in a portion corresponding to the recess, and a first main surface provided on the interlayer structure on the side of the interlayer structure so as to face the first recess. And an upper structure having a plurality of through holes communicating with the outside formed on the bottom surface of the second recess.

【0010】請求項2の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記層間構造体を、前記第1の凹部の周囲に設け
られた枠部と、該枠部内に設けられ外部から導かれてき
た圧力を受ける受圧部と、該受圧部の両端と前記枠部と
の間にそれぞれ設けられ少なくとも一方にピエゾ抵抗が
形成された複数の梁部とを備えたものである。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microsensor in which the interlayer structure is provided with a frame portion provided around the first recess and a pressure provided in the frame portion and introduced from the outside. It is provided with a pressure receiving portion for receiving, and a plurality of beam portions which are provided between both ends of the pressure receiving portion and the frame portion, and at least one of which has a piezoresistance formed.

【0011】請求項3の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記第1の凹部及び第2の凹部それぞれに、前記
受圧部の弾性限界内で該受圧部を支持する突起部を設け
たものである。
According to a third aspect of the semiconductor microsensor of the present invention, each of the first concave portion and the second concave portion is provided with a protruding portion for supporting the pressure receiving portion within the elastic limit of the pressure receiving portion. .

【0012】請求項4の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記層間構造体を前記第1の凹部に対応する部分
に形成され外部から導かれてきた圧力を受ける受圧部
と、該受圧部を支持する梁部と、前記受圧部に形成され
た第1の電極とを備え、前記半導体基板は第1の凹部に
第2の電極を、前記上部構造体は第2の凹部に第3の電
極をそれぞれ備えたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microsensor in which the interlayer structure is formed in a portion corresponding to the first concave portion and which receives a pressure introduced from the outside, and a pressure receiving portion which supports the pressure receiving portion. Beam portion and a first electrode formed in the pressure receiving portion, wherein the semiconductor substrate has a second electrode in the first recess and the upper structure has a third electrode in the second recess. Each is equipped.

【0013】請求項5の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記層間構造体を、前記第1の凹部の周囲に設け
られた枠部と、該枠部内に設けられ少なくともその一端
部が前記枠部に接続された突出部と、該突出部に形成さ
れ周囲の流体の流れによる抵抗値変化から流量を検出す
る発熱素子とを備えたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microsensor in which the interlayer structure is provided with a frame portion provided around the first recess, and at least one end of the frame portion is provided in the frame portion. And a heating element that is formed on the protrusion and detects the flow rate from the change in resistance value due to the flow of the surrounding fluid.

【0014】請求項6の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記発熱素子の両側に、流体の流れにより生じる
温度変化を抵抗値の変化として検出する感熱素子を設け
たものである。
According to a sixth aspect of the present invention, a semiconductor microsensor is provided with a heat sensitive element on both sides of the heat generating element for detecting a temperature change caused by a fluid flow as a change in resistance value.

【0015】請求項7の発明に係る半導体マイクロセン
サは、流路内に設けられた渦発生部より発生するカルマ
ン渦による圧力差を、導圧管を介して受圧部へ導入する
ものである。
According to a seventh aspect of the present invention, a semiconductor microsensor introduces a pressure difference due to a Karman vortex generated from a vortex generating section provided in a flow path into a pressure receiving section via a pressure guiding tube.

【0016】請求項8の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記層間構造体を、前記第1の凹部の周囲に設け
られた枠部と、該枠部内に互いに平行に設けられ少なく
とも一端部が前記枠部に接続された複数の突出部と、一
方の該突出部に形成され周囲の流体の温度を検出する感
熱素子と、他方の前記突出部に形成され前記流体の温度
より所定の温度高くなるように発熱する発熱素子とを備
えたものである。
In a semiconductor microsensor according to an eighth aspect of the present invention, the interlayer structure is provided with a frame portion provided around the first concave portion, and at least one end portion is provided in the frame portion in parallel with each other. A plurality of protrusions connected to the frame, a heat sensitive element formed on one of the protrusions for detecting the temperature of the surrounding fluid, and a temperature higher than the temperature of the fluid formed on the other protrusion by a predetermined temperature. And a heating element that generates heat.

【0017】請求項9の発明に係る半導体マイクロセン
サは、前記層間構造体を、前記第1の凹部の周囲に設け
られた枠部と、該枠部内に互いに平行に設けられ少なく
とも一端部が前記枠部に接続された複数の突出部と、一
方の該突出部に形成され周囲の流体の温度を検出する第
1の感熱素子と、他方の前記突出部に形成され前記流体
の温度より所定の温度高くなるように発熱する発熱素子
及び該発熱素子の温度を検出する第2の感熱素子とを備
えたものである。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microsensor in which the interlayer structure is provided with a frame portion provided around the first concave portion, and at least one end portion is provided in the frame portion in parallel with each other. A plurality of protrusions connected to the frame, a first thermosensitive element formed on one of the protrusions for detecting the temperature of the surrounding fluid, and a predetermined temperature higher than the temperature of the fluid formed on the other protrusion. It is provided with a heating element that generates heat so that the temperature rises and a second thermosensitive element that detects the temperature of the heating element.

【0018】請求項10の発明に係る半導体マイクロセ
ンサは、前記層間構造体を、前記第1の凹部に対応する
部分に形成された質量部と、該質量部を支持する支持部
と、該支持部に形成され前記質量部が受ける加速度の大
きさを抵抗値の変化として検出する少なくとも1つのピ
エゾ抵抗とを備えたものである。
A semiconductor microsensor according to a tenth aspect of the present invention is a semiconductor microsensor, wherein the interlayer structure has a mass portion formed in a portion corresponding to the first recess, a support portion that supports the mass portion, and the support. And at least one piezoresistor which is formed in the section and detects the magnitude of the acceleration received by the mass section as a change in the resistance value.

【0019】請求項11の発明に係る半導体マイクロセ
ンサは、前記層間構造体を、前記第1の凹部に対応する
部分に形成された質量部と、該質量部に形成された第1
の電極と、前記質量部を支持する支持部とを備え、前記
第1の凹部に第2の電極を前記第2の凹部に第3の電極
をそれぞれ備えたものである。
In a semiconductor microsensor according to an eleventh aspect of the present invention, the interlayer structure has a mass portion formed in a portion corresponding to the first recess, and a first mass portion formed in the mass portion.
And the supporting portion for supporting the mass portion, and the second electrode is provided in the first recess and the third electrode is provided in the second recess.

【0020】請求項12の発明に係る半導体マイクロセ
ンサは、前記支持部を1つ以上の梁部から成るカンチレ
バー構造としたものである。
A semiconductor microsensor according to a twelfth aspect of the present invention is such that the supporting portion has a cantilever structure including one or more beam portions.

【0021】請求項13の発明に係る半導体マイクロセ
ンサは、前記支持部を前記質量部の両端部に設けられた
少なくとも2つ以上の梁部で構成したものである。
A semiconductor microsensor according to a thirteenth aspect of the present invention is such that the supporting portion is composed of at least two beam portions provided at both ends of the mass portion.

【0022】請求項14の発明に係る半導体マイクロセ
ンサの製造方法は、半導体基板の<110>方向及び
(100)面を有する一主面上の所定位置に第1の犠牲
層、該第1の犠牲層の中央部及び前記一主面上に第1の
構造層、該第1の構造層上の所定位置に検出素子、前記
第1の構造層及び検出素子上に第2の構造層を順次形成
する層間構造体形成工程と、前記第1の犠牲層上に前記
第1及び第2の構造層を包含する第2の犠牲層、該第2
の犠牲層及び第2の構造層の上に第3の構造層、該第3
の構造層の所定位置に複数の貫通孔を順次形成する上部
構造体形成工程と、前記第1及び第2の犠牲層を除去す
る犠牲層除去工程と、異方性エッチングにより前記半導
体基板の所定位置に第1の凹部を形成する凹部形成工程
とを備えたものである。
According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor microsensor, wherein a first sacrificial layer is provided at a predetermined position on a main surface having a <110> direction and a (100) plane of a semiconductor substrate. A first structural layer is provided on the central portion of the sacrificial layer and the one main surface, a detection element is provided at a predetermined position on the first structural layer, and a second structural layer is sequentially provided on the first structural layer and the detection element. An interlayer structure forming step of forming, a second sacrificial layer including the first and second structural layers on the first sacrificial layer, and the second sacrificial layer.
A third structural layer on the sacrificial layer and the second structural layer,
Upper structure forming step of sequentially forming a plurality of through holes at predetermined positions of the structure layer, a sacrificial layer removing step of removing the first and second sacrificial layers, and a predetermined etching of the semiconductor substrate by anisotropic etching. And a recess forming step of forming the first recess at the position.

【0023】請求項15の発明に係る半導体マイクロセ
ンサの製造方法は、前記層間構造体形成工程に、前記半
導体基板の一主面上の突起部を形成すべき部分に高濃度
不純物添加層を形成する工程を備え、前記上部構造体形
成工程に、前記第2の犠牲層の突起部を形成すべき部分
に溝を形成する工程を備えたものである。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microsensor, in the step of forming the interlayer structure, a high-concentration impurity-added layer is formed on a portion of the main surface of the semiconductor substrate where a protrusion is to be formed. And the step of forming a groove in the portion of the second sacrificial layer where the protrusion is to be formed in the upper structure forming step.

【0024】[0024]

【作用】請求項1の発明における半導体マイクロセンサ
は、検出素子が形成された層間構造体を半導体基板と上
部構造体との間に設けたことにより、前記検出素子は上
部構造体により覆われ直接外部媒体及び外部擾乱にさら
されることがなくなり、従って汚損による検出特性の低
下を防止し、高い検出感度及び小さい応答時定数を保持
する。また外部擾乱を直接受けることがなく破壊され難
い。これにより、従来外的擾乱に耐えるべく支持部の機
械的強度を上げることで、そのトレードオフとして損な
われていた検出感度の低下を招くこともなくなり、高い
検出感度及び広いダイナミックレンジを維持する。
In the semiconductor microsensor according to the invention of claim 1, since the interlayer structure having the detection element is provided between the semiconductor substrate and the upper structure, the detection element is directly covered with the upper structure. It is not exposed to external media and external disturbances, thus preventing deterioration of detection characteristics due to contamination, and maintaining high detection sensitivity and small response time constant. It is also hard to be destroyed without being directly affected by external disturbances. As a result, by increasing the mechanical strength of the support portion to withstand external disturbances in the related art, the detection sensitivity, which has been impaired as a trade-off, is not reduced, and high detection sensitivity and a wide dynamic range are maintained.

【0025】請求項2の発明における半導体マイクロセ
ンサは、枠部内に設けられ外部から導かれてきた圧力を
受ける受圧部と、該受圧部の両端と前記枠部との間に設
けられ少なくとも一方にピエゾ抵抗が形成された複数の
梁部とを備えたことにより、前記受圧部が圧力を受ける
ことにより複数の前記梁部に生じる該梁部を軸とする捻
れをピエゾ抵抗の抵抗値変化として検出することによ
り、受圧部が受ける圧力を高感度で検出する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor microsensor, wherein a pressure receiving portion provided in a frame portion for receiving a pressure introduced from the outside, and at least one provided between both ends of the pressure receiving portion and the frame portion. Since the plurality of beam portions having the piezoresistors are provided, a twist about the beam portions generated in the plurality of beam portions when the pressure receiving portion receives pressure is detected as a change in the resistance value of the piezoresistance. By doing so, the pressure received by the pressure receiving portion is detected with high sensitivity.

