1.本发明涉及热电堆型传感器。
背景技术：2.以往，提出了一种流量测定装置，其具有：加热器，其配置于流体流动的流路而对流体进行加热；第一感温元件(热电堆)，其相对于加热器配置于流路的上游侧；以及第二感温元件(热电堆)，其配置于下游侧。
3.在上述流量测定装置中，热电堆具有在基板上串联形成的多个热电偶，每一对热电偶由2种导体或半导体形成。而且，热电偶中的一种的原材料例如是多晶硅(polysi)，另一种原材料例如是铝等金属(例如专利文献1)。
4.另外，在构成热电堆的热电偶中，还提出了一种新型的热电堆型的ir传感器，其具有将位于与加热器相同侧的热接点及位于相反侧的冷接点连结，并根据它们的温度差而产生电动势的结构，具有在p型或n型的多晶硅(polysi)上重叠铝配线的结构(例如，非专利文献1)。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第5112728号公报
8.非专利文献
9.非专利文献1：zhou,huchuan,et al."development of a thermopile infrared sensor using stacked double polycrystalline silicon layers based on the cmos process."journal of micromechanics and microengineering 23.6(2013):065026.
技术实现要素：10.发明所要解决的课题
11.在上述那样的热电堆型传感器中，通过构成各热电堆，将由多晶硅和金属构成的热电偶更密集地排列配置，以求实现温度测量时的热电堆型传感器的高灵敏度化。
12.另外，在这样的情况下，各热电偶中的金属薄膜大多横穿与相邻的热电偶之间的间隙而与相邻的热电偶中的多晶硅薄膜的接点连接。
13.这样，在如上述那样实现热电堆型传感器的高灵敏度化的情况下，各个热电偶之间的间隙变窄，但间隙部的阶梯差存在金属薄膜难以成膜、膜厚变薄或者膜质变差的倾向，在各个热电偶中的金属薄膜横穿与相邻的热电偶之间的间隙的金属薄膜中，存在电阻值的增加、断线等的风险。
14.因此，本发明的最终目的在于提供一种热电堆型传感器，即使在为了高灵敏度化而使热电偶与热电偶的间隙变窄的情况下，也能够抑制金属薄膜的电阻值的增加、断线等，具备充分的可靠性。
15.用于解决课题的手段
16.用于解决上述课题的本发明为一种热电堆型传感器，
17.具有热电堆，
18.所述热电堆通过使多晶硅配线与至少一部分包含金属部分的金属配线连接而成的热电偶在绝缘膜上串联连结而形成，
19.串联连结的各个所述热电偶隔开规定的间隙而排列配置，并且在各个所述热电偶中，所述金属配线以重叠的方式配置在所述多晶硅配线上，
20.在所述热电偶与相邻的热电偶的连接部分中，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙，
21.所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的该间隙的宽度，比其他部分的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度宽。
22.根据本发明，通过在绝缘膜上以高密度配置热电偶来实现高灵敏度化的同时，还能够提高抑制电阻值的增加、断线等的可靠性。
23.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述绝缘膜形成在硅基板上，所述硅基板具有：在所述绝缘膜侧开口的凹部即空腔区域；和以包围该空腔区域的方式配置的框架，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分配置在所述框架上。由此，在对加热器施加电压而使其发热时，能够在空腔区域中保持加热器的热量，抑制加热器的热量向硅基板中扩散。另外，由于能够将金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分配置在不易受到热膨胀、外部应力等影响的稳定的框架上，因此能够更可靠地抑制该部分的金属配线的劣化，能够进一步提高可靠性。
24.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度为其他部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度的1.5倍以上且5倍以下。由此，能够使金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的间隙的宽度相对于其他部分的间隙的宽度充分宽，能够使金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的金属膜充分成膜。其结果，能够更可靠地抑制该部分的金属配线的断线、电阻增加，能够进一步提高可靠性。
25.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在所述多晶硅配线的膜厚以上。由此，在金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分，由于所述多晶硅配线彼此的间隙大，所以能够使金属原子遍布在半导体工艺中存在阶梯差的间隙，阶梯部分的覆盖性变好。其结果，能够使金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的金属膜充分变厚，能够更可靠地抑制该部分的金属配线的断线、电阻增加。
26.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在1μm以上且10μm以下。由此，能够充分扩大金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的间隙的宽度，能够充分地形成金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的金属膜。
27.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述其他部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在0.1μm以上且5μm以下。由此，能够以足够高的密度配置热电偶，能够更可靠地提高传感器的灵敏度。另外，能够使金属配线横穿多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的间隙的宽度相对于其他部分的间隙的宽度足够宽。
28.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述多晶硅配线从所述框架延伸到所述空腔区域的中央附近，所述多晶硅配线在所述空腔区域的中央附近与所述金属配线短路，形成热接点，所述金属配线在所述多晶硅配线上从所述空腔区域的中央附近延伸至所述框架，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙，与相邻的多晶硅的端部电短路，形成冷接点。由此，由于热接点位于温度容易上升的空腔区域上，冷接点位于温度难以上升的框架上，因此容易产生温度差，容易得到更大的电动势。
29.另外，在本发明的变形例中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述金属配线的一部分由含有与所述多晶硅配线不同的杂质的第二多晶硅配线形成。由此，两层的多晶硅配线分别含有不同的杂质，因此物理性质不同，容易得到更大的值的电动势。
30.另外，在本发明中，也可以设为如下的热电堆型传感器：所述金属配线的中央部由含有与所述多晶硅配线不同的杂质的第二多晶硅配线形成，两端部由金属膜形成。在该情况下，也可以所述不同的杂质中的一种为p型的杂质，另一种为n型的杂质。由此，两层的多晶硅配线也分别含有不同的杂质，因此物理性质不同，容易得到更大的值的电动势。
31.另外，在本发明中，用于解决上述课题的手段可以尽可能地组合使用。
32.发明的效果
33.在热电堆型传感器中，在检测气体的流量时，能够提供充分地具备对用于测量温度差的加热器的热量的高灵敏度化和抑制金属膜的断线等的可靠性这两者的新技术。
附图说明
34.图1是表示实施方式所涉及的流量测定装置的一个例子的分解立体图。
35.图2是表示流量测定装置的一例的透视图。
36.图3是表示副流路部的俯视图。
37.图4是表示传感器元件的一例的立体图。
38.图5是用于说明传感器元件的构造的剖视图。
39.图6是表示流量检测部的概略结构的俯视图。
40.图7是表示物性值检测部的概略结构的俯视图。
41.图8是表示电路基板的功能结构的框图。
42.图9是表示热电堆的示意性俯视图。
43.图10是表示用于验证横穿多晶硅配线之间的间隙而形成的金属膜的特性的测试图案的示意性剖视图。
44.图11是表示使金属膜所横穿的部分的间隙宽度比其他部分的间隙宽度大的情况下的热电堆的结构的条件的示意图。
45.图12是表示热电堆的结构的详细情况的示意图。
46.图13是表示在每一对中应用二层的多晶硅配线，在各层的每个多晶硅配线上形成有热接点和冷接点的热电堆的示意图。
47.图14是表示具有金属膜横穿多晶硅配线之间的间隙的部分位于多晶硅配线的端部的结构的热电堆的示意图。
具体实施方式
48.(应用例)
49.在本应用例中，对将热电堆应用于热式流量测定装置的情况进行说明。本应用例所涉及的热电堆型传感器具有热电堆，热电堆由多个热电偶构成。每一对热电偶将位于与加热器相同的一侧的热接点、以及位于与加热器相反的一侧且与热接点成对的冷接点连接。
50.另外，热电偶由多晶硅配线和位于多晶硅配线上且宽度比多晶硅配线小的金属膜构成。金属膜的导热性良好且易散热，因此通常减小金属膜的配线宽度。在热电堆和加热器的上下形成有由氧化硅或氮化硅等构成的绝缘膜。另外，加热器与热电堆的位置关系作为一个例子示于图6，热电堆的结构在图12中示出。
51.如图11所示，热接点通过多晶硅配线与金属膜电短路而形成。另外，金属膜横穿热电偶与相邻的热电偶的间隙，起到将它们连接的作用。冷接点在金属膜横穿热电偶彼此的间隙的部位的前端部，通过多晶硅配线与金属膜电短路而形成。
52.如图6的一例所示，热电堆夹着加热器对称地设置，将流量检测时气体沿着流路流动的一侧作为上游侧，将相反侧作为下游侧。另外，如图12所示，绝缘膜形成在硅基板之上，一部分位于由多晶硅构成的框架所包围的空腔区域之上。
53.如图5所示，只要对作为本发明的对象的热电堆型传感器中的加热器施加电压，则发热，加热器的热量均等地分布在加热器的两侧的热电堆上。在此，通过具有空腔区域，另外，通过使加热器位于空腔区域上部的中央部，能够抑制加热器的热量向硅基板中扩散。当气体沿着流路流动时，加热器的热分布偏向下游侧的热电堆，在两侧的热电堆之间产生温度差。
