热式空气流量传感器制造技术

本发明专利技术提供减少了测量误差的热式空气流量传感器。上述热式空气流量传感器包括：半导体衬底；形成于上述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将上述半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，上述发热电阻体和上述测温电阻体形成在上述膜片部上，在上述发热电阻体和上述测温电阻体的上层具有作为上述电绝缘体而形成的氮化硅膜，其中，上述氮化硅膜形成有与上述发热电阻体和上述测温电阻体图案对应的台阶，并且，上述氮化硅膜为多层构造。

Thermal air flow sensor

The present invention provides a thermal air flow sensor that reduces measurement errors. The hot air flow sensor includes a semiconductor substrate formed on the semiconductor substrate; the heating resistor, temperature resistance and electrical insulator containing silicon oxide film; and a part of the semiconductor substrate membrane removal part formed by the heating resistor and the temperature measuring resistor formed on the diaphragm portion and having a silicon nitride film, formed as the electrical insulator in the heating resistor and the temperature measuring resistor layer wherein the silicon nitride film is formed with the heating resistor and the temperature measuring resistor pattern corresponding to the steps, and, the silicon nitride film has a multilayer structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热式空气流量传感器
本专利技术涉及热式空气流量传感器，其为用于空气流量计的测定元件，具备发热电阻体和测温电阻体以测定空气流量。
技术介绍
空气流量计的主流是能够直接检测空气量的热式的空气流量计。特别是具备利用半导体微加工技术制造的测定元件的热式的空气流量计，由于能够减少成本、能够用低功率驱动等而备受关注。作为用于这种热式空气流量计的测定元件(热式空气流量传感器)，例如有在专利文献1中提出的测定元件。该公报中提出的热式空气流量传感器，在半导体衬底上形成有电绝缘膜，在该电绝缘膜上形成有发热电阻体、测温电阻体，并且在发热电阻体、测温电阻体之上形成有电绝缘体。另外，形成有发热电阻体、测温电阻体的区域通过从半导体衬底的背面侧进行各向异性蚀刻而除去半导体衬底的一部分，成为膜片构造。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2010－133897号公报
技术实现思路
专利技术想要解决的技术问题在专利文献1中提出的热式空气流量传感器，形成有发热电阻体、测温电阻体的区域为膜片构造，在上述两电阻体的表面层叠有通过等离子体CVD(chemicalVaporDeposition)法形成的氧化硅膜、氮化硅膜、氧化硅膜。由于通常通过CVD法形成的膜为粗膜(原子密度低)，因此以致密化为目的进行了高温(1000℃)的热处理，但氮化硅膜在进行该热处理时会产生特别高的应力。发热电阻体、测温电阻体是堆积钼膜等金属膜并进行图案化而形成的电阻体，在堆积于其表面的氧化硅膜、氮化硅膜表面产生与上述金属膜的膜厚对应的台阶。氮化硅膜的高应力集中于该台阶部，在该情况下，在膜内发生裂纹。当裂纹产生时，会从表面吸入氧、水分，电阻体发生氧化。当氧化持续进行时，电阻体的电阻会发生变化，因此会使空气流量测量产生误差。本专利技术的目的在于提供减少了测量误差的热式空气流量传感器。用于解决上述问题的技术方案为了完成上述目的，本专利技术提供一种热式空气流量传感器，其包括：半导体衬底；形成于上述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将上述半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，上述发热电阻体和上述测温电阻体形成在上述膜片部上，在上述发热电阻体和上述测温电阻体的上层具有作为上述电绝缘体而形成的氮化硅膜，上述氮化硅膜形成有与上述发热电阻体和上述测温电阻体图案对应的台阶，并且，上述氮化硅膜为多层构造。专利技术效果根据本专利技术，能够提供减少了测量误差的热式空气流量传感器。附图说明图1是本专利技术的第一实施例的测定元件的概略平面图。图2是本专利技术的第一实施例的截面图。图3是氮化硅膜中产生的应力的分布图。图4是表示氮化硅膜中产生的应力的氮化硅膜厚度依赖性的图。图5是表示在第一次氮化硅膜上堆积有第二次氮化硅膜后，形成界面的情况的照片。图6是本专利技术的第二实施例的截面图。图7是表示氮化硅膜中产生的应力的台阶依存性的图。图8是通过机械抛光、蚀刻法减少了氧化硅膜中产生的台阶的图。图9是表示发热电阻体或测温电阻体产生了凸起的样子的图。具体实施方式下面，说明本专利技术的实施例。实施例1利用图1和图2说明作为本专利技术第一实施例的热式空气流量传感器。图1是热式空气流量传感器的概略平面图，图2是图1的A－A′位置的截面图。本实施例的热式空气流量传感器(用于热式空气流量计的测定元件)如图1所示，具备硅衬底1、发热电阻体10、用于测定空气温度的测温电阻体9、11、端子电极12、膜片部6。其中，8是膜片部6的端部。利用图2说明本实施例的制造方法。对硅衬底1进行热氧化形成作为下部电绝缘膜的热氧化膜2，通过在热氧化膜2之上堆积150nm左右的钼(Mo)膜并进行图案化，形成发热电阻体10、测温电阻体9、11。