(57)【要約】【課題】小型な構成であって複数の応力を同時に検知することが可能な半導体応力センサを提供することことを課題とする。【解決手段】圧力を検知する第１の応力検知ウェハ部１、加速度を検知する検知する第２の応力検知ウェハ部２、ならびに貫通配線ウェハ部３が縦方向に積層配置されて形成され、第２の応力検知ウェハ部２には、第１の応力検知ウェハ部１で検知された圧力に応じた電気信号をセンサ外部に出力する引き出し配線２４ａが形成され、貫通配線ウェハ部３には、引き出し配線２４ａに接続されて第１の応力検知ウェハ部１で検知された圧力に対応した電気信号をセンサ外部に出力する引き出し配線２４ｂと、第２の応力検知ウェハ部２で検知された加速度に対応した電気信号をセンサ外部に出力する引き出し配線３１が形成されて構成されることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の応力を検知する第１の応力検知ウェハ部と、
第２の応力を検知する第２の応力検知ウェハ部と、
前記第１の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する第１の引き出し配線と、前記第２の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する第２の引き出し配線が形成された配線ウェハ部とを有し、
前記第１の応力検知ウェハ部、前記第２の応力検知ウェハ部ならびに前記配線ウェハ部が積層配置されてなる
ことを特徴とする半導体応力センサ。
【請求項２】
第１の応力を検知する第１の応力検知ウェハ部と、
第２の応力を検知し、第２の応力を検知する検知部の変位を抑制する抑制部が上部に積層配置され、前記第１の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する引き出し配線が形成された第２の応力検知ウェハ部とを有し、
前記第１の応力検知ウェハ部と前記第２の応力検知ウェハ部とが積層配置されてなる
ことを特徴とする半導体応力センサ。
【請求項３】
前記第１の応力検知ウェハ部は、第１の応力として加速度または圧力を検知し、
前記第２の応力検知ウェハ部は、第２の応力として圧力または加速度を検知する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体応力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つのセンサで複数の物理量（応力）を検知する半導体応力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、圧力や加速度等の応力を検出するセンサの技術としては、例えば以下に示す文献に記載されたものが知られている（特許文献１参照）。この文献には、ベース板とカバー板との間に接合一体化されて、互いに直角なＸ，Ｙ，Ｚ３方向の加速度を同時に検出する３軸加速度センサが形成された発明が記載されている。
【特許文献１】特開平７−２７３３５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の応力センサでは、加速度などの１種類の応力しか検知できなかった。このため、加速度や圧力といった複数の応力の検知が要求される、例えば携帯電話やデジタルカメラをはじめとした携帯情報機器などの多機能化された機器に使用する場合には、加速度を検知する加速度センサ部と圧力を検知する圧力センサ部とを半導体の基台に対して横方向に並べて配置して応力センサを形成する必要があった。
【０００４】
このような構造体では、センサを小型化して他の半導体装置と複合集積化するには限界が生じ、携帯機器等の小型機器に搭載する際の障害になっていた。
【０００５】
そこで、本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型な構成であって複数の異なる応力を検知することが可能な半導体応力センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る半導体応力センサは、第１の応力を検知する第１の応力検知ウェハ部と、第２の応力を検知する第２の応力検知ウェハ部と、前記第１の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する第１の引き出し配線と、前記第２の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する第２の引き出し配線が形成された配線ウェハ部とを有し、前記第１の応力検知ウェハ部、前記第２の応力検知ウェハ部ならびに前記配線ウェハ部が積層配置されてなることを第１の特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る半導体応力センサは、第１の応力を検知する第１の応力検知ウェハ部と、第２の応力を検知し、第１の応力を検知する検知部の変位を抑制する抑制部が上部に積層配置され、前記第１の応力検知ウェハ部で検知された検知信号を出力する引き出し配線が形成された第２の応力検知ウェハ部とを有し、前記第１の応力検知ウェハと前記第２の応力検知ウェハ部とが積層配置されてなることを第２の特徴とする。
