JP2010225746A - Sensor device - Google Patents
Sensor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2010225746A JP2010225746A JP2009069868A JP2009069868A JP2010225746A JP 2010225746 A JP2010225746 A JP 2010225746A JP 2009069868 A JP2009069868 A JP 2009069868A JP 2009069868 A JP2009069868 A JP 2009069868A JP 2010225746 A JP2010225746 A JP 2010225746A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- diffusion region
- concentration diffusion
- sensor
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Pressure Sensors (AREA)
Abstract
Description
本願発明は、例えば、加速度センサ装置、ジャイロセンサ装置などのセンサ装置に関するものである。 The present invention relates to a sensor device such as an acceleration sensor device or a gyro sensor device.
近年、チップサイズパッケージ(Chip Size Package:CSP)を有するセンサ装置として、ウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ装置が各所で研究開発されている(例えば、特許文献1参照)。 In recent years, as a sensor device having a chip size package (CSP), a sensor device formed using a wafer level packaging technique has been researched and developed in various places (for example, refer to Patent Document 1).
特許文献1に記載されているセンサ装置は、図11に示すように第1の半導体基板を用いて形成されセンシング部およびセンシング部に電気的に接続された金属配線17を有するセンサ基板1と、第2の半導体基板を用いて形成され前記金属配線17に電気的に接続される貫通孔配線24を有しセンサ基板1の一表面側に封着される貫通孔配線形成基板2とを備えている。
As shown in FIG. 11, the sensor device described in
ここで、センサ基板1は、前記一表面における周部の全周に亘って第1の封止用接合金属層18が形成されるとともに、第1の封止用接続金属層18よりも内側に金属配線17と電気的に接続された第1の接続用接合金属層19が形成され、貫通孔配線形成基板2は、センサ基板1側の表面における周部の全周に亘って第2の封止用接合金属層28が形成されるとともに、第2の封止用接合金属層28よりも内側に貫通孔配線24と電気的に接続された第2の接続用接合金属層29が形成されている。
Here, in the
そして、センサ基板1と貫通孔配線形成基板2とは、それぞれ接合面が活性化された第1の封止用接合金属層18と第2の封止用接合金属層28とが常温活性化接合されるとともに、それぞれの接合面が活性化された第1の接続用接合金属層19と第2の接続用接合金属層29とが常温活性化接合され一体化されている。
Then, the
したがって、上記特許文献1記載のセンサ装置では常温でセンサ基板1と貫通孔配線形成基板2との間の接合を容易に行うことができ、センサ基板1と貫通孔配線形成基板2との接合信頼性を高めることができるとされている。
Therefore, in the sensor device described in
しかしながら、上述のセンサ装置にあっては、第1の接続用接合金属層19をセンサ基板1に形成する必要があり、また第2の接続用接合金属層29を貫通孔配線形成基板2に形成する必要があった。そのため、第1の接続用接合金属層19及び第2の接続用接合金属層29を製造する工程、第1の接続用接合金属層19をセンサ基板1に配置する工程、及び第2の接続用接合金属層29を貫通孔配線形成基板2に配置する工程が必要であり製造工程が複雑であるといった問題点を有していた。また、第1の接続用接合金属層19と第2の接続用接合金属層29との常温活性化接合は導電材料同士の接合であり接合強度が弱いといった問題点を有していた。
However, in the above-described sensor device, it is necessary to form the first connection bonding
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、第1の接続用接合金属層19及び第2の接続用接合金属層29を用いないで、上述した複雑な製造工程を使用することなく簡単な製造工程によってセンサ装置を製造することで、複雑な製造工程によって発生する可能性がある不良を発生しにくくし、また、導電材料同士の常温活性化接合を用いることなくセンサ装置を製造することによって、信頼性の高いセンサ装置を提供することである。
The present invention has been invented in view of the above-described background art, and the problem is that the above-described complicated manufacturing can be performed without using the first connection bonding
上記課題を解決するために、本願請求項1記載の発明では、第1の半導体基板を用いて形成されセンシング部を備えるセンサ基板と、第2の半導体基板を用いて形成されセンサ基板の一表面に封着される配線基板と、を備えるセンサ装置において、センサ基板の前記一表面の一部を、不純物添加することにより、第1高濃度拡散領域とし、当該第1高濃度拡散領域はセンシング部に電気的に接続され、配線基板のセンサ基板側の表面の一部を、不純物添加することにより、第2高濃度拡散領域とし、第2高濃度拡散領域は外部に設けられた外部電極に電気的に接続され、センサ基板と配線基板とは、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたことより封着されたことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention according to
