JP4000170B2 - Chip size package - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、加速度や圧力などを検出するセンサ基板と同じ外形サイズのチップサイズパッケージに関するものである。 The present invention is, for example, relates to a chip size package of the same external size as the sensor substrate for detecting an acceleration or pressure.

従来から、図11および図12に示すように、センシング部であるピエゾ抵抗(図示せず)が形成された加速度センサチップ101と、加速度センサチップ101の出力信号を信号処理する信号処理回路が形成されたICチップ102と、一面が開放された箱状であって内底面に加速度センサチップ101のフレーム部111が固着された実装基板105と、実装基板105との間に加速度センサチップ101およびICチップ102を収納する形で実装基板105の上記一面を閉塞する蓋体106とを備えたセンサモジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, as shown in FIGS. 11 and 12, an acceleration sensor chip 101 in which a piezoresistor (not shown) as a sensing unit is formed, and a signal processing circuit that processes an output signal of the acceleration sensor chip 101 are formed. The acceleration sensor chip 101 and the IC between the mounted IC chip 102, the mounting substrate 105 having a box shape with one surface open, and the frame portion 111 of the acceleration sensor chip 101 fixed to the inner bottom surface. There has been proposed a sensor module including a lid 106 that closes the one surface of the mounting substrate 105 so as to accommodate the chip 102 (see, for example, Patent Document 1).

ここにおいて、図11および図12に示した構成のセンサモジュールでは、加速度センサチップ101と、加速度センサチップ101に固着されたICチップ102と、加速度センサチップ101のパッド116とICチップ102のパッド121とを電気的に接続したボンディングワイヤ108とでセンサ装置を構成している。   In the sensor module having the configuration shown in FIGS. 11 and 12, the acceleration sensor chip 101, the IC chip 102 fixed to the acceleration sensor chip 101, the pad 116 of the acceleration sensor chip 101, and the pad 121 of the IC chip 102 are used. And a bonding wire 108 electrically connected to each other to form a sensor device.

なお、図11および図12に示した構成のセンサモジュールでは、ICチップ102が、加速度センサチップ101の重り部112と各撓み部113とで構成される可動部の過度な変位を規制するストッパを兼ねており、加速度センサチップ101の主表面との間に所定間隔の隙間が形成されるように加速度センサチップ101の主表面側に固着されており、加速度センサチップ101の主表面側の複数のパッド116それぞれがボンディングワイヤ108を介してICチップ102の主表面側の複数のパッド121の一部と電気的に接続され、ICチップ102の残りのパッド121それぞれがボンディングワイヤ109を介して実装基板105の上記一面側に設けられた端子パターン151と電気的に接続されている。
特開2005−169541号公報
In the sensor module having the configuration shown in FIGS. 11 and 12, the IC chip 102 is provided with a stopper for restricting excessive displacement of the movable part constituted by the weight part 112 and each bending part 113 of the acceleration sensor chip 101. It is also fixed to the main surface side of the acceleration sensor chip 101 so that a gap with a predetermined interval is formed between the main surface of the acceleration sensor chip 101 and a plurality of main surface sides of the acceleration sensor chip 101. Each of the pads 116 is electrically connected to a part of the plurality of pads 121 on the main surface side of the IC chip 102 via the bonding wires 108, and each of the remaining pads 121 of the IC chip 102 is mounted on the mounting substrate via the bonding wires 109. 105 is electrically connected to a terminal pattern 151 provided on the one surface side.
JP 2005-169541 A

ところで、図11および図12に示したセンサモジュールにおけるセンサ装置では、センサ部である加速度センサチップ101とIC部であるICチップ102とが厚み方向に重ねて配置され、加速度センサチップ101のパッド116とICチップ102の主表面側のパッド121とがボンディングワイヤ108を介して電気的に接続されており、実装高さが比較的高くなってしまうので、より一層の低背化が望まれていた。   By the way, in the sensor device in the sensor module shown in FIG. 11 and FIG. 12, the acceleration sensor chip 101 that is the sensor unit and the IC chip 102 that is the IC unit are arranged so as to overlap each other in the thickness direction. And the pad 121 on the main surface side of the IC chip 102 are electrically connected via the bonding wire 108, and the mounting height becomes relatively high. .

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、従来に比べて低背化を図れるチップサイズパッケージを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, an object thereof is to provide a chip size package Ru results in low profile as compared to the conventional.

請求項1の発明は、シリコン基板からなる支持基板上の絶縁層上にシリコン層を有するSOI基板を用いて形成されたセンサ基板と、貫通孔配線を有するとともにセンサ基板と同じ外形寸法に形成されSOI基板におけるシリコン層の表面側に封着された貫通孔配線形成基板と、センサ基板と同じ外形寸法に形成されSOI基板における支持基板の裏面側に封着されたカバー基板とを備えたチップサイズパッケージであって、センサ基板は、可動部を有し当該可動部にピエゾ抵抗が形成されたセンサ部と、センサ部と協働するIC部であり貫通孔配線に電気的に接続されるIC部と、貫通孔配線形成基板との接合用領域部とを備え、センサ部を取り囲むようにIC部が形成されるとともに、IC部を取り囲むように接合用領域部が形成され、ピエゾ抵抗およびIC部が同一のシリコン層に形成され、接合用領域部においてシリコン層の表面側に枠状の第1の封止用金属層が形成されるとともに、第1の封止用金属層の内側にIC部と貫通孔配線とを電気的に接続するための第1の電気接続用金属層が形成されてなり、第1の封止用金属層と第1の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、貫通孔配線形成基板は、第1の封止用金属層に接合される枠状の第2の封止用金属層が形成されるとともに、第2の封止用金属層の内側に貫通孔配線に電気的に接続された第2の電気接続用金属層が形成されてなり、第2の封止用金属層と第2の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、センサ基板と貫通孔配線形成基板とは、接合表面が活性化された第1の封止用金属層と接合表面が活性された第2の封止用金属層とが常温接合され、接合表面が活性化された第1の電気接続用金属層と接合表面が活性化された第2の電気接続用金属層とが常温接合されてなることを特徴とする。 The invention according to claim 1 is a sensor substrate formed using an SOI substrate having a silicon layer on an insulating layer on a support substrate made of a silicon substrate, and has a through-hole wiring and is formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate. Chip size comprising a through-hole wiring formation substrate sealed on the surface side of the silicon layer in the SOI substrate, and a cover substrate formed in the same outer dimensions as the sensor substrate and sealed on the back side of the support substrate in the SOI substrate The sensor board includes a movable part and a piezoresistor formed on the movable part, and an IC part that cooperates with the sensor part and is electrically connected to the through-hole wiring. And an area for bonding with the through-hole wiring forming substrate, an IC portion is formed so as to surround the sensor portion, and a bonding area portion is formed so as to surround the IC portion, The esophore and the IC portion are formed on the same silicon layer, and the frame-shaped first sealing metal layer is formed on the surface side of the silicon layer in the bonding region portion, and the first sealing metal layer A first electrical connection metal layer for electrically connecting the IC portion and the through-hole wiring is formed inside the first sealing metal layer and the first electrical connection metal layer. However, the through hole wiring formation substrate is formed with the same metal material with the same thickness, and the frame-shaped second sealing metal layer bonded to the first sealing metal layer is formed, A second electrical connection metal layer electrically connected to the through-hole wiring is formed inside the second encapsulation metal layer, and the second electrical connection metal layer and the second electrical connection The metal layer is formed of the same metal material with the same thickness, and the sensor substrate and the through-hole wiring formation substrate have active bonding surfaces. The first sealing metal layer and the second sealing metal layer whose bonding surface is activated are bonded at room temperature, and the first electrical connection metal layer and bonding surface whose bonding surface is activated It is characterized in that the second electrical connection metal layer in which is activated is joined at room temperature .

