JP2014119330A - 物理量センサ - Google Patents

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Abstract

【課題】 開口部を有するモールド樹脂により成型された熱式センサにおいて、開口部におけるモールド樹脂の残留応力のため、接着性の弱い界面で剥離が生じる課題があった。
【解決手段】 物理量センサを、検出部３を具備する半導体チップと、半導体チップが実装されるフレーム８ａと、半導体チップとフレームとを封止し、検出部を外部に露出させる開口部を具備するモールド樹脂部１０と、モールド樹脂部のうち開口部の端部と検出部に形成される配線層の間に設けられ、端部からの応力を吸収する金属材料からなる応力吸収層６を有する構成とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は物理量センサに関し、特に、モールド樹脂により封止され、当該モールド樹脂に開口部を具備する物理量センサに関する。
現在、自動車などの内燃機関の電子制御燃料噴射装置に設けられ吸入空気量を測定する空気流量計に用いられる流体流量センサとしては、熱式のものが、質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。
この中で特に半導体を用いたMEMS（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）技術により製造された熱式空気流量（エアフロー）センサ素子が、コストを低減でき且つ低電力で駆動することができることから注目されてきた。
このようなMEMSを用いたセンサにおいては、高価な金属やセラミック基板に組み立てていたものを樹脂封止することによって、低コスト化、小型化が図られるようになってきた。その際、計測するセンサ素子部のみ開口部を設けて、他の部分をモールド樹脂により封止するものも提案されている。
従来の一部開口部を持つ樹脂封止技術の例として、特許文献１には、凸部を有するモールド金型と、半導体素子が装着されたリードフレームとを型合わせすることで、半導体素子の検出部と電極部の間に凹溝部を設ける技術が記載されている。特許文献１では、この凹溝部にモールド樹脂を入り込ませることによってアンカー効果を得て、モールド樹脂の半導体素子の表面に対する接合強度を高め、その結果、開口部の周囲におけるモールド樹脂層の剥離や亀裂の発生を防止している。
また、特許文献２には、開口部外周のハウジングと接する領域に、バッファ層を設ける技術が記載されている。バッファ層には、開口部を形成する型が検出部を損傷するのを防止する働きと、集積回路と半導体電子素子の間の応力緩和層としての働きがある。バッファ層は、エポキシ樹脂等の樹脂材料や、シリコン・ゴム等の有機材料からなる。
特開２００９−４９２９８号公報 特開２０１０−５０４５２号公報
特許文献１および２に記載の技術には、いずれも、開口部におけるモールド樹脂の残留応力のため、接着性の弱い界面で剥離が生じる課題がある。この詳細を、図１０および１１を用いて説明する。
図１０は、配線４上の絶縁膜上に直接モールド樹脂を整形した場合の、モールド樹脂の残留応力について説明する図である。特許文献１のように凹溝部を設けた場合も、残留応力の影響は図１０と同様であると考えて良い。図１０に示したように、モールド成型時に約２００℃で充填されたモールド樹脂には、室温に戻った際に全体が収縮しようとする残留応力Ｆ１が発生する。開口部のない通常のモールド成型では、モールド樹脂１０の残留応力は均一に分散するため問題とならないが、開口部を持っている場合は、収縮しようとする残留応力が、モールド樹脂の開口部端部に集中してしまう。この場合、モールド樹脂１０は熱式流体流量センサ１が接触する絶縁膜１８などと接着力の良い材料であるため（さらに、特許文献１においては、凹溝部により接着力をより高めているため）、開口部の下部に位置し接着力が弱い界面である、配線４とその上部の絶縁膜１６の界面、または、配線４とその下部の絶縁膜１４の界面に応力が集中し易い。特に、温度サイクル試験など耐久試験を行うと、残留応力Ｆ１が助長され前記界面にて剥離が発生し、それに伴い配線４の抵抗値が変化して検出精度を悪くしてしまう。またこのまま放置するとさらに剥離が進み、剥離した配線４上の絶縁膜に亀裂が発生し、配線４が外気と触れ腐食して断線する故障が発生してしまう。
