JP2010145176A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体力学量センサについて、センサの構造の簡略化、チップサイズの低減を図る。
【解決手段】半導体力学量センサのうちキャップ部２０においてセンサ部１０と対向する一面に第１絶縁膜２２、第１配線層２３、第２絶縁膜２４、および第２配線層２５によって構成される配線構造を設け、他方、センサ部１０にセンサ構造体１５〜１７を設ける。そして、キャップ部２０とセンサ部１０とを接合することで、配線構造をセンサ構造体１５〜１７に接続しつつ、センサ構造体１５〜１７を封止する構造とする。第２絶縁膜２４における開口部２４ａは、センサ構造体１５〜１７と第２配線層２４とのコンタクト領域１４ａとは異なる位置にずらされている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に、ＩＣやＬＳＩの集積回路、可動部をもった半導体力学量センサ（加速度センサ、角速度センサ（Ｇｙｒｏセンサ）等）、ＭＥＭＳ発振器をキャップにて保護した半導体装置およびその製造方法に関するものであり、更に詳しくは、加速度センサや角速度センサ（Ｇｙｒｏセンサ）に適用すると好適である。

従来より、梁構造の可動部と固定部とを有し、例えば、可動部と固定部の間の容量変化を検出することにより、加速度、ヨーレート、振動等の力学量を検出する半導体力学量センサが提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。これら特許文献１〜３では、多層のＳＯＩ基板にセンシング部として機能する梁構造の可動部と固定部とが形成され、ポリシリコン等で各部の接続配線が形成されたものが示されている。

また、可動部をキャップ部材にて覆うことで、可動部への水や異物の混入などを防止できるようにする半導体力学量センサが特許文献４で提案されている。この特許文献４では、キャップ部材に貫通孔が多数設けられ、可動部や固定部が形成されたＳＯＩ基板に設けられたワイヤボンディングパッドにワイヤボンディングが直接行われることにより、該ワイヤが配線層の代替とされているものが示されている。

さらに、半導体力学量センサとして、ＳＯＩ基板のうち可動部等が設けられたシリコン層に対して、環状のバンプを介して別のＳＯＩ基板のうち信号処理回路が設けられたシリコン層が張り合わされた構造のものが特許文献５で提案されている。さらに環状バンプの別の例として特許文献６が提案されている。このような構造のセンサでは、信号処理回路と外部とを電気的に接続するために信号処理回路から配線層を設けると共に、該配線層を環状のバンプと絶縁させつつクロスさせて環状のバンプの外側に引き出している。
特開平９−１２９８９８号公報 特開平１１−２９５３３６号公報 特開平６−１２３６２８号公報 特開２００４−３３３１３３号公報 特開２００４−３１１９５１号公報 特開平１１−９４５０６号公報

しかしながら、特許文献１〜３に記載の技術では、センシング部が形成された基板と同一基板にポリシリコン層による配線層の形成を行うため、製造工程が複雑になり、製造される半導体力学量センサの歩留まりが低下してしまうという問題がある。

また、特許文献４に記載の技術では、キャップ部材を貫通する孔を多数形成する必要があり、かつ、ボンディングツールによりワイヤボンディングパッドにボンディングワイヤを接続するため、ツールが貫通孔の壁側面に接触しないように大きいサイズの貫通孔を形成する必要がある。これにより、半導体力学量センサが形成された半導体チップのチップサイズが大きくなってしまうという問題がある。

そして、特許文献５に記載の技術では、環状のバンプと配線層とがクロスするため、これらが電気的に絶縁されるようにバンプと配線層とを絶縁体層で分離しなければならない。これにより、半導体力学量センサの構造が複雑になってしまうという問題がある。

上記問題に鑑み、本出願人は、先に出願した特願２００７−１７４０２８号において、半導体力学量センサの構造を簡略化することと、半導体チップのチップサイズの低減を図ることを目的として、半導体装置、半導体センサの構造、および製造方法を提案した（以下、先願という）。

先願においては、図１０に示されるように、第１絶縁膜２２の上に第１配線層２３を形成してパターニングした後、第１絶縁層２２および第１配線層２３の上に第２絶縁膜２４を形成する。そして、第２絶縁膜２４のうちセンサ部１０の固定電極部等と対向する部分に第１配線層２３が露出する開口部２４ａを形成する。続いて、開口部２４ａを含む領域に第２配線層２５を形成後、この第２配線層２５とセンサ部１０の固定電極部等とを接合する。これにより、センサ部１０とキャップ部２０とが積層されると共に、センサ部１０の固定電極部等とキャップ部２０の第２配線層２５等とが電気的に接続された構造が得られる。

しかしながら、第２配線層２４の開口部２４ａ内に第２配線層２５を形成する際、実際には開口部２４ａに位置する部分に、第２配線層２５ａの表面が窪んだいわゆるステップカバレッジである凹部２５ｃが形成されてしまう。このため、第２配線層２５にセンサ部１０の固定電極部等を接合させると、第２配線層２５のうち凹部２５ｃが形成された部分はセンサ部１０の固定電極部等に接触しないので、接触面積が低下するという問題がある。

そこで、第２配線層２５の接触面積の低下を回避するため、凹部２５ｃが消滅するまで第２配線層２５を研磨等により薄肉化することが考えられる。しかし、薄肉化する厚みが大きくなって、生産性の向上が図れないという問題がある。

本発明は、上記点に鑑み、センサ部とキャップ部との接合面積の低下を防止できる構造を有する半導体装置を提供することを第１の目的とする。また、生産性の向上を図ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを第２の目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、配線部（２５ａ）は、絶縁膜（２４）の開口部（２４ａ）に埋められたことで、配線部（２５ａ）の表面が開口部（２４ａ）側に凹んだ凹部（２５ｃ）を有し、センサ構造体（１５〜１７）のうち配線部（２５ａ）に接合された領域をコンタクト領域（１４ａ）と定義したとき、コンタクト領域（１４ａ）は、配線部（２５ａ）の表面のうち凹部（２５ｃ）が形成された領域とは異なる領域に位置していることを特徴とする。

これによると、センサ構造体（１５〜１７）のコンタクト領域（１４ａ）は、該コンタクト領域（１４ａ）全体が配線部（２５ａ）に接合されるので、配線部（２５ａ）に対するコンタクト領域（１４ａ）の接合面積の低下を防止することができる。

請求項２に記載の発明では、コンタクト領域（１４ａ）は、配線部（２５ａ）の表面のうち絶縁膜（２４）の開口部（２４ａ）が投影された領域とは異なる領域に位置していることを特徴とする。

すなわち、配線部（２５ａ）に形成された凹部（２５ｃ）は開口部（２４ａ）の領域内に形成されるが、配線部（２５ａ）の表面のうち開口部（２４ａ）が投影された領域とは異なる領域にコンタクト領域（１４ａ）が位置しているので、コンタクト領域（１４ａ）が凹部（２５ｃ）を覆うことを確実に防止できる。したがって、配線部（２５ａ）に対するコンタクト領域（１４ａ）の接合面積の低下を確実に防止することができる。

請求項３に記載の発明では、センサ部（１０）は、キャップ部（２０）が接合される一面にセンサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を有し、第２配線層（２５）は、一端が他端に繋がった輪状であって、周辺部（１９）に対応するように形成されると共に絶縁膜（２４）の上に形成されることで第１配線層（２３）と電気的に絶縁された気密封止部（２５ｂ）を有し、キャップ部（２０）がセンサ部（１０）に接合されることで、気密封止部（２５ｂ）が周辺部（１９）に接合されると共に、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とによって構成される空間にセンサ構造体（１５〜１７）が封止されるようになっていることを特徴とする。

これによると、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との間に封止された空間が形成されるので、センサ構造体（１５〜１７）と配線部（２５ａ）との電気的接続を図ると共にセンサ構造体（１５〜１７）への水や異物の混入などを防止することができる。したがって、センサ構造体（１５〜１７）を保護することができる。

請求項４に記載の発明では、センサ部（１０）は、キャップ部（２０）が接合される一面のうち周辺部（１９）で囲まれた領域の外側にワイヤ（３１）が接続される接続部（１８）を有しており、キャップ部（２０）がセンサ部（１０）に接合されることで、センサ部（１０）が接合される面の外縁部分に形成された配線部（２５ａ）と接続部（１８）とが接続され、接続部（１８）を介してセンサ構造体（１５〜１７）と外部とが接続されるようになっていることを特徴とする。

