WO2006120886A1 - 素子部を有する半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

素子部を有する半導体装置およびその製造方法 Download PDF

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Masahiro Ogino
Minoru Murata
Kazuhiko Sugiura
Tetsuo Fujii
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Denso Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device having an element portion and a manufacturing method thereof.
  • connection member made of a conductive material for electrical connection to the outside, it is usually formed by a bonding wire formed by metal wire bonding or ball bonding. Used bumps or the like are used.
  • a conductive film for example, a metal film such as aluminum, is used on the surface of the semiconductor substrate.
  • the electrode pad to be formed was patterned by a photolithographic method or the like.
  • an electrode pad for connecting a connection member such as a bonding wire to the semiconductor substrate is required separately, which causes an increase in cost.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a semiconductor device having an element portion. Furthermore, it aims at providing the method of manufacturing the semiconductor device which has an element part.
  • a semiconductor device is electrically connected to a semiconductor substrate, an element portion provided on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate, and electrically connected to the outside.
  • a connection member made of a conductive material. The connecting member is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate, and the connecting member and the semiconductor substrate are electrically connected.
  • connection member and the semiconductor substrate are electrically connected by bringing the connection member into direct contact with the surface of the semiconductor substrate, the connection member is connected to the semiconductor substrate as in the prior art. Even without providing an electrode pad, it is possible to appropriately ensure electrical connection between the connecting member and the semiconductor substrate.
  • the method of manufacturing a semiconductor device includes a step of preparing a semiconductor substrate, a step of providing an element portion on the semiconductor substrate, and an electrical connection for electrical connection with the outside. Electrically connecting a connecting member made of a conductive material to a semiconductor substrate.
  • the connecting step includes a step of bringing the connecting member into direct contact with the surface of the semiconductor substrate, and a heat treatment performed on the contact portion, whereby the conductive material constituting the connecting member at the contact portion and the semiconductor constituting the semiconductor substrate And forming a reaction product portion.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic plan configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view of the acceleration sensor element in the semiconductor device in FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of FIG. 2A.
  • FIG. 3 is a sectional view of the acceleration sensor element taken along line III-III in FIG. 2A.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the acceleration sensor element taken along line IV-IV in FIG. 2A.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit in the semiconductor device shown in FIG.
  • 6A to 6C are cross-sectional views showing a method of manufacturing the semiconductor device shown in FIG.
  • FIG. 7A is a plan view of an acceleration sensor element in a semiconductor device as a comparative example of the first embodiment
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of FIG. 7A.
  • FIG. 8A is a plan view of an acceleration sensor element in a semiconductor device as a first modification of the embodiment
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of FIG. 8A.
  • FIG. 9A is a plan view of an acceleration sensor element in a semiconductor device as a second modification of the embodiment
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a plan view of an acceleration sensor element in a semiconductor device as a third modification of the embodiment
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a plan view of an acceleration sensor element in a semiconductor device using a lead frame as a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a plan view of a semiconductor device using a pressure sensor as a third embodiment of the present invention
  • FIG. 12B is a schematic cross-sectional view of FIG. 12A.
  • FIG. 13A is a plan view of a semiconductor device as a first modification of the embodiment
  • FIG. 13B is a schematic cross-sectional view of FIG. 13A.
  • FIG. 14A is a plan view of a semiconductor device using MOS as a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 14B is a schematic cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG. 14A.
  • the present disclosure relates to a semiconductor device in which an element portion such as a movable body, a piezoresistive element, a Hall element, or a light emitting element is formed on a semiconductor substrate.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic plan configuration of an acceleration sensor S1 as a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.
  • 2A is a schematic plan view showing a more detailed configuration of the acceleration sensor element 100 in the present acceleration sensor S1
  • FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the acceleration sensor element 100 shown in FIG. 2A.
  • FIG. 2B shows a model cross section in which the cross section including the movable body 20 in the acceleration sensor element 100 of FIG. 2A and the cross section in the vicinity of the connection member 200 are combined.
  • FIGS. 3 and 4 are schematic plan views showing a state in which the bonding wire 200 is not connected to the acceleration sensor element 100, that is, a single unit configuration of the acceleration sensor element 100.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the acceleration sensor element 100 taken along line III-III of FIG. 4, and
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the acceleration sensor element 100 taken along line IV-IV in FIG. 2A.
  • the acceleration sensor S1 is not limited in its application, but is applied, for example, as an acceleration sensor that is attached to a vehicle to be measured and detects the acceleration generated according to the driving state of the vehicle. can do.
  • the acceleration sensor S1 of the present embodiment is a conductive material for electrically connecting to the acceleration sensor element 100 in which the movable body 20 as the element portion is provided on the semiconductor substrate 10. It is constituted by electrically connecting bonding wires 200 as connecting members made of a conductive material.
  • the acceleration sensor element 100 may be directly attached to the object to be measured.
  • the acceleration sensor S1 is mounted on a package (not shown). It shall be attached to the object to be measured.
  • the mounting form of the acceleration sensor S1 to the object to be measured is not limited to this.
  • the acceleration sensor element 100 may be mounted in the package together with the acceleration sensor element 100 alone or a circuit chip. It is. Then, through this package, the acceleration sensor element 100 is attached to an appropriate position of the object to be measured.
  • the mounting form of the acceleration sensor element 100 through such a package is generally performed conventionally.
  • the above-mentioned package is not particularly limited, but it can be made to have strength such as ceramic resin.
  • the package is configured as a laminated substrate in which a plurality of ceramic layers such as alumina are laminated, for example, and the surface of each ceramic layer and the inside of a through hole formed in each ceramic layer.
  • the wiring can be formed.
  • the wiring of the package or the circuit chip in the package and the semiconductor substrate 10 constituting the acceleration sensor element 100 are connected by the bonding wire 200, whereby the acceleration sensor element 100 and the package or the circuit are connected.
  • the chip is electrically connected.
  • the acceleration sensor element 100 is formed by applying a known micromachine force to the semiconductor substrate 10.
  • the semiconductor substrate 10 constituting the acceleration sensor element 100 includes a first silicon substrate 11 as a first semiconductor layer and a second semiconductor layer as shown in FIG. 3 and FIG. This is a rectangular SOI (silicon on insulator) substrate 10 having an oxide film 13 as an insulating layer between the second silicon substrate 12.
  • SOI silicon on insulator
  • the first silicon substrate 11 including the oxide film 13 is configured as a support substrate. That is, one surface of the first silicon substrate 11 is configured as an oxide film 13, and the second silicon substrate 12 as a semiconductor layer is provided on the one surface side of the first silicon substrate 11 as the support substrate. It has become.
  • a pattern defined by the groove 14, that is, a movable body 20 as a movable part and a fixed part 30, 40 A beam structure having a comb-like shape is formed.
  • a portion of the second silicon substrate 12 corresponding to the region where the beam structures 20 to 40 are formed that is, a portion indicated by a broken-line rectangle 15 in Fig. 2A is separated from the oxide film 13. position (See Fig. 3 and Fig. 4).
  • the portion of the rectangle 15 is referred to as a thin portion 15 in the second silicon substrate 12.
  • this thin portion 15 is formed on one surface of the first silicon substrate 11 that is the support substrate, that is, the oxide film 1.
  • the movable body 20 as the thin portion 15 is integrally connected to the anchor portions 23a and 23b via both end force panel portions 22 of the elongated rectangular weight portion 21. ing.
  • these anchor portions 23 a and 23 b are fixed to the oxide film 13 and supported on the first silicon substrate 11 as a support substrate via the oxide film 13. Yes.
  • the weight portion 21 and the panel portion 22 that are the thin-walled portions 15 are in a state of being separated from the oxide film 13.
  • the panel section 22 has a rectangular frame shape in which two parallel beams are connected at both ends thereof, and is orthogonal to the longitudinal direction of the two beams. It has a panel function that displaces in the direction.
  • the panel unit 22 displaces the weight unit 21 in the direction of the arrow X in the horizontal direction of the substrate surface when the acceleration including the component in the direction of the arrow X in FIG. Depending on the situation, it will be restored to its original state!
  • the movable body 20 connected to the SOI substrate 10 through such a panel portion 22 responds to the application of acceleration on the oxide film 13, that is, the first silicon substrate 11 that is the support substrate. It can be displaced in the direction of arrow X in the horizontal direction of the board.
  • the movable body 20 includes a comb-like movable electrode 24 as the thin portion 15.
  • the movable electrode 24 is a plurality of beams having a beam shape extending in opposite directions from both side surfaces of the weight portion 21 in a direction orthogonal to the longitudinal direction (arrow X direction) of the weight portion 21.
  • a plurality of movable electrodes 24 are arranged in a comb-teeth shape along the arrangement direction with the longitudinal direction of the weight part 21 (displacement direction of the panel part 22 and the arrow X direction) being the arrangement direction. It is a thing.
  • Each movable electrode 24 protrude from the left and right sides of the weight portion 21 by four.
  • Each movable electrode 24 is formed in a beam shape having a rectangular cross section, and is separated from the oxide film 13.
  • each movable electrode 24 is integrally formed with the panel portion 22 and the weight portion 21, thereby being displaced together with the panel portion 22 and the weight portion 21 in the arrow X direction in the horizontal direction of the substrate surface. It is possible.
  • the fixing portions 30 and 40 are another pair of opposing side portions in which the anchor portions 23a and 23b are not supported among the outer peripheral portions of the thin portion 15.
  • the oxide film 13 is fixed on the outer periphery of the substrate.
  • the fixing portions 30 and 40 are supported on the first silicon substrate 11 via the oxide film 13.
  • the fixed portion 30 located on the left side of the weight portion 21 is configured with a left fixed electrode 31 and a left fixed electrode wiring portion 32.
  • the fixed portion 40 located on the right side of the weight portion 21 is composed of a right fixed electrode 40 and a right fixed electrode wiring portion 42.
  • each fixed electrode 31, 41 is a thin-walled portion 15, and a plurality of comb electrodes are arranged so as to engage with a gap between comb teeth in the movable electrode 24. It is a thing.
  • a left fixed electrode 31 is provided on the upper side along the arrow X direction with respect to each movable electrode 24, while the weight portion 21 On the right side, a right fixed electrode 41 is provided on the lower side of each movable electrode 24 along the arrow X direction.
  • the fixed electrodes 31 and 41 are arranged so as to face the respective movable electrodes 24 in the horizontal direction of the substrate surface, and the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the movable electrodes 24 are arranged at each facing interval. ) And the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the fixed electrodes 31 and 41, a detection interval for detecting capacitance is formed.
