(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の主面に素子が形成された半導体基板と上記素子上に空間が形成されるように上記素子を封止するキャップとを備え、上記半導体基板の一方の主面の上記素子の周りに形成された積層接合層と上記キャップに形成されたＮｉ層とを接合することにより上記素子を封止した半導体装置において、
上記積層接合層は、不純物がドープされた第１のポリシリコン層と絶縁層と不純物がドープされていない第２のポリシリコン層とが順に積層されてなりかつ、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは一部分で接触し、その接触部分を介して上記第１のポリシリコン層から上記第２のポリシリコン層に上記不純物が拡散されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは互いに分離された２以上の部分で接触している請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
上記積層接合層は上記素子を取り囲むように設けられ、該積層接合層の内周部分又は外周部分で上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは環状に接触している請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
上記素子はポリシリコン層を含んで構成され、該ポリシリコン層と上記第１のポリシリコン層とは同一工程で形成されている請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項５】
上記キャップはシリコンからなる請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板とキャップとが気密封止されてなる半導体装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば、容量式加速度センサでは、図６に示すように、半導体基板３上に形成された加速度センサ素子１がその素子１上に空間が形成されるようにキャップ５により封止されて構成されている。一般的に、この半導体基板３とキャップ５との接合は、半導体基板３の周りに形成されたポリシリコンとキャップ５の周りに形成されたＮｉ層４とを接触させて、Ｎｉ／シリコンの共晶温度以上に加熱することにより行う。この接合方法では、半導体基板３上に形成された接合用のポリシリコン２３は、加速度センサ素子において導体として形成されているポリシリコン層と同時に形成されることから、不純物としてリンがトープされており、このポリシリコン２３を直接Ｎｉと接合しようとすると、接合時の熱によってＮｉにリンが拡散して接合が十分に行えないという問題があった。
【０００３】
このため、従来の接合方法では、図７に示すように、加速度センサ素子のポリシリコン層と同時に形成されるリンがトープされたポリシリコン層２３の上に、リンの拡散を防止するための絶縁膜２２０を形成して、さらにその絶縁膜２２０の上に不純物がドープされていないポリシリコン層２１を形成して、そのポリシリコン層２１をＮｉ層４と接合するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この従来例の方法では、リンがドープされたポリシリコン層２３とリンがドープされていないポリシリコン層２１とが絶縁膜２２ａにより電気的に絶縁されているのでキャップ５が電気的に浮いた状態（接地されていない状態）となり、静電気や電磁波等による外部からの雑音の影響を加速度センサが受け易くなるという問題があった。
そこで、従来では図６に示すように、キャップ５に金属膜６を形成してその金属膜をワイヤーにより外部の接地導体と接続することによりキャップを電気的に接地して、静電気や電磁波等による外部からの雑音の影響を防止していた。
【０００５】
そこで、本発明は、キャップと半導体基板とを電気的に導通させることができかつ良好な接合が可能な接合層を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明に係る半導体装置は、一方の主面に素子が形成された半導体基板と上記素子上に空間が形成されるように上記素子を封止するキャップとを備え、上記半導体基板の一方の主面の上記素子の周りに形成された積層接合層と上記キャップに形成されたＮｉ層とを接合することにより上記素子を封止した半導体装置において、
上記積層接合層は、不純物がドープされた第１のポリシリコン層と絶縁層と不純物がドープされていない第２のポリシリコン層とが順に積層されてなりかつ、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは一部分で接触し、その接触部分を介して上記第１のポリシリコン層から上記第２のポリシリコン層に上記不純物が拡散されていることを特徴とする。
以上のように構成された本発明に係る半導体装置では、不純物がドープされていない半絶縁性の第２のポリシリコン層において第１のポリシリコン層から拡散された不純物により電流路が形成されるので、半導体基板上の導電性を有する第１のポリシリコン層とキャップのＮｉ層との間を電気的に導通させることができる。
【０００７】
また、本発明に係る半導体装置において、上記第１のポリシリコン層と上記キャップとの間をより確実に導通させるために、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは互いに分離された２以上の部分で接触していることが好ましい。
【０００８】
また、本発明に係る半導体装置において、上記第１のポリシリコン層と上記キャップとの間を導通させる電流路の抵抗を低くするために、上記積層接合層は上記素子を取り囲むように設けられ、該積層接合層の内周部分又は外周部分で上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは環状に接触していることがさらに好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る半導体装置では、上記素子がポリシリコン層を含んで構成されている場合、該ポリシリコン層と上記第１のポリシリコン層とは同一工程で形成することができる。
また、本発明に係る半導体装置では、上記キャップをシリコンにより構成することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の半導体装置について説明する。
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の半導体装置は、一方の主面に加速度センサ素子１が形成された半導体基板３と、その加速度センサ素子１上に封止空間が形成されるように上記素子を封止するキャップとが接合された半導体加速度センサであって、詳細以下のように構成される。
【００１１】
本実施の形態１において、シリコンからなる半導体基板３の一方の主面の中央部に加速度センサ素子１が形成され、その加速度センサ素子１を取り囲むように接合枠２が形成される（図１）。
接合枠２は、従来例と同様、例えばリン等の不純物がドープされた第１のポリシリコン層２３、例えば、ＳｉＯ２やＳｉＮ４などからなる絶縁層２２及び不純物がドープされていない第２のポリシリコン層２１が順に形成された積層接合層であり、この絶縁層２２により、第１のポリシリコン層２３にドープされた不純物の第２のポリシリコン層２２への拡散を防止している。
【００１２】
ここで、特に、本発明では、積層接合層２において第１のポリシリコン層２３と第２のポリシリコン層２１とが一部分で接触しており、熱処理によってその接触部７を介して第１のポリシリコン層２３にドープされた不純物が第２のポリシリコン層２１に拡散され、導電性を有していない第２のポリシリコン層２１において導電性を有する電流路が形成されている。
尚、実施の形態１の半導体装置において、接触部７は積層接合層２の内周の４つの隅に設けられている。
また、積層接合層２の幅は、良好な接合強度を得るために１５０μｍ〜２００μｍの幅に設定され、接触部７の幅は、必要な電流路の導電性を確保するために５μｍ以上に設定することが好ましく、接合強度を劣化させないように２０μｍ以下に設定することが好ましい。
【００１３】
また、本実施の形態１において、積層接合層２の第１のポリシリコン層は、加速度センサ素子の導体を構成するポリシリコン層（リン等の導電性を付与する不純物がドープされた層）と同時に形成し、絶縁層２２及び第２のポリシリコン層２１を形成した後、加速度センサの導体を構成するポリシリコン層の不純物濃度を均一にするための熱処理工程（例えば、１０００℃，数分間）により、第１のポリシリコン層の不純物を接触部７を介して第２のポリシリコン層に拡散させる。
本発明において、第１のポリシリコン層にドープされる不純物は、上述のリンの他、ガリウム、ボロン、砒素等を用いることができる。
【００１４】
また、積層接合層２の各層の膜厚は、例えば、第１のポリシリコン２３：３５０００Å、絶縁層２２：１０００Å、第２のポリシリコン層２１：５５００Åに設定される。尚、第１のポリシリコン２３の膜厚は、加速度センサの導体を構成するために必要な膜厚として設定されたものである。
【００１５】
また、本実施の形態において、キャップ５は、図３に示すように、半導体基板３と貼り合わされた時に加速度センサ素子の上に自由空間が形成されるように凹部５ａが形成され、凹部５ａの周りに半導体基板３の積層接合層２と対向するように接合層４が形成されている。ここで、キャップ５は、例えば、金属等からなり、接合層４は例えばキャップ５の上にＴｉが形成されさらにＴｉ層の上にＮｉ層が形成されてなる。
また、接合層４のＴｉ層及びＮｉ層の各膜厚は、半導体基板３の積層接合層と接合した時の接合強度及びＴｉ層及びＮｉ層の膜形成による残留応力等を考慮して、Ｔｉ層は数十μｍ、Ｎｉ層は数百μｍに設定される。
さらに、本発明においては、キャップ５は金属に限られるものではなく、セラミックの表面に金属膜を形成して表面に導電性を持たせたもの、シリコン基板の表面に金属を形成したもの、シリコン基板に不純物をドープした導電性を有するものなど種々の材料を用いて構成することができる。
本発明においてキャップ５をシリコンにより構成すると、異方性エッチングを用いて寸法精度良くかつ容易に封止空間を形成するための凹部を形成することができる。
【００１６】
以上のように構成された半導体基板３とキャップ５は、積層接合層２及び接合層４とを接触させて熱処理することによりＮｉ層と第２のポリシリコン層との接触部分を共晶合金化して接合する。この接合のための熱処理の温度は、Ｎｉとシリコンの共晶温度である３５０℃〜５００℃の範囲に設定することが可能であるが、好ましくは４００℃程度に設定する。また、この熱処理時間は、処理温度に応じて数十分から数時間に設定し、熱処理の雰囲気は真空又は不活性ガス雰囲気で行う。熱処理を不活性ガス雰囲気で行う場合、雰囲気の圧力を、封止された後の封止空間の圧力が所望の圧力になるように設定することにより、封止空間内の圧力の経時変化を抑えることができ、封止空間内の圧力を一定に保つことができる。
【００１７】
以上のように構成された実施の形態１の半導体装置では、接触部７が形成されているので、半絶縁性の第２のポリシリコン層において電流路８が形成され、導電性を有する第１のポリシリコン層２３とＴｉ／Ｎｉからなる接合層４とが電気的に導通される。
また、本実施の形態１の半導体装置では、第１のポリシリコン層２３と第２のポリシリコン層２１とが接触している部分が一部に限られており、その一部を除いた部分では第１のポリシリコン層２３と第２のポリシリコン層２１との間に絶縁層２２が形成されているので第１のポリシリコン層２３から第２のポリシリコン層２１へのリンの拡散が防止される。従って、本実施の形態１の半導体装置では、半導体基板３とキャップ５との間の接合強度の劣化を防止することができる。
【００１８】
以上のように、本実施の形態１の半導体装置では、半導体基板３に形成された第１のポリシリコン層２３とキャップ５とを導通させることができ、かつ半導体基板３とキャップ５との間の接合が得られる。
これにより、本実施の形態１の半導体装置によれば、キャップ５を半導体基板３と別に接地することなく静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響を抑制できる加速度センサを提供することができる。
【００１９】
実施の形態２．
以下、図５を参照しながら実施の形態２の半導体装置について説明する。
本実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置において、４つの接触部７に代えて積層接合層２の内周部分に環状に形成された接触部７０を設けた以外は実施の形態１と同様に構成された加速度センサである。
ここで、環状の接触部７０は積層接合層２の幅（例えば、１５０μｍ〜２００μｍ）に対して、１桁以上小さい５μｍ〜１０μｍに設定することにより第１のポリシリコン層２３とキャップとの間の導通を十分確保でき、キャップ５を半導体基板３と別に接地することなく静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響を抑制できる。
【００２０】
以上のように構成された実施の形態２の半導体装置は、実施の形態１の半導体装置と同様に、半導体基板３に形成された第１のポリシリコン層２３とキャップ５とを導通させることができ、かつ半導体基板３とキャップ５との間の接合が得られる。
また、実施の形態２の半導体装置は、積層接合層２の内周の全周にわたって環状の接触部７０を形成しているので、実施の形態１の半導体装置に比較して、より確実に第１のポリシリコン層２３とキャップ５とを導通させることができ、静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響をより効果的に抑制できる。
【００２１】
以上の実施の形態では、好ましい形態として、実施の形態１では、接触部７を積層接合層２の４箇所（４つの隅部）に形成し、実施の形態２では接触部７０を環状に形成したが、本発明にこれに限られるものではなく、第１のポリシリコン層と第２のポリシリコン層とは少なくとも１つの部分で接触させるようにすれば良い。
しかしながら、本発明では、第１のポリシリコン層と第２のポリシリコン層とは２以上部分で接触させることが好ましく、より好ましくは実施の形態１のように、さらに好ましくは実施の形態２のように接触させる。
また、２以上の部分で接触させる場合は、偏り無く均等に接触箇所を設定することが好ましい。
以上、実施の形態１及び実施の形態２では、加速度センサについて説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、圧力センサ、角速度センサ、ヨーレートセンサ等の各種センサや半導体集積回路等の各種素子に適用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る半導体装置は、キャップのＮｉ層と接合される上記半導体基板の一方の主面に形成された積層接合層が、上記第１のポリシリコン層と上記絶縁層と上記第２のポリシリコン層が順に積層され、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とは一部分で接触し、その接触部分を介して上記第１のポリシリコン層から上記第２のポリシリコン層に上記不純物が拡散されている。
これにより、本発明に係る半導体装置は、不純物がドープされていない半絶縁性の第２のポリシリコン層において第１のポリシリコン層から拡散された不純物により電流路が形成され、半導体基板上の導電性を有する第１のポリシリコン層とキャップのＮｉ層との間を電気的に導通させることができるので、半導体基板上の素子のアースと別にキャップのみを接地することなく、静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響を抑制できる。
また、本発明によれば、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とが接触する一部分を除き、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層の間には絶縁層が形成されているので、上記第１のポリシリコン層に含まれる不純物の上記第２のポリシリコン層への拡散を防止でき、キャップと半導体基板との間の良好な接合が可能である。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置において、上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とを互いに分離された２以上の部分で接触させると上記第１のポリシリコン層と上記キャップとの間をより確実に導通させることができ、より効果的に静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響を抑制できる。
【００２４】
また、本発明に係る半導体装置において、上記積層接合層の内周部分又は外周部分で上記第１のポリシリコン層と上記第２のポリシリコン層とを環状に接触させることにより、上記第１のポリシリコン層と上記キャップとの間を導通させる電流路の抵抗を低くでき、よりいっそう効果的に静電気や電磁波等の外部からの雑音の影響を抑制できる。
【００２５】
また、本発明に係る半導体装置では、上記素子がポリシリコン層を含んで構成されている場合、該ポリシリコン層と上記第１のポリシリコン層とは同一工程で形成することができ、これにより、製造工程を簡略化でき安価に製造できる。
【００２６】
本発明に係る半導体装置において、キャップをシリコンにより構成すると、異方性エッチングを用いて寸法精度良くかつ容易に封止空間を形成するための凹部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る実施の形態１の半導体装置における半導体基板の平面図である。
【図２】  図１のＡ−Ａ’線についての断面図及びその断面図の一部の拡大図である。
【図３】  実施の形態１の半導体装置の断面図である。
【図４】  図３の一部分を拡大して示す断面図である。
【図５】  本発明に係る実施の形態２の半導体装置における半導体基板の平面図である。
【図６】  従来例の半導体装置の断面図である。
【図７】  図６の一部分を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
１  加速度センサ素子、２  積層接合層（接合枠）、３  半導体基板、４  接合層、５  キャップ、５ａ  凹部、７，７０  接触部、８  電流路、２１  第２のポリシリコン層、２２  絶縁層、２３  不純物がドープされた第１のポリシリコン層。
【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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