JP2010145264A - Ｍｅｍｓデバイスの製造方法、ｍｅｍｓデバイスおよび接合マザー基板 - Google Patents

Abstract

【課題】チップ部の可動電極と封止部の固定電極とを同電位とする共有導通配線の、陽極接合後における専用工程としての断線処理を省くことができるＭＥＭＳデバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】可動電極８を有するチップ部２Ａをマトリクス状に複数個形成したウェーハ２０と、固定電極７を有する封止部３Ａをマトリクス状に複数個形成した封止ガラス３０と、を重ね合わせて陽極接合する接合工程と、陽極接合したウェーハ２０および封止ガラス３０をスクライブライン４０に沿ってダイシングし、チップ部２Ａと封止部３Ａとを陽極接合して成る複数個のＭＥＭＳデバイス１を得るダイシング工程と、を備え、スクライブライン４０のライン幅Ｗ内には、チップ部２Ａの単位で、可動電極８と固定電極７とを導通する複数の共有導通配線１６が、パターン形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、主として可動電極を有するシリコン基板に、固定電極を有する封止用のガラス基板を陽極接合して成る、加速度センサや角速度センサ等のＭＥＭＳ（micro electro mechanical system）デバイスの製造方法、ＭＥＭＳデバイスおよび接合マザー基板に関するものである。

従来のＭＥＭＳデバイスの製造方法として、シリコン板（可動側の検出用電極）の上下に、それぞれ固定側の検出用電極を形成したガラス板を陽極接合した静電型加速度センサが知られている（特許文献１参照）。
この製造方法では、陰極側に検出用電極に導通する治工具板を用い、或いはガラス板に検出用電極に導通する導通部をパターン形成して、検出用電極とシリコン板（検出用電極）とを導通状態としておいて、シリコン板とガラス板との陽極接合を行うようにしている。これにより、検出電極とシリコン板とが同電位となるため、陽極接合に際しシリコン板とガラス板との間に高電圧を印加しても、両者間に静電引力が生ずることがなく、両者の貼り付きが防止される。
特開２００３−３４４４４６号公報

このような従来のＭＥＭＳデバイスの製造方法では、陽極接合における検出用電極のシリコン板への貼り付きを防止することができるものの、治工具板と治工具板を着脱する作業とを要し、或いは接合後に導通部を切断（断線）する処理が必要になっていた。特に、上記の加速度センサが、ウェーハ上に多数作り込まれたれた状態で、全ての加速度センサの導通部を的確に断線することは、装置構造の複雑化や工程の増加を招く問題があった。

本発明は、チップ部の可動電極と封止部の固定電極とを同電位とする共有導通配線の、陽極接合後における専用工程としての断線処理を省くことができるＭＥＭＳデバイスの製造方法、ＭＥＭＳデバイスおよび接合マザー基板を提供することをその課題としている。

本発明のＭＥＭＳデバイスの製造方法は、可動電極を有するチップ部をマトリクス状に複数個形成したウェーハと、各チップ部を封止すると共に可動電極に対面する固定電極を有する封止部をマトリクス状に複数個形成した封止ガラスと、を重ね合わせて陽極接合する接合工程と、陽極接合したウェーハおよび封止ガラスをスクライブラインに沿ってダイシングし、チップ部と封止部とを陽極接合して成る複数個のＭＥＭＳデバイスを得るダイシング工程と、を備え、スクライブラインのライン幅内には、チップ部の単位で、可動電極と固定電極とを導通する複数の共有導通配線が、パターン形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、スクライブラインのライン幅内に、可動電極と固定電極とを導通する共有導通配線が形成されているため、接合工程において、チップ部の可動電極と封止部の固定電極とを同電位とすることができ、直流の高電圧を印加する陽極接合において、可動電極と固定電極との間に静電引力が生ずることがなく、両者の貼り付きを有効に防止することができる。また、共有導通配線がスクライブラインのライン幅内にパターン形成されているため、ダイシング工程において、共有導通配線が切削除去されてしまうため、共有導通配線の切断処理を専用工程とすることなく、共有導通配線を断線することができる。

