JP5112659B2

JP5112659B2 - Acceleration sensor, sensor chip and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP5112659B2
Application number: JP2006219610A
Authority: JP
Inventors: 吾郎仲谷; 保博不破
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2006-08-11
Filing date: 2006-08-11
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2026-08-11
Also published as: JP2008045908A

Description

この発明は、加速度センサ、ならびにそれに用いられるセンサチップおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to an acceleration sensor, a sensor chip used for the acceleration sensor, and a manufacturing method thereof.

最近、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を応用したセンサ（ＭＥＭＳセンサ）の携帯電話機への搭載が開始されたことから、そのＭＥＭＳセンサの注目度が高まっている。ＭＥＭＳセンサの代表的なものとして、物体の加速度を検出するための加速度センサが知られている。
図４は、従来の加速度センサの構成を模式的に示す断面図である。 Recently, since the mounting of a sensor (MEMS sensor) using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology on a mobile phone has been started, the attention of the MEMS sensor is increasing. As a typical MEMS sensor, an acceleration sensor for detecting the acceleration of an object is known.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a conventional acceleration sensor.

この図４に示す加速度センサ１０１は、セラミックスパッケージ１０２およびシールド板１０３により形成されるキャビティに、加速度の計算および補正のための回路を有する回路チップ１０４と、ピエゾ抵抗素子（図示せず）を有するセンサチップ１０５と、タングステンからなる錘１０６とを備えている。
セラミックスパッケージ１０２は、たとえば、６枚のセラミックス基板１０２Ａ〜１０２Ｆを積層した６層構造を有している。下３枚のセラミックス基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃは、平面視で同じサイズの矩形状に形成されている。上３枚のセラミックス基板１０２Ｄ，１０２Ｅ，１０２Ｆは、平面視において、セラミックス基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃと同じ外形を有し、それぞれ中央部に矩形状の開口が形成されている。セラミックス基板１０２Ｃ上に積層されるセラミックス基板１０２Ｄの開口は、そのセラミックス基板１０２Ｄ上に積層されるセラミックス基板１０２Ｅの開口よりも小さい。また、セラミックス基板１０２Ｅの開口は、そのセラミックス基板１０２Ｅ上に積層されるセラミックス基板１０２Ｆの開口よりも小さい。 The acceleration sensor 101 shown in FIG. 4 has a circuit chip 104 having a circuit for calculating and correcting acceleration and a piezoresistive element (not shown) in a cavity formed by the ceramic package 102 and the shield plate 103. A sensor chip 105 and a weight 106 made of tungsten are provided.
The ceramic package 102 has, for example, a six-layer structure in which six ceramic substrates 102A to 102F are stacked. The lower three ceramic substrates 102A, 102B, and 102C are formed in a rectangular shape having the same size in plan view. The upper three ceramic substrates 102D, 102E, and 102F have the same external shape as the ceramic substrates 102A, 102B, and 102C in plan view, and each has a rectangular opening at the center. The opening of the ceramic substrate 102D laminated on the ceramic substrate 102C is smaller than the opening of the ceramic substrate 102E laminated on the ceramic substrate 102D. The opening of the ceramic substrate 102E is smaller than the opening of the ceramic substrate 102F laminated on the ceramic substrate 102E.

セラミックス基板１０２Ｄの上面には、複数のパッド１０７が配置されている。各パッド１０７は、回路チップ１０４およびセンサチップ１０５とそれぞれボンディングワイヤ１０８を介して電気的に接続される。また、セラミックス基板１０２Ｄの上面には、各パッド１０７から延びる配線１０９が形成されている。各配線１０９は、下３枚のセラミックス基板１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃを上下に貫通するビア１１０を介して、最下層のセラミックス基板１０２Ａの下面に配置された電極１１１に接続されている。 A plurality of pads 107 are arranged on the upper surface of the ceramic substrate 102D. Each pad 107 is electrically connected to the circuit chip 104 and the sensor chip 105 via bonding wires 108, respectively. A wiring 109 extending from each pad 107 is formed on the upper surface of the ceramic substrate 102D. Each wiring 109 is connected to an electrode 111 disposed on the lower surface of the lowermost ceramic substrate 102A via a via 110 passing vertically through the lower three ceramic substrates 102A, 102B, 102C.

シールド板１０３は、最上層のセラミックス基板１０２Ｆの開口を閉塞するように、そのセラミックス基板１０２Ｆの上面に接合されている。
回路チップ１０４は、シリコンチップからなる。この回路チップ１０５は、そのデバイス形成領域側の表面を上方に向けた状態で、セラミックス基板１０２Ｃの上面に銀ペーストを介して接合されている。 The shield plate 103 is bonded to the upper surface of the ceramic substrate 102F so as to close the opening of the uppermost ceramic substrate 102F.
The circuit chip 104 is made of a silicon chip. The circuit chip 105 is bonded to the upper surface of the ceramic substrate 102C via a silver paste with the surface on the device formation region side facing upward.

センサチップ１０５は、シリコンチップを、その裏面側（デバイス形成領域側の表面と反対側）からエッチングすることにより形成されている。このセンサチップ１０５は、シリコンチップのデバイス形成領域側の表面を含む薄層部分からなり、ピエゾ抵抗素子が作り込まれたメンブレン１１２と、メンブレン１１２の下面周縁部に設けられた枠状の支持部１１３と、メンブレン１１２の下面中央部に設けられ、下方ほど狭まる四角錐台形状の錘保持分１１４とを一体的に備えている。 The sensor chip 105 is formed by etching a silicon chip from the back surface side (the side opposite to the surface on the device formation region side). The sensor chip 105 includes a thin layer portion including a surface of the silicon chip on the device formation region side, and includes a membrane 112 in which a piezoresistive element is formed, and a frame-shaped support portion provided on a lower peripheral portion of the membrane 112. 113 and a weight holding portion 114 having a truncated pyramid shape which is provided at the center of the lower surface of the membrane 112 and narrows downward.

そして、センサチップ１０５は、支持部１１３の各角部と回路チップ１０４の表面との間に介在されたチップ間スペーサ１１５により、回路チップ１０４の上方に、その回路チップ１０４の表面に対して所定間隔を隔てて支持されている。
錘１０６は、錘保持分１１４の下面に接着剤により固定され、回路チップ１０４とセンサチップ１０５との間において、回路チップ１０４およびチップ間スペーサ１１５と非接触状態に配置されている。 The sensor chip 105 is arranged above the circuit chip 104 with respect to the surface of the circuit chip 104 by an inter-chip spacer 115 interposed between each corner of the support portion 113 and the surface of the circuit chip 104. It is supported at intervals.
The weight 106 is fixed to the lower surface of the weight holding portion 114 with an adhesive, and is disposed between the circuit chip 104 and the sensor chip 105 in a non-contact state with the circuit chip 104 and the inter-chip spacer 115.

この加速度センサに加速度が作用し、錘１０６が振れると、メンブレン１１２が変形し、メンブレン１１２に設けられたピエゾ抵抗素子に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子は、その作用する応力に比例して抵抗率が変化する。そのため、ピエゾ抵抗素子の抵抗率変化量に基づいて、加速度センサに作用した加速度を求めることができる。
特開２００５−３５１７１６号公報 When acceleration acts on the acceleration sensor and the weight 106 swings, the membrane 112 is deformed, and stress acts on the piezoresistive element provided on the membrane 112. The resistivity of the piezoresistive element changes in proportion to the applied stress. Therefore, the acceleration acting on the acceleration sensor can be obtained based on the resistivity change amount of the piezoresistive element.
JP-A-2005-351716

ところが、従来の加速度センサでは、セラミックスパッケージ１０２を用いているため、コストが高くなるという問題がある。また、従来の加速度センサでは、回路チップ１０４およびセンサチップ１０５と別体に錘１０６が設けられているため、小型化が困難であるという別の問題もある。
そこで、この発明の目的は、低コスト化および小型化を図ることができる、加速度センサならびにセンサチップおよびその製造方法を提供することである。 However, since the conventional acceleration sensor uses the ceramic package 102, there is a problem that the cost increases. Further, in the conventional acceleration sensor, since the weight 106 is provided separately from the circuit chip 104 and the sensor chip 105, there is another problem that it is difficult to reduce the size.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an acceleration sensor, a sensor chip, and a manufacturing method thereof that can achieve cost reduction and downsizing.

前記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、表面に所定の回路が作り込まれた回路チップと、前記回路チップの前記表面に接合されるセンサチップと、前記回路チップおよび前記センサチップを封止する樹脂パッケージとを含み、前記センサチップは、前記回路チップの前記表面に対向して配置され、複数の開口を有するメンブレンと、前記メンブレンの前記回路チップとの対向面に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記メンブレンに対して前記回路チップと反対側に設けられ、前記メンブレンの周縁部を支持する支持部と、前記メンブレンに対して前記回路チップと反対側に設けられ、溝部によって前記支持部から分離されており、前記メンブレンの中央部に一体的に保持された錘部とを備え、前記複数の開口は、前記メンブレンにおける前記周縁部と前記中央部との間の前記溝部と対向する環状領域において前記錘部と重ならないように、かつ、前記環状領域がメッシュ状となるように形成されていることを特徴とする、加速度センサである。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a circuit chip in which a predetermined circuit is formed on a surface, a sensor chip bonded to the surface of the circuit chip, the circuit chip, and the sensor. A sensor package for sealing the chip, wherein the sensor chip is disposed to face the surface of the circuit chip, and is formed on a surface of the membrane having a plurality of openings and the surface of the membrane facing the circuit chip. A piezoresistive element, a support portion that is provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, a support portion that supports a peripheral portion of the membrane, and a groove portion that is provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane. is separated from the support portion, and a integrally retained weight portion in a central portion of said membrane, said plurality of openings, the membrane Kicking so as not to overlap with the weight portion in said groove facing the annular region between the peripheral portion and the central portion, said annular region is characterized in that it is formed to have a mesh-like , An acceleration sensor.

この構成によれば、回路チップの表面にフェイス・ツー・フェイス状態で接合されるセンサチップは、メンブレンと、メンブレンの周縁部を支持する支持部と、メンブレンの中央部に保持された錘部とを備えている。メンブレンの回路チップとの対向面には、ピエゾ抵抗素子が形成されている。
そのため、加速度センサに加速度が作用し、錘部が振れると、メンブレンが変形し、メンブレンに設けられたピエゾ抵抗素子に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子に応力が作用すると、その応力に比例して抵抗率が変化し、この抵抗率の変化に応じた信号がセンサチップから回路チップに入力される。そして、回路チップに作り込まれた回路（所定の回路）により、ピエゾ抵抗素子の抵抗率の変化量に応じた信号が生成され、この信号が、回路チップから出力される。したがって、回路チップから出力される信号に基づいて、加速度センサに作用した加速度を求めることができる。 According to this configuration, the sensor chip bonded to the surface of the circuit chip in a face-to-face state includes a membrane, a support portion that supports the peripheral portion of the membrane, and a weight portion that is held at the center portion of the membrane. It has. A piezoresistive element is formed on the surface of the membrane facing the circuit chip.
Therefore, when acceleration acts on the acceleration sensor and the weight portion swings, the membrane is deformed and stress acts on the piezoresistive element provided on the membrane. When stress acts on the piezoresistive element, the resistivity changes in proportion to the stress, and a signal corresponding to the change in resistivity is input from the sensor chip to the circuit chip. A signal corresponding to the amount of change in resistivity of the piezoresistive element is generated by a circuit (predetermined circuit) built in the circuit chip, and this signal is output from the circuit chip. Therefore, the acceleration acting on the acceleration sensor can be obtained based on the signal output from the circuit chip.

そして、メンブレンと錘部とが一体的に形成されているので、回路チップおよびセンサチップと別体の錘を備える構成と比較して、加速度センサを小型に形成することができる。
また、回路チップおよびセンサチップは、樹脂パッケージにより封止されている。そのため、従来の加速度センサに用いられているセラミックスパッケージを不要とすることができる。その結果、加速度センサのコストを低減することができる。 Since the membrane and the weight portion are integrally formed, the acceleration sensor can be formed in a smaller size as compared with a configuration including a weight separate from the circuit chip and the sensor chip.
The circuit chip and the sensor chip are sealed with a resin package. Therefore, the ceramic package used for the conventional acceleration sensor can be eliminated. As a result, the cost of the acceleration sensor can be reduced.

請求項２に記載の発明は、前記回路チップと前記センサチップとの間に介在され、前記回路チップおよび前記センサチップを所定間隔を隔てた状態で互いに結合するバンプをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の加速度センサである。
この構成によれば、回路チップとセンサチップとの間にバンプが介在されることにより、回路チップとセンサチップとの間隔を所定間隔に精度よく保持することができる。そのため、回路チップとセンサチップとの対向方向における錘部の振れ幅を確保することができる。その結果、加速度を良好に検出することができる。 The invention according to claim 2 further includes a bump interposed between the circuit chip and the sensor chip and coupling the circuit chip and the sensor chip to each other at a predetermined interval. The acceleration sensor according to claim 1.
According to this configuration, since the bump is interposed between the circuit chip and the sensor chip, the distance between the circuit chip and the sensor chip can be accurately maintained at a predetermined distance. For this reason, it is possible to ensure the swing width of the weight portion in the facing direction between the circuit chip and the sensor chip. As a result, acceleration can be detected satisfactorily.

請求項３に記載の発明は、前記バンプは、Ａｕ（金）材料を用いて、前記回路チップの表面に突出して形成された回路チップ側バンプと、Ａｕ材料を用いて、前記メンブレンの前記回路チップとの対向面に形成されたセンサチップ側パッドと、Ｓｎ（錫）材料を用いて形成され、前記回路チップ側バンプと前記センサチップ側パッドとを接続するための接続金属部とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の加速度センサである。 According to a third aspect of the present invention, the bump is made of an Au (gold) material and protruded on the surface of the circuit chip, and the circuit of the membrane using the Au material. A sensor chip side pad formed on a surface facing the chip; and a connection metal portion formed using an Sn (tin) material and connecting the circuit chip side bump and the sensor chip side pad. The acceleration sensor according to claim 2, wherein:

この構成によれば、回路チップとセンサチップとの間に介在されるバンプが、Ａｕ材料からなる回路チップ側バンプおよびセンサチップ側パッドを、Ｓｎ材料からなる接続金属部で接続することにより形成される。Ｓｎ材料はＡｎ材料よりも融点が低いので、回路チップ側バンプおよび／またはセンサチップ側パッドの先端に接続金属部の材料であるＳｎ材料を設け、回路チップ側バンプとセンサチップ側パッドとを突き合わせた状態で、熱を加えてＳｎ材料を溶融させることにより、回路チップ側バンプとセンサチップ側パッドとを確実に接続することができる。 According to this configuration, the bump interposed between the circuit chip and the sensor chip is formed by connecting the circuit chip side bump made of Au material and the sensor chip side pad with the connecting metal portion made of Sn material. The Since Sn material has a lower melting point than An material, Sn material, which is the material of the connection metal part, is provided at the tip of the circuit chip side bump and / or sensor chip side pad, and the circuit chip side bump and sensor chip side pad are butted together. In this state, by applying heat to melt the Sn material, the circuit chip side bump and the sensor chip side pad can be reliably connected.

請求項４に記載の発明は、前記支持部と前記錘部との間の空間を前記メンブレンと反対側から閉鎖するように設けられた蓋体をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の加速度センサである。
この構成によれば、蓋体により、支持部と錘部との間の空間がメンブレンと反対側から閉鎖されている。そのため、樹脂パッケージによる封止時に、樹脂パッケージの材料が支持部と錘部との間の空間に進入することを防止することができる。 The invention according to claim 4 further includes a lid provided so as to close a space between the support portion and the weight portion from the side opposite to the membrane. 3. The acceleration sensor according to any one of 3 above.
According to this configuration, the space between the support portion and the weight portion is closed from the side opposite to the membrane by the lid. Therefore, it is possible to prevent the material of the resin package from entering the space between the support portion and the weight portion at the time of sealing with the resin package.

請求項５に記載の発明は、前記回路チップの前記表面に設けられ、前記回路チップと前記センサチップとの対向方向における前記錘部の振れ量を規制するための表面膜をさらに含むことを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の加速度センサである。
この構成によれば、回路チップの表面に、回路チップとセンサチップとの対向方向における錘部の振れ量を規制するための表面膜が設けられている。そのため、錘部が大きく振れすぎることによるメンブレンの破壊などを防止することができる。 The invention according to claim 5 further includes a surface film that is provided on the surface of the circuit chip and that regulates the amount of deflection of the weight portion in the facing direction of the circuit chip and the sensor chip. An acceleration sensor according to any one of claims 1 to 4.
According to this configuration, the surface film is provided on the surface of the circuit chip for regulating the amount of deflection of the weight portion in the facing direction of the circuit chip and the sensor chip. For this reason, it is possible to prevent the membrane from being broken due to the weight portion being shaken too much.

請求項６に記載の発明は、前記錘部は、前記メンブレンから離れるにつれて、前記回路チップと前記センサチップとの対向方向と直交する平面で切断したときの断面積が大きくなる形状に形成されていることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の加速度センサである。
この構成によれば、錘部は、回路チップとセンサチップとの対向方向と直交する平面で切断したときの断面積の最も小さな面がメンブレンに接続されている。そして、錘部は、そのメンブレンとの接続面から離れるにつれて、回路チップとセンサチップとの対向方向と直交する平面で切断したときの断面積が大きくなっている。そのため、回路チップとセンサチップとの対向方向と直交する方向の微小な加速度によっても、錘部が確実に振れ、メンブレンに変形を生じさせる。したがって、回路チップとセンサチップとの対向方向と直交する方向の微小な加速度を良好に検出することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, the weight portion is formed in a shape that increases in cross-sectional area when cut along a plane orthogonal to the facing direction of the circuit chip and the sensor chip as the distance from the membrane increases. The acceleration sensor according to any one of claims 1 to 5, wherein the acceleration sensor is provided.
According to this configuration, the surface of the weight portion having the smallest cross-sectional area when cut by a plane orthogonal to the facing direction of the circuit chip and the sensor chip is connected to the membrane. The weight portion has a larger cross-sectional area when it is cut along a plane orthogonal to the facing direction of the circuit chip and the sensor chip as it moves away from the connection surface with the membrane. For this reason, the weight portion is surely shaken even by a minute acceleration in a direction orthogonal to the facing direction between the circuit chip and the sensor chip, and the membrane is deformed. Therefore, minute acceleration in a direction orthogonal to the facing direction between the circuit chip and the sensor chip can be detected well.

請求項７に記載の発明は、回路チップの所定の回路が作り込まれている表面に接合され、前記回路チップとともに加速度センサを構成するセンサチップであって、前記回路チップの前記表面に対向して配置され、複数の開口を有するメンブレンと、前記メンブレンの前記回路チップとの対向面に形成されたピエゾ抵抗素子と、前記メンブレンに対して前記回路チップと反対側に設けられ、前記メンブレンの周縁部を支持する支持部と、前記メンブレンに対して前記回路チップと反対側に設けられ、溝部によって前記支持部から分離されており、前記メンブレンの中央部に保持された錘部とを備え、前記複数の開口は、前記メンブレンにおける前記周縁部と前記中央部との間の前記溝部と対向する環状領域において前記錘部と重ならないように、かつ、前記環状領域がメッシュ状となるように形成されていることを特徴とする、センサチップである。 The invention according to claim 7 is a sensor chip which is bonded to a surface of a circuit chip on which a predetermined circuit is built and constitutes an acceleration sensor together with the circuit chip, and is opposed to the surface of the circuit chip. A membrane having a plurality of openings, a piezoresistive element formed on a surface of the membrane facing the circuit chip, and a peripheral edge of the membrane. A support part for supporting the part, provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, separated from the support part by a groove part, and provided with a weight part held at the center part of the membrane, a plurality of openings, as in the groove opposite to the annular region between the peripheral portion and the central portion of the membrane does not overlap with the weight section And, wherein the annular region is formed to have a mesh-like, a sensor chip.

この構成によれば、請求項１に関連して述べた効果と同様な効果を奏することができる。
請求項８に記載の発明は、回路チップの所定の回路が作り込まれている表面に接合され、前記回路チップとともにＭＥＭＳセンサを構成するセンサチップを製造する方法であって、シリコン基板の表面にエッチング液に対する耐性を有する非エッチング膜を形成する非エッチング膜形成工程と、前記非エッチング膜上にピエゾ抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、前記非エッチング膜の周縁部と中央部との間の環状領域に、前記シリコン基板を露出させる複数の開口を形成する開口形成工程と、前記複数の開口から前記シリコン基板にエッチング液を供給して、各側面が前記シリコン基板の前記表面に対して所定の傾斜角度を保持する凹部を前記シリコン基板の厚さ方向および前記表面に平行な方向に進行させて、前記シリコン基板の前記環状領域に対向する部分を除去することにより、前記環状領域の下方に、前記シリコン基板の前記表面に対して前記所定の傾斜角度で傾斜する側面を有する溝部を形成するエッチング工程とを含むことを特徴とする、センサチップの製造方法である。 According to this configuration, an effect similar to the effect described in relation to claim 1 can be obtained.
The invention according to claim 8 is a method of manufacturing a sensor chip that is bonded to a surface of a circuit chip on which a predetermined circuit is built and constitutes a MEMS sensor together with the circuit chip, and is formed on the surface of a silicon substrate. A non-etching film forming step for forming a non-etching film having resistance to an etchant; a resistance element forming step for forming a piezoresistive element on the non-etching film; and a peripheral portion and a central portion of the non-etching film. Forming a plurality of openings exposing the silicon substrate in the annular region, supplying an etching solution to the silicon substrate from the plurality of openings, and each side surface with respect to the surface of the silicon substrate a recess that holds a predetermined inclination angle is allowed to proceed in a direction parallel to the thickness direction and the surface of the silicon substrate, before the silicon substrate By removing the portion opposite to the annular region, below the annular region, to include an etching step of forming a groove portion having a side surface inclined at the predetermined inclination angle with respect to the surface of the silicon substrate A feature is a method for manufacturing a sensor chip.

この製造方法により、請求項１ないし７に記載のセンサチップを製造することができる。
請求項９に記載の発明は、前記エッチング工程と並行して、前記シリコン基板の前記表面と反対側の裏面にエッチング液を供給して、前記シリコン基板を前記裏面側からエッチングする裏面エッチング工程をさらに含むことを特徴とする、請求項８に記載のセンサチップの製造方法である。 By this manufacturing method, the sensor chip according to claims 1 to 7 can be manufactured.
The invention according to claim 9 includes a back surface etching step of etching the silicon substrate from the back surface side by supplying an etching solution to the back surface opposite to the front surface of the silicon substrate in parallel with the etching step. The method for manufacturing a sensor chip according to claim 8, further comprising:

この方法によれば、シリコン基板の表面および裏面の両面にエッチング液が供給される。そのため、シリコン基板の表面および裏面の両面からエッチングが進行するので、シリコン基板の環状領域に対向する部分を除去するのに要する時間を短縮することができる。
請求項１０に記載の発明は、前記エッチング工程に先立ち、前記シリコン基板の前記裏面を研削する裏面研削工程をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載のセンサチップの製造方法である。 According to this method, the etching solution is supplied to both the front and back surfaces of the silicon substrate. Therefore, since etching proceeds from both the front surface and the back surface of the silicon substrate, the time required to remove the portion of the silicon substrate facing the annular region can be shortened.
The invention according to claim 10 is the method of manufacturing a sensor chip according to claim 9 , further comprising a back grinding step of grinding the back surface of the silicon substrate prior to the etching step.

この方法によれば、エッチング工程に先立ち、シリコン基板の裏面が研削される。そのため、シリコン基板をエッチング液によってエッチングする量を減らすことができ、そのエッチングに要する時間をさらに短縮することができる。
請求項１１に記載の発明は、回路チップの所定の回路が作り込まれている表面に接合され、前記回路チップとともに加速度センサを構成するセンサチップを製造する方法であって、シリコン基板の表面にエッチング液に対する耐性を有する非エッチング膜を形成する非エッチング膜形成工程と、前記非エッチング膜上にピエゾ抵抗素子を形成する抵抗素子形成工程と、前記非エッチング膜の周縁部と中央部との間の環状領域に、前記シリコン基板を露出させる複数の開口を形成する開口形成工程と、前記複数の開口から前記シリコン基板にエッチング液を供給して、前記シリコン基板の前記環状領域に対向する部分を除去することにより、前記非エッチング膜の前記環状領域の下方に、前記シリコン基板を前記非エッチング膜の前記周縁部を支持する支持部と、前記非エッチング膜の前記中央部に保持された錘部とに分断する溝部を形成するエッチング工程とを含むことを特徴とする、センサチップの製造方法である。
この製造方法により、請求項１ないし７に記載のセンサチップを製造することができる。
請求項１２に記載の発明は、前記エッチング工程と並行して、前記シリコン基板の前記表面と反対側の裏面にエッチング液を供給して、前記シリコン基板を前記裏面側からエッチングする裏面エッチング工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載のセンサチップの製造方法である。
請求項１３に記載の発明は、前記エッチング工程に先立ち、前記シリコン基板の前記裏面を研削する裏面研削工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１２に記載のセンサチップの製造方法である。 According to this method, the back surface of the silicon substrate is ground prior to the etching step. Therefore, the amount of etching the silicon substrate with the etching solution can be reduced, and the time required for the etching can be further shortened.
The invention according to claim 11 is a method of manufacturing a sensor chip which is bonded to a surface of a circuit chip on which a predetermined circuit is built and constitutes an acceleration sensor together with the circuit chip. A non-etching film forming step for forming a non-etching film having resistance to an etchant; a resistance element forming step for forming a piezoresistive element on the non-etching film; and a peripheral portion and a central portion of the non-etching film. Forming a plurality of openings for exposing the silicon substrate in the annular region, supplying an etchant to the silicon substrate from the plurality of openings, and forming a portion facing the annular region of the silicon substrate. By removing the silicon substrate, the peripheral portion of the non-etched film is placed below the annular region of the non-etched film. A support portion for lifting, characterized in that said containing and etching step for forming a groove to divide into a spindle portion which is held in the central portion of the non-etched film, a manufacturing method of the sensor chip.
By this manufacturing method, the sensor chip according to claims 1 to 7 can be manufactured.
The invention according to claim 12 includes a back surface etching step of etching the silicon substrate from the back surface side by supplying an etchant to the back surface of the silicon substrate opposite to the front surface in parallel with the etching step. The method of manufacturing a sensor chip according to claim 11, further comprising:
The invention according to claim 13, prior to the etching step, and further comprising a back-grinding step of grinding the back surface of the silicon substrate is the method for manufacturing a sensor chip according to claim 1 2 .

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る加速度センサの構成を示す図解的な断面図である。
加速度センサ１は、ピエゾ抵抗型の加速度センサである。この加速度センサ１は、回路チップ２とセンサチップ３とを重ね合わせて接合した、チップ・オン・チップ構造を有している。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a configuration of an acceleration sensor according to an embodiment of the present invention.
The acceleration sensor 1 is a piezoresistive acceleration sensor. The acceleration sensor 1 has a chip-on-chip structure in which a circuit chip 2 and a sensor chip 3 are overlapped and joined.

回路チップ２は、平面視略矩形状に形成されている。この回路チップ２は、その表面４を上方に向けたフェイスアップ姿勢で、リードフレーム５のアイランド部６にダイボンディングされている。
回路チップ２の表面４を含む表層部には、後述するピエゾ抵抗素子１６の抵抗率の変化量に応じた信号を生成する回路（図示せず）などが作り込まれている。 The circuit chip 2 is formed in a substantially rectangular shape in plan view. The circuit chip 2 is die-bonded to the island portion 6 of the lead frame 5 in a face-up posture with the surface 4 facing upward.
In the surface layer portion including the surface 4 of the circuit chip 2, a circuit (not shown) for generating a signal corresponding to the amount of change in resistivity of a piezoresistive element 16 to be described later is built.

回路チップ２の表面４には、その中央部に、センサチップ３が接合されるチップ接合領域が設定されている。このチップ接合領域には、複数の回路チップ側バンプ７が、チップ接合領域の周縁に沿って互いに間隔を隔てて配置されている。各回路チップ側バンプ７は、Ａｕ材料を用いて、表面４から突出して形成されている。また、回路チップ２の表面４上には、ポリイミドからなる表面膜８が形成されており、チップ接合領域は、その表面膜８により覆われている。 On the surface 4 of the circuit chip 2, a chip bonding area where the sensor chip 3 is bonded is set at the center. In this chip bonding area, a plurality of circuit chip side bumps 7 are arranged at intervals along the periphery of the chip bonding area. Each circuit chip side bump 7 is formed to protrude from the surface 4 using Au material. A surface film 8 made of polyimide is formed on the surface 4 of the circuit chip 2, and the chip bonding area is covered with the surface film 8.

回路チップ２の表面４において、チップ接合領域を取り囲む周縁部には、複数の外部接続用パッド９が設けられている。この外部接続用パッド９は、ボンディングワイヤ１０を介して、リードフレーム５のリード部１１に電気的に接続（ワイヤボンディング）されている。
センサチップ３は、平面視において回路チップ２よりも小さな略矩形状の外形を有している。このセンサチップ３は、その表面１２を下方に向けたフェイスダウン姿勢で、回路チップ２の表面４のチップ接合領域に接合されている。 On the surface 4 of the circuit chip 2, a plurality of external connection pads 9 are provided on the peripheral edge surrounding the chip bonding region. The external connection pads 9 are electrically connected (wire bonding) to the lead portions 11 of the lead frame 5 through bonding wires 10.
The sensor chip 3 has a substantially rectangular outer shape smaller than the circuit chip 2 in plan view. The sensor chip 3 is bonded to the chip bonding region on the surface 4 of the circuit chip 2 in a face-down posture with the surface 12 facing downward.

センサチップ３は、回路チップ２の表面４に対向して配置されたメンブレン１３と、メンブレン１３に対して回路チップ２と反対側に設けられ、メンブレン１３の周縁部を支持する支持部１４と、メンブレン１３に対して回路チップ２と反対側に設けられ、メンブレン１３の中央部に保持された錘部１５とを一体的に備えている。
メンブレン１３の回路チップ２との対向面は、センサチップ３の表面１２をなしている。メンブレン１３は、たとえば、ＳｉＯ_２（酸化シリコン）からなり、厚さ１〜１０μｍに形成されている。メンブレン１３の回路チップ２との対向面には、図２に示すように、その周縁部と中央部との間の環状領域に、複数個（たとえば、１６個）のピエゾ抵抗素子１６が形成されている。また、その環状領域には、多数の矩形状の開口１７が形成されている。これにより、メンブレン１３の周縁部と中央部との間の環状領域は、メッシュ状に形成されている。 The sensor chip 3 includes a membrane 13 disposed to face the surface 4 of the circuit chip 2, a support portion 14 that is provided on the opposite side of the membrane 13 from the circuit chip 2 and supports the peripheral edge of the membrane 13, A weight 15 provided integrally with the membrane 13 on the opposite side of the circuit chip 2 and held at the center of the membrane 13 is integrally provided.
The surface of the membrane 13 facing the circuit chip 2 forms the surface 12 of the sensor chip 3. The membrane 13 is made of, for example, SiO ₂ (silicon oxide) and has a thickness of 1 to 10 μm. As shown in FIG. 2, a plurality of (for example, 16) piezoresistive elements 16 are formed on the surface of the membrane 13 facing the circuit chip 2 in the annular region between the peripheral edge portion and the central portion. ing. A large number of rectangular openings 17 are formed in the annular region. Thereby, the annular region between the peripheral portion and the central portion of the membrane 13 is formed in a mesh shape.

さらに、メンブレン１３の回路チップ２との対向面には、各ピエゾ抵抗素子１６に接続された配線１８が形成されている。この配線１８の材料には、Ａｕが用いられている。各配線１８は、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる配線保護膜１９で覆われている。また、各配線１８は、メンブレン１３の周縁部に向けて延びており、その周縁部で配線保護膜１９に形成されたパッド開口２０（図３Ｇ参照）から露出するパッド２１（図３Ｇ参照）を有している。各パッド２１は、回路チップ２の各回路チップ側バンプ７と対向する位置に配置されている。 Furthermore, wiring 18 connected to each piezoresistive element 16 is formed on the surface of the membrane 13 facing the circuit chip 2. Au is used as the material of the wiring 18. Each wiring 18 is covered with a wiring protective film 19 made of SiN (silicon nitride). Each wiring 18 extends toward the peripheral edge of the membrane 13, and a pad 21 (see FIG. 3G) exposed from the pad opening 20 (see FIG. 3G) formed in the wiring protective film 19 at the peripheral edge. Have. Each pad 21 is disposed at a position facing each circuit chip side bump 7 of the circuit chip 2.

図１に示すように、回路チップ２とセンサチップ３とが接合された状態で、回路チップ２の各回路チップ側バンプ７とセンサチップ３の各パッド２１とは、互いに頂面を突き合わせて対向し、Ｓｎ材料からなる接続金属部２２を挟んで接続されている。
回路チップ２とセンサチップ３との接合前の状態において、回路チップ２の各回路チップ側バンプ７の頂面には、接続金属部２２の材料であるＳｎ材料が塗布されている。そして、回路チップ２とセンサチップ３とが接合されて、回路チップ２の各回路チップ側バンプ７とセンサチップ３の各パッド２１とが突き合わされた状態で、熱処理が行われると、各回路チップ側バンプ７の頂面のＳｎ材料が溶融する。これにより、各回路チップ側バンプ７と各パッド２１との間に接続金属部２２が形成され、この接続金属部２２により各回路チップ側バンプ７と各パッド２１とを確実に接続することができる。 As shown in FIG. 1, in a state where the circuit chip 2 and the sensor chip 3 are joined, the circuit chip side bumps 7 of the circuit chip 2 and the pads 21 of the sensor chip 3 face each other with their top surfaces facing each other. And it is connected across the connection metal part 22 made of Sn material.
In a state before the circuit chip 2 and the sensor chip 3 are joined, an Sn material that is a material of the connection metal portion 22 is applied to the top surface of each circuit chip side bump 7 of the circuit chip 2. When the circuit chip 2 and the sensor chip 3 are joined, and each circuit chip side bump 7 of the circuit chip 2 and each pad 21 of the sensor chip 3 are in contact with each other, heat treatment is performed. The Sn material on the top surface of the side bump 7 is melted. Thereby, the connection metal part 22 is formed between each circuit chip side bump 7 and each pad 21, and each circuit chip side bump 7 and each pad 21 can be reliably connected by this connection metal part 22. .

各回路チップ側バンプ７と各パッド２１とが接続金属部２２を介して接続されることにより、回路チップ２およびセンサチップ３は、回路チップ側バンプ７とパッド２１とを接続金属部２２で接続して形成される各バンプを介して、電気的に接続され、かつ、互いの間に所定間隔を保った状態で機械的に接続される。
支持部１４および錘部１５は、Ｓｉ（シリコン）からなり、断面形状が上方に向けて狭まる等脚台形状である矩形環状の溝部２３によって互いに分離して形成されている。 Each circuit chip side bump 7 and each pad 21 are connected via the connection metal part 22, so that the circuit chip 2 and the sensor chip 3 connect the circuit chip side bump 7 and the pad 21 with the connection metal part 22. Through the bumps formed in this manner, they are electrically connected and mechanically connected with a predetermined distance between them.
The support portion 14 and the weight portion 15 are made of Si (silicon) and are formed to be separated from each other by a rectangular annular groove portion 23 having an isosceles trapezoidal shape whose cross-sectional shape narrows upward.

支持部１４は、メンブレン１３から離れるにつれて、メンブレン１３との接続面と平行な平面で切断したときの断面積が単調に大きくなる環状に形成されている。この支持部１４の外側面は、メンブレン１３との接続面に対して直交している。また、支持部１４の内側面は、メンブレン１３との接続面に対して５４．７度の角度で傾斜している。
錘部１５は、メンブレン１３から離れるにつれて、メンブレン１３との接続面と平行な平面で切断したときの断面積が単調に大きくなる断面等脚台形状に形成されている。この錘部１５の側面は、メンブレン１３との接続面に対して５４．７度の角度で傾斜している。 The support portion 14 is formed in an annular shape that monotonously increases in cross-sectional area when cut along a plane parallel to the connection surface with the membrane 13 as the support portion 14 moves away from the membrane 13. The outer surface of the support portion 14 is orthogonal to the connection surface with the membrane 13. The inner side surface of the support portion 14 is inclined at an angle of 54.7 degrees with respect to the connection surface with the membrane 13.
The weight portion 15 is formed in an isosceles trapezoidal shape in which the cross-sectional area monotonously increases when the weight portion 15 is cut along a plane parallel to the connection surface with the membrane 13 as the distance from the membrane 13 increases. The side surface of the weight portion 15 is inclined at an angle of 54.7 degrees with respect to the connection surface with the membrane 13.

センサチップ３の表面４と反対側の裏面には、支持部１４と錘部１５との間の溝部２３を閉鎖するように蓋体２４が設けられている。そして、回路チップ２およびセンサチップ３は、リードフレーム５およびボンディングワイヤ１０とともに、樹脂パッケージ２５により封止されている。蓋体２４が設けられているので、樹脂パッケージ２５による封止時に、樹脂パッケージ２５の材料が溝部２３に進入することを防止することができる。リードフレーム５のリード部１１の一部は、樹脂パッケージ２５から露出し、プリント配線基板などとの外部接続部（アウターリード部）として機能する。 On the back surface opposite to the front surface 4 of the sensor chip 3, a lid body 24 is provided so as to close the groove portion 23 between the support portion 14 and the weight portion 15. The circuit chip 2 and the sensor chip 3 are sealed with a resin package 25 together with the lead frame 5 and the bonding wires 10. Since the lid body 24 is provided, it is possible to prevent the material of the resin package 25 from entering the groove portion 23 at the time of sealing with the resin package 25. A part of the lead portion 11 of the lead frame 5 is exposed from the resin package 25 and functions as an external connection portion (outer lead portion) with a printed wiring board or the like.

この加速度センサ１に加速度が作用し、錘部１５が振れると、メンブレン１３が変形し、メンブレン１３に設けられたピエゾ抵抗素子１６に応力が作用する。ピエゾ抵抗素子１６に応力が作用すると、その応力に比例して抵抗率が変化し、この抵抗率の変化に応じた信号がセンサチップ３から回路チップ２に入力される。そして、回路チップ２に作り込まれた回路により、ピエゾ抵抗素子１６の抵抗率の変化量に応じた信号が生成され、この信号が、外部接続用パッド９およびボンディングワイヤ１０を介して、外部接続部として機能するリード部１１に出力される。そのため、リード部１１から出力される信号に基づいて、加速度センサ１に作用した加速度の方向（３軸方向）および大きさを求めることができる。 When acceleration acts on the acceleration sensor 1 and the weight portion 15 swings, the membrane 13 is deformed, and stress acts on the piezoresistive element 16 provided on the membrane 13. When stress acts on the piezoresistive element 16, the resistivity changes in proportion to the stress, and a signal corresponding to the change in resistivity is input from the sensor chip 3 to the circuit chip 2. The circuit built in the circuit chip 2 generates a signal corresponding to the amount of change in resistivity of the piezoresistive element 16, and this signal is connected to the external connection via the external connection pad 9 and the bonding wire 10. Is output to the lead part 11 that functions as a part. Therefore, the direction (three-axis direction) and the magnitude of the acceleration acting on the acceleration sensor 1 can be obtained based on the signal output from the lead portion 11.

図３Ａ〜図３Ｇは、センサチップ３の製造工程を説明するための模式的な断面図である。
センサチップ３の製造には、たとえば、厚さ６２５μｍのシリコン基板３１が用いられる。まず、図３Ａに示すように、プラズマ処理によって、シリコン基板３１の表面に、非エッチング膜としてのシリコン酸化膜３２が形成される（非エッチング膜形成工程）。 3A to 3G are schematic cross-sectional views for explaining the manufacturing process of the sensor chip 3.
For manufacturing the sensor chip 3, for example, a silicon substrate 31 having a thickness of 625 μm is used. First, as shown in FIG. 3A, a silicon oxide film 32 as a non-etching film is formed on the surface of the silicon substrate 31 by plasma processing (non-etching film forming step).

次いで、図３Ｂに示すように、シリコン酸化膜３２上に、ＴｉＮ（窒化チタン）を用いて、複数個のピエゾ抵抗素子１６が形成される（抵抗素子形成工程）。
つづいて、図３Ｃに示すように、各ピエゾ抵抗素子１６を被覆するように、ＳｉＯ_２からなる抵抗保護膜３３が形成される。そして、各抵抗保護膜３３が部分的に除去されることにより、各抵抗保護膜３３に、ピエゾ抵抗素子１６の一部を露出させるための接続開口３４が形成される。 Next, as shown in FIG. 3B, a plurality of piezoresistive elements 16 are formed on the silicon oxide film 32 using TiN (titanium nitride) (resistance element forming step).
Subsequently, as shown in FIG. 3C, a resistance protection film 33 made of SiO ₂ is formed so as to cover each piezoresistive element 16. Then, by partially removing each resistance protection film 33, a connection opening 34 for exposing a part of the piezoresistive element 16 is formed in each resistance protection film 33.

その後、図３Ｄに示すように、各抵抗保護膜３３上とシリコン酸化膜３２上とに跨って、配線１８が形成される。各配線１８は、抵抗保護膜３３に形成された接続開口３４を介してピエゾ抵抗素子１６と接続される。
次いで、図３Ｅに示すように、各配線１８を被覆するように、ＳｉＮからなる配線保護膜１９が形成される。そして、各配線保護膜１９に、配線１８を部分的に露出させるためのパッド開口２０が形成される。 Thereafter, as shown in FIG. 3D, the wiring 18 is formed across the resistance protection film 33 and the silicon oxide film 32. Each wiring 18 is connected to the piezoresistive element 16 through a connection opening 34 formed in the resistance protection film 33.
Next, as shown in FIG. 3E, a wiring protective film 19 made of SiN is formed so as to cover each wiring 18. A pad opening 20 for partially exposing the wiring 18 is formed in each wiring protection film 19.

次に、図３Ｆに示すように、シリコン酸化膜３２の周縁部と中央部との間の環状領域（後に形成される溝部２３と対向する領域）に、多数の開口１７が形成される（開口形成工程）。その結果、多数の開口１７において、シリコン基板３１が露出する。
つづいて、シリコン基板３１の裏面が、たとえば、厚さ５０μｍだけ研削される（裏面研削工程）。その後、シリコン基板３１の表面および裏面の両面に、シリコン基板３１をエッチングする能力を有するエッチング液が供給される。このようなエッチング液としては、たとえば、ＴＭＡＨ（Tetra methyl ammonium hydroxide：テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）の濃度５０％の水溶液を８０℃に加熱したものを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 3F, a large number of openings 17 are formed in an annular region between the peripheral portion and the central portion of the silicon oxide film 32 (region facing the groove portion 23 to be formed later). Forming step). As a result, the silicon substrate 31 is exposed in the large number of openings 17.
Subsequently, the back surface of the silicon substrate 31 is ground, for example, by a thickness of 50 μm (back surface grinding step). Thereafter, an etching solution having an ability to etch the silicon substrate 31 is supplied to both the front and back surfaces of the silicon substrate 31. As such an etchant, for example, an aqueous solution of TMAH (Tetra methyl ammonium hydroxide) having a concentration of 50% heated to 80 ° C. can be used.

シリコン基板３１の表面に供給されるエッチング液は、各開口１７を介して、シリコン基板３１に供給される。これにより、シリコン基板３１は、図３Ｇに示すように、各開口１７に臨む部分から四角錐状にエッチングされていく（エッチング工程）。このエッチングは、エッチングにより形成される四角錐状の凹部３５の各側面がシリコン基板３１の表面に対して５４．７度の傾斜角度を保ちつつ、シリコン基板３１の厚さ方向（縦方向）および表面に平行な方向（横方向）に進行する。そして、互いに隣り合う開口１７の下方の凹部３５がつながると、横方向のエッチングの進行が急速に進み、各ピエゾ抵抗素子１６の下方の部分もエッチングされていく。一方、シリコン基板３１の裏面にエッチング液が供給されるので、シリコン基板３１は、その裏面側からも面内でほぼ均一な速度で縦方向にエッチングされる（裏面エッチング工程）。そのため、比較的短時間で、シリコン基板３１におけるシリコン酸化膜３２の周縁部と中央部との間の環状領域に対向する部分が厚さ方向にわたって残さず除去され、シリコン基板３１に、図１に示す環状の溝部２３が形成される。その結果、シリコン酸化膜３２は、メンブレン１３となり、シリコン基板３１は、その溝部２３によって、メンブレン１３の周縁部を支持する支持部１４と、メンブレン１３の中央部に保持された錘部１５とに分断される。これにより、図１に示すセンサチップ３が得られる。 The etching solution supplied to the surface of the silicon substrate 31 is supplied to the silicon substrate 31 through each opening 17. Thereby, as shown in FIG. 3G, the silicon substrate 31 is etched into a quadrangular pyramid shape from the portion facing each opening 17 (etching step). In this etching, each side surface of the quadrangular pyramid-shaped concave portion 35 formed by etching maintains an inclination angle of 54.7 degrees with respect to the surface of the silicon substrate 31, and the thickness direction (vertical direction) of the silicon substrate 31 and Progress in a direction parallel to the surface (lateral direction). Then, when the concave portions 35 below the openings 17 adjacent to each other are connected, the progress of the lateral etching proceeds rapidly, and the lower portions of the piezoresistive elements 16 are also etched. On the other hand, since the etching solution is supplied to the back surface of the silicon substrate 31, the silicon substrate 31 is etched in the vertical direction at a substantially uniform speed from the back surface side in the surface (back surface etching step). Therefore, in a relatively short time, the portion of the silicon substrate 31 facing the annular region between the peripheral portion and the central portion of the silicon oxide film 32 is removed without leaving the thickness direction, and the silicon substrate 31 is removed as shown in FIG. An annular groove 23 is formed as shown. As a result, the silicon oxide film 32 becomes the membrane 13, and the silicon substrate 31 is divided into the support portion 14 that supports the peripheral portion of the membrane 13 by the groove portion 23, and the weight portion 15 held at the center portion of the membrane 13. Divided. Thereby, the sensor chip 3 shown in FIG. 1 is obtained.

