(57)【要約】【課題】半導体よりなる第１の基板および第２の基板を直接接合するとともに、両基板の間に密閉空間としての空室を設けてなる半導体構造体において、第１の基板に凸部を設けた場合でも両基板の接合界面のボイド発生を抑制して、両基板の接合部の剥離防止を実現する。【解決手段】空室４０の周囲にて接合部３０に位置する第１の基板１０の一面１１の一部には、第１の基板１０の一面１１上に突出する配線パターン等よりなる凸部１４が設けられており、第２の基板２０の一面２１のうち凸部１４に対向する部位には、凹部２４が形成されており、凹部２４において、凸部１４は、第２の基板２０の一面２１とは非接触の状態で凹部２４内の空間に位置している。【選択図】図１
2016018913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体よりなる第１の基板（１０）と、
一面（２１）が前記第１の基板の一面（１１）に対向して配置された半導体よりなる第２の基板（２０）と、
前記第２の基板の一面に設けられた窪み部（２３）と、を備え、
前記窪み部の周囲では、前記第１の基板の一面と前記第２の基板の一面とが接触して接合された接合部（３０）が形成されており、
前記接合部の内周では、前記窪み部と前記第１の基板の一面とにより区画され密閉された空室（４０）が構成されており、
前記空室の外側に位置する前記第１の基板の一面の一部には、前記第１の基板の一面上に突出する凸部（１４）が設けられており、
前記第２の基板の一面のうち前記凸部に対向する部位には、凹部（２４）が形成されており、
前記凹部において、前記凸部は、前記第２の基板の一面とは非接触の状態で前記凹部内の空間に位置していることを特徴とする半導体構造体。
【請求項２】
前記凸部は、前記第１の基板の一面上に形成された膜状の部材であることを特徴とする請求項１に記載の半導体構造体。
【請求項３】
前記窪み部の深さと前記凹部の深さとが同一であることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体構造体。
【請求項４】
前記第１の基板および前記第２の基板は、ダイシングカットされるスクライブ領域を有するものであり、
互いの前記スクライブ領域を一致させて前記第１の基板および前記第２の基板は対向しており、
前記凸部は、前記第１の基板の前記スクライブ領域に設けられたアライメントマークであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の半導体構造体。
【請求項５】
前記凹部内の空間は、大気に開放されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の半導体構造体。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体構造体を用意し、前記半導体構造体の一部をスクライブ領域として当該スクライブ領域をダイシングカットすることにより、切断物を製造する切断物の製造方法であって、
前記半導体構造体として、前記凸部および前記凹部が前記スクライブ領域に設けられているものを用意し、
前記ダイシングカット工程では、前記半導体構造体における前記凹部の幅よりも刃幅の小さいダイシングブレードを用い、前記スクライブ領域にて、前記第２の基板の他面（２２）側から、前記凹部内に前記ダイシングブレードを通過させつつ、前記第２の基板、前記第１の基板を順に切断するようにしたことを特徴とする切断物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ともに半導体よりなる第１の基板および第２の基板を直接接合するとともに、両基板の間に密閉空間としての空室を設けてなる半導体構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、この種の半導体構造体としては、半導体よりなる第１の基板と、一面が第１の基板の一面に対向して配置された半導体よりなる第２の基板と、第２の基板の一面に設けられた窪み部と、を備えたものが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
ここで、窪み部の周囲では、第１の基板の一面と第２の基板の一面とが接触して接合された接合部が形成されており、接合部の内周では、窪み部と第１の基板の一面とにより区画され密閉された空室が構成されている。このような半導体構造体は、たとえば圧力センサの検出素子として適用されるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１９５４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、本発明者は、上記半導体構造体について、スペースの有効活用等の観点から、第１の基板と第２の基板との接合界面に位置する第１の基板の一面にて、配線等を設けることを検討している。
