(57)【要約】【課題】地磁気センサを含む複数種類の検出器を備える多軸センサ装置を容易に小型化する。【解決手段】基板の第１面側に形成され、磁場を検出する磁気センサ部と、基板の第１面の上側に設けられる慣性センサ部と、基板の第２面側に形成され、外部から入力する磁場の方向を変化させて磁気センサ部を通過させる磁気収束部材と、を備えるセンサ装置を提供する。磁気センサ部は、予め定められた方向の磁場を検出し、磁気収束部材は、外部から入力する予め定められた方向と異なる磁場の成分を、予め定められた方向に変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第１面側に形成され、磁場を検出する磁気センサ部と、
前記基板の第１面の上側に設けられる慣性センサ部と、
前記基板の第２面側に形成され、外部から入力する磁場の方向を変化させて前記磁気センサ部を通過させる磁気収束部材と、
を備えるセンサ装置。
【請求項２】
前記磁気センサ部は、予め定められた方向の磁場を検出し、
前記磁気収束部材は、外部から入力する予め定められた方向と異なる磁場の成分を、前記予め定められた方向に変化させる
請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記予め定められた方向は、前記基板の第１面に対して垂直な方向であり、
前記磁気収束部材は、外部から入力する前記基板の第１面に対して平行な方向の磁場の成分を曲げ、前記基板の第１面に対して垂直方向の成分を生成して前記磁気センサ部に与える
請求項２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記基板の第１面側において、前記慣性センサ部を覆う保護基板が設けられる請求項１から３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記保護基板は、前記基板と貼り合わせによって取り付けられる請求項４に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記慣性センサ部は、前記磁気センサ部が形成された前記基板の第１面側に重ねて形成される請求項４または５に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記慣性センサ部は、前記保護基板の前記基板の第１面に対向する面側に形成される請求項４または５に記載のセンサ装置。
【請求項８】
前記基板の第２面側において、前記磁気収束部材を覆う絶縁膜が更に形成される請求項１から７のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項９】
前記基板の第１面および第２面を電気的に接続する貫通電極を更に備える請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１０】
前記基板の第１面側の前記貫通電極は、前記磁気センサ部および前記慣性センサ部の少なくとも一方と電気的に接続され、
前記基板の第２面側において、前記貫通電極の他方と接続される第１電極部を更に備える請求項９に記載のセンサ装置。
【請求項１１】
前記基板の第１面側において、前記磁気センサ部および前記慣性センサ部の少なくとも一方と電気的に接続される第２電極部を更に備える請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１２】
前記磁気センサ部は、前記基板の第１面側から見て前記磁気収束部材に対応する領域の縁部に設けられる請求項１から１１のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１３】
前記磁気センサ部は、ホール素子を有する請求項１から１２のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１４】
前記慣性センサ部は、加速度センサ、角速度センサ、および圧力センサのうち、少なくとも１つを有する請求項１から１３のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【請求項１５】
基板の第１面側に磁気センサ部を形成する段階と、
前記磁気センサ部が形成された前記基板の第１面の上側に慣性センサ部を形成する段階と、
前記基板に前記慣性センサ部を設けた後に、外部から入力する予め定められた方向と異なる方向の磁場の成分を、前記予め定められた方向に変化させる磁気収束部材を前記基板の第２面側に形成する段階と、
を備えるセンサ装置の製造方法。
【請求項１６】
前記慣性センサ部を形成する段階は、前記慣性センサ部を覆う保護基板を前記基板に貼り合わせる段階を有し、
