(57)【要約】【課題】  ＭＥＭＳチップとシリコン製キャップチップを接合したＭＥＭＳ組立体を樹脂モールドすると、樹脂モールド時にワイヤーが動きシリコン製キャップチップの側面と接触して、ノイズの発生や線間短絡の不具合がある。【解決手段】  シリコン製キャップチップの側面をウェットエッチングで形成し、ウェットエッチング面に絶縁性保護膜を形成することで、密着力の高い絶縁性保護膜が形成でき、樹脂モールド時にワイヤーが動いてキャップチップ側面に接触しても、ノイズの発生や線間短絡を防止できる。【選択図】      図４
2010256362.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳ基板およびキャップ基板を形成する工程、ＭＥＭＳ基板の少なくともシリコン
面以外の材料表面を、耐アルカリ水溶液材で被覆する工程、ＭＥＭＳ基板の少なくとも可
動部を上下キャップ基板で密着封止する工程、キャップ基板をウェットエッチングで薄肉
化しキャップチップ間を絶縁性保護膜とする工程、キャップチップ間の絶縁性保護膜を除
去しキャップチップを個片化する工程、ＭＥＭＳ基板を個片化してＭＥＭＳ組立体を形成
する工程、配線基板上に回路基板を固着する工程、回路基板上にＭＥＭＳ組立体のキャッ
プチップ面を固着する工程、配線基板と回路基板、回路基板とＭＥＭＳ組立体を配線する
工程、配線基板上の回路基板と配線、ＭＥＭＳ組立体を樹脂部材で封止する工程を有する
ことを特徴とする半導体センサー装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔ
ｅｍｓ）チップを有する半導体センサー装置およびその製造技術に関し、特に、可動部を
有するＭＥＭＳチップを備えた半導体センサ−装置およびその製造に適用して有効な技術
に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセス技術に機械加工技術や材料技術などを組み合わせることによって、
半導体基板上に三次元的な微細構造を有するシステムを実現するＭＥＭＳ技術は、極めて
広汎な分野に応用可能である。特に、自動車や航空機、携帯端末機器、玩具などに用いら
れるこれら半導体センサー装置は、加速度や角速度、圧力等の物理量検出分野への適用が
注目されている。
【０００３】
これらの半導体センサー装置は、ＭＥＭＳ技術で形成された可動部を有しているのが特
徴である。可動部の動き量をピエゾ抵抗素子の抵抗変化や静電容量変化で検知し、データ
ー処理することで、加速度や角速度、圧力等の値を得るものである。特許文献１から３に
加速度センサー装置、特許文献４から６に角速度センサー装置、特許文献７から８に圧力
センサー装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３３１２３号  公報
【特許文献２】特開平８−２３３８５１号  公報
【特許文献３】特開平１１−１６０３４８号  公報
【特許文献４】特開２００６−１７５５５４号  公報
【特許文献５】特開２００３−１９４５４５号  公報
【特許文献６】特表２００５−５２４０７７号  公報
【特許文献７】特開２００４−１３２９４７号  公報
【特許文献８】特開平１０−９８２０１号  公報
【０００５】
特許文献１の加速度センサーの構造に付いて、図９を用いて簡単に述べる。半導体セ
ンサー装置は特に断りの無い限り、加速度センサー装置を用いて説明する。また、半導体
センサー装置に用いる半導体センサーチップの構造や構成等は、特許文献１から８に準じ
ているので詳細説明の一部を省くことがある。図９ａ）に３軸加速度センサーの分解斜視
図を示す。３軸加速度センサー７０は、ケース７３にセンサーチップ７１とＩＣ規制板７
２が樹脂などの接着剤で所定の間隔を持って固着されている。センサーチップ７１のチッ
プ端子７８はワイヤー７５でＩＣ規制板端子７７に、ＩＣ規制板端子７７はワイヤー７６
でケース端子７１０に接続され、センサーの信号は外部端子７１１から取り出す。ケース
７３にはケース蓋７４が接着剤で固着されている。図９ｂ）は、センサーチップ７１のセ
ンサー上面から見た平面図である。センサーチップ７１には、３軸加速度センサー素子７
２０とチップ端子７８が形成されている。３軸加速度センサー素子７２０は、方形の枠部
７１４と錘部７１３と対を成す梁部７１２で構成され、錘部７１３が２対の梁部７１２で
枠部７１４の中央に保持されている。梁部７１２にはピエゾ抵抗素子が形成されている。
一対の梁にはＸ軸ピエゾ７１５とＺ軸ピエゾ７１７が、他の一対の梁にはＹ軸ピエゾ７１
６が形成されている。
【０００６】
図９に示した３軸加速度センサー７０は、ケース７３とケース蓋７４がアルミナ等のセ
ラミックで形成されている。セラミックのため、ケース７３とケース蓋７４の肉厚を薄く
するには限度があり、小型化が難しいだけでなく軽量化も難しかった。セラミック製ケー
スに金属のケース端子７１０と外部端子７１１を形成し、これらをセラミック内で接続す
るため、セラミック製ケースは高価となり、セラミック製ケースを使用する限り安価な加
速度センサーの実現は難しかった。ケース７３とケース蓋７４は接着樹脂で接着し封止し
ている。樹脂を用いるため周囲環境変化で気密度が低下してしまうと言う問題があった。
【０００７】
気密性を上げる方法が、特許文献９に記載されている。図１０ａ）に示す様に、ＭＥＭ
Ｓチップが多数形成された基板８１（以下、ＭＥＭＳ基板と言う）と、キャップチップが
多数形成された基板８２（以下、キャップ基板と言う）とを接合し、ＭＥＭＳチップ２０
４の可動部分を上下のキャップチップ２０３で密封したＭＥＭＳ組立体基板４５を得る。
ＭＥＭＳ組立体基板４５の一点鎖線で示す分離部９０をダイヤモンド砥石で切断して、図
１０ｂ）に示すＭＥＭＳ組立体８０を得る。密封する部分はＭＥＭＳチップ２０４の可動
部分に限定すること、言い替えると接合総長さを短くすることで、気密性を確保し易くす
るものである。図１０ｃ）に示す様に、ＭＥＭＳ組立体８０をケース８３の内底部に接着
し、ケース８３の上辺部にケース蓋８４を接着し半導体センサー装置８５を得る。しかし
、図１０ｃ）の様にＭＥＭＳ組立体をケースに入れるのでは、小型化や低価格化を図るこ
とが難しかった。
【０００８】
特許文献１０に開示されているような、半導体の樹脂封止技術を応用し、ＭＥＭＳ組立
体８０を樹脂で覆った半導体センサー装置８６が実用化され始めている。図１０ｄ）に、
樹脂封止した例を示す。ＭＥＭＳ組立体８０やワイヤー５等が外気に直接触れない程度に
、モールド樹脂８７を薄くすることで、小型化と軽量化が実現できる。また、図１０ｃ）
の様に、ケースの接着作業等が不要となるため、製造コストの低減が可能となる。
【０００９】
【特許文献９】特開平３−２５３５号  公報
【特許文献１０】特開平１０−１７０３８０号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
数多くのＭＥＭＳ組立体８０を樹脂で覆った半導体センサー装置８６を製造するに従い
、図１１に示すように、ＭＥＭＳ組立体のセンサー端子２０５以外の部位にワイヤー５が
接触して、ノイズの発生やワイヤーの線間短絡と言う不具合が低い率であるが発生した。
ワイヤー５の接触は全てキャップチップ２０３間で発生しており、ＭＥＭＳチップ２０４
との接触は起こっていなかった。センサー端子２０５に溶接したワイヤー５は立ち上がり
、所定曲率を持って立ち下がって電極端子２０７に接続する事となる。このワイヤー５の
立ち上がり部分が樹脂モールド時に、樹脂によって変形してキャップチップ端面２０８と
接触していた。ＭＥＭＳチップ側面は単純な形状をしているため、樹脂モールド時の樹脂
の動きが単純化されワイヤー５を変形させることが無いものと考えられる。
【００１１】
キャップチップ端面とワイヤーが接触しないようにするには、キャップチップ端面２０
８とセンサー端子２０５の間隔を大きくすれば良いが、半導体センサー装置の小型化に反
することとなる。逆にキャップチップ端面とワイヤーが接触しても、ノイズや線間短絡が
発生しないように、電気絶縁性のキャップチップを採用するか、導電性のキャップチップ
端面を絶縁することで対応できる。もしくは、絶縁被覆されたワイヤーを使用することが
考えられる。しかし、超音波ワイヤーボンディング法やボールボンド法の作業方法から絶
縁被覆ワイヤーを使用することは考え難い。また、絶縁被覆ワイヤーを用いるとワイヤー
を曲げる曲率半径も大きくせざるを得ず、小型化に反することになる。また、裸線に比べ
絶縁被覆ワイヤーは高価であるため、製造コストの上昇を招くことになる。
【００１２】
電気絶縁性の材料でキャップチップを製作することは可能であるが、ＭＥＭＳチップは
シリコンで製作されており、ＭＥＭＳチップとキャップチップの熱膨張率が異なってしま
う。シリコンと熱膨張率が一致した絶縁材を選択し採用することは難しく、熱膨張率の差
によるクラック等の発生の問題がでる。絶縁材としてシリコンの熱膨張率とほぼ等しいガ
ラスを使用した場合でも、ガラスの加工精度や接合した後の薄肉化、電極パッドの露出加
工が困難であり、製造コスト高となることは避けられない。
【００１３】
シリコン製のキャップチップを用いてＭＥＭＳ組立体を作製した後、キャップチップ側
面に電気絶縁性材料を付加する場合、電極端子の表面をフォトレジスト等でマスキングす
る必要がある。マスキングする部位はキャップチップから数十〜数百μｍ程度窪んだ面に
あるため、フォトリソ技術を用いたレジストマスクを作製することは非常に難しい。フォ
トリソ技術を用いずテープ等でマスキングすることも考えられるが、マスキングの位置精
度や作業工数の点で採用することは難しい。また、被覆の柔軟性が高い樹脂材料を用いる
ことも考えられる。しかし、ＭＥＭＳチップを配線基板もしくは回路基板に実装する時に
リフロー等の加熱工程があるため、樹脂が劣化する危険性がある。
【００１４】
本願発明の目的は、ノイズ発生と線間短絡の原因であるキャップチップとワイヤーとの
間の電気絶縁を確保でき、またＭＥＭＳチップとキャップチップの気密性が得られる小型
軽量な半導体センサー装置およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本願発明の半導体センサー装置は、可動部を有するＭＥＭＳチップと、ＭＥＭＳチップ
の少なくとも可動部を密封するキャップチップで形成されたＭＥＭＳ組立体を、配線基板
もしくは回路基板にＭＥＭＳ組立体を固着し、ＭＥＭＳチップと回路基板、回路基板と配
線基板は配線で接続され、配線基板上の回路基板と配線、ＭＥＭＳ組立体を樹脂部材で封
止した半導体センサー装置であって、ＭＥＭＳ組立体のキャップチップ側面がウェットエ
ッチング面で形成され、該ウエットエッチング面に絶縁性保護膜が形成されていることが
好ましい。
【００１６】
ＭＥＭＳチップは、加速度や角速度、圧力等の物理量を検出する加速度センサーやジャ
