WO2001046708A1 - Equipement de detection et son procede de fabrication - Google Patents

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WO2001046708A1
WO2001046708A1 PCT/JP1999/007230 JP9907230W WO0146708A1 WO 2001046708 A1 WO2001046708 A1 WO 2001046708A1 JP 9907230 W JP9907230 W JP 9907230W WO 0146708 A1 WO0146708 A1 WO 0146708A1
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sensor
silicone
sensor element
group
resin film
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PCT/JP1999/007230
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Naoki Yasuda
Tatsuya Fukami
Motohisa Taguchi
Yuji Kawano
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Mitsubichi Denki Kabushiki Kaisha
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor element, and more particularly, to a sensor such as a magnetoresistance sensor, an airflow sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor, an irritation sensor, and an image sensor having a sensor surface having a certain width.
  • a sensor such as a magnetoresistance sensor, an airflow sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor, an irritation sensor, and an image sensor having a sensor surface having a certain width.
  • acceleration sensors have been used as sensor elements for vehicle travel control.
  • the acceleration sensor, the yole sensor, and the pressure sensor are provided with a planar electrode (sensing part) that swings in response to impact or acceleration. It is configured to be able to detect a change in electric capacity between the two, and detects a change in shock or acceleration based on the change in electric capacity.
  • Various metallic materials have been used for the planar electrode constituting the sensing portion.
  • an inorganic thin film such as a silicon nitride film or a silicon oxide film. It is formed by an evaporation method.
  • planar electrode has a three-dimensional structure (the thickness is usually about 10 to 500 // m) protruding in a planar direction from the support supporting the electrode, Poor coverage of inorganic thin film by CVD method In particular, it was difficult to form an inorganic thin film on the side surface of the flat electrode, and there was a concern that the protection properties would be reduced.
  • an air flow sensor for detecting gasoline flow rate detects a temperature fluctuation of a sensing portion caused by bringing a flat sensing portion in which a resistance wire is embedded into contact with a gasoline-containing gas flow path.
  • it is configured to detect the flow rate of gasoline-containing gas by detecting the change in resistance of the anti-wiring, it has a three-dimensional structure with a large step between the sensing part and the support, There was a similar problem with the protection of the sensing site as described above.
  • the magnetoresistive sensor basically does not have a large step, but has a flat sensing portion made of a magnetic metal thin wire, and has a magnetic resistance of the magnetic metal. It is configured to be able to detect the change in the magnitude and direction of the magnetic field using the effect, and it is conceivable to protect this sensing part with a polyimide resin film, but it is necessary to cure at high temperature, This curing temperature is higher than the heat-resistant limit temperature of the sensor body, and there is a problem that a sufficient curing treatment cannot be performed.
  • a planar sensing portion has excellent step coverage, low stress applied to the sensing portion, can be formed at a low temperature, and can be formed at a sensing portion even in a manufacturing process. It is intended to provide a sensor element coated with a protective film that is not likely to have an adverse effect. Disclosure of the invention
  • a sensor element comprising a sensor substrate and a planar sensing portion supported by the sensor substrate, and the surface of the planar sensing portion is coated with a silicon-based resin film Is provided.
  • the silicon-based resin film used in the present invention has heat resistance to the manufacturing process temperature and operating temperature of the sensor element, has good coverage, excellent coverage of the three-dimensional structure of the planar sensing portion, and low stress.
  • the film can be made thicker due to its high resistance, and has high environmental resistance.
  • this silicone resin film unlike the polyimide resin used as a protective film in semiconductor devices, this silicone resin film generates an extremely low amount of gas when the film is cured, and not only the sensing part but also the adjacent control circuit part Does not cause pollution. Furthermore, it surpasses polyimide resin in heat resistance, adhesion and low stress. Also, The coverage is also superior to polyimide resins and inorganic film materials formed by conventional CVD and sputtering methods.
  • Such a silicone-based resin film can be formed by applying a solution of a silicone-based polymer and curing by heating. According to such a forming method, the sensing portion can be easily and effectively covered and protected by spin coating and heating, and the influence on the sensing portion such as a polyimide-based protective film can be eliminated. Further, it is advantageous in terms of manufacturing cost without using an expensive film forming apparatus such as an inorganic protective film. Therefore, the present invention provides a sensor comprising coating a silicone-based polymer solution on a planar sensing portion supported by a sensor substrate and curing by heating, thereby covering the sensing portion with a silicone-based resin film. It also provides a manufacturing method for the above.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating an example of a structure of a magnetoresistive sensor according to the present invention and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating another example of the structure of the magnetoresistive sensor according to the present invention and a method of manufacturing the same.
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the airflow sensor according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view along line AA.
  • FIG. 4 is a view for explaining the structure of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) is a plan view and FIG. 4 (b) is a sectional view taken along line BB.
  • the sensor element of the present invention is a sensor element in which the surface or the entire surface of a sensing portion in various sensors such as an acceleration sensor, an oscillating sensor, a pressure sensor, a magnetoresistive sensor, and an image sensor is covered and protected with a silicone resin film. It is.
  • the sensing part in each of the sensor elements is usually formed of a flat surface, but may have some irregularities and may have a substantially flat shape.