【０００６】
しかしながら、この場合、当該配線等は、両基板の接合部すなわち接合界面に位置する第１の基板の一面において、当該一面上に突出する凸部として存在するものとなる。このように、凸部が存在すると、その凸部の部分では接合界面が段差を有するものとなり、その段差を起点として接合界面にボイドが発生し、接合部が剥離しやすくなる、という可能性がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ともに半導体よりなる第１の基板および第２の基板を直接接合するとともに、両基板の間に密閉空間としての空室を設けてなる半導体構造体において、第１の基板に凸部を設けた場合でも、両基板の接合界面のボイド発生を抑制して、両基板の接合部の剥離防止を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、半導体よりなる第１の基板（１０）と、一面（２１）が第１の基板の一面（１１）に対向して配置された半導体よりなる第２の基板（２０）と、第２の基板の一面に設けられた窪み部（２３）と、を備え、窪み部の周囲では、第１の基板の一面と第２の基板の一面とが接触して接合された接合部（３０）が形成されており、接合部の内周では、窪み部と第１の基板の一面とにより区画され密閉された空室（４０）が構成されている。
【０００９】
そして、空室の外側に位置する第１の基板の一面の一部には、第１の基板の一面上に突出する凸部（１４）が設けられており、第２の基板の一面のうち凸部に対向する部位には、凹部（２４）が形成されており、凹部において、凸部は、第２の基板の一面とは非接触の状態で凹部内の空間に位置していることを特徴とする。
【００１０】
それによれば、第１の基板の一面のうち空室の外側に位置する凸部は、第２の基板の一面に凹部を設けることで、第２の基板の一面とは離されて非接触となり、接合部とはならないため、凸部におけるボイドの発生自体が回避される。よって、本発明によれば、第１の基板に凸部を設けた場合でも、両基板の接合界面のボイド発生を抑制して、両基板の接合部の剥離防止を実現することができる。
【００１１】
なお、特許請求の範囲およびこの欄で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態にかかる半導体構造体を示す概略的な断面図である。
【図２】図１に示される半導体構造体を示す概略的な平面図である。
【図３】本実施形態の他の実施形態にかかる半導体構造体を示す概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各図相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、説明の簡略化を図るべく、図中、同一符号を付してある。
【００１４】
本実施形態にかかる半導体構造体Ｓ１について、図１および図２を参照して述べる。この半導体構造体Ｓ１は、たとえば自動車などの車両に搭載され、車両用の各種電子装置を駆動するための装置として適用されるものである。具体的には、半導体構造体Ｓ１は、圧力センサや加速度センサあるいは角速度センサ等に用いられる検出素子を構成するものである。
【００１５】
半導体構造体Ｓ１は、大きくは、半導体よりなる第１の基板１０と半導体よりなる第２の基板２０とを接合して積層体として構成されたものである。ここで、第１の基板１０および第２の基板２０は、ともにウェハ状態のものでもよいし、ウェハをカットして形成されたチップとされたものであってもよい。
【００１６】
ここでは、第１の基板１０は、センサ基板として構成されており、一面１１と他面１２とが表裏の板面の関係にある板状をなす。そして、第１の基板１０においては、一面１１側の一部にセンシング部１３が設けられている。
【００１７】
このセンシング部１３は、たとえば圧力センサの場合は、図示しないが、第１の基板１０の他面１２側からエッチング等により薄肉化を行ってダイアフラムを形成し、このダイアフラムに拡散層等よりなる歪みゲージを設けたものである。また、たとえば加速度センサや角速度センサの場合には、エッチング等により形成された可動部を有する梁構造体である。もちろん、センシング部１３は、検出機能を有する部位であって、これらの例に限定されるものではない。
【００１８】
また、第２の基板２０は、キャップ基板として構成されており、一面２１と他面２２とが表裏の板面の関係にある板状をなす。そして、第２の基板２０は、一面２１が第１の基板１０の一面１１に対向して配置されたものとされている。
【００１９】
ここで、第１の基板１０および第２の基板２０は、シリコン等の半導体よりなるもので、通常の半導体プロセスにより形成されるものである。また、これら両基板１０、２０は同一の半導体よりなるものであってもよいし、互いに別材料の半導体よりなるものであってもよい。
