热式传感器及其制造方法

专利名称：热式传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及热式传感器及其制造方法，特别是涉及使用发热电阻体的热式传感器及其制造方法。
背景技术：
目前，作为设置在汽车等的内燃机的电子控制燃料喷射装置中、測量吸入空气量 的空气流量计所使用的流体流量传感器，因热式流体流量传感器能够直接检测质量空气量,从而成为主流。其中，尤其利用半导体微细加工技术制造出的热式空气流量(air flow)传感器，可降低制造成本且能够以低功率驱动，因此受到关注。作为上述空气流量传感器的现有技术，包括以下文献。例如专利文献I中公开了如下技术在通过对Si基板进行部分各向异性蚀刻而形成的空洞上，配置发热电阻体(加热器)和測量空气流量的测温电阻体(传感器)。此处，专利文献I中，加热器加热控制和流量输出的补正等电路在另ー个基板上制成。因此，需要通过接线(Wire bonding)将空气流量检测基板和电路基板连接，存在由部件件数増加及各装配后的追加检查引起的エ序增加、由装配不良引起的成品率下降等成本増加的课题。作为解决上述课题的技术，有专利文献2。在专利文献2中公开了ー种热式空气流量计，其中，由MOS晶体管和ニ极管元件构成的电路部和具有除去Si基板的隔膜的流量检测部在同一基板上形成。因此，不需要上述接线等连线エ序，能够减少部件。专利文献I :日本特开昭60-142268号公报专利文献2 日本特开2008-157742号公报

发明内容
但是，在专利文献2中，由于电路部和流量检测部的绝缘膜构成相同，电路部最上层的由厚无机绝缘膜形成的保护膜也形成于空气流量检测部，所以存在加热器的热量被该保护膜夺取而减少、灵敏度下降的课题。另外，在专利文献2中，由于电路部最上层的保护膜位于流量检测部的上层，所以加热流量检测部的加热器时该保护膜的残留应カ变化，也存在加热器及传感器的电阻值从初期值变化、使測定精度恶化的课题。由于保护膜位于连接MOS晶体管和加热器及传感器的布线上，所以通常使用在400°C以下的低温下形成的无机绝缘膜。上述低温形成的无机绝缘膜因热产生的应カ变化较大，因此上述残留应カ变化的课题变得特别显著。鉴于以上情况，本发明的目的在于提供ー种热式传感器，所述热式传感器在同一基板上形成具有发热电阻部的检测部和具有控制发热电阻体的控制电路的电路部，且为高灵敏度、高精度。在解决本发明的课题的措施中作为代表例，可以举出ー种热式传感器，其特征在于，具有
半导体基板；第I层叠膜，其设置于半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜；检测部，其设置于第I层叠膜层上，且具有发热电阻体；电路部，其设置于半导体基板上，且具有控制发热电阻体的控制电路；第2层叠膜，其设置于发热电阻体上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜；中间层，其设置于第2层叠膜上 '及第3层叠膜，其设置于中间层上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜，中间层由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化钛、氮化钨、或钛钨中的任ー种形成。 或者，可以举出下述热式传感器，其特征在于，具有半导体基板；第I层叠膜，其设置于半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜；检测部，其设置于第I层叠膜上，且具有发热电阻体；电路部，其设置于半导体基板上，且具有控制发热电阻体的控制电路；第2层叠膜，其设置于发热电阻体上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜；中间层，其设置于第2层叠膜上 '及第3层叠膜，其设置于中间层上方中的除检测部的上方之外的区域，且包含多个绝缘膜。或者，一种热式传感器的制造方法，该制造方法制造的热式传感器具备具有发热电阻体的检测部、具有控制发热电阻体的控制电路的电路部，其特征在于，包括(a)在半导体基板的上方形成包含多个绝缘膜的第I层叠膜的エ序；(b)在第I层叠膜上形成发热电阻体的エ序；(C)在半导体基板上形成控制电路的エ序；(d)在发热电阻体上及控制电路的上方形成包含多个绝缘膜的第2层叠膜的エ序;(e)在第2层叠膜上形成中间层的エ序；(f)在中间层上形成包含多个绝缘膜的第3层叠膜的エ序 '及(g)以中间层作为蚀刻停止层，对第3层叠膜中位于检测部的上方的部分蚀刻的ェ序。根据本发明，能够提供更高灵敏度、高可靠性的热式传感器。


[图I]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的一个例子的要部平面图。[图2]为本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的要部截面图。[图3]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图4]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图5]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图6]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图7]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图8]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图9]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图10]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ 序的要部截面图。[图11]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图12]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图13]为表示本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的半导体基板制造エ序的要部截面图。[图14]为安装有本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的热式空气流量计的配置简图，所述热式流体流量传感器安装于汽车等内燃机的吸气通路上。[图15]为表示本发明的实施方式2的热式流体流量传感器的一个例子的半导体基板要部截面图。[图16]为表示本发明的实施方式3的热式流体流量传感器的一个例子的半导体基板要部截面图。[图17]为表示本发明的实施方式4的热式流体流量传感器的一个例子的半导体基板要部截面图。[图18]为表示本发明的实施方式5的热式流体流量传感器的一个例子的要部平面图。[图19]为本发明的实施方式5的热式流体流量传感器的要部截面图。符号说明I热式流体流量传感器2半导体基板3空气流量计测部4电路部5 电极6 接线7外部端子8 隔膜9树脂模具10半导体基板
1113、14 氧化硅膜1215氮化硅膜16扩散层17栅氧化膜18栅电极19扩散层20氧化硅膜21氮化硅膜
22氧化硅膜23金属插头24金属膜25、27、32 氧化硅膜26氮化硅膜28第I布线层29蚀刻停止层30氧化硅膜31第2布线层33氮化硅膜34 电极35 开ロ部36有机保护膜37流量检测部38 隔膜39蚀刻停止层40空气流量传感器41空气通路42副通路43支持体44连接部45空气流量计46吸气空气47 槽
具体实施例方式以下，參照

本发明的实施例。需要说明的是，在以下的实施例中，特别对使用热式流体流量传感器作为热式传感器的例子进行说明，但本发明在检测部使用发热电阻体的其他传感器、例如湿度传感器等中也同样适用。另外，在以下的实施例中，所谓“上方”，是指与半导体基板的表面垂直的方向中形成检测部及电路部的方向(绝缘膜等层叠的方向)。
[实施例I]实施例I的热式流体流量传感器的要部平面图的ー个例子示于图1，图I的A-A线的要部截面图示于图2。如图I及图2所示，在搭载在引线框I上的半导体基板2上形成有检测流体流量的空气流量计测部3、电路部4、及向外部输入输出用的电极5，所述电路部4形成有控制加热器加热的MOS晶体管、ニ极管及存储器等。在上述空气流量计测部3设置有除去背面Si的隔膜结构8。另外，上述电极5和引线框的外部端子7通过接线6相互连接。电路部4通过上述电极5及外部端子7接受来自外部的电源供给，进行对于外部的空气流量的输出。需要说明的是，上述半导体基板2中，除空气流量计测部3之外的部分被树脂模具9覆盖。