JPH11251104A - 発熱型薄膜素子センサとその製造方法 - Google Patents

発熱型薄膜素子センサとその製造方法

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JPH11251104A
JPH11251104A JP10064243A JP6424398A JPH11251104A JP H11251104 A JPH11251104 A JP H11251104A JP 10064243 A JP10064243 A JP 10064243A JP 6424398 A JP6424398 A JP 6424398A JP H11251104 A JPH11251104 A JP H11251104A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱分布に偏りが少なく、耐久性及び検知精度
が高い発熱型薄膜素子センサとその製造方法を提供す
る。 【解決手段】 半導体の基板10の下方に開口した空洞
部14と、この基板10の表面側に絶縁層13を介して
形成された導電膜16と、この導電膜16と絶縁層13
を介して反対側の空洞部内14に発熱部20を有する。
発熱部20と導電膜16との間に、絶縁層12,13を
介して多結晶Si等の熱伝導率の良い均熱層15を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】この発明は、発熱状態にした
薄膜素子の抵抗値の変化から相対湿度や相対流量、ガス
等を検出する発熱型薄膜素子を備えた発熱型薄膜素子セ
ンサとその製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来のこの種の発熱型薄膜素子を備えた
センサは、図5に示すように、例えばシリコン単結晶等
の半導体基板1の上面に下側絶縁膜2を形成し、その上
に発熱部と通電部及び電極部を含む薄膜からなる導電膜
3を設けたものがあった。半導体基板1には、導電膜3
とは反対側の下方に開口させて下側絶縁膜2に達する空
洞部4が形成されている。空洞部4は、異方性エッチン
グにより形成され、空洞部4内の下側絶縁膜2と発熱部
を含む導電膜3とにより、発熱型薄膜素子5を構成して
いた。また、下側絶縁膜2の上には、導電膜3の発熱部
を覆って上側絶縁膜6が設けられていた。 【0003】この発熱型薄膜素子5を備えたセンサの製
造は、シリコン単結晶等の半導体基板1の上面にスパッ
タリングによりSiO2やTa25等により下側絶縁膜
2を形成し、その上にPt等の導電膜3を形成し、エッ
チング等により所定の形状に形成する。下側絶縁膜2の
表面には、必要に応じて導電膜3を覆うように、スバッ
タリング等によりSiO2やTa25等の上側絶縁膜6
を形成する。次に、半導体基板1の下方から下側絶縁膜
2まで異方性エッチングして、空洞部4を形成するもの
であった。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】このような従来の発熱
型薄膜素子を備えたセンサは、シリコンウエハの基板1
に下側絶縁膜2を梁状にして導電膜3の抵抗値変化から
湿度や流量を検知するため、その感度を高めるために導
電膜3に電流を流して加熱し、その状態の抵抗値から検
知対象のデータを検知していた。しかし、導電膜3の熱
分布が不均一となるため、特定の部位の温度が常に高く
なり易く、その部分の劣化を早め、断線の原因ともなっ
ていた。さらに、感度の低下や寿命の低下にも繋がり易
いものであった。 【0005】この発明は、上記従来の技術の問題点に鑑
みてなされたもので、熱分布に偏りが少なく、耐久性及
び検知精度が高い発熱型薄膜素子センサとその製造方法
を提供することを目的とする。 【0006】 【課題を解決するための手段】この発明の発熱型薄膜素
子センサは、半導体の基板の下方に開口した空洞部と、
この基板の表面側に絶縁層を介して形成された導電膜
と、この導電膜と上記絶縁層を介して反対側の上記空洞
部内に形成された発熱部と、上記発熱部と上記導電膜と
の間に絶縁層を介して設けられた多結晶Si等の熱伝導
率の良い均熱層とを備えたものである。上記基板は半導
体単結晶のウエハであり、上記発熱部は上記半導体に所
定の不純物が拡散した拡散部である。上記導電膜と発熱
部の電極は上記基板の表面側に各々別々に設けられてい
る。 【0007】この発熱型薄膜素子センサは、検知部であ
る導電膜と、この導電膜を加熱する発熱部とを絶縁層及
び均熱層を介して別々に形成したものである。検知に際
しては、発熱部に電流を流して、導電膜を所定の温度に
加熱して所定の検知を行う。また、表面に埃等が付着し
た場合は、発熱部により導電膜を高温に加熱して埃を除
