DE102004014444A1

DE102004014444A1 - Halbleiteranordnung mit mehreren Substraten

Info

Publication number: DE102004014444A1
Application number: DE102004014444A
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Kariya Fujii
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-27
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2024-03-25
Also published as: US20060055001A1; JP2004311951A; US20040188782A1; US8519493B2; US6979873B2; US7466000B2; US20090079017A1; JP4238724B2; DE102004014444B4

Abstract

Eine Halbleiteranordnung weist ein erstes Substrat (1), welches erste, zweite und dritte Schichten (1a-1c) enthält, und ein zweites Substrat (2) auf, welches vierte, fünfte und sechste Schichten (2a-2c) enthält. Das erste Substrat (1) bildet eine elektrische Vorrichtung. Das zweite Substrat (2) bildet einen physikalischen Größensensor. Die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) und die vierte Schicht (2a) des zweiten Substrats (2) sind Abschirmungen zum Schutz der elektrischen Vorrichtung und des physikalischen Größensensors. Die Halbleiteranordnung wird vor einer äußeren Störung ohne Hinzufügen einer zusätzlichen Abschirmung geschützt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit mehreren Substraten.

Eine Halbleiteranordnung 101 wird beispielsweise in der Veröffentlichungsschrift der japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-227902 (entsprechend dem US-Patent 6,316,840) offenbart. Die Anordnung enthält ein Sensormodul 111 zum Erfassen einer physikalischen Größe wie einer Beschleunigung, einem Druck und einer Winkelgeschwindigkeit wie in 17 dargestellt. Das Sensormodul 111 bildet einen Beschleunigungssensor, einen Drucksensor oder einen Winkelgeschwindigkeitssensor. In dem Sensormodul ist ein beweglicher Abschnitt 50 auf einer Hauptebene eines Sensorsubstrats angeordnet, d. h. auf einem Sensorchip 52. Der Sensorchip 52 enthält wenigstens den beweglichen Abschnitt 50 und eine (nicht dargestellte) elektrische Vorrichtung. Die elektrische Vorrichtung gibt ein elektrisches Signal entsprechend einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts 50 aus. Das von der elektrischen Vorrichtung ausgegebene elektrische Signal wird einem verarbeitenden Substrat, d. h. einem Signalprozessor 53, durch einen Bondhügel 21 übertragen. Der Signalprozessor 53 führt eine vorbestimmte Signalverarbeitung derart durch, daß die physikalische Größe erfaßt wird.

Der Signalprozessor 53 wird durch Verwendung einer bestimmten integrierten Schaltung (d. h. eine ASIC) derart gebildet, daß der Signalprozessor 53 die physikalische Größe wie die Beschleunigung, den Druck oder die Winkelgeschwindigkeit auf der Grundlage des von dem Sensorchip 52 ausgegebenen elektrischen Signals berechnet. Des weiteren sendet der Signalprozessor 53 dem Sensorchip 52 ein vorbestimmtes Steuersignal derart, daß der bewegliche Abschnitt 50 und die elektrische Vorrichtung elektrisch gesteuert werden.

Der Sensorchip 52 und der Signalprozessor 53 sind auf einer Chipkontaktstelle 55 eines Leiterrahmens angebracht. Der Signalprozessor 53 ist durch einen Draht 54 mit einem inneren Leiter 56 elektrisch verbunden. Der Sensorchip 52 und der Signalprozessor 53 sind zusammen mit der Chipkontaktstelle 55 und dem inneren Leiter 56 in Gießharz (resin mold) 57 verschlossen, um einen Gießharzbaustein bzw. ein Gießharzgehäuse (resin mold package) zu bilden.

Die Chipkontaktselle 55 des Sensormoduls 111 ist unterhalb des inneren Leiters 56 angeordnet. Insbesondere ist die Chipkontaktstelle 55 an einer Position niedriger als derjenigen des inneren Leiters 56 angeordnet, um eine niedrige bzw. tiefliegende Chipkontaktstellenkonstruktion zu bilden. Diese Konstruktion sieht vor, daß die Höhe des inneren Leiters 56 nahezu gleich der Höhe der Halbleiterteile wie des auf der Chipkontaktstelle 55 angeordneten Signalprozessors 53 ist. Daher wird der Draht 54 leicht zwischen dem inneren Leiter 56 und den Halbleiterteilen gebondet.

Es ist erforderlich, eine Bewegung (d. h. eine Verschiebung) des beweglichen Abschnitts 50 zu sichern. Insbesondere ist es für den beweglichen Abschnitt 50 erforderlich, sich weich bzw. ruhig zu bewegen. Im allgemeinen ist der bewegliche Abschnitt 50 mit einem Gehäuse derart bedeckt, daß verhindert wird, daß Harz, welches das Gießharz 57 bildet, in das Gehäuse eindringt. Jedoch ist wegen des Gehäuses die Gesamtzahl von Teilen erhöht. Daher sind die Herstellungskosten erhöht. Des weiteren ist es nötig, das Gehäuse auf den Sensorchip 52 zu bonden. Daher wird ein zusätzlicher Herstellungsprozess erfordert, so daß die Herstellungskosten stark ansteigen.

Im Hinblick auf die oben dargestellten Schwierigkeiten ist bei der Halbleiteranordnung 101 der Signalprozessor 53 auf der Chipkontaktstelle 55 angeordnet, und es ist der Sensorchip 52 auf dem Signalprozessor 53 angeordnet. Ein Harzverschluß 70 bildet eine Versiegelung zwischen dem Rand des Sensorchips 52 und der Hauptebene des Signalprozessors 53. Der Harzverschluß 70 ist derart um den Rand des Sensorchips 52 angeordnet, daß ein geschlossener Raum 71 durch den Harzverschluß 70, den Sensorchip 52 und den Signalprozessor 53 gebildet wird. Der Sensorchip 52 enthält mehrere Bondhügel 21, die auf der Hauptebene angeordnet sind. Die Bondhügel 21 sind mit Elektroden verbunden, welche auf der Hauptebene des Signalprozessors 53 angeordnet sind, so daß der Sensorchip 52 mit dem Signalprozessor 53 elektrisch verbunden ist. Der Signalprozessor 53 ist durch den Draht 54 mit dem inneren Leiter 56 verbunden. Somit wird verhindert, daß die Harzmasse, welche sich aus dem Gießharz 57 zuammensetzt, in den geschlossenen Raum 71 eindringt, so daß das bewegliche Teil 50 sich weich bzw. ruhig bewegen kann.

Jedoch ist es nötig, das Sensormodul 111 vor äußeren Störungen wie einem Rauschen zu schützen. Daher wird eine (nicht dargestellte) Abschirmung zum Schutz des Sensormoduls 111 erfordert. Die aus Metall oder dergleichen gebildete Abschirmung ist auf dem Sensormodul 111 angeordnet. Somit ist wegen der zusätzlichen Abschirmung die Gesamtzahl von Teilen der Halbleiteranordnung 101 erhöht. Daher wird ein zusätzlicher Herstellungsprozess derart erfordert, daß die Herstellungskosten der Anordnung 101 erhöht sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben erwähnten Schwierigkeiten zu überwinden und eine Halbleiteranordnung mit mehreren Substraten zu schaffen. Insbesondere wird die Anordnung vor äußeren Störungen geschützt, ohne daß eine zusätzliche Abschirmung hinzugefügt wird.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.

Eine Halbleiteranordnung enthält ein erstes Substrat, welches erste, zweite und dritte Schichten aufweist, und ein zweites Substrat, welches vierte, fünfte und sechste Schichten aufweist. Das erste Substrat bildet eine elektrische Vorrichtung. Das zweite Substrat bildet einen physikalischen Größensensor, d.h. einen Sensor für eine physikalische Größe. Die erste Schicht des ersten Substrats und die vierte Schicht des zweiten Substrats werden zum Schutz der elektrischen Vorrichtung und des physikalischen Größensensors abgeschirmt.

Bei der Anordnung werden die elektrische Vorrichtung und der Sensor ohne eine zusätzliche Abschirmung vor einem fehlerhaften Funktionieren geschützt. Insbesondere wird die Anordnung vor äußeren Störungen ohne eine zusätzliche Abschirmung geschützt. Somit wird die Anzahl der Teile, welche die Anordnung bilden, verringert, und es wird ebenfalls der Herstellungsprozess der Anordnung reduziert, so daß die Herstellungskosten der Anordnung verringert sind.

Vorzugsweise sind die erste Schicht und die vierte Schicht geerdet.

Vorzugsweise ist die elektrische Vorrichtung in der dritten Schicht des ersten Substrats angeordnet. Der phy sikalische Größensensor ist in der sechsten Schicht des zweiten Substrats angeordnet. Die zweite Schicht des ersten Substrats ist als Isolierschicht derart gebildet, daß die ersten und dritten Schichten elektrisch isoliert sind. Die fünfte Schicht des zweiten Substrats ist aus einer Isolierschicht derart gebildet, daß die vierten und sechsten Schichten elektrisch isoliert sind. Vorzugsweise enthält der physikalische Größensensor einen beweglichen Abschnitt, welcher in der sechsten Schicht angeordnet ist. Der bewegliche Abschnitt ist entsprechend einer physikalischen Größe beweglich, welche derart der Anordnung aufgebracht wird, daß der physikalische Größensensor ein Signal entsprechend einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts ausgibt. Das erste Substrat liegt dem zweiten Substrat derart gegenüber, daß die elektrische Vorrichtung mit dem physikalischen Größensensor elektrisch verbunden ist. Des weiteren enthält vorzugsweise das zweite Substrat einen Bondhügel, welcher auf der sechsten Schicht des zweiten Substrats angeordnet ist. Die dritte Schicht des ersten Substrats liegt der sechsten Schicht des zweiten Substrats derart gegenüber, daß das erste Substrat mit dem zweiten Substrat durch den Bondhügel elektrisch verbunden ist. Die erste Schicht des ersten Substrats und die vierte Schicht des zweiten Substrats sind außerhalb angeordnet. Des weiteren wird bevorzugt, daß die ersten und dritten Schichten des ersten Substrats aus einem Halbleiter gebildet sind. Die vierten und sechsten Schichten des zweiten Substrats sind aus einem Halbleiter gebildet. Die elektrische Vorrichtung steuert den physikalischen Größensensor, und der physikalische Größensensor gibt das Signal der elektrischen Vorrichtung durch den Bondhügel aus. Vorzugsweise ist der physikalische Größensensor ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitessensor oder ein Drucksensor. Die ersten und zweiten Substrate werden durch ein SOI-Substrat (silicon-on-insulator substrate) gebildet. Die elektrische Vorrichtung ist ein Signalprozessor.

Vorzugsweise enthält die Anordnung des weiteren eine erste Schleifenschicht bzw. Leitungsschleifenschicht bzw. (loop layer), welche in der dritten Schicht des ersten Substrats angeordnet ist, und eine zweite Schleifen- bzw. Leitungsschleifenschicht (loop layer), welche in der sechsten Schicht des zweiten Substrats angeordnet ist. Die ersten und zweiten Schleifenschichten sind mit einem Schleifen- bzw. Leitungsschleifenbondhügel (loop bump) verbunden. Die ersten und zweiten Schleifenschichten stellen zusammen mit dem Schleifenbondhügel Abschirmungen zum Schutz der elektrischen Vorrichtung und des physikalischen Größensensors dar. Vorzugsweise sind die ersten und zweiten Schleifenschichten mit dem Schleifenbondhügel geerdet. Des weiteren umgibt vorzugsweise die ersten Schleifenschicht die elektrische Vorrichtung und die zweite Schleifenschicht den physikalischen Größensensor. Der Schleifenbondhügel besitzt eine Schleifen- bzw. Leiungsschleifenform (loop form). Des weiteren enthält vorzugsweise die Anordnung eine erste Abschirmschicht, welche zwischen der dritten Schicht und der zweiten Schicht des ersten Substrats angeordnet ist, und eine zweite Abschirmschicht, welche zwischen der sechsten Schicht und der fünften Schicht angeordnet ist. Die erste Schleifenschicht ist elektrisch mit der ersten Abschirmschicht durch einen ersten Kontaktabschnitt verbunden. Die zweite Schleifenschicht ist elektrisch mit der zweiten Abschirmschicht durch einen zweiten Kontaktabschnitt verbunden. Die elektrische Vorrichtung und der physikalische Größensensor sind mit den ersten und zweiten Schleifenschichten, den ersten und zweiten Kontaktabschnitten, den ersten und zweiten Abschirmschichten und den Schleifenbondhügeln bedeckt.

Des weiteren enthält eine Halbleiteranordnung ein erstes Substrat, welches erste, zweite und dritte Schichten aufweist, und ein zweites Substrat. Das erste Substrat bildet ein Teil von einer elektrischen Vorrichtung und einem physikalischen Größensensor. Das zweite Substrat bildet das andere Teil der elektrischen Vorrichtung und des physikalischen Größensensors. Die erste Schicht des ersten Substrats ist eine Abschirmung zum Schutz der elektrischen Vorrichtung und des physikalischen Größensensors.

Bei der Anordnung werden die elektrische Vorrichtung und der Sensor vor einem fehlerhaften Funktionieren ohne eine zusätzliche Abschirmung geschützt. Insbesondere wird die Anordnung vor äußeren Störungen ohne Hinzufügen einer zusätzlichen Abschirmung geschützt. Somit ist die Anzahl von Teilen, welche die Anordnung bilden, verringert, und es ist der Herstellungsprozess der Anordnung ebenfalls reduziert, so daß die Herstellungskosten der Anordnung verringert sind.

Die vorliegende Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Sensormodul einer Halbleiteranordnung einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
2 zeigt eine Querschnittsansicht, welche detailliert das Sensormodul der ersten Ausführungsform darstellt;
3 zeigt eine Draufsicht, welche einen Sensorchip der Anordnung der ersten Ausführungsform darstellt;
4 zeigt eine Querschnittsansicht, welche den Sensorchip entlang Linie IV-IV von 3 darstellt;
5 zeigt eine Querschnittsansicht, welche die Halbleiteranordnung der ersten Ausführungsform darstellt;
6 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Sensormodul einer Halbleiteranordnung einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 zeigt eine Draufsicht, welche das erste Substrat der Anordnung in der Richtung VII-VII von 6 darstellt;
8A–8F zeigen Querschnittsansichten, welche ein Herstellungsverfahren der Anordnung der zweiten Ausführungsform veranschaulichen;
9 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Sensormodul einer Halbleiteranordnung einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
10 zeigt eine Querschnittsansicht, welche detailliert das Sensormodul der dritten Ausführungsform darstellt;
11 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
12 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
13 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
14 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Sensormodul einer Halbleiteranordnung einer Modifizierung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung darstellt;
15 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung der Modifizierungen der Ausführungsformen darstellt;
16 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung der Modifizierungen der Ausführungsformen darstellt; und
17 zeigt eine Querschnittsansicht, welche eine Halbleiteranordnung nach dem Stand der Technik darstellt.
Erste Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 100 mit einem Modul eines physikalischen Größensensors 110 einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 1-5 dargestellt. Das Sensormodul 110 enthält einen Halbleiterbeschleunigungssensor eines Kapazitätstyps. 1 stellt ein Sensormodul 110 dar, und 2 stellt das Sensormodul 110 detailliert dar. Das Sensormodul 110 enthält einen Sensorchip 52 und einen Signalprozessor 53. Der Sensorchip 52 des Sensormoduls 110 ist beispielsweise in 3 und 4 dargestellt. Die Anordnung 100 mit dem Sensormodul 110 ist in 5 dargestellt, welches eine Gesamtkonstruktion zeigt, die ein Gehäuse zum Unterbringen des Sensormoduls 110 darin entält.
Wie in 1 dargestellt enthält das Sensormodul 110 das erste und zweite Substrat 1, 2. Das erste Substrat 1 zur Bereitstellung des Signalprozessors 53 enthält die erste Siliziumschicht 1a als die erste Halbleiterschicht, einen Oxidfilm 1b als Isolierschicht und die zweite Siliziumschicht 1c als zweite Halbleiterschicht, welche alle in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt sind. Daher ist das erste Substrat 1 ein Silizium-auf-Isolator-Substrat (d. h. ein SOI-Substrat), welches eine rechtwinklige Form besitzt. Ähnlich enthält das zweite Substrat 2 zur Bereitstellung des Sensorchips 52 die erste Siliziumschicht 2a als die erste Halbleiterschicht, einen Oxidfilm 2b als Isolierschicht und die zweite Siliziumschicht 2c als die zweite Halbleiterschicht, welche alle in dieser Reihenfolge aufeinander gestapelt sind. Daher ist das zweite Substrat 2 ein SOI-Substrat, welches eine rechtwinklige Form besitzt.
Das zweite Substrat 2 enthält einen beweglichen Abschnitt 50 und mehrere herausragende Elektroden (d. h. Bondhügelelektroden) 11. Die bewegliche Elektrode 50 ist auf der zweiten Siliziumschicht 2c angeordnet, welche von der ersten Siliziumschicht 2a durch den Oxidfilm 2b getrennt ist. Die Bondhügelelektroden 11 sind um den beweglichen Abschnitt 50 herum angeordnet. Die Bondelektrode 11 ist mit der (nicht dargestellten) Signalverarbeitungsschaltung des ersten Substrats 1 derart verbunden, daß das zweite Substrat 2 mit dem ersten Substrat 1 durch die Bondhügelelektroden 11 elektrisch verbunden ist. Somit bildet das zweite Substrat 2 ein Halbleitersubstrat eines Flip-Chip-Bond-Typs (d. h ein Substrat eines Flip-Chip-Typs). Dabei ist die Signalverarbeitungsschaltung in der zweiten Siliziumschicht 1c angeordnet, welche von der ersten Siliziumschicht 1a durch den Oxidfilm 1b getrennt ist. Somit ist das erste Substrat 1 elektrisch mit dem zweiten Substrat 2 ohne einen Draht verbunden. Daher ist eine parasitäre Kapazität verringert, welche in dem Sensormodul 110 erzeugt wird.
Somit werden das erste Substrat 1 und das zweite Substrat 2 mit dem Verbindungsverfahren des Flip-Chip-Typs zusammen verbunden. Daher liegt ein beweglicher Abschnitt 50 der Hauptebene des ersten Substrats 1 gegenüber. Ein geschlossener Raum 71 ist zwischen dem beweglichen Abschnitt 50 und der Hauptebene des ersten Substrats 1 gebildet, um zu verhindern, daß der bewegliche Abschnitt 50 die Hauptebene des ersten Substrats 1 kontaktiert. Das erste Substrat 1 arbeitet ebenfalls als Stopper zur Beschränkung einer beweglichen Elektrode 60 des beweglichen Abschnitts 50 vor einer Bewegung in eine entgegengesetzte Richtung der Hauptebene des zweiten Substrats 2, welche ohne Beschränkung erfolgen würde.
3 und 4 stellen den Sensorchip 52 des Sensormoduls 110 mit dem beweglichen Abschnitt 50 dar, welcher für einen Beschleunigungssensor verwendet wird. Der Sensorchip 52 enthält den beweglichen Abschnitt 50, welcher die bewegliche Elektrode 60 und eine feste Elektrode 61 besitzt. Die bewegliche Elekrode 60 wird auf einem Balken bzw. Ausleger (beam) 62 beweglich gehalten. Die feste Elektrode 61 liegt der beweglichen Elektrode 60 derart gegenüber, daß ein Kondensator mit einer Kapazität dazwischen gebildet wird. Daher ist ein Freiraum zwischen der festen Elektrode 61 und der beweglichen Elektrode 60 gebildet. Die feste Elektrode 61 arbeitet ebenfalls als Elektrode einer elektrischen Vorrichtung zum Erfassen einer Kapazitätsänderung des Kondensators entsprechend der Verschiebung der beweglichen Elektrode 60.
Wie in 5 dargestellt ist das Sensormodul 110 in einem Gehäuse 3 untergebracht, welches sich aus einer Basis bzw. einem Sockel 3a und einer Abdeckung 3b zusammen setzt. Insbesondere ist das Sensormodul 110 auf dem Boden des Sockels 3a, welcher eine Austiefung hat, durch ein leitendes Haftmittel 4a angeordnet. Der obere Abschnitt des Sensormoduls ist mit der Abdeckung 3b bedeckt. Die Abdeckung 3b ist mit einem Haftmittel 4b auf den Sockel 3a gebondet. Wenn es notwendig ist, werden die Abdeckung 3b und der Sockel 3a in einem Vakuum gebondet, oder es wird trockene Luft oder trockenes Sticktoffgas in das Gehäuse 3 eingefüllt, so daß das Gehäuse luftdicht verschlossen ist. Das Gehäuse 3 ist beispielsweise aus Keramik und dem Haftmittel 4b, beispielsweise einem Haftbondmittel oder Lötmetall gebildet.
Die erste Elektrodenkontaktstelle 5a ist an einer vorbestimmten Position einer Seite des ersten Substrats 1 angeordnet. Eine Metallschicht 5b ist auf einer Seite des zweiten Substrats 2 angeordnet, welche dem beweglichen Abschnitt 50 gegenüberliegt. Insbesondere ist die Metallschicht 5b auf der gesamten Oberfläche der einen Seite des zweiten Substrats 2 gebildet. Die zweite Elektrodenkontaktstelle 5c ist an einer vorbestimmten Position des Gehäuses 3 angeordnet. Die zweite Elektrodenkontaktstelle 5c ist mit der dritten Elektrodenkontaktstelle 5d durch ein in dem Sockel 3a gebildetes Kontaktloch elektrisch verbunden. Daher sind die ersten und zweiten Elektrodenkontaktstellen 5a, 5c mit einem Draht 54 elektrisch verbunden, und es sind die Metallschicht 5b und die zweite Elektrodenkontaktstelle 5c mit dem Draht 54 derart elektrisch verbunden, daß das erste und zweite Substrat 1, 2 und das Gehäuse 3 miteinander elektrisch verbunden sind.
Somit wird ein von dem Sensormodul 110 dem Gehäuse 3 ausgegebenes Signal an der dritten Elektrodenkontaktstelle 5d, welche an dem Rand des Gehäuses 3 angeordnet ist, einer äußeren Schaltung außerhalb des Gehäuses 3 durch eine (nicht dargestellte) innere Verdrahtung des Gehäuses 3 ausgegeben. Die erste Elektrodenkontaktstelle 5a ist beispielsweise aus Aluminium hergestellt. Die zweiten und dritten Elektrodenkontaktstellen 5c, 5d sind beispielsweise aus Kupfer, Nickel, Gold oder ihrem laminierten Material gebildet. Der Draht 54 ist beispielsweise aus Aluminium oder Gold gebildet.
Eine untere Elektrode 6 ist auf dem Sockel 3a des Gehäuses 3 und unter dem Sensor 100 angeordnet. Die untere Elektrode 6 und die dritte Elektrodenkontaktstelle 5d sind durch eine andere (nicht dargestellte) innere Verdrahtung des Gehäuses 3 elektrisch derart verbunden, daß das Signal der äußeren Schaltung ausgegeben wird.
Bei dieser Ausführungsform werden die ersten und zweiten Substrate 1, 2 durch das SOI-Substrat gebildet. Der Signalprozessor 53 ist in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, welche von der ersten Siliziumschicht 1a durch den Oxidfilm 1b elektrisch isoliert ist. Der bewegliche Abschnitt 50 ist in der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 gebildet, welche von der ersten Siliziumschicht 2a durch den Oxidfilm 2b elektrisch isoliert ist. Die zweite Siliziumschicht 1c des ersten Substrats, in welcher der Signalprozessor 53 angeordnet ist, ist durch die Bondhügelelektrode 11 mit der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 elektrisch verbunden, in welcher der bewegliche Abschnitt 50 angeordnet ist. Somit arbeiten die erste Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1 und die erste Siliziumschicht 2a des zweiten Substrats 2 als Abschirmschicht zum Schutz des beweglichen Abschnitts 50 und des Signalprozessors 53 vor äußeren Störungen wie einem Rauschen. Insbesondere verhindern sie, daß der bewegliche Abschnitt 50 und der Signalprozessor 53 fehlerhaft funktionieren.
Die erste Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1 ist von dem in der zweiten Siliziumschicht 1c gebildeten Signalprozessor 53 durch den Oxidfilm 1b isoliert. Die erste Siliziumschicht 2a des zweiten Substrats 2 ist von dem beweglichen Abschnitt 50 durch den Oxidfilm 2b isoliert. Daher beeinflußt das elektrische Potential jeder der ersten Siliziumschichten 1a, 2a nicht den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53.
Dementsprechend können die elektrischen Potentiale der ersten Siliziumschichten 1a, 2a auf vorbestimmte Werte festgelegt werden, welche unabhängig von den elektrischen Potentialen des Signalprozessors 53 und des beweglichen Abschnitts 50 bestimmt werden. Daher können die elektrischen Potentiale der ersten Siliziumschichten 1a, 2a das Massepotential sein, so daß die ersten Siliziumschichten 1a, 2a als die Abschirmschicht arbeitet, um zu verhindern, daß der bewegliche Abschnitt 50 und der Signalprozessor 53 fehlerhaft funktionieren.
Daher kann die Halbleiteranordnung 100 den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 besitzen, welche ohne eine zusätzliche Abschirmung vor einem fehlerhaften Funktionieren geschützt sind. Insbesondere wird die Anordnung 100 vor äußeren Störungen ohne Hinzufügen einer zusätzlichen Abschirmung geschützt. Somit ist die Anzahl der Teile, welche die Anordnung 100 bilden, verringert, und es ist der Herstellungsprozess der Anordnung 100 ebenfalls reduziert, so daß die Herstellungskosten der Anordnung 100 verringert sind.
Zweite Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 200 mit einem Sensormodul 210 einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 6-7 dargestellt. Das Sensormodul 210 enthält die ersten und zweiten Leitungsschleifen- bzw. Schleifenschichten (loop layers) 1d, 2d. Die erste Schleifenschicht 1d ist in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, welche den Signalprozessor 53 enthält. Die zweite Schleifenschicht 2d ist in der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 gebildet, welche den beweglichen Abschnitt 50 enthält. Die erste Schleifenschicht 1d ist mit der zweiten Schleifenschicht 2d durch einen Schleifenleitungs- bzw. Schleifenbondhügel (loop bump) 11a elektrisch verbunden.
Die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats 1 ist von dem anderen Abschnitt der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 durch einen Leitungsschleifen- bzw. Schleifenisolierabschnitt (loop insulation portion) 1e, von dem anderen Abschnitt mit Ausnahme der ersten Schleifenschicht 1d elektrisch isoliert. Die erste polykristalline Siliziumschicht 1f ist zwischen der ersten Siliziumschicht 1a und dem Oxidfilm 1b angeordnet. Die erste polykristalline Siliziumschicht 1f ist mit der ersten Schleifenschicht 1d durch den ersten Kontaktabschnitt 1g elektrisch verbunden. Der Schleifenisolierabschnitt 1e ist beispielsweise aus einem Isoliermaterial wie einem Siliziumoxidfilm gebildet.
Die zweite polykristalline Siliziumschicht 2f ist zwischen der ersten Siliziumschicht 2a und dem Oxidfilm 2b angeordnet. Die zweite polykristalline Schicht 2f ist mit der zweiten Schleifenschicht 2d durch den zweiten Kontaktabschnitt 2g elektrisch verbunden.
Wie in 7 dargestellt ist die erste Schleifenschicht 1d auf einem Gebiet angeordnet, welches von dem anderen Abschnitt der Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 durch den Schleifenisolierabschnitt 1e elektrisch isoliert ist. Der Schleifenisolierabschnitt 1e ist in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, welche den Signalprozessor 53 enthält. Der Schleifenbondhügel 11a ist auf der ersten Schleifenschicht 1d derart angeordnet, daß die in der zweiten Siliziumschicht 2c, welche den beweglichen Abschnitt 50 enthält, des zweiten Substrats 2 gebildete zweite Schleifenschicht 2d durch den Schleifenbondhügel 11a mit der ersten Schleifenschicht 1d elektrisch verbunden ist.
Des weiteren ist die vierte Elektrodenkontaktstelle 5e in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats gebildet, welche den Signalprozessor 53 enthält. Die Bondhügelelektrode 11 ist auf der vierten Elektrodenkontaktstelle 5e angeordnet. Der Sensorchip 52 des zweiten Substrats ist mit dem Signalprozessor 53 des ersten Substrats 1 durch die Bondhügelelektrode 11 elektrisch verbunden. Die erste Elektrodenkontaktstelle 5a ist an dem Rand der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 angeordnet, welche den Signalprozessor 53 enthält. Die vierte Elektrodenkontaktstelle 5e ist mit der ersten Elektrodenkontaktstelle 5a durch eine Drahtschicht 7 derart elektrisch verbunden, daß das Signal von dem auf dem zweiten Substrat 2 angeordneten Sensorchip 52 und dem auf dem ersten Substrat 1 angeordneten Signalprozessor 53 der äußeren Schaltung ausgegeben wird. Die Drahtschicht 7 ist beispielsweise aus Aluminium oder dergleichen gebildet.
Eine (nicht dargestellte) elektrische Schaltung ist auf einem Rand der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats angeordnet. Die fünfte Elektrodenkontaktstelle 5f zum Verbinden mit der elektrischen Schaltung ist auf der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats angeordnet. Die fünfte Elektrodenkontaktstelle 5f führt eine Verbindung mit der elektrischen Schaltung durch.
Die sechste Elektrodenkontaktstelle 5g für eine Verbindung mit inneren Schaltungen ist innerhalb des Schleifenisolierabschnitts 1e der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 angeordnet. Die sechste Elektrodenkontaktstelle 5g führt eine Verbindung zwischen den innerhalb des Schleifenisolierabschnitts 1e angeordneten inneren Schaltungen durch. Des weiteren ist die siebente Elektrodenkontaktstelle 5h zur Steuerung des elektrischen Potentials der ersten Schleifenschicht 1d auf einem Rand der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 angeordnet. Die achte Elektrodenkontaktstelle 5i ist auf der ersten Schleifenschicht 1d angeordnet. Die siebente Elektrodenkontaktstelle 5h und die achte Elektrodenkontaktstelle 5i sind zusammen mit der Drahtschicht 7 derart elektrisch verbunden, daß das elektrische Potential der ersten Schleifenschicht 1d gesteuert (d.h. eingestellt) wird.
Eine (nicht dargestellte) Isolierschicht ist zwischen der Drahtschicht 7 und dem Schleifenbondhügel 11a derart gebildet, daß die Drahtschicht 7 und der Schleifenbondhügel 11a elektrisch isoliert sind. Insbesondere ist die Isolierschicht wenigstens auf einem Gebiet angeordnet, an welchem sich die Drahtschicht 7 und der Schleifenbondhügel 11a überlappen.
Das Sensormodul 210 wird wie in 8A–8F dargestellt durch das folgende Verfahren hergestellt. Dabei wird das Herstellungsverfahren zum Herstellen des zweiten Substrats 2 wie folgt beschrieben. Es kann jedoch das erste Substrat 1 ebenfalls durch ein annähernd gleiches Verfahren hergestellt werden. Wie in 5A dargestellt wird der erste Siliziumwafer 30 bereitgestellt bzw. hergerichtet. Der erste Siliziumwafer 30 enthält eine Verunreinigung (d.h. eine Dotierungssubstanz) mit einer N-Typ-Leitfähigkeit wie Phosphor (P) oder Arsen (As). Der erste Siliziumwafer 30 besitzt einen spezifischen Widerstand zwischen 0,001 Ω · cm und 10 Ω · cm. Insbesondere liegt der spezifische Widerstand zwischen 0,001 Ω · cm und 0,1 Ω · cm. Ein thermischer Oxidationsfilm 31 wird auf einer Seite des ersten Siliziumwafers 30 unter Verwendung des thermischen Oxidationsverfahrens gebildet. Ein Kontaktloch 31a wird in dem thermischen Oxidationsfilm 31 an einer vorbestimmten Position unter Verwendung von Photolithographie oder dergleichen gebildet.
Wie in 5B dargestellt wird ein polykristalliner Siliziumfilm 32 auf dem thermischen Oxidationsfilm 31, welches das Kontaktloch 31a aufweist, unter Verwendung des CVD-Verfahrens (d.h. des chemischen Aufdampfverfahrens) oder dergleichen gebildet. Der polykristalline Siliziumfilm 32 enthält eine große Menge von Verunreinigungen mit einer N-Typ-Leitfähigkeit wie P oder As, d.h. der polykristalline Siliziumfilm 32 enthält die Verunreinigungen in einer hohen Konzentration (von beispielsweise zwischen 1 × 10¹⁶cm^–3 und 1 × 1021 cm^–3). Danach wird die Oberfläche des polykristallinen Siliziumfilms 32 poliert, um eine Spiegeloberfläche zu erzielen.
Wie in 5C dargestellt wird der zweite Siliziumwafer 33 bereitgestellt bzw. hergerichtet. Der zweite Siliziumwafer 33 enthält eine Verunreinigung mit einer N-Typ-Leitfähigkeit wie P oder As. Der zweite Siliziumwafer 33 besitzt einen spezifischen Widerstand zwischen 0,001 Ω · cm und 10 Ω · cm. Vorzugsweise liegt der spezifische Widerstand zwischen 0,001 Ω · cm und 0,1 Ω · cm. Somit ist der spezifische Widerstand des zweiten Siliziumwafers 33 nahezu gleich demjenigen des ersten Siliziumwafers 30.
Wie in 5D dargestellt wird der polykristalline Siliziumfilm 32 des ersten Siliziumwafers 30 auf eine Seite des zweiten Siliziumwafers 33 gebondet. Dieses Bon den wird in einem unwirksamen Gas wie einem Stickstoffgas durchgeführt.
Wie in 5E dargestellt wird die andere Seite des ersten Siliziumwafers 30, welche dem polykristallinen Siliziumfilm 32 gegenüberliegt, derart poliert, daß der erste Siliziumwafer 30 verdünnt ist. Und der erste Siliuziumwafer 30 wird mit dem zweiten Siliziumwafer 33 auf den Kopf gestellt.
Wie in 5F dargestellt wird der bewegliche Abschnitt 50 in dem ersten Siliziumwafer 30 unter Verwendung des Trockenätzverfahrens oder dergleichen gebildet. Dabei bildet der bewegliche Abschnitt 50 einen Beschleunigungssensor. Der bewegliche Abschnitt 50 ist mit einem Bondhügel 35a elektrisch verbunden. Zur selben Zeit wird eine Leitungsschleifen- bzw. Schleifenschicht (loop layer) 34 an einem Rand des ersten Siliziumwafers 30 gebildet. Ein Bondhügel 35a wird auf dem ersten Siliziumwafer 30 gebildet, und es wird ein anderer Bondhügel 35b auf der Schleifenschicht 34 derart angeordnet, daß der Sensorchip 52 des zweiten Substrats 2 und der Signalprozessor 53 des ersten Substrats mit den Bondhügeln 35a, 35b elektrisch verbunden sind. Die Bondhügel 35a, 35b sind aus einem Vielschichtmaterial gebildet. Das Vielschichtmaterial wird durch eine Kombination aus Nickel (Ni), Kupfer (Cu) und Gold (Au) gebildet, welches auf der Aluminiumschicht aufgetragen wird.
Bei der zweiten Ausführungsform wird die erste Schleifenschicht 1d in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, welche den Signalprozessor 53 enthält. Die zweite Schleifenschicht 2d wird in der zweiten Siliziumschicht 2c, welche den beweglichen Abschnitt 50 enthält, des zweiten Substrats 2 gebildet. Die ersten und zweiten Schleifenschichten 1d, 2d werden mit dem Schleifenkontakthügel 11a zusammen elektrisch verbunden.
Die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats 1 ist von dem anderen Abschnitt der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 durch den Schleifenisolierabschnitt 1e elektrisch isoliert. Der andere Abschnitt wird mit Ausnahme für die erste Schleifenschicht 1d angeordnet. Die polykristalline Siliziumschicht 1f, welche zwischen der ersten Siliziumschicht 1a und dem Oxidfilm 1b angeordnet ist, wird mit der ersten Schleifenschicht 1d durch den ersten Kontaktabschnitt 1g elektrisch verbunden.
Die zweite Schleifenschicht 2d wird mit der zweiten polykristallinen Siliziumschicht 2f durch den zweiten Kontaktabschnitt 2g elektrisch verbunden. Die zweite polykristalline Siliziumschicht 2f wird zwischen der ersten Siliziumschicht 2a und dem Oxidfilm 2b des zweiten Substrats 2 angeordnet.
Die erste Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1, die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats 1, die erste Siliziumschicht 2a des zweiten Substrats 2 und die zweite Schleifenschicht 2d des zweiten Substrats 2 arbeiten als Abschirmung, um den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 vor einem fehlerhaften Funktionieren durch äußeres Rauschen und/oder dergleichen zu schützen.
Daher kann die Anordnung 200 den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 aufweisen, welche ohne eine zusätzliche Abschirmung vor einem fehlerhaften Funktionieren geschützt werden. Somit ist die Anzahl von Teilen, welche die Anordnung 200 bilden, verringert, und es ist der Herstellungsprozeß der Anordnung 200 ebenfalls reduziert, so daß die Herstellungskosten der Anordnung 200 verringert sind.
Dritte Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 300 mit einem Sensormodul 310 einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 9 und 10 dargestellt. Das Sensormodul 310 enthält die ersten und zweiten Leitungsschleifen- bzw. Schleifenschichten 1d, 2d. Die erste Schleifenschicht 1d ist in der zweiten Schleifenschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, und die zweite Schleifenschicht 2d ist in der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 gebildet. Die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats 1 ist von der ersten Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1 durch den Oxidfilm 1b elektrisch isoliert. Die zweite Schleifenschicht 2d des zweiten Substrats 2 ist von der ersten Siliziumschicht 2a des zweiten Substrats 2 durch den Oxidfilm 2b elektrisch isoliert. Bei dieser Ausführungsform enthält das Sensormodul 310 nicht die ersten und zweiten polykristallinen Siliziumschichten 1f, 2f und die ersten und zweiten Kontaktabschnitte 1g, 2g.
Wie in 10 dargestellt ist der bewegliche Abschnitt 50 in der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 gebildet. Der bewegliche Abschnitt enthält mehrere bewegliche Elektroden 60 und feste Elektroden 61. Die beweglichen Elektroden liegen den festen Elektroden jeweils gegenüber. Die Trennschicht 1h ist auf der Oberfläche der zweiten Siliziumschichten 1c, 2c der ersten und zweiten Substrate 1, 2 gebildet. Die Trennschicht 1h ist beispielsweise aus einem Siliziumoxidfilm gebildet. Mehrere Öffnungen sind in der Trennschicht 1h an vorbestimmten Positionen derart gebildet, daß die Bondhügel 11, 11a in den Öffnungen gebildet sind. Mehrere (nicht dargestellte) elektrische Vorrichtungen sind innerhalb der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet. Diese elektrischen Vorrichtungen sind zusammen mit dem Leitungsschleifen- bzw. Schleifenisolierabschnitt 1e eines Isolators isoliert. Der Schleifenisolierabschnitt 1e ist aus einem Siliziumoxidfilm oder dergleichen gebildet.
Die erste Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1, die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats 1, die erste Siliziumschicht des zweiten Substrats 2 und die zweite Schleifenschicht 2d des zweiten Substrats 2 arbeiten als Abschirmung, um den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 vor einem fehlerhaften Funktionieren durch äußeres Rauschen und/oder dergleichen zu schützen.
Daher kann die Anordnung 300 den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 aufweisen, welche vor einem fehlerhaften Funktionieren ohne eine zusätzliche Abschirmung geschützt werden. Somit ist die Anzahl der Teile, welche die Anordnung 300 bilden, verringert, und es ist ebenfalls der Herstellungsprozeß der Anordnung 300 reduziert, so daß die Herstellungskosten der Anordnung 300 verringert sind.
Vierte Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 400 mit einem Sensormodul 410 einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 11 dargestellt. Obwohl das in 2 dargestellte Sensormodul 110 in dem Gehäuse 3 untergebracht ist, ist das Sensormodul 410 mit einem Gießharz 57 derart verschlossen, daß die Anordnung 400 gebildet ist.
Insbesondere ist das Sensormodul 410 auf einer Chipkontaktstelle 55 des Leiterrahmens angebracht. Das erste Substrat ist mit einem inneren Leiter 56 durch einen Draht 54 elektrisch verbunden. Das Sensormodul 410 ist zusammen mit der Chipkontaktstelle 55 und dem inneren Leiter 56 mit dem Gießharz 57 derart verschlossen, daß ein Gießharzgehäuse gebildet ist.
Die Anordnung 400 kann den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 aufweisen, welche vor einem fehlerhaften Funktionieren ohne eine zusätzliche Abschirmung derart geschützt werden, daß die Herstellungskosten der Anordnung 400 verringert sind.
Fünfte Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 500 mit einem Sensormodul 510 einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 12 dargestellt. Obwohl das in 2 dargestellte Sensormodul 110 mit dem Gehäuse 3 durch den Draht 54 elektrisch verbunden ist, ist das Sensormodul 510 mit dem Gehäuse 3 durch einen Bondhügel 11b elektrisch verbunden.
Insbesondere ist das erste Substrat 1 des Sensormoduls 510 mit dem Gehäuse 3 durch den Bondhügel 11b verbunden. Das zweite Substrat 2 ist auf der Unterseite des Sensormoduls 510 angeordnet. Das zweite Substrat 2 wird von dem ersten Substrat 1 gehalten, welches mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Das zweite Substrat 2 ist in einer Austiefung 3c untergebracht, welche auf dem Boden des Gehäuses 3 gebildet ist. Das zweite Substrat 2 ist von dem Boden des Gehäuses 3 getrennt.
Die Anordnung 500 kann den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 aufweisen, welche vor einem fehlerhaften Funktionieren ohne eine zusätzliche Abschirmung geschützt sind, so daß die Herstellungskosten der Anordnung 500 verringert sind.
Sechste Ausführungsform
Eine Halbleiteranordnung 600 mit einem Sensormodul 610 einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in 13 dargestellt. Das Sensormodul 610 ist mit dem Gehäuse 3 durch den Bondhügel 11b elektrisch verbunden.
Insbesondere ist das erste Substrat 1 des Sensormoduls 610 mit dem Gehäuse 3 durch den Bondhügel 11b verbunden. Das zweite Substrat 2 ist an der unteren Seite des Sensormoduls 610 angeordnet. Das zweite Substrat 2 wird von dem ersten Substrat 1 gehalten, welches mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Das zweite Substrat 2 ist in der Austiefung 3c untergebracht, welche auf dem Boden des Gehäuses angeordnet ist. Das zweite Substrat 2 ist von dem Boden des Gehäuses 3 getrennt.
Das Sensormodul 610 enthält erste und zweite Leitungsschleifen bzw. Schleifenschichten 1d, 2d. Die erste Schleifenschicht 1d ist in der zweiten Siliziumschicht 1c des ersten Substrats 1 gebildet, und die zweite Schleifenschicht 2d ist in der zweiten Siliziumschicht 2c des zweiten Substrats 2 gebildet.
Die erste Siliziumschicht 1a des ersten Substrats 1, die erste Schleifenschicht 1d des ersten Substrats, die erste Siliziumschicht 2a des zweiten Substrats 2 und die zweite Schleifenschicht 2d des zweiten Substrats 2 arbeiten als Abschirmung zum Schutz des beweglichen Abschnitts 50 und des Signalprozessors 53 vor einem fehlerhaften Funktionieren durch äußeres Rauschen und/oder dergleichen.
Daher kann die Anordnung 600 den beweglichen Abschnitt 50 und den Signalprozessor 53 aufweisen, welche vor einem fehlerhaften Funktionieren ohne eine zusätzliche Abschirmung geschützt werden, so daß die Herstellungskosten der Anordnung 600 verringert sind.
Modifizierungen
Obwohl die Sensormodule 110–610 den Halbleiterbeschleunigungssensor eines Kapazitätstyps bilden, können die Sensormodule 110–610 einen Halbleitersensor wie einen Winkelgeschwindigkeitssensor oder einen Drucksensor bilden.
Obwohl das erste Substrat 1 jedes Sensormoduls 110-310, 510 mit dem Gehäuse 3 verbunden ist, kann das zweite Substrat 2 jedes Sensormoduls 110–310, 510 mit dem Gehäuse 3 verbunden sein.
Obwohl das leitende Haftmittel 4a für ein Bonden zwischen dem ersten Substrat 1 und dem Gehäuse 3 auf die gesamte Oberfläche der Bondoberflächen des ersten Substrats und des Gehäuses 3 angewandt wird, kann das leitende Haftmittel 4a auf einen Teil der Bondoberflächen des ersten Substrats 1 und des Gehäuses 3 angewandt werden. Beispielsweise wird das leitende Haftmittel 4a auf vier Ecken, eine Mitte und ein schleifenförmiges Teil der Bondoberfläche angewandt. Dies liegt daran, daß die in dem Sensor 100–300 erzeugte Belastung kleiner wird.
Obwohl die ersten und zweiten Siliziumwafer 30, 33 bei dem Herstellungsprozeß des in 8A–8F dargestellten Sensors 200 die Verunreinigung mit der N-Typ- Leitfähigkeit wie P oder As enthalten, können andere Siliziumwafer wie die Wafer 30, 33 verwendet werden. Beispielsweise enthält der Wafer eine Verunreinigung mit der P-Typ-Leitfähigkeit wie Bor (B).
Obwohl die ersten und zweiten Substrate 1, 2 durch das SOI-Substrat gebildet werden, kann wenigstens eines der ersten und zweiten Substrate 1, 2 durch das SOI-Substrat in einigen Fällen gebildet werden, welche von einem Anbringungszustand der ersten und zweiten Substrate 1, 2 abhängen, die auf dem Gehäuse 3 angebracht sind.
14 zeigt eine Querschnittsansicht, welche ein Sensormodul 710 mit dem ersten Substrat 1 darstellt, welches auf einem voluminösen bzw. massigen Substrat gebildet ist, das durch einen einkristallinen Siliziumwafer bereitgestellt wird. 15 stellt eine Halbleiteranordnung 700 dar, welche das in 14 dargestellte Sensormodul 710 aufweist. Das Sensormodul 710 ist in dem aus Keramik gebildeten Gehäuse 3 untergebracht. 16 stellt eine Halbleiteranordnung 701 dar, welche das in 14 dargestellte Sensormodul 710 aufweist. Das Sensormodul 700 ist mit dem Gießharz 57 verschlossen. In diesen Fällen wird das erste Substrat 1 durch den einkristallinen Siliziumwafer gebildet, und es wird lediglich das zweite Substrat 2 durch das SOI-Substrat gebildet.
Obwohl die Sensormodule 110–710 zwei Substrate 1, 2 enthalten, können die Sensormodule 110–710 mehrere Substrate einschließlich des zweiten Substrats 2 enthalten. In diesem Fall liegen die mehreren Substrate mit Ausnahme des zweiten Substrats 2 dem zweiten Substrat 2 gegenüber, und es führen die mehreren Substrate eine ähnliche Funktion wie die des ersten Substrats 1 oder eine unterschiedliche Funktion zu der des ersten Substrats 1 durch.
Derartige Änderungen und Modifizierungen liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung, welche durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
Vorstehend wurde eine Halbleiteranordnung mit mehreren Substraten offenbart. Die Halbleiteranordnung weist ein erstes Substrat (1), welches erste, zweite und dritte Schichten (1a–1c) enthält, und ein zweites Substrat (2) auf, welches vierte, fünfte und sechste Schichten (2a–2c) enthält. Das erste Substrat (1) bildet eine elektrische Vorrichtung (53). Das zweite Substrat (2) bildet einen physikalischen Größensensor (52). Die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) und die vierte Schicht (2a) des zweiten Substrats (2) sind Abschirmungen zum Schutz der elektrischen Vorrichtung (53) und des physikalischen Größensensors (52). Die Halbleiteranordnung wird vor einer äußeren Störung ohne Hinzufügen einer zusätzlichen Abschirmung geschützt.

