JP5528006B2 - センサチップの製造方法 - Google Patents

Description

本発明はセンサチップの製造方法に関するものである。

感熱抵抗体を用いた熱式流量センサはよく知られており、たとえば自動車用エンジンの吸入空気量の計測などに適用されている。一般的な熱式流量センサでは、加熱されるためのヒータ抵抗体と、ヒータ抵抗体の温度を検出するための感熱抵抗体とでブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路によってヒータ抵抗体が一定温度になるように制御される。

この熱式流量センサでは、流体により奪われる熱量を補完するために加熱用の供給電流が増加するように構成されている。そのため、供給電流を測定することによって流体によって奪われた熱量が検出される。測定された熱量から流体の流量が検出される。また、より精度を高めるためには流体温度に対する温度補償回路が付加される。

このような方式の熱式流量センサにおいては、感熱抵抗体を薄膜化することで熱容量を小さくすることによって応答特性を向上させることができる。そのため、検知部をメンブレン構造にしたセンサチップが提案されている。

メンブレンを有する半導体センサの製造方法がたとえば特開２００３−１７７１１号公報（特許文献１）に記載されている。この公報では、従来の一般的な半導体センサの製造方法として次の製造方法が記載されている。この製造方法では、シリコン基板の一面上にスパッタやプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により下部絶縁膜が形成される。下部絶縁膜の上に流量検出体やヒータなどからなる金属膜がパターニング形成される。金属膜の上にスパッタやプラズマＣＶＤ法により上部絶縁膜が形成される。

また、シリコン基板の他面にスパッタやプラズマＣＶＤ法により絶縁層が形成される。エッチングにより絶縁層に開口部が設けられ、マスクが形成される。他面側から基板がエッチングされて空洞部が形成される。

また、ダイシングによって各半導体センサチップに分割する半導体チップの製造方法がたとえば特開２０００−２０８４７６号公報（特許文献２）に記載されている。この公報の半導体チップの製造方法では、異方性エッチングのエッチング速度がシリコン基板より非常に遅い侵食阻止層（ボロン拡散層）がチップ領域の周縁部に形成される。その後に異方性エッチングにより切断用溝（Ｖ溝）が形成される。シリコン基板が切断用溝（Ｖ溝）に沿って切断されて各半導体センサチップに分割される。

特開２００３−１７７１１号公報 特開２０００−２０８４７６号公報

半導体基板をダイシングにより個々のセンサチップに切りわける際に、半導体基板と絶縁膜とが同時に切断される。半導体基板と絶縁膜では硬度が異なるのでダイシングブレードから受ける力が不均一となる。そのため、半導体基板と絶縁膜との密着力が不十分であると絶縁膜の剥離が発生する。

そのため、半導体基板のダイシングされる部分の絶縁膜があらかじめ除去される。ところが、その後にメンブレンを形成するために半導体基板を異方性エッチングにより除去する工程で、絶縁膜が除去されて露出した半導体基板の部分がエッチング液にさらされて、異方性エッチングによりＶ字型の溝が形成される。矩形のセンサチップを切り出す際に、ダインシングラインが交差する場所、すなわちセンサチップの四隅の部分では、このＶ字型の溝が他の直線部分に比べて大きくなる。そのため半導体基板が大きくえぐられることによりアンダーカットが形成される。

ダイシング工程においてはダイシングブレードを冷却するためのブレード冷却水が供給される。ブレード冷却水がアンダーカット上の絶縁膜に接触する。したがって、ダイシング工程においてブレード冷却水の水圧でセンサチップの四隅の絶縁膜に欠けが発生するおそれがある。

しかしながら、特開２００３−１７７１１号公報の半導体センサの製造方法には、センサチップをダイシングすることが記載されていない。

また、特開２０００−２０８４７６号公報の半導体チップの製造方法では、あらかじめ半導体基板にボロン注入領域を形成する必要がある。したがって、写真製版、イオン注入およびアニール工程を追加する必要がある。これにより、製造工程が複雑になり製造コストが増加するという問題点がある。

本特許は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、基板のダイシングされる部分にアンダーカットを発生させることなくセンサチップを製造するセンサチップの製造方法を提供することである。