又、本願請求項2記載の発明では、上記請求項1記載のセンサ装置において、前記配線基板のセンサ基板側の表面の一部は、前記第2高濃度拡散領域として突出して形成されると共に、第2高濃度拡散領域よりも外側には、前記配線基板の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層が前記第2高濃度拡散領域と略同一の高さで形成され、センサ基板と配線基板とは、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されたことにより封着されたことを特徴としている。
Further, in the invention according to
又、本願請求項3記載の発明では、上記請求項2記載のセンサ装置において、配線基板が形成される第2の半導体基板は、基板層、酸化層、及び不純物添加された活性層を備えるSOI基板であり、活性層をパターニングして第2高濃度拡散領域と封止用半導体層とを備えるように配線基板を形成したことを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the sensor device according to the second aspect, the second semiconductor substrate on which the wiring board is formed includes a substrate layer, an oxide layer, and an active layer doped with impurities. A wiring board is formed by patterning an active layer so as to include a second high concentration diffusion region and a sealing semiconductor layer.
又、本願請求項4記載の発明では、上記請求項3記載のセンサ装置において、第2高濃度拡散領域が露出するように、配線基板の基板層及び酸化層に貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜を形成し、当該薄膜導電膜で外部電極と第2高濃度拡散領域とを電気的に接続したことを特徴としている。 According to a fourth aspect of the present invention, in the sensor device according to the third aspect, a through hole is formed in the substrate layer and the oxide layer of the wiring substrate so that the second high concentration diffusion region is exposed. A thin film conductive film is formed on the inner peripheral surface of the electrode, and the external electrode and the second high concentration diffusion region are electrically connected by the thin film conductive film.
又、本願請求項5記載の発明では、上記請求項2乃至4のいずれか一項に記載のセンサ装置において、センサ基板の前記一表面において、第1高濃度拡散領域と、封止用接合部位との間に絶縁膜を形成したことを特徴としている。
Further, in the invention according to claim 5 of the present application, in the sensor device according to any one of
本願請求項1記載の発明のセンサ装置においては、第1の半導体基板を用いて形成したセンサ基板の一表面の一部を、不純物添加することにより第1高濃度拡散領域とし、第2の半導体基板を用いて形成され配線基板の表面の一部を、不純物添加することにより第2高濃度拡散領域とし、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたため、簡単な製造工程でセンサ装置を製造することができ、また、半導体同士の常温活性化接合により強固に第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域を接合させることができるので、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。 In the sensor device according to the first aspect of the present invention, a part of one surface of the sensor substrate formed using the first semiconductor substrate is added with impurities to form the first high concentration diffusion region, and the second semiconductor Since a part of the surface of the wiring substrate formed using the substrate is added as an impurity to form a second high concentration diffusion region, and the first high concentration diffusion region and the second high concentration diffusion region are joined at normal temperature activation, The sensor device can be manufactured by a simple manufacturing process, and the first high-concentration diffusion region and the second high-concentration diffusion region can be firmly bonded by room-temperature activated bonding between semiconductors. A high sensor device can be provided.
