JP3646349B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【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、キャップ形成用ウェハにおける前記機能素子の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材を塗布する第１工程と、機能素子形成用の半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとを前記接合材にて接合する第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、前記第２工程が、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部に、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙への湿気の侵入を防止するコーティング材を配置する工程を含むものである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に記載の発明での前記第１工程が、接合材をスクリーン印刷法により所望の位置に塗布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。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明での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１工程が、前記脚部の先端面に前記接合材を塗布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３に記載の発明での前記第１工程が、前記脚部の先端面を接合材に接触させることにより脚部の先端面に接合材を転写にて塗布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３に記載の発明での前記脚部の先端面に凹部が設けられ、前記第１工程が、前記凹部を含めた脚部の先端面に接合材を塗布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に記載の発明での前記コーティング材が耐湿性を有する半導体装置の製造方法をその要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明での前記コーティング材は吸湿性を有する半導体装置の製造方法をその要旨とする。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明での前記第２工程が、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空間に吸湿剤を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。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明での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。
【００１３】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程により、キャップ形成用ウェハにおける機能素子の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材が塗布され、第２工程により、機能素子形成用の半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとが接合材にて接合される。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、キャップ形成用ウェハに対し樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材を一括で塗布し、この接合材にて半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとを接合したので、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。特に、この請求項１に記載の発明では、第２工程において、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部に、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙への湿気の侵入を防止するコーティング材が配置される。その結果、キャップの内部が防湿される。
【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１工程において接合材がスクリーン印刷法により所望の位置に塗布される。つまり、スクリーン印刷法により容易に接合材が塗布される。
【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、第１工程において、キャップの脚部が機能素子の形成領域の周囲に対応する部位に位置し、この脚部の先端面に接合材が塗布される。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。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、第１工程において、キャップ形成用ウェハにおける脚部の先端面を接合材に接触させることにより脚部の先端面に接合材が転写にて塗布される。このように、スタンプ法により容易に接合材が塗布される。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、第１工程において、キャップ形成用ウェハにおける脚部の先端面の凹部を含めた脚部の先端面に接合材が塗布される。この凹部により接合面積が増加し、より強固に接合される。
【００１９】
請求項１に記載の発明のコーティング材としては、例えば請求項６に記載の発明のように防湿性を有するものや、請求項７に記載の発明のように吸湿性を有するものを適用することができる。これら各請求項によれば、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部を介してキャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙に湿気が侵入することを防止することができる。
【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、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空間に吸湿剤が配置される。その結果、キャップの内部が防湿される。
【００２１】
請求項９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がウェハ支持部材に接着されて、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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の上に最終保護膜としてさらにシリコン窒化膜を積層する場合が多い。
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
キャップ２１は四角形状のシリコン基板よりなる。キャップ２１の材質はシリコンを用いているが、ガラス、セラミクス、樹脂等、後工程での熱処理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よく、コストや耐環境性を考慮して選定する。シリコンは、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るものである。尚、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。
【００３１】
キャップ２１の下面に接合層２２が設けられている。接合層２２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。接合層２２は、樹脂を主成分とする接着剤を接合材として用い、必要に応じてスペーサとして球状の粒子（樹脂やシリカ等の粒子）を混入する。スペーサの混入により接合層２２の高さを安定させる効果が期待できる。この場合、透湿性の小さい材料の粒子（例えばシリカ）を混入することにより接着剤分を低減し、耐湿性の点で有利になる。
