(57)【要約】【課題】製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れるウェハレベルパッケージ構造体およびセンサ装置を提供する。【解決手段】ウェハレベルパッケージ構造体１００は、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０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同士が常温接合されている。各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９は、それぞれ、絶縁膜１６，２３上において、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている。センサ装置は、ウェハレベルパッケージ構造体１００をセンサウェハ１０におけるセンサ基板（センサ本体）１のサイズに基づいて規定した所望のサイズに分割することで形成されている。【選択図】図１
2008294229.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センシング部を有するセンサ本体を複数形成した１枚のセンサウェハと少なくとも１枚のパッケージウェハとをウェハレベルで接合したウェハレベルパッケージ構造体であって、センサウェハは、一表面側に第１の絶縁膜が形成され、枠状の第１の封止用金属層がセンサ本体ごとに第１の絶縁膜上に形成され、センサウェハの前記一表面側に接合されるパッケージウェハは、センサウェハ側の表面に第２の絶縁膜が形成され、第１の封止用金属層と全周に亘って接合される枠状の第２の封止用金属層がセンサ本体に対応する領域ごとに第２の絶縁膜上に形成され、センサウェハと当該センサウェハの前記一表面側のパッケージウェハとは、それぞれの接合表面が活性化された第１の封止用金属層と第２の封止用金属層とが常温接合されてなり、各封止用金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜からなることを特徴とするウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項２】
前記センサウェハは、前記第１の封止用金属層よりも内側に位置し前記センシング部と電気的に接続された第１の電気接続用金属層が前記センサ本体ごとに前記第１の絶縁膜上に形成され、前記センサウェハの前記一表面側に接合される前記パッケージウェハには、前記センサ本体に対応する領域ごとに前記センサ本体の前記センシング部に電気的に接続される貫通孔配線が形成され、前記第２の封止用金属層よりも内側に位置し貫通孔配線と電気的に接続された第２の電気接続用金属層が前記センサ本体に対応する領域ごとに前記第２の絶縁膜上に形成されてなり、前記センサウェハと前記センサウェハの前記一表面側に接合される前記パッケージウェハとは、それぞれの接合表面が活性化された第１の電気接続用金属層と第２の電気接続用金属層とが常温接合されてなり、各電気接続用金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜からなることを特徴とする請求項１記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項３】
前記センサ本体は、検出対象が加速度である加速度センサ本体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項４】
前記センサ本体は、検出対象が赤外線である赤外線センサ本体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項５】
前記センサ本体は、前記センシング部と協働する集積回路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４のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージ構造体からセンサ本体のサイズに基づいて規定した所望のサイズに分割されてなることを特徴とするセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、赤外線センサなどのセンサ装置を複数形成したウェハレベルパッケージ構造体およびセンサ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、チップサイズパッケージ（Chip  Size  Package：ＣＳＰ）を有するセンサ装置として、ウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ装置が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ここにおいて、上記特許文献１には、図３５（ａ）に示すように、複数のＭＥＭＳ（Micro  Electro  Mechanical  Systems）素子２１１およびＭＥＭＳ素子２１１のセンシング部（図示せず）に電気的に接続された金属配線（引き出し電極）２１７を形成したセンサウェハ２１０と、金属配線２１７に電気的に接続される貫通孔配線２２４およびＭＥＭＳ素子２１１を気密封止する空間を形成するための凹所２２１を形成したパッケージウェハ２２０とを対向させてから、図３５（ｂ）に示すようにセンサウェハ２１０とパッケージウェハ２２０とをウェハレベルで貼り合わせることでウェハレベルパッケージ構造体２００を形成し、ウェハレベルパッケージ構造体２００から個々のセンサ装置に分割する技術が開示されている。なお、このようにして製造されたセンサ装置は、センサウェハ２１０から切り出された部分がセンサ基板（センサ本体）を構成し、パッケージウェハ２２０から切り出された部分がパッケージ用基板を構成している。
【０００４】
ここで、センサウェハ２１０におけるパッケージウェハ２２０との対向面には、各センサ装置に対応する領域ごとに、ＭＥＭＳ素子２１１および当該ＭＥＭＳ素子２１１に電気的に接続された金属配線２１７を囲む第１の封止用金属層（封止用下地金属膜）２１８が形成され、パッケージウェハ２２０におけるセンサウェハ２１０との対向面には、各センサ装置に対応する領域ごとに、凹所２２１を囲み第１の封止用金属層２１８に対向する第２の封止用金属層（封止用下地金属膜）２２８が形成されている。
【０００５】
また、センサウェハ２１０は、第１の封止用金属層２１８よりも内側で金属配線２１７と電気的に接続された第１の電気接続用金属層２１９が形成され、パッケージウェハ２２０は、第２の封止用金属層２２８よりも内側に貫通孔配線２２４と電気的に接続された第２の電気接続用金属層２２９が形成されている。
【０００６】
そして、上述のウェハレベルパッケージ構造体２００は、センサウェハ２１０の第１の封止用金属層２１８とパッケージウェハ２２０の第２の封止用金属層２２８とが例えばＡｕＳｎなどの半田からなる第１の半田部２３８を介して接合されるとともに、第１の電気接続用金属層２１９と第２の電気接続用金属層２２９とが第２の半田部２３９を介して接合されている。
【０００７】
ところで、ＭＥＭＳとしては、加速度センサ、ジャイロセンサ、赤外線センサなどが広く知られており、加速度センサとしては、加速度が印加されたときのピエゾ抵抗からなるゲージ抵抗のひずみによる抵抗値の変化により加速度を検出するピエゾ抵抗形の加速度センサや、加速度が印加されたときの固定電極と可動電極との間の静電容量の変化により加速度を検出する容量形の加速度センサなどが知られている。
【０００８】
ピエゾ抵抗形の加速度センサとしては、矩形枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一方向へ延長された撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された片持ち式のものや、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が相反する２方向へ延長された一対の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された両持ち式のものなどが提案されており、近年では、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された４つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され、互いに直交する３方向それぞれの加速度を各別に検出可能なものも提案されている（例えば、特許文献２，３参照）。
【０００９】
なお、上述のピエゾ抵抗形の加速度センサでは、重り部および撓み部が可動部を構成し、ピエゾ抵抗がセンシング部を構成している。また、容量形の加速度センサ（例えば、特許文献４参照）やジャイロセンサ（例えば、特許文献５参照）では、可動電極を設けた重り部や可動電極を兼ねる重り部などが可動部を構成しており、固定電極と可動電極とによりセンシング部を構成している。また、赤外線センサでは、例えば、抵抗ボロメータ、サーモパイル、焦電素子などがセンシング部を構成している。
【特許文献１】特開２００５−２５１８９８号公報
【特許文献２】特開２００４−１０９１１４号公報
【特許文献３】特開２００４−２３３０７２号公報
【特許文献４】特開２００４−０２８９１２号公報
【特許文献５】特開２００５−２９２１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述のウェハレベルパッケージ構造体２００およびセンサ装置では、パッケージウェハ２２０側に形成されている第２の電気接続用金属層２２９と第２の封止用金属層２２８とが同一平面上において略同じ高さに形成されている一方で、センサウェハ２１０側では第１の電気接続用金属層２１９の形成面を含む平面に対して第１の電気接続用金属層２１９と第１の封止用金属層２２８とで高さが異なっているので、第２の電気接続用金属層２２９と第１の電気接続用金属層２１９との間の距離と、第２の封止用金属層２２８と第１の封止用金属層２１８との間の距離との距離差を吸収して電気接続用金属層２２９，２１９同士および封止用金属層２２８，２１８同士を接合するために、製造にあたっては、第２の電気接続用金属層２２９および第２の封止用金属層２２８それぞれにおける接合箇所に所定量の半田をソルダーシュート法により供給してから、センサウェハ２１０とパッケージウェハ２２０とを重ね合わせてリフローを行う必要があり、製造プロセスが複雑になっていた。また、上記特許文献１に記載の技術では、半田としてＡｕＳｎを用いる場合には、リフローのプロセス温度が２８０℃以上になり、接合界面近傍の残留応力が大きくなって当該残留応力に起因してセンサ特性がばらついてしまう。
【００１１】
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、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れるウェハレベルパッケージ構造体および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】
【００１２】
請求項１の発明は、センシング部を有するセンサ本体を複数形成した１枚のセンサウェハと少なくとも１枚のパッケージウェハとをウェハレベルで接合したウェハレベルパッケージ構造体であって、センサウェハは、一表面側に第１の絶縁膜が形成され、枠状の第１の封止用金属層がセンサ本体ごとに第１の絶縁膜上に形成され、センサウェハの前記一表面側に接合されるパッケージウェハは、センサウェハ側の表面に第２の絶縁膜が形成され、第１の封止用金属層と全周に亘って接合される枠状の第２の封止用金属層がセンサ本体に対応する領域ごとに第２の絶縁膜上に形成され、センサウェハと当該センサウェハの前記一表面側のパッケージウェハとは、それぞれの接合表面が活性化された第１の封止用金属層と第２の封止用金属層とが常温接合されてなり、各封止用金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜からなることを特徴とする。
【００１３】
この発明によれば、センサウェハと当該センサウェハの一表面側のパッケージウェハとを接合する際に、封止用金属層同士を介在物なしに常温接合法により常温接合する製造プロセスを採用することができ、従来のように接合箇所に半田を供給してからリフローのような熱処理を行う製造プロセス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プロセス温度の低温化を図れ、また、各封止用金属層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されているので、上層のＡｕ膜の表面あらさが１．８ｎｍよりも大きい場合に比べて、封止用金属層同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００１４】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記センサウェハは、前記第１の封止用金属層よりも内側に位置し前記センシング部と電気的に接続された第１の電気接続用金属層が前記センサ本体ごとに前記第１の絶縁膜上に形成され、前記センサウェハの前記一表面側に接合される前記パッケージウェハには、前記センサ本体に対応する領域ごとに前記センサ本体の前記センシング部に電気的に接続される貫通孔配線が形成され、前記第２の封止用金属層よりも内側に位置し貫通孔配線と電気的に接続された第２の電気接続用金属層が前記センサ本体に対応する領域ごとに前記第２の絶縁膜上に形成されてなり、前記センサウェハと前記センサウェハの前記一表面側に接合される前記パッケージウェハとは、それぞれの接合表面が活性化された第１の電気接続用金属層と第２の電気接続用金属層とが常温接合されてなり、各電気接続用金属層は、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜からなることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、前記センサウェハと前記センサウェハの前記一表面側に接合される前記パッケージウェハとを接合する際に、前記封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を介在物なしに常温接合法により常温接合する製造プロセスを採用することができ、従来のように接合箇所ごとに半田を供給してからリフローのような熱処理を行う製造プロセス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プロセス温度の低温化を図れ、また、前記各封止用金属層および各電気接続用金属層が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されているので、前記各封止用金属層および各電気接続用金属層における上層のＡｕ膜の表面あらさが１．８ｎｍよりも大きい場合に比べて、前記封止用金属層同士および電気接続用金属層同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００１６】
