JP3080986B2 - マイクロ機械的センサの構成法 - Google Patents

マイクロ機械的センサの構成法

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Description

【発明の詳細な説明】 従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項に記載した形式のセンサ
の製造方法に関する。
従来の方法では、ウエーハから構造化されたセンサ素
子はウエーハのソーイングによって分離される。この際
に生じるセンサ素子の側面境界壁はウエーハ表面に対し
て垂直に立つ。マイクロ機械的センサ素子のマウンティ
ングは、センサ素子及び基板のその都度の性状及び材料
に基づき接着、はんだ付け又はガラスシールにより行わ
れる。センサ素子の電気接続部は、外側にある金属導体
路にボンディングされる。
発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部に記載の特徴を有する本発
明による方法は、センサ素子が既に構造化中に異方性エ
ッチングにより実質的にウエーハから、センサ素子を製
造工程中に決められた位置に保持するウエブまで分離さ
れるという利点を有する。この関係においては有利に
も、形成される側面のセンサ素子の境界壁が、その都度
の結晶配向に基づき、ウエーハ表面と一定の角度を形成
し、かつ極めて平坦である。更に、センサ素子の構造
化、例えばマスクエッチングを同一工程で実施すること
ができるという、該方法の重要な利点が生じる。第２の
ウエーハは、センサ素子が正確に嵌入する開口が生じる
ように構造化する。センサ素子及び開口の寸法決定にお
ける必要な精度を、同一の結晶配向を有するシリコンウ
エーハで特に簡単に異方性エッチングにより達成するこ
とができる、それというのも、この場合には結晶学的論
拠を有利に利用することができるからである。
請求の範囲第２項以降に記載された手段により、請求
の範囲第１項記載の方法の有利な実施態様が可能であ
る。更に、本発明による方法の有利な適用を記載する。
若干の適用にとって特に有利には、センサ素子と第２の
ウエーハとの間の移行部に段差を有しない、平坦な表面
が生じるように、センサ素子を第２のウエーハの開口に
挿入する。このことは有利には、開口を構造化する第２
のウエーハと同じ厚さを有する第１のウエーハからセン
サを構造化することにより達成される。該開口が第１の
ウエーハを完全に貫通し、センサ素子が完全なウエーハ
厚さを有するようにすれば、開口及びセンサ素子の相応
する長さ及び幅寸法で簡単に均一な表面を実現すること
ができる。この方法は、マイクロ機械的空気量センサを
製造するために使用する際に、特に有利である。この場
合には、センサ表面上で均一な層流が要求される。数10
μｍの範囲内の段差であっても、測定信号に有害な影響
を及ぼす乱流を発生する。
本発明にに基づくマウンティング技術を用いると、必
要な均一性を有するセンサ表面を製造することができ
る。
図面 本発明の実施例は図面に示されており、以下に詳細に
説明する。
図中、第１図は構造化後のウエーハ切片に平面図、第
２図はセンサ素子を挿入する前の構造化したウエーハの
断面図及び第３図はセンサの平面図である。
実施例の説明 第１図には、25でウエーハが示されており、該ウエー
ハから同じ形状のセンサ素子が切り出され、電子回路に
施される、これについて以下に説明する。センサ素子10
は、その表面に３つの抵抗14,15及び16を有し、該抵抗
は第２図に説明の過程で詳細に説明する。（100）又は
（110）−結晶配向を有するシリコンウエーハを使用す
る場合には、マイクロメカニックに、パドル、舌状片又
は膜のような通常の構造を、好ましくは異方性電気化学
的エッチングにより製造することができる。電子回路素
子を有するチップの製造は、著しく費用がかかるので、
処理過程で１枚のチップからできるだけ多くのチップを
製作する、即ちチップをできるだけ小さくすることが所
望される。本発明による方法は、機能に基づき寸法でも
センサ素子の大量生産を可能にし、そのためにもちろん
センサ素子の側壁の正確な決定が必要である。
従って、センサ素子10のウエーハ25及び他のセンサ素