この発明によれば、ピエゾ抵抗およびIC部が同一のSOI基板のシリコン層に形成されているので、従来に比べて低背化を図れ、また、センサ部を取り囲むようにIC部が形成されているので、センサ部とIC部との配線のレイアウトが容易になるとともに、IC部側からの外部応力に起因したセンサ部の出力特性の劣化を防止することができ、また、センサ基板の接合用領域部においてシリコン層の表面側に枠状の第1の封止用金属層が形成されるとともに、第1の封止用金属層の内側にIC部と貫通孔配線とを電気的に接続するための第1の電気接続用金属層が形成されてなり、第1の封止用金属層と第1の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、貫通孔配線形成基板は、第1の封止用金属層に接合される枠状の第2の封止用金属層が形成されるとともに、第2の封止用金属層の内側に貫通孔配線に電気的に接続された第2の電気接続用金属層が形成されてなり、第2の封止用金属層と第2の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、センサ基板と貫通孔配線形成基板とは、接合表面が活性化された第1の封止用金属層と接合表面が活性された第2の封止用金属層とが常温接合され、接合表面が活性化された第1の電気接続用金属層と接合表面が活性化された第2の電気接続用金属層とが常温接合されているので、貫通孔配線形成基板の接合によるセンサ基板の残留応力を少なくすることができる。 According to the present invention, since the piezoresistor and the IC part are formed on the silicon layer of the same SOI substrate, the height can be reduced as compared with the prior art, and the IC part is formed so as to surround the sensor part. Therefore, the layout of the wiring between the sensor unit and the IC unit can be facilitated, the deterioration of the output characteristics of the sensor unit due to the external stress from the IC unit side can be prevented, and the sensor substrate can be joined. A frame-shaped first sealing metal layer is formed on the surface side of the silicon layer in the region, and the IC portion and the through-hole wiring are electrically connected to the inside of the first sealing metal layer. A first metal layer for electrical connection is formed , and the first sealing metal layer and the first metal layer for electrical connection are formed of the same metal material with the same thickness, and the through hole The wiring forming substrate is bonded to the first sealing metal layer. A second sealing metal layer is formed, and a second electrical connection metal layer electrically connected to the through-hole wiring is formed inside the second sealing metal layer. The second sealing metal layer and the second electrical connection metal layer are formed of the same metal material with the same thickness, and the sensor substrate and the through-hole wiring formation substrate are activated on the bonding surface. The first sealing metal layer and the second sealing metal layer whose bonding surface is activated are bonded at room temperature, and the first electrical connection metal layer and the bonding surface whose bonding surface is activated are active. Since the second metal layer for electrical connection that has been formed is bonded at room temperature , the residual stress of the sensor substrate due to the bonding of the through-hole wiring forming substrate can be reduced.

請求項の発明は、請求項1の発明において、前記センサ部は、フレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された4つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され互いに直交する3方向それぞれの加速度を検出可能な3軸加速度センサ部であり、重り部と各撓み部とで前記可動部が構成され、前記シリコン層において各撓み部に対応する部位それぞれに前記ピエゾ抵抗が形成されてなることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the sensor unit is swingably supported on the frame unit via four flexures in which a weight unit disposed inside the frame unit extends in all directions. And a three-axis acceleration sensor unit capable of detecting accelerations in three directions orthogonal to each other, wherein the movable part is configured by a weight part and each bending part, and each of the portions corresponding to each bending part in the silicon layer A piezoresistor is formed .

請求項1の発明では、従来に比べて低背化を図れ、しかも、センサ部とIC部との配線のレイアウトが容易になるとともに、IC部側からの外部応力に起因したセンサ部の出力特性の劣化を防止することができるという効果がある。 In the invention of claim 1, which figure lower profile than the conventional, moreover, with the layout of the wiring between the sensor unit and the IC portion is facilitated, the output of the sensor section due to external stress from the IC side There is an effect that deterioration of characteristics can be prevented .

本実施形態では、図1および図2に示すようにシリコン基板からなる支持基板10a上のシリコン酸化膜からなる絶縁層(埋込酸化膜)10b上にn形のシリコン層(活性層)10cを有するSOI基板10を用いて形成されたセンサ装置1をセンサ基板として備えた加速度センサについて例示する。   In this embodiment, as shown in FIGS. 1 and 2, an n-type silicon layer (active layer) 10c is formed on an insulating layer (buried oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate. An example of an acceleration sensor provided with the sensor device 1 formed using the SOI substrate 10 as a sensor substrate will be described.

本実施形態の加速度センサは、図4に示すように、センサ基板1と、第1のシリコン基板20を用いて形成されてセンサ基板1のIC部E2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(図4の上面側)に封着された第1のパッケージ用基板(貫通孔配線形成基板)2と、第2のシリコン基板30を用いて形成されてセンサ基板1の他表面側(図4の下面側)に封着された第2のパッケージ用基板(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と各パッケージ用基板2,3の外周形状は矩形状であり、各パッケージ用基板2,3はセンサ基板1と同じ外形寸法に形成されている。なお、本実施形態では、SOI基板10における支持基板10aの厚さを300μm〜500μm程度、絶縁層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、第1のシリコン基板20の厚さを200μm〜300μm程度、第2のシリコン基板30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、SOI基板10の主表面であるシリコン層10cの表面は(100)面としてある。   As shown in FIG. 4, the acceleration sensor of the present embodiment is formed using the sensor substrate 1 and the first silicon substrate 20 and is electrically connected to the IC portion E <b> 2 of the sensor substrate 1. And a first package substrate (through-hole wiring forming substrate) 2 sealed on one surface side (upper surface side in FIG. 4) of the sensor substrate 1 and a second silicon substrate 30. A second package substrate (cover substrate) 3 sealed on the other surface side (lower surface side in FIG. 4) of the sensor substrate 1 is provided. Here, the outer peripheral shape of the sensor substrate 1 and each package substrate 2, 3 is rectangular, and each package substrate 2, 3 is formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1. In this embodiment, the thickness of the support substrate 10a in the SOI substrate 10 is about 300 μm to 500 μm, the thickness of the insulating layer 10b is about 0.3 μm to 1.5 μm, and the thickness of the silicon layer 10c is about 4 μm to 10 μm. The thickness of the first silicon substrate 20 is about 200 μm to 300 μm, and the thickness of the second silicon substrate 30 is about 100 to 300 μm. However, these numerical values are not particularly limited. The surface of the silicon layer 10c, which is the main surface of the SOI substrate 10, is a (100) plane.

センサ基板1は、図1および図2に示すように、後述の重り部12と各撓み部13とで構成される可動部にピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が形成されたセンサ部E1と、センサ部E1と協働するIC部E2とを備えている。なお、センサ基板1は、センサ部E1が中央部に形成され、センサ部E1を取り囲むようにIC部E2が形成され、IC部E2を取り囲むように後述の接合用領域部E3が形成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the sensor substrate 1 has piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 formed on a movable portion that includes a weight portion 12 and a bending portion 13 described later. A sensor unit E1 and an IC unit E2 cooperating with the sensor unit E1 are provided. In the sensor substrate 1, the sensor part E1 is formed in the central part, the IC part E2 is formed so as to surround the sensor part E1, and a bonding area part E3 described later is formed so as to surround the IC part E2. .

センサ基板1におけるセンサ部E1は、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(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のセンサ部E1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基板10の支持基板10a、絶縁層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、各撓み部13は、SOI基板10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。   The sensor portion E1 in the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 having a frame shape (in this embodiment, a rectangular frame shape), and a weight portion 12 disposed inside the frame portion 11 is on one surface side (FIG. 1B). Is supported by the frame portion 11 via four flexible strip-shaped bending portions 13 having flexibility. In other words, the sensor part E1 of the sensor substrate 1 swings to the frame part 11 via the four bending parts 13 in which the weight part 12 arranged inside the frame-like frame part 11 is extended from the weight part 12 in four directions. It is supported freely. Here, the frame portion 11 is formed using the support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c of the SOI substrate 10 described above. On the other hand, each bending part 13 is formed using the silicon layer 10 c in the SOI substrate 10 and is sufficiently thinner than the frame part 11.

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SOI基板10の支持基板10a、絶縁層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、SOI基板10の支持基板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(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 weight part 12 is continuously integrated with each of the rectangular parallelepiped core part 12a supported by the frame part 11 via the four flexure parts 13 and the four corners of the core part 12a when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. And four accompanying portions 12b having a rectangular parallelepiped shape connected to each other. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. That is, each appendage portion 12b is disposed in a space surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. In addition, a slit 14 is formed between each of the accompanying portions 12b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12b with the bending portion 13 interposed therebetween is longer than the width dimension of the bending portion 13. Yes. Here, the core portion 12a is formed using the support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c of the SOI substrate 10 described above, and each accompanying portion 12b is formed using the support substrate 10a of the SOI substrate 10. It is formed. Thus, on the one surface side of the sensor substrate 1, the surface of each associated portion 12b is separated from the plane including the surface of the core portion 12a to the other surface side of the sensor substrate 1 (the lower surface side in FIG. 1B). Is located. Note that the above-described frame portion 11, weight portion 12, and each bending portion 13 of the sensor substrate 1 may be formed using a lithography technique and an etching technique.

ところで、図1(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. 1A and 1B, one direction along one side of the frame portion 11 in a plane parallel to the one surface of the sensor substrate 1 is the positive direction of the x-axis. If one direction along the side orthogonal to the one side is defined as the positive direction of the y-axis and one direction of the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as the positive direction of the z-axis, the weight portion 12 is extended in the x-axis direction. The pair of flexible portions 13 and 13 sandwiching the core portion 12a and the pair of flexible portions 13 and 13 extending in the y-axis direction and sandwiching the core portion 12a are supported by the frame portion 11. Will be. In the orthogonal coordinates defined by the three axes of the above-described x axis, y axis, and z axis, the center position of the weight portion 12 on the surface of the portion of the sensor substrate 1 formed by the silicon layer 10c is the origin.

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1(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1(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3における左側のブリッジ回路Bxを構成するようにセンサ基板1に形成されている図示しない配線(拡散層配線、金属配線など)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 portion 13 on the right side of FIG. 1A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx2 and Rx4 in the vicinity of the core portion 12a. Is formed, and one piezoresistor Rz2 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the bending portion 13 on the left side of FIG. 1A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx1 in the vicinity of the core portion 12a. , Rx3 are formed, and one piezoresistor Rz3 is formed in the vicinity of the frame portion 11. Here, the four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the x-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring (not shown) (diffuse layer wiring, metal) formed on the sensor substrate 1 so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. 3 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13. Connected by wiring). Note that the piezoresistors Rx1 to Rx4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bent portion 13 when acceleration in the x-axis direction is applied.

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1(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1(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3における中央のブリッジ回路Byを構成するようにセンサ基板1に形成されている図示しない配線(拡散層配線、金属配線など)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 upper bending portion 13 in FIG. 1A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry1, in the vicinity of the core portion 12a. Ry3 is formed, and one piezoresistor Rz1 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the lower bending portion 13 in FIG. 1A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry2 in the vicinity of the core portion 12a. , Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at the end on the frame part 11 side. Here, the four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the y-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring (not shown) (diffusion layer wiring, metal) formed on the sensor substrate 1 so as to form the central bridge circuit By in FIG. 3 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13. Connected by wiring). Note that the piezoresistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the flexure 13 when acceleration in the y-axis direction is applied.

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3における右側のブリッジ回路Bzを構成するようにセンサ基板1に形成されている図示しない配線(拡散層配線、金属配線など)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 frame portion 11 are formed for detecting acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. In this manner, the sensor substrate 1 is connected by wiring (not shown) (diffusion layer wiring, metal wiring, etc.) formed on the sensor substrate 1. However, the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in one set of the bent portions 13 and 13 of the two bent portions 13 and 13 are formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bent portions 13 and 13. On the other hand, the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed in the other set of flexures 13 and 13 are formed such that the longitudinal direction coincides with the width direction (short direction) of the flexures 13 and 13. Yes.

なお、上述の各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4および上記各拡散層配線は、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p形不純物をドーピングすることにより形成されている。   The piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and the diffusion layer wirings described above are formed by doping p-type impurities with appropriate concentrations at respective formation sites in the silicon layer 10c. .

ここで、センサ基板1のセンサ部E1の動作の一例について説明する。   Here, an example of operation | movement of the sensor part E1 of the sensor board | substrate 1 is demonstrated.

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3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3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3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3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、センサ部E1が3軸加速度センサ部を構成している。   Now, assuming that acceleration is applied to the sensor substrate 1 in the positive x-axis direction while no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the frame portion 11 is caused by the inertial force of the weight 12 acting in the negative x-axis direction. Accordingly, the weight 12 is displaced, and as a result, the bending portions 13 and 13 whose longitudinal direction is the x-axis direction are bent, and the resistance values of the piezoresistors Rx1 to Rx4 formed in the bending portions 13 and 13 are changed. Will do. In this case, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the piezoresistors Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, a piezoresistor has a characteristic that a resistance value (resistivity) increases when subjected to a tensile stress, and a resistance value (resistivity) decreases when subjected to a compressive stress. Therefore, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are resistant. The value increases, and the resistance values of the piezoresistors Rx2 and Rx4 decrease. Therefore, if a constant DC voltage is applied from the external power source between the pair of input terminals VDD and GND shown in FIG. 3, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the left bridge circuit Bx shown in FIG. It changes according to the magnitude of the acceleration in the x-axis direction. Similarly, when acceleration in the y-axis direction is applied, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the central bridge circuit By shown in FIG. 3 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the z-axis When acceleration in the direction is applied, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the right bridge circuit Bz shown in FIG. 3 changes according to the magnitude of acceleration in the z-axis direction. Thus, the above-described sensor substrate 1 detects the change in the output voltage of each of the bridge circuits Bx to Bz, so that the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that acted on the sensor substrate 1 is detected. Can be detected. In this embodiment, the weight part 12 and each bending part 13 comprise the movable part, and the sensor part E1 comprises the 3-axis acceleration sensor part.

また、センサ基板1のIC部E2は、CMOSを用いた集積回路(CMOS IC)であってセンサ部E1と協働する集積回路が形成されている。ここにおいて、IC部E2の集積回路は、センサ部E1のブリッジ回路Bx,By,Bzの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したEEPROMなどが集積化されている。なお、IC部E2に形成された複数のパッド42には、信号処理回路を通して上述のブリッジ回路Bx,By,Bzと電気的に接続されるものと、信号処理回路を通さずに上述のブリッジ回路Bx,By,Bzと電気的に接続されるものがある。   The IC portion E2 of the sensor substrate 1 is an integrated circuit (CMOS IC) using CMOS, and an integrated circuit that cooperates with the sensor portion E1 is formed. Here, the integrated circuit of the IC section E2 is a signal processing circuit that outputs the signal output from the bridge circuit Bx, By, Bz of the sensor section E1 by performing signal processing such as amplification, offset adjustment, temperature compensation, etc. An EEPROM or the like that stores data used in the processing circuit is integrated. The plurality of pads 42 formed in the IC portion E2 are electrically connected to the above-described bridge circuits Bx, By, Bz through the signal processing circuit, and the above-described bridge circuit without passing through the signal processing circuit. Some are electrically connected to Bx, By, Bz.

