JPH08316497A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH08316497A
JPH08316497A JP7120138A JP12013895A JPH08316497A JP H08316497 A JPH08316497 A JP H08316497A JP 7120138 A JP7120138 A JP 7120138A JP 12013895 A JP12013895 A JP 12013895A JP H08316497 A JPH08316497 A JP H08316497A
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Shinji Yoshihara
晋二 吉原
Katsuhiko Kanamori
勝彦 金森
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Abstract

(57)【要約】 【目的】保護キャップを有する半導体装置を容易に製造
する。 【構成】シリコンウェハ３２には可動ゲートＭＯＳトラ
ンジスタ（センサ素子；機能素子）が形成されている。
シリコンウェハ３２の表面における素子の形成領域の周
囲に、シリコン薄膜よりなる接合枠２１をパターニング
する。キャップ形成用シリコンウェハ３３には脚部２３
が突設され、脚部２３の底面に金の膜よりなる接合層２
４のパターンが形成されている。キャップ形成用シリコ
ンウェハ３３をシリコンウェハ３２上に配置し、金／シ
リコン共晶温度以上に加熱してシリコンウェハ３２の接
合枠２１とキャップ形成用シリコンウェハ３３の接合層
２４とを接合し、両ウェハ３２，３３を各チップ毎にダ
イシングする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、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。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体加速度センサやマイクロダ
イヤフラム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（振動部）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。又、このような半導体装置にお
いて、可動部（振動部）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（例えば、特開平５−
３２６７０２号公報等）。このキャップにてウェハから
チップにダイシングカットする際の水圧や水流から可動
部（振動部）を保護することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
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
造技術が求められているにもかかわらず、その手法等は
確立されていないのが現状である。
【０００４】そこで、この発明の目的は、保護キャップ
を有する半導体装置を容易に製造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。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、半導体基板の表面に機能素子が形成されるととも
に、半導体基板の表面において機能素子に対し空隙をも
って覆うキャップが設けられた半導体装置の製造方法で
あって、機能素子形成用の半導体ウェハの表面における
機能素子の形成領域の周囲に、シリコン薄膜よりなる接
合枠をパターニングするとともに、キャップ形成用ウェ
ハにおける前記接合枠パターンに対応する部位に金の膜
よりなる接合層をパターニングする第１工程と、前記半
導体ウェハの接合枠と前記キャップ形成用ウェハの接合
層とが接触する状態にて、金／シリコン共晶温度以上に
加熱して前記半導体ウェハの接合枠と前記キャップ形成
用ウェハの接合層とを接合する第２工程と、前記半導体
ウェハを各チップ毎にダイシングする第３工程とを備え
た半導体装置の製造方法をその要旨とする。
【０００６】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記キャップは機能素子の形成領域の周
囲に対応する部位に脚部を有し、前記第２工程でのキャ
ップ形成用ウェハは脚部の先端面に接合層が形成される
ものである前記第２工程におけるキャップ形成用ウェハ
は脚部が突設され、当該領域に接合層が形成されるもの
である半導体装置の製造方法をその要旨とする。
【０００７】請求項３に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前記接合層となる金の膜を、電気シー
ルド層としてキャップの内面に配置する工程を含む半導
体装置の製造方法をその要旨とする。
【０００８】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記機能素子は、シリコン薄膜よりなる
梁構造の可動ゲート電極と、固定ソース電極および固定
ドレイン電極を有し、可動ゲート電極の形成時に前記接
合枠を同時に形成する工程を含む半導体装置の製造方法
をその要旨とする。
【０００９】請求項５に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記キャップ形成用ウェハでの接合層の
表面には、金／シリコン共晶温度以下で共晶を形成する
膜が配置され、前記第２工程は、この膜を介して前記半
導体ウェハの接合枠と前記キャップ形成用ウェハの接合
層とを接合する工程を含む半導体装置の製造方法をその
要旨とする。
