JP2011245587A - Mems device, and manufacturing method of cap substrate used for the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MEMS素子を搭載した素子基板にキャップ基板が接合されたMEMSデバイスの製造方法及びそれに用いるキャップ基板の製造方法に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of a MEMS device in which a cap substrate is bonded to an element substrate on which a MEMS element is mounted, and a manufacturing method of a cap substrate used therefor.
従来から、SOI基板のシリコン単結晶薄膜に予め切断パターンに沿った溝を設け、この溝に沿ってダイシングソーで切断することで、切断時における薄膜の損傷を防止した技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique is known in which a silicon single crystal thin film of an SOI substrate is previously provided with a groove along a cutting pattern and cut with a dicing saw along the groove to prevent damage to the thin film during cutting ( For example, see Patent Document 1).
MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)デバイスは、シリコン基板に構造体をつくりこみ、その構造体の動作でさまざまな機能を得るデバイスである。そのため、動作部位へのダストの混入は、デバイスの動作不良に直接影響する。ダスト混入防止方法としては、MEMS素子を搭載した素子基板にキャップ基板を接合することで、MEMS素子をカバーすることが考えられる。しかしながら、素子基板にキャップ基板を接合する構成を採用する場合には、接合後にキャップ基板及び素子基板を同時に切り分けるダイシング工程において、動作部位へのダストの混入を防止できる反面、アライメントが困難(素子基板のダイシング部の特定が困難)となったり、ダイシング時の衝撃によりキャップ基板及び素子基板の間の接合部に剥がれが生じたりする等の問題が発生する。 A MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) device is a device in which a structure is formed on a silicon substrate and various functions are obtained by the operation of the structure. For this reason, mixing of dust into the operating part directly affects the malfunction of the device. As a dust mixing prevention method, it is conceivable to cover the MEMS element by bonding a cap substrate to an element substrate on which the MEMS element is mounted. However, when adopting a configuration in which the cap substrate is bonded to the element substrate, in the dicing process in which the cap substrate and the element substrate are separated at the same time after bonding, dust can be prevented from entering the operation site, but alignment is difficult (element substrate). The dicing portion is difficult to specify), and the joint between the cap substrate and the element substrate is peeled off due to an impact during dicing.
そこで、本発明は、動作部位へのダストの混入を防止しつつ、アライメント等の問題点を少なくとも部分的に解消することができるMEMSデバイスの製造方法及びそれに用いるキャップ基板の製造方法の提供を目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide a method for manufacturing a MEMS device and a method for manufacturing a cap substrate used therefor, which can at least partially eliminate problems such as alignment while preventing dust from being mixed into an operation site. And
上記目的を達成するため、本発明の一局面によれば、MEMS素子を搭載した素子基板にキャップ基板が接合されたMEMSデバイスの製造方法であって、
前記キャップ基板の原料基板に前記素子基板の切断パターンに沿って非貫通のトレンチを形成する工程と、
前記素子基板の原料基板に、前記トレンチが形成された前記キャップ基板の原料基板を接合する接合工程と、
少なくとも前記非貫通のトレンチが貫通するまで、前記接合された前記キャップ基板の原料基板をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする、MEMSデバイスの製造方法が提供される。
In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a MEMS device in which a cap substrate is bonded to an element substrate on which a MEMS element is mounted.
Forming a non-penetrating trench along the cutting pattern of the element substrate in the raw material substrate of the cap substrate;
A bonding step of bonding the material substrate of the cap substrate in which the trench is formed to the material substrate of the element substrate;
And a step of etching the raw material substrate of the bonded cap substrate until at least the non-penetrating trench penetrates. A method of manufacturing a MEMS device is provided.
本発明によれば、動作部位へのダストの混入を防止しつつ、アライメント等の問題点を少なくとも部分的に解消することができるMEMSデバイスの製造方法及びそれに用いるキャップ基板の製造方法が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of a MEMS device and the manufacturing method of a cap board | substrate used for it which can eliminate problems, such as alignment, at least partially can be obtained, preventing mixing of the dust to an operation | movement part.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明に関連するMEMSデバイスを組み込む電子部品実装パッケージ10の一例の要部断面を示す断面図である。図2は、電子部品実装パッケージ10のセンサチップ60の要部を概略的に示す上面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section of an essential part of an example of an electronic component mounting package 10 incorporating a MEMS device related to the present invention. FIG. 2 is a top view schematically showing the main part of the
電子部品実装パッケージ10は、パッケージ本体17を備える。パッケージ本体17は、底部と底部から立設された側壁により内部空間(キャビティ)17aを画成する。内部空間17aには、角速度検出装置1の各種の電子部品(後述のセンサチップ60や制御ICチップ40)が収容される。内部空間17aの上方側は開口しており、蓋部材16により覆われる。パッケージ本体17は、セラミック材料のような任意の材料から構成されてよいし、若しくは、樹脂材料(例えばエポキシ樹脂)から構成されてもよい。
The electronic component mounting package 10 includes a
パッケージ本体17は、複数のリード14を備える。リード14は、電導性を有する材料からなる。制御ICチップ40の各電極とリード14とはワイヤ32のワイヤボンディングにより電気的に接続される。
The
蓋部材16は、電導性を有する材料(典型的には、金属材料)から形成される。蓋部材16は、シールド機能を果たすため、図示しない接地構造により接地電位に接続されてもよい。
The
角速度検出装置1は、主に、制御ICチップ40、キャップ基板50、及び、センサチップ60を備える。
The angular velocity detection device 1 mainly includes a
制御ICチップ40は、センサチップ60のヨーレート検出部70(後述)と電気的に接続され、センサチップ60のヨーレート検出部70からの信号等を処理する機能等を有する集積回路(IC)を備える。例えば車両実装状態では、制御ICチップ40は、ワイヤ32によりリード14を介して外部の制御装置(図示せず)に接続される。
The
キャップ基板50は、後述のようにシリコンウェハー(シリコン基板)により形成される。キャップ基板50は、センサチップ60を下方から覆うように設けられ、センサチップ60のヨーレート検出部70の可動部を密封・保護する。また、キャップ基板50は、その大部分の領域がグランド等の定電位に接続されることで、センサチップ60のヨーレート検出部70を電気的に保護してもよい。また、キャップ基板50は、後述のように、製造時にセンサチップ60の可動部へのダストの混入を防止する役割も果たす。
The
センサチップ60は、後述のヨーレート検出部70が一方の側に形成される基板を備える。図示の例では、センサチップ60は、ヨーレート検出部70の設置側が、キャップ基板50側になるように、キャップ基板50上に配置される。尚、センサチップ60は、ヨーレート検出部70の設置側が上側になるように配置されてもよく、この場合、センサチップ60の上方側を覆うようにキャップ基板50が設けられてよい。また、センサチップ60及び制御ICチップ40は、必ずしも積層構造である必要はなく、横並びに配置されてもよい。
The
センサチップ60は、例えば車両に搭載されるヨーレートセンサとして機能するものであってよい。この場合、センサチップ60は、搭載される車両に生ずる車体前後方向又は車幅方向の加速度に応じた信号を出力する加速度センサと、車両の重心軸回りに生ずる角速度に応じた信号を出力するヨーレートセンサとを一体的に構成してもよい(図2参照)。この場合、電子部品実装パッケージ10は、センサチップ60を一体に構成した車両制御用センサユニットとして具現化される。この場合、電子部品実装パッケージ10は、センサチップ60等を内部に実装した状態で、車両の重心位置付近(フロアトンネル等)に設けられ、センサチップ60は、当該搭載位置に発生するヨーレート及び加速度を検出する。検出されたヨーレート及び加速度は、例えば、横滑り等を防止して車両の挙動を安定化させる車両走行制御に利用されてよい。
The
センサチップ60は、典型的には、SOI(Silicon on Insulator)ウェーハを用いたマイクロマシーン技術によって製造される。この場合、センサチップ60の各要素は、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems)で構成される。
The
センサチップ60は、一般的に、図2に示すような、左右の錘74a,74bがリンクばね78によって結合される音叉構造のヨーレート検出部70を有する。錘74a,74bは、センサチップ基板表面から浮いた状態でX軸方向対称位置に配置される。錘74a、74bは、駆動フレーム72に、Y軸方向に振動可能な検出ばね77を介して接続される。駆動フレーム72は、X軸方向に振動可能な駆動ばね71を介して固定部75(センサチップ基板に対して固定された部分)に接続される。尚、このようなセンサチップ60のヨーレート検出部70の構造は、図示の構造に限られず、任意であってよい。
The
また、ヨーレート検出部70は、各種電極79を備える。電極79は、例えばグランド接続用や、信号伝達用、駆動用に設けられる。即ち、電極79は、例えば、静電容量の変化を表す信号を制御ICチップ40に供給するためや、錘74a,74bを逆相で振動させる駆動信号を制御ICチップ40から受信するために等に使用される。電極79は、例えば、図示のように、キャップ基板50に形成された導通部52を介して制御ICチップ40に接続されてもよい。導通部52は、外周が絶縁トレンチ54により囲繞されることで、キャップ基板50の他の部位から電気的に絶縁される。また、導通部52と電極79との間の接続は、電気的な導通が維持されるように、導電性接着剤(例えば、アルミ等を含む接着剤、ACF/ACP(異方性導電フィルム/ペースト)等)やフリップチップ(FC)等により実現されてよい。
The yaw
次に、本発明によるMEMSデバイスの製造方法(及びそれに用いるキャップ基板の製造方法、以下同じ)の例について説明する。本実施例により製造されるMEMSデバイスは、一実施例では、上述の図1及び図2に示したセンサチップ60及びキャップ基板50を含む。以下では、本実施例により製造されるMEMSデバイスは、上述の図1及び図2に示したセンサチップ60及びキャップ基板50であるとして説明を行う。
Next, an example of a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention (and a method for manufacturing a cap substrate used therefor, the same applies hereinafter) will be described. In one embodiment, the MEMS device manufactured according to this embodiment includes the
図3は、本発明によるMEMSデバイスの製造方法の一例の要部の説明図であり、主要工程を基板断面図で示す。尚、図3では、センサチップ60及びキャップ基板50を最終的に構成する各原料基板の一部の断面のみが示されている。
FIG. 3 is an explanatory view of a main part of an example of a method for manufacturing a MEMS device according to the present invention, and shows main steps in a cross-sectional view of the substrate. In FIG. 3, only a partial cross section of each raw material substrate that finally constitutes the
図3に示す例では、MEMSデバイスの製造方法は、先ず、図3(A)に示すように、キャップ基板50の原料基板(シリコンウェハー)500におけるダイシング部分に、十分深いトレンチ300を形成することを含む。トレンチ300は、キャップ基板50の原料基板を貫通しない深さで形成される。トレンチ300の好ましい深さについては、図10を参照して後述する。尚、キャップ基板50の原料基板におけるダイシング部分のパターンは、センサチップ60のダイシング部のパターンに対応する。
In the example shown in FIG. 3, in the MEMS device manufacturing method, first, as shown in FIG. 3A, a sufficiently
次いで、図3(B)に示すように、トレンチ300が形成されたキャップ基板50の原料基板(シリコンウェハー)500が、ヨーレート検出部70等の各構成が既に形成されたセンサチップ60の原料基板(SOIウェーハ)600に接合(接着)される。この接合には、導電性接着剤301が使用される。
Next, as shown in FIG. 3B, the raw material substrate (silicon wafer) 500 of the
次いで、図3(C)に示すように、キャップ基板50の原料基板をプラズマエッチングによって、全面的に薄厚化し(即ちキャップ基板50の原料基板の全表面に亘って均一的にキャップ基板50の原料基板の厚みを低減し)、トレンチ300を開口(貫通)させる。
Next, as shown in FIG. 3C, the raw material substrate of the
次いで、図3(D)に示すように、更にプラズマエッチングを継続し、キャップ基板50の原料基板を全面的に更に薄厚化しつつ、貫通したトレンチ300に対向するセンサチップ60の原料基板600のダイシング部606をエッチングする。
Next, as shown in FIG. 3D, further plasma etching is continued, and the raw material substrate of the
図4は、トレンチ300を有さない場合の比較例によるMEMSデバイスの製造方法の説明図である。この比較例では、キャップ基板の原料基板(シリコンウェハー)が、ヨーレート検出部等の各構成が既に形成されたセンサチップの原料基板(SOIウェーハ)に接合され、次いで、図4(A)に示すように、キャップ基板の原料基板を研磨して全面的に薄厚化する。この薄厚化は、パッケージのダウンサイジングのために実行される。キャップ基板の原料基板が最初から薄く設定されていないのは、キャップ基板の原料基板とセンサチップの原料基板との接合のために両基板を合わせる際にキャップ基板の原料基板の形状安定性を維持するために必要な剛性を確保するためである(即ち、キャップ基板の原料基板が薄すぎると、容易に撓んで両基板を正確に合わせることが困難となる)。次いで、図4(B)に示すように、ダイシング部をダイシングブレードで分断する。かかる比較例では、キャップ基板の原料基板が薄厚化により表面が平坦にされると、ダイシング部を目視で検出できず、透過してダイシング部を検出するために赤外線等を用いる必要があるという問題点がある。また、ダイシングブレードでダイシングする際、ダイシングブレードによる衝撃に起因してセンサチップの原料基板とキャップ基板の原料基板との間の接着層が剥離しやすくなるという問題点がある。ダイシングブレードは冷却のために水流を伴って切削しているため、接着層が剥離すると、水がヨーレート検出部等の素子内に流入してしまうという問題点がある。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a method of manufacturing a MEMS device according to a comparative example in the case where the
図5は、その他の比較例によるダイシング方法としてプラズマダイシングを行う場合の説明図である。この比較例では、プラズマエッチング用マスクとして酸化膜などを用いることが理想的であるが、実際にはセンサチップの原料基板とキャップ基板の原料基板との間の接着層に用いられる材料は熱に弱く(例えば、アルミ)、酸化膜の成膜に高い温度を用いることができないという問題点がある。即ち、プラズマダイシングでは、切り分けに必要なエッチング量に耐えうるエッチングマスクの形成に制約が多く存在するという問題点がある。 FIG. 5 is an explanatory diagram in the case of performing plasma dicing as a dicing method according to another comparative example. In this comparative example, it is ideal to use an oxide film or the like as a plasma etching mask, but in actuality, the material used for the adhesive layer between the raw material substrate of the sensor chip and the raw material substrate of the cap substrate is heated. There is a problem that it is weak (for example, aluminum) and a high temperature cannot be used for forming an oxide film. That is, plasma dicing has a problem in that there are many restrictions on the formation of an etching mask that can withstand the etching amount necessary for cutting.
これに対して、図3に示した本実施例によるMEMSデバイスの製造方法によれば、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60のダイシング部に対応する部分にトレンチ300を事前に形成しておくことで、センサチップ60の原料基板のダイシング部のアライメントを自動的に実現することができる(ダイシング部の検出が不要である)。
On the other hand, according to the MEMS device manufacturing method according to the present embodiment shown in FIG. 3, the
また、図3に示した本実施例によるMEMSデバイスの製造方法によれば、キャップ基板50の原料基板を全面的にプラズマエッチングすることで、事前にキャップ基板50の原料基板に形成しておいたトレンチ300が先に開口し、その下のセンサチップ60の原料基板のダイシング部もエッチングされる。これにより、キャップ基板50の原料基板の薄厚化とセンサチップ60のダイシングが同時に可能となる。また、キャップ基板50の原料基板とキャップ基板50の原料基板との間の接着部の剥離も発生しない。また、キャップ基板50の原料基板の厚みをプラズマエッチング用マスクとして利用するので、プラズマエッチング用マスクとして酸化膜などを用いる場合に生ずる問題を回避することができる。
Further, according to the MEMS device manufacturing method of the present embodiment shown in FIG. 3, the raw material substrate of the
次に、本発明によるMEMSデバイスの製造方法の詳細について、図6以降の図面を参照して説明する。 Next, details of the manufacturing method of the MEMS device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図6及び図7は、本発明によるMEMSデバイスの製造方法の詳細な各工程の一例を示す基板断面図であり、図7は、図6の続き(後半部)を示す。 6 and 7 are cross-sectional views of the substrate showing an example of detailed steps of the manufacturing method of the MEMS device according to the present invention, and FIG. 7 shows a continuation (second half) of FIG.
図示のMEMSデバイスの製造方法では、先ず、図6(A)に示すように、キャップ基板50の原料基板(シリコンウェハー)500に、マスク材(例えばフォトレジスト)302を配し、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60側の素子可動部(ヨーレート検出部70等)に対向する部分Yを開口する。
In the illustrated MEMS device manufacturing method, first, as shown in FIG. 6A, a mask material (for example, a photoresist) 302 is disposed on a raw material substrate (silicon wafer) 500 of the
次いで、図6(B)に示すように、素子可動部に対向する部分Yをエッチングして段差(ザグリ)304を形成する。その後、マスク材302を除去する。
Next, as shown in FIG. 6B, a step Y is formed by etching the portion Y facing the element movable portion. Thereafter, the
次いで、図6(C)に示すように、トレンチ形成用のマスク材(SiO2等)308を形成し、パターニングを実施する。このとき、センサチップ60の電極79(図1参照)と導通される導通部52(図1参照)となる部分306が、絶縁トレンチ54となる細いトレンチで囲われるように、且つ、ダイシング部分310に太いトレンチが形成されるように、パターニングが実施される。
Next, as shown in FIG. 6C, a mask material (SiO 2 or the like) 308 for forming a trench is formed, and patterning is performed. At this time, the dicing
次いで、図6(D)に示すように、図6(C)に示したパターンに従って、ドライエッチング(プラズマエッチング)でトレンチ312、314を形成する。このとき、好ましくは、マイクロローディング効果を利用して、開口幅によってトレンチ深さが異なるような条件を用いる。また、ダイシング部分310では、十分深くトレンチ312が形成されるような条件でドライエッチングが実施される。
Next, as shown in FIG. 6D,
次いで、図6(E)に示すように、マスク材308を除去した後、絶縁トレンチ54となる細いトレンチ314(図6(D)参照)の内部が完全に酸化膜316で埋まるように、キャップ基板50の原料基板の表面を十分に酸化する。
Next, as shown in FIG. 6E, after removing the
次いで、図7(A)に示すように、キャップ基板50の原料基板の表面酸化膜320(図6(E)参照)を、導通部52となる部分306(図6(C)参照)の表面の酸化膜が取れる程度に除去し、細いトレンチ314(図6(D)参照)の内部に酸化膜が埋まった状態のまま、キャップ基板50の原料基板を裏返し、センサチップ60の原料基板(SOIウェーハ)600に対してキャップ基板50の原料基板が正確な位置関係で素子可動部(ヨーレート検出部70等)上に重ねられるように調整する。尚、このとき用いられるセンサチップ60の原料基板600は、既に素子可動部(ヨーレート検出部70等)が形成されている。このとき、センサチップ60の原料基板における電極79上には、導通と接着を兼ねて、アルミパターン402が配されている。また、センサチップ60の原料基板における接合予定部には、同様のアルミパターン404が配されている。但し、好ましくは、図7(A)に示すように、センサチップ60の原料基板におけるダイシング部406では、アルミが除去される。
Next, as shown in FIG. 7A, the surface oxide film 320 (see FIG. 6E) of the raw material substrate of the
次いで、図7(B)に示すように、キャップ基板50の原料基板とセンサチップ60の原料基板とを重ね合わせた後、適切な温度をかけて両基板を接着する。
Next, as shown in FIG. 7B, after the raw material substrate of the
次いで、図7(C)に示すように、キャップ基板50の原料基板の非接合面側(図の上側)から、キャップ基板50の原料基板を全面的にプラズマエッチングにより薄厚化していく。このとき、使用するガスは、好ましくは、シリコンに対しても酸化膜に対しても十分にエッチングレートが速いSF6ガスである。この薄厚化の過程で、キャップ基板50の原料基板におけるトレンチ312は、非接合面側表面に開口し、それに伴い、センサチップ60の原料基板におけるダイシング部406(トレンチ312に対向する部位)のエッチングが開始される。
Next, as shown in FIG. 7C, the raw material substrate of the
次いで、図7(D)に示すように、センサチップ60の原料基板におけるダイシング部406を十分に深くエッチングする。この際、キャップ基板50の原料基板における酸化膜316(絶縁トレンチ54となる部位)が非接合面側表面に露出する。尚、エッチングの終了は、適切なエッチング検出技術を用いて実現されてよい。例えば、センサチップ60の原料基板内部のシリコン酸化膜410に到達したことを検出した時点から、所定時間後にエッチングを終了させてもよい。この場合、シリコン酸化膜410に到達した時点は、シリコン酸化膜410の成分を検出することで容易に検出することができる。或いは、キャップ基板50の原料基板における酸化膜316が露出した時点でエッチングを終了させてもよい。エッチングが終了すると、機械的に辟開若しくは研磨して、キャップ基板50とセンサチップ60の各セットを切り離す。このようにして、キャップ基板50が接合されたセンサチップ60が出来上がる。尚、典型的には、複数セットのキャップ基板50とセンサチップ60が各1枚の原料基板500,600から形成される。
Next, as shown in FIG. 7D, the dicing
図6及び図7に示したMEMSデバイスの製造方法によれば、図3に関連して上述したように、キャップ基板50の原料基板を全面的にプラズマエッチングすることで、事前にキャップ基板50の原料基板に形成しておいたトレンチ312が先に開口し、その下のセンサチップ60の原料基板のダイシング部406もエッチングされる。これにより、キャップ基板50の原料基板の薄厚化とセンサチップ60のダイシングが同時に可能となる。また、センサチップ60の原料基板のダイシング部のアライメントが自動的に行われ且つキャップ基板50の原料基板とキャップ基板50の原料基板との間の接着部(アルミパターン404,402)の剥離も発生しない。
According to the method of manufacturing the MEMS device shown in FIGS. 6 and 7, as described above with reference to FIG. 3, the raw material substrate of the
また、図6(A)乃至図6(E)に示すように、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60の原料基板との接合面側からトレンチ312を形成するので、キャップ基板50の原料基板の逆側(非接合面側)から同様のトレンチを形成する場合に比べて、製造中にキャップ基板50の原料基板を表裏で裏返す頻度が少なくなり、トレンチ312への異物の混入による可能性が低減され、異物の混入に起因してその後のドライエッチングが阻害される可能性を低減することができる。
Further, as shown in FIGS. 6A to 6E, the
また、図6(A)乃至図6(E)に示すように、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60の原料基板との接合面側からトレンチ312を形成するので、ザグリ304や、導通部52及び絶縁トレンチ54のような他の構造又は部位(センサチップ60側の電極79を含むヨーレート検出部70と連携する構造又は部位)を、キャップ基板50の原料基板に同時的に形成することができる。即ち、トレンチ312、ザグリ304、導通部52及び絶縁トレンチ54を、キャップ基板50の原料基板の同一面から加工・処理して形成することができる。尚、ザグリ304は、キャップ基板50とセンサチップ60のヨーレート検出部70の特に可動部(錘74a,74b、リンクばね78等)との間に必要なクリアランスを保つために設けられる。
Further, as shown in FIGS. 6A to 6E, the
図8及び図9は、本発明によるMEMSデバイスの製造方法の詳細な各工程のその他の一例を示す基板断面図であり、図9は、図8の続きを示す。図8及び図9に示すMEMSデバイスの製造方法の各工程は、図6に示したMEMSデバイスの製造方法の各工程の代替として使用することができる。 8 and 9 are cross-sectional views of the substrate showing other examples of detailed steps of the method of manufacturing the MEMS device according to the present invention, and FIG. 9 shows a continuation of FIG. Each step of the MEMS device manufacturing method shown in FIGS. 8 and 9 can be used as an alternative to each step of the MEMS device manufacturing method shown in FIG.
図示のMEMSデバイスの製造方法では、先ず、図8(A)に示すように、キャップ基板50の原料基板(シリコンウェハー)に、マスク材としてシリコン酸化膜802を配し、素子可動部(ヨーレート検出部70等)に対向する部分Yを開口する。
In the illustrated MEMS device manufacturing method, first, as shown in FIG. 8A, a
次いで、図8(B)に示すように、ダイシング部分、導通部脇のトレンチ用のマスクとしてレジスト804を塗布し、ダイシング部分及び導通部脇のトレンチをパターニングする。このとき、レジスト膜厚は、50μm以上あるのが望ましい。 Next, as shown in FIG. 8B, a resist 804 is applied as a mask for the trenches beside the dicing portion and the conductive portion, and the trenches beside the dicing portion and the conductive portion are patterned. At this time, the resist film thickness is desirably 50 μm or more.
次いで、図8(C)に示すように、図8(B)に示したパターンに従って、ダイシング部分及び導通部脇のトレンチのシリコン酸化膜をエッチングして開口する。この際、エッチングには、酸化膜ドライエッチャ以外に、この後トレンチドライエッチングを実施するシリコン系ドライエッチャを用いて開口すれば、そのままトレンチエッチングを連続で行うことができ、工程短縮が可能である。 Next, as shown in FIG. 8C, according to the pattern shown in FIG. 8B, the silicon oxide film in the trenches beside the dicing portion and the conductive portion is etched and opened. At this time, in addition to the oxide film dry etcher, if etching is performed using a silicon dry etcher that performs trench dry etching thereafter, the trench etching can be continuously performed as it is, and the process can be shortened.
次いで、図8(D)に示すように、図8(B)に示したパターンに従って、キャップ基板50の原料基板におけるダイシング部分及び導通部脇のトレンチをエッチングする。このとき、トレンチパターンの開口幅に応じてエッチングレートが変わる(マイクロローディング)条件を用いると、同一のエッチング条件でダイシング部分(トレンチ312)と導通部脇のトレンチ314の深さが異なる状態を作り出すことができる。例えば、エッチング条件は、100mTorr以上の圧力領域を使用し、ダイシング部分のトレンチ幅を50μm、導通部脇のトレンチ幅を2μmとするとよい。
Next, as shown in FIG. 8D, according to the pattern shown in FIG. 8B, the dicing portion of the raw material substrate of the
次いで、図9(A)に示すように、レジスト804を除去する。レジスト804の除去は、トレンチエッチングを行ったシリコン系のドライエッチャ内で酸素ガスを用いたプラズマを生成することによって実現されてよい。このレジスト除去を連続で実施することで、次の図9(B)に示す処理も連続で行うことができ、更なる工程短縮が可能である。 Next, as shown in FIG. 9A, the resist 804 is removed. The removal of the resist 804 may be realized by generating plasma using oxygen gas in a silicon-based dry etcher subjected to trench etching. By performing this resist removal continuously, the next process shown in FIG. 9B can be performed continuously, and the process can be further shortened.
次いで、図9(B)に示すように、図8(A)及び図8(C)の処理で形成されたシリコン酸化膜802のパターンをマスクとして、キャップ基板50の原料基板をエッチングする。これにより、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60側の素子可動部(ヨーレート検出部70等)に対向する部分Yに、ザグリ304が形成される。エッチング量は、5μm程度であってよい。このとき、ダイシング部分(トレンチ312)及び導通部脇のトレンチ314も同様にエッチングされる。
Next, as shown in FIG. 9B, the raw material substrate of the
次いで、図9(C)に示すように、導通部脇のトレンチ内部がシリコン酸化膜で埋まるように、熱酸化やCVD(chemical-vapor deposition)などでシリコン酸化膜808を成膜する。
Next, as shown in FIG. 9C, a
次いで、図9(D)に示すように、図9(C)に示す処理で成膜したシリコン酸化膜808のうちの不要なシリコン酸化膜(導通部脇のトレンチ314内のシリコン酸化膜810以外のシリコン酸化膜)を、ウェットエッチングやドライエッチングなどの手法を用いて除去する。その後、図7に示した工程に移行して、キャップ基板50が接合されたセンサチップ60を完成させる。
Next, as shown in FIG. 9D, an unnecessary silicon oxide film (except for the
図8及び図9に示したMEMSデバイスの製造方法によれば、図8(C)から図9(B)までの処理を同一のエッチャ内で実施することができ、1工程で複数の処理を実施することが可能となる。 According to the MEMS device manufacturing method shown in FIGS. 8 and 9, the processes from FIG. 8C to FIG. 9B can be performed in the same etcher, and a plurality of processes can be performed in one process. It becomes possible to carry out.
図10は、上述の本発明によるMEMSデバイスの製造方法を実現する上で好適な寸法関係の一例を示す図である。図10(A)は、図7(B)の状態(全面的なプラズマエッチングを行う前の状態)を示し、図10(B)は、図7(D)の状態(プラズマエッチングが終了した状態)を示す。 FIG. 10 is a diagram showing an example of a dimensional relationship suitable for realizing the above-described MEMS device manufacturing method according to the present invention. FIG. 10A shows the state of FIG. 7B (the state before performing full plasma etching), and FIG. 10B shows the state of FIG. 7D (the state where plasma etching is completed). ).
キャップ基板50の原料基板の厚さh1(全面的なプラズマエッチングを行う前の状態における厚さ)は、好ましくは、図7(A)に示した工程中にキャップ基板50の原料基板が撓んだりしないような剛性が確保されるように設定される。例えば、h1は、200μmであってよい。
The thickness h1 of the raw material substrate of the cap substrate 50 (thickness in a state before performing the entire plasma etching) is preferably that the raw material substrate of the
他方、工程終了後のキャップ基板50の厚さd4(プラズマエッチングが終了した状態における厚さ)は、電子部品実装パッケージ10のダウンサイジング(特に厚み方向のダウンサイジング)の観点から適切に設定される。例えば、d4は、30μmであってよい。従って、この場合は、キャップ基板50の原料基板におけるプラズマエッチングで薄厚化されて減少する厚さは、h1−d4となる。
On the other hand, the thickness d4 of the
絶縁トレンチ54の深さd2は、プラズマエッチングが終了した状態で表面側から露出するように、工程終了後のキャップ基板50の厚さd4と同一又はそれより僅かに大きい寸法に設定されてよい。例えば、d2は、d4と同一の30μmであってよい。
The depth d2 of the insulating
センサチップ60の原料基板の厚さh2(キャップ基板50の原料基板の全面的なプラズマエッチングを行う前の状態における厚さ)は、例えば170μmであってよい。センサチップ60の電極79を含むヨーレート検出部70の厚さd3は、例えば40μmであってよい。
The thickness h2 of the raw material substrate of the sensor chip 60 (the thickness of the
センサチップ60の原料基板におけるダイシング部のエッチング深さ(=h2−d5)は、センサチップ60の原料基板を貫通する直前で(即ちd5の厚さだけ残して)ダイシング部のエッチングが終了するように設定される。例えば、d5は、20μmであってよい。
The etching depth (= h2−d5) of the dicing portion in the raw material substrate of the
キャップ基板50の原料基板におけるトレンチ312の深さ(=h1−d1)は、キャップ基板50の原料基板におけるプラズマエッチングで薄厚化されて減少する厚さ(=h1−d4)から、トレンチ312の開口に必要なエッチング深さd1を差し引いた値が、センサチップ60の原料基板におけるエッチング深さ(=h2−d5)に一致するように決定される。即ち、h1−d4−d1=h2−d5となるように、d1が決定される。例えば、h1=200μm、d4=30μm、h2=170μm、d5=20μmであると、d1=20μmとなる。この場合、キャップ基板50の原料基板におけるトレンチ312の深さ(=h1−d1)は、180μmに設定される。このような関係で各種寸法を設定することで、キャップ基板50の原料基板の薄厚化と、センサチップ60のダイシングのためのエッチングとを同時に実行することができる。
The depth (= h1-d1) of the
尚、図10における説明では、説明の複雑化を防止するために、マイクロローディング効果が生じないこと(即ちキャップ基板50の原料基板の薄厚化と、センサチップ60の原料基板のダイシング部のエッチングが同一のエッチングレートで進行すること)を想定している。尚、マイクロローディング効果が生じる場合は、それを考慮して各種寸法を適合すればよい。
In the description of FIG. 10, in order to prevent the description from becoming complicated, the microloading effect does not occur (that is, the thinning of the raw material substrate of the
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、上述した実施例では、好ましい実施例として、キャップ基板50の原料基板におけるセンサチップ60の原料基板との接合面側からトレンチ(300又は312)を形成しているが、逆側(非接合面側)から同様のトレンチを形成することも可能である。即ち、キャップ基板50の原料基板における非接合面側に開口を有する同様の非貫通トレンチを形成してもよい。
For example, in the above-described embodiment, as a preferable embodiment, the trench (300 or 312) is formed from the bonding surface side of the raw material substrate of the
また、上述した実施例では、キャップ基板50の原料基板の薄厚化と、センサチップ60のダイシングのためのエッチングとを同時に実行しているが、プラズマエッチングによりトレンチ(300又は312)が開口した後であれば(例えば、図7(C)に示す状態以降であれば)、他の方法で同様の機能を実現してもよい。例えば、図7(C)に示す状態において、センサチップ60の原料基板におけるダイシング部(トレンチ312に対向する部位)406をダイシングブレードで切断してもよいし、他の方法で切断してもよい。また、図7(C)に示す状態において、図7(D)に示す状態へのキャップ基板50の原料基板の薄厚化は研磨によって実現されてもよい。
In the above-described embodiment, the thinning of the raw material substrate of the
1 角速度検出装置
10 電子部品実装パッケージ
14 リード
16 蓋部材
17 パッケージ本体
17a 内部空間
32 ワイヤ
40 制御ICチップ
50 キャップ基板
52 導通部
54 絶縁トレンチ
60 センサチップ
70 ヨーレート検出部
71 駆動ばね
72 駆動フレーム
74a,74b 錘
75 固定部
77 検出ばね
78 リンクばね
79 電極
300,312 トレンチ
304 ザグリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Angular velocity detection apparatus 10 Electronic
Claims (6)
前記キャップ基板の原料基板に前記素子基板の切断パターンに沿って非貫通のトレンチを形成する工程と、
前記素子基板の原料基板に、前記トレンチが形成された前記キャップ基板の原料基板を接合する接合工程と、
少なくとも前記非貫通のトレンチが貫通するまで、前記接合された前記キャップ基板の原料基板をエッチングするエッチング工程とを含むことを特徴とする、MEMSデバイスの製造方法。 A manufacturing method of a MEMS device in which a cap substrate is bonded to an element substrate on which a MEMS element is mounted,
Forming a non-penetrating trench along the cutting pattern of the element substrate in the raw material substrate of the cap substrate;
A bonding step of bonding the material substrate of the cap substrate in which the trench is formed to the material substrate of the element substrate;
And a step of etching the material substrate of the bonded cap substrate until at least the non-penetrating trench penetrates. A method of manufacturing a MEMS device, comprising:
前記トレンチの貫通後の前記エッチング工程では、前記キャップ基板の原料基板が全面的に薄くされつつ、前記素子基板の原料基板における前記トレンチに対向する部位がエッチングされる、請求項1〜4のうちのいずれか1項に記載のMEMSデバイスの製造方法。 The etching process is continued even after the trench penetrates the raw material substrate of the bonded cap substrate,
The portion of the raw material substrate of the element substrate facing the trench is etched while the raw material substrate of the cap substrate is entirely thinned in the etching step after the penetration of the trench. The manufacturing method of the MEMS device of any one of these.
前記キャップ基板の原料基板に前記素子基板の切断パターンに沿って非貫通のトレンチを形成する工程を含み、
前記非貫通のトレンチは、前記素子基板の原料基板に前記キャップ基板の原料基板を接合した後に、エッチングにより貫通されることを特徴とする、キャップ基板の製造方法。 A manufacturing method of a cap substrate bonded to an element substrate on which a MEMS element is mounted,
Forming a non-penetrating trench along the cutting pattern of the element substrate in the raw material substrate of the cap substrate,
The method of manufacturing a cap substrate, wherein the non-penetrating trench is penetrated by etching after joining the raw material substrate of the cap substrate to the raw material substrate of the element substrate.
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JP2014219285A (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-20 | 株式会社デンソー | Method of manufacturing physical quantity sensor |
US9255940B2 (en) | 2013-01-22 | 2016-02-09 | Seiko Epson Corporation | Sensor and method for manufacturing sensor |
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