去する。 【0008】この発明の発熱型薄膜素子センサの製造方
法は、基板に所定のパターンの発熱部を形成し、この発
熱部の表面側に絶縁層を形成し、その絶縁層の表面に上
記不純物拡散部と対面して熱伝導率の高い均熱層を真空
薄膜形成技術により形成し、さらに絶縁層を介して導電
膜を形成し、上記基板裏面側から上記発熱部に向けてエ
ッチングを行い、上記基板裏面に空洞部を形成するとと
もに、この空洞部内に上記発熱部を残すようにする発熱
型薄膜素子センサの製造方法である。 【0009】特に、この発明の発熱型薄膜素子センサの
製造方法は、半導体基板に所定のパターンの発熱部とな
る不純物拡散部を形成する。そして、この不純物拡散部
が形成された上記基板表面に絶縁層を形成し、その絶縁
層の表面に、上記不純物拡散部と対面して熱伝導率の高
いSi等の均熱層を真空薄膜形成技術により形成し、さ
らに絶縁層を介して導電膜を形成する。そして、この導
電膜を覆って保護する絶縁層を形成する。この後、上記
基板裏面側から上記不純物拡散部に向けて異方性エッチ
ングを行い、上記基板裏面に空洞部を形成しする。この
とき、上記不純物拡散部は、エッチングされずに選択的
に残るように上記異方性エッチングを行う。 【0010】 【発明の実施の形態】以下、この発明の発熱型薄膜素子
センサの一実施の形態について図面に基づいて説明す
る。この実施形態の発熱型薄膜素子センサは、シリコン
(Si)単結晶の半導体基板10を有し、この半導体基
板10には、下方に開口した空洞部14が形成され、こ
の空洞部14の上部は、SiO2の1μm程度の薄い絶
縁層12により覆われている。 【0011】絶縁層12にはさらにSiO2の1μm程
度の薄い絶縁層13が積層され、絶縁層12,13の間
の中央部には、Siの多結晶薄膜からなる均熱層15が
挟み込まれている。均熱板15の厚さは、例えば、50
00〜10000Å程度の厚さである。 【0012】絶縁層13の表面側には、4000〜50
00Å程度の厚さの導電膜16がコ字状に形成されてい
る。導電膜16は、プラチナ(Pt)やチタン(Ti)
等の温度係数の大きい金属薄膜からなる。この導電膜1
6の両端部には、基板10の表面の側方に形成された図
示しない電極が形成されている。さらに、導電膜16の
表面には、保護膜である1μm程度の薄いSiO2の絶
縁層18が積層されている。 【0013】空洞部14内の絶縁層12の裏面側には、
導電膜16に沿って対面した形状のコ字型の発熱部20
が形成されている。発熱部20は、シリコンに高濃度に
不純物であるボロン(B)を拡散したP+Siによって
構成される。この不純物拡散部である発熱部20のボロ
ン濃度は、例えば約1020cm-3である。コ字形の発熱
部20の両端部から続く拡散部は、絶縁層12の裏面に
沿って基板10の側方に至り、基板10の表面に形成さ
れた電極に接続されている。導電膜16の電極と発熱部
20の電極とは、基板10の表面側方で各々別々に位置
している。 【0014】次に、この実施形態の発熱型薄膜素子セン
サの製造方法について、図3をもとにして説明する。こ
の製造方法では、先ず図3(A)に示すように、N型S
i単結晶の基板10の表面に、酸化膜22を形成し、発
熱部20の形状を形成するパターンに窓24を開ける。
そして、ボロン等のP型ドーパントをSi基板10中に
高濃度に拡散させる。これにより、不純物拡散部26が
所定形状、例えばコ字状に形成される。 【0015】この後、酸化膜22を除去し、図3(B)
に示すように、基板10の表面に絶縁層12をスパッタ
リング等により形成する。さらに、図4等に示すよう
に、多結晶薄膜からなる均熱層15をスパッタリングに
より絶縁層12の中央部に形成する。均熱層15の形状
は、マスクを用いて形成する。そして、均熱層15及び
その周囲の絶縁層12を覆うように、絶縁層13をスパ
ッタリング等により形成する。 【0016】さらに、金属薄膜の導電膜16を絶縁層1
3の表面で均熱層15の内側に位置するように形成す
る。所定形状に形成する方法は、金属薄膜を全面に蒸着
やスパッタリングにより形成した後エッチングして、図
3(C)、図4等に示すように、導電膜16を所定形状
に形成する。そして、導電膜16及びその周囲の絶縁層
13を覆うように、保護膜である絶縁層18をスパッタ
リング等により形成する。 【0017】次に、基板10の裏面側から異方性エッチ
ングし、図3(D)に示すように、発熱部20を形成す
る不純物拡散部26が選択的に残るようにする。不純物
拡散部26は、KOH(水酸化カリウム)、TMAH
(水酸化テトラメチルアンモニウム)等のアルカリエッ
チング液により、Siを異方性エッチングすると、選択
的にエッチングされずに残る。 【0018】この実施形態の発熱型薄膜素子センサは、