この場合、各共有導通配線は、スクライブラインと平行に形成され、チップ部およびスクライブラインの境界線と共有導通配線のチップ部側のアウトラインとの間の寸法が、ライン幅からダイシング幅を徐算した寸法より大きいことが好ましい。

この構成によれば、ダイシング精度に起因して、スクライブラインの中心線に対しオフセットした状態でダイシングが行われても、スクライブラインからダイシング位置がはみ出さない限り、共有導通配線を確実に切削除去することができる。

上記の製造方法において、各チップ部には、接合工程において固定電極に導通する接続端子がパターン形成され、 且つ各チップ部とスクライブライン内とに亘って、接続端子と共有導通配線とを導通する個別配線がパターン形成されていることが好ましい。

この構成によれば、共有導通配線に至る個別配線を、接続端子から延長するようにパターン形成するようにしているため、この部分の配線パターンを単純化することができ、スクライブライン内に形成する共有導通配線と共に共有導通配線廻りの配線を簡単にパターン形成することができる。

また、各共有導通配線は、個別配線との接続部を屈曲部分として蛇行状にパターン形成されていることが好ましい。
この場合、チップ部およびスクライブラインの境界線と屈曲部分のチップ部側のアウトラインとの間の寸法が、ダイシング幅より小さいことがより好ましい。

この構成によれば、ダイシング精度に起因して、スクライブラインの中心線に対しオフセットした状態でダイシングが行われても、共有導通配線と個別配線とを確実に断線することができる。

一方、任意の１のチップ部の共有導通配線と、これに隣接するチップ部の共有導通配線と、が兼用の前記共有導通配線としてパターン形成されていることが好ましい。

この構成によれば、共有導通配線廻りの配線パターンを、より一層単純化することができる。

また、本発明のＭＥＭＳデバイスは、上記したＭＥＭＳデバイスの製造方法により製造したことを特徴とする。

この構成によれば、高歩留りでＭＥＭＳデバイスを生産することができる。

本発明の接合マザー基板は、スクライブラインに沿ったダイシングにより、複数個のＭＥＭＳデバイスを得るために、可動電極を有するチップ部をマトリクス状に複数個形成したウェーハと、各チップ部を封止すると共に可動電極に対面する固定電極を有する封止部をマトリクス状に複数個形成した封止ガラスと、を重ね合わせて陽極接合した接合マザー基板であって、スクライブラインのライン幅内には、チップ部の単位で、可動電極と固定電極とを導通する複数の共有導通配線が、パターン形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、スクライブラインのライン幅内に、可動電極と固定電極とを導通する共有導通配線が形成されているため、陽極接合において、チップ部の可動電極と封止部の固定電極とを同電位とすることができ、直流の高電圧を印加する陽極接合において、可動電極と固定電極との間に静電引力が生ずることがなく、両者の貼り付きを有効に防止することができる。また、共有導通配線がスクライブラインのライン幅内にパターン形成されているため、ダイシングにおいて、共有導通配線が切削除去されてしまうため、共有導通配線の切断処理を専用工程とすることなく、共有導通配線を断線することができる。

以上のように、本発明によれば、スクライブラインのライン幅内に、可動電極と固定電極とを導通する共有導通配線が形成されているため、陽極接合に際し、チップ部の可動電極と封止部の固定電極との貼り付きを防止することができると共に、陽極接合後に、共有導通配線の切断処理を専用工程とすることなく、これを断線することができる。したがって、製造装置を追加することなく、ＭＥＭＳデバイスの歩留り、ひいては生産性を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態に係るＭＥＭＳデバイスである回転振動型ジャイロおよびその製造方法について説明する。この回転振動型ジャイロは、シリコン等を材料として微細加工技術により製造される２軸の角速度センサであり、平面内において正逆の往復回転振動により駆動する。そして、実施形態のものは、１ｍｍ角程度にパッケージングされ製品化されるようになっている。以下の説明では、先ず回転振動型ジャイロについて説明し、その後、回転振動型ジャイロの製造方法について説明する。

図１は回転振動型ジャイロの模式図であり、同図に示すように、回転振動型ジャイロ１は、上面に駆動部５および検出部６を作り込んだシリコン基板２と、下面に固定検出電極（固定電極）７をパターン形成した封止用のガラス基板３と、を陽極接合して構成されている。駆動部５は、駆動錘５ａと駆動錘５ａの外側に配設した駆動電極５ｂとを有し、駆動電極５ｂに交流電圧を印加することで、駆動錘５ａがＺ軸回りに回転振動（駆動）する。駆動部５と検出錘を主体とする検出部６とは連結ばね９で連結されており、検出部６は、図示では省略したが、アンカーおよび支持ばねを介してシリコン基板２上に揺動自在に支持されている。回転振動する駆動錘５ａがＸ軸回りの角速度を受けると、検出部６は、発生するコリオリ力により駆動錘５ａと共にＹ軸を中心にシーソー様に振動する。同様に、回転振動する駆動錘５ａがＹ軸回りの角速度を受けると、検出部６は、発生するコリオリ力により駆動錘５ａと共にＸ軸を中心にシーソー様に振動する。なお、検出部６は、導電性の部材で構成され、上記の固定検出電極７に対向する可動検出電極（可動電極）８は検出部６の一部（上面）で構成されている。

ガラス基板３の下面に形成した固定検出電極７は、検出部６の上面全体で構成した可動検出電極８に対面しており、Ｘ軸方向およびＹ軸方向にそれぞれ２分割された計４つの分割検出電極７ａで構成されている。この場合、Ｙ軸を中心にシーソー様に振動する検出部６のＸ軸回りの角速度は、Ｙ軸を中心に線対称に位置する２組の分割検出電極７ａがこれを検出し、Ｘ軸を中心にシーソー様に振動する検出部６のＹ軸回りの角速度は、Ｘ軸を中心に線対称に位置する２組の分割検出電極７ａがこれを検出する。コリオリ力によりＹ軸を中心に検出部６がシーソー様に振動すると、検出部６で構成された可動検出電極８とＹ軸を中心に線対称に位置する２組の分割検出電極７ａとの間の静電容量が変化し、この変化に基づいてＸ軸回りの角速度が検出される。同様に、コリオリ力によりＸ軸を中心に検出部６がシーソー様に振動すると、検出部６で構成された可動検出電極８とＸ軸を中心に線対称に位置する２組の分割検出電極７ａとの間の静電容量が変化し、この変化に基づいてＹ軸回りの角速度が検出される。

また、図２に示すように、ガラス基板３には、４つの分割検出電極７ａと共に、この４つの分割検出電極７ａにそれぞれ接続される計４本のリード配線１４がパターン形成されている。４本のリード配線１４は、ガラス基板３の一方の短辺側に延びており、その各端部において、ガラス基板３をシリコン基板２に陽極接合したときに、後述するシリコン基板２のボンディングパッド１５に導通（接続）するようになっている。

一方、図１に示すように、シリコン基板２には、その一方の短辺側に、４本のリード配線１４を介して４つの分割検出電極７ａが接続される計４つ（複数）のボンディングパッド（接続端子）１５と、可動検出電極８に配線されたボンディングパッド１９と、ボンディングパッド１５およびボンディングパッド１９に接続された単一の共有導通配線１６と、各ボンディングパッド１５およびボンディングパッド１９と共有導通配線１６とを接続する５つ（複数）の個別配線１７と、がパターン形成されている。但し、共有導通配線１６と４つの個別配線１７とは、シリコン基板２とガラス基板３の陽極接合の際に用いる暫定的なものであり、製品としてチップ化された回転振動型ジャイロ１には、共有導通配線１６は取り除かれている（詳細は、後述する。）。４つのボンディングパッド１５およびボンディングパッド１９は、ガラス基板３に形成した５つのコンタクトホール１８に導通しており、４つの分割検出電極７ａからの検出信号を、このコンタクトホール１８から外部（検出回路）に取り出すようになっている。また、図１（ｂ）に示すように、４つのボンディングパッド１５および４つの個別配線１７と、シリコン基板２との間には絶縁膜１３が形成されている（但し、共有導通配線１６とシリコン基板２との間には、絶縁膜１３は無い）。

共有導通配線１６は、シリコン基板２とガラス基板３との陽極接合時に、可動検出電極８と固定検出電極７との貼り付きを防止すべく、これらを導通させておくためのものであり、後述するウェーハ２０（接合マザー基板５０）のスクライブライン４０にパターン形成され、シリコン基板２にガラス基板３を陽極接合した後、ダイシングにより取り除かれる（断線）。すなわち、図３に示すように、ガラス基板２を接合する前のウェーハ２０には、回転振動型ジャイロ１の基本構造部分がチップ部２Ａとして複数形成されると共に、このチップ部２Ａを単位として、スクライブライン４０上に複数の共有導通配線１６がパターン形成されている（詳細は後述する）。

次に、図４を参照して、上記の回転振動型ジャイロ１の製造方法について説明する。この製造方法は、いわゆる半導体の微細加工技術に準拠するものであり、上記のシリコン基板２の母材となるウェーハ２０と、上記のガラス基板３の母材となる封止ガラス３０と、を陽極接合により貼り合せ（接合工程）、ダイシングする（ダイシング工程）ことにより、チップ化した複数（多数）の回転振動型ジャイロ１を得るようになっている。ウェーハ２０の上面には、可動検出電極８と成る検出部６や駆動部５等の回転振動型ジャイロ１の基本構造部分が作り込まれた複数のチップ部２Ａがマトリクス状に形成されている。一方、封止ガラス３０の下面には、複数のチップ部２Ａに対応し、固定検出電極７等がパターン形成された複数の封止部３Ａがマトリクス状に形成されている。

また、図３および図５に示すように、ウェーハ２０の上面には、スクライブライン４０上に位置して、各チップ部２Ａの単位で上記の共有導通配線１６が複数パターン形成されている。隣接するチップ部２Ａ同士の間隙は、一定のライン幅を有するスクライブライン４０となっており、共有導通配線１６は、このスクライブライン４０のライン幅Ｗ内に納まる幅を有して、パターン形成されている。具体的には、スクライブライン４０のライン幅Ｗに対し、ダイシングブレード６０により除去（分断）されるダイシング幅Ｄが狭く設定されており、さらに共有導通配線１６の幅は、このダイシング幅Ｄより狭く形成されている。また、図５に示すように、チップ部２Ａとスクライブライン４０との境界から共有導通配線１６のアウトラインまでの距離Ｌが、Ｌ＞Ｗ−Ｄとなるように形成することがより好ましい。このようにすれば、ダイシング位置がスクライブライン４０から外れない限り、共有導通配線１６を確実に断線することができる。一方、各ボンディングパッド１５から延びる４つの個別配線１７は、チップ部２Ａからスクライブライン４０に亘って延び、共有導通配線１６と略同幅でこれに直角に接続されている。

図４に示すように、接合工程では、ウェーハ（シリコン基板２）２０と封止ガラス（ガラス基板３）３０とを位置合わせし、且つウェーハ２０を陽極に封止ガラス３０を陰極に接続した状態で、真空中の数百℃の温度下で数百ボルトの直流電圧を印加して、陽極接合を実施する（図４（ｂ）参照）。これにより、ウェーハ２０と封止ガラス３０とを陽極接合した接合マザー基板５０が形成される。

続くダイシング工程では、この接合マザー基板５０をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させながらダイシングブレード６０を回転させて、接合マザー基板５０をスクライブライン４０に沿っていったん短冊状に分断し、さらに接合マザー基板５０を９０°θ回転させた後、同様の動作を行って、こんどは接合マザー基板５０をマトリクス状に分断する（図４（ｃ）参照）。これにより、チップ部２Ａと封止部３Ａとから成る複数の回転振動型ジャイロ１が得られる。また、接合マザー基板５０に対し、ダイシングブレード６０によりダイシングを行うと、スクライブライン４０上に形成されている上記の共有導通配線１６は、接合マザー基板５０のスクライブライン４０上の部位と共に切削除去される。これにより、共有導通配線１６は断線され、可動検出電極８と固定検出電極７との導通が解かれる。

次に、共有導通配線１６のパターン形成における他の実施形態について説明する。図６に示す第２実施形態では、共有導通配線１６Ａが、複数の個別配線１７との接続部を屈曲部分として蛇行状にパターン形成されている。この場合、共有導通配線１６Ａは、ダイシングの予定幅（ダイシング幅Ｄ）内に納まるように屈曲させてもよいが、同図のように、ダイシングの予定幅からはみ出すように形成してもよい（但し、スクライブライン４０のライン幅Ｗ内には、納まっている。）。具体的には、チップ部２Ａとスクライブライン４０との境界から屈曲部分のアウトラインまでの距離Ｌ（Ｌ１およびＬ２）が、Ｌ＜Ｄとなるように形成することがより好ましい。このようにすれば、ダイシングの位置が予定の位置からずれても共有導通配線１６Ａを確実に断線することができる。

また、図７に示す第３実施形態では、短辺が隣接する２つのチップ部２Ａ，２Ａにおいて、兼用（共用）の共有導通配線１６Ｂがパターン形成されている。すなわち、２つのチップ部２Ａ，２Ａにおいて、隣接する短辺部分に上記の４つのボンディングパッド１５と４つの個別配線１７とが向き合うように形成され、これら各４つ２組の個別配線１７が、中間に設けた単一の共有導通配線１６Ｂに接続されている。この場合の共有導通配線１６は、スクライブライン４０の中心線と同一中心線となるように形成されることが好ましい。このようにすれば、共有導通配線１６Ｂのパターン形成の数を半減することができる。

さらに、図８に示す第４実施形態では、第２実施形態の共有導通配線１６Ａと第３実施形態の共有導通配線１６Ｂとを合成した形態の、共有導通配線１６Ｃがパターン形成されている。各４つ２組の個別配線１７が、中間に設けた単一の共有導通配線１６Ｃに接続されると共に、この共有導通配線１６Ｃが、複数の個別配線１７との接続部を屈曲部分として蛇行状にパターン形成されている。このようにすれば、共有導通配線１６Ｃを確実に断線することができる共に、共有導通配線１６Ｃのパターン形成の数を半減することができる。

以上のように、これらの実施形態によれば、スクライブライン４０のライン幅Ｗ内に、可動検出電極８と固定検出電極７とを導通する共有導通配線１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃが形成されているため、陽極接合に際し、チップ部２Ａの可動検出電極８と封止部３Ａの固定検出電極７との貼り付きを防止することができると共に、陽極接合後に、共有導通配線１６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃをダイシング工程により断線することができる。したがって、製造装置の変更を要することなく、回転振動型ジャイロ１の歩留り、ひいては生産性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、回転振動型ジャイロ（角速度センサ）１を例に説明したが、本発明は、可動電極を有するシリコン基板に固定電極を有するガラス基板を陽極接合する各種のＭＥＭＳデバイスに適用可能である。

実施形態の回転振動型ジャイロを模式的に表した平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。 実施形態の回転振動型ジャイロの接合前の断面図（ａ）および接合後の断面図（ｂ）である。 複数のチップ部を作り込んだウェーハの部分平面図である。 回転振動型ジャイロの製造方法を表した説明図である。 第１実施形態に係る共有導通配線回りの拡大平面図である。 第２実施形態に係る共有導通配線回りの拡大平面図である。 第３実施形態に係る共有導通配線回りの拡大平面図である。 第４実施形態に係る共有導通配線回りの拡大平面図である。

符号の説明

１ 回転振動型ジャイロ ２ シリコン基板
２Ａ チップ部 ３ ガラス基板
３Ａ 封止部 ５ 駆動部
６ 検出部 ７ 固定検出電極
８ 可動検出電極 １５ ボンディングパッド
１６ 共有導通配線 １６Ａ 共有導通配線
１６Ｂ 共有導通配線 １６Ｃ 共有導通配線
１７ 個別配線 １８ コンタクトホール
１９ ボンディングパッド（可動検出電極用） ２０ ウェーハ
３０ 封止ガラス ４０ スクライブライン
５０ 接合マザー基板 ６０ ダイシングブレード
Ｗ ライン幅 Ｄ ダイシング幅

Claims (8)

1. 可動電極を有するチップ部をマトリクス状に複数個形成したウェーハと、前記各チップ部を封止すると共に前記可動電極に対面する固定電極を有する封止部をマトリクス状に複数個形成した封止ガラスと、を重ね合わせて陽極接合する接合工程と、
   陽極接合した前記ウェーハおよび前記封止ガラスをスクライブラインに沿ってダイシングし、前記チップ部と前記封止部とを陽極接合して成る複数個のＭＥＭＳデバイスを得るダイシング工程と、を備え、
   前記スクライブラインのライン幅内には、前記チップ部の単位で、前記可動電極と前記固定電極とを導通する複数の共有導通配線が、パターン形成されていることを特徴とするＭＥＭＳデバイスの製造方法。
2. 前記各共有導通配線は、前記スクライブラインと平行に形成され、
   前記チップ部および前記スクライブラインの境界線と前記共有導通配線の前記チップ部側のアウトラインとの間の寸法が、前記ライン幅からダイシング幅を徐算した寸法より大きいことを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
3. 前記各チップ部には、前記接合工程において前記固定電極に導通する接続端子がパターン形成され、
   且つ前記各チップ部と前記スクライブライン内とに亘って、前記接続端子と前記共有導通配線とを導通する個別配線がパターン形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
4. 前記各共有導通配線は、前記個別配線との接続部を屈曲部分として蛇行状にパターン形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
5. 前記各共有導通配線は、前記個別配線との接続部を屈曲部分として蛇行状にパターン形成され、
   前記チップ部および前記スクライブラインの境界線と前記屈曲部分の前記チップ部側のアウトラインとの間の寸法が、ダイシング幅より小さいことを特徴とする請求項３に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
6. 任意の１の前記チップ部の前記共有導通配線と、これに隣接する前記チップ部の前記共有導通配線と、が兼用の前記共有導通配線としてパターン形成されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法。
7. 請求項１に記載のＭＥＭＳデバイスの製造方法により製造したことを特徴とするＭＥＭＳデバイス。
8. スクライブラインに沿ったダイシングにより、複数個のＭＥＭＳデバイスを得るために、
   可動電極を有するチップ部をマトリクス状に複数個形成したウェーハと、前記各チップ部を封止すると共に前記可動電極に対面する固定電極を有する封止部をマトリクス状に複数個形成した封止ガラスと、を重ね合わせて陽極接合した接合マザー基板であって、
   前記スクライブラインのライン幅内には、前記チップ部の単位で、前記可動電極と前記固定電極とを導通する複数の共有導通配線が、パターン形成されていることを特徴とする接合マザー基板。

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