【００３２】
そして、シリコン酸化膜１６の上に、接合層２２を介してキャップ２１が接合されている。又、接合層２２の外側における接合層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）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。
【００３３】
このように、シリコン基板１に対し接合層２２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２３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。
【００３４】
次に、キャップ２１による封止構造の形成工程を、図４〜図１０に基づいて説明する。
まず、図４に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４を用意し、シリコンウェハ２４をウェハ支持部材としてのダイシング用粘着シート２５に貼り付ける（接着する）。ダイシング用粘着シート２５は変形しにくいタイプ（ノンエキスパンドタイプ）を用いることが望ましい。
【００３５】
そして、図５に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、所望のキャップサイズとなるように図中符号２６で示す位置でダイシングカット（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。この切断箇所を図１１においてＣで示す。キャップサイズは機能素子形成領域を保護するのに必要最小限のサイズである。
【００３６】
尚、本実施例のように、キャップ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。ここで、キャップ形成用シリコンウェハ２４は機能素子（センサ素子等）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いる。
【００３７】
次に、図６に示すように、ダイシングカットしたキャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、接合層となる接合材２２をスクリーン印刷で形成（塗布）する。より詳しくは、相手チップの接合すべき箇所に対応させて図１１に示すように機能素子形成領域の周囲に接合材２２を形成する。接合材２２は機能素子形成ウェハの各チップの機能素子部を囲うような位置に図１２に示すようにウェハ２４の全面に印刷する。接合材２２の線幅は、１００〜３００μｍ程度、膜厚は５〜十数μｍ程度が適当である。この接合材（接着剤）２２にはガス発生が少なく、素子汚染のおそれがなく、低吸水性、低透湿性の材料が望ましく、例えばエポキシ系の接着剤や高分子系熱可塑性接着剤が用いられる。高分子系熱可塑性接着剤の場合は必要に応じた熱処理を施し、予め溶剤をとばしてから接合する。
【００３８】
次に、図７に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、センサ素子が形成された機能素子形成用シリコンウェハ（半導体ウェハ）２７を、機能素子（可動ゲート電極）が接合材２２の内側に配置されるように位置合わせしてキャップ形成用シリコンウェハ２４にマウントし、接合材２２にて接合する。この場合、ウェハ面内の各チップで良好な接着を確保するため適度な加重、加熱処理を施す。この際、キャップの自重程度から数ｇ／ｍｍ2 程度の加重を加えることにより十分接着することができ、そのため下地へダメージを与えることはなく、接合材の形成位置もセンサチップ側の保護膜（図２，３でのシリコン酸化膜１６）上であれば特に制約を受けることがなく設計上の自由度が高い。
【００３９】
この状態の断面詳細図を図１３に示す。
位置合わせの方法としては、キャップ形成用シリコンウェハ２４を予め図１４に示すように機能素子形成用シリコンウェハ２７のダイシングラインに相当する部位に対してＸ，Ｙ方向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機能素子形成用シリコンウェハ２７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２４を機能素子形成用シリコンウェハ２７にマウントし、接着する。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２４および機能素子形成用シリコンウェハ２７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。マウント精度としては±十数μｍ以下であれば十分である。
【００４０】
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、キャップとシリコンウェハとが接合層を介して気密性の高い状態で接合されているので、キャップ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。
【００４１】
次に、図８に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ２７の裏面にダイシング用粘着シート２８を貼り付け、キャップ形成用シリコンウェハ２４の不要部２４ａ（図７に示す）をダイシング用粘着シート２５とともに引き剥がす。つまり、キャップ形成用シリコンウェハ２４からダイシング用粘着シート２５を分離してキャップ形成用シリコンウェハ２４の不要部２４ａ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２４の不要部２４ａを飛散させることなく確実に除去できる。
【００４２】
そして、図９に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ２７をスクライブラインの位置２９でダイシングカットし、ダイシング用粘着シート２８を剥がして図１０に示すように、チップに分割する。
【００４３】
ダイシングの際には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２１により保護される。
機能素子形成用シリコンウェハ２７のダイシングの際の断面詳細図を図１５に示す。このようにキャップ２１により保護したチップは通常の保護膜付きＩＣチップと同様に図１６に示すような樹脂モールド型パッケージに収納することが可能となる。
【００４４】
このような樹脂パッケージでは使用環境によっては樹脂を通して湿気が浸入し、さらに接合層（接着層）２２を通して空隙２３に湿気が浸入し、機能素子（センサ）に結露することで素子特性を劣化させるおそれがある。このような不具合を回避するために、図１７に示すようにコーティング材としての耐湿コート層３０により接合部（接着部）の外周部を被覆してもよい。耐湿コート法としてはポリパラキシレン樹脂を使用した化学蒸着（ＣＶＤ）によるコーティング技術等を用いればよい。蒸着の場合はアルミパッド（電極パッド）３１にワイヤボンドした後に実施することになる。
【００４５】
又、耐湿コート（３０）の代わりに、吸湿材をコーティングしてもよい。ここで、吸湿材としてはペースト状のものが供給されている（シリコンゴムにシリカゲルを混入したものや高分子系熱可塑性樹脂に吸湿材を混ぜたもの等）のでディスペンサーで接合層２２の周囲に塗布して、図１７，１８に示すような形態で実施する。図１８において、コーティング材としての吸湿コート層を符号３２で示す。
【００４６】
又、図１９に示すように、キャップ２１の下面、即ち、機能素子と対向する面に吸湿剤３３を塗布してもよい。この場合、図４〜図１０の工程では接合層２２となる接着剤をスクリーン印刷する前において、キャップ形成用シリコンウェハと機能素子形成用シリコンウェハとにより形成される空間に吸湿剤３３を配置すべくスクリーン印刷し、溶剤の揮発処理を実施する。塗布量としては、使用環境における透湿量を吸収するに十分な量を塗布する。
【００４７】
この場合の樹脂パッケージとしては図２０に示すような形態になる。
又、簡単には樹脂パッケージでなく、耐湿性の高いセラミックパッケージに収納することで湿気の侵入防止対策を図ることもできる。
【００４８】
