DE112015001629T5

DE112015001629T5 - Sensorelement, Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements, Detektionseinrichtung sowie Verfahren zum Herstellen einer Detektionseinrichtung

Info

Publication number: DE112015001629T5
Application number: DE112015001629.5T
Authority: DE
Inventors: Hiromoto Inoue; Tomoya Hirata; Taiki NAKANISHI; Yoshitatsu Kawama
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-04-02
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2017-02-09
Also published as: JP6151437B2; WO2015152244A1; JPWO2015152244A1; US20170044010A1

Abstract

Es wird ein Sensorelement angegeben, das Folgendes aufweist: ein Halbleiter-Basiselement (2), das eine erste Hauptfläche (2A) und eine zweite Hauptfläche (2B) hat, die der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegend angeordnet ist, und das eine Hohlraum-Struktur (9, 10) hat, die auf Seiten der zweiten Hauptfläche (2B) ausgebildet ist; und ein Detektionselement (4, 5), das auf Seiten der ersten Hauptfläche (2A) in einem Bereich ausgebildet ist, wo die Hohlraum-Struktur (9, 10) ausgebildet ist, wobei die zweite Hauptfläche (2B) des Halbleiter-Basiselements (2) einen konvex und konkav geformten Bereich (12) aufweist, und wobei eine Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs (12) eine gekrümmte Form hat.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Sensorelement, das in der Halbleitertechnologie verwendet wird, und eine MEMS-Technologie (Mikro-elektromechanisches System, nachfolgend als „MEMS” bezeichnet). Sie betrifft insbesondere ein Sensorelement mit einer Hohlraum-Struktur, die durch anisotropes Ätzen von einer hinteren Fläche eines Substrats aus gebildet wird.
Stand der Technik
In jüngster Zeit ist ein Mikroherstellungs-Verfahren unter Verwendung von Halbleitertechnologie und der MEMS-Technologie bei Sensorelementen eingeführt worden, wobei die Sensorelemente dazu neigen, eine empfindlichere und kompliziertere Struktur aufzuweisen. Beispiele für ein Sensorelement mit einem Hohlraum (einer hohlen Dünnschicht-Struktur), die durch teilweises Entfernen eines Basiselements gebildet wird, umfassen unter den oben genannten Sensorelementen einen Drucksensor, einen Ultraschall-Sensor, einen Strömungsraten-Sensor und dergleichen.
Beispielsweise hat ein Strömungsraten-Sensor einen temperaturabhängigen Widerstand, der oberhalb einer Hohlraum-Struktur ausgebildet ist. Genauer gesagt: Ein Detektionsbereich des Strömungsraten-Sensors wird auf der Hohlraum-Struktur gebildet.
Insbesondere werden ein Wärmeerzeuger und ein Temperaturdetektor für die eingelassene Luft oberhalb der Hohlraum-Struktur ausgebildet. Wenn eine Elementstruktur verwendet wird, so dass die Temperatur des Wärmeerzeugers um eine gewisse Temperatur höher wird als die Temperatur, die von dem Temperaturdetektor für die eingelassene Luft detektiert wird, dann wird eine Spannung, die mit dem Wert der Wärme korrespondiert, die von dem Wärmeerzeuger an ein Fluid übertragen wird, als Ausgangssignal definiert.
Beispiele für ein Verfahren zum Ausbilden der Hohlraum-Struktur in solch einem Sensorelement umfassen ein Verfahren zur Nassätz-Behandlung, indem eine Maskenschicht verwendet wird, die eine Öffnung auf einem Bereich eines Halbleitersubstrats aufweist, wo die Hohlraum-Struktur ausgebildet werden soll.
Beispielsweise beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 11-295 127 A ein Seiten-Strömungsraten-Detektionselement, das Basiselement-Schutzschichten aufweist, die auf einer Fläche auf der Rückseite und einer Fläche auf der Vorderseite eines Basiselements ausgebildet sind. Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 11-295 127 A beschreibt, dass es möglich ist, eine Form-Fehlordnung eines Blendenbereichs mit einer Hohlraum-Struktur zu unterbinden, die von einem Lunker oder einem Loch oder einer Mulde hervorgerufen wird, die in einer Fläche ausgebildet werden, die derjenigen Fläche gegenüberliegt, welche einem Ätzvorgang unterzogen wird.
Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-160 706 A beschreibt eine Strömungsraten-Detektionseinrichtung, bei welcher eine Hohlraum-Struktur direkt unterhalb einer Wafer-Fläche, wie z. B. einer Verdrahtung und einer Schaltung, mittels Nassätzens mit einer chemischen KOH-Lösung (Kaliumhydroxid) oder einer chemischen TMAH-Lösung (Tetramethylammoniumhydroxid, nachstehend als ”TMAH” bezeichnet) mit einer Schutzschicht auf der hinteren Fläche versehen wird, und zwar zusätzlich zu einer thermisch oxidierten Schicht, die auf der hinteren Fläche eines Siliciumwafers ausgebildet ist.
Außerdem beschreibt die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-098 072 A eine Strömungsraten-Detektionseinrichtung, die strukturierte konvexe Bereiche und konkave Bereich aufweist, die auf einer Fläche ausgebildet sind, die einem Aufnahmebereich zugewandt sind, wo ein Sensorelement angeordnet ist. Die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-098 072 A beschreibt Folgendes: Da die konvexen Bereiche und konkaven Bereiche ausgebildet sind, können das Streuvermögen eines Klebstoffs zum Bonden des Sensorelements und eines Halteelements verbessert werden, und das Durchsickern eines Boden-Fließinhibitors kann verhindert werden.
Außerdem beschreibt die japanische nationale Patentveröffentlichung Nr. 2013-518 425 ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle, das einen Schritt zum Durchführen einer anisotropen Ätzbehandlung und danach einer isotropen Ätzbehandlung an einem kristallinen Siliciumsubstrat beinhaltet.
Literaturverzeichnis
Patentdokument

PTD 1: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 11-295 127 A
PTD 2: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2013-160 706 A
PTD 3: Japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-098 072 A
PTD 4: Japanische nationale Patentveröffentlichung Nr. 2013-518425

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei einem herkömmlichen Sensorelement kann jedoch eine Fremdsubstanz, wie z. B. Silicium-Fragmente einen linearen Kratzer oder eine Vertiefung in der Schutzschicht verursachen. In diesem Fall kann in einem nachfolgenden Nassätz-Schritt ein Eintreten von Ätzmittel von dem Kratzer oder der Vertiefung aus erfolgen. Folglich kann eine rechteckige Ätzspur (ein Loch oder eine Mulde) erzeugt werden, oder ein Basiselement kann einem übermäßigen Ätzen unterzogen werden, und die Dimension eines hohlen Bereichs eines Hohlraums kann größer werden als die geplante Dimension. Dies kann zu Schwankungen bei der Form des Hohlraums führen. Wenn das Sensorelement mit Druck beaufschlagt wird, wie z. B. dann, wenn das Sensorelement auf einem Halteelement montiert wird, kann im Ergebnis eine lokale Belastungskonzentration auftreten.
Dies kann zu einem Defekt führen. Wenn das Sensorelement ein Drucksensor oder dergleichen ist, kann außerdem die Zuverlässigkeit des Sensorelements abnehmen, und zwar infolge dessen, dass es während der Verwendung gedrückt wird.
Außerdem werden die strukturierten konvexen Bereiche und konkaven Bereiche, die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift JP 2012-098 072 A und der japanischen nationalen Patentveröffentlichung Nr 2013-518 425 beschrieben sind, durch die Abscheidung einer (111)-Ebene ausgebildet, die eine niedrige Ätzrate hat, da eine (100)-Ebene und die (111)-Ebene aus Silicium verschiedene Ätzraten haben. Wegen ihrer spitzen konvexen Bereiche platzen die genannten konvexen Bereiche und konkaven Bereiche leicht ab, und ein Loch oder eine Mulde werden auf einfache Weise ausgebildet, was nachteilig ist.
Selbst bei dem in der japanischen nationalen Patentveröffentlichung Nr. 2013-518425 beschriebenen Herstellungsverfahren haben die strukturierten konvexen Bereiche und konkaven Bereiche einen Bereich, wo die (111)-Ebene freiliegt. Wenn ein Halbleitersubstrat, das die vorgenannten konvexen Bereiche und konkaven Bereiche aufweist, mit einem Fremdkörper oder dergleichen, der zwischen den konvexen Bereichen und konkaven Bereichen eingeklemmt ist, gedrückt wird, dann wird das Halbleitersubstrat leicht entlang der (111)-Ebene beschädigt. Folglich ist der Druckwiderstand eines Sensorelements unzureichend, das das Halbleitersubstrat mit den vorgenannten konvexen Bereichen und konkaven Bereichen enthält, was nachteilig ist.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen. Es ist die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sensorelement, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements, eine Detektionseinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Detektionseinrichtung anzugeben, welche es ermöglichen, die Ausbildung eines Lochs oder einer Mulde oder von Variationen der Form eines Hohlraums zu unterbinden, und mit welchen eine hohe Widerstandsfähigkeit während einer Druckausübung erzielt werden kann.
Lösung des Problems
Ein Sensorelement gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: ein Halbleiter-Basiselement, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche hat, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegend angeordnet ist, und das eine Hohlraum-Struktur hat, die auf Seiten der zweiten Hauptfläche ausgebildet ist; und ein Detektionselement, das auf Seiten der ersten Hauptfläche in einem Bereich ausgebildet ist, wo die Hohlraum-Struktur ausgebildet ist, wobei die zweite Hauptfläche des Halbleiter-Basiselements einen konvex und konkav geformten Bereich aufweist, und wobei eine Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs eine gekrümmte Form hat.
Ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements gemäß der vorliegenden Erfindung weist folgende Schritte auf:
Herstellen eines Halbleitersubstrats, das eine erste Hauptfläche und eine zweite Hauptfläche hat, die der ersten Hauptfläche gegenüberliegend angeordnet ist;
Ausbilden eines konvex und konkav geformten Bereichs auf der zweiten Hauptfläche des Halbleitersubstrats;
Ausbilden einer Schutzschicht auf dem konvex und konkav geformten Bereich;
Ausbilden einer Hohlraum-Struktur, indem ein Öffnungsmuster in der Schutzschicht ausgebildet wird und das Halbleitersubstrat geätzt wird, das in dem Öffnungsmuster freiliegt, indem die Schutzschicht als eine Maske verwendet wird; und
Ausbilden eines Detektionselements auf Seiten der ersten Hauptfläche in einem Bereich, wo die Hohlraum-Struktur ausgebildet ist. In dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich ausgebildet wird, wird der konvex und konkav geformte Bereich so ausgebildet, dass eine Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs eine gekrümmte Form hat.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung können ein Sensorelement, ein Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements, eine Detektionseinrichtung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Detektionseinrichtung angegeben werden, welche es ermöglichen, die Ausbildung eines Lochs oder einer Mulde oder von Variationen der Form eines Hohlraums zu unterbinden, und mit welchen eine hohe Widerstandsfähigkeit während des Drückens erzielt werden kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Draufsicht zur Erläuterung eines Sensorelements gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Querschnittsansicht bei Betrachtung von der Linie II-II in 1.
3 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung eines konvex und konkav geformten Bereichs des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
5 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
6 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
7 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
8 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
9 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
10 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
11 ist eine Draufsicht bei Betrachtung von dem Pfeil XI in 10.
12 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
13 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der Funktion und der Wirkung des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
14 ist eine Querschnittsansicht zur Erläuterung der Funktion und der Wirkung des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
15 ist eine Draufsicht zur Erläuterung einer Detektionseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
16 ist eine Querschnittsansicht bei Betrachtung von der Linie XVI-XVI in 15.
17 ist ein Ablaufdiagramm einer Modifikation des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform.
18 ist eine teilweise Querschnittsansicht einer zweiten Hauptfläche eines Halbleitersubstrats nach dem Schritt des Ausbildens eines konvex und konkav geformten Bereichs und vor dem Schritt, in welchem eine gerissene Schicht entfernt wird, und zwar in einem Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements gemäß einer dritten Ausführungsform.
19 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der dritten Ausführungsform.
20 ist ein Ablaufdiagramm einer Modifikation des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements gemäß der dritten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den folgenden Zeichnungen sind die gleichen oder korrespondierende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen, und deren Beschreibung wird nicht wiederholt.
Erste Ausführungsform
Ein Sensorelement 1 gemäß einer ersten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beschrieben. Das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist beispielsweise ein Strömungsraten-Detektionselement, das in einer Strömungsraten-Detektionseinrichtung verwendet wird. Das Sensorelement 1 weist ein Halbleiter-Basiselement 2 mit einer ersten Hauptfläche 2A und einer zweiten Hauptfläche 2B auf, die der ersten Hauptfläche 2A gegenüberliegend angeordnet ist. Die erste Hauptfläche 2A ist eine Fläche, welche einem Pfad eines mit dem Sensorelement 1 zu detektierenden Fluids zugewandt ist und welche in Kontakt mit dem Fluid ist.
Das Halbleiter-Basiselement 2 hat Hohlraum-Strukturen 9 und 10, die auf Seiten der zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet sind. Die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 sind so vorgesehen, dass die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 von der zweiten Hauptfläche 2B zu der ersten Hauptfläche 2A verlaufen, und das Halbleiter-Basiselement 2 hat eine sogenannte gegenläufige sich verjüngende Form. Mit anderen Worten: In dem Halbleiter-Basiselement 2 ist eine erste Hauptfläche 2A über einen breiteren Bereich hinweg als die zweite Hauptfläche 2B ausgebildet. Obwohl das Halbleiter-Basiselement 2 eine beliebige Dicke haben kann, beträgt die Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 beispielsweise 0,5 mm. Obwohl das Material, das das Halbleiter-Basiselement 2 bildet, ein beliebiges Halbleitermaterial sein kann, ist das Material, das das Halbleiter-Basiselement 2 bildet, beispielsweise Silicium (Si).
Ein konvex und konkav geformter Bereich 12 ist über die gesamte zweite Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 hinweg ausgebildet, und eine untere Schutzschicht 3 ist über den gesamten Bereich des konvex und konkav geformten Bereichs 12 hinweg ausgebildet. Da der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet ist, hat die zweite Hauptfläche 2B eine vorgeschriebene Oberflächen-Rauhigkeit. Der konvex und konkav geformte Bereich 12 und die untere Schutzschicht 3 sind so ausgebildet, dass die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten (die frühere JIS2001) der zweiten Hauptfläche 2B größer ist als die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3. Die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten der ersten Hauptfläche 2A ist kleiner als diejenige der zweiten Hauptfläche, und die erste Hauptfläche 2A ist beispielsweise eine Spiegelfläche.
Die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ist nicht kleiner als 0,05 μm und vorzugsweise nicht kleiner als 1,00 μm. Außerdem ist die durchschnittliche arithmetische Rauheit Ra der zweiten Hauptfläche 2B beispielsweise nicht kleiner als 0,01 μm und vorzugsweise nicht kleiner als 0,25 μm. Aus der Sicht, die Ausbildung eines Ätz-Lochs zu unterbinden, ist eine höhere durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten der zweiten Hauptfläche 2B bevorzugter. Im Allgemeinen gilt Folgendes: Wenn diese Rauheit Rz zu groß wird, bestehen dahingehende Bedenken, dass die Stärke des Halbleiter-Basiselements 2 abnehmen kann, was einen Defekt und dergleichen hervorrufen kann. Daher kann ein Wert größer als der äußere Durchmesser einer Fremdsubstanz, die eine hohe Auftrittsfrequenz hat, als der obere Grenzwert für die Rauheit Rz eingestellt werden. Wenn beispielsweise die Auftrittsfrequenz einer Fremdsubstanz oder eines Fremdkörpers mit einem äußeren Durchmesser von ungefähr 5,00 μm oder kleiner hoch ist, dann kann der obere Grenzwert für die Rauheit Rz 5,00 μm sein. Indem die Rauheit Rz innerhalb eines solchen numerischen Bereichs begrenzt wird, kann die Abnahme der Belastbarkeit des Halbleiter-Basiselements 2 unterbunden werden, und die Ausbildung des Ätz-Lochs kann wirksam unterbunden werden.
Die Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 ist abgerundet. Aus einem anderen Blickwinkel hat der konvex und konkav geformte Bereich 12 keine Pyramidenform. Der konvex und konkav geformte Bereich 12 hat z. B. keine Quadrat-Pyramidenform, die so gebildet ist, dass eine Mehrzahl von Flächen, die so gebildet sind, dass sie radial ausgehend von einem Scheitelpunkt bzw. einer Spitze verlaufen, sich miteinander in dem Halbleiter-Basiselement 2 schneiden. Das konvexe Ende des konvex und konkav geformten Bereichs 12 ist beispielsweise halbkugelförmig ausgebildet.
Die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3 ist beispielsweise nicht kleiner als 0,25 μm und nicht größer als 1,50 μm, und sie ist vorzugsweise nicht kleiner als 0,50 μm und nicht größer als 1,00 μm. Das Material, das die untere Schutzschicht 3 bildet, ist beispielsweise Siliciumdioxid (SiO₂). In diesem Fall kann die untere Schutzschicht 3 ausgebildet werden, indem beispielsweise thermisch Silicium als das Material oxidiert wird, das das Halbleiter-Basiselement 2 bildet.
Die untere Schutzschicht 3 muss nicht so ausgebildet sein, dass sie eine gleichmäßige Schichtdicke auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 hat. Solange die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten der zweiten Hauptfläche 2B und die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3 die obige Verhältnisgleichung erfüllen, kann die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3 Variationen aufweisen.
