JP2013036829A - シリコン埋込ガラス基板とその製造方法、シリコン埋込ガラス多層基板とその製造方法、静電式加速度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】高い位置精度でシリコンが埋め込まれ、かつ反りの小さいシリコン埋込ガラス基板とその製造方法を提供する。
【解決手段】第１主面と第２主面を有するガラス基体にシリコンが埋め込まれてなるシリコン埋込ガラス基板であって、ガラス基体は、互いに異なる線膨張係数を有する第１ガラス層と第２ガラス層とを含んでなり、第１ガラス層の表面が第１主面を構成し、第２ガラス層の表面が第２主面を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリコン埋込ガラス基板とその製造方法、シリコン埋込ガラス多層基板とその製造方法、静電式加速度センサに関する。

例えば、圧力センサ等に用いられるシリコン埋込ガラス基板は、以下のように作製される。例えば、特許文献１によれば、まず、シリコン基板に突起部を形成して、ガラス板とシリコン押板とを重ね、加熱により軟化させたガラス板をシリコン押板ごと押し付けてガラス板内に突起部を挿入する。そして、ガラス板を冷却して陽極接合した後、シリコン基板の基部とシリコン押板とを同時に除去する。特許文献１によれば、以上のように作製することで、封止性に優れ、上面と下面の電気的接続を確実にできるシリコン埋込ガラス基板が作製できるとされている。

特開２００７−１６３１４６号公報

しかしながら、従来のシリコン埋込ガラス基板の作製方法では、突起部が挿入されたガラス板を冷却する際に反りが発生し、埋め込まれたシリコンの位置精度が悪くなるという課題があった。

そこで、本発明は、高い位置精度でシリコンが埋め込まれ、かつ反りの小さいシリコン埋込ガラス基板とその製造方法を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、高い位置精度でシリコン配線が形成され、かつ反りの小さいシリコン埋込ガラス多層基板とその製造方法を提供することを第２の目的とする。
さらに、本発明は、気密性の高い小型の半導体装置を提供することを第３の目的とする。

以上の目的を達成するために、本発明に係るシリコン埋込ガラス基板は、第１主面と第２主面を有するガラス基体にシリコンが埋め込まれてなるシリコン埋込ガラス基板であって、前記ガラス基体は、互いに異なる線膨張係数を有する第１ガラス層と第２ガラス層とを含んでなり、第１ガラス層の表面が前記第１主面を構成し、第２ガラス層の表面が前記第２主面を構成することを特徴とする。

本発明のある形態では、複数の前記シリコン埋込ガラス基板が積層されてなるシリコン埋込ガラス多層基板であって、隣接するシリコン埋込ガラス基板間において前記シリコンが接続されてなるシリコン配線を含む。

本発明のある形態では、隣接する前記シリコン埋込ガラス基板間において、ガラス基体間が陽極接合されている。

本発明のある形態は、前記シリコン埋込ガラス多層基板を含む。

本発明のある形態では、静電式加速度センサを含む。

本発明に係るシリコン埋込ガラス基板の製造方法は、
シリコン基板の一主面に、凸部を形成する凸部形成工程と、
前記シリコン基板の一主面上に、互いに線膨張係数が異なる第１ガラス基板と第２ガラス基板とを含む複数のガラス基板を重ねて載置するガラス基板積層工程と、
前記複数のガラス基板に熱を加えて軟化させ、軟化したガラスで前記凸部間を埋め込んでシリコン基板の一主面に、凸部の高さを超える高さにガラスを埋め込むガラス埋込工程と、
前記埋め込んだガラスのうち少なくとも前記凸部を覆う余剰ガラスと前記凸部の少なくとも一部を残して前記シリコン基板を除去する基板化工程と、
を含む。

本発明のある形態では、前記ガラス埋込工程を減圧して行う。

本発明のある形態では、前記シリコン埋込ガラス基板の製造方法によって作製された複数のシリコン埋込ガラス基板をさらに積層することを含む。

以上の本発明によれば、高い位置精度でシリコンが埋め込まれ、かつ反りの小さいシリコン埋込ガラス基板とその製造方法を提供することができる。
また、本発明によれば、高い位置精度でシリコン配線が形成され、かつ反りの小さいシリコン埋込ガラス多層基板とその製造方法を提供することができる。
さらに、本発明は、気密性の高い小型の半導体装置を提供することができる。

（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る実施形態１のシリコン埋込ガラス基板の製造方法を示す工程断面図である。 （ａ）は、本発明に係る実施形態２におけるシリコン埋込ガラス多層基板の断面図であり、（ｂ）は、実施形態２におけるシリコン埋込ガラス多層基板の工程断面図である。 （ａ）は、本発明に係る実施形態２の半導体装置のうちパッケージ蓋の構成を示す斜視図であり、（ｂ）は、実施形態２の半導体装置のうちパッケージ蓋を除く構成を示す斜視図である。 図３の加速度センサチップＡの概略構成を示す分解斜視図である。 図４の加速度センサチップＡの概略構成を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。
実施形態１．
本発明に係る実施形態１は、シリコン埋込ガラス基板の製造方法に係るものである。
以下、図１（ａ）〜図１（ｅ）を参照して、実施形態１のシリコン埋込ガラス基板の製造方法について説明する。

＜シリコン基板準備工程＞
先ず、単結晶シリコンから成る平板状のシリコン基板１を用意する。なお、シリコン基板１の全体に、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加され、シリコン基板１の電気抵抗は十分に小さい。ここでは、シリコン基板１の全体に不純物を添加する場合を説明するが、シリコン基板１全体に添加されていなくても構わない。少なくとも、シリコン配線２として残す部分の深さまで不純物が添加されていればよい。

次に、図１（ａ）に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて、シリコン基板１の一方の主面において、凸部２を形成すべき領域にレジスト膜５を形成する。そして、レジスト膜５をエッチングマスクとして、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）水溶液をエッチャントとするウェットエッチングや反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのドライエッチングを行う。以上のようにして、シリコン基板１の一方の主面において、レジスト膜５が形成されていない領域を選択的に除去して、シリコン基板１の一方の主面に凸部２を形成する（図１（ｂ））。

＜ガラス基板積層接合工程＞
第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを準備する。本実施形態１では、ガラスをシリコン基板１の一方の主面の凸部２間に埋め込んで硬化させる際に生じるそりを抑制するために第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを含む複数のガラス基板を用いるものである。したがって、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂの材質や厚さは、詳細後述するように、埋め込み後の冷却工程で効果的に反りが抑えられるように設定される。ここでは、第１ガラス基板４ａは、例えば、シリコン埋込ガラス基板における主要部（ガラス基体）を構成するのに適したガラスからなる。これに対して、第２ガラス基板４ｂは、例えば、第１ガラス基板４ａに比較して、線膨張係数がシリコン基板１に近いガラスからなる。

以上のように準備した第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂは、以下のように積層される。図１（ｃ）に示すように、シリコン基板１の一方の主面上に、第１ガラス基板４ａを一方の主面が凸部の上面に接するように載置し、その第１ガラス基板４ａの上に第２ガラス基板４ｂを載置する。
また、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂ間も、例えば、陽極接合、表面活性化結合、樹脂接着などの方法により接合することが好ましい。第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂ間の接合は、シリコン基板１の上に、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを載置した後に、シリコン基板１の凸部２の上面と第１ガラス基板４ａとを接合する際に同時に接合することができる。また、あらかじめ第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを接合して、その第１ガラス基板４ａが凸部の上面に接するようにシリコン基板１上に載置して、シリコン基板１の凸部２の上面と第１ガラス基板４ａとを接合するようにしてもよい。

＜ガラス埋込工程＞
次に、例えば、真空条件下で、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとに熱を加えて軟化させて、図１（ｄ）に示すように、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂを凸部２の周囲に埋め込んで、シリコン基板１と第１ガラス基板４ａ及び第２ガラス基板４ｂとを一体化させる。具体的には、例えば、平坦な板状の加熱・加圧治具で第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとが積層されたシリコン基板１を挟み、第１ガラス基板４ａ及び第２ガラス基板４ｂの屈伏点よりも高い温度で第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを軟化させる。尚、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを軟化させる温度はシリコンの融点よりも低い温度に設定される。そして、加熱した状態で、加熱・加圧治具により加圧して、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂを凸部２の周囲に埋め込む。このガラス埋込工程では、図１（ｄ）に示すように、凸部２の周囲に第２ガラス基板４ｂの少なくとも一部が埋め込まれ、かつ第２ガラス基板４ｂの表面が凸部の上面を超える高さになるようにガラスを埋め込む。言い替えれば、凸部２の周囲に第１ガラス基板４ａを介して第２ガラス基板４ｂが埋め込まれ、かつ第２ガラス基板４ｂの表面が凸部の上面を超える高さになるように第１ガラス基板４ａの厚さと第２ガラス基板４ｂの厚さは設定される。

なお、このガラス埋込工程において、軟化した第１と第２ガラス基板４ａ，４ｂをシリコン基板１の凸部２の周囲に埋め込むために、ガラスの自重による力で十分である場合、プレス加圧処理を行わなくてもよい。例えば、第１と第２ガラス基板の温度を高くすることにより、第１と第２ガラス基板の粘性を低下させて、埋め込むようにしてもよい。

＜冷却工程＞
凸部２の周囲に、第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂとを埋め込んだ後、シリコン基板と埋め込まれたガラスを冷却する。本実施形態１の製造方法では、上述したように請託された第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂを用いているので、この冷却時における基板の反りが抑制される。

＜基板化工程＞
１．ガラス除去
冷却後、まず、第２ガラス基板４ｂのうち、凸部２を覆う余剰ガラスを、露出した凸部２の表面が周りのガラス基体表面と平坦面を形成するように除去する。具体的には、ダイヤモンド砥石を用いた研削、化学機械研磨（ＣＭＰ）等の研磨、或いはＲＩＥなどのドライエッチングやＨＦによるウェットエッチングなどの方法を用いて、第２ガラス基板４ｂを均一に削り取る。
尚、ここでは、研削した後、化学機械研磨（ＣＭＰ）するなど、複数の方法を併用してもよい。
また、このガラス除去は、後述のシリコン基板除去の後に実施してもよい。

２．シリコン基板除去
最後に、シリコン基板１のうち、凸部２を残し、他の部分を除去する。具体的には、研削、研磨、ドライエッチングやウェットエッチングなどの方法を用いて、シリコン基板１を均一に削り取る。シリコン基板１を均一に削り取る処理を、図１（ｅ）に示すように、第１ガラス基板４ａが表出するまで実施する。

以上のようにして、両主面に凸部２の両端部が露出したシリコン埋込ガラス基板が製造される。

以上の工程により作製されるシリコン埋込ガラス基板は、ガラス基体４が互いに異なる線膨張係数を有する第１ガラス層４ａと第２ガラス層４ｂとからなる。そして、シリコン埋込ガラス基板において、例えば、第１ガラス層４ａの表面（図面における下面）が一方の主面を構成し、第２ガラス層４ｂの表面が他方の主面を構成する。

＜第１ガラス基板４ａ及び第２ガラス基板４ｂの選定＞
以下、埋め込み後の冷却工程で効果的に反りを抑制するために組合す第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂについて説明する。
例えば、第１ガラス基板４ａとして、陽極酸化に適したＮａを含むホウ珪酸ガラス（線膨張係数３．３×１０^−６／Ｋ）を選択したとする。シリコンの線膨張係数は、２．６×１０^−６／Ｋであるから、Ｎａを含むホウ珪酸ガラスの線膨張係数は、シリコンの線膨張係数より大きい。したがって、この場合は、第２ガラス基板４ｂとして、例えば、アルミノ珪酸ガラス（線膨張係数２．４×１０^−６／Ｋ）を選択する。このように選択すると、線膨張係数の大きいＮａを含むホウ珪酸ガラスを、線膨張係数のほぼ等しいシリコンとアルミノ珪酸ガラスで挟み込むことになるので、埋め込み後の冷却工程で反りが抑制される。

また、第１ガラス基板４ａ及び第２ガラス基板４ｂの厚さは、それぞれ以下のように設定される。例えば、上述したように、第１ガラス基板４ａがガラス基体４の主要部を構成する場合、第１ガラス基板４ａの厚さは、シリコンの凸部２の形状（平面形状及び高さを含む立体形状）を考慮して設定される。尚、図１（ｅ）に示すように、基板化後、ガラス基体４の一部を第２ガラス層４ｂで構成する場合には、基板化後の第２ガラス層４ｂの厚さも考慮して、第１ガラス基板４ａの厚さが設定される。

一方、第２ガラス基板４ｂの厚さは、シリコン基板１と凸部からなるシリコン構造体、第１ガラス基板４ａの材質及び厚さとを考慮して、冷却時に生じる反りを発生させる応力を打ち消すような厚さに設定される。例えば、シリコン基板１と第１ガラス基板４ａの間の収縮率差が大きく反りを生じる応力が大きいときには、第２ガラス基板４ｂの厚さを厚くして、大きい応力を打ち消すための大きい力を得る。

以上の実施形態１の製造方法では、基板化後、ガラス基体４の一部を第２ガラス層４ｂで構成するようにした。このようにすると、基板化後にシリコン埋込ガラス基板を用いて加速度センサ等を作製する際、温度変化により生じるシリコン埋込ガラス基板の反りを抑えることが可能になる。しかしながら、本発明の製造方法は、これに限られるものではなく、基板化工程で第２ガラス層４ｂをすべて除去してガラス基体４のすべてを第１ガラス層４ａで構成するようにしてもよい。
このようにしても、製造工程の冷却時における反りを抑えることができ、高い位置精度でシリコンが埋め込まれたシリコン埋込ガラス基板を製造することができる。

また、以上の実施形態１の製造方法では、線膨張係数の大きい、例えばＮａを含むホウ珪酸ガラスを第１基板４ａとし、その第１基板を、線膨張係数のほぼ等しいシリコンと例えばアルミノ珪酸ガラスからなる第２基板４ｂで挟み込むようにした。しかしながら、本発明では、第１基板４ａとして線膨張係数がほぼシリコンと等しい例えばアルミノ珪酸ガラスを選択し、第２基板４ｂとしてシリコンより線膨張係数が大きい例えばＮａを含むホウ珪酸ガラスを選択することもできる。以上の構成において、例えば、シリコンとほぼ線膨張係数が等しい第１ガラス基板４ａをガラス基体の主要部を構成するようにする。このようにすると、冷却時においてシリコン基板１とそれとほぼ線膨張係数が等しい第１ガラス基板４ａとによって反りを抑えつつ一方の主面を第２基板４ｂ（例えばＮａを含むホウ珪酸ガラス）の表面により構成することができる。一方の主面に例えば、Ｎａを含むホウ珪酸ガラスの表面を露出させることができると、例えば、加速度センサを作製する際、一方の主面の陽極接合が容易になる。

実施形態２．
図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照して、本発明の実施形態２に係わる静電式加速度センサの概略構成を説明する。この実施形態２の静電式加速度センサは、実施形態１のシリコン埋込ガラス基板がさらに積層されたシリコン埋込ガラス多層基板を用いて作製されており、以下のように構成される。
実施形態２の静電式加速度センサは、加速度センサチップＡ（ＭＥＭＳデバイス）と、加速度センサチップＡから出力された信号を処理する信号処理回路が形成された制御ＩＣチップＢとが表面実装型のパッケージ１０１に収納されてなる。

パッケージ１０１は、図３（ｂ）に示すように、上面が開放された箱形の形状を有するプラスチックパッケージ本体１０２と、パッケージ１０１の開放された一面を閉塞するパッケージ蓋（リッド）１０３とを備える。プラスチックパッケージ本体１０２は、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢに電気的に接続される複数のリード１１２を備える。各リード１１２は、プラスチックパッケージ本体１０２の外側面から導出されたアウタリード１１２ｂと、プラスチックパッケージ本体１０２の内側面から導出されたインナリード１１２ａとを備える。各インナリード１１２ａは、ボンディングワイヤＷを通じて、制御ＩＣチップＢが備える各パッドに電気的に接続されている。

加速度センサチップＡは、３箇所に配置された接着部１０４により、プラスチックパッケージ本体１０２の底部の搭載面１０２ａに固着されている。接着部１０４は、プラスチックパッケージ本体１０２に連続して一体に突設されている円錐台状の突起部と、この突起部を被覆する接着剤とからなる。接着剤は、例えば、弾性率が１ＭＰａ以下のシリコーン樹脂などのシリコーン系樹脂からなる。

ここで、加速度センサチップＡのパッドは、制御ＩＣチップＢに対向する一側面の１辺に沿って配置されている。加速度センサチップＡは、上記１辺の両端の２箇所と、当該一側面に対向する側面の１箇所（例えば、中央部）において接着部１０４によって固定されている。

制御ＩＣチップＢは、単結晶シリコン等から成る半導体基板上に形成された複数の半導体素子、これらを接続する配線、及び半導体素子や配線を外部環境から保護するパッシベーション膜からなる半導体チップである。そして、制御ＩＣチップＢの裏面全体がシリコーン系樹脂によりプラスチックパッケージ本体１０２の底面に固着されている。制御ＩＣチップＢ上に形成される信号処理回路は、加速度センサチップＡの機能に応じて適宜設計すればよく、加速度センサチップＡと協働するものであればよい。例えば、制御ＩＣチップＢをＡＳＩＣ（Application Specific ＩＣ）として形成することができる。

図３の静電式加速度センサを製造するには、先ず、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢをプラスチックパッケージ本体１０２に固着するダイボンディング工程を行う。そして、加速度センサチップＡと制御ＩＣチップＢとの間、制御ＩＣチップＢとインナリード１１２ａとの間を、それぞれボンディングワイヤＷを介して電気的に接続するワイヤーボンディング工程を行う。その後、樹脂被覆部１１６を形成する樹脂被覆部形成工程を行い、続いて、パッケージ蓋（リッド）１０３の外周を、プラスチックパッケージ本体１０２に接合するシーリング工程を行う。これにより、プラスチックパッケージ本体１０２の内部は気密状態で封止される。なお、パッケージ蓋１０３の適宜部位には、レーザマーキング技術により、製品名称や製造日時などを示す表記１１３が形成されている。

なお、制御ＩＣチップＢが１枚のシリコン基板を用いて形成されているのに対して、加速度センサチップＡは、積層された複数の基板を用いて形成されている。よって、加速度センサチップＡの厚みが制御ＩＣチップＢの厚みに比べて厚くなっているので、プラスチックパッケージ本体１０２の底部において加速度センサチップＡを搭載する搭載面１０２ａを制御ＩＣチップＢの搭載部位よりも凹ませてある。したがって、プラスチックパッケージ本体１０２の底面について、加速度センサチップＡを搭載する部位の厚みは他の部位に比べて薄くなっている。

更に、本発明の実施形態２では、プラスチックパッケージ本体１０２の外形を直方体としてあるが、これは一例であり、加速度センサチップＡや制御ＩＣチップＢの外形、リード１１２の本数やピッチなどに応じて適宜設定すればよい。

プラスチックパッケージ本体１０２の材料としては、熱可塑性樹脂の一種であって、酸素および水蒸気の透過率が極めて低い液晶性ポリエステル（ＬＣＰ）を採用する。しかし、ＬＣＰに限らず、例えば、ポリフェニレンサルファイト（ＰＰＳ）、ポリビスアミドトリアゾール（ＰＢＴ）などを採用してもよい。

また、各リード１１２の材料、つまり、各リード１１２の基礎となるリードフレームの材料としては、銅合金の中でもばね性の高いりん青銅を採用する。ここでは、リードフレームとして、材質がりん青銅で板厚が０．２ｍｍのリードフレームを用い、厚みが２μｍ〜４μｍのＮｉ膜と、厚みが０．２μｍ〜０．３μｍのＡｕ膜との積層膜からなるめっき膜を電解めっき法により形成してある。これにより、ワイヤーボンディングの接合信頼性と半田付け信頼性とを両立させることができる。また、熱可塑性樹脂成形品のプラスパッケージ本体１０２は、リード１１２が同時一体に成形されている。しかし、熱可塑性樹脂であるＬＣＰにより形成されるプラスチックパッケージ本体１０２とリード１１２のＡｕ膜とは密着性が低い。したがって、上述のリードフレームのうちプラスチックパッケージ本体１０２に埋設される部位にパンチ穴を設けることで各リード１１２が抜け落ちるのを防止する。

また、図３の静電式加速度センサは、インナリード１１２ａの露出部位およびその周囲を覆う樹脂被覆部１１６が設けられている。樹脂被覆部１１６は、例えば、アミン系エポキシ樹脂などのエポキシ系樹脂などの非透湿性の樹脂からなる。ワイヤーボンディング工程の後に、ディスペンサを用いてこの非透湿性の樹脂を塗布し、これを硬化させることで、気密性を向上させている。なお、この非透湿性の樹脂に代えてセラミックスを用いてもよく、セラミックスを用いる場合には、プラズマ溶射などの技術を用いて局所的に吹き付ければよい。

また、ボンディングワイヤＷとしては、Ａｌワイヤに比べて耐腐食性の高いＡｕワイヤを用いる。また、直径が２５μｍのＡｕワイヤを採用するが、これに限らず、例えば、直径が２０μｍ〜５０μｍのＡｕワイヤから適宜選択すればよい。

図４を参照して、図３の加速度センサチップＡの概略構成を説明する。加速度センサチップＡは、静電容量型の加速度センサチップであって、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）
基板４０を用いて形成されたセンサ本体２００と、ガラス基体２０にシリコン配線が埋め込まれてなる第１の固定基板１００と、ガラス基板３０を用いて形成された第２の固定基板３００とを備えている。第１の固定基板１００は、センサ本体２００の一表面側（図４における上面側）に固着され、第２の固定基板３００は、センサ本体２００の他表面側（図４における下面側）に固着される。第１及び第２の固定基板１００、３００はセンサ本体２００と同じ外形寸法に形成されている。

なお、図４は、センサ本体２００、第１の固定基板１００及び第２の固定基板３００のそれぞれの構成を示すべく、センサ本体２００、第１の固定基板１００及び第２の固定基板３００が分離した状態を示している。また、センサ本体２００は、ＳＯＩ基板４０に限らず、例えば、絶縁層を備えない通常のシリコン基板を用いて形成してもよい。実施形態２の静電式加速度センサでは、第１の固定基板１００として、本発明に係るシリコン埋込ガラス多層基板を用いている。本明細書において、第１の固定基板とシリコン埋込ガラス多層基板とは、同じ符号を用いている。

センサ本体２００は、２つの平面視矩形状の開口窓４２が上記一表面に沿って並設するフレーム部４１と、フレーム部４１の各開口窓４２の内側に配置された２つの平面視矩形状の重り部４３と、フレーム部４１と重り部４３との間を連結する各一対の支持ばね部４４とを備える。

２つの平面視矩形状の重り部４３は、第１及び第２の固定基板１００、３００からそれぞれ離間して配置されている。第１の固定基板１００に対向する各重り部４３の主面上に可動電極４５Ａ、４５Ｂがそれぞれ配置されている。重り部４３の周囲を囲むフレーム部４１の外周全体が第１及び第２の固定基板１００、３００に接合されている。これにより、フレーム部４１と第１及び第２の固定基板１００、３００は、重り部４３及び後述する固定子４６を収納するチップサイズパッケージを構成している。

一対の支持ばね部４４は、フレーム部４１の各開口窓４２の内側で重り部４３の重心を通る直線に沿って重り部４３を挟む形で配置されている。各支持ばね部４４は、ねじれ変形が可能なトーションばね（トーションバー）であって、フレーム部４１及び重り部４３に比べて薄肉に形成されており、重り部４３は、フレーム部４１に対して一対の支持ばね部４４の回りで変位可能となっている。

センサ本体２００のフレーム部４１には、各開口窓４２それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔４７が２つの開口窓４２と同じ方向に並設されている。各窓孔４７の内側には、それぞれ２つの固定子４６が一対の支持ばね部４４の並設方向に沿って配置されている。

各固定子４６と窓孔４７の内周面との間、各固定子４６と重り部４３の外周面との間、及び隣り合う固定子４６同士の間には、それぞれ隙間が形成され、互いに分離独立して電気的に絶縁されている。各固定子４６は、第１及び第２の固定基板１００、３００にそれぞれ接合されている。また、センサ本体２００の一表面側において、各固定子４６には、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる円形状の電極パッド４８が形成されている。また同様に、フレーム部４１において隣り合う窓孔４７の間の部位にも、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる円形状の電極パッド４８が形成されている。

各固定子４６に形成された各電極パッド４８は、後述の各固定電極４５に電気的にそれぞれ接続され、フレーム部４１に形成された電極パッド４８は、可動電極４５Ａ及び可動電極４５Ｂに電気的に接続されている。以上説明した複数の電極パッド４８は、加速度センサチップＡの矩形状の外周形状の１辺に沿って配置されている。

第１の固定基板１００は、ガラス基体２０の一表面（センサ本体１に重なり合う面）とガラス基体２０の側面との間を貫通する複数のシリコン配線３８と、ガラス基体２０の一表面上に形成された複数の固定電極２５とを備える。

固定電極２５Ａａ及び固定電極２５Ａｂは、対を成して可動電極４５Ａに対向して配置されている。同様に、固定電極２５Ｂａ及び固定電極２５Ｂｂは、対を成して可動電極４５Ｂに対向して配置されている。各固定電極２５は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる。

各シリコン配線３８の一端は、ガラス基体２０の一表面において、センサ本体２００の電極パッド４８にそれぞれ電気的に接続されている。各シリコン配線３８の他端は、ガラス基体２０の他の表面に表出している。これにより、電極パッド４８を介して、各固定電極２５の電位及び可動電極４５の電位をそれぞれ加速度センサチップＡの外部（側面）へ取り出すことができる。各シリコン配線３８の他端には金属電極３９がそれぞれ接続されている。図４のボンディングワイヤＷは、金属電極３９に接続されている。

第２の固定基板３００の一表面（センサ本体２００に重なり合う面）であって、重り部４３と対応する位置に、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜からなる付着防止膜３５が配置されている。付着防止膜３５は、変位する重り部４３の付着を防止する。

図５を参照して、図４の加速度センサチップＡの断面構成を説明する。図５は、一対の支持ばね部４４を通る直線に垂直な切断面における加速度センサチップＡの構成を示す。センサ本体２００はＳＯＩ基板４０を用いて形成されている。ＳＯＩ基板４０は、単結晶シリコンからなる支持基板４０ａと、支持基板４０ａの上に配置されたシリコン酸化膜からなる絶縁層４０ｂと、絶縁層４０ｂの上に配置されたｎ形のシリコン層（活性層）４０ｃとを有する。

センサ本体２００のうち、フレーム４１及び固定子４６は、第１の固定基板１００及び第２の固定基板３００に接合されている。これに対して、重り部４３は、第１及び第２の固定基板１００、３００からそれぞれ離間して配置され、一対の支持ばね部４４によりフレーム４１に支持されている。

重り部４３の過度の変位を規制する複数の微小な突起部４３ｃが、重り部４３における第１及び第２の固定基板１００、３００のそれぞれとの対向面から突設されている。重り部４３には、矩形状に開口された凹部４３ａ、４３ｂが形成されている。凹部４３ａ、４３ｂは互いに大きさが異なるため、一対の支持ばね部４４を通る直線を境にして、重り部４３の左右の質量が異なっている。

第１の固定基板１００のシリコン配線３８の一端は、電極パッド４８に電気的に接続されている。電極パッド４８は、固定子４６、連絡用導体部４６ｄを通じて、固定電極２５に接続されている。シリコン配線３８は、ガラス基体２０の一表面に平行な方向に延伸され、シリコン配線３８の他端は、ガラス基体２０の他の表面に表出する。ガラス基体２０の他の表面のうちシリコン配線３８の他端が位置する領域には金属電極３９が形成されている。

上述の加速度センサチップＡは、センサ本体２００に設けられた可動電極４５と第１の固定基板１００に設けられた固定電極２５との対を４対有し、可動電極４５と固定電極２５との対ごとに可変容量コンデンサが構成されている。加速度センサチップＡ、すなわち重り部４３に加速度が加わると、支持ばね部４４がねじれて、重り部４３が変位する。これにより、対をなす固定電極２５と可動電極４５との対向面積及び間隔が変化し、可変容量コンデンサの静電容量が変化する。よって、加速度センサチップＡは、この静電容量の変化から加速度を検出することができる。

次に、図２（ａ）を参照して、図３及び図４に示した第１の固定基板（シリコン埋込ガラス多層基板）１００の構成を説明する。このシリコン埋込ガラス多層基板１００は、図１（ｅ）に示すシリコン埋込ガラス基板が複数積層されてなり、ガラス基体２０にシリコンからなるシリコン配線３８が立体的に設けられてなる。シリコン埋込ガラス多層基板１００は、対向する第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２と、この第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２の外周に接続された側面ＳＦ３とで規定されるガラス基体２０と、ガラス基体２０の内部に配置されたシリコン配線３８とを備える。

シリコン配線３８は、ガラス基体２０の第１の主面ＳＦ１に露出する第１の引出部３９と、ガラス基体２０の第２の主面ＳＦ２に露出する第２の引出部３８ｅ間を接続する。
尚、本明細書において、シリコン配線３８において、第１のシリコン埋込ガラス基板１１及び第３のシリコン埋込ガラス基板１３に形成された部分をそれぞれ貫通接続部３８ａ，３８ｃといい、第２のシリコン埋込ガラス基板１２に形成された部分を内層接続部３８ｂともいう。

金属電極からなる第１の引出部３９とシリコン配線の端部である第２の引出部３９ｅとは、第１の主面ＳＦ１の法線方向から見て異なる位置に配置されている。

このように、シリコン埋込ガラス多層基板１００は、ガラス基体２０にシリコン配線３８が埋め込まれたものである。そして、シリコン配線３８の一端は、ガラス基体２０の第１の主面ＳＦ１に表出し、シリコン配線３８の他端は、ガラス基体２０の第２の主面ＳＦ２に表出している。これにより、図４及び図５に示した第１の固定基板として、図２（ａ）に示したシリコン埋込ガラス多層基板１００を適用することができる。この場合、シリコン配線３８は、図４及び図５に示したセンサ本体２００に入力される電気信号及びセンサ本体１から出力される電気信号を伝達する。

図２（ｂ）を参照して、図２（ａ）に示したシリコン埋込ガラス多層基板１００の製造方法を説明する。

（イ）先ず、実施形態１で説明した製造方法にしたがって、第１〜第３のシリコン埋込ガラス基板１１，１２，１３をそれぞれ作製する。
ここで、第１のシリコン埋込ガラス基板１１の下面（第１ガラス基板４ａの表面）に露出したシリコン配線３８の端部（貫通配線部３８ａの端部）にはさらに金属電極を形成して、第１の引出部３９とする。

（ニ）次に、図２（ｂ）に示すように、第２のシリコン埋込ガラス基板１２の両側に第１のシリコン埋込ガラス基板１１と第３のシリコン埋込ガラス基板１３を配置して、３枚の第１〜第３のシリコン埋込ガラス基板１１，１２，１３を重ね合わせる。

（ホ）そして、第１〜第３のシリコン埋込ガラス基板１１〜１３を、溶融接合、陽極接合、表面活性化結合、或いは樹脂接着などの方法により接合する。
以上の工程により、図２（ａ）に示すシリコン埋込ガラス多層基板を製造することができる。

以上のように作製されたシリコン埋込ガラス多層基板１００は、それぞれ反りが抑制された第１〜第３のシリコン埋込ガラス基板１１，１２，１３を用いて作製される。したがって、反りの少ないシリコン埋込ガラス多層基板１００とできる。

また、以上のように作製されたシリコン埋込ガラス多層基板１００は、それぞれ高い位置精度でシリコンが埋め込まれた第１〜第３のシリコン埋込ガラス基板１１，１２，１３を用いて作製される。したがって、高い位置精度でシリコン配線３８が埋め込まれたシリコン埋込ガラス多層基板１００を作製することが可能になる。

尚、本実施形態では、それぞれ第１ガラス基板４ａと第２ガラス基板４ｂからなるガラス基体にシリコンが埋め込まれてなるシリコン埋込ガラス基板１１，１２，１３を用いて作製したシリコン埋込ガラス多層基板１００を使用した。
しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、製造過程で使用した第２ガラス基板４ｂを除去して、例えば、ガラス基体２０が第１ガラス基板４ａのみによって構成されたシリコン埋込ガラス多層基板を用いてもよい。

また、以上説明した本発明の実施形態２の静電式加速度センサによれば、以下の作用効果が得られる。

まず、反りが抑制されたシリコン埋込ガラス多層基板１００が用いられているので、確実にかつ容易に気密封止することが可能になり、気密性の高い静電式加速度センサが提供できる。

まず、第２のシリコン埋込ガラス基板１２に形成された内層接続部３８ｂの形状により、第１のシリコン埋込ガラス基板１１及び第３のシリコン埋込ガラス基板１３の貫通接続部３８ａ，３８ｃの位置を変更することができる。このため、ガラス基体に埋め込まれたシリコン配線３８の引き出し位置を任意に設定することができ、静電式加速度センサにおける配線構造の自由度を向上させることができる。これにより、ボンディングワイヤＷの引回しが容易になり、パッケージ設計の自由度が向上する。ひいては、静電式加速度センサの小型化に貢献する。

以上ように、実施形態２では、図２（ａ）に示すように、第１の引出部３９及び第２の引出部３９ｅは、第１の主面ＳＦ１及び第２の主面ＳＦ２にそれぞれ露出させ且つ第１の主面ＳＦ１の法線方向から見て異なる位置に配置した。
しかしながら、本発明は、第１の引出部３９及び第２の引出部３９ｅのいずれか一方又は双方が側面ＳＦ３に設けられていてもよい。

本発明の実施形態２では、ＭＥＭＳデバイスの一例として静電容量型の加速度センサチップＡについて説明したが、本発明は、静電容量型の加速度センサチップＡ以外のＭＥＭＳデバイス、例えば、ピエゾ抵抗型の加速度センサチップ、ジャイロセンサ、マイクロアクチュエータ、マイクロリレー、赤外線センサ等や、ＩＣチップなどにも適用することができる。例えば、センサ本体２００によるセンシング対象は、加速度に限らず、圧力、角度、角速度等であってもよい。

また、本発明に係るシリコン埋込ガラス基板及びシリコン埋込ガラス多層基板は、上記各センサに限らず、種々の半導体装置に適用することができ、該基板を用いることで、気密性が高くかつ小型の半導体装置を提供が可能になる。

１ シリコン基板
２ 凸部
４ａ 第１ガラス基板
４ｂ 第２ガラス基板
５ レジスト膜
Ａ 加速度センサチップ
Ｂ 制御ＩＣチップ
１１ 第１のシリコン埋込ガラス基板
１２ 第２のシリコン埋込ガラス基板
１３ 第３のシリコン埋込ガラス基板
２０ ガラス基体
２５，２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｂａ，２５Ｂｂ 固定電極
３０ ガラス基板
３５ 付着防止膜
３８ シリコン配線
３８ｅ 第２の引出部
３８ａ，３８ｃ 貫通接続部
３８ｂ 内層接続部
３９ 金属電極（第１の引出部）
３９ｅ 第２の引出部
４０ ＳＯＩ基板
４０ａ 支持基板
４０ｂ 絶縁層
４０ｃ シリコン層（活性層）
４１ フレーム
４２ 開口窓
４３ 重り部
４３ｃ 突起部
４３ａ、４３ｂ 凹部
４４ 支持ばね部
４５Ａ、４５Ｂ 可動電極
４６ 固定子
４８ 電極パッド
４７ 窓孔
１００ 第１の固定基板（シリコン埋込ガラス多層基板）
１０１ パッケージ
１０２ プラスチックパッケージ本体
１０２ａ 搭載面
１０３ パッケージ蓋（リッド）
１０４ 接着部
１１２ リード
１１６ 樹脂被覆部
２００ センサ本体
３００ 第２の固定基板
ＳＦ１ 第１の主面
ＳＦ２ 第２の主面
ＳＦ３ 側面

Claims (8)

1. 第１主面と第２主面を有するガラス基体にシリコンが埋め込まれてなるシリコン埋込ガラス基板であって、
   前記ガラス基体は、互いに異なる線膨張係数を有する第１ガラス層と第２ガラス層とを含んでなり、第１ガラス層の表面が前記第１主面を構成し、第２ガラス層の表面が前記第２主面を構成することを特徴とするシリコン埋込ガラス基板。
2. 複数の請求項１記載のシリコン埋込ガラス基板が積層されてなるシリコン埋込ガラス多層基板であって、隣接するシリコン埋込ガラス基板間において前記シリコンが接続されてなるシリコン配線を含むシリコン埋込ガラス多層基板。
3. 隣接する前記シリコン埋込ガラス基板間において、ガラス基体間が陽極接合された請求項２に記載のシリコン埋込ガラス多層基板。
4. 請求項２又は３に記載のシリコン埋込ガラス多層基板を含む半導体装置。
5. 静電式加速度センサを含む請求項４に記載の半導体装置。
6. シリコン基板の一主面に、凸部を形成する凸部形成工程と、
   前記シリコン基板の一主面上に、互いに線膨張係数が異なる第１ガラス基板と第２ガラス基板とを含む複数のガラス基板を重ねて載置するガラス基板積層工程と、
   前記複数のガラス基板に熱を加えて軟化させ、軟化したガラスで前記凸部間を埋め込んでシリコン基板の一主面に、凸部の高さを超える高さにガラスを埋め込むガラス埋込工程と、
   前記埋め込んだガラスのうち少なくとも前記凸部を覆う余剰ガラスと前記凸部の少なくとも一部を残して前記シリコン基板を除去する基板化工程と、
   を含むシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
7. 前記ガラス埋込工程を減圧して行う請求項６記載のシリコン埋込ガラス基板の製造方法。
8. 請求項６又は７に記載のシリコン埋込ガラス基板の製造方法によって作製された複数のシリコン埋込ガラス基板をさらに積層することを含むシリコン埋込ガラス多層基板の製造方法。

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