JP2007263766A - Sensor device - Google Patents

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Takashi Saijo
隆司 西條
Kazushi Kataoka
万士 片岡
Takashi Okuto
崇史 奥戸
Toru Baba
徹 馬場
Koji Goto
浩嗣 後藤
Hisakazu Miyajima
久和 宮島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sensor device of which the height can be decreased by regulating the travel of a movable section by a package and performing flip-chip packaging. <P>SOLUTION: A sensor chip 1 is formed on a semiconductor substrate, and has a sensing section Ds and an electrode 19. The sensing section Ds has a mass body 12 and a deflection section 13 allowed to be deflected in the thickness direction of the sensor chip 1. The sensor chip 1 is stored in a package comprising an electrode formation substrate 2 and a cover substrate 3, and a bump 21 is formed on one surface that opposes the sensor chip 1 on the inner surface of the package. The bump 21 is used for performing the flip-chip packaging of the sensor chip 1, and the projection dimensions of the bump 21 are set so that they permit the displacement of the mass body 12 and regulate the amount of displacement in the mass body 12. Therefore, the electrode formation substrate 2 functions as a stopper for regulating the travel of the mass body 12. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板で形成され厚み方向に変位可能な可動部を有するセンサチップをパッケージに収納したセンサ装置に関するものである。   The present invention relates to a sensor device in which a sensor chip formed of a semiconductor substrate and having a movable part that can be displaced in the thickness direction is housed in a package.

この種のセンサ装置には、図8、図9に示すように、センシング部として加速度センサを構成したセンサチップ101を備える構成がある。加速度センサは、半導体基板に形成され外部回路との接続部を有する支持部111と、支持部111に対して相対的に可動である質量体112と、可撓性を有し支持部111と質量体112とを繋ぐ撓み部113とを備えている。また、質量体112に作用する加速度(外力)を電気量に変換する技術としては、質量体112の変位に伴って撓み部113に生じる応力を検出するピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けて加速度の変化を電気抵抗の変化として検出する構成や、質量体112に設けた可動電極と支持部111に対して相対的に固定された固定電極とが対向するように配置して加速度の変化を静電容量の変化として検出する構成が知られている。   As shown in FIGS. 8 and 9, this type of sensor device has a configuration including a sensor chip 101 configured as an acceleration sensor as a sensing unit. The acceleration sensor includes a support portion 111 formed on a semiconductor substrate and having a connection portion with an external circuit, a mass body 112 that is relatively movable with respect to the support portion 111, and a flexible support portion 111 and a mass. A bending portion 113 that connects the body 112 is provided. In addition, as a technique for converting acceleration (external force) acting on the mass body 112 into an electric quantity, a strain gauge made of a piezoresistor that detects a stress generated in the bending portion 113 in accordance with the displacement of the mass body 112 is provided to increase the acceleration. A configuration in which a change is detected as a change in electrical resistance, or a movable electrode provided on the mass body 112 and a fixed electrode fixed relative to the support portion 111 are arranged so as to face each other. A configuration for detecting a change in capacitance is known.

支持部111としては、質量体112に並設する構成のもののほか、質量体112の周囲を全周に囲繞する構成が採用されている。また、質量体112から一方向に延出した撓み部113を用いて質量体112を支持部111に対して片持ち梁の形式で繋ぐ構造、質量体112から一直線上で二方向に延出した撓み部113を用いて質量体112を囲繞する支持部111と質量体112とを両持ち梁の形式で繋ぐ構造が主として採用されており、また、質量体112から四方に延出した撓み部113を用いて質量体112を囲繞する支持部111と質量体112とを4箇所で繋ぐ構造も知られている。支持部111と質量体112とを4箇所で繋ぐ構造では、平面視(支持部111が質量体112を囲繞する平面)において4回回転対称となるように撓み部113を配置したものが一般的である。   As the support part 111, in addition to the structure arranged in parallel with the mass body 112, a structure that surrounds the mass body 112 around the entire circumference is adopted. Further, a structure in which the mass body 112 is connected to the support portion 111 in the form of a cantilever using a flexure portion 113 that extends in one direction from the mass body 112, and extends in two directions on a straight line from the mass body 112. A structure in which the support part 111 surrounding the mass body 112 and the mass body 112 are connected in the form of a double-supported beam using the flexure part 113 is mainly employed, and the flexure part 113 extending from the mass body 112 in all directions is used. There is also known a structure in which the support body 111 surrounding the mass body 112 and the mass body 112 are connected to each other at four locations. In the structure in which the support part 111 and the mass body 112 are connected at four locations, the bending part 113 is generally arranged so as to be four-fold rotationally symmetric in plan view (a plane in which the support part 111 surrounds the mass body 112). It is.

センサチップ101と協働する回路部はセンサチップ101とは別の回路チップ104に集積回路として形成される。センサチップ101と回路チップ104とは厚み方向に積層され、ボンディンブワイヤ108を介して電気的に接続される。また、センサチップ101および回路チップ104は、電極形成基板105とカバー基板106とからなるパッケージに収納される。電極形成基板105には外部回路と接続するための端子となる電極151が形成され、回路チップ104と電極151とがボンディングワイヤ109により電気的に接続される(たとえば、特許文献1参照)。
特表2005−169541号公報
A circuit portion that cooperates with the sensor chip 101 is formed as an integrated circuit on a circuit chip 104 different from the sensor chip 101. The sensor chip 101 and the circuit chip 104 are stacked in the thickness direction, and are electrically connected via a bonding wire 108. In addition, the sensor chip 101 and the circuit chip 104 are accommodated in a package including an electrode forming substrate 105 and a cover substrate 106. An electrode 151 serving as a terminal for connecting to an external circuit is formed on the electrode formation substrate 105, and the circuit chip 104 and the electrode 151 are electrically connected by a bonding wire 109 (see, for example, Patent Document 1).
JP 2005-169541 A

ところで、特許文献1に記載された構成では、センサチップ101に設けた質量体112と撓み部113とが支持部111に対して変位する可動部になるから、衝撃力などによって撓み部113が破損しないように、質量体112の変位量を規制する必要がある。質量体112の一方側への変位はパッケージを構成する電極形成基板105により規制されているが、質量体112の他方側への変位はセンサチップ101に積層した回路チップ104により規制されている。   By the way, in the structure described in patent document 1, since the mass body 112 and the bending part 113 provided in the sensor chip 101 become a movable part which displaces with respect to the support part 111, the bending part 113 is damaged by impact force etc. It is necessary to regulate the amount of displacement of the mass body 112 so that it does not occur. The displacement of the mass body 112 to one side is regulated by the electrode forming substrate 105 constituting the package, while the displacement of the mass body 112 to the other side is regulated by the circuit chip 104 laminated on the sensor chip 101.

回路チップ104をセンサチップ101に積層しない場合であっても、質量体112の変位量を規制するためにセンサチップ101にはストッパを積層することが必要であり、回路チップ104あるいはストッパの存在によりセンサ装置が嵩高になるという問題が生じる。また、特許文献1に記載された構成では、回路チップ104とセンサチップ101、回路チップ104と電極151との電気的接続にはボンディングワイヤ108,109を用いているものであるから、回路チップ104の上方に、ボンディングワイヤ108,109の曲げ代を確保するための空間が必要であり、このことによってもパッケージの厚み寸法が大きくなるという問題が生じる。   Even when the circuit chip 104 is not stacked on the sensor chip 101, it is necessary to stack a stopper on the sensor chip 101 in order to regulate the amount of displacement of the mass body 112, and due to the presence of the circuit chip 104 or the stopper. There arises a problem that the sensor device becomes bulky. In the configuration described in Patent Document 1, bonding wires 108 and 109 are used for electrical connection between the circuit chip 104 and the sensor chip 101, and between the circuit chip 104 and the electrode 151. A space for securing the bending allowance of the bonding wires 108 and 109 is necessary above this, and this also causes a problem that the thickness dimension of the package becomes large.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動部の変位量の規制するためのストッパを別途に設けることなくパッケージで可動部の移動を規制し、しかもボンディングワイヤを用いずにフリップチップ実装を行うことによって、従来構成に比較して低背化することが可能なセンサ装置を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to regulate the movement of the movable part with the package without providing a separate stopper for regulating the displacement amount of the movable part, and to bond the bonding wire. An object of the present invention is to provide a sensor device that can be reduced in height as compared with a conventional configuration by performing flip chip mounting without using it.

