JP2007027262A - 陽極接合の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン基板にガラスを陽極接合した加速度センサの陽極接合の検査方法において、シリコン基板と陽極接合されたガラスの位置ズレを確実に検出する。
【解決手段】シリコン基板１に、シリコン基板１上に陽極接合するアルミ電極７を介して上部ガラス３を接合する陽極接合の検査方法において、アルミ電極７にその両端を上部ガラス３の外側に伸延した伸延部７ａを設け、この両端の伸延部７ａ間にプローブ１１ａ、１１ｂを接続して抵抗計１３により導通抵抗を測定する検査工程を設ける。この検査工程で測定した導通抵抗から、陽極接合後の上部ガラス３の位置ズレの検査を簡単、かつ効率的に行うことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、シリコン基板にガラスを陽極接合した構造体を有する加速度センサなどのＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）デバイスの検査方法に関するものである。

陽極接合によって、半導体基板とガラス基板とを接着して形成する半導体加速度センサや圧力センサ、それを応用した構造体等のＭＥＭＳデバイスがいくつか提案されている。これらのＭＥＭＳデバイスのセンサでは、１枚の基板だけでは実現できない複雑な構造を、微細加工した後の基板を接合することによって形成している。この接合には、接合度の良い陽極接合が一般に用いられる。しかし、上記センサは、微小な物理的変化を検知するために、その製造においては、高精度の加工技術とともに、加工後の検査が重要となっている。従って、陽極接合においても、陽極接合後の接合界面の状態や接合精度が良好であるか否かの評価等、陽極接合を用いるデバイスの信頼性を確保するための各種検査が行われる。

ここで検査される陽極接合を用いた構造体の例として、図６に、半導体加速度センサ（以下、センサと略す）１００を示す。センサ１００は、シリコン基板１０１と、シリコン基板１０１の上下に陽極接合されるガラス１０３、１０２と、シリコン基板１０１内に形成された片持梁構造の重り部１０１ａと、シリコン基板１０１の表面に形成されたピエゾ抵抗１０４と、ピエゾ抵抗１０４に接続される配線抵抗１０５とを備える。シリコン基板１０１の表面には、保護膜及び内部応力コントロールのためにシリコン酸化膜１０８及びシリコン窒化膜１０９が形成されている。

そして、ピエゾ抵抗１０４は、４つ形成され、これらを用いてホイートストンブリッジ回路が構成され、加速度検出が行われる。このピエゾ抵抗１０４上には、配線抵抗１０５を介してピエゾ抵抗１０４に電気的に接続されるアルミ電極１０６が形成され、シリコン基板１０１上には、上部ガラス１０３との接合のためにアルミ電極１０７が設けられ、上部ガラス１０３は、アルミ電極１０７を介してシリコン基板１０１に陽極接合される。また、シリコン基板１０１と下部ガラス１０２との接合は、アルミ電極を介さず直接陽極接合される。

このセンサ１００において、シリコン基板１０１の上下のガラス１０３、１０２は、重り部１０１ａが動作の際に限界以上に撓むことのないように、ストッパーとしての役割も担っている。従って、シリコン基板１０１は、上下のガラス１０３、１０２との接合において、その位置合わせがずれると、重り部１０１ａと上下のガラス１０３、１０２との位置関係がずれるため、ストッパーが充分機能しなくなる虞があり、このため、陽極接合後にこれらの位置合せ検査が行われてきた。この検査においては、特に上部ガラス１０３は、シリコン基板１０１の表面を部分的に覆ってアルミ電極１０７に接合されるため、その位置合せに厳密さが要求されており、位置ズレを正確に検査する必要があった。しかしながら、従来の陽極接合の評価においては、この上部ガラス３の位置ズレ検査は、主に外観検査で行われ、目視で検査されていた。従って、検査者による検査のばらつきが大きく、精度の良い検査ができていなかった。

なお、陽極接合を評価する方法として、例えば、特許文献１に示されるように、レーザ光を陽極接合された半導体基板とガラス基台に照射して、接合界面に間隙が存在する場合に発生する干渉縞となったスペクトルを分光光度計でもって測定し、干渉縞情報を定量的な数値として算出することにより評価する方法が知られている。また、特許文献２に示されているように、カラス基板と陽極接合される半導体基板の接合界面に、予めＰＮ接合を用いたフォトダイオードを形成しておいて、光を照射して未接合部がある場合と無い場合との発生する光起電流の度合いによって検出する方法が知られている。

しかしながら、これらの方法は、光学系や電流測定回路を備えた測定装置は高額であり、安価に製造することはできず、また鏡面加工やフォトダイオードの形成等といった手間がかかる前処理、加工が必要であった。さらに、これらは、主として、接合界面に未接合部分（ボイド、ギャップ）の存在を検査する場合を対象としており、シリコン基板とガラスの位置ズレを検査することには不適であった。
特開平９−２８９２３８号公報 特開平１０−２２３５４号公報

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、半導体チップ上のパターンのガラス端面における所定箇所にプローブを当て、プローブ間の導通状態の検出に基いて、ガラスの位置ズレを検出する検査工程を設けることにより、陽極接合後のガラスの位置ズレを効率的に、確実に検査することができる陽極接合の検査方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、半導体チップに、該チップ上に陽極接合するパターンを有し、前記パターンとガラスを接触させ、それらの接触面で接合する陽極接合の検査方法において、前記パターン上の所定箇所に導通用プローブを当てることにより、その導通状態を検出し、この検出に基いて前記ガラスの位置ズレを検出する検査工程を設けたものである。

請求項２の発明は、前記パターンは前記接合されるガラスの外側に伸延して設けられた伸延部を有したものである。

請求項３の発明は、前記伸延部は、前記パターンからリードパターンによって接続される電極パターンとして形成されるものである。

請求項４の発明は、前記パターンの伸延部両側の導通状態を検出するものである。

請求項５の発明は、前記伸延部は、前記ガラスの端面に沿うように設けられ、該伸延部と該ガラス端面の間の導通状態を検出するものである。

請求項１の発明によれば、パターン上の所定箇所間の導通状態の検出に基づいて、ガラスの位置ズレを簡単に検出する検査工程を設けることができるので、陽極接合後のパターン上におけるガラスの位置ズレを容易に検出することができる。

請求項２の発明によれば、パターンがガラスの外側に引き出されるので、測定時にプローブをパターンに当て易く、測定を容易にできる。

請求項３の発明によれば、プローブの当る電極パターンの位置が明確になり、プローブを所望の領域のみに接触させることが可能となり、測定精度を向上することができる。

請求項４の発明によれば、ガラスがパターンの両側のどちらにずれても、ガラスの位置ズレを確実に検出することができる。

請求項５の発明によれば、ガラスの位置ズレの有無だけでなく、位置ズレの方向も特定することができる。

以下、本発明の第１の実施形態に係る陽極接合の検査方法について、図１乃至図３を参照して説明する。図１（ａ）乃至（ｄ）は、半導体加速度センサ１０の作製工程のステップを示す。

先ず、図１（ａ）乃至（ｄ）を用いて被検査デバイスを半導体加速度センサ（以下センサと略す）１０として、その製作プロセスについて説明する。図１（ａ）において、センサ１０は、シリコン基板１の表面にフォトリソグラフィ工程を行い、絶縁膜８（例えば酸化膜）の一部をエッチング除去した後、イオン注入工程、拡散工程によりピエゾ抵抗４と、このピエゾ抵抗４に接続する配線抵抗５を形成する。その後、保護膜９（例えば窒化膜）を形成する。

次の工程として、図１（ｂ）において、配線抵抗５を介してピエゾ抵抗４に接続されるアルミ電極６及びプローブ検査用兼陽極接合用パターンのアルミ電極７を同時に形成する。このアルミ電極７は、後工程で接合される上部ガラス３の外側にまで伸延して形成されている。そして、図１（ｃ）において、シリコン基板１の裏面にフォトリソグラフィー工程を行い、シリコン基板１の裏面の保護膜９及び絶縁膜８をエッチングで除去し、窓開けを行った後、異方性エッチングを行い重り部１ａを形成する。さらに、次の工程として、図１（ｄ）において、シリコン基板１の表面に上部ガラス３を陽極接合により接合した後、シリコン基板１の裏面に下部ガラス２を陽極接合により接合する。以上がセンサ１０の作製工程である。

次に、本実施形態に係るセンサ１０の陽極接合の検査方法について、図２及び図３を参照して説明する。図２は、被測定デバイスのセンサ１０上の上部ガラス３の位置ズレを検出する検査工程の構成を示し、この構成は、センサ１０と、導通測定用のプローブ１１ａ、１１ｂ（材質は例えばタングステン）と、プローブ１１ａ、１１ｂに接続される抵抗計１３とを備える。図３は、前述のセンサ製作工程により製作されたセンサ１０の構成を示す。

これらの図において、センサ１０は、前述の製作工程により製作されたものであり、シリコン基板１と、シリコン基板１の上下に陽極接合されるガラス３、２と、シリコン基板１内に形成された片持梁構造の重り部１ａと、シリコン基板１の表面に形成されたピエゾ抵抗４と、このピエゾ抵抗４に接続される配線抵抗５とを備える。シリコン基板１の表面には、保護膜及び内部応力コントロールのためにシリコン酸化膜８及びシリコン窒化膜９が形成されている。

そして、ピエゾ抵抗４は、４つ形成され、これらを用いてホイートストンブリッジ回路（図示なし）が構成され、加速度検出が行われる。このピエゾ抵抗４上には、配線抵抗５を介してピエゾ抵抗４に電気的に接続されるアルミ電極６が形成され、シリコン基板１上には、上部ガラス３との接合のためにアルミ電極７が設けられる。このアルミ電極７は、陽極接合用電極とプローブ検査用電極とが兼用され、かつ上部ガラス３の外側にまで伸延されて、その両端にプローブ１１ａ、１１ｂと接続される伸延部７ａが設けられている。上部ガラス３は、アルミ電極７を介してシリコン基板１に陽極接合される。一方、シリコン基板１と下部ガラス２との接合は、アルミ電極を介さず直接陽極接合される。また、シリコン基板１の上下のガラス３、２は、重り部１ａが動作の際に限界以上に撓むことのないように、ストッパーとしての役割も担っている。

このようなセンサ１０に加速度が印加されると、重り部１ａが撓み、表面に応力が発生し、表面に形成されたピエゾ抵抗４のピエゾ効果により応力に伴った抵抗値の変化が生じる。その結果、ホイートストンブリッジ回路には加速度に比例した電位差が出力され、この電位差出力を検出することにより加速度を検出するという仕組みとなっている。

上記構成の陽極接合の検査工程においては、検査台の所定の位置に、被検査デバイスのセンサ１０が装着されると、シリコン基板１上のアルミ電極７の両側の伸延部７ａに、測定用のプローブ１１ａ、１１ｂ（材質は例えばタングステン）が接続され、プローブ１１ａ、１１ｂに接続される抵抗計１３によって、伸延部７ａの両端の電気抵抗値が測定される。この検査用のプローブ１１ａ、１１ｂは、予め検査台の固定された位置に常に再現性良く接触するよう設定されている。また、プローブ１１ａ、１１ｂの接続される位置の両側の伸延部７ａは、上部ガラス３の端面の極めて近くに位置されている。従って、上部ガラス３のわずかな位置ズレでもって、プローブ１１ａ又は１１ｂが上部ガラス３の端面に接触する。この接触により、プローブ１１ａ又は１１ｂは、アルミ電極７の伸延部７ａとの接触が外れるようになり、電気的接続が切れるようになっている。

このような検査工程において、被検査物のセンサ１０が、検査台の所定の位置に装着されると、アルミ電極７に陽極接合された上部ガラス３が、ズレのない正規の正しい位置にあれば、プローブ１１ａ、１１ｂ間は、どちらも伸延部７ａに接触したままであるので、導通状態となり、ほぼ短絡状態となる。従って、プローブ１１ａ、１１ｂ間の抵抗値は、抵抗計１３自身の持つ固有抵抗値を除くとほほゼロ状態となり、これにより、ガラス位置のズレが無いことが検出される。一方、上部ガラス３の位置がシリコン基板１の正規の位置からずれている場合は、固定位置のプローグ１１ａ又は１１ｂに上部ガラス３が触れて、どちらかのプローブにおいて、伸延部７ａとの接触が外れることになる。これにより、抵抗計１３の抵抗値は、ほぼ無限大を示し、ガラス位置がずれていることを検出できる。

上記検査工程におけるガラス位置ズレの良否の基準は、位置ズレの許容範囲内外で抵抗値に大きく差があることを考慮し、判定基準値を、例えば、プローブ１１ａ、１１ｂの接触抵抗値（数十Ω）に安全率２００％以上のマージンを持つ値として設定している。これは、ズレが許容範囲内の場合、アルミのシート抵抗が数十ミリΩのオーダーであることからプローブ１１ａ、１１ｂ間の抵抗は、ほぼゼロであり、この抵抗計１３の抵抗値は、プローブ１１ａ、１１ｂの接触抵抗が支配的となる（数十Ω程度）。一方、位置ズレが許容範囲を超えた場合は、プローブ１１ａ、１１ｂのいずれかが絶縁体の上部ガラス３に当たり、伸延部７ａとの接触が外れるため、プローブ１１ａ、１１ｂ間の抵抗値はメガオームレベル以上となる。従って、１００オーム程度を合格レベルと設定し、メガオームレベルになれば、ズレ有りとしている。

これにより、例えば、上部ガラス３の位置ズレの許容量を±１００μｍとした場合には、プローブ１１ａ、１１ｂの位置は、ともガラス端面の設計位置から外側に１００μｍ離れた所とする。位置ズレが許容範囲内であればプローブ１１ａ、１１ｂはいずれもアルミ電極７の伸延部７ａに当たり導通するが、許容範囲±１００μｍを超えていくと、プローブ１１ａ、１１ｂのいずれかが上部ガラス３に当たる事になる。ズレ合否判定は、この時のプローブ１１ａ、１１ｂ間の抵抗値で判定するものとし、その基準は、例えば１００オーム程度を合格と設定する。

このように、上記実施形態によれば、上部ガラス３の両端面の近傍にアルミ電極７の伸延部７ａを設け、この両端の伸延部７ａ間の抵抗値を測定することにより、上部ガラス３の位置ズレを簡単に、確実に検出することができる。

次に、本発明の第２の実施形態に係る陽極接合の検査方法について、図４を参照して説明する。図４は、本実施形態の陽極接合の検査方法の構成を示し、本実施形態の構成は、基本的に前記実施形態と同じであり、プローブ１１ａ、１１ｂを接続する電極が、アルミ電極７からのリードパターン７ｄによって接続される伸延部７ｂとして形成された点で、前記実施形態と異なる。

図４において、半導体加速度センサ１０は、シリコン基板１上に、アルミ電極７から上部ガラス３の両側に伸びるリードパターン７ｄと、その両端に接続される延伸部７ｂとを備え、両端の延伸部７ｂに抵抗計１３が接続されている。リードパターン７ｄは、アルミ電極７の中心付近から上部ガラス３の両側に伸びる細いアルミ電極パターンで構成される。このため、延伸部７ｂのパターン位置がアルミ電極７の中で明確に区別される。これにより、プローブ１１ａ、１１ｂと接触する延伸部７ｂの位置が明確となり、プローブ１１ａ、１１ｂを所望の領域のみ接続することを可能とし、測定点が正確に定められ、測定精度を向上することができる。

次に、本発明の第３の実施形態に係る陽極接合の検査方法について、図５を参照して説明する。図５は、本実施形態の陽極接合の検査方法の構成を示し、本実施形態の構成は、基本的に前記実施形態の構成と同じであり、センサ１０のシリコン基板１のアルミ電極７に、上部ガラス３の端面に沿うように伸延部７ｃを設け、この伸延部７ｃと上部ガラス３端面の間の導通状態を検出するように構成した点で前記実施形態と異なる。

図５において、陽極接合の検査方法の構成は、被測定物であるセンサ１０と、導通測定用のプローブ１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂと、プローブ１１ａ、１２ａ及びプローブ１１ｂ、１２ｂに接続される抵抗計１３ａ及び１３ｂとを備える。センサ１０は、シリコン基板１において、上部ガラス３の外側に伸延して設けられているアルミ電極７の両伸延部７ａに加え、上部ガラス３の端面に沿って、かつ各伸延部７ａより上部ガラス３端面から離れた位置に伸延部７ｃがそれぞれ設けられている。そして、伸延部７ａと伸延部７ｃの各一方には、プローブ１１ａと１２ａが接触されて、各他方には、プローブ１１ｂと１２ｂが接続され、さらに、それらのプローブ１１ａと１２ａ及びプローブ１１ｂと１２ｂは、それぞれ別々の抵抗計１３ａ及び１３ｂに接続されている。

上記構成における上部ガラス３の位置ズレの許容量を、例えば±１００μｍとする。このとき、プローブ１１ａ、１１ｂを伸延部７ａに当てる基準位置は、伸延部７ａにおける上部ガラス３の端面の設計位置から外側に１００μｍ離れた所とし、ここを許容量±１００μｍの中心とする。一方、プローブ１２ａ、１２ｂは、伸延部７ａの位置より上部ガラス３端面から遠い伸延部７ｃ上に位置させるので、プローブ１１ａ、１１ｂよりも外側（上部ガラス３端面より離れる）に位置する。

このような構成において、プローブ１１ａ、１２ａ間又は１１ｂ、１２ｂ間の導通状態を抵抗計１３ａ、１３ｂによる電気抵抗測定により検査する。プローブ１１ａ、１２ａ又はプローブ１１ｂ、１２ｂは、上部ガラス３の位置ズレが許容範囲内であれば、各プローブはそれぞれ伸延部７ａと伸延部７ｃ上に接触し、プローブ１１ａ、１２ａ間、１１ｂ、１２ｂ間は、いずれも導通状態を示す。次に、上部ガラス３の位置ズレが許容範囲を超えると、プローブ１１ａ又は１１ｂは上部ガラス３に近いので、プローブ１２ａ又は１２ｂより、早く上部ガラス３に当たることになる。このとき、上部ガラス３に当たることにより、プローブ１１ａ、１１ｂのいずれかが伸延部７ａの接触から外れるので、プローブ１１ａ、１２ａ間、又は１１ｂ、１２ｂ間の導通常態が遮断される。

従って、左右両側において、プローブ１１ａと１２ａ間、及びプローブ１１ｂと１２ｂ間に対して、この導通の測定を実施すれば、抵抗計１３ａ、１３ｂの電気抵抗値より、どちらの位置にズレが生じているのかを特定することができる。例えば、上部ガラス３が左にずれると、プローブ１２ａと伸延部７ｃは接続された状態にあるが、プローブ１１ａと伸延部７ａの接触が先ず外れ、プローブ１１ａと１２ａ間は、導通が無くなる。同様に、上部ガラス３が右にずれた場合は、プローブ１１ｂと１２ｂ間の測定より非導通状態を検出することができる。なお、プローブ１１ａと１１ｂ間、及びプローブ１２ａと１２ｂ間の導通測定により、前期実施形態と同様の検査を行うことができる。

また、プローブ１２ａ、１２ｂの位置は、プローブ１１ａ、１１ｂの外側であれば良い。さらに、プローブ検査工程において、被検査のセンサ１０を図５の図中の縦方向に移動させ、１チップずつ順番に自動検査を実施する場合は、プローブ１１ａと１２ａの位置関係、及びプローブ１１ｂと１２ｂの位置関係は、ともに図５のように両者が縦方向に並んだ位置に構成することにより、検査工程をスムーズに行うことができる。

以上述べたように、本実施形態に係る陽極接合の検査方法によれば、センサ１０のシリコン基板１上に陽極接合するアルミ電極７を有し、このアルミ電極７と上部ガラス３を接触させて接合する陽極接合の検査方法において、アルミ電極７の両端に伸延部７ａを設け、これにプローブ１２ａ、１２ｂを当て、その間の抵抗値を測定する検査工程を設けたことにより、上部ガラス３の位置ズレを簡単に、確実に検出することができる。従って、検査を定量的に評価することができ、従来の外観検査に比べ、検査者によるばらつきが無くなり、従来に比べ精度の良い検査を効率的に行うことができる。

また、プローブの当るアルミ電極を上部ガラスの外側に伸延して設けることにより、アルミ電極にプローブを当て易く、測定を容易にでき、さらにリードパターンによって接続される電極パターンを設けることにより、所望の領域のみ接合することが可能となり、測定精度を向上することができる。

また、アルミ電極上において、伸延部と上部ガラスの端面間の導通状態を検出することにより、上部ガラスの位置ズレの有無だけでなく、位置ズレの方向も特定することができる。

（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に用いられる半導体加速度センサの製造工程を説明する図。 本発明の第２の実施形態に係る半導体加速度センサにおける陽極接合の検査方法を示す図。 上記センサの構成図。 本発明の第３の実施形態に係る半導体加速度センサにおける陽極接合の検査方法を示す図。 本発明の第４の実施形態に係る半導体加速度センサにおける陽極接合の検査方法を示す図。 （ａ）は従来の半導体型加速度センサの断面構成図、（ｂ）は同センサの平面図。

符号の説明

１ シリコン基板（半導体チプップ）
３ 上部ガラス（ガラス）
７ アルミ電極（パターン）
７ａ、７ｂ、７ｃ 伸延部
７ｄ リードパターン
１０ 半導体加速度センサ
１１ａ、１１ｂ プローブ
１２ａ、１１ｂ プローブ

Claims (5)

1. 半導体チップに、該チップ上に陽極接合するパターンを有し、前記パターンとガラスを接触させ、それらの接触面で接合する陽極接合の検査方法において、
   前記パターン上の所定箇所に導通用プローブを当てることにより、その導通状態を検出し、この検出に基いて前記ガラスの位置ズレを検出する検査工程を設けたことを特徴とする陽極接合の検査方法。
2. 前記パターンは前記接合されるガラスの外側に伸延して設けられた伸延部を有したことを特徴とする請求項１に記載の陽極接合の検査方法。
3. 前記伸延部は、前記パターンからリードパターンによって接続される電極パターンとして形成されることを特徴とする請求項２に記載の陽極接合の検査方法。
4. 前記パターンの伸延部両側の導通状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の陽極接合の検査方法。
5. 前記伸延部は、前記ガラスの端面に沿うように設けられ、該伸延部と該ガラス端面の間の導通状態を検出することを特徴とする請求項２に記載の陽極接合の検査方法。

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