(57)【要約】【課題】キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられた半導体装置において、高温高圧下においてもアロイスパイクを抑制できる半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】この半導体装置は、支持基板と、支持基板に接合されるキャップ基板と、支持基板に接合された支持側パッドと、キャップ基板に接合され、対向する支持側パッドと接合されて接合体を形成するキャップ側パッドと、を備える。支持基板とキャップ基板との間に気密性のキャビティが形成され、キャビティ内にセンシング部が配置される。接合体は、その形成位置によって、フレーム領域および導通領域の２つの接続領域を少なくとも含む。接合体は、支持基板との間に支持側緩衝層を介して接合されるとともに、キャップ基板との間にキャップ側緩衝層を介して接合される。【選択図】図１
2018004446.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体を主成分とする層を含み、第１面（１０ａ）を有する支持基板（１０）と、
半導体を主成分とする層を含み、第２面（４０ａ）を有し、前記第２面が前記第１面に対向する状態で前記支持基板に接合されるキャップ基板（４０）と、
金属より成り、前記支持基板における前記第１面に接合された支持側パッド（３１ａ〜３６ａ）と、
金属より成り、前記キャップ基板における前記第２面に接合され、対向する前記支持側パッドと接合されて接合体（３１〜３６）を形成するキャップ側パッド（３１ｂ〜３６ｂ）と、を備え、
前記支持基板と前記キャップ基板との間に気密性のキャビティ（８０）が形成され、前記キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置された半導体装置であって、
前記接合体は、その形成位置によって、
前記支持基板と前記キャップ基板との接合の機械的強度を担うフレーム領域（Ａ）と、
層間の電気的接続を担う導通領域（Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、
の２つの接続領域を少なくとも含み、
前記接合体は、前記支持基板との間に絶縁膜（９２ｉ，９３ｉ，９６ｉ）もしくはバリアメタル膜（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）もしくはその両方を含む支持側緩衝層（９２，９３，９６）を介して接合されるとともに、
前記キャップ基板との間に絶縁膜（４２）もしくはバリアメタル膜（４２ｂ）もしくはその両方を含むキャップ側緩衝層を介して接合される、半導体装置。
【請求項２】
前記導通領域における前記接合体は、前記支持側緩衝層および前記キャップ側緩衝層として、前記支持基板または前記キャップ基板と前記接合体との間に絶縁膜が介在するとき、
前記絶縁膜を貫通して設けられたコンタクトホール（９２ｈ，９３，９６ｈ，４２ｈ）に充填され、前記接合体と一体に形成されたコンタクト部（３２ｃ，３３ｃ）を有することにより、前記支持基板または前記キャップ基板と前記接合体とが電気的に接続される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記支持側緩衝層あるいは前記キャップ側緩衝層あるいはその両方は、前記コンタクトホールが形成された絶縁膜と前記接合体との接合面、および、前記コンタクト部と前記支持基板あるいは前記キャップ基板との接合面に前記バリアメタル膜を有する、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１面に向かって正面視するとき、
前記支持側緩衝層の少なくとも一部と、前記キャップ側緩衝層の少なくとも一部と、前記支持側パッドと前記キャップ側パッドとの接合面の少なくとも一部と、がオーバラップする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１面に向かって正面視するときに、前記支持側緩衝層は、前記支持側パッドを内包するように形成される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１面に向かって正面視するときに、前記キャップ側緩衝層は、前記キャップ側パッドを内包するように形成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記支持側パッドあるいは前記キャップ側パッドあるいはその両方は、その表面を被覆して酸化を抑制する酸化防止膜を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記支持側パッドおよび前記キャップ側パッドはアルミニウムまたは銅を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記支持側パッドあるいは前記キャップ側パッドあるいはその両方は、その表面を被覆して酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記酸化防止膜はチタンを含む、請求項８に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前提バリアメタル膜は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルの少なくとも１種を含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
半導体を主成分とする層を含み、第１面（１０ａ）を有する支持基板（１０）と、
半導体を主成分とする層を含み、第２面（４０ａ）を有し、前記第２面が前記第１面に対向する状態で前記支持基板に接合されるキャップ基板（４０）と、
金属より成り、前記支持基板における前記第１面に接合された支持側パッド（３１ａ〜３６ａ）と、
金属より成り、前記キャップ基板における前記第２面に接合され、対向する前記支持側パッドと接合されて接合体（３１〜３６）を形成するキャップ側パッド（３１ｂ〜３６ｂ）と、を備え、
前記支持基板と前記キャップ基板との間に気密性のキャビティ（８０）が形成され、前記キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置された半導体装置の製造方法であって、
前記接合体は、その形成位置によって、
前記支持基板と前記キャップ基板との接合の機械的強度を担うフレーム領域（Ａ）と、
層間の電気的接続を担う導通領域（Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、
の２つの接続領域を少なくとも含むものであり、
前記支持基板における前記第１面に前記支持側パッドを形成すること、
前記キャップ基板における前記第２面に前記キャップ側パッドを形成すること、
前記支持側パッドと前記キャップ側パッドとを拡散接合もしくは熱圧着接合すること、を備え、
前記支持基板に前記支持側パッドを形成する前に、前記前記支持基板と前記支持側パッドとの間に、絶縁膜（９２ｉ，９３ｉ，９６ｉ）もしくはバリアメタル膜（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）もしくはその両方を含む支持側緩衝層（９２，９３，９６）を形成すること、
前記キャップ基板に前記キャップ側パッドを形成する前に、前記前記支持基板と前記支持側パッドとの間に、絶縁膜（４２）もしくはバリアメタル膜（４２ｂ）もしくはその両方を含むキャップ側緩衝層を形成すること、を備える半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
前記導通領域において、前記支持側緩衝層として前記支持基板と前記接合体との間に絶縁膜が介在するとき、
前記支持基板における前記第１面に前記支持側パッドを形成する前に、前記絶縁膜にコンタクトホール（９２ｈ，９３，９６ｈ）を形成すること、を備え、
前記支持側パッドを形成する際に、前記コンタクトホール内に前記支持側パッドと一体的にコンタクト部（３２ｃ，３３ｃ）を形成すること、を備える請求項１１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
前記コンタクト部を形成する前に、前記コンタクトホールの内壁面と、前記絶縁膜における前記支持基板との接合面と反対の一面と、前記コンタクトホールの形成により露出する前記支持基板の一面と、を覆うようにバリアメタル膜を形成すること、を備える請求項１２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１４】
前記導通領域において、前記キャップ側緩衝層として前記キャップ基板と前記接合体との間に絶縁膜が介在するとき、
前記キャップ基板における前記第２面に前記キャップ側パッドを形成する前に、前記絶縁膜にコンタクトホール（４２ｈ）を形成すること、を備え、
前記キャップ側パッドを形成する際に、前記コンタクトホール内に前記キャップ側パッドと一体的にコンタクト部（３３ｃ）を形成すること、を備える請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１５】
