(57)【要約】【課題】一連の接合工程の過程中において加速度センサと角速度センサにそれぞれ対応した圧力雰囲気で封止し、それぞれのセンサの検出感度の向上を図る。【解決手段】加速度センサ１１の可動体１１１と角速度センサ１２の振動体１２１とを壁１６で隔てて、同一のセンサウエハ１０上に作製する。加速度センサ１１及び角速度センサ１２の可動体１１１及び振動体１２１に対応したギャップ２１，２２を設けたキャップウエハ２０を形成し、角速度センサ１２のギャップ２２近傍にバンプ２３を配置する。加速度センサ１１を大気圧封止した後、高温、高荷重を印加して、角速度センサ１２を真空封止する。その後、ダイアモンド砥石による切断、回路基板、配線基板を実装して、複合センサを形成する。【選択図】図２
2011242371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動体を用いて角速度を検出する角速度センサ及び可動体を用いて加速度を検出する加速度センサからなるセンサチップをそれぞれ複数配置したセンサウエハと、前記角速度センサと前記加速度センサにそれぞれ対応した箇所に凹部のギャップが形成されるとともに、前記角速度センサの前記ギャップの近傍に凸部のバンプが形成されたキャップチップを複数配置したキャップウエハと、から生成される複合センサの製造方法であって、
大気圧雰囲気下において、前記センサウエハと前記キャップウエハを前記バンプが介在するように接合し、前記加速度センサを大気圧雰囲気で接合封止するとともに、前記角速度センサに形成した前記ギャップ近傍の前記バンプによって前記角速度センサを大気圧雰囲気で接合阻害する接合封止・接合阻害工程と、
真空雰囲気下において、前記バンプによる前記接合阻害の隙間を通して前記角速度センサを真空雰囲気に浸す真空雰囲気形成工程と、
前記センサウエハと前記キャップウエハへの加熱と荷重によって、前記バンプを変形させて前記角速度センサを真空雰囲気で接合封止する接合封止工程と、を順に行う工程を有する
ことを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記接合封止・接合阻害工程と、前記真空雰囲気形成工程と、前記接合封止工程とに続いて、前記センサウエハと前記キャップウエハの切断により複合センサウエハを複合センサチップにする個片化工程と、
外部入出力端子を有する配線基板上に、前記加速度センサ及び前記角速度センサからの検出とその補正を行う回路基板を設置する第１の設置工程と、
前記回路基板上に前記複合センサチップを設置する第２の設置工程と、
前記複合センサチップ、前記回路基板、及び前記配線基板をワイヤで接続する接続工程と、
前記配線基板、前記回路基板、及び前記複合センサチップを樹脂封止する樹脂封止工程、若しくは、蓋付きのセラミックスパッケージ化又は蓋付きの樹脂パッケージ化するパッケージ工程と、を有する
ことを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記センサウエハはシリコン、前記キャップウエハはガラス又はシリコン、からなることを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記加速度センサを大気圧雰囲気で接合封止する接合封止工程と、前記角速度センサを真空雰囲気で接合封止する封止工程は、陽極接合又は表面活性化接合であることを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項５】
請求項４において、
前記キャップウエハに形成する前記バンプは、前記陽極接合の場合に、φ１０μｍ以上、高さ０．５μｍ以上であることを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項６】
請求項４において、
前記キャップウエハに形成する前記バンプは、前記表面活性化接合の場合に、高さ０．２μｍ以上であることを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項７】
請求項５または６において、
前記キャップウエハに形成する前記バンプは、ガラス又は金属であることを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項８】
請求項１または２において、
前記キャップウエハがガラスの場合、前記加速度センサの接合封止を２００℃以上４００℃以下で行い、前記角速度センサの接合封止を５００℃以上で行うことを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項９】
請求項１または２において、
前記角速度センサの接合封止工程は、１ＭＰａ以上の荷重で封止することを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項１０】
請求項２において、
前記個片化工程で、前記角速度センサの前記ギャップ近傍に形成されたバンプが除去されるように前記複合センサウエハを切断することを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項１１】
請求項１または２において、
前記センサウエハは、センサウエハ平面のＸ軸とＹ軸の加速度をそれぞれ検出する加速度センサからなる加速度検出部と、前記センサウエハ平面のＺ軸廻りの角速度を検出する角速度センサからなる角速度検出器とを設置し、前記加速度検出部と前記角速度検出器の検出軸が互いに直交している
ことを特徴とする複合センサの製造方法。
【請求項１２】
振動体を用いて角速度を検出する角速度センサ及び可動体を用いて加速度を検出する加速度センサからなるセンサチップをそれぞれ複数配置したセンサウエハと、前記角速度センサと前記加速度センサにそれぞれ対応した箇所に凹部のギャップが形成されるとともに、前記角速度センサの前記ギャップの近傍に凸部のバンプが形成されたキャップチップを複数配置したキャップウエハと、を元にして製造された複合センサであって、
前記センサウエハは、センサウエハ平面のＸ軸とＹ軸の加速度をそれぞれ検出する加速度センサを有し、前記センサウエハ平面のＺ軸廻りの角速度を検出する角速度センサを有し、
前記加速度センサは、大気圧雰囲気下での前記センサウエハと前記キャップウエハの接合によって大気圧雰囲気で接合封止される構造であり、
前記角速度センサは、真空雰囲気下での前記センサウエハと前記キャップウエハへの加熱と荷重によるバンプの変形によって真空雰囲気で接合封止される構造である
ことを特徴とする複合センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物理量の測定に用いられる物理量センサ、およびその物理量検出センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、静電容量型の物理量センサには、様々なものが提供されている。物理量センサは、シリコン基板、ガラス基板上にマイクロマシニングにより、振動体、可動体等の可動機構部品を設け、キャップ基板には、振動体、可動体等の可動機構部品に対応した箇所に駆動ギャップを設けておき、これらの基板を接合、接着等で封止する。これらの可動機構部品のサイズは、μｍオーダとなっており、空気抵抗等の影響により、特性低下の課題が生じ、それぞれの振動体、可動体等の可動機構部品に対応した圧力雰囲気でセンシング部を封止する必要がある。
【０００３】
複合センサは、加速度センサ、角速度センサ等を同一基板上に設置するため、加速度センサ、角速度センサのそれぞれが特性低下しない圧力雰囲気で封止する。一般的に加速度センサのセンシング部は、大気圧封止、角速度センサのセンシング部は、真空封止することで特性低下しない複合センサが提供される。
【０００４】
角速度センサは、可動機構部品が振動体であり、この振動体がある一定の周波数で駆動振動させているときに、角速度が加わると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力により、振動体が変位する。このコリオリ力による振動体の変位量を検出することで角速度を検出する。振動体の駆動速度が速いほど、コリオリ力が大きくなるため、角速度センサの検出感度を良好にするには、振動体を高周波数かつ数μｍというような大きな振幅で振動させる必要がある。
【０００５】
しかしながら、マイクロマシニングにより作製した振動体は、微小ギャップで形成するため、駆動雰囲気が大気圧の場合、空気（封止気体）のダンピング効果の影響が大きくなる。このダンピング効果が、角速度センサの高周波数、かつ大振幅での振動に影響を与えてしまい、角速度センサの検出感度を低下させる。したがって、ダンピング効果の影響の小さい、すなわち真空雰囲気下で角速度センサのセンシング部を封止することで、高周波数、かつ大振幅できる角速度センサを得ることができる。
【０００６】
一方、加速度センサは、可動機構部品が錘、梁等で構成された可動体であり、加速度が加わると、可動体が変位する。この可動体の変位量を検出することで、加速度を検出する。加速度センサを角速度センサと同じ真空雰囲気下で封止すると、加速度センサの可動体は、ダンピング効果が小さくなるため、振動し続ける現象が発生して、加速度を感度良く検出できない。したがって、加速度センサは、ダンピング効果の大きい、すなわち大気雰囲気下で封止する。
【０００７】
加速度センサ、角速度センサを複合化した複合センサの公知例として、特許文献１には、加速度センサ、角速度センサを封止するキャップ基板の加速度センサ側に貫通孔（通気路）を設けておき、加速度センサ、角速度センサを真空封止した後、通気路よりダンピング剤を充填し、貫通孔を半田、樹脂等で埋めて、加速度センサを大気雰囲気下で、また、角速度センサを真空雰囲気下で封止する構成が提示されている。
【０００８】
また、特許文献２には、加速度センサ、角速度センサを大気圧雰囲気で封止した後、角速度センサ上のキャップ基板もしくはセンサ基板に貫通孔を形成する。その後、シリコン等のＣｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ（ＣＶＤ）法で、その貫通孔を埋めることで、角速度センサをＣＶＤ法での圧力すなわち真空雰囲気下で封止する。この方法で、加速度センサを大気圧雰囲気で、また、角速度センサを真空雰囲気で封止する構成が提示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−５９５０号公報
