JP2005324320A - マイクロメカニカル素子、マイクロメカニカル素子の製造方法、およびマイクロメカニカル素子の使用 - Google Patents

Abstract

【課題】バルクマイクロメカニカルプロセスによって形成されるダイアフラムとその下方に空洞を備えたマイクロメカニカル素子の、空洞部に汚染物質粒子が集まることのないマイクロメカニカル素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】少なくともひとつのダイヤフラム４を有し、素子構造部が基板１上に構造体として実現されており、基板１内にその後面に向かって開放された少なくともひとつの空洞部５が設けられているマイクロメカニカル素子１１において、空洞部５を基板１の後面に被着されたシート６によって閉鎖する。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つのダイアフラムを有しており、素子構造部が基板上に層構造体として実現されており、基板内にその後面に向かって開放された少なくとも１つの空洞部が設けられており、これによりダイアフラムが露出されているマイクロメカニカル素子に関する。

本発明はさらにこうしたマイクロメカニカル素子の製造方法に関する。ここではダイアフラムはバルクマイクロメカニカルプロセスでの基板のエッチングまたは基板後面からの局所的な除去により露出される。

支柱なしのダイアフラムを備えたマイクロメカニカル素子は、実際には例えば圧力センサまたは温度センサにおいて使用される。温度センサでは支柱なしのダイアフラムが小さな熱容量に対する熱絶縁領域として使用される。ダイアフラムは、能動素子（例えばケミカルセンサ）が加熱されるときにはエネルギの収容を最小化させるのに寄与し、受動素子（例えばサーモパイル）では熱絶縁領域により感度を高めるのに寄与する。

ここで言及しているマイクロメカニカル素子は例えば独国出願１９５２７８６１号明細書にマスフローセンサで使用されるものとして記載されている。この文献によれば、バルクマイクロメカニカルプロセスによって露出されたダイアフラムに対して前面からだけでなく後面からも自由にアクセス可能であることが明らかであるが、このダイアフラムは周囲影響に曝されている。

このために実際には複数の問題点が生じる。ダイアフラム下方の空洞部に汚染物質粒子が集まりやすく、一般にダイアフラムの機械的特性および温度特性が損なわれ、センサ信号のエラーが生じることがある。さらに、マスフローセンサなどの分野では、ダイアフラムの後方流が生じ、これによっても同様にセンサ信号が誤ってしまう。また基板後面をパターニングすることにより、ここで言及されている素子の選択された構造コンセプトおよび接続コンセプトしか考慮されない。さらに基板の後面の接着用面積が著しく低減されると、素子を充分な強度で実装できなくなってしまう。
独国出願１９５２７８６１号明細書

本発明の課題は、バルクマイクロメカニカルプロセスによって形成されるダイアフラムを備えた冒頭に言及した形式の素子の一方側を周囲から遮蔽することである。

この課題は、空洞部は基板後面に被着されたシートによって閉鎖されている構成により解決される。

シートにより簡単にダイアフラムの後面の汚染が防止される。なぜならシートにより空洞部が閉鎖され、ダイアフラムが周囲影響に対して遮蔽されるからである。さらに本発明によれば、当該のシートを用いて、簡単に扱うことができしかも低コストな素子の構造コンセプトおよび接続コンセプトが実現される。シートは基板後面で空洞部を完全にカバーするので、本発明の素子を実装する際には、閉鎖された後面の全面積を利用することができる。

基本的に本発明の素子を実現する手段、特に基板後面に被着されるシートを実現する手段にはさまざまなものがある。

マイクロメカニクスで一般的な製造プロセスおよび本発明の素子の使用場所に関して、有利には、シートは媒体および温度に対して耐性を有する。特にこれに適しているのは、金属シート、または一方側または両側に金属コーティングを有するシートである。なぜなら金属は障害信号に対する遮蔽作用を有するからである。また所定の分野では複数の層から成る積層体を使用すると有利である。さらに別の分野では、気体透過性のシートを構成し、閉鎖された空洞部と周囲とのあいだでガス交換可能であるようにすると有利であることが判明している。

