JP6569382B2 - 電子デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、陽極接合装置を用いた電子デバイスの製造方法に関する。

従来、例えばシリコンＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を用いて物理量を検出する機能素子を備えた電子デバイスとして、半導体基板あるいはガラス基板などのパッケージ基板（基体）上に機能素子が設けられた加速度センサー、ジャイロセンサーなどが提案されている。

例えば、特許文献１には、基体（上述のパッケージ基板に相当する）の第１面側に接合されている蓋体と、基体および蓋体に囲まれるキャビティーに収容されている機能素子（センサー素子）と、を備えた電子デバイスが開示されている。そして、この電子デバイスでは、基体と機能素子との接合、および基体と蓋体との接合のそれぞれにおいて、陽極接合装置を用いた陽極接合法が適用されている。つまり、この電子デバイスの製造過程では、複数回の陽極接合、即ち基体と機能素子とを接合する１回目の陽極接合と、基体と蓋体とを接合する２回目の陽極接合が行われる。

特開２０１３−１６４２８５号公報

しかしながら、上述の特許文献１に記載されているように、基体と機能素子との接合、および基体と蓋体との接合の、２回の陽極接合が同じ基体に対して行われると、１回目の陽極接合時に基体のアルカリ金属イオンが使用されて（移動して）しまい、２回目の陽極接合に必要なアルカリ金属イオンが欠乏状態となる、所謂空乏層が出現してしまう。これにより、２回目の陽極接合における蓋体と基体との接合が十分に行われず、結果的に蓋体と基体との接合強度が低下してしまうことになり、蓋体と基体との気密性が低下してしまう虞があった。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る電子デバイスの製造方法は、アルカリ金属イオンを有する第１基体に、シリコンを含む第２基体およびシリコンを含む第３基体を陽極接合する電子デバイスの製造方法であって、前記第１基体の一面と前記第２基体とを陽極接合する第１工程と、前記第１工程の後、前記第１基体と前記第３基体とが陽極接合される前記第１基体の前記一面の少なくとも一部を除去し、接合面を露出させる第２工程と、前記第１基体の前記接合面と前記第３基体とを陽極接合する第３工程と、を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、アルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を有する第１基体の一方面に、第１工程にて第２基体が陽極接合（１回目）された後の第２工程で、第３基体が陽極接合される第１基体の一方面を除去し、第１基体に接合面を露出させる。このように、第３基体が陽極接合される第１基体の一方面を除去することにより、１回目の陽極接合によって第１基体中のアルカリ金属イオンが移動し、２回目の陽極接合に必要なアルカリ金属イオンが欠乏状態となっている一方面が除去され、アルカリ金属イオンの残存する露出面を出現させることができる。そして、第３工程において、アルカリ金属イオンの残存する露出面を接合面として第３基体を陽極接合することによって、第１基体と第３基体とを十分な接合強度によって安定的に接合することが可能となる。

［適用例２］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第２工程は、ドライエッチング法を用いることが好ましい。

本適用例によれば、ドライエッチング法を用いることにより、第１基体の一方面を一方方向に除去することができることから、微細な領域を微細な深さで、精度よく除去加工（エッチング加工）を行うことができる。

［適用例３］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第２工程は、前記第１面から５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することが好ましい。

本適用例によれば、第２工程における第１基体の一方面の除去深さを、５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることにより、第３工程における第１基体と第３基体との陽極接合を十分な接合強度によって安定的に接合することができる。

［適用例４］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第２工程は、前記第１面から６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することが好ましい。

本適用例によれば、第２工程における第１基体の一方面の除去深さを、６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることにより、第３工程における第１基体と第３基体との陽極接合を十分な接合強度によってさらに安定的に接合することができる。

［適用例５］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第２工程は、前記第１面から８２５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することが好ましい。

本適用例によれば、エッチングの深さ精度などのばらつきも吸収することができ、第３工程における第１基体と第３基体との陽極接合を十分な接合強度によって、さらに安定的に接合することができる。

［適用例６］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第１工程および前記第２工程では、略同じ加熱温度を用いて陽極接合を行うことが好ましい。

本適用例によれば、第２工程における２回目の陽極接合においても、その陽極接合領域におけるアルカリ金属イオンが十分に存在するため、加熱温度を高めることなく陽極接合を行うことができる。これにより、高い加熱温度を掛けた際に生じる第１基体と、第２基体および第３基体との熱膨張率の違いによる、第２基体および第３基体の反りを抑制することが可能となり、接合部分に生じる応力を減少させることができ、接合の安定化を図ることができる。

［適用例７］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第３基体は、前記第２基体を内包する蓋体であることが好ましい。

本適用例によれば、第２基体を内包した蓋体の陽極接合において、より安定した接合強度を得ることができる。

［適用例８］上記適用例に記載の電子デバイスの製造方法において、前記第１工程および前記第３工程の少なくとも一方の工程では、陽極接合の温度は、２００℃以上３９０℃以下であることが好ましい。

本適用例によれば、第１基体と第２基体、または第１基体と第３基体との熱膨張差が小さい状態で陽極接合でき、かつ、陽極接合に必要な十分な加熱をすることができる。

本実施形態に係る電子デバイスを模式的に示す平面図。 本実施形態に係る電子デバイスを模式的に示し、図１のＡ−Ａ線における正断面図。 本実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示すフローチャート。 本実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程フロー図１（正断面図）。 電子デバイスの製造方法を示す第１の工程フロー２（正断面図）。 電子デバイスの製造方法を示す第２の工程フロー３（正断面図）。 電子デバイスの製造方法を示す第１の工程フロー４（正断面図）。 電子デバイスの製造方法を示す第１の工程フロー５（正断面図）。 第１基体中のアルカリ金属イオン濃度と深さとの相関を示すグラフ。 第１基体および第２基体の熱膨張率を示すグラフ。

以下、本実施形態について説明する。なお、以下で説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、本実施形態で説明される構成の全てが、本発明の必須構成要件であるとは限らない。また、以下では、説明の便宜上、各図において、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸を図示しており、Ｘ軸に平行な方向を「Ｘ軸方向」、Ｙ軸に平行な方向を「Ｙ軸方向」、Ｚ軸に平行な方向を「Ｚ軸方向」という。また、＋Ｚ軸側を「上」もしくは「上方」、−Ｚ軸側を「下」もしくは「下方」ともいう。

＜実施形態＞
図１、図２、図３、図４Ａないし図４Ｅを用い、本発明の実施形態に係る電子デバイスおよび電子デバイスの製造方法について説明する。図１および図２は、本発明の実施形態に係る電子デバイスを模式的に示し、図１は、平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線における正断面図である。図３は、本実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示すフローチャートである。図４Ａないし図４Ｅは、本実施形態に係る電子デバイスの製造方法を示す工程フロー図であり、図４Ａは、工程フロー１（各工程における電子デバイスを模式的に示す正断面図）、図４Ｂは、工程フロー２（各工程における電子デバイスを模式的に示す正断面図）、図４Ｃは、工程フロー３（各工程における電子デバイスを模式的に示す正断面図）、図４Ｄは、工程フロー４（各工程における電子デバイスを模式的に示す正断面図）、図４Ｅは、工程フロー５（各工程における電子デバイスを模式的に示す正断面図）を示している。

１．電子デバイス
まず、本実施形態に係る電子デバイスについて、図１および図２を参照しながら説明する。本実施形態に係る電子デバイス１００は、基体（第１基体）１０と、溝部１５と、配線２０と、外部接続端子３０と、蓋体（第３基体）５０と、機能素子（第２基体）８０とを含む。さらに、電子デバイス１００は、溝部１６，１７と、配線２２，２４と、外部接続端子３２，３４と、貫通孔５８と、封止部材７０とを含むことができる。なお、便宜上、図１では、蓋体５０、および封止部材７０を透視して図示している。

第１基体としての基体１０の材質は、例えば、ガラス（ホウ珪酸ガラス）、シリコンである。基体１０は、図２に示すように、第１面１１と、第１面１１と反対側の第２面１２と、を有している。第１面１１には、凹部１４が設けられている。凹部１４の上方には、第２基体としての機能素子８０の可動部８６および可動電極部８７が配置され、凹部１４によって、可動部８６および可動電極部８７は、基体１０に妨害されることなく、所望の方向に可動することができる。凹部１４の平面形状（Ｚ軸方向から見たときの形状）は、特に限定されないが、本例では、長方形である。

溝部１５は、基体１０の第１面１１に設けられている。溝部１５は、基体１０および蓋体５０によって囲まれるキャビティー５６の内側から外側に延在している。溝部１５は、例えば、配線２０および外部接続端子３０の平面形状に対応した平面形状を有している。

同様に、溝部１６，１７は、基体１０の第１面１１に設けられている。図１に示す例では、溝部１６，１７は、凹部１４の外周に沿うように設けられている。溝部１６，１７は、キャビティー５６の内側から外側に延在している。溝部１６は、例えば、配線２２および外部接続端子３２の平面形状に対応した平面形状を有している。溝部１７は、例えば、配線２４および外部接続端子３４の平面形状に対応した平面形状を有している。

溝部１５，１６，１７の深さ（Ｚ軸方向の大きさ）は、配線２０，２２，２４および外部接続端子３０，３２，３４の厚み（Ｚ軸方向の大きさ）よりも大きい。これにより、配線２０，２２，２４および外部接続端子３０，３２，３４が、第１面１１よりも上方（＋Ｚ方向）に突出することを防止することができる。

