JPH11220141A

JPH11220141A - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JPH11220141A
Application number: JP10021348A
Authority: JP
Inventors: Atsushige Senda; 厚慈千田; Shinji Yoshihara; 晋二吉原
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1998-02-02
Filing date: 1998-02-02
Publication date: 1999-08-10
Anticipated expiration: 2018-02-02
Also published as: JP4178575B2

Abstract

(57)【要約】【課題】不活性ガス充填あるいは真空封止するための
基板を有する半導体装置を、高歩留まりかつ省工程で製
造する。【解決手段】キャップ基板７に形成された凹部によっ
て、キャップ基板７をセンサ基板１に搭載したときに空
洞部１０ができる。このとき、キャップ基板７に備えら
れる接合用膜９に、空洞部１０とその外部とを連通する
連通溝９ａを設けておけば、この連通溝９ａを通じて真
空排気若しくは不活性ガス充填を行うことができる。こ
の連通溝９ａは、キャップ基板７とセンサ基板１とを加
圧するときに埋められ、キャップ基板７とセンサ基板１
とが接合用膜９によって共晶結合するときには消失す
る。このため、確実に真空排気若しくはガス充填を行う
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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。特に車両における横滑
り防止制御に用いられる加速度センサ等に適用すると好
適である。

【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）を有し、可動部（振動部）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（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。すなわち、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）を保護すると共に、樹脂モールドする際に可
動部内部へ樹脂が浸入することを防げるようにしてい
る。

【０００３】しかしながら、センサにおける検出感度の
高感度化、特性の安定化あるいはエアダンピングの回避
等を考慮すると、可動部周囲の雰囲気として不活性ガス
あるいは真空が適しているため、可動部をこれらの雰囲
気で封止できるキャップが必要不可欠となる。このため
従来では、可動部周囲の雰囲気を不活性ガスあるいは真
空雰囲気にするようにしており、キャップ基板（キャッ
プとなる基板）が搭載されたセンサ基板（センサが形成
されている基板）を接合チャンバー内に置き、接合チャ
ンバー内を不活性ガス雰囲気あるいは真空中にした状態
で加熱を行うことでキャップ基板をセンサ基板に接合す
る方法や、接合後に不活性ガス充填孔又は真空排気孔を
設けて可動部周囲の雰囲気を不活性ガスあるいは真空雰
囲気とし、その後成膜によりその孔を封止する方法が採
用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法では次のような課題がある。すなわち、前者の方法
によると、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ことから、コンダ
クタンスの影響を受け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という問題がある。こ
の場合、キャップ内部の圧力にバラツキを生じたり、目
標とする圧力に達しなかったりする。

【０００５】また、後者の方法によると、不活性ガス充
填については成膜をある程度真空状態で行わなければな
らないことから不可能であり、真空封止についても真空
排気および成膜するための工程が必要になるという問題
がある。そこで、この発明の目的は、不活性ガス充填あ
るいは真空封止するための基板を有する半導体装置を、
高歩留まりかつ省工程で製造することができる半導体装
置の製造方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項１乃至４に記
載の発明においては、凹部（７ａ）によって形成される
第１の半導体基板（７）と第２の半導体基板（１）との
間の空洞部（１０）と、該空洞部の外部とを連通する連
通溝（９ａ）を形成する工程と、連通溝を介して、空洞
部内を真空排気あるいはガス充填する工程と、第１の半
導体基板と第２の半導体基板とを挟む方向に加圧するこ
とで、接合膜に形成された連通溝を埋め、空洞部とその
外部とを遮断する工程とを有していることを特徴として
いる。

【０００７】このように、第１、第２の半導体基板の接
合前に一時的に連通溝を形成しておき、連通溝を通じて
真空排気若しくはガス充填を行い、その後第１、第２の
半導体基板を挟む方向に加圧することにより連通溝を埋
めて空洞部とその外部とを遮断するようにすれば、確実
に真空排気若しくはガス充填を行うことができる。ま
た、連通溝を加圧の際に埋めて消失させるようにしてい
るため、連通溝を成膜によって封止する必要もなく製造
プロセスの簡略化を図ることができる。