【特許文献２】特表２００８−５０１５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、同一基板上に設置した加速度センサ、角速度センサの検出感度を向上させるため、それぞれのセンサに対応した圧力で封止する必要がある。同一基板上で封止するため、加速度センサ、角速度センサの片方のセンシング部に対応した圧力雰囲気での封止は容易であるが、両方のセンシング部に対応した圧力雰囲気とするためには、上記の特許文献１と２に記載されているように、キャップ基板に貫通孔等の通気路を形成し、センサ基板と接合した後、別材料を用いて、貫通孔を埋め込みする方法が存在する。
【００１１】
しかしながら、上記の貫通孔の埋め込み方法では、シリコンもしくはガラス基板と貫通孔を埋める材料との線膨張係数差による伸縮、貫通孔を埋め込む材料との密着性劣化による信頼性低下の課題、製造工程の複雑化による高コスト化等の課題が発生する。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するために、加速度センサと角速度センサにそれぞれ対応した圧力雰囲気で封止することができ、その封止が一連の接合工程の過程中に形成可能であり、さらに高信頼性の封止と低製造コストを確保することのできる複合センサ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】
【００１３】
前記課題を解決するために、本発明は主として次のような構成を採用する。  
振動体を用いて角速度を検出する角速度センサ及び可動体を用いて加速度を検出する加速度センサからなるセンサチップをそれぞれ複数配置したセンサウエハと、前記角速度センサと前記加速度センサにそれぞれ対応した箇所に凹部のギャップが形成されるとともに、前記角速度センサの前記ギャップの近傍に凸部のバンプが形成されたキャップチップを複数配置したキャップウエハと、から生成される複合センサの製造方法であって、大気圧雰囲気下において、前記センサウエハと前記キャップウエハを前記バンプが介在するように接合し、前記加速度センサを大気圧雰囲気で接合封止するとともに、前記角速度センサに形成した前記ギャップ近傍の前記バンプによって前記角速度センサを大気圧雰囲気で接合阻害する接合封止・接合阻害工程と、真空雰囲気下において、前記バンプによる前記接合阻害の隙間を通して前記角速度センサを真空雰囲気に浸す真空雰囲気形成工程と、前記センサウエハと前記キャップウエハへの加熱と荷重によって、前記バンプを変形させて前記角速度センサを真空雰囲気で接合封止する接合封止工程と、を順に行う工程を有する複合センサの製造方法。
【００１４】
また、前記接合封止・接合阻害工程と、前記真空雰囲気形成工程と、前記接合封止工程とに続いて、前記センサウエハと前記キャップウエハの切断により複合センサウエハを複合センサチップにする個片化工程と、外部入出力端子を有する配線基板上に、前記加速度センサ及び前記角速度センサからの検出とその補正を行う回路基板を設置する第１の設置工程と、前記回路基板上に前記複合センサチップを設置する第２の設置工程と、前記複合センサチップ、前記回路基板、及び前記配線基板をワイヤで接続する接続工程と、前記配線基板、前記回路基板、及び前記複合センサチップを樹脂封止する樹脂封止工程、若しくは、蓋付きのセラミックスパッケージ化又は蓋付きの樹脂パッケージ化するパッケージ工程と、を有する複合センサの製造方法。さらに、前記センサウエハはシリコン、前記キャップウエハはガラス又はシリコン、からなる複合センサの製造方法。さらに、前記加速度センサを大気圧雰囲気で接合封止する接合封止工程と、前記角速度センサを真空雰囲気で接合封止する封止工程は、陽極接合又は表面活性化接合である複合センサの製造方法。
【００１５】
また、振動体を用いて角速度を検出する角速度センサ及び可動体を用いて加速度を検出する加速度センサからなるセンサチップをそれぞれ複数配置したセンサウエハと、前記角速度センサと前記加速度センサにそれぞれ対応した箇所に凹部のギャップが形成されるとともに、前記角速度センサの前記ギャップの近傍に凸部のバンプが形成されたキャップチップを複数配置したキャップウエハと、を元にして製造された複合センサであって、前記センサウエハは、センサウエハ平面のＸ軸とＹ軸の加速度をそれぞれ検出する加速度センサを有し、前記センサウエハ平面のＺ軸廻りの角速度を検出する角速度センサを有し、前記加速度センサは、大気圧雰囲気下での前記センサウエハと前記キャップウエハの接合によって大気圧雰囲気で接合封止される構造であり、前記角速度センサは、真空雰囲気下での前記センサウエハと前記キャップウエハへの加熱と荷重によるバンプの変形によって真空雰囲気で接合封止される構造である複合センサ。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、同一基板上に配置した加速度センサ、角速度センサの検出感度を向上させる圧力雰囲気を微小調整でき、低コストで製造可能な複合センサおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法において、センサウエハとキャップウエハからなる複合センサウエハの接合状態を説明する図である。
【図２】本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法において、センサチップとキャップチップからなる複合センサチップの拡大した分解斜視図である。
【図３】本実施形態に係る複合センサにおける角速度センサの製造方法に関する第１実施例を示す断面図である。
【図４】本実施形態に係る複合センサにおける加速度センサの製造方法に関する第１実施例を示す断面図である。
