JP5046875B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、機能素子を覆う保護キャップを有する半導体装置の製造方法に関するものである。

従来、半導体加速度センサや圧力センサ等においては、シリコンチップ上に可動部（振動部）を有し、可動部の変位により加速度や圧力等の物理量を電気信号に変換して取り出すようになっている。また、このような半導体装置において、可動部を保護するために可動部をキャップにて覆うことが行われている。

このキャップを備えた半導体装置において量産性に優れた製造方法としては、気密封止された構造でキャップ形成用ウエハと機能素子形成用ウエハが同じ材質（特にシリコン）である場合には、ウエハレベルで接合した後にダイシングする方法がある。

また、ガラス、サファイヤ、ＧａＡｓ、ＳｉＣなどドライダイシングが困難なものをキャップ形成用ウエハとして使用する場合かつ気密封止されていない構造の半導体装置の場合には、ウエハどうしを接合した後、キャップ形成用ウエハと機能素子が形成された半導体ウエハとを同時に通常のウエットダイシングすることができないため、下記の特許文献１に記載された製造方法が量産性に優れた製造方法として参考になる。

図２０は特許文献１に記載された従来の半導体装置の製造方法を示す。
図２０（ｇ）が完成状態であって、半導体ウエハから個片化されたシリコン基板１００ａに接合材１０１を介してキャップ１０２ｂが取り付けられている。

図２０（ａ）では、キャップ形成用シリコンウエハ１０２をダイシング用粘着シート１０３に貼り付ける。
図２０（ｂ）では、キャップ形成用シリコンウエハ１０２をダイシング位置１０４でカットする。

図２０（ｃ）では、ダイシングカットしたキャップ形成用シリコンウエハ１０２に、接合材１０１を形成する。
図２０（ｄ）では、キャップ形成用シリコンウエハ１０２に対し、機能素子としてのセンサ素子が形成された半導体ウエハ１００を、接合材１０１にて接合する。

図２０（ｅ）では、半導体ウエハ１００の裏面にダイシング用粘着シート１０５を貼り付けた後に、キャップ形成用シリコンウエハ１０２の不要部１０２ａをダイシング用粘着シート１０３とともに剥がす。

図２０（ｆ）では、半導体ウエハ１００をスクライブラインの位置１０６でダイシングカットし、ダイシング用粘着シート１０５を剥がして図２０（ｇ）に示すように、チップ１０７に分割する。
特開平８−３１６４９６号公報（図４〜図１０）

しかしながら、半導体装置の小型化、回路の微細化が急速に進む中、特許文献１に記載の製造方法では、小型化が困難である。すなわち、接合材１０１として樹脂系の接着剤を使用しているため、接合材１０１の線幅が１００〜３００μｍと接合面積が大きいという問題がある。

また、半導体装置によっては、キャップ１０２ｂと機能素子側のシリコン基板１００ａとを電気的に接合する必要があるが、従来例では、ダイシング用粘着シートに貼ってダイシングカット（フルカット）、またはダイシングカット後にダイシング用粘着シートまたは接着剤を介して支持用ウエハを貼り付けている。

ここで使用しているダイシング用粘着シートは粘着性があるために柔らかい。したがって、温度変化やウエハの搬送中の振動、あるいは、接合などの加圧時にウエハに不均一な荷重がかかった場合などに位置ずれが発生してしまう可能性が高い。また、樹脂系の接着剤を使用しているため接合時の熱処理による材料間の熱膨張の差による位置ずれの可能性があるためにマウント精度が±数十μｍ程度でしか接合ができないという問題を有している。