なお、配線１８の材料にＡｕが用いられているので、配線１８は、パッド開口２０から露出していても、エッチング液による腐食を受けない。したがって、エッチング液によるシリコン基板３１のエッチングに際して、パッド開口２０から露出する配線１８をエッチング液から保護するための保護膜を形成する必要はない。
以上のように、回路チップ２の表面にフェイス・ツー・フェイス状態で接合されるセンサチップ３は、メンブレン１３と、メンブレン１３の周縁部を支持する支持部１４と、メンブレン１３の中央部に保持された錘部１５とを備えている。そして、メンブレン１３と錘部１５とは、一体的に形成されている。これにより、回路チップおよびセンサチップと別体の錘を備える構成と比較して、加速度センサ１を小型に形成することができる。 Since Au is used as the material of the wiring 18, the wiring 18 is not corroded by the etching solution even if it is exposed from the pad opening 20. Therefore, when etching the silicon substrate 31 with the etching solution, it is not necessary to form a protective film for protecting the wiring 18 exposed from the pad opening 20 from the etching solution.
As described above, the sensor chip 3 bonded to the surface of the circuit chip 2 in a face-to-face state is held in the membrane 13, the support portion 14 that supports the peripheral portion of the membrane 13, and the central portion of the membrane 13. The weight portion 15 is provided. The membrane 13 and the weight portion 15 are integrally formed. Thereby, the acceleration sensor 1 can be formed in a small size as compared with a configuration including a weight separate from the circuit chip and the sensor chip.

また、回路チップ２およびセンサチップ３は、樹脂パッケージ２５により封止されている。そのため、従来の加速度センサに用いられているセラミックスパッケージを不要とすることができる。その結果、加速度センサ１のコストを低減することができる。
支持部１４と錘部１５との間の溝部２３は、蓋体２４により、メンブレン１３と反対側から閉鎖されている。そのため、樹脂パッケージ２５による封止時に、樹脂パッケージ２５の材料が支持部１４と錘部１５との間の空間に進入することを防止することができる。 The circuit chip 2 and the sensor chip 3 are sealed with a resin package 25. Therefore, the ceramic package used for the conventional acceleration sensor can be eliminated. As a result, the cost of the acceleration sensor 1 can be reduced.
The groove portion 23 between the support portion 14 and the weight portion 15 is closed from the side opposite to the membrane 13 by the lid body 24. Therefore, when the resin package 25 is sealed, the material of the resin package 25 can be prevented from entering the space between the support portion 14 and the weight portion 15.

また、回路チップ２とセンサチップ３との間には、回路チップ側バンプ７とパッド２１とを接続金属部２２で接続して形成されるバンプが介在されている。これにより、回路チップ２とセンサチップ３との間隔を所定間隔に精度よく保持することができる。そのため、回路チップ２とセンサチップ３との対向方向における錘部１５の振れ幅を確保することができる。その結果、加速度を良好に検出することができる。 Further, between the circuit chip 2 and the sensor chip 3, bumps formed by connecting the circuit chip side bumps 7 and the pads 21 with the connection metal portions 22 are interposed. Thereby, the space | interval of the circuit chip 2 and the sensor chip 3 can be accurately hold | maintained to a predetermined space | interval. For this reason, it is possible to ensure the swing width of the weight portion 15 in the facing direction between the circuit chip 2 and the sensor chip 3. As a result, acceleration can be detected satisfactorily.

さらに、回路チップ２の表面には、ポリイミドからなる表面膜８が設けられている。この表面膜８により、錘部１５が回路チップ２とセンサチップ３との対向方向に大きく振れすぎることを防止することができる。そのため、錘部１５の振れすぎによるメンブレン１３の破壊などを防止することができる。
また、錘部１５は、回路チップ２とセンサチップ３との対向方向と直交する平面で切断したときの断面積の最も小さな面がメンブレン１３に接続されている。そして、錘部１５は、そのメンブレン１３との接続面から離れるにつれて、回路チップ２とセンサチップ３との対向方向と直交する平面で切断したときの断面積が大きくなっている。そのため、回路チップ２とセンサチップ３との対向方向と直交する方向の微小な加速度によっても、錘部１５が確実に振れ、メンブレン１３に変形を生じる。したがって、回路チップ２とセンサチップ３との対向方向と直交する方向の微小な加速度を良好に検出することができる。 Further, a surface film 8 made of polyimide is provided on the surface of the circuit chip 2. The surface film 8 can prevent the weight portion 15 from swinging too much in the facing direction between the circuit chip 2 and the sensor chip 3. For this reason, it is possible to prevent the membrane 13 from being broken due to excessive swinging of the weight portion 15.
The weight portion 15 is connected to the membrane 13 at the surface having the smallest cross-sectional area when cut by a plane perpendicular to the facing direction of the circuit chip 2 and the sensor chip 3. And as the weight part 15 is separated from the connection surface with the membrane 13, the cross-sectional area when it cut | disconnects in the plane orthogonal to the opposing direction of the circuit chip 2 and the sensor chip 3 becomes large. For this reason, the weight portion 15 is surely shaken by the minute acceleration in the direction orthogonal to the facing direction of the circuit chip 2 and the sensor chip 3, and the membrane 13 is deformed. Therefore, minute acceleration in a direction orthogonal to the facing direction of the circuit chip 2 and the sensor chip 3 can be detected satisfactorily.

そして、センサチップ３の製造工程では、シリコン基板３１の表面および裏面の両面にエッチング液が供給される。そのため、シリコン基板３１の表面および裏面の両面からエッチングが進行するので、シリコン基板の環状領域に対向する部分を除去するのに要する時間を短縮することができる。
さらに、シリコン基板３１のエッチング工程に先立ち、シリコン基板３１の裏面が研削される。そのため、シリコン基板３１をエッチング液によってエッチングする量を減らすことができ、そのエッチングに要する時間をさらに短縮することができる。 In the manufacturing process of the sensor chip 3, an etching solution is supplied to both the front and back surfaces of the silicon substrate 31. Therefore, since etching proceeds from both the front and back surfaces of the silicon substrate 31, the time required to remove the portion of the silicon substrate that faces the annular region can be shortened.
Further, prior to the etching process of the silicon substrate 31, the back surface of the silicon substrate 31 is ground. Therefore, the amount of etching the silicon substrate 31 with the etchant can be reduced, and the time required for the etching can be further shortened.

以上、この発明の一実施形態を説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、シリコン酸化膜３２（メンブレン１３）に矩形状の開口１７が形成され、この開口１７からシリコン基板３１にエッチング液が供給されることにより、断面形状が上方に向けて狭まる等脚台形状である矩形環状の溝部２３が形成されるとしたが、シリコン酸化膜３２に円形状の開口１７が形成され、この開口１７からシリコン基板３１にエッチング液が供給されることにより、断面形状が上方に向けて狭まる等脚台形状である円環状の溝部２３が形成されてもよい。この場合、錘部１５は、メンブレン１３との接続面と平行な平面で切断したときの断面積が単調に大きくなる円錐台形状に形成されることになる。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention can be implemented in other forms. For example, in the above-described embodiment, the rectangular opening 17 is formed in the silicon oxide film 32 (membrane 13), and the etching solution is supplied from the opening 17 to the silicon substrate 31, whereby the cross-sectional shape is directed upward. Although the rectangular ring-shaped groove portion 23 having an isosceles trapezoid shape that narrows is formed, a circular opening 17 is formed in the silicon oxide film 32, and an etching solution is supplied from the opening 17 to the silicon substrate 31. An annular groove 23 having an isosceles trapezoidal shape whose cross-sectional shape narrows upward may be formed. In this case, the weight portion 15 is formed in a truncated cone shape whose cross-sectional area monotonously increases when cut by a plane parallel to the connection surface with the membrane 13.

