JP2018004448A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられ、温度に起因するノイズを低減することのできる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、支持基板と、支持基板に接合されるキャップ基板とを備え、支持基板とキャップ基板との間に気密性のキャビティが形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置される。さらに、支持基板もしくはキャップ基板の厚さ方向に貫通して形成された貫通電極と、貫通電極の先端と電気的に接続された第1パッド部と、を備えるとともに、センシング部は、センシング部と同電位とされた第2パッド部を有する。そして、支持基板を厚さ方向から正面視したとき、第1パッド部と第2パッド部とが互いにずれて配置され、第1パッド部と第2パッド部とを互いに電気的に接続する中継配線を備える。
【選択図】図1
【解決手段】半導体装置は、支持基板と、支持基板に接合されるキャップ基板とを備え、支持基板とキャップ基板との間に気密性のキャビティが形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置される。さらに、支持基板もしくはキャップ基板の厚さ方向に貫通して形成された貫通電極と、貫通電極の先端と電気的に接続された第1パッド部と、を備えるとともに、センシング部は、センシング部と同電位とされた第2パッド部を有する。そして、支持基板を厚さ方向から正面視したとき、第1パッド部と第2パッド部とが互いにずれて配置され、第1パッド部と第2パッド部とを互いに電気的に接続する中継配線を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、キャップ基板と支持基板との間にキャビティが形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられた半導体装置に関する。
例えば特許文献1に記載の物理量センサは、キャップ基板と支持基板とにより形成される気密室(キャビティ)にセンシング部たる半導体層が設けられている。半導体層は溝部によって可動部と周辺部が区画されている。可動部はキャップ基板および支持基板に対して相対的に可動して、可動部とキャップ基板との対向距離が変化するようになっている。具体的には、この可動部は、開口部が形成された矩形枠状の枠部と、開口部の対向辺を連結するように備えられたトーション梁とを有している。可動部はトーション梁がアンカー部を介して支持基板に支持されている。可動部はトーション梁を回転軸としてキャップ基板に対して傾斜し、その結果、互いの対向距離が変化する。
そして、キャップ基板には固定電極が形成されている。上記のように、センシング部たる半導体層とキャップ基板との対向距離が変化すると、半導体層と固定電極とにより成る静電容量が変化する。特許文献1に記載の物理量センサは、半導体層の法線方向に印加される加速度を可動部の回転運動に変換して、静電容量の変化に基づいて物理量センサに印加される加速度を検出する、いわゆる慣性センサである。
ところで、半導体層と固定電極とにより成る静電容量の変化は、半導体層の電位と、固定電極の電位との電位差に基づいて算出される。半導体層の電位は、アンカーに設けられたパッド部と、キャップ基板における、パッド部の対向位置に設けられた貫通電極とが接触して電気的に接続されることによって検出可能になっている。
このような構成では、半導体層の電位を取り出すための貫通電極はアンカーの直上に位置する。貫通電極はアンカーに設けられたパッド部に較べて体格が大きく、温度変化に対する熱膨張あるいは収縮に起因する熱応力も比較的大きくなるため、熱応力によって可動部が変形する原因となる。可動部に反りなどの変形が発生すると、可動部と固定電極との間の距離が変化してしまうため静電容量が変化してしまう。すなわち、静電容量が熱ノイズの影響を受けやすい構成となっている。
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられ、温度に起因するノイズを低減することのできる半導体装置を提供することを目的とする。
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、発明の技術的範囲を限定するものではない。
上記目的を達成するために、本発明は、第1面(10a)を有する支持基板(10)と、第2面(40a)を有し、第2面が第1面に対向する状態で支持基板に接合されるキャップ基板(40)と、を備え、支持基板とキャップ基板との間に気密性のキャビティ(80)が形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置された半導体装置であって、さらに、支持基板もしくはキャップ基板の厚さ方向に貫通して形成された貫通電極(70)と、第1面と第2面との間に形成され、貫通電極の先端と電気的に接続された第1パッド部(31)と、を備えるとともに、センシング部は、センシング部と同電位とされた第2パッド部(32)を有し、支持基板を厚さ方向から正面視したとき、第1パッド部と第2パッド部とが互いにずれて配置され、第1パッド部と第2パッド部とを互いに電気的に接続する中継配線(63)を備えている。
これによれば、貫通電極と接続された第1パッド部と、センシング部と接続された第2パッド部とが直接接合されず、中継配線を介して接続される。このため、貫通電極が温度によって膨張あるいは収縮を生じた場合でも、その熱応力を直接第2パッド部、ひいてはセンシング部に伝達してしまうことを抑制することができる。したがって、センシング部において出力するセンサ信号に重畳する、温度に起因するノイズを低減することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
(第1実施形態)
最初に、図1〜図2を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。
最初に、図1〜図2を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。
本実施形態における半導体装置は、例えば加速度を検出する慣性センサである。図1に示すように、半導体装置たる慣性センサ100は、支持基板10とキャップ基板40とが積層されて構成されている。なお、図1は、図2に示すI−I線に沿う断面図である。図2は支持基板10のうち、第2基板13の上面図である。
支持基板10は、第1基板11上に絶縁膜12を介して第2基板13が配置されたSOI(Silicon on Insulator)基板とされており、第1面10aが第2基板12のうち絶縁膜12側と反対側の表面で構成されている。なお、第1基板11はシリコン等で構成され、絶縁膜12は酸化膜や窒化膜として構成され、第2基板13はポリシリコン等で構成されている。
そして、第2基板13には、図1および図2に示されるように、マイクロマシン加工が施されて溝部14が形成され、溝部14によって可動部20と周辺部30とが区画されている。
また、支持基板10のうち第1基板11には、可動部20ひいては後述の枠部22が第1基板11および絶縁膜12と接触することを防止するために、可動部20と対向する部分に窪み部15が形成されている。なお、窪み部15はエッチング等の方法により形成されるものであり、窪み部15の表面には絶縁膜12が形成されていない。
可動部20は、平面矩形状の開口部21が形成された矩形枠状の枠部22と、開口部21の対向辺を連結するように形成されたトーション梁23とを有している。そして、可動部20は、トーション梁23が絶縁膜12の支持されたアンカー部24と連結されることにより第1基板11に支持されている。
ここで、本実施形態における方向の定義について説明する。図1および図2に示すように、トーション梁23の延設方向をx軸方向とし、x軸に直交する方向をy軸方向とする。また、xy平面に直交する方向をz軸方向とする。すなわち、z軸方向は支持基板10の第1面10aの法線方向である。換言すれば、z軸方向は、支持基板10およびキャップ基板40の厚さ方向である。
トーション梁23は、z軸方向の加速度が印加されたとき、可動部20の回転中心となる回転軸となる部材である。本実施形態におけるトーション梁23は開口部21を2分割するように形成されている。
枠部22は、z軸方向の加速度が印加されたとき、トーション梁23を回転軸として回転できるように、トーション梁23を基準として非対称な形状とされている。本実施形態における枠部22は、トーション梁23を基準として第1部位22aと第2部位22bとに分けられる。枠部22は、第1部位22aにおけるトーション梁23から最も離れている部分の端部までのy軸方向の長さが、第2部位22bにおけるトーション梁23から最も離れている部分の端部までのy軸方向の長さより短くされている。つまり、枠部22は、第1部位22aの質量が第2部位22bの質量よりも小さくされている。
また、支持基板10の第1面10a、すなわち第2基板13の表面には、第1パッド部31、第2パッド部32、第3パッド部33、第4パッド部34および第5パッド部35が形成されるとともに、気密フレーム36が形成されている。これらパッド部31〜35および気密フレーム36は、本実施形態においては例えばアルミニウムで構成されており、支持基板10とキャップ基板40とに挟まれて形成されている。なお、図2では、これらの要素の形成位置を破線で示している。
具体的には、第1パッド部31は周辺部30に形成されて第2面40aにおいて後述の第1貫通電極71に接続されている。第2パッド部32はアンカー部24に形成されて可動部20と電気的に接続されている。第3パッド部33は周辺部30に形成されて第2面40aにおいて後述の第2貫通電極72に接続されている。第4パッド部34は周辺部30に形成されて第2面40aにおいて図示しない第3貫通電極に接続されている。第5パッド部35は周辺部30に形成されて第2面40aにおいて図示しない第4貫通電極に接続されている。第3貫通電極および第4貫通電極は、それぞれ第1貫通電極71と同一の構成を有しつつy軸方向に沿って並んで形成されている。すなわち、第1パッド部31、第3パッド部33、第4パッド部34、第5パッド部35の電位は、それぞれ、第1貫通電極71、第2貫通電極72、第3貫通電極、第4貫通電極と同電位となっており、これらの電極を介して外部に出力できるようになっている。逆に、これらの電極に電圧を印加すれば、対応するパッド部を所望の電位にすることができる。
さらに、第1パッド部31と第2パッド部32とは、後述の中継配線63によって互いに結線され電気的に接続されている。つまり、可動部20の電位は第1貫通電極71から取り出すことができるようになっている。
気密フレーム36は、可動部20(溝部14)を取り囲むように枠状に形成されている。気密フレーム36は、支持基板10とキャップ基板40とに挟まれて形成されているので、気密フレーム36と支持基板10とキャップ基板40とに囲まれた領域は外部から隔離された気密空間となっている。特許請求の範囲に記載のキャビティとは、該隔離空間に相当する。また、以降、この隔離空間をキャビティ80と称する。なお、気密フレーム35よりも外側であって支持基板10とキャップ基板40とに挟まれるスペーサを別途形成してもよい。スペーサは支持基板10とキャップ基板40との間隔を維持するものであり、酸化膜等の絶縁膜で構成することができる。
支持基板10における第2基板13は、図1および図2に示すように、外周部30において複数のスリット50を有している。本実施形態における第2基板13は、第1種スリット51と第2種スリット52を有している。以降、第1種スリット51および第2種スリット52をまとめてスリット50ということがある。
第1種スリット51は、第2基板13のうち、第1パッド部31、第3パッド部33、第4パッド部34および第5パッド部35との接触部分を取り囲むように略環状に形成されている。図2に示すように、第1パッド部31との接触部分を取り囲む第1種スリット51は環状であり、以降、スリットで囲まれた領域を接合部30aと称する。すなわち、周辺部30は、第1種スリット51によって接合部30aと、接合部30aを除く母体部30bとに区画される。なお、本実施形態では、図1に示すように、第1種スリット51が第1基板11や絶縁膜12にまで至っていないが、これに限定されるものではない。接合部30aおよび母体部30bは第1基板11や絶縁膜12を含む概念である。
第1パッド部31と同様に、第2基板13のうち第3パッド部33との接触部分を取り囲むように第1種スリット51が形成されている。第3パッド部33に対応する第1種スリット51は完全な環状を成さず、一部が欠損したC字状を成している。さらに同様に、第2基板13のうち第4パッド部34との接触部分を取り囲むように第1種スリット51が形成され、第5パッド部35との接触部分を取り囲むように第1種スリット51が形成されている。第4パッド部34および第5パッド部35に対応する第1種スリット51は環状を成しており、接合部30aと母体部30bとを区画している。
第2種スリット52は、図2に示すように、可動部20、および、周辺部30のうち各パッド部31,33〜35との接触部分とを内側に含むように枠状に形成されている。本実施形態における第2種スリット52は、気密フレーム36が形成される枠内であって、気密フレーム36に沿った矩形状に形成されている。第2種スリット52は、第2基板13を、第2種スリット52の枠外である外周部30cと、枠内である内周部30dとに区画している。z軸方向から正面視したとき、外周部30cは支持基板10うち気密フレーム36が接合部されている領域である。対して、内周部30dは、可動部20や上記した接合部30aを内包する領域である。
