(57)【要約】【課題】本発明が解決しようとする課題は、カンチレバー部に過大な圧力が加わったとしてもカンチレバー部が破損するのを抑制することが可能な流量センサ素子を提供することである。【解決手段】第１のシリコン層と酸化シリコン層と第２のシリコン層とが順に積層した支持部と、支持部の中央に形成された開口と、開口に設けられ、支持部によって片持ち支持されたカンチレバー部と、を備え、カンチレバー部は支持部の第２のシリコン層が突出して形成されており、支持部の酸化シリコン層は、酸化シリコン層と第２のシリコン層の接合面と、酸化シリコン層の開口の側の端面とのなす角αが３５〜５０°である流量センサ素子。【選択図】図２
2017181460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のシリコン層と酸化シリコン層と第２のシリコン層とが順に積層した支持部と、
支持部の中央に形成された開口と、
前記開口に設けられ、前記支持部によって片持ち支持されたカンチレバー部と、
を備え、
前記カンチレバー部は前記支持部の前記第２のシリコン層が突出して形成されており、
前記支持部の前記酸化シリコン層は、前記酸化シリコン層と前記第２のシリコン層の接
合面と、前記酸化シリコン層の前記開口の側の端面とのなす角αが３５〜５０°である流
量センサ素子。
【請求項２】
前記端面が、凹んだ曲面である請求項１に記載の流量センサ素子。
【請求項３】
前記第１のシリコン層上面と前記端面との交線と、前記酸化シリコン層と前記端面との
交線との、前記カンチレバー部の突出する方向の離間距離をＷとし、酸化シリコン層の厚
さをＴとした場合に、ＷとＴの比（Ｗ／Ｔ）が０．５２〜０．７８の範囲である請求項２
記載の流量センサ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体の流量を検出するカンチレバー型の流量センサ素子において、流量セン
サ素子の耐圧を向上させるものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、流体圧力が加わるとカンチレバー部が変形し、当該カンチレバー部に設けられた
ピエゾ抵抗層の抵抗値変化に基づいて流体の流量を検出する流量センサ素子が知られてい
る（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１には、ＳＯＩ基板を基材として形成された流量センサ素子が記載されている
。特許文献１に記載された流量センサ素子は、ＳＯＩ基板の活性層（第２のシリコン層）
がＢＯＸ層（酸化シリコン層）とシリコン基板（第１のシリコン層）とによって片持ち支
持されたカンチレバー部を備えている。カンチレバー部は、流体圧力が加えられると弾性
変形する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１４９１６６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の流量センサ素子は、流量センサ素子に大きな流体圧力が加わると、流量センサ素
子のカンチレバー部が破損し、流量の検出が不可能になるという問題があった。これは、
流量センサ素子に大きな圧力が加わるとカンチレバー部が大きく変形し、カンチレバー部
自体の破損、カンチレバー部に形成されたピエゾ抵抗層の破損や配線が断線するためであ
ると考えられる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、耐圧性に優れた流量センサ素子を提供することであ
る。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記課題を解決するため、支持部の酸化シリコン層の断面形状、具体的に
は第２のシリコン層と酸化シリコン層との接合面と、酸化シリコン層の開口の側の端面と
のなす角の大きさを特定の範囲とすることで上記課題を解決し得ることを見出した。
【０００８】
すなわち、本発明は、第１のシリコン層と酸化シリコン層と第２のシリコン層とが順に積
層した支持部と、支持部の中央に形成された開口と、前記開口に設けられ、前記支持部に
