JPH03502966A - シリコンを基にした質量空気流センサーとその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は、同一日付で提出された「シリコンを基にしたセンサーおよびそれを作 る方法」との名称のキー・ウォン・リーによる出願（代理人文書番号第２４２− １９号）、シコン・Ｓ・ベルゲストロムの「圧力および空気流測定のためのシリ コンセンサーのプレーナー取り付け」との名称の出願（代理人文書番号第２４２ −２０号）、そして同一日付で提出された「質量流量センサーのための制御およ び検出回路」との名称のリー他の出願（代理人文書番号第２４２−２２号）と関 連している。

本発明の分野 本発明は質量空気流センサーおよびそのようなセンサーを製造する方法に関する ものである。さらに特定化すれば、本発明は工業用および自動車用の、マイクロ プロセッサ−を基にしたリアルタイム制御装置に適合できる、高流量感度、長時 間安定度と信頼度、および速い応答速度を持つ、シリコンを基にした質量空気流 センサーに関するものである。

近年の自動車工業は、車両の特性を改善するために、機械式の燃料制御装置より も、電子式燃料管理（制御）装置を用いることの有利さを認めてきた。そのよう な電子式の燃料管理装置の発展に鑑みて、総ての大規模自動車製造者が大半の自 動車用サブシステムを監視し、そして制御するために電子制御装置を採用するの は、それほど遠いことではないと、予測されている求にさらに密に適合させるた めに、そのような次代の電子式制御装置は、より発達した、そして効率的なコス トで製造できる、精巧なセンサーを必要とするであろう。そのような電子制御装 置の中心部であるマイクロプロセッサ−は１秒間に１００万回程度のオーダの命 令を実行する能力を有している。そのため、極めて速い応答時間を持つ、機械式 に頑丈な、そして信頼性の高いセンサーの出現が望まれている。本発明以前には 、そのようなセンサーが、コスト効率の高い集積された自動車用制御装置の開発 と実施における遅れを生じさせてきた制約的要因となっていた。

電子式燃料管理制御装置においては、望ましい燃料対空気比を得るために、制御 装置に質量空気流速データを供給することが必要である。そのようなデータを基 にして、制御用マイクロプロセッサ−が燃料噴射制御信号を発生するために、そ のとき存在する動作条件の下で必要とされる燃料の量を計算する。

標準的には、従来技術による質量空気流センサーは、細い線、または薄いフィル ム塁であった。細い線の型のセンサーはセラミックリボン上に巻かれたプラチナ またはタングステンのような細い抵抗性の電線である。動作上は、抵抗性の電線 をプリセットされＩ：＠度にまで加熱するために電線を通して、前もって決めら れた電流が流される。どのように空気流が変化しても、加熱された電線からの熱 の移動の割合い（熱伝達率）が変化するので、それによって電線の温度変化（お よび抵抗における付随的変化）が生ずる。　読出し回路は、この温度／抵抗変化 を電流または電圧変化に変換し、これから空気流の割合が、当業技術者によく知 られている方法によって、求められる。

細い電線の型式のセンサーは、電子式の燃料管理制御適用面においては臨界的な 制約制限をもたらす。これに関しては、センサーの著しい熱的質量に基づき、そ の応答速度は、効果的なマイクロプロセッサ−を基にしたリアルタイムの流量制 御のためには、遅すぎる。しかも、そのような細い線の型のセンサーは、センサ ー全体が、望まれる大きさよりもさらに大きくなる傾向がある。加えて、そのよ うなセンサーの製造はコスト的に効率的でなく、シかも洗練されているとは言い 難い工程を実行する必要がある。更に、ある程度の雑音のある環境下においては 、この細い線の型のセンサーは外部回路に雑音を伝達することがあり、それによ ってセンサーの流量分解能と正確さが制限されているということを指摘しておく 。

従来技術による薄いフィルム型センサーの例はハニウェル社のマイクロスイッチ および質量空気流センサーである。このセンサーは、装置の前側に「ブリッジ」 を有しており、このブリッジはウェファの前側から、ウェファ基板をくり抜くこ とによって製造される。

