(57)【要約】【課題】スタック構造型のセンサ装置において、センサチップへの接着剤の這い上がりを防止しつつ、メンブレン下の凹部内の空気の熱膨張を防止する。【解決手段】一面１１側に凹部１３を形成するとともに他面１２側にて凹部１３を覆うようにメンブレン２０を形成してなるセンサチップ１０を、その一面１１側にて接着剤３０を介して回路チップ４０に搭載してなるセンサ装置Ｓ１において、接着剤３０として接着フィルムが用いられており、凹部１３内の空間と外部とを連通する連通路３１が形成されるように接着剤３０が配置されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１１）側に凹部（１３）を形成するとともに他面（１２）側にて前記凹部を覆うようにメンブレン（２０）を形成してなるセンサチップ（１０）を、前記一面側にて接着剤（３０）を介して回路チップ（４０）に搭載してなるセンサ装置において、
前記接着剤として接着フィルムが用いられており、
前記凹部内の空間と外部とを連通する連通路（３１）が形成されるように前記接着剤が配置されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記接着剤（３０）は、前記凹部（１３）の外周部に配置されるとともにその一部が切欠き部（３１）となっており、この切欠き部が前記連通路として構成されていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メンブレンを有するセンサチップを、接着剤を介して回路チップに搭載してなるセンサ装置、いわゆるスタック構造型のセンサ装置に関し、例えば、赤外線センサ、湿度センサ、ガスセンサ、エアフローセンサ等に適用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
この種のスタック構造型のセンサ装置は、メンブレンを有するセンサチップを、接着剤を介して回路チップに搭載してなるものである。
【０００３】
センサチップとしては、一般にシリコン等の半導体基板の一面側にエッチング等により凹部を形成するとともに、この凹部を覆うように、半導体基板の他面側にて半導体基板自身あるいは各種絶縁膜等からなるメンブレンを形成したものが知られている。
【０００４】
ここで、図３は、従来の加速度センサや角速度センサに用いられるスタック構造型のセンサ装置を示す概略断面図である。回路チップ４０の上に、接着剤３０を介してセンサチップ１０が搭載されている。
【０００５】
センサチップ１０の一面１１側には凹部１３が形成され、他面１２側にはこの凹部１３を覆うようにメンブレン２０が形成されている。そして、メンブレン２０には、一般に知られている静電容量検出を行うための櫛歯構造を有するセンシング部２０ａが形成されている。このようなスタック構造型のセンサ装置は、実装面積を小さくし、コストダウンを図れるという利点がある。
【０００６】
また、このようなメンブレン２０に櫛歯構造を形成したものでは、櫛歯の隙間がセンサチップの表裏に空気を流す通路となっている。そのため、実装時もしくは熱履歴の影響する工程において、センサチップ１０におけるメンブレン２０下方の凹部１３内の空気が暖められても、上記櫛歯の隙間から空気が逃げるため、凹部１３内の圧力変化は無かった。
【０００７】
しかしながら、赤外線センサや圧力センサ等のメンブレンによって凹部が密閉空間となるタイプのセンサ装置においては、実装時もしくは熱履歴の影響する工程において、空気の熱膨張によりメンブレンに応力が作用し破壊する可能性がある。
【０００８】
一方で、パッケージ上にセンサチップを搭載する場合において、パッケージにおけるチップ搭載面の一部に凸部を設けこの凸部上にセンサチップを搭載する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、従来では、接着剤としては、ダイボンドペースト等の液状接着剤を用いている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−３３３４１号公報
【００１０】
【特許文献２】
特開平７−５８３１４号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したパッケージにおけるチップ搭載面に凸部を設ける技術をスタック構造型のセンサ装置に準用した場合、凸部以外の部分ではセンサチップと回路チップとの間に隙間ができ、凹部内の空気の熱膨張は防止できるものの、回路チップに凸部を設けることになり、回路チップの加工等が困難である。
【００１２】
また、接着剤として液状接着剤を用いると、センサチップの搭載時にセンサチップへの接着剤の這い上がりが生じ、検出部であるメンブレンに付着してセンサの性能低下を招く。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題に鑑み、スタック構造型のセンサ装置において、センサチップへの接着剤の這い上がりを防止しつつ、メンブレン下の凹部内の空気の熱膨張を防止することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、一面（１１）側に凹部（１３）を形成するとともに他面（１２）側にて凹部を覆うようにメンブレン（２０）を形成してなるセンサチップ（１０）を、その一面側にて接着剤（３０）を介して回路チップ（４０）に搭載してなるセンサ装置において、接着剤として接着フィルムが用いられており、凹部内の空間と外部とを連通する連通路（３１）が形成されるように接着剤が配置されていることを特徴とする。
【００１５】
それによれば、凹部内の空間と外部とが連通する連通路が形成されるように接着剤が配置されており、この形成された連通路によって凹部内が非密閉空間となる。また、接着剤として接着フィルムを用いるため、センサチップの回路チップへの搭載時において、液状接着剤のような這い上がりは無くなる。
【００１６】
このように、本発明によれば、スタック構造型のセンサ装置において、センサチップへの接着剤の這い上がりを防止しつつ、メンブレン下の凹部内の空気の熱膨張を防止することができる。
【００１７】
ここで、請求項２に記載の発明のように、接着剤（３０）は、凹部（１３）の外周部に配置されるとともにその一部が切欠き部（３１）となっており、この切欠き部が連通路として構成されているものにできる。
【００１８】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。本実施形態は、本発明のセンサ装置を、熱電対の起電力を利用したサーモパイル型の赤外線センサに適用したものとして説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、本発明の実施形態に係るセンサ装置Ｓ１の概略断面構成を示す図であり、図１（ｂ）は、（ａ）を上から視たものであってセンサチップ１０と接着剤３０との平面的な位置関係を示す一部省略図であり、接着剤３０には便宜上、斜線ハッチングを施してある。
【００２１】
センサチップ１０は、例えば単結晶シリコン基板からなり、このセンサチップ１０の一面１１側には、当該一面１１から凹んだ凹部１３がエッチング等により形成されている。この凹部１３の開口形状は、本例では図１（ｂ）に破線で示すように矩形をなしている。
【００２２】
そして、センサチップ１０の他面１２上のほぼ全域には、各種配線や膜等を積層してなる薄膜層２０’が設けられ、この薄膜層２０’のうち上記凹部１３を覆っている部位がメンブレン２０として構成されている。この薄膜層２０’の構成について説明する。
【００２３】
図１（ａ）に示すように、薄膜層２０’は、センサチップ１０の他面１２側から、シリコン窒化膜２１、シリコン酸化膜２２、多結晶シリコン配線２３、層間絶縁膜２４、アルミ配線２５、および保護膜２６が順次積層されてなるものである。
【００２４】
図１（ａ）に示すように、シリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２は、センサチップ１０の一面１１上のほぼ全域に形成されている。これらシリコン酸化膜２１およびシリコン窒化膜２２はＣＶＤ法等により成膜され、絶縁膜として構成されるものである。
【００２５】
多結晶シリコン配線２３は、シリコン酸化膜２２の上に形成されており、図１（ａ）に示すように、凹部１３の中央部から凹部１３の外側の基板部分に渡って形成されている。この多結晶シリコン配線２３は、ＣＶＤ法等により成膜されたもので、例えば配線抵抗を下げるために不純物を導入したＮ＋型の多結晶シリコンである。
【００２６】
層間絶縁膜２４は、図１（ａ）に示すように、多結晶シリコン配線２３の上および多結晶シリコン配線２３が形成されていないシリコン酸化膜２２の上に、形成されている。この層間絶縁膜２４は、薄膜層２０’内の各種配線の電気的絶縁を行うものであり、例えば、ＣＶＤ法等により成膜された、ボロン酸化物とリン酸化物を添加したシリコン酸化膜（ＢＰＳＧ膜）よりなる。
【００２７】
アルミ配線２５は、層間絶縁膜２４の上に形成されており、隣接する多結晶シリコン配線２３の間を接続するように形成されている。このアルミ配線２５は、スパッタ法や蒸着法等により形成されたアルミニウムとシリコンの合金（Ａｌ−Ｓｉ）よりなり、アルミ配線２５は、層間絶縁膜２４に形成された開口部（コンタクトホール）を介して多結晶シリコン配線２３と電気的に接続されている。
【００２８】
実際には、複数本の多結晶シリコン配線２３およびアルミ配線２５が直列に接続されることによって、赤外線センサＳ１の熱電対が構成されている。その各配線の形状は、周知のサーモパイル型赤外線センサに準ずるものであり、両配線２３、２５の接合部２５ａにおいてゼーベック効果によって起電力が発生するようになっている。
【００２９】
そして、上記熱電対２３、２５の両端部のアルミ配線２５には、外部と電気的に接続するためのアルミパッド２５ｂが形成されている。そして、凹部１３上に位置する接合部２５ａが温接点、凹部１３の外側の基板部分に位置する接合部２５ａが冷接点となり、両接点の温度差に基づく上記熱電対２３、２５の電圧が、アルミパッド２５ｂを介して出力されるようになっている。
【００３０】
また、保護膜２６は、アルミ配線２５の上およびアルミ配線２５が形成されていない層間絶縁膜２４の上に、形成されている。この保護膜２６はＣＶＤ法等にて成膜されたシリコン窒化膜やＴＥＯＳ（テトラエチルオルソシリケート）膜等よりなる。また、この保護膜２６には、上記アルミパッド２５ｂを露出させるための開口部が形成されている。
【００３１】
以上のように、薄膜層２０’は、各配線および各膜２１〜２６により構成されている。また、図１（ａ）に示すように、薄膜層２０’におけるメンブレン２０の上には、赤外線吸収膜２７が形成されている。この赤外線吸収膜２７は、凹部１３上の中央に相当する部位にて、上記温接点である接合部２５ａを覆うように形成されている。
【００３２】
この赤外線吸収膜２７は、赤外線を吸収して温接点の温度を効率よく上昇させるためのものであり、例えば、ポリエステル樹脂にカーボン（Ｃ）を含有させ焼き固めたものである。
【００３３】
このように、センサチップ１０は、一面１１側に凹部１３を形成するとともに他面１２側にて凹部１３を覆うようにメンブレン２０を形成してなるものである。
【００３４】
次に、上記センサチップ１０の製造方法の一例について説明する。まず、センサチップ１０となる単結晶シリコン基板（単結晶シリコンウェハ）を用意する。なお、本製造方法は、通常ウェハ状態にて行われ、該ウェハに上記センサチップ１０を複数個のチップ単位で製造した後、ダイシングカットするものである。
【００３５】
次に、センサチップ１０の他面１２上に、薄膜層２０’を形成する。本例では、まず、ＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜２１およびシリコン酸化膜２２を形成し、その上に、多結晶シリコンを成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングして多結晶シリコン配線２３を形成する。
【００３６】
次に、ＣＶＤ法等にて層間絶縁膜２４を成膜し、層間絶縁膜２４における所望の部位に、フォトリソグラフ法等により上記コンタクトホールを形成した後、スパッタ法や蒸着法等によりＡｌ−Ｓｉ膜を成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングしてアルミ配線２５および上記アルミパッド２５ｂを形成する。
【００３７】
次に、ＣＶＤ法等にて保護膜２６を成膜し、これをフォトリソグラフ法等によりパターニングして、上記アルミパッド２５ｂを露出させるための開口部を形成する。こうして、各配線および各膜２１〜２６によりなる薄膜層２０’が形成される。
【００３８】
次に、センサチップ（単結晶シリコン基板）１０の一面１１を、エッチングすることにより、凹部１３を形成する。例えば、単結晶シリコン基板１０の一面１１とは反対側の他面１２や側面を、耐エッチング性部材でマスクした状態で、水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド（ＴＭＡＨ）などのアルカリエッチング液中に浸漬することで凹部１３が形成される。
【００３９】
以上の各工程を実行し、その後、赤外線吸収膜２７を形成することにより、上記センサチップ１０ができあがる。なお、この後、ダイシングカットを行い、チップ毎に分断する。
【００４０】
このようにして製造したセンサチップ１０は、図１に示すように、その一面１１側にて接着剤３０を介して回路チップ４０に搭載される。ここで、接着剤３０としては、シリコン系樹脂やポリイミド系樹脂、あるいはエポキシ系樹脂等からなる固形フィルム状の接着フィルムが用いられる。このような接着フィルムは市販品として入手可能なものである。
【００４１】
そして、図１（ｂ）に示すように、接着剤３０は、センサチップ１０の一面１１と回路チップ４０との間において凹部１３の外周部に配置されている。それとともに、接着剤３０はその一部が切欠き部３１となっており、この切欠き部３１の部分は、センサチップ１０の一面１１と回路チップ４０との間にて接着剤３０が介在しない部分となっている。
【００４２】
そして、この切欠き部３１によって、凹部１３内の空間と凹部１３の外部とが連通している。つまり、この切欠き部３１が凹部１３内の空間と外部とを連通する連通路３１として構成されている。
【００４３】
ここで、凹部１３内の空間と外部とが連通する連通路３１が形成されるような接着剤３０の配置パターンとしては、限定するものではないが、図２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようなパターンを採用することもできる。なお、図２においても、接着剤３０には斜線ハッチングが施してある。
【００４４】
上記図１（ｂ）では、コの字形状の接着剤パターンとすることで、一部に切欠き部３１を形成し、これを以て連通路としていたが、図２（ａ）、（ｂ）に示すような二の字形状、４点パターンでもよい。
【００４５】
図２（ａ）では、凹部１３の外周部に配置された接着剤３１の両端に連通路としての切欠き部３１が形成され、図２（ｂ）では、凹部１３の外周部に配置された接着剤３１の四辺に連通路としての切欠き部３１が形成された形となる。
【００４６】
また、図２（ｃ）に示す接着剤３０のパターンでは、接着剤３０を矩形環状に配置し、センサチップ１０が形作る矩形をこの接着剤３０が形作る矩形とは４５°回転させてずらしている。それによって、凹部１３の四隅部が接着剤３０の外側にはみ出す形となり、この部分が連通部３１となる。
【００４７】
以上のように、本実施形態によれば、一面１１側に凹部１３を形成するとともに他面１２側にて凹部１３を覆うようにメンブレン２０を形成してなるセンサチップ１０を、一面１１側にて接着剤３０を介して回路チップ４０に搭載してなるセンサ装置Ｓ１において、接着剤３０として接着フィルムを用い、凹部１３内の空間と外部とを連通する連通路３０が形成されるように接着剤３０を配置したことを特徴とするセンサ装置が提供される。
【００４８】
このような構成を有する本実施形態のセンサ装置Ｓ１は、赤外線センサとして次のように作動する。凹部１３上のメンブレン２０に位置する温接点２５ａは、凹部１３の外側の基板部分上に位置する冷接点２５ａよりも熱引き性が小さい。
【００４９】
そのため、メンブレン２０上にて赤外線を受光すると、赤外線吸収膜２７の効果と相まって、温接点の方が冷接点よりも高温となる。そして、温接点と冷接点との温度差に応じた上記熱電対２３、２５の電圧が、アルミパッド２５ｂから出力されることで、赤外線の検出が可能となっている。
【００５０】
また、本実施形態によれば、凹部１３内の空間と外部とが連通する連通路３１が形成されるように接着剤３０が配置されており、この形成された連通路３１によって凹部１３内が非密閉空間となる。また、接着剤３０として接着フィルムを用いるため、センサチップ１０の回路チップ４０への搭載時において、従来の液状接着剤のような這い上がりは無くなる。
【００５１】
このように、本実施形態によれば、スタック構造型のセンサ装置Ｓ１において、センサチップ１０への接着剤３０の這い上がりを防止しつつ、メンブレン２０下の凹部１３内の空気の熱膨張を防止することができる。その結果、実装時もしくは熱履歴の影響する工程等において、空気の熱膨張によりメンブレンに応力が作用し破壊する可能性を低減し、信頼性の高いセンサ装置を提供できる。
【００５２】
なお、本発明は上記した赤外線センサ以外にも、一面側に凹部を形成するとともに該凹部を覆うように他面側にてメンブレンを形成してなるセンサチップを接着剤を介して回路チップ上に搭載してなるセンサ装置であれば適用可能であり、例えば、圧力センサ、フローセンサ、ガスセンサ等に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係るセンサ装置の概略断面図、（ｂ）はセンサチップと接着剤との平面的な位置関係を示す図である。
【図２】センサチップと接着剤との平面的な位置関係の他の例を示す図である。
【図３】従来の加速度センサや角速度センサに用いられるスタック構造型のセンサ装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１０…センサチップ、１１…センサチップの一面、
１２…センサチップの他面、１３…凹部、２０…メンブレン、
３０…接着剤、３１…連通路としての切欠き部、４０…回路チップ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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