イロセンサー、圧力センサー等である。ＭＥＭＳチップに外部から加速度や角速度、圧力
等が加わると、ＭＥＭＳチップの可動部上に形成された抵抗素子や容量素子等で、電流や
電圧、静電容量等の物理量に変換して出力する。
【００１７】
ＭＥＭＳチップの可動部をキャップチップで気密封止することで、雰囲気や圧力によっ
て出力値が影響を受け難い構造とすることができる。例えば、静電容量を検出する静電容
量素子の静電容量Ｃは、Ｃ＝ε０εＳ／ｄで表される。ここで、ε０は真空の誘電率、ε
はＭＥＭＳ組立体内の気体の誘電率、Ｓは電極面積、ｄは電極間隔である。ＭＥＭＳ組立
体内の誘電率すなわち雰囲気（ガス）や圧力（真空度）により、静電容量が変化してしま
うため、ＭＥＭＳ組立体内を気密封止することが好ましい。また、電流や電圧として出力
する抵抗素子では、抵抗素子の抵抗値が大気中の水分や温度の影響を受けやすい。そのた
め、ＭＥＭＳ組立体内に水分等が混入して測定値に与える影響を低減するため気密封止す
ることが好ましい。
【００１８】
キャップチップにはシリコンを用いることが好ましく、特に微細加工し易い単結晶シリ
コンが好ましい。ＭＥＭＳチップは単結晶シリコンに成膜やエッチング、パターニング等
の半導体技術を適用して作製されている。ＭＥＭＳチップと同じ材質でキャップチップを
作製することで、熱膨張率を合わせることができる。熱膨張率を合わせることで、ＭＥＭ
Ｓ基板とキャップ基板の接合時や、他の製造工程で加わる温度変化に対しても壊れ難く、
気密性の高いＭＥＭＳ組立体が得られる。キャップチップも凹凸を有する形状であるので
、成膜、パターニング、エッチング等を用いて製作する。キャップチップをＭＥＭＳチッ
プと同じ材質のシリコンとすることで、同じウェットエッチング液を使用できるのでウェ
ットエッチング液の種類を増やす必要がなく、工程の簡略化が図れる。
【００１９】
ワイヤーと接触する恐れのあるキャップチップ側面には、絶縁性保護膜が形成されてい
ることが重要である。キャップチップ側面以外の面である、ＭＥＭＳチップ対向面および
ＭＥＭＳチップ対向背面への絶縁性保護膜の形成は任意である。キャップチップのＭＥＭ
Ｓチップ対向背面にワイヤーが接することはないので、ウェットエッチングで薄肉化と個
片化を行ったままとし、絶縁性保護膜の形成は必要ない。キャップチップのＭＥＭＳチッ
プ対向面にも絶縁性保護膜を形成することで、ＭＥＭＳチップ対向背面以外の部位をウェ
ットエッチング液から保護することができ、キャップチップの形状と寸法の安定化が図れ
る。キャップチップのＭＥＭＳチップ対向面と側面に形成される絶縁性保護膜は連続した
膜であることが好ましいものである。ＭＥＭＳチップとの接合部に絶縁性保護膜が形成さ
れていても接合や気密性に問題は無い。キャップ基板のＭＥＭＳ基板対向面側全面に絶縁
性保護膜を形成することで、レジストパターンの作製等を行う必要がなく、製造コストの
低減を図ることができる。
【００２０】
本願発明のキャップチップのＭＥＭＳチップ対向面側は、ＭＥＭＳチップと固着する接
合部と可動部の駆動を抑制する凹部、キャップチップ厚み部、電極パッド開口部で構成さ
れる。ウェットエッチングでキャップチップの薄肉化と個片化を行う時、キャップ厚み部
の一部と電極パッド開口部はエッチングで除去される。電極パッド開口部の深さは、可動
部の駆動を抑制する溝より深く形成することで、キャップチップの個片化が容易となる。
ＭＥＭＳ基板とキャップ基板が接合されたＭＥＭＳ組立基板の、キャップ基板をエッチン
グで薄肉化を進め、電極パッド開口部を完全に分離する。キャップ厚み部の一部と電極パ
ッド開口部の絶縁性保護膜のみ残った部位の、絶縁性保護膜を機械的に除去することで、
キャップチップは個片化できる。薄肉化でエッチング除去する量（厚み）は、電極パッド
開口部の厚みより大きいことが必要である。
【００２１】
シリコン基板に成膜とフォトリソ、エッチングで、接合部と可動部の駆動を抑制する凹
部、キャップ厚み部、電極パッド開口部を形成する。少なくとも電極パッド開口部はウェ
ットエッチングで形成する。電極パッド開口部の深さは、キャップチップの厚みより深く
形成しておく。その後、絶縁保護膜、接合金属を形成する。
【００２２】
少なくともキャップチップ側面となる部位をウェットエッチングで形成することで、絶
縁性保護膜の膜質が良くなる。ダイヤモンド砥石やサンドブラストで形成した面では面粗
さが粗いため、膜の連続性が悪くウェットエッチング液がシリコンと膜間に侵入し、膜の
剥離やキャップチップ形状の不安定性を起こす危険性がある。
【００２３】
ノイズの発生と線間短絡を防止するには、キャップチップ側面と電極パッド間の距離を
出来る限り大きく取り、ワイヤーの接触を防ぐことである。キャップチップの側面をシリ
コンの｛１００｝面とすることで、キャップチップの側面を垂直に形成することができる
。キャップチップの側面を垂直とすることで、電極パッドとキャップチップ側壁との距離
を大きくすることが可能となり、ワイヤーの接触を防止できるだけでなく、ワイヤーボン
ディングの作業効率の向上が図れる。
【００２４】
本願発明の半導体センサー装置は、キャップチップ側面に形成される絶縁性保護膜は、
電気抵抗率１０１０（Ω・ｃｍ）以上で、耐アルカリ性を有することが好ましい。
【００２５】
キャップチップにワイヤーが触れてもノイズの発生や線間短絡を起こさせないため、絶
縁性保護膜の電気抵抗率は大きい程好ましい。また、キャップチップの薄肉化と個片化を
