JP2010245347A - 機能性デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時に機能性デバイスの破損等がなく量産性に優れ、性能を向上しえる機能性デバイスの製造方法を提供することにある。
【解決手段】シリコン基板（基板）１の一表面側に形成された機能性薄膜２と、シリコン基板１の他表面側に形成され空洞５と、を備えた機能性デバイス１０の製造方法であって、基礎となるシリコンウエハ（ウエハ）３における一表面側に機能性薄膜２を形成し、シリコンウエハ３から複数個の機能性デバイス１０を分離するための分離予定領域６に沿って、シリコンウエハ３の前記一表面側に分離溝７を形成し、シリコンウエハ３の他表面側に分離予定領域６および空洞形成領域８を除いて金属層９を形成し、シリコンウエハ３の他表面側から金属層９をマスクとして分離予定領域６および空洞形成領域８をエッチングして空洞５の形成および機能性デバイス１０の分離をする。
【選択図】図１

Description

本発明は、機能性薄膜が形成されたウエハから複数個の機能性デバイスに分離して機能性デバイスを製造するに際し、機能性デバイスの破損等がなく量産性に優れ、性能を向上しえる機能性デバイスの製造方法に関する。

従来から、基板の一表面側に形成された機能性薄膜を備え、前記機能性薄膜の一部と前記基板とを空間的に分離する空洞が前記基板に形成されてなる機能性デバイスとして、熱型赤外線センサや各種のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）デバイス（たとえば、加速度センサ、ジャイロセンサ、超音波センサ、マイクロバルブなど）などが知られている。このような機能性デバイスの製造にあたっては、マイクロマシニング技術などを利用して、上述の基板の基礎となるウエハの一表面側に機能性薄膜を有する機能性デバイスを多数形成してから、その後、前記ウエハから複数個の機能性デバイスを分離している。

ここにおいて、ウエハから複数個の機能性デバイスに分離する場合、ダイヤモンド砥粒を結合剤で保持したブレードを高速回転させながらウエハを格子状に切断するダイサーを用いてダイシングを行うのが一般的であり、ウエハの切屑を除去するため、また、ブレードを冷却するために純水を吹き付けることが行われている。

しかしながら、機能性薄膜の一部を基板と空間的に分離する空洞が形成された機能性デバイスは、ＩＣやＬＳＩなど他の電子デバイスと比較して、構造的に脆弱でありダイシング時に用いられる純水の圧力などによって破損が生じる場合がある。そのため、図８に示す機能性デバイスの製造方法では、基板の基礎となるウエハ３’の一表面側に機能性薄膜を有する機能性デバイスを多数形成し、ウエハ３’の強度を高めるためウエハ３’の前記一表面側に、各機能性薄膜に対して空隙を介して別のウエハ８０を接合させ密閉保護している。そして、ウエハ８０を前記各機能性薄膜ごとにダイシング箇所６’ａでダイシングし前記各機能性薄膜を保護する保護キャップを形成した後、前記各機能性デバイスごとに前記基板の基礎となるウエハ３’を分離予定領域６’でダイシングして機能性デバイスを製造することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、図８では前記保護キャップの基礎となるウエハ８０が、前記空隙を形成するため平面視において前記各機能性薄膜を囲むようにウエハ３’の前記一表面側に突出した脚部８３が設けられている。ウエハ８０の脚部８３には接合層８１が設けられ、ウエハ８０の接合層８１と、ウエハ３’の前記一表面側に設けられた接合枠８２と、を共晶反応により接合させている。

ところで、上記特許文献１に記載された機能性デバイスの製造方法では、基板の基礎となるウエハ３’の一表面側にダイシング時に機能性薄膜を保護する保護キャップの基礎となるウエハ８０を接合する工程が必要で、製造コストが高くなるという問題がある。また、形成された機能性デバイスは、機能性薄膜が保護キャップで気密封止されるため、気密封止された機能性デバイスの内部に不要な有機物が残留している場合がある。

この場合、不要な有機物から放出される脱ガスなどにより、機能性デバイスの機能が低下する場合がある。さらに、機能性デバイスとして赤外線センサを形成させた場合には、保護キャップが赤外線を吸収することで赤外線センサの特性を向上させることが難しい場合もある。

また、ダイサーを用いたダイシングによりウエハから複数個の機能性デバイスを分離する代わりに、エッチングによりウエハから複数個の機能性デバイスに分離することが提案されている。具体的には、図９に示すように基板１の基礎となるウエハにおける一表面側に機能性薄膜２’を形成し、ウエハにおける他表面側に複数個の機能性デバイスに分離するための分離予定領域６と、機能性薄膜２’の下部における基板の厚さを薄くする空洞５’を形成するための空洞形成領域８’と、を除いてマスク９’を形成し、ウエハにおける他表面側から分離予定領域６および空洞形成領域８’をエッチングすることで、基板１の前記他表面側に空洞５’を備えた機能性デバイスを前記ウエハから分離して製造する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

なお、図９では、基板１の基礎となる前記ウエハの前記他表面側から前記ウエハをエッチングするのに先立って、予め基板１の基礎となる前記ウエハにおける前記一表面側に、前記機能性デバイスを分離するための分離溝７と、機能性薄膜２’を保護するレジスト層１１’と、が形成されている。

特開平８−３１６４９７号公報 特開平９−２７４６５号公報

しかしながら、エッチングに使用したマスク９’を基板１から分離するにあたり、マスク９’の剥離が必ずしも容易でない場合がある。この場合、エッチングにより前記ウエハから複数個の機能性デバイスを分離させるために用いられるマスク９’の剥離が十分ではないと、マスク９’の成分が機能性デバイスにおける前記他表面に残る場合がある。残ったマスク９’の材料は、機能性デバイスの基板１における前記他表面側の平滑性を損なわせる。また、機能性デバイスの基板１における前記他表面側からマスク９’の剥離を十分に行おうとすると、機能性デバイスにおける前記他表面側に損傷を生じ前記他表面側の平滑性が損なわれる場合もある。

このような機能性デバイスの基板１における前記他表面側の平滑性が損なわれると、後に機能性デバイスを実装基板側へ実装させるに際し、前記実装基板の実装面に対する垂直方向において機能性デバイスを高精度に実装させることが難しい。そのため、機能性デバイスの特性が低下する場合がある。

特に、基板の他表面側に機能性薄膜の一部を基板と空間的に分離する空洞を有する機能性デバイスを形成する場合、基板の基礎となるウエハをエッチングする深さが深くマスクも厚く強固に形成する必要がある。そのため、基板の他表面側に損傷なく平滑な面を形成することは難しい傾向にある。

そのため、このような機能性デバイスにおいては、実装基板に高精度に実装させることが難しく、機能性デバイスの機能を十分に発揮できない場合もある。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、製造時に機能性デバイスの破損等がなく量産性に優れ、性能を向上しえる機能性デバイスとすることができる機能性デバイスの製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、基板と、該基板の一表面側に形成された機能性薄膜と、前記基板の他表面側に形成され前記機能性薄膜の一部を前記基板と空間的に分離する空洞と、を備えた機能性デバイスの製造方法であって、前記基板の基礎となるウエハにおける一表面側に前記機能性薄膜を形成する薄膜形成工程と、前記ウエハから複数個の機能性デバイスを分離するための分離予定領域に沿って、前記ウエハの前記一表面側に分離溝を形成する分離溝形成工程と、前記ウエハの他表面側に少なくとも前記分離予定領域および前記空洞を形成する空洞形成領域を除いて、分離された前記機能性デバイスを実装基板へ接合するための金属層を形成する金属層形成工程と、前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記分離予定領域および前記空洞形成領域をエッチングすることで前記空洞を形成するとともに前記機能性デバイスを前記ウエハから分離する分離工程と、を有することを特徴とする。

この発明によれば、機能性デバイスを実装基板へ実装する際に前記機能性デバイスを前記実装基板へ接合することが可能な金属層を、前記機能性デバイスにおける空洞の形成およびウエハから前記機能性デバイスを分離するエッチング時のマスクとして利用しているので、製造時に前記機能性デバイスの破損等がなく量産性に優れ、性能を向上しえる機能性デバイスの製造方法とすることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記分離溝形成工程後であって前記金属層形成工程前に、前記ウエハの前記一表面側に仮固定シートを貼り付けるシート貼付工程を有することを特徴とする。

この発明によれば、前記分離工程によりウエハから分離された複数個の機能性デバイスは、仮固定シートに仮固定されているので、それぞれバラバラとなることがない。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記金属層形成工程後であって前記分離工程前に、前記ウエハの前記一表面側に仮固定シートを貼り付けるシート貼付工程を有することを特徴とする。

この発明によれば、前記分離工程によりウエハから分離された複数個の機能性デバイスは、仮固定シートに仮固定されているので、それぞれバラバラとなることがない。

請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記分離工程では、平面視における前記ウエハの外周部をリング形状に残して、複数個の機能性デバイスを分離することを特徴とする。

この発明によれば、複数個の機能性デバイスから不要なウエハの外周部を一括して分離することができ、量産性良く前記機能性デバイスを製造することができる。また、ダイサー等によりダイシングする場合に通常使用されるフラットリングなどの冶具を用いることなく分離することも可能となる。

請求項１の発明では、基板の一表面側に形成された機能性薄膜と、前記基板の他表面側に形成され前記機能性薄膜の一部を前記基板と空間的に分離する空洞と、を備えた機能性デバイスを製造するにあたって、前記基板の基礎となるウエハの他表面側に少なくとも分離予定領域および空洞を形成する空洞形成領域を除いて、分離された前記機能性デバイスを実装基板へ接合するための金属層を形成し、前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記分離予定領域および前記空洞形成領域をエッチングすることで前記空洞を形成するとともに前記機能性デバイスを前記ウエハから分離している。これにより、製造時に前記機能性デバイスの破損等がなく量産性に優れ、性能を向上しえる機能性デバイスの製造方法が提供できるという顕著な効果を奏する。