  • a configuration in which the silicon resin film covers not only the sensing part but also the adjacent substrate and peripheral circuits may be used.
  • the silicone resin film is a cured film of a silicone polymer.
  • a silicone polymer represented by the following general formula (1) or a silicone polymer represented by the following general formula (2) is used. It is suitable to use — each of which may be a mixture.
  • the silicone polymer of the following general formula (2) having a ladder-type structure has excellent heat resistance after curing, low stress on the underlying material itself, and excellent buffer action against external stress. Is preferred.
  • R 1, R 2, and R 3 are an aryl group, a hydrogen atom, an aliphatic alkyl group, a hydroxyl group, a trialkylsilyl group, or a functional group having an unsaturated bond, and may be the same or different.
  • M, and n are each an integer of 0 or more, and have a weight average molecular weight of 100 or more.
  • R 1 and R 2 are an aryl group, a hydrogen atom, an aliphatic alkyl group or a functional group having an unsaturated bond, and may be the same or different.
  • R 3, R 4, R 5, R 6 Is a hydrogen atom, an aryl group, an aliphatic alkyl group, a trialkylsilyl group or a functional group having an unsaturated bond, and may be the same or different, and n is an integer and has a weight average molecular weight of 100 or more.
  • silicone polymers include those which are crosslinked and cured by light such as ultraviolet light, and preferable examples thereof include the substituents of R 1, R 2 and R 3 in the general formula (1).
  • 1% or more is a functional group having an unsaturated bond, and 1% or more of the substituents of R1, R2, R3, R4, R5 and R6 in the general formula (2).
  • the functional group having an unsaturated bond is a reactive group for crosslinking resin molecules by a crosslinking reaction or a radical reaction, and is preferably an alkenyl group, an alkylacryloyl group, an alkylmethacryloyl group, or a styryl group. It is not limited to these.
  • These functional groups having an unsaturated bond may be introduced alone or as a mixture of two or more.
  • Such a photocrosslinkable silicone polymer can be used alone or in combination with a photosensitive crosslinker, a photopolymerization initiator, and a photosensitizer to promote the curing reaction at a lower temperature using light as a driving force.
  • the silicone-based resin film of the present invention is formed by applying a solution of a silicone-based polymer represented by the above general formula (1) and / or the general formula (2), a so-called varnish, to a sensing site, followed by heating and curing. can do.
  • a solution of such a silicone polymer a solvent solution of alcohol, ketone, ether, halogen, ester, benzene, alkoxybenzene, or cyclic ketone is suitable.
  • a silane coupling agent for improving the adhesion to the surface of the sensing site a polymerizable monomer or a polymerization initiator for improving the density of the cured film, a crosslinking agent, A sensitizer or a polymerization inhibitor for improving storage stability may be added.
  • a photocrosslinkable silicone polymer when used, a photosensitive crosslinker, a photopolymerization initiator, a photosensitizer, and the like may be added as described above.
  • Photosensitive crosslinking agents and photopolymerization initiators are additives for causing film curing by radical reactions or crosslinking reactions.
  • photosensitive crosslinking agents examples include aromatic azide compounds, aromatic bisazide compounds, and iminoquinonediazides.
  • Photosensitive compounds that generate radical active species upon irradiation with light such as compounds, aromatic diazo compounds, and organic halogen compounds, are exemplified. Examples include acylphosphonoxide, thioxanthone, an aminocarbonyl compound, and a nitrogen-containing compound.
  • the curing temperature varies depending on the type of polymer ⁇ heat-resistant temperature of the sensing part, or the heat-resistant temperature of the sensor element itself before the formation of the protective film. In particular, when the photocrosslinkable polymer described above is used, the curing treatment can be performed at a relatively low temperature of 100 to 250 ° C.
  • FIG. 1 (g) is a cross-sectional view illustrating an example of the magnetoresistance sensor according to the present invention.
  • the sensor body 1 includes a substrate la, a base insulating film 1 b formed on the substrate 1 a, a thin wire 1 c constituting a sensing portion, and a metal wire for electrically connecting the thin wire 1 c to a signal processing circuit (not shown).
  • FIG. 1 are cross-sectional views illustrating an example of a method for manufacturing a magnetoresistive sensor according to the present invention.
  • the silicone polymer represented by the general formula (1) and / or the general formula (2) is converted to an alcohol, a ketone, an ether, a halogen, an ester, a benzene, or an alkoxy.
  • a varnish dissolved in a solvent such as benzene or cyclic ketone is applied to a thickness of 10 nm to 50 ⁇ m, and heat-treated at 100 ° C to 250 ° C on a hot plate.
  • a resin-based resin film 2 is formed on the sensor body 1 ((a) of FIG. 1).
  • a positive resist 3 for i-line having a film thickness of lOO nm to 20 m is applied to the surface of the silicone resin film 2 ((b) in FIG. 1), and the bonding pad 1 e and the Using a mask 4 having a contact hole pattern for exposing a dicing line (not shown), etc., ultraviolet light (i-line) is irradiated from above to expose the i-line positive resist 3 in the contact hole. ((C) in Fig. 1).
  • silicone A contact hole is obtained by developing the resin film 2.
  • the development process is performed by immersion development or spin image development using a developer dedicated to the silicone resin film, followed by washing with a rinse solution dedicated to the silicon resin film (Fig. 1). (E)).
  • the i-line positive resist 3 on the silicone resin film 2 is gate-removed, or a reactive ion etching device or an ion beam is used. Dry removal using a thermal etching apparatus or a polishing apparatus, and bake at 200 to 450 ° C using an oven or hot plate to cure the silicone resin film 2. Do. As a result, a magnetoresistive sensor coated with the silicon-based resin film 2 having a predetermined portion opened can be obtained ((g) in FIG. 1).
  • the silicone-based resin film 2 By covering the magnetoresistive sensor with the silicone-based resin film 2, it is possible to prevent deterioration of sensor characteristics or to prevent displacement of the thin wire 1c or the wiring 1d. Since the silicone resin film 2 has a low residual stress and has a buffering action, it can buffer the stress from the sealing resin and prevent these displacements and the malfunction of the element due to this. Also, if there is a control circuit for controlling the sensor body, it is possible to prevent the wiring from being displaced. In addition, it has heat resistance enough to withstand the manufacturing process of the sensor element and has excellent environmental resistance, so it is effective as a protective film for the sensor body. Furthermore, no abnormalities in the characteristics were observed in the sensor body characteristics evaluation by the pre-cooker test.
  • silicone resin film 2 is formed by spin coating, radiation damage to the sensor body 1 due to plasma irradiation can be avoided.
  • the above-mentioned passivation film 1 preferably contains a large amount of hydroxyl groups on its surface.
  • the sensor body 1 is not limited as long as it is a sensor.
  • a magnetic resistance sensor an air flow sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor, a rate sensor, and an image sensor are used as the sensor body 1.
  • the sensor main body 1 may include a control circuit for controlling the sensor main body 1.
  • the sensing part (thin line) 1 c of the sensor body 1 varies depending on the type of sensor, but Au, Al, Ag, Bi, Ce, Cr, Cu, Co, C, Fe, Metals such as Hf, In, Mo, Mg, Ni, Nb, Pb, Pt, Si, Sn, Ti, Ta, V, W, Zn, Zr, and these metals Alloys, oxides, nitrides, silicides, sulfides, carbides, fluorides, and the like made of such materials are used.
  • alloys include Al-Cu, Al_Si, Cu-Cr, Cu-Ni, Ni-Cr, Ni-Fe, Al-Si-Cu, Ni- C r - S i A l- S c, etc.
  • C o-C r as the oxide, A l 2 0 3, C e 0 2, CuO, F e 2 0 3, Hf 0 2, MgO, N b 2 0 5, S i O, S i 0 2, T i O, T i 0 2, etc.
  • T a 2 0 5, Z r 0 2 as the nitride compound, A 1 N, C r 2 N, S i 3 N 4, T i N, etc.
  • Z rN as the silicide, C r S i 2, Mo S i 2. 5, WS i 2, WS i. . 4, etc., as a sulfide, Z n S, the carbides, S i C, T i C , WC , etc., as the fluoride, but like Mg F 2 is used, is not limited to the above Any material may be used as long as it is necessary for producing the sensor.
  • the surface of the sensor body 1 may be treated with a solution containing a silane coupling agent or the like to enhance the adhesion between the sensor body 1 and the silicone resin film 2.
  • the surface of the silicone resin film 2 is hexagonally coated.
  • the adhesiveness between the i-line positive resist 3 and the silicone resin film 2 may be enhanced by treatment with tylene disilazane or the like. Further, an anti-reflection film may be formed in order to accurately form the pattern.
  • the positive resist 3 for i-line is used. However, if a desired pattern can be formed, either a positive resist or a negative resist may be used. Either for rF excimer or for ArF excimer.
  • the entire surface of the i-line positive resist 3 pattern is irradiated with ultraviolet rays to increase the crosslink density and improve the resistance to the developer and rinsing liquid dedicated to the silicone resin film. Is also good.
  • the silicone resin film 2 may be removed by a dry etching method. That is, after the silicon resin film 2 is formed, it is baked to form a cured film, and thereafter, the pattern of the i-line positive resist 3 is formed thereon by ordinary photolithography, and the i-line positive resist 3 is formed.
  • the silicon resin film 2 and the passivation film 1f are continuously dry-etched using a reactive ion etching apparatus or an ion beam etching apparatus using the pattern as a mask.
  • the etching gas used in the reactive ion etching is not particularly limited as long as it is a gas type that can etch the silicone-based resin film 2, but a fluorine-based gas such as CF 4 , CHF 3 , C 4 F 8 , and Ar or 0 are used.
  • a mixed gas with 2 can be preferably used.
  • silicon Oxidation of the surface layer of the resin-based resin film 2 can be reduced. In particular, low of 1 Tor or less Under pressure conditions and low power conditions of 1 kW or less, oxidation of the surface of the silicone resin film 2 can be further reduced.
  • the silicone-based resin film 2 when the silicone-based resin film 2 is removed by the dry etching method, the silicone-based resin film 2 and the passivation film 1f can be continuously removed, so that the process can be simplified.
