JP5367842B2

JP5367842B2 - 半導体基板の接合方法およびｍｅｍｓデバイス

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Publication number: JP5367842B2
Application number: JP2011544989A
Authority: JP
Inventors: 直樹野田; 敏夫横内; 昌弘石杜
Original assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Current assignee: Pioneer Corp; Pioneer Micro Technology Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JPWO2011070627A1; WO2011070627A1; US20120319220A1

Description

本発明は、ＭＥＭＳ構造体を形成した半導体基板と集積回路を形成した半導体基板とを、共晶接合する半導体基板の接合方法およびこれにより接合して成るＭＥＭＳデバイスに関する。

従来、この種の半導体基板の接合方法として、ＭＥＭＳ構造体を形成したシリコンウェハは、ゲルマニウム層を有し、集積回路を形成したシリコンウェハは、アルミニウム層を有し、これらのゲルマニウム層およびアルミニウム層を対面状態で、加熱すると共に加圧して、ゲルマニウムとアルミニウムとから成る共晶合金を形成して固着させる方法が知られている（特許文献１参照）。

米国特許第７４４２５７０号

このような共晶接合は、接合部分の高い封止性や電気的導通が得られると共に、共晶合金を形成するのに、集積回路形成工程の中で電極・配線として成膜されたアルミニウム層を利用することができる。しかし一方で、ゲルマニウム層は、ＭＥＭＳ構造体の形成工程に加えて接合のために新たに接合部分に成膜しなければならず、接合前の成膜工程が複雑化するという問題がある。また、ＭＥＭＳ構造体の形成後、ゲルマニウム層を接合部分に成膜することで、薄膜であるＭＥＭＳ構造体の可動構造に変形・付着・破損等の悪影響を及ぼす可能性があるという問題もある。

本発明は、上記の点に鑑み、簡易な工程で、ＭＥＭＳ構造体への悪影響を抑制しながら、半導体回路が形成された半導体基板とＭＥＭＳが形成された半導体基板とを接合できる半導体基板の接合方法およびこれにより接合して成るＭＥＭＳデバイスを提供することを課題とする。

本発明の半導体基板の接合方法は、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、を第２半導体基板の接合部に、第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ね、加圧・加熱して共晶接合する半導体基板の接合方法であって、ＭＥＭＳ構造体は、第１半導体基板の表面に掘り込むようにして作りこまれ、接合部は、集積回路を囲繞するように第２半導体基板の表面に環状に成膜され、第１半導体基板と第２半導体基板とを、相互の表面同士を突き合わせ、ＭＥＭＳ構造体および集積回路を内包するように接合することを特徴とする。

上記の構成によれば、集積回路を形成した第２半導体基板が、含アルミニウム層とこれに接触したゲルマニウム層とを有しているため、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板に対して、新たに金属膜を成膜する必要が無く、ＭＥＭＳ構造体への悪影響を抑制して、半導体基板を接合することができる。また、第１半導体基板の接合前の成膜工程を減らすことができ、ＭＥＭＳ構造体の組立工程を簡略化することができる。
また、ＭＥＭＳ構造体と集積回路との電気的導通を持つと共に、湿度や温度、チリ等の外部環境から保護して、ＭＥＭＳ構造体および集積回路を、一体としてパッケージすることができる。

本発明の他の半導体基板の接合方法は、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、を第２半導体基板の接合部に、第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ね、加圧・加熱して共晶接合する半導体基板の接合方法であって、接合部に直接接触する第１半導体基板の接触面には、加圧・加熱により生じた共晶合金が浸入するピットが形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、集積回路を形成した第２半導体基板が、含アルミニウム層とこれに接触したゲルマニウム層とを有しているため、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板に対して、新たに金属膜を成膜する必要が無く、ＭＥＭＳ構造体への悪影響を抑制して、半導体基板を接合することができる。また、第１半導体基板の接合前の成膜工程を減らすことができ、ＭＥＭＳ構造体の組立工程を簡略化することができる。
また、真空中において加熱・加圧により形成された溶融状態の共晶合金が、毛細管現象によりピットに浸入する。このため、共晶合金がピットに行き渡り、その結果、共晶合金層が第１半導体基板に食い込むように形成されるため、接合部の接合強度を増すことができる。なお、第１半導体基板に形成するピットは、断続して形成された複数の穴であっても、連続して形成されたスリット状の溝であってもよい。

これらの構成において、含アルミニウム層は、所定の幅を有して平面視環状に成膜され、ゲルマニウム層は、含アルミニウム層上に平面視環状に成膜された１以上の筋状層部を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、共晶合金が、半導体基板における内外方向に対して直交する方向に、連続して形成されるため、高い封止性で半導体基板を接合することができる。

同様に、含アルミニウム層は、所定の幅を有して平面視環状に成膜され、ゲルマニウム層は、含アルミニウム層上に平面視環状に成膜された筋状層部と、筋状層部から分岐した複数の枝状層部と、を有していることが好ましい。

上記の構成によれば、含アルミニウム層に対するゲルマニウム層の接触端の総延長を長く設けることができるため、加熱・加圧により形成された共晶合金が第１半導体基板に固着しやすく、接合強度の高い接合を行うことができる。

本発明のＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、が第２半導体基板の接合部に、第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ねた状態で共晶接合されているＭＥＭＳデバイスであって、ＭＥＭＳ構造体は、第１半導体基板の表面に掘り込むようにして作りこまれ、接合部は、集積回路を囲繞するように第２半導体基板の表面に環状に成膜され、第１半導体基板と第２半導体基板とが、相互の表面同士を突き合わせ、ＭＥＭＳ構造体および前記集積回路を内包するように接合されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＭＥＭＳ構造体への悪影響を抑制しながら、半導体基板を接合してＭＥＭＳデバイスを製造することができる。
また、ＭＥＭＳ構造体と集積回路と電気的導通を持つと共に、湿度や温度、チリ等の外部環境から保護して、ＭＥＭＳ構造体および集積回路を一体としてパッケージした、精度の良いＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

本発明の他のＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、が第２半導体基板の接合部に、第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ねた状態で共晶接合されているＭＥＭＳデバイスであって、接合部に直接接触する第１半導体基板の接触面には、加圧・加熱により生じた共晶合金が浸入するピットが形成されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、ＭＥＭＳ構造体への悪影響を抑制しながら、半導体基板を接合してＭＥＭＳデバイスを製造することができる。
また、真空中において加熱・加圧により形成された溶融状態の共晶合金が、毛細管現象によりピットに浸入する。このため、共晶合金がピットに行き渡り、その結果、共晶合金層が第１半導体基板に食い込むように形成されるため、接合部の接合強度を増すことができる。なお、第１半導体基板に形成するピットは、断続して形成された複数の穴であっても、連続して形成されたスリット状の溝であってもよい。

これらの構成において、上記のＭＥＭＳデバイスは、加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ、圧力センサ、磁気センサおよび音響センサのいずれかであることが好ましい。

上記の構成によれば、有効なパッケージにより、精度の良い加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ、圧力センサ、磁気センサおよび音響センサを提供することができる。

一実施形態に係るＭＥＭＳチップおよびＣＭＯＳチップを模式的に表した外観斜視図である。一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスを模式的に表した斜視図である。一実施形態に係る含アルミニウム層およびゲルマニウム層の成膜配置を表した断面図である。含アルミニウム層およびゲルマニウム層の膜厚、含アルミニウム層に対するゲルマニウム層の重量比、接合部の封止率およびシェア強度（接合強度）の数値を表した図である。アルミニウム層に対するゲルマニウム層の重量比と、共晶接合後の接合部の封止率およびシェア強度との関係を表した図である。一実施形態の第１変形例に係る含アルミニウム層およびゲルマニウム層の成膜配置を表した正面図（ａ）およびその断面図（ｂ）である。一実施形態の第２変形例に係る含アルミニウム層およびゲルマニウム層の成膜配置を表した正面図（ａ）およびその断面図（ｂ）である。一実施形態の第３変形例に係る含アルミニウム層およびゲルマニウム層の成膜配置を表した正面図（ａ）およびその断面図（ｂ）である。他の実施形態に係る含アルミニウム層およびゲルマニウム層の成膜配置を表した正面図およびその断面図である。

以下、添付の図面を参照し、本発明の一実施形態に係る半導体基板の接合方法およびＭＥＭＳデバイスについて説明する。本実施形態に係る半導体基板の接合方法は、多数のセンシング部を有したＭＥＭＳウェハと、各センシング部を制御する多数の集積回路を有したＣＭＯＳウェハと、を対向させて金属で共晶接合するものである。すなわち、本発明は、別々の工程で、形成したＭＥＭＳセンサと集積回路とを対向させ、共晶接合するようにしている。ちなみに、この共晶接合は、ウェハ状態のまま一括して封止した後、各チップに分離するウェハ・レベル・パッケージ技術（ＷＬＰ技術）を用いている。
本実施形態に係るＭＥＭＳデバイスは、このような共晶接合により製造されたものであり、例えば、加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ、圧力センサ、磁気センサおよび音響センサが考えられる。

図１（ａ）は、多数のセンシング部１２がマトリクス状に形成されたＭＥＭＳウェハ（図示省略）の１個片を拡大したものである。以下、便宜上この１個片であるＭＥＭＳチップ１０から説明を開始する。
図示のように、ＭＥＭＳチップ１０は、シリコン（Ｓｉ）から成る基板１１と、基板１１の中央に微細加工技術により形成されたセンシング部１２と、を有している。センシング部１２は、基板１１の中央に掘り込むように形成され、上述のように加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ、圧力センサ、磁気センサおよび音響センサ等の素子で構成されている。また、基板１１には、センシング部１２を囲繞するように、平面視方形環状の接合部３０ａが配設されている。実施形態のＭＥＭＳチップ１０では、センシング部１２および接合部３０ａが後述するＣＭＯＳチップ２０と対面するように表裏反転させて、ＣＭＯＳチップ２０と接合される。そして、ＭＥＭＳチップ１０の接合部３０ａが、ＣＭＯＳチップ２０に形成した接合部３０ｂに突き合わされ、接合部３０ｂに成膜された金属層により、両者が共晶接合される。なお、基板１１は、請求項でいう第１半導体基板に相当し、センシング部１２は、請求項でいうＭＥＭＳ構造体に相当する。

図１（ｂ）は、多数の集積回路２２がマトリクス状に形成されたＣＭＯＳウェハ（図示省略）から１個片を拡大したものである。以下、ＭＥＭＳチップ１０同様、この１個片であるＣＭＯＳチップ２０から説明する。ＣＭＯＳチップ２０は、シリコンから成る基板２１と、基板２１に微細加工技術（半導体製造技術）により形成された集積回路２２と、を有している。また、共晶接合時にＭＥＭＳチップ１０のセンシング部１２と対面する集積回路２２の回路中央部２３を囲繞するように、平面視方形環状の接合部３０ｂが配設されている。集積回路２２は、ＭＥＭＳチップ１０のセンシング部１２を制御するものであり、外部から入出力の信号線が接続されるようになっている。

また、集積回路２２には、アルミニウム配線を有しており、詳細は後述するが、このアルミニウム配線の形成時に成膜された含アルミニウム層３１が、接合時の共晶合金の一部となる。すなわち、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂは、ＭＥＭＳチップ１０の接合部３０ａと平面視略同形に形成されており、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂには、基板１１上に共晶合金となる含アルミニウム層３１が成膜されると共に、含アルミニウム層３１上に共晶合金となるゲルマニウム層３２が成膜されている（例えば、スパッタまたは蒸着技術による成膜）。なお、基板２１は、請求項でいう第２半導体基板に相当し、接合部３０ｂは、請求項でいう第２半導体基板の接合部に相当する。

