特許 6807005 流量センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6807005

(24)【登録日】2020年12月9日

(45)【発行日】2021年1月6日

(54)【発明の名称】流量センサ

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/692 20060101AFI20201221BHJP

【ＦＩ】

   G01F1/692 A

   G01F1/692 B

【請求項の数】10

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2019-234495(P2019-234495)

(22)【出願日】2019年12月25日

(62)【分割の表示】特願2015-194417(P2015-194417)の分割

【原出願日】2015年9月30日

(65)【公開番号】特開2020-64071(P2020-64071A)

(43)【公開日】2020年4月23日

【審査請求日】2019年12月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006220

【氏名又は名称】ミツミ電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】羽迫 義浩

(72)【発明者】

【氏名】山本 洋太

【審査官】 細見 斉子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３３３６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／１１４１９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−０３３０５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０６５８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１６２４２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３３００５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２３８０８０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−０８５１３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０７１７３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２２４３５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｆ １／５６− １／９０

Ｇ０１Ｐ １３／００−１３／０４

Ｇ０１Ｐ １５／００−１５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発熱抵抗体及び複数の温度検出体を備え、前記発熱抵抗体を発熱させた状態で、夫々の前記温度検出体の温度検出結果に基づいて、前記温度検出体上を流れる流体の流量を検出する流量センサであって、
開口部を備えた枠状の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部に設けられた発熱抵抗体及び複数の温度検出体と、を有し、
前記ダイヤフラム部は、前記開口部を塞ぐ薄膜構造体部を備え、
平面視において、前記薄膜構造体部には、前記発熱抵抗体の周囲に複数の前記温度検出体が配置されており、
複数の前記温度検出体から引き出された温度検出体配線は、第１配線及び第２配線を含み、
前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体に対して点対称に配置されており、かつ、前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体の一端から引き出された発熱抵抗体配線を両側から挟んで前記発熱抵抗体配線と平行に配置されていることを特徴とする流量センサ。

【請求項2】

発熱抵抗体及び複数の温度検出体を備え、前記発熱抵抗体を発熱させた状態で、夫々の前記温度検出体の温度検出結果に基づいて、前記温度検出体上を流れる流体の流量を検出する流量センサであって、
開口部を備えた枠状の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部に設けられた発熱抵抗体及び複数の温度検出体と、を有し、
複数の前記温度検出体は、前記発熱抵抗体から等距離に配置された４つの温度検出体を含み、
前記ダイヤフラム部の平面形状は正方形であり、
前記発熱抵抗体は、前記ダイヤフラム部の中心に配置され、
前記ダイヤフラム部の４つの縁辺の１つに平行な軸をＸ軸、前記ダイヤフラム部の上面と平行な面内でＸ軸と直交する軸をＹ軸としたときに、互いに対向する２つの前記温度検出体は前記Ｘ軸と平行な方向に配置され、互いに対向する他の２つの前記温度検出体は前記Ｙ軸と平行な方向に配置され、
前記ダイヤフラム部は、前記開口部を塞ぐ薄膜構造体部を備え、
平面視において、前記薄膜構造体部は正方形であり、
平面視において、前記薄膜構造体部には、前記発熱抵抗体の周囲に複数の前記温度検出体が配置されており、
前記薄膜構造体部の各縁辺の中央部を含む４つの領域は、応力集中部であり、
複数の前記温度検出体から引き出された温度検出体配線、及び前記発熱抵抗体の一端から引き出された発熱抵抗体配線は、前記応力集中部を除く領域に配置されていることを特徴とする流量センサ。

