JP2008180739A - フローセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力の浪費を抑制しつつ、その感度の好適な向上を図ることのできるフローセンサを提供する。
【解決手段】半導体基板１０には、シリコン酸化膜２０が形成されている。そして、シリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂが形成されている。これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂは、ボロンの注入された単結晶シリコンにて形成されているとともに、その線幅が「７μｍ以上」に設定されている。上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂには、シリコン酸化膜２０よりも熱伝導性の高い熱伝導部材（図示略）をダミーパターンとして設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、発熱体の生ずる熱が同発熱体付近を流通する流体によって奪われることを利用して流体の流量を感知するフローセンサに関する。

一般に、この種のフローセンサを備えて構成されるフローメータでは、発熱体の生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量は、流体の流量が多くなるほど増加することから、この流体によって奪われる熱量に基づいて発熱体付近の流体の流量を検出するようにしている。

具体的には、例えば下記特許文献１に記載されているように、発熱体の温度を所定の温度に制御するとともに、上記発熱体の熱のうち流体によって奪われた熱量の指標としての同発熱体の付近の温度を、感温体を通じて感知することで流体の流量を検出するようにしている。

図３３に、この特許文献１に記載されているフローセンサの構造を示す。
このフローセンサにおいては、半導体基板３００の一部に空洞部が形成され、この空洞部上に、上記流体の流量を感知する部分となる薄膜部３１０が設けられている。そして、この薄膜部３１０には、発熱体３１１と、同発熱体３１１の上流側の温度を感知する上流側感温体３１２と、同発熱体３１１の下流側の温度を感知する下流側感温体３１３とが備えられている。更に、半導体基板３００には、当該フローセンサの環境温度を感知する温度計３２０が備えられている。

そして、同図３３に示されるように、上記発熱体３１１や、上流側感温体３１２、下流側感温体３１３、温度計３２０は、それぞれリード部３３０〜３３７を介してパッド３４０〜３４７と接続されている。そして、上記発熱体３１１や、上流側感温体３１２、下流側感温体３１３、温度計３２０は、これらパッド３４０〜３４７を介して、流体の流量についての検出信号を生成する信号生成回路(図示略)と接続される。

ここで、上記発熱体３１１や、上流側感温体３１２、下流側感温体３１３、温度計３２０は、いずれも抵抗値の変化に基づき温度を感知する機能を有する。そして、信号生成回路では、発熱体３１１の感知する同発熱体３１１自身の温度を、温度計３２０の感知する環境温度よりも所定の温度だけ高くなるように発熱体３１１へ供給する電力量を制御する。また、信号生成回路では、発熱体３１１の熱量のうち薄膜部３１０を通過する流体によって奪われた熱量を上流側感温体３１２や、下流側感温体３１３の感知する温度に基づいて検出する。

更に、この特許文献１には、流体の流通方向についての発熱体３１１の幅である発熱体３１１の線幅Ｗを「０．１ｍｍ」以上とすることが提案されている。このように、発熱体３１１の線幅Ｗをある程度確保することで、同発熱体３１１の放熱量を十分に確保することができる。そして、このため、上流側感温体３１２や下流側感温体３１３による発熱体３１１の生じる熱の感知精度を向上させることができる。
特開２００２−４８６１６号公報

ところで、上記発熱体３１１の線幅Ｗを広くすることは、（イ）発熱体３１１を用いて
感知される流体の流量感知精度の低下や、（ロ）フローセンサとしての消費電力の増大を招くこととなる。以下、これら（イ）及び（ロ）の不都合が生じる理由について説明する。

まず、上記（イ）の不都合が生じる理由について説明する。
上記発熱体３１１の線幅Ｗの拡大は同発熱体３１１の抵抗値の低下を招く。すなわち、上記リード部３３０、３３１の抵抗値に対する発熱体３１１の抵抗値の比が低下することとなる。一方、発熱体３１１の抵抗値の変化に基づきその温度を感知するとはいえ、この感知結果には、リード部３３０、３３１での電圧降下が含まれている。このため、リード部３３０、３３１の抵抗値に対する発熱体３１１の抵抗値の比が小さい場合には、このリード部３３０、３３１での電圧降下分が無視できないものとなり、発熱体３１１による自身の温度の感知精度が低下することとなる。そしてひいては、この温度感知精度の低下に起因して流体の流量感知精度も低下する。

次に、上記（ロ）の不都合が生じる理由について説明する。
上記発熱体３１１と上記リード部３３０、３３１とには同じ量の電流が流れる。そして、発熱体３１１とリード部３３０、３３１との発熱量は、そこに流れる電流をＩ、発熱体３１１の抵抗値をＲ１、リード部３３０、３４０の抵抗値をＲ２とすると、それぞれ「Ｒ１×Ｉ^２」、「Ｒ２×Ｉ^２」となる。すなわち、リード部３３０、３３１では、電流の大きさの２乗に比例した量「Ｒ２×Ｉ^２」の電力が無駄に消費されていることになる。結局、上記発熱体３１１の線幅Ｗの拡大は、同発熱体３１１の抵抗値の低下を招き、これにより、発熱体３１１で必要とされる発熱を得るための電流量の増大を招く。そしてこのことが、リード部３３０、３３１での電力の無駄な消費を助長する結果を招いている。

そこで、これら（イ）及び（ロ）の不都合に対する解決策の１つとして、リード部３３０、３３１の抵抗値を低下させることが考えられる。しかし、上記半導体基板３００におけるパッド３４０〜３４７の近傍は通常、フローセンサを支持するための支持部材（図示略）によって覆われており、この支持部材により流体の流通が乱されやすい。このため、リード部３３０、３３１の抵抗値を低減すべく、流体の流量を感知する薄膜部３１０及びパッド３４０〜３４７間の距離Ｌを短縮すると、薄膜部３１０付近における流体の流通が上記支持部材によって影響を受けやすくなる。このように、上記薄膜部３１０付近における流体の流通が上記支持部材によって影響される場合には、流体の流量感知精度の低下も避けられない。

また、上記（イ）の不都合に対する他の解決策としては、発熱体３１１自体の電流流通方向にかかる長さを伸張させることも考えられる。しかし、こうした発熱体３１１自身の伸張は、半導体基板３００における薄膜部３１０の面積の増大を招くことともなる。そして、このような薄膜部３１０の面積の増大は、同薄膜部３１０としての熱容量の増大に起因した消費電力の増大を招き、上記（ロ）の不都合を助長するばかりか、チップサイズの増大によるコスト増加という新たな問題を招くことともなる。

なお、上記特許文献１に記載のフローセンサに限らず、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサにあっては、上記発熱体や感温体の線幅の増大に伴う上述した課題も概ね共通したものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力の浪費を抑制しつつ、その感度の好適な向上を図ることのできるフローセンサを提供することにある。

請求項１記載のフローセンサでは、発熱体に、絶縁膜よりも熱伝導性の高い熱伝導部材を、電流の流れないダミーパターンとして設けた。このため、発熱体からの放熱量を上昇させることができる。したがって、流体によって奪われる熱量を増大することができるため、発熱体で消費される電力量を十分に確保することができる。したがって、流体に対するフローセンサの感度を向上させることができるようになる。

しかも、熱伝導部材は、電流が流れない態様にて形成されるために、発熱体の抵抗値を下げることはない。従って、上記（ロ）の不都合を回避しつつ、その感度の好適な向上を図ることができる。

請求項２記載のフローセンサでは、上記絶縁膜によって熱伝導部材の周囲を電気的に絶縁したために、その電気的な絶縁を確実に行うことができるようになる。
請求項３記載のフローセンサでは、熱伝導部材を、上記絶縁膜よりも熱伝導性の大きな熱連結線によって発熱体と一カ所で接続するようにした。このように熱連結線を用いることで、熱伝導部材の温度がただちに発熱体の温度に追従するようになり、応答性を向上させることができる。しかも、熱伝導部材は、発熱体と単一の熱連結線にて接続されているために、この熱連結線が導電性を有していたとしても、熱伝導部材への電流の流入はなく、同熱伝導部材によって電力が消費されることを回避することができる。

請求項４記載のフローセンサでは、熱伝導部材を、発熱体に接続されて且つ、同発熱体の線幅方向に延設されるかたちで設けた。このように熱連結線を用いることで、熱伝導部材の温度がただちに発熱体の温度に追従するようになり、応答性を向上させることができる。しかも、熱伝導部材は、発熱体と熱連結線にて一カ所で接続されているために、この熱連結線が導電性を有していたとしても、熱伝導部材への電流の流入はなく、同熱伝導部材によって電力が消費されることを回避することができる。

請求項５記載のフローセンサでは、熱伝導部材を発熱体に近接して形成し、且つ該熱伝導部材と発熱体とを導電性を有する複数の熱連結線にて接続するとともに、これら各熱連絡線と熱伝導部材との接点を互いに同電位に設定するようにした。このため、発熱体からの放熱量を上昇させることができ、発熱体で消費される電力量を十分に確保することができる。したがって、流体に対するフローセンサの感度を向上させることができるようになる。

請求項６記載のフローセンサでは、発熱体の付近の温度を感知する感温体を設けるようにした。上記感温体には、熱伝導部材からなるダミーパターンにより発熱体の熱が迅速に伝達されるようになる。

請求項７記載のフローセンサでは、発熱体をシリコンからなるようにした。これにより、発熱体を半導体プロセスにて簡易に形成することができるようになる。
請求項８記載のフローセンサでは、発熱体をボロンのドーピングされた単結晶シリコンからなるようにし、発熱体の電流流通方向に直交する線幅もしくはその極小値を「７μｍ」以上に設定することとした。これにより、高温、長時間での使用環境に起因する経時変化を好適に抑制することができるようになる。

また、請求項９記載のフローセンサでは、発熱体の電流流通方向に直交する線幅もしくはその極小値を「１５μｍ」以上に設定したことで、高温、長時間での使用環境に起因する経時変化をいっそう好適に抑制することができるようになる。