【００１０】請求項６に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記第２工程は、シリコンよりなるキャ
ップ形成用ウェハと前記接合層との間に金の拡散防止層
を設けた後に前記半導体ウェハの接合枠と前記キャップ
形成用ウェハの接合層とを接合する工程を含む半導体装
置の製造方法をその要旨とする。
【００１１】請求項７に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における前記キャップ形成用ウェハをウェハ支持
部材に接着して、キャップ形成用ウェハに対し各チップ
毎のキャップに区画形成するための切り込みを入れ、キ
ャップ形成用ウェハと半導体ウェハとを接合した後に、
キャップ形成用ウェハからウェハ支持部材を分離してキ
ャップ形成用ウェハの不要部を除去する工程を含む半導
体装置の製造方法をその要旨とする。
【００１２】請求項８に記載の発明は、請求項１に記載
の発明における第２工程のウェハ接合は真空雰囲気下ま
たは不活性ガス雰囲気下または一定圧力下で行い、キャ
ップ内を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気または一定
圧力にする半導体装置の製造方法をその要旨とする。
【００１３】
【作用】請求項１に記載の発明によれば、第１工程によ
り、機能素子形成用の半導体ウェハの表面における機能
素子の形成領域の周囲に、シリコン薄膜よりなる接合枠
がパターニングされるとともに、キャップ形成用ウェハ
における接合枠パターンに対応する部位に金の膜よりな
る接合層がパターニングされ、第２工程により、半導体
ウェハの接合枠とキャップ形成用ウェハの接合層とが接
触する状態にて、金／シリコン共晶温度以上に加熱して
半導体ウェハの接合枠とキャップ形成用ウェハの接合層
とが接合される。第３工程により、半導体ウェハが各チ
ップ毎にダイシングされる。
【００１４】このようにシリコン薄膜よりなる接合枠を
パターニングするとともに、キャップ形成用ウェハに金
の膜よりなる接合層をパターニングし、両ウェハを接合
したので、通常の半導体製造技術を用いて機能素子を覆
う保護キャップを有する半導体装置が容易に製造され
る。
【００１５】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、第２工程において、キャッ
プ形成用ウェハの脚部の先端面に接合層が形成される。
この脚部によりキャップ形成用ウェハと半導体ウェハと
が対向する面の距離を長くとることができ、キャップ形
成用ウェハのダイシングがやりやすくなる。
【００１６】請求項３に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、接合層となる金の膜がキャ
ップの内面に配置され、この金の膜を一定電圧とするこ
とにより電気シールド層となる。
【００１７】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、機能素子の可動ゲート電極
の形成時に接合枠が同時に形成される。請求項５に記載
の発明によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、
キャップ形成用ウェハにおける接合層の表面には、金／
シリコン共晶温度以下で共晶を形成する膜が配置され、
第２工程において、この膜を介して半導体ウェハの接合
枠とキャップ形成用ウェハの接合層とが接合される。こ
の際、シリコン薄膜よりなる接合枠の表面に形成された
酸化膜を破って固液界面が作られ良好な共晶反応を行わ
せることができる。
【００１８】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、第２工程において、シリコ
ンよりなるキャップ形成用ウェハと接合層との間に金の
拡散防止層を設けた後に半導体ウェハの接合枠とキャッ
プ形成用ウェハの接合層とが接合される。この際、キャ
ップ形成用ウェハへの金の拡散を防止して、接合面での
ボイドの発生が防止される。
【００１９】請求項７に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、キャップ形成用ウェハをウ
ェハ支持部材に接着して、キャップ形成用ウェハに対し
各チップ毎のキャップに区画形成するための切り込みを
入れ、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとを接合し
た後に、キャップ形成用ウェハからウェハ支持部材を分
離してキャップ形成用ウェハの不要部が飛散することな
く確実に除去される。
【００２０】請求項８に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の作用に加え、第２工程においてウェハ接
合が真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下または一定
圧力下で行われ、キャップ内が真空雰囲気または不活性
ガス雰囲気または一定圧力にされる。
【００２１】
【実施例】
（第１実施例）以下、この発明を半導体加速度センサに
具体化した第１実施例を図面に従って説明する。
【００２２】図１は、本実施例の可動ゲートＭＯＳトラ
ンジスタ型加速度センサの平面図を示す。又、図２には
図１のＡ−Ａ断面を示し、図３には図１のＢ−Ｂ断面を
示す。
【００２３】半導体基板としてのＰ型シリコン基板１上
にはフィールド酸化膜２が形成されるとともにその上に
窒化シリコン膜３が形成されている。又、Ｐ型シリコン
基板１上には、フィールド酸化膜２および窒化シリコン
膜３の無い長方形状の領域４が形成されている。又、領
域４におけるＰ型シリコン基板１の上にはゲート絶縁膜
５が形成されている。窒化シリコン膜３の上には、領域
４を架設するように両持ち梁構造の可動ゲート電極６が
配置されている。この可動ゲート電極６は帯状にて直線