実施形態の機能性デバイスの製造方法の概略工程断面図である。 同上で示した機能性デバイスとしての赤外線アレイセンサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は等価回路図である。 同上で示した赤外線アレイセンサの一部を構成する熱型赤外線検出部を示し、(ａ)はその概略平面図であり、（ｂ）はそのＡ−Ａ’概略断面図である。 同上の赤外線アレイセンサが形成されたウエハの模式的平面図である。 同上の赤外線アレイセンサを搭載した半導体装置の模式的平面図である。 同上の半導体装置の機能説明図である。 同上の赤外線アレイセンサを搭載した半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 従来の機能性デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。 従来の機能性デバイスの製造方法を説明するための概略断面図である。

（実施形態１）
本実施形態では機能性デバイスとして赤外線アレイセンサを図２に基づいて説明し、その赤外線アレイセンサを構成する熱型赤外線検出部を図３に基づいて説明する。また、赤外線アレイセンサとなる機能性デバイスの製造方法を図１に基づいて説明する。

図２の赤外線アレイセンサ３２は、赤外線イメージセンサなどに用いられるものであり、図２（ａ）には、ｍ×ｎ個（図示例では、２×２個）の熱型赤外線検出部３０が２次元アレイ状に配置されている。なお、図２（ｂ）では、熱型赤外線検出部３０における熱電対型のセンシングエレメント（感温部）２０の熱起電力に対応する電圧源として等価回路で示してある。

この赤外線アレイセンサ３２を構成する熱型赤外線検出部３０を拡大すると図３（ａ）のごとき構成となり、図３（ａ）のＡ−Ａ’断面図を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）には、基板であるシリコン基板１の一表面側に形成されたシリコン酸化膜１１と、シリコン酸化膜１１上に形成されたシリコン窒化膜１２と、シリコン窒化膜１２上に形成されたセンシングエレメント２０と、シリコン窒化膜１２の表面側でセンシングエレメント２０を覆うように形成された層間絶縁膜１７と、層間絶縁膜１７上に形成されたパッシベーション膜１９との積層構造をパターニングすることで機能性薄膜２を形成してある。

ここにおいて、機能性薄膜２の一部は、シリコン基板１の他表面側から形成された空洞５によってシリコン基板１と空間的に分離されており、空洞５と連通するスリット４が機能性薄膜２の厚み方向に貫設されている。また、シリコン基板１の他表面には、赤外線アレイセンサ３２を後述する実装基板となるパッケージ側へ接合することが可能な金属層９が設けられている。機能性薄膜２のうち、空洞５によってシリコン基板１と空間的に分離された部分が、赤外線を吸収する赤外線吸収部２１を構成している。

熱型赤外線検出部３０は、層間絶縁膜１７をＢＰＳＧ（Boro-PhosphoSilicate Glass）膜により構成するとともに、パッシベーション膜１９をＰＳＧ（Phospho SilicateGlass)膜と当該ＰＳＧ膜上のＮＳＧ（Non-doped Silicate Glass)膜との積層膜により構成してあり、層間絶縁膜１７とパッシベーション膜１９との前記積層膜が赤外線吸収膜２２を兼ねている。

ここで、赤外線吸収膜２２の屈折率をｎ、検出対象の赤外線の中心波長をλとするとき、赤外線吸収膜２２の厚さｔをλ／４ｎに設定すると、検出対象の波長（例えば、８〜１２μｍ）の赤外線の吸収効率を高めることができ高感度化を図ることができる。たとえば、ｎ＝１．４、λ＝１０μｍである場合にはｔ≒１．８μｍとすればよく、層間絶縁膜１７の膜厚を０．８μｍ、ＰＳＧ膜の膜厚を０．５μｍ、ＮＳＧ膜の膜厚を０．５μｍとしてある。なお、パッシベーション膜１９は、ＰＳＧ膜とＮＳＧ膜の積層膜に限らず、たとえば、シリコン窒化膜で形成することもできる。

センシングエレメント２０は、図３（ａ）のように赤外線吸収部２１とシリコン基板１とに跨って形成されたｐ型ポリシリコン層１５、ｎ型ポリシリコン層１３、および赤外線吸収部２１の赤外線入射面側でｐ形ポリシリコン層１５の一端部とｎ形ポリシリコン層１３の一端部とを電気的に接合した金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる接続部２３で構成されるサーモパイルを備えている。

ここで、センシングエレメント２０を構成する前記サーモパイルは、シリコン基板１の一表面側で互いに隣り合う熱電対のｐ型ポリシリコン層１５の他端部とｎ型ポリシリコン層１３の他端部とが金属材料（例えば、Ａｌ−Ｓｉなど）からなる配線１８で接合されることにより、４個直列接続している。前記サーモパイルは、ｎ型ポリシリコン層１３の一端部とｐ型ポリシリコン層１５の一端部と接続部２３とで赤外線吸収部２１側の温接点を構成し、ｐ型ポリシリコン層１５の他端部とｎ型ポリシリコン層１３の他端部と配線１８とでシリコン基板１側の冷接点を構成している。

なお、金属材料で形成された接続部２３は、ｎ型ポリシリコン層１３およびｐ型ポリシリコン層１５に対して、層間絶縁膜１７に形成したコンタクトホール２５を通してそれぞれ、電気的に接続させてある。

また、本実施形態の赤外線アレイセンサ３２は、図２（ａ）のように各熱型赤外線検出部３０におけるセンシングエレメント２０の一端が各別に接続された複数個（図示例では、４つ）の出力用パッド２４（Ｖout−１、Ｖout−２、Ｖout−３、Ｖout−４）と、熱型赤外線検出部３０におけるセンシングエレメント２０の他端が共通接続された１個の基準バイアス用パッド２６（Ｖref）とを備えており、全ての熱型赤外線検出部３０の出力を時系列的に読み出すことができるようになっている。

なお、センシングエレメント２０は、一端が垂直読み出し線２７を介してそれぞれ出力用パッド２４と電気的に接続され、他端が基準バイアス用パッド２６に接続された共通基準バイアス線２９に基準バイアス線２８を介して電気的に接続されている。ここで、たとえば、基準バイアス用パッド２６（Ｖref）の電位を１．６５Ｖとしておけば、出力用パッド２４（Ｖout−１、Ｖout−２、Ｖout−３、Ｖout−４）からは、画素Ａにおける熱型赤外線検出部３０の出力電圧（１．６５Ｖ＋センシングエレメント２０の出力電圧）をそれぞれ読み出すことができる。

赤外線吸収部２１となる矩形領域の四隅には、機能性薄膜２の厚み方向に貫通するスリット４をシリコン基板１の前記一表面側からエッチングにより形成してある。スリット４は、各熱電対を熱的に分離させ熱型赤外線検出部３０のセンサ感度を向上させることができる。なお、スリット４の形状は矩形だけでなく、三角形、楕円形や円形など所望に応じて種々選択することができる。

また、シリコン基板１の前記他表面側に形成された空洞５は、機能性薄膜２をシリコン基板１側から熱的に分離を生じさせて熱型赤外線検出部３０の感度を向上させることができる。空洞５は、たとえば、機能性薄膜２の前記一表面側にスリット４を形成した後、シリコン基板１の前記他表面側から金属層９をエッチングマスクとして深堀反応性イオンエッチング（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：以下、ＤＲＩＥという）法を用いて異方性エッチングすることにより形成することができる。

シリコン基板１の前記他表面側から見た空洞５の形状は、矩形の他、三角形、楕円形や円形など所望に応じて種々選択して形成することができる。さらに、本実施態様では赤外線吸収部２１の赤外線入射面側に、ｎ型ポリシリコン層１３およびｐ型ポリシリコン層１５のパターニング時に電気的に接続されていないｎ型補償ポリシリコン層１４およびｐ型補償ポリシリコン層１６を残している。このようなｎ型補償ポリシリコン層１４やｐ型補償ポリシリコン層１６は、機能性薄膜２における応力バランスの均一性を高めることができる。また、ｎ型補償ポリシリコン層１４やｐ型補償ポリシリコン層１６は、機能性薄膜２の薄膜化を図りながらも反りを防止し、熱型赤外線検出部３０のセンサ感度を向上させることができる。こうして積層された機能性薄膜２の厚みは、シリコン基板１の厚みと比較して十分に薄い。機能性薄膜２の厚みは、上述した赤外線吸収膜２２等により構成された機能性薄膜２の厚みに限られず、たとえば、０．１μｍ〜１０μｍ程度の厚みとすることもできる。

以下、上述の赤外線アレイセンサ３２となる機能性デバイスの製造方法について、図１および図４に基づき説明する。

まず、基板たるシリコン基板１の基礎となるウエハたるシリコンウエハ３を洗浄し、シリコンウエハ３の一表面側に上述の機能性薄膜２となる各薄膜を、ＣＶＤ法による成膜、フォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を用いて順次形成する。引き続きフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により、シリコンウエハ３から複数の機能性デバイス１０を分離するための分離予定領域６に沿って、シリコンウエハ３における前記一表面側から機能性薄膜２の厚み方向に分離溝７を形成する分離溝形成工程を行う。

ここで、上述のスリット４を形成させることができる。すなわち、スリット４は、量産性の向上のために分離溝７と同時にシリコンウエハ３の前記一表面側をエッチングすることにより同時に形成させてもよいし、エッチングによる形状制御性を向上させるためにスリット４と分離溝７とを別々に形成させる別工程で形成してもよい。なお、シリコンウエハ３における前記一表面側に形成された分離溝７は、平面視におけるシリコンウエハ３の外周部をリング形状に残して形成してある。

次に、金属Ｃｒをターゲット材料とし、シリコンウエハ３における機能性薄膜２が形成されている前記一表面側とは反対面側となる他表面側の全面にスパッタリング法によりＣｒ膜を形成する。続いて、ターゲット材料を前記金属Ｃｒから金属Ａｕに変更し、シリコンウエハ３の前記他表面側に形成された前記Ｃｒ膜上の全面にＡｕ膜をスパッタリング法により形成する。これにより、シリコンウエハ３において機能性薄膜２が形成されている前記一表面側とは反対面側となる前記他表面側の全面に前記Ｃｒ膜と、該Ｃｒ膜上のＡｕ膜からなる金属積層膜が形成される。

続いて、シリコンウエハ３の前記他表面側であって、少なくともシリコンウエハ３から複数の機能性デバイス１０を分離するための分離予定領域６と、機能性薄膜２の一部をシリコン基板１から空間的に分離するための空洞５を形成する空洞形成領域８に相当する前記金属積層膜をフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術により除去する。これにより、シリコンウエハ３の前記他表面側に少なくとも分離予定領域６および空洞５を形成する空洞形成領域８を除いて、分離された機能性デバイス１０を後述する実装基板たるパッケージ側へ接合するための金属層９を形成する金属層形成工程を行うことができる。このようにシリコンウエハ３における前記他表面側の全面に金属層９を一括して形成することで、機能性デバイス１０におけるシリコン基板１の前記他表面に、金属層９を略均一の厚みで形成することができる。

なお、前記金属積層膜を形成するのに先立って、予めシリコンウエハ３の前記他表面側から機能性薄膜２側と接続可能な貫通配線を貫設している場合、金属層９は、シリコン基板１に貫設する前記貫通配線を介して機能性薄膜２からの出力を外部に取り出すための電極として機能することができる（図示しない）。

次に、シリコンウエハ３の機能性薄膜２が形成された前記一表面側にレジスト膜１１を塗布形成する。レジスト膜１１は、機能性デバイス１０の製造時に機能性薄膜２の機械的強度を高め機能性薄膜２を保護するために好適に設けられるものであり、必ずしも必要ない。

続いて、シリコンウエハ３の前記一表面側にレジスト膜１１を介して仮固定シート１２を貼り付けるシート貼付工程を行う（図１（ａ））。

ここにおいて、仮固定シート１２は、後にシリコンウエハ３から分離された複数個の機能性デバイス１０がバラバラにならないようにするものであって、分離された複数個の機能性デバイス１０を仮固定シート１２から、機能性デバイス１０を損傷することなく容易に剥離可能に構成してある。具体的には、仮固定シート１２は、厚さが１〜５００μｍ程度のプラスティックやポリエステルなどの基材上に粘着剤が塗布されたシートを好適に用いることができる。仮固定シート１２として、紫外線を照射することにより接着力が低下する紫外線剥離型粘着シート、水溶液に浸すことで接着力が低下する水溶性剥離型粘着シートあるいは、加熱により接着力が低下する加熱剥離型粘着シートを好適に用いることができる。

分離された複数個の機能性デバイス１０を仮固定シート１２から短時間で剥離する場合、量産性に鑑み仮固定シート１２の接着力を低下させるためには、前記水溶性剥離型粘着シートよりも前記加熱剥離型粘着シート又は前記紫外線剥離型粘着シートの方が好ましい。また、前記紫外線剥離型粘着シートに比べて前記加熱剥離型粘着シートの方が残留接着力が少なく、機能性薄膜２に損傷を与えることなく剥離しやすい観点でより好ましい。

このような加熱剥離型粘着シートは、熱膨張性微粒子が含有された前記粘着剤（たとえば、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、ビニルアルキルエーテル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、ポリアミド系粘着剤、ウレタン系粘着剤、フッ素系粘着剤など）がポリエステルなどの基材に塗布され、粘着剤層を有するシートとして用いることができる。前記熱膨張性微粒子としてはイソブダン、プロパン、ペンタンなどの加熱により容易にガス化して膨張する物質を、弾性を有する殻に内包させたマイクロカプセルなどが挙げられる。

次に、シリコンウエハ３の前記他表面側における分離予定領域６および空洞形成領域８を除いて形成された金属層９をマスクとして、ＤＲＩＥ法を用いてシリコンウエハ３の前記他表面側から分離予定領域６および空洞形成領域８を異方性エッチングする。この異方性エッチングにより、機能性デバイス１０における機能性薄膜２の一部をシリコン基板１と空間的に分離する空洞５を形成するとともに機能性デバイス１０をシリコンウエハ３から分離する分離工程を行うことができる（図１（ｂ））。

本実施形態では、分離工程後においても、仮固定シート１２にレジスト膜１１を介して複数個の機能性デバイス１０の前記一表面側が個別に固定されているので、シリコンウエハ３から分離された複数個の機能性デバイス１０がバラバラとなることなく機能性デバイス１０を製造することができる。

また、複数個の機能性デバイス１０をシリコンウエハ３から分離する分離工程により、図４に示す如く、平面視におけるシリコンウエハ３の外周部４１は、リング形状に残されている。これにより、製造された複数個の機能性デバイス１０から不要なウエハの外周部４１を一括して分離することができ、量産性良く機能性デバイス１０を製造することができる。また、ダイサー等によりダイシングする場合に通常使用されるフラットリング等の冶具を用いることなく、複数個の機能性デバイス１０をシリコンウエハ３から分離することも可能となる。なお、外周部４１の前記リング形状は、完全なリングだけでなく機能性デバイス１０の製造において量産性が大きく低下するなどの不具合がなければ一部を開口した形状とすることもできる。

次に、シリコンウエハ３から分離された複数個の機能性デバイス１０を仮固定シート１２から剥離する。この剥離工程では、複数個の各機能性デバイス１０を仮固定シート１２側から取り除くため、仮固定シート１２の特性に応じて紫外線照射処理、水溶液への投入処理、加熱処理等を行えばよい。たとえば、仮固定シート１２として加熱剥離型粘着シートを用いた場合は、仮固定シート１２を熱風乾燥器、ホットプレート、近赤外線ランプなどにより加熱すればよい。

加熱により、前記加熱剥離型粘着シートの粘着剤中に含有された熱膨張性微粒子が大きく膨らむことにより粘着剤層表面に微小な凹凸が生じ、仮固定シート１２と各機能性デバイス１０とが面で接着した比較的強固な接着から点での接着へと変化する。その結果、仮固定シート１２の接着面積が減少し粘着力が大きく低下する。仮固定シート１２は、機能性デバイス１０を破壊することなく、機能性デバイス１０の前記一表面側から比較的簡単に剥離することができる。

引き続き、機能性デバイス１０の前記一表面側に形成されているレジスト膜１１を、アッシング（灰化）処理により除去することで機能性デバイス１０を形成することができる（図１（ｃ））。

なお、レジスト膜１１をアッシング処理により除去する方法としては、紫外線や高周波マイクロ波を酸素ガスに照射させて生成したオゾンにレジスト膜１１を晒すことによりレジスト膜１１を除去することができる。これによりレジスト膜１１の除去だけでなく、機能性デバイス１０の表面にあるスリット４内、分離溝７の側壁や空洞５に付着した不要な有機物を分解表面脱離により除去することも可能となる。また、機能性デバイス１０を後述する実装基板たるパッケージに実装した後、アッシング処理によりレジスト膜１１を除去してもよい。

このような方法により製造された機能性デバイス１０は、機能性デバイス１０の損傷が少なく、機能性デバイス１０をパッケージ側へ接合させることが可能な金属層９を有する機能性デバイス１０を量産性よく製造することができる。

なお、前記分離溝形成工程後であって前記金属層形成工程前に、シリコンウエハ３の前記一表面側に仮固定シート１２を貼り付ける代わりに、前記金属層形成工程後であって前記分離工程前に、シリコンウエハ３の前記一表面側に仮固定シート１２を貼り付けるシート貼付工程を行ってもよい。この場合においても、前記分離工程によりシリコンウエハ３から分離された複数個の機能性デバイス１０は、仮固定シート１２に仮固定されているので、それぞれバラバラとなることがない。

次に、上述の工程で形成された機能性デバイス１０を用いて半導体装置を構成する例を図５で説明し、この半導体装置の機能を図６で説明する。

半導体装置５０は、図５の平面図に示すように、上記で説明した熱型赤外線検出部３０を４個持った赤外線アレイセンサ３２と、この赤外線アレイセンサ３２と別途形成され赤外線アレイセンサ３２と協働する信号処理用ＩＣチップ３３と、をパッケージ３６の凹部の内底面側に固定配置させてある。

赤外線アレイセンサ３２の出力用パッド２４および基準バイアス用パッド２６と、信号処理用ＩＣチップ３３の入力用パッド３１と、をワイヤ（たとえば、金線やアルミニウム線など）３５でワイヤボンディングさせている。ワイヤボンディング装置によりワイヤ３５を効率的に接続させるために、平面視矩形状である赤外アレイセンサ３２の一方の辺側に各出力用パッド２４と基準バイアス用パッド２６が配置され、同様に赤外線アレイセンサ３２の各出力用パッド２４等が配置された辺と対向する信号処理用ＩＣチップ３３の一方の辺側に各入力用パッド３１を配置してある。このように信号処理用ＩＣチップ３３の入力用パッド３１を赤外線アレイセンサ３２の出力用パッド２４等と隣接して配置させた場合、ワイヤ３５の配線長を短くすることができ、ノイズの影響を受け難く高センサ感度の半導体装置５０とすることができる。

信号処理用ＩＣチップ３３では、図６に示すように赤外線アレイセンサ３２の各出力用パッド２４（Ｖout-1、Ｖout-２、Ｖout-３、Ｖout-４）および基準バイアス用パッド２６（Ｖref）からの出力電力を信号処理用ＩＣチップ３３側の各入力用パッド３１（Ｖin-1、Ｖin-２、Ｖin-３、Ｖin-４）で受けている。信号処理用ＩＣチップ３３は、赤外線アレイセンサ３２の各熱型赤外線検出部３０における各出力電力をマルチプレクサ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ：以下、ＭＵＸという）により、一つの信号として選択的に順次出力し、増幅回路（Ａｍｐｌｉｆｉｅｒ：以下、ＡＭＰという）により、前記信号を増幅処理できるように構成してある。

次に、本実施形態の半導体装置５０を製造する製造工程について図７を用いて説明する。

半導体装置５０は、図７（ｂ）に示すように凹部を備え該凹部の内底面３６ａ側に赤外線アレイセンサ３２および信号処理用ＩＣ３３が実装されたパッケージ３６と、赤外線アレイセンサ３２に赤外線を入射させるレンズ形状のキャップ５２を備えパッケージ３６の前記凹部を気密封止するリッド５１と、を備えている。

より具体的には、半導体装置５０に用いられるパッケージ３６は、赤外線アレイセンサ３２や信号処理用ＩＣ３３を前記凹部の内底面３６ａに配置可能なものでありセラミック材料などで形成することができる。パッケージ３６の前記凹部の内壁には、パッケージ３６の外部から入射した不要な赤外線が赤外線アレイセンサ３２のノイズとならないように、電磁シールドとして機能する金属膜３７（例えば、Ａｕ膜）が形成させている。

また、金属膜３７は、その一部がパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａ側において切り欠いてパターンが形成されており、一部が赤外線アレイセンサ３２の金属層９と接合するための金属パターン（図示していない）として機能するように形成されている。さらに、金属膜３７を切り欠いて形成させた前記金属パターンの他の一部は、信号処理用ＩＣ３３と電気的に接続させるための電極としても機能させることが可能であり、前記金属パターンの一部と、信号処理用ＩＣ３３と、をワイヤ３５で電気的に接続させてある。

赤外線アレイセンサ３２と信号処理用ＩＣ３３とは、ワイヤ３５を介して電気的に接続されている。前記金属パターンは、パッケージ３６に貫設された貫通電極（図示していない）を介してパッケージ３６の外部に設けられた外部電極３８，３８と電気的に接続されている。

このような半導体装置５０を製造するため、真空チャンバ内で、赤外線アレイセンサ３２の金属層９を、予めパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに形成された前記金属パターン上に位置合わせして配置させ、押圧しながら加熱する。これにより、赤外線アレイセンサ３２の金属層９と、パッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに形成させた前記金属パターンと、を拡散接合して、赤外線アレイセンサ３２をパッケージ３６に実装することができる。

より具体的には、赤外線アレイセンサ３２は、不活性ガスとしてアルゴン雰囲気を充填させた真空チャンバ内で、赤外線アレイセンサ３２に設けられた最表面がＡｕ膜となる金属層９をパッケージ３６に予め設けた少なくとも表面がＡｕからなる前記金属パターン上に位置合わせして配置する。配置された赤外線アレイセンサ３２をパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａ側に押圧しながら３００℃から４００℃の温度で加熱する。これにより、赤外線アレイセンサ３２の金属層９と、パッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに設けられた前記金属パターンと、をＡｕＡｕ拡散接合により直接接合して固定している（図７（ａ））。

ここで、拡散接合とは、母材を密着させて母材の融点以下の温度条件で、塑性変形をできるだけ生じない程度に加圧し接合面間に生じる原子の拡散を利用して接合する方法である。そのため、半田や樹脂等の接着剤による実装と異なり、固体のまま接合することができるために制御性よく接合することが可能となる。拡散接合を半導体装置５０の実装に利用すると、赤外線アレイセンサ３２は、パッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに設けられた前記金属パターン上に、パッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに対して垂直方向の位置関係が接合前後で変化することが実質的になく実装することができる。

拡散接合においては、接合する材料などに応じ常温（たとえば、２５℃）で接合させてもよいし、加熱しながら接合させてもよい。常温で拡散接合させる場合、たとえば、接合面へアルゴンのプラズマ、イオンビームや原子ビームを真空中で照射して各接合面の活性化を行ってから接合面同士を接触して接合させればよい。このような常温での拡散接合は、赤外線アレイセンサ３２とパッケージ３６の直接接合時に応力を緩和させる点でより好ましい。なお、パッケージ３６の前記凹部の内側は、赤外線アレイセンサ３２とパッケージ３６との接合強度を向上させるために、拡散接合に先立って表面洗浄する活性化工程を設けることがより好ましい。

なお、赤外線アレイセンサ３２の金属層９をパッケージ３６側へ接合させるためには、拡散接合の代わりに陽極接合を用いて接合することもできる。この場合は、たとえば、赤外線アレイセンサ３２の金属層９の最表面が酸素と反応性が高い活性金属としてＣｒ膜で形成し、金属層９をパッケージ３６の凹部の内底面３６ａに形成された前記金属パターンに接合させる代わりに、金属層９をアルミノケイ酸塩系（Ｎａ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−Ｂａ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系）のガラス組成物からなるパッケージ３６の凹部の内底面３６ａ側に直接接合すればよい。

次に、信号処理ＩＣチップ３３を、接着層３９（たとえば、ガラスやＡｕＳｉ、半田が挙げられる。有機物であればエポキシ樹脂を好適に用いることができるが、無機物を用いることがより好ましい。）を用いてパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａ側に接着させる。具体的には、パッケージ３６と、信号処理用ＩＣチップ３３の裏面と、を半田により接着させる。なお、信号処理ＩＣチップ３３は、接着層３９によりパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａ側に実装させる代わりに、赤外線アレイセンサ３２と同様にしてパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａ側と拡散接合や陽極接合により実装させてもよい。

引き続き、赤外線アレイセンサ３２の各出力用パッド２４および基準バイアス用パッド２６と、信号処理用ＩＣチップ３３の各入力用パッド３１などと、をワイヤ３５により個別にワイヤボンディングして電気的に接続させる。

本実施形態の半導体装置５０では、パッケージ３６は、赤外線アレイセンサ３２の金属層９をパッケージ３６の前記凹部の内底面３６ａに設けられた前記金属パターンと拡散接合させた後、赤外線アレイセンサ３２のセンサ感度を低下させないためにアッシング（灰化）処理をして、製造過程等で生ずる不要な有機物を除去してある。なお、信号処理用ＩＣチップ３３は、赤外線アレイセンサ３２やパッケージ３６と同時に不要な有機物を除去してもよいし、別途に不要な有機物を除去してもよい。

このような不要な有機物を除去するためのアッシング処理は、パッケージ３６内に配置された赤外線アレイセンサ３２や信号処理用ＩＣチップ３３などの大きさ、数、使用材料によって随時適用することができるが、たとえば、光励起アッシングとしてオゾンアッシング装置やプラズマアッシング装置を利用することができる。

次に、予め開口部を有する金属製（たとえば、コバール金属）の蓋をリッド５１として用い、リッド５１の前記開口部に低融点ガラスなどを用いてシリコンからなるレンズ形状を有するキャップ５２を気密接合させたものをパッケージ３６の気密封止用に準備する。パッケージ３６の前記凹部の上端部には、リッド５１と接合するための接合金属膜が予め形成しており、該接合金属膜とリッド５１とを真空チャンバ内でシーム溶接を行う。これにより、パッケージ３６の前記凹部の内部をレンズ形状のキャップ５２を有するリッド５１で気密封止した半導体装置５０を形成することができる（図７（ｂ））。

こうして形成された半導体装置５０を駆動させる場合、たとえば、基準電圧として１．６５Ｖを印加させると、出力用パッド２４側には個々の熱型赤外線検出部３０に生じた電圧が基準電圧に加えてそれぞれ出力される。出力された信号を信号処理用ＩＣチップ３３のＭＵＸにて熱型赤外線検出部３０ごとに順次切り替えるとともに信号処理用ＩＣチップ３３のＡＭＰにて増幅することで、赤外線アレイセンサ３２の出力を得ることができる。

本実施形態では、機能性デバイス１０として、赤外線アレイセンサ３２を例示したが、この他、１軸加速度センサ、２軸加速度センサ、３軸加速度センサ、ジャイロセンサ、圧力センサ、マイクロアクチュエータ、マイクロホン、超音波センサなどにも利用できる。

１ シリコン基板（基板）
２ 機能性薄膜
３ シリコンウエハ（ウエハ）
５ 空洞
６ 分離予定領域
７ 分離溝
８ 空洞形成領域
９ 金属層
１０ 機能性デバイス

Claims (4)

1. 基板と、該基板の一表面側に形成された機能性薄膜と、前記基板の他表面側に形成され前記機能性薄膜の一部を前記基板と空間的に分離する空洞と、を備えた機能性デバイスの製造方法であって、
   前記基板の基礎となるウエハにおける一表面側に前記機能性薄膜を形成する薄膜形成工程と、
   前記ウエハから複数個の機能性デバイスを分離するための分離予定領域に沿って、前記ウエハの前記一表面側に分離溝を形成する分離溝形成工程と、
   前記ウエハの他表面側に少なくとも前記分離予定領域および前記空洞を形成する空洞形成領域を除いて、分離された前記機能性デバイスを実装基板へ接合するための金属層を形成する金属層形成工程と、
   前記ウエハの前記他表面側から前記金属層をマスクとして前記分離予定領域および前記空洞形成領域をエッチングすることで前記空洞を形成するとともに前記機能性デバイスを前記ウエハから分離する分離工程と、を有することを特徴とする機能性デバイスの製造方法。
2. 前記分離溝形成工程後であって前記金属層形成工程前に、前記ウエハの前記一表面側に仮固定シートを貼り付けるシート貼付工程を有することを特徴とする請求項１に記載の機能性デバイスの製造方法。
3. 前記金属層形成工程後であって前記分離工程前に、前記ウエハの前記一表面側に仮固定シートを貼り付けるシート貼付工程を有することを特徴とする請求項１に記載の機能性デバイスの製造方法。
4. 前記分離工程では、平面視における前記ウエハの外周部をリング形状に残して、複数個の機能性デバイスを分離することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の機能性デバイスの製造方法。

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