JP2010145212A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】振動子を備えた半導体装置において、振動子のキャップ側と支持基板側とのダンピングの効果を均一にすることにより振動子の不要振動を低減する。
【解決手段】キャップ部２０は、第２シリコン層１２の面方向に振動子１６が移動する領域に対向する位置にダミーパターン２６を備えている。これによると、振動子１６とダミーパターン２６との間の間隔が、第２シリコン層１２と振動子１６との間の一定の間隔と同じになるので、振動子１６のキャップ部２０側の封止媒体４１によるダンピング効果と第２シリコン層１２側の封止媒体４１によるダンピング効果とを均一にすることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ＩＣやＬＳＩの集積回路、振動子を備えた半導体力学量センサ（加速度センサ、角速度センサ（ジャイロセンサ）等）やＭＥＭＳ発振器をキャップにて保護した半導体装置に関するものであり、特に、加速度センサや角速度センサ（ジャイロセンサ）に適用すると好適である。

従来より、振動子が形成されたシリコン層を支持基板とキャップとで挟み込んだセンサが、例えば特許文献１で提案されている。このシリコン層には、振動子を一周して取り囲んだフレームが形成されており、このフレームが支持基板とキャップとで挟まれることで、支持基板とキャップとフレームとによって構成された空間が気密になっている。そして、この空間内に振動子が封止されている。
特開平９−１２９８９８号公報

しかしながら、上記従来の技術では、上記の空間内においてその空間内に空気が封入されている場合、振動子と支持基板との間の間隔よりも振動子とキャップとの間の間隔が広いため、振動子がキャップ側に動いたときに、振動子とキャップとの間の空気が他の場所に逃げやすくなってしまう。このため、振動子と支持基板との間の間隔におけるダンピングの効果よりも、振動子とキャップとの間の間隔におけるダンピングの効果は小さくなるので、振動子はキャップ側に変位しやすくなってしまう。したがって、振動子においてキャップ側と支持基板側とでダンピングの効果が不均一になることから、キャップ側に振動しやすくなる不要振動が発生してしまう。

本発明は、上記点に鑑み、振動子のキャップ側と支持基板側とのダンピングの効果を均一にすることにより振動子の不要振動を低減できる構造を備えた半導体装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、キャップ部（２０）は、支持基板（１２）の面方向に振動子（１６）が可動な領域に対向する位置にダミーパターン（２６）を備え、振動子（１６）とダミーパターン（２６）との間の間隔が、支持基板（１２）と振動子（１６）との間の一定の間隔と同じになっていることを特徴とする。

これによると、支持基板（１２）と振動子（１６）との間の間隔と、振動子（１６）とダミーパターン（２６）との間の間隔が等しくなるので、振動子（１６）のキャップ部（２０）側の封止媒体（４１）によるダンピング効果と支持基板（１２）側の封止媒体（４１）によるダンピング効果とを均一にすることができる。したがって、振動子（１６）が支持基板（１２）側よりもキャップ部（２０）側に偏って振動してしまうことはないので、振動子（１６）の不要振動を低減することができる。

請求項２に記載の発明では、封止空間（４０）は、振動子（１６）が配置された振動子空間（４２）を有し、キャップ部（２０）は、振動子空間（４２）を形成する領域全体にダミーパターン（２６）を備えていることを特徴とする。

これによると、キャップ部（２０）のうちセンサ部（１０）と対向する領域に選択的にダミーパターン（２６）を設ける必要がないので、ダミーパターン（２６）の構造を簡略化することができる。

請求項３に記載の発明では、センサ構造体は、支持基板（１２）に対して振動子（１６）を支持するアンカー部（１５ａ）を有し、ダミーパターン（２６）は、金属層（２３）を含んでおり、該金属層（２３）はアンカー部（１５ａ）に接続されてアンカー部（１５ａ）と同電位になっていることを特徴とする。

これによると、金属層（２３）と振動子（１６）との間に電位差が発生せず、それらの間に不要な静電引力が作用するのを防止できる。

請求項４に記載の発明では、アンカー部（１５ａ）は、該アンカー部（１５ａ）を貫通して支持基板（１２）に達する貫通電極（１５ｃ）を有し、金属層（２３）はアンカー部（１５ａ）の貫通電極（１５ｃ）に接続されて支持基板（１２）と同電位になっていることを特徴とする。

これによると、貫通電極（１５ｃ）を介して金属層（２３）を支持基板（１２）と同電位にすることができるので、振動子（１６）と金属層（２３）との間の静電引力と振動子（１６）と支持基板（１２）との間の静電引力の発生を防止できる。また、金属層（２３）と支持基板（１２）とによって封止空間（４０）を電気的にシールドすることもできる。

