JPWO2011118786A1 - ガラス埋込シリコン基板の製造方法 - Google Patents

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Abstract

迅速にガラスを埋め込み、且つ、ボイドを抑制する。そのシリコン基板本体５１の主面に凹部５２を形成する。シリコン基板本体５１の主面にガラス基板５４の第１の主面を重ね合わせて、凹部５２を密閉する。ガラス基板５４に熱を加えて軟化させて、ガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込む。ガラス基板５４を冷却する。ガラス基板５４のうち、シリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する。凹部５２を密閉する工程を実施する時の気圧を、ガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込む工程を実施する時の気圧よりも低くする。

Description

本発明は、シリコン基板本体の内部にガラスが配置されたガラス埋込シリコン基板の製造方法に関するものである。
従来から、微細な構造を有するガラス基板を製造する目的で、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
特許文献１に記載されたガラス材料からなるフラット基板の製造方法では、先ず、平坦なシリコン基板の表面に窪みを形成し、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせる。そして、ガラス基板を加熱することによりガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込む。その後、ガラス基板を再固化させ、フラット基板の表裏面を研磨し、シリコンを除去する。
特表２００４−５２３１２４号公報（特に、第１図参照）
しかし、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせると、窪みの内部空間は閉空間となる。よって、ガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込む際に、窪みの内部の気体が逃げにくくなるため、ガラスの埋め込み工程に時間がかかり、プロセス時間の短縮の弊害となる。また、再固化されたガラス材料にボイドが発生し易くなり、製造歩留まりを低下させてしまう。
そこで、本発明は、ガラスの埋め込み工程に時間を短縮でき、プロセス時間の短縮が可能なガラス埋込シリコン基板の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ボイドの発生を抑制するガラス埋込シリコン基板の製造方法を提供することを他の目的とする。
上記目的を達成する本発明の特徴は、ガラス埋込シリコン基板の製造方法に関する。この製造方法は、第１の工程〜第５の工程を少なくとも備える。第１の工程では、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する。第２の工程では、前記凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を準備し、シリコン基板本体の主面にガラス基板の第１の主面を重ね合わせて、凹部を密閉する。第３の工程では、ガラス基板に熱を加えて軟化させて、このガラス基板の一部をシリコン基板本体の凹部に埋め込む。第２の工程を実施する時の気圧を、第３の工程を実施する時の気圧よりも低くする。第４の工程では、ガラス基板を冷却する。第５の工程では、ガラス基板のうち、シリコン基板本体の凹部に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する。
本発明のガラス埋込シリコン基板の製造方法によれば、前記凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を用いているので、迅速にガラスを埋め込むことができる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる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、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる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１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２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。 図４（ａ）〜図４（ｅ）は、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としてのガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図５（ａ）は、図４（ｃ）に示した第２の工程を実施する為の具体的な加工装置の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図４（ｄ）に示した第３の工程を実施する為の具体的な加工装置の構成を示す断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて行う第２の工程及び第３の工程の詳細な手順を示すフローチャートである。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第２の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図８（ａ）〜図８（ｅ）は、第３の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第４の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。
５１ シリコン基板本体
５２ 凹部
５３ 貫通孔
５４ ガラス基板
２１０ 第１の凸部
３１０ 第２の凸部
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。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の概略構成を説明する。半導体装置は、ＭＥＭＳデバイスの一例としての加速度センサチップＡ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、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備える。
パッケージ１０１は、図１（ｂ）における上面に位置する一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、加速度センサチップＡの外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する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の底部に位置する搭載面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が備える総てのパッドは、プラスチックパッケージ本体１０２の開放された一面に対向する加速度センサチップＡの主面において、この主面の１辺に沿って配置されている。この１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（例えば、中央部）との３箇所とに頂点を有する仮想三角形の各頂点に接着部１０４が位置
している。これにより、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。なお、接着部１０４の位置に関し、上記１辺に平行な辺の１箇所については、中央部に限らず、例えば、両端の一方でもよいが、中央部の方が半導体素子Ａをより安定して支持することができるとともに、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。
