(57)【要約】【課題】アルミ溶断による陽極接合の不良発生を抑制するウェハレベルパッケージ構造体を提供する。【解決手段】半導体ウェハ１１と、この半導体ウェハ１１の一表面側に形成される絶縁膜１２と、この絶縁膜１２において前記半導体ウェハ１１と反対側に形成されるアルミ膜１３と、を含む積層構造を備えるセンサウェハ１と、このセンサウェハ１においてアルミ膜１３が形成された一面側に接合されるカバーウェハ２と、を備え、センサウェハ１において、アルミ膜１３の一部は、絶縁膜１２に設けられた貫通孔５内部に突出する凸部６を備えるように形成され、この凸部６と電気的に接触する半導体ウェハ１１の所定箇所をコンタクト部７となし、コンタクト部７を介して電流をアルミ膜１３に流すことによりセンサウェハ１とカバーウェハ２とをアルミ膜１３を介して陽極接合させてなるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小デバイスが複数形成されたウェハレベルパッケージ構造体であって、半導体ウェハと、この半導体ウェハの一表面側に形成される絶縁膜と、この絶縁膜において前記半導体ウェハと反対側に形成されるアルミ膜と、を含む積層構造を備えるセンサウェハと、このセンサウェハにおいてアルミ膜が形成された一面側に接合されるカバーウェハと、を備え、
センサウェハにおいて、前記一面側のアルミ膜および絶縁膜の一部を取り除き露出させた半導体ウェハの所定箇所を電圧印加部とし、アルミ膜の一部は、絶縁膜に設けられた貫通孔内部に突出する凸部を備えるように形成され、この凸部と電気的に接触する半導体ウェハの所定箇所をコンタクト部となし、電圧印加部からコンタクト部を介して電流をアルミ膜に流すことによりセンサウェハとカバーウェハとをアルミ膜を介して陽極接合させてなるウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項２】
半導体ウェハのコンタクト部には、不純物が注入されていることを特徴とした請求項１記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項３】
半導体ウェハの電圧印加部とコンタクト部との間の電流を流す領域に不純物が注入されていることを特徴とした請求項１記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項４】
一つのコンタクト部を半導体ウェハの略中央に配置させていることを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項５】
コンタクト部が、複数配置されていることを特徴とした請求項１乃至３のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項６】
複数配置されたコンタクト部は、その隣接するコンタクト部との間の間隔が、電圧印加部から遠ざかるにつれて短くなるように配置されていることを特徴とした請求項５記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項７】
電圧印加部は、半導体ウェハの外周部に配置されていることを特徴とした請求項１乃至６のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【請求項８】
微小デバイスは、加速度センサであることを特徴とした請求項１乃至７のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、微小デバイスが複数形成されたウェハレベルパッケージ構造体であって、センサウェハと、センサウェハの一面側に陽極接合されるカバーウェハと、を備えるウェハレベルパッケージ構造体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、微小デバイスが加速度センサである、従来のウェハレベルパッケージ構造体を示す構成図である。加速度センサウェハ６０には、加速度センサチップが複数形成されており、それぞれの加速度センサチップは、加速度を受けて変位する錘部６１と、この錘部６１の外周に空間を設けて外囲するフレーム部６２と、この錘部６１およびフレーム部６２の間に張架され、錘部６１の変位に応じて撓む梁部６３と、この梁部６３の撓み量に応じた電気信号を出力するピエゾ抵抗６４と、を備えている。また、図６に示されるものでは、カバーウェハ６５が陽極接合により、加速度センサウェハ６０の表面のアルミ膜６６と接合されることにより、カバーウェハ６５と加速度センサウェハ６０とが接合されている。
この陽極接合は、正電位を印加する正電極６７をアルミ膜６６に接触させると共に、負電位を印加する負電極６８をカバーウェハ６５に接触させるそして正電極６７と負電極６８とにそれぞれ正電位、負電位を印加させることによりなされる（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８５７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来例であるウェハレベルパッケージ構造体にあっては、アルミ膜側の電極で過度の電流が流れアルミが溶断することにより電流が流れなくなり、接合が不完全となることがある。