本発明のセンサチップの製造方法は、以下の工程を備えている。
第１主表面を有する基板が準備される。第１主表面上に第１の膜が形成される。第１の膜上に第１の膜とは異なる材質からなる絶縁膜が形成される。絶縁膜上に導電性の抵抗部が形成される。抵抗部が形成されていない絶縁膜の部分がエッチングされて開口部が形成され第１の膜が露出される。開口部から露出された第１の膜がエッチングされて基板の第１主表面が露出される。開口部から露出された基板の部分が切断される。基板の第１主表面と対向する第２主表面上に第２の膜が形成される。第２の膜をエッチングして基板の第２主表面の一部が露出される。第２の膜から露出した基板の部分をエッチングすることにより基板から第１の膜を露出させる貫通孔が基板に形成される。貫通孔から露出された第１の膜と、第２の膜とが除去される。開口部および貫通孔から露出された第１の膜と、第２の膜とが同時に除去される。

本発明のセンサチップの製造方法によれば、基板の第１主表面上に形成された第１の膜上に第１の膜とは異なる材質からなる絶縁膜が形成されるため、第１の膜によって基板のダイシングされる部分にアンダーカットが発生することを防止することができる。

本発明の実施の形態１におけるセンサチップの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサチップの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサチップの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサチップの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるセンサチップの製造方法の第５工程を示す概略断面図である。 比較例１におけるセンサチップの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 比較例１におけるセンサチップの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 比較例１におけるセンサチップの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 比較例１におけるセンサチップの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。 比較例２におけるセンサチップの製造方法の第１工程を示す概略断面図である。 比較例２におけるセンサチップの製造方法の第２工程を示す概略断面図である。 比較例２におけるセンサチップの製造方法の第３工程を示す概略断面図である。 比較例２におけるセンサチップの製造方法の第４工程を示す概略断面図である。

以下、本発明の一実施の形態について図に基づいて説明する。
最初に、本発明の一実施の形態のセンサチップの製造方法について説明する。

図１を参照して、互いに対向する第１主表面１ａおよび第２主表面１ｂを有する基板１が準備される。基板１は、たとえばシリコン基板で形成される。シリコン基板の厚さはたとえば４００μｍに形成される。第１主表面１ａ上に第１の膜２ａが形成される。第２主表面１ｂ上に第２の膜２ｂが形成される。第１の膜２ａおよび第２の膜２ｂは、たとえば熱酸化膜で形成される。熱酸化膜の厚さはたとえばそれぞれ０．５μｍに形成される。

第１の膜２ａおよび第２の膜２ｂの厚さは必ずしも等しくされる必要はない。また第１の膜２ａおよび第２の膜２ｂは異なる成膜方法で別々に形成されてもよい。第１の膜２ａおよび第２の膜２ｂが熱酸化膜で形成される場合、基板１（シリコン基板）の両面を同時に成膜することができるため、プロセスが簡略化される。

第１の膜２ａ上に第１絶縁膜３が形成される。第１絶縁膜３は、たとえばスパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法によりたとえば窒化シリコン膜で形成される。この窒化シリコン膜の厚さはたとえば２μｍに形成される。

第１絶縁膜３上に導電性の抵抗部４が形成される。導電性の抵抗部４は、ヒータ抵抗部４ａと、感熱抵抗部４ｂとを有している。第１絶縁膜３上に、たとえば蒸着、スパッタリングなどの方法によりたとえば白金膜が形成される。白金膜の厚さはたとえば０．２μｍで形成される。白金膜は真空中でたとえば６００℃〜７５０℃で熱処理を施される。白金膜が写真製版、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどの方法によりパターニングされる。これにより、所定のパターンのヒータ抵抗部４ａおよび感熱抵抗部４ｂが形成される。また、あわせて所定のパターンの配線部４ｃが形成される。

ヒータ抵抗部４ａ、感熱抵抗部４ｂ、配線部４ｃを覆い、かつ絶縁膜３の表面全面に第２絶縁膜５が形成される。第２絶縁膜５は、たとえばスパッタリング、プラズマＣＶＤなどの方法によりたとえば窒化シリコン膜で形成される。この窒化シリコン膜の厚さは、たとえば３μｍに形成される。

センサチップ１００は、チップ切断部Ａ１と、メンブレン部Ａ２と、電極パッド部Ａ３とを有している。チップ切断部Ａ１において、センサチップ１００がダイシングされる。メンブレン部Ａ２において、第１絶縁膜３と、第２絶縁膜５と、抵抗部４とを有する薄膜形状が形成される。電極パッド部Ａ３において、配線部４ｃの部分が露出されることにより電極パッドが形成される。

続いて、図２を参照して、チップ切断部Ａ１の第１絶縁膜３および第２絶縁膜５ならびに電極パッド部Ａ３の第２絶縁膜５が上面側からエッチングされる。チップ切断部Ａ１の第１絶縁膜３および第２絶縁膜５ならびに電極パッド部Ａ３の第２絶縁膜５とは、別々にエッチングされてもよいが、同時にエッチングされることにより製造工程が簡略化される。

写真製版により、図示されないレジストが第２絶縁膜５に形成される。このレジストをマスクとして、チップ切断部Ａ１と電極パッド部Ａ３とが同時にエッチングされる。チップ切断部Ａ１と電極パッド部Ａ３とは、プラズマエッチング装置によりＣＦ₄（Ｃａｒｂｏｎ Ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｉｄｅ：四フッ化メタン）ガスとＯ₂（酸素）ガスとによってエッチングされる。

チップ切断部Ａ１および電極パッド部Ａ３において、第２絶縁膜５がエッチングされることにより、電極パッド部Ａ３では外部回路と電気的に接続するための配線部４ｃが露出される。この時点ではチップ切断部Ａ１においては、第１絶縁膜３（窒化シリコン膜）が存在する。ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとの混合ガスによるプラズマエッチングでは、白金膜で形成された配線部４ｃは、ほとんどエッチングされない。そのため、そのままエッチングが継続されることにより、チップ切断部Ａ１においては、第１絶縁膜３（窒化シリコン膜）の部分が除去される。これにより開口部６が形成される。開口部６から第１の膜（熱酸化膜）２ａが露出される。

ＣＦ₄ガスとＯ₂ガスとの混合ガスによるプラズマエッチングでは、第１絶縁膜３（窒化シリコン膜）のエッチングレートに比べて第１の膜２ａ（熱酸化膜）のエッチングレートが小さいため、第１の膜２ａ（熱酸化膜）がエッチングストッパーとして機能する。エッチングレートの例として、スパッタリング法により成膜した第１絶縁膜３（窒化シリコン膜）のエッチングレートは、たとえば２００〜３００ｎｍ／ｍｉｎであり、第１の膜２ａ（熱酸化膜）のエッチングレートは、たとえば３０〜４０ｎｍ／ｍｉｎである。

続いて、図３を参照して、第２主表面１ｂ上の第２の膜２ｂ（熱酸化膜）が写真製版、ウェットエッチングまたはドライエッチングなどの方法によりパターニングされる。第２主表面１ｂの一部が露出される。このパターニングされた第２の膜２ｂ（熱酸化膜）をマスクとして異方性エッチングによりメンブレン部Ａ２の基板１（シリコン基板）が除去される。これにより貫通孔７が形成される。

この異方性エッチングにはアルカリ溶液が使用される。アルカリ溶液としては、たとえばＴＭＡＨ（Ｔｅｔｒａｍｅｔｈｙｌ ａｍｍｏｎｉｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ：水酸化テトラメチルアンモニウム）２２％溶液が使用される。この異方性エッチングでは、基板１（シリコン基板）全体がＴＭＡＨ溶液に浸漬される。チップ切断部Ａ１では第１主表面１ａ上に第１の膜２ａ（熱酸化膜）が形成されているため、第１主表面１ａがＴＭＡＨによってエッチングされることはない。そのため第１主表面１ａにおいてアンダーカットが発生しない。そのためブレード冷却水の水圧によってアンダーカット上の第１絶縁膜３および第２絶縁膜５に欠けが発生するおそれがない。