この「ブリッジ」梨式の薄いフィルム型センサーは、いくつかの不都合を有して いる。このセンサーは、ブリッジ上を流れる空気流の方向および、センサー機器 が取り付けられている手法に、極めて敏感である。

このため、個々のセンサーに正確な再現性を持たせることが難しく、このセンサ ーは校正が容易でないということになる。しかも、ブリッジ構造は、本発明のセ ンサーとしては、構造的に強く、堅固であるとは言えない。加えて、この「ブリ ッジ」を薄いフィルムセンサーは、シリコンウェファ内に作り込まれた空気チャ ンネルををしている。この小さな空気チャンネル（これは「ブリッジ」型センサ ーの設計上、要求されるもの）は、センサーのダイナミックレンジを、極めて速 い空気流速は正確に検出できないという形で制限する本発明は、自動車用および 他の工業用の流量制御装置（例えば、ガス流速の感知は、ガス流制御に用いられ る）と十分に両立し得るような、高い流量感度、高い応答速度および十分な機械 的強度と信頼性を持つ、シリコンを基にしに質量空気流センサーを実現するもの である。本発明の質量空気流センサーは、シリコンのマイクロマシニングおよび 集積回路技術を用いて製造され、それらはセンサーを高信頼度、コンパクトそし て低価格に製造することを可能にする。

本発明は、前に述べた従来技術のセンサーに対して著しく有利な点を有する、薄 いフィルム型のセンサーを提供するためのものである。本発明は、薄いフィルム の加熱用と温度感知用素子とに関して良好な温度絶縁を提供する、小さな、薄い 誘電体のダイヤフラムを用いるものであって、結果的に高い流量感度と加熱素子 の低電流動作を可能とするものである。誘電体ダイヤフラムはＰ型エッチストッ プされたシリコンリムによって区切られる。ダイヤフラムの熱質量は小さいので 、空気流の変化に対するセンサ一応答の速度は、従来技術のセンサ一応答時間よ り大幅に速い。前に説明したように、そのような速い応答時間はリアルタイムの マイクロプロセッサ−を基にした空気流制御には大変重要なものである。

「ブリッジ」型センサーと対称的に、本発明は正確に検出できる、空気流の広い ダイナミックレンジを有している（その１つの理由として、本発明は小さな空気 流チャンネルのようなものを必要としない）。加えテ、本発明はハニウェルセン サーのように空気流の方向に敏感であるということが、はとんどない。

本発明においては、シリコンマイクロマシニング技術が、精密に決められるべき センサーの微小構造を作るのに用いられている。そのようなマイクロマシニング 技術はセンサーを、極めて小さく、そしてセンサー毎の特性を一様なものにする ことができる。

シリコンのマイクロマシニングは、シリコン中に精密な三次元形状を形成するこ とを可能にする処理技術である。ここにおいて、寸法の制御は実際上、数ミクロ ンから数ミリメーターまで可能であって、その時の許容差は１ミクロン未満であ る。シリコンマイクロマシニング技術は、同一チップ上に感知用素子とインター フェース回路とを持つセンサーを一括（バッチ）製造するために種々のエツチン グ技術と標準的な半導体処理とを結合した形で、本発明の製造に用いられるもの である。

本発明の対象物を製造する際に用いられるシリコンマイクロマシニング技術は、 本出馴の参照出願となって関連している「シリコンを基にしたセンサーおよびそ れを作る方法」との名称のり一による、前に指摘した、出願第　　　号の中でさ らに詳しく説明されている。この中で示されている製造方法は一般的なＩＣ技術 に適合するものであるため、センサーおよびその読出し回路を単一シリコンチッ プ上に製造することができ、それによってセンサーをさらに高信頼性、高耐雑音 、そしてコンパクトにできる。

本実施例は以下の重要なセンサーの特徴点を包含するように製造されるのであっ て、すなわち（１）誘電ダイヤフラム（２）Ｐ　ｆｆｉエッチストップされたシ リコンリム（３）薄いフィルム抵抗、そして（４）先細りになっているチップエ ツジ、である。誘電ダイヤフラムはサンドインチ構造となっている薄い酸化シリ コンとシリコンニトリドで形成され、これはセンサーの温度感知用および加熱用 素子のための良好な熱的絶縁を提供する。厚さを含むダイヤフラムの寸法は、強 度にＰ型添加された薄いシリコンリムを利用することによって、（一様な、そし て再現性の高いセンサー特性を得る一助として）正確に制御される。このシリコ ンリムは前面−背面の平版的な不整列に対する特性感度と、ウェファ厚さ変動を 減小させる。