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１の半導体装置を製造するには、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、本発明の第１の実施の形態では、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１の半導体装置は、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２を参照して、図１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１０を用いて形成されたセンサ本体１と、ガラス基板２０を用いて形成された第１の固定基板２と、ガラス基板３０を用いて形成された第２の固定基板３とを備えている。第１の固定基板２は、センサ本体１の一表面側（図２における上面側）に固着され、第２の固定基板３は、センサ本体１の他表面側（図２における下面側）に固着される。第１及び第２の固定基板２、３はセンサ本体１と同じ外形寸法に形成されている。
なお、図２は、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３のそれぞれの構成を示すべく、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３が分離した状態を示している。また、センサ本体１は、ＳＯＩ基板１０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。また、第１及び第２の固定基板２、３は、それぞれ、シリコン基板及びガラス基板のどちらで形成してもかまわない。
センサ本体１は、２つの平面視矩形状の開口窓１２が上記一表面に沿って並設するフレーム部１１と、フレーム部１１の各開口窓１２の内側に配置された２つの平面視矩形状の重り部１３と、フレーム部１１と重り部１３との間を連結する各一対の支持ばね部１４とを備える。
２つの平面視矩形状の重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置されている。第１の固定基板２に対向する各重り部１３の主面上に可動電極１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ配置されている。重り部１３の周囲を囲むフレーム部１１の外周全体が第１及び第２の固定基板２、３に接合されている。これにより、フレーム部１１と第１及び第２の固定基板２、３は、重り部１３及び後述する固定子１６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１４は、フレーム部１１の各開口窓１２の内側で重り部１３の重心を通る直線に沿って重り部１３を挟む形で配置されている。各支持ばね部１４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１１及び重り部１３に比べて薄肉に形成されており、重り部１３は、フレーム部１１に対して一対の支持ばね部１４の回りで変位可能となっている。
センサ本体１のフレーム部１１には、各開口窓１２それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔１７が２つの開口窓１２と同じ方向に並設されている。各窓孔１７の内側には、それぞれ２つの固定子１６が一対の支持ばね部１４の並設方向に沿って配置されている。
各固定子１６と窓孔１７の内周面との間、各固定子１６と重り部１３の外周面との間、及び隣り合う固定子１６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１６は、第１及び第２の固定基板２、３にそれぞれ接合されている。また、センサ本体１の一表面側において、各固定子１６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１８が形成されている。また同様に、フレーム部１１において隣り合う窓孔１７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１８が形成されている。
各固定子１６に形成された各電極パッド１８は、後述の各固定電極２５に電気的にそれぞれ接続され、フレーム部１１に形成された電極パッド１８は、可動電極１５Ａ及び可動電極１５Ｂ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１８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２は、第１の固定基板２の第１の主面とこれに対向する第２の主面（センサ本体１に重なり合う面）との間を貫通している複数の配線２８と、第２の主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１５Ａ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１５Ｂ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。
各配線２８は、第１の固定基板２の第２の主面において、センサ本体１の電極パッド１８にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、電極パッド１８を介して、各固定電極２５の電位及び可動電極１５の電位をそれぞれ加速度センサチップＡの外部へ取り出すことができる。
第２の固定基板３の一表面（センサ本体１に重なり合う面）であって、重り部１３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１３の付着を防止する。
図３を参照して、図２の加速度センサチップＡの断面構成を説明する。図３は、一対の支持ばね部１４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１はＳＯＩ基板１０を用いて形成されている。ＳＯＩ基板１０は、単結晶シリコンからなる支持基板１０ａと、支持基板１０ａの上に配置されたシリコン酸化膜からなる絶縁層１０ｂと、絶縁層１０ｂの上に配置されたｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃとを有する。
センサ本体１のうち、フレーム１１及び固定子１６は、第１の固定基板２及び第２の固定基板３に接合されている。これに対して、重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置され、一対の支持ばね部１４によりフレーム１１に支持されている。
重り部１３の過度の変位を規制する複数の微小な突起部１３ｃが、重り部１３における第１及び第２の固定基板２、３のそれぞれとの対向面から突設されている。重り部１３には、矩形状に開口された凹部１３ａ、１３ｂが形成されている。凹部１３ａ、１３ｂは互いに大きさが異なるため、一対の支持ばね部１４を通る直線を境にして、重り部１３の左右の質量が異なっている。
第１の固定基板２の配線２８は、電極パッド１８に電気的に接続されている。電極パッド１８は、固定子１６、連絡用導体部１６ｄ、金属配線２６を通じて、固定電極２５に接続されている。
上述の加速度センサチップＡは、センサ本体１に設けられた可動電極１５と第１の固定基板２に設けられた固定電極２５との対を４対有し、可動電極１５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１３に加速度が加わると、支持ばね部１４がねじれて、重り部１３が変位する。これにより、対をなす固定電極２５と可動電極１５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４（ａ）〜図４（ｅ）を参照して、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としてのガラス埋込シリコン基板の製造方法について説明する。
（イ）先ず、図４（ａ）に示すように、対向する表面（図４における上面）及び裏面（図４における下面）を有するシリコン基板本体５１を用意する。シリコン基板本体５１の全体には、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加され、シリコン基板本体５１の電気抵抗は十分に小さい。なお、ここでは、シリコン基板本体５１の全体に不純物を添加する場合を説明するが、シリコン基板本体５１全体に添加されていなくても構わない。少なくとも、図４（ｅ）の配線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。そして、図４（ｂ）に示すように、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によりシリコン基板本体５１の表面の所定領域を選択的に除去して、シリコン基板本体５１の表面に凹部５２を形成する（第１の工程）。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面（図４における下面）を重ね合わせて、凹部５２を密閉する（第２の工程）。その後、大気圧雰囲気において、ガラス基板５４に熱を加えて、ガラス基板５４の温度をその軟化温度まで上昇させる。そして、図４（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込む（第３の工程）。なお、第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図５及び図６を参照して後述する。
（ハ）ガラス基板５４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後、図４（ｅ）に示すように、ガラス基板５４のうち、シリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する（第５の工程）。また、シリコン基板本体５１のうち、その表面と凹部５２の底面を含む平面との間にある部分を残し、その他の部分を除去する。
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、ガラス基板５４の第２の主面（図４における上面）を均一に削り取り、ガラス基板５４の第２の主面にシリコン基板本体５１を露出させる。同様に、研削、研磨、或いはエッチングなどの方法を用いて、シリコン基板本体５１の裏面を均一に削り取り、シリコン基板本体５１の裏面に凹部５２に埋め込まれたガラス基板５４を露出させる。ガラスとシリコンの除去はどちらを先に行っても構わない。
以上の工程により製造されたガラス埋込シリコン基板は、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板本体５１にガラス基板５４の一部が埋め込まれたものである。よって、図４（ｅ）のシリコン基板本体５１の部分を図２及び図３に示した配線２８に当てはめ、図４（ｅ）のガラス基板５４の部分を図２及び図３に示したガラス基板２０に当てはめる。これにより、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０に、図４（ｅ）に示したガラス埋込シリコン基板を適用することができる。
図５（ａ）を参照して、図４（ｃ）に示した第２の工程を実施する為の具体的な製造装置の構成を説明する。図５（ａ）に示すように、この製造装置は、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を収容可能な大きさの真空チャンバ３０５と、真空チャンバ３０５内の気体を排気するロータリーポンプなどの真空ポンプ３０６とを少なくとも備える。この製造装置は、図示は省略するが、この他、真空チャンバ３０５内の減圧された雰囲気において、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面を重ね合わせて、凹部５２を密閉する手段を備える。具体的に、この製造装置は、減圧雰囲気において、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を、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手段を備える。これにより、減圧雰囲気において凹部５２を密閉することができる。
図５（ｂ）を参照して、図４（ｄ）に示した第３の工程を実施する為の具体的な製造装置の構成を説明する。図５（ｂ）に示すように、この製造装置は、共に平板状のステージ３０８及び加熱・加圧治具３０７を備える。加熱・加圧治具３０７は、ガラス基板５４に対して熱を加えるヒータ３０９等の加熱手段を備え、ガラス基板５４に対して熱と力を同時に加えることができる。シリコン基板本体５１とガラス基板５４は、ステージ３０８と加熱・加圧治具３０７との間に重ね合わせて配置される。図５（ｂ）の装置は、大気雰囲気において動作する。
次に、図６を参照して、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて行う第２の工程及び第３の工程の詳細な手順を説明する。
（い）図５（ａ）の製造装置の真空チャンバ３０５の中に、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を搬入し、真空チャンバ３０５を密閉する。そして、真空ポンプ３０６を駆動して、真空チャンバ３０５の中を排気する。この時点において、少なくとも、凹部５２を密閉されていない。即ち、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面が重ね合わされていても構わないが、接合されていない。これにより、真空チャンバ３０５内を排気する時に、凹部５２の内部の気体も排気することができる。
（ろ）そして、凹部５２を密閉する。例えば、真空雰囲気において、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を重ねる（Ｓ０１）。シリコン基板本体５１とガラス基板５４の重ね合わせ面はそれぞれ、表面を平坦に加工する（表面粗さを小さくする）ことが好ましく、これにより、シリコン基板本体５１とガラス基板５４との重ね合わせ面での気密性を高くなり、凹部５２を密閉することができる。その後、真空ポンプ３０６を停止し、真空チャンバ３０５の内部を大気圧に戻し、真空チャンバ３０５の中から接合されたシリコン基板本体５１とガラス基板５４を取り出す。凹部５２は密閉されているので、凹部５２の内部は真空状態に保たれる。
（は）シリコン基板本体５１とガラス基板５４を、図５（ｂ）の製造装置のステージ３０８と加熱・加圧治具３０７との間に配置する。Ｓ０３段階に進み、ヒータ３０９のスイッチを入れて、ガラス基板５４を加熱する。なお、ガラス基板５４の温度をその軟化温度まで上昇させた後、ヒータ３０９のスイッチを、ガラス基板５４の温度をモニターしながら制御して軟化温度を維持する。例えば、テンパックスガラスの場合、８２０℃付近まで加熱すればよい。
（に）Ｓ０５段階において、加熱・加圧治具３０７を用いて、ガラス基板５４とシリコン基板本体５１をプレスする。この時、凹部５２の内部の気圧が外部の気圧に比べて低いので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。また、Ｓ０３段階の加熱処理、そして、Ｓ０５段階のプレス処理によって、軟化したガラス基板５４の一部は、シリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込まれる（第３の工程）。
（ほ）Ｓ０７段階において、凹部５２の中が軟化したガラス基板５４によって充填された場合、プレスを停止し、Ｓ０９段階に進み、ヒータ３０９のスイッチを切り、所定の冷却手段を用いて、ガラス基板５４を冷却する。
このように、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて、第２の工程及び第３の工程を実施する。図４における第２の工程は、図６におけるＳ０１段階に相当し、図４における第３の工程は、図６におけるＳ０３〜Ｓ０７段階に相当する。
なお、軟化したガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込むために、凹部５２の内部と外部との圧力差、及びガラスの自重による力で十分である場合、図６のＳ０５段階のプレス処理を行わなくてもよい。例えば、ガラス基板５４の温度を高くすることにより、ガラス基板５４の粘性が低下する。この場合、プレス処理を省略しても、凹部５２の内外の圧力差及びガラスの自重により凹部５２に軟化したガラス基板５４の一部を埋め込むことができる。なお、ガラス基板５４とシリコン基板本体５１の配置を入れ替えた場合、ガラスの自重の代りに、シリコン基板本体５１の自重となる。
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
凹部５２を密閉する第２の工程を実施する時の気圧を、凹部５２にガラスを埋め込む第３の工程を実施する時の気圧よりも低くする。これにより、ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部の気圧が外部の気圧に比べて低くなるので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。よって、迅速にガラスを埋め込むことができ、且つボイドを抑制することができる。
例えば図５（ａ）に示した製造装置を用いることにより、第２の工程を真空中において実施し、例えば図５（ｂ）に示した製造装置を用いることにより、第３の工程を大気圧中で実施する。ガラスを凹部５２に埋め込む際に、外部の気圧は大気圧であるが、凹部５２の内部の気圧は真空に保たれるので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。よって、迅速にガラスを埋め込むことができ、且つボイドを抑制することができる。
以上の実施形態では、前記第２の工程において、第１主面及び第１主面に対向する第２主面が平坦なガラス基板を用いた例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン基板の凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を準備し、凹部に肉厚部を対向させて凹部を密閉するようにしてもよい。
このようにすると、より効果的に凹部にガラスを埋め込むことができる。
この肉厚部は、後述の実施形態に示すように、第１主面又は第２主面に形成された凸部により構成することができるし、第１主面及び第２主面の両主面に凸部を形成することにより構成してもよい。
（第２の実施の形態）
図７（ｃ）に示すように、第２の工程を実施する時に、凹部２０２に入り込む第１の凸部２１０が、ガラス基板２０４の第１の主面、すなわちシリコン基板本体２０１に重なり合う面に形成されていても構わない。これにより、ガラス基板２０４の一部を凹部２０２に埋め込む際に、凹部２０２の内部にガラスが既に存在するため、凹部２０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板本体２０１の表面にガラス基板２０４の第１の主面（図７における下面）を重ね合わせて、凹部２０２を密閉する（第２の工程）。なお、ガラス基板２０４の第１の主面、すなわちシリコン基板本体２０１に重なり合う面には、予め、ブラスト加工やレーザー加工などにより、第１の凸部２１０が形成されている。第２の工程において、第１の凸部２１０は、凹部２０２の中に入り込む。
（ハ）図７（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板２０４の一部（第１の凸部２１０を含む）をシリコン基板本体２０１の凹部２０２に埋め込む（第３の工程）。第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図６を参照して説明したとおりである。
（ニ）ガラス基板２０４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後に行う図７（ｅ）に示す工程は、図４（ｅ）示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、第２の工程を実施する時に、凹部２０２に入り込む第１の凸部２１０が、ガラス基板２０４の第１の主面に形成されている。これにより、ガラス基板２０４の一部を凹部２０２に埋め込む際に、凹部２０２の内部にガラスが既に存在するため、凹部２０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
（第３の実施の形態）
図８（ｃ）に示すように、第３の工程を実施する時に、第２の凸部３１０が、ガラス基板３０４の第２の主面、すなわちシリコン基板本体３０１に重なり合う面に対向する面に形成されていても構わない。
図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す工程は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図８（ｃ）に示すように、シリコン基板本体３０１の表面にガラス基板３０４の第１の主面（図８における下面）を重ね合わせて、凹部３０２を密閉する（第２の工程）。なお、ガラス基板３０４の第２の主面、すなわちシリコン基板本体３０１に重なり合う面に対向する面には、予め、ブラスト加工やレーザー加工などにより、第２の凸部３１０が形成されている。第２の凸部３１０は、ガラス基板３０４の第１の主面の法線方向から見て、凹部３０２と同じ位置に形成されている。
（ハ）図８（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板３０４の一部をシリコン基板本体３０１の凹部３０２に埋め込む（第３の工程）。第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図６を参照して説明したとおりである。なお、加熱・加圧治具３０７がガラス基板３０４を押す力は、第２の凸部３１０に集中する為、第２の凸部３１０の下に位置する凹部３０２にガラスが押し込まれる。
（ニ）ガラス基板３０４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後に行う図８（ｅ）に示す工程は、図４（ｅ）示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、ガラス基板３０４の一部を凹部３０２に埋め込む際に、ガラス基板３０４の第１の主面の法線方向から見て、凹部３０２と同じ位置に第２の凸部３１０が存在する。これにより、加熱・加圧治具３０７がガラス基板３０４を押す力は、第２の凸部３１０に集中するため、凹部３０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
（第４の実施の形態）
図９（ｂ）に示すように、シリコン基板本体４０１の凹部４０２の少なくとも一部に、順方向のテーパ形状を設けてもよい。これにより、より効率よくガラスを埋め込むことができる。
図９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図９（ａ）に示す工程は、図４（ａ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。図９（ｂ）に示すように、例えば、結晶異方性を有するウェットエッチングによりシリコン基板本体４０１の表面の所定領域を選択的に除去して、シリコン基板本体４０１の表面に凹部４０２を形成する（第１の工程）。シリコン基板本体４０１の凹部４０２は順方向のテーパ形状を備える。すなわち、シリコン基板本体４０１の主面に平行な凹部４０２の断面積は、凹部４０２の底面からシリコン基板本体４０１の主面に向かって大きくなっている。
（ロ）その後に行う図９（ｃ）〜図９（ｅ）に示す工程は、図４（ｃ）〜図４（ｅ）に示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、凹部４０２に順方向のテーパ形状を設けることができるので、より効率よくガラスを埋め込むことができる。よって、凹部４０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
なお、凹部４０２に設ける順方向のテーパ形状は、凹部４０２の少なくとも一部に形成されていればよい。少なくとも一部に形成されていれば、ボイド抑制及び高い処理速度という効果が得られる。
上記のように、本発明は、４つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部と外部に圧力差を設けるために、減圧雰囲気において凹部５２を密閉し（第２の工程）、大気圧雰囲気において凹部５２にガラスを埋め込んだ（第３の工程）。しかし、本発明は、これに限定されない。例えば、大気圧雰囲気において凹部５２を密閉し、加圧雰囲気において凹部５２にガラスを埋め込んでもよい。これによっても、ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部の気圧を外部に気圧よりも小さくすることができる。
また、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する工程では、単結晶シリコンから成るシリコン基板本体の一部を加工して、単結晶シリコンから成る凹部を形成していた。しかし、これに限定されることない。例えば、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する工程は、単結晶シリコンから成るシリコン基板本体の主面に、多結晶シリコンから成るシリコン膜を堆積し、シリコン膜の一部を除去して凹部を形成してもよい。
さらに、第２の実施の形態のシリコン基板２０１の凹部２０２の少なくとも一部及び第３の実施の形態のシリコン基板３０１の凹部３０２の少なくとも一部を、第４の実施の形態と同様、順方向のテーパ形状としてもよく、これにより、より効率よくガラスを埋め込むことができる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
