JP2000311961A - 半導体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 寸法精度が高く安価に製造できるに半導体素
子の製造方法を提供することにある。 【解決手段】 ベースウェハ１０およびキャップウェハ
４０の対向面のいずれか一方に、位置決め突部１７ｂを
設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ベースウェハの上
面にガラスフリットを介して接着一体化したキャップウ
ェハで気密封止される半導体素子の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ベースウ
ェハの上面に設けられ、かつ、ガラスフリットを介して
前記ベースウェハに接着一体化したキャップウェハで気
密封止される半導体素子の製造方法としては、例えば、
特開平５−２９１３８８号公報がある。

【０００３】すなわち、下面に環状のガラスフリットを
形成したキャップウェハを、ベースウェハの上面に位置
決めし、加熱，加圧して接着一体化する方法である。こ
の方法では、加熱温度が転移温度以上になると、ガラス
フリットが固体から流動体に変化し、温度が上昇するに
つれてガラスフリットの粘度が低くなり、流動性が増加
する。そして、温度が転移温度以下になり、ガラスフリ
ットが流動体から固体に戻るときに接触していた材料に
接着する性質を利用している。

【０００４】しかしながら、この方法では、所定の接着
強度を確保すべく、流動体となったガラスフリットにキ
ャップウェハあるいはベースウェハの重み、および／ま
たは、接合機の圧力により、加圧したままの状態で加
熱，冷却していた。このため、加熱によって流動体とな
ったガラスフリットは低くなると同時に、厚くなって固
化していた。したがって、前述の方法では、前記ガラス
フリットを所定の均一な高さに維持するための調整作業
が困難であった。特に、１枚のウェハ上に多数個の製品
を製造する場合には、製品個々の高さ寸法にバラツキが
生じやすい。

【０００５】また、密封される半導体素子が高くなるに
つれてガラスフリットを高くする必要がある。この場
合、ガラスフリットの高さ，厚さを大きくすれば可能で
ある。しかし、接合の際の圧力によってガラスフリット
の厚さ寸法がより一層増加する。このため、製品個々の
床面積が大きくなり、ウェハ１枚から得られる製品の個
数が少なくなるので、製品の単価が高いという問題点が
ある。

【０００６】本発明は、前記問題点に鑑み、寸法精度が
高く安価に製造できる半導体素子の製造方法を提供する
ことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係る半導体素子
の製造方法は、前記目的を達成するため、上面に半導体
素子を設けたベースウェハに、下面に環状のガラスフリ
ットを形成したキャップウェハを接着一体化し、前記半
導体素子を密封した半導体素子の製造方法において、前
記ベースウェハおよび前記キャップウェハの対向面のい
ずれか一方に、少なくとも１つの位置決め突部を設けた
構成としてある。

【０００８】前記位置決め突部は、前記キャップウェハ
の対向面に形成してもよい。また、前記位置決め突部
は、３個以上設けてもよい。

【０００９】前記位置決め突部は、前記半導体素子の周
囲を包囲する突条であってもよい。また、前記位置決め
突部は、ダイシング領域に配置しておいてもよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態は、図１ないし
図２８に示すように、マイクロリレーに適用した場合に
ついて説明する。特に、図１ないし図１８は、一個のマ
イクロリレーを製造する場合の第１実施形態を示し、図
１９ないし図２８は、多数個のマイクロリレーを同時に
製造する場合の第２，第３，第４実施形態を示す。

【００１１】第１実施形態にかかるマイクロリレーは、
図１ないし図３に示すように、パイレックス等の絶縁材
からなるベースウェハ１０と、環状のガラスフリット３
０と、パイレックス等の絶縁材からなるキャップウェハ
４０とからなるものである。

【００１２】前記ベースウェハ１０の上面には、図３に
示すように、固定電極１１、４本の配線１３，１４，１
５，１６、可動素子２０および一対の突部１７ａ，１７
ｂが設けられている。前記固定電極１１は、前記ベース
ウェハ１０の上面中央に平面略Π字形に形成され、その
表面は絶縁膜１２で被覆されている（図４（Ｃ））。４
本の前記配線うち、その２本の配線１４，１５は、その
一端部が接続パッド１４ａ，１５ａとなっている一方、
その他端部が前記固定電極１１の中央にそれぞれ延在
し、固定接点部１４ｂ，１５ｂとなっている。また、他
の１本の配線１３は、その一端部が接続パッド１３ａと
なっている一方、その他端部が前記固定電極１１に接続
されている。さらに、残る他の１本の配線１６は、その
一端部が接続パッド１６ａとなっている一方、その他端
部が可動素子２０に電気接続されている。そして、位置
決め突部１７ａ，１７ｂは、前記ベースウェハ１０上面
の隣り合う隅部に設けられている。

【００１３】可動素子２０は、図３に示すように、平面
略Ｃ字形のアンカ２２から延在する４本の支持梁２３を
介し、可動電極２４を板厚方向に駆動可能に支持したも
のである。前記支持梁２３は、スリット２１を設けるこ
とにより、形成されている。また、前記可動電極２４
は、その中央部に２本のスリット２５，２５を並設する
ことにより、可動接触片２６が切り出されている。この
可動接触片２６の下面中央には、絶縁層２７を介して可
動接点２８が設けられている（図１３）。この可動接点
２８は前記固定接点１４ｂ，１５ｂに接離可能に対向し
ている。

【００１４】そして、ガラスットフリット３０を介して
前記ベースウェハ１０と前記キャップウェハ４０との間
に形成される空間内に、前記可動素子２０が気密封止さ
れている。

【００１５】次に、本実施形態の製造方法について説明
する。なお、図４ないし図８は図３のＡ−Ａ線断面図に
従って切断した場合のプロセス工程図を示す。図９ない
し図１３は図３のＢ−Ｂ線断面図に従って切断した場合
のプロセス工程図を示す。図１４ないし図１８は図３の
Ｃ−Ｃ線断面図に従って切断した場合のプロセス工程図
を示す。

【００１６】図４（Ａ）、図９（Ａ）および図１４
（Ａ）に示すパイレックス等のガラスウェハ１０の上面
に、平面略Π字形の電極１１および配線１３，１４，１
５，１６をスパッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン
印刷等で所定の位置に形成する（図４（Ｂ）、図９
（Ｂ）、図１４（Ｂ））。さらに、前記電極１１の表面
を絶縁膜１２で被覆する（図４（Ｃ）、図９（Ｃ）、図
１４（Ｃ））。

【００１７】図５（Ａ）、図１０（Ａ）および図１５
（Ａ）に示すように、結晶方位（１００）の単結晶シリ
コンウェハからなるＳＯＩ（silicon-on-insulator）シ
リコンウェハ２９を用意する。そして、所望の支持梁厚
さ及び可動電極厚さを確保するため、前記ＳＯＩシリコ
ンウェハ２９の活性層２９ａ側の表面にＴＭＡＨ（アル
カリエッチング液）エッチングを施し、アンカ２２およ
び突部１７ａ，１７ｂを形成する（図５（Ｂ）、図１０
（Ｂ）、図１５（Ｂ））。同様に、ＴＭＡＨエッチング
で前記アンカ２２に段部２２ａを形成する（図５
（Ｃ））。さらに、酸化膜２７を形成した後、導電材を
スパッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン印刷等によ
り、可動接点２８を形成するとともに、中継接続部２２
ｂを形成する（図５（Ｄ）、図１０（Ｄ））。ついで、
可動接点２８の下方側に位置する酸化膜だけを除き、酸
化膜２７を除去する（図５（Ｅ）、図５（Ｅ）、図１５
（Ｅ））。

【００１８】図６、図１１および図１６に示すように、
ベースウェハ１０に前記ＳＯＩウェハ２９を位置決め
し、陽極接合を行う（図６（Ａ）、図１１（Ａ）、図１
６(Ａ)）。そして、ＳＯＩウェハ２９の上面をＴＭＡ
Ｈ、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で除去してシンニ
ングする（図６（Ｂ））。このアルカリエッチング液の
酸化膜エッチングレートはシリコンに比し、極端に遅
い。このため、埋設されている酸化膜２９ｂでエッチン
グを止めることができ、膜厚精度の高いシンニングを行
うことができる。その後、露出した前記酸化膜２９ｂ
を、突部１７ａ，１７ｂの上方に位置する部分を除き、
ＨＦ等で除去する（図１１（Ｂ）、図１６（Ｂ））。酸
化膜２９ｂを残存させるのは、キャップウェハ４０との
接着強度を高めるためである。さらに、残っているＳＯ
Ｉウェハ２９の活性層２９ａにドライエッチングを施し
てスリット２１，２５を形成することにより、可動電極
２４および可動接触片２６を切り出す（図６（Ｃ）、図
１１（Ｃ）、図１６（Ｃ））。この結果、位置決め突部
１７ａ，１７ｂがそれぞれ単独で自立する。

【００１９】図７、図１２および図１７に示すように、
キャップウェハ４０に用いるパイレックス等のガラスウ
ェハの下面に、凹所４１を形成する。さらに、この凹所
４１の周辺縁部に環状のガラスフリット３０をスクリー
ン印刷で形成する。そして、図８（Ａ）、図１３（Ａ）
および図１８（Ａ）で示すように、ベースウェハ１０に
ガラスフリット３０を介してキャップウェハ４０を加
熱，加圧して接着一体化する。ついで、配線１３，１
４，１５，１６の接続パッド１３ａ，１４ａ，１５ａ，
１６ａを覆うキャップウェハ４０の一部をダイシングで
除去する（図８（Ｂ）、図１３（Ｂ）、図１８
（Ｂ））。

【００２０】次に、前述の構成からなるマイクロリレー
の動作を説明する。配線１３，１６の接続パッド１３
ａ，１６ａから固定電極１１と可動電極２４との間に電
界が印加されていない場合、可動接点２８が固定接点部
１４ｂ，１５ｂから開離している（図１３（Ｂ））。

【００２１】そして、配線１３，１６の接続パッド１３
ａ，１６ａから固定電極１１と可動電極２４との間に電
界を印加すると、両電極の間に生じる静電力で固定電極
１１に可動電極２４が吸引される。このため、支持梁２
３のバネ力に抗して可動電極２４が板厚方向に下降し、
その可動接点２８が固定接点部１４ｂ，１５ｂに接触し
た後、可動電極２４が固定電極１１に絶縁膜１２を介し
て吸着する。

【００２２】ついで、前述の電圧の印加を停止すること
により、可動電極２４が支持梁２３のバネ力で復帰し、
固定接点部１４ｂ，１５ｂから可動接点２８が開離して
元の状態に復帰する。

【００２３】第２実施形態は、図１９に示すように、１
枚のウェハから多数個のマイクロリレーを製造する場合
である。特に、本実施形態では、１枚のパイレックス等
からなるベースウェハ１０の上面に多数のマイクロリレ
ーユニット１９を形成するとともに、４本の位置決め突
部１７を形成している（図１９（Ａ））。一方、キャッ
プウェハ４０の下面のうち、前記マイクロリレーユニッ
ト１９と対応する位置に環状のガラスフリット３０を形
成してある（図１９（Ｂ））。そして、前記ベースウェ
ハ１０にキャップウェハ４０を重ね合わせ、所定の位置
に位置決めするとともに、前記位置決め突部１７にキャ
ップウェハ４０を当接させる。ついで、ベースウェハ１
０にガラスフリット３０を介してキャップウェハ４０を
接着一体化する（図１９（Ｃ））。

【００２４】第３実施形態は、図２０に示すように、１
枚のベースウェハ１０の上面に多数のマイクロリレーユ
ニット１０を格子状に配置するとともに、各交差点に位
置決め突部１７を形成したものである（図２０
（Ａ））。本実施形態によれば、デッドスペースであっ
たマイクロリレーユニット１９間の空隙を有効に利用で
き、位置決め突部１７を設けるために特別なスペースを
必要としない。このため、１枚のウェハからより多くの
マイクロリレーを切り出すことができ、製造単価を低減
できるという利点がある。

【００２５】第４実施形態は、図２１示すように、１枚
のベースウェハ１０の上面に多数のマイクロリレーユニ
ット１９を格子状に配置する。さらに、前記マイクロリ
レーユニット１９間の間隙に位置決め突条１８を格子状
に形成した場合である。

【００２６】本実施形態の製造方法を、図２２ないし図
２８の添付図面について説明する。まず、図２４（Ａ）
に示すパイレックス等のガラスウエハ１０の上面に、平
面略Π字形の固定電極１１および配線１３，１４，１
５，１６をスパッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン
印刷等で所定の位置に形成する（図２４（Ｂ））。さら
に、前記固定電極１１の表面を絶縁膜１２で被覆する
（図２４（Ｃ））。

【００２７】そして、図２５（Ａ）に示すように、結晶
方位（１００）の単結晶シリコンウェハからなるＳＯＩ
（silicon-on-insulator）シリコンウェハ２９を用意す
る。そして、所望の支持梁厚さ及び可動電極厚さを確保
するため、前記ＳＯＩシリコンウェハ２９の活性層２９
ａ側の表面にＴＭＡＨ（アルカリエッチング液）エッチ
ングを施し、アンカ２２および突条１８を形成する（図
２５（Ｂ））。同様に、ＴＭＡＨエッチングで前記アン
カ２２の基部に段部２２ａを形成する（図２５
（Ｃ））。さらに、酸化膜２７を形成した後、導電材を
スパッタリング、蒸着、メッキ、スクリーン印刷等によ
り、パターンニングを施して可動接点（図示せず）を形
成するとともに、中継接続部２２ｂを形成する（図２５
（Ｄ））。ついで、前記可動接点の下方側に位置する酸
化膜だけを除き、酸化膜２７を除去する（図２５
（Ｅ））。

【００２８】ついで、図２６に示すように、ベースウェ
ハ１０に前記ＳＯＩウェハ２９を位置決めし、陽極接合
を行う（図２６（Ａ））。そして、ＳＯＩウェハ２９の
上面をＴＭＡＨ、ＫＯＨ等のアルカリエッチング液で除
去してシンニングする（図２６（Ｂ））。このとき、各
マイクロリレーユニット１９は位置決め突条１８で仕切
られているので、シンニングするためのエッチング液で
マイクロリレーユニット１９が損傷することはない。そ
して、露出した前記酸化膜２９ｂ（図２６（Ｂ））をＨ
Ｆ等で除去する。さらに、残存するＳＯＩウェハ２９の
活性層２９ａにドライエッチングでスリットを形成する
ことにより、可動電極２４を切り出し（図２６
（Ｃ））、マイクロリレーユニット１９が完成する。こ
のとき、位置決め突条１８も格子状に残存している。

【００２９】図２７に示すように、パイレックス等のガ
ラスウェハからなるキャップウェハ４０の下面に、凹所
４１を形成するとともに、その周辺縁部に環状のガラス
フリット３０をスクリーン印刷で形成する。そして、図
２８（Ａ）に示すように、前記ベースウェハ１０にキャ
ップウェハ４０を重ね合わせ、前記位置決め突条１８に
キャップウェハ４０を当接させるとともに、所定の位置
に位置決めする。ついで、ベースウェハ１０にキャップ
ウェハ４０を加熱，加圧しながら接着一体化する。つい
で、前記キャップウェハ４０をダイシングで個々に切り
離す（図２８（Ｂ））。最後に、前記位置決め突条１８
に沿ってダイシングし、ベースウェハ１０を個々に切り
離すことにより、マイクロリレーが完成する（図２８
（Ｃ））。

【００３０】なお、前述の実施形態に係る各マイクロリ
レーの動作は、第１実施形態とほぼ同様であるので、説
明を省略する。

【００３１】第３，第４実施形態によれば、デッドスペ
ースであったマイクロリレーユニット１９間の空隙を有
効に利用でき、位置決め突部１７，突条１８を設けるた
めに特別なスペースを必要としない。このため、１枚の
ウェハからより多くのマイクロリレーを切り出すことが
でき、製造単価を低減できる。また、前記位置決め突条
１８によってマイクロリレーユニット１９が仕切られて
いる。このため、ベースウェハ１０にキャップウェハ４
０を接着一体化した後、前記キャップウェハ４０をシン
ニングする場合に、エッチング液が前記ユニット１９内
に侵入できない。このため、エッチング液によるマイク
ロリレーユニット１９の損傷を抑制できるという利点が
ある。

【００３２】本発明はマイクロリレーに限らず、例え
ば、マイクロスイッチ等の他の半導体素子に適用でき
る。

【００３３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、ベース
ウェハにキャップウェハを接着一体化する際に、両者の
対向面の少なくともいずれか一方に設けた位置決め突部
が、両者間の対向距離を規制する。このため、対向面間
の距離にバラツキがなくなり、高い寸法精度の半導体素
子が得られる。また、両者を接着一体化する際に従来例
のようにガラスフリットが押し潰されることがない。こ
のため、ガラスフリットは背が高く薄肉のままで固化す
るので、床面積の小さい半導体素子が得られる。この結
果、１枚のウエハからより多くの製品が得られ、製造単
価の安い製品が得られる。

【００３４】請求項２によれば、位置決め突部をキャッ
プウェハに形成できるので、設計の自由度が大きくな
る。

【００３５】請求項３によれば、少なくとも３個の位置
決め突部を設けるので、ベースウェハおよびキャップウ
ェハを平行に対向させることができる。このため、より
寸法精度の高い半導体素子が得られることになる。

【００３６】請求項４によれば、半導体素子を位置決め
突条が包囲する。このため、ベースウェハにキャップウ
ェハを接着一体化した後にシンニングを行っても、エッ
チング液による半導体素子の損傷を抑制できる。

【００３７】請求項５によれば、ダイシング領域に位置
決め突部を形成してある。このため、ダイシングすると
同時に、位置決め突部を除去して切り離すことができ
る。この結果、生産工数が少なくなり、生産性が向上す
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明にかかるマイクロリレーの第１実施形
態を示す斜視図である。

【図２】 図１の平面図である。

【図３】 図１のキャップウエハを取り外した場合の平
面図である。

【図４】 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を示す
ベースウェハのプロセス工程図である。

【図５】 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を示す
ＳＯＩシリコンウェハのプロセス工程図である。

【図６】 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の接合
方法を示すプロセス工程図である。

【図７】 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を示す
キャップウェハのプロセス工程図である。

【図８】 図３のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の接合
方法を示すプロセス工程図である。

【図９】 図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した場合を示す
ベースウェハのプロセス工程図である。

【図１０】 図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した場合を示
すＳＯＩシリコンウェハのプロセス工程図である。

【図１１】 図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の接
合方法を示すプロセス工程図である。

【図１２】 図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した場合を示
すキャップウェハのプロセス工程図である。

【図１３】 図３のＢ−Ｂ線に沿って切断した場合の接
合方法を示すプロセス工程図である。

【図１４】 図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した場合を示
すベースウェハのプロセス工程図である。

【図１５】 図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した場合を示
すＳＯＩシリコンウェハのプロセス工程図である。

【図１６】 図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した場合の接
合方法を示すプロセス工程図である。

【図１７】 図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した場合を示
すキャップウェハのプロセス工程図である。

【図１８】 図３のＣ−Ｃ線に沿って切断した場合の接
合方法を示すプロセス工程図である。

【図１９】 本発明にかかるマイクロリレーの第２実施
形態を示す概略プロセス工程図である。

【図２０】 本発明にかかるマイクロリレーの第３実施
形態を示す概略プロセス工程図である。

【図２１】 本発明にかかるマイクロリレーの第４実施
形態を示す概略プロセス工程図である。

【図２２】 図１９（Ａ）の拡大平面図である。

【図２３】 図２１（Ｃ）の拡大平面図である。

【図２４】 図２２のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を
示すベースウェハのプロセス工程図である。

【図２５】 図２２のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を
示すＳＯＩシリコンウェハのプロセス工程図である。

【図２６】 図２２のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の
接合方法を示すプロセス工程図である。

【図２７】 図２２のＡ−Ａ線に沿って切断した場合を
示すキャップウェハのプロセス工程図である。

【図２８】 図２２のＡ−Ａ線に沿って切断した場合の
接合方法を示すプロセス工程図である。

【符号の説明】

１０…ベースウェハ、１１…固定電極、１２…絶縁膜、
１３，１４，１５，１６…配線、１３ａ，１４ａ，１５
ａ，１６ａ…接続パッド、１４ｂ，１５ｂ…固定接点
部、１７，１７ａ，１７ｂ…位置決め突部、１８…位置
決め突条、１９…マイクロリレーユニット、２０…可動
素子、２１…スリット、２２…アンカ、２３…支持梁、
２４…可動電極、２５…スリット、２６…可動接触片、
２７…絶縁層、２８…可動接点、２９…ＳＯＩシリコン
ウェハ、３０…ガラスフリット、４０…キャップウェ
ハ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面に半導体素子を設けたベースウェハ
   に、下面に環状のガラスフリットを形成したキャップウ
   ェハを接着一体化し、前記半導体素子を密封した半導体
   素子の製造方法において、 前記ベースウェハおよび前記キャップウェハの対向面の
   いずれか一方に、少なくとも１つの位置決め突部を設け
   たことを特徴とする半導体素子の製造方法。
2. 【請求項２】 前記位置決め突部が、前記キャップウェ
   ハの対向面に形成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の半導体素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記位置決め突部が、３個以上設けられ
   ていることを特徴とする請求項１または２に記載の半導
   体素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記位置決め突部が、前記半導体素子の
   周囲を包囲する突条であることを特徴とする請求項１な
   いし３のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記位置決め突部が、ダイシング領域に
   配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のい
   ずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。