JP5197714B2

JP5197714B2 - 流量検出装置

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Publication number: JP5197714B2
Application number: JP2010244024A
Authority: JP
Inventors: 太樹中西; 博元井上; 吉竜川間
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2030-10-29
Also published as: DE102011102324A1; JP2012098072A; US20120103087A1; US8720268B2

Description

この発明は、空気量を測定するための流量検出装置に関するものである。

従来から、例えば内燃機関の空気量を測定するための装置として、流入温度依存性の抵抗体を利用した流量検出装置が知られている。このような流量検出装置には、発熱体と吸気温検出体とを有するセンサ素子が設けられている。そして、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維持し、発熱体が流体に放熱した熱量に相当する電圧を検出することによって、最終的に流量を検出している。

特許文献１には、このような流量検出装置におけるセンサ素子の支持構造の一例が開示されている。特許文献１のセンサ素子は、半導体の平板状シリコン基材裏面に、その基材を部分的に除去して形成された空洞部（キャビティ）を有し、さらに、そのキャビティの上部に、検出素子を持った薄膜部を有している。そして、センサ素子は、その片側のみを支持体組込み部に接着され、すなわち、片持ち態様で支持されている。

特許文献１のような片持ち支持構造を持つ流量検出装置においては、小流量域では被計測流体は、センサ素子の表面のみを流れるが、大流量域ではセンサ素子と支持体組込み部との隙間にも被計測流体が流れ込み（以下、これを「底流」と称す）、流量検出精度の低下を招くという問題がある。このような問題を解決するために、特許文献１では、支持体組込み部内にセンサ素子の周りに沿って溝状のスロットを設けて、大流量域で生じる底流がセンサ素子へ直接当たることを防止しようとしていた。

しかしながら、スロットに導かれた被計測流体は、センサ素子と支持体組込み部との隙間に回り込むことがあり、底流を十分に防止することはできなかった。

特開平９−２６３４３号公報

この発明は、上述した問題を解消するためになされたもので、センサ素子と支持体組込み部との隙間に回り込む底流を抑制し、流量検出精度の低下を防止することができる流量検出装置を提供することを目的としている。

上述した目的を達成するため、本発明の流量検出装置は、センサ素子と、支持体とを備え、上記センサ素子は、半導体の平板状シリコン基材の裏面に、該平板状シリコン基材を部分的に除去して形成されたキャビティと、該キャビティの上部に、検出素子が形成された薄膜部とを有し、上記支持体は、上記センサ素子が配置される組込み部を有し、上記センサ素子は、接着剤によって、上記組込み部に浮動態様で支持され、上記センサ素子と上記組込み部との間に形成された間隙には、底流防止剤が充填され、上記センサ素子における上記組込み部と対向する面には、凹凸を含むテクスチャが形成され、且つ、上記底流防止剤は、該テクスチャに接触している。

本発明の流量検出装置によれば、センサ素子と支持体組込み部との隙間に回り込む底流を抑制し、流量検出精度の低下を防止することができる。

この発明の実施の形態１におけるセンサ素子を備えた支持体の平面図である。図１のＩＩ―ＩＩ線における断面を模式的に示した断面図である。図１のＩＩＩ―ＩＩＩ線における断面を模式的に示した断面図である。この発明の実施の形態１におけるチップ分割前のセンサ素子を下方から見た図で、（ａ）は裏面図、（ｂ）はＩＶ―ＩＶ線におけるセンサ素子の断面を模式的に示した断面図である。この発明の実施の形態１におけるチップの分割前から分割後に到るセンサ素子の加工状態を模式的に示した断面図である。この発明の実施の形態１におけるテクスチャの形成過程を示す図である。図６のテクスチャ形成前後の析出面の面方位を示し、（ａ）は（１００）面を、（ｂ）は（１１１）面を示した模式図である。テクスチャを模式的に示した斜視図である。実施の形態１におけるセンサ素子組込み前後の支持体の断面を模式的に示した図である。比較例として、テクスチャを有していない構成に関する図９と同態様の図である。この発明の実施の形態２におけるフォトマスクパターンを示す一例である。この発明の実施の形態２における逆ピラミッド型テクスチャの形成過程を示す図である。この発明の実施の形態２における逆ピラミッド型テクスチャの模式図である。この発明の実施の形態３における流量検出装置の平面図である。実施の形態３に関し、ドライプロセス＜Ｉ＞の一例を説明する図である。実施の形態３に関し、ドライプロセス＜Ｉ＞の別の例を説明する図である。実施の形態３に関し、ドライプロセス＜ＩＩ＞の一例を説明する図である。

