JP2010008078A - センサ装置およびその特性値調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】センサ部のトリミング処理に必要な精度を確保しつつ面積を低減する。
【解決手段】圧力センサなどのセンサチップで、製造工程や組み立て後に必要な特性値のずれを調整するトリミング処理について、レーザトリミング処理と電気トリミング処理を併用する構成を採用する。製造工程でウエハ状態でレーザトリミング処理Ｓ２を行い、センサ部の概略的なトリミングを行う。組み立て後に電気トリミング処理Ｓ５により、微調整をすることで精度を高めたトリミングを行うことができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、出力調整用のトリミング要素を有する構成のセンサ装置およびその特性値調整方法に関する。

センサ素子などの半導体装置では、出力調整を行なう方法あるいは構成として、例えば抵抗要素をレーザトリミングなどの方法により切断することで抵抗値を調整する方法がある。また、ＥＰＲＯＭなどを用いて電気的に調整を行なうようにした電気トリミングによる方法がある。

上述の場合、レーザトリミングの方法では、チップ状態あるいはウエハ状態でトリミングを行なって調整をする関係から、パッケージへの組み付け後に発生する変動や温度特性などを予め見込んだ条件で行なう必要がある。このため、電気トリミングに比べて調整精度の点で確実性が低くなる。

一方、電気トリミングでは、特許文献１に示されるように、上記の問題点が解決されるものの、ＥＰＲＯＭが必要となるため、このトリミング用のメモリ領域や誤り訂正のための回路領域がチップ面積に占める割合が大きくなる傾向にある。トリミングの精度を高めようとするとＥＰＲＯＭの容量を大きくする必要があり、全体としてコストが高くなることになる。
特開２００２−２８８０４６号公報

上記した電気トリミングにおいては、ＥＰＲＯＭのサイズは電荷抜け時の冗長用に多数決、ＥＣＣ等の誤り訂正を用いていることもあるため、チップサイズが増大するものとなっている。そこで、特許文献１に示されるものでは、優先順位をつけて３ビット多数決、ＳＥＣ式多数決、無訂正を用いることでチップサイズの小型化を図るようにしているが、これでもまだトリミングのために要するチップの面積が大きいものであった。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的は、センサ装置においてその特性値を調整するための調整部を備える構成としながら、チップサイズの増大を極力抑制して従来よりも小型化を図ることができるようにしたセンサ装置およびその特性値調整方法を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、センサ部の特性値を調整するための調整部を備え、その調整部をレーザトリミング部と電気トリミング部とで構成しているので、レーザトリミング部でのレーザトリミング処理によりセンサ部の特性値のずれを大きく調整し、電気トリミング部に対して電気トリミング処理を行うことで特性値を合わせこむことができ、これによってセンサ装置全体に占める調整部の面積をすべて電気トリミング部で構成する場合に比べて大幅に削減できる。

請求項２に記載の発明によれば、製造工程においてレーザトリミング部の抵抗体をレーザトリミング処理により調整をすることでセンサ部の特性値として必要な値となるように設定することができる。これにより、センサ部の特性値が大きくずれていた場合でも、ほぼ所望の特性値に調整でき、組み付け後には電気トリミング部における電気トリミング処理では微調整を行うことで正確に特性値を調整できる。

請求項３に記載の発明によれば、電気トリミング部を記憶手段により構成しているので、電気トリミング処理を行って調整したトリミングの情報は記憶手段に記憶され、センサ部の特性値に対して記憶されている情報に基づいて調整されるようになる。

請求項４に記載の発明によれば、電気トリミング部として、センサ部の特性値のうちレーザトリミング処理で調整できない特性値に対する調整値を記憶する領域を備えているので、組み付け後に発生する特性値のずれなどの後発的な調整を行う場合に有効な構成として利用することができる。

請求項５に記載の発明によれば、センサ装置が備えるセンサ部の調整部により、センサ部の特性値の調整をする際に、製造過程の組み付け前の段階の工程でレーザトリミング部に対してレーザトリミング処理を行い、続いて、組み付け後の段階の工程で電気トリミング部に対して電気トリミング処理を行うので、レーザトリミング部でのレーザトリミング処理によりセンサ部の特性値のずれを大きく調整し、電気トリミング部に対して電気トリミング処理を行うことで特性値を合わせこむことができ、これによってセンサ装置全体に占める調整部の面積をすべて電気トリミング部で構成する場合に比べて大幅に削減できる。

請求項６に記載の発明によれば、上記発明において、レーザトリミング処理では、特性値として製造工程の組み付け後に変化しない特性値について行うことで、組み付け後に調整が必要となる特性値については電気トリミング部により行うことができる。

