(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース部とキャップ部とが接合され、それらの間にセンサ部が封止された加速度センサであって、
ａ）  半導体基板と、
該半導体基板上に堆積された不純物がドーピングされた多結晶シリコン層から形成された、センサ部と該センサ部の周囲を囲む枠部と、
該枠部上に順次積層された拡散防止層とノンドープ多結晶シリコン層とを含むベース部と、
ｂ）  基体と、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接するように該基体上に設けられたニッケル層とを含むキャップ部とを含み、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層と該キャップ部の該ニッケル層とが共晶接合されて、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部が封止されたことを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
上記拡散防止層が、酸化シリコン層及び窒化シリコン層の群から選択される１の層であることを特徴とする請求項１に記載の加速度センサ。
【請求項３】
ベース部とキャップ部とが接合され、それらの間にセンサ部が封止された加速度センサであって、
ａ）  半導体基板と、
該半導体基板上に堆積された不純物がドーピングされた多結晶シリコン層から形成された、センサ部と該センサ部の周囲を囲む枠部と、
該枠部上に積層された、所定の膜厚のノンドープ多結晶シリコンとを含むベース部と、
ｂ）  基体と、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接するように該基体上に設けられたニッケル層とを含むキャップ部とを含み、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコンと該キャップ部の該ニッケル層とが共晶接合されて、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部が封止され、
該ノンドープ多結晶シリコン層の該膜厚が、該共晶接合を形成する工程中に該枠部に含まれる不純物が該ノンドープ多結晶シリコン中を拡散した距離より大きいことを特徴とする加速度センサ。
【請求項４】
上記ノンドープ多結晶シリコン層の膜厚が、１μｍから５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の加速度センサ。
【請求項５】
上記不純物が、リンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項６】
上記キャップ部が、上記基体と上記ニッケル層の間にチタン層を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の加速度センサ。
【請求項７】
ベース部とキャップ部とを接合し、それらの間にセンサ部を封止する加速度センサの製造工程であって、
半導体基板上に、不純物がドープされた多結晶シリコン層を堆積する工程と、
該多結晶シリコンを加工して、センサ部と、該センサ部の周囲を囲む枠部形成する工程と、
該枠部上に、拡散防止層と、ノンドープ多結晶シリコン層とを、順次積層し、ベース部とする工程と、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接する領域に、ニッケル層が設けられた基体からなるキャップ部を準備する工程と、
該ノンドープ多結晶シリコン層に該ニッケル層が接するように、該ベース部上に該キャップ部を載置する工程と、
該ベース部と該キャップ部とを加熱して、該ノンドープ多結晶シリコン層と該ニッケル層とを共晶接合させ、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部を封止する工程とを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項８】
上記拡散防止層が、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の群から選択される１の膜から形成されることを特徴とする請求７に記載の製造方法。
【請求項９】
ベース部とキャップ部とを接合し、それらの間にセンサ部を封止する加速度センサの製造工程であって、
半導体基板上に、不純物がドープされた多結晶シリコン層を堆積する工程と、
該多結晶シリコンを加工して、センサ部と、該センサ部の周囲を囲む枠部とを形成する工程と、
該枠部上に、所定の膜厚のノンドープ多結晶シリコン層を積層し、ベース部とする工程と、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接する領域に、ニッケル層が設けられた基体からなるキャップ部を準備する工程と、
該ノンドープ多結晶シリコン層に該ニッケル層が接するように、該ベース部上に該キャップ部を載置する工程と、