図１１は、特許文献２のように、絶縁膜１８上にポリイミド樹脂２８を形成し、モールド樹脂１０の端部が絶縁膜１８に直接接触しない構造とした場合の、モールド樹脂の残留応力について説明する図である。この場合、モールド樹脂１０の残留応力は図１０と同様に、開口部端部に集中するが、ポリイミド樹脂２８はヤング率が低いため残留応力Ｆ２をある程度緩和することができる。しかし、緩和した残留応力Ｆ２は、ポリイミド樹脂２８界面および膜内部にとどまっており、耐久試験を行った場合にポリイミド樹脂２８と下地絶縁膜１８もしくはモールド樹脂９の界面に応力が集中し、界面で剥離が発生する。このポリイミド２９と下地絶縁膜１８との剥離が進むと界面に水分等が浸入しパッド部５が腐食して断線する故障が発生してしまう。なお、下地絶縁膜１８と密着性が良いエポキシ樹脂をポリイミド膜２８の代わりに用いた場合も、エポキシ樹脂などの表面が撥水性を持つためモールド樹脂の材料であるレジン等と接着性が悪いため、図１１のような剥離が懸念される点で同様である。
以上を踏まえ、本発明の目的は、モールド成型後の残留応力の影響をより低減し、高感度、および高信頼性の物理量センサを提供することにある。
本願発明による課題を解決する手段のうち代表的なものを例示すれば、物理量センサであって、検出部を具備する半導体チップと、半導体チップが実装されるフレームと、半導体チップとフレームとを封止し、検出部を外部に露出させる開口部を具備するモールド樹脂部と、モールド樹脂部のうち開口部の端部と、検出部に形成される配線層との間に設けられ、端部からの応力を吸収する金属材料を含む応力吸収層と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、より高感度、高信頼性の物理量センサを提供しうる。
本発明の実施例１による熱式流体流量センサの一例を示す要部平面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの要部断面図である。 本発明の実施例１によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例１によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例１によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例１によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例１による熱式流体流量センサの製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施の形態１による自動車等の内燃機関の吸気通路に取り付けられた熱式流体流量センサを実装した熱式空気流量計の概略配置図である。 モールド樹脂による応力の影響を示す断面図である。 モールド樹脂による応力の影響を示す断面図である。 モールド樹脂による応力の影響を示す断面図である。 本発明の実施例２によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例２によるセンサ素子の半導体基板製造工程を示す要部断面図である。 本発明の実施例２による熱式流体流量センサの要部断面図である。 本発明の実施例３によるセンサ素子を示す要部断面図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施例においては、特に物理量センサの例として熱式流体流量センサを用いて説明するが、本願発明は、モールド樹脂により封止され、当該モールド樹脂が開口部を具備する他のセンサ、例えば湿度センサ、圧力センサなどおいても、同様に適用しうるものである。
また、以下の実施例において、「上方」とは、半導体基板の表面に垂直な向きのうち、検出部およびパッドが形成される向き（絶縁膜等が積層されていく向き）を指している。
＜熱式流体流量センサの構成＞
実施例１による熱式流体流量センサ１の要部平面図の一例を図１に示し、図１のＡ-Ａ‘線における要部断面図を図２に示す。
図１および図２に示すように、リードフレーム８ａ上に搭載されたセンサ素子２には、流体の流量を検出する空気流量計測部３、ヒータやセンサなどの配線４、および外部への入出力用の電極５が形成されている。前記空気流量計測部３には、半導体基板の裏面が除去されたダイヤフラム構造７が設けられている。また、前記電極５とリードフレームの外部端子８ｂとは、ワイヤボンディング９を介して互いに接続されている。配線４は、これらの電極５および外部端子７を介して、外部から電源供給を受け、ヒータ温度およびセンサ信号を外部に出力している。なお、前記センサ素子２のうち、空気流量計測部３以外の部分は樹脂モールド１０で覆われており、空気流量計測部３のモールド樹脂１０の端部と配線４の間には、絶縁膜を介して応力吸収層６が形成されている。なお、図１ではダイヤフラム構造７の平面形状を正方形として図示しているが、ダイヤフラム構造の平面形状は特に限定されず、例えば図１の左右方向に長辺を有する長方形等、他の形状であっても良い。
＜熱式流体流量センサの製造方法＞
次に、実施例１に係る熱式流体流量センサの製造方法の一例を図３〜図６を用いて工程順に説明する。図３〜図６は、図１中のＡ−Ａ線に対応する要部断面図である。
まず、図３に示すように、単結晶Ｓｉからなる半導体基板１１を用意する。続いて、半導体基板１１の主面上に絶縁膜１２を形成し、さらに絶縁膜１３、絶縁膜１４を順次形成する。絶縁膜１２は、例えば高温の炉体で形成する酸化シリコン膜であり、厚さは２００ｎｍ程度である。絶縁膜１３は、例えばＣＶＤ法を用いた窒化シリコン膜であり、厚さは１００〜２００ｎｍ程度である。絶縁膜１４は、例えばＣＶＤ法を用いた酸化シリコン膜であり、膜厚は３００〜５００ｎｍ程度である。これら、絶縁膜１２、１３，１４は、半導体基板１１の裏面にも成膜される。
ここで、絶縁膜１２、絶縁膜１４は、圧縮応力を有する膜（第２の絶縁膜）であり、絶縁膜１３は、引っ張り応力を有する膜（第１の絶縁膜）である。第１の絶縁膜の残留応力は、例えば７００ＭＰａ〜１２００ＭＰａ程度の引っ張り応力であり、第２の絶縁膜の残留応力は、例えば５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａ程度の圧縮応力である。また、絶縁膜１５および絶縁膜１７は、５００ＭＰａ〜１２００ＭＰａの引っ張り応力を有する窒化アルミニウム膜としてもよい。これら絶縁膜形成後に各膜の応力を整えるため、窒素雰囲気中で約１０００℃の熱処理を行ってもよい。また、この上にさらに引っ張り応力を有する絶縁膜や圧縮応力を有する絶縁膜を繰り返し形成し、積層しても良い。
次に、金属膜１５として、例えばスパッタリング法でＭｏ（モリブデン）膜を１００〜２００ｎｍ程度成膜する。この際、接着性向上および結晶性向上のため、Ｍｏ膜の堆積前にＡｒ（アルゴン）ガスを用いたスパッタエッチング法により、下地の絶縁膜１４を５ｎｍ〜２０ｎｍ程度エッチングし、Ｍｏ膜堆積時の半導体基板２の温度を２００℃〜５００℃程度として形成する。また、Ｍｏ膜の結晶性をさらに高めるため、Ｍｏ膜成膜後に炉体またはランプ加熱装置において窒素雰囲気中で約１０００℃の熱処理を施す。
次に、図４に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたエッチングにより金属膜１５のパターニングを行い、空気流量計測部３を形成する発熱抵抗体、発熱抵抗体用測温抵抗体、測温抵抗体、およびモールド樹脂内に配置された空気温度測温抵抗体、ヒータ温度制御用抵抗体および引き出しの配線４を形成する。その後、配線を保護する絶縁膜１６として例えばＣＶＤ法またはＴＥＯＳ（tetraethoxysilane）を原料としプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜を約３００〜６００ｎｍ形成し、絶縁膜１７および絶縁膜１８を順次成膜する。絶縁膜１７は、例えばＣＶＤ法またはプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した窒化シリコン膜であり、膜厚は１５０〜２００ｎｍ程度とする。絶縁膜１８は、例えばＣＶＤ法またはＴＥＯＳを原料としプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜であり、膜厚は１００〜５００ｎｍ程度である。また、絶縁膜１６、１７、１８は応力調整、および耐湿性が向上のため１０００℃程度の熱処理を施してもよい。また、絶縁膜１６を形成した後、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)を行うことにより、検出部のヒータ部とセンサ部の絶縁膜の膜厚を調整してもよい。
次に、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、配線４の一部を露出させる接続孔を形成する。その後、金属膜として、例えば厚さ１μｍ程度のＡｌ合金膜を成膜し接続孔を埋め込むように形成する。なお、金属膜の接触を良好にするため、形成前にＡｒ（アルゴン）ガスにより接続孔内の配線４表面をスパッタエッチングしてもよい。さらに、その接触を確実なものとするため、Ａｌ合金膜の堆積前に第３の金属膜としてＴｉＮ（窒化チタン）膜等のバリア金属膜を成膜して、バリア金属膜とＡｌ合金膜の積層膜を形成してもよい。また、バリア金属膜としてＴｉＮ膜を挙げたがＴｉＷ（チタンタングステン）膜、Ｔｉ（チタン）膜およびこれらの積層膜としてもよい。次に、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより前記金属膜をパターニングし、接続孔を介して配線４と電気的に接続されるパッド部５と、後にモールド樹脂の開口部端部が形成される領域の下部に設けられる応力吸収層６とを形成すると、図５に示す構造となる。
次に、図６に示すように、半導体基板１１の裏面にフォリソグラフィ法によりフォトレジスト膜のパターン（図示は省略）を形成し、裏面に形成されている絶縁膜１２、１３および絶縁膜１４をドライエッチング法またはウエットエッチング法により除去する。次いで、残された絶縁膜１２、１３、１４をマスクとして半導体基板１１を裏面からＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（Tetramethylammonium hydroxide）またはこれらを主成分とする水溶液でウエットエッチングし、ダイヤフラム構造７を形成する。
なお、上記の実施の形態では、発熱抵抗体などの配線４になる金属膜１５をＭｏにより形成した熱式流体流量センサに関して説明したが、Ｍｏ以外の金属、金属窒化化合物、金属シリサイド化合物、多結晶シリコンあるいは不純物としてリンまたはホウ素がドープされた多結晶シリコンから形成してもよい。金属とした場合には、α−Ｔａ（アルファタンタル）、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｆｅ（鉄）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｈｆ（ハフニウム）、Ｃｒ（クロム）またはＺｒ（ジルコニウム）等を主成分とする金属を例示できる。金属窒化化合物とした場合には、ＴａＮ（窒化タンタル）、ＭｏＮ（窒化モリブデン）またはＷＮ（窒化タングステン）などを例示できる。金属シリサイド化合物とした場合には、ＭｏＳｉ（モリブデンシリサイド）、ＣｏＳｉ（コバルトシリサイド）またはＮｉＳｉ（ニッケルシリサイド）などを例示できる。さらに他の例として、燐もしくはボロンをドープしたポリシリコンなどを例示できる。
これに対しパッド部５および応力吸収層６の材料は、上記実施の形態ではＡｌとしたが、配線４になる金属膜１５よりもヤング率の低い金属材料であれば良い。その具体例としては、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、Ａｕ（金）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ａｇ（銀）からなる金属群に対し、当該金属群に含まれるいずれかの元素、当該金属群に含まれるいずれかの元素を含む合金、当該金属群に含まれるいずれかの元素とＳｉ（シリコン）の化合物が挙げられる。また、上述の通り、応力吸収層６を、これらの金属材料からなる金属膜と、ＴｉＮ（窒化チタン）膜、ＴｉＷ（チタンタングステン）膜、またはＴｉ（チタン）膜の少なくとも１つとの積層構造としても良い。
＜熱式流体流量計の構成＞
図７は、実施例１に係る本実施例に係る熱式流体流量センサがリードフレーム８に実装された様子を示す。リードフレーム８ａ上にセンサ素子２は銀ペーストまたは樹脂の接着シールなどで固定し、その後ワイヤボンディング９により所望のパッド５と外部端子となるリードフレーム８ｂを接続する。
