CN106662477B - 传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种降低了因作用在物理量传感器的传感元件上的应力而产生的误差的、高精度、高可靠性的物理量传感器。本发明的物理量传感装置包括形成在Si基板上的空腔部、将所述空腔部覆盖的绝缘膜和形成于所述绝缘膜的加热部，并且包括检测所述空腔部上的绝缘膜的温度的检测元件，所述检测元件包括第一硅元件和第二硅元件，所述第一硅元件和所述第二硅元件使用不同种类的杂质进行了掺杂。

Description

传感装置

技术领域

本发明涉及用于检测气体的物理量的传感装置，尤其涉及通过检测温度来检测物理量的热式传感装置。

背景技术

例如，在热式传感装置中，存在使用微机械技术在硅(Si)等半导体基板上制造传感元件的情况。这一类型的传感元件具有高精度、高响应速度以及可低功耗驱动的特征。例如，存在测量内燃机的进气流量的流量传感器，根据加热器的散热量测量气体的导热率变化的气体浓度传感器，和利用了加热器周边的气体的对流变化的倾斜传感器、加速度传感器等。

不过，这种类型的传感器为了实现高灵敏度，将发热体等元件配置在较薄的隔膜上，因此会由于传感元件自身的热膨胀、热收缩或者封装件、保护部件等安装部件产生的应力，导致传感元件发生变形，对传感器的检测精度造成影响。因此，要谋求降低因这样的应力引起的传感元件的特性变化导致发生测量误差和特性偏差。

作为这样的传感器的现有例，例如有专利文献1记载的流量传感器。专利文献1公开了这样的内容，即，在隔膜上以双层结构形成电阻值随流体的流量发生变化的加热器，将各层的加热器形成在关于隔膜的厚度方向的中心上下对称的位置，并使它们串联连接。由此，即使在隔膜的热变形导致翘曲、或因外部压力导致弯曲的情况下，也能够高精度地获得加热器的因电阻温度特性引起的电阻变化。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-321108号公报

发明内容

发明要解决的技术问题

在现有技术中，通过采用将双层结构的各加热器形成在关于隔膜的厚度方向的中心上下对称的位置之方法，针对隔膜的翘曲变形能够得到较好的效果。但是，对于隔膜的伸缩应力和剪切应力等则并不能充分应对。尤其是对于热式传感装置而言，为了提高隔热性期望隔膜尽可能薄。而且，为了降低较薄的隔膜的翘曲，优选预先进行制造使得隔膜形成拉伸应力。因此，作为隔膜中产生的变形，伸缩应力和剪切变形相比翘曲变形更占主要地位。

本发明的目的在于，提供一种降低了因作用在物理量传感器的传感元件上的应力而产生的误差的、高精度、高可靠性的物理量传感器。

解决问题的技术手段

为了达成上述目的，本发明的传感装置具有检测空腔部上的绝缘膜的温度的检测元件，上述检测元件具有掺杂了不同的杂质的多个硅元件。

发明效果

依据本发明，能够提供一种可降低因作用在物理量传感器的传感元件上的应力而产生的影响的、高可靠性的物理量传感器。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的传感装置的传感元件的平面图。

