JP2013064698A - Manufacturing method of dynamic quantity sensor - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a dynamic quantity sensor for forming an airtight space having high airtightness reliability even when surface roughness or dust is present in a joining interface of a sensor wafer and a package wafer.SOLUTION: The manufacturing method executes a step of forming a plurality of sensing units 1 on the sensor wafer 100 and forming a recess 2 on one wafer of the sensor wafer 100 and the package wafer 200, a step of arranging a sealing material 30 on a side face of the recess 2, a step of joining the sensor wafer 100 and the package wafer 200, a step of heating and melting the sealing material 30 and flowing the melted sealing material 30 to an end of the joining interface of the sensor wafer 100 and the package wafer 200, and a step of curing the sealing material 30 to seal the end of the joining interface of the sensor wafer 100 and the package wafer 200 with the sealing material 30.

Description

本発明は、力学量を検出する力学量センサの製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method of manufacturing a mechanical quantity sensor that detects a mechanical quantity.

図22、23に従来の力学量センサの断面図を示す。従来、力学量センサとして、図22、23に示すように、センシング部に隣接した気密空間を有するものがある。   22 and 23 are sectional views of conventional mechanical quantity sensors. Conventionally, some mechanical quantity sensors have an airtight space adjacent to a sensing unit as shown in FIGS.

図22に示す力学量センサは、加速度センサであり、力学量としての加速度を検出するセンシング部1を有するセンサ基板10と、センシング部1に隣接する気密空間23を形成するための凹部2を有するパッケージ基板20とを備えており、センサ基板10とパッケージ基板20とが接合されることで、凹部2とセンサ基板10との間で気密空間23が形成されている。   The mechanical quantity sensor shown in FIG. 22 is an acceleration sensor, and includes a sensor substrate 10 having a sensing unit 1 that detects acceleration as a mechanical quantity, and a recess 2 for forming an airtight space 23 adjacent to the sensing unit 1. The package substrate 20 is provided, and the sensor substrate 10 and the package substrate 20 are joined to form an airtight space 23 between the recess 2 and the sensor substrate 10.

図23に示す力学量センサは、圧力センサであり、力学量としての圧力を検出するセンシング部1およびこのセンシング部1に隣接する気密空間112を形成するための凹部2を有するセンサ基板110と、凹部2を塞ぐパッケージ基板210とを備えており、センサ基板110とパッケージ基板210とが接合されることで、凹部2とパッケージ基板210との間で気密空間112が形成されている。   The mechanical quantity sensor shown in FIG. 23 is a pressure sensor, and includes a sensing substrate 1 that detects pressure as a mechanical quantity and a sensor substrate 110 that has a recess 2 for forming an airtight space 112 adjacent to the sensing section 1. A package substrate 210 that closes the recess 2 is provided, and the airtight space 112 is formed between the recess 2 and the package substrate 210 by joining the sensor substrate 110 and the package substrate 210.

また、このような力学量センサの製造方法として、特許文献1に開示されているように、センサウェハとパッケージウェハとをウェハレベルでパッケージしたWLP(Wafer Level Packaging)技術を用いた方法がある。   As a method of manufacturing such a mechanical quantity sensor, as disclosed in Patent Document 1, there is a method using WLP (Wafer Level Packaging) technology in which a sensor wafer and a package wafer are packaged at a wafer level.

特許文献1に記載の方法は、具体的には、センシング部を有するセンサ本体が複数形成されたセンサウェハと、センシング部を気密封止する空間を形成するための凹部が形成されたパッケージウェハとをウェハレベルで接合する際に、互いの対向面においてセンサ本体に対応する領域ごとに多重に設けた複数の枠状封止用接合層の各接合表面を活性化してから常温接合することで、センサウェハと凹部との間に気密空間を形成する。その後、接合したセンサウェハおよびパッケージウェハをチップ毎に分割している。この方法では、枠状封止用接合層を多重に設けることで、気密空間の気密信頼性の向上を図っている。   Specifically, the method described in Patent Document 1 includes a sensor wafer in which a plurality of sensor bodies having a sensing unit are formed, and a package wafer in which a recess for forming a space for hermetically sealing the sensing unit is formed. When bonding at the wafer level, each bonding surface of a plurality of frame-shaped sealing bonding layers provided in multiple regions corresponding to the sensor main body on the mutually facing surfaces is activated and then bonded at room temperature, thereby A hermetic space is formed between the recess and the recess. Thereafter, the bonded sensor wafer and package wafer are divided for each chip. In this method, the airtight reliability of the airtight space is improved by providing a plurality of frame-like sealing bonding layers.

特許第3938198号公報Japanese Patent No. 3938198

しかし、上述の特許文献1に記載の方法のように枠状封止用接合層を多重に設けても、表面粗さやゴミなどが、枠状封止用接合層の各接合表面に存在すると、接合界面に空間ができる可能性が高く、そこから気密リークが始まる可能性がある。   However, even when multiple frame-shaped sealing bonding layers are provided as in the method described in Patent Document 1 described above, if surface roughness, dust, or the like exists on each bonding surface of the frame-shaped sealing bonding layer, There is a high possibility that a space is formed at the joint interface, and an airtight leak may start from there.

本発明は上記点に鑑みて、表面粗さやゴミがセンサウェハとパッケージウェハとの接合界面に存在しても、気密信頼性の高い気密空間を形成できる力学量センサの製造方法を提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention has an object to provide a method for manufacturing a mechanical quantity sensor capable of forming an airtight space with high airtight reliability even when surface roughness or dust is present at the bonding interface between a sensor wafer and a package wafer. And

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、
センサウェハ(100)にセンシング部(1)を複数形成するとともに、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)の一方のウェハに気密空間(23、112)を構成する凹部(2)を複数形成する工程と、
センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)のどちらかに対して、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)との接合界面(3)の端部(3a)を覆って封止するための封止用材料(30)を、封止用材料(30)が溶けて流動したときに接合界面(3)の端部(3a)に到達する部位に配置する工程と、
センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)とを接合し、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)の一方のウェハに形成された凹部(2)を他方のウェハで塞ぐことで、気密空間(23、112)を形成する工程と、
封止用材料(30)を加熱して溶かし、溶けた封止用材料(30)をセンサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)の接合界面(3)の端部(3a)に流動させる工程と、
封止用材料(30)を硬化させて、接合界面(3)の端部(3a)を封止用材料(30)で覆う工程と、
接合したセンサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)とをチップ毎に分割する工程とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, in the invention described in claim 1,
Forming a plurality of sensing portions (1) on the sensor wafer (100) and forming a plurality of recesses (2) constituting the airtight spaces (23, 112) on one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200); When,
Sealing for covering and sealing the end (3a) of the bonding interface (3) between the sensor wafer (100) and the package wafer (200) with respect to either the sensor wafer (100) or the package wafer (200) Arranging the material (30) at a site that reaches the end (3a) of the bonding interface (3) when the sealing material (30) melts and flows;
The sensor wafer (100) and the package wafer (200) are bonded together, and the recess (2) formed in one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) is closed with the other wafer, whereby the airtight space (23 112),
Heating and melting the sealing material (30), and flowing the melted sealing material (30) to the end (3a) of the bonding interface (3) between the sensor wafer (100) and the package wafer (200); ,
Curing the sealing material (30) and covering the end (3a) of the bonding interface (3) with the sealing material (30);
And a step of dividing the bonded sensor wafer (100) and package wafer (200) into chips.

このように、本発明は、チップに分割する前のウェハ状態の段階で、センサウェハとパッケージウェハの接合界面の端部を封止用材料で覆うようにしている。したがって、本発明によれば、接合界面の端部を封止用材料で覆うので、表面粗さやゴミがセンサウェハとパッケージウェハとの接合界面に存在しても、気密信頼性の高い気密空間を形成することができる。   As described above, according to the present invention, the edge portion of the bonding interface between the sensor wafer and the package wafer is covered with the sealing material at the stage of the wafer state before being divided into chips. Therefore, according to the present invention, since the end portion of the bonding interface is covered with the sealing material, even if surface roughness or dust exists at the bonding interface between the sensor wafer and the package wafer, an airtight space with high airtight reliability is formed. can do.

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)とを接合する工程は、重ね合わせたセンサウェハ(100)およびパッケージウェハ(200)に対して熱処理を行うものであり、
封止用材料(30)を配置する工程では、封止用材料(30)として、熱処理の温度で溶けて流動するものを配置し、
封止用材料(30)を加熱して溶かす工程を、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)とを接合する工程と同時に行うことを特徴としている。
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1,
The process of joining the sensor wafer (100) and the package wafer (200) is to perform heat treatment on the superimposed sensor wafer (100) and package wafer (200),
In the step of disposing the sealing material (30), a material that melts and flows at the temperature of the heat treatment is disposed as the sealing material (30),
The step of heating and melting the sealing material (30) is performed simultaneously with the step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200).

このように、封止用材料として、接合工程での熱処理温度で溶けて流動するものを用いれば、接合工程での熱処理によって封止用材料(30)を加熱して溶かすことができる。   Thus, if a material that melts and flows at the heat treatment temperature in the joining step is used as the sealing material, the sealing material (30) can be heated and melted by the heat treatment in the joining step.

また、請求項1または2に記載の発明において、封止用材料(30)を配置する工程における封止用材料の配置場所については、例えば、請求項3に記載の発明のように、凹部(2)の少なくとも側面(2a)とすることができる。この場合、封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)のうち凹部(2)が形成された一方のウェハを上とし、他方のウェハを下とした状態とすることで、溶けた封止用材料を接合界面の端部に流動させることができる。   Moreover, in the invention according to claim 1 or 2, the location of the sealing material in the step of arranging the sealing material (30) is, for example, a concave portion (as in the invention according to claim 3). It can be at least the side surface (2a) of 2). In this case, in the process of melting the sealing material (30) by heating, one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) in which the recess (2) is formed is set to the top, and the other wafer is set to the bottom. By setting it as the state made into, it can be made to flow the melt | dissolved sealing material to the edge part of a joining interface.

さらに、凹部(2)の少なくとも側面(2a)に封止用材料を配置する場合では、例えば、請求項4に記載の発明のように、他方のウェハの表面に対して、溶けた封止用材料(30)を溜めるための溝部(102、202)を形成しておくことが好ましい。これにより、封止用材料(30)を加熱して溶かす工程において、溶けた封止用材料(30)を溝部(102、202)に溜めることで、接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に留めることができる。   Furthermore, in the case where the sealing material is disposed on at least the side surface (2a) of the recess (2), for example, as in the invention according to claim 4, the sealing material melted with respect to the surface of the other wafer It is preferable to form a groove (102, 202) for storing the material (30). Thus, in the step of heating and melting the sealing material (30), the melted sealing material (30) is stored in the groove portions (102, 202), thereby the end portion (3a) of the bonding interface (3). Can be kept in a position to cover.

また、凹部(2)の少なくとも側面(2a)に封止用材料を配置する場合では、例えば、請求項5に記載の発明のように、他方のウェハの表面に対して、溶けた封止用材料(30)を堰き止めるための突出部(103、203)を形成しておくことが好ましい。これにより、封止用材料(30)を加熱して溶かす工程において、溶けた封止用材料(30)を突出部(103、203)で堰き止めることで、接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に封止用材料(30)を留めることができる。   Moreover, in the case where the sealing material is disposed on at least the side surface (2a) of the recess (2), for example, as in the invention according to claim 5, the sealing material melted with respect to the surface of the other wafer It is preferable to form protrusions (103, 203) for blocking the material (30). Thereby, in the process of heating and melting the sealing material (30), the melted sealing material (30) is dammed up by the protruding portions (103, 203), so that the end portion of the bonding interface (3) ( The sealing material (30) can be fastened in a position covering 3a).

また、凹部(2)の少なくとも側面(2a)に封止用材料としての半田を配置する場合では、請求項6に記載の発明のように、他方のウェハの表面に対して、溶けた封止用材料(30)を溜めるための金属膜(104、204)を形成しておくことが好ましい。これにより、封止用材料(30)を加熱して溶かす工程において、溶けた封止用材料(30)を濡れ性が高い金属膜(104、204)の表面上に溜めることで、接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に封止用材料(30)を留めることができる。   Further, in the case where solder as a sealing material is disposed on at least the side surface (2a) of the recess (2), as in the invention according to claim 6, the melted sealing with respect to the surface of the other wafer It is preferable to form a metal film (104, 204) for storing the material for use (30). Accordingly, in the step of heating and melting the sealing material (30), the molten sealing material (30) is accumulated on the surface of the metal film (104, 204) having high wettability, so that the bonding interface ( The sealing material (30) can be fastened to a position covering the end (3a) of 3).

また、請求項1または2に記載の発明において、封止用材料(30)を配置する工程における封止用材料の配置場所については、例えば、請求項7に記載の発明のように、凹部(2)が形成されていない他方のウェハのうち、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)とを接合したときに凹部(2)の上端角部(2c)に対向する位置に予め設けておいた溝部(105)の内部とすることができる。この場合、封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)のうち凹部(2)が形成された一方のウェハを下とし、他方のウェハを上とした状態で、封止用材料(30)を溶かすことで、溶けた封止用材料を接合界面の端部に流動させることができる。   Moreover, in the invention according to claim 1 or 2, the location of the sealing material in the step of arranging the sealing material (30) is, for example, a concave portion (as in the invention according to claim 7). Among the other wafers in which 2) is not formed, it was previously provided at a position facing the upper end corner (2c) of the recess (2) when the sensor wafer (100) and the package wafer (200) were joined. It can be inside the groove (105). In this case, in the process of melting the sealing material (30) by heating, one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) in which the concave portion (2) is formed is placed on the bottom, and the other wafer is placed on the top. In this state, by melting the sealing material (30), the melted sealing material can be flowed to the end portion of the bonding interface.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した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一例である。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim is an example which shows a corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態における加速度センサの断面図である。It is sectional drawing of the acceleration sensor in 1st Embodiment. 第1実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 1st Embodiment. 第1実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 1st Embodiment. 第1実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 1st Embodiment. 第1実施形態における加速度センサの製造工程を示す図であり、(a)、(b)は、それぞれ、接合後のセンサウェハとパッケージウェハの平面図、側面図である。It is a figure which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 1st Embodiment, (a), (b) is the top view and side view of the sensor wafer and package wafer after joining, respectively. 接合用熱処理後における図4(b)中の破線で囲まれた領域A2の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view of a region A2 surrounded by a broken line in FIG. 4B after the bonding heat treatment. 第2実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in a 2nd embodiment. 第3実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in a 3rd embodiment. 第4実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in a 4th embodiment. 第5実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in a 5th embodiment. (a)、(b)は、それぞれ、封止用材料30が溶ける前と後における図10中の破線で囲まれた領域A3の拡大図である。(A), (b) is an enlarged view of area | region A3 enclosed with the broken line in FIG. 10, respectively before and after the sealing material 30 melt | dissolves. 第6実施形態における圧力センサの断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor in 6th Embodiment. 第6実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 6th Embodiment. 第6実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 6th Embodiment. 第6実施形態における加速度センサの製造工程を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing process of the acceleration sensor in 6th Embodiment. 接合用熱処理時における図15(b)中の破線で囲まれた領域B1の拡大図である。It is an enlarged view of area | region B1 enclosed with the broken line in FIG.15 (b) at the time of the heat processing for joining. 第6実施形態の変形例における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in the modification of a 6th embodiment. 第6実施形態の変形例における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in the modification of a 6th embodiment. 第6実施形態の変形例における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the acceleration sensor at the time of heat processing for junction in the modification of a 6th embodiment. 第7実施形態における接合用熱処理時の圧力センサの断面図である。It is sectional drawing of the pressure sensor at the time of the heat processing for joining in 7th Embodiment. (a)、(b)は、それぞれ、封止用材料30が溶ける前と後における図20中の破線で囲まれた領域B2の拡大図である。(A), (b) is an enlarged view of the area | region B2 enclosed with the broken line in FIG. 20, respectively before and after the sealing material 30 melt | dissolves. 従来の力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the conventional mechanical quantity sensor. 従来の力学量センサの断面図である。It is sectional drawing of the conventional mechanical quantity sensor.

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、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are given the same reference numerals in the drawings in order to simplify the description.

(第1実施形態)
図1に本実施形態における力学量センサとしての加速度センサの断面図を示す。本実施形態の加速度センサは、図1に示すように、加速度を検出するセンシング部1を有するセンサ基板10と、センシング部1に隣接する気密空間を構成する凹部2を有するパッケージ基板20とを備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of an acceleration sensor as a mechanical quantity sensor in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the acceleration sensor according to the present embodiment includes a sensor substrate 10 having a sensing unit 1 that detects acceleration, and a package substrate 20 having a recess 2 that forms an airtight space adjacent to the sensing unit 1. ing.

センサ基板10は、シリコンからなる支持基板11と、支持基板11の表面上に配置されたシリコン酸化膜からなる埋込絶縁膜12と、埋込絶縁膜12を挟んで支持基板11の反対側に配置されたシリコンからなる半導体層13とを有するSOI基板を用いて構成されている。   The sensor substrate 10 includes a support substrate 11 made of silicon, a buried insulating film 12 made of a silicon oxide film disposed on the surface of the support substrate 11, and an opposite side of the support substrate 11 across the buried insulating film 12. An SOI substrate having a semiconductor layer 13 made of silicon is disposed.

半導体層13には、センシング部1として、加速度の印加に応じて基板面と平行な方向へ変位可能な可動電極14およびこの可動電極14に対向して配置された固定電極15が形成されている。可動電極14と固定電極15とは、半導体層13に形成された溝16によって分離されている。また、埋込絶縁膜12のうち可動電極14、固定電極15に対向する部分が除去されている。   The semiconductor layer 13 is formed with a movable electrode 14 that can be displaced in a direction parallel to the substrate surface in response to application of acceleration, and a fixed electrode 15 that is disposed opposite to the movable electrode 14 as the sensing unit 1. . The movable electrode 14 and the fixed electrode 15 are separated by a groove 16 formed in the semiconductor layer 13. Further, portions of the buried insulating film 12 facing the movable electrode 14 and the fixed electrode 15 are removed.

パッケージ基板20は、シリコンからなる半導体基板21と、半導体基板21のセンサ基板10側の表面に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜22とを備えている。パッケージ基板20は、センサ基板10側の表面に形成された絶縁膜22を介して、センサ基板10の半導体層13と接合されている。   The package substrate 20 includes a semiconductor substrate 21 made of silicon and an insulating film 22 made of a silicon oxide film formed on the surface of the semiconductor substrate 21 on the sensor substrate 10 side. The package substrate 20 is bonded to the semiconductor layer 13 of the sensor substrate 10 via an insulating film 22 formed on the surface on the sensor substrate 10 side.

凹部2は、パッケージ基板20のセンサ基板10側の表面のうちセンシング部1に対向する位置に形成されている。この凹部2は、半導体基板21に形成された凹部表面に絶縁膜22が形成されることで構成されている。この凹部2とセンサ基板10(支持基板11)とによって真空状態の気密空間23が形成され、センシング部1が気密封止されている。   The concave portion 2 is formed at a position facing the sensing portion 1 on the surface of the package substrate 20 on the sensor substrate 10 side. The recess 2 is configured by forming an insulating film 22 on the surface of the recess formed in the semiconductor substrate 21. The recess 2 and the sensor substrate 10 (support substrate 11) form an airtight space 23 in a vacuum state, and the sensing unit 1 is hermetically sealed.

そして、本実施形態では、この凹部2の表面に、センサ基板10とパッケージ基板20との接合界面を覆うための封止用材料30が付着している。この封止用材料30の詳細については後述する。   In this embodiment, a sealing material 30 for covering the bonding interface between the sensor substrate 10 and the package substrate 20 is attached to the surface of the recess 2. Details of the sealing material 30 will be described later.

パッケージ基板20には、センサ基板10側の表面からその反対側の表面まで貫通する貫通孔24が形成されている。なお、この貫通孔24の壁面およびパッケージ基板20のセンサ基板10側とは反対側の表面には、絶縁膜25、26が形成されている。そして、貫通孔24の内部およびパッケージ基板20のセンサ基板10側とは反対側の表面上にわたって、センサ基板10と電気的に接続されたAlやCu等からなる金属配線層27が形成されている。なお、金属配線層27は複数形成されており、各金属配線層27はそれぞれ可動電極14、固定電極15等と電気的に接続されている。   A through hole 24 is formed in the package substrate 20 so as to penetrate from the surface on the sensor substrate 10 side to the surface on the opposite side. Insulating films 25 and 26 are formed on the wall surface of the through hole 24 and the surface of the package substrate 20 opposite to the sensor substrate 10 side. A metal wiring layer 27 made of Al, Cu, or the like electrically connected to the sensor substrate 10 is formed in the through hole 24 and on the surface of the package substrate 20 opposite to the sensor substrate 10 side. . A plurality of metal wiring layers 27 are formed, and each metal wiring layer 27 is electrically connected to the movable electrode 14, the fixed electrode 15, and the like.

