JPH09145442A - ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法 - Google Patents

ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法

Info

Publication number
JPH09145442A
JPH09145442A JP7302547A JP30254795A JPH09145442A JP H09145442 A JPH09145442 A JP H09145442A JP 7302547 A JP7302547 A JP 7302547A JP 30254795 A JP30254795 A JP 30254795A JP H09145442 A JPH09145442 A JP H09145442A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diamond
electric heater
protective film
heating element
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7302547A
Other languages
English (en)
Inventor
Norihiro Konda
徳大 根田
Satoshi Yamashita
敏 山下
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Gas Co Ltd filed Critical Tokyo Gas Co Ltd
Priority to JP7302547A priority Critical patent/JPH09145442A/ja
Publication of JPH09145442A publication Critical patent/JPH09145442A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体基板上に形成された電熱器において、
熱伝導を迅速に行わせる。 【解決手段】 半導体基板10上に酸化シリコン膜11
と、ダイヤモンド膜13と発熱体15とを設けて電熱器
を構成し、この電熱器の上をダイヤモンド保護膜16で
覆った。さらに、電熱器の下面に断熱空間18を設ける
とともに、電熱器の下方に位置する酸化シリコン層11
を除去した。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体基板上に形
成した電熱器およびその製造方法に関し、特に熱式流量
センサ、ガスセンサ等に適した電熱器およびその製造方
法に関する。さらに詳細には、これらセンサの電熱器保
護膜に関する。
【0002】
【従来の技術】各種の機器内や管内の流体の流量を測定
するためのセンサとして、半導体微細加工技術を用いて
大量に生産される熱線を半導体基板上に搭載し、流体に
伝達される熱量から流体の流量を検出する半導体熱式流
量センサが用いられている。
【0003】図3に従来の熱線(電熱器)を搭載した流
量センサの構造を示す。図3Aは熱式流量センサの平面
図であり、図3Bは熱式流量センサの図3Aに示したB
−B位置での縦断面図である。流量センサ2は、シリコ
ン基板20の上に設けた酸化シリコンからなる下面保護
層21と、この下面保護層21上に形成された多結晶シ
リコン層と、この多結晶シリコン層をパターニング後エ
ッチングして形成された流量検知素子として働く熱線
(電熱器)23と、電極パッド24と、この電極パッド
に電気的に接触するコンタクトパッド25とこれらの表
面を覆う酸化シリコンからなる上面保護層26とから構
成され、熱線23の下部には、熱線からの熱がシリコン
基板20に逃げることを防ぐための断熱空間27が、下
面保護層21および上面保護層26に設けたエッチング
ホール28から異方性エッチングすることによって設け
られている。
【0004】このような、流量センサ2は、熱線23を
覆う酸化シリコンからなる上面保護層26の熱伝導率が
低いことから、熱線23で発生した熱を直ちに上面保護
層26の表面に伝えることができないので、流量の変化
に対する応答時間が長くなる傾向があり、また、このよ
うな流量センサをパルス駆動するときに、駆動パルスを
印加してからの表面の昇温までの時間が長くなってしま
う傾向があった。
【0005】さらに、この構造の熱式流量センサ2は、
熱線23の下部に熱容量の大きな酸化シリコンからなる
下面保護層21を有しているので、熱線23から発生し
た熱がこの下面保護層21にこもるので、流体によって
センサ表面の熱が奪われても下面保護層21にこもった
熱が供給される形態となってしまい迅速な応答の妨げに
なっていた。また、ガスセンサ等の電熱器も同様な欠点
を有していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するもので、半導体熱式流量センサやガスセンサ
等に用いられる電熱器において、応答時間が短く、フッ
素等基板を腐蝕させる物質が存在する気体にも使用する
ことができる電熱器およびその製造方法を提供すること
を目的とする。さらに、本発明は、発熱体の上面および
下面に熱がこもらないようにした構造の半導体熱式流量
センサおよびガスセンサ等を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、電熱器の発熱体の表面をダイヤモンド保
護膜で覆った。
【0008】また、本発明は、電熱器の発熱体をダイヤ
モンド膜で支持するようにして、発熱体の上下面の熱抵
抗を小さなものとし、熱のこもりを少なくして、迅速な
応答ができるようにした。
【0009】
【発明の実施の形態】図1を用いて本発明の実施の形態
を説明する。図1は、本発明の電熱器を示す断面図であ
る。電熱器1は、シリコン(Si)などの半導体基板1
0の表面を酸化して形成した酸化シリコン(SiO2
からなる熱絶縁層11と、該酸化シリコンと後に形成す
るダイヤモンド膜との密着性を高めるための窒化シリコ
ン(SiNx)からなるバッファ層12と、該バッファ
層上に形成されたダイヤモンド保護膜13と、該保護膜
13上に設けた発熱体15と、該発熱体15上を被覆す
るダイヤモンド保護膜16と、このダイヤモンド膜をエ
ッチングして設けた穴に設けられた金電極17と、これ
らの膜12,13,16や熱絶縁層11を貫通する図示
を省略したエッチングホールを介してシリコン基板10
をエッチングすることによって得られた熱絶縁空間18
とから構成される。
【0010】ダイヤモンド保護膜13の下面のバッファ
層12は、前記シリコン基板10をエッチングした後に
