JPH0989617A - Semiconductor heat-generating device and its manufacture - Google Patents
Semiconductor heat-generating device and its manufactureInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発熱装置お
よびその製造方法に関し、特に熱式流量センサ、ガスセ
ンサ等に適した半導体発熱装置およびその製造方法に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor heating device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor heating device suitable for a thermal type flow sensor, a gas sensor and the like and a manufacturing method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】熱式流量センサなどに用いられる半導体
基板に発熱体を形成した半導体発熱装置は、図３に示す
ように、シリコン基板１１上に電気絶縁層および支持層
として働く酸化シリコン（ＳｉＯ2）１２を成膜し、さ
らにこの酸化シリコン層上に成膜した多結晶シリコン層
をエッチングして発熱体１４を形成した後、該発熱体１
４上を酸化シリコンや窒化シリコン等からなる保護膜１
６で覆い、電極パッドとなる部分をエッチングして設け
た透孔に金属リード線１７を接続し、さらに、発熱体１
４の下方のシリコン基板１１を熱絶縁の目的で異方性エ
ッチングにより除去して空間１８を形成したものをガラ
ス基板２０に貼り付けて半導体発熱装置１０を構成して
いる。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 3, a semiconductor heating device in which a heating element is formed on a semiconductor substrate used for a thermal type flow sensor or the like has a silicon oxide (SiO 2) functioning as an electric insulating layer and a supporting layer on a silicon substrate 11, as shown in FIG. 2 ) 12 is formed into a film, and the polycrystalline silicon layer formed on the silicon oxide layer is etched to form a heating element 14, and then the heating element 1 is formed.
Protective film 1 made of silicon oxide or silicon nitride on 4
6, a metal lead wire 17 is connected to a through hole formed by etching a portion to be an electrode pad, and the heating element 1
The semiconductor heat generating device 10 is configured by attaching the silicon substrate 11 below 4 to the glass substrate 20 in which the space 18 is formed by removing the silicon substrate 11 by anisotropic etching for the purpose of thermal insulation.
【０００３】このようにして得られた、半導体発熱装置
１０は、発熱体１４が空間１８を形成していないシリコ
ン基板１１上に設けた部分の金属リード線１７との接続
部まで伸びていることから、以下のように発熱を有効に
利用することができないでいた。すなわち、 １．このような半導体発熱装置を流体の流量測定にしよ
うするときには、流量検知に寄与し難い部分であるシリ
コン基板１１上の部分にも発熱体１４が形成されている
ので、ここで無駄な発熱が生じ、消費電力が増大する。 ２．熱伝導率の高い材質である発熱体１４が、シリコン
基板１１の上方まで伸びているので、発熱体１４におい
て生じた熱の多くが無駄にシリコン基板１１に流れてし
まい、消費電力が増大してしまう。 ３．発熱体１４とシリコン基板１１との間に設けた酸化
シリコン層１２の厚みを１μｍ程度にしか取っていない
ことから、発熱体１４とシリコン基板１１との間の熱絶
縁が十分に達成されず、多くの熱が無駄にシリコン基板
に逃げて消費電力が増大してしまう。 といった問題を有していた。In the semiconductor heating device 10 thus obtained, the heating element 14 extends to the connection portion with the metal lead wire 17 provided on the silicon substrate 11 where the space 18 is not formed. Therefore, it was not possible to effectively utilize the heat generation as follows. That is, 1. When such a semiconductor heating device is used to measure the flow rate of a fluid, the heating element 14 is also formed in the portion on the silicon substrate 11 which is a portion that is difficult to contribute to the detection of the flow rate. , Power consumption increases. 2. Since the heating element 14 made of a material having a high thermal conductivity extends above the silicon substrate 11, most of the heat generated in the heating element 14 wastefully flows to the silicon substrate 11 and power consumption increases. I will end up. 3. Since the thickness of the silicon oxide layer 12 provided between the heating element 14 and the silicon substrate 11 is only about 1 μm, thermal insulation between the heating element 14 and the silicon substrate 11 is not sufficiently achieved, A lot of heat is wasted to the silicon substrate and power consumption increases. Had a problem.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するもので、発熱体からシリコン基板に逃げ
