專利名稱：傳感器裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種例如加速傳感器和陀螺傳感器的傳感器裝置及其 制造方法。
背景技術(shù)：
近年來，晶片級(jí)封裝技術(shù)作為針對(duì)緊湊型傳感器裝置(如加速傳感 器和陀螺傳感器)的適當(dāng)制造技術(shù)已經(jīng)吸引了大量的關(guān)注。
例如，日本專利早期公開No.2005-251898公開了 一種晶片級(jí)封裝 結(jié)構(gòu)200的制it技術(shù)，如圖25A和25B中所示。就^:i兌，傳感器晶片210 和封裝晶片220彼此以面對(duì)面的關(guān)系設(shè)置，如圖25A中所示。傳感器晶 片210具有MEMS (微電機(jī)系統(tǒng))元件211和與MEMS元件211的傳感 部分(沒有示出)電連接的金屬配線(引出電極)217。封裝晶片220具 有與金屬配線217電連接的通孔配線224和提供空間來氣密地密封 MEMS元件211的凹部221。然后，通過在傳感器晶片210與封裝晶片 220之間形成晶片級(jí)癡^，如圖25B中所述，獲得了晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)200。 最后，從晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)200分離出多個(gè)傳感器裝置。
在傳感器晶片210的面對(duì)封裝晶片220的表面上，形成金屬層218, 以包圍傳感器主體的MEMS元件211和與MEMS元件211電連接的金屬 配線217。另一方面，在封裝晶片220的面對(duì)傳感器晶片210的表面上形 成包圍凹部221的金屬層228。此外，在傳感器晶片210上的金屬層218 的內(nèi)側(cè)形成與金屬配線217電連接的配線層219，在封裝晶片220上的金 屬層228的內(nèi)側(cè)形成與通孔配線224電連接的配線層229。在上述晶片級(jí) 封裝結(jié)構(gòu)200中，傳感器晶片210的金屬層218通過焊接部238，如AuSn M到封裝晶片220的金屬層228,傳感器晶片210的配線層219通過焊 接部239 ^到封裝晶片220的配線層229。
作為MEMS元件211,加速傳感器和陀螺傳感器是7>知的。作為加速傳感器，存在壓阻元件型和電容型加速傳感器。壓阻型加速傳感器能
根據(jù)隨施加加速度時(shí)產(chǎn)生的由壓阻元件的應(yīng)變導(dǎo)致的作為測(cè)量(gauge) 電阻的電阻值變化來探測(cè)加速度。電容型加速傳感器能根據(jù)施加加速度時(shí) 固定電極與可移動(dòng)電極之間的電容變化探測(cè)加速度。在壓阻型加速傳感器 中，具有懸臂型和雙支撐梁型加速傳感器。懸臂型加速傳感器由矩形^f匡架 部分、^沒置于框架部分內(nèi)部的重物部分、和在其一端處與重物部分連接從 而重物部分可相對(duì)于框架部分移動(dòng)的柔性梁部分形成。另一方面，雙支撐 梁型加速傳感器由框架部分、設(shè)置于框架部分內(nèi)部的重物部分、以及一對(duì) 柔性梁部分形成，該對(duì)柔性梁部分從重物部分在相反的方向上延伸并構(gòu)造 成支撐重物部分，使重物部分可相對(duì)于框架部分移動(dòng)。近年來，例如在日 本專利早期乂〉開No.2004-109114和No.2004-233071中還提出了針對(duì)彼此 正交的三個(gè)方向的每個(gè)方向探測(cè)加速度的加速傳感器。該加速傳感器具有 框架部分、i更置于框架部分內(nèi)部的重物部分、和四個(gè)柔性梁部分，該四個(gè) 柔性梁在四個(gè)方向上延伸并構(gòu)造成支撐重物部分，從而重物部分可相對(duì)于 框架部分移動(dòng)。
然而，在上述晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)200中，通過焊料射出方法給金屬層 228和配線層229供給指定量的焊料，使金屬層(218， 228)之間和配線 層(219， 229)之間M。然后，對(duì)傳感器晶片210和封裝晶片220的層 疊結(jié)構(gòu)進(jìn)行回流焊接處理。因此，當(dāng)使用壓阻型加速傳感器主體作為 MEMS元件211時(shí)，存在一個(gè)問題，即因?yàn)樵诮雍辖缑娓浇臍堄鄳?yīng)力 對(duì)柔性梁部分具有影響，所以發(fā)生傳感器特性變化。隨著傳感器裝置尺寸 減小，殘余應(yīng)力的影響增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到上面的問題，本發(fā)明主要涉及的是提供一種傳感器特 性變化較小的傳感器裝置，該傳感器裝置通過將具有緊湊型傳感器元件，
如加速傳感器和陀螺傳感器的傳感器141接合到封裝J41來形成，在M 部分幾乎沒有產(chǎn)生殘余應(yīng)力。
就是說，本發(fā)明的傳感器裝置包括
傳感器a，其包括具有開口的框架、可移動(dòng)地保持在所述開口中的移動(dòng)部分、和配置成根據(jù)所述移動(dòng)部分的位移輸出電信號(hào)的探測(cè)部分； #到所述傳感器基&的相對(duì)表面之一的第 一封^fc 接合到所述傳感器基&的另 一個(gè)表面的第二封裝^L; 其中框架具有第一表面激活區(qū)域和第二表面激活區(qū)域，該第一表面 激活區(qū)域形成在框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第 一封^板的表面上，以使第 一表面激活區(qū)域包圍所述移動(dòng)部分，該第二表面激活區(qū)域形成在框架的整 個(gè)外圍上的面對(duì)第二封^14l的表面上，以使第二表面激活區(qū)域包圍所述 移動(dòng)部分，
傳感器基板與第 一封裝基板之間的接合是在第 一表面激活區(qū)域與 形成在第一封裝基敗上的表面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直#*^,
傳感器基板與第二封裝基板之間的接合是在第二表面激活區(qū)域與 形成在第二封裝基板上的表面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直M合。
依照本發(fā)明，因?yàn)榈谝缓偷诙庋b基敗的每一個(gè)都通過沒有擴(kuò)散的 固相直##^而掩^到傳感器基仗，所以可避免下述問題，即在使用熱處 理，如回流焊接作為掩^方法的情形中，由于接合部分處的殘余應(yīng)力而導(dǎo) 致傳感器特性變化。此外，傳感器基板的一個(gè)表面在框架的整個(gè)外圍上接 合到第 一封裝M，傳感器基fel的另 一個(gè)表面在框架的整個(gè)表面上接合到 第二封*^1,可以將傳感器裝置的內(nèi)部與外部以封閉的方式密封。例如， 當(dāng)在傳感器基板上形成加速傳感器時(shí)，可在傳感器裝置中的移動(dòng)部分附近 實(shí)現(xiàn)惰性氣體氣氛。可替選地，當(dāng)在傳感器g上形成陀螺傳感器時(shí)，可 在傳感器裝置中的移動(dòng)部分附近實(shí)現(xiàn)較高真空度的減壓的氣氛。
為了以良好的^強(qiáng)度獲得固相直^#^，優(yōu)選地第一表面激活區(qū) 域、第二表面激活區(qū)域、第一封裝M的表面激活區(qū)域和第二封裝基仗的 表面激活區(qū)域是等離子體處理的表面、離子束輻射的表面、和原子束輻射 的表面中的任意一個(gè)。還優(yōu)選第一表面激活區(qū)域和第一封^&上的表面 激活區(qū)域之間的接合以及第二表面激活區(qū)域與第二封裝基板上的表面激 活區(qū)域之間的掩^中的至少一個(gè)是Si與Si之間的固相直^^、 Si與 SK)2之間的固相直^^、和Si02與Si02之間的固相直^^中的任意 一個(gè)。可替選地，第一表面激活區(qū)域和第一封裝基板上的表面激活區(qū)域之間的接合以及第二表面激活區(qū)域與笫二封裝基板上的表面激活區(qū)域之間
的#^中的至少一個(gè)優(yōu)選是Au與Au之間的固相直^^、 Cu與Cu之 間的固相直##^、和Al與Al之間的固相直##^中的任意一個(gè)。
為了提高傳感器裝置的密封性并提高^可靠性，優(yōu)選第一表面激 活區(qū)域和第二表面激活區(qū)域中的至少一個(gè)包括形成在所述框架的整個(gè)外 圍上以包圍所述移動(dòng)部分的環(huán)狀外表面激活區(qū)域、和在所述框架的整個(gè)外 圍上形成在所述外表面激活區(qū)域的內(nèi)側(cè)以包圍所述移動(dòng)部分的環(huán)狀內(nèi)表 面激活區(qū)域。在該情形中，為了提高密封可靠性，特別優(yōu)選在框架的外圍 方向上在彼此間隔開預(yù)定距離的多個(gè)位置處形成輔助密封區(qū)域，用于在外 表面激活區(qū)域與內(nèi)表面激活區(qū)域之間連接。
從提高生產(chǎn)率并獲得良好掩^強(qiáng)度的觀點(diǎn)看，優(yōu)選傳感器基&的第 一表面激活區(qū)域和第一封裝基板的表面激活區(qū)域的每一個(gè)都是具有 500nm或更小厚度的Au膜的激活表面。
此外，當(dāng)傳感器基板具有可與所述探測(cè)部分配合工作的集成電路， 且該集成電路與形成在第一封^tl中的通孔配線電連接時(shí)，集成電g 選靠近框架的開口設(shè)置，更優(yōu)選設(shè)置成包圍框架的開口。因?yàn)樵O(shè)置在框架 的開口中的傳感部分通過集成電路遠(yuǎn)離第一封裝基板與傳感器基板之間 的^部^i殳置，所以可進(jìn)一步減小M部分對(duì)傳感部分的影響，因此可 更有效地阻止傳感器特性的變化。
作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，當(dāng)在傳感器基板上形成加速傳感器 時(shí)，優(yōu)選移動(dòng)部分包括重物和在框架與重物之間延伸的梁部分，探測(cè)部分 包括形成在所述梁部分上的至少一個(gè)壓阻元件。此外，當(dāng)在傳感器基tl上 形成陀螺傳感器時(shí)，優(yōu)選移動(dòng)部分包括通過振動(dòng)部件振動(dòng)的第 一質(zhì)量體和 與第 一質(zhì)量體耦接的第二質(zhì)量體，探測(cè)部分被配置成將在第 一質(zhì)量體振動(dòng) 過程中施加旋轉(zhuǎn)力時(shí)導(dǎo)致的第二質(zhì)量體的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
此外，優(yōu)選通過使用SOI基板形成傳感器M，所述SOI^具 有隔著絕緣層位于硅基板上的硅層。此外，當(dāng)傳感器基&具有可與探測(cè)部 分配合工作的集成電路時(shí)，通過在SOI基板的硅層上形成壓阻元件和集 成電路，可進(jìn)一步減小傳感器裝置的厚度。此外，當(dāng)傳感器基板具有形成在比第一表面激活區(qū)域更靠近移動(dòng)部 分的位置處并與探測(cè)部分電連接的導(dǎo)體層時(shí)，第一封裝基板具有通孔配線
和與通孔配線電連接的配線層，第一封^^L與傳感器a之間的掩^進(jìn) 一步包括在導(dǎo)體層的激活表面與配線層的激活表面之間沒有擴(kuò)散的固相 直##合。在該情形中，可同時(shí)獲得傳感器裝置的封閉密封以及第一封裝 基板與傳感器a之間的電連接。如果需要的話，使用能同時(shí)形成封閉密 封和電連接的同 一個(gè)固相直##合來將第二封裝M接合到傳感器J4！。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及提供一種傳感器裝置的制造方法，其能避免由接 合部分處的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的問題，例如傳感器特性的變化。就是說，本發(fā) 明的制造方法包括下述步驟
提供傳感器基&、 M到傳感器^41的相對(duì)表面之一的第一封裝基 板、以及癡^到傳感器基板的另一個(gè)表面的第二封裝基板，所述傳感器基 板包括具有開口的框架、可移動(dòng)地保持在所述開口中的移動(dòng)部分、和配置 成根據(jù)所述移動(dòng)部分的位移輸出電信號(hào)的探測(cè)部分；
在框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第一封裝基^的框架表面上形成第一 表面激活區(qū)域，以使第一表面激活區(qū)域包圍移動(dòng)部分；
在框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第二封裝基板的表面上形成第二表面 激活區(qū)域，以使第二表面激活區(qū)域包圍移動(dòng)部分；
在第 一封裝基敗和第二封^^的每一個(gè)上都形成表面激活區(qū)域；
和
在室溫，在第一表面激活區(qū)域與第一封^^L的表面激活區(qū)域之間 形成直#^,在第二表面激活區(qū)域與第二封裝M的表面激活區(qū)域之間 形成直##^。