キャップ基板40は、図1に示すように、貼り合わせ基板41と、貼り合わせ基板41のうち支持基板10と対向する一面に形成された絶縁膜42と、貼り合わせ基板41のうち支持基板10側と反対の他面に形成された絶縁膜43とを有している。そして、絶縁膜42のうち支持基板10と対向する面にてキャップ基板40における第2面40aが構成されている。なお、貼り合わせ基板41はシリコン等で構成され、絶縁膜42は酸化膜や窒化膜で構成され、絶縁膜43はTEOS等で構成されている。
そして、キャップ基板40の第2面40aには、第1固定電極61と第2固定電極62とが形成されている。以降、第1固定電極61と第2固定電極62とをまとめて固定電極60ということがある。固定電極60は支持基板10との対向配置されており、第1面10aに接触しないように形成されている。
第1固定電極61は、図2に示すように、z軸方向から正面視したとき、枠部22における第1部位22aとオーバラップするように形成されている。換言すれば、第1固定電極61は第1部位22aに対向している。第1固定電極61と第1部位22aは静電容量を構成し、可動部20がトーション梁23を回転軸として変位することによって当該静電容量が変化するようになっている。第1固定電極61は、第1配線61aを介して第5パッド部35に電気的に接続されている。すなわち、第1固定電極61の電位は第4貫通電極を介して検出することができる。
第2固定電極62は、図2に示すように、z軸方向から正面視したとき、枠部22における第2部位22bとオーバラップするように形成されている。換言すれば、第2固定電極62は第2部位22bに対向している。第2固定電極62と第2部位22bは静電容量を構成し、可動部20がトーション梁23を回転軸として変位することによって当該静電容量が変化するようになっている。第2固定電極62は、第2配線62aを介して第4パッド部34に電気的に接続されている。すなわち、第2固定電極62の電位は第3貫通電極を介して検出することができる。
なお、固定電極60、第1配線61aおよび第2配線62aは例えばアルミニウムにより構成されている。また、第1固定電極61および第2固定電極62は同じ平面形状とされ、加速度が印加されていない状態において、第1,第2部位22a,22bとの間に等しい静電容量を構成している。
さらに、キャップ基板40の第2面40aには、第2面40aに沿うように中継配線63が形成されている。中継配線63は、例えばアルミニウムにより構成され、第1パッド部31と第2パッド部32とを電気的に接続している。中継配線63により、第2パッド部32と第1パッド部31、ひいては第1貫通電極71とを同電位とすることができる。なお、本実施形態における中継配線63はトーション梁23に対向するようにx軸方向に延設されている。
このように、可動部20と固定電極60とでセンシング部が構成され、第1貫通電極71、第3貫通電極および第4貫通電極によって加速度に応じたセンサ信号を出力することができるようになっている。
また、キャップ基板40には、厚さ方向(z軸方向)に貫通する貫通電極70が形成されている。本実施形態における貫通電極70は、図1に示す第1貫通電極71、第2貫通電極72および、図示しない第3貫通電極、第4貫通電極なる4つを含んでいる。これら4つの貫通電極を総称して貫通電極70ということがある。
4つの貫通電極70は互いに等価であり、貼り合わせ基板41および絶縁膜42を貫通する貫通孔41aに、絶縁膜41bを介して形成されている。絶縁膜41bは貫通孔41aの内壁面において絶縁膜42と絶縁膜43とを連結して一体的な絶縁膜となっている。貫通電極70は貫通孔41aの内壁面に沿って形成されるとともに、絶縁膜43上にランド部70aが形成された構成とされている。
図1に示すように、第1貫通電極71は絶縁膜42を貫通して第1パッド部31に至る。つまり、第1貫通電極71は、第1パッド部31、中継配線63、第2パッド部32を経由して可動部20に電気的に接続されている。第2貫通電極72は絶縁膜42を貫通して第3パッド部33に至る。図示しない第3貫通電極および第4貫通電極は絶縁膜42を貫通してそれぞれ第4パッド部34および第5パッド部35に至る。つまり、第3貫通電極および第4貫通電極は、それぞれ第2固定電極62および第1固定電極61と電気的に接続されている。
