(57)【要約】【目的】安価、高精度で製造でき、帯電ガソリンの影響を受けにくい表面加圧式の圧力検出装置および内燃機関の吸気通路を提供する。【解決手段】内燃機関の吸気通路のスロットル弁下流側に連通接続された圧力導入路に、該圧力導入路と絶縁膜を介して位置する、半導体基板に形成されたＥＰＲＯＭのフローティングゲートを備えた圧力検出装置において、フローティングゲート上の絶縁膜内に金属シールド電極を備えたものとする。【選択図】            図１
2007263681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路のスロットル弁下流側に連通接続された圧力導入路に、該圧力導入路と絶縁膜を介して位置する、半導体基板に形成されたＥＰＲＯＭのフローティングゲートを備えた圧力検出装置において、
前記フローティングゲート上の前記絶縁膜内に金属シールド電極を備えたことを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
内燃機関の吸気通路のスロットル弁下流側に連通接続された圧力導入路に配置される圧力検出装置であって、
前記圧力検出装置は、圧力を電気信号に変換するセンサ素子と、前記センサ素子からの電気信号を処理する信号処理回路素子と、前記センサ素子および前記信号処理回路素子を収納する圧力検出室と、前記圧力検出室と前記圧力導入路とを連通接続する圧力導入管と、前記圧力センサ素子および前記信号処理回路素子を前記圧力検出室と分離する絶縁性ゲル状保護部材と、を備え、
前記信号処理回路素子には、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたフローティングゲートと、該フローティングゲート上に層間絶縁膜を介して形成された金属シールド電極と、該金属シールド電極上に表面保護膜を有するＥＰＲＯＭを備え、
前記表面保護膜上に前記ゲル状保護部材を介して前記圧力検出室が位置することを特徴とする圧力検出装置。
【請求項３】
前記圧力導入管の内側に、前記圧力検出室と前記被測定空間とが流通した状態で前記圧力検出室の入り口を略塞ぐように設けられた保護部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
前記センサ素子と前記信号処理回路素子とが同一半導体基板内に集積されたことを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項５】
前記センサ素子と前記信号処理回路素子とが別々の半導体基板内に形成されたことを特徴とする請求項２または３のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項６】
前記ＥＰＲＯＭは、ｐ型半導体基板の表面層に形成されたｎ型コントロールゲート領域と、該ｎ型コントロールゲート領域に接続するコントロールゲート電極と、前記ｎ型コントロールゲート領域上に前記層間絶縁膜を介して形成されたポリシリコンからなる前記フローティングゲートと、前記フローティングゲートをゲート電極としたｎ型ＭＯＳトランジスタとを備えたことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項７】
前記金属シールド電極と前記コントロールゲート電極とが同一の材料からなることを特徴とする請求項６に記載の圧力検出装置。
【請求項８】
前記金属シールド電極は、接地されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項９】
前記金属シールド電極は、前記ＥＰＲＯＭの電源と接続されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の圧力検出装置。
【請求項１０】
内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、前記吸気通路に設けられた燃料噴射装置と、前記スロットル弁の下流側で前記スロットル弁と前記燃料噴射装置の間の前記吸気通路に設けられた圧力導入路と、
この圧力導入路に設けられ、該圧力導入路と絶縁膜を介して位置する半導体基板に形成されたＥＰＲＯＭのフローティングゲート上の絶縁膜内に金属シールド電極を備えた圧力検出装置と、を備えたことを特徴とする内燃機関の吸気通路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スロットル弁下流の吸気通路内の吸気負圧を検出する圧力検出装置およびこの圧力検出装置を取り付けた内燃機関の吸気通路に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車用エンジンに設けられる電子制御燃料噴射装置では、吸気管負圧は燃料噴射量を決定するために重要な要素である。