Claims

Halbleiteranordnung mit einem ersten Substrat (1), welches erste, zweite und dritte Schichten (1a–1c) enthält, und einem zweiten Substrat (2), welches vierte, fünfte und sechste Schichten (2a–2c) enthält, wobei das erste Substrat (1) eine elektrische Vorrichtung (53) aufweist, das zweite Substrat (2) einen Sensor für eine physikalische Größe (52) aufweist und die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) und die vierte Schicht (2a) des zweiten Substrats (2) Abschirmungen zum Schutz der elektrischen Vorrichtung (53) und des Sensors für eine physikalische Größe (52) sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1a) und die vierte Schicht (2a) geerdet sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Vorrichtung (53) in der dritten Schicht (1c) des ersten Substrats (1) angeordnet ist, der Sensor für eine physikalische Größe (52) in der sechsten Schicht (2c) des zweiten Substrats (2) angeordnet ist, die zweite Schicht (1b) des ersten Substrats (1) aus einer Isolierschicht derart gebildet ist, daß die ersten und dritten Schichten (1a, 1c) elektrisch isoliert sind, und die fünfte Schicht (2b) des zweiten Substrats (2) aus einer Isolierschicht derart gebildet ist, daß die vierten und sechsten Schichten (2a, 2c) elektrisch isoliert sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) einen beweglichen Abschnitt (50) enthält, der in der sechsten Schicht (2a) angeordnet ist, der bewegliche Abschnitt (50) entsprechend einer physikalischen Größe, welche der Halbleiteranordnung aufgebracht wird, derart beweglich ist, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) ein Signal entsprechend einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts (50) ausgibt, und das erste Substrat (1) dem zweiten Substrat (2) derart gegenüberliegt, daß die elektrische Vorrichtung (53) mit dem Sensor für eine physikalische Größe (52) elektrisch verbunden ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Substrat (2) einen auf der sechsten Schicht (2c) des zweiten Substrats (2) angeordneten Bondhügel enthält, die dritte Schicht (1c) des ersten Substrats (1) der sechsten Schicht (2c) des zweiten Substrats (2) derart gegenüberliegt, daß das erste Substrat (1) durch den Bondhügel (11) mit dem zweiten Substrat (2) elektrisch verbunden ist, und die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) und die vierte Schicht (2a) des zweiten Substrats (2) außerhalb angeordnet sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und dritten Schichten (1a, 1c) des ersten Substrats (1) aus einem Halbleiter gebildet sind, die vierten und sechsten Schichten (2a, 2c) des zweiten Substrats (2) aus einem Halbleiter gebildet sind und die elektrische Vorrichtung (53) den Sensor für eine physikalische Größe (52) steuert und der Sensor für eine physikalische Größe (52) das Signal durch den Bondhügel (11) der elektrischen Vorrichtung (53) ausgibt.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor oder ein Drucksensor ist, die ersten und zweiten Substrate (1, 2) jeweils durch Silizium-auf-Isolator-Substrate gebildet sind und die elektrische Vorrichtung (53) ein Signalprozessor ist.
Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine erste Schleifenschicht (1d), welche in der dritten Schicht (1c) des ersten Substrats (1) angeordnet ist, und eine zweite Schleifenschicht (2d), welche in der sechsten Schicht (2c) des zweiten Substrats (2) angeordnet ist, wobei die ersten und zweiten Schleifenschichten (1d, 2d) mit einem Schleifenbondhügel (11a) verbunden sind und die ersten und zweiten Schleifenschichten (1d, 2d) mit dem Schleifenbondhügel (11a) zum Schutz der elektrischen Vorrichtung (53) und des Sensors für eine physikalische Größe (52) abgeschirmt sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Schleifenschichten (1d, 2d) mit dem Schleifenkontakthügel (11a) geerdet sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schleifenschicht (1d) die elektrische Vorrichtung (53) umgibt, die zweite Schleifenschicht (2d) den Sensor für eine physikalische Größe (52) umgibt und der Schleifenbondhügel (11a) eine Schleifenform aufweist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine erste Abschirmschicht (1f), welche zwischen der dritten Schicht (1c) und der zweiten Schicht (1b) des ersten Substrats (1) angeordnet ist und eine zweite Abschirmschicht (2f), welche zwischen der sechsten Schicht (2c) und der fünften Schicht (2b) angeordnet ist, wobei die erste Schleifenschicht (1d) durch einen ersten Kontaktabschnitt (1g) mit der ersten Abschirmschicht (1f) elektrisch verbunden ist, die zweite Schleifenschicht (2d) durch einen zweiten Kontaktabschnitt (2g) mit der zweiten Abschirmschicht (2f) elektrisch verbunden ist und die elektrische Vorrichtung (53) und der Sensor für eine physikalische Größe (53) mit den ersten und zweiten Schleifenschichten (1d, 2d), den ersten und zweiten Kontaktabschnitten (1g, 2g), den ersten und zweiten Abschirmschichten (1f, 2f) und dem Schleifenkontakthügel (11a) bedeckt sind.
Halbleiteranordnung mit einem ersten Substrat (1), welches erste, zweite und dritte Schichten (1a–1c) enthält, und einem zweiten Substrat (2), wobei das erste Substrat (1) ein Teil von einer elektrischen Vorrichtung (53) und einem Sensor für eine physikalische Größe (52) aufweist, das zweite Substrat (2) das andere Teil der elektrischen Vorrichtung (53) und des Sensors für eine physikalische Größe (52) aufweist und die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) eine Abschirmung zum Schutz der elektrischen Vorrichtung (53) und des Sensors für eine physikalische Größe (52) bildet.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schicht (1a) geerdet ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Teil von der elektrischen Vorrichtung (53) und dem Sensor für eine physikalische Größe (52) in der dritten Schicht (1c) des ersten Substrats (1) angeordnet ist, das andere Teil von der elektrischen Vorrichtung (53) und dem Sensor für eine physikalische Größe (52) an einer Seite des zweiten Substrats (2) angeordnet ist und die zweite Schicht (1b) des ersten Substrats (1) aus einer Isolierschicht derart gebildet ist, daß die ersten und dritten Schichten (1a, 1c) elektrisch isoliert sind.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) einen beweglichen Abschnitt (50) enthält, wobei der bewegliche Abschnitt (50) entsprechend einer der Anordnung aufgebrachten physikalischen Größe derart beweglich ist, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) ein Signal entsprechend einer Verschiebung des beweglichen Abschnitts (50) ausgibt, und das erste Substrat (1) dem zweiten Substrat (2) derart gegenüberliegt, daß die elektrische Vorrichtung (53) mit dem Sensor für eine physikalische Größe (52) elektrisch verbunden ist.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Substrat (1) einen auf der dritten Schicht (1c) des ersten Substrats (1) angeordneten Bondhügel (11) enthält, die dritte Schicht (1c) des ersten Substrats (1) dem zweiten Substrat (2) derart gegenüberliegt, daß das erste Substrat (1) durch den Bondhügel (11) mit dem zweiten Substrat (2) elektrisch verbunden ist, und die erste Schicht (1a) des ersten Substrats (1) und die andere Seite des zweiten Substrats (2) außen angeordnet sind und die andere Seite des zweiten Substrats (2) dem anderen Teil von der elektrischen Vorrichtung (53) und dem Sensor für eine physikalische Größe (52) gegenüberliegt.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und dritten Schichten (1a, 1c) des ersten Substrats (1) aus einem Halbleiter gebildet sind, das zweite Substrat (2) aus einem Halbleiter gebildet ist und die elektrische Vorrichtung (53) den Sensor für eine physikalische Größe (52) steuert und der Sensor für eine physikalische Größe (52) das Signal durch den Bondhügel (11) der elektrischen Vorrichtung (53) ausgibt.
Halbleiteranordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor für eine physikalische Größe (52) ein Beschleunigungssensor, ein Winkelgeschwindigkeitssensor oder ein Drucksensor ist, das erste Substrat (1) durch ein Silizium-auf-Isolator-Substrat gebildet ist und die elektrische Vorrichtung (53) ein Signalprozessor ist.