(57)【要約】【課題】ヒータを構成する半導体層の段差を無くし、センサ特性の悪化を防止できる熱式流量センサの製造方法を提供する。【解決手段】熱式流量センサＳ１を形成するために用いるＳＯＩ基板のＳＯＩ層のうちヒータパターンとなる部分以外を選択酸化し、ヒータパターンの周囲にシリコン酸化膜１３を形成する。つまり、ヒータパターンに相当するヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲に、ヒータパターンとほぼ同じ膜厚のシリコン酸化膜１３を配置する。これにより、ヒータパターンの段差を無くすことができ、段差の部分に汚染物質が付着したり、異物が衝突したときに剥がれが発生したりする等、センサ特性の悪化の要因を無くすことが可能となる。【選択図】図２
2007286007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞部（１０ａ）が形成されたシリコン基板（１０）と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ａ）を覆うように形成された絶縁膜（１１）と、
前記絶縁膜（１１）の上に形成された、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）を含むヒータパターンを構成する半導体層（１２）とを有し、
前記シリコン基板（１０）を支持基板、前記絶縁膜（１１）を埋め込み層、前記半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いて形成され、前記シリコン基板（１０）における前記空洞部（１０ａ）に形成された前記絶縁膜（１１）をメンブレンとして構成されてなる熱式流量センサであって、
前記ＳＯＩ層により構成された前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）の周囲は、前記ＳＯＩ層を選択酸化させることによって形成したシリコン酸化膜（１３）で囲まれていることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項２】
前記半導体層（１２）と前記シリコン酸化膜（１３）は膜厚が等しくされていることを特徴とする請求項１に記載の熱式流量センサ。
【請求項３】
シリコン基板（１０）と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ｂ）側に形成された絶縁膜（１１）と、
前記絶縁膜（１１）の上に形成された、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）を含むヒータパターンを構成する半導体層（１２）とを有し、
前記シリコン基板（１０）を支持基板、前記絶縁膜（１１）を埋め込み層、前記半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いて形成された熱式流量センサであって、
前記ＳＯＩ層により構成された前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）の周囲は、前記ＳＯＩ層を選択酸化させることによって形成したシリコン酸化膜（１３）で囲まれており、該シリコン酸化膜（１３）が前記ヒータパターンよりも前記絶縁膜（１１）側に突出していることで、前記絶縁膜（１１）と前記ヒータパターンとの間が離間して空洞部（４０）が形成されていることを特徴とする熱式流量センサ。
【請求項４】
前記半導体層（１２）と前記シリコン酸化膜（１３）の上面は同じ高さと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つに記載の熱式流量センサ。
【請求項５】
空洞部（１０ａ）が形成されたシリコン基板（１０）と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ａ）を覆うように形成された絶縁膜（１１）と、
前記絶縁膜（１１）の上に形成された、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）を含むヒータパターンを構成する半導体層（１２）とを有し、
前記シリコン基板（１０）を支持基板、前記絶縁膜（１１）を埋め込み層、前記半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いて形成され、前記シリコン基板（１０）における前記空洞部（１０ａ）に形成された前記絶縁膜（１１）をメンブレンとして構成されてなる熱式流量センサの製造方法であって、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）に前記絶縁膜（１１）が形成されていると共に、前記絶縁膜（１１）の上面に前記ＳＯＩ層が形成されてなる前記ＳＯＩ基板を用意する工程と、
前記ＳＯＩ層のうち前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスク（３１）を配置する工程と、
前記マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、前記ＳＯＩ層の露出部分を選択酸化することによりシリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、
前記マスク（３１）を除去したのち、前記半導体層（１２）および前記シリコン酸化膜（１３）の上面に保護膜（１８、２０）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする熱式流量センサの製造方法。
【請求項６】
シリコン基板（１０）と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ｂ）側に形成された絶縁膜（１１）と、
