JP4345907B2

JP4345907B2 - 半導体センサの製造方法

Info

Publication number: JP4345907B2
Application number: JP2000225900A
Authority: JP
Inventors: 治三宮下
Original assignee: Canon Anelva Corp
Current assignee: Canon Anelva Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2009-10-14
Anticipated expiration: 2020-07-26
Also published as: JP2002043585A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体センサの製造方法に係り、特に、一対の絶縁性基板と導電性基板とから複数の半導体センサを製造する際の陽極接合法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加速度、角速度または圧力などを検出するための半導体センサは、マイクロマシン技術によって製造されることが多く、それらのセンサの多くはパイレックスガラスなどの絶縁性基板とシリコンなどの導電性基板を張り合わせた構造をしている。この絶縁性基板と導電性基板の張り合わせには、陽極接合技術が用いられる。
【０００３】
図５は、半導体センサの製造工程において、一対の絶縁性基板と導電性基板を陽極接合する際の両基板の関係を示す概略断面図である。
パイレックスガラスなどの絶縁性基板１には、複数のセンサ電極３が形成され、一方、シリコンなどの導電性基板２には、高さ数μｍ〜数十μｍの枠状凸部４が異方性エッチング等により形成されている。この２枚の基板をセンサ電極３が枠状凸部４の内側に入るように重ね合わせ、４００℃前後に加熱するとともに、絶縁性基板１に３００Ｖ〜１０００Ｖ程度の負電圧を印加すると、両基板間に強い静電引力が働き、また枠状凸部４の上面と絶縁性基板１との界面で化学反応が起こって両基板が接合する。即ち、パイレックスガラス基板中の酸素イオン（Ｏ⁻）とシリコン基板中のシリコンイオン（Ｓｉ^＋）が反応してＳｉ−Ｏ結合を生じ、基板同士が結合する。接合が終了後、枠状凸部４の外側の導電性基板をエッチング等により除去し、その後に、Ａ−Ｂ線で示した切断線５に沿って基板をさいの目状に切断・分離して個々の半導体センサは完成する。なお、半導体センサの種類、感度に応じて、枠状凸部内側部のシリコン基板も所定の厚さにエッチングする。
図６（ａ）は、切断後の半導体センサを示す概略断面図である。絶縁性基板１と導電性基板２は、導電性基板側に形成された枠状凸部４上面部でのみ接合されており、例えば、その内側の絶縁性基板上に形成されたセンサ電極３と、導電性基板２間の静電容量の変化を検出して、圧力、加速度等を測定することができる。
【０００４】
しかしながら、図５に示した構成で陽極接合を行う場合、基板が数μｍ程度反ることがしばしばある。これは、絶縁性基板１が絶縁体であるため、基板内部の電界分布は不均一になりやすく、両基板間に発生する静電引力も不均一となるためである。その結果、個々の半導体センサの枠状凸部４上面部以外にも静電引力が働いて互いに引き寄せられ、そして、両基板の隙間部６の間隔は上述したように数μｍ〜数十μｍと狭いため、図７に示すように、互いに接触し接合してしまうという不具合を生じる。その一方で、接合されるべき枠状凸部４上面とそれに対応する絶縁性基板の表面においては、導電性基板又は両基板の反りやひずみの影響によって浮いて隙間ができてしまい、適切に接合されないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決する方法として、図８に示すように、枠状凸部（接合部）４のパターンとほぼ同形パターンの凸構造を持った接合用金属電極７又は絶縁性基板１上に枠状凸部パターンとほぼ同形の金属薄膜パターンを形成した接合用電極等を用いる方法が提案されている（特開平１１−２８１６６８号公報）。接合用電極７を、その凸構造部が接合部４と重なるように絶縁性基板１上に置いて、適正な負の電圧を印加することによって、図９に示すように、接合部４に静電引力を集中させることが可能となる。つまり、図９に示したように、接合用電極７の凸構造部と導電性基板２の枠状凸部４との間では強い静電引力が働くのに対し、その他の部分（隙間部６）での静電引力を弱めることにより、静電引力に伴う基板の反りによる隙間部６での接合の問題を軽減しようとするものである。
このように、接合用電極の形状及び印加電圧を適正に選択し、隙間部６での接合を抑えることにより、従来に比べ歩留まりの高い陽極接合を行うことが可能となった。
【０００６】
【発明が解決する課題】
しかしながら、基板そのものには本来的な反りがあり、また接合時の加熱によっても反りが発生する。しかも、これらの反り量、反り方は基板によりまちまちであり、これらに静電引力による反りが加わるため、作製する半導体センサの構造によっては、隙間部６で基板の接触が依然として起こるため、前述の問題を完全に解決するには至っていないのが現状である。また、基板ごとに印加する電圧値等を調整して、接合を抑えることも可能ではあるが、生産性の観点から現実的ではない。
【０００７】
特に、両基板の隙間部６の幅を広くとる必要があるセンサの場合は、以上の問題はより深刻なものとなり、歩留まりが著しく低下してしまうことになる。これを、図６（ｂ）を用いて説明する。図６（ｂ）は、真空センサ用半導体センサの取り付け方法を示す分解斜視図である。真空センサは、Ｏリング９を介してセンサケース１０に固定され、ケース１０の円柱部が真空装置のポートにＯリングを介して取り付けられる。このような構成とすることにより、センサが破損しても簡単に交換することができる。
ここで、真空センサはＯリング９を介してケース１０に取り付けられるために、ガラス基板外周部のシリコン基板は取り除く必要があり、例えば、枠状凸部４の内側のシリコン基板を所定の厚さにエッチングする際に、同時に除去される。このガラス基板外周部の幅は、通常４ｍｍ程度が必要となり、従って、図５の隙間部６の幅は８ｍｍ以上となる。この結果、隙間部６の中央付近での各基板の歪みが増大し、基板同士が接触し接合する確率が高くなる。そして、この部分で接合が一旦起こると、たとえ、接合してしまったシリコン基板をエッチング等で取り除いたとしても、接合時の化学反応で生じたシリコン酸化物によってガラス表面に微少の凹凸ができてしまい、リークしやすくなり、真空シール上の問題で製品の品質が著しく低下することになる。
【０００８】
かかる状況に鑑み、本発明は、一対の絶縁性基板と導電性基板から複数の半導体センサを製造する際に、隣接する半導体センサ間の接合すべきでない場所での基板同士の接合を効果的に防止して陽極接合を行い、種々の構造の半導体センサを高い歩留まりで製造可能な半導体センサの製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明の半導体センサの製造方法は、少なくとも一方の基板に複数の枠状の凸部が設けられた一対の絶縁性基板と導電性基板とを陽極接合方法により張り合わせた後、切断し、導電性基板と絶縁性基板とで囲まれた空間を有する半導体センサを複数個同時に製造する半導体センサの製造方法であって、前記陽極接合方法による張り合わせ前に、前記絶縁性基板及び前記導電性基板の少なくとも一方の基板の接合面側で、前記枠状凸部の外側の位置に、前記枠状凸部の高さ以下の高さを有する支持体を設けておくことを特徴とする。
【００１０】
パイレックスガラスなどの絶縁性基板と、シリコンなどの導電性基板を重ね合わせて高温に加熱し、絶縁性基板側に負の電圧を印加して両基板間に強い静電引力を発生させ、両基板が接触する界面で化学結合を生じさせることによって複数の基板を貼り合わせる陽極接合技術において、本来接合してほしくない領域に所定の厚さを有する支持体のパターンを配置することにより、陽極接合中にこの領域の絶縁性基板と導電性基板が静電引力によって引き合ったとしても、支持体パターンがスペーサの働きをして、スペーサ周辺での両基板間の直接接触及び接合を防止することができるため、どのような構造の半導体センサであっても高い歩留まりで安定して製造することが可能となる。
また、前記支持体は、隣接する前記枠状凸部間の中央に夫々設けるのが好ましく、より高い接合防止効果が得られるとともに、接合後、切断して個々の半導体センサとするときの切断目安線とすることができる。
【００１１】
また、前記支持体は、前記絶縁性基板の前記凸部の内側に形成されるセンサ電極と同じ材質を用い同じ工程で形成すること、あるいは、前記枠状凸部と同じ工程で形成することを特徴とする。
即ち、絶縁性基板の接合面側に導電性電極や電気配線を形成する必要がある場合には、これらの形成工程と一緒に支持体パターンを形成することも可能であり、また、シリコン基板の異方性エッチングにより枠状凸部と同時に支持体パターンを形成できることから、全体の製造工程数を増やすことなく、隙間部での接合防止を確実に行うことができる。
【００１２】
更に、接合が完了した基板を後工程でさいの目状に切断する（ダイシング）ときの切断線を支持体パターンと一致させておくことにより、この支持体パターンをダイシングの切断目安線としても使用できる。このため、この切断目安線を別工程で形成する必要がなく、しかもダイシング時にこの支持体パターンも一緒にダイシングされて基板上から除去することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
