DE112017001418T5

DE112017001418T5 - Halbleitervorrichtung, Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung und Strömungssensor

Info

Publication number: DE112017001418T5
Application number: DE112017001418.2T
Authority: DE
Inventors: Noriyuki Sakuma; Yasuo Onose; Shinobu Tashiro; Akira Kotabe
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2016-06-15
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-11-29
Also published as: WO2017217097A1; JP6561017B2; JP2017223526A

Abstract

Es ist ein thermischer Fluidströmungssensor mit niedrigen Kosten und einer hohen Genauigkeit vorgesehen. Zur Lösung des Problems werden auf einem Halbleitersubstrat ein Strömungserkennungsteil und ein Druckerkennungsteil bereitgestellt, weist der Strömungserkennungsteil eine erste Membran und einen Heizwiderstand auf und weist der Druckerkennungsteil eine zweite Membran und einen als Druckerkennungselement dienenden Diffusionswiderstand auf. Markierungen werden auf beiden Seiten des Heizwiderstands bereitgestellt, und das Ausmaß des Ätzens bei der Bildung der zweiten Membran wird durch die Markierungen erfasst. Dementsprechend wird die zweite Membran genau gebildet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung der Halbleitervorrichtung und einen Strömungssensor.
Technischer Hintergrund
Technischer Hintergrund zu diesem technischen Gebiet sind JP-A-60-142268 (PTL 1), JP-B-5406674 (PTL 2) und JP-B-4882732 (PTL 3).
JP-A-60-142268 (PTL 1) beschreibt einen Strömungsgeschwindigkeitsensor mit einer in Luft gehaltenen Dünnfilmheizung und ein Paar aus zwei in Luft gehaltenen Dünnfilm-Wärmesensoren, die auf den beiden entgegengesetzten Seiten der Heizung angeordnet sind.
JP-B-5406674 (PTL 2) beschreibt einen thermischen Fluidströmungssensor, wobei ein Heizwiderstand zum Erkennen der Luftströmungsrate, ein Temperaturmesswiderstand für einen Heizwiderstand und ein Temperaturmesswiderstand und ein Heizwiderstand zur Feuchtigkeitserkennung in einer auf einem Halbleitersubstrat gebildeten Membran angeordnet sind und eine Hohlraumschicht und ein auf der Hohlraumschicht gebildeter Schutzfilm auf dem Heizwiderstand zur Feuchtigkeitserkennung ausgebildet sind und mehrere die Hohlraumschicht erreichende Löcher im Schutzfilm ausgebildet sind.
JP-B-4882732 (PTL 3) beschreibt eine Halbleitervorrichtung, worin wenigstens ein Heizelement auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist und ein Strömungserkennungsteil zur Erkennung der Fluidströmungsrate bereitgestellt ist. Bei dieser Halbleitervorrichtung sind der Strömungserkennungsteil und ein Feuchtigkeitserkennungsteil zur Erkennung der Feuchtigkeit eines Fluids parallel entlang der Fluidströmungsrichtung auf derselben Fläche des Halbleitersubstrats ausgebildet, so dass der Feuchtigkeitserkennungsteil auf der stromaufwärts gelegenen Seite des Strömungserkennungsteils liegt.
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1: JP-A-60-142268
PTL 2: JP-B-5406674
PTL 3: JP-B-4882732

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Gegenwärtig wird als Fluidströmungssensor, der für einen Luftströmungsmesser verwendet wird, der in einer elektronisch gesteuerten Kraftstoffeinspritzvorrichtung in einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen installiert ist, um die Menge der angesogenen Luft zu messen, hauptsächlich ein thermischer Fluidströmungssensor verwendet, weil die Luftmenge direkt erkannt werden kann.
Von diesen kann insbesondere ein durch Mikroelektromechanisches-System(MEMS)-Technologie unter Verwendung von Halbleitern hergestelltes thermisches Luftströmungssensorelement die Kosten verringern und mit einer geringen Leistung betrieben werden, so dass es Aufmerksamkeit erregt.
Im Stand der Technik gibt es jedoch eine Kombination eines Luftströmungsmessers und eines Hygrometers, jedoch keine Kombination eines Luftströmungsmessers und eines Druckmessers. Zur Verbesserung der Genauigkeit der Erkennung der Luftströmungsrate im Luftströmungsmesser muss der Druckmesser als getrennter Teil montiert werden. Weil in diesem Fall die Anzahl der Teile zunimmt und ein Entwurf erforderlich ist, der die Verdrahtung zwischen Elementen berücksichtigt, wird der Aufbau kompliziert und wird die Anzahl der Montageprozesse erhöht. Daher ergibt sich das Problem, dass die Herstellungskosten zunehmen.
Weil der Druckmesser auch eine durch Ausdünnen eines Silicium(Si)-Substrats erhaltene Membran bildet, können der Luftströmungsmesser und der Druckmesser kombiniert werden. Die Empfindlichkeit kann jedoch von der Bearbeitung der Membran im Druckmesser abhängen, und die Genauigkeit der Erkennung der Luftströmungsrate im Luftströmungsmesser kann verringert werden.
Lösung des Problems
Zur Lösung des vorstehend beschriebenen Problems sieht die vorliegende Erfindung eine Halbleitervorrichtung vor, welche einen in einem ersten Gebiet eines Halbleitersubstrats gebildeten Strömungserkennungsteil und einen in einem zweiten Gebiet des Halbleitersubstrats gebildeten Druckerkennungsteil aufweist. Der Strömungserkennungsteil weist eine erste Membran, welche das Halbleitersubstrat von einer oberen Fläche zu einer unteren Fläche durchdringt, und einen an einer die erste Membran in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestellten Heizwiderstand auf, und der Druckerkennungsteil weist eine im Halbleitersubstrat durch Belassen des Halbleitersubstrats mit einer vorgegebenen Dicke von der oberen Fläche bereitgestellte zweite Membran und ein an einer die zweite Membran in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestelltes Druckerkennungselement auf. Mehrere Markierungen, durch welche die Position eines Endes der ersten Membran der Seite der oberen Fläche des Halbleitersubstrats erkannt werden kann, sind im ersten Gebiet bereitgestellt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein thermischer Fluidströmungssensor mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden.
Probleme, Konfigurationen und Wirkungen, die von den vorstehend erwähnten abweichen, werden anhand der folgenden Beschreibung der Ausführungsformen verständlich werden.
Figurenliste
Es zeigen:

1 eine Draufsicht eines Sensorchips, worauf ein thermischer Fluidströmungssensor mit einem Strömungserkennungsteil und einem Druckerkennungsteil gemäß Ausführungsform 1 ausgebildet sind,
2 eine schematische Ansicht eines Sensormoduls, worin der mit dem thermischen Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 1 versehene Sensorchip angebracht ist,
3 eine Schnittansicht des Sensormoduls entlang einer Linie B-B aus 2,
4 eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 1 (Schnittansicht entlang einer Linie A-A aus 1),
5 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 4,
6 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 5,
7 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 6,
8 eine Draufsicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 6 (vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands),
9 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach den 7 und 8,
10 eine Draufsicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach den 7 und 8 (vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands),
11 eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands, wodurch ein Strömungserkennungsteil eines thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 2 gebildet ist,
12 eine Schnittansicht eines Verfahrens zur Herstellung eines thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 3,
13 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 12,
14 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 13,
15 eine Schnittansicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 14,
16 eine Draufsicht des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors nach 14 (vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands) und
17 eine Schnittansicht eines Sensormoduls gemäß einer Modifikation von Ausführungsform 1.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die folgenden Ausführungsformen sind, wie es im Interesse der Zweckmäßigkeit erforderlich ist, in mehrere Abschnitte oder Ausführungsformen unterteilt. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht irrelevant in Bezug zueinander, außer wenn dies explizit erwähnt wird, und eine Ausführungsform kann Modifikationen, Einzelheiten und ergänzende Erklärungen eines Teils einer anderen Ausführungsform oder der gesamten anderen Ausführungsform aufweisen.