また、配線１８を省略してもよく、この場合、抵抗保護膜３３に形成された接続開口３４から露出する、ピエゾ抵抗素子１６の一部を、回路チップ側バンプ７と接続されるパッドとして使用すればよい。
さらに、メンブレン１３の材質は、ＳｉＯ_２に限らず、ＳｉＮであってもよい。
また、前述の実施形態で説明したセンサチップ３の製造方法は、加速度センサに用いられるセンサチップ３に限らず、気体の圧力などを検出するためのピエゾ抵抗型の半導体圧力センサに用いられるセンサチップの製造方法に適用することもできる。 The wiring 18 may be omitted. In this case, a part of the piezoresistive element 16 exposed from the connection opening 34 formed in the resistance protection film 33 is used as a pad connected to the circuit chip side bump 7. do it.
Furthermore, the material of the membrane 13 is not limited to SiO ₂ but may be SiN.
The method for manufacturing the sensor chip 3 described in the above embodiment is not limited to the sensor chip 3 used for the acceleration sensor, but is used for a piezoresistive semiconductor pressure sensor for detecting gas pressure or the like. It can also be applied to the manufacturing method.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.

この発明の一実施形態に係る加速度センサの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the acceleration sensor which concerns on one Embodiment of this invention. メンブレンの一部を図解的に示す図である。It is a figure which shows a part of membrane schematically. センサチップの製造工程を説明するための模式的な断面図である。It is typical sectional drawing for demonstrating the manufacturing process of a sensor chip. 図３Ａの次の工程を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the next process of FIG. 3A. 図３Ｂの次の工程を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the next process of FIG. 3B. 図３Ｃの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3D is a schematic cross-sectional view showing the next step of FIG. 3C. 図３Ｄの次の工程を示す模式的な断面図である。FIG. 3D is a schematic cross-sectional view showing a step subsequent to FIG. 3D. 図３Ｅの次の工程を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the next process of FIG. 3E. 図３Ｆの次の工程を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the next process of FIG. 3F. 従来の加速度センサの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional acceleration sensor typically.

Explanation of symbols

１加速度センサ
２回路チップ
３センサチップ
４（回路チップの）表面
７回路チップ側バンプ
８表面膜
１３メンブレン
１４支持部
１５錘部
１６ピエゾ抵抗素子
１７開口
２１パッド
２２接続金属部
２４蓋体
２５樹脂パッケージ
３１シリコン基板
３２シリコン酸化膜 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Acceleration sensor 2 Circuit chip 3 Sensor chip 4 (Circuit chip) surface 7 Circuit chip side bump 8 Surface film 13 Membrane 14 Support part 15 Weight part 16 Piezoresistive element 17 Opening 21 Pad 22 Connection metal part 24 Cover body 25 Resin package 31 Silicon substrate 32 Silicon oxide film

Claims

A circuit chip in which a predetermined circuit is built on the surface;
A sensor chip bonded to the surface of the circuit chip;
A resin package for sealing the circuit chip and the sensor chip,
The sensor chip is
A membrane disposed opposite to the surface of the circuit chip and having a plurality of openings;
A piezoresistive element formed on the surface of the membrane facing the circuit chip;
Provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, and a support portion for supporting the peripheral edge of the membrane;
Provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, separated from the support portion by a groove portion, and provided with a weight portion integrally held at the center portion of the membrane,
The plurality of openings are formed so as not to overlap the weight portion in an annular region facing the groove portion between the peripheral edge portion and the central portion of the membrane , and the annular region is formed in a mesh shape. An acceleration sensor, characterized in that

The acceleration sensor according to claim 1, further comprising a bump interposed between the circuit chip and the sensor chip and coupling the circuit chip and the sensor chip to each other at a predetermined interval. .

The bump is
Using a Au (gold) material, a circuit chip side bump formed to protrude from the surface of the circuit chip;
Using the Au material, the sensor chip side pad formed on the surface of the membrane facing the circuit chip;
The acceleration sensor according to claim 2, wherein the acceleration sensor is formed using a Sn (tin) material, and includes a connection metal portion for connecting the circuit chip side bump and the sensor chip side pad.

The acceleration sensor according to claim 1, further comprising a lid provided so as to close a space between the support portion and the weight portion from the side opposite to the membrane. .

5. The film according to claim 1, further comprising a surface film that is provided on the surface of the circuit chip and that regulates a swing amount of the weight portion in a facing direction of the circuit chip and the sensor chip. The acceleration sensor in any one.

The weight portion is formed in a shape in which a cross-sectional area increases when the weight portion is cut along a plane orthogonal to the facing direction of the circuit chip and the sensor chip as the distance from the membrane increases. The acceleration sensor according to any one of 1 to 5.

A sensor chip that is bonded to a surface on which a predetermined circuit of a circuit chip is built and constitutes an acceleration sensor together with the circuit chip,
A membrane disposed opposite to the surface of the circuit chip and having a plurality of openings;
A piezoresistive element formed on the surface of the membrane facing the circuit chip;
Provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, and a support portion for supporting the peripheral edge of the membrane;
Provided on the opposite side of the circuit chip with respect to the membrane, separated from the support portion by a groove portion, and provided with a weight portion held at the center portion of the membrane,
The plurality of openings are formed so as not to overlap the weight portion in an annular region facing the groove portion between the peripheral edge portion and the central portion of the membrane , and the annular region is formed in a mesh shape. A sensor chip characterized by being made.

A method of manufacturing a sensor chip that is bonded to a surface on which a predetermined circuit of a circuit chip is built and constitutes a MEMS sensor together with the circuit chip,
A non-etching film forming step of forming a non-etching film having resistance to an etching solution on the surface of the silicon substrate;
A resistance element forming step of forming a piezoresistive element on the non-etched film;
An opening forming step of forming a plurality of openings exposing the silicon substrate in an annular region between a peripheral portion and a central portion of the non-etched film;
An etching solution is supplied to the silicon substrate from the plurality of openings, and a recess in which each side surface maintains a predetermined inclination angle with respect to the surface of the silicon substrate is parallel to the thickness direction of the silicon substrate and the surface. A side surface that is inclined at the predetermined inclination angle with respect to the surface of the silicon substrate below the annular region by removing a portion of the silicon substrate that faces the annular region. A method for manufacturing a sensor chip, comprising: an etching step for forming a groove.

In parallel with the etching step, the method further comprises a back surface etching step of etching the silicon substrate from the back surface side by supplying an etchant to the back surface opposite to the front surface of the silicon substrate. Item 9. A method for manufacturing a sensor chip according to Item 8.

The method for manufacturing a sensor chip according to claim 9 , further comprising a back grinding step of grinding the back surface of the silicon substrate prior to the etching step.

A method of manufacturing a sensor chip which is bonded to a surface on which a predetermined circuit of a circuit chip is built and constitutes an acceleration sensor together with the circuit chip,
A non-etching film forming step of forming a non-etching film having resistance to an etching solution on the surface of the silicon substrate;
A resistance element forming step of forming a piezoresistive element on the non-etched film;
An opening forming step of forming a plurality of openings exposing the silicon substrate in an annular region between a peripheral portion and a central portion of the non-etched film;
An etching solution is supplied to the silicon substrate from the plurality of openings, and a portion of the silicon substrate facing the annular region is removed, so that the silicon substrate is placed under the annular region of the non-etched film. An etching process for forming a groove part that divides into a support part that supports the peripheral edge part of the non-etching film and a weight part held at the central part of the non-etching film. Production method.

In parallel with the etching step, the method further comprises a back surface etching step of etching the silicon substrate from the back surface side by supplying an etchant to the back surface opposite to the front surface of the silicon substrate. Item 12. A method for producing a sensor chip according to Item 11.

Wherein prior to the etching step, further comprising a back-grinding step of grinding the back surface of the silicon substrate, the manufacturing method of the sensor chip of claim 1 2.