JP2009186378A

JP2009186378A - 支持基板及びそれを用いた静電容量型力学量検出センサ

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Publication number: JP2009186378A
Application number: JP2008028077A
Authority: JP
Inventors: Masashi Hirabayashi; 正史平林
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2008-02-07
Filing date: 2008-02-07
Publication date: 2009-08-20
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: JP5167848B2

Abstract

【課題】撓みを抑えた支持基板、またこの支持基板を用いて、センサ特性不良を抑制した静電容量型力学量検出センサを提供する。
【解決手段】支持基板１の上下を貫通する貫通孔１０を複数備えた静電容量型力学量検出センサ用支持基板１であって、前記複数の貫通孔１０は、開口幅が前記支持基板１の一方の面から他方の面に向かって狭くなっている順テーパー孔と、開口幅が前記支持基板１の一方の面から他方の面に向かって広くなっている逆テーパー孔と、を含む。つまり、支持基板１は異なる向きのテーパーの貫通孔１０を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持基板およびそれを用いたＭＥＭＳ、特にセンサ内に備えた容量素子の静電容量変化を検出することにより加速度、角速度を検出するタイプの静電容量型力学量検出センサ用支持基板及びそれを用いた静電容量型力学量検出センサに関する。

ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて小型で単純な構造を有する加速度センサあるいは角速度センサとして、静電容量素子を利用したタイプのセンサ（いわゆる静電容量型センサ）が実用化されている。加速度／角速度センサはビデオカメラの手ぶれ補正装置や、車載用エアバック装置、携帯電話などの携帯端末等の広い分野において用いられている。ＭＥＭＳ技術を用いて製造されるセンサはウエハ内に複数のチップを多面付けで配置することができ、ウエハレベルで加工するため大量生産に適している。近年、更なる大量生産に向けて製造に供するウエハの大口径化が進んでいる。

従来の静電容量型センサとして特許文献１のものがある。特許文献１には、上下に配置したガラス基板により半導体基板を挟持して構成された、多軸成分の加速度／角速度を検出可能なモーションセンサが開示されている。半導体基板には変位可能な重錘体を備え、該重錘体と上下のガラス基板に設けた固定電極との間の静電容量変化を測定し、その信号を外部に取り出すことで加速度／角速度を検出している。そのため、上下ガラス基板の一方に電気信号を取り出すためのスルーホール配線を有している。

しかしながら、特許文献１におけるスルーホール配線を有するガラス基板にあっては、ガラス基板にテーパー形状のスルーホール（貫通孔）を形成し、該スルーホールに対して導電膜を配置することでスルーホール配線を形成する。ガラス基板に設けられたスルーホールは全て同じ向き（ガラス基板の外側面の開口が、センサ構造体と対向する面の開口よりも広い）のテーパーを持ったスルーホールを有するため、ガラス基板自体に撓み（反り）が生じる。ガラス基板に生じた撓みが、該ガラス基板に接合される半導体基板に撓みに影響を及ぼすことが判った。上述の問題は製造に用いる基板が大口径化、薄型化するほど顕著にみられる。
撓みをもったガラス基板を用いて静電容量型力学量検出センサ、とりわけ多軸成分を検出可能な静電容量型力学量検出センサを製造すると、ガラス基板の撓みがセンサに影響を及ぼす。静電容量素子のギャップが軸ごとにばらつくため、他軸感度（検出信号に所望の信号検出軸以外の検出信号が混じる現象）や出力ゼロ点のズレといったセンサ特性の低下がみられることが判った。
特開２００７−２９２４９９号公報

そこで本発明は上記に鑑み、撓みを抑えた支持基板、またこの支持基板を用い、センサ特性不良を抑制した静電容量型力学量検出センサを提供することを目的とする。

本発明に係る支持基板は、支持基板の表裏を貫通する複数の貫通孔を備えた支持基板であって、前記複数の貫通孔は、開口幅が前記支持基板の一方の面から他方の面に向かって狭くなっている順テーパー孔と、開口幅が前記支持基板の一方の面から他方の面に向かって広くなっている逆テーパー孔と、を含むことを特徴とする。これにより、撓みを抑えた支持基板を提供することができる。

本発明に係る支持基板は、上記において前記順テーパー孔と前記逆テーパー孔とを略同数ずつ有することを特徴とする。向きの異なるテーパーを有する貫通孔が略同数ずつ存在することにより、それぞれの貫通孔によって生じる基板の撓みを相殺することができる。