54.热电偶在热接点感测到加热器的热量时，由于与冷接点的温度差而产生电动势(赛贝克效应)。通过电动势，能够检测热电堆彼此之间的温度差，能够观测流过来的气体的流量的值。在此，气体的流量的值越增大，热电堆彼此之间的温度差的值也越增大，两者的值分别具有相关性，因此可以说能够关联。
55.在检测热电堆彼此之间的温度差时，要求热电堆对加热器的热量高度敏感。在热电堆中，认为热电偶越密集地并列，灵敏度越高，可以说热电偶之间的间隙宽度小的条件是好的。
56.但是，在热电偶彼此的间隙宽度小的条件下，在金属膜横穿间隙时，可能存在产生金属膜的电阻值的增加、断线等的风险。这是因为，在热电偶之间的间隙中的阶梯差中，如上所述，存在金属膜难以成膜、膜厚变薄、膜质变差的倾向。因此，要求热电堆具有高灵敏度以及抑制电阻值增加和断线发生的可靠性。
57.因此，在本发明中，如图11所示，提出一种热电堆，其由密集地并列的热电偶构成，对于热电偶，金属膜横穿热电偶和相邻的热电偶的部分的间隙宽度比其他部分的间隙宽度宽。图11所示的a的值以大于b的值为前提，优选a的值例如在1μm以上且10μm以下的范围内，b的值例如在0.1μm以上且5μm以下的范围内。
58.(实施例1)
59.以下，使用附图对本发明的实施方式所涉及的流量测定装置进行说明。另外，在以下的实施方式中，对将本发明应用于流量测定装置的例子进行说明，但本发明也可以应用
于红外线传感器等其他的热电堆型传感器。以下所示的实施方式是流量测定装置的一例，本发明的流量测定装置并不限定于以下的结构。
60.(装置结构)
61.图1是表示本实施方式所涉及的流量测定装置1的一个例子的分解立体图。图2是表示流量测定装置1的一个例子的透视图。
62.流量测定装置1组装于例如燃气表、燃烧设备、汽车等内燃机、燃料电池、其他医疗等工业设备、组装设备，对通过流路的气体的量进行测定。另外，图1及图2的虚线的箭头例示流体的流动方向。在此，流量测定装置1相当于本发明中的热电堆型传感器。
63.如图2所示，在本实施方式中，流量测定装置1设置在从主流路部2分支的副流路部3的内部。另外，流量测定装置1具备流量检测部11和物性值检测部12。流量检测部11以及物性值检测部12是包含由微型加热器形成的加热部和由热电堆形成的温度检测部的热式流量传感器。
64.如图1及图2所示，本实施方式所涉及的流量测定装置1具备主流路部2、副流路部3、密封件4、电路基板5以及罩6。
65.主流路部2是在长度方向上贯通的管状部件。在主流路部2的内周面，相对于测定对象流体的流动方向，在上游侧形成有流入口(第一流入口)34a，在下游侧形成有流出口(第一流出口)35a。例如主流路部2的轴向的长度约为50mm，内周面的直径(主流路部2的内径)约为20mm，主流路部2的外径约为24mm，但并不限定于此。
66.副流路部3设置在主流路部2上，在其内部和上表面形成有副流路。副流路部3的一端与流入口34a连通，另一端与流出口35a连通。在流量测定装置1中，副流路部3由流入用流路34、物性值检测用流路32、流量检测用流路33和流出用流路35构成。
67.流入用流路34是用于使在主流路部2中流动的测定对象流体流入并分流到物性值检测用流路32及流量检测用流路33的流路。流入用流路34在与主流路部2垂直的方向上贯通副流路部3而形成，一端与流入口34a连通，另一端在主流路部2的上表面开口而与物性值检测用流路32及流量检测用流路33连通。由此，能够使在主流路部2中流动的测定对象流体的一部分经由流入用流路34分流到物性值检测用流路32及流量检测用流路33。
68.物性值检测用流路32是形成于副流路部3的上表面的、在与主流路部2平行的方向上延伸的、纵截面为大致
コ
字型的流路。物性值检测用流路32在沿长度方向(与主流路部2平行的方向)延伸的部分配置有用于检测测定对象流体的物性值的物性值检测部12。
69.物性值检测用流路32的一端经由流入用流路34与流入口34a连通，另一端经由流出用流路35与流出口35a连通。
70.流量检测用流路33是形成于副流路部3的上表面的、在与主流路部2平行的方向上延伸的、纵截面为大致
コ
字型的流路。流量检测用流路33在沿长度方向(与主流路部2平行的方向)延伸的部分具有配置有用于检测测定对象流体的流量的流量检测部11的流量检测用流路33。
71.流量检测用流路33的一端经由流入用流路34与流入口34a连通，另一端经由流出用流路35与流出口35a连通。另外，物性值检测部12及流量检测部11在安装于电路基板5的状态下配置于物性值检测用流路32或流量检测用流路33。
72.流出用流路35是用于使通过了物性值检测用流路32及流量检测用流路33的测定
对象流体向主流路部2流出的流路。流出用流路35在与主流路部2垂直的方向上贯通副流路部3而形成，一端与流出口35a连通，另一端在主流路部2的上表面开口，与物性值检测用流路32及流量检测用流路33连通。由此，能够使通过了物性值检测用流路32以及流量检测用流路33的测定对象流体经由流出用流路35流出到主流路部2。
73.这样，通过使从相同的流入口34a流入的测定对象流体向物性值检测用流路32及流量检测用流路33分流，物性值检测部12及流量检测部11能够基于温度、密度等条件相等的测定对象流体来检测物性值或流量。因此，能够提高流量测定装置1的测定精度。
74.另外，在流量测定装置1中，在将密封件4嵌入到副流路部3之后，配置电路基板5，进而通过罩6将电路基板5固定于副流路部3，由此确保副流路部3的内部的气密性。
75.图3是表示图1所示的副流路部3的俯视图。如图3所示，物性值检测用流路32的大致
コ
字型的一端与流入用流路34连通，另一端与流出用流路35连通。同样地，流量检测用流路33的大致