下部电绝缘膜仅为热氧化膜2即可，也可以层叠氮化硅(SiN)膜、氧化硅膜(SiO2)。另外，构造发热电阻体10、测温电阻体9、11也可以不用钼膜而用铂等金属膜形成。接着，在发热电阻体10、测温电阻体9、11之上通过等离子体CVD法堆积作为上部电绝缘膜的、500nm左右的氧化硅膜3，然后，以膜的致密化为目的在800℃以上进行热处理。此时，形成与钼堆积膜厚相当的台阶13。接着，分两次堆积氮化硅膜4使其达到200nm左右。此时，在第一次氮化硅膜堆积后进行热处理，接着，在第二次氮化硅膜堆积后进行热处理的情况下，在膜堆积后必须进行热处理。另外，该热处理温度设定为氮化硅膜能够致密化的800℃以上。由于在氧化硅膜3的台阶13上堆积有氮化硅膜4，因此在氮化硅膜4也形成有台阶14。然后，通过等离子体CVD法将氧化硅膜5堆积至300～500nm的膜厚，然后，在800℃以上进行热处理。接着，堆积聚酰亚胺类树脂膜并进行图案化，形成PIQ膜15。图1所示的端子电极12通过在形成氧化硅膜5后的上部电绝缘膜开设接触用的孔并堆积铝或金等而形成(未图示)。最后，从背面将氧化硅膜等作为掩模件，使用KOH等蚀刻液形成膜片部6(未图示)。膜片部6也可以用干蚀刻法形成。图2的符号7表示作为掩模件的蚀刻掩模端部的位置，从用符号7表示的蚀刻掩模端部将外侧用掩模件覆盖进行蚀刻，由此除去膜片部6的部分硅衬底材料。在本实施例中，上部电绝缘膜由氧化硅膜3和氮化硅膜4、氧化硅膜5的三层膜构成，但也可以用由更多的层形成的膜构成。接着，对本实施例的作用效果进行说明。对由单层膜形成氮化硅膜4时产生的裂纹的原因进行了研究，根据我们的分析明确得知，由于氮化硅膜4堆积后的高温的热处理，氮化硅膜4发生致密化，在膜内产生了1000MPa左右的高拉伸应力，该应力在台阶14的表面集中而产生裂纹。热式空气流量传感器中，使发热电阻体10总是发热至200～300℃左右，但该发热温度越高，空气流量传感器的灵敏度越增加。当发热电阻体10发热时，热被施加于配置在其周围的热氧化膜2、氧化硅膜3、氮化硅膜4、氧化硅膜5。这些膜的膜应力因热处理温度而变化。因此，在进行高温的热处理的情况下，因发热电阻体10的发热，膜应力发生变化，膜片发生变形，发热电阻体10、测温电阻体9、11的电阻值因压电效应而变化，引起空气流量检测的误差。在本实施例中，为了防止上述误差，在上部、下部电绝缘膜堆积后必须施行800℃以上的热处理。另外，一般的LSI的配线材料使用铝，在铝膜堆积后形成有氧化硅膜或氮化硅膜的电绝缘膜。由于铝的融点为550℃左右，所以形成在铝上的氧化硅膜或氮化硅膜堆积后，不必实施500℃以上的高温退火，因此，在氮化硅膜中不会发生高的拉伸应力。另外，LSI的发热温度较低，最高为125℃，几乎没有因发热引起的膜应力变化。另外，由于LSI不是膜片构造，所以也几乎没有膜应力变化引起的衬底的翘曲量，因此，也不会对LSI电特性产生影响。根据上述情况，氮化硅膜4产生的裂纹的技术问题是热式空气流量传感器所特有的。图3表示氮化硅膜4中产生的应力分析结果。可知产生应力集中在氮化硅膜4表面。另外，图4表示产生应力的氮化硅膜4厚度依赖性。产生应力随着膜厚的减少而减少。根据上述结果。氮化硅膜4的薄膜化对产生应力减少是有效的，但氮化硅膜4的薄膜化会使尘埃冲击时的膜片强度降低。因此不优选将氮化硅膜4的薄膜化作为对策。如图3所示，应力集中部位为氮化硅膜4的表面。另外，氮化硅膜4内产生的应力的发生源是热处理引起的膜收缩。进而，产生应力因氮化硅膜4的薄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热式空气流量传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将所述半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，所述发热电阻体和所述测温电阻体形成在所述膜片部上，在所述发热电阻体和所述测温电阻体的上层具有作为所述电绝缘体而形成的氮化硅膜，其中，所述氮化硅膜形成有与所述发热电阻体和所述测温电阻体图案对应的台阶，并且，所述氮化硅膜为两层构造，第二层的膜厚比第一层的膜厚薄。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种热式空气流量传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将所述半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，所述发热电阻体和所述测温电阻体形成在所述膜片部上，在所述发热电阻体和所述测温电阻体的上层具有作为所述电绝缘体而形成的氮化硅膜，其中，所述氮化硅膜形成有与所述发热电阻体和所述测温电阻体图案对应的台阶，并且，所述氮化硅膜为两层构造，第二层的膜厚比第一层的膜厚薄。2.一种热式空气流量传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将所述半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，所述发热电阻体和所述测温电阻体形成在所述膜片部上，在所述发热电阻体和所述测温电阻体的上层具有作为所述电绝缘体而形成的氮化硅膜，其中，所述氮化硅膜形成有与所述发热电阻体和所述测温电阻体图案对应的台阶，并且，所述氮化硅膜为多层构造，所述多层构造的膜中位于最上方的膜的膜厚比其它膜的膜厚薄。3.一种热式空气流量传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；形成于所述半导体衬底上的发热电阻体、测温电阻体和包含氧化硅膜的电绝缘体；和将半导体衬底的一部分除去而形成的膜片部，所述发热电阻体和所述测温电阻体形成在所述膜片部上，在所述发热电阻体和所述测温电阻体上配置有作为所述电绝缘体而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上层叠有氮化硅膜，其中，所述氧化硅膜的表面被除去小于所述发热电阻体的膜厚的厚度，并且在所述氧化硅膜的表面残留与发热电阻体以及测温电阻体的图案对应的台阶。4.一种热式空气流量传...

【专利技术属性】
技术研发人员：石塚典男，半泽惠二，小野瀬保夫，佐久间宪之，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP