(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲む外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置において、
前記外殻部は、内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成され、前記電極と前記電路パターンが前記絶縁膜に形成された溝を介して接続されており、
該構造膜は、合成樹脂製で、略球面全体に渡って、合成樹脂の球体又は粉体を熱圧縮して形成された多数の微細な孔を有することを特徴とする球状半導体装置。
【請求項２】
表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲む外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置において、
前記外殻部は、内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成され、前記電極と前記電路パターンが前記絶縁膜に形成された溝を介して接続されており、
該構造膜は、合成樹脂製で、略球面全体に渡って、該構造膜の基体となる合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物の球体又は粉体との混合物を熱圧縮し、前記被エッチング物を、エッチングして形成された多数の微細な孔を有することを特徴とする球状半導体装置。
【請求項３】
前記合成樹脂の球体又は粉体を、中空構造としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の球状半導体装置。
【請求項４】
前記合成樹脂の球体又は粉体を、その単位粒子中に無機材料を混合させたものとしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の球状半導体装置。
【請求項５】
前記被エッチング物を、多結晶シリコンの球体又は粉体としたことを特徴とする請求項２に記載の球状半導体装置。
【請求項６】
表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲んで内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成された外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置の製造方法において、
前記球状半導体の表面に前記導電体膜を形成し、
前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、
該犠牲膜の周囲に前記外殻部の前記電極を設け、
その周囲に、所定位置に溝を形成した前記絶縁膜を設け、
その周囲に前記電路パターンを設けて、前記溝を介して前記電極と前記電路パターンとを接続し、
その後、該電路パターンの周囲に成形用型枠を配設し、該成形用型枠内で前記電路パターンの周囲に合成樹脂の球体又は粉体を充填して熱圧縮して前記構造膜を形成することにより、略球面全体に渡って多数の微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去して前記間隙を形成したことを特徴とする球状半導体装置の製造方法。
【請求項７】
表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲んで内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成された外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置の製造方法において、
前記球状半導体の表面に前記導電体膜を形成し、
前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、
該犠牲膜の周囲に前記外殻部の前記電極を設け、
その周囲に、所定位置に溝を形成した前記絶縁膜を設け、
その周囲に前記電路パターンを設けて、前記溝を介して前記電極と前記電路パターンとを接続し、
その後、該電路パターンの周囲に成形用型枠を配設する一方、前記構造膜の基体となる合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物の球体又は粉体とを混合した後、該混合物を、前記成形用型枠内で前記電路パターンの周囲に充填して熱圧縮した後、前記被エッチング物を、エッチングすることにより、略球面全体に渡って多数の微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去して前記間隙を形成したことを特徴とする球状半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、球形状の球状半導体と、この球状半導体の周囲を囲む外殻部とを有する球状半導体装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種のものとしては、特開２０００−３４３４６３号公報に記載されたようなものがある。これは、球状半導体である球体の外側に所定の間隙を持って球殻部が設けられることにより球体センサ型計測装置が構成されている。