特に、キャップ１０２ｂの材料がドライダイシングが困難な材料であり、キャップ１０２ｂと機能素子が形成されたシリコン基板１００ａとが気密封止されていない構造の場合には、先にウエハ状態で接合すれば位置ずれは発生しないが、ダイシングができない。逆に、先にダイシングをしておいて粘着シートで保持しておくと位置ずれが発生してしまう。このため、高精度なマウント精度を必要とする場合には各チップ毎に接合していくしか方法がなく、非常に生産性が悪い。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、半導体装置の小型化、微細化に対応して、ドライダイシングができない材料で形成されたキャップと機能素子が形成された半導体ウエハとを気密封止されていない構造で高精度なマウント精度で接合する量産性に優れた方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１記載の半導体装置の製造方法は、機能素子が形成された半導体基板と、キャップ形成用ウエハとを貼り合わせた後に各チップ毎にダイシングして半導体装置を製造するに際し、
ａ）：キャップ形成用ウエハの前記半導体基板との対向面とは反対側の面にウエハ支持部材を貼り付ける前に、前記ウエハ支持部材の前記キャップ形成用ウエハとの接合面に溝を形成する工程
ｂ）：前記ウエハ支持部材と前記キャップ形成用ウエハを接合する工程
ｃ）：互いに接合されている前記ウエハ支持部材と前記キャップ形成用ウエハのうちの前記ウエハ支持部材の前記溝の位置で前記キャップ形成用ウエハをダイシングする工程
ｄ）：前記キャップ形成用ウエハと前記機能素子が形成された半導体ウエハを接合する工程
ｅ）：前記溝の位置で前記半導体ウエハと前記ウエハ支持部材を各チップ毎にダイシングする工程
を有することを特徴とする。

本発明の請求項２記載の半導体装置の製造方法は、請求項１において、工程ｅ）では、前記半導体ウエハを各チップ毎にダイシングしてから前記ウエハ支持部材を前記溝の位置でダイシングすることを特徴とする。

本発明の請求項３記載の半導体装置の製造方法では、請求項１において、工程ｅ）では、前記ウエハ支持部材を前記溝の位置でダイシングしてから前記半導体ウエハを各チップ毎にダイシングすることを特徴とする。

本発明の請求項４記載の半導体装置の製造方法は、請求項１〜請求項３の何れかにおいて、前記半導体基板と前記キャップ形成用ウエハとを、直接または接合材を介して貼り合わせることを特徴とする。

本発明の請求項５記載の半導体装置の製造方法は、請求項１において、前記ウエハ支持部材として、前記半導体基板に設けられている前記機能素子に関係する機能素子が形成されたものを使用することを特徴とする。

この構成によれば、半導体装置の小型化、微細化に対応して、ドライダイシングができない材料で形成されたキャップと機能素子が形成された半導体ウエハとを気密封止されていない構造で、高精度なマウント精度で接合し、効率よく量産することが可能となる。

以下、本発明の各実施の形態を図１〜図１９に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図１２は本発明の実施の形態１を示す。

図１は本発明の実施の形態１における半導体装置を示し、半導体チップ６とキャップ３の間に空隙７が設けられ、接合材４によって接合されている。半導体チップ６には、加速度センサや圧力センサなどの機能素子５が形成されている。

キャップ３の上には支持部材１が直接に接合されている。支持部材１のキャップ３との接合面の外周部には溝２が形成されている。
キャップ３の材質は機能素子５が形成された半導体チップ６と同じ材質であることが熱負荷などに対して強く、望ましいが、半導体装置によっては、キャップ３が絶縁体である必要があるなど、半導体を使用することができない場合がある。このため、ここでは、キャップ３はガラス、サファイヤ、ＧａＡｓなどの化合物半導体、ＳｉＣなどセラミックス等、ドライダイシングが困難なものであり、接合材４はＡｕ、Ｃｕなどの金属またはＳｉなどの半導体である場合を考える。

図２〜図１２はこの半導体装置の製造工程を示す。
まず、図２に示すように、キャップ形成用ウエハ８に必要な電気回路を蒸着、メッキなどにより形成する（図示せず）とともに、接合材４を形成する。キャップ形成用ウエハ８は分割後にキャップ３となるものである。必要な電気回路とは、例えば、加速度センサの場合は静電容量を測定するための電極、およびこの電極から信号を取り出すための配線などである。

キャップ形成用ウエハ８に形成された接合材４の形状は、各チップ毎にダイシングされたときに半導体装置として必要な接合強度および機能素子から外部へ取り出す配線の引き回しなどを考慮して決めればよく、図３または図４に示すように線状、点状などどのような形状でもよく、断面形状も四角、三角、円錐などどのような形状でもよい。

図５と図６は、後工程でキャップ形成用ウエハ８に貼り合わせられるウエハ支持部材９を示す。分割後に支持部材１となるウエハ支持部材９に溝（断面が溝形状である直線状の溝）２を、各チップ毎に区画形成するための切り込みを入れる部分に対応する位置に加工する。

通常、ダイシングのブレードやその加工条件（ブレードの回転数、送り速度など）は材料毎に最適なものがあり、加工条件が悪いと加工面が粗くなったり、チッピングが発生したり、あるいはブレードが破損して加工できなかったりすることがある。このため、異種材料どうしが接合されたものを同時にダイシングするのは非常に困難であり、加工できたとしても、いずれの材料も加工できる条件を見つけるのが難しく、加工速度が極端に遅くなったりする。しかし、図５のようにウエハ支持部材９に溝２を加工しておくことにより、後で図８に示すようにキャップ形成用ウエハ８をダイシングする際にダイシングブレードの外周部がこの溝２とキャップ３の表面で囲まれた空間に入ることになり、キャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９の材質が異なる場合でも、異種のウエハを同時に切断することがない。このため、キャップ形成用ウエハを容易に高精度で切断することが可能になる。また、この溝２の形状は、図では四角であるが、Ｖ溝などダイシングブレードと干渉しないような形状になっていればどのような形状でもよく、深さは１０μｍ程度あればよい。

次に図７に示すように、キャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９を直接に接合する。例えば、キャップ形成用ウエハ８がガラスでウエハ支持部材９がシリコンの場合には、陽極接合、常温接合、低温接合などの方法がある。

ここで、常温接合とは、接合する２つの対象物の接合面に真空中でＡｒ原子などを照射する、あるいはＡｒプラズマなどに曝すことで表面の自然酸化膜や有機物などの汚染物を除去した後、真空中で２つの対象物の接合面を接触、加圧することにより接合する方法のことをいう。

また、低温接合とは、接合する２つの対象物の接合面に真空中でＡｒ原子などを照射する、あるいはＡｒプラズマなどに曝すことで表面の自然酸化膜や有機物などの汚染物を除去した後、大気中で２つの対象物を１５０℃程度の低温で加熱しながら接合面を接触、加圧することにより接合する方法のことをいう。

あるいは、キャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９の接合面の両方あるいは一方に金属膜を形成し、常温接合、低温接合などの方法によって接合することも可能である。
いずれにしても、従来の方法のようにダイシング用粘着シートに貼ってダイシングカット（フルカット）、またはダイシングカット後にダイシング用粘着シートまたは接着剤を介して支持用ウエハを貼り付ける場合に比べて接合時の位置ずれ量を小さく抑えることができるため、キャップ形成用ウエハ８と半導体ウエハ１１を高精度に接合できる。

次に図８に示すように、キャップ形成用ウエハ８を各チップ毎に区画形成する位置（ダイシングライン１０ａ）でダイシングする。通常、キャップ用ウエハ８には複雑な形状加工がなされていないため、ウエットダイシングをしても問題ない場合が多い。

このため、ここではキャップ形成用ウエハに悪影響がない場合は、通常のウエットのダイシングを使用するほうが効率がよい。図５はウエハ支持部材９に溝２を加工を施したもので、平面的には図６に示すように各チップ毎に区画形成するための切り込みを入れる部分に対応する位置に溝２を加工する。