又、本願請求項2記載の発明のセンサ装置においては、特に、前記配線基板のセンサ基板側の表面の一部は、前記第2高濃度拡散領域として突出して形成されると共に、第2高濃度拡散領域よりも外側には、前記配線基板の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層が前記第2高濃度拡散領域と略同一の高さで形成され、センサ基板と配線基板とは、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されることにより封着されたため、センサ基板における第1高濃度拡散領域と封止用接合部位とを平滑面で形成すればよく、簡単な製造工程でセンサ基板を形成することができ、センサ基板と配線基板とは、半導体同士の常温活性化接合により強固に封着されるため、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。 In the sensor device according to the second aspect of the present invention, in particular, a part of the surface of the wiring substrate on the sensor substrate side is formed to protrude as the second high concentration diffusion region, and the second high concentration Outside the diffusion region, a sealing semiconductor layer is formed at substantially the same height as the second high-concentration diffusion region over the entire circumference of the peripheral portion on the surface of the wiring substrate. Means that the first high-concentration diffusion region and the second high-concentration diffusion region are joined at normal temperature activation, and the sealing junction region and the sealing semiconductor layer over the entire circumference of the peripheral portion on the surface of the sensor substrate Are sealed by normal temperature activation bonding, the first high-concentration diffusion region and the sealing bonding portion in the sensor substrate may be formed with a smooth surface, and the sensor substrate is formed by a simple manufacturing process. Can with sensor board and wiring board Because it is firmly sealed by the room temperature activation bonding of semiconductor together, it is possible to provide a highly reliable sensor device.
又、本願請求項3記載の発明のセンサ装置においては、特に、活性層をパターニングして第2高濃度拡散領域と封止用半導体層とを備えるように配線基板を形成したため、封止用半導体層と第2高濃度拡散領域の形成を容易に行うことができる。 In the sensor device according to the third aspect of the present invention, in particular, since the wiring substrate is formed so that the active layer is patterned to include the second high concentration diffusion region and the sealing semiconductor layer, the sealing semiconductor The layer and the second high concentration diffusion region can be easily formed.
又、本願請求項4記載の発明のセンサ装置においては、特に、第2高濃度拡散領域が露出するように、配線基板の基板層及び酸化層に貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜を形成し、当該薄膜導電膜で外部電極と第2高濃度拡散領域とを電気的に接続したため、容易に外部電極と第2高濃度拡散領域とを電気的に接続できる配線基板を形成することができる。 In the sensor device according to the fourth aspect of the present invention, in particular, a through hole is formed in the substrate layer and the oxide layer of the wiring board so that the second high concentration diffusion region is exposed, and the inner peripheral surface of the through hole. Since the thin film conductive film is formed on the external electrode and the external electrode and the second high concentration diffusion region are electrically connected by the thin film conductive film, the external substrate and the second high concentration diffusion region can be easily electrically connected. Can be formed.
又、本願請求項5記載の発明のセンサ装置においては、特に、センサ基板の前記一表面において第1高濃度拡散領域と、封止用接合部位との間に絶縁膜を形成したので、電気的なリークを防止することができ、センサ装置の信頼性を高めることができる。 In the sensor device according to the fifth aspect of the present invention, in particular, since an insulating film is formed between the first high-concentration diffusion region and the sealing joint portion on the one surface of the sensor substrate, Leakage can be prevented and the reliability of the sensor device can be improved.