前記磁気収束部材は、前記保護基板を前記基板に貼り合わせた後に形成される
請求項１５に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記慣性センサ部を形成する段階は、前記慣性センサ部を前記磁気センサ部が形成された前記基板の第１面側に重ねて形成してから、前記保護基板を前記基板に貼り合わせる請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１８】
前記慣性センサ部を形成する段階は、前記慣性センサ部を前記保護基板に形成してから当該保護基板を前記基板に貼り合わせる請求項１６に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記磁気収束部材を前記基板の第２面側に形成する段階は、前記基板に前記慣性センサ部を設けた後に、前記基板の第２面側を研磨してから前記磁気収束部材を形成する請求項１６から１８の何れか一項に記載の製造方法。
【請求項２０】
基板の一方の面側に設けられ、外部から入力する前記基板の一方の面に対して平行な方向の磁場の成分を曲げ、前記基板の他方の面に対して垂直方向の成分を生成する磁気収束部材と、
前記基板の他方の面側に設けられ、前記基板の他方の面に対して入力する磁場の垂直方向の成分を検出する磁気センサ部と、
前記基板の他方の面の上側に設けられる慣性センサ部と、
を備えるセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置およびセンサ装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地磁気検出器に加え、加速度、角速度、気圧等の特性を検出する複数の検出器を備え、複数の軸方向の動きおよび／または位置を検出する多軸センサ装置とその周辺技術が知られていた（例えば、特許文献１から８参照）。
特許文献１  特開２０１０−２３７０５８号公報
特許文献２  特開２００２−７１３８１号公報
特許文献３  特開２００８−２０３０８号公報
特許文献４  特開２０００−３４０８５６号公報
特許文献５  米国特許第５８８３５６７号明細書
特許文献６  米国特許第７３５８７２４号明細書
特許文献７  特開２００６−１７３５９９号公報
特許文献８  特表２００７−５０９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このような複数種類の検出器を備える多軸センサ装置は、検出器の種類毎にそれぞれ基板等に作製し、作製した検出器を１つのパッケージに組み立てていた。ここで、パッケージ自体の大きさを小型化する目的で、検出器を重ねて形成することが考えられるが、多軸センサ装置に使われる複数種類の検出器は、立体構造もしくは可動部を持つことが多い。このため、限られた面積内に複数種類の検出器を重ねて形成するには、互いの構造がぶつからないようにする必要があり、設計自由度が低かった。つまり、複数種類の検出器の設計自由度を高めながら、小型化を達成できる多軸センサ装置を形成することが困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、基板の第１面側に形成され、磁場を検出する磁気センサ部と、基板の第１面の上側に設けられる慣性センサ部と、基板の第２面側に形成され、外部から入力する磁場の方向を変化させて磁気センサ部を通過させる磁気収束部材と、を備えるセンサ装置を提供する。
【０００５】
本発明の第２の態様においては、基板の一方の面側に設けられ、外部から入力する基板の一方の面に対して平行な方向の磁場の成分を曲げ、基板の他方の面に対して垂直方向の成分を生成する磁気収束部材と、基板の他方の面側に設けられ、基板の他方の面に対して入力する磁場の垂直方向の成分を検出する磁気センサ部と、基板の他方の面の上側に設けられる慣性センサ部と、を備えるセンサ装置を提供する。
【０００６】
本発明の第３の態様においては、基板の第１面側に磁気センサ部を形成する段階と、磁気センサ部が形成された基板の第１面の上側に慣性センサ部を形成する段階と、基板に慣性センサ部を設けた後に、外部から入力する予め定められた方向と異なる方向の磁場の成分を、予め定められた方向に変化させる磁気収束部材を基板の第２面側に形成する段階と、を備える磁気センサ部センサ装置の製造方法を提供する。
【０００７】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本実施形態に係るセンサ装置１０の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るセンサ装置１０の製造フローの一例を示す。