ところで、センサ基板1は、IC部E2がセンサ部E1の周りを取り囲んで形成されており、さらに、IC部E2を取り囲むように接合用領域部E3が形成されている。要するに、センサ基板1は、平面視において中央部に位置するセンサ部E1をIC部E2が囲み、IC部E2を接合用領域部E3が囲むようにセンサ部E1、IC部E2、接合用領域部E3のレイアウトが設計されている。   By the way, the sensor substrate 1 is formed so that the IC portion E2 surrounds the sensor portion E1, and further, a bonding region portion E3 is formed so as to surround the IC portion E2. In short, the sensor substrate 1 includes the sensor part E1, the IC part E2, and the bonding area part so that the IC part E2 surrounds the sensor part E1 located at the center part in plan view and the bonding part E3 surrounds the IC part E2. The layout of E3 is designed.

ここにおいて、センサ基板1のIC部E2では、多層配線技術を利用してセンサ基板1における当該ICE2の占有面積の縮小化を図っている。ここで、センサ基板1のシリコン層10cの表面側には、シリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる表面絶縁膜16が形成されており、IC部E2では、表面絶縁膜16の表面側に、層間絶縁膜やパッシベーション膜などからなる多層構造部41が形成され、上記パッシベーション膜の適宜部位を除去することにより複数のパッド42を露出させてある。なお、IC部E2に形成された複数のパッド42には、信号処理回路を通して上述のブリッジ回路Bx,By,Bzと電気的に接続されるものと、信号処理回路を通さずに上述のブリッジ回路Bx,By,Bzと電気的に接続されるものがある。   Here, in the IC part E2 of the sensor substrate 1, the occupation area of the ICE2 in the sensor substrate 1 is reduced by using a multilayer wiring technique. Here, on the surface side of the silicon layer 10c of the sensor substrate 1, a surface insulating film 16 composed of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film on the silicon oxide film is formed. In the IC part E2, On the surface side of the surface insulating film 16, a multilayer structure portion 41 made of an interlayer insulating film or a passivation film is formed, and a plurality of pads 42 are exposed by removing appropriate portions of the passivation film. The plurality of pads 42 formed in the IC portion E2 are electrically connected to the above-described bridge circuits Bx, By, Bz through the signal processing circuit, and the above-described bridge circuit without passing through the signal processing circuit. Some are electrically connected to Bx, By, Bz.

また、センサ基板1の接合用領域部E3において表面絶縁膜16上には、第1のパッケージ用基板2の貫通孔配線24とIC部E2のパッド42とを電気的に接続するための複数の第1の電気接続用金属層19が形成されるとともに、枠状(矩形枠状)の第1の封止用金属層18が形成されており、IC部42の各パッド42と第1の電気接続用金属層19とが引き出し配線43を介して電気的に接続されている。ここで、センサ基板1は、第1の封止用金属層18の内側において複数の第1の電気接続用金属層19が接合用領域部E3の周方向に離間して配置されている。なお、センサ基板1は、図4および図5に示すように、第1の封止用金属層18が第1のパッケージ用基板2に設けられた第2の封止用金属層28と直接接合され、第1の電気接続用金属層19が第1のパッケージ用基板2に設けられた第2の電気接続用金属層29と直接接合されて電気的に接続される。   Further, in the bonding region portion E3 of the sensor substrate 1, a plurality of holes for electrically connecting the through-hole wiring 24 of the first package substrate 2 and the pads 42 of the IC portion E2 are formed on the surface insulating film 16. A first electrical connection metal layer 19 is formed, and a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing metal layer 18 is formed. Each pad 42 of the IC portion 42 and the first electrical connection metal layer 19 are formed. The connecting metal layer 19 is electrically connected via the lead wiring 43. Here, in the sensor substrate 1, a plurality of first electrical connection metal layers 19 are arranged in the circumferential direction of the bonding region E <b> 3 inside the first sealing metal layer 18. 4 and 5, the sensor substrate 1 is directly bonded to the second sealing metal layer 28 provided on the first package substrate 2 with the first sealing metal layer 18. Then, the first electrical connection metal layer 19 is directly joined and electrically connected to the second electrical connection metal layer 29 provided on the first package substrate 2.

第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、接合用のAu膜と絶縁膜16との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、表面絶縁膜16上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とは同一の金属材料により形成されているので、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とを同時に形成することができるとともに、第1の電気接続用金属層19と第1の封止用金属層18とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と表面絶縁膜16との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   In the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19, an adhesion improving Ti film is interposed between the bonding Au film and the insulating film 16. In other words, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are a laminated film of a Ti film formed on the surface insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 are formed of the same metal material, the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 19 are formed. The metal layer 18 can be formed at the same time, and the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 can be formed to have substantially the same thickness. Note that the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. Further, in this embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving layer for adhesion between each Au film and the surface insulating film 16, but the material of the adhesion layer is not limited to Ti, for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

第1のパッケージ用基板2は、図6および図7に示すように、第1のシリコン基板20におけるセンサ基板1側(図4における下面側)の表面に、センサ基板1の重り部12と各撓み部13とで構成される可動部の変位空間を確保する変位空間形成用凹部21が形成されるとともに、変位空間形成用凹部21の周部に厚み方向に貫通する複数の貫通孔22が形成されており、厚み方向の両面および貫通孔22の内面とに跨って熱絶縁膜(シリコン酸化膜)からなる絶縁膜23が形成され、貫通孔配線24と貫通孔22の内面との間に絶縁膜23の一部が介在している。ここにおいて、第1のパッケージ用基板2は、変位空間形成用凹部21の開口面の投影領域内にセンサ基板1のセンサ部E1およびIC部E2が収まるように変位空間形成用凹部21の開口面積を大きくしてあり、IC部E2の多層構造部41が変位空間形成用凹部21内に配置されるようになっている(図4、図5参照)。なお、第1のパッケージ用基板2の複数の貫通孔配線24は当該第1のパッケージ用基板2の周方向に離間して形成されている。また、貫通孔配線24の材料としては、Cuを採用しているが、Cuに限らず、例えば、Niなどを採用してもよい。   As shown in FIGS. 6 and 7, the first package substrate 2 is formed on the surface of the first silicon substrate 20 on the sensor substrate 1 side (the lower surface side in FIG. 4) with the weight portion 12 of the sensor substrate 1 and each of the weights 12. A displacement space forming recess 21 that secures a displacement space of the movable portion constituted by the bending portion 13 is formed, and a plurality of through holes 22 penetrating in the thickness direction are formed in the peripheral portion of the displacement space forming recess 21. An insulating film 23 made of a thermal insulating film (silicon oxide film) is formed across both surfaces in the thickness direction and the inner surface of the through hole 22, and insulation is provided between the through hole wiring 24 and the inner surface of the through hole 22. A part of the film 23 is interposed. Here, the first package substrate 2 has an opening area of the displacement space forming recess 21 so that the sensor portion E1 and the IC portion E2 of the sensor substrate 1 are within the projection area of the opening surface of the displacement space forming recess 21. The multilayer structure portion 41 of the IC portion E2 is disposed in the displacement space forming recess 21 (see FIGS. 4 and 5). The plurality of through-hole wirings 24 of the first package substrate 2 are formed apart from each other in the circumferential direction of the first package substrate 2. Moreover, although Cu is adopted as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be adopted.