コ
字型的一端与流入用流路34连通，另一端与流出用流路35连通。
76.另外，物性值检测用流路32与流量检测用流路33的两端部也相互连通，物性值检测用流路32及流量检测用流路33在副流路部3的上表面构成矩形状的流路。
77.在流量测定装置1中，在物性值检测用流路32中包含物性值检测部12的部分、以及在流量检测用流路33中包含流量检测部11的部分，均从与副流路部3的上表面垂直的方向(法线方向)观察时的形状为正方形，分别形成于相对于连结流入用流路34和流出用流路35的直线对称的位置。
78.另外，箭头p及q表示向物性值检测用流路32及流量检测用流路33分流的测定对象流体的流量。在本实施方式中，在物性值检测用流路32中分流流量p的测定对象流体，以流量q的测定对象流体在流量检测用流路33中流动的方式，设定物性值检测用流路32及流量检测用流路33的宽度。
79.该流量p以及流量q的值根据在主流路部2中流动的测定对象流体的流量而变动，但在通常的使用方式中，流量p为物性值检测部12的检测范围内的值，以流量q为流量检测部11的检测范围内的值的方式，分别设定物性值检测用流路32以及流量检测用流路33的宽度。物性值检测用流路32及流量检测用流路33的宽度为例示，并不限定于图3所示的例子。
80.这样，在流量测定装置1中，能够通过调整各自的宽度来单独地控制向物性值检测用流路32及流量检测用流路33分流的测定对象流体的流量。因此，能够根据物性值检测部12的检测范围来控制在物性值检测用流路32中流动的测定对象流体的流量，根据流量检测部11的检测范围来控制在流量检测用流路33中流动的测定对象流体的流量。
81.因此，物性值检测部12能够以与固有的检测范围对应的最佳流量来检测测定对象流体的物性值，因此能够提高物性值检测部12的检测精度。
82.同样地，流量检测部11能够以与固有的检测范围对应的最佳流量来检测测定对象流体的流量，因此能够提高流量检测部11的检测精度。
83.物性值检测用流路32及流量检测用流路33均不限定于形成为大致
コ
字形的结构。即，物性值检测用流路32及流量检测用流路33只要设定为能够控制通过物性值检测用流路32及流量检测用流路33的测定对象流体的流量的宽度，则也可以采用其他形状。
84.另外，在本实施方式中，在物性值检测用流路32中包含物性值检测部12的部分以及在流量检测用流路33中包含流路检测部11的部分的形状为正方形，但本发明并不限定于
此。物性值检测用流路32以及流量检测用流路33的形状只要能够配置物性值检测部12或者流量检测部11即可，根据所配置的物性值检测部12以及流量检测部11的形状来决定。
85.因此，例如在物性值检测部12的尺寸比物性值检测用流路32的宽度小的情况下，也可以使物性值检测用流路32中包含物性值检测部12的部分的宽度与物性值检测部12的宽度一致。在该情况下，物性值检测用流路32的沿长度方向延伸的部分形成为直线形状。另外，流量检测用流路33也是同样的。
86.图4是表示流量检测部及物性值检测部所使用的传感器元件的一个例子的立体图。另外，图5是用于说明传感器元件的构造的剖视图。传感器元件100具备微型加热器(加热部)101和隔着微型加热器101对称地设置的热电堆(温度检测部)102。在它们的上下形成有绝缘薄膜，设置在硅基板上。微型加热器101例如是由多晶硅形成的电阻。
87.另外，在微型加热器101以及热电堆102的下方的硅基板上设置有作为凹部的空腔区域103。空腔区域103被由多晶硅构成的框架104包围。由于来自微型加热器101的发热被放出到空腔区域103，因此抑制了向硅基板中的发热的扩散。
88.另外，由于框架104的热容量大，难以变暖，因此位于框架104上的冷接点的温度几乎不上升，能够更准确地检测与热接点的温度差。
89.图5通过虚线的椭圆示意性地表示微型加热器101发热的情况下的温度分布。另外，虚线越粗，温度越高。在没有空气流动的情况下，如图5的上段(1)所示，微型加热器101的两侧的温度分布大致均等。另一方面，例如在空气在图5的下段(2)中虚线的箭头所示的方向流动的情况下，周围的空气移动，因此，与微型加热器101的上风侧相比下风侧的温度变高。传感器元件利用这样的加热器热量的分布的偏差，输出表示流量的值。
90.传感器元件的输出电压δv例如由以下的式(1)表示。
91.式(1)
[0092][0093]
另外，th是微型加热器101的温度，ta是设置在热电堆102的外侧的周围温度传感器测定的温度，vf是流速的平均值，a和b是规定的常数。
[0094]
另外，流量测定装置1的电路基板5具备由ic(integrated circuit：集成电路)等实现的控制部(未图示)，基于流量检测部11的输出来计算流量，或者基于物性值检测部12的输出来检测结露，或者计算规定的特性值，使用特性值来修正流量。
[0095]
(流量检测部以及物性值检测部)
[0096]
图6是表示图1所示的流量检测部11的概略结构的俯视图，图7是表示图1所示的物性值检测部12的概略结构的俯视图。在流量测定装置1中，物性值检测用流路32和流量检测用流路33在长度方向上延伸的流路的宽度各不相同，在物性值检测用流路32中包含物性值检测部12的部分的宽度比在流量检测用流路33中包含流量检测部11的部分的宽度窄。由此，在流量测定装置1中，分别独立地控制向物性值检测用流路32及流量检测用流路33分流的测定对象流体的流量。
[0097]