【０００５】
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、アルミ溶断による陽極接合の不良発生を抑制するウェハレベルパッケージ構造体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、微小デバイスが複数形成されたウェハレベルパッケージ構造体であって、半導体ウェハと、この半導体ウェハの一表面側に形成される絶縁膜と、この絶縁膜において前記半導体ウェハと反対側に形成されるアルミ膜と、を含む積層構造を備えるセンサウェハと、このセンサウェハにおいてアルミ膜が形成された一面側に接合されるカバーウェハと、を備え、センサウェハにおいて、前記一面側のアルミ膜および絶縁膜の一部を取り除き露出させた半導体ウェハの所定箇所を電圧印加部とし、アルミ膜の一部は、絶縁膜に設けられた貫通孔内部に突出する凸部を備えるように形成され、この凸部と電気的に接触する半導体ウェハの所定箇所をコンタクト部となし、電圧印加部からコンタクト部を介して電流をアルミ膜に流すことによりセンサウェハとカバーウェハとをアルミ膜を介して陽極接合させてなるようにした。
又、本願請求項２記載の発明では、上記請求項１記載のウェハレベルパッケージ構造体において、半導体ウェハのコンタクト部には、不純物が注入されていることを特徴としている。
又、本願請求項３記載の発明では、上記請求項１記載のウェハレベルパッケージ構造体において、半導体ウェハの電圧印加部とコンタクト部との間の電流を流す領域に不純物が注入されていることを特徴としている。
又、本願請求項４記載の発明では、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体において、一つのコンタクト部を半導体ウェハの略中央に配置させていることを特徴としている。
又、本願請求項５記載の発明では、上記請求項１乃至３のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体において、コンタクト部が、複数配置されていることを特徴としている。
又、本願請求項６記載の発明では、上記請求項５記載のウェハレベルパッケージ構造体において、複数配置されたコンタクト部は、その隣接するコンタクト部との間の間隔が、電圧印加部から遠ざかるにつれて短くなるように配置されていることを特徴としている。
又、本願請求項７記載の発明では、上記請求項１乃至６のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体において、電圧印加部は、半導体ウェハの外周部に配置されていることを特徴としている。
又、本願請求項８記載の発明では、上記請求項１乃至７のいずれか一項に記載のウェハレベルパッケージ構造体において微小デバイスは、加速度センサであることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本願請求項１記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、センサウェハにおいて、一面側のアルミ膜および絶縁膜の一部を取り除き露出させた半導体ウェハの所定箇所を電圧印加部とし、アルミ膜の一部は、絶縁膜に設けられた貫通孔内部に突出する凸部を備えるように形成され、この凸部と電気的に接触する半導体ウェハの所定箇所をコンタクト部となし、電圧印加部からコンタクト部を介して電流をアルミ膜に流すことによりセンサウェハとカバーウェハとをアルミ膜を介して陽極接合させてなるので、陽極接合の際にアルミ膜に過度の電流が流れアルミ膜が溶断することにより電流が流れなくなり陽極接合が不完全となることを防ぐことができる。
【０００８】
又、本願請求項２記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、半導体ウェハのコンタクト部は、不純物が注入されているので、コンタクト部の抵抗が低減され、適度な電流をアルミ膜に流すことができ、センサウェハとカバーウェハとを強固に陽極接合させることができる。
【０００９】
又、本願請求項３記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、半導体ウェハの電圧印加部とコンタクト部との間の電流を流す領域に不純物が注入されているので、半導体ウェハの電圧印加部とコンタクト部との間の抵抗が低減され、適度な電流をアルミ膜に流すことができ、センサウェハとカバーウェハとを強固に陽極接合させることができる。
又、本願請求項４記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、一つのコンタクト部を半導体ウェハの略中央に配置させているので、陽極接合起点を半導体ウェハの中央部とし中央部から外周に向かって順に接合することができ、センサウェハとカバーウェハとの熱膨張係数差等による未接合領域の発生を抑制することができる。
