(57)【要約】【課題】  可動部を有するＭＥＭＳチップの主面と、ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップの裏面とが所定の間隔を置いて対向するように配置された半導体装置の信頼性を向上する。【解決手段】  可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップ３とは、ＭＥＭＳチップの主面とＩＣチップ３の裏面とが所定の間隔を置いて対向するように配置され、保護ケース４内に収容されている。ＩＣチップ３の裏面は、チップ厚を薄くするために研磨処理されており、その研磨処理された裏面には絶縁層１１が形成され、ＭＥＭＳチップとＩＣチップ３の電気的接触が防止されるようになっている。【選択図】  図２
2005169541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可動部を有するＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとが保護ケース内に収容された半導体装置であって、
前記ＭＥＭＳチップと前記ＩＣチップとは、前記ＭＥＭＳチップの主面と前記ＩＣチップの裏面とが所定の間隔を置いて対向するように配置され、
前記ＩＣチップの裏面に絶縁層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、前記ＩＣチップの裏面が研磨処理されており、前記絶縁層は、前記研磨処理された裏面に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
可撓部、錘部および支持枠を備えた加速度センサチップと、前記加速度センサチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有すると共に、前記錘部の動きを規制する規制板としての機能を兼ね備えたＩＣチップとが保護ケース内に収容された半導体装置であって、
前記加速度センサチップと前記ＩＣチップとは、前記加速度センサチップの主面と前記ＩＣチップの裏面とが所定の間隔を置いて対向するように配置され、
前記ＩＣチップの裏面に絶縁層が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
可動部を有するＭＥＭＳチップと、前記ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとが保護ケース内に収容された半導体装置の製造方法であって、
前記ＩＣチップを製造する工程は、
（ａ）半導体ウエハの主面に前記ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を形成する工程、
（ｂ）前記（ａ）工程の後、前記半導体ウエハの裏面を研磨することによって、前記半導体ウエハの厚さを薄くする工程、
（ｃ）前記（ｂ）工程の後、前記半導体ウエハの裏面に絶縁層を形成する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程の後、前記半導体ウエハから前記ＩＣチップを分離する工程、
を含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ(Micro-Electro-Mechanical System)チップを有する半導体装置およびその製造技術に関し、特に、加速度センサチップを備えた加速度センサ装置のように、可動部を有するＭＥＭＳチップを備えた半導体装置およびその製造に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス技術に機械加工技術や材料技術などを組み合わせることによって、半導体基板上に三次元的な微細構造を有するシステムを実現するＭＥＭＳ技術は、極めて広汎な分野に応用可能であるが、特に、自動車、航空機、携帯端末機器、玩具などに用いられる加速度センサ分野への適用が注目されている。
【０００３】
従来、加速度センサは、加速度を電気的に変換する方法により、ピエゾ抵抗式、静電容量式、圧電式等に分類されるが、その構造はいずれも錘と支え梁とにより構成されている。一般に、梁部を厚くすれば衝撃に対する破壊耐量が向上するが感度が低下し、逆に梁部を薄くすれば感度は上がるが破壊耐量が低下する。このように、感度と破壊耐量の両立は難しく、所望の感度を得るために梁部を薄くすると破壊耐量不足を生じてしまう。それを補うために、梁が所定量以上変形しないように規制板を設けることが特許文献１および特許文献２に記載されている。
