(57)【要約】  基板（１）に複数の半導体素子（２）を形成する。ＳＯＩ基板（１２）に複数の封止窓（８）と複数の封止窓（８）を支持する支持部（１３）とを形成する。加圧部材（１４）によりＳＯＩ基板（１２）を基板（１）に押し付け、複数の半導体素子（２）の周りに配置した低融点ガラス材（７）を介してＳＯＩ基板（１２）の複数の封止窓（８）を基板（１）に接合させる。基板（１）に接合された複数の封止窓（８）から支持部（１３）を切り離す。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に複数の半導体素子を形成する工程と、
第２の基板に複数の封止窓と前記複数の封止窓を支持する支持部とを形成する工程と、
加圧部材により前記第２の基板を前記第１の基板に押し付け、前記複数の半導体素子の周りに配置した低融点ガラス材を介して前記第２の基板の前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる工程と、
前記第１の基板に接合された前記複数の封止窓から前記支持部を切り離す工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる際に、遠赤外線により前記低融点ガラス材を選択的に加熱して溶融させることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記低融点ガラス材は、前記複数の半導体素子及び前記封止窓に比べて前記遠赤外線の吸収率が高いことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記加圧部材は、遠赤外線を透過しない材料からなり、開口を有し、
前記加圧部材の前記開口を介して前記低融点ガラス材に前記遠赤外線を選択的に照射することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記加圧部材の圧力により前記複数の封止窓から前記支持部を切り離すことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記封止窓の材料は、前記第１の基板と同じ材料、又は前記第１の基板との線膨張係数の差が４．３×１０−６［／Ｋ］以下の材料であることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の基板は、第１のＳｉ層と、ＳｉＯ２層と、第２のＳｉ層とを順に積層したＳＯＩ基板であり、
前記第１のＳｉ層の不要部を除去して前記複数の封止窓を形成し、
前記複数の封止窓の裏面に配置された前記ＳｉＯ２層をエッチングして前記支持部を形成することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２の基板の不要部をハーフカットダイシング、ドライエッチング、又はウエットエッチングにより除去することで前記複数の封止窓と前記支持部を形成することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空気密封止構造を有する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＡｓ、ＧａＮなどの化合物半導体を用いた電界効果トランジスタ素子などの高周波半導体装置の汎用化が急速に進んでおり、コスト削減が強く求められている。この要求に応えるため、これまでの完全気密のメタルパッケージに代わって、低価格なモールドパッケージが採用されるようになっている。しかし、モールドパッケージのような非気密のパッケージを採用する場合には、水分に起因した様々な劣化を防ぐために半導体装置の耐湿性を確保する必要がある。このため、必要な箇所のみを封止した中空気密封止構造を有する半導体装置を製造することが求められている。【０００３】
従来の半導体装置では、半導体素子が実装されたセラミック基板に絶縁性蓋体をガラスにより接合して半導体素子を封止していた（例えば、特許文献１参照）。なお、この装置では、ガラスの比誘電率は１５以下、絶縁性蓋体の比誘電率は１５以下であり、かつセラミック基板とガラスと蓋体の互いの熱膨張差が１．２×１０−６／℃以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本特許第３５６６５０８号公報（３頁３５〜４６行、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来は半導体素子を１個ずつ絶縁性蓋体で封止していた。このため、気密性は高いが、生産性が悪く、製造コストが高いという問題があった。【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は気密性を確保しつつ、製造コストを低減することができる半導体装置の製造方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の基板に複数の半導体素子を形成する工程と、第２の基板に複数の封止窓と前記複数の封止窓を支持する支持部とを形成する工程と、前記複数の半導体素子の周りに配置した低融点ガラス材を介して、前記第２の基板の前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる工程と、前記第１の基板に接合された前記複数の封止窓から前記支持部を切り離す工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明により、気密性を確保しつつ、製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための上面図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための上面図である。
