(57)【要約】【課題】  メンブレンを形成するための絶縁膜にクラックが生じたり、絶縁膜と基板との間にスリップが発生したりすることを防止する。【解決手段】  絶縁膜１３の上にポリシリコンを成膜し、このポリシリコンに不純物を熱拡散させることで半導体層４を形成する。そして、この半導体層１４をパターニングすることで、ヒータ１５ａ、１５ｂとセンシング部となる温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈを構成する抵抗体を形成する。このため、１０５０℃以下という低温で不純物の熱拡散を行うことが可能となり、メンブレンを構成する絶縁膜にクラックが生じたり、絶縁膜と基板との間にスリップが生じることを防止することができる。【選択図】        図３
2006038786.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサの製造方法において、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体を形成する工程は、
前記絶縁膜（１３）の上にポリシリコンを成膜する工程と、
前記ポリシリコンに不純物を熱拡散させる工程とを含み、
前記不純物を熱拡散させる工程を１０５０℃以下とすることを特徴とする半導体センサの製造方法。
【請求項２】
前記不純物を熱拡散させる工程を９８０℃以上とすることを特徴とする請求項１に記載の半導体センサの製造方法。
【請求項３】
前記不純物を熱拡散させる工程を３０分以上行うことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体センサの製造方法。
【請求項４】
前記不純物を熱拡散させる工程を６５分以上行うことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体センサの製造方法。
【請求項５】
前記不純物を熱拡散させる工程を１２０分以下とすることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体センサの製造方法。
【請求項６】
前記絶縁膜（１３）にシリコン窒化膜（１１）が含まれていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の半導体センサの製造方法。
【請求項７】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサにおいて、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１８未満となっていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項８】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサにおいて、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、前記温度計（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１８未満となっていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項９】
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１２未満となっていることを特徴とする請求項７に記載の半導体センサ。
【請求項１０】
前記温度計の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１２未満となっていることを特徴とする請求項８に記載の半導体センサ。
【請求項１１】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサにおいて、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０４５［１／μｍ］未満となっていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項１２】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサにおいて、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、前記温度計（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該温度計（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０４５［１／μｍ］未満となっていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項１３】
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０３０［１／μｍ］未満となっていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体センサ。