本発明の有利な実施形態では、シートに第１の接着層が設けられ、この第１の接着層を介してシートと基板後面とが接合されている。この場合、シートを基板後面に固定するための付加的な接着剤が要らず、素子の構造も簡単になる。

第１の接着層に加えてまたは第１の接着層に代えて、シートの基板とは反対側に素子を実装するための第２の接着層を設けてもよい。第２の接着層を介して素子を簡単に支持体に固定することができる。

マイクロメカニカル素子を製造する場合、一般には同種の複数個の素子が１つの基板上に形成され、プロセスの最終段階でたいていはソーによりダイシングされる。このとき層構造体の全体が個別化される。本発明の素子の製造プロセスにおいても、ダイシング前にシートを基板後面に被着し、ダイシングの際に層構造体全体を個別化すると有利である。

前述したように、本発明の素子は多様な分野で使用することができる。特に有利な利用分野として、圧力センサのほか、流体流量センサ、感熱式加速度センサ（thermischer Beschleinigungsensor）、感熱式ヨーレートセンサ（thermischer Drehratensensor）、感熱式傾角センサ（thermischer Neigungwinkelsensor）、例えばＨ２センサ用または側方衝突センサ用の断熱気体‐熱伝導センサ、感熱式ケミカルセンサ（thermischer chemischen Sensor）、熱板応用分野（thermische Heizplattenanwendung）、ハイダイナミック温度センサ、湿分センサ、例えば気体センサ用または赤外線カメラ用の赤外線検出器、サーモパイル、または高周波応用分野などが上げられる。

前述したように、本発明の着想を有利に実現し展開するための種々の手段が存在する。そうした手段を本発明の独立請求項に従属する請求項に記載し、また以下に図示の複数の実施例に則して説明する。

前述したように、マイクロメカニカル素子は一般に複数の同種の素子構造部を１つの基板（例えば金属ウェハまたはシリコンウェハ）上に形成することにより大量生産される。プロセスの最終段階で素子のダイシングが行われ、層構造体全体がそれぞれの素子へ個別化される。

図１にはウェハ１が示されている。このウェハに対しては前面２からも後面３からもプロセスが施され、ダイアフラム４を備えた素子構造部が形成される。ダイアフラム４は層としてウェハ１を完全に貫通する複数の空洞部５の上に架けわたされるように基板前面２に配置される。空洞部５はウェハ後面３から形成される。本発明によればシートまたは積層体６がウェハ後面３に被着され、空洞部５は完全にカバーされる。このようにしてダイアフラムの後面は周囲影響に対して遮蔽される。

図示の実施例では、積層体６の両側に接着層７，８が設けられている。ウェハ後面３に向かう側の第１の接着層７は積層体６とウェハ後面３との接合のために用いられる。第２の接着層８は素子の実装のために用いられる。後者については図２に則して説明する。

図１にはソーによる素子のダイシング前のウェハ１が示されている。このウェハはテープ状支持体９上に配置されており、このテープ状支持体はダイシング中にはウェハ１を固定し、またダイシング後には個別の素子を固定する。積層体６は層構造体の全体とともに分離され、後面に個々の素子が残る。このことは図中では分離線１０としての破線によって表されている。有利にはＵＶテープがテープ状支持体９として使用される。なぜならＵＶテープの接着力は紫外光の照射により著しく低減され、テープ状支持体９から個々の素子を取り出したり、積層体６を分離したりすることが簡単になるからである。

