JP4505671B2 - Signal extraction structure for semiconductor microelectromechanical devices - Google Patents
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Description
本発明は、半導体板と絶縁基板とを接合してなる半導体微小電子機械デバイスから電気信号を取り出す半導体微小電子機械デバイスの信号取出し構造に関する。 The present invention relates to a signal extraction structure of a semiconductor microelectromechanical device that extracts an electrical signal from a semiconductor microelectromechanical device formed by joining a semiconductor plate and an insulating substrate.
従来より、半導体板と絶縁基板とを接合した構造からなり、圧力や加速度等を検出するために用いられる半導体微小電子機械デバイスが用いられている。この半導体微小電子機械デバイスの半導体板にはエッチング等により錘部、薄膜部等の構造体が形成されており、半導体微小電子機械デバイスに圧力や加速度等の外力が加わると、この構造体が変位、変形することにより電気信号の変化を生じる。この電気信号が外部に取り出され、外部回路等がこの信号を基に当該外力を検出する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a semiconductor microelectromechanical device having a structure in which a semiconductor plate and an insulating substrate are bonded and used for detecting pressure, acceleration, and the like has been used. Structures such as weights and thin film portions are formed on the semiconductor plate of this semiconductor microelectromechanical device by etching or the like. When an external force such as pressure or acceleration is applied to the semiconductor microelectromechanical device, the structure is displaced. The electric signal changes due to the deformation. This electrical signal is extracted to the outside, and an external circuit or the like detects the external force based on this signal.
このような半導体微小電子機械デバイスとして、例えば、特許文献1に記載されているように、半導体板に可動電極となる錘部を形成し、半導体板と接合されたガラス板に固定電極を配した加速度センサが知られている。この加速度センサに加速度が加わると、錘部と固定電極との距離が変化して錘部と固定電極との間の静電容量が変化する。この加速度センサはその静電容量を電気信号として用いたものであり、電気信号はガラス板に設けられたスルーホール部を通して固定電極から外部に取り出される。このスルーホール部は、ガラス板に貫通孔を設け、その内面に固定電極と連続した導電膜を設けて外部へ電気信号を取り出す経路としたものである。この加速度センサは、導電膜の厚み不足による接続路の断線や接触不良を防ぐため、導電膜を形成する前又は後に、貫通孔付近に導電性の補強部が形成されている。また、スルーホール部には充填材が充填され、錘部と固定電極が設けられた部分が気密状態となるように封止されている。
As such a semiconductor microelectromechanical device, for example, as described in
また、上述とは別の、半導体微小電子機械デバイスから電気信号を取り出すための構造として、特許文献2に記載されているように、半導体板とガラス板とを接合した後、ガラス板に設けられた貫通孔に導電性ペーストを充填した構造が知られている。この導電性ペーストを外部に電気信号を取り出す経路として、電気信号が半導体板の電極から外部へと取り出される。
しかしながら、上述のような半導体微小電子機械デバイスの信号取出し構造においては、充填材や導電性ペースト等を充填したり、補強部を形成するため、製造プロセスが複雑なものとなり、半導体微小電子機械デバイスの製造コストが高くなってしまうという問題がある。また、特許文献2に記載の技術のように、ガラス板の貫通孔を導電ペーストを用いて充填した構造においては、ボイドが導電ペーストの内部に発生しやすく、導電経路としての信頼性に欠けるという問題がある。導電ペーストがガラス板や半導体板とは材質を異にする体積が大きな塊状であり、温度が変化したときに大きな熱応力が発生し、ガラス板や半導体板を変形させる等の影響を及ぼすため、外力により発生する電気信号が適正ではなくなるという問題がある。
However, in the signal extraction structure of the semiconductor microelectromechanical device as described above, the manufacturing process becomes complicated because it is filled with a filler, a conductive paste, or the like, or a reinforcing portion is formed. There is a problem that the manufacturing cost of the device becomes high. Further, in the structure in which the through holes of the glass plate are filled with the conductive paste as in the technique described in
また、ガラス板上にブラスト加工によって貫通孔を形成するときに、チッピング等が発生して半導体板と接合される側の内面の形状に異常面が生じて、この部分に導電膜が適切には形成されず、導電経路の信頼性が得られないという問題があった。 In addition, when forming a through-hole on a glass plate by blasting, chipping or the like occurs and an abnormal surface is generated in the shape of the inner surface to be bonded to the semiconductor plate. There was a problem that the reliability of the conductive path could not be obtained.
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、外部への電気信号の取り出し経路の一部に絶縁基板と半導体板とを陽極接合させる際に溶融するような導電性の低融点材料を用いることで、適正に電気信号を発生して確実に取り出すことが可能となり、また製造コストを低くすることが可能となる、半導体微小電子機械デバイスの信号取出し構造を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a conductive low-melting-point material that melts when an insulating substrate and a semiconductor plate are anodically bonded to a part of an electrical signal extraction path to the outside. It is an object of the present invention to provide a signal extraction structure for a semiconductor microelectromechanical device that can appropriately generate and reliably extract an electric signal and reduce manufacturing costs. .
