JP2009047650A - センサ装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】動作安定性および信頼性の向上を図れるセンサ装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】センサ装置は、加速度センサであり、センサ基板１のフレーム部１１（つまり、センサ基板１の周部）と各パッケージ用基板２，３とで囲まれる気密空間内にセンサ基板１の重り部１２と各撓み部１３と各ピエゾ抵抗とで構成されるセンサ機能部が配置されており、上述の気密空間が減圧状態となっている。各パッケージ用基板２，３がセンサ基板１と同じ外形寸法に形成され、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されてなる。カバー層４は、窒化シリコンなどの無機材料により形成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、加速度センサ、赤外線センサ、ジャイロセンサなどのセンサ装置およびその製造方法に関するものである。

近年、センサ機能部を有するセンサ基板と少なくとも１枚のパッケージ用基板とが接合され、チップサイズパッケージ（Chip Size Package：ＣＳＰ）を有するセンサ装置として、ウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ装置が各所で研究開発されており、センサ基板とパッケージ用基板とを半田などを用いることなく直接接合してなるセンサ装置が提案されている。

この種のセンサ装置としては、例えば、図１９に示すように、第１の半導体基板１０を用いて形成されたセンサ基板１と、第２の半導体基板２０を用いて形成されセンサ基板１の一表面側（図１９の上面側）に接合された第１のパッケージ用基板２と、第３の半導体基板３０を用いて形成されセンサ基板１の他表面側（図１９の下面側）に接合されたパッケージ用基板３とを備えたものが提案されている。

ここにおいて、図１９に示したセンサ装置のセンサ基板１は、矩形枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一方向へ延長された２つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されており、各撓み部１３にそれぞれ２つのピエゾ抵抗が形成され、これら４つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように接続されている。また、センサ基板１の上記一表面側のパッケージ用基板２には、センサ基板１のブリッジ回路に電気的に接続される貫通孔配線２４が形成されており、センサ基板１側とは反対側の表面に、貫通孔配線２４に電気的に接続された外部接続用電極２５が形成されている。図１９に示した例では、第１の半導体基板１０としてＳＯＩ基板を用い、第２の半導体基板２０および第３の半導体基板３０としてそれぞれシリコン基板を用いており、第センサ基板１とパッケージ用基板２とは、接合用の金属層同士が金属−金属の常温接合により直接接合され、センサ基板１とパッケージ用基板３とは、Ｓｉ−Ｓｉの常温接合により直接接合されている。

なお、従来から、センサ装置の小型化および低コスト化のために、シリコン基板同士を接合してセンサ装置を製造する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−１３１１７０号公報

ところで、図１９に示した構成のセンサ装置では、センサ基板１のフレーム部１１（つまり、センサ基板１の周部）と各パッケージ用基板２，３とで囲まれる気密空間内にセンサ基板１の重り部１２と各撓み部１３と各ピエゾ抵抗とで構成されるセンサ機能部が配置されるが、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３それぞれとを直接接合した場合、接合界面の接合力や気密性が不十分となって、動作安定性や信頼性が低下してしまうことが懸念される。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、動作安定性および信頼性の向上を図れるセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、センサ機能部を有するセンサ基板と少なくとも１枚のパッケージ用基板とが重ねて接合されセンサ基板の周部とパッケージ用基板とで囲まれる気密空間内にセンサ基板のセンサ機能部が配置されたセンサ装置であって、パッケージ用基板がセンサ基板と同じ外形寸法に形成され、センサ基板の側面とパッケージ用基板の側面とに跨ってセンサ基板とパッケージ用基板との接合部位の気密性を高めるカバー層が形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、センサ基板の側面とパッケージ用基板の側面とに跨ってセンサ基板とパッケージ用基板との接合部位の気密性を高めるカバー層が形成されているので、動作安定性および信頼性の向上を図れる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記カバー層は、無機材料により形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記カバー層の材料として樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、前記カバー層の緻密性を高めることができ、気密性、耐湿性を高めることが可能となる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記無機材料は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、金属の群から選択されることを特徴とする。

この発明によれば、前記カバー層を半導体製造プロセスで一般的な化学的気相堆積法や物理的気相堆積法などの薄膜形成技術により形成することが可能となり、前記カバー層を容易に再現性良く形成できるとともにバッチ処理による生産性の向上が図れ、製造コストの低コスト化が可能となる。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３の発明において、前記センサ基板および前記パッケージ用基板は、それぞれシリコン系の半導体基板を用いて形成され、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが常温接合されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが常温接合されているので、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが半田などの低融点金属や樹脂などの有機材料の介在物を介して接合されている場合に比べて、前記カバー層の成膜温度の制約が少なくなり、前記カバー層の緻密性をより高めることが可能となり、前記センサ基板と前記パッケージ用基板との接合部位の気密性をより高めることが可能となる。

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４の発明において、前記カバー層は、前記パッケージ用基板の外部接続用電極と同一材料により形成され且つ外部接続用電極と同時に形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記カバー層を前記パッケージ用基板の外部接続用電極と同時に形成することができるので、製造プロセスの簡略化を図れ、低コスト化を図れる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５の発明において、前記気密空間が減圧状態であることを特徴とする。

この発明によれば、前記カバー層による動作安定性および信頼性の向上効果が大きい。

請求項７の発明は、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載にセンサ装置の製造方法であって、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とを常温接合する常温接合工程と、常温接合工程の後に前記カバー層を形成するカバー層形成工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、常温接合工程において前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが常温接合されるので、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが半田などの低融点金属や樹脂などの有機材料の介在物を介して接合されている場合に比べて、前記カバー層の成膜温度の制約が少なくなり、カバー層形成工程において形成する前記カバー層の緻密性をより高めることが可能となり、気密性が高くて動作安定性および信頼性の高いセンサ装置を提供することが可能となる。

請求項８の発明は、請求項７の発明において、前記カバー層形成工程では、前記カバー層を化学的気相堆積法もしくは物理的気相堆積法により形成することを特徴とする。

この発明によれば、前記カバー層を容易に再現性良く形成できるとともにバッチ処理による生産性の向上が図れ、製造コストの低コスト化が可能となる。

請求項１の発明では、気密性を高めて動作安定性および信頼性の向上を図れるという効果がある。

請求項７の発明では、気密性が高くて動作安定性および信頼性の高いセンサ装置を提供することが可能となるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態のセンサ装置は、加速度センサであって、図１に示すように、第１の半導体基板１０を用いて形成されたセンサ基板１と、第２の半導体基板２０を用いて形成されセンサ基板１の一表面側（図１の上面側）に接合されたパッケージ用基板（以下、第１のパッケージ用基板と称す）２と、第３の半導体基板３０を用いて形成されセンサ基板１の他表面側（図１の下面側）に接合されたパッケージ用基板（以下、第２のパッケージ用基板と称す）３とを備え、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されている。ここで、本実施形態におけるカバー層４は、第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１側とは反対側の表面にもカバー層４が連続して形成されている。

第１の半導体基板１０としては、シリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩ基板を採用し、第２の半導体基板２０としては、第１のシリコン基板を採用し、第３の半導体基板３０としては、第２のシリコン基板を採用している。要するに、本実施形態では、各半導体基板１０，２０，３０として、シリコン系の半導体基板を用いている。本実施形態では、ＳＯＩ基板における支持基板１０ａの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度、絶縁層１０ｂの厚さを０．３μｍ〜１．５μｍ程度、シリコン層１０ｃの厚さを４μｍ〜１０μｍ程度とし、また、第１のシリコン基板の厚さを２００μｍ〜３００μｍ程度、第２のシリコン基板の厚さを１００〜３００μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、ＳＯＩ基板の主表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。なお、第１の半導体基板１０としては、ＳＯＩ基板に限らず、シリコン基板を採用してもよい。

センサ基板１は、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１内側に配置される重り部１２が上記一表面側において可撓性を有する２つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されており、各撓み部１３にそれぞれ２つのピエゾ抵抗（図示せず）が形成され、これら４つのピエゾ抵抗がブリッジ回路を構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。本実施形態では、各ピエゾ抵抗それぞれが、センサ基板１におけるセンシング部を構成し、センサ基板１のフレーム部１１（つまり、センサ基板１の周部）と各パッケージ用基板２，３とで囲まれる気密空間内にセンサ基板１の重り部１２と各撓み部１３と各ピエゾ抵抗とで構成されるセンサ機能部が配置されており、上述の気密空間が減圧状態となっている。なお、センサ基板１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成されており、重り部１２の周囲には撓み部１３を除いてフレーム部１１との間にスリット１４が形成されている。ここで、センサ基板１は、図１の右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、ｚ軸方向の加速度を検出することができる。

また、センサ基板１は、上述のブリッジ回路の２つの入力端子および２つの出力端子が、上記一表面側（つまり、第１のパッケージ用基板２側）に第１の電気接続用金属層１９として設けられており、第１のパッケージ用基板２に形成された貫通孔配線２４と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板１には、４つの第１の電気接続用金属層１９が形成され、第１のパッケージ用基板２には、４つの貫通孔配線２４が形成されている。なお、４つの第１の電気接続用金属層１９は、フレーム部１１上に形成されている。

また、センサ基板１のフレーム部１１上には、フレーム部１１よりも開口面積が大きな枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の４つの第１の電気接続用金属層１９は、フレーム部１１において第１の封止用金属層１８よりも内側に配置されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８の幅寸法をフレーム部１１の幅寸法に比べて小さく設定し、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とを同一平面上に形成してある。

ここにおいて、センサ基板１は、上記一表面側において上記シリコン層１０ｃ上にシリコン酸化膜からなる絶縁膜１６が形成されており、第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８は絶縁膜１６の同一レベル面上に同一厚さで形成されている。

また、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜１６との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、絶縁膜１６の同一レベル面上に形成された下層のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同時に形成することができるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同じ厚さに形成することができる。ここで、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を３０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を２００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例である。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。なお、センサ基板１は、各Ａｕ膜と絶縁膜１６との間に密着性改善用の密着層として、Ｔｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆなどの高融点金属、これら高融点金属の窒化物、炭化物などでもよい。

