JP2018077129A - 湿度センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】湿度センサは、空洞部2aを有した半導体基板2と、半導体基板2上に配置されたヒータ3と、ヒータ3の上面側に設けられ、かつヒータ3の熱伝導率以上の熱伝導率を有する熱均一層5と、ヒータ3と熱均一層5との間に配置された絶縁層12aと、を有する。さらに、空洞部2a上の絶縁膜の領域にヒータ3と熱均一層5とが配置され、熱均一層5は、平面視でヒータ3と重なるように配置されている。
【選択図】図2
Description
本発明の一実施の形態である湿度センサを図面を参照して説明する。本実施の形態1の熱式抵抗型湿度センサは、発熱抵抗体を用いて絶対湿度を検出する湿度センサであり、発熱低抗体に一定の電圧を印加しこの発熱低抗体から出力される電圧の変化を用いて湿度の計測を行うものである。
図1は、本実施の形態1のヒータ(第1ヒータ)3と熱均一層5を有した熱式抵抗型湿度センサのセンサチップを示す平面図である。なお、図1は平面図であるが、図面を分かり易くするためにハッチングを付した箇所がある。図1に示すように、センサチップ1は、単結晶シリコン(Si)からなる半導体基板(支持基板)2と、半導体基板2上に形成された絶縁膜(図示は省略)と、上記絶縁膜上に形成された発熱低抗体であるヒータ3と、ヒータ3に電源を供給する配線4a、4bと、を有している。さらに、ヒータ3上の温度分布を平均化する熱均一層5と、熱均一層5のチャージアップを防止する配線6と、配線4a、4b、6をそれぞれ外部と接続する電極7a、7b、7cとを有している。
熱式抵抗型湿度センサは、他の感湿膜を用いた抵抗型や容量型と比較し、高温高湿時の検出感度が高いのが特徴である。
図10は本発明の実施の形態1の熱式流体流量センサを実装した熱式空気流量計(センサモジュール)の構造を一部破断して示す概略配置図、図11は図10のB−B線に沿って切断したセンサモジュールの断面図である。なお、図10では、自動車などの内燃機関の吸気通路に取り付けられたセンサモジュールの一例を示しており、センサモジュールの構造を分かり易くするため、モジュール本体(ボディ)の一部を透過させて図示している。
<熱式抵抗型湿度センサの構造>
本実施の形態2に係る熱式抵抗型湿度センサは、上記実施の形態1の熱式抵抗型湿度センサと比較して、ヒータが複数設けられているものである。
図14は比較例のヒータ中心からの距離に対する温度プロファイルを環境温度ごとに示す図、図15は本発明の実施の形態2のヒータ中心からの距離に対する温度プロファイルを環境温度ごとに示す図である。図14および図15は、それぞれ図12のC−C線中のヒータ中心を基準にした温度プロファイルを示すものである。
2、42 半導体基板(支持基板)
2a、42a 空洞部
3、43 ヒータ(第1ヒータ)
4a、4b、44a、44b、48a、48b 配線
5、45 熱均一層
6、46 配線
7a、7b、7c、49a、49b、49c、49d、49e 電極
8、50 ダイヤフラム
9、51 第1の絶縁膜
10、52 第2の絶縁膜
11、53 第3の絶縁膜
12、54 第4の絶縁膜
12a、54a 絶縁層
13、55 第5の絶縁膜
14、56 第6の絶縁膜
15、57 第7の絶縁膜
47 補助ヒータ(第2ヒータ)
Claims (15)
- 空洞部を備えた支持基板と、
前記支持基板上に配置された第1ヒータと、
前記第1ヒータの上面側または下面側に設けられ、前記第1ヒータの熱伝導率以上の熱伝導率を有する熱均一層と、
前記第1ヒータと前記熱均一層との間に配置された絶縁層と、
を有し、
前記空洞部上の絶縁膜の領域に前記第1ヒータと前記熱均一層とが配置され、
前記熱均一層は、平面視で前記第1ヒータと重なるように配置されており、
前記第1ヒータから出力される電圧の変化を用いて湿度の計測を行う、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、熱伝導率が前記絶縁層の熱伝導率より大きい金属膜からなる、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、前記第1ヒータと同一の材質からなる、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層の厚さは、前記第1ヒータの厚さ以上である、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、前記絶縁層と同一の材質からなる他の絶縁層内に配置されている、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、グランド電位が供給されるグランド電極に電気的に接続されている、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、平面視の大きさが、前記第1ヒータと同等もしくはそれ以下である、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
平面視における前記支持基板と前記熱均一層との距離は、平面視における前記熱均一層の幅より長い、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
平面視において前記支持基板と前記第1ヒータとの間には、前記第1ヒータより加熱時の温度が低い第2ヒータが設けられている、湿度センサ。 - 請求項9に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、平面視で前記第2ヒータより内側の位置で前記第1ヒータを覆っている、湿度センサ。 - 請求項9に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、前記第1ヒータと前記第2ヒータとに跨がって覆っていない、湿度センサ。 - 請求項8に記載の湿度センサにおいて、
平面視における前記熱均一層と前記第2ヒータとの距離に比べて、平面視における前記第2ヒータと前記支持基板との距離の方が長い、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
平面視における前記熱均一層の中心と前記第1ヒータの中心とが一致している、湿度センサ。 - 請求項1に記載の湿度センサにおいて、
前記熱均一層は、熱伝導率が前記第1ヒータの熱伝導率より大きい金属膜からなる、湿度センサ。 - ヒータから出力される電圧の変化を用いて湿度を計測する湿度センサの製造方法であって、
(a)支持基板上に絶縁膜を設ける工程、
(b)前記絶縁膜上に金属膜からなる前記ヒータ、および前記ヒータに繋がる配線を形成する工程、
(c)前記ヒータ上に絶縁層を介して熱均一層、および前記熱均一層に繋がる配線を形成する工程、
(d)前記熱均一層上に他の絶縁膜を形成する工程、
(e)前記支持基板における前記ヒータの下部の領域に空洞部を形成する工程、
を有し、
前記熱均一層は、前記ヒータの熱伝導率以上の熱伝導率を有し、
前記空洞部上の前記絶縁膜の領域に前記第1ヒータと前記熱均一層とを配置し、
前記(c)工程において、前記熱均一層を、平面視で前記ヒータと重なるように配置する、湿度センサの製造方法。
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