(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電層を有する基板と、
上面に開口部を有する第１キャビティが形成された第１絶縁体と、前記第１キャビティの底面に設けられた第１感ガス材と、前記第１感ガス材に接続され、前記第１絶縁体の下面側に露出した第１端部を有する第１電極とを含み、前記導電層と前記第１電極の前記第１端部とが電気的に接続され前記基板に搭載されたＭＥＭＳガスセンサと、
前記第１絶縁体に固定された、前記開口部を遮蔽する遮蔽部材とを備え、
前記遮蔽部材は、ガスが通過不能な材料で形成され、
前記キャビティの底面に、前記キャビティと外部とを連通する穴が形成された、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ。
【請求項２】
前記ＭＥＭＳガスセンサと前記基板との間の隙間を、前記ＭＥＭＳガスセンサの平面方向内外で遮断する遮断部材をさらに備えた、請求項１に記載のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ。
【請求項３】
前記基板は、前記穴に対応する貫通部を含む、請求項１または２に記載のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ。
【請求項４】
請求項１に記載の前記ＭＥＭＳガスセンサと、
下面に開口部を有する第２キャビティが形成された第２絶縁体と、前記第２キャビティの上に設けられた第２感ガス材と、前記第２感ガス材に接続され、前記第２絶縁体の上面側に露出した第２端部を有する第２電極とを含む他のＭＥＭＳガスセンサとを備え、
前記ＭＥＭＳガスセンサと前記他のＭＥＭＳガスセンサとは、各々の前記開口部を対向させ、１つのキャビティが形成されるように互いに接続された、ＭＥＭＳガスセンサ組立体。
【請求項５】
一方の端部が中央部で感ガス材に接続され、第１ブリッジ部を通って、他方の端部が周辺の固定部にある導電配線を絶縁体の下に形成するステップと、
前記導電配線の上に層間絶縁膜を形成するステップと、
前記中央部から第２ブリッジ部を通って、端部が前記固定部にあるヒータ配線を前記層間絶縁膜の上に形成するステップと、
前記ヒータ配線の上に保護膜を形成するステップと、
前記導電配線及び前記ヒータ配線の、固定部にある端部を露出させるステップと、
前記層間絶縁膜及び前記保護膜に切欠きを形成し、前記中央部、前記第１ブリッジ部及び前記第２ブリッジ部を形成するステップと、
前記絶縁体の上面に開口部を有し、前記切欠きに連通するキャビティを形成するステップと、
前記導電配線に接続されるように、前記中央部に前記感ガス材を形成するステップと、
前記キャビティ、前記感ガス材、前記導電配線及び前記ヒータ配線は、１つの前記絶縁体に組をなして複数形成され、前記中央部、前記第１ブリッジ部及び前記第２ブリッジ部の下面がダイシングテープに支持されるように、前記絶縁体を前記ダイシングテープの上に載置し、前記組ごとに切断するステップとを備えた、ＭＥＭＳガスセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ、特に、ＭＥＭＳガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体式ガスセンサの感ガス材は、金属酸化物半導体（酸化スズ）からなる。還元ガスが高温状態の酸化スズに接触すると、表面の酸素が還元ガスと反応して取り去られる。その結果、酸化スズ中の電子が自由になる（つまり、酸化スズの抵抗が減少する）。以上の原理により、半導体式ガスセンサにおいてガスが検出される。
半導体式ガスセンサの一種であるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）ガスセンサは、主に、半導体チップと、それを収容するパッケージとから構成されている。
【０００３】
半導体チップには、キャビティが形成されている。キャビティの開口部には絶縁膜が形成され、絶縁膜に感ガス部が設けられている。感ガス部は、感ガス材と、薄膜ヒータとを有している。感ガス部はさらに配線を有している。配線は、感ガス材及び薄膜ヒータからキャビティの外部まで引き出され、電極パッドに接続されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９８２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のＭＥＭＳガスセンサでは、電極パッドはワイヤボンディングを介して外部の配線に電気的に接続される。したがって、ＭＥＭＳガスセンサを収容するパッケージが大型化する。
従来のＭＥＭＳガスセンサの製造工程では、ウェハ基板に半導体チップ構造が多数形成された後に、ブレードダイシングで半導体チップごとに分断される。ブレードダイシング時に、ウェハ基板はダイシングテープの上に置かれる。この場合、各半導体チップの絶縁膜においてキャビティ開口に対応する部分（例えば、ブリッジ部）が、キャビティを介してダイシングテープから離れた位置にある。したがって、ブレードダイシング時に、ブリッジ部が破損しやすい。特に、ブリッジ部の強度が十分でない場合は、冷却水がかかるだけでブリッジ部が破損することがある。
【０００６】
本発明の目的は、ＭＥＭＳガスセンサを収容するパッケージを小型化することにある。
本発明の他の目的は、ＭＥＭＳガスセンサにおいて、感ガス材を支持する薄膜をブレードダイシング時に破損しにくくすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。
【０００８】
本発明の一見地に係るＭＥＭＳガスセンサは、絶縁体と、感ガス材と、電極とを備えている。
絶縁体は、キャビティを有する。
感ガス材は、キャビティの底面に設けられている。
電極は、感ガス材に接続されている。電極は、絶縁体の底面と反対側に露出した端部を有する。
このＭＥＭＳガスセンサでは、電極の端部が絶縁体の底面と反対側に露出しているので、ＭＥＭＳガスセンサをパッケージ用基板に例えば半田ボールといった接続材料で電気的に接続できる。その結果、ＭＥＭＳガスセンサを収容するパッケージを小型化できる。
