(57)【要約】【課題】基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことが可能なウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）装置を提供する。【解決手段】センサ基板１０に対して表裏を貫通するＴＳＶ１０ｄを備えると共にキャップ層１３にも表裏を貫通するＴＳＶ１３ｆを備え、これらを接続することで制御電極５０ａに接続されるようにする。これにより、ＷＬＰ構造を有する角速度センサ装置において、センサ基板１０の裏面１０ａ側に配置された制御電極５０ａと外部との電気的接続をキャップ層１３側から行える。そして、キャップ層１３の端部に対してセンサ基板１０の端部を張り出させたり、センサ基板１０の端部に対して支持基板１１の端部を張り出させるように、キャップ層１３とセンサ基板１０および支持基板１１の端部をずらさなくても、センサ基板１０の裏面１０ａ側と外部との電気的接続が行える。【選択図】図２
2017106827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハレベルパッケージ構造を有するウェハレベルパッケージ装置であって、
支持基板（１１）と、
裏面（１０ａ）および該裏面の反対面となる表面（１０ｂ）を有し、前記裏面側が前記支持基板の一面側に向けられて前記支持基板に接合され、デバイスが形成されたデバイス形成基板（１０）と、
前記デバイス形成基板における前記表面側に接合され、前記デバイス形成基板を覆うキャップ層（１３）と、
前記デバイス形成基板のうち前記支持基板に接合される位置に形成され、該デバイス形成基板の表裏を貫通する第１貫通孔（１０ｅ）が形成されていると共に該第１貫通孔内を含んで形成された第１スルーホールビア（１０ｄ）と、
前記キャップ層のうち前記デバイス形成基板に接合される位置に形成され、該キャップ層の表裏を貫通する第２貫通孔（１３ｅ）が形成されていると共に該第２貫通孔内を含んで形成され、前記第１スルーホールビアと電気的に接続された第２スルーホールビア（１３ｆ）と、を有し、
前記第１スルーホールビアおよび前記第２スルーホールビアを通じて、前記キャップ層における前記デバイス形成基板の反対側の一面から前記デバイス形成基板の前記裏面側への電気的接続が行われたウェハレベルパッケージ装置。
【請求項２】
前記デバイス形成基板は、前記支持基板に固定された固定部（２０）と、駆動錘（３１、３２）および検出錘（３１、３２）とを有する可動部（３０）と、前記駆動錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する駆動梁（４２）、および、前記検出錘を前記基板の平面と平行な平面上において移動可能としつつ前記固定部に対して支持する検出梁（４１）を有する梁部（４０）とを有する前記振動型角速度センサと、該振動型角速度センサの周囲を囲むと共に前記支持基板および前記キャップ層に接続された周辺部（１０ｃ）と、を備えたセンサ基板（１０）であり、
前記振動型角速度センサは、前記駆動錘を前記基板の平面上における一方向に駆動振動させ、角速度の印加に伴って前記検出錘が前記基板の平面上において前記一方向に対する垂直方向にも振動することに基づき角速度検出を行うものであって、
前記支持基板における前記センサ基板側の一面のうち、駆動振動させられる前記駆動錘と対応する位置に、前記センサ基板の厚み方向における前記駆動錘の駆動振動位置を調整する制御電極（５０ａ）が備えられ、
前記制御電極は、前記前記第１スルーホールビアおよび前記第２スルーホールビアを通じて、前記キャップ層における前記デバイス形成基板の反対側の一面より電気的接続が行われる請求項１に記載のウェハレベルパッケージ装置。
【請求項３】
前記デバイス形成基板における前記第１貫通孔の内壁と前記裏面および前記表面における前記第１貫通孔の周りには第１絶縁膜（１０ｆ）が形成され、
前記第１スルーホールビアは、前記裏面側に形成された前記第１貫通孔を塞ぐ第１底面金属膜（１０ｇ）と、前記第１貫通孔内において前記第１底面金属膜および前記第１絶縁膜の表面に形成されると共に前記表面上の前記第１絶縁膜の表面に形成された表面金属膜（１０ｈ）と、を有した構成とされている請求項１または２に記載のウェハレベルパッケージ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハレベルパッケージ（以下、ＷＬＰ（Wafer Level Package）という）構造を有するＷＬＰ装置に関し、例えば振動型角速度センサを有する角速度センサ装置に適用されて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１において、角速度センサなどの微小電気機械システム（以下、ＭＥＭＳという）を備えたセンサ装置が提案されている。このセンサ装置は、角速度センサを構成するセンサ基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ったＷＬＰとされている。角速度センサを構成するセンサ基板の表面では、センサ基板の所望位置と外部との電気的接続を行うべく、キャップ層に貫通孔およびスルーホールビア（以下、ＴＳＶという）を設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−７７６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１に記載されたセンサ装置は、センサ基板の表面側と外部との電気的接続が行える構造であるものの、支持基板を含めたセンサ基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことができない。