【００１０】
又、本願請求項５記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、コンタクト部は、複数配置されているので、電流を分散させることができ、センサウェハとカバーウェハとを均一に接合することができる。
【００１１】
又、本願請求項６記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、複数配置されたコンタクト部は、その隣接するコンタクト部との間の間隔が、電圧印加部から遠ざかるにつれて短くなるように配置されているので、半導体ウェハにおいて電流密度を一定にすることができ、センサウェハとカバーウェハとを均一に接合することができる。
【００１２】
又、本願請求項７記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、電圧印加部は、半導体ウェハの外周部に配置されているので、半導体ウェハの外周部に形成された電圧印加部に容易に電圧を印加することができ、容易にセンサウェハとカバーウェハとを陽極接合することができる。
【００１３】
又、本願請求項８記載の発明のウェハレベルパッケージ構造体においては、特に、微小デバイスは、加速度センサであるので、加速度センサ用のウェハレベルパッケージ構造体においてセンサウェハとカバーウェハとの陽極接合の際にアルミ膜に過度の電流が流れアルミ膜が溶断することにより電流が流れなくなり陽極接合が不完全となることを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本願発明の実施形態におけるセンサウェハを示す断面図である。
【図２】本願発明の実施形態における加速度センサを示し、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ概略断面図である。
【図３】本願発明の実施形態１におけるウェハレベルパッケージ構造体の上面図である。
【図４】本願発明の実施形態１におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、図３のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図５】本願発明の実施形態２におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、図３のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図６】従来のウェハレベルパッケージ構造体を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の各実施形態で説明するウェハレベルパッケージ構造体は、センサウェハ１とカバーウェハ２とベースウェハ３とからなる。センサウェハ１は図１に示されるように半導体ウェハ（シリコンウェハ）１１と、この半導体ウェハ１１の一表面側（図１における上面側）に形成される絶縁膜（シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜）１２と、この絶縁膜１２において半導体ウェハ１１と反対側（図１における上面側）に形成されるアルミ膜１３とからなる積層構造を有している。
【００１６】
カバーウェハ２およびベースウェハ３はガラスからなりカバーウェハ２は、センサウェハ１のアルミ膜１３が形成された一面側（図１における上面側）に接合され、ベースウェハ３は、センサウェハ１の半導体ウェハ１１が形成された一面側（図１における下面側）に接合される。このウェハレベルパッケージ構造体には、複数の微小デバイスが形成されているが、ここでは微小デバイスが加速度センサａとして説明を行う。なお複数の加速度センサａはウェハレベルパッケージ構造体がダイシングにより分断され個々の加速度センサａとして形成される。
次に加速度センサａの構造について図２を参照し説明する。加速度センサａは、半導体基板１１ａの一表面側（図２（ｂ）における上面側）に接合されるカバー基板２ａと前記一表面側とは反対側の他表面側（図２（ｂ）における下面側）に接合されるベース基板３ａとによって概略構成されている。半導体基板１ａは矩形状に形成されており、枠状のフレーム部１４ａと、このフレーム部１４ａの内側に形成された開口１５ａに配置されたおもり部１６ａと、フレーム部１４ａとおもり部１６ａとを接続する薄肉部１７ａとを備えるように形成されている。前記一表面側において、薄肉部１７ａは枠状のフレーム部１４ａの一辺において２箇所設けられており、この２つの薄肉部１７ａによってフレーム部１４ａにおもり部１６ａが支持され、開口１５ａ内におもり部１６ａが位置している。
この薄肉部１７ａの前記一表面側には４つ（１つの薄肉部１７ａに２つ）のピエゾ抵抗１８ａが形成され、これら４つのピエゾ抵抗１８ａを用いてホイートストンブリッジ回路が構成され、加速度検出が行われる。また、半導体基板１１ａの前記一表面側には長手方向を半導体基板１１ａの長手方向と同じくする、直線矩形状の配線抵抗１９ａが形成され、その一端部がピエゾ抵抗１８ａと接触し、ピエゾ抵抗１８ａと接触した一端部とは、反対側の一端部が半導体基板１１ａの長手方向の端部まで形成されている。
