JP2007139576A - 半導体力学量センサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】恒久キャップとして使用でき、かつ、複数のセンサが構成されるウェハ全面に分断された形態のキャップが備えられるようにする。
【解決手段】熱剥離剤２の上に支持部３ｂによってキャビティを構成した樹脂製のキャップ３を形成する。このようなキャップ３は、元々分断した状態として形成されるため、別途分断工程等を行わなくても、センサ素子４ａに対応した数だけキャップ３を形成することが可能となる。そして、このようなキャップ３は、半導体ウェハ４に貼り合わせたのち、加熱することで、容易に熱剥離剤２から剥離させられる。このため、センサ素子４ａ毎に分断されたキャップ３のみを残してダイシングカットなどの工程を行え、その後も、製品自体にキャップ３を備えた形態とすることも可能となる。そして、このようなキャップ３は、樹脂製であるため、耐久性もあり、恒久キャップとして使用することもできる。
【選択図】図１

Description

この発明は、半導体力学量センサの製造方法に係り、詳しくは、加速度、ヨーレート、振動等の力学量の検出に用いられるセンサに適用すると好適である。

従来、可動部が備えられる加速度センサやジャイロセンサのような半導体力学量センサでは、構造上耐久性能に乏しいため、センサ製造工程を経る際の破損や不良発生などを防止するために、センサチップの表面にキャップを貼り付けることが行われている。

例えば、特許文献１では、ガラス基板やシリコンを貼り合わせることによりキャップを構成するものが提案されている。また、特許文献２では、樹脂を用いた仮キャップを用いて各種センサ製造工程を行い、各種センサ工程を終了したのち、仮キャップを取り外すというものが提案されている。
特表２００４−５０６２０３号公報 特開２００４−１０１５２８号公報

しかしながら、特許文献１に示されるように、ガラス基板やシリコンを貼り合わせることでキャップを構成する場合、複数のセンサが構成されるウェハ全面にキャップが分断されることなく形成されることになる。このため、センサ回路への接続が行えるように、電極取り出しに必要なパッド部分を露出させるべく、エッチングや研削という複雑な処理を行わなければならなくなる。また、これらは材質的に高価であるため、センサ製造コストも高くなってしまう。

一方、特許文献２に示されるように、樹脂を用いた仮キャップの場合、耐久性に乏しいため、製品自体にキャップを備えた形態としたくても、恒久キャップとして使用することができない。

本発明は上記点に鑑みて、恒久キャップとして使用でき、かつ、複数のセンサが構成されるウェハ全面に分断された形態のキャップを備えることができる半導体力学量センサの製造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、本発明では、支持基板（１）上に剥離剤（２）を介して、キャビティが形成された樹脂製の複数のキャップ（３）を形成する工程と、センサ素子（４ａ）が形成された半導体ウェハ（４）を用意する工程と、半導体ウェハ（４）におけるセンサ素子（４ａ）が形成された面と支持基板（１）におけるキャップ（３）が配置された面とが対向するようにして、複数のキャップ（３）のそれぞれに形成されたキャビティとセンサ素子（４ａ）とが対応するようにアライメントし、複数のキャップ（３）を半導体ウェハ（４）に貼り合わせる工程と、剥離剤（２）と支持基板（１）とを複数のキャップ（３）から剥離させることで、半導体ウェハ（４）の上に複数のキャップ（３）を残す工程と、を含んでいることを特徴としている。

このような製造方法では、剥離剤（２）の上にキャビティを構成した樹脂製のキャップ（３）を形成している。このようなキャップ（３）は、元々分断した状態として形成される。このため、センサ回路への接続が行えるように、電極取り出しに必要なパッド部分を露出させるべく、エッチングや研削という複雑な処理を行うなどの必要性を無くすことができる。また、このようなキャップ（３）は樹脂によって製造できるため、材質的にも安価であり、センサ製造コストの削減を図ることもできる。

この場合、例えば、剥離剤（２）として一定温度に達すると接着力が低下する熱剥離剤を用いれば、複数のキャップ（３）から剥離剤（２）と支持基板（１）とを剥離させる工程において剥離剤を加熱することにより、剥離剤の接着力を低下させられる。これにより、複数のキャップ（３）から剥離剤（２）と支持基板（１）とを容易に剥離させることが可能となる。