よって片持ち支持されたカンチレバー部と、を備え、前記カンチレバー部は前記支持部の
前記第２のシリコン層が突出して形成されており、前記支持部の前記酸化シリコン層は、
前記酸化シリコン層と前記第２のシリコン層の接合面と、前記酸化シリコン層の前記開口
の側の端面とのなす角αが３５〜５０°である流量センサ素子である。
【０００９】
本発明の流量センサ素子は、流量センサ素子に大きな流体圧力が加わったとしても、カ
ンチレバー自体の破損、カンチレバー部に形成されたピエゾ抵抗層の破損や配線の断線を
抑制することができる。その理由について、本発明者は以下のように推察している。
【００１０】
本発明者は、大きな圧力が加えられたことで流量検出不能となった流量センサ素子と、
大きな圧力が加えられても流量検出不能とはならなかった流量センサ素子とについて詳細
に調査した。そして、大きな圧力が加えられたことで流量検出不能となった流量センサ素
子と、大きな圧力が加えらても流量検出不能とはならなかった流量センサ素子とでは、酸
化シリコン層とカンチレバー部を構成する前記第２のシリコン層の接合面と、酸化シリコ
ン層の開口の側の端面とのなす角αが異なることを見出した。
【００１１】
さらに、本発明者は、上述したなす角αと、カンチレバー部が変形した際に生じる応力
との関係を構造解析プログラムにより検証した。その結果、なす角αとカンチレバー部に
生じる応力との間に相関関係があることを見出した。
【００１２】
以上の調査、検証により、カンチレバー型の流量センサ素子では、なす角αを特定の範
囲とすることで従来よりもカンチレバー部に生じる応力が低減され、カンチレバー部に形
成されたピエゾ抵抗層や配線が断線するという不具合が抑制されると考えられる。
【００１３】
さらに本発明の流量センサ素子は、前記端面が、凹んで湾曲した面であるとよい。
【００１４】
さらに本発明の流量センサ素子は、前記第１のシリコン層上面と前記端面との交線と、
前記酸化シリコン層と前記端面との交線との、前記カンチレバー部の突出する方向の離間
距離をＷとし、酸化シリコン層の厚さをＴとした場合に、ＷとＴの比（Ｗ／Ｔ）が０．５
２〜０．７８の範囲であるとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、  耐圧性に優れた流量センサ素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施形態における流量センサ素子の平面図である。
【図２】図２は、図１のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における流量センサ素子の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における流量センサ素子の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態における流量センサ素子の断面写真である。
【図６】図６は、本発明の実施形態における流量センサ素子の製造方法を示す工程図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｂ）は、図６の各ステップを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以
下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で任意に
変更可能である。また、図面においては、各構成を理解し易くするために実際の流量セン
サ素子とは各構造の縮尺や数等を異ならせる場合がある。
【００１８】
［流量センサ素子］
図１は、本実施形態における流量センサ素子１の平面図である。図２は、本実施形態に
おける流量センサ素子１の断面図である。
【００１９】
本実施形態における流量センサ素子１は、流体圧力を受けて弾性変形するカンチレバー
部３と、カンチレバー部３を片持ち支持する支持部２とから構成されたＭＥＭＳ(Micro E
lectro Mechan ical Systems)素子である。カンチレバー部３にはピエゾ抵抗層３１が形
