JP2011242337A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、力学量を静電容量変化によって検出するセンシング部を備えるセンサチップと、バンプを介して、センサチップと機械的及び電気的に接続される基体と、を備える半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device including a sensor chip including a sensing unit that detects a mechanical quantity by a change in capacitance, and a base that is mechanically and electrically connected to the sensor chip via a bump. .
従来、例えば特許文献1に示されるように、一方向の検出軸を有する力学量検出部を形成してなるセンサチップと、信号処理回路を有する回路チップと、を備える容量式半導体センサ装置が提案されている。特許文献1に示される容量式半導体センサ装置では、センサチップと回路チップとが、バンプを介して機械的及び電気的に接続されている。 Conventionally, for example, as disclosed in Patent Document 1, a capacitive semiconductor sensor device including a sensor chip formed with a dynamic quantity detection unit having a detection axis in one direction and a circuit chip having a signal processing circuit has been proposed. Has been. In the capacitive semiconductor sensor device disclosed in Patent Document 1, the sensor chip and the circuit chip are mechanically and electrically connected via bumps.
特許文献1に示される容量式半導体センサ装置では、センサチップが、主として支持基板と、該支持基板に積層された酸化膜と、該酸化膜に積層された単結晶シリコン層と、から成るSOI基板によって構成されている。上記した力学量検出部は、このSOI基板をマイクロマシン技術によって加工することで形成される。特許文献1では、この力学量検出部として、固定電極部と可動電極部とによって構成される加速度検出部を採用している。 In the capacitive semiconductor sensor device disclosed in Patent Document 1, the sensor chip mainly includes a support substrate, an oxide film stacked on the support substrate, and a single crystal silicon layer stacked on the oxide film. It is constituted by. The above-described mechanical quantity detection unit is formed by processing this SOI substrate by a micromachine technique. In Patent Document 1, an acceleration detection unit including a fixed electrode unit and a movable electrode unit is employed as the mechanical quantity detection unit.
加速度検出部を構成する固定電極部は、基部と、該基部から延びた固定電極と、から成る。特許文献1の図1(b)に示されるように、基部は、支持基板、酸化膜、及び単結晶シリコン層から成り、固定電極は、単結晶シリコン層から成る。基部の上面に電極パッドが形成され、この電極パッドに、バンプが接続されている。また、固定電極は、基部によって、片持ち状に浮いた状態で支持基板に支持され、支持基板に対して変位不可能とされている。 The fixed electrode portion that constitutes the acceleration detection unit includes a base and a fixed electrode that extends from the base. As shown in FIG. 1B of Patent Document 1, the base portion is composed of a support substrate, an oxide film, and a single crystal silicon layer, and the fixed electrode is composed of a single crystal silicon layer. Electrode pads are formed on the upper surface of the base, and bumps are connected to the electrode pads. Further, the fixed electrode is supported by the support substrate in a cantilevered state by the base, and cannot be displaced with respect to the support substrate.
加速度検出部を構成する可動電極部は、アンカ部と、該アンカ部と連結された錘部と、該錘部に設けられた梁部と、錘部から延びた可動電極と、から成る。特許文献1の図1(c)に示されるように、アンカ部は、支持基板、酸化膜、及び単結晶シリコン層から成り、錘部は、単結晶シリコン層から成る。アンカ部の上面に電極パッドが形成され、この電極パッドに、バンプが接続されている。また、錘部は、アンカ部によって、片持ち状に浮いた状態で支持基板に支持され、梁部によって検出軸方向に変位可能とされている。 The movable electrode part constituting the acceleration detection part is composed of an anchor part, a weight part connected to the anchor part, a beam part provided on the weight part, and a movable electrode extending from the weight part. As shown in FIG. 1C of Patent Document 1, the anchor portion is composed of a support substrate, an oxide film, and a single crystal silicon layer, and the weight portion is composed of a single crystal silicon layer. An electrode pad is formed on the upper surface of the anchor portion, and a bump is connected to the electrode pad. The weight part is supported by the support substrate in a cantilevered state by the anchor part, and can be displaced in the detection axis direction by the beam part.
ところで、上記したように、センサチップと回路チップとは、バンプを介して機械的及び電気的に接続されている。また、アンカ部及び基部それぞれは、支持基板、酸化膜、及び単結晶シリコン層から成り、アンカ部及び基部それぞれの上面に、バンプが接続される電極パッドが形成されている。これによれば、センサチップと回路チップとが、バンプを介して強固に接続されることとなる。そのため、バンプとセンサチップとの線膨張係数差に起因する熱応力や、容量式半導体センサ装置に印加された外部応力が、バンプとセンサチップとの接続部を介して、錘部や固定電極に印加され易くなっている。上記した応力が、錘部や固定電極に印加されると、錘部の変位が変動する、錘部に設けられた可動電極や固定電極に歪が生じる、等の不具合が生じる虞がある。このような不具合が生じると、可動電極と固定電極とによって構成されるコンデンサの静電容量が変動し、加速度の検出精度が低下する虞がある。 By the way, as described above, the sensor chip and the circuit chip are mechanically and electrically connected via the bumps. Each of the anchor portion and the base portion includes a support substrate, an oxide film, and a single crystal silicon layer, and electrode pads to which bumps are connected are formed on the upper surfaces of the anchor portion and the base portion, respectively. According to this, the sensor chip and the circuit chip are firmly connected via the bumps. Therefore, thermal stress caused by the difference in coefficient of linear expansion between the bump and the sensor chip and external stress applied to the capacitive semiconductor sensor device are applied to the weight part and the fixed electrode via the connection part between the bump and the sensor chip. It is easy to be applied. When the above-described stress is applied to the weight part or the fixed electrode, there is a possibility that the displacement of the weight part fluctuates, or that the movable electrode or the fixed electrode provided on the weight part is distorted. If such a problem occurs, the capacitance of the capacitor constituted by the movable electrode and the fixed electrode may fluctuate, and the acceleration detection accuracy may be reduced.
そこで、本発明は上記問題点に鑑み、熱応力や外部応力によって、力学量の検出精度が低下することが抑制された半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the detection accuracy of a mechanical quantity is suppressed from being reduced by thermal stress or external stress.
上記した目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、力学量を、固定電極と可動電極とによって構成されるコンデンサの静電容量変化によって検出するセンシング部を備えるセンサチップと、バンプを介して、センサチップと機械的及び電気的に接続される基体と、を備える半導体装置であって、センサチップは、センシング部が形成された半導体基板を有し、該半導体基板は、基板と、絶縁層と、半導体層と、が順次積層されて成り、センシング部は、絶縁層と半導体層から成る、基板に固定されたアンカ部と、絶縁層が除去されて、半導体層から成る、基板に対して浮いた遊動部と、を有し、アンカ部は、固定アンカ部と、可動アンカ部と、を有し、遊動部は、固定アンカ部に支持された固定電極と、可動アンカ部に支持され、固定電極と可動電極とが対向する方向に変位可能とされた可動部と、該可動部に設けられた可動電極と、バンプが接続される接続部と、を有し、接続部は、固定アンカ部を介して、固定電極と機械的及び電気的に接続された固定接続部と、可動アンカ部を介して、可動部と機械的及び電気的に接続された可動接続部と、を有することを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, the invention according to claim 1 includes a sensor chip including a sensing unit that detects a mechanical quantity based on a change in capacitance of a capacitor constituted by a fixed electrode and a movable electrode, and a bump. A semiconductor device including a substrate mechanically and electrically connected to the sensor chip, the sensor chip having a semiconductor substrate on which a sensing unit is formed, the semiconductor substrate being connected to the substrate The insulating layer and the semiconductor layer are sequentially stacked, and the sensing unit includes the insulating layer and the semiconductor layer. The anchor portion is fixed to the substrate, and the insulating layer is removed to form the semiconductor layer. A floating part that floats against the fixed anchor part and a movable anchor part, and the floating part includes a fixed electrode supported by the fixed anchor part and a movable anchor part. Supported and solid A movable portion capable of being displaced in a direction in which the electrode and the movable electrode face each other; a movable electrode provided on the movable portion; and a connection portion to which the bump is connected. The connection portion is a fixed anchor portion. A fixed connection portion that is mechanically and electrically connected to the fixed electrode via a movable anchor portion, and a movable connection portion that is mechanically and electrically connected to the movable portion via a movable anchor portion. And
このように本発明によれば、バンプが接続される接続部は、アンカ部を介して、電極や可動部と機械的に接続されている。これによれば、バンプとセンサチップ(半導体層)との線膨張係数差に起因する熱応力や、半導体装置に印加された外部応力が、接続部とアンカ部とを介して、電極や可動部に伝達される。上記した接続部は、半導体層から成り、基板に対して浮いている。したがって、上記した応力によって接続部が撓み易くなっており、この接続部の撓みによって、電極や可動部に伝達される応力が小さくなっている。これにより、上記した応力によって、力学量の検出精度が低下することが抑制される。 Thus, according to the present invention, the connecting portion to which the bump is connected is mechanically connected to the electrode and the movable portion via the anchor portion. According to this, the thermal stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the bump and the sensor chip (semiconductor layer) and the external stress applied to the semiconductor device are transferred to the electrode and the movable part via the connection part and the anchor part. Is transmitted to. The connection portion described above is made of a semiconductor layer and floats with respect to the substrate. Therefore, the connecting portion is easily bent by the stress described above, and the stress transmitted to the electrode and the movable portion is reduced by the bending of the connecting portion. Thereby, it is suppressed that the detection accuracy of a mechanical quantity falls by the above-mentioned stress.
なお、上記したように、接続部は、基板に固定されたアンカ部を介して、電極や可動部と機械的に接続されている。したがって、応力によって接続部が撓んだ場合、その接続部の撓みと共に、電極や可動部が撓むことが抑制される。 As described above, the connection portion is mechanically connected to the electrode and the movable portion via the anchor portion fixed to the substrate. Therefore, when a connection part bends by stress, it is suppressed that an electrode and a movable part bend with the bending of the connection part.
