JP5013467B2

JP5013467B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP5013467B2
Application number: JP2007187202A
Authority: JP
Inventors: 賢一横山; 一弘大曽根; 宏隆山下
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009026880A

Description

本発明は、半導体にて構成された構造体が形成された半導体基板と、構造体を覆うように半導体基板に接着された樹脂製の保護キャップとを備えてなる半導体装置の製造方法に関する。

構造体を覆うように半導体基板に接着された樹脂製の保護キャップを備えた半導体装置の一例として、加速度センサやジャイロスコープ等の容量式センサが知られている。この容量式センサは、静電容量変化にて、慣性力を計測するセンサである。上記容量式センサは、自動車用エアバッグ制御や車両安定制御、民生用ゲームアミューズメント等のさまざまな用途に使用されている。上記容量式センサは、一般的に、容量検出に必要な可動質量を具備した可動電極と、基板に固定された固定電極との間の静電容量変化を電圧変化として出力するセンサ素子を備える構成となっている。

上記センサ素子の容量検出電極部、即ち、センシング部は、製造工程や動作環境下でのパーティクルの進入を防止するために、保護キャップで覆われている。上記センサ素子の一例として、特許文献１に記載された構成が知られており、この特許文献１には、半導体製造技術を適用した、いわゆるＭＥＭＳといわれる技術を応用した半導体装置およびその製造方法が開示されている。上記特許文献１の構成においては、保護キャップとして樹脂製例えばポリイミド製の保護キャップが設けられている。ポリイミドは、耐熱性の高い材料である。
特開２０００−３１３４９号公報

さて、半導体基板の表面上に保護キャップを貼り合わせて接着する製造方法をとる場合、接着する部分には、熱可塑性ポリイミドを使用することが考えられる。この熱可塑性ポリイミドを、アミド状態からイミドさせるためには、４００℃前後の熱処理が必要である。更に、保護キャップの厚さ寸法としては、パッケージを小形化するために、１２５μｍ程度に薄く構成することが好ましい。

本発明者らは、ポリイミド製の保護キャップを半導体基板の表面上に接着するに際して、保護キャップを仮に支持する基板を用いる加工方法を考えている。これは、センシング部を形成する半導体基板である例えばシリコンウエハのような剛性（ヤング率：数百ＧＰａ）があるものと、このような剛性があるものとは相違するポリイミド材料（保護キャップ本体のヤング率：数ＧＰａ、例えば東レデュポン社製カプトン等）とをウエハレベルでの貼り合わせや、それまでの装置類搬送や、ハンドリング等に支障がないようにするためである。この場合、仮に支持する基板としては、取り扱いが簡便なテープ類を用いることを考えている。

しかし、仮支持可能な支持基板として簡便なテープ類を用いた場合、耐熱温度が低いため、上記した４００℃前後の熱処理に耐え得る構成とすることは困難であった。具体的には、一般的な半導体ウエハのダイシング等で使用しているような感圧テープ、例えばＵＶ剥離型テープ（耐熱温度が１２５℃前後）や熱剥離型テープ（耐熱温度が１７０℃前後）を用いた場合には、テープの耐熱温度（上記したテープの場合、１７０℃）以下で熱処理して保護キャップの接着部（接合部）を形成しなければならない。このため、熱処理が不十分となり、信頼性の高い接合部を形成できないという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、ポリイミド製の保護キャップを半導体基板に接着する際に、保護キャップを仮支持する支持基板として簡便なテープ類を用いながら、信頼性の高い接着部を形成することができる半導体装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明によれば、半導体にて構成された構造体が表面に形成された半導体基板を用意する工程と、支持基板に熱硬化性ポリイミドを熱剥離可能な接着剤を介して接着する工程と、前記熱硬化性ポリイミドの表面に前記構造体を覆うためのキャビティを形成する工程と、前記熱硬化性ポリイミドの表面に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程と、前記熱硬化性ポリイミドを前記半導体基板の表面上に仮貼り合わせする工程とを備え、前記感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程において、前記感光性ポリイミド前駆体の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５より大きくなるように構成したので、ポリイミド製の保護キャップを半導体基板に接着する際に、保護キャップを仮支持する支持基板として簡便なテープ類を用いながら、信頼性の高い接着部を形成することができる。