請求項1の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定されていることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a sensor chip including a sensing part having a movable part that is formed of a semiconductor substrate and at least allowed to be displaced in the thickness direction, and a package that houses the sensor chip. A bump used for flip chip mounting of the sensor chip is formed on one surface facing the movable portion of the sensor chip, and the bump projecting dimension allows the distance between the one surface of the package and the movable portion to be allowed to the movable portion. It is set so as to define the amount of displacement.

この構成によれば、センサチップをフリップチップ実装しバンプの突出寸法によってセンシング部における可動部の変位量を規制するから、パッケージが可動部の移動を規制するストッパとして機能して別途のストッパを設ける必要がなくなる。つまり、別途のストッパを設けていた構成に比較するとストッパが不要になる分だけ低背化が可能になる。しかも、パッケージに対する電気的接続にあたり、ワイヤボンディングではなくバンプを用いたフリップチップ実装を行うから、このことによっても低背化が可能になる。   According to this configuration, since the sensor chip is flip-chip mounted and the displacement amount of the movable part in the sensing part is regulated by the bump protruding dimension, the package functions as a stopper that regulates the movement of the movable part and the separate stopper is provided. There is no need. That is, the height can be reduced by the amount that the stopper is not required as compared with the configuration in which a separate stopper is provided. Moreover, since flip chip mounting using bumps is used instead of wire bonding for electrical connection to the package, this also makes it possible to reduce the height.

請求項2の発明では、請求項1の発明において、前記センサチップは、前記センシング部に加えてセンシング部と協働する回路部を備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the sensor chip includes a circuit unit that cooperates with the sensing unit in addition to the sensing unit.

この構成によれば、センサチップに回路部を形成していることによりセンシング部と回路部との間の配線が短くなり、ノイズの影響を受けにくくなるとともに、センシング部とは別の半導体基板に回路部を形成する場合に比較すると、パッケージの寸法を小さくすることが可能になる。つまり、実装面積の縮小あるいは低背化が可能になる。   According to this configuration, since the circuit portion is formed on the sensor chip, the wiring between the sensing portion and the circuit portion is shortened, and is less susceptible to noise. Compared with the case where the circuit portion is formed, the size of the package can be reduced. That is, the mounting area can be reduced or the height can be reduced.

請求項3の発明では、請求項1または請求項2の発明において、前記パッケージは、半導体基板からなり厚み方向に貫通する貫通孔配線が形成されるとともに貫通孔配線の一端に外部回路を接続する電極を有し他端に前記バンプが電気的に接続された電極形成基板と、電極形成基板に接合される半導体基板からなり電極形成基板との間にセンサチップを収納する収納空間を形成するカバー基板とからなることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the package is formed of a semiconductor substrate and a through-hole wiring penetrating in the thickness direction is formed, and an external circuit is connected to one end of the through-hole wiring. A cover comprising an electrode forming substrate having an electrode and the bump electrically connected to the other end, and a semiconductor substrate bonded to the electrode forming substrate and forming a storage space for storing the sensor chip between the electrode forming substrate And a substrate.

この構成によれば、パッケージが電極形成基板とカバー基板との2枚の半導体基板により構成されるから、セラミック材料のパッケージを用いる場合に比較すると低温工程になり、センサチップが受ける熱応力の影響を軽減することができる。しかも、セラミック材料に比較してパッケージの精度が高く歩留まりを向上させることができるからコストの低減が可能である。   According to this configuration, since the package is composed of two semiconductor substrates, an electrode forming substrate and a cover substrate, the process becomes a low temperature process compared to the case of using a ceramic material package, and the influence of the thermal stress on the sensor chip Can be reduced. In addition, since the accuracy of the package is higher than that of the ceramic material and the yield can be improved, the cost can be reduced.

本発明の構成によれば、センサチップをパッケージに収納するにあたってセンサチップのフリップチップ実装を行い、バンプの突出寸法によってセンシング部における可動部の変位量を規制しているから、パッケージが可動部の移動を規制するストッパとして機能する。その結果、別途のストッパを設ける必要がなく、別途のストッパを設けていた構成に比較するとストッパが不要になる分だけ低背化が可能になるという利点を有する。また、パッケージに対する電気的接続にあたり、ワイヤボンディングではなくバンプを用いたフリップチップ実装を行うから、ボンディングワイヤの曲げ代に必要であった空間が不要になり、低背化が可能になるという利点を有する。   According to the configuration of the present invention, the sensor chip is flip-chip mounted when the sensor chip is housed in the package, and the displacement amount of the movable part in the sensing part is regulated by the protruding dimension of the bump. It functions as a stopper that restricts movement. As a result, there is no need to provide a separate stopper, and there is an advantage that the height can be reduced by the amount that the stopper is not required as compared with a configuration in which a separate stopper is provided. Also, since flip chip mounting using bumps is used for electrical connection to the package instead of wire bonding, the space required for the bending margin of the bonding wire is not required, and the height can be reduced. Have.

以下に説明する実施形態では、ピエゾ抵抗を用いた加速度センサをセンシング部に用いる例を示す。この加速度センサでは、支持部が質量体を囲繞するとともに、質量体から四方に延出させた可撓性を有する撓み部を介して支持部と質量体とを繋いである。各撓み部にはピエゾ抵抗体からなる歪みゲージが設けられており、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力が歪みゲージにより検出され、歪みゲージの抵抗変化を用いて加速度が検出される。また、各質量体から四方に延出している撓み部にそれぞれ歪みゲージが配置されることにより、4本の撓み部を含む平面内で互いに直交する方向の2軸と、これらの2軸に直交する方向の1軸との合計3軸における加速度を個別に検出することが可能になっている。ただし、本発明の技術思想は、センシング部が加速度センサを構成している場合に限らず、センシング部がパッケージ内に封止される構成であれば適用することが可能である。この種のセンシング部としては、加速度センサのほかにジャイロセンサなどもある。また、質量体の変位の検出はピエゾ抵抗に限らず、静電容量の変化として検出する構成を採用してもよい。また、撓み部は質量体から四方に延出する構成に限定されない。   In the embodiment described below, an example in which an acceleration sensor using a piezoresistor is used for a sensing unit is shown. In this acceleration sensor, the support portion surrounds the mass body, and the support portion and the mass body are connected via a flexible bending portion extending from the mass body in all directions. Each flexure is provided with a strain gauge made of a piezoresistor. The stress generated in the flexure as the mass body is displaced is detected by the strain gauge, and the acceleration is detected using the resistance change of the strain gauge. . In addition, by arranging strain gauges in the flexures that extend in four directions from each mass body, two axes in directions orthogonal to each other in a plane including the four flexures, and perpendicular to these two axes Thus, it is possible to individually detect the acceleration in a total of three axes including one axis in the direction to be performed. However, the technical idea of the present invention is not limited to the case where the sensing unit constitutes an acceleration sensor, but can be applied as long as the sensing unit is sealed in the package. As this type of sensing unit, there is a gyro sensor in addition to an acceleration sensor. Further, the detection of the displacement of the mass body is not limited to the piezoresistor, and a configuration for detecting the change of the capacitance may be adopted. Moreover, a bending part is not limited to the structure extended in all directions from a mass body.