【図５】本実施形態に係る複合センサにおける角速度センサの製造方法に関する第２実施例を示す断面図である。
【図６】本実施形態に係る複合センサにおける加速度センサの製造方法に関する第２実施例を示す断面図である。
【図７】本実施形態に係る複合センサにおける角速度センサの製造方法に関する第３実施例を示す断面図である。
【図８】本実施形態に係る複合センサにおける加速度センサの製造方法に関する第３実施例を示す断面図である。
【図９】本実施形態に係る複合センサにおける角速度センサの製造方法に関する第４実施例を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に係る複合センサの製造方法における樹脂モールドパッケージの実装に関する第５実施例を示す図である。
【図１１】本実施形態に係る複合センサの製造方法におけるセラミックスパッケージと樹脂パッケージの実装に関する第６と第７実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法について、その基盤的な概要を工程にしたがって説明する（具体的な製造方法の実施例については後述する）。本発明の実施形態に係る複合センサウエハ３は、加速度センサ１１と角速度センサ１２を隣接した配置で、同一基板上に複数設置したセンサウエハ１と、センサを封止するキャップウエハ２とから構成される。
【００１９】
複合センサは、（１）センサウエハ１とキャップウエハ２と接合してセンシング部を封止して複合センサウエハ３とする工程、（２）複合センサウエハ３を個片化して、複合センサチップ３０とする工程、（３）複合センサチップ３０、外部入出力端子を有する配線基板５０、検出と補正を行う回路基板４０を共に実装する工程、（４）複合センサチップ３０、配線基板５０、回路基板４０の電極をワイヤ６０で接続する工程、（５）樹脂パッケージ７０、セラミックスパッケージ８０等で封止する工程、によって形成される。
【００２０】
「センサ構成および加工方法」
センサウエハ１には、角速度に起因したコリオリ力により振動変位する角速度センサ１２の振動体１２１および検出素子１２２、加速度印加により可動変位する加速度センサ１１の可動体１１１および検出素子１１２が、壁１６に隔てられた空間に複数設置され、加速度センサ１１と角速度センサ１２の対により複合センサを形成する。また、それぞれの複合センサの間には、センサウエハ外周と連結した通気路１３を形成する。
【００２１】
加速度センサ１１の可動体１１１および検出素子１１２と、角速度センサ１２の振動体１２１および検出素子１２２は、ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板の活性層側にフォトリソグラフィでパターンを形成し、シリコンのドライエッチング加工でエッチングして加工する。その後、可動体１１１、振動体１２１、検出素子１１２，１２２として機能させるため、加工したシリコン底面にある酸化膜（ボックス層）を除去することで、駆動できる構成とする。信号の取り出しを行うため、ＳＯＩ基板の活性層、ハンドル層にシリコンのドライエッチング等で貫通孔を形成し、貫通孔側壁にシリコン酸化膜等で絶縁膜を形成した後、貫通孔をポリシリコン、金属等で埋め込んで、ハンドル層側に電極１４を形成する。
【００２２】
「キャップ構成および加工方法」
キャップウエハ２には、加速度センサ１１と角速度センサ１２にそれぞれ対応した箇所に複数のギャップ２１，２２を設置し、角速度センサ１２のギャップ２２近傍に複数のバンプ２３を配置した構成である。キャップウエハ２には、シリコン、ガラス等のセンサウエハ１と同等の線膨張係数を有する材料を選定する。シリコンを用いた場合、水酸化カリウム水溶液を用いた異方性エッチング、フッ酸、硝酸、酢酸の混合液を用いた等方性エッチング、ドライエッチング等でギャップ２１，２２を形成する。一方、ガラスを用いた場合、フッ酸を用いた等方性エッチング、ドライエッチング等でギャップ２１，２２を形成する。
【００２３】
角速度センサ１２のギャップ２２近傍に形成するバンプ２３は、シリコンを用いた場合、金属膜をパターニングすることで形成する。一方、ガラスを用いた場合、金属膜のパターニングもしくは、ガラスをフッ酸、フッ化アンモニウムの混合水溶液を用いて、等方性エッチングで形成する。金属膜の材料としては、接合時に荷重をかけた際に変形しやすい材料を選定する。また、金属膜を用いる場合、ＳＯＩ基板の接合する側（活性層側）に形成した角速度センサ１２の近傍に設置しても良い。
【００２４】
角速度センサ１２の駆動環境の信頼性を向上させるために、角速度センサ１２のギャップ２２内に圧力調整用の吸着材２４を配置しておくと、キャップチップ２０、センサチップ１０表面に吸着していたガスが脱離しても、吸着材２４に付着するため、角速度センサ１２の駆動環境に影響を与えない構成とすることができる。
【００２５】
「接合・封止工程」
センサウエハ１とキャップウエハ２との位置を合わせた後、接合することで加速度センサ１１と角速度センサ１２を封止する。１段階目の接合で、加速度センサ１１を大気圧雰囲気で封止する。このとき、角速度センサ１２のギャップ２２近傍に配置したバンプ２３により、接合が阻害されて、角速度センサ１２は封止されない。また、バンプ２３により形成される通気路１３とセンサウエハ外周と連結した通気路１３を介して、角速度センサ１２の内部圧力を調整することが可能である。
【００２６】