図２は、接合（貼合せ接合）した後のＭＥＭＳウェハとＣＭＯＳウェハと、をダイシングあるいはブレイクして構成したＭＥＭＳデバイス１である。同図に示すように、ＭＥＭＳデバイス１は、センシング部１２と回路中央部２３が対向するように、ＭＥＭＳチップ１０とＣＭＯＳチップ２０とを接合して構成されている。

接合時においては、ＭＥＭＳチップ１０（ＭＥＭＳウェハ）とＣＭＯＳチップ２０（ＣＭＯＳウェハ）とを突き合せ、真空環境下でＭＥＭＳチップ１０側およびＣＭＯＳチップ２０側の両側から加熱し、ＭＥＭＳチップ１０側から加圧を行う。これにより、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに成膜されたゲルマニウム層３２が含アルミニウム層３１との境界面において共晶反応を起こし、アルミニウム−ゲルマニウム合金（以下、共晶合金という）が生成される。特に、ＭＥＭＳチップ１０側からの加圧によって、溶融状態の共晶合金が接合部３０ａのシリコン面に押し当てられて溶着した後に固着して、強固な接合が得られる。また、この共晶接合により、基板１１，２１同士の電気的導通および高い封止性が得られる。なお、接合時の加熱温度は、センシング部１２および集積回路２２への熱的ダメージを考慮し、４５０℃程度とすることが好ましい。また、接合時の加圧は、ＣＭＯＳチップ２０側のから行っても、ＭＥＭＳチップ１０側およびＣＭＯＳチップ２０側の両側から行ってもよい。そして、接合後は、ウェハ状態から各チップへの分離工程を経て、個々のＭＥＭＳデバイス１が製造される。

続いて、図３を参照し、含アルミニウム層３１およびゲルマニウム層３２の成膜配置（成膜パターン）について説明する。図３は、図２におけるＡ−Ａ線断面を拡大したものである。同図（ａ）に示すように、共晶接合前の状態では、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに、含アルミニウム層３１が一様に成膜されている。また、含アルミニウム層３１上のゲルマニウム層３２は、含アルミニウム層３１の外端３１ａに対しゲルマニウム層３２の外端３２ａが内側にセットバックするように成膜されている。一方、ＭＥＭＳチップ１０の接合部３０ａには、金属層は一切成膜されておらず、基板１１のシリコン面がむき出しになっている。この状態から、上記した接合方法によって、同図（ｂ）に示すように、基板１１と基板２１との間に共晶合金層３３が形成され、ＭＥＭＳチップ１０とＣＭＯＳチップ２０とが共晶接合される。そして、実施形態の共晶接合では、加圧および加熱が適宜制御され、ゲルマニウム層３２が接触していない含アルミニウム層３１の部分は、共晶反応せずに残留する（残留部３４）。なおこの場合、効率よく共晶反応を起こすため、ゲルマニウム層３２は、含アルミニウム層３１よりも薄膜に成膜することが好ましい。

このように、接合の前にＭＥＭＳチップ１０側に金属層を成膜しないことによって、センシング部１２の形成後の成膜工程を簡略化することができ、薄膜であるセンシング部１２の可動構造に変形・付着・破損等の成膜による悪影響を回避することができる。また、含アルミニウム層３１は、集積回路２２のアルミニウム配線を利用しているため、実際の接合に要する金属成膜は、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂへのゲルマニウム成膜のみであり、接合工程を簡略化することができる。さらに、接合部３０は、センシング部１２および回路中央部２３を囲繞するように配置されており、共晶合金層３３は、対面したＭＥＭＳチップ１０およびＣＭＯＳチップ２０の内外方向に直交するように形成されるため、高い封止性と接合強度で、ＭＥＭＳチップ１０とＣＭＯＳチップ２０とを接合することができる。