【請求項3】

発熱抵抗体及び複数の温度検出体を備え、前記発熱抵抗体を発熱させた状態で、夫々の前記温度検出体の温度検出結果に基づいて、前記温度検出体上を流れる流体の流量を検出する流量センサであって、
開口部を備えた枠状の半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられたダイヤフラム部と、
前記ダイヤフラム部に設けられた発熱抵抗体及び複数の温度検出体と、を有し、
複数の前記温度検出体は、前記発熱抵抗体から等距離に配置された４つの温度検出体を含み、
前記ダイヤフラム部の平面形状は正方形であり、
前記発熱抵抗体は、前記ダイヤフラム部の中心に配置され、
前記ダイヤフラム部の４つの縁辺の１つに平行な軸をＸ軸、前記ダイヤフラム部の上面と平行な面内でＸ軸と直交する軸をＹ軸としたときに、互いに対向する２つの前記温度検出体は前記Ｘ軸と平行な方向に配置され、互いに対向する他の２つの前記温度検出体は前記Ｙ軸と平行な方向に配置され、
前記ダイヤフラム部は、前記開口部を塞ぐ薄膜構造体部を備え、
平面視において、前記薄膜構造体部には、前記発熱抵抗体の周囲に複数の前記温度検出体が配置されており、
前記薄膜構造体部において、
前記発熱抵抗体の一端から引き出された発熱抵抗体配線は、前記ダイヤフラム部の１つの対角線上に配置され、
前記発熱抵抗体の材料と前記発熱抵抗体配線の材料に異種材料を使用し、前記発熱抵抗体の比抵抗は前記発熱抵抗体配線の比抵抗より大きいことを特徴とする流量センサ。

【請求項4】

前記薄膜構造体部において、
前記ダイヤフラム部の他の１つの対角線上において、前記発熱抵抗体の両側にダミー配線が配置されており、
複数の前記温度検出体から引き出された温度検出体配線は、前記ダミー配線の両側に前記ダミー配線と平行に配置された配線を含むことを特徴とする請求項３に記載の流量センサ。

【請求項5】

前記発熱抵抗体配線と、前記発熱抵抗体配線の両側に前記発熱抵抗体配線と平行に配置された配線との間、及び、前記ダミー配線と、前記ダミー配線の両側に前記ダミー配線と平行に配置された配線との間にスリットを設けたことを特徴とする請求項４に記載の流量センサ。

【請求項6】

平面視において、前記薄膜構造体部は円形であることを特徴とする請求項１、又は３乃至５の何れか一項に記載の流量センサ。

【請求項7】

前記薄膜構造体部において、複数の前記温度検出体、及び複数の前記温度検出体から引き出された温度検出体配線は、前記発熱抵抗体に対して点対称に配置されていることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の流量センサ。

【請求項8】

複数の前記温度検出体は、前記発熱抵抗体から等距離に配置された４つの温度検出体を含むことを特徴とする請求項１に記載の流量センサ。

【請求項9】

前記ダイヤフラム部の平面形状は正方形であり、
前記発熱抵抗体は、前記ダイヤフラム部の中心に配置され、
前記ダイヤフラム部の４つの縁辺の１つに平行な軸をＸ軸、前記ダイヤフラム部の上面と平行な面内でＸ軸と直交する軸をＹ軸としたときに、互いに対向する２つの前記温度検出体は前記Ｘ軸と平行な方向に配置され、互いに対向する他の２つの前記温度検出体は前記Ｙ軸と平行な方向に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の流量センサ。

【請求項10】

複数の前記温度検出体は、酸化バナジウムから形成されていることを特徴とする請求項１乃至９の何れか一項に記載の流量センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流量センサに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、空気等の流体の流量を測定する流量センサが知られている。このような流量センサとしては、例えば、温度センサに熱電対を用いたサーモパイル方式や、温度センサにポリシリコンを用いた抵抗変化式等がある。又、抵抗の温度係数の高い酸化バナジウムを温度センサに用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開第４２９９３０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、従来は、温度センサに用いると好適な材料等の検討は行われていたものの、流体の流量を測定するに際し、温度センサ（温度検出体）をどのように配置すると好適であるかは十分に検討されていなかった。そのため、流量の検出感度が十分であるとはいえなかった。