本発明は、シリコン基板本体の内部にガラスが配置されたガラス埋込シリコン基板の製造方法に関するものである。
従来から、微細な構造を有するガラス基板を製造する目的で、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。
特許文献１に記載されたガラス材料からなるフラット基板の製造方法では、先ず、平坦なシリコン基板の表面に窪みを形成し、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせる。そして、ガラス基板を加熱することによりガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込む。その後、ガラス基板を再固化させ、フラット基板の表裏面を研磨し、シリコンを除去する。
特表２００４−５２３１２４号公報（特に、第１図参照）
しかし、平坦なガラス基板にシリコン基板の窪みが形成された面を重ね合わせると、窪みの内部空間は閉空間となる。よって、ガラス基板の一部をこの窪みの中に埋め込む際に、窪みの内部の気体が逃げにくくなるため、ガラスの埋め込み工程に時間がかかり、プロセス時間の短縮の弊害となる。また、再固化されたガラス材料にボイドが発生し易くなり、製造歩留まりを低下させてしまう。
そこで、本発明は、ガラスの埋め込み工程に時間を短縮でき、プロセス時間の短縮が可能なガラス埋込シリコン基板の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、ボイドの発生を抑制するガラス埋込シリコン基板の製造方法を提供することを他の目的とする。
上記目的を達成する本発明の特徴は、ガラス埋込シリコン基板の製造方法に関する。この製造方法は、第１の工程〜第５の工程を少なくとも備える。第１の工程では、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する。第２の工程では、前記凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を準備し、シリコン基板本体の主面にガラス基板の第１の主面を重ね合わせて、凹部を密閉する。第３の工程では、ガラス基板に熱を加えて軟化させて、このガラス基板の一部をシリコン基板本体の凹部に埋め込む。第２の工程を実施する時の気圧を、第３の工程を実施する時の気圧よりも低くする。第４の工程では、ガラス基板を冷却する。第５の工程では、ガラス基板のうち、シリコン基板本体の凹部に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する。
本発明のガラス埋込シリコン基板の製造方法によれば、前記凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を用いているので、迅速にガラスを埋め込むことができる。
図１（ａ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる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、図１（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態に係わる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１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２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。 図４（ａ）〜図４（ｅ）は、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としてのガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図５（ａ）は、図４（ｃ）に示した第２の工程を実施する為の具体的な加工装置の構成を示す断面図であり、図５（ｂ）は、図４（ｄ）に示した第３の工程を実施する為の具体的な加工装置の構成を示す断面図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて行う第２の工程及び第３の工程の詳細な手順を示すフローチャートである。 図７（ａ）〜図７（ｅ）は、第２の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図８（ａ）〜図８（ｅ）は、第３の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。 図９（ａ）〜図９（ｅ）は、第４の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を示す工程断面図である。
５１ シリコン基板本体
５２ 凹部
５３ 貫通孔
５４ ガラス基板
２１０ 第１の凸部
３１０ 第２の凸部
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。
（第１の実施の形態）
図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照して、本発明の第１の実施の形態に係わる半導体装置の概略構成を説明する。半導体装置は、ＭＥＭＳデバイスの一例としての加速度センサチップＡ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、加速度センサチップＡ及び制御ＩＣチップＢが収納された表面実装型のパッケージ１０１とを備える。
パッケージ１０１は、図１（ｂ）における上面に位置する一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、加速度センサチップＡの外周形状に基づいて規定した仮想三角形の３つの頂点に対応する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の底部に位置する搭載面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が備える総てのパッドは、プラスチックパッケージ本体１０２の開放された一面に対向する加速度センサチップＡの主面において、この主面の１辺に沿って配置されている。この１辺の両端の２箇所と、当該１辺に平行な辺の１箇所（例えば、中央部）との３箇所とに頂点を有する仮想三角形の各頂点に接着部１０４が位置
している。これにより、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。なお、接着部１０４の位置に関し、上記１辺に平行な辺の１箇所については、中央部に限らず、例えば、両端の一方でもよいが、中央部の方が半導体素子Ａをより安定して支持することができるとともに、各パッドにボンディングワイヤＷを安定してボンディングすることができる。
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１の半導体装置を製造するには、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、本発明の第１の実施の形態では、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チックパッケージ本体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１の半導体装置は、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２を参照して、図１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１０を用いて形成されたセンサ本体１と、ガラス基板２０を用いて形成された第１の固定基板２と、ガラス基板３０を用いて形成された第２の固定基板３とを備えている。第１の固定基板２は、センサ本体１の一表面側（図２における上面側）に固着され、第２の固定基板３は、センサ本体１の他表面側（図２における下面側）に固着される。第１及び第２の固定基板２、３はセンサ本体１と同じ外形寸法に形成されている。
なお、図２は、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３のそれぞれの構成を示すべく、センサ本体１、第１の固定基板２及び第２の固定基板３が分離した状態を示している。また、センサ本体１は、ＳＯＩ基板１０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。また、第１及び第２の固定基板２、３は、それぞれ、シリコン基板及びガラス基板のどちらで形成してもかまわない。