上記目的を達成するため請求項1の発明は、貫通孔が設けられた絶縁基板と、可動の構造体を形成してこの絶縁基板の一面に陽極接合される半導体板と、この半導体板と絶縁基板との接合面に設けられて前記構造体の動きに応じて電気信号を発生する固定電極と、前記固定電極及び/又はその固定電極と対の電極となる半導体板に接合して前記貫通孔近傍に設けられる導電パッドと、前記固定電極に接合された導電パッドと前記半導体板との間に設けられる絶縁膜と、前記貫通孔近傍及び貫通孔内面に形成されて前記導電パッド又は半導体板と接続され外部へ電気信号を取り出すための導電引出し膜とを備えた半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造であって、前記絶縁基板の前記半導体板と接合される面の貫通孔の近傍に、前記導電引出し膜と互いに一部が重なるように配される導電性の低融点材料膜を予め設け、前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合時の熱により前記低融点材料膜が溶融して前記導電パッド又は半導体板に密着して接続されるように構成したものである。
In order to achieve the above object, an invention according to
請求項2の発明は、請求項1の発明において、前記貫通孔は、前記絶縁基板と半導体板との接合面側に広がる逆テーパ部を有するものである。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the through hole has a reverse taper portion that spreads toward the bonding surface between the insulating substrate and the semiconductor plate.
請求項3の発明は、請求項1の発明において、前記固定電極及び低融点材料膜は同一材料を用いて構成されるものである。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the fixed electrode and the low melting point material film are made of the same material.
請求項4の発明は、請求項1の発明において、前記導電パッドは、前記絶縁基板と半導体板とを陽極接合するときに陽極接合の熱により溶融する導電性の低融点材料からなるものである。 According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the conductive pad is made of a conductive low melting point material that melts by the heat of anodic bonding when the insulating substrate and the semiconductor plate are anodic bonded. .
請求項5の発明は、請求項1の発明において、前記導電引出し膜は、前記絶縁基板と半導体板との接合後に成膜されるものである。 According to a fifth aspect of the invention, in the first aspect of the invention, the conductive extraction film is formed after the insulating substrate and the semiconductor plate are joined.
請求項6の発明は、請求項1の発明において、前記導電パッドは、前記絶縁基板と半導体板とが接合されたときに前記貫通孔と同軸となる穴が予め設けられた、ドーナツ型であるものである。 According to a sixth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the conductive pad is a donut shape in which a hole that is coaxial with the through hole is provided in advance when the insulating substrate and the semiconductor plate are joined. Is.
請求項7の発明は、請求項1の発明において、前記低融点材料膜は、Au‐Sn系の合金からなるものである。
The invention of claim 7 is the invention of
請求項8の発明は、請求項7の発明において、前記絶縁基板に低融点材料膜を形成するための導電性材料からなる下地をさらに設け、この下地は、前記固定電極と共用可能に構成したものである。
The invention of
請求項9の発明は、請求項1の発明において、前記導電パッドに直接ワイヤボンディングして外部に電気信号を取り出すものである。 According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the electrical signal is taken out by wire bonding directly to the conductive pad.
請求項10の発明は、請求項1の発明において、前記貫通孔の半導体板と接合される側に導電性の低融点材料からなる溶融ボールを予め配し、前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合の熱によりこの溶融ボールが溶融して、前記導電パッドと低融点材料膜との溶着部の周囲が封止されるものである。 According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, a molten ball made of a conductive low melting point material is disposed in advance on the side of the through hole to be joined to the semiconductor plate, and the insulating substrate and the semiconductor plate are anodes. When bonded, the molten ball is melted by the heat of anodic bonding, and the periphery of the welded portion between the conductive pad and the low melting point material film is sealed.
請求項11の発明は、請求項10の発明において、前記低融点材料膜は、Au‐Sn系の合金からなり、前記溶融ボールは、Sn系合金からなるものである。 According to an eleventh aspect of the present invention, in the tenth aspect, the low melting point material film is made of an Au-Sn alloy, and the molten ball is made of an Sn alloy.
請求項12の発明は、請求項7の発明において、前記貫通孔の半導体板が接合される側とは反対側に、導電性の低融点材料からなるロウ材ボールを予め配し、前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合の熱によりこのロウ材ボールが溶融して前記導電引出し膜に溶着するとともに前記絶縁基板から突出するバンプ部を形成し、このバンプ部を外部基板に直接接合することでこの外部基板に電気信号を取出し可能としたものである。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the seventh aspect of the invention, a brazing material ball made of a conductive low-melting-point material is disposed in advance on the opposite side of the through hole to the side to which the semiconductor plate is bonded, and the insulating substrate. And the semiconductor plate are anodically bonded, the brazing material balls are melted by the heat of the anodic bonding and welded to the conductive extraction film, and a bump portion protruding from the insulating substrate is formed. It is possible to take out an electric signal to the external substrate by directly joining to the external substrate.
請求項1の発明によれば、絶縁基板と半導体板とを陽極接合させる際に低融点材料膜が溶融し、導電パッドに密着して接続されるので、導電パッドと導電引出し膜とが確実に接続され、電気信号を取り出すための経路の導通信頼性を向上させることが可能となる。また、絶縁基板と半導体板との陽極接合時に、導電パッドと導電引出し膜との接続と固定電極と半導体板の構造体部分を封止して気密を保つことを同時に行うことができ、半導体微小電子機械デバイスの製造プロセスが単純となって製造コストを低くすることが可能となる。さらに、電気信号を取り出すための経路が薄膜により構成されることから、温度が変化しても熱応力がほとんど発生せず、絶縁基板や半導体板が変形することがほとんどなくなり、適正に電気信号を発生することが可能となる。 According to the first aspect of the present invention, when the insulating substrate and the semiconductor plate are anodically bonded, the low melting point material film melts and is in close contact with the conductive pad, so that the conductive pad and the conductive extraction film are reliably connected. It is possible to improve the conduction reliability of a path for connecting and extracting an electric signal. In addition, at the time of anodic bonding between the insulating substrate and the semiconductor plate, the connection between the conductive pad and the conductive extraction film and the structure portion of the fixed electrode and the semiconductor plate can be sealed and kept airtight at the same time. The manufacturing process of the electromechanical device is simplified, and the manufacturing cost can be reduced. Furthermore, since the path for taking out the electrical signal is constituted by a thin film, even if the temperature changes, almost no thermal stress is generated, and the insulating substrate and the semiconductor plate are hardly deformed. Can be generated.
請求項2の発明によれば、貫通孔に逆テーパ部を設けるので、低融点材料膜がこの逆テーパ部の上部から下部まで安定して形成でき、より確実に導電パッドと導電引出し膜とが接合され、導通信頼性を向上させることが可能となる。
According to the invention of
請求項3の発明によれば、固定電極及び低融点材料膜を同一材料を用いて構成するので、固定電極を形成する際に同時に低融点材料膜も形成することが可能となり、導通信頼性が向上するとともに製造プロセスがより単純となって半導体微小電子機械デバイスの製造コストを低減することが可能となる。
According to the invention of
請求項4の発明によれば、導電パッドも低融点材料からなるので、絶縁基板と半導体板との陽極接合時に低融点材料膜と導電パッドが溶融して導電パッドと低融点材料膜とがより確実に接続され、導通信頼性を向上させることができ、また、固定電極と半導体板の構造体部分をより確実に封止することが可能となる。 According to the invention of claim 4, since the conductive pad is also made of a low melting point material, the low melting point material film and the conductive pad are melted at the time of anodic bonding between the insulating substrate and the semiconductor plate, and the conductive pad and the low melting point material film are more It is possible to reliably connect and improve conduction reliability, and it is possible to more reliably seal the structure portion of the fixed electrode and the semiconductor plate.
請求項5の発明によれば、導電引出し膜が、絶縁基板と半導体板との陽極接合後に成膜されるので、導電引出し膜が導電パッドと接続された低融点材料膜と確実に重なるようになり、導電引出し膜が導電パッド及び低融点材料膜と確実に接続され、導通信頼性を向上させることが可能となる。
According to the invention of
請求項6の発明によれば、導電パッドが、絶縁基板と半導体板との陽極接合後に絶縁基板の貫通孔と同軸となる穴が設けられたドーナツ型とされるので、導電パッドの体積が小さくなって半導体板と固定電極との間の寄生容量が下がり、この半導体微小電子機械デバイスの電気信号の外力に対する変化特性をより良くすることが可能となる。また、この導電パッドの穴を用いることで、絶縁基板と半導体板とを容易にアライメントして陽極接合させることが可能となる。
According to the invention of
請求項7の発明によれば、Au−Sn系の合金で低融点材料膜を形成するので、低融点材料膜が陽極接合時に溶融し易く、容易に且つ確実に導電パッド及び導電引出し膜を接合することが可能となる。 According to the seventh aspect of the present invention, since the low melting point material film is formed of the Au—Sn alloy, the low melting point material film is easily melted at the time of anodic bonding, and the conductive pad and the conductive extraction film are bonded easily and reliably. It becomes possible to do.