【０００３】
その球殻部には、外周部に熱硬化性樹脂により形成された構造膜が設けられ、この球殻部を球体の周囲に犠牲膜を介して設けた後に、その球殻部に多数の微細な孔を形成して、これらの孔を介してガスを導入して犠牲膜をエッチングするようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のものにあっては、熱硬化性樹脂を塗布して硬化させて球殻部の構造膜を形成した後に、別行程で犠牲膜のエッチング用の微少孔を形成するようにしていることから、微少孔を形成するための行程が増加すると共に、微細な孔が一部にしか形成されていないと、ガスを良好に導入できず、エッチング性能が低下する虞がある。
【０００５】
そこで、この発明は、エッチング性能を確保できる球状半導体装置及びその製造方法を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲む外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置において、前記外殻部は、内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成され、前記電極と前記電路パターンが前記絶縁膜に形成された溝を介して接続されており、該構造膜は、合成樹脂製で、略球面全体に渡って、合成樹脂の球体又は粉体を熱圧縮して形成された多数の微細な孔を有する球状半導体装置としたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の発明は、表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲む外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置において、前記外殻部は、内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成され、前記電極と前記電路パターンが前記絶縁膜に形成された溝を介して接続されており、該構造膜は、合成樹脂製で、略球面全体に渡って、該構造膜の基体となる合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物の球体又は粉体との混合物を熱圧縮し、前記被エッチング物を、エッチングして形成された多数の微細な孔を有する球状半導体装置としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記合成樹脂の球体又は粉体を、中空構造としたことを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の発明は、請求項１又は２の構成に加え、前記合成樹脂の球体又は粉体を、その単位粒子中に無機材料を混合させたものとしたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の発明は、請求項２の構成に加え、前記被エッチング物を、多結晶シリコンの球体又は粉体としたことを特徴とする。
【００１２】
請求項６に記載の発明は、表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲んで内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成された外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置の製造方法において、前記球状半導体の表面に前記導電体膜を形成し、前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、該犠牲膜の周囲に前記外殻部の電極を設け、その周囲に、所定位置に溝を形成した前記絶縁膜を設け、その周囲に前記電路パターンを設けて、前記溝を介して前記電極と前記電路パターンとを接続し、その後、該電路パターンの周囲に成形用型枠を配設し、該成形用型枠内で前記電路パターンの周囲に合成樹脂の球体又は粉体を充填して熱圧縮して前記構造膜を形成することにより、略球面全体に渡って多数の微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去して前記間隙を形成した球状半導体装置の製造方法としたことを特徴とする。
【００１３】
請求項７に記載の発明は、表面に導電体膜が形成された球形状の球状半導体と、該球状半導体の周囲を球状内面で囲んで内側から電極、絶縁膜、電路パターン、構造膜の順で形成された外殻部とを有し、前記球状半導体と前記外殻部の前記球状内面との間に間隙が形成された球状半導体装置の製造方法において、前記球状半導体の表面に前記導電体膜を形成し、前記球状半導体の周囲に犠牲膜を設け、該犠牲膜の周囲に前記外殻部の電極を設け、その周囲に、所定位置に溝を形成した前記絶縁膜を設け、その周囲に前記電路パターンを設けて、前記溝を介して前記電極と前記電路パターンとを接続し、その後、該電路パターンの周囲に成形用型枠を配設する一方、前記構造膜の基体となる合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物の球体又は粉体とを混合した後、該混合物を、前記成形用型枠内で前記電路パターンの周囲に充填して熱圧縮した後、前記被エッチング物を、エッチングすることにより、略球面全体に渡って多数の微細な孔を形成し、該孔を介してガスを導入して前記犠牲膜をエッチングにより除去して前記間隙を形成した球状半導体装置の製造方法としたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
［発明の実施の形態１］
図１乃至図６には、この発明の実施の形態１を示す。
【００１６】
まず構成を説明すると、図中符号１１は球状半導体装置で、球形状の球状半導体１２と、この球状半導体１２の周囲を囲む外殻部１３とを有しており、この球状半導体装置１１は様々な用途及び分野に適用することができる。
【００１７】
例えば、球状半導体１２を浮上させた浮上球体型計測装置の例として、加速度計、ジャイロ等があり、球状半導体１２を浮上させない非浮上球体型計測装置の例として、傾斜計等がある。
【００１８】
その球状半導体１２の外径は直径数ミリメートル以下（例えば１ｍｍ）であり、外殻部１３の球状内面の内径より僅かに小さく、その球状半導体１２が適当な方法、例えば、静電気的又は磁気的方法によって浮上されると、球状半導体１２と外殻部１３の球状内面との間には、数μｍ程度の隙間１４が形成される（図５参照）。
【００１９】
この間隙１４は、密閉空間又は開放空間であり、真空であっても良いが、適当な不活性ガス又は液体が充填されていても良い。
【００２０】
その外殻部１３は、最も内側に複数の電極１７が設けられ、この外側に絶縁膜１８が設けられ、この絶縁膜１８の外側にそれら電極１７に所定の位置関係で接続された電路パターン１９が設けられ、さらにこの電路パターン１９の外側に構造膜２０が設けられている。
【００２１】
そして、この外殻部１３の下部には、複数のバンプ２１が設けられ、これらバンプ２１が回路パターン１９に接続されて、構造膜２０の外側に突出し、これらバンプ２１が回路基板２２に熱融着されて実装されている。
【００２２】
それら電極１７及び電路パターン１９は、導電体、例えば金属膜によって形成され、絶縁膜１８は、絶縁体、例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ２によって形成されている。
【００２３】
また、構造膜２０は、絶縁体、例えば熱可塑性樹脂により形成され、微細な多数の孔を有している。そして、この構造膜２０は、所定の強度を有し、外殻部１３の形状を保持すると共に、内側の構成部材（球状半導体１２等）を保護する保護膜として機能している。
【００２４】
そして、かかる球状半導体装置１１を、図６に示すように、ハウジング２６で覆って保護することにより、加速度センサ等として用いることもできる。
【００２５】
次に、かかる球状半導体装置１１の製造工程について説明する。
【００２６】
図１に示すように、多結晶又は単結晶のケイ素Ｓｉ、好ましくは単結晶ケイ素Ｓｉからなる球体１２ａを用意し、その表面に導電体膜１２ｂ、例えば金属膜を形成する。この導電体膜１２ｂは例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成される。
【００２７】
次いで、このように形成された球状半導体１２の表面にケイ素Ｓｉからなる犠牲膜１５を例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成する。この犠牲膜１５は後工程で除去されることにより、間隙１４を形成する。
【００２８】
その後、この犠牲膜１５の周囲に全面的に金属膜である導電体膜を形成した後、エッチングにより、この導電体膜に電極パターン溝を形成することにより、所定の位置に電極１７を形成する。
【００２９】
次に、この周囲に絶縁膜１８を形成する。例えば、二酸化ケイ素ＳｉＯ２の膜を全面に化学蒸着法（ＣＶＤ）により形成し、エッチングにより、所定位置に溝を形成する。この溝の位置では、電極１７が外部に露出することとなる。
【００３０】
そして、この絶縁膜１８の周囲に電路パターン１９を形成することにより、この電路パターン１９と電極１７とが絶縁膜１８の溝を介して接続されることとなる。
【００３１】
さらに、この電路パターン１９に半田等からなるバンプ２１を設けた後、このバンプ２１を回路基板２２上に熱融着する。
【００３２】
この状態で、電路パターン１９，絶縁膜１８及び電極１７には、外部から犠牲膜１５まで貫通する多数の微細な孔を形成しておく。
【００３３】
次に、この周囲に構造膜２０を成形する場合について説明する。
【００３４】
まず、図２に示すように、電路パターン１９まで形成された中間品の周囲に成形用型枠２５をセットする。この成形用型枠２５は、左右に２分割され、中間品の周囲にセットされた状態では、その中間品の周囲に所定の幅の隙間が開くように構成されている。また、上部には樹脂材料投入口２５ａが形成されている。
【００３５】
その後、その樹脂材料投入口２５ａから合成樹脂の球体又は粉体を投入して、その隙間に充填する。しかる後、この充填された合成樹脂を熱圧縮することにより、球体等の互いに接触した部分を熱融着し、多数の微細な孔を形成する。これにより、構造膜２０を形成する（図３参照）。
【００３６】
合成樹脂の材料としては、線膨張係数が小さく、融点が低い材料が用いられる。融点が高いものでは、球状半導体１２に悪影響を与えるためである。
【００３７】
ここでは、例えば、メタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、アセタール樹脂（ＰＯＭ）等が用いられる。そのメタクリル樹脂（ＰＭＭＡ）は線膨張係数が６×１０−５／Ｋ、融点が２２０℃、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）は線膨張係数が６〜８×１０−５／Ｋ、融点が２４０℃、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）は線膨張係数が７×１０−５／Ｋ、融点が２２０℃、アセタール樹脂（ＰＯＭ）は線膨張係数が１３×１０−５／Ｋ、融点が１６５℃である。
【００３８】
次いで、図４に示すように、成形用型枠２５を外した後、外部からエッチング気体（例えば二フッ化キセノンＸｅＦ２）を微少孔を介して導入することにより、犠牲膜１５を除去する。
【００３９】
この気相エッチングでは、除去する犠牲膜１５の材料とそれに最適なエッチング気体の選択が重要である。ここでは、犠牲膜１５にケイ素が使用され、エッチング気体として二フッ化キセノンＸｅＦ２が使用される。この他にエッチング気体の二フッ化キセノンに対する犠牲膜１５の材料として、タングステン、チタン等も使用できる。
【００４０】
このようなものにあっては、合成樹脂の球体等を投入した後、熱圧縮するだけで、所定の強度を有し、微細な孔が略球面全体に形成された多孔質の構造膜２０を容易に形成できるため、従来のように別途、微細孔を形成する作業が必要なく、外殻部１３を容易に成形できると共に、略球面全体の孔からガスを導入できるため犠牲膜１５のエッチング性能が向上することとなる。
【００４１】
なお、表１には、合成樹脂材料に任意の圧力を掛けて、温度を変化させた場合の、固形度と多孔質の形成度合いの実験結果を示す。
【００４２】
ここで、材料は、積水化成品工業  ＭＢー１００  アクリル非架橋  平均径１００μｍのものを使用し、直径１０ｍｍの成型品を成形した。
【００４３】
条件としては、室温より昇温し、任意の温度で５分間、２４Ｋｇｗの圧力を印加させ、その後、室温まで徐冷した。
【００４４】
成形結果によれば、１２０℃以上の温度で成形したものでは、十分な固形度が得られるが、多孔質へのインクの浸透度合いは、１３０℃以上の温度で成形したものでは、中心部までインクが浸透せず、多孔質の出来具合としては、不十分であり、１２０℃以下であれば、インクが中心部まで浸透した。かかる実験では、１２０℃程度まで昇温させた成形品について良好な結果が得られた。
【００４５】
かかる実験結果は一例であり、樹脂の種類や各種条件により変化するものであるため、所定の強度を有し、且つ、通気性を確保できる多孔質の構造膜２０を成形するには、どのように条件等が最良か適宜実験等を行い適当なものを定めて実際の製品を製造するのがよい。
【００４６】
【表１】
0004230144.tif 000002
［発明の実施の形態２］
図７乃至図１２には、この発明の実施の形態２を示す。
【００４７】
この実施の形態２は、構造膜２０の形成の方法が実施の形態１のものと相違している。
【００４８】
すなわち、まず、図７に示すように、プリフォームした構造膜２０の下側部２７を用意し、図８に示すように、この下側部２７の凹部２７ａに構造膜２０が形成されていない球状半導体１２を位置出しして、バンプ２１が上側に位置するように挿入する。
【００４９】
次いで、図９に示すように、プリフォームされた構造膜２０の上側部２８を、下側部２７の上に載せた後、図１０に示すように、熱圧縮して下側部２７と上側部２８とを固着させる。
【００５０】
その後、図１１に示すように、回路基板２２を載せて、バンプ２１と接続すると共に、接着剤２９により回路基板２２と構造膜２０の上側部２８とを接続する。
【００５１】
しかる後、図１２に示すように、構造膜２０の多数の微細な孔を介して、犠牲膜１５をエッチングして除去する。
【００５２】
ところで、上記実施の形態１，２では、単一の合成樹脂を所定の条件で熱圧縮することにより、所定の強度を有する多孔質体を形成しているが、これに限らず、以下のような方法でも、所定の強度を有する多孔質体を形成できる。
【００５３】