图2是图1的截面图。

图3是表示传感元件的驱动/检测电路之一例的电路图。

图4是表示图2的传感元件的放大截面图和应变导致的变形概略图。

图5是表示应变导致的电阻变化的图。

图6是表示应变导致的电阻变化的图。

图7是表示作为本发明之一实施例的传感装置的传感元件的平面图。

图8是图7的截面图。

图9是图7的放大截面图。

图10是表示作为本发明之一实施例的传感装置的传感元件的平面图。

图11是图10的截面图

图12是图11的放大截面图。

图13是表示传感元件的驱动/检测电路之一例的电路图。

具体实施方式

以下，对本发明实施例进行说明。

实施例1

以下，参照图1～图6对本发明的传感装置的第一实施例进行说明。在本实施例中，作为本发明的传感装置以热式空气流量传感器为例进行说明。

图1是表示本实施例的热式空气流量传感器的传感元件的平面图。本实施例的传感元件1具有由单晶硅形成的基板2。基板2上形成有空腔部3，该空腔部3被作为电绝缘膜的由绝缘膜4a、4b、4c构成的支承膜5覆盖，形成隔膜5。隔膜5上形成有发热体6。在隔膜5上，在发热体6的附近的两侧形成有加热温度传感器7、8。在隔膜5上，在发热体6的上游侧形成有上游侧温度传感器9、10，在发热体6的下游侧形成有下游侧温度传感器11、12。在隔膜5的外侧，形成有用于检测空气温度的电阻体15～17。这些发热体6、温度传感器7～12、电阻体15～17通过铝配线等将电极引出来与焊盘部14连接。并且，焊盘部14通过键合线与驱动/检测电路(未图示)电连接。

发热体6由于流通电流而发热，将暴露在流体中的隔膜5加热。加热温度传感器7、8不仅用于检测发热体6附近的温度来进行发热体5的加热温度控制，还能够用于根据发热体5的温度检测值进行校正。上游侧温度传感器9、10检测发热体6的上游侧的温度，下游侧温度传感器11、12检测发热体6的下游侧的温度。如图1所示，当空气流13流动时，上游侧温度传感器9、10被冷却。而在发热体6的下游侧，由于流动的是经过发热体6而温度上升了的空气，所以下游侧温度传感器11、12的温度上升。因此，当产生空气流时，上游侧温度传感器9、10与下游侧温度传感器11、12产生温度差，故通过检测该温度差能够得到与空气流量相应的信号。

图2是表示本实施例的气体传感装置的传感元件的截面图。传感元件1具有由单晶硅形成的基板2。基板2上形成有绝缘膜4a。作为绝缘膜4a的材料采用氧化硅膜。另外，也能够由氮化硅膜或者它们的复合膜形成。在绝缘膜4a上，形成有通过对第一多晶硅膜进行图案化而得到的发热体6、加热温度传感器7a、8a、上游侧温度传感器9a、下游侧温度传感器11a、温敏电阻体15a、16a、17a。第一多晶硅膜通过CVD等形成并掺杂有杂质。通过使用硼作为杂质而形成P型的半导体。在该第一多晶硅上形成绝缘膜4b。作为绝缘膜4b，由氧化硅膜等电绝缘材料形成。在绝缘膜4b上形成有通过对第二多晶硅膜进行图案化而得到的发热体6b、加热温度传感器7b、8b、上游侧温度传感器9b、下游侧温度传感器11b、温敏电阻体15b、16b、17b。第二多晶硅膜通过CVD等形成并掺杂有杂质。通过使用磷作为杂质而形成N型的半导体。在该第二多晶硅膜上形成绝缘膜4c。作为绝缘膜4c，由氧化硅膜等电绝缘材料形成。另外，也能够由氮化硅膜或者它们的复合膜形成。

本实施例在第一多晶硅膜中使用硼进行了掺杂，但除了硼以外，也可以通过掺杂铝等3价元素形成为P型半导体。另外，在第二多晶硅膜中掺杂了磷，但除了磷以外，也能够通过掺杂砷等5价元素而形成为N型半导体。另外，在本实施例中，将第一多晶硅膜形成为P型半导体、将第二多晶硅膜形成为N型半导体，但是也可以相反地将第一多晶硅膜形成为N型半导体、将第二多晶硅膜形成为P型半导体。即，只要由掺杂有不同杂质的双层多晶硅形成即可。

发热体6构成为由发热体6a和发热体6b通过铝等的金属配线层串联或并联连接而得到的一个发热体6。以下同样地，加热温度传感器7构成为由加热温度传感器7a和加热温度传感器7b串联或并联连接而得到的一个加热温度传感器7。以下同样地，加热温度传感器8由加热温度传感器8a和8b构成。上游侧温度传感器9由上游侧温度传感器9a和9b构成。下游侧温度传感器11由上游侧温度传感器11a和11b构成。温敏电阻体15、16、17也是同样的结构。

