(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のａ〜ｃを備えるマイクロアネモメータ。
ａ）  全体に不純物がドープされ、１）実質的に平坦な上部表面と、２）周縁を含み、実質的に平坦な下部表面とをもつ第１の半導体のウエハの形態の電気伝導性の抵抗
ｂ）  前記第１の半導体のウエハに接合される第２の半導体のウエハであり、１）実質的に平坦な上部表面と、２）下部表面と、３）前記の上部表面に周縁と周囲のマージンを区画する凹部とをもち、その凹部の周縁部分に前記第１の半導体の下部表面が接合され、その接合に際し、第１の半導体の下部表面の周縁の０．０２５〜９９％が凹部の周縁部分に重なり合うように、少なくともその一部が凹部を閉じるように接合される第２の半導体のウエハ
ｃ）  前記抵抗を電流源に対して電気的に接続するための手段
【請求項２】
前記第１の半導体の平坦な上部表面が、その第１の半導体の平坦な下部表面より小さい、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項３】
前記第１の半導体の平坦な下部表面と前記周囲のマージンとの間に酸化物層があり、その酸化物層によって前記第１の半導体の平坦な下部表面が前記凹部の周囲のマージンに接合されている、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項４】
前記酸化物層の厚さが約１μｍである、請求項３のマイクロアネモメータ。
【請求項５】
前記酸化物層が二酸化シリコンからなる、請求項３のマイクロアネモメータ。
【請求項６】
前記第１の半導体の高さが約１０〜５０μｍである、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項７】
前記第１の半導体の高さが約２０μｍである、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項８】
前記第１の半導体の横方向の寸法が約１．４ｍｍ×０．８ｍｍである、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項９】
前記第２の半導体の高さが約２５０〜４００μｍである、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項１０】
前記第２の半導体の高さが約３００μｍである、請求項９のマイクロアネモメータ。
【請求項１１】
前記第１の半導体が、ｎ＋の深い準位の不純物をドープし
たシリコンからなる、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項１２】
前記抵抗が、前記第１の半導体の上部表面に接続した２つの金属ラインを備える、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項１３】
前記２つの金属ラインのそれぞれに接続した２つのパッドをさらに備える、請求項１２のマイクロアネモメータ。
【請求項１４】
内部が電気メッキによる金属で満たされ、前記２つの各パッドを背面側に通じるウエハ貫通孔をさらに備える、請求項１３のマイクロアネモメータ。
【請求項１５】
前記ウエハ貫通孔を満たす電気メッキによる金属が、各ウエハ貫通孔から少なくとも２０μｍ突出している、請求項１４のマイクロアネモメータ。
【請求項１６】
前記ウエハ貫通孔のそれぞれの内部側壁を酸化物層が被っている、請求項１４のマイクロアネモメータ。
【請求項１７】
前記第１の半導体ウエハの上部表面および前記第２の半導体ウエハの上部表面を被うパッシベーション層をさらに備える、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項１８】
前記パッシベーション層が窒化物からなる、請求項１７のマイクロアネモメータ。
【請求項１９】
前記凹部の周縁の少なくとも２つの対向する端部を、前記第１の半導体の平坦な下部表面が被う、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項２０】
