JP2010133897A - 熱式流体流量センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】微細加工された測温抵抗体および発熱抵抗体の上下に圧縮応力を有する膜と引っ張り応力を有する膜が積層された絶縁膜で構成されたダイヤフラム構造部を有する熱式流体流量センサにおいて、応力不均衡を解消し、検出感度を向上し、かつ信頼性を向上する。
【解決手段】発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄの下層の絶縁膜について、圧縮応力を有する膜（第１の絶縁膜１４、第３の絶縁膜１６および第５の絶縁膜１８）と引っ張り応力を有する膜（第２の絶縁膜１５および第４の絶縁膜１７）とが交互に配置され、かつ引っ張り応力を有する膜が２層以上配置された構成とする。
【選択図】図７
【解決手段】発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄの下層の絶縁膜について、圧縮応力を有する膜（第１の絶縁膜１４、第３の絶縁膜１６および第５の絶縁膜１８）と引っ張り応力を有する膜（第２の絶縁膜１５および第４の絶縁膜１７）とが交互に配置され、かつ引っ張り応力を有する膜が２層以上配置された構成とする。
【選択図】図７
Description
本発明は、熱式流体流量センサおよびその製造技術に関し、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に適用して有効な技術に関するものである。
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）センサは、製造コストを低減でき、かつ低電力で駆動することができることから注目されている。このようなエアフローセンサとして、例えば特開平１１−１９４０４３号公報（特許文献１）は、発熱素子（ヒータ）および温度検出素子（センサ）に白金（Ｐｔ）を用い、ヒータおよびセンサ下部のＳｉ膜を除去したダイヤフラム構造において、ヒータおよびセンサの上層および下層を絶縁性の層で覆い、これら絶縁性の層の合成した応力を軽度の引っ張り応力とする技術を開示している。また、特開平１１−２７１１２３号公報（特許文献２）は、ヒータおよびセンサの上層および下層を圧縮応力膜と引っ張り応力膜との構成とし、かつこの構成がヒータを中心として上下対称となるように積層された状態を開示している。
特開平１１−２９５１２７号公報（特許文献３）は、流量センサに関し、平板上基材の表面に絶縁性の支持膜を形成し、その支持膜の上に複数の感熱抵抗体を配置し、感熱抵抗体ないし支持膜を絶縁性の保護膜で覆った構造を開示している。
特開２００２−１３１１０６号公報（特許文献４）は、熱式空気流量計に関し、単結晶シリコン基板に形成された空洞部の上面に設けられた薄膜発熱部を有し、流過する測定対象の気体を加熱するマイクロヒータにて、前記薄膜発熱部を発熱抵抗体と、測温抵抗体と、空気温度測温抵抗体と、これらの抵抗体を上下から挟むように設けられる上部薄膜および下部薄膜とから構成した構造を開示している。また、前記上部薄膜および下部薄膜の少なくともいずれかを引張応力膜を含んで形成するとともに、この引張応力膜の前記流過する気体に対向する側に耐水性の圧縮応力膜を積層形成することも開示している。
特開平１１−１９４０４３号公報
特開平１１−２７１１２３号公報
特開平１１−２９５１２７号公報
特開２００２−１３１１０６号公報
しかしながら、上述の技術においては、加工による配線形状からの影響が配慮されておらず、感度向上の要求から高抵抗値を得るためにセンサ部の配線を微細加工すると、配線幅および配線間隔の狭ピッチ化により、配線上に形成する絶縁膜の被覆性が損なわれ、平坦な膜で設計していたその絶縁膜の残留応力値にずれが生じる。
特に引っ張り応力を有する膜としては、単位膜厚あたりの残留応力が非常に大きい窒化シリコン膜を用いることから、膜を薄く形成することによって凹凸の影響が大きくなり、微細加工された配線部の残留応力が圧縮応力に変化することから、ダイヤフラム内での応力不均衡によって膜にたわみが生じ、ヒータおよびセンサの抵抗値が変化する。このヒータおよびセンサの抵抗値から基準となる温度差（ΔＴｈ）を計算しており、抵抗値が変化したまま設計値に合わせて作動させると、ΔＴｈの低下による検出精度の低下や、過剰電流によるヒータ異常加熱による膜構造体の破壊といった問題が生じることになる。
また、配線上の凹凸低減のために塗布絶縁膜（Spin on Glass）を用いることによる平坦化処理や、ＣＭＰ法による絶縁膜平坦化技術があるが、ダイヤフラム上の配線はパターンの粗密が大きいため、ダイヤフラム内の絶縁膜の総膜厚は、配線が無い部分と、ヒータ部および微細配線のセンサ部とでは大きく異なり、応力不均衡によるたわみが発生することになる。
本発明の目的は、配線の微細加工を行なった場合においても、応力の不均衡によるダイヤフラムのたわみをなくし、流量計測の検出精度の高い熱式流体流量センサを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
上記本発明の目的は、微細加工を要するセンサより下層の絶縁膜に上層の引っ張り応力不足を補う分の引っ張り応力を有する膜を追加し、膜厚を調整することにより達成されるものである。
すなわち、本発明による熱式流体流量センサは、
ダイヤフラム構造体内に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体と隣り合って設けられた測温抵抗体とを有する、空気流量を計測する熱式流体流量センサであって、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体の上層および下層に、引っ張り応力を有する第１の膜と圧縮応力を有する第２の膜とが積層された絶縁膜を有し、
少なくとも前記測温抵抗体より下層の前記絶縁膜は、前記第１の膜と前記第２の膜が交互に形成され、かつ前記第１の膜を２層以上有しているものである。
ダイヤフラム構造体内に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体と隣り合って設けられた測温抵抗体とを有する、空気流量を計測する熱式流体流量センサであって、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体の上層および下層に、引っ張り応力を有する第１の膜と圧縮応力を有する第２の膜とが積層された絶縁膜を有し、