【0026】請求項3の発明における半導体マイクロセ
ンサは、前記第1の凹部及び第2の凹部それぞれに、前
記受圧部の弾性限界内で該受圧部を支持する突起部を設
けたことにより、前記受圧部の過大な振幅による破損、
複数の梁部の厚み方向の撓み及び梁部を回転軸とするぶ
れを防止し、前記受圧部の梁部を軸とする捻れをより安
定した状態で検出する。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor microsensor, the first concave portion and the second concave portion are each provided with a protruding portion for supporting the pressure receiving portion within an elastic limit of the pressure receiving portion. Damage due to excessive amplitude of pressure receiving part,
Deflection of the plurality of beam portions in the thickness direction and blurring of the beam portions as a rotation axis are prevented, and twisting of the pressure receiving portion around the beam portions is detected in a more stable state.

【0027】請求項4の発明における半導体マイクロセ
ンサは、前記受圧部に第1の電極を、前記第1の凹部に
第2の電極を、前記第2の凹部に第3の電極をそれぞれ
備え、前記梁部の捻れを前記第1の電極と第2の電極と
の間の容量と、前記第1の電極と第3の電極との間の容
量との差として検出することにより、受圧部が受ける圧
力を高感度で検出する。
A semiconductor microsensor according to a fourth aspect of the present invention includes a first electrode in the pressure receiving portion, a second electrode in the first recess, and a third electrode in the second recess. By detecting the twist of the beam portion as the difference between the capacitance between the first electrode and the second electrode and the capacitance between the first electrode and the third electrode, the pressure receiving portion Detects the pressure received with high sensitivity.

【0028】請求項5の発明における半導体マイクロセ
ンサは、前記突出部に周囲の流体の流れによる抵抗値変
化から流量を検出する発熱素子を形成したことにより、
前記流体の流量または流速を高感度で検出する。
In the semiconductor microsensor according to the invention of claim 5, the heating element for detecting the flow rate from the change in the resistance value due to the flow of the surrounding fluid is formed in the protruding portion.
The flow rate or flow velocity of the fluid is detected with high sensitivity.

【0029】請求項6の発明における半導体マイクロセ
ンサは、前記発熱素子の両側に流体の流れにより生じる
温度変化を抵抗値の変化として検出する感熱素子を設け
たことにより、一方の感熱素子から他方の感熱素子に向
かって流体が流れると、発熱素子より発生する熱量の伝
達度合いが流れの上流側と下流側とで異なりこれらの感
熱素子間に温度差が生じる。前記感熱素子間の温度差を
これら感熱素子間の抵抗値の差として検出し、この抵抗
値の差より前記流体の流量を高感度で検出する。
In the semiconductor microsensor according to the invention of claim 6, the heat sensitive element for detecting the temperature change caused by the flow of the fluid as the change of the resistance value is provided on both sides of the heat generating element. When the fluid flows toward the heat-sensitive element, the degree of transfer of the amount of heat generated by the heat-generating element differs between the upstream side and the downstream side of the flow, and a temperature difference occurs between these heat-sensitive elements. The temperature difference between the heat sensitive elements is detected as a difference in resistance value between the heat sensitive elements, and the flow rate of the fluid is detected with high sensitivity based on the difference in resistance value.

【0030】請求項7の発明における半導体マイクロセ
ンサは、受圧部が前記渦発生部より発生するカルマン渦
により流路内に生じる周期的に変動する圧力差を導圧管
を介して受けるため、梁部を回転軸として周期的に捻
れ、この捻れをピエゾ抵抗で検出することにより、流路
を流れる流体の流速を高感度で検出することが可能にな
る。
In the semiconductor microsensor according to the invention of claim 7, since the pressure receiving portion receives the periodically varying pressure difference generated in the flow passage by the Karman vortex generated by the vortex generating portion through the pressure guiding tube, the beam portion It is possible to detect the flow velocity of the fluid flowing through the flow path with high sensitivity by periodically twisting with respect to the rotation axis and detecting this twist with piezo resistance.

【0031】請求項8の発明における半導体マイクロセ
ンサは、一方の突出部に形成され周囲の流体の温度を検
出する感熱素子と、他方の突出部に形成され前記流体の
温度より所定の温度高くなるように発熱する発熱素子と
を備えたことにより、前記流体の流れにより該発熱素子
が冷却され、該発熱素子の温度を元に戻すための加熱電
流が該発熱素子に流れる。この加熱電流を検出すること
により前記流体の流量を高感度で検出する。
According to another aspect of the semiconductor microsensor of the present invention, a heat-sensitive element formed on one of the protrusions for detecting the temperature of the surrounding fluid, and a temperature higher than the temperature of the fluid formed on the other of the protrusions by a predetermined temperature. By providing the heating element that generates heat, the heating element is cooled by the flow of the fluid, and a heating current for returning the temperature of the heating element to the original temperature flows in the heating element. By detecting this heating current, the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity.

【0032】請求項9の発明における半導体マイクロセ
ンサは、一方の突出部に形成され周囲の流体の温度を検
出する第1の感熱素子と、他方の突出部に形成され前記
流体の温度より所定の温度高くなるように発熱する発熱
素子及び該発熱素子の温度を検出する第2の感熱素子と
を備えたことにより、前記流体の流れにより該発熱素子
が冷却され、該発熱素子の温度を元に戻すための加熱電
流が該発熱素子に流れる。この加熱電流を検出すること
により前記流体の流量を高感度で検出する。
According to a ninth aspect of the present invention, in a semiconductor microsensor, a first heat sensitive element formed on one of the protrusions for detecting the temperature of the surrounding fluid and a temperature of the fluid formed on the other of the protrusions have a predetermined value. By providing the heating element that generates heat so that the temperature rises and the second thermosensitive element that detects the temperature of the heating element, the heating element is cooled by the flow of the fluid, and based on the temperature of the heating element. A heating current for returning flows to the heating element. By detecting this heating current, the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity.

【0033】請求項10の発明における半導体マイクロ
センサは、質量部と、該質量部を支持する支持部と、該
支持部に形成され前記質量部が受ける加速度の大きさを
抵抗値の変化として検出する少なくとも1つのピエゾ抵
抗とを備えたことにより、前記質量部に加速度が加わる
と該質量部が変位し前記支持部に該変位に起因する撓み
が生じ、該撓みをピエゾ抵抗の抵抗値変化として検出す
る。これにより前記質量部に作用する加速度を高感度で
検出する。
According to a tenth aspect of the invention, in a semiconductor microsensor, a mass part, a support part for supporting the mass part, and an amount of acceleration formed on the mass part and received by the mass part are detected as a change in resistance value. By providing at least one piezoresistor, the mass part is displaced when acceleration is applied to the mass part, and the support part is bent due to the displacement, and the flexure is regarded as a change in the resistance value of the piezoresistor. To detect. Thereby, the acceleration acting on the mass portion is detected with high sensitivity.

【0034】請求項11の発明における半導体マイクロ
センサは、質量部に第1の電極を、第1の凹部に第2の
電極を、第2の凹部に第3の電極をそれぞれ備え、前記
質量部に作用する加速度の大きさを前記第1の電極と第
2の電極との間の容量と、第1の電極と第3の電極との
間の容量との差として検出する。これにより、質量部に
作用する加速度を高感度で検出する。
According to the eleventh aspect of the invention, in the semiconductor microsensor, the mass part is provided with the first electrode, the first recess is provided with the second electrode, and the second recess is provided with the third electrode. The magnitude of the acceleration acting on is detected as the difference between the capacitance between the first electrode and the second electrode and the capacitance between the first electrode and the third electrode. Thereby, the acceleration acting on the mass portion is detected with high sensitivity.

【0035】請求項12の発明における半導体マイクロ
センサは、前記支持部を1つ以上の梁部から成るカンチ
レバー構造としたことにより、前記質量部に加速度が作
用すると、該質量部は前記梁部を支点として前記加速度
の大きさに比例して変位する。従って、前記梁部に形成
されたピエゾ抵抗が歪み、その抵抗値の変化量より前記
加速度の大きさが求まる。これにより、質量部に作用す
る加速度をより高感度で検出する。
According to the twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor microsensor, the supporting portion has a cantilever structure composed of one or more beam portions, so that when the mass portion is subjected to acceleration, the mass portion causes the beam portion to move. As a fulcrum, it is displaced in proportion to the magnitude of the acceleration. Therefore, the piezo resistance formed on the beam portion is distorted, and the magnitude of the acceleration can be obtained from the amount of change in the resistance value. Thereby, the acceleration acting on the mass portion is detected with higher sensitivity.

【0036】請求項13の発明における半導体マイクロ
センサは、前記支持部を前記質量部の両端部に設けられ
た少なくとも2つ以上の梁部としたことにより、前記質
量部に加速度が作用すると、該質量部は該加速度の大き
さに比例して変位し、複数の前記梁部に形成されたピエ
ゾ抵抗も歪み、これら抵抗値の変化量より加速度の大き
さが求まる。これにより質量部に作用する加速度を正確
かつ高精度で検出する。
According to a thirteenth aspect of the present invention, in the semiconductor microsensor, the supporting portion is composed of at least two beam portions provided at both ends of the mass portion, and when acceleration acts on the mass portion, The mass portion is displaced in proportion to the magnitude of the acceleration, the piezoresistors formed on the plurality of beam portions are also distorted, and the magnitude of the acceleration is determined from the amount of change in these resistance values. Thereby, the acceleration acting on the mass portion is detected accurately and with high accuracy.

【0037】請求項14の発明における半導体マイクロ
センサの製造方法は、第1の犠牲層を含む各層を半導体
基板の<110>方向及び(100)面を有する一主面
上に順次形成する層間構造体形成工程と、第2の犠牲層
を含む各層を形成する上部構造体形成工程と、犠牲層除
去工程とを備えたことにより、検出素子が形成された層
間構造体は半導体基板の結晶方位によりその形状が限定
されることなく、設計自由度が高くなり最適な形状を選
択することが可能になる。また、第2の犠牲層を設けた
ことにより、上部構造体の形状も同様に最適化される。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method of manufacturing a semiconductor microsensor, an interlayer structure in which each layer including the first sacrificial layer is sequentially formed on a main surface having a <110> direction and a (100) plane of a semiconductor substrate. By providing the body forming step, the upper structure forming step of forming each layer including the second sacrificial layer, and the sacrificial layer removing step, the interlayer structure on which the detection element is formed depends on the crystal orientation of the semiconductor substrate. The shape is not limited, and the degree of freedom in design is increased, and the optimum shape can be selected. Further, the shape of the upper structure is similarly optimized by providing the second sacrificial layer.

【0038】さらに、異方性エッチングにより半導体基
板に第1の凹部を形成する凹部形成工程を備えたことに
より、半導体基板及び上部構造体双方と物理的に分離さ
れた層間構造体を得ることが可能になる。従って、従来
より用いられている複数部材の貼り合わせを行う貼り合
わせ工程が不要となり、接合部位の強度及び信頼性に関
する問題及び接合工程が他の機能薄膜に与える影響など
を払拭する。また、犠牲層の厚さや異方性エッチング時
間を制御することにより、前記層間構造体と上部構造体
や基板との間の物理的間隙を任意に調整する。
Further, by providing the recess forming step of forming the first recess in the semiconductor substrate by anisotropic etching, an interlayer structure physically separated from both the semiconductor substrate and the upper structure can be obtained. It will be possible. Therefore, a pasting process for pasting a plurality of members, which has been used conventionally, becomes unnecessary, and the problems relating to the strength and reliability of the joining site and the influence of the joining process on other functional thin films are eliminated. Further, by controlling the thickness of the sacrificial layer and the anisotropic etching time, the physical gap between the interlayer structure and the upper structure or the substrate is arbitrarily adjusted.

