(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）の表面に形成された薄膜層（２〜４）と、前記基板の裏面側から前記薄膜層を残して形成された空洞部（６）と、前記空洞部上に残された前記薄膜層からなる薄膜部（７）と、前記薄膜層に対する前記基板の反対側と前記空洞部とを連通する基板表面に垂直な貫通孔（８）とを有し、前記貫通孔は前記基板に形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記貫通孔の断面形状は略円形であることを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体プロセスにより製造されるフローセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体プロセスにより製造されるフローセンサは、基板の表面に絶縁膜や導体膜からなる薄膜層が形成され、薄膜層を残して基板に空洞部が設けられることにより、空洞部上に薄膜層からなる薄膜部が形成されている。
【０００３】
そして、この薄膜部における導体膜でヒータや測温体等が構成され、薄膜部の表面における流体の流れによるヒータの放熱量を測温体で検出することにより流量を検出するようになっている。
【０００４】
この様なフローセンサでは、薄膜部にヒータ等が形成されており、薄膜部では膜厚が薄いため熱容量が低いことから、ヒータのわずかな放熱量変化を検出することができ、応答性が高くなっていると共に、消費電力を低減することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、薄膜部は膜厚が薄いため強度が低くて破壊され易くなっている。特に、高流量の流体を測定する場合、薄膜部の表面側を流れる流体の速度が大きくなり薄膜部の表面側における圧力が低下するのに対して、薄膜部の裏面側ではほとんど流体が流れないため、薄膜部の表面側と裏面側における差圧が大きくなり、この圧力により薄膜部が破壊される恐れがある。
【０００６】
また、車両等の内燃機関の空燃比制御に用いられるフローセンサは例えばエアダクト内に配置されるため、空気脈動やバックファイヤ等によって薄膜部に対して急激に圧力が加わることがある。その結果、薄膜部の表面側と裏面側における差圧が大きくなり、薄膜部が破壊される恐れがある。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑み、薄膜部の破壊を抑制することができるフローセンサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板（１）の表面に形成された薄膜層（２〜４）と、基板の裏面側から薄膜層を残して形成された空洞部（６）と、空洞部上に残された薄膜層からなる薄膜部（７）と、薄膜層に対する基板の反対側と空洞部とを連通する基板表面に垂直な貫通孔（８）とを有することを特徴としている。
【０００９】
本発明では、貫通孔を設けることにより、薄膜部の表面側と裏面側との差圧を低減することができる。従って、薄膜部の破壊を抑制することができる。
【００１７】
また、請求項２に記載の発明の様に、請求項１の発明の貫通孔の断面形状を略円形にすることができる。この場合、例えば薄膜部に貫通孔を形成すると貫通孔の側壁において応力が集中することを抑制できる。
【００１８】
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。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態のエアフローセンサ（以下、単にフローセンサという）１０の模式的な斜視図であり、図２は図１のＡ−Ａ矢視断面に相当する部位の概略断面図である。また、図３は薄膜部７の周辺の上面図である。
【００２０】
基板１の表面には下部膜２と上部膜３と配線４とからなる薄膜層が形成され、下部膜２と上部膜３との間に膜構成の配線４が配置されている。ここで、基板１は例えばＳｉからなるものを用いることができる。また、下部膜２は、基板１側から順に例えばＳｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜が積層されてなり、上部膜３は、基板１側から順に例えばＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜が積層されてなる。また、配線４としては、Ｐｔ（白金）やポリシリコン、ＮｉＣｒ等を用いることができる。
【００２１】
基板１の裏面側にはＳｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜５が設けられ、この絶縁膜５の開口部から薄膜層２〜４を残して空洞部６が形成されている。そして、空洞部６上に残された薄膜層２〜４によって薄膜部７が形成されている。この薄膜部７の平面形状は多角形になっており、本実施形態では正方形になっている。
【００２２】
また、この薄膜部７に蛇行状の配線４からなるヒータ４ａが形成されている。また、薄膜部７のうちヒータ４ａよりも図１の白抜き矢印で示される流体の順流方向の上流側において、蛇行状の配線４からなる測温体４ｂが形成されている。また、基板１上における測温体４ｂの上流側に、蛇行状の配線４からなる流体温度計４ｃが形成されている。また、ヒータ４ａ、測温体４ｂ、流体温度計４ｃと電気的に接続された配線４によって基板１の表面には電極取り出し部４ｄが形成されている。
【００２３】
また、薄膜部７において、薄膜層２〜４に対する基板１の反対側（以下、表面側という）と空洞部６とを連通する貫通孔８が形成されている。本実施形態では、薄膜部７の端部、具体的には、薄膜部７における測温体４ｂの上流側の端部に貫通孔８が形成されている。この貫通孔８の断面形状は略円形になっている。ここで略円形とは、貫通孔８の壁面において曲率が極端に大きい部位が存在しないような円を示し、楕円なども含まれるものとする。
【００２４】
このようなフローセンサ１０では、流体温度計４ｃから得られる流体温度よりも高い温度になるようにヒータ４ａを駆動する。そして、流体が流れることにより、図の白抜き矢印で示す順流においては、測温体４ｂは熱を奪われて温度が下がり、白抜き矢印の逆方向である逆流では熱が運ばれて温度が上がる。従って、この測温体４ｂと流体温度計４ｃとの温度差を電極取り出し部４ｄから電圧変化等として取り出すことで流体の流量及び流れ方向が検出される。
【００２５】
次に、この様なフローセンサ１０の製造方法を簡単に説明する。まず、基板１を用意し、基板１の表面に下部膜２を形成する。そして、下部膜２上に配線４となる膜（Ｐｔ膜等）を形成し、パターニングすることによりヒータ４ａ等の配線４を形成する。その後、配線４上に上部膜３を形成する。
【００２６】
続いて、基板１の裏面側に形成された絶縁膜５のうち空洞部６を形成する予定の部位を開口し、ＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液等を用いて、基板１の裏面側から下部膜２が露出するまで基板１をエッチングして空洞部６を形成する。
【００２７】
その後、基板１の表面側（上部膜３の上）にレジストを形成し、レジストのうち貫通孔８を形成する予定の部位を開口する。そして、薄膜層２〜４をエッチングすることにより貫通孔８を形成する。以上のようにしてフローセンサ１０が完成する。
【００２８】
本実施形態の様に貫通孔８を設けることにより、薄膜層２〜４の表面側と空洞部６との間で流体が流通することができる。従って、薄膜部７の表面側と裏面側との差圧を低減することができるため、薄膜部７の破壊を抑制することができる。
【００２９】
また、本実施形態では、薄膜部７に貫通孔８を設けており、薄膜部７では膜厚が薄くなっているため、貫通孔８の深さは小さくて良い。従って、容易に貫通孔８を形成することができる。また、貫通孔８の断面形状を略円形にしているため、貫通孔８の側壁において応力が集中することを抑制できる。
（第２実施形態）
図４は本実施形態のフローセンサ１０の概略断面図であり、図５は薄膜部７の周辺の上面図である。本実施形態は、第１実施形態と比較して貫通孔８を設ける位置が異なるものである。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、図４及び図５中、図２及び図３と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００３０】
本実施形態では、貫通孔８が薄膜部７の平面形状に対するｎ回対称軸の次数の整数倍と同じ数だけ設けられている。ここで、ｎ回対称軸とは、ある幾何学的図形を回転毎に回転前の図形と重ねることができるようにして、等角度にｎ回回転させ、合計３６０°回転させる場合の回転対称軸を示し、このときのｎをｎ回対称軸の次数という。
【００３１】
具体的には、薄膜部７の平面形状が正方形になっており、対称軸の次数は２と４、つまり、２回対称軸と４回対称軸とが存在するため、貫通孔８は４個設けられている。また、貫通孔８は対称に配置されており、具体的には、薄膜部７の端部のうち正方形の各辺の中央付近に配置されている。
【００３２】
また、薄膜部７の端部は薄膜部７に応力が加わった場合に、応力が集中する部位の一つである。
【００３３】
本実施形態では、応力が集中する部位において貫通孔８を設けているため、貫通孔８が変形することにより応力の集中を緩和することができる。また、薄膜部７の平面形状に対して対称に貫通孔８を設けることにより、薄膜部７に加わる応力を均等に緩和することができる。従って薄膜部７の破壊を更に抑制することができる。その他、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００３４】
（第３実施形態）
図６は本実施形態のフローセンサ１０における薄膜部７の周辺の上面図である。本実施形態は、第１実施形態と比較して貫通孔８を設ける位置が異なるものである。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、図６中、図３と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００３５】
本実施形態では、薄膜部７のうち端部と中央部との間に貫通孔８が形成されている。この貫通孔８が形成されている部位は、薄膜部７が応力を受けて変形した際に、薄膜部７のうち曲がりによる応力が周囲よりも小さくなっている部位、つまり、曲率が周囲よりも小さくなる部位である。具体的には、薄膜部７の曲率が０になる部位に貫通孔８が形成されている。
【００３６】
一般に、薄膜部７が変形した際に薄膜部７に発生する応力には、薄膜部７の伸びによるものと薄膜部７の曲がりによるものとがある。このうち、薄膜部７の伸びによる応力とは、薄膜部７の全体の長さが変化すること、つまり薄膜部７における厚み方向の中央を通る仮想的な軸である中立軸の長さが変化することにより薄膜部７に一様に加わる応力である。また、薄膜部７の曲がりによる応力とは、薄膜部７の曲がりの程度に依存して曲率に比例し、薄膜部７に局部的に加わる応力である。
【００３７】
薄膜部７の伸びによる応力は、薄膜部７全体に加わるのに対して、薄膜部７の曲がりによる応力は、曲がっている部位に局部的に加わる。そのため、仮に、薄膜部７の曲がりによる応力が大きい部位に貫通孔８を設けると、応力が集中した薄膜部７の表面或は裏面における貫通孔８の壁面から亀裂が入り、貫通孔８が薄膜部７の破壊の起点となる恐れがある。
【００３８】
それに対して、本実施形態では薄膜部７のうち曲がりによる応力が周囲よりも小さくなっている部位に貫通孔８を設けているため、貫通孔８が薄膜部７の破壊の起点となることを抑制することができる。その他、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。なお、薄膜部７の各部位における曲率はシミュレーション等により求めることができる。
【００３９】
（第４実施形態）
図７は本実施形態のフローセンサ１０の概略断面図であり、図８は薄膜部７の周辺の上面図である。本実施形態は、第１実施形態と比較して貫通孔８を設ける位置が異なるものである。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、図７及び図８中、図２及び図３と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００４０】
本実施形態では、基板１に貫通孔８が形成されている。具体的には、基板１の表面上の薄膜層２〜４のうち薄膜部７ではない部位から空洞部６の側壁面に向けて貫通孔８が形成されている。この様な貫通孔８を形成する場合は、例えば空洞部６を形成した後、薄膜層２〜４をエッチングした後、基板１をエッチングすれば良い。
【００４１】
上記各実施形態では薄膜部７に貫通孔８を形成している。しかし、フローセンサ１０はエアダクト等に配置されており、薄膜部７にゴミ等が衝突する恐れがある。この様な場合は、薄膜部７に貫通孔８を形成せずに薄膜部７全体でゴミによる衝撃を受けた方が有利であると思われる。従って、本実施形態の様に、基板１に貫通孔８を設けることにより、ゴミの衝撃に耐え、かつ、薄膜部７の表面側と裏面側における差圧を緩和して、薄膜部７の破壊を抑制することができる。
【００４２】
（他の実施形態）
図９は他の実施形態に係る薄膜部７の周辺の上面図である。図９に示すように、薄膜部７のほぼ中央部に貫通孔８を設けても良い。この部位は、薄膜部７のたわみによる応力が集中する部位である。これにより、貫通孔８が変形することにより応力の集中を緩和することができる。
【００４３】
なお、上記第２実施形態及び図９に示す他の実施形態では、薄膜部７における応力が集中する部位に貫通孔８を形成し、貫通孔８の変形により応力の集中を緩和している。但し、応力のうち特に薄膜部７の曲がりによる応力が大きい部位には、上記第３実施形態に示したように貫通孔８を形成しない様にする。
【００４４】
また、上記第２実施形態では、正方形となっている薄膜部７の各辺の中央付近に貫通孔８を形成しているが、各辺の中央付近ではなく角部に近い部位や角部に形成しても良い。また、薄膜部７の中心側に貫通孔８を形成しても良い。
【００４５】
上記第３及び第４実施形態では貫通孔８を１つのみ設けているが、複数個の貫通孔８を設けても良い。この場合、第２実施形態の様に各貫通孔８が対称に配置されるようにすると望ましい。
【００４６】
また、上記第２実施形態では貫通孔８を４個設けているが、平面形状が正方形の薄膜部７では２回対称軸も存在するため、２個の貫通孔８を対称に設けても同様の効果を得ることができる。また、貫通孔８を例えば８個設けるようにしても良い。
【００４７】
また、平面形状が略正六角形の薄膜部７ではｎ回対称軸の次数は３と６、つまり、３回対称軸と６回対称軸が存在するため、３個又は６個の貫通孔８を対称に配置すると望ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るフローセンサの斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るフローセンサの概略断面図である。
【図３】第１実施形態に係るフローセンサの薄膜部付近の上面図である。
【図４】第２実施形態に係るフローセンサの概略断面図である。
【図５】第２実施形態に係るフローセンサの薄膜部付近の上面図である。
【図６】第３実施形態に係るフローセンサの薄膜部付近の上面図である。
【図７】第４実施形態に係るフローセンサの概略断面図である。
【図８】第４実施形態に係るフローセンサの薄膜部付近の上面図である。
【図９】他の実施形態に係るフローセンサの薄膜部付近の上面図である。
【符号の説明】
１…基板、２…下部膜、３…上部膜、４…配線、６…空洞部、７…薄膜部、
８…貫通孔。
【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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【図８】
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【図９】
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