(57)【要約】【課題】ダイシングによって個々のチップに分割する際のチッピングやクラックの発生をなくす。【解決手段】中心部が浮き上がるように凸状に反らされたシリコンチューブウエハ１１を用いる。このシリコンチューブウエハ１１の凸側の面１１ａにガラス台座ウエハ２０を陽極接合する（１次陽極接合）。この１次陽極接合後、ガラス台座ウエハ２０に作成されているガラス台座２をダイシングによって互いに切り離し、このガラス台座２が互いに切り離されたガラス台座ウエハ２０にセンサチップウエハ３０を陽極接合（２次陽極接合）する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部が浮き上がるように凸状に反らされた第１のウエハの凸側の面に、その構成要素として網目状に連なる複数の個片が作成されている第２のウエハを陽極接合する第１工程と、
前記第１工程によって前記第１のウエハに陽極接合された前記第２のウエハに作成されている前記個片を互いに切り離す第２工程と、
前記第２工程によって前記個片が互いに切り離された前記第２のウエハに第３のウエハを陽極接合する第３工程と
を備えることを特徴とする陽極接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載された陽極接合方法において、
前記第１工程は、
前記第２のウエハの中心部に荷重をかけながら、前記第１のウエハと前記第２のウエハとの間に印加する電圧を次第に高めて行く工程を含み、
前記第３工程は、
前記第３のウエハの中心部に荷重をかけながら、前記第１のウエハと前記第２のウエハとの接合体と前記第３のウエハとの間に印加する電圧を次第に高めて行く工程を含む
ことを特徴とする陽極接合方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された陽極接合方法において、
前記第３のウエハは、
前記第３のウエハに作成された、センサダイアフラムをそれぞれ備えた複数の半導体基板を備え、
前記第２のウエハは、
前記第３工程での陽極接合によって、前記第３のウエハの前記センサダイアフラムを取り囲む部分にその一方側の端面が接合される複数の台座を前記個片として備え、
前記第１のウエハは、
前記第１工程での陽極接合によって、前記台座の他方側の端面にその一方側の端面が接合される複数の支持部材を備え、
前記台座および前記支持部材は、それぞれ、
前記センサダイアフラムに測定圧を導く貫通孔を備える
ことを特徴とする陽極接合方法。
【請求項４】
中心部が浮き上がるように凸状に反らされた第１のウエハの凸側の面に、その構成要素として網目状に連なる複数の台座が作成されている第２のウエハを陽極接合する第１工程と、
前記第１工程によって前記第１のウエハに陽極接合された前記第２のウエハに作成されている前記台座を互いに切り離す第２工程と、
前記第２工程によって前記台座が互いに切り離された前記第２のウエハに第３のウエハを陽極接合する第３工程とを備え、
前記第３のウエハは、
前記第３のウエハに作成された、センサダイアフラムをそれぞれ備えた複数の半導体基板を備え、
前記第２のウエハは、
前記第３工程での陽極接合によって、前記第３のウエハの前記センサダイアフラムを取り囲む部分にその一方側の端面が接合される複数のガラス製の台座を前記台座として備え、
前記第１のウエハは、
前記第１工程での陽極接合によって、前記ガラス製の台座の他方側の端面にその一方側の端面が接合される複数のシリコン製のチューブを備え、
前記ガラス製の台座および前記シリコン製のチューブは、それぞれ、
前記センサダイアフラムに測定圧を導く貫通孔を備える
ことを特徴とする半導体圧力センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、陽極接合方法および半導体圧力センサの製造方法に関し、特に半導体基板と台座と支持部材とを接合した３層構造の半導体圧力センサを製造する際に用いて好適な陽極接合方法および半導体圧力センサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体基板と台座（ガラス製の台座）と支持部材（シリコン製のチューブ）とを接合した３層構造の半導体圧力センサでは、半導体基板と台座と支持部材とを陽極接合と呼ばれる接合方法によって接合している。