前記絶縁膜（１１）の上に形成された、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）を含むヒータパターンを構成する半導体層（１２）とを有し、
前記シリコン基板（１０）を支持基板、前記絶縁膜（１１）を埋め込み層、前記半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いた熱式流量センサの製造方法であって、
前記支持基板となる前記シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）に前記絶縁膜（１１）を形成する工程と、
前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を用意し、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）のうち前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスクを配置する工程と、
前記マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の露出部分を選択酸化することにより、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）から突出するシリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、
前記シリコン酸化膜（１３）と前記絶縁膜（１１）とを貼り合わせることにより、前記支持基板を構成する前記シリコン基板（１０）と前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）とを一体化させる工程と、
前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を薄厚化させることにより、前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）および前記シリコン酸化膜（１３）のみを残す工程と、を含んでいることを特徴とする熱式流量センサの製造方法。
【請求項７】
空洞部（１０ａ）が形成されたシリコン基板（１０）と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ｂ）側において、前記空洞部（１０ａ）を覆うように形成された絶縁膜（１１）と、
前記絶縁膜（１１）の上に形成された、ヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）を含むヒータパターンを構成する半導体層（１２）とを有し、
前記シリコン基板（１０）を支持基板、前記絶縁膜（１１）を埋め込み層、前記半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いて形成され、前記シリコン基板（１０）における前記空洞部（１０ａ）に形成された前記絶縁膜（１１）をメンブレンとして構成されてなる熱式流量センサの製造方法であって、
前記支持基板となる前記シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）からエッチングすることで前記空洞部（１０ａ）を形成する工程と、
前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を用意し、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）のうち前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスクを配置する工程と、
前記マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の露出部分を選択酸化することにより、シリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、
前記マスクを除去した後、前記半導体層（１２）および前記シリコン酸化膜（１３）の表面に前記絶縁膜（１１）を形成する工程と、
前記シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）と前記絶縁膜（１１）とを貼り合わせることにより、前記支持基板を構成する前記シリコン基板（１０）と前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）とを一体化させる工程と、
前記ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を薄厚化させることにより、前記ヒータパターンを構成する前記半導体層（１２）および前記シリコン酸化膜（１３）のみを残す工程と、を含んでいることを特徴とする熱式流量センサの製造方法。
【請求項８】
前記絶縁膜（１１）を形成する工程は、前記シリコン酸化膜（１３）および前記マスクを研磨し、前記マスクを除去すると共に前記シリコン酸化膜（１３）を平坦化することで前記半導体層（１２）を露出させる工程を含んでいることを特徴とする請求項７に記載の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、薄膜部により構成されるメンブレンが設けられた流量センサの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、発熱抵抗体と測温抵抗体を用いた熱式流量センサが開示されている。熱式流量センサは、発熱抵抗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抵抗体の放熱量を測温抵抗体により検出して、被測定流体の流量を検出する。このような熱式流量センサでは、基板に凹部や空洞部を形成することにより、基板との接触を減らし、基板への熱伝達を抑制できるようにした薄膜部としてのメンブレンが設けられる。このメンブレンの上に発熱抵抗体と測温抵抗体を配置することで、熱式流量センサの応答性を高めている。
