JPH05126839A - フローセンサの製造方法 - Google Patents
フローセンサの製造方法Info
- Publication number
- JPH05126839A JPH05126839A JP3288996A JP28899691A JPH05126839A JP H05126839 A JPH05126839 A JP H05126839A JP 3288996 A JP3288996 A JP 3288996A JP 28899691 A JP28899691 A JP 28899691A JP H05126839 A JPH05126839 A JP H05126839A
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- Japan
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- flow sensor
- manufacturing
- dielectric layer
- sensor according
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Abstract
(57)【要約】
【目的】測温用抵抗体および発熱用抵抗体の材料として
抵抗温度係数の大きいNiを用いるときの誘電体層ダイヤ
フラム形成のためのプラズマエッチングに対するNiの保
護膜としてのAl膜を抵抗体に影響を与えることなく除去
する。 【構成】15〜30重量％の濃度のフェリシアン化カリウム
水溶液を水酸化カリウム0.04〜0.125 規定濃度にしたア
ルカリ液をAlのエッチング液として用いる。
抵抗温度係数の大きいNiを用いるときの誘電体層ダイヤ
フラム形成のためのプラズマエッチングに対するNiの保
護膜としてのAl膜を抵抗体に影響を与えることなく除去
する。 【構成】15〜30重量％の濃度のフェリシアン化カリウム
水溶液を水酸化カリウム0.04〜0.125 規定濃度にしたア
ルカリ液をAlのエッチング液として用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、微量な流体の流速を電
気抵抗の変化で検出するフローセンサの製造方法に関す
る。
気抵抗の変化で検出するフローセンサの製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】上記のフローセンサは、発熱用抵抗によ
り加熱された測温用抵抗体の抵抗値を測温用抵抗体の近
傍を流体が通過することによって変化することを利用し
ており、図２、図３に示すような構造を有する。すなわ
ち、周縁をシリコン基体１に支持された酸化シリコン膜
からなり、断熱性を増すためにスリットを設けた誘電体
層２のダイヤフラムの上に端部に電極パッド31を有する
発熱用抵抗体３およびそれを挟むように端部に電極パッ
ド41を有する測温用抵抗体４を配置したものである。こ
のようなフローセンサを製造するには、先ずシリコン基
板の一面上にシリコン酸化膜２を形成し、その酸化膜２
にスリットを開けた後に酸化膜の上に発熱用抵抗体３と
測温用抵抗体４を形成する。図２(a) 、(b) に示す場合
は、誘電体層２側からスリットを通してのアルカリ性溶
液によるシリコン基板の異方性エッチングを利用し、誘
電体層２の下側にシリコン基体１に囲まれた空洞５を設
けて誘電体層２のダイヤフラムを形成する。図３(a) 、
(b) の場合は、誘電体層２の反対側のSi基板側から選択
的プラズマエッチング等の方法によりSi基板を誘電体層
２までエッチングして環状のSi基体１に囲まれた空洞５
を設けて誘電体層２のダイヤフラムを形成する。
り加熱された測温用抵抗体の抵抗値を測温用抵抗体の近
傍を流体が通過することによって変化することを利用し
ており、図２、図３に示すような構造を有する。すなわ
ち、周縁をシリコン基体１に支持された酸化シリコン膜
からなり、断熱性を増すためにスリットを設けた誘電体
層２のダイヤフラムの上に端部に電極パッド31を有する
発熱用抵抗体３およびそれを挟むように端部に電極パッ
ド41を有する測温用抵抗体４を配置したものである。こ