子からの分離はソーイング又は折りで行わず、２工程で
行う。更に、センサ素子10の構造化のための異方性の電
気化学的エッチング工程中に、センサ素子10の側面制限
壁を、ウエーハ25を完全に貫通するエッチング溝26が生
じ、かつセンサ素子がなお細いウエブ27だけによってウ
エーハ25及び別のセンサ素子と繋がっているようにエッ
チングする。該ウエブは処理過程でのセンサ素子の決め
られた位置を保証する。センサ素子の最終的個別化のた
めには、ウエブを破断する、この破断はソーイング又は
折りによって行うことができる。センサ素子10の側面制
限壁の異方性エッチングの場合には、極めて平滑な表面
の他にウエーハ25の結晶配向にとって特徴的な、エッチ
ングを制限する側壁とウエーハ表面との間の角度が自動
的に形成される。
第２図には、本発明による方法に基づき有利に構成す
ることができるガスもしくは空気量を測定するためのセ
ンサを断面図で示されている。10でセンサ素子が示され
ており、該センサは第１図に示されたウエーハ25から構
造化されている。該センサ素子は、その表面６に３つの
抵抗を有し、これらのうちで少なくとも２つは温度依存
性である。少なくとも２つの抵抗14及び16は、この実施
例では、包囲する材料を加熱する抵抗15によって加熱可
能である。抵抗15の周囲の熱量をできるだけ小さく保持
するために、抵抗14,15及び16の周辺部のセンサ素子10
の厚さは減少せしめられている、それにより空洞11が生
じる。センサ素子10はウエーハ20の開口21内に嵌入され
るべきである、このことは矢印によって示されている。
開口21はウエーハ20を完全に貫通し、かつセンサ素子10
が少なくとも２つの向かい合った側腹13に正確に嵌合さ
れかつこの方向でセンサ素子10とウエーハ20との間の移
行部の表面６に段差が生じないように設計されている。
該ウエーハ20は基板８の上に施されている。該基板とし
ては、例えばセラミック又は金属基板が該当する。
この実施例で示されたウエーハ20は、センサ素子10と
同じ結晶配向を有する。センサ素子10の開口21もまた側
面の制限壁も異方性エッチングにより形成されているの
で、開口21の側腹12及びセンサ素子10の側腹13は同じく
決められた傾斜度を有する。更に、７でエッチングスト
ッパとして役立ちかつ空洞11の範囲内のセンサ素子10の
貫通エッチングを阻止するドーピングした領域が示され
ている。
第２図及び第３図に示された空気量センサの作動形式
について、以下に説明する。抵抗14,15及び16を有する
表面上に、できるだけ均一な、層状の空気もしくはガス
流が導かれる。ガスによる熱搬出により、抵抗14,15及
び16に温度勾配が生じ、該温度勾配は抵抗14,15及び16
の抵抗値を変化せしめかつ評価することができる。測定
信号の解釈を困難にする乱流を阻止するために、極端に
均一なセンサ面６が必要である。
第３図には、ウエーハ20、センサ素子10及び抵抗14,1
5及び16を有するセンサ表面が示されている。センサ表
面10上の層流を保証するために、該センサ表面は一定の
最低大きさを有するべきである。本発明の方法によれ
ば、このことを廉価に、実際上のセンサ素子のための枠
として役立つ構造化されたウエーハ20により達成され
る。小さい、ひいては廉価なセンサ素子にもかかわら
ず、ウエーハ20に埋め込むことにより大きなセンサ表面
が達成される。この実施例では、センサ素子10はウエー
ハ20内に、２つの向かい合ったエッジのみで正確にウエ
ーハ20で密閉されるように嵌合されているので、このエ
ッジに対して垂直にセンサ上に導かれるガス流は、セン
サ表面６内の不均一性によって渦流を起こさない。相応
して、抵抗14,15及び16もこの方向で前後して配置され
ている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−313956（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−301120（ＪＰ，Ａ) 米国特許4909078（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01F 1/68 - 1/699 G01P 5/12

