(57)【要約】  熱式気体流量センサおよびそのようなセンサを形成する方法。センサは、基板と基板上に配置されたヒータを有する。少なくとも一対の熱感知素子が基板上にヒータの両側に配置される。保護層が少なくともヒータおよび／または熱感知素子上に配置される。保護層は、好ましくはフッ素ポリマーをベースにした層である高耐熱性ポリマーをベースにした層を含む。また、保護層は、センサを完全に封止するように相互接続部と、同様に基板上に形成された電気接点とを覆ってもよい。窒化ケイ素などのパッシベーション層を感知および／または加熱素子ならびに場合によっては相互接続部上に配置でき、保護層と基板との間に介在するように配置される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板および前記基板上に配置された少なくとも一対の熱感知素子と、
前記基板上に配置された、前記熱感知素子間のヒータと、
少なくとも前記ヒータおよび／または前記熱感知素子上に配置され、高耐熱性の絶縁性または誘電性の層を含む保護層と
を備えた熱式気体質量流量センサ。
【請求項２】
前記感知素子および前記ヒータ上に配置された誘電性または絶縁性パッシベーション層をさらに備え、前記パッシベーション層は前記保護層と前記感知素子および前記ヒータとの間に介在する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記保護層はポリマーをベースとする層をさらに含む請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記センサは、マイクロブリッジまたはミクロブリック気体流量センサとして構成された請求項３に記載のセンサ。
【請求項５】
前記ポリマーはフッ素ポリマーを含む請求項３に記載のセンサ。
【請求項６】
基板と、
前記基板上に配置されたヒータと、
前記基板上で前記ヒータの両側に配置された少なくとも一対の熱感知素子と、
少なくとも前記ヒータおよび／または前記熱感知素子上に配置され、高耐熱性ポリマーをベースとする層を含む保護層と
を備える熱式気体マイクロ流量センサ。
【請求項７】
前記基板上に配置され前記熱感知素子および前記ヒータに電気的に接続された相互接続部をさらに備え、前記保護層が前記相互接続部上にも配置される請求項６に記載のセンサ。
【請求項８】
基板を用意するステップと、
前記基板上に少なくとも一対の温度感知素子を形成するステップと、
前記基板上で前記少なくとも一対の温度感知素子間に加熱素子を形成するステップと、
少なくとも前記温度感知素子および／または前記加熱素子上に、高耐熱性ポリマーをベースにした層を含む保護層を形成するステップと
を備える熱式気体質量流量センサの製造方法。
【請求項９】
前記保護層を形成するステップは、フッ素ポリマー薄膜を前記感知および加熱素子上に蒸着するステップを備えた請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
信号を前記センサと外部回路との間に通すために前記基板上に電気的相互接続部を形成するステップと、
前記保護層を前記電気的相互接続部上にも形成するステップと
をさらに備えた請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は一般に流量センサに関し、より詳細には、熱式空気流量センサなどの熱式気体質量流量センサおよびそのような熱式気体流量センサの製造方法に関する。さらに、実施形態は、ＭＥＭＳデバイスの形態の熱式気体流量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳデバイスの形態の熱式気体質量流量センサは、センサに接触する空気などの気体の特性を測定し、気体流量を表す出力信号を生成するように構成される。熱式気体質量流量センサは、流速を決定するために気体を加熱し結果として生じる気体の熱的性質を測定するように構成される。一般に、そのような熱式流量センサは、基板からなるマイクロセンサダイと、気体を加熱し気体の熱的性質を感知するための基板上に配置された１つまたは複数の素子とを含む。Ｊｏｈｎｓｏｎらの米国特許第４６５１５６４号に詳述されているデバイスなどのマイクロブリッジ気体流量センサが、熱式気体質量流量センサの一例である。
【０００３】
マイクロブリッジセンサは、チップ基板から断熱された薄膜ブリッジ構造を有する流量センサチップを含む。ブリッジが気体の流れにさらされたときに気体流量が上流側の温度感知素子を冷却しヒータ素子からの熱伝導を促進してそれによって下流側の温度感知素子を加熱するように、一対の温度感知抵抗素子がブリッジの上面でヒータ素子の両側に配置される。流速の増大と共に増加する上流の感知素子と下流の感知素子との間の温度差は、出力電圧を流速と相関することにより気体の流速を検出できるように感知素子をホイートストンブリッジ回路に組み込むことによって、出力電圧に変換される。気体の流れがないときには、上流および下流の感知素子は同じ温度にあるので温度差は存在しない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
残念なことに、熱式気体質量流量計、特に熱式空気質量流量センサは、結露または液体への浸漬に起因して液体に繰り返しまたは長期間曝されることによって引き起こされる損傷を受けやすい。この損傷は、液体が導電性である、例えば汚れた水である場合に特に激しく急速である。
【０００５】
前述した課題は、センシング環境のもとでより故障が起きにくい改良された熱式気体流量センサを実現する必要があることを示している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の以下の概要は、本発明に特有のいくつかの革新的特徴の理解を促すために提供され、完全な説明であることは意図されていない。本発明の様々な態様の完全なる理解は、全部の明細書、特許請求の範囲、図面および要約を全体としてとらえることによって得ることができる。
【０００７】
したがって、改良された熱式気体質量流量センサを提供することが１つの態様である。
より信頼性の高い熱式気体質量流量センサを提供することが他の態様である。
本発明の上述の態様および他の目的と利点は、次に本明細書で説明されているように達成することができる。
【０００８】
１つの態様によると、熱式気体質量流量センサは、基板と基板上に配置された少なくとも一対の熱感知素子とを含むことができる。また、ヒータも基板上に熱感知素子間に配置される。熱式気体質量流量センサは、マイクロブリッジ構成またはミクロブリック構成などの異なる構成を有することができる。保護層が、少なくともヒータおよび／または熱感知素子上に配置される。保護層は、例えばフッ素ポリマー薄膜などの例えば高耐熱性ポリマーをベースにした層などの高耐断熱性または誘電性の層を含む。
【０００９】
保護層は、センサが液体、特に水または他の導電性液体に曝されることに起因する腐食および樹枝状成長を最小にし、これによって熱式気体流量センサの信頼性を最大にする。
必要であれば、パッシベーション層が保護層と基板との間に介在するように誘電性または絶縁性パッシベーション層を感知素子およびヒータ上に配置してもよい。
【００１０】
好ましくは、保護層はフッ素ポリマーなどの高温ポリマーをベースにした層である。例えば、保護層をポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはフッ化パリレン（ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ  ｐａｒｙｌｅｎｅ）薄膜とすることができる。
【００１１】
フッ素ポリマー保護層を感知および加熱素子上に設けることによって、水による素子の劣化が最小化されるように素子と水との電気化学反応が抑制される。その結果、実質的に耐水性の熱式気体質量流量計が実現される。さらに、ＰＴＦＥ層の場合のように保護層が疎水性でもあるならば、この場合は保護が強化され水に曝すことからの回復が加速されることになる。
【００１２】
他の態様によると、熱式気体マイクロ流量センサは、基板とこの基板上に配置されたヒータとを有する。少なくとも一対の熱感知素子が基板上でヒータの両側に配置される。保護層は少なくともヒータおよび／または熱感知素子上に配置される。保護層は高耐熱性ポリマーをベースとする層を含む。
【００１３】
センサは、基板上に配置され、熱感知素子およびヒータに電気的に接続された電気的相互接続部を含むことができる。また、保護層が電気的相互接続部上に配置されてもよい。
温度感知素子とヒータを外部回路に接続するために導電性リンクまたはワイヤを相互接続部に電気的に接続することができる。また、保護層がこれらのワイヤ接続部上に配置されてもよい。有利には、保護層を、ワイヤ接続部を含む基板上の全ての電気素子上に形成してもよく、これによってセンサを完全に封止できる。
【００１４】
センサは、熱感知素子およびヒータならびに場合によっては相互接続部上に形成された窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）層などのパッシベーション層を含むことができる。パッシベーション層は基板と保護層の間に介在するように配置される。
【００１５】
基板はその上に形成されたマイクロブリッジ構造を有することができ、熱感知素子およびヒータはこのマイクロブリッジ構造上に配置でき、これによってマイクロブリッジ流量センサを形成できる。別法として、基板を、温度および加熱素子の下方で実質的に中実な構造を形成するミクロブリック構造の形に製造してもよい。
【００１６】
保護層は、ポリテトラフルオロエチレンおよびフッ化パリレンからなるグループから選択される少なくとも１つのフッ素ポリマーとすることができる。
さらに他の実施形態によると、熱式気体質量流量センサの製造方法は、基板を用意するステップと、基板上に少なくとも一対の温度感知素子を形成するステップと、加熱素子を基板上に少なくとも一対の温度感知素子間に形成するステップと、少なくとも温度感知素子および／または加熱素子上に、高耐熱性ポリマーをベースにした層を含む保護層を形成するステップとを備える。
【００１７】
保護層を形成する方法は、フッ素ポリマー薄膜を感知および加熱素子上に蒸着するステップを備えることができる。
この方法は、信号をセンサと外部回路との間に通すために基板上に電気的相互接続部を形成するステップと、保護層を電気的相互接続部上にも形成するステップとをさらに備えることができる。
【００１８】
この方法は、保護層を形成するステップに先立って、パッシベーション層を感知および加熱素子ならびに場合によっては電気的相互接続部上に堆積するステップをさらに備えることができる。
【００１９】
個々の図を通して、同一の参照番号が同一または機能的に類似の素子を参照し、本明細書に組み込まれその一部をなす添付の図面は、本発明をさらに説明し、本発明の詳細な説明と共に本発明の原理の説明に役立つものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
これらの限定されない実施例において論じられる特定の数値および構成は、変更可能であり、本発明の少なくとも１つの実施形態を単に説明するために引用され、本発明の範囲を限定することは意図されていない。
【００２１】
添付図面を参照すると、図１は、１つの実施形態による熱式気体質量流量センサの上方から得られた斜視図を示し、図２はセンサに接合されたワイヤを有する図１の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図を示す。全体的な概要として、熱式気体質量流量センサ１は、基板２と、基板２上で、同様に基板上に配置された一対の熱感知素子３、４の間に配置されたヒータ５とを有する。保護層８がヒータ５および熱感知素子３、４上に配置される。保護層８は、好ましくはポリマーをベースとする層などの有機物の層である高耐熱性の絶縁性または誘電性の層で形成される。以降でより詳細に説明する理由によって、保護層はセンサが液体、特に水または他の導電性液体に曝されることに起因する腐食および樹枝状成長を最小にし、これによって熱式気体流量センサ１の信頼性を最大にする。
【００２２】
図１および図２に示した熱式気体質量流量センサの実例となる実施形態では、流量センサ１は、例えば、１９９１年９月２４日にＮｉｓｈｉｍｏｔｏらに発行された「マイクロブリッジ流量センサ」という名称の米国特許第５０５０４２９号に開示されているような、マイクロブリッジ空気流量センサチップ１として構成される。このセンサは、例えば、著しく速い応答速度、高い感度、低消費電力および優れた量産性などの多くの有利な特徴を有する。
【００２３】
マイクロブリッジセンサ１は、当技術分野で知られている薄膜形成技法および異方性エッチング技法によって基板２上に形成された極めて小さな熱容量を有する薄膜ブリッジ構造５０を有する。通常、基板２はシリコンで形成されるが、しかしこの基板は他の半導体またはセラミック材料などの他の適切な材料で形成されてもよい。スルーホール４０が、左および右開口部４１、４２に通じるように異方性エッチングによって基板２の中央部分に形成される。ブリッジ部分５０を、橋の形状に基板２から空間的に隔離されるようにスルーホール４０の上方に一体的に形成することができる。結果として、ブリッジ部分５０は基板２から断熱される。熱感知素子３、４およびその間にあるヒータ５は、ブリッジ部分５０の上面に配置される薄膜素子として形成される。
【００２４】
熱感知素子および加熱素子３、４、５は、白金またはパーマロイなどの適切な金属で作られた抵抗性のある格子構造の形をしている。別法として、クロムシリコン（ＣｒＳｉ）またはドープシリコン薄膜抵抗器または他のタイプのシリコンベースの抵抗器が金属の代わりに感知素子および加熱素子３、４、５として使用されてもよい。導電性接触パッドを備えた電気的相互接続部１１が、感知素子および加熱素子に電気的に接触して基板上面１２の周辺領域に配置される。電気信号を感知／加熱素子３、４、５と外部回路の間に通すことができる電気的相互接続を形成するように、当技術分野で知られているような例えば半田付けによる導電性ワイヤボンディング手段１４によって、ワイヤ１３または導電リンクを導電性パッド１１に電気的に接続できる（図２を参照されたい）。別法として、ヒータおよび／または素子３、４、５を基板の反対側にある他の部品に電気的に相互接続させるために、導電性バイアを、基板を貫通して形成してもよい。
【００２５】
保護層８が、感知素子および加熱素子３、４、５を覆うようにブリッジ部分５０の上面に形成される。保護層８は、電気化学的反応を抑制するために実質的に高い電気抵抗値を有する一方、センサの感度を低下させる熱的質量の付加を実質的に最小にするためにできる限り薄くなされている。保護層８を、センサ上の全ての電気的素子および電気接点が保護層８によって保護されるように、感知および加熱要素３、４、５ならびに好ましくは相互接続部１１およびワイヤボンディング部１４上にも選択的に配置することができる。あるいは、保護層８がセンサ組立体または外部回路への電気接点に害を与えなければ、保護層８をセンサの上面全体に適用してもよい。保護層８を、必要ならば導電性パッド１１への電気ワイヤのワイヤボンディング１４に先立って、センサ上に選択的に堆積することができる。
【００２６】
好ましくは、保護層８は、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）パッシベーション層６が保護層８と基板２の間に介在するように、加熱／感知素子３、４、５をカプセル化する窒化ケイ素層６上に配置される（図２を参照されたい）。当業者は、パッシベーション層６はＳｉＮｘ以外のセラミックスなどの絶縁性または誘電性の材料で作られてもよいことを理解されよう。開口部または窓１６を、ワイヤ１３がパッド１１の上面に接合できるように導電性パッド１１を覆っているパッシベーション層６の一部分に形成することができる。好ましくは、保護層８は窓を封止するように窓１６上に堆積される。
【００２７】
相互接続部１１が基板を貫いて形成された導電性バイアを使用して基板の反対側の部品に電気的に接続される場合、このような開口部１６は不要である。
別法として、カプセル化層６を省いてもよく、保護層８を加熱／感知素子３、４、５および必要であるなら相互接続部１１上に直接配置してもよい。
【００２８】
図１および図２に示した熱式気体流量センサ１の実例となる実施形態では、保護層８はフッ素ポリマーをベースとする薄膜である。そのようなフッ素ポリマーをベースとする保護層は、一般に、優れた誘電特性、溶液、酸および塩基に対する高い耐化学性、ならびに１００℃より著しく高い温度下でも発揮される高性能によって特徴づけられるという点で有利である。例えば、保護層８はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）をベースとする薄膜とすることができる。また、ＰＴＦＥは、デラウェア州１９８９８、ウィルミントン、マーケットストリート、デラウェア１００７のＥ．Ｉ．Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  Ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐａｎｙ社の登録商標であるＴｅｆｌｏｎの名称でも知られている。
【００２９】
ＰＴＦＥおよび他のフッ素ポリマー薄膜を当技術分野で知られたプロセスで堆積させることができ、例えば、フッ素ポリマー薄膜蒸着は、「化学気相堆積によるフッ素ポリマー中間層誘電体」という名称の参照により本明細書に組み込まれる、２００２年１２月５日に発行されたＭｏｃｅｌｌａらの米国特許出願公報第２００２／０１８２３２１号に開示されている。低温基板上への堆積が好ましい。低温基板堆積のための適切なコーティング装置の例は、マサチューセッツ州０２１３９、ケンブリッジ、ブラックストーン・ストリート、９、スイート１のＧＶＤ社によって提供されるコーティングシステムを含む。
【００３０】
ＰＴＦＥ膜を約１５０マイクロメートル（０．００６インチ）未満の厚さに、好ましくは約２５マイクロメートル（０．００１インチ）未満の厚さに堆積することができる。薄膜は、実質的に連続的な被覆と実質的にゼロの気孔率を達成すると同時に可能な限り薄い。ＰＴＦＥ膜８を感知および加熱素子３、４、５ならびに相互接続部１１に選択的に堆積させるために、この膜を適切なマスクを介して堆積することができる。また、ＰＴＦＥは、活性素子３、４および５を電気的に絶縁することを大いに助ける疎水性の層でもある。さらに、疎水性は液体に曝された後のセンサの乾燥を速める。
【００３１】
ＰＴＦＥ膜８の代わりに他の高耐熱性の絶縁層または誘電層を保護層８として使用することができる。例えば、保護層をフッ化パリレン化合物とすることもできる。フッ化パリレンを当技術分野で知られたパリレン蒸着プロセスで堆積させることができ、例えば、そのようなプロセスは、「連続蒸着」という名称の参照により本明細書に組み込まれる、１９９９年６月１日にＯｌｓｏｎらに公布された米国特許第５９０８５０６号に開示されている。フッ化パリレンの例は、インディアナ州４６２７８、インディアナポリス、ウッドランドドライブ、７６４５のＳｐｅｃｉａｌｉｔｙ  Ｃｏａｔｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍｓ（ＳＣＳ）社によって提供されるパリレンＨＴを含む。パリレンＨＴは、３５０℃の高温度まで連続的に動作可能であり、優れた溶剤保護と絶縁性保護ならびに最低限の機械的応力とを可能にする。ＳＣＳ社により供給されるコーティング装置によってパリレンＨＴをセンサ上に堆積することができる。
【００３２】
現行の気体質量流量センサを水および他の導電性液体に繰り返しまたは長期間曝すことによる故障は、第一に、電気的開放の原因となる感知素子および加熱素子の電食によるか、センサ表面の樹枝状成長によって引き起こされることが明らかにされている。また、短期間の故障は導電性液体を通じた短絡回路にもよる。保護層８は、本明細書では水の沸点より実質的に高い温度に耐える層であると定義される高耐熱層であり、これによって、熱水もしくは沸騰水または他の液体に曝されることによって生じる過熱箇所が実質的に解消される。この結果、流量センサ１が既存の気体質量流量センサよりも安定になり故障しがちでなくなるように、電食または樹枝状成長が実質的に最小化される。
【００３３】
保護層８を感知素子および加熱素子上に設けることによって、水による素子の劣化が最小化されるように素子と水との電気化学反応が抑制される。したがって、実質的に耐水性のある熱式気体質量流量計が実現される。さらに、例えば例示の実施形態のＰＴＦＥ層８の場合のように保護層が疎水性でもあるなら、保護は強化され水に曝されることからの回復が加速される。
【００３４】
保護層のない流量センサの製造は、当業者にとっては自明な半導体および集積回路製造技法によって実施することができる。好ましくは、センサはウェーハレベルのプロセス技法によって量産され、次いで保護層が、その次には既知のウェーハダイシング方法を使用して隣接のパッケージからシンギュレート、すなわち分離される流量センサ上に、堆積される。次いで、センサチップは、標準的な表面実装印刷回路基板またはハイブリッドマイクロ回路技法を使用して組み立てられパッケージ化される。
【００３５】
次に、図１および図２の例示の流量センサを参照して１つの実施形態による熱式気体質量流量センサの製造方法を説明する。全体的概要として、初めにシリコン基板２が用意され、当技術分野で知られているように一対の温度感知素子３、４、加熱素子５および相互接続部１１が基板上に堆積される。その後で、高耐熱性の誘電層を含む保護層８が温度および加熱素子および好ましくは相互接続部上に形成される。好ましくは、保護層８は、図１のセンサを参照しながら上記に説明したようなフッ素ポリマー層を含む。ワイヤ１３を相互接続部１１に接合するのに先立ってまたはその後で、保護層８を形成することができる。
【００３６】
保護層８を、感知および加熱素子３、４、５ならびに相互接続部１１に直接接触させて堆積することができる。しかし、好ましくは、感知および加熱素子３、４、５をカプセル化するようにＳｉＮｘあるいは他の適切な絶縁性または誘電性パッシベーション層６が最初に基板２上に堆積される（図２を参照されたい）。ＳｉＮｘ層６は、この層が感知および加熱素子３、４、５への湿気の拡散を最小にするので有利である。ＳｉＮｘ層６を、化学蒸着（ＣＶ）、低圧化学蒸着（ＬＰＣＶＤ）、プラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリングまたは他の知られた技法によって堆積することができる。通常、必要とされるＳｉＮｘ層の厚さは８０００オングストローム程度である。
【００３７】
その後で、中間相互接続パッド１１を覆っているＳｉＮｘ層６の一部分が、このパッドの上方に開口部または窓１６を形成するようにエッチバックされる。ＳｉＮｘのエッチバックは、当技術分野で知られているように、基板に塗布されたフォトレジストをパターニングし、その後で露出されたＳｉＮｘを接合パッド１１まで戻るようにプラズマエッチングすることによって実施できる。次いで、フォトレジストを、プラズマおよび湿式ポジレジスト剥離を通して除去することができる。次に、加熱および感知素子を外部回路に電気的に接続させるためのワイヤ１３またはリンクが、ワイヤボンディング部１４によって相互接続パッド１１に電気的に接続される。
【００３８】
導電性パッド１１ではなくウェーハを貫く導電性バイアが、感知および加熱素子３、４、５を基板の下側の部品に接続するように基板に形成されている場合には、ＳｉＮｘ層６のエッチバックは不要である。
【００３９】
次いで、保護層８が、感知および加熱素子３、４、５ならびに相互接続部１１の上方のパッシベーション層６上に、ならびにワイヤボンディング部１２および相互接続パッドの露出部分に直接接触する窓１６上に蒸着される。
【００４０】
導電性パッド１１ではなくウェーハを貫く導電性バイアが、感知および加熱素子３、４、５を基板の下側の部品に接続するように基板に形成されている場合には、ＳｉＮｘ層６のエッチバックは不要である。
【００４１】
当業者は、図１および図２の例示は実施形態の１つの実施例を単に示すものであり、実施形態はこれらに限定されないことを理解されよう。図１および図２に示した実例となる実施形態の熱式気体質量流量センサはマイクロブリッジ流量センサからなるが、センサはマイクロブリッジ構造以外の構造を有することができる。
【００４２】
例えば、気体流量センサは、過酷な環境条件下の気体流量特性を測定するのにより適したミクロブリック（ｍｉｃｒｏｂｒｉｃｋ）（登録商標）またはミクロフィル（ｍｉｃｒｏｆｉｌｌ）構造を有することができる。ミクロブリック（登録商標）という用語は、ニュージャージー州モリスタウンのＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｉｎｃ．の登録商標であることに留意されたい。微細構造流量センサは、加熱／感知素子の下方で実質的に中実な構造を形成しているミクロブリック（登録商標）すなわち微細なフィル（ｆｉｌｌ）を使用する。そのようなミクロブリック熱式流量センサの例は、「集積可能な流体流量および特性マイクロセンサ組立体Ｉｎｔｅｇｒａｔａｂｌｅ−ｆｌｕｉｄ  ｆｌｏｗ  ａｎｄ  ｐｒｏｐｅｒｔｙ  ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ  ａｓｓｅｍｂｌｙ」という名称の、参照により本明細書に組み込まれる２００４年９月２１日に公布された米国特許第６７９４９８１号に開示されている。
【００４３】
ミクロブリック気体流量センサの一例が、１つの実施形態によるミクロブリック気体流量センサの上方から得られた斜視図を示している図３に示される。図４は、センサに取り付けられたワイヤを有する図３の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図を示す。１つの実施形態による気体流量センサ１００は、全体として、基板１０２と、基板１０２上に形成された一対の温度感知抵抗素子１０３、１０４と、同様に基板上に形成された温度感知素子間の加熱抵抗素子１０５とを有する微細構造センサダイ１１０からなる。図１に示した第１実施形態の気体流量センサ１の保護層８と同一の保護層１０８が、感知および加熱素子１０３、１０４、１０５ならびに好ましくは相互接続パッド１１１およびワイヤボンディング部１１４を覆うように選択的に堆積される。
【００４４】
マイクロセンサダイ１１０は、米国特許第６７９４９８１号に詳述されているものなどのミクロブリック（登録商標）またはミクロフィル構造の形態で製造される。ミクロブリック構造は、加熱／感知素子１０３、１０４、１０５の下方で実質的に中実の構造を形成する例えば溶融シリカ、溶融石英、ホウケイ酸ガラス、または他のガラス質材料などの、好ましくは低熱伝導率材料のブロック状材料からなる。抵抗性素子１０３、１０４、１０５は、白金またはパーマロイなどの適切な金属で作られた格子構造を有し、基板１０２の周辺領域に配置されたボンディング用接続パッド１１１に相互接続され、この接続パッド１１１に対して素子と外部回路との間に信号を通すワイヤ１１３を接続できる。別法として、導電性バイアを、素子１０３、１０４、１０５を基板の反対側の他の部品に電気的に相互接続させるために基板を貫いて形成してもよい。クロムシリコン（ＣｒＳｉ）またはドープシリコン薄膜抵抗器あるいは他のタイプのシリコンをベースにした抵抗器が白金の代わりに素子１０３、１０４、１０５として使用できる。
【００４５】
図１に示した実例となる実施形態において、基板１０２は、より構造的に頑健な気体流量センサを可能にするためにガラス質の材料で作られる。高い質量フラックス流量を感知するために、低い熱伝導度の基板材料を備えることも有利である。熱伝導度が低すぎると出力信号は中程度の質量フラックス（１ｇ／ｃｍ２ｓ）で飽和するが、高すぎる場合には出力信号は小さくなりすぎる。ある種のガラス質の材料は（シリコンよりも）より優れた断熱特性を呈するので、したがって先に概要を説明したマイクロマシン構造の流量および特性センサの感知能力を高めることができる。また、ガラスの使用によって、より頑健な物理的構造の使用が可能になる。これらの様々な特性によって、複合的な用途に使用できるより多目的なセンサがもたらされる。
【００４６】
マイクロセンサダイ１１０の製造は当業者には自明である半導体および集積回路製造技法によって実施できる。好ましくは、マイクロセンサダイ１１０はウェーハレベルのプロセス技法により量産され、その後で、既知のウェーハダイシング方法を使用して隣接のパッケージからシンギュレート、すなわち分離される。
【００４７】
図１のマイクロ流量センサの場合のように、好ましくは、保護層１０８が、窒化ケイ素層１０６が保護層１０８と基板１０２との間に介在するように、加熱／感知素子１０３、１０４、１０５をカプセル化する例えば窒化ケイ素などの絶縁性または誘電性パッシベーション層１０６上に配置される（図４を参照されたい）。しかし、図３および図４に示したようなカプセル化層１０６を割愛し、保護層８を直接、加熱／感知素子１０３、１０４、１０５上に配置してもよい。
【００４８】
保護層１０８を、図１に示した第１実施形態のセンサの保護層８と同一の材料で形成することができる。保護層１０８の利点は保護層８の利点と同じである。
本明細書に記載した実施形態および実施例は、本発明とその実際の応用を最もよく説明しそれによって当業者が本発明を実施し利用できるようにするために提示されたものである。しかし、当業者は、前述の説明および実施例は例示と例だけのために提示されたものであることを理解されよう。当業者にとって本発明の他の変形および修正は明らかであり、添付の特許請求の範囲は、そのような変形および修正がその対象に含まれることを意図する。
【００４９】
例えば、例示の実施形態において、熱式気体流量センサは複数対の温度感知素子とヒータとを有するが、しかし、熱式気体質量流量センサは任意の数の温度感知素子および／またはヒータを有することができる。
【００５０】
記載した説明は本発明を網羅しまたはその範囲を限定することを意図していない。多くの変形および修正が、上記の教示に照らして以下の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく可能である。本発明の使用は、異なる特性を有する構成要素を含んでもよいことが意図されている。本発明の範囲は、均等物をあらゆる点で完全に認知して、本明細書に添付される特許請求の範囲によって定義されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】好適な実施形態による熱式気体質量流量センサの斜視図である。
【図２】センサに接合されたワイヤを備えた、図１の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図である。
【図３】他の実施形態による熱式気体質量流量センサの斜視図である。
【図４】センサに接合されたワイヤを備えた、図３の線Ａ−Ａに沿って得られた断面図である。
【図１】
2009529695.tif 000003
【図２】
2009529695.tif 000004
【図３】
2009529695.tif 000005
【図４】
2009529695.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成20年11月12日(2008.11.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板および前記基板上に配置された少なくとも一対の熱感知素子と、
前記基板上に配置された、前記熱感知素子間のヒータと、
少なくとも前記ヒータおよび／または前記熱感知素子上に配置され、高耐熱性の絶縁性または誘電性の層を含む保護層と
を備えた熱式気体質量流量センサ。
【請求項２】
前記感知素子および前記ヒータ上に配置された誘電性または絶縁性パッシベーション層をさらに備え、前記パッシベーション層は前記保護層と前記感知素子および前記ヒータとの間に介在する請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
基板と、
前記基板上に配置されたヒータと、
前記基板上で前記ヒータの両側に配置された少なくとも一対の熱感知素子と、
少なくとも前記ヒータおよび／または前記熱感知素子上に配置され、高耐熱性ポリマーをベースとする層を含む保護層と
を備える熱式気体マイクロ流量センサ。
【請求項４】
基板を用意するステップと、
前記基板上に少なくとも一対の温度感知素子を形成するステップと、
前記基板上で前記少なくとも一対の温度感知素子間に加熱素子を形成するステップと、
少なくとも前記温度感知素子および／または前記加熱素子上に、高耐熱性ポリマーをベースにした層を含む保護層を形成するステップと
を備える熱式気体質量流量センサの製造方法。
【国際調査報告】
2009529695.tif 000007
2009529695.tif 000008
2009529695.tif 000009