JPH0367177A - 半導体加速度センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体加速度（振動〉センサ゛に関するも
のである。

［従来技術及び課題］ 従来、半導体加速度センサの感度を上げるために周辺部
のシリコンを重りとして使用しているものがあるが、電
気的な接続を取るためのワイヤーボンディングの線が長
くなってしまい、大きな加速度を検出する時にワイヤが
垂れ下がり接触したり切れたりする場合がある。又、重
りを大きくした加速度センサでは過大な加速篩が加わっ
た時に梁部が破壊するためにオイル中に入れてダンプさ
せる等の対策を施していたが設計の自由度が低く、又コ
ストのかかるものになっている。

この発明の目的は、ワイヤ−ボンディングのワイヤの接
触等を回避するとともに、過大な加速度が加わった時に
容易に可動部の破壊を防止することができる半導体加速
度センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は、半導体チップの片面においてピエゾ抵抗を
有する梁部と重り部とからなる可動部を形成し、この半
導体チップの可動部が基台に対向する状態で所定高さの
バンプを介して当該半導体チップを基台上にボンディン
グし、前記基台を過大な加速度が加わった際の前記可動
部のストッパとしてなる半導体加速度センサをその要旨
とするものであるっ ［作用１ バンプにて電極の取出しができるとともに、過大な加速
度が加わった際に、基台が半導体チップの可動部のスト
ッパとして動（。

［実施例］ 以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第１図には本実施例の半導体加速度センサの断面を示し
、第２図には第１図におけるＡ−Ａ断面を示す。ざらに
、第３〜第７図にはその製造工程を示す。

第３図において、例えば、Ｎ型で５〜２０Ω・ｃｍの（
１００）シリコン基板１に熱酸化膜２を０゜１〜１μｍ
形成する。このシリコン基板１に対しもう１枚の同様な
Ｎ型シリコン基板３を、いわゆるウェハ直接接合で８０
０〜１１００℃で１時間程度の熱処理により接合し、ざ
らに、Ｎ型シリコン基板３を必要な厚さに鏡面研磨する
。そして、所定領域にボロン不純物を、例えばイオン注
入で導入しＰ　ピエゾ抵抗層４を第２図に示すように合
計１６個形成する。さらに、必要ならば半導体素子を形
成し、ＩＣ回路部等をＮ型シリコン基板３内に形成し、
アルミ等での配線層を形成する。

尚、第３図おいて、３ａは熱酸化膜である。

次に、シリコン基板１にエツチングにて所定の深さの第
１の凹部５を中央の重り支持部６を除き環状に形成する
。このエツチングの際に、ＫＯＨ等のアルカリエツチン
グ液又は弗硝酸系のエツチング液が使用される。その結
果、第３図に示すようになる。

引き続き、第４図に示すように、第１の凹部５内でのシ
リコン基板１にエツチングにて熱酸化膜２に至る環状の
第２の凹部７ａと、重り支持部６を除き環状の第２の凹
部７ｂを形成する。この場合、エツチングは熱酸化膜２
において自動的に停止させることができる。

続いて、第５図に示ずように、シリコン基板８上に前記
シリコン基板１を配置し、両者１．８を４００〜４５０
℃の低温でのウェハ直接接合で゛接合する。この際、シ
リコン基板８の代りに、シソコンと熱膨張係数がほぼ等
しいパイレックスガラス（商標名）を用い、陽極接合で
接合してもよい。

そして、第２図及び第５図に示すように７リツプチツプ
エ程によりシリコン基板３上にピエゾ抵抗１苦４と電気
的に接続され所定高さを有する４つのノリツブチップバ
ンプ９を形成する。同時に、シリコン基板３の外周部に
二重の環状の所定高さを有するフリップチップリング１
０を形成する。尚、フリップチップバンプ９及びフリッ
プチップリング１０は例えばＡＩ配線層上にＴｉ、Ｎｉ
層を形成し、メツキにて所定の高さのＱｕの柱状部を形
成し、ハンダ層をそのまわりに形成することにより形成
される。

次に、第２図及び第６図に示すように半導体加速度セン
サの可動部を形成するために前記第２の凹部７ａに連通
する環状の第３の凹部１１ａを形成するとともに、４つ
の梁部１２を除き第２の凹部７ｂに連通ずる第３の凹部
１１ｂを形成する。

その結果、重り部１３、重り支持部６、ピエゾ抵抗を有
する梁部１２及びそれらの周辺部にストッパ部１４が形
成される。

一方、第７図に示すように基台となるシリコン基板１５
に半導体素子、コンタクト、配線層等を有するＩＣ回路
部（図示略）を形成するとともに、電気特性等の調整用
のトリミング抵抗１６、外部取り出し配線層１７、外部
取り出し電極部１８を形成する。さらに、シリコン基板
１５上に第２のフリップチップバンプ１９、第２のフリ
ップチップリング２０を形成する。この第２のフリップ
チップバンプ１９及び第２のフリップチップリング２０
の位置は、第２図及び第６図に示すセンリーチツブのフ
リップチップバンプ９及びフリップチップリング１０に
対応する位置となっている。

そして、第６図に示すセンリーチツブと第７図で示すシ
リコン基板１５をハンダを介して接合することにより第
１図に示すように、半導体加速度センサの製造が完了す
る。その結果、フリップチップバンプ９と第２のフリッ
プチップバンプ１９とが接合され、ピエゾ抵抗層４とシ
リコン基板１５側に設けたＩＣ回路とが電気的に接続さ
れる。又、フリップチップリング１０と第２のフリップ
チップリング２０と序接合され、そのフリップチップリ
ング１０．２０の内側においては気密封止された状態と
なる。

このように製造された加速度センサにおいては、可動部
（梁部１２２重り部１３〉の加速度（振動〉による上下
方向の動きに対してはシリコン基板８及びシリコン基板
１５が、又、重り支持部６の捩じれ等に伴う左右及び前
後方向の動きに対してはストッパ部１４がス１〜ツバと
して動く。即ち、可動部の司動範囲が、エツチングによ
る第１の凹部５の深さ１１、第２の凹部７ａ及び第３の
凹部１１ａの幅部１２、及びフリップチップバンプ９．
１９及びフリップチップリング１０．２０（特に、メツ
キで形成したＣＤの柱状部）の高さで規定される距離１
３により決定される。つまり、上下方向に対しては距離
、ｌ！１．ｕ３が、又、左右及び前後方向に対しては距
離Ｂ２を任意に設定することができる。又、本実施例に
おいては対向するフリップチップバンプ等の両方にメツ
キで形成したＣＵの柱状部で形成される距離１３を設定
したが、片方のみにＣｕの柱状部を形成してもよい。さ
らに、本実施例ではハンダ接続によるフリップチップバ
ンプで説明したが、熱圧着等による他のバンプ構造でも
可能である。

加速度検出時においては、同センサに加速度（振動）が
加わるとその加速度にてピエゾ抵抗層４のピエゾ効果に
より印加された加速度の大きさに応じた信号が７リツプ
チツプバンプ９，１９を介してシリコン基板１５のＩＣ
回路に送られ、この回路にて増輻等の信３処理が行なわ
れ、外部取出し電極部１８から外部に出力される。又、
半導体加速度センサに過大な加速度（振動〉が印り口さ
れた場合には、可動部（梁部１２２重り部１３）に対し
上下、左右、前後方向においてストッパが機能してその
破壊が防止される。

