JP3543471B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体加速度センサやマイクロダイヤフラム圧力センサ等においては、シリコンチップ上に可動部( 振動部) を有し、可動部( 振動部) の変位により加速度や圧力等の物理量を電気信号に変換して取り出すようになっている。また、このような半導体装置において、可動部( 振動部) を保護するために可動部をキャップにて覆うことが行われている（例えば、特開平５−３２６７０２号公報等) 。このキャップにてウェハからチップにダイシングカットする際の水圧や水流から可動部( 振動部) を保護することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、このようにキャップを備えた半導体装置において量産性に優れた製造技術が求められているにもかかわらず、その手法等は確立されていないのが現状である。
【０００４】
そこで、この発明の目的は、半導体基板に対し接合部材が空隙をもって対向配置された半導体装置を、低コストかつ高歩留りで製造することができるようにする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程により、接合部材となる接合部材用板材と半導体基板となる素子側半導体ウェハとが接合され、第２工程により、接合部材用板材に対し縦横のダイシングラインの内の一方のダイシングラインで不要部を分けるようにダイシングカットされる。そして、第３工程により、接合部材用板材に粘着シートが貼り付けられ、第４工程により、接合部材用板材に対しダイシングラインの内の未カットラインで不要部を分けるように粘着シートごとダイシングカットされる。さらに、第５工程により、粘着シートが剥がされて接合部材用板材から当該板材での前記不要部が分離され、第６工程により、素子側半導体ウェハが各チップ毎にダイシングカットされる。
【０００６】
ここで、第４工程において、接合部材用板材を接合部材と不要部とに分けるダイシングカット時に、接合部材用板材での不要部が粘着シートに支持されており、当該不要部が飛散し、素子側半導体ウェハ上に形成されたパッド部やパッシベーション膜等にダメージを与えることなく接合部材を形成することが可能となる。又、接合部材用板材での不要部の飛散によるダイシングブレードの破損もなくなる。これにより、低コストかつ高歩留りで半導体装置を製造することができる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に従って説明する。
図１は、本実施の形態における可動ゲートＭＯＳトランジスタ型加速度センサの平面図を示す。又、図２には図１のＡ−Ａ断面を示し、図３には図１のＢ−Ｂ断面を示す。
【０００８】
半導体基板としてのＰ型シリコン基板１上にはフィールド酸化膜２が形成されるとともにその上に窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６が積層されている。又、Ｐ型シリコン基板１上には、フィールド酸化膜２，窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６の無い長方形状の領域４が形成されている。又、領域４におけるＰ型シリコン基板１の上にはゲート絶縁膜５が形成されている。窒化シリコン膜３の上には、領域４を架設するように両持ち梁構造の可動ゲート電極６が配置されている。この可動ゲート電極６は帯状にて直線的に延びるポリシリコン薄膜よりなる。又、フィールド酸化膜２および窒化シリコン膜３よりＰ型シリコン基板１と可動ゲート電極６とが絶縁されている。
【０００９】
図３において、Ｐ型シリコン基板１の上面における可動ゲート電極６の両側には不純物拡散層からなる固定ソース電極７と固定ドレイン電極８が形成され、この電極７，８はＰ型シリコン基板１にイオン注入等によりＮ型不純物を導入することにより形成されたものである。
【００１０】
図２に示すように、Ｐ型シリコン基板１にはＮ型不純物拡散領域９が延設され、Ｎ型不純物拡散領域９はアルミ１０により可動ゲート電極６と接続されるとともにアルミ配線１１と電気的に接続されている。アルミ配線１１の他端部はアルミパッド（電極パッド）１２として窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６から露出している。又、図３に示すように、Ｐ型シリコン基板１にはＮ型不純物拡散領域１３が延設され、Ｎ型不純物拡散領域１３は固定ソース電極７と接続されるとともにアルミ配線１４と電気的に接続されている。アルミ配線１４の他端部はアルミパッド（電極パッド）１５として窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６から露出している。さらに、Ｐ型シリコン基板１にはＮ型不純物拡散領域１７が延設され、Ｎ型不純物拡散領域１７は固定ドレイン電極８と接続されるとともにアルミ配線１８と電気的に接続されている。アルミ配線１８の他端部はアルミパッド（電極パッド）１９として窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６から露出している。
【００１１】
尚、可動ゲート電極６以外の領域についてはシリコン酸化膜１６の上にパッシベーション膜（最終保護膜）としてさらにシリコン窒化膜が積層されている。
そして、アルミパッド１２，１５，１９はボンディングワイヤにて外部の電子回路と接続されている。
【００１２】
図３に示すように、Ｐ型シリコン基板１における固定ソース電極７と固定ドレイン電極８との間には、反転層２０が形成され、同反転層２０はシリコン基板１と可動ゲート電極（両持ち梁）６との間に電圧を印加することにより生じたものである。
【００１３】
このように本センサは、両持ち梁構造の可動ゲート電極６が配置されており、機械的強度が低い構造となっている。
加速度検出の際には、可動ゲート電極６とシリコン基板１との間に電圧をかけると、反転層２０が形成され、固定ソース電極７と固定ドレイン電極８との間に電流が流れる。そして、本加速度センサが加速度を受けて、図３中に示すＺ方向（基板表面に垂直な方向）に可動ゲート電極６が変位した場合には電界強度の変化によって反転層２０のキャリア濃度が増大し電流（ドレイン電流）が増大する。このように、本加速度センサは、シリコン基板１に機能素子としてのセンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥS が形成され、電流量の増減で加速度を検出することができる。
【００１４】
機械的強度の低い可動ゲート電極６を保護するためのキャップ（接合部材）２１は、四角板形のシリコン基板よりなる。キャップ２１の下面には突部２２が四角環状に形成されている（図１参照）。キャップ２１の下面には接合層２３が形成されている。接合層２３は、例えば接着剤やＡｕ等が用いられる。
【００１５】
そして、シリコン酸化膜１６の上に、接合層２３を介してキャップ２１の突部２２が接合されている。又、突部２２の外側における突部２２の周辺にアルミパッド（電極パッド）１２，１５，１９が配置されている。尚、センサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥS とパッド１２，１５，１９の間の領域には制御回路等が形成されているが図では省略してある。
【００１６】
このように、センサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥS が形成されたシリコン基板１に対しキャップ２１が空隙２４をもって対向配置されている。つまり、シリコン基板１に対し接合層２３を介してキャップ２１を接合することにより、シリコン基板１の表面においてキャップ２１内の空隙２４にセンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥS が封止された構造となっている。このキャップ２１にてウェハからチップにダイシングカットする際の水圧や水流から可動ゲート電極６（振動部）を保護することができる。
【００１７】
又、アルミパッド１２，１５，１９からボンディングワイヤを取り出すことができるように、シリコン基板１の面積に比べキャップ２１の面積は小さく、図２，３に示すように、パッド１２，１５，１９の上方でのキャップ２１においてはパッド上へのワイヤボンディングを容易にするため不要部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を除去してキャップ２１を小面積化している。即ち、センサは２枚のシリコンウェハ（シリコン基板１の形成用のウェハとキャップ２１の形成用のウェハ）の貼り合わせにより形成されるが、キャップ形成用ウェハにおいて最終的にキャップとならない領域（不要部）Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を除去している。
【００１８】
次に、キャップ２１による封止構造の形成工程を、図４〜図１４に基づいて説明する。
まず、図４に示すように、キャップとなるシリコンウェハ（以下、キャップ用ウェハという）３０を用意し、キャップ用ウェハ３０の表面の所定領域にホトエッチングにより凹部３１を形成し、凹部３１に挟まれた領域に各チップ毎の突部２２をそれぞれ形成する。より詳しくは、熱酸化膜をマスクとし、エッチング液としてＫＯＨなどのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングにより凹部３１を形成する。
【００１９】
ここで、突部２２により、後の工程でキャップ用ウェハ３０をダイシングカットする際に、ダイシングブレード（図７での符号３３、図９での符号３６にて示す）とシリコンウェハ３２（図７，９参照）との接触を回避するための必要な間隙が確保される。
【００２０】
そして、図５に示すように、キャップ用ウェハ３０の表面に接合層２３を形成する。接合層２３は真空あるいは不活性ガスを封止する場合は、例えばＡｕ−Ｓｉ共晶接合法を用いるためにＡｕとする。
【００２１】
引き続き、キャップ用ウェハ３０を分割するための位置合わせ用ラインを形成する。つまり、図１２に示すように、形成した突起２２のエッジを基準ラインＬ１，Ｌ２とし、基準ラインＬ１，Ｌ２から所定の距離ΔＬ１，ΔＬ２だけ離した位置（ダイシングラインＬ３，Ｌ４）においてカットする。尚、図１２はダイシングラインを２本形成しているが、ウェハのオリエンテーションフラットの切り出し精度があればそれを基準となる位置合せラインとして用いることもでき、その場合はオリエンテーションフラット面に対し垂直に１本のみのラインＬ３を設ける。
【００２２】
さらに、図６に示すように、図１，２，３でのセンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥS を各チップ形成領域毎に形成したシリコンウェハ（以下、センサウェハという）３２を用意し、キャップ用ウェハ３０とセンサウェハ３２とを接合層２３を介して接合する。このとき、接合層２３の材料に応じた接合方法で接合することとなるが、接合層２３にＡｕを用いる場合においては、共晶接合法を用いるとよい。即ち、予めキャップ用ウェハ３０に形成された接合層２３とセンサウェハ３２の表面に露出したシリコン部とを接触させ、適当な加圧力で加圧した後に共晶温度（約３７０℃) 以上に加熱し冷却させることで接合する。
【００２３】
尚、キャップ用ウェハ３０とセンサウェハ３２とは、陽極接合法等により直接接合にて貼り合わせてもよい。
次に、図７に示すように、キャップ用ウェハ３０での不要部（図２，３におけるＰ１，Ｐ２，Ｐ３）を分離するためのダイシングカットを行う。つまり、キャップ部と不要部とを分けるためにキャップ用ウェハ３０をダイシングブレード３３によりダイシングカットする。その結果、ダイシングラインに溝３４が形成される。ここで、カットする方向は図１３に示すようにオリエンテーションフラットに対して垂直な方向とし、形成した位置合せラインＬ３，Ｌ４を基準にして、カット間隔およびカット位置を決定する。図１３においてＬ５にてカットするダイシングラインを示す。このようにしてキャップ用ウェハ３０に対し縦横のダイシングラインの内の一方のダイシングラインＬ５がカットされる。このとき、キャップ用ウェハ３０の裏面に目印となるマークがなくても容易にダイシングカットすることが可能となる。
【００２４】
そして、図８に示すように、ダイシングカット用粘着シート３５をキャップ用ウェハ３０の裏面に貼り付ける。ここで、貼り付け時に粘着シート３５とキャップ用ウェハ３０との間に空気が残りやすいが、ダイシングカットによる切れ込み溝３４があるため、ここから空気を排出できるので貼り付け後に軽く擦り付ければ粘着シート３５とキャップ用ウェハ３０とが全領域にわたり密着する。
【００２５】
さらに、図９に示すように、粘着シート３５ごとキャップ用ウェハ３０をダイシングブレード３６により再度ダイシングカットする。その結果、ダイシングラインに溝３７が形成される。カットする方向は、図１４に示すように前述のラインＬ５に対し垂直な方向（図ではＬ６にて示す）であり、位置合せラインＬ３，Ｌ４を基準としてカット間隔およびカット位置を決定する。
【００２６】
このようにしてキャップ用ウェハ３０に対しダイシングラインの内の未カットラインＬ６が粘着シート３５ごとカットされる。尚、カットするラインＬ５とＬ６とは、Ｌ６を先にカットしてもよい。
【００２７】
このダイシング工程において、粘着シート３５をキャップ用ウェハ３０に貼り付けた状態でカットするので、図９の不要部３０ａがダイシングカット中に飛散しセンサウェハ３２表面のパッシベーション膜やパッドを損傷したりダイシングブレード３６が破損することが回避される。つまり、不要部３０ａは固定されており、上述した不具合を未然に回避することができる。
【００２８】
引き続き、粘着シート３５を分割されたキャップ用ウェハ３０から剥がす。このとき、粘着シート３５とともにキャップ不要部３０ａも除去され、図１０のようにセンサウェハ３２上にキャップ（３０）が搭載された形となる。このようにして粘着シート３５が剥がされてキャップ用ウェハ３０から不要部３０ａが分離される。
【００２９】
そして、図１１に示すように、ダイシングブレード３８を用いてセンサウェハ３２をダイシングラインに沿ってダイシングカットし、キャップが形成されたセンサが一括して形成される（センサチップに分割される）。その結果、図１，２，３に示すセンサが製造される。
【００３０】
このように本実施の形態では下記の特徴を有する。
（イ）センサ素子ＥS が形成されたシリコン基板１に対しキャップ２１（接合部材）が空隙２４をもって対向配置された半導体加速度センサを製造するにあたり、接合部材用板材としてのキャップ用ウェハ３０と素子側半導体ウェハとしてのセンサウェハ３２を接合し、キャップ用ウェハ３０に対し縦横のダイシングラインの内の一方のダイシングラインＬ５で不要部を分けるようにダイシングカットし、キャップ用ウェハ３０に粘着シート３５を貼り付け、キャップ用ウェハ３０に対しダイシングラインの内の未カットラインＬ６で不要部を分けるように粘着シート３５ごとダイシングカットし、粘着シート３５を剥がしてキャップ用ウェハ３０から当該ウェハ３０での不要部３０ａを分離し、センサウェハ３２を各チップ毎にダイシングカットした。よって、キャップ用ウェハ３０をキャップと不要部とに分けるダイシングカット時に、不要部３０ａが粘着シート３５に貼り付けられた状態（支持された状態）でカットするので、不要部３０ａがダイシングカット中に飛散し、センサウェハ３２表面のパッシベーション膜やパッドを損傷したりダイシングブレード３６が破損することが回避される。つまり、固定されていないキャップ不要部が飛散し、センサウェハ３２上に形成されたパッド部やパッシベーション膜等にダメージを与えることなくキャップを形成することが可能となる。これにより、低コストかつ高歩留りで保護キャップ２１を有する加速度センサを製造することができる。
【００３１】
上述した実施の形態以外にも次のように実施してもよい。
キャップ２１の材質はシリコンを用いているが、ガラス、セラミクス、樹脂等、後工程での熱処理温度に耐えうる材料で素子への汚染等の問題のないものであればよく、コストや耐環境性を考慮して選定する。シリコンは、耐湿性が確保しやすく、ウェハとして比較的低コストで安定して供給されるものである。尚、キャップを透明にしたい場合には合成石英ガラスが適している。
【００３２】
又、図１５に示すように、回路素子が形成された基板４０と回路素子が形成された基板４１とを接合した構造の半導体装置に具体化してもよい。つまり、ＬＳＩチップ４０とＬＳＩチップ４１とを接合層（Ａｕバンプ）４２，４３にて接合した構造の、いわゆる「Ｃip Ｏn Ｃip」と称するマルチチップに適用してもよい。図１５においてＬＳＩチップ４０の面積よりもＬＳＩチップ４１の面積が方が小さく、製造の際に不要部を除去する必要があり、この不要部除去のために上述した技術を用いることができる。尚、図１５において符号４４は電極パッド部である。
【００３３】
又、加速度センサの他にも、ヨーレートセンサ等にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態におけるセンサの平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図５】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図６】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図７】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図８】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図９】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１０】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１１】加速度センサの製造工程を示す断面図。
【図１２】加速度センサの製造工程を示す平面図。
【図１３】加速度センサの製造工程を示す平面図。
【図１４】加速度センサの製造工程を示す平面図。
【図１５】別例の半導体装置の断面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、２１…接合部材としてのキャップ、２４…空隙、３０…接合部材用板材としてのキャップ用ウェハ、３０ａ…不要部、３２…素子側半導体ウェハとしてのセンサウェハ、３５…粘着シート

Claims (1)

1. 素子が形成された半導体基板に対し接合部材が空隙をもって対向配置された半導体装置の製造方法であって、
   前記接合部材となる接合部材用板材と前記半導体基板となる素子側半導体ウェハとを接合する第１工程と、
   接合部材用板材に対し縦横のダイシングラインの内の一方のダイシングラインで不要部を分けるようにダイシングカットする第２工程と、
   接合部材用板材に粘着シートを貼り付ける第３工程と、
   接合部材用板材に対しダイシングラインの内の未カットラインで不要部を分けるように前記粘着シートごとダイシングカットする第４工程と、
   前記粘着シートを剥がして接合部材用板材から当該板材での前記不要部を分離する第５工程と、
   素子側半導体ウェハを各チップ毎にダイシングカットする第６工程と
   を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。

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