【0039】請求項15の発明における半導体マイクロ
センサの製造方法は、前記一主面上に高濃度不純物添加
層を形成したことにより、該添加層は異方性エッチング
の際にエッチングされず突起部として第1の凹部に残る
こととなる。これにより、第1の凹部に最適形状の突起
部を形成する。また、第2の犠牲層に溝を形成したこと
により、当該溝内に形成された第3の構造層は犠牲層除
去工程の際に除去されず突起部として該第3の構造層上
に残ることとなる。これにより、第2の凹部に最適形状
の突起部を形成する。
According to the fifteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor microsensor, since the high-concentration impurity-added layer is formed on the one main surface, the added layer is not etched during anisotropic etching and the protrusions are formed. Will remain in the first recess. As a result, an optimally shaped protrusion is formed in the first recess. In addition, since the groove is formed in the second sacrificial layer, the third structural layer formed in the groove is not removed during the sacrificial layer removing step and remains on the third structural layer as a protrusion. It will be. As a result, an optimally shaped protrusion is formed in the second recess.

【0040】[0040]

【実施例】【Example】

実施例1.以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図1において、11は<110>方向及び(10
0)面を有する表面(一主面)11aにピット(第1の
凹部)13が形成され、該ピット13内に支持軸(突起
部)14が形成されたSi基板(半導体基板)、21は
表面11a上に設けられ、ピット13の周囲に設けられ
たアンカー部(枠部)22と、該アンカー部22内に設
けられ外部から導かれてきた圧力を受ける受圧部23
と、受圧部23の両端とアンカー部22との間に設けら
れ一方にピエゾ抵抗24が形成されたトーションバー
(梁部)25a,25bと、アンカー部22に形成され
た配線26及びボンディングパッド27とを備えた層間
構造体、31は層間構造体21側の面に凹部(第2の凹
部)32が形成され、この凹部32の底面に外部と連通
する貫通孔33a,33b及び支持軸(突起部)34が
形成された上部構造体である。
Example 1. An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, 11 is the <110> direction and (10
A Si substrate (semiconductor substrate) 21 having a pit (first concave portion) 13 formed in a surface (one main surface) 11a having a (0) plane and a support shaft (projection portion) 14 formed in the pit 13 is An anchor portion (frame portion) 22 provided on the surface 11a and provided around the pit 13, and a pressure receiving portion 23 provided in the anchor portion 22 and receiving a pressure introduced from the outside.
And torsion bars (beam portions) 25a and 25b provided between both ends of the pressure receiving portion 23 and the anchor portion 22 and having a piezoresistor 24 formed on one side thereof, and the wiring 26 and the bonding pad 27 formed on the anchor portion 22. An inter-layer structure 31 including: a concave portion (second concave portion) 32 is formed on the surface on the side of the inter-layer structure 21, and through holes 33a and 33b communicating with the outside and a support shaft (projection) are formed on the bottom surface of the concave portion 32. Part) 34 is an upper structure.

【0041】この半導体マイクロセンサは、図2及び図
3に示すように、上部構造体31の下側に形成された凹
部32及びSi基板11に形成されたピット13は、受
圧部23の振動を保証する適度な間隙41を提供する。
上部構造体31及びSi基板11は、受圧部23の過大
な振幅による破損を防止するストッパの役割も果してい
る。上部構造体31の凹部32底面に形成された支持軸
34及びピット13底面に形成された支持軸14はトー
ションバー25a,25bのチップ厚さ方向の撓みを防
止するとともに、受圧部23のトーションバー25a,
25bを軸とする捻れを安定させる。
In this semiconductor microsensor, as shown in FIGS. 2 and 3, the recess 32 formed on the lower side of the upper structure 31 and the pit 13 formed on the Si substrate 11 cause the vibration of the pressure receiving portion 23. Providing a reasonable clearance 41.
The upper structure 31 and the Si substrate 11 also serve as a stopper that prevents damage to the pressure receiving portion 23 due to excessive amplitude. The support shaft 34 formed on the bottom surface of the recess 32 of the upper structure 31 and the support shaft 14 formed on the bottom surface of the pit 13 prevent the torsion bars 25a and 25b from bending in the chip thickness direction, and the torsion bar of the pressure receiving portion 23. 25a,
Stabilizes the twist around 25b.

【0042】図4はこの半導体マイクロセンサを用いた
カルマン渦流量計を示す断面図、図5は図4のB−B線
に沿う断面図である。図4,図5において、51は流体
が流れる流路、52は流路51内に設けられた渦発生体
(渦発生部)、53は渦発生体52の下流側に設けられ
一対の導圧孔53a,53bを有する導圧管、54は導
圧管53端部に設けられたセンサチップ(半導体マイク
ロセンサ)である。
FIG. 4 is a sectional view showing a Karman vortex flowmeter using this semiconductor microsensor, and FIG. 5 is a sectional view taken along the line BB of FIG. In FIGS. 4 and 5, 51 is a flow path through which a fluid flows, 52 is a vortex generator (vortex generator) provided in the flow path 51, and 53 is a pair of pressure guides provided downstream of the vortex generator 52. A pressure guiding tube having holes 53a and 53b, and 54 is a sensor chip (semiconductor microsensor) provided at the end of the pressure guiding tube 53.

【0043】このカルマン渦流量計では、流路51内を
流体55が流れると、渦発生体52によってカルマン渦
列56が発生する。このカルマン渦列56によって生じ
た周期的に変動する圧力差は、渦発生体52の直後に設
けた導圧孔53a,53bを通って、センサチップ54
内部へと導圧される。この導圧された圧力差を受けて層
間構造体21に設けられた受圧部23が、トーションバ
ー25a,25bを回転軸として周期的に捻れる。この
捻れの周波数をトーションバー25bに形成したピエゾ
抵抗24で検出することによって、流路51を流れる流
体の流速を測定することができる。検出した信号は配線
26の端部に形成されたボンディングパッド27から外
部に取り出される。
In this Karman vortex flowmeter, when the fluid 55 flows in the flow passage 51, the Karman vortex train 56 is generated by the vortex generator 52. The periodically varying pressure difference generated by the Karman vortex train 56 passes through the pressure guiding holes 53a and 53b provided immediately after the vortex generator 52 and passes through the sensor chip 54.
It is pressured to the inside. The pressure receiving portion 23 provided in the interlayer structure 21 receives the pressure difference thus induced, and is twisted periodically with the torsion bars 25a and 25b as rotation axes. By detecting the frequency of this twist with the piezoresistor 24 formed in the torsion bar 25b, the flow velocity of the fluid flowing through the flow path 51 can be measured. The detected signal is taken out from the bonding pad 27 formed at the end of the wiring 26.

【0044】実施例2.図6〜図8はこの発明の他の実
施例の半導体マイクロセンサの製造方法を示す過程図で
あり、図6は図1のA−A線に沿う断面、図7は図1の
C−C線に沿う断面、図8は図1のD−D線に沿う断面
にそれぞれ対応している。
Example 2. 6 to 8 are process diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention. FIG. 6 is a cross section taken along the line AA of FIG. 1, and FIG. 7 is a line CC of FIG. The cross section along the line and FIG. 8 correspond to the cross section along the line D-D in FIG. 1, respectively.

【0045】まず、Si基板11の表面11aに、例え
ばTi,Mn,Ni,Zn等の金属膜であって、HCl
等の酸で選択的にエッチング可能な第1の犠牲層61を
堆積する。好ましくはその輪郭が<110>方向の辺を
有する矩形になるように整形し、最終的にSi基板11
に形成されるピット13の外形を規定する。次いで、第
1の犠牲層61上及び残りのSi基板11上にシリコン
窒化膜等の第1の構造層62a,62bを堆積する。次
に、可動部分を形成するため、アンカー部となる第1の
構造層62a以外を第1の犠牲層61に包囲されるよう
に整形する。その後、第1の構造層62b上のトーショ
ンバー25bとなる部分にピエゾ抵抗24を形成し、そ
の上にピエゾ抵抗24を第1の構造層62bとで包含す
るように第2の構造層63となるシリコン窒化膜を堆積
することによって、第1の構造層62a,62bと第2
の構造層63及びピエゾ抵抗24とから成る層間構造体
21を形成する。この第2の構造層63により、後に行
う犠牲層エッチングや異方性エッチングによってピエゾ
抵抗24が溶解しないように保護することができる。次
に、Ti,Mn,Ni,Zn等の金属膜であって、層間
構造体21の可動部分を第1の犠牲層61とで包含する
ような第2の犠牲層64を堆積、整形する。そして、第
2の構造層63や第2の犠牲層64の上全面に第3の構
造層65となるシリコン窒化膜を堆積する(図6
(a),図7(a),図8(a))。
First, on the surface 11a of the Si substrate 11, a metal film of, for example, Ti, Mn, Ni, Zn, etc.
A first sacrificial layer 61 that is selectively etchable with an acid such as is deposited. Preferably, the contour is shaped into a rectangle having sides in the <110> direction, and finally the Si substrate 11
The outer shape of the pit 13 formed in the above is defined. Next, first structural layers 62a and 62b such as a silicon nitride film are deposited on the first sacrificial layer 61 and the remaining Si substrate 11. Next, in order to form a movable portion, the first sacrifice layer 61 is shaped so as to be surrounded by portions other than the first structural layer 62a serving as the anchor portion. Then, the piezoresistor 24 is formed on the first structure layer 62b at the portion to be the torsion bar 25b, and the piezoresistor 24 is formed on the second structure layer 63 so as to be included in the first structure layer 62b. By depositing a silicon nitride film formed on the first structure layers 62a and 62b and the second structure layers 62a and 62b.
The inter-layer structure 21 including the structure layer 63 and the piezoresistor 24 is formed. The second structure layer 63 can protect the piezoresistor 24 from being dissolved by a sacrifice layer etching or an anisotropic etching performed later. Next, a second sacrificial layer 64, which is a metal film of Ti, Mn, Ni, Zn, or the like, and which includes the movable portion of the interlayer structure 21 with the first sacrificial layer 61, is deposited and shaped. Then, a silicon nitride film to be the third structural layer 65 is deposited on the entire surface of the second structural layer 63 and the second sacrificial layer 64 (FIG. 6).
(A), FIG. 7 (a), FIG. 8 (a)).

【0046】その後、第3の構造層65であるシリコン
窒化膜を貫通して第2の犠牲層64であるTi,Mn,
Ni,Zn,Al等の金属膜に至る貫通孔66を形成す
る(図6(b),図7(b),図8(b))。この貫通
孔66はエッチング液の流入口であるとともに、カルマ
ン渦列56によって生じる圧力を層間構造体21中央の
受圧部23に導く導圧口でもある。
After that, the second sacrificial layer 64 of Ti, Mn,
A through-hole 66 reaching a metal film of Ni, Zn, Al or the like is formed (FIG. 6 (b), FIG. 7 (b), FIG. 8 (b)). The through hole 66 is an inlet for the etching solution and also a pressure guide port for guiding the pressure generated by the Karman vortex street 56 to the pressure receiving portion 23 at the center of the interlayer structure 21.

【0047】この貫通孔66を通して、Ti,Mn,N
i,Zn,Al等の金属膜のみを選択的に溶解するエッ
チング液、例えば濃塩酸によって第1,第2の犠牲層6
1,64を除去し層間構造体21の可動部分をSi基板
11と分離するとともに、次工程におけるエッチング液
流入チャンネル67とする(図6(c),図7(c),
図8(c))。
Through this through hole 66, Ti, Mn, N
The first and second sacrificial layers 6 are formed by an etching solution that selectively dissolves only metal films such as i, Zn, and Al, for example, concentrated hydrochloric acid.
1 and 64 are removed to separate the movable portion of the interlayer structure 21 from the Si substrate 11, and the etching solution inflow channel 67 is formed in the next step (FIGS. 6C and 7C).
FIG. 8 (c)).