配線２０は、溝部１５内に設けられている。より具体的には、配線２０は、溝部１５の底面を規定する基体１０の面に設けられている。配線２０は、機能素子８０と外部接続端子３０とを電気的に接続している。図示の例では、配線２０は、溝部１５内に設けられたコンタクト部４０を介して、機能素子８０の固定部８１に接続されている。

配線２２は、溝部１６内に設けられている。より具体的には、配線２２は、溝部１６の底面を規定する基体１０の面に設けられている。配線２２は、機能素子８０と外部接続端子３２とを電気的に接続している。図示の例では、配線２２は、コンタクト部４２を介して、機能素子８０の固定電極部８８に接続されている。

配線２４は、溝部１７内に設けられている。より具体的には、配線２４は、溝部１７の底面を規定する基体１０の面に設けられている。配線２４は、機能素子８０と外部接続端子３４とを電気的に接続している。図示の例では、配線２４は、コンタクト部４４を介して、機能素子８０の固定電極部８９に接続されている。

外部接続端子３０は、基体１０の第１面１１側に設けられている。図２に示す例では、外部接続端子３０は、溝部１５内であって配線２０上に設けられている。外部接続端子３０は、キャビティー５６の外側に配置されている。すなわち、外部接続端子３０は、蓋体５０と重ならない位置に設けられている。

同様に、外部接続端子３２，３４は、基体１０の第１面１１側に設けられている。例えば、外部接続端子３２は、溝部１６内であって配線２２上に設けられ、外部接続端子３４は、溝部１７内であって配線２４上に設けられている。外部接続端子３２，３４は、キャビティー５６の外側に配置されている。図１に示す例では、外部接続端子３０，３２，３４は、Ｙ軸に沿って並んで配置されている。

配線２０，２２，２４および外部接続端子３０，３２，３４の材質は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）、アルミニウム、金、白金、チタン、タングステン、クロム、等である。コンタクト部４０，４２，４４の材質は、例えば、金、銅、アルミニウム、白金、チタン、タングステン、クロム、等である。配線２０，２２，２４および外部接続端子３０，３２，３４の材質がＩＴＯ等の透明電極材料であると、基体１０が透明である場合に、例えば、配線２０，２２，２４上や外部接続端子３０，３２，３４上に存在する異物を、基体１０の第２面１２側から容易に視認することができる。

なお、上記では、一例として、３つの配線２０，２２，２４および３つの外部接続端子３０，３２，３４を備える電子デバイス１００について説明したが、配線および外部接続端子の数は、機能素子８０の形状や数によって適宜変更することができる。

第３基体としての蓋体５０は、基体１０の第１面１１が除去されて露出した接合面１３上に載置されている。蓋体５０は、第３面５１と、第３面５１と反対側の第４面５２と、を有している。第４面５２は、基体１０（接合面１３）と接合される部分である外周縁部５４を含むことができる。第４面５２には、キャビティー５６を形成する凹部５６ａが設けられ、これにより、蓋体５０は、機能素子８０を内包するキャビティー５６を規定する第５面５３を有することができる。

第３基体としての蓋体５０は、図２に示すように、配線２０が溝部１５内に設けられていることにより、配線２０と離間して配置されている。より具体的には、蓋体５０の第４面５２は、配線２０と空隙を介して対向配置された部分を含んでいる。同様に、第４面５２は、配線２２，２４と空隙を介して対向配置された部分を含んでいてもよい。

蓋体５０の材質は、例えば、シリコン、ガラスなどを適用することができる。蓋体５０と基体１０との接合方法は、例えば、第１基体としての基体１０の材質がアルカリ金属イオンを有するガラスであり、第３基体としての蓋体５０の材質がシリコンである場合に、陽極接合法を適用することができる。本実施形態においては、２回目の陽極接合（後述する第３工程）によって基体１０と蓋体５０とが接合されている。これにより、機能素子８０を内包する蓋体５０の陽極接合において、より安定した接合強度を得ることができる。

基体１０および蓋体５０は、パッケージを構成することができる。基体１０および蓋体５０は、キャビティー５６を形成することができ、キャビティー５６に機能素子８０を収容することができる。キャビティー５６は、例えば、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気や減圧状態で密閉されている。

貫通孔５８は、蓋体５０の第３面５１から第５面５３まで設けられ、蓋体５０をＺ軸方向に貫通している。貫通孔５８は、キャビティー５６と連通している。貫通孔５８は、例えば、基体１０側に向かうにつれて（第３面５１から第５面５３に向かうにつれて）、開口径が小さくなるテーパー形状が好ましい。このような形態では、半田ボール（後述）溶融時に半田ボールの落下を防止することができる。また、キャビティー５６側に向かうにつれて開口面積が狭くなっていく構造のため、より確実に封止することができる。

封止部材７０は、貫通孔５８内に設けられ、貫通孔５８を塞いでいる。封止部材７０によって、キャビティー５６は、密閉されている。封止部材７０の材質は、例えば、ＡｕＧｅ、ＡｕＳｉ、ＡｕＳｎ、ＳｎＰｂ、ＰｂＡｇ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＺｎＢｉなどの合金である。

このような貫通孔５８および貫通孔５８を塞ぐ封止部材７０が設けられていることにより、貫通孔５８を通して、キャビティー５６を、不活性ガス（例えば窒素ガス）雰囲気とすることができる。また、貫通孔５８を通して、キャビティー５６の真空度を調整することができる。

第２基体としての機能素子８０は、基体１０の第１面１１に（基体１０上に）支持されている。機能素子８０は、基体１０および蓋体５０によって囲まれるキャビティー５６に収容されている。以下では、機能素子８０が、水平方向（Ｘ軸方向）の加速度を検出する加速度センサー素子（静電容量型ＭＥＭＳ加速度センサー素子）である場合について説明する。

第２基体としての機能素子８０は、図１および図２に示すように、固定部８１，８２と、連結部８４，８５と、可動部８６と、可動電極部８７と、固定電極部８８，８９と、を含むことができる。

可動部８６は、Ｘ軸方向の加速度の変化に応じて、連結部８４，８５を弾性変形させながら、Ｘ軸方向（＋Ｘ方向または−Ｘ方向）に変位する。このような変位に伴って、可動電極部８７と固定電極部８８との間の隙間、および可動電極部８７と固定電極部８９との間の隙間の大きさが変化する。すなわち、このような変位に伴って、可動電極部８７と固定電極部８８との間の静電容量、および可動電極部８７と固定電極部８９との間の静電容量の大きさが変化する。これらの静電容量の変化に基づいて、機能素子８０は（電子デバイス１００は）、Ｘ軸方向の加速度を検出することができる。

固定部８１，８２は、基体１０の第１面１１に接合されている。図示の例では、固定部８１，８２は、図中Ｚ軸方向から見た平面視において、凹部１４の外周縁を跨ぐように設けられている。

可動部８６は、固定部８１と固定部８２との間に設けられている。図１に示す例では、可動部８６の平面形状は、Ｘ軸に沿った長辺を有する長方形である。

連結部８４，８５は、可動部８６を固定部８１，８２に連結している。連結部８４，８５は、所望のばね定数を持ち、Ｘ軸方向に可動部８６を変位し得るように構成されている。図１に示す例では、連結部８４は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に延びる形状をなす２つの梁８４ａ，８４ｂによって構成されている。同様に、連結部８５は、Ｙ軸方向に蛇行しながらＸ軸方向に延びる形状をなす２つの梁８５ａ，８５ｂによって構成されている。

可動電極部８７は、可動部８６に接続されている。可動電極部８７は、複数設けられている。可動電極部８７は、可動部８６から＋Ｙ方向および−Ｙ方向に突出し、櫛歯状をなすようにＸ軸方向に並んでいる。

固定電極部８８，８９は、一方の端部が固定端として基体１０の第１面１１に接合され、他方の端部が自由端として可動部８６側へ延出している。固定電極部８８，８９の各々は、複数設けられている。固定電極部８８は、配線２２と電気的に接続され、固定電極部８９は、配線２４と電気的に接続されている。固定電極部８８，８９は、櫛歯状をなすようにＸ軸方向に交互に並んでいる。固定電極部８８，８９は、可動電極部８７に対して間隔を隔てて対向して設けられ、可動電極部８７の一方側（−Ｘ方向側）に固定電極部８８が配置され、他方側（＋Ｘ方向側）に固定電極部８９が配置されている。

固定部８１，８２、連結部８４，８５、可動部８６，および可動電極部８７は、一体的に形成されている。機能素子８０の材質は、例えば、リン、ボロン等の不純物がドープされることにより導電性が付与されたシリコンである。

機能素子８０（固定部８１，８２および固定電極部８８，８９）と基体１０との接合方法は、例えば、基体１０の材質がアルカリ金属イオンを有するガラスであり、機能素子８０の材質がシリコンである場合は、陽極接合法を適用することができる。本実施形態においては、１回目の陽極接合（後述する第１工程）によって基体１０と機能素子８０とが接合されている。

電子デバイス１００では、外部接続端子３０，３２を用いることにより、可動電極部８７と固定電極部８８との間の静電容量を測定することができる。さらに、電子デバイス１００では、外部接続端子３０，３４を用いることにより、可動電極部８７と固定電極部８９との間の静電容量を測定することができる。このように電子デバイス１００では、可動電極部８７と固定電極部８８との間の静電容量、および可動電極部８７と固定電極部８９との間の静電容量を別々に測定し、それらの測定結果に基づいて、高精度に物理量（加速度）を検出することができる。

