(57)【要約】【課題】小型化しながらも外部回路と接続するためのパッド電極のレイアウトの自由度を高めることができ且つセンサ基板の残留応力を少なくできるセンサ装置を提供する。【解決手段】センサ基板１は、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９が形成される。電極形成基板２の一面にはセンサ基板１のセンシング部Ｄｓの可動部の変位を許容する変位用凹所２１が形成され、変位用凹所２１の周部には、第１の封止用金属層１８に常温接合される第２の封止用金属層２８と、第１の電気接続用金属層１９に常温接合される第２の電気接続用金属層２９が配置され、電極形成基板２の他面にはパッド電極２５が配置される。各パッド電極２５に対応する部位にはそれぞれ貫通孔配線２４が形成され、少なくとも一部の貫通孔配線２４の一端は、変位用凹所２１の内底面に位置し、当該一端と第２の電気接続用金属層２９との間は中間配線２６により接続される。【選択図】図１
2008241482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサ基板と、センサ基板の厚み方向の一表面に封着されセンサ基板との対向面において可動部が変位する空間を形成する変位用凹所を備えた電極形成基板とを有し、センサ基板には、前記一表面において当該センサ基板の外周縁の全周に沿う形で配置された第１の封止用金属層と、第１の封止用金属層よりも内側に配置されセンサ基板に形成された電気回路の接続部となる複数個の第１の電気接続用金属層とが形成され、電極形成基板には、変位用凹所を囲む領域であってセンサ基板との対向面の周部で電極形成基板の外周縁の全周に沿う形で配置され第１の封止用金属層に常温接合された第２の封止用金属層と、第２の封止用金属層と変位用凹所との間の領域において各第１の電気接続用金属層にそれぞれ常温接合された複数個の第２の電気接続用金属層と、センサ基板との対向面に対する反対面において配列され外部回路と接続される複数個のパッド電極と、電極形成基板を貫通し一端が各パッド電極にそれぞれ連続する複数個の貫通孔配線とが形成され、少なくとも一部の貫通孔配線の他端は変位用凹所の内底面に配置されており、当該貫通孔配線と第２の接続用金属層との間が電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成された金属膜の中間配線を介して電気的に接続され、第１の封止用金属層と第１の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成され、第２の封止用金属層と第２の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成されてなることを特徴とするセンサ装置。
【請求項２】
前記貫通孔配線の全部の前記他端が前記変位用凹所の内底面に配置されていることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサ基板は、前記センシング部と協働する集積回路である回路部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記センシング部と協働する回路部が前記センサ基板のうち前記変位用凹所と対向する部位に集積回路として形成され、前記第１の電気接続用金属層が回路部に接続されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記第１の封止用金属層と前記第２の封止用金属層とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合され、前記第１の電気接続用金属層と前記第２の電気接続用金属層とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記電極形成基板は、前記反対面において前記パッド電極の形成部位間に溝が形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【請求項７】
前記電極形成基板は、前記変位用凹所の内底面に、前記可動部の過度な変位を規制するストッパ用凸部が突設され、前記中間配線がストッパ用凸部を避けて形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の厚み方向に変位する可動部を有したセンシング部が形成されているセンサ基板と、センサ基板とともにパッケージを形成し且つ外部回路と接続するためのパッド電極を備えた電極形成基板とを積層した構成のセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種のセンサ装置には、例えば、センシング部として加速度センサを備える構成がある。加速度センサは、一般に、半導体基板に形成され外部回路との接続部を有する支持部と、支持部に対して相対的に可動である質量体と、可撓性を有し支持部と質量体とを繋ぐ撓み部とを備えている。また、質量体に作用する加速度（外力）を電気量に変換する技術としては、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力を検出するピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けて加速度の変化を電気抵抗値の変化として検出する構成や、質量体に設けた可動電極と支持部に対して相対的に固定された固定電極とを対向するように配置して加速度の変化を静電容量の変化として検出する構成が知られている。
【０００３】
支持部としては、質量体に並設する構成のもののほか、質量体の周囲を全周に囲繞する構成が採用されている。また、質量体から一方向に延出した撓み部を用いて質量体を支持部に対して片持ち梁の形式で繋ぐ構造、質量体から一直線上で二方向に延出した撓み部を用いて質量体を囲繞する支持部と質量体とを両持ち梁の形式で繋ぐ構造が主として採用されており、また、質量体から四方に延出した撓み部を用いて質量体を囲繞する支持部と質量体とを４箇所で繋ぐ構造も知られている。支持部と質量体とを４箇所で繋ぐ構造では、平面視（支持部が質量体を囲繞する平面）において４回回転対称となるように撓み部を配置したものが一般的である。
【０００４】
ところで、この種のセンサ装置は小型化が進むとともに多端子化が進んでおり、例えば、５ｍｍ角程度のセンサ基板に４０個程度の端子を設けたい場合がある。端子としてパッド電極を形成する場合を想定すると、フリップチップ実装であれば、例えば、２００μｍ×２００μｍ角以上のパッド電極を１５０μｍ以上の間隔を開けて配置すればよいから、センサ基板の各辺にパッド電極を１列ずつ配置してもこの条件を満たすことが可能である。例えば、図１４では、センサ基板に電極形成基板２を積層し、電極形成基板２に形成したフリップチップ実装用のパッド電極２５’を貫通孔配線２４によってセンサ基板と電気的に接続した例を示している。
【０００５】
しかしながら、半田リフローに用いるには、例えば、３５０μｍ×３５０μｍ角のパッド電極を２５０μｍ以上の間隔を開けて配置する必要があるから、上述の条件を満たすことができないという問題がある。つまり、半田リフロー用の場合にはパッド電極のピッチは６００μｍ以上が必要であり、センサ基板の各辺にパッド電極を１列ずつ配列するとすれば１辺当たり６０００μｍ以上の寸法が必要になるから、上述した５６００μｍ×５６００μｍ角の寸法のセンサ基板ではパッド電極を目的とする個数分だけ設けることができない。
【０００６】
このような構成に対して、センサ基板を実装する実装基板と蓋体とによってセンサ基板を収納するパッケージを構成し、外部回路と接続するために実装基板に設けた端子とセンサ基板の各電極との間をボンディングワイヤを介して電気的に接続する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００５−１６９５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載された構成を採用すれば、実装基板によって電極の形状や寸法の自由度を高めることができるから、パッド電極のレイアウトの自由度が高くなるが、それだけ実装面積が大きくなり、センサ基板と同程度の実装面積で実装することはできなくなる。
【０００８】
ところで、センサ基板に形成された電気回路を外部回路と接続するためのパッド電極を備えた電極形成基板をセンサ基板に積層し、電極形成基板がセンサ基板とともにパッケージを形成するようにしたセンサ装置が考えられている。この構成では、電極形成基板をセンサ基板と同面積に形成することができ、しかも電極形成基板は、センサ基板のように質量体と撓み部とからなる可動部を備えていないから、パッド電極を電極形成基板の周囲に１列に並べて配置する必要はなく、パッド電極を任意の場所に配置することができる。つまり、パッド電極の配置の自由度が高いから、半田リフロー用のパッド電極を多列に配列することができ、実装面積が小さいながらも多端子であるセンサ装置を提供することが可能になると考えられる。
【０００９】
ここで、この種のセンサ装置では、センサ基板に形成した電気回路の一部とパッド電極とを電気的に接続するために、電極形成基板の厚み方向に貫通する貫通孔配線を形成することが考えられる。ただし、センサ基板において質量体と撓み部とで形成されている可動部が変位可能となるように、電極形成基板におけるセンサ基板との対向面には変位用凹所を形成しなければならないから、貫通孔配線の一端をセンサ基板に形成された電気回路と接触接続させるには、貫通孔配線を変位用凹所の周囲に形成しなければならない。結局、電極形成基板を設けても貫通孔配線の位置はセンサ基板に設けた電極の位置に制約されるから、電極形成基板を設けてもパッド電極は周部に１列に配列されることになり、上述した問題の解決にならない。また、電極形成基板とセンサ基板とを半田により接合したセンサ装置では、製造時に、接合箇所ごとに半田を供給する工程およびリフロー工程が必要となり、センサ基板の厚み方向における電極形成基板の位置精度が低くなるとともに、センサ基板の残留応力が大きくなるという問題がある。
【００１０】
本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、小型化しながらも外部回路と接続するためのパッド電極のレイアウトの自由度を高めることができ且つセンサ基板の残留応力を少なくできるセンサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明は、半導体基板で形成され少なくとも厚み方向への変位が許容された可動部を有するセンシング部を備えたセンサ基板と、センサ基板の厚み方向の一表面に封着されセンサ基板との対向面において可動部が変位する空間を形成する変位用凹所を備えた電極形成基板とを有し、センサ基板には、前記一表面において当該センサ基板の外周縁の全周に沿う形で配置された第１の封止用金属層と、第１の封止用金属層よりも内側に配置されセンサ基板に形成された電気回路の接続部となる複数個の第１の電気接続用金属層とが形成され、電極形成基板には、変位用凹所を囲む領域であってセンサ基板との対向面の周部で電極形成基板の外周縁の全周に沿う形で配置され第１の封止用金属層に常温接合された第２の封止用金属層と、第２の封止用金属層と変位用凹所との間の領域において各第１の電気接続用金属層にそれぞれ常温接合された複数個の第２の電気接続用金属層と、センサ基板との対向面に対する反対面において配列され外部回路と接続される複数個のパッド電極と、電極形成基板を貫通し一端が各パッド電極にそれぞれ連続する複数個の貫通孔配線とが形成され、少なくとも一部の貫通孔配線の他端は変位用凹所の内底面に配置されており、当該貫通孔配線と第２の接続用金属層との間が電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成された金属膜の中間配線を介して電気的に接続され、第１の封止用金属層と第１の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成され、第２の封止用金属層と第２の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、センサ基板に形成した電気回路の接続部である第１の電気接続用金属層と電極形成基板に形成した第２の電気接続用金属層とを変位用凹所の周囲で常温接合により接合しているから、両者の接合が容易であり、また、センサ基板と電極形成基板とは変位用凹所の周部でセンサ基板および電極形成基板の外周縁の全周に沿うように形成した第１の封止用金属層と第２の封止用金属層との常温接合により接合するから、接合後におけるセンサ基板の残留応力を少なくすることができ、しかも、必要に応じて中間配線で電路を引き回すことにより貫通孔配線を変位用凹所に対応する部位に配置することが可能になるから、電極形成基板に設けるパッド電極のレイアウトの自由度が高くなり、電極形成基板の周部に１列ずつのパッド電極を配列する場合に比較すれば、面積当たりのパッド電極の個数を増やすことができ、結果的に多端子であっても小型のセンサ装置を提供することが可能になる。また、中間配線は電極形成基板においてセンサ基板との対向面に形成されているから、パッド電極の間を中間配線が通ることはなく、パッド電極に半田によって外部回路を接続する場合でも中間配線とパッド電極との間に半田ブリッジによる短絡が生じることがなく、実装時の不良の発生を防止できる。また、第１の封止用金属層と第１の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成され、第２の封止用金属層と第２の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、同一平面上に同一厚さで形成されているので、第１の封止用金属層と第２の封止用金属層との接合による封止と、第１の電気接続用金属層と第２の電気接続用金属層との接合による電気的接続とを同時に安定して行うことが可能であり、接合箇所ごとに半田を供給する工程およびリフロー工程を伴う製造方法を採用する場合に比べて、製造プロセスの簡略化を図れるとともに、センサ基板の厚み方向における電極形成基板の位置精度を高めることができ、しかも、センサ基板の残留応力も少なくできる。また、第１の封止用金属層と第１の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなり、第２の封止用金属層と第２の電気接続用金属層とが同一の金属材料からなるので、第１の封止用金属層と第１の電気接続用金属層とを同時に同じ厚さで形成することができるとともに、第２の封止用金属層と第２の電気接続用金属層とを同時に同じ厚さで形成することができ、常温接合による封止用金属層同士および電気接続用金属層同士の接合信頼性をより高めることができる。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔配線の全部の前記他端が前記変位用凹所の内底面に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記電極形成基板に形成されるすべての前記貫通孔配線の長さが等しくなるから、前記貫通孔配線の形状および製造の管理が容易であり、前記貫通孔配線の品質のばらつきが少なくなる。
【００１５】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記センサ基板は、前記センシング部と協働する集積回路である回路部が形成されていることを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、前記センサ基板に回路部を形成した場合には、電源や信号の入出力以外に検査用の端子などが必要になるから、前記センシング部を単体で設ける場合よりも外部回路と接続するために必要な前記パッド電極の個数が大幅に増加するが、前記中間配線を設けていることにより、前記パッド電極のレイアウトの自由度が高いから、前記パッド電極の個数が多い場合でも対応可能になる。
【００１７】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記センシング部と協働する回路部が前記センサ基板のうち前記変位用凹所と対向する部位に集積回路として形成され、前記第１の電気接続用金属層が回路部に接続されていることを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、前記センサ基板から離間している前記変位用凹所の内底面に回路部が対向し、前記第１の電気接続用金属層が回路部の周囲において前記第２の電気接続用金属層と常温接合される。
【００１９】
請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記第１の封止用金属層と前記第２の封止用金属層とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合され、前記第１の電気接続用金属層と前記第２の電気接続用金属層とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合されてなることを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、前記封止用金属層同士および前記電気接続用金属層同士を、化学的に安定なＡｕ−Ａｕの組み合わせで常温接合することができるので、製造歩留まりを向上できるとともに接合安定性を向上できる。
【００２１】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記電極形成基板は、前記反対面において前記パッド電極の形成部位間に溝が形成されてなることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、前記パッド電極と外部回路が形成された実装基板の導体パターンとを半田により接合するときに実装基板側から前記センサ基板へ伝達される応力を低減することができ、また、電極形成基板の外形寸法を大きくすることなく前記パッド電極間の沿面距離を大きくすることができる。
【００２３】
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６の発明において、前記電極形成基板は、前記変位用凹所の内底面に、前記可動部の過度な変位を規制するストッパ用凸部が突設され、前記中間配線がストッパ用凸部を避けて形成されていることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、前記可動部の過度な変位を規制することができるだけでなく、前記可動部が前記中間配線に接触するのを防止することができ、前記中間配線の断線を防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
請求項１の発明では、小型化しながらも外部回路と接続するためのパッド電極のレイアウトの自由度を高めることができ且つセンサ基板の残留応力を少なくできるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に説明する実施形態では、支持部が質量体を囲繞するとともに、質量体から四方に延出させた可撓性を有する撓み部を介して支持部と質量体とを繋ぎ、各撓み部にピエゾ抵抗からなる歪みゲージを設けることにより、質量体の変位に伴って撓み部に生じる応力を歪みゲージにより検出し、歪みゲージの抵抗値変化を用いて加速度を検出する構成を例示する。つまり、センシング部が加速度センサを構成している例を示す。また、各質量体から四方に延出している撓み部にそれぞれ歪みゲージが配置されることにより、４本の撓み部を含む平面内で互いに直交する方向の２軸と、これらの２軸に直交する方向の１軸との合計３軸における加速度を個別に検出することが可能になっている。ただし、質量体を備えるセンサ装置であれば、加速度センサではなくジャイロセンサにおいても本発明の技術思想を適用することができ、質量体の変位の検出はピエゾ抵抗に限らず、静電容量の変化として検出する構成を採用してもよい。また、撓み部は質量体から四方に延出する構成に限定されない。
【００２７】
（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置は、図１に示すように、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを形成した半導体基板からなるセンサ基板１と、外部回路を接続するパッド電極２５を厚み方向の一表面（図１の上面）に備えセンサ基板１の厚み方向の一表面（図１の上面）に封着される半導体基板からなる電極形成基板２と、センサ基板１の厚み方向の他表面（図１の下面）に封着される半導体基板からなるカバー基板３とを備える。すなわち、センサ装置は３枚の半導体基板の積層体からなる。センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板３との外周形状は矩形状（図示例では正方形）であり、電極形成基板２とカバー基板３とはセンサ基板１と外形寸法が一致する。
【００２８】
センサ基板１はＳＯＩウェハを加工することにより形成される。ここで用いるＳＯＩウェハは、シリコン基板からなる支持基板１０ａを有し、支持基板１０ａの厚み方向の一表面にシリコン酸化膜からなる埋込酸化膜としての絶縁層１０ｂを介してｎ形のシリコン層からなる活性層１０ｃが形成されている。さらに、センサ基板１において、活性層１０ｃの表面には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が形成される。したがって、活性層１０ｃは絶縁膜１６により表面が覆われる。また、電極形成基板２とカバー基板３とは、それぞれ異なる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、センサ基板１の半導体基板としてＳＯＩウェハを用い、電極形成基板２とカバー基板３との半導体基板としてはシリコンウェハを用いている。
【００２９】
本実施形態における寸法例を例示すると、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚み寸法は３００〜５００μｍ、絶縁層１０ｂの厚み寸法は０．３〜１．５μｍ、活性層１０ｃの厚み寸法は４〜１０μｍとする。また、電極形成基板２を形成するシリコンウェハの厚み寸法は２００〜３００μｍ、カバー基板３を形成するシリコンウェハの厚み寸法は１００〜３００μｍとする。もっとも、これらの数値は限定する趣旨ではなく目安を示す値である。また、ＳＯＩウェハの一表面である活性層１０ｃの表面は（１００）面としてある。
【００３０】
センサ基板１は、図２、図３、図４、図５に示すように、平面視において枠状（本実施形態では矩形枠状）の支持部１１の中央部に質量体１２を備える形状に形成されている。つまり、質量体１２は支持部１１に囲繞されている。また、本実施形態では平面視において支持部１１の中心と質量体１２の中心とはほぼ一致している。支持部１１と質量体１２とは質量体１２から四方に延出する４本の撓み部１３により繋がれている。
【００３１】
各撓み部１３は、短冊状に形成され、可撓性を有している。各撓み部１３は平面視において質量体１２の中心を通り互いに直交する２本の直線の上に配置される。つまり、各２本の撓み部１３がそれぞれ互いに直交する各直線上に配置される。この構成により、質量体１２は支持部１１に対して変位可能になる。支持部１１および質量体１２は、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとの全体を用い、撓み部１３はＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａと絶縁層１０ｂとを除去し活性層１０ｃのみを用いる。したがって、撓み部１３は支持部１１および質量体１２に比較して十分に薄肉に形成される。
【００３２】
質量体１２は、４本の撓み部１３を介して支持部１１に結合されているコア部１２ａと、コア部１２ａに連続一体に連結された４個のリーフ部１２ｂとを備える。平面視においては、質量体１２は、５個の正方形のうちの１個の正方形を中心として他の正方形を周囲に４回回転対称となるように配列し、中心の正方形の各角部に他の各正方形の１つの角部をそれぞれ重複させた形状に形成される。本実施形態では、中心に配置した正方形に対応する部分がコア部１２ａに相当し、他の正方形のうちコア部１２ａと重複する部位を除いた部分がリーフ部１２ｂに相当する。言い換えると、コア部１２ａは平面視において正方形状であり、リーフ部１２ｂは正方形の一つの角部が切欠された形状になる。撓み部１３は、コア部１２ａの各辺の中央部に一体に連続し、各撓み部１３の幅方向（平面視において撓み部１３の延長方向とは直交する方向）の両側にリーフ部１２ｂが配置される。
【００３３】
各リーフ部１２ｂは、平面視において互いに直交する２本の撓み部１３と支持部１１とに囲まれる空間に配置されており、各リーフ部１２ｂと支持部１１との間にはそれぞれセンサ基板１の厚み方向に貫通するスリット１４が形成される。また、撓み部１３と各リーフ部１２ｂとは離間しており、撓み部１３を挟んで配置された各一対のリーフ部１２ｂの間隔は、各撓み部１３の幅寸法よりも大きくなっている。
【００３４】
なお、センサ基板１における支持部１１と質量体１２と撓み部１３とは、半導体装置の製造技術として知られている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ることができる。
【００３５】
ところで、図示例は３軸の加速度センサであるから、加速度を検出する方向を定義しておく。センサ基板１の厚み方向をｚ軸方向とし、支持基板１０ａから活性層１０ｃに向かう向きを正の向きとする。また、活性層１０ｃの表面をｘｙ平面とし、ｘｙ平面において質量体１２の中心位置を原点とする。ｘ軸方向およびｙ軸方向は、それぞれコア部１２ａから撓み部１３が延出されている方向とし、右手系で正の向きを定義する。例えば、図３の右向きをｘ軸方向の正の向き、上向きをｙ軸方向の正の向きとする。したがって、質量体１２は、コア部１２ａを挟んで配置されたｘ軸方向の２本の撓み部１３と、コア部１２ａを挟んで配置されたｙ軸方向の２本の撓み部１３とにより支持部１１に繋がれていることになる。
【００３６】
質量体１２のコア部１２ａからｘ軸方向の正の向き（図３においてコア部１２ａから右向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成される。同様にして、コア部１２ａからｘ軸方向の負の向き（図３においてコア部１２ａから左向き）に延出する撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成される。
【００３７】
質量体１２のコア部１２ａからｙ軸方向の正の向き（図３においてコア部１２ａから上向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成される。同様にして、コア部１２ａからｙ軸方向の負の向き（図３においてコア部１２ａから下向き）に延長された撓み部１３には、コア部１２ａ側の一端部に２個１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成され、支持部１１側の一端部に１個のピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成される。
【００３８】
ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗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、ｘ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、平面視においてｘ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、図９における左端のブリッジ回路Ｂｘを構成するように接続される。
【００３９】
また、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３において、コア部１２ａ側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗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、ｙ軸方向の加速度が質量体１２に作用したときに撓み部１３に生じる応力が集中する領域に形成されている。ピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、平面視においてｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。これらのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、図９における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように接続される。