【図３】本実施形態に係る基板１００にホール素子等を形成した段階の断面を示す。
【図４】本実施形態に係る基板１００にホール素子等を形成した段階の第１面側から見た概略構成を示す。
【図５】本実施形態に係る基板１００に慣性センサ部１４０を形成した段階の断面を示す。
【図６】本実施形態に係る保護基板１５０を形成した段階の断面を示す。
【図７】本実施形態に係る保護基板１５０および基板１００を貼り合わせた段階の断面を示す。
【図８】本実施形態に係る基板１００の第２面側を研磨した段階の断面を示す。
【図９】本実施形態に係る磁気収束部材１２０を基板１００の第２面側に形成した段階の断面を示す。
【図１０】本実施形態に係る絶縁膜１３０および貫通電極１７０を形成した段階の断面を示す。
【図１１】本実施形態に係る第１電極部１８０および配線部１９０を形成した段階の断面を示す。
【図１２】本実施形態に係る第１電極部１８０および配線部１９０を形成した段階における、基板１００の第２面側からみたセンサ装置１０の構成例を示す。
【図１３】本実施形態に係るセンサ装置１０の第１の変形例を示す。
【図１４】本実施形態に係るセンサ装置１０の第２の変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１０】
図１は、本実施形態に係るセンサ装置１０の構成例を示す。センサ装置１０は、磁場を検出する磁気センサ部と、慣性センサ部とを備え、複数の軸方向の動き、姿勢、および位置を検出する多軸センサ装置である。センサ装置１０は、基板の第１面側に磁気センサ部を形成し、第２面側に磁気収束部材を設け、磁気センサ部および慣性センサ部を一体化して形成され当該センサ装置１０の実装面積を低減させる。センサ装置１０は、基板１００と、磁気センサ部１１０と、磁気収束部材１２０と、絶縁膜１３０と、慣性センサ部１４０と、保護基板１５０と、接合部１６０と、貫通電極１７０と、第１電極部１８０と、配線部１９０と、を備える。
【００１１】
基板１００は、シリコン等の半導体によって形成され、半導体回路および半導体素子等を含む。基板１００は、半導体ウェハ等から切り出されたＩＣチップであってよく、外部の基板、回路、配線等と電気的に接続される。図１は、互いに直交する座標系であるＸ、Ｙ、およびＺ軸を示し、基板１００の表面および裏面がＸＹ面と平行な面である例を示す。また、基板１００の＋Ｚ軸方向を向く表面を第１面とし、−Ｚ軸方向を向く裏面を第２面とする。基板１００は、第１面において、信号処理を実行する信号処理回路、電気信号を授受する回路配線等が形成されてよい。
【００１２】
磁気センサ部１１０は、基板１００の第１面側に形成され、磁場を検出する。磁気センサ部１１０は、予め定められた方向の磁場を検出する。図１において、磁気センサ部１１０は、Ｚ軸方向の磁場成分を検出する例を示す。磁気センサ部１１０は、例えば、ホール素子と当該ホール素子に接続される電子回路等を有する。ホール素子は、半導体材料で形成されてよい。ホール素子および電子回路等は、基板１００が半導体ウェハの状態において、エッチング、デポジション等を含む半導体製造プロセスによって形成されてよい。磁気センサ部１１０は、複数のホール素子を有することが望ましく、複数のホール素子は、２つのホール素子毎にホール素子対となるように配置されることがより望ましい。また、磁気センサ部１１０は、ホール素子に代えて、磁気抵抗素子やフラックスゲートなどで構成してもよい。
【００１３】
例えば、２つのホール素子は、端子をそれぞれ４つ含み、Ｘ軸方向に配列される。そして、２つのホール素子は、４端子のうち互いに向かいあう一方の２端子間に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じた起電力（ホール効果）を他方の２端子間に発生させるホール素子対（第１ホール素子対）として配置される。この場合、第１ホール素子対は、Ｙ軸と平行な線分に対して線対称に配置されてよい。これに代えて、第１ホール素子対は、Ｘ軸と平行な線分およびＹ軸と平行な線分の交点に対して点対称に配置されてもよい。
【００１４】
また、例えば、第１ホール素子対とは異なる２つのホール素子は、Ｙ軸方向に配列され、４端子のうち互いに向かい合う一方の２端子間に電流を流すとＺ軸方向に入力する磁場に応じた起電力（ホール効果）を他方の２端子間に発生させるホール素子対（第２ホール素子対）として配置される。この場合、第２ホール素子対は、Ｘ軸と平行な線分に対して線対称に配置されてよい。
【００１５】
磁気収束部材１２０は、基板１００の第２面側に形成され、外部から入力する磁場の方向を変化させて磁気センサ部１１０を通過させる。磁気収束部材１２０は、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうち１以上を含むパーマロイ等の磁性材料で形成される。磁気収束部材１２０は、基板１００の第２面に直接形成されてよく、これに代えて、基板１００の第２面側に、絶縁層等を介して形成されてもよい。
【００１６】
磁気収束部材１２０は、磁気センサ部１１０の下方（−Ｚ方向）に配置され、外部から入力する予め定められた方向と異なる磁場の成分を、予め定められた方向に変化させる。例えば、磁気収束部材１２０は、外部から入力する基板１００の第１面に対して平行な方向の磁場の成分を曲げ、基板１００の第１面に対して垂直方向の成分を生成して磁気センサ部１１０に与える。磁気収束部材１２０は、例えば、ＸＹ平面と平行な面に入力する磁場の±Ｘ方向および±Ｙ方向の成分を、＋Ｚ方向および／または−Ｚ方向に曲げる。
【００１７】
図１は、磁気収束部材１２０が、ＸＹ平面と平行な基板１００の第２面に形成され、センサ装置１０に入力する点線で示した磁場の＋Ｘ方向の成分を、＋Ｚ方向および−Ｚ方向に曲げる例を示す。このように、磁気収束部材１２０は、当該磁気収束部材１２０の近傍の磁場の成分を曲げ、予め定められた方向の成分が発生するように変化させる。磁気収束部材１２０は、例えば、Ｘ軸方向および／またはＹ軸方向の磁場を、Ｚ軸方向の成分が発生するように曲げ、Ｚ軸方向に感度を有する磁気センサ部１１０に入力させる。また、磁気収束部材１２０は、磁場のＺ軸方向の成分の大部分をほとんど曲げずに磁気センサ部１１０に入力させる。
【００１８】
したがって、Ｚ軸方向に感度を有する磁気センサ部１１０であっても、磁気収束部材１２０と組み合わせることで、ＸおよびＹ軸方向の磁場の成分を検出することができるので、Ｚ軸方向と合わせて３軸方向の磁場を検出できることになる。ここで、磁気センサ部１１０は、基板１００の第１面側から見て磁気収束部材１２０に対応する領域の縁部に設けられる。
【００１９】
ホール素子対となる２つのホール素子が、磁気収束部材１２０の対向する縁部にそれぞれ配置されることにより、それぞれに発生するホール起電力の正負の符号を異ならせることができる。いいかえれば、磁気収束部材１２０は、ホール素子対となる２つのホール素子がそれぞれ縁部に位置するように基板１００の第２面側の一部分に配置される。図１は、磁気収束部材１２０の±Ｘ側の縁部にホール素子がそれぞれ配置され、磁場が＋Ｘ方向に入力した例を示す。これにより、−Ｘ側のホール素子が−Ｚ方向の磁場を検出し、＋Ｘ側のホール素子が＋Ｚ方向の磁場を検出するので、ホール素子対は正負の符号が異なるホール起電力をそれぞれ発生させることになる。
【００２０】
この場合、一例として、第１ホール素子対の正負の符号が異なるホール起電力の差分を算出することで、入力する磁場のＸ成分の値を検出することができる。なお、ホール起電力の差分を算出するので、入力する磁場のＸ成分以外の成分はキャンセルされるので、理想的には、磁場のＸ成分のみを検出できることになる。同様に、第２ホール素子対となる２つのホール素子のホール起電力の差分を算出することで、入力する磁場のＹ成分の値を検出することができる。また、第１ホール素子対のホール起電力の和を算出することで、磁場のＸ成分の磁場をキャンセルしつつ、入力する磁場のＺ成分の値を検出することができる。
【００２１】
このように、磁気センサ部１１０が少なくとも２対のホール素子対を有することで、センサ装置１０に入力する磁場のＸ、Ｙ、およびＺ軸成分をそれぞれ分離して検出することができる。なお、このようなホール素子対の検出信号の信号処理は、基板１００の第１面に形成される信号処理回路が実行してよい。
【００２２】
絶縁膜１３０は、基板１００の第２面側において、磁気収束部材１２０を覆うように形成される。絶縁膜１３０は、基板１００の第２面側の保護膜として機能する。
【００２３】
慣性センサ部１４０は、基板１００の第１面の上側に設けられ、慣性に基づき自身に加わる加速度等を検知する。即ち、慣性センサ部１４０は、磁気センサ部１１０の上方（＋Ｚ軸方向）に設けられる。図１において、慣性センサ部１４０は、磁気センサ部１１０が形成された基板１００の第１面側に重ねて形成される例を示す。また、慣性センサ部１４０は、基板１００の第１面に形成された回路配線、信号処理回路等と接続される。
【００２４】
慣性センサ部１４０は、加速度センサ、角速度センサ、および圧力センサのうち、少なくとも１つを有し、当該慣性センサ部１４０が形成されるセンサ装置１０に加わる加速度、重力加速度、角速度、回転加速度、圧力等を検知する。慣性センサ部１４０は、例えば、センサ装置１０に加わる加速度に応じて容量が変動する櫛歯構造、片持ち梁、ダイヤフラム、振動板等を有し、容量の変化に基づき当該センサ装置１０に加わる加速度を検出する。また、慣性センサ部１４０は、歪みゲージ、圧電素子等を有し、ピエゾ抵抗効果による電気抵抗の変化、圧電効果による電圧変化等に基づきセンサ装置１０に加わる加速度を検出してもよい。センサ装置１０は、検出した加速度に応じて、当該センサ装置１０の動き、姿勢等を判断する。