次に、２段目の接合で、真空雰囲気下において、センサウエハ１とキャップウエハ２とに荷重を印加して、バンプ２３を変形させて接合することで、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止する。上述した方法により、一連の接合行程の過程中において、加速度センサを大気圧雰囲気、角速度センサを真空雰囲気で封止した複合センサウエハ３を形成する。
【００２７】
キャップウエハ２にガラスを用いた場合（バンプ２３もガラス）、センサウエハ１とキャップウエハ２との位置を合わせた後、１段階目の接合で、アルゴン等の希ガスもしくは不活性ガスで大気圧に調整し、２００−４００℃で、センサウエハ１とキャップウエハ２とに電圧を印加して、加速度センサ１１を封止する。このとき、バンプ２３により、接合が阻害されて、角速度センサ１２は封止されない。次に２段階目の接合で、アルゴン等の希ガスもしくは不活性ガスで、角速度センサ１２の駆動圧力（真空雰囲気）に調整し、５００℃以上で、荷重を印加した状態で、センサウエハ１とキャップウエハ２とに電圧を印加して、角速度センサ１２を封止する。高温雰囲気で荷重を印加することで、バンプ２３が変形して、ウエハ同士１，２が接触して接合され、角速度センサ１２が真空雰囲気で封止される。
【００２８】
また、金属製バンプ２３を用いた場合、２段階目の接合において、２００−４００℃で、金属製バンプ２３の変形する荷重を印加した状態で、センサウエハ１とキャップウエハ２とに電圧を印加して、角速度センサ１２を封止しても良い。
【００２９】
また、キャップウエハ２にシリコンを用いた場合、センサウエハ１とキャップウエハ２との位置を合わせた後、１段階目の接合で、ウエハ表面を活性化した後、アルゴン等の希ガスもしくは不活性ガスで大気圧に調整し、センサウエハ１とキャップウエハ２とに金属製のバンプ２３が変形しない荷重で押圧して、加速度センサ１１を封止する。このとき、バンプ２３により、接合が阻害されて、角速度センサ１２は封止されない。
【００３０】
次に、２段階目の接合で、表面を活性化した後、アルゴン等の希ガスもしくは不活性ガスで、角速度センサ１２の駆動圧力（真空雰囲気）に調整し、金属製のバンプ２３が変形する荷重で押圧して、角速度センサ１２を封止する。金属製のバンプ２３を変形させることで、ウエハ同士１，２が接触して接合され、角速度センサ１２が真空雰囲気で封止される。
【００３１】
「個片化工程」
複合センサウエハ３を複合センサチップ３０に切断する。切断には、ダイアモンド砥石による切断方法（ダイシング）、もしくはレーザーを用いた切断方法を用いる。
【００３２】
「実装工程」
外部入出力端子を有する配線基板５０（例えば、リードフレーム、セラミックスパッケージ、樹脂パッケージ等）上に、加速度センサ１１と角速度センサ１２の変位を増幅し検出する回路、温度の影響や実装傾き等を補正する回路を配置した回路基板４０を設置して、その上に複合センサチップ３０を実装する。複合センサチップ３０、回路基板４０、配線基板５０は、それぞれの電極パッドをＡｕ等のワイヤ６０で接続する。
【００３３】
リードフレーム等の配線基板５０を用いた場合、インジェクションモールド、ポティング等の方法で樹脂封止する。一方、セラミックスパッケージ８０、樹脂パッケージ７０等の配線基板５０を用いた場合、蓋８２をはんだによる接合、圧着等で封止して、複合センサを形成する。
【００３４】
以上説明した複合センサの構成により、同一基板上の加速度センサ１１と角速度センサ１２をそれぞれのセンサに適合した駆動雰囲気下で封止でき、かつ低コストで製造可能な複合センサおよびその製造方法とすることができる。
【００３５】
次に、本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法の実施例について、図面を参照しながら以下説明する。
【００３６】
「第１実施例」キャップ：ガラス、バンプ：ガラス、陽極接合
本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法に関する第１実施例について、図１、図２、図３及び図４を参照しながら以下説明する。図１は本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法において、センサウエハとキャップウエハからなる複合センサウエハの接合状態を説明する図であり、図２は本発明の実施形態に係る複合センサの製造方法において、センサチップとキャップチップからなる複合センサチップの拡大した分解斜視図である。
【００３７】
また、図３は本実施形態に係る複合センサにおける角速度センサの製造方法に関する第１実施例を示す断面図であり、図４は本実施形態に係る複合センサにおける加速度センサの製造方法に関する第１実施例を示す断面図である。
【００３８】
図１に示すように、加速度センサ１１及び角速度センサ１２からなるセンサチップ１０を複数配置したセンサウエハ１と、加速度センサ用ギャップ２１及び角速度センサ用ギャップ２２を形成したキャップチップ２０を複数配置したキャップウエハ２と、を接合封止して、複合センサウエハ３を形成する。
【００３９】