請求項５に記載の発明では、振動子（１６）は、センサ部（１０）とキャップ部（２０）との積層方向に振動子（１６）を貫通したエッチングホール（１６ｄ）を有し、センサ部（１０）は、支持基板（１２）の上において、振動子（１６）が支持基板（１２）に投影された領域のうちエッチングホール（１６ｄ）が投影された領域とは異なる領域に突起部（１３ａ）を有し、ダミーパターン（２６）は、支持基板（１２）の上の突起部（１３ａ）に対応する位置にダミー突起（２６ａ）を有していることを特徴とする。

これによると、振動子（１６）の支持基板（１２）側の空間と、キャップ部（２０）側の空間との対称性が向上するので、ダンピングの不均一性を無くすことができる。

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、振動子を有する加速度センサであり、例えば車両の加速度の検出に用いられるものである。

図１は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。また、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図である。このうち、図１（ａ）は、センサ部１０をメインとした平面図であり、キャップ部２０に係る部分を破線や点線で示してある。また、図１（ｂ）はキャップ部２０の一部をメインとした平面図であり、センサ部１０に係る部分を破線や点線で示してある。以下、図１〜図３を参照して半導体装置の構造を説明する。

半導体装置は、図２に示されるように、板状のセンサ部１０と板状のキャップ部２０とが、互いに張り合わされて構成されている。

まず、センサ部１０について説明する。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る。このセンサ部１０は、図２および図３に示されるように、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基板によって構成されている。ＳＯＩ基板のうち、第１シリコン層１１の上には配線層１４が形成されている。

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の金属層やポリシリコン等が採用される。

センシング部は、ＳＯＩ基板のうちの第１シリコン層１１および配線層１４がパターニングされて形成されている。具体的には、第１シリコン層１１には、図１（ａ）に示されるように、アンカー部１５ａ、１５ｂ、振動子１６、固定電極部１７、１８、接続部１９ａ、および周辺部１９ｂが形成されている。これらは、ＭＥＭＳ技術により形成されたものである。

アンカー部１５ａ、１５ｂは、第２シリコン層１２に対して振動子１６を浮かせて支持するためのものである。各アンカー部１５ａ、１５ｂ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２つのアンカー部１５ａ、１５ｂに振動子１６が接続されている。

また、図２および図３に示されるように、アンカー部１５ａは、該アンカー部１５ａを貫通して第２シリコン層１２に達する貫通電極１５ｃを有している。具体的には、アンカー部１５ａを構成する配線層１４、第１シリコン層１１、および絶縁層１３にこれらを貫通した孔部１５ｄが形成され、該孔部１５ｄにＡｌ等の金属が埋め込まれたことにより、貫通電極１５ｃが形成されている。

振動子１６は、半導体装置が外部から受けた加速度に応じて第１シリコン層１１の平面方向に振動するものである。このような振動子１６は、図１（ａ）に示されるように、錘部１６ａと可動電極１６ｂと梁部１６ｃとを備えている。

錘部１６ａは、半導体装置に加速度が印加されたときに各アンカー部１５ａ、１５ｂに対して可動電極１６ｂを第２シリコン層１２の面方向に移動させる錘として機能するものであり、四角形状をなしている。また、可動電極１６ｂは、錘部１６ａの長手方向に対して垂直方向に延設され、複数本が設けられることで櫛歯状に配置されている。これら錘部１６ａおよび可動電極１６ｂには、複数のエッチングホール１６ｄがそれぞれ形成されている。このエッチングホール１６ｄは、振動子１６と第２シリコン層１２との間の絶縁層１３を除去する際のエッチング媒体の導入孔として用いられる。また、本実施形態では、各可動電極１６ｂと第２シリコン層１２との間の絶縁層１３は完全に取り除かれている。

梁部１６ｃは、各アンカー部１５ａ、１５ｂと錘部１６ａとを連結するものであり、バネ性を有するものである。この梁部１６ｃにより、錘部１６ａが各アンカー部１５ａ、１５ｂに一体に連結されて支持されている。したがって、振動子１６は、図２に示されるように、第２シリコン層１２の上に一定の間隔で浮遊した状態になっている。すなわち、「一定の間隔」とは、振動子１６と第２シリコン層１２との間の間隔であり、絶縁層１３の厚みに相当する。また、錘部１６ａの長手方向が該錘部１６ａつまり振動子１６の可動方向となる。

各固定電極部１７、１８は、振動子１６の可動電極１６ｂとの間に容量を形成するためのものである。図１（ａ）に示されるように、各固定電極部１７、１８は振動子１６を構成する錘部１６ａの長辺と対向する位置にそれぞれ配置されている。

また、各固定電極部１７、１８は固定電極１７ａ、１８ａと固定部１７ｂ、１８ｂとをそれぞれ備えている。各固定電極１７ａ、１８ａは各可動電極１６ｂの隙間にかみ合うように櫛歯状に複数本配列された断面矩形の梁である。したがって、各可動電極１６ｂと各固定電極部１７、１８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それぞれ構成されている。

さらに、各固定電極１７ａ、１８ａと第２シリコン層１２との間の絶縁層１３は完全に取り除かれており、各固定電極１７ａ、１８ａは第２シリコン層１２に対して浮いた状態になっている。また、各固定電極１７ａ、１８ａには、複数のエッチングホール１７ｃ、１８ｃがそれぞれ形成されている。このエッチングホール１７ｃ、１８ｃは、エッチングホール１６ｄと同様に、各固定電極１７ａ、１８ａと第２シリコン層１２との間の絶縁層１３を除去する際のエッチング媒体の導入孔として用いられる。

各固定部１７ｂ、１８ｂは、各固定電極１７ａ、１８ａに接続されると共に、各固定電極１７ａ、１８ａと外部とを電気的に接続する部位である。各固定部１７ｂ、１８ｂは絶縁層１３の上に固定されており、第２シリコン層１２に対して各固定電極１７ａ、１８ａを支持している。

以下では、上記の各アンカー部１５ａ、１５ｂ、振動子１６、固定電極部１７、１８によって構成された構造をセンサ構造体という。

また、接続部１９ａは、半導体装置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にワイヤ３０が接続されることにより半導体装置と外部とが電気的に接続されるようになっている。

周辺部１９ｂは、キャップ部２０に接合される部位であり、上記センサ構造体を一周して囲むように形成されている。また、周辺部１９ｂは、各接続部１９ａを一周して囲むように形成されている。

次に、キャップ部２０について説明する。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る。また、キャップ部２０は、センサ部１０との間に密閉した空間を形成する役割も果たす。

このようなキャップ部２０は、図２および図３に示されるように、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。

第１絶縁膜２２は、シリコン基板２１においてセンサ部１０と対向する一面全体に形成されている。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。

第１配線層２３は、第１絶縁膜２２の上に形成されたものである。この第１配線層２３は、図１（ｂ）に示されるように、第１配線２３ａと、第２配線２３ｂと、第３配線２３ｃとにパターニングされている。

第１配線２３ａは、接続部１９ａと一方のアンカー部１５ａとを接続するようにパターニングされている。第２配線２３ｂは、一方の梁部１６ｃから他方の梁部１６ｃまでの範囲および一方の可動電極１６ｂの先端から他方の可動電極１６ｂの先端までの範囲の全体を覆うように四角形状にパターニングされている。この第２配線２３ｂは第１配線２３ａに接続されている。

また、第３配線２３ｃは、固定部１７ｂ、１８ｂと接続部１９ａとを接続するようにパターニングされている。

この第１配線層２３の上には、図２に示されるように、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には、該第２絶縁膜２４から第１配線層２３を露出させるための開口部２４ａがそれぞれ設けられている。各開口部２４ａは、図１（ａ）に示されるように、第２絶縁膜２４のうちアンカー部１５ａに対応する位置、各固定部１７ｂ、１８ｂに対応する位置、各接続部１９ａに対応する位置にそれぞれ形成されている。

そして、図２および図３に示されるように、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の各固定部１７ｂ、１８ｂやアンカー部１５ａにそれぞれ接合される配線部２５ａと、センサ部１０の周辺部１９ｂ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、センサ構造体を一周して囲むようにレイアウトされている。また、気密封止部２５ｂは第１配線２３ａを横切るようにレイアウトされている。つまり、気密封止部２５ｂを構成する第２配線層２５が第１配線層２３とは異なる階層に形成されているので、気密封止部２５ｂが第１配線２３ａをまたぐようにレイアウトすることが可能になっている。

また、図２に示されるように、第１配線２３ａに接続された配線部２５ａはアンカー部１５ａに接続されており、該アンカー部１５ａと同電位になっている。この電気的な配線により、第１配線層２３と振動子１６との電位差が無いようにすることができる。すなわち、第１配線層２３が電気的に浮遊した状態を回避でき、第１配線層２３と振動子１６との間の静電引力の発生を防止できる。

さらに、上述のように、アンカー部１５ａには貫通電極１５ｃが設けられており、該貫通電極１５ｃは配線部２５ａに接続されている。したがって、第１配線層２３は、第２配線層２５の配線部２５ａを介してアンカー部１５ａの貫通電極１５ｃに接続されて第２シリコン層１２と同電位になっている。

これによると、配線部２５ａおよび貫通電極１５ｃを介して第１配線層２３を第２シリコン層１２と同電位にすることができるので、振動子１６と第１配線層２３との間の静電引力と振動子１６と第２シリコン層１２との間の静電引力の発生を防止し振動子１６の不要な変位を無くすことができる。また、第１配線層２３と第２シリコン層１２とによって封止空間４０を電気的にシールドすることもできる。これは、第１配線層２３の第１配線２３ａが接続部１９ａに接続され、ワイヤ３０を介してＧＮＤ等の十分に電気的ドレイン能力のある部分に接続されることで可能となる。

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等の絶縁体が採用される。また、第１配線層２３および第２配線層２５として例えばＡｌやポリシリコン等の導体が採用される。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。これは、第１配線層２３と第２配線層２５との関係についても同じである。

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１９ｂに強固に接合されている。これにより、センサ部１０の第２シリコン層１２、絶縁層１３、周辺部１９ｂ、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。つまり、センサ部１０とキャップ部２０とによって封止された空間が封止空間４０とされ、該封止空間４０にセンサ構造体が封止された状態になっている。

また、封止空間４０には、封止媒体４１が封入されている。封止媒体４１は、振動子１６がセンサ部１０とキャップ部２０との積層方向に振動したときに振動子１６のクッションとなって振動子１６にダンピング効果を与えるためのものである。このような封止媒体４１として、気体や液体が用いられる。気体としては、空気やＮ_２の他、ＨｅやＡｒ等の不活性ガスが用いられる。本実施形態では、Ｎ_２が封入されている。

上記の封止空間４０の気圧は、例えば１気圧になっている。もちろん、１気圧に限らず、１気圧よりも高い気圧でも構わない。高い気圧の場合、高いダンピング効果を得ることができる。一方、封止空間４０が減圧されて１気圧よりも低い気圧になっていても構わない。この場合、真空ではない気圧、例えば０．１気圧程度の気圧でも封止空間４０に封止媒体４１が封入されていれば良い。

そして、封止空間４０全体のうち、振動子１６が配置された空間が振動子空間４２となる。具体的には、振動子１６が移動可能な範囲、本実施形態では一方の梁部１６ｃから他方の梁部１６ｃまでの範囲および一方の可動電極１６ｂの先端から他方の可動電極１６ｂの先端までの範囲を全体的に含んだ空間が振動子空間４２に相当する。

上記構成を有する半導体装置において、図２に示されるように、キャップ部２０は、該キャップ部２０のうち振動子空間４２を形成する領域全体にダミーパターン２６を備えている。このダミーパターン２６は、振動子空間４２をキャップ部２０に投影した領域全体に形成された第１絶縁膜２２、第１配線層２３の第２配線２３ｂ、および第２絶縁膜２４によって構成されている。

また、ダミーパターン２６は、振動子１６とダミーパターン２６との間の間隔が、振動子１６と第２シリコン層１２との間の一定の間隔と同じになるように形成されている。上述のように、キャップ部２０において第２絶縁膜２４の上に形成された第２配線層２５がセンサ部１０の配線層１４に接合されるので、センサ部１０の振動子１６とキャップ部２０との間の間隔は、第２配線層２５の厚さで決まる。したがって、第２配線層２５の厚さが該一定の間隔と同じ、つまり絶縁層１３と同じになるように第２配線層２５が形成されている。

これにより、振動子１６とダミーパターン２６との間の間隔が上記の一定の間隔と同じになっている。すなわち、振動子１６と第２絶縁膜２４との間の間隔が、振動子１６と第２シリコン層１２との間の間隔と同じになっている。以上が、本実施形態に係る半導体装置の全体構成である。

次に、上記半導体装置の製造方法について説明する。まず、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。

また、ＳＯＩ基板のうち第１シリコン層１１の上に全面に例えばＣＶＤ法により配線層１４としてＡｌ層を形成する。そして、ＳＯＩ基板のうちアンカー部１５ａとなる部分の配線層１４、第１シリコン層１１、および絶縁層１３を貫通する孔部１５ｄを形成すると共に、該孔部１５ｄにＡｌ等の金属を埋め込むことで貫通電極１５ｃを形成する。

