JP3906689B2 - センサ素子 - Google Patents

Description

本発明は、センサ素子に関し、特に一定広がりのセンサ面を有する磁気抵抗センサ、エアーフローセンサ、加速度センサ、圧力センサ、ヨーレートセンサ、イメージセンサなどのセンサに関するものである。

従来から、車両の走行制御用のセンサ素子として、加速度センサ、ヨーレートセンサ、圧力センサ、エアーフローセンサ、磁気抵抗センサ等が使用されている。このうち、加速度センサ、ヨーレートセンサ及び圧力センサは、衝撃や加速度に対応して、揺動する平面状の電極（センシング部位）を備え、この電極と近接して固定配置された対向電極との間の電気容量変化を検出できるように構成されており、この電気容量変化に基づいて衝撃や加速度の変化を検出するものである。そして、センシング部位を構成する平面状電極としては種々の金属材料が用いられており、その表面は、シリコン窒化膜やシリコン酸化膜等の無機薄膜で被覆保護され、これらの無機薄膜は通常、スパッタリング法、ＣＶＤ法、蒸着法により形成されている。（例えば、特許文献１、２、３参照）

特開平５−１８３１４５号公報 特開平５−２８３７１２号公報 特開平６−１９４３８２号公報

しかしながら、上記平面状電極は、この電極を支える支持体から平面方向に突出した３次元構造(厚みは、通常１０〜５００μｍ程度)を有しているため、上記蒸着法やＣＶＤ法による無機薄膜のカバレッジ性に劣り、特に、平面状電極の側面に無機薄膜が形成されにくく、保護性が低くなる惧れがあった。

また、ガソリン流量を検出するためのエアーフローセンサは、例えば、抵抗配線を埋め込んだ平面状のセンシング部位を、ガソリン含有ガスの流路に接触させることにより生じる、センシング部位の温度変動を、抵抗配線の抵抗の変化で検出することにより、ガソリン含有ガスの流量を検知するように構成されているが、センシング部位と支持体との間で大きな段差を有する３次元構造であるため、センシング部位の保護に関し、上述と同様な問題があった。

このため、平面状電極の側面を十分に無機薄膜で保護するために、無機薄膜を厚膜化することが考えられるが、センシング部位に高い応力を引き起こしたり、膜自体にクラックが発生する。これにより、センサ特性の劣化を生じたり、センシング部位を構成する抵抗配線や隣接する制御回路上の配線の位置ずれを引き起こすという問題があった。特に、抵抗配線等の配線をセンシング部位に用いたセンサの場合、その配線としては、通常の半導体素子には用いられない特殊な材料が用いられるため、その構成材料によっては、下地材料との密着性が著しく弱く、例えば、センサ素子を樹脂で封止した場合には、熱的、機械的な歪みにより、かかる配線が位置ずれを引き起こりやすい問題があった。

そこで、市販されているポリイミド樹脂や感光性ポリイミド樹脂をセンシング部位の保護膜として用いることが考えられるが、応力特性、耐熱性、脱ガス性、製造プロセス整合性（処理温度等）の観点から、センシング部位の特性への悪影響がある場合が多い。すなわち、ポリイミド樹脂の膜形成が、アミク酸モノマーから化学反応によりポリイミド化する化学反応によって行われるため、残留応力が高く、また反応により生じるガス成分による汚染が生じるためである。さらに、ポリイミド樹脂保護膜は耐水性に難があり、センサ素子の使用環境が制限されていた。

一方、磁気抵抗センサは、上述した３次元構造のセンサとは異なり、基本的には大きな段差は有さないが、磁性金属細線からなる平面状のセンシング部位を有し、磁性金属の磁気抵抗効果を利用して磁界の大きさや方向の変化を検出できるように構成されており、このセンシング部位をポリイミド樹脂膜で保護することも考えられるが、高温で硬化処理する必要があり、この硬化温度がセンサ本体の耐熱限界温度より高く、十分な硬化処理ができないという問題があった。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、ことに、平面状のセンシング部位がステップカバレッジに優れ、センシング部位に与える応力が低く、かつ低温で形成可能であり、製造過程においてもセンシング部位に悪影響を与える惧れのない保護膜で被覆されたセンサ素子を提供しようとするものである。

かくして本発明によれば、センサ基板と、このセンサ基板に支持された平面状のセンシング部位を備え、この平面状センシング部位の表面が、シリコーン系樹脂膜で被覆されてなるセンサ素子が提供される。

本発明で用いるシリコーン系樹脂膜は、センサ素子の製造プロセス温度や使用温度に対する耐熱性があり、カバレッジ性が良く、３次元構造の平面状センシング部位の被覆性に優れ、しかも低応力性で厚膜化も可能であり、さらに高耐環境性を備えている。さらに、このシリコーン系樹脂膜は、半導体装置で保護膜として用いられているポリイミド樹脂とは異なり、膜硬化時のガス発生量が極端に低く、センシング部位はもとより、隣接する制御回路部の汚染を引き起こすことはない。さらに、耐熱性、密着性、低応力性においても、ポリイミド樹脂を凌駕する。また、カバレッジ性についても、ポリイミド樹脂や従来のＣＶＤ法やスパッタリング法により形成される無機膜材料よりも優れている。

かかるシリコーン系樹脂膜は、シリコーン系ポリマーの溶液を塗布し加熱硬化することにより形成することができる。かかる形成方法によれば、回転塗布と加熱によって、センシング部位を簡便かつ効果的に被覆保護することができ、ポリイミド系保護膜のようなセンシング部位への影響も解消される。また、無機系保護膜のような高価な成膜装置を用いることなく、製造コスト面でも有利である。したがって、本発明は、センサ基板に支持された平面状のセンシング部位に、シリコーン系ポリマーの溶液を塗布し加熱硬化することにより、センシング部位をシリコーン系樹脂膜で被覆することからなるセンサの製造方法をも提供するものである。

本発明のセンサ素子は、加速度センサ、ヨーレートセンサ、圧力センサ、磁気抵抗センサ、イメージセンサ等の各種センサにおけるセンシング部位の表面あるいは全表面がシリコーン系樹脂膜で被覆保護されたものである。なお、かかる各センサ素子におけるセンシング部位は通常、平面で構成されているが、若干の凹凸があってもよく実質的に平面状であればよい。さらに、センシング部位のみならず、隣接する基板や周辺回路を含めてシリコーン樹脂膜が被覆する構成であってもよい。

このシリコーン系樹脂膜は、シリコーン系ポリマーの硬化膜からなり、このシリコーン系ポリマーとしては、下記一般式（１）に示されるシリコーン系ポリマー、又は下記一般式（２）からなるシリコーン系ポリマーを用いるのが適しており、これらは各々混合物であってもよい。特に、梯子型構造を有する下記一般式（２）のシリコーン系ポリマーは、硬化後の耐熱性が優れており、それ自体の下地材料への応力も低く、さらに外部からの応力に対する緩衝作用も優れている点で好ましい。

一般式（１）；

（式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はアリール基、水素原子、脂肪族アルキル基、水酸基、トリアルキルシリル基または不飽和結合を有する官能基であり、同種でもよく、異種でもよい。ｌ、ｍ、ｎはｌ＋ｍ＋ｎ≧１となるいずれも０以上の整数で重量平均分子量が１０００以上である。）
一般式（２）；

（式中、Ｒ１、Ｒ２はアリール基、水素原子、脂肪族アルキル基または不飽和結合を有する官能基であり、同種でもよく、異種でもよい。Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は水素原子、アリール基、脂肪族アルキル基、トリアルキルシリル基または不飽和結合を有する官能基であり、同種でもよく、異種でもよい。ｎは１以上の整数で重量平均分子量が１０００以上である。）

かかるシリコーン系ポリマーには、紫外光等の光により架橋して硬化するものが含まれ、その好適な例としては、一般式（１）においてＲ１、Ｒ２、Ｒ３の置換基の１％以上が不飽和結合を有する官能基であるものが挙げられ、また、一般式（２）においてＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６の置換基の１％以上が不飽和結合を有する官能基であるであるものが挙げられる。不飽和結合を有する官能基は、樹脂分子同士が架橋反応やラジカル反応により架橋させるための反応基であり、アルケニル基、アルキルアクリロイル基、アルキルメタクリロイル基もしくはスチリル基などが好ましいが、これらに限定されるものではない。これらの不飽和結合を有する官能基は、単独で導入してもよく、2種類以上混合して導入してもよい。かかる光架橋性のシリコーンポリマーは、単独あるいは感光性架橋剤、光重合開始剤、光増感剤と組み合わせることで、光をドライビングフォースとしてより低温で硬化反応を進行させることができ、センサ素子にかかる温度を低減することができる点あるいはレジストを用いない自己パターニングができる点で、センサ素子製造上での利点を備えている。

本発明のシリコーン系樹脂膜は、前記した一般式（１）及び／又は一般式（２）に示されるシリコーン系ポリマーの溶液、いわゆるワニスをセンシング部位に塗布した後、加熱硬化することにより形成することができる。かかるシリコーン系ポリマーの溶液としては、アルコール系、ケトン系、エーテル系、ハロゲン系、エステル系、ベンゼン系、アルコキシベンゼン系、環状ケトン系の溶剤溶液が適している。このシリコーンポリマーの溶液中には、センシング部位の表面との接着性を向上するためのシランカップリング剤、硬化膜の密度を向上させるための重合性モノマーあるいは重合開始剤、架橋剤、増感剤や、保存安定性を向上させるための重合禁止剤等が添加されていてもよい。特に、光架橋性のシリコーン系ポリマーを用いる場合には、前述のごとく感光性の架橋剤、光重合開始剤、光増感剤等が添加されていてもよい。感光性架橋剤や光重合開始剤は、ラジカル反応あるいは架橋反応による膜硬化を引き起こすための添加剤であり、感光性架橋剤としては、芳香族アジド化合物、芳香族ビスアジド化合物、イミノキノンジアジド化合物、芳香族ジアゾ化合物や有機ハロゲン化合物などの光照射によりラジカル活性種を生成する感光性化合物が挙げられ、光重合開始剤としては、カルボニル化合物、ジカルボニル化合物、アセトフェノン、ベンゾインエーテル、アシルフォスフィンオキシド、チオキサンソン、アミノカルボニル化合物、含窒素化合物などが挙げられる。硬化処理温度は、ポリマーの種類やセンシング部位の耐熱温度、あるいは保護膜形成前のセンサ素子自体の耐熱温度等により異なるが、通常１００℃から４００℃が適しており、特に、前述した光架橋性のポリマーを用いる場合には、１００℃から２５０℃の比較的低温で硬化処理を行うことができる。

以下、添付の図面を参照して本発明のセンサ素子について説明する。
第１図の（ｇ）は、本発明に係る磁気抵抗センサの一例を説明する断面図である。センサ本体１は、基板１ａ、基板１ａ上に形成された下地絶縁膜１ｂ、センシング部位を構成する細線１ｃ、細線１ｃと信号処理回路（図示せず）を電気的に結ぶ金属線（Ａｌ，ＡｌＳｉ，Ｃｕ等）からなる配線１ｄ、ボンディングパッド１ｅ、スパッタリング法やＣＶＤ法で形成された無機膜（シリコン窒化膜、シリコン酸化膜等）からなるパッシベーション膜１ｆなどから構成された磁気抵抗センサであり、このセンサ本体１上には、少なくとも上記センシング部位を被覆するようにシリコーン系樹脂膜２が形成されたものである。

第１図の（ａ）から（ｇ）は、本発明に係る磁気抵抗センサの製造方法の一例を説明する断面図である。まず、センサ本体１上に、前記した一般式（１）及び／又は一般式（２）に示すシリコーン系ポリマーをアルコール系、ケトン系、エーテル系、ハロゲン系、エステル系、ベンゼン系、アルコキシベンゼン系、環状ケトン系などの溶剤に溶解させたワニスを１０ｎｍから５０μｍの膜厚で塗布し、ホットプレート上で１００℃〜２５０℃で熱処理を行い、シリコーン系樹脂膜２をセンサ本体１上に形成する（第１図の（ａ））。

次に、シリコーン系樹脂膜２の表面に膜厚が１００ｎｍから２０μｍのｉ線用ポジレジスト３を塗布し（第１図の（ｂ））、センサ本体１のボンディングパッド１ｅやダイシングライン（図示せず）などを露出するためのコンタクトホールパターンを有するマスク４を用いて、上方より紫外光（ｉ線）を照射し、コンタクトホール部のｉ線用ポジレジスト３を露光する（第１図の（ｃ））。

次に、露光後ベークを行った後、現像処理を行い、所望のパターンを有するｉ線用ポジレジスト３のパターンが得られる（第１図の（ｄ））。

このｉ線用ポジレジスト３のパターンをマスクとして、シリコーン系樹脂膜２を現像処理することによりコンタクトホールを得る。現像処理は、シリコーン系樹脂膜専用の現像液で、浸漬現像、あるいはスピン現像を行った後、シリコーン系樹脂膜専用のリンス液で洗浄することにより行う（第１図の（ｅ））。

次に、パッシベーション膜１ｆをドライエッチング法により除去した後（第１図の（ｆ））、シリコーン系樹脂膜２上のｉ線用ポジレジスト３をウエット除去、あるいは反応性イオンエッチング装置、イオンビームエッチング装置、あるいはアッシング装置を用いてドライ除去し、オーブンあるいはホットプレートを用いて、２００℃〜４５０℃でポストベークを行いシリコーン系樹脂膜２の硬化を行う。これにより、所定の部分が開口されたシリコーン系樹脂膜２を被覆した磁気抵抗センサが得られる（第１図の（ｇ））。

上記磁気抵抗センサは、前記シリコーン系樹脂膜２で被覆することにより、センサ特性の劣化の防止、あるいは細線１ｃや配線１ｄなどの位置ずれを防止することが可能である。このシリコーン系樹脂膜２は、残留応力が低い上、緩衝作用を有するので、封止樹脂からの応力を緩衝し、これらの位置ずれや、これによる素子の誤作動を防ぐことができる。また、センサ本体を制御する制御回路がある場合、その配線の位置ずれも防止することが可能となる。また、センサ素子の製造プロセスに耐えうる耐熱性を有しており、また耐環境性に優れているので、センサ本体の保護膜として有効である。さらに、プレッシャークッカーテストによるセンサ本体特性評価でも、特性上の異常は認められない。

また、このシリコーン系樹脂膜２は、回転塗布で膜形成を行うため、プラズマ照射によるセンサ本体１の放射線ダメージも回避できる。
尚、上記パッシベーション膜１ｆは、上記シリコーン系樹脂膜２との接着性をより向上させるため、その表面に水酸基を多く含むものが好ましい。

また、上記センサ本体１は、センサであれば限定しないが、特に、磁気抵抗センサ、エアーフローセンサ、加速度センサ、圧力センサ、ヨーレートセンサ、イメージセンサがセンサ本体１として用いられる。

尚、上記センサ本体１は、センサ本体１を制御する制御回路を含んでもよい。

また、上記センサ本体１のセンシング部（細線）１ｃは、センサの種類により異なるが、Ａｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ｃ、Ｆｅ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｖ、Ｗ、Ｚｎ、Ｚｒなどの金属や、これらの金属からなる合金、酸化物、窒化物、珪化物、硫化物、炭化物、フッ化物などが用いられる。例えば、合金としては、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｃｒ、Ｃｕ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｃｒ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ、Ａｌ−Ｓｃ、Ｃｏ−Ｃｒなど、酸化物としては、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣｅＯ₂、ＣｕＯ、Ｆｅ₂Ｏ₃、ＨｆＯ₂、ＭｇＯ、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、ＺｒＯ₂など、窒化物としては、ＡｌＮ、Ｃｒ₂Ｎ、Ｓｉ₃Ｎ₄、ＴｉＮ、ＺｒＮなど、珪化物としては、ＣｒＳｉ₂、ＭｏＳｉ_2.5、ＷＳｉ₂、ＷＳｉ_0.4など、硫化物としては、ＺｎＳ、炭化物としては、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣなど、フッ化物としては、ＭｇＦ₂などが用いられるが、上記に限定されるものではなく、センサを作製する上で必要な材料であれば、何でもよい。
また、前記ワニスを塗布する前にセンサ本体１表面をシランカップリング剤を含有する溶液等により処理し、センサ本体１とシリコーン系樹脂膜２との密着性を強化してもよい。

また、前記ワニスを塗布後にシリコーン系樹脂膜２の表面をヘキサメチレンジシラザン等により処理し、ｉ線用ポジレジスト３とシリコーン樹脂膜２との密着性を強化してもよい。また、パターン形状を精度よく行うために反射防止膜を形成してもよい。
また、上記の説明では、ｉ線用ポジレジスト３を用いたが、所望のパターン形成が可能であれば、ポジレジストやネガレジストどちらでもよく、また、ｇ線用、ｉ線用、ＫｒＦエキシマ用、ＡｒＦエキシマ用のいずれでもよい。
また、シリコーン系樹脂膜２を現像する前に、ｉ線用ポジレジスト３のパターン全面に紫外線照射し、架橋密度を上げて、シリコーン系樹脂膜専用の現像液やリンス液に対する耐性を向上させてもよい。

また、シリコーン系樹脂膜２の現像処理の代わりにシリコーン系樹脂膜２をドライエッチング法により除去してもよい。すなわち、シリコーン系樹脂膜２の形成後に焼成し、硬化膜とした後に、その上層に通常のフォトリソグラフィーにより、ｉ線用ポジレジスト３のパターンを形成し、そのｉ線用ポジレジスト３のパターンをマスクとして反応性イオンエッチング装置あるいはイオンビームエッチング装置を用いてシリコーン系樹脂膜２とパッシベーション膜１ｆを連続的にドライエッチングするものである。

反応性イオンエッチングで用いるエッチング用ガスは、シリコーン系樹脂膜２をエッチングできるガス種なら特に限定しないが、ＣＦ₄、ＣＨＦ₃、Ｃ₄Ｆ₈、などのフッ素系ガスとＡｒやＯ₂との混合ガスが好ましく用いることができる。

また、酸素を含むエッチング用ガスを用いた反応性イオンエッチングでパターン形成を行う場合やｉ線用ポジレジスト３の除去をアッシング装置を用いて行う場合、低圧条件かつ低パワー条件で行えば、シリコーン系樹脂膜２の表面層の酸化を低減できる。特に、１Ｔｏｒｒ以下の低圧条件かつ１ｋＷ以下の低パワー条件でシリコーン系樹脂膜２の表面の酸化をより低減することができる。

このように、シリコーン系樹脂膜２の除去をドライエッチング法により行うと、シリコーン系樹脂膜２とパッシベーション膜１ｆを連続的に除去できるため、プロセスの簡略化ができる。

また、上記磁気抵抗センサは、封止樹脂を持ってもよい。センサ本体１にシリコーン系樹脂膜を被覆した後に、ボンディングパッド１ｅとリードフレーム（図示せず）をボンディングワイヤ（図示せず）で接続し、基板全体をエポキシ樹脂などモールド樹脂で封止する。この場合、同一基板上に、センサ本体１を制御する制御回路を含んでもよい。

また、上記の例では、スパッタリング法やＣＶＤ法によって形成されたシリコン窒化膜やシリコン酸化膜などのパッシベーション膜１ｆで保護したセンサ本体１上にシリコーン系樹脂膜２を積層し、特に応力緩衝膜として機能させるが、上記一般式（１）あるいは上記一般式（２）に記載のシリコーンポリマーは高純度であり、シリコーン系樹脂膜２をパッシベーション膜で保護しないセンサ本体上に直接積層し、保護膜と応力緩衝膜の両方の役割を持たせることもできる。

尚、パッシベーション膜１ｆは、シリコーン系樹脂膜２との接着性をより向上させるため、その表面に水酸基を多く含むものが好ましい。

第２図の（ｄ）は、本発明に係る磁気抵抗センサの他の例を説明する断面図である。センサ本体１の構成は第１図と同じであるが、このセンサ本体１上には、少なくともセンシング部位を被覆するように光硬化したシリコーン系樹脂膜１３が形成されたものである。

第２図（ａ）から（ｄ）は、本発明に係る磁気抵抗センサの製造方法の他の例を説明する断面図である。この磁気抵抗センサの製造方法が上述の方法と異なるのは、光架橋性のポリマーを溶剤に溶解し、さらに光架橋剤や光重合剤を添加したものを用いている点である。所望のパターンを有するマスク５を用いて上方より、照射して露光し、光の非照射部分のシリコーン系樹脂膜を現像処理で除去し、１００℃〜２５０℃でポストベークを行い、シリコーン系樹脂膜の硬化を行う（第２図の（ｂ）、（ｃ））。パッシベーション膜１ｆをドライエッチング法により除去すると、所定の部分が開口された光硬化したシリコーン系樹脂膜１３を被覆した磁気抵抗センサが得られる（第２図の（ｄ））。

感光性架橋材や光重合開始剤は通常、光をドライビングフォースとして、反応を引き起こすため、添加されているものであるが、熱処理によっても分解し、硬化反応が起こる。該ポリマーは、センサ素子上に形成するため、その焼成温度条件が直接的にセンサ特性に悪影響を及ぼすが、高分子量化したものは熱硬化しなくても５００℃の耐熱性があり、これらの添加物を入れることで、膜形成時の焼成温度を下げることができ、センサ素子の耐熱限界温度以下の温度で焼成することが可能となる。さらに、これらの添加剤を入れることで感光性を発現し、樹脂膜にパターンを転写する必要がある場合、所望のパターンを有するマスクを通して直接紫外線を照射した後に、現像することで、パターン形成することが可能で、レジストパターン形成工程を省くことができ、短時間でしかも安定にパターンを転写することができるので、プロセスの簡略化、低コスト化に寄与できる。

実施例１．
第３図は、本発明に係る実施例１のエアフローセンサの構造を説明する図であり、その（ａ）が平面図、その（ｂ）がＡ−Ａ線断面図である。
本発明に係るエアフローセンサは、シリコン基板３１上に形成された下支持膜３２上にセンシング部位を構成するジグザグ状の金属線３３と、その金属線３３の両端に接続して設けられた電気抵抗値の変化を検出するボンディングパッド３４が形成され、これらの表面には上支持膜３５が形成され、また、前記シリコン基板３１にはセンシング部位を露出する凹部３６が設けられ、少なくともセンシング部位の裏面側の表面をシリコーン系樹脂膜３７で被覆されたものである。

このエアフローセンサは、通電加熱された金属線３３が凹部３６を通過する気体の流速に依存して奪われる熱量を、電気抵抗値の変化によって気体の流速を検知するものである。

このエアフローセンサの製造方法を説明する。まず、約３００μｍの厚さのＳｉ基板３１上にスパッタリング装置により形成したシリコン窒化膜からなる下支持膜３２、温度センサとなるＰｔからなる金属線３３、ボンディングパッド３４、シリコン窒化膜からなる上支持膜３５の順に形成した後、Ｐｔからなる金属線３３直下のＳｉ基板３１をウエットエッチング法により除去した。このとき、センシング部位の裏面には３００μｍの段差ができている。
次にセンシング部位の裏面側の表面にシリコーン系樹脂膜３７のパターン形成を以下の方法で行った。
まず、３重量％のＮ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシランを含む水溶液をシリコンウエハの裏面上にスピナーを用いて毎分２０００回転の速度で回転塗布し、１２０℃で１分間ホットプレート上で乾燥させ表面処理した。この表面処理は、下支持膜３２との密着性を向上させるために行っている。

上記一般式（１）の側鎖Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３うち３０ｍｏｌ％がビニル基で、残りがメチル基であり、ｌ／ｍ／ｎ比が５／３／２で重合平均分子量が１万のシリコーン系ポリマーをメトキシベンゼンに２５ｗｔ％になるように溶解させ、さらにこのポリマーに対して１０重量％の１−ヒドロキシ−シクロヘキシルフェニルケトン、３重量％の３−ケトクマリン、１重量％のトリエタノールアミンを加えた。このワニスを、上記の表面処理を施したシリコン窒化膜からなる下支持膜３２の裏面側の表面に毎分３０００回転の速度で回転塗布し、ホットプレート上で１３０℃で２分間熱処理して溶媒を除去した。さらに、窒素気流下のオーブン中で４００℃で１時間ポストベークを行い、完全に硬化させ、約１μｍの膜厚のシリコーン系樹脂膜３７を形成した。

このシリコーン系樹脂膜３７上に、ｉ線用ポジレジストを膜厚が約３μｍになるように回転塗布し、通常のフォトリソグラフィーを行い、所望のダイシングラインを開口するためのｉ線用ポジレジストパターンを得た。

次に、このｉ線用ポジレジストパターンをマスクとして、ｉ線用ポジレジストで保護されていない部分のシリコーン系樹脂膜をドライエッチング法により除去した。ドライエッチングは反応性イオンエッチング装置を用い、ドライエッチング用ガスとして、ＣＦ₄／Ｏ₂の混合比が７／３のガスを用いて行った。さらに、ｉ線用ポジレジストを酸素プラズマでアッシング除去し、所定の部分が開口されたシリコーン系樹脂膜３７を被覆したエアフローセンサを得た。

このシリコーン系樹脂膜３７を形成した後、ボンディングパッド３４とリードフレーム（図示せず）をボンディングワイヤ（図示せず）で接続した。
このエアフローセンサは、通電されたＰｔからなる金属線３３は外気温度より１００℃程度高い温度に加熱されており、気流の流れの強さに依存して、Ｐｔからなる金属線３３は熱を奪われ温度が下がる。Ｐｔからなる金属線３３はその温度により抵抗値が変化するため、奪われた熱量を電気的に検知することができる。奪われた熱量と気流の流れの強さは１対１に対応するため、気体の流れを知ることができる。シリコーン系樹脂膜が被覆されていないセンサでは、外気から混入する不純物や水蒸気等により、センサの劣化が徐々に進む問題や、センサ個々での特性に差が見られていたが、このシリコーン系樹脂膜３７で被覆することで、外気から保護され、センサ特性の劣化はなく、耐久試験も実用レベルであった。また良好なセンサ特性が得られ、個々のセンサ特性のばらつきも解消した。

実施例２．
第１図の（ｇ）は、本発明に係る実施例２の磁気抵抗センサの構造を説明する断面図である。センサ本体１のパッシベーション膜１ｆはスパッタリング装置で形成した約８００ｎｍの膜厚のシリコン窒化膜であり、そのパッシベーション膜１ｆの表面に、シリコーン系樹脂膜２の形成を以下の方法で行った。

まず、上記一般式（２）の側鎖Ｒ１、Ｒ２うち１５ｍｏｌ％がアリル基で、残りがフェニル基であり、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６が水素原子である、重合平均分子量が２０万のシリコーン系ポリマーをメトキシベンゼンに２０ｗｔ％になるように溶解させ、さらにこのポリマーに対して５重量％の２，６−ビス（４’−アジドベンザル）メチルシクロヘキサノン、０．５重量％のγ−アミノプロピルトリメトキシシランを加えた。このワニスをパッシベーション膜の上部に毎分２５００回転の速度で回転塗布し、ホットプレート上で１３０℃で２分間熱処理して溶媒を除去した。所望のボンディングパッドやダイシングラインなどのパターンを有するフォトマスクを介して密着露光し、メトキシベンゼン／イソプロピルアルコール＝１／４（体積比）の現像液で、未露光部分を溶解除去し、シリコーン系樹脂膜のパターニングが完了した。さらに、窒素気流下のオーブン中で２５０℃で１時間ポストベークを行い、完全に硬化させ、所望のパターンを有する膜厚約５μｍのシリコーン系樹脂膜２を形成した。

このシリコーン系樹脂膜２を形成した後、ボンディングパッド３４とリードフレーム(図示せず)をボンディングワイヤ(図示せず)で接続し、基板全体をエポキシ樹脂で封止した。このシリコーン系樹脂膜でセンサ本体を被覆することで、当初、封止樹脂形成時の応力により生じていた、ＡｌＳｉからなる配線１ｄおよび磁気抵抗効果を示す磁性金属からなる細線１ｃの位置ずれ、窒化膜のクラックやそれに伴うセンサ特性の劣化が解消した。

実施例３．
第４図は、本発明に係る実施例３の加速度センサの構造を説明する図であり、その（ａ）が平面図、その（ｂ）がＢ−Ｂ線断面図である。

本発明に係る加速度センサは、ガラス基板４１の周辺に沿って形成されたフレーム状のシリコン基板４２と、このシリコン基板４２から突出し、ガラス基板４１と一定間隔を持って広がる平板上のセンシング部位４３と、このセンシング部位４３に隣接して配置され、センシング部位４３との対向側面間で電気容量を形成しうる対向電極４４を備えている。そして、センシング部位４３の表面及び側面はシリコーン系樹脂膜４５が被覆されている。フレーム状のシリコン基板４２と対向電極４４上には各々電気容量を検出するためのボンディングパッド４６、４７を備えている。尚、ボンディングパッド４６、４７上のガラス基板にはコンタクトホール４８、４９を備えている。

この加速度センサは、加速度に応じてセンシング部位４３が変位し、センシング部位４３の側面と、対向電極４４の側面間の距離の変化にともなう電気容量の変化によって加速度を検知するものである。

この加速度センサの製造方法を説明する。まず、厚み３００〜５００μｍのシリコン基板のセンシング部位となる部分の両面をウエットエッチング法により、所定の深さまでエッチングし、シリコン基板の非エッチング部の上面にガラス基板４１を陽極接合等により張り付けた。その後、フレーム状のシリコン基板、センシング部位及び対向電極となる部分以外のシリコン基板をガラス基板まで貫通してウエットエッチングにより除去し、フレーム状のシリコン基板４２、センシング部位４３及び対向電極４４を形成した。このとき、フレーム状のシリコン基板４２及び対向電極４４の側面には３００〜５００μｍの段差が形成される。このように形成した加速度センサ本体の裏面及び側面に以下の方法で、シリコーン系樹脂膜４５を形成した。