のようなフローセンサを製造するには、先ずシリコン基
板の一面上にシリコン酸化膜２を形成し、その酸化膜２
にスリットを開けた後に酸化膜の上に発熱用抵抗体３と
測温用抵抗体４を形成する。図２(a) 、(b) に示す場合
は、誘電体層２側からスリットを通してのアルカリ性溶
液によるシリコン基板の異方性エッチングを利用し、誘
電体層２の下側にシリコン基体１に囲まれた空洞５を設
けて誘電体層２のダイヤフラムを形成する。図３(a) 、
(b) の場合は、誘電体層２の反対側のSi基板側から選択
的プラズマエッチング等の方法によりSi基板を誘電体層
２までエッチングして環状のSi基体１に囲まれた空洞５
を設けて誘電体層２のダイヤフラムを形成する。
【０００３】このフローセンサによるガス流量の測定
は、ガスの流れに対して２個の測温用抵抗体４の一方が
上流側、他方が下流側にあるように設置し、電極パッド
41を用いて測温用抵抗体４の２個とセンサ外に設けられ
た抵抗２個との間で抵抗ブリッジを組む。電極パッド31
を用いて発熱用抵抗体３に電流を流し温度を上げてお
き、ガスの流れが０に対しブリッジ出力電圧が０となる
ように調整しておく。ガス流が発生すると、上流側の測
温用抵抗体４は冷やされ、下流側の測温用抵抗体４は発
熱用抵抗体３により温められたガス流により温められる
ので、抵抗値のバランスが崩れ、ブリッジに電圧が発生
する。既知の流量に対し発生する電圧をプロットしてお
けば流量の計測が可能となる。
は、ガスの流れに対して２個の測温用抵抗体４の一方が
上流側、他方が下流側にあるように設置し、電極パッド
41を用いて測温用抵抗体４の２個とセンサ外に設けられ
た抵抗２個との間で抵抗ブリッジを組む。電極パッド31
を用いて発熱用抵抗体３に電流を流し温度を上げてお
き、ガスの流れが０に対しブリッジ出力電圧が０となる
ように調整しておく。ガス流が発生すると、上流側の測
温用抵抗体４は冷やされ、下流側の測温用抵抗体４は発
熱用抵抗体３により温められたガス流により温められる
ので、抵抗値のバランスが崩れ、ブリッジに電圧が発生
する。既知の流量に対し発生する電圧をプロットしてお
けば流量の計測が可能となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】抵抗体の温度変化によ
る抵抗値変化を電気信号変化に換算して流量の計測をす
るため、使用する抵抗体は温度に対し敏感であることが
望ましい。白金 (Pt) 薄膜の抵抗温度係数は他の薄膜材
料に比較して低く、フローセンサの材料としては不利で
あるのによく使用される理由は、抵抗材料として安定で
耐薬品性が高く、特に誘電体層２の下側のSi基板をエッ
チングする場合、耐薬品性が強くプロセス選択余裕度が
大きくなるためである。従って、薄膜材料を変更して抵
抗温度係数を改善するためには、Pt薄膜の場合と同等の
プロセス選択余裕度が要求される。
る抵抗値変化を電気信号変化に換算して流量の計測をす
るため、使用する抵抗体は温度に対し敏感であることが
望ましい。白金 (Pt) 薄膜の抵抗温度係数は他の薄膜材
料に比較して低く、フローセンサの材料としては不利で
あるのによく使用される理由は、抵抗材料として安定で
耐薬品性が高く、特に誘電体層２の下側のSi基板をエッ
チングする場合、耐薬品性が強くプロセス選択余裕度が
大きくなるためである。従って、薄膜材料を変更して抵
抗温度係数を改善するためには、Pt薄膜の場合と同等の
プロセス選択余裕度が要求される。
【０００５】ニッケル (Ni) の抵抗温度係数は凡そ6600
ppm／℃であり、Ptの3860ppm ／℃の２倍近くもあるの
でフローセンサの材料として有望であるが、比較的活性
な金属であるため安定したプロセスを得るに至っていな
かった。特に誘電体層２の下側のSi基板をエッチングす
る場合、Ni薄膜の表面を確保しておく必要がある。アル
カリ性エッチング液による異方性エッチングのときは、
保護膜としてシリコン窒化膜 (SiＮ膜) しか使用出来
ず、この保護膜はそのまま残しておくことが可能である
が、プラズマエッチングによりエッチングする場合はSi
基板のエッチングガスがふっ素系のガスであり、そのガ
スが表面の発熱用抵抗体や測温用抵抗体に影響を及ぼす