続いて、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、各アンカー部１５ａ、１５ｂ、振動子１６、各固定電極部１７、１８、接続部１９ａ、および周辺部１９ｂを形成する。この場合、第１シリコン層１１のうち振動子１６となる部分および各固定電極１７ａ、１８ａ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完全に除去する。これにより、振動子１６および各固定電極１７ａ、１８ａを第２シリコン層１２から浮かせる。以上により、半導体装置のうちセンサ部１０が完成する。

次に、いわゆるシリコンウェハである単結晶シリコン基板２１を用意し、該シリコン基板２１の上にＬＰＣＶＤ法またはプラズマＣＶＤ法で第１絶縁膜２２としてＳｉ_３Ｎ_４膜を形成する。この後、第１絶縁膜２２の上に第１配線層２３としての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２３ａ、第２配線２３ｂ、および第３配線２３ｃを形成する。

続いて、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ＳｉＯ_２膜を形成し、該第２絶縁膜２４の表面をＣＭＰ法で平坦化する。また、第２絶縁膜２４をパターニングすることで、第２絶縁膜２４のうちセンサ部１０のアンカー部１５ａ、各固定部１７ｂ、１８ｂ、および接続部１９ａと対向する部分に第１配線層２３が露出する開口部２４ａをそれぞれ形成する。

そして、各開口部２４ａを埋めるように第２絶縁膜２４の上に第２配線層２５としてＡｌ層を形成してパターニングする。これにより、配線部２５ａおよび気密封止部２５ｂを形成する。各配線部２５ａは各開口部２４ａを介して第１配線層２３と電気的に接続される。また、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と共に、第２配線層２５の厚さがセンサ部１０の絶縁層１３と同じ厚さになるように第２配線層２５を平坦化する。以上により、半導体装置のうちキャップ部２０が完成する。

次に、センサ部１０の配線層１４とキャップ部２０の第２配線層２５と向かい合わせ、いわゆる直接接合の方法により両者を接合する。これにより、センサ部１０の周辺部１９ｂ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した封止空間４０を形成する。また、センサ部１０のアンカー部１５ａ、各固定部１７ｂ、１８ｂ、および接続部１９ａとキャップ部２０の各配線部２５ａとをそれぞれ接合する。これにより、振動子１６、各固定部１７ｂ、１８ｂと接続部１９ａとをそれぞれ電気的に接続する。

上述のように、センサ部１０およびキャップ部２０をウェハレベルで形成して各々のウェハを張り合わせている。したがって、接合後のウェハをダイシングカットすることにより、個々の半導体力装置を得ることができる。この後、半導体装置を図示しない回路基板等に実装し、図２に示されるように接続部１９ａと図示しない電気回路とをワイヤ３０で接続することで、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装置の外部に出力する構造が得られる。こうして、半導体装置が完成する。

続いて、半導体装置における加速度の検出方法について説明する。半導体装置が外部から加速度を受けると、振動子１６の梁部１６ｃがたわみ、位置が固定された各固定電極１７ａ、１８ａに対して、錘部１６ａが該錘部１６ａの長手方向、かつ、第２シリコン層１２の面方向に移動する。このため、各可動電極１６ｂと各固定電極１７ａ、１８ａとの間の距離が変化するので、各可動電極１６ｂと各固定電極１７ａ、１８ａとで構成されるコンデンサの容量値が変化する。この容量値の変化を検出することで半導体装置が外部から受けた加速度が得られるようになっている。

ここで、上記の封止構造では、図２に示されるように、振動子１６はセンサ部１０の第２シリコン層１２とキャップ部２０の第２絶縁膜２４とにより挟まれた構造となっている。上述のように、この振動子１６の変位を期待する方向が第２シリコン層１２に対して平行（つまり、錘部１６ａの長手方向）の方向であるとすると、振動子１６が第２シリコン層１２側や第２絶縁膜２４側に変位することは好ましくない。特に、振動子１６と第２シリコン層１２との間の間隔と、振動子１６と第２絶縁膜２４との間の間隔との各間隔が異なる場合、間隔が大きい方が空気の逃げ道が大きくなるので封止媒体４１によるダンピング効果が小さくなり、該間隔が大きい方に振動子１６が変位しやすくなってしまう。これが、振動子１６の不要な振動になってしまう。

