[0001] 本申请是申请号为“200910253536.3”，申请日为“2009年12月8日”，发明名称为“热式流体流量传感器及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。

[0002] 本发明涉及热式流体流量传感器及其制造方法，尤其涉及可有效适用于热式流体流量传感器的技术，该热式流体流量传感器适用于测量内燃机的吸入空气的热式流体流量计。

[0003] 作为设于汽车等的内燃机的电子控制燃料喷射装置来测量吸入空气量的空气流量计所使用的热式流体流量传感器，由于热式流体流量传感器可直接检测质量空气流量，因此成为主流。

[0004] 其中，尤其利用半导体微加工技术制造出的热式空气流量(air flow)传感器，可降低制造成本且能够以低功率驱动，因此受到瞩目。作为这样的空气流量传感器，例如日本特开平11-194043号公报(专利文献1)公开了如下技术：在发热元件(加热器)和温度检测元件(传感器)上使用铂(Pt)、并除去了加热器下部和传感器下部的Si膜的薄膜结构中，用绝缘性层覆盖加热器和传感器的上层和下层，将这些绝缘性层合成的应力作为轻度的拉伸应力。此外，在日本特开平11-271123号公报(专利文献2)中公开了将加热器和传感器的上层及下层做成压缩应力膜和拉伸应力膜的结构，并将该结构层叠成以加热器为中心上下对称的状态。

[0005] 日本特开平11-295127号公报(专利文献3)中公开了如下构造：关于流量传感器，在平板上基材的表面形成绝缘性的支承膜，并在该支承膜上配置多个热敏电阻体，用绝缘性的保护膜覆盖热敏电阻体和支承膜。

[0006] 日本特开2002-131106号公报(专利文献4)中公开了如下构造：关于热式空气流量计，微加热器具有在形成于单晶硅基板的空洞部上表面设置的薄膜发热部，由该微加热器对流过的测量对象气体进行加热，由发热电阻体、测温电阻体、空气温度测温电阻体和设置成从上下夹着这些电阻体的上部薄膜和下部薄膜构成上述薄膜发热部。上述上部薄膜和下部薄膜的至少一个形成为含有拉伸应力膜，并且在该拉伸应力膜的与上述流过的气体相对一侧层叠形成耐水性的压缩应力膜。

[0007] 专利文献1：日本特开平11-194043号公报

[0008] 专利文献2：日本特开平11-271123号公报

[0009] 专利文献3：日本特开平11-295127号公报

[0010] 专利文献4：日本特开2002-131106号公报

[0011] 但是，在上述技术中，没有考虑加工对布线形状的影响，当出于提高灵敏度的要求而要得到高电阻值，来对传感器部的布线进行精细加工时，由于布线宽度和布线间隔的间距变窄，形成于布线上的绝缘膜的覆盖性受损，按平坦膜设计的该绝缘膜的残余应力值出现偏差。

[0012] 尤其是作为具有拉伸应力的膜，由于使用每单位膜厚的残余应力非常大的氮化硅膜，因此较薄地形成膜会使凹凸的影响变大，精细加工出的布线部的残余应力变化为压缩应力，因此薄膜内的应力不均衡，由此导致膜产生弯曲，加热器和传感器的电阻值发生变化。根据该加热器和传感器的电阻值计算温度差(ΔTh)，在电阻值发生了变化的状态下按照设计值进行工作时，会出现由于ΔTh的降低导致检测精度的降低，由于过多电流的加热器异常加热导致的膜结构体的损坏这些问题。

[0013] 存在为了减少布线的凹凸而使用涂布绝缘膜(Spin on Glass)来进行的平坦化处理、采用CMP法的绝缘膜平坦化技术，但薄膜上的布线的图案疏密度较大，因此薄膜内的绝缘膜的总膜厚在无布线部分和加热器部及精细布线的传感器部差别较大，会产生由于应力不均衡导致的弯曲。

