JP4095643B2 - Manufacturing method of sensor element - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、加速度センサなどのセンサ素子の製造方法に関するものである。 The present invention is, for example, a method of manufacturing a sensor element such as an acceleration sensor.

従来からマイクロマシニング技術を利用して形成したセンサ素子としてＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）が知られており、近年、マイクロマシニング技術およびウェハレベルパッケージング技術を利用して形成したセンサ素子が研究開発されている。   Conventionally, MEMS (Micro Electro Mechanical System) has been known as a sensor element formed using micromachining technology. In recent years, sensor elements formed using micromachining technology and wafer level packaging technology have been researched and developed. ing.

ここにおいて、ＭＥＭＳとしては、加速度センサやジャイロセンサなどが広く知られており、加速度センサとしては、加速度が印加されたときのピエゾ抵抗からなるゲージ抵抗のひずみによる抵抗値の変化により加速度を検出するピエゾ抵抗形の加速度センサや、加速度が印加されたときの固定電極と可動電極との間の静電容量の変化により加速度を検出する容量形の加速度センサなどが知られている。   Here, acceleration sensors, gyro sensors, and the like are widely known as MEMS, and as an acceleration sensor, acceleration is detected by a change in resistance value due to strain of a gauge resistance composed of a piezoresistor when acceleration is applied. A piezoresistive acceleration sensor, a capacitive acceleration sensor that detects acceleration by a change in electrostatic capacitance between a fixed electrode and a movable electrode when acceleration is applied, and the like are known.

ピエゾ抵抗形の加速度センサとしては、矩形枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が一方向へ延長された撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された片持ち式のものや、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が相反する２方向へ延長された一対の撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持された両持ち式のものなどが提案されており、近年では、枠状のフレーム部の内側に配置される重り部が四方へ延長された４つの撓み部を介してフレーム部に揺動自在に支持され、互いに直交する３方向それぞれの加速度を各別に検出可能なものも提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。   As a piezoresistive acceleration sensor, a cantilever type is supported in such a manner that a weight portion arranged inside a rectangular frame-like frame portion is swingably supported by the frame portion via a bending portion extended in one direction. Also proposed is a dual-support type that is swingably supported by the frame portion through a pair of flexure portions that are extended in two opposite directions with weight portions arranged inside the frame-shaped frame portion. In recent years, a weight portion arranged inside a frame-like frame portion is supported by the frame portion through four flexible portions extended in four directions so as to be swingable, and accelerations in three directions orthogonal to each other. Have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

なお、上述のピエゾ抵抗形の加速度センサでは、重り部および撓み部が可動部を構成し、ピエゾ抵抗がセンシング部を構成している。また、容量形の加速度センサ（例えば、特許文献３参照）やジャイロセンサ（例えば、特許文献４参照）では、可動電極を設けた重り部や可動電極を兼ねる重り部などが可動部を構成しており、固定電極と可動電極とによりセンシング部を構成している。   In the above-described piezoresistive acceleration sensor, the weight part and the bending part constitute a movable part, and the piezoresistor constitutes a sensing part. Further, in a capacitive acceleration sensor (for example, see Patent Document 3) and a gyro sensor (for example, see Patent Document 4), a weight part provided with a movable electrode, a weight part also serving as a movable electrode, and the like constitute a movable part. The sensing unit is configured by the fixed electrode and the movable electrode.

ところで、上述のＭＥＭＳは、シリコンウェハやＳＯＩウェハなどを用いてフレーム部および可動部を有するセンサ基板を形成することが多いので、センサ基板と同じサイズのパッケージ用基板をセンサ基板に接合することでセンサ素子を構成する場合、シリコンウェハを用いてパッケージ用基板を形成するとともに、シリコンウェハ同士を接合する常温接合法（例えば、特許文献５，６参照）を利用してパッケージ用基板とセンサ基板とを接合することが考えられる。   By the way, since the above-mentioned MEMS often forms a sensor substrate having a frame part and a movable part using a silicon wafer, an SOI wafer, or the like, by bonding a package substrate having the same size as the sensor substrate to the sensor substrate. When a sensor element is configured, a package substrate is formed using a silicon wafer, and a package substrate and a sensor substrate are formed using a room temperature bonding method (for example, see Patent Documents 5 and 6) in which silicon wafers are bonded to each other. Can be considered.

ここにおいて、上記特許文献５には、例えば、図２６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６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。 Here, in Patent Document 5, for example, as shown in FIG. 26 , 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 6 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. Has been.

上述のセンサ素子の製造にあたって、上記特許文献５，６に開示された常温接合技術を適用することにより、センサ基板の残留応力を低減できるが、上記常温接合技術では接合面の活性化に適した真空度の真空中において接合面を活性化し、引き続いて接合面同士を接合するので、センサ基板と少なくとも１枚のパッケージ用基板とを接合して形成された気密パッケージ内の雰囲気がセンサ素子の所望のセンサ特性（例えば、周波数特性、耐衝撃性、感度など）に適した雰囲気とはならなかった。   In manufacturing the sensor element described above, the residual stress of the sensor substrate can be reduced by applying the room temperature bonding technique disclosed in Patent Documents 5 and 6, but the room temperature bonding technique is suitable for activation of the bonding surface. Since the bonding surfaces are activated in the vacuum of the degree of vacuum and subsequently bonded to each other, the atmosphere in the hermetic package formed by bonding the sensor substrate and at least one package substrate is desired for the sensor element. The atmosphere was not suitable for the sensor characteristics (for example, frequency characteristics, impact resistance, sensitivity, etc.).

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、所望のセンサ特性のセンサ素子を容易に形成することができるセンサ素子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 an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a sensor element that can easily form a sensor element having desired sensor characteristics.

請求項１の発明は、Ｓｉを用いて形成されセンシング部が設けられたセンサ基板とＳｉを用いて形成され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有する第１のパッケージ用基板およびＳｉを用いて形成された第２のパッケージ用基板とを接合して形成された気密パッケージを有するセンサ素子の製造方法であって、真空中においてセンサ基板と各パッケージ用基板との互いの接合面それぞれを清浄・活性化する活性化工程と、活性化工程の後でセンサ基板および各パッケージ用基板の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板と各パッケージ用基板とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバ内で連続的に行うようにし、接合工程では、センサ基板と第２のパッケージ用基板とを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し、その後、センサ基板における第１のパッケージ用基板との対向面側においてセンシング部に電気的に接続された第１の接続用接合金属層と第１のパッケージ用基板におけるセンサ基板との対向面側において貫通孔配線に電気的に接続された第２の接続用接合金属層とを常温接合するとともに、センサ基板と第１のパッケージ用基板との互いの対向面に形成されている封止用接合金属層同士を常温接合することを特徴とする。なお、ここにおける同一チャンバとは、マルチチャンバを含む概念である。 The invention of claim 1, first with electrically connected to the through-hole interconnection in the sensing portion of the Sensing portion is formed is formed by using a sensor substrate and the Si provided sensor substrate using Si a method of manufacturing a sensor element having a second substrate and airtight package formed by joining the package formed by using the substrate for package and Si, the substrate sensor substrate and the package in a vacuum In an airtight package designed to clean and activate each joint surface with each other and the atmosphere in the space where the sensor substrate and each package substrate exist after the activation step according to the desired sensor characteristics The atmosphere adjustment process for adjusting the design atmosphere of the sensor, and the sensor substrate and each package substrate are brought into contact with each other in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment process. A bonding step for bonding, and the activation step, the atmosphere adjustment step, and the bonding step are continuously performed in the same chamber. In the bonding step, the sensor substrate and the second package substrate are bonded to Si-Si, Bonding is performed by a pair of room temperature bonding selected from the group of Si—SiO 2 and SiO 2 —SiO 2 , and then the sensing portion is electrically connected to the sensing portion on the side of the sensor substrate facing the first package substrate. The first connection bonding metal layer connected and the second connection bonding metal layer electrically connected to the through-hole wiring on the side of the first package substrate facing the sensor substrate are bonded at room temperature. In addition, the sealing bonding metal layers formed on the opposing surfaces of the sensor substrate and the first package substrate are bonded at room temperature. The same chamber here is a concept including a multi-chamber.

この発明によれば、活性化工程の後でセンサ基板および各パッケージ用基板の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板と各パッケージ用基板とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバ内で連続的に行うので、活性化工程により清浄・活性化されたセンサ基板の接合面と各パッケージ用基板の接合面とを大気に曝すことなく所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整された雰囲気下で突き合せて接合することができ、所望のセンサ特性のセンサ素子を容易に形成することができる。また、この発明によれば、接合工程では、センサ基板と第２のパッケージ用基板とをＳｉ−Ｓｉ、Ｓｉ−ＳｉＯ ２ 、ＳｉＯ ２ −ＳｉＯ ２ 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し、その後、センサ基板における第１のパッケージ用基板との対向面側においてセンシング部に電気的に接続された第１の接続用接合金属層と第１のパッケージ用基板におけるセンサ基板との対向面側において貫通孔配線に電気的に接続された第２の接続用接合金属層とを常温接合するとともに、センサ基板と第１のパッケージ用基板との互いの対向面に形成されている封止用接合金属層同士を常温接合するので、センサ基板と各パッケージ用基板との接合時に発生する残留応力を低減できる。 According to the present invention, the atmosphere adjustment step of adjusting the atmosphere of the sensor substrate and existing spaces of the package substrate after the activation step in the design atmosphere in airtight package designed according to desired sensor characteristics When, and a bonding step of bonding the sensor substrate and the substrate for the package by butt joint surfaces of each other in an atmosphere that is adjusted in an atmosphere adjustment step, the activation process and the atmospheric adjustment step and the bonding step since continuously performed in the same chamber, designed and bonding surface of the sensor substrate which is cleaned, activated by the activation process and the bonding surfaces of the package substrate according to desired sensor characteristics without being exposed to the air It is possible to butt and bond in an atmosphere adjusted to the design atmosphere in the hermetic package, and a sensor element having desired sensor characteristics can be easily formed . Further, according to the present invention, in the bonding step, the sensor substrate and the second package substrate are bonded at room temperature by a set of combinations selected from the group of Si—Si, Si—SiO 2 , and SiO 2 —SiO 2. Between the first connecting metal layer for connection electrically connected to the sensing portion on the surface of the sensor substrate facing the first package substrate, and the sensor substrate in the first package substrate. On the opposite surface side, a second connection bonding metal layer electrically connected to the through-hole wiring is bonded at room temperature, and a seal formed on the opposite surfaces of the sensor substrate and the first package substrate. Since the fixing bonding metal layers are bonded to each other at room temperature, the residual stress generated when the sensor substrate and each package substrate are bonded can be reduced.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記センサ基板には前記センシング部と協働する集積回路が形成されてなることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the sensor substrate is formed with an integrated circuit that cooperates with the sensing unit.

この発明によれば、前記センシング部と協働する集積回路が形成されたＩＣチップをセンサ素子とともに１つのパッケージに収納してセンサモジュールを構成する場合に比べて、製造コストの低コスト化を図れる。   According to this invention, the manufacturing cost can be reduced as compared with the case where the sensor chip is configured by housing the IC chip on which the integrated circuit cooperating with the sensing unit is formed together with the sensor element in one package. .

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記雰囲気調整工程では、前記チャンバ内へ不活性ガスを導入することにより前記チャンバ内の雰囲気を前記設計雰囲気に調整することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect of the invention, in the atmosphere adjustment step, the atmosphere in the chamber is adjusted to the design atmosphere by introducing an inert gas into the chamber. Features.

この発明によれば、前記チャンバ内の雰囲気を調整する際に前記活性化工程にて清浄・活性化された接合面を清浄・活性な状態に保つことができるとともに、前記センサ素子の信頼性を高めることができる。   According to this invention, when the atmosphere in the chamber is adjusted, the bonded surface cleaned and activated in the activation step can be kept clean and active, and the reliability of the sensor element can be improved. Can be increased.

請求項４の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記センサ素子が加速度センサであり、前記雰囲気調整工程では、前記活性化工程の後で前記チャンバ内へ不活性ガスを導入して前記チャンバ内を大気圧まで戻すことで前記チャンバ内の雰囲気を前記設計雰囲気に調整することを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the first or second aspect of the present invention, the sensor element is an acceleration sensor, and in the atmosphere adjustment step, an inert gas is introduced into the chamber after the activation step. Then, the atmosphere in the chamber is adjusted to the design atmosphere by returning the inside of the chamber to atmospheric pressure.

この発明によれば、前記センサ素子である加速度センサの周波数特性および耐衝撃性をダンピング効果により向上できる。   According to this invention, the frequency characteristic and impact resistance of the acceleration sensor that is the sensor element can be improved by the damping effect.

請求項５の発明は、請求項１ないし請求項４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素子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素子に分割する分割工程を備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the first to fourth aspects of the present invention, a plurality of sensor elements are obtained by performing all steps until the bonding step is completed 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 elements is provided.

この発明によれば、前記気密パッケージの平面サイズを前記センサ基板の平面サイズに合わせることができるから、より小型のセンサ素子を提供でき、また、量産性を高めることができる。   According to the present invention, since the planar size of the hermetic package can be matched with the planar size of the sensor substrate, a smaller sensor element can be provided and mass productivity can be improved.

請求項１の発明では、所望のセンサ特性のセンサ素子を容易に形成することができるという効果がある。   According to the first aspect of the present invention, there is an effect that a sensor element having desired sensor characteristics can be easily formed.

（実施形態１）
以下、本実施形態のセンサ素子について図２〜図１１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１を参照しながら説明する。 (Embodiment 1)
Hereinafter, after describing the sensor element of the present embodiment with reference to FIGS . 2 to 11 , a characteristic manufacturing method will be described with reference to FIG. 1.

本実施形態のセンサ素子は、加速度センサであり、図２（ｃ）および図３に示すように後述のセンシング部が形成されたセンサ基板１と、センサ基板１のセンシング部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２（ｃ）の上面側）に封着された貫通孔配線形成基板（第１のパッケージ用基板）２と、センサ基板１の他表面側（図２（ｃ）の下面側）に封着されたカバー基板（第２のパッケージ用基板）３とを備えている。ここにおいて、センサ基板１および貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３の外周形状は矩形状であり、貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。なお、図２（ｃ）は図３のＡ−Ａ’断面に相当する図である。   The sensor element of the present embodiment is an acceleration sensor, and is electrically connected to the sensor substrate 1 on which a sensing unit described later is formed and the sensing unit of the sensor substrate 1 as shown in FIGS. A through-hole wiring forming substrate (first package substrate) 2 sealed on one surface side of the sensor substrate 1 (upper surface side in FIG. 2C), and the sensor substrate 1 And a cover substrate (second package substrate) 3 sealed on the other surface side (the lower surface side in FIG. 2C). Here, the outer peripheral shapes of the sensor substrate 1, the through-hole wiring formation substrate 2, and the cover substrate 3 are rectangular, and the through-hole wiring formation substrate 2 and the cover substrate 3 are formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1. FIG. 2C is a diagram corresponding to the A-A ′ cross section of FIG. 3.

