JP2009079948A - Semiconductor acceleration sensor and its manufacturing method - Google Patents

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Akio Nakamura
彰男 中村
Yoshifumi Sakamoto
吉史 坂本
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Lapis Semiconductor Co Ltd
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Oki Semiconductor Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor acceleration sensor and its manufacturing method contributing to miniaturization, and a semiconductor acceleration sensor and its manufacturing method contributing to cost reduction by simplification of a structure and simplification of a loading process. <P>SOLUTION: This semiconductor acceleration sensor manufactured by using a semiconductor substrate includes a planar weight displaced by generation of an acceleration; a weight post projecting from the semiconductor substrate, for connecting the weight to the semiconductor substrate; a detection element formed on the semiconductor substrate, and connected to the weight post, for detecting an acceleration corresponding to movement of the weight; the first wiring formed on the semiconductor substrate, and connected to the detection element; and an external terminal projecting from the semiconductor substrate to the same direction as the weight post, and connected electrically to the first wiring. The external terminal is mounted directly on the mounting substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体加速度センサに関し、特に、構造及び製造工程の工夫により小型化及び低コスト化に寄与する半導体加速度センサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor acceleration sensor, and more particularly to a semiconductor acceleration sensor that contributes to downsizing and cost reduction by devising a structure and a manufacturing process, and a manufacturing method thereof.

近年、半導体微細加工技術を応用したマイクロマシン技術を用い、数百ミクロン程度の非常に微小な構造体を製造する方法が注目を集めている。このような微小構造体は、各種センサや光通信分野における光スイッチ、高周波部品などへの応用が検討されている。一般に、このようなマイクロマシン応用部品は、半導体プロセスを用いて製造されるため、信号処理系LSIとチップ上で集積化することが可能である。その結果、ある一つの機能をもったシステムをチップ上に構築することが可能となる。米国ではこのような機能を持った素子はＭＥＭＳ（Micro Electrical Mechanical System）、欧州ではＭＩＳＴ（Micro System Technology）と呼ばれている。   In recent years, a method of manufacturing a very minute structure of about several hundred microns using a micromachine technology applying a semiconductor microfabrication technology has attracted attention. Such microstructures are being studied for application to various sensors, optical switches, high-frequency components and the like in the field of optical communication. In general, such a micromachine application component is manufactured using a semiconductor process, and thus can be integrated on a signal processing LSI and a chip. As a result, a system having a certain function can be constructed on the chip. An element having such a function is called MEMS (Micro Electrical Mechanical System) in the United States, and MIST (Micro System Technology) in Europe.

ＭＥＭＳ（ＭＩＳＴ）の応用部品として広く用いられているものの一つに加速度センサがある。加速度センサは、自動車のエアバッグや地震活動などの地下環境情報計測システム、ＩＴ部品の耐震システムなどに幅広く利用されている。特公平８−７２２８号公報には、ＭＥＭＳ構造を採用したピエゾ型加速度センサが示されている。
特公平８−７２２８号公報 One of widely used application parts of MEMS (MIST) is an acceleration sensor. Accelerometers are widely used in underground environment information measurement systems such as automobile airbags and seismic activities, and IT component earthquake resistance systems. Japanese Examined Patent Publication No. 8-7228 discloses a piezo-type acceleration sensor employing a MEMS structure.
Japanese Patent Publication No. 8-7228

図１は、上記特許文献１に開示された半導体加速度センサの上面図（透視図）を示す。また、図２は図１のＡ−Ａ方向の断面構造を示す。この加速度センサは、セラミックス、金属、有機材などの薄板材１１により気密されている。薄板材１１の内部には、配線部１２が設けられている。配線部１２の上には、接着剤１６を介してセンサチップ１５が搭載されている。センサチップ１５は、加速度の発生によって変位する錘１３と、錘１３の振幅を制御するガラス板１４とを含んでいる。センサチップ１５上に形成されたアルミニウム電極１７とポスト２０とが金属ワイヤ１８を介して接続される。ポスト２０は、外部端子１９と電気的に接続されている。   FIG. 1 is a top view (perspective view) of the semiconductor acceleration sensor disclosed in Patent Document 1. FIG. 2 shows a cross-sectional structure in the AA direction of FIG. This acceleration sensor is hermetically sealed by a thin plate material 11 such as ceramics, metal, or organic material. A wiring portion 12 is provided inside the thin plate material 11. A sensor chip 15 is mounted on the wiring part 12 via an adhesive 16. The sensor chip 15 includes a weight 13 that is displaced by the generation of acceleration and a glass plate 14 that controls the amplitude of the weight 13. The aluminum electrode 17 formed on the sensor chip 15 and the post 20 are connected via a metal wire 18. The post 20 is electrically connected to the external terminal 19.

上記のような従来の半導体加速度センサにおいては、加速度検出素子（ピエゾ抵抗素子）に接続されたチップ電極１７から外部端子１９（２０）までを金属ワイヤー１８で配線しており、また、センサを密封する必要があるため、センサ全体の高さ及び面積が大きくなってしまう。その結果、携帯電話やゲーム機の操作部などの小型携帯機器に使用することが困難であった。また、構成材料が多いため、製造工程が複雑となり、結果として装置コストが高くなっていた。
In the conventional semiconductor acceleration sensor as described above, the wire from the chip electrode 17 connected to the acceleration detecting element (piezoresistive element) to the external terminal 19 (20) is wired by the metal wire 18, and the sensor is sealed. Therefore, the height and area of the entire sensor are increased. As a result, it has been difficult to use in small portable devices such as a mobile phone and an operation unit of a game machine. Moreover, since there are many constituent materials, a manufacturing process became complicated and the apparatus cost was high as a result.

本発明は上記のような状況に鑑みてなされたものであり、小型化に寄与する半導体加速度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a semiconductor acceleration sensor that contributes to downsizing and a method of manufacturing the same.

本発明の他の目的は、構造の簡素化又は搭載工程の簡略化によりコストの低減に寄与する半導体加速度センサ及びその製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a semiconductor acceleration sensor that contributes to cost reduction by simplifying the structure or simplifying the mounting process and a method for manufacturing the same.

上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、半導体基板を用いて製造される半導体加速度センサにおいて、加速度の発生により変位する平板状の錘と；前記半導体基板から突出し、前記錘と当該半導体基板とを連結する錘ポストと；半導体基板上に形成され、前記錘ポストと連結され、前記錘の動きに応じて加速度を検知する検知素子と；前記半導体基板に形成され、前記検知素子に接続された第１の配線と；前記半導体基板から前記錘ポストと同じ方向に突出し、前記第１の配線と電気的に接続された外部端子とを備える。そして、前記外部端子は、実装基板に対して直接実装される。   In order to achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor acceleration sensor manufactured using a semiconductor substrate; a flat weight that is displaced by the generation of acceleration; A weight post that connects the semiconductor substrate and the semiconductor substrate; a sensing element that is formed on the semiconductor substrate and that is coupled to the weight post and detects acceleration according to the movement of the weight; and is formed on the semiconductor substrate and the detection A first wiring connected to the element; and an external terminal protruding from the semiconductor substrate in the same direction as the weight post and electrically connected to the first wiring. The external terminals are directly mounted on the mounting board.

上記のような半導体加速度センサにおいて、好ましくは、前記錘と前記実装基板との間には所定の空間が形成され、前記錘は前記実装基板に対して密封されない構造とする。   In the semiconductor acceleration sensor as described above, preferably, a predetermined space is formed between the weight and the mounting substrate, and the weight is not sealed with respect to the mounting substrate.

また、前記錘ポストは、前記錘の重心位置に連結された１本のポストとすることが好ましい。   The weight post is preferably a single post connected to the center of gravity of the weight.

更に、前記検知素子は、前記錘の重心位置を中心とした仮想円上で等間隔に配置された少なくとも３つの素子であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the detection elements are at least three elements arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the position of the center of gravity of the weight.

前記錘は、銅めっきにより成形することができる。   The weight can be formed by copper plating.

本発明の第２の態様は、半導体基板を用いて製造される半導体加速度センサの製造方法において、半導体基板上に、錘の動きに応じて加速度を検知する検知素子を形成する工程と；前記半導体基板上に、前記検知素子に接続された第１の配線を形成する工程と；前記半導体基板上に、前記検知素子と連結された第２の配線を形成する工程と；前記第２の配線に連結され、前記半導体基板から突出した錘ポストを形成する工程と；前記半導体基板から前記錘ポストと同じ方向に突出し、前記第１の配線と電気的に接続された外部端子を形成する工程と；前記錘ポストに連結され、前記半導体基板に対して概ね平行な平板状の錘を形成する工程とを含む。そして、前記第２の配線により前記錘ポストに加わる応力を前記検知素子に伝達する構造とする。また、前記外部端子を実装基板に対して直接実装する。   According to a second aspect of the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor manufactured using a semiconductor substrate, a step of forming a detection element that detects acceleration according to the movement of a weight on the semiconductor substrate; Forming a first wiring connected to the sensing element on the substrate; forming a second wiring connected to the sensing element on the semiconductor substrate; and forming the second wiring on the semiconductor substrate. Forming a weight post connected and protruding from the semiconductor substrate; forming an external terminal protruding from the semiconductor substrate in the same direction as the weight post and electrically connected to the first wiring; Forming a flat plate-shaped weight connected to the weight post and substantially parallel to the semiconductor substrate. The stress applied to the weight post by the second wiring is transmitted to the sensing element. The external terminals are directly mounted on the mounting board.

