JP4437337B2 - 半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、センサ用半導体振動子などの半導体基板と他の異材質基板とを積層した基板状の半導体デバイスの製造方法に係り、該振動子などにおいて、熱膨張係数の違いに伴い発生する基板コーナー部への応力の集中を、基板外形を正多角形とすることにより低減し、センサ性能の低下を防止した半導体デバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シリコン半導体基板を使用した半導体デバイスは多種多様を究めるが、例えば、振動ジャイロに使用されるセンサ用半導体振動子は、カーナビゲーションの自律航法センサやハンディービデオの手振れ検出センサ、あるいはVDC(Vehicle Dynamics Control)とよばれる自動車シャーシコントロールシステムにおけるヨーレート検出センサなど、従来の振動ジャイロよりさらに高精度な性能を要求されるセンサの用途に使用される。
【０００３】
例えば図3に示す振動ジャイロセンサ10は、リング1aの径方向に生じる振動モードを利用したレートジャイロである。検出原理は、リング1aの直行する直径方向をX軸、Y軸とし、中心軸方向をZ軸方向とすると、リング1aのXY軸に沿った駆動振動に対しZ軸回りに加わった角速度ωにより生じるコリオリ力により駆動振動から45度ずれた位置に発生する検出振動から角速度を得るものである。かかる振動の駆動にはローレンツ力により、また、その検出は誘導起電力を利用している。
【０００４】
製造過程の一例を説明すると、薄い単結晶シリコンウェーハを使用して、絶縁膜を成膜し、また配線用導電膜を形成し、配線パターンを形成するために、フォトリソグラフィーとエッチング技術を用い、さらに、リング1aとリング1aを支えるサスペンションとなる梁1bを形成するため、フォトリソグラフィーをマスクにして、ドライエッチングにて、図3Aに示すごときウェーハ貫通パターンを形成する。
【０００５】
シリコンウェーハに前記ウェーハ貫通パターンを縦横に多数形成し、また同様に配線パターンを形成しておき、別途、前記リング外径より大径の円形孔を所定間隔で穿孔配置したガラスウェーハを作製し、このシリコンウェーハとガラスウェーハを積層して陽極接合し、前記パターンに沿って縦横に行うダイシングにより矩形のデバイスチップ、すなわちシリコン振動子1の裏面外周部にガラス製台座2を積層配置した半導体振動子3を分割成形することができる。
【０００６】
このセンサ用半導体振動子3は、中央に下部ポール4を載置したガラス板5上に積層接着され、上部ポール6などの磁気回路構成部品と共に組み立てられて図3Bに示す振動子チップセンサ、振動ジャイロセンサ10に組み立てられ、さらに、例えば、金属パッケージ内に組立てられて封止され、センサパッケージとなる。
【０００７】
この磁気回路は、振動子3のリング1aに磁束が作用するように、すなわちマグネットの上下磁極面にヨークとなる上部・下部ポール6,4を設けてマグネットと同心外円状にポールが配置されて振動子のリング1aに磁束が通過するように構成されている。
【０００８】
かかる振動子のリング1aは、径方向に生じる振動モードを利用するために設計値通りの共振周波数を有する必要があり、リング1aを支える梁1bからなるサスペンションの構成、すなわちその形状やリングとの接続ロケーションが極めて重要になり、所定の共振周波数とその時のQ値が得られるように各部が設定される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
かかる半導体振動子において、経時的にリングの共振特性に変化が生じ、センサ性能に変動や劣化が見られるという問題があった。
【００１０】
発明者らは種々検討したところ、上述の半導体振動子は、積層されたウェーハよりダイシングにて正方形の基板に切り出されており、また熱膨張率に差があるシリコン基板とガラス基板を積層した構成からなるため、基板に発生する応力が四隅に集中していることを知見した。
【００１１】
この発明は、リング型の半導体振動子などの半導体デバイスにおいて、基板に発生する応力のコーナー部への集中に伴う性能に変動や劣化を防止し得る構成からなる半導体デバイスを従来の縦横にダイシングする方法で、量産性良く提供可能な製造方法の提案を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、積層基板に発生する応力のコーナー部への集中緩和を目的種々検討したところ、半導体振動子などの積層基板の外形形状を六角形や八角形以上の正多角形にすることにより、ストレスの集中を緩和でき、特にデバイスの温度特性の向上効果が顕著であることを知見した。
【００１３】
また、発明者らは、六角形や八角形以上の正多角形の半導体デバイスを従来の縦横にダイシングする製造工程で簡単に製造する方法について種々検討したところ、積層基板ウェーハに予め設定する縦横のダイシング予定ラインに囲まれる複数の正方形枠内に切断予定の正多角形を設定した際、隣接する正多角形の間で想定される余剰部形状に相当する形状を隙間形状とし、予め積層前の各基板ウェーハに穿孔形成してから積層、切断して四角以下を除く正多角形基板を得ることが可能であることを知見し、この発明を完成した。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明において、採用する半導体デバイスの外形は、通常の正四角形を除く正多角形であり、実施例のごとき正八角形の他、正十角形、正十二角形など適宜選定できる。
【００１５】
この発明において、半導体デバイスの機能や構成は、リング型の半導体振動子のほか、熱膨張率の異なる基板を積層した板状の半導体デバイスであればいずれの構成のものも採用できる。
【００１６】
この発明による製造方法は、円板状の単結晶シリコンウェーハを用いた半導体デバイスの製造方法で使用されている、ウェーハを縦横にダイシングして正四角形基板を多数個作製する方法において、通常の一回のダイシング工程で正多角形のデバイスを多数個作製することに特徴がある。
【００１７】
図2Aに示すごとく、ウェーハの上面に縦横のダイシング予定ライン21,22を予め設定するが、縦横に設定したダイシングライン21,22に囲まれた正方形枠内に切断予定の正多角形、ここでは正八角形を想定する。
【００１８】
設定した正方形枠内の正八角形と隣接する正方形枠内の正多角形との間で想定される余剰部形状に相当する形状、ここでは菱形24を隙間形状と設定する。この菱形24を予め除去しておけば、ダイシングライン21,22での切断後は正多角形が得られることになる。
【００１９】
従って、ウェーハの加工に際し、上記の想定正八角形内には所要の貫通パターン、ここでは円形のウェーハ貫通パターン23を形成する。貫通パターン23の形成と共に、ダイシング時の余剰部形状に相当する、隙間形状の菱形24を貫通除去する。
【００２０】
積層予定の各ウェーハに、それぞれ所定のウェーハ貫通パターン23と隙間形状の菱形24を形成しておき、これらを積層接着した後、予定のダイシングライン21,22で切断すれば、図2Bに示すごとく、ウェーハ貫通パターン23有する正八角形デバイス25が多数個、形成される。
【００２１】
この発明において、ダイシング時の余剰部形状に相当する、隙間形状は上記の菱形24の他、ウェーハのダイシングパターンに応じて三角形26,27となる場合もあり、切断後は正多角形、ダイシングパターンなどに応じて適宜変更されるものである。
【００２２】
【実施例】
以下に、図1に示す正八角形のリング型の半導体振動子を製造する方法を説明する。なお、図1に示す半導体振動子は、外形が正八角形である以外、図3の構成からなる正四角形のリング型の半導体振動子と同等の構成を有している。
【００２３】
まず、CPU等の集積回路用のものより薄い単結晶シリコンウェーハを使用し、フォトリソグラフィーとエッチング技術を用いて、絶縁膜を成膜し、配線用導電膜を形成して配線パターンを形成する。
【００２４】
次に、単結晶シリコンウェーハに、フォトリソグラフィーをマスクにして、ドライエッチングを行う方法にて、図1に示すごとき正八角形状のウェーハ貫通パターンによりリング1aとリング1aを支えるサスペンションとなる梁1bを形成する。
【００２５】
かかるリング1aと梁1bを形成するためのウェーハ貫通パターン形成と共に、図2に示すごときダイシング時の余剰部形状に相当する、隙間形状の菱形24を穿孔配置する。
【００２６】
一方、ガラスウェーハにも、同様手法にて上記のウェーハ貫通パターンの外径より大径の円形の貫通パターンと、ダイシング時の余剰部形状に相当する、隙間形状の菱形を穿孔配置する。なお、加工方法としては、ブラスト、超音波、ジェット水などの公知のいずれの加工方法も採用可能であった。
【００２７】
それぞれ穿孔加工を完了した単結晶シリコンウェーハとガラスウェーハを、接着、ここでは陽極接合して積層を完了し、その後、予定の切断ダイシングライン21,22のとおりに切断を行ったところ、図1に示す外形が正八角形のリング型の半導体振動子を多数個、作製することができた。
【００２８】
【発明の効果】
この発明は、異材質基板を積層したセンサ用半導体振動子など基板状の半導体デバイスにおいて、熱膨張係数の違いに伴い発生する基板コーナー部への応力の集中を、基板外形を正多角形とすることにより低減し、センサ性能の低下を防止でき、特に、温度特性にすぐれた半導体デバイスを提供できる。
【００２９】
また、この発明は、ウェーハの上面に設定する縦横のダイシング予定ラインに囲まれた正方形枠内に正八角形を想定し、設定した正方形枠内の正八角形と隣接する正方形枠内の正多角形との間で想定される余剰部形状に相当する形状を、隙間形状としてウェーハに予め除去する加工を行うことにより、従来の縦横のダイシングラインによる切断で、所定の正八角形板状の半導体デバイスを簡単に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による正八角形のリング型の半導体振動子を示す上面説明図である。
【図２】この発明による正八角形の半導体デバイスの製造方法を示すウェーハの上面説明図である。
【図３】 Aは従来のリング型の半導体振動子を示す上面説明図であり、Bは振動ジャイロセンサを示す斜視説明図である。
【符号の説明】
1 シリコン振動子
1a リング
1b 梁
2 ガラス製台座
3 半導体振動子
4 下部ポール
5 ガラス板
6 上部ポール
10 振動ジャイロセンサ
21,22 ダイシングライン
23 ウェーハ貫通パターン
24 菱形
25 正八角形デバイス
26,27 三角形

Claims (2)

1. 熱膨張率の異なる基板を積層して積層基板を得た後、これを縦横にダイシングして振動子を具備する半導体デバイスを製造する方法において、
   前記積層基板上に、相互に平行な複数の縦ダイシング予定ライン、および、縦ダイシング予定ラインと直交し、相互に平行な横ダイシング予定ラインを設定する工程、
   隣接する縦横のダイシング予定ラインに囲まれる複数の正方形枠内に、当該正方形枠の全ての辺を辺として含む正多角形を設定する工程、
   半導体ウェーハ上に想定される前記正多角形内に、リングと当該リングを支持する梁とを形成するとともに、隣接する４つの正多角形の間で想定される余剰部形状を除去する工程、
   当該半導体ウェーハとは熱膨張率の異なる基板（以下、「他の基板」という。）上に想定される前記正多角形において、隣接する４つの正多角形の間で想定される余剰部形状を除去する工程、
   余剰部形状を除去した半導体ウェーハに、余剰部形状を除去した他の基板を積層して積層基板を得る工程、および
   前記積層基板のダイシング予定ライン上を切断する工程
   によって四角形以下を除く正多角形基板を得る半導体デバイスの製造方法。
2. 正多角形が、正八角形または正十二角形であることを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイスの製造方法。

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