JP5130151B2 - 静電容量型半導体物理量センサの製造方法及び静電容量型半導体物理量センサ - Google Patents

Description

本発明は、固定電極と可動電極との間の静電容量を検出することにより圧力や加速度等の物理量を検出する静電容量型半導体物理量センサの製造方法に関する。

従来より、圧力や加速度等の物理量が加わることによって変位する可動電極を有する半導体基板と、可動電極と対向する位置に固定電極が設けられた絶縁基板とを備え、可動電極の変位に伴う固定電極と可動電極間の静電容量の変化を検出することにより、可動電極に加わる物理量を検出する静電容量型半導体物理量センサが知られている。
特開２００６−２００９２０号公報 特開平９−１９６７００号公報

従来の静電容量型半導体物理量センサの製造方法によれば、半導体基板と絶縁基板を陽極接合する際、印加電圧によって可動電極と固定電極との間に静電吸引力が発生することにより、溶着等の不具合が発生することがある。なおこのような問題を解決するために、特許文献１，２には、静電吸引力が発生しないように可動電極と固定電極とを電気的に接続することにより可動電極と固定電極を同電位にして陽極接合を行った後、電気的に接続された可動電極と固定電極を切り離す製造方法が記載されている。しかしながら特許文献１，２記載の製造方法では、レーザ照射や電流による加熱等の特別な装置や工程を利用して可動電極と固定電極を切り離すために、静電容量型半導体物理量センサを安価に製造することが困難になる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、製造コストを増加させることなく溶着等の不具合が発生することを防止可能な静電容量型半導体物理量センサの製造方法を提供することにある。

本発明に係る静電容量型半導体物理量センサの製造方法は、絶縁基板と半導体基板の互いに対向する周辺領域を接触させた後に基板間に電圧を印加することにより陽極接合することにより形成され、絶縁基板の接合面側には固定電極が設けられ、半導体基板の接合面側には可動電極が設けられた静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、半導体ウェハの面内方向に形成される少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極と固定電極とを同電位配線により絶縁基板の内部又は裏面側の領域で電気的に接続する工程、及び、絶縁基板の、接合面の領域の外側に形成された略円形状の感度調整用の参照電極を設け、少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極及び固定電極と、参照電極とを同電位配線により電気的に接続する工程、からなる第１工程と、絶縁基板と半導体基板との間に電圧を印加することにより絶縁基板と半導体基板とを陽極接合して半導体ウェハの面内方向に静電容量型半導体物理量センサを形成する第２工程と、半導体ウェハより静電容量型半導体物理量センサを切り出す際に同電位配線を切断する第３工程とを有する。なお、可動電極の絶縁基板との対向表面領域のうち、固定電極、及び参照電極と対向しない表面領域に凹部を形成する工程を有することが望ましい。

また、絶縁基板と半導体基板の互いに対向する周辺領域を接触させた後に基板間に電圧を印加することにより陽極接合することにより形成され、絶縁基板の接合面側には固定電極が設けられ、半導体基板の接合面側には可動電極が設けられた静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、半導体ウェハの面内方向に形成される少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極と固定電極とを同電位配線により絶縁基板の内部又は裏面側の領域で電気的に接続する工程、及び、絶縁基板の、接合面の領域の外側の略全体にダミー電極を設け、少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極及び固定電極と、ダミー電極とを同電位配線により電気的に接続する工程、からなる第１工程と、絶縁基板と半導体基板との間に電圧を印加することにより絶縁基板と半導体基板とを陽極接合して半導体ウェハの面内方向に静電容量型半導体物理量センサを形成する第２工程と、半導体ウェハより静電容量型半導体物理量センサを切り出す際に同電位配線を切断する第３工程とを有する。なお、可動電極の前記絶縁基板との対向表面領域のうち、固定電極、及びダミー電極と対向しない表面領域に凹部を形成する工程を有することが望ましい。