【０００３】
このため吸気管負圧を検出する圧力検出装置が設けられ、吸気通路のスロットル弁よりも下流側に開口する圧力導入路を介して、圧力検出装置へ吸気通路の負圧が導かれる。
【０００４】
図３は、自動車用エンジンの概略図である。図３に示したようなエンジン４０の基本的な動作を説明する。まず、吸気通路（インテーク・マニホールド）４６からシリンダー５０へ向かって空気が供給されている。また燃料は、燃料噴射装置４５より噴射され、吸気通路４６を流れる空気と供に、内燃機関のシリンダー５０の中へ供給されている。
【０００５】
シリンダー５０内ではピストン５１と弁４８、点火プラグ４９がそれぞれ同期を取りながら動作することにより、空気と燃料の混合気を、「吸気する」→「圧縮する」→「燃焼（点火・膨張）させる」→「排気する（排気ガス）」という一連の動作を繰り返しおこなわせることでエンジンとして動作する。
【０００６】
エンジンの回転数やパワーを制御するためには、吸気通路４６を流れる空気の量と、燃料噴射装置４５より噴射させる燃料の量を制御すればよい。吸気通路４６に流れる空気の量を制御するための機械的な弁がスロットル弁４４である。スロットル弁４４は、運転席にあるアクセルの操作に応じて開閉がおこなわれ、吸気通路４６に流れる空気の量を制御している。
【０００７】
さらに、スロットルボディ４１内のスロットル弁４４にて制御された吸気通路４６内を流れる空気の量がどれくらいであるかを計測するために圧力導入路４２を介して圧力検出装置４３が用いられている。この圧力検出装置４３によって計測された値はエンジン制御装置（ＥＣＵ）４７に出力され、圧力検出装置４３の値を元にエンジン制御装置（ＥＣＵ）４７が燃料噴射装置４５から噴射する燃料の量を制御する。これにより、シリンダー５０内での燃焼効率の向上・最適化を図っている。
【０００８】
近年、二酸化炭素排出量など環境負荷に対する制限が年々厳しくなっており、二輪車用エンジンの燃焼効率の向上は環境負荷対策において最も効果的な分野である。したがって、燃焼効率の向上をおこなうにあたり、吸気通路の圧力と温度を測る検出手段が重要な役割を担っている。
【０００９】
従来、この内燃機関の吸気通路の圧力を計測するための圧力検出装置（圧力センサ）としては、拡散抵抗によるピエゾ抵抗効果を用いたものや、静電容量を用いたものなどの半導体式センサが知られている。
【００１０】
図４は、圧力検出装置を示す外観図であり、図５は、図４のＩ−Ｉにおける断面図ある。
【００１１】
この圧力検出装置は、樹脂でできた収納容器本体６１のセンサマウント部６２に、センサ素子である半導体圧力センサチップ６３を搭載したガラス台座６９を接着剤８１等により固定し、半導体圧力センサチップ６３とリード端子（リードフレーム）６５とをボンディングワイヤ６６によって電気的に接続し、ゲル状保護部材６７で半導体圧力センサチップ６３の表面およびボンディングワイヤ６６を保護し、収納容器本体６１に圧力導入管６４を接着して圧力検出室６８を構成したものである。
【００１２】
圧力導入管６４は、収納容器本体６１との接合に供せられる基部７１と、被測定媒体を導入するための筒部７２とからなる。筒部７２内には、保護部７３が、圧力検出室６８と筒部７２内の空間とが流通した状態で圧力検出室６８の入り口を略塞ぐように設けられている。筒部７２内の空間は圧力の被測定空間（図示せず）に連通接続する。
【００１３】
保護部７３は、筒部７２内に突出するたとえば３片の突起部７４，７５，７６によって構成されている。これら３片の突起部７４，７５，７６は、筒部７２内を基部７１の反対側（図５において上側）から見たときに、３片の突起部７４，７５，７６によって圧力検出室６８内が殆どまたは完全に見えないように配置されている。なお、保護部７３は２片、または４片以上の突起部で構成されていてもよい。このような、圧力検出装置では、ガソリンなどの劣化し固形化した異物が、圧力検出室内に入ってセンシング部表面に衝突するのを防ぎダイアフラムの変化量の変動を防ぐものである。このような圧力検出装置は特許文献１に述べられている。
【００１４】
図６は、図５で示した半導体圧力センサチップ６３の平面図である。
【００１５】
これは、ピエゾ抵抗効果を用いた半導体圧力センサであり、ダイアフラム８４に図示しない抵抗素子が形成されている。その周りには、抵抗素子からの信号を増幅する増幅回路、感度調整回路、オフセット調整回路、温度特性調整回路、これら調整回路へ調整用トリミングデータを送るＥＰＲＯＭなどからなる信号処理回路８２が配置されている。チップの両側に、ＥＰＲＯＭのトリミング、電源入力およびセンサ出力のための入出力パッド８３が配置されている。
【００１６】
