(57)【要約】【課題】発熱体や感温体を半導体にて形成する場合であれ、薄膜部の耐久性を好適に確保することのできるフローセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１０には、シリコン窒化膜２０が形成されている。そして、シリコン窒化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれ多結晶シリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン窒化膜４０が積層されている。ここで、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂの表面は、熱酸化膜３１によって覆われている。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体との少なくとも一方が半導体からなる抵抗体にて形成されるとともに、これら発熱体と感温体とを保護する保護膜を備える薄膜部を有して流体の流量を感知するフローセンサにおいて、
前記抵抗体の少なくとも上面に熱酸化処理が施されてなる
ことを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体との少なくとも一方が半導体からなる抵抗体にて形成されるとともに、これら発熱体と感温体とを保護する保護膜を備える薄膜部を有して流体の流量を感知するフローセンサにおいて、
前記抵抗体の少なくとも上面が熱酸化膜で覆われてなる
ことを特徴とするフローセンサ。
【請求項３】
発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体との少なくとも一方が半導体からなる抵抗体にて形成されるとともに、これら発熱体と感温体とを保護する保護膜を備える薄膜部を有して流体の流量を感知するフローセンサを製造する方法であって、
前記抵抗体とする半導体薄膜を同抵抗体の形状にパターニングした後、少なくとも前記パターニングされた半導体薄膜の上面に熱酸化処理を施す
ことを特徴とするフローセンサの製造方法。
【請求項４】
前記熱酸化処理を、前記パターニングされた半導体薄膜に不純物がドーピングされた状態で行う
請求項３記載のフローセンサの製造方法。
【請求項５】
前記半導体薄膜にドーピングする不純物の濃度を「５×１０19ｃｍ-3」以上とする
請求項４記載のフローセンサの製造方法。
【請求項６】
前記熱酸化処理を、前記パターニングされた半導体薄膜に不純物をドーピングする工程に先立って行う
請求項３記載のフローセンサの製造方法。
【請求項７】
前記熱酸化処理を、「９００℃」以上の温度にて行う
請求項３〜６のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
【請求項８】
請求項３〜７のいずれかに記載のフローセンサの製造方法において、
前記抵抗体を、その膜厚以上の粒径のものを含む多結晶シリコンにて形成するとともに、前記熱酸化処理を、前記抵抗体の表面の凹凸がその膜厚の「１／１０」以下となる条件で行う
ことを特徴とするフローセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とが設けられた薄膜部を有して流体の流量を感知するフローセンサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、この種のフローセンサを備えて構成されるフローメータでは、流体の流通経路に配置された発熱体を発熱制御する際、発熱体の生ずる熱が同発熱体付近を流通する流体によって奪われることを利用して流体の流量を検出するようにしている。すなわち、発熱体の生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量は、流体の流量が多くなるほど増加することから、この流体によって奪われる熱量に基づいて発熱体付近の流体の流量を検出するようにしている。
【０００３】
具体的には、例えば、上記感温体を通じて感知される発熱体の近傍の温度を所定の温度に維持するように上記発熱体へ供給する電力量を制御するとともに、上記発熱体の熱のうち流体によって奪われた熱量の指標としての同発熱体に供給される電力量等に基づいて流体の流量を検出する。またあるいは、例えば、発熱体を所定の温度に制御するとともに、上記発熱体の熱のうち流体によって奪われた熱量の指標としての同発熱体の付近の温度を上記感温体を通じて感知することで流体の流量を検出する。
【０００４】
一方、上記フローセンサでは、上記発熱体や感温体の設けられる部分を薄膜部とすることで、同部分の熱容量を低く抑えるとともにフローセンサ内でこの薄膜部を熱的に絶縁し、流体の流量に対する高い応答性を確保するようにしている。
【０００５】
ところで、こうしたフローセンサは通常、半導体プロセスによって製造される。ただし、このように半導体プロセスを用いる場合、上記発熱体や感温体を例えば白金（Ｐｔ）等を用いて製造すると、同半導体プロセスにおいて汚染源となることから、製造ラインを分ける必要が生じ、設備投資が必要となる等、コスト高になるという問題があった。
【０００６】
そこで従来は、例えば下記特許文献１及び特許文献２に見られるように、上記発熱体や感温体を多結晶シリコンや単結晶シリコン等の半導体にて形成することも提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平１１−２５８０２１
【特許文献２】
特開２００１−１２９８５
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記発熱体や感温体を多結晶シリコンにて形成すると、図１１（ａ）に模式的に示すように、多結晶シリコンが結晶粒界ｃｂを有するために、発熱体や感温体（図中、Ｒ）の表面に凹凸が生じる。このため、この発熱体や感温体の上面を覆ってこれを保護する保護膜ＰＦの表面にも凹凸が生じることとなる。そして、このように薄膜部（保護膜ＰＦ）に凹凸が生じると、薄膜部への圧力の印加や、同薄膜部に対する砂粒等のパーティクルの衝突などに起因して薄膜部が変形した際に、その表面の凹凸部に応力が集中することとなる。そして、こうした凹凸部への応力の集中は、薄膜部の耐圧の低下や、薄膜部を破壊させない流速の限界値の低下をもたらすこととなる。
【０００９】
また、発熱体や抵抗体を、特にドライエッチングを用いてパターニングした場合等にあっては、先の図１１（ａ）のみならず、図１１（ｂ）に示すように単結晶シリコンにて形成した場合にも、コーナー部Ｃが角状に形成されることとなる。そして、この場合、化学気相拡散法（ＣＶＤ法）等を用いて形成される保護膜ＰＦのうち、コーナー部Ｃを覆う部分の膜厚が薄くなり、薄膜部の耐圧の低下やパーティクルの衝突に対する耐久性の低下を招くという問題がある。
【００１０】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱体や感温体を半導体にて形成する場合であれ、薄膜部の耐久性を好適に確保することのできるフローセンサ及びその製造方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
こうした目的を達成するため、請求項１記載のフローセンサでは、抵抗体の表面に熱酸化処理が施されるようにした。このため、抵抗体とする半導体薄膜をパターニングした際にその上面端部が角状に形成された場合であれ、これを丸めることができる。これにより、抵抗体の端部を覆う保護膜の膜厚が薄くなるが抑制される。また、抵抗体を構成する半導体が多結晶半導体である場合には、結晶粒界による抵抗体表面の凹凸を抑制することができる。これにより、抵抗体の上面を覆う保護膜の表面の凹凸も抑制されることとなる。このため、薄膜部の表面での特定箇所への応力集中を抑制することができる。したがって、上記フローセンサによれば、薄膜部の耐久性を好適に確保することができるようになる。
【００１２】
また、請求項２記載のフローセンサでは、抵抗体の少なくとも上面が熱酸化膜で覆われるようにした。このため、抵抗体はその製造時に少なくとも上面に熱酸化処理が施されるため、抵抗体とする半導体薄膜をパターニングした際にその上面端部が角状に形成された場合であれ、これを丸めることができる。これにより、抵抗体の端部を覆う保護膜の膜厚が薄くなることが抑制される。また、抵抗体はその製造時に少なくとも上面に熱酸化処理が施されるため、抵抗体を構成する半導体が多結晶半導体である場合には、結晶粒界による抵抗体表面の凹凸を抑制することができる。これにより、抵抗体の上面を覆う保護膜の表面の凹凸も抑制されることとなる。このため、薄膜部の表面での特定箇所への応力集中を抑制することができる。したがって、上記フローセンサによれば、薄膜部の耐久性を好適に確保することができるようになる。
【００１３】
更に、上記フローセンサでは、抵抗体の少なくとも上面が熱酸化膜で覆われているために、この熱酸化膜が抵抗体の保護膜ともなる。したがって、この熱酸化膜により、外部から抵抗体への不純物の侵入を抑制することもできる。
【００１４】
請求項３記載のフローセンサの製造方法では、抵抗体とする半導体薄膜を同抵抗体の形状にパターニングした後、少なくともパターニングされた半導体薄膜の上面に熱酸化処理を施すようにした。このため、パターニングされた半導体薄膜の上面端部が角状に形成された場合であれ、これを丸めることができる。これにより、抵抗体の端部を覆う保護膜の膜厚が薄くなることが抑制される。また、上記半導体薄膜が多結晶半導体である場合には、結晶粒界による抵抗体表面の凹凸を抑制することができる。これにより、抵抗体の上面を覆う保護膜の表面の凹凸も抑制されることとなる。このため、薄膜部の表面での特定箇所への応力集中を抑制することができる。したがって、上記フローセンサの製造方法によれば、薄膜部の耐久性を好適に確保することができるようになる。
【００１５】
請求項４記載のフローセンサの製造方法では、熱酸化処理を、パターニングされた半導体薄膜に不純物がドーピングされた状態で行うようにした。このため、熱酸化処理に際して、半導体薄膜が酸化されることで生成される酸化膜の流動性を向上させることができる。したがって、抵抗体の形状をより滑らかとすることができるようになる。
【００１６】
なお、この請求項４記載のフローセンサの製造方法においては、請求項５記載のフローセンサの製造方法のように、半導体薄膜にドーピングする不純物の濃度を「５×１０19ｃｍ-3」以上とするようにしてもよい。これにより、上記酸化膜の流動性を一層高めることができるようになる。
【００１７】
また、請求項６記載のフローセンサの製造方法では、熱酸化処理を、パターニングされた半導体薄膜に不純物をドーピングする工程に先立って行うようにした。これにより、製造工程の簡略化を図ることができるようになる。すなわち、半導体薄膜へ不純物をイオン注入法等によってドーピングする際には、通常、半導体薄膜上に、熱酸化膜等からなるいわゆるスルー膜を形成する。しかし、上記フローセンサの製造方法では、上記熱酸化処理によって形成された熱酸化膜をスルー膜として利用することができる。
【００１８】
また、請求項７記載のフローセンサの製造方法では、熱酸化処理を、「９００℃」以上の温度にて行うようにした。これにより、上記酸化膜の流動性を高めることができるようになる。
【００１９】
また、請求項８記載のフローセンサの製造方法では、抵抗体を、その膜厚以上の粒径のものを含む多結晶シリコンにて形成するとともに、熱酸化処理を、前記抵抗体の表面の凹凸がその膜厚の「１／１０」以下となる条件で行うようにした。このように、多結晶シリコンにて抵抗体を構成する場合、結晶の大粒径化によりその性能を高く保つことができる。しかし、大粒径化は、抵抗体表面の凹凸を増大させることともなる。この点、上記製造方法によれば、熱酸化処理によってその凹凸を十分に低減させつつも、抵抗体の性能を高く保つことができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第１の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１に、上記フローメータＦＭの回路構成を示す。同図１に示されるように、このフローメータＦＭは、熱式のフローセンサＦＳと、該フローセンサＦＳの感知結果に基づき電気信号を生成する信号生成回路ＳＧとを備えている。
【００２２】
ここで、フローセンサＦＳは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂと、当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａと下流側温度計Ｒｋｂとを備えている。
【００２３】
本実施形態においては、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、発熱体であるとともに自身の温度を感知する感温体としても機能する。すなわち、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、電流の供給によって発熱する抵抗体としての機能に加えて、同抵抗体の抵抗値の変化に基づいて自身の温度をも感知するものである。そして、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの生じる熱のうち流体によって奪われる熱に基づき流体の流量を感知する。また、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとのそれぞれの生じる熱のうち流体によって奪われる熱量の差に基づき、流体の流通方向を感知する。
【００２４】
一方、信号生成回路ＳＧは、上記フローセンサＦＳによる流体の流量及び流体の流通方向の感知結果に応じた検出信号を生成する。詳しくは、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａの温度差と、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂの温度差とをそれぞれ所定値（例えば「２００℃」）とするように、フローセンサＦＳへ供給する電流を制御する。そして、このフローセンサＦＳで消費される電力に基づき上記流体の流量及び流体の流通方向に応じた検出信号を生成する。
【００２５】
ここで、上記フローセンサＦＳ及び信号生成回路ＳＧを備えるフローメータＦＭの具体的な回路構成について更に説明する。
フローメータＦＭは、吸気通路の上流側に対応した上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと、吸気通路の下流側に対応した下流側ホィーストンブリッジＤＨＢとを備えている。
【００２６】
ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、上流側ヒータＲｈａから抵抗Ｒ１ａへと、また、上流側温度計Ｒｋａから抵抗Ｒ２ａへとそれぞれ電流が流れる態様にて、上流側ヒータＲｈａ及び抵抗Ｒ１ａと上流側温度計Ｒｋａ及び抵抗Ｒ２ａとが並列接続された回路である。そして、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの接続点ＰａにトランジスタＵＴを介してバッテリＢから電流が供給される。そして、上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と上流側温度計Ｒｋａでの電圧降下とは差動増幅回路ＵＯＰに取り込まれる。そして、この差動増幅回路ＵＯＰにより、これら２つの電圧降下を等しくすべく、換言すればブリッジの平衡条件を成立させるべく、これらの電圧降下の差に応じてトランジスタＵＴが制御される。
【００２７】
ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、平衡条件が成立したときに、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるように設定されている。なお、環境温度にかかわらず、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるときに上記平衡条件が成立するようにすべく、これら上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとは、抵抗温度係数が互いに等しく設定されている。
【００２８】
一方、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢは、下流側ヒータＲｈｂから抵抗Ｒ１ｂへと、また、下流側温度計Ｒｋｂから抵抗Ｒ２ｂへとそれぞれ電流が流れる態様にて、下流側ヒータＲｈｂ及び抵抗Ｒ１ｂと下流側温度計Ｒｋｂ及び抵抗Ｒ２ｂとが並列接続された回路である。この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢも、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと同様、平衡条件を成立させるべく、トランジスタＤＴ及び差動増幅回路ＤＯＰを備えている。なお、この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの構成は、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの構成と同様であるため、その説明を割愛する。
【００２９】
これら上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの下流側ヒータＲｈｂでの電圧降下とは、差動増幅回路ＣＯＰに取り込まれる。そして、これら２つの電圧降下の差に応じた信号が差動増幅回路ＣＯＰにて生成され、増幅回路ＡＣによって増幅された後、信号生成回路ＳＧの端子Ｐ７を介して外部に出力される。この端子Ｐ７を介して出力される検出信号が流体の流量及び流通方向の検出信号である。
【００３０】
図２に、上記フローセンサＦＳの構成を示す。このフローセンサＦＳは、半導体基板１０を備えて構成されている。そして、半導体基板１０上に積層されているシリコン窒化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計Ｒｋｂが形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、リード部Ｌ１〜Ｌ６を介して、先の図１に示した信号生成回路ＳＧとの接続端子となるパッドＰ１〜Ｐ６と接続されている。
【００３１】
ちなみに、半導体基板１０は、空洞部Ｈを有する。詳しくは、半導体基板１０は、その裏面側において図２に１点鎖線にて示す矩形状の領域が開口されているとともに、この開口面積が半導体基板１０の上面側へ行くほど縮小され、同半導体基板１０の上面では図２に破線にて示されるような矩形状の領域となっている。
【００３２】
このように空洞部Ｈを有するために、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂは、フローセンサＦＳのうち、半導体基板１０の空洞部Ｈを架橋するようにして形成されている薄膜部ＭＢに備えられることとなる。この薄膜部ＭＢは、フローセンサＦＳの他の箇所と比べてその膜厚が薄く形成されているために、熱容量が低く抑えられ、また、フローセンサＦＳの他の箇所との熱的な絶縁が図られている。
【００３３】
次に、上記フローセンサＦＳのうち、特に上記薄膜部ＭＢについて更に説明する。
図３に、フローセンサＦＳのうち薄膜部ＭＢ近傍の断面構成を示す。この図３は、先の図２のＡ−Ａ断面を示している。同図３に示すように、例えばシリコンからなる半導体基板１０には、上記シリコン窒化膜２０が形成されている。そして、シリコン窒化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれ多結晶シリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン窒化膜４０が積層されている。ちなみに、上記シリコン窒化膜２０、４０は、空洞部Ｈを含めて半導体基板１０の上方の略全ての領域に積層形成されている。
【００３４】
ここで、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ、及び図示しないリード部Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６（以下、これらを総称して抵抗体という）の表面は、熱酸化膜３１によって覆われている。このため、抵抗体の表面には、製造時に熱酸化処理が施されるため、抵抗体とする半導体薄膜をパターニングした際にその上面端部が角状に形成されたとしても、これを丸めることができる。これにより、抵抗体の端部を覆う保護膜であるシリコン窒化膜４０の膜厚が薄くなることが抑制される。また、抵抗体の表面には、製造時に熱酸化処理が施されるため、結晶粒界による抵抗体表面の凹凸を抑制することもできる。これにより、抵抗体の上面を覆う保護膜である上記シリコン窒化膜４０の表面の凹凸も抑制されることとなる。
【００３５】
更に、抵抗体の表面が熱酸化膜３１で覆われているために、この熱酸化膜３１が、外部から抵抗体への不純物の侵入に対する保護膜ともなる。
ここで、上記フローセンサＦＳの製造手順の一例を図４〜図６に基づいて説明する。図４〜図６に示す断面は、先の図２に示すＢ−Ｂ断面である。
【００３６】
この一連の工程においては、まず図４（ａ）に示すように、例えばＮ型の導電型を有するシリコンからなる半導体基板１０上に、熱反応を用いた低圧ＣＶＤ法にてシリコン窒化膜２０を例えば膜厚「１．５μｍ」にて堆積する。このときの成膜条件を以下に例示する。
【００３７】
ガス流量比      ＳｉＨ2Ｃｌ2：ＮＨ3＝４：１
雰囲気温度      ８５０℃
圧力            ２０Ｐａ
更に、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂやリード部Ｌ５を形成すべく、アモルファスシリコン３０を、低圧ＣＶＤ法にて例えば膜厚「１．０μｍ」にて成膜する。このときの成膜温度は、例えば「５５０℃」とすればよい。
【００３８】
次に、図４（ｂ）に示すように、アモルファスシリコン３０の上面にＳｉＯ2よりなる、スルー膜３２を形成する。そして、このスルー膜３２を介して、アモルファスシリコン３０に、ボロンを所定量注入する。
【００３９】
更に、上記アモルファスシリコン３０の結晶化、及び注入されたボロンの熱拡散、及び活性化のための熱処理を施す。ここでの熱処理は、アモルファスシリコン３０を結晶化することで生成される多結晶シリコンを大粒径化することができるような条件とすることが望ましい。特に本実施形態では、この多結晶シリコンの結晶粒径がアモルファスシリコン３０の膜厚以上となるものがあるようにする。そしてこれにより、上記各抵抗体の膜厚方向においては、隣接する結晶の界面である結晶粒界の存在を極力低減する。
【００４０】
こうした熱処理としては、例えば、第１の所定温度（例えば「６００℃」）で所定時間（例えば「１０時間」）のアニールを行った後、更に第１の所定温度よりも高い第２の所定温度（例えば「１１５０℃」）で所定時間（例えば「２時間」）のアニールを行うという処理がある。このように、第１の所定温度にて保持する熱処理を行った後、これよりも高い温度の第２の熱処理を行うことで、アモルファスシリコン３０から生成される多結晶シリコンの大粒径化が図られることとなる。
【００４１】
次に、図４（ｃ）に示すように、上記スルー膜３２を除去した後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、上記多結晶シリコンをパターニングすることで、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂやリード部Ｌ５を形成する。ちなみに、図４（ｃ）に示す断面図は、あくまでも模式図であり、フローセンサＦＳのスケールを正確に示すものではない。例えば、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの幅は、その膜厚の数十倍程度（例えば「数十μｍ」）とすることが望ましい。
【００４２】
なお、ここでは図示しないが、この図４（ｃ）に示す工程において、先の図２に示した上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６をも同時に形成する。
【００４３】
図４（ｃ′）は、これらパターニングされた多結晶シリコンである上記各抵抗体（ここでは、上流側ヒータＲｈａを例示）の拡大図を示している。図４（ｃ′）に示されるように、上流側ヒータＲｈａは、多結晶シリコンにて形成されているために、各結晶の境界である結晶粒界ｃｂが存在する。ただし、本実施形態では、先の図４（ｂ）に示した工程において、結晶粒径が膜厚よりも大きくなるように熱処理を施したために、膜厚方向に対しては、結晶粒界が現れず、その上面から下面まで単一の結晶によって形成されている。このように結晶を大粒径化することで、上記各抵抗体の性能を向上させることはできるものの、この場合、図４（ｃ′）に示されるように、その表面の凹凸も大きなものとなっている。
【００４４】
次に、図５（ａ）に示す工程において、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ等、各抵抗体の表面に、常圧、高温（例えば「９００℃〜１１５０℃」）にて熱酸化処理を施すことで、これら各抵抗体の表面に熱酸化膜３１を形成する。この熱酸化膜３１は、上記抵抗体の膜厚の「１／１０」程度の膜厚（例えば「０．１μｍ」）にて形成する。そして、これにより図５（ａ′）に示すように、結晶粒界ｃｂにより生じる凹凸が低減される。
【００４５】
上記熱処理に際しては、同処理にて形成される熱酸化膜３１の流動性の発現が顕著となる「１０００℃」以上の温度にて行うことが特に望ましい。また、先の図４（ｂ）に示した工程におけるボロンの注入量を大きくすることによっても上記熱酸化膜３１の流動性を向上させることができる。こうした観点からは、ボロンの注入量は、「５×１０19ｃｍ―3」以上であることが望ましく、「１×１０20ｃｍ―3」以上であることがより望ましい。
【００４６】
また、上記熱酸化処理は、上記ボロンの濃度や温度、熱酸化処理時間等についての条件を、上記各抵抗体の表面の凹凸を膜厚の「１／１０」以下とするような条件とすることが望ましい。
【００４７】
こうして熱酸化膜３１を形成すると、図５（ｂ）に示すように、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂやリード部Ｌ５等の形成された半導体基板１０（シリコン窒化膜２０）上面に、これらを保護する保護膜としての上記シリコン窒化膜４０を堆積する。このシリコン窒化膜４０の膜厚や成膜条件は、同図５（ｂ）に示す例では、上記シリコン窒化膜２０の膜厚や成膜条件と同一とする。
【００４８】
次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜４０及びリード部Ｌ５の上面を覆う熱酸化膜３１を反応性イオンエッチングにてエッチングすることでコンタクトホール４１を形成する。更に、図６（ａ）に示すように、メタル（例えばアルミニウム）を所定の膜厚（例えば「１．０μｍ」）に成膜した後、パターニングすることで上記コンタクトホール４１に先の図２に示したパッドＰ５を形成する。なお、図５（ｃ）〜図６（ａ）に示す工程においては、図示しないパッドＰ１〜Ｐ４、Ｐ６も同様にして形成される。
【００４９】
続いて、図６（ｂ）に示すように、半導体基板１０の裏面側に、シリコン窒化膜５０を、プラズマＣＶＤ法により所定の膜厚（例えば「１μｍ」）にて成膜する。次に、同図６（ｂ）に示すように、先の図２に一点鎖線にて示した領域に対応した開口部を形成すべく、反応性イオンエッチングにてシリコン窒化膜５０をエッチングする。
【００５０】
更に、図６（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜５０をマスクとして半導体基板１０をエッチングすることで、半導体基板１０に空洞部Ｈを形成する。これにより、空洞部Ｈを架橋するように薄膜部ＭＢが形成されることとなる。
【００５１】
なお、この図６（ｃ）に示すエッチングは、以下のようにして行うことが望ましい。
Ａ．エッチング液としてＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチングとする。
Ｂ．半導体基板１０を単結晶シリコン基板とするとともに、同半導体基板１０の裏面を該単結晶シリコンの基本格子の等価な６面である｛１００｝とする。
Ｃ．上記シリコン窒化膜５０の開口部を矩形にして形成すると共に、その各辺を結晶方位＜１１０＞と一致させる。
【００５２】
これにより、半導体基板１０を上記エッチング液により｛１１１｝面に沿ってエッチングすることができる。したがって、薄膜部ＭＢを矩形に形成することができる。更に、この際、薄膜部ＭＢの２つの辺を流通方向に直交させるような設定とすることも容易となる。
【００５３】
もっとも、薄膜部ＭＢの形成に際しては、必ずしもウェットエッチングに限らず、ドライエッチングによって行うようにしてもよい。このようにドライエッチングを用いる場合には、少なくとも同ドライエッチングからの要請として半導体基板１０の面方位が規定されることはない。
【００５４】
このように、本実施形態では、先の図５（ｃ）に示したように抵抗体に熱酸化処理を施すことで、これを覆うシリコン窒化膜４０の上面の凹凸が低減される。これにより、当該フローセンサＦＳの製造工程において、半導体基板１０のダイシング時や、フローセンサＦＳ表面の洗浄時等、シリコン窒化膜４０に圧力が加わる際にも、その特定箇所への応力の集中を抑制することができる。更に、このように熱酸化膜３１を有して製造されたフローセンサＦＳは、薄膜部ＭＢ上を流通する流体の流量の変動による圧力変動や、同薄膜部ＭＢへのパーティクルの衝突に対しても十分な耐久性を有するものとなる。
【００５５】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）抵抗体（上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋ）に熱酸化処理を施すようにした。このため、これらの結晶粒界による凹凸を抑制することができる。
【００５６】
（２）抵抗体とする半導体薄膜にボロンを注入した後に、熱酸化処理を施した。これにより、熱酸化処理時に、同処理によって形成される熱酸化膜の流動性の発現を促進することができる。
【００５７】
（３）抵抗体の表面が熱酸化膜３１で覆われるようにした。これにより、この熱酸化膜３１を、外部から抵抗体への不純物の侵入に対する保護膜とすることができる。
【００５８】
（４）抵抗体の表面の凹凸を膜厚の「１／１０」以下とした。これにより、シリコン窒化膜４０の表面の凹凸を好適に低減することができる。
（５）抵抗体を構成する多結晶シリコンを、結晶粒径が膜厚よりも大きくなるものが存在するように大粒径化した。これにより、抵抗体の性能を向上させることができる。
【００５９】
（第２の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。
【００６０】
上記フローメータも先の図１と同様の構成を有する。また、本実施形態にかかるフローセンサの平面構成も、先の図２に示した構成と同様である。
図７に、本実施形態にかかるフローセンサＦＳの断面構成を示す。この図７も、先の図２に示したＡ−Ａ断面と同様の断面を示している。同図７に示すように、シリコンからなる半導体基板１１０には、シリコン酸化膜１２０が積層形成されている。このシリコン酸化膜１２０上には、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれ単結晶シリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ及び下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン酸化膜１３５及びシリコン窒化膜１４０が積層されている。ちなみに、上記シリコン窒化膜１４０やシリコン酸化膜１３５、１２０も、空洞部Ｈを含めて半導体基板１０の上方の略全ての領域に積層形成されている。
【００６１】
ここで、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ及び下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６（これらを総称して抵抗体という）は、全て単結晶シリコンで形成されている。更に、本実施形態では、これら抵抗体の表面は、熱酸化膜１３１で覆われている。このため、抵抗体の表面には、製造時に熱酸化処理が施されるため、抵抗体とする半導体薄膜をパターニングした際にその上面端部が角状に形成されたとしても、これを丸めることができる。
【００６２】
ここで、図７に示したフローセンサＦＳの製造工程の一例を図８及び図９を用いて説明する。図８及び図９に示す断面は、先の図２に示したＢ−Ｂ断面と同様の断面である。
【００６３】
この一連の製造工程においては、まず図８（ａ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用意する。ここでは、このＳＯＩ基板は、例えばＮ型の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板１１０上に、例えば膜厚「２μｍ」からなるシリコン酸化膜１２０、例えばＰ型の導電型を有して所定の膜厚（例えば「１μｍ」）からなる単結晶シリコン膜１３０が積層されたものである。
【００６４】
次に、図８（ｂ）に示す工程において、上記単結晶シリコン膜１３０の上面を熱酸化することで、スルー膜１３２を形成する。そして、このスルー膜１３２を介して、単結晶シリコン膜１３０に、ボロンを所定量注入する。
【００６５】
更に、上記単結晶シリコン膜１３０に注入されたボロンの熱拡散や活性化のために、所定温度（例えば「１１５０℃」）にて所定時間（例えば「２時間」）の熱処理を行う。
【００６６】
次に、図８（ｃ）に示すように、先の図４（ｃ）に示した工程と同様、スルー膜１３２を除去した後、上記単結晶シリコン膜１３０を反応性イオンエッチングにてパターニングすることで、上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ５を形成する。なお、ここでは、図示しないが、この工程においては、上流側温度計Ｒｋａや、下流側温度計Ｒｋｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６も形成する。
【００６７】
図４（ｃ′）には、これらパターニングされた単結晶シリコン膜１３０（抵抗体）について、上流側ヒータＲｈａを例にとってその拡大図を示している。同図（ｃ′）に示されるように、上流側ヒータＲｈａのコーナー部Ｃは、角状に形成される。
【００６８】
次に、図９（ａ）に示す工程において、先の図５（ａ）に示した工程と同様の熱酸化条件により、抵抗体の表面を熱酸化する。これにより、抵抗体の表面に熱酸化膜１３１が形成される。なお、この膜厚も、抵抗体の膜厚の「１／１０」程度となるようにする。
【００６９】
これにより、図９（ａ′）に、上流側ヒータＲｈａを例にとってこれを拡大して示すように、抵抗体のコーナー部Ｃは丸められることとなる。
次に、図９（ｂ）に示す工程において、プラズマＣＶＤ法にてシリコン酸化膜１３５を、例えば膜厚「０．２μｍ」にて堆積する。その後、このシリコン酸化膜１３５の応力の安定化を図るべく、所定温度（例えば「１１００℃」）にて所定時間（例えば「２時間」）の熱処理を行う。更に、先の図４（ａ）に示した工程における成膜条件にて、シリコン窒化膜１４０を例えば膜厚「３．０μｍ」にて形成する。
【００７０】
その後、図９（ｃ）に示す工程において、リード部Ｌ５と上層とのコンタクトを取るべく、シリコン窒化膜１４０及びシリコン酸化膜１３５、リード部Ｌ５上の熱酸化膜１３１を反応性イオンエッチングにてエッチングすることで、コンタクトホール１４１を形成する。なお、この図９（ｃ）に示す工程では、上記リード部Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ６と上層のコンタクトをとるコンタクトホールも同時に形成される。
【００７１】
そして、その後、先の図６に示した一連の工程と同様にして、リード部Ｌ１〜Ｌ６の端部へのパッドＰ１〜Ｐ６の形成や、薄膜部ＭＢの形成を行う。
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の実施形態の上記（２）及び（３）の効果に加えて、更に以下の効果を得ることができる。
【００７２】
（６）抵抗体（上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋ）に熱酸化処理を施すようにした。このため、これらのコーナー部Ｃを丸めることができる。
【００７３】
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・抵抗体に含まれる不純物としては、ボロンに限られず、リン等でもよい。
・上記各実施形態では、パターニングされた半導体薄膜（抵抗体）に不純物を導入してから、熱酸化処理を施したが、これに限らず、例えばパターニングされた半導体薄膜を熱酸化処理してから不純物を注入するようにしてもよい。以下、これについて、先の第２の実施形態の変形例の場合を例にとって、図１０を用いて説明する。
【００７４】
すなわち、図１０（ａ）に示すように、先の図８（ａ）と同様、半導体基板２１０、シリコン酸化膜２２０、単結晶シリコン膜２３０からなるＳＯＩ基板を用意する。次に、図１０（ｂ）に示すように、反応性イオンエッチングにて単結晶シリコン膜２３０を上記各抵抗体の形状にパターニングする。更に、図１０（ｃ）に示すように、先の図５（ａ）や図９（ａ）に示した工程における処理と同様の処理によって、パターニングされた半導体薄膜の表面に熱酸化膜２３１を形成する。そしてその後、図１０（ｄ）に示すように、不純物を注入する。
【００７５】
このように、熱酸化後に不純物を注入するようにすれば、この熱酸化膜２３１をスルー膜として用いることで、スルー膜を別途形成する工程を削除することができるため、工程の簡略化を図ることができる。
【００７６】
・上記第２の実施形態においては、ＳＯＩ基板を用いてフローセンサＦＳを形成したが、これに限らない。
・熱酸化処理としては、常圧にて行うものに限らず、高圧や減圧にて行うものであってもよい。
【００７７】
・発熱体と、該発熱体の近傍（発熱体自身又は発熱体の付近）の温度を感知する感温体とを上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂのように同一とする代わりに、これらを別部材にて構成してもよい。
【００７８】
・当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計ＲｋｂをフローセンサＦＳに備える構成とする代わりに、信号生成回路ＳＧに備える構成としてもよい。この場合であれ、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂと下流側温度計Ｒｋｂとの抵抗温度係数は、互いに一致させるようにする。
【００７９】
・上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを備えなくても、単一のヒータ（発熱体、及び該発熱体の近傍の温度を感知する感温体）を備える構成であっても、発熱体に供給される電力量等に基づいて流体の流量を感知することはできる。更に、例えば上記特許文献１や特許文献２に記載のように、発熱体自身を第２の感温体としてこれによって自身の温度を感知しつつ発熱体を所定に制御するとともに、この付近の温度を上記感温体によって感知し、これに基づいて発熱体の生じる熱量のうち流体によって奪われた熱量を感知する構成としてもよい。
【００８０】
・薄膜部ＭＢの構造としては、図２等に例示されているものに限らない。例えば薄膜部ＭＢを矩形状に形成しつつその２辺のみが半導体基板上の薄膜と接続されるようにしてもよい。また、薄膜部ＭＢの形状は、矩形にも限らない。
【００８１】
・その他、フローセンサＦＳの構成としては、発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体との少なくとも一方が半導体からなる抵抗体にて形成されるとともに、この抵抗体の表面に熱酸化処理が施されてなる範囲で適宜変更してよい。すなわち例えば、保護膜としてシリコン窒化膜と、シリコン酸化膜以外の絶縁膜とを併用してもよい。また、例えば、発熱体や感温体のいずれか一方はシリコン材料にて形成するものに限らない。更に例えば、感温体は、自身の抵抗値の変化を利用して温度を感知するものに限らない。加えて、例えば、リード部等を半導体にて形成する場合であれ、これについては熱酸化処理を施さなくてもよい。更に、抵抗体の膜厚についても上記各実施形態で例示したものに限らず、例えば「０．６μｍ〜１．５μｍ」ほどでもよい。
【００８２】
・更に、フローセンサＦＳの製造方法としても、発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体との少なくとも一方を半導体からなる抵抗体として形成すると共に、この抵抗体の少なくとも上面に熱酸化処理を施す範囲において、適宜変更してよい。例えば、半導体薄膜へ不純物をドーピングする手法は、イオン注入法に限らず、気相から半導体中へドーパント原子（不純物）を拡散させる手法や、ドーパント原子（不純物）のドープされた酸化膜ソースを使って表面から半導体中へ上記ドーパント原子（不純物）を拡散させる手法等でもよい。また、例えば半導体基板１０上に積層されているシリコン窒化膜２０、抵抗体の上面を覆う保護膜である上記シリコン窒化膜４０は、シリコン窒化膜だけでなく、シリコン酸化膜等との複合膜として形成してもよい。
【００８３】
・フローセンサＦＳとしては、車載用内燃機関の吸入空気量を感知するものに限らず、適宜の流体の流量を感知するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態にかかるフローメータの回路図。
【図２】同実施形態にかかるフローセンサの構成を示す平面図。
【図３】同実施形態にかかるフローセンサの断面構造を示す断面図。
【図４】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図５】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図６】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図７】第２の実施形態にかかるフローセンサの断面構造を示す断面図。
【図８】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図９】同実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１０】上記第２の実施形態の変形例にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。
【図１１】従来のフローセンサの断面構造を示す断面図。
【符号の説明】
１０…半導体基板、２０…シリコン窒化膜、３０…アモルファスシリコン、３１…熱酸化膜、３２…スルー膜、４０…シリコン窒化膜、４１…コンタクトホール、５０…シリコン窒化膜、１１０…半導体基板、１２０…シリコン酸化膜、１３０…単結晶シリコン膜、１３１…熱酸化膜、１３２…スルー膜、１３５…シリコン酸化膜、１４０…シリコン窒化膜、１４１…コンタクトホール、２１０…半導体基板、２２０…シリコン酸化膜、２３０…単結晶シリコン膜、２３１…熱酸化膜。
【図１】
2004205353.tif 000003
【図２】
2004205353.tif 000004
【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】
2004205353.tif 000009
【図８】
2004205353.tif 000010
【図９】
2004205353.tif 000011
【図１０】
2004205353.tif 000012
【図１１】
2004205353.tif 000013