(57)【要約】【課題】パッケージで可動部の移動を規制しかつフリップチップ実装を行うことにより、低背化が可能なセンサ装置を提供する。【解決手段】センサチップ１は半導体基板により形成され、センシング部Ｄｓを備えるとともに電極１９を備える。センシング部Ｄｓはセンサチップ１の厚み方向への変位が許容された質量体１２と撓み部１３とを備える。センサチップ１は、電極形成基板２とカバー基板３とからなるパッケージに収納され、パッケージの内側面であってセンサチップ１と対向する一面にはバンプ２１が形成される。バンプ２１は、センサチップ１のフリップチップ実装に用いられ、バンプ２１の突出寸法は、質量体１２の変位を許容し、かつ質量体１２の変位量を規制するように設定される。したがって、電極形成基板２が質量体１２の移動を規制するストッパとして機能する。【選択図】図１
2007263766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定されていることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記センサチップは、前記センシング部に加えてセンシング部と協働する回路部を備えることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記パッケージは、半導体基板からなり厚み方向に貫通する貫通孔配線が形成されるとともに貫通孔配線の一端に外部回路を接続する電極を有し他端に前記バンプが電気的に接続された電極形成基板と、電極形成基板に接合される半導体基板からなり電極形成基板との間にセンサチップを収納する収納空間を形成するカバー基板とからなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板で形成され厚み方向に変位可能な可動部を有するセンサチップをパッケージに収納したセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサ装置には、図８、図９に示すように、センシング部として加速度センサを構成したセンサチップ１０１を備える構成がある。加速度センサは、半導体基板に形成され外部回路との接続部を有する支持部１１１と、支持部１１１に対して相対的に可動である質量体１１２と、可撓性を有し支持部１１１と質量体１１２とを繋ぐ撓み部１１３とを備えている。また、質量体１１２に作用する加速度（外力）を電気量に変換する技術としては、質量体１１２の変位に伴って撓み部１１３に生じる応力を検出するピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けて加速度の変化を電気抵抗の変化として検出する構成や、質量体１１２に設けた可動電極と支持部１１１に対して相対的に固定された固定電極とが対向するように配置して加速度の変化を静電容量の変化として検出する構成が知られている。
【０００３】
支持部１１１としては、質量体１１２に並設する構成のもののほか、質量体１１２の周囲を全周に囲繞する構成が採用されている。また、質量体１１２から一方向に延出した撓み部１１３を用いて質量体１１２を支持部１１１に対して片持ち梁の形式で繋ぐ構造、質量体１１２から一直線上で二方向に延出した撓み部１１３を用いて質量体１１２を囲繞する支持部１１１と質量体１１２とを両持ち梁の形式で繋ぐ構造が主として採用されており、また、質量体１１２から四方に延出した撓み部１１３を用いて質量体１１２を囲繞する支持部１１１と質量体１１２とを４箇所で繋ぐ構造も知られている。支持部１１１と質量体１１２とを４箇所で繋ぐ構造では、平面視（支持部１１１が質量体１１２を囲繞する平面）において４回回転対称となるように撓み部１１３を配置したものが一般的である。
【０００４】
センサチップ１０１と協働する回路部はセンサチップ１０１とは別の回路チップ１０４に集積回路として形成される。センサチップ１０１と回路チップ１０４とは厚み方向に積層され、ボンディンブワイヤ１０８を介して電気的に接続される。また、センサチップ１０１および回路チップ１０４は、電極形成基板１０５とカバー基板１０６とからなるパッケージに収納される。電極形成基板１０５には外部回路と接続するための端子となる電極１５１が形成され、回路チップ１０４と電極１５１とがボンディングワイヤ１０９により電気的に接続される（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００５−１６９５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載された構成では、センサチップ１０１に設けた質量体１１２と撓み部１１３とが支持部１１１に対して変位する可動部になるから、衝撃力などによって撓み部１１３が破損しないように、質量体１１２の変位量を規制する必要がある。質量体１１２の一方側への変位はパッケージを構成する電極形成基板１０５により規制されているが、質量体１１２の他方側への変位はセンサチップ１０１に積層した回路チップ１０４により規制されている。
【０００６】
回路チップ１０４をセンサチップ１０１に積層しない場合であっても、質量体１１２の変位量を規制するためにセンサチップ１０１にはストッパを積層することが必要であり、回路チップ１０４あるいはストッパの存在によりセンサ装置が嵩高になるという問題が生じる。また、特許文献１に記載された構成では、回路チップ１０４とセンサチップ１０１、回路チップ１０４と電極１５１との電気的接続にはボンディングワイヤ１０８，１０９を用いているものであるから、回路チップ１０４の上方に、ボンディングワイヤ１０８，１０９の曲げ代を確保するための空間が必要であり、このことによってもパッケージの厚み寸法が大きくなるという問題が生じる。
【０００７】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、可動部の変位量の規制するためのストッパを別途に設けることなくパッケージで可動部の移動を規制し、しかもボンディングワイヤを用いずにフリップチップ実装を行うことによって、従来構成に比較して低背化することが可能なセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定されていることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、センサチップをフリップチップ実装しバンプの突出寸法によってセンシング部における可動部の変位量を規制するから、パッケージが可動部の移動を規制するストッパとして機能して別途のストッパを設ける必要がなくなる。つまり、別途のストッパを設けていた構成に比較するとストッパが不要になる分だけ低背化が可能になる。しかも、パッケージに対する電気的接続にあたり、ワイヤボンディングではなくバンプを用いたフリップチップ実装を行うから、このことによっても低背化が可能になる。
【００１０】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記センサチップは、前記センシング部に加えてセンシング部と協働する回路部を備えることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、センサチップに回路部を形成していることによりセンシング部と回路部との間の配線が短くなり、ノイズの影響を受けにくくなるとともに、センシング部とは別の半導体基板に回路部を形成する場合に比較すると、パッケージの寸法を小さくすることが可能になる。つまり、実装面積の縮小あるいは低背化が可能になる。
【００１２】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明において、前記パッケージは、半導体基板からなり厚み方向に貫通する貫通孔配線が形成されるとともに貫通孔配線の一端に外部回路を接続する電極を有し他端に前記バンプが電気的に接続された電極形成基板と、電極形成基板に接合される半導体基板からなり電極形成基板との間にセンサチップを収納する収納空間を形成するカバー基板とからなることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、パッケージが電極形成基板とカバー基板との２枚の半導体基板により構成されるから、セラミック材料のパッケージを用いる場合に比較すると低温工程になり、センサチップが受ける熱応力の影響を軽減することができる。しかも、セラミック材料に比較してパッケージの精度が高く歩留まりを向上させることができるからコストの低減が可能である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の構成によれば、センサチップをパッケージに収納するにあたってセンサチップのフリップチップ実装を行い、バンプの突出寸法によってセンシング部における可動部の変位量を規制しているから、パッケージが可動部の移動を規制するストッパとして機能する。その結果、別途のストッパを設ける必要がなく、別途のストッパを設けていた構成に比較するとストッパが不要になる分だけ低背化が可能になるという利点を有する。また、パッケージに対する電気的接続にあたり、ワイヤボンディングではなくバンプを用いたフリップチップ実装を行うから、ボンディングワイヤの曲げ代に必要であった空間が不要になり、低背化が可能になるという利点を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に説明する実施形態では、ピエゾ抵抗を用いた加速度センサをセンシング部に用いる例を示す。この加速度センサでは、支持部が質量体を囲繞するとともに、質量体から四方に延出させた可撓性を有する撓み部を介して支持部と質量体とを繋いである。各撓み部にはピエゾ抵抗体からなる歪みゲージが設けられており、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力が歪みゲージにより検出され、歪みゲージの抵抗変化を用いて加速度が検出される。また、各質量体から四方に延出している撓み部にそれぞれ歪みゲージが配置されることにより、４本の撓み部を含む平面内で互いに直交する方向の２軸と、これらの２軸に直交する方向の１軸との合計３軸における加速度を個別に検出することが可能になっている。ただし、本発明の技術思想は、センシング部が加速度センサを構成している場合に限らず、センシング部がパッケージ内に封止される構成であれば適用することが可能である。この種のセンシング部としては、加速度センサのほかにジャイロセンサなどもある。また、質量体の変位の検出はピエゾ抵抗に限らず、静電容量の変化として検出する構成を採用してもよい。また、撓み部は質量体から四方に延出する構成に限定されない。
【００１６】
（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置は、図１に示すように、センシング部Ｄｓを形成した半導体基板からなるセンサチップ１と、センサチップ１を収納したパッケージとを備える。パッケージは、外部回路を接続するパッド電極２５を厚み方向の一表面（図１の下面）に備えセンサチップ１がフリップチップ実装により実装される半導体基板からなる電極形成基板２と、半導体基板により形成され電極形成基板２においてセンサチップ１を実装した一面に封着されセンサチップ１を電極形成基板２との間に収納するカバー基板３とを備える。センサチップ１の外周形状は矩形状（図示例では正方形）に形成される。
【００１７】
図２〜図５にセンサチップ１を示す（図４、図５は図１とは上下が逆になっている）。センサチップ１はＳＯＩウェハを加工することにより形成される。ここで用いるＳＯＩウェハは、図４、図５に示すように、シリコン基板からなる支持基板１０ａを有し、支持基板１０ａの厚み方向の一表面にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜としての絶縁層１０ｂを介してｎ形のシリコン層からなる活性層１０ｃが形成されている。さらに、センサチップ１において、活性層１０ｃの表面にはシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成される。したがって、活性層１０ｃは絶縁膜１６により表面が覆われる。また、電極形成基板２とカバー基板３とは、それぞれ異なるシリコンウェハを加工することにより形成してある。すなわち、センサチップ１の半導体基板としてＳＯＩウェハを用い、電極形成基板２とカバー基板３との半導体基板としてはシリコンウェハを用いている。
【００１８】
本実施形態における寸法例を例示すると、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚み寸法は３００〜５００μｍ、絶縁層１０ｂの厚み寸法は０．３〜１．５μｍ、シリコン層１０ｃの厚み寸法は４〜１０μｍとする。また、電極形成基板２を形成するシリコンウェハの厚み寸法は２００〜３００μｍ、カバー基板３を形成するシリコンウェハの厚み寸法は１００〜３００μｍとする。もっとも、これらの数値は限定する趣旨ではなく目安を示す値である。また、ＳＯＩウェハの一表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。
【００１９】
センサチップ１は、図２に示すように、平面視において（厚み方向に直交する方向から見たときに）枠状（本実施形態では矩形枠状）の支持部１１の中央部に質量体１２を備える形状に形成されている。つまり、質量体１２は支持部１１に囲繞されている。また、本実施形態では平面視において支持部１１の中心と質量体１２の中心とはほぼ一致している。支持部１１と質量体１２とは質量体１２から四方に延出する４本の撓み部１３により繋がれている。
【００２０】
各撓み部１３は、短冊状に形成された可撓性を有している。各撓み部１３は平面視において質量体１２の中心を通り互いに直交する２本の直線の上に配置される。つまり、各２本の撓み部１３がそれぞれ互いに直交する各直線上に配置される。この構成により、質量体１２は支持部１１に対して変位可能になる。支持部１１は、図４，図５に示すように、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとの全体を用い、撓み部１３はＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａと絶縁層１０ｂとを除去し活性層１０ｃのみを用いる。したがって、撓み部１３は支持部１１および質量体１２に比較して十分に薄肉に形成される。
【００２１】
質量体１２は、４本の撓み部１３を介して支持部１１に結合されているコア部１２ａと、コア部１２ａに連続一体に連結された４個のリーフ部１２ｂとを備える。平面視においては、質量体１２は、５個の正方形のうちの１個の正方形を中心として他の正方形を周囲に４回回転対称となるように配列し、中心の正方形の各角部に他の各正方形の１つの角部をそれぞれ重複させた形状に形成される。本実施形態では、中心に配置した正方形に対応する部分がコア部１２ａに相当し、他の正方形のうちコア部１２ａと重複する部位を除いた部分がリーフ部１２ｂに相当する。言い換えると、コア部１２ａは平面視において正方形状であり、リーフ部１２ｂは正方形の一つの角部が切欠された形状になる。撓み部１３は、コア部１２ａの各辺の中央部に一体に連続し、各撓み部１３の幅方向（平面視において撓み部１３の延長方向とは直交する方向）の両側にリーフ部１２ｂが配置される。
【００２２】
各リーフ部１２ｂは、平面視において互いに直交する２本の撓み部１３と支持部１１とに囲まれる空間に配置されており、各リーフ部１２ｂと支持部１１との間にはそれぞれセンサチップ１の厚み方向に貫通するスリット１４が形成される。また、撓み部１３と各リーフ部１２ｂとは離間しており、撓み部１３を挟んで配置された各一対のリーフ部１２ｂの間隔は、各撓み部１３の幅寸法よりも大きくなっている。質量体１２においてコア部１２ａはＳＯＩウェハの支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとの全体を用い、リーフ部１２ｂは支持基板１０ａのみを用いる。
【００２３】
なお、センサチップ１における支持部１１と質量体１２と撓み部１３とは、半導体装置の製造技術として知られているリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成することができる。
【００２４】
ところで、図示例は３軸の加速度センサであるから、加速度を検出する方向を定義しておく。センサチップ１の厚み方向に直交する方向をｚ軸方向とし、支持基板１０ａから活性層１０ｃに向かう向きを正の向きとする。また、活性層１０ｃの表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面において質量体１２の中心位置を原点とする。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、それぞれコア部１２ａから撓み部１３が延出されている方向とし、右手系で正の向きを定義する。たとえば図２の右向きをｘ軸方向の正の向き、上向きをｙ軸方向の正の向きとする。したがって、質量体１２は、コア部１２ａを挟んで配置されたｘ軸方向の２本の撓み部１３と、コア部１２ａを挟んで配置されたｙ軸方向の２本の撓み部１３とにより支持部１１に繋がれていることになる。
【００２５】
質量体１２のコア部１２ａからｘ軸方向の正向き（図２においてコア部１２ａから右向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成される。同様にして、コア部１２ａからｘ軸方向の負向き（図２においてコア部１２ａから左向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成される。
【００２６】
質量体１２のコア部１２ａからｙ軸方向の正向き（図２においてコア部１２ａから上向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成される。同様にして、コア部１２ａからｙ軸方向の負向き（図２においてコア部１２ａから下向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成される。
【００２７】
ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｘ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、平面視においてｘ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、図６における左端のブリッジ回路Ｂｘを構成するように接続される。
【００２８】
また、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成され、ｙ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、平面視においてｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、図６における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように接続される。
【００２９】
４本の撓み部１３において、それぞれ支持部１１側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、いずれもｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。すなわち、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４の長手方向は撓み部１３の延長方向に一致し、ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３の長手方向は撓み部１３の延長方向に直交する。これらのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、図６における右端のブリッジ回路Ｂｚを構成するように接続されている。
【００３０】
上述した各ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の接続には、センサチップ１に形成されている拡散層配線や金属配線を用いる。
【００３１】
図６に示した回路構成では、３個のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに電圧を印加する入力端子Ｔ１，Ｔ２を共通に接続し、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚには個別の出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ１，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２を設けている。本実施形態では、入力端子Ｔ１，Ｔ２に印加する電圧は直流電圧であって、入力端子Ｔ１に電圧ＶＤＤを印加し、入力端子Ｔ２を回路グランドＧＮＤに接続する。したがって、質量体１２の変位に伴って撓み部１３に生じる応力が、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４により電気量（抵抗値）に変換され、さらに、ブリッジＢｘ，Ｂｙ，Ｂｚにより電気量（電圧）に変換されて出力されるのである。
【００３２】
以下にセンサチップ１の動作例を説明する。いま、センサチップ１に加速度が作用していない状態からセンサチップ１に対してｘ軸方向の正向きに加速度が作用したとすると、ｘ軸方向の負向きに作用する質量体１２の慣性力によって支持部１１に対して質量体１２が変位し、コア部１２ａからｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の抵抗値が変化する。このとき、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般に、ピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する。したがって、ｘ軸方向の正向きに加速度が作用したときには、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値が減少する。この動作によって、図６の左端のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。
【００３３】
