JP2013002981A - センサーデバイス、およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で信頼性の高いセンサーデバイス、及び、その製造方法を提供する。
【解決手段】センサーデバイス１は、第１の面１０ａに第１の電極１１を有する半導体装置としてのＩＣチップ１０と、基部２１、前記基部２１から延伸された振動部を有し、第１の面１０ａと対向する第２の面２０ａに第２の電極としての引き出し電極２９を有する振動片としての振動ジャイロ素子２０と、を備えている。第１の面１０ａには、絶縁樹脂からなり第１の電極１１と配線３６を介して電気的に接続された第３の電極３７の少なくとも一部を露出させる開口部３２ａを有する筒状支持部３２が設けられ、第１の面１０ａおよび開口部３２ａにより形成された凹部に導電性接着剤９８が埋設され、引き出し電極２９に設けられたバンプ１２が凹部内に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、センサーデバイス、および、センサーデバイスの製造方法に関する。

従来、加速度や角速度などをセンシングするセンサーデバイスにおいては、振動片（センサー素子）と、その振動片を駆動する駆動回路などの回路素子とを備えた構成のセンサーデバイスが知られている。
例えば、特許文献１には、振動片としての振動ジャイロ素子（ジャイロ振動片）と、回路素子としての半導体装置とを備えたセンサーデバイスとしてのジャイロセンサーが開示されている。

特許文献１に記載のジャイロセンサーの構成では、半導体装置が支持基板に固着され、支持基板に形成されたリード配線部と電気的に接続されている。また、センサー素子（振動ジャイロ素子）は、支持基板に固着されたリード線に接続されることによって、半導体装置と空隙を保ち該半導体装置と平面視で重なるように配置されている。このように、弾性を有するリード線によってセンサー素子を保持することにより、外部からセンサー素子に加わる衝撃をリード線の撓みによって緩和し、センサー素子に外力が加わることによる誤検出などの悪影響を抑制する構成となっている。

近年、電子機器の小型・薄型化が進展しているのに伴い、電子機器に搭載されるセンサーデバイスにも小型・薄型化の要求が高まっているが、特許文献１に記載のジャイロセンサーでは、外部から加わる衝撃によりリード線が撓んだ場合に、半導体装置と、センサー素子とが互いに干渉しないように、両者間にリード線の撓み量を超える空隙を設ける必要がある。この結果、センサーデバイスの厚さが増加し、ジャイロセンサーの総厚が厚くする要因となってしまうという問題がある。
発明者は、センサーデバイスの薄型化を図るための半導体装置とセンサー素子との接合方法として、半導体装置の接続電極またはセンサー素子の接続電極のいずれか一方に突起電極としてのバンプを形成し、バンプと、そのバンプを形成した接続電極とは異なる他方の接続電極とを導電性接着剤（導電ペースト）により接合する実装方法（例えば、特許文献２を参照）が有効であることを見出した。

特開２００５−２９２０７９号公報 特許第３０３０２７１号公報

しかしながら、特許文献２に記載の実装方法では、導電性接着剤を介してバンプと接続電極とを接合する際に、ペースト状の導電性接着剤が流れ出しやすいために、塗布量の制御が困難であったり、望まない箇所に流れ出して不具合を生じる虞があったりする問題があった。このため、導電性接着剤の量が不足して接合強度が低下したり、流れ出した導電性接着剤による短絡不良が発生したりする虞があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例にかかるセンサーデバイスの製造方法は、第１の面に第１の電極を有する半導体装置上に、基部、前記基部から延伸された振動部を有し、前記第１の面と対向する第２の面に第２の電極を有する振動片が配置されたセンサーデバイスの製造方法であって、前記第１の面に、絶縁樹脂からなり前記第１の電極または前記第１の電極と配線を介して電気的に接続された第３の電極の少なくとも一部を露出させる開口部を有する筒状支持部を設ける工程と、前記第２の電極に突起電極を設ける工程と、前記第１の面および前記開口部により形成された凹部に導電性接着剤を入れる工程と、前記突起電極を前記凹部内に配置させて前記半導体装置上に前記振動片を載置する工程と、前記導電性接着剤を固化させる工程と、を含むことを特徴とする。

上記構成のセンサーデバイスの製造方法によれば、半導体装置上に筒状支持部を介して振動片を載置することにより、振動片の振動部と半導体装置との間に隙間を空けた状態で半導体装置上に振動片が載置されたセンサーデバイスを製造することができる。
このとき、筒状支持部の開口部と第１の面とにより形成された凹部に導電性接着剤を入れるので、導電性接着剤の量の調整が容易になるとともに、導電性接着剤が周囲に流れ出すのを回避することができる。
また、導電性接着剤が入れられた凹部内に振動片の突起電極を配置させてから導電性接着剤を固化させるので、振動片の位置出しが容易であるとともに、突起電極の表面の広い範囲に導電性接着剤が接触することによって振動片を強固に固定することができる。
したがって、信頼性および耐衝撃性が高いセンサーデバイスを効率的に製造することができる。

［適用例２］上記適用例にかかるセンサーデバイスの製造方法において、前記筒状支持部を設ける工程で、前記筒状支持部の前記振動片側となる面を前記第１の面と平行に形成し、前記半導体装置上に前記振動片を載置する工程で、前記振動片を前記筒状支持部で保持することを特徴とする。

この構成によれば、容易に振動片を半導体装置の第１の面と平行に固定することができる。

［適用例３］上記適用例にかかるセンサーデバイスの製造方法において、前記凹部に前記導電性接着剤を入れる工程で、前記導電性接着剤の量を前記凹部に収まる量に調整することを特徴とする。

この構成によれば、導電性接着剤が周囲の望まない部分に流れ出すのを回避することができる。

［適用例４］上記適用例にかかるセンサーデバイスの製造方法において、前記筒状支持部を設ける工程で、前記開口部の形状を、前記振動片側から前記第１の面側に狭まる断面テーパー形状に形成することを特徴とする。

この構成によれば、振動片を半導体装置上に載置する工程で、筒状支持部の内壁が振動片の突起電極のガイドとなって位置合わせが容易になり、固定する振動片の位置精度を向上させることができる。

［適用例５］上記適用例にかかるセンサーデバイスの製造方法において、前記筒状支持部を設ける工程の前に、前記第１の面の前記筒状支持部を形成する領域を含む領域に絶縁樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とする。

この構成によれば、半導体装置と筒状支持部との間に設けられた絶縁樹脂層が有する弾性により、外部から加わる衝撃などが緩和されて振動片に伝達され難くなることから、振動片の安定した振動モードや周波数温度特性が保持され、感度の高いセンサーデバイスを製造することができる。

［適用例６］本適用例にかかるセンサーデバイスは、第１の面に第１の電極を有する半導体装置と、基部、前記基部から延伸された振動部を有し、前記第１の面と対向する第２の面に第２の電極を有する振動片と、を備え、前記第１の面には、絶縁樹脂からなり前記第１の電極または前記第１の電極と配線を介して電気的に接続された第３の電極の少なくとも一部を露出させる開口部を有する筒状支持部が設けられ、前記第１の面および前記開口部により形成された凹部に導電性接着剤が埋設され、前記第２の電極に設けられた突起電極が前記凹部内に配置されたことを特徴とする。

この構成によれば、半導体装置上に筒状支持部を介して振動片を載置することにより、振動片の振動部と半導体装置との間に隙間を空けた状態で半導体装置上に振動片が載置されたセンサーデバイスを提供することができる。
また、筒状支持部の開口部と第１の面とにより形成された凹部に振動片の突起電極を配置させ、その凹部内に導電性接着剤を入れて固化させた構成となっているので、導電性接着剤の量の調整が容易に行え、導電性接着剤が周囲に流れ出すのを回避できるとともに、振動片の位置出しが容易に行え、半導体装置上に振動片を強固に固定することができる。
したがって、信頼性および耐衝撃性が高いセンサーデバイスを提供することができる。

［適用例７］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記筒状支持部の前記振動片側の面が前記第１の面と平行に形成され、前記振動片が前記筒状支持部で保持されたことを特徴とする。

この構成によれば、振動片を半導体装置の第１の面と平行に固定することができる。

［適用例８］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記開口部の形状が、前記振動片側から前記第１の面側に狭まる断面テーパー形状を呈することを特徴とする。

この構成によれば、筒状支持部の内壁が振動片の突起電極のガイドとなって位置合わせが容易となり、固定する振動片の位置精度を向上させることができる。

［適用例９］上記適用例にかかるセンサーデバイスにおいて、前記第１の面と前記筒状支持部との間に絶縁樹脂層が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、半導体装置と筒状支持部との間に設けられている絶縁樹脂層によって外部から振動片に加わる衝撃などが吸収され緩和されるので、耐衝撃性が高く、振動モードや周波数温度特性がより安定した高感度のセンサーデバイスを提供することができる。

センサーデバイスの一実施形態の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、振動片としての振動ジャイロ素子側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図。 センサーデバイスの半導体装置としてのＩＣチップと振動ジャイロ素子との接合部分を拡大して説明する模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの筒状支持部形成領域を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）の正断面図。 振動片としての振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図。 振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図。 センサーデバイスの製造方法を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。

図１は、センサーデバイスの一実施形態の概略構成を示す模式図であり、（ａ）は、振動片としての振動ジャイロ素子側（上側）から俯瞰した平面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
また、図２は、センサーデバイスの半導体装置としてのＩＣチップとの振動ジャイロ素子との接合部分を拡大して説明する模式図であり、（ａ）は、ＩＣチップの筒状支持部形成領域を上側から俯瞰した平面図、（ｂ）は、筒状支持部を介した接合部分の正断面図である。

図１に示すように、センサーデバイス１は、半導体装置としてのＩＣチップ１０と、振動片としての振動ジャイロ素子（ジャイロ振動片）２０と、を備えている。
ＩＣチップ１０の第１の面（能動面）１０ａ側には、絶縁樹脂層としての応力緩和層１５と、応力緩和層１５上に設けられた複数の筒状支持部３２とが設けられている。
振動ジャイロ素子２０には突起電極としてのバンプ１２が設けられている。
そして、振動ジャイロ素子２０は、筒状支持部３２の開口部３２ａ内にバンプ１２を配置させた態様で、ＩＣチップ１０の第１の面１０ａ側に保持されている。