如以上所述，配置在隔膜上的电阻值随温度变化的发热体和温度传感器，是由掺杂了不同杂质的第一多晶硅膜和第二多晶硅膜的复合材料形成的。并且，从效果方面来看，如果采用在经过图案化的第一多晶硅上隔着电绝缘膜重叠第二多晶硅的方式形成，则更为有效。

接着，对传感元件1的驱动/检测电路进行说明。图3表示传感元件1的驱动/检测电路。其构成电桥电路，其中，由加热温度传感器7、8和温敏电阻体17构成的串联电路，与由温敏电阻体15和温敏电阻体16构成的串联电路并联连接。取得该电桥电路的各串联电路的中间电压，将它们连接到放大器18上。放大器18的输出与发热电阻体6连接。对该电桥电路提供基准电压VREF。通过适当地设定电阻值随发热体6的温度而变化的加热温度传感器7、8，与电阻值随空气的温度而变化的温敏电阻体15～17的电阻平衡，由此进行控制使得发热体6的温度相对于空气的温度Ta被加热规定的温度。

在本实施例中，作为发热体6的温度控制电路使用了放大器15，但只要是检测电桥电路的电压差，将对应于检测出的电压差的电流供给到发热体6的结构即可。例如，也可以利用AD转换器将电桥电路的电压差转换为数字信号，基于转换后的数字信号进行DA转换，控制发热体6的加热电流。

流量的检测电路由电桥电路构成，其中，由上游侧温度传感器9和下游侧温度传感器11构成的串联电路，与由下游侧温度传感器12和上游侧温度传感器10构成的串联电路并联连接。对该电桥电路施加基准电压VREF。当由于空气流13而在上游侧温度传感器9、10与下游侧温度传感器11、12产生温度差时，电桥电路的电阻平衡发生变化而产生电压差。通过检测该电压差，能够得到与空气流量对应的输出。

以下，说明本实施例的传感元件1的效果。图4(a)表示由第一多晶硅膜经图案化而形成的元件Rp、由第二多晶硅膜经图案化而形成的元件Rn的放大截面图。元件Rn隔着绝缘膜4b形成在元件Rp上。如图4(b)所示，当由于传感元件的变形引起隔膜伸缩，元件Rp和元件Rn发生应变时，线宽W变化为W+ΔW，产生了ε＝ΔW/W的应变。当应变ε导致元件Rp发生变化时，元件Rp的电阻值Rp成为ΔRp/Rp＝Gp×ε。Gp为元件Rp的应变系数。元件Rp和元件Rn隔着很薄的绝缘膜相靠近地配置，因此元件Rn也同样地产生ε的应变，电阻产生ΔRn/Rn＝Gn×ε的变化。

由于元件Rp为P型半导体，所以在与上述元件中流动的电流交叉的方向上发生了应变时的应变系数GP为负值(Gp＝-17～-12)。另外，由于元件Rn为P型半导体，所以发生了上述应变时的应变系数GP为正值(Gp＝+10～+15)。Gp和Gn的值根据杂质的掺杂浓度而发生变化，但绝对值为同样的值而符号相反。因此，如图5所示，元件Rp发生了应变时的电阻变化为负的变化，而元件Rn则为正的变化。

图6中表示将元件Rp和元件Rn作为复合元件使用时的电阻变化。在将元件Rp和元件Rn串联连接，电阻值为Rp+Rn的情况下，Rp和Rn的电阻变化可相互抵消。在串联连接的情况下，从微小变形到大的变形都能够实现应变的应对，是更为有效的复合结构。在将元件Rp和元件Rn并联连接，电阻值为Rp//Rn＝1/(1/Rp+1/Rn)的情况下，也能够得到相互抵消的效果。即使是并联连接，如果是应变ε为1％左右的小变形区域，则能够得到将应变导致的电阻变化降低至1/10的效果。