行う際に、絶縁性保護膜がアルカリ性のエッチング液でエッチングされないことが必要で
ある。また、絶縁性保護膜を通してエッチング液が侵入しないように、緻密で欠陥のない
膜である必要がある。スパッターやＣＶＤで製膜可能な膜として、酸化シリコン（＞１０
１４Ω・ｃｍ）、窒化シリコン（＞１０１４Ω・ｃｍ）、アルミナ（＞１０１４Ω・ｃｍ
）、ジルコニア（１０１３Ω・ｃｍ）等の材質を用いる。また、これらの材料を積層した
膜を用いても良い。キャップ基板に単結晶シリコンを使用するため、可動部の駆動を抑制
する凹部、電極開口溝を形成した後、熱酸化により酸化シリコン膜を形成しても良い。
【００２６】
本願発明の半導体センサー装置は、絶縁性保護膜の膜厚は０．１μｍ以上であることが
好ましい。
【００２７】
絶縁性保護膜の厚みは０．１μｍ以上とすることで緻密な膜となり、絶縁性の確保とエ
ッチング液の侵入を防止できる。キャップ厚み部の一部と電極パッド開口部の絶縁性保護
膜のみ残った部位の絶縁性保護膜は機械的に容易に除去でき、キャップチップ側面の絶縁
性保護膜が剥がれない膜強度と膜付着強度であることが望まれる。絶縁性保護膜の材質に
よって僅かであるが上限の膜厚は異なってくるが、概略３μｍを上限とすることができる
。
【００２８】
ＭＥＭＳチップ対向面側のキャップチップ接合部には、低融点金属や樹脂等の接合材料
を形成する。接合材料でＭＥＭＳ基板とキャップ基板を密封固着するものである。接合材
料はリフトオフやイオンミリング、エッチング、めっき等の手法を用いて接合部に形成す
る。接合材料に低融点金属や樹脂等の様に加熱時に流れ易い材料を用いる場合、接合部面
に接合材料の流れを堰き止める溝等を形成しておくことが好ましい。
【００２９】
ＭＥＭＳチップとキャップチップとの接合は、ＭＥＭＳチップ上の検出素子や配線、電
極パッド等が耐高温特性ではないため、陽極接合や低融点材料接合（低融点金属接合や共
晶接合、低融点ガラス接合、樹脂接合等を含む）、拡散接合、表面活性化接合のいずれか
の方法を用いることが好ましい。ＭＥＭＳ基板とキャップ基板との接合は、低融点材料接
合がより好ましい。ＭＥＭＳ基板とキャップ基板を位置合わせした後、加圧と加熱により
接合する。ＭＥＭＳ基板とキャップ基板のうねり等により発生する隙間を、低融点材料が
流れることで隙間を埋め気密性を向上させることができる。このため、大きな圧力を加え
て基板のうねりを強制する必要がないので、キャップ基板等を破損する危険性が低くなる
。ＭＥＭＳ組立体内の空間を真空（減圧下）に保つ、もしくは乾燥窒素や不活性ガス等を
充填気密するため、真空（減圧）雰囲気下や乾燥窒素、不活性ガス雰囲気下で接合できる
ことが好ましい。
【００３０】
キャップ基板の薄肉化や個片化は、水酸化カリウム水溶液やヒドラジン、エチレンジア
ミン、水酸化アンモニウム系水溶液等のアルカリ性水溶液を用いたウェットエッチングで
行う。ＭＥＭＳ組立基板を、前記アルカリ性水溶液に浸漬させてキャップ基板の薄肉化と
個片化のウェットエッチングを行う。ウェットエッチング量は、アルカリ性水溶液の濃度
や温度、浸漬時間の組合せで制御することができる。
【００３１】
静電容量型加速度センサーやジャイロセンサー等で多く用いられている、ＭＥＭＳ基板
上に回路基板を搭載した構造では、キャップチップの薄肉化や電極の露出形成時に、水酸
化カリウム水溶液等のアルカリ金属イオンを含むエッチング液を使用すると、アルカリ金
属イオンが基板内に拡散して、回路基板の機能を低下させ不良となる危険性がある。そこ
で、アルカリ金属イオンを含まない、例えばテトラメチルアンモニウム水溶液等の有機系
のアルカリ性水溶液を用いることが好ましい。しかし、テトラメチルアンモニウム水溶液
を用いると、キャップチップのサイドエッチが非常に大きいためキャップチップの形状の
制御が難しい。キャップチップ側面に絶縁性保護膜を形成することでサイドエッチを防ぐ
事ができる。
【００３２】
キャップ基板をウェットエッチングで薄肉化と個片化を行うと、キャップ厚み部の一部
と電極パッド開口部に絶縁性保護膜のみ残った部位ができる。この絶縁性保護膜は薄いた
め、エッチング液内もしくは洗浄液内での揺動や超音波印加で容易に除去することできる
。また、ブラシで軽く擦るようにしても除去することができる。絶縁性保護膜が除去され
た時点で、実質的なキャップチップ個片化が成されたことになる。キャップ厚み部の側面
の絶縁性保護膜はウェットエッチング面上に形成されているので膜の密着力は強く、超音
波やブラシで除去すべき部位の絶縁性保護膜を除去しても、キャップ厚み部の側面の残す
べき絶縁性保護膜が除去されることはない。
【００３３】
絶縁性保護膜厚の違いで絶縁性保護膜の除去方法を変えることが出来る。膜材質によっ
ても異なるが目安として、絶縁性保護膜の厚み０．１〜０．５μｍではエッチング液もし
くは洗浄液内での揺動、０．３〜１．０μｍでは洗浄液内で超音波印加、１．０μｍ以上
ではブラシによる機械的除去方法が良い。絶縁性保護膜の厚みが厚くなるに従い、除去が
難しくなるのと除去に用いる機械設備の費用が高くなる。そのため、絶縁性保護膜を出来
る限り薄くすることが、製造コスト的にも好ましいものである。
【００３４】
ＭＥＭＳチップの側面以外の表面は、耐アルカリ性水溶液材で被覆されていることが好
ましい。ＭＥＭＳ組立体基板をアルカリ性水溶液のウェットエッチング液に浸し、キャッ
