JPH06132546A - フローセンサおよびその製造方法 - Google Patents

フローセンサおよびその製造方法

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JPH06132546A
JPH06132546A JP4282042A JP28204292A JPH06132546A JP H06132546 A JPH06132546 A JP H06132546A JP 4282042 A JP4282042 A JP 4282042A JP 28204292 A JP28204292 A JP 28204292A JP H06132546 A JPH06132546 A JP H06132546A
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JP
Japan
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substrate
thin film
flow rate
flow sensor
insulating layer
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4282042A
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English (en)
Inventor
Yozo Hirata
陽三 平田
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Tokico Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 基板1と、該基板1の表面1aに形成された
絶縁層2と、該絶縁層2の表面に形成された流量検出回
路導体3,4,5とを有し、基板1の、流量検出回路導
体3,4,5の裏側に位置する部分が取り除かれること
により薄膜部9が形成されてなるものにおいて、薄膜部
9に補強用の梁部10を設けてなる。 【効果】 薄膜部9に設けられた梁部10によって、流
速感度の大きな低下を招くことなく薄膜部9の機械的強
度が向上されることになるため、強い流体の流れや衝突
があっても破損を生じることがなくなり、信頼性が大幅
に向上しかつ歩留りが向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、極めて微少な流体の流
速を検出するフローセンサおよびその製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】極めて微少な流体の流速を検出するフロ
ーセンサとして、例えば、特開平2−107923号公
報に記載されたものあるいは本出願人が先に出願した特
願平3−179982号に記載されたもの等、極めて熱
容量の小さい薄膜橋架構造または薄膜構造(以下薄膜構
造と称す)を有する流量センサチップからなるものがあ
る。これは、薄膜部に、流量を検出するための流量検出
回路導体を薄膜形成技術および薄膜加工技術等によって
形成してなるものであって、流量検出回路導体の上流側
と下流側とに流速に応じた温度差が生じることを利用し
ている。すなわち、例えば流量検出回路導体を発熱体と
該発熱体の上流側および下流側に設けられた一対の感温
抵抗体とから構成し、前記両側の感温抵抗体に、流速に
応じた温度差による抵抗値の差が生じることを利用する
ものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】微少な流体の流速を検
出するためには、流量検出回路導体を形成する領域の熱
容量を小さくして微少な温度変化を検知する必要があ
り、そのため流量検出回路導体の形成領域となる薄膜部
は極力薄く形成されることになる。これにより、薄膜部
の機械的強度が不足して、強い流体の流れや衝突により
破損を生じる可能性があり、この点で改善の余地があっ
た。
【0004】したがって、本発明の目的は、薄膜部の機
械的強度を向上させ、強い流体の流れや衝突があっても
破損を生じることがないフローセンサおよびその製造方
法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のフローセンサは、基板と、該基板の表面に
形成された絶縁層と、該絶縁層の表面に形成された流量
検出回路導体とを有し、前記基板の、前記流量検出回路
導体の裏側に位置する部分が取り除かれることにより薄
膜部が形成されてなるものであって、前記薄膜部に補強
用の梁部を設けてなることを特徴としている。
【0006】また、本発明のフローセンサの製造方法
は、基板と、該基板の表面に形成された絶縁層と、該絶
縁層の表面に形成された流量検出回路導体とを有し、前
記基板の、前記流量検出回路導体の裏側に位置する部分
が取り除かれることにより薄膜部が形成されるととも
に、該薄膜部に補強用の梁部を設けてなるものの製造方
法であって、前記基板の表面側から前記梁部形成位置に
ドーピング処理を施し、前記基板の裏面側からエッチン
グを施すことにより、前記基板の、前記流量検出回路導
体の裏側に位置する部分を取り除くとともに、ドーピン
グ処理部を残存させて前記梁部を形成することを特徴と
している。
【0007】
【作用】本発明のフローセンサによれば、薄膜部に設け
られた梁部によって、薄膜部の機械的強度が向上される
ことになるため、強い流体の流れや衝突があっても破損
を生じることがなくなる。
【0008】また、本発明のフローセンサの製造方法に
よれば、基板の表面側から梁部形成位置にドーピング処
理を施し、基板の裏面側からエッチングを施すことによ
り、基板の、流量検出回路導体の裏側に位置する部分を
取り除くとともに、ドーピング処理部を残存させて梁部
を形成することになるため、複雑な製造方法を用いるこ