【０００５】
一方、ＷＬＰ構造において、キャップ層よりもセンサ基板の端部を張り出させると共にセンサ基板よりも支持基板の端部を張り出させるようにキャップ層とセンサ基板および支持基板の端部をずらし、ずらされた部分に電極を備える構造とすることもできる。このようにすれば、センサ基板の表面側より支持基板と外部との電気的接続を行うことが可能となる。
【０００６】
しかしながら、キャップ層とセンサ基板および支持基板をずらすため、センサ面積が増加し、センサ装置の大型化を招くという問題がある。
【０００７】
本発明は上記点に鑑みて、センサ基板などのデバイス形成基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことが可能なＷＬＰ構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載のＷＬＰ装置は、支持基板（１１）と、裏面（１０ａ）および該裏面の反対面となる表面（１０ｂ）を有し、裏面側が支持基板の一面側に向けられて支持基板に接合され、デバイスが形成されたデバイス形成基板（１０）と、デバイス形成基板における表面側に接合され、デバイス形成基板を覆うキャップ層（１３）と、デバイス形成基板のうち支持基板に接合される位置に形成され、該デバイス形成基板の表裏を貫通する第１貫通孔（１０ｅ）が形成されていると共に該第１貫通孔内を含んで形成された第１ＴＳＶ（１０ｄ）と、
キャップ層のうちデバイス形成基板に接合される位置に形成され、該キャップ層の表裏を貫通する第２貫通孔（１３ｅ）が形成されていると共に該第２貫通孔内を含んで形成され、第１ＴＳＶと電気的に接続された第２ＴＳＶ（１３ｆ）と、を有し、第１ＴＳＶおよび第２ＴＳＶを通じて、キャップ層におけるデバイス形成基板の反対側の一面からデバイス形成基板の裏面側への電気的接続が行われている。
【０００９】
このように、デバイス形成基板に対して表裏を貫通する第１ＴＳＶを備えると共にキャップ層にも表裏を貫通する第２ＴＳＶを備えた構成としている。このため、これらを接続することで、キャップ層におけるデバイス形成基板の反対側の一面からデバイス形成基板の裏面側への電気的接続を行うことが可能となる。したがって、デバイス形成基板の裏面側と外部との電気的接続を行うことが可能なＷＬＰ装置とすることができる。
【００１０】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係の一例を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１実施形態にかかる角速度センサ装置における角速度センサについてキャップ層を省略して表した上面レイアウト図である。
【図２】図１中のII−II断面図である。
【図３】図１中のIII−III断面図である。
【図４】図１中のIV−IV断面図である。
【図５】図２中における角速度センサ装置における電気的接続部分の拡大断面図である。
【図６】角速度センサ装置における電気的接続部分の製造工程の一部を示した拡大断面図である。
【図７】図１に示す角速度センサ装置の駆動振動時の様子を示した上面図である。
【図８】図１に示す角速度センサ装置の角速度印加時の様子を示した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。
【００１３】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、ＷＬＰ装置の一例として角速度センサ装置を例に挙げて説明する。この角速度センサ装置は、センサ部を構成するセンサ基板の表面側および裏面側をそれぞれ支持基板とキャップ層にて覆ってＷＬＰ構造としたものである。角速度センサ装置は、例えば、車両の上下方向に平行な中心線周りの回転角速度の検出を行うために用いられるが、勿論、車両用以外にも適用できる。
【００１４】
以下、図１〜図８を参照して、本実施形態にかかる角速度センサ装置について説明する。
【００１５】
本実施形態にかかる角速度センサ装置は、図１および図２に示すように、センサ基板１０を用いて角速度センサ１００を形成したものである。以下、図１および図２の紙面左右方向をｘ軸方向、図１の紙面上下方向および図２の紙面法線方向をｙ軸方向、図１の紙面法線方向および図２の紙面上下方向をｚ軸方向として本実施形態にかかる角速度センサ装置の詳細について説明する。
【００１６】
角速度センサ装置は、図１中のｘｙ平面が車両水平方向に向けられ、図２のｚ軸方向が車両の上下方向と一致するようにして車両に搭載される。
【００１７】
図１および図２に示すように、角速度センサ装置に備えられる角速度センサ１００は、板状のセンサ基板１０をエッチングして所定のレイアウトとすることで形成されている。センサ基板１０の裏面１０ａ側には、支持基板１１が配置されており、接合部１２を介して接合されている。また、センサ基板１０の表面１０ｂ側、つまり支持基板１１と反対側には、キャップ層１３が配置されており、接合部１４を介して接合されている。このように、センサ基板１０を挟んで支持基板１１とキャップ層１３とを貼り合せることでＷＬＰ構造の角速度センサ装置を構成している。
【００１８】