前記コンタクト部を形成する前に、前記コンタクトホールの内壁面と、前記絶縁膜における前記キャップ基板との接合面と反対の一面と、前記コンタクトホールの形成により露出する前記キャップ基板の一面と、を覆うようにバリアメタル膜を形成すること、を備える請求項１４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第１面に向かって正面視するとき、
前記支持側緩衝層の少なくとも一部と、前記キャップ側緩衝層の少なくとも一部と、前記支持側パッドと前記キャップ側パッドとの接合面の少なくとも一部と、がオーバラップする、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１７】
前記支持側緩衝層が前記バリアメタル膜を含むとき、
前記第１面に向かって正面視するときに、前記バリアメタル膜は、前記支持側パッドを内包するように形成される、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記キャップ側緩衝が前記バリアメタル膜を含むとき、
前記第１面に向かって正面視するときに、前記バリアメタル膜は、前記キャップ側パッドを内包するように形成される、請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記支持側パッドあるいは前記キャップ側パッドあるいはその両方は、その表面を被覆して酸化を抑制する酸化防止膜を有する、請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記支持側パッドおよび前記キャップ側パッドはアルミニウムまたは銅を含む、請求項１１〜１９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記支持側パッドあるいは前記キャップ側パッドあるいはその両方は、その表面を被覆して酸化を抑制する酸化防止膜を有し、前記酸化防止膜はチタンを含む、請求項２０に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前提バリアメタル膜は、チタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルの少なくとも１種を含む、請求項１１〜２１のいずれか１項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、キャップ基板と支持基板との間にキャビティが形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられた半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば特許文献１に記載の物理量センサは、キャップ基板と支持基板とにより形成される気密室（キャビティ）にセンシング部たる半導体層が設けられている。半導体層は溝部によって可動部と周辺部が区画されている。可動部はキャップ基板および支持基板に対して相対的に可動して、可動部とキャップ基板との対向距離が変化するようになっている。具体的には、この可動部は、開口部が形成された矩形枠状の枠部と、開口部の対向辺を連結するように備えられたトーション梁とを有している。可動部はトーション梁がアンカー部を介して支持基板に支持されている。可動部はトーション梁を回転軸としてキャップ基板に対して傾斜し、その結果、互いの対向距離が変化する。
【０００３】
そして、キャップ基板には固定電極が形成されている。上記のように、センシング部たる半導体層とキャップ基板との対向距離が変化すると、半導体層と固定電極とにより成る静電容量が変化する。特許文献１に記載の物理量センサは、半導体層の法線方向に印加される加速度を可動部の回転運動に変換して、静電容量の変化に基づいて物理量センサに印加される加速度を検出する、いわゆる慣性センサである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−２３２０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載の物理量センサでは、キャビティの気密性や機械的な強度を確保するために、キャップ基板と支持基盤との接合が行われている。この物理量センサでは同種金属同士の拡散接合が利用されている。また、別の発明では、異種金属同士の共晶接合を利用するものがある。
【０００６】
可動部の回転量に応じた静電容量の変化を加速度として検出するような慣性ＭＥＭＳセンサでは、従来の金属接合に較べてキャビティの高い気密性や機械的な強度が要求されるため、拡散接合および共晶接合のいずれの接合方式であっても、金属原子の十分な拡散および共晶を実現するために高温高圧環境が必要となる。例えばアルミニウム同士の拡散接合にあっては、略４００℃の温度下、２０ＭＰａ〜４０ＭＰａの圧力下において接合を行う必要がある。このような条件下で加圧された金属層は流動性が高まるため、キャップ基板や支持基板を構成する半導体材料（例えばシリコン）との間で合金化、いわゆるアロイスパイクが発生しやすい状況にある。
【０００７】
アロイスパイクは、金属中にシリコンが溶解し、合金層が半導体基板中に侵入することにより発生する。通常の半導体素子では、このアロイスパイクがｐｎ接合層に到達することで、整流作用などの電気的特性の喪失の原因となる。一方で、慣性ＭＥＭＳなどの機械的封止がされた素子においては、アロイスパイクが機能に影響する機構が異なる。アロイスパイクの発生箇所では、金属層の濃度が不均一になることや偏析が起こる。このような濃度不均一や偏析が発生した箇所では硬さや強度が本来の金属材料とは異なるため、機械的強度の低下や、気密性の喪失の原因となる。
【０００８】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであり、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が備えられた半導体装置において、高温高圧下においてもアロイスパイクを抑制できる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】
【０００９】
ここに開示される発明は、上記目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として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って、発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、半導体を主成分とする層を含み、第１面（１０ａ）を有する支持基板（１０）と、半導体を主成分とする層を含み、第２面（４０ａ）を有し、第２面が第１面に対向する状態で支持基板に接合されるキャップ基板（４０）と、金属より成り、支持基板における第１面に接合された支持側パッド（３１ａ〜３６ａ）と、金属より成り、キャップ基板における第２面に接合され、対向する支持側パッドと接合されて接合体（３１〜３６）を形成するキャップ側パッド（３１ｂ〜３６ｂ）と、を備え、支持基板とキャップ基板との間に気密性のキャビティ（８０）が形成され、キャビティ内に物理量に応じたセンサ信号を出力するセンシング部が配置された半導体装置であって、
接合体は、その形成位置によって、支持基板と前記キャップ基板との接合の機械的強度を担うフレーム領域（Ａ）と、層間の電気的接続を担う導通領域（Ｂ，Ｃ，Ｄ）と、の２つの接続領域を少なくとも含み、接合体は、支持基板との間に絶縁膜（９２ｉ，９３ｉ，９６ｉ）もしくはバリアメタル膜（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）もしくはその両方を含む支持側緩衝層（９２，９３，９６）を介して接合されるとともに、キャップ基板との間に絶縁膜（４２）もしくはバリアメタル膜（４２ｂ）もしくはその両方を含むキャップ側緩衝層を介して接合される。
【００１１】
これによれば、フレーム領域と導通領域とにおいて、それぞれ接合体と支持基板との間に支持側緩衝層、接合体とキャップ基板との間にキャップ側緩衝層を有する。よって、接合体と支持基板およびキャップ基板とが直接接することがない。このため、支持側パッドとキャップ側パッドとが拡散接合や熱圧着接合される際の高温高圧下においても、半導体と金属との合金化に伴うアロイスパイクを抑制することができる。ひいては、半導体装置の機械的信頼性とともに、キャビティ内に気密信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態にかかる慣性センサの構成を示す図であり、図２に示すＩ−Ｉ線の沿う断面図である。
【図２】第１実施形態にかかる慣性センサの構成を示す上面図である。
