(57)【要約】【課題】応力的なストレスに対し耐性の良い流量検出装置を得ることで、センサ素子の信頼性を向上させること。【解決手段】流量検出装置１には、シリコンウエハ５１の表面側に発熱体５及び吸気温検出体６が設けられており、シリコンウエハの裏面には裏面保護膜４が設けられており、シリコンウエハの裏面側であって発熱体の下方には、裏面保護膜及びシリコンウエハをエッチングすることで形成されているキャビティ２が設けられている。【選択図】図３
2013160706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハの表面側に発熱体及び温度検出体が設けられており、
前記半導体ウエハの裏面には裏面保護膜が設けられており、
前記半導体ウエハの裏面側であって前記発熱体の下方には、前記裏面保護膜及び該半導体ウエハをエッチングすることで形成されているキャビティが設けられている、
流量検出装置。
【請求項２】
前記半導体ウエハの少なくとも裏面は熱酸化膜を有しており、
前記裏面保護膜は、前記熱酸化膜の裏面に設けられている、
請求項１の流量検出装置。
【請求項３】
前記熱酸化膜は、酸化シリコン膜であり、
前記裏面保護膜は、シリコン膜、アルミナ系酸化膜、窒化膜又はカーボン膜である、
請求項２の流量検出装置。
【請求項４】
前記半導体ウエハの裏面は、ミラー研磨された鏡面、または、粗面である請求項１乃至３の何れか一項の流量検出装置。
【請求項５】
前記裏面保護膜は、ポーラス化した薄膜である請求項１乃至４の何れか一項の流量検出装置。
【請求項６】
半導体ウエハの表面側に発熱体及び温度検出体を設け、且つ、該半導体ウエハの裏面側に裏面保護膜を設けておき、
前記裏面保護膜を設けた後に、前記半導体ウエハの裏面側であって前記発熱体の下方に、前記裏面保護膜及び該半導体ウエハをエッチングすることでキャビティを形成する、
流量検出装置の製造方法。
【請求項７】
前記裏面保護膜は、スパッタリングによって形成されている請求項６の流量検出装置の製造方法。
【請求項８】
前記裏面保護膜は、ＣＶＤによって形成されている請求項６の流量検出装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の流入空気量を測定するための流量検出装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の流入空気量の測定等に用いられる流量検出装置として、温度依存性の抵抗体を利用した流量検出装置がある。このような流量検出装置では、発熱体と吸気温検出体とを備えたセンサ素子が用いられている。センサ素子は、発熱体あるいは発熱体によって加熱された部分から流体への熱伝達現象に基づいて該流体の流速ないしは流量を計測する。具体的には、吸気温検出体で検出された温度よりも発熱体の温度が一定温度高くなるような制御を行い、発熱体が流体に放熱した熱量に相当する電圧を出力としてとらえる。
【０００３】
温度依存性の抵抗体を利用した流量検出装置においては、検出部であるキャビティを、ウェットエッチングによって形成する。その際、キャビティを設けるための開口部が形成されるウエハ面にピンホールがあるとエッチャントが浸入するなどしてキャビティの形状が乱れるなどの課題がある。このようなキャビティの乱れを防止するものとしては、例えば特許文献１に開示されたものがあり、ウエハの両面に、熱酸化により形成した保護膜が設けられている。
【０００４】
またウエハ表面にマイクロマシニング（以下ＭＥＭＳと称す）の微細構造をもつ流量検出装置では、ウエハから個々のセンサ素子を切り分けるダイシングと称す切断分離処理が行われる。通常のダイシング工程では、ウエハはそのセンサ素子形成面側を上にして、ダイシング装置のダイシングステージ（チャックテーブル）上に吸引等の方法により固定される。そして、ダイシングブレードと呼ばれる薄い円盤状の切断刃をフランジに装着したのち、センサ素子形成面のダイシング領域（以下「ダイシングライン」と称す）上で高速で回転させることによりウエハを切断し、個々のセンサ素子に分断する。
【０００５】
この切断時には、切断により生じる摩擦熱を抑制し、且つ、ウエハの微細な破片（切断屑）を洗い流すため、切断部及びダイシングブレードに水が噴きつけられる。ＭＥＭＳは、立体的な微細構造体であるため、直接的な外力に対して脆弱で破損しやすい。これを緩和するために、噴きつける純水の量を少なくして切断する方法もある。
【０００６】
