JPH07201511A - マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子 - Google Patents

マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子

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Publication number
JPH07201511A
JPH07201511A JP5350513A JP35051393A JPH07201511A JP H07201511 A JPH07201511 A JP H07201511A JP 5350513 A JP5350513 A JP 5350513A JP 35051393 A JP35051393 A JP 35051393A JP H07201511 A JPH07201511 A JP H07201511A
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JP
Japan
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thin film
substrate
bridge
etching
film
Prior art date
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Pending
Application number
JP5350513A
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English (en)
Inventor
Zenichi Akiyama
善一 秋山
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Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Seiki Co Ltd
Ricoh Elemex Corp
Ricoh Co Ltd
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Publication date
Application filed by Ricoh Seiki Co Ltd, Ricoh Elemex Corp, Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Seiki Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 第1の目的は、マイクロブリッジ形態を有す
る薄膜素子に於いて、ブリッジ形成にデザイン、及びブ
リッジ面積に制約を与えず、素子特性の向上を実現、第
2の目的は、薄膜素子の作製に伴って形成される基板の
孔をふさぎ、該素子の接合工程の改良を画るものであ
る。 【構成】 基板上に誘電体膜および該誘電体膜上に形成
された機能性薄膜素子を有し、かつ基板が部分的に除去
され、前記誘電体膜および該誘電体膜上に形成された機
能性薄膜が1個または複数個のマイクロブリッジを形成
した薄膜素子において、基板がSiO2を主成分とした
感光性ガラスであることを特徴とする薄膜素子。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【技術分野】本発明は、マイクロブリッジ形状を有する
薄膜素子に関する。
【0002】
【従来技術】梁(マイクロブリッジ)形成のためにSi
基板上に誘電体膜を堆積させ、その後Siの異方性エッ
チングにより梁(マイクロブリッジ)を形成する素子に
おいては、熱式センサの各種特性(消費電力の低電力
化、応答速度の高速化、多機能化)を飛躍的に向上させ
た。マイクロブリッジ上に各種センサ素子を薄膜形態で
作り込むことにより、特に熱を媒体として、物性変化を
検知させるセンサにとっては、熱絶縁を容易に実施でき
るため有効である。これらマイクロセンサの構造を図1
に示す。例えば、特公平3−52028号公報には、S
iウエハ基板上にマイクロブリッジを形成し、熱式気体
質量流量計を作製している。Si基板における異方性エ
ッチングは、アルカリに対する基板Siの腐食速度(エ
ッチング速度)が(100)、(110)面と(11
1)面においてことなる事を利用した加工法である。従
って基板にSi(100)基板を使用すれば、基板表面
は実質的に(100)面と平行であり、(110)軸方
向と平行にならない角度を持ってマイクロブリッジが加
工できる。従来までに開発されたマイクロセンサ(11
0)に対して45°の角度で懸垂された形状を有してい
る。これは加工途中のブリッジ下部のSiを効率良くエ
ッチングするためや、限定された基板面積上に最も大き
なブリッジを形成する要請により、45°が選ばれてい
る。従ってSi基板を利用したマイクロ加工では、ブリ
ッジ形成(設計)に制約を受けているのが現状である。
例えば、この素子を気体の質量流量計に用いた場合、放
熱面積(ブリッジ面積)の増加と感度には比例の関係が
有り、放熱面積を大きくした方が望ましい。またブリッ
ジ上に発熱素子を、その両端に温度測定素子を対称に配
置させた気体の進行方向検知および質量流量計において
は、放熱面積が少ないと高流量時の熱収支飽和現象によ
り、測定範囲の狭幅化が問題となる。
【0003】Si基板での放熱面積の大面積化は以下の
制約を受ける。(110)軸に対して45°方向にブリ
ッジを形成する。エッチングホールは1辺の長さlの直
角二等辺三角形2組を、直角二等辺三角形の斜辺が(1
10)軸に置かれ、2つの底辺間距離が√2lにほぼ近