Zusätzlich ist in den folgenden Ausführungsformen, wenn auf die Anzahl oder dergleichen von Elementen (einschließlich Anzahl, Zahlenwert, Betrag, Bereich und dergleichen) Bezug genommen wird, die Anzahl nicht auf die spezifische Anzahl beschränkt und kann größer als eine spezifische Anzahl oder kleiner als diese sein, außer wenn die Anzahl explizit spezifiziert ist, wenn sie grundsätzlich auf eine spezifische Anzahl eingeschränkt ist, oder dergleichen.
Zusätzlich sind in den folgenden Ausführungsformen die Bestandteile (auch Elementstufen und dergleichen einschließend) nicht notwendigerweise unbedingt erforderlich, außer wenn dies explizit erwähnt wird, wenn dies grundsätzlich als wesentlich angesehen wird, oder dergleichen.
Zusätzlich schließen die Ausdrücke „aus A gebildet“, „aus A zusammengesetzt“, „A aufweisend“ und „A einschließend“ nicht alle anderen Elemente aus, außer wenn explizit ausgesagt wird, dass nur das Element enthalten ist, oder dergleichen. Ebenso können, wenn in den folgenden Ausführungsformen auf die Form, die Positionsbeziehung und Ähnliches von Bestandteilen Bezug genommen wird, die Form und dergleichen im Wesentlichen angenäherte oder ähnliche Formen und dergleichen aufweisen, außer wenn dies explizit erwähnt wird, wenn dies klar grundsätzlich als nicht der Fall angesehen wird, oder dergleichen. Dies gilt auch für die Zahlenwerte und Bereiche.
In allen Zeichnungen zur Erklärung der folgenden Ausführungsformen sind Elemente, welche die gleichen Funktionen aufweisen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und es wird auf die wiederholte Beschreibung davon verzichtet. In der Schnittansicht und der Draufsicht kann die Größe jedes Teils nicht der tatsächlichen Vorrichtungsgröße entsprechen, sondern ein spezifischer Teil kann verhältnismäßig groß sein, um das Verständnis der Zeichnung zu unterstützen. Auch kann selbst dann, wenn die Schnittansicht und die Draufsicht einander entsprechen, ein spezifischer Teil verhältnismäßig groß sein, um das Verständnis der Zeichnung zu unterstützen. Zusätzlich kann selbst in der Schnittansicht auf eine Schraffur verzichtet werden, damit er in den Zeichnungen leichter gesehen werden kann. Selbst in der Draufsicht kann eine Schraffur beigefügt werden, damit er in den Zeichnungen leichter gesehen werden kann.
Nachstehend wird der thermische Fluidströmungssensor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Der thermische Fluidströmungssensor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dient dem Erkennen der Strömungsrate eines Fluids unter Verwendung eines Heizwiderstands.
[Ausführungsform 1]
<<Aufbau des thermischen Fluidströmungssensors>>
Der Aufbau des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 1 wird unter Verwendung von 1 beschrieben. 1 ist eine Draufsicht eines Sensorchips, worauf ein thermischer Fluidströmungssensor mit einem Strömungserkennungsteil und einem Druckerkennungsteil gemäß Ausführungsform 1 gebildet ist.
Wie in 1 dargestellt ist, umfasst der Strömungserkennungsteil 24 des thermischen Fluidströmungssensors, der auf dem Sensorchip 1 ausgebildet ist, ein Halbleitersubstrat 2 aus einkristallinem Silicium (Si), einen Isolierfilm (nicht dargestellt), der an der Oberfläche des Halbleitersubstrats 2 ausgebildet ist, einen Heizwiderstand 3, der auf dem Isolierfilm ausgebildet ist, einen Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand, der die Temperatur des Heizwiderstands 3 erkennt, und Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d.
Der Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand umgibt den Außenrand des Heizwiderstands 3 mit Ausnahme eines Abschnitts davon. Zusätzlich sind zwei Temperaturmesswiderstände 5a und 5b stromaufwärts angeordnet und sind zwei Temperaturmesswiderstände 5c und 5d stromabwärts angeordnet. Der Heizwiderstand 3, der Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d sind innerhalb einer ersten Membran 9 angeordnet, die in einer Draufsicht von der oberen Fläche zur unteren Fläche des Halbleitersubstrats 2 verläuft.
Markierungen 6a und 6f zur Überwachung der Dicke einer zweiten Membran 10 (der Dicke des Siliciums (Si)) des Druckerkennungsteils 25 sind in der Mitte der Verdrahtung des Temperaturmesswiderstands 5a bereitgestellt. Ähnlich sind Markierungen 6b und 6e in der Mitte der Verdrahtung des Temperaturmesswiderstands 5b bereitgestellt, sind Markierungen 6c und 6h in der Mitte der Verdrahtung des Temperaturmesswiderstands 5c bereitgestellt und sind Markierungen 6d und 6g in der Mitte der Verdrahtung des Temperaturmesswiderstands 5d bereitgestellt.
Beispielsweise befindet sich in einer Draufsicht ein Vorsprung der Markierung 6a des Temperaturmesswiderstands 5a auf der Stromaufwärtsseite innerhalb der ersten Membran 9, ist ein Vorsprung der Markierung 6b des Temperaturmesswiderstands 5b auf der Stromaufwärtsseite so angeordnet, dass er ein Ende der ersten Membran 9 überlappt, und befinden sich Vorsprünge der Markierung 6f des Temperaturmesswiderstands 5a auf der Stromaufwärtsseite und der Markierung 6e des Temperaturmesswiderstands 5b auf der Stromaufwärtsseite außerhalb der ersten Membran 9.
Beispielsweise befindet sich in einer Draufsicht ein Vorsprung der Markierung 6c des Temperaturmesswiderstands 5c auf der Stromabwärtsseite innerhalb der ersten Membran 9, ist ein Vorsprung der Markierung 6d des Temperaturmesswiderstands 5d auf der Stromabwärtsseite so angeordnet, dass er ein Ende der ersten Membran 9 überlappt, und befinden sich Vorsprünge der Markierung 6h des Temperaturmesswiderstands 5c auf der Stromabwärtsseite und der Markierung 6g des Temperaturmesswiderstands 5d auf der Stromabwärtsseite außerhalb der ersten Membran 9. Das heißt, dass die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f, die sich auf der Stromaufwärtsseite befinden, und die Markierungen 6c, 6d, 6h und 6g, die sich auf der Stromabwärtsseite befinden, symmetrisch angeordnet sind.
Beim Druckerkennungsteil 25 wird die zweite Membran 10 mit einer in einer Draufsicht rechteckigen Form durch Verdünnen des Halbleitersubstrats 2 durch Ätzen bis zu einer konstanten Dicke bereitgestellt. Zusätzlich sind in einer Draufsicht in der zweiten Membran 10 Diffusionswiderstände 7a, 7b, 7c und 7d mit einem piezoelektrischen Effekt entlang jeweiligen Seiten der zweiten Membran 10 angeordnet. Die Diffusionswiderstände 7a, 7b, 7c und 7d als Druckerkennungselemente sind n- oder p-Diffusionswiderstände und so eingerichtet, dass dadurch ein maximaler piezoelektrischer Effekt erhalten wird.