まず、センサーデバイス１における振動片としての振動ジャイロ素子２０について詳細に説明する。
振動ジャイロ素子２０は、圧電材料である水晶を基材（主要部分を構成する材料）として形成されている。水晶は、電気軸と呼ばれるＸ軸、機械軸と呼ばれるＹ軸及び光学軸と呼ばれるＺ軸を有している。
そして、振動ジャイロ素子２０は、水晶結晶軸において直交するＸ軸及びＹ軸で規定される平面に沿って切り出されて平板状に加工され、平面と直交するＺ軸方向に所定の厚みを有している。なお、所定の厚みは、発振周波数（共振周波数）、外形サイズ、加工性などにより適宜設定される。

また、振動ジャイロ素子２０を成す平板は、水晶からの切り出し角度の誤差を、Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各々につき多少の範囲で許容できる。例えば、Ｘ軸を中心に０度から２度の範囲で回転して切り出したものを使用することができる。Ｙ軸及びＺ軸についても同様である。
振動ジャイロ素子２０は、フォトリソグラフィー技術を用いたエッチング（ウェットエッチングまたはドライエッチング）により形成されている。なお、振動ジャイロ素子２０は、１枚の水晶ウェハーから複数個取りすることが可能である。

図１（ａ）に示すように、本実施形態の振動ジャイロ素子２０は、ダブルＴ型と呼ばれる構成となっている。詳述すると、振動ジャイロ素子２０は、中心部分に位置する基部２１と、基部２１からＹ軸に沿って延伸された振動部としての一対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂと、検出用振動腕２２ａ，２２ｂと直交するように、基部２１からＸ軸に沿って延伸された一対の連結腕２３ａ，２３ｂと、検出用振動腕２２ａ，２２ｂと平行になるように、各連結腕２３ａ，２３ｂの先端側からＹ軸に沿って延伸された振動部としての各一対の駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂと、を備えている。

各検出用振動腕２２ａ，２２ｂの先端側には、他の部分より幅が大きい（Ｘ軸方向の長さが大きい）略矩形状の錘部２６ａ，２６ｂを有している。同様に、二対の駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ及び駆動用振動腕２５ａ，２５ｂそれぞれの先端側には、他の部分より幅が大きい略矩形状の錘部２７ａ，２７ｂ及び錘部２８ａ，２８ｂを有している。これら錘部２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂによって、振動ジャイロ素子２０は、小型化を図りながら角速度の検出感度を向上させることができる。

また、振動ジャイロ素子２０は、一対の固定部１９ａ，１９ｂを備えている。このうち一方の固定部１９ａは、一対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂのうちの一方の検出用振動腕２２ａに対してＹ軸の正の方向に配置されている。また、他方の固定部１９ｂは、一対の検出用振動腕２２ａ，２２ｂのうち他方の検出用振動腕２２ｂに対してＹ軸の負の方向側に配置されている。各固定部１９ａ，１９ｂのＸ軸方向の長さは、各検出用振動腕２２ａ，２２ｂの錘部２６ａ，２６ｂのＸ軸方向の長さよりも大きく、例えば、一対の連結腕２３ａ，２３ｂ及び基部２１のＸ軸方向の長さの合計と同じ程度である。なお、図示の例では、各固定部１９ａ，１９ｂの平面形状は略矩形であるが、特に限定されるものではない。固定部１９ａ，１９ｂは、各検出用振動腕２２ａ，２２ｂと、各駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとから離間して配置されている。各固定部１９ａ，１９ｂは、バンプ１２を介してＩＣチップ１０に固定される部位となる。

図１（ａ）に示すように、基部２１から一方の固定部１９ａまでの間には、一対の梁９ａ，９ｃが設けられている。このうち一方の梁９ａは、基部２１から検出用振動腕２２ａと駆動用振動腕２４ａとの間を通って延出されて固定部１９ａに接続され、他方の梁９ｃは、基部２１から検出用振動腕２２ａと駆動用振動腕２５ａとの間を通って延出されて固定部１９ａに接続されている。
同様に、基部２１から他方の固定部１９ｂまでの間には、一対の梁９ｂ，９ｄが設けられている。このうち一方の梁９ｂは、基部２１から検出用振動腕２２ｂと駆動用振動腕２４ｂとの間を通って延出されて固定部１９ｂに接続され、他方の梁９ｄは、基部２１から検出用振動腕２２ｂと駆動用振動腕２５ｂとの間を通って延出されて固定部１９ｂに接続されている。各梁９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄは、図示するようなＳ字形状をそれぞれ有することができる。このように、細長く蛇行した形状を有する梁９ａ〜９ｄによって各固定部１９ａ，１９ｂと基部２１が接続されることによって、振動ジャイロ素子２０の要部がＸ軸方向及びＹ軸方向に弾性を得ることができる。

基部２１の中心は、振動ジャイロ素子２０の重心位置としての重心Ｇであることができる。Ｘ軸、Ｙ軸及びＺ軸は、互いに直交し、重心Ｇを通るものとする。振動ジャイロ素子２０は、重心Ｇに関して点対称であることができる。即ち、振動ジャイロ素子２０は、ＸＺ平面に関して面対称であり、かつＹＺ平面に関して面対称であることができる。

また、振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂに、図示しない検出電極が形成され、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂに、図示しない駆動電極が形成されている。
振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂで、角速度を検出する検出振動系を構成し、連結腕２３ａ，２３ｂと駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂとで、振動ジャイロ素子２０を駆動する駆動振動系を構成している。

振動ジャイロ素子２０は、平面視において、ＩＣチップ１０と重なるようにＩＣチップ１０の第１の面１０ａ側に配置されている。
なお、振動ジャイロ素子２０は、基部２１及び各振動腕の表裏面を主面とする。ここでは、ＩＣチップ１０の第１の面１０ａと対向する側の面を第２の面２０ａと呼ぶ。

振動ジャイロ素子２０の各固定部１９ａ，１９ｂそれぞれの第２の面２０ａには、上記各検出電極、各駆動電極から引き出された第２の電極としての引き出し電極２９が形成されている。各引き出し電極２９には、突起電極としてのバンプ１２が設けられている。バンプ１２は、例えば、金（Ａｕ）ワイヤーを用いて形成されたスタッドバンプを利用することができる。なお、バンプ１２はスタッドバンプに限らず、導体からなり所定の厚みを有する突起状の電極であればよい。

次に、半導体装置としてのＩＣチップ１０について図面に沿って説明する。
ＩＣチップ１０には、第１の面１０ａ側にトランジスターやメモリー素子などの半導体素子を含んで構成される集積回路（図示せず）が形成されている。この集積回路には、振動ジャイロ素子２０を駆動振動させるための駆動回路と、角速度が加わったときに振動ジャイロ素子２０に生じる検出振動を検出する検出回路とが備えられている。
ＩＣチップ１０は、図１及び図２に示すように、第１の面１０ａ側に設けられた複数の第１の電極（電極パッド）１１と、第１の面１０ａとバンプ１２との間に積層された絶縁膜１４と、第１の面１０ａ側に設けられた接続用端子１３とを備えている。

第１の電極１１は、ＩＣチップ１０の集積回路に直接導通して形成されたものである。また、第１の面１０ａ上には、パッシベーション膜となる絶縁膜１４が形成されており、この絶縁膜１４には、第１の電極１１上に開口部１４ａが形成されている。これにより、各第１の電極１１は、絶縁膜１４の開口部１４ａ内にて外側に露出した状態となっている。
なお、絶縁膜１４は、酸化珪素（ＳｉＯ₂）、窒化珪素（Ｓｉ₃Ｎ₄）などの無機絶縁材料によって形成することができる。
また、絶縁膜１４は、例えばポリイミド樹脂、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、ＢＣＢ（ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）及びＰＢＯ（ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）などの樹脂を用いて形成することもできる。

ＩＣチップ１０の第１の面１０ａの絶縁膜１４上において、少なくとも振動ジャイロ素子２０の引き出し電極２９と平面視で重なる領域には、弾性を有する絶縁性樹脂からなる絶縁樹脂層としての応力緩和層１５が形成されている。
また、応力緩和層１５上の、振動ジャイロ素子２０の複数の引き出し電極２９と対応する位置には、各第１の電極１１に対応した第３の電極（再配置電極）３７が配設されている。各第３の電極３７は、対応する第１の電極１１と配線３６を介して電気的に接続されている。これらの配線３６、および第３の電極３７により、ＩＣチップ１０の集積回路の電極である第１の電極１１を振動ジャイロ素子２０の引き出し電極２９に対応する位置に再配置するための再配置配線が構成されている。このような再配置配線は、ＩＣチップ１０の集積回路の微細設計によって位置の制約が大きい第１の電極１１に対して、振動ジャイロ素子２０との接続に供する第３の電極３７の位置を任意にずらして配置し、ＩＣチップ１０上における振動ジャイロ素子２０との接続位置の自由度を高めるための重要な構成要素である。

各第３の電極３７上には、弾性を有する絶縁性樹脂からなり中央に第３の電極３７を露出させる開口部３２ａを有した筒状支持部３２が形成されている。開口部３２ａは、振動ジャイロ素子２０のバンプ１２が入る大きさを有している。
図１および図２に示すように、筒状支持部３２は、頂部側（振動ジャイロ素子２０が載置される側）の面が、第１の面１０ａと略平行に形成されているとともに、開口部３２ａが頂部側から第１の面１０ａ側に狭まる断面テーパー形状を呈して形成されている。

図２（ｂ）に示すように、第１の面１０ａおよび筒状支持部３２の開口部３２ａにより形成された凹部には例えば銀（Ａｇ）ペーストなどの導電性接着剤９８が埋設され、その凹部内にバンプ１２を配置させた態様で、ＩＣチップ１０上に振動ジャイロ素子２０が接合されている。ここで、導電性接着剤９８は、筒状支持部３２の凹部内に収まる量で、且つ、バンプ１２を介した振動ジャイロ素子２０の接合強度を十分確保できる量に調整されている。
これにより、ＩＣチップ１０において、各第１の電極１１から配線３６によって第３の電極３７に引き出された集積回路が、導電性接着剤９８、バンプ１２、および、引き出し電極２９を介して振動ジャイロ素子２０と電気的に接続されるとともに、十分な接合強度にて機械的に接続される。このとき、筒状支持部３２が有する高さによって、振動ジャイロ素子２０とＩＣチップ１０との間に隙間が設けられている。さらに、筒状支持部３２の頂部側（振動ジャイロ素子２０が載置される側）の面が、第１の面１０ａと略平行に形成されていることにより、振動ジャイロ素子２０がＩＣチップ１０の第１の面１０ａと略平行に固定される。