しかし、噴きつける水量を少なくした場合、切断屑の一部が洗い流されずにセンサ素子上に残ってしまう。このためセンサ素子上の切断屑が素子動作に影響を及ぼしたり、ワイヤボンディングするパッド部を汚すことで接触強度に影響を与えたりするなどの問題が生じる。また、噴きつける水量や圧力を小さくしても、微細構造の破損を確実に防止できるとはいえない。これに関連しては、例えば特許文献２に、微細構造を確実に保護する目的で粘着性テープをウエハ表面に貼付することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２９５１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−３４９４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１のような両面熱酸化膜付ウエハでは、傷から生じる小さなピットによるキャビティ形状の乱れを低減することができるが完全に無くすことは出来ない。また、例えば、キャビティを形成するウエハ裏面熱酸化膜にメタルチャックとの接触による傷や圧痕が生じるとテトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド（以下ＴＭＡＨと称す）や水酸化カリウム（以下ＫＯＨと称す）を用いたウェットによるシリコンエッチング工程で薬液が裏面に出来た傷や圧痕の欠陥部から浸入し、エッチピットと呼ぶ矩形のエッチング痕が生じたりキャビティ形状が乱れたりするなどの課題があった。
【０００９】
また、特許文献２のような態様によれば、ウエハ表面側のダイシングによる膜剥がれや欠けを低減し、切削水の影響を低減することができる。しかしながら、ウエハ裏面に関しては、次のような問題が依然として残る。
【００１０】
すなわち、ダイシングにより切り分けられたセンサ素子が飛散するのを防ぐ目的でダイシングテープを貼り付け、裏面最表面より数十μｍ手前まで切断した後、物理的に素子ごとに分離するハーフカット法では、裏面寸前で切断を止めたときに生じた切れ目をきっかけに強制的に分離させることになるため、エキスパンドして切断された断面で大きな欠けが発生する。従って、ウエハ裏面側の端面は最も荒れており、依然シリコンウエハの欠けやクラックなどが生じやすい。
【００１１】
また、ダイシング加工精度の向上やダイシングテープの強度が向上したことなどから、現在ではウエハを全部切り込むスルーカット（フルカット）法が主流であるが、スルーカットしても加工応力がダイシングテープで覆われる裏面に抜けて裏面にチッピングが発生する。特に、センサ素子が母材に組み付けられた際、接着剤を介した固定部分にはセンサ素子への曲げ応力が発生するため、センサ素子全体としては低い応力集中であっても、切断端面のチッピングやクラックが発生している部位の先端では理論的引っ張り強度を超える応力が加わることになり、見かけ上小さい応力で破壊することになるためセンサ素子の信頼性に影響を与える。検出感度の向上などを目的にセンサ素子の小型化が進む昨今では、センサ素子の固定部分が細く、より割れ易い構造になりつつあるので、上記の影響はより顕著であるといえる。またスルーカット法では、過剰にダイシングテープを切り込み、エキスパンドする際にテープが裂け、チップずれを起こす恐れもある。よって、これらダイシング時の課題に関し、ウエハ裏面に有効な対策がとられているとは言えない。
【００１２】
本発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、応力的なストレスに対し耐性の良い流量検出装置を得ることで、センサ素子の信頼性を向上させることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した目的を達成するため、本発明の流量検出装置は、半導体ウエハの表面側に発熱体及び温度検出体が設けられており、前記半導体ウエハの裏面には裏面保護膜が設けられており、前記半導体ウエハの裏面側であって前記発熱体の下方には、前記裏面保護膜及び該半導体ウエハをエッチングすることで形成されているキャビティが設けられている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、応力的なストレスに対する耐性を良好にし、センサ素子の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）は、実施の形態１におけるセンサ素子の平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ’の部位を切り出した場合の断面構造図である。
【図２】（ａ）は、実施の形態１におけるセンサ素子の分割前のセンサ素子の一部を裏から見た図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ―Ｂ’線におけるセンサ素子の断面を示す図である。
【図３】本実施の形態１におけるセンサ素子の分割前から分割後に到る加工状態を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明を、内燃機関の流入空気量を測定するための流量検出装置として実施した場合の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。なお、図中、同一符号は同一又は対応部分を示すものとする。
【００１７】
実施の形態１．
本実施の形態１で用いられる流量検出装置は、表裏両面を熱酸化した半導体のウエハの裏面側を部分的に除去してキャビティ２が形成されたセンサ素子３を有する流量検査装置であって、センサ素子３のキャビティ２を除く裏面にはダイシング時のセンサ素子断面の欠けやクラックを抑える目的で、センサ素子３の裏面側を保護する薄膜（裏面保護膜４）が形成されたものである。
【００１８】
