(57)【要約】本発明は、安価で、かつ小型化および軽量化が図れる加速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。そして、上記目的を達成するために、ベース（１１）に設けられるセンサ部（１７）は、ベース（１１）の枠部（１９）に共晶接合されたキャップ（１３）によって封止される。キャップ（１３）は、導電性を有する半導体材料によって形成されたキャップ本体（１３ａ）と、キャップ本体（１３ａ）の周縁部に設けられる金属膜１３とを備える。枠部（１９）は、ドープドポリシリコンによって形成された枠本体（１９ａ）と、枠本体（１９ａ）上に選択的に設けられた拡散防止膜（１９ｂ）と、接合層（１９ｃ）と備える。接合層（１９ｃ）は、その一部の領域が導電材料によって形成された導体部、他の領域が半導体によって形成された接合部となっている。
2003001217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース（１１）と、
前記ベースに装着されるキャップ（１３）と、
を備え、
前記キャップは、
導電性を有する半導体材料によって形成されたキャップ本体（１３ａ）と、
その周縁部に、接合用の半導体と共晶接合が可能な金属材料によって形成された金属膜（１３ｂ）と、
を有し、
前記ベースは、
基板（１５）と、
前記基板の表面に形成され、加速度を検出する機能を有するセンサ部（１７）と、
前記基板の前記表面に形成され、前記センサ部を外囲し、前記キャップの前記周縁部と接触する接触面のうちの少なくとも一部が前記接合用の半導体によって形成され、前記接触面のうちの少なくとも一部が前記キャップの前記周縁部と共晶接合されることにより、前記キャップと共働して前記センサ部を外界から封止する枠部（１９）と、
を有することを特徴とする加速度センサ。
【請求項２】
前記基板は、
基板本体（３１）と、
前記基板本体上に形成された絶縁膜（３３）と、
前記絶縁膜上に選択的に形成され、前記枠部が囲む領域の内側から外側に引き出される配線パターン（３５）と、
を備え、
前記酸化膜には、前記配線パターンに対応して溝（３３ａ）が形成され、
前記配線パターンは、少なくとも前記枠部の下方において前記酸化膜の前記溝内に埋め込まれ、その膜厚が前記溝の深さと一致していることを特徴とする請求の範囲１記載の加速度センサ。
【請求項３】
前記枠部は、
前記基板の前記表面に、導電性の枠本体（１９ａ）と、
前記枠本体上に形成され、前記キャップの前記金属層と共晶接合する接合層（１９ｃ）と、
を備え、
前記接合層は、
前記枠本体の上面上の一部の領域に、導電材料により形成された導体部と、
前記枠本体の前記上面上の前記導体部が形成された前記領域以外の領域に、前記接合用の半導体により形成された導体部と、
を備えることを特徴とする請求の範囲２記載の加速度センサ。
【請求項４】
前記配線パターンと前記枠部の前記枠本体とは、電気的に接続されることを特徴とする請求の範囲３記載の加速度センサ。
【請求項５】
前記センサ部は、
前記基板から所定間隔をあけて支持された加速度検出用の導電性の質量体（２１）と、
前記基板上に導電性を有する材料により前記質量体と一体に形成され、前記質量体を支持する支持部（２５ａ）と、
を備え、
前記配線パターンは、
前記支持部の下方に配置されて前記支持部と電気的に接続されるとともに、前記基板上の前記質量体と対向する対向領域において前記基板上に露出した状態で配置されることを特徴とする請求の範囲２記載の加速度センサ。
【請求項６】
前記配線パターンは、不純物がドープされた半導体によって形成されることを特徴とする請求の範囲２記載の加速度センサ。
【請求項７】
前記配線パターンは、高融点金属によって形成されることを特徴とする請求の範囲２記載の加速度センサ。
【請求項８】
請求の範囲１記載の加速度センサの製造方法において、
第１のウエハ（５１）に、複数の前記ベース（１１）をマトリクス状に形成する工程と、
第２のウエハ（５３）に、前記第１のウエハに形成された前記各ベースの形成位置に対応する位置に、複数の前記キャップ（１３）をマトリクス状に形成する工程と、
前記各ベースの前記枠部（１９）と前記各キャップの前記周縁部とがそれぞれ当接するように位置合わせして、前記第１のウエハと前記第２のウエハとを重ね合わせて加熱処理することにより、前記各ベースと前記各キャップとを共晶接合する工程と、
