(57)【要約】      （修正有）【課題】異物の付着を抑制することができつつ、検出精度が低下してしまうのを抑制することのできる気体流量センサを得る。【解決手段】半導体基板に形成された薄膜部３の最表面に、異物の付着を抑制する保護層２０が形成された気体流量センサにおいて、保護層２０を、窒化クロム、ダイヤモンドライクカーボンおよび窒化チタンのうち何れか１つの材料または何れか１つの材料を含有した複合材料で形成する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に形成された薄膜部の最表面に、異物の付着を抑制する保護層が形成された気体流量センサにおいて、
前記保護層を、窒化クロム、ダイヤモンドライクカーボンおよび窒化チタンのうち何れか１つの材料または何れか１つの材料を含有した複合材料で形成したことを特徴とする気体流量センサ。
【請求項２】
前記薄膜部は、気体の流速や流量を計測する検出部を備えており、
前記保護層と前記検出部との間に、絶縁層を介在させたことを特徴とする請求項１に記載の気体流量センサ。
【請求項３】
前記保護層は、電気抵抗率がシリコン酸化膜よりも小さいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の気体流量センサ。
【請求項４】
前記保護層は、表面張力がシリコン酸化膜よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載の気体流量センサ。
【請求項５】
前記保護層は、摩擦係数がシリコン酸化膜よりも小さいことを特徴とする請求項１〜４のうち何れか１項に記載の気体流量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体の流速や流量を計測する気体流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、気体流量センサは、半導体基板に形成されたダイヤフラムに、気体の流速や流量を計測する検出部を設け、その検出部をシリコン酸化膜などで形成された絶縁層で覆う構成となっている。
【０００３】
このとき、気体流量センサが配置される流路内には塵埃などの異物が数多く存在しており、その異物が薄膜部の最表面に配置された絶縁層に付着してしまうと、その異物が付着した部分の熱容量が変化し、センサの出力に影響を与えてしまうという問題があった。
【０００４】
そこで、センサ素子に付着防止表面コーティングを保護層として設けることで、異物の付着を抑制できるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、薄膜部の最表面に保護層を形成した気体流量センサも知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１６９７９５号公報
【特許文献２】特表２００９−５２９６９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術にあっては、いずれにあっても保護層としてフッ素系の材料をベースとした層を用いているため、熱伝導率が低く熱応答性が悪い（遅い）という問題があった。このように、保護層の熱応答性が悪いと検出部が放熱され難いため、センサの検出精度が低下してしまう虞がある。
【０００８】
そこで、本発明は、異物の付着を抑制することができつつ、検出精度が低下してしまうのを抑制することのできる気体流量センサを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の特徴は、半導体基板に形成された薄膜部の最表面に、異物の付着を抑制する保護層が形成された気体流量センサにおいて、前記保護層を、窒化クロム、ダイヤモンドライクカーボンおよび窒化チタンのうち何れか１つの材料または何れか１つの材料を含有した複合材料で形成したことを要旨とする。
【００１０】
本発明の第２の特徴は、前記薄膜部は、気体の流速や流量を計測する検出部を備えており、前記保護層と前記検出部との間に、絶縁層を介在させたことを要旨とする。
【００１１】
本発明の第３の特徴は、前記保護層は、電気抵抗率がシリコン酸化膜よりも小さいことを要旨とする。
【００１２】
本発明の第４の特徴は、前記保護層は、表面張力がシリコン酸化膜よりも小さいことを要旨とする。
【００１３】
本発明の第５の特徴は、前記保護層は、摩擦係数がシリコン酸化膜よりも小さいことを要旨とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、従来の保護層と比べて熱伝導率の高い材料で保護層を形成したので、熱応答性を高める（早める）ことができ、異物の付着を抑制することができつつ、検出精度が低下してしまうのを抑制することのできる気体流量センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる気体流量センサの平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の薄膜部を拡大して示した断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる気体流量センサに用いられる保護層の試験結果を示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる気体流量センサに用いられる保護層の試験結果を示した図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる気体流量センサの薄膜部を拡大して示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１７】
[第１実施形態]
図１〜図４は、本発明の第１実施形態にかかる気体流量センサ１を示した図である。
【００１８】
図１〜図３に示すように、本実施形態の気体流量センサ１は、薄膜部３が形成された半導体基板２を備えている。
【００１９】
薄膜部３は、半導体基板２の片面側にエッチング等によって凹部４を設け、その凹部４の開口側に支持薄膜を設けることで形成されたダイヤフラム３０を備えている。そして、本実施形態では、その中空状となったダイヤフラム３０に気体の流速や流量を計測する検出部１１を形成するとともに、その検出部１１を保護層２０で外側から覆う構成となっている。すなわち、本実施形態の薄膜部３は、ダイヤフラム３０とこのダイヤフラム３０上に積層された検出部１１および保護層２０を備えており、保護層２０が薄膜部３の最表面に形成されている。
【００２０】
検出部１１は、薄膜部３の中央部に設けられるヒータ部５と、気体流量センサ１が配置される流路の流れ方向（図１の左右方向）において、ヒータ部５の両側に配置される２つの感熱素子（感温抵抗）６、７とを備えている。
【００２１】
ヒータ部５の両端部は、半導体基板２上に形成された電極パッド５ａに接続されている一方で、感熱素子６、７のそれぞれの両端部は、半導体基板２上に形成された電極パッド６ａ、７ａに接続されている。ヒータ部５および感熱素子６、７は、例えば白金（Ｐｔ）からなる抵抗体を用いることができる。
【００２２】
半導体基板２は、複数の電極パッド８が形成された回路基板１０に実装されている。そして、半導体基板２側に設けられた電極パッド５ａ、６ａ、７ａと回路基板１０側に設けられた複数の電極パッド８とは、ワイヤー９（ワイヤーボンディング）によって電気的に接続されている。
【００２３】
ヒータ部５は、電極パッド５ａを介して電流が流されることにより発熱する。感熱素子６、７は、熱に応じて抵抗値が変化するので、電極パッド６ａ、７ａを介して流路の流れ方向におけるヒータ部５が発する熱の分布を検出することができる。このように、検出部１１は、感熱素子６、７が検出する熱の分布から、流路を流れる気体の流速や流量を計測することができるようになっている。
【００２４】
ここで、本実施形態では、薄膜部３の最表面に配置された保護層２０を、窒化クロム（ＣｒＮ）で形成している。
【００２５】
窒化クロム（ＣｒＮ）は、従来のフッ素系の材料、例えばテフロン（登録商標）と比べて熱伝導率の高い材料であるため、熱応答性をより高める（早める）ことができるという利点がある。なお、テフロン（登録商標）の熱伝導率が約０．２５Ｗ／ｍ・ｋなのに対し、窒化クロム（ＣｒＮ）の熱伝導率は約９Ｗ／ｍ・ｋである。
【００２６】
また、図４に示す試験結果からも明らかなように、窒化クロム（ＣｒＮ）は、一般的な気体流量センサの薄膜部の最表面層であるシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）と比べて電気抵抗率が低い（１Ωcm以下）という特性がある。そのため、保護層２０の表面における帯電量を非常に小さくでき、静電吸引力による異物の吸着を抑制することができるという利点がある。
【００２７】
標準サイズの砂塵試験後に、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）では砂塵の付着が１２３個確認されたのに対し、窒化クロム（ＣｒＮ）は砂塵の付着が６個であった。なお、図４に示す写真１枚あたりのスケールは、左端から右端の間が約１００ミクロン程度である。
【００２８】
このように、本実施形態では、保護層２０として窒化クロム（ＣｒＮ）を用いたので、保護層２０の静電吸引力による異物の吸着を抑制することができる。したがって、異物が留まることによる熱容量の変化を抑制でき、センサの出力に影響を与えてしまうのを抑制することができる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態の気体流量センサ１によれば、薄膜部３の最表面に形成された保護層２０を、窒化クロム（ＣｒＮ）で形成している。そのため、異物の付着を抑制できるのは勿論のこと、従来の保護層と比べて熱応答性を高める（早める）ことができるため、検出部１１を放熱させ易くすることができる。したがって、例えばヒータ部５が発する熱の分布が元の状態へと戻らないうちに検出部１１が流量や流速を測定するのを抑制でき、検出精度が低下してしまうのを抑制することができる。
【００３０】
また、本実施形態では、保護層２０の電気抵抗率がシリコン酸化膜よりも小さいため、保護層２０の表面における帯電量を小さくでき、静電吸引力による異物の吸着を抑制することができる。したがって、保護層２０への異物の付着を低減することができ、異物が留まることによる熱容量の変化を抑制してセンサの出力に影響を与えてしまうのを抑制することができる。
【００３１】
[第２実施形態]
図５は、本発明の第２実施形態にかかる気体流量センサ１に用いられる保護層２０の試験結果を示した図である。
【００３２】
本実施形態の気体流量センサ１が、上記第１実施形態の気体流量センサ１と主に異なる点は、保護層２０の材料としてダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を用いたことにある。
【００３３】
ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は、従来のフッ素系の材料、例えばテフロン（登録商標）と比べて熱伝導率の高い材料であるため、上記第１実施形態と同様に、熱応答性を高める（早める）ことができるという利点がある。したがって、検出部１１を放熱させ易くすることができ、センサの検出精度が低下してしまうのを抑制することができる。なお、テフロン（登録商標）の熱伝導率が約０．２５Ｗ／ｍ・ｋなのに対し、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の熱伝導率は約０．５〜４０Ｗ／ｍ・ｋである。
【００３４】
また、図５に示す試験結果からも明らかなように、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ：４８．２ｍＮ／ｍ）は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２：５７．１ｍＮ／ｍ）と比べて表面張力が小さく、水に対する接触角も大きいという特性がある。そのため、保護層２０の表面で水滴を弾き易くすることができ、水滴滴下後における異物の吸着を低減できるという利点がある。
【００３５】
さらに、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）と比べて摩擦係数も小さい（０．１以下）という特性がある。そのため、塵埃などの異物が保護層２０に付着するのをより一層抑制することができる。
【００３６】
なお、本実施形態における表面張力と摩擦係数の試験結果は、保護層２０の表面に何も処理を行っていない状態のものである。
【００３７】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００３８】
また、本実施形態では、保護層２０の表面張力がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）よりも小さいため、保護層２０の表面で水滴を弾き易くすることができ、水滴滴下後における異物の吸着を低減することができる。したがって、保護層２０への異物の付着を抑制することができ、異物が留まることによる熱容量の変化を抑制してセンサの出力に影響を与えてしまうのを抑制することができる。
【００３９】
さらに、本実施形態では、保護層２０の摩擦係数においてもシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）よりも小さいため、保護層２０への塵埃などの異物の付着をより一層抑制することができる。
【００４０】
[第３実施形態]
図６は、本発明の第３実施形態を示した図であり、上記第１実施形態と同一構成部分には同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとする。
【００４１】
本実施形態の気体流量センサ１が、上記第１実施形態の気体流量センサ１と主に異なる点は、保護層２０と検出部１１との間に絶縁層１５を介在させたことにある。
【００４２】
すなわち、上記第１実施形態では、電気抵抗率の低い材料で形成された保護層２０を用いたことで、検出部１１の絶縁性が低下してしまう虞がある。そこで、本実施形態では、保護層２０と検出部１１との間に、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮ）などで形成された絶縁層１５を介在させることで、検出部１１の絶縁性の低下を防止できるようにしたものである。
【００４３】
以上の本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
【００４４】
また、本実施形態では、薄膜部３が気体の流速や流量を計測する検出部１１を備えており、保護層２０と検出部１１との間に絶縁層１５を介在させている。そのため、検出部１１の絶縁性の低下を防止することができ、気体流量センサ１の安全性を高めることができる。
【００４５】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば、上記実施形態では、保護層を窒化クロム（ＣｒＮ）やダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）で形成した場合を例示したが、窒化チタン（ＴｉＮ）で形成するようにしてもよい。
【００４７】
窒化チタン（ＴｉＮ）は、従来のフッ素系の材料、例えばテフロン（登録商標）と比べて熱伝導率の高い材料であるため、熱応答性をより高める（早める）ことができる。なお、テフロン（登録商標）の熱伝導率が約０．２５Ｗ／ｍ・ｋなのに対し、窒化チタン（ＴｉＮ）の熱伝導率は約２９Ｗ／ｍ・ｋである。
【００４８】
また、保護層を、窒化クロム（ＣｒＮ）、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）および窒化チタン（ＴｉＮ）のうち何れか１つの材料を含有した複合材料で形成するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４９】
２    半導体基板
３    薄膜部
５    ヒータ部
６    感熱素子
７    感熱素子
１１  検出部
１５  絶縁層
２０  保護層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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