すなわち、外殻部の構造膜２０を形成する合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物、例えば多結晶シリコンの球体又は粉体とを所定の割合で混合する。その後、この混合物を実施の形態１と同様な成形用型枠２５の樹脂材料投入口２５ａから投入し、熱圧縮する。
【００５４】
次いで、この被エッチング物である多結晶シリコンを、エッチング気体（例えば二フッ化キセノンＸｅＦ２）によりエッチングすることにより、この構造膜２０に多数の微細な孔を形成すると共に、この微細な孔を介して犠牲膜１５もエッチングして除去する。
【００５５】
このようにしても良好に球状半導体装置１１を製造することができる。
【００５６】
ここでは、被エッチング物に多結晶シリコンを使用し、エッチング気体として二フッ化キセノンを使用したが、この他に、エッチング気体の二フッ化キセノンに対する被エッチング物として、タングステン、チタン等の球体又は粉体も使用することができる。この際、犠牲膜１５も同材料により形成することにより、気体エッチングによる反応速度が変わることなく、良好なエッチングを行うことができる。
【００５７】
また、上記のように合成樹脂の球体又は粉体と被エッチング物の球体又は粉体との混合物から形成された構造膜２０や、上記実施の形態１、２の構造膜２０では、構造膜２０の基体となる合成樹脂の球体又は粉体の単位粒子中に、炭酸カルシウムＣａＣＯ３  やシリカＳｉＯ２ 等の無機材料を混合させたものを使用することもできる。この場合、各粒子に含まれる無機材料により、熱圧縮の際の熱膨張率を低く抑えることができ、成形時の寸法精度を高く保つことができる。
【００５８】
さらに、構造膜２０に使用される材料の粒子の形態は、球体または粉体として説明してきたが、中空の粒子としてもよい。この場合、各粒子の中空部に含まれる気体により、熱圧縮の際の熱膨張率を低く抑えることができ、成形時の寸法精度を高く保つことができる。また、熱圧縮の際に、各粒子が潰れた場合には、構造膜２０の多孔質構造を作りやすいというメリットがある。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明してきたように、この発明によれば、外殻部の構造膜の球面全体に渡って孔を形成できるため、犠牲膜のエッチングを良好に行うことができる。
【００６０】
また、構造膜は、球体等の合成樹脂を熱圧縮して形成するようにすれば、簡単に、所定の強度の多孔質体を形成できる。
【００６１】
さらに、構造膜は、構造膜の基体となる合成樹脂の球体又は粉体と、被エッチング物の球体又は粉体とを混合した混合物を、熱圧縮して、被エッチング物を、エッチングして除去するようにしても、簡単に、所定の強度の多孔質体を形成できる。
【００６２】
また、合成樹脂の球体又は粉体を、中空構造としたり、単位粒子中に無機材料を混合させたものとすれば、構造膜の成形時の寸法精度を高く保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る球状半導体等を回路基板に取り付けた状態を示す断面図である。
【図２】同実施の形態１に係る図１の外側に成形用型枠を配設した状態の断面図である。
【図３】同実施の形態１に係る図２の成形用型枠内に合成樹脂を充填した状態を示す断面図である。
【図４】同実施の形態１に係る図３の状態から成形用型枠を外した状態を示す断面図である。
【図５】同実施の形態１に係る図４の状態から犠牲膜をエッチングにより除去した状態を示す断面図である。
【図６】同実施の形態１に係る球状半導体装置をハウジング内に収容した状態を示す断面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る構造膜の下側部を示す図である。
【図８】同実施の形態２に係る構造膜の下側部の凹部に球状半導体を挿入した状態を示す図である。
【図９】同実施の形態２に係る構造膜の下側部の上側に、上側部を載せた状態を示す図である。
【図１０】同実施の形態２に係る構造膜の下側部と上側部とを熱融着した状態を示す図である。
【図１１】同実施の形態２に係る図１０に示す状態から回路基板を接続した状態を示す図である。
【図１２】同実施の形態２に係る犠牲膜をエッチングした状態を示す図である。
【符号の説明】
11  球状半導体装置
12  球状半導体
13  外殻部
14  隙間
15  犠牲膜
17  電極
18  絶縁膜
19  電路パターン
20  構造膜
21  バンプ
22  回路基板
25  成形用型枠
【図１】
0004230144.tif 000003
【図２】
0004230144.tif 000004
【図３】
0004230144.tif 000005
【図４】
0004230144.tif 000006
【図５】
0004230144.tif 000007
【図６】
0004230144.tif 000008
【図７】
0004230144.tif 000009
【図８】
0004230144.tif 000010
【図９】
0004230144.tif 000011
【図１０】
0004230144.tif 000012
【図１１】
0004230144.tif 000013
【図１２】
0004230144.tif 000014