【００４０】
４本の撓み部１３において、それぞれ支持部１１側の一端部に形成された４個のピエゾ抵抗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ている。ピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、いずれもｙ軸方向が長手方向となる長方形状に形成されている。すなわち、ｙ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４の長手方向は撓み部１３の延長方向に一致し、ｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３に形成されたピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３の長手方向は撓み部１３の延長方向に直交する。これらのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、図９における右端のブリッジ回路Ｂｚを構成するように接続されている。
【００４１】
上述した各ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４の接続には、センサ基板１に形成されている拡散層配線や金属配線を用いる。
【００４２】
図９に示した回路構成では、３個のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに電圧を印加する入力端子Ｔ１，Ｔ２を共通に接続し、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚには個別の出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ１，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２を設けている。本実施形態では、入力端子Ｔ１，Ｔ２に印加する電圧は直流電圧であって、入力端子Ｔ１に電圧ＶＤＤを印加し、入力端子Ｔ２を回路グランドＧＮＤに接続する。したがって、質量体１２の変位に伴って撓み部１３に生じる応力が、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４により電気量（抵抗値）に変換され、さらに、ブリッジＢｘ，Ｂｙ，Ｂｚにより電気量（電圧）に変換されて出力されるのである。
【００４３】
以下にセンサ基板１の動作例を説明する。いま、センサ基板１に加速度が作用していない状態からセンサ基板１に対してｘ軸方向の正の向きに加速度が作用したとすると、ｘ軸方向の負の向きに作用する質量体１２の慣性力によって支持部１１に対して質量体１２が変位し、コア部１２ａからｘ軸方向に延長された２本の撓み部１３が撓んで当該撓み部１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４の抵抗値が変化する。このとき、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。一般に、ピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増加し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する。したがって、ｘ軸方向の正の向きに加速度が作用したときには、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３の抵抗値が増加し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４の抵抗値が減少する。この動作によって、図９の左端のブリッジ回路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。
【００４４】
同様にして、ｙ軸方向の加速度が作用すれば図９の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軸方向の加速度が作用すれば図９の右端のブリッジ回路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。
【００４５】
したがって、各ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧の変化をそれぞれ検出することにより、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、質量体１２と４本の撓み部１３とピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４とによりセンシング部Ｄｓが構成される。
【００４６】
本実施形態は３軸の加速度センサであるから、センシング部Ｄｓと協働する回路部Ｄｃとしては、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの入力端子Ｔ１，Ｔ２に電圧を印加する電源回路、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力端子Ｘ１，Ｘ２、Ｙ２，Ｙ２、Ｚ１，Ｚ２に接続されブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力電圧を増幅する増幅回路などが必要であり、回路部Ｄｃは集積回路として形成される。回路部Ｄｃはセンサ基板１において、支持基板１０ａを有している部位の活性層１０ｃに形成される。すなわち、本実施形態では、支持部１１および質量体１２については、支持基板１０ａと絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとからなるＳＯＩウェハの全体を用いて形成しているから、支持部１１と質量体１２とにおける活性層１０ｃを用いて回路部Ｄｃを形成している。ただし、質量体１２には回路部Ｄｃを設けなくてもよく、質量体１２に回路部Ｄｃを設けない場合には、リーフ部１２ｂにおける絶縁層１０ｂと活性層１０ｃとを除去してもよい。質量体１２に回路部Ｄｃを形成する場合には、支持部１１と質量体１２とに形成した回路部Ｄｃの間を、撓み部１３に拡散層配線または金属配線を形成することによって接続する。つまり、撓み部１３に回路部Ｄｃの内部配線を設ける。また、センサ基板１のうち撓み部１３には支持基板１０ａが存在せず、また撓み部１３は変形するから、撓み部１３には回路部Ｄｃは形成しない。
【００４７】
センサ基板１の一表面（図１の上面）には、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とが形成される。第１の電気接続用金属層１９は金属配線の一部であり、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを外部回路と接続するための接続部として機能する。図６に金属配線のうち電気接続用金属層１９の近傍部位を示す。なお、拡散層配線の図示は省略してある。
【００４８】
第１の封止用金属層１８は、支持部１１においてセンサ基板１の外周縁の全周に沿う形で配置されており、センシング部Ｄｓおよび回路部Ｄｃを囲繞している。また、第１の電気接続用金属層１９は、支持部１１において第１の封止用金属層１８の内側に配置される。第１の電気接続用金属層１９を含む金属配線および第１の封止用金属層１８は活性層１０ｃの表面を覆う絶縁膜１６の上に形成される。また、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とは同一の金属材料により形成されており、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とを同時に形成することができる。ここで、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とを絶縁膜１６上に同時に形成することで、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とを同一平面上に同一厚さに形成してある。
【００４９】
センサ基板１において、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４、Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４、Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４および拡散層配線は、活性層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成される。また、第１の電気接続用金属層１９を除いた金属配線は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ−Ｓｉ膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。
【００５０】
第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜１６との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、絶縁膜１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。
【００５１】
なお、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあり、第１の電気接続用金属層１９を除く金属配線の膜厚は１μｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜１６との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００５２】
電極形成基板２は、図１に示すように、センサ基板１との対向面（図１における下面）の中央部に、センサ基板１の厚み方向における質量体１２および撓み部１３の変位空間を確保する（質量体１２と各撓み部１３とで構成される可動部の変位量を規制する）ための上述の変位用凹所２１が形成される。また、電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の周部には電極形成基板２の外周縁の全周に沿う形で第２の封止用金属層２８が配置される。電極形成基板２の第２の封止用金属層２８は、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、センサ基板１の第１の封止用金属層１８に重なる部位に形成してあり、封止用金属層１８，２８同士が互いに接合されることによって、センサ基板１と電極形成基板２との間が封止されるようにしてある。
【００５３】
電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面の適所には、電極形成基板２の厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２が形成される。図６（ａ）には貫通孔２２を第１の封止用金属層２８と変位用凹所２１との間の領域に形成した例を示しており、図６（ｂ）には貫通孔２２を変位用凹所２１の内底面に対応する領域に形成した例を示している。電極形成基板２の厚み方向の両面および各貫通孔２２の内周面には熱酸化により形成したシリコン酸化膜である絶縁膜２３が連続して形成される。また、貫通孔２２には電極形成基板２の厚み方向の表裏に貫通する貫通孔配線２４が形成される。したがって、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内周面との間に絶縁膜２３の一部が介在する。電極形成基板２に設けられる複数の貫通孔配線２４は互いに離間して配置される。貫通孔配線２４の材料としてはＣｕを採用するのが望ましいが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【００５４】
電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面のうち変位用凹所２１を囲む部位には、各貫通孔配線２４とそれぞれ電気的に接続された複数の第２の電気接続用金属層２９が形成される。第２の電気接続用金属層２９は、第２の封止用金属層２８の内側に配置されている。第２の電気接続用金属層２９は、一部が貫通孔配線２４の一端部に電気的に接合されており、他部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されるように配置してある（図７（ａ），（ｂ）参照）。つまり、センサ基板１に電極形成基板２を重ね合わせたときに、貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置がずれるように配置してある。第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されており、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同時に形成することができる。ここで、センサ基板１は、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とを絶縁膜２３上に同時に形成することで、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とを同一平面上に同一厚さに形成してある。
【００５５】
図６（ａ）のように貫通孔２２が変位用凹所２１の周囲に形成されている場合には、第２の電気接続用金属層２９から貫通孔配線２４までの電路の引き回しは不要である。一方、図６（ｂ）のように貫通孔２２の一端が変位用凹所２１の内底面に位置する場合には、第２の電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間が離間しているから、電路の引き回しが必要になる。そこで、第２の電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間に中間配線２６を形成している。中間配線２６は第２の電気接続用金属層２９と一体に連続して形成される。
【００５６】
また、センサ基板１において第１の電気接続用金属層１９は、他の金属配線との接続部位を金属配線に対して積層してあり、金属配線と第１の電気接続用金属層１９との積層部位の厚み寸法が第１の電気接続用金属層１９のみの部位よりも大きくなっている。そこで、センサ基板１において第１の電気接続用金属層１９と他の金属配線との積層部位は、電極形成基板２と重ね合わせたときに電極形成基板２に設けた変位用凹所２１の投影領域内に位置するように位置が決められている。
【００５７】
中間配線２６と第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とは、接合用のＡｕ膜を表面に備え、Ａｕ膜と絶縁膜２３との間には密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。つまり、中間配線２６と第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とは、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により形成されている。
【００５８】
なお、中間配線２６と第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とは、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してある。ただし、これらの数値は一例であって限定する趣旨ではない。また、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜２６との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００５９】
電極形成基板２の厚み方向の各面のうちセンサ基板１の対向面とは反対側の表面には、外部回路との接続用電極となる半田リフロー用のパッド電極２５が形成されている。各パッド電極２５は、各貫通孔配線２４の他端部にそれぞれ電気的に接続される。各パッド電極２５は、外周形状が矩形状（例えば、正方形状）であり、電極形成基板２の表面に略等間隔で離間して配置されている。各パッド電極２５の大きさ、および隣り合うパッド電極２５の間の距離は、それぞれ半田リフローに適した大きさ、および距離を下回らないように設計してある。
【００６０】
パッド電極２５の個数やレイアウトは様々であるから、センサ基板１に設けた第１の電気接続用金属層１９の位置と、当該第１の電気接続用金属層１９に電気的に接続するパッド電極２５の位置との位置が異なる場合には、上述した中間配線２６を設けて電路を引き回すことにより各パッド電極２５と第１の電気接続用金属層１９との電気的接続を可能にしている。つまり、電極形成基板２におけるパッド電極２５のレイアウトに応じて、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９との接合部位と、第２の電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４との接続部位との相対的な位置関係を調整する中間配線２６を形成する。
【００６１】
したがって、図６（ｂ）のように、電極形成基板２におけるセンサ基板１との対向面のうち変位用凹所２１の周囲に第２の電気接続用金属層２９を形成しながらも、貫通孔配線２４を設ける部位は変位用凹所２１の周部に制限せず、変位用凹所２１の内底面に対応する部位にも貫通孔配線２４を設けることができる。この位置関係であると、貫通孔配線２４と第２の電気接続用金属層２９との位置が異なっているが、変位用凹所２１の内底面に沿って中間配線２６を引き回すことにより第２の電気接続用金属層２９を貫通孔配線２４に電気的に接続することが可能になる。
【００６２】
一例として、電極形成基板２の一面に設定した６×６の正方格子の格子点上に正方形状のパッド電極２６を配置した例を図８に示す。図示例では、センサ基板１の各辺に沿ってそれぞれ１１個の第１の電気接続用金属層１９が１列ずつ配列してあり、これらの第１の電気接続用金属層１９と各パッド電極２６とを必要に応じて電気的に接続している。
【００６３】