【0005】

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、温度検出体を好適に配して流量の検出感度を向上した流量センサを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本流量センサ（１）は、発熱抵抗体（４０）及び複数の温度検出体（３０〜３３）を備え、前記発熱抵抗体（４０）を発熱させた状態で、夫々の前記温度検出体（３０〜３３）の温度検出結果に基づいて、前記温度検出体（３０〜３３）上を流れる流体の流量を検出する流量センサであって、開口部（１０ｘ）を備えた枠状の半導体基板（１０）と、前記半導体基板（１０）上に設けられたダイヤフラム部（２０）と、前記ダイヤフラム部（２０）に設けられた発熱抵抗体（４０）及び複数の温度検出体（３０〜３３）と、を有し、前記ダイヤフラム部（２０）は、前記開口部（１０ｘ）を塞ぐ薄膜構造体部（２０ｔ）を備え、平面視において、前記薄膜構造体部（２０ｔ）には、前記発熱抵抗体（４０）の周囲に複数の前記温度検出体（３０〜３３）が配置されており、複数の前記温度検出体（３０〜３３）から引き出された温度検出体配線は、第１配線及び第２配線を含み、前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体（４０）に対して点対称に配置されており、かつ、前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体（４０）の一端から引き出された発熱抵抗体配線を両側から挟んで前記発熱抵抗体配線と平行に配置されている。

【0007】

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。

【発明の効果】

【0008】

開示の技術によれば、温度検出体を好適に配して流量の検出感度を向上した流量センサを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施の形態に係る流量センサを例示する図である。

【図2】流量センサの製造工程を例示する図（その１）である。

【図3】流量センサの製造工程を例示する図（その２）である。

【図4】第１の実施の形態の変形例１に係る流量センサを例示する平面透視図である。

【図5】第１の実施の形態の変形例２に係る流量センサを例示する平面透視図である。

【図6】第１の実施の形態の変形例３に係る流量センサを例示する平面透視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。

【0011】

〈第１の実施の形態〉
［流量センサの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る流量センサを例示する図であり、図１（ａ）は平面透視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。

【0012】

図１を参照するに、第１の実施の形態に係る流量センサ１は、半導体基板１０と、ダイヤフラム部２０と、Ｘ軸温度検出体３０及び３１と、Ｙ軸温度検出体３２及び３３と、発熱抵抗体４０と、測温抵抗体５０と、配線６０〜６９と、ダミー配線７０及び７１と、パッド８０〜８９（ボンディングパッド）とを有する。

【0013】

流量センサ１は、発熱抵抗体４０を発熱させた状態で、夫々の温度検出体（Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３）の温度検出結果に基づいて、温度検出体上を流れる流体の流量を検出するセンサである。但し、流量センサ１は、流向や流速も検出可能である。流量センサ１は、例えば、空調機器の流量制御や、自動車のエンジン内の空気の流量制御等に用いることができる。

【0014】

半導体基板１０は、開口部１０ｘを備えた枠状（額縁状）に形成されている。半導体基板１０としては、例えば、シリコン基板（Ｓｉ基板）やＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等を用いることができる。

【0015】

ダイヤフラム部２０は、絶縁膜２１〜２５が順次積層された構造であり、開口部１０ｘを塞ぐように半導体基板１０上に設けられている。ダイヤフラム部２０の平面形状は、例えば、正方形である。ダイヤフラム部２０において、半導体基板１０と接していない領域（開口部１０ｘを塞いでいる領域）を特に薄膜構造体部２０ｔと称する。薄膜構造体部２０ｔの平面形状は、例えば、正方形である。薄膜構造体部２０ｔは、半導体基板１０と接していないため熱容量が小さく、温度が上昇し易い構造とされている。

【0016】

なお、図１では、ダイヤフラム部２０の上面２０ａの４つの縁辺２０ｅの１つに平行な軸をＸ軸、ダイヤフラム部２０の上面２０ａと平行な面内でＸ軸と直交する軸をＹ軸、ダイヤフラム部２０の厚さ方向をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交している。ここで、平面視とは、対象物をダイヤフラム部２０の上面２０ａの法線方向から視ることをいう。又、平面形状とは、対象物をダイヤフラム部２０の上面２０ａの法線方向から視たときの形状をいう。