少なくとも前記測温抵抗体より下層の前記絶縁膜は、前記第１の膜と前記第２の膜が交互に形成され、かつ前記第１の膜を２層以上有しているものである。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
センサ下層に上層分の引っ張り応力相当の引っ張り応力を有する膜を追加することにより、ヒータ設計値の残留応力以上とすることができるので、微細加工を施したセンサ部等を含むダイヤフラムでのたわみの発生を防ぎ、抵抗値変化が少ない高精度な熱式流体流量センサを提供することができる。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施例等において構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。
また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（実施の形態１）
本実施の形態１による熱式流体流量センサの要部平面図の一例を図１に示す。
本実施の形態１による熱式流体流量センサの要部平面図の一例を図１に示す。
本実施の形態１の熱式流体流量センサである測定素子１は、半導体基板２、発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体、空気温度測温抵抗体６、ヒータ温度制御用抵抗体７、８、端子電極９Ａ〜９Ｉ、および引き出し配線１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ１、１０Ｃ２、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ１、１０Ｈ２、１０Ｉ１、１０Ｉ２等から形成されている。
半導体基板２は、例えば単結晶Ｓｉからなる。
発熱抵抗体３は、半導体基板２上に絶縁膜を介して形成されており、配線幅は、例えば１μｍ〜１５０μｍ程度である。
発熱抵抗体用測温抵抗体４は、発熱抵抗体３の温度検知に用いられ、配線幅は、例えば０．５μｍ〜１００μｍ程度である。
測温抵抗体は、２つの上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂと、２つの下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄからなり、発熱抵抗体３により暖められた空気の温度検知に用いられる。上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄの配線幅は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
空気温度測温抵抗体６は、空気温度の測定に用いられ、配線幅は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
ヒータ温度制御用抵抗体７、８の配線幅は、例えば０．５μｍ〜１０μｍ程度である。
端子電極９Ａ〜９Ｉは、測温素子１の信号を外部回路へ接続するために用いられる。
引き出し配線１０Ａは、発熱抵抗体３を端子電極９Ａに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
引き出し配線１０Ｂは、発熱抵抗体３を端子電極９Ｂに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
２つの引き出し配線１０Ｃ１、１０Ｃ２（主に引き出し配線１０Ｃ１）は、ヒータ温度制御用抵抗体７およびヒータ温度制御用抵抗体８を端子電極９Ｃに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
引き出し配線１０Ｄは、発熱抵抗体用測温抵抗体４およびヒータ温度制御用抵抗体７を端子電極９Ｄに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
引き出し配線１０Ｅは、空気温度測温抵抗体６およびヒータ温度制御用抵抗体８を端子電極９Ｅに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
引き出し配線１０Ｆは、上流側測温抵抗体５Ａおよび下流側測温抵抗体５Ｃを端子電極９Ｆに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
引き出し配線１０Ｇは、発熱抵抗体用測温抵抗体４、空気温度測温抵抗体６、上流側測温抵抗体５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｄを端子電極９Ｇに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
２つの引き出し配線１０Ｈ１、１０Ｈ２は、上流側測温抵抗体５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃを端子電極９Ｈに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
２つの引き出し配線１０Ｉ１、１０Ｉ２は、上流側測温抵抗体５Ａおよび下流側測温抵抗体５Ｄを端子電極９Ｉに電気的に接続し、配線幅は、例えば３０μｍ〜５００μｍ程度である。
また、少なくとも発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４および測温抵抗体上の保護膜に開口部１１が設けられており、下層のＳｉ基板（半導体基板２）は除去されたダイヤフラム構造１２となっている。この際、ダイヤフラム構造１２により、保護膜の開口部１１の外周は、平面でダイヤフラム構造１２の外周より約５０μｍ以上内側となっている。
この測定素子１は、空気の流れ１３の空気温度を空気温度測定抵抗体６で測定し、発熱抵抗体３で加熱した発熱抵抗体用測温抵抗体４の抵抗増加と比較して温度差（ΔＴｈ）を計算し、発熱抵抗体３で暖められた空気の流れにより測温抵抗体５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄの抵抗が変化する構造となっている。なお、本実施の形態１では、各抵抗体の抵抗値を設計値に合わせるために、折り返し蛇行パターンの配線構造としている。
