JP2006173279A - 半導体センサ及び半導体センサの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体センサチップの特性不良の発生を防止することができる半導体センサ及び半導体センサの製造方法を提供すること。
【解決手段】
半導体センサ100は、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、蓋70などを備える。ICチップ30は、パッケージ部材10内の底面におけるチップ搭載部に、シリコン系樹脂等などからなる接着剤20を介して搭載される。そして、ICチップ30の上に、接着フィルム40を介して半導体センサチップ50が搭載される。また、ワイヤ60a、ワイヤ60bによってパッケージ部材10とICチップ30、ICチップ30と半導体センサチップ50とが電気的に接続される。そして、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、ワイヤ60a、60bにおける表面、及び蓋70におけるパッケージ部材10内と対向する面に絶縁膜90が形成される。
【選択図】 図1
【解決手段】
半導体センサ100は、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、蓋70などを備える。ICチップ30は、パッケージ部材10内の底面におけるチップ搭載部に、シリコン系樹脂等などからなる接着剤20を介して搭載される。そして、ICチップ30の上に、接着フィルム40を介して半導体センサチップ50が搭載される。また、ワイヤ60a、ワイヤ60bによってパッケージ部材10とICチップ30、ICチップ30と半導体センサチップ50とが電気的に接続される。そして、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、ワイヤ60a、60bにおける表面、及び蓋70におけるパッケージ部材10内と対向する面に絶縁膜90が形成される。
【選択図】 図1
Description
本発明は、半導体センサ及び半導体センサの製造方法に関するものである。
従来、パッケージと蓋とによって封止される半導体センサとして特許文献1に示すものがあった。図5は、特許文献1に示す半導体センサの概略構成を示すブロック図である。
図5に示すように、特許文献1に示す半導体センサは、パッケージ部材1、接着剤2、ICチップ3、接着フィルム4、半導体センサチップ5、ワイヤ6a、6b、蓋7、金属部材8、パッド1a、3a、5aなどを備える。
パッケージ部材1は、各部材を収納する凹部が形成されており、この凹部の底面上には、接着剤2を介してICチップ3が搭載される。そして、ICチップ3の上には、接着フィルム4を介して梁構造体からなるセンシング部56を備える半導体センサチップ5が搭載される。
また、パッケージ部材1、ICチップ3及び半導体センサチップ5にはそれぞれ、アルミ等よりなるワイヤボンディング用のパッド1a、3a、5aが形成される。そして、パッケージ部材1とICチップ3は、パッド1aと3aをつなぐワイヤ6aによって電気的に接続され、ICチップ3と半導体センサチップ5は、パッド3aと5aをつなぐワイヤ6bによって電気的に接続される。そして、パッケージ部材1は、パッケージ部材1にろう付けされた金属部材8に対して蓋7を溶接することによって、凹部の開口部を覆うように蓋7が取付固定される。
特開2002−5951号公報
上記特許文献1に示す半導体センサにおいては、半導体センサチップ5をパッケージ部材1と蓋7とによって封止することで外部からの異物の進入を遮断することは可能である。
また、パッケージ部材1の開口部に蓋7を取付固定する前には、画像認識などによって、センシング部56などへ異物が付着していないかどうかを検査することがある。しかしながら、異物の位置や大きさによっては、画像認識において異物を発見できないこともありうる。このようにパッケージ部材1内に異物が存在している状態でパッケージ部材1の開口部に蓋7を固定すると、パッケージ部材1内に異物を閉じ込めてしまうこととなる。そのため、閉じ込められた異物が移動し、半導体センサチップ5のセンシング部56に付着することによって、半導体センサチップ5の特性不良が発生する可能性があった。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、半導体センサチップの特性不良の発生を防止することができる半導体センサ及び半導体センサの製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために請求項1に記載の半導体センサは、センシング部を備える半導体センサチップと、半導体センサチップを内蔵するものであり開口を有するパッケージ部材と、パッケージ部材の開口を塞ぐ蓋部材と、半導体センサチップの表面、パッケージ部材及び蓋部材の内側表面に形成される絶縁膜とを備えることを特徴とするものである。