【0048】エッチング液流入チャンネル67を通し
て、KOH等Siを異方性エッチングするアルカリ系エ
ッチング液を注入し、Si基板11にピット13を形成
する(図6(d),図7(d),図8(d))。以上の
ような工程をとることにより、複数部材の貼り合わせを
せず、基板表面からの加工のみで所期の構造を有する半
導体マイクロセンサを得ることができる。
An alkaline etchant for anisotropically etching Si such as KOH is injected through the etchant inflow channel 67 to form pits 13 in the Si substrate 11 (FIGS. 6 (d), 7 (d), and 7 (d)). 8 (d)). By taking the above steps, it is possible to obtain a semiconductor microsensor having a desired structure only by processing from the substrate surface without bonding a plurality of members.

【0049】実施例3.図9はこの発明の他の実施例の
半導体マイクロセンサを示す断面図である。このセンサ
チップ54は圧力差によって生じる流れを発熱素子7に
よって検出するタイプのカルマン渦流量計に用いられ、
上記圧力差によって生じるチップ内の流体の流れ71に
よって発熱素子7が冷却されてその抵抗値が変化する。
この抵抗値を検出することによって、流路51を流れる
流体の流速を測定することができる。ブリッジ部の典型
的な寸法は、長さ200〜300ミクロン、幅20〜3
0ミクロン、厚さ5ミクロン以下である。本実施例にお
いては、層間構造体21のうち検出素子が形成される部
分は間隙41を橋架するブリッジとして示したが、片持
ちのカンチレバー構造であってもよいのは言うまでもな
い。また、発熱素子7として好ましくは白金を用いる。
Example 3. FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention. The sensor chip 54 is used in a Karman vortex flowmeter of a type in which a flow caused by a pressure difference is detected by the heating element 7.
The heating element 7 is cooled by the flow 71 of the fluid in the chip caused by the pressure difference, and its resistance value changes.
By detecting this resistance value, the flow velocity of the fluid flowing through the flow path 51 can be measured. Typical dimensions of the bridge are 200-300 microns long, 20-3 wide.
It is 0 micron and the thickness is 5 microns or less. In the present embodiment, the portion of the interlayer structure 21 where the detection element is formed is shown as a bridge bridging the gap 41, but it goes without saying that it may be a cantilever structure with a cantilever. Further, platinum is preferably used as the heating element 7.

【0050】実施例4.図10はこの発明の他の実施例
の半導体マイクロセンサを用いた熱式流量計を示す断面
図であり、81は内部にセンサチップ54を備え、この
流入口82、流出口83とセンサチップの貫通孔54
a,54bと連通する細管84を有するハウジングであ
る。
Example 4. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a thermal type flow meter using a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention, in which 81 is provided with a sensor chip 54 inside, and an inlet 82, an outlet 83 and a sensor chip Through hole 54
The housing has a thin tube 84 communicating with a and 54b.

【0051】図11は流路51のベンチュリ部51aに
本実施例の半導体マイクロセンサを設置した状態を示す
断面図である。流路51内の85,86はそれぞれ高圧
部、低圧部である。このとき流入口82と流出口83と
の間には圧力差があるため、細管84内に流入口82か
ら受圧部23を通り流出口83に向かう流れが発生す
る。流入口82と流出口83との間の圧力差、ひいては
流路51を流れる流体の流速及び流量は受圧部23を通
過する流量に比例する。従って、受圧部23による出力
信号は流路51を流れる流体の流量の指標となる。
FIG. 11 is a sectional view showing a state in which the semiconductor microsensor of this embodiment is installed in the venturi portion 51a of the flow channel 51. 85 and 86 in the flow path 51 are a high pressure part and a low pressure part, respectively. At this time, since there is a pressure difference between the inflow port 82 and the outflow port 83, a flow is generated in the thin tube 84 from the inflow port 82 through the pressure receiving portion 23 toward the outflow port 83. The pressure difference between the inflow port 82 and the outflow port 83, and thus the flow velocity and flow rate of the fluid flowing through the flow path 51, are proportional to the flow rate passing through the pressure receiving portion 23. Therefore, the output signal from the pressure receiving portion 23 becomes an index of the flow rate of the fluid flowing through the flow path 51.

【0052】実施例5.図12はこの発明の他の実施例
である熱式質量流量計に用いられるセンサチップ(半導
体マイクロセンサ)の層間構造体91を示す平面図であ
り、図において、92はアンカー部22に支持されたブ
リッジ(突出部)であり、このブリッジ92上に発熱素
子7と該発熱素子の両側に感熱素子93a,93bが形
成されている。このセンサチップでは、ブリッジ92上
に発熱素子7を形成することで、基板に接続されている
アンカー部22と発熱素子7との熱絶縁を図っている。
ブリッジ92の典型的な寸法は長さ400〜500ミク
ロン、幅20〜50ミクロン、厚さ5ミクロン以下であ
る。なお、本実施例においては発熱素子7が形成される
部分の形状をブリッジ状であるとしたが、片持ちのカン
チレバー構造であってもよい。
Example 5. FIG. 12 is a plan view showing an interlayer structure 91 of a sensor chip (semiconductor microsensor) used in a thermal mass flowmeter according to another embodiment of the present invention, in which 92 is supported by the anchor portion 22. The heat generating element 7 is formed on the bridge 92, and the heat sensitive elements 93a and 93b are formed on both sides of the heat generating element. In this sensor chip, the heat generating element 7 is formed on the bridge 92 so that the anchor portion 22 connected to the substrate is thermally insulated from the heat generating element 7.
Typical dimensions of the bridge 92 are 400-500 microns long, 20-50 microns wide, and 5 microns thick or less. In this embodiment, the shape of the portion where the heating element 7 is formed is a bridge shape, but a cantilever structure with a cantilever may be used.

【0053】前記発熱素子7は一定電力が供給されるも
とで動作する。この場合、発熱素子7の熱量の空気中へ
の伝達量は、上流側と下流側とでは異なり、上流側の方
が下流側よりもより大きく冷却されるため、これら2個
の感熱素子93a,93b間に温度差が生じる。この温
度差は流量の関数であるため、感熱素子93a,93b
の抵抗値の差より流量を求めることができる。なお、発
熱素子7の中央部に空気の流れに対して垂直な方向に伸
びるスリットを設けると、より温度差が顕著となる。
The heating element 7 operates under constant power supply. In this case, the amount of heat transferred from the heat generating element 7 to the air is different between the upstream side and the downstream side, and the upstream side is cooled more than the downstream side. Therefore, these two heat sensitive elements 93a, A temperature difference occurs between 93b. Since this temperature difference is a function of the flow rate, the heat sensitive elements 93a, 93b
The flow rate can be calculated from the difference in the resistance values of If a slit extending in the direction perpendicular to the air flow is provided at the center of the heating element 7, the temperature difference becomes more remarkable.

【0054】実施例6.図13はこの発明の他の実施例
の直熱型質量流量計に用いられるセンサチップ(半導体
マイクロセンサ)の層間構造体101を示す平面図、図
14はこの層間構造体101を適用したセンサチップ1
02を流路51内に設けた状態を示す断面図である。こ
の実施例では2本のブリッジ92a,92bを形成し、
上流側ブリッジ92a上に空気温度検出素子(感熱素
子)8を、下流側ブリッジ92b上に発熱素子7を形成
し、このブリッジ92a,92b間及びアンカー部22
との熱絶縁を図っている。検出素子8はその抵抗値の温
度特性が既知であり、一定電流で駆動され流体温度を検
出する。発熱素子7は外部回路によって、前記検出素子
8で検出した流体温度より一定温度高くなるように温度
制御される。従って、発熱素子7が流れ71によって冷
却されたとき、外部回路によって発熱素子7を元の温度
に戻そうとしてこれに流れる加熱電流を検出することに
よって、発熱素子7の発熱量がわかる。このような場
合、発熱素子7の発熱量と放熱量は等しいとみなすこと
ができ、発熱素子7の放熱量が流体の流量の関数として
表記できるから、前記加熱電流を検出することによって
流量を測定することができる。この実施例においても検
出素子8及び発熱素子7が形成される部分の形状はブリ
ッジでなく、2本の片持ちのカンチレバー構造であって
もよい。
Example 6. FIG. 13 is a plan view showing an interlayer structure 101 of a sensor chip (semiconductor microsensor) used in a direct heating type mass flowmeter according to another embodiment of the present invention, and FIG. 14 is a sensor chip to which this interlayer structure 101 is applied. 1
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a state in which 02 is provided in the flow channel 51. In this embodiment, two bridges 92a and 92b are formed,
An air temperature detecting element (heat sensitive element) 8 is formed on the upstream bridge 92a, and a heating element 7 is formed on the downstream bridge 92b. The bridge 92a, 92b and the anchor portion 22 are formed.
We are aiming for heat insulation with. The detection element 8 has a known temperature characteristic of its resistance value, and is driven by a constant current to detect the fluid temperature. The temperature of the heating element 7 is controlled by an external circuit so as to be higher than the fluid temperature detected by the detection element 8 by a constant temperature. Therefore, when the heat generating element 7 is cooled by the flow 71, the amount of heat generated by the heat generating element 7 can be known by detecting the heating current flowing through the heat generating element 7 in an attempt to return the heat generating element 7 to the original temperature by an external circuit. In such a case, the heat generation amount of the heating element 7 can be regarded as equal to the heat radiation amount, and the heat radiation amount of the heating element 7 can be expressed as a function of the flow rate of the fluid. Therefore, the flow rate is measured by detecting the heating current. can do. Also in this embodiment, the shape of the portion where the detection element 8 and the heating element 7 are formed may be a cantilever structure with two cantilevers instead of a bridge.

【0055】実施例7.図15はこの発明の他の実施例
である傍熱型質量流量計に用いられるセンサチップ(半
導体マイクロセンサ)の層間構造体111を示す平面図
である。この実施例においてもブリッジは92a,92
bの2本である。上流側ブリッジ92a上には空気温度
検出素子8が、下流側ブリッジ92b上には発熱素子
7、及び発熱素子7に近接してその温度を検出する感熱
素子93が形成されている。発熱素子7とその温度を検
出する感熱素子93の形状や位置関係は、その熱的結合
を高めるために種々の構成が考えられる。例えば、両者
ともに櫛の歯状の形状で、互いに入れ子状になっている
構成である。また、2本のブリッジ92a,92bとす
ることで、空気温度検出素子8と発熱素子7とを熱的に
絶縁することができる。なお、ブリッジ92a,92b
は片持ちのカンチレバー構造であってもよい。
Example 7. FIG. 15 is a plan view showing an interlayer structure 111 of a sensor chip (semiconductor microsensor) used in an indirectly heated mass flowmeter according to another embodiment of the present invention. Also in this embodiment, the bridges 92a and 92a are provided.
It is two of b. An air temperature detecting element 8 is formed on the upstream bridge 92a, a heating element 7 is formed on the downstream bridge 92b, and a heat sensitive element 93 that is close to the heating element 7 and detects the temperature thereof is formed. Various configurations can be considered for the shape and the positional relationship between the heat generating element 7 and the heat sensitive element 93 that detects the temperature thereof in order to enhance the thermal coupling. For example, both of them have a comb-like shape and are nested with each other. Further, by using the two bridges 92a and 92b, the air temperature detecting element 8 and the heating element 7 can be thermally insulated. The bridges 92a and 92b
May have a cantilever structure with a cantilever.

