JPS62282270A - 流れ感知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 本発明は流れ感知装置およびその装置を動作させるのに
適した回路に関する。

公知の流量測定装置は大形であり、従って、流れ管内に
組み込むのは容易ではない。それらの公知の装置はまた
、動作しうる流体流速の範囲が限られており、かつ比較
的高価である。それらの装置のほとんどの出力が電子信
号処理技術に適合できないので、それらの装置は制御シ
ステムや現代の情報システムに組み込むが容易ではない
。

ライ−トストン・ブリッジ型の抵抗を用いた半導体フロ
ーセンサが研究されている。その場合、プリフジの１つ
のアームが加熱される（エレクトロニクス・レターズ、
１０（１９７４）、第４２５〜４２６頁）ａ 本発明の目的はプラナ−半導体構造を用いた流れ感知装
置を提供することであり、この装置の作成は同じシリコ
ン・チップに電子処理回路を組み込むことに適合するこ
とができ、かつこの感知装置は従来のセンサの難点のう
ちの幾つかを除去する。

本発明によれば、半導体材料の基体と、この基体に形成
されたマイクロ加工された片持ビームおよびそのビーム
に対する流体の流れを表わすビームの特性に感応する手
段よりなる流れ感知装置が提供される。

この装置は基体を貫通して一方の主表面から他方の主表
面まで延長したチャンネルをビームの下方に有している
ことが好ましい。

上記半導体材料はシリコンであることが好ましい。ビー
ムはシリコン・オキシニトライド（ｓｉｌｉｃｏｎ　ｏ
ｘｙｎｉｔｒｉｄｅ）で形成されつる。

シリコン・オキシニトライドは大気圧ＣＶＤ技術を用い
て８５０℃におけるアンモニア、シランおよび酸化窒素
間の反応によって形成されうるちのであり、１．５〜１
．６の範囲内の、特に１．５３の屈折率を有することが
好ましい。シリコン・オキシニトライドを作成する他の
方法は、低圧ＣＶＤ圧応器内でアンモニア、シランおよ
び亜酸化窒素を用いる方法であり、この場合には、屈折
率は１．８〜１．９が好ましい。

この流れ感知装置の感応手段はビームに取付けられた応
力センサを具備しうる。他の感応手段はビームの共振周
波数に応答しうるちのであってもよくあるいはその感応
手段は基板に対するビームの制御されたたわみを生じさ
せる加熱手段と、ビームに対する流体の流れによる冷却
に基因した前記たわみの変化に応答する手段を具備しう
る。

本発明は、前述したホイートストン・ブリッジよりも正
確でかつ応答時間の速い装置を提供しうるちのと考えら
れる。

上記感応手段は基体に対するビームのたわみに応答する
容量性変位センサよりなるものでありうる。このセンサ
はビームの自由端における第１の電極と、この第１の電
極の下方において基体に設けられた第２のｉｔ＃ｆＡを
具備しうる。あるいは、２個の第２電極が互いに離間さ
れて、前記第１の電極の下方において基体上に設けられ
てもよい。

容量性変位センサの容量を測定するのに適した回路は高
利得、高インピーダンス増幅器を含んでおり、この増幅
器の入力は前記容量の１つの端子に接続され、出力はそ
の入力にフィードバック・コンデンサを介して接続され
、前記容量の他の端子は可変電圧源に接続され、前記増
幅器の出力電圧は前記容量の値に比例するようになされ
うる。

前記可変電圧源は１個のパルスまたは理想的には振幅の
等しい一連のパルスを与えることが好ましい。一定の振
幅を有することがこの場合にも理想的である正弦波のよ
うな他の電圧信号で動作することも可能である。従って
「可変電圧」という言葉はこのような電圧源をも含むこ
とを意図されている。

前記増幅器の出力はノイズ帯域幅を制限するための微分
および積分回路に与えられ、整流され、そして特定の容
量値に比例する信号と比較され得るものであり、この場
合、比較器の出力は前記特定の容量値と測定されている
容量の値との間の差に関係づけられている。

上記容量は可変であってもよく、それは半導体チップ上
に形成されたマイクロ加工された片持ビーム・フローセ
ンサに形成された上端部接点と、この接点の下方におい
て上記チップ上に設けられた上端部接点との間の容量で
あることが好ましい。