半導体センサチップの表面、パッケージ部材及び蓋部の内側表面に異物が存在している場合、半導体センサチップの表面、パッケージ部材及び蓋部材の内側表面に絶縁膜を形成することによって、異物を絶縁膜で固定することができる。したがって、異物が内部に残った状態で蓋部材にてパッケージ部材の開口を塞いだとしても、パッケージ部材内における異物の移動を抑制することができ、センシング部に異物が付着することによって生じる半導体センサチップの特性不良を防止することができる。
また、センシング部は、請求項2に示すように可動電極と固定電極とすることができる。
また、請求項3に記載の半導体センサでは、絶縁膜は、センシング部を除く領域に形成されることを特徴とするものである。このように、センシング部を除く領域に絶縁膜を形成することによって、絶縁膜による半導体センサチップの特性への影響を防止することができる。
また、請求項4に記載の半導体センサでは、半導体センサチップから出力される検出信号を処理するものであり、パッケージ部材に内蔵される処理回路を備え、絶縁膜は、処理回路の表面に形成されることを特徴とするものである。
このように、半導体センサチップの処理回路をパッケージ部材に内蔵する場合、処理回路に絶縁膜を形成することによって、処理回路に異物が付着している場合であっても異物を処理回路に固定することができる。
また、請求項5に記載の半導体センサでは、半導体センサチップと処理回路とを電気的に接続する第1のワイヤを備え、絶縁膜は、半導体センサチップにおける第1のワイヤとの接続部を除く表面、処理回路における第1のワイヤとの接続部を除く表面、及び第1のワイヤの表面に形成されることを特徴とするものである。
このように、半導体センサチップと処理回路とを第1のワイヤにて電気的に接続する場合、絶縁膜を第1のワイヤの表面に形成することによって、第1のワイヤに異物が付着していた場合であっても異物を第1のワイヤに固定することができる。また、絶縁膜を半導体センサチップ及び処理回路における第1のワイヤとの接続部を除く表面に設けることによって、半導体センサチップ及び処理回路と第1のワイヤとを良好に電気的に接続することができる。
また、請求項6に記載の半導体センサでは、半導体センサチップあるいは処理回路と電気的に接続される第2のワイヤを備え、パッケージ部材は、パッケージ部材の外部との電気的接続を行うものであり、第2のワイヤと電気的に接続されるパッドを内側表面に備え、絶縁膜は、半導体センサチップにおける第2のワイヤとの接続部を除く表面、処理回路における第2のワイヤとの接続部を除く表面、パッケージ部材におけるパッドを除く内側表面、及び第2のワイヤの表面に形成されることを特徴とするものである。
このように、半導体センサチップあるいは処理回路とパッケージ部材に形成されるパッドとを第2のワイヤにて電気的に接続する場合、絶縁膜を第2のワイヤの表面に形成することによって、第2のワイヤに異物が付着していた場合であっても異物を第2のワイヤに固定することができる。また、絶縁膜を半導体センサチップ及び処理回路における第2のワイヤとの接続部を除く表面、パッケージ部材におけるパッドを除く内側表面に設けることによって、半導体センサチップ、処理回路、パッケージ部材のパッドと第2のワイヤとを良好に電気的に接続することができる。
また、請求項7に記載の半導体センサの製造方法での作用・効果に関しては、上述の請求項1と同様であるため説明を省略する。
また、請求項8に示すように、絶縁膜形成工程を搭載工程後に行うようにしてもよいし、請求項9に示すように、絶縁膜形成工程を行った後に搭載工程を行うようにしてもよい。
また、請求項10に記載の半導体センサの製造方法では、半導体センサチップのセンシング部への絶縁膜の形成を防止するための保護キャップを形成する保護キャップ形成工程と、絶縁膜形成工程後に保護キャップを取り外す保護キャップ取り外し工程とを備えることを特徴とするものである。
このように、センシング部への絶縁膜の形成を防止するための保護キャップを形成し、絶縁膜形成工程後にその保護キャップを取り外すことによって、センシング部に絶縁膜を形成することなく、半導体センサチップの表面、パッケージ部材及び蓋部材の内側表面に絶縁膜を形成することができる。