以下、本発明に係る流量検出装置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。以下に説明する流量検出装置は、例えば内燃機関の流入空気量を測定するための装置として適用することができる。

実施の形態１．
以下、図１〜図１０に基づいて実施の形態１におけるセンサ素子１の構造と製造プロセスについて説明する。図１は、本発明の実施の形態１の流量検出装置の平面図、図２は図１のＩＩ-ＩＩの部位を、図３はＩＩＩ-ＩＩＩの部位を、それぞれ切り出した場合の断面構造図を示している。

この実施の形態１にかかる流量検出装置１００は、センサ素子１と、支持体とを有する。センサ素子は、半導体の平板状シリコン基材の裏面に、平板状シリコン基材を部分的に除去して形成されたキャビティ４と、そのキャビティの上部に、検出素子が形成された薄膜部（発熱体）とを有する。また、支持体は、センサ素子が配置・組込まれる組込み部２を有しており、被計測流体が流通する管路に設置されている。センサ素子は、支持体組込み部にダイボンド剤１１で接着され、センサ素子と支持体組込み部との隙間は、被計測流体が流れ込む、いわゆる底流の流れ込みを防ぐ底流防止剤３で充填され、さらにセンサ素子裏面には、底流防止剤のしみ出しを防止するＳｉ結晶の（１１１）面を構成面とするピラミッド型（四角錐）のサブミクロンサイズのテクスチャ２０が設けられている。

各部について、さらに詳細に説明する。実施の形態１の構造は、シリコン基材６に設けられたセンサ素子１をカッターなどによって切断、分離して得られた構造であり、例えば厚さ０．５ｍｍのベアシリコンウェハから長辺側１２ｍｍ×短辺側３ｍｍに切り出された流量検出装置である。この流量検出装置の表側には、発熱体５および吸気温検出体８が形成されている。発熱体５は、リード部９ａを経て外部との電気的接続を行うための電極１０ａとつながっている。また、吸気温検出体８は、リード部９ｂを経て電極１０ｂとつながっている。センサ素子１は、図１及び図３で示すように、支持体組込み部２にダイボンド剤１１で接着されている。

ダイボンド剤１１は、支持体組込み部２の底面にあらかじめ塗布しておき、その塗布領域は、センサ素子１の電極１０ａ，１０ｂの裏側と接触する領域（支持体組込み部２の底面で電極１０ａ、１０ｂが真下に位置するセンサ素子１の領域）である。

図４に示されるように、センサ素子１は、後述するプロセスの最終段階でダイシングライン７に沿って分断されて得られ、センサ素子１はそれぞれ、半導体の平板状シリコン基材６の裏面に、この平板状シリコン基材６を部分的に除去して形成されたキャビティ４と、キャビティ４の上部に検出素子（被計測流体の流量を検出する感熱抵抗）が形成された薄膜部１９とを有している。また、平板状シリコン基材６の裏面には、後述する機能を持つテクスチャ２０を有し、実施の形態１におけるテクスチャ２０は、センサ素子１における組込み部２との接触面に形成されている。

次に、センサ素子１の製造プロセスを図５〜図８を用いて説明する。なお、図５（ａ）〜（ｅ）は、それぞれの作業時における素子の上下方向とは無関係に、図５全体を通して素子の上下方向を揃えて図示している。

まず、図５（ａ）に示される状態を得るまでのプロセスを説明する。平板状シリコン基材（基板）６の表面に、窒化シリコン等よりなる絶縁性の支持膜１５がスパッタまたはＣＶＤ（chemical vapor deposition）等の方法で成膜され、続いて、支持膜１５の上に、白金等の感熱抵抗膜よりなる発熱体５が蒸着やスパッタ等の方法で着膜される。そして、発熱体５の電流路を構成するためのパターニングは、例えば、フォトリソグラフィや、ウェットあるいはドライエッチング等の方法を用いて行われる。また、白金等の感熱抵抗膜よりなる吸気温検出体８の着膜・パターニングも発熱体５と同様の方法で形成される。そして、発熱体５の上に、窒化シリコン等よりなる絶縁性の保護膜１４がスパッタまたはＣＶＤ等の方法で成膜された状態が、図５（ａ）に示される状態である。

次に、図５（ａ）の状態から、平板状シリコン基材６上に積層された支持膜１５と裏面保護膜１４とにエッチングホールを形成後、ウェットエッチングを行うことで、図５（ｂ）に示すようにキャビティ４を形成する。キャビティ４は、発熱体５の側面に形成する。

次に、図５（ｃ）に示されるように、シリコン基材６における発熱体５等の逆側の面であって、キャビティ４の周りの領域に、テクスチャ２０を形成する。具体例を挙げると、加温した水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラ・メチル・アンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液に、イソプロピルアルコールを添加し、得られた混合液に平板状シリコン基材６を１０分間浸漬することで、テクスチャ構造が形成される。この過程について詳細に説明すると、図６（ａ）に示されるように、まず、アルコール成分２２が液中でシリコン基材６に付着し、それらアルコール成分２２がエッチングマスクと同様の効果を発揮することから、アルコール成分２２がきっかけとなって、図６（ｂ）に示されるようにエッチングが進行する。また、図７（ａ）に示すシリコン（１００）面は速くエッチングされ、図７（ｂ）に示すシリコン（１１１）面が遅くエッチングされることから、図６（ｂ）に示されるように、ランダムにシリコン（１１１）面が析出する。さらに、エッチング途中でも、アルコール成分２２が、析出したシリコン（１１１）面に付着していき、上記のエッチングレートの相違も相まって、図６（ｃ）のような凹凸構造が形成されていく。このようにして、図８に示されるように、（１１１）面を構成面とするピラミッド状凸部を含んだ凹凸構造（テクスチャ２０）
を形成する。このテクスチャ２０は、センサ素子１を支持体１２の組込み部２に配置した際に、センサ素子１において組込み部２と接触する面に形成されることとなる。

このようにして平板状シリコン基材６に、複数のセンサ素子を形成した後、図５（ｄ）に示すように、センサ素子の境界２１に沿ったダイシング領域１８をダイシングソー等のカッターで切断することにより、図５（ｅ）に示すような個々のセンサ素子１を得る。

続いて、図９に基づいて、実施の形態１における支持体組込み部２の構造と、センサ素子１の支持体組込み部２への組込み過程について説明する。支持体組込み部２は、センサ素子１を完全に収容できる形状を有している。つまり、支持体組込み部２は、センサ素子１を支持体１２の上面から殆ど突出させないように収容することができる。また、支持体組込み部２における少なくとも上流側底面には、凹凸面を有するテクスチャ２０が設けられている。

図９（ａ）に示すように支持体組込み部２の上流側の側面の下部近傍（あるいは底面の上流側の部分近傍）に、底流防止剤３をあらかじめ塗布しておき、また、支持体組込み部２の底面の適所（電極１０ａ，１０ｂの下方に相当する領域）に、ダイボンド剤１１をあらかじめ塗布しておく。その後、図９（ｂ）に示すようにセンサ素子１を支持体組込み部２に組込む。センサ素子１を支持体組込み部２へ組込んだ時、底流防止剤３は、図９（ｃ）に示すようにセンサ素子１と支持体組込み部２との隙間を矢印１６に示すように移動し、支持体１２表面と同じ高さまで充填された状態となる。

また、ダイボンド剤１１には熱硬化型の接着剤を用い、底流防止剤３には常温硬化型の接着剤を用いておく。熱硬化型の接着剤は硬化度合を管理しやすいため、熱硬化型のダイボンド剤１１に用いることで、センサ素子１と支持体１２の接着が不完全なまま次の工程に進むことを防止できる。常温硬化型の接着剤は、熱硬化型に比べ硬化時に広がりにくいため、常温硬化型の底流防止剤３に用いることで、硬化時のセンサ素子１の表面やキャビティ４へのしみ出しを防止できる。

以上のような実施の形態１によれば、上記のように底流防止剤を設けることにより、浮動的支持構造を持つ流量検出装置において、流量検出精度の低下を招く底流を防止することができる。

ここで、単に底流防止剤を設けた組み込み態様としては、図１０に示す比較例のような態様もありうる。すなわち、図１０（ａ）に示すように、支持体組込み部５０２の側面に、底流防止剤５０３を塗布した後、図１０（ｂ）に示すように、センサ素子５０１を支持体組込み部５０２に組込むことによって、センサ素子５０１と支持体組込み部５０２との隙間に底流防止剤５０３を充填する態様である。

しかしながら、上記比較例では、底流防止剤５０３の塗布量のばらつきに起因し、センサ素子５０１を支持体組込み部５０２へ組込む際、底流防止剤５０３が、図１０（ｃ）に示すように矢印５１６の方向に流れ、センサ素子１表面及びセンサ素子１裏面にしみ出る可能性がある。そして、底流防止剤５０３がセンサ素子５０１表面にしみ出すと、センサ素子５０１表面の被計測流体の流れ５１３に乱れが生じ、流量検出装置の出力にばらつきが生じる。また、底流防止剤５０３がセンサ素子５０１裏面のキャビティ５０４にしみ出すと、しみ出した底流防止剤５０３が検出素子のある薄膜部５１９に付着し、薄膜部５１９を損傷させる恐れがある。

これに対し、本発明では、センサ素子１を支持体組込み部２に組込む際、図９（ｃ）に示されるように、余分な底流防止剤３は、テクスチャ２０によるセンサ素子１裏面の表面積拡大効果によって、センサ素子１表面およびキャビティ４にまでしみ出ることが抑制されている。これにより、センサ素子１表面での被計測流体の流れ１３に乱れが生じず、出力のばらつきを小さくできる。同時に、余分な底流防止剤３はキャビティ４にもしみ出さないため、薄膜部１９を損傷させることも防止できる。このように、本発明によれば、流量検出精度および感度の良い流量検出装置を提供することができる。

また、テクスチャ２０における凸部の高さは制御可能であることから、センサ素子１と支持体組込み部２との接触面に一定の容積を確保することができる。また、接着剤厚の影響を少なくし、センサ素子を支持体に対し平行に保ち、段差を少なくすることができる利点もある。さらに、既存のＳｉエッチャントに微量なアルコールを添加するだけでセルフアラインにて凹凸形成が可能となるため、生産性が高く、且つ、既存プロセスへの導入負荷が少ないので適用が容易である。

また、仮に、底流防止剤が支持体表面と同じ高さまで充填されていない場合、底流防止剤上へダストが堆積する。そして、底流防止剤上のダストの堆積量が変化すると、センサ素子表面の被計測流体の流れが変化し、流量検出装置の出力にばらつきが生じるため、流量検出精度が低下する問題につながる。

これに対し、この実施の形態１では、底流防止剤３は、支持体１２表面と同じ高さまで充填されるので、上記のようなダスト堆積を極力抑制することができる。また、センサ素子１の裏面のダイボンド剤１１及び底流防止剤３の厚みにより、センサ素子１表面と支持体１２表面とに若干の段差ができることが考えられるが、そのような場合でも、底流防止剤３が支持体１２表面の高さまで充填されることで段差は緩和されることから、流量検出精度の低下を防止することができる。

実施の形態２．
図１１から図１３に基づいて実施の形態２を説明する。この実施の形態２は、実施の形態１におけるセンサ素子１のテクスチャとして正四角錐状の窪みを、規則正しく配列した凹凸構造（以下、逆ピラミッド型テクスチャとも称する）としたものである。

以下その製造プロセスを説明する。図５（ａ）に示した平板状シリコン基材６にキャビティ４を形成するまでのセンサ素子１の製造プロセスは、実施の形態１と同様である。すなわち図５（ｂ）に示すように、キャビティ４は実施の形態１と同様、発熱体側面に形成する。

本実施の形態では、図５（ｂ）のキャビティ形成後、図１１に示すような矩形の窓開口を有する格子状のフォトマスクパターン１２２を用いたフォトリソグラフィプロセス及びエッチングによりＳｉウェハ裏面に格子状の酸化膜パターンを形成する。さらに、その酸化膜パターンを用いて、加温した水酸化カリウム（ＫＯＨ）または水酸化テトラ・メチル・アンモニウム（ＴＭＡＨ）水溶液等によるウェットエッチングによって、逆ピラミッド型テクスチャを形成する。

図１２は、上記ウェットエッチングの進行過程を示す。まず、図１２（ａ）のように、シリコン基材６の裏面にはパターニングされた酸化膜が設けられている。そして、図１２（ｂ）のように、析出面である（１００）面はアルカリ溶液には溶解する。その後、図１２（ｂ）に示すように、正方形状の開口部の四隅部分より（１１１）面の析出が始まる。図１２（ｂ）をさらにエッチング進行させると、格子ラインの四隅部分から析出した（１１１）面に収束して、正四角錐状の窪みが完成する。このようにして、図１３に示す逆ピラミッド型の窪みによるテクスチャ２０が形成される。以降の製造プロセスは実施の形態１と同様である。

本実施の形態２によれば、上記実施の形態１と同様、センサ素子１表面での被計測流体の流れ１３に乱れを防止し、且つ、出力のばらつきを小さくできる。加えて、本実施の形態２では、テクスチャサイズがより均一かつ寸法制御性に優れるため、特性への影響がほとんど生じないで済むという非常に好適な効果も得られる。

実施の形態３．
実施の形態３として、半導体技術で用いられるドライプロセスを用いてテクスチャを形成する態様を示す。図１４は、本発明の実施の形態３で得られる流量検出装置の平面図であり、図１５及び図１６は、図１４のＡ−Ａ線からみた断面で示された形成プロセスを示す図である。本実施の形態３で得られる構造は、シリコン基材に設けられた流量検出装置をカッターなどによって切断、分離して得られた構造を示している。この流量検出装置の表側には、感熱抵抗膜や絶縁材料からなる支持膜１５や保護膜１４が積層構造で形成されている。流量検出装置裏面には、開口を有するキャビティが配置されている。また、ここで述べる流量検出装置は、表面側に、感熱抵抗膜や窒化シリコン膜などからなる保護膜１４や支持膜１５によって形成され、裏面側に、キャビティが形成された、両面プロセスであることを特徴としたデバイスである。

図１４〜図１６に示されるように、テクスチャ２０を構成する凹凸は、流量検出装置の裏面に設けられるキャビティの開口部周辺の上流側に設けられる。この部位に凹凸を施す態様として、以下に示す２つの方法を例示する。

概略を述べると、まず第１の方法は、必要領域に例えばフォトレジストなどを用いて予めマスク形成を行い、ドライエッチングを用いて加工を行うことで必要形状を得る方法である。第２の方法は、凹凸を必要とする領域を囲うように、予めその周辺にマスク材となるメタルマスクを例えばスパッタリングとフォトリソグラフィによって確保する。そして、ドライエッチングプロセスで処理することで、上述するメタルマスクから放出されるミクロンオーダーのメタル粒子を、凹凸を設ける開口部に付着させる。そして、この付着したメタル粒子をマイクロマスキングとして利用し、例えばＩＣＰ−ＲＩＥ（誘電結合方式リアクティブイオンエッチング）でディープエッチングする方法である。上述する手法のうち、前者をドライプロセス＜Ｉ＞、後者をドライプロセス＜ＩＩ＞として、凹凸形成方法についての詳細な説明を行う。

ドライプロセス＜Ｉ＞
図１５は、流量検出装置の裏面に凹凸を施す工程フロー図を示している。なお、本実施の形態３では、５００μｍ厚の５インチφシリコンウェハを用いて複数の流量検出装置を一括形成する。また、本説明ではウェハ内に形成される流量検出装置うちの１つを断面工程フロー図として説明に用いているが、ウェハ内にある他の流量検出装置も断面フロー図と同じように一括形成されている。

まず、図１５（ａ）に至る処理を説明する。流量検出装置の表面（図１５（ａ）の紙面下側の面）である回路面側には、感熱抵抗膜や絶縁膜が形成される。この表面をレジストマスクで全体を覆う。次に、流量検出装置の裏面（図１５（ａ）の紙面上側の面）には、例えば厚さ５００ｎｍのシリコン酸化膜２３をＰＥ−ＣＶＤ法によって形成する。この面にレジスト塗布、フォトリソグラフィ処理を順次行い、バッファードフッ酸などの湿式法を用いて加工を行う。不要となった両面のレジストマスクはプラズマアッシャーなどの処理によって除去することで流量検出装置裏面に凹凸を形成するための開口部２７と異方性エッチングにてキャビティを設けるための開口２８を同時に得る。本実施の形態３では５０μｍ角の開口部２７を図１４で図示されたテクスチャ２０のある領域に複数個設けている。また、開口部２７間は１５０μｍとなるように設計されている。

次に、図１５（ｂ）を得る処理を説明する。凹凸を設ける開口部２７間はシリコンがむき出しになっているために、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、断面が半円形状の構造を得る。なお、図示されているようにキャビティ形成領域も同様にエッチングは進行することになる。

図１５（ｃ）に示されるように、次に、上述するエッチングされた開口部２７を含む周辺付近をフォトリソグラフィ等を用いてマスク層としてのレジスト２４で覆う。一方で、例えばＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド）水溶液の入った浴槽を例えば８０℃で加温し、設定温度に達したら流量検出装置が設けられたシリコンウェハを浸漬させる。そして、攪拌棒などで攪拌しながら温度制御と液循環を行いながら、シリコンの異方性エッチング処理し、図１５（ｄ）に示す状態を得る。異方性エッチングは、支持膜１５にエッチストップとしての機能を持たせることで図示された断面構造の流量検出装置が形成される。

図１５（ｅ）に示されるように、最後に図１５（ｃ）において設けたレジスト２４を例えば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を行い、表面側をレジストマスクなどで全面保護したのちにＢＨＦ（バッファードフッ酸）薬液槽に浸漬させて、裏面に残存するシリコン酸化膜２３の除去を行う。これら一連の工程を行うことで、実施の形態３で必要とする裏面側に凹凸を施した流量検出装置を得ることが出来る。

なお、上記説明では、流量検出装置裏面側にＰＥ−ＣＶＤ法による酸化膜を用いたが、これに限定される訳ではなく、ここで用いる酸化膜にはＴＭＡＨ水溶液などアルカリ溶液に対して耐薬品性に優れた材料を選択すればよい。例えば同じ酸化膜であるＳＯＧ（スピンオングラス）や熱酸化膜を用いても同じ機能を得ることは可能である。また、ＰＥ−ＣＶＤ以外にも減圧ＣＶＤ、常圧ＣＶＤ、酸化膜をターゲットとしたスパッタやシリコンターゲットと酸素ガスからなるリアクティブスパッタ法で形成しても良い。また、酸化膜以外の材料として有機ならばレジストマスクやポリイミド材、無機ならばＳＩＯＮ膜を用いても構わない。また、必要膜厚に関しては耐薬品性の機能が保てるのであれば何れの厚みでも構わない。また、酸化膜エッチングでは湿式法を用いたが、例えばイオンミリングなどの物理エッチングを用いても同じ効果が得られる。

また、酸化膜をマスクとして設けられる凹凸形成開口部の等方性エッチング法の他の一例として、例えばＸｅＦ２（フッ化キセノン）ガスによるケミカルエッチングを用いても断面が半円状の構造を得ることができる。また、プラズマを用いないためにレジストへのダメージが無く、酸化膜表層にレジスト残渣が残り難い利点も得られる。また、等方性エッチングに用いたガスはＳＦ６（六フッ化硫黄）と酸素の混合ガスを用いても構わない。さらに、図示された断面形状が得られて、露出するシリコンや酸化膜にダメージを与えないのであれば何れのガスを使用しても構わない。

上記構成では、凹凸を設ける開口部サイズを１００μｍ角としたが、上述した説明は、大きさに制限を設ける意味ではない。また、パターン形状も角型以外に丸型や任意の形状で設けても良い。但し、開口部は等方性エッチング処理されるため、互いの開口部が干渉しないように十分な間隔を設ける必要がある。

また、等方性エッチング後の開口部保護にレジストマスクを用いたが、他のマスク材としてポリイミドを用いても良い。また、シリコンの異方性エッチングではＴＭＡＨ水溶液を用いたが、他のエッチャントとして例えばＫＯＨ（水酸化カリウム）溶液を選定しても同様の形状を得ることができる。また、浴槽温度もこれに限定される訳では無いが、エッチングレート向上を見込むのであれば８０℃ほどの高い温度で処理する方が望ましい。更に、図１５（ｅ）に至る処理では、プラズマアッシングによるレジスト除去処理を例として挙げたが、レジスト剥離液などの湿式法による薬液エッチングを使用しても良い。更に、アッシングとレジスト剥離液処理を併用することで残渣等の影響を改善することが出来る。

次に、ドライプロセス＜Ｉ＞に関する他の例について、図１６に基づいて説明する。まず、図１５と同じように流量検出装置の裏面側に酸化膜を用いて開口部以外にフォトリソグラフィやドライエッチングを駆使してシリコン酸化膜マスク形成と開口処理を順次行って、図１６（ａ）の状態を得る。この段階でキャビティとなる部位や凹凸形成の開口部２７では、シリコンが露出している。また、レジストマスクは、ウェハ両面に塗布されており、凹凸形成の開口部側のレジストは、開口後にエッチャーなどで除去してしまう。なお、流量検出装置の表面側のレジストはそのまま残す。

次に、図１６（ｂ）に示されるように、凹凸が形成される流量検出装置の表面側の開口部を含むウェハ全面をフォトリソグラフィなどによってレジストマスクで覆う。そして、８０℃で加温したＴＭＡＨ水溶液の浴槽に流量検出装置が形成されるシリコンウェハを浸漬させて異方性エッチングを行い、図１６（ｃ）に示されるように、キャビティ４として、断面形状が逆台形形状の空洞を得る。この工程でも支持膜１５がエッチングストッパーとしての役割を担うことになる。