在隔膜伸缩导致的应变的情况下，如图4(b)所示，被施加的是在隔膜的厚度方向上相同(同样)的应变。而如图4(c)所示所述，在隔膜产生了翘曲应变的情况下，在隔膜的厚度方向中心的上层侧发生负的应变，而下层侧发生正的应变。因此，为了有效应对隔膜的翘曲变形，元件Rp和元件Rn之任一元件都优选配置在比隔膜的厚度方向中心靠其中一侧。这样一来，对元件Rp、元件Rn能够施加同一方向的应变。另外，如图4(c)所示，随着隔膜的厚度方向上的不同，应变的绝对值不同。因此，优选将元件Rp和元件Rn在隔膜的厚度方向上相互靠近地配置。由此，能够使元件Rp和元件Rn上施加的应变的绝对值接近。通过如上所述的配置，能够更加有效地抵消元件Rp和元件Rn的电阻变化。

在本实施方式中，如图2所示，对于传感元件1上形成的发热体6、加热温度传感器7、8、上游侧温度传感器9、10、下游侧温度传感器11、12、电阻体15～17，使它们全部都采用由第一多晶硅和第二多晶硅复合而成的元件形成，但即使是这些元件的任意者采用复合结构，也能够获得效果。如果将配置在隔膜上的变形特别大的部位的元件采用复合结构，则是更有效的。另外，电桥电路中的加热温度传感器7、8和电阻体15～17优选为相同特性的电阻体。因此，在加热温度传感器7、8采用复合结构的情况下，如果电阻体15～17也由相同的材料以相同的线宽形成，则电阻温度系数一致，因此能够抑制温度变化导致的电桥平衡的变动，实现高精度的加热温度控制。

在本实施方式中，如图4(a)所示，P型的第一多晶硅元件Rp的宽度形成为大于N型的第二多晶硅元件Rn的宽度。因此，元件Rn能够形成在元件Rp的平坦的部分，不会出现因阶差导致的裂纹或者可靠性的降低。另外，P型元件Rp的应变系数的绝对值比N型元件Rn大。因此，即使被施加了相同的应变，元件Rp的电阻变化较大。如图4(a)所示，如果将元件Rp的线宽形成为大于元件Rn的线宽，则能够将元件Rp的电阻值设定得较小。由此，应变导致的电阻变化量也变小，能够抑制N型元件与P型元件的应变系数的差导致的抵消效果的降低。

实施例2

以下，参照图7～图9，对本发明的传感装置的第二实施例进行说明。在本实施例中，作为本发明的传感装置以热式空气流量传感器为例进行说明。在本实施例中，主要对与第一实施例不同的构造进行详细的说明。

图7表示本实施例的热式空气流量传感器的传感元件21的平面图。本实施例的传感元件21具有由单晶硅形成的基板22。基板22上形成有空腔部23，该空腔部23被由绝缘膜24a、24b形成的支承膜覆盖，形成隔膜25。隔膜25上形成有发热体26。在隔膜25上以包围发热体26的方式形成有加热温度传感器27。在隔膜25上，在发热体26的上游侧形成有上游侧温度传感器29、30，在发热体26的下游侧形成有下游侧温度传感器31、32。在隔膜25的外侧，形成有用于检测空气温度的电阻体35～37。这些元件通过铝配线等将电极引出来与焊盘部34连接。并且，从焊盘部34通过键合线连接到驱动/检测电路(未图示)。

发热体26由于流通电流而发热，将暴露在流体中的隔膜25加热。加热温度传感器27不仅用于检测发热体26附近的温度来进行发热体25的加热温度控制，还能够用于根据发热体26的温度检测值进行校正。上游侧温度传感器29、30检测发热体26的上游侧的温度，下游侧温度传感器31、32检测发热体26的下游侧的温度。如图7所示，当空气流33流动时，上游侧温度传感器29、30被冷却。而在发热体26的下游侧，由于流动的是经过发热体26而温度上升了的空气，所以下游侧温度传感器31、32的温度上升。因此，当产生空气流时，上游侧温度传感器29、30与下游侧温度传感器31、32产生温度差，故通过检测该温度差能够得到与空气流量相应的信号。