[0014] 本发明的目的在于提供一种即使在进行布线的精细加工的情况下也能消除因应力不均衡导致的薄膜弯曲、流量测量的检测精度高的热式流体流量传感器。

[0015] 本发明的上述及其他目的和新特征，将通过本说明书的记载和附图而得以清楚。

[0016] 简要说明本申请公开的发明中的代表性技术方案，如下所示。

[0017] 上述本发明的目的通过如下方案来实现，即：在需要精细加工的传感器的下层的绝缘膜上增加具有的拉伸应力为用于补足上层拉伸应力不足的量的膜、并调整膜厚。

[0018] 即，本发明的热式流体流量传感器，其用于测量空气流量，其具有设置在薄膜结构体内的发热电阻体和与上述发热电阻体相邻而设置的测温电阻体，其特征在于：

[0019] 在上述发热电阻体和上述测温电阻体的上层和下层具有层叠了第一膜和第二膜而成的绝缘膜，其中，上述第一膜具有拉伸应力，上述第二膜具有压缩应力，

[0020] 至少在上述测温电阻体的下层的上述绝缘膜中，上述第一膜和上述第二膜被交替形成，且上述下层的上述绝缘膜具有2层以上的上述第一膜。

[0021] 本发明的另一种热式流体流量传感器，包括：

[0022] 设置在薄膜结构体内的发热电阻体；

[0023] 与上述发热电阻体相邻而设置的测温电阻体；

[0024] 第一绝缘膜，其被设置在上述发热电阻体和上述测温电阻体的上层，且层叠了由氮化硅膜构成的第一膜和由氧化硅膜构成的第二膜；以及

[0025] 第二绝缘膜，其被设置在上述发热电阻体和上述测温电阻体的下层，且依次层叠了由氮化硅膜构成的第三膜、由氧化硅膜构成的第四膜以及由氮化硅膜构成的第五膜。

[0026] 简要说明本申请公开的发明中的代表性技术方案所得到的效果，如下所示。

[0027] 通过在传感器下层增加具有的拉伸应力相当于上层拉伸应力的膜，能够实现加热器设计值以上的残余应力，因此能够提供一种防止发生在包括实施了精细加工的传感器部等的薄膜出现弯曲、电阻值变化小的高精度的热式流体流量传感器。

[0028] 图1是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的一例子的要部俯视图。

[0029] 图2是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的制造工序的要部剖视图。

[0030] 图3是接着图2的热式流体流量传感器的制造工序中的要部剖视图。

[0031] 图4是接着图3的热式流体流量传感器的制造工序中的要部剖视图。

[0032] 图5是接着图4的热式流体流量传感器的制造工序中的要部剖视图。

[0033] 图6是接着图5的热式流体流量传感器的制造工序中的要部剖视图。

[0034] 图7是接着图6的热式流体流量传感器的制造工序中的要部剖视图。

[0035] 图8是表示安装有本发明实施方式1的热式流体流量传感器、且安装于机动车等的内燃机的吸气通路上的热式空气流量计的概略配置图。

[0036] 图9是将图8的一部分放大了的要部俯视图。

[0037] 图10是图9的B-B线的要部剖视图。

[0038] 图11是表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的一例子的电路图。

[0039] 图12是表示本发明人与本发明的实施方式1的热式流体流量传感器进行比较和研究了的热式流体流量传感器表面的位移量的说明图。

[0040] 图13是表示本发明的实施方式1的热式流体流量传感器表面的位移量的说明图。

[0041] 图14是表示布线间距与热式流体流量传感器表面的位移量的关系的说明图。

[0042] 图15是表示累积通电时间和电阻变化率的关系的说明图。

[0043] 图16是表示本发明实施方式2的热式流体流量传感器的要部剖视图。

[0044] 以下的实施方式中，为了便于说明，在有需要时分为多个区段或实施方式来进行说明，但除了特别说明的情况之外，他们相互之间并非毫无关联，其关系为一方是另一方的一部分或全部的变形例、详细或补充说明等。

[0045] 在以下的实施方式中，在提及元件的数目等(包括个数、数值、量、范围等)时，除了特别说明的情况和原理上明确限定特定数目的情况等之外，均不限定为特定数目，也可以特定数目以上或以下。

[0046] 在以下的实施方式中，对于构成要件(也包括要件步骤等)，除了特别说明的情况和原理上明显必须的情况等之外，其余当然未必是必须的。在实施例等中对构成要件等提及“由A构成”时，除了特别明确表示仅是该要件的情况等之外，当然也不排除除此之外的要件。

[0047] 同样，在以下的实施方式中，在提及构成要件等的形状、位置关系等时，除了特别说明的情况和原理上明确不是那样的情况等之外，也包括实质上与其形状等近似或类似的形状等。这与上述数值和范围的情况相同。

[0048] 在提及材料等时，除了特别说明不是那样的、或者原理上或实际条件下不会是那样的情况之外，限定的材料只是主要材料，也不排除次要要素、添加物、增加要素等。

[0049] 在用于说明实施例的所有附图中，原则上对具有同一功能的构件标注相同附图标记，省略其重复说明。

[0050] 在本实施方式所采用的附图中，即使是俯视图，为了易于观看附图，有时也会局部标注阴影线。

[0051] 以下，基于附图详细说明本发明的实施方式。

[0052] (实施方式1)