【０００３】
陽極接合は、可動イオンを含むガラスとシリコンとを重ね合わせた状態で高温、高電圧を印加して、両者を接合する技術である。この技術を用いれば、２つの接合部材の界面に静電引力が働き、共有結合が起きて両者が接合されるので、第３の材料を介在させずに２つの接合部材を直接的に接合することができる。
【０００４】
図７に、半導体圧力センサ１００の要部の縦断面図を示す。この半導体圧力センサ１００は、シリコンよりなる半導体基板１と、ガラス製の台座（以下、ガラス台座と呼ぶ。）２と、シリコン製のチューブ（以下、シリコンチューブと呼ぶ。）３とを接合した３層構造とされ、半導体基板１の中央部にはセンサダイアフラム１ａが形成されている。図７において、半導体基板１が接合されている側を上面側、シリコンチューブ３が接合されている側を下面側とする。以降の図においても同様である。
【０００５】
ガラス台座２は、半導体基板１のセンサダイアフラム１ａを取り囲む部分を厚肉の接合部１ｂとし、この接合部１ｂにその上端面２ａが接合されている。シリコンチューブ３は、ガラス台座２の下端面２ｂにその上端面３ａが接合されている。
【０００６】
この半導体圧力センサ１００において、ガラス台座２およびシリコンチューブ３の軸方向には、センサダイアフラム１ａの下面側の接合部１ｂで囲まれた空間１ｃに連通する貫通孔２ｃおよび３ｃが形成されており、この貫通孔２ｃおよび３ｃを通してセンサダイアフラム１ａの下面に測定圧Ｐが導かれる。センサダイアフラム１ａの上面には、図示してはいないが、圧力検出素子として歪みゲージが設けられている。
【０００７】
この半導体圧力センサ１００において、半導体基板１とガラス台座２とシリコンチューブ３とは、上述した陽極接合によって接合されている。すなわち、半導体基板１とガラス台座２とシリコンチューブ３とを陽極接合によって接合し、３層構造の半導体圧力センサ１００を得ている。
【０００８】
〔ガラス台座とシリコンチューブとの陽極接合（１次陽極接合）〕
先ず、図８（ａ）に示すように、ガラス台座２とシリコンチューブ３とを重ね合わせ、ガラス台座２の上面をマイナス側、シリコンチューブ３の下面をプラス側とし、高電圧を印加すると同時に加熱して、ガラス台座２とシリコンチューブ３とを陽極接合（１次陽極接合）する。これにより、ガラス台座２とシリコンチューブ３との接合体（１次接合体）４が形成される。
【０００９】
〔半導体基板とガラス台座との陽極接合（２次陽極接合）〕
次に、図８（ｂ）に示すように、ガラス台座２の上に半導体基板１を重ね、半導体基板１の上面をプラス側、ガラス台座２の側面をマイナス側とし、高電圧を印加すると同時に加熱して、半導体基板１とガラス台座２とを陽極接合（２次陽極接合）する。これにより、半導体基板１と１次接合体４との接合体（２次接合体）５が形成され、３層構造の半導体圧力センサ１００が得られる。
【００１０】
この半導体圧力センサ１００の製造方法としては、半導体圧力センサ１００を効率良く大量に生産するために、半導体基板１を複数作成したウエハと、ガラス台座２を複数作成したウエハと、シリコンチューブ３を複数作成したウエハとを接合して３層のウエハの接合体とし、この３層のウエハの接合体をダイシングで切断して複数の半導体圧力センサ１００を得るという方法が採用される。
【００１１】
図９に半導体圧力センサ１００の製造工程の概略を示す。図９において、１０はシリコンチューブウエハ、２０はガラス台座ウエハ、３０はセンサチップウエハである。シリコンチューブウエハ１０には、そのウエハを構成する要素（個片）として、網目状に連なる複数のシリコンチューブ３が作成されている。ガラス台座ウエハには、そのウエハを構成する要素（個片）として、網目状に連なる複数のガラス台座２が作成されている。センサチップウエハ３０には、そのウエハを構成する要素（個片）として、網目状に連なる複数の半導体基板１が作成されている。
【００１２】