い値を持って配置する。この様なエッチングホールでの
ブリッジ形成は原理的には最大のブリッジ面積を与え
る。エッチングの進行を図3に示す。図中、矢印Aは
(111)面の出現に伴ってエッチングは進行しない
(エッチング速度が2桁程他の面と異なるので、進行し
ないと表現する)。深さ方向B,B′で示す横方向エッ
チングはほぼ等しい速度で進行する。横方向エッチング
はP点に達するまで、(111)面を出現させるように
進行し、両側のエッチングがP点で重なったとき、C方
向のエッチングが進行する。エッチングの終了はエッチ
ングホールの2つの三角形頂点を対角線としたほぼ正方
形が形成される時点で終了する。いま基板の厚さが無限
に厚いと仮定し、l=500μm/sin45°で設計
したブリッジ幅1000μmの形成を考える。横方向進
行でP点まで達した後(500μm)P′まで(500
μm)進み、さらに完了するP″まで(500μm)
に、基板深さ方向に対し、同様な距離1500μmのエ
ッチングがなされる。実際は基板の厚さは有限であり、
4インチSiウェハでは500μmが一般的であり、1
000μmのブリッジ形成途中で基板を貫通する孔がで
きてしまう。貫通孔はその後ダイボンダーによる接合工
程において好ましくない。従って、Si基板を用いた場
合ブリッジ面積にも制約が発生する。
【0004】
【目的】本発明の第1の目的は、マイクロブリッジ形態
を有する薄膜素子に於いて、ブリッジ形成にデザイン、
及びブリッジ面積に制約を与えず、素子特性の向上を実
現するものである。第2の目的は、薄膜素子の作製に伴
って形成される基板の孔をふさぎ、該素子の接合工程の
改良を画るものである。
【0005】
【構成】本発明の第1は、基板上に誘電体膜および該誘
電体膜上に形成された機能性薄膜素子を有し、かつ基板
が部分的に除去され、前記誘電体膜および該誘電体膜上
に形成された機能性薄膜素子が1個または複数個のマイ
クロブリッジを形成した薄膜素子において、基板がSi
2を主成分とした感光性ガラスであることを特徴とす
る薄膜素子にある。本発明で使用する感光性ガラスと
は、紫外線等のエネルギー光の照射により金属コロイド
前駆体が析出し(露光)、熱処理により金属コロイドが
結晶核となり露光部のみ結晶化が生じる(現像)。この
ように露光部のみを結晶化したガラスはエッチング剤、
例えばふっ酸水溶液による溶解が結晶部、非結晶部で速
度が異なり、結果として異方性エッチングが可能となる
特徴を有するものである。この手法によるマイクロ加工
は、半導体製造工程と整合性が良く、またブリッジ設計
に対して何等制約されることなく実行できる。
【0006】本発明の第2は、梁(マイクロブリッジ)
作成のために基板に形成される基板貫通孔を有する前記
薄膜素子基板底面にフィルムまたはシートを接合し、前
記貫通孔をふさぎ、実装することを特徴とするフィルム
またはシートの接合した前記第1の薄膜素子に関する。
本発明の薄膜センサのマイクロブリッジは、基板上に空
中に浮いた架橋構造あるいは片持ち梁構造、さらには前
記両構造を共に有するものであってもよい。次ぎに本発
明薄膜素子の作製法およびその構成を図面に基づき実施
例として具体的に説明する。
【0007】
【実施例】図4に基づき実施例を説明する。感光性ガラ
ス3〔HOYA感光性ガラスPEG3(商品名)〕を使
用した。両面を研磨した感光性ガラス3にマイクロパタ
ーンを転写する(これはフォトマスク2を介して紫外線
Cを照射することにより、ガラス内に潜像4を作る)
(a)。適切な熱処理により感光した部分(潜像4)を
結晶化させる。このことによりふっ酸水溶液に対する溶
解速度を速くさせる。熱現像の温度は600℃とした。
次に熱履歴による変形を取り除くため精密研磨を行い、
薄膜作製用基板3として十分平滑さを確保した後
(b)、ブリッジ形成用の誘電体薄膜5を堆積させる
(c)。誘電体薄膜5はSi半導体装置などのプロセス
で馴染のある窒化シリコン膜をCVD法で堆積させるほ
か、五酸化タンタル膜を反応性スパッタリング法にて堆
積させても良い。ブリッジとして自立体を得るために、
この誘電体薄膜の膜厚は、1.5μm以上とした。五酸
化タンタルの反応性スパッタ製膜に於いてはスパッタ条
件により膜の内部応力が比較的小さい値になること、さ
らに堆積後の500℃熱処理により応力がほとんど残留
しないことを確認している。従って、本実施例ではこの
五酸化タンタル膜を堆積し、熱処理を施した。次にPt
薄膜抵抗体6を形成し、熱式気体質量流量計を作製する
ならば、このPt薄膜抵抗体を薄膜ヒータと測温抵抗体
としてパターニングし、また金属酸化物半導体、該金属
酸化物半導体上に白金(Pt)、パラジウム(Pd)等
の貴金属を触媒として用いたガスセンサではさらに薄膜
機能素子をこのブリッジ上に作製する(d)。基本的に
はこの様に少なくともブリッジ上に薄膜機能素子を作り
込む事を意味しており、このことで各種マイクロセンサ
が作製できる。次にパッシベーション膜7を堆積後、パ
ット、エッチングホールを開口させ(e)、8wt%ふ
っ酸水溶液、室温にてエッチングを行うことでブリッジ
を形成した。この工程から示されるようにSi基板では
その結晶方位、ブリッジ面積などに制約があったが、本
実施例ではその様なことは生じない。次に基板を貫通す
る孔は熱硬化型エポキシ系接着フィルムまたはシート
(厚40μm、熱硬化温度170℃)を基板裏面に接合
(g)、以下チップ切り出し、実装を行った。但し、基
板裏面に接合するフィルムまたはシートは、前記熱硬化
型エポキシ系接着フィルムまたはシートに限られるもの
ではなく、例えば熱または接着剤などにより接合できる
フィルムまたはシートであれば任意のものが使用でき
る。
