JP2005228863A - Semiconductor device, manufacturing method thereof and sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造技術に関し、詳しくは、安価で簡易に封止された半導体装置が得られる半導体装置の製造技術に関する。 The present invention relates to a manufacturing technique of a semiconductor device, and more particularly to a manufacturing technique of a semiconductor device from which an inexpensive and easily sealed semiconductor device can be obtained.
近年、半導体微細加工技術の発展により、微小な機械部品と電子回路を集積したシステム(MEMS:Micro Electro Mechanical Systems)が注目されている。このようなMEMSデバイスとして、例えば、シリコンマイクロマシニングを用いた各種センサが挙げられている。このようなセンサは、センシング精度を向上させるために、例えばセラミクスや金属を用いたハーメチックパッケージなどによる気密封止(ハーメチック封止)がされている。 In recent years, due to the development of semiconductor microfabrication technology, a system (MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) in which minute mechanical parts and electronic circuits are integrated has attracted attention. Examples of such MEMS devices include various sensors using silicon micromachining. In order to improve the sensing accuracy, such a sensor is hermetically sealed (hermetic sealing) using, for example, a hermetic package using ceramics or metal.
また、非特許文献1には、シリコンチップに形成された空洞部を、シリコンチップの両面を平坦なガラス基板により覆うことで封止した真空パッケージが開示されている。また、シリコンロータが形成されたガラス基板を、シリコンフレームを介在させて他のガラス基板と接合させることにより封止した真空パッケージが開示されている。
しかしながら、従来のセラミクスや金属を用いたハーメチックパッケージは、高価であり、製品コストの低減という観点からは不向きであった。 However, conventional hermetic packages using ceramics or metal are expensive and unsuitable from the viewpoint of reducing product costs.
また、非特許文献1に記載の真空パッケージでは、シリコンチップの構造を利用して封止しているため、シリコンチップの設計に制約を受ける。また、上記真空パッケージは、ガラス基板とシリコンチップ又はシリコンフレームの三層構造を有するため、アライメント作業が複雑になり、また、複数の作業工程を要する。
In addition, the vacuum package described in Non-Patent
本発明は、かかる課題を解決すべく、安価で簡易に封止された半導体装置が得られる半導体装置の製造技術を提供することを目的としている。 In order to solve such problems, an object of the present invention is to provide a manufacturing technique of a semiconductor device from which an inexpensive and easily sealed semiconductor device can be obtained.
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様は、複数の半導体素子が設けられた第一の基板と、上記第一の基板上の上記複数の半導体素子に各々対応する位置に複数の凹部が形成された第二の基板とを、上記第二の基板上の上記凹部が上記第一の基板上の上記半導体素子を個別に覆うように上記第一の基板と上記第二の基板とを対向させて接合することにより、上記第一の基板と上記第二の基板との接合体を形成する接合工程と、上記接合体を分割することにより、個片化された半導体装置を得る分割工程と、を含む半導体装置の製造方法を提供するものである。 In order to solve the above-described problems, a first aspect of the present invention includes a first substrate provided with a plurality of semiconductor elements, and a plurality of positions at positions corresponding to the plurality of semiconductor elements on the first substrate. The first substrate and the second substrate such that the recess on the second substrate individually covers the semiconductor element on the first substrate. Are bonded to each other to form a joined body of the first substrate and the second substrate, and a separated semiconductor device is obtained by dividing the joined body. A semiconductor device manufacturing method including a dividing step.
これによれば、第二の基板上に設けられた複数の凹部により、第一の基板上に設けられた半導体素子を個別に覆うことになるので、簡易に半導体素子を封止することが可能となる。また、第二の基板上の凹部により封止するので、半導体素子の構成が封止部材により影響されることなく、装置の設計の自由度が増す。また、ウェハ状態で一括して封止を行うことが可能となるので、半導体装置を個片化(チップ化)した後の封止工程が不要となるので、量産性に優れ製造コストを低減することが可能となる。また、個片化した後の個別封止等の作業がなくなることから、製造時間の短縮化を図ることが可能となる。また、第二の基板の接合後に個片化を行うので、個片化時に生じる基板の切り屑等の汚染から半導体素子を保護することが可能となる。 According to this, since the semiconductor elements provided on the first substrate are individually covered by the plurality of recesses provided on the second substrate, the semiconductor elements can be easily sealed. It becomes. Further, since the sealing is performed by the concave portion on the second substrate, the configuration of the semiconductor element is not affected by the sealing member, and the degree of freedom in designing the device is increased. Further, since it is possible to perform sealing in a batch in a wafer state, a sealing process after dividing the semiconductor device into individual pieces (chips) becomes unnecessary, so that the mass production is excellent and the manufacturing cost is reduced. It becomes possible. Further, since the work such as individual sealing after the separation is eliminated, the manufacturing time can be shortened. In addition, since the singulation is performed after the second substrate is joined, it is possible to protect the semiconductor element from contamination of the substrate such as chips generated during the singulation.
好ましくは、上記第二の基板が、基板上にエッチング保護膜を形成し、パターニングする保護膜形成工程と、上記保護膜形成後の上記基板をエッチングし、上記複数の凹部を形成する凹部形成工程と、を含む工程から形成される。
これによれば、複数の凹部を精度よく、一括形成し得る。
Preferably, the second substrate forms an etching protective film on the substrate and patterns the protective film forming step, and the concave portion forming step forms the plurality of concave portions by etching the substrate after forming the protective film. And a process including:
According to this, a plurality of concave portions can be formed collectively with high accuracy.