【０００８】
本発明に係る半導体応力センサは、上記第１の特徴または第２の特徴の半導体応力センサにおいて、前記第１の応力検知ウェハ部は、第１の応力として加速度または圧力を検知し、前記第２の応力検知ウェハ部は、第２の応力として圧力または加速度を検知することを第３の特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る第１の特徴の半導体応力センサは、異なる応力を検知する複数のセンサを縦方向に積層配置して構成することで、センサを小型化することが可能となる。
【００１０】
本発明に係る第２の特徴の半導体応力センサでは、第１の応力検知ウェハ部に抑制部を配置形成することで、抑制部により第１の応力を検知する検知部の変位を抑制することが可能となる。
【００１１】
本発明に係る第３の特徴の半導体応力センサでは、加速度と圧力の異なる応力を検知するセンサを小型化することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を用いて本発明を実施するための最良の実施例を説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は本発明の実施例１に係る半導体応力センサの構成を示す断面図であり、図２は正面図である。図１ならびに図２に示す実施例１の半導体応力センサは、第１の応力を検知する第１の応力検知ウェハ部１と、第２の応力を検知する第２の応力検知ウェハ部２と、貫通配線ウェハ部３とを備え、第２の応力検知ウェハ部２を挟んで第１の応力検知ウェハ部１と貫通配線ウェハ部３が積層配置されて形成されている。
【００１４】
第１の応力検知ウェハ部１は、第１の応力として圧力を検知する圧力センサの機能を有し、図３はその正面図である。第１の応力検知ウェハ部１は、矩形状のフレーム部１１の中央が薄膜化されて受圧部となるダイヤフラム部１２が形成されている。第１の応力検知ウェハ部１の下面（第２の応力検知ウェハ部２に接合されていない面）側から圧力を受けると、この圧力の物理量に応じてダイヤフラム部１２が上下方向に変位し、この変位を例えばダイヤフラム部１２の上面（第２の応力検知ウェハ部２が接合されている側の面）に形成されたピエゾ抵抗（図示せず）の抵抗値の変化量として検知し、この抵抗値の変化量を電気信号としてセンサ外部に取り出すことで、第１の応力検知ウェハ部１に印加された圧力を検知する。
【００１５】
第１の応力検知ウェハ部１は、第２の応力検知ウェハ部２が接合される側のフレーム部１１の表面に電気信号を外部に取り出す電極パッド部１３が配置形成されている、
第２の応力検知ウェハ部２は、第２の応力として加速度を検知する加速度センサの機能を有し、図４はその正面図である。第２の応力検知ウェハ部２は、矩形状のフレーム部２１の中央に、十字状に配置された４つのビーム部（センサ部）２２に接合されて支持された錘部２３が配置形成されている。この錘部２３は、第２の応力検知ウェハ部２に加速度が印加されると印加された加速度の物理量に応じて変位し、その変位はビーム部２２に伝達されてビーム部２２が歪み、この歪みを例えばビーム部２２の表面に形成されたピエゾ抵抗（図示せず）の抵抗値の変化量として検知し、この抵抗値の変化量を電気信号としてセンサ外部に取り出すことで、第２の応力検知ウェハ部２に印加された加速度を検知する。
【００１６】
第２の応力検知ウェハ部２は、そのビーム部２２が第２の応力検知ウェハ部２のフレーム部１１に接合されて第１の応力検知ウェハ部１に積層配置されている。
【００１７】
第２の応力検知ウェハ部２は、その周辺部にフレーム部２１ならびにビーム部２２を貫通する引き出し配線２４ａが形成されている。この引き出し配線２４ａの一方端は、第１の応力検知ウェハ部１の電極パッド部１３に電気的に接合され、他方端は第２の応力検知ウェハ部２におけるフレーム部２１の表面（貫通配線ウェハ部３が接合される側の面）に配置形成された電極パッド部２５に電気的に接合され、第１の応力検知ウェハ部１で得られた電気信号をセンサ外部に出力する配線の一部を構成する。
【００１８】
貫通配線ウェハ部３は、第２の応力検知ウェハ部２のフレーム部２１に接合されて第２の応力検知ウェハ部２に積層配置されて形成され、引き出し配線３１、ならびに先の引き出し配線２４ａに接続される引き出し配線２４ｂがウェハを貫通して形成されている。
【００１９】
引き出し配線３１は、その一方端が貫通配線ウェハ部３の表面に形成された対応する電極パッド部３２に電気的に接合され、他方端が第２の応力検知ウェハ部２の表面に配置形成された対応する電極パッド部２６に電気的に接合され、第２の応力検知ウェハ部２で得られた先の電気信号をセンサ外部に出力する。
【００２０】
引き出し配線２４ｂは、その一方端が貫通配線ウェハ部３の表面に形成された対応する電極パッド部３３に電気的に接合され、他方端が第２の応力検知ウェハ部２に形成された電極パッド部２５に接合され、これにより第２の応力検知ウェハ部２に形成された引き出し配線２４ａと電気的に接続され、第１の応力検知ウェハ部１で得られた先の電気信号をセンサ外部に出力する。
【００２１】
このような積層構造は、各ウェハ部を構成する半導体の例えばシリコンウェハ同士を直接接合する従来から知られたウェハ直接接合技術を用いて各ウエハが接合されて形成される。その際に、各ウェハ部の各電極パッド部は、位置合わせされた後電極パッド部を構成する金属の例えば金（Ａｕ）同士を直接接合する金属接合技術を用いて接合される。各ウェハが接合された後、ウェハをダイシングして個々の半導体応力センサにチップ化される。
【００２２】
このような積層構造は、ウェハ状態のままで配線や電極の形成と樹脂封止を行なうことを可能にしたＷＬＰ（ウェハー・レベル・パッケージ）の実装技術を用いることで、容易に製造することが可能である。
【００２３】
このように、加速度センサと圧力センサとの、検知する物理量（応力）が異なる２つの応力センサを、ウェハ面に対して縦方向に積層配置して一体化することで、従来のように半導体ウェハ上に２つのセンサを横方向に並列配置する場合に比べて、センサの面積を格段に縮小することが可能となる。また、縦方向の厚みは、各センサ自体が薄膜化されているので、並列配置する構成に比べて、さほど厚くはならない。これにより、複数の物理量を検知する半導体応力センサを従来に比べて小型化することが可能となり、携帯機器等の小型機器の実装に好適なセンサを提供することができる。また、１枚のウェハ上に２つのセンサを積層配置することで、並列配置する場合に比べて集積度を高められることが可能となる。
【００２４】
なお、この実施例１では、第１の応力検知ウェハ部１を圧力センサとし、第２の応力検知ウェハ部２を加速度センサとしているが、第１の応力検知ウェハ部１を加速度センサとし、第２の応力検知ウェハ部２を圧力センサとして構成してもよい。すなわち、図１において、第１の応力検知ウェハ部１と第２の応力検知ウェハ部２との上下積層位置を入れ替えて、図１に示す構造の圧力センサとして機能する第１の応力検知ウェハ部１を挟んで図１に示す構造の加速度センサとして機能する第２の応力検知ウェハ部２と貫通配線ウェハ部３とを積層配置する。
【００２５】
このような構成においても、同様の効果を得ることが可能になると共に、第１の応力検知ウェハ部１を構成する圧力センサのダイヤフラム部１２で第２の応力検知ウェハ部２を構成する加速度センサの錘部２３の変動を抑制することが可能となる。さらに、第１の応力検知ウェハ部１を構成する圧力センサのフレーム部１１に第２の応力検知ウェハ部２を構成する加速度センサのビーム部２２が接合されるので、圧力センサのダイヤフラム部１２の下部を気密状態にすることが可能となり、圧力センサは絶対圧の変化を検知することが可能となる。
【実施例２】
【００２６】
図５は本発明の実施例２に係る半導体応力センサの構成を示す断面図であり、図６は正面図である。図１ならびに図２に示す実施例２の特徴とするところは、先の図１に示す実施例１の構成に比べて、図１に示す貫通配線ウェハ部３に代えて、ストップガラス４１をダイボンド法により形成されるダイボンド部４２を介して第２の応力検知ウェハ部２に接合して配置したことにある。
【００２７】
なお、第１の応力検知ウェハ部１の圧力センサで得られた電気信号は、実施例１と同様に第２の応力検知ウェハ部２を貫通して形成された引き出し配線２４ａによりセンサ外部に出力され、第２の応力検知ウェハ部２の加速度センサで得られた電気信号は、図示されていないが第２の応力検知ウェハ部２の表面に形成された電極パッド部からセンサ外部に出力される。
【００２８】
このような構成においては、先の実施例１と同様の効果を得ることが可能になると共に、ストップガラス４１は第２の応力検知ウェハ部２が加速度を検知する錘部２３の上方向の変位を抑制する抑制部材として機能し、このストップガラス４１により第２の応力検知ウェハ部２の錘部２３の上側（ストップガラス４１側）方向の変位を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例１に係る半導体応力センサの構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る半導体応力センサの構成を示す正面図である。
【図３】本発明の実施例１に係る半導体応力センサにおける第１の応力検知ウェハ部１の構成を示す正面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る半導体応力センサにおける第２の応力検知ウェハ部２の構成を示す正面図である。
【図５】本発明の実施例２に係る半導体応力センサの構成を示す断面図である。
【図６】本発明の実施例２に係る半導体応力センサの構成を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…第１の応力検知ウェハ部
２…第２の応力検知ウェハ部
３…貫通配線ウェハ部
１１，２１…フレーム部
１２…ダイヤフラム部
１３，２５，２６，３２，３３…電極パッド部
２２…ビーム部
２３…錘部
２４ａ、２４ｂ，３１…引き出し配線
４１…ストップガラス
４２…ダイボンド部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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