JP2008256495A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板の一面側に位置するセンシング部からの電気信号を、基板の厚さ方向に貫通する貫通電極を介して、基板の他面側へ取り出し可能としたセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device that can extract an electrical signal from a sensing unit located on one surface side of a substrate to the other surface side of the substrate through a through electrode that penetrates in the thickness direction of the substrate.
従来よりこの種のセンサ装置としては、たとえば、静電容量変化にて慣性力を計測するセンサとしての加速度センサやジャイロスコープ等が知られている。この容量式センサは、自動車用エアバック制御や車両安定制御、民生用ゲームアミューズメント等、さまざまな用途に適用されている。 Conventionally, as this type of sensor device, for example, an acceleration sensor, a gyroscope, or the like is known as a sensor that measures an inertial force by changing a capacitance. This capacitive sensor is applied to various uses such as automotive airbag control, vehicle stability control, and consumer game amusement.
一般に、このセンサ装置は、容量検出に必要な可動質量を具備した可動電極と基板に固定された固定電極と間の静電容量変化を、電圧変化として出力するセンサ素子構成としている。そして、このセンサ素子は、半導体技術を適用した、いわゆるＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）といわれる技術を応用した製造方法により製造される。 Generally, this sensor device has a sensor element configuration that outputs a change in capacitance between a movable electrode having a movable mass necessary for capacitance detection and a fixed electrode fixed to a substrate as a voltage change. The sensor element is manufactured by a manufacturing method using a so-called MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) to which semiconductor technology is applied.
一方で、センサ出力を外部へ出力する方法として、たとえば、特許文献１に記載されているような貫通電極を用いた構造が提案されている。これを用いれば、センシング部と他の回路素子との接続、あるいは、センシング部とこれに電気的な接続を実施したい基板との接続を最短で配線することができ、装置の小型化等のメリットが得られる。
On the other hand, as a method for outputting the sensor output to the outside, for example, a structure using a through electrode as described in
具体的には、一面側にセンシング部が配置された基板に対して、基板の厚さ方向に貫通するように貫通電極を設ければ、基板の一面側のセンシング部からの信号を、貫通電極を介して基板の他面側に取り出すことができる。
しかしながら、上記特許文献１のように、上記した貫通電極は、当該貫通電極を形成する基板と電気的に絶縁分離するために、基板の貫通孔に絶縁膜を形成し、そこへ配線材料を埋め込むといった加工により形成されるものであり、当該絶縁膜の形成や配線材料埋め込みの手間が必要となる。
However, as described in
さらには、上記基板と絶縁膜や配線材料との間で応力が発生するため、微小な容量変化を検出するデバイスの特性に影響を及ぼし、所望のデバイス特性が得られないといった問題も発生しがちである。 In addition, since stress is generated between the substrate and the insulating film or wiring material, the characteristics of the device that detects minute capacitance changes are affected, and the problem that desired device characteristics cannot be obtained tends to occur. It is.
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、基板の一面側に位置するセンシング部からの電気信号を、基板の厚さ方向に貫通する貫通電極を介して、基板の他面側へ取り出し可能としたセンサ装置において、絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みを行うことなく、貫通電極を形成するのに適した構成を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an electrical signal from a sensing unit located on one surface side of a substrate is transferred to the other surface side of the substrate through a through electrode penetrating in the thickness direction of the substrate. An object of the present invention is to realize a configuration suitable for forming a through electrode without forming an insulating film or embedding a wiring material in a sensor device that can be taken out.
上記目的を達成するため、本発明は、第１の基板（１１、３０）の厚さ方向の一面側に配置されたセンシング部（２０）からの信号を、第１の基板（１１、３０）の厚さ方向を貫通する貫通電極（１４）を介して第１の基板（１１、３０）の厚さ方向の他面側に取り出すようにしたセンサ装置において、貫通電極（１４）を、電気伝導性を有する第１の基板（１１、３０）の一部として構成し、第１の基板（１１、３０）のうち貫通電極（１４）の周囲に、貫通電極（１４）を取り囲むように溝（１５）を形成し、この溝（１５）を介して貫通電極（１４）とその周囲とを電気的に絶縁したことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a signal from the sensing unit (20) arranged on one surface side in the thickness direction of the first substrate (11, 30) to the first substrate (11, 30). In the sensor device that is taken out to the other surface side in the thickness direction of the first substrate (11, 30) through the through electrode (14) that penetrates the thickness direction, the through electrode (14) is electrically conductive. The first substrate (11, 30) having a characteristic is formed as a part of the first substrate (11, 30), and a groove (around the through electrode (14) is formed around the through electrode (14). 15), and the through electrode (14) and its surroundings are electrically insulated through the groove (15).