好ましくは、上記接合工程の前に、上記第一の基板の上記半導体素子が形成された素子形成面に微細な凹部を形成する微細凹部形成工程と、前記微細な凹部を導電体で埋め込む埋め込み工程と、を含み、前記接合工程の後に、前記接合体の前記第一の基板を前記導電体が露出するまで研削する研削工程と、を含む。 Preferably, before the bonding step, a fine concave portion forming step for forming a fine concave portion on the element forming surface of the first substrate on which the semiconductor element is formed, and an embedding step for embedding the fine concave portion with a conductor And after the joining step, a grinding step of grinding the first substrate of the joined body until the conductor is exposed.
これによれば、外部との電気的接続を図るための外部接続端子(導電体)を容易に形成することが可能となる。特に、第一の基板がシリコン基板である場合には、外部接続端子を形成するための凹部のさらなる微細化、ピッチ間隔の狭小化等が可能となり、一層精度よく微小な半導体装置を形成することが可能となる。 According to this, it is possible to easily form an external connection terminal (conductor) for electrical connection with the outside. In particular, when the first substrate is a silicon substrate, it is possible to further miniaturize the recesses for forming the external connection terminals, narrow the pitch interval, etc., and form a fine semiconductor device with higher accuracy. Is possible.
好ましくは、上記接合工程の前に、上記第一の基板の上記半導体装置が形成された素子形成面に複数の微細な凹部を形成する微細凹部形成工程と、複数の上記微細な凹部のうち少なくとも一つを残して上記微細な凹部を導電体で埋め込む埋め込み工程と、を含み、上記接合工程の後に、上記接合体の上記第一の基板を上記導電体が露出し、上記導電体が埋め込まれなかった凹部が貫通孔となるまで研削する研削工程と、を含み、上記分割工程の前又は後に、上記貫通孔から上記第一の基板及び上記第二の基板の間に介在する気体を除去する除去工程とを含む。 Preferably, before the bonding step, at least one of the plurality of fine recesses, and a fine recess formation step of forming a plurality of fine recesses on the element formation surface of the first substrate on which the semiconductor device is formed. And embedding the fine recesses with a conductor leaving one, and after the joining step, the conductor is exposed on the first substrate of the joined body, and the conductor is embedded. A grinding step of grinding until the recessed portion that has not been formed becomes a through hole, and before or after the dividing step, the gas interposed between the first substrate and the second substrate is removed from the through hole. A removal step.
これによれば、第一の基板に気体を除去するための貫通孔を設けるので、第一の基板と第二の基板の接合後においても、第一の基板と第二の基板との間にできる空洞部(キャビティ)内の真空度を調整することが可能となる。また、例えば、陽極接合をした場合のように、接合時に気体が生じる場合などにおいても、気体を除去するためのゲッタ等を設ける必要がなく、半導体装置のさらなる小型化を図ることが可能となる。また、気体を除去するための貫通孔を外部との電気的接続を図るための外部接続端子(導電体)と同時に形成するので、工程数を増やすことがない。 According to this, since the through hole for removing gas is provided in the first substrate, even after the first substrate and the second substrate are joined, the first substrate and the second substrate are interposed. It is possible to adjust the degree of vacuum in the cavity (cavity) that can be formed. In addition, for example, when gas is generated during bonding as in the case of anodic bonding, there is no need to provide a getter or the like for removing the gas, and the semiconductor device can be further miniaturized. . In addition, since the through hole for removing the gas is formed simultaneously with the external connection terminal (conductor) for electrical connection with the outside, the number of processes is not increased.
好ましくは、上記接合工程の前に、上記第一の基板又は上記第二の基板に貫通孔を形成する工程を含む。
これによれば、外部との電気的接続を図るための外部接続端子を形成し、また、必要に応じて、第一の基板と第二の基板との接合後に、その間に介在する気体を除去することが可能となる。
Preferably, the method includes a step of forming a through hole in the first substrate or the second substrate before the bonding step.
According to this, an external connection terminal for electrical connection with the outside is formed, and if necessary, the gas interposed between the first substrate and the second substrate is removed after bonding. It becomes possible to do.
好ましくは、上記接合工程において、上記第一の基板と上記第二の基板とが陽極接合により接合される。
これによれば、簡易に気密性よく第一の基板と第二の基板とを接合することが可能となる。
Preferably, in the bonding step, the first substrate and the second substrate are bonded by anodic bonding.
According to this, the first substrate and the second substrate can be easily and airtightly bonded.
好ましくは、上記第一の基板及び上記第二の基板がシリコン製であり、上記接合工程の前に、上記第二の基板に形成された上記凹部の周縁領域及び/又は上記第一の基板上の上記周縁領域に対応する領域にガラスを付着させる工程を含み、上記接合工程が、上記ガラスを介して上記第一の基板と上記第二の基板とを接合する工程である。
これによれば、第一の基板と第二の基板として、シリコン基板を用いたい場合においても、容易に陽極接合をすることが可能となる。
Preferably, the first substrate and the second substrate are made of silicon, and the peripheral region of the recess and / or the first substrate formed on the second substrate before the bonding step. Including a step of attaching glass to a region corresponding to the peripheral region, and the bonding step is a step of bonding the first substrate and the second substrate through the glass.
According to this, even when it is desired to use a silicon substrate as the first substrate and the second substrate, anodic bonding can be easily performed.
好ましくは、上記第一の基板及び上記第二の基板がガラス製であり、上記接合工程の前に、上記第二の基板に形成された上記凹部の周縁領域及び/又は上記第一の基板上の上記周縁領域に対応する領域に金属を付着させる工程を含み、上記接合工程が、上記金属を介して上記第一の基板と上記第二の基板とを接合する工程である。
これによれば、第一の基板と第二の基板として、ガラス基板を用いたい場合においても、容易に陽極接合をすることが可能となる。
Preferably, the first substrate and the second substrate are made of glass, and the peripheral area of the recess and / or the first substrate formed on the second substrate before the bonding step. Including a step of attaching a metal to a region corresponding to the peripheral region, and the bonding step is a step of bonding the first substrate and the second substrate through the metal.
According to this, even when it is desired to use glass substrates as the first substrate and the second substrate, anodic bonding can be easily performed.
好ましくは、上記研削工程の後、上記接合体の上記導電体が露出した部位にバンプを形成するバンプ形成工程を含む。
これによれば、外部との接続を一層容易かつ確実に図ることが可能となる。また、ウェハ状態で、バンプの形成を行う場合には、一括して形成することが可能となるので、さらに製造の効率化を図ることが可能となる。
Preferably, after the grinding step, a bump forming step of forming a bump at a portion of the joined body where the conductor is exposed is included.
According to this, it becomes possible to achieve the connection with the outside more easily and reliably. In addition, when bumps are formed in a wafer state, the bumps can be formed in a lump, so that the manufacturing efficiency can be further improved.
好ましくは、上記バンプ形成工程が、上記接合体の上記第一の基板側の面にソルダレジストを施し、上記導電体が露出した部位に対応する位置に貫通孔を有するソルダレジスト層を形成するソルダレジスト層形成工程と、上記ソルダレジスト層の貫通孔に半田端子を形成する工程と、を含む。 Preferably, the bump forming step applies a solder resist to the surface of the joined body on the first substrate side, and forms a solder resist layer having a through hole at a position corresponding to the portion where the conductor is exposed. A resist layer forming step and a step of forming a solder terminal in the through hole of the solder resist layer.
これによれば、ソルダレジスト層を形成することで、半田端子の接続位置精度を高めることが可能となる。なお、ソルダレジスト層に設けられた貫通孔の孔径は、第一の基板に露出した導電体の孔径よりも小さいことが好ましい。これにより、半導体装置を他の部材に実装する際に半導体装置に加わる応力を緩和することが可能となる。 According to this, by forming the solder resist layer, it is possible to improve the connection position accuracy of the solder terminals. In addition, it is preferable that the hole diameter of the through-hole provided in the soldering resist layer is smaller than the hole diameter of the conductor exposed to the 1st board | substrate. Thereby, it is possible to relieve stress applied to the semiconductor device when the semiconductor device is mounted on another member.
本発明の第二の態様は、複数の半導体素子が設けられた第一の基板と、上記第一の基板上の上記複数の半導体素子に各々対応する位置に複数の凹部が形成された第二の基板と、を含み構成され、上記第一の基板と上記第二の基板とが、上記第一の基板上の上記半導体素子を上記第二の基板上の上記凹部が個別に覆うように接合されているウェハである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a first substrate on which a plurality of semiconductor elements are provided, and a second substrate in which a plurality of recesses are formed at positions corresponding to the plurality of semiconductor elements on the first substrate. The first substrate and the second substrate are joined so that the recesses on the second substrate individually cover the semiconductor elements on the first substrate. Wafer.
これによれば、第一の基板は、複数の凹部を有する第二基板により支持され、強度が補強されているので、個片化時における破損の虞がなく、容易に分割(切断)することが可能となる。また、第一の基板と第二の基板とを接合した単純な構成を有することから、製造が容易である。 According to this, since the first substrate is supported by the second substrate having a plurality of recesses and the strength is reinforced, there is no risk of breakage during singulation, and the first substrate can be easily divided (cut). Is possible. Moreover, since it has the simple structure which joined the 1st board | substrate and the 2nd board | substrate, manufacture is easy.
好ましくは、上記第一の基板が貫通孔を有し、当該貫通孔内に外部接続端子が設けられている。これによれば、第一の基板側に外部接続端子を設けているので、他の部材上に容易に実装可能となる。 Preferably, the first substrate has a through hole, and an external connection terminal is provided in the through hole. According to this, since the external connection terminal is provided on the first substrate side, it can be easily mounted on another member.
好ましくは、上記第一の基板の厚みが、300μm以下、さらに好ましくは100μm以下である。これによれば、ウェハを個片化して得られる半導体装置のさらなる小型化、軽量化が図れる。 Preferably, the thickness of the first substrate is 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. According to this, it is possible to further reduce the size and weight of the semiconductor device obtained by dividing the wafer into pieces.
本発明の第3の態様は、半導体素子が設けられた基板と、当該基板を中空封止する封止手段とから構成され、上記基板の厚みが300μm以下、さらに好ましくは100μm以下である半導体装置である。これによれば、半導体装置の小型化、軽量化が図られているので、これを用いる装置のさらなる小型化、軽量化を図ることが可能となる。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising a substrate provided with a semiconductor element and sealing means for hollow-sealing the substrate, wherein the substrate has a thickness of 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. It is. According to this, since the semiconductor device is reduced in size and weight, it is possible to further reduce the size and weight of the device using the semiconductor device.
好ましくは、上記半導体素子が設けられた基板に貫通孔を有し、当該貫通孔内に外部接続端子が設けられている。これによれば、半導体素子が設けられた基板側に外部接続端子を設けているので、他の部材上に容易に実装可能となる。 Preferably, the substrate on which the semiconductor element is provided has a through hole, and an external connection terminal is provided in the through hole. According to this, since the external connection terminal is provided on the substrate side on which the semiconductor element is provided, it can be easily mounted on another member.
本発明の第4の態様は、上記半導体装置を用いたセンサである。これによれば、上記半導体装置を用いるので、小型で軽量である。 A fourth aspect of the present invention is a sensor using the above semiconductor device. According to this, since the semiconductor device is used, it is small and lightweight.
以下、図面を参照しながら本発明について説明する。
[第一の実施形態]
図1乃至図7は、本実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
[First embodiment]
1 to 7 are views for explaining a method of manufacturing a semiconductor device according to this embodiment.
(第一の基板の準備)
まず、図1(A)に示すように、一面側に半導体素子が形成されたシリコン製の基板101を準備する。図1(A)中、103は例えばAlより構成される半導体素子の電極パッドを示す。この電極パッド103の間隔は、限定するものではないが、例えば200μmである。この基板101の半導体素子が形成された素子形成面(電極パッド103が形成されている面)に、レジスト材を塗布してエッチング保護膜としてのフォトレジスト膜105を形成する。なお、図1(A)中、点線で区切られた領域は、一の半導体装置の領域(単位領域)102を示す。なお、図示しないが、フォトレジスト膜105を形成する前に、必要に応じて、半導体素子等を保護するための絶縁膜(例:SiO2)が形成される。
(Preparation of the first substrate)
First, as shown in FIG. 1A, a
次に、図1(B)に示すように、フォトレジスト膜105にフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング処理を行うことによって、電極パッド103が形成された領域の所定位置に孔部107を形成する。
Next, as shown in FIG. 1B, a
次に、図1(C)に示すように、Cl2、SF6などのエッチングガスを用い、ドライエッチングを行い、外部との電気的接続を図るための外部接続端子を形成するための微細な凹部109(例:深さ70μm、孔径50μm)を形成する。 Next, as shown in FIG. 1C, fine etching for forming an external connection terminal for electrical connection with the outside by performing dry etching using an etching gas such as Cl 2 and SF 6. A recess 109 (eg, depth 70 μm, hole diameter 50 μm) is formed.
その後、レジスト剥離処理を行い、フォトレジスト膜105を剥離し、図2(A)に示すように、再度、TEOS−CVD法等により絶縁膜111(例:SiO2)を形成する。この絶縁膜111をパターニングし、図2(B)に示すような電極パッド103とのコンタクト部113を形成する。次に、図2(C)に示すように、パラジウムなどの金属を用いて例えばスパッタリング又はCVD法等によりシード層115を形成する。
Thereafter, a resist stripping process is performed to strip the
図3(A)に示すように、このシード層115上に例えばドライフィルム(プリント配線板用感光性フィルム)などによりレジスト層117を設け、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニング処理を行い、凹部109に対応する位置に孔部118を形成する。この際、孔部118は、電極パッド103と後に形成する外部接続端子との接続を図るために、コンタクト部113が形成された位置を含むような大きさに形成する。
As shown in FIG. 3A, a resist layer 117 is provided on the
次に、図3(B)に示すように、シード層115を陰極(カソード)とし、例えば銅電極を陽極(アノード)とし、硫酸銅等を含む電解溶液を用いて電解めっきを行い、露出したシード層115上に銅を析出させることにより、凹部109及び孔部118を導電体で埋め込む。この埋め込まれた導電体119が、後に外部接続端子となる。
Next, as shown in FIG. 3B, the
その後、図3(C)に示すように、レジスト層117を除去する。この際、必要に応じて、導電体119が形成された部位以外のシード層115を除去又はパターニングしてもよい。
Thereafter, as shown in FIG. 3C, the resist layer 117 is removed. At this time, the
次に、図3(D)に示すように、半導体装置の単位領域102の周縁部に、例えばスパッタリング等によりAu、Snなどの金属から構成される接着層121を設ける。この接着層121は、後の第二の基板との接合工程で、第二の基板との接合を図るための接着剤の役割を果たす。
Next, as shown in FIG. 3D, an
(第二の基板の準備)
図4(A)に示すように、ガラス製の基板201の一面側に、例えばCr/Au(例えば、膜厚:0.03/0.07μm)をスパッタリング等により成膜し、エッチング保護膜203を形成する。このエッチング保護膜203に対し、凹部を形成する領域が開口するようにフォトリソグラフィ技術を用いてパターニングする。
(Preparation of second substrate)
As shown in FIG. 4A, for example, Cr / Au (for example, film thickness: 0.03 / 0.07 μm) is formed on one surface side of a
次に、図4(B)に示すように、フッ酸水溶液によるウェットエッチング等により、第一の基板上に形成された半導体素子を封止するための凹部205(例:深さ4μm)を形成する。なお、エッチング保護膜203は、第一の基板との接合を図るための接着層として、そのまま残しておいてもよい。また、エッチング保護膜203を除去した後、新たにAu、Snなどの金属を成膜することにより接着層を形成してもよい。
(半導体装置の形成)
図5(A)に示すように、上記のように準備した第一の基板100と第二の基板200とを、第一の基板100の半導体素子の電極パッド103が形成された側の面(素子形成面)を、第二の基板200に設けられた凹部205が覆うように接合し、第一の基板と第二の基板との接合体を得る。
Next, as shown in FIG. 4B, a recess 205 (eg, depth: 4 μm) for sealing the semiconductor element formed on the first substrate is formed by wet etching using a hydrofluoric acid aqueous solution or the like. To do. Note that the etching
(Formation of semiconductor devices)
As shown in FIG. 5A, the
図8は、複数の半導体素子が形成された第一の基板の概略図である。図9は、複数の凹部が形成された第二の基板の概略図である。図8に示すように、第一の基板100には、後に一の半導体装置とされる、半導体素子を含む単位領域102が複数形成されている。また、図9に示すように、第二の基板200には、第一の基板100の単位領域102に対応する位置に、各半導体装置を個別に封止するための複数の凹部205が設けられている。図9中、250は第一の基板100の単位領域102に対応する領域を示している。
FIG. 8 is a schematic view of a first substrate on which a plurality of semiconductor elements are formed. FIG. 9 is a schematic view of a second substrate having a plurality of recesses. As shown in FIG. 8, the
このような第一の基板100と第二の基板200とを各凹部205が、単位領域102内に形成された半導体素子を含む能動部を個別に覆うようにアライメントをしながら、接合する。これにより、図10に示すように、各単位領域102が各凹部205により封止された構造を有するウェハ(接合体)500が得られる。
The
具体的には、第一の基板100と第二の基板との接合は、例えば、Ar,N2等の不活性ガス雰囲気下、又は真空下(減圧下)で行われ、各凹部が、各半導体装置の単位領域102を個別に覆うように、アライメントをしながら接合する。この際、第一の基板100及び/又は第二の基板200の接着層を、加熱溶融させ接合する。これにより、第一の基板100と第二の基板200との密閉性を高めることが可能となる。
Specifically, the bonding between the
次に、図5(B)に示すように、得られた接合体500の裏面(第一の基板100)側を機械研磨等により研削する。研削は、導電体119が接合体500の裏面から露出するまで行う。この接合体500の裏面に、ソルダレジストを塗布し、ソルダレジスト層123を形成する。次に、図5(C)に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いて導電体119の露出した部位に対応する位置に開口部125が設けられるようにパターニングを行う。
Next, as shown in FIG. 5B, the back surface (first substrate 100) side of the obtained bonded
次に、図6(A)に示すように、開口部125にバンプとしての半田ボール127を搭載し、例えば200〜300℃で半田ボール127を加熱溶融させる。その後、接合体500を半導体装置の単位領域102ごとに、例えばダイシングにより切断し、個片化することにより、図6(B)に示すような半導体装置が得られる。ここで、第一の基板100の厚みは、特に限定するものではないが、例えば約100μmである。
Next, as shown in FIG. 6A, solder balls 127 as bumps are mounted in the
本実施形態によれば、複数の凹部を有する第二の基板により、第一の基板上に設けられた半導体素子を個別に封止するので、簡易に半導体素子を封止することが可能となる。また、凹部により封止するので、半導体素子の構成が封止部材により影響されることなく、装置の設計の自由度が増す。また、ウェハ状態(個片化する前の状態)で一括して気密封止を行うことで、半導体装置を個片化(チップ化)した後の封止工程が不要となるので、量産性に優れ製造コストを低減することが可能となる。また、個片化した後の個別作業がなくなることから、製造時間の短縮化を図ることが可能となる。また、封止後に個片化を行うので個片化時に、ダイシング等による切断屑等が付着する虞がなく、半導体素子が汚染されるのを回避することが可能となる。また、ウェハ状態で半導体素子が形成された第一の基板に、封止部材としての第二の基板を接合しているので、第二の基板により第一の基板の強度が補強され、研削加工時に第一の基板を薄板化することが可能となり、個片化時の破損等による歩留まりの低下を回避することが可能となる。 According to this embodiment, since the semiconductor element provided on the first substrate is individually sealed by the second substrate having a plurality of recesses, the semiconductor element can be easily sealed. . In addition, since the sealing is performed by the recess, the configuration of the semiconductor element is not influenced by the sealing member, and the degree of freedom in designing the device increases. Also, by performing hermetic sealing collectively in the wafer state (the state before being singulated), the sealing process after the semiconductor device is singulated (chiped) becomes unnecessary, so that mass production is possible. Excellent manufacturing costs can be reduced. Further, since the individual work after the separation is eliminated, the manufacturing time can be shortened. Further, since the singulation is performed after the sealing, there is no possibility of cutting wastes or the like due to dicing or the like during the singulation, and the semiconductor element can be prevented from being contaminated. Further, since the second substrate as the sealing member is bonded to the first substrate on which the semiconductor element is formed in the wafer state, the strength of the first substrate is reinforced by the second substrate, and the grinding process Sometimes it is possible to make the first substrate thinner, and it is possible to avoid a decrease in yield due to breakage or the like during singulation.
また、本実施形態では、第一の基板100としてシリコン基板を用いているので、微細加工が可能となり、径の小さな外部接続端子(導電体119)を設けることができ、さらに外部接続端子間のピッチ間隔を狭小化することが可能となるので、半導体装置のさらなる集積化、小型化が可能となる。
In the present embodiment, since a silicon substrate is used as the
なお、上記実施形態では、半田ボールを搭載することにより、バンプを形成したが、これに限定されず、例えば、半田印刷を用いて半田バンプを形成してもよい。また、半田付け性を高めるために、必要に応じてフラックスを塗布していてもよい。また、ソルダレジスト層123は、必ずしも設けていなくてもよい。 In the above embodiment, the bump is formed by mounting the solder ball. However, the present invention is not limited to this. For example, the solder bump may be formed by using solder printing. Moreover, in order to improve solderability, you may apply | coat the flux as needed. Further, the solder resist layer 123 is not necessarily provided.
また、上記例では、ソルダレジスト層123の開口部125は、第一の基板100から露出した外部接続端子(導電体119)の露出面とほぼ同じ大きさに形成している。しかし、これに限定されず、例えば図7に示すように、開口部125の大きさは導電体119の露出部の径よりも小さくしてもよい。これにより、半導体装置を他の部材に搭載する際に、半導体装置に加わる応力を緩和することが可能となる。
Further, in the above example, the
また、上記例では、第一の基板100と第二の基板200の組合せとして、シリコン基板とガラス基板を用いた場合を例に採り説明した。しかし、これに限定されず、例えば第一の基板100と第二の基板200の双方を、シリコン基板、ガラス基板としてもよい。
In the above example, the case where a silicon substrate and a glass substrate are used as the combination of the
また、上記において、第一の基板100と第二の基板200の接合方法として、Au又はSn等の金属を接着層として用いた接合法について説明した。但し、このような金属を用いた接合法に用いられる接着層を構成する金属は、特に限定されるものではなく、他の金属を用いてもよい。第一の基板100と第二の基板200に付着する接着層としての金属層の好適な組合せとしては、例えば、Au−Sn、Au−Au等が挙げられる。また、金属の代わりに、Si等の半金属を用いた、Si−Siの組合せを用いてもよい。さらに、接着層は、第一の基板100又は第二の基板200のいずれか一方にのみ付着するだけでもよい。このような金属又は半金属を接着層として用いた接合方法によれば、第一の基板100及び第二の基板200に使用される基板材料が制限を受けないので、半導体装置の設計の自由度が向上する。
In the above description, a bonding method using a metal such as Au or Sn as an adhesive layer has been described as a bonding method between the
また、バンプの形成は、第一の基板100と第二の基板200との接合体500の切断前に行ったが、切断後に行うことを妨げるものではない。
In addition, the bumps are formed before the bonded
[第二の実施形態]
第一の実施形態では、第一の基板100と第二の基板200との接合方法として、金属又は半金属を接着層として用いた接合方法について説明した。これに対し、第二の実施形態では、第一の基板100と第二の基板200との接合方法として、陽極接合を用いる方法について説明する。なお、第一の実施形態と同様の工程については、第一の実施形態を適宜参酌することにより説明を省略し、第一の実施形態と異なる点について詳述する。
[Second Embodiment]
In the first embodiment, as a bonding method between the
第一の実施形態と同様の工程により、シリコン製の第一の基板100とガラス製の第二の基板200を準備する。ここで、第二の基板200としては、陽極接合を可能とするために、例えば、ナトリウム(Na)のようなアルカリ金属を含有したガラスを用いる。具体的には、このようなガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ナトリウムガラスを用いることができ、さらに具体的には、コーニング社製のパイレックス(登録商標)ガラス(商品名)を用いることができる。特に、陽極接合時にガラス基板を加熱するため、第一の基板として用いられるシリコン基板との熱膨張係数がほぼ等しいことを考慮すると、コーニング社製のコーニング#7740(商品名)が最適である。
The
次に、第一の基板100と第二の基板200とを所定の向きに対向させ、アライメントをしながら接合する。この際、ガラス製の第二の基板200側を、直流電源のマイナス端子に接続し、シリコン製の第一の基板100側をプラス端子に接続する。そして、第二の基板200を加熱しながら電圧を印可する。この加熱により、第二の基板200を構成するガラス中のNa+等の陽イオンが移動しやすくなる。この陽イオンの移動により、第二の基板200の第一の基板100との接合面がマイナスに帯電し、第一の基板100の第二の基板200との接合面はプラスに帯電する。この結果、第一の基板100と第二の基板200とが強固に接合されることになる。
Next, the
このような陽極接合によれば、金属等の接着層を介さず、第一の基板100と第二の基板200とを直接接合することが可能となる。陽極接合は、第一の基板100及び第二の基板200の接合面が微小な凹凸がある粗面であるような場合においても、密着性よく簡便に接合することが可能となる。したがって、製造工程を簡略化することが可能となる。
According to such anodic bonding, the
なお、本例では、第一の基板100としてシリコン基板を用い、第二の基板200としてガラス基板を用いた場合を説明したが、第一の基板100としてガラス基板を用い、第二の基板としてシリコン基板を用いてもよい。
In this example, the case where a silicon substrate is used as the
さらに、このような陽極接合を利用した変形例として、下記の方法が挙げられる。
まず、第一の基板100と第二の基板200の双方にシリコン基板を用い、第一の実施形態と同様の工程により、第一の基板100と第二の基板200とを準備する。
次に、第一の基板100又は第二の基板200のいずれか一方の基板の接合面の所定領域に、第一の実施形態で用いたAu、Sn等の金属の代わりに、例えば、パイレックス(登録商標)ガラス等のアルカリ金属を含有したガラスをスパッタリング等により付着させ、接着層を形成する。
Furthermore, the following method is mentioned as a modification using such anodic bonding.
First, a silicon substrate is used for both the
Next, instead of the metal such as Au and Sn used in the first embodiment, a predetermined area of the bonding surface of either the
次に、第一の基板100と第二の基板200とを接着層を介して接合する。この際、シリコン製の第一の基板100と第二の基板200に、直流電源のプラス端子を接続し、接着層にプラス端子を接続し、過熱しながら電圧を印可する。
その結果、第一の基板100と第二の基板200との接合が可能となる。図11に、本実施形態の製造方法により製造される気密封止されたウェハの例を示す。
Next, the
As a result, the
このように、シリコン基板100間における接合が可能となることで、得られるウェハ(接合体500)及び半導体装置の設計の自由度が向上する。
なお、陽極接合時に発生する気体を除去するために、各半導体装置内には、気体を除去するための除去手段210が設けられていてもよい。このような気体を除去するための除去手段210としては、例えば気体を吸着除去するゲッタ材(気体を化学吸着させる部材)が挙げられる。
In this manner, bonding between the
In addition, in order to remove the gas generated at the time of anodic bonding, a removing means 210 for removing the gas may be provided in each semiconductor device. Examples of the removing means 210 for removing such gas include a getter material (member for chemically adsorbing gas) that adsorbs and removes gas.
[第三の実施形態]
本実施形態では、第一の基板100と第二の基板200との接合後に、第一の基板100と第二の基板200との間に介在する気体を除去するための貫通孔を有するウェハの製造方法について説明する。
[Third embodiment]
In the present embodiment, after bonding the
図12は、気体を除去するための貫通孔を設けたウェハの一例を示す図である。
本実施形態では、第一の実施形態において、外部接続端子としての導電体119を形成するための微細な凹部109を形成する際に、後に気体を除去するための貫通孔161を形成するための凹部を、凹部109と同様の方法で形成しておく。この際、貫通孔形成用の凹部の深さは、外部接続端子形成用の凹部109の深さと同等か若しくはそれよりも深く形成しておくことが好ましい。これにより、後の研削工程で、外部接続端子としての導電体119が第一の基板100と第二の基板200との接合体500の裏面に露出させた際に、同時に貫通孔161を形成することが可能となる。
FIG. 12 is a view showing an example of a wafer provided with a through hole for removing gas.
In this embodiment, when forming the fine recessed
その後の工程は、第一の実施形態と同様の工程により、気体除去用の貫通孔161を有するウェハ及び半導体装置を得ることができる。
次に、貫通孔161が形成された第一の基板100及び第二の基板200との接合体500内に含まれる気体の除去方法又は真空度の調節方法について説明する。
Subsequent processes can obtain a wafer and a semiconductor device having through holes 161 for gas removal by the same processes as in the first embodiment.
Next, a method for removing the gas contained in the joined
まず、接合体500を例えば所望の真空度に減圧した真空チャンバ内に入れ、貫通孔161を通じて、第一の基板100の素子形成面と第二の基板200とに設けられた各凹部205とにより形成された各キャビティ内の真空度を調節する。
キャビティ内の真空度が所望の真空度に達した際に、貫通孔161の開口を高温半田又は接着剤等の栓部材163によって塞ぐ。
First, the bonded
When the degree of vacuum in the cavity reaches a desired degree of vacuum, the opening of the through hole 161 is closed with a plug member 163 such as high-temperature solder or adhesive.
これにより、ウェハ状態で、第一の基板100及び第二の基板200間の気体の除去及び真空度の調整が可能となる。また、例えば、陽極接合をした場合のように、接合時に気体が生じる場合などにおいても、気体を除去するためのゲッタ等を設ける必要がなく、半導体装置のさらなる小型化を図ることが可能となる。
This makes it possible to remove the gas between the
また、各貫通孔161ごとに、栓部材163により塞ぐことができるので、キャビティごとに真空度を調整することが可能となる。したがって、一のウェハで、異なる真空度に封止された半導体装置を得ることが可能となる。
なお、本発明は、個片化後に各半導体装置の真空度を調整することを除外するものではない。
Moreover, since each through-hole 161 can be closed by the plug member 163, the degree of vacuum can be adjusted for each cavity. Therefore, it is possible to obtain semiconductor devices sealed with different degrees of vacuum with one wafer.
The present invention does not exclude adjusting the degree of vacuum of each semiconductor device after separation.
[適用例]
本発明の半導体装置は、例えば、センサ、光変調器、光スキャナといった、特に、デバイス自体の気密性の保持が重要となるMEMSデバイスに好適に適用することができる。
[Application example]
The semiconductor device of the present invention can be suitably applied to, for example, a MEMS device such as a sensor, an optical modulator, and an optical scanner, in particular, where maintaining the airtightness of the device itself is important.
図13は、本発明の半導体装置を用いたセンサの一例を説明するための図である。図13(A)に示すように、センサ600は、第一の基板100及び第二の基板200により構成されたキャビティ603内に、半導体素子により駆動される例えば、振動子、レゾネータ(共振器)等の機能部601をさらに含む構成を有する。
FIG. 13 is a diagram for explaining an example of a sensor using the semiconductor device of the present invention. As shown in FIG. 13A, the
また、図13(B)に示すように、半導体装置(例:センサ)の裏面にさらに、配線層170を設けることで、配線を再配置することも可能である。これにより、当該装置を利用した電子機器等の設計の自由度が向上する。
なお、本発明の半導体装置は、上記例に限定されず、上記以外にも、例えば、光スイッチ、u−TAS(チップ型分析素子)等のMEMSデバイスに好適に使用することが可能である。
In addition, as shown in FIG. 13B, the wiring can be rearranged by further providing a
The semiconductor device of the present invention is not limited to the above example, but can be suitably used for MEMS devices such as an optical switch and u-TAS (chip analysis element) other than the above.
100・・・第一の基板、101・・・基板、102・・・単位領域、103・・・電極パッド、105・・・フォトレジスト膜、107・・・孔部、109・・・凹部、111・・・絶縁膜、113・・・コンタクト部、115・・・シード層、117・・・レジスト層、118・・・孔部、119・・・導電体、121・・・接着層、123・・・ソルダレジスト層、125・・・開口部、127・・・半田ボール、161・・・貫通孔、163・・・栓部材、170・・・配線層、200・・・第二の基板、201・・・基板、203・・・エッチング保護膜、205・・・凹部、210・・・除去手段、500・・・接合体、600・・・センサ、601・・・機能部、603・・・キャビティ
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記接合体を分割することにより、個片化された半導体装置を得る分割工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first substrate provided with a plurality of semiconductor elements, and a second substrate formed with a plurality of recesses at positions corresponding to the plurality of semiconductor elements on the first substrate, respectively. By bonding the first substrate and the second substrate so that the concave portions on the substrate individually cover the semiconductor elements on the first substrate, the first substrate and the second substrate are bonded. A bonding step of forming a bonded body with the second substrate;
A dividing step of obtaining a separated semiconductor device by dividing the joined body;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記接合工程の後に、前記接合体の前記第一の基板を前記導電体が露出するまで研削する研削工程と、を含む、請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Before the bonding step, a fine concave portion forming step of forming a fine concave portion on the element forming surface of the first substrate on which the semiconductor element is formed, and a filling step of embedding the fine concave portion with a conductor. Including
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, further comprising a grinding step of grinding the first substrate of the joined body until the conductor is exposed after the joining step.
前記接合工程の後に、前記接合体の前記第一の基板を前記導電体が露出し、前記導電体が埋め込まれなかった凹部が貫通孔となるまで研削する研削工程と、を含み、
前記分割工程の前又は後に、前記貫通孔から前記第一の基板及び前記第二の基板の間に介在する気体を除去する除去工程と、を含む、請求項1又は請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 Prior to the bonding step, at least one of a plurality of the fine recesses and a fine recess formation step of forming a plurality of fine recesses on the element formation surface of the first substrate on which the semiconductor device is formed. And embedding the fine recesses with a conductor.
Grinding after the bonding step, the first substrate of the bonded body is ground until the conductor is exposed and a recess in which the conductor is not embedded becomes a through hole, and
The semiconductor according to claim 1, further comprising: a removing step of removing a gas interposed between the first substrate and the second substrate from the through hole before or after the dividing step. Device manufacturing method.
前記接合工程が、前記ガラスを介して前記第一の基板と前記第二の基板とを接合する工程である、請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The first substrate and the second substrate are made of silicon, and before the bonding step, the peripheral area of the recess formed in the second substrate and / or the peripheral edge on the first substrate Including attaching a glass to an area corresponding to the area;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the bonding step is a step of bonding the first substrate and the second substrate through the glass.
前記接合工程が、前記金属を介して前記第一の基板と前記第二の基板とを接合する工程である、請求項1乃至6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The first substrate and the second substrate are made of glass, and before the bonding step, the peripheral area of the recess formed in the second substrate and / or the peripheral edge on the first substrate Including attaching a metal to a region corresponding to the region;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the bonding step is a step of bonding the first substrate and the second substrate through the metal.
前記ソルダレジスト層の貫通孔に半田端子を形成する工程と、を含む、請求項9に記載の半導体装置の製造方法。 Solder resist layer formation in which the bump forming step applies a solder resist to the surface of the bonded body on the first substrate side, and forms a solder resist layer having a through hole at a position corresponding to a portion where the conductor is exposed. Process,
Forming a solder terminal in the through hole of the solder resist layer. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
前記第一の基板上の前記複数の半導体素子に各々対応する位置に複数の凹部が形成された第二の基板と、を含み構成され、
前記第一の基板と前記第二の基板とが、前記第一の基板上の前記半導体素子を前記第二の基板上の前記凹部が個別に覆うように接合されていることを特徴とするウェハ。 A first substrate provided with a plurality of semiconductor elements;
A plurality of recesses formed at positions corresponding to the plurality of semiconductor elements on the first substrate, respectively.
The wafer, wherein the first substrate and the second substrate are bonded so that the recesses on the second substrate individually cover the semiconductor elements on the first substrate. .
A sensor using the semiconductor device according to claim 14.
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