專利名稱：氣體流量計(jì)及其制造方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及氣體流量計(jì)及其制造方法和，更特別地，它涉及熱氣體流量計(jì)以及它的制造方法，其中生熱電阻器或熱元件由硅(Si)半導(dǎo)體薄膜組成。
迄今為止，由于熱氣體流量計(jì)可直接檢測(cè)氣體質(zhì)量，熱氣體流量計(jì)已主要用于如下用途作為在如用于汽車(chē)的內(nèi)燃機(jī)的電子控制燃料注射系統(tǒng)中提供的吸入空氣數(shù)量的流量計(jì)，或用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的各種氣體的流量計(jì)或在燃料電池中使用的氫氣/氧氣的流量計(jì)。其中，由于它可降低成本和可以在低能量下驅(qū)動(dòng)，由半導(dǎo)體微加工技術(shù)制造的氣體流量計(jì)已經(jīng)被注意到。
作為使用現(xiàn)有半導(dǎo)體基材的氣體流量計(jì)，由于耐熱性和作為熱元件的材料成本，使用多晶硅代替迄今為止使用的鉑的那些是已知的，例如在日本專利No.2880651中描述的那些。
然而，其中如在此專利No.2880651中描述的那樣，多晶硅用作熱元件，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)時(shí)效變化的問(wèn)題，其中熱元件的電阻值隨時(shí)間的流逝而變化。
(1)為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供了一種氣體流量計(jì)，包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量，其中熱元件是在高濃度下采用雜質(zhì)摻雜施加的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜，和氣體流量計(jì)含有屏蔽層，它作為硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的上層和下層布置和在區(qū)域中形成以至少覆蓋腔室，在熱處理的生熱溫度范圍中，屏蔽層較少滲透和吸收氫氣。
采用此構(gòu)造，通過(guò)使用屏蔽層可以降低熱元件電阻值的時(shí)效變化和可以降低氣體流量計(jì)的時(shí)效變化。
(2)在以上氣體流量計(jì)(1)中，屏蔽層可包括化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜。
(3)在以上氣體流量計(jì)(1)中，優(yōu)選，硅(Si)半導(dǎo)體薄膜是采用雜質(zhì)摻質(zhì)施加的多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜，和將多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜采用作為雜質(zhì)的磷(P)或硼(B)在高濃度下?lián)诫s。
(4)在以上氣體流量計(jì)(1)中，優(yōu)選，在高濃度下施加摻雜使得硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率為8×10-4Ωcm或更小。
(5)為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提供一種氣體流量計(jì)，包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量，其中硅(Si)半導(dǎo)體薄膜是采用雜質(zhì)摻雜施加的多晶的，將多晶硅(Si)薄膜采用作為雜質(zhì)的磷(P)或硼(B)的摻雜在高濃度下施加，和氣體流量計(jì)含有屏蔽層，它作為硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的上層和下層布置和在區(qū)域中形成以至少覆蓋腔室，在熱處理的生熱溫度范圍中，屏蔽層較少滲透和吸收氫氣。
采用此構(gòu)造，通過(guò)使用屏蔽層可以降低熱元件電阻值的時(shí)效變化和可以降低氣體流量計(jì)的時(shí)效變化。
(6)在以上氣體流量計(jì)(5)中，在高濃度下施加摻雜處理使得硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率為8×10-4Ωcm或更小。
(7)可以根據(jù)本發(fā)明在氣體流量計(jì)的制造方法中達(dá)到上述目的，該氣體流量計(jì)包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量，其中半導(dǎo)體基材是硅半導(dǎo)體基材，和方法包括如下步驟在硅半導(dǎo)體基材的表面上形成包含化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜的第一絕緣膜，作為至少第一屏蔽層，它較少滲透和吸收氫氣；在第一絕緣膜上形成硅半導(dǎo)體薄膜；通過(guò)熱擴(kuò)散施加雜質(zhì)摻雜到硅半導(dǎo)體薄膜上，因此在高濃度下?lián)诫s雜質(zhì)；將硅半導(dǎo)體薄膜成圖案和，至少形成熱元件的圖案；在熱元件上堆疊包含化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜的第二絕緣膜，作為至少第二屏蔽層，它較少滲透和吸收氫氣，和由第一和第二屏蔽層包圍熱元件；在至少包含氫氣的氣體氣氛中或在惰性氣體氣氛中，將熱處理退火施加到熱元件上；在第二絕緣膜中形成通孔之后形成電極膜，以在熱元件和外部電路之間建立電連接；和在硅基材的遠(yuǎn)面(rear face)處形成腔室。
采用上述方法，通過(guò)使用屏蔽層可以降低熱元件電阻值的時(shí)效變化和可以降低氣體流量計(jì)的時(shí)效變化。
(8)在以上方法(7)中，優(yōu)選，熱處理退火是在550℃或更高和900℃或更低下的熱處理。
(9)在以上方法(7)中，優(yōu)選，在其中氫氣包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，在至少包含氫氣的氣氛中施加熱處理退火。
(10)在以上方法(7)中，優(yōu)選，在其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，在包含惰性氣體的氣氛中施加熱處理退火。