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】それぞれが互いに平行な上方主面と下方主
    面とを有する、第１（25）及び第２（20）の単結晶質シ
    リコンウエーハを形成する工程、 エッチングストッパを規定するために、前記第１のウエ
    ーハ（25）の上方主面（６）に隣接した該ウエーハの複
    数の領域（７）にドーピングする工程、 前記第１のウエーハ（25）の下方主面を異方性エッチン
    グし、それによりそれぞれのドープした領域（７）を包
    囲するほぼ連続したエッチング溝（26）を形成しかつウ
    エブ（27）により連結されたそれぞれ個々のセンサ素子
    （10）を規定し、かつ、さらにそれぞれドープした領域
    （７）の下に中央部の空洞（11）をエッチングして、比
    較的薄い熱応答性部分を規定する工程、 それぞれの個々のセンサ素子（10）の前記の熱応答性部
    分上に複数の抵抗素子（14,15,16）を形成する工程、 前記第２のウエーハ（20）の上方主面を異方性エッチン
    グして複数の開口（21）を規定し、その際それぞれの開
    口はそれぞれのセンサ素子（10）の厚みと同じ深さを有
    しかつセンサ素子（10）の寸法に適合する横方向寸法及
    び該開口の傾斜度がそれぞれのセンサ素子（10）の側腹
    （13）の傾斜度に適合する側腹（12）を有するように加
    工する工程、及び 前記センサ素子の前記上方主面（６）が前記第２のウエ
    ーハの上方主面と同一平面になるように、それぞれのセ
    ンサ素子（10）を前記工程で加工した開口（21）の１つ
    に挿入する工程 からなることを特徴とする、空気質量センサの製造方
    法。
  2. 【請求項２】センサ素子（10）が第２のウエーハ（20）
    と同じ厚さを有し、かつ開口（21）をエッチングする際
    にウエーハ（20）を完全に貫通エッチングする、請求の
    範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】センサ素子（10）を、平坦表面（６）が生
    じるように、ウエーハ（20）の開口（21）に挿入する、
    請求の範囲第１又は２項記載の方法。
  4. 【請求項４】第１のウエーハ（25）及び第２のウエーハ
    （20）として、（100）−結晶配向又は（110）−結晶配
    向を有するシリコンウエーハを使用する、請求の範囲第
    １項から第３項までのいずれか１項記載の方法。
  5. 【請求項５】単結晶質半導体材料の中央部の薄いドープ
    した領域（７）、 前記ドープした領域上の加熱抵抗（15）、 前記ドープした領域上の少なくとも１つの検出抵抗（1
    4,16）、 前記ドープした領域（７）を包囲しかつ傾斜した側腹
    （13）を有する半導体材料からなる厚いセンサ素子、 前記厚いセンサ素子を包囲しかつ前記厚いセンサ素子の
    前記側腹（13）に対する余角で傾斜した側腹（12）及び
    前記ドープした領域（７）及び前記厚いセンサ素子の上
    方主面（６）と同一平面の上方表面を有する前記第２の
    ウエーハ（20）、及び 前記第２のウエーハ（20）の下方主面に固定された基板
    （８） からなることを特徴とする、空気流量を測定するセン
    サ。
  6. 【請求項６】センサ素子（10）の表面に少なくとも１つ
    の温度依存型抵抗（14,15,16）が配置されている、請求
    の範囲第５項記載のセンサ。
  7. 【請求項７】少なくとも１つの抵抗（14,15,16）を加熱
    するための手段が設けられている、請求の範囲第６項記
    載のセンサ。
  8. 【請求項８】少なくとも１つの抵抗（14,15,16）の抵抗
    変化を評価するための手段が設けられている、請求の範
    囲第６又は７項記載のセンサ。
  9. 【請求項９】センサ素子（10）の、少なくとも１つの抵
    抗（14,15,16）が配置された領域の厚さが薄くなってい
    る、請求の範囲第５項から第８項までのいずれか１項記
    載のセンサ。
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