接下来，使用图3 图13，按エ序顺序说明实施例I 中的热式流体流量传感器的制造方法的ー个例子。图3 13为详细表示图2中的半导体基板2的要部截面图。首先，如图3所示，准备由单晶Si构成的半导体基板10。接下来，在高温炉体内在半导体基板10上形成氧化硅膜11，使用CVD法形成氮化硅膜12后，使用光刻法进行图案形成，在高温下对除去了绝缘膜11和绝缘膜12的部分进行热氧化，通过该エ序，形成用于元件分离的厚氧化硅膜13。此时的氧化硅膜13为300 600nm左右。然后除去绝缘膜11和绝缘膜12，再次在炉体中于Si基板表面形成150 200nm的氧化硅膜14，接下来，使用CVD法形成100 200nm左右的氮化硅膜15，使用光刻法进行图案形成，使仅在空气流量检测部残留上述氧化硅膜14和氮化硅膜15。接下来，如图4所示，清洗后，在与电路部相当的区域的基板上采用注入法注入磷、硼或神，形成扩散层16。需要说明的是，不需要注入的区域在上述图案形成时使氧化硅膜14和氮化硅膜15残留。接下来，如图5所示，通过清洗使扩散层16清洁后，通过由炉体进行的热氧化工序形成栅氧化膜17，接下来形成多晶硅膜，利用光刻法进行图案形成，形成栅电极18。需要说明的是，栅氧化膜18的膜厚根据电路特性而不同，为5 30nm左右，栅电极的膜厚为100 150nm左右。之后，利用注入法进行离子注入，形成用作源极、漏极的扩散层19。另外，基于电路特性改变MOS晶体管的特性时，变更注入的种类及注入量、栅氧化膜厚、栅电极材料，重复上述MOS晶体管的制造方法，形成与各特性相符合的晶体管。接下来，如图6所示，形成厚绝缘膜20，使用CMP法或回蚀法将绝缘膜20平坦化。需要说明的是，绝缘膜20为含有硼或磷的氧化硅膜或使用等离子体CVD法形成的氧化硅膜。上述平坦化后，依次形成绝缘膜21及绝缘膜22，形成层叠膜。需要说明的是，绝缘膜21为例如使用CVD法形成的氮化硅膜，厚度为100 200nm左右，绝缘膜22为例如使用CVD法形成的氧化硅膜，膜厚为100 200nm左右。需要说明的是，绝缘膜14、19、21为具有残留应カ为50MPa 250MPa的压缩应力的膜，绝缘膜15、20为具有700MPa 1200MPa的拉伸应カ的膜。需要说明的是，各エ序后，尤其在使用CVD法的氧化硅膜、使用等离子体CVD法的氮化硅膜形成后，为了膜的致密化，优选在炉体或灯加热装置中于氮气氛中施行850°C以上、优选1000°C的热处理。另外，上述CMP后，虽然形成绝缘膜21、绝缘膜22，但也可以根据整体的应カ调节，删除上述形成绝缘膜21、绝缘膜22的エ序。接下来，如图7所示，形成用于与电路部的源极、漏极19连接的接触孔、及图7中未示出的用干与栅电极18连接的接触孔，利用溅射法或CVD法形成氮化钛(TiN)膜，接下来，利用通过CVD法形成的钨(W)膜将金属膜埋入接触孔，孔以外的区域通过回蚀法或CMP法除去W膜，形成金属插头23。之后，作为流体流量检测部的加热器及传感器的金属膜，例如采用溅射法形成100 250nm的Mo (钥)膜。此时，为了提高粘合性及结晶性，在Mo沉积前，通过使用(氩)气体的溅射蚀刻法蚀刻约5 20nm的基底绝缘膜22，在Mo沉积时的基板温度200°C 500°C下形成。另外，为了进一步提高Mo膜的结晶性，Mo成膜后，可以在炉体或等加热装置中于氮气氛中施行800°C以上、优选1000°C的热处理。接下来，使用光刻法，进行金属膜24的图案形成，形成流量检测部的加热器及传感器。需要说明的是，在上述金属插头23上也配置与加热器及传感器相同的金属膜24，使在上述加热器膜24的加工时金属插头23不被蚀刻。需要说明的是，作为金属插头23的材料，可以举出TiN与W的叠层，也可以仅为W、或Poly-Si。另外，作为提高加热器及传感器的金属膜24的结晶性的方法，可以在基底上形成氮化铝膜(AlN)。上述氮化铝膜的膜厚优选为20 IOOnm左右。接下来，如图8所示，以绝缘膜25、绝缘膜26、绝缘膜27的顺序依次形成多个绝缘膜，形成层叠膜。绝缘膜25为例如利用CVD法或以TE0S(四こ氧基硅烷，tetraethoxysilane)作为原料、使用等离子体的低温CVD法形成的氧化娃膜,膜厚为300 500nm左右。绝缘膜26为例如利用CVD法或使用等离子体的低温CVD法形成的氮化硅膜，膜厚为150 200nm左右。绝缘膜27为例如利用CVD法或以TEOS作为原料、使用等离子体的低温CVD法形成的氧化硅膜，膜厚为100 500nm左右。