(57)【要約】【課題】キャップ部の配線層とセンサ部との接合不良や導通不良が起こらないようにすることができる構造を備えた半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】キャップ部２０に第２配線層２５を形成し、該第２配線層２５を配線部２５ａと気密封止部２５ｂとにパターニングする。そして、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂよりも硬く、高さが揃った複数の支柱部２７を設けた後、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を平坦化する。これにより、各支柱部２７よりも配線部２５ａや気密封止部２５ｂが一方的に削れてしまうことを防止し、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を均一に平坦化する。【選択図】図２
2010151445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一面（１０ａ）を有し、前記一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）と、
前記センサ部（１０）の一面（１０ａ）に接合されたキャップ部（２０）とを備え、
前記キャップ部（２０）は、
基板（２１）と、
前記基板（２１）のうち前記センサ部（１０）と対向する一面（２１ａ）に、該一面（２１ａ）の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた配線パターン部（２３〜２５）とを有し、
前記配線パターン部（２３〜２５）は、
前記センサ部（１０）に接合された配線層（２５）と、
前記配線層（２５）の表面から前記基板（２１）の一面（２１ａ）側に延設された複数の孔部（２８）と、
前記複数の孔部（２８）それぞれの内部に配置され、前記配線層（２５）よりも硬く、前記基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした高さがそれぞれ等しい複数の支柱部（２７）とを有していることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記複数の支柱部（２７）は、前記配線層（２５）の表面のうち少なくとも外縁部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の支柱部（２７）は、前記配線層（２５）の表面に規則的に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記センサ部（１０）は、前記キャップ部（２０）が接合される一面（１０ａ）側に前記センサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を有し、
前記配線層（２５）は、
前記センサ部（１０）のセンサ構造体（１５〜１７）に接続された配線部（２５ａ）と、
前記配線部（２５ａ）と同じ階層に配置されると共に、該配線部（２５ａ）とは電気的に絶縁され、前記周辺部（１９）に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部（２５ｂ）とを有しており、
前記センサ部（１０）と前記キャップ部（２０）とが接合されたことで、前記気密封止部（２５ｂ）が前記周辺部（１９）に接合されると共に、前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とによって構成された封止空間（３０）に前記センサ構造体（１５〜１７）が封止されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記気密封止部（２５ｂ）は前記配線部（２５ａ）とは異なる材料により形成されたものであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
一面（１０ａ）を有し、前記一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）と、
前記センサ部（１０）の一面（１０ａ）に接合されたキャップ部（２０）とを備え、
前記キャップ部（２０）は、
基板（２１）と、
前記基板（２１）のうち前記センサ部（１０）と対向する一面（２１ａ）に、該一面（２１ａ）の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた配線パターン部（２３〜２５）とを有し、
前記配線パターン部（２３〜２５）は、
前記センサ部（１０）に接合された配線層（２５）と、
前記配線層（２５）の表面から前記基板（２１）の一面（２１ａ）側に延設された複数の孔部（２８）と、
前記複数の孔部（２８）それぞれの内部に配置され、前記配線層（２５）よりも硬く、前記基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした高さがそれぞれ等しい複数の支柱部（２７）とを有している半導体装置の製造方法であって、
前記センサ構造体（１５〜１７）が形成された前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記基板（２１）に前記配線パターン部（２３〜２５）が形成された前記キャップ部（２０）を用意する工程と、
前記配線パターン部（２３〜２５）の配線層（２５）と前記キャップ部（２０）とを接合する工程とを含んでおり、
前記キャップ部（２０）を用意する工程では、
前記基板（２１）の一面（２１ａ）に前記配線層（２５）を含んだ前記配線パターン部（２３〜２５）を形成する工程と、
前記配線層（２５）の表面から前記基板（２１）の一面（２１ａ）側に前記複数の孔部（２８）を形成する工程と、
前記複数の孔部（２８）を埋めるように、前記配線層（２５）の上に該配線層（２５）よりも硬い埋め込み部材（３２）を形成する工程と、
前記配線層（２５）の表面上の前記埋め込み部材（３２）を除去し、前記複数の孔部（２８）に残されると共に前記基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした高さがそれぞれ等しい前記埋め込み部材（３２）を前記複数の支柱部（２７）とする工程と、
前記複数の支柱部（２７）から突出した前記配線層（２５）の表面を平坦化する工程と、
前記平坦化の後、前記複数の支柱部（２７）をエッチバックすることにより前記配線層（２５）の表面を前記複数の支柱部（２７）の先端から突出させる工程とを含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記複数の孔部（２８）を形成する工程では、該複数の孔部（２８）を前記配線層（２５）の表面のうち少なくとも外縁部に配置することを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記複数の孔部（２８）を形成する工程では、前記複数の孔部（２８）を前記配線層（２５）の表面に規則的に配置することを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
一面（１０ａ）を有し、前記一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）と、
前記センサ部（１０）の一面（１０ａ）に接合されたキャップ部（２０）とを備え、
前記キャップ部（２０）は、前記センサ部（１０）が接合される面に、該センサ部（１０）が接合される面の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた配線パターン部（２３〜２５）を有し、
前記配線パターン部（２３〜２５）は、前記センサ部（１０）に接合された配線層（２５）を有する半導体装置の製造方法であって、
前記センサ構造体（１５〜１７）が形成された前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記配線パターン部（２３〜２５）が形成された前記キャップ部（２０）を用意する工程と、
前記配線パターン部（２３〜２５）の配線層（２５）と前記キャップ部（２０）とを接合する工程とを含んでおり、
前記キャップ部（２０）を用意する工程では、
前記配線層（２５）を形成する工程と、
前記配線層（２５）の表面を平坦化する工程と、
前記配線層（２５）の表面を平坦化した後、該平坦化された前記配線層（２５）の表面に形成された酸化膜（２９）を酸化還元反応により除去する表面処理を行う工程とを含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記表面処理する工程では、前記酸化膜（２９）に水素イオンを照射することにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記表面処理する工程では、前記酸化膜（２９）にメタンガスを吹き付けることにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記表面処理する工程では、前記酸化膜（２９）にプラズマエッチングを行うことにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記表面処理する工程では、前記酸化膜（２９）にイオンビームスパッタを行うことにより、該酸化膜（２９）を除去することを特徴とする請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
一面（１０ａ）を有し、前記一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）と、
前記センサ部（１０）の一面（１０ａ）に接合されたキャップ部（２０）とを備え、
前記キャップ部（２０）は、前記センサ部（１０）が接合される面に、該センサ部（１０）が接合される面の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた配線パターン部（２３〜２５）を有し、
前記配線パターン部（２３〜２５）は、前記センサ部（１０）に接合された配線層（２５）を有する半導体装置の製造方法であって、
前記センサ構造体（１５〜１７）が形成された前記センサ部（１０）を用意する工程と、
前記配線パターン部（２３〜２５）が形成された前記キャップ部（２０）を用意する工程と、
前記配線パターン部（２３〜２５）の前記配線層（２５）と前記キャップ部（２０）とを接合する工程とを含んでおり、
前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とを接合する工程では、前記配線層（２５）と前記センサ部（１０）とを超音波接合により接合することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記センサ部（１０）を用意する工程では、前記センサ部（１０）として、該センサ部（１０）のうち前記キャップ部（２０）が接合される一面（１０ａ）側に前記センサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を備えたものを用意し、
前記キャップ部（２０）を用意する工程では、前記配線層（２５）として、前記センサ部（１０）のセンサ構造体（１５〜１７）に接続される配線部（２５ａ）と、前記配線部（２５ａ）と同じ階層に配置されると共に、該配線部（２５ａ）とは電気的に絶縁され、前記周辺部（１９）に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部（２５ｂ）を備えたものを用意し、
前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とを接合する工程では、前記気密封止部（２５ｂ）を前記周辺部（１９）に接合すると共に、前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とによって構成される封止空間（３０）に前記センサ構造体（１５〜１７）を封止することを特徴とする請求項６ないし１４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記気密封止部（２５ｂ）として、前記配線部（２５ａ）とは異なる材料により形成されたものを用いることを特徴とする請求項１５に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣやＬＳＩの集積回路、可動部をもった半導体力学量センサ（加速度センサ、角速度センサ（ジャイロセンサ）等）、ＭＥＭＳ発振器をキャップにて保護した半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特に、加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）に適用すると好適である。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体力学量センサとして、ＳＯＩ基板のうち可動部等が設けられたシリコン層に対して、環状のバンプを介して別のＳＯＩ基板のうち信号処理回路が設けられたシリコン層が貼り合わされた構造のものが、例えば特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開２００４−３１１９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記従来の技術では、バンプを介して各シリコン層を接合しているが、本出願人は、先に出願した特願２００８−４１４４号において、Ａｌ等の配線層をパターニングしたものを介して可動部等が形成されたセンサ部とキャップ部とを一体化した構造を提案している。
【０００４】
この構造の製造プロセスにおいては、キャップ部に上記の金属層を形成してパターニングした後、センサ部とキャップ部との接合前に、該パターニングした配線層の上面をＣＭＰ等により平坦化を行う。そして、キャップ部の配線層をセンサ部に直接接合することでキャップ部とセンサ部とを一体化する。
【０００５】
しかしながら、上記の方法では、Ａｌ等の金属である配線層は軟らかい材料であるので、該配線層の表面が凸状または凹状に不均一に削れてしまうという問題がある。また、配線層の表面平坦化処理後に該配線層の表面に薄い酸化膜が形成されてしまうという問題がある。さらに、配線層を構成する金属の結晶粒による微小な粗さが残留してしまうという問題もある。
【０００６】
このように、配線層の表面の平坦化処理をした後、配線層の表面状態が均一になっていないために、キャップ部の配線層をセンサ部に接合しても接合不良や導通不良が起こる可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記点に鑑み、キャップ部の配線層とセンサ部との接合不良や導通不良が起こらないようにすることができる構造を備えた半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、キャップ部（２０）は、基板（２１）と、基板（２１）のうちセンサ部（１０）と対向する一面（２１ａ）に、該一面（２１ａ）の外縁部分とセンサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた配線パターン部（２３〜２５）とを有し、配線パターン部（２３〜２５）は、センサ部（１０）に接合された配線層（２５）と、配線層（２５）の表面から基板（２１）の一面（２１ａ）側に延設された複数の孔部（２８）と、複数の孔部（２８）それぞれの内部に配置され、配線層（２５）よりも硬く、基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした高さがそれぞれ等しい複数の支柱部（２７）とを有していることを特徴とする。
【０００９】
これによると、高さが揃った複数の支柱部（２７）に従って基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした配線層（２５）の表面の高さが決まるので、配線層（２５）の表面を均一に平坦にすることができる。したがって、配線層（２５）とセンサ部（１０）との接合面積の低下を抑制できるので、接合不足や導通不良が起こらないようにすることができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明では、複数の支柱部（２７）は、配線層（２５）の表面のうち少なくとも外縁部に配置されていることを特徴とする。これにより、配線層（２５）の表面のうち外縁部の高さが支柱部（２７）によって決まるので、配線部（２５ａ）の表面が凸状になることを防止することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明では、複数の支柱部（２７）は、配線層（２５）の表面に規則的に配置されていることを特徴とする。これによると、複数の支柱部（２７）により基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした配線層（２５）の表面全体の高さが均一になるので、配線層（２５）の表面全体を均一に平坦にすることができる。
【００１２】
請求項４に記載の発明では、センサ部（１０）は、キャップ部（２０）が接合される一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を有し、配線層（２５）は、センサ部（１０）のセンサ構造体（１５〜１７）に接続された配線部（２５ａ）と、配線部（２５ａ）と同じ階層に配置されると共に、該配線部（２５ａ）とは電気的に絶縁され、周辺部（１９）に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部（２５ｂ）とを有しており、センサ部（１０）とキャップ部（２０）とが接合されたことで、気密封止部（２５ｂ）が周辺部（１９）に接合されると共に、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とによって構成された封止空間（３０）にセンサ構造体（１５〜１７）が封止されるようになっていることを特徴とする。
【００１３】
これによると、配線層（２５）とセンサ構造体（１５〜１７）との接触面積の低下が抑制されるので、配線部（２５ａ）とセンサ構造体（１５〜１７）との導通を確実に図ることができる。また、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との間の封止空間（３０）の気密性を確保することができので、センサ構造体（１５〜１７）への水や異物の混入などを防止することができる。したがって、センサ構造体（１５〜１７）を保護することができる。
【００１４】
請求項５に記載の発明では、気密封止部（２５ｂ）は配線部（２５ａ）とは異なる材料により形成されたものであることを特徴とする。これによると、配線部（２５ａ）として電気的接続に適した材料を選択でき、気密封止部（２５ｂ）として気密封止に適した材料を選択することができる。
【００１５】
請求項６に記載の発明では、キャップ部（２０）を用意する工程では、基板（２１）の一面（２１ａ）に配線層（２５）を含んだ配線パターン部（２３〜２５）を形成する工程と、配線層（２５）の表面から基板（２１）の一面（２１ａ）側に複数の孔部（２８）を形成する工程と、複数の孔部（２８）を埋めるように、配線層（２５）の上に該配線層（２５）よりも硬い埋め込み部材（３２）を形成する工程と、配線層（２５）の表面上の埋め込み部材（３２）を除去し、複数の孔部（２８）に残されると共に基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした高さがそれぞれ等しい埋め込み部材（３２）を複数の支柱部（２７）とする工程と、複数の支柱部（２７）から突出した配線層（２５）の表面を平坦化する工程と、平坦化の後、複数の支柱部（２７）をエッチバックすることにより配線層（２５）の表面を複数の支柱部（２７）の先端から突出させる工程とを含んでいることを特徴とする。
【００１６】
これによると、複数の支柱部（２７）は高さが揃っており、配線層（２５）よりも硬いので、配線層（２５）を支柱部（２７）の高さに合わせて平坦化することができる。これにより、配線層（２５）の表面を均一に平坦にすることができるので、配線層（２５）とセンサ部（１０）との接合面積の低下を抑制できると共に、接合不足や導通不良が起こらない構造を得ることができる。
【００１７】
請求項７に記載の発明では、複数の孔部（２８）を形成する工程では、該複数の孔部（２８）を配線層（２５）の表面のうち少なくとも外縁部に配置することを特徴とする。
【００１８】
これにより、配線層（２５）の表面のうち外縁部の高さが複数の支柱部（２７）によって決まるので、配線層（２５）の表面の平坦化の際に配線層（２５）の表面が凸状に削れてしまうことを防止することができる。
【００１９】
請求項８に記載の発明では、複数の孔部（２８）を形成する工程では、複数の孔部（２８）を配線層（２５）の表面に規則的に配置することを特徴とする。
【００２０】
これによると、複数の支柱部（２７）により基板（２１）の一面（２１ａ）を基準とした配線層（２５）の表面全体の高さが均一になるので、配線層（２５）の表面の平坦化の際に配線層（２５）の表面が凸状になることも凹状になることも防止することができる。
【００２１】
請求項９に記載の発明では、キャップ部（２０）を用意する工程では、配線層（２５）を形成する工程と、配線層（２５）の表面を平坦化する工程と、配線層（２５）の表面を平坦化した後、該平坦化された配線層（２５）の表面に形成された酸化膜（２９）を酸化還元反応により除去する表面処理を行う工程とを含んでいることを特徴とする。
【００２２】
これによると、配線層（２５）の表面とセンサ部（１０）との接合の阻害要因となる酸化膜（２９）を配線層（２５）から除去しているので、配線層（２５）の表面を平坦にすることができる。したがって、配線層（２５）とセンサ部（１０）との接合面積の低下を抑制できると共に、接合不足や導通不良が起こらないようにすることができる。
【００２３】
請求項１０に記載の発明では、表面処理する工程では、酸化膜（２９）に水素イオンを照射することにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする。
【００２４】
請求項１１に記載の発明では、表面処理する工程では、酸化膜（２９）にメタンガスを吹き付けることにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする。
【００２５】
請求項１２に記載の発明では、表面処理する工程では、酸化膜（２９）にプラズマエッチングを行うことにより、該酸化膜（２９）を気化させて除去することを特徴とする。
【００２６】
これによると、請求項１０ないし１２に記載の方法により、配線層（２５）の表面の酸化膜（２９）を気化させて除去することができる。メタンガスを用いた場合では、配線層（２５）や配線パターン部（２３〜２５）に与えるダメージを小さくすることができる。一方、プラズマエッチングにおいて例えば塩素を用いた場合、酸化膜（２９）を除去する能力が最も高いので、酸化膜（２９）を確実に除去することができる。
【００２７】
請求項１３に記載の発明では、表面処理する工程では、酸化膜（２９）にイオンビームスパッタを行うことにより、該酸化膜（２９）を除去することを特徴とする。これにより、配線層（２５）の表面の酸化膜（２９）を物理的に叩いて除去することができる。
【００２８】
請求項１４に記載の発明では、センサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）を用意する工程と、配線パターン部（２３〜２５）が形成されたキャップ部（２０）を用意する工程と、配線パターン部（２３〜２５）の配線層（２５）とキャップ部（２０）とを接合する工程とを含んでおり、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とを接合する工程では、配線層（２５）とセンサ部（１０）とを超音波接合により接合することを特徴とする。
【００２９】
これによると、超音波振動により微小な振動を与えながら配線層（２５）の表面とセンサ部（１０）とを接合するので、配線層（２５）の表面とセンサ部（１０）との接触回数を増やすことができる。また、配線層（２５）の表面とセンサ部（１０）との接触回数が増えるので、配線層（２５）の表面とセンサ部（１０）とに熱的効果を与え、互いを接合しやすくすることができる。したがって、配線層（２５）とセンサ部（１０）との接合面積の低下を抑制できると共に、接合不足や導通不良が起こらないようにすることができる。
【００３０】
請求項１５に記載の発明では、センサ部（１０）を用意する工程では、センサ部（１０）として、該センサ部（１０）のうちキャップ部（２０）が接合される一面（１０ａ）側にセンサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を備えたものを用意し、キャップ部（２０）を用意する工程では、配線層（２５）として、センサ部（１０）のセンサ構造体（１５〜１７）に接続される配線部（２５ａ）と、配線部（２５ａ）と同じ階層に配置されると共に、該配線部（２５ａ）とは電気的に絶縁され、周辺部（１９）に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部（２５ｂ）を備えたものを用意し、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とを接合する工程では、気密封止部（２５ｂ）を周辺部（１９）に接合すると共に、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とによって構成される封止空間（３０）にセンサ構造体（１５〜１７）を封止することを特徴とする。
【００３１】
これによると、配線層（２５）とセンサ構造体（１５〜１７）との接触面積の低下や接合不良が起こらないことから、配線層（２５）とセンサ構造体（１５〜１７）との導通を確実に図ることができる構造を得ることができる。また、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との間に封止空間（３０）を形成できるので、センサ構造体（１５〜１７）への水や異物の混入などを防止することができる構造を得ることができる。したがって、センサ構造体（１５〜１７）を保護できる構造を得ることができる。
【００３２】
請求項１６に記載の発明では、気密封止部（２５ｂ）として、配線部（２５ａ）とは異なる材料により形成されたものを用いることを特徴とする。
【００３３】
これにより、配線部（２５ａ）として電気的接続に適した材料を選択することができ、気密封止部（２５ｂ）として気密封止に適した材料を選択することができるので、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との接合の際に配線部（２５ａ）とセンサ構造体（１５〜１７）との電気的接続を確実に行うことができるようになると共に、センサ構造体（１５〜１７）を封止空間（３０）に確実に封止することができるようになる。
【００３４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００３６】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下で示される半導体装置は、可動部を有する加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）等の力学量センサであり、例えば車両の加速度や角速度の検出に用いられるものである。特に、本実施形態では、半導体装置を構成する基板の一面に垂直な方向の加速度を検出するものである。
【００３７】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。以下、図１および図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。
【００３８】
図２に示されるように、半導体装置は、センサ部１０とキャップ部２０とが積層されて構成されたものである。センサ部１０は、一面１０ａを有する板状のものであり、このセンサ部１０の一面１０ａにキャップ部２０が張り合わされて接合されている。
【００３９】
まず、センサ部１０について説明する。センサ部１０は、第１シリコン層１１と第２シリコン層１２とで絶縁層１３が挟みこまれて構成されるＳＯＩ基板により構成されている。本実施形態では、第１シリコン層１１の表面にＡｌ等の配線層１４が形成されている。したがって、配線層１４の表面がセンサ部１０の一面１０ａに該当する。
【００４０】
また、第１シリコン層１１には、図１に示されるように、センシング部としてアンカー部１５、振動子１６、固定電極部１７、接続部１８、および周辺部１９が形成されている。
【００４１】
アンカー部１５は、第２シリコン層１２に対して振動子１６を支持するブロック状のものであり、絶縁層１３の上に２個所設けられている。各アンカー部１５の間に振動子１６が配置されている。
【００４２】
振動子１６は、各アンカー部１５を繋ぐ直線部１６ａと、この直線部１６ａに接続された梁部１６ｂと、直線部１６ａから垂直に延設された棒状の可動電極１６ｃとにより構成されている。そして、振動子１６は、各アンカー部１５の間に配置されることで第２シリコン層１２の上に浮いた状態とされている。
【００４３】
固定電極部１７は、振動子１６の可動電極１６ｃに対向する位置に配置されている。この固定電極部１７は絶縁層１３の上に固定されている。これにより、振動子１６の可動電極１６ｃと固定電極部１７とが櫛歯状に配置された櫛歯電極、すなわちコンデンサが構成されている。なお、図１では、可動電極１６ｃと固定電極部１７との櫛歯の組み合わせを最小の個数で示したが、実際にはさらに多くの櫛歯状で作製する。
【００４４】
以下では、アンカー部１５、振動子１６、固定電極部１７によって構成される櫛歯構造をセンサ構造体という。
【００４５】
接続部１８は、半導体装置と外部とを電気的に接続するための端子として機能する部分である。図２に示されるように、センサ部１０の一面１０ａの外縁側に位置している。この接続部１８を構成する第１シリコン層１１の上には配線層１４が設けられているため、該配線層１４を介して半導体装置と外部とを電気的に接続できるようになっている。
【００４６】
周辺部１９は、上記センサ構造体を一周して囲むと共に、接続部１８を一周して囲むように設けられている。この周辺部１９はキャップ部２０に接合されることでセンサ構造体を封止する役割を果たす。なお、周辺部１９が接続部１８を一周していなくても動作上問題ないことはいうまでもない。
【００４７】
次に、キャップ部２０について説明する。キャップ部２０は、シリコン基板２１と、第１絶縁膜２２と、第１配線層２３と、第２絶縁膜２４と、第２配線層２５とを備えて構成されている。
【００４８】
シリコン基板２１は、図１に示されるように、四角形状の一側面が該一側面の反対側の側面側に凹んだ凹部２６を有している。該凹部２６は、センサ部１０とキャップ部２０とを重ね合わせたときに接続部１８をシリコン基板２１から露出させるためのものである。
【００４９】
第１絶縁膜２２は、シリコン基板２１のうちセンサ部１０と対向する一面２１ａに形成されている。第１絶縁膜２２として、例えばＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４等が採用される。
【００５０】
第１配線層２３は、第１絶縁膜２２の上に設けられ、パターニングされている。この第１配線層２３は、アンカー部１５と接続部１８とを結ぶように、固定電極部１７と接続部１８を結ぶようにパターニングされている。また、周辺部１９に対応した位置にも設けられている。このような第１配線層２３の材質としてはＡｌ等の金属が用いられる。
【００５１】
第２絶縁膜２４は、第１配線層２３を覆うように形成されている。そして、第２絶縁膜２４のうち、アンカー部１５、固定電極部１７、および接続部１８と対向する部分に開口部２４ａがそれぞれ設けられている。
【００５２】
第２配線層２５は、開口部２４ａを埋めると共に第２絶縁膜２４の上に設けられ、パターニングされている。すなわち、第２配線層２５は、センサ部１０のセンサ構造体であるアンカー部１５、固定電極部１７、および接続部１８にそれぞれ接合される配線部２５ａと、センサ部１０の周辺部１９に接合される気密封止部２５ｂとにより構成される。これら配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂは同じ階層に配置され、それぞれが電気的に絶縁されている。このような第２配線層２５の材質としては第１配線層２３と同じくＡｌ等の金属が用いられる。
【００５３】
気密封止部２５ｂは、図１に示されるように、周辺部１９に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成されている。つまり、気密封止部２５ｂは、センサ構造体を一周して囲むようにレイアウトされている。また、気密封止部２５ｂは第１配線層２３を横切るようにレイアウトされている。これは、気密封止部２５ｂを構成する第２配線層２５が第１配線層２３とは異なる階層に形成されているので、気密封止部２５ｂが第１配線層２３をまたぐようにレイアウトすることが可能になっている。この気密封止部２５ｂは電気的にフローティングになっていても良いし、必要に応じて例えばグランド電位等の所定の電位としても良い。
【００５４】
また、第２配線層２５の配線構造において、シリコン基板２１の一面からの配線部２５ａと気密封止部２５ｂとの高さが同一になっている。本実施形態では、周辺部１９に対応した位置に第１配線層２３を設けることにより、気密封止部２５ｂが配線部２５ａと高さになるようにしている。
【００５５】
なお、本実施形態では、シリコン基板２１の一側面に凹部２６が設けられているため、該凹部２６に対向する周辺部１９に対応した第２配線層２５は設けられていない。したがって、第２配線層２５は、少なくとも、センサ部１０のセンサ構造体を一周して囲むように設けられている。
【００５６】
上記のように、配線部２５ａと気密封止部２５ｂとにパターニングされた第２配線層２５の表面は均一に平坦化されている。このことについて、図３を参照して説明する。
【００５７】
図３（ａ）は図２のＢ部拡大断面図であり、気密封止部２５ｂと周辺部１９との接合部の断面を示してある。図３（ｂ）は図３（ａ）に示された気密封止部２５ｂの平面図である。
【００５８】
図３（ａ）に示されるように、第２配線層２５は、該第２配線層２５の表面を均一にするための複数の支柱部２７を備えている。もちろん、配線部２５ａにも複数の支柱部２７が設けられている。
【００５９】
具体的には、Ａｌの結晶粒が積み重なって形成された第２配線層２５に孔部２８が設けられており、該孔部２８内に支柱部２７が設けられている。各支柱部２７は、第２配線層２５において、センサ部１０とキャップ部２０とが積層された積層方向に延設されている。すなわち、各支柱部２７は柱状（ピラー状）に設けられ、シリコン基板２１の一面２１ａを基準とした高さがそれぞれ等しくなっている。各支柱部２７の先端は、第２配線層２５の表面よりもシリコン基板２１側に位置している。言い換えると、第２配線層２５の表面が各支柱部２７の先端から突出した状態になっている。
【００６０】
このような支柱部２７は、図３（ｂ）に示されるように、第２配線層２５の表面に規則的に配置されている。具体的には、四角形の各頂点に支柱部２７が配置されるように各支柱部２７がそれぞれ並べられている。本実施形態では、第２配線層２５の膜厚よりも大きいピッチで配置されている。
【００６１】
上記の「規則的」とは、図３（ｂ）に示されるように、一定のピッチで支柱部２７が配置されているものに限らず、線対称に配置されたもの、点対称に配置されたもの、回転対称に配置されたものも規則的な配置に含まれる。したがって、複数の支柱部２７の平面形状がすべて同じ形ではなく、異なる平面形状のものが組み合わされた場合であっても、上記の「規則的」な配置とすることが可能である。
【００６２】
本実施形態では、支柱部２７の平面形状は円形である。つまり、支柱部２７は円柱をなしている。また、配線部２５ａの表面を占める支柱部２７の面積の割合は、例えば５０％以下になっている。すなわち、配線部２５ａの表面における支柱部２７の面積よりも、配線部２５ａの表面の面積のほうが大きくなっている。これは、センサ部１０に対する第２配線層２５の接合面積が小さくならないようにするためである。このことは、気密封止部２５ｂについても同様である。
【００６３】
このような支柱部２７は、第２配線層２５よりも硬いものである。具体的には、第２配線層２５に対して選択比が高い材料であり、高硬度な材料であるＳｉＯやＳｉＮ等の絶縁体が最適である。
【００６４】
図３では、第２配線層２５のうち気密封止部２５ｂの断面図および平面図を示してあるが、配線部２５ａについても上記と同様の支柱部２７が設けられている。上述のように、配線部２５ａは、第２絶縁膜２４の一部が除去された開口部２４ａ内にも設けられている、このため、配線部２５ａのうち第２絶縁膜２４の上に配置された部分に設けられた支柱部２７は第２絶縁膜２４に達しており、配線部２５ａのうち開口部２４ａの上に配置された部分に設けられた支柱部２７は第１配線層２３に達している。気密封止部２５ｂに設けられた各支柱部２７は第２絶縁膜２４に達するようにそれぞれ形成されている。このように、図２では支柱部２７を描いてないが、図２に示された配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂには上記の支柱部２７がそれぞれ形成されている。
【００６５】
また、第２配線層２５の表面は、高さが揃った複数の支柱部２７に従って平坦化されているので、シリコン基板２１の一面２１ａを基準とした第２配線層２５の表面は均一な平坦面になっている。
【００６６】
そして、センサ部１０とキャップ部２０とが例えば直接接合の方法によって接合されている。これにより、キャップ部２０の気密封止部２５ｂがセンサ部１０の周辺部１９に接合されるので、図２に示されるように、センサ構造体がセンサ部１０とキャップ部２０とによって構成された封止空間３０に密閉された状態となる。つまり、センサ構造体はセンサ部１０の第２シリコン層１２、絶縁層１３、周辺部１９、第２配線層２５のうちの気密封止部２５ｂ、第２絶縁膜２４、第１絶縁膜２２によって囲まれた封止空間３０内に配置される。本実施形態では、封止空間３０は真空になっている。
【００６７】
また、封止空間３０内のキャップ部２０の配線部２５ａがアンカー部１５に接合されることで、該アンカー部１５が、封止空間３０内の配線部２５ａ、第１配線層２３、および封止空間３０外の配線部２５ａを介して接続部１８に電気的に接続されている。同様に、固定電極部１７が、封止空間３０内の配線部２５ａ、第１配線層２３、および封止空間３０外の配線部２５ａを介して接続部１８に接続されている。したがって、第１配線層２３、第２絶縁膜２４、および第２配線層２５は、シリコン基板２１の一面２１ａの外縁部分とセンサ構造体とを繋ぐようにパターニングされていると言える。
【００６８】
このように、センサ構造体がセンサ部１０とキャップ部２０との間の封止空間３０に収納されるので、センサ構造体への水や異物の混入などを防止することができ、センサ構造体を保護することができる。
【００６９】
さらに、図１に示されるように、キャップ部２０に設けられた凹部２６によって、センサ部１０の各接続部１８がキャップ部２０から露出する。このようにキャップ部２０から露出した接続部１８に対し、図２に示されるように、ワイヤ３１が接続されている。これにより、半導体装置が外部と電気的に接続される。以上が、本実施形態に係る半導体装置の構成である。
【００７０】
次に、上記半導体装置の製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。以下では、１枚のシリコンウェハに複数のセンサ部１０を形成することとする。図４は、本実施形態の半導体装置のうちセンサ部１０の製造工程を示した断面図である。
【００７１】
まず、図４（ａ）に示す工程では、ＳＯＩ基板を用意する。具体的には、第２シリコン層１２としての単結晶シリコンウェハを支持基台とし、当該支持基台上に絶縁層１３としてＳｉＯ２膜を０．１〜２μｍの厚さで形成する。さらに、ＳｉＯ２膜の上に第１シリコン層１１としてのシリコン層をウェハ接合法にて接合することでＳＯＩ基板を用意する。
【００７２】
本実施形態では、第１シリコン層１１として例えば０．００１Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍのＮ型（１００）シリコン層を用いる。また、第２シリコン層１２として例えば０．００１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍのＮ型（１００）シリコン基板を用いる。
【００７３】
なお、上記単結晶シリコン基板やシリコン層はＰ型のものでも良く、方位も（１００）のみでなく、一般的に用いられている他の方位を使用することができる。もちろん、シリコンとして単結晶シリコンだけでなく、高濃度に不純物を含んだ多結晶シリコンをＣＶＤ法等によりデポジションしてＳＯＩ基板を構成しても良い。また、シリコン基板の他に、ガラス基板、金属、セラミックス、他の半導体材料等を使用することができる。第１、第２シリコン層１１、１２の各厚さは１〜５００μｍと任意に設定可能である。
【００７４】
図４（ｂ）に示す工程では、ＳＯＩ基板のうち第１シリコン層１１の上に例えばＣＶＤ法により配線層１４としてＡｌ層を０．１〜２μｍの厚さで形成する。この場合、配線層１４を第１シリコン層１１の全面に形成する。
【００７５】
続いて、図４（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、配線層１４および第１シリコン層１１にトレンチを形成することで、アンカー部１５、振動子１６、固定電極部１７、接続部１８、および周辺部１９を形成する。この場合、第１シリコン層１１のうち振動子１６となる部分と第２シリコン層１２との間の絶縁層１３をＨＦ（フッ化水素）の気相または液相のエッチング液で除去することで振動子１６を形成する。以上により、半導体装置のうちセンサ部１０が完成する。
【００７６】
次に、キャップ部２０の製造方法について説明する。以下では、１枚のシリコンウェハに複数のキャップ部２０を形成することとする。図５は、本実施形態の半導体装置のうちキャップ部２０の製造工程を示した断面図である。
【００７７】
まず、図５（ａ）に示す工程では、例えば０．０１Ω・ｃｍであって（１００）面に配向した単結晶シリコン基板２１を用意し、これはいわゆるシリコンウェハである。当該シリコン基板２１の一面２１ａに第１絶縁膜２２として０．１〜２μｍの厚さのＳｉ３Ｎ４膜を形成する。これはＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で形成することができる。
【００７８】
図５（ｂ）に示す工程では、第１絶縁膜２２の上に０．１〜２μｍの厚さのＡｌ層を形成し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により当該Ａｌ層をパターニングして第１配線層２３を形成する。なお、穴のあいたステンレス等の金属製のマスクを用いたいわゆるマスク蒸着方法を採用しても良い。
【００７９】
図５（ｃ）に示す工程では、第１配線層２３および第１絶縁膜２２の上に第２絶縁膜２４として０．５〜４μｍの厚さのＳｉＯ２膜を形成し、第２絶縁膜２４の厚さを第１配線層２３の厚さより十分厚く形成し、第２絶縁膜２４の表面をＣＭＰ法でウェハ全体を平坦化した。
【００８０】
なお、開口部２４ａは必ずしもセンサ部１０のアンカー部１５、固定電極部１７、接続部１８と完全に対向する位置でなくはずれた部分であっても良い。当該開口部２４ａは、第１配線層２３と後の工程で形成する第２配線層２５とをコンタクトするためのものに過ぎない。また、このとき、同じく少なくとも振動子１６の可動電極１６ｃの位置に相当する部分の第２絶縁膜２４を部分的に除去してある。これは振動子１６の可動電極１６ｃがキャップ部２０に接触しにくくするためである。
【００８１】
図５（ｄ）に示す工程では、Ａｌ層を形成してパターニングする方法やマスクを用いた方法によって第２配線層２５としての配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを形成する。これにより、第２絶縁膜２４に開口部２４ａが設けられた部分では、第２配線層２５の配線部２５ａと第１配線層２３とが接続され、電気的に導通する。
【００８２】
続いて、キャップ部２０の配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに支柱部２７をそれぞれ形成する。以下、図６および図７は、図５（ｄ）のＣ部拡大断面図である。
【００８３】
図６（ａ）に示す工程では、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに孔部２８をそれぞれ形成する。具体的には、フォトリソグラフィ・エッチング工程により配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの表面からシリコン基板２１の一面２１ａ側に複数の孔部２８を形成する。この場合、配線部２５ａについては、第２絶縁膜２４の上に配置された部分では第２絶縁膜２４に達するように各孔部２８を設け、配線部２５ａのうち開口部２４ａに対応した部分では第１配線層２３に達するように各孔部２８を設ける。一方、気密封止部２５ｂについては、図６（ａ）に示されるように、第２絶縁膜２４に達するように各孔部２８を形成する。
【００８４】
また、本工程では、図３（ｂ）に示されるように、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに対して各孔部２８を規則的に配置する。本実施形態では、平面形状が円形の孔部２８を一定間隔で形成する。
【００８５】
図６（ｂ）に示す工程では、ＣＶＤ法等により、複数の孔部２８を埋めるように、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの上に埋め込み部材３２を形成する。埋め込み部材３２は後の工程で支柱部２７となるものであり、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂよりも硬いＳｉＯやＳｉＮ等の絶縁体である。
【００８６】
図６（ｃ）に示す工程では、埋め込み部材３２に対するエッチバックを行い、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの表面上の埋め込み部材３２を除去する。これにより、埋め込み部材３２が各孔部２８に残される。そして、各孔部２８に残された埋め込み部材３２は、シリコン基板２１の一面２１ａを基準とした高さがそれぞれ等しくなっている。このようにして孔部２８に残された埋め込み部材３２を支柱部２７とする。
【００８７】
また、本工程を終えた段階では、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面は、図６（ｃ）に示されるようにＡｌの結晶粒によって凹凸の状態になっている。
【００８８】
図７（ａ）に示す工程では、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面をＣＭＰ研磨することにより、各支柱部２７から突出した第２配線層２５の表面を平坦化する。本工程では、シリコン基板２１の一面２１ａからの配線部２５ａと気密封止部２５ｂとの高さが同一になるように、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを平坦化する。
【００８９】
このように配線部２５ａや気密封止部２５ｂの各表面を平坦化すると、複数の支柱部２７は第２配線層２５よりも硬いので、支柱部２７よりも第２配線層２５が選択的に削れる。しかしながら、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂには複数の支柱部２７が規則的に配置されているので、各支柱部２７よりも配線部２５ａや気密封止部２５ｂが一方的に削れてしまうということはない。また、各支柱部２７の高さが揃っているので、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面における中央部と外縁部との研削量が同じになる。つまり、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面の外縁部が中央部よりも積極的に削れてしまうということはない。もちろん、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面の中央部が外縁部よりも積極的に削れてしまうということもない。以上により、各支柱部２７の高さに従って配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を均一に平坦化することができる。
【００９０】
図７（ｂ）に示す工程では、平坦化後の配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面から突出した複数の支柱部２７をエッチバックする。これにより、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面から各支柱部２７の先端をシリコン基板２１の一面２１ａ側に後退させ、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を複数の支柱部２７の先端から突出させる。以上により、半導体装置のうちキャップ部２０が完成する。
【００９１】
この後、図８に示す工程では、センサ部１０とキャップ部２０とを接合する。具体的には、センサ部１０の配線層１４とキャップ部２０の第２配線層２５とを対向させ、高真空中で表面をアルゴンイオン等のスパッタリングで活性化させ室温〜５００℃の温度でいわゆる直接接合の方法により強固に接合する。これにより、センサ部１０の周辺部１９とキャップ部２０の気密封止部２５ｂとを接合し、センサ部１０とキャップ部２０との間に封止空間３０を形成して該封止空間３０にセンサ構造体を気密封止する。また、センサ部１０のアンカー部１５、固定電極部１７、接続部１８とキャップ部２０の配線部２５ａとをそれぞれ接合することでセンサ部１０のセンサ構造体と接続部１８とを電気的に接続する。
【００９２】
このように、センサ部１０とキャップ部２０とを接合する場合、図７（ｂ）に示す工程を終えた配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面は平坦化されているので、配線部２５ａや気密封止部２５ｂとセンサ部１０との接合面積の低下が抑制される。このため、キャップ部２０とセンサ部１０との間で接触面積の低下による接合不足が起こることはない。また、接合不足が起こらないことから、配線部２５ａとセンサ構造体との接合において導通不良が起こることもない。
【００９３】
そして、センサ部１０およびキャップ部２０をウェハレベルで形成して各々のウェハを張り合わせているので、接合後のウェハをダイシングカットすることにより、チップ状の半導体装置とする。こうして、半導体装置が完成する。この後、半導体装置を図示しない回路基板等に実装し、図２に示されるように接続部１８と図示しない電気回路とをワイヤ３１で接続することで、センサ構造体に生じる物理量に応じた電気信号を半導体装置の外部に出力する構造が得られる。
【００９４】
続いて、半導体装置における加速度の検出方法について説明する。半導体装置が外部から加速度を受けると、振動子１６の梁部１６ｂがたわみ、位置が固定された固定電極部１７に対して、振動子１６が直線部１６ａの長手方向に移動する。このため、可動電極１６ｃと固定電極部１７との間の距離が変化するので、可動電極１６ｃと固定電極部１７とで構成されるコンデンサの容量値が変化する。この容量値の変化を検出することで半導体装置が受ける加速度が得られるようになっている。
【００９５】
以上説明したように、本実施形態では、第２配線層２５を配線部２５ａと気密封止部２５ｂとにパターニングし、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに複数の支柱部２７を設けた後、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を平坦化することが特徴となっている。
【００９６】
これによると、各支柱部２７はキャップ部２０のシリコン基板２１の一面２１ａを基準とした高さが揃っており、第２配線層２５よりも硬いので、各支柱部２７よりも配線部２５ａや気密封止部２５ｂが一方的に削れてしまうことを防止することができる。したがって、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面の中央部と外縁部とで研削される量を同じにすることができ、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を均一に平坦化することができる。
【００９７】
また、本実施形態では、支柱部２７を配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに規則的に配置しているので、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面が凸状になることも凹状になることも防止することができる。
【００９８】
このように、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂの各表面を平坦化することができることから、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂとセンサ部１０との接合面積の低下を抑制することができる。これにより、配線部２５ａとセンサ構造体との接合については、導通不良が起こらないようにすることができる。一方、気密封止部２５ｂと周辺部１９との接合については、接合不足による気密性不足が起こらないようにすることができ、気密性を確保することができる。
【００９９】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、アンカー部１５、振動子１６、固定電極部１７によって構成される構造が特許請求の範囲のセンサ構造体に対応する。また、第１配線層２３、第２絶縁膜２４、および第２配線層２５によって構成されるパターンが特許請求の範囲の配線パターン部に対応し、第２配線層２５が特許請求の範囲の配線層に対応する。
【０１００】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第１実施形態では、図６に示された各工程を実施することにより、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを構成する第２配線層２５に複数の支柱部２７を形成し、該複数の支柱部２７を平坦化に利用していた。本実施形態では、第２配線層２５に支柱部２７を設けずに第２配線層２５を平坦化するが、該平坦化後に第２配線層２５の表面に形成されてしまう酸化膜を除去することにより、第２配線層２５の平坦性を向上させることが特徴となっている。
【０１０１】
本実施形態に係る半導体装置は、第１実施形態で示されたものにおいて、第２配線層２５に孔部２８および支柱部２７が設けられていない構成になっている。
【０１０２】
このような構造の半導体装置の製造方法について、図４、図５、図８、および図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係るキャップ部２０の第２配線層２５の一部拡大断面図であり、図５（ｄ）のＣ部拡大断面図に相当する。
【０１０３】
まず、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す工程を行い、センサ部１０が多数形成されたウェハを用意する。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す工程を行い、第２配線層２５を配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂにパターニングする。
【０１０４】
第２配線層２５をパターニング後、該第２配線層２５の表面をＣＭＰ研磨することにより平坦化する。そして、例えば水でウェハを洗浄等すると、図９（ａ）に示されるように、平坦化された第２配線層２５の表面にＡｌ２Ｏ３等の酸化膜２９が成長していく。酸化膜２９の厚さは、例えば数十Åである。
【０１０５】
この酸化膜２９は配線部２５ａとセンサ構造体との導通不良の原因になったり、気密封止部２５ｂと周辺部１９との接合不足の原因になったりする。このように、酸化膜２９は第２配線層２５の表面とセンサ部１０との接合の阻害要因となるので、該酸化膜２９を除去する必要がある。
【０１０６】
そこで、第２配線層２５の表面を平坦化した後、該平坦化された第２配線層２５の表面に形成された酸化膜２９を酸化還元反応により除去する表面処理を行う。具体的に、表面処理として、第２配線層２５の表面に水素イオンを照射する。これにより、第２配線層２５の上の酸化膜２９は、以下の化１で表される反応を起こす。
（化１）
Ａｌ２Ｏ３＋６（Ｈ＋）→２（Ａｌ３＋）↑＋３（Ｈ２Ｏ）
これによると、水素イオンによる反応で生成された反応生成物は気化するので排気する。こうして、図９（ｂ）に示されるように、第２配線層２５の表面上の酸化膜２９が除去されるので、第２配線層２５の表面の平坦性が向上する。以上により、キャップ部２０が多数形成されたウェハを用意する。
【０１０７】
なお、第２配線層２５の材質としてＡｌを用いているので、化１ではＡｌに関する化学式になっているが、第２配線層２５として他の材料を用いた場合には、化１は他の材料に関する化学式となる。
【０１０８】
この後、図８に示す工程を行い、センサ部１０が形成されたウェハとキャップ部２０が形成されたウェハとを直接接合の方法により接合する。そして、個々のチップに分割することで半導体装置が完成する。
【０１０９】
以上のように、第２配線層２５の表面を平坦化した後に形成されてしまう酸化膜２９を水素イオンで叩くことにより気化させて除去しているので、第２配線層２５の表面を平坦な面に戻すことができ、該表面の平坦性を向上させることができる。したがって、第２配線層２５とセンサ部１０との接合面積の低下を抑制でき、ひいては接合不足や導通不良が起こらないようにすることができる。
【０１１０】
また、本実施形態で採用された水素イオンによる表面処理は、酸化膜２９をガス化して除去する方法であるので、キャップ部２０に対するダメージが少なくすることができる。
【０１１１】
（第３実施形態）
本実施形態では、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第２実施形態では、第２配線層２５の表面の上の酸化膜２９を除去する方法として、水素イオンを照射する方法が採用されたが、本実施形態では、酸化膜２９にメタンガスを吹き付けることにより、該酸化膜２９を気化させて除去することが特徴となっている。
【０１１２】
この方法によると、第２配線層２５の上の酸化膜２９は、以下の化２で表される反応を起こす。
（化２）
Ａｌ２Ｏ３＋６（ＣＨ４）→２（３（ＣＨ３）Ａｌ）↑＋３（Ｈ２Ｏ）
これにより、メタンガスによる反応で生成された反応生成物は気化するので排気する。このように、表面処理としてメタンガスを吹き付けて酸化膜２９を除去することにより、第２配線層２５の表面を平坦化することができる。
【０１１３】
（第４実施形態）
本実施形態では、第２、第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、酸化膜２９にプラズマエッチングを行うことにより、該酸化膜２９を気化させて除去することが特徴となっている。
【０１１４】
この方法によると、第２配線層２５の上の酸化膜２９は、以下の化３で表される反応を起こす。
（化３）
２（Ａｌ２Ｏ３）＋６（Ｃｌ２）→４（ＡｌＣｌ３）＋３（Ｏ２）
これにより、プラズマエッチングよって生成された反応生成物は気化するので排気する。化３の反応式に示されるように、塩素（Ｃｌ）を用いた場合、酸化膜２９を除去する能力が最も高いので、酸化膜２９を確実に除去することができる。以上のように、表面処理としてプラズマエッチングを行って酸化膜２９を除去することにより、第２配線層２５の表面を平坦化することができる。
【０１１５】
また、センサ部１０についても、プラズマエッチングを行うことができる。そして、上記各実施形態で示されたように、第１シリコン層１１の表面にＡｌの配線層１４が形成されているので、上記の化３による反応式に従って配線層１４の上の酸化膜２９をプラズマエッチングにより除去することができる。
【０１１６】
一方、第１シリコン層１１の上に配線層１４が設けられておらず、センサ部１０の一面１０ａがシリコンになっている構造のセンサ部１０もある。この場合、第１シリコン層１１の上にはＳｉＯ２等の酸化膜２９が形成されてしまうこととなる。
は、以下の化４の反応式に従って除去される。
（化４）
ＳｉＯ２＋２（ＣＦ２）→ＳｉＦ４＋２（ＣＯ）
以上のように、センサ部１０の一面１０ａが金属の配線層１４ではなく、第１シリコン層１１の場合に該第１シリコン層１１の上に酸化膜２９が形成されてしまっても、上記化４に従ってプラズマエッチングすることにより、酸化膜２９を除去することができる。
【０１１７】
（第５実施形態）
本実施形態では、第２〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第２〜第４実施形態では、第２配線層２５の表面に形成された酸化膜２９を気化させて除去していたが、本実施形態では酸化膜２９にイオンビームスパッタを行うことにより、該酸化膜２９を除去することが特徴となっている。
【０１１８】
この場合、例えばＡｒイオンを酸化膜２９に叩きつけることにより、酸化膜２９を破壊する。このように、表面処理としてイオンビームスパッタを行って酸化膜２９を除去することにより、第２配線層２５の表面を平坦化することができる。
【０１１９】
（第６実施形態）
本実施形態では、第１〜第５実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、センサ部１０とキャップ部２０とを接合する際にセンサ部１０およびキャップ部２０を超音波振動させながら接合することが特徴となっている。
【０１２０】
本実施形態に係る半導体装置の構造は、第２実施形態で示されたものと同様に、第２配線層２５に孔部２８および支柱部２７が設けられていない構成になっている。
【０１２１】
次に、半導体装置の製造方法について、図４、図５、図８、および図１０を参照して説明する。図１０は、キャップ部２０の気密封止部２５ｂとセンサ部１０の周辺部１９との接合部分の拡大断面図である。
【０１２２】
まず、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示す工程を行い、センサ部１０が多数形成されたウェハを用意する。また、図５（ａ）〜図５（ｄ）に示す工程を行い、第２配線層２５を配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂにパターニングする。
【０１２３】
この後、図８に示す工程を行う。具体的には、センサ部１０の一面１０ａとキャップ部２０の第２配線層２５の表面とを向かい合わせる。ここで、図１０（ａ）に示されるように、センサ部１０の配線層１４やキャップ部２０の第２配線層１４はＡｌで形成されているので、それぞれの断面はＡｌの結晶粒が積み重なった状態になっている。このため、配線層１４の表面や第２配線層２５の表面は結晶粒が不規則に並んだ凹凸状態になっている。
【０１２４】
そして、図１０（ａ）に示されるように、センサ部１０とキャップ部２０とを超音波振動させながら互いを近づけていく。超音波の波長は、接合面の粗さによって最適化される。例えば、接合面の粗さが小さいほど短波長側とすることにより、微小な振動とすることが好ましい。
【０１２５】
続いて、図１０（ｂ）に示されるように、第２配線層２５とセンサ部１０とを超音波接合により接合する。すなわち、超音波振動により配線層１４と第２配線層２５とに微小な振動を与えながら接合するので、配線層１４と第２配線層２５との接触回数が増える。これにより、配線層１４の表面の凹凸と第２配線層２５の表面の凹凸とが隙間を埋めるように接合される。また、配線層１４と第２配線層２５との接触回数が増えるので、配線層１４と第２配線層２５とに熱的効果を与え、互いが接合しやすくなる。こうして、図１０（ｂ）に示されるように、センサ部１０の配線層１４とキャップ部２０の第２配線層２５とが隙間無く接合される。
【０１２６】
この後、各ウェハを接合したものを個々のチップに分割することで半導体装置が完成する。なお、図１０では、気密封止部２５ｂと周辺部１９との接合の様子のみを描いたが、配線部２５ａとセンサ構造体との接合についても図１０と同様である。
【０１２７】
以上説明したように、センサ部１０の配線層１４とキャップ部２０の第２配線層２５とを超音波接合することにより、配線層１４の表面の凹凸形状および第２配線層２５の表面の凹凸形状によってできる隙間を無くすように互いを接合することができる。したがって、平坦な接合面のみならず、微小な凹凸面の接合をも可能にし、接合面積を増加させることができる。このようにして、第２配線層２５とセンサ部１０との接合面積の低下を抑制でき、ひいては接合不足や導通不良が起こらないようにすることができる。
【０１２８】
また、超音波を用いた接合において接合面の材料に制約は無いので、第２配線層２５の材料をＡｌとは異なる他の材料とすることもできる。
【０１２９】
（第７実施形態）
本実施形態では、第１〜第６実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第１〜第６実施形態では、キャップ部２０の第２配線層２５のうちの配線部２５ａも気密封止部２５ｂもＡｌで形成されていた。
【０１３０】
しかしながら、Ａｌは接合強度不足が生じる可能性があるため、気密封止部２５ｂをＡｌで形成した場合には気密性を確保できない可能性がある。そこで、第２配線層２５の材料としてポリシリコンを用いることが考えられる。しかし、ポリシリコンはＡｌよりも高抵抗であるため、配線部２５ａをポリシリコンで形成することについては問題がある。
【０１３１】
そこで、第２配線層２５における配線部２５ａの材料として低抵抗なＡｌを用いる一方、第２配線層２５における気密封止部２５ｂの材料として接合強度の確保が期待できるポリシリコンを用いる。つまり、本実施形態では、第２配線層２５の配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂをそれぞれの機能に適した材料で選択的に形成することが特徴である。
【０１３２】
図１１は、本実施形態に係る半導体装置のキャップ部２０の断面図である。なお、図１１ではセンサ部１０を省略してあるが、センサ部１０の構造は図１および図２に示されたものと同じである。
【０１３３】
図１１に示されるように、気密封止部２５ｂは、配線部２５ａとは異なる材料により形成されている。具体的には、第２配線層２５のうちの配線部２５ａは例えばＡｌで形成されたものであり、気密封止部２５ｂは例えばポリシリコンで形成されたものである。これによると、配線部２５ａは低抵抗になり、気密封止部２５ｂによる接合強度が強固な共有結合により高くなるので封止空間３０の気密性が向上する。このように、第２配線層２５は複数の機能を有するものとして構成されている。
【０１３４】