除去することによって、ダイヤモンド保護膜13が直接
熱絶縁空間18に曝され熱のこもりを一層少なくするこ
とができる。
【0011】
【作用】以上の構成とすることによって、本発明の電熱
器は、発熱体の表面が高い熱伝導率を有するダイヤモン
ドで被覆保護されているので、迅速かつ効率良く表面に
熱伝達される。したがって、この電熱器を用いた熱式流
量センサやガスセンサは、応答時間を極めて短いものと
することができる。さらに、センサの表面を安定したダ
イヤモンドで覆っているので、フッ素などを含む腐蝕性
の気体に触れる状況下にあっても安定して使用すること
ができる。本発明で用いたCVD法により成膜されたダ
イヤモンドの熱伝導率は1000J/(sKm)以上で
あり、酸化シリコンの熱伝導率1.3J/(sKm)の
3桁近く大きい値である。
【0012】
【実施例】以下、本発明に係る電熱器(半導体熱式流量
センサ)の製造過程の一実施例を図2を用いて説明す
る。まず、シリコン基板10の表面を酸化雰囲気に曝し
て酸化シリコン層11を形成する(図2A)。この処理
条件は、処理方法:熱酸化、雰囲気ガス:O2,H2、流
量:各1リットル/min、圧力:常圧、温度:1,0
00℃、処理時間:400min、成長膜厚:1μmで
ある。次いで、酸化シリコン膜11の上に窒化珪素膜か
らなるバッファ膜12を形成する。このときの処理条件
は、処理方法:減圧CVD法、雰囲気ガス:NH3;1
00ミリリットル/min,SiH2Cl2;20ミリリ
ットル/min、圧力:0.18Torr、温度:80
0℃、処理時間:12.5min、成長膜厚:0.05
μmである。さらに、この上にダイヤモンド保護膜13
を成長させる。この処理条件は、処理方法:有磁場マイ
クロ波プラズマCVD法、雰囲気ガス:CH4/O2/H
2/Ar=7.5/7/35.5/50、流量:500
ミリリットル/min、圧力:0.1Torr、温度:
540℃、処理時間:180min、マイクロ波パワ
ー:1.4KW、成長膜厚:0.3μmである。最大2
Kガウスの磁場を印加し、基板はECR条件を満たす磁
場強度875ガウスの位置に置き、基板には正バイアス
電圧+30Vを印加した。次に、ダイヤモンド保護膜1
3を所定のパターンへ加工する。この後、酸化シリコン
11上に形成されたダイヤモンド層13を電熱器形成領
域を残してエッチングする(図2B)。このときの処理
条件は、処理方法:反応性イオンエッチング、雰囲気ガ
ス:O2/Ar=1/99、圧力:0.02Torr、
印加高周波パワー:100W、処理時間:20min、
マスク材料:SiO2である。
【0013】次いで、この膜の上に電熱器の発熱体とな
る多結晶シリコン層15を形成する。このときの処理条
件は、処理方法:減圧CVD法、雰囲気ガス:N2/S
iH4=30/8、流量:380ミリリットル/mi
n、圧力:0.3Torr、温度:650℃、処理時
間:170min、成長膜厚:1μmである。この後、
多結晶シリコン膜15を発熱体および電極パッドなどの
パターン加工するためエッチングする(図2C)。この
ときの処理条件は、処理方法:反応性イオンエッチン
グ、雰囲気ガス:SF6、圧力:0.03Torr、温
度:−5℃、処理時間:4minである。
【0014】次に、この上に、ダイヤモンド保護膜16
をダイヤモンド保護膜13と同じ方法で形成した後、電
極を形成する貫通孔を設ける(図2D)。この処理条件
は、処理方法:反応性イオンエッチング、雰囲気ガス:
2/Ar=1/99、圧力:0.02Torr、印加
高周波パワー:100W、処理時間:20min、マス
ク材料:SiO2である。この後、貫通孔に金電極17
を形成する(図2E)。この処理条件は、処理方法:ス
パッタリング法、成長膜厚:0.4μmである。
【0015】次いで、酸化シリコン層11,バッファ層
12,ダイヤモンド層13およびダイヤモンド保護層1
6を貫通する図示を省略したエッチングホールを発熱体
の両側に形成し、ここから発熱体の下方のシリコン基板
10をエッチングして、断熱空間18を形成する。この
ときの処理条件は、処理方法:異方性エッチング、エッ
チング液:TMAH、温度:70℃、処理時間:550
min、エッチング深さ:100μmである。さらに、
発熱体の下方にある酸化シリコン層11をフッ酸を用い
て除去し、つづいてバッファ層12を180℃に加熱し
たりん酸を用いて除去して図1に示す構造の電熱器(半
導体熱式流量センサ)1を構成する。
【0016】以上の製造方法において、ダイヤモンド膜
の合成時に温度を600℃以上とすると、ダイヤモンド
層と基材との熱膨張率との差によってダイヤモンド膜が
剥離しやすくなる。特に、SiO2の基材の上にダイヤ
モンド膜を600℃以上の温度で成膜すると、引っ張り
応力のためにダイヤモンド膜が破壊されてしまう。した
がって、ダイヤモンド膜の合成温度は600℃以下であ
ることが必要である。さらに、ダイヤモンド膜の合成方
法として、有磁場マイクロ波プラズマCVD法を用いる
ことができる。以上のように、本発明によって、表面が
ダイヤモンド膜で覆われ、発熱体の上下部に酸化シリコ
ン層のない電熱器が得られる。
【0017】
【発明の効果】以上のように、本発明は、熱式流量セン
サやガスセンサなどに用いられる電熱器において、表面
を安定で電気絶縁性を有しかつ熱伝導率の良いダイヤモ
ンドで覆った迅速に熱を伝えることができる電熱器を提
供することができる。また、ダイヤモンド層は、化学的
に安定な材質であるので、フッ素を含むような腐蝕性の
雰囲気中で使用しても寿命の長い電熱器を提供すること
ができる。さらに、本発明のダイヤモンド膜は、400
〜500℃の温度に耐えることができるので、高温の過
酷な条件下で使用できる電熱器を得ることができる。
【0018】また、本発明に係る電熱器は、その下面に
熱伝導率の小さな酸化シリコン層が存在しないので、パ
ルス駆動するような場合にも迅速に昇温でき立上り時間
を短くすることのできる電熱器を提供することができ
る。
【0019】さらに本発明の電熱器を用いた熱式流量セ
ンサやガスセンサは、フッ素等腐蝕性物質が存在しかつ
/または高温であるような過酷な状況下で使用すること
ができ、応答が迅速かつ精度の高いセンサを構成するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電熱器の構成の概要を示す断面
図。
【図2】本発明に係る電熱器の製造工程の概略を説明す
る工程図。
【図3】従来の流量センサの構成の概要を示す概念図。
【符号の説明】
1 電熱器 2 熱式流量センサ 10 シリコン半導体基板 11 酸化シリコン層(熱絶縁層) 12 バッファ層(窒化シリコン) 13 ダイヤモンド層 15 発熱体 16 ダイヤモンド保護膜 17 金電極 18 熱絶縁空間