需要说明的是，绝缘膜25、27为具有残留应カ为50MPa 250MPa的压缩应力的膜，绝缘膜26为具有700MPa 1400MPa的拉伸应力的膜。绝缘膜26通过沉积成膜后，施行850°C以上、优选1000°C的热处理，进行调节使其为期望的拉伸应力。关于绝缘膜25、27的氧化硅膜也同样地，在通过沉积成膜后，施行850°C以上、优选1000°C的热处理，进行调节使其为所期望的压缩应力。以上的处理可以在形成绝缘膜25至27后一次性进行热处理，但优选以下述顺序依次进行热处理，即，进行绝缘膜25的成膜及热处理，之后对绝缘膜26进行同样的处理，之后对绝缘膜27进行同样的处理。这是因为通过以上述顺序进行热处理，能够使绝缘膜25 27的耐湿性分别提高。另外，通过进行上述热处理，绝缘膜25 27分别成为即使在流量測定时进行加热器加热、残留应カ也难以变化的绝缘膜。结果能够抑制由长时间的加热器加热产生的绝缘膜的电阻经时变化。接下来，如图9所示，采用干蚀刻法或湿蚀刻法等形成连接孔。之后，形成例如厚400 800nm左右的Al合金膜的层叠膜作为连接电路部和流体流量检测部的第I布线金属膜。需要说明的是，为了使与连接孔内露出的金属膜24的接触良好，可以在形成前通过(氩)气体溅射蚀刻Mo表面。进而，为了确保其接触，可以在Al合金沉积前形成TiN膜等屏蔽金属膜，形成屏蔽膜和Al合金膜的2层膜、进而在Al膜上形成TiN膜的3层膜等层叠膜结构。此时，屏蔽金属膜的厚度优选为200nm以下,另外,作为屏蔽金属膜,可以举出TiN膜，也可以为TiW(钛钨)膜、Ti(钛)膜及它们的层叠膜。接下来，使用光刻法对第I布线金属膜进行图案形成，通过干蚀刻法或湿蚀刻法形成第I布线28。其中，如图9所示，形成金属膜24作为发热电阻体时，可以在布线层28与控制电路16-19之间进一歩形成与发热电阻体同层设置的金属膜24。形成布线层28吋，必须通过 对绝缘膜25-27的蚀刻来形成用于获取接头的孔，其原因是此时通过在金属插头23的上部形成金属膜24,能够抑制由蚀刻产生的对金属插头23的损坏。
接下来，如图10所示，形成绝缘膜29及绝缘膜30。需要说明的是，绝缘膜29需要采用与之后形成的无机绝缘膜相比蚀刻时的选择比更大的材料，优选与上述无机绝缘膜的选择比为30以上、优选为50以上的高选择比材料。具体而言，可以举出氮化铝(AlN)膜、或氧化铝(AlO)膜、碳化硅(SiC)膜等。其中，绝缘膜29的膜厚优选为200nm以下。这是因为降低了由绝缘膜29产生的残留应カ的影响。特别优选为20 IOOnm左右。这是因为也考虑之后除去绝缘膜29时的除去易性。其中，所谓上述绝缘膜29的选择比，是指进行用于除去无机绝缘膜的蚀刻(例如如果是干蚀刻法，为使用含氟气体的蚀刻，如果是湿蚀刻法，为使用氢氟酸水溶液(例如氢氟酸稀释液)的蚀刻)时的选择比。绝缘膜30为例如利用CVD法或以TEOS作为原料使用等离子体的低温CVD法制成的氧化硅膜，膜厚为100 500nm左右。之后，利用干蚀刻法或湿蚀刻法等形成将第I布线或金属膜24与之后形成的布线28连接的连接孔。此时，对于在绝缘膜30上形成连接孔后在绝缘膜29上形成连接孔时的蚀刻，为了除去绝缘膜29，如果为干蚀刻，则将气体种由含氟气体变更为含氯气体。另夕卜，如果为湿蚀刻，则将蚀刻液由氢氟酸稀释液变更为碱类液体(Κ0Η或TMAH)。“含氟气体”是指含有氟的气体，可以使用SF6、CF4, CHF3> C2F6, C4F6, C4F8等。“含氯气体”，是指含有氯的气体，可以使用C12、BC13等。“含氟气体”和“含氯气体”可与Ar、He、N2等惰性气体及O2混 合使用。之后，例如形成厚400 IOOOnm左右的Al合金膜的层叠膜作为连接电路部和流 体流量检测部的第2布线金属膜。需要说明的是，为了使与基底第I布线28的接触良好，可以在形成前使用Ar(氩)气体对布线28表面进行溅射蚀刻。进而，为了确保其接触，可以在Al合金沉积前形成TiN膜等屏蔽金属膜，形成屏蔽膜和Al合金膜的2层膜、或者进ー步在Al膜上形成TiN膜的3层膜等层叠膜结构。此时，屏蔽金属膜的厚度优选为200nm以下。另外，作为屏蔽金属膜，可以举出TiN膜，也可以为TiW(钛钨)膜、Ti(钛)膜及它们的层叠膜。接下来，使用光刻法进行第2布线金属膜的图案形成，通过干蚀刻法或湿蚀刻法形成第2布线31。接下来，如图11所示，形成绝缘膜32和绝缘膜33，形成层叠膜。绝缘膜32是例如利用CVD法或以TEOS作为原料使用等离子体的低温CVD法形成的氧化硅膜，膜厚为300 SOOnm左右。