このように本実施例においては、半導体チップの片面に
おいてピエゾ抵抗層４を有する梁部１２と重り部１３と
からなる可動部を形成し、この半導体チップの可動部が
シリコン基板１５（基台）に対向する状態で所定高さの
フリップチップバンプ９，１９を介して半導体チップを
シリコン基板１５上にボンディングし、シリコン基板１
５を過大な加速度が加わった際の可動部のストッパとし
た。その結果、フリップチップバンプ９，１９にて電極
の取り出しができるとともにシリコン基板１５をストッ
パとして使用でき、さらにフリップチップバンプ９，１
９の高さを調整することにより可動部（５Ａ部１２２重
り部１３）とシリコン基板１５との距ｆｉＮ３を最適設
ｆｆｔ　′ｇることかできる。

よって、ワイヤーボンディングのワイヤの接触等を回避
するとともに、過大な加速度が加わった時に容易に可動
部の破壊を防止することができることとなる。又、フリ
ップチップリング１０．２０によりチップの確実な支持
ができるとともに気密封止ができる。さらに、可動部の
外周部にストッパ部１４を距離１２だけ離間して配置し
たので、重り支持部６の捩じれ等に伴う左右方向及び前
後方向の動きに対してはストッパ部１４がストッパとし
て機能する。

尚、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、
例えば、第８図及び第９図（第８図のＢ−Ｂ断面）に示
ダ−ように、いわゆるハイブリッドＩＣに用いられるア
ルミナ基板２１に厚膜印刷やｓｍ層により導体樗を形成
するとともに、シリコン基板２３にＩＣ回路２２等を形
成し、これらの基板２１．２３を上記実施例と同様に配
置してもよい。この際に、熱膨張係数をシリコンと同等
な基板材料（例えば、アビ１〜日ン（商標名）等）を用
いれば広い温度範囲にわたって使用することもできる。

さらに、第１０図、第１１図（第１０図のＣ−Ｃ断面）
に示すように、外周部のノリツブチップリング２５ａ、
２５ｂを４つに分割したものとし、当該センサがオイル
中に配置される。そして、各フリップチップリング２５
ａ、２５ｂ間の隙間及び基台２６に設けた連通孔２７を
介してオイルを出入りさせてダンプ機能をもたせてもよ
い。尚、この実施例では、重り部１３に対し平行な梁部
２４が２組形成されている。

さらには、第１２図、第１３図（第１２図のＤ−Ｄ断面
）に示すように、梁部２８を１つとしく即ち、片持ら梁
とし）、外周部のフリップデツプバンプ２９ａ、２９ｂ
にピエゾ抵抗層４の電気接続機能とチップ支持機能をも
たせてもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したようにこの発明によれば、ワイヤーボンデ
ィングのワイヤの接触等を回避するとともに、過大な加
速度が加わった時に容易に可動部の破壊を防止すること
ができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の半導体加速度センサの断面図、第２
図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３図は半導体加速度セン
サの製造工程を説明するための断面図、第４図は半導体
加速度センソーの製造工程を説明するための断面図、第
５図は半導体加速度センサの製造工程を説明するための
断面図、第６図は半導体加速度センソーの製造工程を説
明するための断面図、第７図は半導体１１ＪＯ速度セン
サの製造工程を説明するための断面図、第８図は別例の
半導体加速度センサの断面図、第９図【よ第８図のＢ−
Ｂ断面図、第１０図は他の別例の半導体加速度センサの
断面図、第１１図は第１０図のＣ−Ｃ断面図、第１２図
は他の別例の半導体加速度センサの断面図、第１３図は
第１２図のＤ−Ｄ断面図である。 ４はピエゾ抵抗層、９はフリップデツプバンプ、１２は
梁部、１３は重り部、１５は基台としてのシリコン基板
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、半導体チップの片面においてピエゾ抵抗を有する梁
   部と重り部とからなる可動部を形成し、この半導体チッ
   プの可動部が基台に対向する状態で所定高さのバンプを
   介して当該半導体チップを基台上にボンディングし、前
   記基台を過大な加速度が加わつた際の前記可動部のスト
   ッパとしてなる半導体加速度センサ。