JP2730201B2 - 半導体加速度センサ - Google Patents
半導体加速度センサInfo
- Publication number
- JP2730201B2 JP2730201B2 JP1204187A JP20418789A JP2730201B2 JP 2730201 B2 JP2730201 B2 JP 2730201B2 JP 1204187 A JP1204187 A JP 1204187A JP 20418789 A JP20418789 A JP 20418789A JP 2730201 B2 JP2730201 B2 JP 2730201B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- acceleration sensor
- semiconductor
- silicon substrate
- base
- flip chip
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体加速度（振動）センサに関するも
のである。
のである。
［従来技術及び課題］ 従来、半導体加速度センサの感度を上げるために周辺
部のシリコンを重りとして使用しているものがあるが、
電気的な接続を取るためのワイヤーボンデイングの線が
長くなってしまい、大きな加速度を検出する時にワイヤ
が垂れ下がり接触したり切れたりする場合がある。又、
重りを大きくした加速度センサでは過大な加速度が加わ
った時に梁部が破壊するためにオイル中に入れてダンプ
させる等の対策を施していたが設計の自由度が低く、又
コストのかかるものになっている。
部のシリコンを重りとして使用しているものがあるが、
電気的な接続を取るためのワイヤーボンデイングの線が
長くなってしまい、大きな加速度を検出する時にワイヤ
が垂れ下がり接触したり切れたりする場合がある。又、
重りを大きくした加速度センサでは過大な加速度が加わ
った時に梁部が破壊するためにオイル中に入れてダンプ
させる等の対策を施していたが設計の自由度が低く、又
コストのかかるものになっている。
この発明の目的は、ワイヤーボンデイングのワイヤの
接触等を回避するとともに、過大な加速度が加わった時
に容易に可動部の破壊を防止することができる半導体加
速度センサを提供することである。
接触等を回避するとともに、過大な加速度が加わった時
に容易に可動部の破壊を防止することができる半導体加
速度センサを提供することである。
［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、梁
部と重り部とからなる可動部と、前記重り部に囲まれた
重り支持部とを有する半導体チップと、基台とを有し、
前記半導体チップの前記重り支持部と前記基台とが所定
高さを有するバンプを介して接合され、前記基台を過大
な加速度が加わった際の前記可動部のストッパとしてな
る半導体加速度センサを要旨とするものである。
部と重り部とからなる可動部と、前記重り部に囲まれた
重り支持部とを有する半導体チップと、基台とを有し、
前記半導体チップの前記重り支持部と前記基台とが所定
高さを有するバンプを介して接合され、前記基台を過大
な加速度が加わった際の前記可動部のストッパとしてな
る半導体加速度センサを要旨とするものである。
請求項２の発明は、請求項１において、前記バンプ
は、前記半導体チップ側および前記基台側の両方に設け
られた各々のバンプが接合されることで、前記所定高さ
を得るようにした半導体加速度センサを要旨とするもの
である。
は、前記半導体チップ側および前記基台側の両方に設け
られた各々のバンプが接合されることで、前記所定高さ
を得るようにした半導体加速度センサを要旨とするもの
である。
請求項３の発明は、請求項１あるいは２において、前
記基台には、信号処理回路が形成され、前記可動部の変
位に基づく検出信号が前記バンプを介して前記信号処理
回路に入力されるものである半導体加速度センサを要旨
とするものである。
記基台には、信号処理回路が形成され、前記可動部の変
位に基づく検出信号が前記バンプを介して前記信号処理
回路に入力されるものである半導体加速度センサを要旨
とするものである。
［作用］ 請求項１に記載の発明によれば、バンプにて電極の取
出しができるとともに、重りの重量を大きくでき、過大
な加速度が加わった際に、基台が半導体チップの可動部
のストッパとして働く。
出しができるとともに、重りの重量を大きくでき、過大
な加速度が加わった際に、基台が半導体チップの可動部
のストッパとして働く。
請求項２に記載の発明によれば、半導体チップ側およ
び前記基台側の両方に設けられた各々のバンプを接合す
ることで、所定高さを得る。
び前記基台側の両方に設けられた各々のバンプを接合す
ることで、所定高さを得る。
請求項３に記載の発明によれば、バンプを介して基台
に設けた信号処理回路に検出信号を入力する。
に設けた信号処理回路に検出信号を入力する。
［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って