前記第１のウエハおよび前記第２のウエハをダイシングすることにより、前記各ベースと前記各キャップとが接合されてなる各センサ本体（１）を互いに分離する工程と、
を備えることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【請求項９】
前記加速度センサの製造方法は、
前記センサ本体をリードフレーム（６７）にダイボンドする工程と、
前記センサ本体のパッド部（３）とリードフレームとをワイヤボンディングにより電気的に接続する工程と、
樹脂製の封止体（７）により前記センサ本体を封止する工程と、
前記リードフレームを成形することによりリード（５）を形成する工程と、
をさらに備えることを特徴とする請求の範囲８記載の加速度センサの製造方法。
【請求項１０】
請求の範囲２記載の加速度センサの製造方法において、
前記基板本体（３１）上に前記絶縁膜（３３）を形成する工程と、
前記酸化膜の前記表面を部分的にエッチングすることにより前記溝（３３ａ）を形成する工程と、
前記絶縁膜上に、前記配線パターン（３５）と同一の材料により前記溝の深さと同一の膜厚で導電膜（５５）を形成する工程と、
前記導電膜のうちの前記溝の側縁部から所定の隙間寸法（Ｆ）だけ前記溝の内側に位置する部分（５５ａ）以外の部分を除去するように前記導電膜をパターニングすることにより、残留している前記部分によって前記配線パターンを形成する工程と、
前記基板（１５）上に前記センサ部（１７）および前記枠部（１９）を形成する工程と、
を備えることを特徴とする加速度センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、半導体加工技術を用いて形成される加速度センサおよびその製造方法に関する。
背景技術
従来の加速度センサでは、図１８に示すように、センサ本体１０１がセラミックパッケージ１０３と蓋１０５とによって封止されている。このような従来の加速度センサでは、高価なセラミックパッケージを用いるため、コストが嵩むという問題がある。さらに、セラミックパッケージの使用によりセンササイズが大型になるとともに、重くなるという問題もある。
また、センサ本体１０１の基板１０７には、図１９に示すように配線パターン１０９が設けられている。この配線パターン１０９は、基板本体１１１上に設けられた酸化膜１１３の平坦な表面の上に選択的に形成されている。酸化膜１１３の表面および配線パターン１０９を覆うように窒化膜１１５が形成されている。この窒化膜１１５の膜厚はほぼ一定に形成されるため、基板１０７の表面は、配線パターン１０９の存在により凸凹した状態となっている。
発明の開示
本発明は、上記のような問題点を解決し、安価で、かつ小型化および軽量化が図れる加速度センサおよびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る加速度センサの第１の態様では、ベース（１１）と、前記ベースに装着されるキャップ（１３）と、を備え、前記キャップは、導電性を有する半導体材料によって形成されたキャップ本体（１３ａ）と、その周縁部に、接合用の半導体と共晶接合が可能な金属材料によって形成された金属膜（１３ｂ）と、を有し、前記ベースは、基板（１５）と、前記基板の表面に形成され、加速度を検出する機能を有するセンサ部（１７）と、前記基板の前記表面に形成され、前記センサ部を外囲し、前記キャップの前記周縁部と接触する接触面のうちの少なくとも一部が前記接合用の半導体によって形成され、前記接触面のうちの少なくとも一部が前記キャップの前記周縁部と共晶接合されることにより、前記キャップと共働して前記センサ部を外界から封止する枠部（１９）と、を有するようになっている。
この態様によれば、キャップをベースに固着してセンサ部を封止するようになっているため、キャップとベースとの組み立て体であるセンサ本体を一般のＩＣチップのように安価な樹脂封止により封止しても、センサ部を樹脂から保護することができ、その結果加速度センサの低コスト化、小型化および軽量化が図れる。
また、キャップのベースへの固着を共晶接合によって行うため、接着材、例えば低融点ガラスを用いずに固着を行うことができる。このため、接着材のベースへの塗布工程が不要であるとともに、接着材の塗布位置のバラツキを考慮する必要がなく、その分センササイズを小型化することができる。
