JPH11142201A - 検出器 - Google Patents

検出器

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JPH11142201A
JPH11142201A JP9305417A JP30541797A JPH11142201A JP H11142201 A JPH11142201 A JP H11142201A JP 9305417 A JP9305417 A JP 9305417A JP 30541797 A JP30541797 A JP 30541797A JP H11142201 A JPH11142201 A JP H11142201A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thin film
intermediate layer
layer
niobium oxide
silicon nitride
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Pending
Application number
JP9305417A
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English (en)
Inventor
Nobuaki Honda
宣昭 本田
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Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
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Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 KOHのエッチングプロセスにおける耐性を
得、また窒化シリコン層または酸化窒化シリコン層に対
する密着力を高くし、アニール時に相互拡散を生じさせ
ない。 【解決手段】 窒化シリコン層または酸化窒化シリコン
層2上に形成され、クロム酸化物よりなる第1の中間層
3と、第1の中間層3上に形成され、ニオブ酸化物また
はタンタル酸化物よりなる第2の中間層4と、第2の中
間層上に形成された白金薄膜5とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロフローセ
ンサ等に使用されて白金薄膜を用いた検出器に関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】一般に、金属は温度が上がると抵抗値が
増加するため、この性質を利用することによって測温抵
抗体と呼ばれる温度センサを作成することができる。そ
して、このような測温抵抗体の材料としては、例えば白
金、銅、ニッケル等のいくつかが知られているが、特に
白金は融点が高く、化学的に安定し、延性に優れて極細
線の加工が容易等の種々の特徴を持つため、温度センサ
の材料として非常に優れたものといえる。
【0003】また、このような白金からなる測温抵抗体
は、温度センサとして利用するだけでなく、流体の冷却
効果によって変化した温度変化を抵抗値として検出する
マイクロフローセンサに利用することもできる。
【0004】ここで、一般的なマイクロフローセンサに
ついて説明する。マイクロフローセンサとは、マイクロ
マシニング技術によってシリコン基板等に作成された微
小な流速計であり、その詳細な構成は図6に示すとおり
である。
【0005】図6は、一般的なマイクロフローセンサを
示す斜視図である。同図に示すように、シリコン基板1
の主表面には、所定の深さの中空部20が形成され、こ
の中空部20の基板面に対して水平な断面は例えば6角
形のような形状をしている。そして、この中空部20の
開口部には、窒化シリコン等によって形成された橋絡部
21が配置されている。この橋絡部21の表面には、複
数の孔25が形成され、測温抵抗体エレメント22とヒ
ータエレメント23とが設けられている。
【0006】さらに、上記の測温抵抗体エレメント22
およびヒータエレメント23には、配線を接続するため
のボンディングパッド22a,23aがそれぞれ取り付
けられ、中空部20に近接したシリコン基板1上には、
測温抵抗体エレメント22と同様の構成をした周囲測温
抵抗体エレメント24が設けられている。
【0007】すなわち、このように構成されたマイクロ
フローセンサは、ヒータエレメント23によって自己加
熱し、流体による冷却効果によって変化した測温抵抗体