以上が本実施形態における慣性センサ100の構造である。このような慣性センサ100は、z軸方向の加速度が印加されると、枠部22がトーション梁23を回転軸として加速度に応じて回転する。そして、第1部位22aと第1固定電極61との間の静電容量と、第2部位22bと第2固定電極62との間の静電容量とが加速度に応じて変化するため、この容量変化に基づいて加速度の検出が行われる。
次に、図3〜図14を参照して、慣性センサ100の製造方法について説明する。
先ず、図3に示すように、支持基板10を構成する第1基板11を用意し、第1基板11上にCVDや熱酸化等の一般的に知られた方法で絶縁膜12を形成する。
次いで、図4に示すように、絶縁膜12上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、第1基板11に窪み部15を形成する。
次いで、図5に示すように、絶縁膜12と第2基板13とを接合して支持基板10を形成する。絶縁膜12と第2基板13とを接合は、特に限定されるものではないが、例えば、次のように行うことができる。
まず、絶縁膜12の接合面および第2基板13の接合面にN2プラズマ、O2プラズマ、またはArイオンビームを照射し、絶縁膜12および第2基板13の各接合面を活性化する。そして、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によるアライメントを行い、室温〜550℃で絶縁膜12および第2基板13をいわゆる直接接合により接合する。
なお、ここでは直接接合を例に挙げて説明したが、絶縁膜12と第2基板13とは、陽極接合や中間層接合、フージョン接合等の接合技術によって接合されてもよい。また、接合後に、高温アニール等の接合品質を向上させる処理を行ってもよい。さらに、接合後に、第2基板13を研削研磨によって所望の厚さに加工してもよい。
次いで、図6に示すように、支持基板10の第1面10aにCVD法等によって金属膜(アルミニウム)を形成する。そして、レジストや酸化膜等の図示しないマスクを用いて反応性イオンエッチング等で当該金属膜をパターニングすることにより、第1パッド部31〜第5パッド部35、および、気密フレーム36の一部となる金属層を選択的に形成する。
次いで、図7に示すように、レジストや酸化膜等の図示しないマスクを用いて反応性イオンエッチング等で第2基板13に溝部14およびスリット50を形成する。これにより、可動部20が形成され、且つ、周辺部30が接合部30aと母体部30b、あるいは、外周部30cと内周部30dに区画された第1基板10が用意される。
上記図3〜図7とは別工程において、図8に示すように、貼り合わせ基板41を用意し、熱酸化等によって貼り合わせ基板41の全面に絶縁膜42を形成する。
次いで、図9に示すように、絶縁膜42上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、貼り合わせ基板41に窪み部16を形成する。
次いで、図10に示すように、絶縁膜42のうち支持基板10と対向する部分に金属膜(アルミニウム)を形成する。そして、レジストや酸化膜等の図示しないマスクを用いて反応性イオンエッチング等で当該金属膜をパターニングすることにより、第1固定電極61、第2固定電極62を形成する。また、この工程において、第1パッド部31〜第5パッド部35、および、気密フレーム36の残りの部分となる金属層を選択的に形成する。さらに、この工程において中継配線63を形成する。なお、図10においては、第1パッド部31、第2パッド部32および中継配線63を一体的に図示している。
次いで、図11に示すように、支持基板10とキャップ基板40とを接合する。具体的には、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によるアライメントを行い、支持基板10に形成された第1パッド部31〜第5パッド部35および気密フレーム36と、キャップ基板40に形成された第1パッド部31〜第5パッド部35および気密フレーム36とを300〜500℃で金属接合する。これにより、支持基板10とキャップ基板40との間の空間が気密フレーム36により封止されてキャビティ80となり、枠部22および第1固定電極61、第2固定電極62がキャビティ80に気密封止される。
次いで、図12に示すように、絶縁膜42および貼り合わせ基板41を支持基板10側と反対側から研削し、支持基板10側と反対側の絶縁膜42を除去すると共に貼り合わせ基板41を薄くする。