【０００４】
加速度センサは、加速度に比例した直流電圧信号を出力するが、この出力電圧は数ｍＶ〜数１０ｍＶと小さいものである。従って、幅広い応用分野に対応するためには、出力電圧を増幅するための回路を組み込むことが必要となる。例えば特許文献３には、基板に加速度センサと増幅回路等を有するＩＣとを組み込んだ加速度センサ装置が記載されている。
【特許文献１】特開平４−２７４００５号公報（第２頁、図１、４）
【特許文献２】特開平８−２３３８５１号公報（第２、３頁、図４、７、８、９）
【特許文献３】特開２００３-２８８９１号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ピエゾ抵抗型半導体加速度センサ（以下、加速度センサと言う）の特徴として、加速度零Ｇ時における出力電圧（以下、オフセット電圧と言う）のバラツキ、さらに加速度に対する出力電圧の感度（以下、出力感度と言う）バラツキが存在する。加えて、温度環境によって出力電圧の特性が変化する（以下、出力温度特性と言う）問題がある。高精度な加速度センサは、オフセット電圧および出力感度のバラツキ、さらに出力温度特性を補償する補償回路を前述した増幅回路と共に付加することが必要である。
【０００６】
増幅器ならび補償回路（以下、処理回路と言う）を１個のＩＣチップに集積しても、処理回路のＩＣと加速度センサの双方を組合わせて加速度センサ装置を構成した場合、取り付け面積や体積が大きくなってしまう。このため、携帯端末等に搭載する時に要求される小型、薄型、落下時の衝撃に耐える構造の加速度センサ装置を提供することが難しい。
【０００７】
そこで、本発明者らは、小型、薄型が可能で、しかも高感度な加速度センサ装置の開発を進めている。この加速度センサ装置は、可撓部、錘部および支持枠よりなる加速度センサチップと、錘部の動きを規制する規制板と、保護ケースとからなり、加速度センサチップからの検出信号を電気的に処理する処理回路を有するＩＣチップを規制板として兼用することで小型、薄型化を実現している。この加速度センサ装置は、規制板を兼ねたＩＣチップが加速度センサチップ上部に所定の間隙で配置され、加速度センサチップおよび保護ケースとそれぞれ電気的に接続されている。
【０００８】
しかし、ＩＣチップを規制板として兼用する上記加速度センサ装置は、規制板を兼ねたＩＣチップの裏面と加速度センサチップの上面（素子形成面）との間隔が極めて狭い（３μｍ〜３５μｍ程度）。そのため、加速度センサ装置に外部から強い衝撃が加わると、二つのチップが接触し、加速度センサチップの上面に形成された配線とＩＣチップの裏面とがショートすることによって、素子の劣化または破損等を引き起こす虞れがある。
【０００９】
本発明の目的は、加速度センサチップからの検出信号を電気的に処理する処理回路を有するＩＣチップを規制板として兼用する半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、可動部を有するＭＥＭＳチップを備えた半導体装置の信頼性を向上させる技術を提供することにある。
【００１１】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１３】
本発明は、可動部を有するＭＥＭＳチップの主面と、ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップの裏面とを所定の間隔を置いて対向するように配置することによって、ＩＣチップに規制板としての機能を持たせた半導体装置であって、上記ＩＣチップの裏面に絶縁層を形成することによって、ＭＥＭＳチップとＩＣチップとの短絡を防ぐようにしたものである。
【００１４】
本発明において、ＭＥＭＳチップとは、半導体製造プロセス技術に機械加工技術や材料技術などを組み合わせることによって、半導体基板上に三次元的な微細構造を有するシステムを実現したものをいう。
【発明の効果】
【００１５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１６】
可動部を有するＭＥＭＳチップの主面と、ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップの裏面とを所定の間隔を置いて対向するように配置することによって、ＩＣチップに規制板としての機能を持たせた半導体装置において、電圧が印加されたＩＣチップの裏面に絶縁層を形成したことにより、外部からの衝撃によってＭＥＭＳチップの主面とＩＣチップの裏面とが接触した場合でも、２つのチップの電気的短絡を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の加速度センサ装置の展開斜視図、図２は、この加速度センサ装置の断面図である。