応力緩和層１５、および、筒状支持部３２は、例えばポリイミド等の弾性樹脂材料により形成することができる。応力緩和層１５は、例えば、ＩＣチップ１０の絶縁膜１４の表面に感光性のポリイミド材料をコーティングし、フォトリソグラフィーなどのパターニング処理を行う方法などにより形成することができる。また、筒状支持部３２も、グレーマスクを用いたフォトリソグラフィーを行うことになどにより、高さ寸法などの形状を精度よく形成することができる。
なお、本実施形態の筒状支持部３２は角錐台形状のものを例示したが、これに限らず、円錐台形状、円柱状、角柱状などとしてもよい。
また、応力緩和層１５、および、筒状支持部３２の材料は、上記したポリイミドに限定されず、弾性樹脂材料として既に公知となっているいずれかの材料を適用することができる。例えば、シリコーン変性ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、変性ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ；ｂｅｎｚｏｃｙｃｌｏｂｕｔｅｎｅ）、ポリベンゾオキサゾール（ＰＢＯ；ｐｏｌｙｂｅｎｚｏｘａｚｏｌｅ）等の樹脂を適用することができる。

配線３６、および第３の電極３７は、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、ニッケル（Ｎｉ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、パラジウム（Ｐｄ）などによって形成することができる。
なお、配線３６、及び、第３の電極３７は、上記材料による単層構造のみならず、複数種類の上記材料を組み合わせた積層構造としてもよく、また、複数種類の金属材料の合金、あるいは、導電性ペーストをパターニングして固化させたものなどを用いて構成してもよい。

また、ＩＣチップ１０に形成された集積回路には、第１の電極１１以外にも、図示しない他の電極が形成されている。この他の電極は、第１の電極１１の場合と同様に配線が接続され、絶縁膜１４の開口部内にて外部に露出する接続用端子１３と接続されている。接続用端子１３は、電気的、あるいは機械的な接続を成すためのパッド状のものである。

第１の電極１１や接続用端子１３、あるいはその他の電極は、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、または、これらを含む合金などを用いて形成することができる。特に接続用端子１３については、ワイヤーボンディングの際の接合性を高めるため、その表面にニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）のメッキを施しておくのが好ましい。このようにすることで、特にさびによる接触性、接合性の低下を防止することができる。
また、第１の電極１１や接続用端子１３、あるいはその他の電極は、ハンダメッキ、ハンダプリコートなどの最表面処理を施したものとしてもよい。

上記構成のセンサーデバイス１によれば、筒状支持部３２を利用することによって、従来の支持基板を利用してＩＣチップ上に振動ジャイロ素子を支持する構成に比して、厚みの増大を抑えながらＩＣチップ１０と振動ジャイロ素子２０とを隙間を設けて接合することができるとともに、筒状支持部３２および応力緩和層１５が有する弾性により、外部から加わる衝撃などの力が緩和されて振動ジャイロ素子２０に伝達され難くなり、振動ジャイロ素子２０の周波数温度特性などの特性劣化を抑制することができる。
また、筒状支持部３２と第１の面１０ａとにより形成される凹部により、導電性接着剤９８の塗布量の調整が容易になるので、周辺の望まない領域への導電性接着剤の流れ出しを回避しながら、十分な接合強度を確保することができる。
また、筒状支持部３２の開口部３２ａが頂部側から第１の面１０ａ側に狭まる断面テーパー形状を呈して形成されているので、バンプ１２を介した振動ジャイロ素子２０の位置合わせがしやすいという効果を奏する。

（振動ジャイロ素子の動作）
ここで、センサーデバイス１の振動ジャイロ素子２０の動作について説明する。
図３及び図４は、振動ジャイロ素子の動作を説明する模式平面図である。図３は駆動振動状態を示し、図４（ａ）、図４（ｂ）は、角速度が加わった状態における検出振動状態を示している。
なお、図３及び図４において、振動状態を簡易に表現するために、各振動腕は線で表してある。

まず、振動ジャイロ素子２０の駆動振動状態を説明する。
図３において、ＩＣチップ１０の集積回路（駆動回路）から駆動信号が印加されることにより、振動ジャイロ素子２０は角速度が加わらない状態において、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが矢印Ｅで示す方向に屈曲振動を行う。この屈曲振動は、実線で示す振動姿態と２点鎖線で示す振動姿態とを所定の周波数で繰り返している。

次に、この駆動振動を行っている状態で、振動ジャイロ素子２０にＺ軸回りの角速度ωが加わると、振動ジャイロ素子２０は、図４に示すような振動を行う。
まず、図４（ａ）に示すように、駆動振動系を構成する駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ及び連結腕２３ａ，２３ｂには、矢印Ｂ方向のコリオリ力が働く。また同時に、検出用振動腕２２ａ，２２ｂは、矢印Ｂ方向のコリオリ力に呼応して、矢印Ｃ方向に変形する。

その後、図４（ｂ）に示すように、駆動用振動腕２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ及び連結腕２３ａ，２３ｂには、矢印Ｂ’方向に戻る力が働く。また同時に、検出用振動腕２２ａ，２２ｂは、矢印Ｂ’方向の力に呼応して、矢印Ｃ’方向に変形する。
振動ジャイロ素子２０は、この一連の動作を交互に繰り返して新たな振動が励起される。
なお、矢印Ｂ，Ｂ’方向の振動は、重心Ｇに対して周方向の振動である。そして、振動ジャイロ素子２０は、検出用振動腕２２ａ，２２ｂに形成された検出電極が、振動により発生した水晶の歪を検出することで角速度が求められる。