【００２５】
慣性センサ部１４０は、磁気センサ部１１０とは別個に形成されてよい。慣性センサ部１４０は、例えば、磁気センサ部１１０が基板１００に形成された後に、形成された当該磁気センサ部１１０に重ねて形成される。慣性センサ部１４０は、半導体製造プロセスによって形成されたデバイスでよく、一例として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）デバイスである。
【００２６】
保護基板１５０は、基板１００の第１面側において、慣性センサ部１４０を覆うように設けられる。保護基板１５０は、シリコン等の半導体、ガラス、有機材料等で形成されてよい。また、保護基板１５０は、慣性センサ部１４０を収容する凹部がエッチング等で形成されてよい。保護基板１５０は、基板１００と貼り合わせによって取り付けられてよい。保護基板１５０および基板１００は、貼り合わせられることにより、センサ装置１０のパッケージとして機能する。
【００２７】
接合部１６０は、基板１００および保護基板１５０の間の接合部分に設けられ、基板１００および保護基板１５０を接合する。接合部１６０は、例えば、Ａｕ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｓｉ、およびＧｅのうち、１以上を含む接合材料が用いられる。接合部１６０は、一例として、当該接合部１６０を挟んで基板１００および保護基板１５０を密着した後に加熱されることにより、当該基板１００および保護基板１５０を貼り合わせる。
【００２８】
貫通電極１７０は、基板１００に形成され、基板１００の第１面および第２面を電気的に接続する。貫通電極１７０は、基板の第１面側において、磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０の少なくとも一方と電気的に接続される。貫通電極１７０は、例えば、基板１００に複数設けられ、基板１００の第１面側に設けられる磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０に電気的に接続され、当該慣性センサ部１４０および磁気センサ部１１０と基板１００の第２面側とを電気的に接続する。貫通電極１７０は、第１面側において、基板１００に形成される電子回路、ボンディング等を介して、慣性センサ部１４０および磁気センサ部１１０にそれぞれ電気的に接続されてよい。
【００２９】
第１電極部１８０は、基板１００の第２面側において、貫通電極１７０の他方と接続される。第１電極部１８０は、外部の電子回路と電気的に接続する接続端子として機能する。第１電極部１８０は、複数の半田ボール（半田バンプ）が整列したＢＧＡ（Ｂａｌｌ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）でよく、これに代えて、複数の平面電極パッドが整列したＬＧＡ（Ｌａｎｄ  Ｇｒｉｄ  Ａｒｒａｙ）でもよい。また、第１電極部１８０は、予め定められた形状のパッド、ランド、ピン、コネクタ等であってもよい。
【００３０】
第１電極部１８０は、一例として、センサ装置１０が外部のプリント基板等に実装されるように、当該プリント基板に形成された電極パッドとボンディングされてよい。この場合、第１電極部１８０は、センサ装置１０が表面実装型のデバイスとなるように形成されることが望ましい。
【００３１】
配線部１９０は、基板１００の第２面側に形成され、当該第２面において貫通電極１７０および第１電極部１８０を電気的に接続する。これにより、第１電極部１８０は、センサ装置１０のパッケージ内部の磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０と電気信号を授受することができる。また、第１電極部１８０は、磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０に電源（電流）を供給してもよい。
【００３２】
以上の本実施形態に係るセンサ装置１０は、磁気収束部材１２０が基板１００の一方の面側に設けられ、外部から入力する基板１００の一方の面に対して平行な方向の磁場の成分を曲げ、基板１００の他方の面に対して垂直方向の成分を生成する。そして、基板１００の他方の面側に設けられた磁気センサ部１１０が、基板１００の他方の面に対して入力する磁場の垂直方向の成分を検出する。これによって、センサ装置１０は、外部から入力される磁場を検出する機能を有し、一例として、入力磁場のＸ、Ｙ、およびＺ軸方向の３軸成分を検出する機能を有することができる。センサ装置１０の磁気センサ部１１０は、一例として、地磁気を検出する電子コンパス（地磁気センサ）として機能する。