  • the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41 are electrically independent from each other.
  • the fixed electrodes 31 and 41 are formed in the shape of a beam having a rectangular cross section that extends substantially parallel to the movable electrode 24.
  • the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41 are respectively connected via the oxide film 13.
  • the fixed electrode wiring portions 32 and 42 fixed to the first silicon substrate 11 are supported in a cantilevered manner.
  • the fixed electrodes 31 and 41 are separated from the oxide film 13.
  • the left fixed electrode 31 and the right fixed electrode 41 are configured such that a plurality of respective electrodes are grouped into electrically common wiring portions 32 and 42. ing.
  • predetermined positions of the left fixed electrode wiring portion 32 and the right fixed electrode wiring portion 42 are configured as connection portions 30a and 40a, which are parts to which the bonding wire 200 is connected.
  • the left fixed electrode wiring portion 32 and the right fixed electrode wiring portion 42 are drawn out to the periphery of the semiconductor substrate 10, respectively, and the left fixed electrode connection portion 30a and A connecting portion 40a for the right fixed electrode is formed.
  • the movable electrode wiring portion 25 is formed in a state of being integrally coupled to one anchor portion 23b, and a predetermined position on the wiring portion 25 is a portion to which the bonding wire 200 is connected. It is configured as a connection portion, that is, a connection portion 25a for the movable electrode.
  • the connecting portion to which the bonding wire 200 is connected is actually not limited to the connecting portions 25a, 30a, 40a shown in FIG. 2A. There are several.
  • the connection form of the bonding wire 200 is, for example, as shown in FIG.
  • the acceleration sensor element 100 is mounted on the package alone or together with a circuit chip or the like, and the semiconductor substrate 10 in the wiring of the rack or the circuit chip in the package and the acceleration sensor element 100. Are connected by the bonding wire 200, whereby the electrical connection between the acceleration sensor element 100 and the package or the electrical connection between the acceleration sensor element 100 and the circuit chip is performed.
  • the bonding wire 200 is made of aluminum (A1) force! [0055]
  • the bonding wire 200 as a connecting member is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10, and the bonding wire 200 is formed at this contact portion.
  • the bonding wire 200 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected by forming a reaction product 300 formed by a reaction between the conductive material and the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10.
  • the metal constituting the bonding wire 200 as the connecting member is Are
  • the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10 is silicon (Si)
  • the reaction product 300 is A1.
  • acceleration is detected based on a change in electrostatic capacitance between the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41 accompanying application of acceleration.
  • the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the fixed electrodes 31 and 41 are provided so as to face the side surfaces (that is, the detection surfaces) of the individual movable electrodes 24, respectively.
  • a detection interval for detecting the capacitance is formed in each opposing interval on the side surfaces of both electrodes.
  • a first capacitance CS is detected as a detection capacitance between the left fixed electrode 31 and the movable electrode 24.
  • a second capacitor CS2 is formed as a detection capacitor in the interval between the right fixed electrode 41 and the movable electrode 24.
  • the acceleration sensor element 100 when acceleration is applied in the direction of arrow X in FIG. 2 in the horizontal direction of the substrate surface, the entire movable body 20 excluding the anchor portion is integrated by the panel function of the panel portion 22. Accordingly, the capacitors CS1 and CS2 change according to the displacement of the movable electrode 24 in the direction of the arrow X.
  • the acceleration in the arrow X direction can be detected based on the change in the differential capacitance (CS1 ⁇ CS2) by the movable electrode 24 and the fixed electrodes 31 and 41. Specifically, this capacity difference (C
  • a signal based on (S1-CS2) is output from the acceleration sensor element 100 as an output signal. This signal is processed by the circuit chip or an external circuit provided in the package, and is finally output.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a detection circuit 400 for detecting acceleration in the acceleration sensor S1 of the present embodiment.
  • a switched capacitor circuit (SC circuit) 410 includes a capacitor 411 having a capacitance Cf, a switch 412 and a differential amplifier circuit 413, and an input capacitance difference (CS1-CS2). ) Is converted to voltage.
  • the carrier wave 1 having the amplitude Vcc is input from the connection portion 30a for the left fixed electrode, and the phase of the carrier wave 1 is 180 degrees from the connection portion 40a for the right fixed electrode.
  • the applied acceleration in the arrow X direction is output as a voltage value V0 as shown in Equation 1 below.
  • Such an acceleration sensor element 100 can be manufactured as follows, for example. 6A to 6C are process diagrams showing a method of manufacturing the acceleration sensor S1 of the present embodiment shown in FIG.
  • the above-mentioned SOI substrate 10 as a semiconductor substrate is prepared, and P (phosphorus) or B (boron) is formed on the surface of the SOI substrate 10, that is, the surface of the second silicon substrate 12, for example. Ron) and the like are implanted, diffused and doped. As a result, the resistivity is reduced on the surface of the second silicon substrate 12, and conductivity is imparted.
  • a mask having a shape corresponding to the beam structure is formed on the second silicon substrate (SOI layer) 12 of the SOI substrate 10 by using a photolithography technique. Then, for example CF
  • the patterns of the beam structures 20 to 40 are collectively formed.
  • the etching further proceeds, and the second silicon substrate 12 is further etched by side etching.
  • the thin portion 15 is formed.
  • the acceleration sensor element 100 in which the released movable body 20 as the element portion is provided on the SOI substrate 10 can be manufactured.
  • acceleration sensor element 100 is manufactured using SOI substrate 10 as a normal wafer, next, acceleration sensor element 100 is divided into chips. Then, the acceleration sensor element 100 is fixed to the package via an adhesive or the like, and the bonding wire 200 is formed by performing wire bonding.
  • the surface of the SOI substrate 10, that is, the surface of the second silicon substrate 12 is brought into direct contact, and in this state, the contact portion between the bonding wire 200 and the SOI substrate 10 is subjected to heat treatment.
  • the bonding wire 200 is brought into contact with the contact portion, that is, the connection portions 25a, 30a, 40a, etc. on the surface of the SOI substrate 10 by a normal wire bonding method. As shown in Fig. 6B, this contact is performed by irradiating laser R locally.
  • the force with which the connecting member is the bonding wire 200 may be performed simultaneously with the wire bonding on the surface of the SOI substrate 10 or the wire bonding may be performed. You can run it after!
  • the laser R irradiation may be performed at the same time when the bonding wire 200 is brought into contact with the SOI substrate 10 or the connection by wire bonding between the SOI substrate 10 and the package or circuit chip is completed. It may be done later.
  • a reaction product 300 between the metal constituting the bonding wire 200 and the semiconductor constituting the SOI substrate 10 is formed at the contact portion between the bonding wire 200 and the SOI substrate 10.
  • A1 constituting the bonding wire 200 and Si constituting the SOI substrate 10 and heating by irradiation of the force laser R cause a solid-phase reaction, and the A1-Si alloying force as a reaction product is also generated.
  • An Al—Si reaction layer 300 is formed.
  • the formation of the element portion 20 on the SOI substrate 10 as the semiconductor substrate 10 and the connection of the bonding wire 200 as the connection member are completed, and then the above-described package Sealing is performed.
  • the acceleration sensor S1 of the present embodiment shown in FIG. 1 is completed.
  • the connection member 200 is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10, and the conductive material constituting the connection member 200 is in contact with the semiconductor device S1.
  • a semiconductor device S 1 is provided in which the connection member 200 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected to each other by forming a reaction product 300 that is reacted with a semiconductor constituting the semiconductor substrate 10.
  • connection member 200 is brought into direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10, and the connection member 200 is formed across the contact portion. Since the connection product 200 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected by forming a reaction product 300 between the material and the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10, it is connected to the semiconductor substrate as in the past. Even if the electrode pad for the member is not provided, the connection between the connecting member 200 and the semiconductor substrate 10 can be appropriately ensured.
  • FIG. 7A is a schematic plan view of an acceleration sensor element in an acceleration sensor as a comparative example
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of FIG. 7A.
  • 7A and 7B are prototypes made by the present inventor, and electrode pads P are formed by A1 or the like on the connection portions 25a, 30a, and 40a of the connection member 200 in the semiconductor substrate 10. .
  • this electrode pad P is unnecessary.
  • the semiconductor substrate 10, the element portion 20 provided on the semiconductor substrate 10, and the connection member 200 made of a conductive material for electrical connection with the outside are provided.
  • the semiconductor device S 1 provided an inexpensive configuration can be realized by eliminating the need for an electrode pad for a connection member.
  • the element unit 20 is the movable body 20 that can be displaced with respect to the semiconductor substrate 10 with the application of acceleration, which is a mechanical quantity, and thus, as a semiconductor device.
  • Acceleration sensor S1 is provided.
  • the bonding wire 200 is adopted as the connecting member.
  • a reaction product is obtained by using A1 as a conductive material constituting the bonding wire 200 as a connecting member and Si as a semiconductor constituting the semiconductor substrate 10.
  • A1 a conductive material constituting the bonding wire 200
  • Si a semiconductor constituting the semiconductor substrate 10.
  • the Al—Si reaction layer 300 is also formed as A1—S.
  • the semiconductor substrate 10 is prepared, the element portion 20 is provided on the semiconductor substrate 10, and the electrical connection with the outside is provided.
  • a method for manufacturing a semiconductor device in which a connection member 200 made of a conductive material for electrical connection is electrically connected to the semiconductor substrate 10, in a state where the connection member 200 is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10,
  • a semiconductor characterized in that a reaction product 300 is formed by reacting a conductive material constituting the connection member 200 and a semiconductor constituting the semiconductor substrate 10 at the contact portion by heat-treating the contact portion.
  • a method of manufacturing apparatus S1 is provided.
  • the heat treatment is performed locally with respect to the contact portion between the connection member 200 and the semiconductor substrate 10. It is also one of the features that it is performed by irradiating laser R to the surface.
  • the connecting member is the bonding wire 200
  • the heat treatment is performed simultaneously with the wire bonding to the surface of the semiconductor substrate 10. Execution is also a feature.
  • the connecting member is the bonding wire 200
  • the heat treatment is performed on the surface of the semiconductor substrate 10.
  • One of the features is that it is performed after wire bonding is performed on the surface.
  • FIG. 8A is a schematic plan view of an acceleration sensor element 100 in an acceleration sensor as a first modified example
  • FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of FIG. 8A
  • the cross-sectional view of the drawings showing the following modifications is a model view in which the cross section including the movable body 20 in the acceleration sensor element 100 and the cross section in the vicinity of the connecting member 200 are combined, as in FIG. 2B. A cross section is shown.