さらに、ゲルマニウム層３２は、含アルミニウム層３１の外端３１ａに対しゲルマニウム層３２の外端３２ａが内側にセットバックするように成膜されているので、接合時の加圧により溶融状態の共晶合金が外側に広がったとしても、形成された共晶合金が接合部３０からはみ出る事無く形成され、望まない電極への導通を防止することができ、デバイスの生産性（歩留り）を向上させることができる。なお、高い精度で成膜が可能な場合には、含アルミニウム層３１の外端とゲルマニウム層３２の外端とを揃えるように成膜しても良い。

続いて、図４および図５を参照し、接合時の含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比について説明する。本実施形態の接合方法では、相互の接合面において、ゲルマニウム層３２の全てと含アルミニウム層３１の一部とが共晶反応するように、加圧圧力と共に加熱温度および加熱時間が制御されている（図３（ｂ）参照）。実際には、含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比を、主として含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の膜厚の比によって調節するようにしている。したがって、ゲルマニウム層３２とこれに直接接触している含アルミニウム層３１の部分とが共晶反応し、一部の含アルミニウム層３１はそのまま残ることとなる（図３（ｂ）参照）。

図４および図５は、含アルミニウム層３１の膜厚を一定（８００ｎｍ）とし、ゲルマニウム層３２の膜厚を適宜変更して行った共晶接合の試験結果である。図４は、共晶接合前に成膜した含アルミニウム層３１およびゲルマニウム層３２の膜厚、含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比、共晶接合後の接合部の封止率およびシェア強度（接合強度）の関係を表したものである。また、図５は、含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比と、共晶接合後の接合部の封止率およびシェア強度（接合強度）との関係をグラフ化したものである。

図５（ａ）に示すように、含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比が、２７ｗｔ％〜５２ｗｔ％の間において、共晶接合後の接合部の封止率が約５０％以上となっている。また、同図（ｂ）は、ゲルマニウム層３２の重量比が、２７ｗｔ％〜５２ｗｔ％の間において、共晶接合後の接合部の（シェア強度）接合強度が約３０Ｎ以上であることを示している。さらに、ゲルマニウム層３２の重量比が、３３ｗｔ％〜４２ｗｔ％の間においては、封止率が１００％を示し、シェア強度（接合強度）が４１．６Ｎ〜５６．３Ｎを示している（図４参照）。すなわち、含アルミニウム層３１に対するゲルマニウム層３２の重量比を、３３ｗｔ％〜４２ｗｔ％として上記の方法により共晶接合を行えば、最も封止率と接合強度の高い接合を得られることが試験結果により明らかとなった。このことはまた、本実施形態（含アルミニウム層３１の膜厚＝８００ｎｍ）におけるゲルマニウム層３２を、２００ｎｍから３００ｎｍの厚さに成膜すれば、良好な共晶接合が得られることを示している（図４参照）。

以下、図６ないし８を参照し、本実施形態に係る含アルミニウム層３１およびゲルマニウム層３２の成膜配置の変形例について説明する。図６（ａ）は、共晶接合前のＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂの一部を表し、同図（ｂ）は、共晶接合前の接合部３０の断面を表している（第１変形例）。図示のように、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに一様に含アルミニウム層３１が成膜される一方、ゲルマニウム層３２は、含アルミニウム層３１上において複数の筋状に成膜されている。すなわち、ゲルマニウム層３２は、相似形を為す同心の複数の筋状層部３５で構成されている。

ところで、この種の共晶接合においては、ゲルマニウム層３２の端部において大きな接合強度が得られることが、確認されている。したがって、上記変形例のように、ゲルマニウム層３２を複数の筋状層部３５として成膜することで、ゲルマニウム層３２（筋状層部３５）における端部の総面積を増やすことができ、接合部３０の面積を増やすことなく、強固な共晶接合とすることができる。さらに、複数の筋状のゲルマニウム層３２は、接合部３０の内外方向に直交するように配置されているため、より高い封止性と接合強度で、ＭＥＭＳチップ１０とＣＭＯＳチップ２０とを接合することができる。

