JPH10160538A

JPH10160538A - 熱センサおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH10160538A
Application number: JP8321705A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Tonami; 与之戸波
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1996-12-02
Filing date: 1996-12-02
Publication date: 1998-06-19

Abstract

(57)【要約】【課題】出力特性のバラツキが小さく、精度および
信頼性が高く、小型で低コストの熱センサおよびその製
造方法の提供を目的とする。【解決手段】第一の基板の一方の表面には支持層が
設けられる。支持層には、第一の基板の表面の一部を露
出する開口部が設けられる。さらに、支持層の表面に
は、感知層が設けられる。感知層に設けられた検知部
は、支持層に設けられた開口部を覆うように配置され
る。製造方法では、第一の基板の一方の表面には、犠牲
層が設けられる。また、犠牲層の表面には、検知部が設
けられた絶縁膜を含む感知層が形成される。さらに、感
知層の表面には、検知部に相当する位置に開口部を有す
る支持層が設けられる。このように形成された積層ブロ
ックの支持層側には、第二の基板が重ねて接合される。
この後、犠牲層がエッチング除去されて第一の基板と感
知層が分離され、複数のセンサ区分が配置形成されたセ
ンサブロックが形成される。さらにこの後、センサブロ
ックは、センサ区分に切断される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱式流速センサや
赤外線センサ等として好適な、熱センサおよびその製造
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近は、極めて精密なエッチング等の手
段をシリコン基板に施して種々の小型部品を作製するシ
リコンマイクロマシンニング技術が急速に進歩し、小型
で、応答性が早く、低消費電力という特徴を有する種々
の熱式流速センサや赤外線センサ等の熱センサが開発さ
れている。熱センサの一例として、熱式流速センサにつ
いて以下に説明する。

【０００３】図４（ａ）および（ｂ）に、特公平５−７
６５９号公報に記載された第一の熱式流速センサを示
す。

【０００４】熱式流速センサは、シリコン基板１と、第
一の絶縁層２と、第二の絶縁層３と、熱感知センサ４
Ａ、４Ｂと、ヒ−タ５Ａ、５Ｂと、比較抵抗６とから構
成される。なお、第一の絶縁層２と第二の絶縁層３は窒
化シリコンの薄膜を用いて形成される。また、熱感知セ
ンサ４Ａ、４Ｂと、ヒ−タ５Ａ、５Ｂおよび比較抵抗６
は、パ−マロイ（鉄−ニッケル系合金）の薄膜を用いて
形成される。

【０００５】シリコン基板１の表面には、開口形が六角
形の凹部７が形成される。

【０００６】第一の絶縁層２は、基板絶縁層２Ａと、凹
部絶縁層２Ｂ、２Ｃとから一体に形成される。基板絶縁
層２Ａは、シリコン基板１の表面に形成される。また、
凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃは、凹部７の開口部中央を覆うよ
うに並設して設けられ、両端は基板絶縁層２Ａに架橋接
続される。この結果、凹部絶縁層２Ｂと２Ｃの間には開
口形が四角形の開口部８が形成され、凹部絶縁層２Ｂ、
２Ｃの他端側には開口形が五角形の開口部９Ａ、９Ｂが
形成される。

【０００７】開口部８近傍の凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃの表
面には、発熱抵抗体であるヒ−タ５Ａ、５Ｂが形成さ
れ、ヒ−タ５Ａ、５Ｂは直列に接続される。またヒ−タ
５Ａ、５Ｂと隣接する凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃの表面に
は、測温抵抗体の熱感知センサ４Ａ、４Ｂが形成され
る。さらに、基板絶縁層２Ａの表面には、比較抵抗６が
形成される。第一の絶縁層２の表面には、第二の絶縁層
３が積層形成される。この結果、ヒ−タ５Ａ、５Ｂおよ
び熱感知センサ４Ａ、４Ｂは、第一の絶縁層２と第二の
絶縁層３によって挟まれた構造となる。

【０００８】なお、上述した凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃの両
端が基板絶縁層２Ａに接続されて架橋構造を形成する場
合を例示したが、これに限られず凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃ
の一端側のみを基板絶縁層２Ａに接続させたカンチレバ
−構造（片持ち梁形状）としても良い。

【０００９】次に、熱式流速センサの動作原理を説明す
る。

【００１０】窒化シリコンは熱的絶縁性が極めて高いと
いう特徴を有する。このため、シリコン基板１の温度に
比べて一定の温度だけ高くなるようにヒ−タ５を加熱す
ると、発生する熱は第一の絶縁層２および第二の絶縁層
３を介して伝熱するよりも、周囲の空気を介して熱感知
センサ４Ａ、４Ｂに伝熱する。すなわち、空気に流れが
ない場合は、熱が二つの熱感知センサ４Ａ、４Ｂに均一
に伝わり、熱感知センサ４Ａ、４Ｂは同一の温度とな
る。しかしながら、空気に流れがある場合は、例えば上
流に位置する熱感知センサ４Ａは、ヒ−タ５Ａ、５Ｂに
向かう空気の流れによって熱が運び去られるので冷やさ
れる。一方、例えば下流に位置する熱感知センサ４Ｂ
は、ヒ−タ５Ａ、５Ｂからの空気の流れによって加熱さ
れる。このため、熱感知センサ４Ａ、４Ｂの抵抗値の差
が電圧値の差をもたらし、空気の流速が測定される。な
お、周囲の空気の温度は比較抵抗６によってモニタさ
れ、空気の流速が補正される。