【００１９】
本実施の形態の加速度センサ装置１は、加速度センサチップ２と、この加速度センサチップ２からの検出信号を電気的に処理する処理回路を有するＩＣチップ３と、これら加速度センサチップ２およびＩＣチップ３を収容する保護ケース４とで構成されている。
【００２０】
加速度センサチップ２は、可撓部２Ａ、錘部２Ｂおよび支持枠２Ｃで構成され、図示しないピエゾ抵抗素子とそれに接続される配線とが形成された主面を上に向けた状態で保護ケース４に収容されている。
【００２１】
ＩＣチップ３は、錘部２Ｂの動きを規制する規制板としての機能を持たせるために、加速度センサチップ２の上部に所定の間隙で配置されている。ＩＣチップ３は、図示しない処理回路が形成された主面を上に向けた状態で加速度センサチップ２の上部に配置されており、その主面の周辺部に形成された複数の端子５の一部は、Ａｕワイヤ８を介して加速度センサチップ２の端子６と電気的に接続され、端子５の他部は、Ａｕワイヤ９を介して保護ケース４の端子７と電気的に接続されている。また、ＩＣチップ３は、その裏面が研磨加工され、厚さが２００μｍ程度まで薄くなっている。
【００２２】
加速度センサチップ２の主面とＩＣチップ３の裏面との間隙Ｇａは、過度な衝撃に耐えるために３μｍ〜３５μｍ程度とし、Ａｕワイヤ８による両者の電気的接続は少なくとも４箇所以上にすることが望ましい。また、加速度センサチップ２の錘部２Ｂと保護ケース４との隙間Ｇｂも３μｍ〜３５μｍ程度とし、Ａｕワイヤ９による両者の電気的接続は少なくとも５箇所以上にすることが望ましい。
【００２３】
加速度センサチップ２とＩＣチップ３、および加速度センサチップ２と保護ケース４は、それぞれ硬質プラスチック球が混練された接着剤１０によって固着されている。ここで、硬質プラスチック球の直径を例えば１０μｍとすれば、加速度センサチップ２とＩＣチップ３との間隙Ｇａおよび加速度センサチップ２と保護ケース４との隙間Ｇｂをそれぞれ１０μｍと高精度に規定することができる。
【００２４】
加速度センサチップ２の主面とＩＣチップ３の裏面との間隙Ｇａは、３μｍ〜３５μｍ程度と極めて狭いため、加速度センサ装置１に外部から強い衝撃が加わった際、加速度センサチップ２の主面とＩＣチップ３の裏面とが接触することがある。この場合、加速度センサチップ２の主面にはピエゾ抵抗素子とそれに接続される配線とが形成され、ＩＣチップ３の裏面は、研磨加工によってシリコン基板が露出しているので、加速度センサチップ２に形成された配線とＩＣチップ３の裏面（シリコン基板）とがショート、素子の劣化または破損等を引き起こす虞れがある。
【００２５】
その対策として、本実施の形態では、ＩＣチップ３の裏面に厚さ数μｍ程度の薄い絶縁層１１を形成している。絶縁層１１は、例えばＣＶＤ法で堆積した窒化シリコン膜あるいは酸化シリコン膜のような絶縁膜で構成されている。
【００２６】
このように、従来の加速度センサ装置は、ガラス、セラミックあるいは金属からなるプレートで規制板を構成していたのに対し、本実施の形態の加速度センサ装置１は、加速度センサの高精度化に必須の処理回路を有するＩＣチップ３に信号処理と規制板の２つの機能を持たせているので、部品数を増やすことなく、高精度化と小型化を実現することができる。また、ＩＣチップ３の裏面を研磨してその厚さを２００μｍ程度まで薄くすることにより、その厚さを従来の規制板の厚さと同等まで薄くできるので、加速度センサに処理回路が付加されたにもかかわらず、従来の加速度センサ装置と同程度の薄型化を実現することができる。
【００２７】
さらに、ＩＣチップ３の裏面に絶縁層１１を形成したことにより、加速度センサ装置１に外部から強い衝撃が加わった際、加速度センサチップ２の主面とＩＣチップ３の裏面とが接触した場合でも、加速度センサチップ２に形成された配線とＩＣチップ３の裏面とがショートすることがないので、加速度センサ装置１の信頼性を向上させることができる。なお、加速度センサチップ２とＩＣチップ３のショートを防ぐ対策として、加速度センサチップ２の主面側に絶縁層１１を形成することも考えられる。しかし、ピエゾ抵抗素子が形成された加速度センサチップ２の主面を絶縁層１１で覆った場合は、加速度センサの感度が低下するので、絶縁層１１はＩＣチップ３の裏面に形成することが望ましい。
【００２８】