センサ本体１は、２つの平面視矩形状の開口窓１２が上記一表面に沿って並設するフレーム部１１と、フレーム部１１の各開口窓１２の内側に配置された２つの平面視矩形状の重り部１３と、フレーム部１１と重り部１３との間を連結する各一対の支持ばね部１４とを備える。
２つの平面視矩形状の重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置されている。第１の固定基板２に対向する各重り部１３の主面上に可動電極１５Ａ、１５Ｂがそれぞれ配置されている。重り部１３の周囲を囲むフレーム部１１の外周全体が第１及び第２の固定基板２、３に接合されている。これにより、フレーム部１１と第１及び第２の固定基板２、３は、重り部１３及び後述する固定子１６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１４は、フレーム部１１の各開口窓１２の内側で重り部１３の重心を通る直線に沿って重り部１３を挟む形で配置されている。各支持ばね部１４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１１及び重り部１３に比べて薄肉に形成されており、重り部１３は、フレーム部１１に対して一対の支持ばね部１４の回りで変位可能となっている。
センサ本体１のフレーム部１１には、各開口窓１２それぞれに連通する平面視矩形状の窓孔１７が２つの開口窓１２と同じ方向に並設されている。各窓孔１７の内側には、それぞれ２つの固定子１６が一対の支持ばね部１４の並設方向に沿って配置されている。
各固定子１６と窓孔１７の内周面との間、各固定子１６と重り部１３の外周面との間、及び隣り合う固定子１６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１６は、第１及び第２の固定基板２、３にそれぞれ接合されている。また、センサ本体１の一表面側において、各固定子１６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１８が形成されている。また同様に、フレーム部１１において隣り合う窓孔１７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１８が形成されている。
各固定子１６に形成された各電極パッド１８は、後述の各固定電極２５に電気的にそれぞれ接続され、フレーム部１１に形成された電極パッド１８は、可動電極１５Ａ及び可動電極１５Ｂ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１８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２は、第１の固定基板２の第１の主面とこれに対向する第２の主面（センサ本体１に重なり合う面）との間を貫通している複数の配線２８と、第２の主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１５Ａ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１５Ｂ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。
各配線２８は、第１の固定基板２の第２の主面において、センサ本体１の電極パッド１８にそれぞれ電気的に接続されている。これにより、電極パッド１８を介して、各固定電極２５の電位及び可動電極１５の電位をそれぞれ加速度センサチップＡの外部へ取り出すことができる。
第２の固定基板３の一表面（センサ本体１に重なり合う面）であって、重り部１３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１３の付着を防止する。
図３を参照して、図２の加速度センサチップＡの断面構成を説明する。図３は、一対の支持ばね部１４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１はＳＯＩ基板１０を用いて形成されている。ＳＯＩ基板１０は、単結晶シリコンからなる支持基板１０ａと、支持基板１０ａの上に配置されたシリコン酸化膜からなる絶縁層１０ｂと、絶縁層１０ｂの上に配置されたｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃとを有する。
センサ本体１のうち、フレーム１１及び固定子１６は、第１の固定基板２及び第２の固定基板３に接合されている。これに対して、重り部１３は、第１及び第２の固定基板２、３からそれぞれ離間して配置され、一対の支持ばね部１４によりフレーム１１に支持されている。
重り部１３の過度の変位を規制する複数の微小な突起部１３ｃが、重り部１３における第１及び第２の固定基板２、３のそれぞれとの対向面から突設されている。重り部１３には、矩形状に開口された凹部１３ａ、１３ｂが形成されている。凹部１３ａ、１３ｂは互いに大きさが異なるため、一対の支持ばね部１４を通る直線を境にして、重り部１３の左右の質量が異なっている。
第１の固定基板２の配線２８は、電極パッド１８に電気的に接続されている。電極パッド１８は、固定子１６、連絡用導体部１６ｄ、金属配線２６を通じて、固定電極２５に接続されている。
上述の加速度センサチップＡは、センサ本体１に設けられた可動電極１５と第１の固定基板２に設けられた固定電極２５との対を４対有し、可動電極１５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１３に加速度が加わると、支持ばね部１４がねじれて、重り部１３が変位する。これにより、対をなす固定電極２５と可動電極１５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４（ａ）〜図４（ｅ）を参照して、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０の一例としてのガラス埋込シリコン基板の製造方法について説明する。
（イ）先ず、図４（ａ）に示すように、対向する表面（図４における上面）及び裏面（図４における下面）を有するシリコン基板本体５１を用意する。シリコン基板本体５１の全体には、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加され、シリコン基板本体５１の電気抵抗は十分に小さい。なお、ここでは、シリコン基板本体５１の全体に不純物を添加する場合を説明するが、シリコン基板本体５１全体に添加されていなくても構わない。少なくとも、図４（ｅ）の配線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。そして、図４（ｂ）に示すように、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によりシリコン基板本体５１の表面の所定領域を選択的に除去して、シリコン基板本体５１の表面に凹部５２を形成する（第１の工程）。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図４（ｃ）に示すように、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面（図４における下面）を重ね合わせて、凹部５２を密閉する（第２の工程）。その後、大気圧雰囲気において、ガラス基板５４に熱を加えて、ガラス基板５４の温度をその軟化温度まで上昇させる。そして、図４（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込む（第３の工程）。なお、第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図５及び図６を参照して後述する。
（ハ）ガラス基板５４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後、図４（ｅ）に示すように、ガラス基板５４のうち、シリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する（第５の工程）。また、シリコン基板本体５１のうち、その表面と凹部５２の底面を含む平面との間にある部分を残し、その他の部分を除去する。
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、ガラス基板５４の第２の主面（図４における上面）を均一に削り取り、ガラス基板５４の第２の主面にシリコン基板本体５１を露出させる。同様に、研削、研磨、或いはエッチングなどの方法を用いて、シリコン基板本体５１の裏面を均一に削り取り、シリコン基板本体５１の裏面に凹部５２に埋め込まれたガラス基板５４を露出させる。ガラスとシリコンの除去はどちらを先に行っても構わない。
