JP3702612B2

JP3702612B2 - Manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: JP3702612B2
Application number: JP27467897A
Authority: JP
Inventors: 晋二吉原; 厚慈千田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1997-10-07
Filing date: 1997-10-07
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2017-10-07
Also published as: JPH11111878A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体装置の製造方法に係り、例えば、機能素子を覆う保護キャップを不活性ガスあるいは真空中にて接合する半導体装置の製造方法等に適用できるものである。
【０００２】
【従来の技術】
表面マイクロ加工技術を駆使した半導体加速度センサ等においては、シリコンチップ上に可動部（振動部）に有し、可動部の変位により加速度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。
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。すなわち、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を保護すると共に、樹脂モールドする際に可動部内部に樹脂が侵入することを防いでいる。
【０００３】
可動部にキャップを搭載（接合）するにあたり、センサチップのチップサイズを小さくすることが低コスト化につながることから、接合領域部にあたる接合枠幅をより狭くし、位置合わせ精度をより高くすることが要求されている。
従来では、キャップとなる基板（以下、キャップ基板という）とセンサが形成されたウェハ（以下、センサ基板という）のそれぞれに設けられた位置合わせ用マークを合わせることによって、センサ基板上にキャップ基板を位置合わせして搭載し、さらにキャップ基板を載せたままセンサ基板を接合チャンバー内に移動させたのち、接合チャンバー内を不活性ガス雰囲気あるいは真空にした状態で加熱することでキャップ基板をセンサ基板に接合している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法では、センサ基板上にキャップ基板を位置合わせして載せているのみであり、キャップ基板がセンサ基板に固定されていないため、接合チャンバーに移動させる際にキャップ基板が位置ズレしてしまうという問題がある。この場合、接合チャンバーに移動させる必要性をなくすことが考えられるが、接合チャンバーに位置合わせ機構を搭載しなければならないため、装置が大規模かつコスト高になるため好ましくない。センサエレメントの空気粘性の影響からキャップ内部を真空雰囲気にする場合は、さらに接合装置への位置合わせ機構の搭載が困難になるためなおさらである。
【０００５】
仮に、マルチチャンバーとして接合用のチャンバーと位置合わせ用のチャンバーを別チャンバーにしてもチャンバー間の搬送時に位置ずれを起こす可能性があるため、この問題を解決することはできない。
一方、キャップ基板をセンサ基板にそのまま載せているため、キャップ基板の自重によりキャップ基板とセンサ基板との隙間が確保できなくなるため、コンダクダンスの影響からキャップ内部への不活性ガス充填あるいは排気が十分できなくなる。このため、キャップ内部の圧力にバラツキが生じたり、目標とする圧力まで達しなかったりするという問題もある。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みて成され、接合用チャンバーへ移動させるまでの間における半導体基板の位置ズレを防止し、高歩留まりの半導体装置が製造できる方法を提供することを第１の目的とする。
また、半導体基板間における不活性ガス充填あるいは真空封止を良好に行える半導体装置の製造方法を適用することを第２の目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されてなるセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）との位置合わせを行うと共に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とをこれらの間に隙間を設けるように支持材にて仮固定し、この仮固定が行われた状態でセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）を接合チャンバー内に移動させ、さらに接合チャンバー内にて支持体（３３）を溶融あるいは昇華させると共に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とを接合するようにすることを特徴としている。
【０００８】
このように、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）とを位置合わせした時の状態で支持材（３３）で仮固定し、この仮固定した状態でセンサ基板（３１）とキャップ基板（３２）を接合チャンバー内に移動させているため、接合チャンバー内に移動させるまでの間に、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の位置ズレが発生しない。このため、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の接合を良好に行うことができ、高歩留まりの半導体装置を製造することができる。
【０００９】
例えば、支持体（３３）として、パラジクロロベンゼン、ナフタリン等の昇華材を適用することができる。
さらに、請求項１に記載の発明では、センサ基板（３１）は、機械的強度の低い可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されるものであり、キャップ基板（３２）は、このキャップ基板（３２）の表面において前記構造体（３１ａ）に対して空隙をもって覆うキャップである場合において、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）との間が所定の隙間が空くように、支持材（３３）による仮固定を行うようにしている。
【００１０】