上述のセンサ基板１は、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ウェハを加工することにより形成してあり、貫通孔配線形成基板２は第１のシリコンウェハを加工することにより形成し、カバー基板３は第２のシリコンウェハ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ウェハにおける支持基板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のシリコンウェハの厚さを２００μｍ〜３００μｍ程度、第２のシリコンウェハの厚さを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ウェハ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 described above processes an SOI wafer having an n-type silicon layer (active layer) 10c on an insulating layer (buried oxide film) 10b made of a silicon oxide film on a support substrate 10a made of a silicon substrate. The through-hole wiring forming substrate 2 is formed by processing the first silicon wafer, and the cover substrate 3 is formed by processing the second silicon wafer. In this embodiment, the thickness of the support substrate 10a in the SOI wafer 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. The thickness of the first silicon wafer is about 200 μm to 300 μm, and the thickness of the second silicon wafer is about 100 to 300 μm. However, these numerical values are not particularly limited. The surface of the silicon layer 10c, which is the main surface of the SOI wafer, is a (100) plane.

センサ基板１は、図５〜図７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２（ｃ）および図５（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ウェハの支持基板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ウェハ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。   As shown in FIGS. 5 to 7, the sensor substrate 1 includes a frame portion 11 having a frame shape (in this embodiment, a rectangular frame shape), and a weight portion 12 arranged inside the frame portion 11 is on one surface side. In FIG. 2 (c) and FIG. 5 (b), it is supported by the frame part 11 through four flexible strip-like bent parts 13 so as to be swingable. In other words, the sensor substrate 1 is swingably supported by the frame portion 11 via the four flexure portions 13 in which the weight portion 12 disposed inside the frame-shaped frame portion 11 extends from the weight portion 12 in four directions. Has been. Here, the frame portion 11 is formed using the above-described SOI wafer support substrate 10a, insulating layer 10b, and silicon layer 10c. On the other hand, the bending part 13 is formed using the silicon layer 10c in the above-described SOI wafer, and is sufficiently thinner than the frame part 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ウェハの支持基板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ウェハの支持基板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（図２（ｃ）および図５（ｂ）の下面側）へ離間して位置している。なお、センサ基板１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 above-described SOI wafer support substrate 10a, the insulating layer 10b, and the silicon layer 10c, and each accompanying portion 12b is formed using the SOI wafer support substrate 10a. It is. Thus, the surface of each associated portion 12b on the one surface side of the sensor substrate 1 is from the plane including the surface of the core portion 12a to the other surface side of the sensor substrate 1 (see FIG. 2C and FIG. 5B). (Lower surface side). Note that the above-described frame portion 11, weight portion 12, and each bending portion 13 of the sensor substrate 1 may be formed using a lithography technique and an etching technique.

ところで、図５（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. 5A and 5B, 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５（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５（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８における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７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. 5A) extended 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. 5A) extended 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 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the flexure 13 and the wiring (diffuse layer wiring, metal wiring 17 formed on the sensor substrate 1 is formed so as to constitute the left bridge circuit Bx in FIG. Etc.). 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５（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５（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８における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７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. 5A) 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 (the lower bending portion 13 in FIG. 5A) extended 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 is formed so that the longitudinal direction coincides with the longitudinal direction of the flexure 13 and the wiring (the diffusion layer wiring formed on the sensor substrate 1 and the metal wiring 17 is formed so as to constitute the central bridge circuit By in FIG. Etc.). Note that the piezoresistors Ry1 to Ry4 are formed in a stress concentration region where stress is concentrated in the bent portion 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８における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７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。   Further, the four piezoresistors Rz1, Rz2, Rz3, and Rz4 formed in the vicinity of the frame portion 11 are formed for detecting acceleration in the z-axis direction, and constitute the right bridge circuit Bz in FIG. Thus, they are connected by wiring (a diffusion layer wiring formed on the sensor substrate 1, a metal wiring 17 or the like). 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、図２〜図５では、センサ基板１における金属配線１７のうち第１の接続用接合金属層１９近傍の部位のみを図示してあり、拡散層配線の図示は省略してある。   2-5, only the site | part of the metal wiring 17 in the sensor board | substrate 1 vicinity of the 1st joining metal layer 19 for connection is shown in figure, and illustration of a diffused layer wiring is abbreviate | omitted.

ここで、センサ基板１の動作の一例について説明する。   Here, an example of the operation of the sensor substrate 1 will be described.

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８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８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８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８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. 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. 8, 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. 8 changes according to the magnitude of the acceleration in the y-axis direction, and the z-axis When 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. 8 changes according to the magnitude of acceleration in the z-axis direction. Thus, the above-described sensor substrate 1 detects the change in the output voltage of each of the bridge circuits Bx to Bz, so that the acceleration in the x-axis direction, the y-axis direction, and the z-axis direction that acted on the sensor substrate 1 is detected. 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.

ところで、センサ基板１は、図８に示すように、上述の３つのブリッジ回路Ｂｘ，Ｂｙ，Ｂｚに共通の２つの入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤと、ブリッジ回路Ｂｘの２つの出力端子Ｘ１，Ｘ２と、ブリッジ回路Ｂｙの２つの出力端子Ｙ１，Ｙ２と、ブリッジ回路Ｂｚの２つの出力端子Ｚ１，Ｚ２とを備えており、これらの各入力端子ＶＤＤ，ＧＮＤおよび各出力端子Ｘ１，Ｘ２，Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１，Ｚ２が、上記一表面側（つまり、貫通孔配線形成基板２側）に第１の接続用接合金属層１９として設けられており、貫通孔配線形成基板２に形成された貫通孔配線２４と電気的に接続されている。すなわち、センサ基板１には、８つの接続用接合金属層１９が形成され、貫通孔配線形成基板２には、８つの貫通孔配線２４が形成されている。なお、８つの第１の接続用接合金属層１９は、外周形状が矩形状（本実施形態では、正方形状）であり、フレーム部１１の周方向に離間して配置されている（矩形枠状のフレーム部１１の４辺それぞれに２つずつ配置されている）。   Incidentally, as shown in FIG. 8, the sensor substrate 1 includes two input terminals VDD and GND common to the above-described three bridge circuits Bx, By, and Bz, two output terminals X1 and X2 of the bridge circuit Bx, Two output terminals Y1 and Y2 of the bridge circuit By and two output terminals Z1 and Z2 of the bridge circuit Bz are provided. These input terminals VDD and GND and output terminals X1, X2, Y1, Y2, and the like. Z1 and Z2 are provided as the first connection bonding metal layer 19 on the one surface side (that is, the through hole wiring forming substrate 2 side), and the through hole wiring 24 formed on the through hole wiring forming substrate 2 is provided. And are electrically connected. That is, eight connecting metal layers 19 for connection are formed on the sensor substrate 1, and eight through-hole wirings 24 are formed on the through-hole wiring forming substrate 2. Note that the eight first connecting bonding metal layers 19 have a rectangular outer peripheral shape (in this embodiment, a square shape) and are spaced apart in the circumferential direction of the frame portion 11 (rectangular frame shape). 2 are arranged on each of the four sides of the frame part 11).

また、センサ基板１のフレーム部１１上には、フレーム部１１よりも開口面積が大きな枠状（矩形枠状）の第１の封止用接合金属層１８が形成されており、上述の８つの接続用接合金属層１９は、フレーム部１１において第１の封止用接合金属層１８よりも内側に配置されている。要するに、センサ基板１は、第１の封止用接合金属層１８の幅寸法をフレーム部１１の幅寸法に比べて小さく設定し、第１の封止用接合金属層１８と各接続用接合金属層１９とを同一平面上に形成してある。   In addition, a frame-shaped (rectangular frame-shaped) first sealing bonding metal layer 18 having a larger opening area than the frame portion 11 is formed on the frame portion 11 of the sensor substrate 1. The connection bonding metal layer 19 is disposed inside the first sealing bonding metal layer 18 in the frame portion 11. In short, the sensor substrate 1 is set so that the width dimension of the first sealing bonding metal layer 18 is smaller than the width dimension of the frame portion 11, and the first sealing bonding metal layer 18 and each connecting bonding metal. The layer 19 is formed on the same plane.

ここにおいて、センサ基板１は、上記一表面側において上記シリコン層１０ｃ上にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６が形成されており、第１の接続用接合金属層１９および第１の封止用接合金属層１８および金属配線１７は絶縁膜１６上に形成されている。   Here, in the sensor substrate 1, an insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film and a silicon nitride film is formed on the silicon layer 10c on the one surface side, and a first connecting bonding metal layer 19 is formed. The first sealing bonding metal layer 18 and the metal wiring 17 are formed on the insulating film 16.

また、第１の封止用接合金属層１８および第１の接続用接合金属層１９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜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の封止用接合金属層１８および第１の接続用接合金属層１９は、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の接続用接合金属層１９と第１の封止用接合金属層１８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の接続用接合金属層１９と第１の封止用接合金属層１８とを同時に形成することができるとともに、第１の接続用接合金属層１９と第１の封止用接合金属層１８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第１の封止用接合金属層１８および第１の接続用接合金属層１９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあり、金属配線１７の膜厚は１μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。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１６との間に密着性改善用の密着層として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 first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 have an adhesion improving Ti film interposed between the bonding Au film and the insulating film 16. In other words, the first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 16 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the first connecting bonding metal layer 19 and the first sealing bonding metal layer 18 are formed of the same metal material, the first connecting bonding metal layer 19 and the first sealing metal layer 19 are formed. The bonding metal layer 18 can be formed at the same time, and the first bonding metal layer 19 for connection and the first bonding metal layer 18 for sealing can be formed to have substantially the same thickness. The first sealing bonding metal layer 18 and the first connecting bonding metal layer 19 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The film thickness is set to 1 μm, but these numerical values are merely examples and are not particularly limited. 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 layer for improving adhesion between each Au film and the insulating film 16. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

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、上記シリコン層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おり、上述の金属配線１７は、絶縁膜１６上にスパッタ法や蒸着法などにより成膜した金属膜（例えば、Ａｌ膜、Ａｌ合金膜など）をリソグラフィ技術およびエッチング技術を利用してパターニングすることにより形成されており、金属配線１７は絶縁膜１６に設けたコンタクトホールを通して拡散層配線と電気的に接続されている。また、第１の接続用接合金属層１９と金属配線１７とは、第１の接続用接合金属層１９における金属配線１７との接続部位１９ｂ（図４（ｂ）参照）が、貫通孔配線形成基板２におけるセンサ基板１との対向面に形成された後述の変位空間形成用凹部２１内に位置する形で電気的に接続されている。   Each of the above-described piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, and each of the diffusion layer wirings is formed by doping a p-type impurity with an appropriate concentration in each formation site in the silicon layer 10c. The metal wiring 17 described above is formed by patterning a metal film (for example, an Al film, an Al alloy film, etc.) formed on the insulating film 16 by sputtering or vapor deposition using lithography technology and etching technology. The metal wiring 17 is electrically connected to the diffusion layer wiring through a contact hole provided in the insulating film 16. In addition, the first connecting metal layer 19 for connection and the metal wiring 17 are connected to the metal wiring 17 in the first connecting metal layer 19 for connection, as shown in FIG. The substrate 2 is electrically connected so as to be positioned in a later-described displacement space forming recess 21 formed on the surface of the substrate 2 facing the sensor substrate 1.

貫通孔配線形成基板２は、図９および図１０に示すように、センサ基板１側（図２（ｃ）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上述の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（本実施形態では、８つ）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、貫通孔配線形成基板２の８つの貫通孔配線２４は当該貫通孔配線形成基板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. 9 and 10 , the through-hole wiring forming substrate 2 is formed on the surface on the sensor substrate 1 side (the lower surface side in FIG. 2C) with the weight portion 12 and each bending portion 13 of the sensor substrate 1. The above-mentioned displacement space forming recesses 21 that secure the displacement space of the movable portion that is configured are formed, and a plurality (eight in the present embodiment) penetrates in the thickness direction in the peripheral portion of the displacement space formation recesses 21. Through-holes 22 are 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-holes 22. A part of the insulating film 23 is interposed between the inner surface and the inner surface. Here, the eight through-hole wirings 24 of the through-hole wiring forming substrate 2 are formed apart from each other in the circumferential direction of the through-hole wiring forming 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、貫通孔配線形成基板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（本実施形態では、８つ）の第２の接続用接合金属層２９が形成されている。貫通孔配線形成基板２は、センサ基板１側の表面の周部には、全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用接合金属層２８が形成されており、上述の８つの第２の接続用接合金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、第２の封止用接合金属層２８よりも内側に配置されている。ここにおいて、第２の接続用接合金属層２９は、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の金属配線１７よりも外側でセンサ基板１の第１の接続用接合金属層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、貫通孔配線形成基板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の接続用接合金属層１９との位置をずらしてあり、第２の接続用接合金属層２９を、長手方向が第２の封止用接合金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の接続用接合金属層１９とに跨る形で配置してある。   In addition, the through-hole wiring forming substrate 2 has a plurality (eight in this embodiment, eight) electrically connected to the respective through-hole wirings 24 on the periphery of the displacement space forming concave portion 21 on the surface on the sensor substrate 1 side. ) Second connecting bonding metal layer 29 is formed. The through-hole wiring forming substrate 2 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second sealing bonding metal layer 28 formed around the entire periphery of the surface on the sensor substrate 1 side. The eight second connecting bonding metal layers 29 have a rectangular shape whose outer peripheral shape is an elongated shape, and are disposed on the inner side of the second sealing bonding metal layer 28. Here, one end of the second connection bonding metal layer 29 is bonded to the through-hole wiring 24, and the other end side is outside the metal wiring 17 of the sensor substrate 1 and the sensor substrate 1. The first connecting bonding metal layer 19 is bonded and electrically connected. In short, the positions of the through-hole wiring 24 and the first connecting bonding metal layer 19 corresponding to the through-hole wiring 24 are shifted in the circumferential direction of the through-hole wiring forming substrate 2, and the second connecting bonding metal layer 29 is arranged such that the longitudinal direction thereof coincides with the circumferential direction of the second sealing bonding metal layer 28 and straddles the through-hole wiring 24 and the first connecting bonding metal layer 19.