また、また、請求項11に記載の半導体センサの製造方法での作用・効果に関しては、上述の請求項2と同様であるため説明を省略する。また、また、請求項12乃至請求項14に記載の半導体センサの製造方法での作用・効果に関しては、上述の請求項4乃至請求項6と同様であるため説明を省略する。
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。図1は、本発明の実施の形態における半導体センサ100の概略構成を示すブロック図である。なお、本実施の形態に示す半導体センサ100は、加速度センサに適用した例を用いて説明する。
図1に示すように、半導体センサ100は、パッケージ部材10、ICチップ30(本発明でいう処理回路)、半導体センサチップ50、蓋70などを備える。
パッケージ部材10は、ICチップ30、半導体センサチップ50などを収納するものであり、セラミックなどからなる。パッケージ部材10は、アルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド10a、開口部周辺に鉄系金属等よりなる蓋70を溶接するための金属からなる接続部材80などを備える。この接続部材80と蓋70とを溶接することによって、パッケージ部材10は封止され、外部からパッケージ部材10内に異物が進入することを防止している。なお、パッド10aは、図示しない配線などによってパッケージ部材10の外部と電気的に接続可能となっている。
ICチップ30は、半導体センサチップ50から出力される検出信号(容量信号)を電圧等の信号に変換するなどの処理を行うための処理回路である。また、ICチップ30は、アルミなどからなるワイヤボンディング用のパッド30a、30bを備える。
半導体センサチップ50は、容量変化に基づいて加速度を検出する静電容量式加速度センサチップである。この半導体センサチップ50は、第1シリコン基板と第2シリコン基板とを酸化膜を介して貼り合わせてなるSOI(シリコン・オン・インシュレータ)基板により構成される。そして、半導体センサチップ50は、一方のシリコン基板に形成される可動電極と固定電極とからなる梁構造体51(本発明でいうセンシング部)を備える。
この半導体センサチップ50は、半導体センサチップ50に印加される加速度によって可動電極が変位し、この可動電極の変位量に基づいて可動電極と固定電極との間の静電容量が変化する。そして、半導体センサチップ50は、静電容量の変化を検出信号(容量信号)として出力する。
ICチップ30、半導体センサチップ50をパッケージ部材10内に収納する場合、ICチップ30は、パッケージ部材10内の底面におけるチップ搭載部に、シリコン系樹脂等などからなる接着剤20を介して搭載(接合)される。そして、ICチップ30の上に、フィルム状接着材(以下、接着フィルムとも称する)40を介して半導体センサチップ50が搭載(接合)される。なお、接着フィルム40は、熱硬化性樹脂もしくは熱可塑性樹脂よりなるフィルムを採用することができる。例えば、ポリイミド系樹脂やアクリル系樹脂が採用できる。
また、パッケージ部材10とICチップ30は、パッド10aと30aをつなぐワイヤ60aによって電気的に接続され、ICチップ30と半導体センサチップ50は、パッド30bと50aをつなぐワイヤ60bによって電気的に接続されている。なお、これらワイヤ60a、60bは金やアルミ等により形成される。
さらに、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、ワイヤ60a、60bにおける表面、及び蓋70におけるパッケージ部材10内と対向する面には、絶縁膜90が形成される。この絶縁膜90は、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、ワイヤ60a、60bにおける表面、及び蓋70におけるパッケージ部材10内と対向する面に存在する異物を固定するためのものであり、窒化膜、酸化膜、TEOS、BPSGなどの絶縁膜などからなる。
また、パッケージ部材10における表面とは、パッケージ部材10におけるワイヤ60aとの接続部を除く内側表面である。なお、ICチップ30を搭載する位置に関しては、絶縁膜90を設けてなくてもよい。
また、ICチップ30における表面とは、ICチップ30におけるワイヤ60a、60bとの接続部を除く表面である。なお、ICチップ30におけるパッケージ部材10と接合する位置、半導体センサチップ50を搭載する位置に関しては、絶縁膜90を設けなくてもよい。
また、半導体センサチップ50における表面とは、半導体センサチップ50におけるワイヤ60bとの接続部を除く表面である。なお、半導体センサチップ50におけるICチップ30と接合する位置に関しては、絶縁膜90を設けなくてもよい。また、梁構造体51に関しても、絶縁膜90を設けなくてもよい。また、ワイヤ60a、60bにおける表面とは、パッド10a、30a、30b、50bとの接続部を除く表面である。
なお、絶縁膜90の厚みは、絶縁膜90によって可動電極と固定電極とが繋がるなどセンシング部における悪影響がない程度の厚み(0.数μm程度)とすることが好ましい。
このように絶縁膜90を形成することによって、パッケージ部材10の表面などに異物Dが存在していた場合でも、異物Dを絶縁膜90で固定することができる。したがって、異物Dが内部に残った状態で蓋70にてパッケージ部材10の開口を塞いだとしても、パッケージ部材10内における異物Dの移動を抑制することができ、梁構造体51に異物が付着することによって生じる半導体センサチップ10の特性不良を防止することができる。
ここで、半導体センサ100の製造方法について説明する。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態について説明する。図2(a)〜(d)は、本発明の第1の実施の形態における半導体センサ100の製造方法を示す工程別断面図である。
本発明の第1の実施の形態について説明する。図2(a)〜(d)は、本発明の第1の実施の形態における半導体センサ100の製造方法を示す工程別断面図である。
まず、図2(a)に示すように、ディスペンサ等を用いて、接着剤20をパッケージ部材10におけるチップ搭載部に塗布する。続いて、その接着剤20上にワイヤボンディング用のパッド30a、30bが形成されたICチップ30を搭載する。このようにして、ICチップ30が接着剤20を介してパッケージ部材10と接合される。なお、パッケージ部材10には、予めワイヤボンディング用のパッド10a、接続部材80が形成されている。
次に、図2(b)に示すように、ワイヤボンディング用のパッド50aが形成され、裏面(梁構造体51の反対面)に接着フィルム40が貼り付いた状態の半導体センサチップ50を、ICチップ30の上に搭載する。この半導体センサチップ50をICチップ30の上に搭載する場合、ICチップ30が実装されたパッケージ部材10を所定の温度(約230℃)に加熱されたステージ(図示せず)上に置く。次に、接着フィルム40が貼り付いた状態の半導体センサチップ50を、ICチップ30上に加熱圧着する。その後、オーブン等を用いてフィルム状接着材4を本硬化する(約190℃、1時間)。このようにして、半導体センサチップ50が接着フィルム40を介してICチップ30と接合される。
続いて、ワイヤボンダ(図示せず)によってワイヤ60aをパッド10aと30a、ワイヤ60bをパッド30bと50aとにワイヤボンディングする。このようにして、パッド10aとパッド30a、パッド30bとパッド50aとが電気的に接続され、パッケージ部材10とICチップ30、ICチップ30と半導体センサチップ50とが電気的に接続される。
次に、図2(c)に示すように、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、ワイヤ60a、60bにおける表面、及び蓋70におけるパッケージ部材10内と対向する面に窒化膜、酸化膜、TEOS、BPSGなどの絶縁膜などからなる絶縁膜90を形成する。この絶縁膜90は、ICチップ30、半導体センサチップ50などが搭載されたパッケージ部材10及び蓋70をクリーンな成膜室にてCVDなどによって形成する。
次に、図2(d)に示すように、ICチップ30、半導体センサチップ50などが搭載されたパッケージ部材10及び蓋70のクリーンな状態を維持しつつ、接続部材80と蓋70とを溶接することによって、パッケージ部材10を封止する。
(第2の実施の形態)
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3(a)〜(d)は、本発明の第2の実施の形態における半導体センサ100の製造方法を示す工程別断面図である。
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図3(a)〜(d)は、本発明の第2の実施の形態における半導体センサ100の製造方法を示す工程別断面図である。
