(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１ａ）および該一面と反対側の他面（１ｂ）を有し、前記一面において単結晶シリコンで構成された第１導電型の流量検出部（１２０）がパターニングされて形成されると共に、前記他面における前記流量検出部に対応する部分に凹部（１ｃ）が形成された第２導電型の半導体基板（１）と、
前記半導体基板の一面の上方に配置されて前記流量検出部を被覆する吸湿性を有する絶縁膜（２）と、
前記半導体基板と前記絶縁膜との間において、少なくとも前記流量検出部を被覆するように設けられた窒化シリコンを主成分とする前記半導体基板側から前記絶縁膜への湿気の侵入を抑制する第１窒化膜（３）と、を有することを特徴とする感熱式流量センサ。
【請求項２】
前記半導体基板がＳＯＩ基板によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。
【請求項３】
前記絶縁膜を挟んで前記第１窒化膜と反対側に設けられた窒化シリコンを主成分とする前記絶縁膜を挟んで前記半導体基板側とは反対側から前記絶縁膜への湿気の侵入を抑制する第２窒化膜（４）を有することを特徴とする請求項１または２に記載の感熱式流量センサ。
【請求項４】
前記半導体基板の他面に窒化シリコンを主成分とする前記半導体基板側から前記絶縁膜への湿気の侵入を抑制する第３窒化膜（５）が形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の感熱式流量センサ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１つに記載の感熱式流量センサを製造する方法であって、
表面（１ｄ）および該表面と反対側の裏面（１ｂ）を有し、少なくとも前記表面を含む部分（１２）が単結晶シリコンで構成された第１導電型の半導体基板（１）を用意する第１工程と、
前記半導体基板における前記表面を含む部分（１２）についてパターニングおよび不純物添加を行うことにより、第２導電型の流量検出部（１２０）を形成する第２工程と、
前記半導体基板において、前記流量検出部を被覆するように前記第１窒化膜を形成した後、前記第１窒化膜を被覆するように吸湿性を有する前記絶縁膜を形成する第３工程と、
前記半導体基板の裏面のうち前記流量検出部に対応する部分に前記凹部を形成する第４工程と、を有することを特徴とする感熱式流量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱体および感温体で構成される流量検出部を備え、流体の流量を検出する感熱式流量センサおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、抵抗体としての発熱体および感温体で構成される流量検出部を備え、流体の流量を検出する感熱式流量センサが知られている。この種の感熱式流量センサでは、発熱体を被測定流体中に設置し、被測定流体によって奪われる発熱体の放熱量を感温体により検出して、被測定流体の流量を検出する。この種の感熱式流量センサとしては、特許文献１に記載の感熱式流量センサが提案されている。この感熱式流量センサは、一面を有する半導体基板と、半導体基板の一面に形成された窒化膜（以下、第１窒化膜という）と、第１窒化膜の表面にパターニングされた流量検出部と、流量検出部を被覆するように第１窒化膜の表面に形成された絶縁膜とを有する。また、半導体基板のうち一面と反対側の他面における流量検出部に対応する部分に、凹部が形成されている。また、この感熱式流量センサでは、絶縁膜を挟んで第１窒化膜と反対側に別の窒化膜（以下、第２窒化膜という）が形成され、さらに、半導体基板の他面における上記凹部以外の部分にも別の窒化膜（以下、第３窒化膜という）が形成されている。
【０００３】
ここで、感熱式流量センサでは、流量検出部が、多結晶シリコン（ポリシリコン）で構成され、流量検出部を被覆する絶縁膜が、吸湿性を有する材料であるＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）で構成されている。
【０００４】