[0053] 图1表示本发明实施方式1的热式流体流量传感器的要部俯视图的一个例子。

[0054] 本实施方式1的作为热式流体流量传感器的测量元件1由半导体基板2、发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体、空气温度测温电阻体6、加热器温度控制用电阻体7、8、端子电极9A～9I、以及引出布线10A、10B、10C1、10C2、10D、10E、10F、10G、10H1、10H2、10I1、10I2等形成。

[0055] 半导体基板2例如由单晶Si构成。

[0056] 发热电阻体3隔着绝缘膜形成于半导体基板2上，布线宽度例如是1μm～150μm左右。

[0057] 发热电阻体用测温电阻体4用于检测发热电阻体3的温度，布线宽度例如是0.5μm～100μm左右。

[0058] 测温电阻体由两个上游侧测温电阻体5A、5B和两个下游侧测温电阻体5C、5D构成，用于检测受发热电阻体3的热而升温的空气的温度。上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D的布线宽度例如是0.5μm～10μm左右。

[0059] 空气温度测温电阻体6用于测量空气温度，布线宽度例如是0.5μm～10μm左右。

[0060] 加热器温度控制用电阻体7、8的布线宽度例如是0.5μm～10μm左右。

[0061] 端子电极9A～9I是为了将测温元件1的信号连接于外部电路而使用。

[0062] 引出布线10A将发热电阻体3电连接于端子电极9A，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0063] 引出布线10B将发热电阻体3电连接于端子电极9B，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0064] 两个引出布线10C1、10C2(主要是引出布线10C1)将加热器温度控制用电阻体7和加热器温度控制用电阻体8电连接于端子电极9C，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0065] 引出布线10D将发热电阻体用测温电阻体4和加热器温度控制用电阻体7电连接于端子电极9D，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0066] 引出布线10E将空气温度测温电阻体6和加热器温度控制用电阻体8电连接于端子电极9E，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0067] 引出布线10F将上游侧测温电阻体5A和下游侧测温电阻体5C电连接于端子电极9F，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0068] 引出布线10G将发热电阻体用测温电阻体4、空气温度测温电阻体6、上游侧测温电阻体5B和下游侧测温电阻体5D电连接于端子电极9G，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0069] 两个引出布线10H1、10H2将上游侧测温电阻体5B和下游侧测温电阻体5C电连接于端子电极9H，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0070] 两个引出布线10I1、10I2将上游侧测温电阻体5A和下游侧测温电阻体5D电连接于端子电极9I，布线宽度例如是30μm～500μm左右。

[0071] 至少在发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4和测温电阻体上的保护膜上设置开口部11，除去下层的Si基板(半导体基板2)而成为薄膜结构12。此时，利用该薄膜结构12，保护膜的开口部11的外周在俯视观察时处于薄膜结构12的内侧，距薄膜结构12的外周约50μm以上。

[0072] 该测量元件1利用空气温度测量电阻体6测量空气流13的空气温度，与由发热电阻体3加热了的发热电阻体用测温电阻体4的电阻增加相比，计算温度差(ΔTh)，利用受发热电阻体3影响而升温的空气流使测温电阻体5A、5B、5C、5D的电阻发生变化。在本实施方式1中，为了使各电阻体的电阻值符合设计值，做成折回蜿蜒图案的布线构造。

[0073] 接着，使用图2～图7按工序顺序说明本实施方式1的热式流体流量传感器的制造方法的一个例子。图2～图7是图1中A-A线对应的要部剖视图。

[0074] 首先，如图2所示，准备由单晶Si构成的半导体基板2。接着，在半导体基板2的主面上形成第一绝缘膜14，进而依次形成第二绝缘膜15、第三绝缘膜16、第四绝缘膜17和第五绝缘膜18。第一绝缘膜14例如是在高温炉体中形成的氧化硅膜，厚度为200nm左右。第二绝缘膜15例如是使用了CVD法的氮化硅膜，厚度为100～200nm左右。这些第一绝缘膜14和第二绝缘膜15也可以成膜于半导体基板2的背面。第三绝缘膜16例如是使用了CVD法的氧化硅膜，厚度为500nm左右。第四绝缘膜17例如与第二绝缘膜15一样是使用了CVD法的氮化硅膜或是使用了等离子CVD法的氮化硅膜，膜厚取决于传感器部的布线间距，但在20nm～200nm左右的范围。第五绝缘膜18例如是使用了CVD法或使用了等离子CVD法的氧化硅膜，膜厚是100nm～300nm。第一绝缘膜14、第三绝缘膜16和第五绝缘膜18是具有残余应力为50MPa～250MPa左右的压缩应力的膜(第二膜)，第二绝缘膜15和第四绝缘膜17是具有700MPa～1200MPa的拉伸应力的膜(第一膜)。第二绝缘膜15和第四绝缘膜17也可以是具有500MPa～1200MPa的拉伸应力的氮化铝膜。