【請求項１４】
前記温度計（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該温度計（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０３０［１／μｍ］未満となっていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体センサ。
【請求項１５】
空洞部（１０ｃ）が形成された基板（１０）と、
前記基板（１０）の主表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ｃ）を覆うように形成された絶縁膜（１３）と、
前記絶縁膜（１３）の上において、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体としての半導体層（１４）とを有し、
前記基板（１０）における前記空洞部（１０ｃ）に形成された前記絶縁膜（１３）をメンブレンとして構成されてなる半導体センサにおいて、
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が３．５μｍ以上となっていることを特徴とする半導体センサ。
【請求項１６】
前記ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が５．８μｍ以下となっていることを特徴とする請求項１５に記載の半導体センサ。
【請求項１７】
流体の流れを検出するフローセンサとして使用されることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１つに記載の半導体センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に薄肉部としてのメンブレンを形成してなる半導体センサおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フローセンサとして、例えば特許文献１に示されるものが知られている。このフローセンサは、基板上に絶縁膜を介してヒータおよび配線層を構成する抵抗体を形成した構成となっている。このフローセンサにおける抵抗体は、アモルファスシリコンを成膜したのち、１０５０℃以上の温度でアモルファスシリコン内に不純物を熱拡散させることでアモルファスシリコンを半導体層とし、さらに、この半導体層をパターニングすることで形成される。
【特許文献１】特許第３４６８７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に示される手法によってヒータおよび配線層を構成する抵抗体を形成する場合、アモルファスシリコンの成膜を低温で行わなければならないことから、アモルファスシリコンの成長レートが非常に遅く、成膜時間が長くなるという問題がある。
【０００４】
また、アモルファスシリコンに不純物を熱拡散させるために必要とされる１０５０℃以上の熱処理は、メンブレンを形成するための絶縁膜として用いられるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）にクラックを発生させたり、基板にスリップを発生させたりするという問題がある。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ヒータおよび配線層を構成する抵抗体の成膜時間を短縮できるようにすることを目的とする。
【０００６】
また、メンブレンを形成するための絶縁膜にクラックが生じたり、絶縁膜と基板との間にスリップが発生したりすることを防止することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体を形成する工程は、絶縁膜（１３）の上にポリシリコンを成膜する工程と、ポリシリコンに不純物を熱拡散させる工程とを含み、不純物を熱拡散させる工程を１０５０℃以下とすることを特徴としている。
【０００８】
このように、ポリシリコンを成膜し、このポリシリコンに不純物を熱拡散させることで抵抗体を形成している。このため、１０５０℃以下という低温で不純物の熱拡散を行うことが可能となり、メンブレンを構成する絶縁膜にクラックが生じたり、基板にスリップが生じることを防止することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明では、不純物を熱拡散させる工程を９８０℃以上とすることを特徴としている。
【００１０】
このように、不純物を熱拡散させる工程を９８０℃以上とすることで、抵抗体を構成する粒の粒径を大きくすることができ、抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となるようにすることができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、不純物を熱拡散させる工程を３０分以上行うことを特徴としている。
【００１２】