ため、ふっ素系のガスに強いアルミニウム (Al) 膜で保
護しておく必要があり、エッチング終了後にその保護膜
を除去しなければならないが、その時にNi薄膜あるいは
下地の誘電体膜まで影響が及んでしまう問題があった。
ppm／℃であり、Ptの3860ppm ／℃の２倍近くもあるの
でフローセンサの材料として有望であるが、比較的活性
な金属であるため安定したプロセスを得るに至っていな
かった。特に誘電体層２の下側のSi基板をエッチングす
る場合、Ni薄膜の表面を確保しておく必要がある。アル
カリ性エッチング液による異方性エッチングのときは、
保護膜としてシリコン窒化膜 (SiＮ膜) しか使用出来
ず、この保護膜はそのまま残しておくことが可能である
が、プラズマエッチングによりエッチングする場合はSi
基板のエッチングガスがふっ素系のガスであり、そのガ
スが表面の発熱用抵抗体や測温用抵抗体に影響を及ぼす
ため、ふっ素系のガスに強いアルミニウム (Al) 膜で保
護しておく必要があり、エッチング終了後にその保護膜
を除去しなければならないが、その時にNi薄膜あるいは
下地の誘電体膜まで影響が及んでしまう問題があった。
【０００６】本発明の目的は、上述の問題を解決し、図
３に示したような構造を有するフローセンサの抵抗体に
Niを用いた場合に、プラズマエッチングの際の保護膜と
してのAlの除去がNi薄膜あるいは下地誘電体膜に対して
影響の及ぶことのないフローセンサの製造方法を提供す
ることにある。
３に示したような構造を有するフローセンサの抵抗体に
Niを用いた場合に、プラズマエッチングの際の保護膜と
してのAlの除去がNi薄膜あるいは下地誘電体膜に対して
影響の及ぶことのないフローセンサの製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明は、シリコンからなる素体の一面上に形成
されたシリコン酸化物からなる誘電体層の上にNiからな
る測定用抵抗体および発熱用抵抗体を形成したのち、そ
れらの抵抗体の上をAl層で被覆し、前記素体の誘電体層
の反対側の面からプラズマエッチングして前記抵抗体の
下に誘電体層からなるダイヤフラムを形成するフローセ
ンサの製造方法において、プラズマエッチングの後フェ
リシアン化カリウムを含むアルカリ溶液によってエッチ
ングしてAl層を除去するものとする。そして、シリコン
酸化物からなる誘電体層をシリコンからなる素体を900
〜1000℃の温度の酸素を含む雰囲気中で加熱することで
形成すること、プラズマエッチングを酸素の混合された
ふっ素系ガスで行うこと、シリコンからなる素体の誘電
体層の反対側の面に設けられるプラズマエッチングマス
クが、Al層からなることが有効である。また、アルカリ
溶液が15〜30重量％の濃度のフェリシアン化カリウム水
溶液を水酸化カリウム0.04〜0.125 規定濃度にした液で
あること、エッチングの際のそのアルカリ液の温度が20
℃以上であることが効果的である。さらに、各測温抵抗
体および発熱抵抗体の両端にそれぞれチタンからなる電
極パッドを設けることが有効である。
めに、本発明は、シリコンからなる素体の一面上に形成
されたシリコン酸化物からなる誘電体層の上にNiからな
る測定用抵抗体および発熱用抵抗体を形成したのち、そ
れらの抵抗体の上をAl層で被覆し、前記素体の誘電体層
の反対側の面からプラズマエッチングして前記抵抗体の
下に誘電体層からなるダイヤフラムを形成するフローセ
ンサの製造方法において、プラズマエッチングの後フェ
リシアン化カリウムを含むアルカリ溶液によってエッチ
ングしてAl層を除去するものとする。そして、シリコン
酸化物からなる誘電体層をシリコンからなる素体を900
〜1000℃の温度の酸素を含む雰囲気中で加熱することで
形成すること、プラズマエッチングを酸素の混合された
ふっ素系ガスで行うこと、シリコンからなる素体の誘電
体層の反対側の面に設けられるプラズマエッチングマス
クが、Al層からなることが有効である。また、アルカリ
溶液が15〜30重量％の濃度のフェリシアン化カリウム水
溶液を水酸化カリウム0.04〜0.125 規定濃度にした液で
あること、エッチングの際のそのアルカリ液の温度が20
℃以上であることが効果的である。さらに、各測温抵抗
体および発熱抵抗体の両端にそれぞれチタンからなる電
極パッドを設けることが有効である。
【０００８】
【作用】フェリシアン化カリウムを含むアルカリ溶液に
よってAlをエッチングすると、Alがアルカリ溶液に溶解
する時に発生する電子をフェリシアン化カリウムがフェ
ロシアン化カリウムになることで捕まえ、水素イオンと
結び付くことを防止し、発生期の活性な水素の発生を抑
え、さらにはアルカリ度を制御することで、Ni薄膜や下
地の誘電体膜への影響をなくすことができる。
よってAlをエッチングすると、Alがアルカリ溶液に溶解
する時に発生する電子をフェリシアン化カリウムがフェ
ロシアン化カリウムになることで捕まえ、水素イオンと
結び付くことを防止し、発生期の活性な水素の発生を抑
え、さらにはアルカリ度を制御することで、Ni薄膜や下
地の誘電体膜への影響をなくすことができる。
【０００９】
【実施例】以下、図２、３と共通の部分に同一の符号を
付した図１を引用して本発明の一実施例について説明す
る。まずSi基板10を900 〜1000℃で酸素または水蒸気の
雰囲気中で加熱して表面上にシリコン酸化膜を1.５μｍ
の厚さに形成する。この場合、基板10の両面に酸化膜が
形成される。しかる後、一面上の酸化膜２にフォトリソ
グラフィを用いたウェットエッチングにより断熱用のス
リットパターンを作成する。この時裏面の酸化膜を同時
にエッチングして除去してしまう。そして、チタン(Ti)
膜を真空蒸着法あるいはスパッタ法等により形成し、フ
ォトリソグラフィにより所望の電極パッド31、41のパタ
ーンに作成する。次に抵抗体のNi膜をスパッタ法により
形成し、フォトリソグラフィにより所望の発熱用抵抗体
３および測温用抵抗体４のパターンに作成する。ついで
Si基板10の裏面側にAl膜を真空蒸着法あるいはスパッタ
法等により形成し、フォトリソグラフィにより所望のプ
ラズマエッチングマスク７のパターンに作成する。この
時表面側は、フォトレジストにて保護をしておく。そし
てフォトレジストを剥離し、表面側にプラズマエッチン
グ時の保護膜用Al膜６を真空蒸着法あるいはスパッタ法
等により形成する。しかる後、酸素が混合されたふっ素
系ガスを用いて酸化膜２が所望の面積現れるまでマスク
に覆われていないSi基体10をプラズマエッチングし、空
洞５を作成する。その後表面側並びに裏面側のAl膜６、
７をエッチングして除去する。このAl膜をエッチングす
る時、酸性のエッチング液を用いるとNi膜３、４までエ
ッチングされてしまう。またアルカリ性のエッチング液
をそのまま用いると、Ni膜３、４はエッチングされない
酸化膜２から剥離してしまう。
付した図１を引用して本発明の一実施例について説明す
る。まずSi基板10を900 〜1000℃で酸素または水蒸気の
雰囲気中で加熱して表面上にシリコン酸化膜を1.５μｍ
の厚さに形成する。この場合、基板10の両面に酸化膜が
形成される。しかる後、一面上の酸化膜２にフォトリソ
グラフィを用いたウェットエッチングにより断熱用のス
リットパターンを作成する。この時裏面の酸化膜を同時
にエッチングして除去してしまう。そして、チタン(Ti)
膜を真空蒸着法あるいはスパッタ法等により形成し、フ
ォトリソグラフィにより所望の電極パッド31、41のパタ
ーンに作成する。次に抵抗体のNi膜をスパッタ法により
形成し、フォトリソグラフィにより所望の発熱用抵抗体
３および測温用抵抗体４のパターンに作成する。ついで
Si基板10の裏面側にAl膜を真空蒸着法あるいはスパッタ
法等により形成し、フォトリソグラフィにより所望のプ
ラズマエッチングマスク７のパターンに作成する。この
時表面側は、フォトレジストにて保護をしておく。そし
てフォトレジストを剥離し、表面側にプラズマエッチン
グ時の保護膜用Al膜６を真空蒸着法あるいはスパッタ法
等により形成する。しかる後、酸素が混合されたふっ素
系ガスを用いて酸化膜２が所望の面積現れるまでマスク
に覆われていないSi基体10をプラズマエッチングし、空
洞５を作成する。その後表面側並びに裏面側のAl膜６、
７をエッチングして除去する。このAl膜をエッチングす
る時、酸性のエッチング液を用いるとNi膜３、４までエ
ッチングされてしまう。またアルカリ性のエッチング液
をそのまま用いると、Ni膜３、４はエッチングされない
酸化膜２から剥離してしまう。
【００１０】Alがアルカリ液に溶解してアルミン酸塩に
なるとき、発生期の水素を発生するが、特にAl／Ni界面
に浸入したアルカリ液により発生する水素がNi膜に振動
を与え、もともと接着力の弱いNi膜を剥離するあるい
は、アルカリ液により酸化膜２が若干エッチングされて
剥離する。従って水素の発生を抑え、アルカリ度をコン
トロールすればAl／Ni構造でNi膜３、４に影響を与えず
Al膜６、７だけをエッチング可能となる。
なるとき、発生期の水素を発生するが、特にAl／Ni界面
に浸入したアルカリ液により発生する水素がNi膜に振動
を与え、もともと接着力の弱いNi膜を剥離するあるい
は、アルカリ液により酸化膜２が若干エッチングされて
剥離する。従って水素の発生を抑え、アルカリ度をコン
トロールすればAl／Ni構造でNi膜３、４に影響を与えず
Al膜６、７だけをエッチング可能となる。
【００１１】そのエッチング液を決めるために行った実
験として、純水1000ccにフェリシアン化カリウム150 〜
100 ｇ溶解した液に、水酸化カリウム (ＫOH) を種々の
濃度で溶かした液により、Al／Ni構造のAl膜７、８をエ
ッチングした。表１はその実験結果を示す。液の温度は
30℃であった。
験として、純水1000ccにフェリシアン化カリウム150 〜
100 ｇ溶解した液に、水酸化カリウム (ＫOH) を種々の
濃度で溶かした液により、Al／Ni構造のAl膜７、８をエ
ッチングした。表１はその実験結果を示す。液の温度は
30℃であった。
【００１２】
【表１】
【００１３】表１に示すように、フェリシアン化カリウ
ムを添加したＫOHアルカリ溶液でAlをエッチングする際
には水素の発生は見られず、さらにＫOH濃度が0.５重量
％以下になると、抵抗体３、４のNi薄膜への影響もなく
Alのエッチング除去が可能になった。ＫOH濃度が0.２％
より小さくなると、Alのエッチング速度が極端に遅くな
り、実用的ではなくなる。さらに詳しく調べたところ、
ＫOH濃度が0.６％を越えると、Ni薄膜へ影響が現れだす
ことがわかった。従って、ＫOH濃度は0.２〜0.６重量
％、すなわち0.04〜0.125 規定濃度であることが最適で
ある。
ムを添加したＫOHアルカリ溶液でAlをエッチングする際
には水素の発生は見られず、さらにＫOH濃度が0.５重量
％以下になると、抵抗体３、４のNi薄膜への影響もなく
Alのエッチング除去が可能になった。ＫOH濃度が0.２％
より小さくなると、Alのエッチング速度が極端に遅くな
り、実用的ではなくなる。さらに詳しく調べたところ、
ＫOH濃度が0.６％を越えると、Ni薄膜へ影響が現れだす
ことがわかった。従って、ＫOH濃度は0.２〜0.６重量
％、すなわち0.04〜0.125 規定濃度であることが最適で
ある。
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、Niからなる測温用抵抗
体および発熱用抵抗体のプラズマエッチング時の保護膜
となるAl膜を除去するのに、フェリシアン化カリウムを
含むアルカリ溶液をエッチング液として用いることによ
り、水素の発生を防止し、Ni膜の剥離が生じないように
することができた。この結果、抵抗温度係数の大きいNi
膜からなる測温用抵抗体を有し、感度の高いフローセン
サを製造することが可能になった。
体および発熱用抵抗体のプラズマエッチング時の保護膜
となるAl膜を除去するのに、フェリシアン化カリウムを
含むアルカリ溶液をエッチング液として用いることによ
り、水素の発生を防止し、Ni膜の剥離が生じないように
することができた。この結果、抵抗温度係数の大きいNi
膜からなる測温用抵抗体を有し、感度の高いフローセン
サを製造することが可能になった。
【図１】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程の中間段階を示す断面図
程の中間段階を示す断面図
【図２】従来のフローセンサを示し、(a) は平面図、
(b) は断面図
(b) は断面図
【図３】本発明の一実施例によるフローセンサを示し、
(a) は平面図、(b) は断面図
(a) は平面図、(b) は断面図
１ Si基体 １０ Si基板 ２ 酸化膜 ３ 発熱用抵抗体 ３１ 電極パッド ４ 測温用抵抗体 ４１ 電極パッド ５ 空洞 ６ 保護膜用Al膜 ７ マスク用Al膜
Claims (7)
- 【請求項１】シリコンからなる素体の一面上に形成され
たシリコン酸化物からなる誘電体層の上にニッケルから
なる測定用抵抗体および発熱用抵抗体を形成したのち、
それらの抵抗体の上をアルミニウム層で被覆し、前記素
体の誘電体層の反対側の面からプラズマエッチングして
前記抵抗体の下に誘電体層からなるダイヤフラムを形成
するフローセンサの製造方法において、プラズマエッチ
ングの後フェリシアン化カリウムを含むアルカリ溶液に
よってエッチングしてアルミニウム層を除去することを
特徴とするフローセンサの製造方法。 - 【請求項２】シリコン酸化物からなる誘電体層をシリコ
ンからなる素体を900 〜1000℃の温度の酸素を含む雰囲
気中で加熱して形成する請求項１記載のフローセンサの
製造方法。 - 【請求項３】プラズマエッチングを酸素を含むふっ素系
ガスを用いて行う請求項１あるいは２記載のフローセン
サの製造方法。 - 【請求項４】シリコンからなる素体の誘電体層の反対側
の面に設けられるプラズマエッチングマスクがアルミニ
ウム層からなる請求項１、２あるいは３記載のフローセ
ンサの製造方法。 - 【請求項５】アルカリ溶液が15〜30重量％のフェリシア
ン化カリウム水溶液を水酸化カリウム0.04〜0.125 規定
濃度にした液である請求項１ないし４のいずれかに記載
のフローセンサの製造方法。 - 【請求項６】エッチングの際のアルカリ液の温度が20℃
以上である請求項５記載のフローセンサの製造方法。 - 【請求項７】各測温抵抗体および発熱抵抗体の両端にそ
れぞれチタンからなる電極パッドを設ける請求項１ない
し６のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3288996A JPH05126839A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | フローセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3288996A JPH05126839A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | フローセンサの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05126839A true JPH05126839A (ja) | 1993-05-21 |
Family
ID=17737499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3288996A Pending JPH05126839A (ja) | 1991-11-06 | 1991-11-06 | フローセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05126839A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100849011B1 (ko) * | 2006-05-15 | 2008-07-30 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 감열식 유량 센서의 유량 검출 소자 |
-
1991
- 1991-11-06 JP JP3288996A patent/JPH05126839A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100849011B1 (ko) * | 2006-05-15 | 2008-07-30 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 감열식 유량 센서의 유량 검출 소자 |
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