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JP2008170382A - 熱式流体流量センサ及びその製造方法 - Google Patents

熱式流体流量センサ及びその製造方法 Download PDF

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JP2008170382A JP2007005982A JP2007005982A JP2008170382A JP 2008170382 A JP2008170382 A JP 2008170382A JP 2007005982 A JP2007005982 A JP 2007005982A JP 2007005982 A JP2007005982 A JP 2007005982A JP 2008170382 A JP2008170382 A JP 2008170382A
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Noriyuki Sakuma
憲之 佐久間
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Hitachi Ltd
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Abstract

【課題】
ヒータの温度測定をより正確に行い、流量計測の検出感度を改善した熱式流体流量センサ技術を提供することにある。
【解決手段】
空気流量を計測する熱式流体流量センサにおいて、半導体基板上に第一の絶縁層を介して形成された発熱抵抗体３と、前記発熱抵抗体の温度を測定する発熱抵抗体用測温抵抗体４と、前記発熱抵抗体により熱せられた空気の上流側および下流側の空気温度を検知するための上流側および下流側測温抵抗体５ａ、５ｂと、前記発熱抵抗体３により熱せられる前の空気の空気温度を測定する空気温度測温抵抗体６とを有し、少なくとも前記発熱抵抗体用測温抵抗体４は、前記発熱抵抗体３の上層または下層に配置されることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱式流体流量センサ技術に係り、特に内燃機関の吸入空気を測定する熱式流体流量計に好適な熱式流体流量センサ技術に関する。
従来より、自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流量計に用いられる熱式流体流量センサとしては、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。この中で特に半導体マイクロマシンニング技術により製造された熱式空気流量（エアフロー）センサが、コストを低減でき且つ低電力で駆動することができることから注目されてきた。
このようなエアフローセンサの従来技術としては、例えば、特開平８−５４２６９号公報には、センサ中央部に発熱素子（ヒータ）とこのヒータを挟んで２つの温度検出素子（センサ）が配置された構成のものが提案されている。このエアフローセンサの測定精度を確保するためには、温度測定素子の環境が常に一定であることが前提となる。したがって、ヒータの温度は流れてくるエアーの温度と所定の温度差になるように温度制御する必要がある。
また、上記発熱素子、温度検出素子の他に流れてくる空気を計る吸気温度検出素子を配置した構成のものが、特開平１０−３１１７５０号公報に提案されている。例えば、上記の所定温度差が１００℃で設定している場合、吸気温度が２０℃に対して、ヒータ温度は１２０℃となるようにフィードバック制御される。この目的のために、上記構成のものでは直接ヒータ抵抗値を使用していたが、ヒータ自身の加熱により素子の劣化を生じ、それによる抵抗値の変化が起こって精度の維持が困難になる問題があった。
この解決手段として、特開２００２−２７７４８３号公報では、ヒータ横にヒータ温度を測定するヒータ温度検出素子を配置し、ヒータ劣化の影響を受けず常にヒータ温度を維持できることが提案されている。
特開平８−５４２６９号公報 特開平１０−３１１７５０号公報 特開２００２−２７７４８３号公報
しかしながら、ヒータの温度制御は、極力精密に行なう観点において従来のヒータ横でヒータ温度を測定している構造では、ヒータ等金属膜の加工精度およびその上層に形成する絶縁膜の被覆性の問題からヒータとヒータ温度検出センサの間を数μｍ以下にすることが困難であり、ヒータ温度より低い温度でしか検出されておらず検知感度が低下し精度を損なう要因となる。
そこで、本発明の目的は、ヒータの温度測定をより正確に行い、流量計測の検出感度を改善した熱式流体流量センサ技術を提供することにある。
上記目的は、ヒータとセンサを絶縁膜を介した積層構造とし、ヒータの上または下にヒータ温度を検出するセンサを設けることにより達成される。
以下、本発明による特徴的構成例について列挙する。
（１）本発明の熱式流体流量センサは、空気流量を計測する熱式流体流量センサにおいて、半導体基板上に第一の絶縁層を介して形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の温度を測定する発熱抵抗体用測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられた空気の上流側および下流側の空気温度を検知するための上流側および下流側測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられる前の空気の空気温度を測定する空気温度測温抵抗体とを有し、少なくとも前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする。
（２）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする。
また、前記上流側および下流側測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする。
また、前記空気温度測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする。
（３）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記上流側および下流側測温抵抗体は、前記発熱抵抗体用測温抵抗体とは同層にあって、前記発熱抵抗体用測温抵抗体をはさむように配置されることを特徴とする。
（４）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記上流側および下流側測温抵抗体、および前記空気温度測温抵抗体は、同層にあって前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする。
（５）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体は、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）のうち少なくとも一つの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物、または、β−Ｔａ（ベータタンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、Poly−Ｓｉのうち少なくとも一つを主成分とする金属膜を含むことを特徴とする。