次いで、図13に示すように、第1パッド部31、第3パッド部33に対応する場所における貼り合わせ基板41および絶縁膜42を除去することにより、2つの貫通孔41aを形成する。また、13とは別断面において、第4パッド部34、第5パッド部35に対応する場所における貼り合わせ基板41および絶縁膜42を除去することにより、2つの貫通孔41aを形成する。すなわち、合計で4つの貫通孔41aを形成する。そして、各貫通孔41aの壁面にTEOS等の絶縁膜41bを成膜する。このとき、貼り合わせ基板41のうち支持基板10側と反対側に形成された絶縁膜にて絶縁膜43が構成される。つまり、絶縁膜43と絶縁膜41bとは同じ工程で形成される。その後、各貫通孔41aの底部に形成された絶縁膜41bを除去し、各貫通孔41a内において、第1パッド部31、第3パッド部31、第4パッド部34および第5パッド部35を露出させる。
次いで、図14に示すように、各貫通孔41aにスパッタ法や蒸着法等によって金属膜を配置して各貫通電極70を形成する。具体的には、第1パッド部31に対応する貫通孔41aに第1貫通電極71を形成する。第3パッド部33に対応する貫通孔41aに第2貫通電極72を形成する。また、第4パッド部34に対応する貫通孔41aに第3貫通電極を形成する。第5パッド部35に対応する貫通孔41aに第4貫通電極を形成する。その後、絶縁膜43上の金属膜をパターニングしてランド部70aを形成する。
以上記載した工程を経て、慣性センサ100を製造する。なお、上記では、z軸方向に印加される加速度を検出する慣性センサ100の製造方法について説明したが、xy平面に沿う方向に印加される加速度を検出するセンシング部を同一慣性センサ100内に設けるようにしても良い。また、上記では1つの加速度センサの製造方法について説明したが、ウェハ状の支持基板10およびキャップ基板40を用意し、これらを接合した後にダイシングカットしてチップ単位に分割するようにしてもよい。
次に、本実施形態にかかる慣性センサ100の作用効果について説明する。
この慣性センサ100では、センシング部を構成する可動部20が貫通電極70と直接的に接続されることなく、中継配線を介して第1パッド部31および第1貫通電極71に接続される。このため、第1貫通電極71が温度によって膨張あるいは収縮を生じた場合でも、その熱応力を直接第2パッド部、ひいては可動部20に伝達してしまうことを抑制することができる。したがって、センシング部において出力するセンサ信号に重畳する、温度に起因するノイズを低減することができる。
また、この慣性センサ100には、第1種スリット51が形成されている。具体的には、支持基板10ひいては第2基板13における周辺部30が、第1種スリット51によって接合部30aと母体部30bとに区画されている。このため、貫通電極70の熱応力に起因して接合部30aが変形しても、母体部30bとの間で第1種スリット51がクリアランスとなるため、可動部20への熱応力の影響をより抑制することができる。
さらに、この慣性センサ100には、第2種スリット52が形成されている。具体的には、支持基板10ひいては第2基板13における周辺部30が、第2種スリット52によって外周部30cと内周部30dとに区画されている。このため、第2種スリット52の枠内である内周部30d側に形成された貫通電極70が温度によって膨張あるいは収縮を生じた場合でも、内周部30dと外周部30cとの間で第2種スリット52がクリアランスとなるため、外周部30cへの熱応力の影響をより抑制することができる。例えば外周部30c側にx軸方向およびy軸方向に印加される加速度を検出するためのセンシング部が別途形成されているような慣性センサであっても、それらセンシング部への熱応力の影響を抑制することができる。
(第2実施形態)
第1実施形態では、z軸方向から正面視したとき、第1パッド部31が周辺部30にオーバラップするような慣性センサ100について説明した。しかしながら、第1パッド部31の形成位置は、周辺部30に必ずしもオーバラップする必要はない。
第1実施形態では、z軸方向から正面視したとき、第1パッド部31が周辺部30にオーバラップするような慣性センサ100について説明した。しかしながら、第1パッド部31の形成位置は、周辺部30に必ずしもオーバラップする必要はない。
第2実施形態における慣性センサ110における第1パッド部31は、図15および図16に示すように、可動部20にオーバラップするように形成されている。具体的には、第1パッド部31は、第2基板13に対向しつつ接触しないように、キャップ基板40における第2面40aに形成されている。そして、第1パッド部31と第2パッド部32とは中継配線63により電気的に接続されている。第1パッド部31には第1実施形態と同様に第1貫通電極71が接続されている。なお、図15は、図16に示すXV−XV線に沿う断面図である。
この慣性センサ110においても、第1貫通電極71と可動部20上に形成された第2パッド部32とは直接的に接続されることなく、中継配線63を介して電気的に接続される。このため、第1貫通電極71が温度によって膨張あるいは収縮を生じた場合でも、その熱応力を直接第2パッド部、ひいては可動部20に伝達してしまうことを抑制することができる。
(第3実施形態)
第1実施形態および第2実施形態における貫通電極70は、固定電極60が設けられた基板と同一のキャップ基板40側に形成されている。これに対して、第3実施形態における慣性センサ130は、図17に示すように、固定電極60が設けられた基板とは異なる支持基板10に形成されている。
第1実施形態および第2実施形態における貫通電極70は、固定電極60が設けられた基板と同一のキャップ基板40側に形成されている。これに対して、第3実施形態における慣性センサ130は、図17に示すように、固定電極60が設けられた基板とは異なる支持基板10に形成されている。
この慣性センサ130は、貫通電極70の形成位置を除く部分では第1実施形態の慣性センサ100と略同一の構成をしている。本実施形態における貫通電極70は、第1実施形態における貫通電極70に対して、xy平面を対称面として鏡面対称の位置に形成されている。図17に示すように、第1貫通電極71に対応して第5貫通電極75が形成され、第2貫通電極72に対応して第6貫通電極76が形成されている。なお、第3貫通電極および第4貫通電極に対応する貫通電極70も形成されているが図示を省略する。
第5貫通電極75および第6貫通電極76は支持基板10のうち第1基板11と絶縁膜12を貫通するように形成されている。本実施形態における貫通電極70は、第1基板11および絶縁膜12を貫通する貫通孔11aに、絶縁膜11bを介して形成されている。絶縁膜11bは、貫通孔11aの内壁面において絶縁膜12と連結して一体的な絶縁膜となっている。貫通電極70は貫通孔11aの内壁面に沿って形成される。
図17に示すように、第5貫通電極75は絶縁膜12を貫通して第1パッド部31に至る。つまり、第5貫通電極75は、第1パッド部31、中継配線63、第2パッド部32を経由して可動部20に電気的に接続されている。第6貫通電極76は絶縁膜12を貫通して第3パッド部33に至る。図示しない残る2つの貫通電極70は、それぞれ第1固定電極61および第2固定電極62と電気的に接続されている。
この慣性センサ130においても、第5貫通電極75と可動部20上に形成された第2パッド部32とは直接的に接続されることなく、中継配線63を介して電気的に接続される。このため、第5貫通電極75が温度によって膨張あるいは収縮を生じた場合でも、その熱応力を直接第2パッド部、ひいては可動部20に伝達してしまうことを抑制することができる。
また、本実施形態における慣性センサ130のように、貫通電極70を、固定電極60が形成される基板(キャップ基板40)と対になる基板(支持基板10)に形成することにより、キャップ基板40に貫通孔41aを形成する必要がなくなる。これにより、貼り合わせ基板41の薄肉化を行う必要がなくなるため、キャップ基板40の応力に対する強度を高めることができる。すなわち、温度に対して反りなどの発生を抑制することができる。したがって、第1実施形態および第2実施形態に較べて、固定電極60と可動部20との間の対向距離の精度を高くすることができ、センサ信号の精度を向上させることができる。
(その他の実施形態)
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。
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。
上記した実施形態では、支持基板11のスリット50を設け、スリット50を熱歪みに対するクリアランスとする例について説明したが、スリット50は必ずしも設ける必要はない。また、第1種スリット51のみを形成しても良いし、第2種スリット52のみを形成しても良い。また、熱歪みに対するクリアランスとして機能すればスリットである必要はなく、第1種スリット51または第2種スリット52の形成位置に相当する部分に、例えばボイド状の緩衝領域を設けても良い。