これによると、キャップ部（２０）に貫通孔を設けることなくセンサ部（１０）のセンサ構造体（１５〜１７）の電位を接続部（１８）からワイヤ（３１）を介して外部に取り出すことができる。

請求項５に記載の発明では、キャップ部（２０）のうちセンサ部（１０）が接合される面の外縁部分に形成された配線部（２５ａ）にワイヤ（３１）が接続され、該ワイヤ（３１）を介してセンサ構造体（１５〜１７）と外部とが接続されるようになっていることを特徴とする。

これによると、配線部（２５ａ）にワイヤ（３１）を直接接続することができるので、半導体装置にワイヤ（３１）を接続するための部位を設ける必要が無くなる。したがって、半導体装置のチップサイズの低減を図ることができる。

請求項６に記載の発明では、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）は、前記第２絶縁膜（５５）の開口部（５５ａ）に埋められたことで、前記第２配線部（５６）の表面が前記開口部（５５ａ）側に凹んだ凹部（５６ｂ）を有し、第２チップ（６０）の第２配線層（６６）は、第２絶縁膜（６５）の開口部（６５ａ）に埋められたことで、第２配線部（６６）の表面が開口部（６５ａ）側に凹んだ凹部（６６ｂ）を有しており、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の凹部（５６ｂ）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の凹部（６６ｂ）とが対向するように、第１チップ（５０）の一面と第２チップ（６０）の一面とが向かい合わされて、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とが接合されていることを特徴とする。

これによると、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の凹部（５６ｂ）が第２チップ（６０）の第２配線層（６６）に覆われることはなく、第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の凹部（６６ｂ）が第１チップ（５０）の第２配線層（５６）に覆われることはないので、第２チップ（６０）の第２配線層（６６）に対する第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の接合面積の低下を防止でき、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）に対する第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の接合面積の低下を防止できる。

請求項７に記載の発明では、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）は、一端が他端に繋がった輪状であって、第２絶縁膜（５５）の上に形成されることで第１配線層（５４）と電気的に絶縁された気密封止部（５６ａ）を有し、第２チップ（６０）の第２配線層（６６）は、一端が他端に繋がった輪状であって、第２絶縁膜（６５）の上に形成されることで第１配線層（６４）と電気的に絶縁された気密封止部（６６ａ）を有し、第１チップ（５０）における第２配線層（５６）と第２チップ（６０）における第２配線層（６６）とが接合されると共に、第１チップ（５０）における気密封止部（５６ａ）と第２チップ（６０）における気密封止部（６６ａ）とが接合されて気密封止部（５６ａ、６６ａ）と各第１絶縁膜（５３、６３）と各第２絶縁膜（５５、６５）とで構成される空間が封止されるようになっていることを特徴とする。

これによると、第１チップ（５０）と第２チップ（６０）との間に封止された空間が形成されるので、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）との電気的接続を図ると共に該空間への水や異物の混入などを防止することができる。

請求項８に記載の発明では、一面を有する板状であって、一面側の表層部にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）を用意する工程と、センサ部（１０）が接合される面に、該センサ部（１０）が接合される面の外縁部分とセンサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた第１配線層（２３）を有するキャップ部（２０）を用意する工程と、第１配線層（２３）の上に絶縁膜（２４）を形成する工程と、センサ構造体（１５〜１７）のうちキャップ部（２０）に接合される領域をコンタクト領域（１４ａ）と定義したとき、絶縁膜（２４）のうちコンタクト領域（１４ａ）が対向した領域とは異なる領域に第１配線層（２３）が露出する開口部（２４ａ）を形成する工程と、絶縁膜（２４）の上に第２配線層（２５）を形成してパターニングすることにより、開口部（２４ａ）から露出する第１配線層（２３）の上に底部を有する凹部（２５ｃ）を備えた配線部（２５ａ）を形成する工程と、凹部（２５ｃ）の底部を残すように配線部（２５ａ）の表面を平坦化する工程と、センサ構造体（１５〜１７）のコンタクト領域（１４ａ）を配線部（２５ａ）の表面のうち開口部（２４ａ）が投影された領域とは異なる領域に接合することにより、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とを接合する工程とを含んでいることを特徴とする。

これによると、センサ構造体（１５〜１７）のコンタクト領域（１４ａ）は、該コンタクト領域（１４ａ）全体が配線部（２５ａ）に接合されるので、配線部（２５ａ）に対するコンタクト領域（１４ａ）の接合面積の低下を防止することができる構造を得ることができる。

また、凹部（２５ｃ）の底部が消滅するまで配線部（２５ａ）の表面を平坦化する必要がないので、半導体装置の生産性を向上させることができる。

請求項９に記載の発明では、センサ部（１０）を用意する工程では、該センサ部（１０）として、キャップ部（２０）が接合される一面にセンサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を備えたものを用意し、絶縁膜（２４）の上に第２配線層（２５）を形成してパターニングする工程では、一端が他端に繋がった輪状であって、周辺部（１９）に対応するように形成されると共に絶縁膜（２４）の上に形成されることで第１配線層（２３）と電気的に絶縁された気密封止部（２５ｂ）を形成し、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とを接合する工程では、気密封止部（２５ｂ）を周辺部（１９）に接合すると共に、キャップ部（２０）とセンサ部（１０）とによって構成される空間にセンサ構造体（１５〜１７）を封止することを特徴とする。

これによると、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との間に封止された空間が形成されるので、センサ構造体（１５〜１７）と配線部（２５ａ）との電気的接続を図ると共にセンサ構造体（１５〜１７）への水や異物の混入などを防止した構造を得ることができる。

また、センサ構造体（１５〜１７）のコンタクト領域（１４ａ）と配線部（２５ａ）との電気的接続と、センサ構造体（１５〜１７）の封止とを同時に行うことができる。

請求項１０に記載の発明では、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の凹部（５６ｂ）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の凹部（６６ｂ）とを対向させ、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とを接合する工程を含んでいることを特徴とする。

これによると、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）との接触面積のうち第１チップ（５０）の凹部（５６ｂ）および第２チップ（６０）の凹部（６６ｂ）が占める面積を最小限にすることができるので、該接触面積の低下を防止できる。

また、第１チップ（５０）の凹部（５６ｂ）が消滅するまで第２配線層（５６）の表面を平坦化する必要がない。同様に、第２チップ（５０）の凹部（６６ｂ）が消滅するまで第２配線層（６６）の表面を平坦化する必要がない。したがって、半導体装置の生産性を向上させることができる。

請求項１１に記載の発明では、第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とを接合する工程では、第１チップ（５０）の気密封止部（５６ａ）と第２チップ（６０）の気密封止部（６６ａ）とを接合すると共に、各気密封止部（５６ａ、６６ａ）と各第１絶縁膜（５３、６３）と各第２絶縁膜（５５、６５）とで構成される空間を封止することを特徴とする。これにより、該空間への水や異物の混入などを防止することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。以下で示される半導体装置としての半導体力学量センサは、可動部を有する加速度センサや角速度センサ（Ｇｙｒｏセンサ）等の力学量センサであり、例えば車両の加速度や角速度の検出に用いられるものである。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る半導体力学量センサのセンサ部１０の平面図である。図１（ｂ）は、センサ部１０と貼り合わされるキャップ部２０を、その貼り合わせ面側からみた平面図である。また、図２は、図１に示されるセンサ部１０とキャップ部２０とを貼り合わせた状態での断面図であり、図２（ａ）は図１（ａ）の２Ａ−２Ａ断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）の２Ｂ−２Ｂ断面図、図２（ｃ）は図１（ａ）の２Ｃ−２Ｃ断面図である。以下、図１および図２を参照して半導体力学量センサの構造について説明する。

半導体力学量センサは、図１（ａ）に示された板状のセンサ部１０と図１（ｂ）に示された板状のキャップ部２０とが、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように互いに張り合わされて構成されている。