本実施形態のセンサ装置は、加速度センサ装置であり、図1および図2に示すように第1の半導体基板を用いて形成されたセンサ基板1と、第2の半導体基板を用いて形成され、センサ基板1の一表面側(図1(a)の上面側)に封着された配線基板2と、第3の半導体基板を用いて形成されセンサ基板1の他表面側(図1(a)の下面側)に封着されたカバー基板3とを備えている。ここにおいて、センサ基板1および配線基板2およびカバー基板3の外周形状は矩形状であり、配線基板2およびカバー基板3はセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されている。なお、図1(a)は図2のA−A’概略断面図、図1(b)は図1(a)の要部拡大図である。
The sensor device of the present embodiment is an acceleration sensor device, which is formed using a
上述のセンサ基板1は、シリコン基板からなる支持基板層10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層(埋込酸化膜)10b上にp形のシリコン層10cを有する第1のSOIウェハを加工することにより形成してある。配線基板2は第2のSOIウェハを加工することにより形成してあり、このSOIウェハはシリコン基板からなる支持基板層20a上にシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層(埋込酸化膜)20bを設け、さらにこの絶縁酸化層上にp形のシリコン層に適宜濃度のn形不純物をドーピングすることにより低抵抗なシリコン活性層20cを設け形成されている。カバー基板3は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、本実施形態では、第1のSOIウェハが第1の半導体基板を構成し、第2のSOIウェハが第2の半導体基板を構成し、シリコンウェハが第3の半導体基板を構成している。なお、本実施形態では、第1のSOIウェハにおける支持基板層10aの厚さを300μm〜500μm程度、絶縁酸化層10bの厚さを0.3μm〜1.5μm程度、シリコン層10cの厚さを4μm〜10μm程度とし、また、第2のSOIウェハにおける支持基板層20aの厚さを100μm程度、絶縁酸化層20bの厚さを0.5μm程度、シリコン活性層20cの厚さを5μm程度とし、また、シリコンウェハの厚さを100〜300μm程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、第一のSOIウェハの主表面であるシリコン層10cの表面は(100)面としてある。
The
センサ基板1は、図3〜図5に示すように、枠状(本実施形態では、矩形枠状)のフレーム部11を備え、フレーム部11の内側に配置される重り部12が一表面側(図1(a)および図3(b)の上面側)において可撓性を有する4つの短冊状の撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板1は、枠状のフレーム部11の内側に配置される重り部12が重り部12から四方へ延長された4つの撓み部13を介してフレーム部11に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部11は、上述のSOIウェハの支持基板層10a、絶縁酸化層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部13は、上述のSOIウェハにおけるシリコン層10cを利用して形成してあり、フレーム部11よりも十分に薄肉となっている。
As shown in FIGS. 3 to 5, the
重り部12は、上述の4つの撓み部13を介してフレーム部11に支持された直方体状のコア部12aと、センサ基板1の上記一表面側から見てコア部12aの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の4つの付随部12bとを有している。言い換えれば、重り部12は、フレーム部11の内側面に一端部が連結された各撓み部13の他端部が外側面に連結されたコア部12aと、コア部12aと一体に形成されコア部12aとフレーム部11との間の空間に配置される4つの付随部12bとを有している。つまり、各付随部12bは、センサ基板1の上記一表面側から見て、フレーム部11とコア部12aと互いに直交する方向に延長された2つの撓み部13,13とで囲まれる空間に配置されており、各付随部12bそれぞれとフレーム部11との間にはスリット14が形成され、撓み部13を挟んで隣り合う付随部12b間の間隔が撓み部13の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部12aは、上述の第1のSOIウェハの支持基板層10a、絶縁酸化層10b、シリコン層10cそれぞれを利用して形成し、各付随部12bは、第1のSOIウェハの支持基板層10aを利用して形成してある。しかして、センサ基板1の上記一表面側において各付随部12bの表面は、コア部12aの表面を含む平面からセンサ基板1の上記他表面側(図1(a)および図3(b)の下面側)へ離間して位置している。なお、センサ基板1の上述のフレーム部11、重り部12、各撓み部13は、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ればよい。
The
ところで、図3(a),(b)それぞれの右下に示したように、センサ基板1の上記一表面に平行な面内でフレーム部11の一辺に沿った一方向をx軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をy軸の正方向、センサ基板1の厚み方向の一方向をz軸の正方向と規定すれば、重り部12は、x軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13と、y軸方向に延長されてコア部12aを挟む2つ1組の撓み部13,13とを介してフレーム部11に支持されていることになる。なお、上述のx軸、y軸、z軸の3軸により規定した直交座標では、センサ基板1において上述のシリコン層10cにより形成された部分の表面における重り部12の中心位置を原点としている。
By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 3A and 3B, one direction along one side of the
