JP2009068893A5 - - Google Patents

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半導体プロセス技術を利用して形成されたシリコンからなるセンサ素子と、
前記センサ素子を収納するパッケージとを備え、
前記センサ素子は、支持枠と、前記支持枠の内側に配置される構造体と、前記構造体を前記支持枠に揺動可能に支持する梁部とを含み、
少なくとも前記構造体の上面領域の一部には、前記センサ素子と電気的に接続される集積回路部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。
A sensor element made of silicon formed using semiconductor process technology;
A package for housing the sensor element;
The sensor element includes a support frame, a structure disposed inside the support frame, and a beam portion that swingably supports the structure on the support frame,
An integrated circuit portion electrically connected to the sensor element is formed in at least a part of the upper surface region of the structure body.
シリコンからなるセンサ素子と、A sensor element made of silicon;
前記センサ素子を収納するパッケージとを備え、  A package for housing the sensor element;
前記センサ素子は、支持枠と、前記支持枠の内側に配置される構造体と、前記構造体を前記支持枠に揺動可能に支持する梁部とを含み、  The sensor element includes a support frame, a structure disposed inside the support frame, and a beam portion that swingably supports the structure on the support frame,
前記構造体の上面領域の一部には、前記センサ素子と電気的に接続される集積回路部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。  An integrated circuit portion electrically connected to the sensor element is formed in a part of the upper surface region of the structure body.
センサ素子と、A sensor element;
前記センサ素子を収納するパッケージとを備え、  A package for housing the sensor element;
前記センサ素子は、支持枠と、前記支持枠の内側に配置される構造体と、前記構造体を前記支持枠に揺動可能に支持する梁部とを含み、  The sensor element includes a support frame, a structure disposed inside the support frame, and a beam portion that swingably supports the structure on the support frame,
前記構造体に、集積回路部が形成されていることを特徴とする、半導体装置。  An integrated circuit portion is formed in the structure, and a semiconductor device.
前記センサ素子の前記梁部に、ピエゾ抵抗素子が形成されることによって、前記センサ素子が、前記構造体の変位量に応じて加速度を検出するピエゾ抵抗型の加速度センサ素子に構成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 By forming a piezoresistive element in the beam portion of the sensor element, the sensor element is configured as a piezoresistive acceleration sensor element that detects acceleration according to the amount of displacement of the structure. The semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記構造体は、前記梁部を介して前記支持枠に支持される直方体状の第1構造体と、前記第1構造体に一体的に連結される直方体状の複数の第2構造体とを含み、
前記集積回路部は、前記複数の第2構造体の少なくとも1つの上面領域に形成されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The structure includes a rectangular parallelepiped first structure supported by the support frame via the beam portion, and a plurality of rectangular parallelepiped second structures integrally connected to the first structure. Including
The integrated circuit portion is characterized by being formed in at least one of the upper surface area of the plurality of second structures, the semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
前記集積回路部は、前記第1構造体の上面領域および前記複数の第2構造体の上面領域の各々に形成されていることを特徴とする、請求項に記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 5 , wherein the integrated circuit section is formed in each of an upper surface region of the first structure body and an upper surface region of the plurality of second structure bodies. 前記支持枠の上面領域には、電極端子部が設けられているとともに、前記複数の第2構造体の一部と前記支持枠とは、連結部によって連結されており、
前記連結部は、前記支持枠の前記電極端子部と前記集積回路部とを電気的に接続するための接続経路として機能するように構成されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の半導体装置。
An electrode terminal portion is provided on the upper surface region of the support frame, and a part of the plurality of second structures and the support frame are connected by a connecting portion,
The connecting portion, characterized in that it is configured to function as said electrode terminal portion of the support frame and the integrated circuit section as a connection path for electrically connecting to claim 5 or 6 The semiconductor device described.