このように、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）の間に所定の隙間が空くようにすることにより、請求項４に示されるように第３工程において接合チャンバー内を不活性ガスで充填あるいは真空排気することで、キャップと可動部（６）を有する構造体（３１ａ）の間における不活性ガス充填あるいは真空封止を良好に行うようにすることができる。なお、このように可動部（６）を有する構造体（３１ａ）が形成されている場合には、センサ基板（３１）とキャップ基板（３２）をチップ単位にダイシングカットする必要がある。この場合、まずキャップ基板（３２）の不要部（３２ｂ）を排除するダイシングカットを行う必要があるが、この不要部（３２ｂ）の排除を容易にするために、粘着テープ（３５）を用いるようにしても良い。
【００１１】
すなわち、ダイシングカットは、ウェハに形成されたオリエンテーションフラットに対して垂直方向と平行方向の２方向に行うが、このうちの一方のダイシングカットを行った後に、キャップ基板（３２）に粘着テープ（３５）を貼付け、その後もう一方向のダイシングカットを行うようにすれば、不要部（３２ｂ）が粘着テープ（３５）に貼付くようにすることができるため、不要部（３２ｂ）の排除を容易に行うことができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明実施形態を詳細に説明する。
図１に、本実施の形態における可動ゲートＭＯＳトランジスタ型加速度センサの平面図を示す。また、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。
【００１３】
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及びシリコン酸化膜１６が積層されている。また、Ｐ型シリコン基板１上には、フィールド酸化膜２、窒化シリコン膜３およびシリコン酸化膜１６の無い長方形状の領域４が形成されている。
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。また、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。
【００１４】
図３において、Ｐ型シリコン基板１の上面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。
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）１２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１８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。
【００１５】
尚、可動ゲート電極６以外の領域についてはシリコン酸化膜１６の上にパッシベーション膜（最終保護膜）としてさらにシリコン窒化膜が積層されている。そして、アルミパッド１２、１５、１９はワイヤボンディングにて外部の電子回路と接続されている。
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。
【００１６】
このように本センサは、両持ち梁構造の可動電極６が配置されており、機械的強度が低い構造となっている。
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が変位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）ＥＳ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。
【００１７】
機械的強度の低い可動ゲート電極６を保護するためのキャップ（接合部材）２１は、四角板形のシリコン基板よりなる。キャップ２１の下面には突部２２が四角環状に形成されている（図１参照）。キャップ２１の下面には接合層２３が形成されている。接合層２３は、例えばＡｕ−Ｓｉ共晶接合法で接合するのであれば、Ａｕが用いられる。
【００１８】
そして、シリコン酸化膜１６の上に、接合層２３を介してキャップ２１の突部２２が接合されている。又、突部２２の外側における突部２２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。尚、センサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）ＥＳとパッド１２、１５、１９の間の領域には制御回路等が形成されているが図では省略してある。
【００１９】
このように、センサ素子ＥＳが形成されたシリコン基板１に対してキャップ２１が空隙２４をもって対抗配置されている。つまり、シリコン基板１対し接合層２３を介してキャップ２１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２１内の空隙２４にセンサ素子ＥＳが封止された構造となっている。このキャップ２１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ゲート電極６を保護することができる。
【００２０】
また、アルミパッド１２、１５、１９からボンディングワイヤを取り出すことができるように、シリコン基板１の面積に比べキャップ２１の面積は小さく、図２、３に示すように、パッド１２、１５、１９の上方でのキャップ２１においてはパッド上へワイヤボンディングを容易にするため不要部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を除去してキャップ２１を小面積化している。即ち、センサは２枚のシリコンウェハ（シリコン基板１の形成用のウェハとキャップ２１の形成用のウェハ）の貼り合わせにより形成されるが、キャップ形成用ウェハにおいて最終的にキャップとならない領域（不要部）Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を除去している。
【００２１】
次に、本発明に関わるキャップ２１による封止構造の形成工程を、図４（ａ）〜（ｊ）に基づいて説明する。
〔図４（ａ）に示す工程〕
まず、シリコンウェハをキャップ基板３２として用意し、キャップ基板３２の表面の所定領域にホトエッチングにより凹部を形成し、凹部に挾まれた領域に各チップ毎の突部をそれぞれ形成する。より詳しくは、熱酸化膜をマスクとし、エッチング液としてＫＯＨなどのアルカリ性溶液を用いた異方性エッチングにより凹部を形成する。
【００２２】
このとき形成される突部により、後の工程でキャップ基板３２をダイシングカットする際に、ダイシングブレード３４、３６（図６（ａ）、（ｃ）参照）とシリコンウェハ３１との接触を回避するための必要な間隙が確保される。
〔図４（ｂ）に示す工程〕
そして、キャップ基板３２の表面に接合層３２ａを形成する。接合層３２ａは、キャップ基板３２とセンサ基板３１（図４（ｃ）参照）との間に不活性ガス、あるいは真空を封止する場合、例えばＡｕ−Ｓｉ共晶接合法を用いるためにＡｕ、あるいは反応性を向上するためにＡｕ上にＴｉおよびＡｕを成膜したものを適用する。
【００２３】
引き続き、キャップ基板３２を分割するための位置合わせ用ラインを形成する。つまり、図７に示すように、形成した突起のエッジを基準ラインＬ１、Ｌ２とし、基準ラインＬ１、Ｌ２から所定の距離ΔＬ１、ΔＬ２だけ離した位置（ダイシングラインＬ３、Ｌ４）においてカットする。このとき、ΔＬ１及びΔＬ２は後の工程で昇華材を載せることから極力長くするのが好ましい。なお、図５はダイシングラインを２本形成しているが、ウェハのオリエンテーションフラットの切り出し精度が信頼できるものであればそれを位置合わせのラインとして用いることもできる。この場合、オリエンテーションフラット面に対し垂直に１本のみをラインＬ３を設ける。
【００２４】
〔図４（ｃ）に示す工程〕
図１〜図３に示したセンサ素子（可動ゲートＭＯＳトランジスタ）３１ａをシリコンウェハの各チップ形成領域毎に形成したセンサ基板３１を用意する。そして、このセンサ基板３１の端、つまり上述した基準ラインＬ１、Ｌ２から所定距離ΔＬ１、ΔＬ２の間にパラジクロロベンゼン等の昇華材３３を適量載せる。昇華材３３として、例えばパラジクロロベンゼンを用いた場合、センサ基板３１をパラジクロロベンゼンの融点以上（例えば６０℃）に加熱して、パラジクロロベンゼンを液化してセンサ基板３１の端に載せる。このとき、昇華材３３はセンサ基板３１上でなくキャップ基板３２の端に載せてもよい。また、図中では、凹部とセンサ基板３１の間に昇華材３３を配置しているが、この間より隙間が狭い凸部とセンサ基板３１の間に昇華材３３を配置すれば、昇華材を少量ですませることができる。
【００２５】
〔図４（ｄ）に示す工程〕
引き続き、昇華材３３が液状のままの状態でセンサ基板３１とキャップ基板３２との位置合わせおよび接合を、位置合わせ機能を有した接合装置にて実施する。
ここで、両基板の位置合わせ完了後、センサ基板３１とキャップ基板３２との間に隙間を確保するため適当な隙間を空け、両基板を昇華材を介して接触させる。その状態を保持しつつ両基板を室温まで冷却すると両基板は隙間を確保した状態で仮固定される。
【００２６】
この後、キャップ基板３２が仮固定されたセンサ基板３１を接合チャンバー内に搬送する。
〔図５（ａ）に示す工程〕
接合チャンバー内を所望の圧力で不活性ガスを充填あるいは真空排気する。その後、接合層３２ａの材料に応じた接合方法でセンサ基板３１とキャップ基板３２とを接合するが、Ａｕ−Ｓｉ共晶接合の場合には適当な圧力で加圧した後、共晶温度（約３７０℃）以上に加熱し、さらに冷却することで接合する。具体的には、この接合時において、仮固定に使用した昇華材３３は加熱中に昇華してしまい消失するため、センサ基板３１とキャップ基板３２が接し、これにより接合が行われるようになっている。このような接合を行った場合、接合後の位置ずれは、実験結果からほぼ位置合わせを行った装置の合わせ精度程度になる。
【００２７】
〔図５（ｂ）に示す工程〕
次に、キャップ基板３２での不要部（図２、３におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３）を分離するためのダイシングカットを行う。つまり、キャップ部と不要部とを分けるためにキャップ基板３２をダイシングブレード３４によりダイシングカットする。その結果、ダイシングラインに溝が形成される。ここで、カットする方向は図８（ａ）に示すようにオリエンテーションフラットに対して垂直な方向とし、形成した位置合わせラインＬ３、Ｌ４を基準にして、カット間隔およびカット位置を決定する。図８（ａ）においてＬ５にてカットするダイシングラインを示す。このようにしてキャップ基板３２に対して縦横のダイシングラインの内の一方のダイシングラインＬ５がカットされる。このとき、キャップ基板３２の裏目に目印となるマークがなくても容易にダイシングカットすることが可能となる。
【００２８】
〔図５（ｃ）に示す工程〕
この図は、センサ基板３１及びキャップ基板３２の断面方向を９０度変えた断面図である。この図に示すように、ダイシングカット用の粘着シート３５をキャップ基板３２の裏面に貼り付ける。ここで、貼り付け時に粘着シート３５とキャップ基板３２との間に空気が残りやすいが、ダイシングカットによる切れ込み溝があるため、ここから空気を排気できるので貼り付け後に軽く擦り付ければ粘着シート３５とキャップ基板３２とが全域にわたり密着する。なお、図５（ｂ）の工程のダイシングカットにてできた不要部は、キャップ基板３２に残っているため、粘着シート３５をキャップ基板３５に張りつけた時に粘着シート３５に貼付くようになっている。
【００２９】
〔図６（ａ）に示す工程〕
さらに、ダイシングブレード３４を用いて、粘着シート３５と共にキャップ基板３２を再度ダイシングカットする。カットする方向は、図８（ｂ）に示すように前述のラインＬ５に対し垂直な方向（図ではＬ６にて示す）であり、位置合わせラインＬ３、Ｌ４と基準としてカット間隔およびカット位置を決定する。
【００３０】
このようにしてキャップ基板３２に対しダイシングカットラインの内の未カットラインＬ６が粘着シート３５ごとカットされる。
このダイシング工程において、粘着シート３５をキャップ基板３２に貼り付けた状態でカットするので、不要部３２ｂがダイシングカット中に飛散しセンサ基板３１表面のパッシベーション膜やパッドを損傷したりダイシングブレード３４が破損することが回避される。つまり、不要部３２ｂは固定されており、上述した不具合を未然に回避することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、カットする順番をラインＬ５とＬ６の順に行ったが、順番を変えてＬ６を先にカットするようにしても上記効果を得ることができる。
〔図６（ｂ）に示す工程〕
引き続き、粘着シート３５を分割されたキャップ基板３２から剥がす。このとき、粘着シート３５と共にキャップ不要部３２ｂも除去され、センサ基板３１上にキャップ３２ｃが搭載された形となる。このようにして粘着シート３５が剥がされ、キャップ基板３２から不要部３２ｂが分離される。
【００３２】
〔図６（ｃ）に示す工程〕
そして、ダイシングブレード３６を用いてセンサ基板３１ダイシングラインに沿ってダイシングカットし、各センサチップに分割されて、それぞれキャップが形成されたセンサが形成される。その結果、図１、２、３に示すセンサが製造される。
【００３３】
このように、昇華材を用いてセンサ基板３１とキャップ基板３２を仮固定した状態で接合チャンバーまで搬送しているため、接合チャンバーまでセンサ基板３１とキャップ基板３２を搬送する時に、キャップ基板３２がセンサ基板３１から位置ズレしないようにすることができる。また、昇華材３３によってキャップ基板３２とセンサ基板３１の間に隙間が空くようにしているため、キャップ基板３２とセンサ基板３１との間に不活性ガス、あるいは真空を容易に封止することができる。このような昇華材を用いて、センサ基板３１とキャップ基板３２との仮固定を行っているため、接合チャンバー外で、安価な汎用的な位置合わせ装置で位置合わせ可能となり、低コストで高歩留まりな半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用して形成した加速度センサの正面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ矢視断面図である。
