JP5375300B2 - 封止型デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、複数の角速度センサ100が多面付けされた半導体基板101の概略構成を示す平面図である。図1において、102は角速度センサチップをチップ毎に切断する位置を示すダイシングラインであり、103は角速度センサチップ毎に内部を真空引きするためのバルブであり、104は半導体基板101を加工して形成される角速度センサチップ内部の空洞部である。なお、バルブ103は、実際の機械的なバルブを形成するわけではなく、バルブ機能を有する構造を形成するものであり、その構成については後述する。また、空洞部104は、半導体基板101を加工して角速度センサ内に上述の可動部を形成する際に形成されるものであり、後述するガラス基板110により封止されて真空引きされる部分である。
次に、上記図1〜3に示したバルブ103を有する角速度センサチップの製造方法について、図5(A)〜(C)を参照して説明する。図5(A)〜(C)は、図2のA−A´線から見た断面構成に基づいてバルブ部分の一連の動作を示す図である。
図1に示したように、半導体基板101内に多面付けされる角速度センサチップ100は、半導体基板101をDRIE法等を利用して加工して各角速度センサチップ内の可動部(錘部、可撓部等の変位体(図示せず)及び空洞部104を含む)が形成される。この可動部の形成に際して、図2に示したような位置関係で、空洞部104及びダイシングライン102にそれぞれ連通するように第1溝201及び第2溝202を同時に形成する。また、共通バルブ105部分の第1溝(第1共通溝)201及び第2溝(第2共通溝)202と、排気口106も同時に形成する。なお、ダイシングライン102、第1溝201及び第2溝202もDRIE法等を利用して形成される。
次いで、ガラス基板110側に上述の可動部と対向する位置に検出用及び電圧印加用の電極(図示せず)をPECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法等を利用して形成する。この電極の形成に際して、図2に示したような位置関係で、第1溝201及び第2溝202の各近傍にそれぞれ第1突起203及び第2突起204を同時に形成する。また、共通バルブ105部分の第1突起(第1共通突起)203及び第2突起(第2共通突起)204も同時に形成する。電極の材料としては、例えば、TiN,AlNd,Cr等が好ましい。また、第1溝201及び第2溝202の幅と、第1突起203及び第2突起204の高さは、例えば、0.5μmであるものとする。なお、これらの寸法は限定されない。
次に、半導体基板101とガラス基板110とを接合する1回目の陽極接合を行う。この1回目の陽極接合では、2回目の陽極接合に比べて低電圧(例えば、250V)を印加して陽極接合を行う。この低電圧の陽極接合時、ガラス基板110は、図5(A)に示すように、半導体基板101側に押しつけられて変形するが、低電圧の陽極接合であるため、第1突起203と第2突起204の間のガラス基板110は半導体基板101には接合されない。そして、第1突起203と第2突起204の各周辺にボイド301が形成される。1回目の低電圧陽極接合時は、図5(A)に示すように、第1突起203と第2突起204の各周辺に形成されるボイド301は、相互に連通する。すなわち、図2に示したように各ボイド301の最先端は点線で示す範囲になり、ボイド301同士が相互に連通する。これらボイド301間の連通により、図5(A)に示すように、第1溝201と第2溝202との間も連通することになる。すなわち、各センサチップの空洞部104に対してバルブ103が開状態になる。また、共通バルブ105を構成する第1突起203と第2突起204の各周辺に形成されるボイド301も相互に連通し、第1溝201と第2溝202との間も連通することになる。すなわち、開状態になった共通バルブ105を介して最外部のダイシングライン102と排気口106とが連通することになる。その結果、各センサチップの空洞部104と、ダイシングライン102と、共通バルブ105と、排気口106とが連通する。なお、図5(A)及び(B)の断面では、図面に対して手前側と奥側に位置して見えない第1溝201と第2溝202を、一点鎖線で示している。
次に、上記低電圧陽極接合によりバルブ103及び共通バルブ105が開状態になった半導体基板101が設置されたチャンバ(図示せず)内を真空ポンプ(図示せず)により真空引きする。この真空引きに際して、各センサチップの空洞部104内の気体は、第1溝201→ボイド301→第2溝202→ダイシングライン102→共通バルブ105→排気口106を通して排気される。なお、各センサチップの空洞部104内の設定真空度(所望の真空度)は、例えば、0.1Torr以下であるものとする。この設定真空度は、角速度センサの所望の仕様(例えば、角速度の検知感度)に応じて適宜変更してもよい。また、可動部を振動させる駆動信号をオフし、直ちに可動部の振動が停止することが望ましい封止型デバイスの場合には、ある程度真空度を下げて空気抵抗があった方が好ましい。
次に、半導体基板101とガラス基板110とを接合する2回目の陽極接合を行う。この2回目の陽極接合では、1回目の陽極接合に比べて高電圧(例えば、1000V)を印加して陽極接合を行う。この高電圧の陽極接合時、ガラス基板110は、図5(C)内に○で示すように、半導体基板101側に更に押しつけられて変形し、第1突起203と第2突起204の間のガラス基板110は半導体基板101に接合される。そして、1回目の陽極接合時に第1突起203と第2突起204の各周辺に形成されたボイド301の連通は分断される。2回目の低電圧陽極接合時は、図5(C)に示すように、第1突起203と第2突起204の各周辺に形成されたボイド301の連通は分断する。すなわち、図2に示したように各ボイド301の最先端は一点鎖線で示す範囲になり、ボイド301同士の相互の連通は分断される。これらボイド301間の分断により、第1溝201と第2溝202との間の連通も分断されることになる。すなわち、各センサチップの空洞部104に対してバルブ103が閉状態になる。また、共通バルブ105を構成する第1突起203と第2突起204の各周辺に形成されたボイド301の相互の連通も分断し、第1溝201と第2溝202との間の連通も分断されることになる。すなわち、共通バルブ105が閉状態になることにより排気口106との連通も分断されることになる。その結果、各センサチップの空洞部104と、ダイシングライン102と、共通バルブ105と、排気口106との間の各連通が分断される。
複数の角速度センサ100が形成された半導体基板101のダイシングライン102をダイシングソー等でダイシングし、個々の角速度センサ100に個片化する。この個片化により、各角速度センサチップ内には、バルブ103として機能させた構成が残ることになるが、上述の2回に分けた陽極接合によりバルブ103は閉じられた状態にあるため、空洞部104の真空状態は維持される。
上記図2では、上記図2では、第1溝201と第2溝202は、空洞部104とダイシングライン102に連通する直線状の溝とした場合を示したが、この構成に限定するものではなく、第1突起203と第2突起204の形状や位置関係を考慮して形状を変更してもよい。また、第1突起203と第2突起204の形状が円形である場合を示したが、この形状に限定するものではなく、第1溝201と第2溝202との位置関係やボイド301の形成範囲等を考慮して形状を変更してもよい。これらの形状や形成位置の変形例について、図6〜図10を参照して以下に説明する。
まず、第1溝201の変形例について図6を参照して説明する。第1溝201は、上述の1回目の陽極接合時に形成されるボイド301の最先端(図6(A)の点線)より第1突起203側に入っていればよく、図6(A)に示すように、第1突起203の形成位置まで延長するようにしてもよい。この場合、第1突起203は、ガラス基板110側に形成される。但し、2回目の陽極接合が始まった時に、直ちに第1溝201と第1突起203は分離されることが好ましい。このため、図2に示したように第1溝201を形成してもよい。2回目の陽極接合が始まった時に、直ちに第1溝201と第1突起203が分離されることにより、2回目の陽極接合時に気体が空洞部104に入り込む量を減らせるため、第1溝201の先端部は、ボイド301の最先端(図6(A)の一点鎖線)に近く、第1溝201側に入る位置まで形成されることが望ましい。
図6(B)は、第1溝201と第2溝202の形状を変更した例を示す図である。第1溝201と第2溝202の形状は、第1突起203と第2突起204に対してL字型に形成されている。この場合、第1溝201と第2溝202は、1回目の陽極接合時に形成されるボイド301の最先端(図6(B)の点線)より第1突起203側と第2突起204側に共に入っており、1回目の陽極接合後の真空引きに際して排気経路としての機能を満足する。また、第1溝201の空洞部104と連通する部分と、第2溝202のダイシングライン102と連通する部分は、図2に示した第1溝201と第2溝202の各形成位置よりも第1突起203と第2突起204から離れた位置に形成されている。このため、第1溝201と第2溝202は、1回目の陽極接合時に形成されるボイド301と確実に連通し、2回目の陽極接合時にボイド301から確実に分離することができ、バルブ103としての開閉動作の安定性を向上させることができる。
次に、第1突起203と第2突起204の形状を変形例について図7を参照して説明する。図7(A)は、第1突起203と第2突起204の形状を横型の楕円に変更した例を示す図である。図7(B)は、第1突起203と第2突起204の形状を縦型の楕円に変更した例を示す図である。第1突起203と第2突起204の形状を横型の楕円又は縦型の楕円に変更すると、1回目の陽極接合時に第1突起203と第2突起204により形成されるボイド301の最先端は、図7(A)及び(B)に点線で示す位置になる。また、2回目の陽極接合時に第1突起203と第2突起204により形成されるボイド301の最先端は、図7(A)及び(B)に一点鎖線で示す位置になる。この場合、第1突起203と第2突起204により形成される各ボイド301の範囲は、図2に示した各ボイド301の範囲よりも拡大される。このため、1回目の陽極接合時に第1突起203及び第2突起204と第1溝201及び第2溝202との連通を確実にすることができ、真空引き処理の安定性を向上させることができる。
次に、図7(A)に示した横型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と第1溝201及び第2溝202との組み合わせについて、図8を参照して説明する。図8(A)は、横型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と、直線状の第1溝201及び第2溝202とを配置した例を示す図である。図8(B)は、横型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と、L字状の第1溝201及び第2溝202とを配置した例を示す図である。
次に、図7(B)に示した縦型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と第1溝201及び第2溝202との組み合わせについて、図9を参照して説明する。図9(A)は、縦型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と、直線状の第1溝201及び第2溝202とを配置した例を示す図である。図9(B)は、縦型の楕円形状にした第1突起203及び第2突起204と、L字状の第1溝201及び第2溝202とを配置した例を示す図である。
次に、バルブ103の構成を変更した例について図10を参照して説明する。図10は、バルブ103を第1突起203と第2突起204のみから構成した例を示す図である。図10では、縦型の楕円形状にした第1突起203を空洞部104の近傍に形成し、第2突起204をダイシングライン102の近傍に形成した。1回目の陽極接合時、第1突起203と第2突起204により形成される各ボイド301の最先端は、図中の点線で示す位置である。この時、各ボイド301間は連通するとともに、第1突起203側のボイド301の下端部分は空洞部104と連通し、第2突起側のボイド301の上端部分はダイシングライン102と連通する。すなわち、1回目の陽極接合時に第1突起203と第2突起204の周囲に形成されるボイド301を利用して、センサの空洞部104とダイシングライン102との間を連通することになる。これは、バルブ103の開状態に対応する。
次に、排気経路の他の構成例について図11及び図12を参照して説明する。図11は半導体基板に形成された角速度センサチップの空洞部を排気するバルブ部分の他の構成例を示す平面図であり、図12は図11の拡大領域Aの構成を示す平面図であり、図13は図11のB−B線から見た断面構成を示す図である。
Claims (14)
- 半導体基板に形成された空洞部を有し、前記空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止する封止型デバイスであって、
前記空洞部に通じるように形成された第1溝と、
前記封止型デバイスのダイシングラインに通じるように形成された第2溝と、
前記第1溝から離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と、
前記第2溝から離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第2突起と、を備え、
前記第1溝及び前記第2溝と前記第1突起及び前記第2突起により形成された前記空隙と前記ダイシングラインとを通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整したことを特徴とする封止型デバイス。 - 前記封止型デバイスは、前記半導体基板に多面付けで複数形成され、
前記ダイシングラインに通じるように形成された第1共通溝と、
前記半導体基板又は前記ガラス基板の端部に通じるように形成された第2共通溝と、
前記第1共通溝から離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との間に空隙を形成する第1共通突起と、
前記第2共通溝から離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との間に空隙を形成する第2共通突起と、を更に備え、
前記第1共通溝及び前記第2共通溝と前記ダイシングラインと前記第1共通突起及び前記第2共通突起により形成された前記空隙とを通じて前記封止型デバイス毎の前記空洞部内の気体を外部に排気して前記封止型デバイス毎の前記空洞部内を所望の真空度に調整したことを特徴とする請求項1記載の封止型デバイス。 - 半導体基板に形成された空洞部を有し、前記空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止する封止型デバイスであって、
前記空洞部に通じるように形成された第1溝と、
前記ガラス基板に形成された排気孔と、
前記排気孔に通じるように形成された第2溝と、
前記第1溝と前記第2溝の間に形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する突起と、を備え、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙と前記排気孔とを通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整したことを特徴とする封止型デバイス。 - 半導体基板に形成された空洞部を有し、前記空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止する封止型デバイスであって、
前記空洞部から離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と、
前記封止型デバイスのダイシングラインから離隔して形成され、前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第2突起と、を備え、
前記第1突起及び前記第2突起により形成された前記空隙を通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整したことを特徴とする封止型デバイス。 - 半導体基板を加工して形成された空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止して封止型デバイスを多面付けで製造する封止型デバイスの製造方法であって、
前記空洞部に通じる第1溝と前記封止型デバイスのダイシングラインに通じる第2溝とを形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と第2突起をそれぞれ前記第1溝と前記第2溝から離隔して形成し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙とを通じて前記空洞部と前記ダイシングラインが通じるように前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第1の陽極接合を行い、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙と前記ダイシングラインとを通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙とを分断し、前記空洞部と前記ダイシングラインとを分断するように、前記第1の陽極接合よりも高電圧の条件で第2の陽極接合を行うことを特徴とする封止型デバイスの製造方法。 - 半導体基板を加工して形成された空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止して封止型デバイスを多面付けで製造する封止型デバイスの製造方法であって、
前記空洞部に通じる第1溝と前記封止型デバイスのダイシングラインに通じる第2溝とを形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と第2突起をそれぞれ前記第1溝と前記第2溝から離隔して形成し、
前記ダイシングラインに通じるように第1共通溝を形成し、
前記半導体基板又は前記ガラス基板の端部に通じるように第2共通溝を形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1共通突起と第2共通突起をそれぞれ前記第1共通溝と前記第2共通溝から離隔して形成し、
前記第1共通溝及び前記第2共通溝と前記第1共通突起及び前記第2共通突起により形成された前記空隙を通じて前記空洞部と前記ダイシングラインが通じるように前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第1の陽極接合を行い、
前記第1共通溝及び前記第2共通溝と前記ダイシングラインと前記第1共通突起及び前記第2共通突起により形成された前記空隙とを通じて前記封止型デバイス毎の前記空洞部内の気体を外部に排気して所望の真空度に調整し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記第1溝及び前記第2溝により形成された前記空隙とを分断し、前記第1共通溝と前記第2共通溝とを分断し、前記封止型デバイス毎に前記空洞部と前記ダイシングラインとを分断するように、前記第1の陽極接合よりも高電圧の条件で前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第2の陽極接合を行うことを特徴とする封止型デバイスの製造方法。 - 前記第1溝及び前記第2溝は、前記半導体基板側又は前記ガラス基板側に形成することを特徴とする請求項5記載の封止型デバイスの製造方法。
- 前記第1溝及び前記第2溝と前記第1共通溝及び前記第2共通溝は、前記半導体基板側又は前記ガラス基板側に形成することを特徴とする請求項6記載の封止型デバイスの製造方法。
- 前記第1突起及び前記第2突起は、前記半導体基板側又は前記ガラス基板側に形成することを特徴とする請求項5記載の封止型デバイスの製造方法。
- 前記第1突起及び前記第2突起と前記第1共通突起及び前記第2共通突起は、前記半導体基板側又は前記ガラス基板側に形成することを特徴とする請求項6記載の封止型デバイスの製造方法。
- 前記空洞部と前記ダイシングラインとを分断する際に、前記第1の陽極接合よりも高温度の条件で前記第2の陽極接合を行うことを特徴とする請求項5又は6記載の封止型デバイスの製造方法。
- 半導体基板を加工して形成された空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止して封止型デバイスを多面付けで製造する封止型デバイスの製造方法であって、
前記空洞部に通じる第1溝を形成し、
前記ガラス基板に排気孔を形成し、
前記排気孔に通じる第2溝を形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する突起を前記第1溝と前記第2溝の間に形成し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙を通じて前記空洞部と前記排気孔が通じるように、前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第1の陽極接合を行い、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙と前記排気孔とを通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙とを分断し、前記空洞部と前記排気孔とを分断するように、前記第1の陽極接合よりも高電圧の条件で前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第2の陽極接合を行うことを特徴とする封止型デバイスの製造方法。 - 半導体基板を加工して形成された空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止して封止型デバイスを多面付けで製造する封止型デバイスの製造方法であって、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と第2突起をそれぞれ前記空洞部と前記封止型デバイスのダイシングラインから離隔して形成し、
前記第1突起及び前記第2突起により形成された前記空隙を通じて前記空洞部と前記ダイシングラインが通じるように前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第1の陽極接合を行い、
前記空隙と前記ダイシングラインを通じて前記空洞部内の気体を排気して所望の真空度に調整し、
前記第1突起の空隙と前記第2突起の空隙を分断し、前記空洞部と前記ダイシングラインが分断するように、前記第1の陽極接合よりも高電圧の条件で前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する第2の陽極接合を行うことを特徴とする封止型デバイスの製造方法。 - 半導体基板を加工して形成された空洞部を少なくとも一枚のガラス基板で封止して封止型デバイスを多面付けで製造する封止型デバイスの製造方法であって、
前記空洞部に通じる第1溝と前記封止型デバイスのダイシングラインに通じる第2溝とを形成し、
前記半導体基板と前記ガラス基板との接合部分に空隙を形成する第1突起と第2突起をそれぞれ前記第1溝と前記第2溝から離隔して形成し、
前記第1溝及び前記第2溝と前記空隙と前記ダイシングラインとを通じて前記空洞部内の気体を排気しながら所望の真空度に調整するように、前記半導体基板と前記ガラス基板を接合する電圧を徐々に上げる陽極接合を行うことを特徴とする封止型デバイスの製造方法。
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