绝缘膜33是例如利用CVD法或使用等离子体的低温CVD法形成的氮化硅膜，为了抑制由树脂模具成型时的填料产生的对晶体管及布线的损坏，且为了防止由水分从外部渗透引起的布线腐蚀，而形成膜厚为800 1200nm左右的厚度。接下来，如图12所示，使用光刻法进行图案形成，通过干蚀刻除去用干与外部连接的电极34(是指布线31中，除去上层的绝缘膜32、33形成垫片的部分，以下相同)上的绝缘膜33和绝缘膜32。此时，流量检测部的上方的绝缘膜33、绝缘膜32及绝缘膜30也通过干蚀刻除去，形成开ロ部35。需要说明的是，对于流量检测的部分，由于绝缘膜29用作干蚀刻的蚀刻停止层，所以控制其下层的残留应カ的绝缘膜能够不受上述干蚀刻的过度蚀刻及面内分布的影响，控制在设计的膜厚及残留应カ范围内而形成。接下来，如图13所示，作为有机保护膜36，例如形成聚酰亚胺膜，使用光刻法使其形成至少将用干与外部连接的电极34及空气流量检测部37的聚酰亚胺膜除去的形状。接下来，通过光刻法在半导体基板10的背面形成抗蚀图形，通过干蚀刻法或湿蚀刻法除去在背面形成的绝缘膜14、15后，以残留的绝缘膜14、15作为掩模，用KOH(氢氧化钾)或TMAH等或以它们作为主成分的水溶液对背面Si基板进行湿蚀刻，形成隔膜38。需要说明的是，隔膜38设计成大于保护膜36的流量检测部37。优选隔膜38的各个边比保护膜36的流量检测部37的各个边大，约大50 μ m以上。这是因为在保护膜36中与隔膜38的外周相比更靠近内侧的部分具有保护隔膜不受来自外部的混入空气中的灰尘影响的效果。优选构成该隔膜38的无机绝缘膜的总膜厚为I. 5 μ m 2. 5 μ m。这是因为比上述范围薄吋，隔膜38的強度下降，由汽车的吸气中含有的灰尘碰撞等引起破坏的概率变高。需要说明的是，虽然已对上述加热器及传感器的金属膜24由Mo构成的热式流体流量传感器进行了说明，例如也可以为以a -Ta( α -钽)、Ti (钛)、W(钨)、Co (钴)、Ni (镍)、Fe (铁)、Nb(铌)、Hf (铪)、Cr (铬)、Zr(锆)作为主成分的金属膜、或在TaN(氮化钽)、MoN(氮化钥)、WN(氮化钨)等金属氮化化合物及MOSi (硅化钥)、CoSi (硅化钴)、NiSi (硅化镍)等金属硅化物化合物、多晶硅上作为杂质掺杂磷或硼的膜。鉴于以上内容，本实施例的热式传感器的制造方法的特征如下所述。即，所述制造方法制造的热式传感器具备具有发热电阻体的检测部(3)、具有控制发热电阻体的控制电 路的电路部(4)，所述制造方法的特征在于，包括(a)在半导体基板的上方形成包含多个绝缘膜的第I层叠膜(20-22)的エ序；(b)在第I层叠膜上形成发热电阻体(24)的エ序；(c)在半导体基板上形成控制电路(16-19)的エ序；(d)在发热电阻体上及控制电路的上方形成包含多个绝缘膜的第2层叠膜(25-27)的エ序；(e)在第2层叠膜上形成中间层(29)的エ序；(f)在中间层上形成包含多个绝缘膜的第3层叠膜(30、32、33)的エ序 '及(g)以中间层作为蚀刻停止层，对第3层叠膜中位于检测部的上方的部分(35)进行蚀刻的エ序(图12)。另外，着眼于热式传感器的结构方面，本实施例的发明的特征如下(图13)。即，热式传感器的特征在于，具有 第I层叠膜，其设置于半导体基板和半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜；检测部，其设置于第I层叠膜上，且具有发热电阻体；电路部，其设置于半导体基板上，且具有控制发热电阻体的控制电路；第2层叠膜，其设置于发热电阻体上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜；中间层，其设置于第2层叠膜上；及第3层叠膜，其设置于中间层上方中的除检测部上方之外的区域，且包含多个绝缘膜。上述热式传感器及其制造方法发挥以下效果。即，在电路部中，利用层叠膜30、32及33实现布线的保护及耐湿性的提高。同时，在检测部中，由于该层叠膜被除去，所以形成 由层叠膜20-22及层叠膜25-27设计的期望残留应力，且也不会通过层叠膜30、32及33夺取加热器的热量，因此，实现加热器的精度提高。其次，其特征还在于，在上述エ序(e)中，特别是使中间层为氮化铝、氧化铝、碳化娃中的任一种。另外，着眼于热式传感器的结构方面，所述发明的特征如下。