図２は、図１のセンサウエハ１とキャップウエハ２の一部分を拡大した図であり、センサチップ１０は、加速度センサ１１、角速度センサ１２、ウエハ外周と連結する通気路１３、キャップチップ２０と接合する接合部１７（図３を参照）、をＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）基板上に形成する。ＳＯＩ基板とは、シリコンとシリコンとの間にシリコン酸化層が形成された基板である。加速度センサ１１の可動体１１１と検出素子１１２、角速度センサ１２の振動体１２１と検出素子１２２、および通気路１３は、ＳＯＩ基板の活性層側にＳｉ  ＤＲＩＥ（ｄｅｅｐ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）により形成する。
【００４０】
その後、シリコン酸化層を除去することでリリースされて、可動体１１１、振動体１２１、検出素子１１２，１２２を形成する。また、可動体１１１とその検出素子１１２と、振動体１２１とその検出素子１２２とは、壁１６で隔てて（隙間をもって）配置する。加速度センサ１１の検出素子１１２、角速度センサの振動体１２１の検出素子１２２は、貫通電極を介してＳＯＩ基板の裏面の電極パッド１４と接続されており（図３と図４を参照）、その電極パッド１４より信号を入出力することで、駆動、変位量を検出する構成である。
【００４１】
図２に示す複合センサチップ３０の分解斜視図から分かるように、複合センサは、同一平面上に、可動体１１１とその検出素子１１２からなる加速度センサ１１と、振動体１２１とその検出素子１２２からなる角速度センサ１２を設置しており、ここで、加速度センサ１１は、上記平面のＸ軸とＹ軸の２軸の加速度をそれぞれ検出する２つの加速度センサからなる加速度検出部を備え（図２において、通気路１３の左側で、可動体１１１がＸ軸とＹ軸にそれぞれ対応して設けることが図示されている）、角速度センサ１２は、Ｘ軸とＹ軸にそれぞれ直交するＺ軸の廻り、すなわち１軸廻りの角速度を検出する１つの角速度センサからなる角速度検出器を備えている。
【００４２】
第１実施例における接合によるセンサウエハ１とキャップウエハ２との接合封止に関して、図３と図４を用いて説明する。図３は、図２の角速度センサのＡＡ’断面図、図４は、図２の加速度センサのＢＢ’断面図である。キャップウエハ２はガラスであり、加速度センサ１１のギャップ２１、角速度センサ１２のギャップ２２、角速度センサ１２のギャップ近傍に設置したバンプ２３で構成する。封止信頼性を向上させるため、角速度センサ１２のギャップ２２内に吸着材２４を形成した構造である。
【００４３】
キャップチップ２０に形成するバンプ２３（ガラス自体を加工してバンプを形成）は、バッファードフッ酸による等方性エッチングにより、φ１５μｍ、高さ１μｍ、ピッチ１５０μｍで形成した（陽極接合で、φ１０μｍ以上、高さ０．５μｍ以上であればギャップ１５を形成することができ潰れない）。また、加速度センサ１１のギャップ２１、角速度センサ１２のギャップ２２は、フッ酸による等方性エッチングにより、深さ６０μｍで形成した。その後、角速度センサ１２のギャップ２２の中に、吸着材（ゲッタ）２４を成膜した。
【００４４】
センサウエハ１とキャップウエハ２とをアライメントした（図３（ａ）と図４（ａ））後、アルゴンガスで大気圧雰囲気に調整し、センサウエハ１、キャップウエハ２間に電圧を印加して、接合温度２５０℃で陽極接合した（２００℃〜４００℃で有効）（図３（ｂ）と図４（ｂ））。このとき、加速度センサ１１は、大気圧雰囲気で接合封止されるが、角速度センサ１２は、バンプ２３が接合を阻害して、ギャップ１５が形成される。
【００４５】
次に、真空雰囲気とした際に、ウエハ外周と連結した通気路１３とギャップ１５とを介して、角速度センサ１２内は、真空雰囲気下となる。ここで、接合温度５００℃以上として、センサウエハ１とキャップウエハ２に荷重（２ＭＰａ）を印加した状態で（１ＭＰａ以上でバンプ２３が変形）、センサウエハ１とキャップウエハ２間に電圧を印加して陽極接合した（図３（ｃ）と図４（ｃ））。このとき、バンプ２３が変形して、角速度センサ１２外周部のギャップ１５が潰され接合が進行し、角速度センサ１２を真空雰囲気（３００Ｐａ）で封止できる。上記方法により、加速度センサ１１を大気圧雰囲気、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止した複合センサウエハ３を形成する。
【００４６】
「第２実施例」キャップ：シリコン、バンプ：金属膜（例．Ｉｎ）、表面活性化接合
第２実施例における接合によるセンサウエハ１とキャップウエハ２との接合封止に関して、図５と図６を用いて説明する。図５は、図２の角速度センサのＡＡ’断面図、図６は、図２の加速度センサのＢＢ’断面図である。キャップウエハ２の材質はシリコンであり、加速度センサ１１のギャップ２１と角速度センサ１２のギャップ２２は、水酸化カリウム水溶液でエッチングして、深さ６０μｍで形成した。次に、角速度センサ１２のギャップ２２横に、メタルマスクを用いて、蒸着でＩｎを０．２μｍ成膜しバンプ２３を形成した（表面活性化接合で、Ｉｎ高さが０．２μｍ以上であればギャップ１５を形成することができ潰れない）。角速度センサ１２のギャップ２２の中に吸着材（ゲッタ）２４を成膜した。
【００４７】
センサウエハ１とキャップウエハ２とをアライメントした（図５（ａ）と図６（ａ））後、センサウエハ１とキャップウエハ２との表面をアルゴンプラズマで活性化して、アルゴンガスで大気圧雰囲気に調整し、センサウエハ１とキャップウエハ２を接触させて、表面活性化接合した（図５（ｂ）と図６（ｂ））。このとき、加速度センサ１１は、大気圧雰囲気で接合封止されるが、角速度センサ１２は、バンプ２３が接合を阻害して、ギャップ１５が形成される。