的に延びるポリシリコン薄膜よりなる。又、フィールド
酸化膜２および窒化シリコン膜３よりＰ型シリコン基板
１と可動ゲート電極６とが絶縁されている。
【００２４】図３において、Ｐ型シリコン基板１上にお
ける可動ゲート電極６の両側には不純物拡散層からなる
固定ソース電極７と固定ドレイン電極８が形成され、こ
の電極７，８はＰ型シリコン基板１にイオン注入等によ
りＮ型不純物を導入することにより形成されたものであ
る。
【００２５】図２に示すように、Ｐ型シリコン基板１に
はＮ型不純物拡散領域９が延設され、Ｎ型不純物拡散領
域９はアルミ１０により可動ゲート電極６と接続される
とともにアルミ配線１１と電気的に接続されている。ア
ルミ配線１１の他端部はアルミパッド（電極パッド）１
２として窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６か
ら露出している。又、図３に示すように、Ｐ型シリコン
基板１にはＮ型不純物拡散領域１３が延設され、Ｎ型不
純物拡散領域１３は固定ソース電極７と接続されるとと
もにアルミ配線１４と電気的に接続されている。アルミ
配線１４の他端部はアルミパッド（電極パッド）１５と
して窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６から露
出している。さらに、Ｐ型シリコン基板１にはＮ型不純
物拡散領域１７が延設され、Ｎ型不純物拡散領域１７は
固定ドレイン電極８と接続されるとともにアルミ配線１
８と電気的に接続されている。アルミ配線１８の他端部
はアルミパッド（電極パッド）１９として窒化シリコン
膜３およびシリコン酸化膜１６から露出している。
【００２６】尚、後述するように可動ゲート電極６以外
の領域はシリコン酸化膜１６の上にさらに最終保護膜と
なる窒化シリコン膜を形成する。そして、アルミパッド
１２，１５，１９はボンディングワイヤにて外部の電子
回路と接続されている。
【００２７】図３に示すように、Ｐ型シリコン基板１に
おける固定ソース電極７と固定ドレイン電極８との間に
は、反転層２０が形成され、同反転層２０はシリコン基
板１と可動ゲート電極（両持ち梁）６との間に電圧を印
加することにより生じたものである。
【００２８】そして、加速度検出の際には、可動ゲート
電極６とシリコン基板１との間に電圧をかけると、反転
層２０が形成され、固定ソース電極７と固定ドレイン電
極８との間に電流が流れる。そして、本加速度センサが
加速度を受けて、図３中に示すＺ方向（基板表面に垂直
な方向）に可動ゲート電極６が変化した場合には電界強
度の変化によって反転層２０のキャリア濃度が増大し電
流（ドレイン電流）が増大する。このように、本加速度
センサは、シリコン基板１の表面に機能素子としてのセ
ンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）が形成さ
れ、電流量の増減で加速度を検出することができる。
【００２９】シリコン酸化膜１６の上において、センサ
素子の形成領域の周囲にポリシリコン薄膜よりなる接合
枠２１が形成されている。接合枠２１は帯状をなし、か
つ、環状（より詳しくは、四角環状）に配置されてい
る。接合枠２１の外側における接合枠２１の周辺にアル
ミパッド（電極パッド）１２，１５，１９が配置されて
いる。
【００３０】キャップ２２は四角形状のシリコン基板よ
りなり、このキャップ２２の下面に環状の脚部２３が設
けられている。この脚部２３はシリコン基板を局所的に
エッチングすることにより形成したものである。脚部２
３の先端面（下面）には、接合層２４が形成されてい
る。接合層２４は金（Ａｕ）のメッキ膜よりなる。接合
層（Ａｕ膜）２４と接合枠２１とが接合されている。つ
まり、Ａｕ−Ｓｉ合金層を形成して接合されている。よ
り詳しくは、接合枠（ポリシリコン薄膜）２１と接合層
（Ａｕ膜）２４とをＡｕ／Ｓｉ共晶温度の３６３℃以上
に加熱して共晶反応により接合されている。
【００３１】このように、接合枠２１に対して接合層２
４を形成したキャップ２２を接合することにより、シリ
コン基板１の表面においてキャップ２２内の空隙２５に
センサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）が封止さ
れた構造となっている。
【００３２】次に、キャップ２２を用いた封止構造を形
成するための工程について説明する。まず、接合枠２１
の成形工程を、図４〜図８に従って説明する。尚、本実
施例の場合、センサ部（可動ゲート電極６）の他にその
制御回路等も同時にウェハ上に形成することもあるが、
その工程については省略して説明する。
【００３３】まず、図４に示すように、シリコン基板１
となるシリコンウェハ（半導体ウェハ）３２にフィール
ド酸化膜２およびゲート絶縁膜５、不純物拡散層（固定
ソース電極７、固定ドレイン電極８、拡散領域９，１
３，１７）、引き出し用アルミ配線１４等が形成され、
さらにエッチングストッパとなる窒化シリコン膜３がパ
ターニングされる。その上に犠牲エッチング層となるシ
リコン酸化膜２６を形成し、所望の形状にパターニング
する。そして、その上に可動ゲート電極および接合枠と
なるポリシリコン薄膜２７を堆積するとともにホトレジ
スト２８を配置する。
【００３４】さらに、図５に示すように、ポリシリコン
薄膜２７を通常のホトリソ工程によりパターニングして
可動ゲート電極形成領域にポリシリコン薄膜２７ａを配
置するとともに接合枠形成領域（ウェハの表面における
センサ素子の形成領域の周囲）にポリシリコン薄膜２７
ｂを配置する。この際、接合枠形成領域のポリシリコン
薄膜２７ｂは、可動ゲート電極形成領域のポリシリコン
薄膜２７ａから必要最小限の間隔をおいて配置する。
【００３５】引き続き、図６に示すように、シリコンウ
ェハ３２の上にＩＣチップの最終保護膜となる絶縁膜２
９（例えばプラズマＣＶＤ法による窒素シリコン膜）を