続いて、図４を参照して、チップ切断部Ａ１における開口部６から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）と、メンブレン部Ａ２の貫通孔７から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）と、異方性エッチングのマスクとして使用した第２の膜２ｂ（熱酸化膜）とがウェットエッチングにより除去される。バッファードフッ酸（ＢＨＦ：Ｂｕｆｆｅｒｅｄ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ Ｆｌｕｏｒｉｄｅ）に基板１（シリコン基板）全体が浸漬される。

これにより、図４の破線で示された開口部６から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）と、貫通孔７から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）と、第２の膜２ｂ（熱酸化膜）とが同時に除去される。メンブレン部Ａ２の貫通孔７から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）も同時に除去されるため、第１の膜２ａ（熱酸化膜）がメンブレン部Ａ２の機能を損なうことはない。開口部６から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）および貫通孔７から露出した第１の膜２ａ（熱酸化膜）以外の第１の膜２ａ（熱酸化膜）は、基板１（シリコン基板）の第１主表面１ａと第１絶縁膜３との間に形成されている。

続いて、図５を参照して、図示しないダイシングブレードによって、チップ切断部Ａ１の開口部６から露出した基板１（シリコン基板）の部分が切断される。これにより、センサチップ１００が得られる。

次に本発明の一実施の形態の作用効果について比較例と対比して説明する。
比較例１のセンサチップの製造方法は、本発明の一実施の形態と比較して、第１の膜が形成されない点と、開口部が形成されない点とで主に異なっている。

比較例１のセンサチップの製造方法は、第１の膜が形成されない点以外は本発明の一実施の形態と同様に形成される。図６を参照して、互いに対向する第１主表面１ａおよび第２主表面１ｂを有する基板１が準備される。第１主表面１ａ上に第１絶縁膜３が形成される。第１絶縁膜３上にヒータ抵抗部４ａ、感熱抵抗部４ｂ、配線部４ｃが形成される。ヒータ抵抗部４ａ、感熱抵抗部４ｂ、配線部４ｃを覆い、かつ第１絶縁膜３の表面全面に第２絶縁膜５が形成される。

続いて、図７に示すように、第２絶縁膜５がエッチングされることにより配線部４ｃが露出される。続いて、図８に示すように、第２主表面１ｂ上に第２の膜２ｂが形成される。第２の膜２ｂをマスクとして異方性エッチングによりメンブレン部Ａ２の基板１が除去される。これにより貫通孔７が形成される。

続いて、図９に示すように、第２の膜２ｂがウェットエッチングにより除去される。図示しないダイシングブレードによって第２絶縁膜５側よりチップ切断部Ａ１の基板１が切断される。

なお、比較例のこれ以外の方法は上述した本発明の一実施の形態と同様であるため、同一の要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。

チップ切断部Ａ１では基板１と、第１絶縁膜３と、第２絶縁膜５とが同時に切断される。基板１と、第１絶縁膜および第２絶縁膜５とでは硬度が異なる。したがって、ダイシングブレードから受ける力が基板１と第１絶縁膜および第２絶縁膜５とで不均一となる。そのため基板１と第１絶縁膜および第２絶縁膜５との密着力が不十分であると第１絶縁膜および第２絶縁膜５の剥離８が発生する。

そのため、メモリやＩＣなど他の半導体チップの製造方法では、ダイシングされる部分の絶縁膜があらかじめ除去される。比較例２のセンサチップの製造方法は、本発明の一実施の形態と比較して、第１の膜が形成されない点で主に異なっている。

図１０を参照して、互いに対向する第１主表面１ａおよび第２主表面１ｂを有する基板１が準備される。第１主表面１ａ上に第１絶縁膜３が形成される。第１絶縁膜３上にヒータ抵抗部４ａ、感熱抵抗部４ｂ、配線部４ｃが形成される。ヒータ抵抗部４ａ、感熱抵抗部４ｂ、配線部４ｃを覆い、かつ第１絶縁膜３の表面全面に第２絶縁膜５が形成される。

続いて、図１１に示すように、第２絶縁膜５がエッチングされることにより配線部４ｃが露出される。そのままエッチングが継続されることにより、チップ切断部Ａ１においては、第１絶縁膜３（窒化シリコン膜）の部分が除去される。これにより開口部６が形成される。開口部６から基板１（シリコン基板）が露出される。