【０００３】
この特許文献１に示される熱式流量センサでは、ＳＯＩ（Silicon on insulator）基板を用いて製造されており、ＳＯＩ基板におけるＳＯＩ層を薄厚化したのち、ＳＯＩ層に不純物をドーピングし、さらにＳＯＩ層をパターニングすることで、不純物がドーピングされた半導体層からなる抵抗体により構成されるヒータパターンを形成している。
【特許文献１】特開２００１−１２９８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された熱式流量センサにおいては、ヒータパターンを構成する各部の周囲を絶縁すべく、ＳＯＩ層をパターニングすることによってヒータパターンを構成しているため、ヒータパターンに段差が生じる。このため、この段差の部分に汚染物質が付着したり、異物が衝突したときに剥がれが発生したりする等、センサ特性の悪化の要因となっていた。
【０００５】
本発明は上記点に鑑みて、ヒータを構成する半導体層の段差を無くし、センサ特性の悪化を防止できる熱式流量センサ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】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明では、シリコン基板（１０）を支持基板、絶縁膜（１１）を埋め込み層、半導体層（１２）をＳＯＩ層としたＳＯＩ基板を用いて形成され、シリコン基板（１０）における空洞部（１０ａ）に形成された絶縁膜（１１）をメンブレンとして構成されてなる熱式流量センサであって、ＳＯＩ層により構成されたヒータパターンを構成する半導体層（１２）の周囲は、ＳＯＩ層を選択酸化させることによって形成したシリコン酸化膜（１３）で囲まれていることを第１の特徴としている。
【０００７】
このように、ＳＯＩ基板のＳＯＩ層のうちヒータパターンとなる部分以外を選択酸化することにより、ヒータパターンの周囲にシリコン酸化膜（１３）が形成されるようにしている。つまり、ヒータパターンに相当するヒータ（１５ａ、１５ｂ）および配線層（１７ａ〜１７ｆ）の周囲に、ヒータパターンとほぼ同じ膜厚のシリコン酸化膜（１３）が配置されるようにしている。
【０００８】
したがって、ヒータパターンの段差を無くすことができ、段差の部分に汚染物質が付着したり、異物が衝突したときに剥がれが発生したりする等、センサ特性の悪化の要因を無くすことが可能となる。このため、熱式流量センサにおけるセンサ特性の悪化を防止することができる
また、本発明では、ＳＯＩ層により構成されたヒータパターンを構成する半導体層（１２）の周囲は、ＳＯＩ層を選択酸化させることによって形成したシリコン酸化膜（１３）で囲まれており、該シリコン酸化膜（１３）がヒータパターンよりも絶縁膜（１１）側に突出していることで、絶縁膜（１１）とヒータパターンとの間が離間して空洞部（４０）が形成されていることを第２の特徴としている。
【０００９】
このように、ＳＯＩ層を選択酸化させることによって形成したシリコン酸化膜（１３）がヒータパターンよりも絶縁膜（１１）側に突出した構成とし、これにより空洞部（４０）を構成しても良い。
【００１０】
なお、本発明の第１、第２の特徴において、半導体層（１２）とシリコン酸化膜（１３）の上面はほぼ同じ高さであれば良いが、平坦化のために例えば研磨等の処理を行うことで、これらの上面を同じ高さとすれば、より高い効果を得ることができる。
【００１１】
また、本発明の第１、第２の特徴を製造方法の発明として把握することもできる。例えば、本発明の第１の特徴に関しては、シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）に絶縁膜（１１）が形成されていると共に、絶縁膜（１１）の上面にＳＯＩ層が形成されてなるＳＯＩ基板を用意する工程と、ＳＯＩ層のうちヒータパターンを構成する半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスク（３１）を配置する工程と、マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、ＳＯＩ層の露出部分を選択酸化することによりシリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、マスク（３１）を除去したのち、半導体層（１２）およびシリコン酸化膜（１３）の上面に保護膜（１８、２０）を形成する工程と、を含んだ製造方法により実現することができる。
【００１２】
また、支持基板となるシリコン基板（１０）の表面（１０ａ）からエッチングすることで空洞部（１０ａ）を形成する工程と、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を用意し、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）のうちヒータパターンを構成する半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスクを配置する工程と、マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の露出部分を選択酸化することにより、シリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、マスクを除去した後、半導体層（１２）およびシリコン酸化膜（１３）の表面に絶縁膜（１１）を形成する工程と、シリコン基板（１０）の表面（１０ａ）と絶縁膜（１１）とを貼り合わせることにより、支持基板を構成するシリコン基板（１０）とＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）とを一体化させる工程と、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を薄厚化させることにより、ヒータパターンを構成する半導体層（１２）およびシリコン酸化膜（１３）のみを残す工程と、を含んだ製造方法により実現することもできる。
