JP3938201B1 - Sensor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

【課題】センサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】センサ基板１と第１のパッケージ用基板２とは、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士が直接接合されている。センサ基板１は、保護絶縁層４０においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成されている。ＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続するように保護絶縁層４０の表面に沿って形成された引き出し配線４３の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されている。
【選択図】図１A sensor capable of improving the yield of a bonding process between a sensor substrate and a package substrate and preventing disconnection of a lead wiring for electrically connecting a pad of an IC portion and an electric connection metal layer on the sensor substrate. An apparatus and a method for manufacturing the same are provided.
The sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are directly bonded to each other with sealing metal layers 18 and 28 and electrical connection metal layers 19 and 29. The sensor substrate 1 includes a first region where the pad 42 of the IC portion E2 is formed in the protective insulating layer 40, a second metal layer 19 for electrical connection, and a second region where the first metal layer 18 for sealing is formed. A step is formed between the first and second regions. The thickness of the lead-out wiring 43 formed along the surface of the protective insulating layer 40 so as to electrically connect the pad 42 of the IC part E2 and the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing The film thicknesses of the metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are set independently.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、赤外線センサなどのセンサ装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a sensor device such as an acceleration sensor, a gyro sensor, and an infrared sensor, and a manufacturing method thereof.

従来から、シリコン基板やＳＯＩ基板などの半導体基板を用いて形成したセンサ基板と、センサ基板のセンシング部に電気的に接続される貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを用いたセンサ装置（例えば、加速度センサ、ジャイロセンサ、赤外線センサなど）が知られており、最近では、センサ基板の熱応力を低減するためにパッケージ用基板としてシリコン基板を採用するとともに、センサ基板とパッケージ用基板とを常温接合法（例えば、特許文献１，２参照）を利用して接合することが考えられている。なお、センサ装置がピエゾ抵抗形の加速度センサの場合には、可動部に形成されたピエゾ抵抗がセンシング部を構成し、センサ装置が容量形の加速度センサやジャイロセンサの場合には、固定電極と可動電極とによりセンシング部を構成し、センサ装置が熱形の赤外線センサの場合には、サーミスタ、サーモパイル、焦電素子などがセンシング部を構成する。   Conventionally, a sensor device using a sensor substrate (for example, a silicon substrate or an SOI substrate) and a package substrate having a through-hole wiring electrically connected to a sensing portion of the sensor substrate (for example, In recent years, a silicon substrate is used as a package substrate in order to reduce the thermal stress of the sensor substrate, and the sensor substrate and the package substrate are connected at room temperature. It is considered to join using a joining method (see, for example, Patent Documents 1 and 2). When the sensor device is a piezoresistive acceleration sensor, the piezoresistor formed on the movable portion constitutes a sensing unit, and when the sensor device is a capacitive acceleration sensor or gyrosensor, a fixed electrode and When the sensing unit is constituted by the movable electrode and the sensor device is a thermal infrared sensor, the thermistor, thermopile, pyroelectric element, etc. constitute the sensing unit.

ここにおいて、上記特許文献１には、例えば、図１２に示すように、チャンバＣＨ’内で２つのウェハ保持部材２０５ａ，２０５ｂそれぞれに保持された２枚のシリコンウェハＷａ，Ｗｂそれぞれの接合面に真空中において互いに異なるビーム照射装置２１１ａ，２１１ｂから不活性ガスイオンビームまたは不活性ガス高速原子ビームを照射した後、上側のウェハ保持部材２０５ａを押し下げるプッシュロッド２０７を駆動して両シリコンウェハＷａ，Ｗｂの接合面同士を重ね合わせることで両シリコンウェハＷａ，Ｗｂを接合する技術が開示されている。なお、上記特許文献２には、半導体素子が形成された半導体基板同士を常温接合するにあたって、両半導体基板の互いの対向面に金属層を形成しておき、金属層同士を常温接合することが記載されている。
特許第２７９１４２９号公報 特許第３５３２７８８号公報 Here, in Patent Document 1, for example, as shown in FIG. 12, the bonding surfaces of the two silicon wafers Wa and Wb held by the two wafer holding members 205a and 205b in the chamber CH ′ are shown. After irradiation with inert gas ion beams or inert gas fast atom beams from different beam irradiation devices 211a and 211b in vacuum, the push rod 207 that pushes down the upper wafer holding member 205a is driven to drive both silicon wafers Wa and Wb. A technique for bonding both silicon wafers Wa and Wb by overlapping the bonding surfaces is disclosed. Note that in Patent Document 2 described above, when the semiconductor substrates on which the semiconductor elements are formed are bonded at room temperature, a metal layer is formed on the opposing surfaces of the two semiconductor substrates, and the metal layers are bonded at room temperature. Are listed.
Japanese Patent No. 2791429 Japanese Patent No. 3532788

ところで、上述のセンサ基板の基礎となる半導体基板にセンシング部と協働するＩＣ部を形成することでセンサ装置の高機能化を図ることが考えられる。   By the way, it is conceivable to increase the functionality of the sensor device by forming an IC unit that cooperates with the sensing unit on the semiconductor substrate that forms the basis of the sensor substrate.

ここにおいて、センサ基板にＩＣ部を設けた場合のセンサ装置の製造方法としては、上述の半導体基板の主表面側に形成された複数の絶縁膜（シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、層間絶縁膜、パッシベーション膜など）の積層膜からなる保護絶縁層上に封止用金属層および電気接続用金属層を設けるとともに、貫通孔配線を形成するパッケージ用基板の同一レベル面上に封止用金属層および電気接続用金属層を設けて、センサ基板とパッケージ用基板との封止用金属層同士および電気接続用金属層同士を常温接合法により直接接合するような製造方法が考えられる。   Here, as a manufacturing method of the sensor device when the IC portion is provided on the sensor substrate, a plurality of insulating films (silicon oxide film, silicon nitride film, interlayer insulating film, A sealing metal layer and an electrical connection metal layer are provided on a protective insulating layer made of a laminated film of a passivation film and the like, and the sealing metal layer and the sealing metal layer are formed on the same level surface of the package substrate on which the through-hole wiring is formed. A manufacturing method is conceivable in which a metal layer for electrical connection is provided and the metal layers for sealing and the metal layers for electrical connection between the sensor substrate and the package substrate are directly bonded by a room temperature bonding method.

しかしながら、このような製造方法を採用した場合には、センサ基板において封止用金属層および電気接続用金属層の下地となる層の表面の平坦性がＩＣ部を形成していない場合に比べて悪化し、封止用金属層および電気接続用金属層の表面の平坦性が悪化するので、センサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりが低下してしまうという問題があった。   However, when such a manufacturing method is adopted, the flatness of the surface of the layer serving as the base of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection in the sensor substrate is compared with the case where the IC portion is not formed. This deteriorates and the flatness of the surfaces of the sealing metal layer and the electrical connection metal layer deteriorates, so that the yield of the bonding process between the sensor substrate and the package substrate is reduced.

そこで、図１３に示すように、半導体基板１０の主表面側の保護絶縁層４０の一部をエッチバックして平坦化し、平坦化された表面上に封止用接合金属層１８および電気接続用金属層１９を形成するようにし、ＩＣ部のパッド４２と電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線４３を電気接続用金属層１９と同時に形成することが考えられる。   Therefore, as shown in FIG. 13, a part of the protective insulating layer 40 on the main surface side of the semiconductor substrate 10 is etched back and planarized, and the sealing bonding metal layer 18 and the electrical connection layer are formed on the planarized surface. It is conceivable to form the metal layer 19 and to simultaneously form the lead-out wiring 43 that electrically connects the pad 42 of the IC portion and the metal layer 19 for electrical connection simultaneously with the metal layer 19 for electrical connection.

しかしながら、電気接続用金属層１９および封止用接合金属層１８の膜厚は表面の平坦度を高めるために薄くすることが望ましく、図１３に示したように、半導体基板１０の主表面側に形成された保護絶縁層４０においてＩＣ部のパッド４２が形成された領域と電気接続用金属層１９および封止用金属層１８が形成された領域との間に段差が形成されている場合には、保護絶縁層４０の表面に沿って形成された引き出し配線４３が保護絶縁層４０の段差の部分で薄くなって断線してしまう懸念があった。   However, it is desirable to reduce the thickness of the electrical connection metal layer 19 and the sealing bonding metal layer 18 in order to increase the flatness of the surface, and as shown in FIG. When a step is formed between the region where the pad 42 of the IC portion is formed in the formed protective insulating layer 40 and the region where the metal layer 19 for electrical connection and the metal layer 18 for sealing are formed. There is a concern that the lead-out wiring 43 formed along the surface of the protective insulating layer 40 may be thinned and disconnected at the step portion of the protective insulating layer 40.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above reasons, and its purpose is to improve the yield of the bonding process between the sensor substrate on which the sensing portion and the IC portion are formed and the package substrate, and in the sensor substrate. An object of the present invention is to provide a sensor device that can prevent disconnection of a lead-out wiring that electrically connects a pad of an IC portion and a metal layer for electrical connection, and a manufacturing method thereof.

請求項１の発明は、半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部が形成されたセンサ基板と、ＩＣ部に電気的に接続される貫通孔配線が形成されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された第１の領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された第２の領域との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate in which a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion are formed on a main surface side of a semiconductor substrate, and a package having a through-hole wiring electrically connected to the IC portion. and a use substrate, a sensor device which metal layers to each other for the activated metal layer between the sealing and activated electrical connection is bonded at room temperature to the sensor substrate and the packaging substrate, the sensor The substrate includes a first region where the pad of the IC portion is formed in a protective insulating layer formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a second region where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. electrically thickness of the formed lead wiring along the surface of the protective insulating layer so as to connect the metal layer for sealing and a step is formed and a pad electrically connecting the metal layer of the IC unit between Thicker than the thickness of the metal layer for electrical connection It is characterized by comprising.

この発明によれば、引き出し配線の膜厚と封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚とを独立して制御することができるから、封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚を薄くすることで封止用金属層および電気接続用金属層の表面の平坦性を高めることができてセンシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の膜厚を厚くすることで引き出し配線の断線を防止できる。 According to the present invention, the film thickness of the lead-out wiring and the film thickness of the sealing metal layer and the electrical connection metal layer can be controlled independently. The flatness of the surface of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection can be improved by reducing the film thickness, and the sensor substrate on which the sensing portion and the IC portion are formed and the bonding substrate by bonding at room temperature The yield of the process can be improved, and disconnection of the lead wiring can be prevented by increasing the film thickness of the lead wiring that electrically connects the pad of the IC portion and the metal layer for electrical connection in the sensor substrate.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記各封止用金属層および前記各電気接続用金属層は、下地との密着性改善用金属膜と当該密着性改善用金属膜上に積層されたＡｕ膜との積層膜により構成され、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。なお、ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金でもよいし、不純物を添加したものでもよい。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, each of the sealing metal layers and each of the electrical connection metal layers is formed on the adhesion improving metal film and the adhesion improving metal film. It is constituted by a laminated film with a laminated Au film, and the set film thickness of the Au film is 500 nm or less. Here, the material of each Au film may be pure gold or may be added with impurities.

この発明によれば、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下なので、接合工程の歩留りの向上を図れる。   According to the present invention, since the set film thickness of the Au film is 500 nm or less, the yield of the bonding process can be improved.

請求項３の発明は、半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングする膜厚調整工程と、膜厚調整工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate in which a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion are formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package in which a plurality of through-hole wirings that are electrically connected to the sensing portion are formed. And the activated sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate and the activated electrical connection metal layers are joined at room temperature, and the sensor substrate is a semiconductor In the protective insulating layer formed on the main surface side of the substrate, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to electrically connect the pad of the IC part and the metal layer for electrical connection is a film of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection Thicker than thickness A is a manufacturing method of a sensor device comprising, joined by etching back the portion corresponding to the bonding area portion of the protective insulating layer formed on the main surface of the sensor substrate during the formation of the sensing unit and IC unit A flattening step for flattening the surface of the area for use, and after the flattening step , lead-out wiring, a sealing metal layer, and a metal layer for electrical connection are drawn out to the surface of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate A simultaneous forming step of simultaneously forming a first prescribed film thickness of the set thickness of the wiring, and a second metal film having a desired set film thickness after the simultaneous forming step, the sealing metal layer and the electrical connection metal layer Film thickness adjusting step for etching to a specified film thickness , activated metal layers for sealing between the sensor substrate and the package substrate after the film thickness adjusting step, and activated metal for electrical connection Room temperature contact between layers Characterized in that it comprises a bonding step of.