(実施形態1)
本実施形態のセンサ装置は、図1に示すように、センシング部Dsを形成した半導体基板からなるセンサチップ1と、センサチップ1を収納したパッケージとを備える。パッケージは、外部回路を接続するパッド電極25を厚み方向の一表面(図1の下面)に備えセンサチップ1がフリップチップ実装により実装される半導体基板からなる電極形成基板2と、半導体基板により形成され電極形成基板2においてセンサチップ1を実装した一面に封着されセンサチップ1を電極形成基板2との間に収納するカバー基板3とを備える。センサチップ1の外周形状は矩形状(図示例では正方形)に形成される。
(Embodiment 1)
As shown in FIG. 1, the sensor device of the present embodiment includes a sensor chip 1 made of a semiconductor substrate on which a sensing unit Ds is formed, and a package that houses the sensor chip 1. The package includes a pad electrode 25 for connecting an external circuit on one surface in the thickness direction (the lower surface in FIG. 1), an electrode forming substrate 2 formed of a semiconductor substrate on which the sensor chip 1 is mounted by flip chip mounting, and the semiconductor substrate. And a cover substrate 3 which is sealed on one surface of the electrode forming substrate 2 on which the sensor chip 1 is mounted and accommodates the sensor chip 1 between the electrode forming substrate 2. The outer peripheral shape of the sensor chip 1 is formed in a rectangular shape (square in the illustrated example).

図2〜図5にセンサチップ1を示す(図4、図5は図1とは上下が逆になっている)。センサチップ1はSOIウェハを加工することにより形成される。ここで用いるSOIウェハは、図4、図5に示すように、シリコン基板からなる支持基板10aを有し、支持基板10aの厚み方向の一表面にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜としての絶縁層10bを介してn形のシリコン層からなる活性層10cが形成されている。さらに、センサチップ1において、活性層10cの表面にはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜16が形成される。したがって、活性層10cは絶縁膜16により表面が覆われる。また、電極形成基板2とカバー基板3とは、それぞれ異なるシリコンウェハを加工することにより形成してある。すなわち、センサチップ1の半導体基板としてSOIウェハを用い、電極形成基板2とカバー基板3との半導体基板としてはシリコンウェハを用いている。   2 to 5 show the sensor chip 1 (FIGS. 4 and 5 are upside down from FIG. 1). The sensor chip 1 is formed by processing an SOI wafer. As shown in FIGS. 4 and 5, the SOI wafer used here has a support substrate 10a made of a silicon substrate, and insulation as a buried oxide film made of a silicon oxide film on one surface in the thickness direction of the support substrate 10a. An active layer 10c made of an n-type silicon layer is formed via the layer 10b. Further, in the sensor chip 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the surface of the active layer 10c. Therefore, the surface of the active layer 10 c is covered with the insulating film 16. The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed by processing different silicon wafers. That is, an SOI wafer is used as the semiconductor substrate of the sensor chip 1, and a silicon wafer is used as the semiconductor substrate of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3.

本実施形態における寸法例を例示すると、SOIウェハにおける支持基板10aの厚み寸法は300〜500μm、絶縁層10bの厚み寸法は0.3〜1.5μm、シリコン層10cの厚み寸法は4〜10μmとする。また、電極形成基板2を形成するシリコンウェハの厚み寸法は200〜300μm、カバー基板3を形成するシリコンウェハの厚み寸法は100〜300μmとする。もっとも、これらの数値は限定する趣旨ではなく目安を示す値である。また、SOIウェハの一表面であるシリコン層10cの表面は(100)面としてある。   When the dimension example in this embodiment is illustrated, the thickness dimension of the support substrate 10a in an SOI wafer is 300-500 micrometers, the thickness dimension of the insulating layer 10b is 0.3-1.5 micrometers, and the thickness dimension of the silicon layer 10c is 4-10 micrometers. To do. Moreover, the thickness dimension of the silicon wafer which forms the electrode formation board | substrate 2 shall be 200-300 micrometers, and the thickness dimension of the silicon wafer which forms the cover board | substrate 3 shall be 100-300 micrometers. However, these numerical values are not intended to limit, but are values indicating a guide. The surface of the silicon layer 10c, which is one surface of the SOI wafer, is a (100) plane.

センサチップ1は、図2に示すように、平面視において(厚み方向に直交する方向から見たときに)枠状(本実施形態では矩形枠状)の支持部11の中央部に質量体12を備える形状に形成されている。つまり、質量体12は支持部11に囲繞されている。また、本実施形態では平面視において支持部11の中心と質量体12の中心とはほぼ一致している。支持部11と質量体12とは質量体12から四方に延出する4本の撓み部13により繋がれている。   As shown in FIG. 2, the sensor chip 1 has a mass body 12 at the center of a frame-like (rectangular frame shape in this embodiment) support portion 11 in a plan view (when viewed from a direction orthogonal to the thickness direction). It is formed in the shape provided with. That is, the mass body 12 is surrounded by the support portion 11. In the present embodiment, the center of the support portion 11 and the center of the mass body 12 substantially coincide with each other in plan view. The support portion 11 and the mass body 12 are connected by four flexure portions 13 extending from the mass body 12 in all directions.

各撓み部13は、短冊状に形成された可撓性を有している。各撓み部13は平面視において質量体12の中心を通り互いに直交する2本の直線の上に配置される。つまり、各2本の撓み部13がそれぞれ互いに直交する各直線上に配置される。この構成により、質量体12は支持部11に対して変位可能になる。支持部11は、図4,図5に示すように、SOIウェハの支持基板10aと絶縁層10bと活性層10cとの全体を用い、撓み部13はSOIウェハにおける支持基板10aと絶縁層10bとを除去し活性層10cのみを用いる。したがって、撓み部13は支持部11および質量体12に比較して十分に薄肉に形成される。   Each bending part 13 has the flexibility formed in strip shape. Each bending portion 13 is arranged on two straight lines that pass through the center of the mass body 12 and are orthogonal to each other in plan view. In other words, each of the two bent portions 13 is arranged on each straight line orthogonal to each other. With this configuration, the mass body 12 can be displaced with respect to the support portion 11. As shown in FIGS. 4 and 5, the support portion 11 uses the entire support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the active layer 10c of the SOI wafer, and the bending portion 13 includes the support substrate 10a and the insulating layer 10b in the SOI wafer. And only the active layer 10c is used. Therefore, the bending portion 13 is formed to be sufficiently thin as compared with the support portion 11 and the mass body 12.

質量体12は、4本の撓み部13を介して支持部11に結合されているコア部12aと、コア部12aに連続一体に連結された4個のリーフ部12bとを備える。平面視においては、質量体12は、5個の正方形のうちの1個の正方形を中心として他の正方形を周囲に4回回転対称となるように配列し、中心の正方形の各角部に他の各正方形の1つの角部をそれぞれ重複させた形状に形成される。本実施形態では、中心に配置した正方形に対応する部分がコア部12aに相当し、他の正方形のうちコア部12aと重複する部位を除いた部分がリーフ部12bに相当する。言い換えると、コア部12aは平面視において正方形状であり、リーフ部12bは正方形の一つの角部が切欠された形状になる。撓み部13は、コア部12aの各辺の中央部に一体に連続し、各撓み部13の幅方向(平面視において撓み部13の延長方向とは直交する方向)の両側にリーフ部12bが配置される。   The mass body 12 includes a core portion 12a that is coupled to the support portion 11 via four flexure portions 13, and four leaf portions 12b that are continuously and integrally connected to the core portion 12a. In the plan view, the mass body 12 is arranged so that one of the five squares is centered on the other square so as to be rotationally symmetric about four times, and the other is located at each corner of the central square. Are formed in a shape in which one corner of each square is overlapped. In the present embodiment, the portion corresponding to the square arranged at the center corresponds to the core portion 12a, and the portion of the other squares excluding the portion overlapping with the core portion 12a corresponds to the leaf portion 12b. In other words, the core portion 12a has a square shape in plan view, and the leaf portion 12b has a shape in which one corner portion of the square is cut out. The bending portion 13 is integrally continuous with the central portion of each side of the core portion 12a, and leaf portions 12b are provided on both sides in the width direction of each bending portion 13 (a direction orthogonal to the extending direction of the bending portion 13 in plan view). Be placed.

各リーフ部12bは、平面視において互いに直交する2本の撓み部13と支持部11とに囲まれる空間に配置されており、各リーフ部12bと支持部11との間にはそれぞれセンサチップ1の厚み方向に貫通するスリット14が形成される。また、撓み部13と各リーフ部12bとは離間しており、撓み部13を挟んで配置された各一対のリーフ部12bの間隔は、各撓み部13の幅寸法よりも大きくなっている。質量体12においてコア部12aはSOIウェハの支持基板10aと絶縁層10bと活性層10cとの全体を用い、リーフ部12bは支持基板10aのみを用いる。   Each leaf portion 12b is disposed in a space surrounded by two bending portions 13 and the support portion 11 that are orthogonal to each other in plan view, and the sensor chip 1 is interposed between each leaf portion 12b and the support portion 11, respectively. A slit 14 penetrating in the thickness direction is formed. Moreover, the bending part 13 and each leaf part 12b are spaced apart, and the space | interval of each pair of leaf part 12b arrange | positioned on both sides of the bending part 13 is larger than the width dimension of each bending part 13. FIG. In the mass body 12, the core portion 12a uses the entire support substrate 10a, insulating layer 10b, and active layer 10c of the SOI wafer, and the leaf portion 12b uses only the support substrate 10a.

なお、センサチップ1における支持部11と質量体12と撓み部13とは、半導体装置の製造技術として知られているリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成することができる。   In addition, the support part 11, the mass body 12, and the bending part 13 in the sensor chip 1 can be formed using a lithography technique and an etching technique known as a manufacturing technique of a semiconductor device.

ところで、図示例は3軸の加速度センサであるから、加速度を検出する方向を定義しておく。センサチップ1の厚み方向に直交する方向をz軸方向とし、支持基板10aから活性層10cに向かう向きを正の向きとする。また、活性層10cの表面をxy平面とし、xy平面において質量体12の中心位置を原点とする。x軸方向およびy軸方向は、それぞれコア部12aから撓み部13が延出されている方向とし、右手系で正の向きを定義する。たとえば図2の右向きをx軸方向の正の向き、上向きをy軸方向の正の向きとする。したがって、質量体12は、コア部12aを挟んで配置されたx軸方向の2本の撓み部13と、コア部12aを挟んで配置されたy軸方向の2本の撓み部13とにより支持部11に繋がれていることになる。   By the way, since the illustrated example is a triaxial acceleration sensor, a direction in which acceleration is detected is defined. A direction orthogonal to the thickness direction of the sensor chip 1 is defined as a z-axis direction, and a direction from the support substrate 10a toward the active layer 10c is defined as a positive direction. The surface of the active layer 10c is the xy plane, and the center position of the mass body 12 is the origin in the xy plane. The x-axis direction and the y-axis direction are directions in which the bending portion 13 extends from the core portion 12a, respectively, and define a positive direction in the right-handed system. For example, the right direction in FIG. 2 is the positive direction in the x-axis direction, and the upward direction is the positive direction in the y-axis direction. Therefore, the mass body 12 is supported by the two bent portions 13 in the x-axis direction disposed with the core portion 12a interposed therebetween and the two bent portions 13 in the y-axis direction disposed with the core portion 12a interposed therebetween. It is connected to the part 11.

質量体12のコア部12aからx軸方向の正向き(図2においてコア部12aから右向き)に延出する撓み部13には、コア部12a側の一端部に2個1組のピエゾ抵抗Rx2,Rx4が形成され、支持部11側の一端部に1個のピエゾ抵抗Rz2が形成される。同様にして、コア部12aからx軸方向の負向き(図2においてコア部12aから左向き)に延出する撓み部13には、コア部12a側の一端部に2個1組のピエゾ抵抗Rx1,Rx3が形成され、支持部11側の一端部に1個のピエゾ抵抗Rz3が形成される。   A pair of piezoresistors Rx2 is provided at one end on the core 12a side of the bending portion 13 that extends in the positive direction in the x-axis direction from the core 12a of the mass body 12 (rightward from the core 12a in FIG. 2). , Rx4, and one piezoresistor Rz2 is formed at one end on the support 11 side. Similarly, a pair of piezoresistors Rx1 is provided at one end on the core 12a side in the bending portion 13 that extends from the core 12a in the negative direction in the x-axis direction (leftward from the core 12a in FIG. 2). , Rx3, and one piezoresistor Rz3 is formed at one end on the support 11 side.

質量体12のコア部12aからy軸方向の正向き(図2においてコア部12aから上向き)に延長された撓み部13には、コア部12a側の一端部に2個1組のピエゾ抵抗Ry1,Ry3が形成され、支持部11側の一端部に1個のピエゾ抵抗Rz1が形成される。同様にして、コア部12aからy軸方向の負向き(図2においてコア部12aから下向き)に延長された撓み部13には、コア部12a側の一端部に2個1組のピエゾ抵抗Ry2,Ry4が形成され、支持部11側の一端部に1個のピエゾ抵抗Rz4が形成される。   A pair of piezoresistors Ry1 at one end on the core 12a side is attached to the bending portion 13 that is extended from the core 12a of the mass body 12 in the positive direction in the y-axis direction (upward from the core 12a in FIG. 2). , Ry3, and one piezoresistor Rz1 is formed at one end on the support 11 side. Similarly, the bending portion 13 extended from the core portion 12a in the negative direction in the y-axis direction (downward from the core portion 12a in FIG. 2) has a pair of piezoresistors Ry2 at one end on the core portion 12a side. , Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at one end on the support portion 11 side.

x軸方向に延長された2本の撓み部13において、コア部12a側の一端部に形成された4個のピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、x軸方向の加速度を検出するために形成され、x軸方向の加速度が質量体12に作用したときに撓み部13に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、平面視においてx軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4は、図6における左端のブリッジ回路Bxを構成するように接続される。   In the two flexures 13 extended in the x-axis direction, the four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed at one end on the core 12a side are for detecting acceleration in the x-axis direction. It is formed in a region where stress generated in the bending portion 13 is concentrated when acceleration in the x-axis direction acts on the mass body 12. The piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the x-axis direction in plan view. These piezo resistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 are connected so as to constitute the leftmost bridge circuit Bx in FIG.

また、y軸方向に延長された2本の撓み部13において、コア部12a側の一端部に形成された4個のピエゾ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、y軸方向の加速度を検出するために形成され、y軸方向の加速度が質量体12に作用したときに撓み部13に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、平面視においてy軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ry1,Ry2,Ry3,Ry4は、図6における中央のブリッジ回路Byを構成するように接続される。   In the two flexures 13 extended in the y-axis direction, four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed at one end on the core 12a side detect acceleration in the y-axis direction. For this reason, it is formed in a region where stress generated in the bending portion 13 is concentrated when acceleration in the y-axis direction acts on the mass body 12. The piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, Ry4 are formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction in plan view. These piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 are connected to form a central bridge circuit By in FIG.

4本の撓み部13において、それぞれ支持部11側の一端部に形成された4個のピエゾ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、z軸方向の加速度を検出するために形成されている。ピエゾ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、いずれもy軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。すなわち、y軸方向に延長された2本の撓み部13に形成されたピエゾ抵抗Rz1,Rz4の長手方向は撓み部13の延長方向に一致し、x軸方向に延長された2本の撓み部13に形成されたピエゾ抵抗Rz2,Rz3の長手方向は撓み部13の延長方向に直交する。これらのピエゾ抵抗Rz1,Rz2,Rz3,Rz4は、図6における右端のブリッジ回路Bzを構成するように接続されている。   In the four flexures 13, four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed at one end on the support 11 side are formed to detect acceleration in the z-axis direction. The piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are all formed in a rectangular shape whose longitudinal direction is the y-axis direction. That is, the longitudinal directions of the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in the two flexures 13 extended in the y-axis direction coincide with the extension direction of the flexure 13 and the two flexures extended in the x-axis direction. The longitudinal direction of the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed on 13 is orthogonal to the extending direction of the flexure 13. These piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 are connected so as to constitute the rightmost bridge circuit Bz in FIG.