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、前記センサ本体は、検出対象が加速度である加速度センサ本体からなることを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、センサ装置として加速度センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体について、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００１８】
請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記センサ本体は、検出対象が赤外線である赤外線センサ本体からなることを特徴とする。
【００１９】
この発明によれば、センサ装置として赤外線センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体について、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００２０】
請求項５の発明、請求項１ないし請求項４の発明において、前記センサ本体は、前記センシング部と協働する集積回路が形成されてなることを特徴とする。
【００２１】
この発明によれば、前記センシング部と集積回路との間の配線長を短くすることができ、センサ性能の向上を図れる。
【００２２】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のウェハレベルパッケージ構造体からセンサ本体のサイズに基づいて規定した所望のサイズに分割されてなることを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れる。
【発明の効果】
【００２４】
請求項１の発明では、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（実施形態１）
以下、本実施形態のセンサ装置について図１〜図１３を参照しながら説明する。
【００２６】
本実施形態のセンサ装置は、図１（ｃ）および図２に示すように後述のセンシング部が形成されたセンサ基板（センサ本体）１と、センサ基板１の一表面側（図１（ｃ）の上面側）に封着されたパッケージ用基板（以下、第１のパッケージ用基板と称す）２と、センサ基板１の他表面側（図１（ｃ）の下面側）に封着されたパッケージ用基板（以下、第２のパッケージ用基板と称す）３とを備えている。ここにおいて、センサ基板１および各パッケージ用基板２，３の外周形状は矩形状であり、各パッケージ用基板２，３はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。なお、図１（ｃ）は図２のＡ−Ａ’概略断面に対応する図である。
【００２７】
上述のセンサ基板１は、シリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、第１のパッケージ用基板２は第１のシリコンウェハを加工することにより形成し、第２のパッケージ用基板３は第２のシリコンウェハを加工することにより形成してある。なお、本実施形態では、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度、絶縁層１０ｂの厚さを０．３μｍ〜１．５μｍ程度、シリコン層１０ｃの厚さを４μｍ〜１０μｍ程度とし、また、第１のシリコンウェハの厚さを２００μｍ〜３００μｍ程度、第２のシリコンウェハの厚さを１００〜３００μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、ＳＯＩウェハの主表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。
【００２８】
センサ基板１は、図６〜図８に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側（図１（ｃ）および図６（ｂ）の上面側）において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部１１は、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、上述のＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。
【００２９】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ基板１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ基板１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ基板１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ基板１の上記他表面側（図１（ｃ）および図６（ｂ）の下面側）へ離間して位置している。なお、センサ基板１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００３０】
ところで、図６（ａ），（ｂ）それぞれの右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ基板１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。
【００３１】
重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図６（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図６（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図９における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００３２】
また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図６（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図６（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図９における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００３３】
また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図９における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００３４】
なお、図１〜図３および図６では、センサ基板１における金属配線１７のうち第１の電気接続用金属層１９近傍の部位のみを図示してあり、拡散層配線の図示は省略してある。
【００３５】
ここで、センサ基板１の動作の一例について説明する。
【００３６】
いま、センサ基板１に加速度がかかっていない状態で、センサ基板１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図９に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図９に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図９に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図９に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、重り部１２と各撓み部１３とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４それぞれが、センサ基板１におけるセンシング部を構成している。
【００３７】
ところで、センサ基板１は、図９に示すように、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２とを備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が、上記一表面側（つまり、第１のパッケージ用基板２側）に第１の電気接続用金属層１９として設けられており、第１のパッケージ用基板２に形成された貫通孔配線２４と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板１には、８つの第１の電気接続用金属層１９が形成され、第１のパッケージ用基板２には、８つの貫通孔配線２４が形成されている。なお、８つの第１の電気接続用金属層１９は、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、フレーム部１１の周方向に離間して配置されている（矩形枠状のフレーム部１１の４辺それぞれに２つずつ配置されている）。
【００３８】
また、センサ基板１のフレーム部１１上には、フレーム部１１よりも開口面積が大きな枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の８つの第１の電気接続用金属層１９は、フレーム部１１において第１の封止用金属層１８よりも内側に配置されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８の幅寸法をフレーム部１１の幅寸法に比べて小さく設定し、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とを同一平面上に形成してある。
【００３９】
ここにおいて、センサ基板１は、上記一表面側において上記シリコン層１０ｃ上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成されており、第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８および金属配線１７は絶縁膜１６の同一レベル面上に同一厚さで形成されている。なお、絶縁膜１６は、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜に限らず、例えば、シリコン酸化膜や、ＢＰＳＧ膜などにより構成してもよい。
【００４０】
また、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は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜１６との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、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の同一レベル面上に形成された下層のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同時に形成することができるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同じ厚さに形成することができる。ここで、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３０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を２００ｎｍに設定してあり、金属配線１７の膜厚は１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例である。ここにおいて、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。
【００４１】
上述の各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線は、上記シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成されており、上述の金属配線１７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合金膜など）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１７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。また、第１の電気接続用金属層１９と金属配線１７とは、第１の電気接続用金属層１９における金属配線１７との接続部位１９ｂ（図３（ｂ）参照）が、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１との対向面に形成された後述の変位空間形成用凹部２１内に位置する形で電気的に接続されている。
【００４２】
第１のパッケージ用基板２は、図１０〜図１２に示すように、センサ基板１側（図１（ｃ）における下面側）の表面に、センサ基板１の重り部１２と各撓み部１３とで構成される可動部の変位空間を確保する上述の変位空間形成用凹部２１が形成されるとともに、変位空間形成用凹部２１の周部に厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、８つ）の貫通孔２２が形成されており、厚み方向の両面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、第１のパッケージ用基板２の８つの貫通孔配線２４は当該第１のパッケージ用基板２の周方向に離間して形成されている。また、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【００４３】
また、第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において変位空間形成用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数（本実施形態では、８つ）の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部には、全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の８つの第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されて電気的に接続されており、他端側の部位がセンサ基板１の金属配線１７よりも外側でセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、第１のパッケージ用基板２の周方向において貫通孔配線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との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、長手方向が第２の封止用金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。
【００４４】
また、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は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、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は、絶縁膜２３の同一レベル面上に形成された下層のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、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いるので、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とともに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同じ厚さに形成することができる。ここで、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は、Ｔｉ膜の膜厚を３０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を２００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例である。ここにおいて、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。
【００４５】
また、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。
【００４６】
第２のパッケージ用基板３は、図１３に示すように、センサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。ここにおいて、凹部３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してあるが、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂのうち支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向への重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、第２のパッケージ用基板３に凹部３１を形成しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が重り部１２と第２のパッケージ用基板３との間に形成される。
【００４７】
ところで、上述の加速度センサにおけるセンサ基板１と第１のパッケージ用基板２とは、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが接合されるとともに、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、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。また、本実施形態の加速度センサは、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、上述のＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０と、上述の第１のシリコンウェハに第１のパッケージ用基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０と、上述の第２のシリコンウェハに第２のパッケージ用基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０とをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成してから、センサ基板１のサイズに基づいて規定した所望のサイズにダイシング工程により分割されている（図１（ｃ）の加速度センサは図１（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００のうち丸Ａで囲んだ部分の断面に相当している）。したがって、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とがセンサ基板１と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。なお、上述の説明から分かるように、第１のパッケージウェハ２０は、センサ基板１に対応する領域ごとにセンサ基板１のセンシング部に電気的に接続される貫通孔配線２４が形成されている。なお、本実施形態では、センサ基板１の絶縁膜１６、つまり、センサウェハ１０に形成された絶縁膜１６が第１の絶縁膜を構成し、第１のパッケージ用基板２の絶縁膜２３、つまり、第１のパッケージウェハ２０に形成された絶縁膜２３が第２の絶縁膜を構成している。
【００４８】
ここにおいて、本実施形態では、センサウェハ１０と各パッケージウェハ２０，３０との接合方法として、センサ基板１の残留応力を少なくするためにより低温での接合が可能な常温接合法を採用している。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若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で接合する。本実施形態では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、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とを常温接合しており、また、上述の常温接合法により、常温下でセンサ基板１のフレーム部１１と第２のパッケージ用基板３の周部とを常温接合している。
【００４９】
しかして、本実施形態におけるウェハレベルパッケージ構造体１００では、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０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同士が常温接合されており、センサウェハ１０と第２のパッケージウェハ３０とが常温接合されており、センサウェハ１０と各第１のパッケージウェハ２０，３０とを半田リフローのような熱処理を必要とする方法により接合する場合に比べて、センシング部を構成するピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４が熱応力の影響を受けにくくなるという利点がある。また、本実施形態では、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３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と各パッケージ用基板２，３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）が上記ブリッジ回路の出力信号に与える影響を低減でき、各パッケージ用基板２，３がセンサ基板１と異なる材料により形成されている場合に比べて、センサ特性のばらつきを低減することができる。なお、センサ基板１は、ＳＯＩウェハを加工して形成してあるが、ＳＯＩウェハに限らず、例えば、シリコンウェハを加工して形成してもよい。
【００５０】
以上説明した本実施形態におけるウェハレベルパッケージ構造体１００および加速度センサでは、センサウェハ１０と貫通孔配線２４が形成された第１のパッケージウェハ２０とを接合する際に、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０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同士を介在物なしに直接接合する製造プロセスを採用することができ、従来のように接合箇所ごとに半田を供給してからリフローのような熱処理を行う製造プロセスを採用する場合に比べて、製造プロセスの簡略化を図れ、また、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を直接接合する方法として常温接合法のような低温プロセスを採用することができ、プロセス温度の低温化を図れる。
【００５１】
また、本実施形態では、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、センサウェハ１０の同一レベル面（センサウェハ１０の厚み方向に直交する同一レベル面）上に同一厚さで形成されるとともに、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とが、貫通孔配線２４が形成された第１のパッケージウェハ２０の同一レベル面（第１のパッケージウェハ２０の厚み方向に直交する同一レベル面）上に同一厚さで形成されているので、封止用金属層１８，２８同士の接合信頼性および電気接続用金属層１９，２９同士の接合信頼性を高めることが可能になるとともに、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０との接合時の荷重の制御が容易になる。
【００５２】
ここにおいて、本願発明者らは、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する接合工程の歩留りを向上するために、封止用金属層１８，２８および電気接続用金属層１９，２９における上層のＡｕ膜の膜厚および下層の材料について検討した。
【００５３】
Ａｕ膜の膜厚の検討に関しては、具体的には、センサウェハ１０の基礎となるＳＯＩウェハと同じ仕様のＳＯＩウェハの一表面側の全面に絶縁膜（センサ基板１の絶縁膜１６、つまり、センサウェハ１０の絶縁膜１６と同じ条件で成膜した絶縁膜）と下層のＴｉ膜と上層のＡｕ膜とを積層した接合試験用ＳＯＩウェハと、第１のパッケージウェハ２０の基礎となるシリコンウェハと同じ仕様のシリコンウェハの一表面側の全面に絶縁膜（第１のパッケージ用基板２の絶縁膜２３、つまり、第１のパッケージウェハ２０の絶縁膜２３と同じ条件で成膜した絶縁膜）と下層のＴｉ膜と上層のＡｕ膜とを積層した接合試験用シリコンウェハとをＡｕ膜厚（Ａｕ膜の膜厚）を同じとして種々のＡｕ膜厚について用意して常温接合法による接合工程を行ってから、超音波顕微鏡法によって接合試験用ＳＯＩウェハと接合試験用シリコンウェハとの接合面積がウェハ面積に占める割合を接合面積率として評価した（なお、Ｔｉ膜およびＡｕ膜はスパッタ法により成膜した）。
【００５４】
その結果、図４に示すように、Ａｕ膜厚の増加とともに接合面積率が減少し、Ａｕ膜厚が５００ｎｍ以下であれば、接合面積率として９０％よりも大きな値が得られるという知見を得た。ところで、センサ装置の製造にあたっての総合歩留りを向上するためには、各工程ごとの歩留りを向上する必要があり、各工程ごとの歩留りを９０％以上の値にすることが望ましいが、図４の結果から、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する接合工程の歩留りを９０％以上とするためには、Ａｕ膜厚を５００ｎｍ以下に設定すればよいことが分かる。なお、図４の結果において、Ａｕ膜厚が増加するにつれて接合面積率が減少しているのは、Ａｕ膜の表面が粗くなって接合不良が起こりやすくなるためであると推測される。また、Ａｕ膜厚の下限値については、Ａｕ膜厚が薄くなりすぎると、Ａｕ膜の膜連続性が低下して抵抗が高くなったり、電気接続用金属層１９，２９間で導通不良が起こりやすくなるので、１０ｎｍ以上に設定することが望ましい。
【００５５】
また、Ａｕ膜の表面あらさを種々変化させた場合の接合面積率の変化について評価したところ、下記表１および図５に示す結果が得られた。なお、表１および図５では、表面あらさとして、ＡＦＭ（atomic  force  microscope）を用いて測定した上層のＡｕ膜表面のＲＭＳあらさの値を示してある。
【００５６】
【表１】
2008294229.tif 000003
【００５７】
表１および図５の結果から、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する接合工程の歩留りを９０％以上とするためには、上層のＡｕ膜の表面のＲＭＳあらさを１．８ｎｍ以下に設定すればよいことが分かる。
【００５８】
一方、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９における下層の材料としては、上述のように、Ｔｉに限らず、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料であればよい。
【００５９】
ここで、封止用金属層１８，２８および電気接続用金属層１９，２９における下層の材料として、上述のＴｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料であるＴｉ、Ｃｒを採用した場合と、当該群に含まれる材料以外の材料であるＴｉＷを採用した場合とを比較検討した一例について説明する。具体的には、上述の図４の結果から、接合面積率として略１００％の値が得られた条件を基本条件（上層のＡｕ膜の膜厚が２００ｎｍ、下層のＴｉ膜の膜厚が３０ｎｍ）とし、下層の材料をＴｉ、Ｃｒ、ＴｉＷで異ならせた接合試験用ＳＯＩウェハおよび接合試験用シリコンウェハを用意して、表面あらさ、接合面積率、加工性について評価した（なお、Ｔｉ膜、ＴｉＷ膜、Ｃｒ膜、Ａｕ膜は、いずれもスパッタ法により成膜した）。その結果を下記表２に示す。
【００６０】
【表２】
2008294229.tif 000004
【００６１】
ここにおいて、表２では、表面あらさとして、ＡＦＭを用いて測定した上層のＡｕ膜表面のＲＭＳあらさの値を示してあり、加工性については、下層と上層との積層膜をパターニングするフッ酸系溶液に対する耐侵食性の高い材料（サイドエッチングが少ない材料）に「○」を記載し、「○」の材料よりはサイドエッチングがやや多い材料に「△」を記載してある。
【００６２】
表２の結果から、下層の材料として、ＴｉもしくはＣｒを採用すれば、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９が下層のＴｉＷ膜と上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている場合に比べて、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れることが分かる。
【００６３】
また、表２の結果から、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９を下層のＣｒ膜と上層のＡｕ膜との積層膜により構成すれば、下層がＴｉ膜である場合に比べて、接合面積率がやや低下するものの、センサウェハ１０における第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９をパターニングするエッチング工程、貫通孔配線２４が形成された第１のパッケージウェハ２０における第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９をパターニングするエッチング工程それぞれの工程における下層のサイドエッチングを抑制することができ、各エッチング工程の歩留りの向上を図れることが分かる。
【００６４】
しかして、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体１００では、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されているので、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９における上層のＡｕ膜の表面あらさが１．８ｎｍよりも大きい場合に比べて、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れる。また、本実施形態では、センサ本体であるセンサ基板１が、検出対象が加速度である加速度センサ本体を構成しているので、センサ装置として加速度センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体１００について、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００６５】
また、本実施形態では、センサウェハ１０の一表面側（図１（ｃ）の上面側）とは反対の他表面側（図１（ｃ）の下面側）に接合する第２のパッケージウェハ３０とが常温接合法のような低温プロセスにより直接接合されているので、センサウェハ１０と第２のパッケージウェハ３０との接合のために両者に封止用金属層を形成する必要がなく、製造プロセスの簡略化を図れる。
【００６６】
（実施形態２）
以下、本実施形態のセンサ装置について図１４〜図２０を参照しながら説明する。
【００６７】
本実施形態のセンサ装置である加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、センサ本体であるセンサ基板１に、ＣＭＯＳを用いた集積回路（ＣＭＯＳ  ＩＣ）であってセンシング部と協働する集積回路が形成されたＩＣ領域部Ｅ２を設けてある点などが実施形態１と相違する。ここにおいて、上記集積回路は、実施形態１にて説明したブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したＥＥＰＲＯＭなどが集積化されている。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６８】
本実施形態におけるセンサ基板１は、図１４および図１６に示すように、実施形態１にて説明したフレーム部１１の一部、重り部１２、各撓み部１３、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４などが形成されたセンサ領域部Ｅ１と、上記集積回路が形成された上述のＩＣ領域部Ｅ２と、実施形態１にて説明した第１の封止用金属層１８などが形成された接合領域部Ｅ３とを備え、平面視において中央部に位置するセンサ領域部Ｅ１をＩＣ領域部Ｅ２が囲み、ＩＣ領域部Ｅ２を接合領域部Ｅ３が囲むように各領域部Ｅ１〜Ｅ３のレイアウトが設計されている。ここで、本実施形態では、実施形態１におけるセンサ基板１のフレーム部１１の外形寸法を大きくしてあり（言い換えれば、フレーム部１１の幅寸法を大きくしてあり）、フレーム部１１に上記集積回路を形成してある。
【００６９】
ところで、センサ基板１は、実施形態１と同様にＳＯＩウェハを用いて形成されており、ＩＣ領域部Ｅ２では、多層配線技術を利用してセンサ基板１における当該ＩＣ領域部Ｅ２の占有面積の縮小化を図っている。このため、センサ基板１のＩＣ領域部Ｅ２では、シリコン層１０ｃ上のシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６の表面側に、層間絶縁膜やパッシベーション膜などからなる多層構造部４１が形成され、上記パッシベーション膜の適宜部位を除去することにより複数のパッド４２を露出させてあり、各パッド４２が金属材料（例えば、Ａｕなど）からなる引き出し配線４３を介して接合領域部Ｅ３の絶縁膜１６上の第１の電気接続用金属層１９と電気的に接続されている（図１７参照）。ここで、本実施形態では、引き出し配線４３の材料と第１の電気接続用金属層１９の材料とを同じとして、引き出し配線４３と第１の電気接続用金属層１９とが連続する形で形成されている。なお、ＩＣ領域部Ｅ２に形成された複数のパッド４２には、信号処理回路を通してセンシング部と電気的に接続されるものと、信号処理回路を通さずにセンシング部と電気的に接続されるものがあるが、いずれにしても、第１のパッケージ用基板２の貫通孔配線２４とセンシング部とが電気的に接続されることとなる。
【００７０】
また、本実施形態では、実施形態１と同様に、第１のシリコンウェハを用いて形成された第１のパッケージ用基板２（図１４、図１８、図１９参照）および第２のシリコンウェハを用いて形成された第２のパッケージ用基板３（図１４、図２０参照）がセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されており、本実施形態における第１のパッケージ用基板２は、実施形態１にて説明した変位空間形成用凹部２１の開口面の投影領域内にセンサ領域部Ｅ１およびＩＣ領域部Ｅ２が収まるように変位空間形成用凹部２１の開口面積を実施形態１に比べて大きくしてあり、ＩＣ領域部Ｅ２の多層構造部４１が変位空間形成用凹部２１内に配置されるようになっている（図１４、図１５参照）。
【００７１】
以下、上述のＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の製造方法について図２１を参照しながら簡単に説明するが、図２１（ａ）〜（ｄ）は図１６（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する部分の断面を示してある。
【００７２】
まず、ＳＯＩウェハの主表面側（シリコン層１０ｃの表面側）に各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ形成用の拡散層配線や上記集積回路などの回路要素をＣＭＯＳプロセス技術などを利用して形成する。ここにおいて、ＩＣ領域部Ｅ２の各パッド４２を露出させる工程が終了した段階では、上述の多層構造部４１がセンサ領域部Ｅ１および接合領域部Ｅ３にも形成されているが、多層構造部４１のうちセンサ領域部Ｅ１および接合領域部Ｅ３に対応する部位に形成されている部分には金属配線は設けられていない。
【００７３】
上述の各パッド４２を露出させる工程が終了した後、多層構造部４１のうちセンサ領域部Ｅ１および接合領域部Ｅ３それぞれに対応する部位に形成されている部分を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、多層構造部４１の露出部分をシリコン層１０ｃ上の絶縁膜１６のシリコン窒化膜をエッチングストッパ層としてウェットエッチングによりエッチング除去し、続いて、レジスト層を除去することによって、図２１（ａ）に示す構造を得る。
【００７４】
その後、ＳＯＩウェハの主表面側に第１の封止用金属層１８、各電気接続用金属層１９、および各引き出し配線４３をスパッタ法などの薄膜形成技術およびフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成してから、ＳＯＩウェハの主表面側に、上述の絶縁膜１６においてフレーム部１１、重り部１２のコア部１２ａ、各撓み部１３それぞれに対応する部位を覆い他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、絶縁膜１６の露出部分をエッチングすることで絶縁膜１６をパターニングし、ＳＯＩウェハを主表面側から絶縁層１０ｂに達する深さまで絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層としてエッチングする表面側パターニング工程を行い、続いて、レジスト層を除去することによって、図２１（ｂ）に示す構造を得る。この表面側パターニング工程を行うことによって、ＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃは、フレーム部１１に対応する部位と、コア部１２ａに対応する部位と、各撓み部１３それぞれに対応する部位とが残る。なお、この表面側パターニング工程におけるエッチングに際しては、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ドライエッチングを行えばよく、エッチング条件としては、絶縁層１０ｂがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。
【００７５】
上述の表面側パターニング工程に続いてレジスト層を除去した後、ＳＯＩウェハの裏面側で支持基板１０ａに積層されているシリコン酸化膜１０ｄにおいてフレーム部１１に対応する部位とコア部１２ａに対応する部位と各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位とを覆い且つ他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１０ｄの露出部分をエッチングすることでシリコン酸化膜１０ｄをパターニングし、レジスト層を除去してから、シリコン酸化膜１０ｄをエッチングマスクとして、ＳＯＩウェハを裏面側から絶縁層１０ｂに達する深さまで絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層として略垂直にドライエッチングする裏面側パターニング工程を行うことによって、図２１（ｃ）に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程を行うことにより、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａは、フレーム部１１に対応する部位と、コア部１２ａに対応する部位と、各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位とが残る。なお、この裏面側パターニング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ればよく、エッチング条件としては、絶縁層１０ｂがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。