前記第１の半導体が４つのコーナを備え、その４つのコーナの中の少なくとも２つが前記凹部の周縁を被う、請求項１のマイクロアネモメータ。
【請求項２１】
次のａ〜ｃを備えるマイクロアネモメータ。
ａ）  全体に不純物がドープされ、１）上部表面と、２）周縁を含む下部表面とをもつ半導体のウエハの形態の電気伝導性の抵抗
ｂ）  前記半導体のウエハに接合される基板であって、１）上部表面と、２）前記の上部表面に周縁と周囲のマージンを区画する凹部とをもち、その凹部の周縁部分が前記接合部分となり、前記凹部を被う前記半導体のウエハの下部表面を凹部の周縁の少なくとも一部に載せて支持する基板
ｃ）  前記抵抗を電流源に対して電気的に接続するための手段
【請求項２２】
前記基板が半導体のウエハである、請求項２１のマイクロアネモメータ。
【請求項２３】
前記半導体のウエハの上部表面に接続した２つの金属ラインをさらに備える、請求項２１のマイクロアネモメータ。
【請求項２４】
前記２つの金属ラインのそれぞれに接続した２つのパッドをさらに備える、請求項２３のマイクロアネモメータ。
【請求項２５】
内部が電気メッキによる金属で満たされ、少なくとも一つのパッドを背面側に通じるウエハ貫通孔を少なくとも一つさらに備える、請求項２４のマイクロアネモメータ。
【請求項２６】
前記ウエハ貫通孔を満たす電気メッキによる金属が、各ウエハ貫通孔から少なくとも２０μｍ突出している、請求項２５のマイクロアネモメータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
この発明は、構造が改良され、検出性能にすぐれ、使用範囲が拡大した半導体マイクロアネモメータに関する。
【０００２】
関連技術の簡単な説明
マイクロアネモメータは、流体の流速および流れの方向を測定する計測器である。この計測器は、いろいろな形態で容易に使用することができる。たとえば、これらの計測器をアレー化し、コンピュータインターフェースに接続することによって、医療、工業あるいは他の用途における微小流れのパターンを「知的」に検出することができる。
【０００３】
ヘンダーソンの米国特許第４，９３０，３４７号は、単層であり深い準位の不純物をドープした半導体結晶を微小加工して作り上げた半導体マイクロアネモメータを示している。そこには、４つのコーナサポートがあり、それらはホイーストーンブリッジの抵抗部分となる４つのブリッジ部材に対して相互に連結されている。この計測器は、抵抗部分が熱的および電気的な分離性の点ですぐれ、高温での検出および迅速な応答が可能である。
【０００４】
多くの用途に用いるとき、マイクロアネモメータには、長期間にわたっていろいろな大きさの機械的な振動に耐えることが必要とされる。そうでなければ、しばしば破損することになり、交換のために余分な材料と作業のコストが必要となるであろう。特に、流体の流れを検出する場合、半導体マイクロアネモメータは、とりわけ機械的あるいは物理的な損傷を受けやすい。
したがって、半導体マイクロアネモメータによる計測を行うためには、高温での検出および迅速な応答を達成するだけでなく、長期間にわたる機械的なストレスの下でそれらの性能を維持できるようにすることが必要である。
【０００５】
また、マイクロアネモメータの作動温度を高くすれば、その検出性能を高めることになる。米国特許第４，９３０，３４７号は、自己加熱の抵抗を用いたタイプのマイクロアネモメータを示しているが、それはまた、高電流での作動によって、抵抗の作動温度を高めることを示唆している。しかし、自己加熱の抵抗はシリコンによって相互に連結され、そのシリコンの熱伝導性が大きいことから、高められた電流によって、抵抗間の熱的な短絡を強くする。それによって、小さな温度差を検出する能力が低下してしまう。この能力は、流れの方向を正確に検出する上で必要である。
【０００６】