また、第1のパッケージ用基板2は、センサ基板1側の表面において変位空間形成用凹部21の周部に、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された上述の複数の第2の電気接続用金属層29が形成されている。また、第1のパッケージ用基板2は、センサ基板1側の表面の周部の全周に亘って上述の枠状(矩形枠状)の第2の封止用金属層28が形成されており、複数の第2の電気接続用金属層29が第2の封止用金属層28よりも内側に配置されている(ここで、第2の封止用金属層28と各電気接続用金属層29とは絶縁膜23の同一レベル面上に形成してある)。ここにおいて、第2の電気接続用金属層29は、外周形状が細長の長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線24と接合されており、他端側の部位がセンサ基板1の第1の電気接続用金属層19と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、第1のパッケージ用基板2の周方向において貫通孔配線24と当該貫通孔配線24に対応する第1の電気接続用金属層19との位置をずらしてあり、第2の電気接続用金属層29を、長手方向が第2の封止用金属層28の周方向に一致し且つ貫通孔配線24と第1の電気接続用金属層19とに跨る形で配置してある。   In addition, the first package substrate 2 has a plurality of second electric circuits described above that are electrically connected to the respective through-hole wirings 24 around the displacement space forming recesses 21 on the surface on the sensor substrate 1 side. A connecting metal layer 29 is formed. The first package substrate 2 is formed with the above-described frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing metal layer 28 over the entire circumference of the peripheral portion of the surface on the sensor substrate 1 side. The plurality of second electrical connection metal layers 29 are disposed on the inner side of the second sealing metal layer 28 (here, the second sealing metal layer 28 and each electrical connection metal layer 29 is formed on the same level surface of the insulating film 23). Here, the second electrical connection metal layer 29 has an elongated rectangular outer peripheral shape, one end portion in the longitudinal direction is joined to the through-hole wiring 24, and the other end side portion is the sensor substrate 1. The first electrical connection metal layer 19 is joined and electrically connected. In short, the positions of the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 in the circumferential direction of the first package substrate 2 are shifted, and the second electrical connection metal The layer 29 is arranged so that the longitudinal direction thereof coincides with the circumferential direction of the second sealing metal layer 28 and straddles the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19.

また、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、接合用のAu膜と絶縁膜23との間に密着性改善用のTi膜を介在させてある。言い換えれば、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、絶縁膜23上に形成されたTi膜と当該Ti膜上に形成されたAu膜との積層膜により構成されている。要するに、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とは同一の金属材料により形成されているので、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とを同時に形成することができるとともに、第2の電気接続用金属層29と第2の封止用金属層28とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第2の封止用金属層28および第2の電気接続用金属層29は、Ti膜の膜厚を15〜50nm、Au膜の膜厚を500nmに設定してある。ここにおいて、各Au膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Au膜と絶縁膜23との間に密着性改善用の密着層としてTi膜を介在させてあるが、密着層の材料はTiに限らず、例えば、Cr、Nb、Zr、TiN、TaNなどでもよい。   In addition, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is configured. In short, since the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed of the same metal material, the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed. The metal layer 28 can be formed at the same time, and the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 can be formed to have substantially the same thickness. The second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In the present embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesive layer between each Au film and the insulating film 23. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、第1のパッケージ用基板2におけるセンサ基板1側とは反対側の表面には、各貫通孔配線24それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極25が形成されている。なお、各外部接続用電極25の外周形状は矩形状となっている。   A plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed on the surface of the first package substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

第2のパッケージ用基板3は、図8に示すように、第2のシリコン基板30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、第2のパッケージ用基板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、第2のパッケージ用基板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と第2のパッケージ用基板3との間に形成される。   As shown in FIG. 8, the second package substrate 3 has a predetermined depth (for example, 5 μm to 10 μm) that forms a displacement space of the weight portion 12 on the surface of the second silicon substrate 30 facing the sensor substrate 1. (About) recesses 31 are formed. Here, the recess 31 is formed using a lithography technique and an etching technique. In the present embodiment, the concave portion 31 that forms the displacement space of the weight portion 12 is formed on the surface of the second package substrate 3 that faces the sensor substrate 1, but the core portion 12a of the weight portion 12 and The thickness of the portion formed using the support substrate 10a in each accompanying portion 12b is compared with the thickness of the portion formed using the support substrate 10a in the frame portion 11 of the sensor substrate 1. If the weight portion 12 is made thinner by the allowable displacement amount in the thickness direction, the other surface side of the sensor substrate 1 may be located on the other surface side without forming the concave portion 31 on the second package substrate 3. A gap is formed between the weight portion 12 and the second package substrate 3 so that the weight portion 12 can be displaced in the direction intersecting with the weight portion 12.

ところで、上述のセンサ基板1と第1のパッケージ用基板2とは、上述のように第1の封止用金属層18と第2の封止用金属層28とが接合されるとともに、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とが接合され、センサ基板1と第2のパッケージ用基板3とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。ここにおいて、本実施形態の加速度センサの製造にあたっては、図9に示すように、上述のSOI基板10の基礎となるSOIウェハにセンサ基板1を複数形成したセンサウェハ10Wと、上述の第1のシリコン基板20の基礎となる第1のシリコンウェハに第1のパッケージ用基板2を複数形成した第1のパッケージウェハ20Wと、上述の第2のシリコン基板30の基礎となる第2のシリコンウェハに第2のパッケージ用基板3を複数形成した第2のパッケージウェハ30Wとをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体100を形成してから、個々の加速度センサに分割する分割工程(ダイシング工程)により個々の加速度センサに分割されている(なお、図9(c)は図9(a)に示すウェハレベルパッケージ構造体100のうち丸Aで囲んだ部分の概略断面図である)。したがって、第1のパッケージ用基板2と第2のパッケージ用基板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。なお、本実施形態では、センサ基板1の接合用領域部E3と第1のパッケージ用基板2と第2のパッケージ用基板3とで気密パッケージを構成しており、当該気密パッケージ内で重り部12と各撓み部13とで構成される可動部が変位可能となっている。   By the way, the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are bonded to the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 as described above. The electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 are joined, and the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are joined to each other at their peripheral surfaces. Here, in manufacturing the acceleration sensor of the present embodiment, as shown in FIG. 9, a sensor wafer 10W in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on an SOI wafer serving as a basis of the SOI substrate 10 described above, and the first silicon described above. A first package wafer 20W in which a plurality of first package substrates 2 are formed on a first silicon wafer that is the basis of the substrate 20, and a second silicon wafer that is the basis of the second silicon substrate 30 described above. After the wafer level package structure 100 is formed by bonding the second package wafer 30W on which the plurality of package substrates 3 are formed at the wafer level to room temperature, a dividing step (dicing step) for dividing into individual acceleration sensors (FIG. 9C shows the wafer level package shown in FIG. 9A). It is a schematic cross-sectional view of a portion surrounded by a circle A of structure 100). Therefore, the first package substrate 2 and the second package substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, so that a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated. In the present embodiment, the bonding region E3 of the sensor substrate 1, the first package substrate 2 and the second package substrate 3 form an airtight package, and the weight portion 12 is included in the airtight package. And a movable part constituted by each bending part 13 can be displaced.