次に、本実施の形態１による熱式流体流量センサの製造方法の一例を図２〜図７を用いて工程順に説明する。図２〜図７は、図１中のＡ−Ａ線に対応する要部断面図である。
まず、図２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の主面上に第１の絶縁膜１４を形成し、さらに第２の絶縁膜１５、第３の絶縁膜１６、第４の絶縁膜１７および第５の絶縁膜１８を順次形成する。第１の絶縁膜１４は、例えば高温の炉体で形成する酸化シリコン膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。第２の絶縁膜１５は、例えばＣＶＤ法を用いた窒化シリコン膜であり、厚さは１００〜２００ｎｍ程度である。これら、第１の絶縁膜１４および第２の絶縁膜１５は、半導体基板２の裏面にも成膜される。第３の絶縁膜１６は、例えばＣＶＤ法を用いた酸化シリコン膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度である。第４の絶縁膜１７は、例えば絶縁膜１５と同様にＣＶＤ法を用いた窒化シリコン膜またはプラズマＣＶＤ法を用いた窒化シリコン膜であり、膜厚はセンサ部の配線ピッチから決められるが、２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の範囲である。第５の絶縁膜１８は、例えばＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法を用いた酸化シリコン膜であり、膜厚は１００ｎｍ〜３００ｎｍである。なお、第１の絶縁膜１４、第３の絶縁膜１６および第５の絶縁膜１８は、残留応力が５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ程度の圧縮応力を有する膜（第２の膜）であり、第２の絶縁膜１５および第４の絶縁膜１７は、７００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引っ張り応力を有する膜（第１の膜）である。また、第２の絶縁膜１５および第４の絶縁膜１７は、５００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引っ張り応力を有する窒化アルミニウム膜としてもよい。
次に、第１の金属膜１９として、例えばスパッタリング法でＭｏ（モリブデン）膜を１５０ｎｍ程度成膜する。この際、接着性向上および結晶性向上のため、Ｍｏ膜の堆積前にＡｒ（アルゴン）ガスを用いたスパッタエッチング法により、下地の第５の絶縁膜１８を５ｎｍ〜２０ｎｍ程度エッチングし、Ｍｏ膜堆積時の半導体基板２の温度を２００℃〜５００℃程度として形成する。また、Ｍｏ膜の結晶性をさらに高めるため、Ｍｏ膜成膜後に炉体またはランプ加熱装置において窒素雰囲気中で約１０００℃の熱処理を施す。
次に、図３に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより第１の金属膜１９のパターニングを行い、発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）、空気温度測温抵抗体６、ヒータ温度制御用抵抗体７、８および引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２を形成する。この際、第１の金属膜１９の加工時のオーバーエッチングにより、下地の第５の絶縁膜１８は、第１の金属膜１９が無い部分で５０ｎｍ程度エッチングされる。従って、発熱抵抗体３等の第１の金属膜１９から形成された部分と、第１の金属膜１９の加工より第５の絶縁膜１８がエッチングされた部分との段差は、合わせると約２００ｎｍとなる。
次に、図４に示すように、発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）、空気温度測温抵抗体６、ヒータ温度制御用抵抗体７、８および引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２の上層に、第６の絶縁膜２０、第７の絶縁膜２１および第８の絶縁膜２２を順次成膜する。第６の絶縁膜２０は、例えばＣＶＤ法またはＴＥＯＳ（tetraethoxysilane）を原料としプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜であり、膜厚は５００ｎｍ程度とする。第７の絶縁膜２１は、例えばＣＶＤ法またはプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した窒化シリコン膜であり、膜厚は１５０〜２００ｎｍ程度とする。第８の絶縁膜２２は、例えばＣＶＤ法またはＴＥＯＳを原料としプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。なお、酸化シリコン膜である第６の絶縁膜２０および第８の絶縁膜２２は、室温での残留応力が５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ程度の圧縮応力となる膜（第２の膜）であり、窒化シリコン膜である第７の絶縁膜２１は、室温での残留応力が７００ＭＰａ〜１２００ＭＰａ程度の引っ張り応力となる膜（第１の膜）である。このように第７の絶縁膜２１の残留応力（引っ張り応力）が第６の絶縁膜２０および第８の絶縁膜２２の総残留応力（圧縮応力）より大きくなるようにするのは、熱式流体流量センサの実用時の温度がこれら絶縁膜の成膜時の温度を超えてしまった場合に、第６の絶縁膜２０および第８の絶縁膜２２の総残留応力が第７の絶縁膜２１の残留応力より大きくなってしまい、これらの絶縁膜がたわんでしまうのを防ぐためである。また、第７の絶縁膜２１をプラズマを用いた低温ＣＶＤ法による窒化シリコン膜とした場合には、８００℃程度以上、好ましくは１０００℃程度の熱処理を施して所望の引っ張り応力となるように調整する。第６の絶縁膜２０および第８の絶縁膜２２である酸化シリコン膜に関しても、１０００℃程度の熱処理を施すことにより耐湿性が向上することから、堆積後に熱処理を行なうのが望ましい。
