专利名称：传感器装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种例如加速传感器和陀螺传感器的传感器装置及其 制造方法。
背景技术：
近年来，晶片级封装技术作为针对紧凑型传感器装置(如加速传感 器和陀螺传感器)的适当制造技术已经吸引了大量的关注。
例如，日本专利早期公开No.2005-251898公开了 一种晶片级封装 结构200的制it技术，如图25A和25B中所示。就^:i兌，传感器晶片210 和封装晶片220彼此以面对面的关系设置，如图25A中所示。传感器晶 片210具有MEMS (微电机系统)元件211和与MEMS元件211的传感 部分(没有示出)电连接的金属配线(引出电极)217。封装晶片220具 有与金属配线217电连接的通孔配线224和提供空间来气密地密封 MEMS元件211的凹部221。然后，通过在传感器晶片210与封装晶片 220之间形成晶片级痴^，如图25B中所述，获得了晶片级封装结构200。 最后，从晶片级封装结构200分离出多个传感器装置。
在传感器晶片210的面对封装晶片220的表面上，形成金属层218, 以包围传感器主体的MEMS元件211和与MEMS元件211电连接的金属 配线217。另一方面，在封装晶片220的面对传感器晶片210的表面上形 成包围凹部221的金属层228。此外，在传感器晶片210上的金属层218 的内侧形成与金属配线217电连接的配线层219，在封装晶片220上的金 属层228的内侧形成与通孔配线224电连接的配线层229。在上述晶片级 封装结构200中，传感器晶片210的金属层218通过焊接部238，如AuSn M到封装晶片220的金属层228,传感器晶片210的配线层219通过焊 接部239 ^到封装晶片220的配线层229。
作为MEMS元件211,加速传感器和陀螺传感器是7>知的。作为加速传感器，存在压阻元件型和电容型加速传感器。压阻型加速传感器能
根据随施加加速度时产生的由压阻元件的应变导致的作为测量(gauge) 电阻的电阻值变化来探测加速度。电容型加速传感器能根据施加加速度时 固定电极与可移动电极之间的电容变化探测加速度。在压阻型加速传感器 中，具有悬臂型和双支撑梁型加速传感器。悬臂型加速传感器由矩形^f匡架 部分、^没置于框架部分内部的重物部分、和在其一端处与重物部分连接从 而重物部分可相对于框架部分移动的柔性梁部分形成。另一方面，双支撑 梁型加速传感器由框架部分、设置于框架部分内部的重物部分、以及一对 柔性梁部分形成，该对柔性梁部分从重物部分在相反的方向上延伸并构造 成支撑重物部分，使重物部分可相对于框架部分移动。近年来，例如在日 本专利早期乂〉开No.2004-109114和No.2004-233071中还提出了针对彼此 正交的三个方向的每个方向探测加速度的加速传感器。该加速传感器具有 框架部分、i更置于框架部分内部的重物部分、和四个柔性梁部分，该四个 柔性梁在四个方向上延伸并构造成支撑重物部分，从而重物部分可相对于 框架部分移动。
然而，在上述晶片级封装结构200中，通过焊料射出方法给金属层 228和配线层229供给指定量的焊料，使金属层(218， 228)之间和配线 层(219， 229)之间M。然后，对传感器晶片210和封装晶片220的层 叠结构进行回流焊接处理。因此，当使用压阻型加速传感器主体作为 MEMS元件211时，存在一个问题，即因为在接合界面附近的残余应力 对柔性梁部分具有影响，所以发生传感器特性变化。随着传感器装置尺寸 减小，残余应力的影响增加。
发明内容
因此，考虑到上面的问题，本发明主要涉及的是提供一种传感器特 性变化较小的传感器装置，该传感器装置通过将具有紧凑型传感器元件，
如加速传感器和陀螺传感器的传感器141接合到封装J41来形成，在M 部分几乎没有产生残余应力。
就是说，本发明的传感器装置包括
传感器a，其包括具有开口的框架、可移动地保持在所述开口中的移动部分、和配置成根据所述移动部分的位移输出电信号的探测部分； #到所述传感器基&的相对表面之一的第 一封^fc 接合到所述传感器基&的另 一个表面的第二封装^L; 其中框架具有第一表面激活区域和第二表面激活区域，该第一表面 激活区域形成在框架的整个外围上的面对第 一封^板的表面上，以使第 一表面激活区域包围所述移动部分，该第二表面激活区域形成在框架的整 个外围上的面对第二封^14l的表面上，以使第二表面激活区域包围所述 移动部分，
传感器基板与第 一封装基板之间的接合是在第 一表面激活区域与 形成在第一封装基敗上的表面激活区域之间没有扩散的固相直#*^,
传感器基板与第二封装基板之间的接合是在第二表面激活区域与 形成在第二封装基板上的表面激活区域之间没有扩散的固相直M合。
依照本发明，因为第一和第二封装基敗的每一个都通过没有扩散的 固相直##^而掩^到传感器基仗，所以可避免下述问题，即在使用热处 理，如回流焊接作为掩^方法的情形中，由于接合部分处的残余应力而导 致传感器特性变化。此外，传感器基板的一个表面在框架的整个外围上接 合到第 一封装M，传感器基fel的另 一个表面在框架的整个表面上接合到 第二封*^1,可以将传感器装置的内部与外部以封闭的方式密封。例如， 当在传感器基板上形成加速传感器时，可在传感器装置中的移动部分附近 实现惰性气体气氛。可替选地，当在传感器g上形成陀螺传感器时，可 在传感器装置中的移动部分附近实现较高真空度的减压的气氛。
为了以良好的^强度获得固相直^#^，优选地第一表面激活区 域、第二表面激活区域、第一封装M的表面激活区域和第二封装基仗的 表面激活区域是等离子体处理的表面、离子束辐射的表面、和原子束辐射 的表面中的任意一个。还优选第一表面激活区域和第一封^&上的表面 激活区域之间的接合以及第二表面激活区域与第二封装基板上的表面激 活区域之间的掩^中的至少一个是Si与Si之间的固相直^^、 Si与 SK)2之间的固相直^^、和Si02与Si02之间的固相直^^中的任意 一个。可替选地，第一表面激活区域和第一封装基板上的表面激活区域之间的接合以及第二表面激活区域与笫二封装基板上的表面激活区域之间
的#^中的至少一个优选是Au与Au之间的固相直^^、 Cu与Cu之 间的固相直##^、和Al与Al之间的固相直##^中的任意一个。
为了提高传感器装置的密封性并提高^可靠性，优选第一表面激 活区域和第二表面激活区域中的至少一个包括形成在所述框架的整个外 围上以包围所述移动部分的环状外表面激活区域、和在所述框架的整个外 围上形成在所述外表面激活区域的内侧以包围所述移动部分的环状内表 面激活区域。在该情形中，为了提高密封可靠性，特别优选在框架的外围 方向上在彼此间隔开预定距离的多个位置处形成辅助密封区域，用于在外 表面激活区域与内表面激活区域之间连接。
从提高生产率并获得良好掩^强度的观点看，优选传感器基&的第 一表面激活区域和第一封装基板的表面激活区域的每一个都是具有 500nm或更小厚度的Au膜的激活表面。
此外，当传感器基板具有可与所述探测部分配合工作的集成电路， 且该集成电路与形成在第一封^tl中的通孔配线电连接时，集成电g 选靠近框架的开口设置，更优选设置成包围框架的开口。因为设置在框架 的开口中的传感部分通过集成电路远离第一封装基板与传感器基板之间 的^部^i殳置，所以可进一步减小M部分对传感部分的影响，因此可 更有效地阻止传感器特性的变化。
作为本发明的优选实施方式，当在传感器基板上形成加速传感器 时，优选移动部分包括重物和在框架与重物之间延伸的梁部分，探测部分 包括形成在所述梁部分上的至少一个压阻元件。此外，当在传感器基tl上 形成陀螺传感器时，优选移动部分包括通过振动部件振动的第 一质量体和 与第 一质量体耦接的第二质量体，探测部分被配置成将在第 一质量体振动 过程中施加旋转力时导致的第二质量体的位移转换为电信号。
此外，优选通过使用SOI基板形成传感器M，所述SOI^具 有隔着绝缘层位于硅基板上的硅层。此外，当传感器基&具有可与探测部 分配合工作的集成电路时，通过在SOI基板的硅层上形成压阻元件和集 成电路，可进一步减小传感器装置的厚度。此外，当传感器基板具有形成在比第一表面激活区域更靠近移动部 分的位置处并与探测部分电连接的导体层时，第一封装基板具有通孔配线
和与通孔配线电连接的配线层，第一封^^L与传感器a之间的掩^进 一步包括在导体层的激活表面与配线层的激活表面之间没有扩散的固相 直##合。在该情形中，可同时获得传感器装置的封闭密封以及第一封装 基板与传感器a之间的电连接。如果需要的话，使用能同时形成封闭密 封和电连接的同 一个固相直##合来将第二封装M接合到传感器J4！。
本发明进一步涉及提供一种传感器装置的制造方法，其能避免由接 合部分处的残余应力导致的问题，例如传感器特性的变化。就是说，本发 明的制造方法包括下述步骤
提供传感器基&、 M到传感器^41的相对表面之一的第一封装基 板、以及痴^到传感器基板的另一个表面的第二封装基板，所述传感器基 板包括具有开口的框架、可移动地保持在所述开口中的移动部分、和配置 成根据所述移动部分的位移输出电信号的探测部分；
在框架的整个外围上的面对第一封装基^的框架表面上形成第一 表面激活区域，以使第一表面激活区域包围移动部分；
在框架的整个外围上的面对第二封装基板的表面上形成第二表面 激活区域，以使第二表面激活区域包围移动部分；
在第 一封装基敗和第二封^^的每一个上都形成表面激活区域；
和
在室温，在第一表面激活区域与第一封^^L的表面激活区域之间 形成直#^,在第二表面激活区域与第二封装M的表面激活区域之间 形成直##^。
依照本发明的制造方法，因为在室温时在传感器基&与第一和第二 封^^41的每一个之间都形成固相直M合，所以可可靠地阻止由接合部 分处的残余应力导致的传感器特性的变化。
为了获得具有良好接合强度的固相直^^,优选通过4吏用惰性气 体的原子束、离子束和等离子体中的任意一个形成第一表面激活区域、第 二表面激活区域、第一封装基&和第二封装基&的表面激活区域。此外，优选在相同的腔室中进行形成第 一表面激活区域和第二表面 激活区域的步骤、形成第一封装基板和第二封装g每一个的表面激活区
