JP2010171368A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Alの第2配線層25の上にGeの導体層60を形成し、該導体層60を第2配線層25とセンサ部10の配線層14とで挟んだ状態で加熱する。これにより、導体層60を溶かして第2配線層25の一部と導体層60とを共晶合金化させると共に、配線層14と導体層60とを共晶合金化させる。溶けた導体層60は、第2配線層25の表面の凹凸および配線層14の表面の凹凸を埋めると共に、第2配線層25の表面と導体層60との間の空間、および配線層14の表面と導体層60との間の空間が無くなるように両者を共晶接合するので、第2配線層25と配線層14との接合面積の低下を抑制することができる。
【選択図】図2
Description
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は、可動部を有する加速度センサや角速度センサ(ジャイロセンサ)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。特に、本実施形態では、半導体装置を構成する基板の一面に平行な方向の加速度を検出するものである。
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。第1実施形態では、センサ部10の配線層14を配線部25aの凹部を覆うように共晶接合していたが、本実施形態では配線部25aの平坦部に配線層14を接合することが特徴となっている。
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。第1、第2実施形態では、第2絶縁膜24に設けた開口部24aによって配線部25aにステップカバレッジによる凹部が形成されていたが、本実施形態では配線部25aに凹部が形成されないようにしたことが特徴となっている。このことについて、図9を参照して説明する。
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。第1実施形態では、第2配線層25の材料としてAlを用いていたが、本実施形態では第2配線層25の代わりに導体層60を用いることが特徴となっている。
本実施形態では、第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。第4実施形態では、第2絶縁膜24に設けた開口部24aによって導体層60にステップカバレッジによる凹部が形成されていたが、本実施形態では導体層60に凹部が形成されないようにしたことが特徴となっている。このことについて、図12を参照して説明する。
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。第1実施形態では、第2配線層25の上に導体層60を形成していたが、本実施形態では、配線層14の上に導体層60を形成することが特徴となっている。
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。本実施形態では、半導体装置、特にキャップ部20にIC回路部を設けたことが特徴となっている。
本実施形態では、第7実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図16は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。この図に示されるように、本実施形態では、キャップ部20のシリコン基板21においてセンサ部10と対向する一面21a側にIC回路部27が設けられている。
本実施形態では、第6実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図17は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。この図に示されるように、接続部18が廃止されたセンサ部10にキャップ部20が接合されており、該キャップ部20のシリコン基板21においてセンサ部10と対向する一面21a側にIC回路部27が設けられている。IC回路部27は、第1絶縁膜22に設けられた図示しない開口部を介して第1配線層23と電気的に接続されている。以上のように、図13の構造に対してIC回路部27を設けた構造とすることができる。
本実施形態では、第1〜第9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、Al−Ge共晶合金によりセンサ部10とキャップ部20とを接合していたが、本実施形態では、Au−Si共晶合金によりによりセンサ部10とキャップ部20とを接合することが特徴となっている。
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。図20は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。この図に示されるように、センサ部10に複数の接続部18が設けられている。
本実施形態では、第1〜第11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、第1配線層23、第2絶縁膜24、および第2配線層25によって構成された配線パターン部によってアンカー部15と接続部18等の接続が行われていたが、本実施形態では貫通電極によりキャップ部20の一面21aとは反対側の面に電位を取り出す構造が特徴となっている。
本実施形態では、第12実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図23は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。この図に示されるように、各パッド部71d〜74dの上にボールボンディング71e〜74eが設けられている。
本実施形態では、第13実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図24は、本実施形態に係る半導体装置の断面図である。この図に示されるように、センサ部10の第2シリコン層12のうち絶縁層13が設けられた面とは反対側の面に絶縁膜13bが設けられている。
本実施形態では、第1〜第14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、センサ部10の一面10aに平行な方向の物理量を検出するものであったが、本実施形態ではセンサ部10の一面10aに垂直な方向(Z軸)の物理量を検出できるものである。
本実施形態では、第15実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図26は、本実施形態に係る半導体装置を示した図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のC−C断面図である。
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。例えば、第1実施形態に示されるように、上記各実施形態では第1シリコン層11の表面全体にAlの配線層14が形成されていたが、本実施形態では第1シリコン層11の表面全体ではなく第1シリコン層11の表面の一部に配線層14が形成されていることが特徴となっている。
本実施形態では、第17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、第1シリコン層11のうちの周辺部19と第2シリコン層12とのコンタクトを取り、さらに周辺部19とキャップ部20のシリコン基板21とのコンタクトを取る構造としたことが特徴となっている。
上記各実施形態では、気密封止部25bが設けられた半導体装置が示されているが、気密封止部25bはセンサ構造体を密封する役割を果たすものあり、半導体装置に必ず設ける必要はない。すなわち、気密封止部25bが設けられていない構成の半導体装置であっても構わない。
10a センサ部の一面
13 絶縁層
13c コンタクト部
15 アンカー部
16 振動子
17 固定電極部
19 周辺部
20 キャップ部
25a 配線部
25b 気密封止部
40 封止空間
60 導体層
Claims (18)
- 一面(10a)を有し、前記一面(10a)側にセンサ構造体(15〜17)が形成されたセンサ部(10)と、
前記センサ構造体(15〜17)を覆うように前記一面(10a)に接合されたキャップ部(20)とを備え、
前記センサ部(10)のうち前記キャップ部(20)と接合される部位をセンサ部側接合部(15、17〜19)とし、前記キャップ部(20)のうち前記センサ部(10)と接合される部位をキャップ部側接合部(25a、25b)としたとき、
前記センサ部側接合部(15、17〜19)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とは、前記センサ部側接合部(15、17〜19)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とのうち少なくとも一方を共晶合金化させることにより共晶接合されていることを特徴とする半導体装置。 - 前記センサ部側接合部(15、17〜19)は、
前記センサ構造体(15〜17)の一部と、
前記センサ構造体(15〜17)を一周して囲む周辺部(19)とを有し、
前記キャップ部側接合部(25a、25b)は、
前記センサ構造体(15〜17)の一部に共晶接合された配線部(25a)と、
前記配線部(25a)と同じ階層に配置されると共に、該配線部(25a)とは電気的に絶縁され、前記周辺部(19)に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部(25b)とを有しており、
前記気密封止部(25b)と前記周辺部(19)とが共晶接合されたことで、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た封止空間(40)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に記載の半導体装置。 - 前記センサ部側接合部(15、17〜19)は、前記配線部(25a)の表面のうちの平坦部に共晶接合されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記センサ部側接合部(15、17〜19)は、該センサ部側接合部(15、17〜19)の表面側のうち少なくとも前記キャップ部側接合部(25a、25b)に対向する部分に金属の配線層(14)を有し、
前記配線層(14)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とは、前記配線層(14)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とのうち少なくとも一方を共晶合金化させることにより共晶接合され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。 - 前記センサ部(10)は、前記センサ構造体(15〜17)とこのセンサ構造体(15〜17)を一周して囲む周辺部(19)とが形成された第1導電層(11)と、第2導電層(12)とが、絶縁層(13)を挟み込んでなるSOI基板を有し、
前記絶縁層(13)は、前記周辺部(19)と前記第2導電層(12)との間に、前記周辺部(19)と前記第2導電層(12)とを電気的に接続するコンタクト部(13c)を有しており、
前記キャップ部(20)は、導電性基板(21)と、この導電性基板(21)の上に形成された前記キャップ部側接合部(25a、25b)とを有し、
前記キャップ部側接合部(25a、25b)は、前記センサ構造体(15〜17)の一部に共晶接合された配線部(25a)と、前記配線部(25a)と同じ階層に配置されると共に、該配線部(25a)とは電気的に絶縁され、前記周辺部(19)に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成され、さらに前記導電性基板(21)に電気的に接続された気密封止部(25b)とを有しており、
前記センサ部側接合部(15、17〜19)とキャップ部側接合部(25a、25b)とが共晶接合されたことにより、前記周辺部(19)、前記コンタクト部(13c)、前記第2導電層(12)、前記気密封止部(25b)、および前記導電性基板(21)が電気的に接続されると共に同電位とされ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。 - 一面(10a)を有し、前記一面(10a)側にセンサ構造体(15〜17)が形成されたセンサ部(10)と、
前記センサ構造体(15〜17)を覆うように前記一面(10a)に接合されたキャップ部(20)とを備えた半導体装置の製造方法であって、
前記センサ構造体(15〜17)が形成された前記センサ部(10)を用意する工程と、
前記キャップ部(20)を用意する工程と、
前記センサ部(10)のうち前記キャップ部(20)と接合される部位をセンサ部側接合部(15、17〜19)とし、前記キャップ部(20)のうち前記センサ部(10)と接合される部位をキャップ部側接合部(25a、25b)としたとき、前記センサ部側接合部(15、17〜19)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とのうち少なくとも一方を共晶合金化させることにより前記センサ部側接合部(15、17〜19)と前記キャップ部側接合部(25a、25b)とを共晶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。