また、第２の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層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の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層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の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とを同時に形成することができるとともに、第２の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第２の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層２９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。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。   The second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 have a Ti film for improving adhesion between the bonding Au film and the insulating film 23. In other words, the second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 23 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the second connecting bonding metal layer 29 and the second sealing bonding metal layer 28 are formed of the same metal material, the second connecting bonding metal layer 29 and the second sealing metal layer 29 are formed. The joint metal layer 28 can be formed at the same time, and the second joint metal layer 29 for connection and the second joint metal layer 28 for sealing can be formed to have substantially the same thickness. The second sealing bonding metal layer 28 and the second connecting bonding metal layer 29 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The numerical value is an example and is not particularly limited. 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 adhesive layer between each Au film and the insulating film 23. However, the material of the adhesion layer is not limited to Ti, and, for example, Cr, Nb Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、貫通孔配線形成基板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 through-hole wiring forming substrate 2 opposite to the sensor substrate 1 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 25 is rectangular.

カバー基板３は、図１１に示すように、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、カバー基板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、カバー基板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とカバー基板３との間に形成される。 As shown in FIG. 11 , the cover substrate 3 is formed with a recess 31 having a predetermined depth (for example, about 5 μm to 10 μm) that forms a displacement space of the weight portion 12 on the surface facing the sensor substrate 1. 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 cover substrate 3 that faces the sensor substrate 1, but the core portion 12a and each associated portion 12b of the weight portion 12 are formed. The thickness of the portion formed using the support substrate 10a of the sensor substrate 1 is compared with the thickness of the portion formed using the support substrate 10a in the frame portion 11 in the thickness direction of the sensor substrate 1. If the weight 12 is made thinner by the allowable displacement amount, the weight portion in the direction intersecting the other surface is formed on the other surface side of the sensor substrate 1 without forming the recess 31 in the cover substrate 3. A gap that enables the displacement of 12 is formed between the weight portion 12 and the cover substrate 3.

ところで、上述の加速度センサにおけるセンサ基板１と貫通孔配線形成基板２とは、第１の封止用接合金属層１８と第２の封止用接合金属層２８とが接合されるとともに、第１の接続用接合金属層１９と第２の接続用接合金属層２９とが接合され、センサ基板１とカバー基板３とは、互いの対向面の周部同士が接合されている。また、本実施形態の加速度センサは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、上述のＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０と、上述の第１のシリコンウェハに貫通孔配線形成基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０と、上述の第２のシリコンウェハにカバー基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０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２（ｃ）は図２（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、貫通孔配線形成基板２とカバー基板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のフレーム部１１と第１のパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板２と第２のパッケージ用基板であるカバー基板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 through-hole wiring formation substrate 2 in the above-described acceleration sensor are joined together with the first sealing bonding metal layer 18 and the second sealing bonding metal layer 28 and the first sealing metal. The connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 are bonded to each other, and the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are bonded to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces. In addition, as shown in FIGS. 2A and 2B, the acceleration sensor of the present embodiment includes a sensor wafer 10 in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on the above-described SOI wafer, and a through-hole in the above-described first silicon wafer. Wafer level package by bonding a first package wafer 20 having a plurality of wiring formation substrates 2 and a second package wafer 30 having a plurality of cover substrates 3 formed on the above-described second silicon wafer at room temperature bonding. After the structure 100 is formed, it is divided into individual acceleration sensors by a dividing step (dicing step) for dividing into individual acceleration sensors (FIG. 2 (c) shows the wafer level shown in FIG. 2 (a). It is a schematic sectional view of a portion surrounded by a circle A in the package structure 100). Therefore, the through-hole wiring forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated. In the present embodiment, an airtight package is configured by the frame portion 11 of the sensor substrate 1, the through hole wiring formation substrate 2 as the first package substrate, and the cover substrate 3 as the second package substrate. In the airtight package, the movable part constituted by the weight part 12 and each bending part 13 can be displaced.

ここにおいて、本実施形態では、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０および第２のパッケージウェハ３０との接合方法として、センサ基板１の残留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１を参照しながら説明する。なお、図１中のセンサ基板１、第１のパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板２、第２のパッケージ用基板であるカバー基板３はそれぞれ、センサウェハ１０、第１のパッケージウェハ２０、第２のパッケージウェハ３０の一部であるが、必ずしもウェハの状態である必要はない。   Here, in the present embodiment, as a method for joining the sensor wafer 10 to the first package wafer 20 and the second package wafer 30, room temperature contact capable of joining at a lower temperature in order to reduce the residual stress of the sensor substrate 1. The law is adopted. Hereinafter, processes that are characteristic in the method of manufacturing the acceleration sensor of the present embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 1, the sensor substrate 1, the through-hole wiring forming substrate 2 that is the first package substrate, and the cover substrate 3 that is the second package substrate are the sensor wafer 10, the first package wafer 20, and the first package wafer, respectively. Although it is a part of the second package wafer 30, it does not necessarily have to be in a wafer state.

まず、図１（ａ）に示すように、チャンバＣＨ内にセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２、カバー基板３を導入してからチャンバＣＨ内が規定真空度（例えば、１×１０−５Ｐａ）以下となるように真空排気し、その後、真空中においてセンサ基板１と貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３との互いの接合面それぞれをスパッタエッチングすることで清浄・活性化する活性化工程を行う。ここにおいて、活性化工程では、各接合面に対してアルゴンのイオンビームをチャンバＣＨ内で所定時間（例えば、３００秒）だけ照射して各接合面を清浄・活性化する。なお、活性化工程を行っているときのチャンバＣＨ内の真空度は、活性化工程を開始する前の上記規定真空度よりも低真空の１×１０−２Ｐａ程度となる。また、活性化工程では、アルゴンのイオンビームに限らず、アルゴンのプラズマ若しくは原子ビームを照射するようにしてもよい。また、活性化工程で用いるガスは、アルゴンに限らず、窒素、ヘリウムなどの不活性ガスであればよい。 First, as shown in FIG. 1A, after introducing the sensor substrate 1, the through-hole wiring formation substrate 2, and the cover substrate 3 into the chamber CH, the inside of the chamber CH has a specified degree of vacuum (for example, 1 × 10 −5). Pa) The vacuum is evacuated to be equal to or lower, and then the cleaning is performed by sputter-etching each of the joint surfaces of the sensor substrate 1, the through-hole wiring forming substrate 2 and the cover substrate 3 in vacuum, and the activation to be activated. Perform the process. Here, in the activation step, each bonding surface is irradiated with an argon ion beam in the chamber CH for a predetermined time (for example, 300 seconds) to clean and activate each bonding surface. Note that the degree of vacuum in the chamber CH when the activation process is performed is approximately 1 × 10 −2 Pa, which is lower than the specified vacuum degree before the activation process is started. In the activation step, not only an argon ion beam but also an argon plasma or an atomic beam may be irradiated. The gas used in the activation step is not limited to argon, but may be an inert gas such as nitrogen or helium.

活性化工程の後、センサ基板１および各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程を行う。ここにおいて、本実施形態の加速度センサでは、ダンピング効果により周波数特性および耐衝撃性を向上するために、上記設計雰囲気を、不活性ガス（例えば，アルゴン）が大気圧で封入された雰囲気に設計してあり、本実施形態における雰囲気調整工程では、排気用バルブＶ２を閉じてから、ガス導入用バルブＶ１を開いて不活性ガスをチャンバＣＨ内へ導入してチャンバＣＨ内を大気圧まで戻すことによりチャンバＣＨ内の雰囲気を上記設計雰囲気に調整するようにしている。なお、チャンバＣＨ内を大気圧まで戻した後はガス導入用バルブＶ１を閉じる。   After the activation process, the atmosphere in the space where the sensor substrate 1 and each package substrate (through-hole wiring forming substrate 2 and cover substrate 3) are present is adjusted to the design atmosphere in the hermetic package designed according to the desired sensor characteristics. An atmosphere adjustment process is performed. Here, in the acceleration sensor of this embodiment, in order to improve the frequency characteristics and impact resistance by the damping effect, the design atmosphere is designed to be an atmosphere in which an inert gas (for example, argon) is sealed at atmospheric pressure. In the atmosphere adjustment step in the present embodiment, the exhaust valve V2 is closed, then the gas introduction valve V1 is opened to introduce the inert gas into the chamber CH, and the chamber CH is returned to atmospheric pressure. The atmosphere in the chamber CH is adjusted to the above design atmosphere. In addition, after returning the chamber CH to atmospheric pressure, the gas introduction valve V1 is closed.

上記雰囲気調整工程が終了した後、図１（ｂ）に示すように、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板１と第２のパッケージ用基板であるカバー基板３とを互いの接合面を突き合せて接合（本実施形態では、常温接合）し、続いて、図１（ｃ）に示すように上記雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板１と第１のパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板２とを互いの接合面を突き合せて接合（本実施形態では、常温接合）する接合工程を行う。ここで、本実施形態では、センサ基板１とカバー基板３とを常温接合する際には、チャンバＣＨ内においてセンサ基板１のフレーム部１１とカバー基板３の周部とを常温接合している。また、センサ基板１と貫通孔配線形成基板２とを常温接合する際には、適宜の荷重（例えば、３００Ｎ）を印加して、第１の封止用接合金属層１８と第２の封止用接合金属層２８とを常温接合するのと同時に、第１の接続用接合金属層１９と第２の接続用接合金属層２９とを常温接合している。要するに、本実施形態では、センサウェハ１０と第２のパッケージウェハ３０とが、Ｓｉ−Ｓｉの常温接合（つまり、ウェハ材料同士の常温接合）により接合され、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０との封止用接合金属層１８，２８同士および接続用接合金属層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。   After the atmosphere adjustment step, as shown in FIG. 1B, the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 as the second package substrate are bonded to each other in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment step. Surfaces are butted and joined (normal temperature joining in this embodiment), and then, for the sensor substrate 1 and the first package under the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment step as shown in FIG. A bonding process is performed in which the through-hole wiring forming substrate 2 which is a substrate is bonded to each other by bonding the bonding surfaces (normal temperature bonding in this embodiment). Here, in this embodiment, when the sensor substrate 1 and the cover substrate 3 are bonded at room temperature, the frame portion 11 of the sensor substrate 1 and the peripheral portion of the cover substrate 3 are bonded at room temperature in the chamber CH. Further, when the sensor substrate 1 and the through-hole wiring forming substrate 2 are bonded at room temperature, an appropriate load (for example, 300 N) is applied to the first sealing bonding metal layer 18 and the second sealing. At the same time as the bonding metal layer 28 for room temperature bonding, the first connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 are bonded at room temperature. In short, in the present embodiment, the sensor wafer 10 and the second package wafer 30 are bonded by Si-Si room temperature bonding (that is, room temperature bonding between wafer materials), and the sensor wafer 10 and the first package wafer 20 are bonded together. The bonding metal layers 18 and 28 for sealing and the bonding metal layers 19 and 29 for connection are bonded to each other by metal-metal (here, Au—Au) bonding at room temperature.

以上説明した本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、活性化工程の後でセンサ基板１および各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板１と各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバＣＨ内で連続的に行うので、活性化工程により清浄・活性化されたセンサ基板１の接合面と各パッケージ用基板それぞれの接合面とを大気に曝すことなく所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整された雰囲気下で突き合せて接合することができ、所望のセンサ特性の加速度センサを容易に形成することができる。なお、本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、センサ基板１と各パッケージ用基板とを常温接合により接合するので、半田などの熱処理を必要とする材料を用いて接合する場合に比べて、センサ基板１と各パッケージ用基板との接合時に発生する残留応力を低減できる。   According to the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment described above, the atmosphere in the space where the sensor substrate 1 and each package substrate (the through-hole wiring forming substrate 2 and the cover substrate 3) are present is desired after the activation process. An atmosphere adjustment process for adjusting the design atmosphere in an airtight package designed in accordance with the sensor characteristics of the sensor substrate 1 and each package substrate (through-hole wiring forming substrate 2 and cover) in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment process The substrate 3) is bonded to each other by joining the bonding surfaces, and the activation process, the atmosphere adjustment process, and the bonding process are continuously performed in the same chamber CH. An airtight package designed according to desired sensor characteristics without exposing the activated bonding surface of the sensor substrate 1 and the bonding surface of each package substrate to the atmosphere. Can be joined butt in an atmosphere which is adjusted to the design atmosphere in di, it is possible to easily form the acceleration sensor desired sensor characteristics. According to the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment, since the sensor substrate 1 and each package substrate are bonded by room temperature bonding, compared to bonding using a material that requires heat treatment such as solder. Residual stress generated when the sensor substrate 1 and each package substrate are joined can be reduced.

また、本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、雰囲気調整工程では、チャンバＣＨ内へ不活性ガスを導入することによりチャンバＣＨ内の雰囲気を上記設計雰囲気に調整するので、チャンバＣＨ内の雰囲気を調整する際に活性化工程にて清浄・活性化された接合面を清浄・活性な状態に保つことができるとともに、加速度センサの信頼性を高めることができる。また、雰囲気調整工程では、活性化工程の後でチャンバＣＨ内へ不活性ガスを導入してチャンバＣＨ内を大気圧まで戻すことでチャンバＣＨ内の雰囲気を上記設計雰囲気に調整するので、センサ素子である加速度センサの周波数特性および耐衝撃性をダンピング効果により向上できる。   Further, according to the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment, in the atmosphere adjustment step, the atmosphere in the chamber CH is adjusted to the designed atmosphere by introducing an inert gas into the chamber CH. When the atmosphere is adjusted, it is possible to keep the bonded surface cleaned and activated in the activation process in a clean and active state, and to improve the reliability of the acceleration sensor. Further, in the atmosphere adjustment step, the inert gas is introduced into the chamber CH after the activation step and the atmosphere in the chamber CH is adjusted to the above-mentioned design atmosphere by returning the inside of the chamber CH to atmospheric pressure. The frequency characteristics and impact resistance of the acceleration sensor can be improved by the damping effect.

また、本実施形態の加速度センサの製造方法によれば、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それぞれについてウェハレベルで行うことでセンサ素子である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からセンサ素子である加速度センサに分割する分割工程を備えているので、上記気密パッケージ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から、より小型の加速度センサを提供でき、また、量産性を高めることができる。   In addition, according to the method of manufacturing an acceleration sensor of the present embodiment, a plurality of acceleration sensors that are sensor elements are provided by performing the entire process until the bonding process is completed on each of the sensor substrate 1 and each package substrate at the wafer level. Since the wafer level package structure 100 is formed and the wafer level package structure 100 is divided into acceleration sensors as sensor elements, the plane size of the hermetic package is set to the plane of the sensor substrate 1. Since the size can be adjusted, a smaller acceleration sensor can be provided, and mass productivity can be improved.