【００１３】
一方、本発明の第２の特徴に関しては、支持基板となるシリコン基板（１０）の表面（１０ａ）に絶縁膜（１１）を形成する工程と、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を用意し、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）のうちヒータパターンを構成する半導体層（１２）の形成予定領域を覆い、該半導体層（１２）の形成予定領域の周囲を露出させるマスクを配置する工程と、マスクを選択酸化防止マスクとして用いて、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の露出部分を選択酸化することにより、該ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）の表面（３０ａ）から突出するシリコン酸化膜（１３）を形成する工程と、シリコン酸化膜（１３）と絶縁膜（１１）とを貼り合わせることにより、支持基板を構成するシリコン基板（１０）とＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）とを一体化させる工程と、ＳＯＩ層形成用シリコン基板（３０）を薄厚化させることにより、ヒータパターンを構成する半導体層（１２）およびシリコン酸化膜（１３）のみを残す工程と、を含んだ製造方法により実現することができる。
【００１４】
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】
【００１５】
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、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の実施形態を適用した熱式流量センサＳ１の概略平面構成を示す図であり、図２は、図１中のＡ−Ａ線に沿った熱式流量センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【００１７】
熱式流量センサＳ１は、例えば板厚が４００μｍまたは６００μｍとされたシリコン基板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。
【００１８】
図２に示されるように、空洞部１０ａは、シリコン基板１０の表面１０ｂと裏面１０ｃを貫通するように形成されている。具体的には、空洞部１０ａは、シリコン基板１０の裏面１０ｃ側を開口部１０ｄとし、シリコン基板１０の裏面１０ｃ側から表面１０ｂ側へ向かって凹ませた凹部として構成されている。
【００１９】
また、図２に示されるように、シリコン基板１０の表面１０ｂ上には、シリコン酸化膜１１ａ、シリコン窒化膜１１ｂ、シリコン酸化膜１１ｃが積層された絶縁膜１１が形成されている。ここでいうシリコン窒化膜１１ｂは、ＳｉとＮを有する膜のことを意味しており、例えばＳｉ3Ｎ4やＳｉリッチのＳｉxＮyが該当する。このシリコン窒化膜１１ｂは、引っ張り応力を有する膜となっており、例えば、０．０５〜０．４μｍ程度の膜厚とされている。また、シリコン酸化膜１１ｃは、ＳｉとＯを有する膜のことを意味しており、例えばＳｉＯ2、Ｎを微小に含んだＳｉＯxＮy、ポーラスシリカなどが該当する。このシリコン酸化膜１１ｃは、圧縮応力を有する膜となっており、例えば、０．０１〜１μｍ程度の膜厚とされている。
【００２０】
この絶縁膜１１の表面には、シリコン層に不純物を熱拡散させたことによって形成されたヒータパターンを構成する半導体層１２が形成されていると共に、該半導体層１２の周囲を囲むようにシリコン酸化膜１３が形成され、半導体層１２の周囲が絶縁されている。これら半導体層１２およびシリコン酸化膜１３の膜厚はほぼ同じとされている。具体的には、半導体層１２により、ヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆを構成する抵抗体が形成されており、これらヒータ１５ａ、１５ｂと温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲がシリコン酸化膜１３で埋め尽くされた状態とされている。
【００２１】
このように構成されたシリコン基板１０と絶縁膜１１、半導体層１２およびシリコン酸化膜１３は、シリコン基板１０を支持基板、絶縁膜１１を埋め込み層（ＢＯＸ層）、半導体層１２およびシリコン酸化膜１３をＳＯＩ層とするＳＯＩ基板を用いて形成されたものであり、シリコン酸化膜１３はＳＯＩ層のうちヒータパターン以外の部分を選択酸化させることにより形成されている。
【００２２】
さらに、半導体層１２およびシリコン酸化膜１３は、ＢＰＳＧ等からなる絶縁膜１８とシリコン窒化膜２０によって覆われている。これら絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０によって、熱式流量センサＳ１の表面が保護されている。また、これら絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０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〜１９ｆと半導体層１２の所望場所とが電気的に接続されている。そして、パッド１９ａ〜１９ｆに対してワイヤ２１ａ〜２１ｆがボンディングされることで、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。
