JP5147888B2 - 熱式センサ素子 - Google Patents

Description

この発明は、半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて得られる熱式センサ素子に関するものである。
この種の熱式センサ素子は、例えば、発熱抵抗部に流量計測するための流体（気体）が流れるように配置して、その抵抗値変化を捉えて流体の流れを計測するのに使用される。

以下、熱式センサ素子に関して説明する。
図７は、一般的な構造を有する熱式センサ素子の構造図である。図７（ａ）は熱式センサ素子のうち、保護膜形成や電極部の開口処理を省略した感熱抵抗膜が剥き出しになった構造を示す平面図、また図７（ｂ）は図７（ａ）に示すＡ−Ａ’部を切断した断面図である。

図７において、１は熱式センサ素子であり、この熱式センサ素子１には、例えば半導体やＭＥＭＳなどで使用するシリコン基材２が使用される。なお、用いる基材には表裏があり、例えば流体が通過する面を回路面とした場合、この面には支持膜３と感熱抵抗膜４が形成される。感熱抵抗膜４をパターニングすることで２つの抵抗体４ａ、４ｂとリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆと電極部４ｇが形成される。
以下、各抵抗体のうち計測用途のための抵抗体を流体温度測定用抵抗部４ａ、基準となる抵抗体を発熱抵抗部４ｂと称す。また、各抵抗体下部には開口を有するキャビティ６が配置されており、キャビティ６内部にはダイヤフラム７が形成される。なお、キャビティ６やダイヤフラム７が設けられる回路面とは逆の面をダイヤフラム面と称す。また、ここで述べる熱式センサ素子１は一方に回路面、その裏にキャビティ６が設けられた両面プロセスであることを特徴としたデバイスである。以下、図７（ａ）、（ｂ）の順で説明を行う。

この種の熱式センサ素子１は、図７（ａ）に示す通りシリコン基材２上と同表面積で形成される支持膜３とパターニングされた感熱抵抗膜４が回路面に構成される。図７の例では、この感熱抵抗膜４を用いて流体温度計測抵抗部４ａと発熱抵抗部４ｂが各々の抵抗体で独立構成される。また、この各抵抗体４ａ，４ｂの両端には、それぞれのリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが接続されており、流体温度計測抵抗部４ａの左右に接続されたリードパターン４ｃ、４ｆと発熱抵抗部４ｂの左右に接続されたリードパターン４ｄ、４ｅで区別される。

また、図中の点線で示された領域はキャビティ６とダイヤフラム７を示している。このキャビティ６は発熱抵抗部４ｂと流体温度測定部４ａを囲むようにそれぞれ２個設けられる。ダイヤフラム７はシリコン基材２のダイヤフラム面をエッチング処理することでキャビティ６と一緒に得ることが可能となる。また、ダイヤフラム７は構成する膜の応力制御によって一定のテンションを保ちながら、その形状を維持している。なお、図７（ａ）中のＡ−Ａ’部を示す一点鎖線は、流体温度計測抵抗部４ａが設けられたダイヤフラム６とキャビティ７の中間位置を切断していることを図示している。

図７（ｂ）に示す台形型の空洞部がキャビティ６であり、その先にはダイヤフラム７が存在する。図のように、ダイヤフラム面のキャビティ６開口部は広く設けられ、エッチングが進行するに従って先細りになるため、キャビティ６の開口面積よりもダイヤフラム７の開口面積の方が小さくなる。また、流体温度測定抵抗部４ａ下部にキャビティ６が設けられることで熱容量が小さくなり、流体温度測定抵抗部４ａで発生した熱がシリコン基材２を通じて逃げるのを防ぐことで、流体温度検出誤差を低減する効果を得ることができる。

次に、図７に示す熱式センサ素子１を得るための工程フローを図８を用いて説明する。図８（ａ）は熱式センサ素子１が完成された状態を示す平面図である。図中に示す５は保護膜を表しており、点線で示す部分は保護膜５下部にあることを図示している。
また、点線は、感熱抵抗膜４でできた各抵抗体４ａ、４ｂとその両端に接続されたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆと電極部４ｇを表しており、電極開口部１０では電極部４ｇが露出されている。この電極部４ｇは、熱式センサ素子１との外部接続を行うために設けられるものであり、ワイヤ線などをボンディングすることで熱式センサ素子１と接続される。

また、図８（ａ）に示すＡ−Ａ’部の一点鎖線は流体温度測定抵抗部４ａを切断するように図示されており、Ｂ−Ｂ’部の一点鎖線は電極部４ｇ、電極開口部１０を切断しており、これらの領域を切断する図８（ｂ）の断面構造図を用いて工程フローについて順次説明する。

このような熱式センサ素子１は、大量生産されて加工し易くかつ安定的に供給される平面状の基材２が使用される。例えば半導体工場などで通常に使用されるベアシリコンを使用する。ここで使用するシリコン基材２は、例えばウェハサイズが６インチφで厚さ０．５μｍ、結晶方位は＜１，０，０＞、ＴＴＶ（Ｔｏｔａｌ Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ Ｖａｒｉａｔｉｏｎ）は１０μｍ以下で抵抗率が０．１〜１００Ωｃｍで比較的入手し易い仕様のものを用いる（図８（ｂ）−（１））。なお、熱式センサ素子は両面プロセスであるためシリコン基材２が両面鏡面研磨されたものを使用している。

このシリコン基材２上の回路面に、化学的気相成長法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：以下ＣＶＤと称す）などの手法を用いて、例えば厚さ１μｍで設けた絶縁材料である窒化シリコン膜を支持膜３としてシリコン基材２に全面形成する（図８（ｂ）−（２））。次に、この支持膜３上には、半導体工場などで一般的に使用されるスパッタリング法などで例えばレアメタルである白金膜を感熱抵抗膜４として０．２μｍの厚さで設ける。次に、感熱抵抗膜４の必要領域に半導体プロセスで用いる写真製版技術によってレジスト塗布、露光、現像を順次行い、レジストマスク１３ａを形成する（図８（ｂ）−（３））。この感熱抵抗膜４には、膜抵抗値が温度で変動する温度依存性のある材料を選択している。

次に、半導体プロセスで用いるドライプロセスやウェットプロセスを用いて感熱抵抗膜４の不要となる領域を除去してパターニングすることで、図示されたＡ−Ａ’断面の流体温度測定抵抗部４ａやＢ−Ｂ’断面の電極部４ｇが同時形成された感熱抵抗膜４パターンを得ることが出来る（図８（ｂ）−（４））。
なお、この段階ではパターニングされた感熱抵抗膜４の領域外には支持膜３が剥き出しになっている。すなわち白金膜は必要な形状を残して全てエッチングによって除去される。感熱抵抗膜４のパターニング後、レジスト剥離液や酸素プラズマによる灰化処理を行い、レジストマスク１３ａを除去する。更に、感熱抵抗膜４温度特性向上を目的として例えば７００℃前後の高温環境下で数時間程度の熱処理を行う。