このように本実施例では、キャップ形成用シリコンウェハ２４におけるセンサ素子（機能素子）の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材２２を塗布し（第１工程）、センサ素子が形成されたシリコンウェハ２７（半導体ウェハ）とキャップ形成用シリコンウェハ２４とを接合材２２にて接合し（第２工程）、シリコンウェハ２７を各チップ毎にダイシングした（第３工程）。よって、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し接合材２２を一括で塗布し、この接合材２２にてシリコンウェハ２７とキャップ形成用シリコンウェハ２４とを接合したので、通常の半導体製造技術を用いてセンサ素子を覆うキャップ２１を有する半導体装置が容易に製造される。つまり、接着剤をスクリーン印刷（あるいは後述するスタンプ法）による転写で大面積のウェハ全面に渡って簡易な工程で接合層を形成できるため低コストで表面マイクロ加工した機能素子を保護するためのキャップを接着することができ、キャップ材料を選ばずに接合層を形成できるため汎用性が高い。
【００４９】
より詳しくは、保護キャップ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を一括接合および一括切断することにより、極めて低コストな保護キャップの形成が可能となる。即ち、センサ素子の保護キャップとなるウェハ側に個々のセンサ素子を囲むように接着剤を印刷して形成した接合層により、センサ素子を形成したシリコンウェハ全面にキャップとなるウェハを一括接合し、センサ素子部を被覆するのに十分な領域を残してキャップウェハをダイシングカットで切断して、個々のセンサ素子部に保護キャップを効率的に形成することができる。
【００５０】
又、接合の際に大きな加重を必要とせず、下地へのダメージも心配する必要がない他、下地チップの保護膜の上であればどこでも接着してよく、多少の位置ズレも許容でき、限定条件が少ない。
【００５１】
さらに、キャップに通気性のない材料でコーティングすれば気密封止が可能であるので保護する機能素子（例えばセンサ）の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２０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。
（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。
【００５２】
本実施例は、図４〜図１０に示した製造方法の代わりに、図２１〜図２４に示す工程フローにて製造するものである。
図２２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４をダイシング用粘着シート３５に貼り付け、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し、所望のキャップサイズとなるように符号３６の位置でダイシングカット（フルカット）する。そして、キャップ形成用シリコンウェハ３４の裏面にダイシング用粘着シート３５を介して支持用ウェハ３７を貼り付ける。さらに、図２２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し、接合材２２をスクリーン印刷等で形成する。
【００５３】
次に、図２３に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し機能素子形成用シリコンウェハ３８を接着する。そして、図２４に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ３８をスクライブラインの位置３９でダイシングカットしチップに分割する。
【００５４】
このように本実施例では、キャップ形成用シリコンウェハ３４をダイシングする際にキャップ形成用シリコンウェハ３４に支持用ウェハ３７を貼り付けている。よって、ダイシング用粘着シート３５だけでは取り扱いに注意を要するが支持用ウェハ３７があることでハンドリングが容易になる。この場合、ダイシング用粘着シート３５の代わりに樹脂系の接着剤を用いてもよい。尚、接着剤は加熱することで接着力が低下するような特性のものを用いる（例えば熱可塑性樹脂等）。
（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。
【００５５】
本実施例の半導体加速度センサを図２５に示す。キャップ４０には脚部４１が設けられ、この脚部４１がシリコン基板１と接合されている。つまり、機能素子の形成領域の周囲に対応する部位に脚部４１が形成された構造となっている。そして、この脚部４１を設けることにより多様なキャップ形成工程が考えられるようになる。
【００５６】
図２６〜図２９に具体的な工程フローを示す。
図２６に示すように、キャップ材としてＳｉ（１００）面ウェハ４２を用意し、図２７に示すように、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４１を形成する。この手法は、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。尚、脚部４１の形状は四角環状となるようにマスクパターンを設計し、その幅は第１実施例と同様に１００〜３００μｍ程度にする。
【００５７】
そして、脚部４１の底面（先端面）に接合材（接着剤）２２を塗布する。接合材（接着剤）２２の接着強度として１０００ｇ／ｍｍ2 程度は十分得られるので後工程のダイシングカットでの外力（水流や水圧）に対して十分な強度を確保することができる。又、脚部４１を形成した本実施例では、脚部４１の先端面を接合材２２に接触させることにより脚部４１の先端面に接合材２２を転写にて塗布する。いわゆるスタンプ方式で接合材（接着剤）２２を脚部４１の底部に転写する。このように、スタンプ方式にて容易に接合材２２を塗布することができる。その後、必要に応じて熱処理を施す（高分子系熱可塑性接着剤の場合）。
【００５８】
次に、図２８に示すように、第１実施例と同様に位置合わせをしてキャップ形成用シリコンウェハ４２を機能素子形成用シリコンウェハ４３にマウントし、接着する。このように複数のチップにウェハごとキャップ形成用シリコンウェハ４２を一括接合した後、図２９に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４２を必要部分だけ残して切断除去する。キャップ形成用シリコンウェハ４２は第１実施例と同様に図１１（平面図）に示す箇所で切断する。
【００５９】
キャップ形成用シリコンウェハ４２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３０に示す。キャップ形成用シリコンウェハ４２の切断位置は、図３０において符号４４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４３の表面を傷つけないように注意することが必要である。このために脚部４１が重要な役割をする。即ち、ダイシングソーのウェハ固定ステージの平面度やダイシング用粘着シートの厚みバラツキ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、脚部４１と接合層２２を併せた長さを９０μｍ程度以上とする。つまり、脚部４１によりキャップ形成用シリコンウェハ４２の底面とシリコンウェハ４３の上面との距離を長くとることができ、キャップ形成用シリコンウェハ４２のダイシングを行う上で有利となる。
【００６０】
さらに、キャップ形成用シリコンウェハ４２の切断を行った後において、不要部（図２９で４２ａで示す）を除去し、ダイシングカット位置４５で示す機能素子形成用シリコンウェハ４３のスクライブラインをダイシングカットする。その結果、図２５のように個々のチップに分割される。
【００６１】
尚、キャップ形成用シリコンウェハ４２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４２の周辺部に図３１に示すような周辺固定層４６を設ければよい。
【００６２】
又、図３２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４２における脚部４１の表面に凹部４７を形成し、この凹部４７を含めた脚部４１の先端面に接合材（接着剤）２２を塗布して凹部４７により接着面積を増大させ、より強固な接着強度を得るようにしてもよい。又、この凹部４７により、流動性のある接着剤（例えばエポキシ系樹脂）の場合には接着時の接着剤のはみ出しを抑制することが可能となる。この凹部４７は脚部４１の形成のためのエッチング時において同時に容易に形成することができる。
【００６３】
又、キャップ形成用シリコンウェハ４２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の欠け（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となるチップを完全に分離しないようにし、ダイシングカット後に不要部の除去を実施する。
【００６４】