【0056】この傍熱型質量流量計では、発熱素子7の
温度をこれに近接した感熱素子93によって検出するよ
うに構成されている。すなわち、発熱素子7と感熱素子
93とは非常に近接しているので、これらの温度はほぼ
同じとみなすことができ、感熱素子93によって発熱素
子7の温度を検出する。熱絶縁された別のブリッジ92
a上に設けられたもう1個の検出素子8で検出した流体
温度と発熱素子7との温度差を一定に制御する外部回路
を用いて、前述した実施例6と同じ原理によって流量を
検出することができる。
In this indirectly heated mass flow meter, the temperature of the heat generating element 7 is detected by the heat sensitive element 93 in the vicinity thereof. That is, since the heating element 7 and the thermosensitive element 93 are very close to each other, these temperatures can be regarded as substantially the same, and the temperature of the heating element 7 is detected by the thermosensitive element 93. Another thermally insulated bridge 92
The flow rate is detected by the same principle as that of the above-described sixth embodiment by using an external circuit that controls the temperature difference between the fluid temperature detected by another detection element 8 provided on a and the temperature of the heating element 7 to be constant. be able to.

【0057】実施例8.図16はこの発明の他の実施例
であるピエゾ抵抗式加速度センサ(半導体マイクロセン
サ)の層間構造体121を示す平面図であり、図におい
て、122は間隙41の中心部に配置され、加速度によ
り厚み方向(図中、紙面に垂直な方向)に振動する質量
体(質量部)、123は質量体122を片持ちするアン
カー部(枠部)、124は質量体122とアンカー部1
23との間に設けられ上面にピエゾ抵抗24が形成され
た支持梁(支持部)である。
Example 8. FIG. 16 is a plan view showing an interlayer structure 121 of a piezoresistive acceleration sensor (semiconductor microsensor) according to another embodiment of the present invention. In the drawing, 122 is arranged at the center of the gap 41, and A mass body (mass part) vibrating in the thickness direction (direction perpendicular to the paper surface in the figure), 123 is an anchor part (frame part) that cantilevers the mass body 122, and 124 is the mass body 122 and the anchor part 1.
23 is a supporting beam (supporting portion) provided between the piezoresistor 24 and the piezoresistor 24.

【0058】この加速度センサでは、質量体122に加
速度が加わると、該質量体122は厚み方向に変位し、
支持梁124に変位に起因する撓みが生じ、該撓みをピ
エゾ抵抗24の抵抗値変化として検出する。この加速度
センサによれば、加速度の大きさを正確かつ高感度で求
めることができる。
In this acceleration sensor, when acceleration is applied to the mass body 122, the mass body 122 is displaced in the thickness direction,
The support beam 124 is bent due to the displacement, and the bending is detected as a change in the resistance value of the piezoresistor 24. According to this acceleration sensor, the magnitude of acceleration can be obtained accurately and with high sensitivity.

【0059】なお、この加速度センサでは、支持構造が
片持ちで支持梁124の本数が1本の場合の例を示した
が、支持構造は特にこれに限らずセンサの形状及び感度
に適した構成をとることができる。
In this acceleration sensor, an example in which the support structure is cantilevered and the number of support beams 124 is one is shown, but the support structure is not limited to this, and the configuration is suitable for the shape and sensitivity of the sensor. Can be taken.

【0060】実施例9.図17はこの発明の他の実施例
の半導体マイクロセンサの製造方法を示す過程図であ
る。まず、Si基板11の表面11aの所定位置に支持
軸となる高濃度ボロンドープ層(高濃度不純物添加層)
131を形成し、その後このドープ層131を覆うよう
にSi基板11上に第1の犠牲層61、第1の構造層6
2、検出素子(図示せず)、第2の構造層63、第2の
犠牲層64を順次堆積する(同図(a))。次いで、第
2の犠牲層64上であってもう一方の支持軸を形成する
位置に、RIEなどによって溝132を形成する(同図
(b))。この溝132は必要に応じて第2の構造層6
3に達する深さまで空けて、支持軸と層間構造体21と
が接続されるようにすることもできる。そして、第2の
犠牲層64及び周囲の第2の構造層63上に第3の構造
層65を堆積する(同図(c))。その後、第3の構造
層65を貫通して第2の犠牲層64に至る貫通孔66を
形成し(同図(d))、貫通孔66を通して第1,第2
の犠牲層61,64を選択的にエッチングして支持軸3
4とエッチング液流入チャンネル133を形成する(同
図(e))。最後に層間構造体21の捻れ代として異方
性エッチングによってSi基板11にピット13を形成
する。この際、高濃度ボロンドープ層131は溶解しな
いので支持軸14が残る(同図(f))。以上により、
最適形状の支持軸14,34を形成することができる。
Example 9. FIG. 17 is a process diagram showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention. First, a high-concentration boron-doped layer (high-concentration impurity-added layer) that serves as a support shaft at a predetermined position on the surface 11a of the Si substrate 11.
131 is formed, and then the first sacrificial layer 61 and the first structural layer 6 are formed on the Si substrate 11 so as to cover the doped layer 131.
2. A detection element (not shown), a second structural layer 63, and a second sacrificial layer 64 are sequentially deposited (FIG. 11A). Next, a groove 132 is formed by RIE or the like at a position on the second sacrificial layer 64 where the other supporting shaft is to be formed (FIG. 8B). This groove 132 is provided in the second structural layer 6 if necessary.
The support shaft and the interlayer structure 21 may be connected to each other by leaving a depth of up to 3. Then, the third structural layer 65 is deposited on the second sacrificial layer 64 and the surrounding second structural layer 63 (FIG. 7C). After that, a through hole 66 penetrating the third structural layer 65 and reaching the second sacrificial layer 64 is formed (FIG. 7D), and the first and second through holes 66 are formed.
Of the supporting shaft 3 by selectively etching the sacrificial layers 61 and 64 of
4 and the etching liquid inflow channel 133 are formed (FIG. 7E). Finally, pits 13 are formed in the Si substrate 11 by anisotropic etching as a margin for twisting the interlayer structure 21. At this time, since the high-concentration boron-doped layer 131 is not dissolved, the support shaft 14 remains (FIG. 6 (f)). From the above,
The support shafts 14 and 34 having the optimum shape can be formed.

【0061】実施例10.図18はこの発明の他の実施
例の半導体マイクロセンサを示す断面図であり、第2の
犠牲層に形成する溝を第2の構造層63に達するように
したものである。この半導体マイクロセンサでは、受圧
部23は支持軸34を介して上部構造体31に接続する
ことができる。
Example 10. FIG. 18 is a sectional view showing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention, in which the groove formed in the second sacrificial layer reaches the second structural layer 63. In this semiconductor microsensor, the pressure receiving portion 23 can be connected to the upper structure 31 via the support shaft 34.

【0062】実施例11.図19はこの発明の他の実施
例の容量式加速度センサ(半導体マイクロセンサ)を示
す断面図、図20は同センサの層間構造体141を示す
平面図である。層間構造体141には加速度によってチ
ップ厚み方向に撓む質量体122が形成され、その表面
には高濃度不純物がドーピングされた多結晶シリコン1
42が形成され、可動電極として用いられる。質量体1
22の支持方法は支持梁124によって片持ち、あるい
は両持ち支持される。また、支持梁124の本数は必要
とする感度や測定レンジに合わせて任意に設定すること
ができる。Si基板11の可動電極142に対向する面
には、固定電極143となる高濃度不純物ドープ層が形
成される。高濃度に不純物をドーピングすることで、電
極143として用いることができると同時に、後工程で
用いるアルカリ系エッチング液に不溶となる。また、上
部構造体31の可動電極142に対向する部分は、高濃
度に不純物がドープされた多結晶シリコン層144で形
成され、固定電極144として用いられる。なお、本実
施例のように上部構造体、層間構造体141に多結晶シ
リコン膜を用いた場合、第1,第2の犠牲層としてフッ
酸によって選択的にエッチング可能なシリコン酸化膜を
用いる。
Example 11. FIG. 19 is a sectional view showing a capacitive acceleration sensor (semiconductor microsensor) according to another embodiment of the present invention, and FIG. 20 is a plan view showing an interlayer structure 141 of the sensor. A mass body 122 that is bent in the chip thickness direction due to acceleration is formed on the interlayer structure 141, and the surface of the mass body 122 is doped with high-concentration impurities.
42 is formed and used as a movable electrode. Mass 1
The support method of 22 is cantilevered by the support beam 124, or supported by both ends. Further, the number of support beams 124 can be arbitrarily set according to the required sensitivity and measurement range. On the surface of the Si substrate 11 facing the movable electrode 142, a high-concentration impurity-doped layer to be the fixed electrode 143 is formed. By doping impurities with a high concentration, it can be used as the electrode 143, and at the same time, it becomes insoluble in an alkaline etching solution used in a later step. The portion of the upper structure 31 facing the movable electrode 142 is formed of a polycrystalline silicon layer 144 that is highly doped with impurities and is used as the fixed electrode 144. When a polycrystalline silicon film is used for the upper structure and the interlayer structure 141 as in this embodiment, a silicon oxide film that can be selectively etched by hydrofluoric acid is used as the first and second sacrificial layers.

【0063】この容量式加速度センサによれば、質量体
122に作用する加速度の大きさを、可動電極142と
固定電極143との間の容量と、可動電極142と固定
電極144との間の容量との差である差動容量として検
出するので、加速度を高感度で検出することができる。
According to this capacitance type acceleration sensor, the magnitude of the acceleration acting on the mass body 122 is determined by the capacitance between the movable electrode 142 and the fixed electrode 143 and the capacitance between the movable electrode 142 and the fixed electrode 144. The acceleration can be detected with high sensitivity because it is detected as a differential capacitance which is the difference between

【0064】実施例12.図21はこの発明の他の実施
例の容量式カルマン渦流量計に用いられるセンサチップ
(半導体マイクロセンサ)を示す断面図、図22は同セ
ンサチップの層間構造体151を示す平面図である。こ
のセンサチップでは、Si基板11の表面11aに形成
された高濃度不純物ドープ層143、及び上部構造体に
形成された高濃度不純物ドープ多結晶シリコン層144
が固定電極として用いられる。また、層間構造体の受圧
部23も高濃度不純物ドープ多結晶シリコン層142で
構成され、支持梁124を軸として捻れる可動電極とし
て用いられる。測定原理としては、固定電極143と可
動電極142との間の容量と、固定電極144と可動電
極142との間の容量との差動容量を検出することによ
って、カルマン渦周波数を測定し、流路を流れる主流の
流速を測定することができる。
Example 12 FIG. 21 is a sectional view showing a sensor chip (semiconductor microsensor) used in a capacitive Karman vortex flowmeter of another embodiment of the present invention, and FIG. 22 is a plan view showing an interlayer structure 151 of the sensor chip. In this sensor chip, the high-concentration impurity-doped layer 143 formed on the surface 11a of the Si substrate 11 and the high-concentration impurity-doped polycrystalline silicon layer 144 formed on the upper structure.
Are used as fixed electrodes. Further, the pressure receiving portion 23 of the interlayer structure is also composed of the high-concentration impurity-doped polycrystalline silicon layer 142, and is used as a movable electrode that can be twisted around the support beam 124. As the measurement principle, the Karman vortex frequency is measured by detecting the differential capacitance between the capacitance between the fixed electrode 143 and the movable electrode 142 and the capacitance between the fixed electrode 144 and the movable electrode 142. The flow velocity of the main stream flowing through the passage can be measured.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、<110>方向及び(100)面を有する半導体基
板の一主面上に設けられ前記第1の凹部に対応する部分
に1つ以上の検出素子が形成された層間構造体と、該層
間構造体上に設けられ該層間構造体側の一主面に前記第
1の凹部と対向する第2の凹部が形成されるとともに該
第2の凹部の底面に外部と連通する複数の貫通孔が形成
された上部構造体とを備えるように構成したので、高い
検出感度及び小さい応答時定数を有し、外的擾乱を受け
ることなく破壊され難い半導体マイクロセンサを提供す
ることができる効果がある。また、微細な構造を有する
検出素子及び層間構造体が基板や上部構造体によって覆
われるように構成したので、基板や上部構造体が検出素
子への塵埃付着の防止や、層間構造体の過大な振幅に対
するストッパの役割を果たし、汚損による特性変動や外
的擾乱による破損を著しく軽減することができる。従っ
て、従来、強度を高めるために支持部の膜厚や幅を増し
て、基体との熱的、物理的絶縁を低下させ、結果として
検出感度の低下をトレードオフしなければならなかった
という課題を解決できる効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the portion corresponding to the first recess is provided on the main surface of the semiconductor substrate having the <110> direction and the (100) plane. An interlayer structure having one or more detection elements formed thereon, and a second concave portion provided on the interlayer structure and facing the first concave portion is formed on one main surface of the interlayer structure on the side of the interlayer structure. Since the upper structure having the plurality of through holes communicating with the outside is formed on the bottom surface of the second recess, the upper structure has a high detection sensitivity and a small response time constant, and is free from external disturbance. There is an effect that it is possible to provide a semiconductor microsensor that is not easily destroyed. Further, since the detection element and the interlayer structure having a fine structure are configured to be covered by the substrate and the upper structure, the substrate and the upper structure are prevented from adhering dust to the detection element and the interlayer structure is excessively large. It plays the role of a stopper for the amplitude and can significantly reduce the characteristic fluctuation due to contamination and the damage due to external disturbance. Therefore, conventionally, in order to increase the strength, the film thickness and width of the supporting portion must be increased to lower the thermal and physical insulation with the substrate, and as a result, the detection sensitivity must be reduced by trade-off. There is an effect that can be solved.