この加速度センサは、基板面と平行な方向に加速度が印加されたとき、この加速度の印加に伴い可動電極14と固定電極15との距離が変化し、この距離の変化により生じる両電極間の容量変化に基づいて加速度を検出する。   In the acceleration sensor, when an acceleration is applied in a direction parallel to the substrate surface, the distance between the movable electrode 14 and the fixed electrode 15 changes with the application of the acceleration, and the capacitance between both electrodes generated by the change in the distance. Acceleration is detected based on the change.

次に、本実施形態の加速度センサの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the acceleration sensor of this embodiment is demonstrated.

図2〜図4に本実施形態の加速度センサの製造工程を示す。図2〜4は、図1中の破線で囲まれた領域A1の部分に相当する。   2 to 4 show the manufacturing process of the acceleration sensor of this embodiment. 2 to 4 correspond to a portion of a region A1 surrounded by a broken line in FIG.

まず、図2(a)〜(e)に示す工程を行うことにより、1枚のセンサウェハ100に対して、センシング部1を有するセンサ基板10を複数形成する。なお、図2(a)〜(e)では、センサウェハ100のうち1つのセンサ基板10に相当する部分のみを示している。   First, by performing the steps shown in FIGS. 2A to 2E, a plurality of sensor substrates 10 having the sensing unit 1 are formed on one sensor wafer 100. 2A to 2E, only a portion corresponding to one sensor substrate 10 in the sensor wafer 100 is shown.

具体的には、図2(a)に示すように、センサウェハ100として、支持基板11の表面上に埋込絶縁膜12と半導体層13とが順に積層されたSOI基板を用意する。続いて、図2(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、半導体層13の表面上に所望パターンとされたレジスト41を形成した後、図2(c)に示すように、半導体層13に対するレジスト41をマスクとしたエッチング工程を行い、可動電極14、固定電極15のパターンを画定するように、溝16を形成する。   Specifically, as shown in FIG. 2A, an SOI substrate in which a buried insulating film 12 and a semiconductor layer 13 are sequentially stacked on the surface of a support substrate 11 is prepared as the sensor wafer 100. Subsequently, as shown in FIG. 2B, a photolithography process is performed to form a resist 41 having a desired pattern on the surface of the semiconductor layer 13, and then, as shown in FIG. The groove 16 is formed so as to demarcate the patterns of the movable electrode 14 and the fixed electrode 15 by performing an etching process using the resist 41 as a mask.

続いて、図2(d)に示すように、埋込絶縁膜12に対する溝16を介したエッチング工程を行うことで、埋込絶縁膜12のうち可動電極14および固定電極15に対向する部分をエッチング除去して空洞部42を形成する。その後、図2(e)に示すように、レジストを除去する。このようして、1枚のセンサウェハ100に対して、センシング部1を有するセンサ基板10を複数形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 2D, by performing an etching process on the buried insulating film 12 through the groove 16, a portion of the buried insulating film 12 facing the movable electrode 14 and the fixed electrode 15 is formed. The cavity 42 is formed by etching away. Thereafter, the resist is removed as shown in FIG. In this way, a plurality of sensor substrates 10 having the sensing unit 1 are formed on one sensor wafer 100.

一方、図3(a)〜(h)に示す工程を行うことにより、1枚のパッケージウェハ200に対して、凹部2を有するパッケージ基板20を複数形成する。なお、図3(a)〜(h)では、パッケージウェハ200のうち1つのパッケージ基板20に相当する部分のみを示している。   On the other hand, by performing the steps shown in FIGS. 3A to 3H, a plurality of package substrates 20 having the recesses 2 are formed on one package wafer 200. 3A to 3H, only a portion corresponding to one package substrate 20 in the package wafer 200 is shown.

具体的には、図3(a)に示すように、パッケージウェハ200として半導体ウェハ(半導体基板21)を用意する。そして、図3(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、半導体基板21の一面上に所望パターンとされたレジスト43を形成する。続いて、図3(c)に示すように、レジスト43をマスクとしたエッチング工程を行って、半導体基板21の一面側に凹部21aを形成した後、図3(d)に示すように、レジスト43を除去する。続いて、図3(e)に示すように、半導体基板21の表面にCVD法等により絶縁膜22を形成する。これにより、パッケージウェハ200に凹部2が形成される。このとき、半導体基板21の凹部2が形成された表面とは反対側の表面にも絶縁膜26を形成する。   Specifically, as shown in FIG. 3A, a semiconductor wafer (semiconductor substrate 21) is prepared as the package wafer 200. Then, as shown in FIG. 3B, a photolithography process is performed to form a resist 43 having a desired pattern on one surface of the semiconductor substrate 21. Subsequently, as shown in FIG. 3C, an etching process using the resist 43 as a mask is performed to form a recess 21a on one surface side of the semiconductor substrate 21, and then, as shown in FIG. 43 is removed. Subsequently, as shown in FIG. 3E, an insulating film 22 is formed on the surface of the semiconductor substrate 21 by a CVD method or the like. Thereby, the recess 2 is formed in the package wafer 200. At this time, the insulating film 26 is also formed on the surface of the semiconductor substrate 21 opposite to the surface where the recess 2 is formed.

続いて、図3(f)に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、凹部2を除くパッケージウェハ200の一面上にレジスト44を形成する。続いて、図3(g)に示すように、凹部2の内部を含むパッケージウェハ200の一面に封止用材料30を塗布もしくは蒸着する。封止用材料30としては、後述する接合用熱処理の温度で溶けて流動するものを用いる。例えば、BPSG、低融点ガラスを用いたり、ビニールや塩化ビニール等の有機物を用いたり、半田等の低融点金属を用いたりすることができる。   Subsequently, as shown in FIG. 3F, a photolithography process is performed to form a resist 44 on one surface of the package wafer 200 excluding the recess 2. Subsequently, as shown in FIG. 3G, a sealing material 30 is applied or deposited on one surface of the package wafer 200 including the inside of the recess 2. As the sealing material 30, a material that melts and flows at the temperature of the heat treatment for bonding described later is used. For example, BPSG and low-melting glass can be used, organic materials such as vinyl and vinyl chloride can be used, and low-melting metals such as solder can be used.

その後、図3(h)に示すように、凹部2の内部以外に位置する封止用材料30を、レジスト44とともに除去する。これにより、この凹部2の側面2aおよび底面2bに封止用材料30が配置される。このとき、封止用材料30は、凹部2の全ての側面2aに配置されており、側面2aに配置された封止用材料30は環状に連続していると言える。本実施形態では、図3(f)から図3(h)に示す工程が、封止用材料30を配置する工程である。   Thereafter, as shown in FIG. 3 (h), the sealing material 30 located outside the inside of the recess 2 is removed together with the resist 44. Thereby, the sealing material 30 is disposed on the side surface 2a and the bottom surface 2b of the recess 2. At this time, it can be said that the sealing material 30 is arrange | positioned at all the side surfaces 2a of the recessed part 2, and the sealing material 30 arrange | positioned at the side surface 2a is continuing cyclically | annularly. In the present embodiment, the steps shown in FIG. 3F to FIG. 3H are steps for disposing the sealing material 30.

なお、図3(e)に示す工程よりも前において、半導体基板21をエッチングすることで貫通孔24が形成され、図3(e)に示す工程で、貫通孔24の内面に絶縁層25が形成された後、図3(f)に示す工程の前もしくは図3(h)に示す工程後に、金属配線層27が形成される。   Before the step shown in FIG. 3E, the through hole 24 is formed by etching the semiconductor substrate 21, and in the step shown in FIG. 3E, the insulating layer 25 is formed on the inner surface of the through hole 24. After the formation, the metal wiring layer 27 is formed before the step shown in FIG. 3F or after the step shown in FIG.

このようにして、1枚のパッケージウェハ200に対して、凹部2を有するパッケージ基板20を複数形成する。   In this way, a plurality of package substrates 20 having the recesses 2 are formed on one package wafer 200.

その後、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合し、パッケージウェハ200に形成された凹部2をセンサウェハ100で塞ぐことで、気密空間23を形成するする工程を行う。   Thereafter, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are bonded to each other, and the recess 2 formed in the package wafer 200 is closed with the sensor wafer 100 to form the hermetic space 23.

具体的には、まず、センサウェハ100のセンシング部1側の表面と、パッケージウェハ200の凹部2側の表面のそれぞれに対して表面活性処理を施しておく。この表面活性処理としては、例えば、プラズマ照射等のエネルギー処理や、化学薬品等の液体に漬けるウェット処理が採用可能である。   Specifically, first, surface activation treatment is performed on each of the surface on the sensing unit 1 side of the sensor wafer 100 and the surface on the concave portion 2 side of the package wafer 200. As this surface activation treatment, for example, an energy treatment such as plasma irradiation or a wet treatment immersed in a liquid such as a chemical can be employed.

続いて、図4(a)、(b)に示すように、真空下で、センサウェハ100のセンシング部1とパッケージウェハ200の凹部2とを対向させて、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを重ね合わせた後、接合用熱処理を施す。この接合用熱処理では、センサウェハ100が下、パッケージウェハ200が上に位置する状態とする。また、このときの熱処理温度は、パッケージウェハ200に形成された金属配線層27が溶融しないように、金属配線層27の融点よりも低い温度、例えば、300℃とする。   Subsequently, as shown in FIGS. 4A and 4B, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are overlapped with each other so that the sensing portion 1 of the sensor wafer 100 and the recess 2 of the package wafer 200 face each other under vacuum. After that, a heat treatment for bonding is performed. In this heat treatment for bonding, the sensor wafer 100 is positioned below and the package wafer 200 is positioned above. Further, the heat treatment temperature at this time is set to a temperature lower than the melting point of the metal wiring layer 27, for example, 300 ° C. so that the metal wiring layer 27 formed on the package wafer 200 does not melt.