（６）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体の抵抗率が、１００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする。
（７）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、β−Ｔａ（ベータタンタル）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、または、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物を含むことを特徴とする。
（８）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記測温抵抗体、前記空気温度測温抵抗体の抵抗温度係数が、２０００ｐｐｍ/℃以上であることを特徴とする。
（９）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体の配線幅が、前記発熱抵抗体用測温抵抗体の配線幅と同等もしくは広いことを特徴とする。
（１０）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体と前記発熱抵抗体用測温抵抗体との間の前記第一の絶縁層の膜厚は、０．５μｍ以下であることを特徴とする。
（１１）上記構成の熱式流体流量センサにおいて、前記第一の絶縁層が、多層構造の絶縁層からなることを特徴とする。
また、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、上流側および下流側測温抵抗体、および空気温度測温抵抗体の上層には、第三の絶縁層が配置されることを特徴とする。
また、前記第三の絶縁層は、多層構造の絶縁層からなることを特徴とする。
（１２）本発明の熱式流体流量センサの製造方法は、半導体基板上に第１の絶縁膜および第１の金属膜を順次形成する工程と、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第１の金属膜をエッチングし、前記第１の金属膜からなる発熱抵抗体を形成する工程と、前記発熱抵抗体上に第２の絶縁膜および第２の金属膜を順次形成する工程と、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第２の金属膜をエッチングし、前記第２の金属膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられた空気の上流側および下流側の空気温度を検知するための上流側および下流側測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられる前の空気の空気温度を測定する空気温度測温抵抗体と、前記抵抗体の各々に接続される引き出し配線を形成する工程と、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記上流側および下流側測温抵抗体、および前記空気温度測温抵抗体の上層に第３の絶縁膜を形成する工程と、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第３の絶縁膜をエッチングし前記第２の金属膜からなる前記引き出し配線の一部を露出させる接続孔を形成する工程と、前記半導体基板の裏面にフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして前記半導体基板の一部をウエットエッチングして、前記発熱抵抗体、前記発熱抵抗体用測温抵抗体および前記上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体が形成された領域を含む位置に、ダイアフラムを形成する工程とを含むことを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。
（１３）上記構成の熱式流体流量センサの製造方法において、前記発熱抵抗体は、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）のうち少なくとも一つの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物、または、β−Ｔａ（ベータタンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、Poly−Ｓｉのうち少なくとも一つを主成分とする金属膜を含むことを特徴とする。
（１４）前記構成の熱式流体流量センサの製造方法において、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、β−Ｔａ（ベータタンタル）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、または、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物を含むことを特徴とする。
本発明によれば、ヒータ上に配置されたヒータ温度検出素子はヒータとの間隔を非常に近接した場所に配置でき、かつヒータとセンサに適した材質を各々使用可能となり高感度および長期信頼性に優れ経済性の向上が図れる。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例の熱式流体流量センサを示す要部平面図の一例を示す。
熱式流体流量センサである測定素子１は、単結晶Ｓｉからなる半導体基板２と、半導体基板２上に絶縁膜を介して形成された発熱抵抗体３と、発熱抵抗体３の温度を検知するための発熱抵抗体用測温抵抗体４と、発熱抵抗体３により暖められた空気の空気温度を検知するための上流側測温抵抗体５ａおよび下流側測温抵抗体５ｂからなる測温抵抗体５と、空気の空気温度を測定するための空気温度測温抵抗体6と、測温素子１の信号を外部回路へ接続するための端子電極７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉと、発熱抵抗体３の両端を端子電極７ａ、７ｂに接続する引き出し配線８ａ、８ｂと、発熱抵抗体用測温抵抗体４の両端を端子電極７ｃ、７ｄに接続する引き出し配線８ｃ、８ｄと、測温抵抗体５の両端を端子電極７ｅ、７ｆに接続する引き出し配線８ｅ、８ｆと、上流測温抵抗体５ａと下流測温抵抗体５ｂとの間を端子電極７ｇに接続する引き出し配線８ｇと、空気温度測温抵抗体６の両端を端子電極７ｈ、７ｉに接続する引き出し配線８ｈ、８ｉとから構成されている。
発熱抵抗体３の幅は、例えば１０〜１５０μｍ程度であり、発熱抵抗体用測温抵抗体４は、例えば０.５〜１００μｍ程度であり、測温抵抗体５および空気温度測温抵抗体６は、例えば０.５〜２０μｍ程度である。また、引き出し配線８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８ｉの幅は、例えば３０〜５００μｍ程度である。なお、本実施例１では、発熱抵抗体３の配線幅が発熱抵抗体用測温抵抗体４より広い方が空気を暖める熱量を確保できる。