次に、図５に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２の一部を露出させる接続孔２３を形成する。なお、図５では、引き出し配線１０Ｇに達する接続孔２３以外の接続孔２３の図示は省略している。その後、第２の金属膜２４として、例えば厚さ１μｍ程度の接続孔２３を埋め込むＡｌ合金膜を成膜する。なお、引き出し配線１０Ｇとの接触を良好にするため、形成前にＡｒ（アルゴン）ガスにより引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２の表面をスパッタエッチングングしてもよい。さらに、その接触を確実なものとするため、Ａｌ合金膜の堆積前に第３の金属膜としてＴｉＮ（窒化チタン）膜等のバリア金属膜を成膜してバリア膜とＡｌ合金膜の積層膜を形成してもよい。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２００ｎｍ以下とすることができる。また、バリア金属膜としてＴｉＮ膜を挙げたがＴｉＷ（チタンタングステン）膜、Ｔｉ（チタン）膜およびこれらの積層膜としてもよい。
次に、図６に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより第２の金属膜２４をパターニングし、端子電極９Ａ〜９Ｉを形成する。次に、端子電極９Ａ〜９Ｉ上の保護膜２５として、例えばポリイミド膜を形成し、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより少なくとも発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、上部側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下部側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ上に開口部１１および端子電極９Ａ〜９Ｉを外部回路と接続するための開口部（図示は省略）を形成する。なお、保護膜２５は感光性の有機膜等としてもよく、膜厚は２〜３μｍ程度とする。
次に、図７に示すように、半導体基板２の裏面にフォリソグラフィ法によりフォトレジスト膜のパターン（図示は省略）を形成し、裏面に形成されている第１の絶縁膜１４および第２の絶縁膜１５をドライエッチング法またはウエットエッチング法により除去する。次いで、残された第１の絶縁膜１４および第２の絶縁膜１５をマスクとして半導体基板２を裏面からＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（Tetramethylammonium hydroxide）またはこれらを主成分とする水溶液でウエットエッチングし、ダイヤフラム構造１２を形成する。ダイヤフラム構造１２は、保護膜２５の開口部１１より大きく設計されており、好ましくは保護膜２５の開口部１１の全ての辺より約５０μｍ以上大きく形成する。このダイヤフラム構造１２で構成された絶縁膜（第１の絶縁膜１４、第２の絶縁膜１５、第３の絶縁膜１６、第４の絶縁膜１７、第５の絶縁膜１８、第６の絶縁膜２０、第７の絶縁膜２１および第８の絶縁膜２２）の総膜厚は１．５μｍ程度以上が望ましい。これより薄い場合には、ダイヤフラム構造１２で構成された絶縁膜の強度が低下し、自動車の吸気に含まれるダストの衝突などで破壊するおそれが大きくなる。ただし、第１の絶縁膜１４は、下方からのダスト衝突時の緩衝膜の役割を果たしており、ダストが衝突しないような構成になっていれば、絶縁膜１４は省略してもよい。
なお、上記の実施の形態では、発熱抵抗体３等になる第１の金属膜１９をＭｏにより形成した熱式流体流量センサに関して説明したが、Ｍｏ以外の金属、金属窒化化合物、金属シリサイド化合物、多結晶シリコンあるいは不純物としてリンまたはホウ素がドープされた多結晶シリコンから形成してもよい。金属とした場合には、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）またはＺｒ（ジルコニウム）等を主成分とする金属を例示できる。金属窒化化合物とした場合には、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）またはＷＮ（窒化タングステン）などを例示できる。金属シリサイド化合物とした場合には、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）またはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）などを例示できる。
また、ウエハ状態の半導体基板２への処理が完了した後のチップダイシング工程時の水圧によるダイヤフラム構造１２の破損が懸念されるが、ダイヤフラム構造１２で構成された積層絶縁膜（第１の絶縁膜１４、第２の絶縁膜１５、第３の絶縁膜１６、第４の絶縁膜１７、第５の絶縁膜１８、第６の絶縁膜２０、第７の絶縁膜２１および第８の絶縁膜２２）の総膜厚が１．５μｍ以上であれば強度的に問題ない。
図８は、本実施の形態１による熱式流体流量センサが実装され、自動車等の内燃機関の吸気通路に取り付けられた熱式空気流量計の概略配置図である。熱式空気流量計２６は、熱式流体流量センサである前述の測定素子１と、上部および下部からなる支持体２７と、外部回路２８とから構成され、測定素子１は、空気通路２９の内部にある副通路３０に配置される。外部回路２８は、支持体２７を介して測定素子１の端子に電気的に接続される。吸気された空気は、内燃機関の条件によって、図８中の矢印（空気の流れ１３）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９は、前述の図８の一部（測定素子１および支持体２７）を拡大した要部平面図であり、図１０は、図９のＢ−Ｂ線における要部断面図である。
図９および図１０に示すように、測定素子１は、下部の支持体２７Ａ上に固定されており、測定素子１の端子電極９Ａ〜９Ｉのそれぞれと外部回路２８の端子電極３１との間は、例えば金線３２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９Ａ〜９Ｉ、３１および金線３２は、上部の支持体２７Ｂで覆うことにより保護されている。上部の支持体２７Ｂは、樹脂による密封保護であってもよい。
次に、図１１を用いて、前述した熱式空気流量計２６の動作について説明する。図１１は、本実施の形態１による測定素子１と外部回路２８とを示した回路図であり、符号３３は電源、符号３４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３５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３６はメモリ回路である。