Zusätzlich ist der Heizwiderstand 3 zur elektrischen Verbindung mit dem Außenbereich durch die Verwendung von Metallverdrahtungen mit Elektrodenkontaktstellen 8f und 8p verbunden und ist der Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand durch die Verwendung von Metallverdrahtungen mit Elektrodenkontaktstellen 8e und 8p verbunden. Zusätzlich sind die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d unter Verwendung von Metallverdrahtungen mit Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8j, 8k, 8m und 8n verbunden und sind die Diffusionswiderstände 7a, 7b, 7c und 7d unter Verwendung von Metallverdrahtungen mit Elektrodenkontaktstellen 8g, 8h, 8i, 8q, 8r und 8s verbunden.
In 1 gibt der durch die Bezugszahl 11 bezeichnete Pfeil die Luftströmung an. Wenngleich die im Sensorchip 1 strömende Luft in einigen Fällen in die zur Luftströmung entgegengesetzte Richtung strömen kann oder in die anderen Richtungen strömen kann, wird hier angenommen, dass die Luft in die gleiche Richtung strömt wie die durch den Pfeil bezeichnete Luftströmung 11.
<<Aufbau des Sensormoduls (des thermischen Luftströmungsmessers)>>
Der Aufbau des Sensormoduls gemäß Ausführungsform 1 wird unter Verwendung der 2 und 3 beschrieben. 2 ist eine schematische Ansicht eines Sensormoduls, worin der mit dem thermischen Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 1 versehene Sensorchip angebracht ist. 3 ist eine Schnittansicht des Sensormoduls entlang einer Linie B-B aus 2. 2 zeigt das an einem Ansaugdurchgang eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs oder dergleichen angebrachte Sensormodul, und ein Abschnitt des Körpers ist transparent dargestellt, um das Verständnis des Aufbaus des Sensormoduls zu erleichtern.
Wie in den 2 und 3 dargestellt ist, umfasst das Sensormodul 13 ein Trägersubstrat 15, einen Sensorchip 1 mit einem darauf ausgebildeten thermischen Fluidströmungssensor, einen Einstellungsteil (beispielsweise einen Kondensator oder dergleichen) 16 und sind der Sensorchip 1 und der Einstellungsteil 16 am Trägersubstrat 15 angebracht. Das Trägersubstrat 15, worauf der Sensorchip 1 und der Einstellungsteil 16 angebracht sind, ist in einem Körper 14 angeordnet, worin Hilfsdurchgänge 26a und 26b ausgebildet sind, um ein Luftströmungs-Erkennungssignal durch einen Verbinder 17 nach außen zu senden.
Der Hilfsdurchgang 26a verzweigt in den Hilfsdurchgang 26b im Körper 14, und der Hilfsdurchgang 26b, der vom Hilfsdurchgang 26a abzweigt, ist so angeordnet, dass die Luftströmung 11 am Strömungserkennungsteil 24 des Sensorchips 1 erkannt wird, und er ist durch einen Sensorunterteilungsteil SB von einem Gebiet getrennt, in dem der Druckerkennungsteil 25, der Einstellungsteil 16 und der Verbinder 17 angeordnet sind.
Ein Durchgangsloch 18 für den Luftströmungsmesser ist im der ersten Membran 9 gegenüberstehenden Trägersubstrat 15 auf der rückseitigen Fläche des Strömungserkennungsteils 2, 4 bereitgestellt und kommuniziert mit dem Inneren des Hilfsdurchgangs 26b. Zusätzlich ist ein Durchgangsloch 19 für den Druckmesser im Körper 14 und im der zweiten Membran 10 gegenüberstehenden Trägersubstrat 15 auf der rückseitigen Fläche des Druckerkennungsteils 25 bereitgestellt. Eine Druckänderung im Ansaugdurchgang 12 kann durch das Durchgangsloch 19 für den Druckmesser erkannt werden.
17 ist eine Schnittansicht eines Sensormoduls gemäß einer Modifikation von Ausführungsform 1. Wie in 17 dargestellt ist, kann das Durchgangsloch 19 für den Druckmesser in der vorderseitigen Fläche des Sensorchips 1 bereitgestellt sein, um eine Druckänderung im Ansaugdurchgang 12 zu erkennen. In diesem Fall ist ein Metallteil in der Art einer Elektrodenkontaktstelle freigelegt und mit Harz bedeckt, um nicht durch die angesaugte Luft korrodiert zu werden.
Wenngleich in Ausführungsform 1 ein Beispiel beschrieben ist, bei dem der Hilfsdurchgang 26a in den Hilfsdurchgang 26b verzweigt, kann der Strömungserkennungsteil 24 des Sensorchips 1 auch ohne Verzweigung am Hilfsdurchgang 26a angeordnet sein. Zusätzlich kann, wenngleich in Ausführungsform 1 eine Steuerschaltung zur Berechnung der analogen Ausgabe des Luftströmungs-Erkennungssignals und des Druckerkennungssignals dargestellt ist, die Steuerschaltung ähnlich dem Einstellungsteil 16 auf dem Trägersubstrat 15 angebracht sein oder kann die Steuerschaltung auf demselben Substrat wie der Sensorchip 1 ausgebildet sein.
Zusätzlich korrodieren die Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i, 8j, 8k, 8m, 8n, 8p, 8q, 8r und 8s, die in 1 dargestellt sind, wenn sie dem Hilfsdurchgang 26b ausgesetzt werden, und sie werden daher vorzugsweise in zumindest einem Gebiet angeordnet, das dem Druckerkennungsteil 25 näher liegt als die erste Membran 9.
«Verfahren zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors»
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 1 unter Verwendung der 4 bis 10 beschrieben. Die 4 bis 7 sind Schnittansichten des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 1 (Schnittansicht entlang der Linie A-A aus 1). Die 8 bis 10 sind Draufsichten des Verfahrens zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors (vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands). Zusätzlich beziehen sich für den Temperaturmesswiderstand 5c die Markierungen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g und 6h, die Diffusionswiderstände 7a und 7d und die Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8i, 8j, 8k, 8r und 8s, die in den 4 bis 10 nicht dargestellt sind, geeignet auf 1.
Zuerst wird, wie in 4 dargestellt ist, das aus einkristallinem Silicium (Si) mit einer Si <100>-Kristallorientierung gebildete Halbleitersubstrat 2 präpariert. Die Dicke des Halbleitersubstrats 2 beträgt beispielsweise etwa 400 µm. Anschließend werden Störstellen in der Art von Phosphor (P) oder Bor (B) in die obere Fläche des Halbleitersubstrats 2 des Druckerkennungsteils 25 dotiert, um die Diffusionswiderstände 7a, 7b, 7c und 7d zu bilden, welche die Druckerkennungselemente sind und von der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 des Druckerkennungsteils 25 betrachtet eine vorgegebene Tiefe aufweisen. Anschließend wird ein erster Isolierfilm 21 auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 gebildet und wird ein rückseitiger Isolierfilm 20 auf der unteren Fläche (der Fläche, die der oberen Fläche entgegengesetzt ist) des Halbleitersubstrats 2 gebildet.
Als nächstes wird ein leitender Film in der Art eines polykristallinen Silicium(Si)-Films, eines Molybdän-(Mo)-Films oder eines Wolfram(W)-Films auf dem ersten Isolierfilm 21 gebildet und dann bearbeitet, um den Heizwiderstand 3, den Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d des Strömungserkennungsteils 24 zu bilden. Die Markierungen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g und 6h begleiten die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d.
Als nächstes wird ein zweiter Isolierfilm 22 auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 gebildet, um den Heizwiderstand 3, den Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d des Strömungserkennungsteils 24 zu bedecken. Zusätzlich kann, nachdem der zweite Isolierfilm 22 gebildet wurde, die obere Fläche des zweiten Isolierfilms 22 durch ein chemischmechanisches Polierverfahren (CMP-Verfahren) planarisiert werden.
Als nächstes wird der zweite Isolierfilm 22 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, um ein Verbindungsloch CN1 zu bilden, das den Heizwiderstand 3, den Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 5a, 5b, 5c und 5d des Strömungserkennungsteils 24 erreicht. Zusätzlich werden der erste Isolierfilm 21 und der zweite Isolierfilm 22 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, um ein Verbindungsloch CN2 zu bilden, das die Diffusionswiderstände 7a, 7b, 7c und 7d des Druckerkennungsteils 25 erreicht. Die Verbindungslöcher CN1 und CN2 können im gleichen Prozess gebildet werden.
Als nächstes wird ein Metallfilm in der Art eines Aluminium(Al)-Films auf dem zweiten Isolierfilm 22 einschließlich der Innenseiten der Verbindungslöcher CN1 und CN2 gebildet und dann zur Bildung der Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i, 8j, 8k, 8m, 8n, 8p, 8q, 8r und 8s bearbeitet.
Auf diese Weise werden die mit dem Heizwiderstand 3 verbundenen Elektrodenkontaktstellen 8f und 8p, die mit dem Temperaturmesswiderstand 4 für den Heizwiderstand verbundenen Elektrodenkontaktstellen 8e und 8p, die mit den Temperaturmesswiderständen 5a, 5b, 5c und 5d verbundenen Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8j, 8k, 8m und 8n und die mit den Diffusionswiderständen 7a, 7b, 7c und 7d verbundenen Elektrodenkontaktstellen 8g, 8h, 8i, 8q, 8r und 8s gebildet.
Als nächstes wird ein dritter Isolierfilm 23 auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 gebildet, um die Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i, 8j, 8k, 8m, 8n, 8p, 8q, 8r und 8s zu bedecken. Anschließend wird der dritte Isolierfilm 23 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, um einen Abschnitt freizulegen, der in den Abschnitten der Elektrodenkontaktstellen 8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8i, 8j, 8k, 8m, 8n, 8p, 8q, 8r und 8s mit dem Außenbereich verbunden ist.
Als nächstes wird der rückseitige Isolierfilm 20 des Gebiets, das als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dient, durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske entfernt.
Als nächstes wird, wie in 5 dargestellt ist, das Halbleitersubstrat 2 des Gebiets, das als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dient, von der Seite der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 2 unter Verwendung des rückseitigen Isolierfilms 20 als Maske geätzt.
Gleichzeitig wird die erste Dicke 44 des Halbleitersubstrats 2 unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Lösung von der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 2 geätzt. Die erste Dicke 44 wird durch Addieren der durch den Druckerkennungsbereich bestimmten Solldicke des Halbleitersubstrats 2 der zweiten Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 und eines abschließenden Ätzbetrags erhalten.
Bei diesem Ätzen wird ein anisotropes Ätzen unter Verwendung einer alkalischen Lösung in der Art einer Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) oder Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) ausgeführt. Daher kann das Ätzen ausgeführt werden, während ein konstanter Winkel (eine Abschrägung) aufrechterhalten wird, und das Halbleitersubstrat 2 wird so bearbeitet, dass die Ätzbreite des Halbleitersubstrats 2 von der unteren Fläche bis zur oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 allmählich schmäler wird als die Maskenbreite des rückseitigen Isolierfilms 20.
Beim Ätzen des Halbleitersubstrats 2 durch die alkalische Lösung werden die <100>-Kristallorientierung von Si in Querschnittsrichtung und die <111>-Kristallorientierung von Si in schräger Richtung freigelegt. Weil die Ätzrate von <100>-Si höher ist als jene von <111>-Si, wird das Ätzen unter Beibehaltung eines konstanten Winkels (Abschrägung) ausgeführt.
Das Verhältnis zwischen dem Ätzbetrag von <100>-Si und dem Ätzbetrag von <111>-Si, d. h. das Auswahlverhältnis, beträgt beispielsweise etwa 10 bis 40. Das Auswahlverhältnis hängt von der alkalischen Lösung ab. Zusätzlich kann das Auswahlverhältnis durch Hinzufügen eines Zusatzstoffs eingestellt werden.
Weil die erste Dicke 44 etwa 1 µm bis 50 µm beträgt und geringer ist als die Dicke des Halbleitersubstrats 2, kann das Ätzen unter Verwendung der alkalischen Lösung in einem kurzen Zeitraum ausgeführt werden. Daher kann das Halbleitersubstrat 2 bei einer geringen Änderung der Konzentration der alkalischen Lösung und mit hoher Genauigkeit selbst mit Zeitsteuerung geätzt werden. Zusätzlich kann in diesem Schritt einmal eine Trocknung ausgeführt werden und kann das Ausmaß des Ätzens des Halbleitersubstrats 2 durch einen Laser oder dergleichen gemessen werden, wodurch die Genauigkeit erhöht wird.
Als nächstes wird, wie in 6 dargestellt ist, der rückseitige Isolierfilm 20 des als zweite Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 dienenden Gebiets durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske entfernt.
Als nächstes wird, wie in 7 dargestellt ist, das Halbleitersubstrat 2 des Gebiets, das als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dient, und des Gebiets, das als zweite Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 dient, durch Ätzen unter Verwendung des rückseitigen Isolierfilms 20 als Maske von der Seite der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 2 geätzt. Daher erreicht im Gebiet, das als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dient, das Ätzen des Halbleitersubstrats 2 die obere Fläche des Halbleitersubstrats 2, wodurch der erste Isolierfilm 21 freigelegt wird.
Zu dieser Zeit wird ein anisotropes Ätzen von der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 2 unter Verwendung der für das Ätzen der ersten Dicke 44 des Halbleitersubstrats 2 verwendeten alkalischen Lösung ausgeführt.
Hierbei wird das Halbleitersubstrat 2 des als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dienenden Gebiets entfernt und wird ein Ende der ersten Membran 9, das den ersten Isolierfilm 21 berührt, von der Seite der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 durch ein optisches Mikroskop oder dergleichen betrachtet. Wenn das Halbleitersubstrat 2 des als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dienenden Gebiets geätzt wird, um den ersten Isolierfilm 21 freizulegen, sind der Ätzbetrag des Halbleitersubstrats 2 des als zweite Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 dienenden Gebiets und der Ätzbetrag des Halbleitersubstrats 2 des als erste Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 dienenden Gebiets gleich. Demgemäß verbleibt das Halbleitersubstrat 2 mit der ersten Dicke 44 im als zweite Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 dienenden Gebiet.
8 zeigt eine vergrößerte Draufsicht, wobei das Ende der im Strömungserkennungsteil 24 gebildeten ersten Membran 9 durch ein optisches Mikroskop oder dergleichen von der oberen Fläche betrachtet wird. Als Beispiel sind die Temperaturmesswiderstände 5a und 5b, bei denen der Vorsprung der Markierung 6a des Temperaturmesswiderstands 5a das Ende der ersten Membran 9 überlappt, dargestellt.
Wie in 8 dargestellt ist, sind die anderen Markierungen 6b, 6e und 6f der Temperaturmesswiderstände 5a und 5b in einer vom Ende der ersten Membran 9 getrennten Richtung in einem konstanten Intervall von der Markierung 6a angeordnet und werden die Vorsprünge der Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 2 betrachtet.
Bei diesem Schritt wird das Ausmaß des abschließenden Ätzens der im Druckerkennungsteil 25 gebildeten zweiten Membran 10 berechnet, und es wird anhand des Auswahlverhältnisses der Lösung bestimmt, bis zu welcher der Markierungen 6b, 6e und 6f das abschließende Ätzen ausgeführt wird. Zusätzlich wird, wenn das Ätzen der <111>-Si-Kristalloberfläche durch das abschließende Ätzen erfolgt, das Ätzen in der Reihenfolge der Markierungen 6b, 6e und 6f allmählich ausgeführt und wird die im Strömungserkennungsteil 24 gebildete erste Membran 9 in horizontaler Richtung in Bezug auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrats 2 allmählich größer.
Als nächstes werden, wie in 9 dargestellt ist, durch Ausführen des abschließenden Ätzens die erste Membran 9 im Strömungserkennungsteil 24 und die zweite Membran 10 im Druckerkennungsteil 25 gebildet. Durch Berechnen der Ätzzeit anhand des Ausmaßes des abschließenden Ätzens und durch Ausführen eines zusätzlichen abschließenden Ätzens unter Verwendung des Ergebnisses der Berechnung kann die Dicke des Halbleitersubstrats 2 der im Druckerkennungsteil 25 gebildeten zweiten Membran 10 genau auf eine zweite Dicke 45, welche die Solldicke ist, gesetzt werden.
Zusätzlich wird, weil die im Strömungserkennungsteil 24 gebildete erste Membran 9 in Bezug auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrats 2 in vertikaler Richtung nicht größer wird, weil der erste Isolierfilm 21 zu einem Stopper wird, die erste Membran 9 in horizontaler Richtung in Bezug auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrats 2 größer. Weil die erste Membran 9 um einige µm größer wird, wird die mechanische Stärke jedoch beibehalten.
10 zeigt eine vergrößerte Draufsicht, wenn das Ende der im Strömungserkennungsteil 24 gebildeten ersten Membran 9 nach der Ausführung des abschließenden Ätzens von der oberen Fläche durch das optische Mikroskop oder dergleichen betrachtet wird.
In 10 ist ersichtlich, dass der Vorsprung der am Temperaturmesswiderstand 5b gebildeten Markierung 6b das Ende der ersten Membran 9 überlappt und dass die erste Membran 9 durch das abschließende Ätzen in horizontaler Richtung des Halbleitersubstrats 2 größer wird. Zusätzlich kann der Abstand zwischen der Markierung 6a und der Markierung 6b beispielsweise lediglich 0,1 µm betragen.
Bei diesem Schritt kann, wenn eine Bilderkennungs-Inspektionsvorrichtung verwendet wird, durch die Abmessungen gemessen werden können, die Variation der Position des Endes der ersten Membran 9 des Strömungserkennungsteils 24 in der Waferoberfläche, worauf die mehreren Sensorchips 1 gebildet sind, d. h. die Variation in der zweiten Dicke 45 der zweiten Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 untersucht werden. Zusätzlich kann, wenn die gewünschten Markierungen 6b, 6d, 6e, 6f, 6g und 6h und das Ende der ersten Membran 9 einander nicht überlappen, durch Hinzufügen des abschließenden Ätzens die Dicke des Halbleitersubstrats 2 der zweiten Membran 10 genau auf die zweite Dicke 45 gesetzt werden.
Zusätzlich kann, wie in 1 dargestellt ist, durch die Bildung der Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f und der Markierungen 6c, 6d, 6g und 6h an den beiden entgegengesetzten Enden in Luftströmungsrichtung der ersten Membran 9 die Erkennungsausgabe korrigiert werden, weil eine Abweichung zwischen dem Strömungserkennungselement und dem Druckerkennungselement erfasst werden kann. Beispielsweise kann durch genaues Erkennen des Drucks in der angesaugten Luft und durch Korrigieren der Luftströmungsrate die Genauigkeit der Erkennung der Luftströmungsrate verbessert werden.
Zusätzlich kann durch die Verwendung von Infrarotstrahlen, wenn das Ende der ersten Membran 9 von der oberen Fläche betrachtet wird, selbst dann, wenn die erste Membran 9 den ersten Isolierfilm 21 nicht erreicht, d. h. selbst wenn die Dicke eines Teils des Halbleitersubstrats 2 verbleibt, wenn die Markierungen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g und 6h aus einem Metallfilm bestehen, die Position des Endes der ersten Membran 9 erfasst werden, weil Infrarotstrahlen nicht durchdringen.
Zusätzlich können im Schritt (5) des Ätzens der ersten Dicke 44 des Halbleitersubstrats 2 und im Schritt (7) des Ätzens des Halbleitersubstrats 2, während die zweite Dicke 45 belassen wird, wobei es sich um ein abschließendes Ätzen handelt, unterschiedliche Lösungen verwendet werden. Das heißt, dass im Schritt (5) des Ätzens der ersten Dicke 44 des Halbleitersubstrats 2, weil die Dicke des Halbleitersubstrats 2 in etwa 400 µm beträgt, das Halbleitersubstrat 2 unter Verwendung einer Lösung mit einem hohen Auswahlverhältnis in einem kurzen Zeitraum geätzt wird. Zusätzlich kann im Schritt (7) des Ätzens des Halbleitersubstrats 2, während die zweite Dicke 45 belassen wird, durch Ätzen des Halbleitersubstrats unter Verwendung einer Lösung mit einem geringen Auswahlverhältnis die Differenz zwischen dem Abstand zwischen den auf der ersten Membran 9 gebildeten Markierungen 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, 6f, 6g und 6h und dem Ausmaß des abschließenden Ätzens der zweiten Membran 10 verringert werden und kann die zweite Membran 10 genauer gebildet werden.
Wenngleich in Ausführungsform 1 der Fall beschrieben wurde, bei dem eine Druckmessung unter Verwendung eines Druckerkennungsteils 25 ausgeführt wird, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können, wenn eine Druckmessung in einem Dynamikbereich ausgeführt wird, in dem eine jedem Druckbereich im Strömungserkennungsteil 24 entsprechende Markierung bereitgestellt wird, mehrere Druck-- erkennungsteile 25 gebildet werden, in denen die zweiten Dicken 45 der zweiten Membran 10 voneinander verschieden sind.
«Wirkungen des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 1»
Gemäß Ausführungsform 1 kann durch Bereitstellen der Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f und der Markierungen 6c, 6d, 6g und 6h an beiden Enden der ersten Membran 9 des im thermischen Fluidströmungssensor bereitgestellten Strömungserkennungsteils 24 das Ausmaß des abschließenden Ätzens der zweiten Membran 10 des Druckerkennungsteils 25 erfasst werden. Weil die zweite Membran 10 mit der zweiten Dicke 45 mit hoher Genauigkeit gebildet werden kann, kann daher die Genauigkeit der Druckmessung verbessert werden. Ferner kann die Genauigkeit der Messung der Luftströmungsrate durch Korrigieren der Luftabweichung unter Verwendung eines genau erkannten Drucks verbessert werden.
Weil gemäß Ausführungsform 1 der Strömungserkennungsteil 24 und der Druckerkennungsteil 25 auf demselben Halbleitersubstrat 2 gebildet sind, können Verdrahtungen gemeinsam verwendet werden, so dass die Anzahl der Elektrodenkontaktstellen verringert werden kann, statt den Strömungserkennungsteil 24 und den Druckerkennungsteil 25 jeweils auf verschiedenen Halbleitersubstraten 2 zu bilden. Dementsprechend kann die Größe des Sensorchips 1 verringert werden und können die Herstellungskosten verringert werden. Weil gleichzeitig eine Inspektion des Strömungserkennungsteils 24 und des Druckerkennungsteils 25 vorgenommen werden kann, können die Inspektionskosten verringert werden.
Demgemäß ist es gemäß Ausführungsform 1 möglich, einen thermischen Fluidströmungssensor zu verwirklichen, der in der Lage ist, die Luftströmungsrate und den Luftdruck mit hoher Genauigkeit bei niedrigen Kosten zu erkennen.
Wenngleich in Ausführungsform 1 ein thermischer Fluidströmungssensor beschrieben wurde, bei dem das Strömungserkennungselement und das Druckerkennungselement kombiniert sind, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Weil beispielsweise ein thermisches Feuchtigkeitserkennungselement oder ein Feuchtigkeitserkennungselement mit einer durch Entfernen eines Halbleitersubstrats gebildeten Membranstruktur, ein Strömungserkennungselement und ein Druckerkennungselement auf demselben Halbleitersubstrat gebildet werden können, kann ein Mehrfachsensor verwirklicht werden, wodurch eine Strömungserkennung, eine Druckerkennung und eine Feuchtigkeitserkennung ausgeführt werden können. Zusätzlich kann der Inspektionsprozess durch Montieren einer Steuerschaltung im Mehrfachsensor und Verwenden eines einzelnen Sensorchips erheblich reduziert werden. Weil der Korrekturprozess für jedes Erkennungselement ausgeführt wird, kann zusätzlich ein thermischer Fluidströmungssensor mit geringen Kosten und einer hohen Genauigkeit verwirklicht werden.
[Ausführungsform 2]
Der thermische Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 2 unterscheidet sich in Bezug auf die Positionen der Markierungen vom thermischen Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 1.
Der Aufbau des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 2 wird unter Verwendung von 11 beschrieben. 11 ist eine vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands, wodurch ein Strömungserkennungsteil eines thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 2 gebildet ist.
Die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f gemäß Ausführungsform 1 begleiten die Temperaturmesswiderstände 5a und 5b. Wie in 11 dargestellt ist, begleiten die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f jedoch nicht die Temperaturmesswiderstände 5a und 5b und können für sich in einer Draufsicht innerhalb oder außerhalb der ersten Membran 9 angeordnet sein. Selbst wenn die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f für sich angeordnet sind, können die gleichen Wirkungen wie gemäß Ausführungsform 1 erhalten werden.
Wenngleich der leitende Film, der in der gleichen Schicht liegt wie die Temperaturmesswiderstände 5a und 5b, für die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f gemäß Ausführungsform 1 verwendet wird, kann der Metallfilm der gleichen Schicht der Elektrodenkontaktstellen gemäß Ausführungsform 2 verwendet werden oder es können die durch Entfernen des Isolierfilms auf dem Halbleitersubstrat 2 gebildeten Markierungen oder die neu auf dem Isolierfilm gebildeten Markierungen verwendet werden. Zusätzlich kann, wenn nur einige der Markierungen angeordnet sind, weil eine dem abschließenden Ätzen entsprechende Markierung nicht erkannt werden kann, in der Nähe der Markierung ein Symbol gebildet werden.
Zusätzlich können, wenngleich die Markierungen gemäß Ausführungsform 2 am Ende der ersten Membran 9 bereitgestellt sind, diese Markierungen im leeren Raum des Sensorchips 1 angeordnet werden, beispielsweise in einem Gebiet in der Nähe des Rands des Sensorchips 1. Durch diese Anordnung kann der Freiheitsgrad für das Layout der Markierungen verbessert werden.
Zusätzlich werden gemäß Ausführungsform 2 die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f als Vorsprünge gebildet, um die Überlappung zwischen den Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f und dem Ende der ersten Membran 9 leicht zu verstehen. Es können jedoch scharfe konkave Teile gebildet werden. Die Markierungen 6a, 6b, 6e und 6f müssen in der Lage sein, die Überlappung mit dem Ende der ersten Membran 9 zu erkennen.
[Ausführungsform 3]
Der thermische Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 3 unterscheidet sich in der Hinsicht vom thermischen Fluidströmungssensor gemäß Ausführungsform 1, dass eine dritte Membran selbst auf der Seite der oberen Fläche des Halbleitersubstrats des Strömungserkennungsteils ausgebildet ist.
Das Verfahren zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors gemäß Ausführungsform 3 wird unter Verwendung der 12 bis 16 beschrieben. Die 12 bis 15 sind Schnittansichten, die ein Verfahren zur Herstellung des in 1 dargestellten thermischen Fluidströmungssensors zeigen. 16 ist eine Draufsicht, die das Verfahren zur Herstellung des thermischen Fluidströmungssensors zeigt (vergrößerte Draufsicht eines Abschnitts eines Temperaturmesswiderstands).
Zuerst wird, wie in 12 dargestellt ist, das aus einkristallinem Silicium (Si) mit einer Si <100>-Kristallorientierung gebildete Halbleitersubstrat 27 präpariert. Anschließend werden ein vorderseitiger Isolierfilm 28a und ein rückseitiger Isolierfilm 28b auf der oberen bzw. der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 27 gebildet.
Als nächstes wird der vorderseitige Isolierfilm 28a eines als dritte Membran 29 eines Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiets durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske entfernt.
Als nächstes wird das Halbleitersubstrat 27 des Gebiets, das als dritte Membran 29 des Strömungserkennungsteils 42 dient, unter Verwendung des vorderseitigen Isolierfilms 28a als Maske von der Seite der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 27 geätzt.
Zu dieser Zeit wird ähnlich Ausführungsform 1 die erste Dicke 44 des Halbleitersubstrats 27 beispielsweise unter Verwendung einer alkalischen Lösung von der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 27 geätzt. Die erste Dicke 44 wird durch Addieren der durch einen Druckerkennungsbereich bestimmten Solldicke des Halbleitersubstrats 27 einer zweiten Membran 41 und eines abschließenden Ätzbetrags erhalten.
Als nächstes werden, wie in 13 dargestellt ist, nachdem der vorderseitige Isolierfilm 28a und der rückseitige Isolierfilm 28b entfernt wurden, Störstellen in der Art von Phosphor (P) oder Bor (B) in die obere Fläche des Halbleitersubstrats 27 eines Druckerkennungsteils 43 dotiert, um Diffusionswiderstände 37b und 37c zu bilden, die als Druckerkennungselemente dienen und von der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 27 eine vorgegebene Tiefe aufweisen. Anschließend wird ein erster Isolierfilm 31 auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 27 gebildet und wird ein rückseitiger Isolierfilm 30 auf der unteren Fläche (der Fläche, die der oberen Fläche entgegengesetzt ist) des Halbleitersubstrats 27 gebildet.
Als nächstes wird der erste Isolierfilm 31 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, wodurch ein Verbindungsloch CN3 gebildet wird, das die Diffusionswiderstände 37b und 37c erreicht.
Als nächstes wird ein leitender Film in der Art eines Films aus polykristallinem Silicium (Si), eines Molybdän-(Mo) -Films oder eines Wolfram(W) -Films auf dem ersten Isolierfilm 31 einschließlich der Innenseite des Verbindungslochs CN3 gebildet und dann bearbeitet, um einen Heizwiderstand 33 des Strömungserkennungsteils 42, einen Temperaturmesswiderstand 34 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 35a, 35b und 35d zu bilden. Markierungen 36a, 36b, 36e und 36f (siehe 16) begleiten die Temperaturmesswiderstände 35a, 35b und 35d. Zusätzlich wird eine elektrisch mit den Diffusionswiderständen 37b und 37c des Druckerkennungsteils 43 verbundene Elektrodenkontaktstelle PAD gebildet.
Als nächstes wird ein zweiter Isolierfilm 32 auf der oberen Fläche des zweiten Isolierfilms 32 gebildet, um die Elektrodenkontaktstelle PAD des Druckerkennungsteils 43 sowie den Heizwiderstand 33 des Strömungserkennungsteils 42, den Temperaturmesswiderstand 34 für den Heizwiderstand und die Temperaturmesswiderstände 35a, 35b und 35d zu bedecken. Zusätzlich kann der zweite Isolierfilm 32 nach seiner Bildung durch ein CMP-Verfahren planarisiert werden.
Als nächstes wird der zweite Isolierfilm 32 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, um ein Verbindungsloch CN1 zu bilden, das den Heizwiderstand 33 des Strömungserkennungsteils 42, den Temperaturmesswiderstand 34 für den Heizwiderstand, die Temperaturmesswiderstände 35a, 35b und 35d und die Elektrodenkontaktstelle PAD erreicht.
Als nächstes wird ein Metallfilm in der Art eines Aluminium(Al)-Films auf dem zweiten Isolierfilm 32 einschließlich der Innenseite des Verbindungslochs CN1 gebildet und dann bearbeitet, um die Elektrodenkontaktstellen 38m, 38n, 38p und 38h zu bilden.
Demgemäß werden die mit dem Heizwiderstand 33 verbundene Elektrodenkontaktstelle 38p, die mit dem Temperaturmesswiderstand 34 für den Heizwiderstand verbundene Elektrodenkontaktstelle 38p, die mit den Temperaturmesswiderständen 35a, 35b und 35d verbundenen Elektrodenkontaktstellen 38m und 38n und die mit den Diffusionswiderständen 37b und 37c verbundene Elektrodenkontaktstelle 38h gebildet.
Als nächstes wird ein dritter Isolierfilm 39 auf der oberen Fläche des Halbleitersubstrats 27 gebildet, um die Elektrodenkontaktstellen 38h, 38m, 38n und 38p zu bedecken. Anschließend wird der dritte Isolierfilm 39 durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske bearbeitet, um einen Abschnitt freizulegen, der in den Abschnitten der Elektrodenkontaktstellen 38h, 38m, 38n und 38p mit dem Außenbereich verbunden ist.
Als nächstes wird der rückseitige Isolierfilm 30 des als erste Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiets und des als zweite Membran 41 des Druckerkennungsteils 43 dienenden Gebiets durch Ätzen unter Verwendung eines Resistmusters als Maske entfernt.
Als nächstes wird, wie in 14 dargestellt ist, das Halbleitersubstrat 27 des als erste Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiets und des als zweite Membran 41 des Druckerkennungsteils 43 dienenden Gebiets unter Verwendung der in Ausführungsform 1 beschriebenen alkalischen Lösung unter Verwendung des rückseitigen Isolierfilms 30 als Maske anisotrop von der Seite der unteren Fläche des Halbleitersubstrats 27 geätzt. Daher erreicht im als erste Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiet das Ätzen des Halbleitersubstrats 27 die obere Fläche (die dritte Membran 29) des Halbleitersubstrats 27, wodurch der erste Isolierfilm 31 freigelegt wird.
Zusätzlich sind in einer Fläche, in der die erste Membran 40 und die dritte Membran 29 in Kontakt miteinander stehen, die erste Membran 40 und die dritte Membran 29 so ausgelegt, dass sich die erste Membran 40 innerhalb der dritten Membran 29 befindet und in der ersten Membran 40 kein großer Stufenunterschied auftritt.
Zu dieser Zeit verbleibt, weil das Ausmaß des Ätzens des als zweite Membran 41 des Druckerkennungsteils 43 dienenden Gebiets und das Ausmaß des Ätzens des als erste Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiets gleich sind, wenn das Halbleitersubstrat 27 des als erste Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 dienenden Gebiets geätzt wird, um den ersten Isolierfilm 31 freizulegen, das Halbleitersubstrat 27 mit der ersten Dicke 44 im als zweite Membran 41 des Druckerkennungsteils 43 dienenden Gebiet.
Als nächstes wird wie gemäß Ausführungsform 1 geprüft, welcher Markierungsvorsprung das Ende der ersten Membran 40 des Strömungserkennungsteils 42 überlappt, und die Ätzzeit wird anhand des Ausmaßes des abschließenden Ätzens bestimmt.
Als nächstes werden, wie in 15 dargestellt ist, durch Ausführen des abschließenden Ätzens die erste Membran 40 im Strömungserkennungsteil 42 und die zweite Membran 41 im Druckerkennungsteil 43 gebildet. Durch Berechnen der Ätzzeit anhand des Ausmaßes des abschließenden Ätzens und Ausführen eines zusätzlichen abschließenden Ätzens unter Verwendung des Ergebnisses kann die Dicke des Halbleitersubstrats 27 der im Druckerkennungsteil 43 gebildeten zweiten Membran 41 genau auf eine zweite Dicke 45 gesetzt werden, die eine Solldicke ist.
Die im Strömungserkennungsteil 42 gebildete erste Membran 40 wird in vertikaler Richtung in Bezug auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrats 27 nicht größer, weil der erste Isolierfilm 31 zu einem Stopper wird, und sie wird in horizontaler Richtung in Bezug auf die Hauptfläche des Halbleitersubstrats 27 größer. Weil die erste Membran jedoch nur um einige µm größer wird, wird die mechanische Stärke aufrechterhalten.
16 zeigt eine vergrößerte Draufsicht, wenn das Ende der im Strömungserkennungsteil 42 gebildeten ersten Membran 40 nach der Ausführung des abschließenden Ätzens von der oberen Fläche durch das optische Mikroskop oder dergleichen betrachtet wird.
In 16 ist ersichtlich, dass der Vorsprung der am Temperaturmesswiderstand 35b gebildeten Markierung 36b das Ende der ersten Membran 40 überlappt und dass die erste Membran 40 durch das abschließende Ätzen in horizontaler Richtung des Halbleitersubstrats 27 größer wird.
Entsprechend kann gemäß Ausführungsform 3 ähnlich Ausführungsform 1 durch Bilden der Markierungen an beiden entgegengesetzten Enden der ersten Membran 40 des im thermischen Fluidströmungssensor bereitgestellten Strömungserkennungsteils 42 das Ausmaß des abschließenden Ätzens der zweiten Membran 41 des Druckerkennungsteils 43 festgestellt werden. Weil die zweite Membran 41 mit der zweiten Dicke 45 genau gebildet werden kann, kann daher die Druckmessgenauigkeit verbessert werden.
Gemäß Ausführungsform 3 können ähnlich Ausführungsform 1, weil der Strömungserkennungsteil 42 und der Druckerkennungsteil 43 auf demselben Halbleitersubstrat 27 gebildet sind, Verdrahtungen gemeinsam verwendet werden, so dass die Anzahl der Elektrodenkontaktstellen verringert werden kann, statt den Strömungserkennungsteil 42 bzw. den Druckerkennungsteil 43 auf verschiedenen Halbleitersubstraten 27 zu bilden. Dementsprechend kann die Größe des Sensorchips verringert werden und können die Herstellungskosten verringert werden. Zusätzlich können die Inspektionskosten verringert werden, weil der Strömungserkennungsteil 42 und der Druckerkennungsteil 43 gleichzeitig inspiziert werden können.
Dementsprechend kann gemäß Ausführungsform 3 ähnlich Ausführungsform 1 ein thermischer Fluidströmungssensor verwirklicht werden, wodurch die Luftströmungsrate und der Luftdruck bei niedrigen Kosten mit hoher Genauigkeit erkannt werden können.
Wenngleich die vorliegende Erfindung detailliert auf der Grundlage der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben wurde, ist sie nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und sie kann innerhalb eines Bereichs auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Gedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1:: Sensorchip
2:: Halbleitersubstrat
3:: Heizwiderstand
4:: Temperaturmesswiderstand für Heizwiderstand
5a, 5b, 5c, 5d:: Temperaturmesswiderstand
6a, 6b, 6c, 6d, 6f, 6g, 6h:: Markierung
7a, 7b, 7c, 7d:: Diffusionswiderstand
8a, 8b, 8c, 8d, 8e, 8f, 8g, 8h, 8k:: Elektroden-kontaktstelle
8j, 8k, 8m, 8n, 8p, 8q, 8r, 8s:: Elektrodenkontaktstelle
9:: erste Membran
10:: zweite Membran
11:: Luftströmung
12:: Ansaugdurchgang
13:: Sensormodul
14:: Körper
15:: Trägersubstrat
16:: Einstellungsteil
17:: Verbinder
18:: Durchgangsloch für Luftströmungsratenmesser
19:: Durchgangsloch für Druckmesser
20:: rückseitiger Isolierfilm
21:: erster Isolierfilm
22:: zweiter Isolierfilm
23:: dritter Isolierfilm
24:: Strömungserkennungsteil
25:: Druckerkennungsteil
26a, 26b:: Hilfsdurchgang
27:: Halbleitersubstrat
28a:: vorderseitiger Isolierfilm
28b:: rückseitiger Isolierfilm
29:: dritte Membran
30:: rückseitiger Isolierfilm
31:: erster Isolierfilm
32:: zweiter Isolierfilm
33:: Heizwiderstand
34:: Temperaturmesswiderstand für Heizwiderstand
35a, 35b, 35d:: Temperaturmesswiderstand
36a, 36b, 36e, 36f:: Markierung
37b, 37c:: Diffusionswiderstand
38h, 38m, 38n, 38p:: Elektrodenkontaktstelle
39:: dritter Isolierfilm
40:: erste Membran
41:: zweite Membran
42:: Strömungserkennungsteil
43:: Druckerkennungsteil
44:: erste Dicke
45:: zweite Dicke
CN1, CN2, CN3:: Verbindungsloch
PAD:: Elektrodenkontaktstelle
SB:: Sensorgrenzteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 60142268 A [0002, 0003, 0005]
JP 5406674 B [0002, 0004, 0005]
JP 4882732 B [0002, 0005]

Claims

Halbleitervorrichtung, welche Folgendes aufweist: ein Substrat mit einer ersten Dicke, das eine obere Fläche und eine der oberen Fläche entgegengesetzte untere Fläche aufweist, einen ersten Sensorteil, der in einem ersten Gebiet des Substrats ausgebildet ist, und einen zweiten Sensorteil, der in einem vom ersten Gebiet des Substrats verschiedenen zweiten Gebiet ausgebildet ist, wobei der erste Sensorteil aufweist: eine erste Öffnung, die das Substrat von der oberen Fläche zur unteren Fläche durchdringt, und ein erstes Erkennungselement, das an einer die erste Öffnung in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestellt ist, der zweite Sensorteil aufweist: eine zweite Öffnung, die auf der Seite der unteren Fläche bereitgestellt ist, indem das Substrat mit einer zweiten Dicke belassen ist, die geringer ist als die erste Dicke auf der Seite der oberen Fläche, und ein zweites Erkennungselement, das an einer die zweite Öffnung in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestellt ist, und mehrere Markierungen, durch die eine Position eines Endes der Seite der oberen Fläche der ersten Öffnung erkannt werden kann, im ersten Gebiet bereitgestellt sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Markierungen eine erste Markierungsgruppe und eine zweite Markierungsgruppe umfassen, die symmetrisch angeordnet sind, wobei das erste Erkennungselement dazwischen angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Markierungen aus einem ersten leitenden Film bestehen, das erste Erkennungselement aus einem zweiten leitenden Film besteht und der erste leitende Film und der zweite leitende Film in derselben Schicht liegen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei die mehreren Markierungen an Positionen mit unterschiedlichen Abständen vom Ende der Seite der oberen Fläche der ersten Öffnung bereitgestellt sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Erkennungselement ein Heizwiderstand zum Erkennen der Luftströmungsrate ist und das zweite Erkennungselement ein Druckerkennungselement ist.
Halbleitervorrichtung, welche Folgendes aufweist: ein Substrat mit einer ersten Dicke, das eine obere Fläche und eine der oberen Fläche entgegengesetzte untere Fläche aufweist, einen ersten Sensorteil, der in einem ersten Gebiet des Substrats ausgebildet ist, und einen zweiten Sensorteil, der in einem vom ersten Gebiet des Substrats verschiedenen zweiten Gebiet ausgebildet ist, wobei der erste Sensorteil aufweist: eine erste Öffnung, die auf der Seite der oberen Fläche des Substrats bereitgestellt ist und einen ersten Boden aufweist, eine zweite Öffnung, die an einer der ersten Öffnung auf der Seite der unteren Fläche des Substrats entgegengesetzten Position bereitgestellt ist und einen den ersten Boden berührenden zweiten Boden aufweist, und ein erstes Erkennungselement, das an einer die erste Öffnung in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestellt ist, der zweite Sensorteil aufweist: eine dritte Öffnung, die auf der Seite der unteren Fläche bereitgestellt ist, indem das Substrat mit einer zweiten Dicke belassen ist, die geringer ist als die erste Dicke auf der Seite der oberen Fläche, und ein zweites Erkennungselement, das an einer die dritte Öffnung in einer Draufsicht überlappenden Position bereitgestellt ist, und mehrere Markierungen, durch die eine Position eines Endes der Seite der oberen Fläche der zweiten Öffnung erkannt werden kann, im ersten Gebiet bereitgestellt sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mehreren Markierungen eine erste Markierungsgruppe und eine zweite Markierungsgruppe umfassen, die symmetrisch angeordnet sind, wobei das erste Erkennungselement dazwischen angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mehreren Markierungen aus einem ersten leitenden Film bestehen, das erste Erkennungselement aus einem zweiten leitenden Film besteht und der erste leitende Film und der zweite leitende Film in derselben Schicht liegen.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei die mehreren Markierungen an Positionen mit unterschiedlichen Abständen vom Ende der Seite der oberen Fläche der zweiten Öffnung bereitgestellt sind.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei das erste Erkennungselement ein Heizwiderstand zum Erkennen der Luftströmungsrate ist und das zweite Erkennungselement ein Druckerkennungselement ist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei der zweite Boden der zweiten Öffnung innerhalb des ersten Bodens der ersten Öffnung angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, welches Folgendes aufweist: (a) Bilden eines ersten Isolierfilms auf einer oberen Fläche eines Substrats, (b) Bilden eines ersten Erkennungselements und mehrerer Markierungen auf dem ersten Isolierfilm eines ersten Gebiets des Substrats, (c) Bilden eines zweiten Erkennungselements in einem vom ersten Gebiet des Substrats verschiedenen zweiten Gebiet, (d) Bilden eines zweiten Isolierfilms auf einer unteren Fläche des Substrats, (e) Ätzen des zweiten Isolierfilms des ersten Gebiets, um die untere Fläche des Substrats des ersten Gebiets freizulegen, (f) Ätzen einer ersten Dicke des Substrats von der unteren Fläche, (g) Ätzen des zweiten Isolierfilms des zweiten Gebiets, um die untere Fläche des Substrats des zweiten Gebiets freizulegen, und (h) Ätzen des Substrats von der unteren Fläche, um eine den ersten Isolierfilm im ersten Gebiet erreichende erste Öffnung zu bilden und das Substrat mit einer zweiten Dicke zu belassen, um die zweite Öffnung im zweiten Gebiet zu bilden, wobei bei (h) die zweite Dicke durch Erfassen der Positionen der mehreren Markierungen und der Position des Endes der Seite der oberen Fläche der ersten Öffnung erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine alkalische Lösung verwendet wird, wenn das Substrat bei (f) und (h) geätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Halbleitersubstrat aus einkristallinem Silicium mit einer <100>-Kristallorientierung gebildet wird.
Strömungssensor, der die Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 6 aufweist.