このように、不純物の熱拡散時間を３０分以上とすることで、抵抗体を構成する粒の粒径を大きくすることができ、抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となるようにすることができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明では、不純物を熱拡散させる工程を６５分以上行うことを特徴としている。
【００１４】
このように、不純物の熱拡散時間を６５分とすることにより、抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することができる。これにより、抵抗温度係数ＴＣＲの比のバラツキを抑制することが可能となる。
【００１５】
請求項５に記載の発明では、不純物を熱拡散させる工程を１２０分以下とすることを特徴としている。
【００１６】
このように、不純物の熱拡散時間を１２０分以下とすることで、抵抗体内にボイドが発生することを抑制することが可能となる。
【００１７】
なお、上記請求項１ないし５に記載の発明は、請求項６に示されるように、絶縁膜（１３）にシリコン窒化膜（１１）が含まれているものに対して特に有効である。
【００１８】
請求項７に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１８未満となっていることを特徴としている。
【００１９】
このように、抵抗体の粒径を１μｍ以上とし、かつ、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを１８未満とすることで、抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となるようにしつつ、抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することが可能となる。
【００２０】
請求項９に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキが１２未満となっていることを特徴としている。
【００２１】
このように、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを１２未満とすれば、より抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することができる。
【００２２】
請求項１１に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が１μｍ以上となっており、かつ、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０４５［１／μｍ］未満となっていることを特徴としている。
【００２３】
このように、抵抗体の粒径を１μｍ以上とし、かつ、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値を０．０４５［１／μｍ］未満とすれば、抵抗温度係数ＴＣＲを１０００［ｐｐｍ／℃］という高い値にしつつ、粒の個数バラツキを抑えることが可能となる。
【００２４】
請求項１３に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さ当たりの粒の個数のバラツキを該ヒータ（１５ａ、１５ｂ）の長さで割った値が０．０３０［１／μｍ］未満となっていることを特徴としている。
【００２５】
このように、抵抗比バラツキが０．０３０［１／μｍ］未満とすることにより、さらに粒の個数バラツキを抑えることが可能となる。
【００２６】
ここで、請求項７、９、１１、１３では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）に着目しているが、請求項８、１０、１２、１４に示されるように、温度計（１６ａ〜１６ｃ）についても同様である。
【００２７】
また、請求項１５に記載の発明では、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が３．５μｍ以上となっていることを特徴としている。これは、図６によれば不純物を熱拡散させる工程を６５分以上行うことと同じであり、これにより高ＴＣＲを得ること、および抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することが可能となる。
【００２８】
この場合、請求項１６に示されるように、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計（１６ａ〜１６ｃ）および配線層（１７ａ〜１７ｈ）を構成する抵抗体の粒径が５．８μｍ以下となるようにすると好ましい。これは、図６によれば不純物を熱拡散させる工程を１２０分以下とすることと同じであり、抵抗体内にボイドが発生することを抑制することが可能となる。
【００２９】
以上、請求項１ないし１６に示した半導体センサを、流体の流れを検出するフローセンサとして使用する場合に、特に有効である。
【００３０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（第１実施形態）
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施形態を適用したフローセンサＳ１の概略平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿ったフローセンサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【００３３】
フローセンサＳ１は、半導体基板となるシリコン基板１０をベースに形成される。このシリコン基板１０には、空洞部１０ａが形成されており、この空洞部１０ａが形成された部位においてメンブレンが構成される。
【００３４】
そして、図２に示されるように、シリコン基板１０には、主表面１０ｂと裏面１０ｄがある。空洞部１０ａは、シリコン基板１０の裏面１０ｃ側を開口部１０ｃとし、シリコン基板１０の裏面１０ｃ側から主表面１０ｂ側へ向かって凹んだ凹部として構成されている。
【００３５】
また、図２に示されるように、シリコン基板１０の主表面１０ｂ上には、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）１１、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）１２が積層された絶縁膜１３が形成されている。この絶縁膜１３の表面には、ポリシリコンに不純物を熱拡散させたことによって形成された半導体層１４がパターニングされており、この半導体層１４により、ヒータ１５ａ、１５ｂとセンシング部となる温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈを構成する抵抗体が形成されている。
【００３６】
この半導体層１４は、ＢＰＳＧからなる絶縁膜１８によって覆われ、この絶縁膜１８の所定部位に形成されたコンタクトホールを通じて、アルミニウムなどで構成されたパッド１９ａ〜１９ｈに電気的に接続されている。
【００３７】
また、絶縁膜１８の表面において、シリコン基板１０のほぼ全域を覆うようにシリコン窒化膜２０が形成され、フローセンサＳ１の表面が保護されている。このシリコン窒化膜２０におけるパッド１９ａ〜１９ｈと対応する部位には、開口部が形成されており、この開口部を通じてパッド１９ａ〜１９ｈに対してワイヤボンディングが行われることで、フローセンサＳ１の外部に備えられる制御回路に電気的に接続されるようになっている。
【００３８】
そして、シリコン基板１０における裏面側には、シリコン窒化膜２１が形成されている。このシリコン窒化膜２１のうちシリコン基板１０の空洞部１０ａと対応する位置には開口部が形成されている。
【００３９】
このような構造により、フローセンサＳ１が構成されている。
【００４０】
続いて、このようなフローセンサＳ１における空気流量の検出動作の一例について説明する。
【００４１】
ヒータ１５ａ、１５ｂは、制御回路によって駆動され、例えば温度計１６ａ〜１６ｃが１５０℃となるように制御される。具体的には、制御回路からパッド１９ｂ、１９ｃおよび配線層１７ｂ、１７ｃを通じてヒータ１５ａに電流が流されると共に、パッド１９ｆ、１９ｇおよび配線層１７ｆ、１７ｇを通じてヒータ１５ｂに電流が流される。これにより、所定の線幅で構成された各ヒータ１５ａ、１５ｂが加熱され、これによって雰囲気温度が上昇する。
【００４２】
このとき、各温度計１６ａの抵抗値が雰囲気温度に応じて変動する。このため、温度計１６ａの抵抗値変化に伴う電流量変化がパッド１９ａ、１９ｂおよび配線層１７ａ、１７ｂを通じて、また、温度計１６ｂの抵抗値変化に伴う電流量変化がパッド１９ｇ、１９ｈおよび配線層１７ｇ、１７ｈを通じて、さらに、温度計１６ｃの抵抗値変化に伴う電流量変化が、パッド１９ｄ、１９ｅおよび配線層１７ｄ、１７ｅを通じて、それぞれ制御回路に入力されることになる。これにより、制御回路側で、各温度計１６ａ〜１６ｃそれぞれの位置の温度が検出されることになる。
【００４３】
したがって、制御回路側で、各温度計１６ａ〜１６ｃで検出される温度が１５０℃となるように、各ヒータ１５ａに流す電流量がフィードバック制御され、このときの電流量に基づいて空気流量および空気の流れの方向が検出される。
【００４４】
例えば、図１中の白抜き矢印方向から空気が流れてくるとする。ここで、上述したように、ヒータ１５ａ、１５ｂによって雰囲気温度が上昇させられるため、温度計１６ａ〜１６ｃは、雰囲気温度に応じた抵抗値となる。
【００４５】
このとき、空気が流れることにより、温度計１６ａは熱を奪われて温度が下がるため、制御回路がヒータ１５ａにてさらに雰囲気温度を上昇させようとヒータ１５ａへの通電量を大きくする。
【００４６】
逆に、ヒータ１５ａの加熱によってヒータ１５ｂも加熱され、また、これらヒータ１５ａ、１５ｂによって雰囲気温度が高くされた空気が温度計１６ｂの方に流れていくため、温度計１６ｂに関しては、温度計１６ａと比べて熱の奪われ方が異なる。そして、このような温度計１６ａ〜１６ｃの熱の奪われ方は、空気の流量に応じたものとなる。
【００４７】
したがって、制御回路は、ヒータ１５ａおよびヒータ１５ｂへの通電量に基づいて、空気の流量および流れの方向を検出することが可能となる。
【００４８】
続いて、本実施形態で示されるフローセンサＳ１の製造方法について、図３に示す製造工程図を参照して説明する。
【００４９】
〔図３（ａ）に示す工程〕
まず、半導体基板としてのシリコン基板１０を用意する。このときのシリコン基板１０には、まだ空洞部１０ａが形成されていないものとなっている。
【００５０】
〔図３（ｂ）に示す工程〕
シリコン基板１０における主表面１０ｂ上に、ＬＰ−ＣＶＤ法によってシリコン窒化膜１１を例えば０．３５μｍ程度デポジションしたのち、ＡＰ−ＣＶＤ法によってシリコン酸化膜１２を例えば０．２μｍ程度デポジションすることで、絶縁膜１３を形成する。その後、アニール処理を施すことにより、シリコン酸化膜１２の緻密化を行う。
【００５１】
〔図３（ｃ）に示す工程〕
ＬＰ−ＣＶＤ法によってポリシリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）を例えば０．７４μｍ程度成膜する。そして、気相拡散によってポリシリコン内に不純物を熱拡散させる。このとき、不純物の熱拡散の温度を９８０℃以上かつ１０５０℃以下としており、不純物の熱拡散の時間を３０分以上かつ１２０分以下としている。
【００５２】
このような不純物の熱拡散温度および熱拡散時間としている理由について、図４〜図９を参照して説明する。
【００５３】
図４は、例えば１０００℃で不純物の熱拡散を行った場合における熱拡散時間と抵抗温度係数ＴＣＲとの関係を調べたものである。この図に示されるように、抵抗温度係数ＴＣＲとして１０００［ｐｐｍ／℃］が要求される場合、不純物の熱拡散時間として３０分以上の時間が必要とされる。
【００５４】
また、不純物が拡散された後の半導体層１４のキャリア濃度が３．５×１０２０ｃｍ−３であった場合、抵抗温度係数ＴＣＲが半導体層１４を構成する粒（粒界）の径（以下、粒径という）と１対１の関係にあることが確認された。具体的には、粒径と抵抗温度係数ＴＣＲとの関係は図５に示されるものとなり、粒径が１μｍ以上になると抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となる。
【００５５】
したがって、上述したように、不純物の熱拡散時間として３０分以上が必要となる。ただし、以下の考察に基づき、不純物の熱拡散時間を６５分以上とするのがより好ましい。
【００５６】
図６は、例えば１０００℃で不純物の熱拡散を行った場合における熱拡散時間と粒径およびヒータ長当たりの粒の個数のバラツキについて測定した結果を示した図である。このときの粒の個数のバラツキの測定は、不純物の熱拡散を行ったポリシリコンのＳＥＭ写真を撮影し、そのＳＥＭ写真上にヒータ１５ａ、１５ｂの長さに相当する直線を複数本（例えば１０本程度）引いた後、各直線が横切る粒の数を数え、その数の３σ（ただしσは標準偏差）を計算することで行っている。
【００５７】
この図に示されるように、粒の個数のバラツキは、不純物の熱拡散時間と相関関係があることが確認された。具体的には、図６に示されるように粒の個数のバラツキは、５０分付近まで急激に増大し、その後、急激に減少して６５分程度で粒の個数バラツキが１８、つまり最大値の半分程度となり、それ以降徐々に減少して粒の個数バラツキが１２程度まで低下して十分に低い値となり、その後、粒の個数バラツキが１０以下となって一定となる。したがって、上述したように、不純物の熱拡散温度を６５分以上とするのが好ましく、このように粒の個数バラツキを小さくできることにより、半導体層１４によって構成される抵抗体の抵抗比のバラツキを小さくすることも可能となる。
【００５８】
さらに、この不純物の熱拡散時間と不純物層１４の抵抗比との間に相関関係があることが確認された。
【００５９】
上述したように、本実施形態のフローセンサＳ１では、上流と下流に配置された２本のヒータ１５ａ、１５ｂおよび３つの温度計１６ａ〜１６ｃを有した構成となっており、これらが不純物層１４、つまり抵抗体で構成されている。
【００６０】
これら抵抗体同士の抵抗値の比が各チップ毎で異なり、バラツキが大きいと、チップ作製後に実施される回路調整の手間が増大し、製品コストの増大に繋がることになる。これは、本実施形態の構成のフローセンサＳ１に限らず、抵抗体を２つ以上有するフローセンサについて同様のことが言える。
【００６１】
そして、不純物の熱拡散時間と２本の抵抗体の抵抗比との間の相関関係を調べたところ、図７に示される結果が得られ、２本の抵抗体の抵抗比は抵抗体の長さに含まれる粒界のバラツキとほぼ１対１に比例することが判った。つまり、図８に示す抵抗体に電流を流したときの模式図で示されるように、抵抗体の抵抗値が粒界の数に依存していると推定され、抵抗体の粒界のバラツキに応じて２本の抵抗体の抵抗比にバラツキが生じているものと考えられる。
【００６２】
なお、抵抗体として構成されるヒータ１５ａ、１５ｂおよび温度計１６ａ〜１６ｃの抵抗値が、抵抗値＝粒内の抵抗値＋粒界の抵抗値として表されることから、図７に示す結果はリーズナブルである。
【００６３】
また、このとき、抵抗比バラツキが次式
（抵抗比バラツキ）∝（ヒータ長当たりの粒の個数バラツキ）／（ヒータ長）
に従うことから、上述したように、ヒータ長当たりの粒の個数バラツキが１８程度となるということは、この場合のヒータ長が４００μｍであることを考慮すれば、単位長さ当たりの粒の個数のバラツキが０．０４５［１／μｍ］未満であるということと同義であり、このようにすればより一般的にあらゆる長さのヒータの抵抗比バラツキを抑制することが可能となる。このように、抵抗比バラツキが０．０４５［１／μｍ］未満とすることにより、抵抗温度係数ＴＣＲを１０００［ｐｐｍ／℃］という高い値にしつつ、粒の個数バラツキを抑えることが可能となる。
【００６４】
さらに、ヒータ長当たりの粒の個数バラツキが１２未満となるということは、この場合のヒータ長が４００μｍであることを考慮すれば、単位長さ当たりの粒の個数のバラツキが０．０３０［１／μｍ］未満であるということと同義であり、このようにすればより一般的にあらゆる長さのヒータの抵抗比バラツキを抑制することが可能となる。
【００６５】
さらに、不純物の熱拡散時間および熱拡散温度を様々に変化させ、そのときのポリシリコン内の粒の様子を調べてみた。その結果を図９に示す。
【００６６】
図９（ａ）は、不純物の熱拡散時間および熱拡散温度を様々に変化させて実験を行ったときの点を数点ピックアップして示したものである。この図中のマル印は粒の大きさが適したものであった場合を示しており、バツ印は粒の大きさが適していなかったなど、抵抗体として不具合がある場合を示している。また、図９（ｂ）〜（ｄ）は、図９（ａ）における点Ａ、点Ｂおよび点Ｃにおける粒の拡大図である。
【００６７】
図９（ａ）〜（ｄ）に示されるように、不純物の熱拡散時間が３０分以上であれば粒の大きさとしては適したものとなっている。しかしながら、不純物の熱拡散時間が１２０分を超えると、粒の境界部などにボイドが形成され、抵抗体の抵抗値が高くなるなどの問題が発生する。
【００６８】
また、不純物の熱拡散温度が９８０℃未満の場合には、粒径が非常に小さな粉状となり、熱拡散がし難くなるため、適さない。さらに、不純物の熱拡散温度が１０５０℃を超えると、メンブレンを構成するシリコン窒化膜１１にクラックが生じたり、シリコン窒化膜１１とシリコン基板１０との間にスリップが生じるなどの問題が発生する。
【００６９】
したがって、不純物の熱拡散の温度を９８０℃以上かつ１０５０℃以下とし、不純物の熱拡散の時間を３０分以上かつ１２０分以下とするのが好ましい。
【００７０】
〔図３（ｄ）に示される工程〕
不純物を熱拡散させたときに半導体層１４の表面に形成されたリンガラスを除去した後、半導体層１４をパターニングする。これにより、ヒータ１５ａ、１５ｂとセンシング部となる温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈが構成される。このとき、例えば、ヒータ１５ａ、１５ｂに関しては、線幅が１０μｍ程度となるようにする。
【００７１】
続いて、半導体層１４の表面の安定化のために、半導体層１４の表面を微少量酸化させたのち、ＢＰＳＧ層をデポジションすることで絶縁膜１８を形成し、アニール処理を行った後、フォトエッチング工程によって絶縁膜１８にコンタクトホールを形成する。
【００７２】
そして、アルミニウムをデポジションしたのち、フォトエッチング工程によってアルミニウムをパターニングすることでパッド１９ａ〜１９ｈが形成される。
【００７３】
〔図３（ｅ）に示される工程〕
シリコン基板１０の主表面１０ｂ側の全面に、ＰＥ−ＣＶＤ法によって例えば３．２μｍ程度のシリコン窒化膜２０をデポジションする。そして、フォトエッチング工程によってシリコン窒化膜２０の所定位置を開口させることで各パッド１９ａ〜１９ｈを露出させる。その後、パッシベーションアニール処理を行う。
【００７４】
次いで、シリコン基板１０の裏面１０ｄを研削、研磨した後、その表面にＰＥ−ＣＶＤ法によって例えば０．５μｍ程度のシリコン窒化膜２１をデポジションする。そして、フォトエッチング工程によってシリコン窒化膜２１の所定部位を開口させる。
【００７５】
〔図３（ｆ）に示される工程〕
シリコン窒化膜２１をマスクとしてシリコン基板１０の露出部分をエッチングすることで、シリコン基板１０に空洞部１０ａを形成する。これにより、図１、図２に示される本実施形態のフローセンサＳ１が完成する。
【００７６】
以上説明したように、本実施形態のフローセンサＳ１では、抵抗体を構成する半導体層１４を形成する際の不純物の熱拡散温度を１０５０℃以下としている。このため、シリコン窒化膜１１にクラックが生じたり、シリコン窒化膜１１とシリコン基板１０との間にスリップが生じることを防止することができる。
【００７７】
また、不純物の熱拡散温度を９８０℃以上としている。このため、半導体層１４を構成する粒の粒径を大きくすることができ、抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となるようにすることができる。
【００７８】
また、不純物の熱拡散時間を３０分以上としている。このため、半導体層１４を構成する粒の粒径を大きくすることができ、抵抗温度係数ＴＣＲが１０００［ｐｐｍ／℃］となるようにすることができる。