【図３】フレーム領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図４】フレーム領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図５】導通領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図６】導通領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図７】導通領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図８】電極領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図９】電極領域における接合体および支持側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図１０】支持基板を用意する工程を示す断面図である。
【図１１】支持基板に絶縁膜を形成する工程を示す断面図である。
【図１２】絶縁膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図１３】バリアメタル膜を形成する工程を示す断面図である。
【図１４】バリアメタル膜をパターニングする工程を示す断面図である。
【図１５】支持側パッドとなる金属膜を形成する工程を示す断面図である。
【図１６】支持側パッドをパターニングする工程を示す断面図である。
【図１７】キャップ基板を用意する工程を示す断面図である。
【図１８】キャップ側パッドをパターニングする工程を示す断面図である。
【図１９】支持基板とキャップ基板とを接合する工程を示す断面図である。
【図２０】キャップ基板を薄肉化する工程を示す断面図である。
【図２１】キャップ基板に貫通孔を形成する工程を示す断面図である。
【図２２】貫通電極を形成する工程を示す断面図である。
【図２３】第２実施形態にかかる慣性センサの構成を示す上面図である。
【図２４】層間接続領域における接合体、支持側緩衝層およびキャップ側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図２５】層間接続領域における接合体、支持側緩衝層およびキャップ側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【図２６】層間接続領域における接合体、支持側緩衝層およびキャップ側緩衝層の詳細構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分に、同一符号を付与する。
【００１４】
（第１実施形態）
最初に、図１〜図２を参照して、本実施形態に係る半導体装置の概略構成について説明する。
【００１５】
本実施形態における半導体装置は、例えば加速度を検出する慣性センサである。図１に示すように、半導体装置たる慣性センサ１００は、支持基板１０とキャップ基板４０とが積層されて構成されている。なお、図１は、図２に示すＩ−Ｉ線に沿う断面図である。図２は支持基板１０のうち、第２基板１３の上面図である。
【００１６】
支持基板１０は、第１基板１１上に絶縁膜１２を介して第２基板１３が配置されたＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板とされており、第１面１０ａが第２基板１３のうち絶縁膜１２側と反対側の表面で構成されている。なお、第１基板１１はシリコン等の半導体で構成され、絶縁膜１２は酸化膜や窒化膜として構成され、第２基板１３は単結晶シリコン等で構成されている。
【００１７】
そして、第２基板１３には、図１および図２に示されるように、マイクロマシン加工が施されて溝部１４が形成され、溝部１４によって可動部２０と周辺部３０とが区画されている。
【００１８】
また、支持基板１０のうち第１基板１１には、可動部２０ひいては後述の枠部２２が第１基板１１および絶縁膜１２と接触することを防止するために、可動部２０と対向する部分に窪み部１５が形成されている。なお、窪み部１５はエッチング等の方法により形成されるものであり、絶縁膜１２は窪み部１５の表面に亘って形成されている。
【００１９】
可動部２０は、平面矩形状の開口部２１が形成された矩形枠状の枠部２２と、開口部２１の対向辺を連結するように形成されたトーション梁２３とを有している。そして、可動部２０は、トーション梁２３が絶縁膜１２に支持されたアンカー部２４と連結されることにより第１基板１１に支持されている。
【００２０】
ここで、本実施形態における方向の定義について説明する。図１および図２に示すように、トーション梁２３の延設方向をｘ軸方向とし、ｘ軸に直交する方向をｙ軸方向とする。また、ｘｙ平面に直交する方向をｚ軸方向とする。すなわち、ｚ軸方向は支持基板１０の第１面１０ａの法線方向である。換言すれば、ｚ軸方向は、支持基板１０およびキャップ基板４０の厚さ方向である。
【００２１】
トーション梁２３は、ｚ軸方向の加速度が印加されたとき、可動部２０の回転中心となる部材である。すなわち、トーション梁２３は、その延設方向を回転軸として回動する。本実施形態におけるトーション梁２３は開口部２１を２分割するように形成されている。
【００２２】
枠部２２は、ｚ軸方向の加速度が印加されたとき、トーション梁２３を回転軸として回転できるように、トーション梁２３を基準として非対称な形状とされている。本実施形態における枠部２２は、トーション梁２３を基準として第１部位２２ａと第２部位２２ｂとに分けられる。枠部２２は、第１部位２２ａにおけるトーション梁２３から最も離れている部分の端部までのｙ軸方向の長さが、第２部位２２ｂにおけるトーション梁２３から最も離れている部分の端部までのｙ軸方向の長さより短くされている。つまり、枠部２２は、第１部位２２ａの質量が第２部位２２ｂの質量よりも小さくされている。
【００２３】
また、支持基板１０の第１面１０ａ、すなわち第２基板１３の表面には、第１接合体３１、第２接合体３２、第３接合体３３、第４接合体３４および第５接合体３５が形成されるとともに、気密フレームとして機能する第６接合体３６が形成されている。これら接合体３１〜３６は、本実施形態においては例えばアルミニウムで構成されており、支持基板１０とキャップ基板４０とに挟まれて形成されている。なお、図２では、これらの要素の形成位置を破線で示している。
【００２４】
具体的には、第１接合体３１は周辺部３０に形成されて第２面４０ａにおいて後述の第１貫通電極７１に接続されている。第２接合体３２はアンカー部２４に形成されて可動部２０と電気的に接続されている。第３接合体３３は周辺部３０に形成されて第２面４０ａにおいて後述の第２貫通電極７２に接続されている。第４接合体３４は周辺部３０に形成されて第２面４０ａにおいて図示しない第３貫通電極に接続されている。第５接合体３５は周辺部３０に形成されて第２面４０ａにおいて図示しない第４貫通電極に接続されている。第３貫通電極および第４貫通電極は、それぞれ第１貫通電極７１と同一の構成を有しつつｙ軸方向に沿って並んで形成されている。すなわち、第１接合体３１、第３接合体３３、第４接合体３４、第５接合体３５の電位は、それぞれ、第１貫通電極７１、第２貫通電極７２、第３貫通電極、第４貫通電極と同電位となっており、これらの電極を介して外部に出力できるようになっている。逆に、これらの電極に電圧を印加すれば、対応する接合体を所望の電位にすることができる。
【００２５】
さらに、第１接合体３１と第２接合体３２とは、後述の中継配線６３によって互いに結線され電気的に接続されている。つまり、可動部２０の電位は第１貫通電極７１から取り出すことができるようになっている。
【００２６】
気密フレームとして機能する第６接合体３６は、可動部２０（溝部１４）を取り囲むように枠状に形成されている。第６接合体３６は、支持基板１０とキャップ基板４０とに挟まれて形成されているので、第６接合体３６と支持基板１０とキャップ基板４０とに囲まれた領域は外部から隔離された気密空間となっている。特許請求の範囲に記載のキャビティとは、該隔離空間に相当する。また、以降、この隔離空間をキャビティ８０と称する。それぞれの接合体３１〜３６についての詳しい構造は追って説明する。
【００２７】
支持基板１０における第２基板１３は、図１および図２に示すように、外周部３０において複数のスリット５０を有している。本実施形態における第２基板１３は、第１種スリット５１と第２種スリット５２を有している。以降、第１種スリット５１および第２種スリット５２をまとめてスリット５０ということがある。
【００２８】
第１種スリット５１は、第２基板１３のうち、第１接合体３１、第３接合体３３、第４接合体３４および第５接合体３５との接触部分を取り囲むように略環状に形成されている。図２に示すように、第１パッド部３１との接触部分を取り囲む第１種スリット５１は環状であり、以降、スリットで囲まれた領域を島部３０ａと称する。すなわち、周辺部３０は、第１種スリット５１によって島部３０ａと、島部３０ａを除く母体部３０ｂとに区画される。なお、本実施形態では、図１に示すように、第１種スリット５１が第１基板１１や絶縁膜１２にまで至っていないが、これに限定されるものではない。島部３０ａおよび母体部３０ｂは第１基板１１や絶縁膜１２を含む概念である。
【００２９】
第１接合体３１と同様に、第２基板１３のうち第３接合体３３との接触部分を取り囲むように第１種スリット５１が形成されている。第３接合体３３に対応する第１種スリット５１は完全な環状を成さず、一部が欠損したＣ字状を成している。さらに同様に、第２基板１３のうち第４接合体３４との接触部分を取り囲むように第１種スリット５１が形成され、第５接合体３５との接触部分を取り囲むように第１種スリット５１が形成されている。第４接合体３４および第５接合体３５に対応する第１種スリット５１は環状を成しており、島部３０ａと母体部３０ｂとを区画している。
【００３０】
第２種スリット５２は、図２に示すように、可動部２０、および、周辺部３０のうち各接合体３１，３３〜３５との接触部分とを内側に含むように枠状に形成されている。本実施形態における第２種スリット５２は、第６接合体３６が形成される枠内であって、第６接合体３６に沿った矩形状に形成されている。第２種スリット５２は、第２基板１３を、第２種スリット５２の枠外である外周部３０ｃと、枠内である内周部３０ｄとに区画している。ｚ軸方向から正面視したとき、外周部３０ｃは支持基板１０うち第６接合体３６が接合されている領域である。対して、内周部３０ｄは、可動部２０や上記した島部３０ａを内包する領域である。
【００３１】
キャップ基板４０は、図１に示すように、貼り合わせ基板４１と、貼り合わせ基板４１のうち支持基板１０と対向する一面に形成された絶縁膜４２と、貼り合わせ基板４１のうち支持基板１０側と反対の他面に形成された絶縁膜４３とを有している。そして、絶縁膜４２のうち支持基板１０と対向する面にてキャップ基板４０における第２面４０ａが構成されている。なお、貼り合わせ基板４１はシリコン等で構成され、絶縁膜４２は酸化膜や窒化膜で構成され、絶縁膜４３はＴＥＯＳ等で構成されている。
【００３２】
そして、図２に示すように、キャップ基板４０の第２面４０ａには、第１固定電極６１と第２固定電極６２とが形成されている。以降、第１固定電極６１と第２固定電極６２とをまとめて固定電極６０ということがある。固定電極６０は支持基板１０との対向配置されており、第１面１０ａに接触しないように形成されている。
【００３３】
第１固定電極６１は、図２に示すように、ｚ軸方向から正面視したとき、枠部２２における第１部位２２ａとオーバラップするように形成されている。換言すれば、第１固定電極６１は第１部位２２ａに対向している。第１固定電極６１と第１部位２２ａは静電容量を構成し、可動部２０がトーション梁２３を回転軸として変位することによって当該静電容量が変化するようになっている。第１固定電極６１は、第１配線６１ａを介して第５パッド部３５に電気的に接続されている。すなわち、第１固定電極６１の電位は第４貫通電極を介して検出することができる。
【００３４】
第２固定電極６２は、図２に示すように、ｚ軸方向から正面視したとき、枠部２２における第２部位２２ｂとオーバラップするように形成されている。換言すれば、第２固定電極６２は第２部位２２ｂに対向している。第２固定電極６２と第２部位２２ｂは静電容量を構成し、可動部２０がトーション梁２３を回転軸として変位することによって当該静電容量が変化するようになっている。第２固定電極６２は、第２配線６２ａを介して第４パッド部３４に電気的に接続されている。すなわち、第２固定電極６２の電位は第３貫通電極を介して検出することができる。
【００３５】
なお、固定電極６０、第１配線６１ａおよび第２配線６２ａは導電性材料であり、例えばアルミニウムにより構成されている。また、第１固定電極６１および第２固定電極６２は互いに同一の平面形状とされ、加速度が印加されていない状態において、第１，第２部位２２ａ，２２ｂとの間に等しい静電容量を構成している。
【００３６】
さらに、キャップ基板４０の第２面４０ａには、第２面４０ａに沿うように中継配線６３が形成されている。中継配線６３は、例えばアルミニウムにより構成され、第１接合体３１と第２接合体３２とを電気的に接続している。中継配線６３により、第２接合体３２と第１接合体３１、ひいては第１貫通電極７１とを同電位とすることができる。なお、本実施形態における中継配線６３はトーション梁２３に対向するようにｘ軸方向に延設されている。ここで、上記した第１配線６１ａ、第２配線６２ａ、および中継配線６３はキャビティ８０内に形成される配線であり、いわゆる内層配線である。これら内層配線６１ａ，６２ａ，６３は、キャップ基板４０における絶縁膜４２上に形成されており、シリコンを主成分とする貼り合わせ基板４１と直接接触しない構造となっている。
【００３７】
このように、可動部２０と固定電極６０とでセンシング部が構成され、第１貫通電極７１、第３貫通電極および第４貫通電極によって加速度に応じたセンサ信号を出力することができるようになっている。
【００３８】
また、キャップ基板４０には、厚さ方向（ｚ軸方向）に貫通する貫通電極７０が形成されている。本実施形態における貫通電極７０は、図１に示す第１貫通電極７１、第２貫通電極７２および、図示しない第３貫通電極、第４貫通電極なる４つを含んでいる。これら４つの貫通電極を総称して貫通電極７０ということがある。
【００３９】
４つの貫通電極７０は互いに等価であり、貼り合わせ基板４１および絶縁膜４２を貫通する貫通孔４１ａに、絶縁膜４１ｂを介して形成されている。絶縁膜４１ｂは貫通孔４１ａの内壁面において絶縁膜４２と絶縁膜４３とを連結して一体的な絶縁膜となっている。貫通電極７０は貫通孔４１ａの内壁面に沿って形成されるとともに、絶縁膜４３上にランド部７０ａが形成された構成とされている。
【００４０】
図１に示すように、第１貫通電極７１は絶縁膜４２を貫通して第１接合体３１に至る。つまり、第１貫通電極７１は、第１接合体３１、中継配線６３、第２接合体３２を経由して可動部２０に電気的に接続されている。第２貫通電極７２は絶縁膜４２を貫通して第３接合体３３に至る。また、第２貫通電極７２は貼り合わせ基板４１とも電気的に接触している。接合体３３は第２基板１３における周辺部３０と電気的に接触しているので、貼り合わせ基板４１と周辺部３０とは互いに同電位である。例えば第２貫通電極７２を慣性センサ１００におけるグランド電位に設定すれば、貼り合わせ基板４１と周辺部３０とをグランド電位に設定することができる。図示しない第３貫通電極および第４貫通電極は絶縁膜４２を貫通してそれぞれ第４接合体３４および第５接合体３５に至る。つまり、第３貫通電極および第４貫通電極は、それぞれ第２固定電極６２および第１固定電極６１と電気的に接続されている。
【００４１】
以上が本実施形態における慣性センサ１００の概略構造である。このような慣性センサ１００は、ｚ軸方向の加速度が印加されると、枠部２２がトーション梁２３を回転軸として加速度に応じて回転する。そして、第１部位２２ａと第１固定電極６１との間の静電容量と、第２部位２２ｂと第２固定電極６２との間の静電容量とが加速度に応じて変化するため、この容量変化に基づいて加速度の検出が行われる。すなわち、慣性センサ１００はＺ軸慣性センサである。
【００４２】
次に、図３〜図９を参照して、接合体３１〜３６およびその近傍の詳細な構造について説明する。
【００４３】
接合体３１〜３６は、支持基板１０に形成された支持側パッドと、キャップ基板４０に形成されたキャップ側パッドとが接合してそれぞれ形成されるものである。具体的には、第１接合体３１は、第１支持側パッド３１ａと第１キャップ側パッド３１ｂとが接合して形成される。第２接合体３２は、第２支持側パッド３２ａと第２キャップ側パッド３２ｂとが接合して形成される。第３接合体３３は、第３支持側パッド３３ａと第３キャップ側パッド３３ｂとが接合して形成される。第４接合体３４は、第４支持側パッド３４ａと第４キャップ側パッド３４ｂとが接合して形成される。第５接合体３５は、第５支持側パッド３５ａと第５キャップ側パッド３５ｂとが接合して形成される。第６接合体３６は、第６支持側パッド３６ａと第６キャップ側パッド３６ｂとが接合して形成される。
【００４４】
なお、各接合体３１〜３６、各支持側パッド３１ａ〜３６ａ、各キャップ側パッド３１ｂ〜３６ｂのうち、図面にて図示しないものについても説明の便宜上符号を付している。
【００４５】
本実施形態における接合体３１〜３６は、その形成位置および機能によって、３種の領域に分類される。すなわち、３種の領域とは、図１に示すように、気密および機械的強度を担保するためのフレーム領域Ａと、異なる基板間あるいは層間の導通を担保するための導通領域Ｂと、貫通電極７０と第２基板１３との間の導通を担保するための電極領域Ｃである。各領域について、以下に具体的に説明する。
【００４６】
＜フレーム領域＞
フレーム領域Ａには第６接合体３６が属する。第６接合体３６は、２つの対向するパッドが互いに接合されて一体となっている。具体的には、図３に示すように、第６接合体３６は、支持基板１０側に形成された第６支持側パッド３６ａと、キャップ基板４０側に形成された第６キャップ側パッド３６ｂとが対向面を接合面として、拡散接合あるいは熱圧着接合によって互いに一体的に接合されて成る。第６支持側パッド３６ａは、絶縁膜９６ｉを介して支持基板１０における第２基板１３に接合されている。第６支持側パッド３６ａの主成分はアルミニウムであり、第２基板１３の主成分はシリコンであるが、これらは互いに直接的な接触は無く、シリコンの酸化膜や窒化膜からなる絶縁膜９６ｉを介して互いに接合された状態となっている。一方、第６キャップ側パッド３６ｂは、キャップ基板４０の第２面４０ａ側に形成された絶縁膜４２を介してキャップ基板４０に接合されている。第６キャップ側パッド３６ｂの主成分はアルミニウムであり、貼り合わせ基板４１の主成分はシリコンであるが、これらは互いに直接的な接触は無く、シリコンの酸化膜や窒化膜からなる絶縁膜４２を介して互いに接合された状態となっている。このように、第６支持側パッド３６ａと第６キャップ側パッド３６ｂとが一体的に接合されて成る第６接合体３６は、シリコンを主成分とする部位に接触することなく独立して存在している。
【００４７】
なお、フレーム領域Ａにあっては、第６支持側パッド３６ａと支持基板１０との間に形成される絶縁膜９６ｉを、図４に示すように、バリアメタル膜９６ｂに置換しても良い。バリアメタル膜９６ｉは、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、タンタル（Ｔａ）、窒化タンタル（ＴａＮ）の少なくとも１種が主成分になっていると、第６接合体３６を構成するアルミニウムとの間で合金を形成しにくく好適である。また、第６接合体３６と支持基板１０との間を仲介する膜は絶縁膜９６ｉあるいはバリアメタル膜９６ｂが単独で構成されている形態に限定されない。例えば、支持基板１０上に絶縁膜９６ｉが形成され、絶縁膜９６ｉ上にバリアメタル膜９６ｂが形成され、バリアメタル膜９６ｂと第６接合体３６とが接合された形態であってもよい。
【００４８】
特許請求の範囲に記載の支持側緩衝層とは、各接合体３１〜３６と支持基板１０との間を仲介する層を総称した概念であり、本実施形態におけるフレーム領域Ａにあっては、絶縁膜９６ｉのみで構成された形態、バリアメタル膜９６ｂのみで構成された形態、およびその両方を含んだ形態について、すべてを含んだ概念として第６支持側緩衝層９６と称する。
【００４９】
支持側緩衝層と同様に、特許請求の範囲に記載のキャップ側緩衝層とは、各接合体３１〜３６とキャップ基板４０との間を仲介する層を総称した概念であり、本実施形態におけるフレーム領域Ａにあっては、絶縁膜４２がキャップ側緩衝層に相当する。
【００５０】
＜導通領域＞
導通領域Ｂには第２接合体３２が属する。第２接合体３２は、２つの対向するパッドが互いに接合されて一体となっている。具体的には、図５に示すように、第２接合体３２は、支持基板１０側に形成された第２支持側パッド３２ａと、キャップ基板４０側に形成された第２キャップ側パッド３２ｂとが対向面を接合面として、拡散接合あるいは熱圧着接合によって互いに一体的に接合されて成る。
【００５１】
第２支持側パッド３２ａは、絶縁膜９２ｉを介して支持基板１０における第２基板１３、ひいては可動部２０に接合されている。絶縁膜９２ｉは円柱状に貫通するコンタクトホール９２ｈを有している。コンタクトホール９２ｈ内には、コンタクトホール９２ｈを満たすように、第２支持側パッド３２ａと同一材料のコンタクト部３２ｃが形成されている。コンタクト部３２ｃは、コンタクトホール９２ｈの開口部の一方側において第２支持側パッド３２ａと一体的に形成されるとともに、開口部の他方において第２基板１３に接している。すなわち、第２支持側パッド３２ａは、コンタクト部３２ｃを介して、第２基板１３と電気的に接続されている。
【００５２】
一方、第２キャップ側パッド３２ｂは、キャップ基板４０の第２面４０ａ側に形成された絶縁膜４２を介してキャップ基板４０に接合されている。第２キャップ側パッド３２ｂの主成分は第２支持側パッド３２ａと同一のアルミニウムであり、貼り合わせ基板４１の主成分はシリコンであるが、これらは互いに直接的な接触は無く、シリコンの酸化膜や窒化膜からなる絶縁膜４２を介して互いに接合された状態となっている。第１接合体３１と第２接合体３２との間の電気的接続を担う中継配線６３は、第２キャップ側パッド３２ｂに接続されており、絶縁膜４２上に沿って第１接合体３１に向かって延設される。
【００５３】
フレーム領域Ａの場合と同様に、導通領域Ｂにあっては、絶縁膜９２ｉが特許請求の範囲に記載の支持側緩衝層に相当し、後述するように、バリアメタル層９２ｂを含んだ態様も採用することができる。また、絶縁膜４２が特許請求の範囲に記載のキャップ側緩衝層に相当する。絶縁膜９２ｉのみで構成された形態、バリアメタル膜９２ｂのみで構成された形態、およびその両方を含んだ形態について、すべてを含んだ概念として第２支持側緩衝層９２と称する。
【００５４】
ｚ軸方向から正面視するとき、第２接合体３２は円形状である。そして、第２支持側緩衝層９２もコンタクトホール９２ｈ部分がくり抜かれた円環状を成している。第２接合体３２は、コンタクト部３２ｃがオーバラップする部分を除いて、第２支持側緩衝層９２およびキャップ側緩衝層たる絶縁膜４２にオーバラップしている。このオーバラップした部分は、第２接合体３２が絶縁膜４２，９２ｉを介してそれぞれキャップ基板４０および支持基板１０に接合されており、機械的強度を担保する構造となっている。一方、コンタクト部３２ｃは、可動部２０を有する第２基板１３と中継配線６３との間の導通経路を担保する構造となっている。
【００５５】
なお、図示しないが、フレーム領域Ａと同様に、第２支持側緩衝層９２として、第２支持側パッド３２ａと支持基板１０との間にバリアメタル膜９２ｂを介する構造を採用してもよい。この場合には、コンタクトホール９２ｈを設ける必要はなく、バリアメタル膜９２ｂが支持基板１０と第２支持側パッド３２ａとを電気的に接続する。さらに、図６に示すように、支持基板１０上にコンタクトホール９２ｈを有する絶縁膜９２ｉが形成され、絶縁膜９２ｉ上、コンタクトホール９２ｈの内壁、および、コンタクトホール９２ｈの形成により露出される第２基板１３上にバリアメタル膜９２ｂが形成され、バリアメタル膜９２ｂと第２接合体３２とが接合された形態であってもよい。なお、この場合、ｚ軸方向から正面視したとき、第２接合体３２はバリアメタル膜９２ｂの最外の輪郭線よりも内側に存在していることが好ましい。図５を参照して説明したバリアメタル膜９２ｂが存在しない構成にあっては、コンタクト部３２ｃと第２基板１３とが直接的に接触して互いに電気的に接続されている。これに対して、図６に示す構成にあっては、コンタクトホール９２ｈ内において、コンタクト部３２ｃと第２基板１３との間にバリアメタル膜９２ｂが挿入されている。このように、図６に示す第２支持側パッド３２ａと第２キャップ側パッド３２ｂとが一体的に接合されて成る第２接合体３２は、シリコンを主成分とする部位に接触することなく独立して存在している。
【００５６】
また、第２キャップ側パッド３２ｂを円環状に形成してもよい。図７に示すように、ｚ軸方向から正面視するとき、円環における中空部はコンタクトホール９２ｈの形成位置とオーバラップするようになっている。換言すれば、ｚ軸方向から正面視するとき、第２キャップ側パッド３２ｂの全体が、第２キャップ側緩衝層たる絶縁膜４２にオーバラップするようになっている。このような形態を採用すると、経時により合金化の可能性があるコンタクト部３２ｃに機械的強度を担わせることなく、中継配線６３と第２基板１３とを電気的に接続することができる。
【００５７】
＜電極領域＞
電極領域Ｃには、第１接合体３１、第３接合体３３、第４接合体３４および第５接合体３５が属する。４つの接合体３１，３３〜３５およびその周辺の構造は、互いにほぼ等価であるから、ここでは第３接合体３３と、第３接合体３３と電気的に接続された第２貫通電極７２についてのみ説明する。
【００５８】
第３接合体３３は、２つの対向するパッドが互いに接合されて一体となっている。具体的には、図８に示すように、第３接合体３３は、支持基板１０側に形成された第３支持側パッド３３ａと、キャップ基板４０側に形成された第３キャップ側パッド３３ｂとが対向面を接合面として、拡散接合あるいは熱圧着接合によって互いに一体的に接合されて成る。
【００５９】
第３支持側パッド３３ａは、絶縁膜９３ｉを介して支持基板１０における第２基板１３に接合されている。絶縁膜９３ｉは円柱状に貫通するコンタクトホール９３ｈを有している。コンタクトホール９３ｈ内には、コンタクトホール９３ｈを満たすように、第３支持側パッド３３ａと同一材料のコンタクト部３３ｃが形成されている。コンタクト部３３ｃは、コンタクトホール９３ｈの開口部の一方側において第３支持側パッド３３ａと一体的に形成されるとともに、開口部の他方において第２基板１３に接している。すなわち、第３支持側パッド３３ａは、コンタクト部３３ｃを介して、第２基板１３と電気的に接続されている。
【００６０】
一方、第３キャップ側パッド３３ｂは、キャップ基板４０の第２面４０ａ側に形成された絶縁膜４２を介してキャップ基板４０に接合されるとともに、キャップ基板４０を貫通する第２貫通電極７２と電気的に接触している。第３キャップ側パッド３３ｂの主成分は第２支持側パッド３２ａと同一のアルミニウムであり、貼り合わせ基板４１の主成分はシリコンであるが、これらは互いに直接的な接触は無く、シリコンの酸化膜や窒化膜からなる絶縁膜４２を介して互いに接合された状態となっている。
【００６１】
電極領域Ｃにあっては、絶縁膜９３ｉが特許請求の範囲に記載の支持側緩衝層に相当し、後述するように、バリアメタル層９３ｂを含んだ態様も採用することができる。また、絶縁膜４２が特許請求の範囲に記載のキャップ側緩衝層に相当する。絶縁膜９３ｉのみで構成された形態、バリアメタル膜９３ｂのみで構成された形態、およびその両方を含んだ形態について、すべてを含んだ概念として第３支持側緩衝層９３と称する。
【００６２】
