JP2007220476A - 半導体装置の電気的接続構造及び当該構造を備えた機器 - Google Patents

Abstract

【課題】２枚の基板を隙間なく接合し、かつ両基板の電気的接続部において確実に電気的接続確保できる半導体装置の電気的接続構造を提供する。
【解決手段】可動基板１３は、陽極接合によりアンカー部１２４ａ、１２４ｂの２箇所の接合部を固定基板１０１の上面に接合することによってベース部１２の上方で弾性的に支持される。アンカー部１２４ａの段差部１２９に設けた接合電極１２７と固定電極１０６に設けた接合電極１１１は互いに圧接して電気的に接続される。さらに、アンカー部１２４ａの接合部と段差部１２９の間にはスリット溝１３０が形成されており、スリット溝１３０の位置でアンカー部１２４ａが変形して応力を緩和する。
【選択図】図６

Description

本発明は、半導体装置の電気的接続構造及び当該構造を備えた機器に関する。具体的には、２枚の基板の接合と同時に両基板間を電気的に接続するための構造に関し、さらに当該構造を備えたマイクロマシンリレー、静電容量型センサ、無線装置、計測装置および携帯情報端末に関する。

従来、マイクロマシン技術を用いた静電マイクロリレー（マイクロマシンリレー）や静電容量型センサは半導体プロセスを応用して製造されている。このうち静電マイクロリレーを例にとって従来技術を説明する。

図１は、従来の静電マイクロリレーの電極接続部の概略断面図を示す。この静電マイクロリレーにおいては、シリコン基板からなる可動基板３０１の一部に設けられたアンカー部３０３をガラス基板からなる固定基板３０２に陽極接合している。アンカー部３０３は、可動基板３０１の下面から下方へ突出するように形成されており、アンカー部３０３の一部を切り欠いて段差部３０４が形成され、段差部３０４の下面に可動基板３０１側の電極３０５が設けられている。また、固定基板３０２の上面には、固定基板３０２側の電極３０６が設けられている。

しかして、可動基板３０１と固定基板３０２とを接合する際には、可動基板３０１の電極３０５を固定基板３０２の電極３０６に重ね合わせると共に、可動基板３０１のアンカー部３０３を固定基板３０２の上面に面接触させ、アンカー部３０３の下面を固定基板３０２に陽極接合して一体化させる。この結果、固定基板３０２の上に可動基板３０１が
接合されると同時に、アンカー部３０３と固定基板３０２の接合力によって両電極３０５、３０６どうしが圧着させられ、互いに電気的に接続される（このような電極どうしの接続部分をインターコネクション部ということがある。）。

このような静電マイクロリレーにおいて、インターコネクション部で良好な電気的接続を得るためには、両電極３０５、３０６を確実に圧着させると共に両基板３０１、３０２間に浮き上がりが生じないようにして両基板３０１、３０２どうしを強固に接合させる必要がある。そのため、アンカー部３０３に段差部３０４を設け、この段差部３０４の天面に電極３０５を設け、段差部３０４の高さｈが電極３０５と電極３０６の厚みの和よりもわずかに小さくなるようにすることで、電極３０５、３０６どうしを確実に電気的接触させると共にアンカー部３０３の下面が固定基板３０２の上面から浮き上がるのを防いでいる。

しかしながら、段差部３０４はアンカー部３０３をエッチングすることによって形成されるので、段差部３０４の高さｈは、アンカー部３０３をエッチングする際のエッチング深さのばらつきの影響を受ける。さらに、一般的に可動基板３０１はウエハ状態で多数個一度に加工されるので、可動基板３０１が形成されているウエハの反りによっても段差部３０４の高さｈが影響を受ける。また、一般的にインターコネクション部の電極３０５、３０６は蒸着やスパッタリングによって成膜されるが、各基板３０１、３０２が多数形成されている各ウエハ面内で電極３０５、３０６の厚みを均一にすることは難しい。

そのため、段差部３０４の高さｈが、電極３０５、３０６の厚みの和とほぼ等しくなるようにするためには、各製造プロセスにおいて非常に高度な精度が要求される。そして、段差部３０４の高さｈが電極３０５、３０６の厚みの和よりも小さい場合であっても、ばらつきが大きい場合には、アンカー部３０３と固定基板３０２の間の浮き上がりによって可動基板３０１を固定基板３０２に確実に接合させることができない。また、段差部３０４の高さｈが電極３０５、３０６の厚みの和よりもばらつきによって大きくなった場合には、電極３０５、３０６どうしが充分な接触圧でもって圧着せず接続不良を生じる。実工程では、このような不具合が頻繁に認められており、これらは静電マイクロリレー製造の歩留まりを低下させる原因の一つとなっていた。

しかし、段差部３０４のエッチング深さ（高さｈ）や電極３０５、３０６の成膜時の膜厚を、要求されるような高い精度で得ることは非常に困難である。そのため、かかる問題を解決する方法としては、一般に以下に説明するような方法が採用されている。一つの方法は、インターコネクション部の電極３０５、３０６に硬度が低く圧着しやすいＡｕ（ビッカース硬度：２５〜６５Ｈｖ）を用い、当該電極３０５、３０６の厚みの合計から段差部３０４の高さｈを引いた値が、製造プロセスの結果発生するウエハ上の電極３０５、３０６の厚みの誤差（バラツキ）の和よりも大きくなるようにするものである。このような方法によれば、アンカー部３０３と固定基板３０２を重ね合わせて接合したとき、電極３０５、３０６どうしが圧接して押し潰し合うので、両電極３０５、３０６どうしを確実に圧着させて電気的に導通させることができ、しかも、電極３０５、３０６どうしが潰れることでアンカー部３０３が固定基板３０２上面から浮き上がることがなく、確実に陽極接合を行える。

しかしながら、一般的に金属材料の硬度と融点は比例する関係にあるので、電極３０５、３０６にＡｕを用いた場合には、陽極接合時の過電流により電蝕が生じやすい。そのため、電極３０５、３０６が断線した状態もしくは抵抗が大きな状態になり、インターコネクション部における電極３０５、３０６どうしの電気的な導通を充分に確保できないことがあった。

また、過電流による電蝕で起きる電極３０５、３０６の断線又は導通不良は、電極３０５、３０６に融点が高いＲｕ（ルテニウム）（ビッカース硬度：２２０〜３５０Ｈｖ）などを用いることにより解消することができる。しかしながら、Ａｕの代わりにＲｕを用いると、Ｒｕは融点が高い分だけ硬度が高いので、両基板３０１、３０２の陽極接合時に電極３０５、３０６が充分に潰れきらないことがある。そのため、電極３０５、３０６の厚みが大きい場合には、図２に示すようにアンカー部３０３と固定基板３０２の陽極接合部分が浮き上がって隙間Ｓを生じ、基板３０１、３０２どうしの接合不良が発生することがある。このような接合不良が生じると、ダイシングなどの製造工程中に基板３０１、３０２どうしが剥がれてしまう恐れがあるため、静電マイクロリレーの製造時の歩留まりが悪くなっていた。

特開２００３−１３６４９６号公報

本発明は上記のような技術的課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、２枚の基板を確実に接合することができ、かつ、両基板に設けられた電極どうしも確実に電気的に接続することができる半導体装置の電気的接続構造を提供することにある。

本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造は、第１の基板の一部と第２の基板の一部とが接合され、前記第１の基板に設けた第１の電気的接続部と前記第２の基板に設けた第２の電気的接続部とが互いに圧接されて電気的に接続された半導体装置の電気的接続構造であって、前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させたとき、前記第１の電気的接続部と前記第２の電気的接続部が第１の基板と第２の基板の間に挟みこまれて互いに押圧されるような関係を有し、前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方に、その近傍の領域よりも弾性の小さな領域が形成されていることを特徴としている。

本発明の半導体装置の電気的接続構造によれば、第１の基板と第２の基板とを接合させることにより、第１の電気的接続部と第２の電気的接続部を第１の基板と第２の基板の間に挟みこむことによって押圧して圧着させているので、電気的接続部どうしの接続作業を簡略に行なうことができる。しかも、第１の基板の接合部分と第１の電気的接続部の中間か、第２の基板の接合部分と第２の電気的接続部分の中間か、少なくともいずれか一方にその近傍の領域よりも弾性の小さな領域を形成しているので、第１又は第２の電気的接続部の高さ（厚み）が大きい場合や硬度が高くて押し潰されない場合には、弾性の小さな領域が歪むことによって第１又は第２の基板に発生する応力が吸収又は緩和され、第１の基板と第２の基板とを接合する妨げにならない。よって、本発明によれば、第１及び第２の電気的接続部を確実に圧着させながら、第１の基板と第２の基板とを隙間無く確実に接合させることができ、ダイシングなどの製造工程で基板どうしが剥がれることがなく、不良品発生率を低減させて製造時の歩留まりを向上させることができる。

本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造のある実施態様は、前記第１の電気的接続部又は前記第２の電気的接続部のうち少なくとも一方が、金属層によって形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、金属層を基板の表面に形成することで第１又は第２の電気的接続部を構成しているので、電気的接続部どうしを確実に導通させることができ、また、任意の種類の基板を使用することができる。また、本発明によれば、電気的接続部を金属層によって形成する場合でも、金属層の厚みに高い精度を要求する必要がないので、製造工程を簡略にすることができる。

特に、Ｒｕは融点が高いので、第１又は第２の電気的接続部をＲｕで形成すれば、両基板の陽極接合時に電気的接続部が過電流によって電蝕されて断線及び接続不良が発生する恐れが小さくなり、電気的接続部分の信頼性が向上する。一方、Ｒｕは硬度も高くて潰れにくいが、本発明の電気的接続構造によれば、両基板間に固い電気的接続部が挟まっていても、弾性の小さな領域が弾性的に変形することで両基板どうしの接合が妨げられない。

本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造のさらに別な実施態様は、前記第１の基板の前記第１の電気的接続部又は前記第２の基板の前記第２の電気的接続部は、前記第１の基板又は前記第２の基板に設けた窪み内に設けられていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、電気的接続部分を設ける部分で基板間の間隙が大きくなるので、比較的厚い電気的接続部を設けることが可能になる。

本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造のさらに別な実施態様は、前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方にスリット状の溝を設けることにより、前記弾性の小さな領域を形成したことを特徴としている。スリット状の溝を設けると、その部分で第１又は第２の基板が撓み易くなり、第１又は第２の基板が撓むことで応力を吸収又は緩和することができる。なお、スリット状の溝の数、間隔、深さ等は特に限定されず、電気的接続部分の厚みや材質などに応じて適当に設計すればよい。

本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造は、前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方に、その近傍の領域よりも厚みの薄い領域を設けることにより、前記弾性の小さな領域を形成したことを特徴としている。厚みの薄い領域を設けると、その部分で第１又は第２の基板が変形し易くなり、第１又は第２の基板が変形することで応力を吸収又は緩和することができる。

本発明にかかるマイクロマシンリレーは、本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造を備えている。よって、基板どうしの剥離や、電気的接続部分の導通不良などの問題が起こりにくく、マイクロマシンリレーの信頼性を向上させることができる。なお、このマイクロマシンリレーは、無線装置、計測装置、携帯情報端末などに使用することができる。

本発明にかかる静電容量型センサは、本発明にかかる半導体装置の電気的接続構造を備えている。よって、基板どうしの剥離や、電気的接続部分の導通不良などの問題が起こりにくく、静電容量型センサの信頼性を向上させることができる。

なお、以上説明した本発明の構成要素は、可能な限り任意に組み合わせることができる。

以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。ただし、本発明は以下に説明する実施例に限定されるものでないことは勿論である。

図３は本発明の実施例１による半導体装置、すなわち静電マイクロリレー１１（マイクロマシンリレー）を示す斜視図である。図４は静電マイクロリレー１１の分解斜視図である。図５は静電マイクロリレー１１の平面図である。図６は図５に示したＸ−Ｘ線に沿った断面を示す静電マイクロリレー１１の断面図である。

静電マイクロリレー１１は、ベース部１２と可動基板１３によって構成される。ベース部１２にあっては、ガラス基板からなる固定基板１０１の上面に金属膜からなる２本の信号線１０２、１０３が形成されている。信号線１０２、１０３は、その端部が固定基板１０１上面の中央部で互いに小さな隙間を隔てて対向しており、対向する端部がそれぞれ固定接点１０４、１０５となっている。

固定基板１０１上面の信号線１０２、１０３の両側には、信号線１０２、１０３に比べて面積の大きな固定電極１０６が設けられており、両側の固定電極１０６は固定接点１０４、１０５間の隙間を通って電気的に導通している。また、固定電極１０６の表面は絶縁膜１１０によって覆われている。各固定電極１０６の両端部にはそれぞれ、固定電極１０６に導通した固定電極パッド１０７が設けられている。固定基板１０１上面の１つのコーナー部には、可動電極パッド１０９、配線１０８及び接合電極１１１（電気的接続部）が設けられており、可動電極パッド１０９と接合電極１１１は配線１０８を介して電気的に導通している。なお、固定基板１０１上において、信号線１０２、１０３と固定電極１０６は互いに電気的に絶縁されており、また、可動電極パッド１０９は、信号線１０２、１０３及び固定電極１０６のいずれとも電気的に絶縁されている。

図７は可動基板１３を示す下面図である。可動基板１３はＳｉによって形成されている。図４及び図７に示すように、可動基板１３のほぼ中央には可動接点領域１２１が設けられており、可動接点領域１２１の両側には、弾性支持部１２２を介して可動電極１２３が設けられている。両可動電極１２３の外縁部には、スリットを切り込むことによって弾性屈曲部１２８が設けられており、弾性屈曲部１２８の先端部下面には固定基板１０１と接合させるためのアンカー部１２４ａ、１２４ｂが設けられている。また、図６に示すように可動接点領域１２１の下面には、酸化膜（ＳｉＯ_２）や窒化膜（ＳｉＮ）からなる絶縁層１２５を介して金属等の導電性材料からなる可動接点１２６が設けられている。

図６及び図７に示すように、一方のアンカー部１２４ａの端部側に位置する一部領域には、ウェットエッチングやドライエッチング等のエッチングによって下部を除去するようにして窪み状の段差部１２９が形成されている。段差部１２９の天面には、蒸着やスパッタ等によってＲｕ等からなる接合電極１２７（電気的接続部）が設けられている。アンカー部１２４ａの段差部１２９に隣接する領域（アンカー部１２４ａのうち段差部１２９を形成されなかった領域）は固定基板１０１と接合させるための接合部１３１となっており、アンカー部１２４ａの下面において段差部１２９と接合部１３１との間には上方へ向けてスリット溝１３０が１本切入されている。なお、段差部１２９及びスリット溝１３０はアンカー部１２４ａの幅方向に亘って端から端まで形成されている。他方のアンカー部１２４ｂは固定基板１０１と接合する機能しか持たないので、段差部や電極は設けられておらず、全体が接合部となっている。もっとも、アンカー部１２４ｂもアンカー部１２４ａと同じ構造にすることは差し支えない。

可動基板１３は、アンカー部１２４ａ、１２４ｂの底面を陽極接合によって固定基板１０１に接合することによってベース部１２の上で弾性的に支持されている。なお、陽極接合とは、簡単に説明すると、数百℃の温度下で可動基板１３側を陽極として固定基板１０１と可動基板１３の間に高電圧を加えることにより、電気的二重層を発生させて静電引力により２枚の基板を接合する技術のことである。こうしてベース部１２の上に可動基板１３が接合される結果、２つの可動電極１２３はそれぞれ固定電極１０６と対向している。また、可動接点領域１２１の可動接点１２６は、固定接点１０４、１０５間を跨ぐようにして両接点１０４、１０５の上方に位置している。

さらに、アンカー部１２４ａを固定基板１０１の上面に接合させる際、アンカー部１２４ａの接合電極１２７は、固定基板１０１上の接合電極１１１に重ねられる。よって、アンカー部１２４ａを固定基板１０１の上面に接触させながら陽極接合すると、接合電極１２７と接合電極１１１は、段差部１２９の天面と固定基板１０１の上面との間に挟みこまれて圧着され電気的に接続される。この結果、可動基板１３の両可動電極１２３は、弾性屈曲部１２８→接合電極１２７→接合電極１１１→配線１０８という経路を経て可動電極パッド１０９に導通しており、可動電極パッド１０９から可動電極１２３に電圧を印加できる。以下、このインターコネクション部の構成を詳述する。