図１（ａ）、図２（ａ）〜図２（ｃ）において、センサ部１０は、加速度等の物理量を検出するセンシング部が設けられたものであり、第１シリコン層１１と第２シリコン層１２とで絶縁層１３が挟みこまれて構成されるＳＯＩ基板と、第１シリコン層１１の上に設けられた配線層１４とよって構成されている。各シリコン層１１、１２として、例えばＮ型の単結晶シリコンが採用される。また、絶縁層１３として例えばＳｉＯ_２が採用され、配線層１４として例えばＡｌが採用される。

センシング部は、ＳＯＩ基板のうち、一面を有する板状の第１シリコン層１１において一面側の表層部に設けられている。具体的には、図１（ａ）に示されるように、第１シリコン層１１には、可動電極固定部１５、可動電極部１６、固定電極部１７、接続部１８、周辺部１９が形成されている。

可動電極固定部１５は、ブロック状をなしており、絶縁層１３の上に２個所設けられている。これら可動電極固定部１５の間に可動電極部１６が配置されている。可動電極部１６は、各可動電極固定部１５を繋ぐ直線部１６ａと該直線部１６ａに垂直なばね部１６ｂおよび棒状の電極部１６ｃとにより構成され、各可動電極固定部１５の間に配置されることで第２シリコン層１２上に浮いた状態とされている。可動電極部１６の直線部１６ａの長手方向が、該可動電極部１６の可動方向となる。

そして、可動電極部１６の電極部１６ｃに対向する位置に、絶縁層１３の上に棒状の固定電極部１７が配置されている。図１（ａ）では、可動電極部１６の可動方向に対して電極部１６ｃと固定電極部１７との各２組の電極対で示したが実際にはさらに多くの櫛歯状で作製する。これにより、可動電極部１６の電極部１６ｃと固定電極部１７とが櫛歯状に配置された櫛歯電極、すなわちコンデンサが構成されている。

この固定電極部１７は、図２（ａ）に示されるように、絶縁層１３の上に配置された状態になっている。可動電極固定部１５も同様に、図２（ｂ）に示されるように絶縁層１３の上に配置されている。一方、可動電極部１６の直線部１６ａおよびばね部１６ｂの下部の絶縁層１３は取り除かれており、直線部１６ａおよびばね部１６ｂ第２シリコン層１２に対して浮いた状態になっている。同様に、図２（ｃ）に示されるように、可動電極部１６の電極部１６ｃおよびこの電極部１６ｃに対向配置された固定電極部１７が第２シリコン層１２に対して浮いた状態になっている。

このような構成によると、半導体力学量センサが外部から加速度（や角速度）を受けた場合、可動電極部１６のばね部１６ｂがたわみ、位置が固定された固定電極部１７に対して、可動電極部１６の直線部１６ａが伸びる方向に可動電極部１６の電極部１６ｃが移動する。このため、固定電極部１７と電極部１６ｃとで構成されるコンデンサの容量値を検出することで半導体力学量センサが受ける加速度や角速度が得られるようになっている。以下では、可動電極固定部１５、可動電極部１６、固定電極部１７によって構成される櫛歯構造をセンサ構造体という。

また、接続部１８は、半導体力学量センサと外部とを電気的に接続するための端子として機能する部分である。図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように、第１シリコン層１１の上に配線層１４が設けられているため、該配線層１４を介して半導体力学量センサと外部とを電気的に接続できるようになっている。

そして、図１（ａ）に示されるように、周辺部１９は、上記センサ構造体を一周して囲むと共に、接続部１８を一周して囲むように設けられている。すなわち、センサ構造体が設けられた領域と、外部と接続される接続部１８が設けられた領域とが周辺部１９によって分離されている。なお、周辺部１９は、接続部１８を一周して囲んでいなくても動作上問題ないことはいうまでもない。

一方、図１（ｂ）、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように、キャップ部２０は、上記センサ構造体への水や異物の混入などを防止するものであり、シリコン基板２１と、第１絶縁膜２２と、第１配線層２３と、第２絶縁膜２４と、第２配線層２５とを備えて構成されている。この第１絶縁膜２２と第２絶縁膜２４とは同じ材料であってもよいし、また異なった材料でもよい。第１配線層２３と第２配線層２５との関係も同上である。

シリコン基板２１は、四角形状の一側面が該一側面の反対側の側面側に凹んだ凹部２１ａを有している。該凹部２１ａは、キャップ部２０とセンサ部１０とを重ね合わせたときに接続部１８をシリコン基板２１から露出させるためのものである。

シリコン基板２１においてセンサ部１０と対向する一面の上に第１絶縁膜２２が形成されている。この第１絶縁膜２２は第１配線層２３とシリコン基板２１とを絶縁するためのものである。また、該第１絶縁膜２２の上に第１配線層２３がパターニングされて設けられている。

この第１配線層２３の上には、該第１配線層２３を覆うように第２絶縁膜２４が形成されている。そして、第２絶縁膜２４のうち、固定電極部１７、可動電極固定部１５、および接続部１８と対向する領域とは異なる領域に開口部２４ａが設けられている。

このように開口部２４ａが設けられた第２絶縁膜２４の上に第２配線層２５がパターニングされて設けられている。すなわち、第２配線層２５は、センサ部１０の固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８にそれぞれ接合される配線部２５ａと、センサ部１０の周辺部１９に接合される気密封止部２５ｂとにより構成される。この気密封止部２５ｂは、第１配線層２３を横切るように設けられている。言い換えると、気密封止部２５ｂは、第１配線層２３をまたぐように配置されている。

また、可動電極固定部１５、固定電極部１７、および接続部１８は、各表面にコンタクト領域１４ａをそれぞれ備えている。このコンタクト領域１４ａが第２配線層２５の配線部２５にそれぞれ接合される領域となる。

ここで、センサ部１０の可動電極固定部１５、固定電極部１７、接続部１８と第２配線層２５の配線部２５ａとの各接合関係について、図３を参照して説明する。

図３（ａ）は第２配線層２５の配線部２５ａと可動電極部固定部１５との接触部分の部分拡大図であり、図３（ｂ）は第２配線層２５の配線部２５ａの表面を研磨する量の説明図である。なお、図３（ａ）は可動電極固定部１５と第２配線層２５との接合前の斜視図である。また、図３（ｂ）は図３（ａ）の３Ｂ−３Ｂ断面図に相当する。

図３（ａ）に示されるように、第２配線層２５の配線部２５ａのうち第２絶縁膜２４の開口部２４ａに埋め込まれた部分には、ステップカバレッジにより、配線部２５ａの表面が凹んだ凹部２５ｃが形成されている。この凹部２５ｃは、第２配線層２５の配線部２５ａの平面部分が第１配線層２３側に窪んだものであり、底部を有している。

この凹部２５ｃを覆うように可動電極固定部１５が第２配線層２５の配線部２５ａに接合されると、可動電極部固定部１５は配線部２５ａの表面のうち凹部２５ｃが設けられた部分に接触しないので、配線部２５ａに凹部２５ｃが設けられていない場合よりも配線部２５ａに対する可動電極部固定部１５の接触面積が低下する。このため、第２絶縁膜２４の開口部２４ａは、第２絶縁膜２４のうち可動電極固定部１５のコンタクト領域１４ａと対向する領域とは異なる領域に位置するように第２絶縁膜２４に設けられている。

言い換えると、可動電極部１５のコンタクト領域１４ａは、第２配線層２５の配線部２５ａのうち、第２絶縁膜２４の開口部２４ａが配線部２５ａに投影された領域を除いた領域に対向している。すなわち、コンタクト領域１４ａは第２配線層２５の配線部２５ａの表面のうち開口部２４ａが投影された領域を除いた領域にずらされている。つまり、コンタクト領域１４ａは第２配線層２５の配線部２５の表面において、第２絶縁膜２４の開口部２４ａに隣接して配置されているとも言える。

以上のように、可動電極固定部１５は第２配線層２５の配線部２５ａの凹部２５ｃを覆うことはないので、配線部２５ａに対する可動電極部固定部１５の接触面積が低下することはない。

上記では、コンタクト領域１４ａは配線部２５ａの表面のうち第２絶縁膜２４の開口部２４ａが投影された領域とは異なる領域に接合されていることが示されているが、コンタクト領域１４ａが配線部２５ａの表面のうち第２絶縁膜２４の開口部２４ａが投影された領域と重なっていたとしても、コンタクト領域１４ａは配線部２５ａの表面のうち凹部２５ｃが形成された領域とは異なる領域に位置していれば良い。