以上の工程により製造されたガラス埋込シリコン基板は、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板本体５１にガラス基板５４の一部が埋め込まれたものである。よって、図４（ｅ）のシリコン基板本体５１の部分を図２及び図３に示した配線２８に当てはめ、図４（ｅ）のガラス基板５４の部分を図２及び図３に示したガラス基板２０に当てはめる。これにより、図２及び図３に示した第１の固定基板２の形成に用いられるガラス基板２０に、図４（ｅ）に示したガラス埋込シリコン基板を適用することができる。
図５（ａ）を参照して、図４（ｃ）に示した第２の工程を実施する為の具体的な製造装置の構成を説明する。図５（ａ）に示すように、この製造装置は、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を収容可能な大きさの真空チャンバ３０５と、真空チャンバ３０５内の気体を排気するロータリーポンプなどの真空ポンプ３０６とを少なくとも備える。この製造装置は、図示は省略するが、この他、真空チャンバ３０５内の減圧された雰囲気において、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面を重ね合わせて、凹部５２を密閉する手段を備える。具体的に、この製造装置は、減圧雰囲気において、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を、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手段を備える。これにより、減圧雰囲気において凹部５２を密閉することができる。
図５（ｂ）を参照して、図４（ｄ）に示した第３の工程を実施する為の具体的な製造装置の構成を説明する。図５（ｂ）に示すように、この製造装置は、共に平板状のステージ３０８及び加熱・加圧治具３０７を備える。加熱・加圧治具３０７は、ガラス基板５４に対して熱を加えるヒータ３０９等の加熱手段を備え、ガラス基板５４に対して熱と力を同時に加えることができる。シリコン基板本体５１とガラス基板５４は、ステージ３０８と加熱・加圧治具３０７との間に重ね合わせて配置される。図５（ｂ）の装置は、大気雰囲気において動作する。
次に、図６を参照して、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて行う第２の工程及び第３の工程の詳細な手順を説明する。
（い）図５（ａ）の製造装置の真空チャンバ３０５の中に、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を搬入し、真空チャンバ３０５を密閉する。そして、真空ポンプ３０６を駆動して、真空チャンバ３０５の中を排気する。この時点において、少なくとも、凹部５２を密閉されていない。即ち、シリコン基板本体５１の表面にガラス基板の第１の主面が重ね合わされていても構わないが、接合されていない。これにより、真空チャンバ３０５内を排気する時に、凹部５２の内部の気体も排気することができる。
（ろ）そして、凹部５２を密閉する。例えば、真空雰囲気において、シリコン基板本体５１とガラス基板５４を重ねる（Ｓ０１）。シリコン基板本体５１とガラス基板５４の重ね合わせ面はそれぞれ、表面を平坦に加工する（表面粗さを小さくする）ことが好ましく、これにより、シリコン基板本体５１とガラス基板５４との重ね合わせ面での気密性を高くなり、凹部５２を密閉することができる。その後、真空ポンプ３０６を停止し、真空チャンバ３０５の内部を大気圧に戻し、真空チャンバ３０５の中から接合されたシリコン基板本体５１とガラス基板５４を取り出す。凹部５２は密閉されているので、凹部５２の内部は真空状態に保たれる。
（は）シリコン基板本体５１とガラス基板５４を、図５（ｂ）の製造装置のステージ３０８と加熱・加圧治具３０７との間に配置する。Ｓ０３段階に進み、ヒータ３０９のスイッチを入れて、ガラス基板５４を加熱する。なお、ガラス基板５４の温度をその軟化温度まで上昇させた後、ヒータ３０９のスイッチを、ガラス基板５４の温度をモニターしながら制御して軟化温度を維持する。例えば、テンパックスガラスの場合、８２０℃付近まで加熱すればよい。
（に）Ｓ０５段階において、加熱・加圧治具３０７を用いて、ガラス基板５４とシリコン基板本体５１をプレスする。この時、凹部５２の内部の気圧が外部の気圧に比べて低いので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。また、Ｓ０３段階の加熱処理、そして、Ｓ０５段階のプレス処理によって、軟化したガラス基板５４の一部は、シリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込まれる（第３の工程）。
（ほ）Ｓ０７段階において、凹部５２の中が軟化したガラス基板５４によって充填された場合、プレスを停止し、Ｓ０９段階に進み、ヒータ３０９のスイッチを切り、所定の冷却手段を用いて、ガラス基板５４を冷却する。
このように、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示した製造装置を用いて、第２の工程及び第３の工程を実施する。図４における第２の工程は、図６におけるＳ０１段階に相当し、図４における第３の工程は、図６におけるＳ０３〜Ｓ０７段階に相当する。
なお、軟化したガラス基板５４の一部をシリコン基板本体５１の凹部５２に埋め込むために、凹部５２の内部と外部との圧力差、及びガラスの自重による力で十分である場合、図６のＳ０５段階のプレス処理を行わなくてもよい。例えば、ガラス基板５４の温度を高くすることにより、ガラス基板５４の粘性が低下する。この場合、プレス処理を省略しても、凹部５２の内外の圧力差及びガラスの自重により凹部５２に軟化したガラス基板５４の一部を埋め込むことができる。なお、ガラス基板５４とシリコン基板本体５１の配置を入れ替えた場合、ガラスの自重の代りに、シリコン基板本体５１の自重となる。
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態によれば、以下の作用効果が得られる。
凹部５２を密閉する第２の工程を実施する時の気圧を、凹部５２にガラスを埋め込む第３の工程を実施する時の気圧よりも低くする。これにより、ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部の気圧が外部の気圧に比べて低くなるので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。よって、迅速にガラスを埋め込むことができ、且つボイドを抑制することができる。
例えば図５（ａ）に示した製造装置を用いることにより、第２の工程を真空中において実施し、例えば図５（ｂ）に示した製造装置を用いることにより、第３の工程を大気圧中で実施する。ガラスを凹部５２に埋め込む際に、外部の気圧は大気圧であるが、凹部５２の内部の気圧は真空に保たれるので、この圧力差によりガラスは凹部５２の内部に吸引される。よって、迅速にガラスを埋め込むことができ、且つボイドを抑制することができる。
以上の実施形態では、前記第２の工程において、第１主面及び第１主面に対向する第２主面が平坦なガラス基板を用いた例により説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、シリコン基板の凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を準備し、凹部に肉厚部を対向させて凹部を密閉するようにしてもよい。
このようにすると、より効果的に凹部にガラスを埋め込むことができる。
この肉厚部は、後述の実施形態に示すように、第１主面又は第２主面に形成された凸部により構成することができるし、第１主面及び第２主面の両主面に凸部を形成することにより構成してもよい。
（第２の実施の形態）
図７（ｃ）に示すように、第２の工程を実施する時に、凹部２０２に入り込む第１の凸部２１０が、ガラス基板２０４の第１の主面、すなわちシリコン基板本体２０１に重なり合う面に形成されていても構わない。これにより、ガラス基板２０４の一部を凹部２０２に埋め込む際に、凹部２０２の内部にガラスが既に存在するため、凹部２０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
図７を参照して、本発明の第２の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す工程は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図７（ｃ）に示すように、シリコン基板本体２０１の表面にガラス基板２０４の第１の主面（図７における下面）を重ね合わせて、凹部２０２を密閉する（第２の工程）。なお、ガラス基板２０４の第１の主面、すなわちシリコン基板本体２０１に重なり合う面には、予め、ブラスト加工やレーザー加工などにより、第１の凸部２１０が形成されている。第２の工程において、第１の凸部２１０は、凹部２０２の中に入り込む。
（ハ）図７（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板２０４の一部（第１の凸部２１０を含む）をシリコン基板本体２０１の凹部２０２に埋め込む（第３の工程）。第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図６を参照して説明したとおりである。
（ニ）ガラス基板２０４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後に行う図７（ｅ）に示す工程は、図４（ｅ）示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、第２の工程を実施する時に、凹部２０２に入り込む第１の凸部２１０が、ガラス基板２０４の第１の主面に形成されている。これにより、ガラス基板２０４の一部を凹部２０２に埋め込む際に、凹部２０２の内部にガラスが既に存在するため、凹部２０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
（第３の実施の形態）
図８（ｃ）に示すように、第３の工程を実施する時に、第２の凸部３１０が、ガラス基板３０４の第２の主面、すなわちシリコン基板本体３０１に重なり合う面に対向する面に形成されていても構わない。
図８を参照して、本発明の第３の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図８（ａ）及び図８（ｂ）に示す工程は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。
（ロ）次に、減圧雰囲気において、図８（ｃ）に示すように、シリコン基板本体３０１の表面にガラス基板３０４の第１の主面（図８における下面）を重ね合わせて、凹部３０２を密閉する（第２の工程）。なお、ガラス基板３０４の第２の主面、すなわちシリコン基板本体３０１に重なり合う面に対向する面には、予め、ブラスト加工やレーザー加工などにより、第２の凸部３１０が形成されている。第２の凸部３１０は、ガラス基板３０４の第１の主面の法線方向から見て、凹部３０２と同じ位置に形成されている。
（ハ）図８（ｄ）に示すように、軟化したガラス基板３０４の一部をシリコン基板本体３０１の凹部３０２に埋め込む（第３の工程）。第２の工程及び第３の工程の詳細な手順は、図６を参照して説明したとおりである。なお、加熱・加圧治具３０７がガラス基板３０４を押す力は、第２の凸部３１０に集中する為、第２の凸部３１０の下に位置する凹部３０２にガラスが押し込まれる。
（ニ）ガラス基板３０４を冷却して、再固化させる（第４の工程）。その後に行う図８（ｅ）に示す工程は、図４（ｅ）示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、ガラス基板３０４の一部を凹部３０２に埋め込む際に、ガラス基板３０４の第１の主面の法線方向から見て、凹部３０２と同じ位置に第２の凸部３１０が存在する。これにより、加熱・加圧治具３０７がガラス基板３０４を押す力は、第２の凸部３１０に集中するため、凹部３０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
（第４の実施の形態）
図９（ｂ）に示すように、シリコン基板本体４０１の凹部４０２の少なくとも一部に、順方向のテーパ形状を設けてもよい。これにより、より効率よくガラスを埋め込むことができる。
図９を参照して、本発明の第４の実施の形態に係わるガラス埋込シリコン基板の製造方法を説明する。
（イ）図９（ａ）に示す工程は、図４（ａ）に示した工程と同じであり、説明を省略する。図９（ｂ）に示すように、例えば、結晶異方性を有するウェットエッチングによりシリコン基板本体４０１の表面の所定領域を選択的に除去して、シリコン基板本体４０１の表面に凹部４０２を形成する（第１の工程）。シリコン基板本体４０１の凹部４０２は順方向のテーパ形状を備える。すなわち、シリコン基板本体４０１の主面に平行な凹部４０２の断面積は、凹部４０２の底面からシリコン基板本体４０１の主面に向かって大きくなっている。
（ロ）その後に行う図９（ｃ）〜図９（ｅ）に示す工程は、図４（ｃ）〜図４（ｅ）に示した工程と同じであり説明を省略する。
以上説明したように、凹部４０２に順方向のテーパ形状を設けることができるので、より効率よくガラスを埋め込むことができる。よって、凹部４０２にボイドがより発生しにくくなり、より速くガラスを埋め込むことができる。
なお、凹部４０２に設ける順方向のテーパ形状は、凹部４０２の少なくとも一部に形成されていればよい。少なくとも一部に形成されていれば、ボイド抑制及び高い処理速度という効果が得られる。
上記のように、本発明は、４つの実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部と外部に圧力差を設けるために、減圧雰囲気において凹部５２を密閉し（第２の工程）、大気圧雰囲気において凹部５２にガラスを埋め込んだ（第３の工程）。しかし、本発明は、これに限定されない。例えば、大気圧雰囲気において凹部５２を密閉し、加圧雰囲気において凹部５２にガラスを埋め込んでもよい。これによっても、ガラスを凹部５２に埋め込む際に、凹部５２の内部の気圧を外部に気圧よりも小さくすることができる。
また、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する工程では、単結晶シリコンから成るシリコン基板本体の一部を加工して、単結晶シリコンから成る凹部を形成していた。しかし、これに限定されることない。例えば、シリコン基板本体の主面に凹部を形成する工程は、単結晶シリコンから成るシリコン基板本体の主面に、多結晶シリコンから成るシリコン膜を堆積し、シリコン膜の一部を除去して凹部を形成してもよい。
さらに、第２の実施の形態のシリコン基板２０１の凹部２０２の少なくとも一部及び第３の実施の形態のシリコン基板３０１の凹部３０２の少なくとも一部を、第４の実施の形態と同様、順方向のテーパ形状としてもよく、これにより、より効率よくガラスを埋め込むことができる。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。

Claims (5)

  1. シリコン基板本体の主面に凹部を形成する第１の工程と、
    前記凹部に対向する位置に肉厚部を有するガラス基板を準備し、シリコン基板本体の主面にガラス基板の第１の主面を重ね合わせて、凹部を密閉する第２の工程と、
    前記ガラス基板に熱を加えて軟化させて、当該ガラス基板の一部を前記シリコン基板本体の凹部に埋め込む第３の工程と、
    前記ガラス基板を冷却する第４の工程と、
    前記ガラス基板のうち、前記シリコン基板本体の凹部に埋め込まれた部分を残し、他の部分を除去する第５の工程と、を備え、
    前記第２の工程を実施する時の気圧を、前記第３の工程を実施する時の気圧よりも低くする
    ことを特徴とするガラス埋込シリコン基板の製造方法。
  2. 前記第２の工程を真空中において実施し、前記第３の工程を大気圧中で実施することを特徴とする請求項１に記載のガラス埋込シリコン基板の製造方法。
  3. 前記肉厚部は、前記凹部に入り込む第１の凸部が、前記ガラス基板の第１の主面に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス埋込シリコン基板の製造方法。
  4. 前記肉厚部は、第２の凸部が前記ガラス基板の第２の主面に形成されてなることを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス埋込シリコン基板の製造方法。
  5. シリコン基板本体の主面に平行な前記凹部の断面積の少なくとも一部は、当該凹部の底面から当該シリコン基板本体の主面に向かって大きくなっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のガラス埋込シリコン基板の製造方法。
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