エレメント22の抵抗値を測定することによって流速を
測定することができる。さて、以上のように抵抗値の変
化を検出するため、測温抵抗体22および周囲測温抵抗
体エレメント24には、それぞれ白金薄膜からなる検出
器構造が形成され、その詳細な構成について以下におい
て説明する。
【0008】図7は図6のVII−VII’線断面を示す断面
図であり、図8は図6のVIII−VIII’線断面を示す断面
図である。図7,8において、図6と同一符号のものは
同一または同等のものを示す。特に、図8においては、
白金薄膜5の上にさらにタングステンチタン(TiW)
層6および金よりなるボンディングパッド23aが形成
され、露出した窒化シリコン層2や白金薄膜5等の一部
は窒化シリコン層7によって覆われている。
【0009】ところで、一般的に窒化シリコン層と白金
薄膜との密着力は乏しいため、窒化シリコン層に白金薄
膜を付着させる際に、従来は金属薄膜や金属酸化物等の
中間接着層を介することによって、接着強度を保持して
いた。例えば、この中間層の材料としては、特開平2−
226017号公報にチタン、クロム、ニオブといった
金属薄膜や、クロム酸化物、チタン酸化物、タンタル酸
化物といった金属酸化物薄膜を用いることが開示されて
いる。
【0010】ところが、金属薄膜を中間接着層として用
いると、結晶性を向上させるための高温熱処理プロセス
において、中間接着層と白金薄膜との間で相互拡散を生
じ、密着性の劣化、抵抗温度係数(以下、TCRとい
う)の低下、シート抵抗の増加等の種々の問題点がある
ことが上記公報において指摘されている。また、融点の
低い(2000℃以下)金属の酸化物では、相互拡散を
抑制するため完全な酸化物を用いようとすると、密着力
が低下するという問題点があった。
【0011】一方、上記の中間層が種々の問題点を有す
るのに対して、ニオブ酸化物やタンタル酸化物といった
高融点金属(2000℃以上)の酸化物は、白金中にお
ける拡散速度が遅く、わずかな相互拡散のみが生じるだ
けであり、シート抵抗を増加させることなく所望の密着
力を得ることができるという利点がある。
【0012】そのため、従来より、ニオブ酸化物等の高
融点金属の酸化物を白金検出器構造の中間層として用い
られており、このような中間層の構造は、図9に示され
るように窒化シリコン層21上にニオブ酸化物層4を介
して白金薄膜5を付着したものである。そして、この白
金薄膜検出器構造は、実際のマイクロフローセンサにお
いては図7の円内や図8の断面に示されるような位置に
用いられている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般にマイ
クロフローセンサは、図7に示したように測温抵抗体エ
レメント22の直下のシリコン基板1に、所定の深さの
中空部20を形成する必要がある。そのため、従来よ
り、マイクロマシニング技術の一つである異方性エッチ
ング技術によって、断面が逆メサ形状の中空部20が形
成されている。特に、加熱したKOHをエッチャントと
して用いたウェットエッチングは、シリコン基板の(1
11)面と他の面とのエッチングレートの違いを利用し
て容易に異方性エッチングが実現できるため、従来より
頻繁に用いられている。
【0014】しかしながら、この加熱したKOHエッチ
ャントは、シリコン基板だけでなくタンタル酸化物やニ
オブ酸化物を溶かす性質を持っているため、形成された
検出器構造中に万が一欠陥等が存在していると、その部
分からKOHエッチャントが浸入して中間接着層である
ニオブ酸化物等を溶解してしまうことがあった。
【0015】さらには、ニオブ酸化物やタンタル酸化物
と窒化シリコン層との密着力は比較的弱いため、その接
着界面にKOHが侵入して図10に示すように窒化シリ
コン層上のニオブ酸化物が剥離してしまうという問題点
があった。
【0016】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、KOHのエッチングプロセスにおいて耐
性があり、また窒化シリコン層または酸化窒化シリコン
層に対する密着力が高く、アニール時に相互拡散の問題
を生じない検出器を提供することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係る検出器は、窒化シリコン層または
酸化窒化シリコン層上に形成され、クロム酸化物よりな
る第1の中間層と、第1の中間層上に形成され、ニオブ
酸化物またはタンタル酸化物よりなる第2の中間層と、
第2の中間層上に形成された白金薄膜とを備えたもので