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に形成した電熱器におい
    て、発熱体をダイヤモンド保護膜で覆ったことを特徴と
    するダイヤモンド保護膜を有する電熱器。
  2. 【請求項2】 発熱体の上面および下面にはダイヤモン
    ド膜だけが設けられている請求項1記載のダイヤモンド
    保護膜を有する電熱器。
  3. 【請求項3】 半導体基板と下方のダイヤモンド膜の間
    に酸化シリコン層からなる熱絶縁層を設けた請求項1ま
    たは請求項2記載のダイヤモンド保護膜を有する電熱
    器。
  4. 【請求項4】 酸化シリコン層とダイヤモンド膜の間に
    窒化シリコンの層を設けた請求項3記載のダイヤモンド
    保護膜を有する電熱器。
  5. 【請求項5】 ダイヤモンド膜を有磁場マイクロ波プラ
    ズマCVD法を用いて成膜したことを特徴とする請求項
    1乃至請求項4のいずれか記載のダイヤモンド保護膜を
    有する電熱器。
  6. 【請求項6】 半導体基板上に形成した電熱器を用いた
    熱式流量センサにおいて、発熱体の表面をダイヤモンド
    保護膜で覆ったことを特徴とするダイヤモンド保護膜を
    有する熱式流量センサ。
  7. 【請求項7】 半導体基板上に形成した電熱器を用いた
    ガスセンサにおいて、発熱体の表面をダイヤモンド保護
    膜で覆ったことを特徴とするダイヤモンド保護膜を有す
    るガスセンサ。
  8. 【請求項8】 発熱体の表面をダイヤモンドで覆ったダ
    イヤモンド保護膜を有する電熱器の製造方法において、
    発熱体上に基板温度600℃以下でダイヤモンド膜を合
    成することを特徴とするダイヤモンド保護膜を有する電
    熱器の製造方法。
JP7302547A 1995-11-21 1995-11-21 ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法 Pending JPH09145442A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7302547A JPH09145442A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP7302547A JPH09145442A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09145442A true JPH09145442A (ja) 1997-06-06