又、キャップ４０に脚部４１を設けた本実施例において、第１実施例において図１９を用いて説明したように、キャップ４０の下面（機能素子と対向する面）に吸湿剤３３を塗布する場合には、ディスペンス法により各キャップ毎に吸湿剤３３を塗布し、溶剤の揮発処理をする。
（第４実施例）
次に、第４実施例を第３実施例との相違点を中心に説明する。
【００６５】
脚部４１を設けたキャップ４０を有する半導体加速度センサの製造方法を、図３３〜図３８を用いて説明する。
図３３に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４８を用意し、図３４に示すように、脚部４１を形成し、図３５に示すように接着層４９にて支持用ウェハ５０と接着し、図３６に示すようにキャップ形成用シリコンウェハ４８を符号５１の位置にてダイシングする。そして、図３７に示すように、接合材２２（接着剤）を介して機能素子形成用シリコンウェハ５２と接合する。さらに、図３８に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ５２を符号５３の位置でダイシングし、各チップに分割する。
【００６６】
支持用ウェハ５０は必要に応じて設ければよく、支持用ウェハ５０を用いた場合には第２実施例で述べたようにウェハのハンドリングが容易になる。又、キャップ４０に脚部４１が付いているため接合材２２（接着剤）はスタンプ法により転写する。脚部４１を形成する工程は実施例１，２に比較して増えるがスタンプ法による転写で接着剤をキャップの脚部４１に塗布することができるためスクリーン印刷法に比較して印刷機が不要である点や印刷時の位置合わせが不要であったり、印刷ムラといったトラブルを回避しやすいという利点がある。又、脚部４１があるため機能素子（可動部）とキャップ下面との間のスペースを十分とることが可能となるため接合層の厚みを必要最小限にすることができるようになるため耐湿性の点でも利点がある。
【００６７】
これらの工程により形成した保護キャップ付き機能素子チップは前述の実施例と同様に図１６，２０のような形態で樹脂封止パッケージに収納するか耐湿性のよい中空パッケージに収納される。
（第５実施例）
次に、第５実施例を上記各実施例との相違点を中心に説明する。
【００６８】
本実施例では、接合材として樹脂系の接着剤の代わりに低融点ガラス（ガラス粉末を混練したぺースト）を用いている。この場合には透湿率が極めて低いため耐湿性の確保が容易である。低融点ガラスには熱処理温度が４５０℃以下のものを選ぶことができ、大きな加重を加えることなく接合できるため素子特性にダメージを与えることなく、キャップ封着することができる。低融点ガラス（ガラス粉末を混練したぺースト）の塗布にはスクリーン印刷か、キャップに脚部を設けた場合にはスタンプ方式を用いる。耐熱性の高いダイシングシート（例えばシート基材をポリイミドとし、接着剤はシリコン系のものとする）を用いれば、図４〜図１０に示すようにしてキャップを接合することも可能である。又、図２１〜２４の工程か図２６〜２９、図３３〜３８の工程によってもキャップ接合することが可能である。これらの工程により形成した保護キャップ付き機能素子チップは前述の実施例と同様に図１６のような形態で樹脂封止パッケージに収納するか、中空パッケージに収納する。
【００６９】
この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、例えば、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Ｓｉ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。
【００７０】
【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、容易に保護キャップを有する半導体装置を製造することができ、さらにキャップの内部の防湿を図ることができるといった優れた効果を発揮する。
【００７１】
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、容易に接合材を塗布することができる。
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、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。
【００７２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、容易に接合材を塗布することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、より強固に接合することができる。
【００７３】
請求項６〜８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、キャップの内部の防湿を図ることができる。
【００７４】
請求項９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断面図。
【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】ウェハの平面図。
【図１２】ウェハの平面図。
【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】ウェハの平面図。
【図１５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図１６】樹脂モールドした状態での断面図。
【図１７】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図１８】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図１９】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図２０】樹脂モールドした状態での断面図。
【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】ウェハの平面図。
【図３２】第３実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図３３】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３４】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３５】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３６】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３７】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３８】第４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…半導体基板としてのシリコン基板、２１…キャップ、２２…接合層および接合材、２３…空隙、２４…キャップ形成用シリコンウェハ、２５…ウェハ支持部材としてのダイシング用粘着シート、２７…半導体ウェハとしてのシリコンウェハ、３０…コーティング材としての耐湿コート層、３２…コーティング材としての吸湿コート層、３３…吸湿剤、４０…キャップ、４１…脚部、４７…凹部
【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、キャップ形成用ウェハにおける前記機能素子の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材を塗布する第１工程と、機能素子形成用の半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとを前記接合材にて接合する第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、前記第２工程が、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部に、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙への湿気の侵入を防止するコーティング材を配置する工程を含むものである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に記載の発明での前記第１工程が、接合材をスクリーン印刷法により所望の位置に塗布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。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の発明での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１工程が、前記脚部の先端面に前記接合材を塗布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３に記載の発明での前記第１工程が、前記脚部の先端面を接合材に接触させることにより脚部の先端面に接合材を転写にて塗布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３に記載の発明での前記脚部の先端面に凹部が設けられ、前記第１工程が、前記凹部を含めた脚部の先端面に接合材を塗布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に記載の発明での前記コーティング材が耐湿性を有する半導体装置の製造方法をその要旨とする。