ヘンダーソンの米国特許第５，２３１，８７７号は、結晶を微小加工した半導体マイクロアネモメータであり、外側に４角形を区画する外の４つの厚い部分と、内側に４角形を区画する４つの薄い部分と、外側の４角形のコーナ部分を内側の４角形に相互に連結する対角線方向の４つの枝部分とを備えるものを示している。内側の４つの部分には４つの半導体抵抗があり、それらは検出のためのブリッジを形作っている。外側の各部分には一対の電気的なコンタクトがあり、それらは対角線方向の枝部分に沿い、かつ一部分が内側の部分に沿って延びる伝導性のリードを通して半導体抵抗の一つに電気的に相互接続されている。
【０００７】
ヘンダーソンの米国特許  ’８７７号はヘンダーソンの米国特許第  ’３４７号の改良であり、各抵抗を熱的および電気的に互いに分離し、より高い温度での作動性および流体の流れの検出性を改良している。しかしながら、計測器を浮かすように支持する窒化物からなる薄いブリッジ部分が、機械的なストレスのかかるシステムで用いるとき、こわれるおそれがある。
【０００８】
したがって、長期間にわたって機械的なストレスを受けるような下でも高温度検出ができるマイクロアネモメータが望まれる。
【０００９】
発明の概要
そこで、この発明の目的は、構造的に機械的な振動に耐えることができる高感度な半導体マイクロアネモメータを提供することにある。
この発明の他の目的は、センサ素子を流れの中に起立させ、より正確な測定ができるようにすることによって、温度的に最適な感度をもつようにした半導体マイクロアネモメータを提供することにある。
この発明の他の目的は、熱的な素子をシリコン本体（バルクシリコン）から熱的に分離し、しかも、熱的な分離と強度とを設計的にトレードオフする手段を設けることによって、構造的に丈夫であり、使用範囲を拡大することができる半導体マイクロアネモメータを提供することにある。
この発明のさらに他の目的は、浮かすように支持する部分についての強度向上を図ることにより、液体の流れに伴って生じる機械的なストレスに耐えることができる半導体マイクロアネモメータを提供することにある。
【００１０】
この発明のその他の目的については、いわゆる当業者であるならば、この明細書（および特許請求の範囲）の記載のすべてを読むことによって理解することができるであろう。こうした各目的は、次のａ〜ｃを備えるマイクロアネモメータによって達成される。
ａ）  不純物がドープされ、１）実質的に平坦な上部表面と、２）周縁を含み、実質的に平坦な下部表面とをもつ第１の半導体のウエハからなる電気伝導性の抵抗部材
ｂ）  前記第１の半導体のウエハに接合される第２の半導体のウエハであり、１）実質的に平坦な上部表面と、２）下部表面と、３）前記の上部表面に周縁と周囲のマージンを区画する凹部とをもち、その凹部の周縁部分に前記第１の半導体のウエハの下部表面が接合され、その接合に際し、第１の半導体のウエハの下部表面の周縁の０．０２５〜９９％が凹部の周縁部分に重なり合うように、少なくともその一部が凹部を閉じるように接合される第２の半導体のウエハ
ｃ）  前記抵抗部材を電流源に対して電気的に接続するための手段
【００１１】
こうした構成によると、構造的に丈夫になるとともに、検出を最適化し、使用範囲を拡大することができる。また、この新しい設計思想では、センサを第２の半導体（ウエハ）の上部表面の周囲部分に支持しているので、窒化物あるいは酸化物による橋渡しによって支持される今までのセンサの場合に比べて、安定した支持構造となる。さらには、センサは、流れの中に直接さらすことによって、流れの中に起立させて検出感度を高める。
【００１２】
流れセンサを流れの中に配置し、一定の電流を供給する。センサ素子を加熱し、一定の温度、抵抗およびきちんと調整された電圧降下を示すようにする。抵抗を通してのこの電圧降下は、計測の基線として用いる。定電流のモードにおいて、周囲の流れが素子を冷却するとき、より大きな電圧を供給することによって、抵抗と電圧とを対応する分だけ変化させる。電圧の変化は、センサ上を流れる流体の流量に正比例する。好ましい作動モードでは、流れセンサを定温度モード、すなわち、制御回路によってセンサを一定の温度に維持するモードで作動する。定温度モードにおいて、周囲の流れが素子を冷却するとき、より大きな電圧を供給することによって、定温度を維持するようにする。この作動方法によれば、センサの寿命を損なうことなく、大流量時の検出感度を高めることができる。小流量時には、センサに低電流を供給し、検出感度を保つ。この作動モードの利点を次に詳しく述べる。