次に、図８は、図７で示したリードフレーム８ａ上に配置したセンサ素子２をモールド成型の金型２１に装着し、その後空気流量計測部３を保護するシールド膜２３を介して開口部形成のための入れ駒２２を押し当て、モールド樹脂を注入する。その後、不要なリードフレームを切断し、図２に示す開口部を有するモールド成型した熱式流量センサを形成する。
図９は、自動車等の内燃機関の吸気通路２４に取り付けられた熱式空気流量計２５の概略配置図である。空気流量計２５は、自動車を制御するＥＣＵ(Engine Control Unit)との電源および電気信号を接続するコネクタを吸気通路外に設けており、空気流量計の内部配線２６を通して、熱式流体流量センサ１の外部端子８ｂと接続する。また、熱式空気流量計２５内に副通路２７が設けられており、矢印の向きに空気が流れる。熱式流体流量センサ１の流量計測部３は前記副通路２７の空気が通る場所に配置される。なお、吸気された空気は、内燃機関の条件によって、矢印で示された空気流れ２８の方向、またはこれとは逆の方向に流れる場合があるが、その状態の空気流量も検知することが可能である。また、実際には、熱式流体流量センサ１の内部配線２６、外部端子８ｂ、および副通路２７の上にはカバーがしてある。
＜実施例１の特徴およびその効果＞
このように、実施例１に係る物理量センサは、検出部３を具備する半導体チップと、半導体チップが実装されるフレーム８ａと、半導体チップとフレームとを封止し、検出部を外部に露出させる開口部を具備するモールド樹脂部１０と、モールド樹脂部のうち開口部の端部と検出部に形成される配線層４の間に設けられ、端部からの応力を吸収する金属材料からなる応力吸収層６を有することを特徴とする。以下、図１２を用いて、実施例１に係る発明の効果を説明する。
この応力吸収層６は、塑性変形しやすく、モールド成型後、モールド樹脂１０の収縮に合わせてスライドするため、モールド樹脂１０の残留応力が、他の膜、例えば絶縁膜１９やその下の配線に与える影響を非常に低減する。特に、空気流量計測部３への影響を確実に低減するためには、応力吸収層６を、半導体チップの基板表面と平行な面においてダイヤフラム７の外周よりも外側に設けることが望ましい。
また、Ａｌ膜は下地絶縁膜１８ともモールド樹脂１０とも相性が良く、さらに配線４となる金属膜１５よりもヤング率の低い、すなわち、柔らかい膜であるため、膜が分裂して剥離が生じることもない。以上を踏まえ、図１０から１２までの残留応力を比較すると
Ｆ１ ≒ Ｆ２ ＞ Ｆ３
となる。よって、モールド樹脂の開口部の端部における残留応力の影響を従来技術と比較して大きく低減し、耐久試験を行っても安定した特性を維持することができる。
また、応力吸収層６は、半導体基板１１と接続し、前記半導体基板１１をアースに接続することで接地電位とすることで、開口部に露出した部分の電荷を外部に逃がし、熱式センサの特性を安定させることができる。また、接地電極のパッドと応力吸収層６を結線するように配置しても良い。ただし、応力吸収層６は開口部に面しており腐食し易いため、その場合の配線幅は細くして、迂回させるなどパッドまでの距離を遠くする必要がある。また、応力吸収層６を接地すると集塵の効果もある。
応力調整層６を設ける位置は、モールド樹脂１０と直接接触した場合とは限らない。実施例２では、モールド樹脂１０を介して水分がパッド部５に到達する腐食を防止するため、応力調整層６とモールド樹脂９の間にカバー層を形成した構成について説明する。
図１３〜１４は、実施例２に係る熱式流体流量センサの要部断面図を形成する工程である。なお、図３、図４の工程までは実施例１と同一のため、その後の工程から説明する。
図４の工程後は、図１３に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、配線４の一部を露出させる接続孔を形成する。その後、金属膜として、例えば厚さ１μｍ程度のＡｌ合金膜を成膜し接続孔を埋め込むように形成する。なお、金属膜の接触を良好にするため、形成前にＡｒ（アルゴン）ガスにより接続孔内の配線４表面をスパッタエッチングしてもよい。さらに、その接触を確実なものとするため、Ａｌ合金膜の堆積前に第３の金属膜としてＴｉＮ（窒化チタン）膜等のバリア金属膜を成膜してバリア膜とＡｌ合金膜の積層膜を形成してもよい。また、バリア金属膜としてＴｉＮ膜を挙げたがＴｉＷ（チタンタングステン）膜、Ｔｉ（チタン）膜およびこれらの積層膜としてもよく、この工程までは実施例と同じである。