本実施形態では、センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３を例えばシリコン基板によって構成しており、接合部１２、１４を例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜によって構成している。センサ基板１０の表面がｘｙ平面と平行とされ、センサ基板１０の厚み方向がｚ軸方向に向けられている。センサ基板１０、支持基板１１およびキャップ層１３については１枚１枚独立したシリコン基板によって構成されていても良いが、例えば、センサ基板１０および支持基板１１が接合部１２を挟み込んだＳＯＩ（Silicon on insulatorの略）基板にて構成されていても良い。
【００１９】
角速度センサ１００は、固定部２０と可動部３０および梁部４０にパターニングされている。固定部２０は、図２に示すように、接合部１２を介して支持基板１１に固定されている。可動部３０および梁部４０は、角速度センサ１００における振動子を構成するものである。可動部３０は、支持基板１１の上にリリースされた状態で配置されている。梁部４０は、可動部３０を支持すると共に角速度検出を行うために可動部３０をｘ軸方向およびｙ軸方向において変位させるものである。これら固定部２０と可動部３０および梁部４０の具体的な構造を説明する。
【００２０】
固定部２０は、可動部３０を支持すると共に、駆動用電圧の印加用のパッド接続部や角速度検出に用いられる検出信号の取り出し用のパッド接続部などの各種パッド接続部３００が形成される部分である。本実施形態では、これら各機能を１つの固定部２０によって実現しているが、例えば可動部３０を支持するための支持用固定部、駆動用電圧が印加される駆動用固定部、角速度検出に用いられる検出用固定部に分割した構成とされても良い。その場合、例えば図１に示した固定部２０を支持固定部とし、支持固定部に連結されるように駆動用固定部と検出用固定部を備え、駆動用固定部に駆動用電圧の印加用のパッド接続部や検出用固定部に検出信号取り出し用のパッド接続部などを備えればよい。
【００２１】
具体的には、固定部２０は、例えば上面形状が四角形で構成されている。固定部２０のｘ軸方向およびｙ軸方向の幅については任意であるが、後述する検出梁４１の幅よりも広くしてある。
【００２２】
固定部２０と支持基板１１との間には内側接合部１２ａが配置されており、内側接合部１２ａを介して固定部２０が支持基板１１に固定されている。同様に、固定部２０とキャップ層１３との間には内側接合部１４ａが配置されており、内側接合部１４ａを介して固定部２０がキャップ層１３にも固定されている。これら内側接合部１２ａ、１４ａにより、センサ基板１０と支持基板１１もしくはキャップ層１３とが接合されている。
【００２３】
可動部３０は、角速度印加に応じて変位する部分であり、駆動用電圧の印加によって駆動振動させられる駆動用錘と駆動振動時に角速度が印加されたときにその角速度に応じて振動させられる検出用錘とを有した構成とされる。本実施形態の場合、可動部３０として、駆動用錘と検出用錘の役割を同じ錘によって担う駆動兼検出用錘３１、３２が備えられている。駆動兼検出用錘３１、３２は、ｘ軸方向において、固定部２０を挟んだ両側に配置されており、固定部２０から等間隔の場所に配置されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、同寸法、同質量で構成され、本実施形態の場合、上面形状が四角形で構成されている。各駆動兼検出用錘３１、３２は、それぞれ相対する二辺において梁部４０に備えられる後述する駆動梁４２に連結させられることで、両持ち支持されている。各駆動兼検出用錘３１、３２の下方においては、接合部１２が除去されており、支持基板１１から各駆動兼検出用錘３１、３２がリリースされている。このため、各駆動兼検出用錘３１、３２は、駆動梁４２の変形によってｘ軸方向に駆動振動可能とされ、角速度印加の際には駆動梁４２などの変形によってｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動可能とされている。
【００２４】
梁部４０は、検出梁４１と、駆動梁４２および支持梁４３を有した構成とされている。
【００２５】
検出梁４１は、固定部２０と支持梁４３とを連結するｙ軸方向に延設された直線状の梁とされ、本実施形態では固定部２０の相対する二辺に連結されることで、支持梁４３を固定部２０に連結させている。検出梁４１のｘ軸方向の寸法は、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。
【００２６】
駆動梁４２は、駆動兼検出用錘３１、３２と支持梁４３とを連結するｙ軸方向、つまり検出梁４１と平行な方向に延設された直線状の梁とされている。各駆動兼検出用錘３１、３２に接続された駆動梁４２から検出梁４１までは等距離とされている。駆動梁４２のｘ軸方向の寸法も、ｚ軸方向の寸法よりも薄くされており、ｘ軸方向に変形可能とされている。これにより、駆動兼検出用錘３１、３２をｘｙ平面上において変位可能としている。
【００２７】
支持梁４３は、ｘ軸方向に延設された直線状の部材とされ、支持梁４３の中心位置において検出梁４１が連結されており、両端位置において各駆動梁４２が連結されている。支持梁４３は、ｙ軸方向の寸法が検出梁４１や駆動梁４２におけるｘ軸方向の寸法よりも大きくされている。このため、駆動振動時には駆動梁４２が主に変形し、角速度印加時には検出梁４１および駆動梁４２が主に変形するようになっている。
【００２８】
このような構造により、駆動梁４２と支持梁４３および駆動兼検出用錘３１、３２によって上面形状が四角形の枠体が構成され、その内側に検出梁４１および固定部２０が配置された角速度センサ１００の基本構造が構成されている。
【００２９】
さらに、駆動梁４２には、図１および図３に示すように駆動部５１が形成されており、検出梁４１には、図４に示すように、振動検出部５３が形成されている。これら駆動部５１および振動検出部５３が外部に備えられた図２に示す制御装置６０に電気的に接続されることで、角速度センサ装置の駆動が行われるようになっている。
【００３０】
駆動部５１は、図１に示すように、各駆動梁４２のうち支持梁４３との連結部近傍に備えられており、各場所に２本ずつ所定距離を空けて配置され、ｙ軸方向に延設されている。図３に示すように、駆動部５１は、センサ基板１０のうちの駆動梁４２を構成する部分の表面に下層電極５１ａと駆動用薄膜５１ｂおよび上層電極５１ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、例えばＡｌ電極などによって構成されている。これら下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃは、図１に示した支持梁４３および検出梁４１を経て固定部２０まで引き出された配線部５１ｄ、５１ｅを通じて、駆動用電圧の印加用のパッドやＧＮＤ接続用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。また、駆動用薄膜５１ｂは、例えばチタン酸ジルコン酸鉛（いわゆるＰＺＴ）膜などの圧電膜によって構成されている。
【００３１】
このような構成において、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させ、駆動梁４２を強制振動させることで駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。例えば、各駆動梁４２のｘ軸方向の両端側に１本ずつ駆動部５１を備えるようにし、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させている。
【００３２】
振動検出部５３は、図１および図４に示すように、検出梁４１のうちの固定部２０との連結部近傍に備えられており、検出梁４１におけるｘ軸方向の両側それぞれに設けられ、ｙ軸方向に延設されている。図４に示すように、振動検出部５３は、検出梁４１を構成する接合部１２の表面に下層電極５３ａと検出用薄膜５３ｂおよび上層電極５３ｃが順に積層された構造とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃや検出用薄膜５３ｂは、それぞれ、駆動部５１を構成する下層電極５１ａおよび上層電極５１ｃや駆動用薄膜５１ｂと同様の構成とされている。下層電極５３ａおよび上層電極５３ｃは、図１に示した固定部２０まで引き出された配線部５３ｄ、５３ｅを通じて、検出信号出力用のパッドに繋がるパッド接続部３００に接続されている。
【００３３】
このような構成では、角速度の印加に伴って検出梁４１が変位すると、それに伴って検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号、例えば定電圧駆動の場合の電流値もしくは定電流駆動の場合の電圧値が変化することから、それを角速度を示す検出信号として図示しない検出信号出力用のパッドを通じて外部に出力している。
【００３４】
以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置に備えられた角速度センサ１００が構成されている。なお、図１中では、駆動部５１の配線部５１ｄ、５１ｅや振動検出部５３の配線部５３ｄ、５３ｅとの接続関係を省略してあるが、各配線部５１ｄ、５１ｅ、５３ｄ、５３ｅは、例えばそれぞれが異なるパッド接続部３００に接続されている。
【００３５】
さらに、センサ基板１０には、角速度センサ１００を囲むように配置された周辺部１０ｃが形成されている。周辺部１０ｃは、角速度センサ１００の周囲を囲む四角形の枠体形状で構成されている。そして、周辺部１０ｃは、外側接合部１２ｂを介して支持基板１１と接合され、外側接合部１４ｂを介してキャップ層１３と接合されている。この周辺部１０ｃには、図２（ｄ）に示すようにＴＳＶ１０ｄが形成されており、周辺部１０ｃの表裏での電気的接続が可能とされている。このＴＳＶ１０ｄの構造の詳細については後述する。
【００３６】
支持基板１１は、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１２を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、支持基板１１は、内側接合部１２ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１２ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。支持基板１１は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１２ａおよび外側接合部１２ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分については、エッチングによってキャビティ１１ａを形成している。このようなキャビティ１１ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部が支持基板１１と接触しないようにされている。