  • the magnetoresistive sensor may have a sealing resin.
  • a control circuit for controlling the sensor main body 1 may be included on the same substrate.
  • a silicone resin film 2 is laminated on the sensor body 1 protected by a passivation film 1 f such as a silicon nitride film or a silicon oxide film formed by a sputtering method or a CVD method.
  • a passivation film 1 f such as a silicon nitride film or a silicon oxide film formed by a sputtering method or a CVD method.
  • the silicone polymer described in the general formula (1) or (2) has high purity, and the silicone resin film 2 is directly laminated on the sensor body which is not protected by the passivation film. It can also serve as both a protective film and a stress buffer film.
  • FIG. 2D is a cross-sectional view illustrating another example of the magnetoresistance sensor according to the present invention.
  • the configuration of the sensor main body 1 is the same as that of FIG. 1, except that a photo-cured silicone resin film 13 is formed on the sensor main body 1 so as to cover at least the sensing site.
  • FIG. 2 (a) to 2 (d) are cross-sectional views illustrating another example of the method for manufacturing a magnetoresistive sensor according to the present invention.
  • the manufacturing method of this magnetoresistive sensor is different from the above-mentioned method in that a photo-crosslinkable polymer is dissolved in a solvent and The point is that a crosslinking agent or a photopolymerizing agent is used.
  • Exposure is performed by irradiating from above using a mask 5 having a desired pattern, and the silicone resin film in the non-irradiated portion is removed by a development process.
  • Post-baking is performed in C to cure the silicone resin film ((b) and (c) in FIG. 2).
  • the passivation film 1f is removed by a dry etching method, a magnetoresistive sensor covered with a photocured silicone resin film 13 having a predetermined opening is obtained (FIG. 2 (d)). ).
  • the photosensitive cross-linking agent the photopolymerization initiator is usually added because light is used as a driving force to cause a reaction, but it is also decomposed by heat treatment to cause a curing reaction. Since the polymer is formed on the sensor element, the sintering temperature condition has a direct adverse effect on the sensor characteristics. However, a polymer having a high molecular weight has a heat resistance of 500 ° C. without being cured by heat. By adding these additives, the firing temperature at the time of film formation can be lowered, and the firing can be performed at a temperature lower than the heat-resistant limit temperature of the sensor element.
  • FIG. 3 is a view for explaining the structure of the airflow sensor according to the first embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view and (b) is a cross-sectional view along line AA.
  • the air flow sensor according to the present invention is provided with a zigzag metal wire 33 constituting a sensing part on a lower support film 32 formed on a silicon substrate 31, and connected to both ends of the metal wire 33.
  • the change in electrical resistance value A bonding pad 34 is formed, an upper support film 35 is formed on these surfaces, and a concave portion 36 is provided on the silicon substrate 31 to expose a sensing portion.
  • the back surface is covered with a silicone resin film 37.
  • This air flow sensor detects the amount of heat taken by the electrically heated metal wire 33 depending on the flow velocity of the gas passing through the recess 36, and detects the flow velocity of the gas by changing the electrical resistance value. is there.
  • a method for manufacturing the airflow sensor will be described. First, a lower support film 32 made of a silicon nitride film formed on a Si substrate 31 with a thickness of about 300 ⁇ m by a sputtering device, a metal wire 33 made of Pt to be a temperature sensor, and bonding After a pad 34 and an upper support film 35 made of a silicon nitride film were formed in this order, the Si substrate 31 immediately below the metal wire 33 made of Pt was removed by a wet etching method. At this time, a step of 300 zm is formed on the back surface of the sensing part.
  • a pattern of the silicone resin film 37 was formed on the back surface of the sensing site by the following method.
  • an aqueous solution containing 3% by weight of N-phenylaminoprovir trimethoxysilane was spin-coated on the back surface of a silicon wafer at a speed of 200 rpm using a spinner. It was dried on a hot plate at 20 ° C for 1 minute to perform surface treatment. This surface treatment is performed to improve the adhesion to the lower support film 32.
  • an i-line positive resist is spin-coated so that the film thickness becomes about 3 m, and the usual photolithography is performed to obtain an i-line for opening a desired dicing line. A positive resist pattern was obtained.
  • a portion of the silicone resin film not protected by the i-line positive resist was removed by dry etching.
  • Doraiedzuchingu uses a reactive I on etching equipment, as a gas for dry etching, a mixed ratio of CF 4/0 2 was performed using the 7/3 gas.
  • the positive resist for i-line was removed by asking with an oxygen plasma to obtain an air flow sensor coated with a silicone resin film 37 having a predetermined opening.
  • the bonding pad 34 and the lead frame (not shown) were connected with a bonding wire (not shown).
  • the energized metal wire 33 made of Pt is heated to a temperature about 100 ° C. higher than the outside air temperature, and depending on the strength of the airflow, the metal wire made of Pt Line 3 3 is deprived of heat and cools down. Since the resistance value of the metal wire 33 made of Pt changes depending on the temperature, it is possible to electrically detect the lost heat. Since the amount of heat deprived and the strength of the airflow correspond one to one, the flow of the gas can be known.