まず、上記一般式（２）の側鎖Ｒ１、Ｒ２が全てフェニル基であり、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６がトリメチルシリル基である、重合平均分子量が１５万のシリコーン系ポリマーを溶液に対して２０重量％と、γ−アミノプロピルトリメトキシシランをこのポリマーに対して０．５重量％を、メトキシベンゼンに溶解させてワニスを調整した。

このワニスを、加速度センサ本体の裏面上に、毎分２０００回転の速度で回転塗布し、ホットプレート上で１５０℃で５分間熱処理して溶媒を除去し、約６μｍの膜厚のシリコーン系樹脂膜４５を形成した。このシリコーン系樹脂膜４５上に、ｉ線用ポジレジストを膜厚が約６μｍになるように回転塗布し、通常のフォトリソグラフィーを行う。すなわち、プリベークの後、所望のパターンを有するフォトマスクを介して露光し、さらに露光後ベーク、現像、ポストベークを行い、所望のｉ線用ポジレジストパターンを形成した。

次に、このｉ線用ポジレジストのパターンをマスクとして、メトキシベンゼン／キシレン＝１／４（体積比）の現像液で、ｉ線用ポジレジストで保護されていない部分のシリコーン系樹脂を溶解除去し、ｉ線用ポジレジストを酢酸ブチルなどの剥離液で除去し、その後にオーブン中で窒素雰囲気下、３００℃〜４５０℃でポストベークを行い、完全に硬化させ、所定の部分が開口されたシリコーン系樹脂膜４５を得た。

フレーム状のシリコン基板４２と対向電極４４上のガラス基板４１にコンタクトホール４８、４９を形成し、センシング部位と対向電極に各々に対応したボンディングパッド４６、４７を露出させた。このボンディングパッド４６、４７とリードフレーム（図示せず）とをボンディングワイヤ（図示せず）接続した。

このシリコーン系樹脂膜４５で被覆した加速度センサの動作確認を行ったところ、加速度に応じて、センシング部位４３は対向電極４４との距離が変化する方向（第４図の（ａ）の矢印方向）に変位する。センシング部位４３の側面と対向電極４４の側面との間隔の変化は、電気容量の変化として検出され、十分実用レベルの感度を持つことが実証できた。

以上のように、本発明にかかるセンサ素子はセンサ本体の信頼性向上を図るのに適しており、例えば磁気抵抗センサ、エアーフローセンサ、加速度センサ、圧力センサ、ヨーレートセンサ、イメージセンサに用いるのに適している。

第１図は、本発明に係る磁気抵抗センサの構造及びその製造方法の一例を説明する断面図である。

第２図は、本発明に係る磁気抵抗センサの構造及びその製造方法の他の例を説明する断面図である。

第３図は、本発明に係る実施例１のエアフローセンサの構造を説明する図であり、その（ａ）が平面図、その（ｂ）がＡ−Ａ線断面図である。

第４図は、本発明に係る実施例３の加速度センサの構造を説明する図であり、その（ａ）が平面図、その（ｂ）がＢ−Ｂ線断面図である。

Claims (4)

1. センサ基板と、このセンサ基板に支持され、細線で構成された平面状のセンシング部位を備え、この平面状センシング部位の表面が、一般式（１）；
   

   

   （式中、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３はアリール基、水素原子、脂肪族アルキル基、水酸基、トリアルキルシリル基または不飽和結合を有する官能基であり、同種でもよく、異種でもよい。ｌ、ｍ、ｎはｌ＋ｍ＋ｎ≧１となるいずれも０以上の整数で重量平均分子量が１０００以上である。）であるシリコーン系ポリマーの硬化膜で被覆されていることを特徴とするセンサ素子。
2. センサ基板と、このセンサ基板に支持され、細線で構成された平面状のセンシング部位を備え、このセンシング部位の表面が、一般式（２）；
   
   

   

   （式中、Ｒ１、Ｒ２は全てフェニル基である。Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６は水素原子、アリール基、脂肪族アルキル基、トリアルキルシリル基または不飽和結合を有する官能基であり、同種でもよく、異種でもよい。ｎは１以上の整数で重量平均分子量が１０００以上である。）であるシリコーン系ポリマーの硬化膜で被覆されていることを特徴とするセンサ素子。
3. シリコーン系ポリマーが、光硬化性ポリマーであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のセンサ素子。
4. 磁気抵抗センサまたはエアーフローセンサであることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載のセンサ素子。

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