また、請求項１０記載のフローセンサでは、発熱体をリンのドーピングされた多結晶シリコンからなるようにした。一般に、上記発熱体を単結晶のシリコンにて形成するとき、
絶縁体の上に単結晶のシリコン膜を成膜することは困難であるため、適宜の基板上に絶縁膜およびシリコン膜が形成されたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられる。一方、上記発熱体を多結晶シリコンからなるようにすることで、同発熱体を絶縁体の上にも容易に形成することができるようになる。また、リンをドーピングすることにより、大粒径化が促進されて発熱体の抵抗温度係数を大きくすることができる。そのため、流体に対するフローセンサの感度を向上させるためには上記構成が特に有効である。

また、請求項１１記載のフローセンサでは、多結晶のシリコンにドーピングされるリンの濃度を「２×１０^２０ｃｍ^−３」以上とした。上記発熱体の抵抗温度係数は、当該発熱体にドーピングされるリンの濃度とともに大きくなり、このリンの濃度が略「２×１０^２０ｃｍ^−３」になるところで略最大値に達して飽和することが発明者らによって確認されている。そのため、上記構成は、流体に対するフローセンサの感度を向上させる上で特に有効である。

また、請求項１２記載のフローセンサでは、前記多結晶のシリコンにドーピングされるリンの濃度を「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上とした。
一般に、不純物をドーピングした後に、活性化等の目的で熱処理が行われる。上記発熱体が多結晶シリコンからなるとき、上記ドーピング後の熱処理において、多結晶シリコンの大粒径化が進行する。この際、該熱処理の温度を大きくするほど、多結晶シリコンを構成する多数の単結晶シリコンの平均粒径を大きくすることができる。すなわち、上記熱処理の温度を大きくすることで、その抵抗温度係数を大きくすることができる。一方、高温環境においては、例えば基板等にクラックやスリップ（結晶欠陥）が発生するといった不具合が起こり易くなる。そのため、上記ドーピング後の熱処理の温度のみによって上記発熱体の抵抗温度係数を大きくするには限界がある。この点、上記構成によれば、発熱体にドーピングされるリンの濃度の最適化を図ることで、多結晶シリコンの大粒径化が促進される。

より詳しくは、発熱体にドーピングされるリンの濃度を大きくしていくと、リンの濃度が略「６×１０^２０ｃｍ^−３〜８×１０^２０ｃｍ^−３」になるところで多結晶シリコンの粒径は急激に大きくなり、リンの濃度が「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上になる領域で所望とされる抵抗温度係数が確保されることが発明者らによって確認されている。

そのため、上記構成は、流体に対するフローセンサの感度を向上させる上で特に有効である。
請求項１３記載のフローセンサでは、熱伝導部材を発熱体と同一の材料にて形成するようにした。これにより、これら熱伝導部材と発熱体とを同一の工程にて形成することができるようになり、製造工程を低減することができる。

以下、本発明にかかるフローセンサを具体化した実施の形態の説明に先立って、その比較例を図面を参照しつつ説明する。
（第１の比較例）
はじめに、第１の比較例について説明する。

図１に、上記フローメータＦＭの回路構成を示す。同図１に示されるように、このフローメータＦＭは、熱式のフローセンサＦＳと、該フローセンサＦＳの感知結果に基づき電気信号を生成する信号生成回路ＳＧとを備えている。

ここで、フローセンサＦＳは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂと、当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａと下流側温度計Ｒｋｂとを備えて
いる。

本比較例においては、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、発熱体であるとともに自身の温度を感知する感温体としても機能する。すなわち、これら上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂは、電流の供給によって発熱する抵抗体としての機能に加えて、同抵抗体の抵抗値の変化に基づいて自身の温度をも感知するものである。そして、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとの生じる熱のうち流体によって奪われる熱に基づき流体の流量を感知する。また、フローセンサＦＳでは、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとのそれぞれの生じる熱のうち流体によって奪われる熱量の差に基づき、流体の流通方向を感知する。

一方、信号生成回路ＳＧは、上記フローセンサＦＳによる流体の流量及び流体の流通方向の感知結果に応じた検出信号を生成する。詳しくは、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａの温度差と、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂの温度差とをそれぞれ所定値（例えば「２００℃」）とするように、フローセンサＦＳへ供給する電流を制御する。そして、このフローセンサＦＳで消費される電力に基づき上記流体の流量及び流体の流通方向に応じた検出信号を生成する。

ここで、上記フローセンサＦＳ及び信号生成回路ＳＧを備えるフローメータＦＭの具体的な回路構成について更に説明する。
フローメータＦＭは、吸気通路の上流側に対応した上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと、吸気通路の下流側に対応した下流側ホィーストンブリッジＤＨＢとを備えている。

ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、上流側ヒータＲｈａから抵抗Ｒ１ａへと、また、上流側温度計Ｒｋａから抵抗Ｒ２ａへとそれぞれ電流が流れる態様にて、上流側ヒータＲｈａ及び抵抗Ｒ１ａと上流側温度計Ｒｋａ及び抵抗Ｒ２ａとが並列接続された回路である。そして、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの接続点ＰａにトランジスタＵＴを介してバッテリＢから電流が供給される。そして、上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と上流側温度計Ｒｋａでの電圧降下とは差動増幅回路ＵＯＰに取り込まれる。そして、この差動増幅回路ＵＯＰにより、これら２つの電圧降下を等しくすべく、換言すればブリッジの平衡条件を成立させるべく、これらの電圧降下の差に応じてトランジスタＵＴが制御される。

ここで、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢは、平衡条件が成立したときに、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるように設定されている。なお、環境温度にかかわらず、上流側ヒータＲｈａの温度が上流側温度計Ｒｋａの温度よりも上記所定値だけ高くなるときに上記平衡条件が成立するようにすべく、これら上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとは、抵抗温度係数が互いに等しく設定されている。

一方、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢは、下流側ヒータＲｈｂから抵抗Ｒ１ｂへと、また、下流側温度計Ｒｋｂから抵抗Ｒ２ｂへとそれぞれ電流が流れる態様にて、下流側ヒータＲｈｂ及び抵抗Ｒ１ｂと下流側温度計Ｒｋｂ及び抵抗Ｒ２ｂとが並列接続された回路である。この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢも、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢと同様、平衡条件を成立させるべく、トランジスタＤＴ及び差動増幅回路ＤＯＰを備えている。なお、この下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの構成は、上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの構成と同様であるため、その説明を割愛する。

これら上流側ホィーストンブリッジＵＨＢの上流側ヒータＲｈａでの電圧降下と、下流側ホィーストンブリッジＤＨＢの下流側ヒータＲｈｂでの電圧降下とは、差動増幅回路Ｃ
ＯＰに取り込まれる。そして、これら２つの電圧降下の差に応じた信号が差動増幅回路ＣＯＰにて生成され、増幅回路ＡＣによって増幅された後、信号生成回路ＳＧの端子Ｐ７を介して外部に出力される。この端子Ｐ７を介して出力される検出信号が流体の流量及び流通方向の検出信号である。

図２に、上記フローセンサＦＳの構成を示す。このフローセンサＦＳは、半導体基板１０を備えて構成されている。そして、半導体基板１０上に積層されているシリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計Ｒｋｂが形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂは、リード部Ｌ１〜Ｌ６を介して、先の図１に示した信号生成回路ＳＧとの接続端子となるパッドＰ１〜Ｐ６と接続されている。

ちなみに、半導体基板１０は、空洞部Ｈを有する。詳しくは、半導体基板１０は、その裏面側において図２に１点鎖線にて示す矩形状の領域が開口されているとともに、この開口面積が半導体基板１０の上面側へ行くほど縮小され、同半導体基板１０の上面では図２に破線にて示されるような矩形状の領域となっている。

このように空洞部Ｈを有するために、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂは、フローセンサＦＳのうち、半導体基板１０の空洞部Ｈを架橋するようにして形成されている薄膜部ＭＢに備えられることとなる。この薄膜部ＭＢは、フローセンサＦＳの他の箇所と比べてその膜厚が薄く形成されているために、熱容量が低く抑えられ、また、フローセンサＦＳの他の箇所との熱的な絶縁が図られている。

次に、上記フローメータＦＭが車載内燃機関の吸気通路に配置された際の状態について説明する。
図３（ａ）に示すように、吸気通路ＩＭＦには、同吸気通路ＩＭＦ内を流通する流体の一部が取り込まれ、この取り込まれた流体を所定に流通させる流路部材ＦＰが取り付けられている。そして、この流路部材ＦＰには、上記フローセンサＦＳが取り付けられている。一方、吸気通路ＩＭＦの外側には、信号生成回路ＳＧが配置されている。そして、フローセンサＦＳと信号生成回路ＳＧとは、流路部材ＦＰ内に収納されている配線（図示略）によって接続されている。

なお、図３（ａ）に示すように、フローセンサＦＳの薄膜部ＭＢは、上述した上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａが、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂよりもエアクリーナ側になるように配置されている。また、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、その長手方向が流通方向と直交する方向となるようにして配置されている。更に、先の図２に示したように、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状とされると共に、流体の流通方向に直交する方向であって且つこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを２分する中心線に対して対称に配置される。

図３（ｂ）に、流路部材ＦＰへのフローセンサＦＳの取り付け状態を拡大して示す。同図３（ｂ）に示されるように、フローセンサＦＳは、その表面が露出されつつも、その側面及び裏面が流路部材ＦＰの収容部Ｒｐによって保護されている。また、フローセンサＦＳの表面についても、先の図２に示したパッドＰ１〜Ｐ６の近傍の部分は、流路部材ＦＰの支持部ｈｐによって覆われている。

次に、上記フローセンサＦＳのうち、特に上記薄膜部ＭＢについて更に説明する。
図４に、フローセンサＦＳのうち薄膜部ＭＢ近傍の断面構成を示す。この図４は、先の図２のＡ−Ａ断面を示している。同図４に示すように、シリコンからなる半導体基板１０
には、上記シリコン酸化膜２０が形成されている。そして、シリコン酸化膜２０上には、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂがそれぞれ単結晶シリコンにて形成されている。そして、これら上流側ヒータＲｈａや、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを覆うようにして、シリコン窒化膜４０が積層されている。ちなみに、上記シリコン酸化膜２０やシリコン窒化膜４０は、空洞部Ｈを含めて半導体基板１０の上方の略全ての領域に積層形成されている。

ここで、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂについて更に説明する。
本比較例では、これら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂをボロン（Ｂ）が注入されることでＰ型の導電型を有する単結晶シリコンにて形成する。そして、これにより、高温、長時間の使用環境におけるこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの経時変化を抑制する。