(11)可以根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)氣體流量計(jì)的制造方法達(dá)到上述目的，該氣體流量計(jì)包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量。在氣體流量計(jì)中，半導(dǎo)體基材是硅半導(dǎo)體基材。方法包括如下步驟在硅半導(dǎo)體基材表面上堆疊第一二氧化硅膜，作為較少滲透和吸收氫氣的第一屏蔽層的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜的，和第二二氧化硅膜；在第二二氧化硅膜上形成硅半導(dǎo)體薄膜；通過(guò)熱擴(kuò)散施加雜質(zhì)摻雜到硅半導(dǎo)體薄膜上以在高濃度下施加磷(P)的摻雜，使得電阻率為8×10-4Ωcm或更??；將硅半導(dǎo)體薄膜成圖案以形成至少用于熱元件的圖案；進(jìn)一步在熱元件上堆疊第三二氧化硅膜，作為較少滲透和吸收氫氣的第二屏蔽層的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜和第四二氧化硅膜，和采用較少滲透氫氣的第一和第二屏蔽層包圍熱元件；在至少包含氫氣的氣體氣氛中或在惰性氣體氣氛中，在550℃或更高和900℃或更低的溫度下，將熱處理退火施加到熱元件上；在第二二氧化硅膜，第二屏蔽層和第四二氧化硅膜中形成通孔之后形成電極膜，以在熱元件和外部電路之間建立電連接；和在硅基材的遠(yuǎn)面中形成腔室。
采用上述方法，通過(guò)使用屏蔽層可以降低熱元件電阻值的時(shí)效變化和可以降低氣體流量計(jì)的時(shí)效變化。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)描述以下參考

圖1-13描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的構(gòu)造。
圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的平面圖。圖2是沿圖1中線A-A’的橫截面圖。
在作為基礎(chǔ)的半導(dǎo)體基材2上完全形成傳感器器件1。半導(dǎo)體基材2是單晶硅(Si)板。如圖2所示，在半導(dǎo)體基材2下表面?zhèn)壬闲纬汕皇?，和在腔室9上形成隔膜3。如由圖1中的虛線所示，將腔室9形成為具有基本矩形刨床形狀的孔。
如圖2所示，在半導(dǎo)體基材2的一個(gè)表面上連續(xù)堆疊包括絕緣膜7a，屏蔽層8a和絕緣膜7b的三層膜。三層膜具有覆蓋包括腔室9的半導(dǎo)體基材2整個(gè)表面的結(jié)構(gòu)。絕緣膜7a和7b包括二氧化硅(SiO2)。屏蔽層8a由化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜形成，它在生熱電阻器或熱元件4的生熱溫度范圍中較少滲透和吸收氫氣。在構(gòu)成隔膜3的絕緣膜7b的表面上形成熱元件4，和上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d。此外，在隔膜3以外的區(qū)域中，在絕緣膜7b的表面上形成氣體溫度測(cè)量電阻器6。
如圖1所示，從承受在高濃度下磷(P)或硼摻雜處理的多晶或單晶硅半導(dǎo)體薄膜，將熱元件4，氣體溫度測(cè)量電阻器6，溫度測(cè)量電阻器5a-5d，氣體溫度測(cè)量電阻器6和對(duì)應(yīng)于每個(gè)電阻器的導(dǎo)線連接部分11(11a，11b，11c，11d，11e，11f，11g，11h，11j，11k，和11l)，每個(gè)制備為具有預(yù)定導(dǎo)電率(電阻值)的細(xì)條。
在絕緣膜7b的上層和每個(gè)電阻器上連續(xù)堆疊絕緣膜7c，屏蔽層8b和絕緣膜7d的三層膜。三層膜具有覆蓋包括腔室9的半導(dǎo)體基材2整個(gè)表面的結(jié)構(gòu)。絕緣膜7a和7b包括二氧化硅(SiO2)。屏蔽層8a由化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜形成，它在熱元件4的生熱溫度范圍中較少滲透和吸收氫氣。提供絕緣膜7c，屏蔽層8b和絕緣膜7d的三層膜，以保護(hù)每個(gè)電阻器。
如上所述，分別構(gòu)造每個(gè)電阻器的上層和下層，以被屏蔽層8a和8b所包圍，它在熱元件4的生熱溫度范圍中較少滲透和吸收氫氣。
在550℃或更高和900℃或更低下，將作為每個(gè)電阻器的薄硅半導(dǎo)體膜進(jìn)行熱處理退火，以降低在高溫下供電時(shí)電阻的時(shí)效變化。
在端電極12(12a，12b，12c，12d，12e，12f，12g和12h)中，在絕緣膜7c，屏蔽層8b和絕緣膜7d的三層膜中形成通孔和然后形成如鋁(Al)或金(Au)的薄膜墊(電極膜)，以與每個(gè)電阻器建立電連接。
基本沿垂直于由箭頭10所示的待測(cè)量氣體流動(dòng)方向的方向，布置熱元件4，形成溫度測(cè)量電阻器5a，5b，5c和5d以彼此配對(duì)同時(shí)在上游和下游方向，和垂直于氣體流動(dòng)方向的方向上分隔開(kāi)。待測(cè)量的目標(biāo)氣體包括空氣、氫氣、氮?dú)?、氧氣、氣態(tài)二氧化碳、城市煤氣、甲烷、丙烷、丁烷和蒸汽。
在具有如上所述構(gòu)造的本實(shí)施方案的氣體流量計(jì)中，由于包括絕緣膜7a，7b，7c和7d和屏蔽層8a，8b的隔膜3具有覆蓋腔室9整個(gè)表面的結(jié)構(gòu)，可以保持隔膜3的機(jī)械強(qiáng)度，對(duì)于較長(zhǎng)時(shí)間下粉塵、油和水并不侵入腔室內(nèi)部和高可靠性的測(cè)量是可能的。
然后解釋通過(guò)根據(jù)本發(fā)明氣體流量計(jì)的測(cè)量操作。
首先，將電流通過(guò)腔室9提供到在隔熱狀態(tài)下的隔膜3上的熱元件4，和控制電流使得溫度比氣體物流10的溫度高一定水平。根據(jù)氣體溫度測(cè)量電阻器的電阻值，測(cè)量待測(cè)量氣體的溫度，如后所述。
通過(guò)比較位于熱元件4上游的上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b的溫度(電阻值)和位于熱元件4下游的下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d的溫度(電阻值)，測(cè)量氣體流量和氣體流動(dòng)方向。
首先，當(dāng)氣體流量是零時(shí)，由于上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d在相同的加熱條件下，這是由于熱元件4的生熱，它們顯示相同的溫度，不引起溫度差異。
然后，當(dāng)氣體在箭頭10的方向上流動(dòng)時(shí)(稱為“向前流”)，由于在由氣體物流10引起的冷卻效果中，上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b大于下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d，引起在上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b與下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d溫度之間的差異，和根據(jù)此溫度差異測(cè)量氣體流量。