すなわち、配線部２５ａの表面である平坦面が傾斜し始めて凹部２５ｃの傾斜面となる位置を境界線と定義すると、配線部２５ａの表面のうち境界線までコンタクト領域１４ａを配置することができる。したがって、配線部２５ａの表面のうち開口部２４ａが投影された領域内であっても、該境界線までコンタクト領域１４ａを位置させることができる。

境界線については、上記のように平坦面が傾斜し始めて傾斜面に接続されるときの平坦面と傾斜面との境界線を明確に視認できる場合に限らず、該境界線を明確に視認できない場合であっても平坦面が傾斜し始めて傾斜面に接続される領域も境界線とする。

したがって、コンタクト領域１４ａを図３（ｂ）の矢印で示された範囲に設定することもできる。以上のように、少なくとも、コンタクト領域１４ａが凹部２５ｃに対して位置ずれ（オフセット）されて配置されていれば良い。

上記では、可動電極部固定部１５と第２配線層２５との接合関係について説明したが、固定電極部１７と第２配線層２５との接合関係、および接続部１８と第２配線層２５との接合関係についても同様である。

上記コンタクト領域１４ａを含む第２配線層２５の表面は、図３（ｂ）に示されるように、例えば化学機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；ＣＭＰ）により、第２配線層２５の製膜時に発生した凹凸面を平坦化する処理が行われる。この場合、凹部２５ｃを完全に消滅させるべく、図３（ｂ）中のＡ線まで研磨する必要はなく、凹部２５ｃが残っていても良い位置であるＢ線までの平坦化が行われる。

この結果、第２配線層２５の配線構造において、シリコン基板２１の一面からの配線部２５ａと気密封止部２５ｂとの高さが同一になっている。

本実施形態では、シリコン基板２１の一側面に凹部２１ａが設けられているため、該凹部２１ａに対向する周辺部１９に対応した第２配線層２５は設けられていない。したがって、第２配線層２５は、少なくとも、センサ部１０のセンサ構造体を一周して囲むように設けられている。

そして、第２配線層２５のうち第２絶縁膜２４が開口した開口部２４ａを覆うように形成された配線部２５ａついては、第１配線層２３と第２配線層２５のうち配線部２５ａとが電気的に接続される。一方、第２絶縁膜２４に開口部２４ａが設けられていない部分、すなわち第２絶縁膜２４のうち周辺部１９と対向する場所では、第２絶縁膜２４の上に第２配線層２５のうち気密封止部２５ｂが形成されているため、第１配線層２３と気密封止部２５ｂとは絶縁されている。すなわち、第１配線層２３と気密封止部２５ｂとがクロスした配線形態を設けることができ、センサ部１０の固定電極部１７や可動電極固定部１５と接続部１８とを周辺部１９をまたいで電気的に接続することができる。

上記第１絶縁膜２２および第２絶縁膜２４として例えばＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４が採用され、第１配線層２３および第２配線層２５として例えばＡｌやポリシリコンが採用される。

そして、キャップ部２０の第２配線層２５の気密封止部２５ｂが、例えば直接接合の方法によってセンサ部１０の周辺部１９に強固に接合される。これにより、図２（ａ）〜（ｃ）に示されるように、センサ部１０の第２シリコン層１２、絶縁層１３、周辺部１９、キャップ部２０の第２配線層２５、第２配線層２５のうちの気密封止部２５ｂ、第２絶縁膜２４、第１絶縁膜２２がセンサ構造体を密閉した形態となる。

すなわち、センサ構造体が封止されることにより、封止された空間に水や異物の混入などを防止できるようになっている。該空間は真空とされる場合やＮ_２、Ｈｅ等の不活性ガスや大気とされる場合があり、本実施形態では真空になっている。

また、図１（ｂ）に示されるように、キャップ部２０のシリコン基板２１に設けられた凹部２１ａによって、センサ部１０の各接続部１８がシリコン基板２１から露出する。このようにシリコン基板２１から露出した接続部１８に対し、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように、ボンディングワイヤ３１が接合され、半導体力学量センサが外部と電気的に接続される。以上が、本実施形態に係る半導体力学量センサの全体構成である。

次に、上記半導体力学量センサの製造方法について説明する。以下では、１枚のシリコンウェハに複数のセンサ部１０を形成することとする。図４は、センサ部１０の製造工程を示した断面図である。図５は、キャップ部２０の製造工程を示した断面図である。また、図６は、センサ部１０とキャップ部２０との貼り合わせ工程を示した断面図である。これら図４〜図６は、図１（ａ）の２Ａ−２Ａ断面図に相当する。

まず、センサ部１０の製造方法について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示す工程では、ＳＯＩ基板を用意する。具体的には、第２シリコン層１２としての単結晶シリコンウェハを支持基台とし、該支持基台上に絶縁層１３としてＳｉＯ_２膜を０．１〜２μｍの厚さで形成する。さらに、ＳｉＯ_２膜の上に第１シリコン層１１としてのシリコン層をウェハ接合法にて接合することでＳＯＩ基板を用意する。

本実施形態では、第１シリコン層１１として例えば０．００１Ω・ｃｍ〜０．０２Ω・ｃｍのＮ型（１００）シリコン層を用いる。また、第２シリコン層１２として例えば０．００１Ω・ｃｍ〜１０Ω・ｃｍのＮ型（１００）シリコン基板を用いる。

なお、上記単結晶シリコン基板やシリコン層はＰ型のものでも良く、方位も（１００）のみでなく、一般的に用いられている他の方位を使用することができる。もちろん、シリコンとして単結晶シリコンだけでなく、高濃度に不純物を含んだ多結晶シリコンをＣＶＤ法等によりデポジションしてＳＯＩ基板を構成しても良い。また、シリコン基板の他に、ガラス基板、金属、セラミックス、他の半導体材料等を使用することができる。第１、第２シリコン層１１、１２の各厚さは１〜５００μｍと任意に設定可能である。

図４（ｂ）に示す工程では、ＳＯＩ基板のうち第１シリコン層１１の上に例えばＣＶＤ法により配線層１４としてＡｌ層を０．１〜２μｍの厚さで形成する。この場合、配線層１４を第１シリコン層１１の全面に形成する。

続いて、図４（ｃ）に示す工程では、フォトリソグラフィ・エッチング工程により、配線層１４および第１シリコン層１１にトレンチを形成することで、固定電極部１７、接続部１８、周辺部１９を形成する。

また、図示しない可動電極固定部１５や可動電極部１６も形成する。この場合、第１シリコン層１１のうち可動電極部１６となる部分と第２シリコン層１２との間の絶縁層１３をＨＦ（フッ化水素）の気相または液相のエッチング液で除去することで可動電極部１６を形成する。以上により、半導体力学量センサのうちセンサ部１０が完成する。

次に、キャップ部２０の製造方法について、図５を参照して説明する。以下では、１枚のシリコンウェハに複数のキャップ部２０を形成することとする。

まず、図５（ａ）に示す工程では、例えば０．０１Ω・ｃｍであって（１００）面に配向した単結晶シリコン基板２１を用意する。該シリコン基板２１は、いわゆるシリコンウェハである。そして、シリコン基板２１の上に第１絶縁膜２２として０．１〜２μｍの厚さのＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する。これはＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で形成することができる。

図５（ｂ）に示す工程では、第１絶縁膜２２の上に０．１〜２μｍの厚さのＡｌ層を形成し、フォトリソグラフィ・エッチング工程により該Ａｌ層をパターニングして第１配線層２３を形成する。なお、穴のあいたステンレス等の金属製のマスクを用いたいわゆるマスク蒸着方法を採用しても良い。

図５（ｃ）に示す工程では、第１配線層２３および第１絶縁膜２２の上に、第２絶縁膜２４として第１配線層２３の厚さより十分厚い０．５〜４μｍの厚さのＳｉＯ_２膜を形成する。また、第２絶縁膜２４の表面をＣＭＰ法でウェハ全体を平坦化する。