次に、本実施例１による熱式流体流量センサの製造方法の一例を、図２Ａ〜図２Ｇを用いて工程順に説明する。図２Ａ〜図２Ｇは、図１のＡ−Ａ'線における要部断面図である。
まず、図２Ａに示すように、単結晶Ｓｉからなる半導体基板２を用意する。続いて、半導体基板２上に絶縁膜９、第１の金属膜３ａを順次形成する。絶縁膜９は、半導体基板２と金属膜３ａを絶縁するために設けられ、例えばＳｉＯｘ（酸化シリコン）膜またはＳｉＮ（窒化シリコン）膜からなり、その厚さは２００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度である。第１の金属膜３ａはスパッタリング法で形成された厚さ５００ｎｍ程度のＷＳi（タングステンシリサイド）膜である。第１の金属膜３aをスパッタリング法により形成する際の半導体基板２の温度は、例えば２００℃〜５００℃程度に維持される。
次に、図２Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして金属膜３ａをエッチングし、第１の金属膜３aからなる発熱抵抗体３をおよび引き出し配線８ａ、８ｂを形成する。
次に、図２Ｃに示すように、発熱抵抗体３の上に絶縁膜１０および第２の金属膜４ａを順次形成する。絶縁膜１０は、第１の金属膜３と第２の金属膜４aを絶縁するために設けられ、例えばＳｉＯｘ（酸化シリコン）膜またはＳｉＮ（窒化シリコン）膜からなり、その厚さは２０〜５００ｎｍ程度である。なお、絶縁膜１０はできるだけ薄い方がより発熱抵抗体３に近いため温度を正確に測定することができるが、発熱抵抗体用測温抵抗体４は常に加熱され熱劣化による抵抗変化が懸念されるため前記膜厚範囲が望ましい。また、第２の金属膜の材料、加工精度も考慮し絶縁膜１０の膜厚は決定される。第２の金属膜４ａはスパッタリング法で形成された厚さ１５０ｎｍ程度のＭｏ（モリブデン）膜を例示することができる。第２の金属膜４ａをスパッタリング法により形成する際の半導体基板２の温度は、例えば２００℃〜５００℃程度に維持される。なお、第２の金属膜４ａを形成後８００℃以上、望ましくは１０００℃の熱処理を行なう。この熱処理により抵抗率が低くなり、抵抗温度係数（Temperature Ｃo-efficiency of Resistance、以下ＴＣＲと略す）は向上する。また、この熱処理は第２の金属膜４ａ形成後以降、レジストパターニング後あるいは絶縁膜１１形成後であってもよい。
次に図２Ｄに示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして金第２の属膜４ａをエッチングし、第２の金属膜４ａからなる発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体５（上流側測温抵抗体５ａおよび下流側測温抵抗体５ｂ）、空気温度測温抵抗体６および引き出し配線８ｇを形成する。
なお、図２Ｄおよび以下の説明で用いる図２Ｅ〜図２Ｇでは、引き出し配線８ｇのみを示し、その他の引き出し配線８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｈ、８ｉを省略するが、これら引き出し配線８ｃ、８ｄ、８ｅ、８ｆ、８ｈ、８ｉは引き出し配線８ｇと同時に形成される。
次に、図２Ｅに示すように、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体５（上流側温抵抗体５ａおよび下流側測温抵抗体５ｂ）、空気温度測温抵抗体６および引き出し配線８ｇの上層に絶縁膜１１を形成する。絶縁膜１１は、例えばＳｉＯｘ（酸化シリコン）膜またはＳｉＮ（窒化シリコン）膜からなり、その厚さは２００ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。
次に、図２Ｆに示すように、フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして絶縁膜１１をエッチングし第２の金属膜４ａからなる引き出し配線８ｇの一部を露出させる接続孔１２を形成する。また、図示されていないが第１の金属膜３ａからなる引き出し配線８ａ、８ｂにもレジストパターンをマスクとして絶縁膜１１および絶縁膜１０をエッチングし一部を露出させる接続孔１２を同時に形成する。上記エッチングにはドライエッチング法またはウエットエッチング法が用いられる。
続いて接続孔１２の内部を含む絶縁膜１１の上層に第３の金属膜７を形成する。その後、フォトリソグラフィ方により形成されたレジストパターンをマスクとして第３の金属膜をエッチングし、接続孔１２を介して引き出し配線８ｇに電気的に接続する端子電極７ｇを形成する。なお、図２Ｆおよび以下の説明で用いる図２Ｇでは、端子電極７ｇのみを示し、その他の端子電極７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｈ、７ｉを省略するが、これら端子電極７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｈ、７ｉは端子電極７ｇと同時に形成される。
第３の金属膜７は、例えば厚さ１μｍ程度のＡl（アルミニウム）合金膜により構成されるが、第１の金属膜３ａおよび第２の金属膜４ａからなる引き出し配線８との接触を良好にするため、形成前にＡr（アルゴン）により第１の金属膜３ａおよび第２の金属膜４ａの表面をスパッタエッチングしてもよい。さらに、その接触を確実なものとするため、第３の金属膜をＴｉＮ（窒化チタン）等のバリア金属膜とＡl合金膜の積層膜により形成してもよい。なお、この時のバリア金属膜を相対的に厚く形成するとコンタクト抵抗が増加するため、その厚さは２０ｎｍ程度とすることが望ましい。しかし、十分接触面積がとれて抵抗増加の問題が回避できる場合は、バリア金属膜の厚さを１００ｎｍ以下とすることができる。
次に、図２Ｇに示すように、半導体基板２の裏面にフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとしてＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液を用いて半導体基板２の一部をウエットエッチングし、ダイアフラム１３を形成する。このダイアフラム１３は発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４および測温抵抗体５（上流側測温抵抗体５ａおよび下流側測温抵抗体５ｂ）が形成された領域を含む位置に形成される。
なお、前記実施例では、発熱抵抗体等の第１の金属膜をＷＳｉまたはＴｉＮにより構成された熱式流体流量センサに関して説明したが、発熱抵抗体の材料としては熱量を多く発生する必要があるため、配線幅を広くすることが有効である。そのため、抵抗率が１００μｍ・ｃｍ以上の材料、例えばＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、WN（窒化タングステン）などの金属窒化化合物およびＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)などのうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物、β−Ｔａ（ベータタンタル）などが好ましい。ただし、抵抗率の低い膜、例えばＭｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｈ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜であっても、膜厚および配線幅の調整を行なうことにより使用することができる。
