WO2015152244A1 - センサ素子およびその製造方法ならびに検出装置およびその製造方法 - Google Patents

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太樹 中西
博元 井上
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor element used in a semiconductor or MEMS (Micro Electro Mechanical System, hereinafter referred to as MEMS) technology, and more particularly to a sensor element in which a cavity structure is formed by anisotropic etching from the back surface of a substrate.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • Recent sensor elements tend to have a more delicate and complex structure by adopting microfabrication and techniques applying semiconductor and MEMS technologies.
  • examples of sensor elements having a cavity (thin film hollow structure) formed by partially removing the substrate include a pressure sensor, an ultrasonic sensor, and a flow rate sensor.
  • a temperature-dependent resistor is formed at the top of the cavity structure. That is, the detection part of the flow sensor is formed on the cavity structure. Specifically, a heating element and an intake air temperature detecting body are formed on the upper part of the cavity structure, and the element is controlled so that the temperature of the heating element is higher than the temperature detected by the intake air temperature detecting body. Using the structure, a voltage corresponding to the amount of heat radiated from the heating element to the fluid is output.
  • a method of forming a cavity structure in such a sensor element for example, there is a method of performing a wet etching process using a mask film having an opening on a region where the cavity structure is formed in a semiconductor substrate.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 11-295127 describes a side flow rate detecting element in which a base material protective film is formed on the back side surface and the front side surface of a base material.
  • a base material protective film is formed on the back side surface and the front side surface of a base material.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-160706 discloses KOH (potassium hydroxide), TMAH (tetramethylammonium hydroxide: the following) in a state where a backside protective film is formed in addition to a thermal oxide film on the backside of a silicon wafer.
  • TMAH tetramethylammonium hydroxide
  • JP 2012-98072 A describes a flow rate detection device in which textured irregularities are formed on a surface facing a built-in portion where a sensor element is arranged. It is described that by forming irregularities, it is possible to improve the contact of the adhesive that bonds the sensor element and the support and to suppress the seepage of the underflow preventive agent.
  • JP 2013-518425 A describes a method of manufacturing a photovoltaic cell including a step of performing an isotropic etching process after an anisotropic etching process is performed on a crystalline silicon substrate.
  • a linear scratch or an indentation may occur in the protective film due to foreign matters such as silicon dust.
  • the etchant enters from the scratches or indentations, resulting in rectangular etching marks (pits), or abnormal etching of the base material, resulting in a cavity portion that is larger than the design dimension. May spread and cause variations in the shape of the cavity.
  • pits rectangular etching marks
  • the reliability of the sensor element may be reduced by being pressurized in the use state.
  • the textured irregularities described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-98072 and Japanese Translation of PCT International Application No. 2013-518425 are based on the etching rate difference between the (100) plane and the (111) plane of silicon. It is formed by deposition of a slow (111) plane. Such irregularities have a problem that the convex portions are sharp and are easily chipped, and pits are easily generated.
  • the unevenness of the texture structure has a portion where the (111) plane is exposed. Therefore, a semiconductor substrate having such irregularities is easily broken along the (111) plane when pressed with foreign matter or the like in the irregularities, and includes a semiconductor substrate having such irregularities formed.
  • the sensor element has a problem that pressure resistance is not sufficient.
  • a main object of the present invention is to provide a sensor element, a manufacturing method thereof, a detection apparatus, and a manufacturing method thereof, which can suppress the formation of pits or variations in the shape of a cavity and have high resistance during pressurization. .
  • the sensor element according to the present invention has a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and a cavity structure is formed on the second main surface side.
  • the tip of the convex part of the part has a curved shape.
  • the method for manufacturing a sensor element according to the present invention includes a step of preparing a semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface located on the opposite side of the first main surface, and a second semiconductor substrate. Forming a concavo-convex shape portion on the main surface, forming a protective film on the concavo-convex shape portion, forming an opening pattern in the protective film, and exposing it in the opening pattern using the protective film as a mask A step of forming a cavity structure by etching a semiconductor substrate, and a step of forming a detection element on the first main surface side in a region where the cavity structure is formed, The concavo-convex shape portion is formed such that the tip of the convex portion of the concavo-convex shape portion has a curved shape.
  • a sensor element a manufacturing method thereof, a detection device, and a manufacturing method thereof, which can suppress the formation of pits or variations in the shape of the cavity and have high resistance during pressurization.
  • FIG. 4 is a top view for explaining the sensor element according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a concavo-convex shape portion of the sensor element according to Embodiment 1.
  • 3 is a flowchart of a method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment. It is the top view seen from arrow XI in FIG.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operational effect of the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining the operational effect of the sensor element according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a top view for explaining a detection device according to a second embodiment.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view taken along the line XVI-XVI in FIG. 6 is a flowchart of a modification of the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment. It is a fragmentary sectional view of the 2nd main surface of the semiconductor substrate after the process of forming the uneven
  • 6 is a flowchart of a sensor element manufacturing method according to Embodiment 3.
  • 10 is a flowchart of a modification of the method for manufacturing the sensor element according to the third embodiment.
  • the sensor element 1 according to Embodiment 1 is a flow rate detection element used in a flow rate detection device, for example.
  • the sensor element 1 includes a semiconductor substrate 2 having a first main surface 2A and a second main surface 2B located on the opposite side of the first main surface 2A.
  • the first main surface 2A is a surface that faces a fluid path that is a detection target of the sensor element 1, and is a surface that contacts the fluid.
  • cavity structures 9 and 10 are formed on the second main surface 2B side.
  • the cavity structures 9 and 10 are provided so as to reach the first main surface 2A from the second main surface 2B and the semiconductor substrate 2 has a so-called reverse taper shape.
  • the first main surface 2A is formed over a wider area than the second main surface 2B.
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 may be an arbitrary size, for example, 0.5 mm.
  • the material which comprises the semiconductor base material 2 can be made into arbitrary semiconductor materials, it is silicon (Si), for example.
  • the 2nd main surface 2B of the semiconductor substrate 2 On the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2, an uneven portion 12 is formed over the entire surface, and a lower protective film 3 is formed on the entire region of the uneven portion 12.
  • the 2nd main surface 2B has predetermined surface roughness by the uneven
  • the concavo-convex portion 12 and the lower protective film 3 are formed so that the ten-point average roughness Rz (old JIS2001) of the second main surface 2B is larger than the film thickness of the lower protective film 3.
  • the ten-point average roughness Rz of the first main surface 2A is smaller than that of the second main surface, and the first main surface 2A is, for example, a mirror surface.
  • the ten-point average roughness Rz of the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2 is 0.05 ⁇ m or more, preferably 1.00 ⁇ m or more. Further, the arithmetic average roughness Ra of the second main surface 2B is, for example, 0.01 ⁇ m or more, and preferably 0.25 ⁇ m or more. From the viewpoint of suppressing the formation of etch pits, the ten-point average roughness Rz of the second main surface 2B is preferably large. In general, if the roughness Rz is excessively increased, the strength of the semiconductor substrate 2 is reduced, and there is a concern about the occurrence of cracks or the like. It is good also as an upper limit of Rz.
  • the upper limit value of the roughness Rz may be set to 5.00 ⁇ m. If the roughness Rz is limited within such a numerical range, etch pit formation can be sufficiently suppressed while suppressing a decrease in the strength of the semiconductor substrate 2.
  • the convex part tip of the uneven part 12 is rounded. If it says from a different viewpoint, the shape of the uneven
  • the concavo-convex shape portion 12 is not a quadrangular pyramid formed so that a plurality of surfaces formed so as to extend radially from the apex in the semiconductor substrate 2 intersect with each other, for example.
  • the convex end portion of the concavo-convex shape portion 12 is formed in, for example, a hemispherical shape.
  • the thickness of the lower protective film 3 is, for example, not less than 0.25 ⁇ m and not more than 1.50 ⁇ m, and preferably not less than 0.50 ⁇ m and not more than 1.00 ⁇ m.
  • the material constituting the lower protective film 3 is, for example, silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the lower protective film 3 can be formed by thermal oxidation using, for example, Si as a material constituting the semiconductor substrate 2.
  • the lower protective film 3 does not have to be formed on the concavo-convex shape portion 12 so as to have a uniform film thickness. As long as the ten-point average roughness Rz of the second main surface 2B and the film thickness of the lower protective film 3 satisfy the above relational expression, the film thickness of the lower protective film 3 may vary.
  • an upper protective film 13 and a support film 14 are formed so as to cover the openings of the cavity structures 9 and 10 from the first main surface 2A.
  • the material constituting the upper protective film 13 can be any material having electrical insulation, but is, for example, SiO 2 .
  • the upper protective film 13 can be formed simultaneously with the lower protective film 3, for example.
  • the material constituting the support film 14 can be any material that has electrical insulation and can support the detection elements 4 and 5, and is, for example, silicon nitride (SiN), SiO 2, or the like.
  • detection elements 4 and 5 are formed on the first main surface 2A side of the region where the cavity structures 9 and 10 are formed.
  • the detection element 4 is, for example, an intake air temperature detection body 4, and the detection element 5 is, for example, a heating element 5.
  • the intake air temperature detector 4 is on the upper protective film 13 formed in the region where the cavity structure 9 is formed, and the heating element 5 is on the upper protective film 13 formed in the region where the cavity structure 10 is formed. Each is formed.
  • the intake air temperature detection body 4 and the heating element 5 are electrically connected to the electrode pad 8 via the wiring patterns 6 and 7, respectively.
  • a plurality of electrode pads 8 are formed, and are electrically connected via the wiring pattern 7 to the electrode pad 8, which is electrically connected to the intake air temperature detector 4 via the wiring pattern 6.
  • the electrode pads 8 are electrically insulated from each other.
  • the wiring patterns 6 and 7 and the electrode pad 8 are formed on the support film 14.
  • the intake air temperature detector 4 and the heating element 5 are formed to meander on the support film 14. As a result, the contact area between the intake air temperature detector 4 and the heating element 5 and the fluid to be detected can be widened.
  • the positional relationship between the intake air temperature detection body 4 and the heating element 5 can be an arbitrary positional relationship.
  • the sensor element 1 is configured as a flow rate detection device
  • the flow direction A (See FIG. 15).
  • the intake air temperature detector 4 and the heating element 5 may be arranged in series with respect to the fluid flow direction A.
  • the plane dimension (hereinafter simply referred to as plane dimension) on the first main surface 2A of the intake air temperature detector 4 is arbitrary as long as the contact area between the intake air temperature detector 4 and the fluid to be detected is sufficiently obtained.