[0075] 接着，例如采用溅射法形成150nm左右的Mo(钼)膜作为第一金属膜19。此时，为了提高粘结性和结晶性，在堆积Mo膜之前，通过使用Ar(氩)气的溅射蚀刻法将底层的第五绝缘膜18蚀刻5nm～20nm左右，使Mo膜堆积时的半导体基板2的温度为200℃～500℃左右来形成。为了进一步提高Mo膜的结晶性，在Mo膜成膜后，在炉体或灯加热装置中，在氮气气氛下实施约1000℃的热处理。

[0076] 接着，如图3所示，采用利用了光刻法的定时进行第一金属膜19的图案形成，形成发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)、空气温度测温电阻体6、加热器温度控制用电阻体7、8以及引出布线10A～10I2。此时，通过加工第一金属膜19时的过蚀刻(over etching)，底层的第五绝缘膜18在没有第一金属膜19的部分处被蚀刻50nm左右。因此，发热电阻体3等的由第一金属膜19形成的部分与通过第一金属膜19的加工而蚀刻掉第五绝缘膜18的部分之间的高低差合计约为200nm。

[0077] 接着，如图4所示，在发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)、空气温度测温电阻体6、加热器温度控制用电阻体7、8以及引出布线10A～10I2的上层依次形成第六绝缘膜20、第七绝缘膜21和第八绝缘膜22。第六绝缘膜20例如是采用CVD法堆积而成的、或以TEOS(tetraethoxysilane)为原料采用等离子的低温CVD法堆积而成的氧化硅膜，膜厚是500nm左右。第七绝缘膜21例如是采用CVD法堆积或采用等离子的低温CVD法堆积而成的氮化硅膜，膜厚是150～200nm左右。第八绝缘膜22例如是采用CVD法堆积而成的、或以TEOS为原料采用等离子的低温CVD法堆积而成的氧化硅膜，膜厚是100～500nm左右。作为氧化硅膜的第六绝缘膜20和第八绝缘膜22是室温下的残余应力为50MPa～250MPa左右的压缩应力的膜(第二膜)，作为氮化硅膜的第七绝缘膜21是室温下的残余应力为700MPa～
1200MPa左右的拉伸应力的膜(第一膜)。如此，使第七绝缘膜21的残余应力(拉伸应力)大于第六绝缘膜20和第八绝缘膜22的总残余应力(压缩应力)是为了防止如下情况：在热式流体流量传感器实用时的温度超过了这些绝缘膜的成膜时温度的情况下，第六绝缘膜
20和第八绝缘膜22的总残余应力大于第七绝缘膜21的残余应力，导致这些绝缘膜产生弯曲。在将第七绝缘膜21做成采用使用了等离子的低温CVD法的氮化硅膜时，实施800℃左右以上、优选是1000℃左右的热处理来调整成规定的拉伸应力。对于作为第六绝缘膜20和第八绝缘膜22的氧化硅膜也是同样，由于实施1000℃左右的热处理会提高耐湿性，从而优选在堆积后进行热处理。

[0078] 接着，如图5所示，通过采用光刻法的干式蚀刻或湿式蚀刻来形成使引出布线10A～10I2的一部分露出的连接孔23。在图5中，省略了到达引出布线10G的连接孔23以外的连接孔23的图示。其后，形成例如将厚度1μm左右的连接孔23埋入的A1合金膜来作为第二金属膜24。为了与引出布线10G良好接触，可以在形成前利用Ar(氩)气对引出布线10A～10I2的表面进行溅射蚀刻。另外，为了可靠接触，在Al合金膜堆积之前可以形成TiN(氮化钛)膜等屏蔽金属膜而形成屏蔽膜和Al合金膜的堆积膜作为第三金属膜。此时，若屏蔽金属膜形成得相对较厚，则接触电阻增加，因此，优选其厚度为20nm左右。但是，在采用足够的接触面积来能够避免电阻增加问题的情况下，可以将屏蔽金属膜的厚度做成
200nm以下。作为屏蔽金属膜举出了TiN膜，但也可以是TiW(钛钨)膜、Ti(钛)膜和它们的层叠膜。

[0079] 接着，如图6所示，通过采用光刻法的干式蚀刻或湿式蚀刻对第二金属膜24形成图案，形成端子电极9A～9I。接着，作为端子电极9A～9I上的保护膜25，例如形成聚酰亚胺膜，并利用采用光刻法的蚀刻至少在发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、上部侧测温电阻体5A、5B和下部侧测温电阻体5C、5D上形成用于使开口部11和端子电极9A～9I与外部电路连接的开口部(未图示)。保护膜25也可以是感光性的有机膜等，膜厚是2～3μm左右。