形成し、可動ゲート電極形成領域の周辺および接合枠形
成領域、図示してないがＩＣチップのアルミパッド部以
外の領域を保護するようにパターニングする。さらに、
絶縁膜２９の上にホトレジスト３０を形成する。そし
て、図７に示すように、ホトレジスト３０を用いて絶縁
膜２９を窓開けする 次に、図８に示すように、ホトレジスト３１を用いてフ
ッ酸系のエッチング液でシリコン酸化膜２６の犠牲層エ
ッチングを行い、可動ゲート電極形成領域のポリシリコ
ン薄膜２７ａの周囲のシリコン酸化膜２６のみをエッチ
ングする。これにより、可動ゲート電極６の周囲に空隙
を確保するとともに、接合枠２１の表面の自然酸化膜を
極力除去することができる。最後に、ホトレジスト３１
を除去して接合枠２１の形成工程は完了する。この場
合、接合枠２１の形成のための特別な工程の増加を招く
ことなく実施することができる。つまり、シリコン薄膜
よりなる梁構造の可動ゲート電極６の形成時に接合枠２
１を同時に形成したので、接合枠２１を容易に製造でき
る。
【００３６】以上のような工程により接合枠２１を形成
することができる。これらの接合枠２１の上面は可動ゲ
ート電極６の上面よりも上方に配置することが望まし
い。接合枠２１をシリコン薄膜で形成すると、シリコン
表面に自然酸化膜（厚さ；数ｎｍ）が生成してＡｕとの
密着性を阻害し、共晶反応が進まないという不具合が発
生するおそれがある。これについては前述したようにフ
ッ酸液による犠牲層エッチング処理後、直ちに接合工程
を実施するか、直ちに実施できない場合には改めてＣＦ
4 系ガスによる酸化膜のライチエッチを実施し、その後
直ちに接合工程を実施すればよい。
【００３７】このような手法の他にシリコン上の自然酸
化膜を積極的に破って良好な接合を得る手段として、キ
ャップ２２側の接合層となる金属膜（Ａｕ膜）２４の表
面に、Ａｕ／Ｓｉ共晶温度（３６３℃）以下で溶融する
材料の薄膜（膜厚；０．１μｍ程度）を形成してもよ
い。具体的には、Ｓｉ膜やＧｅ膜やＳｎ膜等を用いる
（Ａｕ−Ｇｅ共晶温度；３５６℃、Ａｕ−Ｓｎ共晶温
度；２８０℃）。この薄膜を、図１１において符号５２
で示す。このようにすることにより、接合時に一旦、共
晶温度以上に温度を上げＡｕ表面層を溶融することによ
り接合枠２１のシリコン膜表面の酸化膜を破って固液界
面を作り、良好な共晶反応をさせることができる。
【００３８】次に、キャップ２２に形成する接合層（Ａ
ｕ膜）２４の形成工程について説明する。キャップ２２
として本実施例で用いるシリコンウェハは、耐湿性が確
保しやすく、ウェハとして比較的低コストで安定して供
給されている。尚、キャップ材としてシリコンウェハを
用いた場合には接合する相手基板がシリコンであるため
熱膨張による応力を小さく抑えることができ、信頼性の
点で有利となる。
【００３９】図９，１０に示すように、接合層２４を形
成するキャップ形成用シリコンウェハ３３として、セン
サ等が形成されているシリコンウェハと同サイズのもの
を用意する。そして、図１１に示すように、キャップ材
としてシリコン（１００）面ウェハ３３を用いる場合に
おいて、シリコン酸化膜をパターニングマスクとしてア
ルカリ性エッチング液による異方性エッチングにより脚
部２３を形成する。これは、ダイヤフラム型圧力センサ
等の製造によく用いられている手法である。又、この脚
部２３は接合枠パターンに対応する部位に形成される。
【００４０】次に、脚部２３の底面（先端面）に接合層
２４を形成する。より詳しくは、キャップ形成用シリコ
ンウェハ３３に対し、Ａｕ膜との接着性をよくするため
に下地メタル層（Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｒ等で膜厚０．１μｍ
程度；基板がガラスの場合はこの下地メタルは必須）を
形成した後、メッキ法により数μｍ厚のＡｕ膜を形成す
る（２〜５μｍ程度が適当）。その後、通常のホトリソ
法を用いてパターニングする。パターンの線幅は０．１
〜０．３ｍｍ程度が適当である。接合層２４の線幅は接
合枠２１の線幅より細くなるようにし、確実に接触面が
確保できるように設計する。
【００４１】このとき、下地メタルおよびＡｕメッキ膜
を被覆してキャップ内壁全面を導電層で覆うと、キャッ
プにＥＭＩシールドの効果をもたせることができる。つ
まり、図２，３において一点鎖線にて示すようにキャッ
プ２２の内面にＡｕ膜５１を配置し、基板におけるグラ
ンド電位とすることにより電気シールド層として機能さ
せることができる。このようにして、接合枠２１を導電
性の材料（Ａｕ）で形成し、Ａｕ膜をキャップ内壁に形
成し、かつ、素子形成用シリコンウェハ側の基準電位と
接続することにより、電磁障害（ＥＭＩ）に対してシー
ルド効果を持たせることができる。より詳しくは、キャ
ップ全体を導電層で覆ってシールド効果を持たせること
ができるため、内部の機能素子に対するノイズの影響を
低減させたり、逆に内部の機能素子から出るノイズを外
部に出さないということができる。このことは、機能素
子の種類に依らず、電子回路等に対しても同様の効果が
期待でき、汎用性がある。
【００４２】又、Ａｕの使用量を低減させたい場合には
キャップ脚部２３の底面とその内側のキャップ内面のみ
に下地メタルをマスク蒸着し、Ａｕの選択メッキを施し
て接合層を形成する。
【００４３】又、キャップの脚部２３の幅は前述したよ
うに接合枠２１の線幅より細くなるように設計しておく
が、この際、本実施例のように、キャップの脚部２３を
形成した場合にはキャップを接合枠２１に加圧する際に
脚部２３底面部で接触面の確保がしやすくなるため、よ
りよい封止特性を得やすいという利点がある。又、Ａｕ
とポリシリコンの共晶反応による合金層においてボイド
等のない良好な接合層を形成にはＡｕのＳｉ側への拡散
を極力、抑えることが望ましい。このためキャップとな
るシリコン表面に拡散防止層としての酸化膜（図１１に
おいて符号５３で示す）を形成した後、下地メタル層を
形成する。このようにして接合することにより酸化膜が
Ａｕの拡散を防ぐバリア層となり、不必要なＡｕの移動
を防止することができボイドの発生を防止することがで
きる。
【００４４】次に、シリコンウェハ３２へのキャップ形
成用シリコンウェハ３３の接合およびウェハダイシング
カットを説明する。図１２に示すように、脚部２３を形
成したキャップ形成用シリコンウェハ３３を、センサ等
が形成されたシリコンウェハ（半導体ウェハ）３２に位
置合わせして、シリコン薄膜よりなる接合枠２１と脚部
２３に形成された接合層２４（Ａｕ膜）を重ね合わせ、
熱圧着する。より詳細には、加熱温度は４００℃前後で
（ＡｕとＳｉの共晶温度；３６３℃）、加重は０．２〜
１Ｋｇ／ｍｍ2 程度、処理時間数十分で接合する。
【００４５】位置合わせの方法として、キャップ形成用
シリコンウェハ３３を予め図１４に示すようにシリコン
ウェハ３２のダイシングラインに相当する部位に対して
Ｘ，Ｙ方向にそれぞれにダイシングカットにより基準ラ
インを形成する。このラインを基準にしてシリコンウェ
ハ３２のダイシングラインとを位置合わせしてキャップ
形成用シリコンウェハ３３をシリコンウェハ３２にマウ
ントし、圧着する。又、パターン認識機構を有するマウ
ンタを用いればキャップ形成用シリコンウェハ３３およ
びシリコンウェハ３２のそれぞれにマークを設けて容易
に位置合わせすることが可能である。
【００４６】マウント精度としては±十数μｍ以下であ
れば十分である。又、ウェハ接合の際に２枚のウェハの
接合を真空雰囲気下または不活性ガス雰囲気下または一
定圧力下で行うことにより、キャップ内を真空雰囲気ま
たは不活性ガス雰囲気または一定圧力にすることができ
る。つまり、機能素子を形成したシリコンウェハ表面に
形成した接合枠２１と、キャップ２２との接合が金属合
金により気密性の高い状態でなされているので、キャッ
プ２２内の圧力を固定できる（例えば真空封止が可能と
なる）。より詳しくは、密閉構造とすることができるた
めキャップ内を真空に保ち、センサ感度を良好に保つこ
とができる。あるいは、キャップ内を不活性ガスで満た
して劣化を防止したり、キャップ内部を一定の圧力とし
て圧力センサに具体化した場合の基準圧力が得られる。
【００４７】このようにして、キャップ材の接合が行わ
れ、この際、キャップ２２に脚部２３を設けたことによ
り、空隙２５の間隔を十分大きくとることができる。こ
のようにチップ化する前のキャップ形成用シリコンウェ
ハ３３を一括接合した後、図１３に示すように、キャッ
プ形成用シリコンウェハ３３に対し符号３４にて示す位
置で切断し必要部分だけ残して除去する。
【００４８】キャップ形成用シリコンウェハ３３の切断
箇所について図１５に示す。センサ素子の可動ゲート電
極（可動部）を保護するのに必要最小限（マウント精度
やダイシングカット精度を考慮して設定する）のサイズ
で切断する場合において、図１５の切断箇所Ｃで切断す
る。尚、キャップ部切断後の不要チップの飛散から素子
形成シリコンウェハ３２の表面を極力保護する必要があ
る場合には、図１６の切断箇所Ｄのように必要な電極パ
ッド以外のところを覆うように許せる限りスクライブラ
イン寄りに切断する。
【００４９】キャップ形成用シリコンウェハ３３を切断
する場合のダイシングカット時の断面模式図を図１７に
示す。図１７において、キャップ形成用シリコンウェハ
３３の切断位置は、符号３４で示す位置であるが、この
時、ダイシングソーの刃がシリコンウェハ３２の表面を
傷つけないように注意する。このために、キャップ形成
用シリコンウェハ３３の脚部２３が重要な役割をする。
すなわち、ダイシングソーのウェハ固定ステージの平面
度やシリコンウェハの厚みバラツキおよびプロセスマー
ジンを考慮すると、６インチ径のシリコンウェハの場
合、キャップ形成用シリコンウェハ３３の脚部２３の脚
長は９０μｍ程度以上とする。つまり、脚部２３によ
り、キャップ形成用シリコンウェハ３３の底面とシリコ
ンウェハ３２の上面との距離を長くすることができ、キ
ャップ形成用シリコンウェハ３３のダイシングを行う上
で有利となる。
【００５０】尚、キャップ形成用シリコンウェハ３３を
ダイシングカットする際にウェハエッジ部においてウェ
ハが振動して接合部が剥離する、あるいはダイシングソ
ーの刃が破損する等の不具合が生じる場合には、キャッ
プ形成用シリコンウェハ３３の周辺部に図１８に示すよ
うな周辺固定層３６を設けることが有効である。この固
定層３６は切断ライン上の箇所のみに形成すれば十分で
ある。又、キャップ形成用シリコンウェハ３３を切断す
る際に分離された不要部のチップが飛散してキャップ２
２のチッピングや下地へのダメージを引き起こすような
場合には例えば一ラインおきにハーフカットして不要部
のチップを完全に分離しないようにして飛散による不具
合を避けることが有効である。
【００５１】キャップ形成用シリコンウェハ３３の切断
および不要部除去工程が終了すると、次に図１７に示す
ように、ダイシングカット位置３５でのシリコンウェハ
３２のスクライブラインをダイシングカットする。これ
により、図１〜図３のように個々のチップに分割する。
【００５２】このダイシングの際に水流や水圧が加わる
が、外力から保護する必要のある機能素子（梁構造を有
するセンサ素子等）がキャップ２２により保護される。
最後に、図１９に示すように、モールド材３７による樹
脂モールドを行う。この際、キャップ２２により、チッ
プを樹脂封止する際の外力からチップの重要な構造であ
る可動ゲート電極（センサ可動部）等を保護することが
できる。
【００５３】このように本実施例では、可動ゲートＭＯ
Ｓトランジスタ（センサ素子；機能素子）の形成用のシ
リコンウェハ（半導体ウェハ）３２の表面における素子
の形成領域の周囲に、シリコン薄膜よりなる接合枠２１
をパターニングするとともに、キャップ形成用シリコン