そして、第２絶縁膜２４のうちセンサ部１０の固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８の各コンタクト領域１４ａと対向する領域とは異なる領域に第１配線層２３が露出する開口部２４ａをそれぞれ形成する。すなわち、各開口部２４ａに固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８の各コンタクト領域１４ａを対向させたときに各開口部２４ａと各コンタクト領域１４ａとが重ならないように、開口部２４ａをそれぞれ形成する。

各開口部２４ａは必ずしもセンサ部１０の固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８と完全に重ならない位置でなく、少なくともステップカバレッジによる凹部２５ｃからはずれた位置であれば良い。この開口部２４ａは、第１配線層２３と後の工程で形成する第２配線層２５とをコンタクトするためのものである。また、このとき、同じく少なくとも可動電極部１６の電極部１６ｃの位置に相当する部分の第２絶縁膜２４を部分的に除去してある。これは可動電極部１６の電極部１６ｃがキャップ部２０に接触しにくくするためである。

なお、この第２絶縁膜２４の平坦化に代えて次の工程で形成する第２配線層２５をウェハ全体に厚く形成し、ＣＭＰ法で第２配線層２５表面全体を平坦化し、第２配線層２５をフォトリソグラフィー、エッチング工程でパターニングしてもよい。

図５（ｄ）に示す工程では、第２絶縁膜２４、該第２絶縁膜２４から露出した第１配線層２３、および第１絶縁膜２２の上にＡｌ層を形成する。そして、Ａｌ層の上にマスクを形成し、このマスクを介してＡｌ層をエッチングすることによって、第２配線層２５としての配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを形成する。これにより、第２絶縁膜２４に開口部２４ａが設けられた部分では、第２配線層２５の配線部２５ａと第１配線層２３とが接続され、電気的に導通する。

また、配線部２５ａには、該配線部２５ａの一部が第２絶縁膜２４の開口部２４ａを埋め込まれたことにより、該配線部２５ａの表面が窪んだ凹部２５ｃが形成される。

図５（ｅ）に示す工程では、シリコン基板２１の一面からの配線部２５ａと気密封止部２５ｂとの高さが同一になるように、例えばＣＭＰにより第２配線層２５全体を平坦化する。平坦化に当たっては、図３（ｂ）に示されるように、第２配線層２５の製膜時に発生した凹凸面を平坦化する処理を行うが、この場合、配線部２５ａの凹部２５ｃを完全に消滅させるべく、図中のＡ線まで研磨する必要はなく、凹部２５ｃが残っていても良い位置であるＢ線までの平坦化を行う。これは、センサ部１０の可動電極部固定部１５等の各コンタクト領域１４ａが配線部２５ａの表面のうち凹部２５ｃを除いた領域に接合されるため、凹部２５ｃを完全に無くす必要がないためである。

このようにして、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを形成する。気密封止部２５ｂは電気的にフローティングになっていても良いし、必要に応じて例えばグランド電位等の所定の電位としても良い。以上により、半導体力学量センサのうちキャップ部２０が完成する。また、キャップ部２０の基板はシリコン基板２１の他にガラス基板、金属、セラミックス、他の半導体材料を使用することができる。

次に、図６に示されるように、センサ部１０とキャップ部２０とを接合する。具体的には、センサ部１０の配線層１４とキャップ部２０の第２配線層２５とを対向させ、例えば特開平１０−９２７０２号公報に示されているように、高真空中で表面をＡｒイオン等のスパッタリングで活性化させ室温〜５００℃の温度でいわゆる直接接合の方法により強固に接合する。これにより、センサ部１０の周辺部１９とキャップ部２０の気密封止部２５ｂとを接合し、センサ構造体を気密封止する。

また、センサ部１０の固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８とキャップ部２０の配線部２５ａとをそれぞれ接合することでセンサ部１０のセンサ構造体と接続部１８とを電気的に接続する。この場合、第２絶縁膜２４に設けられた各開口部２４ａは、センサ部１０の可動電極部固定部１５等の各コンタクト領域１４ａと対向しない位置に設けられているので、可動電極部固定部１５等の各コンタクト領域１４ａが配線部２５ａの凹部２５ｃを覆うように該配線部２５ａに接合されることはない。したがって、可動電極部固定部１５等と各配線部２５ａとの接合強度が低下することを防止できる。

本実施形態では、上記のように直接接合にてセンサ部１０とキャップ部２０とを接合しているが、例えばセンサ部１０の配線層１４およびキャップ部２０の第２配線層２５の上にＮｉ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属層を形成することで、はんだ接続等も実施可能である。また、はんだ接続に代えて、銀ペースト等の導電性接着剤を用いて接続することもできる。この方法によると、上記直接接合の場合では、キャップ部２０の第２配線層２５において配線部２５ａと気密封止部２５ｂとがシリコン基板２１の一面から同一の高さになっていることが必要であったが、はんだ接続や導電性接着剤を用いる場合では、はんだや接着剤が配線部２５ａや気密封止部２５ｂの高さ調整の役割を果たすため配線部２５ａと気密封止部２５ｂとがシリコン基板２１の一面から同一の高さになっている必要はない。すなわち、はんだ接続や導電性接着剤を用いる場合、センサ部１０にキャップ部２０を押し付けることによりセンサ構造体を気密封止することができる。

上述のように、センサ部１０およびキャップ部２０をシリコンウェハにそれぞれ形成して各々のウェハを張り合わせている。これにより、図７に示されるように、ウェハ４０に複数の半導体力学量センサが形成される。したがって、図７に示されるウェハ４０をダイシングカットすることにより、ウェハ４０をチップ単位に分割して個々の半導体力学量センサを得ることができる。

なお、実際には、数百の半導体力学量センサが含まれるようにウェハ４０にセンサ部１０やキャップ部２０が形成され、最終的にチップ単位に分割される。他方、センサ部１０およびキャップ部２０をそれぞれ単体で形成し、図６に示されるように張り合わせることで半導体力学量センサを製造することもできる。

この後、半導体力学量センサを図示しない回路基板等に実装し、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示されるように接続部１８と図示しない電気回路とをワイヤボンディングすることで、センサ構造体に生じる物理量に応じた電気信号を半導体力学量センサの外部に出力することができる。

以上説明したように、本実施形態では、第２絶縁膜２４に設けられた各開口部２４ａは、第２絶縁膜２４のうちセンサ部１０の固定電極部１７、可動電極固定部１５、接続部１８の各コンタクト領域１４ａと対向する領域とは異なる領域に設けられていることが特徴となっている。

これによると、可動電極部固定部１５等の各コンタクト領域１４ａが各配線部２５ａの表面に接合されたときに、該コンタクト領域１４ａと凹部２５ｃとは重ならない位置関係となるので、配線部２５ａとコンタクト領域１４ａとの接合面積の低下を防止することができる。したがって、可動電極部固定部１５等と配線部２５ａとの接合強度を確保することができ、キャップ部２０がセンサ部１０から剥がれてしまうことを防止できる。これは、半導体力学量センサの歩留まりの向上に繋がる。

また、配線部２５ａにステップカバレッジによる凹部２５ｃが形成されたとしても、該凹部２５ｃを消滅させるまで配線部２５ａの表面を削る必要がなくなるので、キャップ部２０の生産性、ひいては半導体力学量センサの生産性の向上を図ることができる。

本実施形態では、半導体力学量センサのうちキャップ部２０においてセンサ部１０と対向する一面に第１絶縁膜２２、第１配線層２３、第２絶縁膜２４、および第２配線層２５によって構成される積層構造を設けているので、センシング部であるセンサ構造体が設けられたセンサ部１０側に複雑な配線層を設ける必要がなく、センサ部１０の構造を簡略化することができ、ひいては、半導体力学量センサの構造を簡略化することができる。

そして、キャップ部２０に配線層を設けて気密封止として機能させることで、センサ部１０に配線層を設ける工程が不要となると共に、センサ部１０を多層構造とする必要がなくなる。したがって、センサ部１０の製造工程、ひいては半導体力学量センサ全体の製造工程を簡略化することができ、半導体力学量センサの歩留まりの向上やコストを低減させることができる。

また、第２配線層２５を構成する配線部２５ａと気密封止部２５ｂとをシリコン基板２１の一面から同一の高さにしているので、センサ部１０とキャップ部２０とを接合するだけで配線部２５ａによって接続部１８とセンサ構造体との電気的接続を図ることができると共に、気密封止部２５ｂによってセンサ構造体を気密封止することができる。

