本發(fā)明涉及檢測物理量的傳感器，特別涉及熱式流量傳感器。

背景技術(shù)：

以往，作為設(shè)置在汽車等的內(nèi)燃機(jī)的吸入空氣通路中的、測定吸入空氣量的空氣流量傳感器，熱式的空氣流量傳感器因?yàn)槟軌蛑苯訖z測質(zhì)量空氣量，所以逐漸成為主流。

最近，利用半導(dǎo)體微細(xì)加工技術(shù)在硅基片上堆積電阻體和絕緣層膜之后，用以koh等為代表的溶劑除去硅基片的一部分，形成薄膜部(diaphragm)的空氣流量元件因?yàn)榫哂懈咚夙憫?yīng)性、并且能夠檢測逆流，所以受到關(guān)注。

另一方面，關(guān)于對作為汽車用部件的熱式流量計(jì)要求的性能之一，可以列舉防塵性。作為汽車用部件的熱式流量計(jì)，一般而言如圖11所示設(shè)置在空氣濾清器濾芯的下游?；烊脒M(jìn)氣導(dǎo)管的異物(粉塵、水、纖維屑、碎石)大部分被空氣濾清器濾芯捕獲。

但是，上述空氣濾清器濾芯的網(wǎng)眼尺寸較多在100μm以下。從而，100μm以下的尺寸的異物不會(huì)被空氣濾清器濾芯捕獲，而是進(jìn)入進(jìn)氣導(dǎo)管中。該異物到達(dá)上述熱式流量計(jì)的傳感元件的薄膜部并附著在表面時(shí)，熱容量變化，散熱特性變化，因此傳感元件的輸出改變，存在產(chǎn)生檢測誤差這樣的課題。

作為解決上述課題的技術(shù)，存在專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1，公開了流路的至少一部分具有靜電耗散特性的技術(shù)。根據(jù)專利文獻(xiàn)1中記載的技術(shù)，帶電的污染物顆粒在到達(dá)傳感器元件前因靜電耗散特性部而放電，因此能夠阻止帶電的污染物顆粒在傳感器元件上蓄積。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：de102010020264a1

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

根據(jù)專利文獻(xiàn)1的技術(shù)，減少了帶電的污染物顆粒到達(dá)傳感器元件的量，因此能夠減少污染物在傳感器元件上的堆積。但是，難以使飛向傳感器元件的污染物顆粒全部放電，另外，也存在到達(dá)傳感器元件的期間已放電的污染物顆粒與其他污染物顆粒碰撞，由此已放電的污染物顆粒再次帶電的可能性。因此，專利文獻(xiàn)1的技術(shù)中，關(guān)于使帶電的污染物顆粒自身難以堆積在傳感器元件上這一點(diǎn)留有研究的余地。

本發(fā)明的目的在于提供一種耐污染性優(yōu)秀的熱式流量傳感器。

用于解決課題的技術(shù)方案

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的熱式流量傳感器在半導(dǎo)體元件上形成導(dǎo)電性膜，以使薄膜內(nèi)的配線電阻周邊區(qū)域的暴露于空氣流的表面一側(cè)的電位成為任意的固定電位。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種耐污染性優(yōu)秀的熱式流量傳感器。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖2是現(xiàn)有的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖3是現(xiàn)有的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖4是現(xiàn)有的熱式流量傳感器的電路說明圖。

圖5是現(xiàn)有的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖6是現(xiàn)有的熱式流量傳感器的粉塵附著說明圖。

圖7是本發(fā)明的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖8是本發(fā)明的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖9是本發(fā)明的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖10是本發(fā)明的熱式流量傳感器的一個(gè)實(shí)施方式中的說明圖。

圖11是空氣流量傳感器的實(shí)際車輛搭載布局說明圖。

具體實(shí)施方式

在說明本發(fā)明的實(shí)施方式前，以下對于本次發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)有傳感元件的課題進(jìn)行說明。