  • the dimension parallel to the direction A in which the fluid to be detected flows is 0.3 mm or more and 0.8 mm or less, and the dimension intersecting the direction A is 0.2 mm or more and 0. .6 mm or less.
  • the planar dimension of the heating element 5 can be any dimension as long as a sufficient amount of heat can be applied to the fluid to be detected.
  • the plane dimension is parallel to the direction A in which the fluid to be detected flows.
  • the dimension in the direction crossing the direction A is 0.8 mm or more and 1.8 mm or less.
  • the planar dimension of the intake air temperature detection body 4 is provided to be smaller than the planar dimension of the heating element 5, for example.
  • the planar dimension of the intake air temperature detection body 4 is provided to be smaller than the planar dimension of the heating element 5, for example.
  • the dimension of the cavity structure 9 is formed so as to be larger than the planar dimension on the first main surface 2A of the intake air temperature detection body 4, and for example, parallel to the direction A in which the fluid to be detected flows and the direction A Is larger than the intake air temperature detector 4 by 0.7 mm or more in each of the directions intersecting with.
  • the dimension of the cavity structure 10 is formed so as to be larger than the planar dimension of the first main surface 2A of the heating element 5, and for example, parallel to the direction A in which the fluid to be detected flows and in the direction A
  • Each of the intersecting directions is larger than the heating element 5 by 0.7 mm or more.
  • the intake air temperature detection body 4 and the heating element 5 may be formed as arbitrary structures using arbitrary constituent materials, respectively.
  • each of them is a thermal resistor made of a metal thin film such as platinum (Pt). May be formed as a resistance temperature detector).
  • the film thickness of the intake air temperature detector 4 and the heating element 5 is, for example, not less than 100 nm and not more than 500 nm.
  • a surface protective film 15 is formed on the upper protective film 13 and the support film 14 so as to cover the intake air temperature detection body 4, the heating element 5, and the wiring patterns 6 and 7.
  • the material constituting the surface protective film 15 can be any material having electrical insulation, but can be, for example, SiN or SiO 2 .
  • the method for manufacturing the sensor element 1 includes a step of preparing a semiconductor substrate 2 having a first main surface 2A and a second main surface 2B located on the opposite side of the first main surface 2A (S10); A step (S20) of forming the uneven portion 12 on the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2, a step (S30) of forming a protective film (lower protective film 3) on the uneven portion 12, and a cavity structure In the region where 9, 10 is formed, a step (S40) of forming the detection elements 4 and 5 on the first main surface 2A side, an opening pattern is formed in the protective film (lower protective film 3), and the lower protective film A step (S50) of forming the cavity structures 9 and 10 by etching the semiconductor substrate 2 exposed in the opening pattern using 3 as a mask.
  • a semiconductor substrate 2 having a first main surface 2A and a second main surface 2B located on the opposite side of the first main surface 2A is prepared (step (S10)).
  • the semiconductor substrate 2 can be prepared as a substrate made of any semiconductor material in which at least the first main surface 2A is mirror-polished.
  • the first main surface 2A and the second main surface 2B are mirror-polished.
  • a silicon substrate may be used.
  • the semiconductor substrate 2 has a wafer thickness of 625 ⁇ m, for example.
  • corrugated shaped part 12 is formed in the 2nd main surface 2B of the semiconductor base material 2 (process (S20)).
  • the convex end of the concavo-convex portion 12 is rounded, and the ten-point average roughness Rz of the second main surface 2B is later. Any method can be adopted as long as it can be formed to be larger than the film thickness of the lower protective film 3 formed in the step (S30).
  • the concavo-convex shape portion 12 can be formed by grinding and roughening the second main surface 2B.
  • the ten-point average roughness Rz of the concavo-convex shape portion 12 can be set to 0.06 ⁇ m or more and 5.0 ⁇ m or less.
  • the lower protective film 3 is formed on the uneven portion 12 (step (S30)). Specifically, referring to FIG. 7, lower protective film 3 is formed on the entire surface of second main surface 2B.
  • a method for forming the lower protective film 3 any film forming method such as sputtering or CVD (chemical vapor deposition) can be adopted.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the lower protective film 3 can be formed as a thermal oxide film (SiO 2 ). Specifically, for example, heat treatment is performed at a treatment temperature of 800 ° C. or higher and 1100 ° C.
  • the thermal oxide film formed on the first main surface 2 ⁇ / b> A corresponds to the upper protective film 13
  • the thermal oxide film formed on the second main surface 2 ⁇ / b> B corresponds to the lower protective film 3. That is, the upper protective film 13 and the lower protective film 3 can be formed simultaneously by subjecting the semiconductor substrate 2 to a thermal oxidation treatment.
  • the detection elements 4 and 5 are formed on the first main surface 2A side (step (S40)). Specifically, on the upper protective film 13 formed on the first main surface 2A, the support film 14, the intake air temperature detecting body 4, the heating element 5, the wiring patterns 6 and 7, the electrode pad 8 and the surface protection. A film 15 is formed.
  • the support film 14 As a method for forming the support film 14, for example, a reactive sputtering method or a CVD method can be employed.
  • the film formation conditions for reactive sputtering can be arbitrarily selected according to the configuration of the support film 14.
  • the support film 14 made of SiN is obtained by performing sputtering in a nitrogen gas atmosphere using Si as a target material. Can be formed. In this case, the deposition rate can be increased compared to the case where SiN is used as the target material.
  • the support film 14 When the film is formed by the CVD method, the support film 14 can be formed by setting the film forming temperature to 300 ° C. or higher and 400 ° C. or lower using atmospheric pressure CVD, low pressure CVD, plasma CVD, or the like.
  • the support film 14 is made of a nitride film such as SiN, for example, ammonia gas is used as a source gas, for example, in addition to monosilane, disilane and the like.
  • an oxide film of the support film 14 such as SiO 2 is the raw material gas as example monosilane, other such disilane, etc. nitrous oxide or oxygen gas is used.
  • a method for providing the support film 14 made of SiO 2 a TEOS-CVD method can be employed. Since the CVD method has better step coverage and better stress control than the sputtering method, a dense and thin film can be formed by using the CVD method for forming the support film 14 and the surface protective film 15. .
  • the intake air temperature detector 4, the heating element 5, the wiring patterns 6 and 7, and the electrode pad 8 can be formed by any method.
  • the film is formed by vapor deposition or sputtering, and is patterned by dry etching or wet etching using a mask pattern formed by photolithography. In this way, a predetermined current path pattern is formed in the sensor element 1.
  • an opening pattern is formed in the region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed in the lower protective film 3.
  • the region where the cavity structure 9 is to be formed is a region where the intake air temperature detector 4 is to be formed, and the region where the cavity structure 10 is to be formed is a region where the heating element 5 is to be formed.
  • An arbitrary method can be adopted as a method of forming the opening pattern in the lower protective film 3, but for example, a photolithography method or a dry etching method can be adopted.
  • a mask pattern (not shown) having an opening pattern is formed on the lower protective film 3 in a region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed by photolithography, and the lower protection is performed using the mask pattern.
  • the lower protective film 3 having an opening pattern may be formed in a region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed by dry etching the film 3.
  • cavity structures 9 and 10 are formed by partially etching the semiconductor substrate 2 from the second main surface 2B side using the lower protective film 3 as a mask (steps). (S50)). Since the lower protective film 3 formed in the previous step (S40) has an opening pattern in a region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed, the semiconductor substrate 2 is etched using this as a mask, whereby the cavity structure 9 , 10 can be formed in the respective regions where the cavity structures 9, 10 are to be formed.
  • Arbitrary methods can be adopted as the method of forming the cavity structures 9 and 10, for example, a wet etching method using TMAH, KOH, or the like.
  • the cavity structures 9 and 10 extending from the second main surface 2B to the first main surface 2A can be formed by immersing the semiconductor substrate 2 in a bathtub heated with TMAH, KOH, or the like. it can.
  • An upper protective film 13 is exposed inside the cavity structures 9 and 10, and an intake air temperature detector 4 and a heating element 5 are formed on the upper protective film 13.
  • the cavity structures 9 and 10 are closed by the upper protective film 13 on the first main surface 2A side. In this way, a plurality of sensor elements 1 are formed on the semiconductor substrate 2.
  • the plurality of sensor elements 1 formed on the semiconductor substrate 2 are separated.
  • An arbitrary method can be adopted as a method of dividing the sensor element 1 into pieces.
  • a blade dicing method can be used.
  • the dicing line 16 is provided in a region where the cavity structures 9 and 10 are not formed.
  • the sensor element 1 according to Embodiment 1 can be obtained.
  • the 2nd main surface 2B of the semiconductor base material 2 in the sensor element 1 contains the uneven
  • the second main surface 2B located on the opposite side of the detection elements 4 and 5 in the sensor element 1 often comes into contact with the stages of various manufacturing apparatuses in the manufacturing process of the sensor element 1.
  • the foreign matter F (see FIG. 3) having a size larger than the film thickness of the protective film is present on the stage and the second.
  • a scratch S on the line may be formed in the lower protective film 3 (see FIG. 14A).
  • the scratch S on the line formed in the lower protective film 3 by the step (S50) in this way becomes an etchant intrusion path in the step (S50), it is large in the region where the scratch S is formed in the lower protective film 3.
  • a pit P is formed.
  • the scratch S is formed on the region adjacent to the region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed, the dimensions of the cavity structures 9 and 10 are more than the design dimensions. And the shape of the cavity structures 9 and 10 is different from the design shape 21 thereof. For example, referring to FIG. 14A, when a scratch S is formed in a region adjacent to the region 17 where the cavity structure 9 is to be formed, the distance between the scratch S and the region 17 is the longest.
  • the cavity structure 9 can be formed to extend to a position.
  • the scratch S is adjacent to the other side intersecting with the one side and in a direction along the direction in which the one side extends.
  • the length of the one side of the cavity structure 9 becomes L2 by extending the distance L2-L1 from L1.
  • the conventional sensor element in which the concavo-convex shape portion 12 is not formed becomes vulnerable to pressurization, and the conventional sensor element may be damaged due to local stress concentration when it is assembled to a support. there were.
  • the sensor element 1 according to the first embodiment has the concavo-convex shape portion 12 formed on the second main surface 2B, and therefore, compared with the conventional sensor element in which the concavo-convex shape portion 12 is not formed.
  • the scratch S can be finely divided.