次に、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより前記金属膜をパターニングし、パッド部５と応力吸収層６を形成する。この際実施例２では、ダイヤフラム７となる領域も含めて応力吸収層６を残す。次にカバー層２９を形成する。カバー層２９は、少なくともモールド樹脂１０と応力吸収層６の間に設けられた絶縁膜であれば良く、例えばＣＶＤ法またはプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した窒化シリコン膜であり、膜厚は１０００〜２０００ｎｍ程度である。なお、カバー層２９は、低温ＴＥＯＳを原料としプラズマを用いた低温ＣＶＤ法で堆積した酸化シリコン膜と前記窒化シリコン膜との積層膜であっても良く、窒化アルミニウム膜、炭化シリコン膜、またはこれらと酸化シリコン膜、窒化シリコン膜との積層膜であっても良い。係るカバー層２９を設けることで、応力吸収層６の腐食を防止するだけでなく、モールド樹脂１０と応力吸収層６の接着性をより向上することが可能となる。また、図１４で後述する応力吸収層６の一部除去の際に、応力吸収層６には、カバー層２９で覆われていない領域が生じてしまうが、この領域については絶縁膜３０で覆われるので問題なく、カバー層２９は、応力吸収層６の少なくとも一部を覆っていれば良い。
次に、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、絶縁膜２９を、下地の応力吸収層６およびパッド部５をエッチストップ層として用い、加工する。
次に、図１４に示すように、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、ダイヤフラム７より大きい領域の応力吸収層６を除去する。これは、そのまま残した場合、ダイヤフラム７をヒータ加熱した際に、Ａｌ膜は熱伝導が良いため、センサ配線に温度勾配ができなくなってしまうためであり、当該工程を行った結果、応力吸収層は、基板表面と平行な面において、少なくともダイヤフラム表面の外周よりも外側に設けられることとなる。
次に保護膜３０として、絶縁膜、例えばポリイミド膜を塗布し、その後、フォトリソグラフィ法を用いたドライエッチングまたはウエットエッチングにより、塗布した保護膜３０のうち、パッド部５、モールド樹脂１０の端部および必要に応じてダイヤフラム７の上部に位置する部分を除去する。最後に、裏面にフォトリソグラフィ法を用いてＫＯＨやＴＭＡＨを含む液を用いて裏面Ｓｉ基板をウエットエッチングし、ダイヤフラム7を形成する。保護膜３０には、応力吸収層６の一部除去によりカバー層２９で覆われていない部分を覆うことで、応力吸収層６の腐食防止効果をより向上する役割がある。
この際、モールド樹脂１０の端部となる場所は、Ａｌ膜６であっても保護膜３０であっても良い。その理由としては、モールド樹脂１０の残留応力は保護膜３０とカバー層２９を介して応力吸収層６に加わり、応力吸収層６がスライドすることで、実施例１と同様に、下層の配線４に与える影響を大きく低減できるためである。
但し、保護膜３０は、基板表面と平行な面においてモールド樹脂１０の開口部端部よりも内側に位置することが望ましい。係る位置に保護膜３０を設けることで、モールド樹脂１０の開口部形成の際の、樹脂流れを防止する効果も奏するためである。
図１５は、図１４で示したセンサ素子２をモールド成型した熱式流体流量センサ１を示す。この図より、空気流量計測部３のモールド樹脂１０端部下層には応力吸収層６が配置され、さらにその下層にヒータやセンサの配線４が配置された構造となっている。
図１６は、実施例２においてコスト低減のためダイヤフラム７部に位置するカバー層２９の除去工程を省き、パッド部５以外の全面が、カバー層２９で覆われている構造である。この実施例３では、カバー層２９の窒化シリコン膜の応力を調整し、ダイヤフラム７全体の膜応力を調整する必要がある。つまり、ダイヤフラム７のヒータが加熱された場合でも膜変形が非常に小さくなるように、絶縁膜２９を２００ＭＰa以上の引っ張り応力とすることが望ましい。このためには、絶縁膜２９の膜厚を、例えば１０００ｎｍ以上とすればよい。この場合においても、モールド樹脂１０端部の下層の残留応力は保護膜３０とカバー層２９を介して応力吸収層６に加わり、応力吸収層６がスライドすることで下層にヒータやセンサの配線４に与える影響を大きく低減し、実施例１と同様の効果が得られる。なお、本発明の効果は、上面から見てモールド樹脂１０端部において少なくとも配線４上に応力吸収層６が配置されていれば良い。また、実施例３における応力吸収層６は腐食の影響を受けにくいため、抵抗値の変動が精度に影響しないようなグランド線など配線に用いてもよい。
１ 物理量センサ
２ センサ素子
３ 空気流量計測部
４ 配線
５ パッド部
６ 応力吸収層
７ ダイヤフラム
８a、８ｂ リードフレーム
９ ワイヤボンディング
１０ モールド樹脂
１１ 半導体基板
１２、１４、１６、１８ 酸化シリコン膜
１３、１７、 窒化シリコン膜
１５ 金属膜
１９ 接続孔
２１ モールド金型
２２ 入れ駒
２３ シールド膜
２４ 吸気通路
２５ 空気流量計
２６ 内部配線
２７ 副通路
２８ 空気の流れ
２９ カバー層
３０ 保護膜。

Claims (13)

  1. 検出部を具備する半導体チップと、
    前記半導体チップが実装されるフレームと、
    前記半導体チップと前記フレームとを封止し、前記検出部を外部に露出させる開口部を具備するモールド樹脂部と、
    前記モールド樹脂部のうち前記開口部の端部と、前記検出部に形成される配線層との間に設けられ、前記端部からの応力を吸収する金属材料を含む応力吸収層と、を有することを特徴とする物理量センサ。
  2. 請求項１において、
    前記金属材料は、前記配線層よりもヤング率の小さい材料であることを特徴とする物理量センサ。
  3. 請求項２において、
    アルミニウム、銅、金、ニッケル、白金および銀からなる金属群に対し、前記金属材料は、前記金属群に含まれるいずれかの元素、前記金属群に含まれるいずれかの元素を含む合金、または、前記金属群に含まれるいずれかの元素とシリコンの化合物であることを特徴とする物理量センサ。
  4. 請求項１において、
    前記応力吸収層は、前記金属材料からなる金属膜と、窒化チタン膜、チタンタングステン膜、またはチタン膜の少なくとも１つとの積層構造であることを特徴とする物理量センサ。
  5. 請求項１において、
    前記検出部は、ダイヤフラムを有することを特徴とする物理量センサ。
  6. 請求項５において、
    前記半導体チップの基板表面と平行な面において、前記応力吸収層は、前記ダイヤフラムの外周よりも外側に設けられることを特徴とする物理量センサ。
  7. 請求項１において、
    前記応力吸収層は、接地されていることを特徴とする物理量センサ。
  8. 請求項１において、
    前記モールド樹脂部と前記応力吸収層の間に設けられ、絶縁膜からなるカバー層をさらに有することを特徴とする物理量センサ。
  9. 請求項８において、
    前記カバー層は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、窒化アルミニウム膜、炭化シリコン膜、またはこれらの積層膜であることを特徴とする物理量センサ。
  10. 請求項８において、
    前記検出部は、ダイヤフラムを有し、
    前記カバー層は、前記ダイヤフラムの上部を除いた位置に設けられることを特徴とする物理量センサ。
  11. 請求項８において、
    前記応力吸収層のうち、前記カバー層によって覆われていない領域を覆い、絶縁膜からなる保護膜をさらに有することを特徴とする物理量センサ。
  12. 請求項１１において、
    前記半導体チップの基板表面と平行な面において、前記保護膜は前記端部よりも内側に位置することを特徴とする物理量センサ。
  13. 請求項１に置いて、
    前記物理量センサは、熱式流体流量センサであり、
    前記検出部は、発熱抵抗体および測温抵抗体を含み、
    前記配線層は、前記発熱抵抗体または前記測温抵抗体を構成する層であることを特徴とする物理量センサ。
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