上記のような半導体加速度センサの製造方法において、好ましくは、前記錘と前記実装基板との間には所定の空間が形成され、前記錘は前記実装基板に対して密封されない構造とする。   In the method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor as described above, preferably, a predetermined space is formed between the weight and the mounting substrate, and the weight is not sealed with respect to the mounting substrate.

また、前記錘ポストは、前記錘の重心位置に連結された１本のポストとすることが好ましい。   The weight post is preferably a single post connected to the center of gravity of the weight.

更に、前記検知素子は、前記錘の重心位置を中心とした仮想円上で等間隔に配置された少なくとも３つの素子であることが好ましい。   Furthermore, it is preferable that the detection elements are at least three elements arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the position of the center of gravity of the weight.

前記錘は、銅めっきにより成形することができる。
The weight can be formed by copper plating.

上記のような構成の本発明によれば、センサチップと搭載基板との接続に金属ワイヤを用いず、外部端子を搭載基板に直接搭載する構造であるため、半導体センサ全体の高さ及び面積が小さくなる。本発明に係る半導体加速度センサは、ＷＣＳＰ（ウエハレベル・チップサイズパッケージ）とすることができる。また、金属ワイヤを用いないことにより、構造及び製造工程も簡素化され、コストの低減を図ることが可能となる。さらに、従来とは全く異なる新規な構造の錘及びその支持構造を採用していることも、装置の小型化や製造工程の簡素化に寄与する。   According to the present invention configured as described above, the height and area of the entire semiconductor sensor can be reduced because the external terminals are directly mounted on the mounting substrate without using metal wires for the connection between the sensor chip and the mounting substrate. Get smaller. The semiconductor acceleration sensor according to the present invention can be a WCSP (wafer level chip size package). Further, by not using a metal wire, the structure and the manufacturing process are simplified, and the cost can be reduced. Furthermore, the adoption of a weight having a novel structure completely different from the conventional one and its supporting structure also contributes to downsizing of the apparatus and simplification of the manufacturing process.

外部端子を搭載基板に直接搭載することにより、錘（センサチップ）を実装基板に対して密封されない構造とすることができ、装置の薄型化を図ることができる。また、センサチップを密封する工程を必要としないため、製造工程が簡略化される。   By directly mounting the external terminals on the mounting substrate, the weight (sensor chip) can be prevented from being sealed with respect to the mounting substrate, and the apparatus can be thinned. Further, since the process of sealing the sensor chip is not required, the manufacturing process is simplified.

錘の重心位置に１本の錘ポストを連結する構造を採用すれば、構造及び製造工程の簡素化を図ることが可能となる。   If a structure in which one weight post is connected to the center of gravity of the weight is employed, the structure and the manufacturing process can be simplified.

錘の重心位置を中心とした仮想円上で等間隔に検知素子を少なくとも３つ配置することにより、各検知素子の出力に基づき３次元の加速度を正確に測定することが可能となる。   By arranging at least three detection elements at equal intervals on a virtual circle centered on the center of gravity of the weight, it becomes possible to accurately measure three-dimensional acceleration based on the output of each detection element.

本発明に係る錘及びその支持構造においては、錘を銅めっきで容易に成形することができ、製造工程の簡素化及び製造コストの低減に寄与する。
In the weight and its supporting structure according to the present invention, the weight can be easily formed by copper plating, which contributes to simplification of the manufacturing process and reduction of manufacturing cost.

図３は、本発明に係る半導体加速度センサの構造を示す上面図（透視図）である。図４は、図３のＡ−Ａ方向の断面図である。図５は、図４の領域Ａの構造を示す拡大断面図である。図６は、図４の領域Ｂの構造を示す拡大断面図である。図７は、本発明に係る半導体加速度センサの錘、錘ポスト、加速度検知素子、応力伝達配線との位置関係を示す説明図（平面）である。   FIG. 3 is a top view (perspective view) showing the structure of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. FIG. 4 is a cross-sectional view in the AA direction of FIG. FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of region A in FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of region B in FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram (plane) showing the positional relationship between the weight, the weight post, the acceleration sensing element, and the stress transmission wiring of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention.

本発明の実施例に係る半導体加速度センサ１００は、加速度の発生により変位する平板状の錘１０１と；半導体基板１３１から突出し、錘１０１と半導体基板１３１とを連結する錘ポスト１０２と；半導体基板１３１上に形成され、錘１０１の動きに応じて加速度を検知する検知素子１０３と；半導体基板１３１に形成され、錘ポスト１０２と検知素子１０３との間に連結され、錘ポスト１０２に加わる応力を検知素子１０３に伝達する第２の配線（応力伝達用配線）１１８と；半導体基板１３１に形成され、検知素子１０３に接続された第１の配線１０６と；半導体基板１３１から錘ポスト１０２と同じ方向に突出し、第１の配線１０６と電気的に接続された外部端子（１０５，１０８）とを備える。そして、外部端子（１０５，１０８）は、実装基板に対して直接実装される。   The semiconductor acceleration sensor 100 according to the embodiment of the present invention includes a flat plate-like weight 101 that is displaced by the generation of acceleration; a weight post 102 that protrudes from the semiconductor substrate 131 and connects the weight 101 and the semiconductor substrate 131; A sensing element 103 formed on the semiconductor substrate 131 to detect acceleration according to the movement of the weight 101; and connected to the weight post 102 and the sensing element 103 to detect stress applied to the weight post 102; A second wiring (stress transmission wiring) 118 for transmitting to the element 103; a first wiring 106 formed on the semiconductor substrate 131 and connected to the sensing element 103; and from the semiconductor substrate 131 in the same direction as the weight post 102 The external terminal (105, 108) which protrudes and is electrically connected with the 1st wiring 106 is provided. The external terminals (105, 108) are directly mounted on the mounting board.

本発明に係る「半導体加速度センサ」は、自動車のエアバッグや地震活動などの地下環境情報計測システム、ＩＴ部品の耐震システムなどの比較的大きな装置に適用することができる他、携帯電話やゲーム機の操作部などの小型携帯機器に使用することも可能である。   The “semiconductor acceleration sensor” according to the present invention can be applied to relatively large devices such as an air bag for automobiles, an underground environment information measuring system such as seismic activity, and an earthquake resistant system for IT parts, as well as mobile phones and game machines. It can also be used for small portable devices such as the operation unit.

錘１０１は、銅めっきにより厚さ約１００マイクロメートル、１辺約１．５ｍｍの矩形に成形されている。なお、錘の平面形状は矩形以外に、円形、正多角形などの他の形状を採用することもできる。図４に示すように、錘１０１の上面と外部端子１０８の上面との差（距離）ｄは約１００マイクロメートルとすることができる。この隙間ｄによって錘１０１が実装基板（図示せず）から離れて自由に変位することができる半面、実装基板方向への過剰な移動が防止される。すなわち、実装基板自体がストッパーの役割を果たすことになる。   The weight 101 is formed into a rectangle having a thickness of about 100 micrometers and a side of about 1.5 mm by copper plating. The planar shape of the weight may be other than a rectangle, such as a circle or a regular polygon. As shown in FIG. 4, the difference (distance) d between the upper surface of the weight 101 and the upper surface of the external terminal 108 can be about 100 micrometers. This gap d allows the weight 101 to move freely away from the mounting substrate (not shown), while preventing excessive movement in the direction of the mounting substrate. That is, the mounting substrate itself serves as a stopper.

錘ポスト１０２は、錘１０１と同様に銅によって、直径約１５０マイクロメートル、高さ（厚み）約９０マイクロメートルに成形されている。また、図３及び図７から分かるように、錘ポスト１０２は錘１０１の重心位置（中心）に連結されている。なお、錘ポストを複数配置することもできる。   As with the weight 101, the weight post 102 is formed of copper into a diameter of about 150 micrometers and a height (thickness) of about 90 micrometers. As can be seen from FIGS. 3 and 7, the weight post 102 is connected to the center of gravity (center) of the weight 101. A plurality of weight posts can be arranged.

検知素子１０３としては、加速度センサにおいて一般的なピエゾ抵抗素子を使用することができる。本実施例においては、検知素子１０３は錘１０１の重心位置を中心とした仮想円上で等間隔に４つ配置されている。なお、検知素子１０３は３つ又は４つ以上とすることもできる。   As the sensing element 103, a piezoresistive element that is common in acceleration sensors can be used. In the present embodiment, four detection elements 103 are arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the position of the center of gravity of the weight 101. Note that the number of sensing elements 103 may be three or four or more.

応力伝達用配線１１８は、厚さ約５マイクロメーター〜１０マイクロメーターの銅によって形成される。なお、錘ポスト（１０２）を複数設けた場合には、錘ポスト（１０２）を直接ピエゾ抵抗素子（１０３）に直接連結し、応力伝達用配線１１８を省略することも可能である。ただし、応力伝達用配線１１８を用いることによりピエゾ抵抗素子１０３の配置自由度が増すこととなる。すなわち、錘１０１から離れた位置にピエゾ抵抗素子１０３を配置することが可能となる。   The stress transmission wiring 118 is formed of copper having a thickness of about 5 micrometers to 10 micrometers. If a plurality of weight posts (102) are provided, the weight posts (102) can be directly connected to the piezoresistive element (103), and the stress transmission wiring 118 can be omitted. However, the use of the stress transmission wiring 118 increases the degree of freedom of arrangement of the piezoresistive element 103. That is, the piezoresistive element 103 can be arranged at a position away from the weight 101.

端子ポスト１０５は、錘ポスト１０２と同様に、銅により直径約１５０マイクロメートル、高さ（厚み）約９０マイクロメートルに成形される。端子ポスト１０５の上には半田端子（半田ボール）１０８が設けられている。半田端子１０８は、直径約２００マイクロメーターに成形されており、上述したように、錘１０１よりも図の上方に突出した格好となっている。半田端子１０８としては、通常の半田の他に中心部に樹脂を含むいわゆる「樹脂コア」タイプの半田を用いることができ、この場合には通常の半田の場合に比べて高さ（厚み）を大きくすること及び、高さを調整することが容易となる。   Similar to the weight post 102, the terminal post 105 is formed of copper to have a diameter of about 150 micrometers and a height (thickness) of about 90 micrometers. A solder terminal (solder ball) 108 is provided on the terminal post 105. The solder terminal 108 is formed to have a diameter of about 200 micrometers, and as described above, the solder terminal 108 protrudes upward from the weight 101 in the figure. As the solder terminal 108, a so-called “resin core” type solder including a resin at the center can be used in addition to the normal solder. In this case, the height (thickness) is higher than that of the normal solder. It becomes easy to enlarge and adjust the height.

端子ポスト１０５と検知素子１０３とは金属配線１０６，１１５によって接続されている。ここで、金属配線１１５及び検知素子１０３は半導体基板１３１上の第一層目に形成され、絶縁膜１３２に覆われている。一方、配線１０６及び１０８は、第二層目に形成され、絶縁膜１３３に覆われている。   The terminal post 105 and the detection element 103 are connected by metal wirings 106 and 115. Here, the metal wiring 115 and the detection element 103 are formed in the first layer on the semiconductor substrate 131 and are covered with the insulating film 132. On the other hand, the wirings 106 and 108 are formed in the second layer and are covered with the insulating film 133.

上述したような本発明の実施例に係る半導体加速度装置においては、当該装置に加速度が発生したときに、錘１０１を支える金属ポスト１０２が変形する。ポスト１０２が変形すると、応力伝達用配線１１８を介して検知素子１０３に応力が伝達され、当該検知素子１０３の電気特性が変化する。この変化は検知素子１０３の出力信号として配線１１５，１０６、端子ポスト１０５、半田端子１０８を介して実装基板１５０（図１１参照）に送信される。   In the semiconductor acceleration device according to the embodiment of the present invention as described above, when acceleration is generated in the device, the metal post 102 that supports the weight 101 is deformed. When the post 102 is deformed, stress is transmitted to the detection element 103 via the stress transmission wiring 118, and the electrical characteristics of the detection element 103 change. This change is transmitted as an output signal of the detection element 103 to the mounting substrate 150 (see FIG. 11) via the wirings 115 and 106, the terminal posts 105, and the solder terminals 108.

図８（Ａ）−図８（Ｄ）、図９（Ｅ）−図９（Ｇ）、図１０（Ｈ）−図１０（Ｊ）、図１１（Ｋ），図１１（Ｌ）は、本発明に係る半導体加速度センサ１００の製造工程を示す断面図である。半導体加速度センサ１００の製造に際しては、まず図８（Ａ）に示すように、半導体基板（ウエハ）１３１の表面にピエゾ抵抗素子１０３及び金属配線１１５が形成され、さらに絶縁膜１３２が形成される。   8A to 8D, FIG. 9E to FIG. 9G, FIG. 10H to FIG. 10J, FIG. 11K, and FIG. It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor 100 which concerns on invention. In manufacturing the semiconductor acceleration sensor 100, first, as shown in FIG. 8A, the piezoresistive element 103 and the metal wiring 115 are formed on the surface of the semiconductor substrate (wafer) 131, and the insulating film 132 is further formed.

次に、図８（Ｂ）に示すように、絶縁膜１３３がウエハ全面に形成される。その後、図８（Ｃ）に示すように、絶縁膜１３３上及び表面に応力伝達用配線１１８及び金属配線１０６を形成する。次に、図８（Ｄ）に示すように、金属配線１０６，１１８を保護する絶縁膜１３４を形成する。   Next, as shown in FIG. 8B, an insulating film 133 is formed on the entire surface of the wafer. Thereafter, as shown in FIG. 8C, the stress transmission wiring 118 and the metal wiring 106 are formed on the insulating film 133 and on the surface thereof. Next, as shown in FIG. 8D, an insulating film 134 that protects the metal wirings 106 and 118 is formed.

続いて、絶縁層１３４の上に絶縁フィルム１３５を形成する。その後、一般的なフォトリソグラフィック工程及びエッチング工程により、図９（Ｅ）に示すように、絶縁層１３４及び絶縁フィルム１３５を貫通して配線１１８及び１０６に到達する円柱孔１３６を形成する。   Subsequently, an insulating film 135 is formed on the insulating layer 134. Thereafter, as shown in FIG. 9E, a cylindrical hole 136 that reaches the wirings 118 and 106 through the insulating layer 134 and the insulating film 135 is formed by a general photolithographic process and etching process.

次に、電解メッキ工程によって、図９（Ｆ）に示すように、後に錘ポスト１０２及び端子ポスト１０５となる銅などの金属を円柱孔１３６内部に充填する。その後、図９（Ｇ）に示すように、別の絶縁フィルム１４０を絶縁フィルム１３５上に形成し、一般的なフォトリソグラフィック工程及びエッチング工程により、当該絶縁フィルム１４０中の錘１０１に対応する個所に孔１４２を形成する。   Next, as shown in FIG. 9F, a metal such as copper that will later become the weight post 102 and the terminal post 105 is filled into the cylindrical hole 136 by an electrolytic plating process. After that, as shown in FIG. 9G, another insulating film 140 is formed on the insulating film 135, and a portion corresponding to the weight 101 in the insulating film 140 is formed by a general photolithography process and an etching process. A hole 142 is formed.

続いて、図１０（Ｈ）に示すように、孔１４２内部にめっき処理により銅を形成する。次に、絶縁フィルム１３５及び１４０をフィルム除去工程によって除去することにより、図１０（Ｉ）に示すように、錘ポスト１０２，錘１０１，端子ポスト１０５を成形する。その後、図１０（Ｊ）に示すように、端子ポスト１０５の先端に半田１０８を半田印刷工程及びリフロー工程によって成形する。   Subsequently, as shown in FIG. 10H, copper is formed in the hole 142 by plating. Next, the insulating films 135 and 140 are removed by a film removing step, thereby forming the weight posts 102, the weight 101, and the terminal posts 105 as shown in FIG. Thereafter, as shown in FIG. 10J, solder 108 is formed on the tip of the terminal post 105 by a solder printing process and a reflow process.

次に、図１１（Ｋ）に示すように、切削刃やレーザーによってウエハ１３１を切断し、各チップ１００に個片化する。その後、チップ１００を裏返して実装基板１５０上に実装する。このとき、半田１０８が実装基板１５０のパッドに直接接続される。   Next, as shown in FIG. 11 (K), the wafer 131 is cut by a cutting blade or a laser and separated into individual chips 100. Thereafter, the chip 100 is turned over and mounted on the mounting substrate 150. At this time, the solder 108 is directly connected to the pad of the mounting substrate 150.

以上のように、本実施例においては装置構成がチップと金属配線と絶縁膜だけになり、さらにウエハにて一括処理できるため加工コストを低減できる。センサチップ１００と搭載基板１５０との接続に金属ワイヤを用いず、外部端子１０５，１０８を搭載基板１５０に直接搭載する構造であるため、半導体センサ１００全体の高さ及び面積が小さくなる。本実施例に係る半導体加速度センサ１００は、ＷＣＳＰ（ウエハレベル・チップサイズパッケージ）とすることができる。また、金属ワイヤを用いないことにより、構造及び製造工程も簡素化され、コストの低減を図ることが可能となる。さらに、従来とは全く異なる新規な構造の錘及びその支持構造を採用していることも、装置の小型化や製造工程の簡素化に寄与する。   As described above, in this embodiment, the device configuration is only the chip, the metal wiring, and the insulating film, and further, the processing cost can be reduced because batch processing can be performed on the wafer. Since the metal chip is not used for connection between the sensor chip 100 and the mounting substrate 150 and the external terminals 105 and 108 are directly mounted on the mounting substrate 150, the height and area of the entire semiconductor sensor 100 are reduced. The semiconductor acceleration sensor 100 according to the present embodiment can be a WCSP (wafer level chip size package). Further, by not using a metal wire, the structure and the manufacturing process are simplified, and the cost can be reduced. Furthermore, the adoption of a weight having a novel structure completely different from the conventional one and its supporting structure also contributes to downsizing of the apparatus and simplification of the manufacturing process.