プ基板の薄肉化と個片化をする。ウェットエッチング時、ＭＥＭＳチップの可動部はキャ
ップチップで密封固着されているため、ウェットエッチング液に晒されないが、ＭＥＭＳ
チップの可動部以外の部位は、ウェットエッチング液に晒されるため、ウェットエッチン
グされないように、耐アルカリ性水溶液材で被覆することが好ましい。耐アルカリ性水溶
液材としては、電極パッド上には貴金属系材料を、それ以外の箇所には酸化シリコンや窒
化シリコン等の材料を、０．１μｍ以上積層する。ＭＥＭＳチップ可動部上も耐アルカリ
性水溶液材を積層しておいても構わないものである。酸化シリコンや窒化シリコンは、Ｃ
ＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、スパッタ等で成膜積層
する。貴金属系材料は、スパッタや真空蒸着等で成膜積層する。成膜した酸化シリコンや
窒化シリコン、貴金属系材料は、フォトリソやドライエッチング等の方法を用いてパター
ンを形成することができる。キャップ基板とＭＥＭＳ基板を接合する接合材料と、耐アル
カリ性水溶液材料に用いる貴金属系材料が同じである場合は、同時に成膜できるので工数
の低減を図ることができる。耐アルカリ性水溶液材料は、ウェットエッチング作業が終わ
っても除去する必要はない。除去せず残しておくことで、除去する工数の削減を図ること
ができる。
【００３５】
キャップ基板をウェットエッチングで薄肉化と個片化した後、ＭＥＭＳ基板をダイヤモ
ンド砥石で切断することで、ＭＥＭＳ組立体を得ることができる。ＭＥＭＳ基板の切断は
、反応性イオンミリングやイオンミリング等のドライエッチングを用いることもできる。
また、レーザーを用いてＭＥＭＳ基板を切断してＭＥＭＳ組立体を得る事もできる。
【００３６】
配線基板上に樹脂接着剤や金属ペースト等を用いて回路基板を接着する。さらに、回路
基板上にＭＥＭＳ組立体を樹脂接着剤等で接着する。その後、ＭＥＭＳ組立体と回路基板
、配線基板の電極パッドを金属の極細線（ワイヤー）等で接続する。電極パッドと金属の
極細線の接続は、超音波溶接もしくは半田溶接で行うことができる。金属の極細線による
接続の代わりに、半田ボールやボールボンドによる接続を用いることもできる。
【００３７】
ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワイヤーの樹脂封止には、エポキシ樹脂やシリ
コン樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。成型方法は、液状樹
脂を用いたポッティング法もしくは粉体樹脂を用いたトランスファーモールド法を用いる
ことができる。トランスファーモールド法は、ＭＥＭＳ組立体と回路基板、配線基板、ワ
イヤーが一体化されたものを金型内に設置し、モールド機のポッドにタブレット状に成型
された樹脂を装填しポッドの押出し部を加熱して樹脂を軟化させ、プランジャー（押圧機
構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押圧する。金型内で樹脂を硬化させた後、金型
から樹脂モールド品を取り出し半導体センサー装置を得る。ポティング法は、ＭＥＭＳ組
立体と回路基板、配線基板、ワイヤーが一体化されたものを金型内に設置し、液状樹脂を
金型内に流し込み樹脂を硬化させた後、金型から樹脂モールド品を取り出し半導体センサ
ー装置を得る。
【００３８】
ＭＥＭＳチップに外部から加速度や角速度、圧力等の力が加わると、可動部上に形成し
た抵抗素子や静電容量素子等で、電流や電圧、静電容量等の物理量に変換して出力する。
出力される物理量の変化は非常に微小であるため、回路基板には出力を増幅する素子（増
幅回路等）を形成する。また、前記素子が温度の影響を受ける場合、温度補正回路等を搭
載することが好ましい。配線基板はプリント回路やリードフレーム等である。
【００３９】
本願発明の半導体センサー装置は、ＭＥＭＳ基板およびキャップ基板を形成する工程、
ＭＥＭＳ基板の少なくともシリコン面以外の材料表面を、耐アルカリ水溶液材で被覆する
工程、ＭＥＭＳ基板の少なくとも可動部を上下キャップ基板で密着封止する工程、キャッ
プ基板をウェットエッチングで薄肉化しキャップチップ間を絶縁性保護膜とする工程、キ
ャップチップ間の絶縁性保護膜を除去しキャップチップを個片化する工程、ＭＥＭＳ基板
を個片化してＭＥＭＳ組立体を形成する工程、配線基板上に回路基板を固着する工程、回
路基板上にＭＥＭＳ組立体のキャップチップ面を固着する工程、配線基板と回路基板、回
路基板とＭＥＭＳ組立体を配線する工程、配線基板上の回路基板と配線、ＭＥＭＳ組立体
を樹脂部材で封止する工程を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００４０】
キャップチップの側面に絶縁性保護膜を形成することで、樹脂モールド時にワイヤーが
変形しキャップチップに接触しても、ノイズの発生や線間短絡の発生を防ぐことができた
。また、ＭＥＭＳチップとキャップチップの気密性が得られる小型軽量な半導体センサー
装置を提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第一の実施例の加速度センサーチップの斜視図である。
【図２】本発明の第一の実施例の加速度センサー基板の平面図および断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例のキャップ基板の平面図および断面図である。