なお、上記では、機能素子８０が、Ｘ軸方向の加速度を検出する加速度センサー素子である場合について説明したが、機能素子８０は、Ｙ軸方向の加速度を検出する加速度センサー素子であってもよいし、鉛直方向（Ｚ軸方向）の加速度を検出する加速度センサー素子でもあってもよい。また、電子デバイス１００には、このような機能素子８０が複数搭載されていてもよい。また、機能素子８０は、加速度センサー素子に限定されず、例えば、角速度を検出するジャイロセンサー素子や、圧力センサー素子であってもよい。

電子デバイス１００によれば、第１基体としての基体１０には、第２基体としての機能素子８０および第３基体としての蓋体５０が陽極接合されている。蓋体５０を基体１０に陽極接合することにより、蓋体５０を基体１０に強固に接合することができ、電子デバイス１００の耐衝撃性を向上させることができる。さらに、例えば、ガラスフリット等の接着部材によって基体１０と蓋体５０とを接合させる場合には、接合時に接着部材が広がるため、接合しろとしてある程度の領域が必要となるが、陽極接合によれば、このような領域を小さくすることができ、電子デバイス１００の小型化に寄与することができる。

２．電子デバイスの製造方法
次に、本実施形態に係る電子デバイスの製造方法について、図３、および図４Ａないし図４Ｅを参照しながら説明する。なお、図４Ａないし図４Ｅの各図における断面位置は、図２と同様である。また、電子デバイスの構成については、図１および図２も併せて参照しながら説明する。

図３に示すように、加速度センサーの製造方法は、第１基体としての基体１０を用意する第１基体準備工程（ステップＳ１０２）と、１回目の陽極接合を含む第１工程（ステップＳ１０４）と、機能素子形成工程（ステップＳ１０６）と、基体１０に接合面１３を露出させる第２工程（ステップＳ１０８）と、２回目の陽極接合を含む第３工程（ステップＳ１１０）と、孔部封止工程（ステップＳ１１２）と、を含んでいる。

［第１基体準備工程（ステップＳ１０２）］
先ず、図４Ａに示すように、第１基体としての基体１０を用意する。この第１基体準備工程（ステップＳ１０２）では、基体１０の第１面（一方面）１１に、凹部１４および溝部１５，１６，１７を形成する。凹部１４および溝部１５，１６，１７は、例えば、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術により形成される。これにより、第１面１１に凹部１４および溝部１５，１６，１７が設けられている基体１０を用意することができる。基体１０は、例えば、アルカリ金属イオンを有する、例えばホウ珪酸ガラス製である。

そして、溝部１５，１６，１７内に、それぞれ配線２０，２２，２４を形成する。次に、配線２０上に（基体１０の第１面１１側に）、配線２０と電気的に接続されるように、外部接続端子３０およびコンタクト部４０を形成する。同様に、配線２２上に、配線２２と電気的に接続されるように、外部接続端子３２およびコンタクト部４２を形成する（図１参照）。また、配線２４上に、配線２４と電気的に接続されるように、外部接続端子３４およびコンタクト部４４を形成する（図１参照）。

配線２０，２２，２４は、例えば、導電層（図示せず）を、スパッタ法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによって成膜した後、該導電層を、パターニングすることにより形成される。パターニングは、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。外部接続端子３０，３２，３４およびコンタクト部４０，４２，４４は、例えば、配線２０，２２，２４と同じ方法で形成される。

以上の工程により、凹部１４、配線２０，２２，２４、外部接続端子３０，３２，３４、およびコンタクト部４０，４２，４４などが設けられている基体１０を用意することができる。

［第１工程（ステップＳ１０４）］、［機能素子形成工程（ステップＳ１０６）］
次に、配線２０，２２，２４と電気的に接続されるように、基体１０の第１面１１に機能素子８０を形成する。より具体的には、機能素子８０は、シリコン基板８を、図中Ｚ軸方向から見た平面視において、凹部１４と重なるように基体１０の第１面１１に載置して陽極接合（第１工程（ステップＳ１０４））し、該シリコン基板を薄膜化させた後にパターニングすることにより形成される（機能素子形成工程（ステップＳ１０６））。

（第１工程（ステップＳ１０４））
以下、第１工程（ステップＳ１０４）について、より具体的に説明する。第１工程（ステップＳ１０４）では、図４Ａに示すように、基体１０の第１面（一方面）１１に機能素子８０として形成されるシリコン基板８を矢印Ｐ方向から載置し、陽極接合装置（不図示）を用いて陽極接合（１回目の陽極接合）する。具体的には、基体１０の第２面１２を陽極接合装置（不図示）の下電極に固定し、陽極接合装置（不図示）の上電極によりシリコン基板８の上面を矢印Ｆ１の方向に加圧（加熱）しながら電圧を印加することによって陽極接合することができる。