图8是表示本实施例的传感元件21的截面图。传感元件21具有由单晶硅形成的基板22。基板22上形成有绝缘膜24a。作为绝缘膜24a的材料采用氧化硅膜。在绝缘膜24a上，形成有通过将单晶硅层图案化而得到的发热体26a、26b、加热温度传感器27a、27b、上游侧温度传感器29a、29b、下游侧温度传感器31a、31b、温敏电阻体35、36、37。在本实施方式中，作为基板22、绝缘膜24a、单晶硅层的基材能够使用SOI基板。在单晶硅层中掺杂杂质，之后通过蚀刻来图案化，形成发热体26a、26b、加热温度传感器27a、27b、上游侧温度传感器29a、29b、下游侧温度传感器31a、31b、温敏电阻体35～37等元件。作为单晶硅层的杂质，设置掺杂了硼的P型区域和掺杂了磷的N型区域。发热体26包括掺杂了硼的发热体26a和掺杂了磷的发热体26b。加热温度传感器27包括掺杂了硼的加热温度传感器27a和掺杂了磷的加热温度传感器27b这样的电阻体。上游侧温度传感器29包括掺杂了硼的上游侧温度传感器29a和掺杂了磷的上游侧温度传感器29b这样的电阻体。关于上游侧温度传感器30、下游侧温度传感器32也是同样的。

在上述结构中，在P型的单晶硅层中掺杂了硼，但除了硼以外，也可以掺杂铝等3价元素。另外，在N型的单晶硅膜中掺杂了磷，但是除了磷以外，也可以掺杂砷等5价元素。另外，在本实施例中，P型元件和N型元件按照图8所示的布局形成，但只要传感元件21上的各元件由掺杂了不同杂质的多种单晶硅形成即可。

发热体26构成为由发热体26a和发热体26b串联或并联连接而得到的一个发热体26。加热温度传感器27构成为由加热温度传感器27a和加热温度传感器27b串联或并联连接而得到的一个加热温度传感器27。以下同样地，上游侧温度传感器29由上游侧温度传感器29a和29b构成。下游侧温度传感器31由下游侧温度传感器31a和31b构成。关于温敏电阻体35、36、37也是同样的结构。

如以上所述，配置在隔膜25上的电阻值随温度变化的发热体和温度传感器，是由在单层的单晶硅层上设置掺杂了不同杂质的区域而得到的复合材料所形成的。并且从效果方面来看，如果采用使经过图案化的P型单晶硅元件与N型单晶硅元件相邻的方式形成，则更为有效。由此，P型元件和N型元件能够配置在大致相同的部位，能够使施加在这些元件上的应变为同等的应变。

以下，对本实施例的传感元件21的效果进行说明。图9表示传感元件21上通过掺杂不同杂质得到的单晶硅膜经图案化而形成的元件Rp和元件Rn的放大截面图。元件Rp为P型的单晶硅，元件Rn为N型的单晶硅。元件Rp和元件Rn在同一层形成并且相邻地配置。当由于传感元件的变形而在元件Rp和元件Rn上产生应变时，线宽W变化为W+ΔW，产生了ε＝ΔW/W的应变。当应变ε导致元件Rp发生变化时，元件Rp的电阻值Rp成为ΔRp/Rp＝Gp×ε。Gp为元件Rp的应变系数。元件Rp和元件Rn以相邻的方式相靠近地配置，因此元件Rn也同样地产生ε的应变，电阻产生ΔRn/Rn＝Gn×ε的变化。

由于元件Rp为P型的单晶硅，所以发生上述那样的应变时的应变系数Gp为正值。另外，由于元件Rn为N型单晶硅，所以发生上述那样的应变时的应变系数Gn为负值。Gp和Gn的值根据杂质的掺杂浓度和结晶方向而发生变化，符号相反。因此，如实施例1那样，由于元件Rp和元件Rn的电阻变化的增减方向不同，若作为串联连接和并联连接的复合电阻而构成，则彼此的电阻变化抵消，能够降低应变的影响。

在本实施方式中，如图8所示，对于传感元件21形成的发热体26、加热温度传感器27、上游侧温度传感器29、30、下游侧温度传感器31、32、电阻体35～37，使它们全部都采用由P型单晶硅和N型单晶硅复合而成的元件形成，但即使是这些元件的任意者采用复合结构，也能够获得效果。在该情况下，如果将配置在隔膜上的变形较大的部位的元件采用复合结构，则是更有效的。另外，电桥电路中的加热温度传感器27和电阻体35～37优选为相同特性的电阻体。因此，在加热温度传感器27采用复合结构的情况下，如果电阻体35～37也由相同的材料以相同的线宽形成，则这些元件的电阻温度系数等特性一致，因此能够抑制温度变化导致的电桥平衡的变动，实现高精度的加热温度控制。

在本实施例中，通过在单晶硅的不同区域分别掺杂不同的杂质，来形成P型的元件和N型的元件。相比于多晶硅，在单晶硅的情况下根据施加的应力的方向的不同，应变系数的变化较大。并且，P型和N型的方向依赖性不同。因此，若对P型元件和N型元件以同一性质、方向进行图案化，则即使施加了相同的应力，电阻变化量也有所不同。但是，就隔膜上的元件的应变而言，由于会被施加各个方向的应力，因此通过将具有符号的正负不同的应变系数的元件复合，能够获得降低因应变导致的电阻变化的效果。为了进一步获得效果，需要根据主应力的方向、元件的图案化方向和线宽来适当地设定最佳的形状。

实施例3

以下，参照图10～图12对本发明的传感装置的第三实施例进行说明。本实施例中，作为本发明的传感装置以热式空气流量传感器为例进行说明。在本实施例中，主要对于与第一实施例不同的构造进行详细的说明。

图10表示本实施例的热式空气流量传感器的传感元件41的平面图。在本实施例中，与第一实施例不同的构造在于上游侧温度传感器49和下游侧温度传感器51。第一实施例采用的是利用了多晶硅的电阻温度变化的温度检测方法，而在本实施例中，上游侧温度传感器49、下游侧温度传感器51使用热电偶，利用多晶硅的热电效应来进行温度检测。传感元件41的其它结构与第一实施例相同。

图11是表示本实施例的传感元件41的截面图。传感元件41与第一实施例同样地具有由单晶硅形成的基板2。基板2上形成有绝缘膜4a。作为绝缘膜4a的材料使用氧化硅膜。另外，也能够由氮化硅膜或者它们的复合膜形成。在绝缘膜4a上，形成有通过将第一多晶硅膜图案化而得到的发热体6a、加热温度传感器7a、8a、上游侧温度传感器49a、下游侧温度传感器51a、温敏电阻体15a、16a、17a。第一多晶硅膜通过CVD等形成并掺杂有杂质。通过使用硼作为杂质而形成P型的半导体。在该第一多晶硅上形成绝缘膜4b。作为绝缘膜4b，由氧化硅膜等电绝缘材料形成。在绝缘膜4b上形成有通过将第二多晶硅膜图案化而得到的发热体6b、加热温度传感器7b、8b、上游侧温度传感器49b、下游侧温度传感器51b、温敏电阻体15b、16b、17b。第二多晶硅膜通过CVD等形成并掺杂有杂质。通过使用磷作为杂质而形成N型的半导体。在该第二多晶硅膜上形成绝缘膜4c。作为绝缘膜4c，由氧化硅膜等电绝缘材料形成。另外，也能够由氮化硅膜或者它们的复合膜形成。

本实施例在第一多晶硅膜中使用硼进行了掺杂，但除了硼以外，也可以掺杂铝等3价元素。另外，在第二多晶硅膜中掺杂了磷，但除了磷以外，也能够掺杂砷等5价元素。另外，在本实施例中，将第一多晶硅膜形成为P型半导体、将第二多晶硅膜形成为N型半导体，但是也可以相反地将第一多晶硅膜形成为N型半导体、将第二多晶硅膜形成为P型半导体。即，只要由掺杂了不同杂质的双层多晶硅形成即可。