依照本發(fā)明的制造方法，因?yàn)樵谑覝貢r(shí)在傳感器基&與第一和第二 封^^41的每一個(gè)之間都形成固相直M合，所以可可靠地阻止由接合部 分處的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的傳感器特性的變化。
為了獲得具有良好接合強(qiáng)度的固相直^^,優(yōu)選通過4吏用惰性氣 體的原子束、離子束和等離子體中的任意一個(gè)形成第一表面激活區(qū)域、第 二表面激活區(qū)域、第一封裝基&和第二封裝基&的表面激活區(qū)域。此外，優(yōu)選在相同的腔室中進(jìn)行形成第 一表面激活區(qū)域和第二表面 激活區(qū)域的步驟、形成第一封裝基板和第二封裝g每一個(gè)的表面激活區(qū)
域的步驟、和直接結(jié)合步驟，在直^^步驟之前所述腔室的內(nèi)部^L控制 為期望的氣氛。在該情形中，根據(jù)傳感器的種類在傳感器裝置中設(shè)定期望 的氣氛。例如，當(dāng)在傳感器基&上形成加速傳感器時(shí)，在直##^步驟之 前通過給腔室引入惰性氣體進(jìn)行氣氛調(diào)整，從而在直M合步驟之后在傳 感器裝置中獲得惰性氣體氣氛?？商孢x地，當(dāng)在傳感器M上形成陀螺傳 感器時(shí)，在直##合步驟之前進(jìn)行氣氛調(diào)整，從而獲得較高真空度的減壓 氣氛，其與用于形成表面激活區(qū)域步驟的氣氛不同。結(jié)果，在直M合步 驟之后，傳感器裝置的內(nèi)部可保持在減壓的氣氛中。
當(dāng)傳感器M具有可與探測(cè)部分配合工作的集成電路、在其一端與 集成電路的焊盤連接的引出配線層、用于提供第 一表面激活區(qū)域的第 一金 屬層、和與引出配線層另一端連接的并用于與通孔配線連接的第二金屬 層，且第一封裝基板具有通孔配線、通過與第一金屬層相同的材料形成在 面對(duì)第一金屬層的位置處的#^金屬層、和通過與第二金屬層相同的材料 形成在通孔配線的面對(duì)傳感器基&的端部處的配線金屬層時(shí)，優(yōu)選在室溫 時(shí)同時(shí)形成第一金屬層的激活表面和接合金屬層的激活表面之間的直接 接合以及第二金屬層的激活表面和配線金屬層的激活表面之間的直接接 合。此外，優(yōu)選通過包括下述步驟的工序形成引出配線層、第一金屬層和 第二金屬層形成作為蝕刻阻止層的下金屬層；通過4吏用與下金屬層不同 的金屬材料在下金屬層上形成上金屬層；和僅蝕刻與第一金屬層和第二金 屬層對(duì)應(yīng)的區(qū)域處的上金屬層，直到暴露出所述下金屬層。在該情形中， 因?yàn)榫哂谐錾砻嫫秸鹊牡谝缓偷诙饘賹有纬蔀楸舜她R平，所以可穩(wěn) 定獲得良好的M狀態(tài)，同時(shí)可提高傳感器裝置的生產(chǎn)效率。
為了通過室溫M獲得良好的接合強(qiáng)度，需要使第一表面激活區(qū)域 和第一封裝基&的表面激活區(qū)域彼此正好接觸。為了滿足該要求，優(yōu)選通 過包括下述步驟的工序形成第一表面激活區(qū)域在傳感器基板的框架上形 成多層絕緣膜；通過凹蝕一部分所述多層絕緣膜形成多層絕緣膜的平坦表 面；在平坦表面上形成金屬層；和#屬層的表面輻射惰性氣體的原子束、離子束或等離子體。多層絕緣膜優(yōu)選包括形成在框架上的氧化硅膜的第一 絕緣膜、形成在第一絕緣膜上的氮化硅膜的第二絕緣膜、形成在第二絕緣 膜上的至少一個(gè)層間絕緣膜的第三絕緣膜、形成在第三絕緣膜上的鈍化膜 的第四絕緣膜。在該情形中，優(yōu)選通過使用除第四絕緣膜之外的其他絕緣 膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行凹蝕來形成平坦表面。通過凹蝕形成的底層絕緣膜 的極好的表面平整免良映到底層絕緣膜上形成的金屬層。因此，可獲得適 于室溫直##^的金屬層。作為形成平坦表面的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，通 過使用第二絕緣膜的氮化珪膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行凹蝕?？商孢x地，通過
包括下述步驟的工序形成平坦表面使用第二絕緣膜的氮化硅膜作為蝕刻 阻止層的第一凹蝕步驟和在第一凹蝕步驟之后進(jìn)行的通過使用第一絕緣 膜的氧化硅膜作為蝕刻阻止層的第二凹蝕步驟。
此外，當(dāng)傳感器基仗具有可與探測(cè)部分配合工作的集成電路、形成 在比所述第一表面激活區(qū)域更靠近所述移動(dòng)部分的位置處的并與所述集 成電路電連接的導(dǎo)體層，且第一封*^具有通孔配線和與通孔配線電連 接的配線層時(shí)，優(yōu)選在室溫時(shí)同時(shí)形成第一表面激活區(qū)域與第一封^41
激活表面之間的直M合。在該情形中，可同時(shí)形成第一封裝;&^L與傳感
器M的機(jī)械掩^、以及導(dǎo)體層與配線層之間的電連接。


圖1A和1B分別是依照第一個(gè)實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的示意 性平面圖和側(cè)視圖2A和2B分別是從晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)獲得的傳感器裝置的示意性 平面圖和側(cè)視圖3A是傳感器g的頂視圖，圖3B是沿圖3A的線B-A，的橫截
面圖4是傳感器基&的底視圖； 圖5是傳感器1^L的電路圖6A是第一封^S41的頂視圖，圖6B是沿圖6A的線A-A，的橫 截面13圖7是第一封裝M的底視圖8A和8B分別是第二封^i4l的頂視圖和橫截面圖； 圖9是傳感器基敗與第一封^i4l之間的接合部分的示意性放大 橫截面圖10A是依照本實(shí)施方式的修改例的傳感器J^的頂視圖，圖10B 是沿圖10A中的線B-A，的橫截面圖11A是依照本實(shí)施方式的修改例的第一封裝a的頂視圖，圖 IIB是沿圖IIA中的線A-A，的橫截面圖12是圖10A的傳感器基仗與圖UA的第一封^i4l之間的^^ 部分的示意性放大橫截面圖13A是顯示表面激活步驟的橫截面圖，圖13B是顯示氣氛調(diào)整 步驟的橫截面圖，圖13C是顯示室溫掩^步驟的橫截面圖14A和14B分別《_依照第二個(gè)實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)的示 意性平面圖和側(cè)視圖，圖14C是在該晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)中的傳感器裝置的 示意性橫截面圖15A是傳感器1A的頂視圖，圖15B是沿圖15A中的線A-A， 的橫截面圖16A到16C是顯示每個(gè)都在焊盤與第二金屬層之間進(jìn)行電連接 的引出配線的實(shí)施方式的橫截面圖17A到17F是依照第二個(gè)實(shí)施方式制造傳感器裝置的方法的示 意性橫截面圖18A是第一封S^gL的頂視圖，圖18B是沿圖18A中的線A-A， 的橫截面圖19A和19B分別是第二封^i4l的頂視圖和橫截面圖20是依照第三個(gè)實(shí)施方式的陀螺傳感器裝置的示意性橫截面
圖21另一依照第三個(gè)實(shí)施方式的傳感器基&的示意性平面圖22是傳感器J41的相關(guān)部分的放大圖23另_依照第三個(gè)實(shí)施方式的第一封^41的示意性平面圖；圖24是第一封U板的示意性底視圖；和 圖25A和25B是制造常規(guī)/f^感器裝置的方法的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖，在下面將詳細(xì)解釋本發(fā)明的傳感器裝置及制造方法。 (第一個(gè)實(shí)施方式)
在本實(shí)施方式中，如圖1A, 1B以及圖2A和2B中所示，解釋了 下述情形，即通過下述步驟制造傳感器裝置制造晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100， 其包括其中集成有多個(gè)加速傳感器單元的半導(dǎo)體晶片10、接合到半導(dǎo)體 晶片10的相對(duì)表面之一的第一封裝晶片20、以及^到半導(dǎo)體晶片10 的另一個(gè)表面的第二封裝晶片30，然后將晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100切割為傳 感器裝置的大小。因此，在本實(shí)施方式的傳感器裝置中，對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體晶 片10的部分定義為傳感器基板l。對(duì)應(yīng)于第一封裝晶片20的部分定義為 第一封裝基板2。對(duì)應(yīng)于第二封裝晶片30的部分定義為第二封裝基&3。
從晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100制造傳感器裝置的本實(shí)施方式具有下述優(yōu)
點(diǎn)，即可一次性地獲得多個(gè)緊湊型傳感器裝置。然而，本發(fā)明的傳感器裝
置不限于該制造方法。例如，可通過下述步驟單獨(dú)制造每個(gè)傳感器裝置 制備具有單個(gè)傳感器元件的傳感器基板和一對(duì)第一和第二封裝J4良，并在
室溫(常溫)時(shí)直接將傳感器J^L^到每個(gè)第一和第二封裝14良，如后
面所述o
在本實(shí)施方式中，用作半導(dǎo)體晶片io的soi晶片由^J4i形成的
支撐J4！ 10a、形成在支撐^L 10a上的絕緣層(埋入氧化膜)10b，如 氧化硅膜、和形成在絕緣層10b上的n型珪層(有源層)10c組成。通過 處理該SOI晶片形成每個(gè)加速傳感器單元。通過處理硅晶片形成每個(gè)第 一封裝晶片20和第二封裝晶片30。在本實(shí)施方式中，SOlM的支撐基 板10a的厚度在300|im到500nm的范圍內(nèi)，絕緣層10b的厚度在0.3pm 到1.5^un的范圍內(nèi)，硅層10c的厚度在4nm到10pm的范圍內(nèi)。此外， 作為SOI晶片一:^面的硅層10c的表面對(duì)應(yīng)于(100)表面。用于第一 封裝晶片20的珪晶片的厚度在20(Him到300nm的范圍內(nèi)，用于第二封 裝晶片30的硅晶片的厚度在100pm到300nm的范圍內(nèi)。這些厚度值僅僅是示例性的，本發(fā)明并不限于它們。
圖3A和3B分別是在傳感器基板1中形成的一個(gè)加速傳感器單元 (對(duì)應(yīng)于圖1A中的區(qū)域"A")的頂視圖和橫截面圖。此外，圖4是加速 傳感器單元的底視圖。每個(gè)加速傳感器單元都具有帶有內(nèi)部開口的框架部 分ll (例如矩形框架部分)、設(shè)置于框架部分ll內(nèi)部的重物部分12、和 每個(gè)都形成條狀并具有柔性的四個(gè)柔性部分13。重物部分12通過柔性部 分13支撐在傳感器單元的頂表面?zhèn)?圖3A)，從而可以以擺動(dòng)的方式相 對(duì)于框架部分ll移動(dòng)。換句話說，重物部分12通過從重物部分的四邊向 著框架部分11延伸的四個(gè)柔性部分13以擺動(dòng)的方式可移動(dòng)地支撐在框架 部分ll的內(nèi)部開口中。通過使用上述SOI基^的支撐gl0a、絕緣層 10b和硅層10c形成框架部分11。另一方面，如圖3B中所示，通過使用 SOI基板的硅層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具有通過四個(gè)柔性部分13支撐到框架部分11的具有 矩形實(shí)心形狀的芯部12a、和每個(gè)都具有矩形實(shí)心形狀的四個(gè)葉部12b， 在傳感器1411的頂表面?zhèn)忍帲~部一體連接到芯部12a的四個(gè)角。就是 說，當(dāng)從傳感器Ml上觀看時(shí)，每個(gè)葉部12b都設(shè)置在被框架部分U、 芯部12a和在彼此正交的方向上延伸的兩個(gè)柔性部分13包圍的空間中。 數(shù)字14標(biāo)示形成在每個(gè)葉部12b與框架部分11之間的狹縫。通過柔性部 分13而相鄰的葉部12b之間的距離大于柔性部分13的寬度尺寸。通過上 述SOI晶片的支撐14ll0a、絕緣層10b和硅層10c形成芯部12a。另一 方面，通過SOI晶片的支撐基板10a形成每個(gè)葉部12b。在傳感器ai 的頂表面?zhèn)龋總€(gè)葉部12b的頂表面i殳置于比芯部12a的頂表面4氐的位置 處，即設(shè)置于靠近傳感器基仗1底部的一側(cè)(圖4)。優(yōu)選通過使用常規(guī) 的光刻和蝕刻技術(shù)形成傳感器基ll 1的框架部分11、重物部分12和柔性 部分13。
順便說一下，如圖3A， 3B和4每一個(gè)中的右下部所示，當(dāng)框架部 分ll的水平方向?qū)?yīng)于"x，，軸時(shí)，與"x"軸正交的水平方向?qū)?yīng)于"y" 軸，傳感器J^！ 1的厚度方向?qū)?yīng)于"z"軸，重物部分12通過在芯部12a兩側(cè)的在"x"軸方向上延伸的一對(duì)柔性部分13,和在芯部12a的兩 側(cè)的在"y"軸方向上延伸的另一對(duì)柔性部分13支撐到框架部分11。定 義上述"x"， "y"和"z"的矩形坐標(biāo)系統(tǒng)具有原點(diǎn)，其對(duì)應(yīng)于由傳感器 1的硅層10c形成的重物部分12的頂表面的中心位置。
從重物部分12的芯部12a在"x"軸正方向上延伸的柔性部分13， 即位于圖3A右側(cè)的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一對(duì)壓阻元件
(Rx2， Rx4),靠近框架部分11形成有壓阻元件Rz2。另一方面，在從 重物部分12的芯部12a在"x"軸負(fù)方向上延伸的柔性部分13，即位于 圖3A左側(cè)的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一對(duì)壓阻元件(Rxl， Rx3)，靠近框架部分ll形成有壓阻元件Rz3。在這點(diǎn)上，靠近芯部12a 形成的四個(gè)壓阻元件(Rxl， Rx2， Rx3， Rx4)用于探測(cè)"x"軸方向上 的加速度。每個(gè)壓阻元件(Rxl， Rx2， Rx3， Rx4)都以平坦形狀的長(zhǎng)矩 形形狀形成，并設(shè)置成使壓阻元件的長(zhǎng)方向大致與柔性部分13的縱向方 向相同。此外，這些壓阻元件通過配線(形成在傳感器基仗1上的擴(kuò)散層 配線和金屬配線17)連接，從而獲得圖5左側(cè)所示的橋電路Bx。壓阻元 件(Rxl， Rx2, Rx3, Rx4)形成在其中當(dāng)在"x，，軸方向上施加加速度 時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力聚集的柔性部分13的應(yīng)力聚集區(qū)域處。
在從重物部分12的芯部12a在"y，，軸正方向上延伸的柔性部分 13，即位于圖3A上側(cè)的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一對(duì)壓阻 元件(Ryl， Ry3)，靠近框架部分11形成有壓阻元件Rzl。另一方面， 在從重物部分12的芯部12a在"y"軸負(fù)方向上延/f申的柔性部分13，即 位于圖3A下側(cè)的柔性部分13上，靠近芯部12a形成有一對(duì)壓阻元件
(Ry2， Ry4)，靠近框架部分11形成有壓阻元件Rz4。在這點(diǎn)上，靠近 芯部12a形成的四個(gè)壓阻元件(Ryl， Ry2， Ry3， Ry4)用于探測(cè)"y" 軸方向上的加速度。每個(gè)壓阻元件(Ryl, Ry2, Ry3， Ry4)都以平坦形 狀的長(zhǎng)矩形形狀形成，并^L置成佳在阻元件的長(zhǎng)方向大致與柔性部分13 的縱向方向相同。此外，這些壓阻元件通過配線(形成在傳感器基板1 上的擴(kuò)散層配線和金屬配線17)連接，從而獲得圖5中部所示的橋電路 By。壓阻元件(Ryl， Ry2， Ry3， Ry4)形成在其中當(dāng)在"y，，軸方向上施加加速度時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力聚集的柔性部分13的應(yīng)力聚集區(qū)域處。
此外，靠近框架部分ll形成的壓阻元件(Rzl, Rz2， Rz3， Rz4) 用于探測(cè)"z"軸方向上的加速度，并通過配線(形成在傳感器基仗l上 的擴(kuò)散層配線和金屬配線17)連接，從而獲得圖5右側(cè)所示的橋電路Bz。 壓阻元件(Rzl， Rz4)設(shè)置在一對(duì)柔性部分13上，以使壓阻元件的長(zhǎng)方 向大致與柔性部分13的縱向方向相同，壓阻元件(Rz2， Rz3)設(shè)置在另 一對(duì)柔性部分13上，以使壓阻元件的長(zhǎng)方向大致與柔性部分13的寬度(橫 向)方向相同。
圖3A僅顯示了在后面所述的第二金屬層19附近的傳感器J4！ 1 上的金屬配線17的一部分。此外，圖3A中沒有顯示擴(kuò)散層配線。
通過以適當(dāng)?shù)臐舛葘型雜質(zhì)摻雜進(jìn)硅層10c的預(yù)定形成部位而形 成壓阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4, Rzl到Rz4 )和擴(kuò)散層配線。另 一方面，通過濺射或汽相沉積的方式在絕緣膜16上形成金屬膜(如Al 膜，Al合金膜等)，然后通過使用常規(guī)的光刻和蝕刻技術(shù)將金屬膜構(gòu)圖來 獲得金屬配線17。金屬配線17通過形成在絕緣膜16中的接觸孔與擴(kuò)散 層配線電連接。
如圖6A， 6B和7中所示，在面對(duì)傳感器基板l的表面處形成第一 封*1412,其具有為由傳感器M 1的重物部分12和柔性部分13組成 的移動(dòng)部分的位移提供空間的凹部21、和圍繞凹部21形成在厚度方向上 的多個(gè)通孔22 (例如八個(gè)通孔)。傳感器_1411和第一封*^412每一個(gè) 的外圍形狀都是矩形形狀，第一封^^L 2形成具有與傳感器1411相同 的外部尺寸。
第一封^J412在厚度方向的相對(duì)表面上以及通孔22的內(nèi)表面上 具有由熱絕緣膜(氧化硅膜)形成的絕緣膜23。因此，絕緣膜23的一部 分位于通孔配線24與每個(gè)通孔22的內(nèi)表面之間。在該實(shí)施方式中，在第 一封裝基板2的外圍方向上形成彼此間隔開的八個(gè)通孔配線24。作為通 孔配線24的材料，例如可使用銅。可替選地，可使用鑷。
此夕卜，形成在第一封裝基板2中的通孔配線24優(yōu)選具有錐形形狀， 從而面對(duì)傳感器基敗l的端部的面積大于另一端部的面積。當(dāng)在形成于第一封裝基板中的錐形通孔中通過進(jìn)行電鍍而形成通孔配線時(shí)，從具有較大 開口面積的端部供給電鍍液，從而配線形成金屬?gòu)木哂休^小開口面積的端 部向著具有較大開口面積的另一端部沉積。由此，與通孔具有恒定開口面 積的情形相比，很容易將在通孔中產(chǎn)生的氣泡排到外部。此外，因?yàn)殡婂?液很容易進(jìn)入通孔，所以可阻止在通孔中產(chǎn)生金屬離子聚集，提高金屬沉 積率。結(jié)果，具有下面的優(yōu)點(diǎn)，即可有效地形成具有均勻厚度的通孔配線
24。在與面對(duì)傳感器J4！ 1的表面相對(duì)的一側(cè)處的第一封^^412的(頂) 表面上形成用于外部連接的多個(gè)電極25,從而與通孔配線24電連接。本 實(shí)施方式的電極25具有矩形的外圍形狀。
如圖8A和8B中所示，在面對(duì)傳感器基板1的表面處形成第二封 裝^3，其帶有具有預(yù)定深度(例如5pm到10m)以便為重物部分12 的位移提供空間的凹部31?？赏ㄟ^4吏用常規(guī)的光刻和蝕刻技術(shù)形成凹部 31。傳感器J411和第二封裝基板3每一個(gè)都具有矩形的外圍形狀。第二 封^仗3形成為具有與傳感器基板1相同的外部尺寸。
當(dāng)支撐基仗10a的用于形成重物部分12的芯部12a和重物12b的 部分的厚度確定為比支撐J4！ 10a的用于形成框架部分11的其他部分的 厚度小于與重物部分12在傳感器J^L 1的厚度方向上允許的位移量相對(duì) 應(yīng)的尺寸時(shí)，在重物部分12與第二封*1413之間可獲得用于使重物部 分12進(jìn)行位移的間隙，不用在第二封裝基&3中形成凹部31。
接下來，解釋傳感器ai與第一封裝^^2之間的接合部分。在 每個(gè)加速傳感器單元的框架部分11上，在框架部分的整個(gè)外圍上，在面 對(duì)第一封裝1^2的一側(cè)處形成第一金屬層18，以使其包圍由重物部分 12a和柔性部分13組成的移動(dòng)部分。如圖9中所示，通it^每個(gè)加速傳 感器單元的第一金屬層18的激活表面與形成在第一封裝J46L2的相應(yīng)區(qū) 域上的框架狀金屬層28的激活表面之間沒有擴(kuò)散的固相直接接合 (solid-phase direct bonding)來形成傳感器J4！ 1與第一封裝J^L 2之 間的M部分。通過在室溫時(shí)彼此擠壓激活表面來獲得該固相直##合。
此外，第一封裝M 2具有多個(gè)配線層29，配線層形成在;f匡架狀 金屬層28的內(nèi)側(cè)并在凹部21周圍，且與通孔配線24電連接。例如，本實(shí)施方式中形成的配線層29的數(shù)量為八。每個(gè)配線層29都在其縱向方向 的端部處與通孔配線24連接。配線層29位于比傳感器基板1的第一金屬 層18更靠近重物部分12的一側(cè)，且還與形成在框架部分11上的第二金 屬層19電連接。第二金屬層19與配線層29之間的連接位于傳感器M 1的金屬配線17的外側(cè)。在傳感器基板1面對(duì)第一封裝基板2的表面上，形成有絕緣膜16， 其包括硅層10c上的氧化硅膜和氮化硅膜的層疊膜。第一金屬層18、第 二金屬層19和金屬配線17形成在絕緣膜16上。通過使用相同的金屬材料形成第一金屬層18和金屬層28。例如， 優(yōu)選使用Au, Cu或Al作為金屬材料。尤其優(yōu)選4吏用Au。本實(shí)施方式中 使用的金屬材料是Au。為了提高Au的第一金屬層18與絕緣膜16之間 的粘結(jié)力，在其間形成Ti膜作為中間層。換句話說，第一金屬膜18由形 成在絕緣膜16上的Ti膜和形成在Ti膜上的Au膜的層疊膜組成。類似地，通過使用相同的金屬材料形成第二金屬層19和配線層29。 例如，優(yōu)選使用Au， Cu或Al作為金屬材料。尤其優(yōu)選使用Au。本實(shí)施 方式中使用的金屬材料是Au。為了提高Au的第二金屬層19與絕緣膜16 之間的粘結(jié)力，在其間形成Ti膜作為中間層。換句話說，第二金屬膜19 由形成在絕緣膜16上的Ti膜和形成在Ti膜上的Au膜的層疊膜組成。對(duì)于第一金屬層18和第二金屬層19的每一個(gè)，在本實(shí)施方式中 Ti膜的厚度優(yōu)選設(shè)在15到50nm的范圍內(nèi)，Au膜的厚度設(shè)為500nm, 金屬配線17的厚度設(shè)為l|im。這些厚度值僅僅是示例性的，本發(fā)明并不 限于它們。在使用Au膜的情形中，在掩^工序中從提高產(chǎn)率的觀點(diǎn)看， 厚度優(yōu)選不大于500nm。通過使用包含純金之外的雜質(zhì)的金材料形成Au 膜。在本實(shí)施方式中，Ti膜形成為用于提高Au膜與絕緣膜16之間的粘 結(jié)力的粘結(jié)層。代替Ti膜，可使用Cr, Nb， Zr， TiN， TaN等作為粘結(jié) 層的材料。如上所述，當(dāng)通過使用相同的金屬材料形成第一金屬層18和第二 金屬層19時(shí)，對(duì)于降低生產(chǎn)成本是有效的，因?yàn)榭赏瑫r(shí)形成具有大致相 同厚度的那些金屬層。就是說，因?yàn)榈谝唤饘賹?8和第二金屬層19在傳感器基板l上形成為彼此齊平，金屬層28和配線層29在第一封^i412 上形成為彼此齊平，所以可給傳感器基&1與第一封^fe!2之間的^ 界面施加均勻的壓力。因而，可以穩(wěn)定的特性獲得第一金屬層18與金屬 層28之間的固相直##合以及第二金屬層19與配線層29之間的固相直此外，如圖10A和10B中所示，第一金屬層18可由形成在框架部 分11的整個(gè)外圍上從而包圍重物部分12的環(huán)狀外金屬層18a、以及在框 架部分11的整個(gè)外圍上形成在外金屬層18a內(nèi)側(cè)從而包圍重物部分12的 環(huán)狀內(nèi)金屬層18b組成。在該情形中，如圖11A和11B中所示，還優(yōu)選 第一封*^41 2的金屬層28由環(huán)狀外金屬層28a和設(shè)置在外金屬層28a 內(nèi)側(cè)的環(huán)狀內(nèi)金屬層28b組成，環(huán)狀外金屬層28a和環(huán)狀內(nèi)金屬層28b 以與第一金屬層18面對(duì)面的關(guān)系形成?？商孢x地，第一封裝基板2的金 屬層28可由單個(gè)金屬層形成，其具有的寬JLA寸被確定為橫跨在外金屬 層18a與內(nèi)金屬層18b之間。因而，當(dāng)在第一金屬層18與金屬層28之間 形成雙接合時(shí)，如圖12中所示，可進(jìn)一步提高氣密地密封加速傳感器單 元的內(nèi)部(即移動(dòng)的部分)的效果。在圖12中，具有金屬配線17的連接 部分19b位于第一封裝a 2的凹部21中，第二金屬層19與該連接部分 19b電連接。在圖10A中，數(shù)字15表示在外金屬層18a與內(nèi)金屬層18b之間延 伸的輔助密封層。輔助密封層15設(shè)置在框架部分11的外圍方向上彼此間 隔開預(yù)定距離的多個(gè)位置處。此外，如圖IIA中所示，在與傳感器1411 的輔助密封層15相對(duì)應(yīng)的位置處在第一封*^412上形成有輔助密封層 26。因此，當(dāng)?shù)谝环?^2接合到傳感器基&1時(shí)，也可獲得輔助密封 層(15, 26)的激活表面之間的固相直M合。此外，通過形成輔助密封 層(15， 26)期望下面的效果。例如，當(dāng)在外金屬層28a上存在外部物質(zhì) 時(shí)，可降低外金屬層(18a， 28a)之間的密封性。可替選地，當(dāng)在內(nèi)金屬 層28b上存在其他外部物質(zhì)時(shí)，可降低內(nèi)金屬層(18b， 28b)之間的密 封性。在這些情形中，4 氣密地密封傳感器裝置的內(nèi)部。然而，當(dāng)在輔 助密封層(15, 26)之間形成掩^時(shí)，可在外金屬層18a與內(nèi)金屬層18b之間獲得多個(gè)封閉空間。就是說，當(dāng)其中由于外部物質(zhì)而導(dǎo)致在外金屬層(18a， 28a)之間的接合的密封性降低的區(qū)域遠(yuǎn)離其中由于其他外部物質(zhì) 而導(dǎo)致在內(nèi)金屬層(18b， 28b)之間的掩^的密封性降低的區(qū)域時(shí)，這些 區(qū)域通過輔助密封層(15， 26)之間的^彼此在空間上遮蔽。簡(jiǎn)要地說， 通過輔助密封層(15， 26)可進(jìn)一步可靠地提高由外金屬層(18a， 28a) 之間的接合和內(nèi)金屬層(18b， 28b)之間的備^帶來的密封性。在本實(shí)施方式中，如上所述，在框架部分ll的整個(gè)外圍上，第一 金屬層18形成在面對(duì)第一封*1412的表面上，以使其包圍重物部分12， 金屬層28形成在第一封^412上的相應(yīng)區(qū)域處?？商孢x地，優(yōu)選代替 第一金屬層18形成Si層或SK)2層，代^r屬層28形成Si層或SiO;j層。 簡(jiǎn)要地說，可通過Si與Si之間的固相直^^合、Si與SK)2之間的固相直##合、和SK)2與Si02之間的固相直^合中的任意一個(gè)形成傳感器基板1與第一封裝基板2之間的掩h為了在傳感器基仗1與第一封*^2之間形成沒有擴(kuò)散的固相直 ■^^，在接合步驟之前預(yù)先形成第一金屬層18和金屬層28的激活表面。 在本實(shí)施方式中，通過在真空中輻射氬的原子束、離子束或等離子體以清 洗并激活第一金屬層18和金屬層28的表面來獲得激活表面。類似地，在 第二金屬層19和配線層29上形成激活表面。隨后，進(jìn)行上述的室溫#^ 方法。就是說，通過在室溫時(shí)施加適當(dāng)?shù)呢?fù)載同時(shí)形成第一金屬層18與 金屬層28之間的直##^和第二金屬層19與配線層29之間的直##^。接下來，解釋傳感器基板l與第二封裝基板3之間的"^部分。每 個(gè)加速傳感器單元的框架部分11具有通it^面激活處理形成在框架部分 11的整個(gè)外圍上面對(duì)第二封裝基板3的表面上的表面激活區(qū)域。通過在 每個(gè)加速傳感器單元的表面激活區(qū)域與通過表面激活處理在第二封裝基 板3相應(yīng)表面上形成的表面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直^^合來形 成傳感器基板1與第二封^J^L3之間的^部分。通過在室溫時(shí)彼此擠 壓表面激活區(qū)域獲得該固相直^^。因此，通過Si和Si之間的固相直 ^^形成該情形中的^界面。可替選地，可在傳感器基敗l和第二封 裝基板3中的一個(gè)上形成Si02層，從而獲得Si和Si02之間的固相直M合。此外，可在傳感器J4ll和第二封^^板3中上均形成Si02層，從而獲得Si02和Si02之間的固相直M合。此外，還優(yōu)選使用金屬材料的表面激活區(qū)域之間的固相直##^,如上述的Au和Au之間的直##^。 因而，如果需要的話，與在傳感器^411與第一封裝基板2之間形成固相 直M合的情形中一樣，可在傳感器基板1與第二封^1413之間形成固為了制造晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100，從給M界面有g(shù)加壓力的觀點(diǎn) 看，希望的是將第二封裝1413直^^到傳感器^L1，然后將第一封 #板2直##^到傳感器基板1。參照?qǐng)D13A到13C,下面具體解釋傳感器基敗l與第一封*^板2 和第二封*1413中的每一個(gè)之間的M步驟。首先，如圖13A中所示，將傳感器基&1、第一封^i^2和第二 封^WL3放在腔室CH中，排出腔室中的空氣，使其不超過預(yù)定真空度 (例如lxlO-5Pa)。隨后，在氣體減少的條件下，通過濺射蝕刻的方式清 洗傳感器基&1、第一封*^412和第二封*1413的表面，然后進(jìn)行表 面激活處理。就是說，對(duì)傳感器gl的第一和第二金屬層(18, 19)、 與第二封裝B 3接合的框架部分11的表面、第一封*^1 2的金屬層 (28， 29)、和與傳感器基板掩^的第二封*^1 3的表面進(jìn)行表面激活 處理。作為表面激活處理，給將要處理的表面輻射氬的離子束以預(yù)定的時(shí) 間周期(例如300秒)。在表面激活處理過程中，腔室的內(nèi)部壓力保持在 比上述真空度低的真空度(例如大約lxl(T2Pa)。代替氬的離子束，可使 用氬的原子束和等離子體。用于表面激活處理的氣體不限于氬氣。可替選 地，可使用惰性氣體，如氮?dú)夂秃?。在表面激活處理之后，進(jìn)行氣氛調(diào)整步驟，從而將腔室內(nèi)部調(diào)整為 對(duì)于傳感器Ml與第一和第二封裝^L(2, 3)中的每一個(gè)之間的M 步驟來i兌期望的氣氛，如圖13B中所示。通過該步驟，在接合步驟之后 每個(gè)加速傳感器單元的內(nèi)部(即移動(dòng)部分)都保持在期望的氣氛中。例如， 在形成加速傳感器單元的本實(shí)施方式中，將腔室內(nèi)部控制為惰性氣體氣 氛，如大氣壓時(shí)的氬氣，從而通過阻尼效果提高頻率特性和抗撞擊性。通過打開和關(guān)閉腔室的氣體引入閥門VI和氣體排除閥門V2進(jìn)4亍這種氣氛 控制。為了阻止由與外部空氣接觸而導(dǎo)致激活表面的污染，尤其優(yōu)選在腔 室中而不是暴露到外部連續(xù)進(jìn)行氣氛調(diào)整步驟和掩^步驟。在腔室內(nèi)部控制為期望的氣氛之后，如圖13C中所示，通過施加 適當(dāng)?shù)呢?fù)載(例如300N)在室溫時(shí)形成第一金屬層18和第一封^i412 的金屬層28的激活表面(Au-Au表面)之間的直^#^、笫二金屬層19 和第一封裝基板2的配線層29的激活表面(Au-Au固相癡^)之間的直 ##^、以及傳感器基仗1的框架部分11和第二封^J4！ 3的激活表面 (Si-Si固相接合)之間的直##^。因而，在傳感器單元的內(nèi)部保持在 期望氣氛中的條件下可獲得在接合界面處基本上不就有殘余應(yīng)力的固相因?yàn)楸緦?shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100具有根據(jù)低溫工序(如室溫 掩^方法)形成的傳感器基敗1與第一封裝基仗2之間的直^^以及傳 感器基^11與第二封*^3之間的直^^，所以具有下述優(yōu)點(diǎn)，即與 用熱處理，如回流焊接進(jìn)行M步驟的情形相比，壓阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 ) ^J^受熱應(yīng)力的影響。此外，可降寸氐工序溫度 并獲得簡(jiǎn)化的制造工序。此外，當(dāng)通過使用SOI晶片形成傳感器g 1，且通過使用Si晶 片形成第一和第二封*141(2, 3)中的每一個(gè)時(shí)，可減小由于其間線性 膨脹系數(shù)不同而導(dǎo)致在柔性部分13中產(chǎn)生的應(yīng)力、以及由線性膨脹系數(shù) 不同導(dǎo)致的應(yīng)力對(duì)上述橋電路(Bx， By， Bz)的輸出信號(hào)的影響。結(jié)果， 使得傳感器特性的變化最小。每個(gè)基&可由除硅之外其他的半導(dǎo)體材料形 成。當(dāng)將如此獲得的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100切割為形成于傳感器M 1上的加速傳感器單元的大小時(shí)，可同時(shí)切割傳感器基&1以及第一和第二封裝基tl(2， 3),使其具有相同的外部尺寸。因此，可有效獲得緊湊型 芯片尺寸封裝結(jié)構(gòu)。下面簡(jiǎn)要解釋從本實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)獲得的加速傳感器 裝置的^作。在沒有給傳感器Ml施加加速度的情況下，當(dāng)在"X"軸正方向上給傳感器基&1施加加速度時(shí)，由于重物部分12作用在"x"軸負(fù)方向 上的慣性力，重物部分12相對(duì)于框架部分11產(chǎn)生位移。結(jié)果，縱向方向 對(duì)應(yīng)于"x，，軸方向的一對(duì)柔性部分13彈性變形，從而柔性部分13上的 壓阻元件(Rxl到Rx4)的電阻值發(fā)生變化。在該情形中，壓阻元件(Rxl ， Rx3)接收張應(yīng)力，壓阻元件(Rx2， Rx4)接收壓縮應(yīng)力。 一般地，當(dāng) 壓阻元件接收張應(yīng)力時(shí)，電阻值(電阻率)增加，當(dāng)壓阻元件接收壓縮應(yīng) 力時(shí)，電阻值(電阻率)降低。因此，在該情形中，壓阻元件(Rxl, Rx3) 的電阻值增加，壓阻元件(Rx2， Rx4)的電阻值降低。當(dāng)從外部電源給 圖5中所示的一對(duì)輸入端(VDD， GND)之間施加恒定的DC電壓時(shí)， 圖5左側(cè)所示的橋電路(Bx)的輸出端(Xl， X2)之間的電位差根據(jù)"x" 軸方向上的加速度的幅度而變化。類似地，當(dāng)在"y，，軸方向上給傳感器基板1施加加速度時(shí)，圖5 中部所示的橋電路By的輸出端(Yl， Y2)之間的電位差根據(jù)"y"軸方 向上的加速度的幅度而變化。此外，當(dāng)在"z"軸方向上給傳感器^A 1 施加加速度時(shí)，圖5右側(cè)所示的橋電路Bz的輸出端(Zl， Z2)之間的電 位差根據(jù)"z"軸方向上的加速度的幅度而變化。因此，傳感器J411通 過探測(cè)每個(gè)橋電路(Bx， By， Bz)的輸出電壓的變化，能探測(cè)相對(duì)于"x" 軸方向、"y"軸方向和"z，，軸方向的每個(gè)方向而施加到傳感器^411的 加速度。在本實(shí)施方式中，移動(dòng)部分由重物部分12和柔性部分13組成， 傳感部分由作為傳感器基敗1上測(cè)量電阻的壓阻元件(Rxl到Rx4， Ryl 至!] Ry4， Rzl至)Rz4 )形成。順便，如圖5中所示，傳感器基板l具有被三個(gè)橋電路(Bx， By, Bz)共享的兩個(gè)輸入端(VDD， GND)、橋電路Bx的兩個(gè)輸出端(Xl， X2 )、橋電路By的兩個(gè)輸出端(Yl， Y2 )和橋電路Bz的兩個(gè)輸出端(Zl， Z2)。這些輸入端(VDD， GND)和輸出端(Xl， X2， Yl， Y2， Zl， Z2)通過第二金屬層19形成在面對(duì)第一封裝皿2的表面上，并與形成 在第一封裝基t12中的通孔配線24電連接。就是說，在本實(shí)施方式中， 第二金屬層19形成在傳感器U1 1上的八個(gè)位置處，在第一封裝基板2中形成有八個(gè)通孔配線24。形成在八個(gè)位置處的每個(gè)第二金屬層19構(gòu)造 成矩形外圍形狀(在本實(shí)施方式中為正方形外圍形狀)。此外，第二金屬層19在框架部分11的外圍方向上彼此分開設(shè)置。在本實(shí)施方式中，在具 有矩形形狀的框架部分11的四邊的每一邊處都設(shè)置有一對(duì)第二金屬層 19。(第二個(gè)實(shí)施方式)如圖14A到14C中所示，除了傳感器14ai 1具有除加速傳感器單元之外的IC區(qū)域E2,且IC區(qū)域E2包括與測(cè)量電路(即傳感部分)的 壓阻元件(Rxl到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 )配合工作的4吏用CMOS 的集成電路(即CMOSIC)之外，本實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)大致與 第一個(gè)實(shí)施方式的相同。通過集成信號(hào)處理電路和用于存儲(chǔ)信號(hào)處理電路 中使用的EEPROM來形成該集成電路，所述信號(hào)處理電路被配置成對(duì)第 一個(gè)實(shí)施方式中所述的橋電路(Bx， By， Bz)的輸出信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理， 如放大、偏移調(diào)整和溫度##。因此，在下面的解釋中，由相同的參考標(biāo) 記表示與第一個(gè)實(shí)施方式中相同的組件，將省略其重復(fù)描述。如圖15A和15B中所示，本實(shí)施方式的傳感器基板1由傳感器區(qū) 域E1、具有上述集成電路的IC區(qū)域E2和具有第一個(gè)實(shí)施方式中所述的 第一金屬層18的掩^區(qū)域E3形成，傳感器區(qū)域E1包括第一個(gè)實(shí)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和壓阻元件(Rxl 到Rx4， Ryl到Ry4， Rzl到Rz4 )。在平面圖中，i殳計(jì)這些區(qū)域(El， E2， E3)的布局，以4吏傳感器區(qū)域E1位于傳感器基板1的大致中心部分， IC區(qū)域E2圍繞傳感器區(qū)域E1形成，掩^區(qū)域E3圍繞IC區(qū)域E2形成。 本實(shí)施方式的傳感器基^L 1的框架部分11具有比第一個(gè)實(shí)施方式大的外部尺寸。換句話說，因?yàn)閭鞲衅鱝i具有寬^x寸增加的框架部分u,所以集成電路可安裝在框架部分ll上。此外，第一封裝^12的凹部21 形成為比第一個(gè)實(shí)施方式的大，從而傳感器區(qū)域El和IC區(qū)域E2容納在 凹部中。后述的IC區(qū)域E2的多層結(jié)構(gòu)部分41設(shè)置在凹部21中。與第一個(gè)實(shí)施方式的情形中一樣，通過4吏用SOI晶片形成半導(dǎo)體 晶片10。優(yōu)選通過使用多層配線技術(shù)形成IC區(qū)域E2，從而減小IC區(qū)域E2在傳感器基板l上占據(jù)的面積。在傳感器Ml的IC區(qū)域E2處，通 過硅層10c上的氧化硅膜的第一絕緣膜和第一絕緣膜上的氮化硅膜的第 二絕緣膜的層疊膜形成絕緣膜16,多層結(jié)構(gòu)部分41形成在絕緣膜16上。 多層結(jié)構(gòu)部分41包括至少一個(gè)層間絕緣膜(氧化硅膜)的第三絕緣膜和 第三絕緣膜上的鈍化膜(氧化硅膜和氮化硅膜的層疊膜)的第四絕緣膜。 通過移除鈍化膜的適當(dāng)部分，暴露出多個(gè)焊盤42。因此，在本實(shí)施方式 中，表面保護(hù)層40由絕緣膜16 (第一和第二絕緣膜)和多層結(jié)構(gòu)部分41 (第三和第四絕緣膜)組成。另一方面，在接合區(qū)域E3處，第二金屬層 19形成在絕緣膜16上的多個(gè)位置處。第二金屬層19通過引出配線43與 焊盤42電連接。結(jié)果，IC區(qū)域42的焊盤42通過引出配線43和第二金 屬層19與形成在第一封裝基tl 2的通孔配線24 —端處的配線金屬層29 電連接。焊盤42通過信號(hào)處理電路與傳感部分電連接，或者不通過信號(hào) 處理電路與傳感部分電連接。在本實(shí)施方式的傳感器Ml中，如圖15B中所示，引出配線43 和第二金屬層19由相同的材料形成，且它們連續(xù)形成?？商孢x地，如圖 16A中所示，引出配線43可與第二金屬層19單獨(dú)形成。在該情形中，為 了提高粘結(jié)力，引出配線43優(yōu)選由Au膜和Ti膜的層疊膜形成。順便說一下，當(dāng)在SOI 10的一般表面上形成表面保護(hù)層40 時(shí)，在形成有IC區(qū)域E2的焊盤42的第一區(qū)域與形成有第二金屬層19 和第一金屬層28的第二區(qū)域之間出現(xiàn)臺(tái)階部分。由于該臺(tái)階部分，需要 沿表面保護(hù)層40的側(cè)表面形成用于在IC區(qū)域E2的焊盤42與第二金屬 層19之間電連接的引出配線43。在圖16A的情形中，引出配線43的厚 度與第一金屬層18和第二金屬層19的厚度單獨(dú)確定。例如，引出配線 43的厚度"A"設(shè)定為大于第一金屬層18和第二金屬層19的厚度"B"。此外，如圖16B中所示，優(yōu)選引出配線43和第二金屬層19以連 續(xù)的方式整體形成，引出配線43的厚度設(shè)定為大于第一金屬層18和第二 金屬層19的厚度。在該情形中，如此進(jìn)行膜形成，即引出配線43、第一 金屬層18和第二金屬層19同時(shí)形成為具有引出配線43的厚度(Tl)。 隨后，如此進(jìn)行厚度調(diào)整，即僅僅蝕刻第一金屬層18和第二金屬層19,從而具有期望的厚度(T2<T1 )。結(jié)果，可減小在表面保護(hù)層40的臺(tái)階部 分處引出配線43發(fā)生斷開的可能性。
在引出配線43、第一金屬層18和第二金屬層19的膜形成階段， 首先形成具有厚度T2的下金屬層(例如Ti膜和Ti膜上的Au膜的層疊 膜)，然后在下金屬層上形成上金屬層(例如Ti膜和Ti膜上的Au膜的 層疊膜)，其具有與厚度T1與厚度T2之間的差相對(duì)應(yīng)的厚度。在厚度調(diào) 整階段，通過使用下金屬層作為蝕刻阻止層在與第一和第二金屬層(18， 19)對(duì)應(yīng)的區(qū)域處時(shí)刻上金屬層。因而，可獲得具有厚度T2的第一和第 二金屬層(18， 19)。在該情形中，具有下述優(yōu)點(diǎn)，即4艮容易控制第一和 第二金屬層(18， 19)的厚度，并可實(shí)現(xiàn)第一和第二金屬層(18， 19)的 表面平整度的提高。結(jié)果，可提高傳感器裝置的生產(chǎn)率。
如圖16C中所示，還優(yōu)選引出配線43具有下配線層43a和上配線 層43b的兩層結(jié)構(gòu)，上配線層43b和第二金屬層19以連續(xù)的方式整體形 成。例如，下配線層和上配線層(43a， 43b)由Ti膜和Ti膜上的Au膜 的層疊膜形成。在該情形中，通過包括下述步驟的工序獲得引出配線43: 在表面保護(hù)層40上形成下配線層43a，在下配線層43a上形成上配線層 43b。在形成上配線層43b的步驟中，同時(shí)形成第一和第二金屬層(18， 19)。引出配線43的厚度確定為等于下配線層和上配線層(43a, 43b )的 總厚度。因而，可提高傳感器J4ll與第一封裝基fe!2之間的掩^步驟中 的生產(chǎn)率。此外，通過阻止引出配線43斷開可實(shí)現(xiàn)IC區(qū)域E2的焊盤42 與第二金屬層19之間的電連接的可靠性。
可替選地，代替上配線層43b，可與第二金屬層19連續(xù)的方式整 體形成下配線層43a。在該情形中，在形成下配線層43a的步驟中同時(shí)形 成第一和第二金屬層(18， 19)。隨后，僅在與引出配線43對(duì)應(yīng)的區(qū)域上 形成上配線層43b。通過下配線層和上配線層(43a， 43b )的總厚度確定 引出配線43的厚度。
接下來，參照?qǐng)D17A到17F，下面解釋本實(shí)施方式的傳感器Ml 的制造方法。圖17A到17F每個(gè)都對(duì)應(yīng)于沿圖15A的線A-A，的才黃截面。 此外，使用圖16A的結(jié)構(gòu)作為引出配線43。首先，通過使用CMOS工序技術(shù)在SOI基板10的一^^面(硅 層10c的表面一側(cè))上形成用于橋電路(Bx, By, Bz)、壓阻元件(Rxl 到Rx4, Ryl到Ry4, Rzl到Rz4 )和IC區(qū)域E2的擴(kuò)散層配線，從而獲 得圖17A中所述結(jié)構(gòu)。在已經(jīng)完成了暴露IC區(qū)域E2的焊盤42的步驟的 階段中，上述多層結(jié)構(gòu)部分41在絕緣膜16的整個(gè)表面上延伸。在與傳感 器區(qū)域El和接合區(qū)域E3相對(duì)應(yīng)的多層結(jié)構(gòu)部分41的區(qū)域處沒有形成金 屬配線。在本實(shí)施方式中，如上所述，表面保護(hù)層40由絕緣膜16和多層 結(jié)構(gòu)部分41組成。在該階段中，表面保護(hù)層40仍不具有上述臺(tái)階部分。在完成了暴露焊盤42的步驟之后，在SOI l板10的一般表面上 形成圖案化抗蝕劑層，以佳暴露與傳感器區(qū)域El和掩^區(qū)域E3相對(duì)應(yīng) 的表面保護(hù)層40的區(qū)域。通過使用該抗蝕劑層作為蝕刻掩模，進(jìn)行平化 工序。就是說，通過凹蝕與接合區(qū)域E3對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)層40的區(qū)域， 形成接合區(qū)域E3的平坦表面。然后，移除抗蝕劑層，從而獲得圖17B中 所示的結(jié)構(gòu)。當(dāng)通過濕蝕刻進(jìn)行凹蝕步驟時(shí)，使用絕緣膜16的氮化硅膜 的第二絕緣膜作為蝕刻阻止層。作為平化工序的結(jié)果，出現(xiàn)了表面保護(hù)層 40的上述臺(tái)階部分。隨后，進(jìn)行用于在SOI 10的一^面上形成引出配線43的 配線形成步驟，并在^區(qū)域E3上形成第一金屬層18和第二金屬層19。 對(duì)于引出配線和這些金屬層的形成，優(yōu)選使用常規(guī)的薄膜沉積技術(shù)，如濺 射以及光刻蝕刻技術(shù)。接下來，在絕緣膜16上形成圖案化抗蝕劑層，使 其覆蓋與框架部分11、重物部分12的芯部12a、柔性部分13、 IC區(qū)域 E2和備^區(qū)域E3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，并暴露其他區(qū)域。隨后，進(jìn)行第一構(gòu)圖 (圖案化)工序。就是說，通過使用該抗蝕劑層作為蝕刻掩模，蝕刻絕緣 膜16的暴露區(qū)域，從而進(jìn)行絕緣膜16的構(gòu)圖。繼續(xù)進(jìn)行蝕刻，從而具有 從SOI基tll0的一^面一側(cè)到達(dá)絕緣層10b的蝕刻深度。然后，通過 移除抗蝕劑層，獲得了圖17C中所示的結(jié)構(gòu)。在該第一構(gòu)圖工序中，4吏 用絕緣層10c作為蝕刻阻止層。作為第一構(gòu)圖工序的結(jié)果，SOI基板10 的硅層10c保留在與框架部分11、芯部12a、柔性部分13、 IC區(qū)域E2 和備^區(qū)域E3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域處。作為適于第一構(gòu)圖工序的蝕刻方法，例如，優(yōu)選通過使用感應(yīng)耦合等離子體(ICP)型干蝕刻裝置進(jìn)4亍干蝕刻。 設(shè)置蝕刻條件，以使絕緣層10b用作蝕刻阻止層。在完成了第一構(gòu)圖工序并移除了抗蝕劑層之后，在形成于SOI基 板10底表面?zhèn)鹊闹位?0a上的氧化硅膜10d上形成圖案化抗蝕劑層， 以使其覆蓋與框架部分ll、芯部12a、葉部12b、 IC區(qū)域E2和掩^區(qū)域 E3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，并暴露其他區(qū)域。隨后，進(jìn)行第二構(gòu)圖工序。就是說， 通過使用該抗蝕劑層作為蝕刻掩模，蝕刻氧化硅膜10d的暴露區(qū)域，從而 進(jìn)行氧化硅膜10d的構(gòu)圖。在移除了抗蝕劑層之后，通過使用氧化硅膜 10d作為蝕刻掩模在大致垂直的方向上進(jìn)行干蝕刻，從而具有從SOI 10底表面一側(cè)到達(dá)絕緣層10d的蝕刻深度。通過該第二構(gòu)圖工序，獲得 了圖17D中所示的結(jié)構(gòu)。在該構(gòu)圖工序中，使用絕緣層10b作為蝕刻阻 止層。在第二構(gòu)圖工序之后，SOI基板IO的支撐14ll0a保留在與框架 部分ll、芯部12a、葉部12b、 IC區(qū)域E2和接合區(qū)域E3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域 處。作為適于第二構(gòu)圖工序的蝕刻裝置，優(yōu)選使用感應(yīng)耦合等離子體 (ICP)型干蝕刻裝置。設(shè)置蝕刻條件，以使絕緣層10b用作蝕刻阻止層。在第二構(gòu)圖工序之后，進(jìn)行分離工序。就是說，在留下絕緣膜10b 的與框架部分ll、芯部12a、 IC區(qū)域E2和掩^區(qū)域E3相對(duì)應(yīng)的區(qū)域的 同時(shí)，通過濕蝕刻移除不需要的部分來形成框架部分ll、柔性部分13和 重物部分12。結(jié)果，獲得了圖17E中所示的結(jié)構(gòu)。在該分離工序中，還 蝕刻并移除SOI基板10底表面上的氧化硅膜10d。通過將圖18A和18B中所示的第一封*^412和圖19A和19B中 所示的笫二封裝基仗3的每一個(gè)室溫接合到根據(jù)上述工序形成的傳感器 1，獲得了圖17F中所示的結(jié)構(gòu)。就是說，通過在傳感器基板l的第 一金屬層18與第一封裝基敗2的金屬層28的激活表面(Au-Au表面) 之間進(jìn)行室溫掩^并在第二金屬層19和第一封裝M2的配線層29的激 活表面(Au-Au固相M)之間進(jìn)行室溫M,傳感器141 1與第一封 裝基板2集成在一起。另一方面，通it^傳感器基板l的框架部分ll與 第二封裝J413的激活表面(Si-Si固相M)之間進(jìn)行室溫接合，傳感 器M 1與第二封裝基fel 3集成在一起。順便說一下，在本實(shí)施方式中，通過對(duì)傳感器m 1和封裝a( 2， 3)以晶片級(jí)進(jìn)行圖17A到17F中所述的一系列步驟，制造具有多個(gè)加速 傳感器的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100 (圖14A)。然后，通過將如此獲得的晶片 級(jí)封裝結(jié)構(gòu)100切割為加速傳感器尺寸而進(jìn)行切割(切塊)工序。在該情 形中，第一和第二封^J^(2, 3)每一個(gè)的外部尺寸同時(shí)與傳感器J4！ l的外部尺寸精確匹配。因此，該制造方法尤其適于大量制造緊湊型傳感 器裝置。在切割工序之前，優(yōu)選進(jìn)行檢查階段，用于檢查傳感器裝置的傳 感部分和電路部分的電特性。與在從晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)單個(gè)分離傳感器裝置 之后檢查電特性的情形相比，可大大節(jié)省檢查階段的時(shí)間和精力。
根據(jù)上述制造方法，因?yàn)榕c掩^區(qū)域E3對(duì)應(yīng)的表面保護(hù)層40的 區(qū)域通過凹蝕而被平化，且在掩^區(qū)域E3的平化表面上形成用于與第一 封裝基板2 M的第一金屬層18和第二金屬層19，所以可提高第一和第 二金屬層(18, 19)的表面平整度。因此，可在第一金屬層18與第一封 裝基板2的金屬層28之間以及在第二金屬層19與第 一封裝基仗2的配線 層29之間獲得良好的固相直^^。結(jié)果，可提高生產(chǎn)率。
此外，根據(jù)上述制造方法，因?yàn)橥ㄟ^使用絕緣層16的氮化硅膜的 第二絕緣膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行凹蝕步驟，所以可用與SOlKl0的一 般表面相當(dāng)?shù)钠秸仍诮^緣膜16上形成第一和第二金屬層(18, 19)。結(jié) 果，可提高第一和第二金屬層(18， 19)的表面平整度。在平化工序中用 作蝕刻阻止層的絕緣膜不限于第二絕緣膜?？?gt;(吏用除多層結(jié)構(gòu)部分41的 第四絕緣膜之外的其他絕緣膜?？筛鶕?jù)接合區(qū)域E3所需的高度級(jí)別確定 用作蝕刻阻止層的絕緣膜。
可替選地，在通過使用笫二絕緣膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行蝕刻之后， 可通過使用第一絕緣膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行進(jìn)一步蝕刻。在該情形中，可 通過第一絕緣膜以出色的表面平整度給第一金屬層18和笫二金屬層19 提供底層絕緣層。優(yōu)選通過熱氧化方法和LPCVD (低壓化學(xué)汽相沉積) 方法形成用作第 一絕緣層的氧化硅膜。
在本實(shí)施方式的傳感器裝置中，因?yàn)樵诳蚣懿糠种袠?gòu)造了具有可與 測(cè)量電阻配合工作的集成電路的IC芯片，所以與常規(guī)的傳感器模塊相比，可降低傳感器裝置的尺寸并減小制造成本。此外，測(cè)量電阻與集成電^: 間的配線長(zhǎng)度減小可帶來傳感器特性的提高。 (第三個(gè)實(shí)施方式)
在每個(gè)上面的實(shí)施方式中，使用壓阻型加速傳感器作為傳感器單 元。本發(fā)明的技術(shù)概念對(duì)于其他傳感器單元，如電容型加速傳感器和陀螺 傳感器也是有效的。本實(shí)施方式特征在于代替加速傳感器單元，在傳感器 基板上形成陀螺傳感器單元。本實(shí)施方式的其他構(gòu)造大致與第一個(gè)實(shí)施方
式的相同。因此，可才艮據(jù)與第一個(gè)實(shí)施方式相同的方式在傳感器141101 與第一和第二封*_^ (102, 103)每一個(gè)之間形成M部分。
本實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)具有下述結(jié)構(gòu)，其包括具有多個(gè)陀螺 傳感器單元的半導(dǎo)體晶片、M到半導(dǎo)體晶片的相對(duì)表面之一的第一封裝 晶片、和M到半導(dǎo)體晶片另 一個(gè)表面的第二封裝晶片。在下面的解釋中， 半導(dǎo)體晶片的用于形成每個(gè)陀螺傳感器單元的區(qū)域定義為傳感器基板
ioi。此外，第一封裝晶片的面對(duì)每個(gè)傳感器aioi的區(qū)域定義為第一
封*141102。類似地，第二封裝晶片的面對(duì)每個(gè)傳感器基板101的區(qū)域 定義為第二封裝基板103。
在本實(shí)施方式中，通過使用具有0.2Q.cm電阻率的珪141形成傳感 器基板101。通過使用具有20Q*cm電阻率的硅基板形成第一和第二封裝
(102, 103)的每一個(gè)。這些電阻率值僅僅是示意性的，本發(fā)明并不 限于它們。
如圖20中所示，陀螺傳感器單元主要由移動(dòng)部分、和探測(cè)步驟形 成，移動(dòng)部分包括可通過振動(dòng)部件振動(dòng)的第一質(zhì)量體111和耦接到第一質(zhì) 量體111的笫二質(zhì)量體112,探測(cè)部分被配置成將當(dāng)在第一質(zhì)量體111振 動(dòng)過程中施加旋轉(zhuǎn)力時(shí)導(dǎo)致的第二質(zhì)量體112的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
就是說，在平面閨中每個(gè)都大致具有矩形外圍形狀的第一質(zhì)量體 1U和第二質(zhì)量體112沿傳感器基板101的表面平行設(shè)置。此外，傳感器
101具有圍繞第一和第二質(zhì)量體(111， 112 )延伸的框架部分110 (在 本實(shí)施方式中例如為矩形框架部分)。在本實(shí)施方式中，如圖20到24每 個(gè)的右下部所示，定義正交坐標(biāo)系統(tǒng)。就是說，設(shè)置第一和第二質(zhì)量體(111, 112)的方向?qū)?yīng)于"y"軸方向，在沿傳感器^Al01的平面延 伸的平面中與"y"軸方向正交的方向?qū)?yīng)于"x"軸方向。此外，與"x" 軸方向和"y"軸方向正交的方向(即傳感器基H 101的厚度方向)對(duì)應(yīng) 于"z"軸方向。
如圖21中所示，傳感器基板101的第一質(zhì)量體111和第二質(zhì)量體 112通過在"x"軸方向上延伸的一對(duì)驅(qū)動(dòng)彈簧113彼此整體耦接。就是 說，傳感器J41101在"x"軸方向上具有長(zhǎng)度稍短于第二質(zhì)量體112整 體長(zhǎng)度的狹縫槽114a、以及以沿"x"軸方向的直線設(shè)置的位于第一質(zhì)量 體111的橫向一側(cè)的兩個(gè)狹縫槽114b。每個(gè)狹縫槽114b都在其一端具有 開口 。每個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧113都形成在狹縫槽114a與每個(gè)狹縫槽114b之間。 每個(gè)驅(qū)動(dòng)彈簧113的一個(gè)端部都在狹縫槽114a的端部與第二質(zhì)量體112 的橫向邊緣之間連續(xù)延伸，驅(qū)動(dòng)彈簧113的另一個(gè)端部通過狹縫槽U4b 之間的區(qū)域連續(xù)延伸到第一質(zhì)量體111。驅(qū)動(dòng)彈簧113是具有扭轉(zhuǎn)變形能 力的扭轉(zhuǎn)彈簧，其能使第一質(zhì)量體111相對(duì)于第二質(zhì)量體112關(guān)于驅(qū)動(dòng)彈 簧113位移。就是說，驅(qū)動(dòng)彈簧113能使第一質(zhì)量體111相對(duì)于第二質(zhì)量 體112在"z，，軸方向上位移以及4吏第一質(zhì)量體111相對(duì)于第二質(zhì)量體112 關(guān)于"x"軸轉(zhuǎn)動(dòng)。此外，因?yàn)閭鞲衅鱚1101使用扭轉(zhuǎn)彈簧作為驅(qū)動(dòng)彈 簧113，所以不必在傳感器基tl 101厚度方向上減小驅(qū)動(dòng)彈簧113的尺寸。 因此，很容易制造驅(qū)動(dòng)彈簧113。
數(shù)字115表示在"y"軸方向上延伸并在其一端處與傳感器a 101 的第二質(zhì)量體112在"x"軸方向上的邊緣部分連續(xù)連接的探測(cè)彈簧。一 個(gè)探測(cè)彈簧115的相對(duì)端部通過在"x"軸方向上延伸的耦接元件116與 另一個(gè)探測(cè)彈簧115連續(xù)連接。就是說，通過該對(duì)探測(cè)彈簧115和耦接元 件116，在平面圖中形成大致"C"形的元件。對(duì)于該點(diǎn)，耦接元件116 設(shè)計(jì)成具有比驅(qū)動(dòng)彈簧113和探測(cè)彈簧115充分高的剛性。數(shù)字117表示 從耦接元件116的縱向方向上的中間部分突出的固定部分。固定部分117 固定到第二封裝基仗103的預(yù)定位置。第一和第二質(zhì)量體(111， 112 )通 過以大致"C"形形成的狹縫槽114c與探測(cè)彈簧115和耦接元件116分離。 狹縫槽114b的一端與狹縫槽114c相通。每個(gè)探測(cè)彈簧115在"x"軸方向上都就有彎曲變形能力。因此，探測(cè)彈簧115能使第一和第二質(zhì)量體 (111, 112)相對(duì)于固定部分117在"x"軸方向上位移。
順便說一下，傳感器J4！ 101具有在厚度方向上穿透第二質(zhì)量體 112的四個(gè)開口 118、和設(shè)置在每個(gè)開口 118中的靜止部120。靜止部120 具有設(shè)置在第二質(zhì)量體112在"x"軸方向上的每個(gè)端部附近的電極部分
121、 和在"x"軸方向上從電極部分121延伸的梳骨(comb bone)部分
122。 電極部分121和梳骨部分122構(gòu)成大致"L"形。電極部分121和 梳骨部分122接合到第二封裝基板103。就是說，靜止部120固定在預(yù)定 位置處。開口 118的內(nèi)表面通過間隙沿靜止部120的外圍表面上延伸。一 對(duì)電極部分121'設(shè)置在第二質(zhì)量體112在"x"軸方向上的兩端處。如圖 22中所示，在梳骨部分122的寬度方向上的兩側(cè)形成有沿"x，，軸方向設(shè) 置的多個(gè)靜止梳齒123。另一方面，在面對(duì)第二質(zhì)量體112的梳骨部分122 的一側(cè)在開口 118中形成有多個(gè)移動(dòng)梳齒124，該多個(gè)移動(dòng)梳齒124沿"x" 軸方向設(shè)置，以使每個(gè)移動(dòng)梳齒124與每個(gè)靜止梳齒123是面對(duì)面的關(guān)系， 如圖22中所示。每個(gè)移動(dòng)梳齒124離開相應(yīng)的靜止梳齒123 —距離設(shè)置。 當(dāng)?shù)诙|(zhì)量體112在"x"軸方向上移動(dòng)時(shí)，靜止梳齒123與移動(dòng)梳齒124 之間的距離發(fā)生變化，從而探測(cè)由距離變化導(dǎo)致的電容變化。就是說，用 于探測(cè)第二質(zhì)量體112位移的探測(cè)部件由靜止梳齒123和移動(dòng)梳齒124組 成。
通過將框架部分110、固定部分117和靜止部120 ^到第二封裝 基板103，將傳感器基板101耦接到第二封^板103。換句話說，使用 第二封^S^L103作為支撐傳感器141101的支撐141。另一方面，因?yàn)?第一和第二質(zhì)量體(111， 112)形成為可在"z"軸方向上移動(dòng)，所以第 一和第二質(zhì)量體(Hi, 112)面對(duì)第二封裝J41103的底表面向后離開第 二封裝基板103，如圖20中所示。就是說，在傳感器基板101的厚度方 向上第一和第二質(zhì)量體(111, 112 )每一個(gè)的厚度確定為小于框架部分110 的厚度。因而，確保了在第二封裝基t1103與第一和第二質(zhì)量體(111， 112)每一個(gè)之間的間隙。在本實(shí)施方式中，第一質(zhì)量體111與第二封裝 基板103之間的間隙長(zhǎng)度設(shè)為10pm。該值僅僅是示意性的，本發(fā)明并不限于它。
此外，傳感器基板101具有形成在固定部分117附近的框架部分 110上的一對(duì)接地部分(ground portion) 119。數(shù)字127表示與后述電極 125電連接并形成在一個(gè)接地部分119附近的電極部分。接地部分119和 電極部分127^^到第二封裝141103。在上表面?zhèn)?，在固定部分U7、 電極部分121、 一個(gè)接地部分119和電極部分127上形成有第二金屬層 128。對(duì)于該點(diǎn)， 一個(gè)固定部分117、四個(gè)電極部分121、 一個(gè)接地部分 119和一個(gè)電極部分127在第二封^仗103的上表面?zhèn)缺舜朔蛛x設(shè)置。 在第一封裝gl02沒有掩^到框架部分U0的狀態(tài)中，它們彼此電絕緣。 此夕卜，在傳感器Ml01的上表面?zhèn)?，框架部?10具有形成在其整個(gè)外 圍上的第一金屬層126。第一和第二金屬層(126, 128)每個(gè)都由Ti膜 和Au膜的層疊膜形成。簡(jiǎn)要地說，因?yàn)榈谝缓偷诙饘賹?126， 128) 由相同的金屬材料形成，所以可以相同的厚度同時(shí)獲得這些金屬層。在第 一和第二金屬層(126， 128)的每一個(gè)中，Ti膜優(yōu)選具有15到50nm的 厚度，Au膜優(yōu)選具有500nm的厚度。這些厚度值僅僅是示意性的，本發(fā) 明并不限于它們。作為形成Au膜的材料，可代替純金使用包含雜質(zhì)的 Au材料。
如圖23和24中所示，第一封裝基K 102在面對(duì)傳感器^ 101 的一側(cè)，即圖20中所示的第一封Jlti^ 102的底表面中具有凹部129， 其構(gòu)造成為第一和第二質(zhì)量體(111， 112)的位移提供空間。此外，第一 封*141102具有在厚度方向上穿透的多個(gè)通孔132。在第 一封^41102
(氧化硅膜)。因此，熱絕緣膜133位于通孔配線134與通孔132的內(nèi)表 面之間。在本實(shí)施方式中，使用銅作為通孔配線134的材料?？商孢x地， 代替銅可使用鎳等。
第一封*^1102具有通過絕緣膜133而形成在凹部129的底表面 上的面對(duì)第一質(zhì)量體111的區(qū)域處的上述電極125。電極125由Ti膜和 Au膜的層疊膜形成。在本實(shí)施方式中，第一質(zhì)量體lll與電極125之間 的間隙長(zhǎng)度設(shè)為l(Hrni。該值僅僅是示意性的，本發(fā)明并不限于它。此外，第一封*^102具有多個(gè)金屬層138，該多個(gè)金屬層138 形成在面對(duì)傳感器J4！ 101的表面上且與通孔配線134電連接。第一封裝 基板102還具有形成在面對(duì)傳感器基板101的表面上的整個(gè)外圍上的(矩 形)框架狀金屬層136。在這點(diǎn)上，金屬層138 ^^到傳感器M 101的 第二金屬層128,從而在其間進(jìn)行電連接。金屬層136接合到傳感器141 101的第一金屬層126。金屬層136和金屬層138每個(gè)都由絕緣膜133上 的Ti膜和Ti膜上的Au膜的層疊膜形成。簡(jiǎn)要地說，因?yàn)榻饘賹?36和 金屬層138由相同的金屬材料形成，所以可以相同的厚度同時(shí)獲得這些 膜。在金屬層136和金屬層138的每一個(gè)中，Ti膜優(yōu)選具有15到50nm 的厚度，Au膜優(yōu)選具有500nm的厚度。這些厚度值僅僅是示意性的，本 實(shí)施方式并不限于它們。作為Au膜的材料，代替純金可使用包含雜質(zhì)的 基于Au的材料。此外，在本實(shí)施方式中，Ti膜形成為用于提高Au膜與 絕緣膜133之間的粘結(jié)力的粘結(jié)層。代替Ti，可使用Cr， Nb， Zr， TiN， TaN等作為粘結(jié)層的材料。
第一封裝基仗102具有形成在與面對(duì)傳感器基仗101的表面相對(duì)的 表面上的用于外部連接的多個(gè)電極135。這些電極135與通孔配線134電 連接。每個(gè)電極135都構(gòu)造成矩形外圍形狀并由Ti膜和Au膜的層疊膜 形成。
另一方面，第二封裝^103具有形成在其厚度方向上的兩個(gè)相對(duì) 表面上的熱絕緣膜(141， 142)，如氧化硅膜。
與第 一個(gè)實(shí)施方式中所述的 一樣，傳感器基tl 101通過第 一金屬層 126與金屬層136之間的固相直^#^而#到第一封裝141102。就是 說，第一封^仗102密封地接合到傳感器a 101的框架部分110的整 個(gè)外圍。此外，第二金屬層128通過固相直M合與金屬層138電連接。 通過這些固相直^#^,陀螺傳感器單元的內(nèi)部與外部氣密地密封。此外， 傳感器基板101的第二金屬層128通過金屬層138和通孔配線134與電極 135電連接。第二封^J4！ 102具有從電極125延伸到凹部129外圍部分 的配線部分125a (圖24 ),其與M到傳感器基板101的電極部分127上 的第二金屬層128的金屬層138連續(xù)地形成。(102, 103)每一個(gè) 之間形成M部分，使用在低溫時(shí)形成直^#^的室溫掩^方法，以減小 傳感器基板IOI中的殘余應(yīng)力。在室溫掩^方法中，通過在真空中輻射氬 的離子束、原子束或等離子體清洗并激活將J^合的表面,然后在真空中 在室溫時(shí)將激活的表面彼此直##合。在本實(shí)施方式中，根據(jù)上述室溫接 合方法，通過在真空中在室溫時(shí)給M界面施加適當(dāng)?shù)呢?fù)載同時(shí)獲得第一 金屬層126與金屬層136之間的直##^和第二金屬層128與金屬層138 之間的直##合。此外，通過室溫掩^方法在真空中在室溫時(shí)以封閉的方 式將傳感器的框架部分110直##^到第二封裝基板103的外圍部分。
下面解釋本實(shí)施方式的室溫掩^方法。省略與第一個(gè)實(shí)施方式相同 步驟的重復(fù)解釋。
在對(duì)傳感器a 101適當(dāng)進(jìn)行微加工并在室溫將傳感器^41 101 #^到第二封裝基板103之后，進(jìn)行用于將用作傳感器M 101的移動(dòng)部 分的部分與其他部分分離的蝕刻步驟、和用于形成第一和第二金屬層
(126, 128)的金屬層形成步驟。在本實(shí)施方式中，傳感器^101通過 Si和Si02之間的室溫接合而接合到第二封裝基板103。隨后，將集成有 第二封，板103和第一封裝基tl 102的傳感器J4！ 101放在腔室中，該 腔室是排到預(yù)定真空度(例如lxlO勺的真空。然后，進(jìn)行表面激活處理。 就是說，通過在真空中濺射蝕刻的方式清洗并激活傳感器基tl 101和第一 封裝141102的將要彼此接合的表面。在表面激活處理過程中腔室中的真 空度大約為lxl(T2Pa，與在表面激活處理之前腔室中的預(yù)定真空度相比， 該真空度較低。
在表面激活處理之后，進(jìn)行氣氛調(diào)整步驟，從而將其中放置有傳感 器皿101和第二封裝M 103的腔室的內(nèi)部氣氛調(diào)整為根據(jù)陀螺傳感器 特性確定的設(shè)計(jì)氣氛。在該點(diǎn)上，為了提高表示共振頻率附近的機(jī)械振動(dòng) 級(jí)別的機(jī)械Q值(機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm),并提高靈敏度，本實(shí)施方式的陀 螺傳感器設(shè)計(jì)為預(yù)定的真空度(lxlO,a或更小的高真空)。在本實(shí)施方 式的氣氛調(diào)整步驟中，在完成表面激活處理之后，通過進(jìn)行真空抽氣直到 腔室中的真空度達(dá)到了預(yù)定的真空度，從而將腔室的內(nèi)部氣氛調(diào)整為設(shè)計(jì)的氣氛。
在完成了氣氛調(diào)整步驟之后，在氣氛調(diào)整步驟中控制的氣氛下在室
溫將傳感器J4！ 101 M到第一封^i^ 102。在傳感器基板101與第一 封^41102之間的#^步驟處，通it^加適當(dāng)?shù)呢?fù)載(例如300N)同 時(shí)獲得第一金屬層126與金屬層136之間的室溫接合、以及第二金屬層 128與金屬層138之間的室溫接合。在本實(shí)施方式中，通過Au和Au之 間的室溫#^提供傳感器基板101與第一封*^41102之間的掩^。
優(yōu)選在同一個(gè)腔室中連續(xù)進(jìn)行表面激活處理、氣氛調(diào)整步驟和M 步驟。通^面激活處理清洗并激活傳感器基tl 101和第一封裝J4！ 102 的將要彼此掩^的表面。然后，在根據(jù)想要的傳感器特性而確定的設(shè)計(jì)氣 氛下以封閉的方式在室溫時(shí)彼此掩^這些激活的表面，并沒有暴露到外部 空氣。由此在其間獲得良好的掩^。在氣氛調(diào)整步驟中，因?yàn)樵诒砻婕せ?處理步驟之后腔室是排到預(yù)定真空度的真空，從而將內(nèi)部氣氛調(diào)整為設(shè)計(jì) 的氣氛，所以可獲得表示作為傳感器元件的陀螺傳感器的共振頻率附近的 機(jī)械振動(dòng)級(jí)別的較高機(jī)械Q值(機(jī)械品質(zhì)因數(shù)Qm )，因此可提高靈敏度。
如上所述，本實(shí)施方式的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)具有根據(jù)低溫工序，如室 溫掩^方法形成的傳感器M 101與第一封^1^L 102之間的直##^、 以及傳感器基|1101與第二封裝141103之間的直##^。因此，與通過 熱處理，如回流焊接將傳感器1^101與第一和第二封^141(102， 103) 每一個(gè)M的情形相比，可阻止熱應(yīng)力的影響。結(jié)果，具有傳感器特性變 化減小的優(yōu)點(diǎn)。此外，因?yàn)閭鞲衅鱚L101通過絕緣膜141^到第二封 裝基板103，可阻止對(duì)電噪聲阻抗的減小。此外，因?yàn)榛鵡L由硅晶片形成， 且絕緣膜141由氧化硅膜形成，所以傳感器基tSL 101在室溫時(shí)#^易* 到每個(gè)封裝基敗(102， 103),并可減小傳感器特性的變化。
在該優(yōu)選實(shí)施方式中，第二封裝M 102通過形成在第二封裝141 103的面對(duì)傳感器基敗101的表面上的絕緣膜141 ^到傳感器基^！ 101。 簡(jiǎn)要地說，優(yōu)選通過形成在第二封裝基板103的面對(duì)傳感器M 101的表 面和傳感器M 101的面對(duì)第二封裝J4！ 103的表面中的至少一個(gè)上的絕 緣膜將它們彼此M。此夕卜，通過將具有集成形成的陀螺傳感器單元的晶片級(jí)封裝結(jié)構(gòu)切 割(切塊)為陀螺傳感器單元的尺寸，可容易且有效地獲得緊湊型陀螺傳 感器裝置。因此適于大,生產(chǎn)。
下面簡(jiǎn)要解釋如此獲得的陀螺傳感器的操作。
當(dāng)在給第一質(zhì)量體111施加預(yù)定振動(dòng)的條件下，通過外力給陀螺傳
感器施加角速度時(shí)，本實(shí)施方式的陀螺傳感器探測(cè)第二質(zhì)量體112的位 移。在該點(diǎn)上，在電極125與第一質(zhì)量體111之間施加具有正弦波形或矩 形波形的振動(dòng)電壓，從而使第一質(zhì)量體lll振動(dòng)。例如，使用AC電壓作 為振動(dòng)電壓，但極性反轉(zhuǎn)并不是必要的。第一質(zhì)量體111通過驅(qū)動(dòng)彈簧 113、第二質(zhì)量體112、探測(cè)彈簧115和耦接元件116與固定部分117電連 接。第二金屬層128形成在該固定部分117上。此外，電極125與電極部 分127上的第二金屬層128電連接。因此，當(dāng)在固定部分117和電極部分 127上的第二金屬層128之間施加振動(dòng)電壓時(shí)，由于第一質(zhì)量體lll與電 極125之間的靜電力，第一質(zhì)量體lll可在"z，，軸方向上振動(dòng)。當(dāng)振動(dòng) 電壓的頻率等于根據(jù)第一和第二質(zhì)量體(111, 112)的重量、以及驅(qū)動(dòng)彈 簧113和探測(cè)彈簧115的彈簧常量確定的共振頻率時(shí)，可通it^目對(duì)較小的 驅(qū)動(dòng)力獲得較大的幅度。
在第一質(zhì)量體111振動(dòng)的狀態(tài)中，當(dāng)關(guān)于"y"軸給陀螺傳感器施 加角速度時(shí)，在"x，，軸方向上產(chǎn)生科里奧利力，從而第二質(zhì)量體112 (與 第一質(zhì)量體111)相對(duì)于靜止部120在"x"軸方向上位移。當(dāng)移動(dòng)梳齒 124相對(duì)于靜止梳齒123位移時(shí)，在移動(dòng)梳齒124與靜止梳齒123之間產(chǎn) 生距離變化，從而其間的電容發(fā)生變化?？蓮呐c第四個(gè)靜止部120連接的 笫二金屬層128取得該電容變化。因而，可認(rèn)為上述陀螺傳感器設(shè)置有四 個(gè)電容可變的電容器。因此，可通過測(cè)量每個(gè)電容可變的電容器的電容、 或者并聯(lián)的電容可變的電容器的總電容，探測(cè)第二質(zhì)量體112的位移。因 為預(yù)先確定第一質(zhì)量體111的振動(dòng)，所以通過探測(cè)第二質(zhì)量體112的位移， 可計(jì)算科里奧利力。在本實(shí)施方式中，，沒置在框架部分110內(nèi)的移動(dòng)部分 由第一質(zhì)量體lll、驅(qū)動(dòng)彈簧113、第二質(zhì)量體112、探測(cè)彈簧115和耦接 元件116組成，傳感部分由形成在第二質(zhì)量體112上的靜止梳齒123和移動(dòng)梳齒124組成。簡(jiǎn)要地說，在設(shè)置于框架部分110內(nèi)的移動(dòng)部分中形成 有一部分傳感部分。
在該點(diǎn)上，移動(dòng)梳齒124的位移與(第一質(zhì)量體111的重量)/ (第 一質(zhì)量體111的重量+第二質(zhì)量體112的重量)成比例。因此，當(dāng)?shù)谝毁|(zhì) 量體111的重量變得大于第二質(zhì)量體112的重量時(shí)，移動(dòng)梳齒124的位移 增加。結(jié)果，可提高靈敏度。在本實(shí)施方式中，由于該原因，第一質(zhì)量體 111的厚度尺寸確定為大于第二質(zhì)量體112的厚度尺寸。
工業(yè)實(shí)用性
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，因?yàn)樾纬稍趥鞲衅骰迳系谋砻婕せ顓^(qū)域 與形成在每個(gè)封^41上的表面激活區(qū)域之間的直##^在室溫時(shí)形成， 所以可避免一些麻煩，如由接合部分處的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的傳感器特性變 化。此外，傳感器裝置的內(nèi)部通it^面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直接 M氣密地密封。因此，可根據(jù)傳感器的種類，如加速傳感器和陀螺傳感 器在傳感器裝置中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)臍夥?。具有上述?yōu)點(diǎn)的本發(fā)明希望用在需要 穩(wěn)定傳感器特性的緊湊型傳感器裝置的廣泛的各種應(yīng)用中。
權(quán)利要求
1、一種傳感器裝置，包括傳感器基板，該傳感器基板包括具有開口的框架、可移動(dòng)地保持在所述開口中的移動(dòng)部分、和配置成根據(jù)所述移動(dòng)部分的位移輸出電信號(hào)的探測(cè)部分；接合到所述傳感器基板的相對(duì)表面之一的第一封裝基板；接合到所述傳感器基板的另一個(gè)表面的第二封裝基板；其中所述框架具有第一表面激活區(qū)域和第二表面激活區(qū)域，該第一表面激活區(qū)域形成在所述框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第一封裝基板的表面上，以使所述第一表面激活區(qū)域包圍所述移動(dòng)部分，所述第二表面激活區(qū)域形成在所述框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第二封裝基板的表面上，以使所述第二表面激活區(qū)域包圍所述移動(dòng)部分，所述傳感器基板與第一封裝基板之間的接合是在所述第一表面激活區(qū)域與形成在第一封裝基板上的表面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直接接合，所述傳感器基板與第二封裝基板之間的接合是在所述第二表面激活區(qū)域與形成在第二封裝基板上的表面激活區(qū)域之間沒有擴(kuò)散的固相直接接合。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器裝置，其中所述第一表面激活區(qū)域、 所述第二表面激活區(qū)域、第一封裝基&的表面激活區(qū)域和第二封裝基板的 表面激活區(qū)域是等離子體處理的表面、離子束輻射的表面、和原子束輻射 的表面中的任意一個(gè)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器裝置，其中所述第一表面激活區(qū)域 和笫 一封裝M上的表面激活區(qū)域之間的接合以及所述第二表面激活區(qū) 域與笫二封裝基板上的表面激活區(qū)域之間的接合中的至少一個(gè)是Si與Si之間的固相直^#^、 Si與Si02之間的固相直^^、和SK)2與Si02 之間的固相直^#^中的任意一個(gè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器裝置，其中所述第一表面激活區(qū)域和第一封裝基板上的表面激活區(qū)域之間的接合以及所述第二表面激活區(qū)域與第二封裝M上的表面激活區(qū)域之間的接合中的至少一個(gè)是An與 Au之間的固相直^^^、 Cu與Cu之間的固相直^^合、和A1與A1之 間的固相直##^中的任意一個(gè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中所述第一表面激活區(qū)域 和所述第二表面激活區(qū)域中的至少一個(gè)包括形成在所述框架的整個(gè)外圍 上以包圍所述移動(dòng)部分的環(huán)狀外表面激活區(qū)域、和形成在所述框架的整個(gè) 外圍上所述外表面激活區(qū)域的內(nèi)側(cè)處以包圍所述移動(dòng)部分的環(huán)狀內(nèi)表面 激活區(qū)域。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感器裝置，進(jìn)一步包括用于在所述外表 面激活區(qū)域與所述內(nèi)表面激活區(qū)域之間連接的輔助密封區(qū)域，其中所述輔 助密封區(qū)域在所述框架的外圍方向上形成在彼此間隔開預(yù)定距離的多個(gè) 位置處。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中所述傳感器基板的所述 第 一表面激活區(qū)域和第 一封裝基板的表面激活區(qū)域中的每一個(gè)都是具有 500nm或更小厚度的Au膜的激活表面。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中所述傳感器基板具有可 與所述探測(cè)部分配合工作的集成電路，所述集成電路靠近所述框架的所述開口設(shè)置，并與形成在笫一封^i^i中的通孔配線電連接。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器裝置，其中所述集成電路設(shè)置成包 圍所述框架的所述開口。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的傳感器裝置，其中所述通孔配線在第一封 裝M中形成為錐形，以使面對(duì)所述傳感器基板的端部具有比另一端部大 的面積。
11. 4艮據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器裝置，其中在所述傳感器J41上安 裝有加速傳感器，所述移動(dòng)部分包括重物和在所述框架與所述重物之間延伸的梁部分，以及所述探測(cè)部分包括形成在所述梁部分上的至少 一個(gè)壓阻元件。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的傳感器裝置，其中所述傳感器J41通過使用SOI基板而形成，所述soi基仗具有隔著絕緣層位于^i4i上的硅層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的傳感器裝置，其中所述傳感器J41具有 可與所述探測(cè)部分配合工作的集成電路，所述壓阻元件和所述集成電路形 成在所述SOI J41的硅層上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器裝置，其中在所述傳感器JA上安 裝有陀螺傳感器，所述移動(dòng)部分包括通過振動(dòng)部件振動(dòng)的第 一質(zhì)量體和與第 一質(zhì)量體 耦接的第二質(zhì)量體，以及所述探測(cè)部分被配置成將在第一質(zhì)量體振動(dòng)過程中施加旋轉(zhuǎn)力時(shí)導(dǎo) 致的第二質(zhì)量體的位移轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
15. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的傳感器裝置，其中所述傳感器基板具有形 成在比所述第一表面激活區(qū)域更靠近所述移動(dòng)部分的位置處、并與所述探 測(cè)部分電連接的導(dǎo)體層，第 一封^41具有通孔配線和與所述通孔配線電連接的配線層， 第 一封裝基板與所述傳感器^之間的接合進(jìn)一步包括在所述導(dǎo)體 層的激活表面與所述配線層的激活表面之間沒有擴(kuò)散的固相直^#^。
16. —種制造傳感器裝置的方法，包括下述步驟 提皿感器g、掩^到所述傳感器基板的相對(duì)表面之一的第一封裝基板、以及接合到所述傳感器基板的另一個(gè)表面的第二封裝基板，所述傳 感器M包括具有開口的框架、可移動(dòng)地保持在所述開口中的移動(dòng)部分、 和配置成根據(jù)所述移動(dòng)部分的位移輸出電信號(hào)的探測(cè)部分；在所述框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第 一封裝基板的框架表面上形成第 一表面激活區(qū)域，以使第一表面激活區(qū)域包圍所述移動(dòng)部分；在所述框架的整個(gè)外圍上的面對(duì)第二封裝基板的框架表面上形成第 二表面激活區(qū)域，以使第二表面激活區(qū)域包圍所述移動(dòng)部分；在第一封裝基板和第二封裝141的每一個(gè)上都形成表面激活區(qū)域；和在室溫，在所述第一表面激活區(qū)域與第一封裝基敗的所述表面激活區(qū)域之間形成直^#^，在所述第二表面激活區(qū)域與第二封裝M的所W 面激活區(qū)域之間形成直##^。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過使用惰性氣體的原子束、 離子束和等離子體中的任意一個(gè)形成所述第 一表面激活區(qū)域、所述第二表 面激活區(qū)域、第一封*^1的表面激活區(qū)域和第二封*^板的表面激活區(qū) 域。
18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在相同的腔室中進(jìn)行形成所 述第 一表面激活區(qū)域和所述第二表面激活區(qū)域的步驟、形成第 一封*^41 和第二封裝a每一個(gè)的表面激活區(qū)域的步驟、和直接結(jié)合步驟，在直接 M步驟之前所述腔室的內(nèi)部4皮控制為期望的氣氛。
19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述傳感器基板包括可與所 述探測(cè)部分配合工作的集成電路、在其一端與所述集成電路的焊盤連接的 引出配線層、用于提供所述第一表面激活區(qū)域的第一金屬層、和與所述引 出配線層的另 一端連接的并用于與通孔配線連接的第二金屬層，第一封^1^包括所述通孔配線、通過與所述第一金屬層相同的材料 形成在面對(duì)所述第一金屬層的位置處的#^金屬層、和通過與所述第二金 屬層相同的材料形成在所述通孔配線面對(duì)所述傳感器141的端部處的配 線金屬層，在室溫，同時(shí)形成所述第一金屬層的激活表面和所述^金屬層的激 活表面之間的直接接合以及所述第二金屬層的激活表面和所述配線金屬 層的*激活表面之間的直^^。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中通過包括下述步驟的工序形 成所述引出配線層、所述第一金屬層和所述第二金屬層形成作為蝕刻阻止層的下金屬層；通過使用與所述下金屬層不同的金屬材料在所述下金屬層上形成上 金屬層；和僅蝕刻與所述第 一金屬層和所述第二金屬層對(duì)應(yīng)的區(qū)域處的所述上 金屬層，直到暴露出所述下金屬層。
21. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中通過包括下述步驟的工序形成所述第一表面激活區(qū)域在所述傳感器141的所述框架上形成多層絕緣膜； 通過凹蝕一部分所述多層絕緣膜形成所述多層絕緣膜的平坦表面； 在所述平坦表面上形成金屬層；和對(duì)所述金屬層的表面輻射惰性氣體的原子束、離子束或等離子體。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述多層絕緣膜包括形成在 所述框架上的氧化硅膜的第 一絕緣膜、形成在所述第 一絕緣膜上的氮化硅 膜的第二絕緣膜、形成在所述第二絕緣膜上的至少 一個(gè)層間絕緣膜的第三 絕緣膜、以及形成在所述第三絕緣膜上的鈍化膜的第四絕緣膜，和通過使用除所述第四絕緣膜之外的其他絕緣膜作為蝕刻阻止層進(jìn)行 凹蝕來形成所述平坦表面。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過使用所述第二絕緣膜的 氮化硅膜作為所述蝕刻阻止層進(jìn)行凹蝕。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中通過包括下述步驟的工序形 成所述平坦表面使用所述第二絕緣膜的氮化硅膜作為蝕刻阻止層的第一凹蝕步驟和 在第 一 凹蝕步驟之后進(jìn)行的通過使用所述第 一絕緣膜的氧化硅膜作 為蝕刻阻止層的第二凹蝕步驟。
25. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述傳感器基板包括可與所 述探測(cè)部分配合工作的集成電路、形成在比所述第一表面激活區(qū)域更靠近 所述移動(dòng)部分的位置處的并與所述集成電路電連接的導(dǎo)體層，笫 一封^141具有通孔配線和與所述通孔配線電連接的配線層， 在室溫，同時(shí)形成所述第一表面激活區(qū)域與第一封裝基板的表面激活面之間的直^^。
全文摘要
提供了一種具有穩(wěn)定傳感器特性的緊湊型傳感器裝置及其制造方法。該傳感器裝置由傳感器基板和接合到傳感器基板的兩個(gè)表面的一對(duì)封裝基板形成。傳感器基板具有帶開口的框架、保持在開口中可相對(duì)于框架移動(dòng)的移動(dòng)部分、和用于根據(jù)移動(dòng)部分的位移輸出電信號(hào)的探測(cè)部分。通過使用惰性氣體的原子束、離子束或等離子體在傳感器基板的框架和封裝基板上形成表面激活區(qū)域。通過在室溫時(shí)在傳感器基板的表面激活區(qū)域與每個(gè)封裝基板之間形成直接接合，可避免由在接合部分的殘余應(yīng)力導(dǎo)致的問題。
文檔編號(hào)H01L23/02GK101317262SQ20068004418
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2006年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者后藤浩嗣, 奧戶崇史, 宮島久和, 片岡萬士, 竹川宜志, 西條隆司, 鈴木裕二, 馬場(chǎng)徹 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社