JPH0989617A - 半導体発熱装置およびその製造方法 - Google Patents
半導体発熱装置およびその製造方法Info
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- JPH0989617A JPH0989617A JP7239930A JP23993095A JPH0989617A JP H0989617 A JPH0989617 A JP H0989617A JP 7239930 A JP7239930 A JP 7239930A JP 23993095 A JP23993095 A JP 23993095A JP H0989617 A JPH0989617 A JP H0989617A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発熱体からシリコン基板に逃げる熱を少なく
した半導体発熱装置を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１１上に形成した酸化シリ
コン断熱層１２間を橋絡する支持膜１３上にのみ発熱体
１４を設け、発熱体の端部と酸化シリコン断熱層の上の
間を金属引出線１５で結ぶとともに、支持膜１３の裏面
に熱絶縁空間１８を設けた。
した半導体発熱装置を提供する。 【解決手段】 シリコン基板１１上に形成した酸化シリ
コン断熱層１２間を橋絡する支持膜１３上にのみ発熱体
１４を設け、発熱体の端部と酸化シリコン断熱層の上の
間を金属引出線１５で結ぶとともに、支持膜１３の裏面
に熱絶縁空間１８を設けた。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発熱装置お
よびその製造方法に関し、特に熱式流量センサ、ガスセ
ンサ等に適した半導体発熱装置およびその製造方法に関
する。
よびその製造方法に関し、特に熱式流量センサ、ガスセ
ンサ等に適した半導体発熱装置およびその製造方法に関
する。
【０００２】
【従来の技術】熱式流量センサなどに用いられる半導体
基板に発熱体を形成した半導体発熱装置は、図３に示す
ように、シリコン基板１１上に電気絶縁層および支持層
として働く酸化シリコン（ＳｉＯ2）１２を成膜し、さ
らにこの酸化シリコン層上に成膜した多結晶シリコン層
をエッチングして発熱体１４を形成した後、該発熱体１
４上を酸化シリコンや窒化シリコン等からなる保護膜１
６で覆い、電極パッドとなる部分をエッチングして設け
た透孔に金属リード線１７を接続し、さらに、発熱体１
４の下方のシリコン基板１１を熱絶縁の目的で異方性エ
ッチングにより除去して空間１８を形成したものをガラ
ス基板２０に貼り付けて半導体発熱装置１０を構成して
いる。
基板に発熱体を形成した半導体発熱装置は、図３に示す
ように、シリコン基板１１上に電気絶縁層および支持層
として働く酸化シリコン（ＳｉＯ2）１２を成膜し、さ
らにこの酸化シリコン層上に成膜した多結晶シリコン層
をエッチングして発熱体１４を形成した後、該発熱体１
４上を酸化シリコンや窒化シリコン等からなる保護膜１
６で覆い、電極パッドとなる部分をエッチングして設け
た透孔に金属リード線１７を接続し、さらに、発熱体１
４の下方のシリコン基板１１を熱絶縁の目的で異方性エ
ッチングにより除去して空間１８を形成したものをガラ
ス基板２０に貼り付けて半導体発熱装置１０を構成して
いる。
【０００３】このようにして得られた、半導体発熱装置
１０は、発熱体１４が空間１８を形成していないシリコ
ン基板１１上に設けた部分の金属リード線１７との接続
部まで伸びていることから、以下のように発熱を有効に
利用することができないでいた。すなわち、 １．このような半導体発熱装置を流体の流量測定にしよ
うするときには、流量検知に寄与し難い部分であるシリ
コン基板１１上の部分にも発熱体１４が形成されている
ので、ここで無駄な発熱が生じ、消費電力が増大する。 ２．熱伝導率の高い材質である発熱体１４が、シリコン
基板１１の上方まで伸びているので、発熱体１４におい
て生じた熱の多くが無駄にシリコン基板１１に流れてし
まい、消費電力が増大してしまう。 ３．発熱体１４とシリコン基板１１との間に設けた酸化
シリコン層１２の厚みを１μｍ程度にしか取っていない
ことから、発熱体１４とシリコン基板１１との間の熱絶
縁が十分に達成されず、多くの熱が無駄にシリコン基板
に逃げて消費電力が増大してしまう。 といった問題を有していた。
１０は、発熱体１４が空間１８を形成していないシリコ
ン基板１１上に設けた部分の金属リード線１７との接続
部まで伸びていることから、以下のように発熱を有効に
利用することができないでいた。すなわち、 １．このような半導体発熱装置を流体の流量測定にしよ
うするときには、流量検知に寄与し難い部分であるシリ