図１１に示す回路には二つのブリッジ回路があり、ひとつは発熱抵抗体用測温抵抗体４、空気温度測温抵抗体６およびヒータ温度制御用抵抗体７、８からなるヒータ制御用ブリッジ回路であり、もうひとつは４つの測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）による温度センサブリッジ回路である。
図１に示した測定素子１において、端子電極９Ｃが２つの引き出し配線１０Ｃ１、１０Ｃ２（主に引き出し配線１０Ｃ１）を介して２つのヒータ温度制御用抵抗体７、８の双方に電気的に接続されており、この端子電極９Ｃに所定電位Ｖｒｅｆ１を供給する。また、端子電極９Ｆが上流側測温抵抗体５Ａおよび下流側測温抵抗体５Ｃの双方に電気的に接続されており、この端子電極９Ｆに所定電位Ｖｒｅｆ２を供給する。さらに、端子電極９Ｇが引き出し配線１０Ｇを介して空気温度測温抵抗体６、発熱抵抗体用測温抵抗体４、上流側測温抵抗体５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｄのそれぞれに電気的に接続されており、この端子電極９Ｇは図１１に示すようにグランド電位とする。
引き出し配線１０Ｄを介して発熱抵抗体用測温抵抗体４およびヒータ温度制御用抵抗体７の双方に電気的に接続された端子電極９Ｄは、図１１中のノードＡに対応する。
また、引き出し配線１０Ｅを介して空気温度測温抵抗体６およびヒータ温度制御用抵抗体８の双方に電気的に接続された端子電極９Ｅは、図１１中のノードＢに対応する。また、２つの引き出し配線１０Ｉ１、１０Ｉ２を介して上流側測温抵抗体５Ａおよび下流側測温抵抗体５Ｄの双方に電気的に接続された端子電極９Ｉは、図１１中のノードＣに対応する。また、２つの引き出し配線１０Ｈ１、１０Ｈ２を介して上流側測温抵抗体５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃの双方に電気的に接続された端子電極９Ｈは、図１１中のノードＤに対応する。
なお、本実施の形態ではヒータ制御用ブリッジ回路および温度センサブリッジ回路のグランド電位を共通の端子電極９Ｇで供給しているが、端子電極を増やし、それぞれの端子電極をグランド電位としてもよい。
ヒータ制御用ブリッジ回路は、発熱抵抗体３により熱せられた気体が吸気温度よりある一定温度（ΔＴｈ、例えば１００℃）高い場合に、ノードＡ（端子電極９Ｄ）とノードＢ（端子電極９Ｅ）の間の電位差が０Ｖになるように発熱抵抗体用測温抵抗体４、空気温度測温抵抗体６およびヒータ温度制御用抵抗体７、８の各抵抗値が設定されている。上記一定温度（ΔＴｈ）が設定よりずれた場合には、ノードＡとノードＢとの間に電位差が生じ、制御回路３５によってトランジスタ３４を制御して発熱抵抗体３の電流を変化させ、ブリッジ回路を平衡状態（Ａ−Ｂ間の電位差０Ｖ）に保つように設計されている。
一方、温度センサブリッジ回路は、発熱抵抗体３からそれぞれの測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）までの距離が同じとなるように設計されているため、発熱抵抗体３による加熱にかかわらず、無風の場合には、ノードＣ（端子電極９Ｉ）とノードＤ（端子電極９Ｈ）との間の電位差が平衡状態となり０Ｖとなる。発熱抵抗体３に電圧を印加し、吸気が空気の流れ１３の方向に流れると、発熱抵抗体３で暖められた上流側測温抵抗体５Ａ，５Ｂは温度が低下し、下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄの温度が高くなり、測温抵抗体の抵抗値が上流側と下流側で異なり、温度センサブリッジのバランスが崩れ、ノードＣとノードＤの間に差電圧が発生する。この差電圧を制御回路３５に入力し、メモリ回路３６に記録されている差電圧と空気流量の対比表から求めた空気流量（Ｑ）を演算処理して出力する。なお、空気の流れ１３が逆方向になった場合においても、同様に空気流量が計測できるので逆流検知も可能である。
次に、ダイヤフラム表面の変位量について説明する。図１２は、本発明者が本実施の形態のダイヤフラム構造１２（図７参照）と比較および検討したダイヤフラム構造を有する従来方式の熱式流体流量センサの要部断面図であり、平面では本実施の形態の図１におけるＡ−Ａ線に対応する。また、この従来方式の熱式流体流量センサでは、センサ配線（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）のピッチを約１．２μｍとし、ヒータ配線（発熱抵抗体３）のピッチを約２０μｍとし、図１２ではその表面の変位量を図示している。
図１２に示すように、従来方式の熱式流体流量センサは、本実施の形態の熱式流体流量センサにおける窒化シリコン膜からなる第４の絶縁膜１７および酸化シリコン膜からなる第５の絶縁膜１８が省略された構造となっている。膜の構成は、半導体基板２上に熱酸化によって形成された酸化シリコン膜（第１の絶縁膜１４）が約２００ｎｍ、ＣＶＤ法によって成膜された窒化シリコン膜（第２の絶縁膜１５）が約２００ｎｍ、ＣＶＤ法によって成膜された酸化シリコン膜（第３の絶縁膜１６）が約５００ｎｍ、その上でパターニングされたＭｏ膜（発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）、空気温度測温抵抗体６、ヒータ温度制御用抵抗体７、８および引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２）が約１５０ｎｍ、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で成膜された酸化シリコン膜（第６の絶縁膜２０）が約５００ｎｍ、プラズマＣＶＤ法で成膜された窒化シリコン膜（第７の絶縁膜２１）が約１５０ｎｍ、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で成膜された酸化シリコン膜（第８の絶縁膜２２）が約２００ｎｍとなっている。ヒータ、ヒータ温度センサおよび温度差センサ以外の部分は、保護膜２５としてポリイミド膜が２μｍ程度形成され、それより大きい領域で半導体基板２が除去されたダイヤフラム構造が形成されている。