請求項2に記載のように、センサチップと基体とが、バンプだけではなく、センサチップと基体との間隔を規定するリブを介して機械的に接続された構成が好適である。 A configuration in which the sensor chip and the base are mechanically connected not only via the bumps but also via ribs that define the distance between the sensor chip and the base is preferable.
センサチップと基体とを接続する工程(以下、接続工程と示す)では、バンプに圧力が印加されるので、その圧力によって、接続部が屈曲する虞がある。これに対して、本発明では、センサチップと基体との間隔が、リブによって規定される。したがって、上記した接続工程で、接続部に作用する圧力が所定値以下となり、接続部が屈曲することが抑制される。 In the step of connecting the sensor chip and the substrate (hereinafter referred to as a connection step), pressure is applied to the bumps, and the connection portion may be bent by the pressure. On the other hand, in the present invention, the interval between the sensor chip and the substrate is defined by the rib. Therefore, in the connection step described above, the pressure acting on the connection portion becomes a predetermined value or less, and bending of the connection portion is suppressed.
また、本発明では、リブによって、センサチップと基体とが機械的に接続されているので、センサチップと基体との機械的な接続強度が補強される。これにより、バンプに亀裂などの損傷が生じることが抑制され、センサチップと基体との機械的及び電気的な接続信頼性が低下することが抑制される。 In the present invention, since the sensor chip and the substrate are mechanically connected by the rib, the mechanical connection strength between the sensor chip and the substrate is reinforced. Thereby, it is suppressed that damage, such as a crack, arises in a bump, and it is suppressed that the mechanical and electrical connection reliability of a sensor chip and a base | substrate is reduced.
請求項2に記載のリブとしては、請求項3に記載のように、弾性材料に、該弾性材料よりも剛性の高い添加物が含まれて成るリブが好ましい。 The rib according to claim 2 is preferably a rib made of an elastic material containing an additive having higher rigidity than that of the elastic material, as described in claim 3.
請求項3に記載のリブは、添加物を含まない弾性材料から成る部材と同様にして、圧力によってその形状が変形する。しかしながら、圧力によってリブが変形すると、弾性材料に含まれる添加物によってリブの剛性が上昇し、その形状が変形し難くなる。したがって、上記した接続工程において、リブに圧力が印加され、リブの剛性が上昇すると、センサチップと基体との間隔が当初予定の設計値よりも狭まることが抑制され、センサチップと基体との間隔が、所定値に保たれることとなる。これにより、上記した接続工程において、接続部に作用する圧力が所定値以下となり、接続部が屈曲することが抑制される。 The shape of the rib according to claim 3 is deformed by pressure in the same manner as a member made of an elastic material containing no additive. However, when the rib is deformed by pressure, the rigidity of the rib is increased by the additive contained in the elastic material, and the shape thereof is difficult to deform. Therefore, when pressure is applied to the ribs in the connecting step described above and the rigidity of the ribs is increased, the distance between the sensor chip and the base is suppressed from becoming narrower than the originally designed value, and the distance between the sensor chip and the base is reduced. Is maintained at a predetermined value. Thereby, in the above-described connecting step, the pressure acting on the connecting portion becomes a predetermined value or less, and bending of the connecting portion is suppressed.
また、リブは、主として弾性材料によって形成されているので、半導体装置に印加された外部応力によって、センサチップや基体に振動が生じたとしても、リブによって、その振動を緩和することができる。この結果、外部応力に起因する振動がセンシング部に印加されることが抑制され、外部応力によって力学量の検出精度が低下することが抑制される。 Further, since the rib is mainly formed of an elastic material, even if vibration is generated in the sensor chip or the base body due to external stress applied to the semiconductor device, the vibration can be reduced by the rib. As a result, it is possible to suppress the vibration caused by the external stress from being applied to the sensing unit, and to suppress the detection accuracy of the mechanical quantity from being reduced by the external stress.
請求項4に記載のように、バンプは複数であり、複数のバンプ、センサチップ、及び基体それぞれが、絶縁部材を介して機械的に接続され、複数のバンプ及び絶縁部材によって、センシング部の周囲が囲まれており、リブは環状であり、環状を成すリブによって、センシング部の周囲を囲む、複数のバンプ及び絶縁部材の周囲が囲まれており、センシング部は真空雰囲気中に設けられ、センシング部が、センサチップと、基体と、複数のバンプと、絶縁部材と、リブとによって、二重に閉塞された構成が良い。 According to a fourth aspect of the present invention, there are a plurality of bumps, and each of the plurality of bumps, the sensor chip, and the substrate is mechanically connected through an insulating member, and the plurality of bumps and the insulating member surround the sensing unit. The rib is annular, the annular rib surrounds the periphery of the sensing unit, and the periphery of the bumps and the insulating member is surrounded. The sensing unit is provided in a vacuum atmosphere, and sensing It is preferable that the portion is double-blocked by the sensor chip, the base, the plurality of bumps, the insulating member, and the rib.
例えば、加速度運動による慣性力が半導体装置に印加されると、その慣性力によって可動部が変動し、その変動に伴って、固定電極と可動電極との対向間隔が変化する。センシング部が空気雰囲気中に配置された構成の場合、上記した可動部の変動によって、固定電極と可動電極との間で空気ダンピングが生じ、これによって、力学量の検出精度が低下する虞がある。そこで、従来、センシング部を真空雰囲気中に配置することで、上記した空気ダンピングが生じることが抑制された構成が採用されている。しかしながら、この場合、センシング部を密閉する部材の気密性、という問題が生じる。これに対して、本発明では、真空雰囲気中に設けられたセンシング部が、センサチップと、基体と、複数のバンプと、絶縁部材と、リブとによって、二重に閉塞されている。これにより、気密性が確保されている。 For example, when an inertial force due to an acceleration motion is applied to the semiconductor device, the movable part varies due to the inertial force, and the facing distance between the fixed electrode and the movable electrode varies with the variation. In the case where the sensing unit is arranged in an air atmosphere, air damping occurs between the fixed electrode and the movable electrode due to the above-described fluctuation of the movable unit, which may reduce the detection accuracy of the mechanical quantity. . Therefore, conventionally, a configuration is adopted in which the above-described air damping is suppressed by arranging the sensing unit in a vacuum atmosphere. However, in this case, there arises a problem of airtightness of a member that seals the sensing unit. On the other hand, in the present invention, the sensing unit provided in the vacuum atmosphere is double-blocked by the sensor chip, the base, the plurality of bumps, the insulating member, and the rib. Thereby, airtightness is ensured.
請求項5及び請求項6に記載のように、センシング部は、力学量として、加速度若しくは角速度を検出する構成を採用することができる。 As described in claims 5 and 6, the sensing unit can employ a configuration for detecting acceleration or angular velocity as a mechanical quantity.
また、請求項7に記載のように、基体として、センサチップの出力信号を処理する処理回路を備える回路チップを採用することができる。 In addition, as described in claim 7, a circuit chip including a processing circuit for processing an output signal of the sensor chip can be adopted as the base.
以下、本発明に係る半導体装置を、加速度を検出する加速度センサに適用した場合の実施形態を図に基づいて説明する。
(第1実施形態)
図1及び図2は、第1実施形態に係る加速度センサの概略構成を示す断面図である。図3は、センサチップにおける回路チップとの対向面を示す平面図である。図4は、回路チップにおけるセンサチップとの対向面を示す平面図である。図5は、回路チップと接続される前のセンサチップを示す断面図である。図6は、センサチップと接続される前の回路チップを示す断面図である。図1に示す断面図は、図3及び図4に示すA−A線に沿う断面図に相当し、図2に示す断面図は、図3及び図4に示すB−B線に沿う断面図に相当する。
Hereinafter, an embodiment in which a semiconductor device according to the present invention is applied to an acceleration sensor for detecting acceleration will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1 and 2 are cross-sectional views showing a schematic configuration of the acceleration sensor according to the first embodiment. FIG. 3 is a plan view showing a surface of the sensor chip facing the circuit chip. FIG. 4 is a plan view showing a surface of the circuit chip that faces the sensor chip. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the sensor chip before being connected to the circuit chip. FIG. 6 is a cross-sectional view showing the circuit chip before being connected to the sensor chip. The cross-sectional view shown in FIG. 1 corresponds to the cross-sectional view taken along the line AA shown in FIGS. 3 and 4, and the cross-sectional view shown in FIG. 2 is the cross-sectional view taken along the line BB shown in FIGS. It corresponds to.
なお、以下においては、後述する固定電極20と可動電極22とが対向する方向を、検出軸方向と示し、センサチップと回路チップとが対向する方向を厚さ方向と示し、検出軸方向と厚さ方向とに垂直な方向を交差方向と示す。 In the following, the direction in which the fixed electrode 20 and the movable electrode 22 described later face each other is referred to as a detection axis direction, the direction in which the sensor chip and the circuit chip face each other is referred to as a thickness direction, and the detection axis direction and the thickness. A direction perpendicular to the vertical direction is indicated as a crossing direction.
