JP4631406B2 - 半導体部品の電気信号取り出し部構造及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、加速度を検出できる加速度センサを含む半導体部品の電気信号取り出し部構造とその製造方法に関する。

従来から、この種、半導体部品の電気信号取り出し部構造として、例えば、特許文献１に示されるように、半導体基板に積層した絶縁板にコンタクトホールを開口させ、このホール内壁面に導電性膜を形成することが知られている。

このような半導体部品の電気信号取り出し部構造について、図６を参照して説明する。ここでは、加速度の変化を、静電容量素子間の静電容量変化に基づき検出する静電容量型加速度センサの例を示す。この加速度センサ１０１は、シリコン基板に微細加工を施して加速度センサデバイスを形成した半導体基板１０２と、その上下面（図では上面のみ示す）に接合される絶縁性基板としてのガラス基板１０３とから成り、静電容量ギャップ 部への異物混入を防ぐためにセンサ自体を機密にしている。半導体基板１０２とガラス基板１０３の接合前に、ガラス基板１０３には、電気信号取り出しのための貫通孔１０４（ガラススルーホール）がブラスト加工等により形成され、接合後に、この貫通孔１０４の内壁面に導電性薄膜１０５が成膜される。

この導電性薄膜１０５は、ガラス基板１０３の半導体基板１０２との対向面に形成された固定極１０６を露出させることなく、外部にリードする金属引き出し線として機能するものであり、半導体基板１０２に形成したＳｉＯ２層１０７の上に設けた電極取り出しパット用のアルミ導電層１０８を介して固定極１０６と導通される。
特開平０５−３４３５３６号公報

しかしながら、上述したような従来構成からなる加速度センサの電気信号取り出し部構成においては、その製造に際して、ガラス基板１０３に貫通孔１０４を形成するときに、貫通孔１０４の下縁にガラス欠け部１０９（チッピング部）が発生しやすく、このガラス欠け部１０９のところで導電性薄膜１０５が断線状態となることがあり、歩留りの低下や引き出し線導通の信頼性に欠けるといった問題があった。

本発明は、上述した従来の問題を解消するものであり、半導体部品の製造上の歩留り向上が図れると共に、引き出し線の安定、かつ確実な導通を確保でき、信頼性の高い半導体部品の電気信号取り出し部構造とその製造方法を提供することを目的とする。

請求項１の発明は、半導体素子を形成した基板と、この半導体基板に接合される絶縁性基板とを備え、前記絶縁性基板には、前記半導体素子からの電気信号取り出しのための貫通孔が形成されると共に、この貫通孔に電気信号取り出し用の導電性薄膜を成膜して成り、前記絶縁性基板に貫通孔を形成するための除去加工に際して除去加工を行う側の面とは反対側に生じた絶縁性基板の欠け部に導電性薄膜を形成し、前記欠け部に形成した導電性薄膜の上からさらに前記電気信号取り出し用の導電性薄膜を形成して成る半導体部品の電気信号取り出し部の製造方法であって、前記貫通孔形成のための除去加工の後で、基板と絶縁性基板とを接合する前に、絶縁性基板の裏面から導電性薄膜を成膜し、これを研磨することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、上記において、前記欠け部に形成される導電性薄膜の成膜材料として、半導体素子を形成した基板と絶縁性基板との接合温度よりも融点が低いものを使用するものである。

請求項３の発明は、上記において、基板と絶縁性基板とを接合した後、電気信号取り出し用の導電性薄膜を成膜し、その導電性薄膜の上に、さらに、めっきを施すものである。

請求項４の発明は、前記欠け部に導電性薄膜を成膜する時に固定極パターンも形成するものである。

請求項５の発明は、貫通孔形成のための除去加工はブラスト加工を用いるものである。

請求項１の発明によれば、貫通孔に成膜した電気信号取り出し用の導電性薄膜とは別に、貫通孔の加工成形時に生じた絶縁性基板の欠け部に導電性薄膜を形成しているので、両導電性薄膜の導通により電気信号取り出し用の導電性薄膜に断線が生じることが防止され、半導体部品の製造歩留まりが改善され、ひいては、半導体素子基板と絶縁性基板との接合信頼性が向上する。そして、半導体基板と絶縁性基板との接合前に、絶縁性基板の欠け部に導電性薄膜を形成しているので、接合信頼性が向上する。