同様にして、ｙ軸方向の加速度が作用すれば図６の中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度が作用すれば図６の右端のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。
【００３４】
したがって、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧の変化をそれぞれ検出することにより、センサチップ１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、質量体１２と４本の撓み部１３とピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４とによりセンシング部Ｄｓが構成される。
【００３５】
センサチップ１の一表面（図１の下面）には、電極１９が形成される。電極１９はセンサチップ１に形成された金属配線の一部であり、センサチップ１を外部回路と接続するための接続部として機能する。なお、拡散層配線の図示は省略してある。電極１９を含む金属配線は活性層１０ｃの表面を覆う絶縁膜１６の上に形成される。
【００３６】
センサチップ１において、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および拡散層配線は、活性層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成される。また、電極１９を除いた金属配線は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（たとえば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。
【００３７】
電極１９は、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜１６との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、電極１９は、絶縁膜１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。
【００３８】
なお、電極１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあり、電極１９を除く金属配線の膜厚は１μｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。
【００３９】
本実施形態は３軸の加速度センサであるから、センシング部Ｄｓと協働する回路部Ｄｃを設けている。回路部Ｄｃとしては、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの入力端子Ｔ１，Ｔ２に電圧を印加する電源回路、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ２，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２に接続されブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧を増幅する増幅回路などが必要であり、回路部Ｄｃは集積回路として形成される。本実施形態では、回路部Ｄｃはセンサチップ１の周部にセンシング部Ｄｓを囲繞する形で形成してある。すなわち、回路部Ｄｃは支持部１１の一表面（図１の下面）に集積回路として形成される。したがって、上述した電極１９は図２のように回路部Ｄｃの周囲に配列される。
【００４０】
ところで、電極形成基板２は、図１に示すように、センサチップ１との対向面（図１における上面）に、センサチップ１に設けた各電極１９と接合される複数個のバンプ２１が突設されている。また、電極形成基板２において各バンプ２１に対応する部位には厚み方向の表裏に貫通する複数個の貫通孔２２が形成される。電極形成基板２の厚み方向の両面および貫通孔２２の内周面には熱酸化により形成したシリコン酸化膜である絶縁膜２３が連続して形成される。また、貫通孔２２には電極形成基板２の厚み方向の表裏に貫通する貫通孔配線２４が形成される。したがって、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内周面との間に絶縁膜２３の一部が介在する。電極形成基板２に設けられる複数の貫通孔配線２４は互いに離間して配置される。バンプ２１の材料にはＡｕを用いる。また、貫通孔配線２４の材料としてはＣｕを採用するのが望ましいが、Ｃｕに限らず、たとえば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【００４１】
このように、センサチップ１を電極形成基板２に対してバンプ２１を用いてフリップチップ実装することにより、センサチップ１と電極形成基板２との間にはバンプ２１の突出寸法に相当する間隙が生じる。したがって、この間隙が所望寸法になるようにバンプ２１の突出寸法を設定することにより、センサチップ１の厚み方向における質量体１２および撓み部１３の変位空間を確保する（質量体１２の変位量を規制する）ことができる。要するに、センサチップ１において質量体１２と撓み部１３とからなる可動部の変位を許容する空間を上記間隙によって確保し、かつ衝撃力などが作用した場合の質量体の１２の変位量を規制するストッパとして電極形成基板２を用いることができる。
【００４２】
電極形成基板２の厚み方向の各面のうちセンサチップ１の対向面とは反対側の表面（図１の下面）には、外部回路との接続用電極となる半田リフロー用のパッド電極２５が形成されている。各パッド電極２５は、各貫通孔配線２４の他端部にそれぞれ電気的に接続される。各パッド電極２５は、外周形状が矩形状（たとえば、正方形状）であり、電極形成基板２の表面に略等間隔で離間して配置されている。各パッド電極２５の大きさ、および隣り合うパッド電極２５の間の距離は、それぞれ半田リフローに適した大きさを下回らないように設計してある。