測温抵抗体等の第２の金属膜をＭｏにより構成された熱式流体流量センサに関して説明したが、例えばα−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、またはＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物およびＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)などのうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物でもよく、温度に対する抵抗増加（抵抗温度係数）が大きい、例えば２０００ｐｐｍ/℃以上の材料が好ましい。
また、前記実施例では第１の金属膜と第２の金属膜に異なる金属膜を用いているが、同一の金属膜であってもよい。
また、本実施例１では、第１の金属膜３ａおよび第２の金属膜４ａ、第３の金属膜７からなる３層の金属膜構造を記載したが、抵抗体のレイアウトで配線が交差してしまう場合などは第１の金属膜３ａおよび第２の金属膜４ａ、第３の金属膜７と同様の材料を用いた他の金属膜を形成して、４層の金属膜構造としても良い。
図３は、本発明の実施例１による自動車等の内燃機関の吸気通路に取り付けられた熱式流体流量センサを実装した熱式空気流量計の概略配置図である。熱式空気流量計１４は、熱式流体流量センサである測定素子１と、上部および下部からなる支持体１５と、外部回路１６とから構成され、測定素子１は、空気通路１７の内部にある副通路１８に配置される。外部回路１６は支持体１５を介して測定素子１の端子に電気的に接続される。吸気空気は、内燃機関の条件によって、図９の矢印１９で示された空気流の方向、またはこれとは逆の方向に流れる。
図４は、前述した図３の一部（測定素子１および支持体１５）を拡大した要部平面図であり、図５は、図４のＢ−Ｂ'線における要部断面図である。
図４および図５に示すように、測定素子１は、下部の支持体１５ａ上に固定されており、測定素子１の端子電極２０と外部回路１６の端子電極２１との間は、例えば金線２２等を用いたワイヤボンディング法により電気的に接続されている。端子電極２０、２１および金線２２は、上部支持体１５ｂで覆うことにより保護されている。上部の保護支持体１５ｂは、密封保護であってもよい。なお、図中、１３はダイアフラムを示す。
次に、図６を用いて、前述した熱式空気流量計１４の動作について説明する。図１２は、本実施例１による測定素子１と外部回路１６とを示した回路図であり、符号２３は電源、符号２４は発熱抵抗体３に加熱電流を流すためのトランジスタ、符号２６、２７は外部回路１６内に設置された抵抗、符号２８はＡ/Ｄ変換器等を含む出力回路と演算処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）からなる制御回路、符号２９はメモリ回路である。なお、外部回路１６内の抵抗２６、２７は測定素子１内に設けてもよい。
発熱抵抗体用測温抵抗体４、空気温度測温抵抗体６、抵抗２６、２７からなるブリッジ回路の端子Ａ、Ｂの電圧が制御回路２８に入力され、発熱抵抗体３から傍熱された発熱抵抗体用測温抵抗体４の温度が空気温度に対する空気温度測温抵抗体６の温度より、ある一定値（例えばΔＴｈ＝１００℃）高くなるように、発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、空気温度測温抵抗体６および抵抗２６、２７の抵抗値が設定され、制御回路２８より制御される。上記ΔＴｈが設定よりずれた場合は、制御回路２８の出力よりトランジスタ２４を制御し発熱抵抗体３の電流が流れる。
一方、測温抵抗体５の上流側測温抵抗体５ａと下流側測温抵抗体５ｂはほぼ同じ抵抗値に設定され、発熱抵抗体３の傍熱により測温抵抗体５はある一定値となる。上記抵抗体の温度の関係は、発熱抵抗体用抵抗体４＞測温抵抗体５＞空気温度抵抗体６となる。吸気空気が空気流１９の方向に流れると、上流測温抵抗体５ａは温度が低下し下流側測温抵抗体５ｂとのバランスが崩れる。上記測温抵抗体５ａと測温抵抗体５ｂの値を制御回路２８に入力し、演算処理を行い空気流量（Ｑ）を出力する。なお、空気流１９が逆方向になった場合においても同様に空気流量がわかるため、逆流検知も可能である。
（実施例２）
本実施例２では、熱式流体流量センサである測定素子に含まれる絶縁膜を多層構造にし、最上層に保護膜を設けている。
図７は、本実施例２による熱式流体流量センサの一例であり、前述した実施例１を示す図１のＡ−Ａ'線における要部断面図を示している。単結晶Ｓｉからなる半導体基板３０上に第１の絶縁膜３１が形成され、さらに第２の絶縁膜３２および第３の絶縁膜３３を順次形成する。絶縁膜３１は例えば高温の炉体で形成するＳｉＯ２膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。絶縁膜３２は例えばＳｉＮｘ膜であり、厚さは１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜３３はＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。
次に、第４の金属膜、例えば前述した実施例と同様のＷＳｉからなる発熱抵抗体３４を形成し、その上層に第４の絶縁膜３５を介して第５の金属膜、例えば前述した実施例１と同様のＭｏ膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体３６、測温抵抗体３７（上流側測温抵抗体３７ａおよび下流側測温抵抗体３７ｂ）、空気温度測温抵抗体３８および引き出し配線３９が形成されている。なお、第４の金属膜および第５の金属膜を形成する前にＡｒガス等を用いたスパッタエッチング法により、下層の絶縁膜との接着力を向上させる。
次に、発熱抵抗体用測温抵抗体３６、測温抵抗体３７（上流側測温抵抗体３７ａおよび下流側測温抵抗体３７ｂ）、空気温度測温抵抗体３８および引き出し配線３９の上層には第５の絶縁膜４０、第６の絶縁膜４１、第７の絶縁膜４２と順次形成する。絶縁膜４０は例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。絶縁膜４１は例えばＳｉＮｘ膜であり、膜厚は１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜４２は、例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。
さらに、前述した実施例１と同様に、第５の金属膜からなる引き出し配線３９および図示されていないが第４の金属膜からなる発熱抵抗体３４の引き出し配線８ａ,８ｂの一部を露出させる接続孔４３、接続孔４３を介して引き出し配線３９に電気的に接続する第６の金属膜で端子電極４４を形成する。なお、第６の金属膜は、例えば厚さ５０ｎｍ程度のＴｉＮ（窒化チタン）等のバリア金属膜と暑さ１μｍ程度のＡｌ合金膜の積層膜により形成されている。