  • the pit P formed by the etchant entering from each scratch S can be reduced in size, and even if the scratch S is formed adjacent to the region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed. Further, it is possible to greatly reduce the disorder of the shape of the cavity structures 9 and 10. As a result, even when the sensor element 1 is pressurized, the stress concentration is relaxed and is not easily damaged.
  • the conventional sensor element formed as a cone shape having the concave and convex portion as shown in FIG. 13C has a finer scratch S than the conventional sensor element shown in FIG.
  • the tip of the protruding portion of the uneven shape portion is likely to be chipped, In some cases, the tip of the protruding portion lacking in this way may cause a scratch S on the lower protective film 3 as a new foreign material.
  • the sensor element 1 according to the first embodiment can suppress chipping of the convex portion tip because the convex portion tip of the concavo-convex shape portion 12 is formed in a curved surface, and the lower protective film 3. Can be sufficiently reduced. As a result, the deformation of the cavity structures 9 and 10 of the sensor element 1 can be sufficiently suppressed, and the stress concentration is relaxed even during pressurization, so that damage is unlikely to occur.
  • the ten-point average roughness Rz of the concavo-convex shape portion 12 is equal to or greater than the film thickness of the lower protective film 3.
  • the uneven portion 12 is not completely flattened by the lower protective film 3, and the lower surface 3B of the lower protective film 3 has the uneven shape of the second main surface 2B on which the uneven portion 12 is formed. It has a concavo-convex shape inherited to some extent.
  • the size corresponding to the sum of the film thickness of the lower protective film 3 and the ten-point average roughness Rz of the concavo-convex shape portion 12 between the second main surface 2B and the stages of various manufacturing apparatuses is about Even when foreign matter F having an outer diameter R (see FIG. 3) is present, the lower surface 3B and the second main surface 2B are formed with irregularities due to the ten-point average roughness Rz. Further, it is possible to prevent the scratches S penetrating the lower protective film 3 from extending in a linear manner due to the relative movement of the foreign matter F and the sensor element 1 or the like. As a result, in the sensor element 1, it is suppressed that the scratch S applied to the lower protective film 3 by the foreign matter F is formed in a wide range as in the conventional sensor element.
  • the convex portion tip of the concavo-convex shape portion 12 has a curved shape.
  • the concavo-convex shape portion 12 is formed so as to have. For this reason, as described above, since it is possible to prevent the scratches S extending linearly from entering the lower protective film 3, it is possible to greatly reduce the disorder of the shape of the cavity structures 9 and 10. As a result, even when the obtained sensor element 1 is pressurized, the stress concentration is relaxed and is not easily damaged.
  • the concavo-convex portion 12 and the lower protective film 3 are such that the ten-point average roughness of the concavo-convex portion 12 is the film of the protective film. It is formed so as to be more than the thickness. For this reason, as described above, when the sensor element 1 is fixed to the support and the flow rate detection device is assembled, the contact area between the sensor element 1 and the adhesive that connects and fixes the sensor element 1 and the support is widened. In addition, since an anchor effect can be exerted on the adhesive, the adhesion between the sensor element 1 and the support can be enhanced.
  • the concavo-convex shape portion 12 is formed by grinding, for example, by changing the particle size of the abrasive grains of the grinding stone according to the size of the scratch to be suppressed, the sensor element The deformation of one cavity structure 9, 10 can be effectively suppressed.
  • the ten-point average roughness Rz of the concavo-convex shape portion 12 can be increased by using a grinding wheel having a large particle size, and the ten-point average roughness Rz formed on the concavo-convex shape portion 12 can be increased. It is possible to suppress the distance that the scratch S extends on the lower protective film 3 having a thin film thickness.
  • the desired concavo-convex shape portion 12 can be formed only by rough polishing (lapping) on the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2, texture structuring and mirror surface processing steps can be reduced. Furthermore, the amount of abrasive (abrasive grains) used can be reduced, and the amount of abrasive grains used with a high environmental load can be suppressed. As a result, according to the method for manufacturing the sensor element 1 according to the first embodiment, the manufacturing cost can be reduced as compared with the conventional method for manufacturing the sensor element.
  • the process (S40) of forming the detection elements 4 and 5 is performed after the process (S20) of forming the concavo-convex part 12, the tip of the convex part of the concavo-convex part 12 is curved in the process (S20).
  • the process of forming the support film 14 is performed. It can be shortened.
  • the concavo-convex shape portion 12 is formed by grinding (rough polishing) the second main surface 2B by using a grinding wheel having a large particle size.
  • the concavo-convex shape portion 12 may be formed, for example, by grinding the roughened second main surface 2B using a grinding wheel having a smaller particle size after the rough polishing.
  • the variation in the thickness of the semiconductor substrate 2 can be reduced as compared with the case where the uneven portion 12 is formed only by rough polishing.
  • the bending strength of the semiconductor substrate 2 itself is lowered.
  • the bending of the semiconductor substrate 2 itself is performed. Strength can be increased.
  • the uneven portion 12 is formed by grinding the second main surface 2B, but is not limited thereto.
  • the uneven portion 12 may be formed by ion milling.
  • the uneven portion 12 may be formed by sputtering the entire surface of the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2 using, for example, argon (Ar) plasma. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the manufacturing method of the sensor element 1 which concerns on Embodiment 1 mentioned above.
  • corrugated shaped part 12 can be formed, without using an abrasive
  • the uneven portion 12 may be formed by sandblasting, for example. Even if it does in this way, the uneven
  • the concavo-convex portion 12 is formed over the entire surface of the second main surface 2B, but is not limited thereto.
  • the uneven portion 12 may be formed only on the second main surface 2B located on the region where the semiconductor substrate 2 other than the region where the cavity structures 9 and 10 are to be formed, for example. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the manufacturing method of the sensor element which concerns on Embodiment 1. FIG.
  • the lower protective film 3 is formed on the concavo-convex portion 12, and the lower protective film 3 is removed after the step of forming the cavity structures 9 and 10 (S50). Also good. Specifically, the lower protective film 3 may be removed by wet etching by immersing the second main surface 2B side of the semiconductor substrate 2 in buffered hydrofluoric acid (BHF) or the like. As a result, it is possible to form the sensor element 1 that has the cavity structures 9 and 10 and the concavo-convex shape portion 12 is exposed.
  • BHF buffered hydrofluoric acid
  • the detection apparatus 100 is the sensor element 1 according to the first embodiment, and the sensor element 1 from which the lower protective film 3 is removed and the concavo-convex shape portion 12 is exposed is fixed to the support 20.
  • the support 20 has a built-in part in which the sensor element 1 is arranged and assembled, and the built-in part is provided so as to accommodate the sensor element 1.
  • the support 20 is installed on a pipeline through which the fluid to be measured flows.
  • the sensor element 1 is fixed in the built-in part of the support 20.
  • the sensor element 1 and the support 20 are fixed by, for example, bonding the concave and convex portion 12 located below the region where the electrode pad 8 is formed and the support 20 with an adhesive 18.
  • a region where the sensor element 1 and the support 20 are opposed to each other and located on the upstream side in the flow direction A of the fluid to be measured with respect to the cavity structures 9 and 10 is filled with a bottom flow preventing agent 19.
  • the material constituting the adhesive 18 can be any adhesive that can bond the sensor element 1 and the support 20, but is preferably a thermosetting adhesive.
  • the material constituting the bottom flow preventive agent 19 can be any material that can be filled between the sensor element 1 and the support 20, and is, for example, a room temperature curing adhesive.
  • the manufacturing method of the detection device 100 according to the second embodiment includes a step of preparing the sensor element 1 by the sensor element manufacturing method according to the first embodiment (S100) and a support provided so that the sensor element 1 can be attached.
  • the sensor element 1 according to the first embodiment is prepared by the sensor element manufacturing method according to the first embodiment described above. Furthermore, the lower protective film 3 of the obtained sensor element 1 is removed, and the sensor element 1 in which the uneven portion 12 is exposed is prepared. Subsequently, in the step of preparing the support 20 (S110), the above-described support 20 may be prepared by an arbitrary method.
  • the adhesive 18 and the underflow preventive agent 19 are applied in advance to predetermined regions in the built-in portion of the support 20, respectively.
  • the adhesive 18 is applied to a region located below the electrode pad 8 when the sensor element 1 is fixed, and the underflow preventive agent 19 is fixed to the sensor element 1 in the built-in portion of the support 20.
  • To the cavity structures 9 and 10 are applied to a region located upstream in the flow direction A of the fluid to be measured.
  • the application amount of the underflow preventive agent 19 is not pressed by the sensor element 1 when the sensor element 1 is assembled in the incorporating portion of the support 20 and protrudes to the first main surface 2A side of the sensor element 1.
  • the second main surface 2B is adjusted so as not to protrude into the cavity structures 9 and 10.
  • the sensor element 1 is assembled in the assembling part of the support 20.
  • the sensor element 1 is pressed against the support 20.
  • the adhesive 18 and the underflow preventive agent 19 applied in advance in the built-in portion of the support 20 are pressed by the uneven shape portion 12 of the sensor element 1 and are positioned between the sensor element 1 and the support 20. Expanded into the area.
  • the underflow preventive agent 19 moves through the gap formed between the sensor element 1 and the support 20 and is filled to the same height as the first main surface 2A of the sensor element 1.
  • the detection apparatus 100 according to Embodiment 2 can be obtained.
  • the detection device 100 uses the sensor element 1 according to Embodiment 1 as a flow rate detection element. Since the cavity structures 9 and 10 of the sensor element 1 are accurately formed with respect to the design dimensions, the sensor element 1 is added to the support 20 in the step of bonding the sensor element 1 and the support 20 (S120). The sensor element 1 is not damaged even if pressed. As a result, the detection apparatus 100 can have a high yield.
  • the concave-convex shape portion 12 is formed on the second main surface 2B, when the sensor element 1 is incorporated in the assembling portion of the support body 20, the second main surface 2B is interposed between the second main surface 2B and the support body 20. A void having a predetermined volume is formed. For this reason, since the adhesive 18 and the bottom flow preventive agent 19 enter the gap, the contact area between the second main surface 2B and the adhesive 18 and the bottom flow preventive agent 19 is increased. And the support 20 can be improved. Moreover, it can suppress that the adhesive agent 18 and the underflow preventive agent 19 protrude on the 1st main surface 2A and the cavity structures 9 and 10. FIG.
  • the lower protective film 3 formed on the concavo-convex shape portion 12 is removed in the method for manufacturing the sensor element 1 according to the first embodiment, but the present invention is not limited to this. Absent.
  • the support 20 may be bonded in a state where the lower protective film 3 is formed. Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the detection apparatus 100 which concerns on Embodiment 2. FIG.
  • the sensor element 1 according to the first embodiment is formed as a flow rate detection element
  • the detection device 100 according to the second embodiment is formed as a flow rate detection device, but is not limited thereto.
  • the sensor element 1 can be any sensor element having the cavity structures 9 and 10, and may be, for example, a pressure sensor or an ultrasonic sensor.
  • the detection device 100 can be any detection device including a sensor element having the cavity structures 9 and 10, and may be, for example, a pressure detection device or an ultrasonic detection device.
  • the step (S40) of forming the detection elements 4 and 5 is performed after the step (S20) of forming the concavo-convex shape portion 12, but is not limited thereto. It is not a thing. Referring to FIG. 17, the step (S40) of forming detection elements 4 and 5 may be performed before the step (S20) of forming uneven portion 12. Specifically, first, similarly to the method for manufacturing the sensor element according to the first embodiment, after performing the step (S10) of preparing the semiconductor substrate 2, the first main surface of the prepared semiconductor substrate 2 The step (S40) of forming the detection elements 4 and 5 on 2A may be performed.
  • Cavity structures 9 and 10 are formed by forming an opening pattern in the protective film (lower protective film 3) and etching the semiconductor substrate 2 exposed in the opening pattern using the lower protective film 3 as a mask.
  • Step (S50) may be performed. Even in this way, the sensor element 1 according to Embodiment 1 can be manufactured. Furthermore, since the thickness of the semiconductor substrate 2 is thick and difficult to crack in the step (S40), the defect occurrence rate due to cracking or the like can be reduced. Further, the scratch formed on the second main surface 2B in the step (S40) can be removed during the grinding in the step (S20).
  • the sensor element 1 according to Embodiment 3 will be described.
  • the uneven portion 12 is formed by a method such as grinding in the step (S20) of forming the uneven portion 12 of the manufacturing method of the sensor element 1 according to Embodiment 1, the second main surface of the sensor element 1 In 2B, a crushed layer 30 as shown in FIG. 18 may be formed.
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 is more than 100 ⁇ m, it is unlikely that insufficient strength in the semiconductor substrate 2 will be a serious problem even if the crushed layer 30 is formed.
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 is as small as 100 ⁇ m or less, the strength of the semiconductor substrate 2 may be insufficient due to the formation of the crushed layer 30.
  • the sensor element 1 according to the third embodiment basically includes the same configuration as that of the sensor element 1 according to the first embodiment, but differs in that the crushed layer 30 is not formed on the second main surface 10B. . Therefore, the sensor element 1 according to the third embodiment can achieve the same effects as the sensor element 1 according to the first embodiment, and has sufficient strength even when the thickness of the semiconductor substrate 2 is 100 ⁇ m or less. Have high pressure resistance.
  • the manufacturing method of the sensor element 1 according to the third embodiment basically has the same configuration as the manufacturing method of the sensor element 1 according to the first embodiment shown in FIG. It differs in that it includes a step (S60) of removing the crushed layer 30 formed on the second main surface 2B in the step (S20).
  • the step (S60) of removing the crushed layer 30 is performed after the step (S20) of forming the uneven portion 12 and before the step of forming the protective film (S30).
  • wet etching is performed on the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2.
  • the etching solution is an aqueous solution such as TMAH or KOH.
  • the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2 is immersed in a bath in which such an etching solution is heated. If it does in this way, the crushing layer 30 currently formed in the 2nd main surface 2B can be removed.
  • the manufacturing method of the sensor element according to the third embodiment the same effect as that of the manufacturing method of the sensor element 1 according to the first embodiment can be obtained, and the crushing layer 30 can be easily removed. It is possible to manufacture the sensor element 1 having high resistance at the time of pressurization.
  • the manufacturing method of sensor element 1 according to the third embodiment is basically the same as the modification of the manufacturing method of sensor element 1 according to the first embodiment shown in FIG. Even if it differs from this modification by the point provided with the process and the process (S60) of removing the crushing layer 30 formed in the 2nd main surface 2B in the process (S20) of forming the uneven
  • the uneven shape portion 12 is formed on the second main surface 2B of the semiconductor substrate 2 after the step (S40) of forming the detection elements 4 and 5 on the first main surface 2A of the semiconductor substrate 2.
  • the method is performed after the step (S20). Then, the step (S60) of removing the crushed layer 30 is performed before the step (S30). Even if it does in this way, there can exist an effect similar to the manufacturing method of the sensor element 1 which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. 1 the manufacturing method of the sensor element 1 in which the forming step (S20) and the step (S30) of forming the protective film (the lower protective film 3) on the concavo-convex shape portion 12 are performed.
  • the present invention is particularly advantageously applied to a sensor element having a cavity structure.
  • SYMBOLS 1 Sensor element 2 Semiconductor substrate, 2A 1st main surface, 2B 2nd main surface, 3 Lower protective film, 3B lower surface, 4 Intake temperature detection body (detection element), 5 Heat generating body (detection element), 6 , 7 Wiring pattern, 8 Electrode pad, 9, 10 Cavity structure, 12 Concavity and convexity part, 13 Upper protective film, 14 Support film, 15 Surface protective film, 16 Dicing line, 18 Adhesive, 19 Underflow preventive, 20 Support , 100 detection device.

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Abstract

　第１の主面（２Ａ）と、第１の主面（２Ａ）と反対側に位置する第２の主面（２Ｂ）とを有し、第２の主面（２Ｂ）側にキャビティ構造（９，１０）が形成されている半導体基材（２）と、キャビティ構造（９，１０）が形成されている領域において、第１の主面（２Ａ）側に形成されている検出素子とを備え、半導体基材（２）の第２の主面（２Ｂ）は凹凸形状部（１２）を含み、凹凸形状部（１２）の凸部先端は曲面形状を有している。

Description

センサ素子およびその製造方法ならびに検出装置およびその製造方法
　本発明は、半導体やＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＭＥＭＳと称す）技術に用いられるセンサ素子に関し、特に基板裏面からの異方性エッチングによってキャビティ構造が形成されるセンサ素子に関する。
　近年のセンサ素子は半導体やＭＥＭＳ技術を応用した微細加工や手法が取り入れられ、より繊細で複雑な構造を有する傾向にある。このセンサ素子のうち基材を部分的に除去して形成されたキャビティ（薄膜中空構造体）を有するセンサ素子として、例えば圧力センサ、超音波センサ、流量センサなどがある。
　例えば、流量センサは温度依存性の抵抗体がキャビティ構造の上部に形成されている。つまり、流量センサの検出部はキャビティ構造上に形成されている。具体的には、キャビティ構造の上部に発熱体と吸気温検出体とが形成されており、吸気温検出体で検出された温度よりも発熱体の温度が一定温度高くなるように制御された素子構造を用いて、発熱体が流体に放熱した熱量に相当する電圧を出力としている。
　このようなセンサ素子にキャビティ構造を形成する方法としては、たとえば半導体基板においてキャビティ構造を形成する領域上に開口部を有するマスク膜を用いてウエットエッチング処理を施す方法がある。
　たとえば、特開平１１－２９５１２７号公報には、基材の裏側表面と表側表面とに基材保護膜が形成されている側流量検出素子が記載されている。これにより、エッチングを施す方の表面とは反対側の表面に形成されたピンホールやピットにより、キャビティ構造を有するダイアフラム部の形状の乱れを抑制可能であることが記載されている。
　特開２０１３－１６０７０６号公報には、シリコンウエハの裏面に熱酸化膜に加えて裏面保護膜が形成された状態で、ＫＯＨ（水酸化カリウム）、ＴＭＡＨ（テトラ・メチル・アンモニウム・ハイドロオキサイド：以下ＴＭＡＨと称す）薬液によるウエットエッチングによって配線や回路などのウエハ表面上直下にキャビティ構造が設けられた流量検出装置が記載されている。
　また、特開２０１２－９８０７２号公報には、センサ素子が配置される組み込み部と対向する面にテクスチャ状の凹凸が形成されている流量検出装置が記載されている。凹凸が形成されていることにより、センサ素子と支持体とを接着する接着剤のつきまわりを向上し、かつ、底流防止剤のしみ出しを抑止することができることが記載されている。
　また、特表２０１３－５１８４２５号公報には、結晶シリコン基板に異方性エッチング処理を施した後、等方性エッチング処理を施すステップを含む光起電セルの製造方法が記載されている。
特開平１１－２９５１２７号公報 特開２０１３－１６０７０６号公報 特開２０１２－９８０７２号公報 特表２０１３－５１８４２５号公報
　しかしながら、従来のセンサ素子では、シリコン屑などの異物により保護膜に線状の傷や圧痕が生じることがあった。この場合にはその後のウエットエッチング工程において当該傷や圧痕からエッチャントが侵入して、矩形のエッチング痕（ピット）が生じたり、基材が異常にエッチングされることにより設計寸法よりもキャビティの空洞部が拡がってキャビティの形状にばらつきが生じることがあった。この結果、センサ素子が支持体に組み付けられた際など加圧されたときに、局所的な応力集中が生じて破壊に至る場合があった。また、センサ素子が圧力センサ等である場合には、使用状態において加圧されることによりセンサ素子の信頼性が低下することがあった。
　また、特開２０１２－９８０７２号公報および特表２０１３－５１８４２５号公報に記載のテクスチャ状の凹凸は、シリコンの（１００）面と（１１１）面との間でのエッチングレートの違いから、エッチングレートの遅い（１１１）面が析出することにより形成される。このような凹凸は、凸部が鋭利であるため欠けやすく、ピットが生じやすいという問題があった。
　また、特表２０１３－５１８４２５号公報に記載の製造方法であっても、そのテクスチャ構造の凹凸には（１１１）面が表出している部分がある。そのため、このような凹凸を備える半導体基板は、当該凹凸に異物などが噛み込んだ状態で加圧されると（１１１）面に沿って割れやすく、このような凹凸が形成された半導体基板を備えるセンサ素子は加圧耐性が十分でないという問題があった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものである。本発明の主たる目的は、ピットの形成またはキャビティの形状のばらつきを抑制することができ、加圧時において高い耐性を有するセンサ素子およびその製造方法ならびに検出装置およびその製造方法を提供することにある。
　本発明に係るセンサ素子は、第１の主面と、第１の主面と反対側に位置する第２の主面とを有し、第２の主面側にキャビティ構造が形成されている半導体基材と、キャビティ構造が形成されている領域において、第１の主面側に形成されている検出素子とを備え、半導体基材の第２の主面は凹凸形状部を含み、凹凸形状部の凸部先端は曲面状の形状を有している。
　本発明に係るセンサ素子の製造方法は、第１の主面と、第１の主面と反対側に位置する第２の主面とを有する半導体基板を準備する工程と、半導体基板の第２の主面に凹凸形状部を形成する工程と、凹凸形状部上に保護膜を形成する工程と、保護膜に開口パターンを形成し、保護膜をマスクとして用いて開口パターン内に表出している半導体基板をエッチングすることにより、キャビティ構造を形成する工程と、キャビティ構造が形成される領域において、第１の主面側に検出素子を形成する工程とを備え、凹凸形状部を形成する工程では、凹凸形状部の凸部先端が曲面形状を有するように凹凸形状部が形成される。
　本発明によれば、ピットの形成またはキャビティの形状のばらつきを抑制することができ、加圧時において高い耐性を有するセンサ素子およびその製造方法ならびに検出装置およびその製造方法を提供することができる。
実施の形態１に係るセンサ素子を説明するための上面図である。 図１中の線分ＩＩ－ＩＩから見た断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の凹凸形状部を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法のフローチャートである。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 図１０中の矢印ＸＩから見た平面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の作用効果を説明するための断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の作用効果を説明するための断面図である。 実施の形態２に係る検出装置を説明するための上面図である。 図１５中線分ＸＶＩ－ＸＶＩから見た断面図である。 実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法の変形例のフローチャートである。 実施の形態３に係るセンサ素子の製造方法における凹凸形状部を形成する工程後であって破砕層を除去する工程前の半導体基板の第２の主面の部分断面図である。 実施の形態３に係るセンサ素子の製造方法のフローチャートである。 実施の形態３に係るセンサ素子の製造方法の変形例のフローチャートである。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　（実施の形態１）
　図１～図３を参照して、実施の形態１に係るセンサ素子１について説明する。実施の形態１に係るセンサ素子１は、たとえば流量検出装置に用いられる流量検出素子である。センサ素子１は、第１の主面２Ａおよび第１の主面２Ａと反対側に位置する第２の主面２Ｂとを有する半導体基材２を備える。第１の主面２Ａは、センサ素子１の検出対象である流体の経路に面する面であり、流体と接触する面である。
　半導体基材２には、第２の主面２Ｂ側にキャビティ構造９，１０が形成されている。キャビティ構造９，１０は、第２の主面２Ｂから第１の主面２Ａまで達するとともに、半導体基材２がいわゆる逆テーパー状となるように設けられている。言い換えると、半導体基材２において、第１の主面２Ａは第２の主面２Ｂよりも広い領域に渡って形成されている。半導体基材２の厚みは、任意の大きさとすればよいが、たとえば０．５ｍｍである。半導体基材２を構成する材料は、任意の半導体材料とすることができるが、たとえば珪素（Ｓｉ)である。
　半導体基材２の第２の主面２Ｂ上には全面に渡って凹凸形状部１２が形成されており、凹凸形状部１２の全領域上には下部保護膜３が形成されている。このとき、凹凸形状部１２が形成されていることにより第２の主面２Ｂは所定の表面粗さを有している。第２の主面２Ｂの十点平均粗さＲｚ（旧ＪＩＳ２００１）は下部保護膜３の膜厚と比べて大きくなるように、凹凸形状部１２および下部保護膜３が形成されている。なお、第１の主面２Ａの十点平均粗さＲｚは第２の主面のそれと比べて小さく、第１の主面２Ａはたとえばミラー面である。
　半導体基材２の第２の主面２Ｂの十点平均粗さＲｚは、０．０５μｍ以上であり、好ましくは１．００μｍ以上である。また、第２の主面２Ｂの算術平均粗さＲａは、たとえば０．０１μｍ以上であり、好ましくは０．２５μｍ以上である。エッチピットの形成を抑制する観点では、第２の主面２Ｂの十点平均粗さＲｚは大きい方が好ましい。なお、一般に当該粗さＲｚを大きくし過ぎると、半導体基材２の強度低下を招いて割れ等の発生が懸念されることから、発生頻度の高い異物の外径よりも大きい値を当該粗さＲｚの上限値としてもよい。たとえば、外径が５．００μｍ以下程度の異物の発生頻度が多い場合には、当該粗さＲｚの上限値を５．００μｍとしてもよい。このような数値範囲内に当該粗さＲｚを制限すれば、半導体基材２の強度低下を抑制しながら、エッチピット形成を十分に抑制することができる。
　凹凸形状部１２の凸部先端は丸みを帯びている。異なる観点から言えば、凹凸形状部１２の形状は錐体ではない。凹凸形状部１２は、たとえば半導体基材２において頂点から放射状に延びるように形成されている複数の面が互いに交差するように形成されている四角錐ではない。凹凸形状部１２の凸状端部は、たとえば半球状に形成されている。
　下部保護膜３の膜厚は、たとえば０．２５μｍ以上１．５０μｍ以下であり、好ましくは０．５０μｍ以上１．００μｍ以下である。下部保護膜３を構成する材料は、たとえば二酸化珪素（ＳｉＯ２）である。この場合、下部保護膜３は、たとえば半導体基材２を構成する材料をＳｉとして熱酸化により形成することができる。なお、下部保護膜３は、凹凸形状部１２上に均一な膜厚を有するように形成されている必要はない。第２の主面２Ｂの十点平均粗さＲｚと下部保護膜３の膜厚とが上記関係式を満足する限りにおいて、下部保護膜３の膜厚はばらつきを有していてもよい。
　センサ素子１の第１の主面２Ａ側には、第１の主面２Ａ上からキャビティ構造９，１０の開口部を覆うように、上部保護膜１３および支持膜１４が形成されている。上部保護膜１３を構成する材料は、電気絶縁性を有する任意の材料とすることができるが、たとえばＳｉＯ２である。上部保護膜１３は、たとえば下部保護膜３と同時に形成されることができる。支持膜１４を構成する材料は、電気絶縁性を有するとともに検出素子４，５を支持可能な任意の材料とすることができるが、たとえば窒化シリコン（ＳｉＮ）、ＳｉＯ２など等である。
　センサ素子１において、キャビティ構造９，１０が形成されている領域の第１の主面２Ａ側には検出素子４，５が形成されている。検出素子４はたとえば吸気温度検出体４であり、検出素子５はたとえば発熱体５である。
　吸気温度検出体４はキャビティ構造９が形成されている領域に形成されている上部保護膜１３上に、発熱体５はキャビティ構造１０が形成されている領域に形成されている上部保護膜１３上に、それぞれ形成されている。吸気温度検出体４と発熱体５とは、それぞれ配線パターン６，７を介して電極パッド８と電気的に接続されている。電極パッド８は複数形成されており、吸気温度検出体４と配線パターン６を介して電気的に接続されている電極パッド８と発熱体５と配線パターン７を介して電気的に接続されている電極パッド８とは互いに電気的に絶縁されている。配線パターン６，７および電極パッド８は支持膜１４上に形成されている。
　吸気温度検出体４および発熱体５は、支持膜１４上を蛇行するように形成されている。これにより、吸気温度検出体４および発熱体５と検出対象である流体との接触面積を広くとることができる。
　吸気温度検出体４と発熱体５との位置関係は、任意の位置関係とすることができるが、たとえばセンサ素子１を流量検出装置として構成したときに、検出対象となる流体が流れる方向Ａ（図１５参照）に対して並列に配置されていてもよい。また、吸気温度検出体４と発熱体５とは、流体の流通方向Ａに対して直列に配置されていてもよい。
　吸気温度検出体４の第１の主面２Ａ上における平面寸法（以下、単に平面寸法という）は、吸気温度検出体４と検出対象とする流体との接触面積が十分に得られる限りにおいて、任意の大きさとすることができるが、たとえば検出対象となる流体が流れる方向Ａに平行方向の寸法が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、方向Ａに交差する方向の寸法が０．２ｍｍ以上０．６ｍｍ以下である。
　発熱体５の平面寸法は、検出対象とする流体に対して十分な熱量を与えることができる限りにおいて、任意の寸法とすることができるが、たとえば検出対象となる流体が流れる方向Ａに平行方向の寸法が０．３ｍｍ以上０．８ｍｍ以下であり、方向Ａに交差する方向の寸法が０．８ｍｍ以上１．８ｍｍ以下である。吸気温度検出体４の平面寸法は、たとえば発熱体５の平面寸法と比べて小さくなるように設けられている。吸気温度検出体４の平面寸法は、たとえば発熱体５の平面寸法と比べて小さくなるように設けられている。
　キャビティ構造９の寸法は、吸気温度検出体４の第１の主面２Ａ上における平面寸法よりも大きくなるように形成されており、たとえば検出対象となる流体が流れる方向Ａに平行方向および方向Ａに交差する方向のそれぞれにおいて吸気温度検出体４よりも０．７ｍｍ以上大きく設けられている。
　また、キャビティ構造１０の寸法は、発熱体５の第１の主面２Ａにおける平面寸法よりも大きくなるように形成されており、たとえば検出対象となる流体が流れる方向Ａに平行方向および方向Ａに交差する方向のそれぞれにおいて発熱体５よりも０．７ｍｍ以上大きく設けられている。
　吸気温度検出体４と発熱体５とは、それぞれ任意の構成材料を用いて任意の構造として形成されていればよいが、たとえばいずれも白金（Ｐｔ）などの金属の薄膜からなる感熱抵抗体（測温抵抗体）として形成されていてもよい。吸気温度検出体４や発熱体５の膜厚は、たとえば１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。
　センサ素子１において上部保護膜１３および支持膜１４上には、吸気温度検出体４、発熱体５、配線パターン６，７を覆うように表面保護膜１５が形成されている。表面保護膜１５を構成する材料は、電気的絶縁性を有する任意の材料とすることができるが、たとえばＳｉＮやＳｉＯ２とすることができる。
　次に、図４～図１２を参照して、実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法について説明する。センサ素子１の製造方法は、第１の主面２Ａと、第１の主面２Ａと反対側に位置する第２の主面２Ｂとを有する半導体基材２を準備する工程（Ｓ１０）と、半導体基材２の第２の主面２Ｂに凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）と、凹凸形状部１２上に保護膜（下部保護膜３）を形成する工程（Ｓ３０）と、キャビティ構造９，１０が形成される領域において、第１の主面２Ａ側に検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）と、保護膜（下部保護膜３）に開口パターンを形成し、下部保護膜３をマスクとして用いて開口パターン内に表出している半導体基材２をエッチングすることにより、キャビティ構造９，１０を形成する工程（Ｓ５０）とを備える。
　まず、図５を参照して、第１の主面２Ａと、第１の主面２Ａと反対側に位置する第２の主面２Ｂとを有する半導体基材２を準備する（工程（Ｓ１０））。半導体基材２は、少なくとも第１の主面２Ａがミラー研磨されている任意の半導体材料からなる基板として準備され得るが、たとえば第１の主面２Ａおよび第２の主面２Ｂがミラー研磨されたシリコン基板とすればよい。半導体基材２は、たとえばウエハ厚が６２５μｍである。
　次に、図６を参照して、半導体基材２の第２の主面２Ｂに凹凸形状部１２を形成する（工程（Ｓ２０））。第２の主面２Ｂに凹凸形状部１２を形成する方法は、凹凸形状部１２の凸状端部が丸みを帯びており、かつ第２の主面２Ｂの十点平均粗さＲｚが後の工程（Ｓ３０）において形成する下部保護膜３の膜厚と比べて大きくなるように形成することができる限りにおいて、任意の方法を採用することができる。たとえば、第２の主面２Ｂを研削して粗面化することにより、凹凸形状部１２を形成することができる。研削は、たとえば粒度が１００以上２０００以下の砥石を用いて実施することができる。この結果、凹凸形状部１２の十点平均粗さＲｚが０．０６μｍ以上５．０μｍ以下とすることができる。
　次に、凹凸形状部１２上に、下部保護膜３を形成する（工程（Ｓ３０））。具体的には、図７を参照して、第２の主面２Ｂの全面上に下部保護膜３を形成する。下部保護膜３を形成する方法には、スパッタリングやＣＶＤ（ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の任意の成膜方法を採用することができるが、たとえばＳｉからなる半導体基材２を熱酸化処理することにより、熱酸化膜（ＳｉＯ２）として下部保護膜３を形成することができる。具体的には、たとえば酸素含有雰囲気中において処理温度８００℃以上１１００℃以下で所定の時間加熱処理することにより、半導体基材２の第１の主面２Ａ上および第２の主面２Ｂ上に膜厚が１μｍ以下の熱酸化膜を同時に形成することができる。このとき、第１の主面２Ａ上に形成された熱酸化膜が上部保護膜１３に該当し、第２の主面２Ｂ上に形成された熱酸化膜が下部保護膜３に該当する。つまり、上部保護膜１３と下部保護膜３とは、半導体基材２を熱酸化処理することにより同時に形成することができる。
　次に、図８を参照して、キャビティ構造９，１０が形成される領域において、第１の主面２Ａ側に検出素子４，５を形成する（工程（Ｓ４０））。具体的には、第１の主面２Ａ上に形成されている上部保護膜１３上に、支持膜１４、吸気温度検出体４、発熱体５、配線パターン６，７、電極パッド８および表面保護膜１５を形成する。
　支持膜１４を成膜する方法には、たとえば反応性スパッタリング法やＣＶＤ法などを採用することができる。反応性スパッタリングの成膜条件は、支持膜１４の構成に応じて任意に選択することができるが、たとえばターゲット材にＳｉを用いて窒素ガス雰囲気中でスパッタリングを行うことによりＳｉＮからなる支持膜１４を形成することができる。この場合、ターゲット材にＳｉＮを用いる場合と比べて成膜速度を速めることができる。ＣＶＤ法により成膜する場合には、常圧ＣＶＤ、減圧ＣＶＤ、プラズマＣＶＤなどを用いて成膜温度を３００℃以上４００℃以下とすることにより、支持膜１４を成膜することができる。支持膜１４をたとえばＳｉＮなどの窒化膜とする場合には、原料ガスとしてたとえばモノシラン、ジシランなどの他、アンモニアガスが用いられる。また、支持膜１４をたとえばＳｉＯ２などの酸化膜とする場合には、原料ガスとしてたとえばモノシラン、ジシランなどの他、亜酸化窒素や酸素ガスなどが用いられる。ＳｉＯ２からなる支持膜１４を設ける方法としては、ＴＥＯＳ－ＣＶＤ法を採用できる。なお、ＣＶＤ法はスパッタリング法と比べて段差被覆性に優れ応力制御性も良いため、支持膜１４や表面保護膜１５の形成にＣＶＤ法を用いることにより、緻密で薄い膜を形成することができる。
　吸気温度検出体４、発熱体５、配線パターン６，７および電極パッド８はそれぞれ任意の方法で形成され得る。たとえば蒸着法やスパッタリング法により成膜され、また写真製版により形成されたマスクパターンを用いてドライエッチングまたはウエットエッチング法によりパターニングされる。このようにして、センサ素子１に所定の電流路パターンが形成される。
　次に、図９を参照して、下部保護膜３に対し、キャビティ構造９，１０が形成されるべき領域に開口パターンを形成する。キャビティ構造９が形成されるべき領域は吸気温度検出体４が形成されるべき領域であり、キャビティ構造１０が形成されるべき領域は発熱体５が形成されるべき領域である。下部保護膜３に開口パターンを形成する方法は、任意の方法を採ることができるが、たとえばフォトリソグラフィ法やドライエッチング法を採用することができる。具体的には、下部保護膜３上に、キャビティ構造９，１０が形成されるべき領域にフォトリソグラフィ法により開口パターンを有するマスクパターン（図示しない）を形成し、当該マスクパターンを用いて下部保護膜３をドライエッチングすることによりキャビティ構造９，１０が形成されるべき領域に開口パターンを有する下部保護膜３を形成してもよい。
　次に、図１０を参照して、下部保護膜３をマスクとして用いて第２の主面２Ｂ側から半導体基材２を部分的にエッチングすることにより、キャビティ構造９，１０を形成する（工程（Ｓ５０））。先の工程（Ｓ４０）において形成された下部保護膜３はキャビティ構造９，１０が形成されるべき領域に開口パターンを有するため、これをマスクとして半導体基材２をエッチングすることにより、キャビティ構造９，１０が形成されるべき領域にそれぞれキャビティ構造９，１０を形成することができる。キャビティ構造９，１０を形成する方法は任意の方法を採用することができるが、たとえばＴＭＡＨやＫＯＨなどによるウエットエッチング法である。具体的には、ＴＭＡＨやＫＯＨなどを加温した浴槽に半導体基材２を浸漬させることにより、第２の主面２Ｂから第１の主面２Ａまで達するキャビティ構造９，１０を形成することができる。キャビティ構造９，１０の内部には上部保護膜１３が表出しており、当該上部保護膜１３上には吸気温度検出体４や発熱体５が形成されている。異なる観点から言えば、第１の主面２Ａ側において、キャビティ構造９，１０は上部保護膜１３により塞がれている。このようにして、半導体基材２には複数のセンサ素子１が形成されている。
　次に、図１２を参照して、半導体基材２に形成されている複数のセンサ素子１を個片化する。センサ素子１を個片化する方法は任意の方法を採用することができるが、たとえばブレードダイシング法とすることができる。ダイシングライン１６は、たとえばキャビティ構造９，１０は形成されていない領域に設けられている。以上のようにして、実施の形態１に係るセンサ素子１を得ることができる。
　次に、実施の形態１に係るセンサ素子１の作用効果について説明する。センサ素子１における半導体基材２の第２の主面２Ｂは凹凸形状部１２を含み、凹凸形状部１２の凸部先端は曲面形状を有している。これにより、図１３（ａ）および（ｂ）を参照して、凹凸形状部１２が形成されていないセンサ素子と比べて、下部保護膜３に線状に延びる傷Ｓが入ることを抑制することができる。