る熱を少なくした半導体発熱装置を提供することを目的
とする。さらに本発明は、流速の検知に寄与する部分だ
けが発熱する半導体発熱装置を提供することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve such a problem and to provide a semiconductor heating device in which the heat escaping from the heating element to the silicon substrate is reduced. A further object of the present invention is to provide a semiconductor heating device in which only the portion contributing to the detection of the flow velocity generates heat.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】流速の検知に寄与するブ
リッジ構造の中心部だけに発熱体部分を設置するととも
に、抵抗が低いことから発熱せずかつ厚みが薄ことから
断面積が小さく熱を伝えにくい金属リード線をブリッジ
構造に設けた発熱体端部まで延ばした。このことによっ
て、流速の検知に寄与するブリッジ構造の中心部だけを
発熱させることができる。さらに、発熱体とシリコン基
板との間の酸化シリコン断熱層の厚みを１μｍ以上とし
た。これにより、発熱体とシリコン基板との間の熱絶縁
性を向上させることができ、発熱体からシリコン基板に
逃げる無駄な熱をさらに小さく抑えることができる。[Means for Solving the Problems] A heating element is installed only in the central portion of the bridge structure that contributes to the detection of the flow velocity, and because the resistance is low, it does not generate heat and the thickness is thin, so the cross-sectional area is small and heat is generated. The hard-to-transmit metal lead wire was extended to the end of the heating element provided in the bridge structure. As a result, only the central portion of the bridge structure that contributes to the detection of the flow velocity can generate heat. Further, the thickness of the silicon oxide heat insulating layer between the heating element and the silicon substrate is set to 1 μm or more. As a result, the thermal insulation between the heating element and the silicon substrate can be improved, and the wasted heat escaping from the heating element to the silicon substrate can be further reduced.
【０００６】[0006]
【発明の実施の形態】図１に本発明に係る半導体発熱装
置の構造の概要を断面図で示す。本発明に係る半導体発
熱装置１０は、シリコン基板１１と、この上に設けられ
た断熱層として働く酸化シリコン層１２と、該酸化シリ
コン層間を橋絡して設けられ発熱体の支持体として働く
酸化シリコンブリッジ１３と、該酸化シリコンブリッジ
上に設けられた発熱体１４と、該発熱体１４の端部と前
記酸化シリコン層１２上にまで延びる金属引出線１５
と、前記、ブリッジ部および酸化シリコン層１２ならび
に金属引出線１５上を被う酸化シリコンからなる保護膜
層１６と、前記酸化シリコン層１２上で金属引出線１５
に接続された金属リード線１７と、前記ブリッジ部およ
び酸化シリコン膜１２の大部分の下部を異方性エッチン
グして設けた断熱空間１８と、該断熱空間１８の壁面に
設けた輻射熱反射膜１９とからなる発熱体素子をガラス
基板２０に貼り付けて構成される。1 is a sectional view showing the outline of the structure of a semiconductor heat generating device according to the present invention. A semiconductor heat generating device 10 according to the present invention includes a silicon substrate 11, a silicon oxide layer 12 provided thereon as a heat insulating layer, and an oxide provided as a bridge between the silicon oxide layers to serve as a support for a heating element. The silicon bridge 13, the heating element 14 provided on the silicon oxide bridge, and the metal lead wire 15 extending to the end of the heating element 14 and the silicon oxide layer 12.
A protective film layer 16 made of silicon oxide covering the bridge portion and the silicon oxide layer 12 and the metal lead wire 15; and the metal lead wire 15 on the silicon oxide layer 12.