【００２３】
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には開口部が形成されており、この開口部を通じてシリコン基板１０の開口部１０ｄが形成されている。
【００２４】
このような構造により、熱式流量センサＳ１が構成されている。
【００２５】
続いて、このような熱式流量センサＳ１で被測定流体である空気の流量検出を行うときの動作の一例について説明する。
【００２６】
ヒータ１５ａ、１５ｂは、図示しない制御回路によって駆動され、例えば温度計１６ａ、１６ｂ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２１ｂ、２１ｃ、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、ワイヤ２１ｄ、２１ｃ、パッド１９ｄ、１９ｅおよび配線層１７ｄ、１７ｅ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、これに伴ってヒータ温度が上昇する。
【００２７】
この時、空気の流れによって、ヒータ１５ａ、１５ｂの熱が奪われる。空気の流量によって熱の奪われ方に差が生じる。ヒータ１５ａ、１５ｂが常に一定の温度になるように、制御回路側で電流を調整する。この時の電流値の変化を信号として、流量を算出する。また、流れの方向によって、２本のヒータ１５ａ、１５ｂで熱の奪われ方に差が生じる。すなわち、下流側に較べて上流側の方が熱の奪われ方が激しく、より多くの電流が必要になってくる。この両者の差から、流量と同時に、流れの方向を検知することが出来る。各温度計１６ａ、１６ｂは基準となる環境温度の検出用として利用される。
【００２８】
例えば、図１（ａ）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のうちヒータ１５ａは多く熱を奪われるため、制御回路がヒータ１５ａの温度（抵抗値）を一定に保とうとヒータ１５ａへの通電量を大きくする。逆に、ヒータ１５ａの発熱によって暖められた空気がヒータ１５ｂの上を通過するため放熱量が減り、ヒータ１５ｂへの通電量を小さくする。
【００２９】
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。
なお、ここで言うヒータ１５ａ、１５ｂとは、温度によって抵抗値が変化する発熱抵抗体であり、感温抵抗体の機能を兼ね備えている。すなわち、温度をヒータ１５ａ、１５ｂの抵抗値に置き換えて一定に保っている。このため応力による抵抗値変化（ピエゾ抵抗効果）が生じると、温度が正しく保てなくなり、誤差要因となる。
【００３０】
続いて、本実施形態で示される熱式流量センサ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。
【００３１】
〔図３（ａ）に示す工程〕
まず、単結晶シリコンで構成された支持基板となるシリコン基板１０を用意する。例えば、シリコン基板１０として、面方位が（１００）で、６００μｍ程度の板厚を有する６インチウェハを用いる。
【００３２】
そして、シリコン基板１０における表面１０ｂを酸化することによって、０．２〜０．７μｍ程度の膜厚でシリコン酸化膜１１ａを形成したのち、シリコン酸化膜１１ａの上面に、ＬＰ−ＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法によってシリコン窒化膜１１ｂを例えば０．０５〜０．４μｍ程度デポジションする。このとき、シリコン窒化膜１１ｂが引っ張り応力を有する膜となるように、これらの成膜条件を設定する。メンブレンを構成するシリコン窒化膜１１ｂ、シリコン酸化膜１１ｃ、絶縁膜１８、シリコン窒化膜２０のうちの多くが圧縮応力を有する膜として構成されるが、圧縮応力が働くとメンブレンが破損しやすくなることが知られている。このため、シリコン窒化膜１１ｂが引っ張り応力を有する膜となるようにすることで、メンブレンが破損し難くなるようにしている。
【００３３】
一方、単結晶シリコンで構成されたＳＯＩ層を構成するシリコン基板３０を用意する。例えば、シリコン基板１０と同じものを用いることができる。そして、シリコン基板３０における表面３０ａ（および裏面３０ｂ）上に、熱酸化によってシリコン酸化膜１１ｃを例えば０．０１〜１μｍ程度形成する。
【００３４】
そして、シリコン基板１０における表面１０ｂ側のシリコン窒化膜１１ｂとシリコン基板３０における表面３０ａ側のシリコン酸化膜１１ｃを貼り合わせることで、２枚のシリコン基板１０、３０を一体化させる。具体的には、シリコン窒化膜１１ｂとシリコン酸化膜１１ｃをこれらの間にボイド（空孔）が形成されないように重ね合わせ、１０００℃以上の高温での熱処理を行う。これにより、埋め込み層を構成する絶縁膜１１がシリコン窒化膜１１ｂおよびシリコン酸化膜１１ｃによって構成されたＳＯＩ基板が形成される。
【００３５】
〔図３（ｂ）に示す工程〕
ＣＭＰ（Chemical Mechanical polishing）等により、シリコン基板３０を研磨し、例えば０．２〜２μｍの膜厚となるまで薄厚化することでＳＯＩ層を形成する。この後、ＳＯＩ層に対してドナー不純物（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなど）もしくはアクセプタ不純物（例えば、Ｂ、Ａｌ）を例えば１×１０19〜１×１０21ｃｍ-3程度でイオン注入したのち、活性化熱処理を行うことにより、半導体層１２を形成する。
【００３６】
なお、ここでは不純物をイオン注入によりドーピングしているが、元々、シリコン基板３０を形成する際のシリコン結晶成長時にドナー不純物（例えば、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂなど）やアクセプタ不純物（例えば、Ｂ、Ａｌ）がドーピングされる雰囲気としておけば、ここでのイオン注入を行わなくても良くなる。