如图6所示，流量检测部11具备对测定对象流体的温度进行检测的第一热电堆(流量检测部内第一温度检测部)111及第二热电堆(流量检测部内第二温度检测部)112、对测定对象流体进行加热的微型加热器113。微型加热器113与流量检测部内第一温度检测部
111及流量检测部内第二温度检测部112在流量检测部11内沿测定对象流体的流动方向p排列配置。
[0098]
另外，微型加热器113、流量检测部内第一温度检测部111及流量检测部内第二温度检测部112的形状在俯视时分别为大致矩形，各自的长度方向与测定对象流体的流动方向p正交。
[0099]
流量检测部内第一温度检测部111和流量检测部内第二温度检测部112在微型加热器113的上游侧配置流量检测部内第一温度检测部111，在下游侧配置流量检测部内第二温度检测部112，检测夹着微加热器113对称的位置的温度。
[0100]
在流量测定装置1中，在物性值检测部12及流量检测部11中使用实质上相同结构的传感器，使相对于测定对象流体的流动方向的配置角度相差90度而配置。由此，能够使相同构造的传感器作为物性值检测部12或者流量检测部11发挥功能，因此能够降低流量测定装置1的制造成本。
[0101]
另一方面，如图7所示，物性值检测部12具备对测定对象流体的温度进行检测的第一热电堆(物性值检测部内第一温度检测部)121及第二热电堆(物性值检测部内第二温度检测部)122、对测定对象流体进行加热的微型加热器(物性值检测部内加热部)123。物性值检测部内加热部123、物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122在物性值检测部12内，在与测定对象流体的流动方向q正交的方向上排列配置。
[0102]
另外，物性值检测部内加热部123、物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的形状在俯视时分别为大致矩形，各自的长度方向沿着测定对象流体的流动方向q。
[0103]
另外，物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122隔着物性值检测部内加热部123左右对称地配置，检测物性值检测部内加热部123的两侧的对称位置的温度。因此，物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的测定值大致相同，可以采用任意一个的值，也可以计算两者的平均值。
[0104]
在此，由于温度分布因测定对象流体的流动而偏向下游侧，因此与流动方向正交的方向的温度分布的变化比测定对象流体的流动方向的温度分布的变化小。因此，通过将物性值检测部内第一温度检测部121、物性值检测部内加热部123、物性值检测部内第二温度检测部122依次在与测定对象流体的流动方向正交的方向上排列配置，能够降低由温度分布的变化引起的物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的输出特性的变化。
[0105]
因此，能够降低由测定对象流体的流动引起的温度分布的变化的影响，提高物性值检测部12的检测精度。
[0106]
另外，由于物性值检测部内加热部123的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置，因此物性值检测部内加热部123能够遍及测定对象流体的流动方向在大范围内对测定对象流体进行加热。因此，即使在因测定对象流体的流动而温度分布偏向下游侧的情况下，也能够降低物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的输出特性的变化。
[0107]
因此，能够降低由测定对象流体的流动引起的温度分布的变化的影响，降低由测定对象流体的流动引起的温度分布的变化的影响，提高物性值检测部12的检测精度。
[0108]
而且，由于物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的长度方向沿着测定对象流体的流动方向配置，因此物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122能够在测定对象流体的流动方向上在大范围内检测温度。因此，即使在因测定对象流体的流动而温度分布偏向下游侧的情况下，也能够降低物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122的输出特性的变化。
[0109]
因此，能够降低由测定对象流体的流动引起的温度分布的变化的影响，提高物性值检测部12的检测精度。
[0110]
(功能结构)
[0111]
图8是表示流量测定装置1所具备的电路基板5的功能结构的框图。流量测定装置1具备流量检测部11、物性值检测部12以及控制部13。
[0112]
流量检测部11具备流量检测部内第一温度检测部111和流量检测部内第二温度检测部112。物性值检测部12具备物性值检测部内第一温度检测部121和物性值检测部内第二温度检测部122。另外，图6所示的微型加热器113及图7所示的微型加热器(物性值检测部内加热部)123省略图示。
[0113]
流量检测部11基于从流量检测部内第一温度检测部111及流量检测部内第二温度检测部112输出的温度检测信号，检测表示测定对象流体的流量的值。
[0114]
具体而言，流量检测部11计算从流量检测部内第一温度检测部111输出的温度检测信号与从流量检测部内第二温度检测部112输出的温度检测信号的差分，并基于差分求出表示测定对象流体的流量的值。并且，流量检测部11将表示流量的值输出到控制部13。
[0115]
物性值检测部12将从物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122输出的温度检测信号输出至流量计算部133。
[0116]
具体而言，物性值检测部12求出从物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122输出的温度检测信号的平均值。
[0117]
另外，图7所示的物性值检测部内加热部123例如根据控制部13的控制来变更温度。由此，物性值检测部内第一温度检测部121及物性值检测部内第二温度检测部122能够求出物性值检测部内加热部123的温度变化前后的输出值。物性值检测部12将取得的输出值输出到控制部13。
[0118]
另外，控制部13包括校正处理部131、特性值计算部132、流量计算部133和异常检测部134。流量计算部133基于流量检测部11的检测值来计算测定对象流体的流量。特性值计算部132基于物性值检测部12的检测值来计算特性值。
[0119]
具体而言，特性值计算部132使物性值检测部12的微型加热器的温度变化，对在变化的前后热电堆102检测出的测定对象流体的温度之差乘以规定的系数来计算特性值。校正处理部131使用特性值，对流量计算部133计算出的流量进行校正。
[0120]
为了检测热量，在上述流量测定装置1中包括图6所示的流量检测部11的流量检测部内第一温度检测部111、流量检测部内第二温度检测部112、图7所示的物性值检测部12的物性值检测部内第一温度检测部121、以及物性值检测部内第二温度检测部122这4个热电堆。
[0121]
以下，作为例子，对相当于流量检测部11的流量检测部内第一温度检测部111的热
电堆进行详细的说明，但对于相当于流量检测部内第二温度检测部112、物性值检测部内第一温度检测部121以及物性值检测部内第二温度检测部122的热电堆，同样的说明也成立。
[0122]
图9是表示相当于流量测定装置1中的流量检测部内第一温度检测部111的热电堆102的示意性俯视图。图9的热电堆102通过多个热电偶串联连结而构成。图9示出了其中的热电偶102a至102e。这些热电偶具有多晶硅配线1021a至1021e以及金属膜1022a至1022e。
[0123]
再者，热电偶102a至102e中的多晶硅配线与金属膜的位置关系是金属膜在上，多晶硅配线在下。即，在各热电偶中，在多晶硅配线上重叠地形成有金属膜。在由硅和金属膜形成热电堆的情况下，硅膜大多为下层，金属膜为上层。这是因为，在半导体工艺中，从下层侧(基板侧)开始形成元件，但由于硅的耐热性、污染控制等，先形成硅膜的元件。而且，配线的宽度设定为多晶硅配线比金属膜宽。在此，金属膜1022a至1022e相当于本发明中的金属配线。金属膜的热传导率较好，因此若使配线宽度变粗，则热量会通过金属膜而逸散。在探测热接点与冷接点的温度差的热电堆中，金属膜尽可能地薄，因为希望尽可能地限制金属膜的热量的传递。
[0124]
另外，在热电偶102a至102e中，为了将各个热电偶串联连结，金属膜横穿多晶硅配线之间的间隙，与相邻的多晶硅配线电连接。接着，如图9所示，对以横穿多晶硅配线之间的间隙的方式形成金属膜的情况下的金属膜的特性进行说明。
[0125]
图10是表示用于验证横穿多晶硅配线之间的间隙而形成的金属膜的特性的测试图案7的示意性剖视图。间隙宽度w表示测试图案用硅71之间的间隙的宽度。在此，测试图案用金属配线72以横穿测试图案用硅71之间的间隙的方式配置。基底使用测试图案用绝缘膜73。在图10中，仅图示了2个间隙，但在实际的测试图案中横穿数百至数千的间隙，可以加速当金属配线72横穿具有阶梯差的间隙的影响，并进行测试。
[0126]
在表1中示出如下结果：准备上述测试图案7中的金属配线的线宽为1.7μm和2.4μm的2个图案，在各个图案中，变更间隙宽度w来测定测试图案用金属配线72的电阻值。
[0127]
[表1]
[0128]
[ω]
[0129][0130]
如表1所示，存在间隙宽度w的值越小，电阻值越高的倾向，在间隙宽度w为0.5μm的条件下，得到了发生断线的结果。认为在间隙宽度w的值小的情况下测试图案用金属配线72的电阻值变高的原因在于，由于间隙宽度w的值小，金属膜难以在测试图案用硅71彼此之间的间隙部分成膜，膜厚变薄。而且，通过将间隙宽度w的值减小一定程度以上，可以认为金属膜中断、断线。在半导体工艺中，通过pvd(physical vapor deposition：物理气相沉积)法、cvd(chemical vapor deposition：化学气相沉积)法形成金属膜。它们在真空气氛中通过某些方法跳过金属原子，原子到达基板而使金属膜生长。一般认为，在阶梯差部分，膜的覆盖性差，金属膜的膜厚容易变薄，但由于是间隙结构，从而能够更显著地提高覆盖性。即，若
间隙宽度w较小，则金属原子的供给量减少，阶梯差部分的膜厚变薄，金属膜到达断线。
[0131]
为了抑制断线，可以考虑增加配线宽度，但在上述的测定中，增加配线宽度不是那么有效，反而间隙宽度w的值对抑制断线的影响更大。另外，增加配线宽度会促进热量通过金属配线逸出，这可能会导致传感器灵敏度下降。此外，还可以考虑在金属膜的成膜之前进行诸如cmp(chemical mechanical polishing，化学机械研磨)技术等平坦化处理以预先填埋间隙。但是，若导入平坦化处理工艺，由于膜的膜厚与元件的最厚部分的膜厚一致，所以薄膜的总厚度变厚，膜的热容量变大，在具有薄膜的热电堆型传感器中导致灵敏度降低。
[0132]
另外，为了增大多晶硅配线之间的间隙，可以考虑增加配线之间的间距，但相对于相同的区域能够配置热电偶的数量变少，在热电堆型传感器中导致灵敏度降低。此外，还可以考虑使多晶硅配线的配线宽度变窄的方法，但若使电阻比金属膜高的多晶硅配线变窄，则配线的寄生电阻变大，产生噪声，从而导致特性恶化。另外，在红外线传感器的情况下，多晶硅配线具有良好的红外线吸收效率，因此如果配线变窄，则红外线吸收量就会减少，也导致灵敏度降低。
[0133]
基于上述结果，在本实施例中，使多晶硅配线之间的间隙中的、金属膜所横穿的部分的间隙宽度比其他部分的间隙宽度大。图11是表示使金属膜所横穿的部分的间隙宽度比其他部分的间隙宽度大的情况下的热电堆102的结构的条件的示意图。图11的a表示金属膜1022a横穿多晶硅配线1021a与相邻的多晶硅配线之间的间隙的部分的间隙宽度，b表示多晶硅配线1021a与相邻的多晶硅配线之间的间隙中的、金属膜不横穿的部分的间隙宽度。
[0134]
作为构成条件，a被设置为比b宽。例如，a也可以是b的1.5倍以上。另外，a的值可以为1μm以上，并且b的值可以为5μm以下。另外，a的值大于或等于多晶硅配线的膜厚。
[0135]
图12是表示热电堆102的结构的详细情况的示意图。图12(a)是金属膜所横穿的部分的间隙宽度比其他部分的间隙宽度宽的热电堆的俯视图，图12(b)是与横截面a-a’相关的剖视图。
[0136]
在图12中，作为多晶硅配线1021a以及金属膜1022a的基底的绝缘膜1023形成在硅基板1024的框架104上。硅基板1024包含空腔区域103，绝缘膜1023的一部分位于空腔区域103上。另外，金属膜在横穿多晶硅配线之间的间隙的部分中的金属膜，位于硅基板1024上的框架104上。
[0137]
多晶硅配线1021a从框架104延伸至空腔区域103的中央附近，在空腔区域103的中央附近(微型加热器101的附近)与金属膜1022a短路，形成热接点1025。金属膜1022a在隔着绝缘膜1023的多晶硅配线1021a上，从空腔区域103的中央附近朝向外周延伸，在框架104的上部横穿与相邻的多晶硅配线之间的间隙，与相邻的多晶硅短路，形成冷接点1026。之后，重复该结构。
[0138]
(实施例2)
[0139]
接着，对本发明的实施例2进行说明。本实施例与实施例1的不同点在于，每对热电堆均采用两层的多晶硅配线。图13是表示相对于上述的实施方式中的热电堆102，每对热电堆均采用两层的多晶硅配线，按各层的每个多晶硅配线形成有热接点和冷接点的热电堆的示意图。图13(a)是热电堆的俯视图，图13(b)是与横截面a-a’相关的剖视图。
[0140]
在本实施例中，形成两层的多晶硅配线即下层多晶硅配线1028a和上层多晶硅配线1028b作为多晶硅配线。而且，将位于下层多晶硅配线1028a上的热接点设为下层热接点
1025a，将位于上层多晶硅配线1028b上的热接点设为上层热接点1025b。另外，将位于下层多晶硅配线1028a上的冷接点设为下层冷接点1026a，将位于上层多晶硅配线1028b上的冷接点设为上层冷接点1026b。
[0141]
下层多晶硅配线1028a从框架104延伸到空腔区域103的中央附近，在空腔区域103中央附近与金属膜1022a短路，形成下层热接点1025a。金属膜1022a将下层热接点1025a与上层热接点1025b电连接。金属膜1022a以最短距离连接。
[0142]
上层多晶硅配线1028b从设置于空腔区域103中央附近的上层热接点1025b延伸至框架104上的上层冷接点1026b。在此，上层热接点1025b与上层冷接点1026b之间未通过金属膜1022a连接。金属膜1022a在从上层冷接点1026b通过绝缘膜1023延伸至下层多晶硅配线1028a的位置处被转移到相邻的下层多晶硅。金属膜1022a与相邻的下层多晶硅短路，形成下层冷接点1026a。之后，重复该结构。在此，上层多晶硅配线1028b相当于本发明中的第二多晶硅配线。
[0143]
两层的多晶硅配线分别含有不同的杂质，一种为p型的杂质，另一种为n型的杂质。多晶硅根据所含有的杂质的种类、浓度，具有不同的物理特性，例如电阻值、热电特性和导热性。在本变形例中，通过用具有高热电动势且极性与第一层多晶硅相反极性的多晶硅代替具有低热电动势的金属膜，可以获得更大的电动势值。
[0144]
(实施例3)
[0145]
接着，对本发明的实施例3进行说明。本实施例与实施例1的不同点在于，金属膜横穿多晶硅配线之间的间隙的部分位于多晶硅配线的端部。图14是作为将热电堆的形状变形的例子，表示具有相对于上述热电堆102，金属膜横穿多晶硅配线之间的间隙的部分位于多晶硅配线的端部的结构的热电堆的示意图。
[0146]
金属膜1022a仅与多晶硅配线1021a的端部重叠，垂直地横穿多晶硅配线之间的间隙，在相邻的多晶硅配线的端部连接。金属膜1022a将多晶硅配线1021a与相邻的多晶硅配线的端部彼此以最短距离连接，不沿着多晶硅配线1021a重叠。采用这种结构，金属膜是直线连续连接的。通过简化配置，可以提高可靠性。
[0147]
另外，在上述的实施例中，将本发明的热电堆型传感器应用于流量测定装置，但本发明的热电堆型传感器能够适用于红外线传感器等具有通过热电堆检测温度的功能的所有传感器。
[0148]
另外，以下，为了能够将本发明的构成要素与实施例的构成进行比较，在附图中对本发明的构成要素进行了说明。
[0149]
(发明1)
[0150]
一种热电堆型传感器(1)，具有热电堆(102)，
[0151]