第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側（図１における下面側）の表面に、センサ基板１の重り部１２と各撓み部１３とで構成される可動部の変位空間を確保する変位空間形成用凹部２１が形成されるとともに、変位空間形成用凹部２１の周部に厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、４つ）の貫通孔２２が形成されており、厚み方向の両面と各貫通孔２２の内面とに跨って熱酸化膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｌ合金、Ａｕ、Ａｇなどの低抵抗金属や、Ｗ、低抵抗Ｓｉなど、化学気相堆積法（ＣＶＤ法）による貫通孔２２内への埋込が容易な材料を採用してもよい。

また、第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において変位空間形成用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数（本実施形態では、４つ）の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側の表面の周部には、全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の４つの第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されて電気的に接続されており、他端側の部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、第１のパッケージ用基板２の周方向において貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、長手方向が第２の封止用金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。

また、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、絶縁膜２３の同一レベル面上に形成された下層のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成された上層のＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同時に形成することができるとともに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同じ厚さに形成することができる。ここで、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、Ｔｉ膜の膜厚を３０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を２００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例である。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。なお、第１のセンサ基板１は、各Ａｕ膜と絶縁膜１６との間に密着性改善用の密着層として、Ｔｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｈｆなどの高融点金属、これら高融点金属の窒化物、炭化物などでもよい。

また、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。

第２のパッケージ用基板３は、センサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。ここにおいて、凹部３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してあるが、重り部１２のうち支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向への重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、第２のパッケージ用基板３に凹部３１を形成しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が重り部１２と第２のパッケージ用基板３との間に形成される。

また、カバー層４は、窒化シリコン膜により形成されているが、カバー層４の材料は無機材料であればよく、窒化シリコンに限定するものではなく、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、金属の群から選択される無機材料が望ましい。なお、カバー層４は、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面にも、外部接続用電極２５を覆わないように形成してもよい。

ところで、上述の加速度センサにおけるセンサ基板１と第１のパッケージ用基板２とは、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが直接接合されるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とが直接接合され、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とは、互いの対向面の周部同士が直接接合されている。また、本実施形態の加速度センサの製造にあたっては、例えば、図２（ａ）に示すように、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とを直接接合し、その後、図２（ｂ）に示すように、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２とを接合してから、図２（ｃ）に示すように、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４を形成すればよい。

ここにおいて、本実施形態では、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合方法として、常温接合法を採用している。常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で接合する。本実施形態では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とを常温接合するのと同時に、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを常温接合しており、また、上述の常温接合法により、常温下でセンサ基板１のフレーム部１１と第２のパッケージ用基板３の周部とを常温接合している。

また、カバー層４は物理的気相堆積法（ＰＶＤ法）の一種であるスパッタ法により形成しているが、スパッタ法に限らず、他のＰＶＤ法やＣＶＤ法により形成してもよい。なお、スパッタ法によれば、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウムなどを形成することができる。ここで、カバー層４の材料として窒化シリコンや窒化アルミニウムを採用する場合には、例えばアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスあるいは窒素ガスを用いたＲＦスパッタ法において基板温度を２００℃以上とすれば緻密性の高い膜を形成することができ、カバー層４の材料として酸化アルミニウムを採用する場合には、例えばアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガスあるいは酸素ガスを用いたＲＦスパッタ法において基板温度を２００℃以上とすれば緻密性の高い膜を形成することができるが、スパッタ法はＲＦスパッタ法に限らず、他のスパッタ法でもよい。また、カバー層４の材料として多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化シリコン、酸化シリコンなどを採用する場合には、比較的低温で高品質な膜が形成可能なプラズマＣＶＤ法を利用することが好ましいが、他のＣＶＤ法を利用してもよい。

上述の加速度センサの製造方法では、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３とを常温接合する常温接合工程と、常温接合工程の後にカバー層４を形成するカバー層形成工程とを備えており、常温接合工程においてセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３とが常温接合されるので、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３とが半田（例えば、ＡｕＳｎ、ＡｕＧｅ）などの低融点金属や樹脂などの有機材料の介在物が存在せず、介在物の融点などの特性により後工程のプロセス温度が制限されないから、すなわち、カバー層４の成膜温度の制約が少なくなるから、カバー層形成工程において形成するカバー層４の緻密性をより高めることが可能となり、気密性が高くて動作安定性および信頼性の高いセンサ装置を提供することが可能となる。

ところで、上述の加速度センサの製造にあたっては、常温接合工程が終了するまでの全工程をウェハレベルで行うようにしてウェハレベルパッケージ構造体を形成してから、センサ基板１のサイズに基づいて規定した所望のサイズにダイシング工程により分割し、その後、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４を形成するようにすれば、各パッケージ用基板２，３とセンサ基板１とが同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。

以上説明した本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されているので、真空気密、耐湿気密を確保でき、動作安定性および信頼性の向上を図れる。なお、本実施形態のセンサ装置は、センサ基板１のフレーム部１１（つまり、センサ基板１の周部）と各パッケージ用基板２，３とで囲まれる気密空間が減圧状態なので、カバー層４による動作安定性および信頼性の向上効果が大きい。

また、本実施形態では、カバー層４が、無機材料により形成されているので、カバー層４の材料として樹脂などの有機材料を採用する場合に比べて、カバー層４の緻密性を高めることができ、気密性、耐湿性を高めることが可能となる。ここで、上述の無機材料として、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、金属の群から選択される材料を用いることにより、カバー層４を半導体製造プロセスで一般的なＣＶＤ法やＰＶＤ法などの薄膜形成技術により形成することが可能となり、カバー層４を容易に再現性良く形成できるとともにバッチ処理による生産性の向上が図れ、製造コストの低コスト化が可能となる。

また、本実施形態の加速度センサでは、第１の封止用金属層１８と第１の電気接続用金属層１９とが、同一の金属材料により同一レベル面上に同一厚さで形成されるとともに、第２の封止用金属層２８と第２の電気接続用金属層２９とが、同一の金属材料により同一レベル面上に同一厚さで形成されているので、封止用金属層１８，２８同士の接合信頼性および電気接続用金属層１９，２９同士の接合信頼性を高めることが可能になるとともに、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合時の荷重の制御が容易になる。

また、本実施形態では、センサ基板１、第１のパッケージ用基板２、および第２のパッケージ用基板３がシリコン系の半導体基板１０，２０，３０を用いて形成されているので、センサ基板１と各パッケージ用基板２，３との線膨張率差に起因した応力（センサ基板１における残留応力）が上記ブリッジ回路の出力信号に与える影響を低減でき、各パッケージ用基板２，３がセンサ基板１と異なる材料により形成されている場合に比べて、センサ特性のばらつきを低減することができる。

（実施形態２）
本実施形態のセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図３に示すように、カバー層４が形成されている範囲が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ところで、実施形態１のセンサ装置では、第１のパッケージ用基板２の側面にもカバー層４が形成されているので、貫通孔配線２４の構造や材料などにより、カバー層形成工程における加熱温度や雰囲気が制限され、カバー層４の材料が制限されたり、成膜条件が制限を受けることもあり得る。

これに対して、本実施形態のセンサ装置は、カバー層４が、センサ基板１の側面と第２のパッケージ用基板３の側面と第２のパッケージ用基板３の表面とに跨って形成されている点では実施形態１と同じであるが、第１のパッケージ用基板２の側面には形成されていない点で相違している。

しかして、本実施形態のセンサ装置では、第１のパッケージ用基板２における貫通孔配線２４の構造や材料などによってカバー層４の材料や成膜条件が制限されるのを防止することが可能となり（ただし、この場合には、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とを直接接合した後にカバー層４を形成してから、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２とを直接接合する製造プロセスを採用することになる）、緻密性のより高いカバー層４の形成が可能となり、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３との接合部位の気密性を高めることが可能となる。

（実施形態３）
本実施形態のセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、図４に示すように、カバー層４が形成されている範囲が相違するだけである。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

ところで、実施形態１のセンサ装置では、カバー層４が第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１側とは反対側の表面にも連続して形成されているので、カバー層４に応力が発生した場合、センサ装置全体に歪が発生し、センサ装置のセンサ特性やセンサ特性の再現性が低下してしまうことが考えられる。

これに対して、本実施形態のセンサ装置では、カバー層４が第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１側とは反対側の表面に形成されていないので、カバー層４に応力が発生しても、センサ装置全体に発生する歪を低減することができ、センサ装置のセンサ特性およびセンサ特性の再現性の低下を防止することが可能となる。

（実施形態４）
図５に示す本実施形態のセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、カバー層４が、第１のパッケージ用基板２の外部接続用電極２５と同一材料（金属などの導電性材料）により形成され且つ外部接続用電極２５と同時に形成されている点に特徴がある。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるカバー層４は、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面にも形成されており、１個の外部接続用電極２５と連続し他の外部接続用電極２５と分離されて電気的に絶縁されているが、第１のパッケージ用基板２の上記表面側において全ての外部接続用電極２５と分離されて電気的に絶縁されるようにパターニングしてもよい。

ところで、実施形態１〜３のセンサ装置では、カバー層４と外部接続用電極２５とで材料が異なっており、カバー層４を形成するカバー層形成工程と外部接続用電極２５を形成する外部接続用電極形成工程とを別々に行う必要がある。

これに対して、本実施形態のセンサ装置では、カバー層４を第１のパッケージ用基板２の外部接続用電極２５と同時に形成することができるので、製造プロセスの簡略化を図れ、低コスト化を図れる。

（実施形態５）
以下、本実施形態のセンサ装置について図６〜図１３を参照しながら説明する。

本実施形態のセンサ装置の基本構成は実施形態１と略同じであって、センサ基板１の構造などが相違する。すなわち、実施形態１の加速度センサは１軸方向の加速度を検出する１軸加速度センサであるのに対して、本実施形態の加速度センサは３軸方向の加速度を検出する３軸加速度センサである点で相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。

センサ基板１は、図９に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。

重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ基板１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ基板１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ基板１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ基板１の他表面側（図６の下面側）へ離間して位置している。

ところで、図９（ａ），（ｂ）それぞれの右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ基板１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。

重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図９（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図９（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図１０における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図９（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図９（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図１０における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。

また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図１０における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。

なお、図６〜図９では、センサ基板１における金属配線１７のうち第１の電気接続用金属層１９近傍の部位のみを図示してあり、拡散層配線の図示は省略してある。

ここで、センサ基板１の動作の一例について説明する。

いま、センサ基板１に加速度がかかっていない状態で、センサ基板１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図１０に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図１０に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図１０に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図１０に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、重り部１２と各撓み部１３とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４それぞれが、センサ基板１におけるセンシング部を構成し、重り部１２と各撓み部１３と各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４とでセンサ機能部を構成している。

ところで、センサ基板１は、図１０に示すように、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２とを備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が、上記一表面側（つまり、第１のパッケージ用基板２側）に第１の電気接続用金属層１９として設けられており、第１のパッケージ用基板２に形成された貫通孔配線２４と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板１には、８つの第１の電気接続用金属層１９が形成され、第１のパッケージ用基板２には、８つの貫通孔配線２４が形成されている。なお、８つの第１の電気接続用金属層１９は、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、フレーム部１１の周方向に離間して配置されている（矩形枠状のフレーム部１１の４辺それぞれに２つずつ配置されている）。

また、センサ基板１のフレーム部１１上には、フレーム部１１よりも開口面積が大きな枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の８つの第１の電気接続用金属層１９は、フレーム部１１において第１の封止用金属層１８よりも内側に配置されている。要するに、本実施形態においても、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８の幅寸法をフレーム部１１の幅寸法に比べて小さく設定し、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とを同一平面上に同一の金属材料により同一厚さで形成してある。

上述の各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線は、上記シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成されており、上述の金属配線１７は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ合金膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線１７は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。また、第１の電気接続用金属層１９と金属配線１７とは、第１の電気接続用金属層１９における金属配線１７との接続部位１９ｂ（図８（ｂ）参照）が、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１との対向面に形成された後述の変位空間形成用凹部２１内に位置する形で電気的に接続されている。

第１のパッケージ用基板２には、図１１および図１２に示すように、変位空間形成用凹部２１の周部に８つの貫通孔配線２４が当該第１のパッケージ用基板２の周方向に離間して形成されている。

また、第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において変位空間形成用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数（本実施形態では、８つ）の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部には、全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の８つの第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されて電気的に接続されており、他端側の部位がセンサ基板１の金属配線１７よりも外側でセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、第１のパッケージ用基板２の周方向において貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、長手方向が第２の封止用金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。

第２のパッケージ用基板３は、図６および図１３に示すように、センサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。なお、本実施形態では、第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してあるが、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂのうち支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向への重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、第２のパッケージ用基板３に凹部３１を形成しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が重り部１２と第２のパッケージ用基板３との間に形成される。

以上説明した本実施形態のセンサ装置においても、実施形態１と同様、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されているので、動作安定性および信頼性の向上を図れる。なお、カバー層４の形成部位は、必ずしも実施形態１と同様である必要はなく、他の実施形態２〜４のいずれかと同様でもよい。

（実施形態６）
以下、本実施形態のセンサ装置について図１４〜図１６を参照しながら説明する。

本実施形態のセンサ装置である加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、センサ基板１に、ＣＭＯＳを用いた集積回路（ＣＭＯＳ ＩＣ）であってセンシング部と協働する集積回路が形成されたＩＣ領域部Ｅ２を設けてある点などが実施形態５と相違する。ここにおいて、上記集積回路は、実施形態５にて説明したブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したＥＥＰＲＯＭなどが集積化されている。なお、実施形態５と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態におけるセンサ基板１は、図１４および図１６に示すように、実施形態５にて説明したフレーム部１１の一部、重り部１２、各撓み部１３、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４などが形成されたセンサ領域部Ｅ１と、上記集積回路が形成された上述のＩＣ領域部Ｅ２と、実施形態５にて説明した第１の封止用金属層１８などが形成された接合領域部Ｅ３とを備え、平面視において中央部に位置するセンサ領域部Ｅ１をＩＣ領域部Ｅ２が囲み、ＩＣ領域部Ｅ２を接合領域部Ｅ３が囲むように各領域部Ｅ１〜Ｅ３のレイアウトが設計されている。ここで、本実施形態では、実施形態１におけるセンサ基板１のフレーム部１１の外形寸法を大きくしてあり（言い換えれば、フレーム部１１の幅寸法を大きくしてあり）、フレーム部１１に上記集積回路を形成してある。

ところで、センサ基板１のＩＣ領域部Ｅ２では、多層配線技術を利用してセンサ基板１における当該ＩＣ領域部Ｅ２の占有面積の縮小化を図っている。このため、センサ基板１のＩＣ領域部Ｅ２では、シリコン層１０ｃ上のシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６の表面側に、層間絶縁膜やパッシベーション膜などからなる多層構造部４１が形成され、上記パッシベーション膜の適宜部位を除去することにより複数のパッド４２を露出させてあり、各パッド４２が金属材料（例えば、Ａｕなど）からなる引き出し配線４３を介して接合領域部Ｅ３の絶縁膜１６上の第１の電気接続用金属層１９と電気的に接続されている。ここで、本実施形態では、引き出し配線４３の材料と第１の電気接続用金属層１９の材料とを同じとして、引き出し配線４３と第１の電気接続用金属層１９とが連続する形で形成されている。なお、ＩＣ領域部Ｅ２に形成された複数のパッド４２には、信号処理回路を通してセンシング部と電気的に接続されるものと、信号処理回路を通さずにセンシング部と電気的に接続されるものがあるが、いずれにしても、第１のパッケージ用基板２の貫通孔配線２４とセンシング部とが電気的に接続されることとなる。

また、本実施形態では、実施形態５と同様に、第２の半導体基板２０を用いて形成された第１のパッケージ用基板２および第３の半導体基板３０を用いて形成された第２のパッケージ用基板３がセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されており、本実施形態における第１のパッケージ用基板２は、実施形態５にて説明した変位空間形成用凹部２１の開口面の投影領域内にセンサ領域部Ｅ１およびＩＣ領域部Ｅ２が収まるように変位空間形成用凹部２１の開口面積を実施形態５に比べて大きくしてあり、ＩＣ領域部Ｅ２の多層構造部４１が変位空間形成用凹部２１内に配置されるようになっている。

以上説明した本実施形態のセンサ装置においても、実施形態５と同様、センサ基板１の側面と各パッケージ用基板２，３の側面とに跨ってセンサ基板１と各パッケージ用基板２，３との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されているので、動作安定性および信頼性の向上を図れる。なお、カバー層４の形成部位は、必ずしも実施形態５と同様である必要はなく、他の実施形態２〜４のいずれかと同様でもよい。

（実施形態７）
以下、本実施形態のセンサ装置について図１７および図１８を参照しながら説明する。

本実施形態のセンサ装置は、センサ基板１と、センサ基板１の一表面側に接合されたパッケージ用基板２とを備え、センサ基板１の側面とパッケージ用基板２の側面とに跨ってカバー層４が形成されている。ここにおいて、本実施形態のセンサ装置は、赤外線センサであり、センサ基板１に、センサ機能部としての熱型赤外線検出部１１３が形成されており、パッケージ用基板２は、センサ基板１の一表面側において熱型赤外線検出部１１３を囲みセンサ基板１との間にキャビティ１３０が形成される形で接合されている。センサ基板１およびパッケージ用基板２の外周形状は矩形状であり、パッケージ用基板２はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。また、本実施形態では、センサ基板１の基礎となる第１の半導体基板１０として、シリコン基板を用いている。なお、実施形態６と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を適宜省略する。また、図１７は、図１８をＡ−Ａ’で階段状に切断し矢印の方向から見た場合の概略の断面図に対応するものである。

センサ基板１は、第１の半導体基板１０と当該第１の半導体基板１０の主表面上に形成されたシリコン窒化膜からなる絶縁膜１６とで構成されるベース基板部１１２と、上述の熱型赤外線検出部１１３と、熱型赤外線検出部１１３とベース基板部１１２とを熱絶縁する断熱部１１４とを備えている。なお、本実施形態における断熱部１１４は、ベース基板部１１２の一表面から熱型赤外線検出部１１３が離間して配置されるように熱型赤外線検出部１１３を支持している。

断熱部１１４は、熱型赤外線検出部１１３を保持した保持部１１４ａと、保持部１１４ａとベース基板部１１２とを連結した２つの脚部１１４ｂ，１１４ｂとを有している。なお、断熱部１１４については、後述する。

熱型赤外線検出部１１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するボロメータ形のセンシングエレメントであり、保持部１１４ａ側のＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上のＴｉＮ膜とからなるセンサ層で構成されている。ここで、ＴｉＮ膜は、Ｔｉ膜の酸化防止膜として設けてある。なお、センサ層の材料としては、Ｔｉに限らず、例えば、アモルファスＳｉ、ＶＯｘなどを採用してもよい。また、熱型赤外線検出部１１３は、温度に応じて電気抵抗値が変化するセンシングエレメントに限らず、温度に応じて誘電率が変化するセンシングエレメント、サーモパイル型のセンシングエレメント、焦電型のセンシングエレメントなどを採用してもよく、いずれのセンシングエレメントを採用した場合でも、材料を適宜選択することで一般的な薄膜形成技術を利用して形成することができる。ここにおいて、温度に応じて誘電率の変化するセンシングエレメントの材料としては、例えば、ＰＺＴ、ＢＳＴなどを採用すればよい。

熱型赤外線検出部１１３は、平面形状が蛇行した形状（ここでは、つづら折れ状の形状）に形成されており、両端部が断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂに沿って延長された配線層１１５，１１５および当該配線層１１５，１１５に電気的に接続された引出し配線１１６，１１６を介してベース基板部１１２の周部の接合用領域部Ｅ３における絶縁膜１６上の第１の電気接続用金属層１９，１９と電気的に接続されている。ここにおいて、本実施形態におけるセンサ基板１では、引き出し配線１１６の一端部が配線層１１５上に形成されるとともに、他端部が絶縁膜１６上に形成された第１の電気接続用金属層１９上に形成されている。要するに、本実施形態におけるセンサ基板１では、熱型赤外線検出部１１３および配線層１１５，１１５が形成された断熱部１１４の表面と接合用領域部Ｅ３との間に段差が形成され、この段差に沿って引き出し配線１１６が形成されている。本実施形態では、配線層１１５，１１５の材料として、熱型赤外線検出部１１３を構成するセンサ層と同じ材料を採用しており（ここでは、Ｔｉ膜とＴｉＮ膜との積層膜）、配線層１１５，１１５と熱型赤外線検出部１１３とを同時に形成している。また、引き出し配線１１６，１１６の膜厚が第１の電気接続用金属層１９の膜厚よりも厚く設定してあるので、引き出し配線１１６，１１６の断線を防止することができる。

上述の断熱部１１４における脚部１１４ｂ，１１４ｂは、ベース基板部１１２の上記一表面側において立設された支持ポスト部１１４ｂ_２，１１４ｂ_２と、支持ポスト部１１４ｂ_２，１１４ｂ_２の上端部と保持部１１４ａとを連結した梁部１１４ｂ_１，１１４ｂ_１とで構成されており、保持部１１４ａとベース基板部１１２との間に間隙１１７が形成されている。ここで、保持部１１４ａの外周形状が矩形状であって、各梁部１１４ｂ_１，１１４ｂ_１は、保持部１１４ａの一側縁の長手方向の一端部から当該一側縁に直交する方向に延長され更に当該一側縁の上記一端部から他端部に向う方向に沿って延長された平面形状に形成されており、保持部１１４ａの厚み方向に沿った中心軸に対して回転対称性を有するように配置されている。なお、上述の配線層１１５，１１５の線幅は、当該配線層１１５，１１５を通した熱伝達を抑制するために梁部１１４ｂ_１，１１４ｂ_１の幅寸法よりも十分に小さく設定してある。また、支持ポスト部１１４ｂ_２，１１４ｂ_２は、引き出し配線１１６，１１６により補強されている。

また、上述の断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂおよび保持部１１４ａは、電気絶縁性を有する多孔質材料により形成されている。ここで、断熱部１１４の脚部１１４ｂ，１１４ｂおよび保持部１１４ａの多孔質材料として、多孔質の酸化シリコンの一種であるポーラスシリカを採用しているが、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマーの一種であるメチル含有ポリシロキサン、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの一種であるＳｉ−Ｈ含有ポリシロキサン、シリカエアロゲルなどを採用してもよく、多孔質材料として、多孔質の酸化シリコン、多孔質の酸化シリコン系有機ポリマー、多孔質の酸化シリコン系無機ポリマーの群から選択される材料を採用すれば、断熱部１１４の形成にあたっては、ゾルゲル溶液をベース基板部１１２の上記一表面側に回転塗布してから、乾燥させるプロセスを採用することができ、断熱部１１４を容易に形成することが可能となる。

ここにおいて、本実施形態における断熱部１１４は、多孔度が６０％のポーラスシリカ膜（多孔質シリコン酸化膜）により構成してあるが、多孔度が小さ過ぎると十分な断熱効果が得られず多孔度が大き過ぎると機械的強度が弱くなって構造形成が困難となるので、ポーラスシリカ膜の多孔度は例えば１０％〜８０％程度の範囲内で適宜設定すればよい。

上述のセンサ基板１では、断熱部１１４における保持部１１４ａが多孔質材料により形成されているので、保持部１１４ａがＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、保持部１１４ａの低熱容量化を図れ、応答速度のより一層の高速化を図れる。さらに、本実施形態におけるセンサ基板１では、断熱部１１４における脚部１１４ｂも多孔質材料により形成されているので、脚部１１４ｂがＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４などの非多孔質材料により形成されている場合に比べて、脚部１１４ｂの熱コンダクタンスを小さくできて高感度化を図れるとともに脚部１１４ｂの熱容量を小さくできて応答速度の高速化を図れるから、高性能化を図れる。

ところで、センサ基板１の接合用領域部Ｅ３では、実施形態６と同様、上述の絶縁膜１６上に、枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の複数の第１の電気接続用金属層１９が第１の封止用金属層１８よりも内側で絶縁膜１６上に形成されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用金属層１８と各電気接続用金属層１９とが、絶縁膜１６を下地層として同一レベル面上に同一厚さで形成されている。

一方、パッケージ用基板２は、センサ基板１とは別のシリコンウェハの一部からなる第２の半導体基板２０ｄにおいて、センサ基板１側の表面である一表面に、熱型赤外線検出部１１３を熱絶縁する熱絶縁用凹部１２１が形成されている。また、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部１２１の周部に、厚み方向に貫通する複数（本実施形態では、２個）の貫通孔配線２４が形成されている。ここにおいて、パッケージ用基板２は、熱絶縁用凹部１２１の開口面の投影領域内にセンサ基板１の熱型赤外線検出部１１３および断熱部１１４が収まるように熱絶縁用凹部１２１の開口面積を大きくしてある。なお、パッケージ用基板２における絶縁膜２３は、熱絶縁用凹部１２１の開口面の投影領域内には形成されていない。

また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において熱絶縁用凹部１２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。また、パッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部の全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の複数の第２の電気接続用金属層２９が第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている（ここで、第２の封止用金属層２８と各電気接続用金属層２９とは絶縁膜２３の同一レベル面上に同一厚さで形成してある）。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されており、他端側の部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。なお、本実施形態の赤外線センサでは、センサ基板１とパッケージ用基板２とを真空中で接合しており、センサ基板１とパッケージ用基板２とで囲まれた空間が真空雰囲気となっている。

以上説明した本実施形態のセンサ装置では、センサ基板１の側面とパッケージ用基板２の側面とに跨ってセンサ基板１とパッケージ用基板２との接合部位の気密性を高めるカバー層４が形成されているので、動作安定性および信頼性の向上を図れる。なお、カバー層４の形成部位は、必ずしも実施形態５と同様である必要はなく、他の実施形態３，４のいずれかと同様でもよい。

ところで、上述の実施形態７で説明した赤外線センサは、センサ基板１とセンサ基板１の一表面側に接合されたパッケージ用基板２とで構成されているが、センサ基板１の構造によっては、センサ基板１の他表面側にも別途にパッケージ用基板を封着する構造としてもよいことは勿論である。

また、上述の実施形態７で説明した赤外線センサは、熱型赤外線検出部１１３を１つだけ設けた赤外線センサであるが、熱型赤外線検出部１１３をセンサ基板１の一表面側において２次元アレイ状（マトリクス状）に配列し各熱型赤外線検出部１１３それぞれが画素を構成するようにした赤外線画像センサでもよい。

なお、上述の実施形態１〜６では、センサ装置としてピエゾ抵抗形の加速度センサを例示し、実施形態７では、センサ装置として熱型の赤外線センサを例示したが、本発明の技術思想は、ピエゾ抵抗形の加速度センサや熱型の赤外線センサに限らず、例えば、容量形の加速度センサやジャイロセンサなど他のセンサにも適用でき、容量形の加速度センサやジャイロセンサでは、可動電極を設けた重り部や可動電極を兼ねる重り部などが可動部並びにセンサ機能部を構成し、固定電極と可動電極とによりセンシング部を構成することとなる。

また、上述の各実施形態１〜７では、センサ基板１とパッケージ用基板２，３との接合方法として常温接合法を採用し、Ａｕ−Ａｕの組み合わせの常温接合やＳｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合により直接接合しているが、Ａｌ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｃｕ、Ｓｉ−ＳｉＯ_２、ＳｉＯ_２−ＳｉＯ_２、Ｓｉ−Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｓｉ_３Ｎ_４−Ｓｉ_３Ｎ_４などの組み合わせによる常温接合により直接接合するようにしてもよいし、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、または、これらの一つを成分とする合金を介在させてもよく、接合時に加熱を行う共晶接合やその他の接合方法により接合するようにしてもよい。

実施形態１のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 同上のセンサ装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態２のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 実施形態３のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 実施形態４のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 実施形態５のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 同上のセンサ装置の概略平面図である。 同上のセンサ装置を示し、（ａ）は図６の要部拡大図、（ｂ）は図７のＣ−Ｃ’概略断面図である。 同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ａ’概略断面図である。 同上におけるセンサ基板の回路図である。 同上における第１のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 同上における第１のパッケージ用基板の下面図である。 同上における第２のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。 実施形態６のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。 同上のセンサ装置を示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は他の要部概略断面図である。 同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。 実施形態７のセンサ装置（赤外線センサ）の概略断面図である。 同上におけるセンサ基板の概略斜視図である。 従来例のセンサ装置（加速度センサ）の概略断面図である。

符号の説明

１ センサ基板
２ パッケージ用基板（第１のパッケージ用基板）
３ パッケージ用基板（第２のパッケージ用基板）
４ カバー層
１０ 第１の半導体基板
１１ フレーム部
１２ 重り部
１３ 撓み部
１８ 第１の封止用金属層
１９ 第１の電気接続用金属層
２０ 第２の半導体基板
２５ 外部接続用電極
２８ 第２の封止用金属層
２９ 第２の電気接続用金属層
３０ 第３の半導体基板

Claims (8)

1. センサ機能部を有するセンサ基板と少なくとも１枚のパッケージ用基板とが重ねて接合されセンサ基板の周部とパッケージ用基板とで囲まれる気密空間内にセンサ基板のセンサ機能部が配置されたセンサ装置であって、パッケージ用基板がセンサ基板と同じ外形寸法に形成され、センサ基板の側面とパッケージ用基板の側面とに跨ってセンサ基板とパッケージ用基板との接合部位の気密性を高めるカバー層が形成されてなることを特徴とするセンサ装置。
2. 前記カバー層は、無機材料により形成されてなることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。
3. 前記無機材料は、多結晶シリコン、非晶質シリコン、窒化シリコン、酸化シリコン、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、金属の群から選択されることを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ装置。
4. 前記センサ基板および前記パッケージ用基板は、それぞれシリコン系の半導体基板を用いて形成され、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とが常温接合されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のセンサ装置。
5. 前記カバー層は、前記パッケージ用基板の外部接続用電極と同一材料により形成され且つ外部接続用電極と同時に形成されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のセンサ装置。
6. 前記気密空間が減圧状態であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のセンサ装置。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載にセンサ装置の製造方法であって、前記センサ基板と前記パッケージ用基板とを常温接合する常温接合工程と、常温接合工程の後に前記カバー層を形成するカバー層形成工程とを備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。
8. 前記カバー層形成工程では、前記カバー層を化学的気相堆積法もしくは物理的気相堆積法により形成することを特徴とする請求項７記載のセンサ装置の製造方法。

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