【００３７】
また、支持基板１１の表面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ａが形成されている。制御電極５０ａは、支持基板１１の表面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ａは、支持基板１１の表面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ａは、キャビティ１１ａ内から支持基板１１の外縁部に延設されている。そして、上記したＴＳＶ１０ｄに対して電気的に接続されている。この制御電極５０ａとＴＳＶ１０ｄとの接続構造の詳細については後述する。
【００３８】
なお、支持基板１１と固定部２０との間には、ダミーパッド部３０１が形成されている。ダミーパッド部３０１は、パッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成されており、パッド接続部３００と同材料（例えばアルミニウム）などで構成されている。ダミーパッド部３０１は、必須ものではないが、応力緩和を目的として配置している。すなわち、角速度センサ１００を構成する各部との電気的接続のためにパッド接続部３００を備えているが、センサ基板１０を挟んだ両側の一方のみに形成してあると、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力にズレが生じる。このため、センサ基板１０の表面１０ｂ側と裏面１０ａ側とで応力の均一化を図るべく、ダミーパッド部３０１をパッド接続部３００と対応する位置に同パターンで形成してある。ダミーパッド部３０１については、例えば、上記した制御電極５０ａと同時に形成することができる。
【００３９】
キャップ層１３も、上記したようにシリコン基板によって構成されており、一面側が接合部１４を介してセンサ基板１０に貼り合わされている。具体的には、キャップ層１３は、内側接合部１４ａを介して固定部２０と接合されており、外側接合部１４ｂを介して周辺部１０ｃと接合されている。キャップ層１３は、単なる板状部材であっても良いが、本実施形態の場合、内側接合部１４ａおよび外側接合部１４ｂを介して接合されている固定部２０や周辺部１０ｃと対応する場所以外の部分についてはエッチングによってキャビティ１３ａを形成している。このようなキャビティ１３ａが形成されることで、角速度センサ１００を構成する各部がキャップ層１３と接触しないようにされている。
【００４０】
また、キャップ層１３と固定部２０との間には、パッド接続部３００が形成されている。さらに、キャップ層１３のうち、パッド接続部３００と対応する位置には、貫通孔１３ｂが形成されており、貫通孔１３ｂ内にＴＳＶ１３ｃが形成されている。そして、キャップ層１３の表面側に複数のパッド部１３ｄが形成されている。これにより、ＴＳＶ１３ｃを通じて各パッド部１３ｄが対応する各パッド接続部３００に電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｄに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。
【００４１】
また、キャップ層１３の裏面、つまりセンサ基板１０側の一面には、制御電極５０ｂが形成されている。制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面のうち駆動兼検出用錘３１、３２と対応する位置、より詳しくは駆動兼検出用錘３１、３２が駆動振動する際の移動軌跡を投影した位置を含むように形成されている。例えば、制御電極５０ｂは、キャップ層１３の裏面に金属層を配置したのちパターニングすること、もしくはマスクを用いて金属膜を所望パターンで成膜することによって形成される。本実施形態の場合、制御電極５０ｂは、キャビティ１３ａ内からキャップ層１３の外縁部に延設されている。
【００４２】
また、キャップ層１３と周辺部１０ｃとの間のうちＴＳＶ１０ｄと対応する位置にもパッド接続部３０２が形成されている。パッド接続部３０２は、ＴＳＶ１０ｄと接続されている。パッド接続部３０２については、上記した制御電極５０ｂと同時に形成することができる。
【００４３】
さらに、キャップ層１３のうち周辺部１０ｃと対応する位置には、貫通孔１３ｅが形成されており、貫通孔１３ｅ内にＴＳＶ１３ｆが形成されている。ＴＳＶ１３ｆの一部は制御電極５０ｂに接続され、残りの少なくとも一部はパッド接続部３０２やＴＳＶ１０ｄを介して制御電極５０ａに接続されている。これにより、ＴＳＶ１３ｆを通じて各パッド部１３ｇが対応する制御電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続された構成とされている。このように構成された各パッド部１３ｇに対して例えばワイヤボンディングを行うことで外部との電気的接続が行われるようになっている。なお、ＴＳＶ１３ｆとＴＳＶ１０ｄとの接続構造の詳細については後述する。
【００４４】