上記のような従来方式の熱式流体流量センサの構造の場合には、センサ部（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）において表面がたわんで盛り上がり、その値は保護膜２５の膜厚より大きく、中心のヒータ部（発熱抵抗体３）とセンサ部（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）とで比較すると、約２．７５μｍの変位量が観測された。なお、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（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）は、他のパターンが無い部分より０．２μｍ程度突出した状態となっているが、この段差分は差し引いて表面の変位量を測定している。ダイヤフラム構造全体の変位量を測定したところ、センサ部のみたわんで上に盛り上がり、他のＭｏ膜が無い部分などでの変位量は０．１μｍ程度以下である。したがって、Ｍｏ膜が微細加工されているセンサ部のみ残留応力が圧縮応力に変化し、他の部分は引っ張り応力が維持されていることになる。このようなたわみが生じると、ヒータ加熱した際にヒータ部が盛り上がるなどダイヤフラムの変形が起こりやすく、ヒータ部およびセンサ部の抵抗値が変化する。このヒータ部およびセンサ部の抵抗値から基準となる前述の一定温度（ΔＴｈ）を計算しており、抵抗値が変化したまま設計値に合わせて熱式流体流量センサを作動させると、ΔＴｈの低下による検出精度の低下や、過剰電流によるヒータ異常加熱による膜構造体が破壊されてしまう懸念が生じる。
一方、図１３は、本実施の形態の熱式流体流量センサにおいて、上記の従来方式の熱式流体流量センサの場合と同様に、センサ配線（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）のピッチを約１．２μｍとし、ヒータ配線（発熱抵抗体３）のピッチを約２０μｍとした場合における表面の変位量を図示したものである。
本実施の形態の熱式流体流量センサを形成する各膜の構成は、半導体基板２上に熱酸化によって形成された酸化シリコン膜（第１の絶縁膜１４）が約２００ｎｍ、ＣＶＤ法によって成膜された窒化シリコン膜（第２の絶縁膜１５）が約２００ｎｍ、ＣＶＤ法によって成膜された酸化シリコン膜（第３の絶縁膜１６）が約３５０ｎｍ、上部の窒化シリコン膜の引っ張り応力を補うための窒化シリコン膜（第４の絶縁膜１７）が約１４０ｎｍ、その上部の酸化シリコン膜（第５の絶縁膜１８）が約１５０ｎｍ、その上でパターニングされたＭｏ膜（発熱抵抗体３、発熱抵抗体用測温抵抗体４、測温抵抗体（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）、空気温度測温抵抗体６、ヒータ温度制御用抵抗体７、８および引き出し配線１０Ａ〜１０Ｉ２）が約１５０ｎｍ、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で成膜された酸化シリコン膜（第６の絶縁膜２０）が約５００ｎｍ、プラズマＣＶＤ法で成膜された窒化シリコン膜（第７の絶縁膜２１）が約１５０ｎｍ、ＴＥＯＳを原料としたプラズマＣＶＤ法で成膜された酸化シリコン膜（第８の絶縁膜２２）が約２００ｎｍとなっている。ヒータ、ヒータ温度センサおよび温度差センサ以外の部分は、保護膜２５としてポリイミド膜が２μｍ程度形成され、それより大きい領域で半導体基板２が除去されたダイヤフラム構造が形成されている。
このような本実施の形態の熱式流体流量センサのダイヤフラム構造の場合には、中心のヒータ部とセンサ部とで比較すると、表面の変位量を約０．１μｍとすることができ、前述の従来方式の熱式流体流量センサと比較して約１／２８まで減少することができる。すなわち、ダイヤフラム構造部で生じるたわみを大幅に減少できるので、ヒータ部およびセンサ部の抵抗値の変化を防ぎ、ΔＴｈの低下による検出精度の低下や、過剰電流によるヒータ異常加熱による膜構造体の破壊といった不具合を防ぐことが可能となる。
図１４は、上記の従来方式の熱式流体流量センサおよび本実施の形態の熱式流体流量センサにおける、センサ配線（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）のピッチとダイヤフラム構造部の表面の変位量との相関を表した図である。図１４において、横軸はセンサ配線のピッチであり、縦軸はダイヤフラム構造部の表面の変位量である。
図１４に示すように、従来方式の熱式流体流量センサでは、配線ピッチが約６μｍ以下になるとダイヤフラム構造部の表面の変位量が大きくなり、特に配線ピッチが１．２μｍ以下となると、その変位量は急激に増加する。これに対し、本実施の形態の熱式流体流量センサでは、配線ピッチが１．２μｍと微細になってもダイヤフラム構造部の表面の変位量は０．１μｍ程度であり、ダイヤフラム構造内の絶縁膜の応力不均衡が解消されていることがわかる。なお、従来方式と比べて、本実施の形態では、配線ピッチを約１．２μｍとしたことに合わせて、第１の金属膜１９（図２参照）から形成された配線層より下層に膜厚１４０ｎｍ程度の窒化シリコン膜（第４の絶縁膜１７）を追加しているが、配線ピッチに合わせてこの窒化シリコン膜の膜厚を設定することで、ダイヤフラム構造の表面の変位量を低減することができる。
また、本実施の形態では、第１の金属膜１９（図２参照）から形成された配線上の窒化シリコン膜（第７の絶縁膜２１）の残留応力が７００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ程度の引っ張り応力である場合について説明したが、配線上の窒化シリコン膜は吸湿を防止する役割が大きいため、残留応力が前記範囲でなくてもよい。ただし、その場合には、配線の下層に全体の残留応力を考慮した窒化シリコン膜を追加する必要があり、その配線の下層に形成する窒化シリコン膜の層数は間に圧縮応力を有する膜（例えば酸化シリコン膜）が介在していれば３層以上でもよい。また、窒化シリコン膜でも成膜時の温度によっては残留応力が圧縮応力となってしまうこともあり、熱式流体流量センサの使用環境の温度によっては、同じ膜でも残留応力が引っ張り応力から圧縮応力へ、またはその逆に変わってしまうので、これら窒化シリコン膜および酸化シリコン膜の層数や、膜種そのものの選択については、熱式流体流量センサの使用環境に合わせて適宜設定してもよい。