コン基板１１上の部分にも発熱体１４が形成されている
ので、ここで無駄な発熱が生じ、消費電力が増大する。 ２．熱伝導率の高い材質である発熱体１４が、シリコン
基板１１の上方まで伸びているので、発熱体１４におい
て生じた熱の多くが無駄にシリコン基板１１に流れてし
まい、消費電力が増大してしまう。 ３．発熱体１４とシリコン基板１１との間に設けた酸化
シリコン層１２の厚みを１μｍ程度にしか取っていない
ことから、発熱体１４とシリコン基板１１との間の熱絶
縁が十分に達成されず、多くの熱が無駄にシリコン基板
に逃げて消費電力が増大してしまう。 といった問題を有していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題を解決するもので、発熱体からシリコン基板に逃げ
る熱を少なくした半導体発熱装置を提供することを目的
とする。さらに本発明は、流速の検知に寄与する部分だ
けが発熱する半導体発熱装置を提供することを目的とす
る。
問題を解決するもので、発熱体からシリコン基板に逃げ
る熱を少なくした半導体発熱装置を提供することを目的
とする。さらに本発明は、流速の検知に寄与する部分だ
けが発熱する半導体発熱装置を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】流速の検知に寄与するブ
リッジ構造の中心部だけに発熱体部分を設置するととも
に、抵抗が低いことから発熱せずかつ厚みが薄ことから
断面積が小さく熱を伝えにくい金属リード線をブリッジ
構造に設けた発熱体端部まで延ばした。このことによっ
て、流速の検知に寄与するブリッジ構造の中心部だけを
発熱させることができる。さらに、発熱体とシリコン基
板との間の酸化シリコン断熱層の厚みを１μｍ以上とし
た。これにより、発熱体とシリコン基板との間の熱絶縁
性を向上させることができ、発熱体からシリコン基板に
逃げる無駄な熱をさらに小さく抑えることができる。
リッジ構造の中心部だけに発熱体部分を設置するととも
に、抵抗が低いことから発熱せずかつ厚みが薄ことから
断面積が小さく熱を伝えにくい金属リード線をブリッジ
構造に設けた発熱体端部まで延ばした。このことによっ
て、流速の検知に寄与するブリッジ構造の中心部だけを
発熱させることができる。さらに、発熱体とシリコン基
板との間の酸化シリコン断熱層の厚みを１μｍ以上とし
た。これにより、発熱体とシリコン基板との間の熱絶縁
性を向上させることができ、発熱体からシリコン基板に
逃げる無駄な熱をさらに小さく抑えることができる。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１に本発明に係る半導体発熱装
置の構造の概要を断面図で示す。本発明に係る半導体発
熱装置１０は、シリコン基板１１と、この上に設けられ
た断熱層として働く酸化シリコン層１２と、該酸化シリ
コン層間を橋絡して設けられ発熱体の支持体として働く
酸化シリコンブリッジ１３と、該酸化シリコンブリッジ
上に設けられた発熱体１４と、該発熱体１４の端部と前
記酸化シリコン層１２上にまで延びる金属引出線１５
と、前記、ブリッジ部および酸化シリコン層１２ならび
に金属引出線１５上を被う酸化シリコンからなる保護膜
層１６と、前記酸化シリコン層１２上で金属引出線１５
に接続された金属リード線１７と、前記ブリッジ部およ
び酸化シリコン膜１２の大部分の下部を異方性エッチン
グして設けた断熱空間１８と、該断熱空間１８の壁面に
設けた輻射熱反射膜１９とからなる発熱体素子をガラス
基板２０に貼り付けて構成される。
置の構造の概要を断面図で示す。本発明に係る半導体発
熱装置１０は、シリコン基板１１と、この上に設けられ
た断熱層として働く酸化シリコン層１２と、該酸化シリ
コン層間を橋絡して設けられ発熱体の支持体として働く
酸化シリコンブリッジ１３と、該酸化シリコンブリッジ
上に設けられた発熱体１４と、該発熱体１４の端部と前
記酸化シリコン層１２上にまで延びる金属引出線１５
と、前記、ブリッジ部および酸化シリコン層１２ならび
に金属引出線１５上を被う酸化シリコンからなる保護膜
層１６と、前記酸化シリコン層１２上で金属引出線１５
に接続された金属リード線１７と、前記ブリッジ部およ
び酸化シリコン膜１２の大部分の下部を異方性エッチン
グして設けた断熱空間１８と、該断熱空間１８の壁面に
設けた輻射熱反射膜１９とからなる発熱体素子をガラス
基板２０に貼り付けて構成される。
【０００７】この構成によれば、シリコン基板１１上に
設けられた酸化シリコン層１２は、熱伝導率が低いもの
でありしかも１μｍ以上と厚くすることができるので、
高性能な断熱膜として働き、発熱体１４からシリコン基
板１１側へ熱が逃げるのを阻止することができる。ま
た、発熱体１４は、シリコン基板１１上に設けられた酸
化シリコン熱絶縁層１２間を橋絡する酸化シリコン支持