また、本実施形態の加速度センサの製造方法では、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０との封止用接合金属層１８，２８同士および接続用接合金属層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、各接続用接合金属層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。また、Ａｌ−Ａｌの組み合わせはパッケージ基板にＩＣを形成するような場合に、ＩＣにおける配線の形成プロセスと同様のプロセスを利用できるという利点がある。   In the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment, the sealing bonding metal layers 18 and 28 and the connection bonding metal layers 19 and 29 of the sensor wafer 10 and the first package wafer 20 are metal-metal normal temperature. 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 connection bonding metal layer 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. Further, the combination of Al-Al has an advantage that the same process as the wiring formation process in the IC can be used when an IC is formed on the package substrate.

また、本実施形態では、センサウェハ１０および第１のパッケージウェハ２０それぞれに封止用接合金属層１８，２８を形成してあるが、封止用接合金属層１８，２８を形成せずに、センサウェハ１０と第１のパッケージウェハ２０との周部同士が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、接続用接合金属層１９，２９同士が金属−金属の常温接合により接合されるようにすることも考えられる。また、センサウェハ１０に対して貫通孔配線２４が形成された第１のパッケージウェハ２０とは反対側に常温接合する第３のパッケージウェハ３０とセンサウェハ１０とは、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 this embodiment, the sealing bonding metal layers 18 and 28 are formed on the sensor wafer 10 and the first package wafer 20 respectively. However, without forming the sealing bonding metal layers 18 and 28, the sensor wafer is formed. The peripheral portions of the first package wafer 20 and the first package wafer 20 are joined by a pair of room temperature joining selected from the group of Si—Si, Si—SiO 2 and SiO 2 —SiO 2 , and a joining metal layer for connection It is also conceivable that 19, 29 are joined together by metal-metal room temperature joining . In addition, the third package wafer 30 and the sensor wafer 10 which are bonded to the sensor wafer 10 on the opposite side to the first package wafer 20 on which the through-hole wiring 24 is formed are bonded at a normal temperature by a combination of Si—Si. Although it is joined, it is not limited to the combination of Si—Si, but may be joined by a combination of room temperature joining selected from the group of Si—Si, Si—SiO 2 , and SiO 2 —SiO 2. Good.

また、本実施形態では、貫通孔配線形成基板２の第２の接続用接合金属層２９におけるセンサ基板１の第１の接続用接合金属層１９との接合部位を、当該第２の接続用接合金属層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の接続用接合金属層２９において第１の接続用接合金属層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の接続用接合金属層２９の成膜時の表面の平滑性を高めることができ）、第１の接続用接合金属層１９と第２の接続用接合金属層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 present embodiment, the second connection bonding metal layer 29 of the through-hole wiring forming substrate 2 is connected to the first connection bonding metal layer 19 of the sensor substrate 1 as the second connection bonding. Since the metal layer 29 is shifted from the connection portion with the through-hole wiring 24, the smoothness of the surface of the second connection bonding metal layer 29 before bonding at the bonding portion with the first connection bonding metal layer 19 is increased. (The smoothness of the surface at the time of film formation of the second connection bonding metal layer 29 can be increased), and the first connection bonding metal layer 19 and the second connection bonding metal layer 29 As described above, it is possible to improve the bonding reliability in the case of directly bonding by the room temperature bonding method.

（参考例）
以下、本参考例のセンサ素子について図１２〜図１７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説明する。 (Reference example)
Hereinafter, after describing the sensor element of this reference example with reference to FIGS . 12 to 17 , a characteristic manufacturing method will be described.

本参考例のセンサ素子は、ジャイロセンサであり、第１の半導体基板を用いて形成されたセンサ本体１０１と、第２の半導体基板を用いて形成されセンサ本体１０１の一表面側（図１２の下面側）に接合されセンサ本体１０１を支持する支持基板１０３と、第３の半導体基板を用いてセンサ本体１０１の他表面側（図１２の上面側）に封着された貫通孔配線形成基板（パッケージ用基板）１０２とを備えており、センサ本体１０１と支持基板１０３とでセンサ基板を構成している。ここにおいて、センサ本体１０１および貫通孔配線形成基板１０２および支持基板１０３の外周形状は矩形状であり、貫通孔配線形成基板１０２および支持基板１０３はセンサ本体１０１と同じ外形寸法に形成されている。また、本参考例では、第１の半導体基板として抵抗率が０．２Ωｃｍのシリコン基板を用い、第２の半導体基板および第３の半導体基板として抵抗率が２０Ωｃｍのシリコン基板を用いているが、各シリコン基板の抵抗率の値は一例であって、特に限定するものではない。 The sensor element of this reference example is a gyro sensor, and is formed using a first semiconductor substrate and a sensor body 101 formed using a second semiconductor substrate . A support substrate 103 bonded to the lower surface side and supporting the sensor body 101, and a through-hole wiring forming substrate sealed on the other surface side (upper surface side in FIG. 12 ) of the sensor body 101 using a third semiconductor substrate . Package substrate) 102, and the sensor body 101 and the support substrate 103 constitute a sensor substrate. Here, the outer peripheral shapes of the sensor body 101, the through-hole wiring formation substrate 102, and the support substrate 103 are rectangular, and the through-hole wiring formation substrate 102 and the support substrate 103 are formed to have the same outer dimensions as the sensor body 101. In this reference example, a silicon substrate having a resistivity of 0.2 Ωcm is used as the first semiconductor substrate, and a silicon substrate having a resistivity of 20 Ωcm is used as the second semiconductor substrate and the third semiconductor substrate. The resistivity value of each silicon substrate is an example and is not particularly limited.

センサ本体１０１は、平面視において外周形状が矩形状である駆動質量体１１１および検出質量体１１２が当該センサ本体１０１の上記一表面に沿って並設されるとともに、駆動質量体１１１および検出質量体１１２の周囲を囲む枠状（本参考例では、矩形枠状）のフレーム部１１０が形成されている。なお、本参考例では、図１２〜図１７の各図の右下に示した直交座標系のように、駆動質量体１１１と検出質量体１１２とが並ぶ方向をｙ軸方向、センサ本体１０１の上記一表面に沿う面内でｙ軸方向に直交する方向をｘ軸方向、ｘ軸方向とｙ軸方向とに直交する方向（つまり、センサ本体１０１の厚み方向）をｚ軸方向として説明する。 In the sensor body 101, a driving mass body 111 and a detection mass body 112 whose outer peripheral shape is rectangular in plan view are juxtaposed along the one surface of the sensor body 101, and the driving mass body 111 and the detection mass body. A frame portion 110 (in this reference example, a rectangular frame shape) surrounding the periphery of 112 is formed. In the present reference example, FIG. 12 as in the orthogonal coordinate system shown in the bottom right of the figure to 17, the direction in which the driven mass body 111 and the detection mass 112 are aligned y axis direction, the sensor main body 101 The direction perpendicular to the y-axis direction in the plane along the one surface is described as the x-axis direction, and the direction perpendicular to the x-axis direction and the y-axis direction (that is, the thickness direction of the sensor body 101) is described as the z-axis direction. .

上述のセンサ本体１０１は、駆動質量体１１１と検出質量体１１２とが、ｘ軸方向に延長された一対の駆動ばね１１３を介して連続一体に連結されている。すなわち、センサ本体１０１は、ｘ軸方向において検出質量体１１２の全長よりもやや短いスリット溝１１４ａと、駆動質量体１１１におけるｘ軸方向の各側縁にそれぞれ一端が開放されｘ軸方向の一直線上に並ぶ２本のスリット溝１１４ｂとが形成され、スリット溝１１４ａと各スリット溝１１４ｂとの間にそれぞれ駆動ばね１１３が形成されている。ここで、各駆動ばね１１３の一端部はスリット溝１１４ａの各一端と検出質量体１１２の側縁との間に連続し、各駆動ばね１１３の他端部は２本のスリット溝１１４ｂの間の部位において駆動質量体１１１にそれぞれ連続している。駆動ばね１１３は、ねじれ変形が可能なトーションばねであって、駆動質量体１１１は、検出質量体１１２に対して駆動ばね１１３の回りで変位可能になっている。つまり、駆動質量体１１１は、検出質量体１１２に対してｚ軸方向の並進とｘ軸方向の軸回りの回転とが可能となっている。また、センサ本体１０１は、駆動ばね１１３にトーションばねを用いているから、当該センサ本体１０１の厚み方向における駆動ばね１１３の寸法を小さくする必要がなく、駆動ばね１１３を形成する際の加工が容易である。   In the sensor main body 101, the driving mass body 111 and the detection mass body 112 are continuously and integrally connected via a pair of driving springs 113 extended in the x-axis direction. That is, the sensor body 101 has a slit groove 114a that is slightly shorter than the entire length of the detection mass body 112 in the x-axis direction, and one end at each side edge in the x-axis direction of the drive mass body 111. Two slit grooves 114b are formed, and a drive spring 113 is formed between each slit groove 114a and each slit groove 114b. Here, one end of each drive spring 113 is continuous between each end of the slit groove 114a and the side edge of the detection mass body 112, and the other end of each drive spring 113 is between the two slit grooves 114b. Each part is continuous with the driving mass body 111. The drive spring 113 is a torsion spring capable of torsional deformation, and the drive mass body 111 can be displaced around the drive spring 113 with respect to the detection mass body 112. That is, the driving mass body 111 can translate in the z-axis direction and rotate around the axis in the x-axis direction with respect to the detection mass body 112. In addition, since the sensor body 101 uses a torsion spring as the drive spring 113, it is not necessary to reduce the size of the drive spring 113 in the thickness direction of the sensor body 101, and processing when forming the drive spring 113 is easy. It is.

センサ本体１０１の検出質量体１１２におけるｘ軸方向の各側縁にはｙ軸方向に延長された検出ばね１１５の一端部がそれぞれ連続し、両検出ばね１１５の他端部同士はｘ軸方向に延長された連結片１１６を介して連続一体に連結されている。すなわち、一対の検出ばね１１５と連結片１１６とにより平面視コ字状の部材が形成されている。ただし、連結片１１６は駆動ばね１１３および検出ばね１１５に比較して十分に剛性が高くなるように設計されている。連結片１１６の長手方向の中間部には固定片１１７が突設され、固定片１１７は支持基板１０３に接合され定位置に固定されている。駆動質量体１１１および検出質量体１１２と検出ばね１１５および連結片１１６との間は、コ字状のスリット溝１１４ｃにより分離されており、スリット溝１１４ｂの一端は、スリット溝１１４ｃに連続している。検出ばね１１５はｘ軸方向に曲げ変形が可能であって駆動質量体１１１および検出質量体１１２は固定片１１７に対してｘ軸方向に変位可能になっている。   One end of the detection spring 115 extended in the y-axis direction is continuous with each side edge of the detection mass body 112 of the sensor body 101 in the x-axis direction, and the other ends of the detection springs 115 are in the x-axis direction. It is connected continuously and integrally through the extended connecting piece 116. That is, the pair of detection springs 115 and the connecting piece 116 form a U-shaped member in plan view. However, the connecting piece 116 is designed to be sufficiently rigid as compared with the drive spring 113 and the detection spring 115. A fixing piece 117 projects from an intermediate portion of the connecting piece 116 in the longitudinal direction, and the fixing piece 117 is joined to the support substrate 103 and fixed at a fixed position. The drive mass body 111, the detection mass body 112, the detection spring 115, and the connecting piece 116 are separated by a U-shaped slit groove 114c, and one end of the slit groove 114b is continuous with the slit groove 114c. . The detection spring 115 can be bent and deformed in the x-axis direction, and the drive mass body 111 and the detection mass body 112 can be displaced in the x-axis direction with respect to the fixed piece 117.

ところで、センサ本体１０１は、検出質量体１１２に、厚み方向に貫通する４個の切抜孔１１８が形成されており、各切抜孔１１８それぞれの内側に固定子１２０が配置されている。固定子１２０は、検出質量体１１２のｘ軸方向の両端付近に配置される電極片１２１と、電極片１２１からｘ軸方向に延長された櫛骨片１２２とを有し、電極片１２１と櫛骨片１２２とでＬ字状の形状をなしている。電極片１２１と櫛骨片１２２とは支持基板１０３に接合され、固定子１２０は定位置に固定されている。切抜孔１１８の内側面は固定子１２０の外周面の形状に沿った形状であって、固定子１２０との間には間隙が形成されている。検出質量体１１２のｘ軸方向の両端部には２個ずつの電極片１２１が配置されている。図１５に示すように、櫛骨片１２２の幅方向の両端面にはそれぞれ多数本の固定櫛歯片１２３がｘ軸方向に列設されている。一方、切抜孔１１８の内側面であって櫛骨片１２２との対向面には、図１５に示すように、固定櫛歯片１２３にそれぞれ対向する多数本の可動櫛歯片１２４がｘ軸方向に列設されている。各固定櫛歯片１２３と各可動櫛歯片１２４とは互いに離間しており、検出質量体１１２がｘ軸方向に変位する際の固定櫛歯片１２３と可動櫛歯片１２４との距離変化に伴う静電容量の変化を検出できるようにしてある。すなわち、固定櫛歯片１２３と可動櫛歯片１２４とにより検出質量体１１２の変位を検出する検出手段が構成されている。 Incidentally, in the sensor main body 101, four cutout holes 118 penetrating in the thickness direction are formed in the detection mass body 112, and the stator 120 is disposed inside each cutout hole 118. The stator 120 includes an electrode piece 121 disposed near both ends of the detection mass body 112 in the x-axis direction, and a comb bone piece 122 extended from the electrode piece 121 in the x-axis direction. The bone piece 122 forms an L shape. The electrode piece 121 and the comb piece 122 are joined to the support substrate 103, and the stator 120 is fixed in place. The inner surface of the cutout hole 118 has a shape that follows the shape of the outer peripheral surface of the stator 120, and a gap is formed between the cutout hole 118 and the stator 120. Two electrode pieces 121 are arranged at both ends of the detection mass body 112 in the x-axis direction. As shown in FIG. 15 , a large number of fixed comb teeth 123 are arranged in the x-axis direction on both end surfaces of the comb bone pieces 122 in the width direction. On the other hand, on the inner surface of the cutout hole 118 and the surface facing the comb bone piece 122, as shown in FIG. 15 , a plurality of movable comb teeth pieces 124 respectively facing the fixed comb teeth 123 are arranged in the x-axis direction. Are lined up. The fixed comb teeth 123 and the movable comb teeth 124 are separated from each other, and the distance between the fixed comb teeth 123 and the movable comb teeth 124 changes when the detection mass body 112 is displaced in the x-axis direction. The accompanying change in capacitance can be detected. That is, the fixed comb tooth piece 123 and the movable comb tooth piece 124 constitute detection means for detecting the displacement of the detection mass body 112.

センサ本体１０１は、フレーム部１１０、固定片１１７および固定子１２０が支持基板１０３に接合されることで支持基板１０３に連結されている。これらに対し、駆動質量体１１１および検出質量体１１２は、ｚ軸方向に変位可能でなければならないから、図１２に示すように、駆動質量体１１１および検出質量体１１２それぞれにおける支持基板１０３との対向面を支持基板１０３から後退させる（センサ本体１０１の厚み方向における駆動質量体１１１および検出質量体１１２それぞれの厚さをフレーム部１１０に比べて薄くする）ことにより、駆動質量体１１１および検出質量体１１２と支持基板１０３との間に間隙を確保している。なお、本参考例では、駆動質量体１１１と支持基板１０３との間のギャップ長を１０μｍに設定してあるが、この数値は一例であって特に限定するものではない。 The sensor main body 101 is connected to the support substrate 103 by bonding the frame portion 110, the fixed piece 117, and the stator 120 to the support substrate 103. On the other hand, since the driving mass body 111 and the detection mass body 112 must be displaceable in the z-axis direction, as shown in FIG. By retreating the opposing surface from the support substrate 103 (the thicknesses of the driving mass body 111 and the detection mass body 112 in the thickness direction of the sensor body 101 are made thinner than those of the frame portion 110), the driving mass body 111 and the detection mass are detected. A gap is secured between the body 112 and the support substrate 103. In this reference example, the gap length between the drive mass body 111 and the support substrate 103 is set to 10 μm, but this numerical value is an example and is not particularly limited.

また、センサ本体１０１は、フレーム部１１０において固定片１１７の近傍部位に、固定片１１７を挟む形で一対の接地片１１９が形成されるとともに、一方の接地片１１９の近傍に後述の固定駆動電極１２５が電気的に接続される電極片１２７が形成されており（なお、各接地片１１９および電極片１２７は、支持基板１０３に接合されることで支持基板１０３に連結されている）、上記一表面側において、固定片１１７および各電極片１２１および他方の接地片１１９および電極片１２７それぞれの表面に第１の接続用接合金属層１２８が形成されている。ここにおいて、１つの固定片１１７、４つの電極片１２１、１つの接地片１１９、１つの電極片１２７は支持基板１０３の一表面側において分離独立して配置されており、貫通孔配線形成基板１０２をフレーム部１１０に接合していない状態では、それぞれ電気的に絶縁されている。また、センサ本体１０１の上記一表面側において、フレーム部１１０上には第１の封止用接合金属層１２６が全周に亘って形成されている。ここで、第１の接続用接合金属層１２８および第１の封止用接合金属層１２６は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第１の封止用接合金属層１２６と第１の接続用接合金属層１２８とは同一の金属材料により形成されているので、第１の封止用接合金属層１２６と第１の接続用接合金属層１２８とを同時に形成することができるとともに、第１の封止用接合金属層１２６と第１の接続用接合金属層１２８とを同じ厚さに形成することができる。なお、第１の封止用接合金属層１２６および第１の接続用接合金属層１２８は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。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。   In the sensor body 101, a pair of ground pieces 119 are formed in the frame portion 110 in the vicinity of the fixed piece 117 so as to sandwich the fixed piece 117. The electrode piece 127 to which 125 is electrically connected is formed (the ground piece 119 and the electrode piece 127 are joined to the support substrate 103 by being joined to the support substrate 103). On the surface side, a first connecting bonding metal layer 128 is formed on the surface of each of the fixed piece 117 and each electrode piece 121 and the other ground piece 119 and electrode piece 127. Here, one fixed piece 117, four electrode pieces 121, one ground piece 119, and one electrode piece 127 are arranged separately and independently on one surface side of the support substrate 103, and the through-hole wiring forming substrate 102 is provided. Are not electrically bonded to the frame part 110, respectively. In addition, on the one surface side of the sensor body 101, a first sealing bonding metal layer 126 is formed on the frame portion 110 over the entire circumference. Here, the first connecting bonding metal layer 128 and the first sealing bonding metal layer 126 are formed of a laminated film of a Ti film and an Au film. In short, since the first sealing bonding metal layer 126 and the first connecting bonding metal layer 128 are formed of the same metal material, the first sealing bonding metal layer 126 and the first connection are formed. The bonding metal layer 128 can be formed at the same time, and the first sealing bonding metal layer 126 and the first connecting bonding metal layer 128 can be formed to the same thickness. The first sealing bonding metal layer 126 and the first connecting bonding metal layer 128 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The numerical value is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities.

貫通孔配線形成基板１０２は、センサ本体１０１側（図１２における下面側）に駆動質量体１１１および検出質量体１１２の変位空間を確保する変位空間形成用凹部１２９が形成されるとともに、厚み方向に貫通する複数の貫通孔１３２が形成されており、厚み方向の両面および貫通孔１３２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１３３が形成され、貫通孔配線１３４と貫通孔１３２の内面との間に絶縁膜１３３の一部が介在している。ここにおいて、貫通孔配線１３４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。 The through-hole wiring forming substrate 102 is formed with a displacement space forming recess 129 that secures a displacement space for the drive mass body 111 and the detection mass body 112 on the sensor body 101 side (the lower surface side in FIG. 12 ), and in the thickness direction. A plurality of penetrating through-holes 132 are formed, and an insulating film 133 made of a thermal insulating film (silicon oxide film) is formed straddling both surfaces in the thickness direction and the inner surface of the through-hole 132, and penetrates through-hole wiring 134. A part of the insulating film 133 is interposed between the inner surface of the hole 132. Here, although Cu is adopted as the material of the through-hole wiring 134, it is not limited to Cu, and for example, Ni may be adopted.

また、貫通孔配線形成基板１０２は、変位空間形成用凹部１２９の内底面において駆動質量体１１１との対向面には上記絶縁膜１３３の一部を介してＴｉ膜とＡｕ膜との積層膜からなる上述の固定駆動電極１２５（図１２および図１７参照）が形成されている。なお、本参考例では、駆動質量体１１１と固定駆動電極１２５との間のギャップ長を１０μｍに設定してあるが、この数値は一例であって特に限定するものではない。 Further, the through-hole wiring forming substrate 102 is formed from a laminated film of a Ti film and an Au film on a surface facing the driving mass 111 on the inner bottom surface of the displacement space forming recess 129 via a part of the insulating film 133. The above-described fixed drive electrode 125 (see FIGS . 12 and 17 ) is formed. In this reference example, the gap length between the drive mass body 111 and the fixed drive electrode 125 is set to 10 μm, but this value is an example and is not particularly limited.

また、貫通孔配線形成基板１０２は、センサ本体１０１側の表面に、各貫通孔配線１３４それぞれと電気的に接続された複数の第２の接続用接合金属層１３８が形成されている。また、貫通孔配線形成基板１０２は、センサ本体１０１側の表面の周部の全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用接合金属層１３６が形成されている。ここにおいて、第２の接続用接合金属層１３８は、センサ本体１０１の第１の接続用接合金属層１２８と接合されて電気的に接続されるように配置してあり、第２の封止用接合金属層１３６は、センサ本体１０１の第１の封止用接合金属層１２６と接合されて電気的に接続されるように配置してある。ここにおいて、第２の封止用接合金属層１３６および第２の接続用接合金属層１２８は、絶縁膜１３３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の封止用接合金属層１３６と第２の接続用接合金属層１３８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の封止用接合金属層１３６と第２の接続用接合金属層１３８とを同時に形成することができるとともに、第２の封止用接合金属層１３６と第２の接続用接合金属層１３８とを同じ厚さに形成することができる。なお、第２の封止用接合金属層１３６および第２の接続用接合金属層１３８は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。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、本参考例では、各Ａｕ膜と絶縁膜１３３との間に密着性改善用の密着層として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。 The through-hole wiring forming substrate 102 has a plurality of second connection bonding metal layers 138 electrically connected to the respective through-hole wirings 134 on the surface on the sensor body 101 side. The through-hole wiring forming substrate 102 has a frame-shaped (rectangular frame-shaped) second bonding metal layer for sealing 136 formed over the entire circumference of the peripheral portion of the surface on the sensor body 101 side. Here, the second connecting bonding metal layer 138 is disposed so as to be bonded and electrically connected to the first connecting bonding metal layer 128 of the sensor main body 101, and is used for the second sealing. The bonding metal layer 136 is disposed so as to be bonded and electrically connected to the first sealing bonding metal layer 126 of the sensor body 101. Here, the second sealing bonding metal layer 136 and the second connecting bonding metal layer 128 are a laminated film of a Ti film formed on the insulating film 133 and an Au film formed on the Ti film. It is comprised by. In short, since the second sealing bonding metal layer 136 and the second connecting bonding metal layer 138 are formed of the same metal material, the second sealing bonding metal layer 136 and the second connection are formed. The bonding metal layer 138 can be formed at the same time, and the second sealing bonding metal layer 136 and the second connection bonding metal layer 138 can be formed to the same thickness. The second sealing bonding metal layer 136 and the second connecting bonding metal layer 138 have a Ti film thickness of 15 to 50 nm and an Au film thickness of 500 nm. The numerical value is an example and is not particularly limited. Here, the material of each Au film is not limited to pure gold, and may be added with impurities. Further, in this reference example, a Ti film is interposed as an adhesion layer for improving adhesion between each Au film and the insulating film 133, but the material of the adhesion layer is not limited to Ti, for example, Cr, Nb, Zr, TiN, TaN, etc. may be used.

また、貫通孔配線形成基板１０２におけるセンサ本体１０１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線１３４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極１３５が形成されている。なお、各外部接続用電極１３５の外周形状は矩形状となっている。また、各外部接続用電極１３５は、Ｔｉ膜とＡｕ膜との積層膜により構成されている。   A plurality of external connection electrodes 135 electrically connected to the respective through-hole wirings 134 are formed on the surface of the through-hole wiring forming substrate 102 opposite to the sensor main body 101 side. The outer peripheral shape of each external connection electrode 135 is rectangular. Each external connection electrode 135 is formed of a laminated film of a Ti film and an Au film.

一方、支持基板１０３は、厚み方向の両面に熱絶縁膜（シリコン酸化膜）からなる絶縁膜１４１，１４２が形成されている。   On the other hand, the support substrate 103 has insulating films 141 and 142 made of thermal insulating films (silicon oxide films) formed on both surfaces in the thickness direction.

ところで、本参考例のジャイロセンサにおけるセンサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２とは、第１の封止用接合金属層１２６と第２の封止用接合金属層１３６とが接合される（貫通孔配線形成基板１０２はセンサ本体１０１のフレーム部１１０の全周に亘って周部が封着される）とともに、第１の接続用接合金属層１２８と第２の接続用接合金属層１３８とが接合されて電気的に接続され、センサ本体１０１と支持基板１０３とは、互いの対向面の周部同士が接合されている（支持基板１０３はセンサ本体１０１のフレーム部１１０の全周に亘って周部が封着されている）。したがって、センサ本体１０１の複数の第１の接続用接合金属層１２８は、それぞれ、第２の接続用接合金属層１３８および貫通孔配線１３４を介して外部接続用電極１３５と電気的に接続されている。ここにおいて、貫通孔配線形成基板１０２は、固定駆動電極１２５から変位空間形成用凹部１２９の周部まで延長された配線部１２５ａ（図１７参照）が、センサ本体１０１の電極片１２７上の第１の接続用接合金属層１２８に接合される第２の接続用接合金属層１３８と連続一体となっている。 By the way, the sensor main body 101 and the through-hole wiring forming substrate 102 in the gyro sensor of the present reference example are joined to the first sealing bonding metal layer 126 and the second sealing bonding metal layer 136 (through holes). The perforated wiring forming substrate 102 is sealed around the entire circumference of the frame portion 110 of the sensor body 101), and the first connecting bonding metal layer 128 and the second connecting bonding metal layer 138 include The sensor body 101 and the support substrate 103 are joined to each other at the peripheral portions of the opposing surfaces (the support substrate 103 extends over the entire circumference of the frame portion 110 of the sensor body 101). The circumference is sealed). Therefore, the plurality of first connection bonding metal layers 128 of the sensor body 101 are electrically connected to the external connection electrode 135 via the second connection bonding metal layer 138 and the through-hole wiring 134, respectively. Yes. Here, in the through-hole wiring forming substrate 102, a wiring portion 125 a (see FIG. 17 ) extending from the fixed drive electrode 125 to the peripheral portion of the displacement space forming concave portion 129 has a first on the electrode piece 127 of the sensor body 101. And the second connecting bonding metal layer 138 bonded to the connecting bonding metal layer 128.

なお、本参考例のジャイロセンサは、後述のように、センサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２および支持基板１０３との接合方法として常温接合法を採用しており、センサ本体１０１と支持基板１０３とがＳｉ−ＳｉＯ２の組み合わせの常温接合により接合され、センサ本体１０１と支持基板１０３とで構成されるセンサ基板におけるセンサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２とがＡｕ−Ａｕの組み合わせの常温接合により接合されている。 Note that the gyro sensor of this reference example employs a room temperature bonding method as a bonding method between the sensor body 101, the through-hole wiring forming substrate 102, and the support substrate 103, as will be described later. Are bonded by Si—SiO 2 combination room temperature bonding, and the sensor body 101 and the through-hole wiring forming substrate 102 in the sensor substrate composed of the sensor body 101 and the support substrate 103 are Au—Au combination room temperature bonding. It is joined by.

次に、本参考例のジャイロセンサの動作について説明する。 Next, the operation of the gyro sensor of this reference example will be described.

本参考例のジャイロセンサは、駆動質量体１１１に規定の振動を与えておき、外力による角速度が作用したときの検出質量体１１２の変位を検出するものである。ここにおいて、駆動質量体１１１を振動させるには固定駆動電極１２５と駆動質量体１１１との間に正弦波形ないし矩形波形の振動電圧を印加すればよい。振動電圧は、交流電圧が望ましいが、極性を反転させることは必須ではない。駆動質量体１１１は駆動ばね１１３と検出質量体１１２と検出ばね１１５と連結片１１６とを介して固定片１１７に電気的に接続され、固定片１１７の表面には第１の接続用接合金属層１２８が形成されており、また、固定駆動電極１２５は電極片１２７上の第１の接続用接合金属層１２８に電気的に接続されているから、固定片１１７上の第１の接続用接合金属層１２８と電極片１２７上の第１の接続用接合金属層１２８との間に振動電圧を印加すれば、駆動質量体１１１と固定駆動電極１２５との間に静電力を作用させて駆動質量体１１１をｚ軸方向に振動させることができる。振動電圧の周波数は、駆動質量体１１１および検出質量体１１２の質量や駆動ばね１１３および検出ばね１１５のばね定数などにより決まる共振周波数に一致させれば、比較的小さい駆動力で大きな振幅を得ることができる。 The gyro sensor of this reference example applies a prescribed vibration to the drive mass body 111 and detects the displacement of the detection mass body 112 when an angular velocity due to an external force is applied. Here, in order to vibrate the driving mass body 111, a sinusoidal or rectangular oscillation voltage may be applied between the fixed driving electrode 125 and the driving mass body 111. The oscillating voltage is preferably an alternating voltage, but it is not essential to reverse the polarity. The drive mass body 111 is electrically connected to the fixed piece 117 via the drive spring 113, the detection mass body 112, the detection spring 115, and the connecting piece 116, and a first connecting metal layer for connection is formed on the surface of the fixed piece 117. 128, and the fixed driving electrode 125 is electrically connected to the first connecting bonding metal layer 128 on the electrode piece 127, so that the first connecting bonding metal on the fixing piece 117 is formed. When an oscillating voltage is applied between the layer 128 and the first connecting bonding metal layer 128 on the electrode piece 127, an electrostatic force is applied between the driving mass body 111 and the fixed driving electrode 125 to drive the driving mass body. 111 can be vibrated in the z-axis direction. If the frequency of the oscillating voltage matches the resonance frequency determined by the mass of the driving mass body 111 and the detection mass body 112 and the spring constant of the driving spring 113 and the detection spring 115, a large amplitude can be obtained with a relatively small driving force. Can do.