ここにおいて、本実施形態では、センサ基板1と第1のパッケージ用基板2および第2のパッケージ用基板3との接合方法として、センサ基板1の残留応力(熱応力)を少なくするためにより低温での接合が可能な常温接合法を採用している。   Here, in the present embodiment, as a method of joining the sensor substrate 1 to the first package substrate 2 and the second package substrate 3, the sensor substrate 1 is made at a lower temperature in order to reduce the residual stress (thermal stress). The room-temperature bonding method is used.

以下、本実施形態の加速度センサの製造方法において特徴となる工程について図10を参照しながら説明するが、図10(a)〜(f)は図1(a)のA−A’断面に対応する部分の断面を示してある。   Hereinafter, processes characteristic of the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 10, and FIGS. 10A to 10F correspond to the AA ′ cross section of FIG. The cross section of the part to show is shown.

まず、SOI基板10の主表面側(シリコン層10cの表面側)に各ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4、ブリッジ回路Bx,By,Bz形成用の拡散層配線やIC部E2を、CMOSプロセス技術などを利用して形成することによって、図10(a)に示す構造を得る。ここにおいて、IC部E2の各パッド42を露出させる工程が終了した段階では、表面絶縁膜16の全面に多層構造部41が形成されているが、当該多層構造部41のうちセンサ部E1および接合用領域部E3に対応する部位に形成されている部分には金属配線は設けられていない。   First, diffusion layer wiring for forming the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, bridge circuits Bx, By, and Bz and the IC portion E2 on the main surface side of the SOI substrate 10 (surface side of the silicon layer 10c). Is formed using a CMOS process technology or the like, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, at the stage where the step of exposing each pad 42 of the IC portion E2 is completed, the multilayer structure portion 41 is formed on the entire surface of the surface insulating film 16, and the sensor portion E1 and the bonding portion of the multilayer structure portion 41 are joined. The metal wiring is not provided in the part formed in the site | part corresponding to the use area | region part E3.

上述の各パッド42を露出させる工程が終了した後、多層構造部41のうちセンサ部E1および接合用領域部E3それぞれに対応する部位に形成されている部分を露出させるようにパターニングされたレジスト層をSOI基板10の主表面側に形成してから、当該レジスト層をエッチングマスクとして、多層構造部41のうちセンサ基板1における第1のパッケージ用基板2との接合用領域部E3に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部E3の表面を平坦化する平坦化工程を行い、続いて、レジスト層を除去することによって、図10(b)に示す構造を得る。なお、エッチバックはウェットエッチングにより行っており、表面絶縁膜16のシリコン窒化膜からなる第2の絶縁膜をエッチングストッパ層として利用している。   After the step of exposing each of the pads 42 is completed, the resist layer patterned so as to expose the portions formed in the portions corresponding to the sensor portion E1 and the bonding region portion E3 of the multilayer structure portion 41, respectively. Is formed on the main surface side of the SOI substrate 10 and is then formed in the bonding region E3 of the sensor substrate 1 with the first package substrate 2 in the multilayer structure 41 using the resist layer as an etching mask. The structure shown in FIG. 10B is obtained by performing a flattening step of flattening the surface of the bonding region E3 by etching back the existing portion, and then removing the resist layer. Etch back is performed by wet etching, and the second insulating film made of the silicon nitride film of the surface insulating film 16 is used as an etching stopper layer.

その後、SOI基板10の主表面側に上述の引き出し配線43および第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19を形成する金属層形成工程を行い、その後、SOI基板10の主表面側に、上述の表面絶縁膜16においてフレーム部11、重り部12のコア部12a、各撓み部13、IC部E2、接合用領域部E3それぞれに対応する部位を覆い他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、表面絶縁膜16の露出部分をエッチングすることで表面絶縁膜16をパターニングし、SOI基板10を主表面側から絶縁層10bに達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程を行い、続いて、レジスト層を除去することによって、図10(c)に示す構造を得る。なお、金属層形成工程では、引き出し配線43および第1の封止用金属層18および第1の電気接続用金属層19をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。また、表面側パターニング工程では、絶縁層10bをエッチングストッパ層として利用しており、当該表面側パターニング工程を行うことによって、SOI基板10におけるシリコン層10cは、フレーム部11に対応する部位と、コア部12aに対応する部位と、各撓み部13それぞれに対応する部位と、IC部E2に対応する部位と、接合用領域部E3に対応する部位とが残る。なお、この表面側パターニング工程におけるエッチングに際しては、例えば、誘導結合プラズマ(ICP)型のドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行えばよく、エッチング条件としては、絶縁層10bがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。   Thereafter, a metal layer forming step for forming the above-described lead-out wiring 43, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 on the main surface side of the SOI substrate 10 is performed, and then the SOI substrate 10 On the main surface side of the above-mentioned surface insulating film 16, covering the portions corresponding to the frame portion 11, the core portion 12 a of the weight portion 12, the bending portions 13, the IC portion E 2, and the joining region portion E 3, respectively. A resist layer patterned to be exposed is formed, and using the resist layer as an etching mask, the exposed portion of the surface insulating film 16 is etched to pattern the surface insulating film 16 and insulate the SOI substrate 10 from the main surface side. As shown in FIG. 10 (c), a surface side patterning step is performed to etch to a depth reaching the layer 10b, and then the resist layer is removed. Get an elephant. In the metal layer forming step, the lead-out wiring 43, the first sealing metal layer 18, and the first electrical connection metal layer 19 are formed using a thin film forming technique such as a sputtering method, a lithography technique, an etching technique, and the like. Forming. Further, in the surface side patterning step, the insulating layer 10b is used as an etching stopper layer, and by performing the surface side patterning step, the silicon layer 10c in the SOI substrate 10 has a portion corresponding to the frame portion 11 and a core. The site | part corresponding to the part 12a, the site | part corresponding to each bending part 13, the site | part corresponding to IC part E2, and the site | part corresponding to the area | region part E3 for joining remain. In the etching in this surface side patterning step, for example, dry etching may be performed using an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus, and as an etching condition, the insulating layer 10b functions as an etching stopper layer. Set the following conditions.

表面パターニング工程に続いてレジスト層を除去した後、SOI基板10の裏面側で支持基板10aに積層されているシリコン酸化膜10dにおいてフレーム部11に対応する部位とコア部12aに対応する部位と各付随部12bそれぞれに対応する部位とIC部E2に対応する部位と接合用領域部E3に対応する部位とを覆い且つ他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、その後、当該レジスト層をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜10dの露出部分をエッチングすることでシリコン酸化膜10dをパターニングし、レジスト層を除去してから、シリコン酸化膜10dをエッチングマスクとして、SOI基板10を裏面側から絶縁層10bに達する深さまで略垂直にドライエッチングする裏面側パターニング工程を行うことによって、図10(d)に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程では、絶縁層10bをエッチングストッパ層として利用しており、当該裏面側パターニング工程を行うことにより、SOI基板10における支持基板10aは、フレーム部11に対応する部位と、コア部12aに対応する部位と、各付随部12bそれぞれに対応する部位と、IC部E2に対応する部位と、接合用領域部E3に対応する部位とが残る。なお、この裏面側パターニング工程におけるエッチング装置としては、例えば、上述のICP型のドライエッチング装置を用いればよく、エッチング条件としては、絶縁層10bがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。   After removing the resist layer subsequent to the surface patterning step, the portion corresponding to the frame portion 11 and the portion corresponding to the core portion 12a in the silicon oxide film 10d laminated on the support substrate 10a on the back side of the SOI substrate 10 Forming a resist layer patterned so as to cover a portion corresponding to each of the accompanying portions 12b, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the bonding region portion E3 and to expose the other portion; The silicon oxide film 10d is patterned by etching the exposed portion of the silicon oxide film 10d using the resist layer as an etching mask, and after removing the resist layer, the SOI substrate 10 is used as the etching mask using the silicon oxide film 10d as an etching mask. To the depth reaching the insulating layer 10b from the back surface side pattern that is dry etched substantially perpendicularly By performing the packaging step, the structure shown in FIG. 10 (d). In this back side patterning step, the insulating layer 10b is used as an etching stopper layer, and by performing the back side patterning step, the support substrate 10a in the SOI substrate 10 has a portion corresponding to the frame portion 11 and a core portion. A portion corresponding to 12a, a portion corresponding to each of the accompanying portions 12b, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the joining region portion E3 remain. For example, the above-described ICP type dry etching apparatus may be used as the etching apparatus in the back surface side patterning step, and the etching conditions are set such that the insulating layer 10b functions as an etching stopper layer.

裏面側パターニング工程の後、絶縁層10bのうちフレーム部11に対応する部位およびコア部12aに対応する部位およびIC部E2に対応する部位および接合用領域部E3に対応する部位を残して不要部分をウェットエッチングによりエッチング除去することでフレーム部11、各撓み部13、重り部12を形成する分離工程を行うことによって、図10(e)に示す構造を得る。なお、この分離工程において、SOI基板10の裏面側のシリコン酸化膜10dもエッチング除去される。   After the back side patterning step, an unnecessary portion of the insulating layer 10b is left with a portion corresponding to the frame portion 11, a portion corresponding to the core portion 12a, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the bonding region portion E3. The structure shown in FIG. 10E is obtained by performing a separation step of forming the frame part 11, each bending part 13, and the weight part 12 by etching and removing by etching. In this separation step, the silicon oxide film 10d on the back surface side of the SOI substrate 10 is also removed by etching.

上述の分離工程の後、センサ基板1と第2のパッケージ用基板3とを常温接合法により直接接合する第1の接合工程を行い、続いて、センサ基板1と第1のパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士を直接接合する第2の接合工程を行うことによって、図10(f)に示す構造を得る。要するに、第1の接合工程では、センサ基板1と第2のパッケージ用基板3とがSi−Siの常温接合により接合され、第2の接合工程では、センサ基板1と第1のパッケージ用基板2との封止用金属層18,28同士および電気接続用金属層19,29同士が金属−金属(ここでは、Au−Au)の常温接合により接合されている。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表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表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、第2の接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第1の封止用金属層18と第2の封止用金属層28とを直接接合するのと同時に、第1の電気接続用金属層19と第2の電気接続用金属層29とを直接接合している。   After the above-described separation step, a first bonding step is performed in which the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are directly bonded by a room temperature bonding method, and then the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are The structure shown in FIG. 10F is obtained by performing a second joining step in which the sealing metal layers 18 and 28 and the electrical connection metal layers 19 and 29 are directly joined. In short, in the first bonding step, the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are bonded by Si-Si room temperature bonding, and in the second bonding step, the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are bonded. The metal layers 18 and 28 for sealing and the metal layers 19 and 29 for electrical connection are bonded to each other by metal-metal (Au—Au in this case) room temperature bonding. In the normal temperature bonding method, the bonding surfaces are contacted with each other after the bonding surfaces are cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding. And bond directly at room temperature. Here, in the second bonding step, the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 are directly applied by applying an appropriate load at room temperature by the above-described room temperature bonding method. Simultaneously with the bonding, the first electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 are directly bonded.

ところで、本実施形態の加速度センサの製造方法では、上述の第2の接合工程が終了するまでの全工程をセンサ基板1および各パッケージ用基板2,3それぞれについてウェハレベルで行うことで加速度センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体100(図9参照)を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体100から個々の加速度センサに分割する分割工程(ダイシング工程)を行うようにしている。したがって、各パッケージ用基板2,3のサイズをセンサ基板1のサイズに合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。   By the way, in the manufacturing method of the acceleration sensor of this embodiment, the acceleration sensor is obtained by performing all the processes until the above-described second bonding process is completed at the wafer level for each of the sensor substrate 1 and each of the package substrates 2 and 3. A plurality of wafer level package structures 100 (see FIG. 9) are formed, and a dividing process (dicing process) for dividing the wafer level package structures 100 into individual acceleration sensors is performed. Therefore, the size of each of the package substrates 2 and 3 can be matched to the size of the sensor substrate 1 and the mass productivity can be improved.

以上説明した本実施形態のセンサ基板1は、SOI基板10を用いて形成されて、可動部を有し当該可動部にピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が形成されたセンサ部E1と、センサ部E1と協働するIC部E2とを備え、ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4およびIC部E2がシリコン層10bに形成されている(つまり、ピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4およびIC部E2が同一のSOI基板10のシリコン層10c)に形成されているので、図11および図12に示した加速度センサチップ101とICチップ102とボンディングワイヤ108とで構成される従来のセンサ装置に比べて低背化を図れるとともに製造プロセスの簡略化による生産性の向上を図れる。   The sensor substrate 1 of the present embodiment described above is formed using the SOI substrate 10 and has a movable portion, and the piezo resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 are formed on the movable portion. E1 and an IC part E2 cooperating with the sensor part E1, and the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the IC part E2 are formed in the silicon layer 10b (that is, the piezoresistors Rx1 to Rx1). Since Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 and the IC part E2 are formed on the silicon layer 10c of the same SOI substrate 10, the acceleration sensor chip 101, the IC chip 102, and the bonding wire shown in FIGS. Compared with the conventional sensor device composed of 108, the height can be reduced and the productivity can be improved by simplifying the manufacturing process. The achieved.

ここにおいて、センサ基板1は、シリコン層10cの厚さを、センサ部E1の所望の感度に応じて可動部においてピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4を形成する部位である撓み部13に要求される厚さ(本実施形態では、5μm)としてあり、シリコン層10cの厚さをIC部E2の性能を優先して決める場合に比べてセンサ部E1の高感度化を図れる。なお、センサ部E1の感度は、重り部12の質量や、撓み部13の幅などにも依存するが、特に撓み部13の厚さに大きく依存するので、センサ部E1の高感度化を図る上では、撓み部13の厚さが重要である。   Here, the sensor substrate 1 has a bending portion that is a part where the thickness of the silicon layer 10c forms the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 in the movable portion according to the desired sensitivity of the sensor portion E1. 13 is required (5 μm in the present embodiment), and the sensitivity of the sensor unit E1 can be increased compared to the case where the thickness of the silicon layer 10c is determined with priority given to the performance of the IC unit E2. The sensitivity of the sensor part E1 depends on the mass of the weight part 12, the width of the bending part 13, and the like. However, since the sensitivity depends particularly on the thickness of the bending part 13, the sensitivity of the sensor part E1 is increased. Above, the thickness of the flexure 13 is important.