【0017】

図１（ｂ）では、便宜上、半導体基板１０の厚さＴ_１とダイヤフラム部２０の厚さＴ_２とを同程度に描いているが、実際には、半導体基板１０の厚さＴ_１は比較的厚く、ダイヤフラム部２０の厚さＴ_２は比較的薄い。半導体基板１０の厚さＴ_１は、例えば、５０〜３００μｍ程度とすることができる。又、ダイヤフラム部２０の厚さＴ_２は、例えば、０．５〜５μｍ程度とすることができる。

【0018】

なお、流量センサ１を基板上に固定して使用する場合があるが、この場合に流量センサ１の側壁（主に半導体基板１０の側壁）に流体がぶつかると乱流が発生し、流量が正確に検出できないおそれがある。この観点から、半導体基板１０の厚さＴ_１は薄い方が好ましい。半導体基板１０の厚さＴ_１を薄くすることにより、基板との間に生じる段差を小さくすることが可能となり、乱流の発生を抑制できる。

【0019】

ダイヤフラム部２０において、絶縁膜２２上には、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３が設けられている。Ｘ軸温度検出体３０及び３１並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、保護膜として機能する絶縁膜２３に被覆されている。絶縁膜２３上には、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０が、例えばつづら状に形成されている。なお、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０をつづら状に形成するのは、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０の抵抗値を大きくするためである。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０は、保護膜として機能する絶縁膜２４に被覆されている。

【0020】

絶縁膜２４上には、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９が設けられている。配線６０〜６９中の所定の配線と、発熱抵抗体４０、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、並びに測温抵抗体５０とは、絶縁膜２３及び２４に形成された垂直配線（図示せず）を介して接続されている。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９は、保護膜として機能する絶縁膜２５に被覆されている。但し、パッド８０〜８９の上面の少なくとも一部は、絶縁膜２５に設けられた開口部２５ｘ内に露出し、流量センサ１の外部との接続を可能としている。

【0021】

Ｘ軸温度検出体３０及び３１は、Ｘ軸に平行な線上に形成されている。Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、Ｙ軸に平行な線上に形成されている。Ｘ軸温度検出体３０及び３１はＸ軸方向の温度変化を検出する部分であり、Ｙ軸温度検出体３２及び３３はＹ軸方向の温度変化を検出する部分である。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、例えば、酸化バナジウムから形成することができる。

【0022】

Ｘ軸温度検出体３０の一端は配線６２を介してパッド８３と接続され、他端は配線６３を介してパッド８２と接続されている。又、Ｘ軸温度検出体３１の一端は配線６４を介してパッド８４と接続され、他端は配線６５を介してパッド８５と接続されている。

【0023】

パッド８２とパッド８４は、流量センサ１の外部で接続される。又、パッド８３は流量センサ１の外部でＧＮＤ（又は電源）と接続され、パッド８５は流量センサ１の外部で電源（又はＧＮＤ）と接続される。これにより、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８２とパッド８４との接続部から中間電位を得ることができる。

【0024】

Ｙ軸温度検出体３２の一端は配線６７を介してパッド８７と接続され、他端は配線６６を介してパッド８６と接続されている。又、パッド８６は配線６９を介してＹ軸温度検出体３３の一端と接続され、Ｙ軸温度検出体３３の他端は配線６８を介してパッド８８と接続されている。つまり、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とは、配線６６及び６９を介して直列に接続されている。

【0025】

パッド８７は流量センサ１の外部でＧＮＤ（又は電源）と接続され、パッド８８は流量センサ１の外部で電源（又はＧＮＤ）と接続される。これにより、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８６から中間電位を得ることができる。

【0026】

発熱抵抗体４０の一端は配線６０を介してパッド８０に接続され、他端は配線６１を介してパッド８１に接続されている。パッド８０とパッド８１との間に電圧を印加すると発熱抵抗体４０に電流が流れて発熱する。