次に保護膜４５を形成し、フォトリソグラフィ法を用いて少なくとも端子電極４４およびダイアフラム上を開口した後、ダイアフラム４６を形成する。なお、保護膜４５は例えばポリイミド膜であり、膜厚は２〜３μｍ程度である。その他材料としては感光性の有機膜等でもよく、ダイアフラム４６上の開口部４７はダイアフラム４６より狭くなっている。
本実施例２では、ダイアフラム４６部の応力が引っ張りになるよう各絶縁膜および金属膜の膜厚を調整する。
（実施例３）
本実施例３では、熱式流体流量センサである測定素子に含まれる発熱抵抗体の下層に発熱抵抗体用測温抵抗体および測温抵抗体、空気温度測温抵抗体を設けている。
図８は、本実施例３による熱式流体流量センサの一例であり、前述した実施例１を示す図１のＡ−Ａ'線における要部断面図を示している。単結晶Ｓｉからなる半導体基板５０上に第８の絶縁膜５１が形成され、さらに第９の絶縁膜５２および第１０の絶縁膜５３を順次形成する。絶縁膜５１は例えば高温の炉体で形成するＳｉＯ２膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。絶縁膜５２は例えばＳｉＮｘ膜であり、厚さは１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜５３はＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。
次に、第７の金属膜、例えばＭｏ膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体５４、測温抵抗体５５（上流側測温抵抗体５５ａおよび下流側測温抵抗体５５ｂ）、空気温度測温抵抗体５６および引き出し配線５７が形成されている。その上層に第１１の絶縁膜５８を介して第８の金属膜、例えばＷＳｉからなる発熱抵抗体５９が形成されている。なお、第７の金属膜および第８の金属膜を形成する前にＡｒガス等を用いたスパッタエッチング法により、下層の絶縁膜との接着力を向上させる。
次に発熱抵抗体５９の上層には第１２の絶縁膜６０、第１３の絶縁膜６１、第１４の絶縁膜６２と順次形成する。絶縁膜６０は例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。絶縁膜６１は例えばＳｉＮｘ膜であり、膜厚は１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜６２は、例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。
さらに前述した実施例１と同様に第７の金属膜からなる引き出し配線５７および図示されていないが第８の金属膜からなる発熱抵抗体５９の引き出し配線８ａ、８ｂの一部を露出させる接続孔６３、接続孔６３を介して引き出し配線５７に電気的に接続する第９の金属膜で端子電極６４を形成する。なお、第９の金属膜は、例えば厚さ５０ｎｍ程度のＴｉＮ（窒化チタン）等のバリア金属膜と暑さ１μｍ程度のＡｌ合金膜の積層膜により形成されている。
次に、保護膜６５を形成し、端子電極６４およびダイアフラム６６上を開口した後、ダイアフラム６６を形成する。なお、保護膜４５は、例えばポリイミド膜であり、膜厚は２〜３μｍ程度である。
本実施例３では、第８の金属膜に用いる材料が熱処理による特性変動が激しい材料であっても、第７の金属膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体５４、測温抵抗体５５（上流側測温抵抗体５５ａおよび下流側測温抵抗体５５ｂ）、空気温度測温抵抗体５６を先に形成し、第８の金属膜を形成する前に熱処理を行なうことにより、実施例１と同等の効果が得られる。また、発熱抵抗体５９上には絶縁層しかないため空気を暖める熱量の損失が非常に少ない。
（実施例４）
本実施例４では、熱式流体流量センサである測定素子に含まれる発熱抵抗体用測温抵抗体、測温抵抗体および空気温度測温抵抗体をＴｉＮとＭｏの多層膜を用いる。
図９は、本実施例４による熱式流体流量センサの一例であり、前述した実施例１を示す図１のＡ−Ａ'線における要部断面図を示している。単結晶Ｓｉからなる半導体基板７０上に第１５の絶縁膜７１が形成され、さらに第１６の絶縁膜７２および第１７の絶縁膜７３を順次形成する。絶縁膜７１は例えば高温の炉体で形成するＳｉＯ２膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。絶縁膜７２は例えばＳｉＮｘ膜であり、厚さは１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜７３はＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。
次に、第１０の金属膜として、ＴｉＮ膜２０ｎｍとＷＳｉ膜５００ｎｍを連続で形成し、フォトリソグラフィ法にて発熱抵抗体の形状に加工した後、再度ＴｉＮ膜２０ｎｍを形成し、フォトリソグラフィ法で前述したヒータパターンより大きい寸法に加工することにより、ＴｉＮ膜で覆われたＷＳｉからなる発熱抵抗体７４を形成する。
その上層に第１８の絶縁膜７５を介して第１１の金属膜として、ＴｉＮ膜２０ｎｍとＭｏ膜１５０ｎｍを連続で形成し、フォトリソグラフィ法により発熱抵抗体用測温抵抗体、測温抵抗体（上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体）、空気温度測温抵抗体および引き出し配線の形状に加工した後、再度ＴｉＮ膜２０ｎｍを形成し、フォトリソグラフィ法により前述した発熱抵抗体用測温抵抗体、測温抵抗体（上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体）、空気温度測温抵抗体および引き出し配線より大きい寸法に加工することによりＴｉＮ膜で覆われたＭｏ膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体７６、測温抵抗体７７（上流側測温抵抗体７７ａおよび下流側測温抵抗体７７ｂ）、空気温度測温抵抗体７８および引き出し配線７９が形成されている。
なお、第１０の金属膜および第１１の金属膜を形成する前にＡｒガス等を用いたスパッタエッチング法により、下層の絶縁膜との接着力を向上させる。
次に、発熱抵抗体用測温抵抗体７６、測温抵抗体７７（上流側測温抵抗体７７ａおよび下流側測温抵抗体７７ｂ）、空気温度測温抵抗体７８および引き出し配線７９の上層には第１９の絶縁膜８０、第２０の絶縁膜８１、第２１の絶縁膜８２と順次形成する。絶縁膜８０は例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。絶縁膜８１は例えばＳｉＮｘ膜であり、膜厚は１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜８２は、例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。