【００４３】
各パッド電極２５は、厚み方向に積層されたＴｉ膜とＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、最上層がＡｕ膜となっている。各パッド電極２５は、厚み方向に積層された少なくとも二層の金属膜により構成され、かつ最上層の金属膜がＡｕにより形成されるとともに最上層直下の金属膜がＮｉにより形成されていれば、最上層の金属膜がＡｕで形成されていることにより酸化を防止することができ、また、最上層直下の金属膜がＮｉで形成されていることにより、Ｃｕにより形成されている場合に比べて半田に溶食されにくくなり、膜厚を薄くすることが可能になる。また、各パッド電極２５の厚み方向の最下層の金属膜がＴｉにより形成されていることにより、各パッド電極２５と絶縁膜２３との密着性を高めることができる。
【００４４】
カバー基板３は、電極形成基板２においてセンサチップ１が実装される面と同じ面に封着される。カバー基板３には、電極形成基板２との間にセンサチップ１を収納する収納空間を形成するために、電極形成基板２との対向面に収納凹所３１が形成されている。電極形成基板２とカバー基板３とは平面視における外形寸法が等しく、カバー基板３は全周に亘って電極形成基板２と気密的に接合される。ここに、カバー基板３において電極形成基板２と接合される部位にはシリコン酸化膜である接合膜３２が形成されている。
【００４５】
また、カバー基板３を電極形成基板２に接合した状態で、カバー基板３に形成された収納凹所３１の内底面とセンサチップ１に設けた質量体１２との間に、質量体１２の変位を許容する間隙が形成されるように、収納凹所３１の深さ寸法を設定してある。ここに、収納凹所３１の内底面と質量体１２との間の隙間を確保するために、質量体１２の厚み寸法を調節してもよい。質量体１２とカバー基板３との間の間隙の寸法は、たとえば、５〜１０μｍに設定される。この間隙の寸法を越える変位を生じさせる加速度が質量体１２に作用するときには質量体１２がカバー基板３に当接するから、カバー基板３は図１の上方への質量体１２の変位量を規制するストッパとして機能する。
【００４６】
上述した加速度センサを製造するにあたっては、多数個のセンサチップ１を形成したＳＯＩウェハを切断分離して個別のセンサチップ１を形成し、電極形成基板２を形成するシリコンウェハに貫通孔配線２４およびバンプ２１を形成し、シリコンウェハにおいて各電極形成基板２に相当する部位に、各センサチップ１をフリップチップ実装する。センサチップ１の電極１９とバンプ２１との接合面はＡｕ−Ａｕ接合であるから、常温バンプ接合で接合する。
【００４７】
次に、多数個のセンサチップ１をフリップチップ実装したシリコンウェハと、多数個のカバー基板３を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで互いに接合し、ダイシング工程により個別に切断分離する。ウェハレベルでの接合時には、電極形成基板２に形成された絶縁膜２３とカバー基板３に形成された接合膜３２とを互いに接合する。このような製造工程を採用することにより、電極形成基板２とセンサチップ１とがボンディングワイヤを用いることなく接続され、しかもセンサチップ１に設けた可動部の変位量を規制するために別途にストッパを設ける必要がないから、ボンディングワイヤを用いたりストッパを用いたりする構成と比較すると、電極形成基板２とカバー基板３とにより構成されるパッケージの高さ寸法（センサチップ１の厚み方向における寸法）を小さくすることが可能になる。
【００４８】
ところで、電極形成基板２とカバー基板３との接合方法としては、接合後におけるセンサチップ１の残留応力を少なくすることが望ましい。したがって、低温での接合が可能な接合方法を採用することが望ましい。そこで、本実施形態では、シリコン酸化膜対シリコン酸化膜の常温接合法を採用している。
【００４９】
常温接合法では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行い、次に接合面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、絶縁膜２３とと接合膜３２とが接合されることにより、常温下で電極形成基板２とカバー基板３との周部同士が接合される。
【００５０】
本実施形態では、センサチップ１と電極形成基板２とカバー基板３とが同じ半導体材料であるＳｉにより形成されているので、センサチップ１と電極形成基板２とカバー基板３との線膨張率差に起因した応力（センサチップ１における残留応力）がブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力に与える影響を低減できる。つまり、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサチップ１とは異なる材料により形成されている場合に比較すると、製品毎のセンサ特性のばらつきを低減することができる。
【００５１】
なお、上述した構成例では、センサチップ１の形成にＳＯＩウェハを用いているが、この構成は必須ではなく、ＳＯＩウェハに代えて、たとえばシリコンウェハを採用してもよい。上述した加速度センサでは、電極形成基板２においてセンサチップ１との対向面とは反対側の表面にパッド電極２５が形成されているので、インターポーザを用いることなく半田リフローにより実装基板に実装することが可能である。
【００５２】
（実施形態２）