上述した各ピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4、Ry1,Ry2,Ry3,Ry4、Rz1,Rz2,Rz3,Rz4の接続には、センサチップ1に形成されている拡散層配線や金属配線を用いる。   For the connection of each of the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4, a diffusion layer wiring or a metal wiring formed on the sensor chip 1 is used.

図6に示した回路構成では、3個のブリッジ回路Bx,By,Bzに電圧を印加する入力端子T1,T2を共通に接続し、各ブリッジ回路Bx,By,Bzには個別の出力端子X1,X2、Y1,Y2、Z1,Z2を設けている。本実施形態では、入力端子T1,T2に印加する電圧は直流電圧であって、入力端子T1に電圧VDDを印加し、入力端子T2を回路グランドGNDに接続する。したがって、質量体12の変位に伴って撓み部13に生じる応力が、ピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4、Ry1,Ry2,Ry3,Ry4、Rz1,Rz2,Rz3,Rz4により電気量(抵抗値)に変換され、さらに、ブリッジBx,By,Bzにより電気量(電圧)に変換されて出力されるのである。   In the circuit configuration shown in FIG. 6, input terminals T1 and T2 for applying a voltage to the three bridge circuits Bx, By and Bz are connected in common, and each bridge circuit Bx, By and Bz has an individual output terminal X1. , X2, Y1, Y2, Z1, Z2 are provided. In the present embodiment, the voltage applied to the input terminals T1 and T2 is a DC voltage, the voltage VDD is applied to the input terminal T1, and the input terminal T2 is connected to the circuit ground GND. Therefore, the stress generated in the bending portion 13 due to the displacement of the mass body 12 is caused by the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4. In addition, it is converted into an electric quantity (voltage) by the bridges Bx, By, Bz and output.

以下にセンサチップ1の動作例を説明する。いま、センサチップ1に加速度が作用していない状態からセンサチップ1に対してx軸方向の正向きに加速度が作用したとすると、x軸方向の負向きに作用する質量体12の慣性力によって支持部11に対して質量体12が変位し、コア部12aからx軸方向に延長された2本の撓み部13が撓んで当該撓み部13に形成されているピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4の抵抗値が変化する。このとき、ピエゾ抵抗Rx1,Rx3は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Rx2,Rx4は圧縮応力を受ける。一般に、ピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値(抵抗率)が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値(抵抗率)が減少する。したがって、x軸方向の正向きに加速度が作用したときには、ピエゾ抵抗Rx1,Rx3の抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗Rx2,Rx4の抵抗値が減少する。この動作によって、図6の左端のブリッジ回路Bxの出力端子X1,X2間の電位差がx軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。   Hereinafter, an operation example of the sensor chip 1 will be described. Assuming that acceleration is applied to the sensor chip 1 in the positive direction in the x-axis direction from a state where no acceleration is applied to the sensor chip 1, the inertial force of the mass body 12 acting in the negative direction in the x-axis direction is used. The mass body 12 is displaced with respect to the support portion 11, and the two bending portions 13 extended in the x-axis direction from the core portion 12a are bent to form the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3 formed in the bending portion 13. The resistance value of Rx4 changes. At this time, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the piezoresistors Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, when a piezoresistor is subjected to a tensile stress, its resistance value (resistivity) increases, and when it receives a compressive stress, its resistance value (resistivity) decreases. Therefore, when acceleration acts in the positive direction in the x-axis direction, the resistance values of the piezo resistors Rx1 and Rx3 increase, and the resistance values of the piezo resistors Rx2 and Rx4 decrease. By this operation, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the leftmost bridge circuit Bx in FIG. 6 changes according to the magnitude of the acceleration in the x-axis direction.

同様にして、y軸方向の加速度が作用すれば図6の中央のブリッジ回路Byの出力端子Y1,Y2間の電位差がy軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、z軸方向の加速度が作用すれば図6の右端のブリッジ回路Bzの出力端子Z1,Z2間の電位差がz軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。   Similarly, if the acceleration in the y-axis direction acts, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the center bridge circuit By in FIG. 6 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the acceleration in the z-axis direction. As a result, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the rightmost bridge circuit Bz in FIG. 6 changes according to the magnitude of acceleration in the z-axis direction.

したがって、各ブリッジ回路Bx,By,Bzの出力電圧の変化をそれぞれ検出することにより、センサチップ1に作用したx軸方向、y軸方向、z軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、質量体12と4本の撓み部13とピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4、Ry1,Ry2,Ry3,Ry4、Rz1,Rz2,Rz3,Rz4とによりセンシング部Dsが構成される。   Therefore, by detecting the change in the output voltage of each bridge circuit Bx, By, Bz, the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction acting on the sensor chip 1 can be detected. In the present embodiment, the sensing body Ds is configured by the mass body 12, the four bending portions 13, and the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4. .

センサチップ1の一表面(図1の下面)には、電極19が形成される。電極19はセンサチップ1に形成された金属配線の一部であり、センサチップ1を外部回路と接続するための接続部として機能する。なお、拡散層配線の図示は省略してある。電極19を含む金属配線は活性層10cの表面を覆う絶縁膜16の上に形成される。   An electrode 19 is formed on one surface of the sensor chip 1 (the lower surface in FIG. 1). The electrode 19 is a part of the metal wiring formed on the sensor chip 1 and functions as a connection part for connecting the sensor chip 1 to an external circuit. Note that the illustration of the diffusion layer wiring is omitted. The metal wiring including the electrode 19 is formed on the insulating film 16 covering the surface of the active layer 10c.

センサチップ1において、ピエゾ抵抗Rx1,Rx2,Rx3,Rx4、Ry1,Ry2,Ry3,Ry4、Rz1,Rz2,Rz3,Rz4および拡散層配線は、活性層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のp形不純物をドーピングすることにより形成される。また、電極19を除いた金属配線は、絶縁膜16上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜(たとえば、Al膜、Al−Si膜など)をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線は絶縁膜16に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。   In the sensor chip 1, the piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Ry1, Ry2, Ry3, Ry4, Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 and the diffusion layer wiring are p-types with appropriate concentrations at respective formation sites in the active layer 10c. It is formed by doping impurities. In addition, the metal wiring excluding the electrode 19 is a metal film (for example, Al film, Al-Si film, etc.) formed on the insulating film 16 by a sputtering method or a vapor deposition method using a lithography technique and an etching technique. It is formed by patterning, and the metal wiring is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16.

電極19は、接合用のAu膜を表面に備え、Au膜と絶縁膜16との間には密着性改善用のTi膜を介在させてある。つまり、電極19は、絶縁膜16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により形成されている。   The electrode 19 has a bonding Au film on the surface, and a Ti film for improving adhesion is interposed between the Au film and the insulating film 16. That is, the electrode 19 is formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film.

なお、電極19は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあり、電極19を除く金属配線の膜厚は1μmに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。   In the electrode 19, the thickness of the Ti film is set to 15 to 50 nm, the thickness of the Au film is set to 500 nm, and the thickness of the metal wiring excluding the electrode 19 is set to 1 μm. However, these numerical values are merely examples and are not intended to be limiting.