【0066】請求項2の発明によれば、前記層間構造体
を、前記第1の凹部の周囲に設けられた枠部と、該枠部
内に設けられ外部から導かれてきた圧力を受ける受圧部
と、該受圧部の両端と前記枠部との間に設けられ少なく
とも一方にピエゾ抵抗が形成された複数の梁部とを備え
るように構成したので、受圧部が受ける圧力を高感度で
検出することができる効果がある。
According to the second aspect of the present invention, the interlayer structure includes a frame portion provided around the first recess, and a pressure receiving portion provided in the frame portion and receiving a pressure introduced from the outside. And a plurality of beam portions provided between both ends of the pressure receiving portion and the frame portion and having piezoresistors formed on at least one side thereof, the pressure received by the pressure receiving portion can be detected with high sensitivity. There is an effect that can be.

【0067】請求項3の発明によれば、前記第1の凹部
及び第2の凹部それぞれに、前記受圧部の弾性限界内で
該受圧部を支持する突起部を設けるように構成したの
で、前記受圧部の過大な振幅による破損、梁部の厚み方
向の撓み及び梁部のぶれを防止することができ、前記受
圧部の梁部を回転軸とする捻れをより安定した状態で検
出することができる効果がある。
According to the third aspect of the present invention, the first concave portion and the second concave portion are each provided with the protrusions for supporting the pressure receiving portion within the elastic limit of the pressure receiving portion. It is possible to prevent damage due to excessive amplitude of the pressure receiving portion, bending of the beam portion in the thickness direction and blurring of the beam portion, and it is possible to detect twist in which the beam portion of the pressure receiving portion is the rotation axis in a more stable state. There is an effect that can be done.

【0068】請求項4の発明によれば、前記層間構造体
に前記第1の凹部に対応する部分に形成され外部から導
かれてきた圧力を受ける受圧部と、該受圧部を支持する
梁部と、前記受圧部に形成された第1の電極とを備え、
前記半導体基板は第1の凹部に第2の電極を、前記上部
構造体は第2の凹部に第3の電極をそれぞれ備え、前記
第1の電極と第2の電極との間の容量及び前記第1の電
極と第3の電極との間の容量を測定することにより前記
梁部の捻れを検出するように構成したので、受圧部が受
ける圧力を差動容量として検出することにより高感度で
検出することができる効果がある。
According to the invention of claim 4, a pressure receiving portion which is formed in a portion of the interlayer structure corresponding to the first concave portion and receives a pressure introduced from the outside, and a beam portion which supports the pressure receiving portion. And a first electrode formed on the pressure receiving portion,
The semiconductor substrate includes a second electrode in the first recess, and the upper structure includes a third electrode in the second recess. The capacitance between the first electrode and the second electrode and the capacitance between the first electrode and the second electrode. Since the twist of the beam portion is detected by measuring the capacitance between the first electrode and the third electrode, the pressure received by the pressure receiving portion is detected as a differential capacitance, so that high sensitivity is achieved. There is an effect that can be detected.

【0069】請求項5の発明によれば、枠部に接続され
た突出部と、該突出部に形成され周囲の流体の流れによ
る抵抗値変化から流量を検出する発熱素子とを備えるよ
うに構成したので、前記流体の流量を発熱素子の抵抗値
変化として高感度で検出することができる効果がある。
According to the fifth aspect of the present invention, it is provided with the projecting part connected to the frame part and the heating element formed on the projecting part for detecting the flow rate from the change in resistance value due to the flow of the surrounding fluid. Therefore, there is an effect that the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity as a change in the resistance value of the heating element.

【0070】また、センサ自体の寸法が非常に小さいの
で、非常に小さな熱容量、熱インピーダンスを有し、そ
の結果ミリ秒オーダーの熱時定数を得ることができる。
また、半導体基板上の第1の凹部と上部構造体の第2の
凹部とで囲まれた間隙があるため、発熱素子は空気のギ
ャップによって熱的にも物理的にも高い絶縁性が得られ
る。また、発熱素子が基板や上部構造体に保護されてい
ることから、塵埃の堆積によるセンサ出力特性の変動や
外的擾乱による破損を防止することができる効果があ
る。
Since the size of the sensor itself is very small, it has a very small heat capacity and thermal impedance, and as a result, it is possible to obtain a thermal time constant on the order of milliseconds.
In addition, since there is a gap surrounded by the first concave portion on the semiconductor substrate and the second concave portion of the upper structure, the heat generating element can have high thermal and physical insulating properties due to the air gap. . Further, since the heating element is protected by the substrate and the upper structure, there is an effect that it is possible to prevent the fluctuation of the sensor output characteristic due to the accumulation of dust and the damage due to the external disturbance.

【0071】請求項6の発明によれば、前記発熱素子の
両側に流体の流れにより生じる温度変化を抵抗値の変化
として検出する感熱素子を設けるように構成したので、
流体の流量を高感度で検出することができる効果があ
る。さらに、発熱素子に近接してその両側に形成された
感熱素子の抵抗値の大小関係を検出することで、逆流の
検出を行うことができる効果がある。
According to the sixth aspect of the invention, the heat-sensitive element for detecting the temperature change caused by the flow of the fluid as the change of the resistance value is provided on both sides of the heat-generating element.
There is an effect that the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity. Further, there is an effect that the backflow can be detected by detecting the magnitude relation of the resistance values of the heat-sensitive elements formed on both sides of the heat-generating element in the vicinity thereof.

【0072】請求項7の発明によれば、流路内に設けら
れた渦発生部より発生するカルマン渦による圧力差を、
導圧管を介して受圧部に導入ように構成したので、流体
の流量を高感度で検出することができる効果がある。
According to the invention of claim 7, the pressure difference due to the Karman vortex generated from the vortex generating portion provided in the flow path is
Since it is configured to be introduced into the pressure receiving portion via the pressure guiding tube, there is an effect that the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity.

【0073】特に、第1及び第2の凹部にそれぞれ突起
部を形成した場合、該突起部がチップの厚さ方向への撓
みを防止し、受圧部の梁部を軸とする捻れを安定なもの
として検出感度を高める効果がある。さらに流れによっ
て受圧部の支持強度に問題が生じる可能性がある場合で
も、製造プロセスに何ら大きな変更を加えることなく、
上部構造体側の突起部と受圧部とを一体化して補強する
とともに、梁部を軸とする受圧部の捻れをより一層安定
なものとすることができる。
In particular, when the protrusions are formed in the first and second recesses, respectively, the protrusions prevent the chip from bending in the thickness direction and stabilize the torsion about the beam portion of the pressure receiving portion. It has the effect of increasing the detection sensitivity. Furthermore, even if the flow may cause problems in the bearing strength of the pressure receiving part, without making any major changes to the manufacturing process,
The protrusion on the upper structure side and the pressure receiving portion can be integrated and reinforced, and the torsion of the pressure receiving portion around the beam portion can be made more stable.

【0074】請求項8の発明によれば、枠部内に平行に
設けられ少なくとも一端部が前記枠部に接続された複数
の突出部と、一方の該突出部に形成され周囲の流体の温
度を検出する感熱素子と、他方の前記突出部に形成され
前記流体の温度より所定の温度高くなるように発熱する
発熱素子とを備えるように構成したので、感熱素子と発
熱素子との間の熱的絶縁を図ることができ、これらの素
子間の熱伝導による検出精度の低下を防止することがで
きる。従って流体の流量を高感度で検出することができ
る効果がある。
According to the eighth aspect of the present invention, a plurality of projecting portions which are provided in parallel in the frame portion and at least one end portion of which is connected to the frame portion, and the temperature of the surrounding fluid which is formed on one of the projecting portions are controlled. Since it is configured to include a heat-sensitive element for detecting and a heat-generating element which is formed on the other protruding portion and generates heat so that the temperature is higher than the temperature of the fluid by a predetermined temperature, the thermal element between the heat-sensitive element and the heat-generating element is provided. Insulation can be achieved, and deterioration of detection accuracy due to heat conduction between these elements can be prevented. Therefore, there is an effect that the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity.

【0075】請求項9の発明によれば、枠部内に平行に
設けられ少なくとも一端部が前記枠部に接続された複数
の突出部と、一方の該突出部に形成され周囲の流体の温
度を検出する第1の感熱素子と、他方の前記突出部に形
成され前記流体の温度より所定の温度高くなるように発
熱する発熱素子及び該発熱素子の温度を検出する第2の
感熱素子とを備えるように構成したので、発熱素子に流
れる加熱電流を検出することにより流体の流量を高感度
で検出することができる効果がある。
According to the invention of claim 9, a plurality of projecting portions provided in parallel in the frame portion and having at least one end connected to the frame portion, and the temperature of the surrounding fluid formed on one of the projecting portions are controlled. A first heat-sensitive element for detecting, a heat-generating element that is formed on the other protruding portion and generates heat so as to be higher than the temperature of the fluid by a predetermined temperature, and a second heat-sensitive element that detects the temperature of the heat-generating element. With this configuration, the flow rate of the fluid can be detected with high sensitivity by detecting the heating current flowing in the heating element.

【0076】請求項10の発明によれば、質量部と、該
質量部を支持する支持部と、該支持部に形成され前記質
量部が受ける加速度の大きさを抵抗値の変化として検出
する少なくとも1つのピエゾ抵抗とを備えるように構成
したので、質量部に作用する加速度を高感度で検出する
ことができる。この半導体マイクロセンサは、質量体の
大きさや支持方法の設計自由度が高く、用途に応じて検
出加速度のレンジ設定を変えることができる効果があ
る。また、質量部の過大な振幅に対して上部構造体や半
導体基板がストッパとしての役割を果たすので破損防止
に効果がある。
According to the tenth aspect of the present invention, at least the mass portion, the support portion for supporting the mass portion, and the magnitude of the acceleration formed on the support portion and received by the mass portion are detected as a change in resistance value. Since it is configured to include one piezoresistor, the acceleration acting on the mass portion can be detected with high sensitivity. This semiconductor microsensor has a high degree of freedom in designing the size of the mass body and the supporting method, and has an effect that the range setting of the detected acceleration can be changed according to the application. Further, since the upper structure and the semiconductor substrate function as stoppers against an excessive amplitude of the mass part, it is effective in preventing damage.