To the metal lead wire 17, a heat insulating space 18 provided by anisotropically etching the bridge portion and a lower portion of most of the silicon oxide film 12, and a radiation heat reflecting film 19 provided on a wall surface of the heat insulating space 18. The heat generating element composed of and is attached to the glass substrate 20.
【０００７】この構成によれば、シリコン基板１１上に
設けられた酸化シリコン層１２は、熱伝導率が低いもの
でありしかも１μｍ以上と厚くすることができるので、
高性能な断熱膜として働き、発熱体１４からシリコン基
板１１側へ熱が逃げるのを阻止することができる。ま
た、発熱体１４は、シリコン基板１１上に設けられた酸
化シリコン熱絶縁層１２間を橋絡する酸化シリコン支持
膜１３上にのみ設けられるとともに、発熱体１４の両端
部はそれぞれ電気抵抗が低い金属引出線１５を介して酸
化シリコン断熱層１２上に引き出されるので、該引出線
１５での発熱を少なくすることができ、発熱体１４での
み発熱させるようにすることができる。さらに、この引
出線１５を金属膜によって形成するので、厚さを薄く成
膜して熱伝導を抑えることができ、発熱体１４から酸化
シリコン断熱層１２への熱伝導を極めて少なくすること
ができる。According to this structure, the silicon oxide layer 12 provided on the silicon substrate 11 has a low thermal conductivity and can be as thick as 1 μm or more.
It works as a high-performance heat insulating film and can prevent heat from escaping from the heating element 14 to the silicon substrate 11 side. Further, the heating element 14 is provided only on the silicon oxide support film 13 bridging between the silicon oxide thermal insulating layers 12 provided on the silicon substrate 11, and both end portions of the heating element 14 have low electric resistance. Since it is drawn out onto the silicon oxide heat insulating layer 12 through the metal lead wire 15, heat generation in the lead wire 15 can be reduced, and only the heating element 14 can generate heat. Further, since the lead wire 15 is formed of a metal film, the thickness of the lead wire 15 can be reduced to suppress heat conduction, and heat conduction from the heating element 14 to the silicon oxide heat insulating layer 12 can be extremely reduced. .
【０００８】さらに、酸化シリコン断熱層１２は、ＬＯ
ＣＯＳ構造を用いて製造することができるので、酸化シ
リコン支持膜１３肩の立上り部分を図示されたようにゆ
るやかな構造とすることができ、この上に成膜して得ら
れる金属引出線１５に段切れを生じることがなくなり、
製造時の歩止まりが向上するとともに寿命の長い信頼性
の高い半導体発熱体が得られる。Furthermore, the silicon oxide heat insulating layer 12 is
Since it can be manufactured by using the COS structure, the rising portion of the shoulder of the silicon oxide support film 13 can have a gradual structure as shown in the figure, and the metal leader line 15 obtained by forming a film on this can be formed. No breaks will occur,
It is possible to obtain a highly reliable semiconductor heating element having a long life and a high yield during manufacturing.
【０００９】[0009]
【実施例】以下、図２を用いて、本発明に係る半導体発
熱装置の製造方法を説明する。まず、材料となるシリコ
ン（Ｓｉ）板の両面を研磨して厚さ０．３ｍｍ程度のシ
リコン基板１１を得る（図２Ａ）。次いで、この基板１
１の両面に低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）によって厚
さ０．０５μｍ程度の窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜３０
を成膜した後、酸化シリコン断熱層１２を形成する領域
の窒化シリコン膜３０をＲＩＥ装置を用いてドライエッ
チングして除去して窓３１を形成する（図２Ｂ）。この
とき、窓３１は酸化シリコン断熱層１２の大きさより小
径とする。次に、この窓３１を酸素（Ｏ2）に１，００
０°Ｃの条件で曝して厚さ２μｍ程度の酸化シリコン
（ＳｉＯ2）層１２とする。形成された酸化シリコン層
は酸化によって体積が増して厚みが高くなるとともに、
窒化シリコン膜３０の端部からその下側に廻り込んで周
辺部がゆるやかな曲線を描いて立ち上がる（図２Ｃ）。
次いで、上面の窒化シリコン膜３０を除去した（図２
Ｄ）後、シリコン基板１および酸化シリコン断熱層１２
上に常圧化学蒸着法（ＡＰＣＶＤ法）によって厚さ０．
４μｍ程度の酸化シリコン支持膜１３を形成する（図２
Ｅ）。この酸化シリコン支持膜１２の上にＬＰＣＶＤ法
によって厚さ１μｍ程度の多結晶シリコン膜（Ｐｏｌｙ
Ｓｉ）１４を成膜した後、パターニングしＲＩＥ装置
を用いてドライエッチングして発熱体となる部分を残す
（図２Ｆ）。この上に、金をスパッタリングによって
０．２μｍ程度成膜し、パターニングの後ウェットエッ
チング法によってエッチングして、金属引出線１５を形
成する（図２Ｇ）。この上にＡＰＣＶＤ法によって０．
４μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１６を成膜し
た後、金属リード線１７を接続するコンタクト部分３２
および次工程で用いるエッチングホール部分をＢ−ＨＦ
溶液によるウェットエッチング法によってエッチングし
て形成する（図２Ｈ）。この後表面からＴＭＡＨ溶液を
用いてシリコン基板を異方性エッチングして熱絶縁空間
１８を形成して（図２Ｉ）、半導体発熱素子を形成す
る。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A method for manufacturing a semiconductor heating device according to the present invention will be described below with reference to FIG. First, both sides of a material silicon (Si) plate are polished to obtain a silicon substrate 11 having a thickness of about 0.3 mm (FIG. 2A). Then, this substrate 1
1. A silicon nitride (Si 3 N 4 ) film 30 having a thickness of about 0.05 μm is formed on both surfaces of No. 1 by low pressure chemical vapor deposition (LPCVD method).
After the film formation, the silicon nitride film 30 in the region where the silicon oxide heat insulating layer 12 is formed is dry-etched and removed by using the RIE apparatus to form the window 31 (FIG. 2B). At this time, the window 31 has a diameter smaller than that of the silicon oxide heat insulating layer 12. Next, this window 31 is exposed to oxygen (O 2 ) by 1.00
It is exposed under the condition of 0 ° C. to form a silicon oxide (SiO 2 ) layer 12 having a thickness of about 2 μm. The formed silicon oxide layer increases in volume and thickness due to oxidation, and at the same time,
The silicon nitride film 30 wraps around from the end portion to the lower side and rises in a gentle curve at the peripheral portion (FIG. 2C).
Then, the silicon nitride film 30 on the upper surface was removed (FIG. 2).
D) After that, the silicon substrate 1 and the silicon oxide heat insulating layer 12
A thickness of 0.
A silicon oxide support film 13 of about 4 μm is formed (FIG. 2).
E). A polycrystalline silicon film (Poly) having a thickness of about 1 μm is formed on the silicon oxide support film 12 by the LPCVD method.
After the Si) 14 is formed, patterning is performed and dry etching is performed using an RIE device to leave a portion to be a heating element (FIG. 2F). On this, a gold film is formed to a thickness of about 0.2 μm by sputtering, and after patterning, etching is performed by a wet etching method to form a metal leader line 15 (FIG. 2G). On top of this, AP.
After forming a silicon oxide (SiO 2 ) film 16 of about 4 μm, a contact portion 32 for connecting the metal lead wire 17
And the etching hole portion used in the next step is B-HF
It is formed by etching by a wet etching method using a solution (FIG. 2H). After this, the silicon substrate is anisotropically etched from the surface using a TMAH solution to form the heat insulating space 18 (FIG. 2I) to form a semiconductor heating element.