以下、このボロンの注入された単結晶シリコン（シリコン抵抗体）の経時変化について、図５を用いて説明する。
図５は、ボロンの注入されたシリコン抵抗体を「３１０℃」の高温下に「１５００時間」保持することによる抵抗値の変化率について、そのシリコンの線幅への依存性を調べる実験結果を示すものである。ここで、実際に実験で用いたシリコン抵抗体の線幅は、「０．５μｍ」、「１μｍ」、「２μｍ」、「３μｍ」、「５μｍ」、「７μｍ」、「１０μｍ」、「１５μｍ」、「３０μｍ」、「１００μｍ」である。

同図５に示されるように、シリコン抵抗体の抵抗値の変化率は、同シリコン抵抗体の線幅が「１５μｍ」以下の領域ではその線幅が細いほど大きいが、同線幅が「７μｍ」以上の領域では抵抗値の変化率が徐々に低下する。更に、線幅が「１５μｍ」以上であると抵抗値の変化率はさらに小さくなり、この値は線幅の増大によってもほとんど変化しない。したがって、ボロンの注入されたシリコン抵抗体の場合、その線幅を「７μｍ」以上に設定することで、高温、長時間の使用環境における経時変化を十分に抑制することができる。そして、同線幅を「１５μｍ」以上とすることで、抵抗値の変化を最小とすることができる。

次に、同じくボロンの注入されたシリコン抵抗体の特性について、その不純物濃度の影響について考察する。
図６は、上記シリコン抵抗体の抵抗変化率について、その不純物濃度への依存性を調べる実験結果を示すものである。この実験は、線幅「３０μｍ」のシリコン抵抗体を「３１０℃」の高温にて「５００時間」保持した場合の抵抗値の変化率を調べたものである。同図６に示されるように、抵抗変化率は高濃度であるほど小さくなる。すなわち、シリコン抵抗体の不純物濃度が高濃度であるほど同シリコン抵抗体の経時変化を抑制することができる。

更に、図７に、シリコンについて、注入される不純物濃度と抵抗温度係数との関係を示す。ちなみに、ここで示す特性は、バルク値であるため線幅等によっては変化しない。同図７に示されるように、「５×１０^１８ｃｍ^−３」以上の濃度においては、不純物濃度が大
きければ大きいほど抵抗温度係数が大きくなる。したがって、自身の温度を抵抗値の変化に基づいて感知する上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、不純物濃度を高くすればするほど、その感度を向上させることができる。

以上、図６及び図７に示した実験結果に基づく考察から、ボロンの注入されたシリコン抵抗体の不純物濃度は、キャリア濃度の最大値である固溶度程度であることが望ましい。
すなわち、不純物濃度は、「１×１０^２０ｃｍ^−３」以上であって固溶度以下の濃度とすることが望ましいことがわかる。なお、この際、ボロンの注入されたシリコン抵抗体の不純物濃度は、その上面から下面まで略一定とすることが望ましい。

なお、上述した性質は、ボロンの注入されたシリコン抵抗体についてのものである。このボロンに代えて、リンを注入した単結晶シリコンからなるシリコン抵抗体について、先の図５と同様の実験を行った実験結果を図８に示す。同図８に示されるように、リンの注入されたシリコン抵抗体では、ボロンの注入されたシリコン抵抗体のような抵抗変化率の線幅依存性は見られない。また、抵抗変化率は、ボロンの注入されたシリコン抵抗体の「１０倍」以上となっている。

次に、本比較例における上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの具体的な線幅の設定態様について考察する。
本比較例では、図９に示す上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの線幅Ｗを、「７μｍ〜３０μｍ」とする。これは以下の理由による。

フローセンサＦＳの消費電力の抑制及び感度の向上の観点から、リード部Ｌ２、Ｌ３に対する上流側ヒータＲｈａの抵抗値の比や、リード部Ｌ４、Ｌ５に対する下流側ヒータＲｈｂの抵抗値の比は大きくすることが望ましい。

ところで、先の図２及び図３に示したように、フローセンサＦＳのパッドＰ１〜Ｐ６の近傍は、支持部ｈｐによって覆われている。そして、図２に示す支持部ｈｐと薄膜部ＭＢとの間の距離Ｌｇは、流体の流通状態を乱さないためには、ある程度の長さ（例えば「２．０ｍｍ」以上）確保することが望ましい。このため、リード部Ｌ１〜Ｌ６の電流の流通方向の長さには、下限があることがわかる。

一方、フローセンサＦＳは、極力小面積にて形成することが望まれている。これは、例えば一枚の半導体ウエハから製造することのできるフローセンサの数を極力大きなものとするためである。こうした観点からすれば、上記支持部ｈｐと薄膜部ＭＢとの間の距離Ｌｇについての制約の範囲で極力フローセンサＦＳの面積を小さくすることが望ましい。このため、リード部Ｌ１〜Ｌ６の線幅を拡大させることでその抵抗値を低減することには限界があることとなる。

更に、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの抵抗を大きくすべく、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの長さを増大させることは薄膜部ＭＢの面積の増大をもたらす。これは、フローセンサＦＳの小型化と両立しないのみならず、薄膜部ＭＢの熱容量の増大に起因したフローセンサＦＳの消費電力の増大を招くこととなる。

以上の考察から、本比較例では、薄膜部ＭＢを「８００μｍ×８００μｍ」以下、薄膜部ＭＢ及び上記パッドＰ１〜Ｐ６間の長さを「２．５ｍｍ〜４．０ｍｍ」とするとともに、図９に示す上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの線幅Ｗを「７μｍ〜５０μｍ」とする。好ましくは、上記薄膜部ＭＢを、「７００μｍ×７００μｍ」以下、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの線幅Ｗを「７μｍ〜３０μｍ」とする。なお、同線幅Ｗを「１５μｍ」以上とすることがより望ましい。

このような設定とすることで、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを、経時変化の抑制された抵抗体として形成することができると共に、フローセンサＦＳの消費電力の抑制や感度の向上を図ることができる。

次に、本比較例にかかるフローセンサＦＳの製造工程を図１０及び図１１を用いて説明
する。図１０及び図１１に示す断面は、先の図２に示したＢ−Ｂ断面である。
この一連の製造工程においては、まず図１０（ａ）に示すようなＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を用意する。ここでは、このＳＯＩ基板は、例えばＮ型の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板１０上に、例えば膜厚「１μｍ」からなるシリコン酸化膜２０、例えばＰ型の導電型を有して所定の膜厚（例えば「０．６μｍ〜１．５μｍ」）からなる単結晶シリコン膜３０が積層されたものである。

次に、図１０（ｂ）に示す工程において、同単結晶シリコン膜３０にボロンを所定の濃度（例えば「１×１０^２０ｃｍ^−３〜２×１０^２０ｃｍ^−３」）にて注入する。そして、不純物の注入された上記単結晶シリコン膜３０を活性化すべく、所定温度（例えば「１１５０℃」）にて所定時間（例えば「２時間」）の熱処理を行う。

次に、図１０（ｃ）に示す工程において、上記単結晶シリコン膜３０を反応性イオンエッチングにてパターニングすることで、上流側温度計Ｒｋａや、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ２、Ｌ５を形成する。なお、ここでは図示しないが、この工程においては、下流側温度計Ｒｋｂや、リード部Ｌ１、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ６も形成する。

このように、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａとを、また、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂとを同一工程にて形成することで、上流側ヒータＲｈａ及び上流側温度計Ｒｋａの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂ及び下流側温度計Ｒｋｂの抵抗温度係数を簡易に一致させることができる。

更に、図１０（ｄ）に示す工程において、低圧ＣＶＤ法にてシリコン窒化膜４０を例えば膜厚「１．５μｍ」にて堆積する。このときの成膜条件を以下に例示する。
ガス流量比 ＳｉＨ２Ｃｌ２：ＮＨ３＝４：１
雰囲気温度 ８５０℃
圧力 ２０Ｐａ
次に、図１１（ａ）に示す工程において、シリコン窒化膜４０を反応性イオンエッチングにてエッチングすることでコンタクトホール４１を形成する。更に、図１１（ｂ）に示すように、メタル（例えばアルミニウム）を所定の膜厚（例えば「１．０μｍ」）に成膜した後、パターニングすることで上記コンタクトホール４１に先の図２に示したパッドＰ５を形成する。なお、図１１（ａ）〜図１１（ｂ）に示す工程においては、図示しないパッドＰ１〜Ｐ４、Ｐ６も同様にして形成される。

続いて、同図１１（ｂ）に示すように、半導体基板１０の裏面側に、シリコン窒化膜５０を、プラズマＣＶＤ法により所定の膜厚（例えば「１μｍ」）にて成膜する。更に、同図１１（ｂ）に示すように、先の図２に一点鎖線にて示した領域に対応した開口部を形成すべく、反応性イオンエッチングにてシリコン窒化膜５０をエッチングする。

更に、図１１（ｃ）に示すように、シリコン窒化膜５０をマスクとして半導体基板１０をエッチングすることで、半導体基板１０に空洞部Ｈを形成する。これにより、空洞部Ｈを架橋するように薄膜部ＭＢが形成されることとなる。

なお、この図１１（ｃ）に示すエッチングは、以下のようにして行うことが望ましい。Ａ．エッチング液としてＫＯＨやＴＭＡＨ等のアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチングとする。
Ｂ．半導体基板１０の裏面を単結晶シリコンの基本格子の等価な６面である｛１００｝とする。
Ｃ．上記シリコン窒化膜５０の開口部を矩形にして形成すると共に、その各辺を結晶方位＜１１０＞と一致させる。

これにより、半導体基板１０を上記エッチング液により｛１１１｝面に沿ってエッチングすることができる。したがって、薄膜部ＭＢを矩形に形成することができる。更に、この際、薄膜部ＭＢの２つの辺を流通方向に直交させるような設定とすることも容易となる。

もっとも、薄膜部ＭＢの形成に際しては、必ずしもウェットエッチングに限らず、ドライエッチングによって行うようにしてもよい。このようにドライエッチングを用いる場合には、少なくとも同ドライエッチングからの要請として半導体基板１０の面方位が規定されることはない。