この接合用熱処理により、図5(a)、(b)に示すように、センサウェハ100とパッケージウェハ200の表面同士を共有結合させ、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを直接接合する。なお、図5(a)、(b)は、それぞれ、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合した状態の平面図、側面図であり、図5(a)中の破線で囲まれた1つの四角が1つのセンサ基板10および1つのパッケージ基板20に相当する。   By this heat treatment for bonding, as shown in FIGS. 5A and 5B, the surfaces of the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are covalently bonded, and the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are directly bonded. 5A and 5B are a plan view and a side view in a state where the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are joined, respectively, and one square surrounded by a broken line in FIG. 5A. Corresponds to one sensor substrate 10 and one package substrate 20.

そして、接合用熱処理を施した後、接合したセンサウェハ100およびパッケージウェハ200を冷却する工程を行う。例えば、接合用熱処理後のセンサウェハ100およびパッケージウェハ200を自然冷却する。   Then, after performing the bonding heat treatment, a process of cooling the bonded sensor wafer 100 and package wafer 200 is performed. For example, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 after the bonding heat treatment are naturally cooled.

その後、接合したセンサウェハ100およびパッケージウェハ200をダイシングしてチップ毎に分割する工程等を経ることで、本実施形態の加速度センサが製造される。なお、センサウェハ100およびパッケージウェハ200からチップ毎に分割された部分がセンサ基板10およびパッケージ基板20を構成する。   After that, the acceleration sensor of this embodiment is manufactured through a process of dicing the bonded sensor wafer 100 and the package wafer 200 and dividing them into chips. The parts divided from the sensor wafer 100 and the package wafer 200 for each chip constitute the sensor substrate 10 and the package substrate 20.

ここで、図6に、接合用熱処理後における図4(b)中の破線で囲まれた領域A2の拡大図を示す。本実施形態では、封止用材料30として、接合用熱処理時の温度で溶けて粘性流動するものを採用しているので、図6に示すように、接合用熱処理時に、凹部2の側面2aおよび底面2bに塗布しておいた封止用材料30が加熱されて溶け、溶けた封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aに流動する。そして、接合用熱処理後の自然冷却により封止用材料30が硬化し、封止用材料30によって接合界面3の端部3aが覆われた状態となる。   Here, FIG. 6 shows an enlarged view of a region A2 surrounded by a broken line in FIG. 4B after the bonding heat treatment. In this embodiment, as the sealing material 30, a material that melts at a temperature at the time of the heat treatment for bonding and flows in a viscous flow is adopted. Therefore, as shown in FIG. The sealing material 30 applied to the bottom surface 2 b is heated and melted, and the melted sealing material 30 flows to the end 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. Then, the sealing material 30 is cured by natural cooling after the heat treatment for bonding, and the end portion 3 a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30.

このように、本実施形態によれば、凹部2の内部から封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aを覆うので、表面粗さやゴミがセンサウェハ100とパッケージウェハ200との接合界面3に存在しても、気密信頼性の高い気密空間23を形成することができる。   As described above, according to the present embodiment, the sealing material 30 covers the end portion 3a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200 from the inside of the concave portion 2, so that the surface roughness and dust are the sensor wafer 100 and the package wafer. Even if it exists in the junction interface 3 with 200, the airtight space 23 with high airtight reliability can be formed.

なお、本実施形態では、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程が封止用材料30を加熱して溶かす工程を兼ねており、すなわち、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程と同時に、封止用材料30を加熱して溶かす工程を行っている。また、接合したセンサウェハ100およびパッケージウェハ200を冷却する工程が封止用材料30を硬化させる工程に相当する。   In the present embodiment, the step of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200 also serves as the step of heating and melting the sealing material 30, that is, simultaneously with the step of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. The process of heating and melting the sealing material 30 is performed. The process of cooling the bonded sensor wafer 100 and package wafer 200 corresponds to the process of curing the sealing material 30.

(第2実施形態)
図7に本実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図を示す。図7は、図6に対応する図である。以下では、第1実施形態との相違点のみを説明する。
(Second Embodiment)
FIG. 7 shows a partial cross-sectional view of the acceleration sensor during the heat treatment for bonding in the present embodiment. FIG. 7 is a diagram corresponding to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below.

本実施形態では、センサウェハ100のパッケージウェハ200側の表面101に対して、接合用熱処理時に溶けた封止用材料30を溜めるための溝部102を予め設けている。   In the present embodiment, a groove 102 for storing the sealing material 30 melted during the bonding heat treatment is provided in advance on the surface 101 of the sensor wafer 100 on the package wafer 200 side.

この溝部102は、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aに隣接しており、センサウェハ100の表面101においてパッケージウェハ200との接合界面3の端部3aを内側から取り囲むように環状に連続して配置されている。   The groove 102 is adjacent to the end 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200, and has an annular shape so as to surround the end 3 a of the bonding interface 3 with the package wafer 200 from the inside on the surface 101 of the sensor wafer 100. Are arranged in succession.

また、溝部102は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程の前に形成される。例えば、図2(b)、(c)に示す工程での半導体層13のエッチングにより、溝16とともに溝部102を形成することができる。   Further, the groove 102 is formed before the step of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. For example, the groove portion 102 can be formed together with the groove 16 by etching the semiconductor layer 13 in the steps shown in FIGS.

本実施形態によれば、接合用熱処理時において、溶けた封止用材料30を溝102に溜めることで、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aを覆う位置に封止用材料30を確実に留めることができる。また、溶けた封止用材料30がセンシング部1に付着してセンシング部1に悪影響を及ぼすことを防止することができる。   According to the present embodiment, the sealing material 30 is accumulated in the groove 102 during the heat treatment for bonding, so that the sealing material is disposed at a position covering the end portion 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. 30 can be securely fastened. Further, it is possible to prevent the melted sealing material 30 from adhering to the sensing unit 1 and adversely affecting the sensing unit 1.

(第3実施形態)
図8に本実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図を示す。図8は、図6に対応する図である。以下では、第1実施形態との相違点のみを説明する。
(Third embodiment)
FIG. 8 shows a partial cross-sectional view of the acceleration sensor during the heat treatment for bonding in the present embodiment. FIG. 8 corresponds to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below.

本実施形態では、第2実施形態の溝部102の代わりに、センサウェハ100のパッケージウェハ200側の表面101に対して、接合用熱処理時に溶けた封止用材料30を堰き止めるための突出部103を設けている。   In this embodiment, instead of the groove portion 102 of the second embodiment, a protrusion 103 for damming the sealing material 30 melted during the heat treatment for bonding is provided on the surface 101 of the sensor wafer 100 on the package wafer 200 side. Provided.

この突出部103は、突出部103以外の領域と比較して、センサウェハ100の表面101から突出した部分であり、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aよりも内側に間をあけて位置し、センサウェハ100の表面101においてパッケージウェハ200との接合界面3の端部3aを内側から取り囲むように環状に連続して配置されている。   The protruding portion 103 is a portion protruding from the surface 101 of the sensor wafer 100 as compared to the region other than the protruding portion 103, and is spaced inward from the end portion 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. The sensor wafer 100 is continuously arranged in an annular shape so as to surround the end portion 3a of the bonding interface 3 with the package wafer 200 from the inside on the surface 101 of the sensor wafer 100.

また、突出部103は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程の前に形成される。例えば、図2(e)に示す工程でレジスト41を除去した後に、半導体、金属、絶縁体を堆積して突出部103を形成したり、突出部103の形成予定領域以外をエッチング除去することで突出部103を形成したりすることができる。   Further, the protrusion 103 is formed before the process of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. For example, after removing the resist 41 in the step shown in FIG. 2E, a semiconductor, a metal, and an insulator are deposited to form the protruding portion 103, or the region other than the region where the protruding portion 103 is to be formed is removed by etching. The protrusion 103 can be formed.

本実施形態によれば、接合用熱処理時において、溶けた封止用材料30を突出部103により堰き止めることで、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aを覆う位置に封止用材料30を確実に留めることができる。また、溶けた封止用材料30がセンシング部1に付着してセンシング部1に悪影響を及ぼすことを防止することができる。   According to the present embodiment, during the heat treatment for bonding, the melted sealing material 30 is dammed up by the protruding portion 103, thereby sealing at a position covering the end 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. The material 30 can be securely fastened. Further, it is possible to prevent the melted sealing material 30 from adhering to the sensing unit 1 and adversely affecting the sensing unit 1.

なお、本実施形態では、第2実施形態の溝部102の代わりに、突出部103を設けたが、図8において破線で示すように、第2実施形態の溝部102と、突出部103との両方をセンサウェハ100の表面101に設けても良い。   In this embodiment, the protruding portion 103 is provided instead of the groove portion 102 of the second embodiment. However, as shown by a broken line in FIG. 8, both the groove portion 102 of the second embodiment and the protruding portion 103 are provided. May be provided on the surface 101 of the sensor wafer 100.

(第4実施形態)
図9に本実施形態における接合用熱処理時の加速度センサの部分断面図を示す。図9は、図6に対応する図である。以下では、第1実施形態との相違点のみを説明する。
(Fourth embodiment)
FIG. 9 shows a partial cross-sectional view of the acceleration sensor during the heat treatment for bonding in this embodiment. FIG. 9 corresponds to FIG. Only the differences from the first embodiment will be described below.

本実施形態では、封止用材料30として半田を用いるとともに、第2実施形態の溝部102の代わりに、センサウェハ100のパッケージウェハ200側の表面101に対して、接合用熱処理時に溶けた半田を溜めるための金属膜104を設けている。   In the present embodiment, solder is used as the sealing material 30 and, instead of the grooves 102 in the second embodiment, the melted solder is accumulated on the surface 101 on the package wafer 200 side of the sensor wafer 100 during the heat treatment for bonding. A metal film 104 is provided.

この金属膜104は、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aよりも内側(図9では左側)に位置し、センサウェハ100の表面101においてパッケージウェハ200との接合界面3の端部3aを内側から取り囲むように環状に連続して配置されている。   The metal film 104 is located on the inner side (left side in FIG. 9) of the end portion 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200, and the end portion of the bonding interface 3 with the package wafer 200 on the surface 101 of the sensor wafer 100. It is continuously arranged in an annular shape so as to surround 3a from the inside.

また、金属膜104は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程の前に形成される。例えば、図2(e)に示す工程でレジスト41を除去した後に、スパッタリング法、CVD法等により金属膜104を形成することができる。   The metal film 104 is formed before the process of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. For example, after removing the resist 41 in the step shown in FIG. 2E, the metal film 104 can be formed by sputtering, CVD, or the like.

本実施形態によれば、センサウェハ100のパッケージウェハ200側の表面101に、センサウェハ100の表面よりも半田の濡れ性が高い金属膜104を設けているので、接合用熱処理時において、溶けた半田30を金属膜104の表面上に溜めることができ、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aを覆う位置に封止用材料30を確実に留めることができる。また、溶けた封止用材料30がセンシング部1に付着してセンシング部1に悪影響を及ぼすことを防止することができる。   According to the present embodiment, since the metal film 104 having higher solder wettability than the surface of the sensor wafer 100 is provided on the surface 101 of the sensor wafer 100 on the package wafer 200 side, the melted solder 30 during the heat treatment for bonding is provided. Can be collected on the surface of the metal film 104, and the sealing material 30 can be securely fastened at a position covering the end 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. Further, it is possible to prevent the melted sealing material 30 from adhering to the sensing unit 1 and adversely affecting the sensing unit 1.

なお、本実施形態では、第2実施形態の溝部102の代わりに、金属膜104を設けたが、第2実施形態の溝部102をセンサウェハ100の表面101に設け、さらに、その溝部102の表面に金属膜104を設けても良い。また、第3実施形態の突出部103をセンサウェハ100の表面101に設け、さらに、その突出部103の表面から接合界面3の端部3aまでの間に金属膜104を設けても良い。また、第2実施形態の溝部102と第3実施形態の突出部103との両方をセンサウェハ100の表面101に設け、突出部103の表面から接合界面3の端部3aまでの間に金属膜104を設けても良い。   In this embodiment, the metal film 104 is provided instead of the groove 102 of the second embodiment. However, the groove 102 of the second embodiment is provided on the surface 101 of the sensor wafer 100 and further on the surface of the groove 102. A metal film 104 may be provided. Further, the protrusion 103 according to the third embodiment may be provided on the surface 101 of the sensor wafer 100, and further, the metal film 104 may be provided between the surface of the protrusion 103 and the end 3 a of the bonding interface 3. Further, both the groove portion 102 of the second embodiment and the protruding portion 103 of the third embodiment are provided on the surface 101 of the sensor wafer 100, and the metal film 104 is provided between the surface of the protruding portion 103 and the end portion 3 a of the bonding interface 3. May be provided.

(第5実施形態)
図10に本実施形態における接合用熱処理時の力学量センサの断面図を示し、図11(a)、(b)に図10中の破線で囲まれた領域A3の拡大図を示す。なお、図11(a)、(b)は、それぞれ、封止用材料30が溶ける前と後の状態を示している。
(Fifth embodiment)
FIG. 10 shows a cross-sectional view of the mechanical quantity sensor at the time of heat treatment for bonding in the present embodiment, and FIGS. 11A and 11B show enlarged views of a region A3 surrounded by a broken line in FIG. FIGS. 11A and 11B show the states before and after the sealing material 30 is melted, respectively.

本実施形態では、図10に示すように、接合用熱処理時に、センサウェハ100が上、パッケージウェハ200が下に位置する状態とする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 10, the sensor wafer 100 is positioned on the upper side and the package wafer 200 is positioned on the lower side during the heat treatment for bonding.

このとき、図11(a)に示すように、センサウェハ100のパッケージウェハ200側の表面101に、封止用材料30を配置しておくための溝部105を予め設けており、この溝部105に封止用材料30を予め配置している。   At this time, as shown in FIG. 11A, a groove portion 105 for placing the sealing material 30 is provided in advance on the surface 101 of the sensor wafer 100 on the package wafer 200 side, and the groove portion 105 is sealed. Stop material 30 is arranged in advance.

この溝部105は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合したときに、パッケージウェハ200の凹部2の上端角部2cに対向する位置に配置されている。より詳細に言うと、溝部105の外側(図11中の右側)の側面は、凹部2の側面2bよりも外側に位置し、溝部105の内側(図11中の左側)の側面は、凹部2の側面2bよりも内側に位置している。このように、溝部105がパッケージウェハ200に完全に塞がれず、凹部2に連なる隙間が形成されるように、センサウェハ100の表面に平行な方向で、溝部105は上端角部2cを跨いで配置されている。   The groove 105 is arranged at a position facing the upper end corner 2c of the recess 2 of the package wafer 200 when the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are bonded. More specifically, the side surface on the outer side (right side in FIG. 11) of the groove portion 105 is positioned outside the side surface 2b of the concave portion 2, and the side surface on the inner side (left side in FIG. 11) of the groove portion 105 is the concave portion 2. It is located inside the side surface 2b. Thus, the groove 105 is disposed across the upper end corner 2c in a direction parallel to the surface of the sensor wafer 100 so that the groove 105 is not completely blocked by the package wafer 200 and a gap continuous to the recess 2 is formed. Has been.

溝部105の外側の側面の位置によって、センサウェハ100とパッケージウェハ200との接合界面3の端部3aの位置が決まる。なお、溝部105の内側の側面を、凹部2の側面2bよりも内側に位置させて、隙間を形成するのは、溶けた封止用材料30を流動させるためである。ただし、溶けた封止用材料30が隙間から垂れないように、隙間はできるだけ小さいことが好ましい。   The position of the end 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200 is determined by the position of the outer side surface of the groove 105. The reason why the side surface on the inner side of the groove portion 105 is positioned on the inner side of the side surface 2b of the concave portion 2 to form the gap is to allow the melted sealing material 30 to flow. However, the gap is preferably as small as possible so that the melted sealing material 30 does not drip from the gap.

溝部105は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合したときに、凹部2を囲むように環状に連続して配置されている。   The groove 105 is continuously arranged in an annular shape so as to surround the recess 2 when the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are bonded.

また、この溝部105は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程の前に形成される。例えば、図2(e)に示す工程でレジスト41を除去した後に、半導体層13をエッチングすることにより、溝部105が形成され、その後、この溝部105に封止用材料30が塗布される。本実施形態では、この溝部105を形成した後、封止用材料30を塗布する工程が、封止用材料30を配置する工程である。   The groove 105 is formed before the process of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. For example, after removing the resist 41 in the step shown in FIG. 2E, the semiconductor layer 13 is etched to form the groove 105, and then the sealing material 30 is applied to the groove 105. In the present embodiment, the step of applying the sealing material 30 after forming the groove 105 is the step of disposing the sealing material 30.

そして、図11(b)に示すように、接合用熱処理の際では、溝部105に配置しておいた封止用材料30が加熱されて溶け、溶けた封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aに流動する。接合用熱処理後の自然冷却により封止用材料30が硬化し、封止用材料30によって接合界面3の端部3aが覆われた状態となる。   Then, as shown in FIG. 11B, during the bonding heat treatment, the sealing material 30 arranged in the groove 105 is heated and melted, and the melted sealing material 30 is packaged with the sensor wafer 100 and the package. It flows to the end 3 a of the bonding interface 3 of the wafer 200. The sealing material 30 is cured by natural cooling after the heat treatment for bonding, and the end portion 3 a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30.

したがって、本実施形態においても、封止用材料30によって接合界面3の端部3aを覆うので、第1実施形態と同様に、気密信頼性の高い気密空間23を形成することができる。   Therefore, also in the present embodiment, since the end portion 3a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30, the airtight space 23 with high airtight reliability can be formed as in the first embodiment.

(第6実施形態)
図12に本実施形態における力学量センサとしての圧力センサの断面図を示す。本実施形態の圧力センサは、図12に示すように、圧力を検出するセンシング部1とセンシング部1に隣接する気密空間112を構成する凹部2とを有するセンサ基板110と、センサ基板110に接合されて凹部2を塞ぐパッケージ基板210とを備えている。
(Sixth embodiment)
FIG. 12 shows a cross-sectional view of a pressure sensor as a mechanical quantity sensor in the present embodiment. As shown in FIG. 12, the pressure sensor according to the present embodiment is joined to the sensor substrate 110 having a sensing unit 1 that detects pressure and a recess 2 that forms an airtight space 112 adjacent to the sensing unit 1. And a package substrate 210 that closes the recess 2.

センサ基板110は、一面とその反対側の他面とを有するシリコンからなる半導体基板であり、その他面側(パッケージ基板210側の表面)に設けられた凹部2によって、一面側(パッケージ基板210側とは反対側の表面)にダイアフラム111が形成されている。   The sensor substrate 110 is a semiconductor substrate made of silicon having one surface and the other surface on the opposite side, and is formed on the one surface side (the package substrate 210 side) by the recess 2 provided on the other surface side (the surface on the package substrate 210 side). Diaphragm 111 is formed on the opposite surface.

このダイアフラム111には、図示しないが、ダイアフラム111の歪みに基づく電気信号を発生するゲージ拡散抵抗(歪みゲージ)が、ブリッジ回路を構成するように形成されている。ダイアフラム111とパッケージ基板210との間の空間112は気密に封止されており、例えば、基準圧力室としての真空室として構成されている。   Although not shown, the diaphragm 111 is formed with a gauge diffusion resistor (strain gauge) that generates an electric signal based on the strain of the diaphragm 111 so as to constitute a bridge circuit. A space 112 between the diaphragm 111 and the package substrate 210 is hermetically sealed, and is configured as, for example, a vacuum chamber as a reference pressure chamber.

そして、本実施形態では、第1実施形態と同様に、この凹部2の側面2aおよび底面2bに、センサ基板110とパッケージ基板210との接合界面を覆うための封止用材料30が付着している。   In this embodiment, as in the first embodiment, the sealing material 30 for covering the bonding interface between the sensor substrate 110 and the package substrate 210 is attached to the side surface 2a and the bottom surface 2b of the recess 2. Yes.

パッケージ基板210は、シリコンからなる半導体基板211で構成され、半導体基板211の一面(センサ基板110側の表面)に形成されたシリコン酸化膜からなる絶縁膜212を介して、半導体基板211がセンサ基板110に接合されている。なお、本実施形態では、半導体基板211の一面だけでなく、他面(センサ基板110側とは反対側の表面)および側面にも絶縁膜212が形成されているが、他面および側面に絶縁膜212が形成されていなくても良い。   The package substrate 210 includes a semiconductor substrate 211 made of silicon, and the semiconductor substrate 211 is a sensor substrate through an insulating film 212 made of a silicon oxide film formed on one surface of the semiconductor substrate 211 (the surface on the sensor substrate 110 side). 110 is joined. In this embodiment, the insulating film 212 is formed not only on one surface of the semiconductor substrate 211 but also on the other surface (the surface opposite to the sensor substrate 110 side) and the side surface. The film 212 may not be formed.

この圧力センサにおいては、ダイアフラム111の表面側から圧力が印加されると、ダイアフラム111が歪み、このダイアフラム111の歪みに基づいてゲージ拡散抵抗の抵抗値が変化し、ブリッジ回路における電圧値が変化する。この変化した電圧値に基づいて、印加圧力が検出されるようになっている。本実施形態の圧力センサにおいては、ダイアフラム111の表面にかかる圧力と真空室112内との圧力差、すなわち、絶対圧が検出される。   In this pressure sensor, when pressure is applied from the surface side of the diaphragm 111, the diaphragm 111 is distorted, the resistance value of the gauge diffusion resistance is changed based on the distortion of the diaphragm 111, and the voltage value in the bridge circuit is changed. . The applied pressure is detected based on the changed voltage value. In the pressure sensor of this embodiment, the pressure difference between the pressure applied to the surface of the diaphragm 111 and the inside of the vacuum chamber 112, that is, the absolute pressure is detected.

次に、本実施形態の圧力センサの製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the pressure sensor of this embodiment is demonstrated.

図13〜図15に本実施形態の圧力センサの製造工程を示す。   13 to 15 show the manufacturing process of the pressure sensor of this embodiment.

まず、図13(a)〜(e)に示す工程を行うことにより、1枚のセンサウェハ100に対して、センシング部1を有するセンサ基板110を複数形成する。なお、図13(a)〜(e)では、センサウェハ100のうち1つのセンサ基板110に相当する部分のみを示している。   First, a plurality of sensor substrates 110 having the sensing unit 1 are formed on one sensor wafer 100 by performing the steps shown in FIGS. In FIGS. 13A to 13E, only a portion corresponding to one sensor substrate 110 in the sensor wafer 100 is shown.

具体的には、図13(a)に示すように、シリコンからなるセンサウェハ100を用意する。このセンサウェハ100には、センサウェハ100の一面(図3中の下面)側におけるダイアフラム111の形成予定位置にゲージ拡散抵抗等が形成されている。   Specifically, as shown in FIG. 13A, a sensor wafer 100 made of silicon is prepared. In the sensor wafer 100, a gauge diffusion resistor or the like is formed at a position where the diaphragm 111 is to be formed on one surface (the lower surface in FIG. 3) of the sensor wafer 100.

そして、図13(b)に示すように、フォトリソグラフィ工程を行い、センサウェハ100の他面(図13中の上面)に所望パターンとされたレジスト51を形成する。続いて、図13(c)に示すように、レジスト51をマスクとしたエッチング工程を行い、センサウェハ100の他面に凹部2を形成する。これにより、凹部2の底部としてダイアフラム111が形成される。   Then, as shown in FIG. 13B, a photolithography process is performed to form a resist 51 having a desired pattern on the other surface of the sensor wafer 100 (upper surface in FIG. 13). Subsequently, as illustrated in FIG. 13C, an etching process using the resist 51 as a mask is performed to form the recess 2 on the other surface of the sensor wafer 100. As a result, the diaphragm 111 is formed as the bottom of the recess 2.

続いて、図13(d)に示すように、第1実施形態と同様に、凹部2の内部を含むセンサウェハ100の他面に封止用材料30を塗布する。その後、図13(e)に示すように、凹部2の内部以外に位置する封止用材料30を、レジスト51とともに除去する。これにより、この凹部2の側面2aおよび底面2bに封止用材料30が設けられる。本実施形態では、図13(d)、(e)に示す工程が、封止用材料30を配置する工程である。   Subsequently, as shown in FIG. 13D, the sealing material 30 is applied to the other surface of the sensor wafer 100 including the inside of the recess 2 as in the first embodiment. Thereafter, as shown in FIG. 13E, the sealing material 30 located outside the inside of the recess 2 is removed together with the resist 51. Thereby, the sealing material 30 is provided on the side surface 2 a and the bottom surface 2 b of the recess 2. In the present embodiment, the steps shown in FIGS. 13D and 13E are steps for disposing the sealing material 30.

このようして、1枚のセンサウェハ100に対して、センシング部1および気密空間112を構成する凹部2を有するセンサ基板110を複数形成する。   In this way, a plurality of sensor substrates 110 having the recesses 2 constituting the sensing unit 1 and the airtight space 112 are formed on one sensor wafer 100.

一方、図14(a)に示すように、シリコンからなるパッケージウェハ200(半導体基板211)を用意し、図14(b)に示すように、半導体基板211の表面に絶縁膜212を形成する。これにより、1枚のパッケージウェハ200に対して、パッケージ基板210を複数形成する。   On the other hand, a package wafer 200 (semiconductor substrate 211) made of silicon is prepared as shown in FIG. 14A, and an insulating film 212 is formed on the surface of the semiconductor substrate 211 as shown in FIG. Thereby, a plurality of package substrates 210 are formed on one package wafer 200.

その後、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合し、センサウェハ100に形成された凹部2をパッケージウェハ200で塞ぐことで、気密空間112を形成する工程を行う。   Thereafter, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are bonded together, and the recess 2 formed in the sensor wafer 100 is closed with the package wafer 200, thereby forming a hermetic space 112.

具体的には、まず、センサウェハ100の凹部2側の表面と、パッケージウェハ200の表面のそれぞれに対して第1実施形態と同様に表面活性処理を施しておく。続いて、図15(a)、(b)に示すように、真空下で、センサウェハ100の凹部2とパッケージウェハ200とを対向させて、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを重ね合わせた後、第1実施形態と同様に、接合用熱処理を施す。このとき、センサウェハ100が上、パッケージウェハ200が下に位置する状態とする。これにより、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを直接接合する。   Specifically, first, surface activation treatment is performed on each of the surface of the sensor wafer 100 on the concave portion 2 side and the surface of the package wafer 200 in the same manner as in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIGS. 15A and 15B, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are overlapped with each other while the concave portion 2 of the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are opposed to each other in a vacuum. As in the first embodiment, heat treatment for bonding is performed. At this time, the sensor wafer 100 is on the upper side and the package wafer 200 is on the lower side. Thereby, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are directly bonded.

その後、接合したセンサウェハ100およびパッケージウェハ200を冷却する工程を行い、チップ毎にダイシングする工程を経ることで、本実施形態の圧力センサが製造される。   Then, the pressure sensor of this embodiment is manufactured by performing the process of cooling the sensor wafer 100 and the package wafer 200 which were joined, and performing the process of dicing for every chip | tip.

ここで、図16に、接合用熱処理時における図15(b)中の破線で囲まれた領域B1の拡大図を示す。本実施形態においても、図16に示すように、接合用熱処理時に、凹部2の側面2aに塗布しておいた封止用材料30が加熱されて溶け、溶けた封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aに流動する。そして、接合用熱処理後の自然冷却により封止用材料30が硬化し、封止用材料30によって接合界面3の端部3aが覆われた状態となる。   Here, FIG. 16 shows an enlarged view of a region B1 surrounded by a broken line in FIG. 15B during the heat treatment for bonding. Also in the present embodiment, as shown in FIG. 16, during the heat treatment for bonding, the sealing material 30 applied to the side surface 2 a of the recess 2 is heated and melted, and the melted sealing material 30 becomes the sensor wafer 100. And flow to the end 3 a of the bonding interface 3 of the package wafer 200. Then, the sealing material 30 is cured by natural cooling after the heat treatment for bonding, and the end portion 3 a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30.

したがって、本実施形態によっても、凹部2の内部から封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3を覆うので、表面粗さやゴミがセンサウェハ100とパッケージウェハ200との接合界面3に存在しても、気密信頼性の高い気密空間112を形成することができる。   Therefore, also in this embodiment, since the sealing material 30 covers the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200 from the inside of the recess 2, surface roughness and dust are formed on the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200. Even if it exists, the airtight space 112 with high airtight reliability can be formed.

なお、本実施形態では、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程が封止用材料30を加熱して溶かす工程を兼ねており、接合したセンサウェハ100およびパッケージウェハ200を冷却する工程が封止用材料30を硬化させる工程に相当する。   In the present embodiment, the process of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200 also serves as the process of heating and melting the sealing material 30, and the process of cooling the bonded sensor wafer 100 and package wafer 200 is sealed. This corresponds to the step of curing the material 30.

また、本実施形態に対して、下記の通り、第2〜第4実施形態を組み合わせることも可能である。図17〜図19に、それぞれ、本実施形態の変形例を示す。   Moreover, it is also possible to combine 2nd-4th embodiment with respect to this embodiment as follows. 17 to 19 show modifications of the present embodiment, respectively.

図17に示すように、パッケージウェハ200のセンサウェハ100側の表面201に対して、第2実施形態と同様に、溶けた封止用材料30を溜めるための溝部202を設けておくこともできる。この溝部202は、第2実施形態の溝部102と同様のものである。   As shown in FIG. 17, a groove 202 for storing the melted sealing material 30 can be provided on the surface 201 of the package wafer 200 on the sensor wafer 100 side, as in the second embodiment. The groove 202 is the same as the groove 102 of the second embodiment.

また、図18に示すように、パッケージウェハ200のセンサウェハ100側の表面201に対して、第3実施形態と同様に、溶けた封止用材料30を堰き止めるための突出部203を設けておくことができる。この突出部203は、第3実施形態の突出部103と同様のものである。なお、図18において破線で示すように、溝部202と突出部203の両方をパッケージウェハ200の表面201に設けても良い。   Further, as shown in FIG. 18, a protrusion 203 for damming the melted sealing material 30 is provided on the surface 201 of the package wafer 200 on the sensor wafer 100 side, as in the third embodiment. be able to. The protrusion 203 is the same as the protrusion 103 of the third embodiment. Note that both the groove 202 and the protrusion 203 may be provided on the surface 201 of the package wafer 200 as indicated by a broken line in FIG.

また、封止用材料30として半田を用いる場合では、図19に示すように、パッケージウェハ200のセンサウェハ100側の表面201に対して、第4実施形態と同様に、半田の濡れ性を高めるために金属膜204を設けておくことができる。この金属膜204は、第4実施形態の金属膜104と同様のものである。なお、図17に示すように溝部202を設け、溝部202の表面に金属膜204を設けたり、図18に示すように、突出部203を設け、突出部203の表面から接合界面3の端部3aまでの間に金属膜204を設けたり、図18において破線で示すように溝部202と突出部203との両方を設け、突出部203の表面から接合界面3の端部3aまでの間に金属膜204を設けても良い。   Further, in the case where solder is used as the sealing material 30, as shown in FIG. 19, in order to increase the wettability of the solder on the surface 201 of the package wafer 200 on the sensor wafer 100 side, as in the fourth embodiment. A metal film 204 can be provided on the substrate. This metal film 204 is the same as the metal film 104 of the fourth embodiment. In addition, as shown in FIG. 17, the groove part 202 is provided, the metal film 204 is provided on the surface of the groove part 202, or the protrusion part 203 is provided as shown in FIG. The metal film 204 is provided up to 3a, or both the groove 202 and the projection 203 are provided as shown by the broken line in FIG. 18, and the metal is formed between the surface of the projection 203 and the end 3a of the bonding interface 3. A film 204 may be provided.

このようにすることで、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aを覆う位置に封止用材料30を確実に留めることができる。   By doing in this way, the sealing material 30 can be reliably fastened to a position covering the end portion 3 a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200.

(第7実施形態)
図20に本実施形態における接合用熱処理時の圧力センサの断面図を示し、図21(a)、(b)に図20中の破線で囲まれた領域B2の拡大図を示す。なお、図11(a)、(b)は、それぞれ、封止用材料30が溶ける前と後の状態を示している。
(Seventh embodiment)
FIG. 20 shows a cross-sectional view of the pressure sensor at the time of heat treatment for bonding in the present embodiment, and FIGS. 21A and 21B show enlarged views of a region B2 surrounded by a broken line in FIG. FIGS. 11A and 11B show the states before and after the sealing material 30 is melted, respectively.

本実施形態では、図20に示すように、接合用熱処理時に、センサウェハ100が下、パッケージウェハ200が上に位置する状態とする。   In the present embodiment, as shown in FIG. 20, the sensor wafer 100 is positioned below and the package wafer 200 is positioned above during the bonding heat treatment.

このとき、図21(a)に示すように、パッケージウェハ200のセンサウェハ100側の表面201に、封止用材料30を配置しておくための溝部205を予め設けており、この溝部205に封止用材料30を予め塗布している。   At this time, as shown in FIG. 21A, a groove 205 for placing the sealing material 30 is provided in advance on the surface 201 of the package wafer 200 on the sensor wafer 100 side. A stopping material 30 is applied in advance.

この溝部205は、第5実施形態の溝部105に相当するものであり、第5実施形態と同様に、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合したときに、センサウェハ100の凹部2の上端角部2cに対向する位置に配置されている。   The groove portion 205 corresponds to the groove portion 105 of the fifth embodiment. Similarly to the fifth embodiment, when the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are joined, the upper end corner portion 2c of the concave portion 2 of the sensor wafer 100 is obtained. It is arrange | positioned in the position facing.

また、この溝部205は、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを接合する工程の前に形成される。例えば、図14(b)に示す工程で絶縁膜212が形成された後に、半導体基板211および絶縁膜212がエッチングされることにより、溝部205が形成され、その後、この溝部205に封止用材料30が塗布される。本実施形態では、この溝部205を形成した後、封止用材料30を塗布する工程が、封止用材料30を配置する工程である。   The groove 205 is formed before the step of bonding the sensor wafer 100 and the package wafer 200. For example, after the insulating film 212 is formed in the step shown in FIG. 14B, the semiconductor substrate 211 and the insulating film 212 are etched to form the groove 205, and then the sealing material is formed in the groove 205. 30 is applied. In the present embodiment, the step of applying the sealing material 30 after forming the groove 205 is the step of disposing the sealing material 30.

そして、図21(b)に示すように、接合用熱処理の際では、溝部205に配置しておいた封止用材料30が加熱されて溶け、溶けた封止用材料30がセンサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aに流動する。接合用熱処理後の自然冷却により封止用材料30が硬化し、封止用材料30によって接合界面3の端部3aが覆われた状態となる。   Then, as shown in FIG. 21B, during the bonding heat treatment, the sealing material 30 disposed in the groove 205 is heated and melted, and the melted sealing material 30 is packaged with the sensor wafer 100 and the package. It flows to the end 3 a of the bonding interface 3 of the wafer 200. The sealing material 30 is cured by natural cooling after the heat treatment for bonding, and the end portion 3 a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30.

したがって、本実施形態においても、封止用材料30によって接合界面3の端部3aを覆うので、第6実施形態と同様に、気密信頼性の高い気密空間112を形成することができる。   Therefore, also in the present embodiment, the end portion 3a of the bonding interface 3 is covered with the sealing material 30, so that the airtight space 112 with high airtight reliability can be formed as in the sixth embodiment.

ところで、第6、第7実施形態のように、センサウェハ100に凹部2を設ける場合では、第6実施形態よりも本実施形態が好ましい。この理由は次の通りである。第6実施形態では、図12に示すように、封止用材料30をセンサウェハ100の凹部2に配置するため、センシング部1に封止用材料30が付着する。センシング部1に封止用材料30が付着していても圧力検出は可能であるが、センシング部1に封止用材料30が付着していない場合と比較して、検出精度が低下する恐れがある。これに対して、本実施形態によれば、封止用材料30をパッケージウェハ200に配置するため、センシング部1に封止用材料30が付着しないようにできる。   By the way, when providing the recessed part 2 in the sensor wafer 100 like 6th, 7th embodiment, this embodiment is more preferable than 6th Embodiment. The reason is as follows. In the sixth embodiment, as shown in FIG. 12, the sealing material 30 adheres to the sensing unit 1 because the sealing material 30 is disposed in the recess 2 of the sensor wafer 100. Although the pressure can be detected even if the sealing material 30 is attached to the sensing unit 1, the detection accuracy may be reduced as compared with the case where the sealing material 30 is not attached to the sensing unit 1. is there. On the other hand, according to the present embodiment, since the sealing material 30 is disposed on the package wafer 200, the sealing material 30 can be prevented from adhering to the sensing unit 1.

(他の実施形態)
(1)第1〜第4、第6実施形態では、凹部2の側面2aおよび底面2bに封止用材料30を配置したが、凹部2の側面2aおよび底面2bのうち側面2aのみに配置しても良い。
(Other embodiments)
(1) In the first to fourth and sixth embodiments, the sealing material 30 is disposed on the side surface 2a and the bottom surface 2b of the recess 2; however, the sealing material 30 is disposed only on the side surface 2a of the side surface 2a and the bottom surface 2b of the recess 2. May be.

また、第5、第7実施形態では、封止用材料30が配置される溝部105、205を、凹部2の上端角部2cに対向する位置に配置することにより、凹部2に隣接させていたが、溝部105、205を凹部2から離れた位置に配置しても良い。すなわち、封止用材料30を凹部2から離れた位置に配置しても良い。このとき、溝部105、205を、ダイシングされて形成されたチップの端面よりもチップの内側に位置させれば、チップの内側から凹部2を気密封止することができる。   Further, in the fifth and seventh embodiments, the grooves 105 and 205 in which the sealing material 30 is disposed are disposed adjacent to the recess 2 by disposing the grooves 105 and 205 at positions facing the upper end corner 2 c of the recess 2. However, the grooves 105 and 205 may be disposed at a position away from the recess 2. That is, the sealing material 30 may be disposed at a position away from the recess 2. At this time, if the grooves 105 and 205 are positioned inside the chip with respect to the end surface of the chip formed by dicing, the recess 2 can be hermetically sealed from the inside of the chip.

要するに、封止用部材30については、センサウェハ100とパッケージウェハ200のどちらかに対し、センサウェハ100とパッケージウェハ200の接合界面3の端部3aから離れた部位であって、封止用材料30が溶けて流動したときに接合界面3の端部3aに到達する部位、すなわち、センサウェハ100とパッケージウェハ200との接合界面3に連続する面に配置していれば良い。   In short, the sealing member 30 is a part away from the end 3a of the bonding interface 3 between the sensor wafer 100 and the package wafer 200 with respect to either the sensor wafer 100 or the package wafer 200. What is necessary is just to arrange | position to the site | part which reaches | attains the edge part 3a of the joining interface 3 when it melt | dissolves and flows, ie, the surface continuous to the joining interface 3 of the sensor wafer 100 and the package wafer 200.

(2)上述の各実施形態では、接合用熱処理温度を300℃としたが、他の温度に変更することも可能である。   (2) In each of the above-described embodiments, the bonding heat treatment temperature is set to 300 ° C., but can be changed to other temperatures.

例えば、センサウェハ100とパッケージウェハ200との接合工程を行う際に、センサウェハ100およびパッケージウェハ200に金属配線層が形成されていない場合等では、接合用熱処理温度を300℃よりも高温とすることができる。この場合、封止用材料30としては、この熱処理温度で溶ける材料を用いれば良い。   For example, when the bonding process between the sensor wafer 100 and the package wafer 200 is performed, if the metal wiring layer is not formed on the sensor wafer 100 and the package wafer 200, the bonding heat treatment temperature may be higher than 300 ° C. it can. In this case, as the sealing material 30, a material that melts at this heat treatment temperature may be used.

また、特許文献1のように、センサウェハ100とパッケージウェハ200とを常温接合しても良い。この場合、センサウェハ100とパッケージウェハ200との接合工程および冷却工程とは別に、封止用材料30を溶かす工程と封止用材料30を硬化させる工程とを行う。このように、接合工程と、封止用材料30を溶かす工程とを別々に行うこともできる。   Further, as in Patent Document 1, the sensor wafer 100 and the package wafer 200 may be bonded at room temperature. In this case, a process of melting the sealing material 30 and a process of curing the sealing material 30 are performed separately from the bonding process and the cooling process of the sensor wafer 100 and the package wafer 200. Thus, the joining step and the step of melting the sealing material 30 can be performed separately.

(3)第1〜第5実施形態では加速度センサの製造方法に本発明を適用し、第6、7実施形態では圧力センサの製造方法に本発明を適用したが、角速度センサ等の他の力学量センサの製造方法においても本発明の適用が可能である。   (3) In the first to fifth embodiments, the present invention is applied to a method for manufacturing an acceleration sensor, and in the sixth and seventh embodiments, the present invention is applied to a method for manufacturing a pressure sensor. The present invention can also be applied to a manufacturing method of a quantity sensor.