続いて、パターニングされた感熱抵抗膜４を覆うため、例えばＣＶＤ法を用いた厚さ１μｍの絶縁材料である窒化シリコン膜を保護膜５として形成する。パターニングされた感熱抵抗膜４はこの保護膜５と支持膜３で挟むような形でパッシベートされる（図８（ｂ）−（５））。
保護膜５を形成後、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ先端の電極部４ｇ以外をレジストマスク１３ｂで覆う。次に、ウェットやドライプロセスなどのエッチング処理を行うことで電極部４ｇ上の保護膜５が除去されて電極開口部１０が設けられる。また、電極開口部１０内には感熱抵抗膜４が露出される（図８（ｂ）−（６））。次に、不要となったレジストマスク１３ｂをレジスト剥離液や酸素プラズマによる灰化処理を行い、除去することで回路面側のプロセスが完了する。

引き続き、シリコン基材２のダイヤフラム面側に施される工程について説明する。
まず、流体温度測定抵抗部４ａの下部にキャビティ６を設けるため、例えば厚さ０．５μｍ程度のＤＶＤからなる酸化シリコン膜などを用いて裏面保護膜９を形成して、裏面保護膜９上の必要な領域にレジストマスク１３ｃを設ける（図８（ｂ）−（７））。次に、ウェットやドライプロセスで流体温度測定抵抗部４ａ下部に当たる被エッチング部の裏面保護膜９を除去してシリコン基材２を露出させる。更に、不要となったレジストマスク１３ｃをレジスト剥離液や酸素プラズマによる灰化処理で除去する。なお、この段階ではＢ−Ｂ’断面の電極部４ｇ下部のダイヤフラム面は、全て裏面保護膜９で覆われる（図８（ｂ）−（８））。

最後に、例えばウェットプロセスを用いてキャビティ６とダイヤフラム７を形成する。まず、ＫＯＨ（水酸化カリウム）やＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：以下ＴＭＡＨと称す）などの水溶液や水酸化ナトリウム液を用いて薬液が充填された浴槽にシリコン基材２を浸漬させて異方性エッチングを行う。このウェットエッチングは温度調節と時間管理によって行われ、気泡除去などの対策を講じながら処理を進めることでシリコン基材２には図８（ａ）のＡ−Ａ’断面に図示された５４．７４°の傾斜角度を持つキャビティ６が形成される。このキャビティ６先にはダイヤフラム７を構成する支持膜３が露出されており、この支持膜３がエッチングストップとしての機能を果たすことで最終的に必要とする面積のダイヤフラム７が形成される。最後に、ウェットやドライプロセスによって裏面保護膜を除去することでダイヤフラム面のプロセスが全て完了する（図８（ｂ）−（９））。

図８（ｂ）の工程完了によりシリコン基材２上には複数の熱式センサ素子１が規則的に配列された状態で形成される。また、シリコン基材２には各熱式センサ素子１間に例えば０．１ｍｍ巾のダイシング切断線も一緒に間仕切りのように設けられる。以下、シリコン基材２から分離・切断して最終形態となる熱式センサ素子１の製造工程について述べる。

各熱式センサ素子１のダイシング切断線に沿って、例えばダイヤモンドブレードを用いたダイサー切削やステルスダイシングなどのレーザー照射による分離加工を行うことで、熱式センサ素子１が図８（ａ）のような短冊型に切り出される。

切断された熱式センサ素子１は例えば樹脂で形成されるホルダーに組み込まれて、接着剤によって固定される。次に、熱式センサ素子の電極部４ｇとホルダー側のリード線とを、例えば金ワイヤ線を用いて電気的に接続したのち、ゲル硬貨剤などでボンディングされた電極部を覆う。以上の工程を完了することでホルダー内に熱式センサ素子１が搭載された熱式センサが完了する。

次に、熱式センサの検出原理について説明する。
熱式センサ素子１に設けられた発熱抵抗部４ｂは電極部４ｇやリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆに電流を流すことで加熱される。この発熱抵抗部４ｂ上に、流量計測するための流体（気体）が流れるように熱式センサ素子１を配置すると、流量が大きいほど奪われる熱量が大きくなる傾向を示す。熱式センサ素子２はこの流量を抵抗値変化として検出しており、流体の流れに対する強さを求めている。図７の例では発熱抵抗部４ｂと流体温度測定抵抗部４ａを別々の抵抗体で構成している。また、発熱抵抗部４ｂで発生した熱が支持膜３やシリコン基材２を介して流体温度測定抵抗部４ａに伝導して悪影響を与えないように、発熱抵抗部４ｂからの熱影響を受けない位置に離されて設けられている。
そして、発熱抵抗部４ｂ下部はキャビティ６からなる空気スペースが設けられたダイヤフラム７構造となっているので、流体温度測定抵抗部４ａに設けられキャビティ６と同じように、シリコン基材２が残された状態よりも熱容量が小さくなる利点が得られる。

このように、熱式センサ素子の発熱抵抗部４ｂと流体温度測定抵抗部４ａ下部にはそれぞれにキャビティ６が設けられている。また、発熱抵抗部４ｂは図示された通り流体温度測定抵抗部４ａの内側に配置され、流体温度測定抵抗部４ａのリードパターン４ｃ、４ｆは発熱抵抗部４ｂのリードパターン４ｄ、４ｅよりも細く形成されている。また、このリードパターン４ｃ、４ｆは熱容量の大きいシリコン基材２上に設けられているため、リードパターン４ｃ、４ｆ幅を細くすると抵抗値は大きくなり発熱量は増える。更に、幅を細くすることで外部からリードパターン４ｃ、４ｆに熱が伝わると抵抗値変動が大きくなる恐れがあることから、リードパターン４ｃ、４ｆ幅を広くしたり感熱抵抗膜４の厚さを増やして膜の抵抗値を調整する。

図９に、シリコン基材２上に熱式センサ素子１が配列されて設けられた一例を示す。シリコン基材２内にある各枠が熱式センサ素子１を示している。図９ではシリコン基材２に計２６９個の熱式センサ素子１が一括して設けられるよう設計されている。なお、シリコン基材２端部にある点線部はプロセス設備等で使用されるクランプやチャック等で干渉される領域を示している。これは、損傷、異物付着等の影響をまともに受けるため熱式センサ素子１を配置しない事を前提とした除外エリアを示しており、ウェハ端からおおよそ５から１０ｍｍ程度の領域が該当する。なお、図の枠中に示す数値は熱式センサ素子１の抵抗値調査のための測定位置を示している。

図１０は、シリコン基材２ダイヤフラム面にキャビティ６を設けずに感熱抵抗膜４である白金の面内膜厚と抵抗値分布をグラフ化したものである。Ｙ軸に示す白金膜厚・白金抵抗値共にシリコン基材２の中心に位置する熱式センサ素子１（図９の測定位置４、１１）の値を１．０として規格化している。なお、シリコン基材２上に設けられた白金膜はスパッタリングによって形成されたもので、支持膜３を設けたシリコン基材１におよそ０．２μｍ厚を膜付したものである。また、ここで述べる白金膜厚の測定は例えば触針式段差計を用いて膜厚を求めている。また、図中の白金抵抗値は、プローバーを用いて計測されており、プローブ針２本を図７（ａ）に示すリードパターン４ｃ，４ｆの電極部４ｇに接触させて室温時の膜抵抗値を求めている。

計測結果より、スパッタリングで得られる白金膜厚はシリコン基材２の中心から端部に従って薄くなる傾向を示し、特に端部近くでは急激な膜減りが起きる。これに合致して白金パターン抵抗値もシリコン基材２端部に近い側の抵抗値が高く、膜厚とは反比例の関係にある。このようにシリコン基材２中心部と端部では同じでシリコン基材２面内にあるにも関わらず、感熱抵抗膜４である白金膜の抵抗値が異なる熱式センサ素子１が得られてしまう。

次に、熱式センサ素子１の感熱抵抗膜４に用いる白金のスパッタリング原理と、シリコン基材２内での膜厚分布原因について以下に説明する。スパッタリングとは、ターゲットと呼ばれる金属材料にイオン化されたアルゴン原子を衝突させて、この衝撃で飛び出したターゲット粒子を対向側のシリコン基材２に沈着させて金属薄膜を成膜する手法のことである。例えば、白金をスパッタリングする場合は、チャンバーと称す真空で保持された空間スペース中にシリコン基材２と対抗する形で白金ターゲットが配置される。ターゲット裏面にはマグネットが装着されている。次に、チャンバーにアルゴンガスを導入したのち設定圧力に達したら、ターゲットとシリコン基材２間に電圧をかけて放電を起こす。チャンバー内のアルゴンガスはイオン化させてマイナス電極側のターゲットに衝突する。マグネットは磁力線によりプラズマを封じ込めて、ターゲット付近で効率よくアルゴンイオンが発生するように設けたものであり、白金に衝突したアルゴンイオンによって、運動エネルギーを与えられ、ターゲットより真空中に弾き出される。ターゲットを離れた白金のスパッタ粒子はアルゴン原子と衝突散乱しながら、最終的にはシリコン基材２上に沈着して薄膜を形成する。

このスパッタリングの利点は例えば他の成膜方法である蒸着法と比べて成膜レートが早い、開口など凹部形状の側壁部に対する膜の付き回りが良いなどが挙げられる。欠点を挙げるならば、スパッタ粒子はシリコン基材２上だけ選択的に膜付している訳ではなく、シリコン基材２以外の空間スペース内にも相応の膜が沈着してしまい無駄が出てしまう。更に、この膜は堆積されて空間スペース内に残存するため発塵源となってしまう。

次に、スパッタ膜の膜厚分布については、１）ターゲットの大きさ、２）シリコン基材２とターゲット間の距離、３）磁力線分布状態などによって影響を受けると言われている。この問題に対して、例えばターゲットの直上にあるシリコン基材２の位置を何れか一方に移動させて、シリコン基材２中心部がターゲットの端に来るようにする。すなわちシリコン基材２の半円側がターゲット上に重なるように成膜前の段階で配置させておく。次に、シリコン基材１を自転させながら成膜することで、シリコン基材１中心を薄く、端部側を厚く設けることはできる。但し、ターゲット直下にシリコン基材１を配置した場合はターゲット粒子を効率良く沈着（成膜）できるが、この方法では無駄が多く、上述することが原因で成膜レートが稼げない問題が生じてしまう。

なお、感熱抵抗膜４を形成する他の方法として、例えばめっき法や蒸着法がある。また、金属微粒子分散液による直接描画法も適用可能である。金属微粒子分散液は金属微粒子１４を主成分としたもので、表面技術協会 Ｖｏｌ５９（２００８）Ｎｏ１１，p７３２（非特許文献１）の文献で詳しく報告されている。

また、特開平６−２４９６９３公報（特許文献１）には、シリコン基材に複数個の熱式センサ素子が設けられた構造が示されており、その製造方法において、シリコン基材のダイヤフラム面側から設けたキャビティ効果で、流体の温度変化に迅速に対応できる構造が示されている。

また、WO２００３／０６０４３４公報（特許文献２）には、熱式エンサにおいて、平板状基板の表面に配置された発熱体及びセンサへの配線が基板の表面から裏面に貫通する配線を介して行われるようにして、センサを小型化する技術が示されている。

特開平６−２４９６９３公報 WO２００３／０６０４３４公報

表面技術協会 Ｖｏｌ５９（２００８）Ｎｏ１１，p７３２

上記特許文献１は、シリコン基材に複数個の熱式センサ素子が設けられた製造方法のうち、シリコン基材のダイヤフラム面側から設けたキャビティ効果で、流体の温度変化に迅速に対応できる構造であることを重点的に述べた内容であり、シリコン基材内での感熱抵抗膜の膜厚分布や抵抗値分布、成膜方法、材質等に関する記述が無い。またリードパターン寸法、キャビティの大きさについては未記載であるため不明である。

また、上記特許文献２では異種配線材料を接合させてなる構造体であるために、熱式センサ素子の配線抵抗制御や管理が難しい。また、熱式センサ素子を小型化できる反面、製造工程が従来の熱式センサ素子よりも増えるために製造コストが高くなると共に、構造が複雑で組み立て工数も多い。

また、一般的に熱式センサ素子の感熱抵抗膜には白金膜が使用される。この白金薄膜を設ける一手段としてスパッタリングがあげられる。しかし、この方法ではシリコン基材２全面に膜付するため、必要形状を得るためのパターニングが行われ、これによって不必要な領域は除去されてしまい、回収は困難である。
この発明は、簡単な構造で、この種の問題点を解決するためになされたものである。

この発明に係る熱式センサ素子は、一部にキャビティを形成したシリコン基材と、このシリコン基材上に形成された支持膜と、前記キャビティ上部の前記支持膜上に形成された感熱抵抗膜からなる抵抗体と、この抵抗体と同じ材料で前記支持膜上にパターン形成されて前記抵抗体に接続されるリードパターン及び電極部と、前記抵抗体の膜厚不足に起因する抵抗値変動を調整するための抵抗値調整用膜と、前記支持膜上に形成された前記抵抗体及び前記リードパターンを保護する保護膜とを備え、前記抵抗値調整用膜は前記リードパターンに金属微粒子を定着して設けられることを特徴としたものである。