Auf Seiten der ersten Hauptfläche 2A des Sensorelements 1 sind eine obere Schutzschicht 13 und eine Trägerschicht 14 ausgebildet, um die Öffnungen der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 von der ersten Hauptfläche 2A abzudecken. Obwohl das Material, das die obere Schutzschicht 13 bildet, ein beliebiges Material sein kann, das elektrische Isoliereigeschaften hat, ist das Material, das die obere Schutzschicht 13 bildet, beispielsweise SiO₂. Die obere Schutzschicht 13 kann beispielsweise gleichzeitig mit der unteren Schutzschicht 3 gebildet werden. Obwohl das Material, das die Trägerschicht 14 bildet, ein beliebiges Material sein kann, das elektrische Isoliereigeschaften hat und die Detektionselemente 4 und 5 stützen kann, ist das Material, das die Trägerschicht 14 bildet, beispielsweise Siliciumnitrid (SiN), SiO₂ oder dergleichen.
In dem Sensorelement 1 sind Detektionselemente 4 und 5 auf Seiten der ersten Hauptfläche 2A in den Bereichen ausgebildet, in welchen die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausgebildet sind. Das Detektionselement 4 ist z. B. ein Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft, und das Detektionselement 5 ist beispielsweise ein Wärmeerzeuger 5.
Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft ist auf der oberen Schutzschicht 13 ausgebildet, die in dem Bereich gebildet ist, wo die Hohlraum-Struktur 9 ausgebildet ist, und der Wärmeerzeuger 5 ist auf der oberen Schutzschicht 13 ausgebildet, die in dem Bereich gebildet ist, wo die Hohlraum-Struktur 10 ausgebildet ist. Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 sind elektrisch mit Elektrodenanschlussflächen 8 mittels Verdrahtungsmustern 6 bzw. 7 verbunden.
Eine Mehrzahl von Elektrodenanschlussflächen 8 ist ausgebildet, und die Elektrodenanschlussfläche 8, die elektrisch mit dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft mittels des Verdrahtungsmusters 6 verbunden ist, sowie die Elektrodenanschlussfläche 8, die elektrisch mit dem Wärmeerzeuger 5 mittels des Verdrahtungsmusters 7 verbunden ist, sind voneinander elektrisch isoliert. Die Verdrahtungsmuster 6 und 7 und die Elektrodenanschlussflächen 8 sind auf der Trägerschicht 14 ausgebildet.
Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 sind so ausgebildet, dass sie auf der Trägerschicht 14 mäanderförmig verlaufen. Im Ergebnis kann die Kontaktfläche zwischen dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und dem Wärmeerzeuger 5 und dem zu detektierenden Fluid vergrößert werden.
Das Positionsverhältnis zwischen dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und dem Wärmeerzeuger 5 kann ein beliebiges Positionsverhältnis sein. Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 können jedoch parallel zu der Strömungsrichtung A (siehe 15) des zu detektierenden Fluids angeordnet sein, wenn das Sensorelement 1 beispielsweise als eine Strömungsraten-Detektionseinrichtung konfiguriert ist. Alternativ können der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 nacheinander in Bezug auf die Strömungsrichtung des Fluids angeordnet sein.
Solange eine hinreichende Kontaktfläche zwischen dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und dem zu detektierenden Fluid erzielt wird, kann die planare Dimension des Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft auf der ersten Hauptfläche 2A (nachfolgend einfach als ”planare Dimension” bezeichnet) eine beliebige Dimension sein. Die Dimension in Richtung parallel zu der Strömungsrichtung A des zu detektierenden Fluids ist jedoch beispielsweise nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 0,8 mm, und die Dimension in der Richtung, die die Richtung A kreuzt, ist beispielsweise nicht kleiner als 0,2 mm und nicht größer als 0,6 mm.
Solange der Wärmeerzeuger 5 eine ausreichende Menge an Wärme für das zu detektierende Fluid zur Verfügung stellen kann, kann die planare Dimension des Wärmeerzeugers 5 eine beliebige Dimension sein. Die Dimension in Richtung parallel zu der Strömungsrichtung A des zu detektierenden Fluids ist jedoch beispielsweise nicht kleiner als 0,3 mm und nicht größer als 0,8 mm, und die Dimension in der Richtung, die die Richtung A kreuzt, ist beispielsweise nicht kleiner als 0,8 mm und nicht größer als 1,8 mm.
Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 sind so vorgesehen, dass beispielsweise die planare Dimension des Temperaturdetektors 4 für die eingelassene Luft kleiner ist als die planare Dimension des Wärmeerzeugers 5. Der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und der Wärmeerzeuger 5 sind so vorgesehen, dass beispielsweise die planare Dimension des Temperaturdetektors 4 für die eingelassene Luft kleiner ist als die planare Dimension des Wärmeerzeugers 5.
Die Hohlraum-Struktur 9 ist so ausgebildet, dass die Dimension der Hohlraum-Struktur 9 größer ist als die planare Dimension des Temperaturdetektors 4 für die eingelassene Luft auf der ersten Hauptfläche 2A, und sie ist so vorgesehen, dass sie beispielsweise um nicht weniger als 0,7 mm größer ist als der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft sowohl in der Richtung parallel zu der Strömungsrichtung A des zu detektierenden Fluids und in der Richtung, die die Richtung A kreuzt.
Außerdem ist die Hohlraum-Struktur 10 so ausgebildet, dass die Dimension der Hohlraum-Struktur 10 größer ist als die planare Dimension des Wärmeerzeugers 5 auf der ersten Hauptfläche 2A, und sie ist beispielsweise so vorgesehen, dass sie um nicht weniger als 0,7 mm größer ist als der Wärmeerzeuger 5, und zwar sowohl in der Richtung parallel zu der Strömungsrichtung A des zu detektierenden Fluids und in der Richtung, die die Richtung A kreuzt.
Obwohl jeder von dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und dem Wärmeerzeuger 5 als eine beliebige Struktur ausgebildet sein kann, indem ein beliebiges ausbildendes Material verwendet wird, können jeder von dem Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und dem Wärmeerzeuger 5 z. B. als ein wärmeempfindlicher Widerstand (ein Temperatur-Messwiderstand) ausgebildet sein, der aus einer dünnen Schicht eines Metalls, wie z. B. Platin (Pt) gebildet ist. Die Schichtdicke eines jeden von Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft und Wärmeerzeuger 5 ist z. B. nicht kleiner als 100 nm und nicht größer als 500 nm.
In dem Sensorelement 1 ist eine Oberflächen-Schutzschicht 15 auf der oberen Schutzschicht 13 und der Trägerschicht 14 ausgebildet, um den Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft, den Wärmeerzeuger 5 und die Verdrahtungsmuster 6 und 7 abzudecken. Obwohl das Material, das die Oberflächen-Schutzschicht 15 bildet, ein beliebiges Material sein kann, das elektrische Isoliereigeschaften hat, ist das Material, das die Oberflächen-Schutzschicht 15 bildet, beispielsweise SiN oder SiO₂.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 4 bis 12 beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 weist Folgendes auf: Einen Schritt S10, in welchem ein Halbleiter-Basiselement 2 mit einer ersten Hauptfläche 2A und einer zweiten Hauptfläche 2B, die der ersten Hauptfläche 2A gegenüberliegend angeordnet ist, hergestellt wird; einen Schritt S20, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet wird; einen Schritt S30, in welchem die Schutzschicht (die untere Schutzschicht 3) auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 ausgebildet wird; einen Schritt S40, in welchem Detektionselemente 4 und 5 auf Seiten der ersten Hauptfläche 2A in den Bereichen ausgebildet werden, in welchen die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen; und einen Schritt S50, in welchem die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausgebildet werden, indem ein Öffnungsmuster in der Schutzschicht (der unteren Schutzschicht 3) ausgebildet wird und ein Halbleiter-Basiselement 2 geätzt wird, das in dem Öffnungsmuster freiliegt, indem die untere Schutzschicht 3 als eine Maske verwendet wird.
Wie unter Bezugnahme auf 5 ersichtlich, wird zunächst das Halbleiter-Basiselement 2 mit einer ersten Hauptfläche 2A und einer zweiten Hauptfläche 2B, die der ersten Hauptfläche 2A gegenüberliegend angeordnet ist, hergestellt (Schritt S10). Das Halbleiter-Basiselement 2 kann als ein Substrat hergestellt werden, das aus einem beliebigen Halbleitermaterial gebildet ist und zumindest eine hochglanzpolierte erste Hauptfläche 2A hat. Das Halbleiter-Basiselement 2 kann jedoch z. B. ein Silicium-Substrat sein, das eine hochglanzpolierte erste Hauptfläche 2A und eine zweite Hauptfläche 2B hat.
Die Wafer-Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 beträgt beispielsweise 625 μm.
Wie unter Bezugnahme auf 6 ersichtlich, wird dann der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet (Schritt S20). Solange der konvex und konkav geformte Bereich 12 so ausgebildet werden kann, dass das konvexe Ende des konvex und konkav geformten Bereichs 12 abgerundet ist und die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten der zweiten Hauptfläche 2B größer ist als die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3, die in dem nächsten Schritt S30 ausgebildet werden soll, kann ein beliebiges Verfahren als Verfahren zum Ausbilden des konvex und konkav geformten Bereichs 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B verwendet werden.
Der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann beispielsweise durch Schleifen der zweiten Hauptfläche 2B gebildet werden, um die zweite Hauptfläche 2B rauh zu machen. Das Schleifen kann z. B. durch Verwendung eines Schleifsteins erfolgen, der eine Korngröße von nicht kleiner als 100 und nicht größer als 2000 hat. Im Ergebnis kann die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs 12 nicht kleiner als 0,06 μm und nicht größer als 5,0 μm sein.
Danach wird die untere Schutzschicht 3 auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 ausgebildet (Schritt S30). Wie unter Bezugnahme auf 7 ersichtlich, wird insbesondere die untere Schutzschicht 3 auf der gesamten zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet. Ein beliebiges Verfahren zum Ausbilden der Schicht, wie z. B. Sputtern und CVD (chemische Abscheidung aus der Gasphase) kann als Verfahren zum Ausbilden der unteren Schutzschicht 3 verwendet werden. Die untere Schutzschicht 3 kann jedoch als eine thermisch oxidierte Schicht (SiO₂) gebildet werden, z. B. durch thermisches Oxidieren des Halbleiter-Basiselements 2, das aus Si hergestellt ist.
Insbesondere können beispielsweise durch Durchführen einer Wärmebehandlung bei einer Behandlungstemperatur von nicht weniger als 800°C und nicht mehr als 1100°C für einen vorgeschriebenen Zeitraum in sauerstoffhaltiger Atmosphäre thermisch oxidierte Schichten mit einer Schichtdicke von nicht mehr als 1 μm gleichzeitig aud der ersten Hauptfläche 2A und der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet werden.
Zu dieser Zeit korrespondiert die thermisch oxidierte Schicht, die auf der ersten Hauptfläche 2A ausgebildet ist, mit der oberen Schutzschicht 13, und die thermisch oxidierte Schicht, die auf der zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet ist, korrespondiert mit der unteren Schutzschicht 3. Die obere Schutzschicht 13 und die untere Schutzschicht 3 können gleichzeitig ausgebildet werden, indem das Halbleiter-Basiselement 2 thermisch oxidiert wird.
Wie unter Bezugnahme auf 8 ersichtlich, werden dann die Detektionselemente 4 und 5 auf Seiten der ersten Hauptfläche 2A in den Bereichen ausgebildet, in welchen die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen (Schritt S40). Insbesondere werden die Trägerschicht 14, der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft, der Wärmeerzeuger 5, die Verdrahtungsmuster 6 und 7, die Elektrodenanschlussfläche 8 und die Oberflächen-Schutzschicht 15 auf der oberen Schutzschicht 13 ausgebildet, die auf der ersten Hauptfläche 2A gebildet ist.
Ein reaktives Sputter-Verfahren, ein CVD-Verfahren oder dergleichen können beispielsweise als ein Verfahren zum Ausbilden der Trägerschicht 14 verwendet werden. Obwohl die Schicht-Ausbildungsbedingungen zum reaktiven Sputtern beliebig gemäß der Konfiguration der Trägerschicht 14 ausgewählt werden können, kann die Trägerschicht 14 aus SiN beispielsweise ausgebildet werden, indem ein Sputtern in einer Stickstoffgas-Atmosphäre durchgeführt wird, wobei Si als Zielmaterial verwendet wird. In diesem Fall kann die Schicht-Ausbildungsgeschwindigkeit im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, in welchem SiN als Zielmaterial verwendet wird.
In dem Fall der Schicht-Ausbildung mittels des CVD-Verfahrens kann die Trägerschicht 14 gebildet werden, indem gewöhnliches Druck-CVD, CVD mit verringertem Druck, Plasma-CVD oder dergleichen verwendet wird und die Schicht-Ausbildungstemperatur so eingestellt wird, dass sie nicht niedriger ist als 300°C und nicht höher ist als 400°C. Wenn die Trägerschicht 14 beispielsweise eine Nitridschicht ist, die aus SiN oder dergleichen gebildet ist, wird beispielsweise Ammoniakgas als Rohmaterial-Gas verwendet, und zwar zusätzlich zu Monosilan, Disilan und dergleichen.
Wenn die Trägerschicht 14 beispielsweise eine Oxidschicht ist, die aus SiO₂ oder dergleichen gebildet ist, wird beispielsweise Distickstoffoxid, ein Sauerstoffgas oder dergleichen als Rohmaterial-Gas verwendet, und zwar zusätzlich zu Monosilan, Disilan und dergleichen. Ein TEOS-CVD-Verfahren kann als Verfahren zum Vorsehen der Trägerschicht 14 aus SiO₂ verwendet werden. Da das CVD-Verfahren hinsichtlich der Schrittabdeckung und der Belastungs-Steuerbarkeit gegenüber dem Sputter-Verfahren überlegen ist, wird das CVD-Verfahren zum Ausbilden der Trägerschicht 14 und der Oberflächen-Schutzschicht 15 verwendet, und dadurch kann eine dichte und dünne Schicht gebildet werden.
Jeder von Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft, Wärmeerzeuger 5, Verdrahtungsmustern 6 und 7 und Elektrodenanschlussfläche 8 kann unter Verwendung eines beliebigen Verfahrens ausgebildet werden. Beispielsweise wird die Schichtenausbildung durch ein Gasphasen-Abscheidungsverfahren oder ein Sputter-Verfahren durchgeführt, und die Musterbildung wird durch ein Trockenätzverfahren oder ein Nassätzverfahren durchgeführt, indem ein fotomechanisch ausgebildetes Maskenmuster verwendet wird. Auf diese Weise wird ein vorgeschriebenes Strompfadmuster in dem Sensorelement 1 gebildet.
Wie unter Bezugnahme auf 9 ersichtlich, wird das Öffnungsmuster in der unteren Schutzschicht 3 in den Bereichen gebildet, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen. Der Bereich, in welchem die Hohlraum-Struktur 9 gebildet werden soll, ist ein Bereich, in welchem der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft gebildet werden soll, und der Bereich, in welchem die Hohlraum-Struktur 10 gebildet werden soll, ist ein Bereich, in welchem der Wärmeerzeuger 5 gebildet werden soll. Obwohl ein beliebiges Verfahren zum Ausbilden des Öffnungsmusters in der unteren Schutzschicht 3 verwendet werden kann, können beispielsweise ein Fotolithographie-Verfahren oder ein Trockenätzverfahren verwendet werden.
Insbesondere kann die untere Schutzschicht 3 mit dem Öffnungsmuster in den Bereichen, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausgebildet werden sollen, durch Ausbilden eines (nicht dargestellten) Maskenmusters mit dem Öffnungsmuster durch das Fotolithographie-Verfahren auf der unteren Schutzschicht 3 in den Bereichen ausgebildet werden, in welchen die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen, und durch ein Trockenätzen der unteren Schutzschicht 3, indem dieses Maskenmuster verwendet wird.
Wie unter Bezugnahme auf 10 ersichtlich, werden die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 durch teilweises Ätzen des Halbleiter-Basiselements 2 von der Seite der zweiten Hauptfläche 2B gebildet, indem die untere Schutzschicht 3 als eine Maske verwendet wird (Schritt S50). Die untere Schutzschicht 3, die in dem vorhergehenden Schritt S40 ausgebildet worden ist, hat das Öffnungsmuster in den Bereichen, in welchen die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen.
Wenn das Halbleiter-Basiselement 2 unter Verwendung dieser als eine Maske geätzt wird, können die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 in den Bereichen gebildet werden, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 jeweils gebildet werden sollen. Obwohl ein beliebiges Verfahren zum Ausbilden der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 verwendet werden kann, wird beispielsweise ein Nassätzverfahren mit TMAH, KOH oder dergleichen verwendet. Insbesondere können Hohlraum-Strukturen 9 und 10, die von der zweiten Hauptfläche 2B zu der ersten Hauptfläche 2A verlaufen, ausgebildet werden, indem das Halbleiter-Basiselement 2 in ein Bad getaucht wird, das erwärmtes TMAH, KOH oder dergleichen enthält.
Die obere Schutzschicht 13 ist in Hohlraum-Strukturen 9 und 10 freigelegt, und der Temperaturdetektor 4 für die eingelassene Luft sowie der Wärmeerzeuger 5 werden auf dieser oberen Schutzschicht 13 ausgebildet. Aus einem anderen Blickwinkel sind die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 von der oberen Schutzschicht 13 auf Seiten der ersten Hauptfläche 2A verschlossen. Auf diese Weise wird eine Mehrzahl von Sensorelementen 1 auf dem Halbleiter-Basiselement 2 gebildet.