以下、図１〜図３に基づいて実施の形態１におけるセンサ素子３の構造と製造プロセスについて説明する。図１（ａ）は、この発明の実施の形態におけるセンサ素子３の平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’の部位を切り出した場合の断面構造図を示している。図２（ａ）は、この発明の実施の形態におけるセンサ素子の分割前のセンサ素子３の一部を裏から見た図であり、点線はダイシングライン１１を示している。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＢ―Ｂ’線におけるセンサ素子３の断面であって、ウエハ表面１２側を図示の上側として模式的に示した断面図であり、同様に、点線はダイシングライン１１を示す。
【００１９】
流量検出装置１は、例えば厚さ０．５ｍｍのシリコンウエハ（半導体ウエハ）５１から長辺側１２ｍｍ×短辺側３ｍｍに切り出されたセンサ素子３を備える。図１に示すように、センサ素子３の表側には、発熱体５および吸気温検出体（温度検出体）６が形成されている。発熱体５はリード部を経て外部との電気的接続を行うための電極７ａとつながっており、吸気温検出体６はリード部を経て電極７ｂとつながっている。
【００２０】
また、センサ素子３は、裏面を部分的に除去したキャビティ２を有しており、キャビティ２の上方に、発熱体５が形成された薄膜部８を有している。なお、上下方向は、図１（ａ）や図２（ａ）及び後述する図３の紙面の上下方向を基準に設定している。センサ素子３の裏面側には、シリコン膜である裏面保護膜４が、いわゆるベタ膜として形成されている。この裏面保護膜４は、シリコンウエハ５１の裏面におけるキャビティ２のダイヤフラム開口部の周囲であって、熱酸化膜１３の裏面側に存在している。
【００２１】
次に、流量検出装置の製造方法すなわちセンサ素子の製造プロセスを、図３を用いて説明する。図３はこの発明の実施の形態におけるセンサ素子３の分割前から分割後に到る加工状態を模式的に示したものである。なお、図３は、図１（ｂ）同様、図１（ａ）のＡ−Ａ’線による断面として示されている。また、図３の各図示状態を簡単に述べると、（ａ）はウエハ表面側を形成後の状態、（ｂ）は電極パッド開口後の状態、（ｃ）は裏面保護膜の形成後の状態、（ｄ）はキャビティの加工後の状態、そして、（ｅ）はセンサ素子の分割加工の態様を示す図である。以下に、各図示状態の詳細な説明を行う。
【００２２】
図３（ａ）の状態に至る過程を説明すると、まず、表裏両面に熱酸化膜１３を有する両面ミラー研磨されたシリコンウエハ５１を用意する。本発明の実施の形態１ではウエハ厚が６２５μｍ、熱酸化膜１３の厚さが５００ｎｍのものを使用した。
【００２３】
そして、シリコンウエハ５１の表面（ウエハ表面１２側の熱酸化膜１３の表面）に、１μｍ以上の厚さを有する窒化シリコン、シリコン酸化膜等よりなる絶縁性を持つ支持膜９がスパッタリングまたはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition  化学的気相成長）等の方法で成膜される。
【００２４】
次に、支持膜９の上にシリコンや白金等の感熱抵抗膜よりなる発熱体５が蒸着やスパッタリング等の方法で例えば厚さ５００ｎｍで成膜される。さらに表面保護膜１０が支持膜９と同様の方法で成膜される。
【００２５】
支持膜９や表面保護膜１０に適用するスパッタリングには、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）を材料としたターゲットと、反応性スパッタリングに用いるＳｉ（シリコン）ターゲットとがあるが、どちらによっても絶縁膜を形成する事は可能である。本発明の実施の形態１では成膜速度を稼ぐためＳｉターゲットを用いて窒素ガスを導入する反応性スパッタリングを用いた。ＣＶＤは常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどがあり、成膜温度は３００〜４００℃程度で処理される。特殊材料ガスとして、例えばモノシラン、ジシランなどがあり、窒化膜にはアンモニアガス、酸化膜には亜酸化窒素もしくは酸素ガス等を用いて形成される。シリコン酸化膜を設ける手法としてＴＥＯＳ−ＣＶＤ法がある。ＣＶＤ法はスパッタリングと比べて段差被覆性に優れており、応力制御性も良いため様々なデバイスで適用されている。支持膜９や表面保護膜１０には段差被覆性に秀でたＣＶＤで絶縁膜形成を行う方が少ない膜厚で被覆できて、緻密な膜が形成されるため望ましい。
【００２６】
発熱体５には、シリコンや白金等を用いて写真製版、ウェットエッチングあるいはドライエッチング等の周知のパターニング手法による電流路パターンが形成される。また、図３には現れていないが、シリコンや白金等の感熱抵抗膜よりなる吸気温検出体６も発熱体５と同様の手法で形成される。次に、図３（ｂ）に示すように、電極７ｂに対してワイヤボンディング等の方法で外部との電気的接続をはかるため、電極７ｂ上の表面保護膜１０が除去される。
【００２７】
次に、図３（ｃ）に示されるように、ウエハ５１の裏面側の熱酸化膜１３に、裏面保護膜４が形成される。裏面保護膜４は、スパッタリングによって設けられ、その膜厚は例えば１μｍから数十μｍ単位の範囲である。