図面の簡単な説明 本発明の他の特徴的な項ないし要件は、添付図面に取り上げられた望ましい実施 例に関する以下の詳細な説明を読むことにより、さらに明白になるのであって、 第１図は本発明の実施例である質量空気流センサーの平面図であり、 第２図は第１図に示した本発明の実施例としての質量空気流センサーの単純化さ れた断面図であり、第３ａ図からｇ３ｆ図は全体として、第１図に示した塁式の 質量空気流センサーのための製造剋理工程を示す図であり、 第４図はチップ上の読出し回路を含む空気流感知装置の略略図である。

図面の簡単な説明 ｗＣ１図を見ると、本発明の実施例としての質量空気流センサーが示されている 。例えば、２１１１１幅で４〜７ｔ＋ａＯ）長さの、このセンサーは、２酸化シ リコンとシリコンニトリドのサンドイッチ構造を有している。

センサーの長さ方向に伸びている、このサンドイッチ構造は都合の良いことに、 熱的ストレスの軽減、機械的な堅固さ、および構造的集約（統合）化に役立つこ の薄い誘電体ダイヤフラム構造は良好な電気的絶縁を提供すると共に、以下に説 明される、加熱用素子３および外部空気感知用素子６および７の間の必要な熱的 絶縁を提供する。そのような熱的絶縁はセンサーに、高い流量感度を与え、そし て加熱用素子３の低電流動作を可能とさせる。前に指摘したように、ダイヤフラ ム構造の熱質量が小さいので、空気流の変化に対するセンサーの応答速度は極め て速く、そしてリアルタイムのマイクロプロセッサ−を基にした燃料管理制御装 置の必要に適合している。

ダイヤ７ラムウインドーｌは、シリコン基板８中に埋められた強度にＰ添加（ド ーピング）されたシリコクロム２によって囲まれている。以下にさらに詳細に説 明されるように、強くＰ添加（Ｐ形ドーピング）されたシリコンリム２は、ダイ ヤプラムウィンドーｌを望み通りに形成させ、そしてシリコン基板の厚さ変動に 関わりなくダイヤプラム寸法を正確に制御することを可能とする。さらにシリコ ンリム２は、前方−後方への平版的な整列不良に関するセンサーの特性感度を減 少させる働きもする。

金属の薄いフィルム素子３，４．５．６．７および９は、センサー表面の上部に 形成され、金属の線３゜４および５は前絶縁ダイヤプラムの上部に直接的に設け られる。第１図に示されるように、薄いフィルム３は寅質的にセンサーの長さ方 向軸に沿って設けられる、例えば、金属の薄いフィルムの線は金およびクロムを 基にしたもので、数ミクロン程度の厚さである。クロム層が、ダイヤプラム構造 の２酸化シリコンと金との間の接着材として用いられる。エッチされた薄いフィ ルムの線は、結合した接続バッド１１を有している。加えて、その金属の線は受 動化のために、プラズマ沈着されたシリコンニトリドで覆われている。

機能的には、ダイヤプラム上の金属パターン３は加熱用素子として働き、そして 金属パターン４および５はそれぞれ、上方および下方の温度感知素子として働く 。普通、センサーはセンサーの上部から底部へと空気が流れるように設けられる ため、感知素子５に比べて、金属パターン４が上方感知素子と考えられる。こう して、空気流は素子５の前に素子４に当たる。金属パターン６および７は、非加 熱の、または外部の空気の温度を決めるｔ；めに用いられる温度感知素子として 働く。全体的にシリコンリム２を、または基板８を、または見られるように覆っ て設けられている金属パターン９は、総ての薄いフィルム素子がこれに接続され る共通グランドとして働く。共通グランド素子９は普通、他の薄いフィルムより もさらに多くの電流を運ぶので、それらが望ましくない程度に加熱されないよう に、そのような素子はより幅広くなっている。

