JP5218455B2 - 半導体力学量センサおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態について図を参照して説明する。図1は、本実施形態に係る半導体力学量センサの平面図である。図2は、図1のA−A’断面図である。また、図3は、図1のB−B’断面図である。以下、図1〜図3を参照して、本実施形態に係る半導体力学量センサの構造について説明する。
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図11は、本実施形態に係る半導体力学量センサの断面図であり、図1のA−A’断面に相当する図である。この図に示されるように、第1貫通電極部300のパッド部分にボンディングボール350が設けられている。なお、第2貫通電極部310および第3貫通電極部320の各パッド部分にもそれぞれボンディングボール350が設けられている。ボンディングボール350は、例えばAuやはんだ等で形成されている。これにより、半導体力学量センサを回路基板にボールボンディングすることが可能となる。
本実施形態では、第1、第2実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、キャップ200に第1〜第4貫通電極部330を設けていたが、本実施形態では支持基板140に第1貫通電極部300、第2貫通電極部310、および第3貫通電極部320を設けたことが特徴となっている。
本実施形態では、第1実施形態と異なる部分について説明する。図15は、本実施形態に係る半導体力学量センサの断面図であり、図1のA−A’断面に相当する図である。この図に示されるように、支持基板140およびキャップ200のどちらか一方またはその両方が単結晶シリコン基板と熱膨張係数が同等のガラス、セラミックス等の絶縁体基板で形成されている。
本実施形態では、主に第1〜第4実施形態と異なる部分について説明する。上記各実施形態では、センサ構造体110が気密封止された気密室240に接続部160が配置され、キャップ200もしくは支持基板140に貫通電極部300〜330を設けて外部との接続を図っていた。本実施形態では、気密室240の外部に接続部160を設けた構造および製法とすることが特徴となっている。
本実施形態では、第5実施形態と異なる部分について説明する。第5実施形態では、絶縁部材180を周辺部150で接続部160が囲まれた領域全体に充填していた。しかしながら、図23に示されるように、周辺部150で接続部160が囲まれた領域のうち、センサ構造体110側に部分的に絶縁部材180を設けても良い。
本実施形態では、第1〜第6実施形態と異なる部分について説明する。第5、第6実施形態では、絶縁部材180を用いて気密室240を気密封止していたが、本実施形態では絶縁部材180を用いずに支持基板140を構成する第1絶縁層144で気密室240を気密封止することが特徴となっている。
本実施形態では、第7実施形態と異なる部分について説明する。第7実施形態では、図30に示す工程において少なくとも可動電極112および梁部113の下部に位置する絶縁膜131をエッチング除去していた。しかしながら、図31に示されるように、可動電極112および梁部113の下部に位置する絶縁膜131を完全にエッチング除去しても良い。これにより、支持基板140の寄生容量の影響を低減できる。
上記各実施形態では、パターン部130の金属層132に配線部パターン133と周辺部パターン134とを形成したが、電気的なシールドを目的としたシールドパターンを設けても良い。
110 センサ構造体
121 第1半導体基板の一面
120 第1半導体基板
133 配線部パターン
134 周辺部パターン
140 支持基板
141 支持基板の一面
142 第2半導体基板
143 第2半導体基板の一面
144 第1絶縁層
150 周辺部
160 接続部
170 埋込部
172 埋込配線
200 キャップ
300 第1貫通電極部
310 第2貫通電極部
320 第3貫通電極部
Claims (15)
- 一面(121)を有する第1半導体基板(120)を用意し、この第1半導体基板(120)の一面(121)に配線としての配線部パターン(133)を含むパターン部(130)を形成する工程と、
一面(141)を有すると共に、少なくとも当該一面(141)側が絶縁材料で構成された支持基板(140)を用意する工程と、
前記第1半導体基板(120)上の前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の一面(141)とを向かい合わせると共に、前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の一面(141)とを接合することにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程と、
前記第1半導体基板(120)に、前記配線部パターン(133)に電気的に接続されるセンサ構造体(110)を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。 - 前記パターン部(130)を形成する工程では、前記パターン部(130)として前記第1半導体基板(120)の一面(121)のうち前記センサ構造体(110)が形成される領域を一周して囲む周辺部パターン(134)を含んだパターン部(130)を形成し、
前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程では、前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)と前記支持基板(140)の一面(141)とを接合することにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせ、
前記センサ構造体(110)を形成する工程では、前記パターン部(130)のうち前記周辺部パターン(134)が形成された部分に接合されると共に前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲む周辺部(150)と、前記配線部パターン(133)に電気的に接続されると共に前記周辺部(150)で囲まれた領域に位置する接続部(160)と、を前記第1半導体基板(120)に形成し、
前記センサ構造体(110)を形成する工程の後、前記周辺部(150)にキャップ(200)を接合することにより、前記センサ構造体(110)を前記キャップ(200)、前記周辺部(150)、前記周辺部パターン(134)を含む前記パターン部(130)、および前記支持基板(140)により気密封止する工程を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 前記センサ構造体(110)を気密封止する工程では、前記キャップ(200)の一部を前記接続部(160)に接合し、
前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記キャップ(200)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記接続部(160)に電気的に接続される第1貫通電極部(300)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 前記支持基板(140)を用意する工程では、前記支持基板(140)として第2半導体基板(142)の一面(143)に第1絶縁層(144)が形成されたものを用意し、
前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程は、前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の第1絶縁層(144)とを接合することにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程と、貼り合わせの後、前記第1半導体基板(120)、前記パターン部(130)、および前記第1絶縁層(144)を貫通する貫通孔(171)を形成する工程と、この貫通孔(171)に前記第2半導体基板(142)に電気的に接続される埋込配線(172)を埋め込む工程と、を含んでおり、
前記センサ構造体(110)を形成する工程では、前記第1半導体基板(120)に、前記埋込配線(172)が形成された埋込部(170)を形成し、
前記センサ構造体(110)を気密封止する工程では、前記キャップ(200)の一部を前記埋込部(170)に接合し、
前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記キャップ(200)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記埋込配線(172)に電気的に接続される第2貫通電極部(310)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記キャップ(200)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記周辺部(150)に電気的に接続される第3貫通電極部(320)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
- 前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記支持基板(140)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記配線部パターン(133)に電気的に接続される第1貫通電極部(300)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2に記載の半導体力学量センサの製造方法。
- 前記支持基板(140)を用意する工程では、前記支持基板(140)として、第2半導体基板(142)の一面(143)に第1絶縁層(144)が形成され、前記第2半導体基板(142)の一面(143)とは反対側の他面(146)に第2絶縁層(145)が形成されたものを用意し、
前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程では、前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の第1絶縁層(144)とを接合することにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせ、
前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記第2絶縁層(145)を貫通して前記第2半導体基板(142)に電気的に接続される第2貫通電極部(310)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2または6に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 前記センサ構造体(110)を気密封止する工程の後、前記支持基板(140)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記周辺部(150)に電気的に接続される第3貫通電極部(320)を形成する工程を含んでいることを特徴とする請求項2、6、7のいずれか1つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
- 前記パターン部(130)を形成する工程では、前記第1半導体基板(120)の一面(121)の外縁部と前記センサ構造体(110)と繋ぐ配線部パターン(133)と、前記第1半導体基板(120)の一面(121)のうち前記センサ構造体(110)が形成される領域を囲む周辺部パターン(134)と、を含んだパターン部(130)を形成し、
前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程では、前記第1半導体基板(120)上の前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の一面(141)とを向かい合わせると共に、前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)と前記支持基板(140)の一面(141)とを接合することにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせ、前記配線部パターン(133)の一端側を前記周辺部(150)で囲まれた領域に位置させると共に前記配線部パターン(133)の他端側を前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置させ、
前記センサ構造体(110)を形成する工程では、前記第1半導体基板(120)に、前記配線部パターン(133)の一端側に電気的に接続される前記センサ構造体(110)と、前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲む周辺部(150)と、前記配線部パターン(133)の他端側に電気的に接続されると共に前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置する接続部(160)と、を形成し、
前記センサ構造体(110)を形成する工程の後、前記センサ構造体(110)を形成したことによって前記支持基板(140)、前記パターン部(130)、および前記周辺部(150)で囲まれると共に前記周辺部(150)で前記センサ構造体(110)が囲まれた領域とこの領域の外部とを繋ぐ空間部(137)を絶縁部材(180)で塞ぐ工程と、
前記空間部(137)を前記絶縁部材(180)で塞ぐ工程の後、前記周辺部(150)にキャップ(200)を接合することにより、前記センサ構造体(110)を前記キャップ(200)、前記周辺部(150)、前記周辺部パターン(134)を含む前記パターン部(130)、前記絶縁部材(180)、および前記支持基板(140)により気密封止する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 前記パターン部(130)を形成する工程では、前記第1半導体基板(120)の一面(121)の外縁部と前記センサ構造体(110)と繋ぐ配線部パターン(133)と、前記第1半導体基板(120)の一面(121)のうち前記センサ構造体(110)が形成される領域を囲む周辺部パターン(134)と、を含んだパターン部(130)を形成し、
前記支持基板(140)を用意する工程では、前記支持基板(140)として第2半導体基板(142)の一面(143)に第1絶縁層(144)が形成されたものを用意し、
前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とを貼り合わせる工程では、前記第1半導体基板(120)上の前記パターン部(130)と前記支持基板(140)の一面(141)とを向かい合わせ、前記第1絶縁層(144)を加熱して溶融させ、前記パターン部(130)を前記溶融させた第1絶縁層(144)に押さえ付けると共に、前記第1絶縁層(144)と前記パターン部(130)との間の隙間が無くなるように前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)を前記第1絶縁層(144)に埋め込むことにより、前記パターン部(130)と前記第1絶縁層(144)とを貼り合わせ、前記配線部パターン(133)の一端側を前記周辺部(150)で囲まれた領域に位置させると共に前記配線部パターン(133)の他端側を前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置させ、
前記センサ構造体(110)を形成する工程では、前記第1半導体基板(120)に、前記配線部パターン(133)の一端側に電気的に接続される前記センサ構造体(110)と、前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲むと共に前記パターン部(130)のうち前記周辺部パターン(134)が形成された部分に接合された周辺部(150)と、前記配線部パターン(133)の他端側に電気的に接続されると共に前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置する接続部(160)と、を形成し、
前記センサ構造体(110)を形成する工程の後、前記周辺部(150)にキャップ(200)を接合することにより、前記センサ構造体(110)を前記キャップ(200)、前記周辺部(150)、前記パターン部(130)、および前記支持基板(140)により気密封止する工程を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の半導体力学量センサの製造方法。 - 一面(101)を有する板状であると共に前記一面(101)の表層部にセンサ構造体(110)が形成されたセンサ部(100)と、板状のキャップ(200)と、を備え、前記センサ部(100)の一面(101)に前記キャップ(200)が接合されることで前記センサ構造体(110)が気密封止された半導体力学量センサであって、
前記センサ部(100)は、
一面(141)を有すると共に、少なくとも当該一面(141)側が絶縁材料で構成された支持基板(140)と、
前記センサ構造体(110)と、前記センサ構造体(110)を一周して囲む周辺部(150)と、前記周辺部(150)で囲まれた領域に位置する接続部(160)と、が画定された第1半導体基板(120)と、
前記第1半導体基板(120)のうち前記支持基板(140)側の一面(121)において、前記センサ構造体(110)と前記接続部(160)とを電気的に繋ぐ配線としての配線部パターン(133)と、前記支持基板(140)と前記周辺部(150)との間に位置すると共に前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲む周辺部パターン(134)と、を含むパターン部(130)と、を備え、
前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)と前記支持基板(140)の一面(141)とが接合されたことにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とが貼り合わされており、
前記支持基板(140)は、当該支持基板(140)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記配線部パターン(133)に電気的に接続された第1貫通電極部(300)を備え、
前記センサ構造体(110)は、枠状の可動電極(112)と、可動電極(112)に対向して配置された固定電極(114)とを備えて構成されており、
前記配線部パターン(133)は、前記枠状の可動電極(112)を跨いで前記固定電極(114)間を繋ぐ配線パターン(133)を含み、当該配線パターン(133)に前記第1貫通電極部(300)が接続されていることを特徴とする半導体力学量センサ。 - 前記支持基板(140)は、一面(143)とこの一面(143)の反対側の他面(146)を有する第2半導体基板(142)と、この第2半導体基板(142)の一面(143)に形成された第1絶縁層(144)と、前記第2半導体基板(142)の他面(146)に形成された第2絶縁層(145)と、を備え、
前記センサ部(100)は、前記第2絶縁層(145)を貫通して前記第2半導体基板(142)に電気的に接続された第2貫通電極部(310)を備えていることを特徴とする請求項11に記載の半導体力学量センサ。 - 前記周辺部パターン(134)は、前記周辺部(150)に電気的に接続されており、
前記センサ部(100)は、前記支持基板(140)を前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)との積層方向に貫通すると共に、前記周辺部パターン(134)を介して前記周辺部(150)に電気的に接続された第3貫通電極部(320)を備えていることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体力学量センサ。 - 一面(101)を有する板状であると共に前記一面(101)の表層部にセンサ構造体(110)が形成されたセンサ部(100)と、板状のキャップ(200)とを備え、前記センサ部(100)の一面(101)に前記キャップ(200)が接合されることで前記センサ構造体(110)が気密封止された半導体力学量センサであって、
前記センサ部(100)は、
一面(141)を有すると共に、少なくとも当該一面(141)側が絶縁材料で構成された支持基板(140)と、
前記センサ構造体(110)と、前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲む周辺部(150)と、前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置する接続部(160)と、が画定された第1半導体基板(120)と、
前記第1半導体基板(120)のうち前記支持基板(140)側の一面(121)において、前記センサ構造体(110)と前記接続部(160)とを電気的に繋ぐ配線としての配線部パターン(133)と、前記支持基板(140)と前記周辺部(150)との間に位置すると共に前記センサ構造体(110)を囲む周辺部パターン(134)とを含むパターン部(130)と、を備え、
前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)と前記支持基板(140)の一面(141)とが接合されたことにより、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とが貼り合わされ、
前記配線部パターン(133)の一端側が前記周辺部(150)で囲まれた領域に位置すると共に前記センサ構造体(110)に電気的に接続され、前記配線部パターン(133)の他端側が前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置すると共に前記接続部(160)に電気的に接続されており、
さらに、前記センサ部(100)は、前記第1半導体基板(120)と前記支持基板(140)とが貼り合わされたことによって前記支持基板(140)、前記パターン部(130)、および前記周辺部(150)で囲まれると共に前記周辺部(150)で前記センサ構造体(110)が囲まれた領域とこの領域の外部とを繋ぐ空間部(137)を塞ぐ絶縁部材(180)を備えており、
前記接続部(160)上にパッド(124)が設けられると共に前記パッド(124)にボンディングワイヤ(125)が接合されており、
前記絶縁部材(180)は、前記パッド(124)の周辺の露出部分に設けられ、これにより前記空間部(137)が前記絶縁部材(180)によって塞がれていることを特徴とする半導体力学量センサ。 - 一面(101)を有する板状であると共に前記一面(101)の表層部にセンサ構造体(110)が形成されたセンサ部(100)と、板状のキャップ(200)とを備え、前記センサ部(100)の一面(101)に前記キャップ(200)が接合されることで前記センサ構造体(110)が気密封止された半導体力学量センサであって、
前記センサ部(100)は、
前記センサ構造体(110)と、前記センサ構造体(110)の周囲を一周して囲む周辺部(150)と、前記周辺部(150)で囲まれた領域の外部に位置する接続部(160)と、が画定された第1半導体基板(120)と、
一面(143)を有する第2半導体基板(142)と、前記第2半導体基板(142)の一面(143)に形成された第1絶縁層(144)と、を備えた支持基板(140)と、
前記第1半導体基板(120)のうち前記第1絶縁層(144)側の一面(121)において、前記センサ構造体(110)と前記接続部(160)とを電気的に繋ぐ配線としての配線部パターン(133)と、前記支持基板(140)と前記周辺部(150)との間に位置すると共に前記センサ構造体(110)を囲む周辺部パターン(134)とを含むパターン部(130)と、を備え、
前記第1絶縁層(144)と前記周辺部(150)との間において、前記周辺部(150)で囲まれた領域とこの領域の外部とを繋ぐ空間が無くなるように前記配線部パターン(133)および前記周辺部パターン(134)が前記第1絶縁層(144)に埋め込まれたことにより、前記パターン部(130)と前記第1絶縁層(144)とが貼り合わされていることを特徴とする半導体力学量センサ。
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