しかしながら、本実施形態では、キャップ部２０のうち振動子空間４２を構成する場所にダミーパターン２６が配置されている。このダミーパターン２６によって、振動子１６と第２シリコン層１２との間の間隔と、振動子１６と第２絶縁膜２４との間の間隔とが等しなっているので、振動子１６の第２シリコン層１２側と第２絶縁膜２４側との各空気の逃げ道が同じになる。したがって、振動子１６におけるキャップ部２０側の封止媒体４１によるダンピング効果と第２シリコン層１２側の封止媒体４１ダンピング効果とが均一になり、振動子１６が第２シリコン層１２側もしくは第２絶縁膜２４側に振動しやすくなるような不要な振動を起こすことはない。

なお、本実施形態では、封止媒体４１として気体を採用している。気体によるエアダンピングは強い衝撃に対して緩衝材（クッション）となって振動子１６を不用意な破損から守るという機能がある。このため、封止空間４０に封止媒体４１として気体を封入することで、外部から半導体装置が受けた衝撃から振動子１６を保護できるというメリットもある。

以上説明したように、本実施形態では、キャップ部２０にダミーパターン２６を設けることにより、振動子１６とダミーパターン２６との間の間隔と、振動子１６と第２シリコン層１２との間の間隔を同じにしていることが特徴となっている。

これにより、第２シリコン層１２と振動子１６との間の空気の逃げ道と、振動子１６とダミーパターン２６との間の空気の逃げ道が同じになるので、振動子１６におけるキャップ部２０側のダンピング効果と第２シリコン層１２側のダンピング効果とを均一にすることができる。したがって、上記の逃げ道の大きさの違いによって逃げ道が大きい方に振動子１６が振動しやすくなることを抑制でき、ひいては振動子１６の不要振動を低減することができる。

また、ダミーパターン２６を封止空間４０の振動子空間４２全体に設けているので、キャップ部２０のうちセンサ部１０の振動子１６の可動領域と対向する領域に選択的にダミーパターン２６を設ける必要がない。このため、ダミーパターン２６のレイアウト構造を簡略化することができる。

さらに、ダミーパターン２６を構成する第２配線２３ｂを配線部２５ａおよび貫通電極１５ｃを介して第２シリコン層１２と同電位にしているので、第２配線２３ｂがフローティング状態となることを回避でき、第２配線２３ｂに蓄積されたであろう電荷によって振動子１６が影響を受けることを回避できる。特に、本実施形態では、振動子１６は第２配線２３ｂと第２シリコン層１２とで覆われた構造になっているため、振動子１６を電気的にシールドする効果を得ることもできる。

なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、アンカー部１５ａ、１５ｂ、振動子１６、および固定電極部１７、１８をまとめたものが特許請求の範囲のセンサ構造体に対応する。また、第２シリコン層１２が特許請求の範囲の支持基板に対応し、第１配線層２３が特許請求の範囲の金属層に対応する。

（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、各可動電極１６ｂや各固定電極１７ａ、１８ａと第２シリコン層１２との間の絶縁層１３は完全に取り除かれた構造が示されているが、この絶縁層１３が完全に除去されずに突起部として残る場合がある。本実施形態では、ダミーパターン２６の上に該突起部に対応した場所に突起部と同じ形状のダミー突起を設けることが特徴となっている。

図４は、振動子１６の可動電極１６ｂの一部を拡大した平面図である。また、図５は、図４のＣ−Ｃ断面図である。図４に示されるように、振動子１６の可動電極１６ｂには、センサ部１０とキャップ部２０との積層方向に振動子１６を貫通したエッチングホール１６ｄが形成されている。

また、このエッチングホール１６ｄや各固定電極１７ａ、１８ａとの間の隙間にエッチング媒体を侵入させることにより、絶縁層１３に対して等方性エッチングを施すこととなる。しかしながら、図４に示されるように、エッチングホール１６ｄや可動電極１６ｂの側面からもっとも遠い場所に位置する絶縁層１３にエッチング媒体が届かない領域が存在すると、この領域に突起状の突起部１３ａが残される。すなわち、この突起部１３ａは第２シリコン層１２の上において、振動子１６が第２シリコン層１２に投影された領域のうちエッチングホール１６ｄが投影された領域とは異なる領域に配置されている。

そこで、本実施形態では、図５に示されるように、ダミーパターン２６の表面つまり第２絶縁膜２４の上において、第２シリコン層１２の上の突起部１３ａに対応する位置にダミー突起２６ａが設けられている。このダミー突起２６ａは、第２絶縁膜２４の上に絶縁層を形成してパターニングすることにより得られる。