[0080] 接着，如图7所示，在半导体基板2的背面通过光刻法形成光致抗蚀膜的图案(未图示)，通过干式蚀刻法或湿式蚀刻法除去形成于背面的第一绝缘膜14和第二绝缘膜15。接着，将残余的第一绝缘膜14和第二绝缘膜15作为掩模而从背面对半导体基板2用KOH(氢氧化钾)、TMAH(Tetramethylammonium hydroxide)或以这些为主要成分的水溶液进行湿式蚀刻，形成薄膜结构12。薄膜结构12设计成大于保护膜25的开口部11，优选是形成为比保护膜25的开口部11的所有边大了约50μm以上。由这种薄膜结构12构成的绝缘膜(第一绝缘膜14、第二绝缘膜15、第三绝缘膜16、第四绝缘膜17、第五绝缘膜18、第六绝缘膜20、第七绝缘膜21和第八绝缘膜22)的总膜厚优选是1.5μm以上。在比其薄的情况下，由薄膜结构12构成的绝缘膜的强度降低，因机动车的吸气所含有的粉尘的碰撞等而破坏的可能性变大。但是，第一绝缘膜14起到在粉尘自下方碰撞时的缓冲膜的作用，若是做成粉尘不碰撞的结构，也可以省略绝缘膜14。

[0081] 在上述实施方式中，对由Mo形成了构成发热电阻体3等的第一金属膜19的热式流体流量传感器进行了说明，但也可以由除Mo以外的金属、金属氮化物、金属硅化物、多晶硅或作为杂质而掺杂了磷或硼的多晶硅形成。做成金属时，可例示出以α-Ta(钽)、Ti(钛)、W(钨)、Co(钴)、Ni(镍)、Fe(铁)、Nb(铌)、Hf(铪)、Cr(铬)或Zr(锆)等为主要成分的金属。在做成金属氮化物时，可例示出TaN(氮化钽)、MoN(氮化钼)或WN(氮化钨)等。做成金属硅化物时，可例示出MoSi(钼硅化物)、CoSi(钴硅化物)或NiSi(镍硅化物)等。

[0082] 在对晶圆状态的半导体基板2的处理结束后的芯片切割工序时存在因水压导致薄膜结构12破损的危险，但是只要由这种薄膜结构12构成的层叠绝缘膜(第一绝缘膜14、第二绝缘膜15、第三绝缘膜16、第四绝缘膜17、第五绝缘膜18、第六绝缘膜20、第七绝缘膜21和第八绝缘膜22)的总膜厚是1.5μm以上，强度上就不存在问题。

[0083] 图8表示安装有本实施方式1的热式流体流量传感器、且安装于机动车等的内燃机的吸气通路上的热式空气流量计的概略配置图。热式空气流量计26包括作为热式流体流量传感器的上述测量元件1、由上部和下部构成的支承体27和外部电路28，测量元件1配置在位于空气通路29内部的副通路30上。外部电路28通过支承体27与测量元件1的端子电连接。被吸气的空气根据内燃机的条件而向图8中箭头(空气流13)所示的空气流的方向或与其相反的方向流动。

[0084] 图9是将上述的图8的一部分(测量元件1和支承体27)放大了的要部俯视图，图10是图9的B-B线的要部剖视图。

[0085] 如图9和图10所示，测量元件1固定于下部的支承体27A上，测量元件1的端子电极9A～9I的各电极与外部电路28的端子电极31之间通过例如使用了金线32等的线接合法而电连接。端子电极9A～9I、31和金线32通过被上部支承体27B覆盖而受保护。上部支承体27B可以是采用树脂的密封保护。

[0086] 接着，使用图11说明上述的热式空气流量计26的工作。图11是表示本实施方式1的测量元件1和外部电路28的电路图，附图标记33是电源，附图标记34是用于对发热电阻体3流过加热电流的晶体管，附图标记35是由包含A/D转换器等的输出电路和进行运算处理的CPU(Central Processing Unit)构成的控制电路，附图标记36是存储电路。

[0087] 图11所示的电路中有两个桥电路，其一是由发热电阻体用测温电阻体4、空气温度测温电阻体6和加热器温度控制用电阻体7、8构成的加热器控制用桥电路，另一是采用四个测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的温度传感器桥电路。