このように、特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、流量検出部の上方に絶縁膜が形成されている。そして、絶縁膜の上側の位置には、上側から絶縁膜への湿気（水分）の侵入を抑制する第２窒化膜が備えられ、絶縁膜の下側の位置には、下側から絶縁膜への湿気の侵入を抑制する第１窒化膜と第３窒化膜が備えられている。第１窒化膜は、半導体基板の一面における凹部に対応する部分を含めた全面において形成されており、第３窒化膜は、半導体基板のうち他面における凹部以外の部分に形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許４５４７９７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したように、特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、流量検出部の上方に絶縁膜が形成されている。また、この絶縁膜が、吸湿性を有する材料（ＢＰＳＧ）で構成されている。ここで、本発明者の検討によると、感熱式流量センサにおいて、この絶縁膜が周囲の湿気を吸収した場合、流量検出部に応力変動が生じることよって、感熱式流量センサにおけるセンサ特性に変動が生じて、流量検出の精度が悪くなってしまうことが判明している。
【０００７】
特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、上記したように、絶縁膜の上側の位置に第２窒化膜が備えられている。このため、感熱式流量センサでは、非透湿性が高い第２窒化膜がカバーとなることで、絶縁膜の上側からの湿気による絶縁膜での吸湿を抑制できる。また、特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、上記したように、絶縁膜の下側の位置に第１窒化膜と第３窒化膜が備えられている。このため、感熱式流量センサでは、非透湿性が高い第１窒化膜がカバーとなることで、絶縁膜の下側からの湿気による絶縁膜での吸湿を抑制できる。なお、第３窒化膜は、半導体基板のうち他面における凹部以外の部分に形成されているため、絶縁膜の下側からの湿気による吸湿を抑制する一定効果を発揮する。しかし、第３窒化膜は、凹部に対応する部分において成膜されていないため、凹部に対して下側から侵入する湿気を止めることができない。したがって、特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、第３窒化膜のみではなく、第１窒化膜を備えることによって、下側からの絶縁膜での吸湿が抑制されるようにしている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載の感熱式流量センサでは、半導体基板の一面に形成した第１窒化膜上に流量検出部を構成するシリコン層を堆積しているが、第１窒化膜の表面に流量検出部を堆積してパターニングすることにより流量検出部が形成される。そして、このように堆積によって形成された流量検出部は、下地となる第１窒化膜の結晶構造の影響で多結晶シリコンで構成されることとなる。しかしながら、多結晶シリコンは単結晶シリコンよりもドーピングする不純物の再拡散が生じ易いため、感熱式流量センサにおいて流量検出部が多結晶シリコンで構成された場合には、単結晶シリコンで構成された場合に比べて、流量検出部による流体流量の検出精度が低くなる。よって、このような感熱式流量センサでは、流量検出部が多結晶シリコンで構成されるのは好ましくなく、単結晶シリコンで構成されることが好ましい。
【０００９】
ここで、流量検出部を単結晶シリコンで構成しつつ、絶縁膜が吸湿性を有する材料で構成され、絶縁膜と半導体基板の間に窒化膜を備えた構成の感熱式流量センサを製造する方法としては、例えば以下の２つが考えられる。１つ目は、支持基板、埋め込み層、および単結晶シリコンで構成された半導体層で構成されるＳＯＩ基板において埋め込み層を窒化膜としたものを半導体基板として用いる方法である。しかしながら、埋め込み層を窒化膜で構成する場合、埋め込み層と他層（支持基板など）における熱膨張係数の関係などから、引っ張り応力などを発生させ、ＳＯＩ基板内での応力制御が困難である。このため、支持基板、埋め込み層、および単結晶シリコンで構成された半導体層で構成されるＳＯＩ基板を構成すること自体が難しい。２つ目は、単結晶シリコンで構成された半導体基板の表面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法などによって窒化膜と多結晶シリコン膜を順に成膜した後、多結晶シリコン膜を再結晶化する方法である。しかしながら、この方法では、多結晶シリコン膜を再結晶化することが困難であることが問題となる。このように、上記２つの方法では、流量検出部が単結晶シリコンで構成された感熱式流量センサを製造することは困難である。
【００１０】