この発明によれば、支持膜上に形成され保護膜で保護されるリードパターンに金属微粒子を定着して抵抗値調整用膜を設けることにより感熱抵抗膜として必要な膜抵抗値を得たことで、熱式センサ素子の信頼性が向上するものである。

図１（ａ）は本発明の実施の形態１における保護膜下部のリードパターンに抵抗調整用膜を備えた熱式センサ素子の構造平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’部を切断した断面構造図である。 金属微粒子分散液を用いてインクジェット法にてパターニングされる描画の一例を示す工程フロー図である。 図３（ａ）は本発明の実施の形態２における保護膜上にリードパターンへ到達する開口部を設けて、この開口部に抵抗調整用膜を形成した熱式センサ素子の構造平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’部を切断した断面構造図である。 図３（ａ）のＢ−Ｂ’部を切断した熱式センサ素子の断面構造工程フロー図である。 抵抗調整用膜に金属微粒子を適用した本発明の実施の形態３における構造を示す図３（ａ）のＢ−Ｂ’部を切断した熱式センサ素子の構造断面図である。 本発明の実施の形態２における保護膜上にリードパターンへ到達する開口部を設けて、この開口部に抵抗調整用膜を適用した熱式センサ素子を含むシリコン基材内での抵抗値変化を示すグラフ図である。 図７（ａ）は一般的な熱式センサ素子の構造平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ’部を切断した断面構造図である。 図８（ａ）は一部を切り欠いて示す一般的な熱式センサ素子の構造平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）のＡ−Ａ’部ならびにＢ−Ｂ’部を切断して示す熱式センサ素子断面構造の工程フロー図である。 熱式センサ素子の配置図ならびに抵抗値計測される熱式センサ素子の測定位置を示すシリコン基材の平面図である。 一般的な熱式センサ素子のシリコン基材内における膜厚分布と抵抗値分布を示すグラフ図である。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について、図１の熱式センサ素子平面図とＡ−Ａ’の部位を切り出した断面構造図を用いて以下に説明する。
まず、図１（ａ）はシリコン基材２から切り出された熱式センサ素子１の構造を示す平面図である。熱式センサ素子１は図の通り四角形状であり、長辺は短辺よりも２倍以上の長さを有した短冊状に切り出されている。例えば、本発明の実施例の形態１では、厚さ０．４μｍ厚のベアシリコンウェハを用いて長辺側1２mmＸ短辺側３mmの熱式センサ素子を得ている。

以下、図１（ａ）の熱式センサ素子１について説明する。保護膜５は厚さ１μｍの窒化シリコン膜からなり、電極部４ｇと電極開口部１０を除く熱式センサ素子１全体を被覆する状態で設けられている。なお、図中では、この保護膜５下部に設けられるものは全て点線で示している。感熱抵抗膜４は、流体温度測定部４ａ、発熱抵抗部４ｂの各抵抗体を形成している。この感熱抵抗膜４と同じ材料で形成されるものとしてリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、電極部４ｇがあり、このうち電極部４ｇは電極開口部１０を通じて外部と接続する構造になっている。また、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上にはそれぞれに抵抗調整用膜１１が設けられている。

この感熱抵抗膜４下部には図１（ｂ）に示すように、窒化シリコン膜からなる支持膜３が形成されている。この支持膜３下部にはキャビティ６が設けられる。このキャビティ６はシリコン基材２のダイヤフラム面側から加工することで図のような四角形状の空間を得ている。キャビティ６内にはダイヤフラム７が設けられている。ダイヤフラム７は支持膜３と感熱抵抗膜４の抵抗体４ａ、４ｂ並びに保護膜５で構成されている。

この図１（ａ）の中で一般的な構造として示した図７（ａ）と異なる点は、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に抵抗調整用膜１１を新たに設けた事である。この抵抗調整用膜１１は感熱抵抗膜４の膜厚不足分を補う目的で形成されており、これによって感熱抵抗膜４の抵抗値変動を調整している。

図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＡ−Ａ‘部を切断して得られる断面構造図である。この断面構造を得るためには、まずシリコン基材２上の回路面に厚さ１μｍの支持膜３を設ける。なお、支持膜３には窒化シリコン膜を用いた。続いて支持膜３上に感熱抵抗膜４を形成したのち、レジストマスク１３を形成する。次に、物理エッチングによって余分な領域の膜除去を行い、酸素を導入した灰化装置でレジストマスク１３を除去する。次に、パターニングされた感熱抵抗膜４上に抵抗調整用膜１１を設ける。抵抗調整用膜１１を含む感熱抵抗膜４をパッシベートするために保護膜５を形成する。保護膜５形成後、電極部４ｇを除く全ての領域をレジストマスク１３で覆い、保護膜５を物理エッチングによって３０度の角度で除去を行ない、電極開口部１０を形成する。電極開口部１０形成後、レジストマスク１３を灰化させて除去することで回路面側の工程が完了する。

次に、ダイヤフラム面側の工程について説明する。回路面側の感熱抵抗膜４の抵抗体４ａ、４ｂ下部にキャビティ６を形成するため、裏面保護膜９を形成する。この裏面保護膜９には厚さ０．５μｍの酸化シリコン膜をスパッタリングで用いる。次に、抵抗体４ａ、４ｂ下部に開口を設けるためのレジストマスク１３を形成する。次に、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）溶液が入った浴槽中にシリコン基材２毎浸漬させて室温状態で裏面保護膜９除去を行う。なお、このＢＨＦ処理では回路面にダメージを受けないように、回路面を耐薬品性テープなどで保護してから薬液が回路面に進入しないようにしてから処理を進めるほうが望ましい。

裏面保護膜９がエッチングされた領域はシリコンが露出しており、不要となったレジストマスク１３は灰化によって除去する。次に、ＴＭＡＨ水溶液によるウェットエッチングでキャビティ６を設ける処理を行う。なお、裏面保護膜９はＴＭＡＨ水溶液に対して耐性のある材料でなければならない。また、ＢＨＦ処理同様に回路面に薬液が進入しないよう保護してから処理を進めるほうが望ましい。ウェットエッチングはシリコン面に対して異方性を持ってエッチングされるため、図１（ｂ）のキャビティ６形状のように傾斜が設けられる。なお、傾斜部側壁の面方位は＜１，１，１＞であり、得られる傾斜は５４．７５の角度で形成される。また、ウェットエッチングは水溶液が加温された浴槽で処理されており、浴槽温度は７５度、時間にして８から１０時間ほどでダイヤフラム面に設けたキャビティ６底面に支持膜３が現れる。

次に、必要とするダイヤフラム７のサイズが得られたら、薬液が入った浴槽からシリコン基材２を取り出して、水洗と乾燥を行う。最後にＢＨＦによって不要となった裏面保護膜９を除去することで本発明の実施の形態１の熱式センサ素子が得られる。

次に、抵抗調整用膜１１を設ける方法について詳細に説明する。
まず、パターニングされた感熱抵抗膜４上に保護膜５である厚さ０．５μｍほどの窒化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法で形成する。次に、レジストマスク１３でリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの抵抗調整用膜１１が形成される領域以外を被覆する。露出したリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの窒化シリコン膜を四フッ化炭素（ＣＦ_４）と酸素の混合ガスで放電させた真空室内でドライエッチング処理を行い、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に抵抗調整用膜１１を設ける開口部８を形成する。

不要となったレジストマスク１３は灰化と剥離液によって除去され、抵抗調整用膜１１の開口部には白金の金属微粒子からなる金属微粒子分散液を吐出する。金属微粒子分散液とは、直径が数ｎｍオーダーの金属微粒子１４の表面を有機物で覆うことで溶媒中に凝集せずに独立分散した金属微粒子１４を含む溶液のことである。次に、ベーク炉などで３００℃ほど加熱して有機物を揮発させたのちに、保護膜５である厚さ０．５μｍの窒化シリコン膜を設けて金属微粒子１４を覆うことで抵抗調整用膜１１を含む保護膜５までの工程が完了する。なお、この方法では保護膜５を２つに分割して設ける必要がある。

なお、金属微粒子１４で抵抗調整用膜１１を設ける別の方法として、インクジェット法による形成方法がある。これは、白金の金属微粒子１４を含むインクジェットノズル１５をリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に移動させて直接必要な領域に吐出させるものであり、例えば感熱抵抗膜４がパターニングされたシリコン基材２をステージなどで固定して、インクジェットノズル１５を吐出したい位置まで移動させる。次に、金属微粒子分散液を必要量リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に吐出させて２００から３００度の熱処理を行い、有機物を揮発させる。この抵抗調整用膜１１が設けられたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上を保護膜５で覆えば、保護膜５を２層積みしなくても抵抗調整用膜１１を形成することが出来る。

また、感熱抵抗膜４に抵抗調整用膜１１を含む厚み分を予め設けて、熱式センサ素子１に設けられたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上をレジストマスク１３で被覆したのち、物理エッチングで余分な、感熱抵抗膜４を除去する方法も考えられるが、この場合は物理エッチングのエッチングレートやエッチング分布によるところが大きく、エッチング後に残る感熱抵抗膜４の膜厚制御性に問題があることから適さない。

本発明の実施の形態１では、厚さ０．４μｍ厚のベアシリコンウェハを用いて長辺側1２ｍｍＸ短辺側３ｍｍの熱式センサ素子を得ているが、これに限定される訳ではなく例えば厚さ０．２μｍまで研磨などで薄板化したものを用いても構わない。また、基材２に関しては、シリコンウェハを用いる方が安定的に供給されるため望ましく、両面若しくは片面に熱酸化膜が設けられたものでも構わない。

また、保護膜５のエッチングには物理エッチングを用いているが、四フッ化炭素（ＣＦ_４）もしくは三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）と酸素の混合ガスで処理されるドライエッチングでも構わない。また、裏面保護膜９除去にＢＨＦ処理を用いたが、これも前記の物理エッチングやドライプロセスで除去しても良い。

また、本発明の実施の形態１では、支持膜３や保護膜５にプラズマＣＶＤからなる窒化シリコン膜を用いたがこれに限定される訳ではなく、他の材料として例えばＳＯＧ（Ｓｐｉｎ ｏｎ Ｇｌａｓｓ）酸化膜やＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を含む酸化シリコン、酸化アルミニウム、ＳｉＯＮなど組成比にシリコンを含有する絶縁材料を選択しても構わず、これらを複合して設けても良い。また、成膜方法もプラズマＣＶＤ以外に減圧や常圧のＣＶＤ、反応性を含むスパッタリングを用いても良い。膜厚の場合も、支持膜３を１μｍより薄くして設けても良く、保護膜５は感熱抵抗４をパッシベートするための必要膜厚が稼げれば良い。但し、ダイヤフラム７を形成する際に、歪んだり撓んだりしないよう膜質とのバランスで応力制御する必要がある。

裏面保護膜９は、ＴＭＡＨ水溶液などの薬液にダイヤフラム面がアタックされないよう保護する必要があるため、ある程度の膜厚は必要となる。本発明の実施の形態１では厚さ０．５μｍの酸化シリコン膜を用いているが、更に０．５μｍほど厚く設けても同様の効果は得られる。また、膜種も支持膜３や保護膜５で述べたような材料を選定しても構わない。

また、ダイヤフラム７形成工程でＴＭＡＨ水溶液を用いたが、ＴＭＡＨ水溶液に添加剤を混合してエッチングレートを向上させて処理しても構わない。温度、処理時間もこれに限定された訳ではなく、キャビティ６内に必要とするダイヤフラム７サイズが設けられれば良く、薬液もＫＯＨ（水酸化カリウム）水溶液を選択しても構わない。

次に、金属微粒子１４の使用例として、インクジェット法でシリコン基材２上への描画工程を図２に示す。例えば、（Ａ）に示すとおりシリコン基板２上には規則的に配列された枠が設けられている。これに対して各枠毎に例えば白金ナノ金属微粒子１４が含有された金属微粒子分散液１４をインクジェットノズル１５に充填する。次に、インクジェットノズル１５を移動させながら金属微粒子分散液１４を吐出する（Ｂ）。次に、オーブンなどで１００℃で乾燥処理を行い、不要な有機溶剤を除去する。更に、焼成工程を２００から３００℃で行う。これによって、必要とする金属薄膜パターンを写真製版などの工程なしで簡便に形成することが出来る（Ｃ）。

更に、抵抗調整用膜１１が保護膜５表層に至るまで設ける必要がないため断線の心配が無くなる。また、従来のように感熱抵抗膜４をレジストマスクでパターニングしてエッチング処理する必要が無いためレアメタル材料などは有効に活用することができる。また、スパッタリングではターゲット粒子が真空保持された空間スペース内のあらゆるエリアにも膜付されるので無駄が多かったが、インクジェット方式の場合は必要量を開口部８に吐出するだけで余分な膜付が無く、工程削減が図れると同時に感熱抵抗膜４をパターニングするための使用設備を減らすことが可能となる。