【００１１】次に、図５（ａ）乃至（ｃ）に、熱式流速
センサの製造方法の一例の概略図を示す。

【００１２】（１００）の結晶面を有するシリコン基板
１の表面に、窒化シリコンの薄膜層１０が形成される。
この後、窒化シリコンの薄膜層１０の表面に形成された
パ−マロイの薄膜層にフォトリソグラフィ手段を施し
て、熱感知センサ４Ａ、４Ｂと、ヒ−タ５Ａ、５Ｂおよ
び比較抵抗６が形成される。さらに、露出した窒化シリ
コンの薄膜層１０と、熱感知センサ４Ａ、４Ｂと、ヒ−
タ５Ａ、５Ｂおよび比較抵抗６の表面を覆うように、窒
化シリコンの薄膜層１１が形成される。なお、窒化シリ
コンの薄膜層１０、１１およびパ−マロイの薄膜層は、
スパッタリング等の手段を用いて形成される。

【００１３】次に、シリコン基板１の表面の所定部分が
露出するように、窒化シリコンの薄膜層１０、１１の一
部がドライエッチング等の手段を用いてエッチング除去
され、開口部８、９Ａ、９Ｂが形成される。この結果、
第一の絶縁層２および第二の絶縁層３が形成される。

【００１４】次に、開口部８、９Ａ、９Ｂを介して、シ
リコン基板１の表面から裏面方向に向けて化学的エッチ
ングを行う。この結果、凹部絶縁層２Ｂ、２Ｃの下部の
シリコン基板１はエッチング除去され、凹部７が形成さ
れる。なお、凹部７の壁面は、化学エッチングされずら
い（１１１）の結晶面あるいは他の結晶面によって形成
される。エッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と
イソプロパノ−ルアルコ−ルの混合液が用いられる。

【００１５】図６に、特公平５−７９８７６号公報に記
載された第二の熱式流速センサを示す。なお、動作原理
は、第一の熱式流速センサと同じなので省略する。

【００１６】熱式流速センサは、シリコン基板１２と、
第一の絶縁層１３と、ヒ−タ１４と、感温測温体１５、
１６と、第二の絶縁層１７と、第三の絶縁層１８とから
構成される。なお、第一の絶縁層１３と、第二の絶縁層
１７および第三の絶縁層１８は、窒化シリコンの薄膜を
用いて形成される。また、ヒ−タ１４と、感温測温体１
５、１６は、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）等の金属
の薄膜を用いて形成される。

【００１７】シリコン基板１２の表面には第一の絶縁層
１３が積層形成され、第一の絶縁層１３の表面には、ヒ
−タ１４と、感温測温体１５、１６が形成される。な
お、絶縁層１３の表面中央部にヒ−タ１４が配置され、
ヒ−タ１４の両脇に感温抵抗体１５、１６が配置され
る。さらに、露出した第一の絶縁層１３と、ヒ−タ１４
および感温測温体１５、１６の表面を覆うように、第二
の絶縁層１７が積層形成される。シリコン基板１２には
表裏面を貫通する貫通孔１９が設けられる。この結果、
第一の絶縁層１３の裏面が一部露出し、ダイヤフラム構
造が形成される。なお、ヒ−タ１４と、感温測温体１
５、１６の一部は、ダイヤフラム部分上に形成されるの
で熱容量が小さくなり、熱応答性が早くなる。シリコン
基板１２の裏面には第三の絶縁層１８が積層形成され、
また、シリコン基板１２の一側面には、貫通孔１９を外
側に連通させる連通溝２０が形成される。

【００１８】次に、図７（ａ）乃至（ｃ）に、熱式流速
センサの製造方法の概略図を示す。

【００１９】シリコン基板１２の表裏面に、第一の絶縁
層１３が形成される。この後、シリコン基板１２の表面
側の第一の絶縁層１３の表面に形成された、ニッケルあ
るいは白金等の薄膜層にフォトリソグラフ手段を施し
て、ヒ−タ１４および感温測温体１５、１６が形成され
る。さらに、シリコン基板１２の表面側の露出した第一
の絶縁層１３と、ヒ−タ１４および感温測温体１５、１
６の表面を覆うように、第二の絶縁層１７が形成され
る。第一の絶縁層１３および第二の絶縁層１７は、スパ
ッタリングあるいはプラズマＣＶＤ等の手段を用いて形
成され、ニッケルあるいは白金等の薄膜層は真空蒸着
法、スパッタ法等の手段を用いて形成される。

【００２０】次に、シリコン基板１２の裏面の所定部分
を露出させるため、シリコン基板１２の裏面側の第一の
絶縁層１３の一部がドライエッチング等の手段を用いて
エッチング除去され、開口部２１が形成される。この結
果、シリコン基板１２の裏面には第三の絶縁層１８が形
成される。