先ず、図９（ａ）に示すように、シリコンチューブウエハ１０の上面にガラス台座ウエハ２０を重ね合わせて、シリコンチューブウエハ１０の下面をプラス側、ガラス台座ウエハ２０の上面をマイナス側として電圧を印加すると同時に加熱する。これにより、シリコンチューブウエハ１０とガラス台座ウエハ２０とが陽極接合（１次陽極接合）され、２層のウエハの接合体（１次接合体ウエハ）４０が得られる。
【００１３】
次に、図９（ｂ）に示すように、ガラス台座ウエハ２０の上面にセンサチップウエハ３０を重ね合わせて、ガラス台座ウエハ２０の側面をマイナス側、センサチップウエハ３０の上面をプラス側として電圧を印加すると同時に加熱する。これにより、ガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０とが陽極接合（２次陽極接合）され、３層のウエハ接合体（２次接合体ウエハ）５０が得られる。
【００１４】
そして、図９（ｃ）に示すように、図９（ｂ）で得られた２次接合体ウエハ５０をダイシングで網目状に切断して、複数の半導体圧力センサ１００を得る。
【００１５】
このような製造工程を経て半導体圧力センサ１００を得る場合、１次陽極接合（図９（ａ））および２次陽極接合（図９（ｂ））において、陽極接合の電圧を一度に最大電圧で印加することなく、低電圧から次第に高めて行き、電圧によって生じる接合面間の静電引力を次第に高めて行き、接合面間の隙間を次第に狭くして行く過程で、隙間に残存する気体を接合界面から次第に外部に排出し、接合するという方法が採られる（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
なお、図９において、シリコンチューブウエハ１０に作成されているシリコンチューブ３、ガラス台座ウエハ２０に作成されているガラス台座２、センサチップウエハ３０に作成されている半導体基板１は、その数を簡略化して示している。以降の図においても同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２００４−２１０５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、上述した特許文献１に示された技術では、接合面の中心部から接合が進んだ場合は無気泡で接合を行うことが可能であるが、周囲から接合が進んだ場合、接合面の中心部に強い残留応力が残り、ダイシングによって個々のチップに分割する際にチッピングやクラックが発生する原因となる。
【００１９】
例えば、図１０（ａ）に示すように、シリコンチューブウエハ１０とガラス台座ウエハ２０との１次陽極接合時の状態によって、１次接合体ウエハ４０が下面側に撓むことがある。このような場合、ガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０との２次陽極接合では、周囲から接合が進む。
【００２０】
この例において、シリコンチューブウエハ１０の厚みは５ｍｍ、ガラス台座ウエハ２０の厚みは１ｍｍであるのに対し、センサチップウエハ３０の厚みは０．２５ｍｍと非常に薄く、また中空構造でダイシングラインが片持ちになっている。このため、センサチップウエハ３０とガラス台座ウエハ２０との接合面の中心部に強い残留応力が残っていると（図１０（ｂ）参照）、ダイシングによって個々のチップ（半導体圧力センサ１００）に分割する際に、センサチップウエハ３０にチッピングやクラックが発生し易いものとなる。
【００２１】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、ダイシングによって個々のチップに分割する際のチッピングやクラックの発生をなくすことが可能な陽極接合方法および半導体圧力センサの製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