説明する。
説明する。
第１図には本実施例の半導体加速度センサの断面を示
し、第２図には第１図におけるＡ−Ａ断面を示す。さら
に、第３〜第７図にはその製造工程を示す。
し、第２図には第１図におけるＡ−Ａ断面を示す。さら
に、第３〜第７図にはその製造工程を示す。
第３図において、例えば、Ｎ型で５〜20Ω・cmの（10
0）シリコン基板１に熱酸化膜２を0.1〜１μｍ形成す
る。このシリコン基板１に対しもう１枚の同様なＮ型シ
リコン基板３を、いわゆるウェハ直接接合で800〜1100
℃で１時間程度の熱処理により接合し、さらに、Ｎ型シ
リコン基板３を必要な厚さに鏡面研磨する。そして、所
定領域にボロン不純物を、例えばイオン注入で導入しP+
ピエゾ抵抗層４を第２図に示すように合計16個形成す
る。さらに、必要ならば半導体素子を形成し、IC回路部
等をＮ型シリコン基板３内に形成し、アルミ等での配線
層を形成する。尚、第３図において、3aは熱酸化膜であ
る。
0）シリコン基板１に熱酸化膜２を0.1〜１μｍ形成す
る。このシリコン基板１に対しもう１枚の同様なＮ型シ
リコン基板３を、いわゆるウェハ直接接合で800〜1100
℃で１時間程度の熱処理により接合し、さらに、Ｎ型シ
リコン基板３を必要な厚さに鏡面研磨する。そして、所
定領域にボロン不純物を、例えばイオン注入で導入しP+
ピエゾ抵抗層４を第２図に示すように合計16個形成す
る。さらに、必要ならば半導体素子を形成し、IC回路部
等をＮ型シリコン基板３内に形成し、アルミ等での配線
層を形成する。尚、第３図において、3aは熱酸化膜であ
る。
次に、シリコン基板１にエッチングにて所定の深さの
第１の凹部５を中央の重り支持部６を除き環状に形成す
る。このエッチングの際に、KOH等のアルカリエッチン
グ液又は弗硝酸系のエッチング液が使用される。その結
果、第３図に示すようになる。
第１の凹部５を中央の重り支持部６を除き環状に形成す
る。このエッチングの際に、KOH等のアルカリエッチン
グ液又は弗硝酸系のエッチング液が使用される。その結
果、第３図に示すようになる。
引き続き、第４図に示すように、第１の凹部５内での
シリコン基板１にエッチングにて熱酸化膜２に至る環状
の第２の凹部7aと、重り支持部６を除き環状の第２の凹
部7bを形成する。この場合、エッチングは熱酸化膜２に
おいて自動的に停止させることができる。
シリコン基板１にエッチングにて熱酸化膜２に至る環状
の第２の凹部7aと、重り支持部６を除き環状の第２の凹
部7bを形成する。この場合、エッチングは熱酸化膜２に
おいて自動的に停止させることができる。
続いて、第５図に示すように、シリコン基板８上に前
記シリコン基板１を配置し、両者1,8を400〜450℃の低
温でのウェハ直接接合で接合する。この際、シリコン基
板８の代りに、シリコンと熱膨張係数がほぼ等しいパイ
レックスガラス（商標名）を用い、陽極接合で接合して
もよい。そして、第２図及び第５図に示すようにフリッ
プチップ工程によりシリコン基板３上にピエゾ抵抗層４
と電気的に接続され所定高さを有する４つのフリップチ
ップバンプ９を形成する。同時に、シリコン基板３の外
周部に二重の環状の所定高さを有するフリップチップリ
ング10を形成する。尚、フリップチップバンプ９及びフ
リップチップリング10は例えばAl配線層上にTi,Ni層を
形成し、メッキにて所定の高さのCuの柱状部を形成し、
ハンダ層をそのまわりに形成することにより形成され
る。
記シリコン基板１を配置し、両者1,8を400〜450℃の低
温でのウェハ直接接合で接合する。この際、シリコン基
板８の代りに、シリコンと熱膨張係数がほぼ等しいパイ
レックスガラス（商標名）を用い、陽極接合で接合して
もよい。そして、第２図及び第５図に示すようにフリッ
プチップ工程によりシリコン基板３上にピエゾ抵抗層４
と電気的に接続され所定高さを有する４つのフリップチ
ップバンプ９を形成する。同時に、シリコン基板３の外
周部に二重の環状の所定高さを有するフリップチップリ
ング10を形成する。尚、フリップチップバンプ９及びフ
リップチップリング10は例えばAl配線層上にTi,Ni層を
形成し、メッキにて所定の高さのCuの柱状部を形成し、
ハンダ層をそのまわりに形成することにより形成され
る。
次に、第２図及び第６図に示すように半導体加速度セ
ンサの可動部を形成するために前記第２の凹部7aに連通
する環状の第３の凹部11aを形成するとともに、４つの
梁部12を除き第２の凹部7bに連通する第３の凹部11bを
形成する。その結果、重り部13、重り支持部６、ピエゾ
抵抗を有する梁部12及びそれらの周辺部にストッパ14が
形成される。
ンサの可動部を形成するために前記第２の凹部7aに連通
する環状の第３の凹部11aを形成するとともに、４つの
梁部12を除き第２の凹部7bに連通する第３の凹部11bを
形成する。その結果、重り部13、重り支持部６、ピエゾ
抵抗を有する梁部12及びそれらの周辺部にストッパ14が
形成される。
一方、第７図に示すように基台となるシリコン基板15
に半導体素子、コンタクト、配線層等を有するIC回路部