另一方面，當(dāng)氣體在箭頭10的相反方向上流動(dòng)時(shí)(稱為“向后流”)，下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d的溫底低于上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b的溫度，其中表示上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d之間溫度差異的信號(hào)反轉(zhuǎn)。
如上所述，可以根據(jù)溫度差異測(cè)量氣體流量，和可以由溫度差異的信號(hào)判斷氣體流動(dòng)的方向。
然后描述使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)用于內(nèi)燃機(jī)的空氣流量計(jì)的構(gòu)造。
圖3是顯示安裝使用根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)用于內(nèi)燃機(jī)的空氣流量計(jì)的狀態(tài)的橫截面圖。
如圖3所示，例如，將圖1所示的傳感器器件1安裝到汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)空氣吸入通道13中。將傳感器器件1(包括用于其的載體15和外部電路16)，布置在亞通道(sub-passage)14中，亞通道14設(shè)置在空氣吸入通道13內(nèi)。通過(guò)載體15將外部電路16電連接到傳感器測(cè)量器件1的端電極(圖1中所示的端電極12)上。
內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣通常在由箭頭10所示的方向上流動(dòng)(向前流)。此外，依賴于內(nèi)燃機(jī)的操作條件，它有時(shí)也可以在箭頭10相反的方向上流動(dòng)(向后流)。如上所述，流過(guò)內(nèi)燃機(jī)空氣吸入通道的空氣流動(dòng)包括向前流和向后流，和在向前流和向后流的情況下可以精確地測(cè)量空氣流量，和通過(guò)使用在此實(shí)施方案中的氣體流量計(jì)可以得出它們之間的區(qū)別。
同樣在測(cè)量用于半導(dǎo)體生產(chǎn)的各種氣體和用于燃料電池的氫氣/氧氣的流量的情況下，通過(guò)在如具有圖3所示構(gòu)造的氣體通道中放置傳感器器件1來(lái)測(cè)量氣體流量。特別地，在其中測(cè)量可燃?xì)怏w如氫氣、氧氣、城市煤氣、甲烷、丙烷和丁烷的空氣流量的情況下，以一定的方式構(gòu)造電路部分如外部電路16，以充分保持空氣緊密性，以抑制可燃?xì)怏w向其的泄漏以保護(hù)安全。
然后，參考圖4解釋根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的電路構(gòu)造，圖4是氣體流量計(jì)的電路圖。在圖中，與圖1中那些相同的參考數(shù)字表示相同的部分。
熱元件4和氣體溫度測(cè)量電阻器6與電阻器20a和20b一起構(gòu)成橋接電路。將動(dòng)力從電源18通過(guò)晶體管19提供到橋接電路。將在橋接電路端子12a和12c處的電壓輸入到控制電路17?？刂齐娐?7包括如下包括A/D轉(zhuǎn)換器等的輸入電路，包括D/A轉(zhuǎn)換器等的輸出電路和用于進(jìn)行操作處理的CPU。在橋接電路中，設(shè)定每個(gè)電阻器20a和20b的電阻值，使得熱元件4的溫度(Th)比相應(yīng)于氣體溫度的氣體溫度測(cè)量電阻器6溫度(Ta)高預(yù)定的數(shù)值(ΔTh＝Th-Ta＝150℃)。
控制電路17控制晶體管19使得熱元件4的溫度(Th)比相應(yīng)于氣體溫度的氣體溫度測(cè)量電阻器6溫度(Ta)高預(yù)定的數(shù)值(ΔTh)。即，當(dāng)熱元件4的溫度低于設(shè)定值時(shí)，由來(lái)自控制電路17的輸出打開(kāi)晶體管19以允許加熱電流流向熱元件4。與此相反，當(dāng)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，關(guān)閉晶體管19以將用于熱元件4的加熱電流降低到零，因此控制溫度以保持設(shè)定的溫度值。
此外，上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d構(gòu)成橋接電路。將在橋接電路端子12g和12e的電勢(shì)差輸入到控制電路17。根據(jù)在橋接電路端子12g和12e之間的電勢(shì)差，控制電路17檢測(cè)在上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d之間的溫度差。在溫度差的檢測(cè)之前，預(yù)先調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電阻器(未示出)的電阻值使得當(dāng)氣體流量為零時(shí)，在橋接電路端子12g和12e之間的電勢(shì)差彼此適合?；蛘?，預(yù)先將當(dāng)氣體流量為零時(shí)的端子12g和12e之間的電勢(shì)差貯存在存儲(chǔ)器21中。
在氣體流量的測(cè)量中，預(yù)先將氣體流量(Q)與橋接電路端子12g和12e之間的電勢(shì)差之間的關(guān)系貯存為存儲(chǔ)器21中的映射和，分別根據(jù)端子12g和12e之間的電勢(shì)差和大小關(guān)系，判斷和輸出氣體流量(Q)的測(cè)量值和氣體物流的流動(dòng)方向。
在此實(shí)施方案中，熱元件4和氣體溫度測(cè)量電阻器6由薄硅半導(dǎo)體膜在相同的雜質(zhì)濃度下形成，使得根據(jù)如圖所示的橋接電路構(gòu)造在它們之間的電阻的溫度系數(shù)(α)相等。由于每個(gè)電阻器20a和20b要求用于設(shè)定熱元件4的溫度(Th)的電阻值(例如，ΔTh＝150℃)在與其的簡(jiǎn)單比例關(guān)系中，所以可以容易和簡(jiǎn)單地設(shè)定它們。
此外，在此實(shí)施方案中，以其中上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d彼此交叉的方式，通過(guò)使用四個(gè)溫度測(cè)量電阻器5a，5b，5c和5d構(gòu)成檢測(cè)溫度差的橋接電路和，因此，在端子12g和12e之間表現(xiàn)出的電勢(shì)差比包括一對(duì)溫度測(cè)量電阻器的橋接電路增加約兩倍，使得增加了靈敏度和改進(jìn)了精度。
對(duì)于檢測(cè)氣體流量(Q)的方法，除檢測(cè)上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d之間溫度差的方法以外，也可以采用如下方法使用流向加熱元件4的加熱電流(相應(yīng)于圖4中端子12c處的電勢(shì))作為流量檢測(cè)信號(hào)。此外，也可以采用如下方法將上游溫度測(cè)量電阻器5a和5b和下游溫度測(cè)量電阻器5c和5d之間溫度差的信號(hào)乘以流向熱元件4的加熱電流(相應(yīng)于圖4中端子12c處的電勢(shì))，因此獲得流量檢測(cè)信號(hào)。