金は環境的な腐食や処理用のエツチング剤に対して良好な抵抗性を持っているた めに、金を基にした金属装置が加熱用および温度感知用素子として用いられる。

（そのことは構造工程を簡単にし、しかも生産量を改善させる）、クロム、モリ ブデン、またはチタンのような付加的な金属が金の層と酸化シリコン層との間の 必要な良好な接着力を得るために用いられるのは望ましいことである。この金属 装置はシリコンに対して良好な電気抵抗性の接触を保ち、そして以下にさらに詳 しく説明されるように、チップ上のセンサーの読み出し回路に関する相互接続装 置として用いられることが可能な程度の低抵抗を有している。

第２図は第１図に示した質量空気流センサーの簡略化した断面図である。強くＰ 型添加（ドーピング）されたシリコンリム２は、（１００）（結晶）方向のシリ コン基板８と薄い誘電ダイヤフラムウィンドー１とのインターフェースにおいて 、最上部のサンドイッチ構造３２と感知用素子６および７の下に設けられている ように示されている。前に指摘したように、強度にＰ型添加（ドーピング）され たシリコンリム２は温度感知用素子６および７を外部空気温度に保つと共に、誘 電ダイヤフラムウィンドーを正確に規定するように働く。センサーの製造におい ては、ダイヤプラムウィンドー１はシリコンウェファの背面からエツチングされ て規定される。強度にＰｆｉ添加されたシリコンリム２は、化学的エツチング溶 液によってはエツチングされず、こうして精密に規定される。

第２図においても、ダイヤフラムウィンドー１の上部に設けられている薄い金属 の層は、薄いフィルムの加熱用素子３および温度感応抵抗４および５を形成する ことが示されている。抵抗６と７とは、高度に熱的に良導体であるシリコンリム ２およびシリコン基板８の上に置かれ、そして非加熱の、または外部の空気温度 を測定するために用いられている。温度感知用および加熱用の素子のための望ま しい抵抗値によっては、１つ以上の薄いフィルム素子が単独の素子３〜７の代わ りに設けられることも可能であることを指摘しておきたい。

総ての薄いフィルムの金属抵抗器は受動（（不働態）層１７によって覆われてい る。この受動層１７は、経時的に装置の応答時間を変化させる外気による汚れか ら、薄いフィルムの金属抵抗を保護する（例えば、それら素子上にほこりの粒が 堆積することを防ぐことによって）。この方法によって、センサーの長時間の信 頼性が向上する。

第２図に示されるように、センサーチップのエツジ１８は、空気流の中にセンサ ーが置かれることによって生じる、あらゆる望ましくない影響を最少にするよう 、先が細くなっているないしテーバ（勾配）が付けられている。これに関しては 、初期的にチップエツジに当たる空気の擾乱の影響は、センサーの表面に垂直な サイドエツジの設計と比較して、大帳に減少する。

先細りのエツジ１８の下側で、センサーはマスキング材（例えば、下側サンドイ ンチ構造３２）に支えられているように示されている。

動作においては、第１図および第２図に示したセンサーは、空気流が第１図にお いてセンサーの上方から下方に（そして第２図においては左から右に）流れるよ うに、電子式燃料管理制御装置の適切な空気チャンネル内に設けられる。読出し 回路は初期的には、加熱用素子３を通る、前もって決められた量の電流を発生さ せる。この電流は加熱用素子の温度を、加熱用素子３と、加熱されていない、ま たは外部空気の、温度感知用素子６との間に前もって決められた温度差が存在す るようなレベル（この温度勾配はセンサーの動作を通して一定に保たれる）にセ ットする。

空気流がある時には、加熱用素子３の温度は必然的に低下する。加熱素子３の温 度が低下すると、感知用素子４および５の温度もまた低下する。加熱用素子３の 温度が低下し始めると、接続用バッド１１を通して接続されている読出し回路が 、素子３を同じ前もって決められた温度に維持するような電流を発生し、次にそ こから空気流を表わす信号を発生するために感知用素子４の温度を決める。当業 技術者にとっては明白であるように、素子３から７までの抵抗特性は温度の関数 として変化する。これに関しては、温度が上昇すると、感知用素子３〜７の抵抗 は同様に増加する。（第４図でオンチップ読出し回路２０として示されている） 本発明の空気流センサーに配属されている読出し回路は、この出願に参照として 明らかに編入されている「質量空気流センサのｔ；めの制御および検出回路」と の名称のり一他による出Ｉｌ［第　　　号の中で開示されている型式のものであ る。

リー他の出願では、１次センサー回路は、加熱用素子３、温度感知用素子５８よ び外部空気温度感知用素子６を含むものとして開示されている。スレーブセンサ ー回路は、温度感知用素子４および外部空気温度感知用素子７を含むものとして 開示されている。（実質的には感知用素子５と同じ温度の）加熱用素子３と外部 空気温度感知用素子６との間に前もって決められた一定の温度勾配を維持するこ とによって、１次側回路は素子３の温度を、外部空気温度（ＴＡＮ□□Ｔ）より 上に固定された温度（Ｔ２１□。）だけ高く、すなわち３の温度−ＴＦＩ□。＋ ＴＡＭｌｌｉＮアとなるように保つ。同時に１次回路はスレーブ温度感知用素子 ４の温度を、直接に空気流による温度変化（ＴＦＬＯ−）を減じた外部空気温度 の上に（Ｔ、＋□。に関して）固定されたオフセットだけ高く、すなわち４の温 度−Ｔ　ｈｗ＊Ｉ＊ｗｒ＋　Ｔ　ｘｘ＊。

０ＦＦＳ１丁−ＴｙＬｏｗとなるように保つよう機能する。

（素子４の温度に比例する）素子４両端の電圧はスレーブ回路の演算増幅器の反 転入力に加えられ、その非反転入力は外部空気温度の関数として変化する。外部 空気温度を表わす信号を演算増幅器の反転および非反転入力の両方に入力するこ とによって、外部空気温度の影響がキャンセルされる。スレーブ回路の出力電圧 は、主として空気流のみを表わす信号である。

電子式燃料管理制御装置に配属されたマイクロプロセッサ−は、センサー出力電 圧を基に空気流を求める、空気流を基に、マイクロプロセッサ−は望ましい燃料 対空気比を得るのに必要な燃料の量を（例えば、よく知られている表を参照する 技術を用いて）決定する、必要な燃料の量を決めるのに際してマイクロプロセッ サ−は相応する信号を、必要な燃料の性格な量を供給する燃料噴射装置に送る。

本発明の質量空気流センサーを製造するために、シリコンウェファを処理する方 法は、第３ａ図から第３ｆ図に示されている（それらは寸法通り描かれてはいな い）、第３ａ図では、比較的薄い酸化シリコン層３０が最初に、（１００）（結 晶方向）向きのシリコンウェファ８の両側に作られる。第３ｂ図では、シリコン リム２への入口が、よく知られた写真平版技術を用いて層３０に開けられて、そ して基板８は強く、そして深くポロンを用いて添加（ドーピング）され、第１図 において見られるようにダイヤ７ラムウインドーの周りにＰ型エッチストップ用 シリコンリムが形成される。こうして、第３ｂ図ではＰ型エッチストップシリコ ンリム２が形成される領域を除いて、２酸化シリコン３０の総ての領域がマスク されている。開口が作られた後、シリコンリム２の添加（ドーピング）作業がボ ロン拡散によって実行される。