【００２１】次に、開口部２１を介して、シリコン基板
１２の裏面から表面方向に向けて、化学的エッチングを
行う。この結果、シリコン基板１２には貫通孔１９が形
成され、第一の絶縁層１３の裏面が露出する。なお、エ
ッチング液は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液が用いら
れる。また、連通溝２０も、化学的エッチングによって
形成される。

【００２２】図８（ａ）および（ｂ）に、特開昭６３−
２７１１６７号公報に記載された第三の熱式流速センサ
を示す。

【００２３】熱式流量センサは、シリコン基板２２と、
第一のシリコン酸化層２３と、ＢＰＳＧ層（ボロン−リ
ン−シリコン系ガラス層）２４と、第二のシリコン酸化
層２５と、発熱素子２６と、流体温度検出素子２７とか
ら構成される。

【００２４】シリコン基板２２の表面には、開口形が四
角形の凹部２８が形成される。また、凹部２８の開口縁
には、第一のシリコン酸化層２３およびＢＰＳＧ層２４
が積層形成される。さらに、ＢＰＳＧ層２４の表面に
は、凹部２８を覆うように、第二のシリコン酸化層２５
が設けられる。なお、第二のシリコン酸化層２５の裏面
側の中央部には多孔質のシリコン酸化層２９が形成され
る。多孔質のシリコン酸化層２９と対向する第二のシリ
コン酸化層２５の表面には、発熱素子２６と、流体温度
検出素子２７が形成される。なお、多孔質のシリコン酸
化層２９は、熱絶縁性を高めるために設けられる。

【００２５】次に、熱式流速センサの動作原理を説明す
る。

【００２６】加熱された発熱素子２６の表面温度は、流
体によって冷却されるので下がろうとするが、流体温度
検出素子２７によって測定される流体温度よりも常に一
定温度だけ高くなるように発熱素子２６にはフィ−ドバ
ック電力が加えられる。この供給される電力は流体によ
って冷却された熱量と等しく、また、冷却された熱量は
流体の速度に依存するという原理から、流体の流速が測
定される。

【００２７】次に、図９（ａ）乃至（ｉ）に、熱式流速
センサの製造方法の概略図を示す。

【００２８】（１００）の結晶面を有する単結晶の第一
のシリコン基板２２の表面の所定領域を部分酸化するこ
とにより、シリコン酸化膜２３が形成される。このシリ
コン酸化膜２３をマスクとして水酸化カリウム等を用い
た化学的エッチングを行い、第一のシリコン基板２２の
表面には凹部２８が形成される。なお、第一のシリコン
基板２２の表面の結晶面は（１１０）面でも良く、ま
た、第一のシリコン基板２２の代わりにパイレックスガ
ラス、サファイヤ等を用いても良い。この後、シリコン
酸化膜２３の表面にはＢＰＳＧ膜２４が形成される。

【００２９】一方、例えばその比抵抗が３〜５Ωｃｍの
Ｎ型導電型であって、結晶面が（１００）あるいは（１
１０）の第二のシリコン基板３０の表面の所定領域にレ
ジスト膜３１を形成する。この後、５０％ＨＦ中で陽極
酸化し、第二のシリコン基板３０の表面が露出した部分
に多孔質シリコン層３２を形成する。

【００３０】次に、レジスト膜３１を除去した後、第二
のシリコン基板３０の表面を酸化する。この結果、多孔
質シリコン層は３２は、多孔質のシリコン酸化層２９と
なり、シリコン基板３０の表面にはシリコン酸化層３３
が形成される。この後、シリコン酸化層３３の所定領域
にＢＰＳＧ膜２４が形成される。

【００３１】次に、第二のシリコン基板３０のＢＰＳＧ
膜２４と、第一のシリコン基板２２のＢＰＳＧ膜２４を
重ね合わせた後、ＢＰＳＧ膜２４を加熱溶融する。この
結果、第一のシリコン基板２２と第二のシリコン基板３
０は接着される。

【００３２】次に、第一のシリコン基板２２の露出面を
ワックスで覆う。この後、例えばエチレンジアミン、ビ
ロカテロ−ル、水を主成分とするエッチング液を用いて
第二のシリコン基板３０の化学的エッチングを行い、第
二のシリコン基板３０を除去する。この結果、シリコン
酸化層３３の表面が露出した基台が形成される。この
後、多孔質のシリコン酸化層２９と対向するシリコン酸
化層３３の表面には加熱素子２６および流体温度検出素
子２７およびその素子部を周辺回路部に接続するための
配線部（図示せず）が形成される。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来例には次のような問題があった。

【００３４】第一の熱式流速センサの場合、エッチング
処理によって形成される凹部の壁面が斜めに形成され
る。このため、凹部の形状が大きくなり、熱式流速セン
サの小形化が妨げられていた。また、シリコン基板の凹
部には開口部が設けられるため、開口部にごみが詰まっ
たり、気流を乱すため測定精度を損なうという問題があ
った。

【００３５】第二の熱式流速センサの場合、シリコン基
板を裏面から表面方向にエッチング処理して貫通孔を形
成するのでエッチング処理に長い時間を要し、生産効率
すなわちスル−プットが悪かった。また、第一の熱式流
速センサと同様に、凹部の形状が大きくなり、熱式流速
センサの小形化が妨げられていた。さらに、シリコン基
板の厚さのバラツキによって貫通孔を形成するためのエ
ッチング処理時間が変わるため、ダイヤフラム部分の面
積が多少変化する。従って、ダイヤフラム部分の熱容量
がバラツキ、ヒ−タおよび感温測温体の熱的特性が変化
する。この結果、熱式流速センサ相互間の測定精度が一
定しないという品質上の問題があった。

【００３６】第三の熱式流速センサの場合、高価な材料
であるシリコン基板をエッチング処理によって除去する
ため、材料効率が悪く、コスト高の原因となっていた。

【００３７】また、第一、第二、第三の熱式流速センサ
のいずれを製造する場合にも、シリコン基板の異方性エ
ッチングによって凹部あるいは貫通孔が形成される。こ
のため、架橋構造やダイヤフラム構造はシリコン基板の
面方位によって制限されるので、設計の自由度が少なか
った。

【００３８】そこで、本発明は上記問題を解決するため
の熱センサおよびその製造方法の提供を目的とする。

【００３９】

【課題を解決するための手段】本発明の熱センサは、上
記目的を達成するため次のように構成される。すなわ
ち、第一に、基板と、該基板の上に設けられた支持層
と、該支持層の上に設けられた感知層とを備え、支持層
には前記基板の一部表面を露出する開口部が設けられ、
感知層に設けられた検知部は前記開口部の中央に配置さ
れたものである。

【００４０】支持層に設けられた開口部を覆う感知層の
検知部は基板と接触することなく保持され、ダイヤフラ
ム構造が形成される。このため、検知部は、基板と接触
することなく基板と熱的に絶縁される。従って、検知部
の感度が高くなる。

【００４１】第二に、第一の発明において、検知部は抵
抗体によって形成されたものである。

【００４２】検知部の抵抗体は、温度変化に伴い抵抗値
が変化する。

【００４３】第三に、第一の基板の一方の表面に犠牲層
を設ける工程と、該犠牲層の上に検知部を設けた絶縁膜
を含む感知層を形成する工程と、検知部に相当する位置
に開口部を有する支持層を形成する工程とから積層ブロ
ックを形成し、該積層ブロックの支持層側に第二の基板
を重ねて一体に接合する工程と、この後犠牲層を除去し
て第一の基板と感知層とを分離する工程とからなるもの
である。

【００４４】積層ブロックにおいて、感知層の検知部
は、支持層に設けられた開口部によって露出する。積層
ブロックの支持部側に第二の基板を重ね合て一体に接合
すると、検知部と第二の基板の間には空間が形成され
る。また、接合体から犠牲層を除去すると第一の基板と
感知層とが分離し、複数のセンサ区分が一体に形成され
たセンサブロックが形成される。このとき、検知部は、
ダイヤフラム構造に形成される。この後、センサブロッ
クを切断すると各センサが分離される。あるいは、接合
体を複数の各センサ区分に切断した後に犠牲層を除去す
ると第一の基板と感知層とが分離し、複数の熱センサが
形成される。この結果、複数の熱センサが生産効率良く
形成される。

【００４５】第四に、基板の一方の表面に犠牲層を設け
る工程と、該犠牲層の表面に検知部を設けた絶縁膜を含
む感知層を形成する工程と、検知部と向かい合う位置に
開口部を有する支持層を形成する工程とから積層ブロッ
クを形成し、一の積層ブロックの開口部側と他の積層ブ
ロックの基板の他方の表面を重ねて複数の積層ブロック
を一体に接合する工程と、この後前記犠牲層を除去して
他の積層ブロックの基板と一の積層ブロックの感知層と
を分離する工程とからなるものである。

【００４６】一の積層ブロックの支持部側を、他の積層
ブロックの基板とを重ねて一体に接合する。このため、
特別に基板のみを用意する必要がない。接合体から犠牲
層を除去すると基板と感知層が分離し、複数のセンサ区
分が一体に形成されたセンサブロックが複数形成され
る。センサブロックを切断すると各センサが分離され
る。この後、センサブロックを切断すると各センサが分
離される。あるいは、接合体を複数の各センサ区分に切
断した後に犠牲層を除去すると第一の基板と感知層とが
分離し、複数の熱センサが形成される。この結果、複数
の熱センサが生産効率良く形成される。

【００４７】第五に、第三または第四の発明において、
検知部は無電解メッキ手段を用いて抵抗部材を析出する
工程を用いて形成されたものである。

【００４８】抵抗体は、メッキ手段を用いて析出形成さ
れた抵抗部材によって形成される。従って、抵抗体は、
容易かつ任意の形状に形成される。

【００４９】

【発明の実施の形態】図１（ａ）および（ｂ）を用い
て、熱式流速センサを例示として本発明に係る熱センサ
について説明する。

【００５０】熱式流速センサは、基板５０と、基板５０
の表面に設けられた支持層５１と、支持層５１の表面に
設けられた感知層５２とから構成される。

【００５１】基板５０は、アルミナ等のセラミックや、
ガラス等で形成された、例えば四角形状の平板である。

【００５２】支持層５１はポリイミド等の有機物で形成
された厚膜で、基板５０の一方の表面上に形成される。
支持層５１の中央部には、例えば開口形が四角形の開口
部５３が設けられ、基板５０の表面の一部が露出する。