ウェハ３３における接合枠パターンに対応する部位に金
の膜よりなる接合層２４をパターニングし（第１工
程）、シリコンウェハ３２の接合枠２１とキャップ形成
用シリコンウェハ３３の接合層２４とが接触する状態に
て、金／シリコン共晶温度以上に加熱してシリコンウェ
ハ３２の接合枠２１とキャップ形成用シリコンウェハ３
３の接合層２４とを接合し（第２工程）、両ウェハ３
２，３３を各チップ毎にダイシングした（第３工程）。
このようにシリコン薄膜よりなる接合枠２１をパターニ
ングするとともに、キャップ形成用シリコンウェハ３３
に金の膜よりなる接合層２４をパターニングし、両ウェ
ハ３２，３３を接合したので、通常の半導体製造技術を
用いて素子を覆う保護キャップ２２を有する半導体装置
が容易に製造される。つまり、シリコンウェハ３２の全
面にキャップとなるシリコンウェハ３３を一括接合し、
シリコンウェハ３３をダイシングカットで切断したの
で、個々の機能素子部に保護キャップ２２を効率的に形
成することができる。
【００５４】又、ポリシリコン薄膜を接合枠材料として
いるためシリコンウェハプロセスに適合した接合枠形成
工程を用いることができ、キャップ材料を選ばずに接合
層（Ａｕメッキ膜）を形成できるため汎用性が高い。よ
り詳しくは、キャップ２２を個別に各チップに接合する
と、スループットが低くなるが、これが改善される。つ
まり、キャップ形成用シリコンウェハ３３を一括接合お
よび一括切断することにより低コストな保護キャップの
形成が可能となる。
【００５５】さらに、通気性のないキャップ材料を用い
れば気密封止が可能であるので保護するセンサ性能を劣
化させることなく信頼性の高い封止構造とすることがで
きる。この場合、図１９に示すような樹脂封止パッケー
ジを用いても十分信頼性を確保できるので低コストで、
可動部を持つセンサ等の実装を可能とする。
【００５６】本実施例の応用例として、接合枠２１とし
て、ポリシリコン薄膜の代わりに、非晶質シリコン薄膜
を用いてもよい。この場合も、シリコンウェハプロセス
に適合した接合枠形成工程を用いることができ、キャッ
プ材料を選ばずに接合層（Ａｕメッキ膜）を形成できる
ため汎用性が高い。 （第２実施例）次に、第２実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。
【００５７】本実施例では、第１実施例での図４〜図８
の接合枠形成工程に代わり、図２０〜図２４の接合枠形
成工程にてセンサを製造するものである。図２０に示す
ように、シリコン酸化膜２６の上に可動ゲート電極形成
用ポリシリコン薄膜３８を堆積するとともにその上の所
定領域にホトレジスト３９を配置する。そして、図２１
に示すように、ホトレジスト３９を用いてポリシリコン
薄膜３８をパターニングする。その後、図２２に示すよ
うに、絶縁膜４０（酸化膜）を被覆してから最終保護膜
４１（プラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜）を被覆
し、レジスト４２を用いたホトリソ工程により、図２３
に示すように、可動ゲート電極の形成領域のみを窓開け
する。次に、接合枠となるシリコン薄膜４３を被覆す
る。シリコン薄膜４３の成膜法としてはアルミ配線等に
ダメージを与えない温度で成膜できるプラズマＣＶＤ法
を用い、より具体的な接合枠の材料としては非晶質Ｓｉ
膜か、あるいは、Ｓｉリッチな非晶質ＳｉＮ膜を用い
る。この膜は、本発明者らの実験ではＳｉ／Ｎの元素組
成比が１．５以上でシリコン膜とほぼ同様に扱えること
を確認している。
【００５８】この非晶質シリコン薄膜４３をレジスト４
４を用いたホトリソ工程によりパターニングし、図２４
に示すように、接合枠としてのシリコン薄膜４３を形成
する。そして、ホトレジストで必要部分を保護して可動
ゲート電極６となるポリシリコン薄膜３８ａの犠牲層エ
ッチングを行い、空隙を形成する。
【００５９】本実施例では、接合枠２１を最終保護膜４
１の上に形成するためＩＣチップ設計上のレイアウトの
自由度が増すという利点がある。 （第３実施例）次に、第３実施例を第１実施例との相違
点を中心に説明する。
【００６０】本実施例は、第１実施例での図１０〜図１
３の工程に代わり、図２５〜図３０の工程にてセンサを
製造するものである。図２５に示すように、キャップ形
成用シリコンウェハ４５を用意し、図２６に示すように
脚部２３を形成する。一方、図２７に示すように、ウェ
ハ支持部材としての支持用ウェハ４６（例えばシリコン
ウェハ）に接着層４７（例えばポリイミド樹脂や高分子
系熱可塑性接着剤等）をスピンコートし、支持用ウェハ
４６の上に接着層４７を介してキャップ形成用シリコン
ウェハ４５を貼り付ける。さらに、図２８に示すよう
に、キャップ形成用シリコンウェハ４５を符号４８にて
示す位置にてダイシングカットして所望のキャップサイ
ズにフルカットする。つまり、各チップ毎のキャップに
区画形成するための切り込みを入れる。この時、ダイシ
ングソーの刃の切り込みを接着層４７内におさめておけ
ば支持用ウェハ４６の再使用が可能となる。このよう
に、キャップ形成用シリコンウェハ４５をセンサ形成シ
リコンウェハに接合する前に予め所望のキャップサイス
にダイシングカットする。
【００６１】さらに、図２９に示すように、キャップ形
成用シリコンウェハ４５を機能素子形成用シリコンウェ
ハ４９の上に、第１実施例と同様の方法により位置合わ
せしてマウントし、熱圧着する。次に、図３０に示すよ
うに、接着層４７の接着力を弱める処理を施し（例えば
熱分解させて弱める）、キャップ形成用シリコンウェハ
４５の不要部４５ａ（図２９に示す）とともに支持用ウ
ェハ４６を剥がし、キャップのみを機能素子形成用シリ
コンウェハ４９上に残す。つまり、キャップ形成用シリ
コンウェハ４５から支持用ウェハ４６を分離してキャッ
プ形成用シリコンウェハ４５の不要部４５ａを除去す
る。このようにして、キャップ形成用シリコンウェハ４