以上のように、第２シリコン層１２上の突起部１３ａに対応させてダミーパターン２６の上にダミー突起２６ａを設けることにより、振動子１６の第２シリコン層１２側の空間と、キャップ部２０側の空間との対称性が向上する。このため、振動子１６の第２シリコン層１２側のダンピングと第２絶縁膜２４側のダンピングとに差が生じないようにすることができ、振動子１６のダンピングが乱れないようにすることができる。

上記では、可動電極１６ｂと第２シリコン層１２との間の突起部１３ａについて説明したが、振動子１６の錘部１６ａと第２シリコン層１２との間や各固定電極１７ａ、１８ａと第２シリコン層１２との間に設けられた突起部１３ａについても同様に突起部１３ａに対するダミー突起２６ａを設けることとなる。

（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。上記各実施形態では、半導体装置として加速度を検出するセンサを例に説明したが、角速度を検出するジャイロセンサについても同様にダミーパターン２６やダミー突起２６ａを適用することができる。

図６は、本実施形態に係る半導体装置の平面図である。図６（ａ）は、センサ部１０をメインとした平面図であり、キャップ部２０に係る部分を破線で示してある。また、図６（ｂ）はキャップ部２０の一部をメインとした平面図であり、センサ部１０に係る部分を破線で示してある。なお、図６に示されるＡ−Ａ断面は図２に示された断面図と同じである。また、図６に示されるＢ−Ｂ断面は図３に示された断面図のうち貫通電極１５ｃが設けられたアンカー部１５ａの断面と同じである。

図６（ａ）に示されるように、センサ部１０にはジャイロセンサが形成されている。なお、本実施形態に係るジャイロセンサもＳＯＩ基板の第１シリコン層１１に形成されている。

具体的には、上記実施形態と同様に、第１シリコン層１１には、アンカー部１５ａ、１５ｂ、振動子１６、固定電極部１７、１８、接続部１９ａ、および周辺部１９ｂが形成されている。このうち振動子１６については、略矩形状の駆動用振動部１６ｅと、該駆動用振動部１６ｅを取り囲む矩形枠状の検出用振動部１６ｆと、駆動用振動部１６ｅおよび検出用振動部１６ｆを連結する複数個（図示例では４個）の駆動用梁部１６ｇとを備えて構成されている。このような構成の振動子１６が梁部１６ｃを介してアンカー部１５ａ、１５ｂに支持されている。また、検出用振動部１６ｆの外周部に複数の可動電極１６ｂが形成されている。

さらに、振動子１６を挟むように、各固定電極部１７、１８が配置されている。そして、各固定電極部１７、１８の各固定部１７ｂ、１８ｂから検出用振動部１６ｆ側に固定電極１７ａ、１８ａが延設されている。これにより、各可動電極１６ｂと各固定電極１７ａ、１８ａとが対向配置され、コンデンサが構成されている。

一方、キャップ部２０には、上記実施形態と同様に、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とが備えられている。このうち、図６（ｂ）に示されるように、第１配線層２３は、第１配線２３ａと、第２配線２３ｂとを備えている。また、第２配線２３ｂは、振動子１６全体を覆うように四角形状にレイアウトされている。

そして、第２配線２３ｂの上に第２絶縁膜２４が形成されることで、第１絶縁膜２２、第１配線層２３の第２配線２３ｂ、および第２絶縁膜２４によってダミーパターン２６が構成されている。本実施形態においても、ダミーパターン２６はキャップ部２０のうち振動子空間４２を形成する領域全体に設けられている。

また、第１配線層２３が露出するように第２絶縁膜２４に設けられた開口部２４ａを介して配線部２５ａが接続されており、該配線部２５ａが接続部１９ａに接続されている。

以上のように、センサ部１０にセンシング部としてジャイロセンサが形成されたものについても、キャップ部２０にダミーパターン２６を設けた構成とすることで、ダミーパターン２６が設けられていなければ振動子１６に生じたであろう不要な振動を低減することができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、振動子１６を全体的に覆うようにキャップ部２０にダミーパターン２６が設けられたものが示されているが、ダミーパターン２６は、少なくとも、第２シリコン層１２の面方向に振動子１６が移動する領域（可動な領域、つまり可動範囲）に対向する位置に設けられていれば良い。この様子を図７に示す。