さらに、前述した実施例１と同様に第１１の金属膜からなる引き出し配線７９および図示されていないが第１０の金属膜からなる発熱抵抗体７４の引き出し配線８ａ、８ｂの一部を露出させる接続孔８３、接続孔８３を介して引き出し配線７９に電気的に接続する第１２の金属膜で端子電極８４を形成する。なお、第１２の金属膜は、例えば厚さ５０ｎｍ程度のＴｉＮ（窒化チタン）等のバリア金属膜と暑さ１μｍ程度のＡｌ合金膜の積層膜により形成されている。
次に、保護膜８５を形成し、フォトリソグラフィ法を用いて少なくとも端子電極８４およびダイアフラム上を開口した後、ダイアフラム８６を形成する。なお、保護膜８５は、例えばポリイミド膜であり、膜厚は２〜３μｍ程度である。
本実施例４では、発熱抵抗体用測温抵抗体７６、測温抵抗体７７（上流側測温抵抗体７７ａおよび下流側測温抵抗体７７ｂ）がＭｏをＴｉＮで覆う構造とすることで発熱抵抗体７４が加熱することにより発熱抵抗体用測温抵抗体７６、測温抵抗体７７（上流側測温抵抗体７７ａおよび下流側測温抵抗体７７ｂ）が劣化することを抑制でき、抵抗経時変化が起こりにくく高感度を長期に渡り維持できる。
なお、本実施例４では、第１０の金属膜と第１１の金属膜の両層に関してＴｉＮ膜で覆う構造を示したが、第１０の金属膜または第１１の金属膜のいずれかの層がＴｉＮ膜で覆われている構造であっても同等の効果が得られる。
また、第１０の金属膜において、ＷＳｉ膜が全面ＴｉＮに覆われていない構造、例えば側壁のＷＳｉが絶縁膜と接するＴｉＮ膜/ＷＳｉ膜/ＴｉＮ膜構造や、ＷＳｉ膜の上または下のみにＴｉＮ膜が形成されている構造であっても効果は認められた。第１１の金属膜においても前記と同様に、側壁のＭｏが絶縁膜と接するＴｉＮ膜/Ｍｏ膜/ＴｉＮ膜構造や、Ｍｏ膜の上または下のみにＴｉＮ膜が形成されている構造であっても効果は認められた。
（実施例５)
本実施例５では、発熱抵抗体および発熱抵抗体用測温抵抗体、測温抵抗体を含む測定素子を加速度センサに適用した例について説明する。
図１０は、本実施例５による加速度センサの一例を示す要部平面図である。
加速度センサ９０は、単結晶Ｓｉからなる半導体基板上に絶縁膜などを介して形成された発熱抵抗体９１と、発熱抵抗体９１と外部回路との電気的接続を行う端子電極９２ａ,９２ｂと、発熱抵抗体９１上に配置された発熱抵抗体用測温抵抗体９３と、発熱抵抗体用測温抵抗体９３と外部回路との電気的接続を行う端子電極９４ａ、９４ｂと、発熱抵抗体９１から４方向に一定の間隔をあけて配置された同じ長さ（同じ抵抗値）の測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと、測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄと外部回路との電気的接続を行う端子電極９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ、９６ｅ、９６ｆとを有し、外部回路でブリッジ回路等が構成される。
図１１は、図１０のＣ−Ｃ'線における要部断面図である。
単結晶Ｓｉからなる半導体基板９７上に絶縁膜９８、９９、１００が形成され、絶縁膜１００上には第１３の金属膜からなる発熱抵抗体９１および引き出し配線１０８ｂが形成されている。絶縁膜９８は例えば高温の炉体で形成するＳｉＯ２膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。絶縁膜９９は例えばＳｉＮｘ膜であり、厚さは１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜１００はＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。第１３の金属膜は、前述した実施例１の第１の金属膜３ａと同様であり、厚さ５００ｎｍ程度のＷＳｉ膜を例示することができる。
発熱抵抗体９１上には、例えば厚さ２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度のＳｉＯｘ膜もしくはＳｉＮｘ膜からなる絶縁膜１０１が形成されている。
次に、第１４の金属膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体９３および測温抵抗体９５ａ、９５ｃおよび引き出し配線１０９ａが形成されている。第１４の金属膜は、前述した実施例１の第１の金属膜４ａと同様であり、厚さ１５０ｎｍ程度のＭｏ膜を例示することができる。
発熱抵抗体用測温抵抗体９３および測温抵抗体９５ａ、５ｃおよび引き出し配線１０９ａの上層には、絶縁膜１０２、１０３、１０４を順次形成する。絶縁膜１０２は、例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。絶縁膜１０３は、例えばＳｉＮｘ膜であり、膜厚は１５０〜３００ｎｍ程度である。絶縁膜１０４は、例えばＳｉＯｘ膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。さらに、前述した実施例１と同様に、第１３の金属膜からなる引き出し配線１０８ｂと第１４の金属膜からなる引き出し線１０９ａの一部を露出させる接続孔１０５および１０６、接続孔１０５および１０６を介して引き出し配線１０８ｂ、１０９ａに電気的に接続する端子電極９２ｂ、９６ａ、およびダイアフラム１０７が形成されている。
なお、図１１では、測温抵抗体９５ａ、９５ｃのみを示し、その他の測温抵抗体９５ｂ、９５ｄを省略するが、これら測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄは同時に形成される。さらに、図１７では、端子電極９２ｂ、９６ａのみを示し、その他の端子電極９２ａ、９４ａ、９４ｂ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ、９６ｅ、９６ｆを省略するが、これら端子電極は同時に形成される。
次に、図１２および前述した図１０を用いて、加速度センサの動作について説明する。図１２は、本実施例５による加速度センサおよび外部回路を示した回路図である。
まず、外部電源１１０から発熱抵抗体９１に傍熱するための加熱電流を流す。この傍熱により発熱抵抗体用測温抵抗体９３および各測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄが熱せられて抵抗値が変化する。この時発熱抵抗体用測温抵抗体９３の抵抗値がほぼ一定に保たれるよう加熱電流を流すことにより測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの温度は安定し、抵抗値も安定する。また発熱抵抗体９１からの各測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄまでの距離が一定であるため、各測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄの温度は等しくなり、かつ形状が同じであるため、抵抗値も等しくなる。
この状態で、例えば図１０に示すように、加速度センサ９０に外部から力が加わることによって加速度センサ９０が動くと、均衡していた傍熱状態が崩れ、測温抵抗体９５ａと測温抵抗体９５ｃとの温度が異なり、抵抗値が変動して加速度を検知することができる。この抵抗値の相違（電圧差）を外部の入力回路に送り、メモリ１１１に記憶している静止状態のデータと比較し、動いた方向および温度差（ΔＴｈ）ＣＰＵ等で計算して外部へ出力する。加速度センサ９０の出力より、加速度の調整またはスイッチのオン、オフ等の処理を行なうことができる。