図１５は、ヒータ部（発熱抵抗体３）が約５００℃となるように通電した場合の累積通電時間毎のヒータ部の抵抗変化率を示したものであり、センサ配線（上流側測温抵抗体５Ａ、５Ｂおよび下流側測温抵抗体５Ｃ、５Ｄ）のピッチが１．２μｍ、ヒータ配線（発熱抵抗体３）のピッチが２０μｍの同一パターンの条件化において、従来方式の熱式流体流量センサ（図１２参照）と本実施の形態の熱式流体流量センサ（図１３参照）とを比較している。
図１５に示すように、従来方式の熱式流体流量センサでは、センサ部の表面は凸状にたわんで変形し、ヒータ部の表面は最上層の酸化シリコン膜（第８の絶縁膜２２）とほぼ同一の面であるにもかかわらず（図１２も参照）、ヒータ部の抵抗値が急激に変化していることがわかる。これに対し、本実施の形態の熱式流体流量センサでは、通電初期に約０．５％の抵抗値変化が見られたが、それ以降は抵抗値に変化が見られない。なお、ヒータ部が約５００℃の状況下で通電した際のヒータ温度センサ（発熱抵抗体用測温抵抗体４）についても、従来方式の熱式流体流量センサでは抵抗値の変化が大きく、本実施の形態の熱式流体流量センサではほとんど抵抗値の変化がないことを確認している。従って、センサ部とヒータ部との間での表面の変位量を小さくすることで信頼性の高い熱式流体流量センサを得ることが可能となる。
なお、従来方式の熱式流体流量センサにおいて、単にＭｏ膜（第１の金属膜１９）より下層の窒化シリコン膜（第２の絶縁膜１５）を厚くすることでダイヤフラム構造部の引っ張り応力を確保する手段も考えられる。しかしながら、窒化シリコン膜は、７００ＭＰａ〜１０００ＭＰａ程度の非常に大きな残留応力を持っているため、膜厚が約２００ｎｍを超えた場合、ウエハ（半導体基板２）の反りが大きくる。そのため、窒化シリコン膜（第２の絶縁膜１５）の次の工程以降において、装置のウエハチャックエラーを引き起こし、窒化シリコン膜内のクラックや膜剥れ、ウエハ割れなど弊害の発生が懸念される。
このような観点からも、本実施の形態に示したように、引っ張り応力を有する膜は膜厚２００ｎｍ以下で２層以上の積層とし、内部応力緩和の観点から引っ張り応力膜の連続積層とせず、間に圧縮応力を有する膜を介在させることが好ましく、それにより熱ストレスの耐性を高めることができる。
さらに、窒化シリコン膜が増えた分だけダイヤフラム構造全体の膜厚が厚くなり、機械的強度が増しているので、耐ダスト衝突性も向上できる。
（実施の形態２）
本実施の形態２では、ウエハ（半導体基板２）上に成膜した膜が有する残留応力によるウエハの反りの防止を考慮したものである。
本実施の形態２では、ウエハ（半導体基板２）上に成膜した膜が有する残留応力によるウエハの反りの防止を考慮したものである。
図１６は、本実施の形態２による熱式流体流量センサの一例を示すものであり、前記実施の形態１の図１中のＡ−Ａ線における要部断面図を示している。
本実施の形態２の熱式流体流量センサを形成する各膜の膜厚は、第４の絶縁膜１７（窒化シリコン膜）の膜厚が約２００ｎｍ（前記実施の形態１では約１４０ｎｍ）であること以外は、前記実施の形態１と同様である。
次に、本実施の形態２の熱式流体流量センサの製造工程について説明する。なお、本実施の形態２の熱式流体流量センサの製造工程は、第４の絶縁膜１７を成膜する工程（図２参照）までは前記実施の形態１と同様である。
次いで、フォトリソグラフィ法によってパターニングされたフォトレジストパターンをマスクとしたドライエッチング法などを用いて第４の絶縁膜１７を加工する。この加工により、平面では第４の絶縁膜１７が少なくともダイヤフラム内の配線部領域を覆うように配置され、好ましくは第４の絶縁膜１７の外周とダイヤフラム構造１２の外周との間隔Ｌは、約１０μｍ以上となるようにする。このパターニングにより、窒化シリコン膜からなる第４の絶縁膜１７は、ダイヤフラム構造１２内のみに残ることになるので、第４の絶縁膜１７の強い引っ張り応力によるウエハ（半導体基板２）の反りが緩和され、静電チャックを要するプラズマＣＶＤ装置や、真空吸着を用いるフォトリソグラフィ工程時のステッパ装置でのウエハ搬送トラブルを回避することができる。
その後の第５の絶縁膜１８を成膜する工程以降は、前記実施の形態１と同様である。ただし、本実施の形態２では、第７の絶縁膜２１（窒化シリコン膜）の膜厚を１５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度とし、第８の絶縁膜２２（酸化シリコン膜）の膜厚を３００ｎｍ程度とする。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態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。
本発明は、前述した実施の形態による熱式流体流量センサの他、加速度センサ、温度センサ、湿度センサ、およびガスセンサなどの様々なセンサに適用できる。
１ 測定素子
２ 半導体基板
３ 発熱抵抗体
４ 発熱抵抗体用測温抵抗体
５Ａ、５Ｂ 上流側測温抵抗体
５Ｃ、５Ｄ 下流側測温抵抗体
６ 空気温度測温抵抗体
７、８ ヒータ温度制御用抵抗体
９Ａ〜９Ｉ 端子電極
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ１、１０Ｃ２、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ１、１０Ｈ２、１０Ｉ１、１０Ｉ２ 引き出し配線
１１ 開口部
１２ ダイヤフラム構造
１３ 空気の流れ
１４ 第１の絶縁膜（第２の膜）
１５ 第２の絶縁膜（第１の膜）
１６ 第３の絶縁膜（第２の膜）
１７ 第４の絶縁膜（第１の膜）
１８ 第５の絶縁膜（第２の膜）
１９ 第１の金属膜
２０ 第６の絶縁膜（第２の膜）
２１ 第７の絶縁膜（第１の膜）
２２ 第８の絶縁膜（第２の膜）
２３ 接続孔
２４ 第２の金属膜
２５ 保護膜
２６ 熱式空気流量計
２７、２７Ａ、２７Ｂ 支持体
２８ 外部回路
２９ 空気通路
３０ 副通路
３１ 端子電極
３２ 金線
３３ 電源
３４ トランジスタ
３５ 制御回路
３６ メモリ回路
２ 半導体基板
３ 発熱抵抗体
４ 発熱抵抗体用測温抵抗体
５Ａ、５Ｂ 上流側測温抵抗体
５Ｃ、５Ｄ 下流側測温抵抗体
６ 空気温度測温抵抗体
７、８ ヒータ温度制御用抵抗体
９Ａ〜９Ｉ 端子電極
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ１、１０Ｃ２、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ、１０Ｇ、１０Ｈ１、１０Ｈ２、１０Ｉ１、１０Ｉ２ 引き出し配線