請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の発明での前記コーティング材は吸湿性を有する半導体装置の製造方法をその要旨とする。
【００１１】
請求項８に記載の発明は、請求項１に記載の発明での前記第２工程が、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空間に吸湿剤を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。
【００１２】
請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の発明での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。
【００１３】
【作用】
請求項１に記載の発明によれば、第１工程により、キャップ形成用ウェハにおける機能素子の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材が塗布され、第２工程により、機能素子形成用の半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとが接合材にて接合される。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、キャップ形成用ウェハに対し樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材を一括で塗布し、この接合材にて半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとを接合したので、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。特に、この請求項１に記載の発明では、第２工程において、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部に、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙への湿気の侵入を防止するコーティング材が配置される。その結果、キャップの内部が防湿される。
【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１工程において接合材がスクリーン印刷法により所望の位置に塗布される。つまり、スクリーン印刷法により容易に接合材が塗布される。
【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、第１工程において、キャップの脚部が機能素子の形成領域の周囲に対応する部位に位置し、この脚部の先端面に接合材が塗布される。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。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、第１工程において、キャップ形成用ウェハにおける脚部の先端面を接合材に接触させることにより脚部の先端面に接合材が転写にて塗布される。このように、スタンプ法により容易に接合材が塗布される。
【００１８】
請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の作用に加え、第１工程において、キャップ形成用ウェハにおける脚部の先端面の凹部を含めた脚部の先端面に接合材が塗布される。この凹部により接合面積が増加し、より強固に接合される。
【００１９】
請求項１に記載の発明のコーティング材としては、例えば請求項６に記載の発明のように防湿性を有するものや、請求項７に記載の発明のように吸湿性を有するものを適用することができる。これら各請求項によれば、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部を介してキャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙に湿気が侵入することを防止することができる。
【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、キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空間に吸湿剤が配置される。その結果、キャップの内部が防湿される。
【００２１】
請求項９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がウェハ支持部材に接着されて、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。
【００２２】
【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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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の上に最終保護膜としてさらにシリコン窒化膜を積層する場合が多い。
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
キャップ２１は四角形状のシリコン基板よりなる。キャップ２１の材質はシリコンを用いているが、ガラス、セラミクス、樹脂等、後工程での熱処理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よく、コストや耐環境性を考慮して選定する。シリコンは、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るものである。尚、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。
【００３１】
キャップ２１の下面に接合層２２が設けられている。接合層２２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。接合層２２は、樹脂を主成分とする接着剤を接合材として用い、必要に応じてスペーサとして球状の粒子（樹脂やシリカ等の粒子）を混入する。スペーサの混入により接合層２２の高さを安定させる効果が期待できる。この場合、透湿性の小さい材料の粒子（例えばシリカ）を混入することにより接着剤分を低減し、耐湿性の点で有利になる。
【００３２】
そして、シリコン酸化膜１６の上に、接合層２２を介してキャップ２１が接合されている。又、接合層２２の外側における接合層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）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。
【００３３】
このように、シリコン基板１に対し接合層２２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２３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。
【００３４】
次に、キャップ２１による封止構造の形成工程を、図４〜図１０に基づいて説明する。
まず、図４に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４を用意し、シリコンウェハ２４をウェハ支持部材としてのダイシング用粘着シート２５に貼り付ける（接着する）。ダイシング用粘着シート２５は変形しにくいタイプ（ノンエキスパンドタイプ）を用いることが望ましい。