【００３７】
また、ここではＣＭＰ等によりシリコン基板３０を研磨する場合を例に挙げたが、スマートカットによってＳＯＩ層を形成しても良い。例えば、シリコン基板３０の表面３０ａにシリコン酸化膜１１ｃを形成したのち、シリコン酸化膜１１ｃの上方から水素イオンのイオン注入を行っておく。このときのイオン注入による水素イオンの注入深さは、ＳＯＩ層（半導体層１２）の厚みと同等となるようにする。つまり、ＳＯＩ層を例えば１μｍの厚みとするのであれば、水素イオンの注入深さも１μｍとなるようにする。そして、熱処理を行うことで、シリコン基板３０を水素イオンが注入された位置で割ることで、所望の膜厚のＳＯＩ層を形成することも可能である。
【００３８】
〔図３（ｃ）に示す工程〕
不純物を熱拡散させたときに半導体層１２の表面に形成されたリンガラスを除去する工程等を行ったのち、半導体層１２の表面にマスクとして例えばシリコン窒化膜３１を配置し、フォトエッチングにてシリコン酸化膜３１のうちヒータパターン以外の部分、つまりシリコン酸化膜１３を形成する予定領域と対応する部分を除去する。
【００３９】
そして、シリコン窒化膜３１を酸化防止マスクとした選択酸化を行うことで、シリコン酸化膜３１で覆われていない部分を酸化させ、その後、シリコン窒化膜３１を除去する。このとき、半導体層１２のうち酸化される部分の最深部、つまりシリコン酸化膜１１ｃに達する位置まで完全に酸化されるように、選択酸化の際の熱処理時間や温度を設定している。これにより、ヒータパターンに相当するヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆは酸化されないまま残され、これらヒータ１５ａ、１５ｂと温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲がシリコン酸化膜１３で埋め尽くされた状態とされている。
【００４０】
このとき、選択酸化により、シリコン酸化膜１３の膜厚が半導体層１２のうちヒータパターンを構成する部分と比べて厚くなることで段差が形成される場合、シリコン窒化膜３１を除去する前に、シリコン窒化膜３１をエッチングマスクとして、酸化後の膜厚増加分だけシリコン酸化膜１３をエッチングすると、より段差を小さくすることが可能となる。ただし、ここで発生する膜厚増加による段差は、従来のようにヒータパターンそのものの段差、つまりＳＯＩ層の膜厚分の段差と比べると十分に小さいものであるため、膜厚増加分を必ずしもエッチングしなければならない訳ではない。
【００４１】
〔図４（ａ）に示す工程〕
半導体層１２の表面の安定化のために、必要に応じて半導体層１２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を形成する。続いて、必要に応じてアニール処理を行うことで表面の段差を平坦化したのち、シリコン基板１０の表面１０ｂ側の全面に、プラズマＣＶＤ法等によって例えば３．２μｍ程度の膜厚で保護膜となるシリコン窒化膜２０をデポジションする。これにより、メンブレンの厚膜化を図ることができ、空気中に混ざったダストがメンブレンに衝突したときの破損を防止できると共に、空気の圧力変動に対するメンブレンの変形を抑制できるため、計測精度の悪化も防止できる。なお、ここではシリコン窒化膜２０と絶縁膜１８の両方を形成する場合について説明したが、これらのうちの一方でもあれば、保護膜として機能する。
【００４２】
続いて、フォトエッチング工程によって絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０にコンタクトホールを形成する。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〜１９ｆを形成する。なお、ここではアルミニウムをパターニングしてパッド１９ａ〜１９ｆとしたが、引き出し配線を構成するようにしても良い。
【００４３】
〔図４（ｂ）に示す工程〕
ＬＰ−ＣＶＤ法等により、シリコン基板１０をエッチングする際のマスクとなるシリコン窒化膜２１を成膜する。そして、フォトエッチング工程により、シリコン窒化膜２１のうちシリコン基板１０の開口部１０ｄの形成予定位置と対応する部分を開口させる。
【００４４】
〔図４（ｃ）に示す工程〕
シリコン窒化膜２１をマスクとしてシリコン基板１０を露出部分から例えばＫＯＨ等を用いてシリコン酸化膜１１ａが露出するまで異方性エッチングを行うことで、シリコン基板１０に開口部１０ｄを形成することにより、空洞部１０ａを構成する。このとき、シリコン基板１０の面方位が（１００）とされているため、図１に示すような形状に開口部１０ｄが形成される。これにより、図１、図２に示される本実施形態の熱式流量センサＳ１が完成する。
【００４５】
以上説明したように、本実施形態の熱式流量センサＳ１では、熱式流量センサＳ１を形成するために用いるＳＯＩ基板のＳＯＩ層のうちヒータパターンとなる部分以外を選択酸化することにより、ヒータパターンの周囲にシリコン酸化膜１３が形成されるようにしている。つまり、ヒータパターンに相当するヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲に、ヒータパターンとほぼ同じ膜厚のシリコン酸化膜１３が配置されるようにしている。
【００４６】
したがって、ヒータパターンの段差を無くすことができ、段差の部分に汚染物質が付着したり、異物が衝突したときに剥がれが発生したりする等、センサ特性の悪化の要因を無くすことが可能となる。このため、熱式流量センサＳ１におけるセンサ特性の悪化を防止することができる。