Family

ID=17910288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7302547A Pending JPH09145442A (ja) 1995-11-21 1995-11-21 ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09145442A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131106A (ja) * 2000-10-24 2002-05-09 Hitachi Ltd マイクロヒータならびに熱式空気流量計
JP2017508976A (ja) * 2014-03-25 2017-03-30 エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッドMks Instruments,Incorporated マイクロピラニ真空計

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002131106A (ja) * 2000-10-24 2002-05-09 Hitachi Ltd マイクロヒータならびに熱式空気流量計
JP2017508976A (ja) * 2014-03-25 2017-03-30 エム ケー エス インストルメンツ インコーポレーテッドMks Instruments,Incorporated マイクロピラニ真空計

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2615390B2 (ja) 炭化シリコン電界効果トランジスタの製造方法
JP2006024937A (ja) 半導体ヒータおよびその製造方法
EP0696725A1 (en) Thermal micro flow sensor and production method thereof
US20180340901A1 (en) Gas sensor platform and the method of making the same
JP4271751B2 (ja) 電子装置および電子装置のためのメンブレンを形成する方法
EP0669521B1 (en) Method of manufacturing a gas flow type sensor
KR100432465B1 (ko) 박막 피에조 저항 센서 및 그 제조 방법
JPS60138434A (ja) 半導体形静電容量式圧力センサの製造方法
JPH11317474A (ja) 回路基板およびその製造方法
US6333270B1 (en) Etching gas used for plasma-enhanced etching of vanadium oxide film and method of plasma-enhanced etching of vanadium oxide film
JPH09145442A (ja) ダイヤモンド保護膜を有する電熱器およびその製造方法
JP3598217B2 (ja) 流量検出素子及び流量センサ並びに流量検出素子の製造方法
US5380373A (en) Floating single crystal thin film fabrication method
JP2648828B2 (ja) マイクロヒータ
JP4074368B2 (ja) 発熱型薄膜素子センサとその製造方法
JP4653265B2 (ja) 発熱型薄膜素子センサとその製造方法
KR100504177B1 (ko) 반도체 가스 센서 및 그 제조 방법
JP2946351B2 (ja) 赤外線センサおよびその製造方法
JP2616183B2 (ja) 流量センサおよびその製造方法
KR100578259B1 (ko) 전자장치및전자장치용막형성방법
JPH06273208A (ja) 流量センサ
KR100264517B1 (ko) 압력센서의 제조방법
JPH07106296A (ja) 半導体フローセンサ及びその製造方法
JPH0729711A (ja) 抵抗の形成方法
JPH10209523A (ja) 磁電変換素子