なお、本実施例５では、測温抵抗体９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄが４方向に配置された加速度センサ９０について述べたが、さらに測温抵抗体の角度を変えて数を増やすことで、力の加わる方向を精度よく知ることも可能である。
このように、本実施例５によれば、熱式流体流量センサのみではなく、加速度センサにも適用することができて、好感度の加速度センサを実現することができる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施例では、発熱抵抗体等の第１の金属膜をＷＳｉまたはＴｉＮにより構成された熱式流体流量センサに関して説明したが、例えば、Ｍｏ（モリブデン）、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、またはＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などのうち少なくとも一つの金属窒化化合物、またはＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)などのうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物でもよい。
測温抵抗体等の第２の金属膜をＭｏにより構成された熱式流体流量センサに関して説明したが、例えば、Ｔａ（タンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、またはＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物およびＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)などのうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物でもよい。
また、前記実施例では第１の金属膜と第２の金属膜に異なる金属膜を用いているが、同一の金属膜であってもよい。
本発明は、前述した実施例による熱式流体流量センサまたは加速度センサの他、温度センサ、湿度センサ、ガスセンサなどの様々なセンサに適用できる。
本発明の実施例１による熱式流体流量センサの一例を示す要部平面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（１）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（２）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（３）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（４）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（５）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（６）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程（７）を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による自動車等の内燃機関の吸気通路に取り付けられた熱式流体流量センサを実装した熱式空気流量計の概略配置図である。 図３の一部を拡大した要部平面図である。 図４のＢ−Ｂ'線における要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの動作の一例を示した回路図である。 本発明の実施例２による熱式流体流量センサの要部断面図である。 本発明の実施例３による熱式流体流量センサの要部断面図である。 本発明の実施例４による熱式流体流量センサの要部断面図である。 本発明の実施例５による加速度センサの一例を示す要部平面図である。 本発明の実施例５による加速度センサの要部断面図である。 本発明の実施例５による加速度センサの動作の一例を示した回路図である。
符号の説明
１…熱式流体流量センサ、２…基板、３…発熱抵抗体、４…発熱抵抗体用測温抵抗体、５ａ…上流測温抵抗体、５ｂ…下流測温抵抗体、６…空気測温抵抗体、７…端子電極、８…引出配線、９、１０、１１…絶縁層、１２…接続孔、１３…ダイアフラム、１４…熱式空気流量計、１５…支持体、１５ａ…下部支持体、１５ｂ…上部支持体、１６…外部回路、１７…空気通路、１８…副通路、１９…空気流、２０、２１…端子電極、２２…金線、２３…電源、２４…トランジスタ、２６、２７…抵抗、２８…制御回路、２９…メモリ回路、９０…加速度センサ、９１…発熱抵抗体、９２ａ、９２ｂ…端子電極、９３…発熱抵抗体用測温抵抗体、９４ａ、９４ｂ…端子電極、９５ａ、９５ｂ、９５ｃ、９５ｄ…測温抵抗体、９６ａ、９６ｂ、９６ｃ、９６ｄ、９６ｅ、９６ｆ…端子電極、９７…半導体基板、９８…絶縁膜、１１０…外部電源、１１１…メモリ回路。

Claims (18)

  1. 空気流量を計測する熱式流体流量センサにおいて、半導体基板上に第一の絶縁層を介して形成された発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体の温度を測定する発熱抵抗体用測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられた空気の上流側および下流側の空気温度を検知するための上流側および下流側測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられる前の空気の空気温度を測定する空気温度測温抵抗体とを有し、
    少なくとも前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  2. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  3. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記上流側および下流側測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  4. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記空気温度測温抵抗体は、第二の絶縁層を介して前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  5. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記上流側および下流側測温抵抗体は、前記発熱抵抗体用測温抵抗体とは同層にあって、前記発熱抵抗体用測温抵抗体をはさむように配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  6. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記上流側および下流側測温抵抗体、および前記空気温度測温抵抗体は、同層にあって前記発熱抵抗体の上層または下層に配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  7. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体は、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）のうち少なくとも一つの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物、または、β−Ｔａ（ベータタンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、Poly−Ｓｉのうち少なくとも一つを主成分とする金属膜を含むことを特徴とする熱式流体流量センサ。