上記の回路構成は小さい容量を測定するのに時に適して
いる。

ビームが自由端に電極を有し、前記第１の電極の下方に
おいて、基体上に第２の電極が設けられている場合には
、この装置はそれらの電極間に静電力を印加するための
手段と、それらの電極を閉塞させるのに必要な力を測定
するための手段を具備しうる。

本発明の他の態様によれば、流れ感知装置を作成する方
法であって、半導体材料の基体上にマイクロ加工された
片持ビームを作成し、その半導体材料上に下方電極を形
成し、その下方電極上に閉塞材料を被着させ、ビームの
自由端に上方電極を形成し、そして前記閉塞材料を除去
する方法が提（共される。

前記閉塞材料は銀またはフォトレジストでありうる。

以下図面を参照して本発明の実施例につき説明しよう。

まず第１図および第２図を参照すると、半導体材料の平
坦な基体２上に構成され精密加工された片持ビームｌを
具備したフローセンサが示されている。その半導体材料
はケイ素であることが好ましい。前記ビームは金属、絶
縁材料または上記半導体材料そのもので形成されうる。

上記半導体基体は上記ビームに関連されるべき電子信号
処理回路を作成するためにも用いられうる。

第１図および第２図は、上記ビームの自由端上に形成さ
れた電気的接点４を含む容量感知手段を示している。こ
の接点はコンデンサの１つの電極として作用する。他の
コンデンサ電極５は接点４のすぐ下に設けられており、
それは上記基体またはそれの一部分から絶縁されうる。

上記ビームがたわもだときの上記電極間の容量の変化を
測定すると、そのビームのたわみの大きさ、従って流体
の流速を知ることができる。ビーム端部の接点４は、そ
れの下方に間隙をもって構成された２つの電）を間の容
量を変化させうる。この場合には１、一方の下方接点か
ら他の下方接点への電荷が検知され、その電荷はそれら
２つの下方接点と上方接点との間の容量に依存して決定
されうる。この方法は上記ビームに沿ってそれの端部の
接点４まで延長した金属ストリップを必要としない。金
は他の金属よりも酸化および化学的腐食に対する耐性が
強いから上記電極の材料としては金が適しているが、例
えばニッケル（これは硬度が大である）のような金板外
の金属を用いてもよい。

あるいは、ビームが屈曲された場合に応力を測定する膜
をそのビーム上に配置してもよい。このような膜を形成
するために用いられうる材料の一例としては圧電材料の
ＺｎＯがある。

ビームの下方にはチャンネル３が形成されており、この
チャンネル３はビームが設けられている半導体基体の一
方の主表面から他方の主表面までその基体を貫通してい
る。このようなチャンネルは、ビームの反対側から半導
体材料を異方性的にエツチングすることによって、すな
わち両面マスク技術を用いた方法によって形成されうる
が、他の方法を用いることもできる。例えばＩ　ＥＥＥ
Ｔｒａｎｓ、　　Ｖｏｌ、　　Ｅ　Ｄ　２６、Ｎｏ、１
２．１９７９、第１９１１頁におけるエル・エム・ロイ
ランス（Ｌ　、　Ｍ　、　Ｒｏｙｌａｎｃｅ）およびジ
ェイ・ビー・アンジェル（Ｊ、　Ｂ、Ａｎｇｅｌｌ）に
よる「ア・バッチ・ファプリケイテッド・シリコン・ア
クセラロメータＪ　　（Ａ　　Ｂａｔｃｈ−Ｆａｂｒｉ
ｃａｔｅｄ　ＳｉｌｉｃｏｎＡｃｃｅｌｅｒｏｍｅｔｅ
ｒ）という名称の論文で公知のように片持ばりを作成す
る場合に通常行われているようにビームの下方にＶ形溝
または平坦底のウェルが作成された場合には、ビームに
当る流体が上記ウェル内の圧力を上昇させ、流体の流れ
によってビームに加えられる力を事実上打ち消し、従っ
て、装置は流体の流量の変化に対して十分に応答しない
ことになる。フローセンサとして使用するために作成さ
れるビームに必要とされる幾何学的寸法も、加速度計と
して用いられるビームの場合とは異なる。

流体が第２図に示されているように当る態様でビームが
流体の流れ内に配置された場合には、その流体がビーム
に力を加えてそれを図示のようにたわませるが、そのた
わみの大きさは流体の流速によってきまる。