【図８】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図９】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す拡大断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための拡大上面図である。
【図１３】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。基板１上に半導体素子２が実装されている。基板１は、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＳｉＣなどの半導体基板、又はサファイア、セラミックなどの絶縁基板である。また、半導体素子２は電界効果トランジスタであるが、これに限らずバイポーラトランジスタ素子などでもよい。
【００１２】
半導体素子２に電極パッド３が電気的に接続されている。電極パッド３はゲートパッド、ソースパッド、及びドレインパッドなどである。半導体素子２は、プラズマＣＶＤなどで形成したＳｉＮ膜などの表面保護膜４により覆われている。裏面パッド５が基板１の裏面に設けられ、基板１を貫通する貫通電極６を介してそれぞれ電極パッド３に電気的に接続されている。ここでは、裏面パッド５を用いているが、これに限らずフィードスルー配線を用いてもよい。
【００１３】
低融点ガラス材７が基板１上において半導体素子２を含む封止エリアの周りに配置されている。封止窓８が低融点ガラス材７を介して基板１に接合され、半導体素子２を封止している。低融点ガラス材７は例えばバナジウム系ガラスである。バナジウム系ガラスは、４００℃以下で焼成可能であり、耐湿性が高い材料特性を有し、色調は黒色である。低融点ガラス材７として、４５０℃以下で焼成可能なビスマス系ガラス、鉛系ガラス、鉛フッ素系ガラスなどを用いてもよい。
【００１４】
続いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する。図２，３，４，６，８，９は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図であり、図５，７は本発明の実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための上面図である。
【００１５】
まず、図２に示すように、Ｓｉ層９とＳｉＯ２層１０とＳｉ層１１を積層したＳＯＩ基板１２を形成する。次に、図３に示すように、ドライエッチング、ウエットエッチング、ハーフカットダイシングなどによりＳｉ層９の不要部を除去して複数の封止窓８を形成する。この際にＳｉＯ２層１０とＳｉ層１１の一部が除去されても、各層がウエハとして一体であればよい。
【００１６】
次に、図４に示すように、封止窓８の裏面に配置されたＳｉＯ２層１０を希ふっ酸の蒸気又は液体などによりエッチングして複数の封止窓８を支持する支持部１３を形成する。支持部１３のサイズは、数μｍから数１００μｍ程度であり、封止窓８を支持できるならば小さい方がよい。ここでは、図５に示すように、同じサイズの２６個の封止窓８をマトリクス状に配置しているが、これに限定されず、サイズが異なっていてもよく、密に並んでいなくてもよく、後の工程で素子ごとに切り分けできるように配置すればよい。
【００１７】
次に、図６及び図７に示すように、基板１に複数の半導体素子２を形成し、複数の半導体素子２の周りに低融点ガラス材７をスクリーン印刷やディスペンサーなどにより塗布する。次に、真空中で遠赤外線を照射して低融点ガラス材７の仮焼成を行う。真空中で加熱することで、低融点ガラス材７内に生じた気泡を脱泡できる。ただし、低融点ガラス材７内の気泡が気密性の問題にならないレベルであれば、真空中で仮焼成する必要はなく、大気中でも、窒素中でもよい。
【００１８】
ここでは、基板１に低融点ガラス材７を塗布したが、封止窓８に塗布してもよい。その場合には低融点ガラス材７の仮焼成は封止窓８を含むＳＯＩ基板１２で行う。また、支持部１３の形成前に低融点ガラス材７を塗布する。ただし、支持部１３が十分な強度を持つ場合には、支持部１３の形成後に低融点ガラス材７を塗布してもよい。
【００１９】
次に、図８に示すように、ＳＯＩ基板１２の複数の封止窓８を基板１の複数の半導体素子２上にアライメントする。そして、加圧部材１４によりＳＯＩ基板１２を基板１に押し付け、複数の半導体素子２の周りに配置した低融点ガラス材７を介してＳＯＩ基板１２の複数の封止窓８を基板１に接合させる。この際に、遠赤外線により低融点ガラス材７を選択的に加熱して溶融させる。ここで、加圧部材１４は遠赤外線を透過する材料からなり、低融点ガラス材７は複数の半導体素子２及び封止窓８に比べて遠赤外線の吸収率が高い。なお、アライメントから封止までの工程を大気中で行えば大気雰囲気で封止され、乾燥空気や窒素雰囲気などで行えばその雰囲気で封止され、真空中で行えば真空封止を行うことができる。
【００２０】
また、加圧部材１４でＳＯＩ基板１２の全面を数ＭＰａから数１０ＭＰａで加圧することにより支持部１３を折る。そして、図９に示すように、基板１に接合された複数の封止窓８から支持部１３を切り離す。その後、半導体素子２ごとに基板１を分割する。以上の工程により本実施の形態に係る半導体装置が製造される。