【００７６】
裏面側パターニング工程の後、絶縁層１０ｂのうちフレーム部１１に対応する部位およびコア部１２ａに対応する部位を残して不要部分をウェットエッチングによりエッチング除去することでフレーム部１１、各撓み部１３、重り部１２を形成する分離工程を行うことによって、図２１（ｄ）に示す構造を得る。なお、この分離工程において、ＳＯＩウェハの裏面側のシリコン酸化膜１０ｄもエッチング除去される。
【００７７】
本実施形態の加速度センサは、実施形態１と同様に、ＳＯＩウェハにセンサ基板（センサ本体）１を複数形成したセンサウェハ１０と、上述の第１のシリコンウェハに第１のパッケージ用基板（貫通孔配線形成基板）２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０と、上述の第２のシリコンウェハに第２のパッケージ用基板（カバー基板）３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０とをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成してから、センサ基板１のサイズに基づいて規定した所望のサイズにダイシング工程により分割されている（なお、図１４（ｃ）の加速度センサは図１４（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００のうち丸Ａで囲んだ部分の断面に相当している）。したがって、各パッケージ用基板２，３がセンサ基板１と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。
【００７８】
ここにおいて、本実施形態においても、実施形態１と同様、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されているので、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９における上層のＡｕ膜の表面あらさが１．８ｎｍよりも大きい場合に比べて、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れる。
【００７９】
また、本実施形態の加速度センサでは、実施形態１の加速度センサと、実施形態１の加速度センサのセンシング部と協働する集積回路を形成したＩＣチップとを１つのパッケージに収納したセンサモジュールに比べて小型化および低コスト化を図れ、また、センシング部と集積回路との間の配線長を短くすることができ、センサ性能の向上を図れる。
【００８０】
（実施形態３）
以下、本実施形態のセンサ装置について図２２および図２３を参照しながら説明する。
【００８１】
本実施形態のセンサ装置は、赤外線センサであり、センシング部である熱型赤外線検出部１１３が形成されたセンサ基板１と、センサ基板１の一表面側に封着されたパッケージ用基板２とを備えている。ここにおいて、パッケージ用基板２は、センサ基板１の一表面側において熱型赤外線検出部１１３を囲みセンサ基板１との間にキャビティ１３０が形成される形で封着されている。センサ基板１およびパッケージ用基板２の外周形状は矩形状であり、パッケージ用基板２はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。また、本実施形態では、センサ基板１およびパッケージ用基板２は、それぞれシリコンウェハを加工することにより形成してある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。また、図２２は、図２３をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。
【００８２】
センサ基板１は、シリコンウェハの一部からなる第１の半導体基板１０ｄと当該第１の半導体基板１０ｄの主表面上に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６とで構成されるベース基板部１１２と、上述の熱型赤外線検出部１１３と、熱型赤外線検出部１１３とベース基板部１１２とを熱絶縁する断熱部１１４とを備えている。なお、本実施形態における断熱部１１４は、ベース基板部１１２の一表面から熱型赤外線検出部１１３が離間して配置されるように熱型赤外線検出部１１３を支持している。
【００８３】
断熱部１１４は、熱型赤外線検出部１１３を保持した保持部１１４ａと、保持部１１４ａとベース基板部１１２とを連結した２つの脚部１１４ｂ，１１４ｂとを有している。なお、断熱部１１４については、後述する。
【００８４】
熱型赤外線検出部１１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するボロメータ形のセンシングエレメントであり、保持部１１４ａ側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＮ膜とからなるセンサ層で構成されている。ここで、ＴｉＮ膜は、Ｔｉ膜の酸化防止膜として設けてある。なお、センサ層の材料としては、Ｔｉに限らず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。また、熱型赤外線検出部１１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ、ＢＳＴなどを採用すればよい。
【００８５】
熱型赤外線検出部１１３は、平面形状が蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂに沿って延長された配線層１１５，１１５および当該配線層１１５，１１５に電気的に接続された引出し配線１１６，１１６を介してベース基板部１１２の周部の接合用領域部Ｅ３における絶縁膜１６上の第１の電気接続用金属層１９，１９と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるセンサ基板１では、引き出し配線１１６の一端部が配線層１１５上に形成されるとともに、他端部が絶縁膜１６上に形成された第１の電気接続用金属層１９上に形成されている。要するに、本実施形態におけるセンサ基板１では、熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５が形成された断熱部１１４の表面と接合用領域部Ｅ３との間に段差が形成され、この段差に沿って引き出し配線１１６が形成されている。本実施形態では、配線層１１５，１１５の材料として、熱型赤外線検出部１１３を構成するセンサ層と同じ材料を採用しており（ここでは、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜）、配線層１１５，１１５と熱型赤外線検出部１１３とを同時に形成している。また、引き出し配線１１６，１１６の膜厚が第１の電気接続用金属層１９の膜厚よりも厚く設定してあるので、引き出し配線１１６，１１６の断線を防止することができる。
【００８６】
上述の断熱部１１４における脚部１１４ｂ，１１４ｂは、ベース基板部１１２の上記一表面側において立設された支持ポスト部１１４ｂ２，１１４ｂ２と、支持ポスト部１１４ｂ２，１１４ｂ２の上端部と保持部１１４ａとを連結した梁部１１４ｂ１，１１４ｂ１とで構成されており、保持部１１４ａとベース基板部１１２との間に間隙１１７が形成されている。ここで、保持部１１４ａの外周形状が矩形状であって、各梁部１１４ｂ１，１１４ｂ１は、保持部１１４ａの一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、保持部１１４ａの厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。なお、上述の配線層１１５，１１５の線幅は、当該配線層１１５，１１５を通した熱伝達を抑制するために梁部１１４ｂ１，１１４ｂ１の幅寸法よりも十分に小さく設定してある。また、支持ポスト部１１４ｂ２，１１４ｂ２は、引き出し配線１１６，１１６により補強されている。
【００８７】
また、上述の断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂおよび保持部１１４ａは、電気絶縁性を有する多孔質材料により形成されている。ここで、断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂおよび保持部１１４ａの多孔質材料として、多孔質の酸化シリコンの一種であるポーラスシリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよく、多孔質材料として、多孔質の酸化シリコン、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマー、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの群から選択される材料を採用すれば、断熱部１１４の形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板部１１２の上記一表面側に回転塗布してから、乾燥させるプロセスを採用することができ、断熱部１１４を容易に形成することが可能となる。
【００８８】
ここにおいて、本実施形態における断熱部１１４は、多孔度が６０％のポーラスシリカ膜（多孔質シリコン酸化膜）により構成してあるが、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、ポーラスシリカ膜の多孔度は例えば１０％〜８０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。
【００８９】
上述のセンサ基板１では、断熱部１１４における保持部１１４ａが多孔質材料により形成されているので、保持部１１４ａがＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、保持部１１４ａの低熱容量化を図れ、応答速度のより一層の高速化を図れる。さらに、本実施形態におけるセンサ基板１では、断熱部１１４における脚部１１４ｂも多孔質材料により形成されているので、脚部１１４ｂがＳｉＯ２やＳｉ３Ｎ４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、脚部１１４ｂの熱コンダクタンスを小さくできて高感度化を図れるとともに脚部１１４ｂの熱容量を小さくできて応答速度の高速化を図れるから、高性能化を図れる。
【００９０】
ところで、センサ基板１の接合用領域部Ｅ３では、上述の絶縁膜１６上に、枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の複数の第１の電気接続用金属層１９が第１の封止用金属層１８よりも内側で絶縁膜１６上に形成されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とが、絶縁膜１６を下地層として同一レベル面上に同一厚さで形成されている。ここで、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、実施形態１と同じ積層構造を有している。
【００９１】
一方、パッケージ用基板２は、センサ基板１とは別のシリコンウェハの一部からなる第２の半導体基板２０ｄにおいて、センサ基板１側の表面である一表面に、熱型赤外線検出部１１３を熱絶縁する熱絶縁用凹部１２１が形成されている。また、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部１２１の周部に、厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、２個）の貫通孔２２が形成されており、厚み方向の両面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔２２の内側に形成された貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部１２１の開口面の投影領域内にセンサ基板１の熱型赤外線検出部１１３および断熱部１１４が収まるように熱絶縁用凹部１２１の開口面積を大きくしてある。なお、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。また、パッケージ用基板２における絶縁膜２３は、熱絶縁用凹部１２１の開口面の投影領域内には形成されていない。
【００９２】