比較例２では、チップ切断部Ａ１では基板１が露出されるため、ダイシング工程においてダイシングブレードは基板１に接触し、第１絶縁膜３および第２絶縁膜５に接触しない。そのため第１絶縁膜３および第２絶縁膜５の剥離８は発生しない。

続いて、図１２に示すように、第２主表面１ｂ上に第２の膜２ｂが形成される。第２の膜２ｂをマスクとして異方性エッチングによりメンブレン部Ａ２の基板１が除去される。これにより貫通孔７が形成される。この際、チップ切断部Ａ１の開口部６から露出した基板１の部分がエッチング液にさらされて、異方性エッチングによりＶ字型の溝９が形成される。センサチップ１００の四隅の部分では基板１が大きくえぐられることによりアンダーカットが形成される。したがって、図１３に示すように、ダイシング工程においてブレード冷却水の水圧によって特にセンサチップの四隅の部分の第１絶縁膜３および第２絶縁膜５に欠け１０が発生するおそれがある。

これに対し、本発明の一実施の形態のセンサチップの製造方法によれば、基板１の第１主表面１ａ上に形成された第１の膜２ａ上に第１の膜２ａとは異なる材質からなる第１絶縁膜３が形成される。第１絶縁膜３が除去されて開口部６が形成される際に第１の膜２ａがエッチングストッパーとなる。基板１の第２主表面１ｂがエッチングされる際に、第１の膜２ａが形成されている。そのため、第１主表面１ａがエッチングされない。したがって、第１の膜２ａによって基板１のダイシングされる部分にアンダーカットが発生することを防止することができる。

アンダーカットが発生することを防止することができるので、ダイシング工程においてブレード冷却水の水圧によってアンダーカット上の第１絶縁膜３および第２絶縁膜５に欠け１０が発生することを防止することができる。

また、開口部６から露出された基板１の部分が切断されるため、ダイシング工程で第１絶縁膜３および第２絶縁膜５の剥離８が発生することを防止することができる。

また、第１主表面１ａに第１の膜２ａを形成することにより、アンダーカットが発生することを防止することができるので、製造工程が簡便であり、製造コストの増加を抑制することができる。

また、開口部６から露出した第１の膜２ａと、貫通孔７から開口した第１の膜２ａと、第２の膜２ｂとを同時に除去することができるため、製造工程を簡略化することができる。

なお、図１〜図１２は、構成をわかりやすくするために実際の寸法比で図示されていない。

なお、本発明は流量センサに限定されず、メンブレンを有するセンサチップであれば、赤外線センサ、ガスセンサ、圧力センサなどに適用することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

本発明は、センサチップの製造方法に特に有利に適用され得る。

１ 基板、２ａ 第１の膜、２ｂ 第２の膜、３ 第１絶縁膜、４ 抵抗部、４ａ ヒータ抵抗部、４ｂ 感熱抵抗部、４ｃ 配線部、５ 第２絶縁膜、６ 開口部、７ 貫通孔、８ 剥離、９ 溝、１０ 欠け、１００ センサチップ。

Claims (1)

1. 第１主表面を有する基板を準備する工程と、
   前記第１主表面上に第１の膜を形成する工程と、
   前記第１の膜上に前記第１の膜とは異なる材質からなる絶縁膜を形成する工程と、
   前記絶縁膜上に導電性の抵抗部を形成する工程と、
   前記抵抗部が形成されていない前記絶縁膜の部分をエッチングして開口部を形成し前記第１の膜を露出させる工程と、
   前記開口部から露出された前記第１の膜をエッチングして前記基板の前記第１主表面を露出させる工程と、
   前記開口部から前記露出された前記基板の部分を切断する工程とを備え、
   前記基板の前記第１主表面と対向する第２主表面上に第２の膜を形成する工程と、
   前記第２の膜をエッチングして前記基板の前記第２主表面の一部を露出させる工程と、
   前記第２の膜から露出した前記基板の部分をエッチングすることにより前記基板から前記第１の膜を露出させる貫通孔を前記基板に形成する工程と、
   前記貫通孔から露出された前記第１の膜と、前記第２の膜とを除去する工程とをさらに備え、
   前記開口部および前記貫通孔から露出された前記第１の膜と、前記第２の膜とが同時に除去される、センサチップの製造方法。

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