【図３】図１におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。
【図４】図１に示す加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図５】図４に続く加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図６】図５に続く加速度センサの製造工程を示す説明図である。
【図７】センサ基板３１及びキャップ基板３２をダイシングカットする際におけるカット位置合わせ用ラインを説明するための図である。
【図８】キャップ基板３２のダイシングカットの状態を示す説明図である。
【符号の説明】
３１…センサ基板、３１ａ…センサ素子、３２…キャップ基板、
３２ａ…突起部、３２ｂ…不要部、３２ｃ…キャップ、３３…昇華材、
３４、３６…ダイシングブレード、３５…粘着テープ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and can be applied to, for example, a method for manufacturing a semiconductor device in which a protective cap covering a functional element is bonded in an inert gas or vacuum.
[0002]
[Prior art]
A semiconductor acceleration sensor or the like that makes full use of surface micromachining technology has a movable part (vibrating part) on a silicon chip, and a physical quantity such as acceleration is converted into an electrical signal and taken out by displacement of the movable part. .
In such a semiconductor device, the movable part is covered with a cap in order to protect the movable part. That is, the cap protects the movable part from water pressure and water flow when dicing cut from the wafer to the chip, and prevents the resin from entering the movable part during resin molding.
[0003]
When mounting (bonding) a cap to a movable part, reducing the chip size of the sensor chip leads to lower costs, so the width of the bonding frame corresponding to the bonding area is made narrower and the alignment accuracy is increased. Is required.
Conventionally, a cap substrate is mounted on a sensor substrate by aligning alignment marks provided on a substrate serving as a cap (hereinafter referred to as a cap substrate) and a wafer on which a sensor is formed (hereinafter referred to as a sensor substrate). After the sensor substrate is moved into the bonding chamber while the cap substrate is still mounted, the cap substrate is heated to an inert gas atmosphere or in a vacuum state in the bonding chamber. It is joined.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above conventional method, the cap substrate is only positioned and placed on the sensor substrate, and the cap substrate is not fixed to the sensor substrate. Therefore, when the cap substrate is moved to the bonding chamber, the cap substrate is misaligned. There is a problem of end up. In this case, it is conceivable to eliminate the necessity of moving to the bonding chamber. However, since the alignment mechanism must be mounted in the bonding chamber, the apparatus becomes large and expensive, which is not preferable. In the case where the inside of the cap is made a vacuum atmosphere due to the influence of the air viscosity of the sensor element, it is even more difficult to mount the alignment mechanism on the joining device.
[0005]
Even if the bonding chamber and the alignment chamber are separate chambers as a multi-chamber, there is a possibility of causing a positional shift during transport between the chambers, so this problem cannot be solved.
On the other hand, since the cap substrate is mounted on the sensor substrate as it is, the gap between the cap substrate and the sensor substrate cannot be secured due to the weight of the cap substrate, so that the inert gas filling or exhausting into the cap is sufficient due to the influence of conductance. become unable. For this reason, there is a problem that the pressure inside the cap varies or the target pressure is not reached.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and a first object of the present invention is to provide a method for preventing a positional deviation of a semiconductor substrate until it is moved to a bonding chamber and manufacturing a semiconductor device with a high yield. .
A second object is to apply a method of manufacturing a semiconductor device that can satisfactorily fill an inert gas or vacuum seal between semiconductor substrates.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the sensor substrate (31) formed with the structure (31a) having the movable portion (6) and the cap substrate (32) are aligned, and the sensor substrate (31) and the cap are aligned. The substrate ( 32) is temporarily fixed with a support material so that a gap is provided between them, and the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32) are moved into the bonding chamber in a state where the temporary fixing is performed. Further, the support (33) is melted or sublimated in the bonding chamber, and the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32) are bonded.
[0008]
Thus, temporarily fixed by the supporting member in a state when the aligned sensor and the substrate (31) and the cap substrate (32) (33), a cap substrate (32 sensor substrate in this temporarily fixed state (31) ) Is moved into the bonding chamber, so that the position difference between the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32) does not occur before the movement into the bonding chamber. Therefore, the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32) can be favorably bonded, and a high-yield semiconductor device can be manufactured.
[0009]
For example, a sublimation material such as paradichlorobenzene or naphthalene can be applied as the support (33).
In the invention described in claim 1 , the sensor substrate (31) is formed with a structure (31a) having a movable part (6) with low mechanical strength, and the cap substrate (32) in this case a cap covering with a void with respect to said structure (31a) on the surface of the cap substrate (32), as between the sensor substrate (31) and the cap substrate (32) becomes empty a predetermined gap, Temporary fixing with the support material (33) is performed.
[0010]
In this way, by providing a predetermined gap between the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32), the inside of the bonding chamber is filled with an inert gas in the third step as shown in claim 4. Alternatively, it is possible to satisfactorily perform inert gas filling or vacuum sealing between the cap and the structure (31a) having the movable part (6) by evacuating . When the structure (31a) having the movable part (6) is formed as described above, the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32) must be diced and cut in units of chips. In this case, first, it is necessary to perform a dicing cut to eliminate unwanted portions of the cap base plate (32) and (32 b), in order to facilitate the elimination of the unnecessary portion (32 b), the adhesive tape (35) It may be used.
[0011]
That is, the dicing cut is performed in two directions, that is, a vertical direction and a parallel direction with respect to the orientation flat formed on the wafer, and after performing one of the dicing cuts, an adhesive tape (35) is applied to the cap substrate (32). ) And then dicing cut in the other direction, the unnecessary part (32b) can be attached to the adhesive tape (35), so the unnecessary part (32b) can be easily removed. It can be carried out.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a plan view of a movable gate MOS transistor type acceleration sensor in the present embodiment. 2 shows a cross section taken along the line AA in FIG. 1, and FIG. 3 shows a cross section taken along the line BB in FIG.
[0013]
A field oxide film 2 is formed on a P-type silicon substrate 1 as a semiconductor substrate, and a silicon nitride film 3 and a silicon oxide film 16 are laminated thereon. A rectangular region 4 without the field oxide film 2, the silicon nitride film 3, and the silicon oxide film 16 is formed on the P-type silicon substrate 1.
A gate insulating film 5 is formed on the P-type silicon substrate 1 in the region 4. On the silicon nitride film 3, a movable gate electrode 6 having a doubly-supported beam structure is disposed so as to bridge the region 4. The movable gate electrode 6 is made of a polysilicon thin film extending linearly in a strip shape. Further, the P-type silicon substrate 1 and the movable gate electrode 6 are insulated from the field oxide film 2 and the silicon nitride film 3.