本実施の形態の加速度センサ装置１は、規制板を兼ねたＩＣチップ３が宙に浮いた形態になっているので、ＩＣチップ３からの発熱を上手く放熱できないことも懸念される。放熱性が悪いと保護ケース４内の温度が上昇し、ＩＣチップ３に形成された処理回路の寿命を早めることになるので、信頼性の点から問題である。また、加速度センサチップ２とＩＣチップ３の温度差も問題である。温度補償は、例えば加速度センサチップ２の温度変化をＩＣチップ３内に形成した温度センサで検知して出力を補正するという方法を取ることから、加速度センサチップ２とＩＣチップ３の温度差は小さいことが望ましい。加速度センサチップ２とＩＣチップ３の温度差を小さくする方策として、保護ケース４および保護ケース４の蓋４Ａを放熱性の良いセラミックで構成することが好ましい。また、加速度センサチップ２とＩＣチップ３とを接着する接着剤１０、および接着剤１０中の硬質プラスチック球を熱伝導率の高い材料で構成することが好ましい。このようにすると、例えばＡｕワイヤ８、９の直径を２０μｍとした場合、熱抵抗は１００℃/Ｗ以下とすることができる。実使用での消費電力は多く見積もっても３０ｍＷ以下であることから、加速度センサチップ２とＩＣチップ３の温度差を２℃以下にすることができ、保護ケース４内の温度上昇は３℃程度と問題ないレベルに抑えることができる。
【００２９】
次に、上記のように構成された加速度センサ装置１の製造方法の一例を説明する。まず、厚さ約６００μｍのシリコンウエハを用意し、その主面に周知の製造プロセスを適用して処理回路を形成する。処理回路は、例えば入力軸を切り替えるマルチプレクサと信号を増幅するオペアンプ、補正データを保存しておくＥＥＰＲＯＭ、環境温度を検出する温度センサ、その温度センサ出力にもとづきＥＥＰＲＯＭから調整コードを与え、オペアンプのゲインならびオフセットにフィードバックをかける機能を有する抵抗ラダー等で構成する。
【００３０】
次に、上記処理回路が形成されたシリコンウエハの主面にバックグラインドテープを貼り付けて処理回路を保護し、この状態でシリコンウエハの裏面を研磨することによってその厚さを２００μｍ程度まで薄くする。続いて、このシリコンウエハの裏面にプラズマＣＶＤ法で厚さ数μｍ程度の窒化シリコン膜（または酸化シリコン膜）からなる絶縁層１１を形成する。
【００３１】
絶縁層１１は、絶縁材料からなるターゲットを用いたスパッタリング法で形成することもできる。また、シリコンウエハにプラス電圧を加え、シリコンウエハの裏面のみに電解液に接触させることができる電解槽を用意し、シリコンウエハにプラス電圧を加えた状態でその裏面に電解液に接触させて酸化被膜を形成する陽極酸化法を用いてもよい。
【００３２】
また、ポリイミド樹脂のような絶縁性有機樹脂を溶剤で薄めてシリコンウエハの裏面にスピン塗布した後、ベーク処理を行うことによって絶縁層１１を形成することもできる。さらに、シリコンウエハの裏面に貼り付けた薄い絶縁フィルムで絶縁層１１を構成してもよい。その後、絶縁層１１が形成されたシリコンウエハをダイシングすることによってＩＣチップ３を得る。
【００３３】
一般に、ウエハプロセスが完了したシリコンウエハの裏面には自然酸化膜のような薄い絶縁膜が形成されているが、シリコンウエハを薄くするために裏面を研磨した場合は、この絶縁膜が除去されて導電性のシリコン層が露出する。しかし、通常の半導体装置では、シリコンウエハをダイシングして得たチップをパッケージに封止する際、チップの裏面に絶縁処理をすることは行われない。一方、本実施の形態では、通常の半導体装置のパッケージとは異なり、ＩＣチップ３に規制板としての機能を持たせるために、加速度センサチップ２との間に狭い間隔を置いて配置するという使い方をする。従って、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２とのショートを防ぐために、ＩＣチップ３の裏面に絶縁層１１を形成するという手段が有効となる。
【００３４】
一方、厚さ約６００μｍのシリコンウエハに数μｍのシリコン酸化層とシリコン層とを有するＳＯＩウエハを用意し、シリコン層の所定領域にホウ素をイオン注入することによって、１〜３×１０18原子/ｃｍ3程度のホウ素濃度を有するピエゾ抵抗素子を形成する。続いて、スパッタリング法による金属膜の形成とフォトリソグラフィによるパターニングでピエゾ抵抗素子に接続される配線を形成する。
【００３５】
次に、ピエゾ抵抗素子と配線とが形成されたＳＯＩウエハの表面にダミー基板を接着し、裏面側からＳＦ6とＯ2とを導入したプラズマエッチングによって可撓部２Ａ、錘部２Ｂおよび支持枠２Ｃを形成した後、ＳＯＩウエハをダイシングし、さらに溶剤を用いてダミー基板を取り外すことによって加速度センサチップ２を得る。