成されており、ピエゾ抵抗層３１の電気抵抗値からカンチレバー部３の弾性変形の度合い
を測ることができる。例えば、この流量センサ素子１を流体（例えば空気）が流れる流路
の中に設置すれば、流量の大小（すなわち流体圧力の大小）をピエゾ抵抗層３１の電気抵
抗値から検出することができる。
【００２０】
支持部２とカンチレバー部３とは、ＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板を加工するこ
とで形成されている。ＳＯＩ基板は、半導体シリコン基板（例えば厚さ１００μｍ〜５０
０μｍ）上に酸化シリコン層（例えば厚さ０．１μｍ〜１５μｍ）とシリコン単結晶層（
例えば厚さ０．１μｍ〜１５μｍ）とが形成されたウエハ状基板であり、ＬＳＩデバイス
やＭＥＭＳデバイス等の分野で使用されている。
【００２１】
以下の説明では、互いに直交するＸＹＺ座標系を図中に設定し、このＸＹＺ座標系を参
照しつつ各構成の位置関係を説明する。
【００２２】
図１は、本実施形態における流量センサ素子１の平面図である。図１に示したＸＹＺ座
標を参照し、＋Ｚ方向を上方向、−Ｚ方向を下方向と表現する場合がある。
【００２３】
流量センサ素子１は、縦横のサイズが約１．５ｍｍ×１．５ｍｍであり、中央に開口４
が形成された枠状の支持部２と、支持部２の開口４に配置されたカンチレバー部３とを備
えている。支持部２の開口４は、縦横のサイズが約６００μｍ×６００μｍの矩形状であ
る。支持部２の開口４には、開口４よりも僅かに小さなカンチレバー部３が、Ｙ軸に平行
な開口４の一辺から＋Ｘ方向へ突出して設けられている。支持部２とカンチレバー部３と
は、カンチレバー部３が突出する開口４の一辺の２箇所で互いに繋がって形成されている
が、その他では０．１μｍ〜１０μｍ幅の隙間２３１によって隔てられている。
【００２４】
図１においては、カンチレバー部３には２つのピエゾ抵抗層３１が形成されており、各
々のピエゾ抵抗層３１は接続リード３２によって電気的に直列に接続されている。ピエゾ
抵抗層３１は、ｎ型若しくはｐ型の不純物を第２のシリコン層２３にドーピングすること
で形成されており、カンチレバー部３が弾性変形するのに伴って電気抵抗値が変化する。
図１には２つのピエゾ抵抗層３１が示されているが、ピエゾ抵抗層３１の数はこれに限定
されず、互いが電気的に接続されていればよい。その他、４つのピエゾ抵抗層３１がブッ
リジ接続されていてもよい。
【００２５】
支持部２には、配線３３と電極３４が設けられている。配線３３と電極３４は、ピエゾ
抵抗層３１や接続リード３２と電気的に接続されている。電極３４を入出力端子とするこ
とで、流量センサ素子１の外からピエゾ抵抗層３１の電気抵抗値を測定することが可能で
ある。さらに、本実施形態の流量センサ素子１の支持部２及びカンチレバー部３には、ピ
エゾ抵抗層３１、接続リード３２、配線３３、電極３４を上方からカバーする保護層（不
図示）が形成されていてもよい。保護層としては、たとえばＴＥＯＳを原料としてＣＶＤ
法で形成されたシリコン酸化膜を例示することができる。
【００２６】
図２は、本実施形態における流量センサ素子１の断面図であり、図１のＩ−Ｉ線に沿っ
た位置の断面構造を示している。図２に示したＸＹＺ座標を参照し、＋Ｚ方向を上方向、
−Ｚ方向を下方向と表現する場合がある。
【００２７】
図２に示されているように、支持部２は、第１のシリコン層２１、酸化シリコン層２２
、第２のシリコン層２３が＋Ｚ方向へ順に積層された積層体である。支持部２の中央には
各層が除去されることでＺ軸と平行に開口４が設けられている。
【００２８】
カンチレバー部３は、支持部２によって片持ち支持されており、支持部２の第２のシリ
コン層２３が＋Ｘ方向に突出して形成されている。突出したカンチレバー部３は、開口４
を塞ぐように設けられている。カンチレバー部３は、支持部２から突出する部分では支持
部２と繋がっているが、その他では、間隙２３１を隔てて支持部２の第２のシリコン層と
向き合っている。カンチレバー部３は、ピエゾ抵抗層３１と接続リード３２を有している
。本実施形態においては、特に限定されないが、第１のシリコン層２１の厚さは３００［