（センサーデバイスの製造方法）
次に、センサーデバイスの製造方法について説明する。
図５は、センサーデバイス１の製造方法の一実施形態を示すフローチャートである。
図５には、振動ジャイロ素子２０の製造工程がステップＳ１−１からステップＳ１−５まで、ＩＣチップ１０の製造工程がステップＳ２−１からステップＳ２−７まで、そして、センサーデバイス１の組立工程がステップＳ３−１からステップＳ３−３までにそれぞれ示されている。以下、前工程から順に説明する。

本実施形態のセンサーデバイス１の製造においては、まず、水晶ウェハーから複数の振動ジャイロ素子２０を製造する工程について説明する。
振動ジャイロ素子２０の製造では、大判の水晶ウェハーに振動ジャイロ素子２０を複数並べて形成した後に、ダイシング、あるいは折り取ることなどにより個片の振動ジャイロ素子２０に切断して（個片化）、複数個の振動ジャイロ素子２０を同時に得る方法をとることができる。

〔振動ジャイロ素子製造〕
まず、ステップＳ１−１に示すように、結晶軸に対して所定のカット角で切り出され、所望の厚さおよび表面状態になるように研磨加工された大判の水晶ウェハーを準備する。そして、ステップＳ１−２に示すように、フォトリソグラフィーを用いたウェットエッチングにより、水晶ウェハーに複数の振動ジャイロ素子の外形を形成する。

詳述すると、まず、水晶ウェハーの両主面全体に、エッチングマスクとなり得る、例えばクロムおよび金からなる耐蝕膜をスパッタなどにより形成してからフォトレジストを塗布して、そのフォトレジスト上に振動ジャイロ素子の外形パターニング用のマスクを配置して外形パターンを露光する。
そして、フォトレジストの露光により感光した部分を除去する現像を行ってからエッチング液に浸し、感光したフォトレジストを除去した部分の耐蝕膜をエッチングして、水晶ウェハー上に、耐蝕膜からなる振動ジャイロ素子の外形形成用のエッチングマスクを形成する。
次に、振動ジャイロ素子の外形形成用のエッチングマスクを形成した水晶ウェハーを、例えばフッ化水素溶液およびフッ化アンモニウム溶液からなるエッチング液に浸漬して、水晶基板の振動ジャイロ素子２０の外形に対応した部分が貫通するまでエッチングする。
なお、振動ジャイロ素子の外形は、水晶ウェハーから完全に切り離されないようにミシン目状の折り取り部などによりつなげておくことによって、以降の工程を水晶基板（ウェハー）状態にて効率的に流動することができる。
次に、ステップＳ１−３に示すように、耐蝕膜からなる振動ジャイロ素子の外形形成用のエッチングマスクを剥離する。

次に、ステップＳ１−３に示すように、スパッタリングや蒸着などにより、上記した駆動電極や検出電極あるいは引き出し電極２９などの電極形成を行う。
電極形成は、振動ジャイロ素子２０の外形が形成された水晶ウェハーの表面に、スパッタリングや蒸着により、例えば、クロム層を下地として形成し、その上に金層を積層させたり、フォトリソグラフィーにより積層させた金属を所望の電極パターン形状にパターニングしたりすることにより行うことができる。

次に、ステップＳ１−４に示すように、水晶ウェハーに形成された複数の振動ジャイロ素子２０の引き出し電極２９上に突起電極としてのバンプ１２を形成する。上記したように、本実施形態のバンプ１２は金などのスタッドバンプで形成する。スタッドバンプによるバンプ１２は、ワイヤーボンディングに用いる金などの金属ワイヤーの先端を、放電によりボール状にした後、そのボール状の先端を引き出し電極２９に押し付けて温度や超音波などを印加することによって接合し、その後、ワイヤーを切断して先端部を引き出し電極２９上に残すことにより形成することができる。スタッドバンプを利用したバンプ１２は、ワイヤーボンダーを準備することにより比較的容易に形成することができる。
なお、スタッドバンプによるバンプ１２の形成用金属材料は、金の他に、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。
また、スタッドバンプ以外のバンプ１２として、ハンダボールなど他の導電性材料を用いたり、銀ペーストなどの導電性接着剤を塗布して固化させたものをバンプ１２として用いたりすることもできる。

次に、ステップＳ１−５に示すように、ダイシング、あるいは上記したミシン目を介して水晶ウェハーから折り取るなどの方法により、水晶ウェハーに形成された複数の振動ジャイロ素子２０を個片化する。

〔ＩＣチップ製造〕
次に、半導体装置としてのＩＣチップ１０を製造する工程について説明する。
ＩＣチップ１０の製造では、上記振動ジャイロ素子２０の製造と同様に、大判のシリコンウェハーにＩＣチップを複数並べて形成し、後にダイシングすることにより複数個のＩＣチップ１０を同時に得る方法をとることができる。

まず、ステップＳ２−１に示すように、シリコンウェハーを準備する。そして、ステップＳ２−２に示すように、通常の半導体製造プロセスを用いてシリコンウェハーに複数のＩＣチップ１０を同時形成するＩＣ製造を行う。

次に、ステップＳ２−３に示すように、スパッタリングや蒸着などにより、上記した第１の電極１１や接続用端子１３などの電極形成を行う。電極形成をした後で、第１の面１０ａに絶縁膜１４を形成し、第１の電極１１や接続用端子１３の一部を露出させる開口部を形成する。