【００３６】
次に、加速度センサチップ２とＩＣチップ３、および加速度センサチップ２と保護ケース４を、それぞれ硬質プラスチック球が混練された接着剤１０によって固着することにより、加速度センサチップ２とＩＣチップ３を保護ケース４内に収容する。続いて、超音波振動を併用した周知のワイヤボンディング法によって、ＩＣチップ３の端子５と加速度センサチップ２の端子６をＡｕワイヤ８で接続し、ＩＣチップ３の端子５と保護ケース４の端子７をＡｕワイヤ９で接続する。
【００３７】
図３は、加速度センサチップ２とＩＣチップ３を接着し、保護ケース４に収容してＡｕワイヤ８、９で結線した状態を示す平面図である。ここでは、加速度センサチップ２の面積がＩＣチップ３の面積より大きい例を示しているが、図４に示すように、ＩＣチップ３の面積が加速度センサチップ２の面積より大きくてもよい。
【００３８】
その後、保護ケース４とその蓋４Ａを接着剤１２で固着することにより、図１、図２に示す加速度センサ装置１を得る。このようにして製造された本実施の形態の加速度センサ装置１は、増幅器ならび温度補償等の処理回路の機能が付加されたにもかかわらず、従来の加速度センサ装置と同等の外形寸法（４．８ｍｍ角、厚さ１．３ｍｍ）を実現することができた。
【００３９】
次に、ＩＣチップ３の裏面に絶縁層１１を形成した効果を以下の実験により確認した。図５は、評価サンプルの結線状態を示すもので、前記図１および図２で説明したような実装構造となるように、ＩＣチップ３および加速度センサチップ２を上下に実装し、蓋４Ａを接着する前の状態を示す正面図である。ただし、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２間の電気的なショートの評価が目的であるため、保護ケース４の電極端子１６とＩＣチップおよび加速度センサチップ２の電極パッド間の接続は、電源端子１３、１４およびグランド端子１５のみをそれぞれＡｕワイヤ１７、１８、１９で接続した。なお、本評価用の実装では、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２の間隔を約１０μｍに制御した。
【００４０】
次に、衝撃を再現性よく、安定して印加するための評価機器として、簡便な衝撃試験機（振り子式の簡易衝撃試験機）を作製し、実験に供した。その概略を図６に示す。先端に加速度センサ取付け部２１のついた腕２０、腕２０を固定する固定部２２、加速度センサ取付け部２１が衝突する固定ブロック部２３により構成され、印加衝撃力は腕２０と鉛直方向とのなす角度θで制御できる。図５に示した結線の構成で大きな衝撃が加わったときに、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２との間に瞬間的に数μｓｅｃのパルス状のショート電流が流れる。今回の実験は、本衝撃試験機で連続２０回、約１０００Ｇの衝撃を印加したときにショート電流が流れた回数をチェックし、ショート発生率で評価した。
【００４１】
評価結果を図７に示す。本結果は、ＩＣチップ３の裏面の絶縁層１１としてスパッタリング法で形成した酸化シリコン膜を用い、膜厚を変えて作製したサンプルについて評価した結果である。膜厚が約０．０５μｍでショート発生率が０％となることが分かった。また、絶縁層１１としてＣＶＤ法によって形成した窒化シリコン膜、スピン塗布法によって形成したポリイミド樹脂膜を用いた場合でも同様の結果であった。
【００４２】
次に、上記加速度センサ装置１を１００個用意し、振り子式衝撃試験機で衝撃テストを行った。衝撃試験前に２０Ｇの加速度を加振機で加え出力Ｖ１を測定した後、振り子式衝撃試験機で５０００Ｇ加えた。衝撃試験後に再度２０Ｇの加速度を加えて出力Ｖ２を測定した。Ｖ１に対しＶ２が５％以上低下した加速度センサ装置は破壊したと判定した。その結果、衝撃加速度５０００Ｇで加速度センサ装置が破壊したものはなかった。衝撃力５０００Ｇは、落下高さ１．５ｍからコンクリート製の床に自然落下させた時の衝撃に相当するものであり、ＩＣチップ３が加速度センサチップ２の可撓部の破損を防ぐ規制板としての機能を果たせることが証明された。
【００４３】
また、放熱性を確認するために熱抵抗の測定を行った。ＩＣチップ３の温度の計測は、内蔵の温度センサ出力をモニターすることによって求めた。温度センサ出力の温度換算は、加速度センサ装置１を炉に入れて環境温度と温度センサ出力の相関式を求めて行った。加速度センサチップ２の温度の計測はピエゾ素子抵抗の温度依存性を利用し、抵抗値を測定することで求めた。抵抗値からの温度換算は、加速度センサ装置１を炉に入れて環境温度と抵抗の相関式を求めて行った。