【００１３】
この発明のマイクロアネモメータについては、互いに接合した２つのシリコン層を含むシリコンウエハを微小加工することによって得ることが好ましい。上部のシリコン層は、不純物をドープ、好ましくはｎ＋形にドープし、２０μｍのメサ型（台地のように起立した）構造のセンサ素子を作るようにすると良い。このセンサの抵抗は、温度に対して指数関数的に依存する。センサの背後には、センサの周縁よりも少し小さくエッチングされた凹部がある。重なりの度合いについては、センサの目的とする用途による。センサ素子に加わる機械的な振動、圧力差あるいは直接的な圧力が大きくなればなるほど、重なりをより大きくすることによって、機械的なストレスにより良く耐えるようにするのが好ましい。
この発明がもつこれらおよび他の特徴については、次に示す詳細な説明および図面からより容易に理解されるであろう。
【００１４】
好適な実施例の説明
いわゆる当業者は、好適な実施例についての次の記載を読むことによって、この発明を評価あるいは理解することができるであろう。読む際には、この発明の好適な実施例である半導体マイクロアネモメータ１０を示す図１〜７の添付図面を参照されたい。図１に示すように、マイクロアネモメータ１０については、下部表面がベースウエハ１４として働く他のシリコンウエハの上部表面に接合されるセンサ１２を含むシリシンウエハを微小加工することによって得るのが好ましい。
【００１５】
この発明の好適な実施例であるマイクロアネモメータ１０を形成するために、センサ１２およびベースウエハ１４について多くの微小加工の工程がある。これらの工程には、所望のパターンを得るために、センサ１２およびベースウエハ１４の部分を選択的にエッチングする一連の処理が含まれる。これら一連の工程を一つの結晶について説明するが、これらの半導体の計測器については、バッチ処理することによって、効率的に製造するのが好ましい。さらに、マイクロアネモメータ１０を製造するために特別な工程を用いることは、結果として得る構造ほどは重要ではない。改良されたマイクロアネモメータ１０の特徴は、基本的に構造的な構成から生じる。
【００１６】
好適な実施例において、センサ１２は、初めに深い準位の不純物、すなわち、ホウ素、リンあるいは金をドープされ、自由キャリア濃度と温度との間の指数関数的な関係によって感度が向上したシリコンからなる構造物である。この深い準位のドーピング濃度は、約１０１５原子／ｃｍ３であり、米国特許第４，９３０，３４７号（そこには、参照文献あるいは他の一般的な方法も示されている）が示すように、「開管」プロセスによってなしとげることができる。センサ１２については、また、そこに参照された米国特許第５，２３１，８７７号が示すような一般的な方法で反対にドープするようにしても良い。
【００１７】
センサ１２は、好ましくは、高さが約１０〜５０μｍほどであり、横の大きさが約１．４ｍｍ×約０．８ｍｍである。さらに好ましい例では、センサ１２の高さが約２０μｍである。センサ１２の下部表面は、熱分離のためにエッチングされた凹部１６を含むベースウエハ１４の上部表面に接合される。ベースウエハ１４の好ましい厚さは約２５０〜４００μｍである。凹部１６はセンサ１２の周縁よりも小さく、それによって、センサ１２の周縁の０．０２５〜９９％がベースウエハ１４の周縁に重なり合っている。センサ１２の下部表面とベースウエハ１４との間のこの重なりは、シリコン基板の周縁を支持することなく、マイクロアネモメータ１０の構造的な強さ（完全性）を得る上で必要である。
【００１８】