　具体的には、センサ素子１において検出素子４，５の反対側に位置する第２の主面２Ｂは、センサ素子１の製造プロセスにおいて各種製造装置のステージなどと接触する機会が多い。このとき、図１３（ｂ）に示すような凹凸形状部１２が形成されていない従来のセンサ素子では、保護膜の膜厚以上の大きさの異物Ｆ（図３参照）が当該ステージと第２の主面２Ｂとの間に介在した状態で半導体基板が取り扱われることにより、下部保護膜３には線上の傷Ｓが形成される場合がある（図１４（ａ）参照）。このようにして工程（Ｓ５０）までに下部保護膜３に形成された線上の傷Ｓは工程（Ｓ５０）においてエッチャント侵入経路となるため、下部保護膜３に傷Ｓが形成された領域には大きなピットＰが形成される。図１４（ｂ）を参照して、特にキャビティ構造９，１０が形成されるべき領域に隣接した領域上に傷Ｓが形成された場合には、キャビティ構造９，１０の寸法はその設計寸法よりも大きくなり、キャビティ構造９，１０の形状はその設計形状２１と乖離した形状となる。たとえば、図１４（ａ）を参照して、キャビティ構造９が形成されるべき領域１７と隣接する領域に傷Ｓが形成されている場合には、傷Ｓにおいて領域１７との距離が最も長くなる位置にまでキャビティ構造９が延びるように形成され得る。これにより、たとえばキャビティ構造９が方形状であって一辺の設計寸法がＬ１であるときに、傷Ｓが当該一辺と交差する他の一辺に隣接し、かつ当該一辺が延びる方向に沿った方向において距離Ｌ２－Ｌ１だけ延びるように形成されている場合には、キャビティ構造９の当該一辺の長さはＬ１よりも距離Ｌ２-Ｌ１だけ延びてＬ２となる。この結果、凹凸形状部１２が形成されていない従来のセンサ素子は加圧に対して脆弱となり、当該従来のセンサ素子は支持体に組み付けられる際などに局所的な応力集中が起こり破損することがあった。
　これに対し、実施の形態１に係るセンサ素子１は、第２の主面２Ｂに凹凸形状部１２が形成されているため、上述した凹凸形状部１２が形成されていない従来のセンサ素子と比べて傷Ｓを細かく分断させることができる。この結果、各傷Ｓからエッチャントが侵入して形成されるピットＰを小型化することができ、仮にキャビティ構造９，１０が形成されるべき領域に隣接して傷Ｓが形成されている場合でも、キャビティ構造９，１０の形状の乱れを大幅に低減することができる。この結果、センサ素子１は加圧された場合にも応力集中が緩和されて破損が生じにくい。
　さらに、図１３（ｃ）に示す凹凸形状部が中心を有する錐体形状として形成されている従来のセンサ素子は、上述した図１３（ｂ）に示す従来のセンサ素子と比べると傷Ｓを細かく分断させることができピットＰの大型化を抑制することができるが、製造プロセスにおいて第２の主面２Ｂが各種製造装置のステージなどと接触する際に凹凸形状部の凸部先端が欠けやすく、このように欠けた凸部先端片が新たな異物として下部保護膜３に傷Ｓを生じさせる場合がある。その結果、下部保護膜３に生じる傷Ｓを十分に低減してキャビティ構造９，１０の変形を十分に抑制することが困難であり、上述した従来のセンサ素子と同様に加圧に対して脆弱な場合があった。
　これに対し、実施の形態１に係るセンサ素子１は、凹凸形状部１２の凸部先端が曲面状に形成されているため、当該凸部先端の欠けを抑制することができ、下部保護膜３に生じる傷Ｓを十分に低減することができる。その結果、センサ素子１のキャビティ構造９，１０の変形を十分に抑制することができ、加圧時にも応力集中が緩和されて破損が生じにくい。
　また、図１３（ａ）に示すように、実施の形態１に係るセンサ素子１は、凹凸形状部１２の十点平均粗さＲｚは下部保護膜３の膜厚以上である。これにより、凹凸形状部１２は下部保護膜３により完全に平坦化されることがなく、下部保護膜３の下面３Ｂは凹凸形状部１２が形成されている第２の主面２Ｂの凹凸形状にある程度引き継いだ凹凸形状を有している。
　そのため、製造プロセスにおいて第２の主面２Ｂと各種製造装置のステージなどとの間に下部保護膜３の膜厚と凹凸形状部１２の十点平均荒さＲｚとの和に相当する大きさ以下程度の外径Ｒ（図３参照）を有する異物Ｆが介在した場合であっても、下面３Ｂおよび第２の主面２Ｂには上記十点平均粗さＲｚに起因した凹凸が形成されているため、異物Ｆとセンサ素子１とが相対的に移動することなどにより下部保護膜３を貫通する傷Ｓが線状に延びるように生じることを抑制することができる。その結果、センサ素子１では異物Ｆにより下部保護膜３に加えられる傷Ｓが従来のセンサ素子のように広範囲に形成されることが抑制されている。
　実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法によれば、半導体基材２の第２の主面２Ｂに凹凸形状部１２を形成する工程において、凹凸形状部１２の凸部先端が曲面形状を有するように凹凸形状部１２が形成される。このため、上述のように、下部保護膜３に線状に延びる傷Ｓが入ることを抑制することができるため、キャビティ構造９，１０の形状の乱れを大幅に低減することができる。その結果、得られたセンサ素子１は加圧された場合にも応力集中が緩和されて破損が生じにくい。
　また、凹凸形状部１２を形成する工程と下部保護膜３を形成する工程とにおいて、凹凸形状部１２と下部保護膜３とは、凹凸形状部１２の十点平均粗さが前記保護膜の膜厚以上となるように形成される。このため、上述のように、センサ素子１を支持体に固定して流量検出装置を組み立てる際に、センサ素子１と支持体とを接続固定させる接着剤とセンサ素子１との接触面積を広く稼ぐことができ、かつ接着剤に対しアンカー効果を奏することができるため、センサ素子１と支持体との密着性を高めることができる。
　また、凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）では、研削により凹凸形状部１２が形成されるため、たとえば抑制したい傷のサイズに応じて研削砥石の砥粒の粒度を変えることにより、センサ素子１のキャビティ構造９，１０の変形を効果的に抑制することができる。具体的には、粒度が大きい研削砥石を用いることにより凹凸形状部１２の十点平均粗さＲｚを大きくすることができ、当該凹凸形状部１２上に形成されかつこの十点平均粗さＲｚよりも薄い膜厚を有する下部保護膜３上に傷Ｓが延びる距離を抑制することができる。
　また、半導体基材２の第２の主面２Ｂを粗研磨(ラッピング)のみで所望の凹凸形状部１２を形成することができることから、テクスチャ構造化や鏡面加工工程を削減することができる。さらに、研磨剤(砥粒)の使用量を低減し、環境的負荷の高い砥粒の使用量を抑えることができる。その結果、実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法によれば、従来のセンサ素子の製造方法と比べて製造コストを低減することができる。
　また、検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）は凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）の後に実施されるが、工程（Ｓ２０）において凹凸形状部１２の凸部先端が曲面状に形成されており、かつ工程（Ｓ２０）と工程（Ｓ４０）との間に下部保護膜３を形成する工程（Ｓ３０）を有している。そのため、キャビティ構造９，１０を形成する工程（Ｓ５０）までに凹凸形状部１２の凸部先端に欠けが生じたり、下部保護膜３に傷Ｓが生じることを十分に抑制することができる。
　また、工程（Ｓ３０）において下部保護膜３と同時に上部保護膜１３を形成することにより、上部保護膜１３はセンサ素子１の支持膜の一部として構成されるため、支持膜１４の形成工程を短縮することができる。
　実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法において、凹凸形状部１２は粒度が大きい研削砥石を用いて第２の主面２Ｂを研削して粗面化する（粗研磨する）ことにより形成されているが、これに限られるものではない。凹凸形状部１２は、たとえば当該粗研磨後にさらに粒度の小さい研削砥石を用いて粗面化された第２の主面２Ｂを研削することにより、形成されてもよい。この場合、粗研磨のみにより凹凸形状部１２を形成する場合と比べて、半導体基材２の厚みのばらつきを低減することができる。特に厚みの薄い半導体基材２を用いる場合には半導体基材２自体の抗折強度が低下するが、粒度の小さい研削砥石を用いた研削やポリッシングを行うことで半導体基材２自体の抗折強度を高めることができる。
　実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法において、凹凸形状部１２は第２の主面２Ｂを研削することにより形成されているが、これに限られるものではない。たとえば、凹凸形状部１２は、イオンミリングにより形成されてもよい。具体的には、たとえばアルゴン（Ａｒ）プラズマを用いて半導体基材２の第２の主面２Ｂの全面をスパッタリングすることにより、凹凸形状部１２が形成されてもよい。このようにしても、上述した実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法と同様の効果を奏することができる。また、環境負荷の高い研磨剤（砥粒）を使用せずに、凹凸形状部１２を形成することができる。
　また、たとえばサンドブラストにより、凹凸形状部１２が形成されてもよい。このようにしても、上述した実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法と同様の効果を奏することができ、かつ環境負荷の高い研磨剤（砥粒）を使用せずに凹凸形状部１２を形成することができる。
　なお、実施の形態１に係るセンサ素子１において、凹凸形状部１２は第２の主面２Ｂの全面にわたって形成されているが、これに限られるものではない。凹凸形状部１２は、たとえばキャビティ構造９，１０が形成されるべき領域以外の半導体基材２が残されるべき領域上に位置する第２の主面２Ｂにのみ形成されていてもよい。このようにしても、実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法と同様の効果を奏することができる。
　実施の形態１に係るセンサ素子１には凹凸形状部１２上に下部保護膜３が形成されているが、下部保護膜３はキャビティ構造９，１０を形成する工程（Ｓ５０）の後に除去してもよい。具体的には、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）などに半導体基材２の第２の主面２Ｂ側を浸漬することにより、下部保護膜３をウエットエッチングにより除去してもよい。この結果、キャビティ構造９，１０を有するとともに凹凸形状部１２が表出しているセンサ素子１を形成することができる。
　（実施の形態２）
　次に、図１５および図１６を参照して、実施の形態２に係る検出装置１００について説明する。検出装置１００は、実施の形態１に係るセンサ素子１であって、下部保護膜３が除去されて凹凸形状部１２が表出しているセンサ素子１が支持体２０に固定されて構成されている。支持体２０は、センサ素子１が配置・組込まれる組込み部を有しており、当該組み込み部はセンサ素子１を収容可能に設けられている。支持体２０は、被計測流体が流通する管路上に設置されている。センサ素子１は、支持体２０の組込み部内に固定されている。センサ素子１と支持体２０とは、たとえば電極パッド８が形成されている領域の下方に位置する凹凸形状部１２と支持体２０とが接着剤１８により接着されていることにより固定されている。キャビティ構造９，１０に対して被計測流体の流通方向Ａの上流側に位置しセンサ素子１と支持体２０とが対向する領域には、底流防止剤１９が充填されている。
　接着剤１８を構成する材料はセンサ素子１と支持体２０とを接着可能な任意の接着剤とすることができるが、好ましくは熱硬化型の接着剤である。底流防止剤１９を構成する材料は、センサ素子１と支持体２０との間を充填可能な任意の材料とすることができるが、たとえば常温硬化型の接着剤である。
　実施の形態２に係る検出装置１００の製造方法は、実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法によりセンサ素子１を準備する工程（Ｓ１００）と、センサ素子１を取り付け可能に設けられている支持体２０を準備する工程（Ｓ１１０）と、凹凸形状部１２を接着面としてセンサ素子１と支持体２０とを接着する工程（Ｓ１２０）とを備える。
　センサ素子１を準備する工程（Ｓ１００）では、上述した実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法により実施の形態１に係るセンサ素子１を準備する。さらに、得られたセンサ素子１の下部保護膜３を除去し、凹凸形状部１２が表出しているセンサ素子１を準備する。続いて、支持体２０を準備する工程（Ｓ１１０）では、上述した支持体２０を任意の方法により準備すればよい。
　センサ素子１と支持体２０とを接着する工程（Ｓ１２０）では、まず、接着剤１８と底流防止剤１９とをそれぞれ支持体２０の組み込み部内の所定の領域にあらかじめ塗布しておく。具体的には、支持体２０の組み込み部内において、接着剤１８はセンサ素子１を固定したときに電極パッド８の下方に位置する領域に塗布され、底流防止剤１９はセンサ素子１を固定したときにキャビティ構造９，１０に対して被計測流体の流通方向Ａの上流側に位置する領域に塗布される。このとき、底流防止剤１９の塗布量は、センサ素子１を支持体２０の組み込み部内に組み込んだときにセンサ素子１によって押圧されてセンサ素子１の第１の主面２Ａ側にはみ出すことがなく、また第２の主面２Ｂ側においてはキャビティ構造９，１０内にはみ出すことがないように調整されている。