【００４４】
図８に消費電力とＩＣチップ３および加速度センサチップ２の温度測定結果を示す。ＩＣチップ３の温度上昇は、グラフの傾きからｙ＝９９．０４ｘ＋３８．４４４と求められ、１Ｗ当たり９９℃であった。つまり、本実施の形態の加速度センサ装置１の熱抵抗は９９℃／Ｗであり、実際に使用する消費電力３０ｍＷでの温度上昇は約３℃と推定される。図９に、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２の温度差を測定した結果を示す。消費電力が高くなるほどＩＣチップ３と加速度センサチップ２の温度差は大きくなるが、消費電流３０ｍＷでは２℃以下であった。ＩＣチップ３の温度上昇は３℃で、ＩＣチップ３と加速度センサチップ２の温度差は２℃以下と実用上問題ないレベルとすることができた。
【００４５】
ＩＣチップ３として、裏面に絶縁層１１を形成したものと絶縁層１１を形成しないものとを使って上記試験（衝撃テスト、熱抵抗および温度の測定）を行った結果、両者の差は殆どなかった。すなわち、絶縁層１１は極めて薄いため、ＩＣチップ３の裏面に絶縁層１１を形成しても、熱抵抗や温度差などに及ぼす影響は殆ど無視できることが分かった。
【００４６】
（実施の形態２）
図１０は、ＭＥＭＳチップを備えた半導体装置の他の実施の形態である圧力センサ装置の断面図である。
【００４７】
本実施の形態の圧力センサ装置３１は、圧力センサチップ３２と、この圧力センサチップ３２からの検出信号を電気的に処理する処理回路を有するＩＣチップ３３と、これら圧力センサチップ３２およびＩＣチップ３３を収容する保護ケース３４および蓋３４Ａを備えている。圧力センサチップ３２とＩＣチップ３３は、圧力センサチップ３２を支える台座３５と共に保護ケース３４内に収容されている。保護ケース３４と蓋３４Ａは、封止剤３６によって互いに接着されている。
【００４８】
圧力センサチップ３２の中央部（可撓部３２Ａ）は周辺部に比べて厚さが薄くなっており、この中央部の主面には、図示しないピエゾ抵抗素子とそれに接続される配線とが形成されている。圧力センサチップ３２は、ピエゾ抵抗素子と配線とが形成された主面を上に向けた状態で台座３５の上に固定されている。保護ケース３４の底部には、空気が出入りする開口部３７が設けられており、装置の外部の圧力が変動すると開口部３７を通じて装置の内側の圧力が変動し、圧力センサチップ３２の可撓部３２Ａが上下動する。そして、ピエゾ抵抗素子がこの圧力変化を電圧変化に変換し、圧力を測定する。
【００４９】
ＩＣチップ３３は、上記圧力センサチップ３２の可撓部３２Ａの動きを規制する規制板としての機能を兼ねるため、圧力センサチップ３２の上部に所定の間隙（例えば３μｍ〜３５μｍ程度）で配置されている。ＩＣチップ３３は、図示しない処理回路が形成された主面を上に向けた状態で圧力センサチップ３２の上部に配置されており、その主面の周辺部に形成された複数の端子４０の一部は、Ａｕワイヤ４３を介して圧力センサチップ３２の端子４１と電気的に接続され、端子４０の他部は、Ａｕワイヤ４３を介して保護ケース３４の端子４２と電気的に接続されている。ＩＣチップ３３は、その裏面が研磨加工され、厚さが２００μｍ程度まで薄くなっている。
【００５０】
圧力センサチップ３２とＩＣチップ３３は、硬質プラスチック球が混練された接着剤４４によって固着され、両者の隙間が高精度に規定されている。圧力センサチップ３２の主面とＩＣチップ３３の裏面との間隙は極めて狭いため、圧力センサ装置３１に外部から強い衝撃が加わると、圧力センサチップ３２の主面とＩＣチップ３３の裏面とが接触し、圧力センサチップ３２の主面に形成された素子や配線が劣化または破損する虞れがある。
【００５１】
その対策として、本実施の形態では、前記実施の形態１と同様、ＩＣチップ３３の裏面に厚さ数μｍ程度の薄い絶縁層４５を形成している。絶縁層４５としては、例えばＣＶＤ法またはスパッタリング法で堆積した窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの絶縁膜、陽極酸化法で形成した酸化被膜、スピン塗布法で形成したポリイミド樹脂、接着剤で貼り付けた薄い絶縁フィルムなどが利用可能である。
【００５２】
圧力センサ装置３１の組み立ては、前記実施の形態１で説明した加速度センサ装置１の組み立て方法に準じて行えばよいので、その説明は省略する。
【００５３】
次に、前記実施の形態１の図５に示した結線方法と同様の方法を用い、圧力センサチップ３２に測定圧力範囲の１０倍の圧力を衝撃的に加えた。ＩＣチップ３３の裏面に絶縁層４５を形成した効果を測定した結果、絶縁層４５の膜厚が約０．０５μｍで圧力センサチップ３２とＩＣチップ３３のショート発生率が０％となることが分かった。
【００５４】
また、前記実施の形態１で説明した方法と同様の方法を用いてＩＣチップ３３および圧力センサチップ３２の温度測定を行った結果、圧力センサ装置３１の熱抵抗、およびＩＣチップ３３と圧力センサチップ３２の温度差は、いずれも実用上問題ないレベルであった。さらに、ＩＣチップ３３として、裏面に絶縁層４５を形成したものと形成しないものとを使って試験（熱抵抗および温度の測定）を行った結果、両者の差は殆どなかった。すなわち、絶縁層４５は極めて薄いため、ＩＣチップ３３の裏面に絶縁層４５を形成しても、熱抵抗や温度差などに及ぼす影響は殆ど無視できることが分かった。
【００５５】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００５６】
前記実施の形態では、加速度センサ装置と圧力センサ装置に適用した場合について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、一般に、可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップからの検出信号を電気的に処理する回路を有するＩＣチップとを有し、ＭＥＭＳチップの主面とＩＣチップの裏面とを所定の間隔を置いて対向するように配置してＩＣチップに規制板としての機能を持たせた構造を有する半導体装置に広く適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明は、可動部を有するＭＥＭＳチップを備えた半導体装置、特に携帯端末等に搭載可能な小型、薄型の加速度センサ装置に適用して有用なものである。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の展開斜視図である。
【図２】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の製造工程途中における平面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態である加速度センサ装置の製造工程途中における平面図である。
【図５】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の評価サンプルの結線状態を示す正面図である。
【図６】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の耐衝撃試験方法を示す簡易衝撃試験機の要部概略図である。
【図７】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の絶縁膜の厚さとショート発生の関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置の消費電力とチップ温度の測定結果を示すグラフである。
【図９】本発明の一実施の形態である加速度センサ装置のチップ間温度差を測定した結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施の形態である圧力センサ装置の断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  加速度センサ装置
２  加速度センサチップ
２Ａ  可撓部
２Ｂ  錘部
２Ｃ  支持枠
３  ＩＣチップ
４  保護ケース
４Ａ  蓋
５、６、７  端子
８、９  Ａｕワイヤ
１０  接着剤
１１  絶縁層
１２  接着剤
１３  ＩＣチップの電源端子
１４  センサチップの電源端子
１５  センサチップのグランド端子
１６  保護ケースの電極端子
１７、１８、１９  Ａｕワイヤ
２０  腕
２１  加速度センサ取付け部
２２  固定部
２３  固定ブロック部
３１  圧力センサ装置
３２  圧力センサチップ
３２Ａ  可撓部
３３  ＩＣチップ
３４  保護ケース
３４Ａ  蓋
３５  台座
３６  封止剤
３７  開口部
４０、４１、４２  端子
４３  Ａｕワイヤ
４４  接着剤
４５  絶縁層
Ｇａ、Ｇｂ  間隔
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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