実施形態１では、センサチップ１にセンシング部Ｄｓとともに回路部Ｄｃを形成する例を示したが、本実施形態では、図７に示すように、センサチップ１にはセンシング部Ｄｓのみを形成し、回路部Ｄｃをセンサチップ１とは別に設けた回路チップ４に形成した例を示す。回路チップ４はセンサチップ１とともに、電極形成基板２とカバー基板３とで形成されたパッケージに収納される。
【００５３】
回路チップ４は、実施形態１においてセンサチップ１に形成した電極１９と同様の構成である電極４１を有している。電極形成基板２においてセンサチップ１を実装する面には接続用金属層２６からなる接続パターンが形成され、センサチップ１と回路チップ４とは接続パターンを介して電気的に接続される。接続パターンにおいてセンサチップ１を実装する部位にはバンプ２１が形成され、実施形態１と同様に、バンプ２１の突出寸法によってセンサチップ１における可動部の変位量を確保および規制がなされる。
【００５４】
一方、貫通孔配線２４は回路チップ４を実装する部位に形成されている。回路チップ４の実装にはバンプを用いることが可能であるが、センサチップ１を実装する部位以外にバンプを形成するのは手間がかかる。そこで、電極形成基板２において回路チップ４を実装する部位では、各電極４１に対応する部位に接続用金属層２６が形成してあり、接続用金属層２６と電極４１とを金属対金属の常温接合により接合する。
【００５５】
つまり、接合前に接続用金属層２６と電極４１とにアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合面の清浄化および活性化を行った後に、接続用金属層２６と電極４１とを接触させ、センサチップ１と電極形成基板２との間に常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、接続用金属層２６と電極４１とが接合され、常温下で接続用金属層２６と電極４１とを接合することができる。つまり、回路チップ４の電極は接続用金属層２６を介してセンサチップ１およびパッド電極２５に接続される。
【００５６】
本実施形態では、実施形態１に比較すると実装面積が大きくなるが、回路チップ４をセンサチップ１とは分離しているから、センサチップ１と回路チップ４との組み合わせによって複数の仕様のセンサ装置を構成することが可能になる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】実施形態１を示す縦断面図である。
【図２】同上に用いるセンサチップの平面図である。
【図３】同上に用いるセンシング部を示す要部平面図である。
【図４】図３におけるＡ−Ａ′線断面の階段断面図である。
【図５】図３におけるＢ−Ａ′線断面の縦断面図である。
【図６】同上の回路図である。
【図７】実施形態２を示す縦断面図である。
【図８】従来構成を断面図である。
【図９】同上の分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  センサチップ
２  電極形成基板
３  カバー基板
１２  質量体（可動部）
１３  撓み部（可動部）
１９  電極
２１  バンプ
２４  貫通孔配線
２５  パッド電極（電極）
３１  収納凹所
Ｄｃ  回路部
Ｄｓ  センシング部
【図１】
2007263766.tif 000003
【図２】
2007263766.tif 000004
【図３】
2007263766.tif 000005
【図４】
2007263766.tif 000006
【図５】
2007263766.tif 000007
【図６】
2007263766.tif 000008
【図７】
2007263766.tif 000009
【図８】
2007263766.tif 000010
【図９】
2007263766.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月5日(2007.2.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定され、センサチップの電極とバンプとは常温バンプ接合で接合されていることを特徴とするセンサ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
請求項１の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサチップと、センサチップを収納するパッケージとを備え、パッケージの内側面であってセンサチップの可動部と対向する一面にはセンサチップのフリップチップ実装に用いられるバンプが形成され、バンプの突出寸法は、パッケージの前記一面と可動部との距離が可動部に許容された変位量を規定するように設定され、センサチップの電極とバンプとは常温バンプ接合で接合されていることを特徴とする。
【手続補正書】
【提出日】平成19年5月7日(2007.5.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
このように、センサチップ１を電極形成基板２に対してバンプ２１を用いてフリップチップ実装することにより、センサチップ１と電極形成基板２との間にはバンプ２１の突出寸法に相当する間隙が生じる。したがって、この間隙が所望寸法になるようにバンプ２１の突出寸法を設定することにより、センサチップ１の厚み方向における質量体１２および撓み部１３の変位空間を確保する（質量体１２の変位量を規制する）ことができる。要するに、センサチップ１において質量体１２と撓み部１３とからなる可動部の変位を許容する空間を上記間隙によって確保し、かつ衝撃力などが作用した場合の質量体１２の変位量を規制するストッパとして電極形成基板２を用いることができる。