【0027】

なお、発熱抵抗体４０の材料と配線６０及び６１の材料に異種材料を使用し、発熱抵抗体４０の比抵抗が配線６０及び６１の比抵抗より大きくなる材料を選択すると好適である。これにより、発熱抵抗体４０に電力が集中し、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなるため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を向上することができる。

【0028】

発熱抵抗体４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等から形成することができる。この場合、配線６０及び６１の材料として、これらより比抵抗の小さいアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等を用いることが好ましい。

【0029】

測温抵抗体５０の一端はパッド８０に接続され、他端はパッド８９に接続されている。測温抵抗体５０は、パッド８０及び８９を介して、流量センサ１の外部の抵抗ブリッジ回路に接続され、ブリッジを構成する抵抗の１つとなる。この回路構成により、測温抵抗体５０の抵抗変化に基づいて、流体の温度を検出することができる。測温抵抗体５０は、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等から形成することができる。

【0030】

［薄膜構造体部における、各温度検出体、発熱抵抗体、配線のレイアウト］
ここで、薄膜構造体部２０ｔにおける、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、発熱抵抗体４０、配線６０〜６９、並びにダミー配線７０及び７１のレイアウトの特徴について説明する。

【0031】

薄膜構造体部２０ｔにおいて、平面視において、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、及び配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１は、発熱抵抗体４０に対して点対称に配置されている。言い換えれば、薄膜構造体部２０ｔ内の各要素を点対称とするために、ダミー配線７０及び７１を設けたともいえる。

【0032】

なお、ここでいう点対称は、完全に点対称である場合のみではなく、流量の検出感度向上という本発明の効果を損なわない範囲内で略点対称な場合も含むものとする。直交、平行、中心、正方形、円形、対角線上等の文言についても同様である。

【0033】

具体的には、発熱抵抗体４０は、ダイヤフラム部２０の中心（薄膜構造体部２０ｔの中心）に配置されている。又、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０の周囲に均等に配置されている。つまり、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０から等距離に配置されている。又、発熱抵抗体４０を挟んで互いに対向するＸ軸温度検出体３０及び３１はＸ軸と平行な方向に配置されている。又、発熱抵抗体４０を挟んで互いに対向するＹ軸温度検出体３２及び３３はＹ軸と平行な方向に配置されている。

【0034】

又、発熱抵抗体４０の一端から引き出された配線６０及び他端から引き出された配線６１は、ダイヤフラム部２０の１つの対角線上に配置されている。

【0035】

そして、Ｘ軸温度検出体３０から引き出された配線６３と、Ｙ軸温度検出体３３から引き出された配線６９は、発熱抵抗体４０から引き出された配線６１の両側に、配線６１と平行に配置されている。配線６１と配線６３との間隔と、配線６１と配線６９との間隔は、略同一である。

【0036】

同様に、Ｘ軸温度検出体３１から引き出された配線６４と、Ｙ軸温度検出体３２から引き出された配線６７は、発熱抵抗体４０から引き出された配線６０の両側に、配線６０と平行に配置されている。配線６０と配線６４との間隔と、配線６０と配線６７との間隔は、略同一である。

【0037】

又、ダイヤフラム部２０の他の１つの対角線上において、発熱抵抗体４０の両側にダミー配線７０及び７１が配置されている。

【0038】

そして、Ｘ軸温度検出体３０から引き出された配線６２と、Ｙ軸温度検出体３２から引き出された配線６６は、ダミー配線７０の両側に、ダミー配線７０と平行に配置されている。ダミー配線７０と配線６２との間隔と、ダミー配線７０と配線６６との間隔は、略同一である。

【0039】

同様に、Ｘ軸温度検出体３１から引き出された配線６５と、Ｙ軸温度検出体３３から引き出された配線６８は、ダミー配線７１の両側に、ダミー配線７１と平行に配置されている。ダミー配線７１と配線６５との間隔と、ダミー配線７１と配線６８との間隔は、略同一である。