　次に、センサ素子１を支持体２０の組込み部内に組込む。このとき、センサ素子１は支持体２０に対して押圧される。このとき、支持体２０の組込み部内に予め塗布されていた接着剤１８と底流防止剤１９は、センサ素子１の凹凸形状部１２によって押圧されてセンサ素子１と支持体２０との間に位置する領域に押し拡げられる。これにより、底流防止剤１９はセンサ素子１と支持体２０との間に生じている隙間を移動し、センサ素子１の第１の主面２Ａと同じ高さまで充填される。このようにして、実施の形態２に係る検出装置１００を得ることができる。
　次に、実施の形態に２に係る検出装置１００およびその製造方法の作用効果について説明する。検出装置１００は、流量検出素子として実施の形態１に係るセンサ素子１を用いている。センサ素子１のキャビティ構造９，１０は設計寸法に対して精度よく形成されているため、センサ素子１と支持体２０とを接着する工程（Ｓ１２０）においてセンサ素子１を支持体２０に対して加圧してもセンサ素子１は破損しない。その結果、検出装置１００は高い歩留まりを有することができる。
　さらに、第２の主面２Ｂには凹凸形状部１２が形成されているため、センサ素子１を支持体２０の組み込み部内に組み込んだときに第２の主面２Ｂと支持体２０との間には所定の体積を有する空隙が形成される。このため、当該空隙に接着剤１８および底流防止剤１９が入り込むことにより、第２の主面２Ｂと接着剤１８および底流防止剤１９との接触面積が大きくなることから、アンカー効果によってセンサ素子１と支持体２０との密着性を向上することができる。また、接着剤１８や底流防止剤１９が第１の主面２Ａ上やキャビティ構造９，１０内にまではみ出すことを抑制することができる。
　実施の形態２に係る検出装置１００において、実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法において凹凸形状部１２上に形成される下部保護膜３は除去されているが、これに限られるものではない。たとえば、下部保護膜３が形成されている状態で、支持体２０と接着されていてもよい。このようにしても、実施の形態２に係る検出装置１００と同様の効果を奏することができる。
　また、実施の形態１に係るセンサ素子１は流量検出素子として形成されており、実施の形態２に係る検出装置１００は流量検出装置として形成されているが、これに限られるものではない。センサ素子１は、キャビティ構造９，１０を有する任意のセンサ素子とすることができ、たとえば圧力センサや超音波センサであってもよい。つまり、検出装置１００は、キャビティ構造９，１０を有するセンサ素子を備える任意の検出装置とすることができ、たとえば圧力検出装置や超音波検出装置であってもよい。
　また、実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法において、検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）は凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）の後に実施されるが、これに限られるものではない。図１７を参照して、検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）は凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）の前に実施されてもよい。具体的には、まず、実施の形態１に係るセンサ素子の製造方法と同様に、半導体基材２を準備する工程（Ｓ１０）を実施した後、準備した半導体基材２の第１の主面２Ａ上に検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）を実施してもよい。その後、半導体基材２の第２の主面２Ｂ上に凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）と、凹凸形状部１２上に保護膜（下部保護膜３）を形成する工程（Ｓ３０）と、保護膜（下部保護膜３）に開口パターンを形成し、下部保護膜３をマスクとして用いて開口パターン内に表出している半導体基材２をエッチングすることにより、キャビティ構造９，１０を形成する工程（Ｓ５０）とを実施してもよい。このようにしても、実施の形態１に係るセンサ素子１を製造することができる。さらに、工程（Ｓ４０）において半導体基材２の厚みが厚く割れにくいため、割れ等による不良発生率を低減することができる。また、工程（Ｓ４０）において第２の主面２Ｂ上に形成された傷を、工程（Ｓ２０）において研削の際に除去することができる。
　（実施の形態３）
　次に、実施の形態３に係るセンサ素子１について説明する。実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法の凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）において凹凸形状部１２を研削などの方法により形成した場合には、センサ素子１の第２の主面２Ｂには図１８に示されるような破砕層３０が形成される場合がある。半導体基材２の厚みが１００μｍ超えである場合には、破砕層３０が形成されていることによっても半導体基材２において強度不足が大きな問題となる可能性は低い。しかし、半導体基材２の厚みが１００μｍ以下と薄い場合には、破砕層３０が形成されていることにより半導体基材２が強度不足となる場合がある。実施の形態３に係るセンサ素子１は、基本的には実施の形態１に係るセンサ素子１と同様の構成を備えるが、第２の主面１０Ｂに破砕層３０が形成されていない点で異なる。そのため、実施の形態３に係るセンサ素子１は、実施の形態１に係るセンサ素子１と同様の効果を奏することができるとともに、半導体基材２の厚みが１００μｍ以下であっても十分な強度を有しており、高い加圧耐性を有している。
　次に、図１９を参照して、実施の形態３に係るセンサ素子１の製造方法について説明する。実施の形態３に係るセンサ素子１の製造方法は、基本的には図４に示される実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法と同様の構成を備えるが、凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）において第２の主面２Ｂに形成された破砕層３０を除去する工程（Ｓ６０）を備える点で異なる。
　破砕層３０を除去する工程（Ｓ６０）は、凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）の後であって保護膜を形成する工程（Ｓ３０）の前に実施される。本工程（Ｓ６０）では、半導体基材２の第２の主面２Ｂに対してウエットエッチングが施される。エッチング液は、たとえばＴＭＡＨまたはＫＯＨなどの水溶液である。このようなエッチング液が加温されている浴槽に半導体基材２の第２の主面２Ｂを浸漬させる。このようにすれば、第２の主面２Ｂに形成されている破砕層３０を除去することができる。つまり、実施の形態３に係るセンサ素子の製造方法によれば、実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法と同様の効果を奏することができるとともに、破砕層３０を容易に除去することができ、加圧時において高い耐性を有しているセンサ素子１を製造することができる。
　なお、図２０を参照して、実施の形態３に係るセンサ素子１の製造方法は、基本的には図１７に示される実施の形態１に係るセンサ素子１の製造方法の変形例と同様の構成を備えており、凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）において第２の主面２Ｂに形成される破砕層３０を除去する工程（Ｓ６０）を備える点で該変形例と異なっていてもよい。具体的には、半導体基材２の第１の主面２Ａ上に検出素子４，５を形成する工程（Ｓ４０）の後に半導体基材２の第２の主面２Ｂ上に凹凸形状部１２を形成する工程（Ｓ２０）および凹凸形状部１２上に保護膜（下部保護膜３）を形成する工程（Ｓ３０）が実施されるセンサ素子１の製造方法においては、上記工程（Ｓ２０）の後であって上記工程（Ｓ３０）の前に破砕層３０を除去する工程（Ｓ６０）が実施される。このようにしても、実施の形態３に係るセンサ素子１の製造方法と同様の効果を奏することができる。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行ったが、上述の実施の形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、請求の範囲によって示され、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を含むことが意図される。
　本発明は、キャビティ構造を有するセンサ素子に特に有利に適用される。
　１　センサ素子、２　半導体基材、２Ａ　第１の主面、２Ｂ　第２の主面、３　下部保護膜、３Ｂ　下面、４　吸気温度検出体（検出素子）、５　発熱体（検出素子）、６，７　配線パターン、８　電極パッド、９，１０　キャビティ構造、１２　凹凸形状部、１３　上部保護膜、１４　支持膜、１５　表面保護膜、１６　ダイシングライン、１８　接着剤、１９　底流防止剤、２０　支持体、１００　検出装置。

Claims (13)

  1. 　第１の主面と、前記第１の主面と反対側に位置する第２の主面とを有し、前記第２の主面側にキャビティ構造が形成されている半導体基材と、
    　前記キャビティ構造が形成されている領域において、前記第１の主面側に形成されている検出素子とを備え、
    　前記半導体基材の前記第２の主面は凹凸形状部を含み、
    　前記凹凸形状部の凸部先端は曲面形状を有している、センサ素子。
  2. 　前記凹凸形状部上に形成された保護膜をさらに備え、
    　前記凹凸形状部の十点平均粗さは前記保護膜の膜厚以上である、請求項１に記載のセンサ素子。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のセンサ素子を備えた、検出装置。
  4. 　第１の主面と、前記第１の主面と反対側に位置する第２の主面とを有する半導体基板を準備する工程と、
    　前記半導体基板の前記第２の主面に凹凸形状部を形成する工程と、
    　前記凹凸形状部上に保護膜を形成する工程と、
    　前記保護膜に対して開口パターンを形成し、前記保護膜をマスクとして用いて前記開口パターン内に表出している前記半導体基板をエッチングすることにより、キャビティ構造を形成する工程と、
    　前記キャビティ構造が形成される領域において、前記第１の主面側に検出素子を形成する工程とを備え、
    　前記凹凸形状部を形成する工程では、前記凹凸形状部の凸部先端が曲面形状を有するように前記凹凸形状部が形成される、センサ素子の製造方法。
  5. 　前記凹凸形状部を形成する工程と前記保護膜を形成する工程とにおいて、前記凹凸形状部と前記保護膜とは、前記凹凸形状部の十点平均粗さが前記保護膜の膜厚以上となるように形成される、請求項４に記載のセンサ素子の製造方法。
  6. 　前記凹凸形状部を形成する工程では、研削により前記凹凸形状部が形成される、請求項４または請求項５に記載のセンサ素子の製造方法。
  7. 　前記凹凸形状部を形成する工程では、イオンミリングにより前記凹凸形状部が形成される、請求項４または請求項５に記載のセンサ素子の製造方法。
  8. 　前記凹凸形状部を形成する工程では、サンドブラストにより前記凹凸形状部が形成される、請求項４または請求項５に記載のセンサ素子の製造方法。
  9. 　前記保護膜を形成する工程では、前記第２の主面を熱酸化することにより前記保護膜が形成される、請求項４～請求項８のいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
  10. 　前記検出素子を形成する工程は、前記凹凸形状部を形成する工程の前に実施される、請求項４～請求項９のいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
  11. 　前記検出素子を形成する工程は、前記凹凸形状部を形成する工程の後に実施される、請求項４～請求項９のいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
  12. 　前記凹凸形状部を形成する工程において前記第２の主面には破砕層が形成され、
    　前記破砕層を除去する工程を備える、請求項４～請求項１１のいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法。
  13. 　請求項４～請求項１２のいずれか１項に記載のセンサ素子の製造方法により前記センサ素子を準備する工程と、
    　前記センサ素子を取り付け可能に設けられている支持体を準備する工程と、
    　前記凹凸形状部を接着面として前記センサ素子と前記支持体とを接着する工程とを備える、検出装置の製造方法。
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