本発明の第１の実施形態を図１〜３を用いて説明する。図１〜３は、半導体圧力センサの製造方法を説明する概略図である。ここで、図５〜９で説明したものと実質的に同一の要素には同一の符号を記し、説明を一部省略する。
導電性基板２には、複数の枠状凸部４が形成されており、絶縁性基板１と張り合わせることにより、センサ検出部空間とその外側に隙間部６が形成される。
【００１４】
まず、導電性基板２の枠状凸部４は、例えばシリコン基板を用いて異方性エッチングにより形成する。一方、絶縁性基板１には、枠状凸部４の内側に対応する位置にセンサ電極３を、隙間部６の中央に対応する位置に所定高さの支持体８を形成する。なお、センサ電極３及び支持体パターンには、厚さ数μｍのＢ（ボロン）を拡散したシリコン膜や金属膜等を用い、同一工程で形成する。また、支持体の高さは、枠状凸部の高さ以下で、基板が反って導電性基板１と支持体８とが接触したときに枠状凸部４と絶縁性基板１との接合部が浮き上がることのない高さ以上とする。
続いて、絶縁性基板と導電性基板とを重ね合わせて、接合用電極（不図示）を絶縁性基板上に設置する。この状態で、例えば４００℃程度に加熱するとともに、接合用電極に−３００Ｖ〜−１０００Ｖ程度の電圧を所定時間印加して、陽極接合を行う。
【００１５】
上述したように、陽極接合時には両基板間に強い静電引力が働き、あるいは基板自体及び加熱時の反りが存在するために、隙間部６においても基板同士が接触し、その結果その部分が接合してしまうことになる。特に、隙間部６の平面方向の幅を広くとる必要があるセンサ構造の場合は、その確率が高くなるが、本実施の形態においては、本来接合したくない領域に支持体パターン８を配置しているため、図２に示すように、陽極接合中に絶縁性基板１と導電性基板２が静電引力によって接近しても、支持体８があるために結局は接触することができず、その結果この部分で絶縁性基板１と導電性基板２との接合を防止することができる。その一方で、接合部４では確実に接合することができる。
【００１６】
また、本実施の形態では、支持体８の形成をセンサ電極３と同一工程で行っているため、製造工程を増加させることなく、従来法と同様の高いスループットで半導体圧力センサを製造することができる。また、支持体８は、上述したようにＢを拡散したシリコンや金属膜のように、導電性基板２と化学反応を起こしにくい材質を用いているため、導電性基板と接触しても接合を防止することができる。したがって、陽極接合終了後の支持体８は、図３の様に導電性基板２から離れた状態となる。
【００１７】
また、半導体センサを製造する過程で、陽極接合後に基板をさいの目状に切断する際の切断目安線を絶縁性基板１の上面に形成しておき、それを目印に切断を行う場合がしばしばある。このような場合は、絶縁性基板１がガラスのような透明基板であれば、図３の様に切断線５の位置に支持体パターン８を配置させておくことにより、絶縁性基板１の上面に切断目安線を形成する必要がなくなり、半導体センサの製造工程を簡略化することができる。さらに、支持体パターン８の幅を切断幅以下にしておくことにより、基板の切断と同時に支持体パターン８を基板から除去することができ、圧力センサの外観や機能に影響を及ぼすことがない。
【００１８】
次に、本発明の第２の実施形態を図４に示す。
第１の実施形態においては、支持体パターン８は、絶縁性基板１の接合面側に形成されるセンサ電極３の形成工程と同時に形成する場合を示したが、本例は、支持体パターンを導電性基板側に形成した例である。
導電性基板上に支持体パターンを形成するには、図４に示すように、導電性基板２の接合部４の枠状凸部を異方性エッチング等により形成する際、同時に支持体パターン８を形成すればよい。このようにして、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、この場合においても切断線５の位置に支持体パターン８を配置させておくことにより製造工程の簡略化が図ることができるのは第１の実施形態の場合と同じである。
【００１９】
本発明において、絶縁性基板としては、ガラス、ＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３及びこれらと金属、半導体等との積層体が用いられ、導電性基板しては、シリコン等の半導体、金属等が用いられるが、接触して化学結合を生じ、かつ接合時に高温に加熱する必要があることから熱膨張率の近い材質のもの同志が選択して用いられる。例えば、導電性基板にシリコンを用いた場合、絶縁性基板として、パイレックスガラス（コーニング社製）やＳＤ２ガラス（ＨＯＹＡ社製）の他、パイレックスガラスとコバール１０（鉄ニッケル系合金）の積層体が好適に用いられる。