次に、ステップＳ２−４に示すように、絶縁膜１４上に絶縁樹脂層としての応力緩和層１５を形成する。応力緩和層１５は、絶縁膜１４の表面に、例えば感光性のポリイミド材料をコーティングし、フォトリソグラフィーなどのパターニング処理を行う方法などにより形成することができる。

次に、ステップＳ２−５に示すように、応力緩和層１５上の引き出し電極２９と対応する位置に設ける第３の電極３７、および、第１の電極１１から引き出されて第３の電極３７に接続する配線３６とによる再配置配線を形成する。

次に、ステップＳ２−６に示すように、各第３の電極３７上に筒状支持部３２を形成する。筒状支持部３２は、第３の電極３７上に高粘度に調整した例えば感光性のポリイミド材料をコーティングし、グレーマスクを用いたフォトリソグラフィーを行うことになどにより、高さ寸法などの形状を精度よく形成することができる。
次に、ステップＳ２−７に示すように、Ｓ２−６まで行ったシリコンウェハーをダイシングすることにより、個片のＩＣチップ１０を複数得る。

〔センサーデバイス組立〕
次に、センサーデバイス１の組立工程について説明する。
センサーデバイス組立工程では、まず、ステップＳ３−１に示すように、ＩＣチップ１０の筒状支持部３２の開口部３２ａおよび第１の面１０ａにより形成される凹部に、ディスペンサーなどを用いて例えば銀ペーストなどのペースト状の導電性接着剤９８を適量塗布する。ここで、適量とは、筒状支持部３２の凹部内に収まる量で、且つ、バンプ１２を介した振動ジャイロ素子２０の接合強度を十分確保できる量のことをいう。
例えば、後述するステップＳ３−２の工程後、凹部内に位置するバンプ１２の部分の体積Ｖ１と、ステップＳ３−１後、後述するステップＳ３−２前の導電性接着剤９８が満たされていない凹部内の空間の体積Ｖ２とが、同じになるような量の導電性接着剤９８をステップＳ３−１で設けてもよい。
これにより、導電性接着剤９８が周囲の望まない部分に流れ出すのを回避することができるとともに、振動ジャイロ素子２０の接合強度を十分に得ることができる。この工程では、本実施形態のセンサーデバイス１の大きな特徴である筒状支持部３２を備えたことにより、導電性接着剤９８の塗布量の調整がしやすい。
なお、ステップＳ３−１で設ける導電性接着剤９８の量は、体積Ｖ２が体積Ｖ１よりも大きくなるような量としてもよい。

次に、ステップＳ３−２に示すように、未硬化状態でペースト状の導電性接着剤９８が筒状支持部３２の凹部内にバンプ１２を配置させた態様でＩＣチップ１０上に振動ジャイロ素子２０を位置合わせし、載置する。
このとき、筒状支持部３２の開口部３２ａが頂部側から第１の面１０ａ側に狭まる断面テーパー形状を呈して形成されているので、バンプ１２を介した振動ジャイロ素子２０の位置合わせがしやすいという効果がある。

次に、ステップＳ３−３に示すように、導電性接着剤９８を、加熱、あるいは紫外線照射することなどによって硬化させ、振動ジャイロ素子２０を筒状支持部３２により支持した態様でＩＣチップ１０上に接合・固定する。これにより、ＩＣチップ１０上に振動ジャイロ素子が搭載されたセンサーデバイス１を得る。
以上説明した工程を経て、センサーデバイス１の一連の製造工程が終了する。

上記のセンサーデバイス１の製造方法によれば、筒状支持部３２および応力緩和層１５を備えることにより、外部から加わる衝撃などの力が緩和されて振動ジャイロ素子２０に伝達され難くなり、振動ジャイロ素子２０の周波数温度特性などの特性劣化が抑制された薄型のセンサーデバイス１を製造することができる。
また、筒状支持部３２と第１の面１０ａとにより形成される凹部により、導電性接着剤９８の塗布量の調整が容易になることによって、周辺の望まない領域への導電性接着剤の流れ出しを回避しながら、十分な接合強度が確保された信頼性の高いセンサーデバイス１を製造することができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態およびその変形例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、振動片としての振動ジャイロ素子形成材料として水晶を用いた例を説明したが、水晶以外の圧電体材料を用いることができる。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ₃）、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ₃）、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、四ほう酸リチウム（Ｌｉ₂Ｂ₄Ｏ₇）、ランガサイト（Ｌａ₃Ｇａ₅ＳｉＯ₁₄）などの酸化物基板や、ガラス基板上に窒化アルミニウムや五酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）などの圧電体材料を積層させて構成された積層圧電基板、あるいはジルコン酸チタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒｘ，Ｔｉ１−ｘ）Ｏ₃）などの圧電セラミックスを用いることができる。
また、圧電体材料以外の材料を用いて振動片を形成することができる。例えば、シリコン半導体材料などを用いて振動素子を形成することもできる。
また、振動素子の駆動振動の励振方式や検出振動の検出方式は、圧電効果によるものだけに限らない。静電気力（クーロン力）を用いた静電駆動型や、磁力を利用したローレンツ駆動型などの振動片においても、本発明の構成およびその効果を発揮させることができる。

また、振動片としての振動ジャイロ素子の形状は、上記実施形態で説明した所謂ＷＴ型に限らない。音叉型やビーム型、あるいは、ＭＥＭＳジャイロのように櫛歯電極で静電検出する振動片を用いたセンサーデバイスにおいても、本発明の筒状支持部を備えた半導体装置としてのＩＣチップを備えた構成によれ、上述した実施形態に記載したものと同様な効果を得ることができる。