域的步骤、和直接结合步骤，在直^^步骤之前所述腔室的内部^L控制 为期望的气氛。在该情形中，根据传感器的种类在传感器装置中设定期望 的气氛。例如，当在传感器基&上形成加速传感器时，在直##^步骤之 前通过给腔室引入惰性气体进行气氛调整，从而在直M合步骤之后在传 感器装置中获得惰性气体气氛。可替选地，当在传感器M上形成陀螺传 感器时，在直##合步骤之前进行气氛调整，从而获得较高真空度的减压 气氛，其与用于形成表面激活区域步骤的气氛不同。结果，在直M合步 骤之后，传感器装置的内部可保持在减压的气氛中。
当传感器M具有可与探测部分配合工作的集成电路、在其一端与 集成电路的焊盘连接的引出配线层、用于提供第 一表面激活区域的第 一金 属层、和与引出配线层另一端连接的并用于与通孔配线连接的第二金属 层，且第一封装基板具有通孔配线、通过与第一金属层相同的材料形成在 面对第一金属层的位置处的#^金属层、和通过与第二金属层相同的材料 形成在通孔配线的面对传感器基&的端部处的配线金属层时，优选在室温 时同时形成第一金属层的激活表面和接合金属层的激活表面之间的直接 接合以及第二金属层的激活表面和配线金属层的激活表面之间的直接接 合。此外，优选通过包括下述步骤的工序形成引出配线层、第一金属层和 第二金属层形成作为蚀刻阻止层的下金属层；通过4吏用与下金属层不同 的金属材料在下金属层上形成上金属层；和仅蚀刻与第一金属层和第二金 属层对应的区域处的上金属层，直到暴露出所述下金属层。在该情形中， 因为具有出色表面平整度的第一和第二金属层形成为彼此齐平，所以可稳 定获得良好的M状态，同时可提高传感器装置的生产效率。
为了通过室温M获得良好的接合强度，需要使第一表面激活区域 和第一封装基&的表面激活区域彼此正好接触。为了满足该要求，优选通 过包括下述步骤的工序形成第一表面激活区域在传感器基板的框架上形 成多层绝缘膜；通过凹蚀一部分所述多层绝缘膜形成多层绝缘膜的平坦表 面；在平坦表面上形成金属层；和#属层的表面辐射惰性气体的原子束、离子束或等离子体。多层绝缘膜优选包括形成在框架上的氧化硅膜的第一 绝缘膜、形成在第一绝缘膜上的氮化硅膜的第二绝缘膜、形成在第二绝缘 膜上的至少一个层间绝缘膜的第三绝缘膜、形成在第三绝缘膜上的钝化膜 的第四绝缘膜。在该情形中，优选通过使用除第四绝缘膜之外的其他绝缘 膜作为蚀刻阻止层进行凹蚀来形成平坦表面。通过凹蚀形成的底层绝缘膜 的极好的表面平整免良映到底层绝缘膜上形成的金属层。因此，可获得适 于室温直##^的金属层。作为形成平坦表面的另一个优选实施方式，通 过使用第二绝缘膜的氮化珪膜作为蚀刻阻止层进行凹蚀。可替选地，通过
包括下述步骤的工序形成平坦表面使用第二绝缘膜的氮化硅膜作为蚀刻 阻止层的第一凹蚀步骤和在第一凹蚀步骤之后进行的通过使用第一绝缘 膜的氧化硅膜作为蚀刻阻止层的第二凹蚀步骤。
此外，当传感器基仗具有可与探测部分配合工作的集成电路、形成 在比所述第一表面激活区域更靠近所述移动部分的位置处的并与所述集 成电路电连接的导体层，且第一封*^具有通孔配线和与通孔配线电连 接的配线层时，优选在室温时同时形成第一表面激活区域与第一封^41
激活表面之间的直M合。在该情形中，可同时形成第一封装;&^L与传感
器M的机械掩^、以及导体层与配线层之间的电连接。
图1A和1B分别是依照第一个实施方式的晶片级封装结构的示意 性平面图和侧视图2A和2B分别是从晶片级封装结构获得的传感器装置的示意性 平面图和侧视图3A是传感器g的顶视图，图3B是沿图3A的线B-A，的横截
面图4是传感器基&的底视图； 图5是传感器1^L的电路图6A是第一封^S41的顶视图，图6B是沿图6A的线A-A，的横 截面13图7是第一封装M的底视图8A和8B分别是第二封^i4l的顶视图和横截面图； 图9是传感器基敗与第一封^i4l之间的接合部分的示意性放大 横截面图10A是依照本实施方式的修改例的传感器J^的顶视图，图10B 是沿图10A中的线B-A，的横截面图11A是依照本实施方式的修改例的第一封装a的顶视图，图 IIB是沿图IIA中的线A-A，的横截面图12是图10A的传感器基仗与图UA的第一封^i4l之间的^^ 部分的示意性放大横截面图13A是显示表面激活步骤的横截面图，图13B是显示气氛调整 步骤的横截面图，图13C是显示室温掩^步骤的横截面图14A和14B分别《_依照第二个实施方式的晶片级封装结构的示 意性平面图和侧视图，图14C是在该晶片级封装结构中的传感器装置的 示意性横截面图15A是传感器1A的顶视图，图15B是沿图15A中的线A-A， 的横截面图16A到16C是显示每个都在焊盘与第二金属层之间进行电连接 的引出配线的实施方式的横截面图17A到17F是依照第二个实施方式制造传感器装置的方法的示 意性横截面图18A是第一封S^gL的顶视图，图18B是沿图18A中的线A-A， 的横截面图19A和19B分别是第二封^i4l的顶视图和横截面图20是依照第三个实施方式的陀螺传感器装置的示意性横截面
图21另一依照第三个实施方式的传感器基&的示意性平面图22是传感器J41的相关部分的放大图23另_依照第三个实施方式的第一封^41的示意性平面图；图24是第一封U板的示意性底视图；和 图25A和25B是制造常规/f^感器装置的方法的示意图。
具体实施例方式
参照附图，在下面将详细解释本发明的传感器装置及制造方法。 (第一个实施方式)
在本实施方式中，如图1A, 1B以及图2A和2B中所示，解释了 下述情形，即通过下述步骤制造传感器装置制造晶片级封装结构100， 其包括其中集成有多个加速传感器单元的半导体晶片10、接合到半导体 晶片10的相对表面之一的第一封装晶片20、以及^到半导体晶片10 的另一个表面的第二封装晶片30，然后将晶片级封装结构100切割为传 感器装置的大小。因此，在本实施方式的传感器装置中，对应于半导体晶 片10的部分定义为传感器基板l。对应于第一封装晶片20的部分定义为 第一封装基板2。对应于第二封装晶片30的部分定义为第二封装基&3。
从晶片级封装结构100制造传感器装置的本实施方式具有下述优
点，即可一次性地获得多个紧凑型传感器装置。然而，本发明的传感器装
置不限于该制造方法。例如，可通过下述步骤单独制造每个传感器装置 制备具有单个传感器元件的传感器基板和一对第一和第二封装J4良，并在
室温(常温)时直接将传感器J^L^到每个第一和第二封装14良，如后
面所述o
在本实施方式中，用作半导体晶片io的soi晶片由^J4i形成的
支撑J4！ 10a、形成在支撑^L 10a上的绝缘层(埋入氧化膜)10b，如 氧化硅膜、和形成在绝缘层10b上的n型珪层(有源层)10c组成。通过 处理该SOI晶片形成每个加速传感器单元。通过处理硅晶片形成每个第 一封装晶片20和第二封装晶片30。在本实施方式中，SOlM的支撑基 板10a的厚度在300|im到500nm的范围内，绝缘层10b的厚度在0.3pm 到1.5^un的范围内，硅层10c的厚度在4nm到10pm的范围内。此外， 作为SOI晶片一:^面的硅层10c的表面对应于(100)表面。用于第一 封装晶片20的珪晶片的厚度在20(Him到300nm的范围内，用于第二封 装晶片30的硅晶片的厚度在100pm到300nm的范围内。这些厚度值仅仅是示例性的，本发明并不限于它们。
图3A和3B分别是在传感器基板1中形成的一个加速传感器单元 (对应于图1A中的区域"A")的顶视图和横截面图。此外，图4是加速 传感器单元的底视图。每个加速传感器单元都具有带有内部开口的框架部 分ll (例如矩形框架部分)、设置于框架部分ll内部的重物部分12、和 每个都形成条状并具有柔性的四个柔性部分13。重物部分12通过柔性部 分13支撑在传感器单元的顶表面侧(图3A)，从而可以以摆动的方式相 对于框架部分ll移动。换句话说，重物部分12通过从重物部分的四边向 着框架部分11延伸的四个柔性部分13以摆动的方式可移动地支撑在框架 部分ll的内部开口中。通过使用上述SOI基^的支撑gl0a、绝缘层 10b和硅层10c形成框架部分11。另一方面，如图3B中所示，通过使用 SOI基板的硅层10c形成柔性部分13。因此，柔性部分13具有比框架部 分ll充分小的厚度。
重物部分12具有通过四个柔性部分13支撑到框架部分11的具有 矩形实心形状的芯部12a、和每个都具有矩形实心形状的四个叶部12b， 在传感器1411的顶表面侧处，叶部一体连接到芯部12a的四个角。就是 说，当从传感器Ml上观看时，每个叶部12b都设置在被框架部分U、 芯部12a和在彼此正交的方向上延伸的两个柔性部分13包围的空间中。 数字14标示形成在每个叶部12b与框架部分11之间的狭缝。通过柔性部 分13而相邻的叶部12b之间的距离大于柔性部分13的宽度尺寸。通过上 述SOI晶片的支撑14ll0a、绝缘层10b和硅层10c形成芯部12a。另一 方面，通过SOI晶片的支撑基板10a形成每个叶部12b。在传感器ai 的顶表面侧，每个叶部12b的顶表面i殳置于比芯部12a的顶表面4氐的位置 处，即设置于靠近传感器基仗1底部的一侧(图4)。优选通过使用常规 的光刻和蚀刻技术形成传感器基ll 1的框架部分11、重物部分12和柔性 部分13。
顺便说一下，如图3A， 3B和4每一个中的右下部所示，当框架部 分ll的水平方向对应于"x，，轴时，与"x"轴正交的水平方向对应于"y" 轴，传感器J^！ 1的厚度方向对应于"z"轴，重物部分12通过在芯部12a两侧的在"x"轴方向上延伸的一对柔性部分13,和在芯部12a的两 侧的在"y"轴方向上延伸的另一对柔性部分13支撑到框架部分11。定 义上述"x"， "y"和"z"的矩形坐标系统具有原点，其对应于由传感器 1的硅层10c形成的重物部分12的顶表面的中心位置。
从重物部分12的芯部12a在"x"轴正方向上延伸的柔性部分13， 即位于图3A右侧的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一对压阻元件