また、図２に示すように、制御装置６０は、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｄに電気的に接続されることで角速度センサ１００の各部と接続されている。これにより、制御装置６０が駆動部５１への電圧印加や振動検出部５３からの検出信号の入力を行えるようになっている。
【００４５】
調整装置７０も、ボンディングワイヤなどを介して複数のパッド部１３ｇに電気的に接続されることで各制御電極５０ａ、５０ｂと接続されている。調整装置７０は、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間に構成される各容量に応じた検出信号を入力し、容量差に基づいて各制御電極５０ａ、５０ｂに対して印加する電圧を制御している。
【００４６】
以上のようにして、本実施形態にかかる角速度センサ装置が構成されている。次に、図５および図６を参照して、ＴＳＶ１０ｄなどの詳細構造について説明する。
【００４７】
図５に示すように、周辺部１０ｃには貫通孔１０ｅが形成されていると共に貫通孔１０ｅの内壁面やセンサ基板１０の裏面１０ａおよび表面１０ｂのうち貫通孔１０ｅの周囲の部分を覆うように、例えば酸化膜で構成された絶縁膜１０ｆが形成されている。そして、裏面１０ａ側にて貫通孔１０ｅを塞ぐように絶縁膜１０ｆ上に形成された底面金属膜１０ｇと、貫通孔１０ｅの内側および表面１０ｂ側において絶縁膜１０ｆ上に形成された表面金属膜１０ｈとにより、ＴＳＶ１０ｄが構成されている。底面金属膜１０ｇと制御電極５０ａとは、例えば金属接合によって接合されており、電気的および物理的に接続されている。
【００４８】
このような構成のＴＳＶ１０ｄは、例えば図６の製造工程によって形成される。
【００４９】
まず、図６（ａ）に示すように、一面側にキャビティ１１ａおよび制御電極５０ａが形成された支持基板１１を用意する。また、裏面１０ａおよび表面１０ｂの所望位置に絶縁膜１０ｆが形成され、かつ、裏面１０ａ側の絶縁膜１０ｆの表面に底面金属膜１０ｇが形成されたセンサ基板１０を用意する。そして、支持基板１１の中央位置や外縁部において、内側接合部１２ａや外側接合部１２ｂを介してセンサ基板１０と接合すると共に、金属接合などによって底面金属膜１０ｇと制御電極５０ａとを接続する。
【００５０】
次に、図示しないマスクを用いて選択的にエッチングを行うことで、図６（ｂ）に示すように絶縁膜１０ｆおよびセンサ基板１０の表裏を貫通する貫通孔１０ｅを形成する。続いて、図６（ｃ）に示すように、貫通孔１０ｅの内壁面にも絶縁膜１０ｆを例えば図示しないマスクを用いて選択的にデポジションすることで形成する。そして、図６（ｄ）に示すように、貫通孔１０ｅにおける底面金属膜１０ｇや絶縁膜１０ｆの表面上およびセンサ基板１０の表面１０ｂ側の絶縁膜１０ｆの表面上に表面金属膜１０ｈをスパッタやメッキなどによって選択的に形成する。これにより、センサ基板１０に対してＴＳＶ１０ｄを形成することができる。
【００５１】
また、キャップ層１３についても、センサ基板１０側となる裏面およびその反対面となる表面のうち貫通孔１３ｅの周囲の部分を覆うように、例えば酸化膜で構成された絶縁膜１３ｈが形成されている。そして、キャップ層１３の裏面側にて貫通孔１３ｅを塞ぐように絶縁膜１３ｈ上に形成された底面金属膜１３ｉと、貫通孔１３ｅの内側およびキャップ層１３の表面側において絶縁膜１３ｈ上に形成された表面金属膜１３ｊとにより、ＴＳＶ１３ｆが構成されている。底面金属膜１３ｉとＴＳＶ１０ｄとは、例えば金属接合によって接合されており、電気的および物理的に接続されている。また、表面金属層１３ｊのうち、キャップ層１３の表面側に形成された部分によって、パッド部１３ｇが構成されている。
【００５２】
なお、図５には示していないが、上記の通り、キャップ層１３には、ＴＳＶ１０ｄと接続されずに制御電極５０ｂに対して電気的に接続されるＴＳＶ１３ｆも形成されている。この制御電極５０ｂに接続させるＴＳＶ１３ｆも、ＴＳＶ１０ｆと接続されるものと同様の構造とされている。また、キャップ層１３へのＴＳＶ１３ｆの形成方法については、上記したセンサ基板１０へのＴＳＶ１０ｄの形成方法と同様である。
【００５３】
続いて、このように構成される角速度センサ装置の作動について、上述した図に加えて図７および図８を参照して説明する。
【００５４】
まず、図３に示すように、駆動梁４２に備えられた駆動部５１に対して駆動用電圧の印加を行う。具体的には、下層電極５１ａと上層電極５１ｃとの間に電位差を発生させることで、これらの間に挟まれた駆動用薄膜５１ｂを変位させる。そして、２本並んで設けられた２つの駆動部５１のうち、一方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを圧縮応力で変位させると共に他方の駆動部５１の駆動用薄膜５１ｂを引張応力で変位させる。このような電圧印加を各駆動部５１に対して交互に繰り返し行うことで、駆動兼検出用錘３１、３２をｘ軸方向に沿って駆動振動させる。これにより、図７に示すように、駆動梁４２によって両持ち支持された駆動兼検出用錘３１、３２が固定部２０を挟んでｘ軸方向において互いに逆方向に移動させられる駆動モードとなる。つまり、駆動兼検出用錘３１、３２が共に固定部２０が近づく状態と遠ざかる状態とが繰り返されるモードとなる。
【００５５】
この駆動振動が行われているときに、振動型角速度センサに対して角速度、つまり固定部２０を中心軸としたｘ軸周りの振動が印加されると、コリオリ力が発生する。このコリオリ力の働きによって、図８に示すように駆動兼検出用錘３１、３２がｙ軸方向を含む固定部２０を中心とした回転方向へも振動する検出モードとなる。したがって、検出梁４１も変位し、この検出梁４１の変位に伴って、振動検出部５３に備えられた検出用薄膜５３ｂが変形する。これにより、例えば下層電極５３ａと上層電極５３ｃとの間の電気信号が変化し、この電気信号が外部に備えられる図示しない制御装置などに入力されることで、発生した角速度を検出することが可能となる。
【００５６】
ここで、上記のような動作によって角速度を検出する際に検出精度を向上させるためには、駆動兼検出錘３１、３２がｚ軸方向において不要振動しないで一定の位置で駆動振動させられるようにするのが好ましい。ｚ軸方向の不要振動は、使用初期時の製造バラツキで発生するのに加え、経年劣化などのように製造後に発生した要因に基づいても発生し得る。
【００５７】
このようなｚ軸方向の不要振動を抑制するために、制御電極５０ａ、５０ｂを用いてｚ軸方向の位置が所望位置、例えば中央位置となるように調整を行っている。具体的には、外部からの電圧印加もしくは接地電位点との接続により、例えば制御電極５０ａを０Ｖにすると共に制御電極５０ｂを０．５Ｖにする。この状態をｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の初期位置として駆動振動されるように制御する。このときに制御電極５０ｂに印加する電圧は、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動がｚ軸方向における所望位置となるように選択している。製造バラツキなどが無ければ、駆動兼検出錘３１、３２は、ほぼｚ軸方向における中央位置で駆動振動されることになる。この状態において、制御電極５０ａ、５０ｂを通じてｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出する。
【００５８】
例えば、制御電極５０ａ、５０ｂと駆動兼検出錘３１、３２との間にそれぞれ容量が構成されるため、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置に応じて、各容量に差が生じる。この容量差を求めることにより、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を検出できる。なお、この容量差の検出方法については、例えば容量式の加速度センサ等において周知なものであるため、詳細については説明を省略する。
【００５９】
そして、初期位置での容量差を記憶しておき、使用後に検出される容量差と比較する。
その結果、製造バラツキや経年劣化などの要因で駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が初期位置でなければ、制御電極５０ａ、５０ｂへの印加電圧を調整する。例えば、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ａよりも制御電極５０ｂ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を小さくすることで制御電極５０ａ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。逆に、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置が制御電極５０ｂよりも制御電極５０ａ側に移動していれば、制御電極５０ｂへの印加電圧を大きくすることで制御電極５０ｂ側に駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を戻す。
【００６０】
このような調整を行うことで、製造バラツキや経年劣化などが生じたとしても、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することが可能となる。したがって、不要振動を抑制できる。
【００６１】
以上説明したように、本実施形態の角速度センサ装置では、センサ基板１０に対して表裏を貫通するＴＳＶ１０ｄを備えると共にキャップ層１３にも表裏を貫通するＴＳＶ１３ｆを備え、これらを接続することで制御電極５０ａに接続されるようにしている。これにより、ＷＬＰ構造を有する角速度センサ装置において、センサ基板１０の裏面１０ａ側に配置された制御電極５０ａと外部との電気的接続をキャップ層１３側から行うことが可能となる。そして、キャップ層１３の端部に対してセンサ基板１０の端部を張り出させるようにしたり、センサ基板１０の端部に対して支持基板１１の端部を張り出させるように、キャップ層１３とセンサ基板１０および支持基板１１の端部をずらさなくても、センサ基板１０の裏面１０ａ側と外部との電気的接続が行える。したがって、装置面積の増加を防げ、装置の大型化を抑制することが可能となる。
【００６２】
また、支持基板１１へのセンサ基板１０の貼り合わせやキャップ層１３のセンサ基板１０への貼り合わせを金属接合と併用することが可能となる。制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続をバンプなどによって行う場合には、加熱工程などが必要とされることから、真空封止を行うのが困難である。これに対して、本実施形態のように、金属接合によって制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続を行いつつ、支持基板１１へのセンサ基板１０の貼り合わせやキャップ層１３のセンサ基板１０への貼り合わせうことで、真空封止を容易に行うことが可能となる。
【００６３】
また、支持基板１１の表面とキャップ層１３の裏面に制御電極５０ａ、５０ｂを形成し、制御電極５０ａ、５０ｂによってｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置を調整可能としている。これにより、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置をｚ軸方向の所望位置に制御することができて、不要振動を抑制できる。よって、角速度センサ装置による角速度の検出精度を向上させることが可能となる。
【００６４】
（他の実施形態）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
【００６５】
例えば、上記各実施形態では、駆動錘と検出錘とを兼用する駆動兼検出錘３１、３２を有する可動部３０としたが、これらが別々に構成された可動部としても良い。
【００６６】
また、上記各実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂによって、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整と、ｚ軸方向における駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の検出の両方を行っている。これは一例を示したのであり、駆動兼検出錘３１、３２の駆動振動位置の調整用とｚ軸方向における駆動振動位置の検出用の電極を別々に備えるようにしても良い。
【００６７】
また、上記各実施形態では、振動検出部５３を検出する検出素子として、駆動部５１と同様の圧電膜を用いた構造のものを用いている。しかしながら、圧電膜を用いた構造以外にも、検出梁４１の変位を電気信号として取り出すことができる検出素子であれば、他の検出素子を用いても良い。例えば、センサ基板１０をシリコン基板などの半導体基板によって構成し、センサ基板１０のうち検出梁４１を構成する部分にピエゾ抵抗を構成し、このピエゾ抵抗を検出素子としても良い。例えば、半導体基板の表層部にｐ+型層もしくはｎ+型層を形成することで、ピエゾ抵抗とすることができる。
【００６８】
また、検出梁４１に櫛歯電極を設けると共に、検出用固定部として検出梁４１に設けた櫛歯電極と対向する櫛歯電極を備えた容量センサを検出素子とし、各櫛歯電極の間に構成される容量の変化を電気信号として取り出すようにしても良い。
【００６９】
また、上記実施形態では、検出梁４１や駆動梁４２のうち支持部材４３の近傍にのみ、駆動部５１や振動検出部５３を備えた構造とした。これについても単なる一例を示したに過ぎず、例えば検出梁４１や駆動梁４２の全域にこれらを設けるようにしても良い。
【００７０】
また、上記実施形態では、制御電極５０ａ、５０ｂを金属層によって構成する場合について説明したが、支持基板１１やキャップ層１３に対して不純物をイオン注入することなどによって形成される不純物拡散層によって構成しても良い。
【００７１】
さらに、上記実施形態では、図６に示したように、ＴＳＶ１０ｄの形成方法として、センサ基板１０を支持基板１１に貼り合わせてから貫通孔１０ｅを形成し、貫通孔１０ｅ内などに表面金属膜１０ｇを形成するという方法、つまりビアラストとする方法を適用した。しかしながら、これはＴＳＶ１０ｄの形成方法の一例を示したのであり、他の手法、すなわちセンサ基板１０を支持基板１１に貼り合せる前にＴＳＶ１０ｄを形成しておくビアファーストの方法を適用しても良い。また、ＴＳＶ１３ｆについても同様に、ビアラストの方法に限らずビアファーストの方法を適用しても良い。
【００７２】
なお、ビアファーストの方法を適用する場合、バンプ接続を行うのであれば、制御電極５０ａ、５０ｂとＴＳＶ１０ｄやＴＳＶ１３ｆとの電気的接続を行う前に、バンプを平坦化するためのＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）工程を行う必要がある。しかしながら、これらの電気的接続をバンプ無しで行っているため、ＣＭＰ工程を行わなくても良い。
【００７３】
また、ＷＬＰ構造を有するＷＬＰ装置として角速度センサ装置を例に挙げて説明した。しかしながら、これも一例を示したに過ぎず、センサ基板１０のようにデバイスが作成されたデバイス形成基板の裏面側と表面側にそれぞれ支持基板とキャップ層が配置される構造のものであれば、他のＷＬＰ装置に対しても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００７４】
１０            基板
１０ｄ、１３ｆ  ＴＳＶ
２０            固定部
３０            可動部
４０            梁部
４１            検出梁
４２            駆動梁
５０ａ、５０ｂ  制御電極
５１            駆動部
５３            振動検出部
【図１】
2017106827.tif 000003
【図２】
2017106827.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017106827.tif 000008
【図７】
2017106827.tif 000009
【図８】
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