請求項２の発明によれば、半導体基板と絶縁性基板との接合により、欠け部に形成される導電性薄膜と電気信号取り出し用の導電性薄膜とが溶着して、接合信頼性が高まる。

請求項３の発明によれば、めっき処理により接合信頼性が上がり、封止構造も確実になる。

請求項４の発明によれば、半導体基板と絶縁性基板との接合前に、絶縁性基板の欠け部に導電性薄膜を形成しているので、接合信頼性が向上する。

請求項４の発明によれば、プロセスが減るため、製造コストが低減する。

請求項５の発明によれば、貫通孔形成が容易となり、製造コストが安くなる。

以下、本発明に係る半導体部品の電気信号取り出し部構造とその製造方法について、静電容量型加速度センサに実施した形態について説明する。図１は静電容量型加速度センサの一部を示し、図２及び図３は、その製造工程を示す。加速度センサ１（半導体部品）は、シリコン基板上に半導体素子デバイスを形成した半導体基板２と、この半導体基板２を挟み込むように該基板２の上下面に接合されたガラス基板で成る絶縁性基板３１，３２とを備える。半導体基板２には、乾式又は湿式のエッチング技術等にて形成したビーム２ａにより支持された加速度センサ用の重錘体２ｂ（可動構造体）と凹部２ｃが作製されている。絶縁性基板３１には、この重錘体２ｂに対向して容量ギャップをおいて固定極６が設けられ、また、半導体素子デバイスからの電気信号取り出しのための貫通孔４が形成されている。貫通孔４には、固定極６を外部に露出させることなく、外部にリードする金属引き出し線として機能する電気信号取り出し用の導電性薄膜５が成膜される。

絶縁性基板３１に貫通孔４をサンドブラスト加工等により形成する際に、絶縁性基板３１の除去加工を行う側の面とは反対側に欠け部９が生じ易いが、この欠け部９には導電性薄膜１１を形成しておき、この導電性薄膜１１の上からさらに前記の導電性薄膜５が形成される。この導電性薄膜５は、半導体基板２に形成したＳｉＯ２層７の上に設けた電極取り出し用アルミ導電層８を介して固定極６と導通される。そして、１つの重錘体２ｂに対して２つの固定極６が配置されることで静電容量検出が可能となり、加速度検出が可能なデバイスとなる。

次に、上記構成の加速度センサ１の製造方法を図２及び図３を参照して説明する。まず、絶縁性基板３１に貫通孔４を形成する工程について説明する。図２（ａ）に示すように、絶縁性基板３１の上面に貫通孔４形成部分を除いて保護層１０を形成し、その状態で上面よりサンドブラスト加工により貫通孔４を形成する。このとき、絶縁性基板３１には、貫通孔４の加工を行う側の面とは反対側のエッジに欠け部９が生じ易い。そこで、図２（ｂ）に示すように、絶縁性基板３１の下面（裏面）に導電性薄膜１１を成膜する。これにより、欠け部９内にも導電性薄膜１１が形成される。その後、図２（ｃ）に示すように、絶縁性基板３１の裏面を研磨して導電性薄膜１１を欠け部９内のものを除いて除去する。導電性薄膜１１は、Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｃｕなどの材料をスパッタリングや蒸着により成膜すればよい。

次いで、図３（ｄ）に示すように、絶縁性基板３１の裏面に固定極６のパターンを形成する。さらに、図３（ｅ）に示したように、別途に作成しておいた半導体素子デバイスを持つ半導体基板２の上（表）面に、前記により作成された絶縁性基板３１を、下（裏）面に、別途に作成された絶縁性基板３２を、それぞれ熱溶着等により接合する。このとき、絶縁性基板３１の固定極６のパターンと半導体基板２の半導体素子デバイスの重錘体２ｂとが容量ギャップを介して対向するように位置合わせされ、また、固定極６のパターンとアルミ導電層８とは導通状態とされる。その後、図３（ｆ）に示すように、絶縁性基板３１の表面側から貫通孔４領域に電気信号取り出し用の金属引き出し線となる導電性薄膜５を成膜する。この導電性薄膜５は、アルミ導電層８を介して固定極６のパターンと導通したものとなる。

上記の構成及び製造方法によれば、絶縁性基板３への貫通孔４形成時に貫通孔４の下縁に欠け部９が発生しても、この欠け部９に導電性薄膜１１が形成されているので、導電性薄膜５を成膜したとき、金属引き出し線となる導電性薄膜５が断線状態となることがなく、固定極６のパターンとの導通が確実なものとなり、製造歩留まりが改善され、ひいては、半導体基板２と絶縁性基板３１との接合信頼性が向上する。

また、貫通孔４形成のための除去加工の後で、半導体基板２と絶縁性基板３１とを接合する前に、絶縁性基板３１の裏面から導電性薄膜１１を成膜し、これを研磨するが、絶縁性基板３１の欠け部９に導電性薄膜１１が残留していることで、接合の信頼性が良いものとなる。