【００２８】
その後、図３（ｄ）に示すように、裏面保護膜４と熱酸化膜１３に対しフォトリソグラフィ処理を順次行い、例えばＣＦ４（四フッ化炭素）と酸素との混合ガスでドライエッチングによる等方性エッチングを行うことでエッチングホールを形成後、例えばレジストプラズマアッシングなどの手法を用いてレジスト灰化処理、ＴＭＡＨやＫＯＨを加温した浴槽に浸漬してウェットエッチング処理を行うことで、図３（ｄ）に示すような断面が台形状のキャビティ２を発熱体５の下方に形成する。このようにしてシリコンウエハ５１に複数のセンサ素子３が形成される。
【００２９】
次いで、ダイシングライン１１をダイシングソーで切断することにより、図３（ｅ）に示すようなセンサ素子３が得られる。
【００３０】
このような本実施の形態１によれば、ダイシングの際、図３（ｃ）に示すようにウエハ裏面に例えばカーボンやシリコン等から成る裏面保護膜４を設けたのちに、キャビティ２を形成し、さらに、ダイシングを行うことで、チャック等物理的な接触傷の発生を抑え、エッチピットの形成及びキャビティ形状の乱れを低減すると共に、例え裏面保護膜４に欠けやクラックが生じたとしても、裏面側の熱酸化膜１３やシリコンウエハ５１内部に対しては、大きな欠けやクラックが発生するのを抑えることが可能となる。すなわち、裏面保護膜４が、キャビティ形成時にウエハ裏面の傷を覆い隠す膜として、そして、ダイシング時にウエハ裏面の緩衝膜として機能する。これにより、センサ素子が支持体に組み付けられた際などに生じる局所的な応力集中によるダイヤフラム加圧時の脆弱化を抑制できる。また、例えばこの裏面保護膜４に対して窒化シリコン膜（ＳｉＮ）や酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を適用することで、ＴＭＡＨやＫＯＨによる異方性エッチングの保護膜としても利用できる。
【００３１】
なお、上記の説明では、熱酸化膜１３付きのシリコンウエハ５１を用いたが、例えば
熱酸化膜１３の代替としてＴＥＯＳ−ＣＶＤ法で膜形成を行っても構わない。また、支持膜９や表面保護膜１０の絶縁膜としてアルミ系酸化膜や窒化膜を用いても良い。また、シリコン絶縁膜とアルミ系絶縁膜を支持膜９もしくは表面保護膜１０の何れか一方に用いても構わない。
【００３２】
発熱体５には、白金以外に、シリコン、シリコンを含む合金、ニッケル、ニッケルを含む合金、クロム、クロムを用い、それによって必要とする線幅のパターンを設けても構わない。また、裏面保護膜４にはアルミナ系酸化膜や窒化膜、カーボン膜など比較的硬質な材料を適用する方が望ましい。
【００３３】
また、キャビティ２はシリコンの異方性エッチングを利用して設けられるが、例えば、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘電結合方式のリアクティブイオンエッチング）による深堀エッチングやミリングなどの物理エッチングで形成しても構わない。
【００３４】
さらに、上記の説明は、両面ミラー研磨されたシリコンウエハ５１を用いる態様で行ったが、例えば、片面ミラーのシリコンウエハ５１でセンサ素子３を形成しても良い。この場合には、ミラー研磨面に発熱体５や支持膜９、表面保護膜１０を設け、面粗度が粗い側となる粗面にキャビティ２を設けてセンサ素子３を形成する。
【００３５】
また、裏面保護膜４を図３（ｂ）の電極パッド開口後に形成したが、図３（ａ）のウエハ表面形成後から図３（ｂ）の電極パッド開口までの間に形成しても構わない。この場合、ウエハ裏面へのチャック等物理的な接触傷に対する緩衝効果を得ることができる利点が得られる。
【００３６】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２として、裏面保護膜の形成を次のように行うこともできる。すなわち、本実施の形態２では、裏面保護膜４をスパッタリングにより成膜する際に、例えばアルゴン圧力を増加して薄膜の空孔率を高めることによって、裏面保護膜４をポーラス化した薄膜として形成する。
【００３７】
これによれば、裏面保護膜４に接着剤とのなじみを良くさせる凹部を構成することとなり、接着剤とのなじみが良くなることで、余分な接着剤がセンサ素子３の表面やキャビティ２へはみ出すことを抑制する効果が期待できる。
【００３８】
以上、好ましい実施の形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の改変態様を採り得ることは自明である。
【００３９】
例えば、裏面保護膜は、スパッタリングに代えてＣＶＤにより形成することもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１  流量検出装置、２  キャビティ、４  裏面保護膜、５  発熱体、６  吸気温検出体（温度検出体）、１３  熱酸化膜、５１  シリコンウエハ（半導体ウエハ）。
【図１】
2013160706.tif 000003
【図２】
2013160706.tif 000004
【図３】
2013160706.tif 000005