図７は、書き込み動作を行わせた後のＥＰＲＯＭの要部断面図であり、図８は、図７の等価回路図であり、図９は、ＥＰＲＯＭの初期状態と書き込み後それぞれのＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧とドレイン電流の関係を示す図である。なお、初期状態の閾値電圧：Vth(ini)、書き込み後の閾値電圧：Vth(wri)である。
【００１７】
図７は、一層ポリシリコン構造にて構成されたＥＰＲＯＭであり、1セル分について示す。ｐ型の半導体基板１の表面層にｎ型のコントロールゲート領域２が形成され、この上に、ゲート絶縁膜５を介してフローティングゲート７が形成されている。フローティングゲート７は、ドレイン領域３とソース領域４との間の半導体基板１の上に形成されたゲート絶縁膜５の上にも形成されている。半導体基板１、ドレイン領域３、ソース領域４およびフローティングゲート７より構成されるＭＯＳＦＥＴ１５とコントロールゲート領域２とはＬＯＣＯＳ６によって分離されている。フローティングゲート７の上には、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜８が形成されており、層間絶縁膜８にコンタクト孔を形成し、コントロールゲート電極９、ドレイン電極１０およびソース電極１１がそれぞれ、コントロールゲート領域２、ドレイン領域３およびソース領域４と接続するように形成されている。コントロールゲート電極９、ドレイン電極１０およびソース電極１１の上にシリコン窒化膜からなる表面保護膜１３が形成されている。ここまでが、半導体圧力センサチップ６３を構成するものである。表面保護膜１３の上は、図５で示したように、ゲル状保護部材１４（６７）により保護されている。
【００１８】
ＥＰＲＯＭへ書き込みを行うには、コントロールゲート電極９とドレイン電極１０にかなり高い電圧を印加する。このときソース電極１１と半導体基板１を接地する。ソース領域４から半導体基板１に注入された電子がゲート絶縁膜５を突き抜けフローティングゲート７に電子（図７のマイナス電荷で示す。）が注入され、フローティングゲート7がマイナス側に帯電したような形になる。図８に示すように、コントロールゲート領域２とフローティングゲート７とその間のゲート絶縁膜５がコンデンサＣ１を構成し、フローティングゲート７と半導体基板１とその間のゲート絶縁膜５がコンデンサＣ２を構成している。図８のＡ部に示すように、フローティングゲート7に注入された電子は、あたかも逆起電力を起す電池のような形になり、コントロールゲート電極９より印加される電圧（Vcg）を打消すような役割を果たす。
【００１９】
図９に示すように、書き込み後のＥＰＲＯＭ特性は、判定電圧より高い電圧を入力しないとＭＯＳＦＥＴ１５がオンできないような状態へ遷移する。なお、判定電圧はVth(ini)とVth(wri)との間に設定する。定常時はこの判定電圧がVcgとして与えられるような回路にしておくことにより、初期状態のセルはＭＯＳＦＥＴ１５がオンし、書き込み後のセルはＭＯＳＦＥＴ１５がオフする、という２値状態を作り出し、これをデジタルの”０”，”１”として用いることが可能となっている。
【００２０】
図３のエンジン４０において、吸気中には、燃料タンク内や燃料噴射時の摩擦によって帯電したガソリンや、水分等が含まれており、これらがゲル状保護部材１４表面に付着すると誤動作の原因となる。誤動作のメカニズムは以下の通りである。
【００２１】
図１０は、帯電ガソリンが表面に付着した場合のＥＰＲＯＭの要部断面図であり、図１１は、図１０の等価回路図である。
【００２２】
ゲル状保護部材１４の表面に帯電したガソリン（図１０のプラス電荷で示す。）が付着すると、帯電したガソリンが一方の電極となりフローティングゲート７が他方の電極となりその間にあるゲル状保護部材１４，表面保護膜１３，および層間絶縁膜８とでコンデンサＣ３が構成され、このコンデンサＣ３を介して、ゲル状保護部材１４の表面の電位（Ｖgel）がフローティングゲート７に伝えられ、フローティングゲート７の電位が変動する。本来、定常状態では判定電圧（Vcg）は一定であるため、ＥＰＲＯＭの書き込み有無によりＭＯＳＦＥＴ１５のオン／オフ状態が決定するが、帯電したガソリンが付着した場合、判定電圧が狂わされた形となり、図１０のように、プラスに帯電したガソリンが付着した場合は、書き込まれているＥＰＲＯＭが、書き込んでいない（初期状態）ＥＰＲＯＭと等価となりすべてのＭＯＳＦＥＴ１５がオンする場合があり、また、マイナスに帯電したガソリンが付着した場合は、書き込んでいないＥＰＲＯＭが、書き込まれているＥＰＲＯＭと等価となりすべてのＭＯＳＦＥＴ１５がオフする場合がある。これらの場合、ＥＰＲＯＭにて設定したデジタルデータが化けてしまい、圧力検出装置の出力の変動につながってしまう。
【００２３】
従来、帯電したガソリンが圧力検出装置のセンシング部表面に到達しないように圧力導入路にフィルタ等を設けたものが特許文献２などで提案されている。また、圧力検出装置の半導体回路パターンが形成されていない側で圧力を感知する方式（裏面加圧方式）を採用したものが特許文献３などで知られている。