この１回目の陽極接合の条件としては、例えば３００℃程度の加熱を行いながら、８００Ｖから１ｋＶ程度の直流電圧を印加することが好ましい。なお、陽極接合における加熱温度は、２９０℃から５００℃程度の範囲を適用することができる。この陽極接合により、基体１０中に存在するアルカリ金属イオンは、シリコン基板８との接合部分に移動してしまい、シリコン基板８との接合領域における基体１０の第１面（一方面）１１から所定の深さまでの間にアルカリ金属イオンが欠乏状態となっている空乏層１８を生じる。

（機能素子形成工程（ステップＳ１０６））
以上のような第１工程（ステップＳ１０４）により、基体１０に陽極接合されたシリコン基板８を、薄膜化された後にパターニングして、図４Ｂに示すように、機能素子８０を形成する。パターニングは、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術によって行われる。

［第２工程（ステップＳ１０８）］
次に、図４Ｃに示すように、第２工程（ステップＳ１０８）として、基体１０と蓋体５０とが陽極接合される基体１０の一面（第１面１１側の空乏層１８）を除去し、接合面１３を露出する。より具体的には、基体１０に接合されている機能素子８０を含む基体１０の全面を覆うエッチング保護膜（不図示）を成膜し、成膜したエッチング保護膜を、接合面１３の露出形状にパターニングし、マスクを形成する。本例では、接合面１３を、機能素子８０の接続されている領域を除く基体１０の第１面１１としているため、エッチング保護膜（マスク）は、機能素子８０を覆うように設けられる。なお、このエッチング保護膜は、シリコンの表面を熱酸化させて形成するＳｉＯ₂などの酸化膜を用いることもできる。そして、ＳＦ６（六フッ化硫黄）ガスなどのエッチングガスを用いたドライエッチングにより、基体１０の第１面１１（空乏層１８の表面１８ａ）を所定の深さＤまで除去し、露出している面である接合面１３を形成する。この接合面１３は、次の第３工程（ステップＳ１１０）において、蓋体５０が接合される接合面となる。

このように、第２工程（ステップＳ１０８）において、ドライエッチングを用いて基体１０の一面（第１面１１側の空乏層１８）を除去することにより、基体１０を一方方向に除去することができ、微細な領域を微細な深さで、精度よく除去加工（エッチング加工）することができる。

ここで、１回目の陽極接合（第１工程（ステップＳ１０４））によって、基体１０（第１面１１）中のアルカリ金属イオンが移動し、２回目の陽極接合に必要なアルカリ金属イオンが欠乏状態となっている空乏層１８について、図５を参照して説明する。図５は、基体１０中のアルカリ金属イオン濃度と深さとの相関を示すグラフであり、縦軸はアルカリ金属イオンとしてのＮａの検出強度（濃度に比例）を示し、横軸に基体１０の表面（第１面１１）からの深さを示している。また、図５のグラフでは、陽極接合されていない基体１０（例えばホウ珪酸ガラス）の通常のＮａ強度（濃度）レベルを、通常レベルＡ（図５中の一点鎖線）としている。また、ホウ珪酸ガラスウェハー面の中央付近で、陽極接合されて、Ｎａ強度（濃度）の低下したレベルを、低下レベルＢ１（点線）としている。また、ホウ珪酸ガラスウェハー面の外周付近で、陽極接合されて、Ｎａ強度（濃度）の低下したレベルを、低下レベルＢ２（図５中の実線）としている。

図５に示されているように、基体１０（例えばホウ珪酸ガラス）のＮａ強度（濃度）レベルは、陽極接合されることにより、図中矢印Ｃで示されているように、通常レベルＡから低下レベルＢ１，Ｂ２まで低下する。低下レベルＢ１，Ｂ２は、ガラスウェハーの測定箇所によってばらつきはあるが、基体１０（例えばホウ珪酸ガラス）の表面（第１面１１）から５５０ｎｍから６５０ｎｍ程度の深さまで現存している。そして、Ｎａ強度（濃度）レベルは、低下レベルＢ１，Ｂ２の現存する５５０ｎｍより深くなるにつれて急激に通常レベルＡに近づき、８２５ｎｍ程度で略通常レベルＡと同等の状態となる。換言すれば、基体１０（例えばホウ珪酸ガラス）の表面（第１面１１）から８２５ｎｍ程度までの深さの領域では、１回目の陽極接合によるアルカリ金属イオン（Ｎａ⁺イオン）の移動の影響を受けている。

したがって、アルカリ金属イオン（Ｎａ⁺イオン）の移動による影響を受けている深さまで基体１０の少なくとも一部を除去し、露出した面である接合面１３を形成することによって、２回目の陽極接合における、アルカリ金属イオン（Ｎａ⁺イオン）の減少による接合強度の低下などを抑制することができる。具体的には、基体１０の第１面１１（空乏層１８の表面１８ａ）から接合面１３までの深さＤは、５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。換言すれば、第２工程における、基体１０の第１面１１の除去深さを５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