[0088] 图1所示的测量元件1中，端子电极9C通过两个引出布线10C1、10C2(主要是引出布线10C1)与两个加热器温度控制用电阻体7、8双方电连接，对该端子电极9C供给预定电位Vref1。端子电极9F与上游侧测温电阻体5A和下游侧测温电阻体5C这双方电连接，对该端子电极9F供给预定电位Vref2。端子电极9G通过引出布线10G与发热电阻体用测温电阻体4、空气温度测温电阻体6、上游侧测温电阻体5B和下游侧测温电阻体5D分别电连接，该端子电极9G取为图11所示的接地电位。

[0089] 通过引出布线10D与发热电阻体用测温电阻体4和加热器温度控制用电阻体7这双方电连接的端子电极9D与图11的节点A对应。

[0090] 通过引出布线10E与空气温度测温电阻体6和加热器温度控制用电阻体8这双方电连接的端子电极9E与图11的节点B对应。通过两个引出布线10I1、10I2与上游侧测温电阻体5A和下游侧测温电阻体5D双方电连接的端子电极9I与图11中节点C对应。通过两个引出布线10H1、10H2与上游侧测温电阻体5B和下游侧测温电阻体5C双方电连接的端子电极9H与图11中节点D对应。

[0091] 本实施方式中，由共用的端子电极9G供给加热器控制用桥电路和温度传感器桥电路的接地电位，但也可以增加端子电极，使各端子电极为接地电位。

[0092] 加热器控制用桥电路在由发热电阻体3加热了的气体比吸气温度高出某一定温度(ATh例如为100℃)时，设定发热电阻体用测温电阻体4、空气温度测温电阻体6和加热器温度控制用电阻体7、8的各电阻值，使得节点A(端子电极9D)和节点B(端子电极9E)之间的电位差为0V。上述一定温度(ATh)偏离设定时，在节点A和节点B之间产生电位差，设计成利用控制电路35控制晶体管34来使发热电阻体3的电流产生变化，将桥电路保持为平衡状态(A-B之间的电位差0V)。

[0093] 另外，温度传感器桥电路设计成从发热电阻体3到各测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的距离相同，因此，无论是否有发热电阻体3的加热，在无风的情况下，节点C(端子电极9I)和节点D(端子电极9H)之间的电位差为平衡状态，是0V。对发热电阻体3施加电压，吸气流向空气流13的方向时，由发热电阻体3加热升温了的上游侧测温电阻体5A、5B的温度降低，下游侧测温电阻体5C、5D的温度变高，测温电阻体的电阻值的上游侧和下游侧不同，温度传感器桥的平衡被打破，在节点C和节点D之间产生电压差。将该电压差输入到控制电路35，对根据记录于存储器电路36的电压差与空气流量的对比表求出的空气流量(Q)进行运算处理并输出。即使在空气流13为相反方向时，同样也能够测量空气流量，因此，也能进行逆流检测。

[0094] 接着，说明薄膜表面的位移量。图12是具有本发明人与本实施方式的薄膜结构12(参照图7)进行比较和研究了的薄膜结构的以往方式的热式流体流量传感器的要部剖视图，俯视下与本实施方式的图1的A-A线对应。在该以往方式的热式流体流量传感器中，传感器布线(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的间距为约1.2μm，加热器布线(发热电阻体3)的间距为约20μm，在图12中图示了其表面的位移量。

[0095] 如图12所示，以往方式的热式流体流量传感器的构造中省略了本实施方式的热式流体流量传感器的由氮化硅膜构成的第四绝缘膜17和由氧化硅膜构成的第五绝缘膜18。膜的构成是：通过热氧化而形成于半导体基板2上的氧化硅膜(第一绝缘膜14)约
200nm，通过CVD法成膜的氮化硅膜(第二绝缘膜15)约200nm，通过CVD法成膜的氧化硅膜(第三绝缘膜16)约500nm，在其上形成了图案的Mo膜(发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)、空气温度测温电阻体6、加热器温度控制用电阻体7、8和引出布线10A～10I2)约150nm，以TEOS为原料采用等离子CVD法成膜的氧化硅膜(第六绝缘膜20)约500nm，采用等离子CVD法成膜的氮化硅膜(第七绝缘膜21)约150nm，以TEOS为原料采用等离子CVD法成膜的氧化硅膜(第八绝缘膜22)约200nm。加热器、加热器温度传感器和温度差传感器以外的部分，形成了2μm左右的聚酰亚胺膜作为保护膜25，在比其大的区域形成除去半导体基板2而成的薄膜构造。

