JPH0781892B2 - 半導体集積回路、その製造方法、および流速計を提供するためのそのような回路の使用 - Google Patents

半導体集積回路、その製造方法、および流速計を提供するためのそのような回路の使用

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JPH0781892B2
JPH0781892B2 JP61503007A JP50300786A JPH0781892B2 JP H0781892 B2 JPH0781892 B2 JP H0781892B2 JP 61503007 A JP61503007 A JP 61503007A JP 50300786 A JP50300786 A JP 50300786A JP H0781892 B2 JPH0781892 B2 JP H0781892B2
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    • G01P5/10—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables
    • G01P5/12—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring thermal variables using variation of resistance of a heated conductor
    • G—PHYSICS
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般に、半導体集積回路およびその製造方法
に関し、上記回路は半導体材料で作られた少なくとも二
つの、互いに離れたウェファ部分、およびそれらのウェ
ファ部分間の電気接続を作るための導体を含み、それら
のウェファ部分は実質上熱的に互いに絶縁されている。
本発明は、さらに、流れる気体または液体の媒体の流速
を測定するための流速計を提供するための、そのような
半導体集積回路の使用に関する。上記流速計は、特に、
二つの互いに離れたウェファ部品を含み、その一方は加
熱され、流れの中に置かれるように使用され、他方は流
れの中に置かれるが、加熱されずに使用され、媒体の流
速がその第１のウェファ部品から周囲の流れる媒体への
熱伝達による放散に基づいて計算されることを特徴とす
る。
本発明は以上記載された種類の流速計または流れセンサ
を提供するのに特に適しているから、以下の記載は特に
そのようなセンサのための半導体集積回路の使用および
その製造方法に向けられるが、それが本発明のたゞ一つ
の応用分野ではなく、本発明が、半導体回路のいろいろ
の部品とそれらの部品の間の電気接続の間の熱絶縁を達
成することが望ましいあらゆる集積回路で使用され得る
ことは当業者には明らかである。
最近、半導体技術において、温度センサや流れセンサの
ような、半導体技術の沢山の集積トランスデューサまた
はセンサが開発されてきた。それらは通常の集積回路と
同じ原理にしたがって製造される。すなわち、センサの
操作に必要な電気的な構成要素や導体が公知の技術によ
って集積されている単結晶の半導体材料の層の上に作り
込まれるセンサの小さな寸法、および同時にいくつかの
同じユニットを製造すること（バッチプロセス）によっ
て達成されるセンサそのものの低い製造コストに加え
て、他の一つの利点が得られる。すなわち、そのセンサ
に結び付いた信号処理エレクトロニックス回路または等
価な構成要素がセンサの製造に関連してセンサの上に直
接集積されることができ、そのことがセンサのコストを
さらに低下させ、その信頼性を高める。全システムの測
定性能もまた、信号処理エレクトロニックス回路をセン
サの上に直接集積することによって改善される。そのと
き、最初の信号利得が測定ユニットに一層近い所で達成
されることができ、そのことが弱い信号が不利に長い信
号路を通って供給されることを防ぐ。
この種の公知の流速センサは、薄くて狭いシリコンビー
ム、そのシリコンビームの一方の端に固定して接続さ
れ、センサの操作に必要なボンディングパッドを支持す
るベースプレート、およびそのシリコンビームの他方の
端に固定して接続されている。同様にシリコンで作られ
たセンサ部分を含んでいる。そのセンサを使用するため
には、上記ビームの他方の端がチューブの壁または同様
なものを通して、速度を測定しようとする気体または液
体の流れの中に、そのセンサ部分を置くように挿入され
る。そのセンサの操作の仕方は公知の技術に基づいてお
り、つぎの通りである。そのセンサ部分がその中に内蔵
されている抵抗を使って電気的に高い温度に加熱され、
そこでそのセンサ部分は、熱伝達による放散の結果、低
い温度まで冷却することができ、この過程は循環して繰
り返すことができる。加熱時間も冷却時間も媒体の流れ
の指針である。媒体の中の温度変化を補償するための第
１の感温ダイオードはシリコンビームの中に内蔵されて
おり、第２の感温ダイオードはセンサ部分に内蔵されて
いる。そのセンサ部分の温度を制御するために、この第
２のダイオードと抵抗を使って、温度フィードバック制
御システムを提供することが可能である。
以上記載された流れセンサを使って正確な流れ測定を得
るために、センサ部分の温度が実質上センサ部分とビー
ムの間の熱伝導によってではなくて、流れによる熱伝達
に基づく放散によって影響を及ぼされるように、そのセ
ンサ部分がシリコンビームから熱的に絶縁されているこ
とが好ましいことは明らかである。
この目的で、以上延べられ、既に公知の流れセンサの中
の回路は、ウェファ部分（センサ部分とビーム）間で伸
び、またウェファ部品間の電気伝導を供給する導体によ
ってのみ一緒に保持される。二つの物理的に分かれたユ
ニットまたはウェファ部品の中に形成されて来た。しか
しながら、この解決方法は重大な欠点を持っている。そ
れらの導体が十分な支持能力を持つために、すなわち以
上記載された流れセンサの中のビームがセンサ部分を支
持することができるために、それらは比較的大きな幅を
持っていなければならず、このことはセンサ部分とビー
ムの間の結合における大きな導体の断面積を意味し、セ
ンサ部分からビームまでの導体による好ましくない熱伝
導をもたらし、そのことは、ついで、センサ装置の感度
および速さに不利な影響を及ぼす。もし導体がセンサ部
分とビームの間の好ましくないこのような熱伝達を防止
するために、それよりも薄く作られれば、そのセンサ装
置は衝撃に一層傷き易く、一層容易に壊れるようになる
だろう。また、以上定義された種類のセンサ装置が周囲
の流れの媒体からの圧力の故に破壊されるという危険が
ある。
以上概観された問題を解決するために、本発明は明細書
の導入部分に述べられた種類の半導体集積回路を提供し
た。そこでは、熱絶縁の結合物質が、ウェファ部品を一
緒に維持するために、それらの間の空隙を横切ってつけ
られている。そのとき、その結合物質は、好ましくは、
機械的にウェファ部品間に強い結合を提供するための支
持であり、それらの導体は、好ましくは、結合物質に比
較して無視できる程小さい支持機能を持つような寸法に
定められている。このようにして、この構造は以上述べ
られた問題を解決し、以上述べられた目的を達成するだ
ろう。すなわち、ウェファ部品間の熱絶縁、それらの間
の電気的接続、およびその内部接続を提供するだろう。
本発明による半導体回路の好ましい実施例においては、
その結合物質は保護機能もまた持っている。このため
に、結合物質は、空隙につけられるほかに、導体の上の
薄い保護層としても、また選択的にウェファ部分の一方
の平坦な側の一部の上にもつけられる。
熱的に絶縁性であり、好ましくは機械的に支持材料であ
るその結合物質は、好ましくは、最も高い熱抵抗性を持
ち、機械的に強い材料であるポリイミドのような有機材
料からなっている。
前に記載された種類の流速計を作製するために、本発明
による半導体集積回路を使用すれば、そのビームとセン
サ部分は上記熱絶縁結合物質を使って一緒に保持され、
そのようにしてそのセンサ部分はその結合物質を介して
ビームによって支持される。そのセンサ部分は上記導体
を通じて電気的に加熱され、導体を通じてのセンサ部分
からビームへの熱伝導による損失を制限するために、そ
の全横断面積はそのセンサ部分とビームの間の空隙にお
いて限られている。
以上記載された半導体集積回路を製造するために、本発
明はそのための方法を提供し、その方法では、その回路
はまず選択された構成要素とともに集積され、上記導体
がその回路の正面側に希望のパターンとして付着させら
れる本発明の方法は、回路の裏側につけられた層を提供
する工程と、希望のウェファ部品間の単数または複数の
空隙の中の半導体材料を除去し、その際それらの部品が
上記裏側の層を使って実質上一緒に保持され、それらの
導体がそれらのウェファ部品間の単数または複数の空隙
を越えてブリッジを形成するようにする工程と、それら
の単数または複数の空隙の上に熱的に絶縁性の結合物質
をつける工程とによって特徴ずけられる。
二酸化シリコンまたは金属から成るその裏面側の層を使
用することによって、二つの利点が得られる。第１に、
その層は、単数または複数の空隙の中の半導体材料が除
去され、その結合物質がその空隙にまだつけられていな
い製造工程において、ウェファ部品を一緒に保持する役
をする。第２に、結合物質が回路に上からつけられる場
合に、その裏面側の層はその結合物質が回路の裏面側と
接触することを妨げる。結合物質をつけた後、その裏面
側の層は除去されることができ、そこでは結合物質のみ
がそれぞれのウェファ部品を一緒に保持する。
本発明が以下に、本発明による半導体集積回路に基づく
集積された多部品流速計の特に好ましい実施例、および
本発明による半導体回路の好ましい製造方法を参照しな
がら一層詳細に記載される。
ここで参照される付図中、第１図は、いろいろの半導体
ウェファ部品のみが導体を使って一緒に保持されてい
る、公知の設計のガス流速計の斜視図である。第２図
は、第１図の流速計の中のウェファ部品間の結合に対応
するが、その代わりに半導体回路および本発明による方
法を使用することによって、ウェファ部品が一緒に結合
されている結合の図式的な側面図であり、第3A図から第
3E図までは第１図および第２図に関連して記載された流
速計を製造するための本発明の方法を図式的に表わす。
第１図に斜視図で示されているような、公知のガスの流
れセンサまたは流速計は三つの主要な部品、すなわちベ
ースプレートの正面側につけられており、それを使って
センサが外部回路および駆動手段に接続されることがで
きる５個の電気的ボンディングパッド２を有するベース
プレート１、そのベースプレート１から伸び、30μｍの
オーダの厚さを有するシリコンビーム３、およびベース
プレート１に対向するシリコンビーム３の端に設けられ
ている小さなシリコンチップの形をしたセンサ部分４で
作られている。ビーム３およびセンサチップ４は、速度
がその流れセンサによって測定されなければならないガ
スの流れを定義するチューブの壁６または類似のものの
中に開口５を通して挿入される。図に示されているよう
に、矢印Ａで示されている流れの方向に対して平行な平
らな側面を持つように配置される。抵抗Ｒおよび第１の
ダイオードD1はセンサチップの正面側に集積されてお
り、第２のダイオードD2はシリコンビーム３の正面側に
集積されている。それらの三つの構成要素R,D1およびD2
は４本の平坦な金属導体７によってボンディングパッド
２に電気的に接続されている。
ガス流速測定中の、図示のセンサの、公知の技術に基づ
く操作方法がここで一層詳細に記載される。センサチッ
プ４は抵抗Ｒを使って上の温度T1まで加熱され、そこで
周囲の流れるガスへの熱伝達による放散の結果としてチ
ップは下の温度T2まで冷却される。この加熱および冷却
過程は循環的に繰り返されることができる。測定過程に
おいては、シリコン中のｐ−ｎ接合、すなわちダイオー
ドD1およびD2がそれらのダイオードの順方向の一定の電
流でその順方向電圧降下を約−2mV/℃だけ変えるという
事実が使用される。センサチップ４につけられている弟
１のダイオードD1は、上記タイクル中センサチップ４の
温度を制御するために、抵抗Ｒと一緒に温度フィードバ
ック制御システムを構成している。シリコンビーム３の
上に置かれている他方のダイオードD2はガス温度の変化
を補償するために使用される。このようにして、いろい
ろの温度および加熱および冷却サイクル中センサチップ
４の電力消費過程に基づくセンサチップ４からの熱伝達
による放散を測定することによって、ガスの流速の測定
値を得ることが可能である。
センサの高い精度および／または感度と速さを得るため
に、ビーム３とセンサチップ４の間に熱絶縁を備えるこ
とが望ましいことは明らかである。第１図に示されてい
る公知の設計のガスの流速計においては、ビーム３とセ
ンサチップ４の二つの物理的に分かれたユニットとして
設計することによってこの問題を解決する試みがなされ
てきた。以上述べられた金属の導体７は、そのとき、空
隙８において二つの部品を機械的に一緒に保持するため
にも使用される。導体の十分な支持能力を得るために、
それらは電気メッキによって強化され、導体の最終的な
厚さが10μｍまたはそれ以上であるようにされていた。
導体のそのような著しい厚さは導体７を通してセンサチ
ップ４からビーム３への熱伝達への放散が比較的大きな
影響を持ち、ガスの流速を測定し、計算するとき、それ
がセンサの精度を低下させるという結果になっていた。
導体７の大きな質量の結果として、センサの速さもまた
低下させられる。センサチップ４およびビーム３のより
大きな尺度の側面図である第２図において、以上記載さ
れた流れセンサの固有の前に述べられた問題は、本発明
による半導体集積回路および方法を使用することによっ
て解決された。本発明の図示の実施例においては、ビー
ム３とセンサチップ４はなお二つの物理的に分かれたユ
ニットとして設計されているが、二つの部品の機械的な
結合は、ここでは、ビーム３とチップ４の間の電気的接
続を作ることのみに役立っている導体７によって備えら
れてはいず、そうではなくで、ビーム３、結合物質９お
よびチップ４が実質上均一な厚さのユニットを形成する
ように、ビーム３とチップ４の互いに向き合っている狭
い側面10の間の空隙につけられる、熱的に絶縁性で、機
械的に支持する結合物質９を使って備えられる。今では
いかなる支持機能も持つ必要がない導体７の厚さは、第
２図に示されている実施例においては、約１μｍまたは
それ以下まで低下させられた。本発明による半導体回路
およびそれを製造するための方法の使用は、このように
して、空隙を渡っていかなる好ましくない熱伝達もなし
に強い機械的な支持の接続と電気的な接続を提供する。
なお、本発明のセンサを用いて流速を測定するには、公
知の流速測定回路を利用できる。例えば、上記センサを
ブリッジ回路の一辺に挿入し、該回路の出力を検出する
ことにより流速を測定すればよく、特別の方法を用いる
必要はない。
ここで、半導体集積回路を製造するための本発明による
方法が、第１図および第２図に関連して記載された流れ
センサの製造におけるいろいろの工程を表わす第3A図か
ら第3E図までを参照して、一層詳細に記載される。
公知の技術によって、単結晶シリコンウェファが、例え
ば結晶方位依存性のシリコンエッチを使って第3A図に示
された形に処理される。この工程においては、導体７、
抵抗ＲおよびダイオードD1とD2はシリコンウェファの上
面に集積されると仮定される。
本発明による第１の工程（第3A図）において、ここでは
回路の裏面側の層11が備えられる。
第２の工程（第３図）においては、シリコンビーム３と
センサチップ４の間の結合８が形成されなければならな
い場所およびそれらの二つの部品の囲りの縁においてエ
ッチングによって半導体材料が取り除かれ、ビーム３が
センサチップ４に対向している端で支持または保護フレ
ーム14に固定される（第3E図を見よ）。空隙を露出し、
ビーム３とセンサチップ４は実質上裏面側の層11を使っ
て一緒に保持され、そこでビーム３とセンサチップ４の
間で伸びている導体７は空隙を渡ってブリッジを形成す
る。そのとき、裏面側の層11はチップ４、ビーム３およ
び上記保護フレーム14の間で“伸ばされる”。
本発明による第３の工程（第3C図）においては、熱的に
絶縁性で、機械的に支持する結合物質９が上から空隙の
中につけられる。その結合物質９は、成可く、熱硬化の
後でセンサチップ４とビーム３の間に強い結合を供給す
る、ポリイミドのような有機材料から成っている。その
とき、裏面側の層11はその結合物質９が回路の下側に侵
入することを妨げる。第3C図に示されているように、ポ
リイミドの塗布と関連して、センサチップ４、導体７、
およびビーム３の上の同じ結合物質の薄い層もまたつけ
られ、この薄い層は、実際には、後に分離したセンサに
分けられる半導体ウェファの全体の上に形成される。こ
の層の一部は、流れセンサのための保護層を提供するた
めに、製作が完了した後に保持されることができる。い
ずれにしても、その結合物質は、少なくとも結合の場所
で、チップ４とビーム３の強い内部接続を保証するため
に、それらの上に僅かに突き出すことが好ましい。
本発明による最後の、第４の工程（第3D図）において
は、裏面側の層11は回路または流れセンサから取り除か
れることができ、その際センサチップ４は結合物質９に
よってのみ、シリコンビーム３で支持される。
第3E図は完成した流れセンサの上面図であり、それは、
以上述べられた部品に加えて、シリコンビーム３からあ
る距離の所で切断線13に沿ってベースプレート１に固定
される保護フレーム12を含んでいる。この保護フレーム
は、流れセンサを使用する前に上記切断面で切り離すた
めのものである。
本発明は、勿論、以上記載され、図面に示された実施例
に限ると考えられてはならず、請求されているような特
許保護の精神および範囲を越えることなしにいろいろな
方法で変更されることができる。したがって、例えば、
その流速計は、センサチップの温度が一定に保持され、
加熱抵抗Ｒを通って流れる電流が優勢な流れの速度に依
存して変化する種類のものであることもできる。この場
合には、測定値は電力消費に基づいて計算される。さら
に、半導体材料はシリコン以外の、例えばGaAs,あるい
はいろいろの半導体材料の組合せであることができる。
一変形として、結合物質は、ウェファ部品を一緒に保持
するための層としてウェファ部品の上面にのみつけら
れ、そのようにしてウェファ部品の互いに向きあってい
る狭い側面の間の空隙にいかなる結合物質もつけられな
いようにすることもできる。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】流れるガスまたは液状媒体の流速を測定す
    るための流速計であって、加熱されかつ上記流れる媒体
    に配置されるようになっている第１のウェファ部品
    （４）、空隙（８）によって第１のウェファ部品（４）
    から分離されかつ加熱されることなく流れる媒体に配置
    されるようになっている第２のウェファ部品（３）、及
    び上記ウェファ部品（3,4）間に配設され、両ウェファ
    部品に存在する回路素子を相互に電気的に接続する導体
    （７）から成る半導体集積回路を有する流速計におい
    て、熱的に絶縁性の結合物質（９）が、これによって第
    １のウェファ部品（４）が第２のウェファ部品（３）に
    よって支持されるように、第１のウェファ部品（４）及
    び第２のウェファ部品（３）を一緒に保持するために上
    記ウェファ部品（3,4）を結合し、かつ前記導体（７）
    が、前記ウェファ部品（3,4）間の空隙（８）におい
    て、前記結合物質（９）に比較して無視できる程の厚さ
    を有するように定められており、これによって導体
    （７）による第１のウェファ部品から第２のウェファ部
    品への熱伝導が制限されることを特徴とする流速計。
  2. 【請求項２】その結合物質（９）がウェファ部品（3,
    4）の互いに向き合っている狭い側面（10）の間の空隙
    （８）につけられ、そのようにしてウェファ部品（3,
    4）と結合物質（９）が実質上均一な厚さのユニットを
    形成することを特徴とする、請求の範囲第１項記載の流
    速計。
  3. 【請求項３】その導体（７）が上記ウェファ部品の間で
    伸びる平坦な金属の導体から成っている、請求の範囲前
    記諸項のいずれか一つにおいて、その導体が選択的にそ
    の導体につけられた酸化物によって、その結合物質
    （９）と直接係合することを特徴とする、請求の範囲第
    １項記載の流速計。
  4. 【請求項４】その結合物質（９）が、上記空隙の上につ
    けられるほかに、導体（７）の上に、およびそのウェフ
    ァ部品（3,4）の平坦な側面の一部に薄い保護層として
    つけられることを特徴とする、請求の範囲第２項または
    第３項記載の流速計。
  5. 【請求項５】その結合物質（９）がポリイミドのような
    有機材料であることを特徴とする、請求の範囲第１項乃
    至第４項のいずれか一つに記載の流速計。
  6. 【請求項６】回路内のウェファ部品の少なくとも一つが
    そのウェファ部品（４）を加熱するための回路素子
    （Ｒ）を有し、該回路素子（Ｒ）の両端が導体（７）に
    接続されそのウェファ部品（３）から導体（７）を通し
    て駆動されることを特徴とする、請求の範囲第１項乃至
    第５項のいずれか一つに記載の流速計。
  7. 【請求項７】回路内のウェファ部品の少なくとも一つが
    そのウェファ部品の温度を測定するための手段（D1,D
    2）を有していることを特徴とする、請求の範囲第１項
    乃至第６項のいずれか一つに記載の流速計。
  8. 【請求項８】流れるガスまたは液状媒体の流速を測定す
    るための流速計であって、加熱されかつ上記流れる媒体
    に配置されるようになっている第１のウェファ部品
    （４）、空隙（８）によって第１のウェファ部品（４）
    から分離されかつ加熱されることなく流れる媒体に配置
    されるようになっている第２のウェファ部品（３）、及
    び上記ウェファ部品（3,4）間を電気的に接続する導体
    （７）から成る半導体集積回路を有する流速計を製造す
    る方法において、上記回路の裏面側につけられた層（1
    1）を作る工程、単数または複数の空隙（８）を有する
    希望のウェファ部品（3,4）を得るように半導体材料を
    除去することによって前記ウェファ部品が上記層（11）
    によって実質的に一緒に保持されかつ導体（７）が上記
    ウェファ部品間の単数または複数の空隙（８）を渡って
    ブリッジを形成するようにする工程、およびその単数ま
    たは複数の空隙（８）に上記熱的に絶縁性の結合物質
    （９）をつける工程を特徴とする流速計の製造方法。
  9. 【請求項９】その裏面側の層（11）がその結合物質
    （９）の塗布後に除去され、その時、その結合物質
    （９）のみがそれぞれのウェファ部品を一緒に保持する
    ことを特徴とする、請求の範囲第８項記載の方法。
  10. 【請求項１０】上記半導体材料がシリコンであり、その
    裏面側の層（10）が二酸化シリコンであることを特徴と
    する、請求の範囲第８項または第９項記載の方法。
JP61503007A 1985-05-21 1986-05-20 半導体集積回路、その製造方法、および流速計を提供するためのそのような回路の使用 Expired - Lifetime JPH0781892B2 (ja)

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