【０００８】これにより、不活性ガス充填あるいは真空
封止するための基板を有する半導体装置を、高歩留まり
かつ省工程で製造することができる。具体的には、請求
項２に示すように、連通溝は第１の半導体基板と第２の
半導体基板との接合面に対して平行に少なくとも１つ形
成されていればよく、連通溝を複数にすることも可能で
ある。また、連通溝によって空洞部とその外部とを連通
できるようになっていれば、連通溝の形状はどのような
ものでもよい。

【０００９】また、請求項３に示すように、接合膜によ
る共晶接合としては、該接合膜に含まれた金と第１、第
２の半導体基板に含まれたシリコンとによるＡｕ−Ｓｉ
共晶層によって行うことができる。なお、請求項４に示
すように、第２の半導体基板に機械的強度の低い構造体
（、例えば加速度センサ（２）が形成されるような場合
に、請求項１乃至３に記載の発明を適用すると好適であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。図１に本発明の一実施形態を適用し
た加速度センサの断面図を示し、加速度センサの構造に
ついて説明する。なお、図１（ａ）は加速度センサを通
過する方向での断面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ
−Ａ矢視断面図である。

【００１１】図１に示すように、センサ基板１の所定領
域には加速度センサの可動部（センシング部）２が形成
されている。センサ基板１は、シリコン基板３、このシ
リコン基板３上に成膜された絶縁膜４、可動部２、可動
部２を形成する際に用いたＳＯＩ基板５、及び可動部２
と電気的に接続された電極部６とを有している。そし
て、このように構成されたセンサ基板上にキャップ基板
７が搭載されており、このキャップ基板７によって可動
部が覆われている。

【００１２】キャップ基板７は、キャップ用ウェハ８と
シリコン基板の一面側に成膜された接合用膜９によって
構成されている。キャップ基板７には凹部７ａが形成さ
れており、この凹部７ａによってキャップ基板７とセン
サ基板１との間に所定の空洞部１０が形成された状態で
可動部２が覆われるようになっている。この空洞部１０
内は不活性ガスが充填されて（若しくは真空状態となっ
て）おり、センサの検出感度の高感度化、特性の安定化
あるいはエアダンピングの回避等が考慮されている。

【００１３】接合用膜９は、キャップ基板７のうち凹部
７ａが形成されている面に形成されており、この接合用
膜９の共晶結合によってキャップ基板７とセンサ基板１
とが結合している。この接合用膜９は、Ｔｉ膜やＡｕ膜
によって構成されており、キャップ基板７とセンサ基板
１とを加圧することによってこれらの膜が共晶結合し、
キャップ基板７とセンサ基板１とが接合されている。

【００１４】なお、図１（ｂ）に示されるように、キャ
ップ用ウェハ８には部分的にエッチング除去された凹部
８ａが形成されているが、この凹部８ａについての詳細
は後述する。次に、図１に示す加速度センサの製造方法
について、図２〜図５に基づいて説明する。

【００１５】〔図２（ａ）に示す工程〕先ず、キャップ
基板１を形成するためのウェハ（以下、キャップ用ウェ
ハという）基板８を用意し、このキャップ用ウェハ８の
表裏面に熱酸化膜１２を５０００Å形成すると共に、表
面側をホトエッチングによりパターニングする。そし
て、酸化膜１２をマスクとしてエッチングによりキャッ
プ用ウェハ８に凹部８ａを形成する。

【００１６】キャップ用ウェハ８がＳｉ基板の場合は、
マスクを酸化膜とし、ドライエッチングにより形成でき
る。この凹部８ａが不活性ガス導入するための連通溝
（もしくは真空排気するための連通溝）を形成するもの
として用いられる。この凹部８ａは、凹部を有するキャ
ップの辺に対して直角だけでなく、斜めもしくは接合部
を一周するような形状にする場合もある。

【００１７】〔図２（ｂ）に示す工程〕キャップ用ウェ
ハ８の表裏面に熱酸化膜１３を５０００Å形成し表面側
をホトエッチングによりパターニングする。そして、熱
酸化膜１３をマスクとしてエッチングを行い、キャップ
用ウェハ８に凹凸をつける。具体的には、図５に示すキ
ャップ用ウェハ８の上面図（図２（ｂ）を紙面上方から
見た図）で表されているように、センサの可動部２を保
護するための凹部７ａと、後の工程でキャップ用ウェハ
８をダイシングカットする際にダイシングブレード２２
とセンサウェハ２０（図３（ｃ）参照）との接触を回避
するために必要とされる間隙（センシング部分の間）を
確保するための凹部７ｂである。

【００１８】〔図２（ｃ）に示す工程〕マスクとした熱
酸化膜１３を表裏面ともＨＦ水溶液により除去し、Ａｕ
メッキ膜を形成するために必要なＴｉ１４およびＡｕ１
５を蒸着法あるいはスパッタリング法により真空中で連
続的に成膜する。このときＴｉ１４およびＡｕ１５の膜
厚は１０００Åとしている。

【００１９】次に、電解メッキによりＡｕ表面の全面に
メッキ処理を施し、Ａｕ膜１６を形成する。但し、Ａｕ
はメッキに限らず蒸着あるいはスパッタにより成膜して
もよい。このとき、Ａｕ膜１６の膜厚は３．５μｍとし
ている。さらに、還元作用のあるＴｉ１７と、その酸化
防止のためのＡｕ１８を真空中で連続的に成膜する。こ
のとき、Ｔｉ１７の膜厚を５０〜８００Åとしている。
例えば、Ｔｉ膜１７を１０００Å以上とすると酸化チタ
ンの他にＴｉシリサイドが多量に形成されてしまい、接
合強度が低下するからである。

【００２０】また、Ａｕ１８膜厚はＡｕ中のＴｉがＳｉ
表面へ拡散することを考慮し２００Åとしている。この
ように、キャップ用ウェハ８上にＴｉ１４、Ａｕ１５、
Ａｕ膜１６、Ｔｉ膜１７が構成されて接合用膜９とな
る。このとき、キャップ用ウェハ８に、上述した凹部８
ａが形成されているため、接合用膜９が成膜された時に
も凹部９ａが残った状態となっており、この凹部９ａが
不活性ガス導入（もしくは真空排気）のための連通溝と
なる。以下、凹部９ａを連通溝９ａという。この連通溝
９ａは、図５と同様に、センサの可動部２を保護するた
めの凹部７ａのそれぞれが凹部７ｂを通じて外部と連通
するように形成される。このようにして、キャップ基板
７が完成する。

【００２１】次に、キャップ基板７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６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△Ｌ１、△Ｌ
２だけ離した位置（ダイシングラインＬ３、Ｌ４）でダ
イシングカットする。なお、図３はダイシングカットラ
インを２本形成しているが、キャップ基板７のファセッ
トの切り出し精度が信頼できるものであれば、それを基
準となる位置合わせラインとして用いることもでる。こ
の場合、ファセットに対し垂直に１本のみでもよい。

【００２２】〔図３（ａ）に示す工程〕次に、可動部２
が形成されたセンサ基板１のうちシリコンが露出した部
分と、キャップ基板７の接合用膜９とを接触させる。こ
の時、キャップ基板７には連通溝９ａが形成されている
ため、キャップ基板７にて可動部２を覆った時に、キャ
ップ基板７とセンサ基板１によって形成される空洞部１
０は、外部と連通した状態となる。そして、連通溝９ａ
を通じて不活性ガスの充填（あるいは真空排気）を行
う。

【００２３】〔図３（ｂ）に示す工程〕次に、温度を４
００℃とし、キャップ基板７及びセンサ基板１への加圧
力を２gf／mm²として、１０分間ホールドする。これに
より、柔らかいＡｕ等が押圧されて、Ａｕ１５、Ａｕ膜
１６、Ｔｉ膜１７がＡｕ−Ｓｉ共晶層２０となる。その
後冷却する。この加圧の際に、連通溝９ａはＡｕ−Ｓｉ
共晶層２３によって埋められ、消失する。そして、セン
サ基板１とキャップ基板７はＡｕ−Ｓｉ共晶層２３によ
り接合され、空洞部１０内は不活性ガスあるいは真空封
止される。

【００２４】なお、この接合工程の前後におけるキャッ
プ基板７及びセンサ基板１の断面図を図７（ａ）、
（ｂ）に示す。この図に示されるように、接合工程前に
は連通溝９ａが開いており、接合後には連通溝９ａが埋
められて消失していることが判る。〔図３（ｃ）に示す工程〕次に、キャップ部７ｃとキャ
ップ不要部７ｄとを分離するためにダイシングブレード
２２によりキャップ基板７をダイシングカットする。こ
の際、カットする方向は図８（ａ）に示すようにファセ
ットに対して垂直とし、先に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。このとき、ラインＬ３、Ｌ４を形成してい
るため、キャップ基板７裏面にスクライブラインのよう
なパターンがなくても容易にダイシングカットが可能と
なる。これにより、図８（ａ）に示すように、キャップ
基板７のダイシングラインの一方となるダイシングライ
ンＬ５がカットされる。

【００２５】〔図４（ａ）に示す工程〕次に、ダイシン
グカット用の粘着シート２３をキャップ基板７の裏面に
貼り付ける。ここで、粘着シート２３の貼り付け時にエ
アーをかみ、そのエアーをかんだ部分が粘着シートで固
定されずダイシングカット後に飛散することが予想され
るが、図３（ｃ）の工程におけるダイシングカットによ
る切り込みがあるため、そこからエアーを排出できるの
で貼り付け後軽く擦り付ければ、この問題は回避でき
る。

【００２６】〔図４（ｂ）に示す工程〕この図は、セン
サ基板１及びキャップ基板７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、ダイシングブレー
ド２２により粘着シート２３ごとキャップ基板７を再度
ダイシングカットし、不要部７ｅを分割する。カットす
る方向は図８（ｂ）に示すようにラインＬ５に対して垂
直とし、ラインＬ５の形成と同様に位置合せラインを基
準としてカット間隔およびカット位置を決定する。この
ようにして、ダイシングカットラインＬ６が形成され
る。なお、図中では粘着シート２３を斜線で示してい
る。

【００２７】このダイシング工程において、粘着シート
２３をキャップ基板７に張りつけた状態でカットするの
で、不要物７ｅがダイシングカット中に飛散しセンサ基
板１表面の電極６等を損傷したりダイシングブレード２
２が損傷したりすることを回避できる。つまり、不要物
７ｅは粘着シート２３に固定されており、上述した不具
合を回避することができる。なお、本実施形態では、カ
ットする順番をラインＬ５、Ｌ６の順に行ったが、ダイ
シングカット方向の順序が逆になっても全く問題はな
い。

【００２８】〔図４（ｃ）に示す工程〕次に、粘着シー
ト２３を分割されたキャップ基板７から剥がす。このと
き粘着シート２３とともにキャップ不要部７ｅは除去さ
れ、図に示されるようにセンサ基板１上にキャップ７ｃ
が搭載された形となる。次に、センサ基板１をスクラブ
ラインに沿ってダイシングカットし、センサチップにす
る。これにより図１に示す加速度センサが完成する。

【００２９】このように、不活性ガス導入（真空排気）
を行う際に、センサ基板１とキャップ基板７とによって
形成される空洞部１０と外部とを連通させ、不活性ガス
導入（真空排気）後の接合時に消失する連通溝９ａを設
けることにより、空洞部１０内を完全に不活性ガス雰囲
気（若しくは真空状態）とすることができる。このた
め、キャップ基板７の自重によって不活性ガス導入のた
めの間隔が確保できず、コンダクタンスの影響を受けて
キャップ７ｃの内部（空洞部１０）への不活性ガス充填
あるいは真空排気が十分できなくなるという問題が発生
しない。また、キャップ７ｃの内部の圧力にバラツキを
生じたり、目標とする圧力に達しなかったりすることも
ない。さらに、接合後に不活性ガス導入孔を形成する場
合と異なり、キャップ７ｃの内部に確実に不活性ガスを
導入することができ、また真空排気孔を設けた場合のよ
うに成膜によって孔を塞ぐ工程が必要とされないため、
成膜するための工程を省くこともでき半導体装置製造プ
ロセスの簡略化を図ることができる。

【００３０】このように、本実施形態の方法によれば、
不活性ガス充填あるいは真空封止するためのキャップ基
板を有する半導体装置を、高歩留まりかつ省工程で製造
することができる。（他の実施形態）ここで実施例では
第１の半導体基板としてセンサウェハを、第２の半導体
基板としてキャップ用ウェハとして述べてきたが、第１
および第２の半導体基板として回路素子を含むウェハと
してもよい。この形態は、ＣｈｉｐＯｎＣｈｉｐと
称するマルチチップとなり、有効面積を縮小できる利点
がある。

【００３１】本発明によれば、機械的強度の低い構造体
が形成されたチップ上に不活性ガスあるいは真空雰囲気
の保護キャップを高歩留まりで製造することができる。
しかも、不活性ガス充填あるいは真空排気に用いた溝は
接合時に生じるＡｕ−Ｓｉ共晶層により消失し封止され
るため、プロセスの簡略化が可能となる。また、ウェハ
直接接合のように接合時の面粗度の影響を受けにくく、
高温熱処理が不要なため、多種のプロセスに応用が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を適用して製造した加速度
センサの断面図である。

【図２】図１に示す加速度センサの製造工程を示す図で
ある。

【図３】図２に続く加速度センサの製造工程を示す図で
ある。

【図４】図３に続く加速度センサの製造工程を示す図で
ある。

【図５】キャップ用ウェハとセンサ基板１との接合前後
を示す図である。

【図６】センサ基板１及びキャップ用ウェハをダイシン
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７】キャップ基板のダイシングカットの状態を示す
説明図である。

【図８】センサ基板１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】

１…センサ基板、２…可動部、３…キャップ用ウェハ、
４…絶縁膜、５…ＳＯＩ膜、６…電極、７…キャップ基
板、７ａ、７ｂ…凹部、７ｃ…キャップ、９…接合用
膜、９ａ…連通溝、１４…Ｔｉ、１５…Ａｕ、１６…Ａ
ｕ膜、１７…Ｔｉ膜、１８…Ａｕ膜、２０…Ａｕ−Ｓｉ
共晶層。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一面側に凹部（７ａ）が形成された第１
の半導体基板（８）を、接合用膜（９）を介して第２の
半導体基板（１）に搭載したときに、前記凹部によって
形成される前記第１の半導体基板と第２の半導体基板と
の間の空洞部（１０）と、その外部とを連通する連通溝
（９ａ）を形成する工程と、前記連通溝を介して、前記空洞部内を真空排気あるいは
ガス充填する工程と、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを挟む
方向に加圧することで、前記接合用膜によって前記第１
の半導体基板と前記第２の半導体基板とを共晶接合させ
ると共に、前記連通溝を埋めて前記空洞部とその外部と
を遮断する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の
製造方法。
【請求項２】前記接合用膜は、前記第１の半導体基板
と前記第２の半導体基板のいずれか一方に形成されてお
り、前記連通溝は前記第１の半導体基板と第２の半導体
基板との接合面に対して平行に少なくとも１つ形成され
てい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。
【請求項３】前記接合用膜による共晶接合は、該接合
用膜に含まれた金と前記第１、第２の半導体基板に含ま
れたシリコンとによるＡｕ−Ｓｉ共晶層によって行うこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製
造方法。
【請求項４】前記第２の半導体基板は機械的強度の低
い構造体（２）が形成されるものであり、前記構造体は
前記空洞部内に配置されていることを特徴とする請求項
１乃至３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方
法。
【請求項５】チップ毎に形成された複数の素子（２）
を有する第１の半導体基板（１）上に、前記複数の素子
のそれぞれを覆うための凹部が形成されたキャップ用の
第２の半導体基板を搭載したときに、前記凹部によって
形成される前記第１の半導体基板と第２の半導体基板と
の間の空洞部（１０）と、その外部とを連通する連通溝
（９ａ）を形成する工程と、前記連通溝を介して、前記空洞部内を真空排気あるいは
ガス充填する工程と、前記第１の半導体基板と前記第２の半導体基板とを挟む
方向に加圧することで、前記接合用膜によって前記第１
の半導体基板と前記第２の半導体基板とを共晶接合させ
ると共に、前記連通溝を埋めて前記空洞部とその外部と
を遮断する工程と、前記第１の半導体基板及び前記第２の半導体基板をチッ
プ単位にダイシングカットする工程と、を含むことを特
徴とする半導体装置の製造方法。