次に、本実施形態に係るキャップ部２０の製造方法について、図１２を参照して説明する。まず、図１２（ａ）に示す工程では、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示す工程を行い、第２絶縁膜２４に開口部２４ａを形成したものを用意する。
【０１３５】
続いて、図１２（ｂ）に示す工程では、第１絶縁膜２２、第２絶縁膜２４、および第２絶縁膜２４の開口部２４ａから露出した第１配線層２３の上に例えばＣＶＤ法によりポリシリコン層３３を形成する。
【０１３６】
図１２（ｃ）に示す工程では、ポリシリコン層３３のうちセンサ部１０の周辺部１９に対応した部分が残されるように該ポリシリコン層３３をフォトリソグラフィ・エッチング工程によりパターニングする。これにより、第２絶縁膜２４の上に残されたポリシリコン層３３を気密封止部２５ｂとする。
【０１３７】
図１２（ｄ）に示す工程では、第１絶縁膜２２、第２絶縁膜２４、および第２絶縁膜２４の開口部２４ａから露出した第１配線層２３、気密封止部２５ｂの上に例えばスパッタ法やＣＶＤ法等によりＡｌの金属層３４を形成する。
【０１３８】
そして、金属層３４のうちアンカー部１５、固定電極部１７、および接続部１８に対応した部分、すなわち開口部２４ａに埋め込まれた部分が残されるように該金属層３４をフォトリソグラフィ・エッチング工程によりパターニングする。これにより、第１配線層２３に電気的に接続された配線部２５ａを形成する。
【０１３９】
以上のようにして配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを形成する。これにより、Ａｌで形成された配線部２５ａとポリシリコンで形成された気密封止部２５ｂとで第２配線層２５を構成することができる。
【０１４０】
配線部２５ａはＡｌで形成されているので低抵抗であり、配線部２５ａとセンサ構造体との電気的接続を確実に行うことができるようになる。また、気密封止部２５ｂはポリシリコンで形成されているので、周辺部１９との接合強度が向上し、センサ構造体を封止空間３０に確実に封止することができるようになる。
【０１４１】
以上説明したように、第２配線層２５を構成する配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを異なる材料で形成することができる。これにより、配線部２５ａとして電気的接続に適した材料を選択でき、気密封止部２５ｂとして気密封止に適した材料を選択することができる。したがって、配線部２５ａとセンサ構造体との電気的接続を良好とし、かつ、封止空間３０の気密性を確保することができる。
【０１４２】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、気密封止部２５ｂが設けられた半導体装置が示されているが、気密封止部２５ｂはセンサ構造体を密封する役割を果たすものあり、半導体装置に必ず設ける必要はない。すなわち、気密封止部２５ｂが設けられていない構成の半導体装置であっても構わない。
【０１４３】
上記各実施形態では、封止空間３０内が真空にされたものについて示されているが、封止空間３０内は真空ではなく、封止媒体が封止されていても良い。封止媒体としては空気やＮ２の他、ＨｅやＡｒ等の不活性ガス等が用いられる。また、封止空間３０の気圧を調節することもできる。例えば１気圧に設定することができるし、１気圧よりも高い気圧にすることもできる。高い気圧の場合、高いダンピング効果を得ることができる。
【０１４４】
上記各実施形態では、センサ部１０の各シリコン層１１、１２としてＮ型の単結晶シリコンが採用されているが、例えばＮ＋型の単結晶シリコンを採用することもできる。また、シリコン基板２１、各シリコン層１１、１２として高濃度のものを使用したが、低濃度基板、低濃度層に不純物イオンを打ち込んだもの、気相の不純物拡散法等で表面のみまたは全体を高濃度化したものを用いてもよい。
【０１４５】
上記各実施形態では、キャップ部２０にシリコン基板２１を用いていたが、シリコン基板２１の他にガラス基板、金属、セラミックス、他の半導体材料等を使用することができる。例えばガラス等の絶縁材料を用いることにより、第１絶縁膜２２が不要となり、絶縁材料の上に第１配線層２３を直接形成することもできる。
【０１４６】
第１実施形態では、支柱部２７の平面形状として円形のものが示されているが、他の平面形状でも良い。例えば四角形等の多角形でも良い。また、円形や多角形状のみならず、十字、Ｌ字、星形等の特殊な形状でも良い。また、一定の領域を一周して囲んだ輪状の形状でも良い。さらに、これらの形状の組み合わせでも良い。そして、複数の支柱部２７はすべて同じ形状の組み合わせだけでなく、異なる平面形状のものの組み合わせでも良い。なお、支柱部２７の平面形状の面積は、配線部２５ａや気密封止部２５ｂの表面の面積を縮小させるので、これらの接合強度が劣化しない程度とする。
【０１４７】
支柱部２７の平面形状が円形の場合には支柱部２７は円柱となるが、該平面形状が多角形の場合には支柱部２７は多角柱となる。
【０１４８】
また、第１実施形態では、複数の支柱部２７は一定間隔で配置されていたが、これは一例であり、他の配置でも良い。例えば、千鳥状やハニカム状に配置しても良い。各支柱部２７の間隔はＣＭＰ研磨による第２配線層２５のレートによって最適化され、レートが大きい程間隔を短くすると効果的である。
【０１４９】
さらに、第１実施形態では、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂに形成された各支柱部２７は第２絶縁膜２４や第１配線層２３に達するように形成されたものが示されているが、各支柱部２７は第２絶縁膜２４や第１配線層２３に達していなくても良い。
【０１５０】
第１実施形態では、複数の支柱部２７が第２配線層２５の表面に規則的に配置されているものが示されているが、これは一例であり、他の配置方法を採用しても良い。例えば、支柱部２７は配線部２５ａの表面や気密封止部２５ｂの表面のうち少なくとも外縁部に配置されていれば良い。すなわち、ＣＭＰ研磨によって配線部２５ａや気密封止部２５ｂが凸状に削られやすいが、配線部２５ａの表面や気密封止部２５ｂの表面のうち少なくとも外縁部に各支柱部２７が配置されることにより、該外縁部が支柱部２７によって削られにくくなるので、配線部２５ａの表面が凸状になることを防止することができる。したがって、配線部２５ａの表面や気密封止部２５ｂの表面を平坦化することができる。
【０１５１】
また、複数の支柱部２７は第２配線層２５の表面に規則的に配置されている必要はなく、不規則に配置されていても良い。もちろん、配線部２５ａの表面や気密封止部２５ｂの表面のうち少なくとも外縁部に配置される各支柱部２７についても、規則的にではなく不規則に外縁部に配置されていても良い。なお、配線部２５ａの表面や気密封止部２５ｂの表面を均一に平坦化するためには、規則的であることが好ましい。
【０１５２】
第６実施形態では、センサ部１０とキャップ部２０とを接合する前からこれらに超音波振動を与えていたが、この方法は一例であって超音波振動させるタイミングは他のタイミングでも良い。例えば、センサ部１０とキャップ部２０とを接触させた後、超音波振動を与えても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１５３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体装置の平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＢ部拡大断面図であり、（ｂ）は（ａ）に示された気密封止部の平面図である。
【図４】半導体装置のうちセンサ部の製造工程を示した断面図である。
【図５】半導体装置のうちキャップ部の製造工程を示した断面図である。
【図６】図５に続く製造工程を示した断面図である。
【図７】図６に続く製造工程を示した断面図である。
【図８】図７に続く製造工程を示した断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係るキャップ部の第２配線層の一部拡大断面図である。
【図１０】本発明の第６実施形態に係るキャップ部の気密封止部とセンサ部の周辺部との接合部分の拡大断面図である。
【図１１】本発明の第７実施形態に係る半導体装置のキャップ部の断面図である。
【図１２】図１１に示されたキャップ部を形成するための製造工程を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１５４】
１０    センサ部
１０ａ  センサ部の一面
１５    アンカー部
１６    振動子
１７    固定電極部
１９    周辺部
２０    キャップ部
２１    シリコン基板
２１ａ  シリコン層の一面
２３    第１配線層
２４    第２絶縁膜
２５    第２配線層
２５ａ  配線部
２５ｂ  気密封止部
２７    支柱部
２８    孔部
２９    酸化膜
３０    封止空間
３２    埋め込み部材
【図１】
2010151445.tif 000003
【図２】
2010151445.tif 000004
【図３】
2010151445.tif 000005
【図４】
2010151445.tif 000006
【図５】
2010151445.tif 000007
【図６】
2010151445.tif 000008
【図７】
2010151445.tif 000009
【図８】
2010151445.tif 000010
【図９】
2010151445.tif 000011
【図１０】
2010151445.tif 000012
【図１１】
2010151445.tif 000013
【図１２】
2010151445.tif 000014