（図示略）を形成するとともに、電気特性等の調整用の
トリミング抵抗16、外部取り出し配線層17、外部取り出
し電極部18を形成する。さらに、シリコン基板15上に第
２のフリップチップバンプ19、第２のフリップチップリ
ング20を形成する。この第２のフリップチップバンプ19
及び第２のフリップチップリング20の位置は、第２図及
び第６図に示すセンサチップのフリップチップバンプ９
及びフリップチップリング10に対応する位置となってい
る。
に半導体素子、コンタクト、配線層等を有するIC回路部
（図示略）を形成するとともに、電気特性等の調整用の
トリミング抵抗16、外部取り出し配線層17、外部取り出
し電極部18を形成する。さらに、シリコン基板15上に第
２のフリップチップバンプ19、第２のフリップチップリ
ング20を形成する。この第２のフリップチップバンプ19
及び第２のフリップチップリング20の位置は、第２図及
び第６図に示すセンサチップのフリップチップバンプ９
及びフリップチップリング10に対応する位置となってい
る。
そして、第６図に示すセンサチップと第７図で示すシ
リコン基板15をハンダを介して接合することにより第１
図に示すように、半導体加速度センサの製造が完了す
る。その結果、フリップチップバンプ９と第２のフリッ
プチップバンプ19とが接合され、ピエゾ抵抗層４とシリ
コン基板15側に設けたIC回路とが電気的に接続される。
又、フリップチップリングと第２のフリップチップリン
グ20とが接合され、そのフリップチップリング10,20の
内側においては気密封止された状態となる。
リコン基板15をハンダを介して接合することにより第１
図に示すように、半導体加速度センサの製造が完了す
る。その結果、フリップチップバンプ９と第２のフリッ
プチップバンプ19とが接合され、ピエゾ抵抗層４とシリ
コン基板15側に設けたIC回路とが電気的に接続される。
又、フリップチップリングと第２のフリップチップリン
グ20とが接合され、そのフリップチップリング10,20の
内側においては気密封止された状態となる。
このように製造された加速度センサにおいては、可動
部（梁部12,重り部13）の加速度（振動）による上下方
向の動きに対してはシリコン基板８及びシリコン基板15
が、又、重り支持部６の捩じれ等に伴う左右及び前後方
向の動きに対してはストッパ部14がストッパとして働
く。即ち、可動部の可動範囲が、エッチングによる第１
の凹部５の深さl1、第２の凹部7a及び第３の凹部11aの
幅l2、及びフリップチップバンプ9,19及びフリップチッ
プリング10,20（特に、メッキで形成したCuの柱状部）
の高さで規定される距離l3により決定される。つまり、
上下方向に対しては距離l1,l3が、又、左右及び前後方
向に対しては距離l2を任意に設定することができる。
又、本実施例においては対向するフリップチップバンプ
等の両方にメッキで形成したCuの柱状部で形成される距
離l3を設定したが、片方のみにCuの柱状部を形成しても
よい。さらに、本実施例ではハンダ接続によるフリップ
チップバンプで説明したが、熱圧着等による他のバンプ
構造でも可能ある。
部（梁部12,重り部13）の加速度（振動）による上下方
向の動きに対してはシリコン基板８及びシリコン基板15
が、又、重り支持部６の捩じれ等に伴う左右及び前後方
向の動きに対してはストッパ部14がストッパとして働
く。即ち、可動部の可動範囲が、エッチングによる第１
の凹部５の深さl1、第２の凹部7a及び第３の凹部11aの
幅l2、及びフリップチップバンプ9,19及びフリップチッ
プリング10,20（特に、メッキで形成したCuの柱状部）
の高さで規定される距離l3により決定される。つまり、
上下方向に対しては距離l1,l3が、又、左右及び前後方
向に対しては距離l2を任意に設定することができる。
又、本実施例においては対向するフリップチップバンプ
等の両方にメッキで形成したCuの柱状部で形成される距
離l3を設定したが、片方のみにCuの柱状部を形成しても
よい。さらに、本実施例ではハンダ接続によるフリップ
チップバンプで説明したが、熱圧着等による他のバンプ
構造でも可能ある。
加速度検出時においては、同センサに加速度（振動）
が加わるとその加速度にてピエゾ抵抗層４のピエゾ効果
により印加された加速度の大きさに応じた信号がフリッ
プチップバンプ9,19を介してシリコン基板15のIC回路に
送られ、この回路にて増幅等の信号処理が行なわれ、外
部取出し電極部18から外部に出力される。又、半導体加
速度センサに過大な加速度（振動）が印加された場合に
は、可動部（梁部12,重り部13）に対し上下、左右、前
後方向においてストッパが機能して破壊が防止される。
が加わるとその加速度にてピエゾ抵抗層４のピエゾ効果
により印加された加速度の大きさに応じた信号がフリッ
プチップバンプ9,19を介してシリコン基板15のIC回路に
送られ、この回路にて増幅等の信号処理が行なわれ、外
部取出し電極部18から外部に出力される。又、半導体加
速度センサに過大な加速度（振動）が印加された場合に
は、可動部（梁部12,重り部13）に対し上下、左右、前
後方向においてストッパが機能して破壊が防止される。
このように本実施例においては、半導体チップの片面
においてピエゾ抵抗層４を有する梁部12と重り部13とか
らなる可動部を形成し、この半導体チップの可動部がシ
リコン基板15（基台）に対向する状態で所定高さのフリ
ップチップバンプ9,19を介して半導体チップをシリコン
基板15上にボンディングし、シリコン基板15を過大な加
速度が加わった際の可動部のストッパとした。その結
果、フリップチップパンプ9,19に電極の取り出しができ
るとともにシリコン基板15をストッパとして使用でき、
さらにフリップチップパンプ9,19の高さを調整すること
により可動部（梁部12,重り部13）とシリコン基板15と
の距離l3を最適設計することができる。よって、ワイヤ
ーボンデイングのワイヤの接触等を回避するとともに、
過大な加速度が加わった時に容易に可動部の破壊を防止
することができることとなる。又、フリップチップリン
グ10,20によりチップの確実な支持ができるとともに気
密封止ができる。さらに、可動部の外周部にストッパ部
14を距離l2だけ離間して配置したので、重り支持部６の
捩じれ等に伴う左右方向及び前後方向の動きに対しては
ストッパ部14がストッパとして機能する。
においてピエゾ抵抗層４を有する梁部12と重り部13とか
らなる可動部を形成し、この半導体チップの可動部がシ
リコン基板15（基台）に対向する状態で所定高さのフリ
ップチップバンプ9,19を介して半導体チップをシリコン
基板15上にボンディングし、シリコン基板15を過大な加
速度が加わった際の可動部のストッパとした。その結
果、フリップチップパンプ9,19に電極の取り出しができ
るとともにシリコン基板15をストッパとして使用でき、
さらにフリップチップパンプ9,19の高さを調整すること
により可動部（梁部12,重り部13）とシリコン基板15と
の距離l3を最適設計することができる。よって、ワイヤ
ーボンデイングのワイヤの接触等を回避するとともに、
過大な加速度が加わった時に容易に可動部の破壊を防止
することができることとなる。又、フリップチップリン
グ10,20によりチップの確実な支持ができるとともに気
密封止ができる。さらに、可動部の外周部にストッパ部
14を距離l2だけ離間して配置したので、重り支持部６の
捩じれ等に伴う左右方向及び前後方向の動きに対しては
ストッパ部14がストッパとして機能する。
尚、この発明は上記実施例に限定されるものではな
く、例えば、第８図及び第９図（第８図のＢ−Ｂ断面）
に示すように、いわゆるハイブリッドICに用いられるア
ルミナ基板21に厚膜印刷や薄膜層により導体層を形成す
るとともに、シリコン基板23にIC回路22等を形成し、こ
れらの基板21,23を上記実施例と同様に配置してもよ
い。この際に、熱膨張係数をシリコンと同等な基板材料
（例えば、デビトロン（商標名）等）を用いれば広い温
度範囲にわたって使用することもできる。
く、例えば、第８図及び第９図（第８図のＢ−Ｂ断面）
に示すように、いわゆるハイブリッドICに用いられるア
ルミナ基板21に厚膜印刷や薄膜層により導体層を形成す
るとともに、シリコン基板23にIC回路22等を形成し、こ
れらの基板21,23を上記実施例と同様に配置してもよ
い。この際に、熱膨張係数をシリコンと同等な基板材料
（例えば、デビトロン（商標名）等）を用いれば広い温
度範囲にわたって使用することもできる。
［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、ワイヤーボン
デイングのワイヤの接触等を回避するとともに、過大な
加速度が加わった時に容易に可動部の破壊を防止するこ
とができ優れた効果を発揮する。
デイングのワイヤの接触等を回避するとともに、過大な
加速度が加わった時に容易に可動部の破壊を防止するこ
とができ優れた効果を発揮する。
第１図は本実施例の半導体加速度センサの断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は半導体加速度セン
サの製造工程を説明するための断面図、第４図は半導体
加速度センサの製造工程を説明するための断面図、第５
図は半導体加速度センサの製造工程を説明するための断
面図、第６図は半導体加速度センサの製造工程を説明す
るための断面図、第７図は半導体加速度センサの製造工
程を説明するための断面図、第８図は別例の半導体加速
度センサの断面図、第９図は第８図のＢ−Ｂ断面図であ
る。 ４はピエゾ抵抗層、９はフリップチップバンプ、12は梁
部、13は重り部、15は基台としてのシリコン基板。
図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は半導体加速度セン
サの製造工程を説明するための断面図、第４図は半導体
加速度センサの製造工程を説明するための断面図、第５
図は半導体加速度センサの製造工程を説明するための断
面図、第６図は半導体加速度センサの製造工程を説明す
るための断面図、第７図は半導体加速度センサの製造工
程を説明するための断面図、第８図は別例の半導体加速
度センサの断面図、第９図は第８図のＢ−Ｂ断面図であ
る。 ４はピエゾ抵抗層、９はフリップチップバンプ、12は梁
部、13は重り部、15は基台としてのシリコン基板。
Claims (3)
- 【請求項１】梁部と重り部とからなる可動部と、前記重
り部に囲まれた重り支持部とを有する半導体チップと、
基台とを有し、 前記半導体チップの前記重り支持部と前記基台とが所定
高さを有するバンプを介して接合され、前記基台を過大
な加速度が加わった際の前記可動部のストッパとしてな
る半導体加速度センサ。 - 【請求項２】前記バンプは、前記半導体チップ側および
前記基台側の両方に設けられた各々のバンプが接合され
ることで、前記所定高さを得るようにした請求項１に記
載の半導体加速度センサ。 - 【請求項３】前記基台には、信号処理回路が形成され、
前記可動部の変位に基づく検出信号が前記バンプを介し
て前記信号処理回路に入力されるものである請求項１あ
るいは２に記載の半導体加速度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204187A JP2730201B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 半導体加速度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1204187A JP2730201B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 半導体加速度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0367177A JPH0367177A (ja) | 1991-03-22 |
| JP2730201B2 true JP2730201B2 (ja) | 1998-03-25 |
Family
ID=16486277
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1204187A Expired - Lifetime JP2730201B2 (ja) | 1989-08-07 | 1989-08-07 | 半導体加速度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2730201B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011085591A (ja) * | 2010-11-10 | 2011-04-28 | Oki Semiconductor Co Ltd | 実装構造体 |
Families Citing this family (16)
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|---|---|---|---|---|
| JP2507840B2 (ja) * | 1991-07-19 | 1996-06-19 | 株式会社フジクラ | 半導体加速度センサ |
| DE19616014B4 (de) * | 1996-04-23 | 2006-04-20 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung von mikromechanische Strukturen aufweisenden Halbleiterbauelementen |
| CN1205840C (zh) * | 2000-01-27 | 2005-06-08 | 皇家菲利浦电子有限公司 | 有动圈和有该动圈连接引线的弹性支架单元的电声换能器 |
| JP4238724B2 (ja) | 2003-03-27 | 2009-03-18 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
| JP4337099B2 (ja) * | 2004-11-08 | 2009-09-30 | 日立金属株式会社 | 加速度センサ |
| JP4969822B2 (ja) * | 2004-12-06 | 2012-07-04 | 株式会社デンソー | センサ装置 |
| TWI310366B (en) * | 2005-11-25 | 2009-06-01 | Panasonic Elec Works Co Ltd | Wafer-level package structure, and sensor device obtained from the same |
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| KR100985453B1 (ko) | 2005-11-25 | 2010-10-05 | 파나소닉 전공 주식회사 | 센서 장치 및 그 제조 방법 |
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