【００４７】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態では、図３（ａ）に示す工程において、シリコン基板１０とＳＯＩ層との間にシリコン酸化膜１１ａとシリコン窒化膜１１ｂおよびシリコン酸化膜１１ｃを形成し、これらによる３層構造によって絶縁膜１１を構成したが、図５（ａ）に示す断面図に示されるように、シリコン酸化膜１１ｃを形成せずに、シリコン窒化膜１１ｂの上にＳＯＩ層が形成された形態としても良い。
【００４８】
この場合、完成した熱式流量センサＳ１の断面構成は図５（ｂ）のようになり、絶縁膜１１がシリコン酸化膜１１ａとシリコン窒化膜１１ｂで構成され、メンブレンがシリコン酸化膜１１ａとシリコン窒化膜１１ｂ、半導体層１２、シリコン酸化膜１３、絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０で構成されることになる。
【００４９】
なお、このような構造は、支持基板となるシリコン基板１０の表面１０ｂを酸化してシリコン酸化膜１１ａを形成したものと、ＳＯＩ層を形成するためのシリコン基板３０の表面３０ａにＬＰ−ＣＶＤ法等によってシリコン窒化膜１１ｂを形成したものとを用意し、これらを貼り合わせることによって形成される。
【００５０】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態の熱式流量センサＳ１は、第１実施形態のようにヒータパターンの下地にシリコン酸化膜１１ｃが形成されておらず、ヒータパターンの下方を空洞部としている。そして、第１実施形態の熱式流量センサＳ１に備えられていた空洞部１０ａやシリコン窒化膜２１を廃止した構造としている。この他の部分に関しては、本実施形態の熱式流量センサＳ１は、第１実施形態と同様となっている。
【００５１】
図６（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の熱式流量センサＳ１の製造工程の一部を示した断面図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態の熱式流量センサＳ１の製造方法について説明する。
【００５２】
まず、図６（ａ）に示す工程では、上述した図３（ａ）の工程と同様の手法により、シリコン基板１０の表面１０ｂにシリコン酸化膜１１ａやシリコン窒化膜１１ｂを形成する。
【００５３】
次に、ＳＯＩ層形成用のシリコン基板３０として、元々不純物がドーピングされたものを用意するか、もしくは、ドーピング前のシリコン基板３０を用意し、その表面３０ａに不純物をイオン注入する。そして、図示しないが、このシリコン基板３０の表面３０ａに酸化防止マスクとして例えばシリコン窒化膜を配置したのち、フォトエッチングにてシリコン窒化膜のうちヒータパターン以外の部分、つまりシリコン酸化膜１３を形成する予定領域と対応する部分を除去する。
【００５４】
続いて、シリコン窒化膜を酸化防止マスクとした選択酸化（いわゆるＬＯＣＯＳ酸化）を行うことで、シリコン窒化膜で覆われていない部分を酸化させ、その後、シリコン窒化膜を除去する。これにより、ヒータパターンに相当するヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆは酸化されないまま残され、これらヒータ１５ａ、１５ｂと温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲がシリコン酸化膜１３で埋め尽くされた状態とされている。このとき、半導体層１２のうち酸化される部分が表面３０ａよりもＳＯＩ層の膜厚分以上入り込み、かつ、表面３０ａから十分に突出するように選択酸化の際の熱処理時間や温度を設定している。
【００５５】
そして、図６（ｂ）に示す工程では、シリコン基板１０に形成したシリコン窒化膜１１ｂの上面にシリコン基板３０に形成したシリコン酸化膜１３の上面を貼り合わせ、シリコン基板１０およびシリコン基板３０を一体化させる。これにより、シリコン酸化膜１３がシリコン基板３０の表面３０ａ（ヒータパターンの一面）よりも突出していることから、ヒータパターンとシリコン窒化膜１１ｂとが離間し、これらの間に空洞部４０が構成される。その後、シリコン基板３０を研磨等によって薄厚化し、ＳＯＩ層の膜厚分だけ残すことで、ヒータパターンおよびその周囲を囲むシリコン酸化膜１３のみが残される。
【００５６】
なお、この後の工程に関しては、第１実施形態で説明した図４（ａ）に示す工程を行うことで、本実施形態の熱式流量センサＳ１が完成する。
【００５７】
このようにしても、ヒータパターンに段差が形成されないようにすることができるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ヒータパターンの下方に空洞部４０を形成することができるため、ヒータパターンを含めた空洞部４０よりも上方の膜（ヒータパターン、絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０）をメンブレンとすることができるため、第１実施形態の図４（ｂ）、（ｃ）の工程を行わなくても良い。したがって、熱式流量センサＳ１の製造工程の簡略化を図ることも可能となる。また、シリコン窒化膜１１ｂをヒータ部１２、酸化膜１３の上面に形成しても同等の効果が得られる。
【００５８】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態の熱式流量センサＳ１は、シリコン基板１０に対して予め空洞部１０ａを形成しておき、空洞部１０ａよりも上方の膜によりメンブレンを構成している。そして、第１実施形態の熱式流量センサＳ１に備えられていたシリコン窒化膜２１を廃止した構造としている。この他の部分に関しては、本実施形態の熱式流量センサＳ１は、第１実施形態と同様となっている。
【００５９】
図７（ａ）、（ｂ）は、本実施形態の熱式流量センサＳ１の製造工程の一部を示した断面図である。以下、これらの図を参照して、本実施形態の熱式流量センサＳ１の製造方法について説明する。