μｍ］程度であり、 酸化シリコン層２２の厚さは０．４［μｍ］程度であり、第２のシ
リコン層２３の厚さは０．３［μｍ］程度である。
【００２９】
本発明においては、支持部２から突出した第２のシリコン層２３のうち、下面が酸化シ
リコン層２２によって覆われていない部分をカンチレバー部３とする。そして、そして、
カンチレバー部３のうち、支持部２と繋がる部分を固定部という。カンチレバー部３は、
固定部３５を支点として、流体圧力を受けて＋Ｚ方向あるいは−Ｚ方向に弾性変形するこ
とが可能である。カンチレバー部３が弾性変形した際には、カンチレバー部３はその全体
が湾曲した形状となる。本実施形態では、ピエゾ抵抗層３１は、カンチレバー部３が流体
圧力を受けた際に最も大きく弾性変形する固定部３５に設けられている。
【００３０】
本実施形態における流量センサ素子１は、流体（例えば空気）の圧力を受けることによ
りカンチレバー部３が弾性変形する。例えば、図２において−Ｚ方向への流体圧力を受け
た場合は、カンチレバー部３は固定部３５を支点として−Ｚ方向へ撓む。逆に、流体圧力
を−Ｚ方向から＋Ｚ方向へ受けた場合は、＋Ｚ方向へ撓む。
【００３１】
カンチレバー部３が−Ｚ方向へ撓んだ場合、カンチレバー部３の第２のシリコン層２３
に応力が発生する。特に、弾性変形の支点となるカンチレバー部３の固定部３５には、最
も大きな応力が発生する。詳述すると、カンチレバー部３が−Ｚ方向へ撓むと、約０．１
μｍ〜１５μｍの厚さをもつ第２のシリコン層２３の上面側（第２のシリコン層２３の＋
Ｚ方向側）では引張応力となり、第２のシリコン層２３の下面側（第２のシリコン層２３
の−Ｚ方向側）では圧縮応力となる。過大な流体圧力がカンチレバー部３に加わると、引
張応力の生じる第２のシリコン層２３の上側ではピエゾ抵抗層３１や接続リード３２にク
ラックが生じて断線し易くなる。他方、圧縮応力の生ずる第２のシリコン層２３の下面側
では、第２のシリコン層２３の圧縮破壊が生じ易くなる。また、第２のシリコン層２３の
下の層に位置する酸化シリコン層２２の厚さ方向（−Ｚ方向）に応力が加わる。
【００３２】
次に、本実施形態における流量センサ素子１について、図３を参照しながらより詳細に
説明する。図３は、図２に示した断面図のうち、カンチレバー部３の固定部３５と酸化シ
リコン層２２とを拡大した図である。図３に示したＸＹＺ座標を参照し、−Ｚ方向を下方
向、と表現する場合がある。
【００３３】
図３に示されているとおり、本実施形態における流量センサ素子１は、支持部２の酸化
シリコン層２２のうち開口４の側に位置する部分（以下、酸化シリコン層端部という）に
おいては、酸化シリコン層２２の開口４の側の端面２２２が逆テーパー状に形成されてい
る。詳述すると、酸化シリコン層端部２２１においては、酸化シリコン層２２と第２のシ
リコン層２３との接合面２２３と、酸化シリコン層２２の開口４の側の端面２２２とのな
す角α（以下、単に「なす角α」という）が鋭角に形成されている。尚、図３では端面２
２２は平面である。また、端面２２２が逆テーパー状であるため第１のシリコン層２１の
上面（第１のシリコン層２１の＋Ｚ方向の面）が露出しており、第１のシリコン層２１の
上面と端面２２２とで挟まれた空間が設けられている。
【００３４】
酸化シリコン層端部２２１において、なす角αが鋭角に形成されていると、酸化シリコ
ン層端部２２１が弾性変形可能となり、−Ｚ方向の圧力を受けて変形する。その結果、従
来カンチレバー部３の固定部３５に加わっていた応力が酸化シリコン層端部２２１へと分
散され、その分だけカンチレバー部３の固定部３５に生ずる応力が軽減することとなり、
カンチレバー部３の破損が抑制される。
【００３５】
［変形例］
図４は、本実施形態における流量センサ素子１の、カンチレバー部３の固定部３５、
および酸化シリコン層２２の酸化シリコン層端部２２１の断面図であり、図３に示した流
量センサ素子１の変形例である。図４に示したＸＹＺ座標を参照し、＋Ｚ方向を上方向、
−Ｚ方向を下方向と表現する場合がある。また、図５は、図４に示した変形例と同様な断
面構造をもつ流量センサ素子の電子顕微鏡写真である。図５の電子顕微鏡の写真は、図４
に示した断面図をＺ軸に対して線対称としたものであり、カンチレバー部３は支持部２か