即，热式传感器的特征在于，具有半导体基板；第I层叠膜，其设置于半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜；检测部，其设置于第I层叠膜上，且具有发热电阻体；电路部，其设置于半导体基板上，且具有控制发热电阻体的控制电路；第2层叠膜，其设置于发热电阻体上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜；中间层，其设置于第2层叠膜上；及第3层叠膜，其设置于中间层上和控制电路的上方，且包含多个绝缘膜，并且，中间层由氮化铝、氧化铝或碳化硅中的任ー种形成。上述材料与构成形成层叠膜的绝缘膜30、32及33的材料(例如氧化硅、氮化硅)相比，在使用含氟气体的干蚀刻或使用氢氟酸水溶液的湿蚀刻中的选择比较大，这是为了能够作为对于层叠膜的蚀刻停止层有效地发挥作用。另外，开ロ部35与隔膜38相比较大。即，除去层叠膜30、32及33，形成开ロ部35，使其面积大于隔膜38的面积，。这是因为，通过在隔膜38的上部残存层叠膜30、32及33，防止检测部3的残留应カ变化。图14为安装有本发明的实施方式I的热式流体流量传感器的热式空气流量计的配置简图，所述热式流体流量传感器安装于汽车等的内燃机的吸气通路上。热式空气流量计44由热式流体流量传感器的測定元件I、支持体42、将外部和測定元件I电连接的连接部43构成，測定元件I被配置于位于空气通路40的内部的副通路41上。吸气空气45根据内燃机的条件，在图14的箭头所示的空气流的方向、或与其相反的方向上流动。[实施例2] 实施例2的热式流量传感器与实施例I的热式流量传感器比较，不同之处在于结构为用作蚀刻停止层的绝缘膜29从流量检测部36的最上层除去。图15为实施例2的热式流体流量传感器的ー个例子，表示半导体基板2的要部截面图。实施例2的热式流量传感器与实施例I有很多共同之处，因此，以下省略针对共同部分的详细说明，重点说明不同的部分。需要说明的是，与实施例I所示的要素相同的要素，使用同一符号。实施例I中，形成在流量检测部37的最上层残留用作蚀刻停止层的绝缘膜29的结构，但在上述绝缘膜29的膜厚较厚、流量检测部37整体的应カ平衡破坏的情况下，如本实施方式2所示，其特征在干，以有机保护膜36作为掩模除去上述绝缘膜29。通过为上述结构，能够控制流量检测部37的残留应力，具有提高可靠性的效果。其中，除去绝缘膜29的エ序通过下述蚀刻进行，即，如果为干蚀刻使用含氯气体，如果为湿蚀刻使用碱类液体(Κ0Η或TMAH)的蚀刻。另外，在实施例I中所述在形成将第I布线或金属膜24和布线28连接的连接孔的エ序中也除去绝缘膜29，但通过在该エ序中也进ー步除去流量检测部37的上方的绝缘膜29，能够减少エ序数。需要说明的是，实施方式2中，以有机保护膜36作为掩模，在形成有机保护膜36之前，即，通过干蚀刻除去绝缘膜33、绝缘膜32、绝缘膜30、加工开ロ部35之后，即使连续地除去上述用作蚀刻停止层的绝缘膜29，也能得到与实施方式2同样的效果。[实施例3]在实施例3中，形成在蚀刻停止层中采用金属膜的结构。图16为实施例3的热式流体流量传感器的ー个例子，表示半导体基板2的要部截面图。实施例3的热式流量传感器与实施例I有很多共同之处，因此，以下省略对于共同部分的详细说明，重点说明不同的部分。需要说明的是，与实施例I所示的要素相同的要素使用同一符号。实施例I中，使用用作蚀刻停止层的绝缘膜29，但在实施例3中，形成用作蚀刻停止层的金属膜39代替上述绝缘膜。图16中，特别地表示与实施例2同样、从流量检测部37的最上层除去用作蚀刻停止层的金属膜39的结构，但也可以为与实施例I同样地残留流量检测部37的最上层的金属膜39的结构。用作上述停止层的金属膜39为如下膜利用氮化钛(TiN)、氮化钨(WN)、钛钨(Tiff)等上述第I布线28中使用的屏蔽膜加工Al膜，之后再次使用光刻法进行图案形成，使其覆盖比流量检测部37和隔膜38更广阔的面积，从该Al膜中留下用作金属膜39的部分。此时，作为与实施例I及2的区别之处在于，在布线28的各个上层上没有残留金属膜39。这是因为在上述位置上残留金属膜39时，在布线28间相互导通。之后，与实施例I同样地推进エ序，通过对绝缘膜33、绝缘膜32及绝缘膜30进行干蚀刻来加工开ロ部35，之后，通过形成有机保护膜36及图案形成，能够得到与实施例I同样的效果。进而，之后通过除去用作蚀刻停止层的金属膜39，能够得到与实施例2同样的效果O综上所述，本实施例的热式传感器的制造方法的特征在于，在上述实施例I的エ序(e)中，特别使中间层为氮化钛、氮化钨、钛钨中的任ー种。