重なりの大きさは、用途によって変わる。センサ１２とベースウエハ１４との間の重なりは、熱ロスの通路となる。たとえば、システム中の急速な空気の流れを測定するようないくつかの場合には、熱的な感度よりも安定性を優先させることが大事であり、また逆に、血液の流れを測定するような場合には、熱的な感度が優先されるべきである。この発明のマイクロアネモメータ１０は今までの構造のものに比べて安定性が向上している。なぜなら、今までのものが窒化物や他のもの（酸化物）の薄いブリッジで吊すように支持していたのに対し、センサ１２は平坦な構造物によって支持されているからである。さらに、センサ１２は立ち上がった形態であり、そのために流れの中にさらされ、その感度を高めている。それに対し、今までのセンサは、センサの一部分だけが流れの中に配置されていた。
【００１９】
好適な実施例では、センサ１２の上部表面とベースウエハ１４の露出した上部表面とにＴｉ／Ｃｕ／Ｔｉの金属層を堆積し、それをパターニングすることによって、センサ１２の上部表面を走る導体ライン１８，２０を形成している。センサ１２は、２つの導体ライン１８と２０との間の抵抗素子となる。好適な実施例において、導体ライン１８，２０は電気的な接続をとるために、センサ１２をそれてベースウエハ１４の上部表面の対応する導体パッド２２，２４にまで延びている。導体パッド２２，２４については、センサの形成工程の中で露出する埋込み酸化物層上に堆積する。
【００２０】
図４は、この発明の好適な一実施例の断面図を示す。この実施例において、マイクロアネモメータ１０は、センサ１２とベースウエハ１４とを接合するために、ベースウエハ１４の上部表面に成長させた埋込み酸化物層３４をさらに備えている。埋込み酸化物層３４は１μｍほどの厚さとする。
【００２１】
計測器であるマイクロアネモメータ１０に対して背面から接続をとることによって、検出素子の感度を向上し、作動の邪魔にならないようにすることが望ましい。実施例では、パッド２２，２４をウエハを貫通するバイアス（孔）２６，２８を通して背面接続するようにしている。さらに詳しくは、バイアス（孔）２６，２８には、接着剤を含む多くの導電物質を充填する。そうすることによって、バイアス（孔）２６，２８はトランスジューサと測定すべき周囲の環境との間のギャップ（ずれ）を小さくし、また、電気的な接続部分を液体の環境から離すようにし、長さが小さく、高密度な相互接続を可能とする。
【００２２】
凹部１６と同様、ウエハ貫通のバイアス２６，２８は、多くのエッチング技術によって形成することができる。たとえば、ウエットエッチングあるいはＤＲＩＥ（反応性プラズマエッチング）またはドライエッチングが利用可能である。図３は２つのタイプのエッチング、つまり、ＫＯＨによるウエットエッチングと反応性プラズマエッチングとの場合を比較して示している。
【００２３】
ＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液を用いる異方性のエッチングは、一般に用いられる微小加工技術である。この技術の科学的な原理については、スコットラスカ（Ｗ．Ｓｃｏｔ  Ｒｕｓｋａ）著のマイクロエレクトロニック  プロセシングに見い出すことができる。ウエットエッチングにはそれほど多くの熟練は必要でなく、大量処理が可能である。この技術は結晶の方位に依存し、ウエハをエッチングするとき、ウエハ表面との間にいつも５４．７°の角度面を形成する。したがって、ウエハの前面で５０μｍの４角の孔が、背面側では大きな開口となり、厚さ４００μｍのウエハの場合、背面側で６００μｍとなる。シリコンのかなりの量が除去され、計測器の全体として機械的に弱くなることがある。また、ＫＯＨプロセスは、バルクシリコンを微小加工する他の方法に比べて精密度に欠ける。横方向の寸法が、ウエハの厚さ、エッチング時間およびパターンの位置合わせによって大きく変わる。
【００２４】
横方向の寸法を１μｍの精度で得るためには、微小加工技術として反応性プラズマエッチング（ＤＲＩＥ）を用いるのが良い。また、ＤＲＩＥはＫＯＨの場合に比べて小さな基板面積で済み、どのような形にもエッチング可能であるため、センサ／凹部のオーバハング構造を正確にコントロールすることができる。そのために、凹部の形状およびセンサ／凹部のオーバハングの接触面積を自由に設定することができる。さらには、下方へのエッチング速度が横方向のエッチング速度に比べてはるかに大きいので、アンダーカットを最小限に抑えることができる。結晶構造に依存しないような異方性の形状を得るとき、ＤＲＩＥは有効である。ＤＲＩＥには特別な装置を用いるため、ウエットエッチングよりもコスト高になる。