【００３５】
そして、図５に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、所望のキャップサイズとなるように図中符号２６で示す位置でダイシングカット（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。この切断箇所を図１１においてＣで示す。キャップサイズは機能素子形成領域を保護するのに必要最小限のサイズである。
【００３６】
尚、本実施例のように、キャップ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。ここで、キャップ形成用シリコンウェハ２４は機能素子（センサ素子等）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いる。
【００３７】
次に、図６に示すように、ダイシングカットしたキャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、接合層となる接合材２２をスクリーン印刷で形成（塗布）する。より詳しくは、相手チップの接合すべき箇所に対応させて図１１に示すように機能素子形成領域の周囲に接合材２２を形成する。接合材２２は機能素子形成ウェハの各チップの機能素子部を囲うような位置に図１２に示すようにウェハ２４の全面に印刷する。接合材２２の線幅は、１００〜３００μｍ程度、膜厚は５〜十数μｍ程度が適当である。この接合材（接着剤）２２にはガス発生が少なく、素子汚染のおそれがなく、低吸水性、低透湿性の材料が望ましく、例えばエポキシ系の接着剤や高分子系熱可塑性接着剤が用いられる。高分子系熱可塑性接着剤の場合は必要に応じた熱処理を施し、予め溶剤をとばしてから接合する。
【００３８】
次に、図７に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し、センサ素子が形成された機能素子形成用シリコンウェハ（半導体ウェハ）２７を、機能素子（可動ゲート電極）が接合材２２の内側に配置されるように位置合わせしてキャップ形成用シリコンウェハ２４にマウントし、接合材２２にて接合する。この場合、ウェハ面内の各チップで良好な接着を確保するため適度な加重、加熱処理を施す。この際、キャップの自重程度から数ｇ／ｍｍ2 程度の加重を加えることにより十分接着することができ、そのため下地へダメージを与えることはなく、接合材の形成位置もセンサチップ側の保護膜（図２，３でのシリコン酸化膜１６）上であれば特に制約を受けることがなく設計上の自由度が高い。
【００３９】
この状態の断面詳細図を図１３に示す。
位置合わせの方法としては、キャップ形成用シリコンウェハ２４を予め図１４に示すように機能素子形成用シリコンウェハ２７のダイシングラインに相当する部位に対してＸ，Ｙ方向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機能素子形成用シリコンウェハ２７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２４を機能素子形成用シリコンウェハ２７にマウントし、接着する。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２４および機能素子形成用シリコンウェハ２７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。マウント精度としては±十数μｍ以下であれば十分である。
【００４０】
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、キャップとシリコンウェハとが接合層を介して気密性の高い状態で接合されているので、キャップ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。
【００４１】
次に、図８に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ２７の裏面にダイシング用粘着シート２８を貼り付け、キャップ形成用シリコンウェハ２４の不要部２４ａ（図７に示す）をダイシング用粘着シート２５とともに引き剥がす。つまり、キャップ形成用シリコンウェハ２４からダイシング用粘着シート２５を分離してキャップ形成用シリコンウェハ２４の不要部２４ａ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２４の不要部２４ａを飛散させることなく確実に除去できる。
【００４２】
そして、図９に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ２７をスクライブラインの位置２９でダイシングカットし、ダイシング用粘着シート２８を剥がして図１０に示すように、チップに分割する。
【００４３】
ダイシングの際には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２１により保護される。
機能素子形成用シリコンウェハ２７のダイシングの際の断面詳細図を図１５に示す。このようにキャップ２１により保護したチップは通常の保護膜付きＩＣチップと同様に図１６に示すような樹脂モールド型パッケージに収納することが可能となる。
【００４４】
このような樹脂パッケージでは使用環境によっては樹脂を通して湿気が浸入し、さらに接合層（接着層）２２を通して空隙２３に湿気が浸入し、機能素子（センサ）に結露することで素子特性を劣化させるおそれがある。このような不具合を回避するために、図１７に示すようにコーティング材としての耐湿コート層３０により接合部（接着部）の外周部を被覆してもよい。耐湿コート法としてはポリパラキシレン樹脂を使用した化学蒸着（ＣＶＤ）によるコーティング技術等を用いればよい。蒸着の場合はアルミパッド（電極パッド）３１にワイヤボンドした後に実施することになる。
【００４５】
又、耐湿コート（３０）の代わりに、吸湿材をコーティングしてもよい。ここで、吸湿材としてはペースト状のものが供給されている（シリコンゴムにシリカゲルを混入したものや高分子系熱可塑性樹脂に吸湿材を混ぜたもの等）のでディスペンサーで接合層２２の周囲に塗布して、図１７，１８に示すような形態で実施する。図１８において、コーティング材としての吸湿コート層を符号３２で示す。
【００４６】
又、図１９に示すように、キャップ２１の下面、即ち、機能素子と対向する面に吸湿剤３３を塗布してもよい。この場合、図４〜図１０の工程では接合層２２となる接着剤をスクリーン印刷する前において、キャップ形成用シリコンウェハと機能素子形成用シリコンウェハとにより形成される空間に吸湿剤３３を配置すべくスクリーン印刷し、溶剤の揮発処理を実施する。塗布量としては、使用環境における透湿量を吸収するに十分な量を塗布する。
【００４７】
この場合の樹脂パッケージとしては図２０に示すような形態になる。
又、簡単には樹脂パッケージでなく、耐湿性の高いセラミックパッケージに収納することで湿気の侵入防止対策を図ることもできる。
【００４８】
このように本実施例では、キャップ形成用シリコンウェハ２４におけるセンサ素子（機能素子）の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材２２を塗布し（第１工程）、センサ素子が形成されたシリコンウェハ２７（半導体ウェハ）とキャップ形成用シリコンウェハ２４とを接合材２２にて接合し（第２工程）、シリコンウェハ２７を各チップ毎にダイシングした（第３工程）。よって、キャップ形成用シリコンウェハ２４に対し接合材２２を一括で塗布し、この接合材２２にてシリコンウェハ２７とキャップ形成用シリコンウェハ２４とを接合したので、通常の半導体製造技術を用いてセンサ素子を覆うキャップ２１を有する半導体装置が容易に製造される。つまり、接着剤をスクリーン印刷（あるいは後述するスタンプ法）による転写で大面積のウェハ全面に渡って簡易な工程で接合層を形成できるため低コストで表面マイクロ加工した機能素子を保護するためのキャップを接着することができ、キャップ材料を選ばずに接合層を形成できるため汎用性が高い。
【００４９】
より詳しくは、保護キャップ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を一括接合および一括切断することにより、極めて低コストな保護キャップの形成が可能となる。即ち、センサ素子の保護キャップとなるウェハ側に個々のセンサ素子を囲むように接着剤を印刷して形成した接合層により、センサ素子を形成したシリコンウェハ全面にキャップとなるウェハを一括接合し、センサ素子部を被覆するのに十分な領域を残してキャップウェハをダイシングカットで切断して、個々のセンサ素子部に保護キャップを効率的に形成することができる。
【００５０】
又、接合の際に大きな加重を必要とせず、下地へのダメージも心配する必要がない他、下地チップの保護膜の上であればどこでも接着してよく、多少の位置ズレも許容でき、限定条件が少ない。
【００５１】
さらに、キャップに通気性のない材料でコーティングすれば気密封止が可能であるので保護する機能素子（例えばセンサ）の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２０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。
（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。
【００５２】
本実施例は、図４〜図１０に示した製造方法の代わりに、図２１〜図２４に示す工程フローにて製造するものである。
図２２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４をダイシング用粘着シート３５に貼り付け、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し、所望のキャップサイズとなるように符号３６の位置でダイシングカット（フルカット）する。そして、キャップ形成用シリコンウェハ３４の裏面にダイシング用粘着シート３５を介して支持用ウェハ３７を貼り付ける。さらに、図２２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し、接合材２２をスクリーン印刷等で形成する。
【００５３】
次に、図２３に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ３４に対し機能素子形成用シリコンウェハ３８を接着する。そして、図２４に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ３８をスクライブラインの位置３９でダイシングカットしチップに分割する。
【００５４】
このように本実施例では、キャップ形成用シリコンウェハ３４をダイシングする際にキャップ形成用シリコンウェハ３４に支持用ウェハ３７を貼り付けている。よって、ダイシング用粘着シート３５だけでは取り扱いに注意を要するが支持用ウェハ３７があることでハンドリングが容易になる。この場合、ダイシング用粘着シート３５の代わりに樹脂系の接着剤を用いてもよい。尚、接着剤は加熱することで接着力が低下するような特性のものを用いる（例えば熱可塑性樹脂等）。
（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。
【００５５】
本実施例の半導体加速度センサを図２５に示す。キャップ４０には脚部４１が設けられ、この脚部４１がシリコン基板１と接合されている。つまり、機能素子の形成領域の周囲に対応する部位に脚部４１が形成された構造となっている。そして、この脚部４１を設けることにより多様なキャップ形成工程が考えられるようになる。
【００５６】
図２６〜図２９に具体的な工程フローを示す。
図２６に示すように、キャップ材としてＳｉ（１００）面ウェハ４２を用意し、図２７に示すように、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４１を形成する。この手法は、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。尚、脚部４１の形状は四角環状となるようにマスクパターンを設計し、その幅は第１実施例と同様に１００〜３００μｍ程度にする。
【００５７】
そして、脚部４１の底面（先端面）に接合材（接着剤）２２を塗布する。接合材（接着剤）２２の接着強度として１０００ｇ／ｍｍ2 程度は十分得られるので後工程のダイシングカットでの外力（水流や水圧）に対して十分な強度を確保することができる。又、脚部４１を形成した本実施例では、脚部４１の先端面を接合材２２に接触させることにより脚部４１の先端面に接合材２２を転写にて塗布する。いわゆるスタンプ方式で接合材（接着剤）２２を脚部４１の底部に転写する。このように、スタンプ方式にて容易に接合材２２を塗布することができる。その後、必要に応じて熱処理を施す（高分子系熱可塑性接着剤の場合）。
【００５８】
次に、図２８に示すように、第１実施例と同様に位置合わせをしてキャップ形成用シリコンウェハ４２を機能素子形成用シリコンウェハ４３にマウントし、接着する。このように複数のチップにウェハごとキャップ形成用シリコンウェハ４２を一括接合した後、図２９に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４２を必要部分だけ残して切断除去する。キャップ形成用シリコンウェハ４２は第１実施例と同様に図１１（平面図）に示す箇所で切断する。
【００５９】
キャップ形成用シリコンウェハ４２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３０に示す。キャップ形成用シリコンウェハ４２の切断位置は、図３０において符号４４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４３の表面を傷つけないように注意することが必要である。このために脚部４１が重要な役割をする。即ち、ダイシングソーのウェハ固定ステージの平面度やダイシング用粘着シートの厚みバラツキ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、脚部４１と接合層２２を併せた長さを９０μｍ程度以上とする。つまり、脚部４１によりキャップ形成用シリコンウェハ４２の底面とシリコンウェハ４３の上面との距離を長くとることができ、キャップ形成用シリコンウェハ４２のダイシングを行う上で有利となる。
【００６０】
さらに、キャップ形成用シリコンウェハ４２の切断を行った後において、不要部（図２９で４２ａで示す）を除去し、ダイシングカット位置４５で示す機能素子形成用シリコンウェハ４３のスクライブラインをダイシングカットする。その結果、図２５のように個々のチップに分割される。
【００６１】
尚、キャップ形成用シリコンウェハ４２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４２の周辺部に図３１に示すような周辺固定層４６を設ければよい。
【００６２】
又、図３２に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４２における脚部４１の表面に凹部４７を形成し、この凹部４７を含めた脚部４１の先端面に接合材（接着剤）２２を塗布して凹部４７により接着面積を増大させ、より強固な接着強度を得るようにしてもよい。又、この凹部４７により、流動性のある接着剤（例えばエポキシ系樹脂）の場合には接着時の接着剤のはみ出しを抑制することが可能となる。この凹部４７は脚部４１の形成のためのエッチング時において同時に容易に形成することができる。
【００６３】
又、キャップ形成用シリコンウェハ４２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の欠け（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となるチップを完全に分離しないようにし、ダイシングカット後に不要部の除去を実施する。
【００６４】
又、キャップ４０に脚部４１を設けた本実施例において、第１実施例において図１９を用いて説明したように、キャップ４０の下面（機能素子と対向する面）に吸湿剤３３を塗布する場合には、ディスペンス法により各キャップ毎に吸湿剤３３を塗布し、溶剤の揮発処理をする。
（第４実施例）
次に、第４実施例を第３実施例との相違点を中心に説明する。
【００６５】
脚部４１を設けたキャップ４０を有する半導体加速度センサの製造方法を、図３３〜図３８を用いて説明する。
図３３に示すように、キャップ形成用シリコンウェハ４８を用意し、図３４に示すように、脚部４１を形成し、図３５に示すように接着層４９にて支持用ウェハ５０と接着し、図３６に示すようにキャップ形成用シリコンウェハ４８を符号５１の位置にてダイシングする。そして、図３７に示すように、接合材２２（接着剤）を介して機能素子形成用シリコンウェハ５２と接合する。さらに、図３８に示すように、機能素子形成用シリコンウェハ５２を符号５３の位置でダイシングし、各チップに分割する。
【００６６】