５の不要部４５ａを飛散させることなく確実に除去でき
る。
【００６２】最後に、機能素子形成用シリコンウェハ４
９を符号５０で示す位置でダイシングカットする。この
ように本実施例では、接合層パターンを有するキャップ
形成用シリコンウェハ４５を、支持用ウェハ４６に接着
して、キャップ形成用シリコンウェハ４５に対し各チッ
プ毎のキャップに区画形成するための切り込みを入れ、
キャップ形成用シリコンウェハ４５と機能素子形成用シ
リコンウェハ４９とを接合した後に、キャップ形成用シ
リコンウェハ４５から支持用ウェハ４６を分離してキャ
ップ形成用シリコンウェハ４５の不要部４５ａを除去す
るようにした。よって、キャップ形成用シリコンウェハ
４５の切断時に不要チップが飛散して機能素子形成用シ
リコンウェハ４９の表面を傷つけるおそれがないため切
断箇所は第１実施例の切断箇所Ｃ（図１５参照）とすれ
ばよい。
【００６３】又、キャップ形成用シリコンウェハ４５を
接合後に切断することがないので、図３１に示したよう
にキャップ２２に脚部を用いない場合にも有効である。
本実施例の応用例として、支持用ウェハ４６を用いる代
わりに、例えばポリイミドベースのフィルムにシリコン
系粘着材を塗布したダイシングシートを用いることも可
能である。
【００６４】この発明は上記実施例に限定されるもので
はなく、以下のような態様にて実施してもよい。キャッ
プ形成用ウェハのウェハ材料は、シリコンの他に、ガラ
ス、セラミクス、樹脂等を用いることができ、Ａｕ−Ｓ
ｉ共晶接合温度に耐えうる材料で素子への汚染等の問題
のないものあれば何でもよい。この際、コストや耐環境
性を考慮して選定する必要がある。キャップを透明にし
たい場合には合成石英ガラスが適している。
【００６５】又、半導体加速度センサの他にも、マイク
ロダイヤフラム圧力センサなどシリコンチップ上に可動
部（振動部）を有する半導体装置に具体化したり、さら
に、接触子等を備えた装置に具体化できる。
【００６６】
【発明の効果】以上詳述したように請求項１に記載の発
明によれば、保護キャップを有する半導体装置を容易に
製造することができる優れた効果を発揮する。
【００６７】請求項２に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、キャップ形成用ウェハのダ
イシングを容易に行うことができる。請求項３に記載の
発明によれば、請求項１に記載の発明の効果に加え、容
易に電気シールド層を形成することができる。
【００６８】請求項４に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、半導体ウェハの接合枠を容
易に形成することができる。請求項５に記載の発明によ
れば、請求項１に記載の発明の効果に加え、シリコン薄
膜からなる接合枠の表面に形成されやすい酸化膜による
影響を受けることがない。
【００６９】請求項６に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、接合面でのボイドの発生を
防止できる。請求項７に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、キャップ形成用ウェハの不
要部を飛散することなく確実に除去できる。
【００７０】請求項８に記載の発明によれば、請求項１
に記載の発明の効果に加え、キャップ内を容易に真空雰
囲気または不活性ガス雰囲気または一定圧力にすること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の半導体装置の平面図。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面
図。
【図５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面
図。
【図６】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面
図。
【図７】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面
図。
【図８】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面
図。
【図９】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す平面
図。
【図１０】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図１１】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図１２】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図１３】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図１４】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す平
面図。
【図１５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す平
面図。
【図１６】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す平
面図。
【図１７】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図１８】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す平
面図。