前記集積回路部は、前記構造体の上面領域に加えて、前記支持枠の上面領域にも形成されていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。 The integrated circuit unit, in addition to the upper surface area of said structure, characterized in that it is formed in an upper surface region of the support frame, a semiconductor device according to any one of claims 1-7. 前記集積回路部は、前記構造体の動きに基づいて検出される電気的な検出信号を増幅および補正して、物理量に比例した電圧として出力する機能を有するように構成されていることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の半導体装置。 The integrated circuit unit is configured to have a function of amplifying and correcting an electrical detection signal detected based on the movement of the structure and outputting the amplified signal as a voltage proportional to a physical quantity. to the semiconductor device according to any one of claims 1-8. 前記支持枠、前記構造体および前記梁部は、SOI基板を加工することによって一体的に形成されていることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the support frame, the structure body, and the beam portion are integrally formed by processing an SOI substrate. 前記センサ素子の前記支持枠は、平面的に見て、略矩形枠状に形成されており、中央部に略四角形状の開口部を有していることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。The said support frame of the said sensor element is formed in the substantially rectangular frame shape seeing planarly, and has the substantially square-shaped opening part in the center part, The 1-10 characterized by the above-mentioned. The semiconductor device according to any one of the above. 前記支持枠は、支持基板、絶縁層およびシリコン層から構成されていることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the support frame includes a support substrate, an insulating layer, and a silicon layer. 前記第2構造体と前記支持枠および前記梁部との間には、隙間が設けられていることを特徴とする、請求項5〜12のいずれかを1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein a gap is provided between the second structure, the support frame, and the beam portion. 前記隙間は、加速度を受けて構造体が揺動した際に、前記第2構造体が前記支持枠や前記梁部と接触しない程度の大きさに構成されていることを特徴とする、請求項5〜13のいずれか1項に記載の半導体装置。The gap is configured to have such a size that the second structure does not come into contact with the support frame or the beam portion when the structure swings due to acceleration. The semiconductor device according to any one of 5 to 13. 前記梁部はSOI基板のシリコン層から構成されており、短冊状に形成されていることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the beam portion is formed of a silicon layer of an SOI substrate and is formed in a strip shape. 前記梁部は、前記支持枠よりも厚みが小さくなっていることを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the beam portion has a thickness smaller than that of the support frame. 前記梁部の一方端部が前記支持枠の内側面に一体的に連結されており、他方端部が前記構造体の内側面に一体的に連結されていることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか1項に記載の半導体装置。The one end portion of the beam portion is integrally connected to the inner side surface of the support frame, and the other end portion is integrally connected to the inner side surface of the structure. The semiconductor device of any one of -16. 前記梁部は、所定の第1方向に延びるとともに前記第1構造体を挟む2つ1組の前記梁部と、前記第1方向と交差する第2方向に延びるとともに前記第1構造体を挟む2つ1組の前記梁部とに分けられることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載の半導体装置。The beam portion extends in a predetermined first direction and sandwiches the first structure, and the beam portion extends in a second direction intersecting the first direction and sandwiches the first structure. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is divided into a set of two beam portions. 前記集積回路部は、ホイ―トストン・ブリッジ回路に構成された前記ピエゾ抵抗素子と配線層を介して電気的に接続されていることを特徴とする、請求項4〜18いずれか1項に記載の半導体装置。The said integrated circuit part is electrically connected with the said piezoresistive element comprised in the Wheatstone bridge circuit through the wiring layer, The any one of Claims 4-18 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 前記電極端子部は、前記配線層を介して、前記集積回路部と電気的に接続されていることを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 7, wherein the electrode terminal portion is electrically connected to the integrated circuit portion via the wiring layer. 前記電極端子部は、前記集積回路によって増幅・補正された電気信号を外部に出力するための電極端子としての機能を有していることを特徴とする、請求項20に記載の半導体装置。21. The semiconductor device according to claim 20, wherein the electrode terminal portion has a function as an electrode terminal for outputting an electric signal amplified and corrected by the integrated circuit to the outside. 前記パッケージは、下部容器と上部蓋とから構成されていることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the package includes a lower container and an upper lid. 