[0014]
In FIG. 3, a fixed source electrode 7 and a fixed drain electrode 8 made of an impurity diffusion layer are formed on both sides of the movable gate electrode 6 on the upper surface of the P-type silicon substrate 1, and these electrodes 7 and 8 are formed on the P-type silicon substrate 1. It is formed by introducing an N-type impurity by ion implantation or the like.
As shown in FIG. 2, an N-type impurity diffusion region 9 extends in the P-type silicon substrate 1, and the N-type impurity diffusion region 9 is connected to the movable gate electrode 6 by aluminum 10 and electrically connected to the aluminum wiring 11. It is connected to the. The other end of the aluminum wiring 11 is exposed as an aluminum pad (electrode pad) 12 from the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 16. As shown in FIG. 3, an N-type impurity diffusion region 13 extends in the P-type silicon substrate 1, and the N-type impurity diffusion region 13 is connected to the fixed source electrode 7 and electrically connected to the aluminum wiring 14. It is connected. The other end of the aluminum wiring 14 is exposed as an aluminum pad (electrode pad) 15 from the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 16. Further, an N-type impurity diffusion region 17 extends in the P-type silicon substrate 1, and the N-type impurity diffusion region 17 is connected to the fixed drain electrode 8 and electrically connected to the aluminum wiring 18. The other end of the aluminum wiring 18 is exposed as an aluminum pad (electrode pad) 19 from the silicon nitride film 3 and the silicon oxide film 16.
[0015]
Note that a silicon nitride film is further laminated as a passivation film (final protective film) on the silicon oxide film 16 in a region other than the movable gate electrode 6. The aluminum pads 12, 15, 19 are connected to an external electronic circuit by wire bonding.
As shown in FIG. 3, an inversion layer 20 is formed between the fixed source electrode 7 and the fixed drain electrode 8 in the P-type silicon substrate 1, and the inversion layer 20 is composed of the silicon substrate 1 and the movable gate electrode (both supported). This is caused by applying a voltage to the beam 6).
[0016]
As described above, the sensor has the structure in which the movable electrode 6 having the double-supported beam structure is disposed and the mechanical strength is low.
In detecting acceleration, when a voltage is applied between the movable gate electrode 6 and the silicon substrate 1, an inversion layer 20 is formed, and a current flows between the fixed source electrode 7 and the fixed drain electrode 8. When the acceleration sensor receives acceleration and the movable gate electrode 6 is displaced in the Z direction (direction perpendicular to the substrate surface) shown in FIG. 3, the carrier concentration of the inversion layer 20 increases due to the change in electric field strength. Current (drain current) increases. Thus, in the present acceleration sensor, the sensor element (movable gate MOS transistor) ES as a functional element is formed on the silicon substrate 1, and the acceleration can be detected by increasing or decreasing the amount of current.
[0017]
Cap (joining member) 2 1 for protecting the lower movable gate electrode 6 of the mechanical strength, a silicon substrate of a rectangular plate shape. A protrusion 22 is formed in a square ring shape on the lower surface of the cap 21 (see FIG. 1). A bonding layer 23 is formed on the lower surface of the cap 21. For example, if the bonding layer 23 is bonded by an Au—Si eutectic bonding method, Au is used.
[0018]
Then, the protrusion 22 of the cap 21 is bonded onto the silicon oxide film 16 via the bonding layer 23. In addition, aluminum pads (electrode pads) 12, 15, and 19 are disposed around the protrusion 22 outside the protrusion 22. Note that a control circuit or the like is formed in a region between the sensor element (movable gate MOS transistor) ES and the pads 12, 15, 19 but is not shown in the drawing.
[0019]
In this way, the cap 21 is disposed with a gap 24 against the silicon substrate 1 on which the sensor element ES is formed. That is, the sensor element ES is sealed in the gap 24 in the cap 21 on the surface of the silicon substrate 1 by bonding the cap 21 to the silicon substrate 1 via the bonding layer 23. The cap 21 can protect the movable gate electrode 6 from water pressure and water flow when dicing cut from the wafer to the chip.
[0020]
Further, the area of the cap 21 is smaller than the area of the silicon substrate 1 so that the bonding wires can be taken out from the aluminum pads 12, 15, 19, and as shown in FIGS. In the upper cap 21, in order to facilitate wire bonding on the pad, unnecessary portions P1, P2, and P3 are removed to reduce the cap 21 area. That is, the sensor is formed by bonding two silicon wafers (a wafer for forming the silicon substrate 1 and a wafer for forming the cap 21), but the cap formation wafer does not eventually become a cap (unnecessary). Part) P1, P2, and P3 are removed.