それによれば、貫通電極（１４）は、溝（１５）で区画された導電性の第１の基板（１１、３０）の部分そのものであり、従来のような絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みが不要となるため、絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みを行うことなく、貫通電極（１４）を形成するのに適した構成を実現することができる。 According to this, the penetrating electrode (14) is a portion of the conductive first substrate (11, 30) partitioned by the groove (15) itself, and the conventional insulating film formation or wiring material embedding is performed. Therefore, it is possible to realize a configuration suitable for forming the through electrode (14) without forming an insulating film or embedding a wiring material.
ここで、第１の基板（１１、３０）の一面に、第２の基板（１１、３０）を対向して設け、貫通電極（１４）を含む第１の基板（１１、３０）を、第２の基板（１１、３０）に支持させてもよい（後述の図１、図５等参照）。 Here, the second substrate (11, 30) is provided on one surface of the first substrate (11, 30) so as to face the first substrate (11, 30) including the through electrode (14). It may be supported by two substrates (11, 30) (see FIGS. 1, 5, etc. described later).
さらに、この場合、第１の基板（１１）の一面にセンシング部（２０）を設け、第２の基板を、センシング部（２０）を覆うように第１の基板（１１）の一面側に取り付けられたキャップ（３０）としてもよいし（後述の図１等参照）、これとは逆に、第２の基板（１１）のうち第１の基板（３０）の一面に対向する部位にセンシング部（２０）を設け、第１の基板を、センシング部（２０）を覆うように第２の基板（１１）に取り付けられたキャップ（３０）としてもよい（後述の図５等参照）。 Furthermore, in this case, the sensing unit (20) is provided on one surface of the first substrate (11), and the second substrate is attached to the one surface side of the first substrate (11) so as to cover the sensing unit (20). The cap (30) may be used (see FIG. 1 and the like to be described later), or conversely, the sensing unit may be disposed on a portion of the second substrate (11) facing one surface of the first substrate (30). (20) may be provided, and the first substrate may be a cap (30) attached to the second substrate (11) so as to cover the sensing unit (20) (see FIG. 5 and the like described later).
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in the claim and this column is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るセンサ装置としての半導体力学量センサＳ１の概略断面構成を示す図であり、図２は、この力学量センサＳ１を回路基板Ｋ１に搭載した状態を示す概略断面図である。この力学量センサＳ１は、加速度や角速度などの力学量を検出するセンサとして構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor mechanical quantity sensor S1 as a sensor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a state in which the mechanical quantity sensor S1 is mounted on a circuit board K1. It is a schematic sectional drawing shown. The mechanical quantity sensor S1 is configured as a sensor that detects a mechanical quantity such as acceleration or angular velocity.
この力学量センサＳ１は、シリコン半導体よりなるベース基板１１と、このベース基板１１の一面（図１中の上面）に酸化膜１３を介して積層されたポリシリコン層１２とよりなるＳＯＩ（シリコンオンインシュレータ）基板１０を備えている。
This mechanical quantity sensor S1 includes an SOI (silicon-on) comprising a
このＳＯＩ基板１０は、一般的なものと同様であるが、本実施形態では、ベース基板１１が第１の基板として構成されており、このベース基板１１は電気伝導性を有するものである。好ましくは、ベース基板１１においては、Ｐ（リン）やＢ（ボロン）などの不純物がドープされて導電性が確保されている。
The
第１の基板としてのベース基板１１の厚さ方向の一面には、検出を行うためのセンシング部２０が設けられている。ここでは、ポリシリコン層１２によってセンシング部２０が形成されている。
A
このセンシング部２０は、公知の加速度センサや角速度センサに用いられているような梁構造体としての可動電極と固定電極とを有するものである。そして、加速度や角速度の印加時に可動電極が変位し、可動電極と固定電極間の容量が変化し、これを電圧信号として取り出すものである。このようなセンシング部２０は、エッチングなどの半導体プロセスを用いて製造できる。
The
また、ベース基板１１の一面側には、センシング部２０を覆うようにキャップ３０が取り付けられている。このキャップ３０は、ベース基板１１の一面と対向する部位に凹部が形成され、センシング部２０と離れている。
A
また、キャップ３０はシリコン半導体よりなり、センシング部２０の外側にてポリシリコン層１２に、接着や陽極接合などにより接合されている。本実施形態では、このキャップ３０が第２の基板として構成されている。
The
ここで、図１に示されるように、本実施形態の力学量センサＳ１においては、ベース基板１１には、当該ベース基板１１の厚さ方向（図１中の上下方向）を貫通する貫通電極１４が設けられている。この貫通電極１４は、ベース基板１１の一面側に位置するセンシング部２０からの電気信号を、ベース基板１１の他面（図１中の下面）側に取り出すものである。
Here, as shown in FIG. 1, in the mechanical quantity sensor S <b> 1 of the present embodiment, the
この貫通電極１４は、電気伝導性を有するベース基板１１の一部として構成されている。つまり、貫通電極１４はベース基板１１を構成するシリコン半導体よりなる。そして、ベース基板１１のうち貫通電極１４の周囲には、貫通電極１４を取り囲むように溝１５が形成されている。この溝１５は、ベース基板１１の他面から酸化膜１３まで到達する溝、すなわちベース基板１１の厚さ方向を貫通する溝である。
The through
この溝１５はいわゆるエアアイソレーションと言われるものであり、この溝１５を介して貫通電極１４とその周囲のベース基板１１の部分との絶縁が確保されている。つまり、貫通電極１４は、電気的な絶縁部としての溝１５に取り囲まれることにより、電気的に独立したものとなっている。
This
ここでは、ベース基板１１の一面側では、酸化膜１３に設けられた開口部を介して、貫通電極１４とポリシリコン層１２とが接触しており、これにより、センシング部２０と貫通電極１４とが電気的に接続されている。
Here, on one surface side of the
また、図２に示されるように、この力学量センサＳ１は、当該センサＳ１を制御する回路部１０１を有する回路基板Ｋ１の上に搭載されている。この回路基板Ｋ１は、たとえば半導体基板に集積回路を形成してなるものであり、その表面には絶縁性の保護膜１０２が設けられている。
As shown in FIG. 2, the mechanical quantity sensor S1 is mounted on a circuit board K1 having a
そして、ベース基板１１の他面側では、貫通電極１４には接続電極４０が電気的に接続されており、貫通電極１４と回路基板Ｋ１の図示しない配線とは、接続電極４０を介して電気的に接続されている。なお、ここでは、接続電極４０は、力学量センサＳ１側に設けられているが、回路基板Ｋ１側のみに予め取り付けられたものであってもよい。この接続電極４０はアルミやＡｌ−Ｓｉなどよりなる。
The
また、上述したように、本実施形態では、第１の基板としてのベース基板１１の一面に、第２の基板としてのキャップ３０が対向して設けられているが、貫通電極１４を含むベース基板１１は、酸化膜１３およびポリシリコン層１２を介して、キャップ３０に接合されることで当該キャップ３０に支持されている。
As described above, in this embodiment, the
次に、本実施形態の力学量センサＳ１の製造方法について、図３および図４を参照して述べる。図３（ａ）〜（ｅ）は、本製造方法を製造工程順に示す工程図であり、図４（ａ）〜（ｃ）は図３に続いて本製造方法を製造工程順に示す工程図である。 Next, a method for manufacturing the mechanical quantity sensor S1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 3A to 3E are process diagrams showing the manufacturing method in the order of the manufacturing steps, and FIGS. 4A to 4C are process diagrams showing the manufacturing method in the order of the manufacturing processes following FIG. is there.
まず、図３（ａ）に示されるように、シリコンウェハなどよりなるベース基板１１を用意し、図３（ｂ）に示されるように、このベース基板１１の表面に、熱酸化や各種の酸化膜の成膜法を用いて、酸化膜１３を形成する。そして、この酸化膜１３を公知の方法にてパターニングする。それにより、上記した貫通電極１４とポリシリコン層１２とを接続する開口部を含む酸化膜１３のパターンを形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図３（ｃ）に示されるように、ポリシリコン層１２を公知手法にて成膜し、このポリシリコン層１２の表面を、ＣＭＰ（ケミカルメカニカルポリッシング）によって平坦化する。
Next, as shown in FIG. 3C, a
次に、センシング部２０を形成するべくポリシリコン層１２の表面に、図示しないマスクを形成する。このマスクの材料はレジストや酸化膜などである。そして、このマスクの上から、ポリシリコン層１２をエッチングして、センシング部２０のパターンを形成する。このエッチングは、たとえばＲＩＥ（リアクティブイオンエッチング）方式で行うことができる。そして、上記マスクを除去する。この状態が図３（ｄ）に示される。
Next, a mask (not shown) is formed on the surface of the
次に、センシング部２０を可動とするべく、センシング部２０の下部の酸化膜１３を犠牲層エッチングなどによりエッチングする。これにより、図３（ｅ）に示されるように、センシング部２０は、ベース基板１１から離れリリースされる。
Next, in order to make the
次に、図４（ａ）に示されるように、ベース基板１１の一面側に、センシング部２０を覆うようにキャップ３０を取り付ける。上述したように、このキャップ３０の取付は、陽極接合や接着などにより行う。これにより、センシング部２０がキャップ３０により封止される。なお、この封止は、真空封止でも大気圧封止でもよい。
Next, as illustrated in FIG. 4A, a
そして、ベース基板１１の他面を研削・研磨することにより、後述する溝１５を形成するエッチング加工の工数を縮小するべく、ベース基板１１を薄くする。また、この研削・研磨によって、上記した貫通電極１４に接続電極４０を形成するために、ベース基板１１の他面を鏡面とする。
Then, by grinding / polishing the other surface of the
次に、図４（ｂ）に示されるように、ベース基板１１の他面において、貫通電極１４となる部位に、スパッタや蒸着などによりアルミやＡｌ−Ｓｉなどよりなる接続電極４０を形成する。
Next, as shown in FIG. 4B, a
次に、溝１５を形成するエッチング（溝エッチング工程）を行う。この溝エッチングにより、溝１５を形成するとともに溝１５によって画定された貫通電極１４を形成する。具体的には、まず、ベース基板１１の他面に図示しないエッチング用マスクを形成する。このマスクの材料はレジストが簡便でよい。
Next, etching for forming the grooves 15 (groove etching process) is performed. By this groove etching, the
続いて、ベース基板１１の他面から、ＲＩＥ等で溝エッチングを実施する。それにより、ベース基板１１の他面から酸化膜１３まで到達する溝１５が形成されると同時に、貫通電極１４が形成される。この状態は図４（ｃ）に示される。
Subsequently, groove etching is performed from the other surface of the
こうして、図４（ｃ）に示されるように、本実施形態の力学量センサＳ１ができあがる。そして、図４（ｃ）に示されるように、力学量センサＳ１を、上記回路基板Ｋ１の上に搭載し、貫通電極１４の接続電極４０と回路基板Ｋ１側の接続電極４０’とを、固相接合や、はんだあるいは導電性接着剤などを介して、接合もしくは接着する。それにより、上記図２に示される状態が完成する。
Thus, as shown in FIG. 4C, the mechanical quantity sensor S1 of the present embodiment is completed. Then, as shown in FIG. 4C, the mechanical quantity sensor S1 is mounted on the circuit board K1, and the
ところで、本実施形態によれば、第１の基板としてのベース基板１１自身は電気伝導性を有するものであり、貫通電極１４はこの電気伝導性を有するベース基板１１の一部として構成している。そして、貫通電極１４の周囲を溝１５で取り囲み、この溝１５を介して貫通電極１４とその周囲の基板１１部分との絶縁を確保している。
By the way, according to the present embodiment, the
それによれば、貫通電極１４は、溝１５で区画された導電性のベース基板１１の部分そのものであり、溝１５をトレンチエッチングすることで容易に形成されるものである。そのため、従来のような絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みを行うことなく、貫通電極１４を形成することができる。
According to this, the through
また、本実施形態では、ベース基板１１の一面に酸化膜１３およびポリシリコン層１２を介してキャップ３０を取り付け、ベース基板１１をキャップ３０で支持した状態で、上記溝エッチングを行っている。そのため、エッチング後に溝１５に囲まれた貫通電極１４が脱落することが防止される。
In the present embodiment, the groove etching is performed in a state where the
（第２実施形態）
図５は、本発明の第２実施形態に係るセンサ装置としての半導体力学量センサＳ２の概略断面構成を示す図であり、図６は、この力学量センサＳ２を回路基板Ｋ１に搭載した状態を示す概略断面図である。本実施形態の力学量センサＳ２も、加速度や角速度などの力学量を検出するセンサとして構成される。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor mechanical quantity sensor S2 as a sensor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 shows a state in which the mechanical quantity sensor S2 is mounted on a circuit board K1. It is a schematic sectional drawing shown. The mechanical quantity sensor S2 of the present embodiment is also configured as a sensor that detects mechanical quantities such as acceleration and angular velocity.
上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。上記第１実施形態では、ベース基板１１を第１の基板とし、キャップ３０を第２の基板としていた。そして、ベース基板１１の一面にセンシング部２０が設けられており、キャップ３０は、センシング部２０を覆うようにベース基板１１の一面側に取り付けられていた。
The difference from the first embodiment will be mainly described. In the first embodiment, the
それに対して、本実施形態では、図５、図６に示されるように、キャップ３０を第１の基板とし、ベース基板１１を第２の基板としている。そのため、第２の基板としてのベース基板１１のうち第１の基板としてのキャップ３０に対向する部位（つまり、図５中のベース基板１１の上面）にセンシング部２０が設けられた形となっている。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIGS. 5 and 6, the
この場合も、第１の基板としてのキャップ３０は、センシング部２０を覆うように、第２の基板としてのベース基板１１に対し、酸化膜１３およびポリシリコン層１２を介して、取り付けられている。ここでは、図５に示されるように、キャップ３０とポリシリコン層１２とは、樹脂などの接着剤よりなる接着層５０を介して接合されている。
Also in this case, the
また、この場合も、第１の基板としてのキャップ３０に貫通電極１４が設けられており、このキャップ３０の一面には、第２の基板としてのベース基板１１が対向して設けられている。そして、キャップ３０側から言えば、貫通電極１４を含むキャップ３０は、第２の基板としてのベース基板１１に支持されている。
Also in this case, the through
このように、上記第１実施形態では、ベース基板１１側に貫通電極１４を設けたのに対し、本実施形態では、力学量センサＳ２におけるキャップ３０を第１の基板として、これに貫通電極１４を設け、センシング部２０を有するベース基板１１を、第２の基板としたことが大きな相違点である。
As described above, in the first embodiment, the through
ここで、キャップ３０は上記同様、シリコン半導体よりなるが、本実施形態では、電気伝導性を有するべく好ましくは、Ｐ（リン）やＢ（ボロン）などの不純物がドープされたものである。
Here, the
そして、図５に示されるように、本実施形態の力学量センサＳ２においては、貫通電極１４は、キャップ３０の厚さ方向（図５中の上下方向）を貫通するものとなっている。この貫通電極１４は、キャップ３０の一面（図５中のキャップ３０の下面）側に位置するセンシング部２０からの電気信号を、キャップ３０の他面（図５中のキャップ３０の上面）側に取り出すものである。
As shown in FIG. 5, in the mechanical quantity sensor S <b> 2 of the present embodiment, the through
この貫通電極１４は、電気伝導性を有するキャップ３０の一部として構成されており、キャップ３０のうち貫通電極１４の周囲には貫通電極１４を取り囲むように溝１５が形成されている。この溝１５は、キャップ３０の厚さ方向を貫通する溝である。
The through
本実施形態では、この溝１５を介して貫通電極１４とその周囲のキャップ３０の部分との絶縁が確保されている。つまり、本実施形態においても、貫通電極１４は、電気的な絶縁部としての溝１５に取り囲まれることにより、電気的に独立している。
In the present embodiment, the insulation between the through
そして、キャップ３０の一面側では、上記同様の接続電極４０を介して、貫通電極１４とポリシリコン層１２とが接触しており、これにより、センシング部２０と貫通電極１４とが電気的に接続されている。
On one side of the
また、図６に示されるように、本実施形態の力学量センサＳ２も、当該センサＳ２を制御する回路部（図示せず）を有する回路基板Ｋ１の上に搭載されている。ここでは、上記第１実施形態とは逆に、キャップ３０の他面側を回路基板Ｋ１に対向させて、センサＳ２の搭載が行われている。
Further, as shown in FIG. 6, the mechanical quantity sensor S2 of the present embodiment is also mounted on a circuit board K1 having a circuit unit (not shown) for controlling the sensor S2. Here, contrary to the first embodiment, the sensor S2 is mounted with the other surface of the
そして、キャップ３０の他面側では、貫通電極１４に設けられた接続電極４０を介して、貫通電極１４と回路基板Ｋ１の図示しない配線とが電気的に接続されている。なお、この場合も、接続電極４０は、力学量センサＳ２側に設けられているが、回路基板Ｋ１側のみに予め取り付けられたものであってもよい。
On the other surface side of the
次に、本実施形態の力学量センサＳ２の製造方法について、図７および図８を参照して述べる。図７（ａ）〜（ｄ）は、本製造方法を製造工程順に示す工程図であり、図８（ａ）〜（ｄ）は図７に続いて本製造方法を製造工程順に示す工程図である。 Next, a manufacturing method of the mechanical quantity sensor S2 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7A to 7D are process diagrams showing the manufacturing method in the order of the manufacturing process, and FIGS. 8A to 8D are process diagrams showing the manufacturing method in the order of the manufacturing process following FIG. is there.
まず、図７（ａ）に示されるように、酸化膜１３を介してベース基板１１とポリシリコン層１２とが積層されたＳＯＩ基板１０を用意し、図７（ｂ）に示されるように、このＳＯＩ基板１０のポリシリコン層１２の表面に接続電極４０を形成する。
First, as shown in FIG. 7A, an
次に、図７（ｃ）に示されるように、ポリシリコン層１２をエッチングして、センシング部２０のパターンを形成する。このエッチングは、上記第１実施形態と同様に行える。そして、上記マスクを除去する。次に、図７（ｄ）に示されるように、上記第１実施形態と同様に、センシング部２０の下部の酸化膜１３を除去することにより、センシング部２０を、ベース基板１１からリリースして可動状態とする。
Next, as shown in FIG. 7C, the
次に、図８（ａ）に示されるように、キャップ３０の他面において貫通電極１４となる部位に接続電極４０を形成する。次に、図８（ｂ）に示されるように、キャップ３０の一面または他面側から、ＲＩＥなどにより溝エッチング工程を行い、キャップ３０に対して、溝１５を形成するとともに溝１５によって画定された貫通電極１４を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 8A, the
ここで、本実施形態の溝エッチング工程では、キャップ３０におけるエッチング面とは反対側の面に図示しないテープや支持板などを貼り付けることで、キャップ３０を当該テープや支持板で支持した状態でエッチングを行うようにする。それにより、エッチング後に溝１５に囲まれた貫通電極１４が脱落するのを防止する。
Here, in the groove etching process of the present embodiment, a tape or a support plate (not shown) is attached to the surface of the
次に、図８（ｃ）に示されるように、キャップ３０の一面に、上記接着層５０を設ける。これは接着剤を塗布することなどにより容易に行える。そして、図８（ｄ）に示されるように、キャップ３０の一面をＳＯＩ基板１０のポリシリコン層１２に対向させ、この接着層５０を介して、センシング部２０を覆うようにキャップ３０を取り付ける。
Next, as shown in FIG. 8C, the
これにより、センシング部２０がキャップ３０により封止される。なお、この場合も当該封止は、真空封止でも大気圧封止でもよい。こうして、図８（ｄ）に示されるように、本実施形態の力学量センサＳ２ができあがる。
Thereby, the
その後は、本力学量センサＳ２を、上記回路基板Ｋ１の上に搭載し、貫通電極１４の接続電極４０と回路基板Ｋ１側の接続電極とを、上記第１実施形態と同様の方法で、接合もしくは接着する。それにより、上記図６に示される状態が完成する。
Thereafter, the mechanical quantity sensor S2 is mounted on the circuit board K1, and the
ところで、本実施形態によれば、貫通電極１４は、溝１５で区画された導電性のキャップ３０の部分そのものであり、溝１５をトレンチエッチングすることで容易に形成されるものである。そのため、本実施形態によっても、従来のような絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みを行うことなく、貫通電極１４を形成することができる。
By the way, according to the present embodiment, the through
（第３実施形態）
図９は、本発明の第３実施形態に係るセンサ装置としての半導体圧力センサＳ３の概略断面構成を示す図であり、図１０は、この圧力センサＳ３を回路基板Ｋ１に搭載した状態を示す概略断面図である。上記第１実施形態との相違点を中心に述べる。
(Third embodiment)
FIG. 9 is a diagram showing a schematic cross-sectional configuration of a semiconductor pressure sensor S3 as a sensor device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 10 is a schematic diagram showing a state in which the pressure sensor S3 is mounted on a circuit board K1. It is sectional drawing. The difference from the first embodiment will be mainly described.