圖2中示出了現(xiàn)有的傳感元件的截面結(jié)構(gòu)。傳感元件用以下的制造方法制造。首先，通過對si等半導(dǎo)體基片10進(jìn)行熱處理，在半導(dǎo)體基片10上形成熱氧化絕緣膜11。然后，通過cvd法等成膜處理，在熱氧化絕緣膜11上形成氧化膜絕緣層12。該氧化膜絕緣層12使用sio2或sin等mems工藝中一般使用的絕緣膜。接著，用cvd法等成膜處理在熱氧化絕緣膜層12上形成電阻配線層13。電阻配線層13在成膜后通過蝕刻形成圖案。對電阻配線層13形成圖案后進(jìn)行成膜處理，在電阻配線層13和氧化膜絕緣層12上形成氧化膜絕緣層12a。之后，通過對電阻配線層13的上層的氧化膜絕緣層12a進(jìn)行蝕刻而形成接觸部15，通過在接觸部15上形成鋁等的電極配線層14而實(shí)現(xiàn)電阻配線層13與電極配線層14的電導(dǎo)通。通過蝕刻對電極配線層14進(jìn)行圖案形成，由此形成電極焊盤。最后對半導(dǎo)體基片10從背面一側(cè)用koh(氫氧化鉀)進(jìn)行蝕刻而部分除去半導(dǎo)體基片10，形成薄膜部20。由此能夠減小薄膜部的熱容量，能夠?qū)崿F(xiàn)高速響應(yīng)。另一方面，污染物附著在薄膜上時(shí)，因?yàn)楸∧げ康臒崛萘吭据^小，所以熱容量因附著污染物而變化，結(jié)果，流量特性改變。

圖3中示出了從表面觀察時(shí)的傳感元件的配線圖的概要。在薄膜部20上，形成了加熱電阻體(rh)31和上游測溫電阻體(ru1、ru2)32和下游測溫電阻體(rd1、rd2)33。加熱電阻體(rh)31配置在薄膜部20的中心部，在其上游側(cè)配置了上游測溫電阻體(ru1、ru2)32，在其下游側(cè)配置了下游測溫電阻體(rd1、rd2)33。此處，各電阻體(rh、ru1、ru2、rd1、rd2)形成為電阻值都相同。這些電阻體(rh、ru1、ru2、rd1、rd2)用圖2的電阻配線層13形成，經(jīng)由接觸部15，連接至電極配線層14。

通過用各電阻體(rh、ru1、ru2、rd1、rd2)形成圖4所示的電路，能夠得到與空氣流量相應(yīng)的輸出。加熱電阻體(rh)31通過從外部施加電流而加熱。不存在流量的情況下，薄膜部20的溫度分布是在上下游左右對稱，所以圖4的v1、v2的電位為相同值，流量輸出即(v1-v2)為零。另一方面，有流量流過的情況下，在上游和下游產(chǎn)生溫度分布差，結(jié)果，電橋電路輸出改變，可以得到與流量相應(yīng)的輸出。

此處著眼于測溫電阻體(ru1、ru2、rd1、rd2)的配線電位。圖5示出了以截面觀察下游測溫電阻體的配線部(a-a’)的結(jié)構(gòu)。圖5中，正面左側(cè)(a側(cè))的配線是d2電位所以為(low，低)。其相鄰是d1電位所以為(high，高)。其相鄰也是d1電位所以為(high)。其相鄰的配線是d2電位所以為(low)。這樣，測溫電阻體的配線中，電位水平不同的配線具有一定規(guī)律地交替排列，如圖6所示地在不同電位配線間發(fā)生電場(e)，形成電力線。該情況下，具有電荷的粉塵50飛到元件表面上時(shí)，庫侖力如圖所示地被元件表面捕獲。本發(fā)明人經(jīng)過努力研究，發(fā)現(xiàn)了特別是難以受到離心分離或慣性分離的影響的微小的粉塵，易于因粉塵之間的摩擦等而帶電，該微小粉塵因產(chǎn)生上述庫侖力而被元件表面捕獲的課題。

而且，污染物被傳感元件表面捕獲時(shí)，薄膜部20的熱容量改變，產(chǎn)生流量檢測的誤差。以下，詳細(xì)敘述解決上述課題的本發(fā)明的實(shí)施方式。

(第一實(shí)施例)

對本發(fā)明的第一實(shí)施例，用圖1和圖8進(jìn)行說明。其中，對于與上述現(xiàn)有例相同的結(jié)構(gòu)，省略說明。

本發(fā)明的第一實(shí)施例中的傳感元件，在形成電極焊盤后，在氧化膜絕緣層12a上形成導(dǎo)電性膜16，進(jìn)行圖案形成，使其與電極焊盤的任意的配線短路。之后從半導(dǎo)體基片背面?zhèn)?0用koh(氫氧化鉀)進(jìn)行蝕刻，部分除去半導(dǎo)體基片，由此形成薄膜部20。

導(dǎo)電性膜16如果使用在mems工藝中一般使用的ti(鈦)、w(鎢)、al(鋁)、ta(鉭)、ni(鎳)、pt(鉑)、cu(銅)、si(硅)、mo(鉬)，則制造時(shí)不需要特殊的設(shè)備，因此能夠使用濺射裝置等廉價(jià)地制造。