また、上述の各実施形態では、センサウェハ100の半導体層と、パッケージウェハ200の絶縁膜とを接合していたが、センサウェハ100とパッケージウェハ200のそれぞれの接合面を構成する材料については任意に変更可能である。例えば、センサウェハ100とパッケージウェハ200のそれぞれの表面に形成された金属膜同士を接合しても良い。また、半導体層としてSi(単結晶、多結晶バルク)等を採用したり、絶縁膜としてSiO、SiN等を採用したり、金属膜としてAl、Cu、Fe、W、Ti等を採用したりすることができる。   Further, in each of the embodiments described above, the semiconductor layer of the sensor wafer 100 and the insulating film of the package wafer 200 are bonded. However, the materials constituting the bonding surfaces of the sensor wafer 100 and the package wafer 200 are arbitrarily changed. Is possible. For example, metal films formed on the respective surfaces of the sensor wafer 100 and the package wafer 200 may be bonded together. Further, Si (single crystal, polycrystalline bulk) or the like is adopted as the semiconductor layer, SiO, SiN or the like is adopted as the insulating film, or Al, Cu, Fe, W, Ti or the like is adopted as the metal film. be able to.

また、上述の各実施形態では、気密空間23、112を真空としていたが、気密であれば、気密空間23、112を真空としなくても良く、気密空間23、112を常圧、陽圧としても良い。   In each of the above-described embodiments, the airtight spaces 23 and 112 are vacuumed. However, if the airtight spaces 23 and 112 are airtight, the airtight spaces 23 and 112 may not be vacuumed. Also good.

1 センシング部
2 凹部
2c 凹部の上端角部
3 接合界面
3a 接合界面の端部
10 センサ基板
20 パッケージ基板
23 気密空間
30 封止用材料
100 センサウェハ
110 センサ基板
112 気密空間
200 パッケージウェハ
210 パッケージ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sensing part 2 Recessed part 2c Upper end corner part of recessed part 3 Bonding interface 3a End part of bonded interface 10 Sensor substrate 20 Package substrate 23 Airtight space 30 Sealing material 100 Sensor wafer 110 Sensor substrate 112 Airtight space 200 Package wafer 210 Package substrate

Claims (7)

力学量を検出するセンシング部(1)と、
前記センシング部(1)に隣接する気密空間(23、112)とを備える力学量センサの製造方法において、
前記センサウェハ(100)に前記センシング部(1)を複数形成するとともに、前記センサウェハ(100)とパッケージウェハ(200)の一方のウェハに前記気密空間(23、112)を構成する凹部(2)を複数形成する工程と、
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)のどちらかに対して、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)との接合界面(3)の端部(3a)を覆って封止するための封止用材料(30)を、前記封止用材料(30)が溶けて流動したときに前記接合界面(3)の端部(3a)に到達する部位に配置する工程と、
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合し、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)の前記一方のウェハに形成された前記凹部(2)を他方のウェハで塞ぐことで、前記気密空間(23、112)を形成する工程と、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かし、溶けた封止用材料(30)を前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)の接合界面(3)の端部(3a)に流動させる工程と、
前記封止用材料(30)を硬化させて、前記接合界面(3)の端部(3a)を前記封止用材料(30)で覆う工程と、
接合した前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とをチップ毎に分割する工程とを有することを特徴とする力学量センサの製造方法。
A sensing unit (1) for detecting a mechanical quantity;
In the manufacturing method of the mechanical quantity sensor comprising an airtight space (23, 112) adjacent to the sensing unit (1),
A plurality of the sensing portions (1) are formed on the sensor wafer (100), and a concave portion (2) constituting the airtight space (23, 112) is formed on one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200). A step of forming a plurality,
Either the sensor wafer (100) or the package wafer (200) is sealed by covering the end (3a) of the bonding interface (3) between the sensor wafer (100) and the package wafer (200). A sealing material (30) for disposing the sealing material (30) at a site that reaches the end (3a) of the bonding interface (3) when the sealing material (30) melts and flows;
The sensor wafer (100) and the package wafer (200) are bonded together, and the recess (2) formed in the one wafer of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) is closed with the other wafer. And forming the airtight space (23, 112),
The sealing material (30) is heated and melted, and the melted sealing material (30) flows to the end (3a) of the bonding interface (3) between the sensor wafer (100) and the package wafer (200). A process of
Curing the sealing material (30) and covering the end portion (3a) of the bonding interface (3) with the sealing material (30);
A method of manufacturing a mechanical quantity sensor, comprising the step of dividing the bonded sensor wafer (100) and the package wafer (200) into chips.
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合する工程は、重ね合わせた前記センサウェハ(100)および前記パッケージウェハ(200)に対して熱処理を行うものであり、
前記封止用材料(30)を配置する工程では、前記封止用材料(30)として、前記熱処理の温度で溶けて流動するものを配置し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程を、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合する工程と同時に行うことを特徴とする請求項1に記載の力学量センサの製造方法。
The step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200) is to heat-treat the superimposed sensor wafer (100) and the package wafer (200),
In the step of disposing the sealing material (30), as the sealing material (30), a material that melts and flows at the temperature of the heat treatment is disposed.
The mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the step of heating and melting the sealing material (30) is performed simultaneously with the step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200). Manufacturing method.
前記封止用材料(30)を配置する工程では、前記凹部(2)の少なくとも側面(2a)に前記封止用材料(30)を配置し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)のうち前記凹部(2)が形成された一方のウェハを上とし、他方のウェハを下とした状態で、前記封止用材料(30)を溶かすことを特徴とする請求項1または2に記載の力学量センサの製造方法。
In the step of disposing the sealing material (30), the sealing material (30) is disposed on at least the side surface (2a) of the recess (2),
In the step of melting the sealing material (30) by heating, one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) in which the concave portion (2) is formed is used as the upper wafer, The method for manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the sealing material (30) is melted in a state of being below.
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合する工程の前に、前記他方のウェハの表面に対して、溶けた前記封止用材料(30)を溜めるための溝部(102、202)を形成する工程を有し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、溶けた前記封止用材料(30)を前記溝部(102、202)に溜めることで、前記接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に留めることを特徴とする請求項3に記載の力学量センサの製造方法。
Prior to the step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200), grooves (102, 202) for accumulating the melted sealing material (30) with respect to the surface of the other wafer. )
In the step of melting the sealing material (30) by heating, the melted sealing material (30) is stored in the groove portions (102, 202), so that the end portion (3a) of the bonding interface (3) is collected. The method of manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 3, wherein:
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合する工程の前に、前記他方のウェハの表面に対して、溶けた前記封止用材料(30)を堰き止めるための突出部(103、203)を形成する工程を有し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、溶けた前記封止用材料(30)を前記突出部(103、203)で堰き止めることで、前記接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に前記封止用材料(30)を留めることを特徴とする請求項3または4に記載の力学量センサの製造方法。
Prior to the step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200), a protrusion (103) for damming the melted sealing material (30) to the surface of the other wafer. , 203),
In the step of melting the sealing material (30) by heating, the melted sealing material (30) is dammed up by the protrusions (103, 203), so that the end of the bonding interface (3) The method for manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 3 or 4, wherein the sealing material (30) is fastened at a position covering (3a).
前記封止用材料(30)として半田を用い、
前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合する工程の前に、前記他方のウェハの表面に対して、溶けた前記封止用材料(30)を溜めるための金属膜(104、204)を形成する工程を有し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、溶けた前記封止用材料(30)を前記金属膜(104、204)の表面上に溜めることで、前記接合界面(3)の端部(3a)を覆う位置に前記封止用材料(30)を留めることを特徴とする請求項3ないし5のいずれか1つに記載の力学量センサの製造方法。
Using solder as the sealing material (30),
Prior to the step of bonding the sensor wafer (100) and the package wafer (200), a metal film (104, 104) for storing the melted sealing material (30) on the surface of the other wafer. 204) forming,
In the step of melting the sealing material (30) by heating, the melted sealing material (30) is accumulated on the surface of the metal film (104, 204), so that the bonding interface (3) The method for manufacturing a mechanical quantity sensor according to any one of claims 3 to 5, wherein the sealing material (30) is fastened to a position covering the end (3a).
前記封止用材料(30)を配置する工程では、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とのうち前記凹部(2)が形成されていない他方のウェハに対して、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)とを接合したときに前記凹部(2)の上端角部(2c)に対向する位置に予め設けておいた溝部(105)の内部に前記封止用材料(30)を配置し、
前記封止用材料(30)を加熱して溶かす工程では、前記センサウェハ(100)と前記パッケージウェハ(200)のうち前記凹部(2)が形成された一方のウェハを下とし、前記他方のウェハを上とした状態で、前記封止用材料(30)を溶かすことを特徴とする請求項1または2に記載の力学量センサの製造方法。
In the step of disposing the sealing material (30), the sensor wafer (100) is compared with the other wafer of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) in which the recess (2) is not formed. ) And the package wafer (200) are bonded to the sealing material (30) in a groove (105) previously provided at a position facing the upper end corner (2c) of the recess (2). )
In the step of melting the sealing material (30) by heating, one of the sensor wafer (100) and the package wafer (200) in which the concave portion (2) is formed is set as the lower wafer. The method for manufacturing a mechanical quantity sensor according to claim 1, wherein the sealing material (30) is melted in a state where the surface is facing up.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08316496A (en) * 1995-05-17 1996-11-29 Nippondenso Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP2002071490A (en) * 2000-08-31 2002-03-08 Matsushita Electric Works Ltd Pressure sensor module
JP2004012141A (en) * 2002-06-03 2004-01-15 Omron Corp Electrostatic capacity type pressure sensor and its manufacturing method
JP2007281233A (en) * 2006-04-07 2007-10-25 Denso Corp Semiconductor sensor device and its manfacturing method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08316496A (en) * 1995-05-17 1996-11-29 Nippondenso Co Ltd Manufacture of semiconductor device
JP3646349B2 (en) * 1995-05-17 2005-05-11 株式会社デンソー Manufacturing method of semiconductor device
JP2002071490A (en) * 2000-08-31 2002-03-08 Matsushita Electric Works Ltd Pressure sensor module
JP2004012141A (en) * 2002-06-03 2004-01-15 Omron Corp Electrostatic capacity type pressure sensor and its manufacturing method
JP2007281233A (en) * 2006-04-07 2007-10-25 Denso Corp Semiconductor sensor device and its manfacturing method
JP4835240B2 (en) * 2006-04-07 2011-12-14 株式会社デンソー Semiconductor sensor device and manufacturing method thereof

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