JP2011501126A - 半導体マイクロアネモメータ装置およびファブリケーション方法 - Google Patents

Abstract

【課題】応答性、感度および耐久性にすぐれたマイクロアネモメータ、およびその製造方法の提供。
【解決手段】この発明のマイクロアネモメータ１０は、不純物をドーピングした半導体ウェーハ形態であり、上部表面、周囲端をもつ下部表面がある電導性の抵抗部材１００を含む。その抵抗部材１００に対し、上部表面、キャビティ１０６のある基板１０１を接合する。キャビティ１０６には、基板１０１の上部表面に定まる周囲端および周囲縁があり、基板１０１はキャビティ１０６の周囲端で抵抗部材１００に接合する。抵抗部材１００であるウェーハは、基板１０１のキャビティ１０６上に位置し、熱分離ができる。マイクロアネモメータ１０は、抵抗部材１００に接続した複数の金属導体１０４をも含む。ウェーハには、傾斜した側壁１０７があり、その側壁上に金属導体１０４がある。それにより、抵抗部材１００の作用領域を大きくすることができる。
【選択図】図１

Description

この発明は、微小加工による半導体マイクロアネモメータであって、側方コンタクト用の金属導体、ウェーハ貫通タイプの電気的連絡、およびパッシベーション層をもつ、改良した基板サポートを備えるものである。また、この発明は、表側の電気的コンタクトをもつ好適な実施例を含む。ここで説明するマイクロアネモメータは、小さな流速に高感度であり、しかも、液体、気体および半固体の懸濁液の厳しい環境で作動させるのに耐えるだけの頑丈さをもつ。

サーマルアネモメータは、液体や気体の流速を測定するための装置である。作動センサから周囲環境への熱の伝達（対流）が、基本的な変換メカニズムである。すなわち、装置から熱が伝達し逃げるとき、変換器内に熱−抵抗の変化が生じ、それによって、装置の電気的な状態に変化を来す。この電気的な状態の変化を、たとえばホイーストンブリッジによって直接的あるいは間接的に測定する。

センサの熱−抵抗作用領域は、一般的には、公知の温度依存性の抵抗を示す金属の熱線あるいは熱フィルムである。作用領域については、周囲温度より高い温度まで加熱しなければならない。そうしないと、熱の伝達が起きない。熱−抵抗の部分を通る電流が、ジュールの第１法則にしたがって、作用領域を加熱することになる。

サーマルアネモメータは、通常、定電流、定電圧、あるいは定温度の三つのモードの一つで動作する。いずれの場合でも、装置の電流、電圧、あるいは温度は、流速が変化するとき維持される。装置の温度が変化すると、すでに述べたように、それに付随して抵抗変化を生じる。早い段階で装置を故障に至らせるような悪影響、たとえば過熱を防ぐために電流を正確に制御するとき、定電流回路が望ましい。

導体が一般に小さく、熱伝達のノイズが最小であることから、流速の測定に対し、熱線アネモメータが優先されるべき方式であるとしばしば考えられる。しかし、熱線アネモメータは製造する上で費用がかかりがちであるし、こわれやすい。この理由から、熱フィルムアネモメータの方がむしろ良いとしばしば考えられる。

熱フィルムによる流速測定においては、作用層が、平らな絶縁層に支持された薄い金属フィルム（たとえば、プラチナ）、あるいは半導体（たとえば、シリコン）である。熱金属フィルムアネモメータの多くは、オープンブリッジ形態であり、作用フィルムが空洞（キャビティ）上に薄い膜によって最小限に支持されている。薄い膜（たとえば、二酸化シリコン）が熱伝導のロス通路を減らす一方、抑えの効かないストレスやひずみのために、それがまた、装置を極端な温度および流れ条件に陥れる。

先行技術の中に、米国特許第５，３１０，４４９号、米国特許第５，２３１，８７７号、および米国特許第４，９３０，３４７号（いずれもヘンダーソンのもの）があり、電流駆動の半導体フィルムマイクロアネモメータのファブリケーション方法を示している。シリコン作用要素（部材）が、周知の半導体固有の特性によって、周囲温度の変化にダイナミックに応答する。これらヘンダーソンの’４４９号、’８７７号および’３４７号による装置は、金属導体をバルクからセンサまで保持する薄い窒化物サポートブリッジがあるため、故障しやすい。これらの装置は、すぐれた感度および応答時間を示すが、厳しい環境で早期に故障する傾向があるため、用途が限られる。

ジェノバの米国特許第６，０３２，５２７号（そのすべての内容を参照によってここに組み入れる）は、上に述べた先行技術とは、センサを支持する考え方が新しい点で異なる。この’５２７号特許の提案による接合ウェーハ手法では、センサ部分とサポート層とが少し重なり、それによって、それほど感度に影響を与えることなく強度を最大限に大きくする。重なりの大きさおよび強度については、目的とするセンサの用途によって定まる。ジェノバの特許による装置は、また、ワイヤボンドの代わりに通しウェーハタイプの連絡を含む。今まで用いられていた上面ワイヤ接合は、大きな流速に用いると、接合が切断されたり、流れを著しく邪魔するという不都合がある。ジェノバの特許によるウェーハ貫通タイプの電気的な連絡によれば、連絡の欠陥の可能性を低減するだけでなく、パッケージングに対し裏側コンタクトが可能であり、周囲の流れから連絡を保護し、そして、簡易化した前面パッシベーションをダイシング前に行うことができる。

この発明で提供する熱フィルムアネモメータの作用部材は、’５２７号特許における装置と同様、二酸化シリコン膜およびシリコン基板に支持された薄いメサシリコンである。しかし、マイクロファブリケーション、ドライフィルムレジスト、スピンオンガラス、エンジニアードガラスおよびパッケージングの各技術の最近の進歩により、多数の改良が検討されるべきである。

ここで述べる発明は、改良したパッケージングを伴い、応答性、感度および耐久性にすぐれた微小加工によるアネモメータである。この発明は、より信頼できるオーム接触コンタクトおよびそれらの配置、センサ層の下の熱分離のためのキャビティ、ならびにエッチングしたパッシベーション層を備える。マイクロアネモメータは、また、断熱材が詰まったキャビティを備え、それはファブリケーションのときにサポートになる。このマイクロアネモメータは、シリコン基板上あるいはエンジニアードガラスウェーハのいずれかに加工することができる。それはまた、植え込んだワイヤ、スパッタあるいは電気メッキした金属フィルム、または、導電性の接着剤である、ウェーハ貫通タイプの連絡をもつ。好適な実施例においては、表側コンタクトをシンプルなパッケージングに統合している。この発明のこれらおよびその他の特徴については、引き続く詳細な説明や図面によって容易に理解することができるであろう。

この発明の一実施例である半導体アネモメータを示す。 金属導体１０４配置の別の実施例である。 メサセンサ１００の今までのもの、および別の実施例のもの、ならびにキャビティ３０６重なりを示す。 図２の４−４線に沿うマイクロアネモメータ１０の断面図である。 この発明の一実施例による、植付けウェーハ貫通タイプの連絡の断面図である。 この発明の一実施例であるマイクロアネモメータ２０を示す。 この発明の一実施例による、パッケージしたマイクロアネモメータ２０の斜視図である。 図７の８−８線に沿う、パッケージしたマイクロアネモメータ２０の断面図である。

詳細な説明

この発明の一実施例である半導体マイクロアネモメータ１０の斜視図を図１に示す。マイクロアネモメータ１０を単一の部分として示しているが、それは効率を上げるためバッチで加工し製造される。そういうものとして、メサセンサ(sensor mesa)１００を含むシリコンウェーハを加工し、マイクロアネモメータ１０を得る。メサセンサ１００の下の面には、ベース（あるいはハンドル）ウェーハ１０１として働く第２のシリコンウェーハの上面を接着する。センサ１００ウェーハは、一般的に、５〜５０ミクロンの厚さであり、ベースウェーハ１０１は、一般的に、２００〜６００ミクロンの範囲の厚さである。センサ１００とベースウェーハ１０１とは、０．１〜５ミクロンの厚さの埋込み二酸化シリコン（ＢＯＸ）１０２の断熱フィルムによって分離されている。メサセンサ１００層は、低濃度にドーピングした（たとえば、リン）シリコンウェーハで形成する。そのドーピングのレベルは、１０^１２ 〜１０^１６ 原子／ｃｍ^３ である。このレベルのドーピングによって、自由キャリア電子の濃度と温度との指数関数的な関係に起因し、感度が上がる。ドーピングは、また、ホウ素のような他の浅い不純物をリンと同様の範囲で行ったり、金のような深い不純物を５Ｘ１０^１４ 〜１０^１６ 原子／ｃｍ^３ の範囲で行ったり、あるいはそれらを組み合わせて行うことができる。

センサ１００およびベースウェーハ１０１について一連の微小加工工程を行い、狙いとするメサセンサ１００およびサポート構造の形態を得る。センサ１００と金属導体１０４とのオーム接触を作るため、センサ層１００については、１０^１８ 〜１０^２１ 原子／ｃｍ^３ のレベルとなるよう不純物を高濃度（たとえばｎ＋）にする。このドーピングは、金属導体１０４下のセンサ１００層シリコンに直接行われ、その深さは０．１〜１０ミクロンの範囲である。ドーピング領域は、形成したパターンおよびセンサ１００シリコン層に対する不純物拡散によって定まり、標準の開管式のリンドーピング処理によって成し遂げることができる。

メサセンサ１００は、それから異方性のウェットエッチング、一般的に水酸化カリウム（ＫＯＨ）によって、センサ１００シリコンウェーハのマスクされない領域をエッチングし、マスク部分の周囲に傾斜した側壁１０７を形作る。ＢＯＸ１０２はＫＯＨに耐食性があり、マスクされないセンサシリコンがエッチング除去されると、ウェットエッチングは終わる。このエッチングの間、ベースウェーハ１０１の裏側は、たとえば二酸化シリコンによって保護されるべきである。

ウェットあるいはドライ技術、たとえばそれぞれ緩衝フッ化水素あるいは反応性ＣＨ_３ イオンを用いてＢＯＸ１０２をエッチングし、孔（vias）１１１を形成する。どちらの場合でも、孔１１１を正確にパターニングするため、厚いホトレジスト（たとえば、１０ミクロン以上の厚さ）を前面に被覆することが必要である。それは、センサ１００が作り出す形態のためからである。孔１１１は、直径が７５〜２５０ミクロンの範囲である。孔の選択的な酸化物エッチングは、ベースウェーハ１０１の表側の表面でストップする。この処理において、ベースウェーハ１０１の裏側の二酸化シリコン保護膜が除去される。

次に、表側の金属をパターニングするために、リフトオフ処理を用いる。今までとは異なり、金属接合パッド１０５は、メサセンサ１００に相対するように位置する。繰り返すが、表側の形態に正確なセンサ１００パターンを得るために、厚いホトレジストを用いなければならない。リフトオフ処理において、凹入する（ひさし状の）側壁形状を伴うネガタイプのレジスト、あるいは、リフトオフを可能あるいは促進するリフトオフイネイブラー（たとえば、リフトオフ用レジストであるＬＯＲ５Ａ）と組み合わせるポジタイプのレジストのいずれをも用いることにより、堆積（デポジション）した金属の除去を行うことができる。金属導体１０４および一体の金属接合パッド１０５については、スパッタリングあるいは回転チャック蒸発処理のいずれをも用いることにより、センサ１００の傾斜した側壁１０７に沿って金属１１０を完全に被うことができる。金属−シリコンのコンタクトを劣化させるおそれはあるが、バックスパッタリングによってセンサ１００のシリコン表面の不必要な酸化物を取り除くようにすることができる。安定した金属導体１０４および一体の接合パッド１０５を得るために、金属の厚さは０．１〜１．５ミクロンの範囲であり、たとえば、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉのような単一の金属、あるいは、ＴｉＮを含むそれらの組合せで構成することができる。不要な金属およびレジストは、超音波処理機の中の加熱した１−メチル−２−ピロリジノン（ＮＭＰ）で除去する。パターニングした金属導体１０４および接合パッド１０５は、次にフォーミングガス中で短時間アニールする。また、接合パッド１０５領域の金属は、孔１１１のベースおよび側壁を被う。

キャビティ１０６およびウェーハ貫通タイプの連絡１０９について、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）で形成する。ボッシュＤＲＩＥプロセスを用いることにより、スカラップが小さく、ほとんど垂直な側壁を得ることができる。ＤＲＩＥはシリコンに選択的であり、ベースウェーハ１０１の裏側から始める。その裏側は、パターニングされ、厚いレジストで保護されている。エッチングは、キャビティ１０６内部のＢＯＸ１０２上でストップする。また、エッチングは、金属接合パッド１０５上のウェーハ貫通タイプの連絡１０９の内部でストップする。金属接合パッド１０５は、薄い金属膜だけを残す孔１１１のベース部分に位置する。

ベースウェーハ１０１の裏側には、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）による二酸化シリコンのパッシベーション膜がある。この二酸化シリコンは、厚さが１０００〜５０００オングストロームであり、ウェーハ貫通タイプの連絡１０９、接合パッド１０５の裏側およびベースウェーハ１０１の裏側を電気的に分離している。ベースウェーハ１０１の裏側にシャドウマスクを位置合わせし、ＬＰＣＶＤ二酸化シリコンを除去する領域を選択的に露光する。接合パッド１０５の裏側から二酸化シリコンを除去することにより、裏側−表側の電気的な連絡が可能になる。

次に、金属の層をベースウェーハ１０１の裏側の一面を被うようにスパッタリングし形成する。その金属としては、銅が好ましい。というのは、銅はドライフィルムレジスト（層をパターニングするために一般に用いられる）容易に付着するからである。しかし、ＡｕあるいはＮｉをも用いることができる。金属層の厚さは、０．５〜３ミクロンの範囲であり、裏側−表側の電気的な連絡の抵抗をセットする。好適な実施例では、金属がウェーハ貫通タイプの連絡１０９を完全に埋める。これについては、ありふれた電気メッキ処理で行うことができる。

ドライフィルムレジストの層は、ベースウェーハ１０１の裏側に積層しパターニングする。ドライフィルムパターンは、ウェーハ貫通タイプの連絡１０９の開口の上をテントのように被い、その中にすでにスパッタリングした金属を保護する。ドライフィルムパターンは、また、裏側の金属バンプ１０８を保護する。ドライフィルムをパターニングした後、金属エッチングによってベースウェーハ１０１の裏側の保護されないすべての金属を取り除く。センサ１００の表側は、この工程の間、パターニングされないドライフィルムで保護される。エッチングの後、不要なドライフィルムは、Ｎ−メチルピロリドン（「ＮＭＰ」）を用いて除去する。

最後に、パッシベーション層１０３をマイクロアネモメータ１０表面の表側一面に堆積する。パッシベーション層１０３としては、パリレン、シリコンオキシナイトライド、ダイヤモンドライクカーボン（「ＤＬＣ」）、あるいは、電気的および熱的に適切な特性をもつ他の材料を用いることができる。パッシベーション層は、厚さが１００オングストローム〜１０ミクロンの範囲である。任意のドライフィルムレジストおよびエッチング工程を用いることによって、センサ１００上のパッシベーション層を選択的に開口し、作用領域１１２を作り、その内部でセンサ１００と周囲の環境とが直接連絡するようにする。

図２に示す別の実施例において、金属導体２０４が、メサセンサ１００の傾斜した側壁１０７上のセンサ１００に接触する。このように、金属導体２０４をメサセンサ１００に接触させるとき、二つの関連した利点、すなわち、電界の均一性およびメサセンサ１００の作用領域がある。金属導体１０４がセンサ１００の上部で接触する実施例では、電界は、理論的には、金属導体１０４間で弧を描くように作用する。そのような電界の不均一性は、センサ１００の加熱にむら、特に、厚いセンサ１００層にむらを生じることになり、センサが予測できないような応答性を示す。センサ１００の側方（端）に金属導体２０４を配置することにより、電界が線形分布となり、それにより、センサ１００内の温度曲線をより均一にすることができる。金属導体２０４の配置によって、センサ１００の利用可能な作用領域１１２が有効に増大するので、別の実施例によるマイクロアネモメータ１０では、小型化して他の装置と同じ感度を得ることができる。

図２の別の実施例の装置を製造するためには、先に述べた方法や手段を適用するほか、センサ１００シリコンウェーハを異方性のウェットエッチングの後で、センサ１００のｎ＋ドーピングを行う。ドーパントと金属導体２０４との堆積は、センサ１００の側壁１０７に沿って行う。

図３Ａには、ｘ−ｙ面を通してベースウェーハ１０１の一部を示すが、そのキャビティは一般的なものであり、図３Ｂには別の実施例を示している。図３Ａが示すように、メサセンサ１００（破線）とキャビティ１０６との重なりが、センサ１００に対するサポートとして働く。重なりの大きさは、用途に応じて異なり、１％〜３０％の範囲である。重なりがあることによって、ＢＯＸ１０２を通してセンサ１００からベース層１０１への熱伝導が必然的に生じる。そのような熱伝導によって、センサ１００にある程度の熱的な負荷を生じ、要求される用途における感度および応答時間に悪影響を生じるおそれがある。そこで、センサ１００とベースウェーハ１０１との間の重なりをできるだけ小さくするか、二つの間の熱抵抗を増すことになる。図３Ｂに示すキャビティ案３０６では、構造的な完全性について良好なレベルを維持しながら、センサ１００からベースウェーハ１０１への熱伝導を減らすようにしている。複数のサポートリブ３１３がセンサ１００に対する充分な基礎となり、サポートリブ３１３間に重なりがないことによって、熱伝導通路を最小にする。他のキャビティ案では、キャビティを横断する複数のサポートリブを備え、したがって、キャビティ上にメサを充分に支持する。これらの案は、例として示すものであって、サポートリブを用いるそのような
キャビティの考え方を限定する意味ではない。ＢＯＸ１０２は、メサセンサ１００とベースウェーハ１０１との間の開口をなくす。キャビティ案３０６におけるセンサ１００の支持については、ＢＯＸ１０２を厚くする（たとえば、２〜５ミクロン）ことによって強めることができる。

図４は、図２における４−４線に沿うマイクロアネモメータ１０の断面図である。ｎ＋拡散領域４１４が、センサ１００の側壁１０７中に導入されている。スピンオンガラスあるいは断熱性の材料の捨て層４１５が、キャビティの一部を埋めている。この捨て層４１５は、製造（ファブリケーション）する際にセンサ１００を支持するものであり、キャビティのエッチング後に、すぐに堆積する。
この捨て層４１５は、キャビティを完全には埋めておらず、処理の終わりに一部あるいは全体をエッチングし除去する。処理の後で残る捨て層４１５の材料がどのようなものでも、それは、感度あるいは応答時間を著しく変化させることなくマイクロアネモメータ１０を強固にする。

マイクロアネモメータ１０の別の実施例では、センサ１００をシリコンではなく、エンジニアードガラスベースウェーハ１０１上に形成する。シリコンと比較してガラスベースを用いる利点については、当業者に良く知られている。ガラスベースとしては、石英、ほうけい酸ガラス、あるいはそのような用途の感光性ガラスを用いることができる。

図１を再度見ると、センサ１００のためのシリコンウェーハは、エンジニアードガラスベースウェーハ１０１に接着されている。そのガラスベースの熱膨張係数は、たとえば米国保谷株式会社のＳＤ−２ガラス（商品名）のように、シリコンと同様である。エンジニアードガラスは、接着する前に、超音波加工、レーザドリル、あるいはエッチングなどで微小加工し、キャビティ１０６およびウェーハ貫通タイプの連絡１０９を形成する。センサ１００をエンジニアードガラスウェーハに接着する結果、ＢＯＸ１０２はもはや不要であり、また、ウェーハ貫通タイプの連絡１０９の表面を保護するためのＬＰＣＶＤ二酸化シリコンも同様である。さらに、ＢＯＸ１０２がないのであれば、孔１１１は必要でない。表側から堆積した金属は、ウェーハ貫通タイプの連絡１０９を等角に被覆する。金属導体は、図１の実施例１０４、あるいは図２の別の実施例２０４のいずれにおいても、メサセンサ１００とコンタクトする。等角に堆積し、ベースウェーハ１０１の裏側からパターニングした金属は、ウェーハ貫通タイプの連絡１０９の内部で金属バンプ１０８を表側の金属接合パッド１０５と連絡し、ベースウェーハ１０１の裏側からセンサ１００の導体までの電気的な通路を完成する。ウェーハ貫通タイプの連絡１０９内の金属については、一般的な電気メッキ技術を用いることにより、必要な抵抗を得るような厚さにする。

ある場合には、シリコンあるいはエンジニアードガラスベースウェーハ１０１を用いつつ、スパッタリングや電気メッキの方法の代わりに、ワイヤを埋め込むことにより、ウェーハ貫通タイプの電気的な連絡を形作ることができる。図５は、そのようなワイヤをいかに埋め込むかを示している。この場合には、すでに述べた工程にしたがってマイクロアネモメータ１０を製造するが、裏側の金属の堆積は行わない。ベースウェーハ１０１のウェーハ貫通タイプの連絡は、前と同様のＬＰＣＶＤ二酸化シリコン５１６で被覆する。マイクロアネモメータ１０を個々の部品にダイシングする前あるいは後で、５０〜２００ミクロンの範囲の適切な直径の導電性のワイヤ５１７をベースウェーハ１０１を通して供給する。供給は、手動あるいは自動的に、しかもまた、ガイドニードルを用いてあるいは用いずに行う。導電性のワイヤは、それをウェーハ貫通タイプの連絡１０９に通すとき、孔１１１の接合パッド金属１０５内部およびその下のＬＰＣＶＤ二酸化シリコン５１６の両方に孔５１８を開ける。銀エポキシのような導電性接着剤５１９を、表側の接合パッド金属１０５に向かう電導性ワイヤ５１７に付着する。同じ導電性接着剤を用いることにより、ベースウェーハ１０１の裏側にワイヤを固定し、裏側のバンプコンタクト５２０を作る。その導電性接着剤を付けた後で、パッシベーション１０３を実行する。

ウェーハ貫通タイプの電気的な連絡を形作るために、さらに別の実施例がある。この実施例では、金属接合パッド１０５と（ＬＰＣＶＤ）二酸化シリコン５１６との両方を、機械的にあるいは、反応性イオンエッチングで壊し、孔５１８を形成する。マイクロアネモメータ１０は、その後、ダイシングによって分離され、パッケージに固定される。固定に際しては、パッケージ上に施した導電性接着剤のバンプ中にそれらマイクロアネモメータを押し付ける。マイクロアネモメータをパッケージにセットするために加える圧力によって、導電性接着剤がウェーハ貫通タイプの連絡１０９および孔５１８の外まで入り込み、金属接合パッド１０５とコンタクトする。ベースウェーハ１０１がエンジニアードガラスであるとき、この発明の考え方の中でわずかな変形をすることができ、後で述べた二つの方法を同時に行うことができる。当業者にとって、そのような変形は明らかであろう。

好適な実施例であるマイクロアネモメータ２０を図６に示す。今までの方法では、センサ１００をベースウェーハ１０１で支持し、ＢＯＸ１０２でベースウェーハ１０１と分離している。各層の物理的な寸法は、すでに述べたものと同様である。センサウェーハの出発材料として、リンをドープしたシリコンを想定するとき、先に述べたように、センサ１００は、高濃度のｎ＋キャリアを金属導体１０４の下に直接ドープする。センサ１００は、次に、センサ１００シリコンウェーハのマスクされない領域を異方性の湿式エッチングを行う。このエッチングによって、マスクをした領域の周囲に傾斜した側壁１０７を作り出す。キャビティ１０６は、ベースウェーハ１０１の裏側からＤＲＩＥでエッチングを行う。

今までの方法と違って、ベースウェーハ１０１を表側から異方性エッチングし、ベースウェーハ１０１に傾斜した側壁６２２のあるメサシリコン６２１を形成する。メサ側壁６２２を作り出すため、エッチングは、ベースウェーハ１０１を通して２０％〜８０％の深さまで行う。露出したシリコン上に、二酸化シリコン６２４の電気的絶縁層を堆積（ＬＰＣＶＤ）あるいは成長（熱酸化）させる。この１，０００〜１０，０００オングストロームの厚さの酸化層は、ベースウェーハ１０１の傾斜した側壁６２２をも被う。表側の金属コンタクト６０５および金属導体１０４（あるいは２０４）は、適切なリソグラフィー技術を用いてパターニングする。その処理には、ドライフィルムレジスト、電着、あるいはシャドウマスクを含む。好ましい手段は、ドライフィルムレジストである。

表側に堆積する金属としては、Ａｌ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｗ、Ｔｉ、あるいは、ＴｉＮを含むそれらの組合せを用いることができる。表側の金属６２３は、連続性を失うことなく、センサ１００側壁１１０だけでなく、メサシリコン６２１側壁６２２にも及ぶようにしなければならない。表側の金属コンタクト６０５は、次には、パッケージに直接接続するために用いる。さらに、今までと同様の工程を経て、センサ１００の両側に沿う金属導体２０４を形成する。

パッシベーション層１０３を表面全体に等角に堆積し、金属コンタクト６０５上を選択的にエッチングする。時によっては、センサ作用領域１１２の上を選択的にエッチングし、センサ１００が周囲環境に直接作用させるようにする。マイクロアネモメータ２０は、銀エポキシのような導電性の接着剤を用いることにより、あるいは、金属と金属との熱圧着によってパッケージに固定する。パッケージングについては、マイクロアネモメータ２０をダイシングして個別の部品にする前あるいは後で行う。

好適な実施例であるマイクロアネモメータ２０を得るための一連の処理工程は、当業者にとって明らかであろう。また、当業者は、必要とする構造を得るために、別のファブリケーション工程を用いることができることを理解するであろう。図６のマイクロアネモメータ２０は、ワイヤ接合を必要とすることなく、パッケージングに対して表側から直接コンタクトすることができる。

図７は、パッケージ７２５に入れたマイクロアネモメータ２０の斜視図である。また、図８は、図７の８−８線に沿った断面図である。パッケージ７２５は、ＦＲ４（フレームレジスタント４）、ガラス、あるいは熱的および電気的に適切な特性をもつ加工もしくは成型可能な他の材料で構成することができる。ファブリケーションについては、回路基板の一般的なホトリソグラフィー技術を利用することができる。パッケージ７２５の平らな面には、金属を被覆しホトリソグラフィー技術でパターニングするか、スクリーン印刷工程によって、パッケージ７２５の各端にコンタクト７２６を作る。パッケージコンタクト７２６は、ベースウェーハ金属６０５と接続するように位置づけられている。パッケージ７２５は、シート状に大量生産することができる。マイクロアネモメータ２０は、一般的な摘み上げて載せる（ピック・アンド・プレース）装置を用いて、各パッケージに押し入れることができる。パッケージ開口７２９によって、マイクロアネモメータ２０の作用領域を測定すべき流れに充分に晒すことができる。

パッケージ７２５にマイクロアネモメータ２０を入れるに際しては、センサ１００層がパッケージ７２５の上面と同じ高さになるようにするか、上面の上にわずかに上げるようにする。そのように同じ高さか、あるいはわずかに高く載せることによって、周囲の流体の流れ７２８の乱れを最小にすることができる。パッケージ７２５については、メサベースウェーハ６２１の表側金属６２３に沿って、シリコンシーラント７２７あるいは他の適切な接着化合物を用いてマイクロアネモメータ２０をシールするのが好ましい。シーラントの供給は、ピック・アンド・プレースの操作で行う押入れ作業の前に実施する。パッケージ７２５とマイクロアネモメータ２０との電気的な接続は、パッケージ金属コンタクト７２６とベースウェーハ金属コンタクト６０５との間に銀エポキシなどの導電性接着剤を付与することにより行う。接着シーラント７２７とともに、導電性接着剤は、ピック・アンド・プレースの操作に先だって付与する。また、パッケージ金属コンタクト７２６とベースウェーハ金属コンタクト６０５との電気的（構造的）接続については、金属−金属の熱圧着による接合、あるいは熱圧着および接着剤による各接合を組み合わせることにより行うことができる。

この発明のいくつかの実施例ならびにパッケージの完成および製造方法について述べたが、この発明は、それらに限定されるわけではなく、この発明の考え方の範囲内でいろいろな変形をすることができる。したがって、特に、明細書（および特許請求の範囲）に記した発明の考え方から外れない範囲での変形が可能である。そのような変形は、いわゆる当業者にとって明らかであろう。

１０，２０ マイクロアネモメータ
１００ メサセンサ
１０１ ベースウェーハ
１０２ ＢＯＸ（二酸化シリコン）
１０３ パッシベーション層
１０４，２０４ 金属導体
１０５，６０５ 金属接合パッド
１０６ キャビティ
１０７ 側壁
１０９ ウェーハ貫通タイプの連絡
１１０ 金属
１１１ 孔
１１２ 作用領域
３１３ サポートリブ
４１５ 捨て層
５１７ 導電性ワイヤ
７２５ パッケージ
７２６ パッケージコンタクト
７２９ パッケージ開口

Claims (43)

1. 次の各構成および条件を備えるマイクロアネモメータ。
   ａ）不純物をドーピングした半導体ウェーハから形成した電気伝導性の抵抗部材であり、その抵抗部材が、
   １）抵抗部材上部表面と、
   ２）周囲端がある抵抗部材下部表面と、
   ３）傾斜した側壁とを含み、
   その傾斜した側壁には、前記上部表面よりも不純物を高濃度にドーピングしてあること。
   ｂ）前記半導体ウェーハに接合した基板であり、その基板が、
   １）基板上部表面と、
   ２）基板下部表面と、
   ３）前記基板上部表面にキャビティ周囲端をもつキャビティとを含み、
   前記基板上部表面には、前記キャビティ周囲端上に内部に広がる複数の突起があり、そして、前記基板下部表面を前記突起の少なくとも一部を支持し、前記抵抗部材が前記キャビティ上に浮いていること。
   ｃ）前記傾斜した側壁に接触した複数の金属導体。
2. 前記傾斜した側壁には、前記抵抗部材と前記金属導体とのコンタクトを増す不純物をドーピングしてある、請求項１のマイクロアネモメータ。
3. 前記金属導体は、前記傾斜した側壁の全体の長さに沿って前記抵抗部材にコンタクトしている、請求項１のマイクロアネモメータ。
4. 前記金属導体は、前記抵抗部材の反対端に位置する表側の接合パッドの形態で終わる、請求項１のマイクロアネモメータ。
5. 前記表側の接合パッドの下に位置する孔形態のエッチング特徴をもつアイソレーション層を備える、請求項４のマイクロアネモメータ。
6. 前記基板は、前記アイソレーション層の孔と一直線上になった貫通孔形態のエッチング特徴を含む、請求項５のマイクロアネモメータ。
7. 前記貫通孔は、電気的に非導電性の材料で絶縁されている、請求項６のマイクロアネモメータ。
8. 前記貫通孔は、その中に植え込んだ導電性の要素で導通が図られている、請求項６のマイクロアネモメータ。
9. 前記導電性の要素は、金属フィラメントである、請求項８のマイクロアネモメータ。
10. 前記導電性の要素は、表側の接合パッドおよび裏側に導電性ペーストで保持されている、請求項９のマイクロアネモメータ。
11. 前記貫通孔は、その中に入れた導電性ペーストで導通が図られている、請求項６のマイクロアネモメータ。
12. 前記基板の突起は、左右両側に直線的に並んだサポートリブであって、前記抵抗部材の下の前記キャビティによって開放したギャップに少なくとも部分的に及んでいる、請求項１のマイクロアネモメータ。
13. 前記左右両側に直線的に並んだサポートリブは、前記抵抗部材の下の前記キャビティによって開放したギャップの全体に及ぶように互いに連結している、請求項１２のマイクロアネモメータ。
14. 前記キャビティを部分的に埋める断熱材料を備える、請求項１のマイクロアネモメータ。
15. 前記マイクロアネモメータの表側にパッシベーション層を備える、請求項１のマイクロアネモメータ。
16. 前記パッシベーション層は、熱容量を小さくするためにエッチングされている、請求項１５のマイクロアネモメータ。
17. 前記パッシベーション層のエッチング領域には、前記センサ層の前記上部表面上の開口であり、前記上部表面を周囲に開放するための部分を含む、請求項１６のマイクロアネモメータ。
18. 装置を予め接合したシリコン−オン−絶縁体ウェーハから形成した、請求項１のマイクロアネモメータ。
19. 前記マイクロアネモメータは、フレームレジスタント４、ガラス、または熱的および電気的な適切な特性をもつ加工可能あるいは成型可能な材料で構成したパッケージに入っている、請求項１のマイクロアネモメータ。
20. 前記パッケージと前記マイクロアネモメータとの間の電気的な接続を、熱圧着によって行う、請求項１９のマイクロアネモメータ。
21. 前記基板の側壁が傾斜している、請求項１のマイクロアネモメータ。
22. 半導体マイクロアネモメータを製造する方法であって、次の各工程を備えるマイクロアネモメータの製造方法。
    ａ）半導体ウェーハの全体に均一に不純物をドーピングする工程。
    ｂ）前記半導体ウェーハをベース基板に接合する工程であり、前記半導体ウェーハは、上部表面、周囲端がある下部表面を備え、そして、前記ベース基板は、上下の表面を備える。
    ｃ）前記半導体ウェーハの一部を異方性エッチングで除去することによって、そのウェーハ上に側壁を形成する工程。
    ｄ）前記マイクロアネモメータに電気的な接続をするために、複数の金属導体を堆積する工程。
    ｅ）キャビティをエッチングする工程であり、そのキャビティは、前記基板の上部表面に定める周囲の端および縁をもち、しかも、前記半導体ウェーハの下部表面、周囲端に拘束されるものであり、前記半導体ウェーハの下部表面が前記キャビティの周囲端の少なくとも一部に載って支持され、それにより、前記半導体ウェーハが前記キャビティ上に位置することになる。
23. 前記不純物は、浅い不純物あるいは深い不純物のいずれか一方、またはそれらの組合せである、請求項２２の方法。
24. 前記浅い不純物がリンあるいはホウ素である、請求項２３の方法。
25. 前記浅い不純物がリンであり、そのドーピングのレベルが１０^１２ 〜１０^１６ 原子／ｃｍ^３ である、請求項２４の方法。
26. 前記深い不純物が金であり、そのドーピングのレベルが５Ｘ１０^１４ 〜１０^１６ 原子／ｃｍ^３ である、請求項２３の方法。
27. 前記基板と前記半導体ウェーハとの接合を、二酸化シリコンのような断熱フィルムを貫通して行う、請求項２２の方法。
28. ウエットあるいはドライエッチングのいずれかによって、界面の熱酸化層を貫通して表側の複数の孔を形成する工程をさらに備える、請求項２２の方法。
29. 前記金属導体が、前記孔の前記側壁を含み、前記表側の孔をも被う、請求項２８の方法。
30. ウエットあるいはドライ技術のいずれかで前記基板を貫通するようにエッチングすることによって、裏側から複数の孔を形成する工程をさらに備える、請求項２８の方法。
31. 前記基板の孔は、表側の孔と一直線上に隣接し、表−裏の電気的な経路を作っている、請求項３０の方法。
32. 前記基板の孔、前記基板の裏側、および前記基板の孔の反対側にある金属接合パッドは、前記裏側から低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）による酸化物を堆積することによって電気的に絶縁されている、請求項３１の方法。
33. 前記低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）による酸化物は、シャドウマスクを通した反応性ドライイオンエッチングを用いて、前記表側の金属の裏面（前記表側の孔の底部に位置する）から選択的に取り除かれる、請求項３２の方法。
34. 前記基板の裏側から導電性ワイヤを植え込むか、または導電性材料をスパッタリング、あるいは電気メッキすることによって、前記孔の中に基板を貫通する電気的な接続を形成する工程をさらに備える、請求項３１の方法。
35. 前記導電性材料の金属フィルムをスパッタリングあるいは電気メッキするとき、それによる金属が前記基板の下部表面および前記孔の内部の両方を被覆する、請求項３４の方法。
36. 前記ウェーハの裏側を被覆する金属を、一般的なリソグラフィ技術（厚いドライフィルムリソグラフィを含む）でパターニングして裏側接合パッドを形成する、請求項３５の方法。
37. レジストフィルムは、前記基板の裏側の接合パッド部分だけでなく、基板を貫通する連絡の開口上をテントのように被い、その連絡の内部にある金属を保護する、請求項３６の方法。
38. 前記ワイヤを基板を貫通する連絡に入れ、そのワイヤに導電性接着剤を付着するとき、適切な径をもつ導電性のワイヤを手動あるいは自動的に、しかもまた、ガイドニードルを用いてあるいは用いずに行うことにより、その導電性のワイヤが、孔の接合パッド金属内部およびその下のＬＰＣＶＤ酸化物層の両方を孔開けする、請求項３４の方法。
39. 電気メッキ法、導電性ペースト、または、硬化性の導電性のゲル、ポリマー、グルーあるいはエポキシを用いることにより、前記基板を貫通する連絡を前記金属が完全に埋める、請求項３５の方法。
40. パッシベーション層が前記表側の一面を被うように堆積する、請求項２２の方法。
41. 前記抵抗部材上の前記パッシベーション層を選択的に開けるための、ドライフィルムによるエッチング工程をさらに備え、その工程によって作用領域を形成し、その作用領域の内部で前記ウェーハと周囲の環境とが直接に開放するようにする、請求項４０の方法。
42. 請求項２２，３７，３８あるいは４０のいずれかの方法で製造された半導体マイクロアネモメータ。
43. 前記基板の側壁が傾斜している、請求項２２の方法。

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