本発明は上記点に鑑みて、単結晶シリコンで構成された流量検出部および流量検出部を被覆する吸湿性を有する材料で構成された絶縁膜を備え、下側からの絶縁膜での吸湿を抑制できると共に容易に製造できる感熱式流量センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、請求項１〜４に記載の発明では、感熱式流量センサにおいて、一面（１ａ）および該一面と反対側の他面（１ｂ）を有し、一面において単結晶シリコンで構成された第１導電型の流量検出部（１２０）がパターニングされて形成されると共に、他面における流量検出部に対応する部分に凹部（１ｃ）が形成された第２導電型の半導体基板（１）と、半導体基板の一面の上方に配置されて流量検出部を被覆する吸湿性を有する絶縁膜（２）と、半導体基板と絶縁膜との間において、少なくとも流量検出部を被覆するように設けられた窒化シリコンを主成分とする湿気を透過しない性質である非透湿性が絶縁膜よりも高い第１窒化膜（３）とを有することを特徴とする。
【００１２】
このため、湿気が絶縁膜の下側（半導体基板側）から絶縁膜に向かって侵入しようとしても、第１窒化膜がカバーとなることで、湿気の絶縁膜への侵入は妨げられる。これにより、絶縁膜での吸湿が抑制され、ひいては絶縁膜での吸湿に起因するセンサ特性の変動を抑制することができる。すなわち、凹部に対して下側から侵入する湿気についても止めることができ、下側から侵入する湿気について十分に吸湿を抑制することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明では、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の感熱式流量センサを製造する方法であって、以下の特徴を有する。すなわち、表面（１ｄ）および該表面と反対側の裏面（１ｂ）を有し、少なくとも表面を含む部分（１２）が単結晶シリコンで構成された第１導電型の半導体基板（１）を用意する第１工程と、半導体基板における表面を含む部分（１２）についてパターニングおよび不純物添加を行うことにより、第２導電型の流量検出部（１２０）を形成する第２工程と、半導体基板において、流量検出部を被覆するように第１窒化膜を形成した後、第１窒化膜を被覆するように吸湿性を有する絶縁膜を形成する第３工程と、半導体基板の裏面のうち流量検出部に対応する部分に凹部を形成する第４工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
このため、「発明が解決しようとする課題」にて記載した２つの方法に比べて容易に、流量検出部１２０が単結晶シリコンで構成された感熱式流量センサＳ１を製造することができる。
【００１５】
なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態における感熱式流量センサＳ１の概略平面構成を示す図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った感熱式流量センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態における感熱式流量センサＳ１の製造方法における製造工程を示す図２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る感熱式流量センサＳ１について図１、図２を参照して説明する。図１、図２に示すように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１は、流量検出部１２０（１２０ａ〜１２０ｄ）が形成された半導体基板１をベースとして、絶縁膜２と、第１窒化膜３と、第２窒化膜４と、第３窒化膜５とを有する構成とされている。
【００１９】
図２に示すように、半導体基板１は、一面１ａおよび一面１ａと反対側の他面１ｂを有する。本実施形態では、半導体基板１として、支持基板としてのシリコン基板１０、埋め込み層としての酸化膜１１、およびＳＯＩ（Silicon Implanted Oxide）層としての半導体層１２で構成されるＳＯＩ基板が用いられている。この酸化膜１１は、シリコン酸化膜などで構成され、例えばＳｉＯ２、Ｎを微少に含んだＳｉＯｘＮｙ、ポーラスシリカなどで構成される。また、半導体層１２は、酸化膜１１の表面の単結晶シリコンで構成された部分において、イオン注入法や熱拡散法などによって不純物が添加されてパターニングされた抵抗体とされた層である。また、本実施形態では、半導体基板１の一面１ａは、酸化膜１１におけるシリコン基板１０側とは反対側の面によって構成されている。
【００２０】
流量検出部１２０は、半導体基板１における主要部分の導電型とは異なる導電型とされて測定対象である流体の流量を検出するための部分である（以下において、半導体基板１の導電型を第１導電型、流量検出部１２０の導電型を第２導電型という）。図１、図２に示すように、流量検出部１２０は、発熱体（ヒータ）１２０ａ、１２０ｂおよび感温体（環境温度を測定するための温度計）１２０ｃ、１２０ｄで構成される。本実施形態では、半導体層１２によって、発熱体１２０ａ、１２０ｂおよび感温体１２０ｃ、１２０ｄにより構成された流量検出部１２０、および配線層１２１ａ〜１２１ｆが構成されている。このように、流量検出部１２０は、半導体基板１の一面１ａにおいてパターニングされて形成され、単結晶シリコンに不純物が添加されたことで抵抗体とされた発熱体１２０ａ、１２０ｂおよび感温体１２０ｃ、１２０ｄによって構成されている。
【００２１】
このように、本実施形態では、単結晶シリコンに不純物が添加されたことで流量検出部１２０が構成されているため、多結晶シリコンに不純物が添加されたことで流量検出部１２０が構成された場合に比べて、流量検出部１２０による流体流量の検出精度が高くなる。
【００２２】
また、図２に示すように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、半導体基板１の他面１ｂにおける流量検出部１２０に対応する部分に、凹部１ｃが形成されている。具体的には、シリコン基板１０に、シリコン基板１０を貫通する空洞部が形成され、この空洞部と酸化膜１１によって、酸化膜１１を底面とする凹部１ｃが形成されている。そして、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、凹部１ｃが形成された部位においてメンブレンが構成されている。
【００２３】
図２に示すように、第１窒化膜３は、半導体基板１と絶縁膜２との間において、少なくとも流量検出部１２０を被覆するように設けられた窒化シリコンを主成分とする膜である。第１窒化膜３は、半導体基板１側から絶縁膜２への湿気の侵入を抑制する構成とされている。ここでは、第１窒化膜３は、流量検出部１２０および配線層１２１ａ〜１２１ｆを被覆するように、半導体基板１の一面１ａに形成されている。また、ここでは、第１窒化膜３は、少なくともメンブレンに対応する位置に形成されている。具体的には、第１窒化膜３は、半導体基板１の一面１ａに対する法線の方向から見てメンブレン（凹部１ｃ）にオーバーラップするように、半導体基板１と絶縁膜２との間に設けられている。第１窒化膜３は、例えば、ＳｉＮもしくはＬＰ（Low Pressure：減圧）−ＳｉＮによって構成される。この第１窒化膜３は、ＣＶＤ法によって形成される。
【００２４】
このように、第１窒化膜３は、半導体基板１と絶縁膜２との間に設けられているため、後述する第３窒化膜５のように凹部１ｃによって成膜範囲が制限されるものではない。
【００２５】
上記したように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２への湿気の侵入を抑制する第１窒化膜３が、半導体基板１と絶縁膜２との間において少なくとも流量検出部１２０を被覆するように設けられている。すなわち、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第１窒化膜３が、半導体基板１の一面１ａにおける凹部１ｃに対応する部分においても形成されている。なお、ここでは、一例として、第１窒化膜３が、半導体基板１の一面１ａにおける凹部１ｃに対応する部分を含めた全面に形成されている。
【００２６】
このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、湿気が絶縁膜２の下側（半導体基板１側）から絶縁膜２に向かって侵入しようとしても、第１窒化膜３がカバーとなることで、湿気の絶縁膜２への侵入は妨げられる。これにより、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２での吸湿が抑制され、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動を抑制することができる。なお、この感熱式流量センサＳ１では、後述するように、上記特許文献１の感熱式流量センサと同様、半導体基板１のうち他面１ｂにおける凹部１ｃ以外の部分に第３窒化膜５が形成されているが、上記で説明したように、この第３窒化膜５だけでは不十分である。しかしながら、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、上記の第１窒化膜３が備えられていることで、凹部１ｃに対して下側から侵入する湿気についても止めることができ、下側から侵入する湿気について十分に吸湿を抑制することができる。
【００２７】
図２に示すように、絶縁膜２は、半導体基板１の一面１ａの上方に配置されて流量検出部１２０を被覆して流量検出部１２０を絶縁する層間絶縁膜である。ここでは、絶縁膜２は、被覆性（カバレッジ）、特に段差被覆性（ステップカバレッジ）に優れた材料であるＢＰＳＧ（Boron Phosphorous Silicate Glass）で構成されている。ここでいう被覆性に優れているとは、膜の緻密性が高い（膜中における欠陥部が少ない）、もしくは段差部を埋め込み易いことを意味する。また、ＢＰＳＧはイオンのゲッタリング効果などにも優れているため、この感熱式流量センサＳ１では、外部からのイオン（汚染物質）ＢＰＳＧで構成された絶縁膜２によってイオンが捕捉され易くなる。これにより、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、イオン（汚染物質）が流量検出部にまで侵入することを抑制することができる。この絶縁膜２としては、ＢＰＳＧ以外にも、ゲッタリング効果など窒化シリコンでは得られない効果を有し、かつ、被覆性を有していれば、他の材料、例えばＴＥＯＳ（Tetra Ethoxy Silane）、ＰＳＧ（Phosphorus Silicon Glass）、ＢＳＧ（Boron Silicate Glass）でもよい。
【００２８】
なお、このような絶縁膜２により、窒化シリコンとは異なる効果が得られるものの、絶縁膜２をＢＰＳＧなどで構成すると、吸湿性を有しているから、水分を保持して流量検出部１２０に応力変動を生じさせてしまう。しかし、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第１窒化膜３が設けられていることで、凹部１ｃに対して下側から侵入する湿気についても止めることができ、下側から侵入する湿気について十分に吸湿を抑制することができる。
【００２９】
なお、酸化膜１１は、透湿性を有するものの、酸化膜１１中に侵入してきた水分を捕捉（保持）し難い。よって、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１において、絶縁膜２の下側からの水分が酸化膜１１に侵入したとしても、その水分は酸化膜１１内に保持されることなく外部に放出される。このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２のように酸化膜１１が吸湿することで流量検出部１２０に応力変動を生じさせることとはなり難い。
【００３０】
図１、図２に示すように、絶縁膜２の所定部位には、コンタクトホールが形成されており、半導体層１２は、このコンタクトホールを通じて、Ａｌなどで構成されたパッド１３ａ〜１３ｆに電気的に接続されている。そして、図１に示すように、パッド１３ａ〜１３ｆに対してワイヤ１４ａ〜１４ｆがボンディングされることで、感熱式流量センサ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。
【００３１】
図２に示すように、第２窒化膜４は、絶縁膜２を挟んで第１窒化膜３と反対側に設けられた窒化シリコンを主成分とする膜である。第２窒化膜４は、絶縁膜２よりも非透湿性が高い構成とされている。第２窒化膜４は、例えば、ＳｉＮもしくはＬＰ−ＳｉＮによって構成される。この第２窒化膜４は、ＣＶＤ法などによって形成される。
【００３２】
このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第１窒化膜３によって絶縁膜２の下側からの湿気による吸湿を抑制できると共に、上側からの湿気についても、第２窒化膜４がカバーとなることで、絶縁膜２への侵入が妨げられる。よって、絶縁膜２での吸湿がさらに抑制され、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動をさらに抑制することができる。
【００３３】
第３窒化膜５は、半導体基板１の他面１ｂに設けられた窒化シリコンを主成分とする膜である。第３窒化膜５は、絶縁膜２よりも非透湿性が高い構成とされている。第３窒化膜５は、例えば、ＳｉＮもしくはＬＰ−ＳｉＮによって構成される。この第３窒化膜５は、ＣＶＤ法などによって形成される。図２に示すように、第３窒化膜５には、凹部１ｃに対応するように、第３窒化膜５を貫通する空洞部が形成されており、これにより、凹部１ｃは、感熱式流量センサＳ１の外部に対して露出させられている。
【００３４】
このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第３窒化膜５がカバーとなることで、絶縁膜２の下側からの湿気による絶縁膜２の吸湿をさらに抑制でき、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動をさらに抑制することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、製造効率のために、第１窒化膜３、第２窒化膜４および第３窒化膜５は、すべて、同一材料で構成されている。
【００３６】
以上、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１の構成について説明した。次に、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１において、被測定流体の流量検出を行うときの動作の一例について説明する。
【００３７】
発熱体１２０ａ、１２０ｂは、図示しない制御回路によって駆動され、例えば感温体１２０ｃ、１２０ｄで測定される環境温度よりも２００℃高い温度となるように制御される。具体的には、制御回路からワイヤ１４ｂ、１４ｃ、パッド１３ｂ、１３ｃおよび配線層１２１ｂ、１２１ｃを通じて発熱体１２０ａに電流が流されると共に、ワイヤ１４ｄ、１４ｃ、パッド１３ｄ、１３ｅおよび配線層１２１ｄ、１２１ｅを通じて発熱体１２０ｂ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発熱体１２０ａ、１２０ｂが加熱される。
【００３８】
環境温度の測定は各感温体１２０ｃ、１２０ｄの抵抗値が環境温度に応じて変動する。したがって、感温体１２０ｃの抵抗値変化に伴う電流量変化がワイヤ１４ａ、１４ｂやパッド１３ａ、１３ｂおよび配線層１２１ａ、１２１ｂを通じて、それぞれ制御回路に入力されることになる。また、感温体１２０ｄの抵抗値変化に伴う電流量変化がワイヤ１４ｅ、１４ｆやパッド１３ｅ、１３ｆおよび配線層１２１ｅ、１２１ｆ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、各感温体１２０ｃ、１２０ｄそれぞれの位置の温度が検出される。
【００３９】
したがって、制御回路側で、各感温体１２０ｃ、１２０ｄで検出される環境温度よりも２００℃高い温度となるように、各発熱体１２０ａ、１２０ｂに流す電流量がフィードバック制御される。
【００４０】
例えば、図１中の白抜き矢印方向から流体が流れてくるとする。ここで、上述したように、加熱された発熱体１２０ａ、１２０ｂは流体が流れることにより、熱を奪われて温度が下がるが、流体の流れの下流側の発熱体１２０ｂは、上流側の発熱体１２０ａを通過する時に加熱された流体が下流側の発熱体１２０ｂに接するために、熱が少ししか奪われず、温度の下がりは小さい。そして、このように各発熱体１２０ａ、１２０ｂの熱の奪われ方は、流体の流量に応じたものとなる。
【００４１】
したがって、制御回路は、発熱体１２０ａおよび発熱体１２０ｂが常に環境温度よりも２００℃高い温度になるように各発熱体１２０ａ、１２０ｂへの通電量をそれぞれ大きくし、それらの通電量に基づいて、流体の流量および流れの方向を検出することが可能となる。以上のようにして、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１における被測定流体の流量検出が行われる。
【００４２】
続いて、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１の製造方法について、図３を参照して説明する。
【００４３】
まず、第１工程として、図３（ａ）に示すように、表面１ｄおよび表面１ｄと反対側の裏面１ｂを有し、少なくとも表面１ｄを含む部分（ここでは、半導体層１２）が単結晶シリコンで構成された第１導電型の半導体基板１を用意する。ここでは、半導体基板１として、支持基板としてのシリコン基板１０、埋め込み層としての酸化膜１１、およびＳＯＩ層としての半導体層１２で構成される一般に知られたＳＯＩ基板を用意している。また、この半導体層１２は、エピタキシャル成長法などによって単結晶シリコンとされたものである。この第１工程が、特許請求の範囲に記載の第１工程に相当する。
【００４４】
次に、第２工程として、図３（ｂ）に示すように、半導体基板１の表面１ｄを含む部分（半導体層１２）についてパターニングおよび不純物添加を行うことにより、第２導電型の流量検出部１２０を形成する。例えば、フォトエッチングなどによってパターニングを行い、インプラ（イオン注入）などによって不純物を添加することで、第２導電型の流量検出部１２０を形成する。この第２工程が、特許請求の範囲に記載の第２工程に相当する。
【００４５】
また、本実施形態では、第２工程において、半導体基板１の表面１ｄを含む部分についてパターニングをすることにより、流量検出部１２０を形成すると同時に、配線層１２１ａ〜１２１ｆも形成する。
【００４６】
次に、第３工程として、図３（ｃ）に示すように、半導体基板１において、流量検出部１２０を被覆するように第１窒化膜３を形成した後、第１窒化膜３を被覆するように絶縁膜２を形成する。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ（Low Pressure − Chemical Vapor Deposition：減圧化学気相成長）法やプラズマＣＶＤ法などにより、窒化シリコンを主成分とする第１窒化膜３を形成する。また、例えば、ＣＶＤ法などにより、ＢＰＳＧを主成分とする絶縁膜２を形成する。この第３工程が、特許請求の範囲に記載の第３工程に相当する。
【００４７】
また、図３（ｃ）に示すように、本実施形態では、第３工程において、さらに、半導体基板１において、絶縁膜２を被覆するように第２窒化膜４を形成する。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより、窒化シリコンを主成分とする第２窒化膜４を形成する。
【００４８】
また、図３（ｃ）に示すように、本実施形態では、第３工程において、さらに、半導体基板１の裏面１ｂに窒化シリコンを主成分とする第３窒化膜５を形成する。例えば、ＬＰ−ＣＶＤ法やプラズマＣＶＤ法などにより、窒化シリコンを主成分とする第３窒化膜５を形成する。
【００４９】
次に、図３（ｄ）に示すように、フォトエッチングなどによって、第１窒化膜３、絶縁膜２、および第２窒化膜４を貫通するように、コンタクトホールを形成する。そして、Ａｌをデポジションにより形成した後、フォトエッチングなどによってＡｌをパターニングすることでパッド１３ａ〜１３ｆを形成する（図３（ｄ）では、パッド１３ｃのみが現われている）。なお、ここではＡｌをパターニングしてパッド１３ａ〜１３ｆとしたが、引き出し配線を構成するようにしてもよい。
【００５０】
次に、第４工程として、図３（ｅ）に示すように、半導体基板１の裏面１ｂのうち流量検出部１２０に対応する部分に凹部１ｃを形成する。例えば、まず、フォトエッチングなどによって、第３窒化膜５のうち流量検出部１２０に対応する部分において第３窒化膜５を貫通する空洞部を形成する。その後に、この第３窒化膜５をマスクとして、シリコン基板１０を露出部分から異方性エッチングをすることで、シリコン基板１０にシリコン基板１０を貫通する空洞部を形成する。これにより、半導体基板１の裏面１ｂに凹部１ｃを形成する。この第４工程が、特許請求の範囲に記載の第４工程に相当する。以上の第１〜４工程を経て、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１が完成する。
【００５１】
以上説明したように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１の製造方法では、「発明が解決しようとする課題」にて記載した２つの方法に比べて容易に、流量検出部１２０が単結晶シリコンで構成された感熱式流量センサＳ１を製造することができる。なお、第１窒化膜３、第２窒化膜４、第３窒化膜５を、すべて、同一材料を用いて製造すれば、製造効率がよくなる。
【００５２】
上記で説明したように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、本実施形態では、単結晶シリコンに不純物が添加されたことで流量検出部１２０が構成されている。また、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２よりも非透湿性が高い第１窒化膜３が、半導体基板１と絶縁膜２との間において、少なくとも流量検出部１２０を被覆するように設けられている。
【００５３】
このため、多結晶シリコンに不純物が添加されたことで流量検出部１２０が構成された場合に比べて、流量検出部１２０による流体流量の検出精度が高くなる。加えて、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、湿気が絶縁膜２の下側（半導体基板１側）から絶縁膜２に向かって侵入しようとしても、第１窒化膜３がカバーとなることで、湿気の絶縁膜２への侵入は妨げられる。これにより、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２での吸湿が抑制され、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動を抑制することができる。すなわち、凹部に対して下側から侵入する湿気についても止めることができ、下側から侵入する湿気について十分に吸湿を抑制することができる。そして、この第１窒化膜３を有する感熱式流量センサＳ１は、上記の製造方法によって、容易に製造することができる。
【００５４】
また、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１において、半導体基板１をＳＯＩ基板によって構成することができる。
【００５５】
また、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２を挟んで第１窒化膜３と反対側に設けられた窒化シリコンを主成分とする第２窒化膜４が備えられている。
【００５６】
このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第１窒化膜３によって絶縁膜２の下側からの湿気による吸湿を抑制できると共に、上側からの湿気についても、第２窒化膜４がカバーとなることで、絶縁膜２への侵入が妨げられる。よって、絶縁膜２での吸湿がさらに抑制され、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動をさらに抑制することができる。
【００５７】
また、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、半導体基板１の他面１ｂに設けられた窒化シリコンを主成分とする第３窒化膜５が備えられている。
【００５８】
このため、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、第３窒化膜５がカバーとなることで、絶縁膜２の下側からの湿気による絶縁膜２の吸湿をさらに抑制でき、ひいては絶縁膜２での吸湿に起因するセンサ特性の変動をさらに抑制することができる。
【００５９】
また、上記で説明したように、本実施形態に係る感熱式流量センサＳ１は、以下の第１〜４工程を有する製造方法によって製造される。すなわち、第１工程では、表面１ｄおよび表面１ｄと反対側の裏面１ｂを有し、少なくとも表面１ｄを含む部分１２が単結晶シリコンで構成された第１導電型の半導体基板１を用意する。第２工程では、半導体基板１における表面１ｄを含む部分１２についてパターニングおよび不純物添加を行うことにより、第２導電型の流量検出部１２０を形成する。第３工程では、半導体基板１において、流量検出部１２０を被覆するように第１窒化膜３を形成した後、第１窒化膜３を被覆するように絶縁膜２を形成する。第４工程では、半導体基板１の裏面１ｂのうち流量検出部１２０に対応する部分に凹部１ｃを形成する。
【００６０】
この製造方法によれば、「発明が解決しようとする課題」にて記載した２つの方法に比べて容易に、流量検出部１２０が単結晶シリコンで構成された感熱式流量センサＳ１を製造することができる。なお、第１窒化膜３、第２窒化膜４、第３窒化膜５を、すべて、同一材料を用いて製造すれば、製造効率がよくなる。
【００６１】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６２】
第１実施形態に係る感熱式流量センサＳ１において、半導体基板１の一面１ａと第１窒化膜３の間に、別の膜などが介在していてもよい。
【００６３】
第１実施形態に係る感熱式流量センサＳ１では、絶縁膜２をＢＰＳＧで構成していたが、絶縁膜２の材質はこれに限られず、絶縁膜２を、吸湿性を有し、かつ、被覆性を有する他の材料、例えばＴＥＯＳ、ＰＳＧ、ＢＳＧで構成してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１      半導体基板
１２０  流量検出部
２      絶縁膜
３      第１窒化膜
４      第２窒化膜
５      第３窒化膜
【図１】
0006292075.tif 000002
【図２】
0006292075.tif 000003
【図３】
0006292075.tif 000004