  8. 請求項７に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体の抵抗率が、１００μΩ・ｃｍ以上であることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  9. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、β−Ｔａ（ベータタンタル）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、または、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物を含むことを特徴とする熱式流体流量センサ。
  10. 請求項９に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記測温抵抗体、前記空気温度測温抵抗体の抵抗温度係数が、２０００ｐｐｍ/℃以上であることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  11. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体の配線幅が、前記発熱抵抗体用測温抵抗体の配線幅と同等もしくは広いことを特徴とする熱式流体流量センサ。
  12. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体と前記発熱抵抗体用測温抵抗体との間の前記第一の絶縁層の膜厚は、０．５μｍ以下であることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  13. 請求項１に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記第一の絶縁層が、多層構造の絶縁層からなることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  14. 請求項６に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記発熱抵抗体用測温抵抗体、上流側および下流側測温抵抗体、および空気温度測温抵抗体の上層には、第三の絶縁層が配置されることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  15. 請求項１４に記載の熱式流体流量センサにおいて、前記第三の絶縁層は、多層構造の絶縁層からなることを特徴とする熱式流体流量センサ。
  16. 半導体基板上に第１の絶縁膜および第１の金属膜を順次形成する工程と、
    フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第１の金属膜をエッチングし、前記第１の金属膜からなる発熱抵抗体を形成する工程と、
    前記発熱抵抗体上に第２の絶縁膜および第２の金属膜を順次形成する工程と、
    フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第２の金属膜をエッチングし、前記第２の金属膜からなる発熱抵抗体用測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられた空気の上流側および下流側の空気温度を検知するための上流側および下流側測温抵抗体と、前記発熱抵抗体により熱せられる前の空気の空気温度を測定する空気温度測温抵抗体と、前記抵抗体の各々に接続される引き出し配線を形成する工程と、
    前記発熱抵抗体用測温抵抗体、前記上流側および下流側測温抵抗体、および前記空気温度測温抵抗体の上層に第３の絶縁膜を形成する工程と、
    フォトリソグラフィ法により形成されたレジストパターンをマスクとして前記第３の絶縁膜をエッチングし前記第２の金属膜からなる前記引き出し配線の一部を露出させる接続孔を形成する工程と、
    前記半導体基板の裏面にフォトリソグラフィ法によりレジストパターンを形成し、そのレジストパターンをマスクとして前記半導体基板の一部をウエットエッチングして、前記発熱抵抗体、前記発熱抵抗体用測温抵抗体および前記上流側測温抵抗体および下流側測温抵抗体が形成された領域を含む位置に、ダイアフラムを形成する工程とを含むことを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。
  17. 請求項１６に記載の熱式流体流量センサの製造方法において、前記発熱抵抗体は、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）のうち少なくとも一つの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物、または、β−Ｔａ（ベータタンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｔａ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、Poly−Ｓｉのうち少なくとも一つを主成分とする金属膜を含むことを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。
  18. 請求項１６又は１７に記載の熱式流体流量センサの製造方法において、前記発熱抵抗体用測温抵抗体は、Ｍｏ（モリブデン）、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｐｔ（白金）、β−Ｔａ（ベータタンタル）のうち少なくとも一つを主成分とする金属膜、または、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）、ＷＮ（窒化タングステン）などの金属窒化化合物、または、ＷＳｉ（タングステンシリサイド）、ＭｏＳｉ(モリブデンシリサイド)、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）、ＮｉＳｉ(ニッケルシリサイド)のうち少なくとも一つの金属シリサイド化合物を含むことを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。
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