Wie unter Bezugnahme auf 12 ersichtlich, wird die Mehrzahl von Sensorelementen 1, die auf dem Halbleiter-Basiselement 2 ausgebildet sind, geteilt. Obwohl ein beliebiges Verfahren als Verfahren zum Teilen der Sensorelemente 1 verwendet werden kann, kann z. B. ein Klingen-Trennverfahren (blade dicing) verwendet werden. Eine Trennlinie bzw. Dicing-Linie 16 ist z. B. in einem Bereich vorgesehen, in welchem die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 nicht ausgebildet sind. Wie oben beschrieben, kann ein Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Nachfolgend werden die Funktion und die Wirkung eines Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 im Sensorelement 1 weist einen konvex und konkav geformten Bereich 12 auf, und die Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 hat eine gekrümmte Form. Im Ergebnis kann, wie unter Bezugnahme auf die 13(a) und 13(b) ersichtlich, die Erzeugung eines linear verlaufenden Kratzers S in der unteren Schutzschicht 3 unterbunden werden, und zwar im Vergleich zu einem Sensorelement, das keinen konvex und konkav geformten Bereich 12 hat.
Insbesondere kommt die zweite Hauptfläche 2B, die den Detektionselementen 4 und 5 im Sensorelement 1 gegenüberliegend angeordnet ist, oft in Kontakt mit einer Stufe oder dergleichen von verschiedenen Arten von Herstellungseinrichtungen in dem Prozess der Herstellung des Sensorelements 1. Zu dieser Zeit kann in einem herkömmlichen Sensorelement, das keinen konvex und konkav geformten Bereich 12 hat, wie er in 13(b) gezeigt ist, ein linearer Kratzer S in der unteren Schutzschicht 3 gebildet werden (siehe 14(a)), wenn das Halbleitersubstrat mit einer Fremdsubstanz F (siehe 3) von einer Größe in Eingriff kommt, die gleich groß wie oder größer als die Schichtdicke der Schutzschicht ist, welche zwischen der Stufe und der zweiten Hauptfläche 2B liegt.
Der lineare Kratzer S, der so in der unteren Schutzschicht 3 vor dem Schritt S50 gebildet wird, wird ein Eintrittspfad für Ätzmittel im Schritt S50. Folglich wird ein großes Loch oder eine große Mulde in dem Bereich der unteren Schutzschicht 3 gebildet, wo der Kratzer S ausgebildet ist. Unter Bezugnahme auf 14(b) gilt Folgendes: Insbesondere dann, wenn der Kratzer S auf einem Bereich gebildet wird, der an die Bereiche grenzt, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausgebildet werden sollen, wird die Dimension der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 größer als deren geplante Dimension, und die Form der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 weicht von deren Entwurfsform 21 ab.
Unter Bezugnahme auf 14(a) gilt z. B. Folgendes: Wenn der Kratzer S auf einem Bereich gebildet wird, der zu einem Bereich 17 benachbart ist, wo die Hohlraum-Struktur 9 gebildet werden soll, kann die Hohlraum-Struktur 9 so gebildet werden, dass sie eine Position erreicht, wo der Abstand zu dem Bereich 17 im Kratzer S am längsten ist. Angenommen, dass die Hohlraum-Struktur 9 eine rechteckige Form hat und die geplante Dimension auf einer Seite mit L1 bezeichnet ist, gilt also Folgendes: Wenn beispielsweise der Kratzer S so ausgebildet wird, dass er an einer anderen Seite angrenzt, die die vorgenannte Seite kreuzt, und wenn der Kratzer S so ausgebildet wird, dass er um den Abstand L2-L1 in einer Richtung entlang der Ausdehnungsrichtung der vorgenannten Seite länger wird, dann wird die Länge der vorgenannten Seite der Hohlraum-Struktur 9 durch L2 ausgedrückt länger als L1, und zwar um den Abstand L2-L1.
Im Ergebnis wird das herkömmliche Sensorelement, das keinen konvex und konkav geformten Bereich 12 hat, anfällig für eine Druckbeanspruchung, und wenn dieses herkömmliche Sensorelement an einem Halteelement montiert wird, kann eine lokale Belastungskonzentration auftreten, welche zum Defekt führen kann.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet. Folglich kann der Kratzer S in kleine Teile geteilt werden, und zwar im Vergleich zu dem oben beschriebenen herkömmlichen Sensorelement, das keinen konvex und konkav geformten Bereich 12 hat. Im Ergebnis kann die Größe des Lochs oder der Mulde P verringert werden, was infolge des Eintretens von Ätzmittel von dem Kratzer S aus hervorgerufen wird.
Selbst wenn sich der Kratzer S in dem Bereich bildet, der zu den Bereichen benachbart ist, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausgebildet werden sollen, kann die Form-Fehlordnung der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 bedeutend verringert werden. Selbst wenn das Sensorelement 1 mit Druck belastet wird, so wird im Ergebnis die Belastungskonzentration entspannt, und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Defekt auftritt.
Bei einem herkömmlichen Sensorelement, bei welchem der konvex und konkav geformte Bereich mit einer Pyramidenform mit einer Mitte wie in 13(c) gezeigt ausgebildet ist, kann der Kratzer S in kleine Teile geteilt werden, und die Zunahme der Größe des Lochs oder der Mulde P kann im Vergleich zu dem oben beschriebenen Sensorelement, das in 13(b) gezeigt ist, unterbunden werden. Die Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs wird jedoch leicht abgetragen, wenn die zweite Hauptfläche 2B in Kontakt mit der Stufe oder dergleichen von verschiedenen Arten von Herstellungseinrichtungen im Herstellungsprozess gelangt, und solch ein abgetragenes Spitzenstück des konvexen Bereichs kann den Kratzer S in der unteren Schutzschicht 3 als eine neue Fremdsubstanz hervorrufen.
Im Ergebnis ist es schwierig, den in der unteren Schutzschicht 3 erzeugten Kratzer S ausreichend zu verringern und die Verformung der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 ausreichend zu unterbinden. Folglich kann dieses herkömmliche Sensorelement anfällig für eine Druckbeanspruchung sein, auf ähnliche Weise wie das oben beschriebene herkömmliche Sensorelement.
Im Gegensatz dazu ist bei dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 mit einer gekrümmten Form ausgebildet. Folglich kann das Abtragen der Spitze des konvexen Bereichs unterbunden werden, und der in der unteren Schutzschicht 3 erzeugte Kratzer S kann ausreichend verringert werden. Im Ergebnis kann eine Verformung der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 des Sensorelements 1 ausreichend unterbunden werden, und selbst während der Druckbelastung wird die Belastungskonzentration entspannt, und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Defekt auftritt.
Wie in 13(a) gezeigt, gilt bei dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform außerdem Folgendes: Die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs 12 ist gleich groß wie oder größer als die Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3. Im Ergebnis wird der konvex und konkav geformte Bereich 12 nicht vollständig von der unteren Schutzschicht 3 abgeflacht, und eine untere Fläche 3B der unteren Schutzschicht 3 hat eine konvexe und konkave Form, die in gewissem Maße ähnlich zu der konvexen und konkaven Form der zweiten Hauptfläche 2B ist, die den konvex und konkav geformten Bereich 12 aufweist.
Selbst wenn die Fremdsubstanz F mit einem äußeren Durchmesser R (siehe 3), der ungefähr gleich groß wie oder kleiner ist als die Größe, die mit der Summe der Schichtdicke der unteren Schutzschicht 3 und der durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs 12 korrespondiert, zwischen der zweiten Hauptfläche 2B und der Stufe oder dergleichen von verschiedenen Arten von Herstellungseinrichtungen im Herstellungsprozess liegt, kann die Erzeugung eines linear verlaufenden Kratzers S, der durch die untere Schutzschicht 3 geht, durch die relative Bewegung oder dergleichen der Fremdsubstanz F und des Sensorelements 1 unterbunden werden, da die untere Fläche 3B und die zweite Hauptfläche 2B die konvexen Bereiche und konkaven Bereiche haben, die von der oben beschriebenen durchschnittlichen Rauheit Rz an zehn Punkten verursacht werden. Im Ergebnis wird in dem Sensorelement 1 die Ausbildung eines Kratzers S über einen weiten Bereich in der unteren Schutzschicht 3 durch eine Fremdsubstanz F wie bei dem herkömmliche Sensorelement unterbunden.
Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform gilt Folgendes: In dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet wird, wird der konvex und konkav geformte Bereich 12 so gebildet, dass die Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 eine gekrümmte Form hat,
Wie oben beschrieben, kann daher die Erzeugung eines linear verlaufenden Kratzers S in der unteren Schutzschicht 3 unterbunden werden. Folglich kann eine Form-Fehlordnung der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 bedeutend verringert werden. Selbst wenn das Sensorelement 1 mit Druck belastet wird, so wird im Ergebnis die Belastungskonzentration entspannt, und es ist weniger wahrscheinlich, dass ein Defekt auftritt.