(Rx2， Rx4),靠近框架部分11形成有压阻元件Rz2。另一方面，在从 重物部分12的芯部12a在"x"轴负方向上延伸的柔性部分13，即位于 图3A左侧的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一对压阻元件(Rxl， Rx3)，靠近框架部分ll形成有压阻元件Rz3。在这点上，靠近芯部12a 形成的四个压阻元件(Rxl， Rx2， Rx3， Rx4)用于探测"x"轴方向上 的加速度。每个压阻元件(Rxl， Rx2， Rx3， Rx4)都以平坦形状的长矩 形形状形成，并设置成使压阻元件的长方向大致与柔性部分13的纵向方 向相同。此外，这些压阻元件通过配线(形成在传感器基仗1上的扩散层 配线和金属配线17)连接，从而获得图5左侧所示的桥电路Bx。压阻元 件(Rxl， Rx2, Rx3, Rx4)形成在其中当在"x，，轴方向上施加加速度 时产生应力聚集的柔性部分13的应力聚集区域处。
在从重物部分12的芯部12a在"y，，轴正方向上延伸的柔性部分 13，即位于图3A上侧的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一对压阻 元件(Ryl， Ry3)，靠近框架部分11形成有压阻元件Rzl。另一方面， 在从重物部分12的芯部12a在"y"轴负方向上延/f申的柔性部分13，即 位于图3A下侧的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一对压阻元件
(Ry2， Ry4)，靠近框架部分11形成有压阻元件Rz4。在这点上，靠近 芯部12a形成的四个压阻元件(Ryl， Ry2， Ry3， Ry4)用于探测"y" 轴方向上的加速度。每个压阻元件(Ryl, Ry2, Ry3， Ry4)都以平坦形 状的长矩形形状形成，并^L置成佳在阻元件的长方向大致与柔性部分13 的纵向方向相同。此外，这些压阻元件通过配线(形成在传感器基板1 上的扩散层配线和金属配线17)连接，从而获得图5中部所示的桥电路 By。压阻元件(Ryl， Ry2， Ry3， Ry4)形成在其中当在"y，，轴方向上施加加速度时产生应力聚集的柔性部分13的应力聚集区域处。
此外，靠近框架部分ll形成的压阻元件(Rzl, Rz2， Rz3， Rz4) 用于探测"z"轴方向上的加速度，并通过配线(形成在传感器基仗l上 的扩散层配线和金属配线17)连接，从而获得图5右侧所示的桥电路Bz。 压阻元件(Rzl， Rz4)设置在一对柔性部分13上，以使压阻元件的长方 向大致与柔性部分13的纵向方向相同，压阻元件(Rz2， Rz3)设置在另 一对柔性部分13上，以使压阻元件的长方向大致与柔性部分13的宽度(横 向)方向相同。
图3A仅显示了在后面所述的第二金属层19附近的传感器J4！ 1 上的金属配线17的一部分。此外，图3A中没有显示扩散层配线。
通过以适当的浓度将p型杂质掺杂进硅层10c的预定形成部位而形 成压阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4, Rzl到Rz4 )和扩散层配线。另 一方面，通过濺射或汽相沉积的方式在绝缘膜16上形成金属膜(如Al 膜，Al合金膜等)，然后通过使用常规的光刻和蚀刻技术将金属膜构图来 获得金属配线17。金属配线17通过形成在绝缘膜16中的接触孔与扩散 层配线电连接。
如图6A， 6B和7中所示，在面对传感器基板l的表面处形成第一 封*1412,其具有为由传感器M 1的重物部分12和柔性部分13组成 的移动部分的位移提供空间的凹部21、和围绕凹部21形成在厚度方向上 的多个通孔22 (例如八个通孔)。传感器_1411和第一封*^412每一个 的外围形状都是矩形形状，第一封^^L 2形成具有与传感器1411相同 的外部尺寸。
第一封^J412在厚度方向的相对表面上以及通孔22的内表面上 具有由热绝缘膜(氧化硅膜)形成的绝缘膜23。因此，绝缘膜23的一部 分位于通孔配线24与每个通孔22的内表面之间。在该实施方式中，在第 一封装基板2的外围方向上形成彼此间隔开的八个通孔配线24。作为通 孔配线24的材料，例如可使用铜。可替选地，可使用镊。
此夕卜，形成在第一封装基板2中的通孔配线24优选具有锥形形状， 从而面对传感器基敗l的端部的面积大于另一端部的面积。当在形成于第一封装基板中的锥形通孔中通过进行电镀而形成通孔配线时，从具有较大 开口面积的端部供给电镀液，从而配线形成金属从具有较小开口面积的端 部向着具有较大开口面积的另一端部沉积。由此，与通孔具有恒定开口面 积的情形相比，很容易将在通孔中产生的气泡排到外部。此外，因为电镀 液很容易进入通孔，所以可阻止在通孔中产生金属离子聚集，提高金属沉 积率。结果，具有下面的优点，即可有效地形成具有均匀厚度的通孔配线
24。在与面对传感器J4！ 1的表面相对的一侧处的第一封^^412的(顶) 表面上形成用于外部连接的多个电极25,从而与通孔配线24电连接。本 实施方式的电极25具有矩形的外围形状。
如图8A和8B中所示，在面对传感器基板1的表面处形成第二封 装^3，其带有具有预定深度(例如5pm到10m)以便为重物部分12 的位移提供空间的凹部31。可通过4吏用常规的光刻和蚀刻技术形成凹部 31。传感器J411和第二封装基板3每一个都具有矩形的外围形状。第二 封^仗3形成为具有与传感器基板1相同的外部尺寸。
当支撑基仗10a的用于形成重物部分12的芯部12a和重物12b的 部分的厚度确定为比支撑J4！ 10a的用于形成框架部分11的其他部分的 厚度小于与重物部分12在传感器J^L 1的厚度方向上允许的位移量相对 应的尺寸时，在重物部分12与第二封*1413之间可获得用于使重物部 分12进行位移的间隙，不用在第二封装基&3中形成凹部31。
接下来，解释传感器ai与第一封装^^2之间的接合部分。在 每个加速传感器单元的框架部分11上，在框架部分的整个外围上，在面 对第一封装1^2的一侧处形成第一金属层18，以使其包围由重物部分 12a和柔性部分13组成的移动部分。如图9中所示，通it^每个加速传 感器单元的第一金属层18的激活表面与形成在第一封装J46L2的相应区 域上的框架状金属层28的激活表面之间没有扩散的固相直接接合 (solid-phase direct bonding)来形成传感器J4！ 1与第一封装J^L 2之 间的M部分。通过在室温时彼此挤压激活表面来获得该固相直##合。
此外，第一封装M 2具有多个配线层29，配线层形成在;f匡架状 金属层28的内侧并在凹部21周围，且与通孔配线24电连接。例如，本实施方式中形成的配线层29的数量为八。每个配线层29都在其纵向方向 的端部处与通孔配线24连接。配线层29位于比传感器基板1的第一金属 层18更靠近重物部分12的一侧，且还与形成在框架部分11上的第二金 属层19电连接。第二金属层19与配线层29之间的连接位于传感器M 1的金属配线17的外侧。在传感器基板1面对第一封装基板2的表面上，形成有绝缘膜16， 其包括硅层10c上的氧化硅膜和氮化硅膜的层叠膜。第一金属层18、第 二金属层19和金属配线17形成在绝缘膜16上。通过使用相同的金属材料形成第一金属层18和金属层28。例如， 优选使用Au, Cu或Al作为金属材料。尤其优选4吏用Au。本实施方式中 使用的金属材料是Au。为了提高Au的第一金属层18与绝缘膜16之间 的粘结力，在其间形成Ti膜作为中间层。换句话说，第一金属膜18由形 成在绝缘膜16上的Ti膜和形成在Ti膜上的Au膜的层叠膜组成。类似地，通过使用相同的金属材料形成第二金属层19和配线层29。 例如，优选使用Au， Cu或Al作为金属材料。尤其优选使用Au。本实施 方式中使用的金属材料是Au。为了提高Au的第二金属层19与绝缘膜16 之间的粘结力，在其间形成Ti膜作为中间层。换句话说，第二金属膜19 由形成在绝缘膜16上的Ti膜和形成在Ti膜上的Au膜的层叠膜组成。对于第一金属层18和第二金属层19的每一个，在本实施方式中 Ti膜的厚度优选设在15到50nm的范围内，Au膜的厚度设为500nm, 金属配线17的厚度设为l|im。这些厚度值仅仅是示例性的，本发明并不 限于它们。在使用Au膜的情形中，在掩^工序中从提高产率的观点看， 厚度优选不大于500nm。通过使用包含纯金之外的杂质的金材料形成Au 膜。在本实施方式中，Ti膜形成为用于提高Au膜与绝缘膜16之间的粘 结力的粘结层。代替Ti膜，可使用Cr, Nb， Zr， TiN， TaN等作为粘结 层的材料。如上所述，当通过使用相同的金属材料形成第一金属层18和第二 金属层19时，对于降低生产成本是有效的，因为可同时形成具有大致相 同厚度的那些金属层。就是说，因为第一金属层18和第二金属层19在传感器基板l上形成为彼此齐平，金属层28和配线层29在第一封^i412 上形成为彼此齐平，所以可给传感器基&1与第一封^fe!2之间的^ 界面施加均匀的压力。因而，可以稳定的特性获得第一金属层18与金属 层28之间的固相直##合以及第二金属层19与配线层29之间的固相直此外，如图10A和10B中所示，第一金属层18可由形成在框架部 分11的整个外围上从而包围重物部分12的环状外金属层18a、以及在框 架部分11的整个外围上形成在外金属层18a内侧从而包围重物部分12的 环状内金属层18b组成。在该情形中，如图11A和11B中所示，还优选 第一封*^41 2的金属层28由环状外金属层28a和设置在外金属层28a 内侧的环状内金属层28b组成，环状外金属层28a和环状内金属层28b 以与第一金属层18面对面的关系形成。可替选地，第一封装基板2的金 属层28可由单个金属层形成，其具有的宽JLA寸被确定为横跨在外金属 层18a与内金属层18b之间。因而，当在第一金属层18与金属层28之间 形成双接合时，如图12中所示，可进一步提高气密地密封加速传感器单 元的内部(即移动的部分)的效果。在图12中，具有金属配线17的连接 部分19b位于第一封装a 2的凹部21中，第二金属层19与该连接部分 19b电连接。在图10A中，数字15表示在外金属层18a与内金属层18b之间延 伸的辅助密封层。辅助密封层15设置在框架部分11的外围方向上彼此间 隔开预定距离的多个位置处。此外，如图IIA中所示，在与传感器1411 的辅助密封层15相对应的位置处在第一封*^412上形成有辅助密封层 26。因此，当第一封*^2接合到传感器基&1时，也可获得辅助密封 层(15, 26)的激活表面之间的固相直M合。此外，通过形成辅助密封 层(15， 26)期望下面的效果。例如，当在外金属层28a上存在外部物质 时，可降低外金属层(18a， 28a)之间的密封性。可替选地，当在内金属 层28b上存在其他外部物质时，可降低内金属层(18b， 28b)之间的密 封性。在这些情形中，4 气密地密封传感器装置的内部。然而，当在辅 助密封层(15, 26)之间形成掩^时，可在外金属层18a与内金属层18b之间获得多个封闭空间。就是说，当其中由于外部物质而导致在外金属层(18a， 28a)之间的接合的密封性降低的区域远离其中由于其他外部物质 而导致在内金属层(18b， 28b)之间的掩^的密封性降低的区域时，这些 区域通过辅助密封层(15， 26)之间的^彼此在空间上遮蔽。简要地说， 通过辅助密封层(15， 26)可进一步可靠地提高由外金属层(18a， 28a) 之间的接合和内金属层(18b， 28b)之间的备^带来的密封性。在本实施方式中，如上所述，在框架部分ll的整个外围上，第一 金属层18形成在面对第一封*1412的表面上，以使其包围重物部分12， 金属层28形成在第一封^412上的相应区域处。可替选地，优选代替 第一金属层18形成Si层或SK)2层，代^r属层28形成Si层或SiO;j层。 简要地说，可通过Si与Si之间的固相直^^合、Si与SK)2之间的固相直##合、和SK)2与Si02之间的固相直^合中的任意一个形成传感器基板1与第一封装基板2之间的掩h为了在传感器基仗1与第一封*^2之间形成没有扩散的固相直 ■^^，在接合步骤之前预先形成第一金属层18和金属层28的激活表面。 在本实施方式中，通过在真空中辐射氩的原子束、离子束或等离子体以清 洗并激活第一金属层18和金属层28的表面来获得激活表面。类似地，在 第二金属层19和配线层29上形成激活表面。随后，进行上述的室温#^ 方法。就是说，通过在室温时施加适当的负载同时形成第一金属层18与 金属层28之间的直##^和第二金属层19与配线层29之间的直##^。接下来，解释传感器基板l与第二封装基板3之间的"^部分。每 个加速传感器单元的框架部分11具有通it^面激活处理形成在框架部分 11的整个外围上面对第二封装基板3的表面上的表面激活区域。通过在 每个加速传感器单元的表面激活区域与通过表面激活处理在第二封装基 板3相应表面上形成的表面激活区域之间没有扩散的固相直^^合来形 成传感器基板1与第二封^J^L3之间的^部分。通过在室温时彼此挤 压表面激活区域获得该固相直^^。因此，通过Si和Si之间的固相直 ^^形成该情形中的^界面。可替选地，可在传感器基敗l和第二封 装基板3中的一个上形成Si02层，从而获得Si和Si02之间的固相直M合。此外，可在传感器J4ll和第二封^^板3中上均形成Si02层，从而获得Si02和Si02之间的固相直M合。此外，还优选使用金属材料的表面激活区域之间的固相直##^,如上述的Au和Au之间的直##^。 因而，如果需要的话，与在传感器^411与第一封装基板2之间形成固相 直M合的情形中一样，可在传感器基板1与第二封^1413之间形成固为了制造晶片级封装结构100，从给M界面有g加压力的观点 看，希望的是将第二封装1413直^^到传感器^L1，然后将第一封 #板2直##^到传感器基板1。参照图13A到13C,下面具体解释传感器基敗l与第一封*^板2 和第二封*1413中的每一个之间的M步骤。首先，如图13A中所示，将传感器基&1、第一封^i^2和第二 封^WL3放在腔室CH中，排出腔室中的空气，使其不超过预定真空度 (例如lxlO-5Pa)。随后，在气体减少的条件下，通过溅射蚀刻的方式清 洗传感器基&1、第一封*^412和第二封*1413的表面，然后进行表 面激活处理。就是说，对传感器gl的第一和第二金属层(18, 19)、 与第二封装B 3接合的框架部分11的表面、第一封*^1 2的金属层 (28， 29)、和与传感器基板掩^的第二封*^1 3的表面进行表面激活 处理。作为表面激活处理，给将要处理的表面辐射氩的离子束以预定的时 间周期(例如300秒)。在表面激活处理过程中，腔室的内部压力保持在 比上述真空度低的真空度(例如大约lxl(T2Pa)。代替氩的离子束，可使 用氩的原子束和等离子体。用于表面激活处理的气体不限于氩气。可替选 地，可使用惰性气体，如氮气和氦气。在表面激活处理之后，进行气氛调整步骤，从而将腔室内部调整为 对于传感器Ml与第一和第二封装^L(2, 3)中的每一个之间的M 步骤来i兌期望的气氛，如图13B中所示。通过该步骤，在接合步骤之后 每个加速传感器单元的内部(即移动部分)都保持在期望的气氛中。例如， 在形成加速传感器单元的本实施方式中，将腔室内部控制为惰性气体气 氛，如大气压时的氩气，从而通过阻尼效果提高频率特性和抗撞击性。通过打开和关闭腔室的气体引入阀门VI和气体排除阀门V2进4亍这种气氛 控制。为了阻止由与外部空气接触而导致激活表面的污染，尤其优选在腔 室中而不是暴露到外部连续进行气氛调整步骤和掩^步骤。在腔室内部控制为期望的气氛之后，如图13C中所示，通过施加 适当的负载(例如300N)在室温时形成第一金属层18和第一封^i412 的金属层28的激活表面(Au-Au表面)之间的直^#^、笫二金属层19 和第一封装基板2的配线层29的激活表面(Au-Au固相痴^)之间的直 ##^、以及传感器基仗1的框架部分11和第二封^J4！ 3的激活表面 (Si-Si固相接合)之间的直##^。因而，在传感器单元的内部保持在 期望气氛中的条件下可获得在接合界面处基本上不就有残余应力的固相因为本实施方式的晶片级封装结构100具有根据低温工序(如室温 掩^方法)形成的传感器基敗1与第一封装基仗2之间的直^^以及传 感器基^11与第二封*^3之间的直^^，所以具有下述优点，即与 用热处理，如回流焊接进行M步骤的情形相比，压阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 ) ^J^受热应力的影响。此外，可降寸氐工序温度 并获得简化的制造工序。此外，当通过使用SOI晶片形成传感器g 1，且通过使用Si晶 片形成第一和第二封*141(2, 3)中的每一个时，可减小由于其间线性 膨胀系数不同而导致在柔性部分13中产生的应力、以及由线性膨胀系数 不同导致的应力对上述桥电路(Bx， By， Bz)的输出信号的影响。结果， 使得传感器特性的变化最小。每个基&可由除硅之外其他的半导体材料形 成。当将如此获得的晶片级封装结构100切割为形成于传感器M 1上的加速传感器单元的大小时，可同时切割传感器基&1以及第一和第二封装基tl(2， 3),使其具有相同的外部尺寸。因此，可有效获得紧凑型 芯片尺寸封装结构。下面简要解释从本实施方式的晶片级封装结构获得的加速传感器 装置的^作。在没有给传感器Ml施加加速度的情况下，当在"X"轴正方向上给传感器基&1施加加速度时，由于重物部分12作用在"x"轴负方向 上的惯性力，重物部分12相对于框架部分11产生位移。结果，纵向方向 对应于"x，，轴方向的一对柔性部分13弹性变形，从而柔性部分13上的 压阻元件(Rxl到Rx4)的电阻值发生变化。在该情形中，压阻元件(Rxl ， Rx3)接收张应力，压阻元件(Rx2， Rx4)接收压缩应力。 一般地，当 压阻元件接收张应力时，电阻值(电阻率)增加，当压阻元件接收压缩应 力时，电阻值(电阻率)降低。因此，在该情形中，压阻元件(Rxl, Rx3) 的电阻值增加，压阻元件(Rx2， Rx4)的电阻值降低。当从外部电源给 图5中所示的一对输入端(VDD， GND)之间施加恒定的DC电压时， 图5左侧所示的桥电路(Bx)的输出端(Xl， X2)之间的电位差根据"x" 轴方向上的加速度的幅度而变化。类似地，当在"y，，轴方向上给传感器基板1施加加速度时，图5 中部所示的桥电路By的输出端(Yl， Y2)之间的电位差根据"y"轴方 向上的加速度的幅度而变化。此外，当在"z"轴方向上给传感器^A 1 施加加速度时，图5右侧所示的桥电路Bz的输出端(Zl， Z2)之间的电 位差根据"z"轴方向上的加速度的幅度而变化。因此，传感器J411通 过探测每个桥电路(Bx， By， Bz)的输出电压的变化，能探测相对于"x" 轴方向、"y"轴方向和"z，，轴方向的每个方向而施加到传感器^411的 加速度。在本实施方式中，移动部分由重物部分12和柔性部分13组成， 传感部分由作为传感器基敗1上测量电阻的压阻元件(Rxl到Rx4， Ryl 至!] Ry4， Rzl至)Rz4 )形成。顺便，如图5中所示，传感器基板l具有被三个桥电路(Bx， By, Bz)共享的两个输入端(VDD， GND)、桥电路Bx的两个输出端(Xl， X2 )、桥电路By的两个输出端(Yl， Y2 )和桥电路Bz的两个输出端(Zl， Z2)。这些输入端(VDD， GND)和输出端(Xl， X2， Yl， Y2， Zl， Z2)通过第二金属层19形成在面对第一封装皿2的表面上，并与形成 在第一封装基t12中的通孔配线24电连接。就是说，在本实施方式中， 第二金属层19形成在传感器U1 1上的八个位置处，在第一封装基板2中形成有八个通孔配线24。形成在八个位置处的每个第二金属层19构造 成矩形外围形状(在本实施方式中为正方形外围形状)。此外，第二金属层19在框架部分11的外围方向上彼此分开设置。在本实施方式中，在具 有矩形形状的框架部分11的四边的每一边处都设置有一对第二金属层 19。(第二个实施方式)如图14A到14C中所示，除了传感器14ai 1具有除加速传感器单元之外的IC区域E2,且IC区域E2包括与测量电路(即传感部分)的 压阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 )配合工作的4吏用CMOS 的集成电路(即CMOSIC)之外，本实施方式的晶片级封装结构大致与 第一个实施方式的相同。通过集成信号处理电路和用于存储信号处理电路 中使用的EEPROM来形成该集成电路，所述信号处理电路被配置成对第 一个实施方式中所述的桥电路(Bx， By， Bz)的输出信号进行信号处理， 如放大、偏移调整和温度##。因此，在下面的解释中，由相同的参考标 记表示与第一个实施方式中相同的组件，将省略其重复描述。如图15A和15B中所示，本实施方式的传感器基板1由传感器区 域E1、具有上述集成电路的IC区域E2和具有第一个实施方式中所述的 第一金属层18的掩^区域E3形成，传感器区域E1包括第一个实施方式 中所述的一部分框架部分11、重物部分12、柔性部分13和压阻元件(Rxl 到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 )。在平面图中，i殳计这些区域(El， E2， E3)的布局，以4吏传感器区域E1位于传感器基板1的大致中心部分， IC区域E2围绕传感器区域E1形成，掩^区域E3围绕IC区域E2形成。 本实施方式的传感器基^L 1的框架部分11具有比第一个实施方式大的外部尺寸。换句话说，因为传感器ai具有宽^x寸增加的框架部分u,所以集成电路可安装在框架部分ll上。此外，第一封装^12的凹部21 形成为比第一个实施方式的大，从而传感器区域El和IC区域E2容纳在 凹部中。后述的IC区域E2的多层结构部分41设置在凹部21中。与第一个实施方式的情形中一样，通过4吏用SOI晶片形成半导体 晶片10。优选通过使用多层配线技术形成IC区域E2，从而减小IC区域E2在传感器基板l上占据的面积。在传感器Ml的IC区域E2处，通 过硅层10c上的氧化硅膜的第一绝缘膜和第一绝缘膜上的氮化硅膜的第 二绝缘膜的层叠膜形成绝缘膜16,多层结构部分41形成在绝缘膜16上。 多层结构部分41包括至少一个层间绝缘膜(氧化硅膜)的第三绝缘膜和 第三绝缘膜上的钝化膜(氧化硅膜和氮化硅膜的层叠膜)的第四绝缘膜。 通过移除钝化膜的适当部分，暴露出多个焊盘42。因此，在本实施方式 中，表面保护层40由绝缘膜16 (第一和第二绝缘膜)和多层结构部分41 (第三和第四绝缘膜)组成。另一方面，在接合区域E3处，第二金属层 19形成在绝缘膜16上的多个位置处。第二金属层19通过引出配线43与 焊盘42电连接。结果，IC区域42的焊盘42通过引出配线43和第二金 属层19与形成在第一封装基tl 2的通孔配线24 —端处的配线金属层29 电连接。焊盘42通过信号处理电路与传感部分电连接，或者不通过信号 处理电路与传感部分电连接。在本实施方式的传感器Ml中，如图15B中所示，引出配线43 和第二金属层19由相同的材料形成，且它们连续形成。可替选地，如图 16A中所示，引出配线43可与第二金属层19单独形成。在该情形中，为 了提高粘结力，引出配线43优选由Au膜和Ti膜的层叠膜形成。顺便说一下，当在SOI 10的一般表面上形成表面保护层40 时，在形成有IC区域E2的焊盘42的第一区域与形成有第二金属层19 和第一金属层28的第二区域之间出现台阶部分。由于该台阶部分，需要 沿表面保护层40的侧表面形成用于在IC区域E2的焊盘42与第二金属 层19之间电连接的引出配线43。在图16A的情形中，引出配线43的厚 度与第一金属层18和第二金属层19的厚度单独确定。例如，引出配线 43的厚度"A"设定为大于第一金属层18和第二金属层19的厚度"B"。此外，如图16B中所示，优选引出配线43和第二金属层19以连 续的方式整体形成，引出配线43的厚度设定为大于第一金属层18和第二 金属层19的厚度。在该情形中，如此进行膜形成，即引出配线43、第一 金属层18和第二金属层19同时形成为具有引出配线43的厚度(Tl)。 随后，如此进行厚度调整，即仅仅蚀刻第一金属层18和第二金属层19,从而具有期望的厚度(T2<T1 )。结果，可减小在表面保护层40的台阶部 分处引出配线43发生断开的可能性。
在引出配线43、第一金属层18和第二金属层19的膜形成阶段， 首先形成具有厚度T2的下金属层(例如Ti膜和Ti膜上的Au膜的层叠 膜)，然后在下金属层上形成上金属层(例如Ti膜和Ti膜上的Au膜的 层叠膜)，其具有与厚度T1与厚度T2之间的差相对应的厚度。在厚度调 整阶段，通过使用下金属层作为蚀刻阻止层在与第一和第二金属层(18， 19)对应的区域处时刻上金属层。因而，可获得具有厚度T2的第一和第 二金属层(18， 19)。在该情形中，具有下述优点，即4艮容易控制第一和 第二金属层(18， 19)的厚度，并可实现第一和第二金属层(18， 19)的 表面平整度的提高。结果，可提高传感器装置的生产率。
如图16C中所示，还优选引出配线43具有下配线层43a和上配线 层43b的两层结构，上配线层43b和第二金属层19以连续的方式整体形 成。例如，下配线层和上配线层(43a， 43b)由Ti膜和Ti膜上的Au膜 的层叠膜形成。在该情形中，通过包括下述步骤的工序获得引出配线43: 在表面保护层40上形成下配线层43a，在下配线层43a上形成上配线层 43b。在形成上配线层43b的步骤中，同时形成第一和第二金属层(18， 19)。引出配线43的厚度确定为等于下配线层和上配线层(43a, 43b )的 总厚度。因而，可提高传感器J4ll与第一封装基fe!2之间的掩^步骤中 的生产率。此外，通过阻止引出配线43断开可实现IC区域E2的焊盘42 与第二金属层19之间的电连接的可靠性。
可替选地，代替上配线层43b，可与第二金属层19连续的方式整 体形成下配线层43a。在该情形中，在形成下配线层43a的步骤中同时形 成第一和第二金属层(18， 19)。随后，仅在与引出配线43对应的区域上 形成上配线层43b。通过下配线层和上配线层(43a， 43b )的总厚度确定 引出配线43的厚度。
接下来，参照图17A到17F，下面解释本实施方式的传感器Ml 的制造方法。图17A到17F每个都对应于沿图15A的线A-A，的才黄截面。 此外，使用图16A的结构作为引出配线43。首先，通过使用CMOS工序技术在SOI基板10的一^^面(硅 层10c的表面一侧)上形成用于桥电路(Bx, By, Bz)、压阻元件(Rxl 到Rx4, Ryl到Ry4, Rzl到Rz4 )和IC区域E2的扩散层配线，从而获 得图17A中所述结构。在已经完成了暴露IC区域E2的焊盘42的步骤的 阶段中，上述多层结构部分41在绝缘膜16的整个表面上延伸。在与传感 器区域El和接合区域E3相对应的多层结构部分41的区域处没有形成金 属配线。在本实施方式中，如上所述，表面保护层40由绝缘膜16和多层 结构部分41组成。在该阶段中，表面保护层40仍不具有上述台阶部分。在完成了暴露焊盘42的步骤之后，在SOI l板10的一般表面上 形成图案化抗蚀剂层，以佳暴露与传感器区域El和掩^区域E3相对应 的表面保护层40的区域。通过使用该抗蚀剂层作为蚀刻掩模，进行平化 工序。就是说，通过凹蚀与接合区域E3对应的表面保护层40的区域， 形成接合区域E3的平坦表面。然后，移除抗蚀剂层，从而获得图17B中 所示的结构。当通过湿蚀刻进行凹蚀步骤时，使用绝缘膜16的氮化硅膜 的第二绝缘膜作为蚀刻阻止层。作为平化工序的结果，出现了表面保护层 40的上述台阶部分。随后，进行用于在SOI 10的一^面上形成引出配线43的 配线形成步骤，并在^区域E3上形成第一金属层18和第二金属层19。 对于引出配线和这些金属层的形成，优选使用常规的薄膜沉积技术，如溅 射以及光刻蚀刻技术。接下来，在绝缘膜16上形成图案化抗蚀剂层，使 其覆盖与框架部分11、重物部分12的芯部12a、柔性部分13、 IC区域 E2和备^区域E3相对应的区域，并暴露其他区域。随后，进行第一构图 (图案化)工序。就是说，通过使用该抗蚀剂层作为蚀刻掩模，蚀刻绝缘 膜16的暴露区域，从而进行绝缘膜16的构图。继续进行蚀刻，从而具有 从SOI基tll0的一^面一侧到达绝缘层10b的蚀刻深度。然后，通过 移除抗蚀剂层，获得了图17C中所示的结构。在该第一构图工序中，4吏 用绝缘层10c作为蚀刻阻止层。作为第一构图工序的结果，SOI基板10 的硅层10c保留在与框架部分11、芯部12a、柔性部分13、 IC区域E2 和备^区域E3相对应的区域处。作为适于第一构图工序的蚀刻方法，例如，优选通过使用感应耦合等离子体(ICP)型干蚀刻装置进4亍干蚀刻。 设置蚀刻条件，以使绝缘层10b用作蚀刻阻止层。在完成了第一构图工序并移除了抗蚀剂层之后，在形成于SOI基 板10底表面侧的支撑基仗10a上的氧化硅膜10d上形成图案化抗蚀剂层， 以使其覆盖与框架部分ll、芯部12a、叶部12b、 IC区域E2和掩^区域 E3相对应的区域，并暴露其他区域。随后，进行第二构图工序。就是说， 通过使用该抗蚀剂层作为蚀刻掩模，蚀刻氧化硅膜10d的暴露区域，从而 进行氧化硅膜10d的构图。在移除了抗蚀剂层之后，通过使用氧化硅膜 10d作为蚀刻掩模在大致垂直的方向上进行干蚀刻，从而具有从SOI 10底表面一侧到达绝缘层10d的蚀刻深度。通过该第二构图工序，获得 了图17D中所示的结构。在该构图工序中，使用绝缘层10b作为蚀刻阻 止层。在第二构图工序之后，SOI基板IO的支撑14ll0a保留在与框架 部分ll、芯部12a、叶部12b、 IC区域E2和接合区域E3相对应的区域 处。作为适于第二构图工序的蚀刻装置，优选使用感应耦合等离子体 (ICP)型干蚀刻装置。设置蚀刻条件，以使绝缘层10b用作蚀刻阻止层。在第二构图工序之后，进行分离工序。就是说，在留下绝缘膜10b 的与框架部分ll、芯部12a、 IC区域E2和掩^区域E3相对应的区域的 同时，通过湿蚀刻移除不需要的部分来形成框架部分ll、柔性部分13和 重物部分12。结果，获得了图17E中所示的结构。在该分离工序中，还 蚀刻并移除SOI基板10底表面上的氧化硅膜10d。通过将图18A和18B中所示的第一封*^412和图19A和19B中 所示的笫二封装基仗3的每一个室温接合到根据上述工序形成的传感器 1，获得了图17F中所示的结构。就是说，通过在传感器基板l的第 一金属层18与第一封装基敗2的金属层28的激活表面(Au-Au表面) 之间进行室温掩^并在第二金属层19和第一封装M2的配线层29的激 活表面(Au-Au固相M)之间进行室温M,传感器141 1与第一封 装基板2集成在一起。另一方面，通it^传感器基板l的框架部分ll与 第二封装J413的激活表面(Si-Si固相M)之间进行室温接合，传感 器M 1与第二封装基fel 3集成在一起。顺便说一下，在本实施方式中，通过对传感器m 1和封装a( 2， 3)以晶片级进行图17A到17F中所述的一系列步骤，制造具有多个加速 传感器的晶片级封装结构100 (图14A)。然后，通过将如此获得的晶片 级封装结构100切割为加速传感器尺寸而进行切割(切块)工序。在该情 形中，第一和第二封^J^(2, 3)每一个的外部尺寸同时与传感器J4！ l的外部尺寸精确匹配。因此，该制造方法尤其适于大量制造紧凑型传感 器装置。在切割工序之前，优选进行检查阶段，用于检查传感器装置的传 感部分和电路部分的电特性。与在从晶片级封装结构单个分离传感器装置 之后检查电特性的情形相比，可大大节省检查阶段的时间和精力。
根据上述制造方法，因为与掩^区域E3对应的表面保护层40的 区域通过凹蚀而被平化，且在掩^区域E3的平化表面上形成用于与第一 封装基板2 M的第一金属层18和第二金属层19，所以可提高第一和第 二金属层(18, 19)的表面平整度。因此，可在第一金属层18与第一封 装基板2的金属层28之间以及在第二金属层19与第 一封装基仗2的配线 层29之间获得良好的固相直^^。结果，可提高生产率。
此外，根据上述制造方法，因为通过使用绝缘层16的氮化硅膜的 第二绝缘膜作为蚀刻阻止层进行凹蚀步骤，所以可用与SOlKl0的一 般表面相当的平整度在绝缘膜16上形成第一和第二金属层(18, 19)。结 果，可提高第一和第二金属层(18， 19)的表面平整度。在平化工序中用 作蚀刻阻止层的绝缘膜不限于第二绝缘膜。可>(吏用除多层结构部分41的 第四绝缘膜之外的其他绝缘膜。可根据接合区域E3所需的高度级别确定 用作蚀刻阻止层的绝缘膜。
可替选地，在通过使用笫二绝缘膜作为蚀刻阻止层进行蚀刻之后， 可通过使用第一绝缘膜作为蚀刻阻止层进行进一步蚀刻。在该情形中，可 通过第一绝缘膜以出色的表面平整度给第一金属层18和笫二金属层19 提供底层绝缘层。优选通过热氧化方法和LPCVD (低压化学汽相沉积) 方法形成用作第 一绝缘层的氧化硅膜。
在本实施方式的传感器装置中，因为在框架部分中构造了具有可与 测量电阻配合工作的集成电路的IC芯片，所以与常规的传感器模块相比，可降低传感器装置的尺寸并减小制造成本。此外，测量电阻与集成电^: 间的配线长度减小可带来传感器特性的提高。 (第三个实施方式)
在每个上面的实施方式中，使用压阻型加速传感器作为传感器单 元。本发明的技术概念对于其他传感器单元，如电容型加速传感器和陀螺 传感器也是有效的。本实施方式特征在于代替加速传感器单元，在传感器 基板上形成陀螺传感器单元。本实施方式的其他构造大致与第一个实施方
式的相同。因此，可才艮据与第一个实施方式相同的方式在传感器141101 与第一和第二封*_^ (102, 103)每一个之间形成M部分。
本实施方式的晶片级封装结构具有下述结构，其包括具有多个陀螺 传感器单元的半导体晶片、M到半导体晶片的相对表面之一的第一封装 晶片、和M到半导体晶片另 一个表面的第二封装晶片。在下面的解释中， 半导体晶片的用于形成每个陀螺传感器单元的区域定义为传感器基板
ioi。此外，第一封装晶片的面对每个传感器aioi的区域定义为第一
封*141102。类似地，第二封装晶片的面对每个传感器基板101的区域 定义为第二封装基板103。
在本实施方式中，通过使用具有0.2Q.cm电阻率的珪141形成传感 器基板101。通过使用具有20Q*cm电阻率的硅基板形成第一和第二封装
(102, 103)的每一个。这些电阻率值仅仅是示意性的，本发明并不 限于它们。
如图20中所示，陀螺传感器单元主要由移动部分、和探测步骤形 成，移动部分包括可通过振动部件振动的第一质量体111和耦接到第一质 量体111的笫二质量体112,探测部分被配置成将当在第一质量体111振 动过程中施加旋转力时导致的第二质量体112的位移转换为电信号。
就是说，在平面闺中每个都大致具有矩形外围形状的第一质量体 1U和第二质量体112沿传感器基板101的表面平行设置。此外，传感器
101具有围绕第一和第二质量体(111， 112 )延伸的框架部分110 (在 本实施方式中例如为矩形框架部分)。在本实施方式中，如图20到24每 个的右下部所示，定义正交坐标系统。就是说，设置第一和第二质量体(111, 112)的方向对应于"y"轴方向，在沿传感器^Al01的平面延 伸的平面中与"y"轴方向正交的方向对应于"x"轴方向。此外，与"x" 轴方向和"y"轴方向正交的方向(即传感器基H 101的厚度方向)对应 于"z"轴方向。
如图21中所示，传感器基板101的第一质量体111和第二质量体 112通过在"x"轴方向上延伸的一对驱动弹簧113彼此整体耦接。就是 说，传感器J41101在"x"轴方向上具有长度稍短于第二质量体112整 体长度的狭缝槽114a、以及以沿"x"轴方向的直线设置的位于第一质量 体111的横向一侧的两个狭缝槽114b。每个狭缝槽114b都在其一端具有 开口 。每个驱动弹簧113都形成在狭缝槽114a与每个狭缝槽114b之间。 每个驱动弹簧113的一个端部都在狭缝槽114a的端部与第二质量体112 的横向边缘之间连续延伸，驱动弹簧113的另一个端部通过狭缝槽U4b 之间的区域连续延伸到第一质量体111。驱动弹簧113是具有扭转变形能 力的扭转弹簧，其能使第一质量体111相对于第二质量体112关于驱动弹 簧113位移。就是说，驱动弹簧113能使第一质量体111相对于第二质量 体112在"z，，轴方向上位移以及4吏第一质量体111相对于第二质量体112 关于"x"轴转动。此外，因为传感器^1101使用扭转弹簧作为驱动弹 簧113，所以不必在传感器基tl 101厚度方向上减小驱动弹簧113的尺寸。 因此，很容易制造驱动弹簧113。
数字115表示在"y"轴方向上延伸并在其一端处与传感器a 101 的第二质量体112在"x"轴方向上的边缘部分连续连接的探测弹簧。一 个探测弹簧115的相对端部通过在"x"轴方向上延伸的耦接元件116与 另一个探测弹簧115连续连接。就是说，通过该对探测弹簧115和耦接元 件116，在平面图中形成大致"C"形的元件。对于该点，耦接元件116 设计成具有比驱动弹簧113和探测弹簧115充分高的刚性。数字117表示 从耦接元件116的纵向方向上的中间部分突出的固定部分。固定部分117 固定到第二封装基仗103的预定位置。第一和第二质量体(111， 112 )通 过以大致"C"形形成的狭缝槽114c与探测弹簧115和耦接元件116分离。 狭缝槽114b的一端与狭缝槽114c相通。每个探测弹簧115在"x"轴方向上都就有弯曲变形能力。因此，探测弹簧115能使第一和第二质量体 (111, 112)相对于固定部分117在"x"轴方向上位移。
顺便说一下，传感器J4！ 101具有在厚度方向上穿透第二质量体 112的四个开口 118、和设置在每个开口 118中的静止部120。静止部120 具有设置在第二质量体112在"x"轴方向上的每个端部附近的电极部分
121、 和在"x"轴方向上从电极部分121延伸的梳骨(comb bone)部分
122。 电极部分121和梳骨部分122构成大致"L"形。电极部分121和 梳骨部分122接合到第二封装基板103。就是说，静止部120固定在预定 位置处。开口 118的内表面通过间隙沿静止部120的外围表面上延伸。一 对电极部分121'设置在第二质量体112在"x"轴方向上的两端处。如图 22中所示，在梳骨部分122的宽度方向上的两侧形成有沿"x，，轴方向设 置的多个静止梳齿123。另一方面，在面对第二质量体112的梳骨部分122 的一侧在开口 118中形成有多个移动梳齿124，该多个移动梳齿124沿"x" 轴方向设置，以使每个移动梳齿124与每个静止梳齿123是面对面的关系， 如图22中所示。每个移动梳齿124离开相应的静止梳齿123 —距离设置。 当第二质量体112在"x"轴方向上移动时，静止梳齿123与移动梳齿124 之间的距离发生变化，从而探测由距离变化导致的电容变化。就是说，用 于探测第二质量体112位移的探测部件由静止梳齿123和移动梳齿124组 成。
通过将框架部分110、固定部分117和静止部120 ^到第二封装 基板103，将传感器基板101耦接到第二封^板103。换句话说，使用 第二封^S^L103作为支撑传感器141101的支撑141。另一方面，因为 第一和第二质量体(111， 112)形成为可在"z"轴方向上移动，所以第 一和第二质量体(Hi, 112)面对第二封装J41103的底表面向后离开第 二封装基板103，如图20中所示。就是说，在传感器基板101的厚度方 向上第一和第二质量体(111, 112 )每一个的厚度确定为小于框架部分110 的厚度。因而，确保了在第二封装基t1103与第一和第二质量体(111， 112)每一个之间的间隙。在本实施方式中，第一质量体111与第二封装 基板103之间的间隙长度设为10pm。该值仅仅是示意性的，本发明并不限于它。
此外，传感器基板101具有形成在固定部分117附近的框架部分 110上的一对接地部分(ground portion) 119。数字127表示与后述电极 125电连接并形成在一个接地部分119附近的电极部分。接地部分119和 电极部分127^^到第二封装141103。在上表面侧，在固定部分U7、 电极部分121、 一个接地部分119和电极部分127上形成有第二金属层 128。对于该点， 一个固定部分117、四个电极部分121、 一个接地部分 119和一个电极部分127在第二封^仗103的上表面侧彼此分离设置。 在第一封装gl02没有掩^到框架部分U0的状态中，它们彼此电绝缘。 此夕卜，在传感器Ml01的上表面侧，框架部分110具有形成在其整个外 围上的第一金属层126。第一和第二金属层(126, 128)每个都由Ti膜 和Au膜的层叠膜形成。简要地说，因为第一和第二金属层(126， 128) 由相同的金属材料形成，所以可以相同的厚度同时获得这些金属层。在第 一和第二金属层(126， 128)的每一个中，Ti膜优选具有15到50nm的 厚度，Au膜优选具有500nm的厚度。这些厚度值仅仅是示意性的，本发 明并不限于它们。作为形成Au膜的材料，可代替纯金使用包含杂质的 Au材料。
如图23和24中所示，第一封装基K 102在面对传感器^ 101 的一侧，即图20中所示的第一封Jlti^ 102的底表面中具有凹部129， 其构造成为第一和第二质量体(111， 112)的位移提供空间。此外，第一 封*141102具有在厚度方向上穿透的多个通孔132。在第 一封^41102
(氧化硅膜)。因此，热绝缘膜133位于通孔配线134与通孔132的内表 面之间。在本实施方式中，使用铜作为通孔配线134的材料。可替选地， 代替铜可使用镍等。
第一封*^1102具有通过绝缘膜133而形成在凹部129的底表面 上的面对第一质量体111的区域处的上述电极125。电极125由Ti膜和 Au膜的层叠膜形成。在本实施方式中，第一质量体lll与电极125之间 的间隙长度设为l(Hrni。该值仅仅是示意性的，本发明并不限于它。此外，第一封*^102具有多个金属层138，该多个金属层138 形成在面对传感器J4！ 101的表面上且与通孔配线134电连接。第一封装 基板102还具有形成在面对传感器基板101的表面上的整个外围上的(矩 形)框架状金属层136。在这点上，金属层138 ^^到传感器M 101的 第二金属层128,从而在其间进行电连接。金属层136接合到传感器141 101的第一金属层126。金属层136和金属层138每个都由绝缘膜133上 的Ti膜和Ti膜上的Au膜的层叠膜形成。简要地说，因为金属层136和 金属层138由相同的金属材料形成，所以可以相同的厚度同时获得这些 膜。在金属层136和金属层138的每一个中，Ti膜优选具有15到50nm 的厚度，Au膜优选具有500nm的厚度。这些厚度值仅仅是示意性的，本 实施方式并不限于它们。作为Au膜的材料，代替纯金可使用包含杂质的 基于Au的材料。此外，在本实施方式中，Ti膜形成为用于提高Au膜与 绝缘膜133之间的粘结力的粘结层。代替Ti，可使用Cr， Nb， Zr， TiN， TaN等作为粘结层的材料。
第一封装基仗102具有形成在与面对传感器基仗101的表面相对的 表面上的用于外部连接的多个电极135。这些电极135与通孔配线134电 连接。每个电极135都构造成矩形外围形状并由Ti膜和Au膜的层叠膜 形成。
另一方面，第二封装^103具有形成在其厚度方向上的两个相对 表面上的热绝缘膜(141， 142)，如氧化硅膜。
与第 一个实施方式中所述的 一样，传感器基tl 101通过第 一金属层 126与金属层136之间的固相直^#^而#到第一封装141102。就是 说，第一封^仗102密封地接合到传感器a 101的框架部分110的整 个外围。此外，第二金属层128通过固相直M合与金属层138电连接。 通过这些固相直^#^,陀螺传感器单元的内部与外部气密地密封。此外， 传感器基板101的第二金属层128通过金属层138和通孔配线134与电极 135电连接。第二封^J4！ 102具有从电极125延伸到凹部129外围部分 的配线部分125a (图24 ),其与M到传感器基板101的电极部分127上 的第二金属层128的金属层138连续地形成。(102, 103)每一个 之间形成M部分，使用在低温时形成直^#^的室温掩^方法，以减小 传感器基板IOI中的残余应力。在室温掩^方法中，通过在真空中辐射氩 的离子束、原子束或等离子体清洗并激活将J^合的表面,然后在真空中 在室温时将激活的表面彼此直##合。在本实施方式中，根据上述室温接 合方法，通过在真空中在室温时给M界面施加适当的负载同时获得第一 金属层126与金属层136之间的直##^和第二金属层128与金属层138 之间的直##合。此外，通过室温掩^方法在真空中在室温时以封闭的方 式将传感器的框架部分110直##^到第二封装基板103的外围部分。
下面解释本实施方式的室温掩^方法。省略与第一个实施方式相同 步骤的重复解释。
在对传感器a 101适当进行微加工并在室温将传感器^41 101 #^到第二封装基板103之后，进行用于将用作传感器M 101的移动部 分的部分与其他部分分离的蚀刻步骤、和用于形成第一和第二金属层
(126, 128)的金属层形成步骤。在本实施方式中，传感器^101通过 Si和Si02之间的室温接合而接合到第二封装基板103。随后，将集成有 第二封，板103和第一封装基tl 102的传感器J4！ 101放在腔室中，该 腔室是排到预定真空度(例如lxlO勺的真空。然后，进行表面激活处理。 就是说，通过在真空中溅射蚀刻的方式清洗并激活传感器基tl 101和第一 封装141102的将要彼此接合的表面。在表面激活处理过程中腔室中的真 空度大约为lxl(T2Pa，与在表面激活处理之前腔室中的预定真空度相比， 该真空度较低。
在表面激活处理之后，进行气氛调整步骤，从而将其中放置有传感 器皿101和第二封装M 103的腔室的内部气氛调整为根据陀螺传感器 特性确定的设计气氛。在该点上，为了提高表示共振频率附近的机械振动 级别的机械Q值(机械品质因数Qm),并提高灵敏度，本实施方式的陀 螺传感器设计为预定的真空度(lxlO,a或更小的高真空)。在本实施方 式的气氛调整步骤中，在完成表面激活处理之后，通过进行真空抽气直到 腔室中的真空度达到了预定的真空度，从而将腔室的内部气氛调整为设计的气氛。
在完成了气氛调整步骤之后，在气氛调整步骤中控制的气氛下在室
温将传感器J4！ 101 M到第一封^i^ 102。在传感器基板101与第一 封^41102之间的#^步骤处，通it^加适当的负载(例如300N)同 时获得第一金属层126与金属层136之间的室温接合、以及第二金属层 128与金属层138之间的室温接合。在本实施方式中，通过Au和Au之 间的室温#^提供传感器基板101与第一封*^41102之间的掩^。
优选在同一个腔室中连续进行表面激活处理、气氛调整步骤和M 步骤。通^面激活处理清洗并激活传感器基tl 101和第一封装J4！ 102 的将要彼此掩^的表面。然后，在根据想要的传感器特性而确定的设计气 氛下以封闭的方式在室温时彼此掩^这些激活的表面，并没有暴露到外部 空气。由此在其间获得良好的掩^。在气氛调整步骤中，因为在表面激活 处理步骤之后腔室是排到预定真空度的真空，从而将内部气氛调整为设计 的气氛，所以可获得表示作为传感器元件的陀螺传感器的共振频率附近的 机械振动级别的较高机械Q值(机械品质因数Qm )，因此可提高灵敏度。
如上所述，本实施方式的晶片级封装结构具有根据低温工序，如室 温掩^方法形成的传感器M 101与第一封^1^L 102之间的直##^、 以及传感器基|1101与第二封装141103之间的直##^。因此，与通过 热处理，如回流焊接将传感器1^101与第一和第二封^141(102， 103) 每一个M的情形相比，可阻止热应力的影响。结果，具有传感器特性变 化减小的优点。此外，因为传感器^L101通过绝缘膜141^到第二封 装基板103，可阻止对电噪声阻抗的减小。此外，因为基^L由硅晶片形成， 且绝缘膜141由氧化硅膜形成，所以传感器基tSL 101在室温时#^易* 到每个封装基敗(102， 103),并可减小传感器特性的变化。
在该优选实施方式中，第二封装M 102通过形成在第二封装141 103的面对传感器基敗101的表面上的绝缘膜141 ^到传感器基^！ 101。 简要地说，优选通过形成在第二封装基板103的面对传感器M 101的表 面和传感器M 101的面对第二封装J4！ 103的表面中的至少一个上的绝 缘膜将它们彼此M。此夕卜，通过将具有集成形成的陀螺传感器单元的晶片级封装结构切 割(切块)为陀螺传感器单元的尺寸，可容易且有效地获得紧凑型陀螺传 感器装置。因此适于大,生产。
下面简要解释如此获得的陀螺传感器的操作。
当在给第一质量体111施加预定振动的条件下，通过外力给陀螺传
感器施加角速度时，本实施方式的陀螺传感器探测第二质量体112的位 移。在该点上，在电极125与第一质量体111之间施加具有正弦波形或矩 形波形的振动电压，从而使第一质量体lll振动。例如，使用AC电压作 为振动电压，但极性反转并不是必要的。第一质量体111通过驱动弹簧 113、第二质量体112、探测弹簧115和耦接元件116与固定部分117电连 接。第二金属层128形成在该固定部分117上。此外，电极125与电极部 分127上的第二金属层128电连接。因此，当在固定部分117和电极部分 127上的第二金属层128之间施加振动电压时，由于第一质量体lll与电 极125之间的静电力，第一质量体lll可在"z，，轴方向上振动。当振动 电压的频率等于根据第一和第二质量体(111, 112)的重量、以及驱动弹 簧113和探测弹簧115的弹簧常量确定的共振频率时，可通it^目对较小的 驱动力获得较大的幅度。
在第一质量体111振动的状态中，当关于"y"轴给陀螺传感器施 加角速度时，在"x，，轴方向上产生科里奥利力，从而第二质量体112 (与 第一质量体111)相对于静止部120在"x"轴方向上位移。当移动梳齿 124相对于静止梳齿123位移时，在移动梳齿124与静止梳齿123之间产 生距离变化，从而其间的电容发生变化。可从与第四个静止部120连接的 笫二金属层128取得该电容变化。因而，可认为上述陀螺传感器设置有四 个电容可变的电容器。因此，可通过测量每个电容可变的电容器的电容、 或者并联的电容可变的电容器的总电容，探测第二质量体112的位移。因 为预先确定第一质量体111的振动，所以通过探测第二质量体112的位移， 可计算科里奥利力。在本实施方式中，，没置在框架部分110内的移动部分 由第一质量体lll、驱动弹簧113、第二质量体112、探测弹簧115和耦接 元件116组成，传感部分由形成在第二质量体112上的静止梳齿123和移动梳齿124组成。简要地说，在设置于框架部分110内的移动部分中形成 有一部分传感部分。
在该点上，移动梳齿124的位移与(第一质量体111的重量)/ (第 一质量体111的重量+第二质量体112的重量)成比例。因此，当第一质 量体111的重量变得大于第二质量体112的重量时，移动梳齿124的位移 增加。结果，可提高灵敏度。在本实施方式中，由于该原因，第一质量体 111的厚度尺寸确定为大于第二质量体112的厚度尺寸。
工业实用性
如上所述，根据本发明，因为形成在传感器基板上的表面激活区域 与形成在每个封^41上的表面激活区域之间的直##^在室温时形成， 所以可避免一些麻烦，如由接合部分处的残余应力导致的传感器特性变 化。此外，传感器装置的内部通it^面激活区域之间没有扩散的固相直接 M气密地密封。因此，可根据传感器的种类，如加速传感器和陀螺传感 器在传感器装置中实现适当的气氛。具有上述优点的本发明希望用在需要 稳定传感器特性的紧凑型传感器装置的广泛的各种应用中。
权利要求
1、一种传感器装置，包括传感器基板，该传感器基板包括具有开口的框架、可移动地保持在所述开口中的移动部分、和配置成根据所述移动部分的位移输出电信号的探测部分；接合到所述传感器基板的相对表面之一的第一封装基板；接合到所述传感器基板的另一个表面的第二封装基板；其中所述框架具有第一表面激活区域和第二表面激活区域，该第一表面激活区域形成在所述框架的整个外围上的面对第一封装基板的表面上，以使所述第一表面激活区域包围所述移动部分，所述第二表面激活区域形成在所述框架的整个外围上的面对第二封装基板的表面上，以使所述第二表面激活区域包围所述移动部分，所述传感器基板与第一封装基板之间的接合是在所述第一表面激活区域与形成在第一封装基板上的表面激活区域之间没有扩散的固相直接接合，所述传感器基板与第二封装基板之间的接合是在所述第二表面激活区域与形成在第二封装基板上的表面激活区域之间没有扩散的固相直接接合。
2. 根据权利要求l所述的传感器装置，其中所述第一表面激活区域、 所述第二表面激活区域、第一封装基&的表面激活区域和第二封装基板的 表面激活区域是等离子体处理的表面、离子束辐射的表面、和原子束辐射 的表面中的任意一个。
3. 根据权利要求l所述的传感器装置，其中所述第一表面激活区域 和笫 一封装M上的表面激活区域之间的接合以及所述第二表面激活区 域与笫二封装基板上的表面激活区域之间的接合中的至少一个是Si与Si之间的固相直^#^、 Si与Si02之间的固相直^^、和SK)2与Si02 之间的固相直^#^中的任意一个。
4. 根据权利要求l所述的传感器装置，其中所述第一表面激活区域和第一封装基板上的表面激活区域之间的接合以及所述第二表面激活区域与第二封装M上的表面激活区域之间的接合中的至少一个是An与 Au之间的固相直^^^、 Cu与Cu之间的固相直^^合、和A1与A1之 间的固相直##^中的任意一个。
5. 根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述第一表面激活区域 和所述第二表面激活区域中的至少一个包括形成在所述框架的整个外围 上以包围所述移动部分的环状外表面激活区域、和形成在所述框架的整个 外围上所述外表面激活区域的内侧处以包围所述移动部分的环状内表面 激活区域。
6. 根据权利要求5所述的传感器装置，进一步包括用于在所述外表 面激活区域与所述内表面激活区域之间连接的辅助密封区域，其中所述辅 助密封区域在所述框架的外围方向上形成在彼此间隔开预定距离的多个 位置处。
7. 根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器基板的所述 第 一表面激活区域和第 一封装基板的表面激活区域中的每一个都是具有 500nm或更小厚度的Au膜的激活表面。
8. 根据权利要求1所述的传感器装置，其中所述传感器基板具有可 与所述探测部分配合工作的集成电路，所述集成电路靠近所述框架的所述开口设置，并与形成在笫一封^i^i中的通孔配线电连接。
9. 根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述集成电路设置成包 围所述框架的所述开口。
10. 根据权利要求8所述的传感器装置，其中所述通孔配线在第一封 装M中形成为锥形，以使面对所述传感器基板的端部具有比另一端部大 的面积。
11. 4艮据权利要求1所述的传感器装置，其中在所述传感器J41上安 装有加速传感器，所述移动部分包括重物和在所述框架与所述重物之间延伸的梁部分，以及所述探测部分包括形成在所述梁部分上的至少 一个压阻元件。
12. 根据权利要求11所述的传感器装置，其中所述传感器J41通过使用SOI基板而形成，所述soi基仗具有隔着绝缘层位于^i4i上的硅层。
13. 根据权利要求12所述的传感器装置，其中所述传感器J41具有 可与所述探测部分配合工作的集成电路，所述压阻元件和所述集成电路形 成在所述SOI J41的硅层上。
14. 根据权利要求l所述的传感器装置，其中在所述传感器JA上安 装有陀螺传感器，所述移动部分包括通过振动部件振动的第 一质量体和与第 一质量体 耦接的第二质量体，以及所述探测部分被配置成将在第一质量体振动过程中施加旋转力时导 致的第二质量体的位移转换为电信号。
15. 根据权利要求l所述的传感器装置，其中所述传感器基板具有形 成在比所述第一表面激活区域更靠近所述移动部分的位置处、并与所述探 测部分电连接的导体层，第 一封^41具有通孔配线和与所述通孔配线电连接的配线层， 第 一封装基板与所述传感器^之间的接合进一步包括在所述导体 层的激活表面与所述配线层的激活表面之间没有扩散的固相直^#^。
16. —种制造传感器装置的方法，包括下述步骤 提皿感器g、掩^到所述传感器基板的相对表面之一的第一封装基板、以及接合到所述传感器基板的另一个表面的第二封装基板，所述传 感器M包括具有开口的框架、可移动地保持在所述开口中的移动部分、 和配置成根据所述移动部分的位移输出电信号的探测部分；在所述框架的整个外围上的面对第 一封装基板的框架表面上形成第 一表面激活区域，以使第一表面激活区域包围所述移动部分；在所述框架的整个外围上的面对第二封装基板的框架表面上形成第 二表面激活区域，以使第二表面激活区域包围所述移动部分；在第一封装基板和第二封装141的每一个上都形成表面激活区域；和在室温，在所述第一表面激活区域与第一封装基敗的所述表面激活区域之间形成直^#^，在所述第二表面激活区域与第二封装M的所W 面激活区域之间形成直##^。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中通过使用惰性气体的原子束、 离子束和等离子体中的任意一个形成所述第 一表面激活区域、所述第二表 面激活区域、第一封*^1的表面激活区域和第二封*^板的表面激活区 域。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中在相同的腔室中进行形成所 述第 一表面激活区域和所述第二表面激活区域的步骤、形成第 一封*^41 和第二封装a每一个的表面激活区域的步骤、和直接结合步骤，在直接 M步骤之前所述腔室的内部4皮控制为期望的气氛。
19. 根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器基板包括可与所 述探测部分配合工作的集成电路、在其一端与所述集成电路的焊盘连接的 引出配线层、用于提供所述第一表面激活区域的第一金属层、和与所述引 出配线层的另 一端连接的并用于与通孔配线连接的第二金属层，第一封^1^包括所述通孔配线、通过与所述第一金属层相同的材料 形成在面对所述第一金属层的位置处的#^金属层、和通过与所述第二金 属层相同的材料形成在所述通孔配线面对所述传感器141的端部处的配 线金属层，在室温，同时形成所述第一金属层的激活表面和所述^金属层的激 活表面之间的直接接合以及所述第二金属层的激活表面和所述配线金属 层的*激活表面之间的直^^。
20. 根据权利要求19所述的方法，其中通过包括下述步骤的工序形 成所述引出配线层、所述第一金属层和所述第二金属层形成作为蚀刻阻止层的下金属层；通过使用与所述下金属层不同的金属材料在所述下金属层上形成上 金属层；和仅蚀刻与所述第 一金属层和所述第二金属层对应的区域处的所述上 金属层，直到暴露出所述下金属层。
21. 根据权利要求16所述的方法，其中通过包括下述步骤的工序形成所述第一表面激活区域在所述传感器141的所述框架上形成多层绝缘膜； 通过凹蚀一部分所述多层绝缘膜形成所述多层绝缘膜的平坦表面； 在所述平坦表面上形成金属层；和对所述金属层的表面辐射惰性气体的原子束、离子束或等离子体。
22. 根据权利要求21所述的方法，其中所述多层绝缘膜包括形成在 所述框架上的氧化硅膜的第 一绝缘膜、形成在所述第 一绝缘膜上的氮化硅 膜的第二绝缘膜、形成在所述第二绝缘膜上的至少 一个层间绝缘膜的第三 绝缘膜、以及形成在所述第三绝缘膜上的钝化膜的第四绝缘膜，和通过使用除所述第四绝缘膜之外的其他绝缘膜作为蚀刻阻止层进行 凹蚀来形成所述平坦表面。
23. 根据权利要求22所述的方法，其中通过使用所述第二绝缘膜的 氮化硅膜作为所述蚀刻阻止层进行凹蚀。
24. 根据权利要求22所述的方法，其中通过包括下述步骤的工序形 成所述平坦表面使用所述第二绝缘膜的氮化硅膜作为蚀刻阻止层的第一凹蚀步骤和 在第 一 凹蚀步骤之后进行的通过使用所述第 一绝缘膜的氧化硅膜作 为蚀刻阻止层的第二凹蚀步骤。
25. 根据权利要求16所述的方法，其中所述传感器基板包括可与所 述探测部分配合工作的集成电路、形成在比所述第一表面激活区域更靠近 所述移动部分的位置处的并与所述集成电路电连接的导体层，笫 一封^141具有通孔配线和与所述通孔配线电连接的配线层， 在室温，同时形成所述第一表面激活区域与第一封装基板的表面激活面之间的直^^。
全文摘要
提供了一种具有稳定传感器特性的紧凑型传感器装置及其制造方法。该传感器装置由传感器基板和接合到传感器基板的两个表面的一对封装基板形成。传感器基板具有带开口的框架、保持在开口中可相对于框架移动的移动部分、和用于根据移动部分的位移输出电信号的探测部分。通过使用惰性气体的原子束、离子束或等离子体在传感器基板的框架和封装基板上形成表面激活区域。通过在室温时在传感器基板的表面激活区域与每个封装基板之间形成直接接合，可避免由在接合部分的残余应力导致的问题。
文档编号H01L23/02GK101317262SQ20068004418
公开日2008年12月3日 申请日期2006年11月24日 优先权日2005年11月25日
发明者后藤浩嗣, 奥户崇史, 宫岛久和, 片冈万士, 竹川宜志, 西条隆司, 铃木裕二, 马场彻 申请人:松下电工株式会社