【００５３】感知層５２は、第一の保護膜５４と、絶縁
膜５５および第二の保護膜５６とから構成される。

【００５４】第一の保護膜５４は、支持層５１に設けら
れた開口部５３を覆うように、支持層５１の表面上に設
けられる。なお、第一の保護膜５４は、窒化シリコン化
合物等の薄膜で形成される。

【００５５】絶縁膜５５は、第一の保護膜５４の上に積
層して設けられる。絶縁膜５５は、熱的絶縁性および電
気的絶縁性に優れたポリイミド等の有機材料あるいは、
窒化シリコン化合物（ＳｉＮｘ）や酸化シリコン化合物
（ＳｉＯ２）等の無機材料を用いて形成された厚膜であ
る。なお、絶縁膜５５には貫通溝５７が形成され、貫通
溝５７の内部には発熱抵抗体５８および測温抵抗体５９
Ａ、５９Ｂとからなる検知部と、温度補償抵抗６０が絶
縁膜５５と一体に設けられる。発熱抵抗体５８および測
温抵抗体５９Ａ、５９Ｂとからなる検知部は、開口部５
３の中央部に位置するように形成される。なお、測温抵
抗体５９Ａ、５９Ｂは発熱抵抗体５８の両脇に配置さ
れ、温度補償抵抗６０は開口部５３以外の部分に配置さ
れる。この結果、発熱抵抗体５８と、測温抵抗体５９
Ａ、５９Ｂおよび温度補償抵抗６０は、絶縁膜５５によ
り相互に熱的に絶縁されるとともに、電気的にも絶縁さ
れる。

【００５６】第二の保護膜５６は、発熱抵抗体５８と、
測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂおよび温度補償抵抗６０を形
成した絶縁膜５５の表面に積層して設けられる。第二の
保護膜５６は、窒化シリコン化合物等の薄膜で形成され
る。なお、第二の保護膜５６には、発熱抵抗体５８と、
測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂおよび温度補償抵抗６０の引
出端子Ｔを外部回路（図示せず）と接続するための開口
部（図示せず）が形成される。また、引出端子Ｔと外部
回路（図示せず）とを接続するためのスル−ホ−ルを、
基板５０および支持層５１に設けても良い。

【００５７】この結果、熱式流速センサはダイヤフラム
構造に形成される。

【００５８】なお、上述した熱式流速センサでは、従来
例の第一の熱式流速センサのように、一つの発熱抵抗体
５８と、一対の測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂとからなる検
知部を例示したが、従来例の第三の熱式流速センサのよ
うに発熱抵抗体と測温抵抗体を各一つずつ設けたもので
も良い。

【００５９】また、発熱と測温を兼用する抵抗体を検知
部として一つ、ダイヤフラム部分に形成しても良い。こ
の場合、この抵抗体と温度補償抵抗６０は、ブリッジ回
路の二辺に配置して使用される。抵抗体と温度補償抵抗
６０の温度差に起因するブリッジ回路の不平衡電圧は増
幅され、出力電流はブリッジ回路にフィ−ドバックされ
る。この結果、抵抗体は加熱され、抵抗体と温度補償抵
抗６０の温度差は常に一定に保たれる。なお、流速は、
フィ−ドバックされる出力電流の値から計算により求め
られる。これは定温度方式といわれ、流速を測定するた
めに用いられる良く知られた方法である。

【００６０】さらに、感知層５２は、絶縁膜５５の表裏
面の少なくとも一方に第一の保護膜５４あるいは第二の
保護膜５６を設けた構造のみとしても良いし、第一の保
護膜５４および第二の保護膜５６のいずれも設けない構
造としても良い。第一の保護膜５４と第二の保護膜５６
の少なくとも一方を設けた場合は、絶縁膜５５の強度は
補強される。また、第二の保護膜５６を設けた場合に
は、絶縁膜５５の表面が保護絶縁される。

【００６１】さらにまた、上述した検知部は、発熱抵抗
体５８と測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂとからなる場合を例
示したが、これに限られることはない。すなわち、貫通
溝５７の内部には、ニッケル−クロム（Ｎｉ−Ｃｒ）の
薄膜からなる第一の電極と、例えばチタン酸鉛（ＰｂＴ
ｉＯ３）等の焦電効果を有する焦電性薄膜と、ニッケル
−クロムの薄膜からなる第二の電極を三層に形成した検
知部を設けても良い。この場合、赤外線が検知部に入射
すると焦電性薄膜の表面に温度変化が生じ、今まで安定
であった電荷の中和状態が崩れて電気的に不平衡となり
電荷が発生する。この電荷は第一の電極および第二の電
極を介して外部に取り出される。この結果、温度変化が
検出される。