发热体6构成为由发热体6a和发热体6b通过铝等的金属配线层串联或并联连接而得到的一个发热体6。同样地，加热温度传感器7构成为由加热温度传感器7a和加热温度传感器7b串联或并联连接而得到的一个加热温度传感器7。加热温度传感器8构成为由加热温度传感器8a和8b串联或并联连接而得到的一个加热温度传感器8。上游侧温度传感器49是由上游侧温度传感器49a和49b构成的热电偶。上游侧温度传感器49形成为从隔膜5外侧向发热体6延伸设置的图案。另外，在上游侧温度传感器49的位于发热体6一侧的端部，P型多晶硅层(49a)和N型多晶硅层(49b)电连接而形成热结。下游侧温度传感器51也是同样的结构。

图12表示作为热电偶形成的上游侧温度传感器49的放大截面图。由作为P型半导体的第一多晶硅形成的电阻Rp和由作为N型半导体的第二多晶硅形成的电阻Rn被平行地图案化。这些电阻元件的一端通过插塞52、53与上层的铝层54连接，使得电阻Rp与电阻Rn被电连接。另外，在电阻元件的另一端，电阻元件Rn通过插塞55与上层的铝层57连接，电阻元件Rp通过插塞56与上层的铝层58连接。在这样的热电偶结构中，当热电偶的两端出现温度差时，产生电动势，通过利用铝层57和铝层58检测该电动势，能够检测温度。

如以上所述，配置在隔膜上的特性随温度变化的发热体和温度传感器等的元件，是由掺杂了不同杂质的第一多晶硅膜和第二多晶硅膜的复合材料形成的。并且，从效果方面来看，如果采用在经过图案化的第一多晶硅上重叠第二多晶硅的方式形成，则更为有效。另外，优选绝缘膜4b比其它的绝缘膜4a、4b形成得薄。

接着，对传感元件41的驱动/检测电路进行说明。图12表示传感元件41的驱动/检测电路。其构成电桥电路，其中，由加热温度传感器7、8和温敏电阻体17构成的串联电路，与由温敏电阻体15和温敏短租16构成的串联电路并联连接。取得该电桥电路的各串联电路的中间电压，将它们连接到放大器18上。放大器18的输出与发热电阻体6连接。对该电桥电路提供基准电压VREF。通过适当地设定电阻值随发热体6的温度而变化的加热温度传感器7、8，与电阻值随空气的温度而变化的温敏电阻体15～17的电阻平衡，由此进行控制使得发热体6的温度相对于空气的温度Ta被加热规定的温度。

在本实施例中，作为发热体6的温度控制电路使用了放大器15，但只要是检测电桥电路的电压差，将对应于检测出的电压差的电流供给到发热体6的结构即可。例如，也可以利用AD转换器将电桥电路的电压差转换为数字信号，基于转换后的数字信号进行DA转换，控制发热体6的加热电流。

流量的检测电路中，上游侧温度传感器49和下游侧温度传感器51的各自的一端与基准电压REF连接。并且通过测量上游侧温度传感器49和下游侧温度传感器51的各自的另一端的电压，能够检测与温度差相应的电动势。像这样，通过检测上游侧温度传感器49和下游侧温度传感器51的电动势(电压差)，能够得到与空气流量对应的输出。

以下，对本实施例中的传感元件41的效果进行说明。本实施例使用热电偶作为温度传感器。由于其采用的原理是利用热电偶因温度而产生电动势这一现象进行温度检测，因此，与第一实施例的利用电阻温度变化的方法相比，应变引起的电阻变化的影响较小。但是，由电阻率高的半导体材料形成的热电偶具有较大的内部电阻。当热电偶中有微电流流动时，会产生电压，对基于热电效应的温度检测值带来误差。并且，当多晶硅的电阻值因应变而发生变化时，因微电流而产生的电压会发生变动，对温度测量带来误差。

本实施例中采用了这样的结构，即，作为热电偶的构成材料，将P型多晶硅Si形成的Rp与N型多晶硅构成Rn串联连接。因此，如第一实施例所示那样，元件Rp与元件Rn的电阻变化相互抵消。即，从图12所示的铝层58和铝层57看来电阻值不发生变动，因此，即使在有微电流流动的情况下，也能够降低应变引起的电阻变化导致的电压变动。

本实施例中，加热温度传感器7、8使用的是利用了电阻温度变化的温度检测方法。加热温度传感器7、8按照在第一实施例中所示的结构形成，因此应变导致的电阻变化同样地相互抵消，能够降低温度检测时的误差。另外，由于随着靠近发热体6而温度变高，因此由热导致的劣化的影响变大。热电偶由于在热结使用了作为金属的铝层，存在电迁移效应导致的断线等长期使用时可靠性降低的可能性。因此，如本实施例所示，作为靠近发热体6的加热温度传感器，采用利用了多晶硅的电阻温度变化的结构，而作为与发热体6远离的上游侧温度传感器和下游侧温度传感器，采用温度检测灵敏度高的热电偶结构，由此能够得到提高了长期可靠性和流量检测灵敏度的传感元件。

附图标记说明

1 传感元件，2 基板，3 空腔部，4a、4b、4c 绝缘膜，5 隔膜，6 发热体，7、8 加热温度传感器，9、10 上游侧温度传感器，11、12 下游侧温度传感器，13 空气流，14 焊盘部，15、16、17 电阻体，18 放大器，21 传感元件，22 基板，23 空腔部，24 绝缘膜，25 隔膜，26 发热体，27 加热温度传感器，29、30 上游侧温度传感器，31、32 下游侧温度传感器，33 空气流，34 焊盘部，35、36、37 温敏电阻体，49 上游侧温度传感器，51 下游侧温度传感器，52、53、55、56 插塞，54、57、58 铝层。

Claims (7)

1.一种传感装置，包括形成在Si基板上的空腔部、将所述空腔部覆盖的绝缘膜和形成于所述绝缘膜的加热部，其特征在于：

包括检测所述空腔部上的绝缘膜的温度的检测元件，

所述检测元件利用电阻值随温度变化来检测温度，至少包括第一多晶硅元件和第二多晶硅元件，

所述第一多晶硅元件和所述第二多晶硅元件使用不同种类的杂质进行了掺杂，使得所述第一多晶硅元件的因应变而引起的电阻值变化与所述第二多晶硅元件的因应变而引起的电阻值变化的增减方向不同。

2.如权利要求1所述的传感装置，其特征在于：

所述第一多晶硅元件为P型半导体，所述第二多晶硅为N型半导体。

3.如权利要求1或2所述的传感装置，其特征在于：

所述第一多晶硅元件隔着电绝缘膜配置在所述第二多晶硅元件的上侧或者下侧。

4.如权利要求1所述的传感装置，其特征在于：

所述第一多晶硅元件是掺杂了硼的P型多晶硅元件，所述第二多晶硅元件是掺杂了磷的N型多晶硅元件，

所述N型多晶硅元件隔着电绝缘膜配置在所述P型多晶硅之上，

所述P型多晶硅元件的线宽大于所述N型多晶硅元件的线宽。

5.一种传感装置，包括形成在Si基板上的空腔部、将所述空腔部覆盖的绝缘膜和形成于所述绝缘膜的加热部，其特征在于：

包括检测所述空腔部上的绝缘膜的温度的检测元件，

所述检测元件利用电阻值随温度变化来检测温度，至少包括第一单晶硅元件和第二单晶硅元件，

所述第一单晶硅元件和所述第二单晶硅元件使用不同种类的杂质进行了掺杂，使得所述第一单晶硅元件的因应变而引起的电阻值变化与所述第二单晶硅元件的因应变而引起的电阻值变化的增减方向不同。

6.如权利要求5所述的传感装置，其特征在于：

所述第一单晶硅元件为P型半导体，所述第二单晶硅为N型半导体。

7.如权利要求5或6所述的传感装置，其特征在于：

所述第一单晶硅元件和所述第二单晶硅元件通过蚀刻同一层单晶硅膜而形成，所述第一单晶硅元件和所述第二单晶硅元件隔着绝缘膜相邻地配置。