本実施形態は3軸の加速度センサであるから、センシング部Dsと協働する回路部Dcを設けている。回路部Dcとしては、ブリッジ回路Bx,By,Bzの入力端子T1,T2に電圧を印加する電源回路、ブリッジ回路Bx,By,Bzの出力端子X1,X2、Y2,Y2、Z1,Z2に接続されブリッジ回路Bx,By,Bzの出力電圧を増幅する増幅回路などが必要であり、回路部Dcは集積回路として形成される。本実施形態では、回路部Dcはセンサチップ1の周部にセンシング部Dsを囲繞する形で形成してある。すなわち、回路部Dcは支持部11の一表面(図1の下面)に集積回路として形成される。したがって、上述した電極19は図2のように回路部Dcの周囲に配列される。   Since the present embodiment is a triaxial acceleration sensor, a circuit unit Dc that cooperates with the sensing unit Ds is provided. As the circuit unit Dc, a power supply circuit that applies a voltage to the input terminals T1 and T2 of the bridge circuits Bx, By, and Bz, and an output terminal X1, X2, Y2, Y2, Z1, and Z2 of the bridge circuits Bx, By, and Bz are connected. An amplifier circuit that amplifies the output voltage of the bridge circuits Bx, By, Bz is required, and the circuit portion Dc is formed as an integrated circuit. In the present embodiment, the circuit portion Dc is formed in a shape surrounding the sensing portion Ds on the peripheral portion of the sensor chip 1. That is, the circuit portion Dc is formed as an integrated circuit on one surface (the lower surface in FIG. 1) of the support portion 11. Therefore, the electrodes 19 described above are arranged around the circuit portion Dc as shown in FIG.

ところで、電極形成基板2は、図1に示すように、センサチップ1との対向面(図1における上面)に、センサチップ1に設けた各電極19と接合される複数個のバンプ21が突設されている。また、電極形成基板2において各バンプ21に対応する部位には厚み方向の表裏に貫通する複数個の貫通孔22が形成される。電極形成基板2の厚み方向の両面および貫通孔22の内周面には熱酸化により形成したシリコン酸化膜である絶縁膜23が連続して形成される。また、貫通孔22には電極形成基板2の厚み方向の表裏に貫通する貫通孔配線24が形成される。したがって、貫通孔配線24と貫通孔22の内周面との間に絶縁膜23の一部が介在する。電極形成基板2に設けられる複数の貫通孔配線24は互いに離間して配置される。バンプ21の材料にはAuを用いる。また、貫通孔配線24の材料としてはCuを採用するのが望ましいが、Cuに限らず、たとえば、Niなどを採用してもよい。   By the way, as shown in FIG. 1, the electrode forming substrate 2 has a plurality of bumps 21 to be joined to the electrodes 19 provided on the sensor chip 1 on the surface facing the sensor chip 1 (upper surface in FIG. 1). It is installed. In addition, a plurality of through holes 22 penetrating the front and back in the thickness direction are formed in the portions corresponding to the bumps 21 in the electrode forming substrate 2. An insulating film 23 which is a silicon oxide film formed by thermal oxidation is continuously formed on both surfaces in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 and the inner peripheral surface of the through hole 22. Further, a through-hole wiring 24 penetrating the front and back in the thickness direction of the electrode forming substrate 2 is formed in the through-hole 22. Therefore, a part of the insulating film 23 is interposed between the through-hole wiring 24 and the inner peripheral surface of the through-hole 22. The plurality of through-hole wirings 24 provided on the electrode forming substrate 2 are arranged apart from each other. Au is used for the material of the bump 21. Moreover, although it is desirable to employ Cu as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be employed.

このように、センサチップ1を電極形成基板2に対してバンプ21を用いてフリップチップ実装することにより、センサチップ1と電極形成基板2との間にはバンプ21の突出寸法に相当する間隙が生じる。したがって、この間隙が所望寸法になるようにバンプ21の突出寸法を設定することにより、センサチップ1の厚み方向における質量体12および撓み部13の変位空間を確保する(質量体12の変位量を規制する)ことができる。要するに、センサチップ1において質量体12と撓み部13とからなる可動部の変位を許容する空間を上記間隙によって確保し、かつ衝撃力などが作用した場合の質量体の12の変位量を規制するストッパとして電極形成基板2を用いることができる。   As described above, the sensor chip 1 is flip-chip mounted on the electrode forming substrate 2 using the bumps 21, so that a gap corresponding to the protruding dimension of the bumps 21 is provided between the sensor chip 1 and the electrode forming substrate 2. Arise. Therefore, by setting the projecting dimension of the bump 21 so that the gap becomes a desired dimension, a displacement space for the mass body 12 and the bending portion 13 in the thickness direction of the sensor chip 1 is ensured (the displacement amount of the mass body 12 is determined). Can be regulated). In short, in the sensor chip 1, a space allowing the displacement of the movable portion composed of the mass body 12 and the bending portion 13 is secured by the gap, and the displacement amount of the mass body 12 when an impact force or the like is applied is regulated. The electrode forming substrate 2 can be used as a stopper.

電極形成基板2の厚み方向の各面のうちセンサチップ1の対向面とは反対側の表面(図1の下面)には、外部回路との接続用電極となる半田リフロー用のパッド電極25が形成されている。各パッド電極25は、各貫通孔配線24の他端部にそれぞれ電気的に接続される。各パッド電極25は、外周形状が矩形状(たとえば、正方形状)であり、電極形成基板2の表面に略等間隔で離間して配置されている。各パッド電極25の大きさ、および隣り合うパッド電極25の間の距離は、それぞれ半田リフローに適した大きさを下回らないように設計してある。   A solder reflow pad electrode 25 serving as an electrode for connection with an external circuit is provided on the surface (the lower surface in FIG. 1) opposite to the surface facing the sensor chip 1 of each surface in the thickness direction of the electrode forming substrate 2. Is formed. Each pad electrode 25 is electrically connected to the other end of each through-hole wiring 24. Each pad electrode 25 has a rectangular outer shape (for example, a square shape), and is arranged on the surface of the electrode forming substrate 2 at substantially equal intervals. The size of each pad electrode 25 and the distance between adjacent pad electrodes 25 are designed so as not to fall below a size suitable for solder reflow.

各パッド電極25は、厚み方向に積層されたTi膜とCu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、最上層がAu膜となっている。各パッド電極25は、厚み方向に積層された少なくとも二層の金属膜により構成され、かつ最上層の金属膜がAuにより形成されるとともに最上層直下の金属膜がNiにより形成されていれば、最上層の金属膜がAuで形成されていることにより酸化を防止することができ、また、最上層直下の金属膜がNiで形成されていることにより、Cuにより形成されている場合に比べて半田に溶食されにくくなり、膜厚を薄くすることが可能になる。また、各パッド電極25の厚み方向の最下層の金属膜がTiにより形成されていることにより、各パッド電極25と絶縁膜23との密着性を高めることができる。   Each pad electrode 25 is composed of a laminated film of a Ti film, a Cu film, a Ni film, and an Au film laminated in the thickness direction, and the uppermost layer is an Au film. Each pad electrode 25 is composed of at least two layers of metal films laminated in the thickness direction, and if the uppermost metal film is formed of Au and the metal film immediately below the uppermost layer is formed of Ni, Since the uppermost metal film is made of Au, oxidation can be prevented, and the metal film immediately below the uppermost layer is made of Ni, so that it can be compared with the case of being made of Cu. It becomes difficult to be eroded by the solder, and the film thickness can be reduced. Further, since the lowermost metal film in the thickness direction of each pad electrode 25 is formed of Ti, the adhesion between each pad electrode 25 and the insulating film 23 can be enhanced.

カバー基板3は、電極形成基板2においてセンサチップ1が実装される面と同じ面に封着される。カバー基板3には、電極形成基板2との間にセンサチップ1を収納する収納空間を形成するために、電極形成基板2との対向面に収納凹所31が形成されている。電極形成基板2とカバー基板3とは平面視における外形寸法が等しく、カバー基板3は全周に亘って電極形成基板2と気密的に接合される。ここに、カバー基板3において電極形成基板2と接合される部位にはシリコン酸化膜である接合膜32が形成されている。   The cover substrate 3 is sealed on the same surface as the surface on which the sensor chip 1 is mounted in the electrode forming substrate 2. In the cover substrate 3, a storage recess 31 is formed on the surface facing the electrode formation substrate 2 in order to form a storage space for storing the sensor chip 1 between the cover substrate 3 and the electrode formation substrate 2. The electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same external dimensions in plan view, and the cover substrate 3 is airtightly bonded to the electrode forming substrate 2 over the entire circumference. Here, a bonding film 32, which is a silicon oxide film, is formed at a portion of the cover substrate 3 to be bonded to the electrode forming substrate 2.

また、カバー基板3を電極形成基板2に接合した状態で、カバー基板3に形成された収納凹所31の内底面とセンサチップ1に設けた質量体12との間に、質量体12の変位を許容する間隙が形成されるように、収納凹所31の深さ寸法を設定してある。ここに、収納凹所31の内底面と質量体12との間の隙間を確保するために、質量体12の厚み寸法を調節してもよい。質量体12とカバー基板3との間の間隙の寸法は、たとえば、5〜10μmに設定される。この間隙の寸法を越える変位を生じさせる加速度が質量体12に作用するときには質量体12がカバー基板3に当接するから、カバー基板3は図1の上方への質量体12の変位量を規制するストッパとして機能する。   Further, the mass body 12 is displaced between the inner bottom surface of the housing recess 31 formed in the cover substrate 3 and the mass body 12 provided in the sensor chip 1 in a state where the cover substrate 3 is bonded to the electrode forming substrate 2. The depth dimension of the storage recess 31 is set so that a gap that allows the above is formed. Here, in order to secure a gap between the inner bottom surface of the storage recess 31 and the mass body 12, the thickness dimension of the mass body 12 may be adjusted. The dimension of the gap between the mass body 12 and the cover substrate 3 is set to 5 to 10 μm, for example. Since the mass body 12 abuts on the cover substrate 3 when an acceleration that causes a displacement exceeding the dimension of the gap acts on the mass body 12, the cover substrate 3 regulates the amount of displacement of the mass body 12 upward in FIG. Functions as a stopper.

上述した加速度センサを製造するにあたっては、多数個のセンサチップ1を形成したSOIウェハを切断分離して個別のセンサチップ1を形成し、電極形成基板2を形成するシリコンウェハに貫通孔配線24およびバンプ21を形成し、シリコンウェハにおいて各電極形成基板2に相当する部位に、各センサチップ1をフリップチップ実装する。センサチップ1の電極19とバンプ21との接合面はAu−Au接合であるから、常温バンプ接合で接合する。   In manufacturing the above-described acceleration sensor, the SOI wafer on which a large number of sensor chips 1 are formed is cut and separated to form individual sensor chips 1, and the through-hole wiring 24 and the silicon wafer on which the electrode forming substrate 2 is formed are formed on the silicon wafer. Bumps 21 are formed, and each sensor chip 1 is flip-chip mounted on a portion of the silicon wafer corresponding to each electrode forming substrate 2. Since the bonding surface between the electrode 19 and the bump 21 of the sensor chip 1 is Au—Au bonding, bonding is performed by room temperature bump bonding.

次に、多数個のセンサチップ1をフリップチップ実装したシリコンウェハと、多数個のカバー基板3を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで互いに接合し、ダイシング工程により個別に切断分離する。ウェハレベルでの接合時には、電極形成基板2に形成された絶縁膜23とカバー基板3に形成された接合膜32とを互いに接合する。このような製造工程を採用することにより、電極形成基板2とセンサチップ1とがボンディングワイヤを用いることなく接続され、しかもセンサチップ1に設けた可動部の変位量を規制するために別途にストッパを設ける必要がないから、ボンディングワイヤを用いたりストッパを用いたりする構成と比較すると、電極形成基板2とカバー基板3とにより構成されるパッケージの高さ寸法(センサチップ1の厚み方向における寸法)を小さくすることが可能になる。   Next, a silicon wafer on which a large number of sensor chips 1 are flip-chip mounted and a silicon wafer on which a large number of cover substrates 3 are formed are bonded to each other at the wafer level and individually cut and separated by a dicing process. At the time of bonding at the wafer level, the insulating film 23 formed on the electrode forming substrate 2 and the bonding film 32 formed on the cover substrate 3 are bonded to each other. By adopting such a manufacturing process, the electrode forming substrate 2 and the sensor chip 1 are connected without using a bonding wire, and a separate stopper is provided to regulate the amount of displacement of the movable part provided in the sensor chip 1. Therefore, the height dimension of the package formed by the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 (dimension in the thickness direction of the sensor chip 1) is compared with a configuration using a bonding wire or a stopper. Can be reduced.

ところで、電極形成基板2とカバー基板3との接合方法としては、接合後におけるセンサチップ1の残留応力を少なくすることが望ましい。したがって、低温での接合が可能な接合方法を採用することが望ましい。そこで、本実施形態では、シリコン酸化膜対シリコン酸化膜の常温接合法を採用している。   By the way, as a joining method of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3, it is desirable to reduce the residual stress of the sensor chip 1 after joining. Therefore, it is desirable to employ a bonding method that enables bonding at a low temperature. Therefore, in this embodiment, a room temperature bonding method of silicon oxide film to silicon oxide film is adopted.

常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行い、次に接合面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、絶縁膜23とと接合膜32とが接合されることにより、常温下で電極形成基板2とカバー基板3との周部同士が接合される。   In the room temperature bonding method, each bonding surface is cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding, and then the bonding surfaces are brought into contact with each other. And apply an appropriate load at room temperature. At this time, the insulating film 23 and the bonding film 32 are bonded, so that the peripheral portions of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are bonded to each other at room temperature.

本実施形態では、センサチップ1と電極形成基板2とカバー基板3とが同じ半導体材料であるSiにより形成されているので、センサチップ1と電極形成基板2とカバー基板3との線膨張率差に起因した応力(センサチップ1における残留応力)がブリッジ回路Bx,By,Bzの出力に与える影響を低減できる。つまり、電極形成基板2とカバー基板3とがセンサチップ1とは異なる材料により形成されている場合に比較すると、製品毎のセンサ特性のばらつきを低減することができる。   In the present embodiment, since the sensor chip 1, the electrode forming substrate 2, and the cover substrate 3 are formed of Si, which is the same semiconductor material, the linear expansion coefficient difference between the sensor chip 1, the electrode forming substrate 2, and the cover substrate 3 is the same. It is possible to reduce the influence of the stress (residual stress in the sensor chip 1) caused by the above on the outputs of the bridge circuits Bx, By, Bz. That is, as compared with the case where the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 are formed of a material different from that of the sensor chip 1, it is possible to reduce variations in sensor characteristics for each product.

なお、上述した構成例では、センサチップ1の形成にSOIウェハを用いているが、この構成は必須ではなく、SOIウェハに代えて、たとえばシリコンウェハを採用してもよい。上述した加速度センサでは、電極形成基板2においてセンサチップ1との対向面とは反対側の表面にパッド電極25が形成されているので、インターポーザを用いることなく半田リフローにより実装基板に実装することが可能である。   In the configuration example described above, an SOI wafer is used to form the sensor chip 1, but this configuration is not essential, and a silicon wafer, for example, may be employed instead of the SOI wafer. In the acceleration sensor described above, since the pad electrode 25 is formed on the surface opposite to the surface facing the sensor chip 1 in the electrode forming substrate 2, it can be mounted on the mounting substrate by solder reflow without using an interposer. Is possible.