図７は、本実施形態に係る含アルミニウム層３１およびゲルマニウム層３２の成膜配置の第２変形例を示したものである。同図に示すように、第２変形例の成膜配置では、第１変形例と同様、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに一様に含アルミニウム層３１が成膜され、含アルミニウム層３１上に成膜されたゲルマニウム層３２は、単一の筋状層部３５と複数の枝状層部３６とで一体に形成されている。筋状層部３５は、含アルミニウム層３１の幅方向の中央に、含アルミニウム層３１に沿って方形環状に形成されている。一方、複数の枝状層部３６は、筋状層部３５の各部から両側に直角に分岐するように成膜されている。このように、枝状（魚の骨状）に複数の枝状層部３６（ゲルマニウム層３２）を形成することで、ゲルマニウム層３２（筋状層部３５および枝状層部３６）における端部の総面積を増やすことができ、強固な共晶接合とすることができる。

図８は、本実施形態に係る含アルミニウム層３１およびゲルマニウム層３２の成膜配置の第３変形例を示したものである。同図に示すように、第３変形例の成膜配置は、第１変形例と第２変形例とを複合した形態を有している。すなわち、第３変形例では、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに一様に含アルミニウム層３１が成膜され、含アルミニウム層３１の上に成膜されたゲルマニウム層３２は、複数の筋状層部３５と複数の枝状層部３６とで構成されている。具体的には、ゲルマニウム層３２は、相似形を為す同心の３本の筋状層部３５と、中間に位置する筋状層部３５の各部から両側に直角に分岐する複数の枝状層部３６とで構成されている。これにより、より高い封止性と接合強度で、ＭＥＭＳチップ１０とＣＭＯＳチップ２０とを接合することができる。

以下、図９を参照し、本発明の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。なお、上記の実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の構成については、同様の符号を使用する。同図（ａ）および（ｂ）に示すように、ＣＭＯＳチップ２０の接合部３０ｂに成膜された含アルミニウム層３１は、複数のアルミニウム環状層部３７で構成されている。複数のアルミニウム環状層部３７は、接合部３０ｂと同心の平面視環状に形成され、接合部３０ｂの内外方向に直交するように配置されている。さらに、これら複数のアルミニウム環状層部３７の隙間を埋めるように、複数の環状のゲルマニウム層３２（ゲルマニウム環状層部３８）が成膜されている。この場合、複数のゲルマニウム環状層部３８が複数のアルミニウム環状層部３７の接触端部３９において垂直方向に接触し、且つ水平方向において僅かにオーバーラップ（重層部４０）するように成膜されている。

一方、図９（ｂ）に示すように、ＭＥＭＳチップ１０の接合部３０ａには、基板１１を掘り込んだピット４１が複数形成されている。この複数のピット４１は、複数のゲルマニウム環状層部３８が複数のアルミニウム環状層部３８の上にオーバーラップする位置（重層部４０）に対応するように配置され、加熱・加圧された溶融状態の合金が、複数のピット４１に入り込むようになっている。複数のピット４１は、センシング部１２形成後に基板１１に新たに形成しても良いし、センシング部１２の形成過程において形成された掘り込みを利用しても良い。また、ピット４１は、断続的な穴状のものでも、連続的な溝状のものでもよい。

図９（ｃ）は、共晶接合後の接合部を表している。加熱によって形成された溶融状態の共晶合金が、加圧により真空中において毛細管現象により複数のピット４１に浸入し、行き渡る。そして、固着した共晶合金層３３は、ＭＥＭＳチップ１０の接合部３０（基板１１）に食い込むように形成される。すなわち、共晶合金層３３が図示のように、接合部の面方向に対して垂直に形成されるため、より接合強度の高い接合が可能となる。

