JP3468731B2 - 熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置 - Google Patents
熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置Info
- Publication number
- JP3468731B2 JP3468731B2 JP2000010103A JP2000010103A JP3468731B2 JP 3468731 B2 JP3468731 B2 JP 3468731B2 JP 2000010103 A JP2000010103 A JP 2000010103A JP 2000010103 A JP2000010103 A JP 2000010103A JP 3468731 B2 JP3468731 B2 JP 3468731B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- silicon
- air flow
- thin film
- temperature
- semiconductor thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
- G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
- G01F1/692—Thin-film arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6845—Micromachined devices
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/696—Circuits therefor, e.g. constant-current flow meters
- G01F1/698—Feedback or rebalancing circuits, e.g. self heated constant temperature flowmeters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱式空気流量セン
サ及び検出素子に係り、特に内燃機関の吸入空気量を測
定するのに好適な熱式空気流量センサに関する。
サ及び検出素子に係り、特に内燃機関の吸入空気量を測
定するのに好適な熱式空気流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より自動車などの内燃機関の電子制
御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流
量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知で
きることから主流となってきている。この中で特に、半
導体マイクロマシニング技術により製造された空気流量
センサが、コストが低減でき且つ低電力で駆動すること
ができることから注目されてきた。
御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流
量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知で
きることから主流となってきている。この中で特に、半
導体マイクロマシニング技術により製造された空気流量
センサが、コストが低減でき且つ低電力で駆動すること
ができることから注目されてきた。
【０００３】このような従来の半導体基板を用いた熱式
空気流量センサとしては、例えば、特許公報第2880651
号公報および特開平11−83580号公報に開示されてい
る。
空気流量センサとしては、例えば、特許公報第2880651
号公報および特開平11−83580号公報に開示されてい
る。
【０００４】特許公報第2880651 号公報に記載の技術で
は、発熱抵抗体として耐熱性および材料コストの利点か
ら多結晶ケイ素（ポリシリコン）が使用されているが、
吸入空気量の測定に際して、空気温度の温度依存に関し
て考慮されておらず流量計測精度が十分でないこと、ま
た、発熱抵抗体を支持する電気絶縁膜の機械強度等に問
題があった。
は、発熱抵抗体として耐熱性および材料コストの利点か
ら多結晶ケイ素（ポリシリコン）が使用されているが、
吸入空気量の測定に際して、空気温度の温度依存に関し
て考慮されておらず流量計測精度が十分でないこと、ま
た、発熱抵抗体を支持する電気絶縁膜の機械強度等に問
題があった。
【０００５】また、特開平11−83580 号公報に記載の技
術では、発熱抵抗体の他に空気温度測温抵抗体を多結晶
ケイ素（ポリシリコン）で構成し、空気温度の温度依存
に考慮しているが、発熱抵抗体および測温抵抗体を夫々
不純物濃度の異なったを多結晶ケイ素（ポリシリコン）
で構成しているために製造プロセスが複雑となりコスト
が高いという問題があった。
術では、発熱抵抗体の他に空気温度測温抵抗体を多結晶
ケイ素（ポリシリコン）で構成し、空気温度の温度依存
に考慮しているが、発熱抵抗体および測温抵抗体を夫々
不純物濃度の異なったを多結晶ケイ素（ポリシリコン）
で構成しているために製造プロセスが複雑となりコスト
が高いという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来技術には次のよう
な課題がある。特許公報第2880651 号公報においては、
半導体基板上に電気絶縁膜を介して発熱抵抗体として多
結晶ケイ素（ポリシリコン）が使用されているが、空気
温度を検出する為の空気温度測温抵抗体が形成されてい
ない為に空気温度が変化した場合に被測定空気の流量に
対応した出力が誤差を持つという問題がある。
な課題がある。特許公報第2880651 号公報においては、
半導体基板上に電気絶縁膜を介して発熱抵抗体として多
結晶ケイ素（ポリシリコン）が使用されているが、空気
温度を検出する為の空気温度測温抵抗体が形成されてい
ない為に空気温度が変化した場合に被測定空気の流量に
対応した出力が誤差を持つという問題がある。
【０００７】また、発熱抵抗体が形成された電気絶縁膜
（ダイヤフラム）は、半導体基板との熱絶縁を図り且つ
応答性を高めるために熱容量を小さくするために全厚が
数ミクロンと薄く構成され、且つ半導体基板上に構成さ
れた空洞を架橋されている。このため、発熱抵抗体が加
熱冷却を繰り返した場合また空気流が増大した場合に
は、前記電気絶縁膜に応力が多大に加わり破壊される可
能性がある。
（ダイヤフラム）は、半導体基板との熱絶縁を図り且つ
応答性を高めるために熱容量を小さくするために全厚が
数ミクロンと薄く構成され、且つ半導体基板上に構成さ
れた空洞を架橋されている。このため、発熱抵抗体が加
熱冷却を繰り返した場合また空気流が増大した場合に
は、前記電気絶縁膜に応力が多大に加わり破壊される可
能性がある。
【０００８】更には、発熱抵抗体として多結晶ケイ素
（ポリシリコン）を用い不純物ドープ処理の記載がなさ
れているが、発熱抵抗体として重要な評価項目である不
純物ドープ処理による抵抗率（ρ）および抵抗温度係数
（α）に関しての記載がなされておらず十分な性能を引
出しているとは言えない。
（ポリシリコン）を用い不純物ドープ処理の記載がなさ
れているが、発熱抵抗体として重要な評価項目である不
純物ドープ処理による抵抗率（ρ）および抵抗温度係数
（α）に関しての記載がなされておらず十分な性能を引
出しているとは言えない。
【０００９】一方、本願出願人によって先に出願された
特開平11−83580 号公報に記載の従来技術では、上記の
特許公報第2880651 号公報の空気温度が変化した場合に
被測定空気の流量に対応した出力が誤差を持つという問
題に関しては、空気温度を検出する為の空気温度測温抵
抗体を新たに設けることにより解決した。更に、電気絶
縁膜（ダイヤフラム）は半導体基板の空洞上全面を電機
絶縁膜で覆う構成とした事により機械強度が大幅に改善
された。
特開平11−83580 号公報に記載の従来技術では、上記の
特許公報第2880651 号公報の空気温度が変化した場合に
被測定空気の流量に対応した出力が誤差を持つという問
題に関しては、空気温度を検出する為の空気温度測温抵
抗体を新たに設けることにより解決した。更に、電気絶
縁膜（ダイヤフラム）は半導体基板の空洞上全面を電機
絶縁膜で覆う構成とした事により機械強度が大幅に改善
された。
【００１０】しかしながら、先願の特開平11−83580 号
公報では、多結晶ケイ素（ポリシリコン）の不純物ドー
プ処理による抵抗率（ρ）および抵抗温度係数（α）に
関しての検討は十分でなく、特に高濃度の不純物ドープ
領域に関しての検討が不足しており結果として、発熱抵
抗体および測温抵抗体を夫々不純物濃度の異なったを多
結晶ケイ素（ポリシリコン）で構成することとなった為
に製造プロセスが複雑となりコストが高いという問題が
あった。
公報では、多結晶ケイ素（ポリシリコン）の不純物ドー
プ処理による抵抗率（ρ）および抵抗温度係数（α）に
関しての検討は十分でなく、特に高濃度の不純物ドープ
領域に関しての検討が不足しており結果として、発熱抵
抗体および測温抵抗体を夫々不純物濃度の異なったを多
結晶ケイ素（ポリシリコン）で構成することとなった為
に製造プロセスが複雑となりコストが高いという問題が
あった。
【００１１】本発明の目的は、製造が簡単で、特性の良
い熱式空気流量センサおよび素子を提供することにあ
る。
い熱式空気流量センサおよび素子を提供することにあ
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
上に電気絶縁膜を介して少なくとも発熱抵抗体及び測温
抵抗体を形成して空気流量を計測する熱式空気流量セン
サにおいて、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ
処理して前記発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し、且つ
前記不純物ドープ処理されたケイ素(Ｓｉ）半導体薄膜
の抵抗率(ρ）が８×１０ -4 Ωcm以下であることにより
達成される。
上に電気絶縁膜を介して少なくとも発熱抵抗体及び測温
抵抗体を形成して空気流量を計測する熱式空気流量セン
サにおいて、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ
処理して前記発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し、且つ
前記不純物ドープ処理されたケイ素(Ｓｉ）半導体薄膜
の抵抗率(ρ）が８×１０ -4 Ωcm以下であることにより
達成される。
【００１３】また、上記目的は、半導体基板上に電気絶
縁膜を介して少なくとも発熱抵抗体及び測温抵抗体が形
成され、熱式空気流量センサに用いられる素子であっ
て、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ処理して
前記発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し、且つ前記不純
物ドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜の抵抗率
（ρ）が８×１０ -4 Ωcm以下であることによって達成さ
せる。
縁膜を介して少なくとも発熱抵抗体及び測温抵抗体が形
成され、熱式空気流量センサに用いられる素子であっ
て、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ処理して
前記発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し、且つ前記不純
物ドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜の抵抗率
（ρ）が８×１０ -4 Ωcm以下であることによって達成さ
せる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について、
図面を参照して説明する。
図面を参照して説明する。
【００１９】図１は、本発明の第一の実施例である熱式
空気流量センサ素子１を示す平面図、図２は、図１の測
定素子１のＡ−Ａ′断面図である。
空気流量センサ素子１を示す平面図、図２は、図１の測
定素子１のＡ−Ａ′断面図である。
【００２０】図１，図２において、素子１は、シリコン
等の半導体基板２，電気絶縁膜１２（１２ａ，１２ｂ）
により構成されたダイヤフラム７，電気絶縁膜１２ａ上
に形成された上流側発熱抵抗体４ａと下流側発熱抵抗体
４ｂ，発熱抵抗体の温度を検知するための測温抵抗体
５，基板２の先端部に形成された空気温度を計測する為
の空気温度測温抵抗体６，素子１の信号を外部回路と接
続するための端子電極１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ），各抵抗体と端子電
極１０を接続するための配線接続部９（９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ）、各抵抗体を保護するた
めの電気絶縁膜１２ｂよりなる。ここで、各抵抗体４
ａ，４ｂ，５，６は不純物ドープ処理されたケイ素（Ｓ
ｉ）半導体薄膜よりなり、前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄
膜の抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下になるように高
濃度ドープ処理で形成されている。
等の半導体基板２，電気絶縁膜１２（１２ａ，１２ｂ）
により構成されたダイヤフラム７，電気絶縁膜１２ａ上
に形成された上流側発熱抵抗体４ａと下流側発熱抵抗体
４ｂ，発熱抵抗体の温度を検知するための測温抵抗体
５，基板２の先端部に形成された空気温度を計測する為
の空気温度測温抵抗体６，素子１の信号を外部回路と接
続するための端子電極１０（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，
１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ），各抵抗体と端子電
極１０を接続するための配線接続部９（９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ）、各抵抗体を保護するた
めの電気絶縁膜１２ｂよりなる。ここで、各抵抗体４
ａ，４ｂ，５，６は不純物ドープ処理されたケイ素（Ｓ
ｉ）半導体薄膜よりなり、前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄
膜の抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下になるように高
濃度ドープ処理で形成されている。
【００２１】本発明の実施例である熱式空気流量センサ
は、以下の様な動作を行う。
は、以下の様な動作を行う。
【００２２】一対の上下流側発熱抵抗体４ａ，４ｂは、
電気的に直列接続されており、接続点（中間タップ）Ｄ
は引出電極９ｆにより端子電極１０ｆに接続されてい
る。空洞８により熱絶縁された電気絶縁膜１２ａ上に形
成された前記一対の発熱抵抗体４ａ，４ｂには、発熱抵
抗体４ａ，４ｂの温度を検出する測温抵抗体５の温度が
空気流１１の温度を示す空気温度測温抵抗体６の温度よ
り一定温度高くなるように、加熱（傍熱）電流が流され
ている。
電気的に直列接続されており、接続点（中間タップ）Ｄ
は引出電極９ｆにより端子電極１０ｆに接続されてい
る。空洞８により熱絶縁された電気絶縁膜１２ａ上に形
成された前記一対の発熱抵抗体４ａ，４ｂには、発熱抵
抗体４ａ，４ｂの温度を検出する測温抵抗体５の温度が
空気流１１の温度を示す空気温度測温抵抗体６の温度よ
り一定温度高くなるように、加熱（傍熱）電流が流され
ている。
【００２３】空気流１１の方向は、測温抵抗体５に対し
て対称に形成された発熱抵抗体４ａおよび４ｂの温度
（抵抗値）を比較することにより検知される。つまり、
発熱抵抗体４ａ，４ｂは、空気流が零のときは測温抵抗
体５の温度とほぼ同じ温度を示し、温度差が生じない。
一方、図１の空気流１１の方向（順流）ではおもに上流
側に配置された発熱抵抗体４ａの方が下流側に配置され
た発熱抵抗体４ｂより空気流１１による冷却効果が大き
いこと、また、発熱抵抗体４ａ，４ｂは直列接続であり
同じ加熱電流が流れていることから発熱量はほぼ一定で
あることから、上流側の発熱抵抗体４ａの温度が発熱抵
抗体４ｂの温度より低い値となる。また、空気流１１が
図１の方向と反対（逆流）のときには、今度は下流側発
熱抵抗体４ｂの温度の方が上流側発熱抵抗体４ａの温度
より低くなる。このように、発熱抵抗体４ａ，４ｂの温
度（抵抗値）を比較することにより空気流１１の方向が
検知できる。
て対称に形成された発熱抵抗体４ａおよび４ｂの温度
（抵抗値）を比較することにより検知される。つまり、
発熱抵抗体４ａ，４ｂは、空気流が零のときは測温抵抗
体５の温度とほぼ同じ温度を示し、温度差が生じない。
一方、図１の空気流１１の方向（順流）ではおもに上流
側に配置された発熱抵抗体４ａの方が下流側に配置され
た発熱抵抗体４ｂより空気流１１による冷却効果が大き
いこと、また、発熱抵抗体４ａ，４ｂは直列接続であり
同じ加熱電流が流れていることから発熱量はほぼ一定で
あることから、上流側の発熱抵抗体４ａの温度が発熱抵
抗体４ｂの温度より低い値となる。また、空気流１１が
図１の方向と反対（逆流）のときには、今度は下流側発
熱抵抗体４ｂの温度の方が上流側発熱抵抗体４ａの温度
より低くなる。このように、発熱抵抗体４ａ，４ｂの温
度（抵抗値）を比較することにより空気流１１の方向が
検知できる。
【００２４】一方、空気流量の計測は、測温抵抗体５を
空気温度測温抵抗体６より一定温度高く制御するため
に、発熱抵抗体４ａ，４ｂに流す加熱（傍熱）電流値よ
り計測する。この様に、本実施例では空気流の方向と流
量の検出が可能となっている。図３は、図１の素子１を
実装した熱式空気流量センサの実施例を示す断面図であ
る。例えば、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装した
熱式空気流量センサの実施例を示す断面図である。熱式
空気流量センサは、図のように、素子１と支持体１９と
外部回路２０とを含み構成される。そして吸気通路１７
の内部にある副通路１８に素子１が配置される。外部回
路２０は支持体１９を介して測定素子１の端子電極１０
に電気的に接続されている。ここで、通常吸入空気は１
１で示された方向に流れており、ある内燃機関の条件に
よって１１とは逆の方向（逆流）に吸入空気が流れる。
空気温度測温抵抗体６より一定温度高く制御するため
に、発熱抵抗体４ａ，４ｂに流す加熱（傍熱）電流値よ
り計測する。この様に、本実施例では空気流の方向と流
量の検出が可能となっている。図３は、図１の素子１を
実装した熱式空気流量センサの実施例を示す断面図であ
る。例えば、自動車等の内燃機関の吸気通路に実装した
熱式空気流量センサの実施例を示す断面図である。熱式
空気流量センサは、図のように、素子１と支持体１９と
外部回路２０とを含み構成される。そして吸気通路１７
の内部にある副通路１８に素子１が配置される。外部回
路２０は支持体１９を介して測定素子１の端子電極１０
に電気的に接続されている。ここで、通常吸入空気は１
１で示された方向に流れており、ある内燃機関の条件に
よって１１とは逆の方向（逆流）に吸入空気が流れる。
【００２５】図４は、図３の素子１および支持体１９の
拡大図である。図４に見るように、素子１は、支持体１
９上に固定され、更に、アルミナ等の電気絶縁基板上に
端子電極２１および信号処理回路が形成された外部回路
２０が、同じく支持体１９上に固定される。この素子１
と外部回路２０は、端子電極１０および２１間を金線２
２等でワイヤボンディングにより電気的に接続された
後、前記の金線２２，電極端子１０，２１や外部回路２
０を保護するために上側から支持体１９（図示せず）に
より密封保護される。
拡大図である。図４に見るように、素子１は、支持体１
９上に固定され、更に、アルミナ等の電気絶縁基板上に
端子電極２１および信号処理回路が形成された外部回路
２０が、同じく支持体１９上に固定される。この素子１
と外部回路２０は、端子電極１０および２１間を金線２
２等でワイヤボンディングにより電気的に接続された
後、前記の金線２２，電極端子１０，２１や外部回路２
０を保護するために上側から支持体１９（図示せず）に
より密封保護される。
【００２６】次に、図５を参照し、本発明の実施例の回
路動作について説明する。図５は、図１の素子１の抵抗
体４ａ，４ｂ，５，６と信号処理のための外部回路２０
を示したものである。図中、２３は電源、２４は発熱抵
抗体４ａ，４ｂに加熱(傍熱)電流を流すためのトランジ
スタ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃは抵抗、２６はＡ／Ｄ変
換器等を含む入力回路とＤ／Ａ変換器等を含む出力回路
と演算処理等を行うＣＰＵからなる制御回路、２７はメ
モリ回路である。
路動作について説明する。図５は、図１の素子１の抵抗
体４ａ，４ｂ，５，６と信号処理のための外部回路２０
を示したものである。図中、２３は電源、２４は発熱抵
抗体４ａ，４ｂに加熱(傍熱)電流を流すためのトランジ
スタ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃは抵抗、２６はＡ／Ｄ変
換器等を含む入力回路とＤ／Ａ変換器等を含む出力回路
と演算処理等を行うＣＰＵからなる制御回路、２７はメ
モリ回路である。
【００２７】ここで、測温抵抗体５，空気温度測温抵抗
体６，抵抗２５ｂ，２５ｃよりなるブリッジ回路の端子
Ｆ，Ｇの電圧が制御回路２６に入力され、加熱抵抗体４
ａ，４ｂにより傍熱された測温抵抗体５の温度（Ｔｈ）
が空気温度に対応する空気温度測温抵抗体６の温度（Ｔ
ａ）よりある一定値（例えばΔＴｈ＝１５０℃）高くな
るよう各抵抗値が設定され制御回路２６により制御され
る。測温抵抗体５の温度が設定値より低い場合には、制
御回路２６の出力によりトランジスタ２４がオンし発熱
抵抗体４ａ，４ｂに加熱電流が流れ、設定温度より高く
なるとトランジスタ２４がオフするように制御し設定値
に一定になるよう制御される。このときの発熱抵抗体４
ａ，４ｂに流す加熱電流値（抵抗２５ａの電位Ｅに対
応）が空気流量（Ｑ）となる。
体６，抵抗２５ｂ，２５ｃよりなるブリッジ回路の端子
Ｆ，Ｇの電圧が制御回路２６に入力され、加熱抵抗体４
ａ，４ｂにより傍熱された測温抵抗体５の温度（Ｔｈ）
が空気温度に対応する空気温度測温抵抗体６の温度（Ｔ
ａ）よりある一定値（例えばΔＴｈ＝１５０℃）高くな
るよう各抵抗値が設定され制御回路２６により制御され
る。測温抵抗体５の温度が設定値より低い場合には、制
御回路２６の出力によりトランジスタ２４がオンし発熱
抵抗体４ａ，４ｂに加熱電流が流れ、設定温度より高く
なるとトランジスタ２４がオフするように制御し設定値
に一定になるよう制御される。このときの発熱抵抗体４
ａ，４ｂに流す加熱電流値（抵抗２５ａの電位Ｅに対
応）が空気流量（Ｑ）となる。
【００２８】一方、空気流の方向は、発熱抵抗体４ａ，
４ｂの温度差より検出する。前記したように測温抵抗体
５はある一定の基準温度（Ｔｈ＝Ｔａ＋ΔＴｈ）に設定
されている。発熱抵抗体４ａ，４ｂは直列接続されてお
り同じ加熱電流が流れる構成であることから、空気流が
順流の場合には、上流側の発熱抵抗体４ａがより空気流
により熱を奪われることから温度が低くなる。一方、空
気流が逆流の場合には、今度は逆に発熱抵抗体４ｂの温
度が低くなる。つまり、発熱抵抗体４ａ，４ｂの温度
（抵抗値）を比較することにより、空気流の方向が検知
できる。
４ｂの温度差より検出する。前記したように測温抵抗体
５はある一定の基準温度（Ｔｈ＝Ｔａ＋ΔＴｈ）に設定
されている。発熱抵抗体４ａ，４ｂは直列接続されてお
り同じ加熱電流が流れる構成であることから、空気流が
順流の場合には、上流側の発熱抵抗体４ａがより空気流
により熱を奪われることから温度が低くなる。一方、空
気流が逆流の場合には、今度は逆に発熱抵抗体４ｂの温
度が低くなる。つまり、発熱抵抗体４ａ，４ｂの温度
（抵抗値）を比較することにより、空気流の方向が検知
できる。
【００２９】図５の回路では、発熱抵抗体４ａ，４ｂの
温度（抵抗値）の比較を、直列接続された各抵抗体の両
端の電位により行う。上流側の発熱抵抗体４ａの温度に
対応するのは図５のＣ，Ｄ点間の電位差であり、下流側
の発熱抵抗体４ｂの温度に対応するのはＤ，Ｅ間の電位
差である。従って、前記のＣ，Ｄ，Ｅ点の電位を制御回
路２６に入力することにより各発熱抵抗体に対応する電
位差から空気流の方向が検知される。
温度（抵抗値）の比較を、直列接続された各抵抗体の両
端の電位により行う。上流側の発熱抵抗体４ａの温度に
対応するのは図５のＣ，Ｄ点間の電位差であり、下流側
の発熱抵抗体４ｂの温度に対応するのはＤ，Ｅ間の電位
差である。従って、前記のＣ，Ｄ，Ｅ点の電位を制御回
路２６に入力することにより各発熱抵抗体に対応する電
位差から空気流の方向が検知される。
【００３０】上記のように空気温度測温抵抗体６および
測温抵抗体５を追加して構成することにより、従来例
（特許公報第2880651 号公報）の熱式空気流量センサで
は発熱抵抗体のみで構成されていたのに対して空気温度
が変化したとしても影響を受けず空気流の方向をも検知
する高精度の流量検出が可能となる。
測温抵抗体５を追加して構成することにより、従来例
（特許公報第2880651 号公報）の熱式空気流量センサで
は発熱抵抗体のみで構成されていたのに対して空気温度
が変化したとしても影響を受けず空気流の方向をも検知
する高精度の流量検出が可能となる。
【００３１】次に、本実施例の熱式空気流量センサ素子
製造工程の具体例について、図６を参照して説明する。
製造工程の具体例について、図６を参照して説明する。
【００３２】図６（ａ）にて、シリコン半導体基板２の
上下面に熱酸化処理により二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層
１２ａ，１５を約０.５ミクロン厚に形成する。ここ
で、シリコン半導体基板２の上面形成した電気絶縁膜１
２ａとしては、前記の二酸化ケイ素以外の構成材でも可
能である。例えば、機械強度が高く熱膨張係数がシリコ
ン半導体基板２より若干大きく引張り残留応力を有する
窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）を用いても、或いは熱膨張係数
がシリコン半導体基板２の１／１０で圧縮の残留応力を
有する二酸化ケイ素と熱膨張係数がシリコン半導体基板
２より若干大きい窒化ケイ素の多層構成とし、熱膨張係
数および残留応力のマッチングを図った構成とすること
により、温度変化によるシリコン半導体基板２と電気絶
縁膜１２ａ間の熱応力および残留応力による撓みが低減
でき強度向上が図られる。
上下面に熱酸化処理により二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層
１２ａ，１５を約０.５ミクロン厚に形成する。ここ
で、シリコン半導体基板２の上面形成した電気絶縁膜１
２ａとしては、前記の二酸化ケイ素以外の構成材でも可
能である。例えば、機械強度が高く熱膨張係数がシリコ
ン半導体基板２より若干大きく引張り残留応力を有する
窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）を用いても、或いは熱膨張係数
がシリコン半導体基板２の１／１０で圧縮の残留応力を
有する二酸化ケイ素と熱膨張係数がシリコン半導体基板
２より若干大きい窒化ケイ素の多層構成とし、熱膨張係
数および残留応力のマッチングを図った構成とすること
により、温度変化によるシリコン半導体基板２と電気絶
縁膜１２ａ間の熱応力および残留応力による撓みが低減
でき強度向上が図られる。
【００３３】また、ダイヤフラムを構成し上記の電気絶
縁膜１２ａの上層に形成する電気絶縁膜１２ｂにも同様
の膜構成とし、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３の上下方
向に対して対称な膜構成とすることにより更に熱応力お
よび残留応力による撓みが低減でき強度向上が図られ
る。
縁膜１２ａの上層に形成する電気絶縁膜１２ｂにも同様
の膜構成とし、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３の上下方
向に対して対称な膜構成とすることにより更に熱応力お
よび残留応力による撓みが低減でき強度向上が図られ
る。
【００３４】次に（ｂ）にて、電気絶縁膜１２ａ上に発
熱抵抗体４ａ，４ｂと測温抵抗体５，６として非晶質ケ
イ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３を約１ミクロンの厚さでＣ
ＶＤ等の方法で形成する。ここで、非晶質ケイ素（Ｓ
ｉ）半導体薄膜は、プラズマを用いたＬＰＣＶＤあるい
は電子サイクロトロン共鳴を用いたＥＣＲ−ＰＣＶＤ，
マイクロ波を用いたＣＶＤ等の方法にて形成する。薄膜
の形成温度を６００℃以下に制御することにより非晶質
ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を得ることができる。次に、
形成した非晶質ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３に熱拡散
処理にて不純物ドープ処理を行う。リンガラス（ＰＯＣ
ｌ3 ）を非晶質ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３表面に形
成し１０５０℃，３０分以上の熱処理を行い、抵抗率
（ρ）が８×１０-4Ωcm以下となるリン（Ｐ）が高濃度
ドープ処理された多結晶化したケイ素（Ｓｉ）半導体薄
膜１３が形成される。
熱抵抗体４ａ，４ｂと測温抵抗体５，６として非晶質ケ
イ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３を約１ミクロンの厚さでＣ
ＶＤ等の方法で形成する。ここで、非晶質ケイ素（Ｓ
ｉ）半導体薄膜は、プラズマを用いたＬＰＣＶＤあるい
は電子サイクロトロン共鳴を用いたＥＣＲ−ＰＣＶＤ，
マイクロ波を用いたＣＶＤ等の方法にて形成する。薄膜
の形成温度を６００℃以下に制御することにより非晶質
ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を得ることができる。次に、
形成した非晶質ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３に熱拡散
処理にて不純物ドープ処理を行う。リンガラス（ＰＯＣ
ｌ3 ）を非晶質ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３表面に形
成し１０５０℃，３０分以上の熱処理を行い、抵抗率
（ρ）が８×１０-4Ωcm以下となるリン（Ｐ）が高濃度
ドープ処理された多結晶化したケイ素（Ｓｉ）半導体薄
膜１３が形成される。
【００３５】ここでは、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜１３
として非晶質膜を形成した後熱拡散工程にて多結晶化し
たが、この工程の方が、先に多結晶膜を形成して熱拡散
した場合に比較して、よりリン（Ｐ）の高濃度ドープ処
理が可能となり抵抗率（ρ）の低減が図れるとともに抵
抗温度係数（α）が大きくなり抵抗体として適切な材料
特性となる。
として非晶質膜を形成した後熱拡散工程にて多結晶化し
たが、この工程の方が、先に多結晶膜を形成して熱拡散
した場合に比較して、よりリン（Ｐ）の高濃度ドープ処
理が可能となり抵抗率（ρ）の低減が図れるとともに抵
抗温度係数（α）が大きくなり抵抗体として適切な材料
特性となる。
【００３６】次に（ｃ）にて、公知のホトリソグラフィ
技術によりレジストを所定の形状に形成した後反応性イ
オンエッチング等の方法により半導体薄膜１３をパター
ニングし、発熱抵抗体４ａ，４ｂ，測温抵抗体５，空気
温度測温抵抗体６(図示せず)を形成する。その後、図示
していないが端子電極１０(１０ａ，１０ｂ，１０ｃ,１
０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ），各抵抗体と端子電極
１０を接続するための配線接続部９（９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ）が、アルミニウム，金等
で形成される。
技術によりレジストを所定の形状に形成した後反応性イ
オンエッチング等の方法により半導体薄膜１３をパター
ニングし、発熱抵抗体４ａ，４ｂ，測温抵抗体５，空気
温度測温抵抗体６(図示せず)を形成する。その後、図示
していないが端子電極１０(１０ａ，１０ｂ，１０ｃ,１
０ｄ，１０ｅ，１０ｆ，１０ｇ），各抵抗体と端子電極
１０を接続するための配線接続部９（９ａ，９ｂ，９
ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ）が、アルミニウム，金等
で形成される。
【００３７】（ｄ）では、端子電極１０以外の部分を保
護する為に電気絶縁膜１２ｂを先の電気絶縁膜１２ａと
同様に約０.５ ミクロンの厚さに形成する。次に、シリ
コン半導体基板２に空洞８を形成する為に、エッチング
のマスク材１５を所定の形状にパターニングし半導体基
板２のエッチング部のみを露出させる。マスク材１５と
しては二酸化ケイ素あるいはよりエッチング選択比の高
い窒化ケイ素等が用いられる。
護する為に電気絶縁膜１２ｂを先の電気絶縁膜１２ａと
同様に約０.５ ミクロンの厚さに形成する。次に、シリ
コン半導体基板２に空洞８を形成する為に、エッチング
のマスク材１５を所定の形状にパターニングし半導体基
板２のエッチング部のみを露出させる。マスク材１５と
しては二酸化ケイ素あるいはよりエッチング選択比の高
い窒化ケイ素等が用いられる。
【００３８】（ｅ）では、最後に、シリコン半導体基板
２の裏面より二酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素等をマス
ク材１５として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチ
ング液を用いて異方性エッチングすることにより空洞８
を形成する。
２の裏面より二酸化ケイ素あるいは窒化ケイ素等をマス
ク材１５として、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のエッチ
ング液を用いて異方性エッチングすることにより空洞８
を形成する。
【００３９】上記実施例の不純物はＰ（燐）としたが、
同じくｎ形の不純物としてはＮ（窒素），Ｓｂ（アンチ
モン），Ａｓ（ヒ素）あるいはｐ形の不純物としてはＡ
ｌ（アルミニウム），Ｂ（ボロン）等を用いても良い
が、高濃度に不純物ドープするには高温度にて固溶度の
大きいＰ（燐）が最適である。
同じくｎ形の不純物としてはＮ（窒素），Ｓｂ（アンチ
モン），Ａｓ（ヒ素）あるいはｐ形の不純物としてはＡ
ｌ（アルミニウム），Ｂ（ボロン）等を用いても良い
が、高濃度に不純物ドープするには高温度にて固溶度の
大きいＰ（燐）が最適である。
【００４０】また、上記実施例では、ケイ素（Ｓｉ）半
導体薄膜１３として非晶質膜を熱拡散工程にて多結晶化
した例を示したが、ＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基
板を用いて単結晶を適用しても同様の効果が得られる。
導体薄膜１３として非晶質膜を熱拡散工程にて多結晶化
した例を示したが、ＳＯＩ（Silicon-on-Insulator）基
板を用いて単結晶を適用しても同様の効果が得られる。
【００４１】上記の様に構成したことにより、発熱抵抗
体４ａ，４ｂおよび測温抵抗体５が形成された空洞８上
のダイヤフラム７は、従来例（特許公報第2880651 号公
報）と比較して、空洞８上を全面覆う構成となっている
為に、発熱抵抗体が加熱冷却を繰り返した場合また空気
流が増大した場合における応力が多大に加わった場合に
おいても機械強度が十分保てる。
体４ａ，４ｂおよび測温抵抗体５が形成された空洞８上
のダイヤフラム７は、従来例（特許公報第2880651 号公
報）と比較して、空洞８上を全面覆う構成となっている
為に、発熱抵抗体が加熱冷却を繰り返した場合また空気
流が増大した場合における応力が多大に加わった場合に
おいても機械強度が十分保てる。
【００４２】また、発熱抵抗体４ａ，４ｂ及び測温抵抗
体５，６をドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜
で構成し、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下となるリ
ン（Ｐ）が高濃度ドープ処理したことにより、測温抵抗
体５，６の抵抗温度係数（α）を比較的大きく保つこと
ができ、測温感度の向上が図られる。更に、上記の発熱
抵抗体４ａ，４ｂと測温抵抗体５，６を、同一不純物濃
度のケイ素(Ｓｉ)半導体薄膜で構成したことにより、一
括して同時にケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を形成できるの
で先願の特開平11−83580 号公報に比較して製造プロセ
スが簡略化され低コストな熱式空気流量センサが提供で
きる。
体５，６をドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜
で構成し、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下となるリ
ン（Ｐ）が高濃度ドープ処理したことにより、測温抵抗
体５，６の抵抗温度係数（α）を比較的大きく保つこと
ができ、測温感度の向上が図られる。更に、上記の発熱
抵抗体４ａ，４ｂと測温抵抗体５，６を、同一不純物濃
度のケイ素(Ｓｉ)半導体薄膜で構成したことにより、一
括して同時にケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を形成できるの
で先願の特開平11−83580 号公報に比較して製造プロセ
スが簡略化され低コストな熱式空気流量センサが提供で
きる。
【００４３】図７は、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜の抵抗
率（ρ）と不純物濃度の関係を、図８は、同じく抵抗温
度係数（α）と抵抗率（ρ）の関係を、また、図９は、
ピエゾ抵抗係数（π）と抵抗率（ρ）の関係を示したも
のである。
率（ρ）と不純物濃度の関係を、図８は、同じく抵抗温
度係数（α）と抵抗率（ρ）の関係を、また、図９は、
ピエゾ抵抗係数（π）と抵抗率（ρ）の関係を示したも
のである。
【００４４】先願の特開平11−83580 号公報では、図７
及び図８に示す不純物濃度が３×１０19（cm-3）以下の
領域２９を発熱抵抗体４ａ，４ｂに適用し、不純物濃度
が３×１０19（cm-3）以上の領域３０を測温抵抗体５に
適用していた。その根拠は図８に示したケイ素（Ｓｉ）
半導体薄膜の抵抗温度係数（α）と抵抗率（ρ）の関係
が高濃度ドープの領域にて破線３３で示される関係があ
るものとしていた為である。
及び図８に示す不純物濃度が３×１０19（cm-3）以下の
領域２９を発熱抵抗体４ａ，４ｂに適用し、不純物濃度
が３×１０19（cm-3）以上の領域３０を測温抵抗体５に
適用していた。その根拠は図８に示したケイ素（Ｓｉ）
半導体薄膜の抵抗温度係数（α）と抵抗率（ρ）の関係
が高濃度ドープの領域にて破線３３で示される関係があ
るものとしていた為である。
【００４５】このように図８に示した破線３３の関係が
成り立つものとすると、以下のような先願の特開平11−
83580 号公報の結果となる。
成り立つものとすると、以下のような先願の特開平11−
83580 号公報の結果となる。
【００４６】ケイ素（Ｓｉ）半導体膜は一般的にサーミ
スタ的な抵抗−温度特性を示すが、温度範囲が比較的狭
く且つ不純物ドープ処理された場合には金属的な抵抗−
温度特性（１）式を示す。
スタ的な抵抗−温度特性を示すが、温度範囲が比較的狭
く且つ不純物ドープ処理された場合には金属的な抵抗−
温度特性（１）式を示す。
【００４７】
Ｒ＝Ｒ０(１＋α(Ｔ−Ｔ０)） …（１）
ここで、Ｒは温度（Ｔ）における半導体膜の抵抗値、Ｒ
０は温度（Ｔ０）における半導体膜の抵抗値、αは抵抗
温度係数である。
０は温度（Ｔ０）における半導体膜の抵抗値、αは抵抗
温度係数である。
【００４８】特に測温抵抗体５，６としては、抵抗温度
係数（α）の大きいことが温度に対しての抵抗値の変化
が大きくとれ検出感度が向上することから望まれる。従
って、図８の破線３３を仮定した場合、抵抗率（ρ）と
抵抗温度係数（α）の関係が単調増加となるので、測温
抵抗体５，６としては抵抗温度係数（α）が１０００
（×１０-6／℃）以上の領域３０（抵抗率（ρ）が３０
×１０-4Ωcm以上で不純物濃度が３×１０19（cm-3）以
下）が選択される。
係数（α）の大きいことが温度に対しての抵抗値の変化
が大きくとれ検出感度が向上することから望まれる。従
って、図８の破線３３を仮定した場合、抵抗率（ρ）と
抵抗温度係数（α）の関係が単調増加となるので、測温
抵抗体５，６としては抵抗温度係数（α）が１０００
（×１０-6／℃）以上の領域３０（抵抗率（ρ）が３０
×１０-4Ωcm以上で不純物濃度が３×１０19（cm-3）以
下）が選択される。
【００４９】一方、発熱抵抗体４ａ，４ｂとしては、前
記の測温抵抗体５，６と同じ不純物濃度領域３０では抵
抗率（ρ）が大きくなり過ぎる。所望の温度（例えば２
００℃）に発熱抵抗体４ａ，４ｂを加熱しようとする
と、発熱抵抗体４ａ，４ｂの抵抗値が大きくなり高い駆
動電圧が必要となり十分に加熱できないという問題が生
ずる。従って、発熱抵抗体４ａ，４ｂとしては、図８の
領域２９で示した不純物濃度が３×１０19（cm-3）以上
で抵抗率（ρ）が３０×１０-4Ωcm以下の領域が選択さ
れることとなる。
記の測温抵抗体５，６と同じ不純物濃度領域３０では抵
抗率（ρ）が大きくなり過ぎる。所望の温度（例えば２
００℃）に発熱抵抗体４ａ，４ｂを加熱しようとする
と、発熱抵抗体４ａ，４ｂの抵抗値が大きくなり高い駆
動電圧が必要となり十分に加熱できないという問題が生
ずる。従って、発熱抵抗体４ａ，４ｂとしては、図８の
領域２９で示した不純物濃度が３×１０19（cm-3）以上
で抵抗率（ρ）が３０×１０-4Ωcm以下の領域が選択さ
れることとなる。
【００５０】このように、先願の特開平11−83580 号公
報では、測温抵抗体５，６と発熱抵抗体４ａ，４ｂとで
は夫々異なった不純物濃度の選択となることから、製造
プロセスが複雑となりコストが高くなるという問題があ
る。
報では、測温抵抗体５，６と発熱抵抗体４ａ，４ｂとで
は夫々異なった不純物濃度の選択となることから、製造
プロセスが複雑となりコストが高くなるという問題があ
る。
【００５１】その後、図８に示した抵抗温度係数（α）
と抵抗率（ρ）の関係において、高濃度不純物濃度つま
り抵抗率（ρ）の低い領域に関して詳細に検討した結
果、実際は実線３２で示す様に抵抗率（ρ）が８×１０
-4Ωcm以下の領域で抵抗温度係数（α）が増加すること
が新たに判明した。
と抵抗率（ρ）の関係において、高濃度不純物濃度つま
り抵抗率（ρ）の低い領域に関して詳細に検討した結
果、実際は実線３２で示す様に抵抗率（ρ）が８×１０
-4Ωcm以下の領域で抵抗温度係数（α）が増加すること
が新たに判明した。
【００５２】従って、図８に示した抵抗率（ρ）が８×
１０-4Ωcm以下の領域３１では、低い抵抗率（ρ）にて
大きい抵抗温度係数（α）（１０００(×１０-6／℃)以
上）が実現できる。この結果、測温抵抗体５，６及び発
熱抵抗体４ａ，４ｂとも、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ω
cm以下の領域３１を適用することが可能となり、同一不
純物濃度のケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を一括して同時に
形成できるので先願の特開平11−83580 号公報に比較し
て製造プロセスが簡略化され低コストな熱式空気流量セ
ンサが提供できる。
１０-4Ωcm以下の領域３１では、低い抵抗率（ρ）にて
大きい抵抗温度係数（α）（１０００(×１０-6／℃)以
上）が実現できる。この結果、測温抵抗体５，６及び発
熱抵抗体４ａ，４ｂとも、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ω
cm以下の領域３１を適用することが可能となり、同一不
純物濃度のケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を一括して同時に
形成できるので先願の特開平11−83580 号公報に比較し
て製造プロセスが簡略化され低コストな熱式空気流量セ
ンサが提供できる。
【００５３】更には、図９に示したピエゾ抵抗係数
（π）と抵抗率（ρ）の関係を示した様に、不純物濃度
が高くなる（抵抗率（ρ）が小さくなる）に従いピエゾ
抵抗係数（π）は小さくなる。
（π）と抵抗率（ρ）の関係を示した様に、不純物濃度
が高くなる（抵抗率（ρ）が小さくなる）に従いピエゾ
抵抗係数（π）は小さくなる。
【００５４】ピエゾ抵抗係数（π）と抵抗変化（ΔＲ／
Ｒ）の関係は（２）式の様に記述できる。
Ｒ）の関係は（２）式の様に記述できる。
【００５５】
（ΔＲ／Ｒ）＝（π）×Δσ …（２）
ここで、Δσは抵抗体（Ｒ）に加わる応力変化である。
【００５６】熱式空気流量センサとして、抵抗体の抵抗
変化（ΔＲ／Ｒ）は（１）式に示したように温度にのみ
依存して変化すること、温度以外の抵抗変化要因である
ピエゾ抵抗係数（π）が小さいことが望まれる。ピエゾ
抵抗係数（π）が大きい場合には、抵抗体，電気絶縁膜
形成およびエッチング等の製造工程における応力が経時
変化（Δσ）し、抵抗値（Ｒ）も変化することから正確
な空気流量の計測ができなくなるからである。
変化（ΔＲ／Ｒ）は（１）式に示したように温度にのみ
依存して変化すること、温度以外の抵抗変化要因である
ピエゾ抵抗係数（π）が小さいことが望まれる。ピエゾ
抵抗係数（π）が大きい場合には、抵抗体，電気絶縁膜
形成およびエッチング等の製造工程における応力が経時
変化（Δσ）し、抵抗値（Ｒ）も変化することから正確
な空気流量の計測ができなくなるからである。
【００５７】本発明では、測温抵抗体５，６及び発熱抵
抗体４ａ，４ｂとも、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以
下の高濃度ドープ領域３１を適用することから、ピエゾ
抵抗係数（π）を小さくできることから、先願の特開平
11−83580 号公報に比較して安定した空気流量の計測が
可能となる。
抗体４ａ，４ｂとも、抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以
下の高濃度ドープ領域３１を適用することから、ピエゾ
抵抗係数（π）を小さくできることから、先願の特開平
11−83580 号公報に比較して安定した空気流量の計測が
可能となる。
【００５８】次に、本発明の第二の実施例について説明
する。図１０は、本発明の第二の実施例である熱式空気
流量センサ素子１の平面図である。図１の第一の実施例
と異なるのは、発熱抵抗体４の上下流に測温抵抗体５
ａ，５ｂを形成したことである。
する。図１０は、本発明の第二の実施例である熱式空気
流量センサ素子１の平面図である。図１の第一の実施例
と異なるのは、発熱抵抗体４の上下流に測温抵抗体５
ａ，５ｂを形成したことである。
【００５９】この様に、発熱抵抗体４の上下流に測温抵
抗体５ａ，５ｂを配置し、上下流の測温抵抗体５ａ，５
ｂの温度差から空気流量を計測する温度差検知方式の様
な場合にも、発熱抵抗体４及び測温抵抗体５ａ，５ｂの
抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下の高濃度ドープ領域
３１を適用することにより、同一不純物濃度のケイ素
（Ｓｉ）半導体薄膜を一括して同時に形成できるので製
造プロセスが簡略化され低コストな熱式空気流量センサ
が提供できる。
抗体５ａ，５ｂを配置し、上下流の測温抵抗体５ａ，５
ｂの温度差から空気流量を計測する温度差検知方式の様
な場合にも、発熱抵抗体４及び測温抵抗体５ａ，５ｂの
抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下の高濃度ドープ領域
３１を適用することにより、同一不純物濃度のケイ素
（Ｓｉ）半導体薄膜を一括して同時に形成できるので製
造プロセスが簡略化され低コストな熱式空気流量センサ
が提供できる。
【００６０】その他いかなる方式の場合においても、半
導体基板２上に発熱抵抗体および測温抵抗体で構成され
た熱式空気流量センサに対して前記した本発明が適用で
きることは自明である。
導体基板２上に発熱抵抗体および測温抵抗体で構成され
た熱式空気流量センサに対して前記した本発明が適用で
きることは自明である。
【００６１】
【発明の効果】本発明によれば、製造が簡単で、特性の
良い熱式空気流量センサおよび素子を実現することがで
きる。
良い熱式空気流量センサおよび素子を実現することがで
きる。
【図１】本発明の第一の実施例である熱式空気流量セン
サ素子１の平面を示す図である。
サ素子１の平面を示す図である。
【図２】図１の素子のＡ−Ａ′断面を示す図である。
【図３】図１の素子を実装した熱式空気流量センサの断
面を示す図である。
面を示す図である。
【図４】図３の測定素子部を拡大した図である。
【図５】抵抗体４ａ，４ｂ，５，６と外部回路２０の電
気回路を示す図である。
気回路を示す図である。
【図６】素子１の製造工程を説明する図である。
【図７】ケイ素半導体薄膜の抵抗率（ρ）と不純物濃度
の関係を示す図である。
の関係を示す図である。
【図８】ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜の抵抗温度係数
（α）と抵抗率（ρ）の関係を示す図である。
（α）と抵抗率（ρ）の関係を示す図である。
【図９】ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜のピエゾ抵抗係数
（π）と抵抗率（ρ）の関係を示す図である。
（π）と抵抗率（ρ）の関係を示す図である。
【図１０】本発明の第二の実施例である熱式空気流量セ
ンサ素子１の平面を示す図である。
ンサ素子１の平面を示す図である。
１…素子、２…半導体基板、４，４ａ，４ｂ…発熱抵抗
体、５，５ａ，５ｂ…測温抵抗体、６…空気温度測温抵
抗体、７…ダイヤフラム、１３…ケイ素(Ｓｉ)半導体薄
膜、１２ａ，１２ｂ，１５…電気絶縁膜、８…空洞、
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ…配線
接続部、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０
ｅ，１０ｆ，１０ｇ，２１…端子電極、１１…空気流、
１７…吸気主通路、１８…副通路、１９…支持体、２０
…外部回路、２２…金線、２３…電源、２４…トランジ
スタ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…抵抗、２６…制御回
路、２７…メモリ。
体、５，５ａ，５ｂ…測温抵抗体、６…空気温度測温抵
抗体、７…ダイヤフラム、１３…ケイ素(Ｓｉ)半導体薄
膜、１２ａ，１２ｂ，１５…電気絶縁膜、８…空洞、
９，９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ，９ｆ，９ｇ…配線
接続部、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０
ｅ，１０ｆ，１０ｇ，２１…端子電極、１１…空気流、
１７…吸気主通路、１８…副通路、１９…支持体、２０
…外部回路、２２…金線、２３…電源、２４…トランジ
スタ、２５ａ，２５ｂ，２５ｃ…抵抗、２６…制御回
路、２７…メモリ。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 中田 圭一
茨城県ひたちなか市大字高場2520番地
株式会社 日立製作所 自動車機器グル
ープ内
(56)参考文献 特開 平11−237266（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−83580（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−317474（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−301121（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−89374（ＪＰ，Ａ)
特許2880651（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/00 - 9/02
Claims (13)
- 【請求項１】半導体基板上に電気絶縁膜を介して少なく
とも発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成して空気流量を計
測する熱式空気流量センサにおいて、ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ処理して前記
発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し 、 且つ前記不純物ドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体
薄膜の抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下であることを
特徴とする熱式空気流量センサ。 - 【請求項２】請求項１において、 前記不純物ドープ処理として、リン（Ｐ）を前記ケイ素
（Ｓｉ）半導体薄膜にドープ処理したことを特徴とする
熱式空気流量センサ。 - 【請求項３】請求項１ないし請求項２において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、単結晶であることを
特徴とする熱式空気流量センサ。 - 【請求項４】請求項１ないし請求項２において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、非晶質構造から不純
物熱拡散工程をへて多結晶化されたことを特徴とする熱
式空気流量センサ。 - 【請求項５】請求項１ないし請求項４において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、１０５０℃以上の温
度，３０分以上の処理時間の不純物熱拡散工程をへて不
純物ドープ処理されたことを特徴とする熱式空気流量セ
ンサ。 - 【請求項６】請求項１ないし請求項５において、 前記半導体基板は、空洞部を有し、 該空洞部上に電気絶縁膜を介して少なくとも前記発熱抵
抗体を形成したことを特徴とする熱式空気流量センサ。 - 【請求項７】請求項１ないし請求項６に記載の前記熱式
空気流量センサを用いて内燃機関の吸入空気量を計測
し、燃料噴射量を制御する内燃機関制御装置。 - 【請求項８】半導体基板上に電気絶縁膜を介して少なく
とも発熱抵抗体及び測温抵抗体が形成され、 熱式空気流量センサに用いられる素子であって、 ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜を不純物ドープ処理して前記
発熱抵抗体及び測温抵抗体を形成し、 且つ前記不純物ドープ処理されたケイ素（Ｓｉ）半導体
薄膜の 抵抗率（ρ）が８×１０-4Ωcm以下であることを
特徴とする素子。 - 【請求項９】請求項８において、 前記不純物ドープ処理として、リン（Ｐ）を前記ケイ素
（Ｓｉ）半導体薄膜にドープ処理したことを特徴とする
素子。 - 【請求項１０】請求項８ないし請求項９において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、単結晶であることを
特徴とする素子。 - 【請求項１１】請求項８ないし請求項１０において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、非晶質構造から不純
物熱拡散工程をへて多結晶化されたことを特徴とする素
子。 - 【請求項１２】請求項８ないし請求項１１において、 前記ケイ素（Ｓｉ）半導体薄膜は、１０５０℃以上の温
度，３０分以上の処理時間の不純物熱拡散工程をへて不
純物ドープ処理されたことを特徴とする素子。 - 【請求項１３】請求項８ないし請求項１２において、 前記半導体基板は空洞部を有し、 前記空洞部上に電気絶縁膜を介して少なくとも前記発熱
抵抗体を形成したことを特徴とする素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010103A JP3468731B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置 |
| KR1020010001869A KR100728314B1 (ko) | 2000-01-14 | 2001-01-12 | 열식 공기유량센서, 이에 사용되는 검출소자 및 내연 기관용 제어 시스템 |
| EP01100125A EP1116939B1 (en) | 2000-01-14 | 2001-01-12 | Thermal type air flow sensor |
| DE60138323T DE60138323D1 (de) | 2000-01-14 | 2001-01-12 | Thermischer Sensor zum Messen der Luftströmung |
| US09/759,224 US6490915B2 (en) | 2000-01-14 | 2001-01-16 | Thermal type air flow sensor and control device for a vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000010103A JP3468731B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001194202A JP2001194202A (ja) | 2001-07-19 |
| JP3468731B2 true JP3468731B2 (ja) | 2003-11-17 |
Family
ID=18538154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000010103A Expired - Fee Related JP3468731B2 (ja) | 2000-01-14 | 2000-01-14 | 熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6490915B2 (ja) |
| EP (1) | EP1116939B1 (ja) |
| JP (1) | JP3468731B2 (ja) |
| KR (1) | KR100728314B1 (ja) |
| DE (1) | DE60138323D1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008007222A1 (de) | 2007-02-05 | 2008-08-07 | Denso Corp., Kariya | Halbleitervorrichtung mit Störstellen dotiertem Widerstandselement |
Families Citing this family (22)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3698679B2 (ja) | 2002-03-27 | 2005-09-21 | 株式会社日立製作所 | ガス流量計及びその製造方法 |
| JP4254263B2 (ja) | 2002-08-22 | 2009-04-15 | 日産自動車株式会社 | ガス流量測定装置及びガス流量測定方法 |
| US6983653B2 (en) * | 2002-12-13 | 2006-01-10 | Denso Corporation | Flow sensor having thin film portion and method for manufacturing the same |
| JP3718198B2 (ja) * | 2003-02-26 | 2005-11-16 | 株式会社日立製作所 | 流量センサ |
| DE10317466A1 (de) * | 2003-04-16 | 2004-12-09 | Robert Bosch Gmbh | Elektromotor |
| DE10324292B4 (de) * | 2003-05-21 | 2018-03-15 | Robert Bosch Gmbh | Messelement für einen Durchflusssensor, insbesondere einen Luftmassensensor für Brennkraftmaschinen |
| JP4975972B2 (ja) * | 2005-03-15 | 2012-07-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 物理量センサ |
| JP4839685B2 (ja) * | 2005-06-13 | 2011-12-21 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| US7755466B2 (en) | 2006-04-26 | 2010-07-13 | Honeywell International Inc. | Flip-chip flow sensor |
| JP4980665B2 (ja) * | 2006-07-10 | 2012-07-18 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 固体撮像装置 |
| JP4882732B2 (ja) * | 2006-12-22 | 2012-02-22 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| US7500392B1 (en) | 2007-10-11 | 2009-03-10 | Memsys, Inc. | Solid state microanemometer device and method of fabrication |
| US20100078753A1 (en) * | 2008-10-01 | 2010-04-01 | Flowmems, Inc. | Flow Sensor and Method of Fabrication |
| US8263426B2 (en) * | 2008-12-03 | 2012-09-11 | Electronics And Telecommunications Research Institute | High-sensitivity z-axis vibration sensor and method of fabricating the same |
| JP5276964B2 (ja) * | 2008-12-08 | 2013-08-28 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流体流量センサおよびその製造方法 |
| CN101980024B (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-02 | 东南大学 | 矩形铂金薄膜二维风速风向传感器 |
| CN101980026B (zh) * | 2010-09-29 | 2012-05-23 | 东南大学 | 圆形硅膜二维风速风向传感器 |
| JP5883740B2 (ja) * | 2012-08-01 | 2016-03-15 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式空気流量センサ |
| EP2740449B1 (en) | 2012-12-10 | 2019-01-23 | The Procter & Gamble Company | Absorbent article with high absorbent material content |
| EP2740450A1 (en) | 2012-12-10 | 2014-06-11 | The Procter & Gamble Company | Absorbent core with high superabsorbent material content |
| EP2740452B1 (en) | 2012-12-10 | 2021-11-10 | The Procter & Gamble Company | Absorbent article with high absorbent material content |
| US10107662B2 (en) | 2015-01-30 | 2018-10-23 | Honeywell International Inc. | Sensor assembly |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2728060A1 (de) * | 1977-06-22 | 1979-01-18 | Bosch Gmbh Robert | Messonde mit temperaturabhaengigem widerstand zur mengenmessung |
| US4571996A (en) * | 1984-08-10 | 1986-02-25 | Allied Corporation | Air flow sensor |
| US4930347A (en) * | 1989-05-23 | 1990-06-05 | University Of Cincinnati | Solid state microanemometer with improved sensitivity and response time |
| JPH0760107B2 (ja) * | 1989-07-11 | 1995-06-28 | 三菱電機株式会社 | 熱式流量センサの信号処理方法 |
| US5237867A (en) * | 1990-06-29 | 1993-08-24 | Siemens Automotive L.P. | Thin-film air flow sensor using temperature-biasing resistive element |
| DE4426102C2 (de) * | 1994-07-22 | 1997-07-10 | Bosch Gmbh Robert | Sensorträger für eine Vorrichtung zur Messung der Masse eines strömenden Mediums und Verfahren zum Herstellen eines Sensorträgers |
| JP2880651B2 (ja) * | 1994-08-12 | 1999-04-12 | 東京瓦斯株式会社 | 熱式マイクロフローセンサ及びその製造方法 |
| US5631417A (en) * | 1995-09-06 | 1997-05-20 | General Motors Corporation | Mass air flow sensor structure with bi-directional airflow incident on a sensing device at an angle |
| CA2248135A1 (en) * | 1996-03-08 | 1997-09-12 | Hani A. El-Husayni | Heat flow meter instruments |
| JP3333712B2 (ja) * | 1997-06-19 | 2002-10-15 | 三菱電機株式会社 | 流量検出素子およびそれを用いた流量センサ |
| JP3364115B2 (ja) * | 1997-07-03 | 2003-01-08 | 三菱電機株式会社 | 感熱式流量検出素子 |
| JPH1183580A (ja) | 1997-09-11 | 1999-03-26 | Hitachi Ltd | 熱式空気流量センサ |
| JP3355127B2 (ja) * | 1998-02-23 | 2002-12-09 | 株式会社日立製作所 | 熱式空気流量センサ |
-
2000
- 2000-01-14 JP JP2000010103A patent/JP3468731B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-01-12 KR KR1020010001869A patent/KR100728314B1/ko not_active IP Right Cessation
- 2001-01-12 DE DE60138323T patent/DE60138323D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-01-12 EP EP01100125A patent/EP1116939B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2001-01-16 US US09/759,224 patent/US6490915B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102008007222A1 (de) | 2007-02-05 | 2008-08-07 | Denso Corp., Kariya | Halbleitervorrichtung mit Störstellen dotiertem Widerstandselement |
| DE102008007222B4 (de) * | 2007-02-05 | 2014-03-13 | Denso Corporation | Halbleitervorrichtung mit Störstellen dotiertem Widerstandselement |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2001194202A (ja) | 2001-07-19 |
| KR100728314B1 (ko) | 2007-06-13 |
| EP1116939A2 (en) | 2001-07-18 |
| EP1116939B1 (en) | 2009-04-15 |
| US20010015199A1 (en) | 2001-08-23 |
| DE60138323D1 (de) | 2009-05-28 |
| EP1116939A3 (en) | 2003-08-06 |
| KR20010087155A (ko) | 2001-09-15 |
| US6490915B2 (en) | 2002-12-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP3468731B2 (ja) | 熱式空気流量センサ、素子および内燃機関制御装置 | |
| JP3698679B2 (ja) | ガス流量計及びその製造方法 | |
| JP3461469B2 (ja) | 熱式空気流量センサ及び内燃機関制御装置 | |
| CN100437043C (zh) | 物理量传感器 | |
| CN101493349B (zh) | 热式流量传感器 | |
| JP5683192B2 (ja) | 熱式流量センサ | |
| EP1643219B1 (en) | Thermal type fluid flow sensor | |
| CN103380353B (zh) | 热式流量计 | |
| CN106885610B (zh) | 具有改进的热稳定性的传感器 | |
| JP3355127B2 (ja) | 熱式空気流量センサ | |
| EP2339334A2 (en) | Thermal gas sensor | |
| EP1452838B1 (en) | Thermal flow rate sensor | |
| US9188470B2 (en) | Thermal flow meter | |
| US4733559A (en) | Thermal fluid flow sensing method and apparatus for sensing flow over a wide range of flow rates | |
| JPH0854269A (ja) | 熱式マイクロフローセンサ及びその製造方法 | |
| US6684693B2 (en) | Heat generation type flow sensor | |
| JP2002048616A (ja) | 熱式空気流量センサ及び内燃機関制御装置 | |
| JP2001012985A (ja) | 熱式空気流量センサ及び内燃機関制御装置 | |
| JPH1183580A (ja) | 熱式空気流量センサ | |
| JP2002071416A (ja) | 熱式空気流量センサ及び内燃機関制御装置 | |
| JPH11258021A (ja) | 熱式空気流量センサ | |
| JP2001021401A (ja) | 熱式空気流量計 | |
| JP2001249040A (ja) | 流体検知センサ及びその製造方法 | |
| JPH10311750A (ja) | 熱式空気流量センサ | |
| JP2003075222A (ja) | ガス流量計及びその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080905 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090905 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100905 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110905 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120905 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130905 Year of fee payment: 10 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |