JP2001249040A - Fluid detecting sensor and its manufacturing method - Google Patents

Fluid detecting sensor and its manufacturing method

Info

Publication number
JP2001249040A
JP2001249040A JP2000060645A JP2000060645A JP2001249040A JP 2001249040 A JP2001249040 A JP 2001249040A JP 2000060645 A JP2000060645 A JP 2000060645A JP 2000060645 A JP2000060645 A JP 2000060645A JP 2001249040 A JP2001249040 A JP 2001249040A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
heater
heating element
temperature
thin film
detection sensor
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.)
Pending
Application number
JP2000060645A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takashi Fujiwara
剛史 藤原
Akira Sasaki
昌 佐々木
Kenichi Nakamura
健一 中村
Norihiro Konda
徳大 根田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omron Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Original Assignee
Omron Corp
Tokyo Gas Co Ltd
Omron Tateisi Electronics Co
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omron Corp, Tokyo Gas Co Ltd, Omron Tateisi Electronics Co filed Critical Omron Corp
Priority to JP2000060645A priority Critical patent/JP2001249040A/en
Publication of JP2001249040A publication Critical patent/JP2001249040A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce the resistance value of a heater, to generate heat largely, to increase the Seebeck coefficient of a thermopile and to enhance the sensitivity of a fluid detecting sensor (a gas flow sensor) which is used to detect the flow rate of a fluid such as a gas or the like. SOLUTION: The heater 36 which is composed of polysiliocn is formed on the surface of a thin filmlike bridge part 35, and thermopiles 37, 38 are arranged on both sides of it. The thermopiles 37, 38 are constituted of thin wires composed of polysilicon and aluminum. The heater 36 and the polysilicon thin wires 41 of the thermopiles 37, 38 are doped with P (phosphorus) by an ion implantation operation or the like, and the doping amount of the heater 36 is set to be larger than that of the polysilicon thin wires 41.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、流体検知センサ及
びその製造方法に関し、特に、ヒーターのような発熱体
とサーモパイルのような測温体とを備え、測温体の検出
温度の変化によって流体の有無または流体流量を検出す
る流体検知センサとその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fluid detection sensor and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a fluid detection sensor including a heating element such as a heater and a temperature measuring element such as a thermopile, and a fluid detected by a change in the temperature detected by the temperature measuring element. The present invention relates to a fluid detection sensor for detecting the presence or absence of a fluid or a fluid flow rate and a method for manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来構造の流体検知センサ1を図1及び
図2に示す。ここで、図2は図1のA−A線断面を表し
ている。ただし、図1ではヒーターやサーモパイル等を
露出させた状態で表しており、図2ではその上を保護膜
10等で覆った状態で表している。この流体検知センサ
1にあっては、シリコン基板2の上面に凹状の空隙部3
を形成し、この空隙部3を覆うようにしてシリコン基板
2の上面に絶縁薄膜4を設け、この絶縁薄膜4の一部に
よって空隙部3の上に薄膜状のブリッジ部5を形成して
いる。このブリッジ部5は空隙部3内の空間(空気)に
よってシリコン基板2と断熱されている。ブリッジ部5
の表面においては、その中央部にヒータ6を設け、ヒー
タ6を挟んで対称な位置(上流側と下流側)にそれぞれ
測温体としてサーモパイル7、8を設けている。また、
ヒータ6及びサーモパイル7、8を覆うようにしてシリ
コン基板2の上を保護膜10で被覆している。
2. Description of the Related Art FIGS. 1 and 2 show a fluid detection sensor 1 having a conventional structure. Here, FIG. 2 shows a cross section taken along line AA of FIG. However, FIG. 1 shows a state in which a heater, a thermopile, and the like are exposed, and FIG. 2 shows a state in which the heater and the thermopile are covered with a protective film 10 or the like. In this fluid detection sensor 1, a concave gap 3 is formed on an upper surface of a silicon substrate 2.
The insulating thin film 4 is provided on the upper surface of the silicon substrate 2 so as to cover the gap 3, and a thin film bridge portion 5 is formed on the gap 3 by a part of the insulating thin film 4. . The bridge 5 is insulated from the silicon substrate 2 by the space (air) in the gap 3. Bridge part 5
Is provided with a heater 6 at the center thereof, and thermopiles 7 and 8 are respectively provided as temperature measuring elements at positions symmetrical with respect to the heater 6 (upstream and downstream). Also,
The silicon substrate 2 is covered with a protective film 10 so as to cover the heater 6 and the thermopiles 7 and 8.

【0003】上記サーモパイル7、8はBiSb/Sb
からなる熱電対によって構成されており、ブリッジ部5
の縁を横切るようにしてBiSbからなる第1の細線1
1とSbからなる第2の細線12が交互に配線され、ブ
リッジ部5内における第1の細線11と第2の細線12
の接続点によって温接点13の群が構成され、ブリッジ
部5外における第1の細線11と第2の細線12の接続
点によって冷接点14の群を構成している。
The thermopiles 7 and 8 are made of BiSb / Sb
And a bridge 5
First thin line 1 made of BiSb across the edge of
1 and Sb are alternately wired, and the first and second thin wires 11 and 12 in the bridge portion 5 are formed.
A group of hot junctions 13 is formed by the connection points of the above, and a group of cold junctions 14 is formed by the connection point of the first thin wire 11 and the second thin wire 12 outside the bridge portion 5.

【0004】サーモパイル7、8の温接点13及び冷接
点14の数をそれぞれn個、温接点13の温度をTh、
冷接点14の温度をTcとすると、サーモパイル13、
14の出力電圧(両端間電圧)Vは、次の(1)式で表
される。 V=n・α(Th−Tc) …(1) ただし、αはゼーベック係数である。
The numbers of the hot junctions 13 and the cold junctions 14 of the thermopiles 7 and 8 are each n, and the temperature of the hot junction 13 is Th,
Assuming that the temperature of the cold junction 14 is Tc, the thermopile 13
The output voltage (between both ends) V of the fourteenth voltage is expressed by the following equation (1). V = n · α (Th−Tc) (1) where α is a Seebeck coefficient.

【0005】この流体検知センサ1は気体の流れが生じ
る箇所に置かれ、ヒータ6に電流を流して発熱させなが
ら上流側及び下流側のサーモパイル7、8の出力が監視
される。気体の流れていない無風時においては、配置の
対称性より上流側サーモパイル7の温接点温度と下流側
サーモパイル8の温接点温度とは等しいから、サーモパ
イル7の出力電圧とサーモパイル8の出力電圧とは等し
くなる。これに対し、図1に矢印で示すように、上流側
から下流側に向けて気体が移動していると、上流側のサ
ーモパイル7の温接点は気体の流れで冷却されて降温
し、その出力電圧は小さくなる。一方、気体によってヒ
ータ6の熱が下流側へ輸送されて下流側のサーモパイル
8の温接点は温度が上昇し、その出力電圧は大きくな
る。しかも、両サーモパイル7、8の温接点温度の差
は、気体の流量が大きくなるにつれて拡大するから、そ
れに伴う両サーモパイル7、8の出力電圧値の差により
気体の流量を測定することができる。
[0005] The fluid detection sensor 1 is placed at a location where a gas flow occurs, and monitors the output of the upstream and downstream thermopiles 7 and 8 while applying a current to the heater 6 to generate heat. When there is no gas flow, the hot junction temperature of the upstream thermopile 7 and the hot junction temperature of the downstream thermopile 8 are equal due to the symmetry of the arrangement, so that the output voltage of the thermopile 7 and the output voltage of the thermopile 8 are different. Become equal. On the other hand, when the gas moves from the upstream side to the downstream side as shown by the arrow in FIG. 1, the hot junction of the thermopile 7 on the upstream side is cooled by the flow of the gas to lower the temperature, and its output is reduced. The voltage decreases. On the other hand, the heat of the heater 6 is transported to the downstream side by the gas, the temperature of the hot junction of the thermopile 8 on the downstream side rises, and the output voltage increases. In addition, since the difference between the hot junction temperatures of the thermopiles 7 and 8 increases as the flow rate of the gas increases, the flow rate of the gas can be measured based on the resulting difference between the output voltages of the thermopiles 7 and 8.

【0006】次に、上記流体検知センサ1の製造プロセ
スを図3(a)(b)(c)(d)、図4(e)(f)
(g)及び図5(h)(i)(j)により説明する。こ
れらの製造プロセスを説明する図はいずれも、図1のB
−B線に沿った断面を表している。以下、これらの図に
従って当該製造プロセスを説明する。
Next, the manufacturing process of the fluid detection sensor 1 will be described with reference to FIGS. 3 (a), 3 (b), 3 (c), 3 (d) and 4 (e), 4 (f).
(G) and FIG. 5 (h) (i) (j). All of the figures explaining these manufacturing processes are shown in FIG.
It shows a cross section along the -B line. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to these drawings.

【0007】まず、熱酸化法等によりシリコン基板2の
表裏両面に例えばSiOからなる絶縁薄膜4を形成し
[図3(a)]、スパッタリング法等を用いて上面側の
絶縁薄膜4の上にBiSbを堆積させてBiSb膜16
を形成する[図3(b)]。ついで、イオン注入法等に
よりBiSb膜16にドーピングを行う[図3
(c)]。さらに、フォトリソグラフィによりBiSb
膜16をエッチングし、BiSb膜16によってヒータ
6、サーモパイル7、8の各第1の細線11のパターン
を形成し、さらにパターニングされたBiSb膜16の
表面に酸化膜17を形成する[図3(d)]。
First, an insulating thin film 4 made of, for example, SiO 2 is formed on both the front and back surfaces of the silicon substrate 2 by a thermal oxidation method or the like [FIG. 3A], and the upper surface of the insulating thin film 4 is formed by a sputtering method or the like. BiSb is deposited on the substrate to form a BiSb film 16.
Is formed [FIG. 3 (b)]. Next, doping is performed on the BiSb film 16 by an ion implantation method or the like [FIG.
(C)]. Further, BiSb is formed by photolithography.
The film 16 is etched to form a pattern of each of the first thin wires 11 of the heater 6, the thermopiles 7 and 8 with the BiSb film 16, and an oxide film 17 is formed on the surface of the patterned BiSb film 16 [FIG. d)].

【0008】この後、温接点13及び冷接点14となる
箇所で第1の細線11を覆う酸化膜17の一部をエッチ
ングして開口18を設け[図4(e)]、酸化膜17の
上からSbをスパッタ等で堆積させ、さらにフォトリソ
グラフィによってSb膜をパターニングしてサーモパイ
ル7、8の第2の細線12を形成する[図4(f)]。
このとき、第2の細線12は、酸化膜17の開口18を
通して各端を第1の細線11の各端に接続され、第1の
細線11と第2の細線12によってサーモパイル7、8
が形成される。
Thereafter, a portion of the oxide film 17 covering the first fine wire 11 is etched at portions where the hot junction 13 and the cold junction 14 will be formed to form an opening 18 (FIG. 4E). Sb is deposited from above by sputtering or the like, and the Sb film is patterned by photolithography to form the second fine wires 12 of the thermopiles 7 and 8 (FIG. 4F).
At this time, each end of the second thin wire 12 is connected to each end of the first thin wire 11 through the opening 18 of the oxide film 17, and the thermopiles 7, 8 are connected by the first thin wire 11 and the second thin wire 12.
Is formed.

【0009】次に、ヒータ6の両端とサーモパイル7、
8の両端において、第1の細線11とヒータ6を覆うそ
れぞれの酸化膜17の一部をエッチングして開口19を
設け、ヒータ6の両端とサーモパイル7、8の両端にワ
イヤパッド9、15を設ける[図4(g)]。ついで、
CVD法等により基板全体に例えばSiOを堆積さ
せ、配線保護のための保護膜10を形成する[図5
(h)]。
Next, both ends of the heater 6 and the thermopile 7,
At both ends of 8, a part of each oxide film 17 covering the first fine wire 11 and the heater 6 is etched to form an opening 19, and wire pads 9 and 15 are provided at both ends of the heater 6 and both ends of the thermopiles 7 and 8. [FIG. 4 (g)]. Then
For example, SiO 2 is deposited on the entire substrate by a CVD method or the like to form a protective film 10 for protecting the wiring.
(H)].

【0010】この後、保護膜10を部分的にエッチング
して各ワイヤパッド9、15の上面を露出させる。この
とき同時に、ヒータ6とサーモパイル7、8の中間にお
いて、保護膜10と絶縁薄膜4を部分的にエッチング除
去し、さらにエッチングにより絶縁薄膜4も部分的に除
去して開口20をあけ、開口20から半導体基板2を露
出させる[図5(i)]。ついで、この開口21から半
導体基板2の上面をエッチングすることにより半導体基
板2の上面に空隙部3を凹設すると共に絶縁薄膜4によ
ってブリッジ部5を形成する[図5(j)]。
After that, the protective film 10 is partially etched to expose the upper surfaces of the wire pads 9 and 15. At the same time, the protective film 10 and the insulating thin film 4 are partially removed by etching between the heater 6 and the thermopiles 7 and 8, and the insulating thin film 4 is also partially removed by etching to form an opening 20. To expose the semiconductor substrate 2 [FIG. 5 (i)]. Next, by etching the upper surface of the semiconductor substrate 2 from the opening 21, the cavity 3 is formed in the upper surface of the semiconductor substrate 2 and the bridge portion 5 is formed by the insulating thin film 4 (FIG. 5J).

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】上記のような流体検知
センサでは、その感度を決定する要因は2つあり、それ
は発熱体であるヒータの上昇温度と測温体であるサーモ
パイルのゼーベック係数の大きさである。その理由は、
上記(1)式から分かるように、ヒータの上昇温度が大
きいほど温接点の温度が高くなるので、サーモパイルの
出力電圧も大きくなり、またゼーベック係数が大きいほ
どサーモパイルの出力電圧が大きくなるからである。
In the above-described fluid detection sensor, there are two factors that determine the sensitivity of the sensor. The two factors are the rising temperature of the heater as the heating element and the magnitude of the Seebeck coefficient of the thermopile as the temperature measuring element. That's it. The reason is,
As can be seen from the above equation (1), the higher the temperature of the heater, the higher the temperature of the hot junction, so the output voltage of the thermopile also increases, and the higher the Seebeck coefficient, the higher the output voltage of the thermopile. .

【0012】一方、従来の流体検知センサにあっては、
ヒータとサーモパイルの一方の導電配線(第1の細線)
とは同じ材料を用い、しかも同じドーピング量としてい
る。そして、その材料としてはゼーベック係数の高い半
導体材料が用いられており、例えばBiSbが用いられ
ている。このような半導体材料の一般的な性質として
は、ドーピング量を減らすとゼーベック係数は高くなる
が、抵抗率も高くなることが分かっている。
On the other hand, in a conventional fluid detection sensor,
One conductive wire of heater and thermopile (first thin wire)
Means that the same material is used and the doping amount is the same. A semiconductor material having a high Seebeck coefficient is used as the material, for example, BiSb is used. As a general property of such a semiconductor material, it has been found that when the doping amount is reduced, the Seebeck coefficient increases, but the resistivity also increases.

【0013】従って、従来の流体検知センサでは、サー
モパイルの出力電圧を大きくして感度を上げるためにド
ーピング量を減らしてゼーベック係数を高くしたとする
と、ドーピング量が少ないためヒータの抵抗率が高くな
り、それによってヒータの抵抗値が大きくなる。ヒータ
の発熱温度はヒータに供給される電力で決定されるが、
ヒータに供給できる電圧には限度があるので、ヒータの
抵抗値が高すぎると十分発熱させることができなくな
り、流体検知センサの感度低下を招く。逆に、ドーピン
グ量を増やすと全く逆のことが起こり、ヒータの抵抗値
を下げることができるので、ヒータからの発熱は十分と
なるが、ゼーベック係数が小さくなることによってサー
モパイルの出力電圧が低下し、流体検知センサの感度が
悪くなる。よって、従来の流体検知センサでは、ドーピ
ング量をコントロールしても流体検知センサの感度をよ
り向上させることは困難であった。
Therefore, in the conventional fluid detection sensor, if the doping amount is reduced and the Seebeck coefficient is increased to increase the sensitivity by increasing the output voltage of the thermopile, the resistivity of the heater increases because the doping amount is small. , Thereby increasing the resistance value of the heater. The heating temperature of the heater is determined by the power supplied to the heater,
Since there is a limit to the voltage that can be supplied to the heater, if the resistance value of the heater is too high, it is not possible to generate heat sufficiently, and the sensitivity of the fluid detection sensor is reduced. Conversely, when the doping amount is increased, the opposite occurs exactly, and the resistance value of the heater can be lowered, so that the heat generated from the heater is sufficient.However, the output voltage of the thermopile decreases due to the decrease in the Seebeck coefficient. As a result, the sensitivity of the fluid detection sensor deteriorates. Therefore, in the conventional fluid detection sensor, even if the doping amount is controlled, it is difficult to further improve the sensitivity of the fluid detection sensor.

【0014】本発明は、上記の従来例の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、ドーピン
グ量をコントロールすることによって感度をより向上さ
せることができる流体検知センサを提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems of the conventional example, and has as its object to provide a fluid detection sensor capable of improving sensitivity by controlling the doping amount. It is in.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本発明に係る流体検知セ
ンサは、基板により少なくとも一部が空中で支持された
絶縁薄膜と、前記絶縁薄膜の空中支持部分の表面に配置
され、不純物ドーピングされた発熱体と、前記発熱体を
挟んで前記絶縁薄膜の表面に配置され、一方の導電配線
に不純物をドーピングされた少なくとも2つの接触電位
差測温体とを備え、前記接触電位差測温体を構成する一
方の導電配線の不純物ドーピング量と前記発熱体の不純
物ドーピング量とが互いに異なっていることを特徴とす
るものである。
A fluid detection sensor according to the present invention has an insulating thin film at least partially supported in air by a substrate, and an impurity-doped film disposed on the surface of the air supporting portion of the insulating thin film. A heating element; and at least two contact potential difference measuring elements disposed on the surface of the insulating thin film with the heating element interposed therebetween and one of the conductive wirings doped with an impurity, forming the contact potential difference measuring element. An impurity doping amount of one conductive wiring and an impurity doping amount of the heating element are different from each other.

【0016】本発明に係る別な流体検知センサは、基板
により少なくとも一部が空中で支持された絶縁薄膜と、
前記絶縁薄膜の空中支持部分の表面に配置され、不純物
をドーピングされた発熱体と、前記発熱体の片側で前記
絶縁薄膜の表面に配置され、一方の導電配線に不純物を
ドーピングされた接触電位差測温体とを備え、前記接触
電位差測温体を構成する一方の導電配線の不純物ドーピ
ング量と前記発熱体の不純物ドーピング量とが互いに異
なっていることを特徴とするものである。
Another fluid detection sensor according to the present invention comprises: an insulating thin film at least partially supported in air by a substrate;
A heating element that is disposed on the surface of the aerial support portion of the insulating thin film and is doped with impurities; and a contact potential difference measurement that is disposed on the surface of the insulating thin film on one side of the heating element and one of the conductive wirings is doped with impurities. And a heating element, wherein an impurity doping amount of one of the conductive wires constituting the contact potential difference measuring element and an impurity doping amount of the heating element are different from each other.

【0017】本発明において、発熱体とは例えば抵抗体
材料を用いたヒーターである。接触電位差測温体とは、
少なくとも2種類の導電配線の接触電位差により温度を
計測するものであって、例えばサーモパイルがある。ま
た、導電配線の材料としては、金属材料でもよく、半導
体材料でもよい。
In the present invention, the heating element is, for example, a heater using a resistor material. What is a contact potential difference thermometer?
The temperature is measured based on the contact potential difference between at least two types of conductive wirings, for example, a thermopile. Further, the material of the conductive wiring may be a metal material or a semiconductor material.

【0018】また、上記各流体検知センサの実施形態
は、前記発熱体と、前記接触電位差測温体を構成する一
方の導電配線がポリシリコンからなるものである。
Further, in each of the above embodiments of the fluid detection sensor, the heating element and one conductive wiring constituting the contact potential difference measuring element are made of polysilicon.

【0019】また、上記各流体検知センサの実施形態
は、周囲温度を測定するための周囲温度測温抵抗体をさ
らに備えたものにおいて、前記発熱体と前記周囲温度測
温抵抗体の不純物ドーピング量を等しくしたものであ
る。
Further, in each of the embodiments of the above-mentioned fluid detection sensors, an ambient temperature measuring resistor for measuring an ambient temperature is further provided, wherein the heating element and an impurity doping amount of the ambient temperature measuring resistor are further included. Are equal.

【0020】本発明に係る流体検知センサの製造方法
は、基板の表面に絶縁薄膜を形成する工程と、前記絶縁
薄膜の上に第1の材料を形成する工程と、前記第1の材
料のほぼ全面にドーピングを行う工程と、前記第1の材
料をパターニングすることによって発熱体と接触電位差
測温体の一方の導電配線とを作製する工程と、前記発熱
体もしくは前記第1の材料のうち発熱体となる領域に、
さらにドーピングを行う工程と、接触電位差測温体の他
方の導電配線を作製する工程とからなることを特徴とし
ている。ここで、発熱体もしくは第1の材料のうち発熱
体となる領域にさらにドーピングを行うとは、このドー
ピングが発熱体のパターニング前に行われてもよく、パ
ターニング後に行われてもよいことを意味している。
The method of manufacturing a fluid detection sensor according to the present invention includes the steps of: forming an insulating thin film on a surface of a substrate; forming a first material on the insulating thin film; Doping the entire surface; forming a heating element and one of the conductive wirings of the contact potential difference measuring element by patterning the first material; generating heat from the heating element or the first material; In the body area,
Further, the method is characterized by comprising a step of performing doping and a step of fabricating the other conductive wiring of the contact potential difference thermometer. Here, the further doping of the heating element or the region of the first material which becomes the heating element means that the doping may be performed before or after the patterning of the heating element. are doing.

【0021】[0021]

【作用】本発明に係る流体検知センサもしくはその製造
方法における一方の形態は、発熱体の両側に接触電位差
測温体を配置したものであり、他方の形態は、発熱体の
片側に接触電位差測温体を配置したものである。発熱体
の両側に接触電位差測温体を設けたものでは、双方向で
流体流量を測定可能で、低流速域で高感度であるという
利点があり、発熱体の片側に接触電位差測温体を配置し
たものでは、高流速域でも測定可能であるという利点が
ある。
According to one aspect of the fluid detection sensor or the method of manufacturing the same according to the present invention, a contact potential difference measuring element is arranged on both sides of a heating element, and the other form is a contact potential difference measuring element disposed on one side of the heating element. It is one in which a warm body is arranged. In the case where the contact potential difference thermometer is provided on both sides of the heating element, there is an advantage that the fluid flow rate can be measured in both directions and the sensitivity is high in a low flow velocity range. The arrangement has an advantage that measurement can be performed even in a high flow velocity region.

【0022】いずれの流体検知センサにおいても、接触
電位差測温体を構成する一方の導電配線の不純物ドーピ
ング量と発熱体の不純物ドーピング量とを互いに異なら
せることにより、接触電位差測温体のゼーベック係数を
低下させることなく発熱体の抵抗値を下げることがで
き、流体検知センサの感度をより向上させることができ
る。不純物ドーピング量の異ならせ方は、一般的には、
接触電位差測温体を構成する一方の導電配線の不純物ド
ーピング量を小さくし、発熱体の不純物ドーピング量を
大きくすることによって効果が得られる。
In any of the fluid detection sensors, the Seebeck coefficient of the contact potential difference thermometer is set by making the impurity doping amount of one of the conductive wires constituting the contact potential difference thermometer and the impurity doping amount of the heating element different from each other. The resistance value of the heating element can be reduced without lowering the temperature, and the sensitivity of the fluid detection sensor can be further improved. Generally, the method of varying the impurity doping amount is as follows.
The effect can be obtained by reducing the impurity doping amount of one conductive wiring constituting the contact potential difference temperature measuring element and increasing the impurity doping amount of the heating element.

【0023】また、接触電位差測温体の一方の導電配線
としてポリシリコンを用いれば、アルミニウム等と組み
合わせることによって接触電位差測温体を形成すること
ができ、しかも加工性が良好となる。
If polysilicon is used as one conductive wiring of the contact potential difference measuring element, the contact potential difference measuring element can be formed by combining it with aluminum or the like, and the workability is improved.

【0024】また、周囲温度を測定するための周囲温度
測温抵抗体を設けた場合には、この周囲温度測温抵抗体
の不純物ドーピング量と発熱体の不純物ドーピング量と
を等しくすれば、ヒータの発熱温度を周囲温度に対して
一定温度だけ高い温度に保持することが容易になる。
In the case where an ambient temperature measuring resistor for measuring the ambient temperature is provided, if the impurity doping amount of the ambient temperature measuring resistor and the impurity doping amount of the heating element are made equal, a heater is provided. Is easily maintained at a temperature higher than the ambient temperature by a certain temperature.

【0025】また、本発明にかかる流体検知センサの製
造方法においては、発熱体の不純物ドーピングと接触電
位差測温体の不純物ドーピングとを別々に行うのでな
く、発熱体に不純物を追加ドーピングするようにしてい
るので、ドーピング処理工程の所要時間を短くすること
ができる。
In the method of manufacturing a fluid detection sensor according to the present invention, the impurity doping of the heating element and the impurity doping of the contact potential difference measuring element are not separately performed, but the heating element is doped with impurities. Therefore, the time required for the doping process can be shortened.

【0026】[0026]

【発明の実施の形態】(第1の実施形態)本発明の一実
施形態による流体検知センサ(ガスフローセンサ)31
の構造を図6及び図7に示す。図7は図6のC−C線断
面を表し、図6は保護膜40等を除去してサーモパイル
37、38を露出させた状態の平面を表している。この
流体検知センサ31にあっては、シリコン基板32の上
面に上方で広くなった凹状の空隙部33を形成し、この
空隙部33を覆うようにしてシリコン基板32の上面に
絶縁薄膜34を設け、この絶縁薄膜34の一部によって
空隙部33の上に薄膜状のブリッジ部35を形成してい
る。このブリッジ部35は空隙部33内によってシリコ
ン基板32と断熱されている。ブリッジ部35の表面に
おいては、その中央部にポリシリコンからなるヒータ3
6を設け、ヒータ36を挟んで上流側と下流側の対称な
位置にそれぞれ測温体としてサーモパイル37、38を
設けている。また、ブリッジ部35の外側において、絶
縁薄膜34の上に周囲温度感知用の測温抵抗体52を設
けてあり、ヒータ36、サーモパイル37、38及び測
温抵抗体52を覆うようにしてシリコン基板32の上を
保護膜40で覆っている。
(First Embodiment) A fluid detection sensor (gas flow sensor) 31 according to an embodiment of the present invention.
6 and 7 are shown in FIGS. FIG. 7 shows a cross section taken along line CC of FIG. 6, and FIG. 6 shows a plane in which the thermopiles 37 and 38 are exposed by removing the protective film 40 and the like. In this fluid detection sensor 31, a concave void 33 widened upward is formed on the upper surface of a silicon substrate 32, and an insulating thin film 34 is provided on the upper surface of the silicon substrate 32 so as to cover the void 33. The bridge portion 35 in the form of a thin film is formed on the gap 33 by a part of the insulating thin film 34. The bridge 35 is insulated from the silicon substrate 32 by the space 33. On the surface of the bridge portion 35, a heater 3 made of polysilicon is provided at a central portion thereof.
6 are provided, and thermopiles 37 and 38 are provided as temperature measuring elements at symmetrical positions on the upstream side and the downstream side with the heater 36 interposed therebetween. Outside the bridge portion 35, a temperature measuring resistor 52 for sensing the ambient temperature is provided on the insulating thin film 34, and a silicon substrate is provided so as to cover the heater 36, the thermopiles 37, 38 and the temperature measuring resistor 52. 32 is covered with a protective film 40.

【0027】上記サーモパイル37、38はポリシリコ
ン/アルミニウムからなる熱電対によって構成されてお
り、絶縁薄膜34の縁を横切るようにしてポリシリコン
からなる第1の細線41とアルミニウムからなる第2の
細線42が交互に、かつ平行に配線され、絶縁薄膜34
内における第1の細線41と第2の細線42の接続点に
よって温接点43の群が構成され、絶縁薄膜34外にお
ける第1の細線41と第2の細線42の接続点によって
冷接点44の群を構成している。
The thermopiles 37 and 38 are constituted by a thermocouple made of polysilicon / aluminum, and a first thin wire 41 made of polysilicon and a second thin wire made of aluminum are made to cross the edge of the insulating thin film 34. 42 are wired alternately and in parallel to form an insulating thin film 34.
A group of hot junctions 43 is formed by a connection point between the first thin wire 41 and the second thin wire 42 in the inside, and a cold junction 44 is formed by a connection point between the first thin wire 41 and the second thin wire 42 outside the insulating thin film 34. Make up a group.

【0028】冷接点44は、ヒートシンクの役目をする
シリコン基板32の上に位置しているので、気体に接触
しても温度は変化しにくいが、温接点43はシリコン基
板32から浮いたブリッジ部35の上に形成されている
ので、熱容量が小さく、気体に触れると敏感に温度が変
化する。
Since the cold junction 44 is located on the silicon substrate 32 serving as a heat sink, the temperature does not easily change even when it comes into contact with a gas, but the hot junction 43 is a bridge portion floating from the silicon substrate 32. Since it is formed on 35, its heat capacity is small, and the temperature changes sensitively when it comes into contact with gas.

【0029】また、ブリッジ部35の外側(シリコン基
板32の上面)において、絶縁薄膜34の上面には、周
囲温度を計測するため、ポリシリコンからなる測温抵抗
体52が設けられている。
Outside the bridge portion 35 (on the upper surface of the silicon substrate 32), on the upper surface of the insulating thin film 34, a temperature measuring resistor 52 made of polysilicon is provided for measuring the ambient temperature.

【0030】この流体検知センサ31においても、サー
モパイル37、38の温接点43及び冷接点44の数を
それぞれn個、温接点43の温度をTh、冷接点44の
温度をTcとすると、サーモパイル43、44の出力電
圧(両端間電圧)Vは、次の(2)式で表される。 V=n・α(Th−Tc) …(2) ただし、αはゼーベック係数である。
Also in this fluid detection sensor 31, assuming that the number of the hot junctions 43 and the number of the cold junctions 44 of the thermopiles 37 and 38 are n, the temperature of the hot junction 43 is Th, and the temperature of the cold junction 44 is Tc, respectively. , 44 are expressed by the following equation (2). V = n · α (Th−Tc) (2) where α is a Seebeck coefficient.

【0031】また、この流体検知センサ31において
は、測温抵抗体52、ヒータ36、サーモパイル37、
38の第1の細線41はそれぞれ同一材料(ポリシリコ
ン)によって形成され、P(燐)等の不純物をドーピン
グされているが、ヒータ36の不純物ドーピング量は第
1の細線41の不純物ドーピング量よりも大きくなって
いる。例えば、ヒータ36と第1の細線41が膜厚50
0nmのポリシリコンからなる場合、第1の細線41に
は1×1020個/cm程度の密度でPがドーピング
されるのに対し、ヒータ36には4×1020個/cm
程度の密度でPがドーピングされる。
Further, in the fluid detecting sensor 31, the temperature measuring resistor 52, the heater 36, the thermopile 37,
The first fine wires 41 are formed of the same material (polysilicon) and doped with impurities such as P (phosphorus). The impurity doping amount of the heater 36 is larger than that of the first fine wires 41. Is also getting bigger. For example, the heater 36 and the first fine wire 41 have a film thickness of 50.
In the case of 0 nm polysilicon, the first fine wire 41 is doped with P at a density of about 1 × 10 20 / cm 3 , whereas the heater 36 is doped with 4 × 10 20 / cm 3.
P is doped at a density of about 3 .

【0032】この流体検知センサ31にあっても、ヒー
タ36に電流を流して発熱させながら上流側及び下流側
のサーモパイル37、38の出力が監視される。気体の
流れていない無風時には、サーモパイル37の出力電圧
とサーモパイル38の出力電圧とは等しいが、図6に矢
印で示す方向に、上流側から下流側に向けて気体が移動
していると、上流側のサーモパイル37の温接点43は
冷却されて降温し、出力電圧が小さくなる。一方、気体
によって運ばれる熱で下流側のサーモパイル38の温接
点43は温度が上昇し、出力電圧が大きくなる。従っ
て、両サーモパイル37、38の出力電圧値の差により
空気の流量を測定することができる。また、この実施形
態のようにヒータ36の両側にサーモパイル37、38
を配置した構造の場合には、図6の矢印方向と反対向き
に気体が流れた場合にも流体流量(ガス流量)を検出す
ることができる。
The output of the thermopiles 37 and 38 on the upstream side and the downstream side is also monitored in the fluid detection sensor 31 while applying a current to the heater 36 to generate heat. When there is no gas flow, the output voltage of the thermopile 37 is equal to the output voltage of the thermopile 38. However, when the gas moves from the upstream side to the downstream side in the direction indicated by the arrow in FIG. The hot junction 43 of the thermopile 37 on the side is cooled to lower the temperature, and the output voltage decreases. On the other hand, the temperature of the hot junction 43 of the downstream thermopile 38 increases due to the heat carried by the gas, and the output voltage increases. Therefore, the flow rate of air can be measured based on the difference between the output voltage values of the thermopiles 37 and 38. Further, as shown in this embodiment, thermopiles 37, 38 are provided on both sides of the heater 36.
In the case of the structure in which is disposed, the fluid flow rate (gas flow rate) can be detected even when the gas flows in the direction opposite to the direction of the arrow in FIG.

【0033】しかも、この流体検知センサ31では、第
1の細線41よりもヒータ36の不純物ドーピング量を
大きくしているので、ヒータ36の抵抗を下げることが
でき、ヒータ36の発熱温度を高くすることができる。
一方、第1の細線41の不純物ドーピング量はヒータ3
6よりも小さくなっているので、ゼーベック係数を高く
することができる。よって、ゼーベック係数の高いサー
モパイル37、38を用いながらヒータ36の発熱温度
を高くすることができ、流体検知センサ31の感度をよ
り向上させることができる。
In addition, in the fluid detection sensor 31, since the impurity doping amount of the heater 36 is larger than that of the first fine wire 41, the resistance of the heater 36 can be reduced and the heat generation temperature of the heater 36 can be increased. be able to.
On the other hand, the impurity doping amount of the first fine wire 41 is
Since it is smaller than 6, the Seebeck coefficient can be increased. Therefore, the heat generation temperature of the heater 36 can be increased while using the thermopiles 37 and 38 having a high Seebeck coefficient, and the sensitivity of the fluid detection sensor 31 can be further improved.

【0034】周囲温度測定用の測温抵抗体52は、周囲
温度に依らず発熱温度を一定にしてヒータ36を駆動す
る場合には必要ないが、周囲温度に対して一定温度だけ
高い温度でヒータ36を駆動させたい場合には、周囲温
度測定用の測温抵抗体52の抵抗値を測定し、それをヒ
ータ36の発熱温度にフィードバックさせることにより
ヒータ36の発熱温度が周囲温度よりも一定温度だけ高
くなるようにすることができる。
The temperature measuring resistor 52 for measuring the ambient temperature is not necessary when the heater 36 is driven with the heat generation temperature constant regardless of the ambient temperature. When it is desired to drive the heater 36, the resistance value of the temperature measuring resistor 52 for measuring the ambient temperature is measured, and the measured resistance value is fed back to the heating temperature of the heater 36, so that the heating temperature of the heater 36 is a constant temperature than the ambient temperature. Can only be higher.

【0035】なお、39、45及び53は、それぞれヒ
ータ36、サーモパイル37、38及び測温抵抗体52
にワイヤボンディングするためのワイヤパッドである。
Reference numerals 39, 45 and 53 denote a heater 36, thermopiles 37 and 38, and a resistance temperature detector 52, respectively.
This is a wire pad for wire bonding.

【0036】次に、上記流体検知センサ31の製造プロ
セスを図8(a)(b)(c)(d)、図9(e)
(f)(g)(h)(i)及び図10(j)(k)
(l)(m)により説明する。これらの製造プロセスを
説明する図はいずれも、図6(a)のD−D線に沿った
断面を表している。以下、これらの図に従って当該製造
プロセスを説明する。
Next, the manufacturing process of the fluid detection sensor 31 will be described with reference to FIGS. 8 (a), 8 (b), 8 (c), 8 (d) and 9 (e).
(F) (g) (h) (i) and FIG. 10 (j) (k)
This will be described with reference to (l) and (m). Each of the drawings describing these manufacturing processes shows a cross section along the line DD in FIG. 6A. Hereinafter, the manufacturing process will be described with reference to these drawings.

【0037】まず、熱酸化法等によりシリコン基板32
の表裏両面に例えばSiOからなる絶縁薄膜34を形
成し[図8(a)]、CVD法等を用いて上面側の絶縁
薄膜34の上にポリシリコンを膜厚500nmとなるよ
うに堆積させてポリシリコン膜46を形成する[図8
(b)]。ついで、イオン注入法等によりポリシリコン
膜46の全体にP等の不純物原子をイオン注入法等でド
ーズ量1×1020個/cmだけドーピングさせる
[図8(c)]。さらに、ポリシリコン膜46の表面全
体をレジスト膜54で覆った後、ポリシリコン膜46の
ヒータ形成領域56a及び測温体形成領域65bでレジ
スト膜54に窓55を開口させる[図8(d)]。
First, a silicon substrate 32 is formed by a thermal oxidation method or the like.
An insulating thin film 34 made of, for example, SiO 2 is formed on both front and back surfaces (FIG. 8A), and polysilicon is deposited to a thickness of 500 nm on the insulating thin film 34 on the upper surface using a CVD method or the like. To form a polysilicon film 46 [FIG.
(B)]. Next, the entire polysilicon film 46 is doped with impurity atoms such as P by an ion implantation method or the like at a dose of 1 × 10 20 atoms / cm 3 by an ion implantation method or the like [FIG. 8C]. Further, after covering the entire surface of the polysilicon film 46 with the resist film 54, a window 55 is opened in the resist film 54 in the heater formation region 56a and the temperature measuring body formation region 65b of the polysilicon film 46 [FIG. ].

【0038】この窓55を通してさらにP等の不純物原
子をイオン注入法等により3×10 20個/cmだけ
追加注入させる[図9(e)]。ついで、レジスト膜5
4を除去すると、ヒータ形成領域56a及び測温体形成
領域56bでは不純物濃度が4×1020個/cm
なり、それ以外の領域(特に、サーモパイル形成領域)
では不純物濃度が1×1020個/cmとなる[図9
(f)]。
Through this window 55, impurities such as P
3 × 10 by ion implantation 20Pieces / cm3Only
Additional injection is performed [FIG. 9 (e)]. Then, the resist film 5
4 is removed, the heater formation region 56a and the temperature measurement body formation
In the region 56b, the impurity concentration is 4 × 1020Pieces / cm3When
And other areas (especially thermopile forming areas)
Has an impurity concentration of 1 × 1020Pieces / cm3[Fig. 9
(F)].

【0039】この後、フォトリソグラフィによりポリシ
リコン膜46をエッチングし、ポリシリコン膜46によ
ってヒータ36、周囲温度測定用の測温抵抗体52、サ
ーモパイル37、38の各第1の細線41のパターンを
形成し、さらにパターニングされたポリシリコン膜46
の不純物を熱拡散させる。このとき、ポリシリコン膜4
6の表面には酸化膜47が形成される[図9(g)]。
Thereafter, the polysilicon film 46 is etched by photolithography, and the pattern of the first thin wire 41 of the heater 36, the temperature measuring resistor 52 for measuring the ambient temperature, and the thermopiles 37 and 38 is formed by the polysilicon film 46. Formed and patterned polysilicon film 46
Is thermally diffused. At this time, the polysilicon film 4
An oxide film 47 is formed on the surface of No. 6 (FIG. 9G).

【0040】この結果、同時にパターニングされたヒー
タ36、測温抵抗体52、サーモパイル37、38の各
第1の細線41のうち、ヒータ36の不純物濃度だけが
高くなる。
As a result, of the heater 36, the resistance temperature detector 52, and the first thin wires 41 of the thermopiles 37 and 38 which are simultaneously patterned, only the impurity concentration of the heater 36 is increased.

【0041】ついで、温接点43及び冷接点44となる
箇所で第1の細線41を覆う酸化膜47の一部をエッチ
ングして開口48を設け[図9(h)]、酸化膜47の
上からアルミニウムをスパッタ等で堆積させ、さらにフ
ォトリソグラフィによってアルミニウム膜をパターニン
グしてサーモパイル47、48の第2の細線42を形成
する[図9(i)]。このとき、第2の細線42は、酸
化膜47の開口48を通して各端を第1の細線41の各
端に接続され、絶縁薄膜47の下に形成された第1の細
線41と第2の細線42とによってサーモパイル37、
38が形成される。
Next, an opening 48 is formed by etching a part of the oxide film 47 covering the first fine wire 41 at the locations where the hot junction 43 and the cold junction 44 will be formed (FIG. 9H). Is deposited by sputtering or the like, and the aluminum film is patterned by photolithography to form the second fine wires 42 of the thermopiles 47 and 48 (FIG. 9 (i)). At this time, each end of the second thin wire 42 is connected to each end of the first thin wire 41 through the opening 48 of the oxide film 47, and the first thin wire 41 formed under the insulating thin film 47 and the second thin wire 42 are connected to each other. Thermopile 37 with thin line 42,
38 are formed.

【0042】次に、サーモパイル37、38の両端、ヒ
ータ36の両端および測温抵抗体52の両端において、
酸化膜47の一部をエッチングして開口49を設け、サ
ーモパイル37、38の両端、ヒータ36の両端及び測
温抵抗体の両端に金属材料を堆積させてそれぞれのワイ
ヤパッド45、39、53を設ける[図10(j)]。
ついで、CVD法等により基板全体に例えばSiO
堆積させ、配線保護のための保護膜40を形成する[図
10(k)]。
Next, at both ends of the thermopiles 37 and 38, both ends of the heater 36 and both ends of the resistance temperature detector 52,
An opening 49 is provided by etching a part of the oxide film 47, and a metal material is deposited on both ends of the thermopiles 37, 38, both ends of the heater 36, and both ends of the resistance temperature detector to form respective wire pads 45, 39, 53. [FIG. 10 (j)].
Next, for example, SiO 2 is deposited on the entire substrate by the CVD method or the like, and a protective film 40 for protecting the wiring is formed [FIG. 10 (k)].

【0043】この後、保護膜51を部分的にエッチング
して各ワイヤパッド45、39、53の上面を露出させ
る。同時にヒータ36とサーモパイル37、38の中間
において、保護膜21をエッチング除去し、さらにエッ
チングにより絶縁薄膜34も部分的に除去して開口51
を形成し、開口51から半導体基板32を露出させる
[図10(l)]。ついで、この開口51から半導体基
板32の上面をエッチングすることにより半導体基板3
2の上面に空隙部33を凹設すると共に絶縁薄膜34に
よってブリッジ部35を形成する[図10(j)]。
Thereafter, the protective film 51 is partially etched to expose the upper surfaces of the wire pads 45, 39, 53. At the same time, between the heater 36 and the thermopiles 37 and 38, the protective film 21 is removed by etching, and the insulating thin film 34 is also partially removed by etching to form the opening 51.
Is formed, and the semiconductor substrate 32 is exposed from the opening 51 (FIG. 10 (l)). Next, the upper surface of the semiconductor substrate 32 is etched from the opening 51 so that the semiconductor substrate 3 is removed.
A gap 33 is formed in the upper surface of the second 2 and a bridge 35 is formed by the insulating thin film 34 (FIG. 10 (j)).

【0044】このようにしてヒータ形成領域で不純物を
追加ドーピングすることによって流体検知センサ31を
製造すれば、無駄なドーピング処理時間を減らすことが
でき、効率よく感度の良好な流体検知センサを製造する
ことができる。
If the fluid detection sensor 31 is manufactured by additionally doping impurities in the heater formation region in this way, unnecessary doping processing time can be reduced, and a fluid detection sensor with good sensitivity can be manufactured efficiently. be able to.

【0045】(第2の実施形態)図11及び図12は本
発明のさらに別な実施形態による流体検知センサ(ガス
フローセンサ)61の構造を示す平面図及び断面図であ
る。図11は保護膜40等を除去してサーモパイル37
とヒータ36を露出させた状態の平面を表している。こ
の流体検知センサ61は、ブリッジ部35の上面におい
て、ヒータ36の片側(上流側又は下流側)にのみサー
モパイル37を設けたものである。このような構造によ
れば、第1の実施形態によるものよりも、より高流速域
で測定可能になる。
(Second Embodiment) FIGS. 11 and 12 are a plan view and a sectional view showing the structure of a fluid detection sensor (gas flow sensor) 61 according to still another embodiment of the present invention. FIG. 11 shows a thermopile 37 after removing the protective film 40 and the like.
And a plane where the heater 36 is exposed. In the fluid detection sensor 61, the thermopile 37 is provided only on one side (upstream or downstream) of the heater 36 on the upper surface of the bridge section 35. According to such a structure, measurement can be performed in a higher flow velocity region than that according to the first embodiment.

【0046】図13は、サーモパイル37が上流側に配
置された流量検知センサ61に用いられているヒータ制
御回路62を示す図である。このヒータ制御回路62
は、ヒータ36の発熱温度が測温抵抗体52で検出され
ている周囲温度よりも一定温度だけ高い温度に自動調整
する働きをする。このヒータ制御回路62は、固定抵抗
63、64と分圧抵抗65、66、オペアンプ(差動増
幅回路)67及びトランジスタ68によって構成されて
いる。固定抵抗63、64はヒータ36及び測温抵抗体
52と共にブリッジ回路を構成されており、固定抵抗6
3と測温抵抗体52の中点がオペアンプ67の反転入力
端子に接続され、固定抵抗64とヒータ36の中点がオ
ペアンプ67の非反転入力端子に接続されている。トラ
ンジスタ68は、電源と固定抵抗63の間に挿入されて
おり、直列に接続された分圧抵抗65、66はトランジ
スタ68のベースとグランドの間に接続されている。オ
ペアンプ67の出力は分圧抵抗65、66の中点に接続
されている。
FIG. 13 is a diagram showing a heater control circuit 62 used for the flow rate detection sensor 61 in which the thermopile 37 is disposed on the upstream side. This heater control circuit 62
Functions to automatically adjust the heat generation temperature of the heater 36 to a temperature higher than the ambient temperature detected by the resistance temperature detector 52 by a certain temperature. The heater control circuit 62 includes fixed resistors 63 and 64, voltage dividing resistors 65 and 66, an operational amplifier (differential amplifier circuit) 67, and a transistor 68. The fixed resistors 63 and 64 constitute a bridge circuit together with the heater 36 and the resistance temperature detector 52, and
The middle point of the resistor 3 and the resistance temperature detector 52 is connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 67, and the middle point of the fixed resistor 64 and the heater 36 is connected to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 67. The transistor 68 is inserted between the power supply and the fixed resistor 63, and the voltage dividing resistors 65 and 66 connected in series are connected between the base of the transistor 68 and the ground. The output of the operational amplifier 67 is connected to the middle point of the voltage dividing resistors 65 and 66.

【0047】このヒータ制御回路62は、ヒータ36を
周囲温度に対して一定温度高い温度で熱平衡状態を保と
うとするものであり、例えば無風状態の熱平衡状態から
気体の流れのある状態に変化してヒータ36の温度が下
がると、オペアンプ67の非反転入力端子の電位が下が
り、トランジスタ68を駆動し、電流が供給されて再び
熱平衡状態になるという動作を繰り返す。周囲温度が変
化した場合も同様である。詳しくいうと、このヒータ制
御回路62にあっては、ヒータ36の発熱温度が平衡時
の温度よりも上昇すると、オペアンプ67から出力され
る電流が増加するので、分圧抵抗65と66の中点の電
圧が高くなる。その結果、トランジスタ68のベース電
流が減少し、ブリッジ回路に流れる電流も減少する。こ
の結果、ヒータ36に流れる電流が減少してヒータ36
の発熱温度が下がる。逆に、ヒータ36の発熱温度が平
衡時の温度よりも低下すると、オペアンプ67から出力
される電流が減少するので、分圧抵抗65と66の中点
の電圧が低くなる。その結果、トランジスタ68のベー
ス電流が増加し、ブリッジ回路に流れる電流も増加す
る。この結果、ヒータ36に流れる電流が増加してヒー
タ36の発熱温度が上がる。
The heater control circuit 62 is to maintain the thermal equilibrium state of the heater 36 at a certain temperature higher than the ambient temperature. For example, the heater control circuit 62 changes from a thermal equilibrium state in a no-wind state to a state in which gas flows. When the temperature of the heater 36 decreases, the potential of the non-inverting input terminal of the operational amplifier 67 decreases, drives the transistor 68, and repeats the operation of supplying the current and establishing the thermal equilibrium state again. The same applies when the ambient temperature changes. More specifically, in the heater control circuit 62, when the heat generation temperature of the heater 36 rises above the temperature at the time of equilibrium, the current output from the operational amplifier 67 increases. Voltage rises. As a result, the base current of the transistor 68 decreases, and the current flowing in the bridge circuit also decreases. As a result, the current flowing through the heater 36 decreases,
The exothermic temperature drops. Conversely, when the heat generation temperature of the heater 36 becomes lower than the temperature at the time of equilibrium, the current output from the operational amplifier 67 decreases, so the voltage at the midpoint of the voltage dividing resistors 65 and 66 decreases. As a result, the base current of the transistor 68 increases, and the current flowing in the bridge circuit also increases. As a result, the current flowing through the heater 36 increases, and the heat generation temperature of the heater 36 increases.

【0048】また、周囲温度を検出している測温抵抗体
52の温度が平衡時の温度よりも上昇すると、オペアン
プ67から出力される電流が減少するので、分圧抵抗6
5と66の中点の電圧が低くなる。その結果、トランジ
スタ68のベース電流が増加し、ブリッジ回路に流れる
電流も増加する。この結果、ヒータ36に流れる電流が
増加してヒータ36の発熱温度が上がる。逆に、測温抵
抗体52の発熱温度が平衡時の温度よりも低下すると、
オペアンプ67から出力される電流が増加するので、分
圧抵抗65と66の中点の電圧が高くなる。その結果、
トランジスタ68のベース電流が減少し、ブリッジ回路
に流れる電流も減少する。この結果、ヒータ36に流れ
る電流が減少してヒータ36の発熱温度が下がる。
When the temperature of the resistance temperature detector 52 for detecting the ambient temperature rises above the temperature at the time of equilibrium, the current output from the operational amplifier 67 decreases.
The voltage at the midpoint between 5 and 66 decreases. As a result, the base current of the transistor 68 increases, and the current flowing in the bridge circuit also increases. As a result, the current flowing through the heater 36 increases, and the heat generation temperature of the heater 36 increases. Conversely, when the heat generation temperature of the resistance temperature detector 52 becomes lower than the temperature at the time of equilibrium,
Since the current output from the operational amplifier 67 increases, the voltage at the midpoint between the voltage dividing resistors 65 and 66 increases. as a result,
The base current of the transistor 68 decreases, and the current flowing in the bridge circuit also decreases. As a result, the current flowing through the heater 36 decreases, and the heat generation temperature of the heater 36 decreases.

【0049】ヒータ制御回路62は、上記のような動作
により、ヒータ36の発熱温度が一定に保たれるように
自動調整すると共に、測温抵抗体52の検知温度が下が
ったらヒータ36の温度も下げ、測温抵抗体52の検知
温度が上がったらヒータ36の温度も上昇させる。
The heater control circuit 62 automatically adjusts the temperature of the heater 36 by the above operation so that the heat generation temperature of the heater 36 is kept constant. When the temperature is lowered and the detection temperature of the resistance temperature detector 52 rises, the temperature of the heater 36 is also raised.

【0050】次に、上記のようなヒータ制御回路62に
おいて、ヒータ36の発熱温度を測温抵抗体52の温度
よりも一定温度だけ高い温度に保つための条件を明らか
にする。いま、ヒータ36の抵抗温度係数をβh、測温
抵抗体52の抵抗値をβbとする。ある周囲温度で測温
抵抗体52の抵抗値がRhで、ヒータ36がそれよりも
一定温度だけ高くて抵抗値がRbになっていて、ブリッ
ジ回路が平衡状態にあるとすると、次の(3)式が成り
立つ。ただし、R1、R2は2つの固定抵抗63、64
の抵抗値である。 R1・Rh=R2・Rb …(3)
Next, conditions for maintaining the heat generation temperature of the heater 36 in the heater control circuit 62 as described above at a certain temperature higher than the temperature of the temperature measuring resistor 52 will be clarified. Now, let the resistance temperature coefficient of the heater 36 be βh and the resistance value of the resistance bulb 52 be βb. If the resistance value of the resistance temperature detector 52 is Rh at a certain ambient temperature, the resistance of the heater 36 is higher than that by a certain temperature and the resistance value is Rb, and the bridge circuit is in an equilibrium state, the following (3) ) Formula holds. However, R1 and R2 are two fixed resistors 63 and 64
Is the resistance value. R1 · Rh = R2 · Rb (3)

【0051】この平衡状態から、周囲温度がΔT(℃)
だけ上昇した場合を考えると、測温抵抗体の温度は、 Rh(ΔT)=Rh(1+βh・ΔT) …(4) となる。このとき、ヒータ36の温度も同じだけ上昇し
て Rb(ΔT)=Rb(1+βb・ΔT) …(5) となった抵抗値でブリッジ回路が平衡になればよいか
ら、次の(6)式が成立すればよい。 R1・Rh(ΔT)=R2・Rb(ΔT) …(6) この(6)式に(4)式及び(5)式を代入すると、 R1・Rh(1+βh・ΔT)=R2・Rb(1+βb・ΔT) …(7) となる。この式に上記(3)式を適用すると、 βh・ΔT=βb・ΔT …(8) が得られる。
From this equilibrium state, the ambient temperature becomes ΔT (° C.).
Considering the case where the temperature rises only, the temperature of the resistance temperature detector is as follows: Rh (ΔT) = Rh (1 + βh · ΔT) (4) At this time, the temperature of the heater 36 also rises by the same amount, and the bridge circuit only needs to be balanced by the resistance value Rb (ΔT) = Rb (1 + βb · ΔT) (5). Should be satisfied. R1 · Rh (ΔT) = R2 · Rb (ΔT) (6) By substituting equations (4) and (5) into equation (6), R1 · Rh (1 + βh · ΔT) = R2 · Rb (1 + βb) .DELTA.T) (7) When the above equation (3) is applied to this equation, βh · ΔT = βb · ΔT (8) is obtained.

【0052】従って、βh=βbであれば、任意の温度
上昇ΔTについて条件を満たすことが分かる。よって、
図13のようなヒータ制御回路62を用い、測温抵抗体
52の抵抗温度係数βbとヒータ36の抵抗温度係数βh
を等しくしておけば、ヒータ36の発熱温度を測温抵抗
体52の検出温度よりも一定温度だけ高い値に制御でき
ることが分かる。半導体の抵抗温度係数はドーピング量
により決定されるので、ヒータ36と測温抵抗体52を
同一工程で作製し、ドーピング量を等しくすれば、周囲
温度を測温抵抗体52で測定し、ヒータ36の発熱温度
が周囲より一定温度だけ高い値に調整できる。
Therefore, it can be seen that if βh = βb, the condition is satisfied for an arbitrary temperature rise ΔT. Therefore,
Using the heater control circuit 62 as shown in FIG. 13, the resistance temperature coefficient βb of the resistance temperature detector 52 and the resistance temperature coefficient βh of the heater 36 are calculated.
It can be understood that if the values are equal, the heat generation temperature of the heater 36 can be controlled to a value higher by a certain temperature than the temperature detected by the resistance temperature detector 52. Since the resistance temperature coefficient of the semiconductor is determined by the doping amount, the heater 36 and the temperature measuring resistor 52 are manufactured in the same process, and if the doping amounts are made equal, the ambient temperature is measured by the temperature measuring resistor 52 and the heater 36 is measured. Can be adjusted to a value higher than the ambient temperature by a certain temperature.

【0053】[0053]

【発明の効果】本発明の流体検知センサによれば、発熱
体のドーピング量と接触電位差測温体のドーピング量を
異ならせることによって発熱体の抵抗を下げると共に接
触電位差測温体の出力を大きくすることができ、感度を
より向上させることができる。
According to the fluid detection sensor of the present invention, by making the doping amount of the heating element and the doping amount of the contact potential difference measuring element different, the resistance of the heating element is reduced and the output of the contact potential difference measuring element is increased. And the sensitivity can be further improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】従来の流体検知センサの構造を示す平面図であ
る。
FIG. 1 is a plan view showing a structure of a conventional fluid detection sensor.

【図2】図1のA−A線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG.

【図3】(a)(b)(c)(d)は同上の流体検知セ
ンサの製造プロセスを説明する断面図である。
FIGS. 3 (a), 3 (b), 3 (c), 3 (d) are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the fluid detection sensor according to the first embodiment.

【図4】(e)(f)(g)は図2の続図である。4 (e), (f) and (g) are continuation diagrams of FIG.

【図5】(h)(i)(j)は図3の続図である。5 (h), (i) and (j) are continuation diagrams of FIG.

【図6】本発明の一実施形態による流体検知センサの構
造を示す平面図である。
FIG. 6 is a plan view illustrating a structure of a fluid detection sensor according to an embodiment of the present invention.

【図7】図6のC−C線断面図である。FIG. 7 is a sectional view taken along line CC of FIG. 6;

【図8】(a)(b)(c)(d)は同上の流体検知セ
ンサの製造プロセスを説明する断面図である。
8 (a), (b), (c) and (d) are cross-sectional views for explaining a manufacturing process of the fluid detection sensor according to the first embodiment.

【図9】(e)(f)(g)(h)(i)は図8の続図
である。
9 (e), (f), (g), (h) and (i) are continuation diagrams of FIG.

【図10】(j)(k)(l)(m)は図9の続図であ
る。
10 (j) (k) (l) (m) are continuation diagrams of FIG. 9;

【図11】本発明の別な実施形態による流体検知センサ
の構造を示す平面図である。
FIG. 11 is a plan view illustrating a structure of a fluid detection sensor according to another embodiment of the present invention.

【図12】同上の流体検知センサの断面図である。FIG. 12 is a sectional view of the fluid detection sensor according to the third embodiment;

【図13】同上の流体検知センサに用いられているヒー
タ制御回路を示す図である。
FIG. 13 is a diagram showing a heater control circuit used in the above fluid detection sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

32 半導体基板 34 絶縁薄膜 35 ブリッジ部 36 ヒータ 37、38 サーモパイル 52 測温抵抗体 Reference Signs List 32 semiconductor substrate 34 insulating thin film 35 bridge section 36 heater 37, 38 thermopile 52 resistance temperature detector

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 昌 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 (72)発明者 中村 健一 東京都港区海岸1丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 根田 徳大 東京都港区海岸1丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 Fターム(参考) 2F035 EA02 EA08  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Masaru Sasaki 10 Okayama Todocho, Ukyo-ku, Kyoto, Kyoto Prefecture (72) Inventor Kenichi Nakamura 1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas (72) Inventor Tokudai Neda 1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas Co., Ltd. F-term (reference) 2F035 EA02 EA08

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板により少なくとも一部が空中で支持
された絶縁薄膜と、前記絶縁薄膜の空中支持部分の表面
に配置され、不純物をドーピングされた発熱体と、前記
発熱体を挟んで前記絶縁薄膜の表面に配置され、一方の
導電配線に不純物をドーピングされた少なくとも2つの
接触電位差測温体とを備え、 前記接触電位差測温体を構成する一方の導電配線の不純
物ドーピング量と前記発熱体の不純物ドーピング量とが
互いに異なっていることを特徴とする流体検知センサ。
An insulating thin film at least partially supported by air in a substrate, a heating element disposed on a surface of the air supporting portion of the insulating thin film and doped with impurities, and the insulating film sandwiching the heating element. At least two contact potential difference thermometers disposed on the surface of the thin film and having one conductive wire doped with an impurity, and an impurity doping amount of one of the conductive wires constituting the contact potential difference thermometer and the heating element Wherein the doping amounts of impurities are different from each other.
【請求項2】 基板により少なくとも一部が空中で支持
された絶縁薄膜と、前記絶縁薄膜の空中支持部分の表面
に配置され、不純物をドーピングされた発熱体と、前記
発熱体の片側で前記絶縁薄膜の表面に配置され、一方の
導電配線に不純物をドーピングされた接触電位差測温体
とを備え、 前記接触電位差測温体を構成する一方の導電配線の不純
物ドーピング量と前記発熱体の不純物ドーピング量とが
互いに異なっていることを特徴とする流体検知センサ。
2. An insulating thin film at least partially supported by air in a substrate, a heating element disposed on a surface of the air supporting portion of the insulating thin film and doped with impurities, and an insulating film on one side of the heating element. A contact potential difference thermometer disposed on the surface of the thin film and having one of the conductive wires doped with an impurity; and an impurity doping amount of one of the conductive wires constituting the contact potential difference thermometer and an impurity doping of the heating element. A fluid detection sensor characterized in that the amounts are different from each other.
【請求項3】 前記発熱体と、前記接触電位差測温体を
構成する一方の導電配線がポリシリコンからなることを
特徴とする、請求項1又は2に記載の流体検知センサ。
3. The fluid detection sensor according to claim 1, wherein the heat generating element and one of the conductive wirings forming the contact potential difference temperature measuring element are made of polysilicon.
【請求項4】 周囲温度を測定するための周囲温度測温
抵抗体をさらに備えた請求項1又は2に記載の流体検知
センサにおいて、 前記発熱体と前記周囲温度測温抵抗体の不純物ドーピン
グ量とを等しくしたことを特徴とする流体検知センサ。
4. The fluid detection sensor according to claim 1, further comprising an ambient temperature measuring resistor for measuring an ambient temperature, the impurity doping amount of the heating element and the ambient temperature measuring resistor. And a fluid detection sensor.
【請求項5】 基板の表面に絶縁薄膜を形成する工程
と、 前記絶縁薄膜の上に第1の材料を形成する工程と、 前記第1の材料のほぼ全面にドーピングを行う工程と、 前記第1の材料をパターニングすることによって発熱体
と接触電位差測温体の一方の導電配線とを作製する工程
と、 前記発熱体もしくは前記第1の材料のうち発熱体となる
領域に、さらにドーピングを行う工程と、 接触電位差測温体の他方の導電配線を作製する工程とか
らなる流体検知センサの製造方法。
A step of forming an insulating thin film on a surface of the substrate; a step of forming a first material on the insulating thin film; a step of doping substantially the entire surface of the first material; Forming a heating element and one of the conductive wirings of the contact potential difference temperature measuring element by patterning the first material; and further doping the heating element or a region of the first material which is to be a heating element. A method for manufacturing a fluid detection sensor, comprising: a step of forming the other conductive wiring of the contact potential difference measuring element.
JP2000060645A 2000-03-06 2000-03-06 Fluid detecting sensor and its manufacturing method Pending JP2001249040A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000060645A JP2001249040A (en) 2000-03-06 2000-03-06 Fluid detecting sensor and its manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000060645A JP2001249040A (en) 2000-03-06 2000-03-06 Fluid detecting sensor and its manufacturing method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2001249040A true JP2001249040A (en) 2001-09-14

Family

ID=18580916

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000060645A Pending JP2001249040A (en) 2000-03-06 2000-03-06 Fluid detecting sensor and its manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2001249040A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004241398A (en) * 2002-12-13 2004-08-26 Denso Corp Semiconductor sensor and its manufacturing method
WO2020080189A1 (en) * 2018-10-17 2020-04-23 オムロン株式会社 Flow rate measuring device, and method for controlling flow rate measuring device
CN113093819A (en) * 2021-03-30 2021-07-09 中北大学 High-precision miniature gas flow controller
CN113466488A (en) * 2021-07-19 2021-10-01 东南大学 Two-dimensional temperature balance mode MEMS wind speed and direction sensor and preparation method thereof
EP3978933A4 (en) * 2019-05-24 2023-02-08 MMI Semiconductor Co., Ltd. Flow sensor chip

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004241398A (en) * 2002-12-13 2004-08-26 Denso Corp Semiconductor sensor and its manufacturing method
JP4736307B2 (en) * 2002-12-13 2011-07-27 株式会社デンソー Manufacturing method of semiconductor sensor
WO2020080189A1 (en) * 2018-10-17 2020-04-23 オムロン株式会社 Flow rate measuring device, and method for controlling flow rate measuring device
EP3978933A4 (en) * 2019-05-24 2023-02-08 MMI Semiconductor Co., Ltd. Flow sensor chip
CN113093819A (en) * 2021-03-30 2021-07-09 中北大学 High-precision miniature gas flow controller
CN113466488A (en) * 2021-07-19 2021-10-01 东南大学 Two-dimensional temperature balance mode MEMS wind speed and direction sensor and preparation method thereof
CN113466488B (en) * 2021-07-19 2022-05-27 东南大学 Two-dimensional temperature balance mode MEMS wind speed and direction sensor and preparation method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3658321B2 (en) Flow sensor and manufacturing method thereof
US4744246A (en) Flow sensor on insulator
JP3461469B2 (en) Thermal air flow sensor and internal combustion engine controller
US7233000B2 (en) Low power silicon thermal sensors and microfluidic devices based on the use of porous sealed air cavity technology or microchannel technology
JP3542614B2 (en) Temperature sensor and method for manufacturing the temperature sensor
US4733559A (en) Thermal fluid flow sensing method and apparatus for sensing flow over a wide range of flow rates
US4633578A (en) Miniature thermal fluid flow sensors and batch methods of making same
JP5683192B2 (en) Thermal flow sensor
US20100078753A1 (en) Flow Sensor and Method of Fabrication
JP5315304B2 (en) Thermal flow meter
JP3468731B2 (en) Thermal air flow sensor, element, and internal combustion engine controller
EP0536243A1 (en) Thin-film airflow sensor with additional heating element
JPH102872A (en) Semiconductor chemical sensor element and formation of thermocouple therefor
US6589433B2 (en) Accelerometer without proof mass
JP4374597B2 (en) Temperature difference detection method, temperature sensor, and infrared sensor using the same
JPH0590011A (en) Thermosensitive resistor and its manufacture
JP2002081983A (en) Heat generation device for sensor, sensor, and acceleration sensor
JP2001249040A (en) Fluid detecting sensor and its manufacturing method
JP2005003468A (en) Flow sensor
JP2004503743A (en) Microstructured temperature sensor
JP2002296121A (en) Temperature measuring device
JP5224089B2 (en) Thermal sensor
JP3589083B2 (en) Thermal flow sensor
JP3775830B2 (en) Infrared detector
JPH11258021A (en) Thermal type air flow sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20041117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20041130

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20050329