【００６０】
まず、図７（ａ）に示す工程では、シリコン基板１０を用意し、シリコン基板１０の表面１０ｂに対してマスクを配置したのち、マスクのうち空洞部形成予定位置を開口させる。その後、シリコン基板１０のうちマスクから露出した部分をドライエッチング等により深堀りし、シリコン基板１０に空洞部１０ａを形成する。
【００６１】
一方、上記図６（ａ）に示す工程と同様の手法により、シリコン基板３０の表面３０ａにシリコン酸化膜１３を選択酸化により形成する。これにより、ヒータパターンに相当するヒータ１５ａ、１５ｂと環境温度を測定するための温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆは酸化されないまま残され、これらヒータ１５ａ、１５ｂと温度計１６ａ、１６ｂおよび配線層１７ａ〜１７ｆの周囲がシリコン酸化膜１３で埋め尽くされた状態とされている。
【００６２】
続いて、研磨等により、シリコン基板３０の表面３０ａ側に形成されたシリコン酸化膜１３および選択酸化の際に用いたシリコン窒化膜を除去し、ヒータパターンを露出させる。その後、ヒータパターン上にシリコン酸化膜１１ｃ、シリコン窒化膜１１ｂおよびシリコン酸化膜１１ａを順に形成することで絶縁膜１１を形成する。
【００６３】
そして、図７（ｂ）に示す工程では、シリコン基板１０の表面１０ｂとシリコン基板３０に形成した絶縁膜１１の上面を貼り合わせ、シリコン基板１０およびシリコン基板３０を一体化させる。これにより、シリコン基板１０に形成してあった空洞部１０ａにより、この部分においてヒータパターンとシリコン基板１０とが離間し、これらの間に空洞部１０ａが残される。その後、シリコン基板３０を研磨等によって薄厚化し、ＳＯＩ層の膜厚分だけ残すことで、ヒータパターンおよびその周囲を囲むシリコン酸化膜１３のみが残される。
【００６４】
なお、この後の工程に関しては、第１実施形態で説明した図４（ａ）に示す工程を行うことで、本実施形態の熱式流量センサＳ１が完成する。
【００６５】
このようにしても、ヒータパターンに段差が形成されないようにすることができるため、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、ヒータパターンの下方に空洞部１０ａを形成することができ、ヒータパターンを含めた空洞部１０ａよりも上方の膜（ヒータパターン、絶縁膜１８およびシリコン窒化膜２０）をメンブレンとすることができるため、第１実施形態の図４（ｂ）、（ｃ）の工程を行わなくても良い。したがって、熱式流量センサＳ１の製造工程の簡略化を図ることも可能となる。
【００６６】
（他の実施形態）
上記各実施形態において、各部の構造は適宜変更可能であり、上記各実施形態に示されたものに限るものではない。例えば、絶縁膜１１の構成として、シリコン酸化膜１１ａ、シリコン窒化膜１１ｂおよびシリコン酸化膜１１ｃの３層構造やシリコン酸化膜１１ａおよびシリコン窒化膜１１ｂの２層構造を採用する場合について説明したが、絶縁膜１１は単層の膜であっても良いし、３層を超える複数層の積層構造であっても構わない。
【００６７】
また、上記第１実施形態で説明したように、上記第２〜第４実施形態についても、ＳＯＩ層を形成するために用いられるシリコンン基板３０の薄厚化をスマートカットにより行っても良い。
【００６８】
さらに、例えば、図８に示す熱式流量センサＳ１の断面図に示すように、上記第３実施形態のような空洞部４０を備えた構造と、第４実施形態のような空洞部１０ａを備えた構造を組み合わせた構造としても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、ヒータ１５ａ、１５ｂは特許文献１の発熱抵抗体と測温抵抗体を兼用した構成であるものを例に挙げて説明したが、発熱抵抗体と測温抵抗体を別体とした構成であっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる熱式流量センサＳ１の概略平面構成を示す図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った熱式流量センサＳ１の概略断面構成を示す図である。
【図３】図１および図２に示す熱式流量センサＳ１の製造工程を示す断面図である。
【図４】図３に続く熱式流量センサＳ１の製造工程を示す断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態にかかる熱式流量センサＳ１に関する図であり、（ａ）は、熱式流量センサＳ１の製造に用いられるＳＯＩ基板の断面図、（ｂ）は、（ａ）に示すＳＯＩ基板を用いて製造した熱式流量センサＳ１断面図である。
【図６】本発明の第３実施形態にかかる熱式流量センサＳ１の製造工程を示す断面図である。
【図７】本発明の第４実施形態にかかる熱式流量センサＳ１の製造工程を示す断面図である。
【図８】他の実施形態で示す熱式流量センサＳ１の断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１０…シリコン基板、１０ａ…空洞部、１０ｂ…表面、１０ｃ…裏面、
１０ｄ…開口部、１１…絶縁膜、１１ａ…シリコン酸化膜、
１１ｂ…シリコン窒化膜、１１ｃ…シリコン酸化膜、１２…半導体層、
１３…シリコン酸化膜、１５ａ、１５ｂ…ヒータ、１６ａ、１６ｂ…温度計、
１７ａ〜１７ｆ…配線層、１８…絶縁膜、１９ａ〜１９ｆ…パッド、
２０…シリコン窒化膜、２１…シリコン窒化膜、２１ａ〜２１ｆ…ワイヤ、
２２…シリコン酸化膜、３０…シリコン基板、３０ａ…表面、３０ｂ…裏面、
４０…空洞部、Ｓ１…熱式流量センサ。
【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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