本発明に係る支持基板は、上記において別体の半導体基板に多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップを支持するための支持基板であって、多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップ領域のうち、第１のチップ領域に配置された貫通孔は全て順テーパー孔で、第２のチップ領域に配置された貫通孔は全て逆テーパー孔で構成されていることを特徴とする。これにより、特性不良を抑制した静電容量型力学量検出センサを生産性良く製造できる。また、大口径のウエハに生じる基板の撓みを効果的に抑制することができる。

本発明に係る支持基板は、上記において別体の半導体基板に多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップを支持するための支持基板であって、多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップ領域のうち、第１のチップ領域に配置された貫通孔は全て順テーパー孔で、第２のチップ領域に配置された貫通孔は全て逆テーパー孔で構成されていることを特徴とする。これにより、特性不良を抑制した静電容量型力学量検出センサを生産性良く提供できる。また、大口径のウエハに生じる基板の撓みを効果的に抑制することができる。

本発明に係る支持基板は、上記において前記貫通孔内に導電性を有する導電部材を備えたことを特徴とする。これにより、導電部材によって生じる基板の撓みを抑制することができる。

本発明に係る静電容量型力学量検出センサは、開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを接続する接続部と、により構成されるセンサ構造体を備えた半導体基板と、前記半導体基板の上端と接合された上方支持基板と、前記半導体基板の下端と接合された下方支持基板と、前記上方支持基板の、前記半導体基板と接合される側に配設された上方電極と、前記下方支持基板の、前記半導体基板と接合される側に配設された下方電極と、を有し、前記上方支持基板、前記下方支持基板の少なくとも一方が、上記静電容量型力学量検出センサ用支持基板であることを特徴とする。これにより、センサ特性不良を抑制した静電容量型力学量検出センサを提供することができる。

本発明よれば、支持基板に設けられた貫通孔のテーパーの向きを一定とせず、互いに異なる向きの貫通孔を配置することで支持基板の撓みを抑えることができる。また、この支持基板を用いた静電容量型力学量検出センサにあっては、センサの歪みを防ぐことでセンサの特性不良を抑えることができる。

１．支持基板
以下、本発明に係る支持基板に係る実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明に係る支持基板の斜視図、図２は支持基板の断面図（図１におけるＡ−Ａ断面）である。

図１に示すように支持基板１には、基板の上下を貫通する貫通孔１０が複数存在している。この貫通孔は、図２に示すように支持基板１の上面から下に向かって開口幅が狭くなっている順テーパー孔１０ａと、支持基板１の上面から下に向かって開口幅が広くなっている逆テーパー孔１０ｂとから構成されている。図１では説明のため、所定領域に順テーパー孔１０ａと逆テーパー孔１０ｂが交互に、合計９個形成された例を示している。なお、「順テーパー」と「逆テーパー」とは支持基板１の上下の捉え方により呼称が異なるが、実質的には互いに異なる向きのテーパーを有する貫通孔をそれぞれ示している。

支持基板１は、Ｎａイオンなどの可動イオンを含むガラス（いわゆるパイレックス（登録商標）ガラス）、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂（ガラス入りエポキシ樹脂）などの絶縁材料、露出部分を絶縁処理された金属板、半導体材料などからなる。支持基板１は、例えば直径が６〜８インチのウエハであり、厚みが材料により適宜選択しうるが５０μｍ〜８００μｍである。一例としてパイレックス（登録商標）ガラスの場合、その厚みは３００μｍ〜６００μｍである。
貫通孔１０の開口は３０〜２００μｍの範囲であり、またテーパー角度（図２における９０度未満の角度θを指す）がが９０°であると貫通孔への導電部材の配設が困難となる。また、テーパー角度が小さい場合には開口の広がりが大きくなり、端子として用いたときに狭ピッチ化が困難となる。上記の点から貫通孔のテーパー孔の角度としては８０度以上９０度未満の角度の間であることが好ましい。ただし貫通孔１０に導電部材１１を形成する場合には、ある程度テーパー角度が小さいことが導電部材の付きまわりの点で有利である。

図３を参照して支持基板１の製造工程等について説明する。図３は本発明に係る支持基板の製造工程を示す模式図である。まず、上記に挙げた材料のいずれかよりなる支持基板１を準備する（図３（ａ））。

次に、サンドブラスト法により支持基板１に対して順テーパー孔１０ａを穿設する（図３（ｂ））。サンドブラスト法とは、基板の表面に圧縮した空気とともに研磨砥粒（砂）を吹付けて削る方法である。サンドブラスト法以外には、炭酸ガスレーザーの照射や、ＲＩＥ（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）により穿設することができる。なお、貫通孔を穿設する前に、支持基板１の上面と下面には予め所定のマスクを形成しておく。