ある。このように構成することにより本発明は、加熱プ
ロセスにおいても中間層を形成する物質が白金薄膜中に
拡散することがなく、さらには点欠陥等を介して異方性
エッチング時のエッチャントが浸入しても、良好な密着
性を維持することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図1は、本発明の一つの
実施の形態を示す断面図である。同図に示すように、シ
リコン基板1上に形成された窒化シリコン(SiNx)
層(または酸化窒化シリコン層)2の上には中間層とし
てクロム酸化物(CrOx)薄膜3と、ニオブ酸化物
(NbOx)薄膜4とが順次形成され、ニオブ酸化物薄
膜4の上には白金薄膜5が付着されている。
【0019】このように、本発明は、加熱プロセスにお
けるニオブ酸化物またはタンタル酸化物の白金薄膜に対
する拡散し難いという性質と、クロム酸化物のKOHに
対してエッチングされにくいという性質とを利用したも
のである。
【0020】すなわち、クロム酸化物は、加熱KOHお
よび酸に対して不溶であり、ニオブ酸化物等よりも窒化
シリコンとの接着力が強くて接着界面にKOHが侵入す
ることがない。そのため、窒化シリコン層2上の第1の
中間層の材料として用いることにより、KOHの侵入に
よる剥離の問題を解消することができる。
【0021】また、ニオブ酸化物およびタンタル酸化物
は、加熱プロセスにおいても白金薄膜中に拡散すること
がないため、第1の中間層と白金薄膜5との間の第2の
中間層の材料として用いることにより、白金薄膜形成後
にセンサの感度を向上させるための加熱プロセスにおい
ても、第2の中間層を形成する物質が白金薄膜3中に拡
散することがなく、シート抵抗を上昇させることはな
い。
【0022】図2は、図1に係る検出器構造を用いた場
合の図6のVII−VII’線断面を示す断面図であり、図3
は、図1に係る検出器構造を用いた場合の図6のVIII−
VIII’線断面を示す断面図である。これら図2,3にお
いて、図7,8と同一符号のものは同一のものを示し、
図1に係る検出器構造を図6に適用するとこのようにな
る。
【0023】ここで、検出器構造に欠陥が生じた場合に
ついて、図4を用いて説明する。図4は、図3の欠陥8
の詳細を示す断面図である。同図に示すように、本発明
は、ニオブ酸化膜と窒化シリコン膜との間にクロム酸化
物薄膜を備えているため、欠陥8にKOHエッチャント
が侵入しても、ニオブ酸化物薄膜4の一部が数μm程度
溶解するだけで済む。
【0024】また、クロム酸化物層3と窒化シリコン層
2との密着力は、ニオブ酸化物と窒化シリコンとの接着
力よりも強いため、接着界面にKOHエッチャントが侵
入することがなく、図10に示したような剥離が生じる
ことはない。
【0025】次に、本発明と従来例とを比較した実験結
果を示す。図5は、図1の本発明に係る検出器構造と、
図9の従来例に係る検出器構造とのアニール前後におけ
るシート抵抗の変化を示すグラフである。同図に示すよ
うに、従来のニオブ酸化膜やタンタル酸化膜のみで白金
薄膜を接着した場合と比べ、クロム酸化膜のみで接着し
たものは堆積時およびアニール時の何れにおいても約
0.2Ω/□程度シート抵抗が高いことがわかる。この
原因としては、クロム酸化物の表面の粗さやクロムの白
金中への拡散が考えられる。
【0026】しかし、本発明提案のクロム酸化物とニオ
ブ酸化物との複合層を用いることにより、ニオブ酸化物
単独のものよりはシート抵抗は高くなるものの、クロム
酸化物を用いたときよりは低くすることができる。な
お、図中のかっこ内に記載された数値は、各層の膜厚を
示す。
【0027】一方、本発明に係るニオブ酸化物による複
合層と従来のニオブ酸化物単独のものとの耐久性を評価
するため、顕微鏡下でパッドにピンセットを用いて傷を
付けてスクラッチテストを行ったところ、従来のものは
表1に示すようにSiN/NbOxの界面から容易に剥
がれてしまった。それに対して、本発明に係る複合層は
非常に密着性が良く、パッドの金が無くなるくらいスク
ラッチしてようやく剥がれるという結果を得ることがで
きた。このように、本発明は従来例と比べて非常に密着
力が高いことが確認された。
【0028】
【表1】
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、窒化シリ
コン層とニオブ酸化物よりなる中間層との間にクロム酸
化物よりなる中間層を形成しているため、点欠陥等を介
して異方性エッチング時のエッチャントが浸入しても良
好な密着性を維持することができ、さらにはシート抵抗
の上昇を抑えることもできる。特に、製造時に生じるこ