また、欠け部９に形成される導電性薄膜１１の成膜材料としては、半導体基板２と絶縁性基板３１との接合温度よりも融点が低いもの、例えば、金、スズ、半田などを使用することが望ましい。これにより、半導体基板２と絶縁性基板３１との接合により、欠け部９に形成された導電性薄膜１１と導電性薄膜５とが溶着して、接合信頼性が高まる。

次に、加速度センサ１の上記とは別の製造方法を、図４を用いて説明する。図４（ａ）に示す絶縁性基板３１にブラスト加工により貫通孔４を形成する工程は、前述の図２（ａ）と同等である。その後の図４（ｂ）に示す裏面成膜では、固定極６のパターンを形成する。このとき、欠け部９にも固定極６のパターンによる導電性薄膜が形成される。次の図４（ｃ）（ｄ）に示す接合、及び金属引き出し線成膜は、前述の図３（ｅ）（ｆ）と同等である。この製造方法によれば、欠け部９に導電性薄膜を成膜する時に固定極６のパターンも形成することになるので、歩留まりが向上すると共に、プロセスが減り、製造コストを低減できる。

次に、加速度センサ１の上記とはさらに別の製造方法を、図５、図６を用いて説明する。図５（ａ）に示すように、保護層１０を形成している絶縁性基板３１に導電性薄膜である裏面補強膜１３を形成した状態で、図５（ｂ）に示すように、上面からブラスト加工により貫通孔４を形成する。その後、図５（ｃ）に示すように、裏面補強膜１３を除去する。その後の、図６（ｄ）（ｅ）（ｆ）に示した、固定極パターン形成、接合、及び金属引き出し線成膜は、前述の図４（ｂ）（ｃ）（ｄ）と同等である。このようにしても、上述の製造方法と同様の作用効果が得られる。

その他の実施形態として、半導体基板２と絶縁性基板３１とを接合した後、電気信号取り出し用の導電性薄膜５を成膜し、その導電性薄膜５の上に、さらに、めっき層を形成してもよい。めっき層形成により接合信頼性が向上し、確実な封止構造が得られる。また、貫通孔４の形成にブラスト加工を用いることで、加工が容易となり、製造コストが安くなるが、この方法に限られるものではない。

なお、上記の図示した構成は、センサ１個分を示しているが、製造に際しては所要寸法のガラス基板や半導体基板に多数個分のパターニングを行い、組立て一体化後に所要のチップに切断分離することにより、静電容量型加速度センサを得ることができる。

本発明は、上記実施例の構成に限られることなく、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。例えば、上記では、半導体部品として静電容量型加速度センサを示したが、その他のデバイスでも同等に適用可能である。

本発明の一実施形態に係る加速度センサの一部構成を示す断面図。 同上センサの製造工程を示す図。 同上製造工程の続きを示す図。 同上センサの上記とは別の製造工程を示す図。 同上センサの上記とはさらに別の製造工程を示す図。 同上製造工程の続きを示す図。 従来の加速度センサの一部構成を示す断面図。

符号の説明

１ 加速度センサ（半導体部品）
２ 半導体基板
３１，３２ 絶縁性基板
４ 貫通孔
５ 導電性薄膜
６ 固定極
９ 欠け部
１１ 導電性薄膜

Claims (6)

1. 半導体素子を形成した基板と、この半導体基板に接合される絶縁性基板とを備え、前記絶縁性基板には、前記半導体素子からの電気信号取り出しのための貫通孔が形成されると共に、この貫通孔に電気信号取り出し用の導電性薄膜を成膜して成り、前記絶縁性基板に貫通孔を形成するための除去加工に際して除去加工を行う側の面とは反対側に生じた絶縁性基板の欠け部に導電性薄膜を形成し、前記欠け部に形成した導電性薄膜の上からさらに前記電気信号取り出し用の導電性薄膜を形成して成る半導体部品の電気信号取り出し部の製造方法であって、
   前記貫通孔形成のための除去加工の後で、基板と絶縁性基板とを接合する前に、絶縁性基板の裏面から導電性薄膜を成膜し、これを研磨することを特徴とする半導体部品の電気信号取り出し部の製造方法。
2. 前記欠け部に形成される導電性薄膜の成膜材料として、半導体素子を形成した基板と絶縁性基板との接合温度よりも融点が低いものを使用したことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
3. 基板と絶縁性基板とを接合した後、電気信号取り出し用の導電性薄膜を成膜し、その導電性薄膜の上に、さらに、めっきを施したことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
4. 前記欠け部に導電性薄膜を成膜する時に固定極パターンも形成することを特徴とする請求項１記載の製造方法。
5. 貫通孔形成のための除去加工はブラスト加工を用いることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の製造方法。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の製造方法により製造された半導体部品の電気信号取り出し部構造。

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