ビーム幅すと長さの小さい要素δＸとで画成されたビー
ムの領域に力ｐが作用しており、その領域に対する全体
の力がｐｂδＸであるとすると、ビームは下記の式（１
）で表わされる大きさだけたわむ。

δＹ＝　　　　　　＜３ｌ−ｘ）ｐｂ６ｘ　　　ｆｉ１
ＥＩ ただし、ｌはビームの長さ、Ｅはヤング率、ｌは下記式
（２）で与えられるビームの慣性モーメントである。

１ま ただし、ｔはビームの厚さである。

上記の力はビームの全長に沿って作用しているから、先
端部の全体のたわみは弐（１）を０からβまで積分する
ことによって、 として計算される。

空気流による力は□ρ”ｖ”Ｃｄである。ただし、ρは
流体の密度、■は流体の流速、Ｃｄは抗力係数であり、
従って、 ６Ｅｌ ■に上記式（２）を代入すると、 １．３ｔ’Ｅ となる。

上記の処理においては、ビームに装着された電子回路に
よって発生されビームの先端における接点間に電圧を印
加する静電力は無視しうるちのと仮定された。

ビームがカバーする流体の流速の範囲はｔおよびｌを変
更することによって変化されうる。より広い流速範囲を
カバーするためには、ｌの値の異なる幾つかのビームが
同じ千ノブ上に設けろれうる。特定のビームが「ボトム
」すると（すなわち上方接点が下方接点に接触すると）
、ビームの固定端およびビーム接点４に応力が発生する
。特定の流速（例えば１０ｃｍ／秒）で「ボトム」する
ように設計されたビームは、より速い流速（例えば８０
０ＣＩ１１／秒）で開とならず、従ってビームが「ボト
ム」すると、回路が他のビームに切換えられるようにす
れば、ある流速範囲をカバーしうるようになされうる。

たわみΔｙの大きさく第２図に示されている）はビーム
端の接点と下方接点との間の容量の変化を測定すること
によって決定されうる。

本発明によれば、ビームのたわみに基因するそのビーム
と基体接点との間の容量増加ΔＣは次の式で与えられる
。

ただし、Ａは一定面積、ｄはたわみのないビームの間隔
、Δｙはビームのたわみ、Ｃ０はたわみゼロの場合のビ
ームの容量であり、次の式で与えられる。

４πｄ Δｙの値に対応した流体の流速は式（３）によって与え
られる。

物理的パラメータの変化を検知するために容量変化を用
いる他の装置も知られている。これらの装置としては、
「マイクロメカニカル・アクセラロメータ・インテグレ
ーテッド・ウィズ・モス・ディテクション・サーキソト
リ」 （Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　　Ａｃｃｅｌｅｒ
ｏａ＋ｅｔｅｒＩ　　ｎＬｅｇｒａｔｅｄ　　ｗｉｔｈ
　　　　Ｍ　　ＯＳ　　　　ＤｅｔｅｃｔｉｏｎＣ１ｒ
ｃｕｉｔｒｙ）　（ケイ・イー・ピータ−センほか著、
ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎｓ、Ｖｏｌ、ＥＤ２９、Ｎｏ、１
゜１９８２、第２３頁）という論文に記載された加速度
計および［キャパシティブ・プレッシャ・トランスデュ
ーサズ・ウィズ・インテグレーテッド０サーキフツＪ　
　（Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ　ＰｒｅｓｓｕｒｅＴｒａｎ
ｓｄｕｃｅｒｓ　ｗｉｔｈ　　Ｉ　ｎｔｅｇｒａｔｅｄ
　Ｃ１ｒｃｕｉｔｓ）　（ダブリユウ・エイチ・コーほ
か著、センサーズ・アント・アクチュエークズ、Ｖｏｌ
、　　４、Ｎｏ、３゜１９８３年第４０３頁）に記載さ
れた圧力センサ等がある。これらの装置に用いられてい
る回路は、ビーム端部の接点をブリッジに結合させる場
合の問題に基因して感度が低下する容量ブリッジ（例え
ば上記ビータ−センほかの論文に記載されたものにおい
て）と、容量が回路周波数を制御する発振回路（ＩＥＥ
Ｅ　　Ｔｒａｎｓ、、Ｖｏｌ、ＥＤ２７、Ｎｏ、５．１
９８０年第９２７頁におけるシー・ニス・サングー（Ｃ
，Ｓ、５ａｎｄｅｒ）ほかによる「モノシリンク・キャ
パシティブ・プレッシャ・センサ・ウィズ・パルスピリ
オド・アウトプット」（Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ　Ｃａｐ
ａｃｉｔｉｖｅ　Ｐｒｅｓｓｕｒｅ　Ｓｅｎｓｏｒｗｉ
ｔｈ　　Ｐｕ１ｓｅ−Ｐｅｒｉｏｄ　０ｕｔｐｕｔ　）
という論文に記載されている）を含んでいる。カッド・
ダイオード回路も用いられているが、これらは厳しい製
作上の問題を提起する（上記コーほかの論文）。

