JP5540911B2 - 半導体装置 - Google Patents

Description

本発明は、モールド樹脂が形成された半導体装置とその製造方法に関する。

半導体装置は、基板上に形成された素子と、基板および素子を覆うように形成されたモールド樹脂とを備えることがある。モールド樹脂は、外部からの水分や異物などから素子を保護するために形成される。ここで、モールド樹脂は、基板又は素子に表面保護膜として形成された窒化膜を介して基板と素子を覆うことが多い。特許文献１には、表面保護膜として形成された窒化膜上にモールド樹脂を備える半導体装置が開示されている。この場合、モールド樹脂は窒化膜に対し隙間なく密着していることが望ましい。

特開２００６−３１０５０８号公報

窒化膜は、耐湿性や機械的強度に優れるため、表面保護膜として広く用いられている。しかしながら、窒化膜には高い引張応力が残存しているため、窒化膜上にモールド樹脂を形成するとモールド樹脂が剥離してしまうことがあった。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、表面保護膜として窒化膜を形成しつつ、モールド樹脂の剥離を抑制できる半導体装置とその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、基板と、該基板上に形成された素子と、該基板上に形成された窒化膜と、該窒化膜上に直接接するように形成された剥離防止膜と、該剥離防止膜と該素子を覆うように形成されたモールド樹脂と、該基板上に形成され、かつ該モールド樹脂で覆われた複数の電極パッドと、を備え、該剥離防止膜は圧縮応力が残留した膜であって、該窒化膜の引張応力を相殺して両者の応力が弱められ、該素子は、導体からなる可動部、導体からなる支持部、導体からなる封止部と、該封止部上に固定されるガラスキャップを備える加速度センサのセンサ部であり、該基板内には配線層が形成され、該センサ部の該支持部と該複数の電極パッドは該配線層によって電気的に接続され、該封止部と該封止部の直下領域に形成される該配線層との間には、該窒化膜と該剥離防止膜とが形成されたことを特徴とする半導体装置。

本発明によれば、表面保護膜として窒化膜を形成しつつ、モールド樹脂の剥離を抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。 窒化膜にポリシリコンが形成された状態を示す図である。 犠牲膜が形成された状態を示す図である。 可動部、支持部、及び封止部が形成された状態を示す図である。 電極パッドが形成された状態を示す図である。 犠牲膜がフッ酸によりエッチングされた状態を示す図である。 ガラスキャップが取り付けられた状態を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。半導体装置１０は加速度センサで構成されている。半導体装置１０はＳｉ板１２を備えている。Ｓｉ板１２上には絶縁膜１４が形成されている。絶縁膜１４上には配線層１６が形成されている。絶縁膜１４の表面と配線層１６の表面は、段差なく接続されている。なお、Ｓｉ板１２、絶縁膜１４及び配線層１６はまとめて基板１８と称することがある。

絶縁膜１４上と配線層１６上には窒化膜２０が形成されている。窒化膜２０は配線層１６の一部を露出させるように開口を有している。窒化膜２０上にはポリシリコン２２が形成されている。ポリシリコン２２には、圧縮応力が残存している。

半導体装置１０には、加速度センサの梁となる可動部２４が形成されている。また、可動部２４を支持する支持部２６が形成されている。支持部２６は、窒化膜２０の開口を通じて配線層１６と接している。窒化膜２０上には、可動部２４と支持部２６を囲むように封止部２８が形成されている。封止部２８上にはガラスキャップ３０が固定されている。封止部２８とガラスキャップ３０により空間３４が確保されている。空間３４内部には前述の可動部２４と支持部２６が封止されている。なお、可動部２４、支持部２６、封止部２８、及びガラスキャップ３０はまとめてセンサ部と称することがある。

窒化膜２０上には電極パッド３２が形成されている。電極パッド３２は外部との電気的接続をとるために形成されている。電極パッド３２の一部は窒化膜２０の開口を通じて配線層１６と接している。よって電極パッド３２と支持部２６は配線層１６を介して電気的に接続されている。そして、ポリシリコン２２、センサ部、及び電極パッド３２を覆うようにモールド樹脂３６が形成されている。モールド樹脂３６はセンサ部及び電極パッド３２を水分や異物などから保護するために形成されている。

図２は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の平面図である。図２ではモールド樹脂３６の表示を省略している。図２に示すように、上述したポリシリコン２２はセンサ部と電極パッド３２の間、及び電極パッド３２同士の間に形成されている。

図３は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。図３に沿って半導体装置１０の製造方法について説明する。まず、窒化膜２０上にポリシリコン２２が形成される（ステップ５０）。図４は窒化膜２０上にポリシリコン２２が形成された状態を示す図である。

次いで、窒化膜２０上に犠牲膜７０が形成される（ステップ５２）。犠牲膜７０は可動部２４、支持部２６、及び封止部２８の形状を決めるために利用され、その後除去される膜である。図５は犠牲膜７０が形成された状態を示す図である。

次いで、可動部２４、支持部２６、及び封止部２８が形成される（ステップ５４）。可動部２４、支持部２６、及び封止部２８はいずれも導体である。図６は可動部２４、支持部２６、及び封止部２８が形成された状態を示す図である。次いで電極パッド３２が形成される（ステップ５６）。図７は電極パッド３２が形成された状態を示す図である。

次いで、犠牲膜７０が除去される（ステップ５８）。犠牲膜７０はフッ酸によるエッチングによって除去される。このとき、ポリシリコン２２はフッ酸処理でエッチングされることなく残存する。図８は犠牲膜７０がフッ酸によりエッチングされた状態を示す図である。

次いで、封止部２８上にガラスキャップ３０が取り付けられる（ステップ６０）。図９はガラスキャップ３０が取り付けられた状態を示す図である。最後に、モールド樹脂３６が形成される（ステップ６２）。上述の製造方法により図１に示す半導体装置１０が製造される。

ところで、窒化膜には強い引張応力が残存するため、窒化膜上にモールド樹脂を形成するとモールド樹脂が剥離することがあった。しかし、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によればモールド樹脂の剥離を防止できる。すなわち、引張応力が残留する窒化膜２０上に、圧縮応力が残留するポリシリコン２２が形成されているため、両者の応力は相殺されて弱められる。そして、モールド樹脂３６は応力の弱いポリシリコン２２上に形成されている。よって窒化膜２０を形成しつつ、モールド樹脂３６の剥離を防止できる。

図２を参照して説明したように、ポリシリコン２２は、センサ部と電極パッド３２の間、及び電極パッド３２同士の間に形成されている。従って、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０によれば、センサ部と電極パッド３２の間におけるモールド樹脂の剥離を防止できる。このため、センサ部と電極パッド３２の間のショートを防止できる。また、電極パッド３２の間のモールド樹脂の剥離を防止できるので電極パッド３２間のショートも防止できる。

モールド樹脂の剥離防止のためには、モールド樹脂とそれに接する材料の線膨張係数についても考慮すべきである。本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０では、モールド樹脂３６、ポリシリコン２２、窒化膜２０の線膨張係数はそれぞれ１７[ｐｐｍ／Ｋ]、２．５[ｐｐｍ／Ｋ]、２．８[ｐｐｍ／Ｋ]程度である。モールド樹脂３６とそれに接するポリシリコン２２及び窒化膜２０の線膨張係数は近似した値であるため、線膨張係数の乖離によるモールド樹脂の剥離を防止できる。

ポリシリコン２２はフッ酸によりエッチングされない材料である。そのため、フッ酸処理前にポリシリコン２２を形成することができる。これにより窒化膜２０形成後の表面がほぼ平坦な状態においてポリシリコン２２を形成できるため、ポリシリコン２２のパターニングなどの加工が容易にできる。

図１０は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。ポリシリコン７２は電極パッド３２を囲むように形成されている。よって、電極パッド３２の周りにおけるモールド樹脂の剥離を防止できる。図１１は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す平面図である。ポリシリコン７４は、電極パッド３２とセンサ部を囲むように形成されている。よって、電極パッド３２の周り、及びセンサ部の周りにおけるモールド樹脂の剥離を防止できる。

半導体装置１０は加速度センサで形成したが、本発明はこれに限定されない。つまり、本発明は窒化膜上にモールド樹脂を形成する場合に広く応用できる。また、本発明の実施の形態１におけるセンサ部は、なんらかの素子であれば特に限定されない。

本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０では、モールド樹脂３６の剥離を防止する剥離防止膜としてポリシリコン２２を用いたが、本発明はこれに限定されない。剥離防止膜に求められる特性は、圧縮応力が残留していること、線膨張係数が窒化膜及びモールド樹脂の線膨張係数と近似すること、フッ酸でエッチングされないことである。剥離防止膜はこれらの特性を有する限り特に限定されない。よって、例えばアモルファスシリコン膜を剥離防止膜として用いることができる。なお、フッ酸処理前に剥離防止膜を形成する必要がないときは、剥離防止膜はフッ酸によりエッチングされる材料でも良い。

実施の形態２．
図１２は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。半導体装置７６については、本発明の実施の形態１に係る半導体装置１０と類似点が多いため、半導体装置１０との相違点のみ説明する。半導体装置７６は、ポリシリコン７８を備える。ポリシリコン７８はセンサ部分と電極パッド３２の間だけでなく、封止部２８の直下にも形成されている。これにより封止部２８と配線層１６の間には、窒化膜２０とポリシリコン７８が形成されていることとなる。

本発明の実施の形態２に係る半導体装置によれば、窒化膜２０にピンホールなどの欠陥があったとしても、その後に当該ピンホールを覆うように高抵抗のポリシリコン７８が形成される。よって、封止部２８の直下領域に配線層１６が形成されていても、両者間のショートを確実に防止できる。なお、半導体装置７６は、本発明の実施の形態１と同程度の変形が可能である。

１０ 半導体装置、 １８ 基板、 ２０ 窒化膜、 ２２ ポリシリコン、 ３６ モールド樹脂

Claims (2)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された素子と、
   前記基板上に形成された窒化膜と、
   前記窒化膜上に直接接するように形成された剥離防止膜と、
   前記剥離防止膜と前記素子を覆うように形成されたモールド樹脂と、
   前記基板上に形成され、かつ前記モールド樹脂で覆われた複数の電極パッドと、を備え、
   前記剥離防止膜は圧縮応力が残留した膜であって、前記窒化膜の引張応力を相殺して両者の応力が弱められ、
   前記素子は、導体からなる可動部、導体からなる支持部、導体からなる封止部と、前記封止部上に固定されるガラスキャップを備える加速度センサのセンサ部であり、
   前記基板内には配線層が形成され、
   前記センサ部の前記支持部と前記複数の電極パッドは前記配線層によって電気的に接続され、
   前記封止部と前記封止部の直下領域に形成される前記配線層との間には、前記窒化膜と前記剥離防止膜とが形成されたことを特徴とする半導体装置。
2. 前記剥離防止膜はポリシリコン又はアモルファスシリコンで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。

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