【００１０】図２Ｈにおける酸化シリコン膜１６にエッ
チングによって開口を形成するにあたり、エッチングホ
ールを形成しないでおき、シリコン基板１１の裏面に形
成した窒化シリコン膜３０と多結晶シリコン膜１４をド
ライエッチングして発熱体の下方に開口３３を形成し
（図２Ｊ）、ＴＭＡＨ溶液を用いて、シリコン基板１１
を下方から異方性エッチングすることによって、熱絶縁
空間１８を得る（図２Ｋ）こともできる。When forming an opening in the silicon oxide film 16 in FIG. 2H by etching, the silicon nitride film 30 and the polycrystalline silicon film 14 formed on the back surface of the silicon substrate 11 are dry-etched without forming an etching hole. An opening 33 is formed below the heating element (FIG. 2J), and the silicon substrate 11 is formed by using the TMAH solution.
It is also possible to obtain the thermal insulation space 18 by anisotropically etching from below (FIG. 2K).
【００１１】上記の実施例における金属膜は、金のほか
に、白金、アルミニウムとすることもできる。また、金
属膜のエッチング法として、ウェットエッチング法に代
えてドライエッチング法を採用することもできる。さら
に、異方性エッチング液として、ＴＭＡＨ溶液に代え
て、ＫＯＨ溶液、ＴＥＡ溶液、ＥＤＰ溶液等を用いるこ
とができる。The metal film in the above embodiments may be platinum or aluminum in addition to gold. Further, as the etching method for the metal film, a dry etching method can be adopted instead of the wet etching method. Further, as the anisotropic etching solution, a KOH solution, a TEA solution, an EDP solution or the like can be used instead of the TMAH solution.
【００１２】[0012]
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、酸化シ
リコン断熱層間を橋絡するブリッジ部分のみに発熱体を
設け、発熱体端部と金属リード線１７が接続されるコン
タクトとの間を金属薄膜からなる引出線によって接続し
たので、発熱体で発生した熱は、シリコン基板に逃げる
ことなく、消費電力を小さく抑えることができる。As described above, according to the present invention, the heating element is provided only in the bridge portion bridging the insulating layers of silicon oxide, and the end portion of the heating element and the contact to which the metal lead wire 17 is connected. Since they are connected by a lead wire made of a metal thin film, the heat generated by the heating element does not escape to the silicon substrate, and the power consumption can be suppressed to a low level.
【００１３】このような発熱体を、熱式流速センサやガ
スセンサ等に用いることによって、低消費電力型のセン
サとすることができ、電池駆動とすることが可能とな
る。さらに、シリコン基板への熱の流入量を小さく抑え
ることができるので、発熱体部分を加熱した状態でもシ
リコン基板の温度を低く抑えることができ、発熱素子に
近接した位置に付属回路などを一体化製作することがで
きる。By using such a heating element for a thermal type flow velocity sensor, a gas sensor or the like, a low power consumption type sensor can be obtained, and it becomes possible to drive the battery. Furthermore, since the amount of heat flowing into the silicon substrate can be suppressed to a low level, the temperature of the silicon substrate can be kept low even when the heating element is heated, and the attached circuit etc. can be integrated in the position close to the heating element. Can be manufactured.
【図１】本発明に係る半導体発熱装置の構造の概要を示
す断面図。FIG. 1 is a sectional view showing an outline of the structure of a semiconductor heating device according to the present invention.
【図２】本発明に係る半導体発熱装置の製造方法を示す
工程図。FIG. 2 is a process drawing showing a method for manufacturing a semiconductor heating device according to the present invention.
【図３】従来の半導体発熱装置の構造の概要を示す断面
図。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an outline of the structure of a conventional semiconductor heating device.