このような目的を達成するために本発明は、中心部が浮き上がるように凸状に反らされた第１のウエハ（１１）の凸側の面（１１ａ）に、その構成要素として網目状に連なる複数の個片（２）が作成されている第２のウエハ（２０）を陽極接合する第１工程（Ｓ１０１，Ｓ１０２）と、前記第１工程によって前記第１のウエハに陽極接合された前記第２のウエハに作成されている前記個片を互いに切り離す第２工程（Ｓ１０３）と、前記第２工程によって前記個片が互いに切り離された前記第２のウエハに第３のウエハ（３０）を陽極接合する第３工程（Ｓ１０４）とを備えることを特徴とする。
【００２３】
本発明の一構成例として、前記第１工程では、前記第２のウエハ（２０）の中心部に前記第１のウエハと前記第２のウエハとの間に印加する電圧を次第に高めて行くものとし、前記第３工程では、前記第３のウエハ（３０）の中心部に荷重をかけながら、前記第１のウエハと前記第２のウエハとの接合体と前記第３のウエハとの間に印加する電圧を次第に高めて行くものとする。
【００２４】
また、本発明の一構成例として、前記第３のウエハ（３０）は、前記第３のウエハに作成された、センサダイアフラム（１ａ）をそれぞれ備えた複数の半導体基板（１）を備え、前記第２のウエハ（２０）は、前記第３工程での陽極接合によって、前記第３のウエハの前記センサダイアフラムを取り囲む部分（１ｂ）にその一方側の端面（２ａ）が接合される複数の台座（２）を前記個片として備え、前記第１のウエハ（１０）は、前記第１工程での陽極接合によって、前記台座の他方側の端面（２ｂ）にその一方側の端面（３ａ）が接合される複数の支持部材（３）を備えるものとし、前記台座および前記支持部材は、それぞれ、前記センサダイアフラムに測定圧を導く貫通孔（２ｃ，３ｃ）を備えるものとする。
【００２５】
本発明では、第１のウエハの凸状に反らされた面に第２のウエハを陽極接合（１次陽極接合）した後、この第１のウエハに陽極接合された第２のウエハに作成されている網目状に連なる複数の個片を互いに切り離す。これにより、１次陽極接合で発生する応力が開放され、第２のウエハの反り方向が第１のウエハの反り方向に倣うものとなる。すなわち、１次陽極接合時の接合状態に関係なく、第１のウエハと第２のウエハとの接合体（１次接合体ウエハ）の反り方向が第１のウエハの反り方向に倣うものとなり、第２のウエハも凸状に反らされるものとなる。
【００２６】
本発明では、この凸状に反らされた第２のウエハに第３のウエハを陽極接合する。この際、第３のウエハはその中心部がたわみ、第２のウエハの中心部と接触するようになり、両ウエハの中心部から陽極接合（２次陽極接合）が開始されるものとなる。これにより、第２のウエハと第３のウエハとの接合面に残る残留応力が小さくなる。
【００２７】
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の構成要素を、括弧を付した参照符号によって示している。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明によれば、中心部が浮き上がるように凸状に反らされた第１のウエハの凸側の面に、その構成要素として網目状に連なる複数の個片が作成されている第２のウエハを陽極接合し、この第１のウエハに陽極接合された第２のウエハに作成されている個片を互いに切り離し、この個片が互いに切り離された第２のウエハに第３のウエハを陽極接合するようにしたので、第２のウエハと第３のウエハとの接合面に残る残留応力を小さくし、ダイシングによって個々のチップに分割する際のチッピングやクラックの発生をなくすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る陽極接合方法を適用した半導体圧力センサの製造工程の要部を示す図である。
【図２】図２は、凸状に反らされたシリコンチューブウエハを示す側面図および平面図である。
【図３】図３は、１次陽極接合時の接合状態によって１次接合体ウエハが下面側に撓んだ場合の図１に対応する図である。
【図４】図４は、凸状に反った１次接合体のガラス台座ウエハとセンサチップウエハとの陽極接合（２次陽極接合）が両ウエハの中心部から開始される様子を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る陽極接合方法を適用しての半導体圧力センサの製造工程における具体的なダイシング手順を示す図である。
【図６】図６は、図５に続く図である。
【図７】図７は、半導体圧力センサの要部を示す縦断面図である。
【図８】図８は、１次陽極接合および２次陽極接合を説明する図である。
【図９】図９は、半導体圧力センサの製造工程の概略を示す図である。
【図１０】図１０は、ガラス台座ウエハとセンサチップウエハとの陽極接合（２次陽極接合）が両ウエハの周囲から開始される様子およびその時の接合面に残る残留応力の分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る陽極接合方法を適用した半導体圧力センサの製造工程の要部を示す図である。同図において、図７〜図１０を参照して説明した構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００３１】
本実施の形態では、従来のシリコンチューブウエハ１０に代えて、図２に示されるような、中心部が浮き上がるように凸状に反らされたシリコンチューブウエハ１１を用いる。この例では、 シリコンチューブウエハ１１の直径を１００ｍｍ、厚みを５ｍｍとし、シリコンチューブウエハ１１の中心部を上面側に浮き上がるように僅かに（例えば、２〜５μｍ）反らしている。
【００３２】
以下、シリコンチューブウエハ１１の上面１１ａを凸側の面とも呼ぶ。なお、ガラス台座ウエハ２０の厚みは１ｍｍ、センサチップウエハ３０の厚みは０．２５ｍｍとされており、その直径はシリコンチューブウエハ１１の直径と同じとされている。
【００３３】
〔第１工程〕
第１工程では、図１（ａ）に示すように、シリコンチューブウエハ１１の凸側の面１１ａにガラス台座ウエハ２０を重ね合わせ（ステップＳ１０１）、図１（ｂ）に示すように、シリコンチューブウエハ１１とガラス台座ウエハ２０とを陽極接合（１次陽極接合）する（ステップＳ１０２）。これにより、２層のウエハの接合体として、１次接合体ウエハ４１を得る。
【００３４】
この１次陽極接合に際しては、シリコンチューブウエハ１１の下面をプラス側、ガラス台座ウエハ２０の上面をマイナス側として電圧を印加すると同時に加熱する。この際、ガラス台座ウエハ２０の中心部にプローブ２００で荷重をかけながら、電圧を低電圧から次第に高めて行く。
【００３５】
この場合、シリコンチューブウエハ１１の上面１１ａは凸状に反らされているので、接合面の中心部から接合が進む。これにより、電圧を低電圧から次第に高め、接合面間の隙間を次第に狭くして行く過程で、隙間に残存する気体が接合界面から次第に外部に排出され、シリコンチューブウエハ１１とガラス台座ウエハ２０との陽極接合が無気泡で行われるものとなる。
【００３６】
〔第２工程〕
第２工程では、図１（ｃ）に示すように、第１工程で得た１次接合体ウエハ４１のガラス台座ウエハ２０に作成されているガラス台座２をダイシングによって互いに切り離す（ステップＳ１０３）。
【００３７】
これにより、１次陽極接合で発生する応力が開放され、ガラス台座ウエハ２０の反り方向がシリコンチューブウエハ１１の反り方向に倣うものとなる。すなわち、１次陽極接合時の接合状態に関係なく、１次接合体ウエハ４１の反り方向がシリコンチューブウエハ１１の反り方向に倣うものとなり、ガラス台座ウエハ２０も凸状に反らされるものとなる。
【００３８】
例えば、シリコンチューブウエハ１１とガラス台座ウエハ２０との陽極接合時の接合状態によっては、図３（ｂ）に示すように、１次接合体ウエハ４１が下面側に撓むことがある。このような接合状態であっても、ガラス台座２をダイシングによって互いに切り離すことによって、図３（ｃ）に示すように、ガラス台座ウエハ２０の反り方向がシリコンチューブウエハ１１の反り方向に倣うものとなる。
【００３９】
〔第３工程〕
第３工程では、図４（ａ）に示すように、凸状に反った１次接合体４１のガラス台座ウエハ２０の上面にセンサチップウエハ３０を重ね合わせ、ガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０とを陽極接合（２次陽極接合）する（ステップＳ１０４）。これにより、３層のウエハの接合体として、２次接合体ウエハ５１を得る。