【0040】

なお、発熱抵抗体４０の一端及び他端から引き出された配線を発熱抵抗体配線、各温度検出体から引き出された配線を温度検出体配線と称する場合がある。

【0041】

このように、配線６０、６４、及び６７と、配線６１、６３、及び６９とがダイヤフラム部２０の１つの対角線上に配置され、配線７０、６２、及び６６と、配線７１、６５、及び６８とがダイヤフラム部２０の他の１つの対角線上に配置されている。

【0042】

これらの配線を対角線上に配置する理由は、流体はＸ軸上とＹ軸上を主に流れるが、配線上を流体が流れたときに、配線から発熱抵抗体の熱が放熱し難くするためである。言い換えれば、配線の方向をＸ軸又はＹ軸（流体の流れる方向）に平行にすると、配線上を流体が流れ、配線から発熱抵抗体の熱が放熱してしまうので、配線が延びる方向が流体の流れ（Ｘ軸上、Ｙ軸上）と一致しないようにしている。

【0043】

薄膜構造体部２０ｔへの熱応力は、薄膜構造体部２０ｔの各縁辺（半導体基板１０の上面内縁部と接する部分）の中央部を含む４つの領域（図１の４つの応力集中部Ｂ）に集中することが確認されている。

【0044】

そこで、流量センサ１において、配線６０〜６９、並びにダミー配線７０及び７１は、４つの応力集中部Ｂを除く領域に配置されている。前述のように、配線を対角線上に配置しているので、応力集中部Ｂを避けて配置することが容易となる。

【0045】

薄膜構造体部２０ｔ上の配線の幅は、応力緩和のため、薄膜構造体部２０ｔの周囲（半導体基板１０上）の配線よりも細く、１〜１０μｍ程度である。配線幅の細い薄膜構造体部２０ｔ上の配線を、応力集中部Ｂを避けて配置することにより、熱応力により断線するおそれを低減できる。

【0046】

［流量センサの動作］
次に、流量センサ１の動作について説明する。ここでは、流量センサ１は所定の制御回路に接続されているものとする。制御回路は、測温抵抗体５０の抵抗変化に基づいて流体の温度を検出して発熱抵抗体４０の好適な発熱量を算出し、それに基づいた電圧をパッド８０とパッド８１との間に印加して発熱抵抗体４０に電流を流して発熱させることができる。

【0047】

又、制御回路との接続により、前述のように、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８２とパッド８４との接続部から中間電位（中間電位Ｘとする）を得ることができる。又、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とがＧＮＤと電源との間に直列に接続されパッド８６から中間電位（中間電位Ｙとする）を得ることができる。

【0048】

発熱抵抗体４０に電流を流して発熱させると、薄膜構造体部２０ｔの温度が上昇する。このとき、検知対象となる流体（例えば、空気やガス等）が流れていない場合には、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１の出力がバランスしているため、中間電位ＸとしてＧＮＤと電源の中間の電位（初期値Ｘ_０とする）が得られる。同様に、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３の出力がバランスしているため、中間電位ＹとしてＧＮＤと電源の中間の電位（初期値Ｙ_０とする）が得られる。

【0049】

一方、流量センサ１の表面側（ダイヤフラム部２０の上面２０ａ側）を流体が流れている場合には、流量センサ１の表面側に温度分布が生じる（上流側が下流側よりも低温となる）。そのため、上流側に配置された温度検出体の抵抗値と、下流側に配置された温度検出体の抵抗値とのバランスが崩れ、中間電位Ｘ及びＹが変化する。

【0050】

制御回路は、中間電位Ｘ及びＹが初期値Ｘ_０及びＹ_０に対してＧＮＤ側か電源側の何れの方向に変化したかにより、流体の流れている方向を３６０°検出することができる。又、制御回路は、中間電位Ｘ及びＹが初期値Ｘ_０及びＹ_０に対してどれだけ変化したかにより、流量を測定することができる。なお、中間電位Ｘ及びＹが変化した方向や変化した量と、流向や流量との関係は、例えば、テーブルとして制御回路内に記憶しておくことができる。

【0051】

［流量センサの製造方法］
次に、流量センサ１の製造方法について説明する。図２及び図３は、流量センサの製造工程を例示する図である。図２及び図３では、図１（ｂ）に対応する断面を示しているため、流量センサ１の構成要素の一部は図示されない。

【0052】

まず、図２（ａ）に示す工程では、シリコン基板等からなる半導体基板１０を準備し、半導体基板１０の上面に、絶縁膜２１及び２２を順次積層する。絶縁膜２１の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２２の材料としては、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を用いることができる。絶縁膜２１及び２２は、例えば、熱酸化法や低温ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等により形成することができる。

【0053】

次に、図２（ｂ）に示す工程では、絶縁膜２２の上面に、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を形成する。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３の材料としては、例えば、酸化バナジウム等を用いることができる。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、例えば、ゾルゲル法等により形成することができる。

【0054】

ゾルゲル法を用いる場合には、まず、温度検出体となるソルゲル液（前駆体液）を作製し、絶縁膜２２の上面全面にスピンコートにより塗布膜を形成する。次に、塗布膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥させ固体膜とする。次に、固体膜の不要な部分をエッチングで除去してＸ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を形成する。

【0055】

このように、ゾルゲル法ではスピンコートにより塗布膜を形成するので、塗布膜を形成する面が平坦であることが好ましい。従って、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０や配線６２等よりも下層に形成することが好ましい。仮に、各温度検出体よりも下層に発熱抵抗体４０等があると、その上に絶縁膜を形成したとしても絶縁膜の表面に凹凸が残り平坦性が低くなるため、スピンコートを行う面としては好ましくない。

【0056】

次に、図２（ｃ）に示す工程では、絶縁膜２２の上面に、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を被覆するように、絶縁膜２３を形成する。絶縁膜２３の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２３は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。

【0057】

次に、図２（ｄ）に示す工程では、絶縁膜２３の上面に、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０を形成する。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０の材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等を用いることができる。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。

【0058】

次に、図３（ａ）に示す工程では、絶縁膜２３の上面に、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０を被覆するように、絶縁膜２４を形成する。絶縁膜２４の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２４は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。

【0059】

次に、図３（ｂ）に示す工程では、絶縁膜２４の上面に、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９を形成する。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等を用いることができる。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。なお、配線６０〜６９を下層の発熱抵抗体４０等に接続する部分には、絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等からなる垂直配線を形成する。

【0060】

次に、図３（ｃ）に示す工程では、絶縁膜２４の上面に、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９を被覆するように、絶縁膜２５を形成する。絶縁膜２５の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）やシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を用いることができる。絶縁膜２５は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。その後、パッド８０〜８９の夫々の上面の少なくとも一部が絶縁膜２５から露出するように、ドライエッチング等により開口部２５ｘを形成する。

【0061】

次に、図３（ｄ）に示す工程では、半導体基板１０の中央部に開口部１０ｘを形成する。これにより、開口部１０ｘ内に絶縁膜２１の下面が露出し、薄膜構造体部２０ｔができあがる。開口部１０ｘは、例えば、ＤＲＩＥにより形成できる。開口部１０ｘは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等をエッチング液に用いたウェットエッチングにより形成してもよい。以上の工程により、図１に示す流量センサ１が完成する。

【0062】

なお、以上は単独の流量センサ１を作製する工程として説明したが、半導体ウェハ上に流量センサ１となる複数の領域を形成し、その後ダイシング等により個片化して複数の流量センサ１を同時に形成する工程とすると効率的である。

【0063】

このように、第１の実施の形態に係る流量センサ１では、薄膜構造体部２０ｔにおいて、平面視において、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、及び配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１を、発熱抵抗体４０に対して点対称に配置している。これにより、発熱抵抗体４０からの熱が薄膜構造体部２０ｔに均等に伝わり、流体の流れる向き（流向）に対して温度分布のばらつきが少なくなるため、流量の検出感度を向上することができる。