  • silicone For sensors not covered with a resin-based resin film, there was a problem that the deterioration of the sensor gradually progressed due to impurities or water vapor mixed in from outside air, and differences in the characteristics of individual sensors were observed. By covering with membrane 37, it was protected from outside air, the sensor characteristics did not deteriorate, and the durability test was at a practical level. In addition, good sensor characteristics were obtained, and variations in individual sensor characteristics were eliminated.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating the structure of the magnetoresistive sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • the passivation film 1 f of the sensor body 1 is a silicon nitride film having a thickness of about 800 nm formed by a sputtering device, and a silicone resin film 2 is formed on the surface of the passivation film 1 f. Was performed in the following manner.
  • R 1 and R 2 in the above general formula (2) are an aryl group, the remainder is a phenyl group, and R 3, R 4, R 5 and R 6 are hydrogen atoms.
  • a silicone polymer having a polymerization average molecular weight of 200,000 is dissolved in methoxybenzene so as to have a concentration of 20 wt%, and 5% by weight of 2,6-bis (4,1-azidobenzal) methylcyclo is dissolved in this polymer.
  • Xanone, 0.5% by weight of araminopropyl trimethoxysilane was added.
  • the varnish was spin-coated on the passivation film at a speed of 250 rpm, and heat-treated at 130 ° C.
  • the bonding pad 34 and the lead frame (not shown) were connected with a bonding wire (not shown), and the entire substrate was sealed with epoxy resin.
  • the wires 1 d made of A 1 Si and the thin wires 1 made of magnetic metal exhibiting the magnetoresistive effect were initially generated by the stress during the formation of the sealing resin. The displacement of c, the cracks in the nitride film, and the accompanying deterioration of sensor characteristics have been eliminated.
  • FIG. 4 is a view for explaining the structure of an acceleration sensor according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 (a) is a plan view and FIG. 4 (b) is a sectional view taken along line BB.
  • the acceleration sensor according to the present invention includes a frame-shaped silicon substrate 42 formed along the periphery of the glass substrate 41, and protrudes from the silicon substrate 42 and spreads at a constant interval from the glass substrate 41.
  • the sensing portion 43 includes a sensing portion 43 on a flat plate, and a counter electrode 44 disposed adjacent to the sensing portion 43 and capable of forming an electric capacitance between the side surfaces facing the sensing portion 43.
  • the surface and side surfaces of the sensing part 42 are covered with a silicon-based resin film 45. Bonding pads 46 and 47 for detecting electric capacitance are provided on the frame-shaped silicon substrate 42 and the counter electrode 44, respectively.
  • the glass substrates on the bonding pads 46 and 47 are provided with connection holes 48 and 49, respectively.
  • the sensing part 43 is displaced in accordance with the acceleration, and the acceleration is detected by a change in the capacitance corresponding to a change in the distance between the side surface of the sensing part 43 and the side surface of the counter electrode 44. Things.
  • a method for manufacturing the acceleration sensor will be described. First, both sides of a portion to be a sensing portion of a silicon substrate having a thickness of 300 to 500 m are subjected to gate-to-gate bonding. Etching was performed to a predetermined depth by the etching method, and a glass substrate 41 was attached to the upper surface of the non-etched portion of the silicon substrate by anodic bonding or the like. After that, the silicon substrate other than the frame-shaped silicon substrate, the sensing part and the part to be the counter electrode is penetrated to the glass substrate and removed by jet etching, and the frame-shaped silicon substrate 42, the sensing part 43 and the frame-shaped silicon substrate are removed. The counter electrode 44 was formed. At this time, a step of 300 to 500 m is formed on the side surfaces of the frame-shaped silicon substrate 42 and the counter electrode 44. A silicon-based resin film 45 was formed on the back and side surfaces of the acceleration sensor body thus formed by the following method.
  • a varnish was prepared by dissolving 20% by weight of the polymer in the solution and 0.5% by weight of the aminopropyltrimethoxysilane with respect to the polymer in methoxybenzene.
  • This varnish was spin-coated on the back of the acceleration sensor at a speed of 200 rpm, and heat-treated at 150 ° C for 5 minutes on a hot plate to remove the solvent.
  • a silicone resin film 45 having a thickness of m was formed.
  • An i-line positive resist is spin-coated on the silicon-based resin film 45 so as to have a thickness of about 6 m, and ordinary photolithography is performed. In other words, after pre-baking, exposure was performed through a photomask having a desired pattern, and then post-exposure baking, development, and post-baking were performed to form a desired i-line positive resist pattern. .
  • Contact holes 48 and 49 are formed in the frame-shaped silicon substrate 42 and the glass substrate 41 on the counter electrode 44, and the bonding pads 46 and 47 corresponding to the sensing site and the counter electrode are exposed. I let it.
  • the bonding pads 46 and 47 were connected to lead frames (not shown) by bonding wires (not shown).
  • the sensing portion 43 changed the distance from the counter electrode 44 according to the acceleration ((a in FIG. 4). ) In the direction of the arrow). A change in the distance between the side surface of the sensing portion 43 and the side surface of the counter electrode 44 was detected as a change in electric capacity, and it was proved that the sensitivity had a sufficiently practical level.
  • the sensor element according to the present invention is suitable for improving the reliability of the sensor body.
  • the sensor element is used for a magnetoresistive sensor, an air flow sensor, an acceleration sensor, a pressure sensor, a yaw rate sensor, and an image sensor. Suitable for.

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Description

明 細 書 センサ素子及びその製造方法 技術分野
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、 ョー 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。 背景技術
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、 ョ 一レートセンサ、 圧力センサ、 エア一フローセンサ、 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、 ョ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、 例えば、 特開平 5— 1 8 3 1 4 5号公報、 特開平 5 _ 2 8 3 7 1 2 号公報ゃ特開平 6— 1 9 4 3 8 2号公報に記載のごとく、 その表面は、 シリコン窒化膜ゃ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、 C V D法、 蒸着法により形成さ れている。
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 1 0〜 5 0 0 // m程度）を有し ているため、 上記蒸着法や C V D法による無機薄膜のカバレツジ性に劣 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一フローセンサは、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ィミ 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つた。
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 供しょうとするものである。 発明の開示
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、 シリコ一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一ン系樹脂膜は、 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ィミ 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 C V D法やスパヅ夕 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 —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。
図面の簡単な説明
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。 発明を実施するための最良の形態
本発明のセンサ素子は、 加速度センサ、 ョ一レートセンサ、 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一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一の硬化膜からなり、 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 —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 ) ；
Figure imgf000006_0001
(式中、 R l、 R 2、 R 3はァリール基、 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。 1、 m、 nはいずれも 0以上の整数で重 量平均分子量が 1 0 0 0以上である。 ）
一般式 （ 2 ) ；
Figure imgf000007_0001
(式中、 R l、 R 2はァリール基、 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。 R 3、 R 4、 R 5、 R 6は水素原子、 ァリール基、 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は整数で重量平均分子量が 1 0 0 0以上である。 ） かかるシリコーン系ポリマ一には、 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 R 1、 R 2、 R 3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 R l、 R 2、 R 3、 R 4、 R 5、 R 6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、 アルキルァクリロイル基、 アルキルメ夕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一は、 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オ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 ンポリマ一の溶液中には、 センシング部位の表面との接着性を向上する ためのシランカツプリング剤、 硬化膜の密度を向上させるための重合性 モノマ一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 リコ一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、 芳香族ジァゾ 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、 ァセ トフエノン、 ベンゾインエーテル、 ァシ ルフォスフィ ンォキシ ド、 チォキサンソン、 ァ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、 ポリマーの種類ゃセ 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 1 0 0 °Cから 4 0 0 °C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、 1 0 0 から 2 5 0 °C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 l a、 基板 1 a上に形成された下地 絶縁膜 1 b、 センシング部位を構成する細線 1 c、 細線 1 cと信号処理 回路 （図示せず） を電気的に結ぶ金属線 （A 1 , A 1 S i , Cii等） か らなる配線 1 d、 ボンディングパッ ド 1 e、 スパヅタリング法ゃ C V D 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 パッシベーシヨン膜 1： f 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ァ 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ヮ ニスを 10 nmから 50〃mの膜厚で塗布し、 ホッ トプレート上で 1 0 0°C〜 250 °Cで熱処理を行い、 シリコ一ン系樹脂膜 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 l O O nmから 20 m 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 1 e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、 露光後べークを行った後、 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のパ夕一ンをマスクとして、 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、 シリコ一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、 パヅシベーシヨン膜 1 f 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をゥェヅ ト除去、 あるいは反応性イオンェヅチング装置、 イオンビー ムエッチング装置、 あるいはァヅシング装置を用いてドライ除去し、 ォ —ブンあるいはホッ トプレートを用いて、 2 0 0 °C〜 4 5 0 °Cでボス 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一ン系樹脂膜 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 1 cや配線 1 d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 ヅシャ一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、 上記パヅシベーシヨン膜 1 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、 エア一フローセンサ、 加速度センサ、 圧力センサ、 ョー 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） 1 cは、 センサの種 類により異なるが、 Au、 A l、 Ag、 B i、 C e、 C r、 Cu、 C o、 C、 F e、 H f、 I n、 Mo、 Mg、 N i、 Nb、 P b、 P t、 S i、 S n、 T i、 T a、 V、 W、 Z n、 Z r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、 A l— Cu、 A l _S i、 C u — C r、 Cu— N i、 N i— C r、 N i— F e、 A l - S i - Cu、 N i - C r - S i A l— S c、 C o— C rなど、 酸化物としては、 A l 2 03、 C e 02 、 CuO、 F e 2 03 、 Hf 02 、 MgO、 N b 2 05 、 S i O、 S i 02 、 T i O、 T i 02 、 T a2 05 、 Z r 02 など、 窒 化物としては、 A 1 N、 C r 2 N、 S i 3 N4 、 T i N、 Z rNなど、 珪化物としては、 C r S i 2 、 Mo S i 2 . 5 、 WS i 2、 WS i。 . 4 など、 硫化物としては、 Z n S、 炭化物としては、 S i C、 T i C、 W Cなど、 フッ化物としては、 Mg F 2 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表面をシラン力ップリ 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の表面をへキサメ 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、 K r Fエキシマ用、 A r F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一により、 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とパッシベ一シヨン膜 1 f を連続的にドライエッチングす るものである。
反応性ィオンエッチングで用いるエツチング用ガスは、 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、 C F 4、 C H F 3 、 C 4 F 8 、 などのフヅ素系ガスと A rや 0 2 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の除去をアツシング 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、 1 T o r r以下の低 圧条件かつ 1 k W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とパッシベーシヨン膜 1 f 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、 ボンディングパヅ ド 1 eとリ 一ドフレーム （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 C V D法によって形成され たシリコン窒化膜ゃシリコン酸化膜などのパッシベーシヨン膜 1 f 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 ッシベーシヨ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、 パッシベ一シヨン膜 1 f 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 1 3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。 所望のパ夕一 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、 1 0 0 °C〜 2 5 0 °Cでポ ストべークを行い、 シリコーン系樹脂膜の硬化を行う （第 2図の （b ) 、 ( c ) ) 。 パヅシベ一シヨン膜 1 f 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 1 3を被 覆した磁気抵抗センサが得られる （第 2図の （d ) ) 。
感光性架橋材ゃ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 つても分解し、 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 5 0 0 C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 3 1上に形成された 下支持膜 3 2上にセンシング部位を構成するジグザグ状の金属線 3 3と、 その金属線 3 3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 3 4が形成され、 これらの表面には上支持膜 3 5 が形成され、 また、 前記シリコン基板 3 1にはセンシング部位を露出す る凹部 3 6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 リコ一ン系樹脂膜 3 7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 3 3が凹部 3 6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つ 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 3 0 0〃mの 厚さの S i基板 3 1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 3 2、温度センサとなる P tからなる金属線 3 3、 ボンディングパッ ド 3 4、 シリコン窒化膜からなる上支持膜 3 5の順に 形成した後、 P tからなる金属線 3 3直下の S i基板 3 1をウエッ トェ ツ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 3 0 0 z m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 3 7のパ夕 ーン形成を以下の方法で行った。
まず、 3重量％のN—フエ二ルーァーァミノプロビルトリメ トキシシ ランを含む水溶液をシリコンウェハの裏面上にスピナ一を用いて毎分 2 0 0 0回転の速度で回転塗布し、 1 2 0 °Cで 1分間ホヅ 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 3 2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 R 1、 R 2、 R 3うち 3 0 m o 1 %がビニル 基で、 残りがメチル基であり、 1 111 / 11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一をメ トキシベンゼンに 2 5 w t %に なるように溶解させ、 さらにこのポリマ一に対して 1 0重量％の 1 _ヒ ドロキシ一シクロへ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 3 2の裏面側の表面 に毎分 3 0 0 0回転の速度で回転塗布し、 ホッ トプレート上で 1 3 0 °C 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 4 0 0 °Cで 1時間ポス トべ一クを行い、 完全に硬化させ、 約 l〃mの 膜厚のシリコーン系樹脂膜 3 7を形成した。
このシリコーン系樹脂膜 3 7上に、 i線用ポジレジストを膜厚が約 3 mになるように回転塗布し、 通常のフォトリソグラフィ一を行い、 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。 ドライェヅチングは反応性ィオンエッチング装 置を用い、 ドライエッチング用ガスとして、 C F 4 / 0 2 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 マでアツシング除去し、 所定の部分が開口されたシリコーン系樹脂膜 3 7を被覆したェアフロ一センサを得た。