請求項７に記載の発明によれば、上記発明において、レーザトリミング処理では、組み付け後に変化しない特性値としてセンサ装置の感度調整を行うようにしたので、組み付け後に調整が必要となる他の特性値については電気トリミング部により行うことで、その特性値の調整について精度良く行うことができる。

請求項８に記載の発明によれば、請求項５〜７の発明において、調整部により調整を行なうセンサ部の特性値として、製造工程の組み付け後に変化するオフセットの調整について、レーザトリミング処理および電気トリミング処理を併用することで行うので、レーザトリミング処理で大体の調整を行い、電気トリミング処理では微調整を行うことで精度の高い調整を行え、調整部の占める面積を増大させることなく的確な調整作業を行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、上記発明において、製造工程の組み付け後に変化するオフセットの調整として、温度オフセットの調整処理を行うので、変化する温度オフセットについて確実に調整を行うことができる。

請求項１０に記載の発明によれば、請求項５ないし９の発明において、調整部により調整を行なうセンサ部の特性値として、製造工程で一括して加工するロット全体で発生している規格からのずれ量に対応する補正量をレーザトリミング処理で行なうと共に、ロット内でのばらつきに対応する補正量を電気トリミング処理で行なうので、製造工程の段階で発生するロット全体の補正量を適正に調整することで電気トリミング処理では微調整を行うことができるようになる。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
図２は圧力センサ、加速度センサなどの物理量を検出するセンサ装置１の全体構成の概略を示すもので、パッケージ２内に収容されたマウント部３にセンサ部および調整部を備えたセンサチップ４および検出回路や調整部を含んで構成された回路チップ５がマウントされている。センサチップ４および回路チップ５には複数のボンディングパッドが設けられ、ボンディングワイヤ６によりマウント部３のリード部７に電気的に接続されている。

センサチップ４には、調整部のレーザトリミング部として抵抗体４ａが設けられており、センサ出力の特性値が製造工程で発生する工程ばらつきなどに起因した規格値からのずれに対して調整を行なえるように構成されている。また、回路チップ５には、センサチップ４からのセンサ出力の信号処理をする回路と電気トリミング部としてメモリ素子が配置された記憶部５ａが設けられており、センサ出力の特性値の調整を行なえるように電気トリミング処理が可能に構成されている。電気トリミング処理は、センサ装置１が組み付けられた後にリード部７を通じて外部から行なえるように構成されている。

図１は、本実施形態におけるセンサチップ４および回路チップ５の合計の面積を比較するために模式的に示したもので、図１（ａ）は本実施形態に相当し、（ｂ）は従来相当である。従来相当のものは、電気トリミング処理でセンサ出力のトリミング処理をすべて行う場合の構成例を対象としており、誤り訂正Ａ領域、誤り訂正Ｂ領域および無訂正領域からなる。

この従来相当の電気トリミング部の占める面積比は、全体の面積Ｓに対して１／３程度である。誤り訂正Ａ領域は、例えば電荷抜け時の冗長用として設けられる多数決方式の誤り訂正領域であり、誤り訂正Ｂ領域は、例えばＥＣＣ（error correcting code）等の方式で誤り訂正を行なう誤り訂正領域である。

これに対して、本実施形態における構成では、レーザトリミング部が誤り訂正Ａ、Ｂの両領域に相当し、電気トリミング部がＥＰＲＯＭを主体とした不揮発性メモリが設けられた領域に相当している。そして、レーザトリミング部と電気トリミング部を合わせた領域の面積は、従来相当のトリミング領域に対して１／４程度つまり従来相当のチップ面積ＡＳの１／１２程度に縮小することができる。したがって、チップ面積の合計は、従来相当の面積Ｓに対して３／４程度に縮小できる。つまり、２５％程度縮小したものとすることができる。

次に、センサ装置１について、トリミング処理が必要となる特性値について説明する。圧力センサあるいは加速度センサなどの物理量を検出するセンサ装置においては、トリミング処理をすべきセンサ部の特性値の調整量として、例えば、ロット単位で発生するずれ量がある。これは、ロット間で発生する平均値のずれに相当するもので、ロット内の全体の特性値が設計値からシフトするずれ量である。これに対して、ロット内で発生する補正量がある。これは、製造工程で例えばウエハの中心と周辺や、ウエハ間における製造バラツキなどに起因する特性値のずれに相当するずれ量である。

一方、このように製造工程で発生する特性値のずれ量つまりオフセット量は、組み付け前に調整可能なオフセットと、組み付け時に変動するため組み付け後に調整する必要のあるオフセットとがある。センサの特性によって、例えば感度オフセットなどは組み付け前に調整可能なオフセット量であり、温度オフセットなどは組み付け後にも調整する必要のあるオフセットである。

オフセットの調整としては、トリミングをすべて電気トリミングで行なう方式においては、例えば次のように実施していた。まず、第１に、初期値ラッチとして、仮に初期値として仮の調整値をラッチさせる。第２に、オフセットラフ調整として、感度調整、温度特性調整が行えるレベルまで室温オフセットをラフに調整する。第３に、感度調整として、２圧力を印加し、そのときの圧力変化を測定する。また、その際に調整値を変化させた場合の感度変動量も測定する。それらの結果から圧力に対する感度を算出し、設計中心値になるように感度調整ビットを決定する。第４に、温度オフセット調整として、ある圧力下で室温と高温での出力を測定し、温度オフセット調整量を算出する。最後に、第５に、オフセット本調整として、感度、温度オフセットを決定した後で室温のオフセットを調整する。

本実施形態においては、上記のようにして行なっていた電気トリミング処理に代えて、レーザトリミング処理および電気トリミング処理により、センサ部の特性値のずれ量の調整処理を行う。これによって、電気トリミング処理だけで実施する従来のものに比べて、調整用に用いる調整部の全体に占める面積を前述したように２５％程度まで大幅に縮小することができる。

具体的には、従来調整ロット一律で微調整している値を電気トリミング部５ｂのＥＰＲＯＭ（electrical programmable ＲＯＭ）で調整する。例えばオフセットの分解能が８ｍＶの場合、ＥＰＲＯＭを３ビット追加することで微調整を１ｍＶ単位で行える。

次に、本実施形態におけるトリミング工程を含めたセンサ装置の加工工程について図３および図４を参照しながら説明する。センサ装置の加工工程は、次の５つの主たる工程からなる。

センサチップ４および回路チップ５のウエハ状態での加工を行うセンサチップ加工工程Ｓ１、ウエハ状態でのセンサチップ４のレーザトリミング処理を行うレーザトリミング工程Ｓ２、ウエハ状態でのセンサチップ４および回路チップ５をチップ状態に分離するダイシング工程Ｓ３、分離したセンサチップ４および回路チップ５をパッケージ２のマウント部３にマウントするチップマウント工程Ｓ４、組み付け後のセンサ装置１を電気トリミング処理する電気トリミング工程Ｓ５などの主たる工程から構成されている。

図４（ａ）〜（ｅ）は上記の各工程における概略的な状態を示している。まず、センサチップ加工工程Ｓ１では、図４（ａ）に示すように、シリコン基板などからなる半導体基板８を順次加工処理して多数のセンサチップ４あるいは回路チップ５を形成する。これは通常のセンサチップ形成のためのウエハ工程である。

次の、レーザトリミング工程では、図４（ｂ）に示すように、センサチップ４に設けられたレーザトリミング部４ａに対してレーザ光Ｌを光学系９を介して照射し、電源Ｅからプローブ１０により所定の電圧を与えた状態で電圧を計器１１などにより測定しながら所望の抵抗値となるようにレーザトリミング処理を行う。このレーザトリミング処理では、センサチップ４のセンサの特性値として、センサ出力が規定の値からのずれ量について、感度オフセットや温度オフセットなどの調整量のうちで、製造ロットに共通してシフトしている成分について、たとえば調整ロット一律の成分として調整する。これにより、ロット単位でシフトしているずれ量を調整することができる。

次に、ダイシング工程Ｓ３では、ウエハ８のダイシング加工を行ってセンサチップ４あるいは回路チップ５に分離する。続いて、チップマウント工程Ｓ４では、分離したセンサチップ４および回路チップ５をパッケージ２のマウント部３にマウントする。また、マウント後には、センサチップ４および回路チップ５に設けられたボンディングパッドとマウント部３のリード部７との間をボンディングワイヤ６によりボンディングして電気的に接続する。

続いて、電気トリミング工程Ｓ５では、センサ装置１に電気トリミング処理を行う手段である電気トリミング装置１２をワイヤケーブル１３により接続し、電気トリミング処理を行う。この電気トリミング処理では、センサ出力の調整値として、レーザトリミング処理では調整できないずれ量についてトリミングを行う。たとえば、ウエハ状態では調整できない調整量として、センサチップ４や回路チップ５をマウントした後に発生する温度オフセットを調整する。

また、前述の調整ロット一律の補正では、ロット単位で特性値からずれるずれ量を調整したのに対して、ロット内のばらつきなどの分布で発生するずれ量について個別に調整する。調整ロット一律での補正では、調整値を決める演算計算に補正をかけることで、演算内で出力を補正することで微調整を可能にしている。例えばオフセット調整の演算式をＺ＝（α＋Ｚ０）にすることで調整中の出力Ｚ０に補正値αを足すことでＺをα分オフセット微調整を可能にしている。しかし、この方法では演算式に補正を加えるため、調整ロット一律で補正がかかってしまい、個別での微調整ができない。そこで、この電気トリミング処理では、上記した従来調整ロット一律で微調整している値を電気トリミング部５ｂのＥＰＲＯＭ（electrical programmable ＲＯＭ）で調整する。

以上説明したように、本実施形態によれば、センサチップ４のセンサ出力の調整をするために、レーザトリミング処理と電気トリミング処理とを併用するので、トリミング処理をすべてレーザトリミング処理をした場合や、すべて電気トリミング処理をした場合に比べて、トリミングによる調整の精度を高めつつ、トリミング処理に必要なチップに占める面積を大幅に削減することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
圧力センサ以外に、加速度センサや振動ジャイロなどのセンサ装置に適用でき、また、これらに限らず、特性値の調整を必要とするセンサ装置全般に適用することができる。

レーザトリミング処理と電気トリミング処理でトリミングを行う内容は、センサ部の出力データの調整として適宜の調整量を設定することができ、その分担も実施形態の内容に限定されることはない。

本発明の一実施形態を示すトリミング処理に必要な占有面積を比較して説明するための図 センサ装置の平面図 製造工程の概略的な流れを示す図 各製造工程に対応した概略的な説明図

符号の説明

図面中、１はセンサ装置、２はパッケージ、３はマウント部、４はセンサチップ、５は回路チップ、８はウエハ、９は光学系（レーザトリミング手段）、１２は電気トリミング装置（電気トリミング手段）、Ｌはレーザ光である。

Claims (10)

1. センサ部およびそのセンサ部の特性値の調整をするための調整部を備えたセンサ装置において、
   前記調整部は、前記特性値をレーザトリミング処理により調整するレーザトリミング部と、前記特性値を電気トリミング処理により調整する電気トリミング部とを備えた構成とされていることを特徴とするセンサ装置。
2. 請求項１に記載のセンサ装置において、
   レーザトリミング部は、前記レーザトリミング処理により切断可能な抵抗体を有する構成とされていることを特徴とするセンサ装置。
3. 請求項１または２に記載のセンサ装置において、
   前記電気トリミング部は、電気的に書き込み可能な記憶手段から構成されることを特徴とするセンサ装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のセンサ装置において、
   前記電気トリミング部は、前記特性値のうち前記レーザトリミング部に対する前記レーザトリミング処理で調整できない特性値に対する調整値を記憶可能な領域を備えていることを特徴とするセンサ装置。
5. センサ部およびそのセンサ部の特性値の調整をするための調整部を備えたセンサ装置の特性値調整方法において、
   前記調整部として、前記特性値をレーザトリミング処理により調整するレーザトリミング部と、前記特性値を電気トリミング処理により調整する電気トリミング部とを設け、
   製造過程の組み付け前の段階で前記レーザトリミング部に対して前記レーザトリミング処理を行う工程と、
   前記製造過程の組み付け後の段階で前記電気トリミング部に対して前記電気トリミング処理を行う工程と
   を実行することを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。
6. 請求項５に記載のセンサ装置の特性値調整方法において、
   前記レーザトリミング処理では、前記特性値として前記製造工程の組み付け後に変化しない特性値について前記レーザトリミング処理を行うことを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。
7. 請求項６に記載のセンサ装置の特性値調整方法において、
   前記レーザトリミング処理では、組み付け後に変化しない前記特性値として前記センサ装置の感度調整を行うことを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。
8. 請求項５ないし７のいずれかに記載のセンサ装置の特性値調整方法において、
   前記調整部により調整を行なう前記センサ部の特性値として、前記製造工程の組み付け後に変化するオフセットの調整について、前記レーザトリミング処理および前記電気トリミング処理を併用することを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。
9. 請求項８に記載のセンサ装置の特性値調整方法において、
   前記製造工程の組み付け後に変化するオフセットの調整として、温度オフセットの調整処理を行うことを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。
10. 請求項５ないし９のいずれかに記載のセンサ装置の特性値調整方法において、
    前記調整部により調整を行なう前記センサ部の特性値として、前記製造工程で一括して加工するロット全体で発生している規格からのずれ量に対応する補正量を前記レーザトリミング処理で行なうと共に、ロット内でのばらつきに対応する補正量を前記電気トリミング処理で行なうことを特徴とするセンサ装置の特性値調整方法。

Images