【特許文献１】特開２００２−３１０８３６号公報
【特許文献２】特開平１１−８２１９８号公報
【特許文献３】特開平２−１００３７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
従来、２輪用、特にスポーツバイク向け圧力センサはクイックレスポンスを要求されるため燃料噴射装置の近傍に圧力検出装置が配置される場合が多い。この場合、燃料タンク内や燃料噴射時の摩擦によってガソリンが帯電することはよく知られている。圧力検出装置に感度、オフセットおよび温度特性の調整のためにＥＰＲＯＭトリミングを用いている場合、圧力検出装置のゲル状保護部材に帯電したガソリンが付着してセンサ性能を悪化させる問題がある。これらの問題を生じさせないために、特許文献２に記載のようにフィルタを圧力導入路に設けたり、特許文献３に記載のように裏面加圧式の圧力検出装置を選択したりすることが行われていたが、コスト的に高価となる問題があった。また、特許文献１では、帯電ガソリンの付着の問題については何ら記載されていない。今回の発明は、安価、高精度で製造でき、帯電ガソリンの影響を受けにくい表面加圧式の圧力検出装置および内燃機関の吸気通路を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
前記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路のスロットル弁下流側に連通接続された圧力導入路に、該圧力導入路と絶縁膜を介して位置する、半導体基板に形成されたＥＰＲＯＭのフローティングゲートを備えた圧力検出装置において、
前記フローティングゲート上の前記絶縁膜内に金属シールド電極を備えたものとする。
【００２６】
または、内燃機関の吸気通路のスロットル弁下流側に連通接続された圧力導入路に配置される圧力検出装置であって、
前記圧力検出装置は、圧力を電気信号に変換するセンサ素子と、前記センサ素子からの電気信号を処理する信号処理回路素子と、前記センサ素子および前記信号処理回路素子を収納する圧力検出室と、前記圧力検出室と前記圧力導入路とを連通接続する圧力導入管と、前記圧力センサ素子および前記信号処理回路素子を前記圧力検出室と分離する絶縁性ゲル状保護部材と、を備え、
前記信号処理回路素子には、半導体基板上にゲート絶縁膜を介して形成されたフローティングゲートと、該フローティングゲート上に層間絶縁膜を介して形成された金属シールド電極と、該金属シールド電極上に表面保護膜を有するＥＰＲＯＭを備え、
前記表面保護膜上に前記ゲル状保護部材を介して前記圧力検出室が位置するものとする。
【００２７】
また、前記圧力導入管の内側に、前記圧力検出室と前記被測定空間とが流通した状態で前記圧力検出室の入り口を略塞ぐように設けられた保護部を備えたものとする。
【００２８】
また、前記センサ素子と前記信号処理回路素子とが同一半導体基板内に集積されたものとする。
【００２９】
また、前記センサ素子と前記信号処理回路素子とが別々の半導体基板内に形成されたものとする。
【００３０】
また、前記ＥＰＲＯＭは、ｐ型半導体基板の表面層に形成されたｎ型コントロールゲート領域と、該ｎ型コントロールゲート領域に接続するコントロールゲート電極と、前記ｎ型コントロールゲート領域上に前記層間絶縁膜を介して形成されたポリシリコンからなる前記フローティングゲートと、前記フローティングゲートをゲート電極としたｎ型ＭＯＳトランジスタとを備えたものとする。
【００３１】
さらに、前記金属シールド電極と前記コントロールゲート電極とが同一の材料からなるものとする。
【００３２】
さらに、前記金属シールド電極は、接地されているものとする。
【００３３】
さらに、前記金属シールド電極は、前記ＥＰＲＯＭの電源と接続されているものとする。
【００３４】
または、内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁と、前記吸気通路に設けられた燃料噴射装置と、前記スロットル弁の下流側で前記スロットル弁と前記燃料噴射装置の間の前記吸気通路に設けられた圧力導入路と、
この圧力導入路に設けられ、該圧力導入路と絶縁膜を介して位置する半導体基板に形成されたＥＰＲＯＭのフローティングゲート上の絶縁膜内に金属シールド電極を備えた圧力検出装置と、を備えた内燃基板の吸気通路とする。
【発明の効果】
【００３５】
前記解決手段により、２輪用、特にスポーツバイク向け圧力センサでクイックレスポンスを要求されるため燃料噴射装置の近傍に配置される圧力検出装置において、感度、オフセットおよび温度特性の調整にＥＰＲＯＭトリミングを用いている場合、フローティングゲートの上層に金属シールド電極を設けることにより、帯電ガソリンが吸気通路に設けられる負圧検出用圧力検出装置のセンシング部の表面に付着してセンサ性能を悪化させる現象を生じない、信頼性の高い圧力検出装置および内燃機関の吸気通路を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
［実施例１］
図４、図５および図６に示す圧力検出装置において、以下に示すＥＰＲＯＭを製作した。
【００３７】
図１は、本発明の圧力検出装置のＥＰＲＯＭの要部断面図であり、図２は、図１の等価回路図を示す。
【００３８】
図１０と同一箇所には同一の符号を付した。図１０と異なる点は、フローティングゲート７の上に金属シールド電極１２を設けた点である。金属シールド電極１２は、コントロールゲート電極９、ドレイン電極１０およびソース電極１１と同時にスパッタにより形成している。図１では、１セル分のみしか示していないが、他に複数のセルが存在し、他のセルにおいてもフローティングゲート７の上に金属シールド電極１２が形成され、全ての金属シールド電極１２が同電位に保持されるようにする。図２に示すように金属シールド電極１２の電位は接地されている。このように、フローティングゲート７の上に金属シールド電極１２を設けることにより、図２に示すように、フローティングゲート７の上層に設けられた金属シールド電極１２、フッ素系ゲル（例えば、フロロシリコーンゲル）などからなるゲル状保護部材１４表面からフローティングゲート７へ影響を及ぼしていた経路を遮断し、強制的にＧＮＤへバイパスすることで、フローティングゲートへの影響（経路）を無くしてしまう効果を有している。よって、この圧力検出装置は、ゲル状保護部材１４の表面に帯電したガソリンが付着しても出力の変動が抑制され、センサ性能を悪化させる現象を生じない。また、本実施例では、金属シールド電極１２の膜付け処理と、コントロールゲート電極９、ドレイン電極１０およびソース電極１１などのチップ上の電気的な接続をするための配線に用いる金属の膜付け処理を１工程で(同時に)実施することによって従来工程に追加工数を必要としない。
【００３９】
また、本実施例では、図４，５，６に示した圧力検出装置を用いているため保護部７３が形成されており帯電したガソリンがゲル状保護部材１４に付着することも抑制することができ、より確実に圧力検出装置の出力の変動を防止することができる。なお、保護部７３が形成されていない圧力検出装置であっても本発明の効果を奏することができる。
【００４０】
また、本実施例では、金属シールド電極１２を接地したが、ＥＰＲＯＭの電源に接続することにより所定電位に保持してもよい。
【００４１】
また、本実施例は、ＥＰＲＯＭのフローティングゲート７と圧力検出室６８との間に相関絶縁膜８、表面保護膜１３、ゲル状保護部材１４などの絶縁膜を備えたものにおいて適応できるものであるため、本実施例では、センサ素子として半導体圧力センサチップ６３を用いたが、表面圧力を電気信号に変換するセンサ素子と、センサ素子からの電気信号を処理する上記のＥＰＲＯＭを備えた信号処理回路素子とを別の半導体チップとして形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の実施例１のＥＰＲＯＭの要部段面図
【図２】図１の等価回路図
【図３】自動車用エンジンの概略図
【図４】圧力検出装置を示す外観図
【図５】図４のＩ−Ｉにおける断面図
【図６】図５で示した半導体圧力センサチップの平面図
【図７】書き込み動作を行わせた後のＥＰＲＯＭの要部断面図
【図８】図７の等価回路図
【図９】ＥＰＲＯＭの初期状態と書き込み後それぞれのＭＯＳＦＥＴのしきい値電圧とドレイン電流の関係を示す図
【図１０】帯電ガソリンが表面に付着した場合のＥＰＲＯＭの要部断面図
【図１１】図１０の等価回路図
【符号の説明】
【００４３】
１    半導体基板
２    コントロールゲート領域
３    ドレイン領域
４    ソース領域
５    ゲート絶縁膜
６    ＬＯＣＯＳ
７    フローティングゲート
８    層間絶縁膜
９    コントロールゲート電極
１０    ドレイン電極
１１    ソース電極
１２    金属シールド電極
１３    表面保護膜
１４、６７    ゲル状保護部材    
【図１】
2007263681.tif 000003
【図２】
2007263681.tif 000004
【図３】
2007263681.tif 000005
【図４】
2007263681.tif 000006
【図５】
2007263681.tif 000007
【図６】
2007263681.tif 000008
【図７】
2007263681.tif 000009
【図８】
2007263681.tif 000010
【図９】
2007263681.tif 000011
【図１０】
2007263681.tif 000012
【図１１】
2007263681.tif 000013