図1及び図2に示すように、加速度センサ100は、要部として、センサチップ10と、回路チップ50とを有する。加速度センサ100は、回路チップ50にセンサチップ10が積層されたスタック構造を成し、センサチップ10と回路チップ50とが、バンプ70を介して機械的及び電気的に接続されている。本実施形態では、センサチップ10と回路チップ50とが、バンプ70だけではなく、リブ71を介して機械的に接続されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
なお、後述するように、バンプ70は、センサチップ10の接続部23に接続されているが、この接続構成が、本発明の主な特徴点である。この特徴点とその作用効果は、後で説明する。
As will be described later, the
センサチップ10は、単結晶シリコンから成る基板11、酸化膜から成る絶縁層12、及び単結晶シリコンから成る半導体層13が順次積層されて成るSOI基板14と、該SOI基板14を周知のマイクロマシン技術を用いて、所定の形状に加工することで形成されたセンシング部15と、を有する。
The
センシング部15は、絶縁層12と半導体層13から成る、基板11に対して固定されたアンカ部16と、絶縁層12が除去されて、半導体層13から成る、基板11に対して浮いた遊動部17と、を有する。
The
アンカ部16は、固定アンカ部18と、可動アンカ部19と、を有する。図3に示すように、アンカ部18,19それぞれは、SOI基板14に2つずつ形成されている。詳しく言えば、2つの固定アンカ部18が、後述する可動部21を介して交差方向で互いに対向し、2つの可動アンカ部19が、可動部21を介して検出軸方向で互いに対向するように、アンカ部18,19それぞれが、SOI基板14に形成されている。なお、図3においては、アンカ部16の形成位置を明瞭とするために、絶縁層12におけるアンカ部16の一部を構成する部位を破線で示している。固定アンカ部18はコの字状を成し、可動アンカ部19は矩形状を成している。
The
遊動部17は、固定アンカ部18に支持された固定電極20と、可動アンカ部19に支持され、検出軸方向に変位可能とされた可動部21と、可動部21に設けられた可動電極22と、バンプ70が接続される接続部23と、を有する。上記した可動部21は、検出軸方向に長手方向が沿う矩形状の錘部24と、該錘部24を検出軸方向に変位可能とする環状の梁部25と、を有する。また、上記した接続部23は、固定電極20と回路チップ50とを機械的及び電気的に接続するための固定接続部26と、可動部21(可動電極22)と回路チップ50とを機械的及び電気的に接続するための可動接続部27と、を有する。
The floating
図3に示すように、固定電極20は、長手方向が交差方向に沿う矩形状を成し、その一端が、固定アンカ部18によって支持され、その他端が、開放されている。同じく、可動電極22も、長手方向が交差方向に沿う矩形状を成し、その一端が、錘部24に連結され、その他端が、開放されている。複数の固定電極20は、固定アンカ部18から櫛歯状に伸び、複数の可動電極22は、錘部24から櫛歯状に伸びており、櫛歯状を成す複数の固定電極20と櫛歯状を成す複数の可動電極22とが互いに噛み合わさる事で、固定電極20と可動電極22とが検出軸方向で互いに対向している。これら2つの電極20,22によって複数のコンデンサが構成され、このコンデンサの静電容量の変動に基づいて、加速度が検出される。
As shown in FIG. 3, the fixed electrode 20 has a rectangular shape whose longitudinal direction is along the intersecting direction, one end of which is supported by the fixed
図3に示すように、錘部24の両端は、可動アンカ部19によって支持されている。そして、錘部24の端部それぞれに梁部25が形成され、錘部24における2つの梁部25の間に位置する中央部に可動電極22が形成されている。この構成により、検出軸方向に加速度が印加されると、その慣性力によって梁部25が撓み、その撓みに応じて、錘部24が検出軸方向に変動し、その変動に伴って、固定電極20と可動電極22との電極間隔が変動するようになっている。
As shown in FIG. 3, both ends of the
図3に示すように、固定接続部26は、固定アンカ部18を介して、固定電極20と機械的及び電気的に接続され、可動接続部27は、可動アンカ部19を介して、可動部21と機械的及び電気的に接続されている。より詳しく言えば、固定接続部26は、固定アンカ部18における絶縁層12を介して基板11に固定された半導体層13を介して、固定電極20と機械的及び電気的に接続され、可動接続部27は、可動アンカ部19における絶縁層12を介して基板11に固定された半導体層13を介して、可動接続部27と機械的及び電気的に接続されている。そして、図1〜図3に示すように、接続部26,27それぞれの上面(回路チップ50側の面)に、バンプ70と接続するためのパッド28が形成されている。また、センサチップ10における、形状が加工されていない部位(以下、枠部29と示す)にもパッド28が4つ形成されている。
As shown in FIG. 3, the fixed
なお、上記したように、本実施形態では、センサチップ10と回路チップ50とが、リブ71を介して機械的に接続される構成となっているが、図3では、センサチップ10におけるリブ71が接続される領域を、二点差線で示している。このリブ71が接続される領域は、上記した枠部29に形成されており、その形状が、コの字状となっている。このコの字状を成す2つの領域によって、センシング部15の周囲のほとんどが囲まれている。
As described above, in the present embodiment, the
回路チップ50は、半導体基板51と、該半導体基板51に、センサチップ10の出力信号を処理する処理回路(図示略)が形成されたものである。図4に示すように、半導体基板51におけるセンサチップ10との対向面51aには、センサチップ10のパッド28の形成位置に対応したパッド52が複数形成されている。また、本実施形態では、対向面51aに、パッド52の他に、コの字状のリブ71が2つ形成されている。このリブ71の上面(センサチップ10側の面)が、センサチップ10におけるリブ71が接続される領域に、機械的に接続される。なお、上記した処理回路は、半導体基板51における、複数のパッド52、若しくは、リブ71によって囲まれた部位に形成されている。
The