【００２１】
本実施の形態では、半導体素子２を低融点ガラス材７と封止窓８により封止するため、気密性を確保することができる。また、ＳＯＩ基板１２にウエハ状態で一体化された複数の封止窓８により基板１の複数の半導体素子２を一括して封止するため、生産性が良く、製造コストを低減することができる。
【００２２】
また、複数の封止窓８を基板１に接合させる際に、遠赤外線により低融点ガラス材７を選択的に加熱して溶融させる。これにより、半導体素子２の過度の温度上昇を防ぎつつ、低融点ガラス材７を溶融できるため、半導体素子２に対して優れた耐湿性を確保することができる。例えば半導体素子２の耐熱温度が２５０℃程度しかなくても熱破壊を防ぐことができる。
【００２３】
また、低融点ガラス材７は、半導体素子２及び封止窓８に比べて遠赤外線の吸収率が高い。これにより、基板全体に遠赤外線を照射しても、吸収率が低い半導体素子２の温度を上昇させずに、低融点ガラス材７を選択的に加熱することができる。例えば波長３μｍから５μｍの遠赤外線に対して、Ｓｉは６０％近くを透過するが、カーボンは９０％程度を吸収する。黒色のバナジウム系の低融点ガラス材７と基板１の遠赤外線吸収率の差が４０％程度あれば、低融点ガラス材７を選択的に加熱することができる。
【００２４】
また、表１は、各種材料のヤング率と熱膨張係数を示す。表２は、各種材料の短冊状の基板（長さ４ｍｍ、厚み０．１ｍｍ）同士を貼りあわせたものの片側を固定して温度を２００度変化させた際の反り量［μｍ］を示す。
【表１】
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【表２】
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【００２５】
反り量が５０μｍを超えるものは実装上の問題などにより使用できないため、封止窓８と基板１の線膨張係数の差が４．３×１０−６［／Ｋ］以下である必要がある。例えば、基板１がＳｉの場合には、封止窓８の材質はＳｉと線膨張係数の近いガラスなどでもよいが、基板１と同じＳｉで封止窓８を作製すれば、基板１の厚みが薄くなっても反りなどの問題が軽減するため、さらに好ましい。基板１がＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮなどの半導体基板の場合でも、サファイア、セラミックなどの絶縁性基板の場合でも同様である。従って、封止窓８の材料は、基板１と同じ材料、又は基板１との線膨張係数の差が４．３×１０−６［／Ｋ］以下の材料であることが好ましい。
【００２６】
図１０は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の変形例を示す拡大断面図である。封止窓８の低融点ガラス材７が接する部分に凹凸１５が設けられている。加圧封止する際に、低融点ガラス材７が凹凸１５に入り込むため、接合強度が向上する。基板１に凹凸を設けても同様の効果がある。凹凸１５のサイズは、低融点ガラス材７の粘度により異なるが、例えば数μｍから数１０μｍである。凹凸１５の幅と深さの比が１：１を超えないことが好ましい。また、凹凸１５の代わりに、接合表面の荒れ仕上げを行って接合面積を増加させてもよい。接合表面に低融点ガラス材７と親和性の高い材質、例えばＳｉＮ，Ｓｉ，Ａｌ，ＳＵＳ，Ｎｉ，ＡｌＮなどを設ければ更に接合強度が向上する。
【００２７】
実施の形態２．
図１１及び図１３は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図であり、図１２は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための拡大上面図である。
【００２８】
図１１に示すように、基板１６の不要部をハーフカットダイシング、ドライエッチング、又はウエットエッチングなどにより除去することで、基板１６に複数の封止窓８と複数の封止窓８を支持する支持部１３とを形成する。なお、図１２に示すように支持部１３は封止窓８の全周に残す必要はない。支持部１３のサイズは、数μｍから数１００μｍ程度であり、封止窓８を支持できるならば小さい方がよい。例えば、Ｓｉと陽極接合したパイレックス（登録商標）ガラスにおいて、接合領域が０．５ｍｍ×０．５ｍｍで、０．３ｍｍ幅の非接合領域がある場合、１Ｎの荷重で破断した。つまり、１０ＭＰａの加圧力で、０．２ｍｍの残しがある部分を破断できたことになる。
【００２９】
次に、実施の形態１と同様に、基板１に複数の半導体素子２を形成し、複数の半導体素子２の周りに低融点ガラス材７を塗布して仮焼成を行う。
【００３０】
次に、図１３に示すように、基板１６の複数の封止窓８を基板１の複数の半導体素子２上にアライメントする。そして、加圧部材１４により基板１６を基板１に押し付け、複数の半導体素子２の周りに配置した低融点ガラス材７を介して基板１６の複数の封止窓８を基板１に接合させる。この際に、遠赤外線により低融点ガラス材７を選択的に加熱して溶融させる。また、加圧部材１４で基板１６の全面を数ＭＰａから数１０ＭＰａで加圧することにより支持部１３を折る。そして、基板１に接合された複数の封止窓８から支持部１３を切り離すことで本実施の形態に係る半導体装置が製造される。
【００３１】