駆動質量体１１１を振動させている状態において、ジャイロセンサにｙ軸方向の軸回りの角速度が作用したときに、ｘ軸方向にコリオリ力が発生し、検出質量体１１２（および駆動質量体１１１）は固定子１２０に対してｘ軸方向に変位する。可動櫛歯片１２４が固定櫛歯片１２３に対して変位すれば、可動櫛歯片１２４と固定櫛歯片１２３との距離が変化し、結果的に可動櫛歯片１２４と固定櫛歯片１２３との間の静電容量が変化する。この静電容量の変化は、４個の固定子１２０に接続された第１の接続用接合金属層１２８から取り出すことができるから、上述のジャイロセンサでは、４個の可変縁容量コンデンサが形成されているとみなすことができ、各可変容量コンデンサの静電容量をそれぞれ検出したり、可変容量コンデンサを並列に接続した合成容量を検出したりすることにより、検出質量体１１２の変位を検出することができる。駆動質量体１１１の振動は既知であるから、検出質量体１１２の変位を検出することにより、コリオリ力を求めることができる。なお、本参考例では、駆動質量体１１１と駆動ばね１１３と検出質量体１１２と検出ばね１１５と連結片１１６とでフレーム部１１０の内側に配置される可動部を構成しており、固定櫛歯片１２３と検出質量体１１２に設けられた可動櫛歯片１２４とでセンシング部を構成している。要するに、フレーム部１１０の内側に配置される可動部にセンシング部の一部が設けられている。 In a state where the driving mass 111 is vibrated, when an angular velocity around the axis in the y-axis acts on the gyro sensor, a Coriolis force is generated in the x-axis direction, and the detection mass 112 (and the driving mass 111). Is displaced in the x-axis direction with respect to the stator 120. When the movable comb tooth piece 124 is displaced with respect to the fixed comb tooth piece 123, the distance between the movable comb tooth piece 124 and the fixed comb tooth piece 123 changes, and as a result, the movable comb tooth piece 124 and the fixed comb tooth piece 123 are changed. The capacitance between and changes. Since this change in capacitance can be taken out from the first connecting bonding metal layer 128 connected to the four stators 120, four variable edge capacitance capacitors are formed in the above gyro sensor. The displacement of the detection mass body 112 can be detected by detecting the capacitance of each variable capacitor or by detecting the combined capacitance of the variable capacitors connected in parallel. Can do. Since the vibration of the driving mass body 111 is known, the Coriolis force can be obtained by detecting the displacement of the detection mass body 112. In the present reference example, the driving mass body 111, the driving spring 113, the detection mass body 112, the detection spring 115, and the connecting piece 116 constitute a movable portion arranged inside the frame portion 110, and a fixed comb. The tooth piece 123 and the movable comb tooth piece 124 provided on the detection mass body 112 constitute a sensing unit. In short, a part of the sensing part is provided in the movable part arranged inside the frame part 110.

ここに、可動櫛歯片１２４の変位は、（駆動質量体１１１の質量）／（駆動質量体１１１の質量＋検出質量体１１２の質量）に比例するから、駆動質量体１１１の質量が検出質量体１１２の質量に比較して大きいほど可動櫛歯片１２４の変位が大きくなり、結果的に感度が向上することになる。そこで、本参考例では駆動質量体１１１の厚み寸法を検出質量体１１２の厚み寸法よりも大きくしてある。 Here, since the displacement of the movable comb tooth piece 124 is proportional to (mass of the driving mass body 111) / (mass of the driving mass body 111 + mass of the detection mass body 112), the mass of the driving mass body 111 is detected mass. The larger the mass of the body 112 is, the larger the displacement of the movable comb tooth piece 124 is. As a result, the sensitivity is improved. Therefore, in this reference example, the thickness dimension of the driving mass body 111 is made larger than the thickness dimension of the detection mass body 112.

以上説明した本参考例のジャイロセンサでは、センサ本体１０１のフレーム部１１０と支持基板１０３と貫通孔配線形成基板１０２とで気密パッケージを構成しており、センサ本体１０１が第１の半導体基板を用いて形成され、貫通孔配線形成基板１０２が第２の半導体基板を用いて形成されるとともに、支持基板１０３が第３の半導体基板を用いて形成されているので、センサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２および支持基板１０３との線膨張率差に起因した熱応力の影響を低減できて、センサ特性の温度依存性を小さくすることができ、しかも、センサ本体１０１と支持基板１０３とが支持基板１０３におけるセンサ本体１０１との対向面に形成された絶縁膜１４１を介して接合されているので、耐電気ノイズ性の低下を抑制できる。なお、本参考例のジャイロセンサでは、支持基板１０３におけるセンサ本体１０１との対向面に形成された絶縁膜１４１を介して支持基板１０３とセンサ本体１０１とを接合しているが、センサ本体１０１と支持基板１０３との互いの対向面の少なくとも一方に形成された絶縁膜を介して接合すればよい。 In the gyro sensor of this reference example described above, the frame portion 110 of the sensor main body 101, the support substrate 103, and the through-hole wiring formation substrate 102 constitute an airtight package, and the sensor main body 101 uses the first semiconductor substrate. The through-hole wiring forming substrate 102 is formed using the second semiconductor substrate, and the support substrate 103 is formed using the third semiconductor substrate, so that the sensor body 101 and the through-hole wiring are formed. The influence of thermal stress due to the difference in linear expansion coefficient between the substrate 102 and the support substrate 103 can be reduced, the temperature dependence of the sensor characteristics can be reduced, and the sensor body 101 and the support substrate 103 are supported by the support substrate. 103 is bonded via an insulating film 141 formed on the surface facing the sensor main body 101, so that it is possible to suppress a decrease in electric noise resistance. . In the gyro sensor of this reference example, the support substrate 103 and the sensor body 101 are bonded via the insulating film 141 formed on the surface of the support substrate 103 facing the sensor body 101. What is necessary is just to join through the insulating film formed in at least one of the mutually opposing surfaces with the support substrate 103.

以下、本参考例のジャイロセンサの製造方法において特徴となる工程について説明するが、実施形態１と同様の工程については説明を適宜省略する。 Hereinafter, processes that are characteristic in the manufacturing method of the gyro sensor of this reference example will be described, but description of processes similar to those of the first embodiment will be omitted as appropriate.

センサ本体１０１の基礎となる第１の半導体基板に適宜のマイクロマシニング加工を施してからセンサ本体１０１と支持基板１０３を常温接合した後に、第１の半導体基板において上記可動部となる部分を他の部位から分離するエッチング工程、第１の封止用接合金属層１２６および第１の接続用接合金属層１２８を形成する接合金属層形成工程を行い、その後、センサ本体１０１と支持基板１０３とからなるセンサ基板と貫通孔配線形成基板１０２とをチャンバＣＨ（図１（ａ））内に導入してからチャンバＣＨ内が規定真空度（例えば、１×１０−５Ｐａ）以下となるように真空排気し、その後、真空中においてセンサ基板におけるセンサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２との互いの接合面それぞれをスパッタエッチングすることで清浄・活性化する活性化工程を行う。なお、活性化工程を行っているときのチャンバＣＨ内の真空度は、活性化工程を開始する前の上記規定真空度よりも低真空の１×１０−２Ｐａ程度となる。 After subjecting the first semiconductor substrate serving as the basis of the sensor main body 101 to appropriate micromachining and bonding the sensor main body 101 and the support substrate 103 at room temperature, the portion that becomes the movable portion in the first semiconductor substrate is changed to another portion. An etching step for separating from the part, a bonding metal layer forming step for forming the first sealing bonding metal layer 126 and the first connection bonding metal layer 128 are performed, and then the sensor body 101 and the support substrate 103 are formed. After the sensor substrate and the through-hole wiring forming substrate 102 are introduced into the chamber CH (FIG. 1A), the chamber CH is evacuated so that the inside of the chamber CH becomes a specified degree of vacuum (for example, 1 × 10 −5 Pa) or less. Thereafter, sputter etching is performed on each joint surface of the sensor body 101 and the through-hole wiring forming substrate 102 in the sensor substrate in a vacuum. Perform the activation process to clean and activate with Note that the degree of vacuum in the chamber CH when the activation process is performed is approximately 1 × 10 −2 Pa, which is lower than the specified vacuum degree before the activation process is started.

活性化工程の後、センサ本体１０１と支持基板１０３とからなるセンサ基板およびパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板１０２の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程を行う。ここにおいて、本参考例のジャイロセンサでは、共振周波数付近における機械的な振動の鋭さを表す機械的Ｑ値（機械的品質係数Ｑｍ）を高めて高感度化を図るために、上記設計雰囲気を、所定真空度（１×１０−４Ｐａ以下の高真空）の雰囲気に設計してあり、本参考例における雰囲気調整工程では、活性化工程が終了した後で、チャンバＣＨ内の真空度が上記所定真空度になるまで真空排気を行うことでチャンバＣＨ内の雰囲気を上記設計雰囲気に調整するようにしている。 After the activation process, the atmosphere in the space where the sensor substrate composed of the sensor main body 101 and the support substrate 103 and the through-hole wiring forming substrate 102 which is a package substrate are present according to desired sensor characteristics An atmosphere adjustment process for adjusting the design atmosphere is performed. Here, in the gyro sensor of this reference example, in order to increase the mechanical Q value (mechanical quality factor Qm) representing the sharpness of mechanical vibration in the vicinity of the resonance frequency and increase the sensitivity, the design atmosphere is has been designed to an atmosphere of a predetermined degree of vacuum (1 × 10 -4 Pa or less in a high vacuum), the definitive atmospheric adjustment step in this example, after the activation step is completed, the vacuum degree in the chamber CH is the The atmosphere in the chamber CH is adjusted to the design atmosphere by performing evacuation until a predetermined vacuum level is reached.

上記雰囲気調整工程が終了した後、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板におけるセンサ本体１０１とパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板１０２とを互いの接合面を突き合せて接合（本参考例では、常温接合）する接合工程を行う。ここで、センサ本体１０１と貫通孔配線形成基板１０２とを常温接合する際には、適宜の荷重（例えば、３００Ｎ）を印加して、第１の封止用接合金属層１２６と第２の封止用接合金属層１３６とを常温接合するのと同時に、第１の接続用接合金属層１２８と第２の接続用接合金属層１３８とを常温接合している。要するに、本参考例では、封止用接合金属層１２６，１３６同士および接続用接合金属層１２８，１３８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。 After the atmosphere adjustment step is completed, the sensor main body 101 in the sensor substrate and the through-hole wiring formation substrate 102 as the package substrate are joined to each other in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment step with the bonding surfaces thereof being brought into contact with each other ( In this reference example, a bonding step of room temperature bonding) is performed. Here, when the sensor main body 101 and the through-hole wiring forming substrate 102 are bonded at room temperature, an appropriate load (for example, 300 N) is applied to the first sealing bonding metal layer 126 and the second sealing. The first connection bonding metal layer 128 and the second connection bonding metal layer 138 are bonded at room temperature at the same time as the fixing bonding metal layer 136 is bonded at room temperature. In short, in this reference example, the sealing bonding metal layers 126 and 136 and the connecting bonding metal layers 128 and 138 are bonded together by metal-metal (here, Au—Au) room temperature bonding.

以上説明した本参考例のジャイロセンサの製造方法によれば、活性化工程の後でセンサ本体１０１と支持基板１０３とで構成されるセンサ基板およびパッケージ用基板である貫通孔配線形成基板１０２の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板とパッケージ用基板とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバＣＨ内で連続的に行うので、活性化工程により清浄・活性化されたセンサ基板の接合面とパッケージ用基板の接合面とを大気に曝すことなく所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整された雰囲気下で突き合せて接合することができ、所望のセンサ特性のジャイロセンサを容易に形成することができる。 According to the manufacturing method of the gyro sensor of the present reference example described above, the presence of the sensor substrate constituted by the sensor body 101 and the support substrate 103 after the activation process and the through-hole wiring forming substrate 102 which is a package substrate. Atmosphere adjustment process for adjusting the atmosphere in the space to the design atmosphere in the hermetic package designed according to the desired sensor characteristics, and the sensor substrate and the package substrate are bonded to each other in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment process And joining the sensor substrates cleaned and activated by the activation process because the activation process, the atmosphere adjustment process, and the bonding process are continuously performed in the same chamber CH. The design atmosphere in the airtight package is designed according to the desired sensor characteristics without exposing the surface and the bonding surface of the package substrate to the atmosphere. Can be joined butt atmosphere, it is possible to easily form a gyro sensor desired sensor characteristics.

また、本参考例のジャイロセンサの製造方法によれば、雰囲気調整工程では、活性化工程の後でチャンバＣＨ内が所定真空度となるように真空排気を行うことでチャンバＣＨ内の雰囲気を上記設計雰囲気に調整するので、センサ素子であるジャイロセンサの共振周波数付近における機械的な振動の鋭さを表す機械的Ｑ値（機械的品質係数Ｑｍ）を高めることができ、高感度化を図れる。 Further, according to the gyro sensor manufacturing method of the present reference example , in the atmosphere adjustment step, the atmosphere in the chamber CH is changed to the above-described level by evacuating the chamber CH to a predetermined degree of vacuum after the activation step. Since the design atmosphere is adjusted, the mechanical Q value (mechanical quality factor Qm) representing the sharpness of mechanical vibration in the vicinity of the resonance frequency of the gyro sensor, which is a sensor element, can be increased, and high sensitivity can be achieved.

また、本参考例のジャイロセンサの製造方法として、接合工程が終了するまでの全工程をセンサ本体１０１および支持基板１０３および貫通孔配線形成基板１０２それぞれについてウェハレベルで行うことでセンサ素子であるジャイロセンサ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センサ素子であるジャイロセンサに分割する分割工程を備えるようにすれば、上記気密パッケージの平面サイズをセンサ基板の平面サイズに合わせることができるから、より小型のジャイロセンサを提供でき、また、量産性を高めることができる。 In addition, as a method for manufacturing the gyro sensor of this reference example, the gyro sensor which is a sensor element is obtained by performing all processes until the bonding process is completed on the sensor body 101, the support substrate 103, and the through-hole wiring forming substrate 102 at the wafer level. If a wafer level package structure including a plurality of sensors is formed, and a splitting process is provided for dividing the wafer level package structure into gyro sensors as sensor elements, the planar size of the hermetic package can be set as a sensor substrate. Therefore, a smaller gyro sensor can be provided, and mass productivity can be improved.

（実施形態２）
以下、本実施形態のセンサ素子について図１８〜図２５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説明する。 (Embodiment 2 )
Hereinafter, after describing the sensor element of the present embodiment with reference to FIGS . 18 to 25 , a characteristic manufacturing method will be described.

本実施形態のセンサ素子である加速度センサの基本構成は実施形態１と略同じであり、センサ基板１に、ＣＭＯＳを用いた集積回路（ＣＭＯＳ ＩＣ）であってセンシング部と協働する集積回路が形成されたＩＣ領域部Ｅ２を設けてある点などが実施形態１と相違する。ここにおいて、上記集積回路は、実施形態１にて説明したブリッジ回路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。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。   The basic configuration of the acceleration sensor that is the sensor element of the present embodiment is substantially the same as that of the first embodiment, and an integrated circuit that uses a CMOS (CMOS IC) and cooperates with the sensing unit is provided on the sensor substrate 1. The difference from the first embodiment is that the formed IC region E2 is provided. Here, the integrated circuit performs a signal processing such as amplification, offset adjustment, and temperature compensation on the output signal of the bridge circuit Bx, By, Bz described in the first embodiment, and outputs a signal processing circuit. An EEPROM or the like that stores data used in the processing circuit is integrated. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the component similar to Embodiment 1, and description is abbreviate | omitted.

本実施形態におけるセンサ基板１は、図１８および図２０に示すように、実施形態１にて説明したフレーム部１１の一部、重り部１２、各撓み部１３、センシング部であるピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４，Ｒｙ１〜Ｒｙ４，Ｒｚ１〜Ｒｚ４などが形成されたセンサ領域部Ｅ１と、上記集積回路が形成された上述のＩＣ領域部Ｅ２と、実施形態１にて説明した第１の封止用接合金属層１８などが形成された接合用領域部Ｅ３とを備え、平面視において中央部に位置するセンサ領域部Ｅ１をＩＣ領域部Ｅ２が囲み、ＩＣ領域部Ｅ２を接合領域部Ｅ３が囲むように各領域部Ｅ１〜Ｅ３のレイアウトが設計されている。ここで、本実施形態では、実施形態１におけるセンサ基板１のフレーム部１１の外形寸法を大きくしてあり（言い換えれば、フレーム部１１の幅寸法を大きくしてあり）、フレーム部１１に上記集積回路を形成してある。 As shown in FIGS. 18 and 20 , the sensor substrate 1 in the present embodiment includes a part of the frame portion 11 described in the first embodiment, the weight portion 12, each bending portion 13, and piezoresistors Rx <b> 1 that are sensing portions. The sensor region E1 in which Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, etc. are formed, the IC region E2 in which the integrated circuit is formed, and the first sealing bonding metal described in the first embodiment Each of the sensor region E1 positioned in the center in plan view and the IC region E2 surrounded by the bonding region E3. The layout of the area portions E1 to E3 is designed. Here, in this embodiment, the outer dimension of the frame part 11 of the sensor substrate 1 in the first embodiment is increased (in other words, the width dimension of the frame part 11 is increased). A circuit is formed.

ところで、センサ基板１は、実施形態１と同様にＳＯＩウェハを用いて形成されており、ＩＣ領域部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ＩＣ領域部Ｅ２の占有面積の縮小化を図っている。このため、センサ基板１のＩＣ領域部Ｅ２では、シリコン層１０ｃ上のシリコン酸化膜と当該シリコン酸化膜上のシリコン窒化膜との積層膜からなる絶縁膜１６の表面側に、層間絶縁膜やパッシベーション膜などからなる多層構造部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を露出させてあり、各パッド４２が金属材料（例えば、Ａｕなど）からなる引き出し配線４３を介して接合領域部Ｅ３の絶縁膜１６上の第１の接続用接合金属層１９と電気的に接続されている（図２１参照）。ここで、本実施形態では、引き出し配線４３の材料と第１の接続用接合金属層１９の材料とを同じとして、引き出し配線４３と第１の接続用接合金属層１９とが連続する形で形成されている。なお、ＩＣ領域部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、貫通孔配線形成基板２の貫通孔配線２４とセンシング部とが電気的に接続されることとなる。 By the way, the sensor substrate 1 is formed using an SOI wafer in the same manner as in the first embodiment. In the IC region E2, the occupied area of the IC region E2 in the sensor substrate 1 is reduced by using a multilayer wiring technique. We are trying to make it. For this reason, in the IC region E2 of the sensor substrate 1, an interlayer insulating film or a passivation is formed on the surface side of the insulating film 16 made of a laminated film of a silicon oxide film on the silicon layer 10c and a silicon nitride film on the silicon oxide film. A multilayer structure 41 made of a film or the like is formed, and a plurality of pads 42 are exposed by removing appropriate portions of the passivation film, and each pad 42 is a lead wiring 43 made of a metal material (for example, Au). Is electrically connected to the first connecting bonding metal layer 19 on the insulating film 16 in the bonding region E3 (see FIG. 21 ). Here, in this embodiment, the material of the lead-out wiring 43 and the material of the first connecting bonding metal layer 19 are the same, and the lead-out wiring 43 and the first connecting bonding metal layer 19 are formed in a continuous manner. Has been. The plurality of pads 42 formed in the IC region E2 are electrically connected to the sensing unit through the signal processing circuit, and are electrically connected to the sensing unit without passing through the signal processing circuit. In any case, the through-hole wiring 24 of the through-hole wiring forming substrate 2 and the sensing unit are electrically connected.

また、本実施形態では、実施形態１と同様に、第１のシリコンウェハを用いて形成された貫通孔配線形成基板２（図１８、図２２、図２３参照）および第２のシリコンウェハを用いて形成されたカバー基板３（図１８、図２４参照）がセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されており、本実施形態における貫通孔配線形成基板２は、実施形態１にて説明した変位空間形成用凹部２１の開口面の投影領域内にセンサ領域部Ｅ１およびＩＣ領域部Ｅ２が収まるように変位空間形成用凹部２１の開口面積を実施形態１に比べて大きくしてあり、ＩＣ領域部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１８（ｃ）、図１９参照）。 In the present embodiment, similarly to the first embodiment, the through-hole wiring formation substrate 2 (see FIGS. 18, 22, and 23 ) formed using the first silicon wafer and the second silicon wafer are used. The cover substrate 3 (see FIGS. 18 and 24 ) formed in this manner is formed to have the same outer dimensions as the sensor substrate 1, and the through-hole wiring formation substrate 2 in the present embodiment is the displacement space described in the first embodiment. The opening area of the displacement space forming recess 21 is made larger than that of the first embodiment so that the sensor region E1 and the IC region E2 are within the projection area of the opening surface of the forming recess 21, and the IC region E2 The multilayer structure 41 is arranged in the displacement space forming recess 21 ( see FIGS. 18C and 19 ).

以上説明した本実施形態の加速度センサでは、実施形態１の加速度センサと、実施形態１の加速度センサのセンシング部と協働する集積回路を形成したＩＣチップとを１つのパッケージに収納したセンサモジュールに比べて小型化および低コスト化を図れ、また、センシング部と集積回路との間の配線長を短くすることができ、センサ性能の向上を図れる。   In the acceleration sensor according to the present embodiment described above, the acceleration sensor according to the first embodiment and an IC chip that forms an integrated circuit that cooperates with the sensing unit of the acceleration sensor according to the first embodiment are accommodated in a single package. Compared to this, the size and cost can be reduced, and the wiring length between the sensing unit and the integrated circuit can be shortened, so that the sensor performance can be improved.

以下、上述のＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の製造方法について図２５を参照しながら簡単に説明するが、図２５（ａ）〜（ｄ）は図２０（ａ）のＡ−Ａ’断面に対応する部分の断面を示してある。 Hereinafter, will be briefly described with reference to FIG. 25 a method for manufacturing the sensor wafer 10 and the sensor substrate 1 form a plurality of the above SOI wafer, FIG. 25 (a) ~ (d) FIG. 20 (a) A- A cross section of a portion corresponding to the A ′ cross section is shown.

まず、ＳＯＩウェハの主表面側（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上記集積回路などの回路要素をＣＭＯＳプロセス技術などを利用して形成する。ここにおいて、ＩＣ領域部Ｅ２の各パッド４２を露出させる工程が終了した段階では、上述の多層構造部４１がセンサ領域部Ｅ１および接合領域部Ｅ３にも形成されているが、多層構造部４１のうちセンサ領域部Ｅ１および接合領域部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。   First, the piezoresistors Rx1 to Rx4, Ry1 to Ry4, Rz1 to Rz4, the diffusion layer wiring for forming the bridge circuits Bx, By, and Bz on the main surface side (the surface side of the silicon layer 10c) of the SOI wafer, the integrated circuit, etc. These circuit elements are formed using CMOS process technology or the like. Here, at the stage where the step of exposing each pad 42 of the IC region portion E2 is completed, the multilayer structure portion 41 described above is also formed in the sensor region portion E1 and the bonding region portion E3. Of these, the metal wiring is not provided in the portions formed in the portions corresponding to the sensor region E1 and the bonding region E3.

上述の各パッド４２を露出させる工程が終了した後、多層構造部４１のうちセンサ領域部Ｅ１および接合領域部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形成し、当該レジスト層をエッチングマスクとして、多層構造部４１の露出部分をシリコン層１０ｃ上の絶縁膜１６のシリコン窒化膜をエッチングストッパ層としてウェットエッチングによりエッチング除去し、続いて、レジスト層を除去することによって、図２５（ａ）に示す構造を得る。 After the step of exposing each of the pads 42 is completed, the resist layer patterned so as to expose portions formed in portions corresponding to the sensor region portion E1 and the bonding region portion E3 of the multilayer structure portion 41, respectively. And using the resist layer as an etching mask, the exposed portion of the multilayer structure portion 41 is removed by wet etching using the silicon nitride film of the insulating film 16 on the silicon layer 10c as an etching stopper layer, and then the resist layer is removed. by removing, the structure shown in FIG. 25 (a).

その後、ＳＯＩウェハの主表面側に第１の封止用接合金属層１８、各接続用接合金属層１９、および引き出し配線４３をスパッタ法などの薄膜形成技術およびフォト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から、ＳＯＩウェハの主表面側に、上述の絶縁膜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、絶縁膜１６の露出部分をエッチングすることで絶縁膜１６をパターニングし、ＳＯＩウェハを主表面側から絶縁層１０ｂに達する深さまで絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層としてエッチングする表面側パターニング工程を行うことによって、図２５（ｂ）に示す構造を得る。この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、ＳＯＩウェハ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, the first sealing bonding metal layer 18, each connecting bonding metal layer 19, and the lead-out wiring 43 are formed on the main surface side of the SOI wafer using a thin film forming technique such as a sputtering method, a photolithography technique, an etching technique, and the like. Then, on the main surface side of the SOI wafer, the insulating film 16 covers the portions corresponding to the frame portion 11, the core portion 12a of the weight portion 12, and the respective bending portions 13, and exposes other portions. The resist layer thus patterned is formed, and the insulating film 16 is patterned by etching the exposed portion of the insulating film 16 using the resist layer as an etching mask, so that the SOI wafer can reach the insulating layer 10b from the main surface side. By performing a surface-side patterning step of etching using the insulating layer 10b as an etching stopper layer The structure shown in FIG. 25 (b). By performing this surface side patterning step, and subsequently removing the resist layer, the silicon layer 10c in the SOI wafer has a portion corresponding to the frame portion 11, a portion corresponding to the core portion 12a, and each flexible portion 13 respectively. And the part corresponding to. 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.

上述の表面側パターニング工程に続いてレジスト層を除去した後、ＳＯＩウェハ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、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ウェハを裏面側から絶縁層１０ｂに達する深さまで絶縁層１０ｂをエッチングストッパ層として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２５（ｃ）に示す構造を得る。この裏面側パターニング工程を行うことにより、ＳＯＩウェハにおける支持基板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、誘導結合プラズマ（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 the resist layer is removed following the surface side patterning step described above, a portion corresponding to the frame portion 11 and a portion corresponding to the core portion 12a in the silicon oxide film 10d stacked on the support substrate 10a on the back side of the SOI wafer. And a portion corresponding to each of the accompanying portions 12b and a resist layer patterned so as to expose other portions are formed, and the exposed portion of the silicon oxide film 10d is etched using the resist layer as an etching mask. After patterning the silicon oxide film 10d and removing the resist layer, the silicon oxide film 10d is used as an etching mask, and the SOI wafer is etched from the back side to a depth reaching the insulating layer 10b, using the insulating layer 10b as an etching stopper layer substantially vertically. Doing the back side patterning process to dry etching I, the structure shown in FIG. 25 (c). By performing this back surface side patterning step, the support substrate 10a in the SOI wafer has a portion corresponding to the frame portion 11, a portion corresponding to the core portion 12a, and a portion corresponding to each of the associated portions 12b. For example, an inductively coupled plasma (ICP) type dry etching apparatus may be used as the etching apparatus in the back surface side patterning step, and the etching conditions are such that the insulating layer 10b functions as an etching stopper layer. Set.

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２５（ｄ）に示す構造を得る。なお、この分離工程において、ＳＯＩウェハ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, unnecessary portions are etched away by wet etching, leaving portions corresponding to the frame portion 11 and portions corresponding to the core portion 12a in the insulating layer 10b. By performing the separation step of forming the weight portion 12, the structure shown in FIG. 25 (d) is obtained. In this separation step, the silicon oxide film 10d on the back side of the SOI wafer is also removed by etching.

本実施形態の加速度センサは、実施形態１と同様に、ＳＯＩウェハにセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０と、上述の第１のシリコンウェハに貫通孔配線形成基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０と、上述の第２のシリコンウェハにカバー基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０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、ダイシング工程により所定のサイズ（所望のチップサイズ）の加速度センサに切断されている（なお、図１８（ｃ）の加速度センサは図１８（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００のうち丸Ａで囲んだ部分の断面に相当している）。したがって、貫通孔配線形成基板２とカバー基板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。 As in the first embodiment, the acceleration sensor of the present embodiment includes a sensor wafer 10 in which a plurality of sensor substrates 1 are formed on an SOI wafer, and a first in which a plurality of through-hole wiring formation substrates 2 are formed on the first silicon wafer described above. A dicing step is performed after forming the wafer level package structure 100 by bonding the package wafer 20 and the second package wafer 30 in which a plurality of the cover substrates 3 are formed on the second silicon wafer described above at room temperature bonding. Is cut into an acceleration sensor of a predetermined size (desired chip size) ( the acceleration sensor in FIG. 18C is surrounded by a circle A in the wafer level package structure 100 shown in FIG. 18A) . Corresponds to the section of the part). Therefore, the through-hole wiring forming substrate 2 and the cover substrate 3 have the same outer size as the sensor substrate 1, and a small chip size package can be realized and manufacture is facilitated.

以上説明した本実施形態の加速度センサの製造方法は、センサウェハ１０を形成するための工程数が実施形態１よりも増加するだけで、第１のパッケージウェハ２０における貫通孔配線形成基板２を形成するための各工程、第２のパッケージ基板３０におけるカバー基板３を形成するための各工程は実施形態１と同じであり、センサウェハ１０および各パッケージウェハ２０，３０を形成した後の工程も実施形態１と同様である。   The acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment described above forms the through-hole wiring forming substrate 2 in the first package wafer 20 only by increasing the number of steps for forming the sensor wafer 10 compared to the first embodiment. The steps for forming the cover substrate 3 in the second package substrate 30 are the same as those in the first embodiment, and the steps after forming the sensor wafer 10 and the package wafers 20 and 30 are also in the first embodiment. It is the same.

すなわち、本実施形態の加速度センサの製造方法においても、実施形態１における加速度センサの製造方法と同様に、真空中においてセンサ基板１と各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）との互いの接合面それぞれを清浄・活性化する活性化工程と、活性化工程の後でセンサ基板１および各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板１と各パッケージ用基板（貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３）とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバＣＨ（図１参照）内で連続的に行うので、活性化工程により清浄・活性化されたセンサ基板１の接合面と各パッケージ用基板それぞれの接合面とを大気に曝すことなく所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整された雰囲気下で突き合せて接合することができ、所望のセンサ特性の加速度センサを容易に形成することができる。   That is, in the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment as well, in the same manner as the acceleration sensor manufacturing method of the first embodiment, the sensor substrate 1 and each package substrate (through-hole wiring forming substrate 2 and cover substrate 3) in a vacuum. An activation process for cleaning and activating each of the joint surfaces with each other, and an atmosphere in a space where the sensor substrate 1 and each package substrate (through-hole wiring formation substrate 2 and cover substrate 3) exist after the activation process Is adjusted to a design atmosphere in an airtight package designed according to desired sensor characteristics, and the sensor substrate 1 and each package substrate (through-hole wiring formation substrate 2) in the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment step And a cover substrate 3) and a bonding process for abutting each other's bonding surfaces and bonding, and an activation process, an atmosphere adjustment process, and a bonding process. Since it is continuously performed in the same chamber CH (see FIG. 1), the bonding surface of the sensor substrate 1 cleaned and activated by the activation process and the bonding surface of each package substrate are desired without being exposed to the atmosphere. It is possible to butt and bond in an atmosphere adjusted to the design atmosphere in the hermetic package designed according to the sensor characteristics, and an acceleration sensor having desired sensor characteristics can be easily formed.

また、本実施形態の加速度センサの製造方法では、センサ基板１にはセンシング部と協働する集積回路が形成されているので、センシング部と協働する集積回路が形成されたＩＣチップを実施形態１にて説明した加速度センサのようなセンサ素子とともに１つのパッケージに収納してセンサモジュールを構成する場合に比べて、製造コストの低コスト化を図れる。   Further, in the acceleration sensor manufacturing method of the present embodiment, since the integrated circuit that cooperates with the sensing unit is formed on the sensor substrate 1, an IC chip in which the integrated circuit that cooperates with the sensing unit is formed is used as the embodiment. Compared with the case where the sensor module is housed in one package together with the sensor element such as the acceleration sensor described in 1, the manufacturing cost can be reduced.

ところで、上述の実施形態１，２ではセンサ素子として加速度センサを例示し、参考例ではセンサ素子としてジャイロセンサを例示したが、センサ素子は加速度センサやジャイロセンサに限らず、例えば、センサ素子がセンサ基板として可動部の構造が異なる複数種類のセンサ基板（例えば、実施形態１にて説明したセンサ基板１、参考例にて形成したセンサ基板）を有する複合センサ（加速度センサとジャイロセンサとが複合化された複合センサ）や、センサ基板が可動部を備えていないセンサ素子（例えば、熱型の赤外線センサなど）であってもよく、少なくとも雰囲気調整工程と接合工程とからなる基本工程をセンサ基板ごとに各別に行うようにすれば、各センサ基板それぞれについて気密パッケージ内の雰囲気を各別に設計された設計雰囲気に調整できる。また、実施形態２のセンサ素子は、センサ基板１にセンシング部と協働する集積回路を形成してあるが、参考例のジャイロセンサや他のセンサ素子（例えば、上述の複合センサや熱型の赤外線センサなど）においてセンサ基板にセンシング部と協働する集積回路を形成するようにして、センサ基板１とパッケージ用基板とを接合するようにしてもよい。 By the way, although the acceleration sensor was illustrated as a sensor element in above-mentioned Embodiment 1, 2 , the gyro sensor was illustrated as a sensor element in the reference example, a sensor element is not restricted to an acceleration sensor or a gyro sensor, For example, a sensor element is a plurality of types of sensors substrate structure of the movable part is different as a sensor substrate (e.g., the sensor substrate 1 described in embodiment 1, the sensor substrate which is hand formed as a reference example) a composite sensor (an acceleration sensor and a gyro sensor having a composite Or a sensor element in which the sensor substrate does not have a movable part (for example, a thermal infrared sensor), and at least a basic process including an atmosphere adjustment process and a bonding process is used as the sensor substrate. If each is done separately, the atmosphere in the airtight package is designed for each sensor board. It can be adjusted to a total atmosphere. In the sensor element of the second embodiment, an integrated circuit that cooperates with the sensing unit is formed on the sensor substrate 1. However , the gyro sensor of the reference example and other sensor elements (for example, the above-described composite sensor and thermal type sensor) In an infrared sensor or the like, an integrated circuit that cooperates with the sensing unit may be formed on the sensor substrate, and the sensor substrate 1 and the package substrate may be bonded.

実施形態１における加速度センサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the acceleration sensor in Embodiment 1. FIG. 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. 同上における加速度センサの概略平面図である。It is a schematic plan view of the acceleration sensor same as the above. 同上における加速度センサを示し、（ａ）は図２（ｃ）の要部拡大図、（ｂ）は図３のＣ−Ｃ’概略断面図である。The acceleration sensor in the same as above is shown, (a) is an enlarged view of the main part of FIG. 2 (c), (b) is a schematic cross-sectional view of C-C 'of FIG. 同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ａ’概略断面図である。The sensor board | substrate in the same is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is B-A 'schematic sectional drawing of (a). 同上におけるセンサ基板を示し、（ａ）は図５（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図、（ｂ）は図５（ａ）のＣ−Ｃ’概略断面図である。The sensor board | substrate in the same as the above is shown, (a) is A-A 'schematic sectional drawing of Fig.5 (a), (b) is C-C' schematic sectional drawing of Fig.5 (a). 同上におけるセンサ基板を示す概略下面図である。It is a schematic bottom view which shows the sensor board | substrate in the same as the above. 同上におけるセンサ基板の回路図である。It is a circuit diagram of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上における貫通孔配線形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’概略断面図である。The through-hole wiring formation board | substrate in the same as the above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A-A 'schematic sectional drawing of (a). 同上における貫通孔配線形成基板の下面図である。It is a bottom view of the through-hole wiring formation board in the same as the above. 同上におけるカバー基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−The cover board | substrate in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is A- of (a). Ａ’概略断面図である。It is A 'schematic sectional drawing. 参考例のジャイロセンサの概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the gyro sensor of a reference example. 同上のジャイロセンサの概略側面図である。It is a schematic side view of a gyro sensor same as the above. 同上のジャイロセンサにおけるセンサ基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the sensor board | substrate in a gyro sensor same as the above. 同上のジャイロセンサにおけるセンサ基板の要部拡大図である。It is a principal part enlarged view of the sensor board | substrate in a gyro sensor same as the above. 同上のジャイロセンサにおける貫通孔配線形成基板の概略平面図である。It is a schematic plan view of the through-hole wiring formation board in a gyro sensor same as the above. 同上のジャイロセンサにおける貫通孔配線形成基板の概略下面図である。It is a schematic bottom view of the through-hole wiring formation board in a gyro sensor same as the above. 実施形態２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10 shows a wafer level package structure according to Embodiment 2, wherein (a) is a schematic plane. 図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は加速度センサの概略断面図である。(B) is a schematic side view, (c) is a schematic cross-sectional view of an acceleration sensor. 同上における加速度センサを示し、（ａ）は要部概略断面図、（ｂ）は他の要The acceleration sensor in the above is shown, (a) is a schematic cross-sectional view of the main part, and (b) is another main part. 部概略断面図である。FIG. 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The sensor board | substrate in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. ある。is there. 同上におけるセンサ基板の要部概略断面図である。It is a principal part schematic sectional drawing of the sensor board | substrate in the same as the above. 同上における貫通孔配線形成基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａThe through-hole wiring formation board in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is (a ）のＡ−Ａ’概略断面図である。It is A-A 'schematic sectional drawing of (). 同上における貫通孔配線形成基板の下面図である。It is a bottom view of the through-hole wiring formation board in the same as the above. 同上におけるカバー基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略断面図でThe cover board | substrate in the same as above is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic sectional drawing. ある。is there. 同上のウェハレベルパッケージ構造体におけるセンサウェハの製造方法を説明Explains the manufacturing method of sensor wafer in wafer level package structure するための主要工程断面図である。It is main process sectional drawing for doing. 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 貫通孔配線形成基板
３ カバー基板
ＣＨ チャンバ
Ｖ１ ガス導入用バルブ
Ｖ２ 排気用バルブ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensor board 2 Through-hole wiring formation board 3 Cover board CH Chamber V1 Gas introduction valve V2 Exhaust valve

Claims (5)

Ｓｉを用いて形成されセンシング部が設けられたセンサ基板とＳｉを用いて形成され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有する第１のパッケージ用基板およびＳｉを用いて形成された第２のパッケージ用基板とを接合して形成された気密パッケージを有するセンサ素子の製造方法であって、真空中においてセンサ基板と各パッケージ用基板との互いの接合面それぞれを清浄・活性化する活性化工程と、活性化工程の後でセンサ基板および各パッケージ用基板の存在する空間の雰囲気を所望のセンサ特性に応じて設計した気密パッケージ内の設計雰囲気に調整する雰囲気調整工程と、雰囲気調整工程にて調整された雰囲気下においてセンサ基板と各パッケージ用基板とを互いの接合面を突き合せて接合する接合工程とを備え、活性化工程と雰囲気調整工程と接合工程とを同一チャンバ内で連続的に行うようにし、接合工程では、センサ基板と第２のパッケージ用基板とを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し、その後、センサ基板における第１のパッケージ用基板との対向面側においてセンシング部に電気的に接続された第１の接続用接合金属層と第１のパッケージ用基板におけるセンサ基板との対向面側において貫通孔配線に電気的に接続された第２の接続用接合金属層とを常温接合するとともに、センサ基板と第１のパッケージ用基板との互いの対向面に形成されている封止用接合金属層同士を常温接合することを特徴とするセンサ素子の製造方法。 The first package substrate having electrically connected to the through-hole interconnection in the sensing portion of the formed sensor substrate with a sensor substrate and Si Sensing portion is formed is provided with a Si and Si Manufacturing method of a sensor element having an airtight package formed by bonding a second package substrate formed by using each of the sensor substrate and a bonding surface of each of the sensor substrate and each package substrate in a vacuum. An atmosphere for adjusting the design atmosphere in the hermetic package designed according to the desired sensor characteristics after the activation process, and the atmosphere in the space where the sensor substrate and each package substrate exist An adjustment step, and a bonding step in which the sensor substrate and each package substrate are abutted against each other under the atmosphere adjusted in the atmosphere adjustment step. Comprising, a junction between the activation step and the atmospheric adjustment step process as carried out continuously in the same chamber, in the bonding step, the sensor substrate and the substrate for the second package Si-Si, Si-SiO 2 , SiO 2 joined by room-temperature bonding of a set of combinations selected from the group of -SiO 2, then, a first electrically connected to the sensing portion in a surface facing the first package substrate in the sensor substrate The connection bonding metal layer and the second connection bonding metal layer electrically connected to the through-hole wiring on the opposite surface side of the first package substrate to the sensor substrate are bonded at room temperature, and the sensor substrate and the first substrate A method for producing a sensor element, comprising: bonding a bonding metal layer for sealing formed on surfaces facing each other to one package substrate at room temperature. 前記センサ基板には前記センシング部と協働する集積回路が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のセンサ素子の製造方法。   The sensor element manufacturing method according to claim 1, wherein an integrated circuit that cooperates with the sensing unit is formed on the sensor substrate. 前記雰囲気調整工程では、前記チャンバ内へ不活性ガスを導入することにより前記チャンバ内の雰囲気を前記設計雰囲気に調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ素子の製造方法。   3. The sensor element manufacturing method according to claim 1, wherein, in the atmosphere adjustment step, the atmosphere in the chamber is adjusted to the design atmosphere by introducing an inert gas into the chamber. 前記センサ素子が加速度センサであり、前記雰囲気調整工程では、前記活性化工程の後で前記チャンバ内へ不活性ガスを導入して前記チャンバ内を大気圧まで戻すことで前記チャンバ内の雰囲気を前記設計雰囲気に調整することを特徴とする請求項１または請求項２記載のセンサ素子の製造方法。   The sensor element is an acceleration sensor, and in the atmosphere adjustment step, an inert gas is introduced into the chamber after the activation step, and the atmosphere in the chamber is returned to atmospheric pressure by returning the inside of the chamber to atmospheric pressure. The method for manufacturing a sensor element according to claim 1, wherein the control atmosphere is adjusted to a design atmosphere. 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各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素子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素子に分割する分割工程を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のセンサ素子の製造方法。   A wafer level package structure including a plurality of the sensor elements is formed by performing all processes until the bonding process is completed at the wafer level for each of the sensor substrate and each package substrate. The method for manufacturing a sensor element according to any one of claims 1 to 4, further comprising a dividing step of dividing the structure into the sensor elements.
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