(実施形態2)
実施形態1では、センサチップ1にセンシング部Dsとともに回路部Dcを形成する例を示したが、本実施形態では、図7に示すように、センサチップ1にはセンシング部Dsのみを形成し、回路部Dcをセンサチップ1とは別に設けた回路チップ4に形成した例を示す。回路チップ4はセンサチップ1とともに、電極形成基板2とカバー基板3とで形成されたパッケージに収納される。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the example in which the circuit portion Dc is formed together with the sensing portion Ds on the sensor chip 1 is shown. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 7, only the sensing portion Ds is formed on the sensor chip 1, An example in which the circuit portion Dc is formed on a circuit chip 4 provided separately from the sensor chip 1 is shown. The circuit chip 4 is housed in a package formed of the electrode forming substrate 2 and the cover substrate 3 together with the sensor chip 1.

回路チップ4は、実施形態1においてセンサチップ1に形成した電極19と同様の構成である電極41を有している。電極形成基板2においてセンサチップ1を実装する面には接続用金属層26からなる接続パターンが形成され、センサチップ1と回路チップ4とは接続パターンを介して電気的に接続される。接続パターンにおいてセンサチップ1を実装する部位にはバンプ21が形成され、実施形態1と同様に、バンプ21の突出寸法によってセンサチップ1における可動部の変位量を確保および規制がなされる。   The circuit chip 4 has an electrode 41 having the same configuration as the electrode 19 formed on the sensor chip 1 in the first embodiment. A connection pattern made of a connection metal layer 26 is formed on the surface on which the sensor chip 1 is mounted on the electrode forming substrate 2, and the sensor chip 1 and the circuit chip 4 are electrically connected via the connection pattern. In the connection pattern, bumps 21 are formed at portions where the sensor chip 1 is mounted, and the displacement amount of the movable portion in the sensor chip 1 is secured and regulated by the protruding dimensions of the bumps 21 as in the first embodiment.

一方、貫通孔配線24は回路チップ4を実装する部位に形成されている。回路チップ4の実装にはバンプを用いることが可能であるが、センサチップ1を実装する部位以外にバンプを形成するのは手間がかかる。そこで、電極形成基板2において回路チップ4を実装する部位では、各電極41に対応する部位に接続用金属層26が形成してあり、接続用金属層26と電極41とを金属対金属の常温接合により接合する。   On the other hand, the through-hole wiring 24 is formed at a site where the circuit chip 4 is mounted. Although it is possible to use bumps for mounting the circuit chip 4, it takes time to form the bumps other than the part where the sensor chip 1 is mounted. Therefore, in the part where the circuit chip 4 is mounted on the electrode forming substrate 2, the connection metal layer 26 is formed in a part corresponding to each electrode 41, and the connection metal layer 26 and the electrode 41 are made of metal-to-metal room temperature. Join by joining.

つまり、接合前に接続用金属層26と電極41とにアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行った後に、接続用金属層26と電極41とを接触させ、センサチップ1と電極形成基板2との間に常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、接続用金属層26と電極41とが接合され、常温下で接続用金属層26と電極41とを接合することができる。つまり、回路チップ4の電極は接続用金属層26を介してセンサチップ1およびパッド電極25に接続される。   That is, after the bonding surfaces are cleaned and activated by irradiating the connection metal layer 26 and the electrode 41 with argon plasma, ion beam, or atomic beam in vacuum before bonding, the connection metal The layer 26 and the electrode 41 are brought into contact with each other, and an appropriate load is applied between the sensor chip 1 and the electrode forming substrate 2 at room temperature. At this time, the connecting metal layer 26 and the electrode 41 are joined, and the connecting metal layer 26 and the electrode 41 can be joined at room temperature. That is, the electrode of the circuit chip 4 is connected to the sensor chip 1 and the pad electrode 25 through the connection metal layer 26.

本実施形態では、実施形態1に比較すると実装面積が大きくなるが、回路チップ4をセンサチップ1とは分離しているから、センサチップ1と回路チップ4との組み合わせによって複数の仕様のセンサ装置を構成することが可能になる。他の構成および動作は実施形態1と同様である。   In the present embodiment, the mounting area is larger than that in the first embodiment, but the circuit chip 4 is separated from the sensor chip 1, and therefore, a sensor device having a plurality of specifications by combining the sensor chip 1 and the circuit chip 4. Can be configured. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment.

実施形態1を示す縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view showing a first embodiment. 同上に用いるセンサチップの平面図である。It is a top view of the sensor chip used for the same as the above. 同上に用いるセンシング部を示す要部平面図である。It is a principal part top view which shows the sensing part used for the same as the above. 図3におけるA−A′線断面の階段断面図である。FIG. 4 is a step sectional view taken along line AA ′ in FIG. 3. 図3におけるB−A′線断面の縦断面図である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view taken along line B-A ′ in FIG. 3. 同上の回路図である。It is a circuit diagram same as the above. 実施形態2を示す縦断面図である。FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a second embodiment. 従来構成を断面図である。It is sectional drawing of a conventional structure. 同上の分解斜視図である。It is an exploded perspective view same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサチップ
2 電極形成基板
3 カバー基板
12 質量体(可動部)
13 撓み部(可動部)
19 電極
21 バンプ
24 貫通孔配線
25 パッド電極(電極)
31 収納凹所
Dc 回路部
Ds センシング部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor chip 2 Electrode formation board 3 Cover board 12 Mass body (movable part)
13 Deflection part (movable part)
19 Electrode 21 Bump 24 Through-hole wiring 25 Pad electrode (electrode)
31 Storage recess Dc Circuit part Ds Sensing part

Claims (3)

半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定されていることを特徴とするセンサ装置。   A sensor chip having a sensing part having a movable part formed of a semiconductor substrate and allowed to move at least in the thickness direction, and a package for housing the sensor chip, the inner side of the package, the movable part of the sensor chip Bumps used for flip chip mounting of the sensor chip are formed on one surface opposite to each other, and the protruding dimension of the bump is such that the distance between the one surface of the package and the movable portion defines the amount of displacement allowed for the movable portion. A sensor device characterized by being set. 前記センサチップは、前記センシング部に加えてセンシング部と協働する回路部を備えることを特徴とする請求項1記載のセンサ装置。   The sensor device according to claim 1, wherein the sensor chip includes a circuit unit that cooperates with the sensing unit in addition to the sensing unit. 前記パッケージは、半導体基板からなり厚み方向に貫通する貫通孔配線が形成されるとともに貫通孔配線の一端に外部回路を接続する電極を有し他端に前記バンプが電気的に接続された電極形成基板と、電極形成基板に接合される半導体基板からなり電極形成基板との間にセンサチップを収納する収納空間を形成するカバー基板とからなることを特徴とする請求項1または請求項2記載のセンサ装置。   The package is formed of a semiconductor substrate, in which a through-hole wiring that penetrates in the thickness direction is formed, and an electrode that connects an external circuit to one end of the through-hole wiring and the bump is electrically connected to the other end 3. The substrate according to claim 1, comprising a substrate and a cover substrate formed of a semiconductor substrate bonded to the electrode forming substrate and forming a storage space for storing the sensor chip between the electrode forming substrate. Sensor device.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014198365A (en) * 2013-03-29 2014-10-23 日本信号株式会社 Planar type actuator
WO2015146154A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 株式会社デンソー Force detection device
JP2015184237A (en) * 2014-03-26 2015-10-22 株式会社豊田中央研究所 Force detection device
JP2016014650A (en) * 2014-06-12 2016-01-28 株式会社豊田中央研究所 Force detector
US10222281B2 (en) 2014-03-26 2019-03-05 Denso Corporation Force detection apparatus having high sensor sensitivity

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014198365A (en) * 2013-03-29 2014-10-23 日本信号株式会社 Planar type actuator
WO2015146154A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 株式会社デンソー Force detection device
JP2015184237A (en) * 2014-03-26 2015-10-22 株式会社豊田中央研究所 Force detection device
US10222281B2 (en) 2014-03-26 2019-03-05 Denso Corporation Force detection apparatus having high sensor sensitivity
JP2016014650A (en) * 2014-06-12 2016-01-28 株式会社豊田中央研究所 Force detector

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