第2の実施の形態における半導体センサ100の製造方法は、上述の第1の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第2の実施の形態において、上述の第1の実施の形態と異なる点は、絶縁膜90を形成する際に梁構造体51に保護キャップCを設ける点である。
まず、図3(a)に示すように、パッケージ部材10上にICチップ30を介して半導体センサチップ50が搭載され、パッケージ部材10とICチップ30、ICチップ30と半導体センサチップ50とが電気的に接続された状態において、梁構造体51を覆うように半導体センサチップ50上に保護キャップCを被せる。
次に、図3(b)に示すように、半導体センサチップ50上に保護キャップCを被せた状態において、絶縁膜90を形成する。その後、図3(c)に示すように、接続部材80と蓋70とを溶接することによって、パッケージ部材10を封止する。なお、保護キャップCは、絶縁膜90を形成した後に取り外してもよい。
(第3の実施の形態)
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本発明の第3の実施の形態における半導体センサ100の分解図である。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。本発明の第3の実施の形態における半導体センサ100の分解図である。
第3の実施の形態における半導体センサ100の製造方法は、上述の第1及び第2の実施の形態によるものと共通するところが多いので、以下、共通部分についての詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。第3の実施の形態において、上述の第1及び第2の実施の形態と異なる点は、絶縁膜90を形成した後に半導体センサチップ50を搭載する点である。
図4に示すように、パッケージ部材10、ICチップ30、半導体センサチップ50、及び蓋70のそれぞれに絶縁膜90を形成した後に、パッケージ部材10へのICチップ30の搭載(接合)、ICチップ30への半導体センサチップ50の搭載(接合)を行う。この場合、絶縁膜90の形成時にパッド10a、30a、30b、50aにおけるワイヤ60a、60bとの接続部にマスクを設け、この接続部に絶縁膜90を形成しないようにする。
その後、ワイヤボンダ(図示せず)によってワイヤ60aをパッド10aと30a、ワイヤ60bをパッド30bと50aとにワイヤボンディングする。そして、接続部材80と蓋70とを溶接することによって、パッケージ部材10を封止する。なお、このワイヤボンディング後から接続部材80と蓋70とを溶接する間に、ワイヤ60a、60bに絶縁膜90を形成するようにしてもよい。
なお、上述の第1乃至第3の実施の形態においては、半導体センサ100を加速度センサに適用した例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、半導体センサ100は、圧力センサ、ヨーレイトセンサ、赤外線センサなどであってもよい。
また、上述の第1乃至第3実施の形態においては、半導体センサチップ50をICチップ30上に搭載する例を用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。半導体センサチップ50とICチップ30とを並列に搭載してもよい。さらに、パッケージ部材10内には、半導体センサチップ50のみを搭載するようにしてもよい。
10 パッケージ部材、10a パッド、20 接着剤、30 ICチップ、30a、30b パッド、40 接着フィルム、50 半導体センサチップ、51 梁構造体、50a パッド、60a、60b ワイヤ、70 蓋、80 接続部材、90 絶縁膜、C 保護キャップ、100 半導体センサ
Claims (14)
- センシング部を備える半導体センサチップと、
前記半導体センサチップを内蔵するものであり、開口を有するパッケージ部材と、
前記パッケージ部材の開口を塞ぐ蓋部材と、
前記半導体センサチップの表面、前記パッケージ部材及び前記蓋部材の内側表面に形成される絶縁膜と、
を備えることを特徴とする半導体センサ。 - 前記センシング部は、可動電極と固定電極とを備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体センサ。