另外，着眼于热式传感器的结构方面，所述发明的特征如下。即，热式传感器的特 征在于，具有半导体基板；第I层叠膜，其设置于半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜；检测部，其设置于第I层叠膜上，且具有发热电阻体；电路部，其设置于半导体基板上，且具有控制发热电阻体的控制电路;第2层叠膜，其设置于发热电阻体上及控制电路的上方，且包含多个绝缘膜；中间层，其设置于第2层叠膜上；及第3层叠膜，其设置于中间层上和控制电路的上方，且包含多个绝缘膜，中间层由氮化钛、氮化钨或钛钨中的任ー种形成。这是因为，上述材料与上述氮化铝等的绝缘膜同样地、能够作为针对层叠膜30、32的蚀刻停止层有效地发挥作用。需要说明的是，虽然在上述中以有机保护膜36作为掩模，但在形成有机保护膜36之前，即，通过对绝缘膜33、绝缘膜32、绝缘膜30进行干蚀刻来加工开ロ部35之后，即使连续地除去用作上述蚀刻停止层的金属膜39，也能够得到与实施例2同样的效果。[实施例4] 在本实施例4中，形成下述结构，即，使用与形成加热器及传感器的金属膜同层的金属膜24作为电路部的布线。图17为实施例4的热式流体流量传感器的ー个例子，表示半导体基板2的要部截面图。实施例4的热式流量传感器与实施方式I有很多共同之处，因此，以下省略对于共同部分的详细说明，重点说明不同的部分。需要说明的是，与实施例I所示的要素相同的要素使用同一符号。实施例I中，使用第I布线28，用于连接流量检测部3和电路部4、及电路部内的连接，使用第2布线31作为电路部内的布线及与外部连接的电极5，而在本实施方式4中形成如下结构作为布线层将加热器及传感器中使用的金属膜24用作电路部内的布线，放弃图13中所示的第2布线层31，以与外部的电极34作为第I布线28。所述电极34与上述开ロ部35(エ序(g))同时形成。S卩，本实施例的热式传感器的制造方法的特征在于，还包括在上述实施例I的エ序(f)之前形成连接发热电阻体和控制电路的布线层(28)的エ序(i)，在エ序(g)中，进ー步蚀刻第3层叠膜中位于布线层上方的部分。另外，着眼于热式传感器的结构方面时，本发明的特征如下。即，热式传感器的特征在于，还具有连接发热电阻体和控制电路的布线层，将控制电路和热式传感器的外部连接的电极形成于布线层上。
通过上述结构，能够得到与实施例I同样的效果，同时能够在形成开ロ部35的同时形成电极34，因此，能够实现減少制造エ序，降低成本。[实施例5]图18为本实施例5的热式流体流量传感器的ー个例子，图19为图18的B-B线的要部截面图。实施例5的热式流量传感器与实施例I有很多共同之处，因此，以下省略关于共同部分的详细说明，重点说明不同的部分。需要说明的是，与实施例I所示的要素相同的要素使用同一符号。本实施例5中，装载于引线框I上的半导体基板2、及向外部输入输出用的电极5和引线框利用接线6与外部端子7的连接与实施例I相同，其特征在于树脂模具9的覆盖方式。本实施例中，形成下述结构，即，至少引线框I全部被树脂模具9覆盖，且半导体基板2的流量检测部3的至少包含隔膜8的区域露出，且沿着空气流动的方向形成槽47。通过在上述槽47上用其他构件设置盖子(图中未示出)，能够简单且精度良好地形成空气的流路。另外，通过改变树脂模具9的厚度、或改变槽47的形状或上述盖子的形状等，能够简单地进 行在空气流量測定中重要的空气流量的调节，因此，能够简化装配エ序，实现成本減少。需要说明的是，树脂模具接触的半导体基板2的结构至少有机保护膜36、绝缘膜33、绝缘膜32形成于下层，保护其不受树脂模具成型时由填料产生的冲击。另外，本实施例中，举出了在同一基板上形成流量检测部和电路部的例子，但也适用在同一基板上形成例如湿度传感器、压カ传感器等其它传感器的复合传感器。
权利要求
1.ー种热式传感器，其特征在于，具有 半导体基板； 第I层叠膜，其设置于所述半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜； 检测部，其设置于所述第I层叠膜层上，且具有发热电阻体； 电路部，其设置于所述半导体基板上，且具有控制所述发热电阻体的控制电路； 第2层叠膜，其设置于所述发热电阻体上及所述控制电路的上方，且包含多个绝缘膜； 中间层，其设置于所述第2层叠膜上；及 第3层叠膜，其设置于所述中间层上及所述控制电路的上方，且包含多个绝缘膜， 所述中间层由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化钛、氮化钨或钛钨中的任ー种形成。