該ベース部と該キャップ部とを加熱して、該ノンドープ多結晶シリコン層と該ニッケル層とを共晶接合させ、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部を封止する接合工程とを含み、
該接合工程において該枠部に含まれる該不純物が該ノンドープ多結晶シリコン層中を拡散する距離よりも、該ノンドープ多結晶シリコン層の膜厚を大きくすることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項１０】
上記ノンドープ多結晶シリコンの膜厚が、１μｍから５μｍの範囲内であることを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
上記不純物が、リンであることを特徴とする請求項７〜１０のいずれかに記載の製造方法。
【請求項１２】
上記キャップ部が、上記基体と上記ニッケル層の間にチタン層を含むことを特徴とする請求項７〜１０いずれかに記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加速度センサ及びその製造方法に関し、特に、内部にセンサ素子が封止された容量式加速度センサ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３及び図４に、従来の容量式加速度センサの製造工程を示す。まず、図３に示すように、シリコン半導体基板１上に、リンがドーピングされた多結晶シリコン層を堆積する。次に、多結晶シリコン層を選択的に除去して、センサ部１２と枠部２とを形成する。センサ部１２には、一般的な方法を用いて加速度センサ素子（図示せず）が形成される。かかる工程で、加速度センサのベース部１０が完成する。
【０００３】
次に、図４（ａ）に示すように、ベース部１０のセンサ部１２を覆うためのキャップ部２０を準備する。図４（ａ）は、図３のＡ−Ａ方向の断面図である。キャップ部２０の準備工程では、まず、シリコン基板の片面に凹部を形成し、キャップ本体５を形成する。次に、キャップ本体５の凹部を形成した面を覆うように、金属層６を形成する。金属層６は、キャップ本体５に、まずチタン層を蒸着した、続いてニッケル層を蒸着して形成する。
【０００４】
次に、図４（ｂ）示すように、ベース部１０の枠部２に金属層６が重なるように、ベース部１０上にキャップ部２０を重ねる。かかる状態で、例えば４００℃に加熱して、枠部２のシリコンと金属層６のニッケルとの反応させて、共晶合金を形成する。これにより、ベース部１０とキャップ部２０が、センサ部１２をそれらの中に封止するように接合され、全体が１０１で示される加速度センサが形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる加速度センサ１０１では、枠部２と金属層６との接合不良が発生しやすく、製造歩留まりの向上に限界があった。また、かかる接合不良の発生は、加速度センサ１０１の信頼性を低下させていた。
【０００６】
かかる原因について検討した結果、枠部２の多結晶シリコンに含まれるリンが、加熱中に拡散して金属層６に到達して、シリコンとニッケルとの接合界面に析出し、かかる析出物が、不完全な接合や接合強度の低下を引き起こしていることを見出した。
【０００７】
そこで、本発明は、ベース部の枠部と、キャップ部の金属層とが、良好に接合された加速度センサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベース部とキャップ部とが接合され、それらの間にセンサ部が封止された加速度センサであって、
ａ）  半導体基板と、該半導体基板上に堆積された不純物がドーピングされた多結晶シリコン層から形成された、センサ部と該センサ部の周囲を囲む枠部と、該枠部上に順次積層された拡散防止層とノンドープ多結晶シリコン層とを含むベース部と、
ｂ）  基体と、該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接するように該基体上に設けられたニッケル層とを含むキャップ部とを含み、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層と該キャップ部の該ニッケル層とが共晶接合されて、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部が封止されたことを特徴とする加速度センサである。
このように、拡散防止層を設けることにより、枠部から共晶接合面への不純物の拡散を防止することができる。この結果、良好な共晶接合を得ることができ、接合強度の向上が可能となる。
【０００９】
上記拡散防止層は、酸化シリコン層及び窒化シリコン層の群から選択される１の層であることが好ましい。
ノンドープ多結晶シリコン層中への不純物の拡散を、有効に防止できるからである。
【００１０】
また、本発明は、ベース部とキャップ部とが接合され、それらの間にセンサ部が封止された加速度センサであって、
ａ）  半導体基板と、該半導体基板上に堆積された不純物がドーピングされた多結晶シリコン層から形成された、センサ部と該センサ部の周囲を囲む枠部と、
該枠部上に積層された、所定の膜厚のノンドープ多結晶シリコンとを含むベース部と、