Außerdem gilt in dem Schritt der Ausbildung des konvex und konkav geformten Bereichs 12 und dem Schirtt der Ausbildung der unteren Schutzschicht 3 Folgendes: Der konvex und konkav geformte Bereich 12 und die untere Schutzschicht 3 werden so gebildet, dass die durchschnittliche Rauheit an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs 12 gleich groß wie oder größer als die Schichtdicke der oben beschriebenen Schutzschicht ist.
Wie oben beschrieben, gilt daher Folgendes: Wenn das Sensorelement 1 an dem Halteelement befestigt wird und die Strömungsraten-Detektionseinrichtung zusammengebaut wird, kann die Kontaktfläche zwischen dem Sensorelement 1 und einem Klebstoff zum Verbinden und Befestigen des Sensorelements 1 und des Halteelements vergrößert werden, und der Ankereffekt des Klebstoffs kann erhalten werden. Daher kann die Adhäsion zwischen dem Sensorelement 1 und dem Halteelement verbessert werden.
In dem Schritt S20, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird, wird außerdem der konvex und konkav geformte Bereich 12 durch Schleifen erzeugt. Wenn beispielsweise die Korngröße der Schleifkörner des Schleifsteins gemäß der Größe des zu unterbindenden Kratzers verändert wird, kann daher die Verformung der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 des Sensorelements 1 wirksam unterbunden werden.
Genauer gesagt: Wenn ein Schleifstein mit großer Korngröße verwendet wird, kann die durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs 12 vergrößert werden, und ein Abstand des Kratzers S, der auf den unteren Schutzschicht 3 verläuft, die auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 gebildet ist und eine Schichtdicke hat, die kleiner ist als diese durchschnittliche Rauheit Rz an zehn Punkten, kann unterbunden werden.
Außerdem kann der gewünschte konvex und konkav geformte Bereich 12 gebildet werden, indem nur die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 geläppt wird. Daher können die Musterbildungs-Schritte und die Hochglanzpolier-Schritte reduziert werden. Ferner kann die Menge des verwendeten Schleifmittels (der Schleifkörner) verringert werden, und die Menge der verwendeten Schleifkörner mit einer starken Auswirkung auf die Umwelt kann verringert werden. Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform, können im Ergebnis die Herstellungskosten verringert werden, im Vergleich zu dem Verfahren zum Herstellen eines herkömmlichen Sensorelements.
Außerdem wird der Schritt S40, in welchem die Detektionselemente 4 und 5 gebildet werden, nach dem Schritt S20 ausgeführt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 gebildet wird. Dennoch wird die Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 in eine gekrümmte Form im Schritt 520 geformt, und der Schritt S30, in welchem die untere Schutzschicht 3 gebildet wird, ist zwischen dem Schritt S20 und dem Schritt S40 vorgesehen. Daher kann das Abtragen der Spitze des konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs 12 und die Erzeugung des Kratzers S in der unteren Schutzschicht 3 vor dem Schritt S50, in welchem die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden, ausreichend unterbunden werden.
Außerdem wird die obere Schutzschicht 13 gleichzeitig mit der unteren Schutzschicht 3 im Schritt S30 ausgebildet. Daher ist die obere Schutzschicht 13 als ein Teil der Trägerschicht des Sensorelements 1 definiert, und folglich kann der Schritt des Ausbildens der Trägerschicht 14 verkürzt werden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet, indem die zweite Hauptfläche 2B geschliffen wird, um die zweite Hauptfläche 2B rauh zu machen (ein Läppen der zweiten Hauptfläche 2B), und zwar unter Verwendung eines Schleifsteins mit großer Korngröße. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann beispielsweise durch Schleifen der zweiten Hauptfläche 2B gebildet werden, die durch Verwendung eines Schleifsteins von kleinerer Korngröße nach dem oben erwähnten Läppen aufgerauht wird. In diesem Fall können Variationen der Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 verringert werden, und zwar verglichen mit dem Fall, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 nur durch Läppen ausgebildet wird. Insbesondere, wenn ein dünnes Halbleiter-Basiselement 2 verwendet wird, nimmt die Biegefestigkeit des Halbleiter-Basiselements 2 selbst ab. Durch Schleifen oder Polieren mit einem Schleifstein von kleiner Korngröße kann jedoch die Biegefestigkeit des Halbleiter-Basiselements 2 selbst erhöht werden.
Bei dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet, indem die zweite Hauptfläche 2B geschliffen wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann beispielsweise durch Ionenfräsen ausgebildet werden. Insbesondere kann der konvex und konkav geformte Bereich 12 beispielsweise durch Sputtern der gesamten zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 unter Verwendung eines Argonplasmas (Ar) ausgebildet werden.
Auch mit dieser Konfiguration kann eine Wirkung ähnlich zu derjenigen des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhalten werden. Außerdem kann der konvex und konkav geformte Bereich 12 ohne Verwendung eines Schleifmittels (der Schleifkörner) ausgebildet werden, die eine starke Auswirkung auf die Umwelt haben.
Der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann z. B. auch durch Sandstrahlen gebildet werden. Auch mit dieser Konfiguration kann eine Wirkung ähnlich zu derjenigen des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der oben beschriebenen ersten Ausführungsform erhalten werden, und der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann ausgebildet werden, ohne ein Schleifmittel (die Schleifkörner) zu verwenden, die eine starke Auswirkung auf die Umwelt haben.
Bei dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist der konvex und konkav geformte Bereich 12 über die gesamte zweite Hauptfläche 2B hinweg ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Der konvex und konkav geformte Bereich 12 kann beispielsweise auch nur auf der zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet werden, die sich auf einem Bereich befindet, wo das Halbleiter-Basiselement 2 belassen werden soll, mit Ausnahme der Bereiche, wo die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 gebildet werden sollen. Auch mit dieser Konfiguration kann eine Wirkung ähnlich zu derjenigen des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden.
Bei dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform ist eine untere Schutzschicht 3 auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 ausgebildet. Die untere Schutzschicht 3 kann jedoch auch nach dem Schritt 550 des Ausbildens der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 entfernt werden. Genauer gesagt: Durch Eintauchen der Seite der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 in eine gepufferte Fluss-Säure (BHF) oder dergleichen kann die untere Schutzschicht 3 durch Nassätzen entfernt werden. Im Ergebnis kann ein Sensorelement 1 mit Hohlraum-Strukturen 9 und 10 und mit einem freiliegenden konvex und konkav geformten Bereich 12 ausgebildet werden.
Zweite Ausführungsform
Als nächstes wird eine Detektionseinrichtung 100 gemäß einer zweiten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die 15 und 16 beschrieben. Eine Detektionseinrichtung 100 wird konfiguriert, indem an einem Halteelement 20 das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform angebracht wird, wobei die untere Schutzschicht 3 entfernt ist, um den konvex und konkav geformten Bereich 12 freizulegen. Das Halteelement 20 hat einen Aufnahmebereich, in welchem das Sensorelement 1 angeordnet und aufgenommen ist, und dieser Aufnahmebereich ist so vorgesehen, dass er dazu imstande ist, das Sensorelement 1 aufzunehmen.
Das Halteelement 20 ist auf einer Leitung angeordnet, durch welche das zu messende Fluid hindurchströmt. Das Sensorelement 1 ist an dem Aufnahmebereich des Halteelements 20 befestigt. Das Sensorelement 1 und das Halteelement 20 werden beispielsweise durch Bonden – mit einem Klebstoff 18 – des Halteelements 20 mit dem konvex und konkav geformten Bereich 12 angebracht, der sich unterhalb eines Bereichs befindet, wo die Elektrodenanschlussflächen 8 ausgebildet sind. Ein Boden-Fließinhibitor 19 ist in einen Bereich hineingefüllt, welcher sich stromaufwärts von Hohlraum-Strukturen 9 und 10 in Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids befindet, und in welchem das Sensorelement 1 und das Halteelement 20 einander zugewandt sind.
Obwohl das Material, das den Klebstoff 18 bildet, ein beliebiger Klebstoff sein kann, der das Sensorelement 1 mit dem Halteelement 20 verbinden kann, ist das Material, das den Klebstoff 18 bildet, bevorzugt ein wärmeaushärtender Klebstoff. Obwohl das Material, das den Boden-Fließinhibitor 19 bildet, ein beliebiges Material sein kann, das den Bereich zwischen dem Sensorelement 1 und dem Halteelement 20 füllen kann, ist das Material, das den Boden-Fließinhibitor 19 bildet, beispielsweise ein gewöhnlicher temperaturhärtbarer Klebstoff.
Ein Verfahren zum Herstellen der Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform weist Folgendes auf: einen Schritt S100, in welchem das Sensorelement 1 hergestellt wird, indem das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird; einen Schritt S110, in welchem das Halteelement 20 hergestellt wird, das so vorgesehen ist, dass das Sensorelement 1 daran anbringbar ist; und einen Schritt S120, in welchem das Sensorelement 1 und das Halteelement 20 verbunden werden, indem der konvex und konkav geformte Bereich 12 als eine Verbindungsfläche verwendet wird.
In dem Schritt S100, in welchem das Sensorelement 1 hergestellt wird, wird das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt, indem das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, das oben beschrieben ist. Ferner wird die untere Schutzschicht 3 des erhaltenen Sensorelements 1 entfernt, um das Sensorelement 1 vorzubereiten, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 freiliegt. In dem Schritt S110, in welchem das Halteelement 20 hergestellt wird, kann dann das oben beschriebene Halteelement 20 hergestellt werden, indem ein beliebiges Verfahren verwendet wird.
In dem Schritt S120, in welchem das Sensorelement 1 und das Halteelement 20 verbunden werden, werden jeder von Klebstoff 18 und Boden-Fließinhibitor 19 zunächst vorläufig auf einen vorgeschriebenen Bereich in dem Aufnahmebereich des Halteelements 20 aufgebracht. Insbesondere wird in dem Aufnahmebereich des Halteelements 20 der Klebstoff 18 auf einen Bereich aufgebracht, der sich unterhalb der Elektrodenanschlussflächen 8 befindet, wenn das Sensorelement 1 befestigt wird, und der Boden-Fließinhibitor 19 wird auf einen Bereich aufgebracht, der sich stromaufwärts der Hohlraum-Strukturen 9 und 10 in Strömungsrichtung A des zu messenden Fluids befindet, wenn das Sensorelement 1 befestigt wird.
Zu diesem Zeitpunkt wird der Wert des aufgebrachten Boden-Fließinhibitors 19 so angepasst, dass es verhindert wird, dass der Boden-Fließinhibitor 19 von dem Sensorelement 1 weggedrückt wird und zu der Seite der ersten Hauptfläche 2A des Sensorelements 1 überläuft und in die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 auf Seiten der zweiten Hauptfläche 2B überläuft, wenn das Sensorelement 1 in den Aufnahmebereich des Halteelements 20 aufgenommen wird.
Danach wird das Sensorelement 1 in den Aufnahmebereich des Halteelements 20 aufgenommen. Zu diesem Zeitpunkt wird das Sensorelement 1 gegen das Halteelement 20 gedrückt. Zu diesem Zeitpunkt werden der Klebstoff 18 und der Boden-Fließinhibitor 19, die vorläufig auf den Bereich in dem Aufnahmebereich des Halteelements 20 aufgebracht worden sind, von dem konvex und konkav geformten Bereich 12 des Sensorelements 1 weggedrückt und breiten sich zu einem Bereich aus, der sich zwischen dem Sensorelement 1 und dem Halteelement 20 befindet. Im Ergebnis bewegt sich der Boden-Fließinhibitor 19 durch einen Spalt, der zwischen dem Sensorelement 1 und dem Halteelement 20 gebildet ist, und wird auf die gleiche Höhe aufgefüllt wie diejenige der ersten Hauptfläche 2A des Sensorelements 1. Auf diese Weise kann die Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Nachfolgend werden die Funktion und die Wirkung der Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform und das Verfahren zum Herstellen derselben beschrieben. In der Detektionseinrichtung 100 wird das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform als ein Strömungsraten-Detektionselement verwendet. Hohlraum-Strukturen 9 und 10 des Sensorelements 1 werden genau hinsichtlich der geplanten Dimension ausgebildet. Selbst wenn das Sensorelement 1 gegen das Halteelement 20 im Schritt S120 gedrückt wird, in welchem das Sensorelement 1 mit dem Halteelement 20 verbunden wird, wird daher das Sensorelement 1 nicht beschädigt. Im Ergebnis kann die Detektionseinrichtung 100 mit hoher Ausbeute geliefert werden.
Ferner ist der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B ausgebildet. Wenn das Sensorelement 1 in den Aufnahmebereich des Halteelements 20 aufgenommen wird, wird daher ein Spalt mit einem vorgeschriebenen Volumen zwischen der zweiten Hauptfläche 2B und dem Halteelement 20 ausgebildet. Daher dringen der Klebstoff 18 und der Boden-Fließinhibitor 19 in diesen Spalt ein, und eine Kontaktfläche zwischen der zweiten Hauptfläche 2B und dem Klebstoff 18 und dem Boden-Fließinhibitor 19 wird vergrößert. Folglich kann die Adhäsion zwischen dem Sensorelement 1 und dem Halteelement 20 durch den Ankereffekt verbessert werden. Außerdem können ein Überlaufen des Klebstoffs 18 und des Boden-Fließinhibitors 19 auf die erste Hauptfläche 2A und in die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 hinein unterbunden werden.
Bei der Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform wird die untere Schutzschicht 3 entfernt, die auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 in dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann das Sensorelement 1 mit dem Halteelement 20 verbunden werden, wenn die untere Schutzschicht 3 ausgebildet ist. Auch mit dieser Konfiguration kann eine Wirkung ähnlich zu derjenigen der Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform erhalten werden.
Außerdem ist das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform als ein Strömungsraten-Detektionselement ausgebildet, und eine Detektionseinrichtung 100 gemäß der zweiten Ausführungsform ist als eine Strömungsraten-Detektionseinrichtung ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Das Sensorelement 1 kann ein beliebiges Sensorelement sein, das Hohlraum-Strukturen 9 und 10 hat, und es kann beispielsweise ein Drucksensor oder ein Ultraschall-Sensor sein. Die Detektionseinrichtung 100 kann eine beliebige Detektionseinrichtung sein, die das Sensorelement beinhaltet, das Hohlraum-Strukturen 9 und 10 hat. Sie kann z. B. eine Druck-Detektionseinrichtung oder eine Ultraschall-Detektionseinrichtung sein.
Außerdem wird bei dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform der Schritt S40, in welchem die Detektionselemente 4 und 5 ausgebildet werden, nach dem Schritt S20 ausgeführt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch nicht beschränkt. Unter Bezugnahme auf 17 gilt Folgendes: Der Schritt S40, in welchem die Detektionselemente 4 und 5 ausgebildet werden, kann vor dem Schritt S20 ausgeführt werden, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 gebildet wird.
Genauer gesagt: Ähnlich wie bei dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements gemäß der ersten Ausführungsform kann der Schritt S10, in welchem das Halbleiter-Basiselement 2 hergestellt wird, zuerst ausgeführt werden, und danach kann der Schritt S40 ausgeführt werden, in welchem die Detektionselemente 4 und 5 auf der ersten Hauptfläche 2A des hergestellten Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet werden. Danach kann Folgendes ausgeführt werden: Der Schritt S20, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 ausgebildet wird, der Schritt S30, in welchem die Schutzschicht (die untere Schutzschicht 3) auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12 ausgebildet wird, und der Schritt S50, in welchem die Hohlraum-Strukturen 9 und 10 durch Ausbilden des Öffnungsmusters in der Schutzschicht (der unteren Schutzschicht 3) und durch Ätzen des Halbleiter-Basiselements 2, das in dem Öffnungsmuster freiliegt, durch Verwendung der unteren Schutzschicht 3 als eine Maske ausgebildet werden.
Auch mit dieser Konfiguration kann das Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt werden. Ferner ist das Halbleiter-Basiselement 2 dick, und es ist schwierig, dies im Schritt S40 zu beschädigen. Folglich kann die Rate von Defekten verringert werden, die durch Beschädigungen und dergleichen verursacht werden. Außerdem kann ein Kratzer, der auf der zweiten Hauptfläche 2B im Schritt S40 erzeugt wird, während des Schleifens im Schritt S20 entfernt werden.
Dritte Ausführungsform
Als nächstes wird das Sensorelement 1 gemäß einer dritten Ausführungsform beschrieben. Wenn der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird, indem ein Verfahren wie das Schleifen im Schritt S20 beim Ausbilden des konvex und konkav geformten Bereichs 12 im Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform verwendet wird, kann eine gerissene Schicht 30, die in 18 gezeigt ist, in der zweiten Hauptfläche 2B des Sensorelements 1 erzeugt werden.
Wenn die Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 einen Wert von 100 μm überschreitet, dann besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass eine unzureichende Stärke des Halbleiter-Basiselements 2 ein größeres Problem wird, selbst wenn die gerissene Schicht 30 ausgebildet wird. Wenn jedoch die Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 klein ist, d. h. nicht größer als 100 μm, dann kann die Ausbildung der gerissenen Schicht 30 zu einer unzureichenden Stärke des Halbleiter-Basiselements 2 führen. Obwohl das Sensorelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform im Wesentlichen eine Konfiguration ähnlich zu derjenigen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform besitzt, unterscheidet sich das Sensorelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform dahingehend von dem Sensorelement 1 gemäß der ersten Ausführungsform, dass die gerissene Schicht 30 nicht an der zweiten Hauptfläche 10B ausgebildet wird.
Daher kann das Sensorelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform eine Wirkung ähnlich zu derjenigen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform erzielen. Wenn die Dicke des Halbleiter-Basiselements 2 nicht größer als 100 μm ist, dann hat außerdem das Sensorelement 1 gemäß der dritten Ausführungsform eine ausreichende Festigkeit und einen hohen Druckwiderstand.
Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform unter Bezugnahme auf 19 beschrieben. Obwohl das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform im Wesentlichen eine Konfiguration ähnlich zu derjenigen des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der in 4 gezeigten ersten Ausführungsform besitzt, unterscheidet sich das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform von dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform dadurch, dass es den Schritt S60 beinhaltet, in welchem die gerissene Schicht 30 entfernt wird, die in der zweiten Hauptfläche 2B im Schritt S20 gebildet wird, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird.
Der Schritt S60, in welchem die gerissene Schicht 30 entfernt wird, wird nach dem Schritt S20 durchgeführt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird, und vor dem Schritt S30, in welchem die Schutzschicht ausgebildet wird. In diesem Schritt S60 wird die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 einer Nassätz-Behandlung unterzogen. Eine Ätzlösung ist beispielsweise eine wässrige Lösung von TMAH, KOH oder dergleichen.
Die zweite Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 wird in ein Bad getaucht, das die erwärmte Ätzlösung enthält. Auf diese Weise kann die gerissene Schicht 30 entfernt werden, die in der zweiten Hauptfläche 2B gebildet wird. Gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements gemäß der dritten Ausführungsform kann eine Wirkung ähnlich zu dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der ersten Ausführungsform erhalten werden. Außerdem kann die gerissene Schicht 30 einfach entfernt werden, und ein Sensorelement 1 mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber einer Druckbelastung kann hergestellt werden.
Unter Bezugnahme auf 20 gilt Folgendes: Das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform kann im Wesentlichen eine Konfiguration ähnlich zu derjenigen einer Modifikation des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der in 17 gezeigten ersten Ausführungsform besitzen, und das Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform kann sich von der Modifikation dadurch unterscheiden, dass es den Schritt S60 beinhaltet, in welchem die gerissene Schicht 30 entfernt wird, die in der zweiten Hauptfläche 2B im Schritt S20 gebildet wird, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich 12 ausgebildet wird.
Genauer gesagt: Bei dem Verfahren zum Herstellen des Sensorelements 1, in welchem der Schritt S20 zum Herstellen des konvex und konkav geformten Bereichs 12 auf der zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiter-Basiselements 2 und der Schritt S30 zum Ausbilden der Schutzschicht (der unteren Schutzschicht 3) auf dem konvex und konkav geformten Bereich 12, nach dem Schritt S40 zum Ausbilden der Detektionselemente 4 und 5 auf der ersten Hauptfläche 2A des Halbleiter-Basiselements 2 durchgeführt werden, wird der Schritt S60 zum Entfernen der gerissenen Schicht 30 nach dem oben beschriebenen Schritt S20 und vor dem oben beschriebenen Schritt S30 ausgeführt. Auch mit dieser Konfiguration kann eine Wirkung ähnlich zu derjenigen des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements 1 gemäß der dritten Ausführungsform erhalten werden.
Während spezielle Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, können auch verschiedenartige Modifikationen bei den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden. Außerdem ist der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Der Umfang der vorliegenden Erfindung wird durch die Ansprüche bestimmt, und es ist beabsichtigt, dass er jegliche Modifikationen innerhalb des Umfangs und der Bedeutung beinhaltet, die äquivalent zum Wortlaut der Ansprüche sind.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung wird insbesondere vorteilhaft bei einem Sensorelement mit einer Hohlraum-Struktur angewendet.
Bezugszeichenliste

1: Sensorelement
2: Halbleiter-Basiselement
2A: erste Hauptfläche
2B: zweite Hauptfläche
3: untere Schutzschicht
3B: untere Fläche
4: Temperaturdetektor für die eingelassene Luft (Detektionselement)
5: Wärmeerzeuger (Detektionselement)
6, 7: Verdrahtungsmuster
8: Elektrodenanschlussfläche
9, 10: Hohlraum-Struktur
12: konvex und konkav geformter Bereich
13: obere Schutzschicht
14: Trägerschicht
15: Oberflächen-Schutzschicht
16: Dicing-Linie
18: Klebstoff
19: Boden-Fließinhibitor
20: Halteelement
100: Detektionseinrichtung.

Claims

Sensorelement (1), das Folgendes aufweist: – ein Halbleiter-Basiselement (2), das eine erste Hauptfläche (2A) und eine zweite Hauptfläche (2B) hat, die der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegend angeordnet ist, und das eine Hohlraum-Struktur (9, 10) hat, die auf Seiten der zweiten Hauptfläche (2B) ausgebildet ist; und – ein Detektionselement (4, 5), das auf Seiten der ersten Hauptfläche (2A) in einem Bereich ausgebildet ist, wo die Hohlraum-Struktur (9, 10) ausgebildet ist, wobei die zweite Hauptfläche (2B) des Halbleiter-Basiselements (2) einen konvex und konkav geformten Bereich (12) aufweist, und wobei eine Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs (12) eine gekrümmte Form hat.
Sensorelement (1) nach Anspruch 1, das ferner Folgendes aufweist: eine Schutzschicht (3), die auf dem konvex und konkav geformten Bereich gebildet (12) ist, wobei eine durchschnittliche Rauheit an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs (12) gleich groß wie oder größer ist als die Schichtdicke der Schutzschicht (3).
Detektionseinrichtung, die ein Sensorelement (1) nach Anspruch 1 oder 2 aufweist.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1), das die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen eines Halbleitersubstrats, das eine erste Hauptfläche (2A) und eine zweite Hauptfläche (2B) hat, die der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegend angeordnet ist; – Ausbilden eines konvex und konkav geformten Bereichs (12) auf der zweiten Hauptfläche (2B) des Halbleitersubstrats; – Ausbilden einer Schutzschicht (3) auf dem konvex und konkav geformten Bereich (12); – Ausbilden einer Hohlraum-Struktur (9, 10), indem ein Öffnungsmuster in der Schutzschicht (3) ausgebildet wird und das Halbleitersubstrat geätzt wird, das in dem Öffnungsmuster freiliegt, indem die Schutzschicht (3) als eine Maske verwendet wird; und – Ausbilden eines Detektionselements auf Seiten der ersten Hauptfläche (2A) in einem Bereich, wo die Hohlraum-Struktur (9, 10) ausgebildet ist, wobei in dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich (12) ausgebildet wird, der konvex und konkav geformte Bereich (12) so ausgebildet wird, dass eine Spitze eines konvexen Bereichs des konvex und konkav geformten Bereichs (12) eine gekrümmte Form hat.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach Anspruch 4, wobei in dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich (12) ausgebildet wird, und in dem Schritt, in welchem die Schutzschicht (3) gebildet wird, der konvex und konkav geformte Bereich (12) und die Schutzschicht (3) so ausgebildet werden, dass eine durchschnittliche Rauheit an zehn Punkten des konvex und konkav geformten Bereichs (12) gleich groß wie oder größer ist als die Schichtdicke der Schutzschicht (3).
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich (12) ausgebildet wird, der konvex und konkav geformte Bereich durch Schleifen erzeugt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich (12) ausgebildet wird, der konvex und konkav geformte Bereich (12) durch Ionenfräsen erzeugt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach Anspruch 4 oder 5, wobei in dem Schritt, in welchem der konvex und konkav geformte Bereich (12) ausgebildet wird, der konvex und konkav geformte Bereich (12) durch Sandstrahlen erzeugt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei in dem Schritt, in welchem die Schutzschicht (3) gebildet wird, die Schutzschicht (3) durch thermisches Oxidieren der zweiten Hauptfläche gebildet wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Schritt zum Ausbilden des Detektionselements (4, 5) vor dem Schritt zum Ausbilden des konvex und konkav geformten Bereichs (12) durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 9, wobei der Schritt zum Ausbilden des Detektionselements (4, 5) nach dem Schritt zum Ausbilden des konvex und konkav geformten Bereichs (12) durchgeführt wird.
Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, wobei in dem Schritt zum Ausbilden des konvex und konkav geformten Bereichs (12) eine gerissene Schicht in der zweiten Hauptfläche ausgebildet wird, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Sensorelements (1) ferner den Schritt aufweist, in welchem die gerissene Schicht entfernt wird.
Verfahren zum Herstellen einer Detektionseinrichtung, das die folgenden Schritte aufweist: – Herstellen des Sensorelements I(1) durch Verwendung des Verfahrens zum Herstellen des Sensorelements nach einem der Ansprüche 4 bis 12; – Herstellen eines Halteelements (20), das so vorgesehen ist, dass das Sensorelement (1) daran befestigbar ist; und – Verbinden des Sensorelements (1) mit dem Halteelement (20), indem der konvex und konkav geformte Bereich (12) als eine Verbindungsfläche verwendet wird.