さらに、キャップのキャップ本体が導電性を有しているため、キャップをベースに電気的に接続することができ、これによってキャップに蓄積された静電気の影響によりベースのセンサ部内の構造物がキャップに張り付くのを防止することができる。
また、半導体加工技術により加速度センサを形成できるため、ベースにセンサの信号処理のための回路等を容易に作り込むことができる。
本発明に係る加速度センサの第２の態様では、前記基板は、基板本体（３１）と、前記基板本体上に形成された絶縁膜（３３）と、前記絶縁膜上に選択的に形成され、前記枠部が囲む領域の内側から外側に引き出される配線パターン（３５）と、を備え、前記酸化膜には、前記配線パターンに対応して溝（３３ａ）が形成され、前記配線パターンは、少なくとも前記枠部の下方において前記酸化膜の前記溝内に埋め込まれ、その膜厚が前記溝の深さと一致するようになっている。
この態様によれば、ベースの基板に形成される配線パターンが、基板の酸化膜の表面に設けられた溝内に埋め込まれ、配線パターンの膜厚が溝の深さと一致されているため、配線パターンの存在に起因する基板表面の凹凸をなくし、基板表面を平坦化することができる。その結果、枠部の形成工程において複雑な工程、例えば枠部の膜厚を部分的に調節する工程を行わなくとも、枠部のキャップとの当接面を容易に平坦な面とすることができる。
本発明に係る加速度センサの第３の態様では、前記枠部は、前記基板の前記表面に、導電性の枠本体（１９ａ）と、前記枠本体上に形成され、前記キャップの前記金属層と共晶接合する接合層（１９ｃ）と、を備え、前記接合層は、前記枠本体の上面上の一部の領域に、導電材料により形成された導体部と、前記枠本体の前記上面上の前記導体部が形成された前記領域以外の領域に、前記接合用の半導体により形成された導体部と、を備えるようになっている。
この態様によれば、キャップを枠部の導電部および枠本体を介してベースに電気的に接続することができるため、キャップの接続のために特別の手段を講じる必要がない。
また、キャップのベースへの共晶接合に伴って、キャップをベースに電気的に接続することができる。
さらに、キャップと共晶接合する枠部の接合層は、その一部の領域が導電性の導体部とされ、その他の領域が接合用の半導体によって形成された接合部とされているため、接合層をキャップと枠部との間の共晶接合および電気接続に用いることができる。
本発明に係る加速度センサの第４の態様では、前記配線パターンと前記枠部の前記枠本体とは、電気的に接続されるようになっている。
この態様によれば、キャップのベースへの共晶接合に伴って、ベースの基板に設けられた配線パターンと、キャップとを枠部を介して電気的に接続することができるため、キャップと配線パターンとを容易に同電位とすることができる。
本発明に係る加速度センサの第５の態様では、前記センサ部は、前記基板から所定間隔をあけて支持された加速度検出用の導電性の質量体（２１）と、前記基板上に導電性を有する材料により前記質量体と一体に形成され、前記質量体を支持する支持部（２５ａ）と、を備え、前記配線パターンは、前記支持部の下方に配置されて前記支持部と電気的に接続されるとともに、前記基板上の前記質量体と対向する対向領域において前記基板上に露出した状態で配置されるようになっている。
この態様によれば、基板上におけるセンサ部の質量体および支持部の形成に伴って、基板に設けられた配線パターンと、質量体とを支持部を介して電気的に接続することができるため、質量体と配線パターンとを容易に同電位とすることができるとともに、静電気による質量体の基板への張り付きを質量体形成時点から防止することができる。
また、配線パターンは基板上の質量体と対向する対向領域において基板上に露出した状態で配置されているため、質量体と配線パターンとを同電位とすることによって質量体と基板との静電気による貼り付きを防止できる。
本発明に係る加速度センサの第６の態様では、前記配線パターンは、不純物がドープされた半導体によって形成されるようになっている。
本発明に係る加速度センサの第７の態様では、前記配線パターンは、高融点金属によって形成されるようになっている。