以上詳述した本比較例によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂをボロンの注入された単結晶シリコンにて形成するとともに、その線幅を「７μｍ〜５０μｍ」に設定するようにした。これにより、その感度の向上や消費電力の抑制を図るとともに、高熱、長時間の使用による経時変化を抑制することができるようになる。

（２）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの不純物濃度を、「１×１０^２０ｃｍ^−３〜２×１０^２０ｃｍ^−３」とした。これにより、高熱、長時間の使用による経時変化をいっそう好適に抑制することができるとともに、抵抗温度係数を高く保つことができることから、感度を高く保つこともできるようになる。

（３）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂと同時に、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂを形成した。これにより、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂと下流側温度計Ｒｋｂとの抵抗温度係数を簡易に一致させることができる。

（４）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを鏡像対称且つサイズ同一の形状とすると共に、流体の流通方向に直交する方向であって且つこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを２分する中心線に対して対称に配置することで、流体の流量や流通方向の感知精度を向上させることができる。

（５）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂと同時に、リード部Ｌ１〜Ｌ６を形成した。これにより、製造工数を低減させることができる。
（第２の比較例）
次に、第２の比較例について、先の第１の比較例との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１２は、本比較例にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本比較例では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の比較例のものと同一の符号を用いる。また、本比較例においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは鏡像対称であって且つサイズが同一であるために、図１２では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

図１２に示されるように、上流側ヒータＲｈａは、電流の流通方向が少なくとも隣り合うもの同士で異なる複数の線路の直列接続体として形成されている。具体的には、図１２では、リード部Ｌ３から延びる上流側ヒータＲｈａは、リード部Ｌ２付近に反転部ＲＶ１を有してその電流の流通方向を一旦反転させる。更に、上流側ヒータＲｈａは、リード部Ｌ３付近に反転部ＲＶ２を有してその電流の流通方向を再度反転させる。そして、上流側ヒータＲｈａは、リード部Ｌ２と接続されている。

このように反転部ＲＶ１、ＲＶ２を有することで、上流側ヒータＲｈａの流体の流通方向に直交する方向の幅である敷設幅Ｗｈは、その線幅Ｗよりも広く形成されることとなる。このように上流側ヒータＲｈａの敷設幅を確保することで、流体の流通に際して上流側ヒータＲｈａの放熱量を増大させることが可能となる。

しかも、上流側ヒータＲｈａを反転部ＲＶ１、ＲＶ２を有して形成することで、上流側ヒータＲｈａの電流の流通方向の長さを稼ぐことができ、その抵抗値を確保することもできる。このため、リード部Ｌ２、Ｌ３に対する上流側ヒータＲｈａの抵抗値の比を大きくすることが容易となり、消費電力の低減や感度の向上を図ることが可能となる。

また、上流側ヒータＲｈａは、先の第１の比較例同様、ボロンの注入された単結晶シリコンからなるとともに、その線幅Ｗが「７μｍ」以上に設定されている。ちなみに、上記反転部ＲＶ１、ＲＶ２についてもその電流の流通方向の幅（図中、縦方向の幅）が「７μｍ」以上に設定されている。これにより、高熱、長時間の使用による経時変化の抑制を図る。なお、上記線幅Ｗは、「１５μｍ」以上とすることがより望ましい。

なお、図１２においては、上記線幅Ｗを例えば「７μｍ」とし、間の幅Δを例えば「５μｍ」とし、敷設幅Ｗｈを例えば「５５μｍ」とするなどする。
ちなみに、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、上記第１の比較例と同様、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状とすると共に、流体の流通方向に直交する方向であって且つこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを２分する中心線に対して対称に配置する。これにより、流体の流量や流通方向の感知精度を向上させる。

以上説明した本比較例によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）の効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
（６）上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂに反転部を備えることで、フローセンサＦＳの感度をいっそう向上させることができるとともに、消費電力をいっそう抑制することができるようになる。

（第３の比較例）
次に、第３の比較例について、先の第１の比較例との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１３は、本比較例にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本比較例では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の比較例のものと同一の符号を用いる。また、本比較例においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは鏡像対称且つサイズ同一の形状を有するために、図１３では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

図１３に示されるように、上流側ヒータＲｈａは、リード部Ｌ２及びリード部Ｌ３間において、複数の発熱抵抗体ｈ１〜ｈ５が並列接続されることで構成されている。
このように複数の発熱抵抗体ｈ１〜ｈ５を並列接続して上流側ヒータＲｈａを構成することで、上流側ヒータＲｈａの流体の流通方向に直交する方向の幅である敷設幅Ｗｈは、各発熱抵抗体ｈ１〜ｈ５の線幅Ｗの和よりも広く形成されることとなる。このように上流側ヒータＲｈａの敷設幅Ｗｈを確保することで、流体の流通に際して上流側ヒータＲｈａの放熱量を増大させることが可能となる。しかも、この場合、電流の流通に供される幅は敷設幅よりも小さいために、上流側ヒータＲｈａの抵抗値の低減を抑制することができる。

すなわち、敷設幅Ｗｈの拡大によって放熱量を増大させつつも、リード部Ｌ２、Ｌ３に対する上流側ヒータＲｈａの抵抗値の比を大きくすることが容易となる。したがって、放
熱量の増大によってフローセンサＦＳの感度の向上が図られるとともに、リード部Ｌ２、Ｌ３に対する上流側ヒータＲｈａの抵抗値の比の増大によって消費電力の低減や感度の向上が図られる。

また、上流側ヒータＲｈａの各発熱抵抗体ｈ１〜ｈ５は、先の第１の比較例同様、ボロンの注入された単結晶シリコンからなるとともに、その線幅Ｗが「７μｍ」以上に設定されている。これにより、高熱、長時間の使用による経時変化の抑制を図る。なお、上記線幅Ｗは、「１５μｍ」以上とすることがより望ましい。

ちなみに、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、上記第１の比較例と同様、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状とされると共に、流体の流通方向に直交する方向であって且つこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを２分する中心線に対して対称に配置する。これにより、流体の流量や流通方向の感知精度を向上させる。

以上説明した本比較例によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
（７）複数の発熱抵抗体を並列接続して上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを構成することで、フローセンサＦＳの感度をいっそう向上させることができるとともに、消費電力を抑制することができるようになる。

（第４の比較例）
次に、第４の比較例について、先の第１の比較例との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１４は、本比較例にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本比較例では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の比較例のものと同一の符号を用いる。また、本比較例においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは同一の構成を有するために、図１４では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

図１４に示されるように、上流側ヒータＲｈａは、その流体の流通方向の幅である敷設幅Ｗｈ内で電流の流通を制限する６つの縮幅部を有し、該縮幅部の極小値Ｗｍが「７μｍ」以上に設定されるようにした。なお、この縮幅部の極小値Ｗｍは、「１５μｍ」以上とすることがより望ましい。

このように、流体の流通方向の幅である敷設幅Ｗｈに対し、同方向における電流の流れに供される幅が小さくなる縮幅部を備えて形成することで、この電流の流れに供される幅を敷設幅Ｗｈと同一とした場合と比較して、その抵抗を大きくすることができる。このため、まず、敷設幅Ｗｈを広く設定することで上流側ヒータＲｈａの放熱量が増大される。そして、上流側ヒータＲｈａの抵抗値を確保することで、リード部Ｌ２、Ｌ３に対する上流側ヒータＲｈａの抵抗値の比が高められる。これらにより、フローセンサＦＳの感度の向上や消費電力の低減を図ることができる。

なお、図１４に示す上流側ヒータＲｈａにおいて、図中横方向に電流が流れないように設定することが望ましい。これにより、上流側ヒータＲｈａの消費電力を低減することができる。

また、上流側ヒータＲｈａをボロンにて形成すると共に、該縮幅部の極小値Ｗｍ（電流の流通に供される幅の最小値）を「７μｍ」以上に設定することで、高温、長時間での使用環境に起因する経時変化を好適に抑制する。

ちなみに、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、上記第１の比較例と同様、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状とすると共に、流体の流通方向に直交する方向であって且つこれら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを２分する中心線に対して対称に配置する。これにより、流体の流量や流通方向の感知精度を向上させる。

以上説明した本比較例によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。
（８）上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを、その流体の流通方向の幅である敷設幅Ｗｈ内で電流の流通を制限する１乃至複数の縮幅部を有して形成することで、フローセンサＦＳの感度の向上や消費電力の抑制を図ることができるようになる。

（第１の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第１の実施形態について、先の第１の比較例との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１５は、本実施形態にかかる薄膜部ＭＢの構成を示す。同図１５において、薄膜部ＭＢや、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の実施形態のものと同一の符号を付した。

図１５に示されるように、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、先の図４に示したシリコン窒化膜４０よりも熱伝導性の高い熱伝導部材が、電流の流れないダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２として設けられている。詳しくは、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２は、シリコン窒化膜４０によってその周囲を覆われることで、電気的に絶縁されている。

このようにダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２を設けることで、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂからの放熱量を上昇させることができる。したがって、流体によって奪われる熱量を上昇させることができることから、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂで消費される電力量をこれらの線幅の割に増大させることができる。したがって、流体に対するフローセンサの感度を向上させることができるようになる。

しかも、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２は、電流が流れない態様にて形成されるために、同ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２にて電力が消費されることはない。このため、フローセンサＦＳの消費電力の上昇を回避しつつも、その感度を高めることができる。

更に、ダミーパターンＤＰ１は、上流側ヒータＲｈａに近接した領域のうち、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ間の領域と対向する領域側に配置される。これにより、ダミーパターンＤＰ１は、上流側ヒータＲｈａの生じる熱をその上流側に放熱させることとなる。このため、上流側ヒータＲｈａは、上流側での流体の流通状態に応じてその放熱量を迅速に変化させることとなる。

また、ダミーパターンＤＰ２は、下流側ヒータＲｈｂに近接した領域のうち、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ間の領域と対向する領域側に配置される。これにより、ダミーパターンＤＰ２は、下流側ヒータＲｈｂの生じる熱をその下流側に放熱させることとなる。このため、下流側ヒータＲｈｂは、下流側での流体の流通状態に応じてその放熱量を迅速に変化させることとなる。

以上のように、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２を図１５のように配置することによって、流体の流量及び流体の流通方向に対する応答性を向上させることが可能となる。
なお、これらダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２は、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状
を有すると共に、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ間を分離する中心線に対して線対称に配置することが望ましい。これにより、流通方向の感知精度を向上させることができる。

また、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂは、先の第１の比較例同様、ボロンの注入された単結晶シリコンからなるとともに、その線幅Ｗが「７μｍ以上」に設定されている。これにより、高熱、長時間の使用による経時変化の抑制を図る。なお、この線幅Ｗは、「１５μｍ」以上とすることがより望ましい。

更に、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂをはじめ、リード部Ｌ１〜Ｌ６、ダミーパターンＤＰは、同一の材料から同一工程において形成される。このため、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱抵抗を十分に低下させる設定が容易となり、同ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱伝導性を好適に確保することができる。以下、これについて図１６を参照しつつ説明する。

図１６は、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、不純物の注入されたシリコン（Ｓｉ）についての熱伝導率ｋや電気抵抗率ρ等を示す図である。なお、これら熱伝導率ｋや電気抵抗率ρ等の特性は、温度「０℃」のものであるが、シリコンに関しては便宜上「３００Ｋ」となっている。また、シリコンの不純物濃度は、「１×１０^２０ｃｍ^−３」としてある。

同図１６に示されるように、シリコンは、熱伝導率ｋについては金属とさほど変らないが、電気抵抗率ρについては金属よりも大きなものとなっている。このため、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６の線幅等、平面的なパターンが規定されている場合、シート抵抗を所定の値にするためには、これらをシリコンで形成する方が金属で形成するよりも膜厚が厚くなる。このため、これらと同一工程にて形成されるダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２についてもその膜厚が厚くなることなどから、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱抵抗は、これらをシリコンで形成した方が金属で形成するよりも小さくなる。以下、これについて更に説明する。

ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の長さｙ、線幅ｗ、膜厚ｄとすると、熱抵抗ＴＲは、下式（ｃ１）となる。
ＴＲ＝ｙ／ｋｗｄ …（ｃ１）
また、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の膜厚と同一の膜厚を有する上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂのシート抵抗ＳＲは、下式（ｃ２）となる。

ＳＲ＝ρ／ｄ …（ｃ２）
上式（ｃ１）及び（ｃ２）より、膜厚ｄを消去すると、熱抵抗ＴＲは下式（ｃ３）となる。

ＴＲ＝（１／ｋρ）×（ｙ×ＳＲ）／ｗ …（ｃ３）
したがって、シート抵抗ＳＲや、線幅ｗ、長さｙ等が固定されているとすると、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱抵抗ＴＲは、（１／ｋρ）に比例することとなる。したがって、（１／ｋρ）が小さい部材ほどダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱抵抗を低下させることが、換言すれば熱伝導性を向上させることができる。そして、図１６に示されるように、シリコンは金属と比較して（１／ｋρ）が小さなものとなっている。

したがって、これらダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２を金属で形成した場合と比較して、その熱伝導性を十分に高めることができる。
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）に準じた効
果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（９）上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂに、電流の流れないダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２を設けた。これにより、フローセンサＦＳの感度の向上や消費電力の抑制を図ることができるようになる。

（１０）ダミーパターンＤＰ１を上流側ヒータＲｈａよりも上流側に、ダミーパターンＤＰ２を下流側ヒータＲｈｂよりも下流側に配置した。これにより、流体の流量及び流体の流通方向に対する応答性を向上させることが可能となる。

（１１）上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂをはじめ、リード部Ｌ１〜Ｌ６、ダミーパターンＤＰを、同一の材料から同一工程において形成した。このため、ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱抵抗を十分に低下させる設定が容易となり、同ダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２の熱伝導性を好適に確保することができるようになる。

（第２の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第２の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１７は、本実施形態にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本実施形態では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の実施形態のものと同一の符号を用いる。また、本実施形態においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは鏡像対称且つサイズ同一の構成を有するために、図１７では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

図１７に示されるように、本実施形態においても、上流側ヒータＲｈａには、先の図４に示したシリコン窒化膜４０よりも熱伝導性の高い熱伝導部材が、電流の流れないダミーパターンＤＰ１として設けられている。ただし本実施形態では、ダミーパターンＤＰ１は、単結晶シリコンからなる熱連結線ｑｃ１を介して、上流側ヒータＲｈａと一カ所で接続されるようにした。

このように、熱連結線ｑｃ１を用いてダミーパターンＤＰ１を上流側ヒータＲｈａと接続させることで、ダミーパターンＤＰ１の温度がただちに上流側ヒータＲｈａの温度に追従するようになり、応答性を向上させることができる。

更に、各ダミーパターンＤＰ１は、上流側ヒータＲｈａと単一の熱連結線ｑｃ１で接続されるようにした。これにより、熱連結線ｑｃ１を介してダミーパターンＤＰ１へ電流が流入することはなく、同ダミーパターンＤＰ１によって電力が消費されることを回避することができる。

なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂのそれぞれに対応した熱連結線は、互いに鏡像対称且つ同一サイズであり、且つ、流体の流通方向に直交する線であって、これら上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂの中心線に対して線対称となるように配置することが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）や、先の第１の実施形態の上記（９）〜（１１）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１２）上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂとダミーパターンＤＰ１、ＤＰ２とを熱連結線にて接続させた。これにより、ダミーパターンＤＰ１の温度がただちに上流側ヒータＲｈａの温度に追従するようになり、応答性を向上させることができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第３の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１８は、本実施形態にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本実施形態では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の実施形態のものと同一の符号を用いる。また、本実施形態においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは同一の構成を有するために、図１８では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

図１８に示されるように、本実施形態においても、上流側ヒータＲｈａには、先の図４に示したシリコン窒化膜４０よりも熱伝導性の高い熱伝導部材が、電流の流れないダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８として設けられている。ただし本実施形態では、ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８を、上流側ヒータＲｈａと図中破線で示す部分で接続されて且つ、同上流側ヒータＲｈａの線幅方向に延設されるかたちで設けられている。

これにより、上流側ヒータＲｈａの生じる熱がダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８へと迅速に伝わるために、ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８の温度がただちに上流側ヒータＲｈａの温度に追従するようになり、応答性を向上させることができる。しかも、各ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８は、上流側ヒータＲｈａと一カ所で接しているため、各ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８への電流の流入はなく、同ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８によって電力が消費されることを回避することができる。

なお、これらダミーパターンは、互いに鏡像対称且つサイズ同一の形状を有すると共に、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂ間を分離する中心線に対して線対称に配置することが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）や、先の第１の実施形態の上記（９）〜（１１）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１３）ダミーパターンＤＰ３〜ＤＰ８を、上流側ヒータＲｈａと図中破線で示す部分で接続されて且つ、同上流側ヒータＲｈａの線幅方向に延設されるかたちで設けた。これにより、上流側ヒータＲｈａの放熱をいっそう促進することができ、ひいては、流体に対するフローセンサＦＳの感度をいっそう向上させることができるようになる。

（第４の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第４の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

図１９は、本実施形態にかかる上流側ヒータＲｈａを示す。本実施形態では、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂには、便宜上、先の第１の実施形態のものと同一の符号を付した。また、本実施形態においては、上流側ヒータＲｈａと下流側ヒータＲｈｂとは鏡像対称且つサイズ同一であるため、図１９では、上流側ヒータＲｈａのみを示す。

同図１９に示すように、上流側ヒータＲｈａに近接して、先の図４に示したシリコン窒化膜４０よりも熱伝導性の高い部材であるダミーパターン（熱伝導部材）ＤＰ９〜ＤＰ１２を形成した。ここで、ダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２も単結晶シリコンにて形成されている。更に、ダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２と上流側ヒータＲｈａとを単結晶シリコンからなる複数の熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９にて接続するとともに、これら各熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９とＤＰ９〜ＤＰ１２との接点を互いに同電位となるようにした。

詳しくは、上流側ヒータＲｈａは、並列に接続される２本の発熱抵抗体ｈ６、ｈ７と、これら発熱抵抗体ｈ６、ｈ７を結ぶ単結晶シリコンからなる結線ｃ１〜ｃ３とを備えて構成されている。そして、リード部Ｌ２及び結線ｃ１間にダミーパターンＤＰ９が、結線ｃ１及び結線ｃ２間にダミーパターンＤＰ１０が、結線ｃ２及び結線ｃ３間にダミーパターンＤＰ１１が、結線ｃ４及びリード部Ｌ３間にダミーパターンＤＰ１２がそれぞれ配置されている。

そして、ダミーパターンＤＰ９は、熱連結線ｑｃ２を介して発熱抵抗体ｈ６と接続され、また熱連結線ｑｃ３を介して発熱抵抗体ｈ７と接続されている。そして、これら熱連結線ｑｃ２、ｑｃ３とダミーパターンＤＰ９との接続点における電位は互いに等しくなるように設定されている。なお、ダミーパターンＤＰ１０〜ＤＰ１２と熱連結線ｑｃ４〜ｑｃ９との関係についても、ダミーパターンＤＰ９と熱連結線ｑｃ２、ｑｃ３との関係と同様であるためその説明を割愛する。

こうした構成により、上流側ヒータＲｈａからの放熱量を増大させることができる。したがって、流体によって奪われる熱量を増大させることができ、上流側ヒータＲｈａで消費される電力量を増大させることができる。このため、流体に対するフローセンサＦＳの感度を向上させることができるようになる。

しかも、各熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９とダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２との接点が互いに同電位となるように配置することで、ダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２中を電流が流れることはなく、同ダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２にて電力が消費されることはない。このため、フローセンサＦＳの消費電力の上昇を回避しつつも、その感度を高めることができる。

なお、上記結線ｃ１〜ｃ３についてもこれに電流が流れないようにしてもよい。この場合、これら結線ｃ１〜ｃ３は、上記ダミーパターンと同様の機能を有する。
以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（１）〜（５）や、先の第１の実施形態の上記（９）〜（１１）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１４）ダミーパターンＤＰ９〜ＤＰ１２と上流側ヒータＲｈａとを複数の熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９にて接続するとともに、これら各熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９とＤＰ９〜ＤＰ１２との接点を互いに同電位となるように配置した。これにより、上流側ヒータＲｈａの放熱をいっそう促進することができ、ひいては、流体に対するフローセンサＦＳの感度をいっそう向上させることができるようになる。

ここで、上記各実施形態あるいは各比較例において、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂをボロンの注入された単結晶シリコンにて形成したメリットについて更に検討する。

図２０（ａ）〜図２０（ｄ）に、上述した特許文献１に記載の発熱体の形状を示す。これら各発熱体の敷設幅Ｗｈは、「１００μｍ」に設定されている。そして、これら各発熱
体は、リンの注入された単結晶シリコンにて形成されたものである。図２１に、図２０（ａ）〜図２０（ｄ）に示した発熱体について、これを所定の高温にて保持した場合の保持時間に対する抵抗変化率の関係を示す。同図２１に示されるように、保持時間が長くなるほど、抵抗変化率が上昇することがわかる。

これに対し、上記各実施形態あるいは各比較例では、ボロンの注入された単結晶シリコンを用いると共に、その最小線幅を「７μｍ」以上とすることで、抵抗変化率を好適に抑制している。

（第５の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第５の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態にかかるフローセンサでは、単結晶シリコン膜３０（図１０）に代えて多結晶シリコン膜を用いるとともに、同多結晶シリコン膜にドーピングされる不純物濃度の最適化を図ることで、所要の抵抗温度係数を確保しつつ、その製造に際しての制限を緩和するようにしている。

まず、図２２及び図２３を参照して、本実施形態にかかるフローセンサの製造工程について説明する。なお、これら各図において、先の図１０及び図１１に示した要素と同一の要素には各々同一の符号を付して示しており、それら要素についての重複する説明は割愛する。

この一連の製造工程においては、まず、図２２（ａ）に示すように、例えばＮ型の導電型を有する単結晶シリコンからなる半導体基板６０の表面及び裏面に、例えば低圧ＣＶＤ法により、膜厚「０．３μｍ」のシリコン窒化膜６１及び６２を成膜する。なお、このシリコン窒化膜６１及び６２の成膜は、膜厚「０．１５μｍ」毎、２回に分けて行う。次いで、この半導体基板６０の表面に成膜されたシリコン窒化膜６１の上に、例えば常圧ＣＶＤ法により、膜厚「０．２μｍ」のシリコン酸化膜７０を成膜する。

次に、例えば「１０００℃」の温度で、「１０分間」の熱処理を行う。その後、図２２（ｂ）に示すごとく、この基板の表面及び裏面に、例えば低圧ＣＶＤ法等により、膜厚「０．７４μｍ」の多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）膜８１及び８２を成膜するとともに、基板表面の多結晶シリコン膜８１に対してリンをドープし、さらに所望の形状にバターンニングする。なお、多結晶シリコン膜８１及び８２の成膜は、膜厚「０．３７μｍ」毎、２回に分けて行う。

この多結晶シリコン膜８１の成膜後のリンドープ及びパターンニングについて詳しく説明する。多結晶シリコン膜８１を成膜した後に、例えば「１０００℃」の温度で熱酸化処理を行い、上記多結晶シリコン膜８１の表面に、例えば膜厚「４００Å〜５００Å」のシリコン酸化膜（図示略）を形成する。次いで、例えば加速電圧「１３０ｋｅＶ」、ドーズ量「３×１０^１６ｃｍ^−２」でイオン注入を行い、上記多結晶シリコン膜８１に、例えば濃度「２×１０^２０ｃｍ^−３」以上のリン（Ｐ）を注入する。そして、このリンの注入された多結晶シリコン膜８１を活性化すべく、例えば「１１５０℃」の温度で、「２時間」の熱処理（活性化アニール）を行う。またこの際、多結晶シリコン膜８１の大粒径化が進行する。より詳しくは、上記多結晶シリコン膜８１は、多数の単結晶シリコンの粒から構成されており、これら各粒と隣り合う粒との間には粒界が形成されている。そして、この多結晶シリコン膜８１に対して熱処理を行うと、これら粒界が消滅するとともに、隣り合う粒同士が結びついて、より大きな単結晶シリコンの粒が形成される。

そして、例えばＨＦやＢＨＦ等により、上記熱酸化処理により形成されたシリコン酸化膜をエッチング除去する。次いで、上記多結晶シリコン膜８１の上面にレジスト材を塗布した上で、フォトリソグラフィによりパターンニングした後、リンをドープした多結晶シリコン膜８１を選択的にエッチングする。これにより、上流側温度計Ｒｋａ、下流側温度計Ｒｋｂ、上流側ヒータＲｈａ、下流側ヒータＲｈｂ、リード部Ｌ１〜Ｌ６（いずれも図２に図示）、ダミーパターンＤＰ１及びＤＰ２（図１５）等が形成される。

引き続き、例えば「１０００℃」の温度で熱酸化処理を行い、リンをドープした多結晶シリコン膜８１の表面に例えば膜厚「７００Å〜８００Å」のシリコン酸化膜（図示略）を形成する。そして、その上に、図２２（ｃ）に示すごとく、例えばＣＶＤ法等により膜厚「０．８４μｍ」のＢＰＳＧ膜８３を成膜して、例えば温度「９５０℃」でリフロー（熱処理）を行う。そして、ＢＰＳＧ膜８３の上面にレジスト材を塗布した上で、フォトリソグラフィによりパターンニングして選択的にエッチングすることで、コンタクトホール８４等を形成する。

更に、図２３（ａ）に示すごとく、例えばスパッタリングにより、例えば膜厚「１．１μｍ」のＡｌＳｉ（アルミニウムシリコン）膜を成膜した後、パターニングすることで上記コンタクトホール８４にパッドＰ５（図２）を形成する。そして、該パッドＰ５に対してシンタリング処理（熱処理）を施す。なお、パッドＰ１〜Ｐ４、及びＰ６（図２）も、このパッドＰ５と同様に形成される。

さらに、例えばプラズマＣＶＤ法により、膜厚「２．７μｍ」のシリコン窒化膜９０を成膜する。
次いで、図２３（ｂ）に示すように、このシリコン窒化膜９０の上面にレジスト材を塗布した上で、フォトリソグラフィによりパターンニングして選択的にエッチングすることで、コンタクトホール９１を形成する。そして、アニール（熱処理）を行った後、半導体基板６０の厚さが「５００μｍ」になるように、同半導体基板６０の裏面側にバックポリッシュを施す。これにより、同半導体基板６０の裏面に形成された多結晶シリコン膜８２及びシリコン窒化膜６２が除去される。また、半導体基板６０の裏面に、例えばプラズマＣＶＤ法により、膜厚「０．５μｍ」のシリコン窒化膜１００を成膜する。そして、このシリコン窒化膜１００の表面にレジスト材を塗布した上で、フォトリソグラフィによりパターンニングして選択的にエッチングすることで、薄膜部ＭＢを形成すべく開口部１０１を形成する。更に、このシリコン窒化膜１００をマスクとして、例えばウェットエッチングにより、半導体基板６０の裏面を選択的にエッチングする。これにより、図２３（ｃ）に示すように、空洞部Ｈが形成されるとともに、薄膜部ＭＢが形成される。また、上記パッドＰ５は、例えばＡｕ（金）等からなる外部配線に接続（ボンディング）される。

このように、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等を多結晶シリコン膜８１にて形成することで、ＳＯＩ基板を用いずとも当該フローセンサが実現されるようになる。
図２４に、上述した製造工程により作製した線幅「１０μｍ」の多結晶シリコン膜８１（シリコン抵抗体）について、注入される不純物の濃度と抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係をグラフとして示す。なお、このグラフは、発明者らによる測定の結果である。ここでは、上記製造工程にて作製されるシリコン抵抗体と、上記製造工程において用いられる不純物としてリン（Ｐ）の代わりにボロン（Ｂ）を用いて作製されるシリコン抵抗体とについて対比して示している。

同図２４に示されるように、上記シリコン抵抗体の抵抗温度係数は、ボロンがドーピングされたシリコン抵抗体よりも、リンがドーピングされたシリコン抵抗体のほうが大きくなる。これは、リンがボロンよりも多結晶シリコンの大粒径化を促進するためである。よ
り詳しくは、一般に、多結晶シリコンの抵抗温度係数は単結晶シリコンの抵抗温度係数よりも小さくなっている。これは、多結晶シリコンを構成する単結晶粒間に存在する粒界に起因する。この点、上記リンがドーピングされたシリコン抵抗体によれば、多結晶シリコンを構成する多数の単結晶シリコンの粒が大粒径化されることで、上記粒界の影響は相対的に小さくなるため、単結晶シリコンにより近い抵抗温度係数が得られるようになる。すなわち、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを、リンがドーピングされる多結晶シリコンにより形成することで、センサ感度を向上させることができる。

また、図２４に示されるグラフによれば、当該シリコン抵抗体の抵抗温度係数は、同シリコン抵抗体にドーピングされるリンの濃度とともに大きくなり、リンの濃度が「２×１０^２０ｃｍ^−３」になるあたりで略最大値（「１４００ｐｐｍ／℃〜１５００ｐｐｍ／℃」）に達して飽和することが分かる。すなわち、リンの注入されたシリコン抵抗体の不純物濃度は、「２×１０^２０ｃｍ^−３」以上であって固溶度（固溶限界）以下の濃度とすることが望ましい。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（３）〜（５）や、先の第１の実施形態の上記（９）〜（１１）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１５）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを、多結晶のシリコンにて形成した。一般に、絶縁体の上に単結晶のシリコン膜を成膜することは困難であるため、絶縁膜上に単結晶シリコン膜を形成するときには、基板としてＳＯＩ基板が用いられる。一方、多結晶のシリコンは、絶縁体の上により容易に形成することができる。よって、上記構成によれば、上記各ヒータを単結晶のシリコンにて形成するときと同様、もしくはそれに準ずる抵抗温度係数を得ることが可能になるとともに、上記各ヒータの作製に際しての下地基板の制限は緩和されるようになる。また、コストの高いＳＯＩ基板を用いずとも上記各ヒータを作製することができるようになるため、高コスト化を抑制することもできる。

（１６）また、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを、多結晶シリコンにリンをドーピングして形成するようにした。これにより、多結晶シリコンの大粒径化が促進され、流体に対するフローセンサの感度の向上を図ることができる。

（１７）また、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂにドーピングされるリンの濃度を「２×１０^２０ｃｍ^−３」以上とした。これにより、流体に対するフローセンサの感度の向上が図られる。

（第６の実施形態）
次に、本発明にかかるフローセンサを車載用内燃機関の吸入空気量を検出するフローメータに適用した第６の実施形態について、先の第１の実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。

本実施形態にかかるフローセンサも、上記第５の実施形態と同様、単結晶シリコン膜３０（図１０）に代えて多結晶シリコン膜を用いることで、その製造に際しての制限を緩和するようにしている。ただし、本実施形態にかかるフローセンサにおいては、上記多結晶シリコン膜にドーピングされる不純物濃度の最適化を図ることで、不純物注入後における熱処理（活性化アニール）の温度制限についてもこれを緩和するようにしている。

本実施形態にかかるフローセンサの製造工程も、基本的には、上記第５の実施形態の製造工程と同様である。ただし、本実施形態にかかるフローセンサの製造に際しては、多結晶シリコン膜８１に注入するリンの濃度を例えば「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上に、つま
りドーズ量「５．２×１０^１６ｃｍ^−２」以上に、該リンを注入した後の熱処理（活性化アニール）の温度を例えば「１０００℃」にしている。

図２５及び図２６に、上記活性化アニール温度を「１０００℃」とした製造工程により作製した線幅「１０μｍ」の多結晶シリコン膜８１（シリコン抵抗体）について、同多結晶シリコン膜８１に注入されるリンの濃度と、多結晶シリコン膜８１の粒径及び抵抗温度係数（ＴＣＲ）との関係をグラフとして示す。なお、このグラフは、発明者らによる測定の結果である。

ところで、リンを注入した後の熱処理（活性化アニール）において、多結晶シリコン膜８１の大粒径化が進行する。この際、該熱処理の温度を大きくするほど、多結晶シリコン膜８１を構成する多数の単結晶シリコンの平均粒径を大きくすることができる。すなわち、上記活性化アニールの温度を大きくすることで、多結晶シリコン膜８１（シリコン抵抗体）の抵抗温度係数を大きくすることができる。例えば不純物（リン）の濃度が「６．３×１０^２０ｃｍ^−３」の場合、温度「１０００℃」の熱処理では抵抗温度係数が「１１６０ｐｐｍ／℃」となるが、温度「１１５０℃」の熱処理では抵抗温度係数が「１４５０ｐｐｍ／℃」となる。

しかし、例えば温度「１１５０℃」以上の高温環境においては、シリコン窒化膜６１等にクラックが入ったり、半導体基板６０にスリップ（結晶欠陥）が入ったりするといった不具合が起こり易くなる。そのため、上記熱処理の温度のみによって上記シリコン抵抗体の抵抗温度係数を大きくするには限界がある。この点、本実施形態にかかるフローセンサでは、多結晶シリコン膜８１に注入されるリンの濃度の最適化を図ることで、同多結晶シリコン膜８１の大粒径化を促進するようにしている。図２５に示されるように、上記多結晶シリコン膜８１に注入されるリンの濃度を大きくしていくと、該リンの濃度が「６×１０^２０ｃｍ^−３〜８×１０^２０ｃｍ^−３」になるところで、多結晶シリコン膜８１の粒径は急激に大きくなる。また、図２６に示されるように、リンの濃度が「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上のところで、上記熱処理の温度を「１１５０℃」としたときと略同様の抵抗温度係数「１４００ｐｐｍ／℃〜１６００ｐｐｍ／℃」が得られる。

このように、多結晶シリコン膜８１にドーピングされるリンの濃度を「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上とすることにより、抵抗温度係数を向上させることができ、ひいてはフローセンサの感度を高めることができる。

以上説明した本実施形態によれば、先の第１の比較例の上記（３）〜（５）や、先の第１の実施形態の上記（９）〜（１１）や、先の第５の実施形態の上記（１５）〜（１７）の効果に準じた効果に加えて、更に以下の効果が得られるようになる。

（１８）上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂにドーピングされるリンの濃度を「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上とした。これにより、流体に対するフローセンサの感度を向上させることができる。また、所要のセンサ感度を確保しつつ、不純物を注入した後の熱処理（活性化アニール）の温度をより低い温度に設定することができるため、歩留まりの向上が図られるようにもなる。

なお、上記各実施形態あるいは各比較例は、以下のように変更して実施してもよい。
・上記第１〜第４の実施形態あるいは第１〜第４の比較例において、ボロンの注入量は、「１×１０^２０ｃｍ^−３〜２×１０^２０ｃｍ^−３」に限らない。

・上記第２の比較例において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの形状は、先の図１２に示したものに限らない。例えば図２７に例示するようなものであってもよい。
この図２７においては、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂが、反転部を４つ有して構成されている。なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂは、流体の流通方向に直交する線であってこれらを分離する中心線に対して線対称な形状とすることが望ましい。

・上記第３の比較例において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを構成する発熱抵抗体の数は２以上の任意の数でよい。
・上記第４の比較例において、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの形状は、その流体の流通方向の幅である敷設幅内で電流の流通を制限する１乃至複数の縮幅部を有し、該縮幅部の極小値が「７μｍ」以上に設定する範囲で適宜変更してよい。

・上記第１の実施形態において、ダミーパターンの形状及びその数は任意でよい。すなわち、例えば図２８（ａ）に上流側ヒータＲｈａについて例示するように、同上流側ヒータＲｈａの上流側及び下流側にそれぞれダミーパターンＤＰを配置してもよい。また、例えば図２８（ｂ）に上流側ヒータＲｈａについて例示するように、先の図１９において熱連結線ｑｃ２〜ｑｃ９を除いた構成としてもよい。更に、例えば図２８（ｃ）及び図２８（ｄ）に上流側ヒータＲｈａについて例示するように、反転部を備える上流側ヒータＲｈａに近接していくつかのダミーパターンＤＰを配置する構成としてもよい。なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂとこれらに対応する各ダミーパターンＤＰとは、流体の流通方向に直交する線であって上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを分離する中心線に対して線対称な形状とすることが望ましい。

・上記第２の実施形態において、ダミーパターンの形状及びその数は任意でよい。すなわち、例えば図２９（ａ）〜図２９（ｃ）に上流側ヒータＲｈａについて例示するように、反転部を有して構成される上流側ヒータＲｈａといくつかのダミーパターンＤＰとを熱連結線ｑｃにて接続するようにしてもよい。なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂとこれらに対応するダミーパターンＤＰ、熱連結線ｑｃとは、流体の流通方向に直交する線であって上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを分離する中心線に対して線対称な形状とすることが望ましい。

・上記第３の実施形態において、ダミーパターンの形状や、その数、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの形状等は任意でよい。なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂとこれらに対応する各ダミーパターンＤＰとは、流体の流通方向に直交する線であって上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを分離する中心線に対して線対称な形状とすることが望ましい。

・上記第４の実施形態において、ダミーパターンや熱連結線の形状や、その数、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの形状等は任意でよい。なお、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂとこれらに対応するダミーパターンＤＰ、熱連結線ｑｃとは、流体の流通方向に直交する線であって上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを分離する中心線に対して線対称な形状とすることが望ましい。

・上記第１〜第４の実施形態におけるダミーパターンＤＰは、必ずしも上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂに対して対称に備えられていなくても、先の第１の実施形態の上記（９）の効果を得ることはできる。

・上記第５及び第６の実施形態では、第１の実施形態のセンサ構成において、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを多結晶シリコン膜８１にて形成する場合について例示したが、第２〜第４の実施形態のセンサ構成についても同様に適用することができる。また、上記第１〜第６の実施形態及びそれらの変形例において、ダミーパターンＤＰは、
必ずしも上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂと同一の工程において製造されなくてもよい。また、同ダミーパターンＤＰは、必ずしも上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂと同一の材料でなくてもよい。すなわち、例えばダミーパターンＤＰを金属にて形成してもよい。更に、上記第１〜第４の実施形態において、上流側ヒータＲｈａ及び下流側ヒータＲｈｂを、金属にて形成してもよい。

更に、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの線幅（又は電流の流通に供される最小値）を「７μｍ〜５０μｍ」としなくとも、上記第１の実施形態の上記（９）の効果を得ることはできる。

加えて、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ、ダミーパターン等を半導体で形成する場合には、注入する不純物はボロンやリンに限らない。これによっても、上記第１の実施形態の上記（９）の効果を得ることはできる。

・上記第１〜第４の比較例において、Ｐ型の半導体としては、ボロンの注入された単結晶シリコンに限らず、例えばインジウムの注入されたシリコンであってもよい。
・上記各実施形態あるいは各比較例においては、発熱体と該発熱体の近傍（発熱体自身又は発熱体の付近）の温度を感知する感温体とを、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂのように同一とした。そして、発熱体自身によって感知される温度を所定の温度とするとともに、このときの発熱体の消費電力に基づき流体の流量を感知した。しかし、これら発熱体と該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを別部材としてもよい。この場合、例えば上記感温体によって感知される発熱体付近の温度を所定の温度とするように発熱体を制御するとともに、このときの発熱体の消費電力に基づいて流量を感知するようにしてもよい。

・当該フローメータＦＭの環境温度を感知する上流側温度計Ｒｋａや下流側温度計ＲｋｂをフローセンサＦＳに備える構成とする代わりに、信号生成回路ＳＧに備える構成としてもよい。この場合であれ、上流側ヒータＲｈａと上流側温度計Ｒｋａとの抵抗温度係数や、下流側ヒータＲｈｂと下流側温度計Ｒｋｂとの抵抗温度係数は、互いに一致させるようにする。

・上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂを備えなくても、単一の発熱体、及び該発熱体の近傍の温度を感知する感温体を備える構成であっても、発熱体によって消費される電力量等に基づいて流体の流量を感知することはできる。

・発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備えて流体の流量を感知するフローセンサとしては、上記各実施形態あるいは各比較例やそれらの変形例に記載のものにも限らない。例えば、上記特許文献１に記載のように、発熱体自身を第２の感温体としてこれによって自身の温度を感知しつつ発熱体を所定に制御するとともに、この付近の温度を上記感温体によって感知し、これに基づいて発熱体の生じる熱量のうち流体によって奪われた熱量を感知する構成としてもよい。