【００２０】
また、第２の基板２０の一面２１の一部には窪み部２３が設けられている。この窪み部２３は、第１の基板１０におけるセンシング部１３に正対する位置に対応して設けられている。
【００２１】
なお、図１、図２では、窪み部２３は、空間形状が直方体形状であるが、これに限定されるものではない。また、図１では、窪み部２３は、センシング部１３の領域よりも大きいが、当該領域よりも小さいものとすることで、センシング部１３の周辺部の一部が窪み部２３よりも外側、すなわち接合部３０に位置するような構成であってもよい。
【００２２】
そして、窪み部２３の周囲では、第１の基板１０の一面１１と第２の基板２０の一面２１とが接触して接合された接合部３０が形成されている。ここで、第１の基板１０および第２の基板２０はともに半導体よりなるが、接合部３０は、これら第１の基板１０の一面１１と第２の基板２０の一面２１とが直接接触して直接接合された部位である。
【００２３】
たとえば、接合部３０は、両基板１０、２０を接触させて加熱することにより形成されたもので、両基板１０、２０の間に形成されたＳｉ−Ｏの共有結合等によって接合がなされた部位である。具体的に、図１においては、接合部３０は、第１の基板１０の一面１１と第２の基板２０の一面２１とが直接接触し、接合界面を構成している部位として表されている。
【００２４】
そして、この接合部３０の内周では、第２の基板２０側の窪み部２３とこれに対向する第１の基板１０の一面１１とにより区画された空室４０が構成されている。ここで空室４０は、いわゆるキャビティと言われる密閉された空間であり、たとえば、圧力センサにおける圧力基準室、あるいは、加速度センサ等においてセンシング部の雰囲気を一定の圧力に維持する部屋等として構成されるものである。
【００２５】
この空室４０の内圧は、たとえば大気圧あるいはそれ以上の圧力等にて一定の圧力とされている。なお、空室４０内の気体は、空気に限定されるものではなく、空気以外にも、たとえば不活性ガス等であってもよい。
【００２６】
また、空室４０の外側の領域、すなわち元来、接合部３０となる領域に位置する第１の基板１０の一面１１の一部には、第１の基板１０の一面１１上に突出する凸部１４が設けられている。この凸部１４は、第１の基板１０の一面１１上に形成された膜状の部材とされている。
【００２７】
たとえば、このような膜状の部材としては、Ｃｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）などの導体材料をパターニングしてなる導体膜としての配線パターンやＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｐ）パターン、あるいは、当該導体材料や酸化膜などの絶縁膜をパターニングしてなるアライメントマークなどが挙げられる。
【００２８】
そして、第２の基板２０の一面２１のうち凸部１４に対向する部位には、凹部２４が形成されている。ここでは、凹部２４は、第１の基板１０の一面１１のうち元々接合部３０となる部分に設けられている凸部１４のすべてに対応して、設けられている。
【００２９】
また、図１、図２に示されるように、凹部２４の配置領域は、凸部１４の配置領域よりも大きいものであり、凸部１４の全体が凹部２４内に位置している。また、凹部２４の深さは、第１の基板１０の一面１１上における凸部１４の突出高さよりも大きいものとされている。
【００３０】
このように第２の基板２０の一面２１に凹部２４を設けることにより、凹部２４において、凸部１４は、第２の基板２０の一面２１とは非接触の状態にて、凹部２４内の空間に位置している。
【００３１】
ここで、凹部２４内の空間とは、凹部２４と、凹部２４に対向する凸部１４および第１の基板１０の一面１１とにより区画された空間である。そして、この凹部２４内の空間と上記した密閉空間としての空室４０とは、接合部３０にて遮断されている。
【００３２】
また、ここでは、図２に示されるように、凹部２４は、窪み部２３すなわち空室４０の周囲から第２の基板２０の外郭に位置する端面２０ａまで連続して延びるように形成されている。これにより、凹部２４内の空間は、半導体構造体Ｓ１の外部に開放され、外気（大気）と繋がるようになっている。
【００３３】
ここで、この半導体構造体Ｓ１の製造方法について述べておく。まず、半導体プロセスにより、センシング部１３および凸部１４が形成された第１の基板１０を用意する。一方で、窪み部２３および凹部２４が形成された第２の基板２０を用意する。ここで、窪み部２３および凹部２４は、エッチングにより一括して形成することができる。
【００３４】