また、上記各実施形態では、センサーデバイスに備わる振動片（センサー素子）として振動ジャイロ素子２０を例に挙げたが、これに限定するものではなく、例えば、加速度に反応する加速度感知素子、圧力に反応する圧力感知素子、重さに反応する重量感知素子などでもよい。

また、上記各実施形態では、半導体装置としてのＩＣチップ１０上に一層の応力緩和層１５を設け、再配置配線を形成して第１の電極１１を第３の電極３７に再配置し、その第３の電極３７上に振動ジャイロ素子２０を支持する筒状支持部３２を設けた構成を説明した。これに限らず、ＩＣチップの第１の電極の配置と振動ジャイロ素子の引き出し電極の配置とが合う場合であれば、第１の電極上に筒状支持部３２を設ける構成としてもよい。
また、応力緩和層を複数層設けて、その複数の応力緩和層の層間に再配置配線を形成することができる。この構成によれば、複数の応力緩和層を介して電極や配線の直上に配線を設けることができ、再配置配線の引き回しの設計の自由度をより高くすることができる。

また、上記実施形態では、ステップＳ２−７としてシリコンウェハーをダイシングした後にステップＳ３−１〜Ｓ３−３を行ったが、ステップＳ２−６後、シリコンウェハーをダイシングせずにステップＳ３−１〜Ｓ３−３の工程を行い、ステップＳ３−３後に複数のセンサーデバイス１が形成されたシリコンウェハーをダイシングすることにより、個片のセンサーデバイス１を複数得る構成としてもよい。

１…センサーデバイス、９ａ〜９ｄ…梁、１０…半導体装置としてのＩＣチップ、１０ａ…第１の面、１１…第１の電極、１２…突起電極としてのバンプ、１３…接続用端子、１４…絶縁膜、１４ａ…開口部、１５…絶縁樹脂層としての応力緩和層、１９ａ，１９ｂ…固定部、２０…振動片としての振動ジャイロ素子、２０ａ…第２の面、２１…基部、２２ａ，２２ｂ…検出用振動腕、２３ａ，２３ｂ…連結腕、２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ…駆動用振動腕、２６ａ，２６ｂ，２７ａ，２７ｂ，２８ａ，２８ｂ…錘部、２９…第２の電極としての引き出し電極、３６…配線、９８…導電性接着剤。

Claims (9)

1. 第１の面に第１の電極を有する半導体装置上に、基部、前記基部から延伸された振動部を有し、前記第１の面と対向する第２の面に第２の電極を有する振動片が配置されたセンサーデバイスの製造方法であって、
   前記第１の面に、絶縁樹脂からなり前記第１の電極または前記第１の電極と配線を介して電気的に接続された第３の電極の少なくとも一部を露出させる開口部を有する筒状支持部を設ける工程と、
   前記第２の電極に突起電極を設ける工程と、
   前記第１の面および前記開口部により形成された凹部に導電性接着剤を入れる工程と、
   前記突起電極を前記凹部内に配置させて前記半導体装置上に前記振動片を載置する工程と、
   前記導電性接着剤を固化させる工程と、
   を含むことを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
2. 請求項１に記載のセンサーデバイスの製造方法において、
   前記筒状支持部を設ける工程で、前記筒状支持部の前記振動片側となる面を前記第１の面と平行に形成し、
   前記半導体装置上に前記振動片を載置する工程で、前記振動片を前記筒状支持部で保持することを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
3. 請求項１または２に記載のセンサーデバイスの製造方法において、
   前記凹部に前記導電性接着剤を入れる工程で、前記導電性接着剤の量を前記凹部に収まる量に調整することを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサーデバイスの製造方法において、
   前記筒状支持部を設ける工程で、前記開口部の形状を、前記振動片側から前記第１の面側に狭まる断面テーパー形状に形成することを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のセンサーデバイスの製造方法において、
   前記筒状支持部を設ける工程の前に、前記第１の面の前記筒状支持部を形成する領域を含む領域に絶縁樹脂層を形成する工程を含むことを特徴とするセンサーデバイスの製造方法。
6. 第１の面に第１の電極を有する半導体装置と、
   基部、前記基部から延伸された振動部を有し、前記第１の面と対向する第２の面に第２の電極を有する振動片と、を備え、
   前記第１の面には、絶縁樹脂からなり前記第１の電極または前記第１の電極と配線を介して電気的に接続された第３の電極の少なくとも一部を露出させる開口部を有する筒状支持部が設けられ、
   前記第１の面および前記開口部により形成された凹部に導電性接着剤が埋設され、
   前記第２の電極に設けられた突起電極が前記凹部内に配置されたことを特徴とするセンサーデバイス。
7. 請求項６に記載のセンサーデバイスにおいて、前記筒状支持部の前記振動片側の面が前記第１の面と平行に形成され、
   前記振動片が前記筒状支持部で保持されたことを特徴とするセンサーデバイス。
8. 請求項６または７に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記開口部の形状が、前記振動片側から前記第１の面側に狭まる断面テーパー形状を呈することを特徴とするセンサーデバイス。
9. 請求項６〜８のいずれか一項に記載のセンサーデバイスにおいて、
   前記第１の面と前記筒状支持部との間に絶縁樹脂層が形成されていることを特徴とするセンサーデバイス。

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