その後、第３ｃ図においてはポロン拡散マスクに用いられｔ二酸化フィルム３０ が除かれる。３層サンドイッチ構造３２が次にシリコン基板の両側に形成される が、これは（ａ）熱的に成長させた酸化シリコン、（ｂ）化学蒸着（ＣＶＤ）さ れたシリコンニトリド、（ｃ）ＣＶＤされた酸化シリコン、からなるものである 。前に指摘したように、このサンドイッチ構造は向上したダイヤプラムの機械的 堅固さと構造的完全性という長所を提供する。このサンドイッチ構造はまた、ダ イヤフラム構造に関する熱ストレスの解放をも与えるものである。この点に関し ては、酸化シリコンはシリコンの熱膨張係数のｌ／１０程度の熱膨張係数を持っ ている。こうして、酸化シリコンとシリコンとが冷却されると、シリコンは酸化 シリコンよりも大きな程度の縮みを生じようとする。（シリコンよりも大きな熱 膨張係数ｉ持っている）シリコンニトリドの層を付加することによって、熱スト レスは平衡し、そして温度変化に対して良好に反応する構造を得ることができる 。加えて、生成される薄い誘電体構造物は良好な電気的絶縁性を与えると共に、 加熱用素子３から外部空気温度感知用素子６および７を熱的に絶縁する働きもあ る。センサー製造に関して基本的なことではないが、サンドイッチ構造３２はま た、センサーの底部に設けられて、マスキング材としても用いられる。

第３ｄ図においては、例えばクロムむよび金からなる薄いフィルム素子が設けら れ、そして加熱用および温度感知用の素子３から７、および（示されていない） 共通グランドを規定するよう形造られる。加熱用、温度感知用およびグランド素 子のように形成された薄いフィルムは、１ミクロン未満の厚さである。第３ｅ図 では、プラズマＣＶＤされたシリコンニトリドフィルム１７が次に基板の上部に 設けられて、加熱用および温度感知用素子を外部の汚れから保護する。外部接続 用の（示されていない）パッド領域は、素子３〜７の作成と同時に写真平版的に 設定される。

前に指摘したように、本発明のセンサーは、写真平版的パターン転写、三次元シ リコンエツチングおよび薄膜蒸着の処理段階を含んだシリコンマイクロマシニン グ処理工程を利用して形成される。ダイヤスラムおよびダイヤフラムを囲むＰ型 エッチストップリム２を製造するために用いられるシリコンマイクロマシニング 技術のさらに詳細に関しては、Ｐ型ストップエツチングや静電シール技術を用い た、前述の「シリコンを基にしたセンサーおよびそれを作る方法Ｊとの名称のシ リアル出願環　　　号の中に見ることができる。

第３Ｆ図に示されている誘電体ダイヤプラムウィンドー１を形成するためには、 （Ｐ型エッチストップされたシリコンリムの形成で用いられた段階と同様な）誘 電体ダイヤフラムウィンドーを規定するシリコンエツチングの段階が、写真平版 的処理を利用する際に設けられる。これに関しては、第３ｅ図および第３ｆ図に おいてシリコンウェファ８の背面にはマスク層３２（まｌ；は逆に酸化シリコン および／またはシリコンニトリドのような別の適切なマスク材）が準備されてい ることが示されているが、その上面には７オトレジストコーテイングが付加され ている。次にこのウェファは、望ましいダイヤプラムパターンが印されているマ スクを通して紫外線で露光される。露光されたフォトレジスト層を現像した後、 マスキング層３２の保護さていない部分は除去されて、エツチングのためにシリ コン基板８が露出される。

本発明によれば、ダイヤ７ラムウインドー領域の下の総てのシリコンが異方性化 学エツチング剤によってエッチ除去される。異方性化学エツチングにおいては、 エッチ速度はシリコンの結晶方向に依存する。そのような選択的な結晶依存エツ チングはまた、第２図に示しｌ；先細のないしテーバ（勾配）付きのサイド形状 の製造においても役に立つ。

異方性エツチングの別の重要な特徴点は、エッチ速度が添加（ドーピング）濃度 に依存していることである。これに関しては、ポロンの添加濃度が７ＸＩＯ−１ ９ｃｍ　＝を越えた時に、５０の係数でエッチ速度を減じることが可能である。

エツチング薬品の結晶方向性および添加濃度とによって、Ｐ拒エッチストップさ れたシリコンリム２は正確にダイヤフラム厚さを制御できる。

第３ｆ図はダイヤ７ラムウインドー領域の下の総てのシリコンがエッチ除去され ることを示している。質量空気流センサーを製造するのに使用される望ましい異 方性化学エツチング溶液は、エチレンジアミン基剤の溶液である。