[0096] 在如上所述那样以往方式的热式流体流量传感器的构造的情况下，在传感器部(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)表面弯曲而鼓起，其值比保护膜25的膜厚大，在中心的加热器部(发热电阻体3)和传感器部(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)进行比较，则观测到约2.75μm的位移量。发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)为比其他没有图案的部分突出了0.2μm左右的状态，但减去该高度差部分来测量表面的位移量。测量整个薄膜结构的位移量，仅传感器部弯曲而鼓起，在其他无Mo膜的部分等的位移量为0.1μm左右以下。因此，仅是精细加工了Mo膜的传感器部的残余应力变化为压缩应力，其他部分维持拉伸应力。当产生这样的弯曲时，在加热器加热时容易产生加热器部上浮等薄膜的变形，加热器部和传感器部的电阻值发生变化。根据该加热器部和传感器部的电阻值计算成为基准的上述的一定温度(ΔTh)，在电阻值发生了变化的情况下按照设计值使热式流体流量传感器工作时，可能会产生因ΔTh降低导致的检测精度降低、因过剩电流的加热器异常加热导致膜结构体被破坏。

[0097] 图13表示在本实施方式的热式流体流量传感器中与上述以往方式的热式流体流量传感器同样地使传感器布线(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的间距为约1.2μm、加热器布线(发热电阻体3)的间距为约20μm时的表面的位移量。

[0098] 形成本实施方式的热式流体流量传感器的各膜的构成是：通过热氧化而形成于半导体基板2上的氧化硅膜(第一绝缘膜14)约200nm，通过CVD法成膜的氮化硅膜(第二绝缘膜15)约200nm，通过CVD法成膜的氧化硅膜(第三绝缘膜16)约350nm，用于补足上部的氮化硅膜的拉伸应力的氮化硅膜(第四绝缘膜17)约140nm，其上部的氧化硅膜(第五绝缘膜18)约150nm，在其上形成了图案的Mo膜(发热电阻体3、发热电阻体用测温电阻体4、测温电阻体(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)、空气温度测温电阻体6、加热器温度控制用电阻体7、8和引出布线10A～10I2)约150nm，以TEOS为原料采用等离子CVD法成膜的氧化硅膜(第六绝缘膜20)约500nm，采用等离子CVD法成膜的氮化硅膜(第七绝缘膜21)约150nm，以TEOS为原料采用等离子CVD法成膜的氧化硅膜(第八绝缘膜22)约200nm。加热器、加热器温度传感器和温度差传感器以外的部分，形成了2μm左右的聚酰亚胺膜作为保护膜25，在比其大的区域形成除去半导体基板2而成的薄膜构造。

[0099] 这样本实施方式的热式流体流量传感器的薄膜构造的情况下，在中心的加热器部和传感器部进行比较，则表面的位移量可以为约0.1μm，与上述以往方式的热式流体流量传感器相比，能够减少至约1/28。即，能够大幅度减少在薄膜结构体产生的弯曲，因此，可防止加热器部和传感器部的电阻值发生变化，可防止产生因ΔTh降低导致的检测精度降低、因过剩电流的加热器异常加热导致膜结构体被破坏。

[0100] 图14是表示上述以往方式的热式流体流量传感器和本实施方式的热式流体流量传感器中的、传感器布线(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的间距与薄膜结构体的表面位移量的相关性的图。在图14中，横轴是传感器布线的间距，纵轴是薄膜结构体的表面的位移量。

[0101] 如图14所示，在以往方式的热式流体流量传感器中，布线间距为约6μm以下时，薄膜结构体的表面位移量变大，尤其是布线间距为约1.2μm以下时，其位移量急剧增大。与此相反，可知，本实施方式的热式流体流量传感器中，即使布线间距精细至1.2μm，薄膜结构部的表面位移量为0.1μm左右，可消除薄膜结构内的绝缘膜的应力不均衡。与以往方式相比，本实施方式中，在将布线间距做成1.2μm，并相应地在由第一金属膜19(参照图2)形成的布线层的下层增加膜厚140nm左右的氮化硅膜(第四绝缘膜17)，通过与布线间距相应地设定该氮化硅膜的膜厚，能够减少薄膜结构的表面位移量。

[0102] 本实施方式中，说明了由第一金属膜19(参照图2)形成的布线上的氮化硅膜(第七绝缘膜21)的残余应力为700MPa～1000MPa左右的拉伸应力的情况，但由于布线上的氮化硅膜的防吸湿的作用较大，残余应力也可以不在上述范围。但是，在该情况下，需要的布线的下层增加考虑到整个残余应力的氮化硅膜，形成于该布线下层的氮化硅膜的层数，只要夹着具有压缩应力的膜(例如氧化硅膜)，也可以是3层以上。在采用氮化硅膜时有时会根据成膜时的温度而使残余应力成为压缩应力，根据热式流体流量传感器的使用环境温度，即使是相同的膜，会发生残余应力从拉伸应力向压缩应力转变或从压缩应力向拉伸应力转变，因此，对于这些氮化硅膜和氧化硅膜的层数、膜种类本身的选择，可以相应于热式流体流量传感器的使用环境而适当设定。

