JP7258797B2 - 熱式フローセンサチップ - Google Patents
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Description
の面積が小さくなることで、空気への放熱量が減少してしまい、センサの感度の低下につながる。また、細くした箇所における電流密度が濃くなるため、断線のリスクが高くなってしまう。また、薄膜外周部における配線幅を太くする必要があるため、その箇所からヒータの熱が基板に逃げやすく(伝導されやすく)なってしまう。また、そもそも線の幅を細くするのにも限界があり、抵抗の大幅な向上は期待できない。このことから、ヒータの中央部における配線幅を細くする方法では、発熱効率向上の効果はあまり大きくない。
基板部と、前記基板部上に設けられる薄膜部と、前記薄膜部上に第1の方向に延びて設けられるヒータ部と、前記薄膜部上に前記ヒータ部を中心として対向して設けられる1対のサーモパイルと、を有しており、
前記ヒータ部は、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されており、
前記サーモパイルは、それぞれが、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されたシリコン領域を含み、前記ヒータ部に近い側に温接点が配置され前記ヒータ部から遠い側に冷接点が配置される熱電対が、前記第1の方向に複数配列されたものであり、
前記第1の方向に延びる前記ヒータ部の長手方向の中央を含むヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記ヒータ主要部以外の部分であって前記ヒータ部の前記長手方向の端部を含むヒータ外縁部の前記不純物の濃度よりも低く、かつ、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイルの前記シリコン領域の少なくとも一部における前記不純物の濃度と、同一である、ことを特徴とする。
前記サーモパイルの前記第1の方向の端部から前記第1の方向と水平面上で直交する第2の方向に延在する直線と前記ヒータ部とが交わる位置を基準位置として、当該基準位置から所定の距離内に設けられるものであってもよい。
前記温接点又は前記冷接点を含むサーモパイル接点部と、前記サーモパイル接点部以外の部分であって前記温接点と前記冷接点の間の配線領域を含むサーモパイル配線部、とで前記不純物の濃度が異なっており、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル接点部の前記不純物の濃度と同一であってもよい。また、前記ヒータ外縁部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル配線部の前記不純物の濃度と同一であってもよい。
前記温接点又は前記冷接点を含むサーモパイル接点部と、前記サーモパイル接点部以外の部分であって前記温接点と前記冷接点の間の配線領域を含むサーモパイル配線部、とで前記不純物の濃度が異なっており、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル配線部の前記不純物の濃度と同一であってもよい。また、前記ヒータ外縁部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル接点部の前記不純物の濃度と同一であってもよい。
な構成であると、サーモパイル接点部でオーミックコンタクトを形成し、コンタクトに起因する寄生抵抗を抑制することができる。即ち、感度性能を維持したままで、接点部の抵抗を下げることでノイズを低減することが可能になる。さらに、コンタクト抵抗を低く維持したまま配線部の不純物濃度を下げることで、オーミックコンタクトを確保しながら感度性能を向上させることができる。
図1に、本発明の第1実施形態に係るフローセンサチップ1の平面図を示す。なお、以下では、図1における左右方向を第1方向、図1における上下方向を第2方向ともいう。また、図2は、図1のA-A断面の概略を示す図である。なお、図2は、温度センサ16を省略した図となっている。
るため、電力効率を向上させることができる。ただし、サーモパイル13の第1方向の端部では相対的に温度が下がることになり、サーモパイル13からの出力は小さくなる。
なお、上記実施形態1において、ヒータ主要部151とヒータ外縁部152の境界位置は、サーモパイル13の第1方向の端部よりも内側に位置していたが、この位置は自由に設定可能である。図5Aと図5Bに、ヒータ主要部151とヒータ外縁部152のその他の境界の配置例を示す。
次に、本発明の第2実施形態に係るフローセンサチップ2について説明する。本実施形態に係るフローセンサチップ2は、実施形態1に係るフローセンサチップ1と、略同様の構成である。このため、フローセンサチップ1と同様の構成については同一の符号を用いて、フローセンサチップ1と異なる部分を中心に説明する。図6は、フローセンサチップ2のサーモパイル13と、ヒータ部15を概略的に示す図である。
イル接点部132(の第1極121)とヒータ主要部151とが、それぞれ同じP濃度であることから、このような構成とすることにより、製造プロセスが増加してしまうこともない。
なお、フローセンサチップ2において、サーモパイル配線部131と、サーモパイル接点部132のP濃度は逆であってもよい。即ち、サーモパイル配線部131の第1極121のP濃度はヒータ主要部151のP濃度と同じであり、サーモパイル接点部132の第1極121のP濃度は、ヒータ外縁部152のP濃度と同じであってもよい。
上記したフローセンサチップ1、2は、各種の変形を行えるものである。例えば、上記各例ではヒータ部15の形状は直線状であったが、ヒータ部の形状は必ずしもこれに限らない。図7に、ヒータ部15の形状を他の形状としたフローセンサチップ3の概略上面図を示す。図7に示すように、本変形例に係るフローセンサチップ3では、三角形状の貫通孔20が薄膜状部の中央部周辺に複数設けられており、ヒータ部15は当該貫通孔20の間に蛇行するように延在する構成である。また、図示はしないが、上記各実施形態のフローセンサチップにおけるヒータ主要部151の形状が、矩形波のように折れ曲がった形状であってもよい。