2.如权利要求I所述的热式传感器，其特征在于，所述中间层不设置于所述检测部的上方而是设置于所述控制电路的上方。
3.如权利要求I所述的热式传感器，其特征在于，所述中间层设置于所述检测部的上方及所述控制电路的上方。
4.如权利要求I所述的热式传感器，其特征在于，还具有连接所述发热电阻体和所述控制电路的布线层， 所述布线层和所述控制电路通过与所述发热电阻体同层设置的金属层导通。
5.如权利要求I所述的热式传感器，其特征在于，还具有连接所述发热电阻体和所述控制电路的布线层， 连接所述控制电路和所述热式传感器的外部的电极，形成于所述布线层上。
6.如权利要求I所述的热式传感器，其特征在于，所述中间层的膜厚为200nm以下。
7.如权利要求6所述的热式传感器，其特征在于，所述中间层的膜厚为20nm以上、IOOnm以下。
8.ー种热式传感器，其特征在于，具有 半导体基板； 第I层叠膜，其设置于所述半导体基板的上方，且包含多个绝缘膜； 检测部，其设置于所述第I层叠膜上，且具有发热电阻体； 电路部，其设置于所述半导体基板上，且具有控制所述发热电阻体的控制电路； 第2层叠膜，其设置于所述发热电阻体上及所述控制电路的上方，且包含多个绝缘膜； 中间层，其设置于所述第2层叠膜上 '及 第3层叠膜，其设置于所述中间层上方中的除所述检测部的上方之外的区域，且包含多个绝缘膜。
9.如权利要求8所述的热式传感器，其特征在干，所述中间层不设置于所述检测部的上方而是设置于所述控制电路的上方。
10.如权利要求8所述的热式传感器，其特征在干，所述中间层由下述材料形成，所述材料在使用含氟气体的干蚀刻或使用氢氟酸水溶液的湿蚀刻中的选择比大于所述第3层叠膜中包含的任一绝缘膜。
11.一种热式传感器的制造方法，所述制造方法制造的热式传感器具备具有发热电阻体的检测部、具有控制所述发热电阻体的控制电路的电路部，其特征在于，包括以下エ序 (a)在半导体基板的上方形成包含多个绝缘膜的第I层叠膜的エ序；(b)在所述第I层叠膜上形成所述发热电阻体的エ序； (c)在所述半导体基板上形成所述控制电路的エ序； (d)在所述发热电阻体上及所述控制电路的上方形成包含多个绝缘膜的第2层叠膜的ェ序； (e)在所述第2层叠膜上形成中间层的エ序； (f)在所述中间层上形成包含多个绝缘膜的第3层叠膜的エ序；及 (g)以所述中间层作为蚀刻停止层，对所述第3层叠膜中位于所述检测部的上方的部分进行蚀刻的エ序。
12.如权利要求11所述的热式传感器的制造方法，其特征在于，在所述エ序(e)中，由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化钛、氮化钨、钛钨中的任ー种形成所述中间层。
13.如权利要求11所述的热式传感器的制造方法，其特征在于，还包括(h)在所述エ序(g)之后，对所述中间层中位于所述检测部的上方的部分进行蚀刻的エ序。
14.如权利要求11所述的热式传感器的制造方法，其特征在于，还包括(i)在所述エ序(f)之前，形成连接所述发热电阻体和所述控制电路的布线层的エ序， 在所述エ序(b)中，进ー步形成连接所述布线层和所述控制电路的金属层。
15.如权利要求11所述的热式传感器的制造方法，其特征在于，还包括(i)在所述エ序(f)之前，形成连接所述发热电阻体和所述控制电路的布线层的エ序， 在所述エ序(g)中，进ー步对上述第3层叠膜中位于所述布线层上方的部分进行蚀刻。
全文摘要
本发明的目的在于解决现有技术中存在的下述课题在同一基板上形成检测部和电路部的热式传感器中，由于用于保护电路部的绝缘膜，由加热器的灵敏度下降、检测部的残留应力变化而引起精度恶化。本发明通过以下技术手段解决上述课题在发热电阻体(24)上设置包含多个绝缘膜的层叠膜(25-27)，在层叠膜上设置中间层(29)，在中间膜上设置包含多个绝缘膜的层叠膜(30、32、33)。另外，中间层是由氮化铝、氧化铝、碳化硅、氮化钛、氮化钨或钛钨中的任一种形成的层。通过上述结构，以中间层作为蚀刻停止层，能够除去检测部上部的层叠膜(30、32、33)，解决由其导致的灵敏度下降、残留应力变化等课题。
文档编号G01F1/684GK102692255SQ20111046192
公开日2012年9月26日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年3月25日
发明者佐久间宪之 申请人:日立汽车系统株式会社