【００７９】
そして、不純物の熱拡散時間を好ましくは６５分とすることにより、半導体層１４によって構成される抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することができ、これにより、抵抗温度係数ＴＣＲの比のバラツキを抑制することが可能となる。
【００８０】
さらに、不純物の熱拡散時間を１２０分以下としている。このため、半導体層１４によって構成される抵抗体内にボイドが発生することを抑制することが可能となる。
【００８１】
なお、このような半導体層１４を粒径の大きなポリシリコンによって形成していることから、不純物の熱拡散温度を９８０〜１０５０℃という低温に抑えることが可能となる。したがって、半導体層１４よりも下層にシリコン窒化膜１１が配置されるようなプロセスにおいて、特に有効である。
【００８２】
以上、フローセンサを例に挙げて説明してきたが、この技術は必ずしもフローセンサに限らず、他のセンサ、例えばヒータを有するガスセンサにも使用可能である。また、ヒータを持たず、温度計のみを持つ温度センサ、赤外線センサ等にも使用可能である。フローセンサとして使用する場合においても、吸気管内の空気流量を測定するフローセンサに適した技術であるのはもちろんであるが、その他の気体を測定するフローセンサにも適用できるし、液体を測定するためのフローセンサとしても使用可能である。
【００８３】
また、上記実施形態では、ヒータ１５ａ、１５ｂの長さ当たりの粒の個数のバラツキやその粒の個数のバラツキをヒータ１５ａ、１５ｂの長さで割った値について説明しているが、温度計１５ａ、１５ｂに関しても同様のことが言える。
【００８４】
また、上記実施形態では、ヒータ１５ａ、１５ｂ、温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈを構成する抵抗体の粒径を１μｍ以上とし、温度計１５ａ、１５ｂやヒータ１５ａ、１５ｂの長さ当たりの粒の個数のバラツキやその粒の個数のバラツキを温度計１５ａ、１５ｂやヒータ１５ａ、１５ｂの長さで割った値を規定している。
【００８５】
しかしながら、少なくとも、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）、温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈを構成する抵抗体の粒径が３．５μｍ以上となっていれば良い。これは、図６によれば不純物を熱拡散させる工程を６５分以上行うことと同じであり、これにより高ＴＣＲを得ること、および抵抗体の抵抗比のバラツキを抑制することが可能となる。
【００８６】
また、この場合、ヒータ１５ａ、１５ｂ、温度計１６ａ〜１６ｃおよび配線層１７ａ〜１７ｈを構成する抵抗体の粒径が５．８μｍ以下となるようにすると好ましい。これは、図６によれば不純物を熱拡散させる工程を１２０分以下とすることと同じであり、抵抗体内にボイドが発生することを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の第１実施形態におけるエアフローセンサの正面概略図である。
【図２】図１に示すエアフローセンサのＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示すエアフローセンサの製造工程を示す図である。
【図４】１０００℃で不純物の熱拡散を行った場合における熱拡散時間と抵抗温度係数ＴＣＲとの関係を調べた結果を示した図である。
【図５】粒径と抵抗温度係数ＴＣＲとの関係を示した図である。
【図６】１０００℃で不純物の熱拡散を行った場合における熱拡散時間と粒径およびヒータ長当たりの粒の個数のバラツキについて測定した結果を示した図である。
【図７】不純物の熱拡散時間と２本の抵抗体の抵抗比との間の相関関係を示した図である。
【図８】抵抗体に電流を流したときの模式図である。
【図９】（ａ）は、不純物の熱拡散時間および熱拡散温度を様々に変化させて実験を行ったときの点を数点ピックアップして示した図であり、（ｂ）〜（ｄ）は、（ａ）における点Ａ、点Ｂおよび点Ｃにおける粒の拡大図である。
【符号の説明】
【００８８】
Ｓ１…エアフローセンサ、１０…シリコン基板、１０ａ…空洞部、１０ｂ…主表面、１０ｃ…開口部、１０ｄ…裏面、１１…シリコン窒化膜、１２…シリコン酸化膜、１３…絶縁膜、１４…半導体層、１５ａ、１５ｂ…ヒータ、１６ａ〜１６ｃ…温度計、１７ａ〜１７ｈ…配線層、１８…絶縁膜、１９ａ〜１９ｈ…パッド、２０、２１…シリコン窒化膜。
【図１】
2006038786.tif 000003
【図２】
2006038786.tif 000004
【図３】
2006038786.tif 000005
【図４】
2006038786.tif 000006
【図５】
2006038786.tif 000007
【図６】
2006038786.tif 000008
【図７】
2006038786.tif 000009
【図８】
2006038786.tif 000010
【図９】
2006038786.tif 000011