本実施形態の圧力センサＳ３では、シリコン半導体よりなるベース基板１１を第１の基板としており、このベース基板１１の一面にエピタキシャル層１６が積層されている。そして、このエピタキシャル層１６にはセンシング部２０が設けられている。ここでは、センシング部２０は、不純物拡散などにより形成されたピエゾ抵抗およびこれらを接続する配線として構成されている。
In the pressure sensor S3 of this embodiment, a
また、このセンシング部２０の上には、絶縁性の保護膜２１が設けられ、さらにその上にはアルミなどの配線２２が設けられている。センシング部２０と配線２２とは、保護膜２１に設けられた開口部を介して電気的に接続されている。
Further, an insulating
また、ベース基板１１には、薄肉部としてのダイアフラム２３としてセンシング部２０が設けられている。この圧力センサＳ３は、ダイアフラム２３にて圧力を受け、それによってダイアフラム２３が歪み、この歪みによるセンシング部２０の電圧変化を電気信号として取り出すことで圧力検出を行うもので、いわゆる半導体ダイアフラム式の圧力センサである。
Moreover, the
このように本圧力センサＳ３では、センシング部２０はベース基板１１の一面（図９中のベース基板１１の上面）側に取り付けられている。そして、図９に示されるように、貫通電極１４は、ベース基板１１の厚さ方向（図９中の上下方向）を貫通しており、この貫通電極１４は、センシング部２０からの電気信号をベース基板１１の他面（図９中のベース基板１１の下面）側に取り出すものである。
As described above, in the present pressure sensor S3, the
本実施形態においても、貫通電極１４は、電気伝導性を有するベース基板１１の一部として構成されており、キャップ３０のうち貫通電極１４の周囲には貫通電極１４を取り囲むように、ベース基板１１を貫通する溝１５が形成されている。
Also in this embodiment, the through
また、図１０に示されるように、本実施形態の圧力センサＳ３は、当該センサＳ３を制御する回路部（図示せず）を有する回路基板Ｋ１の上に搭載されている。ここでは、上記第１実施形態と同様、第１の基板としてのベース基板１１の他面側を回路基板Ｋ１に対向させて、センサＳ３の搭載が行われている。
As shown in FIG. 10, the pressure sensor S3 of this embodiment is mounted on a circuit board K1 having a circuit unit (not shown) that controls the sensor S3. Here, as in the first embodiment, the sensor S3 is mounted with the other side of the
そして、ベース基板１１の他面側では、貫通電極１４に設けられた接続電極４０を介して、貫通電極１４と回路基板Ｋ１の図示しない配線とが電気的に接続されている。なお、この場合も、接続電極４０は、圧力センサＳ３側に設けられているが、回路基板Ｋ１側のみに予め取り付けられたものであってもよい。また、圧力センサＳ３と回路基板Ｋ１とは、上記同様の接着層５０により機械的に固定されている。
On the other surface side of the
次に、本実施形態の圧力センサＳ３の製造方法について、図１１を参照して述べる。図１１（ａ）〜（ｄ）は、本製造方法を製造工程順に示す工程図である。まず、図１１（ａ）に示されるように、ベース基板１１の一面上にエピタキシャル層１６が形成されたウェハを用意する。
Next, a manufacturing method of the pressure sensor S3 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIGS. 11A to 11D are process diagrams showing the manufacturing method in the order of the manufacturing processes. First, as shown in FIG. 11A, a wafer having an
次に、図１１（ｂ）に示されるように、このウェハのエピタキシャル層１６およびその表面に対し、公知の半導体プロセスにより上記センシング部２０、保護膜２１、配線２２を形成する。そして、図１１（ｃ）に示されるように、異方性エッチングなどによりベース基板１１に凹部を形成し、ダイアフラム２３を形成する。
Next, as shown in FIG. 11B, the
その後、図示しないが、ベース基板１１の他面において貫通電極１４となる部位に、上記接続電極４０を形成する。次に、図１１（ｄ）に示されるように、ベース基板１１の他面側から、溝エッチング工程を行い、ベース基板１１に対して溝１５を形成するとともに溝１５によって画定された貫通電極１４を形成する。
Thereafter, although not shown, the
ここで、本実施形態の溝エッチング工程においても、エッチング後に溝１５に囲まれた貫通電極１４が脱落するのを防止するために、ベース基板１１の一面に図示しないテープや支持板などを貼り付けることで、ベース基板１１を当該テープや支持板で支持した状態でエッチングを行うことが望ましい。
Here, also in the groove etching process of the present embodiment, in order to prevent the through
こうして、上記図９に示される本実施形態の圧力センサＳ３ができあがる。その後は、ベース基板１１の一面において貫通電極１４に、上記接着層５０を設け、この接着層５０を介して、圧力センサＳ３を上記回路基板１００の上に搭載する。それにより、上記図１０に示される状態が完成する。
Thus, the pressure sensor S3 of the present embodiment shown in FIG. 9 is completed. Thereafter, the
本実施形態によれば、貫通電極１４は、溝１５で区画された導電性のベース基板１１の部分そのものであり、溝１５をトレンチエッチングすることで容易に形成されるものである。そのため、本実施形態によっても、従来のような絶縁膜の形成や配線材料の埋め込みを行うことなく、貫通電極１４を形成することができる。
According to the present embodiment, the through
（他の実施形態）
なお、センサ装置としては、第１の基板と、この第１の基板の厚さ方向の一面側に配置されたセンシング部と、第１の基板の厚さ方向を貫通する貫通電極とを備え、センシング部からの信号を、貫通電極を介して第１の基板の厚さ方向の他面側に取り出すものであればよく、上記力学量センサや圧力センサに限定されるものではない。
(Other embodiments)
The sensor device includes a first substrate, a sensing unit disposed on one surface side in the thickness direction of the first substrate, and a through electrode penetrating the thickness direction of the first substrate. What is necessary is just to take out the signal from a sensing part to the other surface side of the thickness direction of a 1st board | substrate through a penetration electrode, and it is not limited to the said mechanical quantity sensor and a pressure sensor.
１１…ベース基板、１４…貫通電極、１５…溝、２０…センシング部、
３０…キャップ。
DESCRIPTION OF
30 ... Cap.
Claims (4)
前記センシング部（２０）からの信号が、前記貫通電極（１４）を介して前記第１の基板（１１、３０）の厚さ方向の他面側に取り出されるようになっているセンサ装置において、
前記第１の基板（１１、３０）自身は電気伝導性を有するものであり、前記貫通電極（１４）はこの電気伝導性を有する前記第１の基板（１１、３０）の一部として構成され、
前記第１の基板（１１、３０）のうち前記貫通電極（１４）の周囲には前記貫通電極（１４）を取り囲むように溝（１５）が形成され、この溝（１５）を介して前記貫通電極（１４）とその周囲との電気的絶縁が確保されていることを特徴とするセンサ装置。 A first substrate (11, 30), a sensing unit (20) arranged on one surface side in the thickness direction of the first substrate (11, 30) for detection, and the first substrate (11 30) and a through electrode (14) penetrating the thickness direction of the first substrate (11, 30),
In the sensor device in which a signal from the sensing unit (20) is extracted to the other surface side in the thickness direction of the first substrate (11, 30) through the through electrode (14).
The first substrate (11, 30) itself has electrical conductivity, and the through electrode (14) is configured as a part of the first substrate (11, 30) having electrical conductivity. ,
A groove (15) is formed around the through electrode (14) in the first substrate (11, 30) so as to surround the through electrode (14), and the through hole passes through the groove (15). A sensor device characterized in that electrical insulation between the electrode (14) and its surroundings is ensured.
前記第２の基板は、前記センシング部（２０）を覆うように前記第１の基板（１１）の前記一面側に取り付けられたキャップ（３０）であることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。 The sensing unit (20) is provided on the one surface of the first substrate (11),
The said 2nd board | substrate is a cap (30) attached to the said one surface side of the said 1st board | substrate (11) so that the said sensing part (20) may be covered, The Claim 2 characterized by the above-mentioned. Sensor device.
前記第１の基板は、前記センシング部（２０）を覆うように前記第２の基板（１１）に取り付けられたキャップ（３０）であることを特徴とする請求項２に記載のセンサ装置。 The sensing unit (20) is provided in a portion of the second substrate (11) facing the one surface of the first substrate (30),
The sensor device according to claim 2, wherein the first substrate is a cap (30) attached to the second substrate (11) so as to cover the sensing unit (20).
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