【００２５】
ＤＲＩＥにおける異方性は、基本的に、次の２つのメカニズム、すなわち、（１）側壁部分における反応確率が臨界値以下に低下することによって、横方向の自然なエッチング速度がゼロまで低下すること、あるいは、（２）重合した化学材料を加えたときでも加えないときでも、側壁部分の保護膜が、ラジカル、原子および中性なエッチング種から保護すること、のいずれか一つに起因する。ＨＢｒ，Ｃｌ２／ＳｉＣｌ４，ＳＦ６／Ｏ２および酸化物の層を用いるなどのいくつかの方法によって、処理中の横方向のエッチングを抑制し、異方性を最大にすることができる。ＤＲＩＥの基本については、ウエハのスルーホール接続ならびにチップおよびウエハの三次元の堆積のためのファブリケーション技術（リンダー他）、ＭＥＭＳのためのシリコンドライエッチング（バラドワ他）、微小加工のためのマイクロファブリケーションプロセス技術（バラドワ他）などの論文に見い出すことができる。
【００２６】
ウエットとドライの両エッチングを組み合わせて用いることもできる。たとえば、ウエットエッチングによって皮膜に凹部の境界をつけ、また、ＤＲＩＥによってエッチングとは独立した結晶方位を規定することができる。
実施例では、ウエハを貫通するバイアス（孔）２６，２８は、１００〜２５０μｍの大きさである。埋込み酸化物層３４をエッチングストッパとして、ＤＲＩＥによってベースウエハ１４を完全に貫通させるようにエッチングする。ウエハを貫通するバイアス（孔）２６，２８の側壁は、酸化物層３０，３２で被われている。孔の側壁部分と背面の残りの部分とが、電気的なパッシベーションのために酸化され、厚さ２０００オングストロームの酸化物層で被われている。バイアス（孔）２６，２８には内部を満たすように、あるいはエッチングした孔の内側表面上だけに電気メッキし、ウエハの前面側との電気的なコンタクトをとる。
【００２７】
実施例では、エッチングした孔を満たすために前面側から背面にまでメッキするとき、それに先立って前面側の金属パッド２２，２４から埋込み酸化物層３４をエッチングによって除去している。金属パッド２２，２４は、電気メッキ処理のとき、メッキのベースとして機能する。
さらに、エッチングによって埋込み酸化物層３４および側壁部分の酸化物層３０，３２の少しを除去する。そのエッチングでは、側壁部分に酸化物層３０，３２を無傷のまま残すようにする。もし、酸化物層３０，３２が弱体化するなら、（電気メッキを終えた）バイアス２６，２８間の電気的な接続に短絡を生じてしまう。
【００２８】
電気メッキによって、過剰にメッキされた金属３８が背面側の表面から突出する。平坦な表面４０にするため、その金属３８の突出部分を物理的な処理、たとえば、平坦化仕上げ、ラップ仕上げあるいは磨き（ポリッシング）によって背面から除去することができる。第１の実施例では、過剰にメッキされた金属をシリコン基板面よりも深く除去し、それによって約１〜２０μｍの薄いホトレジスト層（図示しない）をも除去している。
【００２９】
第２の実施例では、過剰にメッキされた金属をシリコン面に達するまでは除去しない。むしろ、２０μｍを越えるような厚いホトレジスト層を除去し、ホトレジスト層の厚さぐらいの平坦化された金属の突出部分３８となっている。ホトレジスト層の寸法を制御することができるように、突出部分３８それ自体の寸法も制御することができる。実際上、突出部分は、ボード、ガラス、チップあるいはその他の基板に接続する上で役に立つ。この第２の実施例によれば、表面を平坦化するために単に金属を除去する代わりに、その除去工程を利用して接続のための突出部分を形成することができるという利点が得られる。したがって、この実施例では、センサの底部にワイヤを接続（ボンディング）する代わりに、突出部分に導電性の接着剤を塗布することによって、チップを他の基板に接続することができる。それにより、後のファブリケーション工程において、マウントおよびパッケージング上より一層の融通性を得る。
【００３０】
最終工程では、マイクロアネモメータ１０の外側表面の全体を、ドーピングした二酸化シリコンを堆積したり、窒化シリコンを化学蒸着したり、または、ポリイミドあるいは他の適当な被膜を堆積することによってパッシベーション（不活性化）する。窒化物のパッシベーション層３６は、構造物の前面全体（センサ１２の上部表面およびベースウエハ１４の露出した上部表面）を被っている。この前面のパッシベーション層の役目は、電気的な分離だけでなく、次の処理工程での機械的あるいは化学的な損傷からの保護もある。熱伝導性の良い被膜が好ましい。パッシベーション層は、金属層を損なわないような低い温度で化学気相成長（ＣＶＤ）によって堆積する。パッシベーション層の厚さは、それほど制限されるわけではないが、熱的な過負荷を防ぐために典型的には０．５〜１．５μｍである。被膜は、腐食されず、ピンホールがなく、過度な応力をもたない特性とすべきである。
【００３１】
ベースウエハ１４上に支持されるセンサ１２の領域は、熱的なロスを生じる通路となる。重なりをもたせる最大のねらいは、センサ１２を支持することである。図５および図６に示すように、流れセンサの凹部１６については、変更可能であり、基板ウエハ１４とセンサ１２の重なり度合いを小さくすることができる。そのようにすれば、熱的な感度が高まる。マイクロアネモメータ１１０では、形の異なる分離凹部１１６に支持されたセンサ１１２がある。上方から見て４角形状のものに代わり、分離凹部１１６には、凹部の両側に突出した部分がある。重なり合う領域がかなり小さくなっているが、センサ１１２は凹部１１６の４つのコーナ部分で支持されている。それによって、熱的な分離性が増している。センサのこの変形によって、熱的な応答性と構造的な完全性とを調和させている。
【００３２】
各マイクロアネモメータ１０は、一対の導体ラインおよび一対のコンタクト（電極）に接続される。図７が示すように、電気メッキの効率を上げるために、メッキのグラウンドを共通化する。しかし、孔の大きさが領域の異なる部分で変わる傾向があるので、ある領域では他の領域よりも早くメッキされる。したがって、一つのプレート上の異なる部分にメッキするための２つの方法が見い出され、利用されている。第１の方法は、一定の電流を維持しつつ、完了した領域との接続を断つ方法である。バイアス間の電気的な連続性については、ダイシングおよびパッケージングの工程の間に容易に断つことができる。もう一つの方法は、電気メッキすべき各パターンの領域ごとに電流密度を変える方法であり、各孔を同時に満たすことができる。この第２の方法には、共通のグラウンドを数個、すなわち、電気メッキすべきウエハ上の各領域ごとに一つずつ作ることが必要である。
【００３３】
産業上／商業上の利用
最終の半導体マイクロアネモメータ１０は、抵抗を用いた流れ測定のあらゆるモードで最高度の検出性能を発揮する。そのサイズが非常に小さく、使用上の自由度が高いため、比較的に小さな領域に分離したグループあるいはアレイとしてたくさんの半導体マイクロアネモメータ１０を設置することができる。それにより、各マイクロアネモメータによってそれぞれが異なる流れ検出モードで独立に流れを検出するように作動することができる。マイクロアネモメータ１０は、どのような検出モードでの作動にも適用可能な広範な流れセンサである。実際的には、この流れセンサを流れの中に配置し、定電流を供給することになる。典型的な電流は、直流１５ｍＡである。実施例では、制御回路によってセンサを所定の温度に保つ定温度のモードでセンサを作動させている。その実施例の場合、周囲の流れが素子を冷却するので、温度を維持するために電流を高める上でより大きな電圧を加える。温度Ｔと電圧Ｖとの関係は、
Ｖ（Ｔｒｅｆ）＝Ｖｍｅａｓ−〔（Ｔ−Ｔｒｅｆ）ｄＶ／ｄＴ）〕である。