支持用ウェハ５０は必要に応じて設ければよく、支持用ウェハ５０を用いた場合には第２実施例で述べたようにウェハのハンドリングが容易になる。又、キャップ４０に脚部４１が付いているため接合材２２（接着剤）はスタンプ法により転写する。脚部４１を形成する工程は実施例１，２に比較して増えるがスタンプ法による転写で接着剤をキャップの脚部４１に塗布することができるためスクリーン印刷法に比較して印刷機が不要である点や印刷時の位置合わせが不要であったり、印刷ムラといったトラブルを回避しやすいという利点がある。又、脚部４１があるため機能素子（可動部）とキャップ下面との間のスペースを十分とることが可能となるため接合層の厚みを必要最小限にすることができるようになるため耐湿性の点でも利点がある。
【００６７】
これらの工程により形成した保護キャップ付き機能素子チップは前述の実施例と同様に図１６，２０のような形態で樹脂封止パッケージに収納するか耐湿性のよい中空パッケージに収納される。
（第５実施例）
次に、第５実施例を上記各実施例との相違点を中心に説明する。
【００６８】
本実施例では、接合材として樹脂系の接着剤の代わりに低融点ガラス（ガラス粉末を混練したぺースト）を用いている。この場合には透湿率が極めて低いため耐湿性の確保が容易である。低融点ガラスには熱処理温度が４５０℃以下のものを選ぶことができ、大きな加重を加えることなく接合できるため素子特性にダメージを与えることなく、キャップ封着することができる。低融点ガラス（ガラス粉末を混練したぺースト）の塗布にはスクリーン印刷か、キャップに脚部を設けた場合にはスタンプ方式を用いる。耐熱性の高いダイシングシート（例えばシート基材をポリイミドとし、接着剤はシリコン系のものとする）を用いれば、図４〜図１０に示すようにしてキャップを接合することも可能である。又、図２１〜２４の工程か図２６〜２９、図３３〜３８の工程によってもキャップ接合することが可能である。これらの工程により形成した保護キャップ付き機能素子チップは前述の実施例と同様に図１６のような形態で樹脂封止パッケージに収納するか、中空パッケージに収納する。
【００６９】
この発明は上記各実施例に限定されるものではなく、例えば、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Ｓｉ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。
【００７０】
【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、容易に保護キャップを有する半導体装置を製造することができ、さらにキャップの内部の防湿を図ることができるといった優れた効果を発揮する。
【００７１】
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、容易に接合材を塗布することができる。
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、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。
【００７２】
請求項４に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、容易に接合材を塗布することができる。
請求項５に記載の発明によれば、請求項３に記載の発明の効果に加え、より強固に接合することができる。
【００７３】
請求項６〜８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、キャップの内部の防湿を図ることができる。
【００７４】
請求項９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断面図。
【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】ウェハの平面図。
【図１２】ウェハの平面図。
【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】ウェハの平面図。
【図１５】第１実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図１６】樹脂モールドした状態での断面図。
【図１７】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図１８】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図１９】第１実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図２０】樹脂モールドした状態での断面図。
【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】ウェハの平面図。
【図３２】第３実施例の応用例の半導体装置の断面図。
【図３３】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３４】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３５】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３６】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３７】第４実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図。
【図３８】第４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…半導体基板としてのシリコン基板、２１…キャップ、２２…接合層および接合材、２３…空隙、２４…キャップ形成用シリコンウェハ、２５…ウェハ支持部材としてのダイシング用粘着シート、２７…半導体ウェハとしてのシリコンウェハ、３０…コーティング材としての耐湿コート層、３２…コーティング材としての吸湿コート層、３３…吸湿剤、４０…キャップ、４１…脚部、４７…凹部
Claims (9)
- 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、
キャップ形成用ウェハにおける前記機能素子の形成領域の周囲に対応する領域に、樹脂を主成分とする接着剤よりなる接合材を塗布する第１工程と、
機能素子形成用の半導体ウェハとキャップ形成用ウェハとを前記接合材にて接合する第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、
前記第２工程は、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとの接合部の外周部に、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空隙への湿気の侵入を防止するコーティング材を配置する工程を含むものである
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第１工程は接合材をスクリーン印刷法により所望の位置に塗布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。
- 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１工程は、前記脚部の先端面に前記接合材を塗布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。
- 前記第１工程は、前記脚部の先端面を接合材に接触させることにより脚部の先端面に接合材を転写にて塗布する工程を含むものである請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記脚部の先端面に凹部が設けられ、前記第１工程は、前記凹部を含めた脚部の先端面に接合材を塗布する工程を含むものである請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コーティング材は耐湿性を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記コーティング材は吸湿性を有する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第２工程は、前記キャップ形成用ウェハと半導体ウェハとにより形成される空間に吸湿剤を配置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。
- 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。
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