上記構成の場合、請求項２の発明のように、前記感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程において、前記感光性ポリイミド前駆体の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．３０以下となるように構成することが好ましい。

また、請求項３の発明のように、前記支持基板を前記熱硬化性ポリイミドから熱剥離する工程と、前記熱硬化性ポリイミドを前記半導体基板の表面上に本貼り合わせする工程とを備えることがより一層好ましい。

以下、本発明の一実施例について、図面を参照しながら説明する。まず、図２は、本実施例の半導体加速度センサ（半導体装置）のセンサチップ１の断面構成を示す図である。本実施例のセンサチップ１は、ＭＥＭＳ技術を用いて製造される半導体チップであり、特開平９−２１１０２２号公報や特開２００６−１５３４８２号公報に記載されたものとほぼ同様の構成のものである。

このセンサチップ１は、加速度を受けて変位する可動部としての梁構造体２が半導体基板（例えばＳＯＩ基板）３上に形成されており、上記梁構造体２に設けられた可動電極と半導体基板３上に形成された固定電極との間の変位に基づいて加速度を検出するように構成されている。半導体基板３の表面には、可動電極、固定電極を外部と電気接続するためのパッド４が形成されている。

そして、半導体基板３の表面には、梁構造体２を覆うように樹脂製の保護キャップ５が接着されている。尚、上記センサチップ１は、図示しないリードフレームの上に固定され、パッド４とリードフレームとの間はワイヤボンディングされ、全体が図示しない樹脂でモールドされるように構成されている。

次に、上記した半導体加速度センサの製造方法について、図１を参照して説明する。図１は、半導体加速度センサ（センサチップ１）の製造工程を示す図である。
まず、図１（ａ）に示すように、支持基板６の上に、保護キャップ５の材料となる熱硬化性ポリイミド７を熱剥離可能な接着剤８を介して接着する工程を実行する。ここで、支持基板６としては、半導体基板３と貼り合わせたときに、熱応力の影響を小さくするために、熱膨張係数差が小さいものを使用することが好ましい。例えば、旭テクノグラス社製ＳＷ３等を支持基板６として用いることが好ましい。

また、熱硬化性ポリイミド７としては、例えば東レデュポン社製カプトン（厚さが１２５μｍ程度のもの）を使用している。接着剤８としては、例えば日東電工社製リバアルファ（熱剥離テープ）を使用しており、これにより、支持基板６から保護キャップ５を半導体基板３に転写する際に、熱剥離することが可能である。

続いて、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、熱硬化性ポリイミド７の表面に前記梁構造体２を覆うためのキャビティ９を形成する工程を実行する。この場合、まず図１（ｂ）に示すように、フィルム状レジスト１０を用いて露光・現像し、保護キャップ５の製品毎の分断と、センサチップ１とのクリアランスの確保を実行する（図1（ｂ）では製品毎の分断用のレジストを示している。図示しないが、キャビティ９形成の場合も同様の処置を実行する）。続いて、図１（ｃ）に示すように、熱硬化性ポリイミド７のウェットエッチングを２回施して、梁構造体２（センシング部）と非接触になるようにキャビティ９を形成する。

次に、図１（ｄ）に示すように、熱硬化性ポリイミド７の表面に感光性ポリイミド前駆体１１を塗布し、露光・現像する工程を実行する。そして、上記露光・現像後において、感光性ポリイミド前駆体１１をベークするときに、ベーク条件を調整することによって、前記感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５より大きくなるように構成した。尚、このように構成した理由については、後述する。また、前記感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．３以下となるように構成することが好ましい。

次に、図１（ｅ）に示すように、梁構造体２及びパッド４が形成された半導体基板３を用意する（工程）。続いて、図１（ｆ）に示すように、支持基板６の熱硬化性ポリイミド７（保護キャップ５）を半導体基板３上に仮貼り合わせる工程を実行する。この場合、支持基板６に設けられたアライメント用のアライメントキー（図示しない）と、半導体基板３に設けられたアライメント用のアライメントキー（図示しない）とが合うようにアライメントを実行して、貼り合わせる。

そして、図１（ｇ）に示すように、支持基板６を熱硬化性ポリイミド７（保護キャップ５）から熱剥離する工程を実行し、その後、保護キャップ５（熱硬化性ポリイミド７）の表面に残っている接着成分を除去するアッシングを実行し、保護キャップ５（熱硬化性ポリイミド７）を半導体基板３の表面上に本貼り合わせする工程を実行する。尚、上記熱剥離する工程では、例えば１５０℃程度の温度の加熱処理を実行して、支持基板６を剥離する。尚、この加熱処理は、オーブンまたはホットプレートで行う。

また、上記本貼り合わせする工程においては、例えば４００℃程度の温度の加熱処理（キュア）を実行して、貼り合わせる。尚、この加熱処理は、オーブンまたはホットプレートで行う。上記加熱処理（キュア）により、感光性ポリイミド前駆体１１がイミド化し、保護キャップ５と半導体基板３との接着部の強度が十分なものとなる。

尚、この後、半導体基板３をダイシングすることにより、個々のセンサチップ１に分離する。
ここで、図１（ｄ）に示す感光性ポリイミド前駆体１１の塗布、露光・現像工程において、感光性ポリイミド前駆体１１をベークするときに、ベーク条件を調整することによって、前記感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５より大きくなるように構成した理由について、図３ないし図５を参照して説明する。

まず、図１（ｄ）に示す感光性ポリイミド前駆体１１の塗布、露光・現像工程を実行した後、感光性ポリイミド前駆体１１のベーク条件によっては、図１（ｇ）に示す支持基板６の熱剥離工程を実行するときに、保護キャップ５を転写できないという不良（即ち、転写不良）が発生することがあった。ここで、保護キャップ５の転写不良は、感光性ポリイミド前駆体１１の密着性、即ち、引張強度が不足したときに発生し、引張強度が十分であれば上記転写不良は発生しないのであるから、本発明者らは、感光性ポリイミド前駆体１１の密着性、即ち、引張強度が、条件（特に、ベーク条件）によってどのように変化するかを調べてみた。

最初に、感光性ポリイミド前駆体１１の密着性に関与する水酸基として例えば−ＣＯＯＨ（カルボキシル基）の検出強度について調べた。この場合、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光分析）を用いて感光性ポリイミド前駆体１１の炭素化学結合状態を分析した。この分析結果を、図３に示す。この図３において、実線Ｆ１は良好な実施例１を示し、実線Ｆ２は良好な実施例２を示し、実線Ｓ１は不良が発生した比較例１を示し、実線Ｓ２は不良が発生した比較例２を示しており、矢印で示すところが、−ＣＯＯＨの検出強度のピークである。

そして、−ＣＯＯＨの検出強度を、最大ピークを示す樹脂材料の−Ｃ−Ｃ−や−Ｃ−Ｈ−といったものとの比で表しており、この−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比と密着性（即ち、引張強度）との関係を、図５に示す。

上記図５から、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５のときは、引張強度が全く無く、転写することができない（即ち、転写不良が発生する）。そして、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１７、０．２５、０．２６のときは、良好に転写することができた（即ち、転写不良が発生しなかった）。よって、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比を０．１５よりも大きくするように構成すれば、転写不良を防止することができる。

一方、一般的な半導体製造設備においては、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比の実施可能な数値範囲は、０．３以下であることが好ましい。更に、支持基板６の剥離時や、感光性ポリイミド前駆体１１をイミド化させるためのキュアを実行する時に、多かれ少なかれガスが発生する。ここで、ガスの発生を抑えたい場合には、−ＣＯＯＨといった水酸基の比率を下げることが良い。この場合、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比を０．３以下に設定することが好ましい。

次に、感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比を変更（制御）する方法について、図４に従って説明する。本実施例の場合、図１（ｄ）に示す感光性ポリイミド前駆体１１の塗布、露光・現像工程において、感光性ポリイミド前駆体１１をベークするときのベーク条件を調整することによって、感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比を調整している。

まず、図４の左端に示す実施例では、露光後にホットプレートでベーク（ＰＥＢ（Post Exposure Bake））し、現像後にホットプレートでベークしている。この実施例では、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．２６（２個のサンプルの平均値）となり、転写が良好に行われた。次に、図４の左端の右隣りに示す実施例では、露光後にオーブンでベーク（ＰＥＢ）し、現像後にオーブンでベークしている。この実施例では、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５（２個のサンプルの平均値）となり、転写不良が発生した。

図４における更に右隣りに示す実施例では、露光後にオーブンでベーク（ＰＥＢ）し、現像後はＮ₂ブローのみとした（即ち、ベークしないで常温におくようにした）。この実施例では、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１７（２個のサンプルの平均値）となり、転写が良好に行われた。また、図４における右端に示す実施例では、露光後に自然放置（ＰＥＤ（Post Exposure Delay））し、現像後はＮ₂ブローのみとした（即ち、ベークしないで常温におくようにした）。この実施例では、−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．２５（２個のサンプルの平均値）となり、転写が良好に行われた。

このような構成の本実施例によれば、半導体にて構成された梁構造体２が表面に形成された半導体基板３を用意する工程と、支持基板６に熱硬化性ポリイミド７を熱剥離可能な接着剤８を介して接着する工程と、熱硬化性ポリイミド７の表面に梁構造体２を覆うためのキャビティ９を形成する工程と、熱硬化性ポリイミド７の表面に感光性ポリイミド前駆体１１を塗布し、露光・現像する工程と、熱硬化性ポリイミド７を半導体基板３の表面上に仮貼り合わせする工程とを備え、感光性ポリイミド前駆体１１を塗布し、露光・現像する工程において、感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５より大きくなるように構成したので、ポリイミド製の保護キャップ５を半導体基板３に接着する際に、保護キャップ５を仮支持する支持基板６として簡便なテープ類を用いながら、信頼性の高い接着部を形成することができ、転写不良を防止することができる。

また、上記実施例においては、感光性ポリイミド前駆体１１を塗布し、露光・現像する工程において、感光性ポリイミド前駆体１１の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．３０以下となるように構成したので、通常の半導体製造設備で製造することができる。

更に、上記実施例においては、支持基板６を熱硬化性ポリイミド７から熱剥離する工程と、熱硬化性ポリイミド７を半導体基板３の表面上に本貼り合わせする工程とを備えたので、支持基板６を除去できると共に、熱硬化性ポリイミド７、即ち、保護キャップ５を半導体基板３に十分に接着することができる。

尚、上記実施例においては、例えば半導体加速度センサを製造する構成に適用したが、これに限られるものではなく、例えばジャイロスコープ等の容量式センサを製造する構成に適用しても良い。

本発明の一実施例を示す半導体加速度センサの製造工程を示す図センサチップの縦断面図感光性ポリイミド前駆体の炭素化学結合状態を示す特性図感光性ポリイミド前駆体のベーク条件と−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比との関係を示す図感光性ポリイミド前駆体の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比と引張強度との関係を示す図

符号の説明

図面中、１はセンサチップ、２は梁構造体、３は半導体基板、５は保護キャップ、６は支持基板、７は熱硬化性ポリイミド、８は接着剤、９はキャビティ、１１は感光性ポリイミド前駆体を示す。

Claims

半導体にて構成された構造体が形成された半導体基板と、前記構造体を覆うように前記半導体基板に接着された樹脂製の保護キャップとを備えてなる半導体装置の製造方法において、
半導体にて構成された構造体が表面に形成された半導体基板を用意する工程と、
支持基板に熱硬化性ポリイミドを熱剥離可能な接着剤を介して接着する工程と、
前記熱硬化性ポリイミドの表面に前記構造体を覆うためのキャビティを形成する工程と、
前記熱硬化性ポリイミドの表面に感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程と、
前記熱硬化性ポリイミドを前記半導体基板の表面上に仮貼り合わせする工程とを備え、
前記感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程において、前記感光性ポリイミド前駆体の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．１５より大きくなるように構成したことを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記感光性ポリイミド前駆体を塗布し、露光現像する工程において、前記感光性ポリイミド前駆体の−ＣＯＯＨ／最大ピーク検出強度比が０．３０以下となるように構成したことを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
前記支持基板を前記熱硬化性ポリイミドから熱剥離する工程と、
前記熱硬化性ポリイミドを前記半導体基板の表面上に本貼り合わせする工程と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。