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、気密性を確保しつつ、製造コストを低減することができる。また、遠赤外線により低融点ガラス材７を選択的に加熱して溶融させることにより、半導体素子２の過度の温度上昇を防ぎつつ、低融点ガラス材７を溶融できる。
【００３２】
実施の形態３．
図１４は本発明の実施の形態２に係る半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。実施の形態１，２では遠赤外線を透過する加圧部材１４を用いたが、本実施の形態にかかる加圧部材１７は、ＳＵＳ、セラミック、銅などの遠赤外線を透過しない材料からなり、突起１８と吸着機構１９と開口２０を有する。
【００３３】
図１４に示すように、加圧部材１７の突起１８により基板１６を基板１に押し付け、複数の半導体素子２の周りに配置した低融点ガラス材７を介して基板１６の複数の封止窓８を基板１に接合させる。
【００３４】
この際に、加圧部材１７の突起１８で基板１６の封止窓８を加圧することにより支持部１３を折る。そして、切断後の不要部２１を吸着機構１９で吸着して除去する。吸着機構１９は、真空吸着、粘着材やゲル状物質による吸着などを行う。また、封止窓８の周囲の不要部２１を加圧して支持部１３を折ってもよい。
【００３５】
また、加圧部材１７の開口２０を介して低融点ガラス材７に遠赤外線を選択的に照射して溶融させる。加圧するための突起１８は基板１を遠赤外線からカバーして温度上昇を防ぐ役割も兼ね備えている。これにより、基板１の遠赤外線吸収率が高い場合でも半導体素子２の過度の温度上昇を防ぐことができる。その他の工程及び効果は実施の形態１，２と同様である。
【００３６】
なお、本実施の形態では加圧部材１７をマスクとして低融点ガラス材７に遠赤外線を選択的に照射しているが、基板１６の形状をレンズ状（図示せず）として低融点ガラス材７に遠赤外線を選択的に照射してもよい。また、低融点ガラス材７以外の領域を覆うように加圧部材１７に反射膜をコーティングしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  基板（第１の基板）、２  半導体素子、７  低融点ガラス材、８  封止窓、９  第１のＳｉ層、１０  ＳｉＯ２層、１１  第２のＳｉ層、１２  ＳＯＩ基板（第２の基板）、１３  支持部、１４，１７  加圧部材、１６  基板（第２の基板）、２０  開口
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年3月31日(2016.3.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板に複数の半導体素子を形成する工程と、
第２の基板に複数の封止窓と前記複数の封止窓を支持する支持部とを形成する工程と、
加圧部材により前記第２の基板を前記第１の基板に押し付け、前記複数の半導体素子の周りに配置した低融点ガラス材を介して前記第２の基板の前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる工程と、
前記加圧部材の圧力により前記第１の基板に接合された前記複数の封止窓から前記支持部を切り離す工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる際に、遠赤外線により前記低融点ガラス材を選択的に加熱して溶融させることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記低融点ガラス材は、前記複数の半導体素子及び前記封止窓に比べて前記遠赤外線の吸収率が高いことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記加圧部材は、遠赤外線を透過しない材料からなり、開口を有し、
前記加圧部材の前記開口を介して前記低融点ガラス材に前記遠赤外線を選択的に照射することを特徴とする請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記封止窓の材料は、前記第１の基板と同じ材料、又は前記第１の基板との線膨張係数の差が４．３×１０−６［／Ｋ］以下の材料であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記第２の基板は、第１のＳｉ層と、ＳｉＯ２層と、第２のＳｉ層とを順に積層したＳＯＩ基板であり、
前記第１のＳｉ層の不要部を除去して前記複数の封止窓を形成し、
前記複数の封止窓の裏面に配置された前記ＳｉＯ２層をエッチングして前記支持部を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記第２の基板の不要部をハーフカットダイシング、ドライエッチング、又はウエットエッチングにより除去することで前記複数の封止窓と前記支持部を形成することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１の基板に複数の半導体素子を形成する工程と、第２の基板に複数の封止窓と前記複数の封止窓を支持する支持部とを形成する工程と、前記複数の半導体素子の周りに配置した低融点ガラス材を介して、前記第２の基板の前記複数の封止窓を前記第１の基板に接合させる工程と、前記加圧部材の圧力により前記第１の基板に接合された前記複数の封止窓から前記支持部を切り離す工程とを備えることを特徴とする。
【国際調査報告】
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