本発明の実施の形態１では、従来例に比べてリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが形成された領域に、感熱抵抗膜４の膜厚不足に起因する抵抗値変動を調整するための抵抗値調整手段として、抵抗調整用膜１１を備えた事や、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆと抵抗調整用膜１１をまとめてパッシベートした事、ならびに保護膜５を分割して形成した点が特徴となっている。

実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２で得られる熱式センサを示す図であり、図３（ａ）はシリコン基材２から切り出された状態を示す構造平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’の部位を切り出した場合の断面構造図を示している。
図３（ａ）は、シリコン基材２に設けられた熱式センサ素子１をダイサーによって切断、分離して得られた構造を示しており、厚さ０．４μｍ厚のベアシリコンウェハを用いて長辺側1２ｍｍＸ短辺側３ｍｍの熱式センサ素子１を得ている。

この熱式センサ素子１の回路部面の最表層には感熱抵抗膜４やリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ、電極部４ｇをパッシベートするための厚さ１μｍのプラズマＣＶＤで得られる窒化シリコン膜の保護膜５が設けられている。なお、図中の点線部は、保護膜５下部に設けられているリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆや感熱抵抗膜４、支持膜３下部のキャビティ６とダイヤフラム７を示している。この保護膜５には、２種類の開口部が設けられる。

まず、１つ目の開口部８はリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に設けられる開口部である。この開口部８は、キャビティ６が形成されるダイヤフラム７領域を除いたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの領域に設けられる。また、図示された通り四角形状であり、一辺はキャビティ６の端部から電極開口部１０至る長さよりも短い寸法で形成され、もう一辺はリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆで干渉し合わない領域に設けられる。本発明の実施の形態２では、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ幅よりも小さい寸法で設けられている。

この開口部８の底面にはスパッタリングにて厚さ０．２μmの白金からなる感熱抵抗膜４が表れており、これに接続する状態で抵抗調整用膜１１が形成される。更に、この開口部８と抵抗調整用膜１１は熱式センサ素子１内の流体温度測定抵抗部４ａの入出力と発熱抵抗部４ｂの入出力の双方にあり、計４個設けられている。

また、もう一方の開口部であるリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ先にある電極開口部１０は、ワイヤーボンド等によって外部との接続を行うために例えば４００×４００μｍ角の四角形状で設けられている。この電極開口部１０は、例えばワイヤボンドでの位置ずれ等が生じた場合に対応出来るように予め広めに開口されるよう設計されている。

次に、図３（ａ）のＡ−Ａ’間にある一点鎖線部の断面構造について図３（ｂ）を用いて説明する。図示された通り、熱式センサ素子１の母材となるシリコン基材２のダイヤフラム面には、流体温度測定抵抗部４ａや発熱抵抗部４ｂの熱容量を下げるためにキャビティ６がそれぞれに設けられており、その底面にはダイヤフラム７が形成されている。
また、シリコン基材２の回路部側には、プラズマＣＶＤ法によって形成された窒化シリコン膜からなる支持膜３が厚さ１μｍで設けられている。この膜は、応力制御によってダイヤフラムに一定の張りを与える機能と２個のキャビティ６を設けるためのストッパー層としての役割を担うために用いられる。その上にはパターニングされて得られる白金からなる感熱抵抗膜４がある。感熱抵抗膜４上には保護膜５があり、ダイヤフラム７は支持膜３と保護膜５に挟まれた感熱抵抗膜４の３層が複合して得られる応力制御によって成り立っている。

保護膜５に設けられた開口部のうち、電極開口部１０の底面には電極部４ｇがあり、開口部８の底面にはリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆが露出されている。リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上の開口部８は、保護膜５上に抵抗調整用膜１１が設けられることを前提として形成されているため、抵抗調整用膜１１が断線しないよう傾斜を設ける必要がある。

次に本発明の実施の形態２で得られる開口部８と抵抗調整用膜１１について図４の製造工程フロー図を用いて説明する。なお、図４は、図３（ａ）に示すＢ−Ｂ‘部を切断することで得られる熱式センサ素子１の断面構造の一例である。なお、シリコン基材２に設けられる支持膜３、感熱抵抗膜４、保護膜５の形成方法は図７、図８の例で説明した工程フローと同じであるために、ここでは説明を省略する（図４（１）〜（５））。

図４（６）は感熱抵抗膜４からなるリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上を保護膜５で被覆したのち、開口部８が設けられた構造断面図を示している。以下、工程フローに関して説明する。この構造を得るには、まず保護膜５上をレジストマスク１３を設けて、物理エッチングによってドライエッチング処理を行い、開口部８を形成する。ここで用いる物理エッチングとは開口部に任意の傾斜角を持たせることが可能なエッチング技法であり、傾斜角とは開口部８の底面を基準とした角度を指している。本発明の実施の形態２では、開口部８側壁に得られる傾斜を４５度で加工した。次に、不要となったレジストマスク１３を除去する事で図４（６）の断面構造が得られる。

次に、図４（７）は開口部８が設けられたシリコン基材２全面に抵抗調整用膜１１の膜が形成された断面構造図である。本発明の実施の形態２では抵抗調整用膜１１として５０ｎｍ厚の白金膜をスパッタリングで形成した。

図４（８）ではリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上の開口部８周辺の必要とされる抵抗調整用膜１１周辺を覆うようにレジストマスク１３が形成される。このレジストマスク１３は例えばシリコン基材２全面に塗布したのちにマスクアライナーからなる全面照射露光の設備を用いて処理したのちに、現像を行うことで図示された断面形状のパターンが形成される。なお、レジストマスク１３は２μｍ程度の厚みを有する。

次に、図４（９）では、物理エッチングによって不要となる感熱抵抗膜４の除去とパターニングを行い、不要となったレジストマスク１３を除去することでリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上に開口部８と抵抗調整用膜１１を備えた熱式センサ素子１を得ることができる。

本発明の実施の形態２では開口部８に傾斜を得るため、電極開口部１０にも同じ角度の傾斜を設けている。これは、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの開口部８と電極部開口１０を一括処理してるためであり、それ自体に機能性を持たせている訳ではなく、電極部開口部１０の傾斜に限定して言えば、垂直に近い状態で加工されても構わない。しかし、一括処理することで工程削減効果は得られる。また、抵抗調整用膜１１の膜厚を５０ｎｍ厚としたが、抵抗調整用膜１１は抵抗値調整手段として設けられているため、必要とする抵抗値に合わせて膜厚を決定する必要がある。

また、シリコン基材２に厚さ０．４μｍのベアシリコンウェハを使用したが、ベアシリコン以外に熱酸化膜付きのシリコンウェハを用いても構わない。また、シリコン基材の厚みに関してもこれに限定される訳ではなく、基材２の強度を落とさないことが前提ではあるが、薄くすることでダイヤフラム面のキャビティ形成時間短縮が可能となる。

また、開口部８はキャビティ６が形成される領域を除いたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの領域に設けられる。具体的には、発熱抵抗部４ｂであれば、図示した発熱抵抗部４ｂのキャビティ６端部から電極開口部１０までの領域が望ましく、流体温度計測抵抗部４ａでは、流体温度計測抵抗部４ａのキャビティ６端部から電極開口部１０に至る領域に形成される方が望ましい。
なお、ダイヤフラム７直上やダイヤフラム７に跨るように開口部８を設けた場合にはダイヤフラム７の強度的な問題や応力バランスが崩れて撓みなどの成分が加わる可能性があり、応力制御が難しくなるため、シリコン基材２が残るリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの部分が適している。

また、開口部８は図のように四角形状を有しており、一辺がダイヤフラム６の端部電極開口部１０に至る長さよりも短く設けられ、もう一辺はリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上で互いが干渉し合わない長さで形成される方が望ましい。

また、図３（ａ）に示す４ｃ、４ｄ間と４ｅ、４ｆ間には支持膜３がむき出しになった空きスペースがあり、これに重なるように抵抗調整用膜１１を設けても構わない。また、４ｃ、４ｆと流体温度抵抗測定部４ａのキャビティ６間にも空きスペース（流体温度抵抗測定部４ａのキャビティ７がある左右の空きスペース）があり、ここに重なるように抵抗調整用膜１１を設けても良い。また、流体温度抵抗測定部４ａのキャビティ７と発熱抵抗部４ｂ間のキャビティ７にある空きスペースも同じである。
なお、図３（ａ）ではリードパターン４ｃ、４ｆとリードパターン４ｄ、４ｅで開口部８の大きさが異なっているが、これに限定される訳ではなく、熱式センサ素子１の切片（切断面）とダイヤフラム７に重ならないよう開口部８を同じ形状で設けても構わない。

また、抵抗調整用膜１１は図３（ｂ）のように保護膜５上に残る状態で設けられている。これは、レジストマスク１３を開口部８側壁の傾斜部に設ける事が難しいために、図３（ｂ）のような庇を持ったＶ字形状を得ている。なお、庇を設ける際の注意点として、互いの抵抗調整用膜１１の庇が重ならないよう開口部８を配置する必要がある。また、キャビティ６に関しても庇が被らないようにする必要がある。

なお、開口部８形成の他のエッチングの一例として例えば三フッ化メタン（ＣＨＦ_３）やＣＦ_４(四フッ化炭素)とＯ_２（酸素）の混合ガスでドライエッチングを行う方法を用いても良いが、上述する方法と比べ、開口部８側壁にある傾斜部の仕上がりが急峻になってしまう。

また、開口部８側壁に設けられる傾斜部は、開口部８の底面を基準として上部へ向かって開口面が拡大するような傾斜が設けられている。これは保護膜５上に開口部８を形成する物理エッチングによって決められるものであり、例えば開口部８の底面に対して垂直（９０度）に加工することは可能である。ただし、抵抗調整用膜１１の庇が断線する危険性がある。また、開口部８の傾斜を６０度以上にすると、傾斜に対する抵抗調整用膜１１の着き回りが悪くなる。
更に、開口部８の傾斜を０から２９度まで傾けると、保護膜５上のレジストマスク１３が妨げとなってしまい、仕上がる断面形状に影響が出てしまう。

従って、本発明の実施例の形態２で設けられる開口部８の側壁部は、３０度から６０度の傾斜で形成される方が望ましい。更に、開口部８先端には物理エッチングによる再付着などが残存するため、これを除去する方法として例えば、０度の傾斜角で物理エッチングを行うことや、ＢＨＦ処理や超音波洗浄で除去する方が望ましい。

また、本発明の実施の形態２では抵抗調整用膜１１に白金を用いたが、これに限定される訳ではなく、白金、ニッケル、ニッケルを含む合金、コバルト、金及び銀、銅の何れか一種を用いて感熱抵抗膜４の抵抗値調整を行っても良い。

実施の形態３．
図５は本発明の実施の形態３における構造を示す断面図である。この実施の形態３では、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上の開口部８に金属微粒子１４を吐出・焼成して抵抗調整用膜１１を形成した熱式センサ素子１を得る。まず、金属微粒子分散液をプリンタで用いるインクジェット法を用いて形成する。インクジェットノズル１５によって開口部８に吐出したのちに有機溶剤を蒸発させて乾燥させ、２５０度で熱処理工程を完了することで図示された抵抗調整用膜１１を設ける。なお、開口部８形成に至るまでの工程フローは、実施の形態２と同様なので説明は省略する。

この断面構造は、図５に示すリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上の開口部８に、金属微粒子分散液が充填されたインクジェットノズル１５を移動させて開口部８に直接吐出することで必要な抵抗調整用膜１１を得ることを特徴としている。

また、金属微粒子１４である抵抗調整用膜１１は感熱抵抗膜４と直接コンタクトしており、材料としては感熱抵抗膜４と同じ材料選択が好ましいが、金や銅など別の金属微粒子分散液１５を用いて感熱抵抗膜４の抵抗制御を計っても良い。また、抵抗調整用膜１１上の開口部８をＳＯＧや酸化シリコン膜、窒化シリコン膜などを用いて保護しても構わない。
また、熱式センサ素子は電極部９を介して金ワイヤ線でボンディングされて電気的な接続が行われるが、この電極部９を覆うために用いるゲル硬貨剤を開口部８と抵抗調整用膜１１にも適用して、これらを囲むように設けても構わない。

本発明の実施の形態３では、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆに開口部８を設けて、この上に感熱抵抗膜４の膜厚不足に起因する抵抗値変動を調整するための抵抗値調整手段として、抵抗調整用膜１１を備えた事や、開口部８が露出している事でシリコン基材２の熱式センサ素子１によって必要とする感熱抵抗膜４の膜厚を金属微粒子１４で自由に調整できる点が特徴となっている。

また、本発明の実施の形態１では、リードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ上の抵抗調整用膜１１ごと保護膜５で覆われていたが、開口部８を設けて抵抗調整用膜１１を形成する実施の形態２や実施の形態３の構造では、仮に抵抗調整用膜１１を設けたリードパターン４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆの抵抗値が規定値に達しなくても、追加で抵抗調整用膜１１を不足している膜厚分を設けることも可能となる。

次に、本発明の実施の形態２を用いて試作したシリコン基材２上の感熱抵抗膜厚と抵抗値の面内分布結果について図６に示す。なお、図中の測定位置は図９に示す位置と同一のためここでの説明は省略する。図６は、シリコン基材２内の感熱抵抗４膜厚と各測定位置でのパターニングされた感熱抵抗膜４の抵抗値をグラフ化したものである。図中の実線が開口部８に抵抗調整用膜１１を設けない初期値を示し、点線が開口部８を設けて抵抗調整用膜１１を形成した熱式センサ素子を配列したシリコン基材２の抵抗測定結果である。

なお、感熱抵抗膜４と抵抗調整用膜１１には同一材料である白金膜をスパッタリングで設けた。また、抵抗調整用膜１１は測定位置（１，７，８，１４）の熱式センサ素子１に適用した。図９に示すように、抵抗調整用膜１１を設けていない一般的な構造のもの（図９中に実線で示す）に対して抵抗調整用膜１１を設けた熱式センサ素子（図９中に破線で示す）は、抵抗値のバラツキが少なく、抵抗値に改善が図れた。これにより、抵抗調整用膜１１が感熱抵抗膜全体の抵抗値に寄与したことが確認できた。

また、図５の抵抗調整用膜１１に白金の金属微粒子１４を用いる場合は、インクジェットノズル１５の金属微粒子分散液を開口部８に対して数ｃｃ吐出を行い、１００℃のホットプレートで乾燥させて有機物を除去する。次に、更に２５０℃の温度で３０分程度熱処理して、仕上がった厚さ１００ｎｍ相当の抵抗調整用膜１１を適用しても、感熱抵抗膜４の抵抗値に改善が見られた。

以上のように、この発明によれば、リードパターンの形成された領域に、抵抗体の膜厚不足に起因する抵抗値変動を調整するための抵抗値調整手段を備えて、感熱抵抗膜として必要な膜抵抗値を得たことで、熱式センサ素子の信頼性が向上する。特に、シリコン基材端部の熱式センサ素子に対して、膜厚不足分を補填してシリコン基材内に設けた感熱抵抗膜の抵抗値分布を改善したことで、熱式センサ素子の温度特性によるシリコン基材内でのバラツキを無くすことが可能となる。

また、支持膜上に形成され、抵抗体及びリードパターンを保護する保護膜を更に備え、抵抗値調整手段は、保護膜上にリードパターンへ到達する開口部を設けて、この開口部に抵抗調整用膜を形成して構成されたものであり、開口部が保護膜に覆われず露出している
ことで、やり直しを含めて抵抗調整できる幅が広くなり、感熱抵抗膜の抵抗値調整が行い易くなる効果が得られる。

更に、開口部は四角形状であり、その一辺はキャビティの端部から電極部の開口に至る長さよりも短く、もう一辺はリードパターン上で互いが干渉しない長さであることや、開口部はキャビティが形成される領域を除いたリードパターン上に設けられたことで、ダイヤフラムへの膜応力などによる影響が無く、簡便に感熱抵抗膜の抵抗調整が行える効果が得られる。

また。開口部の側壁は、開口部の底面から上部へ向かって開口面が拡大するように傾斜が設けられており、開口部の底面を基準にして３０度から６０度の角度で傾斜していることで、抵抗調整用膜１１の断線を防ぐ効果が得られるため、熱式センサ素子の信頼性向上が図れる。

また、抵抗調整用膜に、金属微粒子分散液などに含まれる金属微粒子を用いることで、従来のスパッタリングのようにエッチングなどで不要な膜を除去して感熱抵抗膜を得た手法と比べて、レジストマスクを用いた写真製版や物理エッチングや灰化などの設備が不要となる。また、白金スパッタリングのように必要形状を得るための物理エッチングが不要であるため、レアメタル材料を有効に利用出来る。また、インクジェット方式では直接必要領域に直接金属微粒子分散液を吐出するので、スパッタリング時に行っていた真空引きや定期的に行うレートチェックが不要となり、処理能力向上が図れる。

１ 熱式センサ素子、 ２ シリコン基材、 ３ 支持膜、 ４ 感熱抵抗膜、 ４ａ 流体温度測定抵抗部、 ４ｂ 発熱抵抗部、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ リードパターン、４ｇ 電極部、 ５ 保護膜、 ６ キャビティ、 ７ ダイヤフラム、 ８ 開口部、９ 裏面保護膜、 １０ 電極開口部、 １１ 抵抗調整用膜、 １３ レジストマスク、 １４ 金属微粒子、 １５ インクジェットノズル。

Claims (10)

1. 一部にキャビティを形成したシリコン基材と、このシリコン基材上に形成された支持膜と、前記キャビティ上部の前記支持膜上に形成された感熱抵抗膜からなる抵抗体と、この抵抗体と同じ材料で前記支持膜上にパターン形成されて前記抵抗体に接続されるリードパターン及び電極部と、前記抵抗体の膜厚不足に起因する抵抗値変動を調整するための抵抗値調整用膜と、前記支持膜上に形成された前記抵抗体及び前記リードパターンを保護する保護膜とを備え、前記抵抗値調整用膜は前記リードパターンに金属微粒子を定着して設けられることを特徴とする熱式センサ素子。
2. 前記保護膜に前記リードパターンへ到達する開口部を設けて、この開口部における前記リードパターン上に前記抵抗調整用膜を形成したことを特徴とする請求項１記載の熱式センサ素子。
3. 前記開口部は、前記キャビティが形成される領域を除いた前記リードパターンの領域に設けられることを特徴とする請求項２記載の熱式センサ素子。
4. 前記開口部は四角形状であり、一辺は前記キャビティの端部から前記電極部の開口に至る長さよりも短く、もう一辺が前記リードパターン上で互いが干渉しない長さであることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の熱式センサ素子。
5. 前記開口部の側壁は、前記開口部の底面から上部へ向かって開口面が拡大するように傾斜が設けられていることを特徴とする請求項２から請求項４の何れか一項に記載の熱式センサ素子。
6. 前記開口部の側壁は、前記開口部の底面を基準にして３０度から６０度の角度で傾斜していることを特徴とする請求項５記載の熱式センサ素子。
7. 前記抵抗調整用膜は、白金、ニッケル、ニッケルを含む合金、コバルト、金及び銀、銅の何れか一種からなる請求項２から請求項６の何れか一項に記載の熱式センサ素子。
8. 前記抵抗調整用膜は、金属微粒子分散液に含まれる金属微粒子で設けられることを特徴とする請求項７記載の熱式センサ素子。
9. 前記抵抗体と前記抵抗調整用膜とを同一材料で構成したことを特徴とする請求項２から請求項８の何れか一項に記載の熱式センサ素子。
10. 前記抵抗体は、前記電極部及び前記リードパターンに電流を流すことにより加熱され、被計測流体による前記抵抗体からの放熱量に基づいて前記被計測流体の流量を計測することを特徴とする請求項１から請求項９の何れか一項に記載の熱式センサ素子。

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