如上所述，在半導(dǎo)體基片10上形成第一實(shí)施例中的傳感元件的層疊結(jié)構(gòu)體(12、12a、13、14、16)。

接著用圖7說明導(dǎo)電性膜16的效果。圖7示出了與圖6同樣的截面圖。導(dǎo)電性膜16短路至gnd，保持為固定電位(0v)。因?yàn)樵谂渚€層13的表面一側(cè)、換言之粉塵50通過的一側(cè)形成的固定的等電位層，能夠阻礙測溫電阻體(ru1、ru2)之間發(fā)生的電力線在等電位層的表面一側(cè)發(fā)生。即，抑制了在導(dǎo)電性膜16的表面一側(cè)發(fā)生電力線的情況，所以即使具有電荷的粉塵50飛來的情況下，也不會(huì)在元件表面一側(cè)發(fā)生庫侖力引起的粉塵的捕獲。根據(jù)本實(shí)施例，因?yàn)榧词乖陔y以受到離心分離或慣性分離的影響、隨流體流動(dòng)而來的微小的污染物飛來的情況下，也抑制將污染物吸引至傳感元件表面的庫侖力在傳感元件的表面發(fā)生的情況，所以能夠減少污染物在傳感元件表面的附著，因此能夠提供耐污染性高的熱式流量傳感器。

圖8中示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例中的導(dǎo)電性膜16的圖案形成的一例。通過以覆蓋薄膜部20內(nèi)的配線部區(qū)域的方式形成導(dǎo)電性膜16，能夠減少庫侖力引起的粉塵50在薄膜部20上的附著。

本發(fā)明的第一實(shí)施例中，示出了使導(dǎo)電性膜16的電位短路至gnd的例子，但是通過短路至電源電壓等任意的電壓并保持等電位，可以獲得與短路至gnd的情況相同的效果。

以下對于使導(dǎo)電性膜16成為固定電位的效果進(jìn)行說明。因?yàn)閷?dǎo)電性膜16具有導(dǎo)電性，所以即使不將導(dǎo)電性膜16連接至任意的電壓的情況下也能夠期待若干電場屏蔽效果。但是，用mems工藝形成的導(dǎo)電性膜16與電阻配線層13之間一般在3μm以下的情況較多，存在因?yàn)猷徑渚€間串?dāng)_，電阻配線層13的電位對導(dǎo)電膜16的電位造成影響的情況。電阻配線層13的電位因加熱電阻體rh和測溫電阻體ru、rd的場所而不同，并且電位也因時(shí)間(流量)變化而變動(dòng)。因此，認(rèn)為存在可能受到鄰近配線間串?dāng)_影響的位置的導(dǎo)電性膜16的電位因場所和時(shí)間而使電位水平變動(dòng)的情況。即，存在因?yàn)榕c鄰近配線即電阻配線層13之間的串?dāng)_而在導(dǎo)電性膜16自身中產(chǎn)生電位不同的區(qū)域，由此可能在導(dǎo)電性膜16的表面一側(cè)發(fā)生電力線的情況。根據(jù)本實(shí)施例，使導(dǎo)電性膜16成為固定電位，所以能夠抑制鄰近配線間串?dāng)_造成的影響，能夠抑制在導(dǎo)電性膜16的表面一側(cè)發(fā)生電力線的情況。

另外，優(yōu)選使導(dǎo)電性膜16短路的電位是gnd電位。飛來的粉塵50有時(shí)帶有數(shù)kv以上的靜電。使短路的電位成為電源電壓的情況下，導(dǎo)電性膜16連接至驅(qū)動(dòng)電路的電源電路。該情況下，帶有數(shù)kv以上的靜電的粉塵50與導(dǎo)電性膜16接觸的情況下，會(huì)對驅(qū)動(dòng)電路施加高靜電，存在驅(qū)動(dòng)電路損壞的可能性。為了避免這樣的情況，使導(dǎo)電性膜16短路至電源電壓的情況下，需要設(shè)置保護(hù)驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)電路。另一方面，使導(dǎo)電性膜16的短路電位成為gnd的情況下，導(dǎo)電性膜16不連接至驅(qū)動(dòng)電路的電源電路，所以即使帶有數(shù)kv以上的靜電的粉塵50與導(dǎo)電性膜16接觸，也不會(huì)對驅(qū)動(dòng)電路施加高靜電。使導(dǎo)電性膜16短路至gnd的情況下，不需要驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)電路，因此能夠減小驅(qū)動(dòng)電路的電路規(guī)模，并且能夠削減熱式流量傳感器整體上的成本。

對于在傳感元件的最表面形成導(dǎo)電性膜16的效果進(jìn)行說明。帶電的粉塵50沿空氣流的流動(dòng)與薄膜部20碰撞的情況下，粉塵50與在薄膜部20的最表面形成的導(dǎo)電性膜16接觸時(shí)，粉塵50帶有的電荷被除去。通過對粉塵50自身除電，能夠從粉塵50除去與傳感元件表面結(jié)合的力。結(jié)果，能夠使與傳感元件表面碰撞的粉塵50易于因空氣流而脫離，具有使粉塵50難以在傳感元件表面堆積的效果。

另外，以上游測溫電阻體(ru1、ru2)的配線之間為例說明了鄰接配線之間發(fā)生電位差的情況，但如果在下游側(cè)測溫電阻體(rd1、rd2)的配線之間、加熱電阻(rh)的配線之間、加熱電阻(rh)與測溫電阻體(ru1、ru2、rd1、rd2)之間等發(fā)生電位差也會(huì)產(chǎn)生同樣的電位效果，所以多種電位的配線鄰接的薄膜區(qū)域內(nèi)能夠全面地應(yīng)用上述發(fā)明效果。

本發(fā)明的第一實(shí)施例采用了傳感元件的層疊結(jié)構(gòu)體在電阻層的上層一側(cè)、換言之傳感元件的表面一側(cè)包括保持為固定電位的固定電位層的結(jié)構(gòu)。因?yàn)橥ㄟ^固定電位層抑制了因電阻配線層13而產(chǎn)生的庫侖力在傳感元件表面發(fā)生的情況，所以即使帶電的粉塵到達(dá)傳感元件，也不會(huì)產(chǎn)生庫侖力引起的吸引至傳感元件表面的力。因此，根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例。

(第二實(shí)施例)

對本發(fā)明的第二實(shí)施例，用圖9進(jìn)行說明。其中，對于與上述第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)，省略說明。

對第一實(shí)施例與第二實(shí)施例進(jìn)行比較，不同點(diǎn)在于，第一實(shí)施例中導(dǎo)電性膜16在傳感元件的最表面形成，與此相對，第二實(shí)施例中導(dǎo)電性膜16在電阻配線膜13的表面一側(cè)形成，被氧化膜絕緣層12a和氧化膜絕緣層12b夾著這一點(diǎn)。

以下說明第二實(shí)施例中的傳感元件的制造方法。形成氧化膜絕緣層12a之后，通過對氧化膜絕緣層12a中的電阻配線層13的上側(cè)的區(qū)域進(jìn)行蝕刻而形成接觸部17。然后，通過在接觸部17上形成導(dǎo)電性膜16而使導(dǎo)電性膜16短路至電阻配線膜13的任意的電位。之后，通過成膜處理形成氧化膜絕緣層12b，進(jìn)行蝕刻處理，由此形成接觸部15。在氧化膜絕緣層12b上形成鋁等電極配線層14，進(jìn)行圖案形成，由此形成電極焊盤。最后從半導(dǎo)體基片背面一側(cè)10用koh(氫氧化鉀)進(jìn)行蝕刻，能夠部分除去半導(dǎo)體基片，形成薄膜部20。

本實(shí)施例的情況下，在不使電阻配線膜13的電場影響到達(dá)傳感元件的表面一側(cè)這樣的效果之外，能夠提高導(dǎo)電性膜16的可靠性。即，通過在導(dǎo)電性膜16的表面一側(cè)形成為絕緣層保護(hù)層，能夠提高耐蝕性。

(第三實(shí)施例)

對本發(fā)明的第三實(shí)施例用圖10進(jìn)行說明。其中，對于與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)省略說明。本發(fā)明的第三實(shí)施例在第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)之外，具有覆蓋電極配線層14與導(dǎo)電性膜16的連接點(diǎn)的聚酰亞胺這樣的有機(jī)保護(hù)膜。關(guān)于制造方法，能夠在實(shí)施例1的制造工序之后，形成有機(jī)保護(hù)膜，通過圖案形成而制造。由此，可以獲得實(shí)施例1中記載的效果，同時(shí)能夠保護(hù)連接點(diǎn)不受腐蝕物的影響，因此能夠提供可靠性更高的熱式流量傳感器。

另外，第一實(shí)施例和第三實(shí)施例中，在形成電極配線層14之后形成導(dǎo)電性膜14，但順序相反也沒有問題。另外，也可以在形成有機(jī)保護(hù)膜18之后形成薄膜部20。

附圖標(biāo)記說明

10…半導(dǎo)體基片

11…熱氧化膜

12、12a、12b…氧化膜絕緣層

13…電阻配線膜

14…電極配線層

15…接觸部

16…導(dǎo)電性膜

17…接觸部

18…有機(jī)保護(hù)膜

20…薄膜

31…加熱電阻體；rh

32…上游測溫電阻體；ru

33…下游測溫電阻體；rd

50…粉塵。