【0064】

又、発熱抵抗体配線と温度検出体配線とを互いに平行に配置することにより、発熱抵抗体４０から発生した熱が薄膜構造体部２０ｔ上に分布しやすくなり、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなる。これにより、流量の検出感度を向上することができる。

【0065】

又、発熱抵抗体４０の材料と発熱抵抗体配線（配線６０及び６１）の材料に異種材料を使用し、発熱抵抗体４０の比抵抗が発熱抵抗体配線の比抵抗より大きくなる材料を選択することにより、発熱抵抗体４０に電力が集中し、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなる。そのため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を向上することができる。

【0066】

薄膜構造体部２０ｔの応力集中部Ｂに配線を配置しないことにより、薄膜構造体部２０ｔへの熱応力による影響が緩和され、配線と薄膜構造体部の機械的強度を向上することができる。

【0067】

又、各温度検出体に酸化バナジウムを用いることにより、流量の検出感度を向上することができると共に、発熱抵抗体の低消費電力化及び温度検出体の小型化が可能となる。

【0068】

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、薄膜構造体部にスリットを設ける例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0069】

図４は、第１の実施の形態の変形例１に係る流量センサを例示する平面透視図である。図４に示すように、流量センサ２は、薄膜構造体部２０ｔに、８本のスリット２０ｘが設けられた点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。スリット２０ｘの平面形状は、例えば、細長状（例えば、長方形や楕円形等）とすることができる。

【0070】

具体的には、スリット２０ｘは、配線６０と、配線６０の両側に配線６０と平行に配置された配線６４及び６７との間に設けられている。又、配線６１と、配線６１の両側に配線６１と平行に配置された配線６３及び６９との間に設けられている。

【0071】

同様に、ダミー配線７０と、ダミー配線７０の両側にダミー配線７０と平行に配置された配線６２及び６６との間に設けられている。又、ダミー配線７１と、ダミー配線７１の両側にダミー配線７１と平行に配置された配線６５及び６８との間に設けられている。

【0072】

このように、薄膜構造体部２０ｔにスリット２０ｘを設けることにより、薄膜構造体部２０ｔの熱容量を低減することができる。これにより、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなるため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を更に向上することができる。なお、スリットは、薄膜構造体部２０ｔの他の部分に対称に設けてもよい。

【0073】

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、薄膜構造体部の平面形状を変えた例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0074】

図５は、第１の実施の形態の変形例２に係る流量センサを例示する平面透視図である。図５に示すように、流量センサ３は、薄膜構造体部２０ｔが薄膜構造体部２０ｕに置換された点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。

【0075】

流量センサ３では、半導体基板１０の開口部１０ｘの平面形状が円形である。その結果、薄膜構造体部２０ｕの平面形状も円形である。なお、薄膜構造体部２０ｕは、平面形状が円形になった以外は薄膜構造体部２０ｔと同様である。

【0076】

このように、円形の薄膜構造体部２０ｕを設けることにより、応力集中部Ｂがなくなるため、配線と薄膜構造体部の機械的強度を更に向上することができる。

【0077】

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、１軸の流量センサの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。

【0078】

図６は、第１の実施の形態の変形例３に係る流量センサを例示する平面透視図である。図６に示すように、流量センサ４は、Ｙ軸温度検出体３２及び３３のみが配置され、Ｘ軸温度検出体が配置されていない点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。流量センサ４では、Ｙ軸方向のみの流量を検出することができる。このように、１軸の流量センサを実現することも可能である。

【0079】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。

【符号の説明】

【0080】

１、２、３、４ 流量センサ
１０ 半導体基板
１０ｘ、２５ｘ 開口部
２０ ダイヤフラム部
２０ａ ダイヤフラム部の上面
２０ｅ ダイヤフラム部の縁辺
２０ｔ、２０ｕ 薄膜構造体部
２０ｘ スリット
２１〜２５ 絶縁膜
３０、３１ Ｘ軸温度検出体
３２、３３ Ｙ軸温度検出体
４０ 発熱抵抗体
５０ 測温抵抗体
６０〜６９ 配線
７０、７１ ダミー配線
８０〜８９ パッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】