そして、第１の基板１０の一面１１と第２の基板２０の一面２１とを対向させ、両基板１０、２０を位置合わせしたうえで、これら両基板１０、２０の一面１１、１２同士を接触させる。この状態で、加熱処理を行い、両基板１０、２０を直接接合する。これにより、本実施形態の半導体構造体Ｓ１ができあがる。
【００３５】
ところで、本実施形態によれば、第１の基板１０の一面１１のうち空室４０の外側に位置する凸部１４は、第２の基板２０の一面２１に凹部２４を設けることで、第２の基板２０の一面２１とは離されて非接触となり、接合部３０とはならない。そのため、凸部１４におけるボイドの発生自体がそもそも無くなることから、ボイド発生が回避される。
【００３６】
よって、本実施形態によれば、第１の基板１０に凸部１４を設けた場合でも両基板１０、２０の接合界面のボイド発生を抑制して、両基板１０、２０の接合部３０の剥離を防止することができる。
【００３７】
また、本実施形態のような構成においては、両基板１０、２０を加熱して直接接合を行うとき、あるいは、その後の工程において加熱を行うときに、密閉空間である空室４０内の圧力が当該加熱により増加する。すると、空室４０内のガスが接合部３０へ漏れ出す可能性がある。この漏れ出したガスが接合部３０に留まると、ボイドとなって接合部３０の剥離等の不具合を生じるおそれがある。
【００３８】
とくに、装置の小型化等の要望により、空室４０の体積はどんどん小さくなってきており、これに伴い、接合時の熱処理やその他の工程時の熱処理による出ガスによって空室４０の中が陽圧になるという問題が顕著化してきている。
【００３９】
この問題に対しては、高温の熱処理によるガス抜きを実施することも考えられる。しかし、このガス抜きは熱処理温度と拡散距離により時間が決まり、半導体構造体のデバイス状態等により熱処理条件に制約があるため、ガス抜きの時間が膨大になってしまうおそれがある。
【００４０】
その点、本実施形態では、空室４０の周囲に位置する接合部３０の一部を凹部２４に置き換え、上記した凹部２４内の空間として構成している。そのため、漏れ出したガスは接合部３０から凹部２４内の空間へ抜けやすくなり、接合部３０に留まることが抑制される。これにより、上記したガス抜きのための熱処理時間の短縮が可能となる。
【００４１】
特に、本実施形態では、上述したように、凹部２４内の空間が外部（つまり大気）に開放されているので、漏れ出したガスを外部に放出することが可能となる。なお、本実施形態においては、空室４０内を真空にする処理を行う場合においても、この凹部２４が脱ガスの経路の役割を果たすことが期待される。
【００４２】
また、上述したが、本実施形態では、凹部２４は、第１の基板１０の一面１１のうち元々接合部３０となる部分に設けられている凸部１４のすべてに対応して、設けられている。ここで、凹部２４は、当該すべての凸部１４ではなく、一部の凸部１４に対応して設けられていてもよいが、凸部１４によるボイド発生を回避して接合部３０の剥離を防止するためには、すべての凸部１４に対応して設けられている方が望ましい。
【００４３】
また、本実施形態においては、第２の基板２０の一面２１に設けられている窪み部２３の深さと凹部２４の深さとが同一であることが望ましい。それによれば、窪み部２３と凹部２４とをエッチングにより一括して同時に形成することができ、生産性の向上等の点で望ましい。
【００４４】
このことについて、さらに言うならば、窪み部２３の深さと凹部２４の深さとが同一であるとは、窪み部２３と凹部２４とがエッチングにより同時に形成されたものであり、そのエッチングの誤差範囲内にて同一の深さであることを意味する。逆に言えば、窪み部２３と凹部２４とは、構成上、エッチングにより一括して形成されたものであると言ってもよい。
【００４５】
（他の実施形態）
なお、上記実施形態では、凹部２４は、第２の基板２０の端面２０ａまで延びており、凹部２４内の空間は外部の大気に開放された空間とされていた。これに対して、図３に示されるように、凹部２４としては、第２の基板２０の外郭よりも内側に留まるものであってもよい。
【００４６】
この図３の場合、凹部２４内の空間は、半導体構造体の外部に開放されずに、接合部３０に取り囲まれて密閉された空間となるが、空室４０の体積が凹部２４に対して充分大きい場合には、上記したような接合性の確保およびガス抜きの効果は、期待できる。
【００４７】
また、凹部２４が独立して複数個設けられている場合には、すべての凹部２４内の空間が外部に開放されたものでなくてもよい。具体的には、一部の凹部２４については、上記図２に示されるような開放空間とし、残部の凹部２４については、上記図３に示されるような密閉空間としてもよい。
【００４８】
また、上記実施形態に示した半導体構造体を用いて、この半導体構造体の一部をスクライブ領域として当該スクライブ領域をダイシングカットすることにより、切断物を製造するようにしてもよい。この場合、半導体構造体としては、凸部１４および凹部２４がスクライブ領域に設けられているものを用いる。具体的には、図１において、凹部２４の幅相当の領域が第１および第２の基板１０、２０におけるスクライブ領域に相当する。