【００６２】次に、図２（ａ）乃至（ｋ）を用いて、上
述した熱式流速センサの第一の製造方法を説明する。

【００６３】基板５０の一方の表面には、図２（ａ）に
示すように、犠牲層６１が形成される。犠牲層６１は、
アルミニウム等の薄膜であり、真空蒸着あるいはスパッ
タリング等の手段を用いて形成される。この後、犠牲層
６１の表面には、第二の保護膜５６が形成される。な
お、第二の保護膜５６の窒化シリコン化合物等の薄膜
は、プラズマＣＶＤあるいはスパッタリング等の手段を
用いて形成される。さらに、第二の保護膜５６の表面に
は、絶縁膜５５が形成される。絶縁層５５は、ポリイミ
ド等の有機材料、あるいは窒化シリコン化合物や酸化シ
リコン化合物等の無機材料を用いて形成された膜であ
る。なお、有機材料を用いて成膜する場合はスピンコ−
ト等の手段が用いられ、無機材料を用いて成膜する場合
はプラズマＣＶＤあるいはスパッタリング等の手段が用
いられる。

【００６４】次に、絶縁膜５５の表面には、図２（ｂ）
に示すように、例えば感光性のフォトレジストを塗布し
た後、パタ−ニングして形成されたフォトレジスト膜６
２が設けられる。この結果、絶縁膜５５の表面の所定部
分が露出する。この後、フォトレジスト膜６２の上から
ドライエッチング等の手段を用いて絶縁膜５５がエッチ
ングされ、図２（ｃ）に示すように、貫通溝５７が形成
される。この結果、第二の保護膜５６の表面が露出す
る。

【００６５】次に、図２（ｄ）に示すように、フォトレ
ジスト膜６２の上から無電解メッキが施される。この結
果、第二の保護膜５６の露出した表面と、フォトレジス
ト膜６２の表面および側壁に、メッキ層６３が形成され
る。メッキ層６３は、抵抗温度係数（ＴＣＲ）が大きい
白金あるいはニッケル等の金属薄膜である。なお、無電
解メッキを施す際に、犠牲層６１がメッキ液と反応して
侵される場合は、側面に露出する犠牲層６１の表面をレ
ジスト等で覆って保護する必要がある。このレジスト等
は、後述する犠牲層６１をエッチング除去する工程前
に、取り除かれる。無電解メッキは、例えばプラスチッ
クの表面に金属薄膜を形成する際に用いられる一般的な
方法である。

【００６６】次に、フォトレジスト膜６２を除去する
と、図２（ｅ）に示すように、第二の保護膜５６の露出
した表面、即ち、絶縁膜５５の貫通溝５７にのみメッキ
層６３が残り、発熱抵抗体５８と、測温抵抗体５９Ａ、
５９Ｂおよび温度補償抵抗６０が形成される。この後、
発熱抵抗体５８と、測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂおよび温
度補償抵抗６０を設けた絶縁膜５５の上には、図２
（ｆ）に示すように、第一の保護膜５４が形成される。
第一の保護膜５４は窒化シリコン化合物等の薄膜であ
り、プラズマＣＶＤあるいはスパッタリング等の手段を
用いて形成される。

【００６７】次に、図２（ｇ）に示すように、第一の保
護膜５４の表面上にはスピンコ−ト等の手段を用いて感
光性ポリイミド等の有機材料による厚膜層６４が形成さ
れる。この後、発熱抵抗体５８および測温抵抗体５９
Ａ、５９Ｂと向かい合わせて、開口部５３の形状に合わ
せたマスクパタ−ン６５が厚膜層６４の上に載置され
る。この後、露光を行うと、厚膜層６４のマスクパタ−
ン６５で覆われていない部分の重合が進み、マスクパタ
−ン６５で覆われた部分は重合が進まない。従って、マ
スクパタ−ン６５を取り除いた後、例えばアセトン等の
有機溶剤中に侵浸すると、厚膜層６４のうちマスクパタ
−ン６５で覆われていた部分のみが除去され、厚膜層６
４には開口部５３が形成される。この結果、開口部５３
を介して、第一の保護膜５４の表面の一部を露出する支
持層５１が形成される。

【００６８】なお、支持層５１を形成する方法は、上述
した方法には限られない。すなわち、ポリイミド等の有
機材料を用いて厚膜層６４を形成した後、開口部５３の
形状に合わせた開口部を有するマスクパタ−ンを、発熱
抵抗体５８および測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂと向かい合
わせて、厚膜層６４の表面に載置する。この後、マスク
パタ−ンの上からドライエッチング等の手段を施すと、
マスクパタ−ンの開口部によって露出した厚膜層６４の
一部が除去され、開口部５３が形成される。

【００６９】以上の工程を経て、図２（ｈ）に示すよう
に、基板５０と、犠牲層６１と、感知層５２および支持
層５１とからなる積層ブロック６６が形成される。

【００７０】次に、図２（ｉ）に示すように、一つの積
層ブロック６６の支持層５１側が、他の基板６７の上に
重ね合わされて接合される。なお、この場合、高温でも
劣化しにくい有機性の耐熱性接着剤、例えばポリイミド
樹脂等を用いて接合される。また、通常は、基板６７と
して、基板５０と同様のものが使用される。

【００７１】次に、積層ブロック６６と基板６７の接合
体をエッチング液に浸すと、犠牲層６１がエッチング除
去される。なお、エッチング液は、アルミニウムを犠牲
層６１として用いた場合は塩酸（ＨＣｌ）水溶液が用い
られる。この結果、図２（ｊ）に示すように、基板５０
が第二の保護膜５６から分離され、複数のセンサ区分が
配置形成されたセンサブロック６８が形成される。この
後、発熱抵抗体５８と、測温抵抗体５９Ａ、５９Ｂおよ
び温度補償抵抗６０を外部回路に接続するための引出端
子Ｔを露出させるため、第二の保護膜５６に開口部（図
示せず）が形成される。なお、引出端子Ｔと外部回路
（図示せず）とを接続するためのスル−ホ−ルを、支持
層５１および基板５０に設けても良い。さらにこの後、
図２（ｋ）に示すように、センサブロック６８がセンサ
区分に切断されて複数の熱式流速センサが分離形成され
る。

【００７２】なお、上述した実施例では、感知層５２が
第一の保護膜５４と、絶縁膜５５および第二の保護膜５
６とから構成される場合を示したが、感知層５２は、絶
縁膜５５の表裏面の少なくとも一方に第一の保護膜５４
あるいは第二の保護膜５６を設けた構造としても良い
し、第一の保護膜５４および第二の保護膜５６のいずれ
も設けない構造としても良い。第一の保護膜５４と第二
の保護膜５６の少なくとも一方が設けられた感知層５２
を備えたダイヤフラム構造では、第一の保護膜５４ある
いは第二の保護膜５６を形成する工程が省かれるので、
工程時間が短縮される。第一の保護膜５４と第二の保護
膜５６のいずれも設けられていない感知層５２を備えた
ダイヤフラム構造では、さらに工程時間が短縮される。

【００７３】また、上述した実施例では、犠牲層６１を
エッチング除去して基板５０と第二の保護膜５６を分離
して形成したセンサブロック６８をセンサ区分に切断し
たが、これに限られない。すなわち、積層された積層ブ
ロック６６と基板５０の接合体をセンサ区分に切断した
後に犠牲層６１をエッチング除去し、基板５０から熱式
流速センサを分離形成しても良い。この方法では、感知
層５２が、犠牲層６１および基板５０で覆われて、保護
されている。この結果、感知層５２は、切断時に損傷を
受けることが少なく、切断工程での良品率が向上する。
また、センサ区分に切断しないで犠牲層６１を除去する
場合に比べて、短時間で犠牲層６１が除去される。

【００７４】次に、検知部が、第一の電極と、焦電性薄
膜および第二の電極とから形成される場合の製造方法に
ついて概略説明する。なお、検知部以外の製造方法は上
述した方法と同じなため、説明は省略する。

【００７５】貫通溝５７を形成した後、蒸着あるいはス
パッタリング等の手段を用いてニッケル−クロムの薄膜
からなる第一の電極を、第二の保護膜５６の表面に形成
する。次に、ＣＶＤ法あるいはスパッタリング等の手段
を用いて、第一の電極の表面に焦電性薄膜を堆積積す
る。さらに、焦電性薄膜の表面に、第一の電極と同様
に、第二の電極を形成する。この結果、貫通溝５７の内
部には、第一の電極と、焦電性薄膜および第二の電極と
からなる検知部が形成される。

【００７６】図３（ａ）乃至（ｃ）を用いて、他の熱式
流速センサの製造方法について説明する。なお、積層ブ
ロック６６を形成する工程は上述した実施例と同じなた
め、説明は省略する。

【００７７】図３（ａ）に示すように、一つの積層ブロ
ック６６Ａの支持層５１の表面は、他の積層ブロック６
６Ｂの基板５０の表面に重ね合わされ、接合される。こ
のとき、一つの積層ブロック６６Ａの開口部５３は、他
の積層ブロック６６Ｂの発熱抵抗５８および測温抵抗体
５９Ａ、５９Ｂと重なるように配置される。さらに、同
様に、積層ブロック６６Ｃ、…が順次重ね合わされて、
複数の積層ブロックが接合される。接合に際しては、高
温でも劣化しにくい有機性の耐熱性接着剤、例えばポリ
イミド樹脂等が用いられる。

【００７８】次に、複数の積層ブロック６６Ａ、６６
Ｂ、６６Ｃ、…の接合体をエッチング液に浸すと、犠牲
層６１がエッチング除去される。この結果、図３（ｂ）
に示すように、基板５０が第二の保護膜５６から分離さ
れ、複数のセンサ区分が配置形成されたセンサブロック
６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、…が形成される。この後、上
述のような引出端子Ｔを露出するための開口部等が形成
される。さらにこの後、図３（ｃ）に示すように、セン
サブロック６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、…が各センサに切
断され、複数の熱式流速センサが分離形成される。

【００７９】この方法では、一度に複数の積層ブロック
６６を処理することができるので、エッチング処理に要
する時間が短縮でき、熱式流速センサを効率良く、しか
も大量に生産することができ、熱式流速センサのコスト
が安くなる。なお、上述した実施例では、複数の積層ブ
ロックを重ね合わせて接合した場合を例示したが、積層
ブロックは二つ以上あれば良い。

【００８０】

【発明の効果】本発明の熱センサは、下記の効果を有す
る。

【００８１】（１）支持部の開口部は、ダイヤフラム部
で密閉されているので、開口部内がごみ詰まりして熱セ
ンサの出力が経時変化するといった問題や、気流が貫通
孔によって乱され、測定精度が悪化がするという問題が
生じない。

【００８２】（２）支持部の開口部は、寸法精度良く形
成される。このため、従来のようにエッチング処理によ
ってシリコン基板に凹部を設ける場合に比べて、ダイヤ
フラム部分の面積のバラツキが少なくなる。このため、
ダイヤフラム部分の熱容量が一定し、熱センサの出力特
性のバラツキが低減し、精度及び信頼性が向上する。ま
た、熱センサの形状を設計する際の自由度が高くなる。
特に、開口部の壁面が基板の表面と垂直に形成されるの
で開口部の形状が小さくなり、熱センサを小型化するこ
とができる。

【００８３】（３）基板として、安価なセラミックある
いはガラス等を用いることができるので、熱センサのコ
ストが安くなる。

【００８４】（４）検知部が抵抗体で形成される場合
は、抵抗体の温度係数が大きいため、測定精度が高くな
る。

【００８５】本発明の熱センサの製造方法は、下記の効
果を有する。

【００８６】（１）従来の熱センサの製造方法におけ
る、シリコン基板のエッチングに要していた時間が不要
となる。このため、作業効率が高くなるとともに、長時
間エッチングする際に熱センサに与えていたダメ−ジを
低減することができる。

【００８７】（２）ポリイミド等の成膜を行う際はスピ
ンコ−ト等の手段を用いることができるので、全行程で
スパッタリングやＣＶＤ等の高価な装置を使用する必要
がないため、量産に適する。

【００８８】（３）検知部の抵抗体は、無電解メッキ手
段によって形成されるため、従来のスパッタリングや蒸
着の方法に比べて安価に形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱センサの一例である熱式流速セ
ンサであり、図１（ａ）は熱式流速センサの上面図、図
１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ´における断面図
である。

【図２】本発明に係る熱センサの一例である熱式流速セ
ンサの、第一の製造方法の工程概略図である。

【図３】本発明に係る熱センサの一例である熱式流速セ
ンサの第二の製造方法の工程概略図の一部である。

【図４】従来の第一の熱式流速センサに係り、図４
（ａ）は上面図、図４（ｂ）は図４（ａ）おけるＡ−Ａ
´での断面図である。

【図５】従来の第一の熱式流速センサの製造方法の工程
概略図である

【図６】従来の第二の熱式流速センサの外観斜視図であ
る。

【図７】従来の第二の熱式流速センサの製造方法の工程
概略図である

【図８】従来の第三の熱式流速センサに係り、図８
（ａ）は上面図、図８（ｂ）は図８（ａ）おけるＡ−Ａ
´での断面図である。

【図９】従来の第三の熱式流速センサの製造方法の工程
概略図である

【符号の説明】

５０基板５１支持層５２感知層５３開口部５４第一の保護膜５５絶縁膜５６第二の保護膜５７貫通溝５８発熱抵抗体５９Ａ、５９Ｂ測温抵抗体６０温度補償抵抗６１犠牲層６２フォトレジスト膜６３メッキ層６４厚膜層６５マスクパタ−ン６６積層ブロック６７基板６８センサブロック

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、該基板の上に設けられた支持層
と、該支持層の上に設けられた感知層とを備え、前記支
持層には前記基板の一部表面を露出する開口部が設けら
れ、前記感知層に設けられた検知部は前記開口部の中央
に配置されたことを特徴とする熱センサ。
【請求項２】検知部は抵抗体によって形成されたこと
を特徴とする請求項１に記載の熱センサ。
【請求項３】第一の基板の一方の表面に犠牲層を設け
る工程と、該犠牲層の上に検知部を設けた絶縁膜を含む
感知層を形成する工程と、前記検知部に相当する位置に
開口部を有する支持層を形成する工程とから積層ブロッ
クを形成し、該積層ブロックの支持層側に第二の基板を
重ねて一体に接合する工程と、この後前記犠牲層を除去
して前記第一の基板と感知層とを分離する工程とからな
る熱センサの製造方法。
【請求項４】基板の一方の表面に犠牲層を設ける工程
と、該犠牲層の表面に検知部を設けた絶縁膜を含む感知
層を形成する工程と、前記検知部と向かい合う位置に開
口部を有する支持層を形成する工程とから積層ブロック
を形成し、一の積層ブロックの開口部側と他の積層ブロ
ックの基板の他方の表面を重ねて複数の積層ブロックを
一体に接合する工程と、この後前記犠牲層を除去して他
の積層ブロックの基板と一の積層ブロックの感知層とを
分離する工程とからなる熱センサの製造方法。
【請求項５】検知部は無電解メッキ手段を用いて抵抗
部材を析出する工程を用いて形成されことを特徴とする
請求項３または請求項４に記載の熱センサの製造方法。