電極形成基板２の周部に配列したパッド電極２５は第１の電気接続用金属層１９に重複するから、第１の電気接続用金属層１９に接合される第２の電気接続用金属層２９とパッド電極２５との間は貫通孔配線２４により直接接続される。一方、電極形成基板２の中央部に配列したパッド電極２５は第１の電気接続用金属層１９とはずれて位置しているから、パッド電極２５ごとに貫通孔配線２４を設けるだけでは第１の電気接続用金属層１９とこれらのパッド電極２５とを電気的に接続することができない。つまり、これらの貫通孔配線２４の一端は変位用凹所２１の内底面に位置している。そこで、第１の電気接続用金属層１９に接合される第２の電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間で電路を引き回す中間配線２６を設け、第２の電気接続用金属層２９と貫通孔配線２４との間の電気的接続を行っている。この構成により、パッド電極２５のレイアウトが第１の電気接続用金属層１９のレイアウトの制約を受けず、電極形成基板２の面積の全体を用いてパッド電極２５を配列することが可能になる。すなわち、センサ基板１に形成される第１の電気接続用金属層１９がフリップチップ実装に対応する程度の寸法および間隔であったとしても、電極形成基板２には半田リフロー用の寸法および間隔に対応したパッド電極２５を形成することが可能になる。
【００６４】
各パッド電極２５は、厚み方向に積層されたＴｉ膜とＣｕ膜とＮｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されており、最上層がＡｕ膜となっている。各パッド電極２５は、厚み方向に積層された少なくとも二層の金属膜により構成され、且つ最上層の金属膜がＡｕにより形成されるとともに最上層直下の金属膜がＮｉにより形成されていれば、最上層の金属膜がＡｕで形成されていることにより酸化を防止することができ、また、最上層直下の金属膜がＮｉで形成されていることにより、Ｃｕにより形成されている場合に比べて半田に溶食されにくくなり、膜厚を薄くすることが可能になる。また、各パッド電極２５の厚み方向の最下層の金属膜がＴｉにより形成されていることにより、各パッド電極２５と絶縁膜２３との密着性を高めることができる。
【００６５】
カバー基板３は、センサ基板１の厚み方向において電極形成基板２とは反対側の面に封着される。カバー基板３におけるセンサ基板１との対向面の中央部には、質量体１２の変位を許容する（質量体１２の変位量を規制する）空間を形成する変位用凹所３１が形成される。変位用凹所３１の深さは、例えば、５〜１０μｍに設定される。変位用凹所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する。
【００６６】
なお、カバー基板３に変位用凹所３１を形成する構成に代えて、質量体１２の厚み寸法を調節することによって、質量体１２の変位量を規制してもよい。すなわち、質量体１２のコア部１２ａおよび各リーフ部１２ｂのうちＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成されている部位の厚み寸法を、支持部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部位の厚み寸法よりも小さくすればよい。この構成では、質量体１２における支持基板１０ａの厚み寸法と支持部１１における支持基板１０ａの厚み寸法との差が、センサ基板１の厚み方向において許容する質量体１２の変位量になる。
【００６７】
上述したセンサ装置を製造するにあたっては、多数個のセンサ基板１を形成したＳＯＩウェハと、多数個の電極形成基板２を形成したシリコンウェハと、多数個のカバー基板３を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで互いに接合した後に、ダイシング工程により個別に切断分離する。ウェハレベルでの接合時には、センサ基板１に形成された第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９と、電極形成基板２に形成された第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９とが互いに接合されることによりセンサ基板１に電極形成基板２が接合される。また、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る。このような製造工程を採用することにより、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１と同じ外形寸法になり、小型のチップサイズパッケージを容易に製造することができる。
【００６８】
ところで、センサ基板１と電極形成基板２およびカバー基板３との接合方法としては、接合後におけるセンサ基板１の残留応力を少なくすることが望ましい。したがって、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い。そこで、本実施形態では、常温接合法を採用している。
【００６９】
常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマもしくはイオンビームもしくは原子ビームを真空中で照射することにより、各接合表面の清浄化および活性化を行い、次に接合表面同士を接触させ、常温下で適宜の荷重を印加する。このとき、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが接合されると同時に、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とが接合され、また常温下でセンサ基板１の支持部１１とカバー基板３の周部とが接合される。
【００７０】
本実施形態では、上述の常温接合法により、常温下で第１の設定荷重（例えば、０〜０．５ｋｇ／ｃｍ２）を印加して、センサ基板１の支持部１１とカバー基板３の周部とを常温接合し、また、常温下で第２の設定荷重（例えば、２〜５０ｋｇ／ｃｍ２）を印加して、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とを常温接合するのと同時に、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを常温接合している。
【００７１】
しかして、本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１と電極形成基板２との間の接合がＡｕ−Ａｕ接合になり、センサ基板１とカバー基板３との接合がＳｉ−Ｓｉ接合になる。また、本実施形態では、センサ基板１と電極形成基板２とカバー基板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と電極形成基板２とカバー基板３との線膨張率差に起因した応力（センサ基板１における残留応力）がブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力に与える影響を低減できる。つまり、電極形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１とは異なる材料により形成されている場合に比較すると、製品毎のセンサ特性のばらつきを低減することができる。ここで、本実施形態のセンサ装置では、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合され、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とがＡｕ−Ａｕの組み合わせにより常温接合されているので、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層同士１９，２９を、化学的に安定なＡｕ−Ａｕの組み合わせで常温接合することができ、製造歩留まりを向上できるとともに接合安定性を向上できる。
なお、上述した構成例では、センサ基板１の形成にＳＯＩウェハを用いているが、この構成は必須ではなく、ＳＯＩウェハに代えて、例えばシリコンウェハを採用してもよい。
【００７２】
また、本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１とカバー基板３とをＳｉ−Ｓｉの組み合わせで常温接合した後で、センサ基板１と電極形成基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を金属−金属の組み合わせで常温接合する製造プロセスを採用可能となるので、当該製造プロセスを採用すれば、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合に比べて大きな荷重を必要とする金属−金属の常温接合となる封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の常温接合を、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合よりも先に行う場合（つまり、センサ基板１と電極形成基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の常温接合を、センサ基板１とカバー基板３との常温接合よりも先に行う場合）に比べて、センサ基板１と電極形成基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を常温接合する際に、センサ基板１が既にカバー基板３に支持されていることにより接合時の荷重を封止用金属層１８，２８同士の積層構造および電気接続用金属層１９，２９同士の積層構造に効率良く作用させることができ、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の接合歩留まりや接合信頼性を高めることができるという利点や、センサ基板１一表面側に電極形成基板２を常温接合する際に印加する荷重の影響で、常温接合装置のステージに接しているセンサ基板１の上記他表面の清浄度や平坦度が低下してセンサ基板１とカバー基板３との接合歩留まりが低下するのを防止することができるという利点がある。
【００７３】
また、本実施形態のセンサ装置では、上述のように、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とが同一の金属材料からなり、センサ基板１において同一平面上に同一厚さで形成され、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とが同一の金属材料からなり、電極形成基板２において同一平面上に同一厚さで形成されているので、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８との接合による封止と、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９との接合による電気的接続とを同時に安定して行うことが可能であり、接合箇所ごとに半田を供給する工程およびリフロー工程を伴う製造方法を採用する場合に比べて、製造プロセスの簡略化を図れるとともに、センサ基板１の厚み方向における電極形成基板２の位置精度を高めることができ、しかも、センサ基板１の残留応力も少なくできる。また、上述のように、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とが同一の金属材料からなり、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とが同一の金属材料からなるので、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とを同時に同じ厚さで形成することができるとともに、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とを同時に同じ厚さで形成することができ、常温接合による封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の接合信頼性をより高めることができる。
【００７４】
また、本実施形態では、電極形成基板２の第２の電気接続用金属層２９におけるセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９との接合部位を、当該第２の電気接続用金属層２９における貫通孔配線２４との接続部位からずらしてあるので、第２の電気接続用金属層２９における第１の電気接続用金属層１９との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ（第２の電気接続用金属層２９の成膜時の表面の平滑性を高めることができ）、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを上述のように常温接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。
【００７５】
ここで、本実施形態では、センサ基板１に形成した電気回路の接続部である第１の電気接続用金属層１９と電極形成基板２に形成した第２の電気接続用金属層２９とを変位用凹所２１の周囲で常温接合により接合しているから、両者の接合が容易であり、また、センサ基板１と電極形成基板２とは変位用凹所２１の周部でセンサ基板１および電極形成基板２の外周縁の全周に沿うように形成した第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８との常温接合により接合するから、接合後におけるセンサ基板１の残留応力を少なくすることができる。
【００７６】
また、本実施形態のセンサ装置では、電極形成基板２においてセンサ基板１との対向面とは反対側の表面にパッド電極２５が形成されているので、インターポーザを用いることなく半田リフローにより実装基板に実装することが可能である。また、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９との接合部位と接続用金属層２９と貫通孔配線２４との接続部位との相対的な位置関係を調整する中間配線２６を必要に応じて設けているので、必要に応じて中間配線２６で電路を引き回すことにより貫通孔配線２４を変位用凹所２１に対応する部位に配置することが可能になって、電極形成基板２におけるパッド電極２５の大きさや位置などのレイアウトの自由度が高くなり、電極形成基板２の周部に１列ずつのパッド電極２５を配列する場合に比較すれば、面積当たりのパッド電極２５の個数を増やすことができ、センサ装置における平面寸法（パッド電極２５を配列した面の面積）の小型化が図れる。また、本実施形態では、中間配線２６を電極形成基板２においてセンサ基板１との対向面に形成してあるから、パッド電極２５の間を中間配線２６が通ることはなく、パッド電極２５に半田によって実装基板の外部回路を接続する場合でも中間配線２６とパッド電極２５との間に半田ブリッジによる短絡が生じることがなく、実装時の不良の発生を防止できる。なお、中間配線２６は電極形成基板２の第２の電気接続用金属層２９に設けるほか、センサ基板１の第１の電気接続用金属層１９に形成することも可能である。
【００７７】
（実施形態２）
実施形態１では、貫通孔配線２４の一部は一端が変位用凹所２１の周部（変位用凹所２１の外側）に配置され、残りは一端が変位用凹所２１の内底面に配置されている。したがって、貫通孔配線２４を設ける場所に応じて貫通孔配線２４の長さが異なっている。長さの異なる貫通孔配線２４を形成することは可能であるが、品質にばらつきを生じやすくなる。
【００７８】
そこで、本実施形態のセンサ装置では、図１０に示すように、すべての貫通孔配線２４について一端を変位用凹所２１の内底面に位置させている。この配置によって、電極形成基板２に形成されるすべての貫通孔配線２４の長さが等しくなり、各貫通孔配線２４を同条件で形成することができるから、貫通孔配線２４の品質のばらつきを抑制することができる。なお、本実施形態では、第２の電気接続用金属層２９と各貫通孔配線２４との間の電気的接続には、かならず中間配線２６を用いることになる。他の構成および動作は実施形態１と同様である。
【００７９】
（実施形態３）
実施形態１，２では、電極形成基板２における変位用凹所２１の内底面に中間配線２６が引き回されているので、質量体１２と各撓み部１３とで構成される可動部が電極形成基板２側へ過度に変位したときに中間配線２６に接触して中間配線２６が断線してしまう可能性がある。
【００８０】
これに対して、図１１に示す本実施形態のセンサ装置は、電極形成基板２における変位用凹所２１の深さ寸法を実施形態１，２よりも大きな値に設定してあり、電極形成基板２の変位用凹所２１の内底面に、可動部の過度な変位を規制する複数（図示例では、４つ）の四角錐台状のストッパ用凸部２１ｂが突設され、図１２に示すように、中間配線２６がストッパ用凸部２１ｂを避けて形成されている。ここにおいて、電極形成基板２は、ストッパ用凸部２１ｂの先端面を含む平面が、電極形成基板２における変位用凹所２１の周部の表面を含む平面よりも可動部から当該可動部の過度な変位を規制するように設定した所定距離だけ離れるように、変位用凹所２１の深さ寸法およびストッパ用凸部２１ｂの突出寸法を設定してある。また、ストッパ用凸部２１ｂの突出寸法は、中間配線２６の厚みよりも十分大きく設定してある。
【００８１】
また、電極形成基板２は、センサ基板１との対向面に対する反対面においてパッド電極２５の形成部位間に溝２７が形成されている。なお、本実施形態では、複数の溝２７を網目状に形成し、当該網目状の網目の中にパッド電極２５が配置されている。
【００８２】
以下、電極形成基板２の製造方法について簡単に説明する。
【００８３】
まず、電極形成基板２の基礎となるシリコンウェハの一表面側（パッド電極２５を形成する面側）の全面に第１のレジスト層を形成した後、シリコンウェハの他表面側に変位用凹所２１の形成予定領域を露出させるようにパターニングされた第２のレジスト層を形成し、その後、第１のレジスト層および第２のレジスト層をマスクとして、シリコンウェハを上記他表面側から変位用凹所２１の設定深さよりも浅い第１の所定深さまでエッチングすることで第１の凹所を形成する第１のエッチング工程を行う。なお、第１のエッチング工程では、ＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液などのアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングを行う。
【００８４】
次に、シリコンウェハの上記他表面側に第１凹所の内底面のうちストッパ用凸部２１ｂの形成予定領域を覆うようにパターニングされた第３のレジスト層を形成してから、シリコンウェハを上記他表面側から変位用凹所の設定深さまでエッチングすることで変位用凹所２１およびストッパ用凸部２１ｂを形成する第２のエッチング工程を行う。なお、第２のエッチング工程においても、ＴＭＡＨ水溶液やＫＯＨ水溶液などのアルカリ系溶液を用いた異方性エッチングを行う。
【００８５】
その後、シリコンウェハに上述の貫通孔２２を形成する際のマスクを形成するために、シリコンウェハの上記一表面側および上記他表面側にパイロジェニック酸化法によって比較的厚い膜厚（例えば、６００ｎｍ程度）のシリコン酸化膜を形成する第１の熱酸化工程を行い、続いて、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してシリコンウェハの上記一表面側のシリコン酸化膜をパターニングする酸化膜パターニング工程を行い、酸化膜パターニング工程でパターニングされたシリコン酸化膜をマスクとして、シリコンウェハを上記一表面側から上記他表面側のシリコン酸化膜に達する（つまり、シリコンウェハの上記一表面側のシリコン酸化膜をマスク、上記他表面側のシリコン酸化膜をエッチングストッパとしてシリコンウェハを貫通する）までドライエッチングすることで貫通孔２２を形成する貫通孔形成工程を行う。ここにおいて、貫通孔形成工程では、シリコンウェハに厚み方向に貫通し当該シリコンウェハの上記一表面の開口径が上記他表面の開口径に比べて大きなテーパ状（本実施形態では、シリコンウェハの上記一表面から上記他表面に近づくにつれて開口径が徐々に小さくなるテーパ状）の貫通孔２２をドライエッチングにより形成している。ここで、貫通孔形成工程におけるエッチング装置としては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いている。ＩＣＰ型のエッチング装置は、一般的に、エッチング対象をエッチングするエッチングモードと被エッチング面へ有機物を堆積させるデポジションモードとを交互に繰り返すエッチング条件の設定が可能となっており、エッチングモードの時間をデポジションモードの時間に比べて比較的長く設定してエッチングモードとデポジションモードとを交互に繰り返すことにより略垂直なエッチングが可能となり、例えば、貫通孔形成工程の開始から終了までの間に、エッチングモードの時間が徐々に短くなり、デポジションモードの時間が徐々に長くなるようにエッチング条件を設定すれば、上述のようにシリコンウェハの上記一表面から上記他表面に近づくにつれて開口径が徐々に小さくなる貫通孔２２を形成することが可能となる。
【００８６】
上述の貫通孔形成工程の後、シリコンウェハの上記一表面側および上記他表面側それぞれのシリコン酸化膜をエッチング除去してから、シリコンウェハの上記一表面側および上記他表面側および各貫通孔２２の内周面に、ドライ酸化法によってシリコン酸化膜からなる絶縁膜２３を形成する絶縁膜形成工程を行う。
【００８７】
その後、シリコンウェハの上記他表面側（つまり、貫通孔２２の開口径が小さい側）で絶縁膜２３の表面に金属材料（例えば、Ｃｕ、Ｎｉなど）からなる金属薄膜をスパッタ法によって形成する金属薄膜形成工程を行う。
【００８８】
続いて、金属薄膜をシード層としてシリコンウェハの上記他表面側において貫通孔２２を閉塞する金属層を電気メッキ法により金属薄膜から析出させることで金属薄膜と上記金属層とからなる導電体部を形成する導電体部形成工程を行う。本実施形態では、シリコンウェハの上記他表面側、つまり、貫通孔２２の開口径が小さい側で貫通孔２２を閉塞しているので、開口径が大きい側で貫通孔２２を閉塞する場合に比べて貫通孔２２を閉塞しやすく、メッキ量を少なくできるという利点がある。ここで、導電体部形成工程では、電気メッキ法により上記金属層を形成しているが、電気メッキ法に限らず、例えば、無電解メッキ法、スパッタ法、蒸着法などにより上記金属層を形成するようにしてもよい。
【００８９】
その後、シリコンウェハの上記一表面側に対向配置した陽極（図示せず）とシリコンウェハの上記他表面側において貫通孔２２を閉塞している陰極（本実施形態では、導電体部）との間に通電して貫通孔配線２４となる金属部を導電体部における貫通孔２２側の露出表面からシリコンウェハの厚み方向に沿って析出させる電気メッキ工程を行う。つまり、電気メッキ工程では、金属部をボトムアップ成長させている。
【００９０】
さらにその後、金属部のうちシリコンウェハの上記一表面側に形成された不要部をＣＭＰなどによって除去することでシリコンウェハの上記一表面側を平坦化する平坦化工程を行ってから、シリコンウェハの上記一表面側にパッド電極２５をスパッタ法や蒸着法などを利用して形成するパッド電極形成工程を行う。
【００９１】
次に、シリコンウェハの上記他表面側の導電体部をエッチング除去する導電体部除去工程を行ってから、シリコンウェハの上記他表面側に、スパッタ法や蒸着法などを利用して、第２の封止用金属層および第２の電気接続用金属層２９並びに中間配線２６を形成する金属層パターン形成工程を行う。
【００９２】
その後、多数個のセンサ基板１を形成したＳＯＩウェハと多数個のカバー基板３を形成したシリコンウェハとをウェハレベルで常温接合した後に、上述の金属層パターン形成工程までの工程が終了したシリコンウェハと、上記ＳＯＩウェハとをウェハレベルで常温接合する接合工程を行い、続いて、上述の金属層パターン形成工程までの工程が終了したシリコンウェハの上記一表面に溝２７をダイシングソーを利用して形成する溝形成工程を行ってから、ダイシング工程によって個別のセンサ装置に切断分離する。
【００９３】
以上説明した本実施形態のセンサ装置では、電極形成基板２によって可動部の過度な変位を規制することができるだけでなく、可動部が中間配線２６に接触するのを防止することができ、中間配線２６の断線を防止することができるから、信頼性を高めることができる。また、パッド電極２５と外部回路が形成された実装基板の導体パターンとを半田により接合するときに実装基板側からセンサ基板１へ伝達される応力を低減することができ、しかも、電極形成基板２の外形寸法を大きくすることなくパッド電極２５間の沿面距離を大きくすることができる。
【００９４】
なお、上記各実施形態では、センサ基板１と電極形成基板２とがＡｕ−Ａｕの組み合わせの常温接合により接合されているが、センサ基板１と電極形成基板２とは、Ａｕ−Ａｕの組み合わせに限らず、例えば、Ａｕ−Ａｕ、Ａｌ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｃｕの群から選択される１種類の組み合わせの常温接合で接合されていてもよい。センサ基板１とカバー基板３とがＳｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合により接合されているが、センサ基板１とカバー基板３とは、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合に限らず、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＳｉＯ２、ＳｉＯ２−ＳｉＯ２、Ｓｉ−Ｓｉ３Ｎ４、Ｓｉ３Ｎ４−Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２−Ｓｉ３Ｎ４の群から選択される１種類の組み合わせの常温接合により接合されていてもよい。また、電極形成基板２に中間配線２６を設ける技術は、加速度センサやジャイロセンサに限らず、例えば、赤外線センサ、圧力センサ、ＭＥＭＳリレー（マイクロリレー）、マイクロバルブ、流量センサなど他のデバイスにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】実施形態１におけるセンサ装置の概略断面図である。
【図２】同上のセンサ装置に用いるセンサ基板の概略平面図である。
【図３】同上のセンサ装置に用いるセンサ基板のセンシング部を示す要部概略平面図である。
【図４】図３のＢ−Ａ’概略断面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図６】（ａ）は同上のセンサ装置の要部概略断面図、（ｂ）は同上のセンサ装置の他の要部概略断面図である。
【図７】（ａ）は同上のセンサ装置の要部概略断面図、（ｂ）は同上のセンサ装置の他の要部概略断面図である。
【図８】同上のセンサ装置に用いる電極形成基板の概略平面図である。
【図９】同上のセンサ装置に用いるセンサ基板の回路図である。
【図１０】実施形態２におけるセンサ装置に用いる電極形成基板の概略平面図である。
【図１１】実施形態３におけるセンサ装置の概略断面図である。
【図１２】同上のセンサ装置に用いる電極形成基板の概略下面図である。
【図１３】同上のセンサ装置に用いる電極形成基板の概略平面図である。
【図１４】従来構成を示すセンサ装置の概略平面図である。
【符号の説明】
【００９６】
１  センサ基板
２  電極形成基板
１２  質量体（可動部）
１３  撓み部（可動部）
１８  第１の封止用金属層
１９  第１の電気接続用金属層（接続部）
２１  変位用凹所
２４  貫通孔配線
２５  パッド電極
２６  中間配線
２８  第２の封止用金属層
２９  第２の電気接続用金属層
Ｄｃ  回路部
Ｄｓ  センシング部
【図１】
2008241482.tif 000003
【図２】
2008241482.tif 000004
【図３】
2008241482.tif 000005
【図４】
2008241482.tif 000006
【図５】
2008241482.tif 000007
【図６】
2008241482.tif 000008
【図７】
2008241482.tif 000009
【図８】
2008241482.tif 000010
【図９】
2008241482.tif 000011
【図１０】
2008241482.tif 000012
【図１１】
2008241482.tif 000013
【図１２】
2008241482.tif 000014
【図１３】
2008241482.tif 000015
【図１４】
2008241482.tif 000016