請求項8の発明によれば、低融点材料膜を形成するための下地を固定電極と共用するので、固定電極と下地を形成する工程を同時に行うことが可能となり、半導体微小電子機械デバイスの製造プロセスが簡略化でき製造コストを低減させることが可能となる。
According to the invention of
請求項9の発明によれば、導電パッドに直接ワイヤボンディングするので、貫通孔の内面の表面粗さが大きく導電引出し膜の電気抵抗が大きくなっていても、これを避けて確実に信号を取り出すことが可能となり、導通信頼性を向上させることが可能となる。 According to the ninth aspect of the present invention, since the wire bonding is directly performed on the conductive pad, even if the surface roughness of the inner surface of the through hole is large and the electric resistance of the conductive extraction film is large, the signal is reliably extracted avoiding this. Therefore, it is possible to improve conduction reliability.
請求項10の発明によれば、溶融ボールが導電パッドと低融点材料膜との溶着部の周囲を封止するので、導通信頼性をより向上させつつ固定電極と半導体板の構造体部分の気密保持をより確実に行うことが可能となる。
According to the invention of
請求項11の発明によれば、低融点材料膜がAu−Sn系の合金であり、溶融ボールがSn系の合金であるので、溶融ボールと低融点材料膜の相性が良く、溶融ボールが確実に低融点材料膜に溶着し、より確実に導通信頼性の向上と気密保持の効果を得ることが可能となる。 According to the invention of claim 11, since the low melting point material film is an Au—Sn alloy and the molten ball is an Sn type alloy, the compatibility between the molten ball and the low melting point material film is good, and the molten ball is reliable. In addition, it is possible to obtain the effect of improving conduction reliability and maintaining airtightness more reliably by welding to a low melting point material film.
請求項12の発明によれば、ロウ材ボールによりバンプ部を形成して、このバンプ部が外部基板に直接接続され、電気信号がバンプ部を介して直接外部基板に取り出されるので、電気信号を導電引出し膜から外部基盤に取り出す経路の抵抗が小さくなり、電気信号の減衰を小さくすることが可能となる。 According to the invention of claim 12, the bump portion is formed by the brazing material ball, the bump portion is directly connected to the external substrate, and the electric signal is taken out directly to the external substrate through the bump portion. The resistance of the path taken out from the conductive extraction film to the external substrate is reduced, and the attenuation of the electric signal can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(a)(b)、図2、及び図3(a)(b)は、本発明の第1の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、半導体板1、絶縁基板2,3、導電引出し膜4a,4b、低融点材料膜5、固定電極6、導電パッド7a,7b、絶縁膜8とを備えており、マイクロマシニング技術等を用いて可動の構造体が形成された半導体板1の上面、下面にそれぞれ絶縁基板2,3を陽極接合した3層構造である。この加速度センサは、いわゆる静電容量型の加速度センサであり、加速度が加わると半導体板1の構造体が動き、固定電極6と半導体板1の間の静電容量が変化して、この静電容量が電気信号として取り出されるものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1A, 1B, 2, and 3A, 3B show an acceleration sensor that is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the first embodiment of the present invention. This acceleration sensor includes a
半導体板1には、可動の構造体として、錘部1aと、それを支える梁部1bとが形成されている。梁部1bは、錘部1aの周囲に設けられており、その長さが長く撓み易い形状に形成されている。錘部1aの上下には空間1c,1dが設けられており、この錘部1aが図1の矢示方向に可動となるように構成されている。
The
絶縁基板2,3は、例えばガラス製であり、絶縁基板2にはブラスト加工によって形成された貫通孔2a,2bが設けられている。貫通孔2a,2bのそれぞれの内面とその近傍には導電引出し膜4a,4bが形成されている。この導電引出し膜4a,4bは、貫通孔2aの近傍の部分と貫通孔2bの近傍の部分とが電気的に絶縁状態になるように分離されて設けられている。
The insulating
半導体板1と接合される側の貫通孔2a,2bそれぞれの近傍には、導電性の低融点材料膜5が形成されている。このように2箇所に設けられたそれぞれの低融点材料膜5は、貫通孔2a,2bの内面で、導電引出し膜4a,4bと互いに一部が重なるようにして形成されている。また、それぞれの低融点材料膜5は、絶縁基板2の半導体板1と接合された側となる下面で後述する導電パッド7a,7bともそれぞれ接合されて、導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとをそれぞれ電気的に接続させる。
A conductive low melting
また、絶縁基板2の下面には固定電極6が形成されている。この固定電極6は半導体板1の錘部1aの位置に応じ、錘部1aと対向するように設けられており、この加速度センサに加速度が加わったときに、この固定電極6と錘部1aとの間の空間1cの距離が変化することで、この固定電極6と半導体板1の間の静電容量が変化するように構成されている。これらの導電引出し膜4a,4b、低融点材料膜5、及び固定電極6はそれぞれ導電性の薄膜であり、後述するように半導体板1と絶縁基板2とを陽極接合する前に絶縁基板2上に形成される。
A fixed
半導体板1の絶縁基板2と接合された側である上面には導電パッド7a,7bが設けられている。導電パッド7aは、絶縁基板2の貫通孔2a近傍の下面及び固定電極6の一部に接するように配されている。この導電パッド7aと半導体板1との間にはガラス等の絶縁膜8が設けられており、半導体板1と固定電極6とが短絡することがないように絶縁されている。また、導電パッド7bは絶縁基板2の貫通孔2b近傍の下面に接するように配されている。
ここで、上述の低融点材料膜5は、半導体板1と絶縁基板2とを陽極接合する際の熱で溶融するような低融点材料からなっている。この加速度センサの製造工程において、半導体板1と絶縁基板2とは、図3(b)に示されるように、半導体板1に導電パッド7a,7b及び絶縁膜8を配し、絶縁基板2に導電引出し膜4a,4b、低融点材料膜5、及び固定電極6が形成された状態で陽極接合される。このときの熱により低融点材料膜5が溶融し、導電パッド7a,7bにそれぞれ密着して接続される。
Here, the low-melting-
固定電極6と導電引出し膜4aとは導電パッド7aと低融点材料膜5を介して電気的に接続されており、また、半導体板1と導電引出し膜4bとは導電パッド7bと低融点材料膜5を介して電気的に接続されている。これにより、この加速度センサより固定電極6と半導体板1の間の静電容量が導電引出し膜4a,4bに電気信号として取り出される。この導電引出し膜4a,4bと外部の回路等とをそれぞれワイヤボンディング等により接続することで、この電気信号が外部回路に送られる。
The fixed
このように、絶縁基板2と半導体板1とを陽極接合させる際に低融点材料膜5が溶融し、導電パッド7a,7bにそれぞれ密着して接続されるので、導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとがそれぞれ確実に接続され、電気信号を取り出すための経路の導通信頼性を向上させることが可能となる。
In this way, when the insulating
例えば、本実施形態においては、図3(a)(b)に示されるように、絶縁基板2にブラスト加工により貫通孔2a,2bを設けているが、この加工の際に、それぞれの貫通孔2a,2bの半導体板1側にチッピング面2cが生じている。しかし、半導体板1側から形成される低融点材料膜5はこのチッピング面2cにも形成されるため、導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとがそれぞれ確実に接続される。
For example, in the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the through
また、上述のように絶縁基板2と半導体板1との陽極接合時に、低融点材料膜5により導電パッド7aと導電引出し膜4aとを接続し、固定電極6と半導体板1の錘部1aが設けられた部分を封止して気密を保つことを同時に行うことができ、この加速度センサの製造プロセスが単純となって製造コストを低くすることが可能となる。さらに、電気信号を取り出すための経路が薄膜により構成されることから、温度が変化しても熱応力がほとんど発生せず、絶縁基板2や半導体板1が変形して固定電極6と錘部1aとの距離が変化することがほとんどなくなり、加速度に応じて適正に電気信号を発生することが可能となる。
Further, as described above, at the time of anodic bonding of the insulating
ここで、本実施形態においては、低融点材料膜5の一例として、Au‐Sn系の合金を用いることが可能である。Au‐Sn系の合金は、半導体板1と相性が良く、また融点が400℃以下であるため半導体板1と絶縁基板2を陽極接合する際に溶融し易い。このように、低融点材料膜5にAu‐Sn系の合金を用いることで、容易に且つ確実に導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとをそれぞれ接合することが可能となる。
In this embodiment, an Au—Sn alloy can be used as an example of the low melting
図4は、本発明の第2の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。以下の各実施形態において、既述の実施形態と同様の機能及び形状のものは同一の符号を付して既述の実施形態と相違する部分についてのみ説明し、また、固定電極6と電気的に接続される貫通孔2a近傍の構造と、半導体板1と電気的に接続される貫通孔2b近傍の構造とを、貫通孔2a近傍の構造を示す図のみを用いて説明する。この加速度センサは、絶縁基板2に形成された貫通孔2a,2bに、半導体板1との接合面側に広がる逆テーパ部2dを形成したものである。この逆テーパ部2dには、上述の実施形態と同様に、低融点材料膜5が形成されて半導体板1と絶縁基板2が陽極接合される。陽極接合時には低融点材料膜5が溶融して導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとがそれぞれ接続される。このとき、低融点材料膜5はそのぬれ力により逆テーパ部2dに付着したままとなり、脱離することはない。
FIG. 4 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the second embodiment of the present invention. In the following embodiments, the same functions and shapes as those of the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals, and only the portions different from those of the above-described embodiments will be described. The structure in the vicinity of the through-
本実施形態においては、逆テーパ部2dを設けないときと比べて、低融点材料膜5が逆テーパ部2dの上部から下部まで安定して形成されるため、より確実に導電パッド7a及び導電引出し膜4aと、導電パッド7b及び導電引出し膜4bとをそれぞれ接続でき、導通信頼性の向上が可能となる。
In this embodiment, the low melting
図5は、本発明の第3の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、上述の実施形態において、導電引出し膜4aと接続される低融点材料膜5及び固定電極6を同一材料を用いて、低融点材料固定電極15として形成したものである。この低融点材料固定電極15が、半導体板1と絶縁基板2とを陽極接合する際の熱で溶融し、導電パッド7aと密着して接続されるため、低融点材料固定電極15、導電パッド7a、及び導電引出し膜4aを確実に接続することが可能となる。また、上述の実施形態では低融点材料膜5と固定電極6とを別々の製造プロセスにより成形していたが、これらを同時に成形することができるようになり、この加速度センサの製造プロセスがより単純となって製造コストを低減することが可能となる。
FIG. 5 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the third embodiment of the present invention. In this embodiment, the low-melting-
図6は、本発明の第4の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、上述の陽極接合の際に溶融するような低融点材料を用いて形成した導電パッド17a,17bを備えたものである。この加速度センサの半導体板1と絶縁基板2を陽極接合するとき、熱により低融点材料膜5と導電パッド17a,17bが溶融して互いに確実に接続されるので、導通信頼性をより向上させることが可能となる。また、導電パッド17aが溶融して絶縁基板2下面の貫通孔2a近傍と接合されるので、固定電極6と半導体板1の錘部1aが設けられた部分をより確実に封止することが可能となる。なお、この導電パッドの17a,17bの低融点材料は、低融点材料膜5と同一の材料でもよく、互いに異なる材料であってもよい。
FIG. 6 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the fourth embodiment of the present invention. This acceleration sensor includes
図7は、本発明の第5の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、絶縁基板2に導電引出し膜4a,4bが形成されておらず、固定電極6と低融点材料膜5のみが形成された状態で、絶縁基板2と半導体板1が陽極接合され、その後、絶縁基板2の上面に導電引出し膜4a,4bが形成されたものである。導電引出し膜4aは導電パッド7a及び低融点材料膜5と、導電引出し膜4bは導電パッド7b及び低融点材料膜5とそれぞれ確実に重なるように形成することができ、それぞれが確実に接続され、導通信頼性を向上させることが可能となる。
FIG. 7 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the fifth embodiment of the present invention. In this acceleration sensor, the
図8は、本発明の第6の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、貫通孔2a,2bとそれぞれ同軸となる穴が予め設けられたドーナツ型の導電パッド27a,27bを備えたものである。この導電パッド27a,27bは、穴を有さないときに比べて体積が小さくなるため、半導体板1の極と固定電極6側の極との間の寄生容量が下がっている。このように、寄生容量が下がっていることから、この加速度センサの加速度に対する静電容量の変化特性が線形に近づくなど、この加速度センサの電気信号の変化特性をより良くすることが可能となる。
FIG. 8 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the sixth embodiment of the present invention. This acceleration sensor includes donut-shaped
また、本実施形態においては、半導体板1と絶縁基板2との陽極接合時に、半導体板1側の導電パッド27a,27bに設けられた穴と、絶縁基板2側の貫通孔2a,2bとを用いて、導電パッド27aの穴及び貫通孔2aと、導電パッド27bの穴及び貫通孔2bとがそれぞれ同軸となるようにすることで、半導体板1と絶縁基板2とを容易にアライメントして陽極接合させることが可能となる。
Further, in the present embodiment, the holes provided in the
図9は、本発明の第7の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、上述のように低融点材料膜5がAu‐Sn系の合金を用いており、絶縁基板2には、この低融点材料膜5を形成するための導電性材料からなる下地16を、上記実施形態における固定電極6と共用するように設けたものである。この下地16は、低融点材料膜5をAu‐Sn系の合金で形成するために必要なものであり、この下地16を上記実施形態における固定電極6と共用するので、固定電極6を形成する工程を省くことが可能となり、この加速度センサの製造プロセスを簡略化して製造コストを低減させることが可能となる。
FIG. 9 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the seventh embodiment of the present invention. In this acceleration sensor, as described above, the low melting
図10は、本発明の第8の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、導電パッド7a,7bにそれぞれ配線24をワイヤボンディングして、導電パッド7a,7bから直接電気信号を取り出すものである。このように導電パッド7a,7bから直接電気信号を取り出すので、例えば貫通孔2a又は貫通孔2bの内面の表面粗さが大きく、導電引出し膜4a又は導電引出し膜4bの電気抵抗が大きくなっていても、これを避けて確実に電気信号を取り出すことが可能となり、導通信頼性を向上させることが可能となる。
FIG. 10 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the eighth embodiment of the present invention. In this acceleration sensor, wiring 24 is wire-bonded to the
図11(a)(b)は、本発明の第9の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、図11(b)に示されるように、導電パッド7a,7bと低融点材料膜5とのそれぞれの溶着部の周囲が、導電性の低融点材料からなり、一旦溶融してから凝固した溶融ボール9によって封止されている構造とされている。この加速度センサは、図11(a)に示されるように、貫通孔2a,2bの半導体板1側にそれぞれ略球形状の溶融ボール9が予め配された状態で、絶縁基板2と半導体板1とを陽極接合する。陽極接合時にこの溶融ボール9が熱により溶融して、図11(b)に示されるように、導電パッド7a,7bと低融点材料膜5とが溶着される周囲を封止するように広がる。
FIGS. 11A and 11B show an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the ninth embodiment of the present invention. In this acceleration sensor, as shown in FIG. 11 (b), the periphery of each welded portion of the
このように、溶融ボール9が導電パッド7a,7bと低融点材料膜5とのそれぞれの溶着部の周囲を封止するので、導通信頼性をより向上させつつ固定電極6と半導体板1の錘部1aが設けられた部分の気密保持をより確実に行うことが可能となる。
In this way, since the molten ball 9 seals the periphery of the welded portions of the
ここで、溶融ボール9の一例として、例えばSn系の合金を用いることができる。このとき、上述のように低融点材料膜5がAu−Sn系の合金からなっている場合には、溶融ボール9が確実に低融点材料膜5に溶着し、より確実に導通信頼性の向上と気密保持の効果を得ることが可能となる。
Here, as an example of the molten ball 9, for example, an Sn-based alloy can be used. At this time, when the low melting
図12(a)(b)は、本発明の第10の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、貫通孔2a,2bの内面で導電引出し膜4a,4bにそれぞれ溶着して接続された導電性の低融点材料からなる2個のロウ材ボール10を備えている。このロウ材ボール10は、絶縁基板2と半導体板1との陽極接合時には貫通孔2a,2bの半導体板1との接合される側と反対側に予めそれぞれ配されており、陽極接合時の熱によりこのロウ材ボール10が溶融してそれぞれ導電引出し膜4a,4bに溶着するとともに、絶縁基板2の上面から突出したバンプ部10aを形成する。
FIGS. 12A and 12B show an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the tenth embodiment of the present invention. This acceleration sensor includes two
この加速度センサは、図12(b)に示されるように、バンプ部10aを外部基板20と直接接合することで、上述のように固定電極6及び半導体板1から導電引出し膜4a,4bにそれぞれ取り出された電気信号を、配線等を介さずに外部基板20に直接取り出すようにしている。このようにすることで、電気信号が導電引出し膜4a,4bから外部基板に取り出されるときの経路の抵抗が小さくなり、電気信号の減衰を小さくすることが可能となる。
In this acceleration sensor, as shown in FIG. 12B, by directly bonding the
図13は、本発明の第11の実施形態に係る半導体微小電子機械デバイスの1つである加速度センサを示す。この加速度センサは、上述の各実施形態とは異なり、低融点材料膜5が形成されておらず、低融点材料からなる導電パッド17a,17bを有するものである。この導電パッド17a,17bは、絶縁基板2と半導体板1との陽極接合時の熱により溶融し、導電パッド17aは、固定電極6及び導電引出し膜4aと溶着して接続され、導電パッド17bは、半導体板1及び導電引出し膜4bと溶着して接続される。
FIG. 13 shows an acceleration sensor which is one of the semiconductor microelectromechanical devices according to the eleventh embodiment of the present invention. Unlike the above-described embodiments, this acceleration sensor is not formed with the low melting
このように、導電パッド17a,17bが溶融して、固定電極6及び導電引出し膜4aと半導体板1及び導電引出し膜4bとがそれぞれ確実に接続されるので、加速度センサの製造プロセスを単純にしつつ、導通信頼性を向上させることが可能となる。
In this way, the
ここで、上述の第1乃至第10の実施形態において、半導体板1に導電パッド7b,17b,27bが設けられず、半導体板1と低融点材料膜5とが直接接合されるようにした構造であってもよい。このときにも、低融点材料膜5が半導体板1と絶縁基板2の陽極接合時の熱により溶融して、半導体板1と導電引出し膜4bとが確実に電気的に接続される。
Here, in the first to tenth embodiments described above, the
なお、本発明は上記各実施形態の構成に限定するものではなく、発明の範囲を変更しない範囲で適宜に種々の変形が可能である。例えば、本発明における半導体微小電子機械デバイスは、上述の1軸の加速度センサに限らず、例えば、2軸又は3軸の加速度センサであったり、また半導体板1に構造体として薄膜が形成された圧力センサであってもよい。いずれの半導体微小電子機械デバイスにおいても、その電気信号の取り出し構造を上述のように構成することにより、導通信頼性を向上させ、製造プロセスを単純にして製造コストを低減させることが可能である。また、本発明の半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造は、当該半導体微小電子機械デバイスの全ての電気信号取り出し部に適用しても、また、一部の電気信号取り出し部のみに適用してもよく、半導体微小電子機械デバイスの構成、その製造プロセスや製造コスト等を鑑みて適宜適用すればよい。
In addition, this invention is not limited to the structure of said each embodiment, A various deformation | transformation is suitably possible in the range which does not change the range of invention. For example, the semiconductor microelectromechanical device in the present invention is not limited to the above-described uniaxial acceleration sensor, but is, for example, a biaxial or triaxial acceleration sensor, or a thin film is formed on the
1 半導体板
1a 錘部(構造体)
1b 梁部(構造体)
2,3 絶縁基板
2a,2b 貫通孔
2d 逆テーパ部
4a,4b 導電取出し膜
5 低融点材料膜
6 固定電極
7a,7b,17a,17b,27a,27b 導電パッド
8 絶縁膜
9 溶融ボール
10 ロウ材ボール
10a バンプ部
16 下地
20 外部基板
24 配線
1b Beam (structure)
2, 3 Insulating
Claims (12)
前記絶縁基板の前記半導体板と接合される面の貫通孔の近傍に、前記導電引出し膜と互いに一部が重なるように配される導電性の低融点材料膜を予め設け、
前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合時の熱により前記低融点材料膜が溶融して前記導電パッド又は半導体板に密着して接続されるように構成したことを特徴とする半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造。 