JP3702612B2

JP3702612B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3702612B2
Application number: JP27467897A
Authority: JP
Inventors: 晋二吉原; 厚慈千田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11111878A

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係り、例えば、機能素子を覆う保護キャップを不活性ガスあるいは真空中にて接合する半導体装置の製造方法等に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
表面マイクロ加工技術を駆使した半導体加速度センサ等においては、シリコンチップ上に可動部（振動部）に有し、可動部の変位により加速度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。
このような半導体装置において、可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。すなわち、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を保護すると共に、樹脂モールドする際に可動部内部に樹脂が侵入することを防いでいる。
【０００３】
可動部にキャップを搭載（接合）するにあたり、センサチップのチップサイズを小さくすることが低コスト化につながることから、接合領域部にあたる接合枠幅をより狭くし、位置合わせ精度をより高くすることが要求されている。
従来では、キャップとなる基板（以下、キャップ基板という）とセンサが形成されたウェハ（以下、センサ基板という）のそれぞれに設けられた位置合わせ用マークを合わせることによって、センサ基板上にキャップ基板を位置合わせして搭載し、さらにキャップ基板を載せたままセンサ基板を接合チャンバー内に移動させたのち、接合チャンバー内を不活性ガス雰囲気あるいは真空にした状態で加熱することでキャップ基板をセンサ基板に接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、センサ基板上にキャップ基板を位置合わせして載せているのみであり、キャップ基板がセンサ基板に固定されていないため、接合チャンバーに移動させる際にキャップ基板が位置ズレしてしまうという問題がある。この場合、接合チャンバーに移動させる必要性をなくすことが考えられるが、接合チャンバーに位置合わせ機構を搭載しなければならないため、装置が大規模かつコスト高になるため好ましくない。センサエレメントの空気粘性の影響からキャップ内部を真空雰囲気にする場合は、さらに接合装置への位置合わせ機構の搭載が困難になるためなおさらである。
【０００５】
仮に、マルチチャンバーとして接合用のチャンバーと位置合わせ用のチャンバーを別チャンバーにしてもチャンバー間の搬送時に位置ずれを起こす可能性があるため、この問題を解決することはできない。
一方、キャップ基板をセンサ基板にそのまま載せているため、キャップ基板の自重によりキャップ基板とセンサ基板との隙間が確保できなくなるため、コンダクダンスの影響からキャップ内部への不活性ガス充填あるいは排気が十分できなくなる。このため、キャップ内部の圧力にバラツキが生じたり、目標とする圧力まで達しなかったりするという問題もある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みて成され、接合用チャンバーへ移動させるまでの間における半導体基板の位置ズレを防止し、高歩留まりの半導体装置が製造できる方法を提供することを第１の目的とする。
また、半導体基板間における不活性ガス充填あるいは真空封止を良好に行える半導体装置の製造方法を適用することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されてなるセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）との位置合わせを行うと共に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とをこれらの間に隙間を設けるように支持材にて仮固定し、この仮固定が行われた状態でセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）を接合チャンバー内に移動させ、さらに接合チャンバー内にて支持体（３３）を溶融あるいは昇華させると共に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とを接合するようにすることを特徴としている。
【０００８】
このように、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とを位置合わせした時の状態で支持材（３３）で仮固定し、この仮固定した状態でセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）を接合チャンバー内に移動させているため、接合チャンバー内に移動させるまでの間に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の位置ズレが発生しない。このため、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の接合を良好に行うことができ、高歩留まりの半導体装置を製造することができる。
【０００９】
例えば、支持体（３３）として、パラジクロロベンゼン、ナフタリン等の昇華材を適用することができる。
さらに、請求項１に記載の発明では、センサ基板（３１）は、機械的強度の低い可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されるものであり、キャップ基板（３２）は、このキャップ基板（３２）の表面において前記構造体（３１ａ）に対して空隙をもって覆うキャップである場合において、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）との間が所定の隙間が空くように、支持材（３３）による仮固定を行うようにしている。
【００１０】
このように、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の間に所定の隙間が空くようにすることにより、請求項４に示されるように第３工程において接合チャンバー内を不活性ガスで充填あるいは真空排気することで、キャップと可動部（６）を有する構造体（３１ａ）の間における不活性ガス充填あるいは真空封止を良好に行うようにすることができる。なお、このように可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されている場合には、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）をチップ単位にダイシングカットする必要がある。この場合、まずキャップ基板（３２）の不要部（３２ｂ）を排除するダイシングカットを行う必要があるが、この不要部（３２ｂ）の排除を容易にするために、粘着テープ（３５）を用いるようにしても良い。
【００１１】
すなわち、ダイシングカットは、ウェハに形成されたオリエンテーションフラットに対して垂直方向と平行方向の２方向に行うが、このうちの一方のダイシングカットを行った後に、キャップ基板（３２）に粘着テープ（３５）を貼付け、その後もう一方向のダイシングカットを行うようにすれば、不要部（３２ｂ）が粘着テープ（３５）に貼付くようにすることができるため、不要部（３２ｂ）の排除を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明実施形態を詳細に説明する。
図１に、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。また、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。
【００１３】
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及びシリコン酸化膜１６が積層されている。また、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。
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。また、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。
【００１４】
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。
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。
【００１５】
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はワイヤボンディングにて外部の電子回路と接続されている。
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。
【００１６】
このように本センサは、両持ち梁構造の可動電極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。
【００１７】
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Ａｕ−Ｓｉ共晶接合法で接合するのであれば、Ａｕが用いられる。
【００１８】
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。
【００１９】
このように、センサ素子ＥＳが形成されたシリコン基板１に対してキャップ２１が空隙２４をもって対抗配置されている。つまり、シリコン基板１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を保護することができる。
【００２０】
また、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。
【００２１】
次に、本発明に関わるキャップ２１による封止構造の形成工程を、図４（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。
〔図４（ａ）に示す工程〕
まず、シリコンウェハをキャップ基板３２として用意し、キャップ基板３２の表面の所定領域にホトエッチングにより凹部を形成し、凹部に挾まれた領域に各チップ毎の突部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を形成する。
【００２２】
このとき形成される突部により、後の工程でキャップ基板３２をダイシングカットする際に、ダイシングブレード３４、３６（図６（ａ）、（ｃ）参照）とシリコンウェハ３１との接触を回避するための必要な間隙が確保される。
〔図４（ｂ）に示す工程〕
そして、キャップ基板３２の表面に接合層３２ａを形成する。接合層３２ａは、キャップ基板３２とセンサ基板３１（図４（ｃ）参照）との間に不活性ガス、あるいは真空を封止する場合、例えばＡｕ−Ｓｉ共晶接合法を用いるためにＡｕ、あるいは反応性を向上するためにＡｕ上にＴｉおよびＡｕを成膜したものを適用する。
【００２３】
引き続き、キャップ基板３２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７に示すように、形成した突起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。このとき、ΔＬ１及びΔＬ２は後の工程で昇華材を載せることから極力長くするのが好ましい。なお、図５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信頼できるものであればそれを位置合わせのラインとして用いることもできる。この場合、オリエンテーションフラット面に対し垂直に１本のみをラインＬ３を設ける。
【００２４】
〔図４（ｃ）に示す工程〕
図１〜図３に示したセンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）３１ａをシリコンウェハの各チップ形成領域毎に形成したセンサ基板３１を用意する。そして、このセンサ基板３１の端、つまり上述した基準ラインＬ１、Ｌ２から所定距離ΔＬ１、ΔＬ２の間にパラジクロロベンゼン等の昇華材３３を適量載せる。昇華材３３として、例えばパラジクロロベンゼンを用いた場合、センサ基板３１をパラジクロロベンゼンの融点以上（例えば６０℃）に加熱して、パラジクロロベンゼンを液化してセンサ基板３１の端に載せる。このとき、昇華材３３はセンサ基板３１上でなくキャップ基板３２の端に載せてもよい。また、図中では、凹部とセンサ基板３１の間に昇華材３３を配置しているが、この間より隙間が狭い凸部とセンサ基板３１の間に昇華材３３を配置すれば、昇華材を少量ですませることができる。
【００２５】
〔図４（ｄ）に示す工程〕
引き続き、昇華材３３が液状のままの状態でセンサ基板３１とキャップ基板３２との位置合わせおよび接合を、位置合わせ機能を有した接合装置にて実施する。
ここで、両基板の位置合わせ完了後、センサ基板３１とキャップ基板３２との間に隙間を確保するため適当な隙間を空け、両基板を昇華材を介して接触させる。その状態を保持しつつ両基板を室温まで冷却すると両基板は隙間を確保した状態で仮固定される。
【００２６】
この後、キャップ基板３２が仮固定されたセンサ基板３１を接合チャンバー内に搬送する。
〔図５（ａ）に示す工程〕
接合チャンバー内を所望の圧力で不活性ガスを充填あるいは真空排気する。その後、接合層３２ａの材料に応じた接合方法でセンサ基板３１とキャップ基板３２とを接合するが、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合の場合には適当な圧力で加圧した後、共晶温度（約３７０℃）以上に加熱し、さらに冷却することで接合する。具体的には、この接合時において、仮固定に使用した昇華材３３は加熱中に昇華してしまい消失するため、センサ基板３１とキャップ基板３２が接し、これにより接合が行われるようになっている。このような接合を行った場合、接合後の位置ずれは、実験結果からほぼ位置合わせを行った装置の合わせ精度程度になる。
【００２７】
〔図５（ｂ）に示す工程〕
次に、キャップ基板３２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基板３２をダイシングブレード３４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が形成される。ここで、カットする方向は図８（ａ）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、形成した位置合わせライン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８（ａ）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基板３２に対して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、キャップ基板３２の裏目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。
【００２８】
〔図５（ｃ）に示す工程〕
この図は、センサ基板３１及びキャップ基板３２の断面方向を９０度変えた断面図である。この図に示すように、ダイシングカット用の粘着シート３５をキャップ基板３２の裏面に貼り付ける。ここで、貼り付け時に粘着シート３５とキャップ基板３２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があるため、ここから空気を排気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とキャップ基板３２とが全域にわたり密着する。なお、図５（ｂ）の工程のダイシングカットにてできた不要部は、キャップ基板３２に残っているため、粘着シート３５をキャップ基板３５に張りつけた時に粘着シート３５に貼付くようになっている。
【００２９】
〔図６（ａ）に示す工程〕
さらに、ダイシングブレード３４を用いて、粘着シート３５と共にキャップ基板３２を再度ダイシングカットする。カットする方向は、図８（ｂ）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、位置合わせラインＬ３、Ｌ４と基準としてカット間隔およびカット位置を決定する。
【００３０】
このようにしてキャップ基板３２に対しダイシングカット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。
このダイシング工程において、粘着シート３５をキャップ基板３２に貼り付けた状態でカットするので、不要部３２ｂがダイシングカット中に飛散しセンサ基板３１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３４が破損することが回避される。つまり、不要部３２ｂ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。
【００３１】
なお、本実施形態では、カットする順番をラインＬ５とＬ６の順に行ったが、順番を変えてＬ６を先にカットするようにしても上記効果を得ることができる。
〔図６（ｂ）に示す工程〕
引き続き、粘着シート３５を分割されたキャップ基板３２から剥がす。このとき、粘着シート３５と共にキャップ不要部３２ｂも除去され、センサ基板３１上にキャップ３２ｃ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、キャップ基板３２から不要部３２ｂが分離される。
【００３２】
〔図６（ｃ）に示す工程〕
そして、ダイシングブレード３６を用いてセンサ基板３１ダイシングラインに沿ってダイシングカットし、各センサチップに分割されて、それぞれキャップが形成されたセンサが形成される。その結果、図１、２、３に示すセンサが製造される。
【００３３】
このように、昇華材を用いてセンサ基板３１とキャップ基板３２を仮固定した状態で接合チャンバーまで搬送しているため、接合チャンバーまでセンサ基板３１とキャップ基板３２を搬送する時に、キャップ基板３２がセンサ基板３１から位置ズレしないようにすることができる。また、昇華材３３によってキャップ基板３２とセンサ基板３１の間に隙間が空くようにしているため、キャップ基板３２とセンサ基板３１との間に不活性ガス、あるいは真空を容易に封止することができる。このような昇華材を用いて、センサ基板３１とキャップ基板３２との仮固定を行っているため、接合チャンバー外で、安価な汎用的な位置合わせ装置で位置合わせ可能となり、低コストで高歩留まりな半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用して形成した加速度センサの正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図５】図４に続く加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図６】図５に続く加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図７】センサ基板３１及びキャップ基板３２をダイシングカットする際におけるカット位置合わせ用ラインを説明するための図である。
【図８】キャップ基板３２のダイシングカットの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
３１…センサ基板、３１ａ…センサ素子、３２…キャップ基板、
３２ａ…突起部、３２ｂ…不要部、３２ｃ…キャップ、３３…昇華材、
３４、３６…ダイシングブレード、３５…粘着テープ。

Claims

可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されてなるセンサ基板（３１）と前記センサ基板（３１）の蓋となるキャップ基板（３２）とを接合して一体とする半導体装置の製造方法であって、
前記センサ基板（３１）と前記キャップ基板（３２）との位置合わせを行うと共に、前記センサ基板（３１）と前記チップ基板（３２）とをこれらの間に隙間を設けるように支持材（３３）にて仮固定する第１工程と、
前記仮固定が行われた状態で、接合チャンバー内に前記センサ基板（３１）と前記チップ基板（３２）を移動させる第２工程と、
前記接合チャンバー内にて前記支持体（３３）を溶融あるいは昇華させると共に、前記センサ基板（３１）と前記キャップ基板（３２）とを接合する第３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。
前記センサ基板（３１）に形成される前記可動部（６）を有する前記構造体（３１ａ）は梁構造体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記センサ基板（３１）に形成される前記可動部（６）を有する前記構造体（３１ａ）は両持ち梁構造体であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
前記第３工程では、前記接合チャンバー内を不活性ガスで充填あるいは真空排気することで、前記隙間を通じて、前記センサ基板（３１）と前記チップ基板（３２）との間を不活性ガス充填あるいは真空にすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。