前記下部容器は、積層構造を有するセラミック製の容器から構成されており、キャビティを有していることを特徴とする、請求項22に記載の半導体装置。23. The semiconductor device according to claim 22, wherein the lower container is composed of a ceramic container having a laminated structure and has a cavity. 前記下部容器の側壁の前記キャビティ側には、前記下部容器の上面よりも低い段差面が形成されていることを特徴とする、請求項23に記載の半導体装置。24. The semiconductor device according to claim 23, wherein a step surface lower than an upper surface of the lower container is formed on the cavity side of the side wall of the lower container. 前記段差面にボンディングワイヤを介して、前記センサ素子の前記電極端子部と電気的に接続されるパッド電極が形成されていることを特徴とする、請求項24に記載の半導体装置。25. The semiconductor device according to claim 24, wherein a pad electrode electrically connected to the electrode terminal portion of the sensor element is formed on the step surface via a bonding wire. 前記下部容器の下面には、前記配線層と電気的に接続される電極端子が形成されていることを特徴とする、請求項22〜25のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 22 to 25, wherein an electrode terminal electrically connected to the wiring layer is formed on a lower surface of the lower container. 前記電極端子と前記パッド電極とは、前記下部容器内部に形成された配線部を介して、互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項26に記載の半導体装置。27. The semiconductor device according to claim 26, wherein the electrode terminal and the pad electrode are electrically connected to each other via a wiring portion formed inside the lower container. 前記センサ素子は、前記下部容器のキャビティの底面における中央部の領域に接着層を介して固着されていることを特徴とする、請求項1〜27のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 1 to 27, wherein the sensor element is fixed to a central region of the bottom surface of the cavity of the lower container via an adhesive layer. 前記下部容器の前記キャビティの底面と前記センサ素子との間には、隙間部が形成されていることを特徴とする、請求項23〜28のいずれか1項に記載の半導体装置。29. The semiconductor device according to claim 23, wherein a gap is formed between a bottom surface of the cavity of the lower container and the sensor element. 前記隙間部が50μm〜100μmの高さを有することを特徴とする、請求項29に記載の半導体装置。30. The semiconductor device according to claim 29, wherein the gap portion has a height of 50 [mu] m to 100 [mu] m. 前記ボンディングワイヤはAuまたはAlからなる金属細線から構成されていることを特徴とする、請求項25〜30のいずれか1項に記載の半導体装置。31. The semiconductor device according to claim 25, wherein the bonding wire is made of a fine metal wire made of Au or Al. 前記キャビティは、前記上部蓋によって封止されていることを特徴とする、請求項23〜25のいずれか1項に記載の半導体装置。26. The semiconductor device according to claim 23, wherein the cavity is sealed by the upper lid. 前記上部蓋は、熱硬化性樹脂からなる接着層によって、前記下部容器の前記キャビティを密閉するように前記下部容器の上面に固着されていることを特徴とする、請求項22〜32のいずれか1項に記載の半導体装置。The upper lid is fixed to the upper surface of the lower container by an adhesive layer made of a thermosetting resin so as to seal the cavity of the lower container. 2. A semiconductor device according to item 1. 前記上部蓋は、42アロイ合金またはステンレスから構成されていることを特徴とする、請求項22〜33のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to any one of claims 22 to 33, wherein the upper lid is made of 42 alloy alloy or stainless steel. 前記パッケージの内部は、窒素ガスまたはドライエアーでパージされていることを特徴とする、請求項1〜34のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the inside of the package is purged with nitrogen gas or dry air. 前記第2構造体のうちの1つの前記第2構造体の角部が、前記連結部によって支持枠の内側面と一体的に連結されていることを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 7, wherein a corner portion of one of the second structures is integrally connected to an inner surface of a support frame by the connecting portion. apparatus. 前記連結部はシリコン層を含むように構成されていることを特徴とする、請求項7に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 7, wherein the connection part includes a silicon layer. 前記連結部は、前記集積回路と前記パッド電極とを電気的に接続するための接続経路として機能するように構成されていることを特徴とする、請求項25〜27のいずれか1項に記載の半導体装置。The said connection part is comprised so that it may function as a connection path | route for electrically connecting the said integrated circuit and the said pad electrode, The any one of Claims 25-27 characterized by the above-mentioned. Semiconductor device. 前記センサ素子は、3軸方向以外の加速度を検出する加速度センサ素子であることを特徴とする、請求項1〜38のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the sensor element is an acceleration sensor element that detects acceleration in a direction other than the three-axis direction. 前記センサ素子全体がSOI基板から構成されていることを特徴とする、請求項1〜39のいずれか1項に記載の半導体装置。40. The semiconductor device according to claim 1, wherein the entire sensor element is made of an SOI substrate.
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