JP2010175296A - Method of manufacturing semiconductor sensor and semiconductor sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体センサの製造方法と、これにより製造された半導体センサに係り、詳しくは、半導体センサの小型化、高信頼性化及び、生産性の向上を図る、半導体センサの製造方法と半導体センサの構造に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor sensor and a semiconductor sensor manufactured thereby, and more particularly, to a method for manufacturing a semiconductor sensor and a semiconductor for reducing the size, increasing the reliability, and improving the productivity of the semiconductor sensor. It relates to the structure of the sensor.
近年、携帯電話機や、携帯用のパーソナルコンピュータといった携帯電子機器の高機能化、小型化に伴い、それらに使われる電子デバイス等にも更なる小型化が要求されている。これらを実現するために、３次元実装などの方法が提案されている。 In recent years, along with the enhancement and miniaturization of portable electronic devices such as mobile phones and portable personal computers, further miniaturization is required for electronic devices and the like used therefor. In order to realize these, methods such as three-dimensional mounting have been proposed.
たとえば、ＭＥＭＳ（Micro Electro-Mechanical System）が形成された基板（ＭＥＭＳ層）と、半導体素子が形成された半導体層（回路層）とを、接着剤を介して接合することにより、デバイスの小型化を図るようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。また、回路チップとセンサ（加速度センサや角速度センサ）チップとを接着剤を介して接合することによりチップの小型化を実現すると共に、この接着剤の工夫により実装の信頼性の向上を図るようにしたものも提案されている（たとえば、特許文献２，３参照）。さらに、ＭＥＭＳ層を回路層で挟み込むことにより、高信頼性を図るようにしたものも提案されている（たとえば、特許文献４参照）。
For example, miniaturization of devices by bonding a substrate (MEMS layer) on which a micro electro-mechanical system (MEMS) is formed and a semiconductor layer (circuit layer) on which a semiconductor element is formed via an adhesive. There has been proposed one (see
ところが、上述した特許文献１乃至４において提案されたデバイスでは、実装面積の小型化は可能であるが、回路チップとセンサ部とを積層するため、高さ方向においてデバイス全体の厚さが増加するという問題がある。
However, in the devices proposed in
そこで、高さ方向の小型化を可能としたデバイスの製造方法として、センサ素子が形成された半導体基板と、センサ素子を覆う空隙部を形成されたキャップ用基板とを接合し、半導体基板においてセンサ素子が形成された面と反対側の面を薄肉化した後、薄肉化した面に台座用基板を接合し、これらをチップ単位にダイシングするようにしたものが提案されている（たとえば、特許文献５参照）。また、真空室を形成する凹部を有するキャップを介し、この凹部をセンサチップ側に向けて、センサチップと、ＡＳＩＣとを積層するようにしたものも提案されている（たとえば、特許文献６参照）。
なお、センサチップと、センサチップの電極取り出し用の貫通孔を設けたガラスキャップとを接合したものも提案されている（たとえば、特許文献７参照）。
Therefore, as a device manufacturing method that enables miniaturization in the height direction, a semiconductor substrate on which a sensor element is formed and a cap substrate on which a gap covering the sensor element is formed are joined, and a sensor is formed on the semiconductor substrate. There has been proposed a technique in which a surface opposite to a surface on which an element is formed is thinned, a base substrate is joined to the thinned surface, and these are diced in units of chips (for example, Patent Documents). 5). In addition, a sensor chip and an ASIC are laminated with a cap having a recess forming a vacuum chamber facing the sensor chip side (see, for example, Patent Document 6). .
A sensor chip and a glass cap provided with a through hole for taking out an electrode of the sensor chip have been proposed (see, for example, Patent Document 7).
しかしながら、上述した特許文献５及び６に記載において提案されたデバイスでは、センサ素子からの信号を取り出す場合、たとえばチップ毎にワイヤをボンディングしなければならず、効率良く大量に生産することができないという問題がある。また、実装基板上にチップを実装する場合、ワイヤ・ボンディングだと実装面積の小型化を図ることができないものである。
また、特許文献７に記載において提案されたデバイスでは、実装面積の小型化や、高さ方向の小型化を図ることができないものである。
However, in the devices proposed in the above-mentioned Patent Documents 5 and 6, when a signal from the sensor element is taken out, for example, a wire must be bonded to each chip, and it cannot be efficiently mass-produced. There's a problem. When a chip is mounted on a mounting substrate, the mounting area cannot be reduced by wire bonding.
In addition, the device proposed in Patent Document 7 cannot achieve a reduction in mounting area or a reduction in height.
本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、半導体センサの実装面積の小型化及び高さ方向の小型化を達成すると共に、センサ素子からの信号を容易に外部へ取り出すことができる半導体センサを、効率良く大量に生産することが可能な製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作を可能とすると共に、実装基板との導通を容易にした半導体センサを提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to reduce the mounting area of the semiconductor sensor and the size in the height direction, and to easily extract a signal from the sensor element to the outside. An object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of efficiently mass-producing semiconductor sensors.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor sensor that is not easily affected by external factors, enables stable operation, and facilitates conduction with a mounting board.
本発明の請求項１に係る半導体センサの製造方法は、集積回路が配された一面を有する第一チップ基板の他面に第二チップ基板の一面を重ねてなる基体、該基体内の重なり面において、前記第一チップ基板の他面の中央域に凹部を配することにより、前記第二チップ基板と略平行して広がる空隙部、該空隙部に露呈するように前記第二チップ基板の一面に配されたセンサ回路、前記第二チップ基板の一面側に配され、前記センサ回路と電気的に接続された第一導電部、及び、一端が前記第一導電部と電気的に接続し、他端が前記第一チップ基板を貫通し第二導電部からなる貫通電極、を少なくとも備えた半導体センサの製造方法であって、前記集積回路が複数、所望の間隔を設けて配された一面を有する第一ウェハ基板を用い、該一面と反対側に位置する他面に、前記集積回路間と同様の間隔を設けて前記凹部を複数形成すると共に、一端が前記他面に露呈し他端が前記一面に露呈するように、前記第一ウェハ基板を貫通する第二導電部を複数形成する第一工程、一面側に配された前記センサ回路と、該センサ回路に電気的に接続された前記第一導電部とからなる構造体が複数、前記集積回路間と同様の間隔を設けて、予め配置された第二ウェハ基板を用い、前記センサ回路と前記凹部とが個別に対向し、前記第二導電部の一端と前記第一導電部とが電気的に接続されるように、前記第一ウェハ基板と前記第二ウェハ基板とを配置してから、前記第一ウェハ基板に前記第二ウェハ基板を重ね合わせる第二工程、前記第二ウェハ基板の他面側から加工を施し該第二ウェハ基板を薄肉化する第三工程、及び、前記第一ウェハ基板と前記第二ウェハ基板を、重ね合わせた状態を保ちつつ、チップ単位にダイシングする第四工程、を順に含むことを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a semiconductor sensor, comprising: a base body in which one surface of a second chip substrate is superimposed on the other surface of a first chip substrate having a surface on which an integrated circuit is disposed; In this embodiment, by providing a concave portion in the central region of the other surface of the first chip substrate, a gap that extends substantially parallel to the second chip substrate, and one surface of the second chip substrate so as to be exposed to the gap A first conductive part disposed on one surface side of the second chip substrate and electrically connected to the sensor circuit, and one end electrically connected to the first conductive part, A semiconductor sensor manufacturing method comprising at least a penetrating electrode having the other end penetrating the first chip substrate and comprising a second conductive portion, wherein a plurality of the integrated circuits are arranged at a desired interval. Use the first wafer substrate that has the opposite side The first wafer substrate is formed so that a plurality of the recesses are formed on the other surface located at the same distance as the integrated circuits, and one end is exposed to the other surface and the other end is exposed to the one surface. A first step of forming a plurality of second conductive parts penetrating through the sensor circuit, a plurality of structures comprising the sensor circuit arranged on one side and the first conductive part electrically connected to the sensor circuit, Using a second wafer substrate that is arranged in advance with the same interval as between the integrated circuits, the sensor circuit and the recess are individually opposed, and one end of the second conductive portion and the first conductive portion are A second step of arranging the first wafer substrate and the second wafer substrate so as to be electrically connected and then superimposing the second wafer substrate on the first wafer substrate; Thinning the second wafer substrate by processing from the other side Third step that, and the first wafer substrate and the second wafer substrate, while maintaining a state superimposed, characterized in that it comprises a fourth step of dicing into chips, in this order.