このように、基体１０の第１面１１を除去する深さを設定することにより、後述の第３工程（ステップＳ１１０）における基体１０と蓋体５０との陽極接合（２回目の陽極接合）の接合強度を向上させることができ、安定的に接合することができる。

また、基体１０の第１面１１（空乏層１８の表面１８ａ）から接合面１３までの深さＤは、６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。このような深さＤとすることにより、後述の第３工程（ステップＳ１１０）における基体１０と蓋体５０との陽極接合（２回目の陽極接合）の接合強度を、さらに向上させることができる。

また、基体１０の第１面１１（空乏層１８の表面１８ａ）から接合面１３までの深さＤは、８２５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。このような深さＤとすることにより、例えばエッチングの深さ精度などのばらつきも吸収することができ、第３工程（ステップＳ１１０）における基体１０と蓋体５０との陽極接合を十分な接合強度によって、さらに安定的に接合することができる。

［第３工程（ステップＳ１１０）］
次に、第３工程（ステップＳ１１０）として、基体１０と蓋体５０とを陽極接合（２回目の陽極接合）する。先ず、陽極接合に先立ち、第４面５２に、キャビティー５６となる凹部が形成され、第３面５１から第５面５３まで貫通する貫通孔５８が形成された蓋体５０（図４Ｄ参照）を用意する。蓋体５０は、フォトリソ技術、ドライエッチングおよびウェットエッチングなどのエッチング技術などを用いて形成することができる。なお、蓋体５０は、例えば、（１００）面の結晶方位性を持ったシリコン製であり、蓋体５０の第３面５１が、（１００）面に沿っていることが好ましい。

図４Ｄに示すように、第３工程（ステップＳ１１０）では、基体１０の第１面（一方面）１１に陽極接合されている機能素子８０をキャビティー５６内に収納し、基体１０の接合面１３上に載置された蓋体５０を、陽極接合（２回目の陽極接合）によって、基体１０に接合する。この２回目の陽極接合では、前述の第２工程（ステップＳ１０８）において、アルカリ金属イオンの空乏層１８（図４Ｃ参照）が除去された基体１０の接合面１３に蓋体５０が接合されるため、十分な接合強度によって安定的に接合することができる。

また、アルカリ金属イオンの空乏層１８（図４Ｃ参照）が除去され、通常のレベルのアルカリ金属イオンが存在しているため、２回目の陽極接合の条件（加熱条件など）を、１回目の陽極接合と同等とすることができる。２回目の陽極接合の条件は、例えば３００℃程度の加熱を行いながら、８００Ｖから１ｋＶ程度の直流電圧を印加することが可能となる。

上述と違い、アルカリ金属イオンの空乏層１８が残っている場合の陽極接合（２回目の陽極接合）では、十分な接合強度を得るために、加熱条件や印加電圧などの条件をより高めに設定することが必要となる。しかしながら、例えば加熱温度を高めると、基体１０および蓋体５０の熱膨張率の違いによる接合応力が大きくなり、接合状態の劣化、即ち接合強度の低下が生じる虞がある。

具体的に、図６を参照して説明する。図６のグラフは、基体１０を構成するホウ珪酸ガラスおよび蓋体５０（機能素子８０）を構成するシリコンの熱膨張の変化を示している。図６のグラフでは、縦軸に熱膨張率（ΔＬ／Ｌ）を示し、横軸に温度（℃）を示している。例えば、図６のグラフに示すように、実線で示す基体１０を構成するホウ珪酸ガラスの熱膨張率と、破線（点線）で示す蓋体５０（機能素子８０）を構成するシリコンの熱膨張率とは、陽極接合の可能温度範囲Ｑの下限温度の２９０℃に付近から温度が上がるに連れて差が広がっている。したがって、陽極接合の加熱温度を高めることにより、基体１０の熱膨張率と、蓋体５０（機能素子８０）の熱膨張率との差が大きくなり、陽極接合の際の応力発生が大きくなる。また、陽極接合の加熱温度が低すぎても十分な接合強度を得ることが困難である。これらから、陽極接合温度は、２００℃から３９０℃の範囲であることが好ましい。

このように、２回目の陽極接合においても、その陽極接合領域におけるアルカリ金属イオンが十分に存在するため、加熱温度を高めることなく、換言すれば、１回目の陽極接合と略同じ温度で２回目の陽極接合を行うことができる。これにより、高い加熱温度を掛けた際に生じる基体１０と、蓋体５０（機能素子８０）との熱膨張率の違いによる、蓋体５０（機能素子８０）の反りを抑制することが可能となり、接合部分に生じる応力を減少させることができ、接合の安定化を図ることができる。

［封止工程（ステップＳ１１２）］
次に、図４Ｅを参照して封止工程（ステップＳ１１２）について説明する。封止工程（ステップＳ１１２）では、貫通孔５８を塞ぐことによってキャビティー５６を密封するが、これに先立ち、貫通孔５８によって、キャビティー５６の雰囲気を調整する。例えば、貫通孔５８を通して、キャビティー５６を不活性ガス（窒素ガス）雰囲気にしてもよいし、減圧状態にしてもよい。

そして、図４Ｅに示すように、貫通孔５８内に封止部材７０を形成し、貫通孔５８を塞ぐ。より具体的には、封止部材７０は、貫通孔５８内に球状の半田ボール（図示せず）を配置し、該半田ボールをレーザー光Ｌの照射によって溶融させることにより形成される。封止部材７０によって、キャビティー５６を密閉することができる。

なお、封止部材７０を減圧した状態で形成することにより、貫通孔５８を通してキャビティー５６を減圧状態にする工程を、省略することができる。すなわち、貫通孔５８を設けなくてもよい。これにより、工程の簡略化を図ることができる。例えば、機能素子８０がジャイロセンサー素子である場合、キャビティー５６は、減圧状態であることが望ましい。これにより、ジャイロセンサー素子の振動現象が空気粘性によって減衰することを抑制できる。

以上の工程により、電子デバイス１００を製造することができる。

上述の電子デバイス１００の製造方法によれば、アルカリ金属イオン（例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）を有する基体１０の第１面（一方面）１１に、第１工程（ステップＳ１０４）にて機能素子８０が陽極接合（１回目）された後の第２工程（ステップＳ１０８）で、蓋体５０が陽極接合される少なくとも一部の領域である基体１０の第１面（一方面）１１を除去し、基体１０の第１面１１側に露出する接合面１３を露出させる。このように、蓋体５０が陽極接合される基体１０の第１面（一方面）１１を除去することにより、１回目の陽極接合によって基体１０中のアルカリ金属イオンが移動し、２回目の陽極接合に必要なアルカリ金属イオンが欠乏状態となっている空乏層１８を形成する第１面（一方面）１１を含む部分の少なくとも一部が除去され、アルカリ金属イオンの残存する領域が露出する接合面１３を出現させることができる。また、蓋体５０が陽極接合される領域よりも広い面積で基体１０の第１面（一方面）１１を除去し、基体１０の第１面１１側に露出する接合面１３を露出してもよい。このようにすることで、基体１０と蓋体５０との接合面のアライメントがずれても十分な接合強度を得ることができる。そして、第３工程（ステップＳ１１０）において、アルカリ金属イオンの残存する接合面１３に蓋体５０を陽極接合することによって、基体１０と蓋体５０とを十分な接合強度によって安定的に接合することが可能となる。

また、第２工程（ステップＳ１０８）における、基体１０の第１面（一方面）１１の除去に、ドライエッチング法が用いられていることにより、基体１０の第１面（一方面）１１を一つの方向（一方方向）に直進的に除去することができることから、微細な領域を微細な深さで、精度よく除去加工（エッチング加工）を行うことができる。

なお、前述の実施形態では、第１接合工程、および第２接合工程の２回の陽極接合を用いる方法で説明したが、本発明に係る電子デバイスの製造方法は、複数回の陽極接合を行う製造方法に適用可能であり、２回を超える（３回以上）の陽極接合を行う場合についても適用することができる。

８…シリコン基板、１０…第１基体としての基体、１１…第１面（一方面）、１２…第２面、１３…接合面、１５，１６，１７…溝部、１８…空乏層、２０，２２，２４…配線、３０，３２，３４…外部接続端子、４０，４２，４４…コンタクト部、５０…第３基体としての蓋体、５１…第３面、５２…第４面、５３…第５面、５４…外周縁部、５６…キャビティー、５８…貫通孔、７０…封止部材、８０…第２基体としての機能素子、１００…電子デバイス。

Claims (8)

1. アルカリ金属イオンを有する第１基体の第１面と、シリコンを含む第２基体と、を陽極接合する第１工程と、
   前記第１工程の後、前記第１基体と、シリコンを含む第３基体と、が陽極接合される前記第１基体の前記第１面の少なくとも一部を除去し、接合面を露出させる第２工程と、
   前記第１基体の前記接合面と、前記第３基体と、を陽極接合する第３工程と、
   を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
2. 前記第２工程は、ドライエッチング法を用いることを特徴とする請求項１に記載の電子デバイスの製造方法。
3. 前記第２工程は、前記第１面から５５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
4. 前記第２工程は、前記第１面から６５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
5. 前記第２工程は、前記第１面から８２５ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の深さを除去することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子デバイスの製造方法。
6. 前記第１工程および前記第３工程では、略同じ加熱温度を用いて陽極接合を行うことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
7. 前記第３基体は、前記第２基体を内包する蓋体であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。
8. 前記第１工程および前記第３工程の少なくとも一方の工程では、陽極接合の温度は、２００℃以上３９０℃以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の電子デバイスの製造方法。

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