となく簡単に梁部を形成できる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の一実施例によるフローセンサ
およびその製造方法を図1〜図13を参照して以下に説
明する。
【0010】本実施例のフローセンサは、図1,図2に
示す如く、基板1と、この基板1の表面1aに形成され
た絶縁層2と、この絶縁層2の表面に形成された流量検
出回路導体3,4,5と、これら流量検出回路導体3,
4,5を覆うように絶縁層2の表面に形成された絶縁膜
6と、基板1の裏面1b側の絶縁膜7とを有している。
なお、このフローセンサは、裏面側が流路を形成する管
の内面等に取り付けられ、流体がその表面側を図1にお
いて符号Xで示す方向に流れるように設置されるもので
ある。
【0011】そして、流量検出回路導体3,4,5の裏
側には、基板1が部分的に取除かれることにより、絶縁
層2を裏側に露出させる開口部8が形成されている。こ
の開口部8を形成することにより、この開口部8に臨む
絶縁層2、流量検出回路導体3,4,5および絶縁膜6
が薄膜部9を構成することになる。また、開口部8の開
口範囲に位置する絶縁層2の裏側には梁部10が、流体
の流れの方向に直交して開口部8を貫いて設けられてい
る。
【0012】ここで、流量検出回路導体3,4,5は、
所定量の熱を発生させるヒータ4と、絶縁層2の表面に
おけるヒータ4の両側の所定位置に形成された感温抵抗
体3,5(上流側感温抵抗体3、下流側感温抵抗体5)
とよりなる。
【0013】そして、例えば、基板1の板厚は200〜
400μm、絶縁層2および絶縁膜6の全体の厚さは約
1μm、ヒータ4および感温抵抗体3,5の厚さは80
nm、梁部10の厚さは数μmとされている。
【0014】このような構成の本実施例のフローセンサ
によれば、薄膜部9に設けられた梁部10によって、流
速感度の大きな低下を招くことなく薄膜部9の機械的強
度が向上されることになるため、強い流体の流れや衝突
があっても破損を生じることがなくなり、信頼性が大幅
に向上しかつ歩留りが向上する。なお、梁部10は、薄
膜部9の裏面側に形成されるため、流体が通る表面には
凹凸を形成することがなく、よって、流体の流れを乱す
ことがない。
【0015】上記フローセンサは、例えば以下の手順で
容易に製作できる。まず、図3に示す如く、前記板厚の
基板1としてシリコン基板を用意する。次に、図4に示
す如く、基板1の表面1aに絶縁膜11を形成する。こ
の絶縁膜11としては、例えば酸化シリコン等が採用さ
れ、該酸化シリコンを熱酸化法により基板1の表面1a
に所定圧厚形成する。
【0016】そして、図5に示す如く、基板1の梁部1
0形成位置に対応させて、絶縁膜11の一部をリソグラ
フィにより梁部10の平面パターン形状に除去する。次
に、図6に示す如く、基板1の絶縁膜11を除去した領
域に、表面1a側から不純物として例えばボロン等を熱
拡散により深さ数μm程度ドーピングしてドーピング処
理部10Aを形成する。ここで、後述するように、シリ
コンの異方性エッチングに一般に用いられているKOH
(水酸化カリウム)溶液を用いると、ボロン濃度が、例
えば、1020cm-3以上でドーピング処理部10Aのエ
ッチング速度がシリコンのエッチング速度の20倍減少
することになるため、このドーピング処理部10Aの領
域が残存して梁部10をなすことになる。
【0017】そして、図7に示す如く、その後、酸化シ
リコンからなる絶縁膜11をバッフアードフッ酸で除去
する。次に、図8に示す如く、ボロンをドーピングした
基板1の表面1aおよび裏面1bに絶縁膜(窒化シリコ
ン)をスパッタ法、プラスマCVD法等により堆積し、
表面1aの絶縁膜を前記絶縁層2とし、裏面1bの絶縁
膜を前記絶縁膜7とする。なお、絶縁膜7は、後述する
ように、基板1に開口部8を形成するために設けられる
ものである。
【0018】そして、図9に示す如く、絶縁層2にヒー
タ4および感温抵抗体3,5を形成する金属膜を蒸着
し、リソグラフィにより所望の形状に加工する。金属膜
は、Ni,Ni−Fe,Pt等を用いて、真空蒸着法、スパ
ッタ法等により成膜する。次に、図10に示す如く、ヒ
ータ4および感温抵抗体3,5が形成された絶縁層2
に、絶縁膜6を絶縁層2又は絶縁膜7と同様に形成す
る。
【0019】そして、図11に示す如く、開口部8を形
成しようとするヒータ4および感温抵抗体3,5の裏側
の対応する所定位置において絶縁膜7の一部を除去し、
シリコン面(基板1の裏面1b)を露出させる。その
後、異方性エッチングにより露出している裏面1b側か
らエッチングを行い、図12に示す如く、開口部8を形
成し、薄膜部9を形成する。
【0020】ここで、異方性エッチング液としては、一
般に用いられているKOH(水酸化カリウム)溶液を用
いる。このエッチング液はシリコンをエッチングする
が、絶縁膜(窒化シリコン)はエッチングすることな
く、また、ボロンが高濃度でドーピングされたシリコン
のドーピング処理部10Aはエッチング速度が極端に減
少する。これにより、ヒータ4および感温抵抗体3,5
の裏側の所定の位置のみを所定の面積だけ取除くことが
でき、絶縁層2の裏面側に高濃度のボロンを含んだシリ
コン領域を残存させて梁部10を形成することができ
る。
【0021】以上に述べた本実施例の製造方法によれ
ば、基板1の表面1a側から梁部10形成位置にドーピ
ング処理を施し、基板1の裏面1b側からエッチングを
施すことにより、基板1の、流量検出回路導体3,4,
5の裏側に位置する部分を取り除くとともに、ドーピン
グ処理部10Aを残存させて梁部10を形成することに
なるため、複雑な製造方法を用いることなく簡単に梁部
10を形成できる。
【0022】ここで、上記フローセンサは、ヒータ4を
周囲温度よりも一定の高い温度で制御すれば、流体の流
れがない場合、温度分布はヒータ4を中心にその両側で