これらの構成によれば、センシング部１２への悪影響を抑制しながら、適切な部分において、高い接合強度と封止性をもって半導体基板を接合することができる。また、このような有効な接合により、センシング部１２、集積回路２２および外部回路の電気的導通を持つと共に、湿度や温度、チリ等の外部環境から保護して、センシング部１２および回路中央部２３を一体としてパッケージした、精度の良いＭＥＭＳデバイスを提供することができる。

なお、本実施形態では、センシング部１２およびこれを制御する集積回路２２が形成されたシリコンウェハを用いたが、シリコンウェハに形成される構造体は、これに限らず、どのような回路であっても良い。さらには、シリコンを材料としたシリコンウェハでなく、その他の素材を母材とした半導体基板（化合物半導体）を用いてもよい。但し、接合する少なくともどちらか一方の半導体基板が、アルミニウム配線を有していることが好ましい。

１ＭＥＭＳデバイス１０ＭＥＭＳチップ
１２センシング部１１，２１基板
２０ＣＭＯＳチップ２２集積回路
３１含アルミニウム層３２ゲルマニウム層
３５筋状層部３６枝状層部
４１ピット

Claims

ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、
表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、前記ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、
を前記第２半導体基板の前記接合部に、前記第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ね、加圧・加熱して共晶接合する半導体基板の接合方法であって、
前記ＭＥＭＳ構造体は、前記第１半導体基板の表面に掘り込むようにして作りこまれ、
前記接合部は、前記集積回路を囲繞するように前記第２半導体基板の表面に環状に成膜され、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とを、相互の表面同士を突き合わせ、前記ＭＥＭＳ構造体および前記集積回路を内包するように接合することを特徴とする半導体基板の接合方法。
ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、
表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、前記ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、
を前記第２半導体基板の前記接合部に、前記第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ね、加圧・加熱して共晶接合する半導体基板の接合方法であって、
前記接合部に直接接触する前記第１半導体基板の接触面には、前記加圧・加熱により生じた共晶合金が浸入するピットが形成されていることを特徴とする半導体基板の接合方法。
前記含アルミニウム層は、所定の幅を有して平面視環状に成膜され、
前記ゲルマニウム層は、前記含アルミニウム層上に平面視環状に成膜された１以上の筋状層部を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の接合方法。
前記含アルミニウム層は、所定の幅を有して平面視環状に成膜され、
前記ゲルマニウム層は、前記含アルミニウム層上に平面視環状に成膜された筋状層部と、前記筋状層部から分岐した複数の枝状層部と、を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体基板の接合方法。
ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、
表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、前記ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、
が前記第２半導体基板の前記接合部に、前記第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ねた状態で共晶接合されているＭＥＭＳデバイスであって、
前記ＭＥＭＳ構造体は、前記第１半導体基板の表面に掘り込むようにして作りこまれ、
前記接合部は、前記集積回路を囲繞するように前記第２半導体基板の表面に環状に成膜され、
前記第１半導体基板と前記第２半導体基板とが、相互の表面同士を突き合わせ、前記ＭＥＭＳ構造体および前記集積回路を内包するように接合されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
ＭＥＭＳ構造体を作り込んだ第１半導体基板と、
表裏一方の面にアルミニウムを主成分とする含アルミニウム層とゲルマニウム層とを接触させて成膜した接合部を有し、前記ＭＥＭＳ構造体を制御する集積回路を形成した第２半導体基板と、
が前記第２半導体基板の前記接合部に、前記第１半導体基板の表裏一方の面を直接接触させるように重ねた状態で共晶接合されているＭＥＭＳデバイスであって、
前記接合部に直接接触する前記第１半導体基板の接触面には、前記加圧・加熱により生じた共晶合金が浸入するピットが形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
加速度センサ、角速度センサ、赤外線センサ、圧力センサ、磁気センサおよび音響センサのいずれかであることを特徴とする請求項５または６に記載のＭＥＭＳデバイス。