ら−Ｘ方向へ突出している。
【００３６】
図４に示した変形例も、図３の断面図と同様に酸化シリコン層端部２２１における端面
２２２が逆テーパー状に形成されており、なす角αが鋭角に形成されている。そして、図
４では、端面２２２は支持部２の方向（−Ｘ方向）へ凹んだ曲面である。端面２２２が凹
んだ曲面であるため、カンチレバー部３の弾性変形に伴って酸化シリコン層端部２２１に
生じる圧縮応力が分散される。したがって、端面２２２が凹んだ曲面であると、端面２２
２が平面である場合よりも酸化シリコン層２２が圧縮破壊する不具合を抑制することがで
きる。
【００３７】
尚、図４の変形例においては、なす角αは次のように定義される。すなわち、図４の変
形例におけるなす角αは、酸化シリコン層２２と第２のシリコン層２３との接合面２２３
と、端面２２２と第２シリコン層２３との交線を含み端面２２２と接する面（図４の破線
β）とのなす角であると定義される。
【００３８】
図４において、第１のシリコン層２１上面（第１のシリコン層２１の＋Ｚ方向の面）と
端面２２２の交線ａと、酸化シリコン層２２と端面２２２の交線ｂとの、カンチレバー部
３の突出する方向（Ｘ軸方向）の離間距離をＷとし、そして酸化シリコン層２２の厚さを
Ｔとした場合に、ＷとＴの比（Ｗ／Ｔ）が１より小さい値であるとよい。Ｗ／Ｔが１より
小さいと、１以上の場合に比べて酸化シリコン層端部２２１に生じる応力が抑制され、酸
化シリコン層２２が酸化シリコン層端部２２１において圧縮破壊する不具合が抑制される
。  
【００３９】
［流量センサ素子の製造方法］
次に、本実施形態における流量センサ素子１の製造方法について、図６、図７を参照し
ながら説明する。
【００４０】
図６は、本実施形態における流量センサ素子１の製造方法を示す工程図、図７（ａ）〜
（ｅ）は、図６に示した工程図の各ステップを示す断面図であり、図１のＩ−Ｉ線に沿っ
た位置における各ステップでの断面構造を示している。
【００４１】
まず、図６のステップＳ１において、図７（ａ）に示すように、ＳＯＩ基板を準備する
。このＳＯＩ基板は、たとえば直径が６インチ又は８インチのウエハ状の円形基板である
。ＳＯＩ基板は、第１のシリコン層２１と酸化シリコン層２２と第２のシリコン層２３と
を有しており、第１のシリコン層２１と第２のシリコン層２３との間に酸化シリコン層２
２が挟まれるように３つの層が積層されている。
【００４２】
こうしたＳＯＩ基板を形成する手法としては、例えば、酸化膜が形成されたシリコン基
板に別のシリコン基板を貼り合わせる方法や、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Ox
ygen）法、スマートカット法等を例示することができる。
【００４３】
次いで、図６のステップＳ２において、図７の（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板の第２
のシリコン層２３にピエゾ抵抗層３１と接続リード３２を形成する。ピエゾ抵抗層３１と
接続リード３２は、n型若しく はｐ型の不純物を第２のシリコン層２３にドーピングする
ことで形成される。第２のシリコン層２３に不純物をドーピングする手法としては、熱拡
散法（Thermal Diffusion）やイオン注入法（Ion Implantation）等を例示することがで
きる。ピエゾ抵抗層３１を形成する領域には、不純物濃度が１Ｅ１８／ｃｍ３程度となる
ように低濃度にドーピングし、接続リード３２を形成する領域には、不純物濃度が１Ｅ２
０／ｃｍ３となるように高濃度にドーピングする。更に、支持部２の上には、ピエゾ抵抗
層３１と電気的に接続された配線３３、電極３４を形成する。配線３３や電極３４はアル
ミニウムや銅から形成されるのが一般的であり、スパッタリング法やめっき法、またはそ
れらを組み合わせた手法によって形成することができる。
【００４４】
次いで、図６のステップＳ３において、図７の（ｃ）に示すように、第２のシリコン層
２３をパターンエッチングすることで、カンチレバー部３の外縁を規定する間隙２３１を
形成する。第２のシリコン層２３に対するエッチング手法としては、例えばＤＲＩＥ(Dee