- 前記絶縁膜は、前記センシング部を除く領域に形成されることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の半導体センサ。
- 前記半導体センサチップから出力される検出信号を処理するものであり、前記パッケージ部材に内蔵される処理回路を備え、前記絶縁膜は、当該処理回路の表面に形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の半導体センサ。
- 前記半導体センサチップと前記処理回路とを電気的に接続する第1のワイヤを備え、前記絶縁膜は、当該半導体センサチップにおける当該第1のワイヤとの接続部を除く表面、当該処理回路における当該第1のワイヤとの接続部を除く表面、及び当該第1のワイヤの表面に形成されることを特徴とする請求項4に記載の半導体センサ。
- 前記半導体センサチップあるいは前記処理回路と電気的に接続される第2のワイヤを備え、前記パッケージ部材は、当該パッケージ部材の外部との電気的接続を行うものであり、当該第2のワイヤと電気的に接続されるパッドを内側表面に備え、前記絶縁膜は、当該半導体センサチップにおける当該第2のワイヤとの接続部を除く表面、当該処理回路における当該第2のワイヤとの接続部を除く表面、当該パッケージ部材における当該第2のワイヤとの接続部を除く内側表面、及び当該第2のワイヤの表面に形成されることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の半導体センサ。
- 半導体センサチップをパッケージ部材と蓋部材とで封止する半導体センサの製造方法であって、
前記パッケージ部材の開口から前記半導体センサチップを挿入し、当該パッケージ部材に当該半導体センサチップを搭載する搭載工程と、
前記半導体センサチップの表面、前記パッケージ部材及び前記蓋部材の内側表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記蓋部材にて、前記パッケージ部材の開口を塞ぐ封止工程と、
を備えることを特徴とする半導体センサの製造方法。 - 前記絶縁膜形成工程は、前記搭載工程後に行われることを特徴とする請求項7に記載に半導体センサの製造方法。
- 前記搭載工程は、前記絶縁膜形成工程後に行われることを特徴とする請求項7に記載の半導体センサの製造方法。
- 前記半導体センサチップのセンシング部への前記絶縁膜の形成を防止するための保護キャップを形成する保護キャップ形成工程と、前記絶縁膜形成工程後に当該保護キャップを取り外す保護キャップ取り外し工程とを備えることを特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
- 前記センシング部は、可動電極と固定電極とを備えることを特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
- 前記搭載工程は、前記半導体センサチップから出力される検出信号を処理する処理回路を前記パッケージ部材の開口から挿入し、当該パッケージ部材に搭載する工程を備え、前記絶縁膜形成工程は、前記絶縁膜を当該処理回路の表面に形成することを特徴とする請求項7乃至請求項11のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
- 前記半導体センサチップと前記処理回路とは第1のワイヤによって電気的に接続されるものであり、前記絶縁膜形成工程は、当該半導体センサチップにおける当該第1のワイヤとの接続部を除く表面、当該処理回路における当該第1のワイヤとの接続部を除く表面、及び当該第1のワイヤの表面に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項12に記載の半導体センサの製造方法。
- 前記半導体センサは、前記半導体センサチップあるいは前記処理回路と電気的に接続される第2のワイヤを備え、前記パッケージ部材は、当該パッケージ部材の外部との電気的接続を行うものであり、当該第2のワイヤと接続されるパッドを内側表面に備え、前記絶縁膜形成工程は、当該半導体センサチップにおける当該第2のワイヤとの接続部を除く表面、当該処理回路における当該第2のワイヤとの接続部を除く表面、当該パッケージ部材における当該第2のワイヤを除く内側表面、及び当該第2のワイヤの表面に前記絶縁膜を形成することを特徴とする請求項7乃至請求項13のいずれかに記載の半導体センサの製造方法。
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