先に図５で説明したように、ウエハ支持部材９に溝２を加工しておくことにより、キャップ形成用ウエハ８をダイシングする際に、ダイシングブレードの外周部がこの溝２とキャップ３の表面で囲まれた空間に入ることになり、キャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９の材質が異なる場合でも、異種のウエハを同時に切断することがない。このため、キャップ形成用ウエハを容易に高精度で切断することが可能になる。

次に図９に示すように、機能素子５を形成した半導体ウエハ１１と、図８に示すキャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９を接合したものとを接合すると図１０に示すような断面構造になる。この接合の際に、常温接合、低温接合を用いることにより材料間の熱膨張差による位置ずれ、残留応力の発生を抑制することができ、高精度の位置決め、信頼性の高い接合ができる。

次に図１１に示すように、機能素子が形成された半導体ウエハ１１を各チップ毎に区画形成するためにダイシング（ダイシングライン１０ｂ）を行う。ここでは、接合材４によって機能素子５を含む空隙７が気密封止されていない場合は、ステルスダイシングのようなドライダイシングを用いる必要がある。これは、多くの場合、機能素子が加速度センサや圧力センサ等のように可動部を有するため、可動部や空隙に水やダイシングによって発生する異物などが入ると機能素子が機能しなくなるためである。

最後に図１２に示すように、ウエハ支持部材９も半導体ウエハ１１と同様にダイシングライン１０ｃに沿ってドライダイシング法により切断する。このようにして、図１に示すような半導体装置を製造することができる。

なお、本実施の形態では、半導体ウエハ１１を先にダイシングし、ウエハ支持部材９を後からダイシングしたが、ダイシングの順序は半導体ウエハ１１とウエハ支持部材９のいずれから先に行ってもよい。

（実施の形態２）
図１３〜図１７は本発明の実施の形態２を示す。
図１３は実施の形態２の半導体装置を示し、実施の形態１との違いは機能素子５を形成した半導体チップ６とキャップ３とのサイズが異なる点である。

ここで、半導体チップ６の機能素子５と同じ面にパッド１２を設け、このパッド１２と外部のパッドとをワイヤーボンディングで接続する場合などには、半導体チップ６をキャップ３より大きくする必要がある。そしてこのパッド１２のサイズ分およびワイヤーボンディングのツールの大きさを考慮して半導体チップ６のサイズをキャップ３より大きくしておけばよい。

このように半導体チップ６とキャップ３のサイズが異なる場合は、図１４〜図１７に示す工程で製造する。
まず、図１４（ａ）では、ウエハ支持部材９にキャップ３をダイシングするラインに毎にそれぞれ溝（断面が溝形状である直線状の溝）２を形成する、あるいは、図１４（ｂ）に示すように複数のダイシングラインを１個の溝２で覆うように溝を形成する必要がある。溝２の幅はダイシングブレードの厚さ、ダイシングの位置決め精度などによって決まるが、３０〜５０μｍ程度あれば十分である。

図１５（ａ）（ｂ）はそれぞれ図１４（ａ）（ｂ）のキャップ形成用ウエハ８とウエハ支持部材９を接合した状態を示している。
図１６（ａ）は図１５（ａ）に示したキャップ形成用ウエハ８をダイシングライン１０ａでダイシングした状態を示している。

図１７（ａ）では、半導体ウエハ１１を接合材４を介してキャップ形成用ウエハ８に接合する。
図１７（ｂ）では、半導体ウエハ１１をダイシングライン１０ｂでダイシングする。

図１７（ｃ）では、ウエハ支持部材９をダイシングライン１０ｃでダイシングする。
（実施の形態３）
通常、加速度センサや圧力センサなどの半導体装置の場合には、これらの半導体装置を駆動、制御するための集積回路が別に設けられることが多い。しかし、図１８に示すように、ウエハ支持部材９に、半導体チップ６に形成した機能素子５を駆動、制御するための機能素子１５を溝２と同じ側、あるいは反対側に設けることにより、図１９に示すような半導体装置を構成することができ、非常に小型のパッケージを実現することができる。ここで、駆動、制御用の機能素子と加速度センサや圧力センサとの間はワイヤーボンディングや貫通電極などを通じて接続することができる。

この構成によると、半導体機能素子の大きさが約２．５ｍｍ×２．５ｍｍ×厚さ０．１５ｍｍ程度の場合、半導体装置のサイズとしては、約３ｍｍ×３ｍｍ×厚さ０．３ｍｍ程度のものが実現可能となる。

このような機能素子１５を設けたウエハ支持部材９は、実施の形態１あるいは実施の形態２の製造方法を用いて製造すれば良い。
上記の各実施の形態では、キャップ形成用ウエハ８と半導体ウエハ１１を接合材４を介して接合したが、キャップ形成用ウエハ８と半導体ウエハ１１の温度係数が同じかその差が小さい場合には、接合材４を介さずに直接に接合することもできる。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体加速度センサや圧力センサ等の半導体装置の高精度、量産性の改善に寄与できる。

本発明の実施の形態１における半導体装置の断面図 キャップ形成用ウエハに接合材を形成した状態の断面図 キャップ形成用ウエハの実施例の平面図 キャップ形成用ウエハの別の実施例の平面図 ウエハ支持部材の断面図 ウエハ支持部材の実施例の平面図 キャップ形成用ウエハとウエハ支持部材を接合した状態の断面図 キャップ形成用ウエハをダイシングした状態の断面図 機能素子を形成した半導体ウエハの断面図 半導体ウエハを接合した状態の断面図 半導体ウエハのダイシング状態を示す断面図 ウエハ支持部材のダイシング状態を示す断面図 本発明の実施の形態２における半導体装置の断面図 ウエハ支持部材の実施例の断面図と別の実施例の断面図 キャップ形成用ウエハとウエハ支持部材の接合した状態の断面図 キャップ形成用ウエハをダイシングした状態の断面図 ダイシング状態を示す断面図 本発明の実施の形態３におけるウエハ支持部材の別の実施例の断面図 半導体装置の断面図 従来の半導体製造方法を示す断面図

符号の説明

１ 支持部材
２ 溝
３ キャップ
４ 接合材
５，１５ 機能素子
６ 半導体チップ
７ 空隙
８ キャップ形成用ウエハ
９ ウエハ支持部材
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ダイシングライン
１１ 半導体ウエハ
１２ パッド

Claims (5)

1. 機能素子が形成された半導体基板と、キャップ形成用ウエハとを貼り合わせた後に各チップ毎にダイシングして半導体装置を製造するに際し、
   ａ）：キャップ形成用ウエハの前記半導体基板との対向面とは反対側の面にウエハ支持部材を貼り付ける前に、前記ウエハ支持部材の前記キャップ形成用ウエハとの接合面に溝を形成する工程
   ｂ）：前記ウエハ支持部材と前記キャップ形成用ウエハを接合する工程
   ｃ）：互いに接合されている前記ウエハ支持部材と前記キャップ形成用ウエハのうちの前記ウエハ支持部材の前記溝の位置で前記キャップ形成用ウエハをダイシングする工程
   ｄ）：前記キャップ形成用ウエハと前記機能素子が形成された半導体ウエハを接合する工程
   ｅ）：前記溝の位置で前記半導体ウエハと前記ウエハ支持部材を各チップ毎にダイシングする工程
   を有する半導体装置の製造方法。
2. 工程ｅ）では、前記半導体ウエハを各チップ毎にダイシングしてから前記ウエハ支持部材を前記溝の位置でダイシングする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 工程ｅ）では、前記ウエハ支持部材を前記溝の位置でダイシングしてから前記半導体ウエハを各チップ毎にダイシングする
   請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記半導体基板と前記キャップ形成用ウエハとを、直接または接合材を介して貼り合わせる
   請求項１〜請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記ウエハ支持部材として、前記半導体基板に設けられている前記機能素子に関係する機能素子が形成されたものを使用する
   請求項１に記載の半導体装置の製造方法。

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