先の加工開始面とは反対側から支持基板１に、上記の方法のいずれかにより貫通孔を穿設することで逆テーパー孔１０ｂを穿設する（図３（ｃ））。これにより、異なる向きのテーパーを持った貫通孔が配設された支持基板１を得る。

支持基板１を静電容量型力学量検出センサ用支持基板として用いる場合、貫通孔に導電性材料からなる導電部材１１を配設する。導電部材１１は貫通孔の内壁に沿って形成された導電膜でもよいし、はんだやＡｇロウ材料、充填（フィルド）めっき材等を用いることができる。静電容量型力学量検出センサの気密性を満たすのであれば、導電性ペーストを充填したものを用いることも可能である。導電膜としてはＣｒなどの密着膜上にＡｕ、Ａｌなどを蒸着やスパッタにより形成する。
図では支持基板１の上下面それぞれに対してスパッタ法や蒸着法により貫通孔の内壁に導電膜（シード層）を形成した後、電解めっきにより銅、銀、金、ニッケル等の導電材料を充填した場合を示している（図３（ｄ））。支持基板１の上面および下面から突出した導電部材１１は研磨により除去して、支持基板１を平坦化してもよい。

図４を参照して、支持基板１の全体について説明する。図４は静電容量型力学量検出センサ用支持基板の全体概観図である。支持基板１内に多面付けで複数のチップ領域２０が配置されている。チップ領域２０は後述する個々の静電容量型力学量検出センサチップが配置される領域である。図４（ａ）は各チップ領域２０内に順テーパー孔１０ａと逆テーパー孔１０ｂとが少なくとも１つずつ含まれた例を示す模式図である。実線が支持基板１の上面側の開口を表し、破線が支持基板１の下面側の開口を表している。順テーパー孔１０ａと逆テーパー孔１０ｂの数が略同数ずつであることが支持基板１の撓みを抑制する点で好ましい。略同数ずつ存在することで、一方の向きのテーパーの貫通孔による撓みと、他方の向きのテーパーの貫通孔による撓みが相殺し合うためである。
順テーパー孔の数と逆テーパー孔の数の比が、２：３〜３：２である場合を略同数程度とするものとする。支持基板１全体で略同数でもよいし、支持基板１においてウエハ中心を通る２直線によって囲まれる領域において略同数程度あればよい。

図４（ｂ）はチップ領域２０が順テーパー孔１０ａあるいは逆テーパー孔１０ｂのみからなり、順テーパー孔１０ａ、逆テーパー孔１０ｂを含む領域を含んでいる例を示す模式図である。支持基板全体を総計して順テーパー孔１０ａと逆テーパー孔１０ｂの数が略同数ずつであることが支持基板１の撓みを抑制する点で好ましい。また、図４（ｂ）において順テーパー孔１０ｂのみを含むチップ領域（第１のチップ領域２０ａ）と、逆テーパー孔１０ｂのみを含むチップ領域（第２のチップ領域２０ｂ）とが支持基板１の面内で略点対称に配置されていることが支持基板１の撓みを抑制する点で好ましい。順テーパー孔の数と逆テーパー孔の数の比が、２：３〜３：２である場合を略同数程度とするものとする。支持基板１全体で略同数でもよいし、支持基板１において第１〜４象限の領域において略同数程度あればよい。
上記の支持基板は、別体の半導体基板に形成したＭＥＭＳ（例えば、静電容量型力学量検出センサ）とウエハレベルで接合され、その後個片化することで各チップとして構成されるものである。

以上のように、支持基板１に異なる向きのテーパーの貫通孔を設けることで、支持基板１の撓みを抑制することができる。特に、貫通孔に導電部材を配設した場合、導電部材の応力、熱膨張による支持基板への影響を異なる向きのテーパーにより相殺することが可能である。支持基板１は、静電容量型力学量検出センサのみならず、デバイスを封止するための貫通配線付き支持基板として用いることができる。