屈折率が１．５３、長さ２０μｍ、幅５０μｍ、接触面
積Ａ−”　１０−’ｍ”　、ビーム間隔５μｍ、ビーム
長＝２１１、Ｐ　＝　１．２Ｘ　１０−’ｇｅｍ−’　
（窒素の場合）、ビーム材料のヤング率＝７Ｘ１０”ｐ
ａ、ビーム厚＝０．２μのシリコン・オキシニトライド
よりなるビームを考えた場合に、長さ２ｓｖｂのビーム
についてΔＣを計算すると、 ΔＣ＝１．８Ｘ１０−１５Ｆ　（ｌｅｎｄｓ−’のガス
流速の場合）となる。

同しチップ上の複数の（例えば５本の）マイクロ・ビー
ムによって例えば０．８ｃｍ　ｓ−’〜５７０ｃｍ５−
’の流速範囲がカバーされうる。

本発明によるマイクロ加工されたフローセンサに対して
は、電荷感応型構成を用いた回路技術を用いることがで
き、その−例が第３図に示された回路である。

この電荷感応型構成によれば、従来の回路を用いた場合
に生ずる問題、すなわち非直線性である適用範囲が狭い
、信号対雑音比（ＳＮ比）が低い等の問題点が克服され
る６ 第３図において、増幅器Ａ１は電荷感応モードで用いら
れており、この場合、Ａ１の出力電圧はＶｌ）Ｉｃ冨 ■。ｕｔ　　”　　□ ｒ で与えられる。ただし、Ｃｔ　はフィードバック容量、
Ｃ８はビーム端接点と下方接点との間の容量、ＶＩＮは
入力電圧である。■１．４はパルス発生器によって与え
られうる。ビームに用いるのには矩形波パルスが特に適
しており、そのパルスは１個ずつまたは一連のものとし
て供給されうる。特に他の用途では正弦波のような他の
波形が適していることが認められた。入力波形は振幅が
一定でなければならない。

パルス発生器は増幅器およびビームと同じノリコン・チ
ップ上に集積されうる。

■。□は整流器６によって整流され、比較器７の１つの
人力に供給される。この比較器７の他方の７人力におけ
る電圧Ｖ　＊ｔｙ　（８）　は、ビームがたわみを受け
ておらず、従って、比較器の出力が容量の変化に直接比
例している場合の電圧である。

第３図に示された回路において、Ａ２は糧衝増幅器であ
り、Ｃ１およびＲ１は微分回路を構成しており、Ｒ２お
よびＣ２は積分回路を構成している。これらは、回路内
の能動素子の１／ｆノイズより高い周波数で信号が発生
されるようにノイズ帯域幅を制限する。このようにして
ＳＮ比が改善されうる。

この信号処理の他の方法にまさる他の利点は、ｖｌｌｌ
の幅がビームのレスポンス時間よりもはるかに小さくな
されうるので、ＶＩＮによる静電力がビーム・レスポン
ス（これは上述した処理を用いる場合に重要である）に
影響せずかつＶＩＮがより高い感度を得るために大きく
なされうる点である。

本発明の他の利点は、ビームのたわみによって生ずる小
さい容量変化（１０−’Ｆのオーダの容量変化）を測定
するために、フローセンサと同じチップに測定回路が組
み込まれうるということである。測定されうる最小容量
変化は測定回路の電子ノイズによって制限されるであろ
う。

上述した回路の変形が当業者には明らかであろう。

ビームと同じチップ上に上記回路を配設することにより
、ノイズが最小となり、解像度は最大となる。

上記の回路技術は、ビームの端部における１個の上方接
点と、間に間隙を有する２個の下方接点を有するフロー
センサにおいて、１つの下方接点から他の下方接点に結
合される電荷を決定するためにも用いられうる。