１１ 開口部
１２ ダイヤフラム構造
１３ 空気の流れ
１４ 第１の絶縁膜（第２の膜）
１５ 第２の絶縁膜（第１の膜）
１６ 第３の絶縁膜（第２の膜）
１７ 第４の絶縁膜（第１の膜）
１８ 第５の絶縁膜（第２の膜）
１９ 第１の金属膜
２０ 第６の絶縁膜（第２の膜）
２１ 第７の絶縁膜（第１の膜）
２２ 第８の絶縁膜（第２の膜）
２３ 接続孔
２４ 第２の金属膜
２５ 保護膜
２６ 熱式空気流量計
２７、２７Ａ、２７Ｂ 支持体
２８ 外部回路
２９ 空気通路
３０ 副通路
３１ 端子電極
３２ 金線
３３ 電源
３４ トランジスタ
３５ 制御回路
３６ メモリ回路
Claims (14)
- ダイヤフラム構造体内に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体と隣り合って設けられた測温抵抗体とを有する、空気流量を計測する熱式流体流量センサであって、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体の上層および下層に、引っ張り応力を有する第１の膜と圧縮応力を有する第２の膜とが積層された絶縁膜を有し、
少なくとも前記測温抵抗体より下層の前記絶縁膜は、前記第１の膜と前記第２の膜が交互に形成され、かつ前記第１の膜を２層以上有していることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記第１の膜は、室温における残留応力が７００ＭＰａ以上の引っ張り応力を有する窒化シリコン膜または窒化アルミニウム膜であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記第２の膜は、室温における残留応力が３００ＭＰａ以下の圧縮応力を持つ酸化シリコン膜またはＴＥＯＳを原料としてプラズマＣＶＤ法で形成した酸化シリコンを主成分とする膜であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記発熱抵抗体より下層の前記絶縁膜は、前記第１の膜２層と前記第２の膜３層とが交互に形成された５層構造を有し、前記発熱抵抗体より下層の前記絶縁膜全体の室温における残留応力が引っ張り応力であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記測温抵抗体の配線ピッチは、２０μｍ以下であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項５記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記測温抵抗体の配線ピッチは、６μｍ以下であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体より上層の前記絶縁膜は、吸湿防止用窒化シリコン膜を有していることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記発熱抵抗体より下層の前記絶縁膜に含まれる窒化シリコン膜の層数は、前記発熱抵抗体より上層の前記絶縁膜に含まれる窒化シリコン膜の層数より多いことを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記発熱抵抗体より下層の前記絶縁膜と前記発熱抵抗体より上層の前記絶縁膜では、構成する膜が非対称であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記ダイヤフラム構造体は、前記発熱抵抗体の上層および下層に積層した前記絶縁膜で構成されており、前記発熱抵抗体の上層および下層を合わせた前記絶縁膜の総膜厚は１．５μｍ以上であることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
前記発熱抵抗体および前記測温抵抗体は、金属膜、金属窒化化合物、金属シリサイド化合物、ポリシリコンまたはドープシリコンからなり、
前記金属膜は、モリブデン、アルファタンタル、チタン、タングステン、コバルト、ニッケル、鉄、ニオブ、ハフニウム、クロム、ジルコニウム、白金、またはベータタンタルのうちのいずれかを主成分とし、
前記金属窒化化合物は、窒化タンタル、窒化モリブデン、窒化タングステンまたは窒化チタンのうちのいずれかであり、
前記金属シリサイド化合物は、タングステンシリサイド、モリブデンシリサイド、コバルトシリサイドまたはニッケルシリサイドのうちのいずれかであり、
前記ドープシリコンは、リンまたはホウ素がドープされていることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - 請求項１記載の熱式流体流量センサにおいて、
平面で前記第１の膜の外周は、少なくともダイヤフラム内の微細配線部を覆う領域であり、前記ダイヤフラム構造体の外周より１０μｍ以上内側となっていることを特徴とする熱式流体流量センサ。 - ダイヤフラム構造体内に設けられた発熱抵抗体と、前記発熱抵抗体と隣り合って設けられた測温抵抗体とを有する、空気流量を計測する熱式流体流量センサの製造方法であって、
（ａ）半導体基板上に引っ張り応力を有する第１の膜と圧縮応力を有する第２の膜とを積層する工程、
（ｂ）前記第１の膜をパターニングする工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程後、前記第１の膜および前記第２の膜上に前記発熱抵抗体と前記測温抵抗体とを形成する工程、
（ｄ）前記発熱抵抗体と前記測温抵抗体の存在下で、前記半導体基板上に前記（ａ）工程とは異なる引っ張り応力を有する前記第１の膜と圧縮応力を有する前記第２の膜とを積層する工程、
を含み、
前記（ｂ）工程では、平面で前記第１の膜の外周が前記ダイヤフラム構造体の外周より内側となるようにパターニングすることを特徴とする熱式流体流量センサの製造方法。 - 請求項１３記載の熱式流体流量センサの製造方法において、
平面で前記第１の膜の外周は、前記ダイヤフラム構造体の外周より１０μｍ以上内側とする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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