２．静電容量型力学量検出センサ
次に上述の支持基板を用いた静電容量型力学量検出センサについて、図５〜図８を参照しながら説明する。図５は本発明に係る静電容量型力学量検出センサの分解斜視図である。静電容量型力学量検出センサ１００は、半導体基板Ｗを上方支持基板１４０と下方支持基板１５０とで挟持して構成されている。半導体基板Ｗは、後述するように開口を有するフレーム部（図５ではフレーム上部１１１が見えている）と、この開口内に配置された重錘体（図５では重錘体上部１１２が見えている）と、フレーム部と重錘体とを接続し、可撓性をもった接続部１１３より構成されたセンサ構造体を備える。静電容量型力学量検出センサ１００の外形は３〜５ｍｍの略正方形である。
なお、図５では半導体基板の面内に互いに直行する２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を設定し、この２軸に垂直な方向をＺ軸として定めている。静電容量型力学量検出センサ１００は３軸（ＸＹＺ）の加速度と２軸（ＸＹ）まわりの角速度をそれぞれ検出するものであり、５軸モーションセンサと呼ばれるタイプのセンサである。

図６は半導体基板Ｗの上面図および部分断面図である。半導体基板Ｗは活性層１１０、ＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層１２０、支持層１３０が順に積層された基板、いわゆるＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板である。活性層１１０はシリコンからなり、その厚みが例えば５μｍ〜２０μｍであり、可撓性を持つ接続部１１３を構成するために用いる。ＢＯＸ層１２０はシリコン酸化膜からなり、その厚みが例えば１〜２μｍである。ＢＯＸ層は活性層１１０と支持層１３０とを接合し、かつ活性層１１０および支持層１３０をエッチング加工する際のエッチングストッパ層としての機能を有している。支持層１３０は導電性を有するシリコンからなり、その厚みが例えば３００μｍ〜７００μｍであり、フレーム部（フレーム下部１３１）と重錘体（重錘体下部１３２）を構成するために用いる。

図６（ａ）に示した上面図は、半導体基板Ｗを活性層１１０から見た図である。フレーム上部１１１の開口内に鉛直視略クローバー形状の重錘体上部１１２が配置され、フレーム上部１１１と重錘体上部１１２とは接続部１１３により四方向（Ｘ正、Ｘ負、Ｙ正、Ｙ負）から接続されている。重錘体上部１１２の周囲には、１０個の配線用支柱上部１１４ａ〜ｊが図面のとおり配置されている（添え字のａ〜ｊの順は、電気的に接続する貫通配線部Ｐの添え字１〜１０の順に対応している）。なお、配線用支柱部については後述する。フレーム上部１１１、重錘体上部１１２、配線用支柱上部１１４には活性層１１０とＢＯＸ層１２０を貫通し、活性層１１０と支持層１３０とを電気的に導通する導通部１６０が配置されている。

図６（ｂ）および（ｃ）に示した断面図は、前述の上面図におけるＢ−Ｂ（Ｘ軸に沿って）、Ｃ−Ｃ（Ｙ軸に沿って）で切断した断面図である。フレーム下部１３１、重錘体下部１３２、配線用支柱下部１３４ａ〜ｊはＢＯＸ層１２０を介してそれぞれ、フレーム上部１１１、重錘体上部１１２、配線用支柱上部１１４ａ〜ｊと接合されている。接続部１１３は支持層１３０の厚肉部分と接合されておらず、薄肉部分のみで構成されるため可撓性を有している。

重錘体上部１１２は、フレーム上部１１１、配線用支柱上部１１４ａ〜ｊの上面に対して低くなっている。これは上方支持基板１４０と接合された際に重錘体が変位可能なようにギャップを設けている。同様に重錘体下部１３２は、フレーム下部１３１、配線用支柱下部１３４ａ〜ｊの下面に対してギャップを有して構成されている。このギャップは検出する信号の感度などにより適宜設定しうるが、例えば５μｍ〜１０μｍである。

図７は支持基板の上面図である。図７（ａ）は上方支持基板１４０を透視した上面図である。上方支持基板１４０の上面には外部回路との電気的接点となる電極パッドＰ１〜Ｐ１０、Ｐ１１を有し、該電極パッド領域内に、上方支持基板１４０を上下に貫通して導通をとる貫通配線部Ｔ１〜Ｔ１０、Ｔ１１が配置されている。なお、添え字の番号は対応している。
上方支持基板１４０の下面（活性層１１０と対向する側）には駆動電極１４１ａと固定電極１４１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１４１ａは内部配線Ｌ１を通じて貫通配線部Ｔ１と電気的に接続されている。固定電極１４１ｂ〜ｅは内部配線Ｌ３〜Ｌ６を通じて貫通配線部Ｔ３〜Ｔ６と電気的に接続されている。このように、駆動電極１４１ａと固定電極１４１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、駆動電極、固定電極については後述する。

貫通配線部Ｔ１〜Ｔ１０、Ｔ１１はそれぞれ順テーパー孔、逆テーパー孔のいずれかより構成されており、図面では順テーパー孔、逆テーパー孔とを交互に配置し、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ６、Ｔ８、Ｔ１０が順テーパー孔であり、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ７、Ｔ９、Ｔ１１が逆テーパー孔を配置している。

図７（ｂ）は下方支持基板１５０の上面図である。下方支持基板１５０の上面（支持層１３０と対向する側）には駆動電極１５１ａと固定電極１５１ｂ〜ｅが配置されている。駆動電極１５１ａは内部配線Ｌ２を通じて貫通配線部Ｔ２と電気的に接続されている。固定電極１５１ｂ〜ｅは内部配線Ｌ７〜Ｌ１０を通じて貫通配線部Ｔ７〜Ｔ１０と電気的に接続されている。このように、駆動電極１５１ａと固定電極１５１ｂ〜ｅからの電気信号を外部に取り出すことが可能である。なお、駆動電極、固定電極については後述する。

内部配線Ｌ１〜Ｌ１０は電極と接続され（実質的に境界はなく一体的に構成され）、かつ配線用支柱部と接触する領域まで延伸して存在している。Ｌ１は配線用支柱上部１１４ａと、Ｌ２は配線用支柱下部１３４ｂと、Ｌ３〜Ｌ６は配線用支柱上部１１４ｃ〜ｆと、Ｌ７〜Ｌ１０は配線用支柱下部１３４ｇ〜ｊと接続されている。配線用支柱部は前述したように導通部１６０が形成されているため、活性層１１０から支持層１３０にかけて電気的に導通し、配線用支柱部は「配線」としての機能を有している。

ここで静電容量型力学量検出センサの動作について述べながら、駆動電極と固定電極について説明する。本発明に係る静電容量型力学量検出センサ１００は加速度と角速度の双方を検出するセンサである。
加速度は、重錘体上部１１２および重錘体下部１３２と、駆動電極および固定電極とで形成した１０個の容量素子の静電容量変化により、重錘体（重錘体上部１１２と重錘体下部１３２の接合体）の変位を検出する。Ｘ、Ｙ軸方向の加速度は重錘体の傾き、Ｚ軸方向の加速度はＺ軸方向に沿った重錘体の変位を検出することで検出可能である。
角速度は、駆動電極１４１ａ、１５１ａに逆相の交流電圧を印加することで、重錘体（重錘体上部１１２と重錘体下部１３２の接合体）をＺ軸方向へ振動させ、その振動運動している重錘体にコリオリ力を生じることによってＸ、Ｙ軸まわりに加わる角速度を検出する。交流電圧の周波数は、重錘体の共振周波数に同じか、あるいは略近接しており、一般には数ｋＨｚ程度である。
一般に加速度成分と角速度成分は信号の周波数が２桁程度異なるため、外部フィルター回路を用いてそれぞれ独立に検出することが可能である。なお、電気信号は図示しない外部回路におけるＣ／Ｖ変換回路などを用いて電気的に検出される。
上述のように、駆動電極は接続部１１３によって可動支持された重錘体を上下に駆動変位されるための電極であり、駆動電極と重錘体の間に外部から交流電圧を印加し、静電力により重錘体を振動させる。固定電極は重錘体の変位を、固定電極と重錘体の面とで形成した容量素子の静電容量変化として検出するための電極である。

以下、図８（ａ）〜（ｇ）を参照して静電容量型力学量検出センサ１００の製造方法について説明する。図８は静電容量型力学量検出センサの製造工程を示す図である。

（１）半導体基板Ｗの準備（図８（ａ））
活性層１１０、ＢＯＸ層１２０、支持層１３０を積層してなる半導体基板Ｗ（いわゆるＳＯＩ基板）を用意する。上述したように、活性層１１０はフレーム上部１１１、重錘体上部１１２、接続部１１３、配線用支柱上部１１４を構成する層である。ＢＯＸ層１２０は、活性層１１０と支持層１３０とを接合する層であり、かつエッチングストッパ層として機能する層である。支持層１３０はフレーム下部１３１、重錘体下部１３２、配線用支柱下部１３４を構成する層である。半導体基板Ｗは、ＳＩＭＯＸないし、貼り合せ法等により作成される。ＳＯＩ基板は、活性層１１０、ＢＯＸ層１２０、支持層１３０の厚みがそれぞれ、１０μｍ、２μｍ、６００μｍである。なお、静電容量型力学量検出センサ１００が直径１５０ｍｍ〜２００ｍｍのウエハ内に複数個多面付けで配置されている。

活性層１１０および支持層１３０には不純物が含まれている。不純物としては、例えば、ボロン等を挙げることができる。ボロンが含まれるシリコンとしては、例えば、高濃度のボロンを含み、抵抗率が０．００１〜０．０１Ω・ｃｍのものを使用できる。ＢＯＸ層１２０はシリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）からなる。

（２）ギャップ作成（図８（ｂ））
活性層１１０の表面に所定形状のマスクを形成して、該マスクをエッチングとしてＲＩＥ法により活性層１１０の上面より５μｍ下がったギャップ１７０を作成する。マスクとしてはフォトレジスト、シリコン酸化膜（ＳｉＯ₂）、シリコン窒化膜（Ｓｉ₃Ｎ₄）などシリコンとのエッチング選択比に優れたものを用いることができる。なお、ギャップ１７０は後に形成する重錘体（重錘体上部１１２と重錘体下部１３２の接合体）がＺ軸正方向に変位するのに必要な間隔である。

（３）活性層の加工（図８（ｃ））
活性層に対して、フレーム上部１１１、重錘体１１２、接続部１１３、配線用支柱上部１１４を画定するためのマスクパターンを形成する。このマスクをエッチングマスクとしてＢＯＸ層１２０の上面が露出するまでＲＩＥなどにより、ＢＯＸ層１２０の上面が露出するまでエッチングする。このとき、導通部１６０に対応する溝を重錘体上部１１２、配線用支柱上部１１４にＲＩＥにより形成してもよいが、別のエッチングとして２０％ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）を用いて形成してもよい。
なお、導通部１６０に対応する溝はＢＯＸ層１２０の上面が露出するまでエッチングすることで形成する。

導通部１６０に対応する溝における、ＢＯＸ層１２０の上面が露出した部分に対してＲＩＥにより露出したＢＯＸ層を除去する。ＢＯＸ層のエッチングでは、例えば、バッファドフッ酸（例えば、ＨＦ＝５．５ｗｔ％、ＮＨ₄Ｆ＝２０ｗｔ％の混合水溶液）を用いてもよい。
その後、導通部１６０に対応する溝に対して蒸着法やスパッタ法により導電膜を形成する。導通部１６０により、活性層１１０と支持層１３０とは、電気的に接続されたことになる。

不要なＢＯＸ層１２０をＲＩＥもしくはバッファドフッ酸（ＢＨＦ）によるウェットエッチングにより除去して接合部１２０を形成する。この接合部１２０とはフレーム部、重錘体、配線用支柱部をそれぞれ上下に連結するＢＯＸ層１２０のことを指している。
接続部１１３は活性層１１０のシリコン材料からなる薄肉部のみからなり、可撓性を持った部材として構成される。

（３）上方支持基板の接合（図８（ｄ））
上方支持基板１４０として、前述した支持基板１を用いる。上方支持基板１４０はＮａイオンなどの可動イオンを含むガラス（パイレックス（登録商標）ガラス）、その厚みが５００μｍであり、既に所定位置に貫通配線部Ｔ１〜Ｔ１０、Ｔ１１が形成されている。上方支持基板１４０の下面（重錘体上部１１２と対向する面）に駆動電極１４１ａ、固定電極１４１ｂ〜ｅ、これらの電極と接続して配線用支柱上部１１４ａ〜ｊと接触する領域まで延びる内部配線Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ６を形成する。電極と配線はＡｌなどの金属材料からなり、蒸着法やスパッタ法により金属を成膜したのち、パターニングして形成する。電極および配線の厚みは０．５μｍであった。なお貫通孔の小さい方の開口径がおよそ６０μｍであり、大きい方の開口径がおよそ１００μｍであった。基板の大口径化するに従い、基板の撓みが顕著に見られるため、本発明に係る支持基板１を用いると、その撓みを効果的に抑制できる。

上方支持基板１４０の上面には外部回路と接続するための電極パッドＰ１〜Ｐ１０、Ｐ１１が形成されている（図８では図示せず）。電極パッドＰはＡｌなどの金属材料からなり、蒸着法やスパッタ法により金属を成膜したのち、パターニングして形成する。なお、貫通配線部Ｔ１〜Ｔ１０は、配線用支柱上部１１４ａ〜ｊの領域内に配置されており、これにより後の下方支持基板１５０との接合の確度を上げることができ、また貫通配線部Ｔに配置される導電部材が充填部材に限定されず、導電膜でもよいものとしている。

上方支持基板１４０と半導体基板Ｗとを陽極接合により接合する。フレーム上部１１１、配線用支柱上部１１４は上方支持基板１４０と接合され、一体的に構成される。重錘体上部１１２は駆動電極１４１ａ、固定電極１４１ｂ〜ｅと一定の間隔（ギャップ）をもって対向して配置される。なお、内部配線Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ６が配線用支柱上部１１４ａ、１１４ｃ〜ｆと接続しているため、電極パッドＰ１、Ｐ３〜Ｐ６と駆動電極１４１ａ、固定電極１４１ｂ〜ｅとが電気的に接続されている。

（４）支持層の加工（図８（ｅ）〜（ｆ））
支持層１３０の表面に所定形状のマスクを形成して、該マスクをエッチングとしてＲＩＥ法により支持層１３０の下面より５μｍ上がったギャップ１７０を作成する（図８（ｅ））。その後、フレーム下部１３１、重錘体下部１３２、配線用支柱下部１３４に画定するためのパターンのレジストマスクを支持層１３０下面に設け、支持層１３０を厚み方向にＢＯＸ層１２０の下面が露出するまでエッチングすることにより、フレーム下部１３１、重錘体下部１３２、配線用支柱下部１３４を形成する。ギャップは重錘体（重錘体上部１１２と重錘体下部１３２の接合体）がＺ軸負方向に変位するのに必要な間隔である。

支持層１３０を加工するためのエッチング方法として、例えば、ＤＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）が挙げられる。この方法では材料層を厚み方向に侵食しながら掘り進むエッチングステップと、彫った穴の側壁にポリマーの壁を形成するデポジションステップと、を交互に繰り返す。掘り進んだ穴の側壁は、順次ポリマーの壁が形成されて保護されるため、ほぼ厚み方向にのみ侵食を進ませることが可能である。エッチングガスとしてＳＦ₆等のイオン・ラジカル供給ガスを用い、デポジションガスとしてＣ₄Ｆ₈等を用いることができる。

（６）下方支持基板の接合（図８（ｇ））
下方支持基板１５０は、例えばＮａイオンなどの可動イオンを含むガラス（パイレックス（登録商標）ガラス）で、その厚みは５００μｍである。上方支持基板１４０の上面（重錘体下部１３２と対向する面）に接合前に駆動電極１５１ａ、固定電極１５１ｂ〜ｅ、これらの電極と接続して配線用支柱下部１３４ａ〜ｉと接触する領域まで延びる内部配線Ｌ２、Ｌ７〜Ｌ１０を形成する。電極と配線はＡｌなどの金属材料からなり、蒸着法やスパッタ法により金属を成膜したのち、パターニングして形成する。電極および配線の厚みは０．５μｍであった。

下方支持基板１５０と半導体基板Ｗとを陽極接合により接合する。フレーム下部１３１、配線用支柱下部１３４は下方支持基板１５０と接合され、一体的に構成される。重錘体下部１３２は駆動電極１５１ａ、固定電極１５１ｂ〜ｅと一定の間隔（ギャップ）をもって対向して配置される。なお、内部配線Ｌ２、Ｌ７〜Ｌ１０が配線用支柱下部１３４ｂ、１３４ｇ〜ｊと接続しているため、電極パッドＰ２、Ｐ７〜Ｐ１０と駆動電極１５１ａ、固定電極１５１ｂ〜ｅとが電気的に接続されている。
下方支持基板１５０との陽極接合時に、既に接合された上方支持基板１４０に設けられた貫通配線部Ｔ１〜Ｔ１０と配線用支柱下部、貫通配線部Ｔ１１とフレーム部とが電気的に接続されているため、支持層１５０の接合面の電位が均一の保持されて良好な接合を得ることができる。

なお、半導体基板Ｗには上方支持基板１４０と下方支持基板１５０とで挟まれた領域の真空度を高めるために、適宜ゲッター材を配設する。ゲッター材として例えば，ジルコニウムを主成分とする合金（サエスゲッターズジャパン社製非蒸発ゲッター）等で構成することができる。ゲッター材の気体吸収能を得るための活性化処理は、下方支持基板１５０の陽極接合時の温度（３００〜５００℃）、あるいは別途熱処理工程（４００℃前後）を行なってもよい。

上方支持基板１４０と、下方支持基板１５０の間に挟持された状態で接合された半導体基板Ｗより構成される静電容量型力学量検出センサ１００をダイシングソー等でダイシングし、個々の静電容量型力学量検出センサ１００に個片化する。本明細書ではウエハに多面付け配置された「静電容量型力学量検出センサ」と、個片化された「静電容量型力学量検出センサ」とを特に区別せず静電容量型力学量検出センサ１００と呼んでいる。
以上、貫通配線部Ｔが形成される側の支持基板（上方支持基板１４０）に異なる向きのテーパー形状の貫通配線部を形成したことで支持基板の撓みが抑制され、支持基板と接合されるセンサ構造体の歪みを抑制できる。これにより、Ｘ軸成分に干渉するＺ軸成分信号を減少することができ、他軸感度を抑制することでセンサの信頼性を向上できる。特に、大口径のウエハを用いてウエハレベルで多数のデバイスを製造する際に生じる基板の撓みを効果的に抑制することができる。

３．静電容量型力学量検出センサを利用した製品
本発明に係る静電容量型力学量検出センサ１００は、例えば、ＩＣ等の素子を搭載した回路基板上に実装され、ワイヤボンディング接続等の方法によって電極パッドＰと電子回路基板もしくはＩＣ等の素子とを接続し、１つの電子部品として機能する。該電子部品は、例えば、ビデオカメラの手ぶれ補正装置や、車載用エアバック装置、ゲーム機、携帯電話等のモバイル端末機に搭載されて市場に流通する。

以上、本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明に係る支持基板の斜視図である。支持基板の断面図である支持基板の製造工程を示す模式図である。支持基板の全体概観図である。本発明に係る静電容量型力学量検出センサの分解斜視図である。半導体基板の上面図および部分断面図である。支持基板の上面図である。静電容量型力学量検出センサの製造工程を示す図である。

符号の説明

１：支持基板
１０：貫通孔
１０ａ：順テーパー孔
１０ｂ：逆テーパー孔
１１：導電部材
２０：チップ領域
２０ａ：第１のチップ領域
２０ｂ：第２のチップ領域

１００：静電容量型力学量検出センサ
１１０：活性層
１１１：フレーム上部
１１２：重錘体上部
１１３：接続部
１１４ａ〜１１４ｊ：配線用支柱上部
１２０：ＢＯＸ（埋め込み酸化膜）層
１３０：支持層
１３１：フレーム下部
１３２：重錘体下部
１３４ａ〜１３４ｊ：配線用支柱下部
１４０：上方支持基板
１４１ａ：駆動電極
１４１ｂ〜１４１ｅ：固定電極
１５０：下方支持基板
１５１ａ：駆動電極
１５１ｂ〜１５１ｅ：固定電極
１６０：導通部
１７０：ギャップ

Ｔ１〜Ｔ１０、Ｔ１１：外部配線端子
Ｌ１〜Ｌ１０：内部配線
Ｐ１〜Ｐ１０、Ｐ１１：電極パッド
Ｗ：半導体（ＳＯＩ）基板

Claims

支持基板の表裏を貫通する複数の貫通孔を備えた支持基板であって、
前記複数の貫通孔は、開口幅が支持基板の一方の面から他方の面に向かって狭くなっている順テーパー孔と、開口幅が支持基板の一方の面から他方の面に向かって広くなっている逆テーパー孔と、を含むことを特徴とする支持基板。
前記順テーパー孔と前記逆テーパー孔とを略同数ずつ有することを特徴とする請求項１記載の支持基板。
請求項１または２に記載の支持基板は、別体の半導体基板に多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップを支持するための支持基板であって、
静電容量型力学量検出センサチップ領域内に配設された貫通孔は、前記順テーパー孔と前記逆テーパー孔とを少なくとも１つずつ含んでいることを特徴とする支持基板。
請求項１または２に記載の封止用支持基板は、別体の半導体基板に多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップを支持するための支持基板であって、
多面付けで配置された静電容量型力学量検出センサチップ領域のうち、第１のチップ領域に配置された貫通孔は全て順テーパー孔で、第２のチップ領域に配置された貫通孔は全て逆テーパー孔で構成されていることを特徴とする支持基板。
前記貫通孔内に導電性を有する導電部材を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の支持基板。
開口を有するフレーム部と、その開口内に配置された重錘体と、前記重錘体と前記フレーム部とを接続する接続部と、により構成されるセンサ構造体を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の上端と接合された上方支持基板と、
前記半導体基板の下端と接合された下方支持基板と、
前記上方支持基板の、前記半導体基板と接合される側に配設された上方電極と、
前記下方支持基板の、前記半導体基板と接合される側に配設された下方電極と、
を有し、
前記上方支持基板、前記下方支持基板の少なくとも一方が、請求項１乃至５のいずれか１項記載の支持基板であることを特徴とする静電容量型力学量検出センサ。