また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において熱絶縁用凹部１２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部の全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の複数の第２の電気接続用金属層２９が第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている（ここで、第２の封止用金属層２８と各電気接続用金属層２９とは絶縁膜２３の同一レベル面上に同一厚さで形成してある）。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されており、他端側の部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、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との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。また、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は、実施形態１と同じ積層構造を有している。
【００９３】
また、パッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。
【００９４】
ところで、上述のセンサ基板１とパッケージ用基板２とは、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが接合されるとともに、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とが接合されている。本実施形態の赤外線センサの製造にあたっては、上述の第１の半導体基板１０ｄの基礎となるシリコンウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０と、上述の第２の半導体基板２０ｄの基礎となるシリコンウェハにパッケージ用基板２を複数形成したパッケージウェハ２０とをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成する接合工程を行ってから、個々の赤外線センサに分割する分割工程（ダイシング工程）を行うことにより個々の赤外線センサに分割されている。したがって、パッケージ用基板２とセンサ基板１とが同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。ここにおいて、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板１とパッケージ用基板２とで囲まれた空間が真空雰囲気となっている。
【００９５】
以下、シリコンウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の製造方法について図２４を参照しながら説明するが、図２４では、図２３をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面を示してある。
【００９６】
まず、シリコンウェハの主表面側（第１の半導体基板１０ｄの主表面側）にシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６を例えばＬＰＣＶＤ法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図２４（ａ）に示す構造を得る。
【００９７】
その後、シリコンウェハの主表面側（第１の半導体基板１０ｄと絶縁膜１６とからなるベース基板部１１２の主表面側）に断熱部１１４を形成するためにポリイミドからなる犠牲層１３１を形成する犠牲層形成工程を行うことによって、図２４（ｂ）に示す構造を得る。
【００９８】
続いて、シリコンウェハの主表面側の全面（ベース基板部１２の主表面側の全面）に断熱部１１４の材料である多孔質材料（例えば、ポーラスシリカ、シリカエアロゲルなど）からなる多孔質膜１４０を成膜する多孔質膜成膜工程を行うことによって、図２４（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、多孔質膜１４０の形成にあたっては、上記多孔質材料がポーラスシリカの場合には、ゾルゲル溶液をシリコンウェハの主表面側に回転塗布してから、熱処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができ、上記多孔質材料がシリカエアロゲルの場合には、ゾルゲル溶液をシリコンウェハの主表面側に回転塗布してから、超臨界乾燥処理で乾燥させるプロセスを採用することで容易に形成することができる。なお、本実施形態では、絶縁膜１６と当該絶縁膜１６の表面側の絶縁膜である多孔質膜１４０とで多層絶縁膜を構成している。
【００９９】
上述の多孔質膜成膜工程の後、シリコンウェハの主表面側の全面に熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５の基礎となるＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜からなるセンサ材料層をスパッタ法などにより成膜するセンサ材料層成膜工程を行い、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センサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５を形成するパターニング工程を行うことによって、図２４（ｄ）に示す構造を得る。
【０１００】
次に、上述の多孔質膜１４０のうち断熱部１１４に対応する部位に形成されている部分以外を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エッチング除去する多孔質膜パターニング工程を行うことによって、図２４（ｅ）に示す構造を得る。なお、本実施形態では、多孔質膜パターニング工程が、上記多層絶縁膜のうち接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化する平坦化工程を兼ねており、当該平坦化工程のエッチバックでは、シリコン窒化膜からなる絶縁膜１６をエッチングストッパ層として利用している。
【０１０１】
その後、接合用領域部Ｅ３の絶縁膜１６の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する第１の金属層形成工程を行うことによって、図２４（ｆ）に示す構造を得る。したがって、第１の半導体基板１０ｄの主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部１１３が形成された領域と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９が形成された接合用領域部Ｅ３との間には段差が形成されている。ここにおいて、第１の金属層形成工程では、シリコンウェハの主表面側（第１の半導体基板１０の主表面側）に、第１の封止用金属層１８、第１の電気接続用金属層１９をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、絶縁膜１６が第１の絶縁膜を構成している。
【０１０２】
上述の第１の金属層形成工程の後、シリコンウェハの主表面側に上述の引き出し配線１１６を形成する引き出し配線形成工程を行うことによって、図２４（ｇ）に示す構造を得る。ここにおいて、引き出し配線形成工程では、シリコンウェハの主表面側に、引き出し配線１１６をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。なお、第１の金属層形成工程と引き出し配線形成工程との順序は逆でもよい。
【０１０３】
その後、シリコンウェハの主表面側の犠牲層１３１を選択的にエッチング除去することで間隙１１７を形成することによって、図２４（ｈ）に示す構造のセンサ基板１が複数形成されたセンサウェハ１０を得る。
【０１０４】
以下、シリコンウェハに複数のパッケージ用基板２を形成したパッケージウェハ２０の製造方法について図２５を参照しながら説明するが、図２５では、図２３のＡ−Ａ’断面に対応する部位の断面を示してある。
【０１０５】
まず、シリコンウェハの一表面（第２の半導体基板２０ｄの一表面）に熱絶縁用凹部１２１をリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成する熱絶縁用凹部形成工程を行った後で、シリコンウェハに貫通孔２２を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貫通孔形成工程を行い、その後、シリコンウェハの上記一表面側および他表面側および各貫通孔２２の内周面に熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３を熱酸化法により形成する熱酸化工程を行い、続いて、電気メッキ技術およびＣＭＰ技術を利用して貫通孔配線２４を形成する貫通孔配線形成工程を行ってから、シリコンウェハの上記他表面側に外部接続用電極２５を形成する外部接続用電極形成工程を行うことによって、図２５（ａ）に示す構造を得る。
【０１０６】
その後、シリコンウェハの上記一表面側に第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９を形成する第２の金属層形成工程を行うことによって、図２５（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、第２の金属層形成工程では、シリコンウェハの上記一表面側に、第２の封止用金属層２８、第２の電気接続用金属層２９をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。なお、本実施形態においても、実施形態１と同様に、絶縁膜２３が第２の絶縁膜を構成している。
【０１０７】
その後、シリコンウェハに形成されている絶縁膜２３のうち上記一表面側および上記他表面側に形成されている部分のうち熱絶縁用凹部１２１の開口面の投影領域内に形成されている部位をエッチング除去することによって、図２５（ｃ）に示す構造のパッケージ用基板２が複数形成されたパッケージウェハ２０を得る。
【０１０８】
上述のセンサウェハ１０およびパッケージウェハ２０それぞれを形成した後、センサウェハ１０とパッケージウェハ２０とをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成する接合工程を行ってから、センサ基板１のサイズに基づいて規定した所望のサイズに分割するダイシング工程を行えばよい。
【０１０９】
以上説明した赤外線センサの製造方法によれば、シリコンウェハの主表面側に形成された上記多層絶縁膜のうちセンサ基板１におけるパッケージ用基板２との接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化した後で、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成しているので、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を同一レベル面上に同一厚さで形成することができるとともに、第１の封止用金属層１８の表面および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができ、センサ基板１とパッケージ用基板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同士を直接接合する接合工程の歩留まりを高めることができるから、製造歩留まりの向上を図れる。なお、センサ基板１の主表面側に熱型赤外線検出部１１３を保護する保護膜として例えばシリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成するような場合には、熱型赤外線検出部１１３の形成後にシリコンウェハの主表面側に保護膜を形成してから、絶縁膜１6と当該保護膜との積層膜からなる多層絶縁膜のうち接合用領域部Ｅ３に形成されている部分をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化し、その後、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成するようにしてもよい。
【０１１０】
以上説明した本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体１００および赤外線センサは、実施形態１と同様、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９が、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮの群から選択される材料により形成された下層と、表面のＲＭＳあらさが１．８ｎｍ以下に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されているので、各封止用金属層１８，２８および各電気接続用金属層１９，２９における上層のＡｕ膜の表面あらさが１．８ｎｍよりも大きい場合に比べて、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の密着性が高くなり接合工程の歩留りの向上を図れる。また、本実施形態では、センサ本体であるセンサ基板１が、検出対象が赤外線である赤外線センサ本体を構成しているので、センサ装置として赤外線センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体１００について、製造プロセスの簡略化を図れるとともにプロセス温度の低温化を図れ且つ接合工程の歩留りの向上を図れる。
【０１１１】
（実施形態４）