キャビティ形成後、凹凸開口部上のレジストマスクをレジストアッシング処理によって除去してシリコンを露出させる。表側全面をレジストマスクで覆ったのちに、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、図１６（ｄ）に示す状態を得る。なお、この際に、逆台形側壁のシリコン面も同時にエッチングが進行することになるが、側壁全体が均等に後退（奥側に進行）する形でエッチングが進行する。このドライエッチング処理によって流量検出装置の裏面に設けた酸化膜先端が庇状になり、キャビティ内体積は大きく仕上がる点が、先に説明した図１５のプロセスによる構造と異なる。更に、キャビティ内に露出している支持膜もドライエッチングによってエッチングされるため初期膜厚より薄くなる。最後に、バッファードフッ酸などの湿式法を用いて不要になったシリコン酸化膜を除去後、流量検出装置の表面側に設けたレジストマスクをプラズマアッシング処理などで除去することで、図１６（ｅ）に示される状態となり、必要とする流量検出装置を得ることが出来る。

本工程で得られる流量検出装置に関しては、凹凸をキャビティ形成後に行うが、裏面の酸化膜上を全面レジストで覆うため、例えば流量検出装置表面の処理過程で発生した傷などを覆い隠す事が可能となり、傷から進行する異方性エッチングを制止できる。なお、図１６では、流量検出装置の表面保護を目的としたレジストマスクを最終工程まで残している。このため、プラズマダメージやＴＭＡＨ水溶液のダメージを受けており、通常のプラズマアッシャーと併用してレジスト剥離液を用いてレジスト除去するとより好適である。

ドライプロセス＜ＩＩ＞
本実施の形態３における第２の態様は、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いて出来るマイクロマスキングを利用して凹凸領域に柱状の針を密集させて形成する事を特徴としている。図１７は、その工程フロー図である。

図１７（ａ）に至る工程を説明する。まず、流量検出装置の裏面（図１７の紙面上側の面）には、５００ｎｍ厚のシリコン酸化膜２３と、例えば厚さ５００ｎｍのアルミニウムからなるメタルマスク２５とが積層構造で形成されている。これらの膜は全てスパッタリングを用いて成膜されており、表面側には保護のためのレジストマスクを設けているものとする。スパッタリングにて設けられた裏面側の積層構造に、フォトリソグラフィを用いて、凹凸を設けるための開口部を除く全領域をレジストマスクで覆う。次に、アルミエッチャント浴槽に流量検出装置が設けられるシリコンウェハを浸漬して不要なアルミニウム除去を行い、水洗とスピンドルによる乾燥を経て、バッファードフッ酸浴槽に浸漬して開口部に残る酸化膜の除去を行う。以上の工程を行う事で、図１７（ａ）に示されるように、凹凸形成される開口部のマスク形成が完了する。

次に、ＩＣＰ−ＲＩＥを用いてパルスエッチング処理を行い、図１７（ｂ）の状態を得る。ＩＣＰ−ＲＩＥは放電形式に誘導結合方式を用いた深堀りエッチング装置である。この装置ではアスペクト比が大きい形状を得ることが可能で、通常のＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）と比べて高エッチング速度が得られ、高選択性、異方性に優れている。また、エッチングはＢＯＳＣＨ法にて行われ、デポジションとエッチングプロセスを繰り返し行い、エッチング側壁を保護しながらアスペクト比の大きい溝（凹部）を形成する。エッチングガスはＣ４Ｆ８とＳＦ６（六フッ化硫黄）を交互に切り替えながらチャンバー内に供給される。Ｃ４Ｆ８ガスはデポジションプロセス時に使用され、プラズマ重合でテフロン（登録商標）のような物質が堆積することで凹部の側壁を保護する。ＳＦ６ガスによるエッチングプロセスでは、デポジションで出来た凹部底面のポリマーをエッチングすることでシリコン面が露出する。このシリコンをフッ素ラジカルでエッチングする工程を必要回数繰り返し行うことで、必要とする深さまでエッチング処理する事が可能となる。なお、このエッチングでは通常シリコン酸化膜やレジストをマスク材として使用する。このマスクに例えばアルミニウムからなるマスク材を用いて処理すると、マスク材から飛び出したミクロンサイズの粒子が飛散する。ＩＣＰ−ＲＩＥではアルミニウムに対してはエッチングされないため、飛散した粒子はそのまま残存することになる。このメタル粒子をマイクロマスキングとして利用することでアスペクト比の高い針状あるいは柱状の凸部２６を凹凸開口部に設けている。

次に、凹凸開口部及びその周辺を含むキャビティが形成される部位の周囲を、マスク層であるレジスト２４で覆い、流量検出装置の裏面のキャビティ４を設ける領域のアルミニウムとシリコン酸化膜とをエッチャントで除去する。次に、８０℃に加温したＴＭＡＨ水溶液浴槽に流量検出装置を設けたシリコン基材６を浸漬させて異方性エッチングを行いキャビティを形成し、図１７（ｃ）の状態を得る。最後に、レジスト２４をプラズマアッシングやレジスト剥離液で除去後、不要となったシリコン酸化膜とアルミニウムからなるマスク材を除去することで、図１７（ｄ）に示されるように、凹凸からなるテクスチャ２０と、キャビティ４とが形成された流量検出装置を得ることが出来る。

なお、本発明では、シリコン酸化膜上にアルミニウムをスパッタリングで用いたが、アルミ以外のメタル材を用いても良く、膜厚も５００ｎｍに限定される訳ではない。また、マスク材としてシリコン酸化膜を用いているが、シリコン酸化膜を無くしてアルミニウムだけでも凹凸部の形成は出来る。また、シリコン酸化膜とアルミ材のエッチングに湿式エッチングを用いたが、イオンミリングなどのドライエッチングで開口処理しても構わない。本発明では、アスペクト比の高い柱状の針を凹凸開口部に設けたことで、底流防止剤の浸透性が増して表面積が増えるため馴染が良くなる。

実施の形態３によれば、実施の形態２の効果に加え、凹凸の形成に位置選択性があり、特にドライプロセス＜Ｉ＞では等方的なエッチングが可能となるため、センサ素子１を支持体組込み部２との接触面に一定の容積を確保することができる。

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。

例えば、上述した実施の形態１〜３では、底流防止剤を、平面矩形状のセンサ素子に関して主に被計測流体の流れの上流側の一辺をなす部位に充填するものとして示してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。よって、本発明における底流防止剤は、センサ素子に関して少なくとも流れの下流側の一部に未充填部位を残すような態様で配置されていればよく、例えば、流れに関する上流及び左右両側方を含む「コ」字状の領域を充填領域とするような態様で設けてもよい。さらに、センサ素子、及び、センサ素子と支持体との間の隙間は、矩形及び矩形環状であることに限定されるものではない。

１センサ素子、２支持体組込み部、３底流防止剤、４キャビティ、５発熱体、６シリコン基材、７ダイシングライン、８吸気温検出体、９ａ，９ｂリード部、１０ａ，１０ｂ電極、１１ダイボンド剤、１２支持体、１３被計測流体の流れ、１４保護膜、１５支持膜、１６底流防止剤の流れ、１７ワイヤ、１８ダイシング領域、１９薄膜部、２０テクスチャ、２１センサ素子の境界、２２アルコール成分、２３酸化膜、２４レジスト、２５メタルマスク、２６柱状凸部、２７開口部、２８開口。

Claims

センサ素子と、支持体とを備え、
上記センサ素子は、半導体の平板状シリコン基材の裏面に、該平板状シリコン基材を部分的に除去して形成されたキャビティと、該キャビティの上部に、検出素子が形成された薄膜部とを有し、
上記支持体は、上記センサ素子が配置される組込み部を有し、
上記センサ素子は、接着剤によって、上記組込み部に浮動態様で支持され、
上記センサ素子と上記組込み部との間に形成された間隙には、底流防止剤が充填され、
上記接着剤は、上記組込み部における、上記センサ素子の電極の真下に位置する領域に配置された、熱硬化型の接着剤であり、
上記底流防止剤は、上記隙間における上流側に配置された、常温硬化型であり、
上記センサ素子には、底流防止剤が接触するテクスチャが形成されており、
上記テクスチャは、上記センサ素子における裏面の前記キャビティの開口部の上流側に形成されている、
流量検出装置。
上記テクスチャは、ウェットエッチングを用いて形成する請求項１の流量検出装置。
上記テクスチャは、矩形の開口窓を有するマスクを有するウェットエッチングを用いて形成する請求項２の流量検出装置。
上記ウェットエッチングでは、アルカリ系エッチャントにアルコールを添加したものを用いる請求項２または３の流量検出装置。
上記テクスチャは、予めマスク形成を行い、ドライエッチングを用いて形成する請求項１の流量検出装置。
上記テクスチャは、凹凸が必要とされる領域を囲うように、予めその周辺にマスク材を配置したのち、ドライエッチングを用いて上記マスク材から放出されるマイクロマスキング形成とエッチングとを同時処理することで得る請求項３または５の流量検出装置。
上記底流防止剤は、上記支持体の表面と同じ高さまで充填されている請求項１乃至６の何れか一項の流量検出装置。