JPH05506097A - マイクロ機械的センサの構成法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ機械的センサの構成法 従来の技術 本発明は、請求の範囲第１項に記載した形式のセンサの製造方法に関する。

従来の方法では、ウェー７１から構造化されたセンサ素子はウェーハのソーイン グによって分離される。この際に生じるセンサ素子の側面境界壁はウェーハ表面 に対して垂直に立つ。マイクロ機械的センサ素子のマウンティングは、センサ素 子及び基板のその都度の性状及び材料に基づき接着、はんだ付は又はガラスシー ルにより行われる。センサ素子の電気接続部は、外側にある金属導体路、にポン ディングされる。

発明の利点 請求の範囲第１項の特徴部に記載の特徴を有する本発明による方法は、センサ素 子が既に構造化中に異方性エツチングにより実質的にウェーッ＼から、センサ素 子を製造工程中に決められた位置に保持するウェブまで分離されるという利点を 有する。この関係においては有利にも、形成される側面のセンサ素子の境界壁が 、その都度の結晶配向に基づき、ウェー７１表面と一定の角度を形成し、かつ極 めて平坦である。更に、センサ素子の構造化、例えばマスクエツチングを同一工 程で実施することができるという、該方法の重要な利点が生じる。第２のウェー ハは、センサ素子が正確に嵌入する開口が生じるように構造化する。センサ素子 及び開口の寸法決定における必要な精度を、同一の結晶配向を有するシリコンウ ェーハで特に簡単に異方性エツチングにより達成することができる、それという のも、この場合には結晶学的論拠を有利に利用することができるからである。

請求の範囲第２項以降に記載された手段により、請求の範囲第１項記載の方法の 有利な実施態様が可能である。更に、本発明による方法の湯すな適用を記載する 。若干の適用にとって特に有利には、センサ素子と第２のウェーハとの間の移行 部に段差を有しない、平坦な表面が生じるように、センサ素子を第２のウェーハ の開口に挿入する。このことは有利には、開口を構造化する第２のウェーハと同 じ厚さを有する第１のウェーハからセンサを構造化することにより達成される。

該開口が第１のウェーハを完全に貫通し、センサ素子が完全なウェーハ厚さを有 するようにすれば、開口及びセンサ素子の相応する長さ及び幅寸法で簡単に均一 な表面を実現することができる。この方法は、マイクロ機械的空気量センサを製 造するために使用する際に、特に有利である。この場合には、センサ表面上で均 一な層状流れが要求ぎれる。数１０μｍの範囲内の段差であっても、測定信号に 有害な影響を及ぼす乱流を発生する。

本発明にに基づくマウンティング技術を用いると、必要な均一性を有するセンサ 表面を製造することができる。

図面 本発明の実施例は図面に示されており、以下に詳細に説明する。

図中、第１図は構造化後のウェーハ切片に平面図、第２図はセンサ素子を挿入す る前の構造化したウェーハの断面図及び第３図はセンサの平面図である。

実施例の説明 第１図には、２５でウェーハが示されており、該つ工−ハから同じ形状のセンサ 素子が切り出され、電子回路に施される、これについて以下に説明する。センサ 素子１０は、その表面に３つの抵抗１４．１５及び１６を有し、該抵抗は第２図 に説明の過程で詳細に説明する。（１００）又は（１１０）−結晶配向を有する シリコンウェーハを使用する場合には、マイクロメカニックに、パドル、舌状片 又は膜のような通常の構造を、好ましくは異方性電気化学的エツチングにより製 造することができる。電子回路素子を有するチップの製造は、著しく費用がかか るので、処理過程で１枚のチップからできるだけ多くのチップを製作する、即ち チップをできるだけ小さくすることが所望される。

本発明による方法は、機能に基づき寸法でもセンサ素子の大量生産を可能にし、 そのためにもちろんセンサ素子の側壁の正確な決定が必要である。

従って、センサ素子１０のウェーッＸ２５及び池のセンサ素子からの分離はソー イング又は折りで行わず、２工程で行う。更に、センサ素子１０の構造化のため の異方性の電気化学的エツチング工程中に、センサ素子１０の側面制限壁を、ウ ェーッ＼２５を完全に貫通するエツチング溝２６が生じ、かつセンサ素子がなお 細いウェブ２７だけによってウェーッ）２５及び別のセンサ素子と繋がっている ようにエツチングする。該ウェブは処理過程でのセンサ素子の決められた位置を 保証する。センサ素子の最終的個別化のためには、ウェブを破断する、この破断 はソーイング又は折りによって行うことができる。センサ素子１０の側面制限壁 の異方性エツチングの場合には、極めて平滑な表面の他にウェーハ２５の結晶配 向にとって特徴的な、エツチングを制限する側壁とウェーハ表面との間の角度が 自動的に形成される。

第２図には、本発明による方法に基づき有利に構成することができるガスもしく は空気量を測定するためのセンサを断面図で示されている。１０でセンサ素子が 示されており、該センサは第１図に示されたウェーハ２５から構造化されている 。該センサ素子は、その表面６に３つの抵抗を有し、これらのうちで少なくとも ２つは温度依存性である。少なくとも２つの抵抗１４及び１６は、この実施例で は、包囲する材料を加熱する抵抗１５によって加熱可能である。抵抗１５の周囲 の熱量をできるだけ小さく保持するために、抵抗１４．１５及び１６の周辺部の センサ素子１０の厚さは減少せしめられている、それにより空洞１１が生じる。

センサ素子１０はウェーハ２０の開口２１内に嵌入されるべきである、このこと は矢印によって示されている。開口２１はウェーハ２０を完全に貫通し、かっセ ンサ素子１０が少なくとも２つの向かい合った側面１３に正確に嵌合されかつこ の方向でセンサ素子１０とウェーハ２０との間の移行部の表面６に段差が生じな いように設計されている。該ウェーハ２０は基板８の上に施されている。該基板 としては、例えばセラミック又は金属基板が該当する。

この実施例で示されたウェーハ２０は、センサ素子１０と同じ結晶配向を有する 。センサ素子１０の開口２１もまた側面の制限壁も異方性エツチングにより形成 されているので、開口２１の側腹１２及びセンサ素子１０の側腹１３は同じく決 められた傾斜度を有する。更に、７でエツチングストッパとして役立ちかつ空洞 １１の範囲内のセンサ素子１０の貫通エツチングを阻止するドーピング部が示さ れている。

第２図及び第３図に示された空気量センサの作動形式について、以下に説明する 。抵抗１４．１５及び１６を有する表面上に、できるだけ均一な、層状の空気も しくはガス流が導かれる。ガスによる熱搬出により、抵抗１４．１５及び１６に 温度勾配が生じ、該温度勾配は抵抗１４．１５及び１６の抵抗値を変化せしめか つ評価することができる。測定信号の解釈を困難にする乱流を阻止するために、 極端に均一なセンサ面６が必要である。

第３図には、ウェーハ２０、センサ素子１０及び抵抗１４．１５及び１６を有す るセンサ表面が示されている。センサ表面１０上の層流れを保証するために、該 センサ表面は一定の最低大きさを有するべきである。本発明の方法によれば、こ のことを廉価に、実際上のセンサ素子のための枠として役立つ構造化されたつ工 −ハ２０により達成される。小さい、ひいては廉価なセンサ素子にもかかわらず 、ウェーハ２０に埋め込むことにより大きなセンナ表面が達成される。この実施 例では、センサ素子１０はウェーハ２０内に、２つの向かい合ったエツジのみで 正確にウェーハ２０で密閉されるように嵌合されているので、このエツジに対し て垂直にセンサ上に導かれるガス流は、センサ表面６内の不均一性によって渦流 を起こさない。相応して、抵抗１４．１５及び１６もこの方向で前後して配置さ れている。

要　約　書 ウェーハからなる少なくとも１つのセンサ素子を構造化する、センサ、特に空気 量センサを構成ための方法を提供する。センサ素子をウェーハから分離し、かつ 基板上に施す。異方性エツチングによりセンサ素子を構造化する際に、センサ素 子の外側にあるエツジを異方性エツチングして、センサ素子と、構造化されるウ ェーハとを細いウェブだけによって結合させ、該ウェブをセンサ素子の個別化の ために分離する。第２のウェーハに少なくとも１つの開口を異方性エツチングに より設け、該開口をセンサ素子の幾何学的寸法に相応して寸法規制する。センサ を構成するために、センサ素子を第２のウェーハの開口に挿入する。

国際調査報告 国際調査報告 ＰＣＴ／ＤＥ　９１１００２６０ ＳＡ　４５６０８

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ウェーハからなる少なくとも１つのセンサ素子を構造化し、該センサ素子を ウェーハから分離し、かつ基板上に施すことにより、センサ、特に空気量センサ を構成する方法において、センサ素子（１０）の構造化の際に、第１のウェーハ （２５）から異方性エッチングによりセンサ素子（１０）の外側にあるエッジ（ １３）を異方性エッチングして、センサ素子（１０）と第１のウェーハ（２５） とを細いウエブ（２７）だけによって結合させ、第２のウェーハ（２０）に少な くとも１つの開口（２１）を異方性エッチングにより設け、該開口（２１）をセ ンサ素子（１０）の幾何学的寸法に相応して寸法規制し、かつセンサ素子（１０ ）をウェーハ（２０）の開口（２１）に挿入することを特徴とする、センサ、特 に空気質量センサを構成する方法。 ２．センサ素子（１０）が第２のウェーハ（２０）と同じ厚さを有し、かつ開口 （２１）をエッチングする際にウェーハ（２０）を完全に貫通エッチングする、 請求の範囲第１項記載の方法。 ３．センサ素子（１０）を、平坦表面（６）が生じるように、ウェーハ（２０） の開口（２１）に挿入する、請求の範囲第１項又は第２項記載の方法。 ４．第１のウェーハ（２５）及び第２のウェーハ（２０）として、（１００）− 結晶配向又は（１１０）−結晶配向を有するシリコンウェーハを使用する、請求 の範囲第１項から第３項までのいずれか１項記載の方法。 ５．ウェーハから電気化学的エッチングにより構造化された、少なくとも１つの 電気化学的構成部材を持つセンサ素子を有する、特に空気量を測定するためのセ ンサにおいて、センサ素子（１０）の側面境界壁（１３）が異方性にエッチング されており、センサ素子（１０）が第２のウェーハ内の開口（２１）に平坦にな るように挿入されており、かつ開口（２１）が第２のウェーハに異方性エッチン グにより設けられていることを特徴とするセンサ。 ６．センサ素子（１０）の表面に少なくとも１つの温度依存型抵抗（１４，１５ ，１６）が配置されている、請求の範囲第５項記載のセンサ。 ７．少なくとも１つの抵抗（１４，１５，１６）の加熱するための手段が設けら れている、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ８．少なくとも１つの抵抗（１４，１５，１６）を評価するための手段が設けら れている、請求の範囲第１項記載のセンサ。 ９．センサ素子（１０）の、少なくとも１つの抵抗（１４，１５，１６）が配置 された領域の厚さが薄くなっている、請求の範囲第１項から第８項までのいずれ か１項記載のセンサ。