【００４９】
このような切断物の製造方法は、たとえばＷＬＰ（ウェハ・レベル・パッケージ）のような半導体ウェハ同士を接合してなる構造体についても、適用できる。この場合、第１の基板１０および第２の基板２０がともに、半導体ウェハとなるが、このとき、凸部１４および凹部２４は、上述のように、ダイシングカットされるスクライブ領域に設けられているものとされる。
【００５０】
つまり、この場合の半導体構造体としては、第１の基板１０および第２の基板２０が、ダイシングカットされるスクライブ領域を有するものであり、互いのスクライブ領域を一致させて第１の基板１０および第２の基板２０が対向したものとされる。そして、凸部１４としては、第１の基板１０のスクライブ領域に設けられたアライメントマークとされることが望ましい。
【００５１】
そして、この場合のダイシングカット工程では、具体的には、接合部３０によって接合された両基板１０、２０すなわち半導体構造体について、図示しないダイシングブレードにより第２の基板２０の他面２２側からダイシングカットを行い、第２の基板２０、第１の基板１０を順に切断する。このとき、凹部２４の幅よりも刃幅の小さいダイシングブレードを用いるようにする。
【００５２】
そうすれば、凹部２４の領域つまり凹部２４内をダイシングブレードが通過することにより、ダイシングブレードが接合部３０すなわち接合界面に接触しないので、接合部３０の剥離が生じにくくなるという利点がある。なお、両基板１０、２０が半導体ウェハである場合であっても、凸部１４および凹部２４は、スクライブ領域以外の領域に設けられていてもよいことは言うまでもない。
【００５３】
また、上記実施形態では、凸部１４としての膜状の部材は、配線パターンやアライメントマークであったが、その他、当該膜状の部材としては、たとえば、酸化膜や窒化膜等の絶縁膜よりなるパターニングされた保護膜等であってもよい。
【００５４】
さらには、凸部１４としては、第１の基板１０の一面１１上に突出するものであればよく、上記した膜状の部材に限定されるものではない。たとえば、第１の基板１０の一面１１に各種のデバイスパターンを形成したときに、基板を構成する半導体自体が、接合時の段差が問題になる程度に大きな凸形状となる場合も考えられる。この場合には、その凸形状部分を凸部１４としてもよい。
【００５５】
また、凸部１４の配置パターンについては、上記した図２や図３の例に限定されるものではなく、種々のパターン形状が可能である。また、凹部２４は、凸部１４が第２の基板１０に接触しないようにするための空間を確保するものであるから、凹部２４の形状やサイズ等については、凸部１４の突出高さや配置パターンに応じて、適宜決めるようにすればよい。
【００５６】
また、第１の基板１０の一面１１上において、複数個の凸部１４が隣り合う位置に設けられている場合には、たとえば共通する１個の凹部２４を、当該隣り合う複数個の凸部１４に対応させるようにしてもよい。つまり、１個の凹部２４内に、複数個の凸部１４が配置されるようにしてもよい。
【００５７】
また、上記実施形態では、窪み部２３と凹部２４とは深さが同一のものであることが好ましいとされたが、これら窪み部２３と凹部２４とが、互いの深さが相違するものであることを排除するものではない。さらに言えば、窪み部２３と凹部２４とは、互いに別々のエッチングを行うことにより形成されたものであってもよい。また、これら窪み部２３および凹部２４については、エッチング以外の手法（たとえば切削加工等）により形成してもよい。
【００５８】
また、第２の基板２０に設けられる窪み部２３、つまり空室４０は複数個であってもよい。また、密閉空間としての空室４０が設けられる部位は、第１の基板１０の一面１１におけるセンシング部１３に正対する位置に限定されるものではない。つまり、半導体構造体Ｓ１の構成や用途等に応じて、空室４０は、センシング部１３以外の位置に設けられていてもよい。
【００５９】
また、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能であり、また、上記各実施形態は、上記の図示例に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６０】
１０  第１の基板
１１  第１の基板の一面
１３  センシング部
１４  凸部
２０  第２の基板
２１  第２の基板の一面
２３  窪み部
２４  凹部
３０  接合部
４０  空室
【図１】
2016018913.tif 000003
【図２】
2016018913.tif 000004
【図３】
2016018913.tif 000005