【００４８】
次に、真空雰囲気とした際に、ウエハ外周と連結した通気路１３とギャップ１５とを介して、角速度センサ１２内は真空雰囲気下となる。ここで、表面をアルゴンプラズマで活性化させて、接合温度２００℃以上として、バンプ２３を軟化させて、センサウエハ１とキャップウエハ２に荷重（２ＭＰａ）を印加した状態で、センサウエハ１とキャップウエハ２とを接触させて、表面活性化接合した（図５（ｃ）と図６（ｃ））。
【００４９】
このとき、バンプ２３が変形して、角速度センサ１２外周部のギャップ１５が潰され接合が進行し、角速度センサ１２を真空雰囲気（３００Ｐａ）で封止できる。上記方法により、加速度センサ１１を大気圧雰囲気、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止した複合センサウエハを形成する。
【００５０】
「実施例３」キャップ：ガラス、バンプ：金属（例．Ｃｒ）、陽極接合
第３実施例における接合によるセンサウエハ１とキャップウエハ２との接合封止に関して、図７と図８を用いて説明する。図７は、図２の角速度センサのＡＡ’断面図、図８は、図２の加速度センサのＢＢ’断面図である。キャップウエハ２の材質はガラスであり、加速度センサ１１のギャップ２１、角速度センサ１２のギャップ２２は、フッ酸水溶液でエッチングして、深さ５５μｍで形成した。次に、角速度センサ１２のギャップ２２横に、メタルマスクを用いて、スパッタでＣｒを１．２μｍ成膜しバンプ２３を形成した（陽極接合で、Ｃｒ高さが０．５μｍ以上であればギャップ１５を形成することができ潰れない）。角速度センサ１２のギャップ２２の中に、吸着材（ゲッタ）２４を成膜した。
【００５１】
センサウエハ１とキャップウエハ２とをアライメントした（図７（ａ）と図８（ａ））後、アルゴンガスで大気圧雰囲気に調整し、センサウエハ１とキャップウエハ２間に電圧を印加して、接合温度２５０℃で陽極接合した（図７（ｂ）と図８（ｂ））。このとき、加速度センサ１１は、大気圧雰囲気で接合封止されるが、角速度センサ１２は、バンプ２３が接合を阻害して、ギャップ１５が形成される。
【００５２】
次に、真空雰囲気とした際に、ウエハ外周と連結した通気路１３とギャップ１５とを介して、角速度センサ１２内は真空雰囲気下となる。ここで、圧力を３５０Ｐａ、接合温度５００℃以上として、センサウエハ１とキャップウエハ２に荷重（２ＭＰａ）を印加した状態で、複合センサウエハ１とキャップウエハ２間に電圧を印加して陽極接合した（図７（ｃ）と図８（ｃ））。
【００５３】
このとき、バンプ１３が変形して、角速度センサ１２外周部のギャップ１５が潰され接合が進行し、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止できる。上記方法により、加速度センサ１１を大気圧雰囲気、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止した複合センサウエハ３を形成する。
【００５４】
「実施例４」キャップ：ガラス、バンプ：ガラス、陽極接合、ダイシングラインにバンプ設置
第４実施例における接合によるセンサウエハ１とキャップウエハ２との接合封止に関して、図９を用いて説明する。図９は、図２の角速度センサ１２のＡＡ’断面図である。キャップウエハ２の材質はガラスであり、バンプ２３は、バッファードフッ酸水溶液でエッチングして、φ１８μｍ、高さ１．２μｍ、ピッチ１２０μｍで形成した。加速度センサ１１のギャップ２１、角速度センサ１２のギャップ２２は、フッ酸水溶液でエッチングして、深さ６０μｍで形成した。角速度センサ１２のギャップ２２の中に、吸着材（ゲッタ）２４を成膜した。
【００５５】
センサウエハ１とキャップウエハ２とをアライメントした（図９（ａ））後、アルゴンガスで大気圧雰囲気に調整し、センサウエハ１とキャップウエハ２間に電圧を印加して、接合温度２５０℃で陽極接合した（図９（ｂ））。このとき、加速度センサ１１は、大気圧雰囲気で接合封止されるが、角速度センサ１２は、バンプ２３が接合を阻害して、ギャップ１５が形成される。
【００５６】
次に、真空雰囲気とした際に、ウエハ外周と連結した通気路１３とギャップ１５とを介して、角速度センサ１２内は真空雰囲気下となる。ここで、接合温度５００℃以上として、センサウエハ１とキャップウエハ２に荷重（２ＭＰａ）を印加した状態で、センサウエハ１とキャップウエハ２間に電圧を印加して陽極接合した（図９（ｃ））。このとき、バンプ１３が変形して、角速度センサ１２外周部のギャップが潰され接合が進行し、角速度センサ１２を真空雰囲気（３５０Ｐａ）で封止できる。
【００５７】
上記方法により、加速度センサ１１を大気圧雰囲気、角速度センサ１２を真空雰囲気で封止した複合センサウエハ３を形成する。本実施例４の構成では、その後の実装工程において、切断部（ダイシングライン又はカット面２６）にバンプ２３があるため、最終形状では、複合センサチップ３０の切断によってバンプ２３が取り除かれてバンプ２３のない構成とすることができる（図９（ｄ））。
【００５８】
以上説明した実施例１から実施例４においては、加速度センサ封止、角速度センサ封止の順に接合したが、加速度センサのギャップ近傍にバンプを形成しておき、角速度センサ封止、加速度センサ封止の順に接合しても良い。ただし、２段階目の接合が高温（５００℃以上）となるため、センサ内の圧力は、接合時の圧力よりも室温では低下する。例えば、１段階目の接合で、加速度センサを大気圧（０．１ＭＰａ）、２５０℃で接合した場合、５６８００Ｐａ程度となる。一方、加速度センサを大気圧（０．１ＭＰａ）、高温（５００℃）で接合した場合、３８４００Ｐａ程度となり、ダンピング効果が低減するが、加速度センサの可動体とその検出素子の微細化に伴い、ダンピング効果は向上するため、上記圧力でも良い。
【００５９】
「第５実施例」樹脂モールドパッケージの実装方法
図１０は、本発明の第５実施例であり、実施例１〜実施例４に記載の複合センサウエハ３を切断し実装して複合センサとする工程の断面図である。図１０（ａ）は、図２のＣ−Ｃ’断面である。図１０（ｂ）では、複合センサウエハ３をＣＯ２レーザーで切断して、複合センサチップ３０に分割する。
【００６０】
外部入出力電極５１を金属で形成したリードフレーム等の配線基板５０上に、複合センサチップ３０の変位を検出する回路、温度や傾き等を補正する回路を搭載した回路基板４０をダイアッタッチフィルムやＡｇペースト等を用いて配置した（図１０（ｃ））。続いて、回路基板４０上に複合センサチップ３０のキャップウエハ側をダイアタッチフィルム、Ｓｉ接着材等を用いて配置する（図１０（ｄ））。
【００６１】
次に、図１０（ｅ）のように、複合センサチップ３０の電極１４、回路基板４０の電極４１、配線基板５０の電極５１をワイヤ６０で接続する。最後に、インジェクションモールド、ポッティング等により、複合センサチップ３０、回路基板４０、配線基板５０、ワイヤ６０を樹脂７０で封止する（図１０（ｆ））。樹脂材料には、シリカ等の粒子を混合したエポキシ系樹脂を用いる。
【００６２】
「実施例６」セラミックスパッケージの実装方法
図１１は、本発明の第６実施例であり、実施例１〜実施例４に記載の複合センサウエハ３を切断し実装して、複合センサとする工程の断面図である。図１１（ａ）は、図２のＣ−Ｃ’断面である。図１１（ｂ）のように、複合センサウエハ３をダイアモンド砥石により切断して、複合センサチップ３０に分割する。
【００６３】
外部入出力電極８１をセラミックスの多層配線と接続したセラミックスパッケージ８０上に、複合センサチップ３０の変位を検出する回路、温度や傾き等を補正する回路を搭載した回路基板４０をダイアッタッチフィルムやＡｇペースト等を用いて配置する（図１１（ｃ））。図１１（ｄ）に図示するように、回路基板４０上に複合センサチップ３０のキャップウエハ側をダイアタッチフィルム、Ｓｉ接着材等を用いて配置する。
【００６４】
次に、図１１（ｅ）のように、複合センサチップ３０の電極１４、回路基板４０の電極４１、セラミックスパッケージ８０の電極８１をワイヤ６０で接続する。最後に、セラミックスパッケージ８０の開口部に蓋８２を不活性ガス中において、はんだ接合する（図１１（ｆ））。
【００６５】
「実施例７」樹脂パッケージの実装方法
本発明の第７実施例について図１１を用いて説明する。図１１は、実施例１〜実施例４に記載の複合センサウエハ３を切断し実装して、複合センサとする工程の断面図である。図１１（ａ）は、図２のＣ−Ｃ’断面である。図１１（ｂ）のように、複合センサウエハ３をダイアモンド砥石により切断して、複合センサチップ３０に分割する。
【００６６】
外部入出力電極８１を樹脂基板の多層配線と接続した樹脂パッケージ８０上に、複合センサチップ３０の変位を検出する回路、温度や傾き等を補正する回路を搭載した回路基板４０をダイアッタッチフィルムやＡｇペースト等を用いて配置する（図１１（ｃ））。図１１（ｄ）に図示するように、回路基板４０上に複合センサチップ３０のキャップウエハ側をダイアタッチフィルム、Ｓｉ接着材等を用いて配置する。
【００６７】
次に、図１１（ｅ）に図示するように、複合センサチップ３０の電極１４、回路基板４０の電極４１、樹脂パッケージ８０の電極８１をワイヤ６０で接続する。最後に、樹脂パッケージ８０の開口部に蓋８２を圧着する（図１１（ｆ））。
【符号の説明】
【００６８】
１  センサウエハ
２  キャップウエハ
１０  センサチップ
１１  加速度センサ
１１１  可動体
１１２  検出素子
１２  角速度センサ
１２１  振動体
１２２  検出素子
１３  通気路
１４  電極
１５  ギャップ
１６  壁
１７  接合部
２０  キャップチップ
２１  加速度センサ用ギャップ
２２  角速度センサ用ギャップ
２３  バンプ
２４  吸着材（ゲッタ）
２６  ダイシングライン又はカット面
３  複合センサウエハ
３０  複合センサチップ
４０  回路基板
４１  回路基板電極
５０  配線基板
５１  配線
６０  ワイヤ
７０  樹脂
８０  セラミックスパッケージ又は樹脂パッケージ
８１  パッケージ電極
８２  蓋
【図１】
2011242371.tif 000003
【図２】
2011242371.tif 000004
【図３】
2011242371.tif 000005
【図４】
2011242371.tif 000006
【図５】
2011242371.tif 000007
【図６】
2011242371.tif 000008
【図７】
2011242371.tif 000009
【図８】
2011242371.tif 000010
【図９】
2011242371.tif 000011
【図１０】
2011242371.tif 000012
【図１１】
2011242371.tif 000013