所述热电堆通过将使多晶硅配线(1021a、1021e)和至少一部分包含金属部分的金属配线(1022a、1022e)连接而成的热电偶(102a、102e)在绝缘膜(1023)上串联连结而形成，
[0152]
串联连结的各个所述热电偶隔开规定的间隙而排列配置，并且在各个所述热电偶中，所述金属配线以重叠的方式配置在所述多晶硅配线上，
[0153]
在所述热电偶与相邻的热电偶的连接部分中，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙，
[0154]
所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的该间隙的宽度，比其
他部分的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度宽。
[0155]
符号说明
[0156]
1：流量测定装置；100：传感器元件；101：微型加热器；102：热电堆；102a-102e：热电偶；103：空腔区域；104：框架；11：流量检测部；12：物性值检测部；13：控制部；2：主流路部；3：副流路部；4：密封件；5：电路基板；6：罩；7：测试图案；71：测试图案用硅；72：测试图案用金属配线；73：测试图案用绝缘膜；1021a-1021e：多晶硅配线；1022a-1022e：金属膜；1023：绝缘膜；1024：硅基板；1025：热接点；1025a：下层热接点；1025ab：上层热接点；1026：冷接点；1026a：下层冷接点；1026bb：上层冷接点；1027：横穿多晶硅配线之间间隙的部分的金属膜；1028a：下层多晶硅配线；1028b：上层多晶硅配线。
技术特征：1.一种热电堆型传感器，其特征在于，具有热电堆，所述热电堆通过使多晶硅配线与至少一部分包含金属部分的金属配线连接而成的热电偶在绝缘膜上串联连结而形成，串联连结的各个所述热电偶隔开规定的间隙而排列配置，并且在各个所述热电偶中，所述金属配线以重叠的方式配置在所述多晶硅配线上，在所述热电偶与相邻的热电偶的连接部分中，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分的该间隙的宽度，比其他部分的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度宽。2.根据权利要求1所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述绝缘膜形成在硅基板上，所述硅基板具有：在所述绝缘膜侧开口的凹部即空腔区域；和以包围该空腔区域的方式配置的框架，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分配置在所述框架上。3.根据权利要求1或2所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度为其他部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度的1.5倍以上且5倍以下。4.根据权利要求1或2所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在所述多晶硅配线的膜厚以上。5.根据权利要求1或2所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙的部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在1μm以上且10μm以下。6.根据权利要求1或2所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述其他部分中的所述多晶硅配线彼此的间隙的宽度在0.1μm以上且5μm以下。7.根据权利要求2所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述多晶硅配线从所述框架延伸到所述空腔区域的中央附近，所述多晶硅配线在所述空腔区域的中央附近与所述金属配线短路，形成热接点，所述金属配线在所述多晶硅配线上从所述空腔区域的中央附近延伸至所述框架，所述金属配线横穿所述多晶硅配线彼此之间的间隙，与相邻的多晶硅的端部电短路，形成冷接点。8.根据权利要求1至7中任一项所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述金属配线的一部分由含有与所述多晶硅配线不同的杂质的第二多晶硅配线形成。9.根据权利要求8所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述金属配线的中央部由含有与所述多晶硅配线不同的杂质的第二多晶硅配线形成，两端部由金属膜形成。10.根据权利要求8或9所述的热电堆型传感器，其特征在于，所述不同的杂质中的一种为p型的杂质，另一种为n型的杂质。
技术总结热电堆型传感器具备热电堆，该热电堆是由多晶硅和金属膜构成的热电偶在绝缘膜上串联连结而成，在各个对中，金属膜以重叠的方式连接在多晶硅上，各个对隔开规定的间隙排列配置，并且在对和对的连接部分中，金属膜横穿多晶硅和多晶硅之间的间隙，金属膜横穿的部分的多晶硅彼此的间隔比其以外的部分的多晶硅彼此的间隔宽。此的间隔宽。此的间隔宽。
技术研发人员：笠井隆 桃谷幸志
受保护的技术使用者：MMI半导体有限公司
技术研发日：2020.12.15
技术公布日：2022/11/1