また、上記した実施形態では、パッド部31〜35、気密フレーム36、貫通電極70についてアルミニウムを採用する例について説明したが、金や銅を採用しても良い。
10…支持基板,11…第1基板,12…絶縁膜,13…第2基板,20…可動部,30…周辺部,31…第1パッド部,32…第2パッド部,36…気密フレーム,40…キャップ基板,41…貼り合わせ基板,50…スリット(クリアランス),63…中継配線,70…貫通電極,80…キャビティ
Claims (5)
- 第1面(10a)を有する支持基板(10)と、
第2面(40a)を有し、前記第2面が前記第1面に対向する状態で前記支持基板に接合されるキャップ基板(40)と、を備え、
前記支持基板と前記キャップ基板との間に気密性のキャビティ(80)が形成され、前記キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置された半導体装置であって、
さらに、前記支持基板もしくは前記キャップ基板の厚さ方向に貫通して形成された貫通電極(70)と、
前記第1面と前記第2面との間に形成され、前記貫通電極の先端と電気的に接続された第1パッド部(31)と、を備えるとともに、
前記センシング部は、前記センシング部と同電位とされた第2パッド部(32)を有し、
前記支持基板を前記厚さ方向から正面視したとき、前記第1パッド部と前記第2パッド部とが互いにずれて配置され、
前記第1パッド部と前記第2パッド部とを互いに電気的に接続する中継配線(63)を備える半導体装置。 - 前記センシング部は、前記第1面の法線方向への加速度に応じて変位する可動部(20)と、
前記可動部を取り囲む周辺部(30)と、
前記キャップ部における前記第2面に形成され、前記可動部と対向する固定電極(60)と、を有し、
前記支持基板を前記厚さ方向から正面視したとき、前記第1パッド部は、前記周辺部とオーバラップする位置に形成される請求項1に記載の半導体装置。 - 前記支持基板は、前記第1パッド部が接合された接合部(30a)と、前記接合部を除く母体部(30b)とを有し、前記接合部と前記母体部との間にクリアランス(51)を設けた請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記キャビティは、前記第1面と前記第2面との間に形成され前記センシング部を囲む枠状の気密フレーム(36)と、前記支持基板と、前記キャップ基板と、により囲まれた領域として形成されており、
前記支持基板を前記厚さ方向から正面視したとき、前記第1パッド部は前記気密フレームの枠内に形成され、
前記支持基板は、前記気密フレームが接合された外周部(30c)と、前記外周部を除く部分であって前記第1パッド部が接合された内周部(30d)とを有し、前記外周部と前記内周部との間にクリアランス(52)を設けた請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記中継配線は、前記第2面に沿って形成され前記第1パッド部と前記第2パッド部とを電気的に接続する請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2016131710A JP2018004448A (ja) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 半導体装置 |
PCT/JP2017/019295 WO2018003353A1 (ja) | 2016-07-01 | 2017-05-24 | 半導体装置 |
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JP2016131710A JP2018004448A (ja) | 2016-07-01 | 2016-07-01 | 半導体装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN111398630B (zh) * | 2018-12-25 | 2022-04-19 | 精工爱普生株式会社 | 惯性传感器、电子设备以及移动体 |
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2016
- 2016-07-01 JP JP2016131710A patent/JP2018004448A/ja active Pending
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