このシリコ一ン系樹脂膜 3 7を形成した後、 ボンディングパッ ド 3 4 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 P tからなる金属線 3 3は外気 温度より 1 0 0 °C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、 P tからなる金属線 3 3は熱を奪われ温度が下がる。 P tか らなる金属線 3 3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 3 7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 2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のパヅシベーシヨン膜 1 f はスパ ッ夕リング装置で形成した約 8 0 0 n mの膜厚のシリコン窒化膜であり、 そのパヅシベ一ション膜 1 f 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 R 1、 R 2うち 1 5 m o l %がァリル 基で、 残りがフヱニル基であり、 R 3、 R 4、 R 5、 R 6が水素原子で ある、 重合平均分子量が 2 0万のシリコーン系ポリマーをメ トキシベン ゼンに 2 0 w t %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， 一アジドベンザル） メチルシクロへキサ ノン、 0 . 5重量％のァーアミノプロビルトリメ トキシシランを加えた。 このワニスをパヅシベーション膜の上部に毎分 2 5 0 0回転の速度で回 転塗布し、 ホヅ トプレート上で 1 3 0 °Cで 2分間熱処理して溶媒を除去 した。 所望のボンデイングパッ 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/ィソプロ 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 2 5 0 °Cで 1時間ポストべ一クを行い、 完全に硬化さ せ、 所望のパターンを有する膜厚約 5 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 3 4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、 A 1 S iからなる配線 1 dおよび磁気抵抗効果を示す磁性金属からなる 細線 1 c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 4 1の周辺に沿って形成さ れたフレーム状のシリコン基板 4 2と、 このシリコン基板 4 2から突出 し、 ガラス基板 4 1と一定間隔を持って広がる平板上のセンシング部位 4 3と、 このセンシング部位 4 3に隣接して配置され、 センシング部位 4 3との対向側面間で電気容量を形成しうる対向電極 4 4を備えている。 そして、 センシング部位 4 2の表面及び側面はシリコ一ン系樹脂膜 4 5 が被覆されている。 フレーム状のシリコン基板 4 2と対向電極 4 4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 4 6、 4 7を備え ている。 尚、 ボンディングパッ ド 4 6、 4 7上のガラス基板にはコン夕 ク トホール 4 8、 4 9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 4 3が変位し、 センシング部位 4 3の側面と、 対向電極 4 4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 3 0 0〜5 0 0 mのシリコン基板のセンシング部位となる部分の両面をゥェヅ トェヅ 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ツ チング部の上面にガラス基板 4 1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ゥエツ トエッチングに より除去し、 フレーム状のシリコン基板 4 2、 センシング部位 4 3及び 対向電極 4 4を形成した。 このとき、 フレーム状のシリコン基板 4 2及 び対向電極 4 4の側面には 3 0 0〜 5 0 0 m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 リコ一ン系樹脂膜 4 5を形成した。
まず、 上記一般式 （ 2 ) の側鎖 R l、 R 2が全てフヱニル基であり、 R 3、 R 4、 R 5、 R 6がトリメチルシリル基である、 重合平均分子量 が 1 5万のシリコーン系ポリマーを溶液に対して 2 0重量％と、 ァ一ァ ミノプロピルトリメ トキシシランをこのポリマ一に対して 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 2 0 0 0回転の速 度で回転塗布し、 ホッ トプレート上で 1 5 0 °Cで 5分間熱処理して溶媒 を除去し、 約 6 mの膜厚のシリコーン系樹脂膜 4 5を形成した。 この シリコ一ン系樹脂膜 4 5上に、 i線用ポジレジス トを膜厚が約 6 m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、 プリべ一クの後、所望のパターンを有するフォトマスクを介して露光し、 さらに露光後べ一ク、 現像、 ポス トべ一クを行い、 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、 3 0 0 °C〜4 5 0 °Cでポス 卜べ一クを行い、 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 4 5を得た。
フレーム状のシリコン基板 4 2と対向電極 4 4上のガラス基板 4 1に コンタク トホール 4 8、 4 9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 4 6、 4 7を露出させた。 このボンディ ングパヅ ド 4 6、 4 7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。
このシリコ一ン系樹脂膜 4 5で被覆した加速度センサの動作確認を行 つたところ、 加速度に応じて、 センシング部位 4 3は対向電極 4 4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 4 3の側面と対向電極 4 4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。 産業上の利用可能性
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、 エア一フローセンサ、 加速度センサ、 圧力センサ、 ョーレートセンサ、 イメージセンサに用い るのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 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。
2. シリコーン系樹脂膜が、 シリコーン系ポリマーの硬化膜であること を特徴とする請求の範囲第 1項に記載のセンサ素子。
3. シリコーン系ポリマーが、 一般式 （ 1 ) ；
Figure imgf000021_0001
(式中、 R l、 R 2、 R 3はァリール基、 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。 1、 m、 nはいずれも 0以上の整数で重 量平均分子量が 1000以上である。 ） であることを特徴とする請求の 範囲第 2項に記載のセンサ素子。
4. シリコーン系ポリマーが、 一般式 （ 2) ；
Figure imgf000022_0001
(式中、 R l、 R 2はァリール基、 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。 R 3、 R 4、 R 5、 R 6は水素原子、 ァリール基、 脂肪族アルキル基、 トリァ 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は整数で重量平均分子量が 1 0 0 0以上である。 ） で あることを特徴とする請求の範囲第 2項に記載のセンサ素子。
5 . シリコーン系ボリマーが、 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 3項に記載のセンサ素子。
6 . 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 4項に記載のセンサ素子。
7 . 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、 ョ—レートセンサ又はイメージセンサであることを特徴とする請求の範 囲第 1項に記載のセンサ素子。
8 . 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 ポリマ一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素子の製造方法。
9 . シリコーン系ポリマーが、 一般式 （ 1 ) ；
Figure imgf000023_0001
(式中、 R l、 R 2、 R 3はァリール基、 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。 1、 m、 nはいずれも 0以上の整数で重 量平均分子量が 1 0 0 0以上である。 ） であることを特徴とする請求の 範囲第 8項に記載のセンサ素子の製造方法。
1 0 . シリコーン系ポリマーが、 一般式 （ 2 ) ；
Figure imgf000023_0002
(式中、 R l、 R 2はァリ一ル基、 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。 R 3、 R 4、 R 5、 R 6は水素原子、 ァリール基、 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は整数で重量平均分子量が 1 0 0 0以上である。 ） で あることを特徴とする請求の範囲第 8項に記載のセンサ素子の製造方法。
1 1 . シリコーン系ポリマーが、 光硬化性ポリマ一であることを特徴と する請求の範囲第 9項に記載のセンサ素子の製造方法。
1 2 . 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 0項に記載のセンサ素子の製造方法。
1 3 . 加熱硬化が、 1 0 0— 2 5 0 °Cの温度下で行われることを特徴と する請求の範囲第 8項に記載のセンサ素子の製造方法。
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