重り部12のコア部12aからx軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の右側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Rx2,Rx4が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz2が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからx軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の左側の撓み部13)は、コア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Rx1,Rx3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz3が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのピエゾ抵抗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たもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図6における左側のブリッジ回路Bxを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線)によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4は、x軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
The bending portion 13 (the bending
また、重り部12のコア部12aからy軸の正方向に延長された撓み部13(図3(a)の上側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Ry1,Ry3が形成されるとともに、フレーム部11近傍に1つのピエゾ抵抗Rz1が形成されている。一方、重り部12のコア部12aからy軸の負方向に延長された撓み部13(図3(a)の下側の撓み部13)はコア部12a近傍に2つ1組のピエゾ抵抗Ry2,Ry4が形成されるとともに、フレーム部11側の端部に1つのピエゾ抵抗Rz4が形成されている。ここに、コア部12a近傍に形成された4つのピエゾ抵抗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たもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部13の長手方向に一致するように形成してあり、図6における中央のブリッジ回路Byを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線)によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ry1〜Ry4は、y軸方向の加速度がかかったときに撓み部13において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
Further, the bending portion 13 (the
また、フレーム部11近傍に形成された4つのピエゾ抵抗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たものであり、図6における右側のブリッジ回路Bzを構成するように配線(センサ基板1に形成されている拡散層配線)によって接続されている。ただし、2つ1組となる撓み部13,13のうち一方の組の撓み部13,13に形成したピエゾ抵抗Rz1,Rz4は長手方向が撓み部13,13の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部13,13に形成したピエゾ抵抗Rz2,Rz3は長手方向が撓み部13,13の幅方向(短手方向)と一致するように形成されている。
Further, the four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, Rz4 formed in the vicinity of the
なお、図1〜図3では、センサ基板1における拡散層配線の図示は省略してある。
In FIG. 1 to FIG. 3, illustration of the diffusion layer wiring in the
ここで、センサ基板1の動作の一例について説明する。
Here, an example of the operation of the
いま、センサ基板1に加速度がかかっていない状態で、センサ基板1に対してx軸の正方向に加速度がかかったとすると、x軸の負方向に作用する重り部12の慣性力によってフレーム部11に対して重り部12が変位し、結果的にx軸方向を長手方向とする撓み部13,13が撓んで当該撓み部13,13に形成されているピエゾ抵抗Rx1〜Rx4の抵抗値が変化することになる。この場合、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。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値(抵抗率)が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値(抵抗率)が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Rx1,Rx3は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Rx2,Rx4は抵抗値が減少することになる。したがって、図6に示した一対の入力端子VDD,GND間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図6に示した左側のブリッジ回路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。同様に、y軸方向の加速度がかかった場合には図6に示した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軸方向の加速度がかかった場合には図6に示した右側のブリッジ回路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。しかして、上述のセンサ基板1は、各ブリッジ回路Bx〜Bzそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板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、重り部12と各撓み部13とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4それぞれが、センサ基板1におけるセンシング部を構成している。
Now, assuming that acceleration is applied to the
ところで、センサ基板1は、図6に示すように、上述の3つのブリッジ回路Bx,By,Bzに共通の2つの入力端子VDD,GNDと、ブリッジ回路Bxの2つの出力端子X1,X2と、ブリッジ回路Byの2つの出力端子Y1,Y2と、ブリッジ回路Bzの2つの出力端子Z1,Z2と、を備えており、これらの各入力端子VDD,GNDおよび各出力端子X1,X2,Y1,Y2,Z1,Z2が、上記一表面側(つまり、配線基板2側)に第1高濃度拡散領域19として設けられており、配線基板2に形成された第2高濃度拡散領域29と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板1には、8つの第1高濃度拡散領域19が形成され、配線基板2には、8つの第2高濃度拡散領域29が形成されている。なお、8つの第1高濃度拡散領域19はフレーム部11の周方向に離間して配置されている(矩形枠状のフレーム部11の4辺それぞれに2つずつ配置されている)。
上述の各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4と上記各拡散層配線と、第1高濃度拡散領域19は、上記シリコン層10cにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のn形不純物をドーピングすることにより形成されおり、ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4と第1高濃度拡散領域19とは、拡散層配線を介して電気的に接続されている。
By the way, as shown in FIG. 6, the
Each of the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, each of the diffusion layer wirings, and the first high
ここにおいて、センサ基板1は、上記一表面側において上記シリコン層10c上に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が形成されているが、この絶縁膜16は第1高濃度拡散領域19より内側に配置されている。したがって絶縁膜16は第1高濃度拡散領域19及び封止用接合部位上には配置されていない構造となっている。ただし、第1高濃度拡散領域19と封止用接合部位との間には絶縁膜16が全周に亘って枠状にその幅寸法が第1高濃度拡散領域19と封止用接合領域との間の寸法以下となるように形成されており、この絶縁膜16によって電気的なリークを防いでいる。
配線基板2は、図7〜図9に示すように、センサ基板1側(図7(b)における下面側)の主表面から、複数(本実施形態では、8つ)の第2高濃度拡散領域29が突出して形成されており、また、配線基板2のセンサ基板1側の主表面における周部の全周に亘って封止用半導体層28が、第2高濃度拡散領域29より外側に、第2高濃度拡散領域29と略同じ高さで形成されている。ここで配線基板2は、第2のSOIウェハを加工することにより形成されるが、第2のSOIウェハは前述したようにシリコン基板からなる支持基板層20a上にシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層(埋込酸化膜)20bを設け、さらにこの絶縁酸化層上に低抵抗なシリコン活性層20cを設け形成されている。
封止用半導体層28及び第2高濃度拡散領域29はこの第2のSOIウェハの低抵抗なシリコン活性層20cを用いて形成される。すなわち、第2のSOIウェハの絶縁酸化層20bをエッチングストッパーとして低抵抗なシリコン活性層20cをドライエッチングすることにより封止用半導体層28及び第2高濃度拡散領域29が形成される。
次にこの第2高濃度拡散領域29が露出するように、第2のSOIウェハの支持基板層20a側から支持基板層20a及び絶縁酸化層20bに貫通孔が形成される。支持基板層20aの貫通孔は、絶縁酸化層20bをエッチングストッパーとして異方性エッチングにより形成され、絶縁酸化層20bの貫通孔は、希フッ酸を用いたエッチングにより形成される。
このようにして第2高濃度拡散領域29が露出するように形成された貫通孔の内面及び配線基板2の一表面(図1(a)の上面側)に熱絶縁膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成されている。さらにこの絶縁膜23の内面及び貫通孔底面に露出した第2高濃度拡散領域29に亘って薄膜導電膜24が形成され、この薄膜導電膜24で第2のSOIウェハの支持基板層20a側に設けられた外部電極25と第2高濃度拡散領域29とが電気的に接続されている。ここで、外部電極25は例えば、Cu膜とNi膜とAu膜との積層膜により構成されており、例えば、リフロー用パッドとして利用することができる。なお、各外部電極25の外周形状は矩形状となっている。
なお、配線基板2には、第2高濃度拡散領域29及び封止用半導体層28の厚みのため変位空間形成用凹部21が形成されており、この変位空間形成用凹部21によりセンサ基板1の重り部12と撓み部13とで構成される可動部の変位空間を確保している。
カバー基板3は、図10に示すように、センサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する所定深さ(例えば、5μm〜10μm程度)の凹部31を形成してある。ここにおいて、凹部31は、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してある。なお、本実施形態では、カバー基板3におけるセンサ基板1との対向面に、重り部12の変位空間を形成する凹部31を形成してあるが、重り部12のコア部12aおよび各付随部12bのうち支持基板層10aを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部11において支持基板層10aを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板1の厚み方向への重り部12の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、カバー基板3に凹部31を形成しなくても、センサ基板1の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部12の変位を可能とする隙間が重り部12とカバー基板3との間に形成される。
ところで、上述の加速度センサ装置におけるセンサ基板1と配線基板2とは、封止用接合部位18と封止用半導体層28とが接合されるとともに、第1高濃度拡散領域19と第2高濃度拡散領域29とが接合され、センサ基板1とカバー基板3とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。また、本実施形態の加速度センサ装置は、センサ基板1を多数形成した第1のSOIウェハと配線基板2を多数形成した第2のSOIウェハおよびカバー基板3を多数形成したシリコンウェハとをウェハレベルで接合してから、ダイシング工程により所望のチップサイズの加速度センサ装置に切断されている。したがって、配線基板2とカバー基板3とがセンサ基板1と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。
ここにおいて、センサ基板1と配線基板2およびカバー基板3との接合方法としては、センサ基板1の残留応力を少なくするためにより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く、本実施形態では、常温活性化接合を採用している。常温活性化接合では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合面の清浄化・活性化を行ってから、接合面同士を接触させ、常温下で接合する。本実施形態では、上述の常温活性化接合により、常温下で適宜の荷重を印加して、封止用接合領域18と封止用半導体層28とを接合するのと同時に、第1高濃度拡散領域19と第2高濃度拡散領域29とを接合しており、また、上述の常温活性化接合により、常温下でセンサ基板1のフレーム部11とカバー基板3の周部とを接合している。しかして、本実施形態の加速度センサ装置では、センサ基板1と配線基板2との間の接合がSi−Si接合となり、センサ基板1とカバー基板3との接合もSi−Si接合となっており、センサ基板1と配線基板2およびカバー基板3とを半田リフローや陽極接合などの加熱を必要とする方法により接合する場合に比べて、センシング部を構成するピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が熱応力の影響を受けにくくなるという利点がある。また、本実施形態では、センサ基板1と配線基板2およびカバー基板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、センサ基板1と配線基板2およびカバー基板3との線膨張係数差に起因した応力(センサ基板1における残留応力)が上記ブリッジ回路の出力信号に与える影響を低減でき、配線基板2およびカバー基板3がセンサ基板1と異なる材料により形成されている場合に比べて、センサ特性のばらつきを低減することができる。なお、センサ基板1は、第1のSOIウェハを加工して形成してあるが、SOIウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。