ｚ軸方向から正面視するとき、第３接合体３３は円形状である。そして、第３支持側緩衝層９３もコンタクトホール９３ｈ部分がくり抜かれた円環状を成している。第３接合体３３は、コンタクト部３３ｃがオーバラップする部分を除いて、第３支持側緩衝層９３およびキャップ側緩衝層たる絶縁膜４２にオーバラップしている。このオーバラップした部分は、第３接合体３３が絶縁膜４２，９３ｉを介してそれぞれキャップ基板４０および支持基板１０に接合されており、機械的強度を担保する構造となっている。一方、コンタクト部３３ｃは、可動部２０を有する第２基板１３と第２貫通電極７２との間の導通経路を担保する構造となっている。
【００６３】
なお、図示しないが、フレーム領域Ａと同様に、第３支持側緩衝層９３として、第３支持側パッド３３ａと支持基板１０との間にバリアメタル膜９３ｂを介する構造を採用してもよい。この場合には、コンタクトホール９３ｈを設ける必要はなく、バリアメタル膜９３ｂが支持基板１０と第３支持側パッド３３ａとを電気的に接続する。さらに、図９に示すように、支持基板１０上にコンタクトホール９３ｈを有する絶縁膜９３ｉが形成され、絶縁膜９３ｉ上、コンタクトホール９３ｈの内壁、および、コンタクトホール９３ｈの形成により露出される第２基板１３上にバリアメタル膜９３ｂが形成され、バリアメタル膜９３ｂと第３接合体３３とが接合された形態であってもよい。なお、この場合、ｚ軸方向から正面視したとき、第３接合体３３はバリアメタル膜９３ｂの最外の輪郭線よりも内側に存在していることが好ましい。図８を参照して説明したバリアメタル膜９３ｂが存在しない構成にあっては、コンタクト部３３ｃと第２基板１３とが直接的に接触して互いに電気的に接続されている。これに対して、図９に示す構成にあっては、コンタクトホール９３ｈ内において、コンタクト部３３ｃと第２基板１３との間にバリアメタル膜９３ｂが挿入されている。このように、図９に示す第３支持側パッド３３ａと第３キャップ側パッド３３ｂとが一体的に接合されて成る第３接合体３３は、シリコンを主成分とする部位に接触することなく独立して存在している。
【００６４】
また、第３キャップ側パッド３３ｂを円環状に形成してもよい。ｚ軸方向から正面視するとき、円環における中空部はコンタクトホール９３ｈの形成位置とオーバラップするようになっている。換言すれば、ｚ軸方向から正面視するとき、第３キャップ側パッド３３ｂの全体が、第３キャップ側緩衝層たる絶縁膜４２にオーバラップするようになっている。このような形態を採用すると、経時により合金化の可能性があるコンタクト部３３ｃに機械的強度を担わせることなく、第２貫通電極７２と第２基板１３とを電気的に接続することができる。
【００６５】
なお、第１接合体３１および第１貫通電極７１の構造、第４接合体３４および第３貫通電極の構造、第５接合体３５および第４貫通電極の構造は、それぞれ接合体と貫通電極との接続構造であるから電極領域Ｃに類似する構造を採用することができる。ただし、第１接合体３１、第４接合体３４および第５接合体３５は必ずしも第２基板１３との導通を確保する必要がないので、接合体３１，３４，３５と第２基板１３との間に挿入される支持側緩衝層として、コンタクトホールを有しない絶縁膜を採用すれば良い。これによれば、第１接合体３１、第４接合体３４および第５接合体３５は、シリコンを主成分とする部位に接触することなく独立して存在している。
【００６６】
本実施形態では、導通領域Ｂと電極領域Ｃとを分けて説明したが、導通領域Ｂおよび電極領域Ｃにおける接合体は、異なる導電層の間に介在して層間の電気伝導に寄与するものであるから、いずれも特許請求の範囲に記載の導通領域に含まれる概念である。
【００６７】
次に、図１０〜図２２を参照して、慣性センサ１００の製造方法について説明する。
【００６８】
まず、図１０に示すように、支持基板１０を用意する。支持基板１０の製造は、まず、例えばシリコンから構成される第１基板１１を用意し、第１基板１１上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、第１基板１１に窪み部１５を形成する。その後、第１基板１１上にＣＶＤや熱酸化等の一般的に知られた方法で絶縁膜１２を形成する。次に、絶縁膜１２と第２基板１３とを接合して支持基板１０を形成する。絶縁膜１２と第２基板１３とを接合は、特に限定されるものではないが、例えば、次のように行うことができる。
【００６９】
まず、絶縁膜１２の接合面および第２基板１３の接合面にＮ２プラズマ、Ｏ２プラズマ、またはＡｒイオンビームを照射し、絶縁膜１２および第２基板１３の各接合面を活性化する。そして、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によるアライメントを行い、室温〜５５０℃で絶縁膜１２および第２基板１３をいわゆる直接接合により接合する。なお、ここでは直接接合を例に挙げて説明したが、絶縁膜１２と第２基板１３とは、陽極接合や中間層接合、フージョン接合等の接合技術によって接合されてもよい。また、接合後に、高温アニール等の接合品質を向上させる処理を行ってもよい。さらに、接合後に、第２基板１３を研削研磨によって所望の厚さに加工してもよい。
【００７０】
次いで、図１１に示すように、第２基板１３上に、ＣＶＤ等の一般的に知られた方法で支持側緩衝層を構成する絶縁膜ｉを形成する。
【００７１】
次いで、図１２に示すように、絶縁膜ｉ上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、絶縁膜ｉをパターニングする。この工程により、フレーム領域Ａには第６支持側緩衝層９６を構成する絶縁膜９６ｉが形成される。絶縁膜９６ｉは第６接合体３６の形状に沿った枠状に形成される。また、導通領域Ｂには第２支持側緩衝層９２を構成する絶縁膜９２ｉが形成される。また、電極領域Ｃには第３支持側緩衝層９３を構成する絶縁膜９３ｉが形成され、同時に、第１接合体３１、第４接合体３４および第５接合体３５に対応するに対応する支持側緩衝層を構成する絶縁膜が形成される。第１接合体３１〜第５接合体３５に対応する絶縁膜ｉはパターニングの際にコンタクトホールが同時に形成されるため、絶縁膜ｉは略円環状に形成される。
【００７２】
次いで、図１３に示すように、第２基板１３上および絶縁膜ｉ上に、ＣＶＤ等の一般的に知られた方法で支持側緩衝層を構成するバリアメタル膜ｂを形成する。
【００７３】
次いで、図１４に示すように、バリアメタル膜ｂ上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、バリアメタル膜ｂをパターニングする。バリアメタル膜ｂのエッチングによるパターニングはドライエッチングが好ましい。この工程により、フレーム領域Ａにおいては、絶縁膜９６ｉ上のバリアメタル膜ｂはすべて除去される。また、導通領域Ｂには第２支持側緩衝層９２を構成するバリアメタル膜９２ｂが形成される。また、電極領域Ｃには第３支持側緩衝層９３を構成する絶縁膜９３ｉが形成され、同時に、第１接合体３１、第４接合体３４および第５接合体３５に対応するに対応する支持側緩衝層を構成するバリアメタル膜が形成される。第１〜第５接合体３１〜３５に対応するバリアメタル膜は略円柱状に形成される。
【００７４】
図１１〜図１４を参照して説明した工程が、特許請求の範囲に記載の支持側緩衝層を形成すること、に相当する。
【００７５】
次いで、図１５に示すように、第２基板１３上および支持側緩衝層を覆うようにパッドの構成材料となる金属膜ｐ（例えばアルミニウム）をスパッタリング法やＰＶＤのような一般的な方法により形成する。
【００７６】
次いで、図１６に示すように、レジストや酸化膜等の図示しないマスクを用いて反応性イオンエッチング等によって当該金属膜ｐをパターニングすることにより、第１支持側パッド３１ａ〜第６支持側パッド３６ａを選択的に形成する。各パッド３１ａ〜３６ａの形成にかかるエッチングはウェットエッチングが好ましい。
【００７７】
図１５および図１６を参照して説明した工程が、特許請求の範囲に記載の第１面１０ａに支持側パッドを形成すること、に相当する。
【００７８】
次いで、図示しないが、レジストや酸化膜等のマスクを用いて反応性イオンエッチング等で第２基板１３に溝部１４およびスリット５０を形成する。これにより、可動部２０が形成され、且つ、周辺部３０が島部３０ａと母体部３０ｂ、あるいは、外周部３０ｃと内周部３０ｄに区画された第１基板１０が用意される。
【００７９】
上記図１０〜図１６で説明した工程とは別工程において、図１７に示すように、貼り合わせ基板４１を用意する。そして、図示しないが、貼り合わせ基板４１上に図示しないマスクレジストを形成してエッチング等を行い、貼り合わせ基板４１に窪み部１６を形成する。そして、熱酸化等によって貼り合わせ基板４１の全面に絶縁膜４２を形成する。
【００８０】
なお、第２面４０ａ側に形成される絶縁膜４２は、本実施形態におけるキャップ側緩衝層に相当し、図１７を参照して説明した工程は、特許請求の範囲に記載のキャップ側緩衝層を形成すること、に相当する。
【００８１】
次いで、図１８に示すように、絶縁膜４２のうち支持基板１０と対向する部分に金属膜（アルミニウム）を形成する。そして、レジストや酸化膜等の図示しないマスクを用いて反応性イオンエッチング等で当該金属膜をパターニングすることにより、第１固定電極６１、第２固定電極６２を形成する。また、この工程において、第１キャップ側パッド３１ｂ〜第６キャップ側パッド３６ｂを選択的に形成する。さらに、この工程において中継配線６３を形成する。フレーム領域Ａに属する第６キャップ側パッド３６ｂは第６支持側パッド３６ａに対応した枠状を成している。一方、導通領域Ｂに属する第２キャップ側パッド３２ｂは円柱状に形成する。また、電極領域Ｃに属し、後に貫通電極７０と接続される第１キャップ側パッド３１ｂ、第３キャップ側パッド３３ｂ、第４キャップ側パッド、および第５キャップ側パッドは略円環状に形成する。
【００８２】
図１８を参照して説明した工程が、特許請求の範囲に記載の、第２面４０ａにキャップ側パッドを形成すること、に相当する。
【００８３】
次いで、図１９に示すように、支持基板１０とキャップ基板４０とを接合する。具体的には、適宜形成されたアライメントマークを用いて赤外顕微鏡等によるアライメントを行い、支持基板１０に形成された第１支持側パッド３１ａ〜第６支持側パッド３６ａと、キャップ基板４０に形成された第１キャップ側パッド３１ｂ〜第６キャップ側パッド３６ｂとを３００〜５００℃で金属接合する。これにより、支持基板１０とキャップ基板４０との間の空間が第６接合体３６により封止されてキャビティ８０となり、枠部２２および第１固定電極６１、第２固定電極６２がキャビティ８０に気密封止される。
【００８４】
図１９を参照して説明した工程が、特許請求の範囲に記載の、支持側パッドとキャップ側パッドとを拡散接合もしくは熱圧着接合すること、に相当する。
【００８５】
次いで、図２０に示すように、絶縁膜４２および貼り合わせ基板４１を支持基板１０側と反対側から研削し、これによって支持基板１０側と反対側の絶縁膜４２を除去するとともに貼り合わせ基板４１を薄くする。
【００８６】
次いで、図２１に示すように、第１接合体３１、第３接合体３３、第４接合体３４および第５接合体３５に対応する場所における貼り合わせ基板４１および絶縁膜４２を除去することにより、４つの貫通孔４１ａを形成する。そして、各貫通孔４１ａの壁面にＴＥＯＳ等の絶縁膜４１ｂを成膜する。このとき、貼り合わせ基板４１のうち支持基板１０側と反対側に形成された絶縁膜にて絶縁膜４３が構成される。つまり、絶縁膜４３と絶縁膜４１ｂとは同じ工程で形成される。その後、各貫通孔４１ａの底部に形成された絶縁膜４１ｂを除去し、各貫通孔４１ａ内において、第１接合体３１、第３接合体３１、第４接合体３４および第５接合体３５を露出させる。
【００８７】
次いで、図２２に示すように、各貫通孔４１ａにスパッタ法や蒸着法等によって金属膜を配置して各貫通電極７０を形成する。具体的には、第１接合体３１に対応する貫通孔４１ａに第１貫通電極７１を形成する。第３接合体３３に対応する貫通孔４１ａに第２貫通電極７２を形成する。また、第４接合体３４に対応する貫通孔４１ａに第３貫通電極を形成する。第５接合体３５に対応する貫通孔４１ａに第４貫通電極を形成する。その後、絶縁膜４３上の金属膜をパターニングしてランド部７０ａを形成する。
【００８８】
以上記載した工程を経て、慣性センサ１００を製造することができる。なお、上記したように、導通領域Ｂおよび電極領域Ｃにおいて、バリアメタル膜ｂは必ずしも必要ではないので、図１３および図１４を参照して説明したバリアメタル膜ｂの形成工程は省略しても良い。
【００８９】
また、上記では、ｚ軸方向に印加される加速度を検出する慣性センサ１００の製造方法について説明したが、ｘｙ平面に沿う方向に印加される加速度を検出するセンシング部を同一慣性センサ１００内に設けるようにしても良い。また、上記では１つの加速度センサの製造方法について説明したが、ウェハ状の支持基板１０およびキャップ基板４０を用意し、これらを接合した後にダイシングカットしてチップ単位に分割するようにしてもよい。
【００９０】
次に、本実施形態にかかる慣性センサ１００の作用効果について説明する。
【００９１】
この慣性センサ１００では、金属から成る各接合体３１〜３６と、シリコンから成る第２基板１３および貼り合わせ基板４１とが、それぞれ支持側緩衝層およびキャップ側緩衝層を介して互いに接合されている。換言すれば、接合体３１〜３６を構成する金属とシリコンとが互いに接触していない。このため、図１９を参照して説明した、支持基板１０とキャップ基板４０との接合の際の高温高圧下においても、金属とシリコンとの間の相互の熱拡散が抑制できる。すなわち、アロイスパイクを抑制でき、機械的強度の低下を抑制することができる。
【００９２】
とくに、本実施形態では、導通領域Ｂおよび電極領域Ｃにおいて、第２接合体３２〜第５接合体３５と第２基板１３との電気的接続の必要性から支持側緩衝層にコンタクトホールが形成されているが、コンタクトホールの形成によって露出する支持基板１３を被覆するようにバリアメタル層９２ｂ，９３ｂが形成されている。このため、導通領域Ｂおよび電極領域Ｃにおいても接合体３２〜３５を構成する金属とシリコンとの接触を防止でき、アロイスパイクの発生を抑制することができる。
【００９３】
また、本実施形態における接合体３２，３３は、ｚ軸方向から正面視したとき、それぞれが接触する支持側緩衝層９２，９３の最外の輪郭線よりも内側に収まるように形成されている。換言すれば、支持側緩衝層９２，９３は、ｚ軸方向から正面視したとき、それぞれ第２支持側パッド３２ａ、第３支持側パッド３３ｂを内包するように形成されている。支持側パッド３１ａ〜３６ａは金属製であるがゆえに展延性を有し、支持基板１０とキャップ基板４０との接合の際に変形して外側に拡がるが、接合体３２，３３は、それぞれが接触する支持側緩衝層９２，９３の最外の輪郭線よりも内側に収まるように形成されているので、接合体３２，３３が変形しても支持側緩衝層９２，９３を越えて支持基板１３に至ることが抑制される。よって、予期しないアロイスパイクを抑制することができる。
【００９４】
さらに、本実施形態では、各領域Ａ〜Ｃにおいて、ｚ軸方向から正面視したときに、支持側緩衝層（９２，９３，９６）の少なくとも一部と、キャップ側緩衝層（すなわち絶縁膜４３）の少なくとも一部と、支持側パッド（９２ａ，９３ａ，９６ａ）とキャップ側パッド（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）との接合面の少なくとも一部と、がオーバラップしている。支持側パッド（９２ａ，９３ａ，９６ａ）とキャップ側パッド（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）とが互いに接触している部分は、接合の工程時やセンサとしての使用時に、支持基板１０とキャップ基板４０に働くｚ軸方向の力の伝達経路となる。すなわち、ｚ軸方向から正面視したとき、支持側パッド（９２ａ，９３ａ，９６ａ）とキャップ側パッド（９２ｂ，９３ｂ，９６ｂ）との接合面とオーバラップする部分には機械的強度が要求される。本実施形態では、この接合面に支持側緩衝層とキャップ側緩衝層とがオーバラップしておりシリコンと接合体との合金化を抑制しているので、支持側緩衝層とキャップ側緩衝層が形成されない構成に較べて機械的強度を向上することができる。
【００９５】
（第２実施形態）
第１実施形態では、キャップ基板４０側に貫通電極７０が形成される例について説明したが、第２実施形態では、図２３に示すように、支持基板１０側に貫通電極７０が形成される慣性センサ１１０について説明する。
【００９６】
この慣性センサ１１０は、貫通電極７０の形成位置、および貫通電極７０の位置の相違に由来する接合体３１〜３６を除く部分では第１実施形態の慣性センサ１００と略同一の構成をしている。本実施形態における貫通電極７０は、第１実施形態における貫通電極７０に対して、ｘｙ平面を対称面として鏡面対称の位置に形成されている。図２３に示すように、第１貫通電極７１に対応して第５貫通電極７５が形成され、第２貫通電極７２に対応して第６貫通電極７６が形成されている。なお、第３貫通電極および第４貫通電極に対応する貫通電極７０も形成されているが図示を省略する。
【００９７】
第５貫通電極７５および第６貫通電極７６は支持基板１０のうち第１基板１１と絶縁膜１２を貫通するように形成されている。本実施形態における貫通電極７０は、第１基板１１および絶縁膜１２を貫通する貫通孔１１ａに、絶縁膜１１ｂを介して形成されている。絶縁膜１１ｂは、貫通孔１１ａの内壁面において絶縁膜１２と連結して一体的な絶縁膜となっている。貫通電極７０は貫通孔１１ａの内壁面に沿って形成される。
【００９８】
図２３に示すように、第５貫通電極７５は絶縁膜１２を貫通して第１接合体３１に至る。つまり、第５貫通電極７５は、第１接合体３１、中継配線６３、第２接合体３２を経由して可動部２０に電気的に接続されている。第６貫通電極７６は絶縁膜１２を貫通して第２基板１３に至る。第２基板１３は第３接合体３３を介して貼り合わせ基板４１に電気的に接続している。図示しない残る２つの貫通電極７０は、それぞれ第１固定電極６１および第２固定電極６２と電気的に接続されている。
【００９９】
この慣性センサ１１０においても、接合体３１〜３６は３種の領域に分類される。３種のうち２種は第１実施形態と同様のフレーム領域Ａおよび導通領域Ｂである。フレーム領域Ａと導通領域Ｂについては第１実施形態と同一の構造であるから説明を省略する。
【０１００】
３種のうち残りの１種は層間接続領域Ｄである。層間接続領域Ｄには第３接合体３３が属する。図２３および図２４に示すように、慣性センサ１１０における第３接合体３３は、第２基板１３の周辺部３０と貼り合わせ基板４１との間を仲介することにより電気的に接続し、周辺部３０と貼り合わせ基板４１とを同電位に保持するための接合体である。周辺部３０は第６貫通電極７６に接続されており、例えば第６貫通電極７６をグランド電位に設定すれば、貼り合わせ基板４１と周辺部３０とをグランド電位に保持することができる。
【０１０１】
本実施形態における第３接合体３３は、２つの対向するパッドが互いに接合されて一体となっている。具体的には、図２４に示すように、第３接合体３３は、支持基板１０（第２基板１３）側に形成された第３支持側パッド３３ａと、キャップ基板４０側に形成された第３キャップ側パッド３３ｂとが対向面を接合面として、拡散接合あるいは熱圧着接合によって互いに一体的に接合されて成る。
【０１０２】
第３支持側パッド３３ａは、バリアメタル膜９３ｂを介して支持基板１０における第２基板１３、ひいては周辺部３０に接合されている。第３支持側パッド３３ａの主成分はアルミニウムであり、第２基板１３の主成分はシリコンであるが、これらは互いに直接的な接触は無く、窒化チタンなどからなるバリアメタル膜９３ｂを介して互いに接合された状態となっている。
【０１０３】
一方、第３キャップ側パッド３３ｂは、キャップ基板４０の第２面４０ａ側に形成された絶縁膜４２を介してキャップ基板４０に接合されている。絶縁膜４２は円柱状に貫通するコンタクトホール４２ｈを有している。コンタクトホール４２ｈ内には、コンタクトホール４２ｈを満たすように、第３キャップ側パッド３３ｂと同一材料のコンタクト部３３ｃが形成されている。コンタクト部３３ｃは、コンタクトホール４２ｈの開口部の一方側において第３キャップ側パッド３３ｂと一体的に形成されるとともに、開口部の他方において貼り合わせ基板４１に接している。すなわち、第３キャップ側パッド３３ｂは、コンタクト部３３ｃを介して、貼り合わせ基板４１と電気的に接続されている。
【０１０４】
第１実施形態の場合と同様に、バリアメタル膜９３ｂが特許請求の範囲に記載の支持側緩衝層に相当するが、図２５に示すように、絶縁膜９３ｉを含んだ態様も採用することができる。図２５に示す例では、第３支持側パッド３３ａは、支持基板１０の第１面１０ａ側に形成された絶縁膜９３ｉを介して支持基板１０に接合されている。絶縁膜９３ｉは円柱状に貫通するコンタクトホール９３ｈを有している。そして、第３支持側パッド３３ａと絶縁膜９３ｉとの間にバリアメタル膜９３ｂが介在している。バリアメタル膜９３ｂはコンタクトホール９３ｈ内にも配置されており、コンタクトホール９３ｈ内には、コンタクトホール９３ｈを満たすように、第３支持側パッド３３ａと同一材料のコンタクト部３３ｃが形成されている。
【０１０５】
また、図２４に示す形態では、絶縁膜４２が特許請求の範囲に記載のキャップ側緩衝層に相当するが、図２５に示すように、バリアメタル膜４２ｉを含んだ態様も採用することができる。この態様では、第３キャップ側パッド３３ｂと絶縁膜４２との間にバリアメタル膜４２ｂが介在している。バリアメタル膜４２ｂはコンタクトホール４２ｈ内にも配置されている。
【０１０６】
なお、図２５に示した慣性センサにおいて、バリアメタル膜４２ｂおよび９３ｂを設けないような態様であっても良い。ただし、貼り合わせ基板４１および第２基板１３と、第３接合体３３と、を直接的に接触させないという観点からはバリアメタル膜４２ｂおよび９３ｂとを設けることが好ましい。
【０１０７】
第１実施形態と同様に、第２実施形態においても、ｚ軸方向から正面視したとき、支持側パッド９３ａとキャップ側パッド９３ｂとの接合面とオーバラップする部分には機械的強度が要求される。本実施形態では、支持側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｂはキャップ側緩衝層とオーバラップせず、且つ、キャップ側緩衝層のコンタクトホール３３ｈも支持側緩衝層にオーバラップしていない。これにより、支持側パッド９３ａとキャップ側パッド９３ｂとの接合面と、支持側緩衝層およびキャップ側緩衝層と、がオーバラップする面積が出来る限り大きくなるようにでき、シリコンと接合体との合金化を抑制しつつ機械的強度を向上することができる。
【０１０８】
ｘ軸方向におけるサイズに制限がある場合には、図２５に示すように支持側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｂとキャップ側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｈがｘ軸方向にずれた形態を採用できないことがある。そのような場合には、図２６に示すように、ｚ軸方向において、支持側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｂとキャップ側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｈがオーバラップするように形成されても良い。コンタクトホール３３ｈがオーバラップする部分を除く領域では接合体３３と絶縁膜４２，９３ｉとがオーバラップするので、シリコンと接合体との合金化を抑制しつつ機械的強度を向上することができる。とくに、支持側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｂとキャップ側緩衝層におけるコンタクトホール３３ｈが完全にオーバラップするようにすれば、接合体３３と絶縁膜４２，９３ｉとがオーバラップする面積を最大にすることができ、機械的強度をより効率的に確保することができる。
【０１０９】
本実施形態では、導通領域Ｂと層間接続領域Ｄとを分けて説明したが、導通領域Ｂおよび層間接続領域Ｄにおける接合体は、異なる導電層の間に介在して層間の電気伝導に寄与するものであるから、いずれも特許請求の範囲に記載の導通領域に含まれる概念である。
【０１１０】
（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上記した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。
【０１１１】
上記した各実施形態では、接合体３１〜３６、貫通電極７０についてアルミニウムを採用する例について説明したが、金や銅を含む金属を採用しても良い。また、各絶縁膜については、シリコンの酸化膜や窒化膜を採用することができる。さらに、各バリアメタル膜については、アルミニウムや銅に対して耐合金製を有する金属を採用することが好ましく、例えばチタン、窒化チタン、タンタル、窒化タンタルの少なくとも１種を含む金属を採用することができる。
【０１１２】
また、接合体３１〜３６は、表面に酸化防止膜が形成されることが好ましい。酸化防止膜とは、接合体３１〜３６の表面酸化に対して還元性を有する膜であれば良く、例えばチタン薄膜を採用することができる。この酸化防止膜は、各支持側パッドをパターニングした後に、例えばチタンを蒸着する等の方法で、支持側パッドにおける酸化防止膜を形成することができる。また、各キャップ側パッドをパターニングした後に、例えばチタンを蒸着する等の方法で、キャップ側パッドにおける酸化防止膜を形成することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…支持基板，１１…第１基板，１２…絶縁膜，１３…第２基板，２０…可動部，３０…周辺部，３１…第１接合体，３２…第２接合体，３６…第６接合体，４０…キャップ基板，４１…貼り合わせ基板，６３…中継配線，７０…貫通電極，８０…キャビティ
【図１】
2018004446.tif 000003
【図２】
2018004446.tif 000004
【図３】
2018004446.tif 000005
【図４】
2018004446.tif 000006
【図５】
2018004446.tif 000007
【図６】
2018004446.tif 000008
【図７】
2018004446.tif 000009
【図８】
2018004446.tif 000010
【図９】
2018004446.tif 000011
【図１０】
2018004446.tif 000012
【図１１】
2018004446.tif 000013
【図１２】
2018004446.tif 000014
【図１３】
2018004446.tif 000015
【図１４】
2018004446.tif 000016
【図１５】
2018004446.tif 000017
【図１６】
2018004446.tif 000018
【図１７】
2018004446.tif 000019
【図１８】
2018004446.tif 000020
【図１９】
2018004446.tif 000021
【図２０】
2018004446.tif 000022
【図２１】
2018004446.tif 000023
【図２２】
2018004446.tif 000024
【図２３】
2018004446.tif 000025
【図２４】
2018004446.tif 000026
【図２５】
2018004446.tif 000027
【図２６】
2018004446.tif 000028