ｂ）  基体と、該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接する該基体上の領域に設けられたニッケル層とを含むキャップ部とを含み、
該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコンと該キャップ部の該ニッケル層とが共晶接合されて、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部が封止され、該ノンドープ多結晶シリコン層の該膜厚が、該共晶接合を形成する工程中に該枠部に含まれる不純物が該ノンドープ多結晶シリコン中を拡散した距離より大きいことを特徴とする加速度センサでもある。
このように、ノンドープ多結晶シリコン層を所定の膜厚とすることにより、枠部から拡散した不純物が、共晶接合面に到達するのを防止することができる。この結果、共晶接合面の接合強度を向上させることができる。
【００１１】
上記ノンドープ多結晶シリコン層の膜厚は、１μｍから５μｍの範囲内であることが好ましい。
かかる膜厚とすることにより、ベース部とキャップ部との接合工程において、不純物が接合界面に到達するのを有効に防止できる。
【００１２】
上記不純物は、リンであることが好ましい。
【００１３】
上記キャップ部は、上記基体と上記ニッケル層の間にチタン層を含むものであっても良い。
【００１４】
また、本発明は、ベース部とキャップ部とを接合し、それらの間にセンサ部を封止する加速度センサの製造工程であって、半導体基板上に、不純物がドープされた多結晶シリコン層を堆積する工程と、該多結晶シリコンを加工して、センサ部と、該センサ部の周囲を囲む枠部とを形成する工程と、該枠部上に、拡散防止層と、ノンドープ多結晶シリコン層とを、順次積層し、ベース部とする工程と、該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接する領域に、ニッケル層が設けられた基体からなるキャップ部を準備する工程と、該ノンドープ多結晶シリコン層に該ニッケル層が接するように、該ベース部上に該キャップ部を載置する工程と、該ベース部と該キャップ部とを加熱して、該ノンドープ多結晶シリコン層と該ニッケル層とを共晶接合させ、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部を封止する工程とを含むことを特徴とする加速度センサの製造方法でもある。
このように、拡散防止層を設けることにより、枠部から共晶接合面への不純物の拡散を防止することができる。
【００１５】
上記拡散防止層は、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の群から選択される１の膜から形成されることが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、ベース部とキャップ部とを接合し、それらの間にセンサ部を封止する加速度センサの製造工程であって、半導体基板上に、不純物がドープされた多結晶シリコン層を堆積する工程と、該多結晶シリコンを加工して、センサ部と、該センサ部の周囲を囲む枠部とを形成する工程と、該枠部上に、所定の膜厚のノンドープ多結晶シリコン層を積層し、ベース部とする工程と、該ベース部の該ノンドープ多結晶シリコン層に接する領域に、ニッケル層が設けられた基体からなるキャップ部を準備する工程と、該ノンドープ多結晶シリコン層に該ニッケル層が接するように、該ベース部上に該キャップ部を載置する工程と、該ベース部と該キャップ部とを加熱して、該ノンドープ多結晶シリコン層と該ニッケル層とを共晶接合させ、該ベース部と該キャップ部との間に該センサ部を封止する接合工程とを含み、該接合工程において該枠部に含まれる該不純物が該ノンドープ多結晶シリコン層中を拡散する距離よりも、該ノンドープ多結晶シリコン層の膜厚を大きくすることを特徴とする加速度センサの製造方法でもある。
このように、ノンドープ多結晶シリコン層を所定の膜厚とすることにより、枠部から拡散した不純物が、接合界面に到達するのを防止することができる。
【００１７】
上記ノンドープ多結晶シリコンの膜厚は、１μｍから５μｍの範囲内であることが好ましい。
かかる膜厚とすることにより、ベース部とキャップ部との接合工程に、不純物が接合界面に到達するのを有効に防止できる。
【００１８】
上記不純物は、リンであることが好ましい。
【００１９】
上記キャップ部は、上記基体と上記ニッケル層の間にチタン層を含むものであっても良い。
【００２０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１に、本実施の形態にかかる加速度センサの各製造工程における断面図を示す。
かかる製造工程では、まず、図１（ａ）に示すように、シリコンの半導体基板１の上に、多結晶シリコン層を堆積し、これを選択的に除去して、センサ部１２と、センサ部１２を囲む枠部２とを形成する。センサ部１２には、加速度センサ素子が形成される（図示せず）。かかる工程は、従来の加速度センサの製造工程と同じである。