絶縁層12,13を介して検知部分となる導電膜16と
発熱部20とが別々に設けられ、導電膜16に汚れが着
いた際も発熱部20を、例えば700℃程度に発熱させ
て導電膜16を加熱すれば良く、加熱が均一に適切に行
われ、導電膜16の一部に発熱が集中したりして断線す
ることがない。しかも、絶縁層12,13の間に比較的
熱伝導率の高い均熱層15を設け、発熱部20の熱を均
一に周囲に広げているので、導電膜16がより均一に加
熱されるものである。これにより、導電膜16に加熱ム
ラが発生しにくくなり、均一な加熱が可能となり、寿命
を延ばすことができ、測定精度も高いものとなる。 【0019】さらに、検知時の加熱にも、発熱部20に
より例えば200〜300℃に導電膜16を間接的に加
熱するので、導電膜16には常時発熱に必要な大きな電
流を流す必要がなく、検知に必要なわずかな電流を流す
だけで良く、導電膜16の耐久性がより高くなる。 【0020】なお、この発明の発熱型薄膜素子センサと
その製造方法は、上記実施形態に限定されず、基板はS
i単結晶以外に、他の半導体や絶縁体を用いても良い。
また絶縁層は、SiO2やTa25等を適宜選択可能で
ある。また発熱部は、ボロンを拡散する他、他の不純物
の拡散によるものでも良く、また拡散により選択的にエ
ッチングする他、基板表面に所定形状に発熱部を蒸着等
により形成し絶縁層を形成した後、基板をエッチング
し、絶縁層の裏面に所定形状に発熱部が形成されるよう
にしても良い。さらに、均熱層は、シリコン以外に、金
属や他の比較的熱伝導率の高い材料でも良い。 【0021】 【発明の効果】この発明の発熱型薄膜素子センサによれ
ば、検知を行う導電膜に直接大きな電流を流して発熱さ
せる必要がなく、発熱部により間接的に導電膜を加熱す
るので、導電膜に加熱むらが生じたり、さらに局部的に
高温になることがなく、センサの耐久性が向上する。さ
らに、発熱部の熱は均熱層により、より均一に導電膜に
伝えられ、導電膜の位置による温度むらを抑えることが
でき、測定精度も上げることができる。
【図面の簡単な説明】 【図1】この発明の発熱型薄膜素子センサの一実施形態
部分破断斜視図である。 【図2】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの縦断面
図である。 【図3】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの製造工
程を示す縦断面図である。 【図4】この実施形態の発熱型薄膜素子センサの均熱層
の部分破断平面図である。 【図5】従来の技術の発熱型薄膜素子センサの縦断面図
である。 【符号の説明】 10 基板 12,13,18 絶縁層 14 空洞部 15 均熱層 16 導電膜 20 発熱部

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 基板の下方に開口した空洞部と、この
    基板の表面側に絶縁層を介して形成された導電膜と、こ
    の導電膜と上記絶縁層を介して反対側の上記空洞部内に
    形成された発熱部と、上記発熱部と上記導電膜との間に
    絶縁層を介して設けられた熱伝導率の良い均熱層とを備
    えた発熱型薄膜素子センサ。 【請求項2】 上記基板は、半導体単結晶であり、上
    記発熱部は上記半導体に所定の不純物が拡散した拡散部
    であり、上記均熱層は、多結晶半導体であるる請求項1
    記載の発熱型薄膜素子センサ。 【請求項3】 基板に所定のパターンの発熱部を形成
    し、さらに絶縁層を介して熱伝導率の良い均熱層を形成
    し、この均熱層の表面側に絶縁層を形成し、その絶縁層
    の表面に導電膜を形成し、上記基板裏面側から上記発熱
    部に向けてエッチングを行い、上記基板裏面に空洞部を
    形成するとともに、この空洞部内に上記発熱部を残すよ
    うにする発熱型薄膜素子センサの製造方法。 【請求項5】 半導体の基板に所定のパターンの発熱
    部となる不純物拡散部を形成し、この不純物拡散部が形
    成された上記基板表面に絶縁層を形成し、その絶縁層の
    表面に上記不純物拡散部と対面して熱伝導率の高い均熱
    層を真空薄膜形成技術により形成し、さらに絶縁層を介
    して導電膜を形成し、この後、上記基板裏面側から上記
    不純物拡散部に向けてエッチングを行い、上記基板裏面
    に空洞部を形成するとともに、上記不純物拡散部を選択
    的に残して上記発熱部とする発熱型薄膜素子センサの製
    造方法。
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