また絶縁基板としては、ＬＴＣＣ基板や電極埋込ガラス基板を用いるとよい。また第１工程において、半導体チップの面内方向に存在する全ての静電容量型半導体物理量センサの可動電極と固定電極とを同電位配線により電気的に接続することが望ましい。また第３工程においては、ダイジング，ドリルを用いた穴加工，又は絶縁基板若しくは半導体基板の表面に切り欠き部を形成し、切り欠き部に沿って半導体ウェハを割ることにより静電容量型半導体物理量センサの切り出し及び同電位配線の切断を行うとよい。

本発明に係る静電容量型半導体物理量センサの製造方法によれば、製造コストを増加させることなく溶着等の不具合が発生することを防止できる。

以下、図１，図２を参照して、本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法について説明する。なお図１は本発明の実施形態となる圧力センサの断面図であり、図２は本発明の実施形態となる圧力センサの上面図である。また図１では、半導体ウェハの面内方向において隣接する２つの圧力センサＣ１，Ｃ２が図示され、図２では、圧力センサの上面側にあるガラス基板が透明な部材であることから固定電極等が透視して図示されている。

本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法では、始めに、シリコンウェハ等の半導体ウェハ１の表面側及び裏面側をエッチング加工することにより厚膜部３及び可動電極（感圧部）４を形成する。次に、低温同時焼成セラミックス（Low-Temperature Co-fired Ceramics : LTCC）基板２表面の可動電極４と対向する位置に蒸着又はスパッタにより固定電極５を形成し、固定電極５と電気的に接続する貫通孔配線６と可動電極４に電気的に接続する貫通孔配線７とをＬＴＣＣ基板２に形成する。次に、２つの圧力センサ領域Ｃ１，Ｃ２の間の分断代領域Ｒ１において２つの圧力センサ間の貫通孔配線６と貫通孔配線７とを電気的に接続する同電位配線８，９をＬＴＣＣ基板２に形成する。なおこの同電位配線８，９は、半導体ウェハ１とＬＴＣＣ基板２とを陽極接合した際に可動電極４と固定電極５との間に形成される気密空間の気密性を確保するために、ＬＴＣＣ基板２の半導体ウェハ１との接合面以外の領域に形成する。

次に、可動電極４と固定電極５が対向するように半導体ウェハ１の表面とＬＴＣＣ基板２の表面とをその相対位置を合わせて接触させる。次に、半導体ウェハ１に陽極接合用電源の陽極を接続すると共にＬＴＣＣ基板２に陽極接合用電源の負極を接続し、半導体ウェハ１とＬＴＣＣ基板２との間に電圧を印加することにより、半導体ウェハ１とＬＴＣＣ基板２との間に電流を流して両者の接触部分、本実施形態では厚膜部３領域を陽極接合により一体化する。そして最後に、分断代領域Ｒ１において同電位配線８を含む接合体を切断することにより半導体ウェハ１から圧力センサを切り出す。このようにして製造された圧力センサは、可動電極４に加わった圧力を可動電極４と固定電極５間のギャップ長の変化に伴う可動電極４と固定電極５間の静電容量の変化として出力することができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法では、同電位配線８によって貫通孔配線６と貫通孔配線７とを電気的に接続することにより可動電極４と固定電極５を同電位にして陽極接合を行った後、半導体ウェハ１から圧力センサを切り出す際に同電位配線８を切断することにより可動電極４と固定電極５を切り離すので、陽極接合を行う際に印加電圧によって可動電極４と固定電極５との間に静電吸引力が発生することにより、溶着等の不具合が発生することを防止できる。また本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法によれば、同電位配線８は半導体ウェハ１から圧力センサを切り出す際に切断されるので、特別な装置や工程を利用せずに製造コストを増加させることなく同電位配線８を切断することができる。

なお本実施形態では、固定電極５はＬＴＣＣ基板２に形成したが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、例えば図３に示すような電極埋込ガラス基板に固定電極５を形成するようにしてもよい。但しこの場合、固定電極５は、金属やシリコン等の導体により形成する。また図４に示すように、ＬＴＣＣ基板２表面に感度調整用の参照電極１０を形成し、同電位配線８によって参照電極１０と電気的に接続する貫通孔配線１１を隣接する圧力センサの貫通孔配線６及び貫通孔配線７と電気的に接続することにより、参照電極１０と可動電極４及び固定電極５とを同電位にするようにしてもよい。

また図５に示すように、ＬＴＣＣ基板２表面にダミー電極１２を形成し、同電位配線８によってダミー電極１２と電気的に接続する貫通孔配線１３を隣接する圧力センサの貫通孔配線６及び貫通孔配線７と電気的に接続することにより、ダミー電極１２と可動電極４及び固定電極５とを同電位にするようにしてもよい。このような構成によれば、半導体ウェハ１との接合領域以外のＬＴＣＣ基板２の表面領域をダミー電極１２によって可能な限り広い範囲被覆しておくことにより、半導体ウェハ１との接合領域以外の表面領域を同電位に保つことができ、溶着等の不具合が発生することをより確実に防止できる。

また図６に示すように、ＬＴＣＣ基板２との可動電極４の対向表面領域のうち、固定電極５，参照電極、及びダミー電極１２と対向しない表面領域に凹部１４を形成するようにしてもよい。このような構成によれば、可動電極４と固定電極５の絶縁性を確保しなければならない領域等、センサ構造の理由から同電位配線８を形成できない領域であっても、可動電極４と固定電極５間のギャップ長が長くなることにより、溶着等の不具合が発生することを防止できる。また図７に示すように、半導体ウェハ１の面内方向に存在する全ての圧力センサの可動電極４と固定電極５とを同電位配線８により電気的に接続することが望ましい。このような製造方法によれば、全ての圧力センサチップに対して可動電極４が固定電極５に貼り付くことを防止できる。

また本実施形態は、本発明を圧力センサの製造方法に適用したものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、図８に示すような絶縁基板２ａ，２ｂにより半導体ウェハ１を挟持した構成を有し、半導体ウェハ１に形成された可動電極（重り部）１５に加わる加速度を検出する加速度センサの製造方法にも適用することができる。なお図８に示す加速度センサでは、可動電極１５が下方のガラス基板２ｂと接触することを防止するために、ガラス基板２ｂ表面に凹部１６が形成されている。また圧力センサの切り出し及び同電位配線８の切断は、（１）図９（ａ）に示すように分断代領域Ｒ１をダイジングにより切断する、（２）図９（ｂ）に示すようにドリルを用いて分断代領域Ｒ１に穴を形成する、又は、（３）図１０（ａ），（ｂ）に示すようにＬＴＣＣ基板２又は半導体ウェハ１の表面に切り欠き部１７ａ，１７ｂを形成し、切り欠き部１７ａ，１７ｂに沿って接合体を割ることにより、特別な装置を用いることなく行うことができる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、この実施の形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、上記実施の形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

本発明の実施形態となる圧力センサの構成を示す断面図である。 図１に示す圧力センサの構成を示す上面図である。 図１に示す圧力センサの変形例の構成を示す断面図である。 図１に示す圧力センサの変形例の構成を示す上面図である。 図１に示す圧力センサの変形例の構成を示す上面図である。 図５に示す圧力センサの変形例の構成を示す上面図である。 本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法の応用例を説明するための図である。 本発明の実施形態となる加速度センサの構成を示す断面図である。 本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法を説明するための図である。 本発明の実施形態となる圧力センサの製造方法を説明するための図である。

符号の説明

１：半導体ウェハ
２：低温同時焼成セラミックス（Low-Temperature Co-fired Ceramics : LTCC）基板
３：厚膜部
４：可動電極
５：固定電極
６，７：貫通孔配線
８，９：同電位配線
Ｃ１，Ｃ２：圧力センサ領域
Ｒ１：分断代領域

Claims (13)

1. 絶縁基板と半導体基板の互いに対向する周辺領域を接触させた後に基板間に電圧を印加することにより陽極接合することにより形成され、前記絶縁基板の接合面側には固定電極が設けられ、前記半導体基板の接合面側には可動電極が設けられた静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   半導体ウェハの面内方向に形成される少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極と固定電極とを同電位配線により前記絶縁基板の内部又は裏面側の領域で電気的に接続する工程、及び、前記絶縁基板の、前記接合面の領域の外側に形成された略円形状の感度調整用の参照電極を設け、少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極及び固定電極と、前記参照電極とを同電位配線により電気的に接続する工程、からなる第１工程と、
   前記絶縁基板と前記半導体基板との間に電圧を印加することにより絶縁基板と半導体基板とを陽極接合して半導体ウェハの面内方向に静電容量型半導体物理量センサを形成する第２工程と、
   前記半導体ウェハより静電容量型半導体物理量センサを切り出す際に前記同電位配線を切断する第３工程とを有すること
   を特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
2. 請求項１に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   前記可動電極の前記絶縁基板との対向表面領域のうち、前記固定電極、及び前記参照電極と対向しない表面領域に凹部を形成する工程を有することを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
3. 絶縁基板と半導体基板の互いに対向する周辺領域を接触させた後に基板間に電圧を印加することにより陽極接合することにより形成され、前記絶縁基板の接合面側には固定電極が設けられ、前記半導体基板の接合面側には可動電極が設けられた静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   半導体ウェハの面内方向に形成される少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極と固定電極とを同電位配線により前記絶縁基板の内部又は裏面側の領域で電気的に接続する工程、及び、前記絶縁基板の、前記接合面の領域の外側の略全体にダミー電極を設け、少なくとも２つの静電容量型半導体物理量センサ間の可動電極及び固定電極と、前記ダミー電極とを同電位配線により電気的に接続する工程、からなる第１工程と、
   前記絶縁基板と前記半導体基板との間に電圧を印加することにより絶縁基板と半導体基板とを陽極接合して半導体ウェハの面内方向に静電容量型半導体物理量センサを形成する第２工程と、
   前記半導体ウェハより静電容量型半導体物理量センサを切り出す際に前記同電位配線を切断する第３工程とを有すること
   を特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
4. 請求項３に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   前記可動電極の前記絶縁基板との対向表面領域のうち、前記固定電極、及び前記ダミー電極と対向しない表面領域に凹部を形成する工程を有することを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
5. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   前記絶縁基板としてＬＴＣＣ基板を用いることを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
6. 請求項１乃至請求項４のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   前記絶縁基板として電極埋込ガラス基板を用いることを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
7. 請求項１乃至請求項６のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   前記第１工程において、半導体チップの面内方向に存在する全ての静電容量型半導体物理量センサの可動電極と固定電極とを同電位配線により電気的に接続することを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
8. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   静電容量型半導体物理量センサは前記可動電極に加わる圧力を検出する圧力センサであることを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
9. 請求項１乃至請求項７のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
   静電容量型半導体物理量センサは前記可動電極に加わる加速度を検出する加速度センサであることを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
10. 請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
    前記第３工程において、ダイジングにより静電容量型半導体物理量センサの切り出し及び前記同電位配線の切断を行うことを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
11. 請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
    前記第３工程において、ドリルを用いた穴加工により静電容量型半導体物理量センサの切り出し及び前記同電位配線の切断を行うことを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
12. 請求項１乃至請求項９のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法において、
    前記第３工程において、絶縁基板又は半導体基板の表面に切り欠き部を形成し、当該切り欠き部に沿って半導体ウェハを割ることにより静電容量型半導体物理量センサの切り出し及び前記同電位配線の切断を行うことを特徴とする静電容量型半導体物理量センサの製造方法。
13. 請求項１乃至請求項１２のうち、いずれか１項に記載の静電容量型半導体物理量センサの製造方法により製造された静電容量型半導体物理量センサ。

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