【００３３】
また、センサ装置１０は、慣性センサ部１４０が基板の他方の面の上側に設けられる。これにより、センサ装置１０は、多軸加速度センサおよび／または多軸角速度センサおよび／または圧力センサの機能を更に有することができる。センサ装置１０は、一例として、６軸の慣性センサ（３軸加速度センサおよび３軸角速度センサ）と、３軸の地磁気センサの機能を有するデバイスである。このような多機能デバイスとして動作するセンサ装置１０は、磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０を上述のように重畳して形成することにより、複数の検出器の構造が互いに制約しあうことを低減しながら、パッケージサイズおよび実装面積を低減させることができる。また、基板等に形成した検出器を基板ごと貼り合わせるには基板を加熱する場合が多い。この場合、基板に形成した検出器、部品等の特性劣化することがある。しかし、センサ装置１０は、上述した構成により、加熱の影響を避けて基板に形成した検出器、部品等の特性劣化を低減できる。
【００３４】
地磁気センサおよび慣性センサを重畳するデバイスを作製する場合、地磁気センサを形成した基板と慣性センサを形成した基板とを貼り合わせる。この場合、地磁気センサが立体構造である磁気収束部材１２０を持つと、立体構造でかつ可動部を持つ慣性センサとの接触を防ぐ必要があるため、基板上の互いの位置や大きさに制限がかかり、パッケージサイズの実装面積を十分に低減できない。また、これまで独立に設計できていた地磁気センサと慣性センサを限られた面積の中で互いの特性が十分に発揮できるように同時に設計する必要があるため、設計および製造工程の複雑化、長時間化を招いてしまう。
【００３５】
そこで、本実施形態のセンサ装置１０は、磁気センサの持つ立体構造の一部を慣性センサとは基板の別の面に設けることで、磁気センサと慣性センサが基板上の面積を譲り合うことなく、独立して自由に設計できることを実現させる。このようなセンサ装置１０の製造過程について、図２を用いて説明する。
【００３６】
図２は、本実施形態に係るセンサ装置１０の製造フローの一例を示す。また、図３から図１０は、本実施形態に係るセンサ装置１０が形成される過程におけるセンサ装置１０の構成例を示す。
【００３７】
まず、半導体ウェハの第１面（表面）側に磁気センサ部１１０を形成する（Ｓ２００）。半導体ウェハは、シリコンウェハでよく、当該半導体ウェハを切削することにより、センサ装置１０の基板１００が形成される。また、半導体ウェハの第１面は、図１で説明した基板１００の第１面に対応する面である。本実施例において、切削される前の半導体ウェハの状態であっても、切削することで基板１００となる領域を基板１００と示す。
【００３８】
半導体ウェハの当該第１面に、例えば、複数のホール素子、ホール素子に接続される回路配線、およびホール素子から供給されるホール起電力信号を処理する信号処理回路が、磁気センサ部１１０として形成される。また、慣性センサ部１４０に接続される回路配線、および慣性センサ部１４０から供給される検知信号を処理する信号処理回路も、同様に形成されてよい。ホール素子は、基板１００の表面に形成されてもよく、これに代えて、内部に埋め込まれるように形成されてもよい。また、ホール素子は、保護膜で覆われてもよい。図３は、本実施形態に係る基板１００にホール素子等を形成した段階の断面を示す。
【００３９】
また、図４は、本実施形態に係る基板１００にホール素子等を形成した段階の第１面側から見た概略構成を示す。図４は、Ｘ軸と平行な線分Ｂ−Ｂ'上に配列された第１ホール素子対がＹ軸と平行な線分Ａ−Ａ'に対して線対称に配置された例を示す。また、線分Ａ−Ａ'上に配列された第２ホール素子対が線分Ｂ−Ｂ'に対して線対称に配置されるように形成された例を示す。また、第１ホール素子対は、Ｘ軸方向に電流を流す入力端子と、Ｙ軸方向の起電力を出力する出力端子がそれぞれ形成される。同様に、第２ホール素子対は、Ｙ軸方向に電流を流す入力端子と、Ｘ軸方向の起電力を出力する出力端子がそれぞれ形成される。なお、１つの半導体ウェハから複数のセンサ装置１０を形成すべく、半導体ウェハには、複数の領域に複数の磁気センサ部１１０が形成されてよい。
【００４０】
次に、磁気センサ部１１０が形成された基板１００の第１面の上側に、慣性センサ部１４０を形成する（Ｓ２１０）。即ち、加速度センサ、角速度センサ、および圧力センサのうち、少なくとも１つを、基板１００のホール素子等を形成した領域に、重畳するように形成する。ここで、慣性センサ部１４０は、一例として、基板１００に形成された回路配線と電気的に接続されて形成される。図５は、本実施形態に係る基板１００に慣性センサ部１４０を形成した段階の断面を示す。
【００４１】
次に、保護基板１５０となるキャップウェハを形成する（Ｓ２２０）。キャップウェハは、半導体ウェハに磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０が形成された領域以上の面積を有するウェハでもよい。なお、キャップウェハは、基板１００となる半導体ウェハと略同一のサイズのウェハであることが望ましい。キャップウェハは、シリコン等の半導体、ガラス、有機材料等で形成されたウェハでよく、当該キャップウェハを切削することにより、センサ装置１０の保護基板１５０が形成される。本実施例において、切削される前のキャップウェハの状態であっても、切削することで保護基板１５０となる領域を保護基板１５０と示す。
【００４２】
保護基板１５０は、当該保護基板１５０を基板１００に取り付けた場合に、慣性センサ部１４０と接触することを防止すべく、対応する領域がエッチングされ、当該慣性センサ部１４０を収容する凹部が形成される。なお、基板１００となる半導体ウェハに複数の慣性センサ部１４０が形成された場合、キャップウェハには複数の対応する凹部が形成される。また、保護基板１５０は、基板１００と接合する領域に接合部１６０が形成される。図６は、本実施形態に係る保護基板１５０を形成した段階の断面を示す。
【００４３】
次に、保護基板１５０を基板１００に貼り合わせる（Ｓ２３０）。即ち、基板１００となる半導体ウェハにキャップウェハを密着させ、接合部１６０を加熱して、保護基板１５０を基板１００に取り付ける。接合部１６０の加熱温度は、略３００℃から略５００℃の間の温度であってよい。図７は、本実施形態に係る保護基板１５０および基板１００を貼り合わせた段階の断面を示す。
【００４４】
次に、基板１００の第２面側を研磨する（Ｓ２４０）。即ち、半導体ウェハの第１面側にキャップウェハを貼り合わせた後、半導体ウェハの第１面とは反対側の第２面側を研磨する。これにより、基板１００のＺ軸方向の厚さを調整することができる。また、基板１００を保護基板１５０に貼り合わせた後なので、当該基板１００は保護基板１５０によって補強することができ、当該基板１００を別個独立に研磨する場合と比較して、例えば数十μｍ程度といった、より薄い厚さまで研磨することができる。これにより、基板１００のＺ軸方向の厚さの設計自由度を増加させることができる。図８は、本実施形態に係る基板１００の第２面側を研磨した段階の断面を示す。
【００４５】
次に、磁気収束部材１２０を基板１００の第２面側に形成する（Ｓ２５０）。磁気収束部材１２０は、スパッタおよび電解めっき処理等で含むプロセスで形成されてよく、これに代えて、予め別個に作製された磁気収束部材１２０を貼り付けることで形成されてもよい。磁気収束部材１２０は、基板１００の第２面側から見て、予め定められた形状を有し、一例として、略円形形状を有する。
【００４６】
以上のように、磁気収束部材１２０は、基板１００の第１面側に形成される磁気センサ部１１０との電気的接続が必要ないため、保護基板１５０を基板１００に貼り合わせた後に形成することができる。また、磁気収束部材１２０は、基板１００のＺ軸方向の厚さを研磨した後に形成されるので、磁気センサ部１１０との間のＺ方向の距離を精度良く調整して形成することができる。また、基板１００を１００μｍ以下の厚さに研磨することができるので、磁気収束部材１２０を磁気センサ部１１０に近接して配置することができる。このように、磁気収束部材１２０は、慣性センサ部１４０と構造を制限しあうことなく、精度良く形成することができるので、Ｘ方向およびＹ方向の磁場成分を、磁気センサ部１１０が有するＺ方向の磁気感度に対応する適切なＺ方向の磁場成分になるよう構造を自由に変化させることができる。図９は、本実施形態に係る磁気収束部材１２０を基板１００の第２面側に形成した段階の断面を示す。
【００４７】
次に、絶縁膜１３０および貫通電極１７０を形成する（Ｓ２６０）。絶縁膜１３０は、貫通電極１７０が形成される過程において、基板１００の第２面側に形成されてよい。絶縁膜１３０は、複数の貫通電極１７０の間を絶縁すると共に、磁気収束部材１２０および基板１００の第２面側を保護する。貫通電極１７０は、一例として、基板１００の第２面側からビアを形成し、導電材料をビア内に充填することで形成される。例えば、基板１００を１００μｍ以下に研磨した後であっても、当該基板１００は保護基板１５０と貼り合わされて補強されているので、このような加工も容易に実行できる。