[0103] 图15表示通电成加热器部(发热电阻体3)为约500℃时的每段累积通电时间的加热器部的电阻变化率，在传感器布线(上游侧测温电阻体5A、5B和下游侧测温电阻体5C、5D)的间距为1.2μm、加热器布线(发热电阻体3)的间距为20μm的相同图案的条件下，比较以往方式的热式流体流量传感器(参照图12)和本实施方式的热式流体流量传感器(参照图13)。

[0104] 如图15所示可知，以往方式的热式流体流量传感器中，传感器表面呈凸状弯曲而变形，尽管加热器部的表面是与最上层的氧化硅膜(第八绝缘膜22)大致相同的面(参照图12)，加热器部的电阻值却急剧变化。与此相反，在本实施方式的热式流体流量传感器中，在通电初期可看到约0.5％的电阻值变化，但以后看不到电阻值变化。对于在加热器部在约500℃的状况下通电时的加热器温度传感器(发热电阻体用测温电阻体4)，可确认到：在以往方式的热式流体流量传感器中电阻值的变化较大，在本实施方式的热式流体流量传感器中电阻值几乎没有变化。因此，通过减小在传感器部和加热器部之间的表面位移量，可得到可靠性高的热式流体流量传感器。

[0105] 在以往方式的热式流体流量传感器中，考虑到通过仅加厚Mo膜(第一金属膜19)下层的氮化硅膜(第二绝缘膜15)来确保薄膜结构部的拉伸应力的方法。但是，氮化硅膜具有700MPa～1000MPa左右非常大的残余应力，因此，在膜厚超过200nm时，晶圆(半导体基板2)的翘起变大。因此，在氮化硅膜(第二绝缘膜15)以后的工序，可能引起装置的晶圆夹持错误，发生氮化硅膜内的裂纹、膜剥落、晶圆裂纹等问题。

[0106] 从这样的观点考虑，也优选如本实施方式这样，将具有拉伸应力的膜做成膜厚为200nm以下，层叠2层以上这样的膜，从缓和内部应力的观点考虑，优选是不设置拉伸应力膜的连续层叠，在其间夹着具有压缩应力的膜，由此，能够提高对热压力的耐性。

[0107] 而且，将整个薄膜结构的膜厚增厚为相当于氮化硅膜增加的部分，增加了机械强度，因此，耐粉尘碰撞性也能够得以提高。

[0108] (实施方式2)

[0109] 在实施方式2中，考虑的是防止成膜于晶圆(半导体基板2)的膜所具有的残余应力所引起的晶圆翘起。

[0110] 图16表示本实施方式2的热式流体流量传感器的一个例子，表示上述实施方式1的图1中的A-A线的要部剖视图。

[0111] 形成本实施方式2的热式流体流量传感器的各膜的膜厚是第四绝缘膜17(氮化硅膜)的膜厚为约200nm(上述实施方式1中为约140nm)，除此之外与上述实施方式1相同。

[0112] 接着，说明本实施方式2的热式流体流量传感器的制造工序。本实施方式2的热式流体流量传感器的制造工序在到成膜第四绝缘膜17的工序(参照图2)之前，与上述实施方式1相同。

[0113] 接着，将使用由光刻法形成了图案的光致抗蚀图案作为掩膜并使用干式蚀刻等来加工第四绝缘膜17。通过该加工，俯视下第四绝缘膜17配置成至少覆盖薄膜结构12的布线部区域，优选是第四绝缘膜17的外周和薄膜结构12的外周的间隔L为约10μm以上。通过该图案形成，由氮化硅膜构成的第四绝缘膜17仅在薄膜结构体12内残余，因此，可缓和第四绝缘膜17的强大拉伸应力所导致的晶圆(半导体基板2)的翘起，可以避免在需要静电卡盘的等离子CVD装置、使用真空吸附的光刻技术时的在步进式曝光(stapper)装置的晶圆输送故障。

[0114] 其后的形成第五绝缘膜18的工序以后与上述实施方式1相同。但是，在本实施方式2中，第七绝缘膜21(氮化硅膜)的膜厚为150nm～200nm左右，第八绝缘膜22(氧化硅膜)的膜厚为300nm左右。

[0115] 以上，基于实施方式具体说明了本发明人完成的发明，但不言而喻，本发明不限于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内可进行各种改变。

[0116] 本发明可适用于上述实施方式的热式流体流量传感器之外的加速度传感器、温度传感器、湿度传感器以及气体传感器等各种传感器。