p Reactive Ion Etching)等のドライエッチングを例示することができる。
【００４５】
次いで、図６のステップＳ４において、図７の（ｄ）に示すように、支持部２の中央に
設けられた開口４を形成する。開口４は、第１のシリコン層２１の下面から＋Ｚ方向へ酸
化シリコン層２２が露出するまでエッチングすることで形成される。この第１のシリコン
層２１に対する具体的なエッチング手法としては、例えば、ＤＲＩＥ等のドライエッチン
グを例示することができる。
【００４６】
次いで、図６のステップＳ５において、図７（ｅ）に示すように、ステップＳ４で形成
した開口４を通して酸化シリコン層２２を＋Ｚ方向へエッチングすることで、第２のシリ
コン層２３からなるカンチレバー部３を形成する。酸化シリコン層２２に対する具体的な
エッチング手法としては、例えば、フッ酸（ＨＦ）溶液を用いたウェットエッチングやフ
ッ素系ガスを用いたドライエッチングを例示することができる。
【００４７】
本実施形態の流量センサ素子のように、酸化シリコン層端部２２１のなす角αを鋭角に
形成するためには、ステップＳ５で行う酸化シリコン層のエッチングをフッ酸（ＨＦ）溶
液等を用いたウェットエッチングで行うとよい。ウェットエッチングの手法で行った場合
は、酸化シリコン層２３のエッチングが等方的に進行する。そのため、酸化シリコン層２
３の第１のシリコン層２１に近い側ほどサイドエッチングが進行し、酸化シリコン層２３
のウェットエッチングが終了した時点では、酸化シリコン層２２の端面２２２が逆テーパ
ー状となる。
【００４８】
なす角αの大きさは、ウェットエッチングの方式によってコントロールすることができ
る。例えば、ウェットエッチングを、エッチング液をシャワーノズルから吹き付けて行っ
た場合はサイドエッチングが進みにくいため、なす角αを大きくすることができる。ウェ
ットエッチングを、エッチング液を貯めたタンク内に浸漬して行った場合は、サイドエッ
チングの効果が表れやすいため、なす角αを小さくすることができる。更には、シャワー
方式によるエッチングと浸漬方式によるエッチングとを組み合わせることで、なす角αを
最適な値にすることができる。その他、ウェットエッチングの処理時間によっても、なす
角αをコントロールすることができる。一般的には、ウェットエッチングの時間を長くす
るほど、なす角αを小さくすることができる。その他、エッチング液の濃度、温度、粘度
でもなす角αの大きさをコントロールすることができる。
【００４９】
本実施形態では、以上に説明したステップＳ１〜Ｓ５によってＳＯＩ基板に多数の流
量センサ素子１が同時に形成され、最後にダイシングを行うことで個片化された流量セン
サ素子１を製造することができる。
【００５０】
［流量センサ素子の不具合発生となす角αとの関係］
ここで、流量センサ素子１の不具合発生となす角αとの関係について説明する。
【００５１】
表１は、図４に示した断面構造をもつ流量センサ素子１（サンプル１〜７）に１５ｋＰ
ａの流体圧力を常温で５分間印加し、そのあとの各サンプルの流量検出機能、ピエゾ抵抗
層３１及び接続リード３２の直列回路の導通状態（オープン又はショート）、さらに、各
サンプルのなす角αを調べた結果である。ピエゾ抵抗層３１と接続リード３２の直列回路
の導通検査は、半導体デバイスの検査に用いられる顕微鏡付プローバーを用いて流量セン
サ素子１の電極３４にプローブ針を接触させて行った。具体的には、ピエゾ抵抗層３１と
接続リード３２の直列回路の配線抵抗を測定し、配線抵抗の値が当初の設計通りであるも
のは異常なしと判断した。配線抵抗の値が当初の設計値よりも極端に大きな場合は断線不
良が生じたものと判断した。
【００５２】
なす角αは、各サンプルの流量センサ素子１を埋め込み研磨してカンチレバー部３の固
定部３５、酸化シリコン層端部２２１の断面を露出させ、露出した固定部３５及び酸化シ
リコン層端部２２１を電子顕微鏡を用いて観察した。なす角αは電子顕微鏡の撮像機能に
より得られたイメージ像（倍率１００００倍）から、ドローソフトの角度算出機能を用い
ることで求めた。
【００５３】
【表１】