[0021]
Next, the formation process of the sealing structure by the cap 21 according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[Step shown in FIG. 4 (a)]
First, a silicon wafer is prepared as a cap substrate 32, a recess is formed in a predetermined region on the surface of the cap substrate 32 by photoetching, and a protrusion for each chip is formed in a region sandwiched between the recesses. More specifically, the recess is formed by anisotropic etching using an alkaline solution such as KOH as an etchant using the thermal oxide film as a mask.
[0022]
The protrusion formed at this time avoids contact between the dicing blades 34 and 36 (see FIGS. 6A and 6C) and the silicon wafer 31 when the cap substrate 32 is diced and cut in a later process. The necessary gap is ensured.
[Step shown in FIG. 4B]
Then, the bonding layer 32 a is formed on the surface of the cap substrate 32. When the sealing layer 32a is sealed with an inert gas or a vacuum between the cap substrate 32 and the sensor substrate 31 (see FIG. 4C), for example, Au, Alternatively, in order to improve reactivity, a film in which Ti and Au are formed on Au is applied.
[0023]
Subsequently, an alignment line for dividing the cap substrate 32 is formed. That is, as shown in FIG. 7, the edges of the formed protrusions are set as reference lines L1 and L2, and cut at positions (dicing lines L3 and L4) separated from the reference lines L1 and L2 by predetermined distances ΔL1 and ΔL2. At this time, ΔL1 and ΔL2 are preferably made as long as possible because a sublimation material is placed in a later step. In FIG. 5, two dicing lines are formed. However, as long as the orientation flat cutting accuracy of the wafer is reliable, it can also be used as an alignment line. In this case, only one line L3 is provided perpendicular to the orientation flat surface.
[0024]
[Step shown in FIG. 4 (c)]
A sensor substrate 31 in which the sensor element (movable gate MOS transistor) 31a shown in FIGS. 1 to 3 is formed for each chip formation region of a silicon wafer is prepared. Then, an appropriate amount of a sublimation material 33 such as paradichlorobenzene is placed between the ends of the sensor substrate 31, that is, the predetermined distances ΔL1 and ΔL2 from the reference lines L1 and L2. When, for example, paradichlorobenzene is used as the sublimation material 33, the sensor substrate 31 is heated to a melting point or higher of the paradichlorobenzene (for example, 60 ° C.) to liquefy the paradichlorobenzene and place it on the end of the sensor substrate 31. At this time, the sublimation material 33 may be placed not on the sensor substrate 31 but on the end of the cap substrate 32. Further, in the drawing, the sublimation material 33 is disposed between the concave portion and the sensor substrate 31. However, if the sublimation material 33 is disposed between the convex portion and the sensor substrate 31 having a narrower gap, a small amount of the sublimation material is present. Can be deceived.
[0025]
[Step shown in FIG. 4 (d)]
Subsequently, alignment and bonding of the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are performed with a bonding apparatus having a positioning function while the sublimation material 33 remains in a liquid state.
Here, after the alignment of both the substrates is completed, an appropriate gap is provided between the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 to ensure a gap, and the two substrates are brought into contact with each other via a sublimation material. When both substrates are cooled to room temperature while maintaining this state, both substrates are temporarily fixed with a gap secured.
[0026]
Thereafter, the sensor substrate 31 on which the cap substrate 32 is temporarily fixed is transferred into the bonding chamber.
[Step shown in FIG. 5A]
The bonding chamber is filled or evacuated with an inert gas at a desired pressure. Thereafter, the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are bonded by a bonding method according to the material of the bonding layer 32a. In the case of Au—Si eutectic bonding, after pressurizing with an appropriate pressure, the eutectic temperature (about 370 ° C.) or higher, and further cooled to join. Specifically, at the time of joining, the sublimation material 33 used for temporary fixing sublimates during heating and disappears, so that the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 come into contact with each other, thereby joining. Yes. When such joining is performed, the positional deviation after joining is about the same as the alignment accuracy of the apparatus that performed the alignment from the experimental results.
[0027]
[Step shown in FIG. 5B]
Next, dicing cut for separating unnecessary portions (P1, P2, and P3 in FIGS. 2 and 3) on the cap substrate 32 is performed. That is, the cap substrate 32 is diced by the dicing blade 34 in order to separate the cap portion and the unnecessary portion. As a result, a groove is formed in the dicing line. Here, the cutting direction is a direction perpendicular to the orientation flat as shown in FIG. 8A, and the cut interval and the cut position are determined based on the formed alignment lines L3 and L4. FIG. 8A shows a dicing line cut at L5. In this way, one of the vertical and horizontal dicing lines with respect to the cap substrate 32 is cut. At this time, the dicing cut can be easily performed even if there is no mark as a mark on the back of the cap substrate 32.