のような欠陥は、抑制することはできても完全にゼロに
することは困難である。そのため、多少欠陥が生じるよ
うなことがあっても確実に接着することができる本発明
は、マイクロフローセンサ等の量産に大いに貢献するも
のである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一つの実施の形態を示す断面図であ
る。
【図2】 図1に係る検出器構造を用いた場合の図6の
VII−VII’線断面を示す断面図である。
【図3】 図1に係る検出器構造を用いた場合の図6の
VIII−VIII’線断面を示す断面図である。
【図4】 図3に係る欠陥の詳細を示す断面図である。
【図5】 アニール前後における白金のシート抵抗を示
すグラフである。
【図6】 一般的なマイクロフローセンサを示す斜視図
である。
【図7】 図6のVII−VII’線断面を示す断面図であ
る。
【図8】 図6のVIII−VIII’線断面を示す断面図であ
る。
【図9】 従来例を示す断面図である。
【図10】 図8に係る欠陥の詳細を示す断面図であ
る。
【符号の説明】
1…シリコン基板、2,7…窒化シリコン薄膜、3…ク
ロム酸化物薄膜、4…ニオブ酸化物薄膜、5…白金薄
膜、6…タングステンチタン薄膜、8…欠陥、10…ワ
イヤボンディング、20…中空部、21…橋絡部、22
…測温抵抗体エレメント、22a,23a…ボンディン
グパッド、23…ヒータエレメント、24…周囲測温抵
抗体エレメント、25…孔。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 窒化シリコン層または酸化窒化シリコン
    層上に、接着を補強するための中間層を介して白金薄膜
    を付着させた検出器において、 前記窒化シリコン層または酸化窒化シリコン層上に形成
    され、クロム酸化物よりなる第1の中間層と、 前記第1の中間層上に形成され、ニオブ酸化物またはタ
    ンタル酸化物よりなる第2の中間層と、 前記第2の中間層上に形成された白金薄膜とを備えたこ
    とを特徴とする検出器。
  2. 【請求項2】 シリコン基板の主表面に、このシリコン
    基板から空間的に離隔して一体形成された橋絡部を有
    し、この橋絡部の表面にはヒータエレメントおよび測温
    抵抗体エレメントが形成された検出器において、 前記測温抵抗体エレメントは、 前記橋絡部の上に形成された窒化シリコン層または酸化
    窒化シリコン層と、 前記窒化シリコン層または酸化窒化シリコン層上に形成
    され、クロム酸化物よりなる第1の中間層と、 前記第1の中間層上に形成され、ニオブ酸化物またはタ
    ンタル酸化物よりなる第2の中間層と、 前記第2の中間層上に形成された白金薄膜とを有するこ
    とを特徴とする検出器。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 前記橋絡部は、前記シリコン基板の主表面に形成された
    中空部上に形成されていることを特徴とする検出器。
JP9305417A 1997-11-07 1997-11-07 検出器 Pending JPH11142201A (ja)

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JP9305417A JPH11142201A (ja) 1997-11-07 1997-11-07 検出器

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JP9305417A Pending JPH11142201A (ja) 1997-11-07 1997-11-07 検出器

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003031579A (ja) * 2001-07-18 2003-01-31 Denso Corp センサ及びその製造方法
JP2003035579A (ja) * 2001-07-19 2003-02-07 Denso Corp フローセンサの製造方法
JP2007059583A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Jsr Corp 誘電体膜キャパシタおよびその製造方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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