本実施形態のセンサ装置である赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００の基本構成は実施形態３と略同じであって、図２６および図２７に示すように、センサ基板１における第１の電気接続用金属層１９が第１の封止用金属層１８よりも外側に配置され、パッケージ用基板２に、第１の電気接続用金属層１９を露出させる切欠部１２６が形成されている点などが相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。また、図２６は、図２７をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。
【０１１２】
本実施形態におけるセンサ基板１は、第１の半導体基板１０ｄの主表面側の絶縁膜１６が当該第１の半導体基板１０ｄの主表面に形成された熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１６ａと当該絶縁膜１６ａ上のシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６ｂとで構成されており、当該絶縁膜１６の一部からなる断熱部１１４上に熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５が形成されている。ここにおいて、センサ基板１は、断熱部１１４および第１の半導体基板１０ｄの主表面に形成された凹所１０ｅにより熱型赤外線検出部１１３と第１の半導体基板１０ｄとが熱絶縁されている。本実施形態では、第１の半導体基板１０ｄとして、導電形がｎ形で、主表面が（１００）面のシリコン基板を用いており、凹所１０ｅは、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成されている。
【０１１３】
また、本実施形態では、配線層１１５と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線１１６が、第１の半導体基板１０ｄの主表面側に形成された拡散層配線により構成されており、配線層１１５が、絶縁膜１６に開孔された第１のコンタクトホールＣＨ１（図２８（ｃ）参照）を通して引き出し配線１１６と電気的に接続され、外部接続用のパッドとなる第１の電気接続用金属層１９が、絶縁膜１６と当該絶縁膜１６上のシリコン酸化膜からなる保護膜１６ｃとの積層膜に開孔された第２のコンタクトホールＣＨ２（図２８（ｆ）参照）を通して引き出し配線１１６と電気的に接続されている。なお、本実施形態では、第１の半導体基板１０ｄとして、上述のように導電形がｎ形のシリコン基板を用いており、引き出し配線１１６を構成する拡散層配線は第１の半導体基板１０ｄの主表面側の適宜部位にボロンなどのｐ形不純物をドーピングすることにより形成されている。また、第１の電気接続用金属層１９は、引き出し配線１１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＡｕ膜との積層膜からなるコンタクト部１９ａと、コンタクト部１９ａ上のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＡｕ膜との積層膜からなるパッド部１９ｂとで構成されている。ここで、パッド部１９ｂは、Ｔｉ膜およびＡｕ膜それぞれの膜厚が第１の封止用金属層１８のＴｉ膜およびＡｕ膜それぞれの膜厚と同じに設定されており、第１の封止用金属層１８と同時に形成されている。
【０１１４】
一方、パッケージ用基板２は、第２の半導体基板２０ｄの一表面に設けられた熱絶縁用凹部１２１の周部に絶縁膜２３が形成され、絶縁膜２３上に第２の封止用金属層２８が形成されている。
【０１１５】
以下、シリコンウェハに複数のセンサ基板１を形成したセンサウェハ１０の製造方法について図２８および図２９を参照しながら説明するが、図２８および図２９では、図２７のＡ−Ａ’断面に対応する部位の断面を示してある。
【０１１６】
まず、シリコンウェハの主表面側（第１の半導体基板１０ｄの主表面側）に拡散層配線からなる引き出し配線１１６をイオン注入法や熱拡散法などにより形成する引き出し配線形成工程を行うことによって、図２８（ａ）に示す構造を得る。
【０１１７】
続いて、シリコンウェハの主表面側に熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１６ａを熱酸化法により形成し、当該絶縁膜２６上にシリコン窒化膜からなる絶縁膜１１ｂを例えばＬＰＣＶＤ法により形成する絶縁膜形成工程を行うことによって、図２８（ｂ）に示す構造を得る。
【０１１８】
その後、シリコンウェハの主表面側の絶縁膜１６ａと絶縁膜１６ｂとからなる絶縁膜１６にリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第１のコンタクトホールＣＨ１を形成する第１のコンタクトホール形成工程を行うことによって、図２８（ｃ）に示す構造を得る。
【０１１９】
続いて、シリコンウェハの主表面側の全面に熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５の基礎となるＴｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜からなるセンサ材料層をスパッタ法などにより成膜するセンサ材料層成膜工程を行い、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センサ材料層をパターニングすることでそれぞれセンサ材料層の一部からなる熱型赤外線検出部１１３および配線１１５，１１５を形成するパターニング工程を行うことによって、図２８（ｄ）に示す構造を得る。
【０１２０】
その後、シリコンウェハの主表面側の全面にシリコン酸化膜からなる保護膜１６ｃをプラズマＣＶＤ法などにより形成する保護膜形成工程を行うことによって、図２８（ｅ）に示す構造を得る。
【０１２１】
続いて、シリコンウェハの主表面側の絶縁膜１６と保護膜１６ｃとからなる多層絶縁膜にリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して第２のコンタクトホールＣＨ２を形成する第２のコンタクトホール形成工程を行うことによって、図２８（ｆ）に示す構造を得る。
【０１２２】
その後、シリコンウェハの主表面側の全面にコンタクト部１９ａの基礎となるＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜を成膜し、続いて、当該積層膜を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パターニングすることでコンタクト部１９ａを形成するコンタクト部形成工程を行うことによって、図２９（ａ）に示す構造を得る。
【０１２３】
その後、シリコンウェハの主表面側の絶縁膜１６と当該絶縁膜１６上の保護膜１６ｃとの積層膜からなる多層絶縁膜のうち接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化する平坦化工程を行うことによって、図２９（ｂ）に示す構造を得る。ここにおいて、平坦化工程のエッチバックでは、シリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜１６ｂをエッチングストッパ層として利用している。
【０１２４】
その後、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８を形成するとともにコンタクト部１９ａ上にパッド部１９ｂを形成する第１の金属層形成工程を行うことによって、図２９（ｃ）に示す構造を得る。したがって、シリコンウェハの主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部１１３が形成された領域と第１の封止用金属層１８が形成された接合用領域部Ｅ３との間には段差が形成されている。ここにおいて、第１の金属層形成工程では、シリコンウェハの主表面側に、第１の封止用金属層１８、パッド部１９ｂをスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。
【０１２５】
上述の第１の金属層形成工程の後、シリコンウェハの主表面にアルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いた異方性エッチング技術を利用して凹所１０ｅを形成する凹所形成工程を行うことによって、図２９（ｄ）に示す構造のセンサ基板１が複数形成されたセンサウェハ１０を得る。
【０１２６】
次に、シリコンウェハに複数のパッケージ用基板２を形成したパッケージウェハ２０の製造方法について図３０を参照しながら説明する。なお、図３０では、図２７のＡ−Ａ’断面に対応する部位の断面を示してある。
【０１２７】
まず、シリコンウェハの一表面側（第２の半導体基板２０ｄの一表面側）に絶縁膜２３を形成した後、当該絶縁膜２３において熱絶縁用凹部２１の形成予定領域に対応する部分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してから、当該パターニングされた絶縁膜２３をマスクとしてシリコンウェハの上記一表面に熱絶縁用凹部１２１を形成する熱絶縁用凹部形成工程を行うことによって、図３０（ａ）に示す構造を得る。
【０１２８】
続いて、シリコンウェハに上述の切欠部１２６を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切欠部形成工程を行うことによって、図３０（ｂ）に示す構造を得る。
【０１２９】
その後、シリコンウェハの上記一表面側に第２の封止用金属層２８を形成する第２の金属層形成工程を行うことによって、図３０（ｃ）に示す構造のパッケージ用基板２が複数形成されたパッケージウェハ２０を得る。ここにおいて、第２の金属層形成工程では、シリコンウェハの上記一表面側に、第２の封止用金属層２８をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。
【０１３０】
上述のセンサウェハ１０およびパッケージウェハ２０それぞれを形成した後、センサウェハ１０における各センサ基板１とパッケージウェハ２０における各パッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士を直接接合する接合工程を行うことによって、図２６に示す構造の赤外線センサが複数形成されたウェハレベルパッケージ構造体１００を得る。要するに、接合工程では、センサ基板１とパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士が金属−金属（ここでは、Ａｕ−Ａｕ）の常温接合により接合されている。なお、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若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とを直接接合している。
【０１３１】
本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合が封止用金属層１８，２８同士の常温接合のみでよいので、実施形態３のように封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の常温接合も必要な構成に比べて、接合信頼性を高めることができる。
【０１３２】
また、本実施形態の赤外線センサでは、第１の電気接続用金属層１９が露出しているので、回路基板などに実装して用いる場合に、センサ基板１の裏面を回路基板側として実装することができ、第１の電気接続用金属層１９と回路基板の導体パターンとをボンディングワイヤを介して電気的に接続することができる。
【０１３３】
（実施形態５）
本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００の基本構成は実施形態３と略同じであって、図３１に示すように、センサ基板１において第１の半導体基板１０ｄの主表面側に熱型赤外線検出部１１３と協働するＩＣ部Ｅ２が形成されており、熱型赤外線検出部１１３に電気的に接続された引き出し配線１１６がＩＣ部Ｅ２を介して第１の電気接続用金属層１９と電気的に接続されている点などが相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３４】
本実施形態におけるＩＣ部Ｅ２は、熱型赤外線検出部１１３の出力信号を増幅回路、当該増幅回路の後段のウィンドウコンパレータなどが集積化されている。
【０１３５】
しかして、本実施形態の赤外線センサでは、熱型赤外線検出部１１３とＩＣ部Ｅ２との間の配線長を短くすることができるとともに、両者を接続する配線から入るノイズを防止でき、高感度化を図れる。
【０１３６】
なお、本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００においても、実施形態３と同様に、パッケージ用基板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において第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法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。
【０１３７】
（実施形態６）
本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００の基本構成は実施形態３と略同じであって、図３２に示すように、センサ基板１におけるベース基板部１１２が第１の半導体基板１０ｄと第１の半導体基板１０ｄの主表面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６と裏面側に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１０ｆとで構成され、ベース基板部１１２に厚み方向に貫通する開孔部１１２ａが形成され、第１の半導体基板１０ｄの主表面側において開孔部１１２ａが断熱部１１４により閉塞されている点が相違する。ここにおいて、センサ基板１は、断熱部１１４がダイヤフラム状の形状に形成されている。なお、本実施形態においても、実施形態３と同様、第１の半導体基板１０ｄの主表面側に形成された多層絶縁膜において熱型赤外線検出部１１３が形成された領域と第１の封止用金属層１８が形成された接合用領域部Ｅ３との間には段差が形成されている。他の構成は実施形態３と同じなので、説明を省略する。