[0028]
[Step shown in FIG. 5 (c)]
This figure is a sectional view in which the sectional directions of the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are changed by 90 degrees. As shown in this figure, a dicing cut adhesive sheet 35 is attached to the back surface of the cap substrate 32. Here, air is likely to remain between the pressure-sensitive adhesive sheet 35 and the cap substrate 32 at the time of pasting, but since there is a cut groove due to dicing cut, the air can be exhausted from here. The cap substrate 32 is in close contact with the entire area. In addition, since the unnecessary part made by the dicing cut of the process of FIG. 5B remains on the cap substrate 32, the adhesive sheet 35 is attached to the adhesive sheet 35 when the adhesive sheet 35 is attached to the cap substrate 35. Yes.
[0029]
[Step shown in FIG. 6A]
Further, the cap substrate 32 is diced again together with the adhesive sheet 35 using the dicing blade 34. The cutting direction is a direction perpendicular to the aforementioned line L5 as shown in FIG. 8B (indicated by L6 in the figure), and the cut interval and the cut position are determined using the alignment lines L3 and L4 as a reference. To do.
[0030]
In this way, the uncut line L6 in the dicing cut line is cut together with the adhesive sheet 35 with respect to the cap substrate 32.
In this dicing process, the adhesive sheet 35 is cut in a state of being attached to the cap substrate 32. Therefore, the unnecessary portion 32b is scattered during the dicing cut and damages the passivation film and the pad on the surface of the sensor substrate 31 or the dicing blade 34 is broken. Is avoided. That is, the unnecessary portion 32b is fixed, and the above-described problems can be avoided in advance.
[0031]
In the present embodiment, the cutting order is performed in the order of the lines L5 and L6. However, the above effect can be obtained even if the order is changed and L6 is cut first.
[Step shown in FIG. 6B]
Subsequently, the adhesive sheet 35 is peeled off from the divided cap substrate 32. At this time, the cap unnecessary portion 32 b is also removed together with the adhesive sheet 35, and the cap 32 c is mounted on the sensor substrate 31. In this way, the adhesive sheet 35 is peeled off, and the unnecessary portion 32 b is separated from the cap substrate 32.
[0032]
[Step shown in FIG. 6 (c)]
Then, the sensor substrate 31 is diced and cut along the dicing line using the dicing blade 36, and divided into sensor chips to form sensors each having a cap. As a result, the sensor shown in FIGS.
[0033]
In this way, since the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are temporarily fixed using the sublimation material and are transported to the bonding chamber, the cap substrate 32 is moved when the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are transported to the bonding chamber. The positional deviation from the sensor substrate 31 can be prevented. Further, since a gap is formed between the cap substrate 32 and the sensor substrate 31 by the sublimation material 33, an inert gas or vacuum can be easily sealed between the cap substrate 32 and the sensor substrate 31. it can. Since the sensor substrate 31 and the cap substrate 32 are temporarily fixed using such a sublimation material, it is possible to perform alignment with an inexpensive general-purpose alignment apparatus outside the bonding chamber, and at a low cost and high yield. A simple semiconductor device can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an acceleration sensor formed by applying the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
4 is an explanatory view showing a manufacturing process of the acceleration sensor shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor subsequent to FIG. 4;
6 is an explanatory diagram showing a manufacturing process of the acceleration sensor subsequent to FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is a diagram for explaining a cutting position alignment line when dicing and cutting the sensor substrate 31 and the cap substrate 32;
FIG. 8 is an explanatory view showing a dicing cut state of the cap substrate 32;
[Explanation of symbols]
31 ... Sensor substrate, 31a ... Sensor element, 32 ... Cap substrate,
32a ... projection, 32b ... unnecessary part, 32c ... cap, 33 ... sublimation material,
34, 36 ... dicing blade, 35 ... adhesive tape.

Claims

Manufacture of a semiconductor device in which a sensor substrate (31) formed with a structure (31a) having a movable part (6) and a cap substrate (32) serving as a lid of the sensor substrate (31) are joined together. A method,
The sensor substrate (31) and the cap substrate (32) are aligned, and the sensor substrate (31) and the chip substrate ( 32) are supported so as to provide a gap therebetween. A first step of temporarily fixing at
A second step of moving the sensor substrate (31) and the chip substrate ( 32) into a bonding chamber in a state where the temporary fixing is performed;
A third step of melting or sublimating the support (33) in the bonding chamber and bonding the sensor substrate (31) and the cap substrate ( 32);
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

2. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the structure (31a) having the movable part (6) formed on the sensor substrate (31) is a beam structure.

The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the structure (31a) having the movable portion (6) formed on the sensor substrate (31) is a doubly supported beam structure.

In the third step, the inside of the bonding chamber is filled with an inert gas or evacuated to fill the gap between the sensor substrate (31) and the chip substrate (32) or vacuum through the gap. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein: