JP2016170099A - シリコン配線埋め込みガラス基板およびそれを用いたセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化したシリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサの提供を目的とする。【解決手段】第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有するガラス基板と、前記ガラス基板の内部に埋設されるシリコン配線とを備え、前記シリコン配線は、前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有し、前記第２の部分の前記第１の面に近い側の端部の幅は、前記第２の部分の前記第２の面に近い側の端部の幅よりも狭い。【選択図】図３

Description

本発明は、シリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサに関するものである。

従来、シリコン配線を埋め込んだガラス基板として、複数のガラス基板の間にシリコンは挟みこむことで、配線の引き回しを行う発明が知られている。

なお、この発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。

国際公開第２０１１／１１８７８５号

しかしながら、上記従来の構成は、基板同士を接合する際にアライメント精度を確保する必要があることから、 貫通配線パターンの小型化が困難であった。

そこで本発明は、貫通配線パターンを小型化したシリコン配線埋め込みガラス基板を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために本発明は、第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有するガラス基板と、前記ガラス基板の内部に埋設されるシリコン配線と、を備える。ここで、前記シリコン配線は、前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有する。そして、前記第２の部分の前記第１の面に近い側の端部の幅は、前記第２の部分の前記第２の面に近い側の端部の幅よりも狭い構成とする。

本発明のシリコン配線埋め込みガラス基板は、アライメント精度に対するロバスト性が向上するため、貫通配線パターンを小型化したシリコン配線埋め込みガラス基板を提供することができる。

実施の形態１の加速度センサの内部の構成示す斜視図 同センサが備える加速度センサ素子の分解斜視図 同センサ素子が備える貫通配線の斜視図 同センサ素子の製造工程を示す図

以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。

本実施の形態では、センサの一例としての加速度を検出するセンサを説明する。

図１は、加速度センサ１００の内部の構成を示す斜視図である。

図１に示すように、パッケージ基板１０４は外部基板１０６に実装されている。図１では、パッケージの開口部をふさぐ蓋は、説明を簡単にするために図示しない。

パッケージ基板１０４の上には、センサ素子１０１と、センサ素子１０１からの出力に基づいて各種の演算を行い、物理量を検出する検出回路１０３と、が搭載される。

リード端子１０５は、パッケージ基板１０４から引き出される。パッケージ基板１０４から引き出されたリード端子１０５は外部基板１０６に接続される。

加速度センサ１００は、静電容量型の加速度を検出するセンサである。加速度センサ１００はＭＥＭＳ技術で製造される。

図２は、センサ素子の概略構成を示す分解斜視図である。

センサ素子１０１は、第１の基板１３０と、第２の基板１３１ａと、第３の基板１３１ｂと、を積層した構造を有している。別の表現では、第１の基板１３０が第２の基板１３１ａと第３の基板１３１ｂとの間に挟まれた構造を有している。

第１の基板１３０は、Ｘ軸方向の加速度を検出する錘部１１１と、錘部１１１を支持部１１３に支持する梁部１１２ａ、梁部１１２ｂと、を有している。第１の基板１３０は、ＳＯＩ基板などの半導体基板を用いることができる。図２では、支持部１１３の形状として枠の形状を示しているがこれに限らない。

第２の基板１３１ａは、固定電極１１５ａ、固定電極１１５ｃと、固定電極１１５ａ、１１５ｃのそれぞれから得られる電信号を外部に引き出すための貫通配線１１４ａ、１１４ｃと、を有している。

第２の基板１３１ａは、ガラスを含む基板を用いることができる。

各固定電極は、例えば、Ａｌ−Ｓｉ膜などの金属薄膜を用いることができる。

ここで、第２の基板の面で第１の基板１３０に近い側の面を第１の面１５１、第２の基板の面で第１の面に対向する面を第２の面１５２、とする。

第３の基板１３１ｂは、パッケージ基板１０４の上に配置される。第３の基板１３１ｂは、ガラスを含む基板を用いることができる。

貫通配線１１４ａ、１１４ｃは、センサ素子１０１を横にした際に、電気的取出しを容易にするため、第２の基板１３１ａの端面まで延びている。別の表現では、貫通配線１１４ａ、１１４ｃは、第２の基板１３１ａの側面からその端部が露出する。

なお、貫通配線の端面には、金属ワイヤ接続するための電極パッドとしての金属メッキで覆われていても良い。

上述の加速度センサ素子は、錘部１１１と固定電極１１５ａ、１１５ｃとの間に、加速度に応じて容量が変化するコンデンサが構成されている。より詳細には、錘部１１１に加速度が加わると、梁部１１２ａ、１１２ｂがねじれて、錘部１１１が変位する。これにより、固定電極１１５ａ、１１５ｃと錘部１１１とが対向する面積及び間隔が変化し、コンデンサの静電容量が変化する。センサ素子１０１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。

なお、本実施の形態ではＸ軸方向の加速度を検出するセンサ素子１０１を説明したが、これに限らない。例えば、Ｙ軸方向やＺ軸方向の加速度を検出する加速度センサ素子であってもよい。あるいは、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸周りの角速度を検出する角速度センサ素子であっても構わない。

図３は、図２の貫通配線１１４ａ、１１４ｃを拡大した斜視図である。この図では、説明を簡単化するため、貫通配線１１４ａ、１１４ｃのみを図示し、他の基板は省略されている。また、説明を簡単化するため、図３の貫通配線１１４ａ、１１４ｃは、図２の貫通配線１１４ａ、１１４ｃに対して上下を反転して表示している。

貫通配線１１４ａ、１１４ｃは、第１の部分３０１、第２の部分３０２と、を有し、第１の部分３０１と第２の部分３０２とで形成される形が、Ｔ字の形である。

第１の部分３０１は、固定電極１１５ａ、１１５ｃと電気的に接続される。第１の部分３０１は、第２の基板１３１ａの第１の面１５１に対して垂直（図２中のＺ軸に沿った方向）に延びる部分である。

第２の部分３０２は、第１の部分３０１と電気的に接続される。第２の部分３０２は、第２の基板１３１ａの第１の面１５１と平行（図２中のＸ軸に沿った方向）に延びる部分である。

第２の基板１３１ａの第１の面１５１に近い側の端部の幅Ｗは、第２の基板１３１ａの第２の面１５２に近い側の端部の幅ａよりも狭い。

第２の部分３０２の第１の面１５１に近い側端部の傾斜θは、高さｂに応じて決定され、本実施の形態の場合は１０°〜４５°の範囲である。

幅ａは１００μｍ〜２００μｍの範囲であり、第２の部分３０２の高さｂは１００〜２００μｍである。

第１の部分３０１において、その幅ｄは第２の部分３０２の幅ａより小さく、高さｃは１００μｍ〜２００μｍの範囲である。

以上の構成により、貫通配線１１４ａ、１１４ｃがガラス基板の内部において、単一の部材から形成される（すなわち、第１の部分３０１と第２の部分３０２とが連続体で形成される、あるいは、一体で形成される）ことによりセンサ素子１０１の小型化が可能である。また、第２の部分３０２に設けた傾斜θにより、後述するガラス埋め込み工程において、ガラスの流し込みが容易になり、配線間が狭いピッチで配置されていてもボイドなどの欠陥が発生しにくくなるという効果が得られる。更に、傾斜θが存在することにより、ガラスとシリコンが接する表面積が増加に起因してガラスとシリコンとの間の密着力が向上するため、センサ素子１０１の強度が向上するという効果が得られる。
また、幅ｄと幅ａとの関係がｄ＜ａとなるようにしている。別の表現では、第１の部分３０１が延びる方向を第１の方向（図３中のＺ軸方向）、第２の部分３０２が延びる方向を第２の方向（図３中のＸ軸方向）、第１の方向と第２の方向とに垂直な方向を第３の方向（図３中のＹ軸方向）と定義し、第１の部分３０１の第３の方向の幅（図３中の幅ｄ）は、第２の部分３０２の第３の方向の幅（図３中の幅ａ）よりも小さい。この構成により、第１の部分３０１の根元が四方面で傾斜を得ることが可能となり、上記効果をより効果的に得ることが出来る。更に、後述する製造工程の中で、第１の部分３０１を形成する際にアライメントのずれがある場合でも、第１の部分３０１と第２の部分３０２とによって構成されるＴ字の形状は、高い信頼性で形成される。すなわち、アライメント精度に対するロバスト性が向上するため、貫通配線パターンの小型化が可能である。

また、貫通配線１１４ａ、１１４ｃのそれぞれにおいて、第２の部分３０２全長が第２の基板１３１ａの全長と一致するように形成している。これにより、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｃとの対称性が向上するので、加速度センサ１００の温度特性を改善することができる。

また、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｃとが互いに平行になるように形成している。これにより、貫通配線１１４ａと貫通配線１１４ｃとの対称性が向上するので、加速度センサ１００の温度特性を改善することができる。

また、第１の部分３０１と第２の部分３０２とによってＴ字の形状が構成されると説明したが、これに限らない。例えば、第１の部分３０１と第２の部分３０２とによってＬ字の形状が構成されてもよい。

図４は、貫通配線１１４ａ、１１４ｃを製造する方法の一例を示す工程図である。工程毎に、図３のＡＡ´線における断面の製造工程と、図３のＹ軸方向から見た側面の製造工程とが示されている。

工程（ａ）では、シリコン基板４００にドライエッチングの際のマスクとなる２層のマスク材料４０１、４０２をフォトリソグラフィ技術により形成する。ここで、マスク材料はフォトレジストまたは熱酸化膜などの高い選択比を持つ材料が好ましい。

工程（ｂ）では、形成した２層のマスク材料４０１、４０２を用いて反応性イオンエッチングを実施し、シリコン基板４００の一段目の段差を形成する。

工程（ｃ）では、形成した２層のマスク材料４０１、４０２のうちマスク材料４０２を剥離する。ここで２層のマスク材料４０１、４０２を、例えばフォトレジストと熱酸化膜などの異なる材料により形成することで、一方のマスク材料のみを剥離することが容易に可能となる。

工程（ｄ）では、残存するもう一方のマスク材料４０１を用いて反応性イオンエッチングを実施し、シリコン基板４００に二段目の段差を形成する。ここで、工程（ｂ）で形成された１断面目の段差を持つシリコン基板４００に対して反応性イオンエッチングが実施される。これにより、シリコン基板４００の角部にエッチングイオンが集中する。その結果、図４に示すように、シリコン基板４００の角部に傾斜が形成される。

工程（ｅ）では、二段の段差を形成したシリコン基板４００に、溶融したガラス材料４０３が埋め込まれる。

工程（ｆ）では、研削加工、また研磨加工が実施され、ガラス材料４０３からシリコン基板４００が露出する。
以上の工程により、図４に示すようなシリコン配線が埋め込まれたガラス基板である、第２の基板１３１ａが製造される。

本発明は、シリコン配線埋め込みガラス基板およびこのガラス基板を用いたセンサとして有用である。

１００ 加速度センサ
１０１ センサ素子
１０４ パッケージ基板
１０５ リード端子
１０６ 外部基板
１１１ 錘部
１１３ 支持部
１１２ａ、１１２ｂ 梁部
１１４ａ、１１４ｃ 貫通配線
１１５ａ、１１５ｃ 固定電極
１３０ 第１の基板
１３１ａ 第２の基板
１３１ｂ 第３の基板
１５１ 第１の面
１５２ 第２の面
３０１ 第１の部分
３０２ 第２の部分
４００ シリコン基板
４０１、４０２ マスク材料
４０３ ガラス材料

Claims (8)

1. 第１の面と前記第１の面に対向する第２の面とを有するガラス基板と、
   前記ガラス基板の内部に埋設される第１のシリコン配線と、を備え、
   前記第１のシリコン配線は、
   前記第１の面に対して垂直に延びる第１の部分と、
   前記第１の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第２の部分と、を有し、
   前記第２の部分の前記第１の面に近い側の端部の幅は、前記第２の部分の前記第２の面に近い側の端部の幅よりも狭いシリコン配線埋め込みガラス基板。
2. 前記第１の部分が延びる方向を第１の方向、前記第２の部分が延びる方向を第２の方向、前記第１の方向と前記第２の方向とに垂直な方向を第３の方向とし、
   前記第１の部分の前記第３の方向の幅は、前記第２の部分の前記第３の方向の幅よりも小さい請求項１に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
3. 第２の部分は、前記ガラス基板の全長に亘って形成される請求項１または２に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
4. 前記ガラス基板の内部に埋設される第２のシリコン配線と、を更に備え、
   前記第２のシリコン配線は、
   前記第１の面に対して垂直に延びる第３の部分と、
   前記第３の部分に接続され、前記第１の面と平行に延びる第４の部分と、を有し、
   前記第４の部分の前記第１の面に近い側の端部の幅は、前記第４の部分の前記第２の面に近い側の端部の幅よりも狭い請求項１から３のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
5. 前記第３の部分の前記第３の方向の幅は、前記第４の部分の前記第３の方向の幅よりも小さい請求項４に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
6. 前記第４の部分は、前記ガラス基板の全長に亘って形成される請求項４または５に記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
7. 第１のシリコン配線と前記第２のシリコン配線とが互いに平行である請求項４から６のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のシリコン配線埋め込みガラス基板を備えたセンサ。

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