【０００９】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサ実装体は、上述のＭＥＭＳガスセンサと、基板と、導電層と、接続材料とを備えている。
基板には、ＭＥＭＳガスセンサが搭載される。
導電層は、パッケージ用基板に設けられている。
接続材料は、導電層と電極の端部を電気的に接続する。
【００１０】
ＭＥＭＳガスセンサ実装体は、ＭＥＭＳガスセンサと基板との間の隙間をガスセンサの平面方向内外で遮断する遮断部材をさらに備えていてもよい。
このＭＥＭＳガスセンサ実装体では、遮蔽部材によって裏面からの熱の移動が遮断され、そのため熱効率が高くなる。したがって、感ガス材のガス検出感度が高くなる。なお、「遮断」とは、熱の移動を少なくとも制限し逃げにくくするように設けられていることを意味する。
【００１１】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサ・パッケージは、上述のＭＥＭＳガスセンサ実装体と、蓋部材とを備えている。蓋部材は、基板に固定され、ＭＥＭＳガスセンサ実装体を覆っている。「覆う」とは、ＭＥＭＳガスセンサ実装体を取り囲んでいる状態を意味する。
【００１２】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサ・パッケージは、上述のＭＥＭＳガスセンサ実装体と、遮蔽部材とを備えている。遮蔽部材は、絶縁体に固定され、キャビティの開口部を遮蔽している。「遮蔽」とは、開口部が閉じられるように一部又は全体を遮る状態を意味する。
このＭＥＭＳガスセンサ・パッケージでは、遮蔽部材が絶縁体に固定されているので、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージが小型化される。
【００１３】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサ・パッケージは、上記のＭＥＭＳガスセンサと、絶縁体に固定されキャビティの開口部を遮蔽する遮蔽部材と、を備えている。
この場合、小型化されたＭＥＭＳガスセンサ・パッケージが得られる。
遮蔽部材は多孔質材料を有していてもよい。
この場合、キャビティ内には、上述の多孔質材料からガスが進入する。
【００１４】
遮蔽部材は密封されており、キャビティの底面にはキャビティと外部とを連通する穴が形成されていてもよい。「密封」とは、隙間なく塞ぐこと、つまりガスが完全に通過不能であることを意味する。
この場合、キャビティ内には、上述の穴からガスが進入する。
【００１５】
基板は、穴に対応する貫通部を有していてもよい。
この場合、キャビティ内には、上述の貫通部からガスが進入する。
【００１６】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサ組立体は、上述のＭＥＭＳガスセンサと、第２ＭＥＭＳガスセンサとを有している。第２ＭＥＭＳガスセンサは、第２絶縁体と、第２感ガス材と、第２電極とを有している。第２絶縁体は、キャビティに対向する第２キャビティを有している。第２感ガス材は、第２絶縁体の第２底面と反対側に設けられている。第２電極は、第２感ガス材に接続されている。第２電極は、第２絶縁体の第２底面と反対側に露出した第２端部を有している。
このＭＥＭＳガスセンサ組立体では、第１電極の第１端部と第２電極の第２端部が反対側に分かれて設けられる。したがって、電極の取り出しが容易になる。
【００１７】
本発明の他の見地に係るＭＥＭＳガスセンサの製造方法は、下記のステップを備えている。
◎絶縁体に複数のキャビティを形成するキャビティ形成ステップ
◎各キャビティの底面に感ガス材を形成する感ガス材形成ステップ
◎キャビティの底面を下側に配置した状態で支持面の上に載置して、キャビティ及び感ガス材ごとに切断する切断ステップ
このＭＥＭＳガスセンサの製造方法では、キャビティの底面が支持面に載置された状態で、切断ステップが実行される。したがって、感ガス材の周りのキャビティ底面が破損しにくい。
【００１８】
ＭＥＭＳガスセンサの製造方法は、下記のステップをさらに備えていてもよい。
◎キャビティ形成ステップの前に、感ガス材に接続される導電配線を絶縁体に形成する導電配線形成ステップ
◎導電配線形成ステップの後に、絶縁体にヒータ配線を形成するステップ
【発明の効果】
【００１９】
本発明においては、ＭＥＭＳガスセンサを収容するパッケージが小型化される。
本発明においては、ＭＥＭＳガスセンサにおいて、感ガス材を支持する薄膜がブレードダイシング時に破損しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態のＭＥＭＳガスセンサの断面図。
【図２】ＭＥＭＳガスセンサの平面図。
【図３】図２の部分拡大図であり、感ガス材の平面図。
【図４】ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図５】ブレードダイシングを示す断面図。
【図６】ＭＥＭＳガスセンサ実装体の製造を示す断面図。
【図７】ＭＥＭＳガスセンサ実装体の製造を示す断面図。
【図８Ａ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｂ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｃ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｄ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｅ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｆ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｇ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｈ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｉ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｊ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｋ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｌ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｍ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｎ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｏ】ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｐ】第２実施形態のＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｑ】第２実施形態のＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｒ】第２実施形態のＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図８Ｓ】第２実施形態のＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図。
【図９】第３実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１０】第４実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１１】第５実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１２】第６実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図。
【図１３】第６実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１４】第７実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図。
【図１５】第８実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図。
【図１６】第９実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１７】第９実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１８】第１０実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図１９】第１０実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図。
【図２０】従来技術のブレードダイシングを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
１．第１実施形態
（１）ＭＥＭＳガスセンサ
図１〜図３を用いて、本発明の一実施形態としてのＭＥＭＳガスセンサ１（以下、ガスセンサ１という）を説明する。図１は、本発明の一実施形態のＭＥＭＳガスセンサの断面図である。図２は、ＭＥＭＳガスセンサの平面図である。図３は、図２の部分拡大図であり、感ガス材の平面図である。
【００２２】
ガスセンサ１は、ベース３（絶縁体の一例）を有している。ベース３は、厚み方向に対向する表面３ａ及び裏面３ｂを有している。「表面」、「裏面」は製造プロセス時の名称であり、図１では表面３ａが下側にあり裏面３ｂが上側にある。ベース３の材料は、例えば、シリコン、サファイヤガラス、石英ガラス、セラミックウェハ、ＳｉＣである。ベース３の厚みは、１００〜８００μｍである。ベース３は、キャビティ３ｃを有している。キャビティ３ｃは、表面３ａと裏面３ｂを貫通しており、表面３ａに開口する第１開口部５ａと裏面３ｂに開口する第２開口部５ｂとを有する。キャビティ３ｃの深さは、１００〜８００μｍである。キャビティ３ｃは、第２開口部５ｂから第１開口部５ａに向かうに従って横断面積が小さくなる四角錐形状である。ただし、キャビティの形状は、垂直穴でもよいし、平面形状は正方形、長方形、丸であってもよい。
なお、ベース３の裏面３ｂには酸化膜６が形成されている。酸化膜６の厚みは０．０５〜２μｍである。酸化膜６は、後述するプロセス時の裏面絶縁膜である。
【００２３】
ガスセンサ１は、ベース絶縁層７を有している。ベース絶縁層７は、ベース３の表面３ａに形成されている。ベース絶縁層７は、酸化膜９と、層間絶縁膜１１と、保護膜１３とを有している。酸化膜９は、後述するプロセス時の表面絶縁膜である。酸化膜９の厚みは、０．０５〜２μｍである。層間絶縁膜１１の厚みは０．０５〜５μｍである。保護膜１３の厚みは０．０５〜０．５μｍである。層間絶縁膜１１及び保護膜１３の材料は、例えば、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4、ＳｉＮxＯy、Ａｌ2Ｏ3、ＭｇＯである。
【００２４】
ベース絶縁層７は、図３に示すように、ベース３の表面３ａに固定される固定部１５と、固定部１５と一体に設けられてベース３の第１開口部５ａに対応して位置する薄板状のブリッジ部１７とを有する。ブリッジ部１７は、キャビティ３ｃの第１開口部５ａを塞ぐようにベース３上に形成された薄膜状の支持膜である。ブリッジ部１７は、平面視では、図３に示すように、中央部１９と、中央部１９と固定部１５とを連結する４本の連結部２１とを有する。連結部２１同士の間は、切り欠き２１ａとなっている。切り欠き２１ａは、図１に示すように、キャビティ３ｃの第１開口部５ａを連通させる部分である。切り欠き２１ａによって、応力緩和が実現されている。この実施形態では、図３に示すように、４本の連結部２１はＸ形状であり、４つの切り欠き２１ａの全体形状は丸である。
連結部は、例えば、２〜５本であり、卍形状、×形状、＋形状などである。また、薄板状部分は、ブリッジ部の代わりに、切り欠きがないメンブレン部であってもよい。
【００２５】
ガスセンサ１は、図３に示すように、ヒータ配線パターン２３を有している。ヒータ配線パターンの層構造は、図１に示すように、ヒータ層２３ａと、ヒータ層密着膜２３ｂである。ヒータ層２３ａの厚みは、０．１〜１μｍである。ヒータ層密着膜２３ｂの厚みは、０．０１〜０．５μｍである。ヒータ層２３ａの材料は、例えば、Ｐｔ、ＮｉＣｒ、Ｗ、Ｒｕ、Ｍｏである。ヒータ層密着膜２３ｂの材料は、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3である。ヒータ配線パターン２３は、層間絶縁膜１１の上に形成され保護膜１３に覆われている。そして、ヒータ配線パターン２３は、図１及び図３に示すように、ブリッジ部１７の中央部１９内に電気ヒータ部２５を有する。電気ヒータ部２５は、一対の電極パッド２７、２７に接続されている。電気ヒータ部２５は、感ガス材３３（後述）を加熱して、測定ガスと感ガス材３３の反応を促進させ、反応した後は速やかに吸着したガス及び水分を発散させる機能を有する。
【００２６】
ガスセンサ１は、電極配線パターン２９を有している。電極配線パターン２９の層構造は、図１に示すように、センス層２９ａと、センス層密着膜２９ｂである。センス層２９ａの厚みは０．１〜１μｍである。センス層密着膜２９ｂの厚みは０．０１〜０．５μｍである。センス層２９ａの材料は、例えば、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉである。センス層密着膜２９ｂの材料は、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｔａ2Ｏ5、Ａｌ2Ｏ3である。電極配線パターン２９は、図１及び図３に示すようにブリッジ部１７に検出用電極部３１を構成している。検出用電極部３１は、層間絶縁膜１１の表面上に形成されている。検出用電極部３１は、一対の電極パッド２８、２８に接続されている。検出用電極部３１は、感ガス材３３（後述）に検出対象のガスが付着したときに、ガスセンサ１内の抵抗値変化を検出する機能を有する。
【００２７】
ガスセンサ１は、感ガス材３３を有する。感ガス材３３は、被測定ガスに感応（反応）する性質を有する。具体的には、感ガス材３３は、被測定ガスの濃度変化に応じて、抵抗値が変化する。感ガス材３３は、検出用電極部３１を覆うようにブリッジ部１７の中央部１９上に形成されている。言い換えると、感ガス材３３は、キャビティ３ｃの底面に設けられている。感ガス材３３の厚みは、３〜５０μｍである。感ガス材３３の材料は、例えば、ＳｎＯ2、ＷＯ3、ＺｎＯ、ＮｉＯ、ＣｕＯ、ＦｅＯ、Ｉｎ2Ｏ3である。感ガス材３３の形成方法は、例えば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布、インクジェット塗布、スパッタリングである。
【００２８】
前述したように、電極配線パターン２９は、キャビティ３ｃの底面と反対側に露出した一対の電極パッド２８、２８（端部の一例）を有する。したがって、ガスセンサ１をパッケージ用基板４３に例えば半田ボールといった接続材料で電気的に接続できる。その結果、ガスセンサ１を収容するパッケージ（後述）を小型化できる。
【００２９】
（２）パッケージ
図４を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ４１（以下、パッケージ４１という）を説明する．図４は、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。
パッケージ４１は、実装用基板５３の上面に搭載されている。パッケージ４１は、パッケージ用基板４３を有している。パッケージ用基板４３の上面には、配線４６（導電層の一例）が形成されている。
ガスセンサ１は、パッケージ用基板４３の表面に搭載されている。ガスセンサ１の電極パッド２７，２８は、半田ボール４７（接続材料の一例）を介して配線４６に電気的に接続されている。パッケージ用基板４３とガスセンサ１によって、ＭＥＭＳガスセンサ実装体４９（以下、実装体４９という）が実現されている。なお、半田ボール４７のサイズによって、実装体４９の裏面側のエアギャップが調整される。
【００３０】
パッケージ４１は、蓋部材５１を有している。蓋部材５１の材料は、例えば、絶縁樹脂である。蓋部材５１は、パッケージ用基板４３に固定され、実装体４９を覆っている。「覆う」とは、実装体４９を取り囲んでいる状態を意味する。さらに詳しくは、蓋部材５１は、実装体４９の側方にある側部と上方にある上部とを有している。蓋部材５１には、外部からパッケージ４１内に測定ガスを導入するための複数のガス導入孔５１ａが設けられている。
【００３１】
（３）ブレードダイシング及び実装体の製造
図５を用いて、ブレードダイシングを説明する。図５は、ブレードダイシングを示す断面図である。ブレードダイシングは、キャビティ３ｃの底面を下側に配置した状態で、ウェハ３Ａをダイシングテープ４５（支持面の一例）上に載置して、複数のガスセンサ１（キャビティ３ｃ及び感ガス材３３を含む）ごとに切断する工程である。ブレードダイシングには、例えば、高速回転するダイヤモンド・ブレードが用いられる。
【００３２】
ウェハ３Ａは、ベース絶縁層７を下側にしてダイシングテープ４５の上面に置かれる。ダイシングテープ４５は、ＵＶ照射で低粘着化するものを使用することが好ましい。その場合は、ピックアップ時のブリッジ破損や電極パターン剥離も防止できる。
そして、ブレード（図示せず）が上方から個々のガスセンサ１を切断する。
このとき、本実施形態ではブリッジ部１７はダイシングテープ４５の上に置かれているので、破損しにくい。従来の構造であれば、図２０に示すように、ブリッジ部１１７がダイシングテープ１４５に支持されていないので、ブレードダイシングによってＭＥＭＳガスセンサ１０１を製造する時にブリッジ部１１７が破損しやすかった。図２０は、従来技術のブレードダイシングを示す断面図である。
【００３３】
図６及び図７を用いて、ブレードダイシング後の実装体４９の製造を説明する。図６及び図７は、ＭＥＭＳガスセンサ実装体の製造を示す断面図である。
図６に示すように、半田ボール４７を配線４６の上に載せた状態にする。そして、半田ボール４７を加熱する。これにより、半田ボール４７と配線４６が接続される。次に、図７に示すように、ガスセンサ１を位置合わせしてパッケージ用基板４３の上に置き加熱する。これにより、電極パッド２７，２８が半田ボール４７を介して配線４６に接続される。
または、図６に示すように、半田ボール４７を配線４６の上に載せた状態にする。そして、半田ボール４７を加熱した状態で、図７に示すように、ガスセンサ１を上方からパッケージ用基板４３の上に置く。これにより、電極パッド２７，２８が半田ボール４７を介して配線４６に接続される。この結果、実装体４９が得られる。
【００３４】
（４）ガスセンサの製造方法
図８Ａ〜図８Ｏを用いて、ガスセンサ１の製造方法を説明する。図８Ａ〜図８Ｏは、ＭＥＭＳガスセンサの製造工程を示す断面図である。なお、製造工程の途中であっても、完成品の各構成に対応する構成には同じ符号を付している場合がある。
【００３５】
図８Ａに示すように、ベース３の材料として、例えばシリコン単結晶基板からなる大面積のウェハ３Ａの投入が行われる。ウェハ３Ａは、表面３ａと裏面３ｂとを有している。
図８Ｂに示すように、ウェハ３Ａの表面３ａと裏面３ｂに酸化膜９と酸化膜６がそれぞれ形成される。酸化膜は例えば熱酸化法によって形成される。
【００３６】
以下、図８Ｃ〜図８Ｅを用いて、電極配線パターン２９（導電配線の一例）をウェハ３Ａ（絶縁体の一例）に形成するステップ（導電配線形成ステップの一例）を説明する。
図８Ｃに示すように、センス層２９ａとセンス層密着膜２９ｂが酸化膜９の上に形成される。さらに、所定のパターンのレジスト５２がセンス層２９ａとセンス層密着膜２９ｂの上に形成される。所定のパターンは、レジスト塗布、露光、現像工程によって形成される。
【００３７】
図８Ｄに示すように、センス層２９ａ及びセンス層密着膜２９ｂがドライエッチングされる。ドライエッチングは例えばプラズマ・エッチングである。さらに、レジスト５２が除去される。その結果、センス層２９ａが下層側に配置され、後述するキャビティ開口時に検出用電極部３１のセンス層２９ａがキャビティ３ｃ側に露出する。
図８Ｅに示すように、センス層２９ａ及びセンス層密着膜２９ｂの上に、層間絶縁膜１１が形成されるようになる。
【００３８】
以下、図８Ｆ〜図８Ｉを用い、ウェハ３Ａにヒータ配線パターン２３を形成するステップを説明する。
図８Ｆに示すように、ヒータ層２３ａ及びヒータ層密着膜２３ｂが、層間絶縁膜１１の上に形成される。さらに、所定のレジスト５４がヒータ層２３ａ及びヒータ層密着膜２３ｂの上に形成される。
【００３９】
図８Ｇに示すように、ヒータ層２３ａ及びヒータ層密着膜２３ｂがドライエッチングされる。さらに、レジスト５４が除去される。
図８Ｈに示すように、保護膜１３がヒータ層２３ａ及びヒータ層密着膜２３ｂの上に形成される。
【００４０】
図８Ｉに示すように、ベース絶縁層７に電極パッド開口５５が形成される。
図８Ｊに示すように、レジスト４８が電極パッド形成部以外を覆うように形成され、次に、電極パッド２７，２８が電極パッド開口５５の底面に形成される。このとき、レジスト４８の上には電極パッドと同じ材料の層５０が形成される。電極パッド２７はヒータ配線パターン２３に接続され、電極パッド２８は電極配線パターン２９に接続される。このようにして、ベース３の表面３ａに、電極パッド２７，２８が形成される。
【００４１】
図８Ｋに示すように、連結部２１同士の間となる切り欠き２１ａが形成される。これにより、中央部１９も形成される。
図８Ｌに示すように、ウェハ３Ａを上下反転させる。これにより、プロセス時の裏面３ｂが上に配置される。そして、次に、酸化膜６の中央部分が除去される。この除去部分５８が、キャビティ３ｃの第２開口部５ｂに対応する。
【００４２】
図８Ｍに示すように、ウェハ３Ａにキャビティ３ｃが形成される。具体的には、異方性エッチングによりウェハ３Ａの露出した裏面３ｂ側からエッチングを施して、輪郭形状が方形状（ほぼ正方形）になる第２開口部５ｂを有するキャビティ３ｃを形成する。キャビティ形成後には、検出用電極部３１上の酸化膜９が除去される。除去方法は、ドライ又はウェットのエッチングである。この結果、検出用電極部３１がキャビティ３ｃの底面にて露出される。
以上の工程が、ＭＥＭＳチップ形成工程である。
【００４３】
図８Ｎに示すように、感ガス材３３が形成される。感ガス材３３は、中央部１９の検出用電極部３１（キャビティ３ｃの底面）の上に形成される。つまり、感ガス材３３は、検出用電極部３１を覆うように中央部１９の表面に形成される。一例として、感ガス材３３は、Ｉｎ2Ｏ3を主成分とする金属化合物半導体をペースト化したものを中央部１９の表面に塗布し、６５０℃以上で焼成することにより形成する。
【００４４】
図８Ｏに示すように、ウェハ３Ａに対してブレードダイシングが行われる。この結果、複数のブリッジ型のガスセンサ１が得られる。
このガスセンサ１の製造方法では、キャビティ３ｃの底面が支持面に載置された状態で、切断ステップが実行される。したがって、感ガス材３３の周りのキャビティ底面（例えば、ブリッジ部１７）が破損しにくい。
【００４５】
２．第２実施形態
図８Ｐ〜図８Ｓを用いて、ガスセンサ１の他の実施形態を説明する。この実施形態では、メンブレン型のガスセンサが対象である。図８Ａ〜図８Ｌまでは前記実施形態と同じである。
図８Ｐに示すように、ウェハ３Ａを上下反転させて、次に酸化膜６の中央部分を除去する。この除去部分５８がキャビティ３ｃの第２開口部５ｂに対応する。
【００４６】
図８Ｑに示すように、ウェハ３Ａにキャビティ３ｃが形成される。キャビティ形成後には、検出用電極部３１上の酸化膜９が除去される。除去方法は、ドライ又はウェットのエッチングである。この結果、検出用電極部３１がキャビティ３ｃの底面にて露出される
図８Ｒに示すように、感ガス材３３が形成される。感ガス材３３は、中央部１９の検出用電極部３１（キャビティ３ｃの底面）の上に形成される。
【００４７】
図８Ｓに示すように、ウェハ３Ａに対してブレードダイシングが行われる。この結果、複数のメンブレン型のガスセンサ１が得られる。
このガスセンサ１の製造方法では、キャビティ３ｃの底面が支持面に載置された状態で、切断ステップが実行される。したがって、感ガス材３３の周りのキャビティ底面が破損しにくい。
【００４８】
３．第３実施形態
図９を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ６１（以下、パッケージ６１という）を説明する。図９は、第３実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。
パッケージ６１は、実装用基板５３に搭載されている。実装用基板５３の上面には、配線４６（導電層の一例）が形成されている。
【００４９】
ガスセンサ１の電極パッド２７，２８は、半田ボール４７（接続材料の一例）を介して配線４６に電気的に接続されている。実装用基板５３とガスセンサ１によって、ＭＥＭＳガスセンサ実装体４９（以下、実装体４９という）が実現されている。
【００５０】
パッケージ６１は、遮蔽部材６３を有している。遮蔽部材６３の材料は、例えば、ＭＥＭＳ加工で微細貫通穴が空いたＳｉ基板である。遮蔽部材６３は、ガスセンサ１のベース３に固定され、キャビティ３ｃの第２開口部５ｂを遮蔽している。「遮蔽」とは、開口部が閉じられるように一部又は全体を遮る状態を意味する。遮蔽部材６３には、ガスセンサ１の外部から測定ガスを導入する複数のガス導入孔６３ａが設けられている。
このパッケージ６１では、遮蔽部材６３がベース３に固定されているので、パッケージ６１が小型化される。
【００５１】
４．第４実施形態
図１０を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ６５（以下、パッケージ６５という）を説明する。図１０は、第４実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。パッケージ６５の基本的な構造は第３実施形態と同じである。
パッケージ６５は、遮蔽部材６７を有している。遮蔽部材６７は、ガスセンサ１のベース３に固定され、キャビティ３ｃの第２開口部５ｂを遮蔽している。「遮蔽」とは、開口部が閉じられるように一部又は全体を遮る状態を意味する。遮蔽部材６７は多孔質材料からなる。具体的には、遮蔽部材６７の材料は、例えば、ポーラスＳｉ、多孔質セラミックである。この場合、キャビティ３ｃ内には、上述の多孔質材料からガスが進入する。
【００５２】
パッケージ６５では、遮蔽部材６７がベース３に固定されているので、パッケージ６５が小型化される。
【００５３】
５．第５実施形態
図１１を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ６９（以下、パッケージ６９という）を説明する。図１１は、第５実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。パッケージ６９の基本的な構造は第３実施形態と同じである。
パッケージ６９は、遮蔽部材７１を有している。遮蔽部材７１の材料は、例えば、絶縁樹脂である。遮蔽部材７１は、ガスセンサ１のベース３に固定され、キャビティ３ｃの第２開口部５ｂを遮蔽している。「遮蔽」とは、開口部が閉じられるように一部又は全体を遮る状態を意味する。遮蔽部材７１には穴が空いておらず、ガスが通過不能である。この場合、キャビティ３ｃ内には、上述の遮蔽部材７１からガスが進入しない。
【００５４】
パッケージ６９では、遮蔽部材７１がベース３に固定されているので、パッケージ６９が小型化される。
ガスセンサ１はブリッジ型であるので、キャビティ３ｃの底面には、キャビティ３ｃと外部とを連通する切り欠き２１ａが形成されていている。この場合、切り欠き２１ａが、空気穴として機能しており、キャビティ３ｃ内には切り欠き２１ａからガスが進入する。他の実施形態として、ガスセンサ１がメンブレン型の場合は、薄膜状の支持膜に貫通穴が形成されている。
【００５５】
実装用基板５３は、切り欠き２１ａに対応する貫通部５３ａを有している。したがって、キャビティ３ｃ内に流入するガスの量が多くなる。
【００５６】
６．第６実施形態
図１２を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ組立体７３（以下、組立体７３という）を説明する。図１２は、第６実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図である。
組立体７３は、上述のＭＥＭＳガスセンサ１（以下、ガスセンサ１という）と、第２ＭＥＭＳガスセンサ７５（以下、第２ガスセンサ７５）とを有している。
【００５７】
第２ガスセンサ７５は、第２ベース８３（第２絶縁体の一例）と、第２感ガス材８５（第２感ガス材の一例）と、第２電極配線パターン８７（第２電極の一例）とを有している。第２ガスセンサ７５は、ガスセンサ１と同様にヒータ等を有しているが、ここでは説明を省略する。
第２ベース８３は、キャビティ３ｃに対向する第２キャビティ８３ａを有している。第２感ガス材８５は、第２ベース８３の底面８３ｂ（第２底面の一例）と反対側に設けられている。第２電極配線パターン８７は、第２感ガス材８５に接続されている。第２電極配線パターン８７は、第２ベース８３の底面８３ｂと反対側に露出した電極パッド８９（第２端部の一例）を有している。
【００５８】
この組立体７３では、電極配線パターン２９の電極パッド２８と第２電極配線パターン８７の電極パッド８９が反対側に分かれて設けられる。したがって、電極の取り出しが容易になる。
以上に述べたように、２つのＭＥＭＳセンサを重ねる構造とすることで、２種類の感ガス材料を用いたチップを形成できる。
また、同じ形状のＭＥＭＳガスセンサを重ねると、電極の取り出しが困難であったが、本実施形態の構造では、異なった形状をした２種類のガスセンサ同士の重ね合わせとなり、そのため電極取り出しは表側と裏側に分かれる。つまり、電極の取り出しが容易である。
【００５９】
さらに、２種類のチップを用いているが、パッケージサイズ（実装面積）は１種類の場合と同程度である。