バンプ70は、センサチップ10と回路チップ50とを機械的及び電気的に接続するためのものである。本実施形態では、8つのバンプ70によって、センサチップ10と回路チップ50とが機械的及び電気的に接続されている。これら8つのバンプ70の内、2つのバンプ70が、固定接続部26のパッド28に接続され、2つのバンプ70が、可動接続部27のパッド28に接続されている。そして、残り4つのバンプ70が、枠部29のパッド28に接続されている。固定接続部26に接続されたバンプ70は、固定電極20と可動電極22とによって構成されるコンデンサの静電容量変化を回路チップ50に出力する機能を果たし、可動接続部27に接続されたバンプ70は、一定電圧を可動部21(可動電極22)に供給するための機能を果たす。そして、枠部29に接続されたバンプ70は、センサチップ10全体の電位を一定とするための一定電圧をセンサチップ10に供給する機能を果たす。なお、図1及び図2に示すように、バンプ70は、絶縁部材72によって被覆・保護され、この絶縁部材72によって、センサチップ10と回路チップ50とが機械的に接続されている。
The
リブ71は、センサチップ10と回路チップ50との間隔を規定する機能を果たすものである。図4に示すように、コの字状を成すリブ71が、回路チップ50に2つ形成されており、これら2つのリブ71によって、センシング部15や処理回路の周囲が囲まれている。本実施形態に係るリブ71は、弾性材料に、該弾性材料よりも剛性の高い添加物が含まれて成る。このリブ71は、添加物を含まない弾性材料から成る部材と同様にして、圧力によってその形状が変形するが、圧力によって形状が変形すると、弾性材料に含まれる添加物によってリブ71の剛性が上昇し、その形状が変形し難くなる性質を有する。なお、上記した弾性材料としては、例えば、ヤング率が1MPaオーダー以下のシリコーンゴムを採用することができ、添加物としては、例えば、径が数10μm程度の樹脂ビーズを採用することができる。
The
次に、本実施形態に係る加速度センサ100の製造方法を説明する。先ず、パッド28とセンサ側バンプ73が形成されたSOI基板14を用意する。そして、このSOI基板14にセンシング部15を形成する。これにより、図5に示すセンサチップ10を用意する。
Next, a method for manufacturing the
次に、処理回路とリブ71とが形成された半導体基板51を用意する。そして、この半導体基板51に、パッド52と回路側バンプ74を形成する。これにより、図6に示す回路チップ50を用意する。なお、上記したリブ71は、完成予定時のセンサチップ10と回路チップ50との対向間隔よりも長くなっており、周知の半導体ホトリソグラフィ技術を用いることで、形成される。
Next, a
最後に、上記したセンサチップ10と回路チップ50それぞれを、センサ側バンプ73と回路側バンプ74とが接触するように対向し、所定の熱と圧力とを印加することで、センサ側バンプ73と回路側バンプ74とを接続して、バンプ70を形成する。なお、この工程において、リブ71が圧縮されて、その厚さ方向に沿う長さが短くなり、その剛性が上昇する。また、リブ71におけるセンサチップ10側の面と、センサチップ10とが熱圧着され、センサチップ10と回路チップ50とが、リブ71を介して機械的に接続される。以上の工程を経ることで、本実施形態に係る加速度センサ100が製造される。
Finally, the
次に、本実施形態に係る加速度センサ100の作用効果を説明する。上記したように、バンプ70が接続される接続部23は、アンカ部16を介して、電極20,22や可動部21と機械的に接続されている。これによれば、バンプ70とセンサチップ10(半導体層13)との線膨張係数差に起因する熱応力や、加速度センサ100に印加された外部応力が、接続部23とアンカ部16とを介して、電極20,22や可動部21に伝達されることとなる。上記した接続部23は、半導体層13から成り、基板11に対して浮いている。したがって、上記した応力によって接続部23が撓み易くなっており、この接続部23の撓みによって、電極20,22や可動部21に伝達される応力が小さくなっている。これにより、上記した応力によって、力学量の検出精度が低下することが抑制される。
Next, functions and effects of the
なお、上記したように、接続部23は、基板11に固定されたアンカ部16を介して、電極20,22や可動部21と機械的に接続されている。したがって、応力によって接続部23が撓んだ場合、その接続部23の撓みと共に、電極20,22や可動部21が撓むことが抑制される。
As described above, the
本実施形態では、センサチップ10と回路チップ50とが、バンプ70だけではなく、リブ71を介して機械的に接続されている。そして、このリブ71は、弾性材料に、該弾性材料よりも剛性の高い添加物が含まれて成る。したがって、リブ71は、圧力によって形状が変形すると、リブ71に含まれる添加物によってリブ71の剛性が上昇し、その形状が変形し難くなる性質を有している。これによれば、センサチップ10と回路チップ50とをバンプ70を介して接続する工程において、リブ71に圧力が印加され、リブ71の剛性が上昇すると、センサチップ10と回路チップ50との間隔が当初予定の設計値よりも狭まることが抑制され、センサチップ10と回路チップ50との間隔が、所定値に保たれることとなる。これにより、センサチップ10と回路チップ50との接続工程において、接続部23に作用する圧力が所定値以下となり、接続部23が屈曲することが抑制される。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、センサチップ10と回路チップ50とがリブ71を介して機械的に接続されているので、センサチップ10と回路チップ50との機械的な接続強度が補強される。これにより、バンプ70に亀裂などの損傷が生じることが抑制され、センサチップ10と回路チップ50との機械的及び電気的な接続信頼性が低下することが抑制される。
In this embodiment, since the
更に言えば、リブ71は、主として弾性材料によって形成されているので、加速度センサ100に印加された外部応力によって、センサチップ10や回路チップ50に振動が生じたとしても、リブ71によって、その振動を緩和することができる。この結果、外部応力に起因する振動がセンシング部15に印加されることが抑制され、外部応力によって加速度の検出精度が低下することが抑制される。
Furthermore, since the
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本実施形態では、本発明に係る半導体装置を、加速度を検出する加速度センサに適用した例を示した。しかしながら、本発明に係る半導体装置としては、上記例に限定されず、例えば、角速度センサに適用することができる。 In this embodiment, the example which applied the semiconductor device which concerns on this invention to the acceleration sensor which detects an acceleration was shown. However, the semiconductor device according to the present invention is not limited to the above example, and can be applied to, for example, an angular velocity sensor.