１０ 半導体発熱装置 １１ シリコン基板 １２ 酸化シリコン断熱層 １３ 支持膜 １４ 発熱体 １５ 金属薄膜（金属引出線） １６ 酸化シリコン保護膜 １７ 金属リード線 １８ 熱絶縁空間 １９ 輻射熱反射膜 ２０ ガラス基板 ３０ 窒化シリコン膜 ３１ 窓 ３２ コンタクト部 ３３ 開口 10 Semiconductor Heating Device 11 Silicon Substrate 12 Silicon Oxide Thermal Insulation Layer 13 Supporting Film 14 Heating Element 15 Metal Thin Film (Metal Leader Wire) 16 Silicon Oxide Protective Film 17 Metal Lead Wire 18 Thermal Insulation Space 19 Radiant Heat Reflective Film 20 Glass Substrate 30 Silicon Nitride Film 31 window 32 contact part 33 opening
Claims (6)
断熱層間を橋絡する支持膜を有する半導体発熱装置にお
いて、支持膜上にのみ発熱体を設け、該発熱体の端部と
酸化シリコン断熱層の上の間を金属薄膜からなる引出線
で結び、支持膜の下面のシリコン基板に空間を設けたこ
とを特徴とする半導体発熱装置。1. A semiconductor heating device having a support film bridging a silicon oxide heat insulating layer formed on a silicon substrate, wherein a heating element is provided only on the supporting film, and an end portion of the heating element and a silicon oxide heat insulating layer are provided. A semiconductor heat generating device characterized in that a space is provided in a silicon substrate on the lower surface of a supporting film by connecting a lead wire made of a metal thin film between the upper portions.
から空間の上に張り出して設けられている請求項１記載
の半導体発熱装置。2. The semiconductor heat generating device according to claim 1, wherein the silicon oxide heat insulating layer is provided so as to overhang the space above the silicon substrate.
成された請求項１または請求項２記載の半導体発熱装
置。3. The semiconductor heating device according to claim 1, wherein the silicon oxide heat insulating layer is formed by a LOCOS method.
項１ないし請求項３のいずれか記載の半導体発熱装置。4. The semiconductor heating device according to claim 1, wherein the heating element is made of polycrystalline silicon.
ＣＯＳ法によって形成する工程と、前記シリコン基板お
よび前記酸化シリコン層上に支持膜を成膜する工程と、
前記酸化シリコン層間に形成された前記支持膜上に発熱
体を形成する工程と、前記発熱体の端部と前記酸化シリ
コン層の上との間に金属薄膜を成膜する工程と、支持膜
の下面のシリコン基板に空間を形成する工程からなるこ
とを特徴とする半導体発熱装置の製造方法。5. A silicon oxide layer is formed on a silicon substrate by LO.
Forming by a COS method, forming a support film on the silicon substrate and the silicon oxide layer,
A step of forming a heating element on the support film formed between the silicon oxide layers; a step of forming a metal thin film between an end of the heating element and the silicon oxide layer; A method of manufacturing a semiconductor heating device, comprising the step of forming a space in a silicon substrate on the lower surface.
５記載の半導体発熱装置の製造方法。6. The method for manufacturing a semiconductor heating device according to claim 5, wherein the heating element is made of polycrystalline silicon.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239930A JPH0989617A (en) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Semiconductor heat-generating device and its manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239930A JPH0989617A (en) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Semiconductor heat-generating device and its manufacture |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989617A true JPH0989617A (en) | 1997-04-04 |
Family
ID=17051953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7239930A Pending JPH0989617A (en) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | Semiconductor heat-generating device and its manufacture |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989617A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096504A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | The Ritsumeikan Trust | Micro vacuum gauge |
| DE19824401B4 (en) * | 1998-05-30 | 2009-11-19 | Robert Bosch Gmbh | Process for the preparation of a sensor membrane substrate |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP7239930A patent/JPH0989617A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19824401B4 (en) * | 1998-05-30 | 2009-11-19 | Robert Bosch Gmbh | Process for the preparation of a sensor membrane substrate |
| WO2009096504A1 (en) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | The Ritsumeikan Trust | Micro vacuum gauge |
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