【０１３８】
（実施形態７）
本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体の基本構成は実施形態３と略同じであって、図３３に示すように、センサ基板１に、第１の電気接続用金属層１９に電気的に接続される貫通孔配線１２４が形成され、センサ基板１の裏面に貫通孔配線１２４に電気的に接続された外部接続用電極１２５が形成されている点などが相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１３９】
本実施形態におけるセンサ基板１は、第１の半導体基板１０ｄに、厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、２個）の貫通孔１２２が形成されており、第１の半導体基板１０ｄの主表面と裏面と各貫通孔１２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１６ａが形成され、貫通孔１２２の内側に形成された貫通孔配線１２４と貫通孔１２２の内面との間に絶縁膜１６ａの一部が介在している。なお、貫通孔配線１２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。
【０１４０】
本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００では、センサ基板１とパッケージ用基板２との接合が封止用金属層１８，２８同士の常温接合のみでよいので、実施形態３のように封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士の常温接合も必要な構成に比べて、接合信頼性を高めることができる。
【０１４１】
また、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板１の裏面側に外部接続用電極１２５が形成されているので、回路基板などに実装して用いる場合に、実装面積を低減することができるという利点がある。
【０１４２】
（実施形態８）
本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体の基本構成は実施形態３と略同じであって、図３４に示すように、センサ基板１の構造が相違する。なお、実施形態３と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１４３】
本実施形態におけるセンサ基板１は、第１の半導体基板１０ｄの主表面側の絶縁膜１６が当該第１の半導体基板１０ｄの主表面側の熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１６ａと当該絶縁膜１６ａ上のシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６ｂとで構成されており、当該絶縁膜１６の一部からなる断熱部１１４上に熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５が形成されている。ここにおいて、センサ基板１は、断熱部１１４および第１の半導体基板１０ｄの主表面に形成された凹所１０ｅにより熱型赤外線検出部１１３とベース基板部１１２とが熱絶縁されている。なお、本実施形態では、第１の半導体基板１０ｄとして、導電形がｎ形で、主表面が（１００）面のシリコン基板を用いており、凹所１０ｅは、アルカリ系溶液（例えば、ＴＭＡＨ水溶液など）を用いた異方性エッチングにより形成されている。
【０１４４】
また、第１の半導体基板１０ｄの主表面側には熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５を保護するシリコン酸化膜からなる保護層（第３の絶縁膜）１６ｃが形成されており、絶縁膜１６と保護層１６ｃとで構成される多層絶縁膜のうち接合用領域部Ｅ３に対応する部分をエッチバックすることにより平坦化された接合用領域部Ｅ３の表面上に、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が形成されている。また、引き出し配線１１６は、保護層１６ｃに形成したコンタクトホールを通して配線層１１５と電気的に接続されている。
【０１４５】
しかして、本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００では、熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５が保護層１６ｃにより保護されているので、熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５に水分などが吸着するのを抑制できる。
【０１４６】
なお、本実施形態の赤外線センサおよびウェハレベルパッケージ構造体１００においても、実施形態３と同様に、パッケージ用基板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において第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法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。
【０１４７】
ところで、上述の実施形態３〜８で説明した赤外線センサは、センサ基板１とセンサ基板１の主表面側に封着されたパッケージ用基板２とで構成されているが、センサ基板１の構造によっては、センサ基板１の裏面側にも別途にパッケージ用基板を封着する構造としてもよいことは勿論である。つまり、上述の各実施形態３〜８で説明したウェハレベルパッケージ構造体１００は、センサウェハ１０とセンサウェハ１０の一表面側に接合されたパッケージウェハ２０とで構成されているが、センサウェハ１０の構造によっては、センサウェハ１０の他表面側にも別途のパッケージウェハを接合した構造としてもよいことは勿論である。
【０１４８】
また、上述の実施形態３〜８で説明したウェハレベルパッケージ構造体１００における赤外線センサは、熱型赤外線検出部１１３を１つだけ設けた赤外線センサであるが、熱型赤外線検出部１１３をセンサ基板１の主表面側において２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各熱型赤外線検出部１１３それぞれが画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。
【０１４９】
なお、上述の実施形態１，２では、センサ装置としてピエゾ抵抗形の加速度センサを例示し、実施形態３〜８では、センサ装置として熱型の赤外線センサを例示したが、本発明の技術思想は、ピエゾ抵抗形の加速度センサや熱型の赤外線センサに限らず、例えば、容量形の加速度センサやジャイロセンサなど他のセンサにも適用でき、容量形の加速度センサやジャイロセンサでは、可動電極を設けた重り部や可動電極を兼ねる重り部などが可動部を構成し、固定電極と可動電極とによりセンシング部を構成することとなる。
【図面の簡単な説明】
【０１５０】
【図１】実施形態１におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は加速度センサの概略断面図である。
【図２】同上における加速度センサの概略平面図である。
【図３】同上における加速度センサを示し、（ａ）は図１（ｃ）の要部拡大図、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図４】同上におけるＡｕ膜厚と接合面積率との関係説明図である。
【図５】同上におけるＡｕ膜表面のＲＭＳあらさと接合面積率との関係説明図である。
【図６】同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ａ’概略断面図である。
【図７】同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は図６（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｂ）は図６（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。
【図８】同上におけるセンサ基板を示す概略下面図である。
【図９】同上におけるセンサ基板の回路図である。
【図１０】同上における第１のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図１１】同上における第１のパッケージ用基板を示し、図１０（ｂ）の要部拡大図である。
【図１２】同上における第１のパッケージ用基板の下面図である。
【図１３】同上における第２のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図１４】実施形態２におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は加速度センサの概略断面図である。
【図１５】同上における加速度センサを示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は他の要部概略断面図である。
【図１６】同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図１７】同上におけるセンサ基板の要部概略断面図である。
【図１８】同上における第１のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。
【図１９】同上における第１のパッケージ用基板の下面図である。
【図２０】同上における第２のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。
【図２１】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるセンサウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２２】実施形態３におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図２３】同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。
【図２４】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるセンサウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２５】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるパッケージウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２６】実施形態４におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図２７】同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。
【図２８】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるセンサウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図２９】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるセンサウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３０】同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるパッケージウェハの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図３１】実施形態５におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図３２】実施形態６におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図３３】実施形態７におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図３４】実施形態８におけるウェハレベルパッケージ構造体の要部概略断面図である。
【図３５】従来例のウェハレベルパッケージ構造体の製造方法の説明図である。
【符号の説明】
【０１５１】
１  センサ基板（センサ本体）
２  パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板）
３  パッケージ用基板（カバー基板）
１０  センサウェハ
１６  絶縁膜（第１の絶縁膜）
１８  第１の封止用金属層
１９  第１の電気接続用金属層
２０  パッケージウェハ（第１のパッケージウェハ）
２３  絶縁膜（第２の絶縁膜）
２８  第２の封止用金属層
２９  第２の電気接続用金属層
３０  パッケージウェハ（第２のパッケージウェハ）
１００  ウェハレベルパッケージ構造体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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