この発明によれば、半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成した後、封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングするので、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。 According to the present invention, the lead-out wiring, the sealing metal layer, and the electrical connection metal layer are provided on the surface side of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate with the first specified film thickness that is the set thickness of the lead-out wiring. After the simultaneous formation, the sealing metal layer and the electrical connection metal layer are etched so as to have a second specified film thickness that is a desired set film thickness. Provided is a sensor device that can improve the yield of a bonding process by room temperature bonding with a package substrate and can prevent disconnection of a lead wiring that electrically connects a pad of an IC portion and an electric connection metal layer on the sensor substrate. can do.

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記同時形成工程は、前記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に前記第１の規定膜厚と前記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程とからなり、前記膜厚調整工程では、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで前記第２の規定膜厚とすることを特徴とする。 The invention according to claim 4 is the invention according to claim 3 , wherein the simultaneous forming step includes a first metal layer forming step of forming a first metal layer having a thickness set to the second specified film thickness. And a second metal layer forming step of forming a second metal layer having a thickness set to a difference between the first specified film thickness and the second specified film thickness on the first metal layer. In the film thickness adjusting step, the portion formed by the second metal layer in the sealing metal layer and the electrical connection metal layer is etched using the first metal layer as an etching stopper layer. The second prescribed film thickness is used.

この発明によれば、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の膜厚制御性が向上するとともに前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の表面の平坦性を高めることができ、接合工程の歩留まりを高めることができる。   According to this invention, the film thickness controllability of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection is improved, and the flatness of the surfaces of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection can be improved. And the yield of the bonding process can be increased.

請求項５の発明は、半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第２の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate in which a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion are formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package in which a plurality of through-hole wirings that are electrically connected to the sensing portion are formed. And the activated sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate and the activated electrical connection metal layers are joined at room temperature, and the sensor substrate is a semiconductor In the protective insulating layer formed on the main surface side of the substrate, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to electrically connect the pad of the IC part and the metal layer for electrical connection is a film of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection Thicker than thickness A is a manufacturing method of a sensor device comprising, joined by etching back the portion corresponding to the bonding area portion of the protective insulating layer formed on the main surface of the sensor substrate during the formation of the sensing unit and IC unit Flattening step for flattening the surface of the region for use and a first wiring metal layer for forming a first lead wiring metal layer on the surface side of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate after the flattening step A second wiring metal layer forming step of forming a second lead wiring metal layer on the first lead wiring metal layer, wherein the second wiring metal layer forming step includes: The sealing metal layer and the electrical connection layer metal layer are formed at the same time , and an activated sealing metal layer between the sensor substrate and the package substrate is formed after the second wiring metal layer forming step. Mutually and activated electricity Characterized in that it comprises a bonding step of room-temperature bonding the connection metal layers to each other.

この発明によれば、第２の引き出し配線用金属層の膜厚を前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の所望の膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層と第２の引き出し配線用金属層との合計膜厚を前記引き出し配線の所望の膜厚に設定しておくことにより、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。 According to this invention, the film thickness of the second lead wiring metal layer is set to a desired film thickness of the sealing metal layer and the electrical connection metal layer, and the first lead wiring metal layer and the first metal layer By setting the total film thickness of the two lead wiring metal layers to the desired film thickness of the lead wiring, the sensor substrate on which the sensing portion and the IC portion are formed and the package substrate are bonded by room temperature bonding. It is possible to provide a sensor device that can improve the process yield and can prevent the disconnection of the lead wiring that electrically connects the pad of the IC portion and the metal layer for electrical connection in the sensor substrate.

請求項６の発明は、半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第１の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a sensor substrate in which a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion are formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package in which a plurality of through-hole wirings that are electrically connected to the sensing portion are formed. And the activated sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate and the activated electrical connection metal layers are joined at room temperature, and the sensor substrate is a semiconductor In the protective insulating layer formed on the main surface side of the substrate, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to electrically connect the pad of the IC part and the metal layer for electrical connection is a film of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection Thicker than thickness A is a manufacturing method of a sensor device comprising, joined by etching back the portion corresponding to the bonding area portion of the protective insulating layer formed on the main surface of the sensor substrate during the formation of the sensing unit and IC unit Flattening step for flattening the surface of the region for use and a first wiring metal layer for forming a first lead wiring metal layer on the surface side of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate after the flattening step In the first wiring metal layer forming step, the method includes: a metal layer forming step; and a second wiring metal layer forming step of forming a second lead wiring metal layer on the first lead wiring metal layer. The sealing metal layer and the electrical connection layer metal layer are formed at the same time , and an activated sealing metal layer between the sensor substrate and the package substrate is formed after the second wiring metal layer forming step. Mutually and activated electricity Characterized in that it comprises a bonding step of room-temperature bonding the connection metal layers to each other.

この発明によれば、第１の引き出し配線用金属層の膜厚を前記封止用金属層および前記電気接続用金属層の所望の膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層と第２の引き出し配線用金属層との合計膜厚を前記引き出し配線の所望の膜厚に設定しておくことにより、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができる。 According to this invention, the film thickness of the first lead wiring metal layer is set to the desired film thickness of the sealing metal layer and the electrical connection metal layer, and the first lead wiring metal layer and the first metal layer By setting the total film thickness of the two lead wiring metal layers to the desired film thickness of the lead wiring, the sensor substrate on which the sensing portion and the IC portion are formed and the package substrate are bonded by room temperature bonding. It is possible to provide a sensor device that can improve the process yield and can prevent the disconnection of the lead wiring that electrically connects the pad of the IC portion and the metal layer for electrical connection in the sensor substrate.

請求項７の発明は、請求項３ないし請求項６の発明において、前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a plurality of the sensor devices according to any of the third to sixth aspects of the present invention, wherein all the steps up to the end of the joining step are performed at a wafer level for each of the sensor substrate and the package substrate. The wafer level package structure is provided, and a dividing step of dividing the wafer level package structure into the sensor device is provided.

この発明によれば、前記パッケージ用基板の平面サイズを前記センサ基板のサイズに合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。   According to the present invention, the planar size of the package substrate can be adjusted to the size of the sensor substrate, and mass productivity can be improved.

請求項１，２の発明では、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるという効果がある。 According to the first and second aspects of the invention, it is possible to improve the yield of the bonding process by room temperature bonding between the sensor substrate on which the sensing unit and the IC unit are formed and the package substrate, and to electrically connect the pads of the IC unit on the sensor substrate. There is an effect that it is possible to prevent disconnection of the lead wiring that electrically connects the metal layer for use.

請求項３〜７の発明では、センシング部およびＩＣ部が形成されたセンサ基板とパッケージ用基板との常温接合による接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板においてＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続する引き出し配線の断線を防止できるセンサ装置を提供することができるという効果がある。 According to the third to seventh aspects of the present invention, it is possible to improve the yield of the bonding process by room temperature bonding between the sensor substrate on which the sensing unit and the IC unit are formed and the package substrate, and to electrically connect the pads of the IC unit on the sensor substrate. There is an effect that it is possible to provide a sensor device that can prevent disconnection of the lead-out wiring that is electrically connected to the metal layer.

以下、本実施形態のセンサ装置について図１〜図７を参照しながら説明した後、特徴となる製造方法について図８，９を参照しながら説明する。   Hereinafter, after describing the sensor device of the present embodiment with reference to FIGS. 1 to 7, a characteristic manufacturing method will be described with reference to FIGS. 8 and 9.

本実施形態のセンサ装置は、加速度センサであり、半導体基板１０の主表面側に後述のセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部Ｅ２を形成したセンサ基板（センサ本体）１と、センサ基板１のＩＣ部Ｅ１のパッド４２に電気的に接続される貫通孔配線２４を有しセンサ基板１の一表面側（図１（ａ）の上面側）に封着された第１のパッケージ用基板（貫通孔配線形成基板）２と、センサ基板１の他表面側（図１（ａ）の下面側）に封着された第２のパッケージ用基板（カバー基板）３とを備えている。ここにおいて、センサ基板１および第１のパッケージ用基板２および第２のパッケージ用基板３の外周形状は矩形状であり、第１のパッケージ用基板２および第２のパッケージ用基板３はセンサ基板１と同じ外形寸法（つまり、同じサイズ）に形成されている。   The sensor device according to the present embodiment is an acceleration sensor, and includes a sensor substrate (sensor body) 1 in which an IC unit E2 that cooperates with a sensing unit and a sensing unit described later is formed on the main surface side of the semiconductor substrate 10; The first package substrate (having a through-hole wiring 24 electrically connected to the pad 42 of the IC portion E1 of the sensor unit 1 and sealed to one surface side (the upper surface side of FIG. 1A) of the sensor substrate 1 A through-hole wiring forming substrate) 2 and a second package substrate (cover substrate) 3 sealed on the other surface side (lower surface side of FIG. 1A) of the sensor substrate 1 are provided. Here, the outer peripheral shapes of the sensor substrate 1, the first package substrate 2, and the second package substrate 3 are rectangular, and the first package substrate 2 and the second package substrate 3 are the sensor substrate 1. Are formed in the same outer dimensions (that is, the same size).

センサ基板１は、上述の半導体基板１０としてシリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩ基板を採用し、当該ＳＯＩ基板１０を加工することにより形成してあり、第１のパッケージ用基板２は第１のシリコン基板２０を加工することにより形成し、第２のパッケージ用基板３は第２のシリコン基板３０を加工することにより形成してある。なお、本実施形態では、ＳＯＩ基板１０における支持基板１０ａの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度、絶縁層１０ｂの厚さを０．３μｍ〜１．５μｍ程度、シリコン層１０ｃの厚さを４μｍ〜１０μｍ程度とし、また、第１のシリコン基板２０の厚さを２００μｍ〜３００μｍ程度、第２のシリコン基板３０の厚さを１００〜３００μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。また、ＳＯＩ基板１０の主表面であるシリコン層１０ｃの表面は（１００）面としてある。   The sensor substrate 1 is an SOI substrate having an n-type silicon layer (active layer) 10c on an insulating layer (embedded oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate as the semiconductor substrate 10 described above. The first package substrate 2 is formed by processing the first silicon substrate 20, and the second package substrate 3 is the second package substrate 3. This silicon substrate 30 is formed by processing. In this embodiment, the thickness of the support substrate 10a in the SOI substrate 10 is about 300 μm to 500 μm, the thickness of the insulating layer 10b is about 0.3 μm to 1.5 μm, and the thickness of the silicon layer 10c is about 4 μm to 10 μm. In addition, although the thickness of the first silicon substrate 20 is about 200 μm to 300 μm and the thickness of the second silicon substrate 30 is about 100 to 300 μm, these numerical values are not particularly limited. The surface of the silicon layer 10c, which is the main surface of the SOI substrate 10, is a (100) plane.

センサ基板１は、上述のセンシング部を有するセンサ部Ｅ１が中央部に形成され、センサ部Ｅ１を取り囲むようにＩＣ部Ｅ２が形成され、ＩＣ部Ｅ２を取り囲むように後述の接合用領域部Ｅ３が形成されている。   In the sensor substrate 1, the sensor part E1 having the sensing part described above is formed in the center part, an IC part E2 is formed so as to surround the sensor part E1, and a bonding area part E3 described later is provided so as to surround the IC part E2. Is formed.

ここにおいて、センサ基板１のセンサ部Ｅ１は、図３に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側（図３（ｂ）の上面側）において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板１のセンサ部Ｅ１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部１１は、上述のＳＯＩ基板１０の支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、上述のＳＯＩ基板１０におけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。   Here, as shown in FIG. 3, the sensor portion E <b> 1 of the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 having a frame shape (in the present embodiment, a rectangular frame shape), and a weight portion 12 disposed inside the frame portion 11. Is supported on the frame portion 11 via four flexible strips 13 having flexibility on one surface side (the upper surface side in FIG. 3B). In other words, the sensor part E1 of the sensor substrate 1 swings to the frame part 11 via the four bending parts 13 in which the weight part 12 arranged inside the frame-like frame part 11 is extended from the weight part 12 in four directions. It is supported freely. Here, the frame portion 11 is formed using the support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c of the SOI substrate 10 described above. On the other hand, the bending portion 13 is formed using the silicon layer 10 c in the above-described SOI substrate 10 and is sufficiently thinner than the frame portion 11.

重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ基板１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ基板１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩ基板１０の支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩ基板１０の支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ基板１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ基板１の上記他表面側へ離間して位置している。なお、センサ基板１におけるセンサ部Ｅ１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。   The weight part 12 is continuously integrated with each of the rectangular parallelepiped core part 12a supported by the frame part 11 via the four flexure parts 13 and the four corners of the core part 12a when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. And four accompanying portions 12b having a rectangular parallelepiped shape connected to each other. In other words, the weight portion 12 is formed integrally with the core portion 12a and the core portion 12a in which the other end portion of each bending portion 13 whose one end portion is connected to the inner side surface of the frame portion 11 is connected to the outer surface. It has four accompanying parts 12b arranged in the space between the part 12a and the frame part 11. That is, each appendage portion 12b is disposed in a space surrounded by the frame portion 11 and the core portion 12a and the two bent portions 13 and 13 extending in a direction orthogonal to each other when viewed from the one surface side of the sensor substrate 1. In addition, a slit 14 is formed between each of the accompanying portions 12b and the frame portion 11, and the interval between the adjacent accompanying portions 12b with the bending portion 13 interposed therebetween is longer than the width dimension of the bending portion 13. Yes. Here, the core portion 12a is formed using the support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c of the SOI substrate 10 described above, and each accompanying portion 12b is formed using the support substrate 10a of the SOI substrate 10. It is formed. Thus, on the one surface side of the sensor substrate 1, the surface of each associated portion 12 b is located away from the plane including the surface of the core portion 12 a toward the other surface side of the sensor substrate 1. Note that the above-described frame portion 11, weight portion 12, and each bending portion 13 of the sensor portion E <b> 1 on the sensor substrate 1 may be formed using a lithography technique and an etching technique.

ところで、図４（ａ），（ｂ）それぞれの右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ基板１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。   By the way, as shown in the lower right of each of FIGS. 4A and 4B, one direction along one side of the frame portion 11 in a plane parallel to the one surface of the sensor substrate 1 is the positive direction of the x axis. If one direction along the side orthogonal to the one side is defined as the positive direction of the y-axis and one direction of the thickness direction of the sensor substrate 1 is defined as the positive direction of the z-axis, the weight portion 12 is extended in the x-axis direction. The pair of flexible portions 13 and 13 sandwiching the core portion 12a and the pair of flexible portions 13 and 13 extending in the y-axis direction and sandwiching the core portion 12a are supported by the frame portion 11. Will be. In the orthogonal coordinates defined by the three axes of the above-described x axis, y axis, and z axis, the center position of the weight portion 12 on the surface of the portion of the sensor substrate 1 formed by the silicon layer 10c is the origin.

重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図４における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するようにセンサ基板１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   The bending portion 13 (the bending portion 13 on the right side of FIG. 3A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx2 and Rx4 in the vicinity of the core portion 12a. Is formed, and one piezoresistor Rz2 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (the bending portion 13 on the left side of FIG. 3A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the x-axis is a pair of piezoresistors Rx1 in the vicinity of the core portion 12a. , Rx3 are formed, and one piezoresistor Rz3 is formed in the vicinity of the frame portion 11. Here, the four piezoresistors Rx1, Rx2, Rx3, and Rx4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the x-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring (not shown) (diffuse layer wiring, metal) formed on the sensor substrate 1 so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. 4 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13. Connected by wiring). Note that the piezoresistors Rx1 to Rx4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bent portion 13 when acceleration in the x-axis direction is applied.

また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図３（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図４における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するようにセンサ基板１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。   Further, the bending portion 13 (the upper bending portion 13 in FIG. 3A) extended from the core portion 12a of the weight portion 12 in the positive direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry1, in the vicinity of the core portion 12a. Ry3 is formed, and one piezoresistor Rz1 is formed in the vicinity of the frame portion 11. On the other hand, the bending portion 13 (lower bending portion 13 in FIG. 3A) extending from the core portion 12a of the weight portion 12 in the negative direction of the y-axis is a pair of piezoresistors Ry2 in the vicinity of the core portion 12a. , Ry4 are formed, and one piezoresistor Rz4 is formed at the end on the frame part 11 side. Here, the four piezoresistors Ry1, Ry2, Ry3, and Ry4 formed in the vicinity of the core portion 12a are formed to detect acceleration in the y-axis direction, and the planar shape is an elongated rectangular shape. The wiring (not shown) (diffuse layer wiring, metal) formed on the sensor substrate 1 so as to form the central bridge circuit By in FIG. 4 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the bending portion 13. Connected by wiring). Note that the piezoresistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the flexure 13 when acceleration in the y-axis direction is applied.

また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図４における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するようにセンサ基板１に形成されている図示しない配線（拡散層配線、金属配線など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。   Also, the four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed in the vicinity of the frame portion 11 are formed to detect acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. In this manner, the sensor substrate 1 is connected by wiring (not shown) (diffusion layer wiring, metal wiring, etc.) formed on the sensor substrate 1. However, the piezoresistors Rz1 and Rz4 formed in one set of the bent portions 13 and 13 of the two bent portions 13 and 13 are formed so that the longitudinal direction thereof coincides with the longitudinal direction of the bent portions 13 and 13. On the other hand, the piezoresistors Rz2 and Rz3 formed in the other set of flexures 13 and 13 are formed such that the longitudinal direction coincides with the width direction (short direction) of the flexures 13 and 13. Yes.

なお、上述の各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４および上記各拡散層配線は、シリコン層１０ｃにおけるそれぞれの形成部位に適宜濃度のｐ形不純物をドーピングすることにより形成されている。   The piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and the diffusion layer wirings described above are formed by doping p-type impurities with appropriate concentrations at respective formation sites in the silicon layer 10c. .

ここで、センサ基板１のセンサ部Ｅ１の動作の一例について説明する。   Here, an example of operation | movement of the sensor part E1 of the sensor board | substrate 1 is demonstrated.

いま、センサ基板１に加速度がかかっていない状態で、センサ基板１に対してｘ軸の正方向に加速度がかかったとすると、ｘ軸の負方向に作用する重り部１２の慣性力によってフレーム部１１に対して重り部１２が変位し、結果的にｘ軸方向を長手方向とする撓み部１３，１３が撓んで当該撓み部１３，１３に形成されているピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４の抵抗値が変化することになる。この場合、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は引張応力を受け、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は圧縮応力を受ける。一般的にピエゾ抵抗は引張応力を受けると抵抗値（抵抗率）が増大し、圧縮応力を受けると抵抗値（抵抗率）が減少する特性を有しているので、ピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３は抵抗値が増大し、ピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４は抵抗値が減少することになる。したがって、図４に示した一対の入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤ間に外部電源から一定の直流電圧を印加しておけば、図４に示した左側のブリッジ回路Ｂｘの出力端子Ｘ１，Ｘ２間の電位差がｘ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。同様に、ｙ軸方向の加速度がかかった場合には図４に示した中央のブリッジ回路Ｂｙの出力端子Ｙ１，Ｙ２間の電位差がｙ軸方向の加速度の大きさに応じて変化し、ｚ軸方向の加速度がかかった場合には図４に示した右側のブリッジ回路Ｂｚの出力端子Ｚ１，Ｚ２間の電位差がｚ軸方向の加速度の大きさに応じて変化する。しかして、上述のセンサ基板１のセンサ部Ｅ１は、各ブリッジ回路Ｂｘ〜Ｂｚそれぞれの出力電圧の変化を検出することにより、当該センサ基板１に作用したｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向それぞれの加速度を検出することができる。本実施形態では、重り部１２と各撓み部１３とで可動部を構成しており、各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４それぞれが、センサ基板１におけるセンシング部を構成している。   Now, assuming that acceleration is applied to the sensor substrate 1 in the positive x-axis direction while no acceleration is applied to the sensor substrate 1, the frame portion 11 is caused by the inertial force of the weight 12 acting in the negative x-axis direction. Accordingly, the weight 12 is displaced, and as a result, the bending portions 13 and 13 whose longitudinal direction is the x-axis direction are bent, and the resistance values of the piezoresistors Rx1 to Rx4 formed in the bending portions 13 and 13 are changed. Will do. In this case, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are subjected to tensile stress, and the piezoresistors Rx2 and Rx4 are subjected to compressive stress. In general, a piezoresistor has a characteristic that a resistance value (resistivity) increases when subjected to a tensile stress, and a resistance value (resistivity) decreases when subjected to a compressive stress. Therefore, the piezoresistors Rx1 and Rx3 are resistant. The value increases, and the resistance values of the piezoresistors Rx2 and Rx4 decrease. Therefore, if a constant DC voltage is applied from the external power source between the pair of input terminals VDD and GND shown in FIG. 4, the potential difference between the output terminals X1 and X2 of the left bridge circuit Bx shown in FIG. It changes according to the magnitude of the acceleration in the x-axis direction. Similarly, when acceleration in the y-axis direction is applied, the potential difference between the output terminals Y1 and Y2 of the central bridge circuit By shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the z-axis When the acceleration in the direction is applied, the potential difference between the output terminals Z1 and Z2 of the right bridge circuit Bz shown in FIG. 4 changes according to the magnitude of the acceleration in the z-axis direction. Thus, the sensor unit E1 of the sensor board 1 detects the change in the output voltage of each of the bridge circuits Bx to Bz, thereby causing the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that acted on the sensor board 1 to be detected. Each acceleration can be detected. In this embodiment, the weight part 12 and each bending part 13 comprise a movable part, and each piezoresistor Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4 constitutes a sensing part in the sensor substrate 1. Yes.

また、センサ基板１のＩＣ部Ｅ２は、ＣＭＯＳを用いた集積回路（ＣＭＯＳ ＩＣ）であって上記センシング部であるピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４と協働する集積回路が形成されている。ここにおいて、ＩＣ部Ｅ２の集積回路は、上述のブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚの出力信号に対して増幅、オフセット調整、温度補償などの信号処理を行って出力する信号処理回路や、信号処理回路において用いるデータを格納したＥＥＰＲＯＭなどが集積化されている。   The IC portion E2 of the sensor substrate 1 is an integrated circuit (CMOS IC) using CMOS, and an integrated circuit that cooperates with the piezo resistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, and Rz1 to Rz4 that are the sensing portions is formed. Has been. Here, the integrated circuit of the IC unit E2 includes a signal processing circuit that performs signal processing such as amplification, offset adjustment, and temperature compensation on the output signals of the bridge circuits Bx, By, and Bz, and a signal processing circuit. An EEPROM or the like that stores data used in is integrated.

ところで、センサ基板１は、平面視において中央部に位置するセンサ部Ｅ１をＩＣ部Ｅ２が囲み、ＩＣ部Ｅ２を接合用領域部Ｅ３が囲むようにセンサ部Ｅ１、ＩＣ部Ｅ２、接合用領域部Ｅ３のレイアウトが設計されている。   By the way, the sensor substrate 1 includes the sensor part E1, the IC part E2, and the joining area part so that the IC part E2 surrounds the sensor part E1 located in the center part in plan view and the joining part part E3 surrounds the IC part E2. The layout of E3 is designed.

ここにおいて、センサ基板１のＩＣ部Ｅ２では、多層配線技術を利用してセンサ基板１における当該ＩＣＥ２の占有面積の縮小化を図っており、ＳＯＩ基板１０の主表面側（つまり、シリコン層１０ｃの表面側）には、シリコン層１０ｃ上のシリコン酸化膜からなる第１の絶縁膜と第１の絶縁膜上のシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜との積層膜からなる表面絶縁膜１６が形成されており、ＩＣ部Ｅ２では、表面絶縁膜１６上に、少なくとも１層の層間絶縁膜（シリコン酸化膜）からなる第３の絶縁膜と、第３の絶縁膜上のパッシベーション膜（シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜）からなる第４の絶縁膜とを含む多層構造部４１が形成され、上記パッシベーション膜の適宜部位を除去することにより複数のパッド４２を露出させてある。なお、本実施形態では、表面絶縁膜１６と第３の絶縁膜と第４の絶縁膜とで半導体基板たるＳＯＩ基板１０の主表面側に形成された保護絶縁層４０を構成している。   Here, in the IC part E2 of the sensor substrate 1, the occupation area of the ICE 2 in the sensor substrate 1 is reduced by using a multilayer wiring technique, and the main surface side of the SOI substrate 10 (that is, the silicon layer 10c) On the front surface side, there is a surface insulating film 16 made of a laminated film of a first insulating film made of a silicon oxide film on the silicon layer 10c and a second insulating film made of a silicon nitride film on the first insulating film. In the IC part E2, a third insulating film made of at least one interlayer insulating film (silicon oxide film) and a passivation film (silicon oxide film on the third insulating film) are formed on the surface insulating film 16. A multilayer structure 41 including a fourth insulating film made of a film and a silicon nitride film is formed, and a plurality of pads 42 are exposed by removing appropriate portions of the passivation film. A. In the present embodiment, the surface insulating film 16, the third insulating film, and the fourth insulating film constitute the protective insulating layer 40 formed on the main surface side of the SOI substrate 10 that is a semiconductor substrate.

また、センサ基板１は、ＩＣ部Ｅ２のパッド４２と上述の第１のパッケージ用基板２の複数の貫通孔配線２４とを電気的に接続するための複数の第１の電気接続用金属層１９が接合用領域部Ｅ３において表面絶縁膜１６上に形成されており、各パッド４２が引き出し配線４３を介して第１の電気接続用金属層１９と電気的に接続されている（図１（ｂ）参照）。ここで、本実施形態におけるセンサ基板１では、引き出し配線４３の一端部がパッド４２上に形成されるとともに、他端部が表面絶縁膜１６上に形成され第１の電気接続用金属層１９と接続されている。要するに、本実施形態におけるセンサ基板１では、ＳＯＩ基板１０の主表面側に形成された保護絶縁層４０においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および後述の第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成され、ＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線４３が保護絶縁層４０の表面に沿って形成されている。ここで、本実施形態では、引き出し配線４３の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されており、引き出し配線４３の設定膜厚（第１の規定膜厚）を第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の設定膜厚（第２の規定膜厚）よりも厚く設定してある。なお、引き出し配線４３は、密着性改善用のＴｉ膜と、Ａｕ膜との積層膜により構成してある。また、ＩＣ部Ｅ２に形成された複数のパッド４２には、信号処理回路を通して上記センシング部と電気的に接続されるものと、信号処理回路を通さずに上記センシング部と電気的に接続されるものがあるが、いずれにしても、第１のパッケージ用基板２の貫通孔配線２４と上記センシング部とが電気的に接続されることとなる。   The sensor substrate 1 has a plurality of first electrical connection metal layers 19 for electrically connecting the pads 42 of the IC part E2 and the plurality of through-hole wirings 24 of the first package substrate 2 described above. Is formed on the surface insulating film 16 in the bonding region E3, and each pad 42 is electrically connected to the first electrical connection metal layer 19 via the lead wiring 43 (FIG. 1B). )reference). Here, in the sensor substrate 1 in the present embodiment, one end portion of the lead-out wiring 43 is formed on the pad 42 and the other end portion is formed on the surface insulating film 16, and the first electrical connection metal layer 19 and It is connected. In short, in the sensor substrate 1 in the present embodiment, the first region where the pad 42 of the IC part E2 is formed in the protective insulating layer 40 formed on the main surface side of the SOI substrate 10 and the first metal layer for electrical connection. 19 and a second region where a first sealing metal layer 18 to be described later is formed, a step is formed, and the pad 42 of the IC portion E2 and the first electrical connection metal layer 19 are electrically connected. A lead-out wiring 43 connected to is formed along the surface of the protective insulating layer 40. Here, in the present embodiment, the thickness of the lead-out wiring 43 and the thickness of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are set independently. The set film thickness (first specified film thickness) is set to be larger than the set film thickness (second specified film thickness) of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19. is there. The lead wiring 43 is composed of a laminated film of a Ti film for improving adhesion and an Au film. The plurality of pads 42 formed in the IC unit E2 are electrically connected to the sensing unit through a signal processing circuit and electrically connected to the sensing unit without passing through the signal processing circuit. In any case, in any case, the through-hole wiring 24 of the first package substrate 2 and the sensing unit are electrically connected.

ここにおいて、センサ基板１の接合用領域部Ｅ３では、表面絶縁膜１６上に、枠状（矩形枠状）の第１の封止用金属層１８が形成されており、上述の複数の第１の電気接続用金属層１９が第１の封止用金属層１８よりも内側で表面絶縁膜１６上に形成されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用接合金属層１８と各電気接続用金属層１９とを表面絶縁膜１６のシリコン窒化膜を下地層として同一レベル面上に形成してある。ここで、複数の第１の電気接続用金属層１９は、接合用領域部Ｅ３の周方向に離間して配置されている。   Here, in the bonding region E3 of the sensor substrate 1, a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing metal layer 18 is formed on the surface insulating film 16, and the plurality of first layers described above are used. The electrical connection metal layer 19 is formed on the surface insulating film 16 on the inner side of the first sealing metal layer 18. In short, in the sensor substrate 1, the first sealing bonding metal layer 18 and the respective electrical connection metal layers 19 are formed on the same level surface with the silicon nitride film of the surface insulating film 16 as a base layer. Here, the plurality of first electrical connection metal layers 19 are arranged apart from each other in the circumferential direction of the bonding region E3.

第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、接合用のＡｕ膜と表面絶縁膜１６との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、表面絶縁膜１６上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを同時に形成することができるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第１の封止用金属層１８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してある。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と表面絶縁膜１６との間に密着性改善用の密着層（密着性改善用金属膜）としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。   In the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19, an adhesion improving Ti film is interposed between the bonding Au film and the surface insulating film 16. In other words, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are a laminated film of a Ti film formed on the surface insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 are formed of the same metal material, the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 19 are formed. The metal layer 18 can be formed at the same time, and the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18 can be formed to have substantially the same thickness. The first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In this embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesion layer (adhesion improving metal film) between each Au film and the surface insulating film 16, but the material of the adhesion layer is Ti. For example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

第１のパッケージ用基板２は、図５および図６に示すように、第１のシリコン基板２０におけるセンサ基板１側（図１（ａ）における下面側）の表面に、センサ基板１の重り部１２と各撓み部１３とで構成される可動部の変位空間を確保する変位空間形成用凹部２１が形成されるとともに、変位空間形成用凹部２１の周部に厚み方向に貫通する複数の貫通孔２２が形成されており、厚み方向の両面および貫通孔２２の内面とに跨って熱絶縁膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜２３が形成され、貫通孔配線２４と貫通孔２２の内面との間に絶縁膜２３の一部が介在している。ここにおいて、第１のパッケージ用基板２は、変位空間形成用凹部２１の開口面の投影領域内にセンサ基板１のセンサ部Ｅ１およびＩＣ部Ｅ２が収まるように変位空間形成用凹部２１の開口面積を大きくしてあり、ＩＣ部Ｅ２の多層構造部４１が変位空間形成用凹部２１内に配置されるようになっている（図１、図２参照）。なお、第１のパッケージ用基板２の複数の貫通孔配線２４は当該第１のパッケージ用基板２の周方向に離間して形成されている。また、貫通孔配線２４の材料としては、Ｃｕを採用しているが、Ｃｕに限らず、例えば、Ｎｉなどを採用してもよい。   As shown in FIGS. 5 and 6, the first package substrate 2 has a weight portion of the sensor substrate 1 on the surface of the first silicon substrate 20 on the sensor substrate 1 side (the lower surface side in FIG. 1A). And a plurality of through holes penetrating in the thickness direction in the peripheral portion of the displacement space forming concave portion 21. 22 is formed, and an insulating film 23 made of a thermal insulating film (silicon oxide film) is formed across both surfaces in the thickness direction and the inner surface of the through hole 22, and the through hole wiring 24 and the inner surface of the through hole 22 are formed. A part of the insulating film 23 is interposed therebetween. Here, the first package substrate 2 has an opening area of the displacement space forming recess 21 so that the sensor portion E1 and the IC portion E2 of the sensor substrate 1 are within the projection area of the opening surface of the displacement space forming recess 21. The multilayer structure portion 41 of the IC portion E2 is arranged in the displacement space forming recess 21 (see FIGS. 1 and 2). The plurality of through-hole wirings 24 of the first package substrate 2 are formed apart from each other in the circumferential direction of the first package substrate 2. Moreover, although Cu is adopted as the material of the through-hole wiring 24, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be adopted.

また、第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面において変位空間形成用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の第２の電気接続用金属層２９が形成されている。また、第１のパッケージ用基板２は、センサ基板１側の表面の周部の全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用金属層２８が形成されており、上述の複数の第２の電気接続用金属層２９が第２の封止用金属層２８よりも内側に配置されている（ここで、第２の封止用金属層２８と各電気接続用金属層２９とは絶縁膜２３の同一レベル面上に形成してある）。ここにおいて、第２の電気接続用金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されており、他端側の部位がセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、第１のパッケージ用基板２の周方向において貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の電気接続用金属層１９との位置をずらしてあり、第２の電気接続用金属層２９を、長手方向が第２の封止用金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の電気接続用金属層１９とに跨る形で配置してある。   In addition, the first package substrate 2 has a plurality of second electrical connection electrical connections that are electrically connected to the respective through-hole wirings 24 around the displacement space forming recesses 21 on the surface on the sensor substrate 1 side. A metal layer 29 is formed. The first package substrate 2 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing metal layer 28 formed over the entire circumference of the peripheral portion of the surface on the sensor substrate 1 side. The plurality of second electrical connection metal layers 29 are arranged on the inner side of the second sealing metal layer 28 (here, the second sealing metal layer 28 and each electrical connection metal layer 29 is formed on the same level surface of the insulating film 23). Here, the second electrical connection metal layer 29 has an elongated rectangular outer peripheral shape, one end portion in the longitudinal direction is joined to the through-hole wiring 24, and the other end side portion is the sensor substrate 1. The first electrical connection metal layer 19 is joined and electrically connected. In short, the positions of the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 in the circumferential direction of the first package substrate 2 are shifted, and the second electrical connection metal The layer 29 is arranged so that the longitudinal direction thereof coincides with the circumferential direction of the second sealing metal layer 28 and straddles the through-hole wiring 24 and the first electrical connection metal layer 19.

また、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを同時に形成することができるとともに、第２の電気接続用金属層２９と第２の封止用金属層２８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第２の封止用金属層２８および第２の電気接続用金属層２９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してある。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層（密着性改善用金属膜）としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。   In addition, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 are formed of a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is configured. In short, since the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed of the same metal material, the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 are formed. The metal layer 28 can be formed at the same time, and the second electrical connection metal layer 29 and the second sealing metal layer 28 can be formed to have substantially the same thickness. The second sealing metal layer 28 and the second electrical connection metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. In the present embodiment, a Ti film is interposed as an adhesion improving adhesion layer (adhesion improving metal film) between each Au film and the insulating film 23, but the material of the adhesion layer is Ti. For example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、第１のパッケージ用基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。   A plurality of external connection electrodes 25 electrically connected to the respective through-hole wirings 24 are formed on the surface of the first package substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

第２のパッケージ用基板３は、図７に示すように、第２のシリコン基板３０におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。ここにおいて、凹部３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成してある。なお、本実施形態では、第２のパッケージ用基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してあるが、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂのうち支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向への重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、第２のパッケージ用基板３に凹部３１を形成しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２の変位を可能とする隙間が重り部１２と第２のパッケージ用基板３との間に形成される。   As shown in FIG. 7, the second package substrate 3 has a predetermined depth (for example, 5 μm to 10 μm) that forms a displacement space of the weight portion 12 on the surface of the second silicon substrate 30 facing the sensor substrate 1. (About) recesses 31 are formed. Here, the recess 31 is formed using a lithography technique and an etching technique. In the present embodiment, the concave portion 31 that forms the displacement space of the weight portion 12 is formed on the surface of the second package substrate 3 that faces the sensor substrate 1, but the core portion 12a of the weight portion 12 and The thickness of the portion formed using the support substrate 10a in each accompanying portion 12b is compared with the thickness of the portion formed using the support substrate 10a in the frame portion 11 of the sensor substrate 1. If the weight portion 12 is made thinner by the allowable displacement amount in the thickness direction, the other surface side of the sensor substrate 1 may be located on the other surface side without forming the concave portion 31 on the second package substrate 3. A gap is formed between the weight portion 12 and the second package substrate 3 so that the weight portion 12 can be displaced in the direction intersecting with the weight portion 12.

ところで、上述のセンサ基板１と第１のパッケージ用基板２とは、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とが接合されるとともに、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とが接合され、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。ここにおいて、本実施形態の加速度センサの製造にあたっては、図９に示すように、上述のＳＯＩ基板１０の基礎となるＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０Ｗと、上述の第１のシリコン基板２０の基礎となる第１のシリコンウェハに第１のパッケージ用基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０Ｗと、上述の第２のシリコン基板３０の基礎となる第２のシリコンウェハに第２のパッケージ用基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０Ｗとをウェハレベルで常温接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成してから、個々の加速度センサに分割する分割工程（ダイシング工程）により個々の加速度センサに分割されている（なお、図９（ｃ）は図９（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００のうち丸Ａで囲んだ部分の概略断面図である）。したがって、第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とがセンサ基板１と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。なお、本実施形態では、センサ基板１の接合用領域部Ｅ３と第１のパッケージ用基板２と第２のパッケージ用基板３とで気密パッケージを構成しており、当該気密パッケージ内で重り部１２と各撓み部１３とで構成される可動部が変位可能となっている。   By the way, the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 described above are bonded to the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 and also used for the first electrical connection. The metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 are joined, and the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are joined at the peripheral portions of the opposing surfaces. Here, in manufacturing the acceleration sensor of the present embodiment, as shown in FIG. 9, a sensor wafer 10W in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on an SOI wafer serving as a basis of the SOI substrate 10 described above, and the first silicon described above. A first package wafer 20W in which a plurality of first package substrates 2 are formed on a first silicon wafer that is the basis of the substrate 20, and a second silicon wafer that is the basis of the second silicon substrate 30 described above. After the wafer level package structure 100 is formed by bonding the second package wafer 30W on which the plurality of package substrates 3 are formed at the wafer level to room temperature, a dividing step (dicing step) for dividing into individual acceleration sensors (FIG. 9C shows the wafer level package shown in FIG. 9A). It is a schematic cross-sectional view of a portion surrounded by a circle A of structure 100). Therefore, the first package substrate 2 and the second package substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, so that a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated. In the present embodiment, the bonding region E3 of the sensor substrate 1, the first package substrate 2 and the second package substrate 3 form an airtight package, and the weight portion 12 is included in the airtight package. And a movable part constituted by each bending part 13 can be displaced.

ここにおいて、本実施形態では、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２および第２のパッケージ用基板３との接合方法として、センサ基板１の残留応力（熱応力）を少なくするためにより低温での接合が可能な常温接合法を採用している。以下、本実施形態の加速度センサの製造方法において特徴となる工程について図８を参照しながら説明するが、図８（ａ）〜（ｆ）は図３（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する部分の断面を示してある。   Here, in the present embodiment, as a method of joining the sensor substrate 1 to the first package substrate 2 and the second package substrate 3, the sensor substrate 1 is made at a lower temperature in order to reduce the residual stress (thermal stress). The room-temperature bonding method is used. Hereinafter, processes characteristic of the method of manufacturing the acceleration sensor according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 8. FIGS. 8A to 8F correspond to the AA ′ cross section of FIG. The cross section of the part to show is shown.

まず、ＳＯＩ基板１０の主表面側（シリコン層１０ｃの表面側）に各ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４、ブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚ形成用の拡散層配線やＩＣ部Ｅ２を、ＣＭＯＳプロセス技術などを利用して形成することによって、図８（ａ）に示す構造を得る。ここにおいて、ＩＣ部Ｅ２の各パッド４２を露出させる工程が終了した段階では、表面絶縁膜１６の全面に多層構造部４１が形成されているが、当該多層構造部４１のうちセンサ部Ｅ１および接合用領域部Ｅ３に対応する部位に形成されている部分には金属配線は設けられていない。なお、本実施形態では、上述のように表面絶縁膜１６と多層構造部４１とで表面保護層４０を構成しているが、この段階では、表面保護層４０に上記段差は形成されていない。   First, diffusion layer wiring for forming the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, bridge circuits Bx, By, and Bz and the IC portion E2 on the main surface side of the SOI substrate 10 (surface side of the silicon layer 10c). Is formed using a CMOS process technology or the like, thereby obtaining the structure shown in FIG. Here, at the stage where the step of exposing each pad 42 of the IC portion E2 is completed, the multilayer structure portion 41 is formed on the entire surface of the surface insulating film 16, and the sensor portion E1 and the bonding portion of the multilayer structure portion 41 are joined. The metal wiring is not provided in the part formed in the site | part corresponding to the use area | region part E3. In the present embodiment, the surface insulating layer 16 and the multilayer structure portion 41 constitute the surface protective layer 40 as described above. However, at this stage, the step is not formed in the surface protective layer 40.

上述の各パッド４２を露出させる工程が終了した後、表面保護層４０のうちセンサ部Ｅ１および接合用領域部Ｅ３それぞれに対応する部位に形成されている部分を露出させるようにパターニングされたレジスト層をＳＯＩ基板１０の主表面側に形成してから、当該レジスト層をエッチングマスクとして、表面保護層４０のうちセンサ基板１における第１のパッケージ用基板２との接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化する平坦化工程を行い、続いてレジスト層を除去することによって、図８（ｂ）に示す構造を得る。なお、エッチバックはウェットエッチングにより行っており、表面絶縁膜１６のシリコン窒化膜からなる第２の絶縁膜をエッチングストッパ層として利用している。また、平坦化工程を行うことにより、表面保護層４０に上記段差が形成される。   After the step of exposing each of the pads 42 is completed, the resist layer patterned so as to expose the portions formed in the portions corresponding to the sensor portion E1 and the bonding region portion E3 in the surface protective layer 40, respectively. Is formed on the main surface side of the SOI substrate 10, and the resist layer is used as an etching mask in the surface protection layer 40 in the bonding region E 3 of the sensor substrate 1 with the first package substrate 2. The structure shown in FIG. 8B is obtained by performing a flattening step of flattening the surface of the bonding region E3 by etching back the existing portion and then removing the resist layer. Etch back is performed by wet etching, and the second insulating film made of the silicon nitride film of the surface insulating film 16 is used as an etching stopper layer. Moreover, the level | step difference is formed in the surface protective layer 40 by performing a planarization process.

その後、ＳＯＩ基板１０の主表面側に上述の引き出し配線４３を形成する引き出し配線形成工程を行ってから、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程を行い、その後、ＳＯＩ基板１０の主表面側に、上述の表面絶縁膜１６においてフレーム部１１、重り部１２のコア部１２ａ、各撓み部１３、ＩＣ部Ｅ２、接合用領域部Ｅ３それぞれに対応する部位を覆い他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、表面絶縁膜１６の露出部分をエッチングすることで表面絶縁膜１６をパターニングし、ＳＯＩ基板１０を主表面側から絶縁層１０ｂに達する深さまでエッチングする表面側パターニング工程を行い、続いて、レジスト層を除去することによって、図８（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、引き出し配線形成工程では、ＳＯＩ基板１０の主表面側に、引き出し配線４３をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。また、金属層形成工程では、ＳＯＩ基板１０の主表面側に、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９をスパッタ法などの薄膜形成技術およびリソグラフィ技術およびエッチング技術などを利用して形成している。また、表面側パターニング工程では、絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層として利用しており、当該表面側パターニング工程を行うことによって、ＳＯＩ基板１０におけるシリコン層１０ｃは、フレーム部１１に対応する部位と、コア部１２ａに対応する部位と、各撓み部１３それぞれに対応する部位と、ＩＣ部Ｅ２に対応する部位と、接合用領域部Ｅ３に対応する部位とが残る。なお、この表面側パターニング工程におけるエッチングに際しては、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置を用いてドライエッチングを行えばよく、エッチング条件としては、絶縁層１０ｂがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。   Thereafter, after performing the above-described lead wiring formation process for forming the lead wiring 43 on the main surface side of the SOI substrate 10, the first sealing metal layer 18 and the first electric layer 18 are formed on the surface of the bonding region E3. A metal layer forming step for forming the connecting metal layer 19 is performed, and then, on the main surface side of the SOI substrate 10, the frame portion 11, the core portion 12 a of the weight portion 12, the flexible portions 13, A resist layer patterned so as to cover the portions corresponding to the IC portion E2 and the bonding region portion E3 and to expose the other portions is formed, and the exposed portion of the surface insulating film 16 is etched using the resist layer as an etching mask. Then, the surface insulating film 16 is patterned, and a surface side patterning process is performed in which the SOI substrate 10 is etched from the main surface side to the depth reaching the insulating layer 10b. , Followed by removing the resist layer to obtain a structure shown in Figure 8 (c). Here, in the lead wiring formation step, the lead wiring 43 is formed on the main surface side of the SOI substrate 10 by using a thin film forming technique such as a sputtering method, a lithography technique, and an etching technique. In the metal layer forming step, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are formed on the main surface side of the SOI substrate 10 by a thin film forming technique such as a sputtering method, a lithography technique, and an etching technique. It is formed using such as. Further, in the surface side patterning step, the insulating layer 10b is used as an etching stopper layer, and by performing the surface side patterning step, the silicon layer 10c in the SOI substrate 10 has a portion corresponding to the frame portion 11 and a core. The site | part corresponding to the part 12a, the site | part corresponding to each bending part 13, the site | part corresponding to IC part E2, and the site | part corresponding to the area | region part E3 for joining remain. In the etching in this surface side patterning step, for example, dry etching may be performed using an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus, and as an etching condition, the insulating layer 10b functions as an etching stopper layer. Set the following conditions.

表面パターニング工程に続いてレジスト層を除去した後、ＳＯＩ基板１０の裏面側で支持基板１０ａに積層されているシリコン酸化膜１０ｄにおいてフレーム部１１に対応する部位とコア部１２ａに対応する部位と各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位とＩＣ部Ｅ２に対応する部位と接合用領域部Ｅ３に対応する部位とを覆い且つ他の部位を露出させるようにパターニングされたレジスト層を形成し、その後、当該レジスト層をエッチングマスクとして、シリコン酸化膜１０ｄの露出部分をエッチングすることでシリコン酸化膜１０ｄをパターニングし、レジスト層を除去してから、シリコン酸化膜１０ｄをエッチングマスクとして、ＳＯＩ基板１０を裏面側から絶縁層１０ｂに達する深さまで略垂直にドライエッチングする裏面側パターニング工程を行うことによって、図８（ｄ）に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程では、絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層として利用しており、当該裏面側パターニング工程を行うことにより、ＳＯＩ基板１０における支持基板１０ａは、フレーム部１１に対応する部位と、コア部１２ａに対応する部位と、各付随部１２ｂそれぞれに対応する部位と、ＩＣ部Ｅ２に対応する部位と、接合用領域部Ｅ３に対応する部位とが残る。なお、この裏面側パターニング工程におけるエッチング装置としては、例えば、上述のＩＣＰ型のドライエッチング装置を用いればよく、エッチング条件としては、絶縁層１０ｂがエッチングストッパ層として機能するような条件を設定する。   After removing the resist layer subsequent to the surface patterning step, the portion corresponding to the frame portion 11 and the portion corresponding to the core portion 12a in the silicon oxide film 10d laminated on the support substrate 10a on the back side of the SOI substrate 10 Forming a resist layer patterned so as to cover a portion corresponding to each of the accompanying portions 12b, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the bonding region portion E3 and to expose the other portion; The silicon oxide film 10d is patterned by etching the exposed portion of the silicon oxide film 10d using the resist layer as an etching mask, and after removing the resist layer, the SOI substrate 10 is used as the etching mask using the silicon oxide film 10d as an etching mask. To the depth reaching the insulating layer 10b from the back surface side pattern that is dry etched substantially perpendicularly By performing the packaging step, the structure shown in FIG. 8 (d). In this back side patterning step, the insulating layer 10b is used as an etching stopper layer, and by performing the back side patterning step, the support substrate 10a in the SOI substrate 10 has a portion corresponding to the frame portion 11 and a core portion. A portion corresponding to 12a, a portion corresponding to each of the accompanying portions 12b, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the joining region portion E3 remain. For example, the above-described ICP type dry etching apparatus may be used as the etching apparatus in the back surface side patterning step, and the etching conditions are set such that the insulating layer 10b functions as an etching stopper layer.

裏面側パターニング工程の後、絶縁層１０ｂのうちフレーム部１１に対応する部位およびコア部１２ａに対応する部位およびＩＣ部Ｅ２に対応する部位および接合用領域部Ｅ３に対応する部位を残して不要部分をウェットエッチングによりエッチング除去することでフレーム部１１、各撓み部１３、重り部１２を形成する分離工程を行うことによって、図８（ｅ）に示す構造を得る。なお、この分離工程において、ＳＯＩ基板１０の裏面側のシリコン酸化膜１０ｄもエッチング除去される。   After the back side patterning step, an unnecessary portion of the insulating layer 10b is left with a portion corresponding to the frame portion 11, a portion corresponding to the core portion 12a, a portion corresponding to the IC portion E2, and a portion corresponding to the bonding region portion E3. The structure shown in FIG. 8E is obtained by performing a separation step of forming the frame part 11, each bending part 13, and the weight part 12 by removing the etching by wet etching. In this separation step, the silicon oxide film 10d on the back surface side of the SOI substrate 10 is also removed by etching.

上述の分離工程の後、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とを常温接合法により直接接合する第１の接合工程を行い、続いて、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を直接接合する第２の接合工程を行うことによって、図８（ｆ）に示す構造を得る。要するに、第１の接合工程では、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とがＳｉ−Ｓｉの常温接合により接合され、第２の接合工程では、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士が金属−金属（ここでは、Ａｕ−Ａｕ）の常温接合により接合されている。なお、常温接合法では、接合前に互いの接合表面へアルゴンのプラズマ若しくはイオンビーム若しくは原子ビームを真空中で照射して各接合表面の清浄化・活性化を行ってから、接合表面同士を接触させ、常温下で直接接合する。ここで、第２の接合工程では、上述の常温接合法により、常温下で適宜の荷重を印加して、第１の封止用金属層１８と第２の封止用金属層２８とを直接接合するのと同時に、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを直接接合している。   After the above-described separation step, a first bonding step is performed in which the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are directly bonded by a room temperature bonding method, and then the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are The structure shown in FIG. 8F is obtained by performing a second joining step of directly joining the sealing metal layers 18 and 28 and the electrical connection metal layers 19 and 29 together. In short, in the first bonding step, the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are bonded by Si-Si room temperature bonding, and in the second bonding step, the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are bonded. The metal layers 18 and 28 for sealing and the metal layers 19 and 29 for electrical connection are bonded to each other by metal-metal (Au—Au in this case) room temperature bonding. In the normal temperature bonding method, the bonding surfaces are contacted with each other after the bonding surfaces are cleaned and activated by irradiating the bonding surfaces with argon plasma, ion beam or atomic beam in vacuum before bonding. And bond directly at room temperature. Here, in the second bonding step, the first sealing metal layer 18 and the second sealing metal layer 28 are directly applied by applying an appropriate load at room temperature by the above-described room temperature bonding method. Simultaneously with the bonding, the first electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer 29 are directly bonded.

ところで、本実施形態の加速度センサの製造方法では、上述の第２の接合工程が終了するまでの全工程をセンサ基板１および各パッケージ用基板２，３それぞれについてウェハレベルで行うことで加速度センサを複数備えたウェハレベルパッケージ構造体１００（図９参照）を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体１００から個々の加速度センサに分割する分割工程（ダイシング工程）を行うようにしている。したがって、各パッケージ用基板の平面サイズをセンサ基板１の平面サイズに合わせることができるとともに、量産性を高めることができる。   By the way, in the manufacturing method of the acceleration sensor of this embodiment, the acceleration sensor is obtained by performing all the processes until the above-described second bonding process is completed at the wafer level for each of the sensor substrate 1 and each of the package substrates 2 and 3. A plurality of wafer level package structures 100 (see FIG. 9) are formed, and a dividing process (dicing process) for dividing the wafer level package structures 100 into individual acceleration sensors is performed. Therefore, the planar size of each package substrate can be matched with the planar size of the sensor substrate 1, and mass productivity can be improved.

また、上述の製造方法によれば、半導体基板であるＳＯＩ基板１０の主表面側に形成された保護絶縁層４０のうちセンサ基板１における第１のパッケージ用基板２との接合用領域部Ｅ３に形成されている部位をエッチバックすることにより接合用領域部Ｅ３の表面を平坦化した後で、接合用領域部Ｅ３の表面上に第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成しているので、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を同一レベル面上に同一厚さで形成することができるとともに、第１の封止用金属層１８の表面および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができ、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を直接接合する第２の接合工程の歩留まりを高めることができるから、製造歩留まりの向上を図れる。   Further, according to the manufacturing method described above, the bonding region E3 of the sensor substrate 1 with the first package substrate 2 in the protective insulating layer 40 formed on the main surface side of the SOI substrate 10 that is a semiconductor substrate is formed. After the surface of the bonding region E3 is flattened by etching back the formed portion, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection layer are formed on the surface of the bonding region E3. Since the metal layer 19 is formed, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 can be formed on the same level surface with the same thickness, and the first sealing metal layer 19 is formed. The flatness of the surface of the stopper metal layer 18 and the surface of the first electrical connection metal layer 19 can be improved, and the metal layers 18 and 28 for sealing between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are mutually connected. And metal layers 19 and 29 for electrical connection It can enhance the yield of the second bonding step of contact bonding, thereby improving the manufacturing yield.

ここにおいて、本願発明者らは、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する第２の接合工程の歩留りを向上するために、封止用金属層１８，２８および電気接続用金属層１９，２９のＡｕ膜の膜厚について検討した。具体的には、センサウェハ１０Ｗの基礎となるＳＯＩウェハと同じ仕様のＳＯＩウェハの一表面側の全面に絶縁膜（センサウェハ１０の表面絶縁膜１６と同じ条件で成膜した絶縁膜）とＴｉ膜とＡｕ膜とを積層した接合試験用ＳＯＩウェハと、第１のパッケージウェハ２０Ｗの基礎となるシリコンウェハと同じ仕様のシリコンウェハの一表面側の全面に絶縁膜（第１のパッケージウェハ２０Ｗの絶縁膜２３と同じ条件で成膜した絶縁膜）とＴｉ膜とＡｕ膜とを積層した接合試験用シリコンウェハとをＡｕ膜厚（Ａｕ膜の膜厚）を同じとして種々のＡｕ膜厚について用意して常温接合法による接合工程を行ってから、超音波顕微鏡法によって接合試験用ＳＯＩウェハと接合試験用シリコンウェハとの接合面積がウェハ面積に占める割合を接合面積率として評価した。その結果、Ａｕ膜の膜厚の増加とともに接合面積率が減少し、Ａｕ膜の膜厚が５００ｎｍ以下であれば、接合面積率として９０％よりも大きな値が得られるという知見を得た。ところで、センサ装置の製造にあたっての総合歩留りを向上するためには、各工程ごとの歩留りを向上する必要があり、各工程ごとの歩留りを９０％以上の値にすることが望ましいが、上述の結果から、封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士を接合する第２の接合工程の歩留りを９０％以上とするためには、各Ａｕ膜の設定膜厚を５００ｎｍ以下に設定すればよいことが分かる。なお、各Ａｕ膜の膜厚の下限値については、Ａｕ膜が薄くなりすぎると、Ａｕ膜の膜連続性が低下して抵抗が高くなったり、電気接続用金属層１９，２９間で導通不良が起こりやすくなるので、１０ｎｍ以上に設定することが望ましい。   Here, in order to improve the yield of the 2nd joining process which joins the metal layers 18 and 28 for sealing, and the metal layers 19 and 29 for electrical connection, this inventor is the metal layer 18 for sealing. 28 and the thickness of the Au film of the metal layers 19 and 29 for electrical connection were examined. Specifically, an insulating film (an insulating film formed under the same conditions as the surface insulating film 16 of the sensor wafer 10) and a Ti film on the entire surface of one surface side of the SOI wafer having the same specifications as the SOI wafer serving as the basis of the sensor wafer 10W An insulating film (insulating film of the first package wafer 20W) on the entire surface of one surface side of the silicon wafer having the same specifications as the silicon wafer serving as the basis of the first package wafer 20W and the SOI wafer for bonding test laminated with the Au film Insulating film formed under the same conditions as in No. 23) and a silicon wafer for bonding test in which a Ti film and an Au film are laminated are prepared for various Au film thicknesses with the same Au film thickness (Au film thickness). After performing the bonding process by the room temperature bonding method, the ratio of the bonding area between the bonding test SOI wafer and the bonding test silicon wafer to the wafer area is determined by the ultrasonic microscope. It was evaluated as a percentage. As a result, it has been found that the junction area ratio decreases as the thickness of the Au film increases, and that if the thickness of the Au film is 500 nm or less, a value greater than 90% can be obtained as the junction area ratio. By the way, in order to improve the overall yield in manufacturing the sensor device, it is necessary to improve the yield for each process, and it is desirable to set the yield for each process to a value of 90% or more. In order to achieve a yield of 90% or more in the second joining step for joining the sealing metal layers 18 and 28 and the electrical connection metal layers 19 and 29 to each other, the set film thickness of each Au film is set to 500 nm. It can be seen that the following should be set. Regarding the lower limit of the film thickness of each Au film, if the Au film becomes too thin, the film continuity of the Au film decreases and the resistance increases, or the electrical connection between the metal layers 19 and 29 for electrical connection is poor. Therefore, it is desirable to set it to 10 nm or more.

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、ＳＯＩ基板１０の主表面側に形成された保護絶縁層４０においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２が形成された第１の領域と第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８が形成された第２の領域との間に段差が形成され、ＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続するように保護絶縁層４０の表面に沿って形成された引き出し配線４３の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とが独立して設定されているので、引き出し配線４３の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とを独立して制御することができるから、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚を薄くすることで第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができてピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４およびＩＣ部Ｅ２が形成されたセンサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れる。しかも、センサ基板１においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１８とを電気的に接続する引き出し配線４３の膜厚を厚くすることで保護絶縁層４０において段差が形成されている部位での引き出し配線４３のカバレッジを図１３に示した従来例に比べて改善できて、引き出し配線４３が保護絶縁層４０の段差に起因して断線するのを防止することができる。   In the acceleration sensor of the present embodiment described above, the first region where the pad 42 of the IC portion E2 is formed in the protective insulating layer 40 formed on the main surface side of the SOI substrate 10 and the first metal layer for electrical connection. 19 and the second region where the first sealing metal layer 18 is formed, a step is formed, and the pad 42 of the IC part E2 and the first electrical connection metal layer 19 are electrically connected. Thus, the film thickness of the lead-out wiring 43 formed along the surface of the protective insulating layer 40 and the film thicknesses of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are set independently. Therefore, the film thickness of the lead-out wiring 43 and the film thicknesses of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 can be controlled independently. Decreasing the film thickness of the stop metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 Thus, the flatness of the surfaces of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 can be improved, and the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and the IC part E2 The yield of the joining process of the formed sensor substrate 1 and the first package substrate 2 can be improved. Moreover, a step is formed in the protective insulating layer 40 by increasing the film thickness of the lead-out wiring 43 that electrically connects the pad 42 of the IC portion E2 and the first electrical connection metal layer 18 in the sensor substrate 1. Thus, the coverage of the lead-out wiring 43 at the existing portion can be improved as compared with the conventional example shown in FIG. 13, and the lead-out wiring 43 can be prevented from being disconnected due to the step of the protective insulating layer 40.

要するに、本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、引き出し配線４３を形成する引き出し配線形成工程と、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程とが独立しているので、引き出し配線４３の膜厚と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚とを独立して制御することができるから、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線４３の断線を防止できる加速度センサを提供することができる。   In short, according to the method of manufacturing the acceleration sensor of the present embodiment, the lead wire forming step for forming the lead wire 43, and the metal for forming the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 are used. Since the layer forming step is independent, the film thickness of the lead-out wiring 43 and the film thicknesses of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 can be controlled independently. Therefore, the yield of the bonding process between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 can be improved, and the pads 42 of the IC portion E2 and the first electrical connection metal layer 19 are electrically connected to the sensor substrate 1. It is possible to provide an acceleration sensor capable of preventing disconnection of the lead wiring 43 connected to the.

ところで、上述の加速度センサでは、図１（ｂ）に示したように引き出し配線４３と第１の電気接続用金属層１９とが別々に形成されており、センサ基板１における引き出し配線４３および第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の形成にあたって、引き出し配線４３を形成する引き出し配線形成工程と第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を形成する金属層形成工程とが独立しているが、図１０に示すように、引き出し配線４３と第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成され且つ引き出し配線４３の膜厚を第１の電気接続用金属層１９および第１の封止用金属層１８の膜厚よりも厚くした構造を採用してもよい。図１０に示す構造を採用する場合には、ＳＯＩ基板１０の主表面側の保護絶縁層４０の表面側に引き出し配線４３および第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を引き出し配線４３の設定膜厚（第１の規定膜厚）で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９を所望の設定膜厚（第２の規定膜厚）とするようにエッチングする膜厚調整工程とを設ければよく、保護絶縁層４０において段差が形成されている部位での引き出し配線４３のカバレッジを図１３に示した従来例に比べて改善できて引き出し配線４３の断線を防止でき、しかも、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れる。   By the way, in the above-described acceleration sensor, the lead-out wiring 43 and the first electrical connection metal layer 19 are separately formed as shown in FIG. 1B, and the lead-out wiring 43 and the first electrical connection metal layer 19 in the sensor substrate 1 are formed. In forming the sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19, a lead wiring formation process for forming the lead wiring 43, the first sealing metal layer 18, and the first electrical connection metal layer However, as shown in FIG. 10, the lead-out wiring 43 and the first electrical connection metal layer 19 are formed continuously and integrally, and the thickness of the lead-out wiring 43 is as shown in FIG. A structure may be employed in which the film thickness is made thicker than the film thickness of the first electrical connection metal layer 19 and the first sealing metal layer 18. When the structure shown in FIG. 10 is adopted, the lead-out wiring 43, the first sealing metal layer 18, and the first electrical connection metal layer are formed on the surface side of the protective insulating layer 40 on the main surface side of the SOI substrate 10. 19 is formed simultaneously with the set film thickness (first specified film thickness) of the lead-out wiring 43, and the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer after the simultaneous formation process. And a film thickness adjusting step for etching so as to have a desired set film thickness (second specified film thickness) 19. The lead wiring 43 at the portion where the step is formed in the protective insulating layer 40 may be provided. The coverage can be improved as compared with the conventional example shown in FIG. 13, the disconnection of the lead wiring 43 can be prevented, and the yield of the joining process between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 can be improved.

ここで、上述の同時形成工程を、上記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層（例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜）を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に上記第１の規定膜厚と上記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層（例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜）を形成する第２の金属層形成工程とで構成し、膜厚調整工程では、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで上記第２の規定膜厚とするようにしてもよく、このような製造方法を採用すれば、第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の膜厚制御性が向上するとともに第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の表面の平坦性を高めることができ、接合工程の歩留まりを高めることができる。   Here, the above-mentioned simultaneous forming step is a step of forming a first metal layer (for example, a laminated film of a Ti film and an Au film on the Ti film) having a film thickness set to the second specified film thickness. A first metal layer forming step, and a second metal layer (for example, a Ti film) having a thickness set to a difference between the first specified film thickness and the second specified film thickness on the first metal layer And a second metal layer forming step for forming a laminated film of a Ti film and an Au film on the Ti film. In the film thickness adjusting step, the first sealing metal layer 18 and the first electric connection metal The portion of the layer 19 that is formed by the second metal layer may be etched using the first metal layer as an etching stopper layer so as to have the second specified film thickness. If adopted, the film thickness controllability of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 is improved. Both can improve the surface flatness of the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19, it is possible to increase the yield of the bonding process.

また、図１１に示すように、引き出し配線４３を第１の引き出し配線用金属層４３ａと第２の引き出し配線用金属層４３ｂとの２層構造とし、第２の引き出し配線用金属層４３ｂと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用してもよい。ここで、第１の引き出し配線用金属層４３ａおよび第２の引き出し配線用金属層４３ｂは、例えば、Ｔｉ膜とＴｉ膜上のＡｕ膜との積層膜により構成すればよい。   Further, as shown in FIG. 11, the lead-out wiring 43 has a two-layer structure of a first lead-out wiring metal layer 43a and a second lead-out wiring metal layer 43b. A structure in which one electrical connection metal layer 19 is continuously formed integrally may be employed. Here, the first lead wiring metal layer 43a and the second lead wiring metal layer 43b may be formed of, for example, a laminated film of a Ti film and an Au film on the Ti film.

図１１に示す構造を採用する場合には、引き出し配線４３の形成にあたって、ＳＯＩ基板１０の主表面側の保護絶縁層４０の表面側に第１の引き出し配線用金属層４３ａを形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層４３ａ上に第２の引き出し配線用金属層４３ｂを形成する第２の配線用金属層形成工程とを設け、第２の配線用金属層形成工程において第１の封止用金属層１８および第１の電気接続層金属層１９を同時形成するようにすればよく、第２の引き出し配線用金属層４３ｂの膜厚を第１の封止用金属層１８および第１の電気接続用金属層１９の所望の膜厚（上記第２の規定膜厚）に設定し、第１の引き出し配線用金属層４３ａと第２の引き出し配線用金属層４３ｂとの合計膜厚を引き出し配線４３の所望の膜厚（上記第１の規定膜厚）に設定しておくことにより、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線４３の断線を防止できる。   When the structure shown in FIG. 11 is adopted, when the lead-out wiring 43 is formed, a first lead-out wiring metal layer 43 a is formed on the surface side of the protective insulating layer 40 on the main surface side of the SOI substrate 10. A wiring metal layer forming step, and a second wiring metal layer forming step of forming a second lead wiring metal layer 43b on the first lead wiring metal layer 43a. In the layer forming step, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection layer metal layer 19 may be formed at the same time, and the film thickness of the second lead wiring metal layer 43b is set to the first sealing metal layer 43b. The desired metal thickness for the stop metal layer 18 and the first electrical connection metal layer 19 (the second specified film thickness) is set, and the first lead wiring metal layer 43a and the second lead wiring metal The total film thickness with the layer 43b is desired for the lead-out wiring 43. By setting the film thickness (the first specified film thickness), the yield of the bonding process between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 can be improved, and the IC portion E2 in the sensor substrate 1 can be improved. It is possible to prevent disconnection of the lead-out wiring 43 that electrically connects the pad 42 and the first electrical connection metal layer 19.

また、図１１では第２の引き出し配線用金属層４３ｂと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用しているが、第２の引き出し配線用金属層４３ｂではなく第１の引き出し配線用金属層４３ａと第１の電気接続用金属層１９とが連続一体に形成された構造を採用してもよい。この場合には、第１の引き出し配線用金属層４３ａを形成する第１の配線用金属層形成工程において第１の封止用金属層１８および第１の電気接続層金属層１９を同時形成するようにすればよく、第１の引き出し配線用金属層４３ａの膜厚を上記第２の規定膜厚に設定し、第１の引き出し配線用金属層４３ａと第２の引き出し配線用金属層４３ｂとの合計膜厚を上記第１の規定膜厚に設定しておくことにより、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との接合工程の歩留まりの向上を図れ、且つ、センサ基板１においてＩＣ部Ｅ２のパッド４２と第１の電気接続用金属層１９とを電気的に接続する引き出し配線４３の断線を防止できる。   Further, in FIG. 11, a structure in which the second lead wiring metal layer 43b and the first electrical connection metal layer 19 are formed continuously and integrally is adopted, but in the second lead wiring metal layer 43b, Alternatively, a structure in which the first lead wiring metal layer 43a and the first electrical connection metal layer 19 are continuously formed integrally may be employed. In this case, the first sealing metal layer 18 and the first electrical connection layer metal layer 19 are simultaneously formed in the first wiring metal layer forming step of forming the first lead wiring metal layer 43a. The first lead wiring metal layer 43a is set to the second specified film thickness, and the first lead wiring metal layer 43a, the second lead wiring metal layer 43b, By setting the total film thickness to the first specified film thickness, the yield of the bonding process between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 can be improved, and the IC portion of the sensor substrate 1 can be improved. It is possible to prevent disconnection of the lead-out wiring 43 that electrically connects the pad 42 of E2 and the first metal layer 19 for electrical connection.

なお、上述の加速度センサの製造方法では、センサ基板１と第１のパッケージ用基板２との封止用金属層１８，２８同士および電気接続用金属層１９，２９同士が金属−金属の常温接合により接合されており、金属−金属の組み合わせが、化学的に安定な材料であるＡｕ−Ａｕの組み合わせなので、製造歩留まりを向上できるとともに接合安定性を向上できる。ここにおいて、金属−金属の組み合せは、Ａｕ−Ａｕに限らず、例えば、Ｃｕ−Ｃｕの組み合わせや、Ａｌ−Ａｌの組み合わせでもよく、Ｃｕ−Ｃｕの組み合わせの場合には、各電気接続用金属層１９，２９の低抵抗化を図れることができ、Ａｌ−Ａｌの組み合わせの場合には、Ａｕ−Ａｕの組み合わせを採用する場合に比べて、材料コストを低減することができる。   In the above-described acceleration sensor manufacturing method, the metal layers 18 and 28 for sealing and the metal layers 19 and 29 for electrical connection between the sensor substrate 1 and the first package substrate 2 are metal-metal room temperature bonding. Since the metal-metal combination is a combination of Au and Au, which is a chemically stable material, the manufacturing yield can be improved and the bonding stability can be improved. Here, the metal-metal combination is not limited to Au-Au, and may be, for example, a Cu-Cu combination or an Al-Al combination. In the case of a Cu-Cu combination, each metal layer for electrical connection 19 and 29 can be reduced in resistance, and in the case of an Al—Al combination, the material cost can be reduced compared to the case of adopting an Au—Au combination.

また、上述の加速度センサの製造方法では、センサ基板１と第２のパッケージ用基板３とが、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせの常温接合により接合されているが、Ｓｉ−Ｓｉの組み合わせに限らず、Ｓｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＳｉＯ２、ＳｉＯ２−ＳｉＯ２の群から選択される１組の組み合わせの常温接合により接合されるようにしてもよい。 In the above-described acceleration sensor manufacturing method, the sensor substrate 1 and the second package substrate 3 are bonded by room temperature bonding of a combination of Si—Si. However, the present invention is not limited to the combination of Si—Si. -Si, may be joined by a set of room-temperature bonding of a combination selected from Si-SiO 2, SiO 2 groups -SiO 2.

また、上述の加速度センサでは、第１のパッケージ用基板２の第２の電気接続用金属層２９におけるセンサ基板１の第１の電気接続用金属層１９との接合部位を、当該第２の電気接続用金属層２９における貫通孔配線２４との接続部位からずらしてあるので、第２の電気接続用金属層２９において第１の電気接続用金属層１９との接合部位の接合前の表面の平滑性を高めることができ（第２の電気接続用金属層２９の成膜時の表面の平滑性を高めることができ）、第１の電気接続用金属層１９と第２の電気接続用金属層２９とを上述のように常温接合法により直接接合する場合の接合信頼性を高めることが可能となる。   In the acceleration sensor described above, the second electrical connection metal layer 29 of the first package substrate 2 is connected to the first electrical connection metal layer 19 of the sensor substrate 1 with the second electrical connection. Since the connection metal layer 29 is shifted from the connection site with the through-hole wiring 24, the surface of the second electrical connection metal layer 29 before the junction with the first electrical connection metal layer 19 is smoothed. The first electrical connection metal layer 19 and the second electrical connection metal layer can be improved (the smoothness of the surface when the second electrical connection metal layer 29 is formed can be improved). As described above, it is possible to improve the bonding reliability in the case of directly bonding 29 to the substrate by the room temperature bonding method.

ところで、上述の実施形態ではセンサ装置としてピエゾ形の加速度センサを例示したが、センサ装置はピエゾ抵抗形の加速度センサに限らず、例えば、容量形の加速度センサや、ジャイロセンサや、熱形の赤外線センサなどでもよく、センサ基板の構造によっては、第２のパッケージ用基板を用いることなくセンサ基板と第１のパッケージ用基板とでセンサ装置を構成することができる。   By the way, in the above-described embodiment, the piezo-type acceleration sensor is exemplified as the sensor device. However, the sensor device is not limited to the piezoresistive type acceleration sensor. For example, a capacitive acceleration sensor, a gyro sensor, or a thermal infrared ray is used. Depending on the structure of the sensor substrate, the sensor device can be configured with the sensor substrate and the first package substrate without using the second package substrate.

実施形態の加速度センサを示し、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は要部概略断面図である。The acceleration sensor of embodiment is shown, (a) is a schematic sectional drawing, (b) is a principal part schematic sectional drawing. 同上の加速度センサを示し、（ａ）は他の要部概略断面図、（ｂ）は別の要部概略断面図である。The acceleration sensor same as the above is shown, (a) is another main part schematic sectional view, (b) is another main part schematic sectional view. 同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。The sensor board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional view. 同上におけるセンサ部の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor part in the same as the above. 同上における第１のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。The 1st board | substrate for packages in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A-A 'schematic sectional drawing of (a). 同上における第１のパッケージ用基板の下面図である。It is a bottom view of the 1st board | substrate for packages in the same as the above. 同上における第２のパッケージ用基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図である。The 2nd board | substrate for packages in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. 同上の加速度センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。It is principal process sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of an acceleration sensor same as the above. 同上におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は要部概略断面図である。The wafer level package structure same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic side view, (c) is a principal part schematic sectional drawing. 同上の加速度センサの他の構成例を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows the other structural example of an acceleration sensor same as the above. 同上の加速度センサの別の構成例を示す要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing which shows another structural example of an acceleration sensor same as the above. 常温接合法の説明図である。It is explanatory drawing of a normal temperature joining method. 従来例の説明図である。It is explanatory drawing of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

１ センサ基板
２ 第１のパッケージ用基板
３ 第２のパッケージ用基板
１０ ＳＯＩ基板
１２ 重り部
１３ 撓み部
１６ 表面絶縁膜
１８ 第１の封止用金属層
１９ 第１の電気接続用金属層
２８ 第２の封止用金属層
２９ 第２の電気接続用金属層
４０ 表面保護層
４１ 多層構造部
４２ パッド
４３ 引き出し配線
Ｅ１ センサ部
Ｅ２ ＩＣ部
Ｅ３ 接合用領域部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor substrate 2 1st package substrate 3 2nd package substrate 10 SOI substrate 12 Weight part 13 Deflection part 16 Surface insulating film 18 1st metal layer for sealing 19 1st metal layer for electrical connection 28 2nd 2 metal layer for sealing 29 second metal layer for electrical connection 40 surface protective layer 41 multilayer structure part 42 pad 43 lead-out wiring E1 sensor part E2 IC part E3 bonding area part

Claims (7)

半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部が形成されたセンサ基板と、ＩＣ部に電気的に接続される貫通孔配線が形成されたパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されたセンサ装置であって、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された第１の領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された第２の領域との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなることを特徴とするセンサ装置。 A sensor substrate having a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion formed on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package substrate having a through-hole wiring electrically connected to the IC portion. a sensor device activated sealing metal layers to each other and the activated electrical connection metal layers to each other was bonded at room temperature between the substrate and the packaging substrate, the sensor substrate is mainly of a semiconductor substrate In the protective insulating layer formed on the surface side, a step is formed between the first region where the pad of the IC portion is formed and the second region where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to electrically connect the pad of the IC part and the metal layer for electrical connection is a film of the metal layer for sealing and the metal layer for electrical connection to become set thicker than Sensor device and butterflies. 前記各封止用金属層および前記各電気接続用金属層は、下地との密着性改善用金属膜と当該密着性改善用金属膜上に積層されたＡｕ膜との積層膜により構成され、Ａｕ膜の設定膜厚が５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１記載のセンサ装置。   Each of the sealing metal layers and each of the electrical connection metal layers is composed of a laminated film of a metal film for improving adhesion to a base and an Au film laminated on the metal film for improving adhesion. 2. The sensor device according to claim 1, wherein a set film thickness of the film is 500 nm or less. 半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に引き出し配線および封止用金属層および電気接続用金属層を引き出し配線の設定膜厚からなる第１の規定膜厚で同時形成する同時形成工程と、同時形成工程の後で封止用金属層および電気接続用金属層を所望の設定膜厚である第２の規定膜厚とするようにエッチングする膜厚調整工程と、膜厚調整工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。 A sensor substrate having a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package substrate having a plurality of through-hole wirings electrically connected to the sensing portion. The activated metal layers for sealing and the activated metal layers for electrical connection between the substrate and the package substrate are bonded at room temperature, and the sensor substrate is formed on the main surface side of the semiconductor substrate. In the formed protective insulating layer, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region portion where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to be electrically connected to the connection metal layer is set to be larger than the film thickness of the sealing metal layer and the electric connection metal layer. Sensor A method of manufacturing a location, the bonding area portion by etching back the portion corresponding to the bonding area portion of the sensing portion and a protective insulating layer formed on the main surface of the sensor substrate during the formation of the IC portion a flattening step of flattening the surface, setting film pull the main surface side lead wires and the sealing metal layer on the surface side of the protective insulating layer and electrical connection metal layer of the semiconductor substrate after the planarization process lines A simultaneous forming step of simultaneously forming at a first specified film thickness comprising a thickness; and a second specified film thickness that is a desired set film thickness of the sealing metal layer and the electrical connection metal layer after the simultaneous forming step; The film thickness adjusting step for etching and the activated sealing metal layers of the sensor substrate and the package substrate after the film thickness adjusting step and the activated metal layers for electrical connection to each other at room temperature. It has a joining process to join Method of manufacturing a sensor device, characterized in that that. 前記同時形成工程は、前記第２の規定膜厚に膜厚が設定された第１の金属層を形成する第１の金属層形成工程と、第１の金属層上に前記第１の規定膜厚と前記第２の規定膜厚との差分に膜厚が設定された第２の金属層を形成する第２の金属層形成工程とからなり、前記膜厚調整工程では、前記封止用金属層および前記電気接続用金属層において第２の金属層により形成されている部位を第１の金属層をエッチングストッパ層としてエッチングすることで前記第２の規定膜厚とすることを特徴とする請求項３記載のセンサ装置の製造方法。 The simultaneous forming step includes a first metal layer forming step of forming a first metal layer having a thickness set to the second specified thickness, and the first specified film on the first metal layer. A second metal layer forming step of forming a second metal layer having a thickness set to a difference between the thickness and the second specified film thickness. In the film thickness adjusting step, the sealing metal A portion formed by the second metal layer in the layer and the metal layer for electrical connection is etched using the first metal layer as an etching stopper layer to obtain the second specified film thickness. Item 4. A method for manufacturing a sensor device according to Item 3 . 半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第２の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。 A sensor substrate having a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package substrate having a plurality of through-hole wirings electrically connected to the sensing portion. The activated metal layers for sealing and the activated metal layers for electrical connection between the substrate and the package substrate are bonded at room temperature, and the sensor substrate is formed on the main surface side of the semiconductor substrate. In the formed protective insulating layer, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region portion where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to be electrically connected to the connection metal layer is set to be larger than the film thickness of the sealing metal layer and the electric connection metal layer. Sensor The method of manufacturing the device includes the step of etching back the portion corresponding to the bonding region portion of the protective insulating layer formed on the main surface side of the sensor substrate when forming the sensing portion and the IC portion. A flattening step for flattening the surface, and a first wiring metal layer forming step for forming a first lead wiring metal layer on the surface side of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate after the flattening step And a second wiring metal layer forming step of forming a second lead wiring metal layer on the first lead wiring metal layer, wherein the sealing metal layer is formed in the second wiring metal layer forming step. The metal layer and the electrical connection layer metal layer are formed at the same time, and the activated metal layers for sealing and activation of the sensor substrate and the package substrate after the second wiring metal layer forming step are activated. Metal layers for electrical connection Method of manufacturing features and to Rousset capacitors apparatus further comprising a bonding step of temperature bonding. 半導体基板の主表面側にセンシング部およびセンシング部と協働するＩＣ部を形成したセンサ基板と、センシング部に電気的に接続される複数の貫通孔配線を形成したパッケージ用基板とを備え、センサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士が常温接合されてなるものであり、センサ基板は、半導体基板の主表面側に形成された保護絶縁層においてＩＣ部のパッドが形成された領域と電気接続用金属層および封止用金属層が形成された接合用領域部との間に段差が形成され、ＩＣ部のパッドと電気接続用金属層とを電気的に接続するように保護絶縁層の表面に沿って形成された引き出し配線の膜厚が封止用金属層および電気接続用金属層の膜厚よりも厚く設定されてなるセンサ装置の製造方法であって、センシング部およびＩＣ部の形成時にセンサ基板の主表面側に形成された保護絶縁層のうち接合用領域部に対応する部分をエッチバックすることにより接合用領域部の表面を平坦化する平坦化工程と、平坦化工程の後で半導体基板の主表面側の保護絶縁層の表面側に第１の引き出し配線用金属層を形成する第１の配線用金属層形成工程と、第１の引き出し配線用金属層上に第２の引き出し配線用金属層を形成する第２の配線用金属層形成工程とを備え、第１の配線用金属層形成工程において前記封止用金属層および前記電気接続層金属層を同時形成するようにし、第２の配線用金属層形成工程よりも後でセンサ基板とパッケージ用基板との活性化された封止用金属層同士および活性化された電気接続用金属層同士を常温接合する接合工程を備えることを特徴とするセンサ装置の製造方法。 A sensor substrate having a sensing portion and an IC portion that cooperates with the sensing portion on the main surface side of the semiconductor substrate, and a package substrate having a plurality of through-hole wirings electrically connected to the sensing portion. The activated metal layers for sealing and the activated metal layers for electrical connection between the substrate and the package substrate are bonded at room temperature, and the sensor substrate is formed on the main surface side of the semiconductor substrate. In the formed protective insulating layer, a step is formed between the region where the pad of the IC portion is formed and the bonding region portion where the metal layer for electrical connection and the metal layer for sealing are formed. The film thickness of the lead-out wiring formed along the surface of the protective insulating layer so as to be electrically connected to the connection metal layer is set to be larger than the film thickness of the sealing metal layer and the electric connection metal layer. Sensor A method of manufacturing a location, the bonding area portion by etching back the portion corresponding to the bonding area portion of the sensing portion and a protective insulating layer formed on the main surface of the sensor substrate during the formation of the IC portion A flattening step for flattening the surface, and a first wiring metal layer forming step for forming a first lead wiring metal layer on the surface side of the protective insulating layer on the main surface side of the semiconductor substrate after the flattening step And a second wiring metal layer forming step of forming a second lead wiring metal layer on the first lead wiring metal layer, wherein the sealing metal layer is formed in the first wiring metal layer forming step. The metal layer and the electrical connection layer metal layer are formed at the same time , and the activated metal layers for sealing and activation of the sensor substrate and the package substrate after the second wiring metal layer forming step are activated. Metal layers for electrical connection Method of manufacturing a sensor device, characterized in that it comprises a bonding step of temperature bonding. 前記接合工程が終了するまでの全工程を前記センサ基板および前記パッケージ用基板それぞれについてウェハレベルで行うことで前記センサ装置を複数備えたウェハレベルパッケージ構造体を形成するようにし、当該ウェハレベルパッケージ構造体から前記センサ装置に分割する分割工程を備えることを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれかに記載のセンサ装置の製造方法。 A wafer level package structure including a plurality of the sensor devices is formed by performing all the processes until the bonding process is completed at the wafer level for each of the sensor substrate and the package substrate. method of manufacturing a sensor device according to the body in any one of claims 3 to 6 you further comprising a dividing step of dividing the sensor device.
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