【００２１】
次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１上に、センサ部１２と枠部２とを覆うように、拡散防止層３を堆積する。拡散防止層３には、酸化シリコン、窒化シリコンの他、アルミニウムや金等の金属を用いることもできる。
【００２２】
次に、拡散防止層３を覆うように、ノンドープの多結晶シリコン層４を形成する。
【００２３】
次に、リソグラフィ技術、エッチング技術を用いて、多結晶シリコン層４、拡散防止層３を選択的に除去して、枠部２の上部にのみこれらを残す。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、キャップ部２０をベース部１０の上に重ねる。キャップ部２０は、図４（ａ）に示す従来の工程と同様の工程で作製される。これにより、シリコンからなるキャップ本体（基体）５の、凹部が形成された面上には、例えばスパッタ法を用いて、チタン層が形成され、その上に、更にニッケル層が形成されている。ベース部１０にキャップ部２０を重ねることにより、枠部２上に形成されたノンドープの多結晶シリコン層４が、金属層６のニッケル層に接触する。
【００２５】
次に、かかる状態で、加熱炉に入れられて、シリコンとニッケルの共晶温度以上、好ましくは約３５０℃から約４５０℃の間、更に好ましくは４００℃程度に加熱される。加熱時間は、数１０分から数時間程度である。加熱中、加熱炉内は真空に保たれても良いし、例えば、窒素等の不活性ガスが流されても良い。
【００２６】
このように、加熱することにより、多結晶シリコン層４中のシリコンと、金属層５中のニッケルとが共晶合金を形成し、ベース部１０とキャップ部２０が接合される。これにより、内部にセンサ素子が封入された加速度センサ１００が形成される。
【００２７】
本実施の形態では、枠部２の上に拡散防止層３が形成されているため、上述の加熱工程において、リンが、枠部２からノンドープ多結晶シリコン層４中に拡散するのを防止することができる。
この結果、ノンドープ多結晶シリコン層４と金属層６との接合界面にリンが析出することなく、良好な共晶接合を得ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図２に、本実施の形態にかかる加速度センサ１０１の断面図を示す。図２の加速度センサ１０１では、図１（ｃ）に示す加速度センサ１００の拡散防止層３、ノンドープ多結晶シリコン層４に代えて、所定の膜厚のノンドープ多結晶シリコン層７が設けられている。ノンドープ多結晶シリコン層７の膜厚としては、例えば、１μｍから５μｍ程度が好ましい。それ以外の構造は、加速度センサ１００と同じである。
【００２９】
本実施の形態にかかる加速度センサ１０１では、ノンドープ多結晶シリコン層７の膜厚を所定の厚みに形成している。このため、加熱工程において、枠部２からノンドープ多結晶シリコン層７中にリンが拡散した場合であっても、ノンドープ多結晶シリコン層７と金属層６との接合界面にはリンが到達しない。
従って、ノンドープ多結晶シリコン層４と金属層６との接合界面にリンが析出することなく、良好な共晶接合を得ることができる。
発明者らの実験結果では、上述の加熱条件において、膜厚を少なくとも１μｍより厚くすれば、接合界面までリンが拡散しないことが確認されている。
【００３０】
なお、ノンドープ多結晶シリコン層７の膜厚は、加熱工程における加熱温度、加熱時間に従って変えてもかまわない。
また、本実施の形態１、２では、枠部２にドープされたリンが拡散する場合について説明したが、ボロン、ガリウム、砒素等の他のドーパントを使用した場合にも適用することができる。この場合、実施の形態２の加速度センサ１０１では、ノンドープ多結晶シリコン膜７の膜厚をドーパントの種類に応じて調整する。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明にかかる加速度センサでは、ベース部とキャップ部との接合界面に、不純物が拡散して到達するのを防止でき、良好な接合を得ることができる。
【００３２】
この結果、加速度センサの製造歩留まりを向上させることができる。
【００３３】
また、加速度センサの信頼性を向上させることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態にかかかる加速度センサの断面図である。
【図２】  本発明の第２の実施の形態にかかかる加速度センサの断面図である。
【図３】  従来の加速度センサのベース部の上面図である。
【図４】  従来の加速度センサの断面図である。
【符号の説明】
１  半導体基板、２  枠部、３  拡散防止層、４  ノンドープ多結晶シリコン層、５  キャップ本体、６  金属層、７  ノンドープ多結晶シリコン層、１０ベース部、１２  センサ部、２０  キャップ部、１００、１０１、１１０  加速度センサ。
【図１】
0004386559.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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