An insulating substrate provided with a through-hole, a semiconductor plate that forms a movable structure and is anodically bonded to one surface of the insulating substrate, and is provided on a bonding surface between the semiconductor plate and the insulating substrate. A fixed electrode that generates an electrical signal in response to movement, a conductive pad that is bonded to the fixed electrode and / or a semiconductor plate that is a pair of the fixed electrode and is provided in the vicinity of the through hole, and a fixed electrode that is bonded to the fixed electrode An insulating film provided between the formed conductive pad and the semiconductor plate, and a conductive extraction film formed in the vicinity of the through hole and on the inner surface of the through hole and connected to the conductive pad or the semiconductor plate to extract an electrical signal to the outside A signal extraction structure of a semiconductor microelectromechanical device comprising:
In the vicinity of the through-hole on the surface of the insulating substrate to be joined to the semiconductor plate, a conductive low melting point material film is provided in advance so as to partially overlap the conductive extraction film,
When the insulating substrate and the semiconductor plate are anodically bonded, the low melting point material film is melted by heat at the time of the anodic bonding and is connected in close contact with the conductive pad or the semiconductor plate. A signal extraction structure for a semiconductor microelectromechanical device.
この下地は、前記固定電極と共用可能に構成したことを特徴とする請求項7記載の半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造。 A base made of a conductive material for forming a low melting point material film on the insulating substrate;
8. The signal extraction structure for a semiconductor microelectromechanical device according to claim 7, wherein the base is configured to be shared with the fixed electrode.
前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合の熱によりこの溶融ボールが溶融して、前記導電パッドと低融点材料膜との溶着部の周囲が封止されることを特徴とする請求項1記載の半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造。 Arranging in advance a molten ball made of a conductive low-melting-point material on the side to be bonded to the semiconductor plate of the through hole,
When the insulating substrate and the semiconductor plate are anodically bonded, the molten ball is melted by the heat of the anodic bonding, and the periphery of the welded portion between the conductive pad and the low melting point material film is sealed. The signal extraction structure of a semiconductor microelectromechanical device according to claim 1.
前記溶融ボールは、Sn系合金からなることを特徴とする請求項10記載の半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造。 The low melting point material film is made of an Au-Sn alloy,
11. The signal extracting structure for a semiconductor microelectromechanical device according to claim 10, wherein the molten ball is made of an Sn-based alloy.
前記絶縁基板と半導体板とが陽極接合されるとき、陽極接合の熱によりこのロウ材ボールが溶融して前記導電引出し膜に溶着するとともに前記絶縁基板から突出するバンプ部を形成し、
このバンプ部を外部基板に直接接合することでこの外部基板に電気信号を取出し可能としたことを特徴とする請求項7記載の半導体微小電子機械デバイスの信号取り出し構造。 A brazing material ball made of a conductive low melting point material is disposed in advance on the opposite side of the through hole to the side to which the semiconductor plate is bonded,
When the insulating substrate and the semiconductor plate are anodic bonded, the brazing material balls are melted by the heat of anodic bonding and welded to the conductive extraction film, and a bump portion protruding from the insulating substrate is formed,
8. The signal extracting structure for a semiconductor microelectromechanical device according to claim 7, wherein an electric signal can be taken out to the external substrate by directly bonding the bump portion to the external substrate.
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