  • the connecting member 200 is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10, and the reaction product 300 is formed at this contact portion, whereby the connecting member 200, the semiconductor substrate 10, and Although they are electrically connected, there may be no reaction products as in the first modification! /.
  • FIG. 9A is a schematic plan view of an acceleration sensor element 100 in an acceleration sensor which is a semiconductor device as a second modification of the present embodiment
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of FIG. 9A. is there.
  • the bonding wire 200 is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate 10, and the conductive portion such as A1 that forms the bonding wire 200 at this contact portion.
  • the bonding wire 200 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected to each other by forming a reaction product 300 having a force such as an Al--Si reaction layer between the conductive material and the semiconductor such as Si constituting the semiconductor substrate 10. ing.
  • the oxide film 13 and the second silicon substrate 12 are disposed around the first silicon substrate 11. Is removed by etching or the like, and the peripheral portion of the first silicon substrate 11 is exposed. The exposed portion force of the first silicon substrate 11 is in contact with the bonding wire 200. It is configured as a connectable connection.
  • the surface to which the bonding wire 200 is connected is not the same plane but has a step.
  • the bonding wire 200 is brought into direct contact with the surface of the first silicon substrate 11 and contacted with the first silicon substrate 11.
  • the electrical connection of the bonding wire 200 can be easily performed, and the potential of the substrate It becomes possible to take.
  • FIG. 10A is a schematic plan view of an acceleration sensor element 100 in an acceleration sensor as a third modification
  • FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of FIG. 10A.
  • the one shown in FIG. 10 is the one shown in FIG. 9 above without any reaction product. And it is needless to say that the effects of the above-described embodiment can be exhibited also in each of the above modifications.
  • a conductive material constituting the bonding wire 200 enters the inside of the semiconductor substrate 10 in a wedge shape.
  • the conductive material constituting the bonding wire 200 and the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10 cause a solid phase reaction, and Al—Si A reactive material such as an alloy is formed, whereby the bonding wire 200 and the semiconductor substrate 10 are electrically connected.
  • the force semiconductor substrate is shown as an example in which the SOI substrate 10 is used as the semiconductor substrate 10 and the bonding wire 200 mainly having A1 force is used as the connecting member 200.
  • the combination of the semiconductor constituting 10 and the conductive material constituting the bonding wire 200 is not limited to the above example.
  • the combination of the semiconductor and the conductive material is sufficient if electrical connection between the two is ensured.
  • a solid-phase reaction occurs and the reaction product can be formed.
  • the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10 may be Balta monocrystalline Si, polycrystalline Si, or amorphous Si! /, Or a compound semiconductor such as GaAs or GaN.
  • the doping of the impurity into the semiconductor substrate 10 may be of any conductivity type as long as it can be electrically connected to the conductive material constituting the connection member 200.
  • A1 is described as an example of the connecting member.
  • a metal such as gold or copper, or the like
  • An alloy, an organic conductor, a semiconductor, or the like may be used.
  • the heat treatment conditions are such that the above solid-phase reaction occurs at the interface between the semiconductor substrate 10 and the connection member.
  • connection portion between the semiconductor substrate 10 and the bonding wire 200 is locally heated.
  • a semiconductor substrate 10 is provided with a heater or the like to provide a semiconductor substrate.
  • a method of heating 10 as a whole may also be used. Also in this case, this heat treatment can be performed simultaneously with the wire bonding on the surface of the semiconductor substrate 10 or after the wire bonding.
  • connecting member 200 is not limited to the bonding wire 200.
  • connection member bumps formed on the surface of the semiconductor substrate 10 by ball bonding or the like can be applied as the connection member.
  • the lead frame may be brought into direct contact with the semiconductor substrate 10 and not electrically connected via a bonding wire or the like.
  • FIG. 11 is a schematic plan view of an acceleration sensor element in an acceleration sensor when a lead frame 210 as a connection member is used as a second embodiment.
  • a lead frame 210 is disposed around the acceleration sensor element 100, and the lead frame 210 and the semiconductor substrate 10 constituting the acceleration sensor element 100 are electrically connected.
  • the lead frame 210 is made of an ordinary conductive lead frame material, and is made of, for example, copper or 42 alloy.
  • a reaction product 300 is formed by reacting the conductive material constituting the lead frame 210 with the semiconductor constituting the semiconductor substrate 10.
  • connection of the lead frame 210 of this example can be performed by laser irradiation according to the manufacturing method shown in the above embodiment.
  • the reaction product 300 in this example can be made of, for example, Cu—Si or Fe—Si. It should be noted that the product shown in FIG. 11 is free of reaction products.
  • connection member 200 is bonded in a state where the semiconductor substrate 10 is divided into chips.
  • the present invention is applicable to bonding in the substrate state, that is, the wafer state. Can be applied.
  • the surface of the semiconductor substrate including the connection portion is irradiated with laser before bonding the connection member, thereby forming irregularities on the surface of the semiconductor substrate. Increasing the contact area with the connecting member is effective.
  • the release portion of the movable body 20 is formed by forming the thin portion 15 on the second silicon substrate 12 while leaving the oxide film 13 in the entire area of the SOI substrate 10.
  • the movable body 20 may be released by performing etching using the oxide film 13 as a sacrificial layer in the SOI substrate 10, as is well known.
  • the thickness of the second silicon substrate 12 is substantially uniform over the entire region, and the oxide film 13 is removed at the portion of the rectangle 15 shown in FIG. As a result, the movable substrate 20 is also released from the supporting substrate force.
  • the surface processing type acceleration sensor that is, the one obtained by releasing the movable body 20 as the element portion by etching the surface side force of the semiconductor substrate 10 has been described.
  • Force The semiconductor substrate 10 may be a back surface acceleration sensor that releases the movable body by etching from the back surface of the semiconductor substrate 10 in the above example, that is, the first silicon substrate 11.
  • an example of an acceleration sensor has been described on the assumption that the element unit is a movable body that can be displaced with respect to the semiconductor substrate in accordance with application of a mechanical quantity.
  • a sensor that has a movable body that detects vibration by Coriolis when an angular velocity as a mechanical quantity is applied to drive the movable body that is, an angular velocity sensor (gyro sensor).
  • an angular velocity sensor (gyro sensor).
  • an element portion is provided on a semiconductor substrate, and this element portion is formed by carrying out a calorie on the semiconductor substrate itself by a semiconductor process. For example, it does not matter if a separate part as the element part is fixed on the semiconductor substrate by bonding or the like.
  • the present invention is effective in a configuration that does not require wiring with a metal film on a semiconductor substrate, and is applicable to a semiconductor substrate that includes only a movable body sensor such as the acceleration sensor or the gyro sensor described above.
  • the formed element portion includes a piezoresistive element made of a diffusion layer, a Hall element, or a light emitting element such as a light emitting diode or a laser, and also applies to other semiconductor devices such as solar cells. be able to.
  • the element portions 20 are separated from each other by the separation by the grooves 14, but the separation of the element portions is not limited to such groove separation.
  • a method of electrically separating by a PN junction and a method of separating by an insulating film can be applied.
  • FIGS. 12A and 12B show an example in which a pressure sensor is used as the semiconductor device of the present invention and the element portion is separated by PN junction.
  • 12A is a schematic plan view of the pressure sensor
  • FIG. 12B is a schematic cross-sectional view of FIG. 12A.
  • the gauge 50 and the wiring 51 constitute an element part, and the gauge 50 and the wiring 51 are hatched for identification.
  • a gauge 50 and a wiring 51 as an element portion are provided on a semiconductor substrate 10 made of Si or the like, and a bonding wire 200 as a connecting member is electrically connected to the wiring 51. It consists of The bonding wire 200 enables the pressure sensor to electrically communicate with an external circuit.
  • a diaphragm 52 formed by etching or the like is formed in the pressure sensor, and a gauge 50 and a wiring 51 are formed on the diaphragm 52. These gauges 50 and the wiring 51 constitute a bridge circuit. When the pressure is applied, the diaphragm 52 is distorted, and the applied pressure is detected based on the change in the output of the bridge circuit.
  • Such a pressure sensor is a force that is of a general semiconductor diaphragm type.
  • the semiconductor substrate 10 is N-type silicon, and the gauge 50 and the wiring 51 are injected with B (boron). It is a formed P-type diffusion layer.
  • the bonding wire 200 is electrically connected to the wiring 51, and a reaction product 300 made of, for example, Al—SU is formed.
  • a reaction product 300 made of, for example, Al—SU is formed.
  • an N + layer 53 is formed on the semiconductor substrate 10, and a bonding wire 200 is similarly connected to the N + layer 53 so that the semiconductor substrate 10 can be maintained at a reference potential.
  • connection member 200 and the semiconductor can be provided without providing the electrode pads for the connection member on the semiconductor substrate, as in the above embodiment.
  • Conductivity with the substrate 10 can be appropriately secured.
  • FIGS. 12A and 12B are diagrams showing the configuration of a pressure sensor in which the reaction product 300 is not present in the one shown in FIGS. 12A and 12B.
  • FIG. 13A is a schematic plan view of the pressure sensor
  • FIG. FIG. 13B is a schematic sectional view of FIG. 13A.
  • the semiconductor device of the present invention may be a MOS transistor or a BIP (bipolar transistor) other than those described above. Even such a thing is effective for analog applications and power applications.
  • FIGS. 14A and 14B An example using a general MOS transistor is shown in FIGS. 14A and 14B.
  • FIG. 14A is a schematic plan view of the MOS transistor
  • FIG. 14B is a schematic cross-sectional view taken along line XIV—XIV in FIG. 14A.
  • a gate 60, a gate wiring 61, a source 62, and a drain 63 are formed, and these portions 60 to 63 are configured as element portions.
  • the gate 60 and the gate wiring 61 are made of polysilicon, and the source 62 and the drain 63 are made of an N + layer.
  • the source 62 and the drain 63 are made of an N + layer.
  • an insulating film 64 such as a reconic acid film.
  • the bonding wire 20 is connected to the gate wiring 61, the source 62, and the drain 63.
  • reaction product 300 such as A1-SU is formed.
  • connection between the connection member 200 and the semiconductor substrate 10 can be appropriately ensured without providing the electrode pad for the connection member on the semiconductor substrate. it can. Also in this case, the reaction product 300 is absent.
  • the present invention includes a semiconductor substrate, an element portion provided on the semiconductor substrate, and a conductive material that is electrically connected to the semiconductor substrate and electrically connected to the outside.
  • the main part is that the connecting member and the semiconductor substrate are electrically connected to each other by bringing the connecting member into direct contact with the surface of the semiconductor substrate in a semiconductor device including the connecting member.
  • connection by forming a reaction product by reacting a conductive material constituting the connection member and a semiconductor constituting the semiconductor substrate at the contact portion by heat treatment or the like.
  • the second main part is to electrically connect the member and the semiconductor substrate, and the design of the other parts can be changed as appropriate.
  • the present disclosure includes the following aspects.
  • the semiconductor device is electrically connected to the semiconductor substrate, the element portion provided on the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate, and is electrically connected to the outside.
  • a connection member made of a conductive material. The connecting member is in direct contact with the surface of the semiconductor substrate, and the connecting member and the semiconductor substrate are electrically connected.
  • connection member and the semiconductor substrate are electrically connected by bringing the connection member into direct contact with the surface of the semiconductor substrate, the connection member is connected to the semiconductor substrate as in the conventional case. Even without providing an electrode pad, it is possible to appropriately ensure electrical connection between the connecting member and the semiconductor substrate.
  • the semiconductor device may further include a reaction generation unit.
  • the reaction generation unit is disposed at a contact portion between the semiconductor substrate and the connection member, and the reaction generation unit is formed of a material obtained by a reaction between a conductive material constituting the connection member and a semiconductor constituting the semiconductor substrate. .
  • the connecting member may be a bonding wire! /.
  • the conductive material constituting the connection member may be A1
  • the semiconductor constituting the semiconductor substrate may be Si
  • the material constituting the reaction generation unit may be A1-Si.
  • the element unit may include a movable body that can be displaced with respect to the semiconductor substrate in accordance with application of a mechanical quantity.
  • the element portion can be a movable body that can be displaced with respect to the semiconductor substrate in accordance with the application of the mechanical quantity, and a mode suitable for a mechanical quantity sensor such as an acceleration sensor or an angular velocity sensor can be realized.
  • the method for manufacturing a semiconductor device includes a step of preparing a semiconductor substrate, a step of providing an element portion on the semiconductor substrate, and a conductive for electrically connecting to the outside. Electrically connecting a connecting member made of a conductive material to a semiconductor substrate.
  • the connecting step includes a step of bringing the connecting member into direct contact with the surface of the semiconductor substrate, and a heat treatment performed on the contact portion, whereby the conductive material constituting the connecting member at the contact portion and the semiconductor constituting the semiconductor substrate And forming a reaction product portion.
  • the heat treatment may be performed by locally irradiating the contact portion with a laser.
  • the connecting member is a bonding wire, and the heat treatment may be performed simultaneously with the wire bonding to the surface of the semiconductor substrate!
  • the connecting member may be a bonding wire, and the heat treatment may be performed after wire bonding is performed on the surface of the semiconductor substrate.
  • the conductive material constituting the connecting member is A1, and the semiconductor substrate is constructed.
  • the semiconductor to be formed may be Si, and the material constituting the reaction generation unit may be Al—Si.

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Abstract

　半導体装置は、半導体基板（１０）と、半導体基板（１０）に設けられた素子部（２０）と、半導体基板（１０）と電気的に接続され、外部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる接続部材（２００）とを備える。接続部材（２００）は半導体基板（１０）の表面に直接接触しており、接続部材（２００）と半導体基板（１０）とが電気的に接続されている。

Description

明 細 書
素子部を有する半導体装置およびその製造方法
関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、当該開示内容が参照によって本出願に組み込まれた、 2005年 5月 9日 に出願された日本特許出願 2005-136094および 2006年 4月 18日に出願された 2006- 114641を基にしている。
技術分野
[0002] 本発明は、素子部を有する半導体装置とその製造方法に関するものである。
背景技術
[0003] 従来より、半導体装置として、半導体基板に、素子部として加速度や角速度などの 力学量の印加に伴 、変位可能な可動体を形成してなる力学量センサが提案されて いる。このセンサは、例えば、 USP 6,792,805に開示されている。
[0004] このような半導体装置においては、外部との電気的な接続を行うための導電性材料 よりなる接続部材として、通常、金属製のワイヤボンディングにより形成されたボンディ ングワイヤや、ボールボンディングにより形成されたバンプなどが用いられる。
[0005] そして、半導体基板とこれら接続部材としてのボンディングワイヤやバンプとを電気 的に接続するために、従来では、半導体基板の表面に、導電体膜、例えばアルミ- ゥムなどの金属膜からなる電極パッドを、フォトリソグラフ法などによりパターニング形 成していた。
[0006] そして、従来では、フォトリソグラフ法やエッチング技術などを用いて半導体基板に 素子部を形成した後、この電極パッドを形成し、しカゝる後、半導体基板上の電極パッ ドと接続部材とを電気的に接続していた。こうして、半導体装置が製造されていた。
[0007] このように、従来の半導体装置では、ボンディングワイヤなどの接続部材を半導体 基板に接続するための電極パッドが別途必要であり、それによつて、コストの増加を 招いていた。
[0008] 特に、加速度センサや角速度センサなど、半導体基板に素子部としての可動体を 形成してなる力学量センサにおいては、上記導電体膜による素子部内の電気的配 線が不要であるにもかかわらず、この接続部材用の電極パッドのために当該導電体 膜をパター-ング形成しなければならず、上記したコスト増加の問題は、いっそう顕 著となっている。
発明の開示
[0009] 本開示は、上記問題に鑑みてなされたものであり、素子部を有する半導体装置を 提供することを目的とする。さらに、素子部を有する半導体装置を製造する方法を提 供することを目的とする。
[0010] 本開示の第一の態様にぉ 、て、半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に設け られた素子部と、半導体基板と電気的に接続され、外部との電気的な接続を行うため の導電性の材料よりなる接続部材とを備える。接続部材は半導体基板の表面に直接 接触しており、接続部材と半導体基板とが電気的に接続されている。
[0011] それによれば、接続部材を半導体基板の表面に直接接触させることにより、接続部 材と半導体基板とを電気的に接続しているため、従来のように、半導体基板に接続 部材用の電極パッドを設けなくても、接続部材と半導体基板との導通を適切に確保 することができる。
[0012] したがって、本開示によれば、半導体基板と半導体基板に設けられた素子部と外 部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる接続部材とを備える半導体 装置において、接続部材用の電極パッドを不要として安価な構成を実現することが できる。
[0013] 本開示の第二の態様において、半導体装置の製造方法は、半導体基板を用意す る工程と、半導体基板に素子部を設ける工程と、外部との電気的な接続を行うための 導電性の材料よりなる接続部材を、半導体基板に電気的に接続する工程とを備える 。接続する工程は、接続部材を半導体基板の表面に直接接触させる工程と、この接 触部に熱処理を施すことにより、接触部において接続部材を構成する導電性の材料 と半導体基板を構成する半導体とを反応させ、反応生成部を形成する工程と、を含 む。
[0014] それによれば、上記した反応生成部を有する半導体装置を適切に製造可能な半 導体装置の製造方法を提供することができる。 図面の簡単な説明
本発明における上記あるいは他の目的、構成、利点は、下記の図面を参照しながら 、以下の詳細説明から、より明白となる。図面において、
[図 1]図 1は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置の概略平面構成を示す図で ある。
[図 2]図 2Aは、図 1中の半導体装置における加速度センサ素子の平面図であり、図 2 Bは、図 2Aの概略断面図である。
[図 3]図 3は、図 2Aの III III線に沿った加速度センサ素子の断面図である。
[図 4]図 4は、図 2Aの IV— IV線に沿った加速度センサ素子の断面図である。
[図 5]図 5は、図 1に示される半導体装置における検出回路の一例を示す回路図であ る。
[図 6]図 6Aから 6Cは、図 1に示される半導体装置の製造方法を示す断面図である。
[図 7]図 7Aは、第一実施形態の比較例としての半導体装置における加速度センサ素 子の平面図であり、図 7Bは、図 7Aの概略断面図である。
[図 8]図 8Aは、上記実施形態の第 1の変形例としての半導体装置における加速度セ ンサ素子の平面図であり、図 8Bは、図 8Aの概略断面図である。
[図 9]図 9Aは、上記実施形態の第 2の変形例としての半導体装置における加速度セ ンサ素子の平面図であり、図 9Bは、図 9Aの概略断面図である。
[図 10]図 10Aは、上記実施形態の第 3の変形例としての半導体装置における加速度 センサ素子の平面図であり、図 10Bは、図 10Aの概略断面図である。
[図 11]図 11は、本発明の第二実施形態としてリードフレームを用いた半導体装置に おける加速度センサ素子の平面図である。
[図 12]図 12Aは、本発明の第三実施形態として圧力センサを用いた半導体装置の 平面図であり、図 12Bは、図 12Aの概略断面図である。
[図 13]図 13Aは、上記実施形態の第一の変形例としての半導体装置の平面図であ り、図 13Bは、図 13Aの概略断面図である。
[図 14]図 14Aは、本発明の第四実施形態として MOSを用いた半導体装置の平面図 であり、図 14Bは、図 14Aの XIV— XIV線に沿った概略断面図である。 発明を実施するための最良の形態
[0016] (第一実施形態）
本開示は、半導体基板に可動体、ピエゾ抵抗素子、ホール素子あるいは発光素子 などの素子部を形成してなる半導体装置に関する。
[0017] 図 1は、本発明の第一実施形態に係る半導体装置としての加速度センサ S1の概略 平面構成を示す図である。また、図 2Aは、本加速度センサ S1における加速度セン サ素子 100のより詳細な構成を示す概略平面図であり、図 2Bは図 2Aに示される加 速度センサ素子 100の概略断面図である。なお、図 2Bでは、図 2Aの加速度センサ 素子 100における可動体 20を含む断面と接続部材 200の近傍の断面とを合成した モデル的な断面を示して 、る。
[0018] また、図 3、図 4は、加速度センサ素子 100にボンディングワイヤ 200が接続されて いない状態、すなわち加速度センサ素子 100の単体構成を示す概略平面図であり、 図 3は、図 2A中の III III線に沿った加速度センサ素子 100の概略断面図であり、図 4は、図 2A中の IV— IV線に沿った加速度センサ素子 100の概略断面図である。
[0019] このような加速度センサ S1は、その用途を限定するものではないが、たとえば、被 測定物である自動車に取り付けられ当該自動車の運転状態に応じて発生する加速 度を検出するものとして適用することができる。
[0020] [構成]
図 1に示されるように、本実施形態の加速度センサ S1は、半導体基板 10に素子部 としての可動体 20を設けてなる加速度センサ素子 100に、外部との電気的な接続を 行うための導電性の材料よりなる接続部材としてのボンディングワイヤ 200を電気的 に接続することにより構成されて 、る。
[0021] ここで、この加速度センサ S1においては、被測定物に対して加速度センサ素子 10 0を直接取り付けるようにしてもよいが、本例では、この加速度センサ S1を、図示しな いパッケージを介して被測定物に取り付けるものとする。もちろん、加速度センサ S1 の被測定物への取付形態は、これに限定するものではな 、。
[0022] このパッケージを用いた場合にぉ 、ては、加速度センサ素子 100は、加速度セン サ素子 100単独、あるいは、回路チップなどとともに、上記パッケージに搭載されるも のである。そして、このパッケージを介して、加速度センサ素子 100は、被測定物の 適所に取り付けられる。
[0023] このようなパッケージを介した加速度センサ素子 100の実装形態は、従来より一般 的に行われているものである。ここで、上記パッケージとしては、特に限定するもので はないが、セラミックゃ榭脂など力もなるものにできる。
[0024] 具体的には、上記パッケージは、たとえばアルミナなどのセラミック層が複数積層さ れた積層基板として構成されており、各セラミック層の表面や各セラミック層に形成さ れたスルーホールの内部に配線が形成されたものにできる。
[0025] そして、このパッケージの配線あるいはパッケージ内の回路チップと加速度センサ 素子 100を構成する半導体基板 10とが、ボンディングワイヤ 200により結線されるこ とにより、加速度センサ素子 100と上記パッケージあるいは上記回路チップとが電気 的に接続される。
[0026] 次に、図 2〜図 4を参照して、加速度センサ素子 100について説明する。この加速 度センサ素子 100は、半導体基板 10に周知のマイクロマシン力卩ェを施すことによつ て形成されるものである。
[0027] 本例では、加速度センサ素子 100を構成する半導体基板 10は、図 3および図 4に 示されるように、第 1の半導体層としての第 1シリコン基板 11と第 2の半導体層として の第 2シリコン基板 12との間に、絶縁層としての酸ィ匕膜 13を有する矩形状の SOI (シ リコンオンインシュレータ）基板 10である。
[0028] ここで、本実施形態では、酸ィ匕膜 13を含めて第 1シリコン基板 11は、支持基板とし て構成されている。つまり、第 1シリコン基板 11の一面は酸ィ匕膜 13として構成されて おり、この支持基板である第 1シリコン基板 11の一面側に半導体層としての第 2シリコ ン基板 12が設けられた形となっている。
[0029] 第 2シリコン基板 12には、その厚さ方向に貫通する溝 14を形成することにより、この 溝 14によって区画されたパターン、すなわち、可動部としての可動体 20および固定 部 30、 40よりなる櫛歯形状を有する梁構造体が形成されて ヽる。
[0030] また、第 2シリコン基板 12のうち上記梁構造体 20〜40の形成領域に対応した部位 、すなわち、図 2A中の破線の矩形 15に示される部位は、酸化膜 13と離間して位置 するように薄くなつている（図 3、図 4参照)。
[0031] この矩形 15の部分は、第 2シリコン基板 12における薄肉部 15ということにする。つ まり、この薄肉部 15は、支持基板である第 1シリコン基板 11の一面すなわち酸ィ匕膜 1
3とはギャップを介して配置されて 、る。
[0032] この加速度センサ素子 100において、薄肉部 15としての可動体 20は、細長四角形 状の錘部 21の両端力 パネ部 22を介してアンカー部 23aおよび 23bに一体に連結 された構成となっている。
[0033] これらアンカー部 23aおよび 23bは、図 4に示されるように、酸化膜 13に固定されて おり、酸ィ匕膜 13を介して支持基板としての第 1シリコン基板 11上に支持されている。 これによつて、薄肉部 15である錘部 21およびパネ部 22は、酸化膜 13から離間した 状態となっている。
[0034] ここでは、パネ部 22は、図 2Aに示されるように、平行な 2本の梁がその両端で連結 された矩形枠状をなしており、 2本の梁の長手方向と直交する方向に変位するパネ 機能を有するものである。
[0035] 具体的に、パネ部 22は、図 2A中の矢印 X方向の成分を含む加速度を受けたとき に錘部 21を基板面水平方向にて矢印 X方向へ変位させるとともに、加速度の消失に 応じて元の状態に復元させるようになって!/、る。
[0036] よって、このようなパネ部 22を介して SOI基板 10に連結されている可動体 20は、酸 化膜 13すなわち支持基板である第 1シリコン基板 11上において、加速度の印加に 応じて基板水平方向にて上記矢印 X方向へ変位可能となって 、る。
[0037] また、図 2Aに示されるように、可動体 20は、薄肉部 15としての櫛歯状の可動電極 24を備えている。この可動電極 24は、上記錘部 21の長手方向（矢印 X方向）と直交 した方向にて、錘部 21の両側面から互 、に反対方向へ延びる梁形状をなす複数本 のものである。
[0038] 言い換えれば、可動電極 24は、上記錘部 21の長手方向（パネ部 22の変位方向、 矢印 X方向）を配列方向とし、この配列方向に沿って櫛歯状に複数本配列されたもの となっている。
[0039] 図 2では、可動電極 24は、錘部 21の左側および右側にそれぞれ 4個ずつ突出して 形成されており、各可動電極 24は断面矩形の梁状に形成されて、酸ィ匕膜 13から離 間した状態となっている。
[0040] このように、各可動電極 24は、パネ部 22および錘部 21と一体的に形成されること により、パネ部 22および錘部 21とともに、基板面水平方向にて矢印 X方向へ変位可 能となっている。
[0041] また、図 2A〜図 4に示されるように、固定部 30、 40は、薄肉部 15の外周部のうちァ ンカ一部 23a、 23bが支持されていないもう 1組の対向辺部の外周にて、酸化膜 13 に固定されている。そして、固定部 30、 40は、酸ィ匕膜 13を介して第 1シリコン基板 11 上に支持されている。
[0042] 図 2Aにおいて、錘部 21の左側に位置する固定部 30は、左側固定電極 31および 左側固定電極用配線部 32とカゝら構成されている。一方、図 2Aにおいて、錘部 21の 右側に位置する固定部 40は、右側固定電極 40および右側固定電極用配線部 42と から構成されている。
[0043] 本例では、図 2Aに示されるように、それぞれの固定電極 31、 41は薄肉部 15であり 、可動電極 24における櫛歯の隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列されたもの となっている。
[0044] ここで、図 2Aにおいては、錘部 21の左側については、個々の可動電極 24に対し て矢印 X方向に沿って上側に左側固定電極 31が設けられており、一方、錘部 21の 右側については、個々の可動電極 24に対して矢印 X方向に沿って下側に右側固定 電極 41が設けられている。
[0045] このように、基板面水平方向において個々の可動電極 24に対して、それぞれ固定 電極 31、 41が対向して配置されており、各対向間隔において、可動電極 24の側面（ つまり検出面）と固定電極 31、 41の側面（つまり検出面）との間に容量を検出するた めの検出間隔が形成されて!ヽる。
[0046] また、左側固定電極 31と右側固定電極 41とは、それぞれ互いに電気的に独立して いる。そして、各固定電極 31、 41は、可動電極 24に対して略平行に延びる断面矩 形の梁状に形成されて ヽる。
[0047] ここで、左側固定電極 31および右側固定電極 41は、それぞれ、酸ィ匕膜 13を介し て第 1シリコン基板 11に固定されて ヽる各固定電極用配線部 32、 42に片持ち状に 支持された状態となっている。そして、各固定電極 31、 41は、酸化膜 13から離間し た状態となっている。
[0048] このように、本例においては、左側固定電極 31および右側固定電極 41については 、それぞれの複数本の電極が、電気的に共通した各配線部 32、 42にまとめられた形 となっている。
[0049] また、左側固定電極用配線部 32および右側固定電極用配線部 42の所定位置は、 上記ボンディングワイヤ 200が接続される部位である接続部 30a、 40aとして構成さ れている。
[0050] ここでは、左側固定電極用配線部 32および右側固定電極用配線部 42が、それぞ れ半導体基板 10の周辺部まで引き出されており、それぞれ、左側固定電極用の接 続部 30aおよび右側固定電極用の接続部 40aが形成されている。
[0051] また、一方のアンカー部 23bと一体に連結された状態で、可動電極用配線部 25が 形成されており、この配線部 25上の所定位置は、ボンディングワイヤ 200が接続され る部位である接続部、すなわち可動電極用の接続部 25aとして構成されている。
[0052] なお、加速度センサ素子 100を構成する半導体基板 10においては、ボンディング ワイヤ 200が接続される接続部は、この図 2Aに示される各接続部 25a、 30a、 40a以 外にも、実際には複数個存在する。そして、そのボンディングワイヤ 200の接続形態 は、たとえば、上記図 1に示されるようなものとなる。
[0053] また、上述したように、この加速度センサ素子 100は、単独あるいは回路チップなど とともに、上記パッケージに搭載され、ノ ッケージの配線あるいはパッケージ内の回 路チップと加速度センサ素子 100における半導体基板 10とが、ボンディングワイヤ 2 00により結線されることにより、加速度センサ素子 100と上記パッケージとの電気的 接続、または加速度センサ素子 100と上記回路チップとの電気的接続が行われる。
[0054] ここで、図 1に示されるように、加速度センサ素子 100においては、半導体基板 10 における上記接続部 25a、 30a、 40a (図 2A参照）などの接続部に導電性の材料で ある金属よりなるボンディングワイヤ 200が接続されている。本例では、アルミニウム（ A1)力 なるボンディングワイヤ 200として!/、る。 [0055] そして、本実施形態の加速度センサ SIにお 、ては、接続部材としてのボンディング ワイヤ 200は、半導体基板 10の表面に直接接触しており、この接触部においてボン デイングワイヤ 200を構成する導電性の材料と半導体基板 10を構成する半導体とが 反応してなる反応生成物 300を形成することにより、ボンディングワイヤ 200と半導体 基板 10とが、電気的に接続されている。
[0056] ここで、本例では、接続部材としてのボンディングワイヤ 200を構成する金属は Are あり、半導体基板 10を構成する半導体はシリコン (Si)であり、反応生成物 300は A1
- Siからなる Al— Si反応層 300である。
[0057] 次に、本実施形態の加速度センサ S1の検出動作について説明する。本実施形態 では、加速度の印加に伴う可動電極 24と固定電極 31、 41との間の静電容量変化に 基づ 、て加速度を検出するようになって!/、る。
[0058] 上述したように、加速度センサ素子 100においては、個々の可動電極 24の側面（ つまり検出面）に対してそれぞれ固定電極 31、 41の側面（つまり検出面）が対向して 設けられており、これら両電極の側面の各対向間隔において、容量を検出するため の検出間隔が形成されて ヽる。
[0059] ここで、左側固定電極 31と可動電極 24との間隔に、検出容量として第 1の容量 CS
1が形成されており、一方、右側固定電極 41と可動電極 24との間隔に、検出容量と して第 2の容量 CS2が形成されて 、るとする。
[0060] そして、加速度センサ素子 100において、基板面水平方向において上記図 2中の 矢印 X方向へ加速度が印加されると、パネ部 22のパネ機能により、アンカー部を除く 可動体 20全体が一体的に矢印 X方向へ変位し、当該矢印 X方向への可動電極 24 の変位に応じて上記各容量 CS1、 CS2が変化する。
[0061] たとえば、上記図 2Aにおいて、可動体 20が、矢印 X方向に沿って下方へ変位した ときを考える。このとき、左側固定電極 31と可動電極 24との間隔は広がり、一方、右 側固定電極 41と可動電極 24との間隔は狭まる。
[0062] よって、可動電極 24と固定電極 31、 41による差動容量（CS1— CS2)の変化に基 づいて、矢印 X方向の加速度を検出することができる。具体的には、この容量の差 (C
S1 -CS2)に基づく信号が加速度センサ素子 100から出力信号として出力され、こ の信号は、上記パッケージ内に設けられた上記回路チップまたは外部回路にて処理 され、最終的に出力される。
[0063] 図 5は、本実施形態の加速度センサ S1における加速度を検出するための検出回 路 400の一例を示す回路図である。
[0064] この検出回路 400において、スィッチドキャパシタ回路（SC回路） 410は、容量が C fであるコンデンサ 411、スィッチ 412および差動増幅回路 413を備え、入力された容 量差 (CS1— CS2)を電圧に変換するものとなっている。
[0065] そして、本加速度センサ S1においては、たとえば、左側固定電極用の接続部 30a カゝら振幅 Vccの搬送波 1を入力し、右側固定電極用の接続部 40aから搬送波 1と位 相が 180° ずれた搬送波 2を入力し、 SC回路 410のスィッチ 412を所定のタイミング で開閉する。
[0066] そして、矢印 X方向の印加加速度は、下記の数式 1に示す様に、電圧値 V0として 出力される。
[0067] VO= (CS1 -CS2) -Vcc/Cf (数式 1)
このようにして、加速度の検出がなされる。
[0068] [製造方法]
このような加速度センサ素子 100は、たとえば、次のようにして製造することができる 。図 6Aから 6Cは、図 1に示される本実施形態の加速度センサ S1の製造方法を示す 工程図である。
[0069] まず、図 6Aに示されるように、半導体基板としての上記 SOI基板 10を用意し、この SOI基板 10の表面すなわち第 2シリコン基板 12の表面に、たとえば P (リン)や B (ボ ロン)などの高濃度不純物を注入、拡散してドープする。それにより、第 2シリコン基板 12の表面においては抵抗率が下がり、導電性が付与される。
[0070] そして、 SOI基板 10の第 2シリコン基板 (SOI層） 12にフォトリソグラフ技術を用いて 梁構造体に対応した形状のマスクを形成する。その後、たとえば CF
4や SF
6等のガス を用いてドライエッチング等にてトレンチエッチングを行い、溝 14を形成することによ つて、梁構造体 20〜40のパターンを一括して形成する。
[0071] 続いて、さらにエッチングを進め、サイドエッチングにより、さらに第 2シリコン基板 12 の下部を除去し、上記薄肉部 15を形成する。このようにして、素子部としてのリリース された可動体 20が SOI基板 10に設けられた加速度センサ素子 100を製造すること ができる。
[0072] なお、加速度センサ素子 100は、通常ウェハとしての SOI基板 10を用いて製造され るため、次に、加速度センサ素子 100をチップに分割する。そして、この加速度セン サ素子 100を、接着剤などを介して上記パッケージに固定し、ワイヤボンディングを 行うこと〖こより、上記ボンディングワイヤ 200を形成する。
[0073] このワイヤボンディング工程では、図 6Bに示されるように、ボンディングワイヤ 200を
SOI基板 10の表面すなわち第 2シリコン基板 12の表面に直接接触させ、この状態に おいて、これらボンディングワイヤ 200と SOI基板 10との接触部に熱処理を施す。
[0074] ここでは、具体的に、上記熱処理は、上記接触部すなわち SOI基板 10の表面にお ける上記接続部 25a、 30a、 40a等に、通常のワイヤボンディング法によってボンディ ングワイヤ 200を接触させ、図 6Bに示されるように、この接触部に対して局所的にレ 一ザ Rを照射することにより行う。
[0075] また、本実施形態では、接続部材はボンディングワイヤ 200である力 上記熱処理 は、 SOI基板 10の表面にワイヤボンディングを行うのと同時に実行してもよいし、もし くはワイヤボンディングを行った後に実行してもよ!/、。
[0076] つまり、上記レーザ Rの照射は、 SOI基板 10にボンディングワイヤ 200を接触させ た時点で同時に行ってもよいし、 SOI基板 10と上記パッケージや回路チップとのワイ ャボンディングによる結線が終了した後に行ってもよい。
[0077] それにより、図 6Cに示されるように、ボンディングワイヤ 200と SOI基板 10との接触 部においてボンディングワイヤ 200を構成する金属と SOI基板 10を構成する半導体 との反応生成物 300が形成される。
[0078] ここでは、ボンディングワイヤ 200を構成する A1と SOI基板 10を構成する Siと力 レ 一ザ Rの照射による加熱によって、固相反応を生じ、反応生成物としての A1— Si合 金力もなる Al— Si反応層 300が形成される。
[0079] こうして、半導体基板 10としての SOI基板 10への素子部 20の形成、および、接続 部材としてのボンディングワイヤ 200の接続が完了し、その後、上記パッケージによる 封止などを行う。それにより、上記図 1に示される本実施形態の加速度センサ S1がで きあがる。
[0080] [効果]
ところで、本実施形態によれば、半導体基板 10と、この半導体基板 10に設けられ た素子部 20と、半導体基板 10と電気的に接続され外部との電気的な接続を行うた めの導電性の材料よりなる接続部材 200とを備える半導体装置 S1にお 、て、接続部 材 200は半導体基板 10の表面に直接接触しており、この接触部において接続部材 200を構成する導電性の材料と半導体基板 10を構成する半導体とが反応した反応 生成物 300を形成することにより、接続部材 200と半導体基板 10とが電気的に接続 されて ヽることを特徴とする半導体装置 S 1が提供される。
[0081] このような特徴点を有する本実施形態の半導体装置によれば、接続部材 200を半 導体基板 10の表面に直接接触させ、この接触部にぉ ヽて接続部材 200を構成する 導電性の材料と半導体基板 10を構成する半導体との反応生成物 300を形成するこ とにより、接続部材 200と半導体基板 10とを電気的に接続しているため、従来のよう に、半導体基板に接続部材用の電極パッドを設けなくても、接続部材 200と半導体 基板 10との導通を適切に確保することができる。
[0082] ここで、図 7Aは、比較例としての加速度センサにおける加速度センサ素子の概略 平面図であり、図 7Bは、図 7Aの概略断面図である。この図 7Aおよび 7Bに示される ものは、本発明者が試作したものであり、半導体基板 10における接続部材 200の接 続部 25a、 30a、 40aに、 A1などにより電極パッド Pを形成している。それに対して、本 実施形態では、この電極パッド Pが不要となる。
[0083] したがって、本実施形態によれば、半導体基板 10と半導体基板 10に設けられた素 子部 20と外部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる接続部材 200と を備える半導体装置 S 1にお ヽて、接続部材用の電極パッドを不要として安価な構成 を実現することができる。
[0084] また、本実施形態では、素子部 20が、力学量である加速度の印加に伴 、半導体基 板 10に対して変位可能な可動体 20であるものとしており、それによつて半導体装置 としての加速度センサ S1を提供している。 [0085] また、このような本実施形態の加速度センサ SIにおいては、接続部材として、ボン デイングワイヤ 200を採用していることも特徴のひとつである。
[0086] さらに、本実施形態の加速度センサ S1においては、接続部材としてのボンディング ワイヤ 200を構成する導電性の材料を A1とし、半導体基板 10を構成する半導体を Si とすることによって、反応生成物として A1—S もなる Al— Si反応層 300としているこ とも特徴のひとつである。
[0087] つまり、 A1力もなるボンディングワイヤ 200を直接半導体基板 10の表面に打つこと により、ワイヤ 200と基板 10との界面に、ワイヤ 200を構成する A1と基板 10を構成す る Siとの合金 (アルミアロイ）が形成され、それによつて、ワイヤ 200と半導体基板 10と のォーミック接触による電気的な接続がなされている。
[0088] また、本実施形態によれば、上記図 6Aから 6Cに示したように、半導体基板 10を用 意し、半導体基板 10に素子部 20を設けるとともに、外部との電気的な接続を行うた めの導電性の材料よりなる接続部材 200を半導体基板 10に電気的に接続してなる 半導体装置の製造方法において、接続部材 200を半導体基板 10の表面に直接接 触させた状態で、この接触部に熱処理を施すことにより、前記接触部において接続 部材 200を構成する導電性の材料と半導体基板 10を構成する半導体とを反応させ て反応生成物 300を形成することを特徴とする半導体装置 S1の製造方法が提供さ れる。
[0089] それによれば、上記各図に示される本実施形態の半導体装置としての加速度セン サ S1を適切に製造可能な半導体装置の製造方法を提供することができる。
[0090] ここで、上記図 6A力 6Cに示されるように、本実施形態の半導体装置の製造方法 においては、前記熱処理は、接続部材 200と半導体基板 10との接触部に対して局 所的にレーザ Rを照射することにより行うものとしていることも特徴のひとつである。
[0091] また、上述したように、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、接続部 材がボンディングワイヤ 200である場合、上記熱処理は、半導体基板 10の表面にヮ ィャボンディングを行うのと同時に実行することも特徴のひとつである。
[0092] その一方で、上述したように、本実施形態の半導体装置の製造方法においては、 接続部材がボンディングワイヤ 200である場合、上記熱処理は、半導体基板 10の表 面にワイヤボンディングを行った後に実行することも特徴のひとつである。
[0093] [変形例]
ここで、本実施形態の種々の変形例について述べておく。図 8Aは、第 1の変形例 としての加速度センサにおける加速度センサ素子 100の概略平面図であり、図 8Bは 、図 8Aの概略断面図である。なお、以下の各変形例を示す図のうち断面図は、上記 図 2Bと同様に、加速度センサ素子 100における可動体 20を含む断面と接続部材 20 0の近傍の断面とを合成したモデル的な断面を示している。
[0094] 上記図 2Bに示される例では、接続部材 200は半導体基板 10の表面に直接接触し ており、この接触部において反応生成物 300を形成することにより、接続部材 200と 半導体基板 10とが電気的に接続されていたが、本第 1の変形例のように、反応生成 物が無 、ものであってもよ！/、。
[0095] 反応生成物が無!ヽ場合でも、半導体基板 10と接続部材 200との電気的な接続が 確保されているならば、圧着などによって、これら両者 10、 200が反応生成物無しで 接虫していればよい。
[0096] また、図 9Aは、本実施形態の第 2の変形例としての半導体装置である加速度セン サにおける加速度センサ素子 100の概略平面図であり、図 9Bは、図 9Aの概略断面 図である。
[0097] 図 9Aおよび 9Bに示されるように、本例においても、ボンディングワイヤ 200は半導 体基板 10の表面に直接接触しており、この接触部においてボンディングワイヤ 200 を構成する A1などの導電性の材料と半導体基板 10を構成する Siなどの半導体とが 、 Al— Si反応層など力もなる反応生成物 300を形成することにより、ボンディングワイ ャ 200と半導体基板 10とが電気的に接続されている。
[0098] そして、本例の加速度センサにおいても、上記図 1、図 2Aおよび 2Bに示される加 速度センサ S1と同様の効果が得られることは、もちろんである。
[0099] ここにおいて、本例の独自の構成として、図 9Aおよび 9Bに示されるように、半導体 基板 10において、第 1シリコン基板 11の周辺部において酸ィ匕膜 13および第 2シリコ ン基板 12がエッチングなどにより除去されており、第 1シリコン基板 11の周辺部が露 出している。そして、この第 1シリコン基板 11の露出部力 ボンディングワイヤ 200と接 続可能な接続部として構成されて 、る。
[0100] この場合、半導体基板 10においては、ボンディングワイヤ 200を接続する面が同一 平面ではなく段差を持ったものになる。
[0101] 一方、従来では、半導体基板にエッチングなどによって素子部を形成する前に、半 導体基板におけるボンディングワイヤとの接続部に、 A1などの導電体膜からなる電極 ノッドを形成しなければならな力つた。そのため、従来では、第 1シリコン基板 11に電 極パッドを形成することは難しぐこのような段差構造においてはワイヤボンディング が困難であった。
[0102] その点、図 9Aおよび 9Bに示される第 2の変形例によれば、第 1シリコン基板 11に 対しても、ボンディングワイヤ 200を第 1シリコン基板 11の表面に直接接触させ、この 接触部においてボンディングワイヤ 200を構成する金属と第 1シリコン基板 11を構成 する Siとの反応生成物 300を形成することにより、ボンディングワイヤ 200の電気的な 接続を容易に行うことができ、基板の電位をとることが可能となる。
[0103] また、図 10Aは、第 3の変形例としての加速度センサにおける加速度センサ素子 1 00の概略平面図であり、図 10Bは、図 10Aの概略断面図である。図 10に示されるも のは、上記図 9に示されるものにおいて、反応生成物が無いものとしたものである。そ して、上記各変形例においても、上記した本実施形態の効果を発揮できることはもち ろんである。
[0104] (第二実施形態）
なお、ボンディングワイヤ 200と半導体基板 200との接触部において、ボンディング ワイヤ 200を構成する導電性の材料が半導体基板 10の内部へくさび状に入り込ん だ形、 、わゆるアロイスパイクが発生して 、てもよ!/、。
[0105] この場合でも、ボンディングワイヤ 200と半導体基板 10との接触界面では、ボンディ ングワイヤ 200を構成する導電性の材料と半導体基板 10を構成する半導体とが、固 相反応を生じ、 Al— Si合金など力もなる反応物が形成され、それによつて、ボンディ ングワイヤ 200と半導体基板 10との電気的な接続がなされる。
[0106] また、上記実施形態では、半導体基板 10として SOI基板 10を用い、接続部材 200 として主として A1力もなるボンディングワイヤ 200を用いた例を示した力 半導体基板 10を構成する半導体とボンディングワイヤ 200を構成する導電性の材料との組み合 わせは、上記例に限定されるものではない。
[0107] つまり、これら半導体と導電性の材料との組み合わせは、これら両者による電気的 接続が確保されればよぐ好ましくは、固相反応が起こり上記反応生成物が形成でき ればよい。たとえば、半導体基板 10を構成する半導体としては、バルタの単結晶 Si や多結晶 Siやアモルファス Siであってもよ!/、し、 GaAsや GaNのような化合物半導体 であってもよい。
[0108] また、半導体基板 10への不純物のドーピングも、接続部材 200を構成する導電性 の材料との電気的接続ができればよぐその導電型については問わない。
[0109] また、上記実施形態では、接続部材として A1を例に説明したが、接続部材として用 いる導電性の材料としては、上記 A1以外にも、例えば金や銅などの金属、あるいは、 それらの合金、有機伝導体や半導体などであってもよい。ただし、熱処理の条件は、 半導体基板 10と接続部材との界面で、上記固相反応が起こる条件であることが望ま しい。
[0110] また、上記実施形態では、半導体基板 10とボンディングワイヤ 200との接続部を局 所的に加熱する例を示したが、たとえば、半導体基板 10側にヒータなどを設け、半導 体基板 10を全体的に加熱する方法でもよい。この場合にも、この熱処理は、半導体 基板 10の表面にワイヤボンディングを行うのと同時力、もしくはワイヤボンディングを 行った後に実行することができる。
[0111] また、接続部材 200としては、ボンディングワイヤ 200に限定されるものではない。
たとえば、ボールボンディングなどにより半導体基板 10の表面に形成されるバンプな どを、接続部材として適用することもできる。さらには、ボンディングワイヤ等を介さず 、リードフレームを直接半導体基板 10に接触させて、電気的に接続してもよい。
[0112] 図 11は、第二実施形態として、接続部材としてのリードフレーム 210を用いた場合 の加速度センサにおける加速度センサ素子の概略平面図である。
[0113] 図 11に示される加速度センサでは、加速度センサ素子 100の周囲にリードフレー ム 210が配置され、そのリードフレーム 210と、加速度センサ素子 100を構成する半 導体基板 10とが電気的に接続されている。 [0114] ここで、リードフレーム 210は、導電性を有する通常のリードフレーム材料より構成さ れたものであり、例えば銅や 42ァロイなどにより構成されたものである。そして、図 11 に示される例では、リードフレーム 210を構成する導電性の材料と半導体基板 10を 構成する半導体とが反応した反応生成物 300が形成されている。
[0115] 具体的に、本例のリードフレーム 210の接続は、上記実施形態に示した製造方法 に準じてレーザ照射により行うことができる。そして、本例における反応生成物 300と しては、例えば Cu— Siあるいは Fe— Siなどよりなるものにできる。なお、この図 11に 示されるものにぉ 、て、反応生成物が無 、ものとしてもよ 、。
[0116] また、上記実施形態では、半導体基板 10をチップに分割した状態で接続部材 200 のボンディングを行う例にっ 、て述べたが、基板状態すなわちウェハ状態におけるボ ンデイングにも、本発明は適用することができる。
[0117] また、上記実施形態のいずれの場合にも、接続部材をボンディングする前に接続 部を含む半導体基板の表面にレーザ照射を行い、当該基板表面に凹凸を形成する ことで、半導体基板と接続部材との接触面積を増やすことは有効である。
[0118] また、上記実施形態の加速度センサでは、 SOI基板 10において酸ィ匕膜 13を全域 に残したまま、第 2シリコン基板 12に薄肉部 15を形成することにより、可動体 20のリリ ースを行っているが、よく知られているように、 SOI基板 10において酸ィ匕膜 13を犠牲 層としたエッチングを行うことにより可動体 20のリリースを行うものであってもよい。
[0119] この犠牲層エッチングを採用した場合、第 2シリコン基板 12の厚さは、その全域で ほぼ均一であり、上記図 2に示される矩形 15の部分において酸ィ匕膜 13が除去される ことにより、可動部 20が支持基板力もリリースされることになる。
[0120] また、上記実施形態では、表面加工型の加速度センサ、すなわち、半導体基板 10 の表面側力もエッチングカ卩ェすることにより素子部としての可動体 20をリリースしてな るものについて述べた力 半導体基板 10の裏面、上記例では第 1シリコン基板 11か らのエッチングにより可動体をリリースさせるもの、すなわち、裏面カ卩ェ型の加速度セ ンサであってもよい。
[0121] また、上記実施形態では、素子部が、力学量の印加に伴い半導体基板に対して変 位可能な可動体であるものとして、加速度センサの例を述べたが、このような可動体 を素子部に持つものとしては、たとえば、可動体を駆動振動させ力学量としての角速 度が印加されたときにコリオリカによって可動体が検出振動を行うセンサ、すなわち 角速度センサ（ジャイロセンサ）であってもよい。
[0122] また、本発明に適用可能な半導体装置においては、半導体基板に素子部を設け た構成が採用されるが、この素子部は、半導体基板自身を半導体プロセスによりカロ ェして形成されたものでなくてもよぐたとえば、素子部としての別体の部品を半導体 基板上に接着などにより固定したものであっても力まわない。
[0123] つまり、本発明は、半導体基板上で金属膜による配線が不要な構成であるものに おいて有効であり、上記の加速度センサやジャイロセンサのような可動体センサだけ でなぐ半導体基板に形成された素子部として、拡散層からなるピエゾ抵抗素子や、 ホール素子を有するもの、あるいは発光ダイオードやレーザ等の発光素子を有するも の、さらには、太陽電池など他の半導体装置にも適用することができる。
[0124] また、上記した加速度センサの実施形態では、素子部 20が、溝 14による分離によ つて互いに分離されていたが、素子部の分離はこのような溝分離に限定されるもので はなぐ例えば PN接合により電気的に分離する方法や絶縁膜により分離する方法も 、適用が可能である。
[0125] (第三実施形態）
ここで、本発明の半導体装置として、圧力センサを用い素子部の分離を PN接合に より行った例を、図 12Aおよび 12Bに示す。図 12Aは圧力センサの概略平面図、図 12Bは、図 12Aの概略断面図である。なお、図 12Aでは、ゲージ 50および配線 51 が素子部を構成しており、識別のため、これらゲージ 50および配線 51にハッチング を施してある。
[0126] この圧力センサは、 Siなどよりなる半導体基板 10に素子部としてのゲージ 50およ び配線 51を設けてなるとともに、配線 51に接続部材としてのボンディングワイヤ 200 を電気的に接続することで構成されている。このボンディングワイヤ 200により、圧力 センサは外部の回路と電気的なやりとりが可能となって 、る。
[0127] ここでは、圧力センサには、エッチングなどにより形成されたダイァフラム 52が形成 されており、このダイアフラム 52にゲージ 50および配線 51が形成され、これらゲージ 50および配線 51によりブリッジ回路が構成されている。そして、圧力印加時にダイァ フラム 52が歪み、それによる上記ブリッジ回路の出力の変化に基づき、印加圧力が 検出されるようになって 、る。
[0128] このような圧力センサは、一般的な半導体ダイアフラム式のものである力 例えば、 半導体基板 10は N型シリコンであり、ゲージ 50および配線 51は、 B (ボロン）の注入. 拡散などにより形成された P型の拡散層である。
[0129] そして、配線 51にボンディングワイヤ 200が電気的に接続され、例えば Al— SUり なる反応生成物 300が形成されている。なお、半導体基板 10には、例えば N+層 53 が形成され、この N+層 53にもボンディングワイヤ 200が同様に接続されており、それ によって半導体基板 10を基準電位に維持できるようにして 、る。
[0130] この図 12Aおよび 12Bに示されるような半導体装置としての圧力センサによっても、 上記実施形態と同様に、半導体基板に接続部材用の電極パッドを設けなくても、接 続部材 200と半導体基板 10との導通を適切に確保することができる。
[0131] さらに、このような圧力センサにおいても、図 13Aおよび 13Bに示されるように、反 応生成物が無いものであってもよい。図 13Aおよび 13Bは、図 12Aおよび 12Bに示 されるものにおいて、反応生成物 300が無いものとした圧力センサの構成を示す図 であり、図 13Aは当該圧力センサの概略平面図、図 13Bは、図 13Aの概略断面図で ある。
[0132] (第四実施形態）
また、本発明の半導体装置としては、上記したもの以外にも、 MOSトランジスタや B IP (バイポーラトランジスタ）などであってもよい。このようなものにおいても、アナログ の用途やパワーの用途に対しては効果がある。
[0133] 一般的な MOSトランジスタを用いた例を図 14Aおよび 14Bに示しておく。図 14A は MOSトランジスタの概略平面図、図 14Bは図 14Aの XIV— XIV線の概略断面図で ある。半導体基板 10には、ゲート 60、ゲート配線 61、ソース 62およびドレイン 63が 形成されており、これらの各部 60〜63が素子部として構成されている。
[0134] ここで、例えばゲート 60、ゲート配線 61はポリシリコンよりなり、ソース 62およびドレ イン 63は N+層よりなる。また、図 14Bに示されるように、これら素子部 60〜63は、シ リコン酸ィ匕膜などの絶縁膜 64により分離されている。
[0135] そして、ゲート配線 61、ソース 62およびドレイン 63に対して、ボンディングワイヤ 20
0が電気的に接続され、例えば A1—SUりなる反応生成物 300が形成されている。
[0136] そして、この MOSトランジスタによっても、上記実施形態と同様に、半導体基板に 接続部材用の電極パッドを設けなくても、接続部材 200と半導体基板 10との導通を 適切に確保することができる。また、この場合も、反応生成物 300が無いものであって ちょい。
[0137] このように、本発明は、半導体基板と、半導体基板に設けられた素子部と、半導体 基板と電気的に接続され外部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる 接続部材とを備える半導体装置にぉ ヽて、接続部材を半導体基板の表面に直接接 触させることにより、接続部材と半導体基板とを電気的に接続したことを要部とするも のである。
[0138] さらに、本開示は、熱処理などにより、上記接触部において接続部材を構成する導 電性の材料と半導体基板を構成する半導体とを反応させて反応生成物を形成するこ とにより、接続部材と半導体基板とを電気的に接続することを第 2の要部とするもので あり、その他の部分については適宜、設計変更が可能である。
[0139] 本開示は、次の態様を含んでいる。
[0140] 本開示の第一の態様にぉ 、て、半導体装置は、半導体基板と、半導体基板に設け られた素子部と、半導体基板と電気的に接続され、外部との電気的な接続を行うため の導電性の材料よりなる接続部材とを備える。接続部材は半導体基板の表面に直接 接触しており、接続部材と半導体基板とが電気的に接続されている。
[0141] それによれば、接続部材を半導体基板の表面に直接接触させることにより、接続部 材と半導体基板とを電気的に接続しているため、従来のように、半導体基板に接続 部材用の電極パッドを設けなくても、接続部材と半導体基板との導通を適切に確保 することができる。
[0142] したがって、本発明によれば、半導体基板と半導体基板に設けられた素子部と外 部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる接続部材とを備える半導体 装置において、接続部材用の電極パッドを不要として安価な構成を実現することが できる。
[0143] 代案として、半導体装置は、さらに、反応生成部を有してもよい。反応生成部は、半 導体基板と接続部材との接触部に配置され、反応生成部は、接続部材を構成する 導電性の材料と半導体基板を構成する半導体とが反応した材料により形成されてい る。
[0144] 代案として、接続部材は、ボンディングワイヤであってもよ!/、。
[0145] 代案として、接続部材を構成する導電性の材料は A1であり、半導体基板を構成す る半導体は Siであり、反応生成部を構成する材料は、 A1— Siであってもよい。
[0146] 代案としては、素子部は、力学量の印加に伴い半導体基板に対して変位可能な可 動体を有してもよい。この場合、素子部は、力学量の印加に伴い半導体基板に対し て変位可能な可動体であるものにでき、加速度センサや角速度センサなどの力学量 センサに好適な態様を実現できる。
[0147] 本開示の第二の態様において、半導体装置の製造方法は、半導体基板を用意す る工程と、半導体基板に素子部を設ける工程と、外部との電気的な接続を行うための 導電性の材料よりなる接続部材を、半導体基板に電気的に接続する工程とを備える 。接続する工程は、接続部材を半導体基板の表面に直接接触させる工程と、この接 触部に熱処理を施すことにより、接触部において接続部材を構成する導電性の材料 と半導体基板を構成する半導体とを反応させ、反応生成部を形成する工程と、を含 む。
[0148] それによれば、上記した反応生成部を有する半導体装置を適切に製造可能な半 導体装置の製造方法を提供することができる。
[0149] 代案としては、熱処理は、接触部に対して局所的にレーザを照射することにより行 われてもよい。
[0150] 代案としては、接続部材は、ボンディングワイヤであり、熱処理は、半導体基板の表 面にワイヤボンディングを行うのと同時に実行されてもよ!、。
[0151] 代案としては、接続部材は、ボンディングワイヤであり、熱処理は、前記半導体基板 の表面にワイヤボンディングを行った後に実行されてもよい。
[0152] 代案としては、接続部材を構成する導電性の材料は A1であり、半導体基板を構成 する半導体は Siであり、反応生成部を構成する材料は Al— Siであってもよい。
本発明は、好適な実施例を参照して開示されたが、本発明が当該好適な実施例や その構造に限られるわけではないと理解される。本発明は、種々の変形例や等価な 配列を包含することを意図している。カロえて、単に一要素を多くあるいは少なく含むよ うな、好適な、あるいは、他の種々の組み合わせや形態もまた、本発明の範疇と射程 内に人る。

Claims

請求の範囲
[1] 半導体装置は、
半導体基板 (10)と、
半導体基板（10)に設けられた素子部（20)と、
半導体基板（10)と電気的に接続され、外部との電気的な接続を行うための導電性 の材料よりなる接続部材（200)とを備え、
接続部材 (200)は半導体基板（10)の表面に直接接触しており、
接続部材 (200)と半導体基板（10)とが電気的に接続されている。
[2] 請求項 1に記載の半導体装置は、さらに、
反応生成部（300)を有し、
反応生成部（300)は、半導体基板（10)と接続部材 (200)との接触部に配置され 反応生成部（300)は、接続部材 (200)を構成する導電性の材料と半導体基板 ( 1 0)を構成する半導体とが反応した材料により形成されている。
[3] 請求項 1又は 2に記載の半導体装置において、
接続部材（200)は、ボンディングワイヤ（200)である。
[4] 請求項 1ないし 3のいずれ力 1つに記載の半導体装置において、
接続部材（200)を構成する導電性の材料は A1であり、
半導体基板（10)を構成する半導体は Siであり、
反応生成部（300)を構成する材料は、 Al— Siである。
[5] 請求項 1ないし 4のいずれ力 1つに記載の半導体装置において、
素子部（20)は、力学量の印加に伴い半導体基板（10)に対して変位可能な可動 体（20)を有する。
[6] 半導体装置の製造方法は、
半導体基板 (10)を用意する工程と、
半導体基板（10)に素子部（20)を設ける工程と、
外部との電気的な接続を行うための導電性の材料よりなる接続部材 (200)を、半導 体基板（10)に電気的に接続する工程とを備え、 接続する工程は、
接続部材 (200)を半導体基板（10)の表面に直接接触させる工程と、 この接触部に熱処理を施すことにより、接触部において接続部材（200)を構成す る導電性の材料と半導体基板 (10)を構成する半導体とを反応させ、反応生成部 (3 00)を形成する工程と、を含む。
[7] 請求項 6に記載の半導体装置の製造方法において、
熱処理は、接触部に対して局所的にレーザを照射することにより行われる。
[8] 請求項 6または 7に記載の半導体装置の製造方法にぉ 、て、
接続部材（200)は、ボンディングワイヤ（200)であり、
熱処理は、半導体基板（10)の表面にワイヤボンディングを行うのと同時に実行され る。
[9] 請求項 6または 7に記載の半導体装置の製造方法にぉ 、て、
接続部材（200)は、ボンディングワイヤ（200)であり、
熱処理は、前記半導体基板（10)の表面にワイヤボンディングを行った後に実行さ れる。
[10] 請求項 6ないし 9のいずれ力 1つに記載の半導体装置の製造方法において、
接続部材（200)を構成する導電性の材料は A1であり、
半導体基板（10)を構成する半導体は Siであり、
反応生成部（300)を構成する材料は Al— Siである。
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