図２〜図４には、それぞれダイアフラム４を備え、基板の両面での処理によって形成されたマイクロメカニカル素子１１，１２が示されている。相応にダイアフラム４は層として基板１上に実現されている。基板１にはその後面に向かって開放された空洞部５が設けられており、これによりダイアフラム４が露出されている。本発明によれば、基板１の後面にはシートまたは積層体６が空洞部５の上を完全に覆うように架けわたされて被着されている。当該の積層体６は素子１１のケースでも素子１２のケースでも接着層７を介して基板後面に接合されている。ここで素子１１の積層体６では両側に接着層７，８が設けられており、基板１とは反対側の第２の接着層は素子１１の実装される支持体１３との接合のために用いられている。これに対して素子１２は図３の実施例においても図４の実施例においても付加的な接着剤１４を介して支持体１３上に固定される。図４の実施例では支持体１３は凹部１５を有しており、ここに素子１２が配置され、その周囲が完全に接着される。こうした実装手段によりシート６を周囲影響に対して保護することができる。

両面でのプロセスにより複数の同種の素子構造が設けられ、積層体が被着されるダイアフラムを備えるウェハの断面図である。 支持体に実装された本発明の第１の素子の断面図である。 支持体に実装された本発明の第２の素子の断面図である。 凹部支持体に実装された本発明の第２の素子の断面図である。

符号の説明

１ 基板／ウェハ、 ２ 基板前面、 ３ 基板後面、 ４ ダイアフラム、 ５ 空洞部、 ６ シート／積層体、 ７ 第１の接着層、 ８ 第２の接着層、 ９ テープ状支持体、 １０ ダイシング時の素子の分離線、 １１，１２ 素子、 １３ 支持体、 １４ 接着剤、 １５ 凹部

Claims (9)

1. 少なくとも１つのダイアフラム（４）を有しており、素子構造部が基板（１）上に層構造体として実現されており、基板（１）内にその後面（３）に向かって開放された少なくとも１つの空洞部（５）が設けられており、これによりダイアフラム（４）が露出されている
   マイクロメカニカル素子（１１，１２）において、
   空洞部（５）は基板（１）の後面（３）に被着されたシート（６）によって閉鎖されている
   ことを特徴とするマイクロメカニカル素子。
2. 前記シート（６）に第１の接着層（７）が設けられており、該第１の接着層（７）を介してシート（６）と基板（１）の後面（３）とが接合されている、請求項１記載のマイクロメカニカル素子。
3. 前記シート（６）に、素子（１１）を実装するための第２の接着層（８）が設けられている、請求項１または２記載のマイクロメカニカル素子。
4. 前記シート（６）は媒体および温度に対して耐性を有しており、金属シート、ケイ素シート、一方側または両側に金属またはケイ素のコーティングを有するシート、または複数の層から成る積層体として構成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子。
5. 前記シート（６）は気体透過性であり、閉鎖された空洞部（５）と周囲とのあいだでガス交換可能である、請求項１から３までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子。
6. 請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子（１１，１２）の製造方法、すなわち、少なくとも１つのダイアフラム（４）を有しており、素子構造部が基板（１）上に層構造体として実現されており、基板（１）内にその後面（３）に向かって開放された少なくとも１つの空洞部（５）が設けられており、これによりダイアフラム（４）が露出されているマイクロメカニカル素子の製造方法において、
   シート（６）を基板の後面（１）に被着し、空洞部（５）を閉鎖する
   ことを特徴とするマイクロメカニカル素子の製造方法。
7. 第１の接着層（７）を有するシート（６）を用い、該第１の接着層を介してシートを基板（１）に接着する、請求項６記載の方法。
8. 層構造体としての複数の素子（１１，１２）すなわち複数の素子構造部を基板（１）上に形成し、シート（６）を素子（１１，１２）のダイシング前に基板（１）の後面（３）に被着し、ダイシング時に分離する、請求項６または７記載の方法。
9. 圧力センサ、流体流量センサ、感熱式加速度センサ、感熱式ヨーレートセンサ、感熱式傾角センサ、例えばＨ２センサ用または側方衝突センサ用の断熱気体‐熱伝導センサ、感熱式ケミカルセンサ、熱板応用分野、ハイダイナミック温度センサ、湿分センサ、例えば気体センサ用または赤外線カメラ用の赤外線検出器、サーモパイル、または高周波応用分野での請求項１から５までのいずれか１項記載のマイクロメカニカル素子の使用。

Images