マイクロアネモメータを一定の作動温度、つまり、一定の熱抵抗で作動させることは有利である。なぜなら、流れの状態が変化するとき、センサ素子の熱慣性を自動的に調整するからである。この作動モードを行うとき、帰還差動増幅器を制御回路に組み込むことにより、瞬時に変わる流速を補償するために、加熱電流を迅速に変化させることができる。定温度回路は、定電流で作動するセンサに比べて、流れの変化により迅速に応答する。さらに、定電流モードにおいて低いかあるいは流れのない条件のとき過負荷が加わるセンサは事故を起こしやすいが、そうした事故を最小限に抑えることができ、センサの寿命を延ばすことができる。マイクロアネモメータ１０は、特に、医療器具における空気流の測定に用いることができ、そのとき、マイクロアネモメータ１０は約１２ｆｐｓ（ｆｐｓはｆｅｅｔ  ｐｅｒ  ｓｅｃｏｎｄであり、１２ｆｐｓは３６５ｃｍ／ｓｅｃに相当する）以下の低流速の場合に最適である。
【００３４】
マイクロアネモメータ１０のいろいろな用途の中の一つが、肺活量計である。肺活量計は、肺の波形を得るためのものである。そうした肺のデータを利用して、喘息における呼吸器の発作を予測し、あるいは薬の効能を知る。現在の計測器は、計測に圧力差を利用しているが、低流速に対して感度が悪い。初期の吸入や吐出しについての大きな流速は容易に測定することができるが、波形の始めと終わりのときの低速については容易には測定することができない。
マイクロアネモメータ１０は、大きさが小さいこと、熱容量が小さいことおよび応答が迅速であることから、はるかに高感度である。
【００３５】
マイクロアネモメータ１０は、また、いろいろな液体の測定にも適している。現在の流れセンサをしのぐ利点、すなわち、小サイズ、迅速な応答および低製造コストが今の社会で評価される。医療での点滴ポンプ、ソフトドリンクの販売機、ならびに、水およびガスのメータへの実施が可能である。
【００３６】
さらに、製造（ファブリケーション）および組立てに際し、部分的に変更することにより、マイクロアネモメータ１０を高速の流れの測定に利用することができる。微小加工および他の外部の機器に対する接続性が許されるかぎり、このマイクロアネモメータ１０の小型化を図ることができ、また、応答時間、スペースおよび用途などによって制限される大きさまで大きくすることができる。
【００３７】
この発明のいくつかの実施例および製造方法について述べたが、この発明は、それらに限定されるわけではなく、この発明の考え方の範囲内でいろいろな変形をすることができる。たとえば、構造的な完全性が維持することができ、結晶本体の残りの部分に対する熱的および電気的な分離をバランスすることができるかぎり、微小加工する形状を変えることができる。したがって、特に、明細書（および特許請求の範囲）に記した発明の考え方から外れない範囲での変形が可能である。そのような変形は、いわゆる当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の好適な実施例である半導体マイクロアネモメータの上方からの斜視図である。
【図２】図１に示すこの発明の好適な実施例である半導体マイクロアネモメータの回路図である。
【図３】図１に示す半導体マイクロアネモメータの２つの好適例を比較して示す部分的な断面図である。
【図４】図１に示す半導体マイクロアネモメータの好適な実施例の部分的な断面図である。
【図５】この発明の好適な一例を示す背面図である。
【図６】この発明の好適な他の例を示す背面図である。
【図７】この発明の他の好適な実施例を示す上面図である。
【符号の説明】
１０，１１０  マイクロアネモメータ
１２，１１２  センサ（第１の半導体あるいは半導体ウエハ）
１４  ベースウエハ（第２の半導体あるいは半導体ウエハ）
１６，１１６  凹部
１８，２０  導体ライン（金属ライン）
２６，２８  バイアス（孔）
２２，２４  導体パッド（金属パッド）
３４  埋込み酸化物層
３６  パッシベーション層
３８  突出部分
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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