然后參考圖5描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的生產(chǎn)步驟。
圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的制備步驟的步驟圖。與圖1中那些相同的參考數(shù)字顯示相同的部分。
如圖5A所示，通過(guò)熱氧化處理，分別在硅半導(dǎo)體基材2的上和下表面上形成二氧化硅(SiO2)層7a和22，每個(gè)的厚度約為0.2μm。然后，在770-800℃的溫度下，通過(guò)真空CVD方法(化學(xué)氣相沉積以后稱為L(zhǎng)PCVD方法)，將化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜形成到約0.15μm的厚度，該氮化硅薄膜在熱元件4的生熱溫度范圍(＜550℃)中較少滲透和吸收氫氣?；瘜W(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜具有密集的膜質(zhì)量，它是高機(jī)械強(qiáng)度的膜，具有殘余的拉伸應(yīng)力和也具有如下特征在熱元件4的生熱溫度范圍(＜550℃)中較少滲透和吸收氫氣。
盡管是相同的氮化硅薄膜，通過(guò)用于在低沉積溫度下在等離子體氣氛(等離子體氮化硅薄膜)中形成膜的等離子體CVD方法或?yàn)R射方法形成的薄氮化硅膜，具有不同于化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氧化硅(Si3N4)薄膜的SixNy(x，y＝不定值)化學(xué)結(jié)構(gòu)，因此，它具有粗糙、不穩(wěn)定的膜質(zhì)量，低機(jī)械強(qiáng)度，和大量包含的氫氣，和氫氣滲透容易，使得它們不適于此實(shí)施方案的屏蔽層。
然后，在屏蔽層8a上通過(guò)LPCVD方法將二氧化硅(SiO2)層7b形成到約0.5μm的厚度。通過(guò)LPCVD方法形成的二氧化硅(SiO2)膜在膜中具有相反的壓縮應(yīng)力和與上述氮化硅(Si3N4)薄膜相比導(dǎo)熱率小一個(gè)數(shù)位。
因此，由于這樣提供了二氧化硅(SiO2)層7a和7b和薄氮化硅(Si3N4)膜8a的多層結(jié)構(gòu)，和氮化硅(Si3N4)薄膜在膜中具有拉伸應(yīng)力同時(shí)二氧化硅(SiO2)膜在膜中具有壓縮應(yīng)力，殘余應(yīng)力在與彼此偏移的方向上起作用，使得可以降低在隔膜3中由殘余應(yīng)力引起的變形以改進(jìn)強(qiáng)度。
然后，如圖5B所示，通過(guò)如LPCVD的方法，在絕緣膜7b上形成多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23，用于形成熱元件4和溫度測(cè)量電阻器5a-5d和6，每個(gè)的厚度約為1μm。也可以通過(guò)使用等離子體的LPCVD，使用電子回旋加速器共振的ECR-PCVD或使用微波的CVD，作為使用其它等離子體的制造方法，形成多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜。盡管在此實(shí)施方案中多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜用于硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23，也可以形成外延生長(zhǎng)的單晶結(jié)構(gòu)的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜。
然后，通過(guò)熱擴(kuò)散處理，將雜質(zhì)摻雜處理施加到這樣形成的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23上。在硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23的表面上形成磷玻璃(POCl3)和施加在1000℃下的熱處理30分鐘或更多，以形成在高濃度下采用磷(P)摻雜的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23，以提供8×10-4Ωcm或更小的電阻率(ρ)。
盡管磷(P)在此步驟中用作雜質(zhì)，也可以通過(guò)使用硼(B)作為雜質(zhì)進(jìn)行高濃度摻雜。關(guān)于這樣形成的硅(Si)半導(dǎo)體膜的電阻值穩(wěn)定性(時(shí)效變化)，磷(P)作為雜質(zhì)的使用可提供更大的效果。
然后，如圖5(c)所示，在以預(yù)定形狀通過(guò)已知光刻法形成抗蝕劑之后，通過(guò)如下方式將硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23形成圖案例如，反應(yīng)性干燥蝕刻以形成熱元件4，溫度測(cè)量電阻器5a-5d，氣體測(cè)量溫度電阻器6(未示出)和用于連接每個(gè)電阻器和端電極12的導(dǎo)線連接部分11(11a-111)(未示出)。
然后，如圖5D所示，以圖5A步驟相同的方式將二氧化硅(SiO2)層形成到約0.5μm的厚度作為絕緣膜7c，在770-800℃的溫度下，通過(guò)LPCVD方法，將化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜形成到約0.15μm的厚度作為屏蔽層8b，和將二氧化硅(SiO2)層堆疊到約0.2μm的厚度作為絕緣膜7d。
在形成絕緣膜7c和7d和屏蔽層8b之后，施加熱處理以增強(qiáng)多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻值的穩(wěn)定性(時(shí)效變化)。在其中氫氣包含在待測(cè)量氣體中的情況下，在至少包含氫氣的氣氛中施加熱處理退火和在其中氫氣不包含在待測(cè)量氣體中的情況下，在惰性氣體氣氛中，在550℃或更高和900℃或更低下施加熱處理退火。
如上所述，形成包括絕緣膜7a和7b和屏蔽層8a的三層結(jié)構(gòu)作為熱元件4的下層，同時(shí)形成包括絕緣膜7c和7d和屏蔽層8b的三層結(jié)構(gòu)作為熱元件4的上層。由于它們提供關(guān)于硅(Si)半導(dǎo)體薄膜23上方向和下方向?qū)ΨQ的膜結(jié)構(gòu)，可以降低由于熱應(yīng)力的隔膜3的變形以改進(jìn)強(qiáng)度。
隨后，盡管未說(shuō)明，例如，采用鋁或金在絕緣膜7c和7d和屏蔽層8b，端電極12(12a-12h)預(yù)定位置處，形成通孔，以在端電極和電阻器之間建立電連接。然后，為在硅半導(dǎo)體基材2中形成腔室9，將用于蝕刻的掩蔽材料22以預(yù)定形狀形成圖案，以僅曝露半導(dǎo)體基材2的蝕刻部分。對(duì)于掩蔽材料22，使用二氧化硅或具有更高蝕刻選擇性的氮化硅。
然后，如圖5(e)所示，通過(guò)使用二氧化硅或氮化硅作為掩蔽材料和使用例如，氫氧化鉀(KOH)的蝕刻溶液，通過(guò)從硅半導(dǎo)體基材2的遠(yuǎn)面施加各向異性蝕刻，形成腔室9。
在半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝的最終步驟處或在形成作為端電極12的鋁或金之后，在氫氣或惰性氣體氣氛中，在400℃或更低溫度下施加熱處理退火1小時(shí)或更多，以增強(qiáng)電極材料如鋁或金的膜質(zhì)量和以保證電連接。在400℃或更低溫度下進(jìn)行1小時(shí)或更多的熱處理退火中，當(dāng)待測(cè)量的氣體是空氣、氮?dú)?、氧氣、氣態(tài)二氧化碳或蒸汽時(shí)，在測(cè)量的氣體或作為惰性氣體的氮?dú)狻鍤?、氦氣或氟的氣體氣氛中，施加熱處理退火。此外，當(dāng)測(cè)量的氣體是包含氫原子的氣體如氫氣、城市煤氣、甲烷、丙烷和丁烷時(shí)，在測(cè)量的氣體或氫氣的氣體氣氛中施加熱處理退火。通過(guò)熱處理退火，可以進(jìn)一步改進(jìn)硅(Si)半導(dǎo)體薄膜電阻值的穩(wěn)定性(時(shí)效變化)。
此外，由于將熱元件4和溫度測(cè)量電阻器5a-5d、和6在磷(P)或硼(B)的高濃度下?lián)诫s，使得電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小，熱元件4和溫度測(cè)量電阻器5a-5d、和6的電阻的溫度系數(shù)(α)保持相對(duì)較高。因此，可以提供具有降低的成本和改進(jìn)的溫度測(cè)量靈敏度的氣體流量計(jì)。
然后，參考圖6和7解釋用于作為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案氣體流量計(jì)的電阻器的電阻率和電阻的溫度系數(shù)。
圖6是顯示用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案氣體流量計(jì)的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率(ρ)和雜質(zhì)濃度之間關(guān)系的解釋性視圖。圖7是顯示用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案氣體流量計(jì)的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻的溫度系數(shù)(α)和電阻率(ρ)之間關(guān)系的解釋性視圖。
硅(Si)半導(dǎo)體薄膜一般顯示如電阻器的電阻-溫度特性。然而，它具有相對(duì)窄的溫度范圍和當(dāng)在高濃度下采用雜質(zhì)摻雜處理施加時(shí)，它顯示如金屬的電阻-溫度特性，例如在如下公式(1)中所示的那樣。
R＝RO(1+α(T-TO)) ----(1)
其中R是半導(dǎo)體膜在溫度(T)時(shí)的電阻值，RO是半導(dǎo)體膜在溫度(TO)時(shí)的電阻值，和α是電阻的溫度系數(shù)。
優(yōu)選，溫度測(cè)量電阻器5a-5d和6具有大的電阻的溫度系數(shù)(α)，以改進(jìn)檢測(cè)靈敏度。此外，當(dāng)要將它加熱到所需溫度(例如，200℃)時(shí)，考慮到降低用于驅(qū)動(dòng)熱元件4的電壓，優(yōu)選熱元件4具有小的電阻率(ρ)。
圖7中的實(shí)線26顯示電阻的溫度系數(shù)(α)和電阻率(ρ)之間的關(guān)系。在圖7中，電阻的溫度系數(shù)(α)在區(qū)域27中增加，其中電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小。考慮到檢測(cè)靈敏度中的改進(jìn)，優(yōu)選溫度測(cè)量電阻器5a-5d和6具有大的電阻的溫度系數(shù)(α)。此外，由于優(yōu)選熱元件4具有小的電阻率(ρ)，在低電阻率(ρ)下在區(qū)域27中可以達(dá)到大的電阻的溫度系數(shù)(α)(1000(×10-6/℃)或更大)，其中電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小。
特別地，對(duì)于熱元件4，增加硅(Si)半導(dǎo)體膜的厚度是降低電阻值的可能措施。然而，如果增加膜厚度，難以在良好的精度下將它蝕刻成所需的圖案和考慮到材料成本這也不是優(yōu)選的。能夠在高精度下獲得多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的厚度的極限是約1μm，和在此厚度下可以由10V或更低驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)的熱元件4的電阻值是1kΩ或更小。如先前所述，在其中電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小的情況下，如果熱元件4尺寸為1mm長(zhǎng)，0.1mm寬，1μm厚，熱元件4的電阻值是80Ω。此外，包括遠(yuǎn)至要與熱元件4連接的導(dǎo)線連接部分11的電阻，整個(gè)電阻值為約2000Ω，它小于1kΩ。
然后，考慮到由圖6中實(shí)線24所示的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率(ρ)和雜質(zhì)濃度之間的關(guān)系，當(dāng)電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小時(shí)的雜質(zhì)濃度是由圖6中區(qū)域25所示的2×1020(cm-3)或更大的區(qū)域?？紤]到電源電壓和在此實(shí)施方案中的生熱，從50-900Ω選擇熱元件的電阻值，同時(shí)從1-10kΩ選擇溫度測(cè)量電阻器5a-5d和6的電阻值。
然后，參考圖8-10描述用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的屏蔽層。
圖8-10是用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的屏蔽層的解釋性視圖。與圖1中那樣相同的參考數(shù)字顯示相同的部分。
圖8顯示圖2中部分B的放大視圖，它缺少圖1中所示的屏蔽層8a和8b。在包括多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件4以上和以下形成包括二氧化硅(SiO2)的絕緣膜7a，7b，7c和7d。硅(Si)的晶粒29，晶界28，和與二氧化硅(SiO2)的邊界面30存在于多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜4中。
如圖9A所示，在由圖8所示的硅(Si)的晶粒29中，硅(Si)原子規(guī)則地排列和以單晶態(tài)鍵合以形成化學(xué)穩(wěn)定的理想結(jié)構(gòu)。另一方面，如圖9B所示，在晶界28中，在與二氧化硅(SiO2)的邊界面處和在晶粒29中的缺陷(未示出)中，硅(Si)原子的規(guī)則排列和鍵合被干擾到不穩(wěn)定的狀態(tài)。特別地，在形成多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜或二氧化硅(SiO2)膜的LPCVD方法中，在生產(chǎn)工藝期間產(chǎn)生氫氣組分，如圖9B所示，在晶界28，缺陷區(qū)域中或在多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的邊界面30處，形成由規(guī)則排列的干擾引起的硅(Si)和氫(H)之間的鍵合(懸空鍵)。由于Si-H鍵(懸空鍵)能量是3.1eV，它與在其它氣體中的Si-N或Si-F鍵合相比更低，和例如，通過(guò)溫度的升高，容易形成和分離懸空鍵。在其中如圖9B所示形成Si-H懸空鍵的情況下，由于降低了晶界或多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜中缺陷區(qū)域中的能壘，降低了電阻值。
然而，在沒(méi)有含有圖8所示的屏蔽層8a和8b的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)將熱元件加熱和測(cè)量流量較長(zhǎng)的時(shí)間時(shí)，如圖9C所示容易分離Si-H懸空鍵，和氫氣在二氧化硅(SiO2)膜中擴(kuò)散和分離，使得增加晶界或多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜中缺陷區(qū)域中的能壘，以因此增加電阻值，它引起時(shí)效變化。
另一方面，圖10顯示在此實(shí)施方案中形成屏蔽層8a和8b的構(gòu)造。由于屏蔽層8a和8b的停止氫氣的擴(kuò)散和分離，將Si-H懸空鍵穩(wěn)定化，和在通過(guò)加熱熱元件測(cè)量流量較長(zhǎng)時(shí)間的情況下，也降低了電阻的老化變化。
然后參考圖11，根據(jù)用于本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的屏蔽層的存在或不存在，描述時(shí)效變化。
圖11是用于根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的屏蔽層的解釋性視圖。
圖11顯示在其中在包括多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件4以上和以下形成屏蔽層8a和8b的情況下(實(shí)線32)和在沒(méi)有屏蔽層的構(gòu)造的情況下(實(shí)線31)，熱元件4的電阻時(shí)效變化的試驗(yàn)結(jié)果。在圖11中，橫坐標(biāo)表示供電時(shí)間而縱坐標(biāo)顯示在供電之后的電阻變化。在此實(shí)施方案中，在供電下將熱元件4加熱到250℃。
如由實(shí)線31所示，在沒(méi)有屏蔽層的構(gòu)造中，在1000小時(shí)的用于加熱的供電時(shí)間之后電阻的時(shí)效變化是約1％。相反地，如由實(shí)線32所示，可以看出通過(guò)在包括多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件4以上和以下形成屏蔽層8a和8b，可以極大地改進(jìn)熱元件4的時(shí)效變化。
盡管未說(shuō)明，當(dāng)僅形成屏蔽層8a時(shí)，結(jié)果基本與缺乏屏蔽層的結(jié)果相等。在熱元件4的時(shí)效變化的抑制中，在包括多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件4以上和以下形成屏蔽層8a和8b兩者是有效的，因此采用屏蔽層包圍熱元件4。
此外，參考圖12和13，描述防止根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件的時(shí)效變化的另外方法。
圖12和13是防止根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的傳感器器件中時(shí)效變化的另外方法的解釋性圖。
在防止時(shí)效變化的方法中，在形成屏蔽層8a和8b之后，分別在其中氫氣包含在待測(cè)量氣體中的情況下，在至少包含氫氣的氣氛中施加熱處理退火和在其中氫氣不包含在待測(cè)量氣體中的情況下，在惰性氣體氣氛中，在550℃-900℃的溫度范圍中施加熱處理退火。
圖12和13分別顯示在惰性氣體(氮?dú)?、氬氣、氦氣、氟?氣氛中，熱元件4，在其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，采用屏蔽層8a和8b形成的包括多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件4的電阻熱處理退火和電阻時(shí)效變化的效果。
屏蔽層8a和8b的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜具有如下特征在550℃或更低下較少滲透和吸收氫氣但在550℃或更高溫度下容易滲透氫氣。由于以上情況，在其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，當(dāng)在550℃或更高下預(yù)先通過(guò)熱處理退火，將在由屏蔽層8a和8b包圍的多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜中形成過(guò)量Si-H懸空鍵的氫氣驅(qū)出時(shí)，在熱元件4的生熱溫度范圍(＜550℃)中，在隨后的階段中，可以進(jìn)一步降低電阻器的時(shí)效變化。
由于在550℃或更高下通過(guò)熱處理退火消除形成過(guò)量Si-H懸空鍵的氫氣，在一定程度上通過(guò)能壘的增加而增加圖12所示的電阻值33，但顯著改進(jìn)了圖13所示的電阻時(shí)效變化34。
另一方面，在900℃或更高的熱處理退火溫度下，將在高濃度下?lián)诫s入多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜的磷(P)雜質(zhì)活化和磷(P)開(kāi)始從晶界和其中磷大量被沉淀的邊界擴(kuò)散入晶粒，和磷(P)在晶界和邊界的減小導(dǎo)致了Si-H懸空鍵的增加，使得電阻的老化變化相當(dāng)?shù)卦黾印Ｓ捎谝陨锨闆r，550℃-900℃的溫度范圍對(duì)于熱處理退火是最優(yōu)的。
以上內(nèi)容描述了其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況。當(dāng)氫氣包含在待測(cè)量的氣體中時(shí)，隨時(shí)間的消逝，在待測(cè)量氣體中的氫氣稍微進(jìn)入多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜，以增加顯示其中熱元件4電阻值降低的時(shí)效變化的Si-H懸空鍵。因此，在其中氫氣包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，必須預(yù)先吸收足夠量的氫氣，它在由屏蔽層8a和8b包圍的多晶硅(Si)半導(dǎo)體膜中形成Si-H懸空鍵。為此目的，在550℃-900℃的溫度范圍中，在含氫氣的氣氛中，施加熱處理退火，以從外部(熱處理氣氛)通過(guò)屏蔽層8a和8b吸收氫氣，通過(guò)該方式，甚至在其中氫氣包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，也可以達(dá)到具有較小電阻時(shí)效變化的熱元件4。
盡管以上內(nèi)容已經(jīng)描述了熱元件4，通過(guò)將以上內(nèi)容應(yīng)用到硅(Si)半導(dǎo)體膜如用于溫度測(cè)量電阻器5a-5d，氣體溫度測(cè)量電阻器6和用于連接每個(gè)電阻器和端電極12的導(dǎo)線連接部分11(11a-111)，也可以達(dá)到相似的效果。
此外，由于在晶界，缺陷和硅(Si)半導(dǎo)體膜邊界面處以較大量沉淀的磷(P)抑制了Si-H懸空鍵的形成，通過(guò)在高濃度下施加如磷(P)的雜質(zhì)的摻雜處理使得硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率(ρ)為8×10-4Ωcm或更小，可以獲得每個(gè)電阻器的最優(yōu)電阻值和電阻的溫度系數(shù)，可以降低每個(gè)電阻器的電阻時(shí)效變化。
此外，盡管已經(jīng)描述了實(shí)施例，其中將化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜施加為屏蔽層8a和8b，也可以通過(guò)施加具有如下特征的屏蔽膜材料獲得相似的效果在熱元件4的生熱溫度范圍中較少滲透和吸收氫氣，例如，金(Au)或銀(Ag)。
在此情況下，吸氫和貯氫類型金屬如鈦(Ti，Ti合金)體系或鎳(Ni，Ni合金)體系作為用于屏蔽層8a和8b的材料的使用不是合適的。在吸氫和貯氫類型屏蔽層中，一次貯存在屏蔽層中的氫氣重復(fù)沉淀和隨熱元件4生熱時(shí)間的消逝而貯存。因此，在硅(Si)半導(dǎo)體膜中Si-H懸空鍵的形成隨時(shí)間波動(dòng)和熱元件4的電阻值不穩(wěn)定和不能保持恒定。
此外，由于這在熱元件4的生熱溫度范圍中可容易地滲透氫氣，二氧化硅(SiO2)不適于作為用于屏蔽層8a和8b的材料，和由于它是吸氫和貯氫類型材料，硅(Si)半導(dǎo)體膜也不適于屏蔽層材料。
不包含氫的待測(cè)量氣體包括，例如，空氣、氮?dú)?、氧氣、氣態(tài)二氧化碳和蒸汽，而包含氫的待測(cè)量氣體包括氫氣、城市煤氣、甲烷、丙烷或丁烷作為目標(biāo)。
在以上內(nèi)容中，硅(Si)半導(dǎo)體膜已經(jīng)描述為多晶的。然而，同樣在單晶硅(Si)半導(dǎo)體膜中，硅(Si)原子的規(guī)則排列/鍵合被干擾成不穩(wěn)定態(tài)，如圖9B所示，在與二氧化硅(SiO2)的邊界面30處和在圖8所示的晶粒29的缺陷(未示出)中，形成其中規(guī)則排列/鍵合被干擾的硅(Si)和氫(H)的鍵合(懸空鍵)。因此，此實(shí)施方案也對(duì)單晶硅(Si)半導(dǎo)體膜具有相似的效果。
如先前所述，根據(jù)此實(shí)施方案，由于在熱元件以上和以下將較少滲透和吸收氫氣的屏蔽層，形成為分別在高濃度下雜質(zhì)摻雜的硅(Si)半導(dǎo)體膜，以包圍熱元件，可以降低氣體流量測(cè)量時(shí)的時(shí)效變化和可以在高可靠性下測(cè)量氣體流量。
此外，在550℃或更高和900℃或更低的溫度下，在至少包含氫氣的氣氛中，在形成上述上屏蔽層之后，在其中氫氣包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，和在惰性氣體氣氛中，在形成屏蔽層之后，在其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，施加熱處理退火，通過(guò)該方式可以降低氣體流量測(cè)量時(shí)的時(shí)效變化和，因此，可以在高可靠性下測(cè)量氣體流量。
然后參考圖14描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的構(gòu)造。在此實(shí)施方案中氣體流量計(jì)的傳感器器件的平面構(gòu)造與圖1中所示的相同。
圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方案的氣體流量計(jì)構(gòu)造的橫截面圖。與圖1中那些的相同參考數(shù)字顯示相同的部分。
在此實(shí)施方案中的氣體流量計(jì)的主要構(gòu)造與圖1-2中所示的相同，但特征在于節(jié)省了位于圖2所示的第一實(shí)施方案中的屏蔽層8a和8b之間的絕緣膜7b和7c。
采用上述結(jié)構(gòu)，由于硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的每個(gè)電阻器4，5b和5d更可靠地被屏蔽層8a和8b包圍，可以降低氣體流量測(cè)量時(shí)的時(shí)效變化。
根據(jù)此實(shí)施方案，由于在熱元件以上和以下將較少滲透和吸收氫氣的屏蔽層，形成為分別在高濃度下雜質(zhì)摻雜的硅(Si)半導(dǎo)體膜，以包圍熱元件，可以降低氣體流量測(cè)量時(shí)的時(shí)效變化和可以在高可靠性下測(cè)量氣體流量。
然后參考圖15描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的氣體流量計(jì)的構(gòu)造。在此實(shí)施方案中氣體流量計(jì)的傳感器器件的平面構(gòu)造與圖1中所示的相同。
圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方案的氣體流量計(jì)構(gòu)造的橫截面圖。與圖1中那些的相同參考數(shù)字顯示相同的部分。
在此實(shí)施方案中的氣體流量計(jì)的主要構(gòu)造與圖14中所示的相同和它進(jìn)一步具有的特征在于節(jié)省了在圖14中所示的第二實(shí)施方案中提供的絕緣膜7c。也可以節(jié)省絕緣膜7b。
根據(jù)此實(shí)施方案，由于分別在高濃度下雜質(zhì)摻雜的硅(Si)半導(dǎo)體膜的熱元件以上和以下，布置在熱元件的生熱溫度范圍中較少滲透和吸收氫氣的屏蔽層，以包圍熱元件，使得可以降低氣體流量測(cè)量時(shí)的時(shí)效變化和，因此，可以在高可靠性下測(cè)量氣體流量。
根據(jù)本發(fā)明，可以降低氣體流量計(jì)的時(shí)效變化。
盡管已經(jīng)在它的優(yōu)選實(shí)施方案中描述了本發(fā)明，可以理解的是已經(jīng)使用的詞語(yǔ)是描述而不是限制的詞語(yǔ)，和在它的更寬方面中，在不背離本發(fā)明的真實(shí)范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行在所附權(quán)利要求范圍之內(nèi)的變化。
權(quán)利要求
1.一種測(cè)量待測(cè)量氣體的流量的氣體流量計(jì)，包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材；和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件；其中熱元件是在高濃度下采用雜質(zhì)摻雜施加的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜，和氣體流量計(jì)含有屏蔽層，它作為硅(Si)半導(dǎo)體薄膜上層和下層布置和在區(qū)域中形成以至少覆蓋腔室，在熱元件的生熱溫度范圍中，屏蔽層較少滲透和吸收氫氣。
2.權(quán)利要求1的氣體流量計(jì)，其中屏蔽層包括化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜。
3.權(quán)利要求1的氣體流量計(jì)，其中硅(Si)半導(dǎo)體薄膜是采用雜質(zhì)摻質(zhì)施加的多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜，和將多晶硅(Si)半導(dǎo)體薄膜采用作為雜質(zhì)的磷(P)或硼(B)在高濃度下?lián)诫s。
4.權(quán)利要求1的氣體流量計(jì)，其中在高濃度下施加摻雜使得硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率為8×10-4Ωcm或更小。
5.一種測(cè)量待測(cè)量氣體的流量的氣體流量計(jì)，包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材；和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件；其中硅(Si)半導(dǎo)體薄膜是采用雜質(zhì)摻雜施加的多晶的，將多晶硅(Si)薄膜采用作為雜質(zhì)的磷(P)或硼(B)的摻雜在高濃度下施加，氣體流量計(jì)含有屏蔽層，它作為硅(Si)半導(dǎo)體薄膜上層和下層布置和在區(qū)域中形成以至少覆蓋腔室，在熱元件的生熱溫度范圍中，屏蔽層較少滲透和吸收氫氣。
6.權(quán)利要求5的氣體流量計(jì)，其中在高濃度下施加摻雜使得硅(Si)半導(dǎo)體薄膜的電阻率為8×10-4Ωcm或更小。
7.一種氣體流量計(jì)的制造方法，該氣體流量計(jì)包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量；其中半導(dǎo)體基材是硅半導(dǎo)體基材，和該方法包括如下步驟形成包含化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜的第一絕緣膜，作為至少第一屏蔽層，它較少滲透和吸收氫氣，作為在硅半導(dǎo)體基材表面上形成的絕緣膜；在第一絕緣膜上形成硅半導(dǎo)體薄膜，作為上層；通過(guò)熱擴(kuò)散施加雜質(zhì)摻雜到硅半導(dǎo)體薄膜上，因此在高濃度下?lián)诫s雜質(zhì)；將硅半導(dǎo)體薄膜成圖案和，至少，形成熱元件的圖案；在熱元件上堆疊包含化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜的第二絕緣膜，作為至少第二屏蔽層，它較少滲透和吸收氫氣，作為熱元件的上層，和由第一和第二屏蔽層包圍熱元件；在至少包含氫氣的氣體氣氛中或在惰性氣體氣氛中，將熱處理退火施加到熱元件上；在第二絕緣膜中形成通孔之后形成電極膜，以在熱元件和外部電路之間建立電連接；和在硅基材的遠(yuǎn)面處形成腔室。
8.權(quán)利要求7的氣體流量計(jì)的制造方法，其中熱處理退火是在550℃或更高和900℃或更低下的熱處理。
9.權(quán)利要求7的氣體流量計(jì)的制造方法，其中在其中氫氣包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，在至少包含氫氣的氣氛中施加熱處理退火。
10.權(quán)利要求7的氣體流量計(jì)的制造方法，其中在其中氫氣不包含在待測(cè)量的氣體中的情況下，在包含惰性氣體的氣氛中施加熱處理退火。
11.一種氣體流量計(jì)的制造方法，該氣體流量計(jì)包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和通過(guò)絕緣膜在半導(dǎo)體基材腔室以上形成的至少熱元件，以測(cè)量待測(cè)量氣體的流量；其中半導(dǎo)體基材是硅半導(dǎo)體基材，和該方法包括如下步驟在硅半導(dǎo)體基材表面上堆疊第一二氧化硅膜，作為較少滲透和吸收氫氣的第一屏蔽層的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜，和第二二氧化硅膜；在第二二氧化硅膜上形成硅半導(dǎo)體薄膜；通過(guò)熱擴(kuò)散施加雜質(zhì)摻雜到硅半導(dǎo)體薄膜上以在高濃度下施加磷(P)的摻雜，使得電阻率為8×10-4cm或更?。粚⒐璋雽?dǎo)體薄膜成圖案以形成至少用于熱元件的圖案；進(jìn)一步在熱元件上堆疊第三二氧化硅膜，作為較少滲透和吸收氫氣的第二屏蔽層的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si3N4)薄膜，和第四二氧化硅膜，和采用較少滲透氫氣的第一和第二屏蔽層包圍熱元件上；在至少包含氫氣的氣體氣氛中或在惰性氣體氣氛中，在550℃或更高和900℃或更低的溫度下，將熱處理退火施加到熱元件上；在第二二氧化硅膜，第二屏蔽層和第四二氧化硅膜中形成通孔之后形成電極膜，以在熱元件和外部電路之間建立電連接；和在硅基材的遠(yuǎn)面中形成腔室。
全文摘要
一種能夠降低時(shí)效變化的氣體流量計(jì)，包括形成的含有腔室的半導(dǎo)體基材和在半導(dǎo)體基材腔室以上通過(guò)絕緣膜形成的熱元件。該熱元件是在高濃度下雜質(zhì)摻雜的硅(Si)半導(dǎo)體薄膜。在硅(Si)半導(dǎo)體薄膜以上和以下形成作為屏蔽層的化學(xué)計(jì)量穩(wěn)定的氮化硅(Si
文檔編號(hào)G01F1/692GK1447098SQ02147069
公開(kāi)日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2002年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者山田雅通, 堀江潤(rùn)一, 渡邊泉, 中田圭一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立制作所, 株式會(huì)社日立汽車(chē)工程