【0008】
【効果】本発明によれば、ブリッジ幅を拡大させる事に
より、例えば熱式気体質量流量計に於いては感度のダイ
ナミックレンジの拡大ができ、さらに他のガスセンサ、
湿度センサ等のマイクロセンサに於いても、複数の機能
性薄膜素子を容易に集積化することが可能となり、素子
の高機能化がはかれる。また、基板の貫通孔をシートの
接合によりふさぐことで、実装工程に不備を与えること
なく、作製できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】マイクロブリッジ型気体質量流量計の一例の平
面を模式的に示す図である。
【図2】Si異方性エッチングによる加工の一例を説明
した図である。
【図3】Si異方性エッチングによるブリッジ形成の進
行を説明した図である。 (a)Si基板に直角二等辺三角形のエッチングホール
2組を配置した図である。 (b)前記(a)の横方向エッチングがP点進行するこ
とを説明した図である。 (c)前記(b)の横方向進行エッチングがP点に到達
後、P′点までエッチングが進行することを説明した図
である。 (d)エッチングの終了時点を説明した図である。
【図4】実施例で作製した薄膜素子の構成およびその製
造工程を説明した図である。 (a)感光性ガラスにマスクパターンを通して紫外線照
射する工程を示す。 (b)熱処理した感光潜像部分を有する基板を精密研磨
を行う工程を示す。 (c)誘電体薄膜を堆積する工程を示す。 (d)Pt薄膜を堆積パターニングする工程を示す。 (e)パッシベーション膜を堆積及びエッチングホール
を開口させる工程を示す。 (f)基板をエッチングにより除去し、ブリッジを形成
する工程を示す。 (g)熱硬化型エポキシ系接着フィルムを接合、実装す
る工程を示す。
【符号の説明】
1 マイクロブリッジ 2 マスクパターン 3 感光性ガラス 4 感光潜像部分 5 誘電体膜 6 Pt薄膜抵抗体 7 パッシベーション膜 8 熱硬化型エポキシ系接着フィルム A (110)軸方向(エッチングが進行しない方向) B 深さ方向エッチング進行方向 B′ 深さ方向エッチング進行方向 C 紫外線照射(露光)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に誘電体膜および該誘電体膜上に
    形成された機能性薄膜素子を有し、かつ基板が部分的に
    除去され、前記誘電体膜および該誘電体膜上に形成され
    た機能性薄膜が1個または複数個のマイクロブリッジを
    形成した薄膜素子において、基板がSiO2を主成分と
    した感光性ガラスであることを特徴とする薄膜素子。
  2. 【請求項2】 機能性薄膜がPt薄膜抵抗体を薄膜ヒー
    タと測温抵抗体としてパターンニングされたものである
    請求項1記載の薄膜素子。
  3. 【請求項3】 基板貫通孔を基板裏面にフィルムまたは
    シートを接合した請求項1記載の薄膜素子。
JP5350513A 1993-12-28 1993-12-28 マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子 Pending JPH07201511A (ja)

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JP5350513A JPH07201511A (ja) 1993-12-28 1993-12-28 マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子

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JP5350513A JPH07201511A (ja) 1993-12-28 1993-12-28 マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子

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JPH07201511A true JPH07201511A (ja) 1995-08-04

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ID=18411007

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JP5350513A Pending JPH07201511A (ja) 1993-12-28 1993-12-28 マイクロブリッジ形状を有する薄膜素子

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JP (1) JPH07201511A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7674038B2 (en) * 2000-12-29 2010-03-09 Tesat-Spacecom Gmbh & Co. Kg Arrangement for temperature monitoring and regulation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7674038B2 (en) * 2000-12-29 2010-03-09 Tesat-Spacecom Gmbh & Co. Kg Arrangement for temperature monitoring and regulation

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