本実施形態では、リブ71が、コの字状である例を示した。しかしながら、リブ71の形状としては、上記例に限定されない。例えば、環状でもよく、矩形状でも良い。
In the present embodiment, an example in which the
本実施形態では、2つのリブ71によって、センサチップ10と回路チップ50とが機械的に接続される例を示した。しかしながら、リブ71の個数としては、上記例に限定されず、1つでも、3つ以上でもよい。
In the present embodiment, an example in which the
なお、1つのリブ71によってセンサチップ10と回路チップ50とを機械的に接続する場合、リブ71の形状としては、環状が好ましい。この環状を成すリブ71によって、力学量を検出するセンシング部15、センシング部15の出力信号を処理する処理回路、及びセンサチップ10と回路チップ50とを機械的及び電気的に接続するバンプ70の周囲が囲まれた構成とすることができる。この構成により、センシング部15、処理回路、及びバンプ70を、リブ71と、センサチップ10(SOI基板14)と、回路チップ50(半導体基板51)と、によって構成される内部空間に収納して、粉塵などから保護することができる。
In addition, when the
上記構成を採用する場合、複数のバンプ70と、該バンプ70を被覆・保護する絶縁部材72とによって、センシング部15及び処理回路それぞれの周囲を囲む構成を採用すると良い。これによれば、センシング部15及び処理回路を、センサチップ10と、回路チップ50と、複数のバンプ70と、絶縁部材72と、環状のリブ71とによって、二重に閉塞することができる。
When the above configuration is employed, it is preferable to employ a configuration in which the periphery of the
更に言えば、上記した二重閉塞構成の場合、固定電極20と可動電極22との間で空気ダンピングが生じることを抑制するために、センシング部15を、真空雰囲気中に設けると良い。これによれば、例えばバンプ70と絶縁部材72とによって、センシング部15と処理回路とが一重に閉塞された構成と比べて、センシング部15及び処理回路の気密性が確保される。
Furthermore, in the case of the double closed configuration described above, the
複数のリブ71によって、センサチップ10と回路チップ50とを機械的に接続する場合、複数のリブ71の間に、所定の距離を設けておくと良い。これによれば、熱の印加によって熱膨張したリブ71の一部が、隣接するリブ71間の隙間に入り込むので、熱膨張によって生じる応力が、センサチップ10に印加されることが抑制される。なお、1つのリブ71によって、センサチップ10と回路チップ50とを機械的に接続する構成の場合に、上記した効果を奏するためには、リブ71に、複数の切り欠き部を形成しておけば良い。
When the
本実施形態では、パッド28とセンサ側バンプ73が形成されたSOI基板14を用意し、そのSOI基板14にセンシング部15を形成した例を示した。しかしながら、それとは反対に、センシング部15が形成されたSOI基板14を用意し、そのSOI基板14に、パッド28とセンサ側バンプ73を形成しても良い。これを実現するためには、パッド28とセンサ側バンプ73の形成時に、例えば濡れ性の低いレジストによって、センシング部15の遊動部17を固定しておけば良い。なお、他の方法としては、共晶やめっき法を採用することができる。
In this embodiment, the
本実施形態では、製造工程において、リブ71が形成された回路チップ50を用いる例を示した。しかしながら、リブ71が形成されたセンサチップ10を用いても良い。若しくは、リブ71が形成されたセンサチップ10と、リブ71が形成された回路チップ50とを用いても良い。
In this embodiment, the example which uses the
本実施形態では、リブ71を、半導体ホトリソグラフィ技術を用いることで形成する例を示した。しかしながら、リブ71を、ディスペンサを用いて形成しても良い。
In this embodiment, the example which forms the
10・・・センサチップ
16・・・アンカ部
17・・・遊動部
23・・・接続部
50・・・回路チップ
70・・・バンプ
71・・・リブ
100・・・加速度センサ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
バンプを介して、センサチップと機械的及び電気的に接続される基体と、を備える半導体装置であって、
前記センサチップは、前記センシング部が形成された半導体基板を有し、
該半導体基板は、基板と、絶縁層と、半導体層と、が順次積層されて成り、
前記センシング部は、前記絶縁層と前記半導体層から成る、前記基板に固定されたアンカ部と、前記絶縁層が除去されて、前記半導体層から成る、前記基板に対して浮いた遊動部と、を有し、
前記アンカ部は、固定アンカ部と、可動アンカ部と、を有し、
前記遊動部は、前記固定アンカ部に支持された前記固定電極と、前記可動アンカ部に支持され、前記固定電極と前記可動電極とが対向する方向に変位可能とされた可動部と、該可動部に設けられた前記可動電極と、前記バンプが接続される接続部と、を有し、
前記接続部は、前記固定アンカ部を介して、前記固定電極と機械的及び電気的に接続された固定接続部と、前記可動アンカ部を介して、前記可動部と機械的及び電気的に接続された可動接続部と、を有していることを特徴とする半導体装置。 A sensor chip including a sensing unit that detects a mechanical quantity by a capacitance change of a capacitor constituted by a fixed electrode and a movable electrode;
A semiconductor device comprising a substrate mechanically and electrically connected to a sensor chip via a bump,
The sensor chip has a semiconductor substrate on which the sensing unit is formed,
The semiconductor substrate is formed by sequentially laminating a substrate, an insulating layer, and a semiconductor layer,
The sensing unit is composed of the insulating layer and the semiconductor layer, an anchor portion fixed to the substrate, and the floating portion floating with respect to the substrate, the insulating layer being removed and the semiconductor layer, Have
The anchor portion has a fixed anchor portion and a movable anchor portion,