膜１３上にのみ設けられるとともに、発熱体１４の両端
部はそれぞれ電気抵抗が低い金属引出線１５を介して酸
化シリコン断熱層１２上に引き出されるので、該引出線
１５での発熱を少なくすることができ、発熱体１４での
み発熱させるようにすることができる。さらに、この引
出線１５を金属膜によって形成するので、厚さを薄く成
膜して熱伝導を抑えることができ、発熱体１４から酸化
シリコン断熱層１２への熱伝導を極めて少なくすること
ができる。
設けられた酸化シリコン層１２は、熱伝導率が低いもの
でありしかも１μｍ以上と厚くすることができるので、
高性能な断熱膜として働き、発熱体１４からシリコン基
板１１側へ熱が逃げるのを阻止することができる。ま
た、発熱体１４は、シリコン基板１１上に設けられた酸
化シリコン熱絶縁層１２間を橋絡する酸化シリコン支持
膜１３上にのみ設けられるとともに、発熱体１４の両端
部はそれぞれ電気抵抗が低い金属引出線１５を介して酸
化シリコン断熱層１２上に引き出されるので、該引出線
１５での発熱を少なくすることができ、発熱体１４での
み発熱させるようにすることができる。さらに、この引
出線１５を金属膜によって形成するので、厚さを薄く成
膜して熱伝導を抑えることができ、発熱体１４から酸化
シリコン断熱層１２への熱伝導を極めて少なくすること
ができる。
【０００８】さらに、酸化シリコン断熱層１２は、ＬＯ
ＣＯＳ構造を用いて製造することができるので、酸化シ
リコン支持膜１３肩の立上り部分を図示されたようにゆ
るやかな構造とすることができ、この上に成膜して得ら
れる金属引出線１５に段切れを生じることがなくなり、
製造時の歩止まりが向上するとともに寿命の長い信頼性
の高い半導体発熱体が得られる。
ＣＯＳ構造を用いて製造することができるので、酸化シ
リコン支持膜１３肩の立上り部分を図示されたようにゆ
るやかな構造とすることができ、この上に成膜して得ら
れる金属引出線１５に段切れを生じることがなくなり、
製造時の歩止まりが向上するとともに寿命の長い信頼性
の高い半導体発熱体が得られる。
【０００９】
【実施例】以下、図２を用いて、本発明に係る半導体発
熱装置の製造方法を説明する。まず、材料となるシリコ
ン（Ｓｉ）板の両面を研磨して厚さ０．３ｍｍ程度のシ
リコン基板１１を得る（図２Ａ）。次いで、この基板１
１の両面に低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）によって厚
さ０．０５μｍ程度の窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜３０
を成膜した後、酸化シリコン断熱層１２を形成する領域
の窒化シリコン膜３０をＲＩＥ装置を用いてドライエッ
チングして除去して窓３１を形成する（図２Ｂ）。この
とき、窓３１は酸化シリコン断熱層１２の大きさより小
径とする。次に、この窓３１を酸素（Ｏ2）に１，００
０°Ｃの条件で曝して厚さ２μｍ程度の酸化シリコン
（ＳｉＯ2）層１２とする。形成された酸化シリコン層
は酸化によって体積が増して厚みが高くなるとともに、
窒化シリコン膜３０の端部からその下側に廻り込んで周
辺部がゆるやかな曲線を描いて立ち上がる（図２Ｃ）。
次いで、上面の窒化シリコン膜３０を除去した（図２
Ｄ）後、シリコン基板１および酸化シリコン断熱層１２
上に常圧化学蒸着法（ＡＰＣＶＤ法）によって厚さ０．
４μｍ程度の酸化シリコン支持膜１３を形成する（図２
Ｅ）。この酸化シリコン支持膜１２の上にＬＰＣＶＤ法
によって厚さ１μｍ程度の多結晶シリコン膜（Ｐｏｌｙ
Ｓｉ）１４を成膜した後、パターニングしＲＩＥ装置
を用いてドライエッチングして発熱体となる部分を残す
（図２Ｆ）。この上に、金をスパッタリングによって
０．２μｍ程度成膜し、パターニングの後ウェットエッ
チング法によってエッチングして、金属引出線１５を形
成する（図２Ｇ）。この上にＡＰＣＶＤ法によって０．
４μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１６を成膜し
た後、金属リード線１７を接続するコンタクト部分３２
および次工程で用いるエッチングホール部分をＢ−ＨＦ
溶液によるウェットエッチング法によってエッチングし
て形成する（図２Ｈ）。この後表面からＴＭＡＨ溶液を
用いてシリコン基板を異方性エッチングして熱絶縁空間
１８を形成して（図２Ｉ）、半導体発熱素子を形成す
る。
熱装置の製造方法を説明する。まず、材料となるシリコ
ン（Ｓｉ）板の両面を研磨して厚さ０．３ｍｍ程度のシ
リコン基板１１を得る（図２Ａ）。次いで、この基板１
１の両面に低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）によって厚
さ０．０５μｍ程度の窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）膜３０
を成膜した後、酸化シリコン断熱層１２を形成する領域
の窒化シリコン膜３０をＲＩＥ装置を用いてドライエッ
チングして除去して窓３１を形成する（図２Ｂ）。この
とき、窓３１は酸化シリコン断熱層１２の大きさより小
径とする。次に、この窓３１を酸素（Ｏ2）に１，００
０°Ｃの条件で曝して厚さ２μｍ程度の酸化シリコン
（ＳｉＯ2）層１２とする。形成された酸化シリコン層
は酸化によって体積が増して厚みが高くなるとともに、
窒化シリコン膜３０の端部からその下側に廻り込んで周
辺部がゆるやかな曲線を描いて立ち上がる（図２Ｃ）。
次いで、上面の窒化シリコン膜３０を除去した（図２
Ｄ）後、シリコン基板１および酸化シリコン断熱層１２
上に常圧化学蒸着法（ＡＰＣＶＤ法）によって厚さ０．
４μｍ程度の酸化シリコン支持膜１３を形成する（図２
Ｅ）。この酸化シリコン支持膜１２の上にＬＰＣＶＤ法
によって厚さ１μｍ程度の多結晶シリコン膜（Ｐｏｌｙ
Ｓｉ）１４を成膜した後、パターニングしＲＩＥ装置
を用いてドライエッチングして発熱体となる部分を残す
（図２Ｆ）。この上に、金をスパッタリングによって
０．２μｍ程度成膜し、パターニングの後ウェットエッ
チング法によってエッチングして、金属引出線１５を形
成する（図２Ｇ）。この上にＡＰＣＶＤ法によって０．
４μｍ程度の酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜１６を成膜し
た後、金属リード線１７を接続するコンタクト部分３２
および次工程で用いるエッチングホール部分をＢ−ＨＦ
溶液によるウェットエッチング法によってエッチングし
て形成する（図２Ｈ）。この後表面からＴＭＡＨ溶液を
用いてシリコン基板を異方性エッチングして熱絶縁空間
１８を形成して（図２Ｉ）、半導体発熱素子を形成す
る。
【００１０】図２Ｈにおける酸化シリコン膜１６にエッ
チングによって開口を形成するにあたり、エッチングホ
ールを形成しないでおき、シリコン基板１１の裏面に形
成した窒化シリコン膜３０と多結晶シリコン膜１４をド
ライエッチングして発熱体の下方に開口３３を形成し
（図２Ｊ）、ＴＭＡＨ溶液を用いて、シリコン基板１１
を下方から異方性エッチングすることによって、熱絶縁
空間１８を得る（図２Ｋ）こともできる。
チングによって開口を形成するにあたり、エッチングホ
ールを形成しないでおき、シリコン基板１１の裏面に形
成した窒化シリコン膜３０と多結晶シリコン膜１４をド
ライエッチングして発熱体の下方に開口３３を形成し
（図２Ｊ）、ＴＭＡＨ溶液を用いて、シリコン基板１１
を下方から異方性エッチングすることによって、熱絶縁
空間１８を得る（図２Ｋ）こともできる。
【００１１】上記の実施例における金属膜は、金のほか
に、白金、アルミニウムとすることもできる。また、金
属膜のエッチング法として、ウェットエッチング法に代
えてドライエッチング法を採用することもできる。さら
に、異方性エッチング液として、ＴＭＡＨ溶液に代え
て、ＫＯＨ溶液、ＴＥＡ溶液、ＥＤＰ溶液等を用いるこ
とができる。
に、白金、アルミニウムとすることもできる。また、金
属膜のエッチング法として、ウェットエッチング法に代
えてドライエッチング法を採用することもできる。さら
に、異方性エッチング液として、ＴＭＡＨ溶液に代え
て、ＫＯＨ溶液、ＴＥＡ溶液、ＥＤＰ溶液等を用いるこ
とができる。
【００１２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、酸化シ
リコン断熱層間を橋絡するブリッジ部分のみに発熱体を
設け、発熱体端部と金属リード線１７が接続されるコン
タクトとの間を金属薄膜からなる引出線によって接続し
たので、発熱体で発生した熱は、シリコン基板に逃げる
ことなく、消費電力を小さく抑えることができる。
リコン断熱層間を橋絡するブリッジ部分のみに発熱体を
設け、発熱体端部と金属リード線１７が接続されるコン
タクトとの間を金属薄膜からなる引出線によって接続し
たので、発熱体で発生した熱は、シリコン基板に逃げる
ことなく、消費電力を小さく抑えることができる。
【００１３】このような発熱体を、熱式流速センサやガ
スセンサ等に用いることによって、低消費電力型のセン
サとすることができ、電池駆動とすることが可能とな
る。さらに、シリコン基板への熱の流入量を小さく抑え
ることができるので、発熱体部分を加熱した状態でもシ
リコン基板の温度を低く抑えることができ、発熱素子に
近接した位置に付属回路などを一体化製作することがで
きる。
スセンサ等に用いることによって、低消費電力型のセン
サとすることができ、電池駆動とすることが可能とな
る。さらに、シリコン基板への熱の流入量を小さく抑え
ることができるので、発熱体部分を加熱した状態でもシ