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が金属の配線層(14)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が金属層(25)とこの金属層(25)の上に形成された導体層(60)とを有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記導体層(60)を前記配線層(14)と前記金属層(25)とで挟んだ状態で加熱することにより、前記導体層(60)と前記配線層(14)の一部とを共晶合金化させると共に、前記導体層(60)と前記金属層(25)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)の表面側に金属の配線層(14)が形成され、この配線層(14)の上に導体層(60)が形成されたものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が金属層(25)を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記導体層(60)を前記配線層(14)と前記金属層(25)とで挟んだ状態で加熱することにより、前記導体層(60)と前記配線層(14)の一部とを共晶合金化させると共に、前記導体層(60)と前記金属層(25)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)の表面側に金属の配線層(14)が形成されたものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が金属層(25)とこの金属層(25)の上に形成された共晶合金層とを有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記配線層(14)と前記金属層(25)とで前記共晶合金層を挟んだ状態で加熱することにより、前記共晶合金層の一部と前記配線層(14)の一部とを共晶合金化させると共に、前記共晶合金層の一部と前記金属層(25)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が金属の配線層(14)とこの配線層(14)の上に形成された共晶合金層とを有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が金属層(25)を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記配線層(14)と前記金属層(25)とで前記共晶合金層を挟んだ状態で加熱することにより、前記共晶合金層の一部と前記配線層(14)の一部とを共晶合金化させると共に、前記共晶合金層の一部と前記金属層(25)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が金属の配線層(14)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が導体層(60)を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記配線層(14)と前記導体層(60)とを接触させた状態で加熱することにより、前記配線層(14)の一部と前記導体層(60)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が金属の配線層(14)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が共晶合金層を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記配線層(14)と前記共晶合金層とを接触させた状態で加熱することにより、前記配線層(14)の一部と前記共晶合金層の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記配線層(14)を前記センサ部側接合部(15、17〜19)の表面側のうち少なくとも前記キャップ部側接合部(25a、25b)に対向する部分に設けたものを用意することを特徴とする請求項7ないし12のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が導体層(11)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が金属層(25)を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記導体層(11)と前記金属層(25)とを接触させた状態で加熱することにより、前記導体層(11)の一部と前記金属層(25)の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)が導体層(11)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)が共晶合金層を有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記導体層(11)と前記共晶合金層とを接触させた状態で加熱することにより、前記導体層(11)の一部と前記共晶合金層の一部とを共晶合金化させて共晶接合することを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ部側接合部(15、17〜19)は、前記センサ構造体(15〜17)の一部と、前記センサ構造体(15〜17)を一周して囲む周辺部(19)とを有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、前記キャップ部側接合部(25a、25b)は、配線部(25a)と、前記配線部(25a)と同じ階層に配置されると共に、該配線部(25a)とは電気的に絶縁され、前記周辺部(19)に対応するように一端が他端に繋がった輪状に形成された気密封止部(25b)とを有するものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記配線部(25a)と前記センサ構造体(15〜17)の一部とを共晶接合すると共に、前記気密封止部(25b)と前記周辺部(19)とを共晶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)とによって構成された封止空間(40)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6ないし15のいずれか1つに記載の半導体装置の方法。 - 前記共晶接合する工程では、前記センサ部側接合部(15、17〜19)を、前記配線部(25a)の表面のうちの平坦部に共晶接合することを特徴とする請求項16に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記センサ部(10)を用意する工程では、前記センサ部(10)として、前記センサ構造体(15〜17)とこのセンサ構造体(15〜17)を一周して囲む周辺部(19)とが形成された第1導電層(11)と、第2導電層(12)とが、絶縁層(13)を挟み込んでなるSOI基板を用意し、さらに、前記絶縁層(13)として、前記周辺部(19)と前記第2導電層(12)との間に、前記周辺部(19)と前記第2導電層(12)とを電気的に接続するコンタクト部(13c)を有するものを用意し、
前記キャップ部(20)を用意する工程では、前記キャップ部(20)として、導電性基板(21)と、この導電性基板(21)の上に形成された前記キャップ部側接合部(25a、25b)とを有するものを用意し、さらに、前記キャップ部側接合部(25a、25b)のうちの前記気密封止部(25b)として、前記導電性基板(21)に電気的に接続されたものを用意し、
前記共晶接合する工程では、前記センサ部側接合部(15、17〜19)とキャップ部側接合部(25a、25b)とを共晶接合することにより、前記周辺部(19)、前記コンタクト部(13c)、前記第2導電層(12)、前記気密封止部(25b)、および前記導電性基板(21)を電気的に接続すると共に同電位とすることを特徴とする請求項16または17に記載の半導体装置の製造方法。
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