本発明に係る加速度センサの製造方法の第１の態様では、請求の範囲１記載の加速度センサの製造方法において、第１のウエハ（５１）に、複数の前記ベース（１１）をマトリクス状に形成する工程と、第２のウエハ（５３）に、前記第１のウエハに形成された前記各ベースの形成位置に対応する位置に、複数の前記キャップ（１３）をマトリクス状に形成する工程と、前記各ベースの前記枠部（１９）と前記各キャップの前記周縁部とがそれぞれ当接するように位置合わせして、前記第１のウエハと前記第２のウエハとを重ね合わせて加熱処理することにより、前記各ベースと前記各キャップとを共晶接合する工程と、前記第１のウエハおよび前記第２のウエハをダイシングすることにより、前記各ベースと前記各キャップとが接合されてなる各センサ本体（１）を互いに分離する工程と、を備えるようになっている。
この態様によれば、複数のベースが形成された第１のウエハと、複数のキャップが形成された第２のウエハとを位置合わせして重ね合わせ、各キャップと各ベースとの共晶接合を同時に行った後、第１のウエハと第２のウエハとをダイシングするため、小さな部品であるベースおよびキャップを個別に取り扱う必要がなく、複数の加速度センサを効率よく製造することができる。
本発明に係る加速度センサの製造方法の第２の態様では、前記加速度センサの製造方法は、前記センサ本体をリードフレーム（６７）にダイボンドする工程と、前記センサ本体のパッド部（３）とリードフレームとをワイヤボンディングにより電気的に接続する工程と、樹脂製の封止体（７）により前記センサ本体を封止する工程と、前記リードフレームを成形することによりリード（５）を形成する工程と、をさらに備えるようになっている。
本発明に係る加速度センサの製造方法の第３の態様では、請求の範囲２記載の加速度センサの製造方法において、前記基板本体（３１）上に前記絶縁膜（３３）を形成する工程と、前記酸化膜の前記表面を部分的にエッチングすることにより前記溝（３３ａ）を形成する工程と、前記絶縁膜上に、前記配線パターン（３５）と同一の材料により前記溝の深さと同一の膜厚で導電膜（５５）を形成する工程と、前記導電膜のうちの前記溝の側縁部から所定の隙間寸法（Ｆ）だけ前記溝の内側に位置する部分（５５ａ）以外の部分を除去するように前記導電膜をパターニングすることにより、残留している前記部分によって前記配線パターンを形成する工程と、前記基板（１５）上に前記センサ部（１７）および前記枠部（１９）を形成する工程と、を備えるようになっている。
この態様によれば、酸化膜上に形成された導電膜のうちの溝の側縁部から所定の隙間寸法だけ溝の内側に位置する部分を残してそれ以外の部分を除去し、その導電膜の残留している部分によって配線パターンを形成するため、均一な膜厚で配線パターンを形成することができ、これによって基板表面をより平坦にすることができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
発明を実施するための最良の形態
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る半導体加速度センサは、センサ本体１と、センサ本体１のパッド部３と電気的に接続されたリード５と、センサ本体１を包み込んで封止する樹脂製の封止体７とを備えている。センサ本体１は、ベース１１とキャップ１３とを備えている。なお、図２では便宜上キャップ１３が取り除かれている。
キャップ１３は、図３に示すようにキャップ本体１３ａと、金属膜１３ｂとを備えている。キャップ本体１３ａは、導電性を有する半導体材料、例えば所定の不純物がドープされたシリコンによって形成され、ベース１１と対向するその対向面には、図３に示すように、後述するベース１１のセンサ部１７を収容する凹部１３ｃが形成されている。金属膜１３ｂは、キャップ１３とベース１１との共晶接合のために設けられるものであり、キャップ本体１３ａの外周面のうち、凹部１３ｃを囲み、凹部１３ｃの開口側の面（以下、「周縁部」という）に設けられている。金属膜１３ｂの材料としては、後述する接合用の半導体と共晶接合が可能な金属材料が選択される。本実施の形態では、接合用の半導体として不純物がドープされていないポリシリコンが用いられるため、金属膜１３ｂを、例えばニッケルにより形成するのが好ましい。この場合のより具体的な構成例として、金属膜１３ｂを、キャップ本体１３ａにチタン層を蒸着し、続いてニッケル層を蒸着して形成するのがより好ましい。
ベース１１は、基板１５と、センサ部１７と、枠部１９と、複数のパッド部３とを備えている。
基板１５は、図３および図５に示すように、半導体、例えばシリコンによって形成された基板本体３１と、基板本体３１上に形成された絶縁膜たる酸化膜３３と、酸化膜３３上に選択的に形成された配線パターン３５と、配線パターン３５の表面および酸化膜３３の表面を選択的に覆い、絶縁膜として機能する窒化膜３７とを備えている。
枠部１９は、基板１５の表面において、より具体的には窒化膜３７の表面および窒化膜３７から露出する配線パターン３５の表面において、センサ部１７を外囲するように形成されている。この枠部１９は、キャップ１３の周縁部と共晶接合されることにより、キャップ１３と共働してセンサ部１７を外界から封止する。パッド部３は、基板１５上における枠部１９の外側に形成されている。
このような枠部１９は、図３および図４に示すように、基板１５の表面に形成される枠本体１９ａと、枠本体１９ａ上に形成される拡散防止膜１９ｂと、その拡散防止膜１９ｂ上に形成される接合層１９ｃとを備えている。枠本体１９ａは導電材料によって形成されており、不純物、例えばリンがドープされた導電性を有する半導体材料、例えばドープドポリシリコンによって形成されている。
拡散防止膜１９ｂは、枠本体１９ａの上面を一部を除いて覆うように形成され、枠本体１９ａ中の不純物が共晶接合のための加熱処理の際に接合層１９ｃ側に拡散するのを防止する。本実施の形態では、拡散防止膜１９ｂには、少なくとも１つの孔部１９ｄが設けられており、枠本体１９ａ内の不純物が孔部１９ｄを介して接合層１９ｃ側に拡散する。拡散防止膜１９ｂは、例えばＴＥＯＳ（ｔｅｔｒａｅｔｈｙｌｏｒｔｈｏｓｉｌｉｃａｔｅ）酸化膜によって形成される。また、本実施の形態では、孔部１９は枠部１９の四隅に形成されている。
接合層１９ｃは、接合部１９ｅと導電部１９ｆとを備え、拡散防止膜１９ｂの表面および孔部１９ｄを介して露出した枠本体１９ａの上面を覆うように形成されている。接合層１９ｃのうちの拡散防止膜１９ｂ上に位置する部分が接合部１９ｅとなっており、孔部１９ｄを介して露出した枠本体１９ａの上面上に位置する部分が導電部１９ｆとなっている。
接合部１９ｅは、上述の接合用の半導体たるポリシリコンによって形成されている。このポリシリコンには不純物がドープされていない。導電部１９ｆは導電材料、例えば導電性半導体によって形成される。その導電性半導体には、例えば接合部１９ｅを形成する半導体と同一の半導体であるポリシリコンに不純物、例えばリンが導入されたものが用いられる。
センサ部１７は、基板１５の表面に形成され、加速度を検出する機能を有している。また、センサ部１７は、図２に示すように、可動電極として機能する質量体２１と、複数の固定電極２３と、複数の梁２５とを備えている。質量体２１、固定電極２３および梁２５は、枠本体１９ａと同一の導電材料、例えばポリシリコンに不純物、例えばリンがドープされてなるドープドポリシリコンによって形成されている。
質量体２１は、検出すべき加速度の方向Ｄに対して垂直な方向Ｅに沿って延びる複数の可動電極部２１ａを有している。梁２５は、質量体２１と一体に形成され、基板１５上において質量体２１を復元力を有して方向Ｄに移動可能に懸架する機能を有する。各梁２５は、基板１５上から突出する支持部２５ａと、その支持部２５ａとの結合部２５ｂと、その結合部２５ｂと質量体２１の方向Ｄに関する端縁との間に設けられるバネ部２５ｃとを備えている。このバネ部２５ｃが弾性的に撓み変形することにより、結合部２５ｂと質量体２１との間の方向Ｄに沿った距離を拡大、縮小させる。
各固定電極２３は、方向Ｄに互いに所定間隔をあけて、方向Ｅに沿って設けられている。また、固定電極２３は、基板１５から所定間隔をあけて配置される固定電極部２３ｂと、その固定電極部２３ａを支持する支持部２３ｂとを備えている。
このような各固定電極２３の固定電極部２３ｂと質量体２１の可動電極部２１ａとは、方向Ｄに関して間隔をあけて交互に配列するように設けられ、コンデンサを構成している。そして、可動電極部２１ａの移動により生じるそのコンデンサの容量変化に基づいて加速度が検出される。
酸化膜３３の表面のうち配線パターン３５が設けられる部分には、溝３３ａが設けられている。配線パターン３５は、その溝３３ａ内に埋め込まれて形成され、その膜厚が溝３３ａの深さと一致している。この配線パターンは、不純物、例えばリンがドープされた第４の半導体たるドープドポリシリコンによって形成されている。あるいは、配線パターン３５が高融点金属によって形成されてもよい。
このような配線パターン３５は、例えば図２に示される配線４１，４３，４５において採用される。これらの配線４１，４３，４５は、枠部１９が囲む領域内から外側に引き出され、互いに異なるパッド部３と電気的に接続される。
配線４１は、基板１５上の質量体２１と対向する対向領域において基板１５上に露出した状態で配置される露出部４１ａと、支持部２５ａの下方に配置されて支持部２５ａと電気的に接続される第１のコンタクト部４１ｂと、枠部１９の下方に配置されて枠部１９と電気的に接続される第２のコンタクト部４１ｃとを備えている。配線４３，４５は、固定電極２３からの信号を取り出すためのものであり、そのコンタクト部４３ａ，４５ａを介して各固定電極２３に接続される。
これに対応して、窒化膜３７には、窓あけ部３７ａおよび孔部３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが設けられている。窓あけ部３７ａを介して配線４１の露出部４１ａが基板１５上に露出するとともに、コンタクト部４１ａが支持部２５ａと電気的に接続される。孔部３７ｂを介して配線４１のコンタクト部４１ｂが枠部１９と電気的に接続される。孔部３７ｃ，３７ｄを介して、配線４３，４５のコンタクト部４３ａ，４５ａが固定電極２３と電気的に接続される。
次に、この半導体加速度センサの製造工程について説明する。図６および図７に示すように、第１および第２のウエハたるウエハ５１，５３上に複数のベース１１およびキャップ１３がマトリクス状にそれぞれ形成される。ウエハ５１，５３上における各ベース１１および各キャップ１３の形成位置は、互いに対応されている。ウエハ５１は、ベース１１の基板本体３１と同一材料によって形成されており、ウエハ５２はキャップ１３のキャップ本体１３ａと同一材料によって形成されている。
キャップ１３の形成は、ウエハ５３の片側表面に複数の凹部１３ｃをマトリクス状に形成し、その片側表面の所定箇所に金属膜１３ｂを選択的に形成することによって行われる。また、ベース１１の形成は以下のようにして行われる。
まず、ウエハ５１によって構成される基板本体３１上に酸化膜３３が形成され、その酸化膜３３の表面における配線パターン３５に対応する部分に溝３３ａが形成される。これにより図８に示す構造が得られる。
続いて、図９に示すように、配線パターン３５を形成するための導電膜５５が酸化膜３３上に形成される。この導電膜５５の材質は、配線パターン３５と同一であり、その膜厚は溝３３ａの深さと同一に設定されている。
続いて、図示しないマスクパターンを用いて導電膜５５が選択的に除去されてパターニングされる。このパターニングによって、溝３３ａの側縁部３３ｂから所定の隙間寸法Ｆだけ溝３３ａの内側に位置する導電膜５５の部分５５ａ以外の部分が除去される。これによって、図１０に示すように部分５５ａによって配線パターン３５が形成される。
このように、側縁部３３ｂから溝３３ａの内側に隙間寸法Ｆだけ余裕を取って配線パターン３５を形成することにより、表面が平坦で均一な膜厚の配線パターン３５を形成することができる。隙間寸法Ｆの値は、０．５μｍ以下、例えば０．３μｍに設定されている。このとき、配線パターン３５の周縁部と溝３３ａの側縁部３３ｂとの間に寸法Ｆの隙間５７が生じている。
続いて、図１１に示すように、配線パターン３５を覆うように、基板１５の表面全域にわたって窒化膜３７が形成される。このとき、隙間５７内は窒化膜３７によって満たされた状態となる。続いて、図示しないマスクパターンを用いて窒化膜３７が選択的に除去され、これによって窓あけ部３７ａおよび孔部３７ｂ，３７ｃ，３７ｄが形成される。
続いて、センサ部１７、枠部１９およびパッド部３の形成が行われる。枠部１９の枠本体１９ａの形成は、センサ部１７の質量体２１、梁２５および固定電極２３の形成に伴って行われる。質量体２１、梁２５、固定電極２３および枠本体１９ａの形成は、大略的に以下のようにして行われる。
まず、図１２に示すように、基板１５上に犠牲膜６１、例えば犠牲酸化膜が形成される。続いて、犠牲膜６１が選択的に除去されパターニングされる。これによって支持部２５ａ，２３ｂを形成すべき犠牲膜６１の部分にアンカーホール部６１ａが形成されるとともに、枠部１９を形成すべき犠牲膜６１の部分が除去される。アンカーホール部６１ａの底面においては、電気接続の必要に応じて配線パターン３５が露出された状態で配置される。