また、支持体８の材質としては、シリコン膜や金属膜を用いるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。例えば、絶縁性基板と同質の材質で導電性基板２と化学反応を起こすものであっても用いることができる。ただし、この場合は、この支持体パターンに沿って個々の半導体センサに切断する際に、同時に接合部分を取り除くようにする。
【００２０】
以上、本発明の圧力センサの製造方法について実施の形態を挙げて説明してきたが、その構造及び構成については本発明が理解できる程度に概略的に示したものに過ぎず、また数値や材質については例示に過ぎない。したがって、本発明は上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づいて様々の形態に変更可能である。
加えて、本発明は、図１に示す構造の圧力センサに限定されることはなく、少なくともいずれか一方に枠状凸部が形成された一対の導電性基板と絶縁性基板を陽極接合法により張り合わせて作製する半導体センサであれば、他の構造の圧力センサ、加速度センサ、角速度センサ等、種々の構造、構成の半導体センサに適用できるものである。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は、絶縁性基板と導電性基板を陽極接合する際に、本来ならば接合されるべきでない領域に、所定の厚さを有する支持体パターンを配置することにより、絶縁性基板と導電性基板が静電引力によって接近しようとしても、この支持体パターンがストッパの役目として働くためにその厚さ以上に基板同士が接近することが妨げられ、その結果その部分周辺が接合されることを防ぐことができ、最終的には製品の歩留まりを上げることができる。
【００２２】
またこのストッパとなる支持体パターンは、絶縁性基板の接合面側に形成される電極及び配線や、導電性基板の接合部の枠状凸部を形成するための工程と同時に形成することができるために、種々の半導体センサを製造する工程への影響もなく、むしろその後工程で基板をさいの目状に切断する際の切断目安線を、このストッパとなるパターンと兼用することにより、切断目安線を別途形成する必要がなくなり、半導体センサの製造コストを下げることができる等の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を説明する概略断面図である。
【図２】陽極接合時の基板の状態を示す概略断面図である。
【図３】陽極接合後の基板の状態を示す概略断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態を説明する概略断面図である。
【図５】従来の半導体センサの製造方法を説明する概略図である。
【図６】代表的な半導体センサを示す概略斜視図である。
【図７】従来の陽極接合中の状態を示す概略断面図である。
【図８】従来の改良した陽極接合法を示す概略断面図である。
【図９】図８の部分拡大図である。
【符号の説明】
１絶縁性基板、
２導電性基板、
３センサ電極、
４接合部（枠状凸部）、
５切断線、
６隙間部、
７接合用電極、
８支持体
９Ｏリング、
１０センサケース。

Claims

複数の枠状の凸部が設けられたシリコン基板と絶縁性基板とを陽極接合法により張り合わせた後、切断し、シリコン基板と絶縁性基板とで囲まれた空間を有する半導体センサを複数個同時に製造する半導体センサの製造方法であって、前記陽極接合法による張り合わせ前に、前記絶縁性基板の前記シリコン基板との接合面側で、前記枠状凸部の外側の位置に、前記枠状凸部の高さ以下の高さを有し、かつボロン拡散したシリコンの支持体を設けておくことを特徴とする半導体センサの製造方法。
前記支持体は、隣接する前記枠状凸部間の中央に夫々設けることを特徴とする請求項１記載の半導体センサの製造方法。
前記絶縁性基板の前記枠状凸部の内側に形成されるセンサ電極は、前記支持体と同じ材料を用い同じ工程で形成することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体センサの製造方法。
前記絶縁性基板はパイレックスガラスであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体センサの製造方法。
前記支持体を切断目安線とすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体センサの製造方法。