図７は、可動電極１６ｂを含んだ断面図である。この図に示されるように、キャップ部２０には、可動電極１６ｂの可動範囲に対応した位置に設けられている。つまり、可動電極１６ｂが振動する範囲については、少なくともダミーパターン２６が設けられていれば良い。これにより、第２シリコン層１２と振動子１６との間の間隔と、振動子１６とダミーパターン２６との間の間隔が等しくなるので、振動子１６のキャップ部２０側のダンピング効果と第２シリコン層１２側のダンピング効果とを均一にすることができる。

また、ダミーパターン２６は、第１絶縁膜２２、第１配線層２３、および第２絶縁膜２４で形成されている必要はなく、図８に示されるように、第１絶縁膜２２の上に形成された酸化膜２７と第１絶縁膜２２とで構成されていても良い。図８に示されたダミーパターン２６の構成も一例であり、他のもので構成しても良い。また、形成方法についても、上記実施形態で示された方法に限らず、印刷の方法、シールを貼り付ける方法でも良い。

もちろん、酸化膜２７を用いる構成は、図１や図６に示されるように振動子空間４２全体を覆うように形成されたダミーパターン２６にも採用することができる。

上記各実施形態では、ダミーパターン２６を構成する第２配線２３ｂが配線部２５ａおよび貫通電極１５ｃを介して第２シリコン層１２に電気的に接続されていた。しかしながら、アンカー部１５ａに貫通電極１５ｃが設けられていない構造、すなわち第２配線２３ｂが配線部２５ａを介してアンカー部１５ａに同電位になっている構造でも良い。これにより、第２配線２３ｂがセンサ構造体と同電位になるので、第２配線２３ｂに不要な電荷が蓄積されることはない。したがって、該不要な電荷に基づいて第２配線２３ｂに発生する静電引力を振動子１６に与えないようにすることができる。

本実施形態に係る半導体装置の平面図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面図である。 本発明の第２実施形態に係る可動電極の平面図である。 図４のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の第３実施形態に係る半導体装置の平面図である。 他の実施形態における半導体装置の一部の断面図である。 他の実施形態における半導体装置の一部の断面図である。

符号の説明

１０ センサ部
１２ 第２シリコン層
１３ａ 突起部
１５ａ アンカー部
１５ｃ 貫通電極
１６ 振動子
１６ｄ エッチングホール
２０ キャップ部
２３ 第１配線層
２６ ダミーパターン
２６ａ ダミー突起
４０ 封止空間
４１ 封止媒体
４２ 振動子空間

Claims (5)

1. 支持基板（１２）の上に一定の間隔で浮遊した振動子（１６）を含むセンサ構造体を備えたセンサ部（１０）と、
   前記センサ部（１０）と接合されることで前記センサ部（１０）との間に密閉された封止空間（４０）を形成すると共に、該封止空間（４０）内に前記センサ構造体を封止したキャップ部（２０）と、
   前記封止空間（４０）内に封入された封止媒体（４１）とを備え、
   前記キャップ部（２０）は、前記支持基板（１２）の面方向に前記振動子（１６）が可動な領域に対向する位置にダミーパターン（２６）を備え、
   前記振動子（１６）と前記ダミーパターン（２６）との間の間隔が前記一定の間隔と同じになっていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記封止空間（４０）は、前記振動子（１６）が配置された振動子空間（４２）を有し、
   前記キャップ部（２０）は、前記振動子空間（４２）を形成する領域全体に前記ダミーパターン（２６）を備え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. 前記センサ構造体は、前記支持基板（１２）に対して前記振動子（１６）を支持するアンカー部（１５ａ）を有し、
   前記ダミーパターン（２６）は、金属層（２３）を含んでおり、該金属層（２３）は前記アンカー部（１５ａ）に接続されて前記アンカー部（１５ａ）と同電位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. 前記アンカー部（１５ａ）は、該アンカー部（１５ａ）を貫通して前記支持基板（１２）に達する貫通電極（１５ｃ）を有し、
   前記金属層（２３）は前記アンカー部（１５ａ）の貫通電極（１５ｃ）に接続されて前記支持基板（１２）と同電位になっていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
5. 前記振動子（１６）は、前記センサ部（１０）とキャップ部（２０）との積層方向に前記振動子（１６）を貫通したエッチングホール（１６ｄ）を有し、
   前記センサ部（１０）は、前記支持基板（１２）の上において、前記振動子（１６）が前記支持基板（１２）に投影された領域のうち前記エッチングホール（１６ｄ）が投影された領域とは異なる領域に突起部（１３ａ）を有し、
   前記ダミーパターン（２６）は、前記支持基板（１２）の上の前記突起部（１３ａ）に対応する位置にダミー突起（２６ａ）を有していることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体装置。

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