ビームのたわみはストレンゲージ技術を用いることによ
っても決定されうる。

ビームのたわみを測定することによって流体の流れを検
知する他の方法は、熱いビーム・センサを用いることで
ある。例えば金属をビームに莫着することによってその
ビームの頂部に沿って導電性ストリップが設けられうる
。接点ストリップがそれに通電することによって加熱さ
れると、それによってビームも加熱され、金属ストリッ
プとビーム材料との膨張係数が異なることによってビー
ムが屈曲されることになる。流体の流れがビームに対し
て来貢的に平行でその流体の流れによるビームのたわみ
が無視できる場合には、ビーム端部接点間の容量は、そ
のビームのたわみ、従って、ビームの温度に依存し、そ
してビームの冷却速度はビームを通過する流体（例えば
空気）の流速に依存する。ビームの温度は熱入力および
冷却速度に依存して平衡値に到達し、かつ冷却によって
生ずるたわみの変化（たわみの減少）は流体速度に依存
する。（この方法に対する変更も可能である。）ビーム
の最大切換電圧の測定によっても流体の流速を決定する
ことができる。流体の流れがビームに対して直交してい
る場合には、ビームに加えられる力は流体の流速の自乗
に比例する。（すなわち、ビームは流体の流速の自乗に
比例した大きさだけたわむ。）ビームの上方および下方
接点間に直流電圧が印加されると、所定の流体力につき
、特定の電圧がビーム接点を閉塞させる。（その直流電
圧が２つの接点間に他の静電力を与える。）流体力を増
大させると、ビームを切換えさせるための電静力、従っ
て電圧は小さくてすむ。接点を閉塞させるために必要と
される最大電圧は静電力に、従って、流体の流速の自乗
に比例する。

流体の流速を測定するためには光学的技術も用いられう
る。例えば、ＬＥＤからの光信号が光ファイバを通じて
マイクロビーム・センサに入射されそしてそれから取り
出されうる。この方式の利点は、フローセンサとファイ
バだけが流体の流れ内にある点である。

上述の説明において、ビームのたわみ等が流体の流速に
依存するという場合には、流体が一定の密度を有してお
り、かつ特定の場合には、上記式（３）の他の変数が固
定値を有するものと仮定する。

実際には、流体の密度は一定でなく（温度変化等により
）、ビームのたわみは流体のマスフロー（ｍａｓｓ　ｆ
ｌｏｗ）に依存するであろう。このような場合も本発明
の範囲内にあるものと考えられている。

流体の流れによるビームのたわみを測定することにかわ
る方法として、その流れをそれがビームに当るように方
向づけそしてビームをそれの共振周波数モードでフロー
センサとして用いて共振周波数が流体の流速とともに変
化するようにする方法がある。ビームは適当な励振によ
って発振する。

上記共振周波数モードは作用上の利点を有しうる。例え
ば、ビームの共振周波数は流体の流速がゼロのときに最
大となるが、このことはビームの特性を較正するために
利用できる。この自己較正により、ビームの使用時にお
けるヤング率のようなビーム特性の変化を自動的に補償
することが可能である。

共振周波数モードで動作するためには、流体の流速によ
る力、ビーム端部接点に関連された電子回路によって印
加されるそれらの接点間の電位差による静電力、および
ビームが屈曲された場合に与えられる復原力の３つの力
ζこよるビームのレスポンスが考慮される。

ビームが上記の力をすべて受けたときに平衡位置からΔ
ｙだけたわんだ場合のビームの運動方程式は次のように
与えられる。

ｄ　２　　Δ　ｙ　　　　　　１　　　　　ε　。ノ〜
　Ｉ　　ｖ　、　！静電力 はビームの上方および下方接点間に印加される電圧、Ａ
′はビーム端部接点の面積、ε。は自由空間のｈ電率、
ｙはたわみ後における端部接点間の間隔、Ｅはヤング率
、ｔはビームの厚さ、ｂはビーム幅、ｌはビームの長さ
である。

単位変位当りの加速度は であり、共振周波数は、 である。

共振周波数は、ビームに印加される復原力と静電力との
間に正しいバランスが得られた場合に間隔ｙにおける流
体の流速とともに変化する（ただしΔｙ字ｄ−ｙ）。

共振周波数モードを考える場合には、流体の粘性のよう
な減衰要因を考慮する必要がありうる。

共振周波数の変化の測定は例えば容量手段または圧電手
段によってなされうる。

流れ感知装置を作成するための適当な方法としては、単
結晶シリコンに対するエッチャントとしてエチル・ダイ
アミン・ピロカテコール（Ｅ、　　Ｄ。

Ｐ、）を用いる方法があるが、他のエッチャントを用い
ることもできる。

第４Ａ図は、下方にウェル９を有する半導体チップ２上
に形成されたビーム１の断面図である。

この半導体材料はシリコンであることが好ましい。

このようなビームを作成する方法は公知である。

第４Ｂ図は、本発明において千７・ブを貫通して形成さ
れた空気通路の形をしたチャンネル３を有するマイクロ
加工された片持ビームを示している。

そのチャンネルは例えば幾何学形状を画成するために＜
Ｉ　ｌ　１＞面を用いてチップを異方性エツチングする
ことによって形成されうる。＜１１１＞面は第４Ａ図に
おいて破線で示されている。

上記チャンネルを形成するためには他の方法を用いるこ
とも可能である。

センサおよび回路に用いられるＭＯＳＦＥＴ（複数）に
対するゲート絶縁体と同しチップ上に構成された積分回
路の処理における拡散用マスクとして熱的に成長した二
酸化シリコンが用いられうる。池の材料を用いることも
可能であり、そのような材料は当業者には明らかであろ
う。

シリコン・オキシニトライド（これは集積回路を作成す
るためには通常用いられない材料である）がビームの材
料としては特に適しているが、ある種の目的のためには
、二酸化ケイ素および窒化ケイ素が適している場合もあ
りうる。シリコン・オキシニトライドの場合には、ビー
ｌ、材料とその下のシリコンの熱膨張特性の差による幾
何学的制約（アール・ディ・ジョリおよびアール・ニス
・ミュラー、ジャーナル・オブ・エレクトロケミストリ
・ソサイアティ、ソリッド・ステート・サイエンス・ア
ンド・テクノロジー、１９８０年１２月、第２７５０頁
）が５００％だけ超過されうろことが認められた。応力
を無視しうるビームを作成するために適したシリコン・
オキシニトライドの組成は屈折率が１．５３であり、こ
れは８５０℃でのアンモニア、シラン、および酸化窒素
の反応で形成されるが、上述のように、他の組成および
反応も可能である。

’Ｍ５Ａ〜５Ｄ図は端部接点を作成するための好ましい
方法を示している。第５Ａ図はシリコン基体２（これは
Ｐ゛　ドープされていることが好ましい）、シリコン・
オキシニトライド・ビーム１、および下方端部接点５を
示している。金属化は、金（これが良好な導電通路を与
える）を被着されたクロム（付着させる目的で用いられ
ている）でなされる。

第５Ｂ図に示されているスペーサ１５は、スライス上に
厚いレジスト（約５μｍの厚さの）を吐出しかつそのス
ペーサを画成するためにフォトリソグラフ法を用いるこ
とによって形成され、かつビームにはニクロム金よりな
るビーム接点層１４が被着される。中断なく金属で被覆
されうる適当な縁端輪郭を得るために焼きっけが行われ
る。めっきの目的のために上記スペーサに対する電気的
接点を形成するために、スライス縁端がら各スペーサ領
域までに一時的な導電通路が設けられなければならない
、使用された金属は、既存の金属化部分の一部分を必然
的に被うので、めっきの後で選択的にエツチングされな
ければならない。金・クロム層に影響せずにエツチング
されうる適当な材料としては銅がある。

銅が被着された後に、その銅の上に金が沈積される。こ
の金が良好なめっきを与え、かつ金めっきされた部分が
金付着に対して良好なレジストとなるために、鮮明に画
成された縁端を有するようにする。

金が被着された後に第５ｃ図に示されているようにスラ
イス上にレジスト１６が吐出され、そしてフォトリソグ
ラフ法によってビーム上方接点領域が画成される。次に
金が電解めっきされる（約３μｍの厚さに）。

頂部のレジスト層が除去され、そして金めつき層がイオ
ン・ミリングによって除去される。銅が現われると、そ
の銅は選択エツチングによって除去される。次にレジス
ト・スペーサが除去され、第５Ｄ図に示されているよう
に、金・クロムよりなる下方接点の上方に金よりなる端
部接点４（通　　。