基板部(10)と、前記基板部上に設けられる薄膜部(11)と、前記薄膜部上に第1の方向に延びて設けられるヒータ部(15)と、前記薄膜部上に前記ヒータ部を中心として対向して設けられる1対のサーモパイル(13)と、を有しており、
前記ヒータ部は、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されており、
前記サーモパイルは、それぞれが、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されたシリコン領域(121)を含み、前記ヒータ部に近い側に温接点(12h)が配置され前記ヒータ部から遠い側に冷接点(12c)が配置される熱電対(12)が、前記第1の方向に複数配列されたものであり、
前記第1の方向に延びる前記ヒータ部の長手方向の中央を含むヒータ主要部(151)の前記不純物の濃度が、前記ヒータ主要部以外の部分であって前記ヒータ部の前記長手方向の端部を含むヒータ外縁部(152)の前記不純物の濃度よりも低く、かつ、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイルの前記シリコン領域の少なくとも一部における前記不純物の濃度と、同一である、
熱式フローセンサチップ(1;2;3)。
10・・・基板部
101・・・空洞
11・・・薄膜状部
12・・・熱電対
12c・・・冷接点
12h・・・温接点
121・・・第1極
122・・・第2極
13・・・サーモパイル
15・・・ヒータ部
151・・・ヒータ主要部
152・・・ヒータ外縁部
16・・・温度センサ
17・・・電極パッド
20・・・貫通孔
W・・・ヒータ部と温接点までの平均距離
Claims (10)
- 基板部と、前記基板部上に設けられる薄膜部と、前記薄膜部上に第1の方向に延びて設けられるヒータ部と、前記薄膜部上に前記ヒータ部を中心として対向して設けられる1対のサーモパイルと、を有しており、
前記ヒータ部は、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されており、
前記サーモパイルは、それぞれが、シリコンに電気抵抗を低下させる不純物がドープされて形成されたシリコン領域を含み、前記ヒータ部に近い側に温接点が配置され前記ヒータ部から遠い側に冷接点が配置される熱電対が、前記第1の方向に複数配列されたものであり、
前記第1の方向に延びる前記ヒータ部の長手方向の中央を含むヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記ヒータ主要部以外の部分であって前記ヒータ部の前記長手方向の端部を含むヒータ外縁部の前記不純物の濃度よりも低く、かつ、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイルの前記シリコン領域の少なくとも一部における前記不純物の濃度と、同一である、
熱式フローセンサチップ。 - 前記ヒータ主要部と前記ヒータ外縁部とでドープされている前記不純物は同種の不純物である、
ことを特徴とする、請求項1に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記不純物は、リン、ヒ素、ボロン、のいずれかである、
ことを特徴とする、請求項2に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記ヒータ主要部と前記ヒータ外縁部との境界は、
前記サーモパイルの前記第1の方向の端部から前記第1の方向と水平面上で直交する第2の方向に延在する直線と前記ヒータ部とが交わる位置を基準位置として、当該基準位置から所定の距離内に設けられる、
ことを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記所定の距離は、前記ヒータ部から前記温接点までの平均距離と同じである、
ことを特徴とする、請求項4に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記サーモパイルの前記シリコン領域は、
前記温接点又は前記冷接点を含むサーモパイル接点部と、前記サーモパイル接点部以外の部分であって前記温接点と前記冷接点の間の配線領域を含むサーモパイル配線部、とで前記不純物の濃度が異なっており、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル接点部の前記不純物の濃度と同一である、
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記ヒータ外縁部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル配線部の前記不純物の濃度と同一である、
ことを特徴とする、請求項6に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記サーモパイルの前記シリコン領域は、
前記温接点又は前記冷接点を含むサーモパイル接点部と、前記サーモパイル接点部以外の部分であって前記温接点と前記冷接点の間の配線領域を含むサーモパイル配線部、とで前記不純物の濃度が異なっており、
前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル配線部の前記不純物の濃度と同一である、
ことを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記ヒータ外縁部の前記不純物の濃度が、前記サーモパイル接点部の前記不純物の濃度と同一である、
ことを特徴とする、請求項8に記載の熱式フローセンサチップ。 - 前記ヒータ外縁部の前記不純物の濃度は、前記ヒータ主要部の前記不純物の濃度の3倍以上である、
ことを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の熱式フローセンサチップ。
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