【0077】請求項11の発明によれば、前記層間構造
体を、前記第1の凹部に対応する部分に形成された質量
部と、該質量部に形成された第1の電極と、前記質量部
を支持する支持部とを備え、前記第1の凹部は第2の電
極を前記第2の凹部は第3の電極をそれぞれ備え、前記
第1の電極と第2の電極との間の容量および前記第1の
電極と第3の電極との間の容量を測定することにより加
速度を検出するように構成したので、差動容量を検出す
ることにより、質量部に作用する加速度を高感度で検出
することができる効果がある。
According to the eleventh aspect of the present invention, the inter-layer structure is provided with a mass part formed in a part corresponding to the first recess, a first electrode formed in the mass part, and the mass part. A first electrode and a second electrode, wherein the first recess includes a second electrode and the second recess includes a third electrode, and a capacitance between the first electrode and the second electrode. Since the acceleration is detected by measuring the capacitance between the first electrode and the third electrode, the acceleration acting on the mass portion can be detected with high sensitivity by detecting the differential capacitance. There is an effect that can be detected.

【0078】請求項12の発明によれば、前記支持部を
前記質量部に設けられ1つ以上の梁部から成るカンチレ
バー構造とするように構成したので、質量部に作用する
加速度をより高感度で検出することができる効果があ
る。
According to the twelfth aspect of the present invention, since the supporting portion has a cantilever structure which is provided in the mass portion and is composed of one or more beam portions, the acceleration acting on the mass portion is highly sensitive. There is an effect that can be detected in.

【0079】請求項13の発明によれば、前記支持部を
前記質量部の両端部に設けられた少なくとも2つ以上の
梁部とするように構成したので、質量部に作用する加速
度を正確かつ高精度で検出することができる効果があ
る。
According to the thirteenth aspect of the present invention, since the supporting portion is constituted by at least two beam portions provided at both ends of the mass portion, the acceleration acting on the mass portion can be accurately measured. There is an effect that it can be detected with high accuracy.

【0080】請求項14の発明によれば、半導体基板の
<110>方向及び(100)面を有する一主面上の所
定位置に第1の犠牲層、該第1の犠牲層の中央部及び前
記一主面上に第1の構造層、該第1の構造層上の所定位
置に検出素子、前記第1の構造層及び検出素子上に第2
の構造層を順次形成する層間構造体形成工程と、前記第
1の犠牲層上に前記第1及び第2の構造層を包含する第
2の犠牲層、該第2の犠牲層及び第2の構造層の上に第
3の構造層、該第3の構造層の所定位置に貫通孔を順次
形成する上部構造体形成工程と、前記第1及び第2の犠
牲層を除去する犠牲層除去工程と、異方性エッチングに
より前記半導体基板の所定位置に第1の凹部を形成する
凹部形成工程とを備えるように構成したので、立体的な
構造を有するこの種の半導体マイクロセンサにおいて、
従来複数部材の貼り合わせによってもたらされていた複
雑な製造工程や、強度不足などを解決することができる
効果がある。また、表面からの加工のみで製造すること
ができるので、通常のIC製造プロセスと整合性が良
く、スループットも高く、製造コストが安価になる。さ
らに、犠牲層エッチングと異方性エッチングを併用する
ので結晶方位に制限されることなく、層間構造体のうち
検出素子が形成され間隙内に突出する部分の形状及び上
部構造体、半導体基板各々との間隔を任意に設計するこ
とができる効果がある。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the first sacrificial layer is provided at a predetermined position on the main surface having the <110> direction and the (100) plane of the semiconductor substrate, the central portion of the first sacrificial layer, and the first sacrificial layer. A first structure layer on the one main surface, a detection element at a predetermined position on the first structure layer, and a second structure layer on the first structure layer and the detection element.
And a second sacrificial layer including the first and second structural layers on the first sacrificial layer, the second sacrificial layer, and the second sacrificial layer. A third structure layer on the structure layer, an upper structure forming step of sequentially forming through holes at predetermined positions of the third structure layer, and a sacrifice layer removing step of removing the first and second sacrifice layers And a recess forming step of forming a first recess at a predetermined position of the semiconductor substrate by anisotropic etching, the semiconductor microsensor of this type having a three-dimensional structure,
There is an effect that it is possible to solve the complicated manufacturing process and the lack of strength, which have been conventionally brought about by bonding a plurality of members. Further, since it can be manufactured only by processing from the surface, it has good compatibility with a normal IC manufacturing process, high throughput, and low manufacturing cost. Further, since the sacrificial layer etching and the anisotropic etching are used together, the shape of the portion of the interlayer structure where the detection element is formed and protrudes into the gap and the upper structure and the semiconductor substrate are not limited to the crystal orientation. The effect is that the intervals can be designed arbitrarily.

【0081】請求項15の発明によれば、前記層間構造
体形成工程に、前記半導体基板の一主面上の突起部を形
成すべき部分に高濃度不純物添加層を形成する工程を備
え、前記上部構造体形成工程に、前記第2の犠牲層の突
起部を形成すべき部分に溝を形成する工程を備えるよう
に構成したので、第1及び第2の凹部それぞれに最適形
状の突起部を形成することができる効果がある。
According to the fifteenth aspect of the present invention, the step of forming the interlayer structure includes the step of forming a high-concentration impurity-added layer at a portion where a protrusion is to be formed on one main surface of the semiconductor substrate. Since the upper structure forming step includes the step of forming a groove in the portion of the second sacrificial layer where the protrusion is to be formed, the protrusion having the optimal shape is formed in each of the first and second recesses. There is an effect that can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 この発明の一実施例による半導体マイクロセ
ンサを示す分解斜視図である。
FIG. 1 is an exploded perspective view showing a semiconductor microsensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の一実施例による半導体マイクロセ
ンサを示す断面図である。
FIG. 2 is a sectional view showing a semiconductor microsensor according to an embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の一実施例による半導体マイクロセ
ンサの層間構造体を示す平面図である。
FIG. 3 is a plan view showing an interlayer structure of a semiconductor microsensor according to an embodiment of the present invention.

【図4】 この発明の一実施例による半導体マイクロセ
ンサを用いたカルマン渦流量計を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a Karman vortex flowmeter using a semiconductor microsensor according to an embodiment of the present invention.

【図5】 図4のB−B線に沿う断面図である。5 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG.

【図6】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセン
サの製造方法を示す過程図であり、図1のA−A線に対
応する断面図である。
6 is a process diagram showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the line AA in FIG. 1. FIG.

【図7】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセン
サの製造方法を示す過程図であり、図1のC−C線に対
応する断面図である。
FIG. 7 is a process diagram showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the line C-C in FIG. 1.

【図8】 この発明の実施例2の半導体マイクロセンサ
の製造方法を示す過程図であり、図1のD−D線に対応
する断面図である。
8A and 8B are process diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to a second embodiment of the present invention, which is a cross-sectional view corresponding to the line D-D in FIG. 1.

【図9】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセン
サを示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a semiconductor microsensor of another embodiment of the present invention.

【図10】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセ
ンサを用いた熱式流量計を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a thermal type flow meter using a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention.

【図11】 この発明の他の実施例の熱式流量計を流路
内に設置した状態を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a thermal type flow meter according to another embodiment of the present invention is installed in a flow path.

【図12】 この発明の他の実施例の熱式質量流量計に
用いられるセンサチップの層間構造体を示す平面図であ
る。
FIG. 12 is a plan view showing an interlayer structure of a sensor chip used in the thermal mass flow meter of another embodiment of the present invention.

【図13】 この発明の他の実施例の直熱型質量流量計
に用いられるセンサチップの層間構造体を示す平面図で
ある。
FIG. 13 is a plan view showing an interlayer structure of a sensor chip used in a direct heating type mass flow meter of another embodiment of the present invention.

【図14】 この発明の他の実施例の直熱型質量流量計
を流路内に設置した状態を示す断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a state in which a direct heating type mass flow meter according to another embodiment of the present invention is installed in a flow path.

【図15】 この発明の他の実施例の傍熱型質量流量計
に用いられるセンサチップの層間構造体を示す平面図で
ある。
FIG. 15 is a plan view showing an interlayer structure of a sensor chip used in the indirectly heated mass flowmeter of another embodiment of the present invention.

【図16】 この発明の他の実施例のピエゾ抵抗式加速
度センサの層間構造体を示す平面図である。
FIG. 16 is a plan view showing an interlayer structure of a piezoresistive acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.

【図17】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセ
ンサの製造方法を示す過程図である。
FIG. 17 is a process drawing showing a method of manufacturing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention.

【図18】 この発明の他の実施例の半導体マイクロセ
ンサを示す断面図である。
FIG. 18 is a sectional view showing a semiconductor microsensor according to another embodiment of the present invention.

【図19】 この発明の他の実施例の容量式加速度セン
サを示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing a capacitive acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.

【図20】 この発明の他の実施例の容量式加速度セン
サの層間構造体を示す平面図である。
FIG. 20 is a plan view showing an interlayer structure of a capacitive acceleration sensor according to another embodiment of the present invention.

【図21】 この発明の他の実施例の容量式カルマン渦
流量計に用いられるセンサチップを示す断面図である。
FIG. 21 is a sectional view showing a sensor chip used in a capacitive Karman vortex flowmeter according to another embodiment of the present invention.

【図22】 図21の容量式カルマン渦流量計に用いら
れるセンサチップの層間構造体を示す平面図である。
22 is a plan view showing an interlayer structure of a sensor chip used in the capacitive Karman vortex flowmeter of FIG. 21. FIG.

【図23】 従来の半導体マイクロセンサとしての流速
センサを示す断面図である。
FIG. 23 is a sectional view showing a flow velocity sensor as a conventional semiconductor microsensor.

【図24】 従来の流速センサの製造方法を示す過程図
である。
FIG. 24 is a process diagram showing a method of manufacturing a conventional flow velocity sensor.

【符号の説明】 7 発熱素子、11 Si基板(半導体基板)、11a
表面(一主面)、13 ピット(第1の凹部)、1
4,34 支持軸(突起部)、21,91,101,1
11,121,141 層間構造体、22,123 ア
ンカー部(枠部)、23 受圧部、24 ピエゾ抵抗、
25a,25b トーションバー(梁部)、31 上部
構造体、32 凹部(第2の凹部)、33a,33b
貫通孔、51 流路、52 渦発生体(渦発生部)、5
3 導圧管、54 センサチップ(半導体マイクロセン
サ)、56 カルマン渦、61 第1の犠牲層、62
a,62b 第1の構造層、63 第2の構造層、64
第2の犠牲層、65 第3の構造層、66 貫通孔、
92 ブリッジ(突出部)、93 感熱素子、122質
量体(質量部)、124 支持梁(支持部)、131
高濃度ボロンドープ層(高濃度不純物添加層)、132
溝。
[Explanation of reference numerals] 7 heating element, 11 Si substrate (semiconductor substrate), 11a
Surface (one main surface), 13 pits (first recess), 1
4,34 Support shafts (projections) 21,91,101,1
11, 121, 141 interlayer structure, 22, 123 anchor part (frame part), 23 pressure receiving part, 24 piezoresistor,
25a, 25b Torsion bar (beam portion), 31 Upper structure, 32 Recessed portion (second recessed portion), 33a, 33b
Through hole, 51 flow path, 52 vortex generator (vortex generator), 5
3 pressure guiding tube, 54 sensor chip (semiconductor microsensor), 56 Karman vortex, 61 first sacrificial layer, 62
a, 62b First structure layer, 63 Second structure layer, 64
Second sacrificial layer, 65 third structural layer, 66 through hole,
92 bridge (projection part), 93 thermosensitive element, 122 mass body (mass part), 124 support beam (support part), 131
High concentration boron doped layer (high concentration impurity added layer), 132
groove.

Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 <110>方向及び(100)面を有す
る一主面に第1の凹部が形成された半導体基板と、前記
一主面上に設けられ前記第1の凹部に対応する部分に1
つ以上の検出素子が形成された層間構造体と、該層間構
造体上に設けられ該層間構造体側の一主面に前記第1の
凹部と対向する第2の凹部が形成されるとともに該第2
の凹部の底面に外部と連通する複数の貫通孔が形成され
た上部構造体とを備えた半導体マイクロセンサ。
1. A semiconductor substrate in which a first recess is formed on one main surface having a <110> direction and a (100) plane, and a portion provided on the one main surface and corresponding to the first recess. 1
An interlayer structure on which one or more detection elements are formed; and a second concave portion that is provided on the interlayer structure and faces the interlayer structure and that faces the first concave portion. Two
A semiconductor microsensor, comprising: an upper structure having a plurality of through-holes communicating with the outside formed on the bottom surface of the concave portion.
【請求項2】 前記層間構造体は、前記第1の凹部の周
囲に設けられた枠部と、該枠部内に設けられ前記貫通孔
を通って外部から導かれてきた圧力を受ける受圧部と、
該受圧部の両端と前記枠部との間に設けられ少なくとも
一方にピエゾ抵抗が形成された複数の梁部とを備えたこ
とを特徴とする請求項1の半導体マイクロセンサ。
2. The interlayer structure includes a frame portion provided around the first recess, and a pressure receiving portion provided in the frame portion and receiving a pressure introduced from the outside through the through hole. ,
2. The semiconductor microsensor according to claim 1, further comprising a plurality of beam portions which are provided between both ends of the pressure receiving portion and the frame portion and at least one of which has a piezoresistor.
【請求項3】 前記第1の凹部及び第2の凹部それぞれ
に、前記受圧部の弾性限界内で該受圧部を支持する突起
部を設けたことを特徴とする請求項1に記載の半導体マ
イクロセンサ。
3. The semiconductor micro according to claim 1, wherein each of the first recess and the second recess is provided with a protrusion that supports the pressure receiving portion within an elastic limit of the pressure receiving portion. Sensor.
【請求項4】 前記層間構造体は、前記第1の凹部に対
応する部分に形成され前記貫通孔を通って外部から導か
れてきた圧力を受ける受圧部と、該受圧部を支持する梁
部と、前記受圧部に形成された第1の電極とを備え、前
記半導体基板は第1の凹部に第2の電極を、前記上部構
造体は第2の凹部に第3の電極をそれぞれ備え、前記第
1の電極と第2の電極との間の容量及び前記第1の電極
と第3の電極との間の容量を測定することにより前記梁
部の捻れを検出する構成としたことを特徴とする請求項
1に記載の半導体マイクロセンサ。
4. The pressure receiving portion, which is formed in a portion corresponding to the first recess and receives the pressure introduced from the outside through the through hole, and the beam portion which supports the pressure receiving portion. And a first electrode formed in the pressure receiving portion, the semiconductor substrate includes a second electrode in the first recess, and the upper structure includes a third electrode in the second recess. The twisting of the beam portion is detected by measuring the capacitance between the first electrode and the second electrode and the capacitance between the first electrode and the third electrode. The semiconductor microsensor according to claim 1.
【請求項5】 前記層間構造体は、前記第1の凹部の周
囲に設けられた枠部と、該枠部内に設けられ少なくとも
その一端部が前記枠部に接続された突出部と、該突出部
に形成され周囲の流体の流れによる抵抗値変化から流量
を検出する発熱素子とを備えたことを特徴とする請求項
1に記載の半導体マイクロセンサ。
5. The interlayer structure includes a frame portion provided around the first recess, a protrusion provided in the frame portion, at least one end of which is connected to the frame portion, and the protrusion. The semiconductor microsensor according to claim 1, further comprising: a heating element that is formed in the portion and detects a flow rate from a change in resistance value due to a flow of surrounding fluid.
【請求項6】 前記発熱素子の両側に、流体の流れによ
り生じる温度変化を抵抗値の変化として検出する感熱素
子を設けたことを特徴とする請求項5の半導体マイクロ
センサ。
6. The semiconductor microsensor according to claim 5, wherein heat-sensitive elements for detecting a temperature change caused by a flow of fluid as a change in resistance value are provided on both sides of the heating element.
【請求項7】 流路内に設けられた渦発生部と、該渦発
生部の下流側近傍に設けられ該渦発生部より発生するカ
ルマン渦による圧力差を導く導圧管とにより、前記圧力
差を受圧部に導入して前記流路を流れる流体の流量を測
定する請求項2乃至5のいずれか1項に記載の半導体マ
イクロセンサ。
7. The pressure difference is provided by a vortex generator provided in the flow passage and a pressure guiding pipe provided near a downstream side of the vortex generator for guiding a pressure difference due to a Karman vortex generated from the vortex generator. The semiconductor microsensor according to any one of claims 2 to 5, wherein a flow rate of a fluid flowing through the flow path is measured by introducing a fluid into a pressure receiving portion.
【請求項8】 前記層間構造体は、前記第1の凹部の周
囲に設けられた枠部と、該枠部内に平行に設けられ少な
くとも一端部が前記枠部に接続された複数の突出部と、
一方の該突出部に形成され周囲の流体の温度を検出する
感熱素子と、他方の前記突出部に形成され前記流体の温
度より所定の温度高くなるように発熱する発熱素子とを
備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体マイク
ロセンサ。
8. The interlayer structure includes a frame portion provided around the first recess, and a plurality of protrusions provided in the frame portion in parallel and at least one end portion of which is connected to the frame portion. ,
A heat-sensitive element formed on one of the protrusions for detecting the temperature of the surrounding fluid, and a heat-generating element formed on the other protrusion to generate heat so as to be higher than the temperature of the fluid by a predetermined temperature. The semiconductor microsensor according to claim 1, which is characterized in that.
【請求項9】 前記層間構造体は、前記第1の凹部の周
囲に設けられた枠部と、該枠部内に平行に設けられ少な
くとも一端部が前記枠部に接続された複数の突出部と、
一方の該突出部に形成され周囲の流体の温度を検出する
第1の感熱素子と、他方の前記突出部に形成され前記流
体の温度より所定の温度高くなるように発熱する発熱素
子及び該発熱素子の温度を検出する第2の感熱素子とを
備えたことを特徴とする請求項1に記載の半導体マイク
ロセンサ。
9. The interlayer structure includes a frame portion provided around the first recess, and a plurality of protrusions provided in the frame portion in parallel and at least one end portion of which is connected to the frame portion. ,
A first heat-sensitive element that is formed on one of the protrusions and detects the temperature of the surrounding fluid, a heat-generating element that is formed on the other of the protrusions and generates heat so as to be higher than the temperature of the fluid by a predetermined temperature, and the heat generation. The semiconductor microsensor according to claim 1, further comprising a second heat sensitive element that detects a temperature of the element.
【請求項10】 前記層間構造体は、前記第1の凹部に
対応する部分に形成された質量部と、該質量部を支持す
る支持部と、該支持部に形成され前記質量部が受ける加
速度を抵抗値の変化として検出する少なくとも1つのピ
エゾ抵抗とを備えたことを特徴とする請求項1に記載の
半導体マイクロセンサ。
10. The interlayer structure includes a mass portion formed in a portion corresponding to the first concave portion, a support portion supporting the mass portion, and an acceleration received by the mass portion formed in the support portion. 2. The semiconductor microsensor according to claim 1, further comprising: at least one piezoresistor that detects as a change in resistance value.
【請求項11】 前記層間構造体は、前記第1の凹部に
対応する部分に形成された質量部と、該質量部に形成さ
れた第1の電極と、前記質量部を支持する支持部とを備
え、前記第1の凹部は第2の電極を、前記第2の凹部は
第3の電極をそれぞれ備え、前記第1の電極と第2の電
極との間の容量及び前記第1の電極と第3の電極との間
の容量を測定することにより加速度を検出する構成とし
たことを特徴とする請求項1に記載の半導体マイクロセ
ンサ。
11. The interlayer structure includes a mass part formed in a part corresponding to the first recess, a first electrode formed in the mass part, and a support part supporting the mass part. The first recess includes a second electrode, and the second recess includes a third electrode, and the capacitance between the first electrode and the second electrode and the first electrode. The semiconductor microsensor according to claim 1, wherein the acceleration is detected by measuring the capacitance between the second electrode and the third electrode.
【請求項12】 前記支持部を、前記質量部に設けられ
た1つ以上の梁部から成るカンチレバー構造としたこと
を特徴とする請求項10または11のいずれか1項に記
載の半導体マイクロセンサ。
12. The semiconductor microsensor according to claim 10, wherein the supporting portion has a cantilever structure including one or more beam portions provided in the mass portion. .
【請求項13】 前記支持部を、前記質量部の両端部に
設けられた少なくとも2つ以上の梁部としたことを特徴
とする請求項10または11のいずれか1項に記載の半
導体マイクロセンサ。
13. The semiconductor microsensor according to claim 10, wherein the supporting portion is at least two beam portions provided at both ends of the mass portion. .
【請求項14】 半導体基板の<110>方向及び(1
00)面を有する一主面上の所定位置に第1の犠牲層、
該第1の犠牲層の中央部及び前記一主面上に第1の構造
層、該第1の構造層上の所定位置に検出素子、前記第1
の構造層及び検出素子上に第2の構造層を順次形成する
層間構造体形成工程と、前記第1の犠牲層上に前記第1
及び第2の構造層を包含する第2の犠牲層、該第2の犠
牲層及び第2の構造層の上に第3の構造層、該第3の構
造層の所定位置に複数の貫通孔を順次形成する上部構造
体形成工程と、前記第1及び第2の犠牲層を除去する犠
牲層除去工程と、異方性エッチングにより前記半導体基
板の所定位置に第1の凹部を形成する凹部形成工程とを
備えたことを特徴とする半導体マイクロセンサの製造方
法。
14. A semiconductor substrate in the <110> direction and (1
A first sacrificial layer at a predetermined position on one main surface having a (00) plane,
A first structural layer on the central portion of the first sacrificial layer and the one main surface; a detection element at a predetermined position on the first structural layer;
An inter-layer structure forming step of sequentially forming a second structure layer on the structure layer and the detection element, and the first sacrificial layer on the first sacrificial layer.
And a second sacrificial layer including the second structural layer, a third structural layer on the second sacrificial layer and the second structural layer, and a plurality of through holes at predetermined positions of the third structural layer. A step of sequentially forming an upper structure, a step of removing the first and second sacrificial layers, and a step of forming a first concave portion at a predetermined position of the semiconductor substrate by anisotropic etching. A method for manufacturing a semiconductor microsensor, comprising:
【請求項15】 前記層間構造体形成工程に前記半導体
基板の一主面上の突起部を形成すべき部分に高濃度不純
物添加層を形成する工程を備え、前記上部構造体形成工
程に前記第2の犠牲層の突起部を形成すべき部分に溝を
形成する工程を備えたことを特徴とする請求項14に記
載の半導体マイクロセンサの製造方法。
15. The interlayer structure forming step includes a step of forming a high-concentration impurity-added layer in a portion where a protrusion on the one main surface of the semiconductor substrate is to be formed, and the upper structure forming step includes 15. The method for manufacturing a semiconductor microsensor according to claim 14, further comprising the step of forming a groove in a portion of the sacrificial layer 2 where the protrusion is to be formed.
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JP2015175723A (en) * 2014-03-14 2015-10-05 株式会社デンソー Flow sensor and method of manufacturing the same

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