2017181460.tif 000003
【００５４】
表１に示すように、１５ｋＰａの試験圧力を印加することで流量検出が不能となった流
量センサ素子１（サンプル１）では、カンチレバー部３５に形成されたピエゾ抵抗層３１
及び接続リードの直列回路が導通不良となっていた。そして、サンプル１のカンチレバー
部３５の断面形状を調べたところ、なす角αは９０°に形成されていた。他方、１５ｋＰ
ａの試験圧力を印加したあとに流量検出機能が維持されていた流量センサ素子１（サンプ
ル２〜７）では、カンチレバー部に形成されたピエゾ抵抗層３１及び接続リード３２の導
通状態に異常はみられなかった。そして、それらのサンプルについて酸化シリコン層端部
２２１の断面形状を調べたところ、なす角αは３５〜５０°の範囲で形成されていた。ま
た、Ｗ／Ｔの比は、０．５２〜０．７８の範囲で形成されていた。
【００５５】
尚、サンプル１の流量センサ素子は、酸化シリコン層２２のエッチングをフッ酸蒸気に
よる気相エッチング処理により行ったものである。他方、サンプル２〜７の流量センサ素
子は、酸化シリコン層２２のエッチングをＢＨＦによる浸漬処理により行ったものである
。
【００５６】
流量センサ素子において、なす角αが小さ過ぎると、酸化シリコン層端部２２１の厚さ
が薄いため、酸化シリコン層端部２２１がカンチレバー部３から伝わる曲げの応力に耐え
切れずに破損してしまう可能性が高まる。ここで、表１に示したサンプル７（なす角αが
３５°）では流量センサ素子に異常は起こらなかったが、なす角αが３５°より小さくな
ると、薄くなった酸化シリコン層端部２２１が破損する可能性が高まる。
【００５７】
次に、なす角αと、カンチレバー部３の固定部３５に加わる応力との関係を、構造解析
プログラムにより検証した。
【００５８】
表２は、流量センサ素子１において、なす角αが、９０°、４５°、２３°、１５°で
ある時に、カンチレバー部３の固定部３５、特に引張応力が生ずる第２のシリコン層２３
の上面側（図３、図４における第２のシリコン層２３の＋Ｚ方向側）にどれだけの応力が
加わるのかを示したものである。表２には、なす角αが９０°の場合の応力を１として、
４５°、２３°、１５°の場合の応力比を示した。構造解析においては、流量センサ素子
１酸化シリコン層２２の端面２２２は、図３のように平面とした。
【００５９】
【表２】
2017181460.tif 000004
【００６０】
表２に示したとおり、なす角αが小さいほど、カンチレバー部３の固定部３５に加わる
応力が低下する傾向となった。この傾向について、本発明者は、なす角αが小さいほど酸
化シリコン層端部２２１が弾性変形可能となり、カンチレバー部３に発生する応力が酸化
シリコン層２２に分散されるためであると考えている。
【００６１】
以上に説明したとおり、なす角αが３５〜５０°の範囲である流量センサ素子では、大
きな流体圧力が印加されたとしても流量が検出不能となる問題が生じなかった（表１）。
また、なす角αが小さいほど固定部３５に加わる応力が軽減される傾向であることが分か
った（表２）。これらの結果から、なす角αとカンチレバー部３の固定部３５に加わる応
力との間には相関関係があり、なす角αを適切な範囲にすることでカンチレバー部の固定
部３５に加わる応力を軽減し、流量検出不能となる不具合を抑制することができると考え
られる。
【００６２】
以上のように、本発明の流量センサ素子では、過大な流体応力がカンチレバー部に印加
されたとしてもカンチレバー部の破損を抑制することができる。
【符号の説明】
【００６３】
１・・・流量センサ素子１
２・・・支持部
２１・・・第１のシリコン層
２２・・・酸化シリコン層
２２１・・・酸化シリコン層端部
２２２・・・端面
２２３・・・接合面
２３・・・第２のシリコン層
２３１・・・間隙
３・・・カンチレバー部
３１・・・ピエゾ抵抗層
３２・・・接続リード
３３・・・配線
３４・・・電極
３５・・・固定部
４・・・開口
【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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