熱式空氣流量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供減少了測量誤差的熱式空氣流量傳感器。上述熱式空氣流量傳感器包括：半導體襯底；形成于上述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和將上述半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部，上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體形成在上述膜片部上，在上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體的上層具有作為上述電絕緣體而形成的氮化硅膜，其中，上述氮化硅膜形成有與上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體圖案對應(yīng)的臺階，并且，上述氮化硅膜為多層構(gòu)造。
【專利說明】熱式空氣流量傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱式空氣流量傳感器，其為用于空氣流量計的測定元件，具備發(fā)熱電阻體和測溫電阻體以測定空氣流量。
【背景技術(shù)】
[0002]空氣流量計的主流是能夠直接檢測空氣量的熱式的空氣流量計。特別是具備利用半導體微加工技術(shù)制造的測定元件的熱式的空氣流量計，由于能夠減少成本、能夠用低功率驅(qū)動等而備受關(guān)注。作為用于這種熱式空氣流量計的測定元件(熱式空氣流量傳感器)，例如有在專利文獻I中提出的測定元件。該公報中提出的熱式空氣流量傳感器，在半導體襯底上形成有電絕緣膜，在該電絕緣膜上形成有發(fā)熱電阻體、測溫電阻體，并且在發(fā)熱電阻體、測溫電阻體之上形成有電絕緣體。另外，形成有發(fā)熱電阻體、測溫電阻體的區(qū)域通過從半導體襯底的背面?zhèn)冗M行各向異性蝕刻而除去半導體襯底的一部分，成為膜片構(gòu)造。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2010 - 133897號公報
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]發(fā)明想要解決的技術(shù)問題
[0007]在專利文獻I中提出的熱式空氣流量傳感器，形成有發(fā)熱電阻體、測溫電阻體的區(qū)域為膜片構(gòu)造，在上述兩電阻體的表面層疊有通過等離子體CVD(chemical VaporDeposition)法形成的氧化娃膜、氮化娃膜、氧化娃膜。由于通常通過CVD法形成的膜為粗膜(原子密度低)，因此以致密化為目的進行了高溫(IOO(TC)的熱處理，但氮化硅膜在進行該熱處理時會產(chǎn)生特別高的應(yīng)力。
[0008]發(fā)熱電阻體、測溫電阻體是堆積鑰膜等金屬膜并進行圖案化而形成的電阻體，在堆積于其表面的氧化硅膜、氮化硅膜表面產(chǎn)生與上述金屬膜的膜厚對應(yīng)的臺階。氮化硅膜的高應(yīng)力集中于該臺階部，在該情況下，在膜內(nèi)發(fā)生裂紋。當裂紋產(chǎn)生時，會從表面吸入氧、水分，電阻體發(fā)生氧化。當氧化持續(xù)進行時，電阻體的電阻會發(fā)生變化，因此會使空氣流量
測量產(chǎn)生誤差。
[0009]本發(fā)明的目的在于提供減少了測量誤差的熱式空氣流量傳感器。
[0010]用于解決上述問題的技術(shù)方案
[0011]為了完成上述目的，本發(fā)明提供一種熱式空氣流量傳感器，其包括:半導體襯底；形成于上述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和將上述半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部，上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體形成在上述膜片部上，在上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體的上層具有作為上述電絕緣體而形成的氮化硅膜，上述氮化硅膜形成有與上述發(fā)熱電阻體和上述測溫電阻體圖案對應(yīng)的臺階，并且，上述氮化硅膜為多層構(gòu)造。[0012]發(fā)明效果
[0013]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供減少了測量誤差的熱式空氣流量傳感器。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的第一實施例的測定元件的概略平面圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的第一實施例的截面圖。
[0016]圖3是氮化硅膜中產(chǎn)生的應(yīng)力的分布圖。
[0017]圖4是表示氮化硅膜中產(chǎn)生的應(yīng)力的氮化硅膜厚度依賴性的圖。
[0018]圖5是表示在第一次氮化硅膜上堆積有第二次氮化硅膜后，形成界面的情況的照片。
[0019]圖6是本發(fā)明的第二實施例的截面圖。
[0020]圖7是表示氮化硅膜中產(chǎn)生的應(yīng)力的臺階依存性的圖。
[0021]圖8是通過機械拋光、蝕刻法減少了氧化硅膜中產(chǎn)生的臺階的圖。
[0022]圖9是表示發(fā)熱電阻體或測溫電阻體產(chǎn)生了凸起的樣子的圖。
【具體實施方式】
[0023]下面，說明本發(fā)明的實施例。
[0024]實施例1
[0025]利用圖1和圖2說明作為本發(fā)明第一實施例的熱式空氣流量傳感器。圖1是熱式空氣流量傳感器的概略平面圖，圖2是圖1的A — A'位置的截面圖。
[0026]本實施例的熱式空氣流量傳感器(用于熱式空氣流量計的測定元件)如圖1所示，具備硅襯底1、發(fā)熱電阻體10、用于測定空氣溫度的測溫電阻體9、11、端子電極12、膜片部6。其中，8是膜片部6的端部。
[0027]利用圖2說明本實施例的制造方法。
[0028]對硅襯底I進行熱氧化形成作為下部電絕緣膜的熱氧化膜2，通過在熱氧化膜2之上堆積150nm左右的鑰(Mo)膜并進行圖案化，形成發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11。下部電絕緣膜僅為熱氧化膜2即可，也可以層疊氮化硅(SiN)膜、氧化硅膜(Si02)。另外，構(gòu)造發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11也可以不用鑰膜而用鉬等金屬膜形成。接著，在發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11之上通過等離子體CVD法堆積作為上部電絕緣膜的、500nm左右的氧化硅膜3，然后，以膜的致密化為目的在800°C以上進行熱處理。此時，形成與鑰堆積膜厚相當?shù)呐_階13。接著，分兩次堆積氮化娃膜4使其達到200nm左右。此時,在第一次氮化娃膜堆積后進行熱處理，接著，在第二次氮化硅膜堆積后進行熱處理的情況下，在膜堆積后必須進行熱處理。另外，該熱處理溫度設(shè)定為氮化硅膜能夠致密化的800°C以上。由于在氧化硅膜3的臺階13上堆積有氮化硅膜4，因此在氮化硅膜4也形成有臺階14。然后，通過等離子體CVD法將氧化硅膜5堆積至300?500nm的膜厚，然后，在800°C以上進行熱處理。接著，堆積聚酰亞胺類樹脂膜并進行圖案化，形成PIQ膜15。圖1所示的端子電極12通過在形成氧化硅膜5后的上部電絕緣膜開設(shè)接觸用的孔并堆積鋁或金等而形成(未圖示)。最后，從背面將氧化硅膜等作為掩模件，使用KOH等蝕刻液形成膜片部6 (未圖示)。膜片部6也可以用干蝕刻法形成。圖2的符號7表示作為掩模件的蝕刻掩模端部的位置，從用符號7表示的蝕刻掩模端部將外側(cè)用掩模件覆蓋進行蝕刻，由此除去膜片部6的部分硅襯底材料。
[0029]在本實施例中，上部電絕緣膜由氧化硅膜3和氮化硅膜4、氧化硅膜5的三層膜構(gòu)成，但也可以用由更多的層形成的膜構(gòu)成。
[0030]接著，對本實施例的作用效果進行說明。
[0031]對由單層膜形成氮化硅膜4時產(chǎn)生的裂紋的原因進行了研究，根據(jù)我們的分析明確得知，由于氮化硅膜4堆積后的高溫的熱處理，氮化硅膜4發(fā)生致密化，在膜內(nèi)產(chǎn)生了IOOOMPa左右的高拉伸應(yīng)力，該應(yīng)力在臺階14的表面集中而產(chǎn)生裂紋。
[0032]熱式空氣流量傳感器中，使發(fā)熱電阻體10總是發(fā)熱至200?300°C左右，但該發(fā)熱溫度越高，空氣流量傳感器的靈敏度越增加。當發(fā)熱電阻體10發(fā)熱時，熱被施加于配置在其周圍的熱氧化膜2、氧化硅膜3、氮化硅膜4、氧化硅膜5。這些膜的膜應(yīng)力因熱處理溫度而變化。因此，在進行高溫的熱處理的情況下，因發(fā)熱電阻體10的發(fā)熱，膜應(yīng)力發(fā)生變化，膜片發(fā)生變形，發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11的電阻值因壓電效應(yīng)而變化，引起空氣流量檢測的誤差。在本實施例中，為了防止上述誤差，在上部、下部電絕緣膜堆積后必須施行800°C以上的熱處理。
[0033]另外，一般的LSI的配線材料使用鋁，在鋁膜堆積后形成有氧化硅膜或氮化硅膜的電絕緣膜。由于鋁的融點為550°C左右，所以形成在鋁上的氧化硅膜或氮化硅膜堆積后，不必實施500°C以上的高溫退火，因此，在氮化硅膜中不會發(fā)生高的拉伸應(yīng)力。另外，LSI的發(fā)熱溫度較低，最高為125°C，幾乎沒有因發(fā)熱引起的膜應(yīng)力變化。另外，由于LSI不是膜片構(gòu)造，所以也幾乎沒有膜應(yīng)力變化引起的襯底的翹曲量，因此，也不會對LSI電特性產(chǎn)生影響。根據(jù)上述情況，氮化硅膜4產(chǎn)生的裂紋的技術(shù)問題是熱式空氣流量傳感器所特有的。
[0034]圖3表示氮化硅膜4中產(chǎn)生的應(yīng)力分析結(jié)果?？芍a(chǎn)生應(yīng)力集中在氮化硅膜4表面。另外，圖4表示產(chǎn)生應(yīng)力的氮化硅膜4厚度依賴性。產(chǎn)生應(yīng)力隨著膜厚的減少而減少。根據(jù)上述結(jié)果。氮化硅膜4的薄膜化對產(chǎn)生應(yīng)力減少是有效的，但氮化硅膜4的薄膜化會使塵埃沖擊時的膜片強度降低。因此不優(yōu)選將氮化硅膜4的薄膜化作為對策。
[0035]如圖3所示，應(yīng)力集中部位為氮化硅膜4的表面。另外,氮化硅膜4內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力的發(fā)生源是熱處理引起的膜收縮。進而，產(chǎn)生應(yīng)力因氮化硅膜4的薄膜化而減少。該薄膜化導致的低應(yīng)力化是由于膜厚變薄，膜收縮量減少，從而產(chǎn)生應(yīng)力減少。根據(jù)以上情況認為，由多層膜形成氮化硅膜4，通過減薄最后所形成的膜的膜厚，產(chǎn)生應(yīng)力在表面減少。具體地說，在第一層膜堆積后進行熱處理使膜收縮，在第二次膜堆積后實施熱處理。利用本方法，在氮化硅膜4表面產(chǎn)生的應(yīng)力僅為第二層膜收縮量。因此，能夠不改變膜厚地減少產(chǎn)生應(yīng)力。
[0036]通過應(yīng)用本方法，如圖5所示在第一層和第二層形成界面。另外，對于兩層構(gòu)造中的第一層和第二層的膜厚比，即使增加第二層，第二層的膜厚也比總體膜厚薄，因此具有效果，但是使第二層比第一層薄的方法對應(yīng)力減小是有效的。
[0037]在上述第一實施例中，記載的氮化硅膜4為兩層，當然，也可以采用三層、四層膜構(gòu)造。
[0038]無論在哪種情況下，若使多層膜內(nèi)的各自的膜厚為相同膜厚、或者與多層膜內(nèi)的各自的膜相比使最后形成的膜的膜厚為最小，則能夠有效地減小氮化硅膜4表面的產(chǎn)生應(yīng)力。
[0039]實施例2
[0040]第二實施例與第一實施例僅制造方法不同，因此利用圖6(a)?(C)說明其制造方法。
[0041]首先，如圖6(a)所示，對硅襯底I進行熱氧化，形成作為下部電絕緣膜的熱氧化膜2，在熱氧化膜2之上堆積鑰(Mo)膜至150nm并進行圖案化，由此，形成發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11。下部電絕緣膜僅為熱氧化膜2即可，但也可以層疊氮化硅(SiN)膜、氧化硅膜(Si02)。另外，發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11也可以不用鑰膜而用鉬等金屬膜形成。在發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11之上，通過等離子體CVD法將作為上部電絕緣膜的氧化硅膜3堆積至600nm?700nm左右的厚度，之后，以膜的致密化為目的進行800°C以上的熱處理。此時，形成與膜厚相當?shù)呐_階13。接著，如圖6(b)所示，通過機械拋光(CMP)使上述臺階14平坦化，使氧化硅膜3的膜厚成為約500nm。在此所說的平坦化是使得沒有與發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11的圖案對應(yīng)的臺階。之后，如圖6(C)所示，將氮化硅膜4堆積200nm左右，以氮化硅膜4的致密化為目的進行800°C以上的熱處理。之后，通過等離子體CVD法將氧化硅膜5堆積至300?500nm膜厚，之后，在800°C以上進行熱處理。之后，通過與實施例1相同的方法形成端子電極12、膜片部6。
[0042]接著，對本實施例的作用效果進行說明。
[0043]氮化硅膜4內(nèi)裂紋的產(chǎn)生原因是高的膜應(yīng)力和臺階形成導致的應(yīng)力集中。在實施例I中，減少了膜應(yīng)力。在實施例2中，由于通過機械拋光除去了該臺階14，因此能夠抑制應(yīng)力集中，從而能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。
[0044]通常的LSI配線層形成中的平坦化是為了消除連接下層配線和上層配線的接觸配線的連接不良而進行的，不是如本實施例的方式用于防止電絕緣膜的裂紋產(chǎn)生。因此，平坦化的目的不同。
[0045]對于產(chǎn)生應(yīng)力的減少，如圖6 (b)所示，即使不使氧化硅膜3完全平坦化，如圖7所示，通過減少臺階，產(chǎn)生應(yīng)力也變小。通過機械拋光、背面蝕刻方式能夠減少臺階，所以產(chǎn)生應(yīng)力變小，能夠抑制裂紋的產(chǎn)生。當然，此時的蝕刻量，比發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11的膜厚小。另外，在上述情況下，如圖8所示，在堆積有發(fā)熱電阻體10或測溫電阻體9、11的區(qū)域的A膜厚和沒有堆積發(fā)熱電阻體10或測溫電阻體9、11的區(qū)域的B膜厚中，機械拋光后氧化硅膜3的膜厚變?yōu)锽 > A，還殘留有與發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11的圖案對應(yīng)的臺階14。
[0046]自不必說，在減少臺階后的情況下，通過并用實施例1中所示的氮化硅4的多層膜化，應(yīng)力進一步減少，對于抑制裂紋產(chǎn)生是有效的。
[0047]使用金屬材料對發(fā)熱電阻體10、測溫電阻體9、11進行高溫退火時，如圖9所示，有時產(chǎn)生凸起16 (局部的鼓起)。若產(chǎn)生上述凸起16，則臺階13擴大，產(chǎn)生的應(yīng)力增大。因此，在產(chǎn)生了凸起16的情況下，實施例1、2所示的方法變得特別有效。
[0048]附圖標記說明
[0049]I 硅襯底
[0050]2熱氧化膜
[0051]3、5氧化硅膜[0052]4氮化硅膜
[0053]6膜片部
[0054]7蝕刻掩模端部
[0055]8膜片部的端部
[0056]9、11測溫電阻體
[0057]10發(fā)熱電阻體
[0058]12端子電極
[0059]13、14 臺階
[0060]15 PIQ 膜
[0061]16 凸起
【權(quán)利要求】
1.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將所述半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體的上層具有作為所述電絕緣體而形成的氮化硅膜，其中， 所述氮化硅膜形成有與所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體圖案對應(yīng)的臺階， 并且，所述氮化硅膜為多層構(gòu)造。
2.如權(quán)利要求1所述的熱式空氣流量傳感器，其特征在于: 所述氮化硅膜為兩層構(gòu)造，第二層的膜厚比第一層的膜厚薄。
3.如權(quán)利要求1所述的熱式空氣流量傳感器，其特征在于: 所述多層構(gòu)造的膜中位于最上方的膜的膜厚比其它膜的膜厚薄。
4.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體上配置有作為所述電絕緣體而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上層疊有氮化硅膜，其中， 所述氧化硅膜的表面被進行了平坦化。
5.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體上配置有作為所述電絕緣體而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上層疊有氮化硅膜，其中， 所述氧化硅膜的表面被除去小于所述發(fā)熱電阻體的膜厚的厚度。
6.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體上配置有作為所述電絕緣體而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上層疊有氮化硅膜，其中， 所述氧化硅膜的表面被除去小于所述發(fā)熱電阻體的膜厚的厚度，所述氮化硅膜為多層構(gòu)造。
7.如權(quán)利要求1~4任一項所述的熱式空氣流量傳感器，其特征在于: 在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成有凸起。
8.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體上配置有作為所述電絕緣體而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上層疊有氮化硅膜，其中， 在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成有凸起， 所述氧化硅膜表面的臺階小于所述發(fā)熱電阻體的膜厚度。
9.一種熱式空氣流量傳感器，其特征在于，包括: 半導體襯底； 形成于所述半導體襯底上的發(fā)熱電阻體、測溫電阻體和包含氧化硅膜的電絕緣體；和 將半導體襯底的一部分除去而形成的膜片部， 所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體形成在所述膜片部上，在所述發(fā)熱電阻體和所述測溫電阻體上配置有作為所述電絕緣體而形成的氧化硅膜，在所述氧化硅膜上層疊有氮化硅膜，其中， 在所述發(fā)熱電阻體和 所述測溫電阻體形成有凸起， 所述氧化硅膜表面的臺階小于所述發(fā)熱電阻體的膜厚度， 所述氮化硅膜為多層構(gòu)造。
【文檔編號】G01F1/692GK103975226SQ201180075125
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2011年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月28日
【發(fā)明者】石塚典男, 半澤惠二, 小野瀬保夫, 佐久間憲之 申請人:日立汽車系統(tǒng)株式會社