【００４０】
この２次陽極接合に際しては、ガラス台座ウエハ２０の側面をマイナス側、センサチップウエハ３０の上面をプラス側として電圧を印加すると同時に加熱する。この際、センサチップウエハ３０の中心部にプローブ２００で荷重をかけながら、電圧を低電圧から次第に高めて行く。
【００４１】
この場合、センサチップウエハ３０の厚さは薄いので、センサチップウエハ３０の中心部がたわみ、ガラス台座ウエハ２０の中心部と接触するようになり、両ウエハの中心部から陽極接合（２次陽極接合）が開始されるものとなる。
【００４２】
これにより、電圧を低電圧から次第に高め、接合面間の隙間を次第に狭くして行く過程で、隙間に残存する気体が接合界面から次第に外部に排出され、ガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０との陽極接合が無気泡で行われものとなる。
【００４３】
また、ガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０との接合面に残る残留応力が小さくなり、ダイシングによって個々のチップ（半導体圧力センサ１００）に分割する際のチッピングやクラックの発生をなくすことができるようになる。
【００４４】
〔具体的なダイシング手順〕
図５および図６に、本発明の実施の形態に係る陽極接合方法を適用しての半導体圧力センサの製造工程における具体的なダイシング手順を示す。なお、図５および図６には、紙面の関係上、半導体圧力センサが得られるまでのダイシング手順の工程全体を分割して示している。
【００４５】
先ず、図５（ａ）に示すように、シリコンチューブウエハ１１における隣接するシリコンチューブ３の境界部に、ブレード３０１を用いてのダイシングによって溝入れをする。そして、図５（ｂ）に示すように、シリコンチューブウエハ１１の上面にガラス台座ウエハ２０を重ね合わせ、この重ね合わされたシリコンチューブウエハ１１とガラス台座ウエハ２０とを陽極接合（１次陽極接合）し、１次接合体ウエハ４１を得る。
【００４６】
次に、図５（ｃ）に示すように、ガラス台座ウエハ２０における隣接するガラス台座２を、ブレード３０２を用いてのダイシングによって互いに切り離す。そして、図５（ｄ）に示すように、ガラス台座ウエハ２０の上面にセンサチップウエハ３０を重ね合わせ、この重ね合わされたガラス台座ウエハ２０とセンサチップウエハ３０とを陽極接合（２次陽極接合）し、２次ウエハ接合体５１を得る。
【００４７】
なお、この例において、センサチップウエハ３０の裏面には、センサチップウエハ３０をガラス台座ウエハ２０に重ねる前に、隣接する半導体基板１の境界部に溝入れが施されている。
【００４８】
次に、図６（ａ）に示すように、センサチップウエハ３０における隣接する半導体基板１を、ブレード３０３を用いてのダイシングによって互いに切り離す。そして、図６（ｂ）に示すように、２次ウエハ接合体５１全体を裏返し、裏面側からシリコンチューブウエハ１１における隣接するシリコンチューブ３を、ブレード３０４を用いてのダイシングによって互いに切り離す。これにより、図６（ｃ）に示すように、２次ウエハ接合体５１から複数の半導体圧力センサ１００が得られる。
【００４９】
〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１…半導体基板、１ａ…センサダイアフラム、１ｂ…接合部、１ｃ…空間、２…ガラス台座、２ａ…上端面、２ｂ…下端面、２ｃ…貫通孔、３…シリコンチューブ、３ａ…上端面、３ｃ…貫通孔、１１…シリコンチューブウエハ、１１ａ…上面（凸側の面）、２０…ガラス台座ウエハ、３０…センサチップウエハ、４１…１次接合体ウエハ、５１…２次接合体ウエハ、１００…半導体圧力センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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