（第３図に示したウェファの背面側の最終のダイヤプラムエツチング段階の前に ）第２図に示した両側先細りエツジを製作するために、両側先細りエツジの上側 および下側部を認識するため前側および後側に刻み線を規定するという付加的マ スキング段階が第３ｅ図において必要となる。これに関しては、付加的な写真平 版と電解性除去段階とが必要である。こうして第３ｅ図におけるウェファの両エ ツジ上で、上方および下方サンドイッチ構造３２およびシリコンニトリド層１７ が除去されてウェファ８を露出させる。この方法によって、シリコンの前側およ び後側は同時に露出されて、ウェファの前側および後側は同時に露出されて、ウ ェファの前側および後側は同時にエッチされ、第３ｆ図におけるダイヤ７ラムウ インドーｌを形成するエッチ段階で先細りエツジを形成する。

前に指摘したように、先細り（テーパ付ないし勾配付）エツジは垂直に設けられ ているサイドエツジから得られる突然の空気流変動よりも空気流路を乱すことが 少ない。こうして、先細のサイドエツジはセンサー装置に当たる空気流を円滑に するのに役立つ。先細のエツジは、乱流の発生を防ぐ上で重要である。！い換え れば、先細のエツジはさらに一様に分配される、予想可能な乱動を得る上で貢献 する。

本発明は第１ｒＭ８よび第２ＶＩＪに示した設計の種々の変形や変更をも意図し ている。例えば、センサーを単一のダイヤ７ラムウインドー上にではなく、マル チダイヤ７ラムウインドウ上に作ることもできる。ダイヤフラムの形状は、望ま れる熱的絶縁度や電源有効利用性を配慮して四角形、円形または多角形にするこ ともできる。例えば、極めて小さなダイヤプラムを使用する時には、加熱素子を 必要な温度にまで加熱するためには比較的に多量の電力が必要である。比較的多 量の動作電力を必要としないようにすれば、そのようなダイヤフラムは極めて強 くされるであろう。ダイヤフラムの領域が大きければ、必要な温度にまで加熱用 素子を加熱するためには、比較的小さな電力で済む。しかし、そのようなセンサ ーは比較的弱い。

前述のクロムおよび全以外の変更した薄いフィルムは、感知用および加熱用素子 のために用いられる０例えば、許容できる金属フィルムはプラチナ、タンタルお よびニッケルを含むこともできる。こうして、薄いフィルム素子はＣｒ／Ａｕ、 Ｔ　ｉ−Ｗ／Ａｕｓ　Ｍｏ。

Ｎｉ５ＰｔおよびＷのような金属および合金を有することもできる。ポリシリコ ンまたはケイ化金属のような非金属製フィルムもまた、前に説明したセンサー中 の感知用および加熱用の素子として極めて良好な候補流量感知のために読出し回 路に依存して、加熱用および感知用素子の位置決めに関する種々の変更が、本発 明によって意図されていることも、さらに認識すべきである。例えば、薄いフィ ルムの金属センサーはポリシリコンまたはケイ化物の加熱用素子の上部に設くこ ともできる。このような構成は、ヒーターと感知用素子どの間に完全な熱的結合 をもたらすことができ、しかも別個の加熱用および感知用機能を維持しＩ；まま にできる。必要であれば、シリコン基板への電気的接触子を、第３図に示した製 造工程に単純な拡散工程を付加することによって容易に形成できる。

本発明の質量空気流センサーを製造するための、第３図に関連して説明された技 術は、シリコンＩＣ製造のために用いられている技術に十分に適合するものであ る。この点に関しては、前述のいくつかの段階は同時に、標準的なＭＯＳまたは バイポーラＩＣの製造段階において実施することができる。こうして、金属フィ ルム３から７が第３ｄ図において形成される前に、ＭＯＳまたはバイポーラデバ イスがセンサー構造に従って同じチップ上に製造される。その結果、り一他の出 願において開示されたように、センサー読出し回路を、チップ寸法と処理の複雑 さにおいて比較的に新しく増加した、同じセンサーチップ上に製造することがで きる。

次に第４図を見ると、この図はオンチップの読出し回路を含む空気流感知サブシ ステムを示している。この点で、第１図および第２図に示した空気流センサーは 第４図では１９として概略的に表わされており、そしてオンチップの読出し回路 は２０で表わされている、このオンチップ読出し回路２０は、電気的接続部２１ ａを通して、（示されていない）外部のマイクロプロセッサ−制御回路および電 源に接続される。破線の長方形２４と実線の長方形２３との間には、Ｐ型エッチ ストップ領域２が存在する。長方形２３の内部にはダイヤプラムウィンドー１が ある。このセンサーチップは、電気的接続部２１ｂを含むセラミック基板２２に よって支持されている。次に完全な装置が適当な空気チャンネル内に置かれる。

第４図の形状は、半田付け、またはテープ自動化のポンディングが、セラミック 基板内の電気的接続部２１ｂをチップ上の電気的接続部２１ａに直接的に接続す るために利用できることを意図している。こうして、この装置においては配線に よるポンディングは不要であるが、あらゆるポンディング方法が本発明に適用す ることができる。この全体的な形状は、向上された耐雑音性、節減された全体的 なバッキングコスト、および改善された製造性を含む、従来型の質量空気流セン サーを越える多くの利点を有している。

本発明は、最も実際的で望ましい実施例であると現在考えられるものに関連して 説明されてきたが、本発明は開示された実施例に制約されるのではなく、その逆 に、添付された請求の範囲の思想と観点に含まれる種々の変形や等価な装置をカ バーしていると理解すべきである。

ＦＩＧ、　４ 国際調査報告 １″１″″″””　”””−”　ＰＣＴ／ＵＳ　８８１０４５１１国際調査報告 　　　ＰＣＴ／ｕｓ　８Ｂ１０４５１１ＳＡ　　　　　　２６３０５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．誘電体のダイヤフラム（１）と、 前記ダイヤフラム（１）上に設けられた薄いフィルムの加熱用素子（３）と、 前記誘電体のダイヤフラム（１）の少なくとも大半の部分を囲っている、熱的に 良導性の半導体リム（２）と、そして 前記ダイヤフラム（１）上に設けられた少なくとも１つの薄いフィルムの感知用 素子（４，５）とを含むことを特徴とする質量空気流センサー。 ２．前記誘電体のダイヤフラム（１）が、実質的に異なる熱膨張係数を持つ誘電 体材料のサンドイッチ構造（３２）を有しているような、請求の範囲第１項に記 載のセンサー。 ３．少なくとも１つの感知用素子（６，７）が前記半導体リム（２）を少なくと も部分的に覆うように設けられ、それによって、加熱用素子の温度に関連した温 度と、前記少なくとも１つの感知用素子の温度との間の差がモニターされて空気 流速が決められるような、請求の範囲第１項に記載のセンサー。 ４．質量空気流センサーが半導体基板（８）から製造され、そして誘電体ダイヤ フラム（１）の下の半導体基板が除去されているような、請求の範囲第１項に記 載のセンサー。 ５．半導体基板領域（８）が半導体リム（２）の下に設けられているような、請 求の範囲第４項に記載のセンサー。 ６．前記加熱用素子と前記半導体リムとの間に設けられた少なくとも１つの薄い フイルムの感知用素子（４，５）をさらに含むような、請求の範囲第１項に記載 のセンサー。 ７．前記加熱用素子（３）が実質的にセンサーの長さ方向軸に沿って中央に設け られているような、請求の範囲第１項に記載のセンサー。 ８．前記半導体リム（２）がＰ型エッチストップされたシリコンを有しているよ うな、請求の範囲第１項に記載のセンサー。 ９．前記センサーは半導体基板上に製造されて、そしてさらに、前記加熱用素子 （３）を動作させ、そして前記少なくとも１つの感知用素子（４，６）からの信 号を受けるために前記半導体基板（８）上に製造された読出しおよび制御装置（ ２０）を含むような、請求の範囲第１項に記載のセンサー。 １０．前記センサーが半導体基板（８）上に製造され、そして前記加熱用素子（ ３）が前記基板の前表面上に設けられていて、そして基板の少なくとも１つの側 面（１８）が先細りとなっているような、請求の範囲第１項に記載のセンサー。