【図４】本発明の第一の実施例の半導体センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【図５】本発明の第二の実施例のキャップ基板の平面図および断面図である。
【図６】本発明の第二の実施例のＭＥＭＳ組立体の分解斜視図である。
【図７】本発明の第三の実施例のＭＥＭＳ組立体の分解斜視図である。
【図８】本発明の第三の実施例の半導体センサー装置の製造プロセスを説明する図である。
【図９】従来の３軸加速度センサーの分解斜視図である。
【図１０】従来のＭＥＭＳ組立体と半導体センサー装置の断面図である。
【図１１】従来の半導体センサー装置でのノイズと線間短絡の発生原因箇所を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下本発明について、図面を参照しながら実施例に基づいて詳細に説明する。説明を判
り易くするため、同一の部品、部位には同じ符号を用いている。
【実施例１】
【００４３】
本願発明の第一の実施例について、図１から図４を用いて、半導体センサー装置の構造
と製造プロセスを加速度センサー装置の例で説明する。そのため、ＭＥＭＳ基板と加速度
センサー基板、ＭＥＭＳチップを加速度センサーチップと同義で用いている。図１は加速
度センサーチップの斜視図である。図２は加速度センサー基板の平面図および断面図、図
３は、キャップ基板の平面図および断面図、図４は、半導体センサー装置の製造プロセス
を説明する図である。
【００４４】
図１ａ）はピエゾ抵抗素子側、図１ｂ）は裏面側から見たセンサーチップの斜視図であ
る。図１に示すように、加速度センサーチップ２はピエゾ抵抗素子２１と配線２２、電極
パッド２４、２点鎖線で示した接合部２０、梁部２５、錘部２６、枠部２７等から構成さ
れている。加速度センサーチップ２の製作には、約４００μｍ厚のシリコン板に数μｍの
シリコン酸化層と約６μｍのシリコン層を有するＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ  ｏｎ  Ｉｎｓ
ｕｌａｔｏｒ）ウェファ−を用いた。シリコン層側の面にピエゾ抵抗素子２１の形状にフ
ォトレジストのパターンを形成した。シリコン層にボロンを１〜３ｘ１０１８原子／ｃｍ
３打ち込み、ピエゾ抵抗素子２１を形成し、ピエゾ抵抗素子２１に接続する配線２２を、
金属スパッターとドライエッチング装置を用いて形成した。シリコン層とシリコン板をフ
ォトリソとドライエッチング装置を用いて加工し、シリコン層に形成される梁部２５、お
よびシリコン層からシリコン板に渡って形成される錘部２６を形成した。シリコン酸化層
はシリコンのドライエッチングの際にエッチングストッパーとして機能する。ドライエッ
チングされるのはシリコンのみであるので、シリコン板はドライエッチングされるがシリ
コン酸化層は残っている。ドライエッチング後、弗酸、弗化アンモニム水溶液に漬けシリ
コン酸化層をウェットエッチングで除去した。ドライエッチングはＳＦ６、酸素混合ガス
とＣ４Ｆ８ガスとを交互に導入するプラズマ内で行った。１枚のウェファ−上に多数の加
速度センサーチップを作製した。
【００４５】
図２に加速度センサー基板２’の一部分を示す。図２ｂ）は加速度センサー基板のピエ
ゾ抵抗素子２１側の平面図、図２ａ）は図２ｂ）のｊ−ｊ’断面図である。加速度センサ
ー基板は、複数の加速度センサーチップ２が形成されている。一点鎖線で示した分離部９
０で分離し個片化した。加速度センサー基板２’の上下面には、キャップ基板と接合する
接合材が形成された接合部２０を設けた。接合部には、Ａｕ：０．２μｍ／Ｎｉ：１．０
μｍ／Ｃｒ：０．１μｍをスパッターで形成した。ドライエッチングにより錘部２６を形
成した。
【００４６】
図３にキャップ基板３’の一部分を示す。図３ｂ）はキャップ基板３’の接合部側から
見た平面図、図３ａ）は図３ｂ）のｋ−ｋ’断面である。キャップ基板３’は４００μｍ
厚のシリコン平板の片面に駆動抑制溝３１と分離溝３２を凹状に、接合部２０を凸状に形
成した。分離溝３２の側面（キャップチップの側面）が｛１１１｝の面となる面方位とし
ている。シリコン平板の片面に、酸化シリコン０．５μｍを積層して、フォトリソで駆動
抑制溝３１のパターンを形成した。その後、窒化シリコン０．１μｍを積層してキャップ
基板の分離溝３２のパターンを形成した。次に６７℃の温度で、４０ｗｔ％水酸化カリウ
ム水溶液を用い分離溝３２を８５μｍ深さにウェットエッチングした。次に、窒化シリコ
ンを除去して、駆動抑制溝３１を深さ１５μｍに、分離溝３２を１５μｍ追加ウェットエ
ッチングし、分離溝３２の深さを１００μｍとした。ＭＥＭＳ基板対向面側に窒化シリコ
ンの絶縁性保護膜３３を０．３μｍ厚にＣＶＤで形成した。分離溝３２と駆動抑制溝３１
の間に形成された接合部２０には、Ａｕ：０．２μｍ／Ｎｉ：１．０μｍ／Ｃｒ：０．１
μｍをスパッターで形成した後、Ａｕ−Ｓｎ合金積層膜を４μｍ厚に電気めっきで形成し
た。
【００４７】
加速度センサーのピエゾ抵抗素子２１や配線２２、電極パッド２４を形成した後、それ
らの上に窒化シリコンをＣＶＤで０．２μｍ積層した後、電極パッド上の窒化シリコンを
フォトリソ、エッチングで除去した。次にフォトレジストで電極パッド２４および接合部
を開口した後、金属スパッタで、Ｃｒ０．１μｍ−Ｎｉ１．０μｍ−Ａｕ０．５μｍの順
で積層膜を形成した。次に電極パッド２４と接合部２０以外のフォトレジストと金属膜を
除去し、ウェットエッチング液に晒される部位を保護した。
【００４８】
接合部２０の幅は気密封止できるように６０μｍとした。キャップ基板３’は厚さ４０
０μｍとしたので、キャップ基板３’と加速度センサー基板２’を加圧接合する時の圧力
約１０ｋＮに対して十分な強度を有しており、加圧接合時に割れたり、クラックが入った
りするような問題は起きなかった。
【００４９】
図４を用いて、本実施例の半導体センサー装置の製造プロセスを説明する。加速度セン
サー基板２’の上下面にキャップ基板３’を接合し、ＭＥＭＳ組立基板４５を得る［図４
ａ）］。６７℃に加熱した４０ｗｔ％水酸化カリウム水溶液にＭＥＭＳ組立基板４５を浸
漬して、２点鎖線で示すエッチングライン９０’までキャップ基板３’をエッチングして
薄肉化した。エッチングで除去した厚みは３００μｍである。このキャップ基板薄肉化で
分離溝３２のシリコンは完全に除去され、絶縁性保護膜３３のみとなっている［図４ｂ）
］。エッチング液内でＭＥＭＳ組立基板４５を１０回程度上下左右に揺動させて、キャッ
プチップ間の絶縁性保護膜３３を除去した［図４ｃ）］。加速度センサー基板２’の分離
部９０に沿って２０００番のダイヤモンド砥石６０を用い、砥石回転数２００００ｒｐｍ
で切断し、ＭＥＭＳ組立体８０を得た［図４ｄ）］。
【００５０】
厚さ２００μｍの配線基板６上に加速度センサー素子からの信号の増幅や温度補正等を
行う回路基板４を、エポキシ接着剤で固定した［図４ｅ）］。回路基板４の上にＭＥＭＳ
組立体８０をエポキシ系樹脂で固着し、ＭＥＭＳ組立体８０の電極パッド２４と回路基板
４の電極パッド４１、回路基板４の電極パッド４２と配線基板６の電極パッド６１は、直
径２５μｍの裸金ワイヤー５を超音波ボンダーで接続を行った［図４ｆ）］。
【００５１】
ＭＥＭＳ組立体８０と回路基板４、配線基板６が組立てられた構造体を、トランスファ
ーモールド法を用いエポキシ樹脂７でモールド成型した。トランスファーモールド作業は
次の手順、条件で行った。ＭＥＭＳ組立体８０と回路基板４、配線基板６が組立てられた
構造体を、成型用金型内の所定の位置に保持した。モールド機のポッドにタブレット状に
成型された樹脂を装填し、ポッドの押出し部を加熱して樹脂を軟化させ、プランジャー（
押圧機構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押圧する。金型内に１７５℃の樹脂を５
ＭＰａの圧力で押圧した。成型時間は２分とした。金型内で樹脂を硬化させた後、金型か
ら樹脂モールド品を取り出し半導体センサー装置１を得た［図４ｇ）］。一度のトランス
ファーモールド作業で、５０個の半導体センサー装置１が得られる金型を用いた。
【実施例２】
【００５２】
本願発明の第二の実施例を図５、６を用いて説明する。図５はキャップ基板の平面図お
よび断面図、図６はＭＥＭＳ組立体の分解斜視図である。キャップチップ３のＭＥＭＳ基
板対向面側形状と絶縁性保護膜３３の材質、キャップチップ３間の絶縁性保護膜３３の除
去方法以外は実施例１と同じである。図５に示すように、キャップチップ３のＭＥＭＳ基
板対向面側の凹凸形状は、熱酸化で酸化シリコン１．０μｍを形成した後、フォトリソ技
術を用い駆動抑制溝３１のパターンを形成した。更に、熱酸化で酸化シリコン０．７μｍ
を形成してキャップ基板の分離溝３２のパターンを作製した。次に６７℃の４０ｗｔ％水
酸化カリウム水溶液を用いて、分離溝３２を９０μｍ深さにウェットエッチングした。酸
化シリコンを除去して、駆動抑制溝３１を深さ１０μｍにエッチングすると共に、分離溝
３２は１５μｍの追加ウェットエッチングし、分離溝３２には１０μｍの追加エッチング
を行い、総深さを１００μｍとした。駆動抑制溝３と分離溝３２を形成した面に熱酸化で
酸化シリコン０．６μｍを形成し絶縁性保護膜３３とした。
【００５３】
接合部２０には、Ｃｒ：０．１μｍ、Ｎｉ：０．５μｍ、Ａｕ：０．２μｍ、Ａｕ−Ｓ
ｎ：４μｍ形成した。分離溝３２の側壁は、｛１００｝面で形成しているため、ＭＥＭＳ
基板２に対して垂直に形成でき、電極２４とキャップチップ３の側面との距離を大きくで
き、ワイヤーとの接触を防止することができた。また、駆動抑制溝３１の側面は、｛１１
１｝面と｛１００｝面で構成された形状とした。
【００５４】
キャップチップ間の絶縁性保護膜の除去は、次の方法で行った。キャップチップ間の絶
縁性保護膜は、エッチング液内での揺動でほぼ除去できたが、イソプロピルアルコールと
水の混合液中に浸漬させて、超音波を印加することで残渣分を含め、完全に除去すること
ができた。イソプロピルアルコールと水の混合液を用いることで、除去した酸化シリコン
が再付着することはなかった。
【実施例３】
【００５５】
本願発明の第三の実施例を図７、８を用いて説明する。本実施例のＭＥＭＳ組立体は、
静電容量型のジャイロセンサーである。静電容量型のジャイロセンサーの検知部はシリコ
ン基板の片面に形成されているので、キャップチップは１個である点が実施例１，２と異
なっている。図７はＭＥＭＳ組立の分解斜視図、図８は半導体センサー装置の製造プロセ
スを説明する図である。
【００５６】
図７に示すように、ＭＥＭＳチップ２は、静電容量検出部１０と回路素子１１、配線１
３、電極パッド１４、接合部２０等から構成されている。ＭＥＭＳチップ２の製作には、
約５００μｍ厚のシリコン板に数μｍのシリコン酸化層と数１０μｍのシリコン層を有す
るＳＯＩウェファーを使用した。シリコン層側の面に半導体プロセス技術とフォトリソ技
術、製膜技術を用い、信号の増幅等を行う回路素子１１と静電容量検出部１０、接合部２
０、電極パッド１４を形成した。キャップチップは、実施例１の図３と図４で示した形状
である。熱酸化で形成した酸化シリコン１．０μｍ形成したものを絶縁保護膜３３とした
。
【００５７】
本実施例の半導体センサー装置の製造プロセスを、図８を用いて説明する。ＭＥＭＳ基
板２’の回路素子１１や静電容量検出部１０等形成面側にキャップ基板３’を接合し、Ｍ
ＥＭＳ組立基板４５を得る［図８ａ）］。７０℃に加熱した２５ｗｔ％のテトラメチルア
ンモニウム水溶液にＭＥＭＳ組立基板４５を浸漬して、２点鎖線で示すエッチングライン
９０’までキャップ基板３’とＭＥＭＳ基板２’をエッチングして薄肉化した。エッチン
グで除去した厚みは３００μｍである。このキャップ基板薄肉化で分離溝３２のシリコン
は完全に除去され、絶縁性保護膜３３のみとなっている［図８ｂ）］。エッチング液や洗
浄液内でＭＥＭＳ組立基板４５を揺動させることで、キャップチップ間の絶縁性保護膜３
３をほぼ除去することができるが、残渣分を数回ブラッシングすることで完全に除去した
。［図８ｃ）］。ＭＥＭＳ基板２’の分離部９０に沿ってレーザー照射を行い切断した。
レーザーには定格出力８００Ｗの炭酸ガスレーザーを用いた。１〜２ｍ／ｍｉｎの送り速
度で切断加工を行い、ＭＥＭＳ組立体８０を得た［図８ｄ）］。
【００５８】
厚さ２００μｍの配線基板６上に、ＭＥＭＳ組立体８０をエポキシ系樹脂で固着し、Ｍ
ＥＭＳ組立体８０の電極パッド１４と配線基板６の電極パッド６１間を直径２５μｍの金
裸ワイヤー５で接続した［図８ｅ）］。ＭＥＭＳ組立体８０と配線基板６が組立てられた
構造体を、トランスファーモールド法を用いエポキシ樹脂７でモールド成型した。トラン
スファーモールド作業は次の手順、条件で行った。ＭＥＭＳ組立体８０と配線基板６が組
立てられた構造体を、成型用金型内の所定の位置に保持した。モールド機のポッドにタブ
レット状に成型された樹脂を装填し、ポッドの押出し部を加熱して樹脂を軟化させ、プラ
ンジャー（押圧機構）でポッド内の軟化した樹脂を金型内に押圧する。金型内に１７５℃
の樹脂を５ＭＰａの圧力で押圧した。成型時間は２分とした。金型内で樹脂を硬化させた
後、金型から樹脂モールド品を取り出し半導体センサー装置１を得た［図８ｆ）］。一度
のトランスファーモールド作業で、５０個の半導体センサー装置１が得られる金型を用い
た。
【実施例４】
【００５９】
本願発明の実施例１から３の絶縁性保護膜３３を有するシリコンキャップを用いた半導
体センサー装置と、従来の絶縁性保護膜の無いシリコンキャップを用いた半導体センサー
装置を用い、ノイズの発生および線間短絡の有無を評価した。供試数は各２０００個であ
る。従来の半導体センサー装置では、ノイズの発生と線間短絡を合わせた不良数は８個で
、不良率は０．４％であった。キャップチップ側面に絶縁性保護膜を形成した半導体セン
サー装置では、実施例１から３のいずれの試料も不良数は０個、不良率０％であった。キ
ャップチップ側面に絶縁性保護膜を形成することで、ノイズの発生や線間短絡の不具合を
解決できた。また、詳細説明は省くが、ＭＥＭＳチップとキャップチップの気密性には、
何らの不具合もなかった。
【符号の説明】
【００６０】
１  半導体センサー装置、
２  加速度センサーチップ、
２’，８１  ＭＥＭＳ基板，加速度センサー基板、
３，２０３  キャップチップ、
３’，８２  キャップ基板、
４  回路基板、
５，７５，７６  ワイヤー、６  配線基板、
７  エポキシ樹脂、１０  静電容量検出部、
１１  回路素子、１３，２２  配線、
１４，４１，４２  電極パッド、２０  接合部、
２１  ピエゾ抵抗素子、２４  電極パッド、
２５，７１２  梁部、２６，７１３  錘部、
２７，７１４  枠部、３１  駆動抑制溝、
３２  分離溝、３３  絶縁性保護膜、
４５  ＭＥＭＳ組立基板、６０  ダイヤモンド砥石、
６１  電極パッド、７０，７２０  ３軸加速度センサー、
７１  センサーチップ、７２  ＩＣ規制板、
７３  ケース、７４  ケース蓋、
７７  ＩＣ規制板端子、７８  チップ端子、
８０  ＭＥＭＳ組立体、８３  ケース、
８４  ケース蓋、８５，８６  半導体センサー装置、
８７  モールド樹脂、９０  分離部、
９０’  エッチングライン、２０４  ＭＥＭＳチップ、
２０５  センサー端子、２０７  電極端子、
２０８  キャップチップ端面、７１０  ケース端子、
７１１  外部端子、７１５  Ｘ軸ピエゾ、
７１６  Ｙ軸ピエゾ、７１７  Ｚ軸ピエゾ。
【図１】
2010256362.tif 000003
【図２】
2010256362.tif 000004
【図３】
2010256362.tif 000005
【図４】
2010256362.tif 000006
【図５】
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【図６】
2010256362.tif 000008
【図７】
2010256362.tif 000009
【図８】
2010256362.tif 000010
【図９】
2010256362.tif 000011
【図１０】
2010256362.tif 000012
【図１１】
2010256362.tif 000013