対称となる。そして、流体が図1において矢印Xで示す
如く移動すると上流側の感温抵抗体3は冷却され、下流
側の感温抵抗体5は流体の流れを媒体としてヒータ4か
らの熱伝導が促進され温度が上昇し、結果として両抵抗
体3,5において温度差が生じる。このため、各感温抵
抗体3,5をホイートストンブリッジ回路に組込むこと
により上記温度差を電圧に変換すれば、流速に応じた電
圧出力が得られ流体の流速が検出できる。
【0023】なお、上記梁部10の形状は上記に限定さ
れることはなく、例えば、複数設けたり、流体の方向に
沿って設けたり、流体の方向に沿う部分と直交する部分
とからなる十字状に形成したりすること等が可能であ
る。
【0024】また、薄膜部9の強度を向上する目的から
は、梁部10の材料を金属材料とすることも可能であ
る。この場合、図13に示すように、絶縁層2の成膜を
2回に分けて二層2a,2bに分け、一方の層2aに梁
部10を構成する金属膜を所望の形状にパターニングし
て形成することも可能である。また、絶縁膜6上に所望
の形状にパターニングして形成することも可能である。
【0025】さらに、流量検出回路導体としてヒータ4
と感温抵抗体3,5を用いた例を説明したが、流量検出
回路導体が二つの発熱体により構成され、この発熱体の
温度に流速に応じた差が生じることを利用した方式のも
のであっても、本発明を適用することができ、同様の効
果を奏することができる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のフローセ
ンサによれば、薄膜部に設けられた梁部によって、流速
感度の大きな低下を招くことなく薄膜部の機械的強度が
向上されることになるため、強い流体の流れや衝突があ
っても破損を生じることがなくなり、信頼性が大幅に向
上しかつ歩留りが向上する。
【0027】また、本発明のフローセンサの製造方法に
よれば、基板の表面側から梁部形成位置にドーピング処
理を施し、基板の裏面側からエッチングを施すことによ
り、基板の、流量検出回路導体の裏側に位置する部分を
取り除くとともに、ドーピング処理部を残存させて梁部
を形成することになるため、複雑な製造方法を用いるこ
となく簡単に梁部を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例によるフローセンサの斜視図
である。
【図2】本発明の一実施例によるフローセンサの図1に
示すA−A線断面図である。
【図3】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図4】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図5】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図6】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図7】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図8】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図9】本発明の一実施例によるフローセンサの製造工
程を示す側断面図である。
【図10】本発明の一実施例によるフローセンサの製造
工程を示す側断面図である。
【図11】本発明の一実施例によるフローセンサの製造
工程を示す側断面図である。
【図12】本発明の一実施例によるフローセンサの製造
工程を示す側断面図である。
【図13】本発明の他の実施例によるフローセンサの断
面図である。
【符号の説明】
1 基板 1a 表面 1b 裏面 2 絶縁層 3,4,5 流量検出回路導体 9 薄膜部 10 梁部 10A ドーピング処理部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板と、該基板の表面に形成された絶縁
    層と、該絶縁層の表面に形成された流量検出回路導体と
    を有し、前記基板の、前記流量検出回路導体の裏側に位
    置する部分が取り除かれることにより薄膜部が形成され
    てなるフローセンサにおいて、 前記薄膜部に補強用の梁部を設けてなることを特徴とす
    るフローセンサ。
  2. 【請求項2】 基板と、該基板の表面に形成された絶縁
    層と、該絶縁層の表面に形成された流量検出回路導体と
    を有し、前記基板の、前記流量検出回路導体の裏側に位
    置する部分が取り除かれることにより薄膜部が形成され
    るとともに、該薄膜部に補強用の梁部を設けてなるフロ
    ーセンサの製造方法であって、 前記基板の表面側から前記梁部形成位置にドーピング処
    理を施し、 前記基板の裏面側からエッチングを施すことにより、前
    記基板の、前記流量検出回路導体の裏側に位置する部分
    を取り除くとともに、ドーピング処理部を残存させて前
    記梁部を形成することを特徴とするフローセンサの製造
    方法。
JP4282042A 1992-10-20 1992-10-20 フローセンサおよびその製造方法 Withdrawn JPH06132546A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019196933A (ja) * 2018-05-08 2019-11-14 愛知時計電機株式会社 熱線式流量計

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019196933A (ja) * 2018-05-08 2019-11-14 愛知時計電機株式会社 熱線式流量計

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Effective date: 20000104