続いて、図１３に示すように、犠牲膜６１上および基板１５の露出部分上に、導電材料であるドープドポリシリコンによって導電層６３が形成される。続いて、その導電層６３が選択的に除去されてパターニングされ、その導電層６３の残留している部分によって、質量体２１、梁２５、固定電極２３および枠本体１９ａが形成される。このとき、犠牲膜６１のアンカーホール部６１ａ内に嵌まり込んだ導電層６３の部分によって、支持部２５ａ，２３ｂが形成される。続いて、犠牲膜６１が除去される。
このような質量体２１、梁２５および固定電極２３の形成に伴って、支持部２５ａ，２３ｂが窒化膜３７の窓あけ部３７ａおよび孔部３７ｃ，３７ｄを介して配線４１，４３，３５のコンタクト部４１ｂ，４３ａ，４５ａに電気的に接続される。また、枠本体１９ａの形成に伴って、枠本体１９ａが窒化膜３７の孔部３７ｂを介して配線４１のコンタクト部４１ｃと電気的に接続される。
続いて、図１４に示すように、枠本体１９ａ上に選択的に拡散防止膜１９ｂが形成され、その拡散防止膜１９ｂの表面上および拡散防止膜１９ｂの孔部１９ｄを介して露出された枠本体１９ａの上面上に、接合用の半導体であるポリシリコンによって半導体層６５が形成される。この半導体層６５は接合層１９ｃに対応しており、この半導体層６５のうちの拡散防止膜１９ｂ上に位置する部分６５ａが、そのまま接合層１９ｃの接合部１９ｅとなる。また、半導体層６５のうちの拡散防止膜１９ｂの孔部１９ｄ内およびその上方に位置する部分６５ｂは、後述するように共晶接合の際の熱処理に伴って導体化されて接合層１９ｃの導体部１９ｆとなる。
続いて、図１５および図１６に示すように、ウエハ５１，５３が、各ベース１の枠部１９と、各キャップ１３の金属膜１３ｂが設けられた周縁部とがそれぞれ当接するように、位置合わせされて重ね合わされる。
続いて、ウエハ５１，５３がその重ね合わされた状態で加熱処理される。この加熱処理により、各ベース１１の枠部１９の接合層１９ｃと各キャップ１３の金属膜１３ｂとの接触部に共晶反応が生じ、これによって各ベース１１と各キャップ１３とが共晶接合される。また、この加熱処理によって、枠部１９の枠本体１９ａ中の不純物が拡散防止膜１９ｂの孔部１９ｄを介して半導体層６５の部分６５ｂ内に熱拡散し、これによってその部分６５ｂが導体化されて導体部１９ｆとなる。また、これに伴ってその導体部１９ｆとキャップ１３とが電気的に接続され、その結果キャップ１３が導体部１９ｆおよび枠本体１９ａを介して配線４１と電気的に導通する。
ここで、接合層１９ｃの接合部１９ｆだけでなく導体部１９ｆもキャップ１３の金属膜１３ｂと共晶接合するのであるが、枠本体１９ａ側から導体部１９ｆ内に侵入した不純物によって共晶反応が阻害される場合がある。しかし、本実施の形態では、導体部１９ｆは接合層１９ｃ内にごく一部の領域にのみ形成されているため、キャップ１９と枠部１９とを十分な強度および信頼性で共晶接合することができる。
続いて、このように貼り合わされたウエハ５１，５３をダイシングすることにより、各センサ本体１が分離される。続いて、図１７に示すように、センサ本体１がリードフレーム６７にダイボンドされ、センサ本体１のパッド部３とリードフレーム６７とがワイヤボンディングにより電気的に接続されれる。続いて、図１に示すように、樹脂製の封止体７によりセンサ本体１が封止され、リードフレーム６７の封止体７内から外部に突出している部分が成形されてリード５が形成される。
以上のように、本実施の形態によれば、半導体製のキャップ１３をベース１１に固着してセンサ部１７を封止するようになっているため、キャップ１３とベース１１との組み立て体であるセンサ本体１を一般のＩＣチップのように安価な樹脂封止により封止しても、センサ部１７を樹脂から保護することができ、その結果加速度センサの低コスト化、小型化および軽量化が図れる。
また、キャップ１３のベース１１への固着を共晶接合によって行うため、接着材、例えば低融点ガラスを用いずに固着を行うことができる。このため、接着材のベースへの塗布工程が不要であるとともに、接着材の塗布位置のバラツキを考慮する必要がなく、その分センササイズを小型化することができる。
さらに、キャップ１３のキャップ本体１３ａが導電性を有しているため、キャップ１３をベース１１に電気的に接続することができ、これによってキャップ１３に蓄積された静電気の影響によりベース１１のセンサ部１７内の構造物、例えば質量体がキャップ１３に張り付くのを防止することができる。
また、半導体加工技術により加速度センサを形成できるため、ベース１１にセンサの信号処理のための回路等を容易に作り込むことができる。
さらに、ベース１１の基板１５に形成される配線パターン３５が、基板１５の酸化膜３３の表面に設けられた溝３３ａ内に埋め込まれ、配線パターン３５の膜厚が溝３３ａの深さと一致されているため、配線パターン３３の存在による基板１５表面の凹凸をなくし、基板１５表面を平坦化することができる。その結果、枠部１９の形成工程において複雑な工程、例えば枠部１９の膜厚を部分的に調節する工程を行わなくとも、枠部１９のキャップ１３との当接面を容易に平坦な面とすることができる。
また、キャップ１３を枠部１９を介してベースに電気的に接続することができるため、キャップの接続のために特別の手段を講じる必要がない。
さらに、キャップ１３のベース１１への共晶接合に伴って、キャップ１３をベース１１に電気的に接続することができる。
また、キャップ１３と共晶接合する枠部１９の接合層１９ｃは、その一部の領域が導電性の導体部１９ｆとされ、その他の領域が接合用の半導体によって形成された接合部１９ｅとされているため、接合層１９ｃをキャップ１３と枠部１９との間の共晶接合および電気接続に用いることができる。
さらに、基板１５上における質量体２１および梁２５の形成に伴って、基板に設けられた配線４１と、質量体２１とを支持部２５ａを介して電気的に接続することができるため、質量体２１と配線４１とを容易に同電位とすることができるとともに、静電気による質量体２１の基板１５への張り付きを質量体２１形成時点から防止することができる。
また、配線４１には、基板１５上の質量体２１と対向する対向領域において基板１５上に露出した状態で配置される露出部４１ａが設けられているため、質量体２１と配線４１とを同電位とすることによって質量体２１と基板１５との静電気による貼り付きを防止できる。
さらに、配線４１は、枠部１９を介してキャップ１３とも電気的に接続されるため、梁２５、配線４１および枠部１９を介して質量体２１とキャップ１３とを同電位にすることができ、静電気による質量体２１のキャップ１３への張り付きを防止することができる。
また、溝３３ａの側縁部３３ｂから溝３３ａの内側に隙間寸法Ｆだけ余裕を取って配線パターン３５を形成することにより、表面が平坦で均一な膜厚の配線パターン３５を形成することができ、これによって均一な膜厚で窒化膜３７を形成しても基板１５表面をより平坦にすることができる。
さらに、複数のベース１１が形成されたウエハ５１と、複数のキャップ１３が形成されたウエハ５３とを位置合わせして重ね合わせ、各キャップ１３と各ベース１１との共晶接合を同時に行った後、ウエハ５１，５３をダイシングするため、小さな部品であるベース１１およびキャップ１３を個別に取り扱う必要がなく、複数の加速度センサを効率よく製造することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の一実施の形態に係る半導体加速度センサの断面図である。
図２は、キャップが取り除かれた状態のセンサ本体体の要部の構成を示す平面図である。
図３は、センサ本体の図２のＡ−Ａ線で切断したときの断面図である。
図４は、センサ本体の図２のＢ−Ｂ線で切断したときの断面図である。
図５は、センサ本体の図２のＣ−Ｃ線で切断したときの断面図である。
図６は、ベースが形成されるウエハの平面図である。
図７は、キャップが形成されるウエハの平面図である。
図８ないし図１１は、配線パターンの形成工程を示す図である。
図１２および図１３は、質量体等の形成工程を示す図である。
図１４は、枠部の形成工程を示す図である。
図１５および図１６は、ベースとキャップとを接合する際の様子を示す図である。
図１７は、センサ本体をリードフレームに設置する際の様子を示す図である。
図１８は、従来の半導体加速度センサの断面図である。
図１９は、従来の半導体加速度センサの配線構造を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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