例えば、複数のキャップ（３）を（４）に貼り合わせる工程では、支持基板（１）と半導体ウェハ（４）とを加熱および加圧し、この加熱により、複数のキャップ（３）から剥離剤（２）と支持基板（１）とを剥離させる工程における加熱を兼ねることができる。

また、本発明において、複数のキャップ（３）を形成する工程は、剥離剤（２）の表面に分断された複数のマスクからなるキャップパターン（３ａ）を形成する工程と、キャップパターン（３ａ）における複数のマスクそれぞれに対して、キャビティを構成するための支持部（３ｂ）を形成する工程と、を含んだ工程とすることができる。

この場合、必要に応じて、支持部（３ｂ）に対して接着剤（３ｃ）を塗布する工程をさらに行うこともできる。

なお、キャップパターン（３ａ）とキャビティを構成するための支持部（３ｂ）を印刷法で形成することができる。

また、複数のキャップ（３）を熱可塑性のポリイミドもしくはポリアミドイミドにより形成すれば、接着剤（３ｃ）を塗布する工程をさらに行わなくても、所望の接着力を得ることができる。

また、本発明において、複数のキャップ（３）を形成する工程は、剥離剤（２）の表面に複数のキャップ（３）を形成するための樹脂製のキャップ形成層（６）を形成する工程と、キャップ形成層（６）の表面に、キャビティとなる部分が開口する第１マスク（７）を形成する工程と、第１マスク（７）を用いたエッチングを行うことで、キャップ形成層（６）に対してキャビティを形成する工程と、第１マスク（７）を除去した後、キャビティを含むキャップ形成層（６）の表面全面に第２マスク（８）を形成する工程と、第２マスク（８）のうち、複数のキャップ（３）を分断する領域を開口させたのち、該第２マスク（８）を用いたエッチングを行うことで、前期キャップ形成層（６）を複数のキャップ（３）に分断する工程と、第２マスク（８）を除去する工程と、を含んだ工程とすることもできる。

このような工程によれば、キャップ形成層（６）を分断する工程が必要になるものの、支持基板（１）に分断した状態の複数のキャップ（３）を形成できるため、基本的には上記効果を得ることができる。

この場合、キャップ形成層（６）を形成する工程では、該キャップ形成層（６）を熱硬化性ポリイミドによって形成しるのであれば、第２マスク（８）を除去する工程の後に、複数のキャップ（３）のうち半導体ウェハ（４）に貼り合わせられる側に、接着剤（３ｃ）を塗布する工程をさらに行うことで、所望の接着力を得ることができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態では、可動部が備えられる加速度センサやジャイロセンサのような半導体力学量センサの製造工程中に、該センサを覆うようなキャップの形成およびそのキャップの貼り合わせの工程が特徴となる。これらの工程は、半導体ウェハに対して通常の半導体プロセスによってセンサ素子を作り込んだ後、ダイシング等の工程が行われる前に実施されるものであるが、このキャップの形成工程よりも前の工程に関しては従来と変わらないものであるため、ここでは説明を省略し、本発明の特徴となるキャップの形成工程以降の工程についてのみ説明する。

図１は、本発明の一実施形態を適用した半導体力学量センサの製造工程の一部を示した断面模式図である。以下、この図を参照して、本実施形態の半導体力学量センサの製造方法について説明する。

まず、キャップの形成工程を行う。具体的には、図１（ａ）に示すように、ガラス基板などで構成される支持基板１を用意し、この支持基板１の表面に対して熱剥離剤２を貼り付ける。熱剥離剤２は、一定温度になると接着力が低下し、容易に剥離させられるようになる材料である。剥離が容易に温度は材質的に決まっており、例えば１５０℃、１７０℃というように決まっている。このような熱剥離剤２としては、熱可塑性ポリイミドやポリアミドイミド、市販材料では熱剥離シート（商品名：リバアルファ、日東電工株式会社製）などを用いることができる。

続いて、熱剥離剤２の表面に、センサを覆う複数のキャップパターン（キャップ蓋部）３ａを例えば印刷手法により形成する。例えば、スクリーン印刷やインクジェット方式による印刷によって樹脂材料のキャップパターン３ａを形成することができる。キャップパターン３ａの上面形状は、図２のようになっており、後述する図１（ｄ）に示された半導体ウェハ４に形成されたセンサ素子４ａの１つ１つと対応するように、各センサ素子４ａにつき１つのキャップパターン３ａが備えられたパターンとされ、１つ１つのキャップパターン３ａが互いに分断された状態とされている。各マスクは、本実施形態では、上面形状が長方形状としてある。

次に、図１（ｂ）に示すように、キャップパターン３ａにおける各マスクの四隅もしくは四辺にスペーサとなる樹脂材料からなる支持部３ｂを例えば印刷手法により形成する。この支持部３ｂの形成も、上述したマスクと同様の手法により形成できる。図３は、キャップパターン３ａ上に形成される支持部３ｂの上面形状を示したものである。この図に示されるようにマスクの四辺にのみ支持部３ｂが形成され、センサ素子４ａと対応する部分は空洞となるように支持部３ｂが形成されていない状態とされている。

次に、図１（ｃ）に示すように、接着剤３ｃのディスペンスを行う。つまり、支持部３ｂに接着剤３ｃを塗布する。この接着剤３ｃのディスペンスは、熱剥離剤２の材料によっては不要となるため、熱剥離剤２の材料に応じて選択的に行われる。例えば、熱可塑性ポリイミドを用いる場合には、接着温度として例えば２５０℃程度必要になるが、この工程は不要とある。

このとき用いる接着剤３ｃとしては、例えばシリコーン系接着剤やエポキシ系接着剤などの有機系のものを用いることができる。

このようにして、キャップパターン３ａと支持部３ｂ（および接着剤３ｃ）とにより構成される樹脂製のキャップ３の形成工程、つまりキャップパターン３ａのうち支持部３ｂが配置されていない部分がキャビティ（凹み）とされた構造のキャップ３の形成が終了する。続いて、キャップ３の貼り合わせ工程を行う。

具体的には、図１（ｄ）に示すように、センサ素子４ａを作り込んだ半導体ウェハ４の上方にキャップ３を形成した支持基板１を配置する。このとき、支持基板１のうりキャップ３側の面と半導体ウェハ４のうちセンサ素子４ａが作りこまれた面とが対向するようにする。そして、アライメント装置により支持基板１や半導体ウェハ４に付けられるアライメントマークを利用し、各センサ素子４ａと各キャップパターン３ａとが対応するようにアライメントを取る。

続いて、図１（ｅ）に示すように、ウェハ貼合装置を用いて、支持基板１上から図中矢印のように加熱・加圧を行う。これにより、支持部３ｂにて、半導体ウェハ４の表面にキャップ３が貼り付けられる。このとき、上述したように、キャップ３に支持部３ｂが設けられており、これによりキャビティが形成された状態となるため、センサ素子４ａとキャップパターン３ａとが接触しないようにしつつ、キャップ３でセンサ素子４ａを覆うことができる。

また、これと同時に、熱剥離剤２が一定温度以上まで加熱されるため、キャップ３と熱剥離剤２との間の接着力が低下した状態となる。

このため、図１（ｆ）に示すように、支持基板１と熱剥離剤２をキャップ３から剥離させる。なお、支持基板１と熱剥離剤２とを共に剥離させても良いが、支持基板１ごと熱剥離剤２を剥離させる方が熱剥離剤２を単独で剥離させるよりも力が要るため、好ましくは支持基板１を熱剥離剤２から剥離させた後で熱剥離剤２をキャップ３から剥離させるようにした方が良い。このようにするには、支持基板１が熱剥離剤２から剥離され易くなるように、熱剥離剤２が支持基板１との界面においても、加熱によって接着力が低下するように材料選択などを行うと良い。

このようにして、各センサ素子４ａをキャップ３で覆った構造が完成する。この後、必要に応じて各種工程を行った後、ダイシングカットによって各センサ素子４ａをチップ単位に分割することで、センサ素子４ａが形成された各チップをキャップ３で覆った構造が完成する。このとき、キャップ３が既にセンサ素子４ａ毎に分断された構造となっているため、別途キャップ３を分断するなどの工程を行う必要は無い。

以上説明した本実施形態の半導体力学量センサの製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。

上述したように、本実施形態では、熱剥離剤２の上に支持部３ｂによってキャビティを構成した樹脂製のキャップ３を形成している。このようなキャップ３は、元々分断した状態として形成されるため、別途分断工程等を行わなくても、センサ素子４ａに対応した数だけキャップ３を形成することが可能となる。

このため、センサ回路への接続が行えるように、電極取り出しに必要なパッド部分を露出させるべく、エッチングや研削という複雑な処理を行うなどの必要性を無くすことができる。また、このようなキャップ３は樹脂によって製造できるため、材質的にも安価であり、センサ製造コストの削減を図ることもできる。

そして、このようなキャップ３を半導体ウェハ４に貼り合わせたのち、加熱することで、キャップ３が熱剥離剤２から容易に剥離できるようにしている。このため、センサ素子４ａ毎に分断されたキャップ３のみを残してダイシングカットなどの工程を行え、その後も、製品自体にキャップ３を備えた形態とすることも可能となる。そして、このようなキャップ３は、樹脂製であるため、耐久性もあり、恒久キャップとして使用することもできる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対してキャップ３の形成工程を変更したものであり、エッチングによりキャップ３を形成する。その他については同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図４は、本実施形態におけるキャップ３の形成工程を示した断面図である。以下、この図を参照して説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、支持基板１の上に熱剥離剤２を形成したのち、熱剥離剤２の上に樹脂製のキャップ形成層を形成する。このキャップ形成層６は、例えば熱硬化性のポリイミド等により形成される。このとき、キャップ形成層６が上記第１実施形態で説明したキャップパターン３ａと支持部３ｂを併せた厚みとなるようにしている。

続いて、図４（ｂ）に示すように、キャップ形成層６の表面にレジスト（第１マスク）７を形成したのち、図４（ｃ）に示すように、露光および現像処理により、キャップ３のうちキャビティとなる予定の位置においてレジスト７を開口させる。

次に、図４（ｄ）に示すように、レジスト７をマスクとしてキャップ形成層６の厚みの途中まで例えばウェットエッチングすることで、キャビティを形成する。このとき、キャップ形成層６を熱硬化性のポリイミド等で構成しているため、エッチング選択比を高めることができ、良好なエッチングを行うことが可能となる。

そして、レジスト７を洗浄により除去した後、再度、レジスト（第２マスク）８をキャップ形成層６の表面全面に形成する。そして、露光および現像処理により、図４（ｅ）に示すように、キャップ形成層６のうちキャップ３とならない部分、つまり各キャップ３を分断する領域においてレジスト８を開口させる。この後、図４（ｆ）に示すように、レジスト８をマスクとして、例えばウェットエッチングすることで、熱剥離剤２の表面に達するまでキャップ形成層６を除去する。

このようにして、キャップ形成層６が分断され、キャビティが形成された複数のキャップ３が形成される。この後は、上述した図１（ｃ）以降の処理を行うことで、第１実施形態と同様に、各センサ素子４ａをキャップ３で覆った構造が完成する。なお、上述したように、熱硬化性のポリイミド等によってキャップ形成層６を構成する場合には、接着力の関係から、図１（ｃ）に示した接着剤３ｃの塗布工程を行うのが好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態と同様に、耐久性のある樹脂製のキャップ３であるため、恒久キャップとして使用することができる。また、本実施形態の場合、キャップ形成層６からキャップ３を形成しているため、各キャップ３に分断するための工程が必要とされるものの、半導体ウェハ４にキャップ３を貼り合わせる前の段階で分断することができるため、最終的には、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、加熱および加圧を支持基板１側から行うことで、熱剥離剤２が加熱されるようにしたが、加熱炉などの中で半導体ウェハ４および支持基板１全体を加熱するような形態としても構わない。

上記第１実施形態では、熱剥離剤２を用いる例を挙げて説明したが、粘着力が小さな微粘着フィルムなどを用いることもできる。また、熱加熱によって剥離させるものだけでなく、紫外線照射によって接着力が低下するようなＵＶ硬化フィルムや、溶剤や薬液またはこれらの蒸気、もしくは水蒸気などによって容易に剥離させられるようなフィルムを用いることも可能である。例えば、有機系の接着剤３ｃを用いる場合には、有機溶剤であるＩＰＡ（イソプロピルアルコール）やアセトンキシレン等を溶剤として用いることで、接着剤３ｃ部分を溶剤に浸すことで容易にキャップ３から支持基板１を剥離させることが可能となる。

本発明の第１実施形態における半導体力学量センサの製造工程を示す断面図である。 図１（ａ）に示されるキャップパターン３ａの上面形状を示した図である。 図１（ｂ）に示される支持部３ｂの上面形状を示した図である。 本発明の第２実施形態における半導体力学量センサの製造工程を示す断面図である。

符号の説明

１…支持基板、２…熱剥離剤、３…キャップ、３ａ…キャップパターン、
３ｂ…支持部、４…半導体ウェハ、４ａ…センサ素子、５…アライメント装置、
６…キャップ形成層、７、８…レジスト。

Claims (9)

1. 支持基板（１）上に剥離剤（２）を介して、キャビティが形成された樹脂製の複数のキャップ（３）を形成する工程と、
   センサ素子（４ａ）が形成された半導体ウェハ（４）を用意する工程と、
   前記半導体ウェハ（４）における前記センサ素子（４ａ）が形成された面と前記支持基板（１）における前記キャップ（３）が配置された面とが対向するようにして、前記複数のキャップ（３）のそれぞれに形成された前記キャビティと前記センサ素子（４ａ）とが対応するようにアライメントし、前記複数のキャップ（３）を前記半導体ウェハ（４）に貼り合わせる工程と、
   前記剥離剤（２）と前記支持基板（１）とを前記複数のキャップ（３）から剥離させることで、前記半導体ウェハ（４）の上に前記複数のキャップ（３）を残す工程と、を含んでいることを特徴とする半導体力学量センサの製造方法。
2. 前記剥離剤（２）として一定温度に達すると接着力が低下する熱剥離剤を用い、
   前記複数のキャップ（３）から前記剥離剤（２）と前記支持基板（１）とを剥離させる工程では、前記剥離剤を加熱することにより、前記剥離剤の接着力を低下させることを特徴とする請求項１に記載の半導体力学量センサの製造方法。
3. 前記複数のキャップ（３）を前記（４）に貼り合わせる工程では、前記支持基板（１）と前記半導体ウェハ（４）とを加熱および加圧し、この加熱により、前記複数のキャップ（３）から前記剥離剤（２）と前記支持基板（１）とを剥離させる工程における加熱を兼ねることを特徴とする請求項２に記載の半導体力学量センサの製造方法。
4. 前記複数のキャップ（３）を形成する工程は、
   前記剥離剤（２）の表面に分断された複数のキャップパターン（３ａ）を形成する工程と、
   前記キャップパターン（３ａ）における前記複数のマスクそれぞれに対して、前記キャビティを構成するための支持部（３ｂ）を形成する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
5. 前記キャップパターン（３ａ）とキャビティを構成するための支持部（３ｂ）を印刷法で形成することを特徴とする請求項４に記載の半導体力学量センサの製造方法。
6. 前記支持部（３ｂ）に対して接着剤（３ｃ）を塗布する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項５に記載の半導体力学量センサの製造方法。
7. 前記複数のキャップ（３）を熱可塑性のポリイミドもしくはポリアミドイミドにより形成することを特徴とする請求項５に記載の半導体力学量センサの製造方法。
8. 前記複数のキャップ（３）を形成する工程は、
   前記剥離剤（２）の表面に前記複数のキャップ（３）を形成するための樹脂製のキャップ形成層（６）を形成する工程と、
   前記キャップ形成層（６）の表面に、前記キャビティとなる部分が開口する第１マスク（７）を形成する工程と、
   前記第１マスク（７）を用いたエッチングを行うことで、前記キャップ形成層（６）に対して前記キャビティを形成する工程と、
   前記第１マスク（７）を除去した後、前記キャビティを含む前記キャップ形成層（６）の表面全面に第２マスク（８）を形成する工程と、
   前記第２マスク（８）のうち、前記複数のキャップ（３）を分断する領域を開口させたのち、該第２マスク（８）を用いたエッチングを行うことで、前期キャップ形成層（６）を前記複数のキャップ（３）に分断する工程と、
   前記第２マスク（８）を除去する工程と、を含んでいることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体力学量センサの製造方法。
9. 前記キャップ形成層（６）を形成する工程では、該キャップ形成層（６）を熱硬化性ポリイミドによって形成し、
   前記第２マスク（８）を除去する工程の後に、前記複数のキャップ（３）のうち前記半導体ウェハ（４）に貼り合わせられる側に、接着剤（３ｃ）を塗布する工程をさらに含んでいることを特徴とする請求項８に記載の半導体力学量センサの製造方法。
   

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