【図１９】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２０】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２１】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２２】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２３】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２４】第２実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２５】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２６】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２７】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２８】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図２９】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図３０】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【図３１】第３実施例の半導体装置の製造工程を示す断
面図。
【符号の説明】
１…シリコン基板、６…可動ゲート電極、７…固定ソー
ス電極、８…固定ドレイン電極、２１…接合枠、２２…
キャップ、２３…脚部、２４…接合層、２５…空隙、３
２…半導体ウェハとしてのシリコンウェハ、３３…キャ
ップ形成用シリコンウェハ、４５…キャップ形成用シリ
コンウェハ、４６…ウェハ支持部材としての支持用ウェ
ハ、５１…電気シールド層となるＡｕ膜、５２…金属薄
膜、５３…拡散防止層としての酸化膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉橋 崇 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装 株式会社内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体基板の表面に機能素子が形成され
    るとともに、半導体基板の表面において機能素子に対し
    空隙をもって覆うキャップが設けられた半導体装置の製
    造方法であって、 機能素子形成用の半導体ウェハの表面における機能素子
    の形成領域の周囲に、シリコン薄膜よりなる接合枠をパ
    ターニングするとともに、キャップ形成用ウェハにおけ
    る前記接合枠パターンに対応する部位に金の膜よりなる
    接合層をパターニングする第１工程と、 前記半導体ウェハの接合枠と前記キャップ形成用ウェハ
    の接合層とが接触する状態にて、金／シリコン共晶温度
    以上に加熱して前記半導体ウェハの接合枠と前記キャッ
    プ形成用ウェハの接合層とを接合する第２工程と、 前記半導体ウェハを各チップ毎にダイシングする第３工
    程とを備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 【請求項２】 前記キャップは機能素子の形成領域の周
    囲に対応する部位に脚部を有し、前記第２工程における
    キャップ形成用ウェハは前記脚部の先端面に接合層が形
    成されるものである請求項１に記載の半導体装置の製造
    方法。
  3. 【請求項３】 前記接合層となる金の膜を、電気シール
    ド層としてキャップの内面に配置する工程を含む請求項
    １に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 【請求項４】 前記機能素子は、シリコン薄膜よりなる
    梁構造の可動ゲート電極と、固定ソース電極および固定
    ドレイン電極を有し、可動ゲート電極の形成時に前記接
    合枠を同時に形成する工程を含む請求項１に記載の半導
    体装置の製造方法。
  5. 【請求項５】 前記キャップ形成用ウェハにおける接合
    層の表面には、金／シリコン共晶温度以下で共晶を形成
    する膜が配置され、前記第２工程は、この膜を介して前
    記半導体ウェハの接合枠と前記キャップ形成用ウェハの
    接合層とを接合する工程を含むものである請求項１に記
    載の半導体装置の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記第２工程は、シリコンよりなるキャ
    ップ形成用ウェハと前記接合層との間に金の拡散防止層
    を設けた後に前記半導体ウェハの接合枠と前記キャップ
    形成用ウェハの接合層とを接合する工程を含むものであ
    る請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  7. 【請求項７】 前記キャップ形成用ウェハをウェハ支持
    部材に接着して、キャップ形成用ウェハに対し各チップ
    毎のキャップに区画形成するための切り込みを入れ、キ
    ャップ形成用ウェハと半導体ウェハとを接合した後に、
    キャップ形成用ウェハからウェハ支持部材を分離してキ
    ャップ形成用ウェハの不要部を除去する工程を含む請求
    項１に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 【請求項８】 前記第２工程のウェハ接合は真空雰囲気
    下または不活性ガス雰囲気下または一定圧力下で行い、
    キャップ内を真空雰囲気または不活性ガス雰囲気または
    一定圧力にするものである請求項１に記載の半導体装置
    の製造方法。
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