また、半導体基板１１ａの前記一表面側には開口１５ａを除いて、その全面に、保護膜および内部応力コントロールのために絶縁層１２ａが形成されている。また、この絶縁層１２ａの長手方向の端部には貫通孔が形成されており、この貫通孔と略同じ外形の凸部を備える電極２０ａが貫通孔に挿入され、その凸部の先端が前記半導体基板１１ａの前記一表面側に形成された前記配線抵抗１９ａのピエゾ抵抗１８ａと接触した一端部とは、反対側の一端部と接触しており、電極２０ａの凸部と反対側の端部が絶縁層１２ａから露出している。
さらに半導体基板１１ａの前記一表面側において、絶縁層１２ａ上にはアルミ層１３ａが２つ形成されている。アルミ層１３ａはその外形が矩形状に形成されており、半導体基板１１ａの短手方向の端部に、それぞれ、その長手方向が半導体基板１１ａの長手方向と一致するように形成される。
カバー基板２ａは、半導体基板１１ａの前記一表面側に接合され、半導体基板１１ａに形成された開口１５ａを閉塞する。また、カバー基板２ａはアルミ層１３ａを介して半導体基板１１ａに陽極接合される。
ベース基板３ａは、その外形サイズが半導体基板１１ａと等しく形成されており、その外形が重なるように半導体基板１１ａに封着される。
上述の加速度センサａに加速度が印加されると、薄肉部１７ａに撓み応力が発生し、薄肉部１７ａの前記一表面側に形成されたピエゾ抵抗１８ａのピエゾ効果により応力に伴った抵抗値の変化が生じる。その結果、ホイートストンブリッジ回路には加速度に比例した電位差が出力され、この電位差出力を検出することにより加速度を検出する。
【００１７】
ここにおいて、半導体基板１１ａは半導体ウェハ１１を、絶縁層１２ａは絶縁膜１２を、アルミ層１３ａはアルミ膜１３を、利用して形成されている。さらにカバー基板２ａはカバーウェハ２を、ベース基板３ａはベースウェハ３を、利用して形成されている。
【００１８】
（実施形態１）
本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体を図３、図４を用いて説明する。本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体は、上述したように、センサウェハ１とカバーウェハ２とベースウェハ３とからなるが、ベースウェハ３の構成は従来周知であるので、ここでの説明は省略する。センサウェハ１は半導体ウェハ１１と、この半導体ウェハ１１の一表面側（図４における上面側）に形成される絶縁膜１２と、この絶縁膜１２において半導体ウェハ１１と反対側（図４における上面側）に形成されるアルミ膜１３とからなる積層構造を有している。
カバーウェハ２は、センサウェハ１のアルミ膜１３が形成された一面側に接合されるが、センサウェハ１はカバーウェハ２より外周が大きくなるように形成されており、カバーウェハ２がセンサウェハ１に接合された状態において、センサウェハ１の外周端部が露出する構成となっている。さらに、センサウェハ１の前記一面側において外周端部のアルミ膜１３および絶縁膜１２の一部が取り除かれ半導体ウェハ１１が露出する構成となっている。この露出した半導体ウェハ１１の所定箇所が電圧印加部４となっている。また、絶縁膜１２には貫通孔５が形成されており、アルミ膜１３はこの貫通孔５と略同じ外形の凸部６を備えるように形成されている。アルミ膜１３に形成された凸部６は絶縁膜１２に形成された貫通孔５に挿入されており凸部６の先端が半導体基板１１に当接し電気的に接続されている。ここで、半導体基板１１においてアルミ膜１３の凸部６の先端と当接している箇所がコンタクト部７となっている。本実施形態ではこのコンタクト部７が半導体基板１１の略中央に１つ配置されている。すなわち、半導体基板１１の略中央のコンタクト部７と対向するようにアルミ膜１３に凸部６が絶縁膜１２に貫通孔５が形成されている。
上述のウェハレベルパッケージ構造体の半導体基板１１の電圧印加部４に正電圧を印加する正電極Ｖ１を接触させるとともに、カバーウェハに負電圧を印加する負電極Ｖ２を接触させる。そして、正電極Ｖ１と負電極Ｖ２にそれぞれ正電圧、負電圧を印加すると電圧印加部４からコンタクト部７を介して電流がアルミ膜１３に流れセンサウェハ１とカバーウェハ２とがアルミ膜１３を介して陽極接合され、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体は完成する。
また、コンタクト部７に半導体ウェハ１１と同種で高濃度の不純物を注入しコンタクト部７を不純物領域としてもよい。例えば、半導体ウェハ１１がｎ−型であれば不純物領域がｎ＋となるように不純物が注入される。
また、半導体ウェハ１１の電圧印加部４とコンタクト部７との間の長尺状の領域、すなわち、電圧印加部４とコンタクト部７との間の電流が流れる領域に不純物を注入し、この領域を不純物領域としてもよい。例えば、半導体ウェハ１１がｎ−型であれば不純物領域がｎ＋となるように不純物が注入される。
したがって、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体によれば、電圧印加部４からコンタクト部７を介して電流をアルミ膜１３に流すことによりセンサウェハ１とカバーウェハ２とをアルミ膜１３を介して陽極接合させるので、陽極接合の際にアルミ膜１３に過度の電流が流れアルミ膜１３が溶断することにより電流が流れなくなり陽極接合が不完全となることを防ぐことができる。
また、一つのコンタクト部７を半導体ウェハ１１の略中央に配置させているので、陽極接合起点を半導体ウェハ１１の中央部とし中央部から外周に向かって順に接合することができ、センサウェハ１とカバーウェハ２との熱膨張係数差等による未接合領域の発生を抑制することができる。
また、半導体ウェハ１１のコンタクト７部に、不純物が注入されれば、コンタクト部７の抵抗が低減され、適度な電流をアルミ膜１３に流すことができ、センサウェハ１とカバーウェハ２とを強固に陽極接合させることができる。
また、半導体ウェハ１１の電圧印加部４とコンタクト部７との間の電流を流す領域に不純物が注入されれば、半導体ウェハ１１の電圧印加部４とコンタクト部７との間の抵抗が低減され、適度な電流をアルミ膜に流すことができ、センサウェハ１とカバーウェハ２とを強固に陽極接合させることができる。
（実施形態２）
本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体では、センサウェハ１の半導体ウェハ１１、絶縁膜１２およびアルミ膜１３の構成が実施形態１と異なっている。なお、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体の他の構成については、実施形態１と同様である。よって、同様の構成については同一の符号を付して説明を省略する。
【００１９】
本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体を、図５を用いて説明する。本実施形態の絶縁膜１２には貫通孔５が複数形成されており、アルミ膜１３はこの貫通孔５と略同じ外形の凸部６を複数備える用に形成されている。また、半導体基板１１においてアルミ膜１３の凸部６の先端と当接している箇所がコンタクト部７となっている。本実施形態ではこのコンタクト部７が半導体基板１１に複数配置されている。また、複数配置されたコンタクト部７は、その隣接するコンタクト部７との間の間隔が、電圧印加部４から遠ざかるにつれて短くなるように配置されている。
上述のウェハレベルパッケージ構造体の半導体基板１１の電圧印加部４に正電圧を印加する正電極Ｖ１を接触させるとともに、カバーウェハに負電圧を印加する負電極Ｖ２を接触させる。そして、正電極Ｖ１と負電極Ｖ２にそれぞれ正電圧、負電圧を印加すると電圧印加部４から複数のコンタクト部７を介して電流がアルミ膜１３に流れ、センサウェハ１とカバーウェハ２とがアルミ膜１３を介して陽極接合され、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体は完成する。
また、複数存在するコンタクト部７に半導体ウェハ１１と同種で高濃度の不純物を注入しコンタクト部７を不純物領域としてもよい。例えば、半導体ウェハ１１がｎ−型であれば不純物領域がｎ＋となるように不純物が注入される。
また、半導体ウェハ１１の電圧印加部４と、複数のコンタクト部７の内電圧印加部４から最も遠くに配置されコンタクト部７と、の間の長尺状の領域、すなわち、電圧印加部４と、複数のコンタクト部７の内電圧印加部４から最も遠くに配置されコンタクト部７と、の間の電流が流れる領域に不純物を注入し、この領域を不純物領域としてもよい。例えば、半導体ウェハ１１がｎ−型であれば不純物領域がｎ＋となるように不純物が注入される。
【００２０】
したがって、本実施形態のウェハレベルパッケージ構造体によれば、コンタクト部７は、複数配置されているので、電流を分散させることができ、センサウェハ１とカバーウェハ２とを均一に接合することができる。
さらに、複数配置されたコンタクト部７は、その隣接するコンタクト部７との間の間隔が、電圧印加部４から遠ざかるにつれて短くなるように配置されているので、半導体ウェハ１１において電流密度を一定にすることができ、センサウェハ１とカバーウェハ２とを均一に接合することができる。
【符号の説明】
【００２１】
１  センサウェハ
２  カバーウェハ
２ａ  カバー基板
３  ベースウェハ
３ａ  ベース基板
４  電圧印加部
５  貫通孔
６  凸部
７  コンタクト部
１１  半導体ウェハ
１１ａ  半導体基板
１２  絶縁膜
１２ａ  絶縁層
１３  アルミ膜
１３ａ  アルミ層
１４ａ  フレーム部
１５ａ  開口
１６ａ  おもり部
１７ａ  薄肉部
１８ａ  ピエゾ抵抗
１９ａ  配線抵抗
２０ａ  電極
Ｖ１  正電極
Ｖ２  負電極
【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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