The floating portion includes the fixed electrode supported by the fixed anchor portion, the movable portion supported by the movable anchor portion, and movable in a direction in which the fixed electrode and the movable electrode face each other, and the movable portion The movable electrode provided in the part, and a connection part to which the bump is connected,
The connection portion is mechanically and electrically connected to the movable portion via the fixed anchor portion and the fixed connection portion mechanically and electrically connected to the fixed electrode via the fixed anchor portion. And a movable connection portion.
複数の前記バンプ、前記センサチップ、及び前記基体それぞれが、絶縁部材を介して機械的に接続され、複数の前記バンプ及び前記絶縁部材によって、前記センシング部の周囲が囲まれており、
前記リブは環状であり、
環状を成す前記リブによって、前記センシング部の周囲を囲む、複数の前記バンプ及び前記絶縁部材の周囲が囲まれており、
前記センシング部は真空雰囲気中に設けられ、
前記センシング部が、前記センサチップと、前記基体と、複数の前記バンプと、前記絶縁部材と、前記リブとによって、二重に閉塞されていることを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の半導体装置。 The bump is plural,
Each of the plurality of bumps, the sensor chip, and the base body is mechanically connected via an insulating member, and the periphery of the sensing unit is surrounded by the plurality of bumps and the insulating member.
The rib is annular;
Surrounding the periphery of the sensing unit, the plurality of bumps and the insulating member are surrounded by the annular rib.
The sensing unit is provided in a vacuum atmosphere,
The said sensing part is obstruct | occluded doubly by the said sensor chip, the said base | substrate, the said several bump, the said insulating member, and the said rib, The Claim 2 or Claim 3 characterized by the above-mentioned. The semiconductor device described.
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---|---|---|---|---|
CN108507557A (en) * | 2012-07-03 | 2018-09-07 | 索尼半导体解决方案公司 | Sensor device |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004311951A (en) * | 2003-03-27 | 2004-11-04 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2004340608A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Denso Corp | Capacity type dynamic quantity sensor unit |
JP2009033091A (en) * | 2007-07-02 | 2009-02-12 | Denso Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
WO2010004766A1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-14 | ローム株式会社 | Mems device |
WO2010032818A1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | アルプス電気株式会社 | Mems sensor and detection device |
JP2010069599A (en) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Alps Electric Co Ltd | Mems sensor |
JP2010089209A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Fujitsu Ltd | Micro movable element and optical switching device |
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2010
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004311951A (en) * | 2003-03-27 | 2004-11-04 | Denso Corp | Semiconductor device |
JP2004340608A (en) * | 2003-05-13 | 2004-12-02 | Denso Corp | Capacity type dynamic quantity sensor unit |
JP2009033091A (en) * | 2007-07-02 | 2009-02-12 | Denso Corp | Semiconductor device and its manufacturing method |
WO2010004766A1 (en) * | 2008-07-11 | 2010-01-14 | ローム株式会社 | Mems device |
WO2010032818A1 (en) * | 2008-09-22 | 2010-03-25 | アルプス電気株式会社 | Mems sensor and detection device |
JP2010069599A (en) * | 2008-09-22 | 2010-04-02 | Alps Electric Co Ltd | Mems sensor |
JP2010089209A (en) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Fujitsu Ltd | Micro movable element and optical switching device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN108507557A (en) * | 2012-07-03 | 2018-09-07 | 索尼半导体解决方案公司 | Sensor device |
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