また、本実施形態のセンサ基板1は、上述のようにセンサ部E1が、フレーム部11の内側に配置される重り部12が四方へ延長された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互いに直交する3方向それぞれの加速度を検出可能な3軸加速度センサ部であり、SOI基板10のシリコン層10cにおいて各撓み部13に対応する部位それぞれの適宜位置にピエゾ抵抗Rx1〜Rx4,Ry1〜Ry4,Rz1〜Rz4が形成され、IC部E2がセンサ部E1を取り囲んで形成されているので、センサ部E1とIC部E2との配線のレイアウト設計が容易になるとともに、IC部E2側からの外部応力に起因したセンサ部E1の出力特性の劣化を防止することができる。   In addition, as described above, the sensor substrate 1 of the present embodiment has the sensor portion E1 attached to the frame portion 11 via the four bent portions 13 in which the weight portion 12 disposed inside the frame portion 11 is extended in all directions. This is a three-axis acceleration sensor unit that is swingably supported and can detect accelerations in three directions orthogonal to each other, and a piezoresistor Rx1 at an appropriate position in each part corresponding to each bending portion 13 in the silicon layer 10c of the SOI substrate 10. ~ Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 are formed, and the IC part E2 is formed so as to surround the sensor part E1, so that the layout design of the wiring between the sensor part E1 and the IC part E2 is facilitated and the IC It is possible to prevent deterioration of output characteristics of the sensor unit E1 due to external stress from the part E2 side.

なお、本発明の技術思想は加速度センサに限らず、例えばダイヤフラム部からなる可動部にピエゾ抵抗を有する圧力センサなどにも適用できる。   The technical idea of the present invention is not limited to an acceleration sensor, and can be applied to, for example, a pressure sensor having a piezoresistor in a movable part formed of a diaphragm part.

実施形態におけるセンサ装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The sensor apparatus in embodiment is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 同上におけるセンサ装置の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the sensor apparatus same as the above. 同上におけるセンサ装置のセンサ部の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor part of the sensor apparatus same as the above. 同上における加速度センサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the acceleration sensor same as the above. 同上における加速度センサを示し、(a)は要部概略断面図、(b)は他の要部概略断面図である。The acceleration sensor same as the above is shown, (a) is a principal part schematic sectional drawing, (b) is another principal part schematic sectional drawing. 同上における第1のパッケージ用基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は(a)のA−A’概略断面図である。The 1st board | substrate for packages in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A-A 'schematic sectional drawing of (a). 同上における第1のパッケージ用基板の下面図である。It is a bottom view of the 1st board | substrate for packages in the same as the above. 同上における第2のパッケージ用基板を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略断面図である。The 2nd board | substrate for packages in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 同上におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略側面図、(c)は要部概略断面図The wafer level package structure in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic side view, (c) is a schematic cross-sectional view of the main part. 同上における加速度センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the acceleration sensor same as the above. 従来例を示すセンサ装置を備えたセンサモジュールの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the sensor module provided with the sensor apparatus which shows a prior art example. 同上のセンサモジュールの概略分解斜視図である。It is a schematic exploded perspective view of a sensor module same as the above.

符号の説明Explanation of symbols

1 センサ装置(センサ基板)
10 SOI基板
10a 支持基板
10b 絶縁層
10c シリコン層
11 フレーム部
12 重り部
13 撓み部
E1 センサ部
E2 IC部
Rx1〜Rx4 ピエゾ抵抗
Ry1〜Ry4 ピエゾ抵抗
Rz1〜Rz4 ピエゾ抵抗
1 Sensor device (sensor substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 SOI substrate 10a Support substrate 10b Insulating layer 10c Silicon layer 11 Frame part 12 Weight part 13 Deflection part E1 Sensor part E2 IC part Rx1-Rx4 Piezoresistor Ry1-Ry4 Piezoresistor Rz1-Rz4 Piezoresistor

Claims (2)

シリコン基板からなる支持基板上の絶縁層上にシリコン層を有するSOI基板を用いて形成されたセンサ基板と、貫通孔配線を有するとともにセンサ基板と同じ外形寸法に形成されSOI基板におけるシリコン層の表面側に封着された貫通孔配線形成基板と、センサ基板と同じ外形寸法に形成されSOI基板における支持基板の裏面側に封着されたカバー基板とを備えたチップサイズパッケージであって、センサ基板は、可動部を有し当該可動部にピエゾ抵抗が形成されたセンサ部と、センサ部と協働するIC部であり貫通孔配線に電気的に接続されるIC部と、貫通孔配線形成基板との接合用領域部とを備え、センサ部を取り囲むようにIC部が形成されるとともに、IC部を取り囲むように接合用領域部が形成され、ピエゾ抵抗およびIC部が同一のシリコン層に形成され、接合用領域部においてシリコン層の表面側に枠状の第1の封止用金属層が形成されるとともに、第1の封止用金属層の内側にIC部と貫通孔配線とを電気的に接続するための第1の電気接続用金属層が形成されてなり、第1の封止用金属層と第1の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、貫通孔配線形成基板は、第1の封止用金属層に接合される枠状の第2の封止用金属層が形成されるとともに、第2の封止用金属層の内側に貫通孔配線に電気的に接続された第2の電気接続用金属層が形成されてなり、第2の封止用金属層と第2の電気接続用金属層とが、同一の金属材料により同じ厚さで形成され、センサ基板と貫通孔配線形成基板とは、接合表面が活性化された第1の封止用金属層と接合表面が活性された第2の封止用金属層とが常温接合され、接合表面が活性化された第1の電気接続用金属層と接合表面が活性化された第2の電気接続用金属層とが常温接合されてなることを特徴とするチップサイズパッケージ。 A sensor substrate formed using an SOI substrate having a silicon layer on an insulating layer on a support substrate made of a silicon substrate, and a surface of the silicon layer in the SOI substrate having through-hole wiring and having the same outer dimensions as the sensor substrate A chip size package comprising a through-hole wiring forming substrate sealed on the side and a cover substrate formed on the back side of the support substrate in the SOI substrate and having the same outer dimensions as the sensor substrate, Includes a sensor part having a movable part and a piezoresistor formed on the movable part, an IC part cooperating with the sensor part and electrically connected to the through-hole wiring, and a through-hole wiring forming substrate An IC portion is formed so as to surround the sensor portion, and a bonding region portion is formed so as to surround the IC portion. Are formed on the same silicon layer, a frame-shaped first sealing metal layer is formed on the surface side of the silicon layer in the bonding region portion, and an IC is formed inside the first sealing metal layer. The first electrical connection metal layer for electrically connecting the portion and the through-hole wiring is formed , and the first sealing metal layer and the first electrical connection metal layer are the same. The through hole wiring forming substrate is formed of a metal material with the same thickness, and the frame-shaped second sealing metal layer bonded to the first sealing metal layer is formed and the second sealing metal layer is formed. A second electrical connection metal layer electrically connected to the through-hole wiring is formed inside the stop metal layer, and the second sealing metal layer and the second electrical connection metal layer are formed. The sensor board and the through-hole wiring formation board are formed of the same metal material with the same thickness, and the first sealing with the bonding surface activated The metal layer for bonding and the second sealing metal layer whose bonding surface is activated are bonded at room temperature, and the first metal layer for electrical connection whose bonding surface is activated and the bonding surface activated second A chip size package, wherein a metal layer for electrical connection is bonded at room temperature . 前記センサ部は、フレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された4つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され互いに直交する3方向それぞれの加速度を検出可能な3軸加速度センサ部であり、重り部と各撓み部とで前記可動部が構成され、前記シリコン層において各撓み部に対応する部位それぞれに前記ピエゾ抵抗が形成されてなることを特徴とする請求項1記載のチップサイズパッケージ。   The sensor portion is supported by the frame portion so as to be swingable through four flexure portions in which the weight portion disposed inside the frame portion extends in all directions, and can detect accelerations in three directions orthogonal to each other. The axial acceleration sensor unit, wherein the movable part is constituted by a weight part and each bending part, and the piezoresistor is formed in each part corresponding to each bending part in the silicon layer. The chip size package according to 1.
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