【００４８】
本実施形態において、磁気収束部材１２０を形成した後に貫通電極１７０を形成する例を説明したが、これに代えて、磁気収束部材１２０を形成する前に、貫通電極１７０を形成してもよい。例えば、保護基板１５０を基板１００に貼り合わせる前に、基板１００の第１面側から貫通電極を形成する。この場合、基板１００を研磨する前なので、このような加工は容易に実行でき、保護基板１５０を貼りあわせた後に基板１００を研磨することにより、貫通電極１７０を基板１００の第２面に露出させる。図１０は、本実施形態に係る絶縁膜１３０および貫通電極１７０を形成した段階の断面を示す。
【００４９】
次に、第１電極部１８０および配線部１９０を基板１００の第２面側に形成する（Ｓ２７０）。本実施形態のセンサ装置１０において、第１電極部１８０は、複数の半田ボールである例を示す。図１１は、本実施形態に係る第１電極部１８０および配線部１９０を形成した段階の断面を示す。また、図１２は、本実施形態に係る第１電極部１８０および配線部１９０を形成した段階における、基板１００の第２面側からみたセンサ装置１０の構成例を示す。
【００５０】
次に、センサ装置１０をダイシングによって切り出す（Ｓ２８０）。即ち、半導体ウェハおよびキャップウェハが貼り付けられた状態から、基板１００および保護基板１５０によって形成されるセンサ装置１０のパッケージ状態へと切削する。ここで、複数のセンサ装置１０が半導体ウェハおよびキャップウェハに形成された場合、複数のセンサ装置１０が切り出される。以上により、本実施形態に係るセンサ装置１０が形成される。
【００５１】
以上のように、本実施形態に係るセンサ装置１０は、立体構造である磁気収束部材１２０と可動部をもつ慣性センサ部１４０が互いに構造を制限しあうことなく重ねて形成することができるので、パッケージを小型化して実装面積を低減させることができる。また、保護基板１５０を基板１００に貼り付けてから、基板１００を研磨するので、研磨した基板１００を容易に加工することができる。また、保護基板１５０は、基板１００を加工する工程において、基板１００を補強すると共に、加工後はそのままパッケージの一部として用いられるので、補強基板の貼り付けおよび分離等の工程を省略することができ、センサ装置１０の製造工程を簡略化することができる。
【００５２】
図１３は、本実施形態に係るセンサ装置１０の第１の変形例を示す。第１の変形例のセンサ装置１０は、慣性センサ部１４０が保護基板１５０側に形成される。即ち、慣性センサ部１４０は、保護基板１５０の基板の第１面に対向する面側に形成される。したがって、慣性センサ部１４０を形成する段階は、キャップウェハを形成した後に、慣性センサ部１４０を保護基板に形成することになる。そして、慣性センサ部１４０を形成した保護基板１５０を基板１００に貼り合わせる。
【００５３】
以上の本実施形態に係るセンサ装置１０は、外部と電気的に接続される電極である第１電極部１８０が、基板１００の第２面側に形成されることを説明した。これに代えて、センサ装置１０は、外部と電気的に接続される電極が、基板１００の第１面側に形成されてもよい。図１４は、本実施形態に係るセンサ装置１０の第２の変形例を示す。第２の変形例のセンサ装置１０は、基板１００の第１面側に、外部と電気的に接続される電極である第２電極部２００が形成される。
【００５４】
第２電極部２００は、基板１００の第１面側において、磁気センサ部１１０および慣性センサ部１４０の少なくとも一方と電気的に接続される。第２電極部２００は、予め定められた形状のパッド、ランド、ピン、コネクタ等であってよい。図１４は、第２電極部２００が予め定められた形状のボンディングパッドである例を示し、ボンディングワイヤ等がボンディングされることにより、外部と電気的に接続される。
【００５５】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【００５６】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【００５７】
１０  センサ装置、１００  基板、１１０  磁気センサ部、１２０  磁気収束部材、１３０  絶縁膜、１４０  慣性センサ部、１５０  保護基板、１６０  接合部、１７０  貫通電極、１８０  第１電極部、１９０  配線部、２００  第２電極部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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