リコン基板の温度を低く抑えることができ、発熱素子に
近接した位置に付属回路などを一体化製作することがで
きる。
【図１】本発明に係る半導体発熱装置の構造の概要を示
す断面図。
す断面図。
【図２】本発明に係る半導体発熱装置の製造方法を示す
工程図。
工程図。
【図３】従来の半導体発熱装置の構造の概要を示す断面
図。
図。
１０ 半導体発熱装置 １１ シリコン基板 １２ 酸化シリコン断熱層 １３ 支持膜 １４ 発熱体 １５ 金属薄膜（金属引出線） １６ 酸化シリコン保護膜 １７ 金属リード線 １８ 熱絶縁空間 １９ 輻射熱反射膜 ２０ ガラス基板 ３０ 窒化シリコン膜 ３１ 窓 ３２ コンタクト部 ３３ 開口
Claims (6)
- 【請求項１】 シリコン基板上に形成した酸化シリコン
断熱層間を橋絡する支持膜を有する半導体発熱装置にお
いて、支持膜上にのみ発熱体を設け、該発熱体の端部と
酸化シリコン断熱層の上の間を金属薄膜からなる引出線
で結び、支持膜の下面のシリコン基板に空間を設けたこ
とを特徴とする半導体発熱装置。 - 【請求項２】 酸化シリコン断熱層がシリコン基板の上
から空間の上に張り出して設けられている請求項１記載
の半導体発熱装置。 - 【請求項３】 酸化シリコン断熱層がＬＯＣＯＳ法で形
成された請求項１または請求項２記載の半導体発熱装
置。 - 【請求項４】 発熱体は、多結晶シリコンからなる請求
項１ないし請求項３のいずれか記載の半導体発熱装置。 - 【請求項５】 シリコン基板上に酸化シリコン層をＬＯ
ＣＯＳ法によって形成する工程と、前記シリコン基板お
よび前記酸化シリコン層上に支持膜を成膜する工程と、
前記酸化シリコン層間に形成された前記支持膜上に発熱
体を形成する工程と、前記発熱体の端部と前記酸化シリ
コン層の上との間に金属薄膜を成膜する工程と、支持膜
の下面のシリコン基板に空間を形成する工程からなるこ
とを特徴とする半導体発熱装置の製造方法。 - 【請求項６】 発熱体が多結晶シリコンからなる請求項
５記載の半導体発熱装置の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239930A JPH0989617A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体発熱装置およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7239930A JPH0989617A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体発熱装置およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0989617A true JPH0989617A (ja) | 1997-04-04 |
Family
ID=17051953
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7239930A Pending JPH0989617A (ja) | 1995-09-19 | 1995-09-19 | 半導体発熱装置およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0989617A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009096504A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | The Ritsumeikan Trust | マイクロ真空計 |
| DE19824401B4 (de) * | 1998-05-30 | 2009-11-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Sensormembransubstrats |
-
1995
- 1995-09-19 JP JP7239930A patent/JPH0989617A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19824401B4 (de) * | 1998-05-30 | 2009-11-19 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Sensormembransubstrats |
| WO2009096504A1 (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-06 | The Ritsumeikan Trust | マイクロ真空計 |
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