外部端子１０５，１０８を搭載基板に直接搭載することにより、錘（センサチップ）を実装基板１５０に対して密封されない構造とすることができ（図１１（Ｌ）参照）、装置の薄型化を図ることができる。また、センサチップ１００を密封する工程を必要としないため、製造工程が簡略化される。   By directly mounting the external terminals 105 and 108 on the mounting substrate, the weight (sensor chip) can be prevented from being sealed with respect to the mounting substrate 150 (see FIG. 11L), and the device can be thinned. be able to. Moreover, since the process of sealing the sensor chip 100 is not required, the manufacturing process is simplified.

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において変更可能なものである。上述した実施例においては、配線形成の後に絶縁膜を形成する工程順としているが、ポスト形成後に絶縁膜を形成する工程順とすることもできる。また、錘１０１は金属（銅）としているが、樹脂などの絶縁物や、シリコンなどの半導体を使用することもできる。
As mentioned above, although the Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples at all, It can change in the category of the technical idea shown by the claim. In the above-described embodiments, the order of the process for forming the insulating film after the formation of the wiring is used. However, the order of the process for forming the insulating film after the formation of the post may be used. Further, although the weight 101 is made of metal (copper), an insulator such as a resin or a semiconductor such as silicon can be used.

図１は、従来の半導体加速度センサの構造を示す上面図（透視図）である。FIG. 1 is a top view (perspective view) showing the structure of a conventional semiconductor acceleration sensor. 図２は、図１のＡ−Ａ方向の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view in the AA direction of FIG. 図３は、本発明に係る半導体加速度センサの構造を示す上面図（透視図）である。FIG. 3 is a top view (perspective view) showing the structure of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. 図４は、図３のＡ−Ａ方向の断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view in the AA direction of FIG. 図５は、図４の領域Ａの構造を示す拡大断面図である。FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of region A in FIG. 図６は、図４の領域Ｂの構造を示す拡大断面図である。6 is an enlarged cross-sectional view showing the structure of region B in FIG. 図７は、本発明に係る半導体加速度センサの錘、錘ポスト、加速度検知素子、応力伝達配線との位置関係を示す説明図（平面）である。FIG. 7 is an explanatory diagram (plane) showing the positional relationship between the weight, the weight post, the acceleration sensing element, and the stress transmission wiring of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. 図８（Ａ）−図８（Ｄ）は、本発明に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。8 (A) to 8 (D) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. 図９（Ｅ）−図９（Ｇ）は、本発明に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。FIGS. 9E to 9G are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. 図１０（Ｈ）−図１０（Ｊ）は、本発明に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。10 (H) to 10 (J) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention. 図１１（Ｋ），図１１（Ｌ）は、本発明に係る半導体加速度センサの製造工程を示す断面図である。11 (K) and 11 (L) are cross-sectional views showing the manufacturing process of the semiconductor acceleration sensor according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

１００ 半導体加速度センサ
１０１ 錘
１０２ 錘ポスト
１０３ ピエゾ抵抗素子（加速度検知素子）
１０５ 端子ポスト
１０８ 半田端子
１１５ 金属配線（第１の配線）
１１８ 応力伝達用配線（第２の配線）
１３１ 半導体基板（ウエハ） DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Semiconductor acceleration sensor 101 Weight 102 Weight post 103 Piezoresistive element (acceleration detection element)
105 Terminal post 108 Solder terminal 115 Metal wiring (first wiring)
118 Stress transmission wiring (second wiring)
131 Semiconductor substrate (wafer)

Claims (11)

半導体基板を用いて製造される半導体加速度センサにおいて、
加速度の発生により変位する平板状の錘と；
前記半導体基板から突出し、前記錘と当該半導体基板とを連結する錘ポストと；
前記半導体基板上に形成され、前記錘ポストと連結され、前記錘の変位に応じて加速度を検知する検知素子と；
前記半導体基板上に形成され、前記検知素子に接続された第１の配線と；
前記半導体基板から前記錘ポストと同じ方向に突出し、前記第１の配線と電気的に接続された外部端子とを備え、
前記外部端子は、実装基板に対して直接実装されることを特徴とする半導体加速度センサ。 In a semiconductor acceleration sensor manufactured using a semiconductor substrate,
A flat weight that is displaced by the generation of acceleration;
A weight post protruding from the semiconductor substrate and connecting the weight and the semiconductor substrate;
A sensing element formed on the semiconductor substrate, coupled to the weight post, and sensing acceleration according to displacement of the weight;
A first wiring formed on the semiconductor substrate and connected to the sensing element;
An external terminal protruding from the semiconductor substrate in the same direction as the weight post and electrically connected to the first wiring;
The semiconductor acceleration sensor, wherein the external terminal is directly mounted on a mounting substrate. 前記半導体基板上に形成され、前記錘ポストと前記検知素子との間に連結され、前記錘ポストに加わる応力を前記検知素子に伝達する第２の配線を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載の半導体加速度センサ。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a second wiring formed on the semiconductor substrate, connected between the weight post and the sensing element, and transmitting stress applied to the weight post to the sensing element. 2. The semiconductor acceleration sensor according to 1. 前記錘と前記実装基板との間には所定の空間が形成され、前記錘は前記実装基板に対して密封されないことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体加速度センサ。   The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein a predetermined space is formed between the weight and the mounting substrate, and the weight is not sealed with respect to the mounting substrate. 前記錘ポストは、前記錘の重心位置に連結された１本のポストであることを特徴とする請求項１，２又は３に記載の半導体加速度センサ。   4. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein the weight post is a single post connected to a center of gravity of the weight. 前記検知素子は、前記錘の重心位置を中心とした仮想円上に等間隔で配置された少なくとも３つの素子であることを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の半導体加速度センサ。   5. The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, wherein the detection elements are at least three elements arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the position of the center of gravity of the weight. . 前記錘は、銅めっきにより成形されることを特徴とする請求項１，２，３，４又は５に記載の半導体加速度センサ。   The semiconductor acceleration sensor according to claim 1, 2, 3, 4, or 5, wherein the weight is formed by copper plating. 半導体基板を用いて製造される半導体加速度センサの製造方法において、
半導体基板上に、錘の変位に応じて加速度を検知する検知素子を形成する工程と；
前記半導体基板上に、前記検知素子に接続された第１の配線を形成する工程と；
前記半導体基板上に、前記検知素子と連結された第２の配線を形成する工程と；
前記第２の配線に連結され、前記半導体基板から突出した錘ポストを形成する工程と；
前記半導体基板から前記錘ポストと同じ方向に突出し、前記第１の配線と電気的に接続された外部端子を形成する工程と；
前記錘ポストに連結され、前記半導体基板に対して概ね平行な平板状の錘を形成する工程とを含み、
前記第２の配線により前記錘ポストに加わる応力を前記検知素子に伝達する構造とし、
前記外部端子を実装基板に対して直接実装することを特徴とする半導体加速度センサの製造方法。 In a method for manufacturing a semiconductor acceleration sensor manufactured using a semiconductor substrate,
Forming a sensing element on the semiconductor substrate for sensing acceleration according to the displacement of the weight;
Forming a first wiring connected to the sensing element on the semiconductor substrate;
Forming a second wiring connected to the sensing element on the semiconductor substrate;
Forming a weight post connected to the second wiring and protruding from the semiconductor substrate;
Forming an external terminal protruding from the semiconductor substrate in the same direction as the weight post and electrically connected to the first wiring;
Forming a flat plate weight connected to the weight post and substantially parallel to the semiconductor substrate,
A structure in which stress applied to the weight post by the second wiring is transmitted to the sensing element;
A method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor, wherein the external terminal is directly mounted on a mounting substrate. 前記錘と前記実装基板との間には所定の空間が形成され、前記錘は前記実装基板に対して密封されないことを特徴とする請求項７に記載の半導体加速度センサの製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 7, wherein a predetermined space is formed between the weight and the mounting substrate, and the weight is not sealed with respect to the mounting substrate. 前記錘ポストは、前記錘の重心位置に連結された１本のポストであることを特徴とする請求項７又は８に記載の半導体加速度センサの製造方法。   9. The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 7, wherein the weight post is a single post connected to the center of gravity of the weight. 前記検知素子は、前記錘の重心位置を中心とした仮想円上で等間隔に配置された少なくとも３つの素子であることを特徴とする請求項７，８又は９に記載の半導体加速度センサの製造方法。   10. The semiconductor acceleration sensor according to claim 7, 8 or 9, wherein the sensing elements are at least three elements arranged at equal intervals on a virtual circle centered on the position of the center of gravity of the weight. Method. 前記錘は、銅めっきにより成形されることを特徴とする請求項７，８，９又は１０に記載の半導体加速度センサの製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor acceleration sensor according to claim 7, 8, 9, or 10, wherein the weight is formed by copper plating.
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