常５μｍ）が残る。

あるいは、半導体基体上に下方接点（例えば金で被われ
たクロム）を形成し、その下方接点上に阻止材料として
銀（フォトレジストではない）を接点間隔に必要な厚さ
だけ電解により被着させ、ビームの自由端部に上方接点
を形成し、そして恨をエツチングにより除去することに
よって、接点を作成してもよい。

端部接点を作成するためには他の方法も可能である。

シリコン・プラナ−処理技術を用いて作成された本発明
のフローセンサは、安価で、寸法が小さく、かつそのセ
ンサと同じチップに測定回路を組み込むことが可能であ
るという利点を有している。

本発明は上述した材料や作成方法に限定されるものでは
ない。

本発明は排気ガスや燃料のような流体の流れを測定する
ために自動車産業でも用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるマイクロ加工された片持フローセ
ンサの概略図、第２図はビームに当る流体を示す上記フ
ローセンサの概略図、第３図は容量変化、従って流速の
変化を検知するための回路図、第４Ａ図は半導体チップ
上に形成された片持ビームの断面図、第４Ｂ図は基体を
貫通した例えば空気通路のようなチャンネルを存する本
発明によるビームを示す図、第５Ａ、５Ｂ、５Ｃおよび
５Ｂ図はビーム端部接点を作成するための好ましい方法
における各工程を概略的に示す図である。 図面において、ｌはビーム、２は半導体基体、３はチャ
ンスル、４．５は接点、ＡＩ、Ａ２は増幅器、６は整流
器、７は比較器、８は基ｔ１！電圧、９はウェル、１４
はビーム接点層、１５はスヘーサ、１６はレジストをそ
れぞれ示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体材料の基体と、この基体に形成されたマイク
   ロ加工された片持ビームおよびそのビームに対する流体
   の流れを表わすビームの特性に感応する手段よりなる流
   れ感知装置。 ２、特許請求の範囲第１項記載の流れ感知装置において
   、前記ビームの下方に形成され、前記基体の一方の主表
   面から他方の主表面までその基体を貫通しているチャン
   ネルを有する前記流れ感知装置。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載の流れ感知
   装置において、前記ビームがシリコン・オキシニトライ
   ドで形成されている前記流れ感知装置。 ４、特許請求の範囲第１〜３項記載の流れ感知装置にお
   いて、前記感応手段が前記基体に対するビームのたわみ
   に応答する容量性変位センサよりなる前記流れ感知装置
   。 ５、特許請求の範囲第４項記載の流れ感知装置において
   、前記容量性変位センサが前記ビームの自由端における
   第１の電極と、この第１の電極の下方において前記基体
   上に配置された第２の電極を具備した前記流れ感知装置
   。 ６、特許請求の範囲第４項記載の流れ感知装置において
   、前記容量性変位センサが、前記ビームの自由端におけ
   る第１の電極と、互いに離間されかつ前記第１の電極の
   下方において前記基体上に配置された２個の第２の電極
   を具備している前記流れ感知装置。 ７、特許請求の範囲第４項記載の流れ感知装置において
   、前記容量性変位センサの容量を測定するための回路を
   具備し、この回路は高利得、高インピーダンス増幅器を
   含んでおり、この増幅器の入力は前記容量の１つの端子
   に接続され、前記増幅器の出力はそれの入力にフィード
   バック・コンデンサを介して接続され、前記容量の他の
   端子は可変電圧源に接続され、前記増幅器の出力電圧が
   前記容量の値に比例する前記流れ感知装置。 ８、特許請求の範囲第１〜３項記載の流れ感知装置にお
   いて、前記感応手段が前記ビームに取付けられた応力セ
   ンサを具備している前記流れ感知装置。 ９、特許請求の範囲第１〜３項記載の流れ感知装置にお
   いて、前記感応手段が前記ビームの共振周波数に応答す
   る前記流れ感知装置。 １０、特許請求の範囲第１〜３項記載の流れ感知装置に
   おいて、前記感応手段が前記基体に対する前記ビームの
   制御されたたわみを生じさせる加熱手段と、前記ビーム
   に対する流体流れによる冷却に基因した前記たわみの変
   化に応答する手段を具備している前記流れ感知装置。 １１、特許請求の範囲第５項記載の流れ感知装置におい
   て、前記電極間に静電力を印加するための手段と、前記
   電極を閉塞させるのに必要な力を測定するための手段を
   具備した前記流れ感知装置。