図１３を用いて、組立体７３が収容されたＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ９１（以下、パッケージ９１という）を説明する。図１３は、第６実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。
【００６０】
パッケージ９１は、パッケージ用基板４３を有している。パッケージ用基板４３の上面には、配線４６（導電層の一例）が形成されている。
組立体７３は、パッケージ用基板４３に搭載されている。具体的には、ガスセンサ１の電極パッド２７，２８は、半田ボール４７（接続材料の一例）を介して配線４６に電気的に接続されている。また、第２ガスセンサ７５の電極パッド８９は、ボンディングワイヤ９３によって、配線４６に電気的に接続されている。
【００６１】
パッケージ９１は、蓋部材５１を有している。蓋部材５１の材料は、例えば、絶縁樹脂である。蓋部材５１は、パッケージ用基板４３に固定され、組立体７３を覆っている。蓋部材５１には、外部からパッケージ９１内に測定ガスを導入するための複数のガス導入孔５１ａが設けられている。
【００６２】
７．第７実施形態
図１４を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ組立体９５（以下、組立体９５という）を説明する。図１４は、第７実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図である。
組立体９５は、上述のＭＥＭＳガスセンサ１（以下、ガスセンサ１という）と、他のセンサ９７（フローセンサ、圧力センサ、加速度センサなど）とを有している。
【００６３】
他のセンサ９７は、第３ベース９９と、センサ部１０１と、第３電極配線パターン１０３とを有している。
第３ベース９９は、キャビティ３ｃに対向する第３キャビティ９９ａを有している。第３電極配線パターン１０３は、センサ部１０１に接続されている。第３電極配線パターン１０３は、第３ベース９９の底面９９ｂと反対側に露出した電極パッド１０５を有している。
【００６４】
組立体９５では、電極配線パターン２９の電極パッド２８と第３電極配線パターン１０３の電極パッド１０５が反対側に分かれて設けられる。したがって、電極の取り出しが容易になる。
この実施形態では、ガスセンサ１がメンブレン型であり、上側の他のセンサ９７は、第３キャビティ９９ａ及びキャビティ３ｃに通じる複数の連通穴１０７を有している。
【００６５】
８．第８実施形態
図１５を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ組立体９５Ａ（以下、組立体９５Ａという）を説明する。図１５は、第８実施形態のＭＥＭＳガスセンサ組立体の断面図である。
組立体９５Ａの基本構造は、組立体９５と同じであるので、以下異なる点のみを説明する。
この実施形態では、上側の他のセンサ９７は連通穴を有していない。しかし、ガスセンサ１がブリッジ型であるので、切り欠き２１ａからキャビティ３ｃ内にガスが導入される。
【００６６】
９．第９実施形態
図１６を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ４１Ａ（以下、パッケージ４１Ａという）を説明する．図１６は、第９実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。
【００６７】
パッケージ４１Ａは、実装用基板５３の上面に搭載されている。パッケージ４１Ａは、パッケージ用基板４３を有している。パッケージ用基板４３の上面には、配線４６（導電層の一例）が形成されている。
ガスセンサ１は、パッケージ用基板４３の表面に搭載されている。ガスセンサ１の電極パッド２７，２８は、半田ボール４７（接続材料の一例）を介して配線４６に電気的に接続されている。パッケージ用基板４３とガスセンサ１によって、ＭＥＭＳガスセンサ実装体４９Ａ（以下、実装体４９Ａという）が実現されている。
【００６８】
パッケージ４１Ａは、蓋部材５１を有している。蓋部材５１の材料は、例えば、絶縁樹脂である。蓋部材５１は、パッケージ用基板４３に固定され、実装体４９Ａを覆っている。「覆う」とは、実装体４９Ａを取り囲んでいる状態を意味する。蓋部材５１には、外部からパッケージ４１Ａ内に測定ガスを導入するための複数のガス導入孔５１ａが設けられている。
【００６９】
実装体４９Ａは、ガスセンサ１とパッケージ用基板４３との間の隙間をガスセンサ１の平面方向内外で遮断する遮断部材１１１Ａを有している。なお、「遮断」とは、熱の移動を少なくとも制限するように設けられていることを意味する。具体的には、遮断部材１１１Ａは、アンダーフィル（液状硬化性樹脂）を用いてパッケージ用基板４３の上面に形成された環状のダム形状部分である。アンダーフィルはガスセンサ１裏面の外周部に密着している。また、変形例として、図１７に示すように、パッケージ用基板４３の上面に形成された環状の突起形状の遮断部材１１１Ｂを採用してもよい。この場合、遮断部材１１１Ｂはガスセンサ１に密着していることが好ましい。
この実装体４９Ａでは、遮断部材１１１Ａ又は１１１Ｂによってガスセンサ１とパッケージ用基板４３との間の隙間からの熱逃げが抑制されるその結果、感ガス材３３が高感度になる。また、遮断部材１１１Ａ又は１１１Ｂによって、パッケージ用基板４３とガスセンサ１の接続強度が向上する。
【００７０】
１０．第１０実施形態
図１８を用いて、ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ６１Ａ（以下、パッケージ６１Ａという）を説明する。図１７は、第１０実施形態のＭＥＭＳガスセンサ・パッケージの断面図である。
【００７１】
パッケージ６１Ａは、実装用基板５３に搭載されている。実装用基板５３の上面には、配線４６（導電層の一例）が形成されている。
ガスセンサ１の電極パッド２７，２８は、半田ボール４７（接続材料の一例）を介して配線４６に電気的に接続されている。実装用基板５３とガスセンサ１によって、ＭＥＭＳガスセンサ実装体４９Ｂ（以下、実装体４９Ｂという）が実現されている。
【００７２】