図８（ａ）（ｂ）は、インターコネクション部において接合電極１２７と接合電極１１１が圧着される様子を模式的に表わした断面図である。一方のアンカー部１２４ａの下面には段差部１２９が設けられており、段差部１２９の天面にはＲｕ等の硬度の高い金属材料からなる接合電極１２７が蒸着やスパッタ等によって形成されている。固定基板１０１の上の接合電極１１１も、Ｒｕ等の硬度の高い金属材料で蒸着やスパッタ等により形成されている。図８（ａ）に示すように、接合部１３１の下面１３２（接合部分）から段差部１２９の天面まで垂直に測った高さをｈ、接合電極１２７の厚みをａ、接合電極１１１の厚みをｂとするとき、段差部１２９の高さｈは、接合電極１２７の厚みａと接合電極１１１の厚みｂとの和よりも小さくなるように形成されており、
ｈ＜ａ＋ｂ
となっている。ここで段差部１２９の高さｈは、接合電極１２７と接合電極１１１の成膜時の厚みのばらつきを考慮したとき、一般的に接合電極１２７の厚みａと接合電極１１１の厚みｂの和の最小値として見積もることのできる値よりも小さくなるようにしている。例えば、段差部１２９の高さｈが、接合電極１２７の厚みａの設計値と接合電極１１１の厚みｂの設計値の和よりも０.４μｍ程度小さくなるようにしている。

段差部１２９はアンカー部１２４ａの先端部（自由端側）に設けられており、スリット溝１３０はエッチングやダイシング等によって段差部１２９と接合部１３１の間に設けられている。スリット溝１３０の幅及び高さは特に限定されないが、アンカー部１２４ａの強度やアンカー部１２４ａによる接合電極１２７の押圧力等を考慮して決めればよい。一例を挙げると、断面の厚みが約２０μｍ、横幅が約１００μｍの弾性屈曲部１２８に対して、スリット溝１３０の長さを約１００μｍ、幅を約１０μｍ、深さを約５μｍとした。

従って、アンカー部１２４ａを固定基板１０１の上面の所定領域（接合部分）に接合する際に、接合電極１２７を接合電極１１１の上に重ねると、接合部１３１の下面１３２は固定基板１０１の上面からわずかに浮き上がる。陽極接合によって接合するとき、アンカー部１２４ａと固定基板１０１の上面との間には静電引力が働くので、この静電引力によって接合電極１２７と接合電極１１１が若干押し潰されたり、接合電極１２７が接合電極１１１内に埋まり込んだりするが、接合電極１１１、１２７の変形だけでは段差部１２９の高さｈと両電極１１１、１２７の厚みの和ａ＋ｂとの差を吸収できない場合には、図８（ｂ）に示すようにスリット溝１３０の位置でアンカー部１２４ａが撓むことによって接合部１３１の下面１３２が固定基板１０１の上面に接触し、アンカー部１２４ａと固定基板１０１とが接合される。すなわち、接合電極１２７と接合電極１１１を圧着させながらアンカー部１２４ａを固定基板１０１に接合させる際に発生する応力はスリット溝１３０の位置でアンカー部１２４ａが撓むことによって緩和される。よって、この実施例においては、接合電極１２７や接合電極１１１として硬度の高い金属を用いてもアンカー部１２４ａと固定基板１０１とを確実に接合させることができ、アンカー部１２４ａが固定基板１０１から剥がれる恐れがない。また、段差部１２９の高さｈや接合電極１２７、１１１の膜厚ａ、ｂのばらつきが大きくても、接合電極１２７と接合電極１１１をしっかりと圧着させることができるので、段差部１２９や接合電極１２７、１１１などに高い寸法精度を要求する必要が無く、静電マイクロリレー１１の製造工程を簡略にすることができる。さらに、硬度の高い金属材料は一般に融点も高いので、接合電極１２７や接合電極１１１の融点が高くなり、過電流による電蝕等による接合電極１２７、１１１どうしの接合不良が発生しにくくなり、接合電極１２７、１１１どうしを確実に導通させることができる。

上記のような構造の静電マイクロリレー１１においては、可動電極パッド１０９及び固定電極パッド１０７間につなげられている電源（図示せず）をオンにして電圧を加えると、対向している可動電極１２３と固定電極１０６の間に静電吸引力が発生する。静電吸引力が発生すると、可動電極１２３が固定電極１０６側に吸引され、まず可動接点１２６の両端が固定接点１０４、１０５に接触して固定接点１０４、１０５間を閉じ、２本の信号線１０２、１０３を電気的に導通させる。可動接点１２６が固定接点１０４、１０５に接触した後も、さらに可動電極１２３は固定電極１０６に引き付けられ、絶縁膜１１０を介して固定電極１０６に吸着される。これによって、可動接点１２６は弾性支持部１２２の弾性力によって固定接点１０４、１０５に当接させられる。

また、可動電極パッド１０９及び固定電極パッド１０７間の電源（図示せず）をオフにして固定電極１０６と可動電極１２３の間に印加されていた電圧を除くと、可動電極１２３と固定電極１０６との間の静電引力が消失するので、弾性屈曲部１２８及び弾性支持部１２２の弾性復帰力により可動電極１２３が固定電極１０６から離間し、同時に可動接点１２６が固定接点１０４、１０５から速やかに離間して信号線１０２、１０３間が電気的に遮断される。

次に、上記静電マイクロリレー１１の製造方法を説明する。図９〜図１３は、上記のような可動基板１３とベース部１２との接合方法を用いた静電マイクロリレー１１の製造工程を示す断面図である。なお、図９〜図１３は静電マイクロリレー１１の製造工程を、図５のＸ−Ｘ線断面で表わした模式図である。まず、固定基板１０１を準備し（図９（ａ））、固定電極１０６、信号線１０２、１０３、配線１０８、可動電極パッド１０９、接合電極１１１及び固定電極パッド１０７となる位置に通電用電極層１４１と接合用電極層１４２を順次形成する（図９（ｂ））。なお、本実施例において、固定基板１０１には、パイレックス（登録商標）などのガラス基板を用いる。また、通電用電極層１４１はＡｕなどの導電性を有する材料で形成し、接合用電極層１４２は、Ｒｕのような硬度の高い金属で形成する。続いて、固定電極１０６となる位置の接合用電極層１４２をエッチングにより除去する（図９（ｃ））。固定電極１０６上に絶縁層１１０を形成してベース部１２が完成する。また、接合用電極層１４２を除去しなかった箇所は、それぞれ信号線１０２、１０３、配線１０８、可動電極パッド１０９、接合電極１１１及び固定電極パッド１０７となる（図９（ｄ））。

次に、可動基板１３を得るためには、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板１５０を準備する。ＳＯＩ基板１５０は、Ｓｉ基板１５１の下面に絶縁膜であるＳｉＯ_２層１５２が形成されており、その下面には導電性を有するように不純物をドーピングしたＳｉ層１５３が形成されたものである。なお、Ｓｉ基板１５１及びＳｉ層１５３の表面は、酸化膜１５４によって覆われている（図１０（ａ））。

ＳＯＩ基板１５０にエッチングを施してＳｉ層１５３の表面の酸化膜１５４を剥離させると共にＳｉ層１５３を一部除去し、所定位置にスリット溝１３０を形成すると共に可動接点領域１２１を凹設する（図１０（ｂ））。さらに、Ｓｉ酸化膜をマスクとしてＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）によるウェットエッチングを行い、アンカー部１２４ａ、１２４ｂを下面側に突出させる（図１０（ｃ））。このとき、スリット溝１３０をマスクから露出させておいてエッチングすることにより、スリット溝１３０が目的とする深さまでエッチングされる。さらに、アンカー部１２４ａの一部をエッチングして段差部１２９を形成する（図１１（ａ））。

ついで、Ｓｉ層１５３の表面全体に絶縁層１２５を形成し、段差部１２９において絶縁層１２５を剥離させて段差部１２９を絶縁層１２５から露出させておく。この状態で蒸着やスパッタ等の方法によってＲｕ等の硬度の高い金属材料を堆積させ、可動接点領域１２１において絶縁層１２５の上に可動接点１２６を形成すると共に絶縁層１２５から露出した段差部１２９の上面に接合電極１２７を形成する（図１１（ｂ））。この後、可動接点１２６の下の絶縁層１２５だけを残して、Ｓｉ層１５３の表面の絶縁層１２５をエッチング等で除去すれば、Ｓｉ基板１５１の下面に可動基板１３が出来上がる（図１１（ｃ））。

次に、ベース部１２と可動基板１３を位置合わせし、図８（ａ）（ｂ）において説明したように、可動基板１３に設けられているアンカー部１２４ａを固定基板１０１の上面に陽極接合すると共に、接合電極１２７と接合電極１１１とを圧着させて電気的に導通させる（図１２（ａ）及び（ｂ））。なお、可動基板１３の上にＳｉ基板１５１があってアンカー部１２４ａが撓みにくい場合であっても、スリット溝１３０の近傍で段差部１２９が撓むので、アンカー部１２４ａの接合部１３１を確実に固定基板１０１に接合させることができる。

この後、Ｓｉ基板１５１上に露出している酸化膜１５４をエッチング除去し、さらにＳｉ基板１５１をＴＭＡＨ、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液を用いて除去する（図１３（ａ））。ついで、フッ素系エッチング液でＳｉＯ_２層１５２を除去し、Ｓｉ層１５３の上面を露出させる。そして、ＲＩＥ等を用いたドライエッチングで可動基板１３の不要な部分を除去することにより、可動基板１３を最終形状に仕上げ、静電マイクロリレー１１を完成する（図１３（ｂ））。

なお、実施例１においては、１つの静電マイクロリレー１１の製造プロセスについて説明したが、複数のベース部１２及び可動基板１３を集合基板（ウエハ）上に形成して一度に複数の静電マイクロリレー１１を作製し、ダイシングなどにより個々の静電マイクロリレー１１に分離するようにしてもよい。

以上説明したように、スリット溝１３０を形成することにより、スリット溝１３０位置でアンカー部１２４ａが変形して、ベース部１２と可動基板１３ａの陽極接合時に接合電極１１１と接合電極１２７の接合部で発生する応力を緩和して、接合部１３１と固定基板１０１の接合する箇所に応力が伝わらず、接合部１３１と固定基板１０１が隙間なく接触して強固に接合される。したがって、電極部分の導通不良やダイシングにおける可動基板１３の剥離などが発生しにくく、静電マイクロリレー１１の製造時の不良品発生率を低減させることができ、信頼性の高い静電マイクロリレー１１を製造することができる。また、スリット溝１３０は従来の製造プロセスを用いて製造可能であるため、新たに煩雑な工程を追加する必要がない。

また、スリット溝１３０が変形して応力を緩和させるようにしているので、接合電極１２７及び接合電極１１１の厚みは、従来の接合方法のような高い精度で形成する必要がなく、静電マイクロリレー１１の製造時の歩留まりを向上することができる。さらに、接合電極１２７及び接合電極１１１にＲｕなどの硬度が高い金属を利用することができるので、陽極接合時の過電流による電蝕が生じにくく、接合電極１２７と接合電極１１１の電気的接続を確実に確保できるとともに静電マイクロリレー１１の製造時の歩留まりを向上させることができる。

実施例１においては、Ｓｉ基板とガラス基板を接合する場合について説明したが、本発明は、Ｓｉ基板とＳｉ基板の接合、またガラス基板とＧａＡｓなどの化合物半導体基板の接合にも適用することができる。さらに、基板どうしの接合方法は、陽極接合法だけでなく、Ｓｉ基板とＳｉ基板の直接接合法、水ガラスを用いて基板同士を接合する方法などを用いることができる。

また、接合電極１２７及び接合電極１１１は、Ｒｕの代わりに任意の導電性材料を使用することができる。例えば、接合電極１２７及び接合電極１１１には、硬度が高く、融点が高いＭｏ、Ｗ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｔａなどの金属を用いることができる。硬度としては、ビッカース硬度が一般的に用いられているので、参考として図１４に各種金属のビッカース硬度を示す。

上記スリット溝１３０のように、段差部１２９の近傍に溝を設けることによりアンカー部１２４ａの剛性を部分的に小さくして接合電極１２７と接合電極１１１とを接合させる際の応力を緩和させることができるが、溝の断面形状、幅、深さ或いは位置などは、目的を達成できるものであれば種々可能である。図１５（ａ）は実施例１の変形例によるインターコネクション部の構造を示す断面図である。この変形例においては、段差部１２９と接合部１３１との間に、奥で狭くなるようにしてテーパーの付されたくさび状の溝１３３を設けている。また、図１５（ｂ）は実施例１の別な変形例によるインターコネクション部の構造を示す断面図である。この変形例においては、段差部１２９と接合部１３１との間に、奥で狭くなるようにしてテーパーの付された台形の溝１３４を設けている。これらくさび状の溝１３３や台形の溝１３４のようにテーパーの付いた溝を形成する場合には、単結晶Ｓｉからなる可動基板１３を用いて異方性エッチングの性質を利用することにより、容易にテーパーのついた溝を形成することができる。さらに、くさび状の溝１３４のようにＶ溝状に形成する場合は、ダイシングブレードで切り込むことによっても形成することができ、Ｖ溝の開き角もダイシングブレードの種類を交換することにより調節することができる。

図１６（ａ）は実施例１のさらに別な変形例によるインターコネクション部の構造を示す断面図である。この変形例においては、段差部１２９と接合部１３１の間に比較的幅の広い角形の溝１３５を設け、ある程度の長さにわたってアンカー部１２４ａの一部分の厚みを他の部分に比べて薄くしたものである。角形の溝１３５は、実施例１の１本のスリット溝１３０に比べてアンカー部１２４ａの撓みを大きくすることができるので、効率よく応力を緩和してインターコネクション部の圧着力を保ちながら、アンカー部１２４ａの下面１３１と固定基板１０１との接合部分に応力が伝達しにくくできる。さらに、図１６（ｂ）に示すように、角形の溝１３５は、アンカー部１２４ａの長さ方向に沿って深さが次第に変形していてもよい。このように、角形の溝１３５の深さを変化させることにより、アンカー部１２４ａの溝１３５を設けられている部分のバネ定数を調節することができる。

また、図１７は実施例１のさらに別な変形例を示すインターコネクション部の断面図である。この変形例においては、段差部１２９の端部に適宜間隔をあけて複数本のスリット溝１３０を設けている。かかる変形例によれば、スリット溝１３０の本数や間隔、各スリット溝１３０の深さを変化させることにより、スリット溝１３０を設けられている箇所におけるアンカー部１２４ａのバネ定数を調節することができる。つまり、スリット溝１３０が１本の場合と比べてバネ定数を調節するための自由度が増す。したがって、効率よく応力を緩和して構造信頼性の高い接合を得ることができる。また、複数のスリット溝１３０を設けることによって、応力を分散させて応力の集中を回避することができるのでアンカー部１２４ａにかかる負荷を軽減させることができ、可動基板１３の強度を確保できる。

図１８（ａ）（ｂ）は本発明の実施例２による静電マイクロリレーのインターコネクション部の構造を示す断面図である。実施例２においては、固定基板１０１の上面にＲｕ等の硬度の高い金属材料により接合電極１１１、配線１０８及び可動電極パッド１０９が形成されている。可動基板１３のアンカー部１２４ａには、接合部１３１と段差部１２９とが設けられており、接合部１３１と段差部１２９との間にスリット溝１３０（溝の形状や数は特に問わない。上記変形例を参照）が形成されている。実施例２では、段差部１２９の天面には接合電極１２７は設けられていない。しかして、段差部１２９の天面を接合電極１１１の上面に圧着させて段差部１２９と接合電極１１１を電気的に導通させ、その状態で接合部１３１の下面１３２を固定基板１０１の上面に陽極接合している。

この実施例では、図１８（ａ）に示すように、段差部１２９の高さｈが接合電極１１１の厚みｂよりも小さくなっており、段差部１２９と固定基板１０１の間に接合電極１１１を挟みこむようにして接合部１３１の下面１３２全体を固定基板１０１の上面に接合させている。したがって、接合電極１１１の硬度が高くて接合部１３１を接合させる力では接合電極１１１が押し潰されない場合であっても、図１８（ｂ）に示すように、スリット溝１３０の位置でアンカー部１２４ａが撓むことによって応力が緩和される。よって、接合部１３１の下面１３２が固定基板１０１の上面から浮き上がることがなく、接合部１３１の下面１３２を固定基板１０１の上面に面接触させて確実に陽極接合させることができる。

実施例２の静電マイクロリレーでは、可動基板１３の段差部１２９と接合電極１１１を確実に圧着させつつアンカー部１２４ａと接合電極１１１とを確実に接合させることができるので、アンカー部１２４ａと固定基板１０１との間の剥離を防止することができ、静電マイクロリレーの信頼性を向上させることができる。また、実施例１のように段差部１２９に接合電極１２７を設ける必要がなくなるので、製造工程を簡略にすることができる。

図１９は本発明の実施例３による静電容量型センサ２００の構造を示す分解斜視図である。静電容量型センサ２００は、静電容量の変化により圧力を検知する圧力センサなどに用いられるものである。静電容量型センサ２００は、主としてベース部２０２とカバー基板２０３によって構成されている。カバー基板２０３は、その下面に金属膜によって円形の対向電極２１２が形成されている。また、対向電極２１２から引き出すようにして信号引出し線２１３が形成されており、信号引出し線２１３の他端は接合電極２１４となっている。

ベース部２０２は、Ｓｉ基板などの半導体基板２２０によって構成されている。半導体基板２２０の、対向電極２１２と対向する領域には、半導体基板２２０を上面側及び下面側からエッチングすることによって薄膜状のダイアフラム（感圧部）が形成されており、当該ダイアフラムに例えばイオン拡散やイオン打ち込み等によって導電性を付与して可動電極２２３が形成されている。

半導体基板２２０の上面には、可動電極２２３を備えたセンサ領域２２１に隣接して端子領域２２２が設けられている。端子領域２２２の上面はセンサ領域２２１の上面よりも一段低くなっており、その上面には絶縁層２２６が形成されている。センサ領域２２１はカバー基板２０３とほぼ等しい面積を有しており、その上面には可動電極２２３の上面側空間と絶縁層２２６の上面とを結ぶようにしてエッチング等により配線溝２２４が凹設されている。配線溝２２４の両側部において半導体基板２２０の上面には、接合用突起部２２５が突設されている。端子領域２２２の絶縁層２２６の上には、２つの電極パッド２２９ａと２２９ｂとが設けられている。一方の電極パッド２２９ａからは配線溝２２４内へ向けて配線２３０が延出されており、配線溝２２４内において配線２３０の端部が接合電極２２７となっている。また、接合電極２２７の近傍において、配線溝２２４の底面には全幅にわたってスリット溝２２８が垂直に切入されている。他方の電極パッド２２９ｂは、適宜手段例えば絶縁層２２６にあけたスルーホール等を通して可動電極２２３と電気的に導通させられている。

カバー基板２０３は、半導体基板２２０のセンサ領域２２１の上に重ねて置かれ、対向電極２１２が可動電極２２３に対向させられると共に、信号引出し線２１３が配線溝２２４内に納められる。ここで、接合電極２１４の厚みと接合電極２２７の厚みの和は、配線溝２２４の深さよりも大きくなっているので、センサ領域２２１の上にカバー基板２０３を重ねると、接合電極２１４と接合電極２２７とが圧接する。この状態で、カバー基板２０３とベース部２０２との間に高電圧を加えて接合用突起部２２５を押し潰すようにしてカバー基板２０３の下面をセンサ領域２２１の上面に陽極接合で接合させる。このとき、接合電極２１４や接合電極２２７がＲｕのような硬度の高い金属材料でできている場合には、カバー基板２０３とベース部２０２の間に発生する静電引力では両電極２１４、２２７が十分に潰れない。しかし、図２０に示すようにスリット溝２２８の縁で配線溝２２４の底面が撓ませられることによってカバー基板２０３が浮き上がるのが防止され、カバー基板２０３と半導体基板２２０とが確実に接合される。

しかして、この静電容量型センサ２００にあっては、可動電極２２３の下面にガスや液体等の圧力が加わると、可動電極２２３が撓んで可動電極２２３と対向電極２１２との間の静電容量が変化するので、測定用パッド２２９ａと測定用パッド２２９ｂの間の電圧を計測することによって圧力を計測することができる。よって、この静電容量型センサ２００は、接合電極２１４と接合電極２２７を確実に圧着させるととともに、ベース部２０２と可動基板２０３を隙間なく確実に接合させることができ、静電容量型センサ２００の信頼性を高めることができる。また、ダイシングなどの製造工程でカバー基板２０３とベース部２０２が剥がれることがなく、製品歩留まりを向上させることができる。

次に、静電マイクロリレーを用いた機器について説明する。図２１は本発明にかかる静電マイクロリレー２６１を用いた無線装置２５１を示す概略図である。この無線装置２５１では、静電マイクロリレー２６１が、内部回路２６２とアンテナ２６３の間に接続されており、静電マイクロリレー２６１をオン、オフすることによって内部回路２６２がアンテナ２６３を通じて送信又は受信可能な状態と、送信又は受信ができない状態とに切替えられるようになっている。

図２２は本発明にかかる静電マイクロリレー２６１を用いた計測装置２５２を示す概略図である。この計測装置２５２では、静電マイクロリレー２６１が、内部回路２６４から測定対象物（図示せず）に至る各信号線２６５の途中に接続されており、各静電マイクロリレー２６１をオンオフすることにより、測定対象物を切り替えられるようになっている。

図２３は本発明にかかる静電マイクロリレー２６１を用いた温度管理装置（温度センサ）２５３を示す概略図である。この温度管理装置２５３は、電源、制御機器等の温度に対するセーフティ機能を必要とする装置２６６に取付けられており、対象とする装置２６６の温度を監視して該対象装置２６６の回路２６７をオン、オフする。例えば、対象装置２６６の使用限界が１００℃以上１時間であるとすると、温度管理装置２５３は対象装置２６６の温度を計測し、装置２６６が１００℃以上の温度で１時間動作していることを検知すると、温度管理装置２５３内の静電マイクロリレー２６１が強制的に回路２６７を遮断する。

図２４は本発明にかかる静電マイクロリレーを用いた携帯電話その他の携帯情報端末２５４を示す概略図である。この携帯情報端末２５４では２つの静電マイクロリレー２６１ａ、２６１ｂが用いられている。一方の静電マイクロリレー２６１ａは内部アンテナ２６８と外部アンテナ２６９を切り替える働きをしており、他方の静電マイクロリレー２６１ｂは信号の流れを送信回路側の電力増幅器２７０と受信回路側の低ノイズ増幅器２７１とに切り替えられるようにしている。

本発明にかかる静電マイクロリレーは、信頼性の高い構造となっているので、長時間繰り返して静電マイクロリレーをＯＮ／ＯＦＦするような装置に組み込んで使用した場合でも故障の発生率を減少させることができる。

図１は、従来の半導体装置の電気的接続構造を示す断面図である。 図２は、従来の半導体装置における基板どうしの接合不良状態を説明する断面図である。 図３は、実施例１にかかる静電マイクロリレーの斜視図である。 図４は、実施例１にかかる静電マイクロリレーの分解斜視図である。 図５は、実施例１にかかる静電マイクロリレーの平面図である。 図６は、図５のＸ−Ｘ線断面図である。 図７は、実施例１の静電マイクロリレーに用いられる可動基板の下面図である。 図８（ａ）（ｂ）は、実施例１の静電マイクロリレーにおいて、接合電極どうしを圧着させると共に接合部を固定基板に接合させる手順を示す断面図である。 図９（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、実施例１にかかる静電マイクロリレーの製造工程を示す図である。 図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図９（ｄ）の続図である。 図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、図１０（ｃ）の続図である。 図１２（ａ）（ｂ）は、図１１（ｃ）の続図である。 図１３（ａ）（ｂ）は、図１２（ｂ）の続図である。 図１４は、各種金属のビッカース硬度を表わした図である。 図１５（ａ）は実施例１の変形例を示す断面図、図１５（ｂ）は、実施例１の別な変形例を示す断面図である。 図１６（ａ）は、実施例１のさらに別な変形例を示す断面図、図１６（ｂ）は、実施例１のさらに別な変形例を示す断面図である。 図１７は、実施例１のさらに別な変形例を示す断面図である。 図１８（ａ）（ｂ）は、実施例２にかかる半導体装置の電気的接続構造を説明する断面図である。 図１９は、実施例３にかかる静電容量型センサの分解斜視図である。 図２０は、実施例３にかかる静電容量型センサのインターコネクション部の断面図である。 図２１は、本発明にかかる静電マイクロリレーを用いた無線装置である。 図２２は、本発明にかかる静電マイクロリレーを用いた計測装置である。 図２３は、本発明にかかる静電マイクロリレーを用いた温度管理装置である。 図２４は、本発明にかかる静電マイクロリレーを用いた携帯情報端末である。

符号の説明

１１ 静電マイクロリレー
１２ ベース部
１３ 可動基板
１０１ 固定基板
１０４、１０５ 固定接点
１０６ 固定電極
１１１ 接合電極
１２３ 可動電極
１２４ａ、１２４ｂ アンカー部
１２６ 可動接点
１２７ 接合電極
１２８ 弾性屈曲部
１２９ 段差部
１３０ スリット溝
１３１ 接合部
１３２ 下面
１３３ くさび状の溝
１３４ 台形の溝
１３５ 角形の溝
２００ 静電容量型センサ
２０２ ベース部
２０３ カバー基板
２１２ 対向電極
２１３ 信号引出し線
２１４ 接合電極
２２０ 半導体基板
２２３ 可動電極
２２４ 配線溝
２２６ 絶縁層
２２７ 接合電極
２２８ スリット溝

Claims (11)

1. 第１の基板の一部と第２の基板の一部とが接合され、前記第１の基板に設けた第１の電気的接続部と前記第２の基板に設けた第２の電気的接続部とが互いに圧接されて電気的に接続された半導体装置の電気的接続構造であって、
   前記第１の基板と前記第２の基板とを接合させたとき、前記第１の電気的接続部と前記第２の電気的接続部が第１の基板と第２の基板の間に挟みこまれて互いに押圧されるような関係を有し、
   前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方に、その近傍の領域よりも弾性の小さな領域が形成されていることを特徴とする半導体装置の電気的接続構造。
2. 前記第１の電気的接続部又は前記第２の電気的接続部のうち少なくとも一方は、金属層によって形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の電気的接続構造。
3. 前記第１又は第２の電気的接続部を構成する金属層の少なくとも一部はＲｕからなることを特徴とする、請求項２に記載の半導体装置の電気的接続構造。
4. 前記第１の基板の前記第１の電気的接続部又は前記第２の基板の前記第２の電気的接続部は、前記第１の基板又は前記第２の基板に設けた窪み内に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の電気的接続構造。
5. 前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方にスリット状の溝を設けることにより、前記弾性の小さな領域を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の電気的接続構造。
6. 前記第１の基板の前記接合部分と前記第１の電気的接続部の中間と、前記第２の基板の前記接合部分と前記第２の電気的接続部分の中間との少なくとも一方に、その近傍の領域よりも厚みの薄い領域を設けることにより、前記弾性の小さな領域を形成したことを特徴とする、請求項１に記載の半導体装置の電気的接続構造。
7. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の電気的接続構造を備えたマイクロマシンリレー。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置の電気的接続構造を備えた静電容量型センサ。
9. 請求項７に記載されたマイクロマシンリレーを備えた無線装置。
10. 請求項７に記載されたマイクロマシンリレーを備えた計測装置。
11. 請求項７に記載されたマイクロマシンリレーを備えた携帯情報端末。

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