こうした構成にあっても、上記第１〜第４の実施形態やそれらの変形例に記載したダミーパターン（熱伝導部材）を設けることで、フローセンサの応答性を向上させることができる。すなわち、熱伝導部材は熱抵抗が小さいため、熱伝導部材によって発熱体の熱が感温体へと迅速に伝達されるようになる。このため、流体の流量や流速が急激に変化したとしても、この変化は熱伝導部材を通じて速やかにフローセンサの温度分布に反映されることとなる。これにより、感温体ではこの温度変化を速やかに感知することができるようになる。したがって、フローセンサの応答性を向上させることができる。更に、この際、発熱体及び熱伝導部材を同一の材料であるシリコンで形成することで、これらを同一工程に
て形成することができるとともに、熱伝導部材の熱伝導性を高く維持することができる。

・薄膜部ＭＢ等のサイズについては、上記各実施形態、各比較例及びそれらの変形例において例示したものに限らない。例えば、薄膜部ＭＢのサイズを「１．０ｍｍ×１．０ｍｍ」以下、薄膜部ＭＢ及び上記パッドＰ１〜Ｐ６間の長さを「２．５ｍｍ〜４．５ｍｍ」としてもよい。こうした設定によっては、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの線幅Ｗの最大値をある程度拡大することができる。しかし、線幅Ｗの増大は、放熱量の増大につながり、その結果、これら上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂに供給する電力量の増大を招くこととなる。以下、これについて説明する。

図３０は、長さ「４００μｍ」の発熱体の線幅と放熱量との関係を示すものである。同図３０に示されるように、線幅が増大するほど放熱量は増大する。これは、線幅が増大するにつれて放熱面積が増大するためである。一方、図３１に、上記発熱体の放熱量と必要電圧との関係を示す。同図３１に示されるように、放熱量が増大するほど必要電圧が増大する。そして、これら長さ「４００μｍ」の発熱体の線幅、放熱量、要求される電圧の関係を図３２に示す。同図３２に示されるように、発熱体の線幅の増大は、同発熱体に対する印加電圧として要求される電圧値の増大を招くこととなる。

そして、例えば車載バッテリとして安定供給可能な電圧が「１２Ｖ」以下であるとすると、この電圧値にて駆動可能な発熱体の線幅の最大値は約「８０μｍ」となる。なお、線幅の増加による放熱量の増加を抑制すべく、発熱体の長さを「４００μｍ」以下とすることも考えられる。しかし、この場合、発熱体と接続されるリード部との抵抗比が低下することとなる。更に、発熱体の長さが十分でなくなるため、発熱体の端部からの熱の逃げの影響を受けやすくなり、発熱体全体の平均温度を所定の温度とするための消費電力がかえって大きくなる。

以上から、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂの線幅は、「７μｍ〜８０μｍ」とすることが望ましい。
なお、上記各実施形態及び各比較例の変形例として示したように、フローセンサによっては、発熱体と感温体とを別部材とする構成もあり得る。しかし、この場合であれ、上記第１の比較例で示した理由等により、感温体についてもその線幅の最大値は、発熱体の線幅の最大値以下に設定することが望ましい。

・薄膜部ＭＢの構造としては、図２等に例示されているものに限らない。例えば薄膜部ＭＢを矩形状に形成しつつその２辺のみが半導体基板上の薄膜と接続されるようにしてもよい。また、薄膜部ＭＢの形状は、矩形にも限らない。また、薄膜部ＭＢを矩形としつつも、半導体基板の裏面の開口部の形状が矩形でないようなものでもよい。これは、先の図１１（ｃ）に示した工程において、上述したＢの条件の代わりに、半導体基板１０の裏面を｛１１０｝面とする条件を適用することで形成される。

・吸気通路内へのフローメータＦＭの配置態様については、先の図３に例示したものに限らない。例えば、フローセンサＦＳの裏側も吸気通路内に露出させてもよい。
・その他、フローセンサＦＳの構成としては、発熱体と、該発熱体の近傍の温度を感知する感温体とを備える限りにおいて、適宜変更してよい。すなわち例えば、例えば薄膜部ＭＢを構成する絶縁膜としては、シリコン酸化膜や、シリコン窒化膜に限らず、これ以外の絶縁膜を用いてもよい。

・更に、フローセンサＦＳの製造方法としても、先の図１０及び図１１、図２２及び図２３に例示する工程によるものに限らない。例えば、半導体薄膜への不純物の注入は、上流側ヒータＲｈａや下流側ヒータＲｈｂ等のパターニング後に行うようにしてもよい。ま
た、半導体薄膜への不純物の注入は、イオン注入法に限らず、気相から半導体中へドーパント原子（不純物）を拡散させる手法や、ドーパント原子（不純物）のドープされた酸化膜ソースを使って表面から半導体中へ上記ドーパント原子（不純物）を拡散させる手法等でもよい。

・フローセンサＦＳとしては、車載用内燃機関の吸入空気量を感知するものに限らず、適宜の流体の流量を感知するものであればよい。

第１の比較例にかかるフローメータの回路図。 同比較例にかかるフローセンサの構成を示す平面図。 （ａ）及び（ｂ）は、同比較例にかかるフローメータの配置態様を示す図。 同比較例にかかるフローセンサの断面構成を示す断面図。 ボロンの注入されたシリコン抵抗体の経時変化を示す図。 ボロンの注入されたシリコン抵抗体について、その不純物濃度と経時変化との関係を示す図。 ボロンの注入されたシリコン抵抗体について、その不純物濃度と抵抗温度係数との関係を示す図。 リンの注入されたシリコン抵抗体の経時変化を示す図。 上記比較例にかかる薄膜部の構成を示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は、同比較例にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、同比較例にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。 第２の比較例の上流側ヒータの構成を示す平面図。 第３の比較例の上流側ヒータの構成を示す平面図。 第４の比較例の上流側ヒータの構成を示す平面図。 第１の実施形態の薄膜部の構成を示す平面図。 シリコンや金属の特性を示す図。 第２の実施形態の上流側ヒータの構成を示す平面図。 第３の実施形態の上流側ヒータの構成を示す平面図。 第４の実施形態の上流側ヒータの構成を示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は、リンの注入されたシリコン抵抗体の構造を示す平面図。 上記リンの注入されたシリコン抵抗体の経時変化の特性を示す図。 （ａ）〜（ｃ）は、第５の実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。 （ａ）〜（ｃ）は、第５の実施形態にかかるフローセンサの製造工程を示す断面図。 同実施形態にかかるフローセンサと同様の製造方法により作製されたシリコン抵抗体について、その不純物濃度と抵抗温度係数との関係を示す図。 第６の実施形態にかかるフローセンサと同様の製造方法により作製されたシリコン抵抗体について、その不純物濃度と粒径との関係を示す図。 第６の実施形態にかかるフローセンサと同様の製造方法により作製されたシリコン抵抗体について、その不純物濃度と抵抗温度係数との関係を示す図。 上記第２の比較例の変形例を示す平面図。 （ａ）〜（ｄ）は、上記第１の実施形態の変形例を示す平面図。 （ａ）〜（ｃ）は、上記第２の実施形態の変形例を示す平面図。 発熱体の線幅と放熱量との関係を示す図。 発熱体の放熱量と同発熱体に印加される電圧との関係を示す図。 発熱体の線幅と放熱量、印加電圧との関係を示す図。 従来のフローセンサの構造を示す平面図。

符号の説明

１０、６０…半導体基板、２０、７０…シリコン酸化膜、３０…単結晶シリコン膜、４０、５０、６１、９０、１００…シリコン窒化膜、４１、９１…コンタクトホール、８１…多結晶シリコン膜、８３…ＢＰＳＧ膜、Ｒｈａ…上流側ヒータ、Ｒｈｂ…下流側ヒータ、ＭＢ…薄膜部、ＤＰ１〜ＤＰ１２…ダミーパターン、ｑｃ１〜ｑｃ９…熱連結線。

Claims (13)

1. 発熱体と、該発熱体を覆う絶縁膜とを備える薄膜部を有し、且つ前記発熱体で消費される電力に基づいた流体の流量検出に用いられるフローセンサにおいて、
   前記発熱体には、前記絶縁膜よりも熱伝導性の高い熱伝導部材が、電流の流れないダミーパターンとして設けられてなる
   ことを特徴とするフローセンサ。
2. 前記熱伝導部材は、前記絶縁膜によってその周囲が電気的に絶縁されてなる
   請求項１記載のフローセンサ。
3. 前記熱伝導部材は、前記絶縁膜よりも熱伝導性の高い熱連結線によって前記発熱体と一カ所で接続されてなる
   請求項１記載のフローセンサ。
4. 前記熱伝導部材は、前記発熱体に接続されて且つ、同発熱体の線幅方向に延設されるかたちで設けられてなる
   請求項１記載のフローセンサ。
5. 前記熱伝導部材は、前記発熱体に近接して形成されてなり、且つ、該熱伝導部材と前記発熱体とは導電性を有する複数の熱連結線にて接続されてなるとともに、これら各熱連結線と前記熱伝導部材との接点が互いに同電位に設定されてなる
   請求項１記載のフローセンサ。
6. 前記発熱体の付近の温度を感知する感温体が設けられてなる
   請求項１〜５のいずれか一項に記載のフローセンサ。
7. 前記発熱体がシリコンからなる
   請求項１〜６のいずれか一項に記載のフローセンサ。
8. 前記発熱体が単結晶のシリコンからなり、該単結晶のシリコンにはボロンがドーピングされているとともに、その電流流通方向に直交する線幅もしくはその極小値が「７μｍ」以上に設定されてなる
   請求項７に記載のフローセンサ。
9. 前記発熱体の電流流通方向に直交する線幅もしくはその極小値が「１５μｍ」以上に設定されてなる
   請求項８記載のフローセンサ。
10. 前記発熱体が多結晶のシリコンからなり、該多結晶のシリコンにはリンがドーピングされてなる
    請求項７記載のフローセンサ。
11. 前記多結晶のシリコンにドーピングされるリンの濃度が「２×１０^２０ｃｍ^−３」以上である
    請求項１０記載のフローセンサ。
12. 前記多結晶のシリコンにドーピングされるリンの濃度が「７×１０^２０ｃｍ^−３」以上である
    請求項１１記載のフローセンサ。
13. 前記熱伝導部材が前記発熱体と同一の材料にて形成されてなる
    請求項１〜１２のいずれか一項に記載のフローセンサ。

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