パッケージ６１Ａは、遮蔽部材６３を有している。遮蔽部材６３の材料は、例えば、ＭＥＭＳ加工で微細貫通穴が空いたＳｉ基板である。遮蔽部材６３は、ガスセンサ１のベース３に固定され、キャビティ３ｃの第２開口部５ｂを遮蔽している。「遮蔽」とは、開口部が閉じられるように一部又は全体を遮る状態を意味する。遮蔽部材６３には、外部からパッケージ６１Ａ内に測定ガスを導入するための複数のガス導入孔６３ａが設けられている。
実装体４９Ｂは、ガスセンサ１と実装用基板５３との間の隙間をガスセンサ１の平面方向内外で遮断する遮断部材１１３Ａを有している。なお、「遮断」とは、熱の移動を少なくとも制限するように設けられていることを意味する。具体的には、遮断部材１１３Ａは、アンダーフィル（液状硬化性樹脂）を用いて実装用基板５３の上面に形成された環状のダム形状部分である。アンダーフィルはガスセンサ１裏面の外周部に密着している。また、変形例として、図１９に示すように、実装用基板５３の上面に形成された環状の突起形状の遮断部材１１３Ｂを用いてもよい。この場合、遮断部材１１３Ａ又は１１３Ｂはガスセンサ１に密着していることが好ましい。
【００７３】
実装体４９Ｂでは、遮断部材１１３Ａ又は１１３Ｂによってガスセンサ１と実装用基板５３との間の隙間から熱が逃げにくいその結果、感ガス材３３が高感度になる。
パッケージ６１Ａでは、遮蔽部材６３がベース３に固定されているので、パッケージ６１Ａが小型化される。遮蔽部材６３の形状、材質等は特に限定されない。
【００７４】
１１．第１〜第１０実施形態の特徴
ＭＥＭＳガスセンサ１（ＭＥＭＳガスセンサの一例）は、ベース３（絶縁体の一例）と、感ガス材３３（感ガス材の一例）と、電極配線パターン２９（電極の一例）とを有している。
ベース３は、キャビティ３ｃ（キャビティの一例）を有する。
感ガス材３３は、キャビティ３ｃの底面に設けられている。
電極配線パターン２９は、感ガス材３３に接続されている。電極配線パターン２９は、ベース３の底面と反対側に露出した電極パッド２８（端部の一例）を有する。
このガスセンサ１では、電極パッド２８がベース３の底面と反対側に露出しているので、ガスセンサ１をパッケージ用基板に例えば半田ボールといった接続材料で電気的に接続できる。その結果、ガスセンサ１を収容するパッケージを小型化できる。
【００７５】
１２．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、ＭＥＭＳガスセンサに広く適用できる。
【符号の説明】
【００７７】
１        ：ＭＥＭＳガスセンサ
３        ：ベース
３ａ      ：表面
３ｂ      ：裏面
３ｃ      ：キャビティ
５ａ      ：第１開口部
５ｂ      ：第２開口部
６        ：酸化膜
７        ：ベース絶縁層
９        ：酸化膜
１１      ：層間絶縁膜
１３      ：保護膜
１５      ：固定部
１７      ：ブリッジ部
１９      ：中央部
２１      ：連結部
２１ａ    ：切り欠き
２３      ：ヒータ配線パターン
２３ａ    ：ヒータ層
２３ｂ    ：ヒータ層密着膜
２５      ：電気ヒータ部
２７      ：電極パッド
２８      ：電極パッド
２９      ：電極配線パターン
２９ａ    ：センス層
２９ｂ    ：センス層密着膜
３１      ：検出用電極部
３３      ：感ガス材
４１      ：ＭＥＭＳガスセンサ・パッケージ
４３      ：パッケージ用基板
４５      ：ダイシングテープ
４６      ：配線
４７      ：半田ボール
４９      ：ＭＥＭＳガスセンサ実装体
５１      ：蓋部材
５１ａ    ：ガス導入孔
５３      ：実装用基板
５３ａ    ：貫通部
【図１】
0006803579.tif 000002
【図２】
0006803579.tif 000003
【図３】
0006803579.tif 000004
【図４】
0006803579.tif 000005
【図５】
0006803579.tif 000006
【図６】
0006803579.tif 000007
【図７】
0006803579.tif 000008
【図８Ａ】
0006803579.tif 000009
【図８Ｂ】
0006803579.tif 000010
【図８Ｃ】
0006803579.tif 000011
【図８Ｄ】
0006803579.tif 000012
【図８Ｅ】
0006803579.tif 000013
【図８Ｆ】
0006803579.tif 000014
【図８Ｇ】
0006803579.tif 000015
【図８Ｈ】
0006803579.tif 000016
【図８Ｉ】
0006803579.tif 000017
【図８Ｊ】
0006803579.tif 000018
【図８Ｋ】
0006803579.tif 000019
【図８Ｌ】
0006803579.tif 000020
【図８Ｍ】
0006803579.tif 000021
【図８Ｎ】
0006803579.tif 000022
【図８Ｏ】
0006803579.tif 000023
【図８Ｐ】
0006803579.tif 000024
【図８Ｑ】
0006803579.tif 000025
【図８Ｒ】
0006803579.tif 000026
【図８Ｓ】
0006803579.tif 000027
【図９】
0006803579.tif 000028
【図１０】
0006803579.tif 000029
【図１１】
0006803579.tif 000030
【図１２】
0006803579.tif 000031
【図１３】
0006803579.tif 000032
【図１４】
0006803579.tif 000033
【図１５】
0006803579.tif 000034
【図１６】
0006803579.tif 000035
【図１７】
0006803579.tif 000036
【図１８】
0006803579.tif 000037
【図１９】
0006803579.tif 000038
【図２０】
0006803579.tif 000039