本発明の請求項２に係る半導体センサの製造方法は、請求項１に記載の半導体センサの製造方法において、前記第二ウェハ基板として、シリコン基板上に、酸化シリコン層、シリコン層を順に重ねてなる構成を備えたＳＯＩウェハを用い、前記第三工程は、前記センサ回路が形成された側とは反対の側をなす前記シリコン基板を除去することを特徴とする。
A semiconductor sensor manufacturing method according to
本発明の請求項３に係る半導体センサの製造方法は、請求項１又は２に記載の半導体センサの製造方法において、前記第三工程の後工程として、前記第一ウェハ基板の一面側に、前記貫通電極の他端と電気的に接続されるバンプを形成する工程αをさらに含むことを特徴とする。
The method for manufacturing a semiconductor sensor according to
本発明の請求項４に係る半導体センサは、集積回路が配された一面を有する第一チップ基板の他面に第二チップ基板の一面を重ねてなる基体、前記基体内の重なり面において、前記第一チップ基板の他面の中央域に凹部を配することにより、前記第二チップ基板と略平行して広がる空隙部、前記空隙部に露呈するように前記第二チップ基板の一面に配されたセンサ回路、前記第二チップ基板の一面側に配され、前記センサ回路と電気的に接続された第一導電部、及び、一端が前記第一導電部と電気的に接続し、他端が前記第一チップ基板を貫通し第二導電部からなる貫通電極、を少なくとも備えたことを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the semiconductor sensor according to the fourth aspect of the present invention, wherein the base is formed by superimposing one surface of the second chip substrate on the other surface of the first chip substrate having one surface on which the integrated circuit is disposed, By disposing a recess in the central region of the other surface of the first chip substrate, a gap that extends substantially parallel to the second chip substrate is disposed on one surface of the second chip substrate so as to be exposed to the gap. A first conductive part disposed on one side of the second chip substrate and electrically connected to the sensor circuit; one end electrically connected to the first conductive part; and the other end It has at least a penetrating electrode that penetrates the first chip substrate and includes a second conductive portion.
本発明の半導体センサの製造方法は、一面に複数の集積回路が配された第一ウェハ基板において、この一面と反対側に位置する他面に、集積回路間と同様の間隔を設けて凹部を複数形成すると共に、一端が他面に露呈し他端が一面に露呈するように、第一ウェハ基板を貫通する第二導電部を複数形成した後、一面に複数のセンサ回路、このセンサ回路に電気的に接続された第一導電部からなる構造体が予め複数配置された第二ウェハ基板を用い、第一ウェハ基板の凹部と、第二ウェハ基板のセンサ回路とが個別に対向し、第二導電部の一端と第一導電部とが電気的に接続されるように、第一ウェハ基板と第二ウェハ基板とを配置してから、第一ウェハ基板に前記第二ウェハ基板を重ね合わせる。また、第二ウェハ基板の他面側から加工を施し第二ウェハ基板を薄肉化した後、第一ウェハ基板と第二ウェハ基板を、重ね合わせた状態を保ちつつ、チップ単位にダイシングする。ゆえに、本願発明に係る半導体センサの製造方法により、センサ素子からの信号を取り出すことが可能な貫通電極を、ウェハ基板をチップ単位にダイシングする前に形成しつつ、第一ウェハ基板と第二ウェハ基板の実装面積を等しくし、第二ウェハ基板の薄肉化を容易に図ることができる。
したがって、半導体センサの実装面積の小型化及び高さ方向の小型化を達成すると共に、センサ素子からの信号を容易に外部へ取り出すことができる半導体センサを、効率良く大量に生産する製造方法を提供することができる。
The method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention includes a first wafer substrate having a plurality of integrated circuits arranged on one surface, and a recess formed on the other surface located on the opposite side of the one surface by providing a space similar to that between the integrated circuits. After forming a plurality of second conductive portions penetrating the first wafer substrate so that one end is exposed to the other surface and the other end is exposed to the one surface, a plurality of sensor circuits are formed on the one surface. Using a second wafer substrate in which a plurality of electrically connected structures composed of first conductive portions are arranged in advance, the recesses of the first wafer substrate and the sensor circuit of the second wafer substrate are individually opposed, The first wafer substrate and the second wafer substrate are arranged so that one end of the two conductive portions and the first conductive portion are electrically connected, and then the second wafer substrate is superimposed on the first wafer substrate. . Moreover, after processing from the other surface side of the second wafer substrate to reduce the thickness of the second wafer substrate, the first wafer substrate and the second wafer substrate are diced in units of chips while maintaining the superimposed state. Therefore, the first wafer substrate and the second wafer are formed by forming the through-electrode capable of taking out the signal from the sensor element before dicing the wafer substrate into chips by the semiconductor sensor manufacturing method according to the present invention. The mounting area of the substrate can be made equal, and the thickness of the second wafer substrate can be easily reduced.
Accordingly, a manufacturing method for efficiently producing a large number of semiconductor sensors that can reduce the mounting area of the semiconductor sensor and the size in the height direction and can easily extract signals from the sensor element to the outside is provided. can do.
また、本発明の半導体センサは、集積回路が配された一面を有する第一チップ基板の他面に第二チップ基板の一面を重ねてなる基体からなり、この基体内の重なり面において、第一チップ基板の他面の中央域に凹部を配することにより形成された空隙部に露呈するように第二チップ基板の一面にセンサ回路が配されている。また、このセンサ回路と電気的に接続された第一導電部と一端が電気的に接続し、他端が第一チップ基板を貫通し第二導電部からなる貫通電極を備えている。ゆえに、センサ回路は、空隙部によって外部環境の影響を受けることの無いように保護され、特性の変化を防ぐことができる。また、センサ回路は、貫通電極によって外部との導通を容易にとることができる。
したがって、外部からの要因に影響されにくく、安定した動作が可能とすると共に、実装基板との導通を容易にした半導体センサを提供することができる。
Further, the semiconductor sensor of the present invention comprises a base body in which one surface of the second chip substrate is overlaid on the other surface of the first chip substrate having one surface on which the integrated circuit is arranged. A sensor circuit is disposed on one surface of the second chip substrate so as to be exposed in a gap formed by disposing a recess in the central region of the other surface of the chip substrate. In addition, a first conductive portion electrically connected to the sensor circuit is electrically connected to one end, and the other end is provided with a penetrating electrode that penetrates the first chip substrate and includes the second conductive portion. Therefore, the sensor circuit is protected so as not to be affected by the external environment due to the air gap, and can prevent a change in characteristics. In addition, the sensor circuit can easily conduct to the outside by the through electrode.
Therefore, it is possible to provide a semiconductor sensor that is not easily affected by external factors, enables stable operation, and facilitates conduction with a mounting board.
以下、本発明を実施した半導体センサの製造方法と、これにより製造される半導体センサの一例について、図面を参照して説明する。
なお、本実施の形態においては、半導体センサとして、圧力の変化による応力を電気信号として取り出すことで圧力を検出する半導体圧力センサを例に説明する。
Hereinafter, a method for manufacturing a semiconductor sensor embodying the present invention and an example of a semiconductor sensor manufactured by the method will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, a semiconductor pressure sensor that detects pressure by taking out stress due to a change in pressure as an electrical signal will be described as an example of the semiconductor sensor.
まず、本発明に係る半導体センサの製造方法により製造される半導体センサ３０は、図１に示すことができる。図１は、本発明に係る半導体センサの構成を示す断面図である。
この図１に示すように、半導体センサ３０は、第一チップ基板１の他面１ｂに第二チップ基板２の一面２ａを重ねてなる基体３により構成されている。
First, a
As shown in FIG. 1, the
第一チップ基板１は、センサの駆動回路や補償回路といった集積回路１２が一面１ａに配されている。この集積回路１２は、第二チップ基板２の一面２ａに形成された、後述するセンサ回路２５より出力されるセンサ信号を演算処理する。
第一チップ基板１は、他面１ｂの中央域に凹部１３ａが配されており、この凹部１３ａは、基体３内の重なり面において、第二チップ基板２と略平行して広がる空隙部１３を構成する。
The
The
また、第一チップ基板１は、一端１４ａが、第二チップ基板２の一面２ａに形成された、後述する第一導電部２６と電気的に接続し、他端１４ｂが、第一チップ基板１の一面１ａからなる基体３の外面に露呈するように、第一チップ基板１を貫通する第二導電部１４からなる貫通電極（以下、符号１４で示す。）を少なくとも備える。したがって、本発明に係る半導体センサ３０は、貫通電極１４を介して、第二チップ基板２の一面２ａと第一チップ基板１の一面１ａとの導通を図っている。
The
第二チップ基板２は、空隙部１３に露呈するようにセンサ回路２５が一面２ａに配されている。このセンサ回路２５は、圧力の変化量を電気信号に変換して出力するものであり、たとえば、単結晶シリコン等のダイアフラム上にピエゾ抵抗効果を有する材料でできた複数個の半導体歪ゲージをブリッジ接続した構成となっている。そして、圧力変化によりダイアフラムが変形すると、その変形量に応じて半導体歪ゲージのゲージ抵抗が変化し、その変化量が電圧信号としてブリッジ回路から取り出されるようになっている。したがって、第二チップ基板２は、空隙部１３と重なる領域βをその後の加工によって薄肉化することで、この領域βをダイアフラム２８とすることができる。
In the
半導体センサ３０では、センサ回路２５が空隙部１３に露呈するように配されていることで、センサ回路２５は湿気や静電気等の外乱の影響を受けることなく保護することができ、センサ特性の変化を防ぎ、安定した動作を可能とする。
In the
また、第二チップ基板２は、一面２ａ側に、センサ回路２５と電気的に接続された第一導電部２６を備える。この第一導電部２６は、上述したように第一チップ基板１に形成された貫通電極１４と電気的に接続している。したがって、貫通電極１４を介して、センサ素子からの信号を基体３の外面より取り出すことが可能となる。
The
この貫通電極１４の他端１４ｂには、電気的に接続されるバンプ３１を形成する。このバンプ３１は、たとえばＷＬＰ（Wafer Level Package）加工により形成することができる。バンプ３１を形成することで、実装基板（不図示）にフリップ実装することができ、実装面積の小型化を図ることができる。
また、センサ回路２５の有する第二チップ基板２の一面２ａとは逆の他面２ｂ側が、実装面とは逆側に存在することになり、圧力などの外力をダイアフラム２８に印加することが容易になる。したがって、センサ回路２５が駆動するようなものでもその動作を妨げることのなく、精度良いものとすることができる。
A
Further, the
次に、上述した半導体センサ３０の製造方法について説明する。
本発明に係る半導体センサの製造方法においては、事前に、第二ウェハ基板２０を別途作製しておく。この第二ウェハ基板２０は、半導体センサ３０において第二チップ基板２となる。
したがって、まず、第二ウェハ基板２０の製造方法について、図２を参照して説明する。図２は、本発明に係る半導体センサの製造方法に用いる第二ウェハ基板の製造方法の一例を示す工程断面図である。
Next, a method for manufacturing the
In the method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention, the
Therefore, first, a method for manufacturing the
初めに、図２（ａ）に示すように、たとえば、半導体基板２１として、シリコン基板２２上に、酸化シリコン層２３、シリコン層２４を順に重ねてなる構成を備えたＳＯＩ（Silicon on Insulator）ウェハ２１を準備する。ここで、ＳＯＩウェハとは、Ｓｉ基板と表面Ｓｉ層の間にＳｉＯ2 層を挿入した構造のウェハを意味する。
First, as shown in FIG. 2A, for example, an SOI (Silicon on Insulator) wafer having a configuration in which a
次に、図２（ｂ）に示すように、ＳＯＩウェハ２１において一面となるシリコン層２４上に、センサ回路２５を複数形成する。センサ回路２５としては、たとえば、感圧素子として機能するゲージ抵抗を複数配する。各ゲージ抵抗は、不図示のリード線を介して、ホイットストーンブリッジを構成するように電気的に接続されている。このような感圧素子は、半導体センサ３０においてダイアフラム２８として動作する領域の周縁部に配置するとよい。この周縁部においては、圧縮と引張の両応力が感圧素子に加わり易いので、感度の良い圧力センサが得られる。
Next, as shown in FIG. 2B, a plurality of
そして、図２（ｃ）に示すように、セミアデイテイブ法を用いて、シリコン層２４上に、センサ回路２５と電気的に接続された第一導電部２６を複数形成する。
これにより、一面２０ａ側にセンサ回路２５が配され、このセンサ回路２５に電気的に接続された第一導電部２６からなる構造体が複数、集積回路１２間と同様の間隔を設けて、一面２０ａ側に予め配置されている第二ウェハ基板２０を製造することができる。
Then, as shown in FIG. 2C, a plurality of first
Thereby, the
次に、本発明に係る半導体センサの製造方法について説明する。図３及び図４は、本発明に係る半導体センサの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図３（ａ）に示すように、シリコンウェハでなる半導体基板１１の一面１１ａに、集積回路１２が複数、所望の間隔を設けて配された第一ウェハ基板１０を準備する。すなわち、本発明に係る半導体センサの製造方法においては、集積回路１２が複数、所望の間隔を設けて配された一面１０ａを有する第一ウェハ基板１０を用いる。
Next, a method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention will be described. 3 and 4 are process cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a semiconductor sensor according to the present invention.
First, as shown in FIG. 3A, a
次に、図３（ｂ）に示すように、この第一ウェハ基板１０の一面１０ａと反対側に位置する他面１０ｂに、集積回路１２間と同様の間隔を設けて凹部１３ａを複数形成する。この凹部１３ａは、いわゆるキャビティであり、たとえば、ＤＲＩＥ（Deep-Reactive Ion Etching）等によるドライエッチングにより形成することができる。ＤＲＩＥ法とは、エッチングガスに六フッ化硫黄（ＳＦ6）を用い、高密度プラズマによるエッチングと、側壁へのパッシベーション成膜を交互に行うことにより（Boschプロセス）、第一ウェハ基板１０を深堀エッチングするものである。なお、凹部１３ａを形成する方法はこれに限定されるものではなく、酸やアルカリ等の溶液を用いたウェットエッチングや、サンドブラスト、レーザ等の物理的加工も可能である。
Next, as shown in FIG. 3B, a plurality of
引き続き、第一ウェハ基板１０における凹部１３ａの外周部に、半導体センサ３０において貫通電極として機能する第二導電部１４を形成する。第二導電部１４は、凹部１３ａと同様に、たとえば、半導体基板１１をＤＲＩＥ法によりエッチングすることで、第一ウェハ基板１０を貫通するようにコンタクト孔部を穿設し、このコンタクト孔部に導電性物質である導電性ペーストのような導電材料を充填することで形成できる。すなわち、一端１４ａが第一ウェハ基板１０の他面１０ｂに露呈し、他端１４ｂが第一ウェハ基板１０の一面１０ａに露呈するように、第一ウェハ基板１０を貫通する第二導電部からなる貫通電極１４を複数形成する。この導電性物質としては、たとえば、Ｃｕとし、メッキによりコンタクト孔部内に充填することができる。
なお、導電性物質はこれに限定されず、他の金属材料や半田等の合金とすることもできる。また、充填方法も、ＣＶＤやスパッタを利用することができる。
Subsequently, the second
Note that the conductive substance is not limited to this, and may be another metal material or an alloy such as solder. Also, the filling method can use CVD or sputtering.
また、図３（ｃ）に示すように、第一ウェハ基板１０に、予め準備した第二ウェハ基板２０を重ね合わせて接合する。この第一ウェハ基板１０と第二ウェハ基板２０の重ね合わせは、凹部１３ａとセンサ回路２５とが個別に対向し、第一ウェハ基板１０の貫通電極（すなわち、第二導電部）１４の一端１４ａと、第二ウェハ基板２０の第一導電部２６とが電気的に接続されるように、第一ウェハ基板１０と第二ウェハ基板２０とを配置してから行う。また、接合方法としては、Ｓｉ−Ｓｉの常温接合等が考えられる。
Further, as shown in FIG. 3C, a
次いで、図４（ａ）に示すように、第二ウェハ基板２０の他面２０ｂ側から加工を施して第二ウェハ基板２０を薄肉化する。第二ウェハ基板２０の薄肉化は、たとえば、前記センサ回路が形成された側とは反対の側をなすシリコン基板２２及び酸化シリコン層２３を研磨等することにより所望の厚さとし、ダイアフラム２８を形成する。この薄肉化する方法については限定されるものではなく、研磨及びポリッシング加工に加え、反応ガスを用いたドライエッチング、薬液を用いたウェットエッチング、又は電気化学エッチング等による加工も可能である。また、研磨後、ポリッシングを行い、さらにＴＭＡＨなどの薬液でウェットエッチング加工することによって、均一な厚さのダイアフラムを得ることができるので好ましい。
Next, as shown in FIG. 4A, the
この際、第二ウェハ基板２０が、Ｓｉ／ＳｉＯ2／Ｓｉから構成される三層構造を有するＳＯＩウェハであると、酸化シリコン層２３を薄肉化の程度を確認する目印とすることができる。すなわち、酸化シリコン層２３の出現又は残留によって、第二ウェハ基板２０の薄肉化の程度を判断し、薄肉化し過ぎや、薄肉化不足といた判断を容易に行なうことができる。
さらに、ＳＯＩウェハの酸化膜はエッチストップとしても機能するため、予め所望の厚さのダイアフラム２８となるように一方の側をなすシリコン層２４の厚さを調整して他方の側をなすシリコン基板２２上に成膜しておけば、薄肉化工程の途中で厚さの確認を行うことなく、効率良く均一な厚みの半導体センサを製造することができる。なお、第二ウェハ基板２０の酸化シリコン層２３を残しておけば、電気的絶縁や汚染などの保護膜として利用することも可能である。
At this time, if the
Further, since the oxide film of the SOI wafer also functions as an etch stop, the thickness of the
したがって、第二ウェハ基板２０の薄肉化は、シリコン基板２２と酸化シリコン層２３とで研磨等による薄肉化速度を変更し、たとえば、シリコン基板２２においては速度を早く一気に行い、酸化シリコン層２３においては速度を遅くゆっくりと行うようにすると良い。これにより、半導体センサの破損を防止し、安定して効率良く、大量に生産することができる。
Therefore, the thinning of the
さらに、図４（ｂ）に示すように、第一ウェハ基板１０の一面１０ａ側に、貫通電極１４からの信号の取り出し口として、貫通電極１４の他端１４ｂと電気的に接続されるバンプ３１を形成する。バンプ３１は、たとえば、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ系からなる半田ボールを搭載して形成することができる。本発明において、バンプ３１はこれに限定されるものではなく、他の組成の半田や、他の金属からなる半田、又はＣｕやＡｕなどからなるバンプを用いることができ、作製法も、半田ペーストを用いた印刷法やメッキ法、ワイヤによるスタッドバンプ等が適用可能である。このバンプ３１によって、外部基板との接続自由度の高い半導体センサを効率良く作製することができる。
Further, as shown in FIG. 4B, a
その後、図４（ｃ）に示すように、第一ウェハ基板１０と第二ウェハ基板２０を、重ね合わせた状態を保ちつつ、チップ単位にダイシングする。すなわち、集積回路１２、空隙部１３、貫通電極１４、センサ回路２５、第一導電部２６、及び、バンプ３１を備えた構造物からなる半導体チップとなるように、重ね合わせた第一ウェハ基板１０と第二ウェハ基板２０を、図中符号Ｄで示すダイシング位置にてダイシングする。
これにより、図１に示す構造の半導体センサ３０を製造することができる。
After that, as shown in FIG. 4C, the
Thereby, the
以上のように本発明においては、デバイスの小面積化及び低背化を実現すると共に、センサ素子からの信号を容易に外部へ取り出すことを可能とし、さらに、実装基板との導通を容易にした半導体センサを、簡易な工程で、効率良く大量に製造することができる。 As described above, in the present invention, it is possible to reduce the area and height of the device, to easily take out a signal from the sensor element to the outside, and to facilitate conduction with the mounting board. Semiconductor sensors can be manufactured efficiently and in large quantities with a simple process.
なお、本実施の形態においては半導体圧力センサを例に説明したが、本発明は、気密構造を必要とする加速度センサや、角速度センサにも応用可能なものである。 In the present embodiment, the semiconductor pressure sensor has been described as an example. However, the present invention can also be applied to an acceleration sensor that requires an airtight structure and an angular velocity sensor.
本発明に係る半導体センサは、携帯電話機や、携帯用のパーソナルコンピュータといった携帯電子機器など各種の電子機器の製造分野で利用することが可能である。 The semiconductor sensor according to the present invention can be used in the field of manufacturing various electronic devices such as portable electronic devices such as mobile phones and portable personal computers.
１ 第一チップ基板、２ 第二チップ基板、３ 基体、１０ 第一ウェハ基板、１２ 集積回路、１３ 空隙部、１３ａ 凹部、１４ 第二導電部（貫通電極）、２０ 第二ウェハ基板、２１ ＳＯＩウェハ、２２ シリコン基板、２３ 酸化シリコン層、２４ シリコン層、２５ センサ回路、２６ 第一導電部、２８ ダイアフラム、３０ 半導体センサ、３１ バンプ。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記集積回路が複数、所望の間隔を設けて配された一面を有する第一ウェハ基板を用い、該一面と反対側に位置する他面に、前記集積回路間と同様の間隔を設けて前記凹部を複数形成すると共に、一端が前記他面に露呈し他端が前記一面に露呈するように、前記第一ウェハ基板を貫通する第二導電部を複数形成する第一工程、
一面側に配された前記センサ回路と、該センサ回路に電気的に接続された前記第一導電部とからなる構造体が複数、前記集積回路間と同様の間隔を設けて、予め配置された第二ウェハ基板を用い、前記センサ回路と前記凹部とが個別に対向し、前記第二導電部の一端と前記第一導電部とが電気的に接続されるように、前記第一ウェハ基板と前記第二ウェハ基板とを配置してから、前記第一ウェハ基板に前記第二ウェハ基板を重ね合わせる第二工程、
前記第二ウェハ基板の他面側から加工を施し該第二ウェハ基板を薄肉化する第三工程、及び、
前記第一ウェハ基板と前記第二ウェハ基板を、重ね合わせた状態を保ちつつ、チップ単位にダイシングする第四工程、
を順に含むことを特徴とする半導体センサの製造方法。 A base formed by superimposing one surface of the second chip substrate on the other surface of the first chip substrate having one surface on which the integrated circuit is arranged, and a concave portion in the central region of the other surface of the first chip substrate in the overlapping surface in the base A gap portion extending substantially parallel to the second chip substrate, a sensor circuit disposed on one surface of the second chip substrate so as to be exposed to the gap portion, and one surface side of the second chip substrate A first conductive part electrically connected to the sensor circuit, one end electrically connected to the first conductive part, and the other end penetrating the first chip substrate and the second conductive part A method of manufacturing a semiconductor sensor comprising at least a through electrode comprising:
A plurality of the integrated circuits are provided using a first wafer substrate having one surface arranged with a desired interval, and the other surface located on the opposite side of the one surface is provided with the same interval as that between the integrated circuits to form the recess. A first step of forming a plurality of second conductive parts penetrating the first wafer substrate such that one end is exposed on the other surface and the other end is exposed on the one surface,
A plurality of structures each composed of the sensor circuit arranged on the one surface side and the first conductive portion electrically connected to the sensor circuit are arranged in advance at the same interval as between the integrated circuits. Using the second wafer substrate, the sensor circuit and the recess are individually opposed, and the first wafer substrate is electrically connected to one end of the second conductive portion and the first conductive portion. A second step of arranging the second wafer substrate and then superimposing the second wafer substrate on the first wafer substrate;
A third step of thinning the second wafer substrate by processing from the other side of the second wafer substrate; and
A fourth step of dicing the first wafer substrate and the second wafer substrate in a chip unit while maintaining an overlapped state;
In order. The manufacturing method of the semiconductor sensor characterized by the above-mentioned.
前記第三工程は、前記センサ回路が形成された側とは反対の側をなす前記シリコン基板を除去する、
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体センサの製造方法。 As the second wafer substrate, an SOI wafer having a configuration in which a silicon oxide layer and a silicon layer are sequentially stacked on a silicon substrate is used.
The third step is to remove the silicon substrate on the side opposite to the side on which the sensor circuit is formed;
The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 1.
をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体センサの製造方法。 As a subsequent step of the third step, a step α of forming a bump electrically connected to the other end of the through electrode on the one surface side of the first wafer substrate,
The method of manufacturing a semiconductor sensor according to claim 1, further comprising:
前記基体内の重なり面において、前記第一チップ基板の他面の中央域に凹部を配することにより、前記第二チップ基板と略平行して広がる空隙部、
前記空隙部に露呈するように前記第二チップ基板の一面に配されたセンサ回路、
前記第二チップ基板の一面側に配され、前記センサ回路と電気的に接続された第一導電部、及び、
一端が前記第一導電部と電気的に接続し、他端が前記第一チップ基板を貫通し第二導電部からなる貫通電極、
を少なくとも備えたことを特徴とする半導体センサ。 A substrate formed by superimposing one surface of the second chip substrate on the other surface of the first chip substrate having one surface on which the integrated circuit is disposed;
In the overlapping surface in the base body, by disposing a recess in the central region of the other surface of the first chip substrate, a gap that extends substantially parallel to the second chip substrate,
A sensor circuit disposed on one surface of the second chip substrate so as to be exposed in the gap,
A first conductive portion disposed on one side of the second chip substrate and electrically connected to the sensor circuit; and
One end is electrically connected to the first conductive portion, and the other end penetrates the first chip substrate and includes a second conductive portion.
A semiconductor sensor comprising at least
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