以上説明した本実施形態の加速度センサ装置では、第1の半導体基板を用いて形成したセンサ基板1の一表面の一部を、不純物添加することにより第1高濃度拡散領域19とし、第2の半導体基板を用いて形成された配線基板2の表面の一部を、不純物添加することにより第2高濃度拡散領域29とし、第1高濃度拡散領域19と第2高濃度拡散領域29とが常温活性化接合されたため、簡単な製造工程でセンサ装置を製造することができ、また、半導体同士の常温活性化接合により強固に第1高濃度拡散領域19と第2高濃度拡散領域29を接合させることができるので、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
Here, in the
As shown in FIGS. 7 to 9, the
The sealing
Next, through holes are formed in the
A thermal insulating film (silicon oxide film) is formed on the inner surface of the through hole and the one surface of the wiring board 2 (upper surface side of FIG. 1A) formed so as to expose the second high
Note that a displacement
As shown in FIG. 10, the
By the way, the
Here, as a method for bonding the
In the acceleration sensor device of the present embodiment described above, a part of one surface of the
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、前記配線基板2のセンサ基板1側の表面の一部は、前記第2高濃度拡散領域29として突出して形成されると共に、第2高濃度拡散領域29よりも外側には、前記配線基板2の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層28が前記第2高濃度拡散領域29と略同一の高さで形成され、センサ基板1と配線基板2とは、第1高濃度拡散領域19と第2高濃度拡散領域29とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板1の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位18と前記封止用半導体層28とが常温活性化接合されることにより封着されたため、センサ基板1における第1高濃度拡散領域19と封止用接合部位18とを平滑面で形成すればよく、簡単な製造工程でセンサ基板1を形成することができ、センサ基板1と配線基板2とは、半導体同士の常温活性化接合により強固に封着されるため、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
In the sensor device of this embodiment, in particular, a part of the surface of the
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、第2のSOIウェハの低抵抗なシリコン活性層20cをパターニングして第2高濃度拡散領域29と封止用半導体層28とを備えるように配線基板2を形成したため、封止用半導体層28と第2高濃度拡散領域29の形成を容易に行うことができる。
In the sensor device of this embodiment, in particular, the low-resistance silicon
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、第2高濃度拡散領域29が露出するように、配線基板2の支持基板層20a及び絶縁酸化層20bに貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜24を形成し、当該薄膜導電膜24で外部電極25と第2高濃度拡散領域29とを電気的に接続したため、容易に外部電極25と第2高濃度拡散領域29とを電気的に接続できる配線基板2を形成することができる。
In the sensor device of the present embodiment, in particular, through holes are formed in the
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、センサ基板1の前記一表面において第1高濃度拡散領域19と、封止用接合部位18との間に絶縁膜16を形成したので、電気的なリークを防止することができ、センサ装置の信頼性を高めることができる。
In the sensor device of the present embodiment, the insulating
1 センサ基板
2 配線基板
3 カバー基板
11 フレーム部
12 重り部
13 撓み部
18 封止用接合部位
19 第1高濃度拡散領域
21 変位空間形成用凹部
25 外部電極
28 封止用半導体層
29 第2高濃度拡散領域
DESCRIPTION OF
Claims (5)
センサ基板の前記一表面の一部を、不純物添加することにより、第1高濃度拡散領域とし、当該第1高濃度拡散領域はセンシング部に電気的に接続され、
配線基板のセンサ基板側の表面の一部を、不純物添加することにより、第2高濃度拡散領域とし、第2高濃度拡散領域は外部に設けられた外部電極に電気的に接続され、
センサ基板と配線基板とは、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたことより封着されたことを特徴としたセンサ装置。 In a sensor device comprising: a sensor substrate formed using a first semiconductor substrate and provided with a sensing unit; and a wiring substrate formed using a second semiconductor substrate and sealed to one surface of the sensor substrate.
A part of the one surface of the sensor substrate is doped to form a first high concentration diffusion region, and the first high concentration diffusion region is electrically connected to the sensing unit,
A part of the surface of the wiring board on the sensor substrate side is doped to form a second high concentration diffusion region, and the second high concentration diffusion region is electrically connected to an external electrode provided outside,
A sensor device, wherein the sensor substrate and the wiring substrate are sealed by the first high-concentration diffusion region and the second high-concentration diffusion region being joined at normal temperature activation.
センサ基板と配線基板とは、第1高濃度拡散領域と第2高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されたことにより封着されたことを特徴とした請求項1記載のセンサ装置。 A part of the surface of the wiring substrate on the sensor substrate side is formed to protrude as the second high concentration diffusion region, and outside the second high concentration diffusion region, a peripheral portion on the surface of the wiring substrate is formed. A sealing semiconductor layer is formed at substantially the same height as the second high-concentration diffusion region over the entire circumference,
The sensor substrate and the wiring substrate have the first high-concentration diffusion region and the second high-concentration diffusion region joined at normal temperature activation bonding, and the sealing joint portion over the entire circumference of the peripheral portion on the surface of the sensor substrate, 2. The sensor device according to claim 1, wherein the sensor device is sealed by being subjected to normal temperature activated bonding with the sealing semiconductor layer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009069868A JP2010225746A (en) | 2009-03-23 | 2009-03-23 | Sensor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009069868A JP2010225746A (en) | 2009-03-23 | 2009-03-23 | Sensor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2010225746A true JP2010225746A (en) | 2010-10-07 |
Family
ID=43042649
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009069868A Pending JP2010225746A (en) | 2009-03-23 | 2009-03-23 | Sensor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2010225746A (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004354108A (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Angular velocity sensor and its manufacturing method |
JP2008244174A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing sensor element |
-
2009
- 2009-03-23 JP JP2009069868A patent/JP2010225746A/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004354108A (en) * | 2003-05-27 | 2004-12-16 | Matsushita Electric Works Ltd | Angular velocity sensor and its manufacturing method |
JP2008244174A (en) * | 2007-03-27 | 2008-10-09 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of manufacturing sensor element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP3938198B1 (en) | Wafer level package structure and sensor element | |
JP4839826B2 (en) | Sensor module | |
JP3938204B1 (en) | Wafer level package structure and sensor element | |
JP3938199B1 (en) | Wafer level package structure and sensor device | |
JP3938205B1 (en) | Sensor element | |
JP4081496B2 (en) | Wafer level package structure, acceleration sensor | |
JP2008049467A (en) | Semiconductor device | |
JP4715503B2 (en) | Manufacturing method of sensor module | |
JP4665733B2 (en) | Sensor element | |
JP3938206B1 (en) | Wafer level package structure and sensor element | |
JP2010008172A (en) | Semiconductor device | |
JP3938201B1 (en) | Sensor device and manufacturing method thereof | |
JP3938203B1 (en) | Sensor element and wafer level package structure | |
JP5069410B2 (en) | Sensor element | |
JP4816065B2 (en) | Manufacturing method of sensor module | |
JP4000169B2 (en) | Chip size package | |
JP2010225746A (en) | Sensor device | |
JP2007171153A (en) | Sensor element | |
JP2010129609A (en) | Interposer | |
JP4000168B2 (en) | Sensor device | |
JP2008244174A (en) | Method of manufacturing sensor element | |
JP2007266320A (en) | Sensor module | |
JP2008244169A (en) | Sensor element | |
JP4000170B2 (en) | Chip size package | |
JP4000167B2 (en) | Manufacturing method of sensor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110915 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20120111 |
|
RD01 | Notification of change of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421 Effective date: 20121214 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130730 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20131217 |