(57)【要約】【課題】簡単な製造工程でセンサ基板を形成し、センサ基板と配線基板とを、半導体同士の常温活性化接合により強固に封着し、信頼性の高いセンサ装置を提供する。【解決手段】センシング部を備えるセンサ基板１と、センサ基板１の一表面に封着される配線基板２と、を備えるセンサ装置において、センサ基板１の前記一表面の一部を、不純物添加することにより、第１高濃度拡散領域１９とし、当該第１高濃度拡散領域１９はセンシング部に電気的に接続され、配線基板２のセンサ基板１側の表面の一部を、不純物添加することにより、第２高濃度拡散領域２９とし、第２高濃度拡散領域２９は外部に設けられた外部電極２５に電気的に接続され、センサ基板１と配線基板２とは、第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９とが常温活性化接合されたことより封着されるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体基板を用いて形成されセンシング部を備えるセンサ基板と、第２の半導体基板を用いて形成されセンサ基板の一表面に封着される配線基板と、を備えるセンサ装置において、
センサ基板の前記一表面の一部を、不純物添加することにより、第１高濃度拡散領域とし、当該第１高濃度拡散領域はセンシング部に電気的に接続され、
配線基板のセンサ基板側の表面の一部を、不純物添加することにより、第２高濃度拡散領域とし、第２高濃度拡散領域は外部に設けられた外部電極に電気的に接続され、
センサ基板と配線基板とは、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたことより封着されたことを特徴としたセンサ装置。
【請求項２】
前記配線基板のセンサ基板側の表面の一部は、前記第２高濃度拡散領域として突出して形成されると共に、第２高濃度拡散領域よりも外側には、前記配線基板の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層が前記第２高濃度拡散領域と略同一の高さで形成され、
センサ基板と配線基板とは、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されたことにより封着されたことを特徴とした請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
配線基板が形成される第２の半導体基板は、基板層、酸化層、及び不純物添加された活性層を備えるＳＯＩ基板であり、活性層をパターニングして第２高濃度拡散領域と封止用半導体層とを備えるように配線基板を形成したことを特徴とした請求項２記載のセンサ装置。
【請求項４】
第２高濃度拡散領域が露出するように、配線基板の基板層及び酸化層に貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜を形成し、当該薄膜導電膜で外部電極と第２高濃度拡散領域とを電気的に接続したことを特徴とした請求項３記載のセンサ装置。
【請求項５】
センサ基板の前記一表面において、第１高濃度拡散領域と、封止用接合部位との間に絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、例えば、加速度センサ装置、ジャイロセンサ装置などのセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、チップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ：ＣＳＰ）を有するセンサ装置として、ウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ装置が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載されているセンサ装置は、図１１に示すように第１の半導体基板を用いて形成されセンシング部およびセンシング部に電気的に接続された金属配線１７を有するセンサ基板１と、第２の半導体基板を用いて形成され前記金属配線１７に電気的に接続される貫通孔配線２４を有しセンサ基板１の一表面側に封着される貫通孔配線形成基板２とを備えている。
【０００４】
ここで、センサ基板１は、前記一表面における周部の全周に亘って第１の封止用接合金属層１８が形成されるとともに、第１の封止用接続金属層１８よりも内側に金属配線１７と電気的に接続された第１の接続用接合金属層１９が形成され、貫通孔配線形成基板２は、センサ基板１側の表面における周部の全周に亘って第２の封止用接合金属層２８が形成されるとともに、第２の封止用接合金属層２８よりも内側に貫通孔配線２４と電気的に接続された第２の接続用接合金属層２９が形成されている。
【０００５】
そして、センサ基板１と貫通孔配線形成基板２とは、それぞれ接合面が活性化された第１の封止用接合金属層１８と第２の封止用接合金属層２８とが常温活性化接合されるとともに、それぞれの接合面が活性化された第１の接続用接合金属層１９と第２の接続用接合金属層２９とが常温活性化接合され一体化されている。
【０００６】
したがって、上記特許文献１記載のセンサ装置では常温でセンサ基板１と貫通孔配線形成基板２との間の接合を容易に行うことができ、センサ基板１と貫通孔配線形成基板２との接合信頼性を高めることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１７３７５７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述のセンサ装置にあっては、第１の接続用接合金属層１９をセンサ基板１に形成する必要があり、また第２の接続用接合金属層２９を貫通孔配線形成基板２に形成する必要があった。そのため、第１の接続用接合金属層１９及び第２の接続用接合金属層２９を製造する工程、第１の接続用接合金属層１９をセンサ基板１に配置する工程、及び第２の接続用接合金属層２９を貫通孔配線形成基板２に配置する工程が必要であり製造工程が複雑であるといった問題点を有していた。また、第１の接続用接合金属層１９と第２の接続用接合金属層２９との常温活性化接合は導電材料同士の接合であり接合強度が弱いといった問題点を有していた。
【０００９】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、第１の接続用接合金属層１９及び第２の接続用接合金属層２９を用いないで、上述した複雑な製造工程を使用することなく簡単な製造工程によってセンサ装置を製造することで、複雑な製造工程によって発生する可能性がある不良を発生しにくくし、また、導電材料同士の常温活性化接合を用いることなくセンサ装置を製造することによって、信頼性の高いセンサ装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、第１の半導体基板を用いて形成されセンシング部を備えるセンサ基板と、第２の半導体基板を用いて形成されセンサ基板の一表面に封着される配線基板と、を備えるセンサ装置において、センサ基板の前記一表面の一部を、不純物添加することにより、第１高濃度拡散領域とし、当該第１高濃度拡散領域はセンシング部に電気的に接続され、配線基板のセンサ基板側の表面の一部を、不純物添加することにより、第２高濃度拡散領域とし、第２高濃度拡散領域は外部に設けられた外部電極に電気的に接続され、センサ基板と配線基板とは、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたことより封着されたことを特徴としている。
【００１１】
又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載のセンサ装置において、前記配線基板のセンサ基板側の表面の一部は、前記第２高濃度拡散領域として突出して形成されると共に、第２高濃度拡散領域よりも外側には、前記配線基板の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層が前記第２高濃度拡散領域と略同一の高さで形成され、センサ基板と配線基板とは、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されたことにより封着されたことを特徴としている。
【００１２】
又、本願請求項３記載の発明では、上記請求項２記載のセンサ装置において、配線基板が形成される第２の半導体基板は、基板層、酸化層、及び不純物添加された活性層を備えるＳＯＩ基板であり、活性層をパターニングして第２高濃度拡散領域と封止用半導体層とを備えるように配線基板を形成したことを特徴としている。
【００１３】
又、本願請求項４記載の発明では、上記請求項３記載のセンサ装置において、第２高濃度拡散領域が露出するように、配線基板の基板層及び酸化層に貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜を形成し、当該薄膜導電膜で外部電極と第２高濃度拡散領域とを電気的に接続したことを特徴としている。
【００１４】
又、本願請求項５記載の発明では、上記請求項２乃至４のいずれか一項に記載のセンサ装置において、センサ基板の前記一表面において、第１高濃度拡散領域と、封止用接合部位との間に絶縁膜を形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本願請求項１記載の発明のセンサ装置においては、第１の半導体基板を用いて形成したセンサ基板の一表面の一部を、不純物添加することにより第１高濃度拡散領域とし、第２の半導体基板を用いて形成され配線基板の表面の一部を、不純物添加することにより第２高濃度拡散領域とし、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されたため、簡単な製造工程でセンサ装置を製造することができ、また、半導体同士の常温活性化接合により強固に第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域を接合させることができるので、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
【００１６】
又、本願請求項２記載の発明のセンサ装置においては、特に、前記配線基板のセンサ基板側の表面の一部は、前記第２高濃度拡散領域として突出して形成されると共に、第２高濃度拡散領域よりも外側には、前記配線基板の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層が前記第２高濃度拡散領域と略同一の高さで形成され、センサ基板と配線基板とは、第１高濃度拡散領域と第２高濃度拡散領域とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位と前記封止用半導体層とが常温活性化接合されることにより封着されたため、センサ基板における第１高濃度拡散領域と封止用接合部位とを平滑面で形成すればよく、簡単な製造工程でセンサ基板を形成することができ、センサ基板と配線基板とは、半導体同士の常温活性化接合により強固に封着されるため、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
【００１７】
又、本願請求項３記載の発明のセンサ装置においては、特に、活性層をパターニングして第２高濃度拡散領域と封止用半導体層とを備えるように配線基板を形成したため、封止用半導体層と第２高濃度拡散領域の形成を容易に行うことができる。
【００１８】
又、本願請求項４記載の発明のセンサ装置においては、特に、第２高濃度拡散領域が露出するように、配線基板の基板層及び酸化層に貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜を形成し、当該薄膜導電膜で外部電極と第２高濃度拡散領域とを電気的に接続したため、容易に外部電極と第２高濃度拡散領域とを電気的に接続できる配線基板を形成することができる。
【００１９】
又、本願請求項５記載の発明のセンサ装置においては、特に、センサ基板の前記一表面において第１高濃度拡散領域と、封止用接合部位との間に絶縁膜を形成したので、電気的なリークを防止することができ、センサ装置の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施形態１の加速度センサ装置を示し、（ａ）は図２のＡ−Ａ’の概略断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図２】同上の加速度センサ装置の概略平面図である。
【図３】同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ａ’概略断面図である。
【図４】同上におけるセンサ基板を示し、図３（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図５】同上におけるセンサ基板を示す概略下面図である。
【図６】同上におけるセンサ基板の回路図である。
【図７】同上における配線基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図８】同上における配線基板を示し、図７（ｂ）の要部拡大図である。
【図９】同上における配線基板の下面図である。
【図１０】同上におけるカバー基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図１１】従来例のセンサ装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本実施形態のセンサ装置は、加速度センサ装置であり、図１および図２に示すように第１の半導体基板を用いて形成されたセンサ基板１と、第２の半導体基板を用いて形成され、センサ基板１の一表面側（図１（ａ）の上面側）に封着された配線基板２と、第３の半導体基板を用いて形成されセンサ基板１の他表面側（図１（ａ）の下面側）に封着されたカバー基板３とを備えている。ここにおいて、センサ基板１および配線基板２およびカバー基板３の外周形状は矩形状であり、配線基板２およびカバー基板３はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。なお、図１（ａ）は図２のＡ−Ａ’概略断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）の要部拡大図である。
【００２２】
上述のセンサ基板１は、シリコン基板からなる支持基板層１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｐ形のシリコン層１０ｃを有する第１のＳＯＩウェハを加工することにより形成してある。配線基板２は第２のＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、このＳＯＩウェハはシリコン基板からなる支持基板層２０ａ上にシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層（埋込酸化膜）２０ｂを設け、さらにこの絶縁酸化層上にｐ形のシリコン層に適宜濃度のｎ形不純物をドーピングすることにより低抵抗なシリコン活性層２０ｃを設け形成されている。カバー基板３はシリコンウェハを加工することにより形成してある。すなわち、本実施形態では、第１のＳＯＩウェハが第１の半導体基板を構成し、第２のＳＯＩウェハが第２の半導体基板を構成し、シリコンウェハが第３の半導体基板を構成している。なお、本実施形態では、第１のＳＯＩウェハにおける支持基板層１０ａの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度、絶縁酸化層１０ｂの厚さを０．３μｍ〜１．５μｍ程度、シリコン層１０ｃの厚さを４μｍ〜１０μｍ程度とし、また、第２のＳＯＩウェハにおける支持基板層２０ａの厚さを１００μｍ程度、絶縁酸化層２０ｂの厚さを０．５μｍ程度、シリコン活性層２０ｃの厚さを５μｍ程度とし、また、シリコンウェハの厚さを１００〜３００μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、第一のＳＯＩウェハの主表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。
【００２３】
センサ基板１は、図３〜図５に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側（図１（ａ）および図３（ｂ）の上面側）において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部１１は、上述のＳＯＩウェハの支持基板層１０ａ、絶縁酸化層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、上述のＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。
【００２４】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ基板１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ基板１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述の第１のＳＯＩウェハの支持基板層１０ａ、絶縁酸化層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、第１のＳＯＩウェハの支持基板層１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ基板１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ基板１の上記他表面側（図１（ａ）および図３（ｂ）の下面側）へ離間して位置している。なお、センサ基板１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００２５】
ところで、図３（ａ），（ｂ）それぞれの右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ基板１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。
【００２６】
重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図６における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００２７】
また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図６における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００２８】
また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図６における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００２９】
なお、図１〜図３では、センサ基板１における拡散層配線の図示は省略してある。
【００３０】
ここで、センサ基板１の動作の一例について説明する。
【００３１】
いま、センサ基板１に加速度がかかっていない状態で、センサ基板１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図６に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図６に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図６に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図６に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、重り部１２と各撓み部１３とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４それぞれが、センサ基板１におけるセンシング部を構成している。
【００３２】
ところで、センサ基板１は、図６に示すように、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２と、を備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が、上記一表面側（つまり、配線基板２側）に第１高濃度拡散領域１９として設けられており、配線基板２に形成された第２高濃度拡散領域２９と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板１には、８つの第１高濃度拡散領域１９が形成され、配線基板２には、８つの第２高濃度拡散領域２９が形成されている。なお、８つの第１高濃度拡散領域１９はフレーム部１１の周方向に離間して配置されている（矩形枠状のフレーム部１１の４辺それぞれに２つずつ配置されている）。
上述の各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と上記各拡散層配線と、第１高濃度拡散領域１９は、上記シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｎ形不純物をドーピングすることにより形成されおり、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と第１高濃度拡散領域１９とは、拡散層配線を介して電気的に接続されている。
【００３３】
ここにおいて、センサ基板１は、上記一表面側において上記シリコン層１０ｃ上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成されているが、この絶縁膜１６は第１高濃度拡散領域１９より内側に配置されている。したがって絶縁膜１６は第１高濃度拡散領域１９及び封止用接合部位上には配置されていない構造となっている。ただし、第１高濃度拡散領域１９と封止用接合部位との間には絶縁膜１６が全周に亘って枠状にその幅寸法が第１高濃度拡散領域１９と封止用接合領域との間の寸法以下となるように形成されており、この絶縁膜１６によって電気的なリークを防いでいる。
配線基板２は、図７〜図９に示すように、センサ基板１側（図７（ｂ）における下面側）の主表面から、複数（本実施形態では、８つ）の第２高濃度拡散領域２９が突出して形成されており、また、配線基板２のセンサ基板１側の主表面における周部の全周に亘って封止用半導体層２８が、第２高濃度拡散領域２９より外側に、第２高濃度拡散領域２９と略同じ高さで形成されている。ここで配線基板２は、第２のＳＯＩウェハを加工することにより形成されるが、第２のＳＯＩウェハは前述したようにシリコン基板からなる支持基板層２０ａ上にシリコン酸化膜からなる絶縁酸化層（埋込酸化膜）２０ｂを設け、さらにこの絶縁酸化層上に低抵抗なシリコン活性層２０ｃを設け形成されている。
封止用半導体層２８及び第２高濃度拡散領域２９はこの第２のＳＯＩウェハの低抵抗なシリコン活性層２０ｃを用いて形成される。すなわち、第２のＳＯＩウェハの絶縁酸化層２０ｂをエッチングストッパーとして低抵抗なシリコン活性層２０ｃをドライエッチングすることにより封止用半導体層２８及び第２高濃度拡散領域２９が形成される。
次にこの第２高濃度拡散領域２９が露出するように、第２のＳＯＩウェハの支持基板層２０ａ側から支持基板層２０ａ及び絶縁酸化層２０ｂに貫通孔が形成される。支持基板層２０ａの貫通孔は、絶縁酸化層２０ｂをエッチングストッパーとして異方性エッチングにより形成され、絶縁酸化層２０ｂの貫通孔は、希フッ酸を用いたエッチングにより形成される。
このようにして第２高濃度拡散領域２９が露出するように形成された貫通孔の内面及び配線基板２の一表面（図１（ａ）の上面側）に熱絶縁膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成されている。さらにこの絶縁膜２３の内面及び貫通孔底面に露出した第２高濃度拡散領域２９に亘って薄膜導電膜２４が形成され、この薄膜導電膜２４で第２のＳＯＩウェハの支持基板層２０ａ側に設けられた外部電極２５と第２高濃度拡散領域２９とが電気的に接続されている。ここで、外部電極２５は例えば、Ｃｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、例えば、リフロー用パッドとして利用することができる。なお、各外部電極２５の外周形状は矩形状となっている。
なお、配線基板２には、第２高濃度拡散領域２９及び封止用半導体層２８の厚みのため変位空間形成用凹部２１が形成されており、この変位空間形成用凹部２１によりセンサ基板１の重り部１２と撓み部１３とで構成される可動部の変位空間を確保している。
カバー基板３は、図１０に示すように、センサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。ここにおいて、凹部３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、カバー基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してあるが、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂのうち支持基板層１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支持基板層１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向への重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、カバー基板３に凹部３１を形成しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が重り部１２とカバー基板３との間に形成される。
ところで、上述の加速度センサ装置におけるセンサ基板１と配線基板２とは、封止用接合部位１８と封止用半導体層２８とが接合されるとともに、第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９とが接合され、センサ基板１とカバー基板３とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。また、本実施形態の加速度センサ装置は、センサ基板１を多数形成した第１のＳＯＩウェハと配線基板２を多数形成した第２のＳＯＩウェハおよびカバー基板３を多数形成したシリコンウェハとをウェハレベルで接合してから、ダイシング工程により所望のチップサイズの加速度センサ装置に切断されている。したがって、配線基板２とカバー基板３とがセンサ基板１と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。
ここにおいて、センサ基板１と配線基板２およびカバー基板３との接合方法としては、センサ基板１の残留応力を少なくするためにより低温での接合が可能な接合方法を採用することが望ましく、本実施形態では、常温活性化接合を採用している。常温活性化接合では、接合前に互いの接合面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合面の清浄化・活性化を行ってから、接合面同士を接触させ、常温下で接合する。本実施形態では、上述の常温活性化接合により、常温下で適宜の荷重を印加して、封止用接合領域１８と封止用半導体層２８とを接合するのと同時に、第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９とを接合しており、また、上述の常温活性化接合により、常温下でセンサ基板１のフレーム部１１とカバー基板３の周部とを接合している。しかして、本実施形態の加速度センサ装置では、センサ基板１と配線基板２との間の接合がＳｉ−Ｓｉ接合となり、センサ基板１とカバー基板３との接合もＳｉ−Ｓｉ接合となっており、センサ基板１と配線基板２およびカバー基板３とを半田リフローや陽極接合などの加熱を必要とする方法により接合する場合に比べて、センシング部を構成するピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が熱応力の影響を受けにくくなるという利点がある。また、本実施形態では、センサ基板１と配線基板２およびカバー基板３とが同じ半導体材料であるＳｉにより形成されているので、センサ基板１と配線基板２およびカバー基板３との線膨張係数差に起因した応力（センサ基板１における残留応力）が上記ブリッジ回路の出力信号に与える影響を低減でき、配線基板２およびカバー基板３がセンサ基板１と異なる材料により形成されている場合に比べて、センサ特性のばらつきを低減することができる。なお、センサ基板１は、第１のＳＯＩウェハを加工して形成してあるが、ＳＯＩウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。
以上説明した本実施形態の加速度センサ装置では、第１の半導体基板を用いて形成したセンサ基板１の一表面の一部を、不純物添加することにより第１高濃度拡散領域１９とし、第２の半導体基板を用いて形成された配線基板２の表面の一部を、不純物添加することにより第２高濃度拡散領域２９とし、第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９とが常温活性化接合されたため、簡単な製造工程でセンサ装置を製造することができ、また、半導体同士の常温活性化接合により強固に第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９を接合させることができるので、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
【００３４】
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、前記配線基板２のセンサ基板１側の表面の一部は、前記第２高濃度拡散領域２９として突出して形成されると共に、第２高濃度拡散領域２９よりも外側には、前記配線基板２の表面における周部の全周に亘って封止用半導体層２８が前記第２高濃度拡散領域２９と略同一の高さで形成され、センサ基板１と配線基板２とは、第１高濃度拡散領域１９と第２高濃度拡散領域２９とが常温活性化接合されるとともに、センサ基板１の表面における周部の全周に亘る封止用接合部位１８と前記封止用半導体層２８とが常温活性化接合されることにより封着されたため、センサ基板１における第１高濃度拡散領域１９と封止用接合部位１８とを平滑面で形成すればよく、簡単な製造工程でセンサ基板１を形成することができ、センサ基板１と配線基板２とは、半導体同士の常温活性化接合により強固に封着されるため、信頼性の高いセンサ装置を提供することができる。
【００３５】
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、第２のＳＯＩウェハの低抵抗なシリコン活性層２０ｃをパターニングして第２高濃度拡散領域２９と封止用半導体層２８とを備えるように配線基板２を形成したため、封止用半導体層２８と第２高濃度拡散領域２９の形成を容易に行うことができる。
【００３６】
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、第２高濃度拡散領域２９が露出するように、配線基板２の支持基板層２０ａ及び絶縁酸化層２０ｂに貫通孔を形成し、貫通孔の内周面に薄膜導電膜２４を形成し、当該薄膜導電膜２４で外部電極２５と第２高濃度拡散領域２９とを電気的に接続したため、容易に外部電極２５と第２高濃度拡散領域２９とを電気的に接続できる配線基板２を形成することができる。
【００３７】
又、本実施形態のセンサ装置においては、特に、センサ基板１の前記一表面において第１高濃度拡散領域１９と、封止用接合部位１８との間に絶縁膜１６を形成したので、電気的なリークを防止することができ、センサ装置の信頼性を高めることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  センサ基板
２  配線基板
３  カバー基板
１１  フレーム部
１２  重り部
１３  撓み部
１８  封止用接合部位
１９  第１高濃度拡散領域
２１  変位空間形成用凹部
２５  外部電極
２８  封止用半導体層
２９  第２高濃度拡散領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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