さらに、キャップ部２０に凹部２１ａを設け、該凹部２１ａからセンサ部１０の接続部１８を露出させている。これにより、ワイヤボンディングを行うためのツールがキャップ部２０に接触しないようにすることができると共に、該接続部１８へのワイヤボンディングを容易に行うことができる。したがって、キャップ部２０にワイヤボンディングのための貫通孔を設ける必要もなく、キャップ部２０のサイズを大きくしないようにすることができ、ひいてはチップサイズの低減を図ることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記第１実施形態では、半導体力学量センサのうちセンサ部１０に外部と電気的接続を図る接続部１８が設けられていたが、本実施形態では、キャップ部２０から外部に電気的接続を図る構成になっていることが特徴となっている。

図８は、本実施形態に係る半導体力学量センサの概略断面図である。この図に示されるように、図２に示されるセンサ部１０の接続部１８を廃止し、センサ部１０においては周辺部１９で囲まれた部分のみを有する構成とする。一方、キャップ部２０については、第１実施形態と同様の構成となっている。

したがって、図８に示されるように、センサ部１０については、接続部１８が設けられていない分、図２におけるセンサ部１０よりもサイズが小さくなっている。そして、該センサ部１０のセンサ構造体がキャップ部２０の気密封止部２５ｂによって封止されると、キャップ部２０のうち図２に示されるセンサ部１０の接続部１８に接合されていた配線部２５ａが露出する。

本実施形態では、センサ部１０から露出した、すなわちセンサ部１０に封止されていない配線部２５ａをパッドとして用いる。図８に示されるように、センサ部１０から露出した配線部２５ａにボンディングワイヤ３１を接続し、半導体力学量センサと外部との電気的接続を図っている。

以上のように、キャップ部２０の配線部２５ａを外部と接続することができる。この場合、第１実施形態に対してセンサ部１０のサイズは小さくなり、キャップ部２０のサイズは変わらない。このため、図２に示される半導体力学量センサに対してサイズを小さくすることができる。また、この実施形態においては、第１実施形態のキャップ部２０のシリコン基板２１に設けられた凹部２１ａはセンサ部１０の側に設けられることになる。ウェハ状態でなく、個別に組み付ける場合はこの凹部２１ａはなくてもよい。

（第３実施形態）
本実施形態では、上記各実施形態と異なる部分についてのみ説明する。本実施形態では、配線パターン部を有する２つのチップを接合して半導体力学量センサが構成されていることが特徴となっている。

図９は、本実施形態に係る半導体力学量センサの概略断面図である。この図に示されるように、半導体力学量センサは、第１チップ５０と第２チップ６０とが接合されて構成されている。

第１チップ５０は、一面を有する板状であって、一面側の表層部に第１ＩＣ回路部５１が設けられたものである。この第１チップ５０は、図２に示されるものと同じ構成の配線パターン部５２を有している。

具体的には、第１ＩＣ回路部５１の上に第１絶縁膜５３が形成され、第１絶縁膜５３の上に第１ＩＣ回路部５１に接続される第１配線層５４がパターニングされている。また、第１配線層５４の上に第１配線層５４を露出させる開口部５５ａが設けられた第２絶縁膜５５が形成されており、開口部５５ａから露出する第１配線層５４の上に第２配線層５６が形成されている。

また、第１チップ５０において、配線パターン部５２の第２絶縁膜５５の上に気密封止部５６ａが形成されている。この気密封止部５６ａは、一端が他端に繋がった輪状になっている。また、気密封止部５６ａは、第２絶縁膜５５の上に形成されることで第１配線層５４と電気的に絶縁され、第２配線層５６と同一の高さとされている。

第２配線層５６は、第２絶縁膜５５の開口部５５ａに埋められたことで、第２配線部５６の表面が開口部５５ａ側に凹んだ凹部５６ｂを有している。

なお、図９には示されていないが、この配線パターン部５２は第１ＩＣ回路部５１と電気的に接続されている。

同様に、第２チップ６０には、一面を有する板状であって、一面側の表層部に第２ＩＣ回路部６１が設けられている。そして、第２チップ６０にも、上記配線パターン部５２と同じ構造の配線パターン部６２が第２ＩＣ回路部６１の上に形成されている。

具体的には、第２ＩＣ回路部６１の上に第１絶縁膜６３が形成され、第１絶縁膜６３の上に第２ＩＣ回路部６１に接続される第１配線層６４がパターニングされている。また、第１配線層６４の上に第１配線層６４を露出させる開口部６５ａが設けられた第２絶縁膜６５が形成されており、開口部６５ａから露出する第１配線層６４の上に第２配線層６６が形成されている。また、第２チップ６０において、第２絶縁膜６５の上にも上記と同様の気密封止部６６ａが形成されている。この気密封止部６６ａは、第２絶縁膜６５の表面のうち第１チップ５０の気密封止部５６ａに対応する位置に形成されている。

第２配線層６６は、第２絶縁膜６５の開口部６５ａに埋められたことで、第２配線部６６の表面が開口部６５ａ側に凹んだ凹部６６ｂを有している。もちろん、配線パターン部６２は、第２ＩＣ回路部６１と電気的に接続されている。

そして、第１チップ５０の一面と第２チップ６０の一面とが向かい合わされて、第１チップ５０の配線パターン部５２の第２配線層５６と第２チップ６０の配線パターン部６２の第２配線層６６とが接合されている。

この場合、第１チップ５０の第２配線層５６の凹部５６ｂと第２チップ６０の第２配線層６６の凹部６６ｂとが対向するように、第１チップ５０の一面と前記第２チップ６０の一面とが向かい合わされて、第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６とが接合されている。

これによると、第１チップ５０の第２配線層５６の表面と第２チップ６０の第２配線層６６の表面とが接触する面積のうち、凹部５６ｂおよび凹部６６ｂが占める面積が最小限になる。ここで、凹部５６ｂと凹部６６ｂとのサイズが異なっていたとしても、大きい面積が小さい面積を吸収し、大きい面積が上記接触する面積を占めるだけである。これにより、第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６との接合面積の低下を防止できる。したがって、第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６との接合強度を確保できる。

また、各第２配線層５６、６６が接合されると共に、各気密封止部５６ａ、６６ａが接合されている。これにより、気密封止部５６ａ、６６ａと第１絶縁膜５３、６３と第２絶縁膜５５、６５とで構成される空間が気密封止されている。

図９に示されるように、第１チップ５０のサイズは第２チップ６０よりも小さくなっており、第２チップ６０の第２配線層６６が第１チップ５０から露出している。そして、露出した第２配線層６６にボンディングワイヤ３１が接続され、半導体力学量センサと外部との電気的接続が図られている。

このような構造の半導体力学量センサは、以下のようにして製造される。第１ＩＣ回路部５１および配線パターン部５２が形成された第１チップ５０と、第２ＩＣ回路部６１および配線パターン部６２が形成された第２チップ６０とを用意する。

ここで、第１チップ５０の第２配線層５６には、該第２配線層５６が第２絶縁膜５５の開口部５５ａに埋められたことで、第２配線部５６の表面が開口部５５ａ側に凹んだ凹部５６ｂが形成されている。また、第２絶縁膜５５の上に気密封止部５６ａも形成されている。

同様に、第２チップ６０の第２配線層６６には、該第２配線層６６が第２絶縁膜６５の開口部６５ａに埋められたことで、第２配線部６６の表面が開口部６５ａ側に凹んだ凹部６６ｂが形成されている。また、第２絶縁膜６５の上であって第１チップ５０の気密封止部５６ａに対応する位置に気密封止部６６ａが形成されている。

第１チップ５０において、第２配線層５６の高さはどの場所でも第１チップ５０の一面に対して同じになっている。同様に、第２チップ６０において、第２配線層６６の高さもどの場所でも第２チップ６０の一面に対して同じになっている。

各チップ５０、６０はウェハ状態で形成されている。また、第１チップ５０が多数形成されたウェハにおいては、ボンディングワイヤが配置される部位にそれぞれ貫通穴が形成されている。

そして、各ウェハを常温接合する。このとき、第１チップ５０の配線パターン部５２の第２配線層５６と第２チップ６０の配線パターン部６２の第２配線層６６とを接合する。

このとき、第１チップ５０の一面と前記第２チップ６０の一面とを向かい合わせ、第１チップ５０の第２配線層５６の凹部５６ｂと第２チップ６０の第２配線層６６の凹部６６ｂとを対向させる。そして、第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６とを接合する。

また、各気密封止部５６ａ、６６ａを接合することで、気密封止部５６ａ、６６ａと第１絶縁膜５３、６３と第２絶縁膜５５、６５とで構成される空間を気密封止する。これにより、該空間への水や異物の混入などを防止することができる。

この後、ウェハをダイシングカットすることにより、個々に分割することで図９に示される半導体力学量センサが完成する。

以上のように、本実施形態では、第１チップ５０の凹部５６ｂと第２チップ６０の凹部６６ｂとを対向させて第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６とを接合しているので、第１チップ５０の第２配線層５６と第２チップ６０の第２配線層６６との接触面積のうち凹部５６ｂおよび凹部６６ｂが占める面積を最小限にすることができる。したがって、該接触面積の低下を防止できる。

また、各チップ５０、６０に配線パターン部５２、６２をそれぞれ設け、各配線パターン部５２、６２を接合することにより、１つの半導体装置を構成することができる。この場合、各回路部５１、６１内に複雑な配線パターンを設ける必要がないため、各回路部５１、６１の面積が大きくならないようにすることができ、ひいては各チップ５０、６０のサイズが大きくならないようにすることができる。また、各チップ５０、６０の配線パターン部５２、６２を接合するだけであるので、半導体力学量センサの製造工程を簡略化することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、気密封止部２５ｂ、５６ａ、６６ａが設けられた半導体力学量センサが示されているが、気密封止部２５ｂ、５６ａ、６６ａはセンサ構造体１５〜１７を密封する役割を果たすものあり、半導体力学量センサに必ず設ける必要はない。すなわち、気密封止部２５ｂ、５６ａ、６６ａが設けられていない構成の半導体力学量センサであっても構わない。

上記各実施形態では、センサ部１０の各シリコン層１１、１２としてＮ型の単結晶シリコンが採用されているが、例えばＮ＋型の単結晶シリコンを採用することもできる。また、シリコン基板２１、各シリコン層１１、１２として高濃度のものを使用したが、低濃度基板、低濃度層に不純物イオンを打ち込んだもの、気相の不純物拡散法等で表面のみまたは全体を高濃度化したものを用いてもよい。

上記各実施形態では、キャップ部２０にシリコン基板２１を用いていたが、例えばガラス等の絶縁材料を用いることもできる。これによると、第１絶縁膜２２が不要となり、絶縁材料の上に第１配線層２３を直接形成することができる。

また、第１配線層２３をドープトポリシリコンで形成することができる。さらに、第２配線層２５もドープトポリシリコンを用いてもよい。ポリシリコンを用いた場合、常温接合はシリコン−シリコン接合となり機械的強度および安定性は向上する。この場合、ワイヤボンディングのボンディングパッド部分のみＡｌ層を形成してもよいが、さらに簡素化する場合にはボンディングパッド部にインクジェット法、スクリーン印刷法等でＡｌ、Ａｕ、Ｃｕの印刷層を形成し、必要に応じて熱処理を施し密着性を上げ、この領域にワイヤボンディングすることができる。

上記各実施形態では、Ｚ軸方向やＺ軸に垂直な方向の加速度を検出する個々の加速度センサについて説明したが、Ｚ軸方向の加速度を検出する加速度センサと、Ｚ軸に垂直なＸ軸の２軸の加速度を検出する加速度センサとを１チップ上に一体化した２軸加速度センサを作製することもできる。同様に、Ｚ軸、Ｘ軸、Ｘ軸およびＺ軸に垂直なＹ軸の３軸の加速度をそれぞれ検出できるセンサを１チップ上に一体化しても良い。この場合、各軸方向の加速度を検出する加速度センサそれぞれを気密封止部２５ｂで囲むことができ、すべての加速度センサを１つの気密封止部２５ｂで囲むこともできる。

本発明の第１実施形態に係る半導体力学量センサの平面図である。 （ａ）は図１の２Ａ−２Ａ断面図、（ｂ）は図１の２Ｂ−２Ｂ断面図、（ｃ）は図１の２Ｃ−２Ｃ断面図である。 （ａ）は第２配線層の配線部と可動電極部固定部との接触部分の部分拡大図であり、（ｂ）は第２配線層の配線部の表面を研磨する量の説明図である。 図１および図２に示される半導体力学量センサのうちセンサ部の製造工程を示した断面図である。 図１および図２に示される半導体力学量センサのうちキャップ部の製造工程を示した断面図である。 図１および図２に示される半導体力学量センサにおいて、センサ部とキャップ部とを接合する製造工程を示した図である。 １枚のシリコンウェハに複数の半導体力学量センサを形成した様子を示した平面図である。 本発明の第２実施形態に係る半導体力学量センサの概略断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体力学量センサの概略断面図である。 本出願人が先に提出した特許出願に係る半導体装置の概略断面図である。

符号の説明

１０ センサ部
１４ａ コンタクト領域
１５ 可動電極固定部
１６ 可動電極部
１７ 固定電極部
２０ キャップ部
２３ 第１配線層
２４ 第２絶縁膜
２４ａ 第２絶縁膜の開口部
２５ 第２配線層
２５ａ 配線部
２５ｂ 気密封止部
２５ｃ 凹部
６０ バンプ
５０ 第１チップ
５１ 第１ＩＣ回路部
６０ 第２チップ
６１ 第２ＩＣ回路部

Claims (11)

1. 一面を有する板状であって、前記一面の表層部にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）と、
   前記センサ部（１０）の一面に接合されたキャップ部（２０）とを備え、
   前記キャップ部（２０）は、
   前記センサ部（１０）が接合される面の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた第１配線層（２３）と、
   前記第１配線層（２３）の上に形成され、該第１配線層（２３）を露出させる開口部（２４ａ）が設けられた絶縁膜（２４）と、
   前記開口部（２４ａ）から露出する前記第１配線層（２３）の上に形成された配線部（２５ａ）を有する第２配線層（２５）とを備え、
   前記配線部（２５ａ）は、前記絶縁膜（２４）の開口部（２４ａ）に埋められたことで、前記配線部（２５ａ）の表面が前記開口部（２４ａ）側に凹んだ凹部（２５ｃ）を有し、
   前記センサ構造体（１５〜１７）のうち前記配線部（２５ａ）に接合された領域をコンタクト領域（１４ａ）と定義したとき、前記コンタクト領域（１４ａ）は、前記配線部（２５ａ）の表面のうち前記凹部（２５ｃ）が形成された領域とは異なる領域に位置していることを特徴とする半導体装置。
2. 前記コンタクト領域（１４ａ）は、前記配線部（２５ａ）の表面のうち前記絶縁膜（２４）の開口部（２４ａ）が投影された領域とは異なる領域に位置していることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記センサ部（１０）は、前記キャップ部（２０）が接合される一面に前記センサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を有し、
   前記第２配線層（２５）は、一端が他端に繋がった輪状であって、前記周辺部（１９）に対応するように形成されると共に前記絶縁膜（２４）の上に形成されることで前記第１配線層（２３）と電気的に絶縁された気密封止部（２５ｂ）を有し、
   前記キャップ部（２０）が前記センサ部（１０）に接合されることで、前記気密封止部（２５ｂ）が前記周辺部（１９）に接合されると共に、前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とによって構成される空間に前記センサ構造体（１５〜１７）が封止されるようになっていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置。
4. 前記センサ部（１０）は、前記キャップ部（２０）が接合される一面のうち前記周辺部（１９）で囲まれた領域の外側にワイヤ（３１）が接続される接続部（１８）を有しており、
   前記キャップ部（２０）が前記センサ部（１０）に接合されることで、前記センサ部（１０）が接合される面の外縁部分に形成された前記配線部（２５ａ）と前記接続部（１８）とが接続され、前記接続部（１８）を介して前記センサ構造体（１５〜１７）と外部とが接続されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
5. 前記キャップ部（２０）のうち前記センサ部（１０）が接合される面の外縁部分に形成された前記配線部（２５ａ）にワイヤ（３１）が接続され、該ワイヤ（３１）を介して前記センサ構造体（１５〜１７）と外部とが接続されるようになっていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置。
6. 一面を有する板状であって、前記一面側の表層部に第１ＩＣ回路部（５１）が設けられた第１チップ（５０）と、
   一面を有する板状であって、前記一面側の表層部に第２ＩＣ回路部（６１）が設けられた第２チップ（６０）とを備え、
   前記第１チップ（５０）は、
   前記第１ＩＣ回路部（５１）の上に形成された第１絶縁膜（５３）と、
   前記第１絶縁膜（５３）の上にパターニングされて前記第１ＩＣ回路部（５１）に接続される第１配線層（５４）と、
   前記第１配線層（５４）の上に形成され、前記第１配線層（５４）を露出させる開口部（５５ａ）が設けられた第２絶縁膜（５５）と、
   前記開口部（５５ａ）から露出する前記第１配線層（５４）の上に形成された第２配線層（５６）とを備え、
   前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）は、前記第２絶縁膜（５５）の開口部（５５ａ）に埋められたことで、前記第２配線部（５６）の表面が前記開口部（５５ａ）側に凹んだ凹部（５６ｂ）を有し、
   前記第２チップ（６０）は、
   前記第２ＩＣ回路部（６１）の上に形成された第１絶縁膜（６３）と、
   前記第１絶縁膜（６３）の上にパターニングされて前記第２ＩＣ回路部（６１）に接続される第１配線層（６４）と、
   前記第１配線層（６４）の上に形成され、前記第１配線層（６４）を露出させる開口部（６５ａ）が設けられた第２絶縁膜（６５）と、
   前記開口部（６５ａ）から露出する前記第１配線層（６４）の上に形成される第２配線層（６６）とを備え、
   前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）は、前記第２絶縁膜（６５）の開口部（６５ａ）に埋められたことで、前記第２配線部（６６）の表面が前記開口部（６５ａ）側に凹んだ凹部（６６ｂ）を有しており、
   前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の凹部（５６ｂ）と前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の凹部（６６ｂ）とが対向するように、前記第１チップ（５０）の一面と前記第２チップ（６０）の一面とが向かい合わされて、前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とが接合されていることを特徴とする半導体装置。
7. 前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）は、一端が他端に繋がった輪状であって、前記第２絶縁膜（５５）の上に形成されることで前記第１配線層（５４）と電気的に絶縁された気密封止部（５６ａ）を有し、
   前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）は、一端が他端に繋がった輪状であって、前記第２絶縁膜（６５）の上に形成されることで前記第１配線層（６４）と電気的に絶縁された気密封止部（６６ａ）を有し、
   前記第１チップ（５０）における第２配線層（５６）と前記第２チップ（６０）における第２配線層（６６）とが接合されると共に、前記第１チップ（５０）における気密封止部（５６ａ）と前記第２チップ（６０）における気密封止部（６６ａ）とが接合されて前記気密封止部（５６ａ、６６ａ）と前記各第１絶縁膜（５３、６３）と前記各第２絶縁膜（５５、６５）とで構成される空間が封止されるようになっていることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
8. 一面を有する板状であって、前記一面側の表層部にセンサ構造体（１５〜１７）が形成されたセンサ部（１０）を用意する工程と、
   前記センサ部（１０）が接合される面に、該センサ部（１０）が接合される面の外縁部分と前記センサ構造体（１５〜１７）とを繋ぐようにパターニングされた第１配線層（２３）を有するキャップ部（２０）を用意する工程と、
   前記第１配線層（２３）の上に絶縁膜（２４）を形成する工程と、
   前記センサ構造体（１５〜１７）のうち前記キャップ部（２０）に接合される領域をコンタクト領域（１４ａ）と定義したとき、前記絶縁膜（２４）のうち前記コンタクト領域（１４ａ）が対向した領域とは異なる領域に前記第１配線層（２３）が露出する開口部（２４ａ）を形成する工程と、
   前記絶縁膜（２４）の上に第２配線層（２５）を形成してパターニングすることにより、前記開口部（２４ａ）から露出する前記第１配線層（２３）の上に底部を有する凹部（２５ｃ）を備えた配線部（２５ａ）を形成する工程と、
   前記凹部（２５ｃ）の底部を残すように前記配線部（２５ａ）の表面を平坦化する工程と、
   前記センサ構造体（１５〜１７）のコンタクト領域（１４ａ）を前記配線部（２５ａ）の表面のうち前記開口部（２４ａ）が投影された領域とは異なる領域に接合することにより、前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とを接合する工程とを含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. 前記センサ部（１０）を用意する工程では、該センサ部（１０）として、前記キャップ部（２０）が接合される一面に前記センサ構造体（１５〜１７）を一周して囲む周辺部（１９）を備えたものを用意し、
   前記絶縁膜（２４）の上に前記第２配線層（２５）を形成してパターニングする工程では、一端が他端に繋がった輪状であって、前記周辺部（１９）に対応するように形成されると共に前記絶縁膜（２４）の上に形成されることで前記第１配線層（２３）と電気的に絶縁された気密封止部（２５ｂ）を形成し、
   前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とを接合する工程では、前記気密封止部（２５ｂ）を前記周辺部（１９）に接合すると共に、前記キャップ部（２０）と前記センサ部（１０）とによって構成される空間に前記センサ構造体（１５〜１７）を封止することを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造方法。
10. 一面を有する板状であって、前記一面側の表層部に第１ＩＣ回路部（５１）が設けられた第１チップ（５０）を用意する工程と、
    前記第１ＩＣ回路部（５１）の上に第１絶縁膜（５３）を形成し、この第１絶縁膜（５３）の上に前記第１ＩＣ回路部（５１）に接続される第１配線層（５４）を形成した後、前記第１配線層（５４）の上に第２絶縁膜（５５）を形成し、さらに、前記第２絶縁膜（５５）に該第２絶縁膜（５５）から前記第１配線層（５４）を露出させる開口部（５５ａ）を設け、前記開口部（５５ａ）から露出する前記第１配線層（５４）の上に前記第２配線層（５６）の表面が前記開口部（５５ａ）側に凹んだ凹部（５６ｂ）を備えた第２配線層（５６）を形成する工程と、
    一面を有する板状であって、前記一面側の表層部に第２ＩＣ回路部（６１）が設けられた第２チップ（６０）を用意する工程と、
    前記第２ＩＣ回路部（６１）の上に第１絶縁膜（６３）を形成し、この第１絶縁膜（６３）の上に前記第２ＩＣ回路部（６１）に接続される第１配線層（６４）を形成した後、前記第１配線層（６４）の上に第２絶縁膜（６５）を形成し、さらに、前記第２絶縁膜（６５）に該第２絶縁膜（６５）から前記第１配線層（６４）を露出させる開口部（６５ａ）を設け、前記開口部（６５ａ）から露出する前記第１配線層（６４）の上に前記第２配線部（６６）の表面が前記開口部（６５ａ）側に凹んだ凹部（６６ｂ）を備えた第２配線層（６６）を形成する工程と、
    前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）の凹部（５６ｂ）と前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）の凹部（６６ｂ）とを対向させ、前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とを接合する工程とを含んでいることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）を形成する工程では、一端が他端に繋がった輪状であって、前記第２絶縁膜（５５）の上に形成されることで前記第１配線層（５４）と電気的に絶縁された気密封止部（５６ａ）を形成し、
    前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）を形成する工程では、前記第１チップ（５０）の気密封止部（５６ａ）に対応する位置に、一端が他端に繋がった輪状であって、前記第２絶縁膜（６５）の上に形成されることで前記第１配線層（６４）と電気的に絶縁された気密封止部（６６ａ）を形成し、
    前記第１チップ（５０）の第２配線層（５６）と前記第２チップ（６０）の第２配線層（６６）とを接合する工程では、前記第１チップ（５０）の気密封止部（５６ａ）と前記第２チップ（６０）の気密封止部（６６ａ）とを接合すると共に、前記各気密封止部（５６ａ、６６ａ）と前記各第１絶縁膜（５３、６３）と前記各第２絶縁膜（５５、６５）とで構成される空間を封止することを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置の製造方法。

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