(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップへの加熱を伴う工程を実行してから当該半導体チップの特性調整工程または特性検査工程を実行する半導体装置の製造方法において、
（１）センサチップ組付工程、（２）パッケージ組付工程、（３）ワイヤボンディング工程、（４）キャップ封止工程、（５）冷熱サイクル工程、（６）バーンイン工程、（７）電気トリミング工程、（８）電気特性検査工程、（９）プリント板実装工程、（１０）冷熱サイクル工程、（１１）電気トリミング工程、（１２）樹脂封止工程、（１３）冷熱サイクル工程、（１４）電気特性検査工程を順に実行することにより、
加熱を伴う（４）キャップ封止工程、（９）プリント板実装工程、（１２）樹脂封止工程の次の工程として、前記半導体チップの膨張・収縮を複数サイクル繰返す冷熱サイクル工程を実行することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記半導体チップはピエゾ式センサチップであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記半導体チップは台座に接着剤で固定されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップへの加熱を伴う工程を実行してから特性調整工程または特性検査工程を実行する半導体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、アンチロックブレーキ、或いは横すべり防止装置等の車両制御用システムの開発が進むにつれ、車両の挙動を感知する半導体加速度センサには高精度が要求されている。特に、自動車用などでは、温度範囲−３０℃〜９０℃前後で１０年間の耐久保証込みで、さらに検出精度誤差が数％以下を求められている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、長期間の使用による耐久変動特性が低いものは出荷前検査で落とせないため、耐久変動量を予め見込んで、出荷検査規格を絞り込むことにより対応している。
【０００４】
しかしながら、従来の半導体加速度センサは、繰返しの冷熱サイクルによる耐久変動分が大きく、出荷検査規格を満足しないことが多々あるため、歩留りが悪いという問題があった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、半導体チップの繰返しの冷熱サイクルによる耐久変動分を低減させることにより歩留りを高めることができる半導体装置の製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、半導体装置を製造するために半導体チップへの加熱を伴う工程を実行すると、半導体チップに熱履歴による歪みが生じる。このように半導体チップに歪みを生じた状態で当該半導体チップの特性調整工程または特性検査工程を実行した場合は、特性調整または特性検査が不適切となり、半導体装置の信頼性が低下する。
【０００７】
そこで、加熱を伴う工程以降において特性調整工程または特性検査工程に先立って前記半導体チップに対して冷熱サイクル工程を実行することにした。この冷熱サイクル工程により半導体チップは膨脹・収縮を繰返すので、歪みが安定点に向かって収束し、最終的に半導体チップの特性が安定するようになる。
【０００８】
従って、特性が安定した半導体チップに対して特性調整工程または特性検査工程を実行することにより、半導体チップの特性調整または特性検査を適切に行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
図２は半導体加速度センサの主体をなす半導体センサチップの平面形状を示している。この図２において、半導体センサチップ１（半導体チップに相当）は、例えばシリコン単結晶基板のようなピエゾ抵抗係数が大なる材料を電気化学エッチングして形成されるもので、３×３ｍｍ〜４×４ｍｍ程度の大きさの枠体２の内側に、重錘部３を対象配置された４本の梁部４を介して両持ち状に支持した形態となっている。
【００１０】
上記梁部４は、シリコン単結晶基板に形成したエピタキシャル層部分を利用して形成される。また、各梁部４の表面には、拡散法などにより抵抗要素が形成されるものであり、これらの抵抗要素により構成したブリッジ回路を利用して加速度を検知するように構成される。
【００１１】
図３は半導体加速度センサを示している。この図３において、半導体加速度センサ５（半導体装置に相当し、以下、Ｇセンサと称する）は、半導体センサチップ１を枠体２を介して台座６に支持すると共に、これら半導体センサチップ１及び台座６の一体物を後述するセラミックパッケージ内に収納することにより構成されている。上記台座６は、半導体センサチップ１と同等の熱膨脹係数を有した材料、具体的には同じ材料であるシリコン基板により形成されている。
【００１２】
この場合、枠体２と台座６との間は、スペーサとしての樹脂ビーズを配合した可撓性接着剤により接着されるものであり、その接着状態では、半導体センサチップ１の重錘部３と台座６との間を十分に近接させることによって、当該重錘部３のエアダンピングを行うように構成している。
【００１３】
図４はＧセンサ５を断面にして示し、図５はＧセンサ５の平面を示している。これらの図４及び図５において、上記台座６は、セラミックパッケージ７に形成された凹部８内に収納された状態で、当該セラミックパッケージ７を構成するセラミック基板９上に接着により固定される。このような接着は、樹脂ビーズを配合した可撓性接着剤が使用される。
【００１４】
上記セラミックパッケージ７は、複数枚のセラミック基板９を積層して構成されたもので、内部に凹部８及びこれに隣接した台状部１０を備えた箱状に形成されている。上記台状部１０には、半導体センサチップ１に電源電圧を与えると共に当該半導体センサチップ１による検出出力を増幅する機能を備えた増幅回路用チップ１１、この増幅回路用チップ１１に印加する電源電圧のレベル調整などを行うための調整回路用チップ１２とがダイボンディングされている。
【００１５】
セラミックパッケージ７を構成する上記セラミック基板９には、各基板間に印刷形成した導電ペーストや、各基板を貫通するスルーホール（何れも図示せず）などを利用して、電源供給や検出出力の取出しを行うための複数の配線パターンが形成されている。
【００１６】
この場合、図５に示すように、セラミックパッケージ７の上縁部には、それらの配線パターンと接続された外部ターミナル群１３が設けられていると共に、台状部１０には、同じく配線パターンと接続された内部ターミナル群１４が設けられている。
【００１７】
尚、半導体センサチップ１及び増幅回路用チップ１１間の接続、増幅回路用チップ１１、調整回路用チップ１２及び内部ターミナル群１４の各間は、ワイヤボンディングにより接続される。
【００１８】
そして、セラミックパッケージ７上には、その内部を気密に封止するために、例えばセラミック基板より成る蓋部１５がガラス封止により配設されるものであり、以てＧセンサ５が完成される。
【００１９】
ここで、図１は上記Ｇセンサ５の製造方法の工程フローを示しており、以下、各工程を順に説明する。
（１）半導体センサチップ組付工程……台座６に樹脂ビーズを配合した可撓性接着剤を塗布すると共に半導体センサチップ１を載置した状態で約１５０℃で加熱する。
【００２０】
（２）パッケージ組付工程……セラミックパッケージ７の凹部８の底面に樹脂ビーズを配合した可撓性接着剤を塗布した状態で半導体センサチップ１が搭載された台座６を載置して約１５０℃に加熱すると共に、セラミックパッケージ７の台状部１０に増幅回路用チップ１１及び調整回路用チップ１２をダイボンディングする。
【００２１】
（３）ワイヤボンディング工程……半導体センサチップ１、増幅回路用チップ１１及び調整回路用チップ１２間をワイヤボンディングする。
（４）キャップ封止工程……セラミックパッケージ７に蓋部１５を低融点ガラスを用いて約３６０℃に加熱することによりシールする。
【００２２】
（５）冷熱サイクル１工程……−４０℃〜１０５℃にて複数サイクル好ましくは５サイクル程度（但し、１サイクルでも効果あり）の冷熱サイクルを与える。
（６）バーンイン工程……半導体センサチップ１に対して所定電圧（５〜６Ｖ程度）を印加した状態で、所定温度（１０５℃程度）の雰囲気に所定時間（６時間以上）晒す。これにより、半導体センサチップ１の出力特性が安定化する。
【００２３】
（７）電気トリミング１工程……Ｇセンサ５の特性は、半導体センサチップ１、増幅回路用チップ１１の特性差により大きく変化することから、この特性を望みの出力値に変えるための工程で、この工程以前に特性を安定させることが望まれていることから実施される。具体的には、半導体センサチップ１に流れる電流量を可変させることにより感度を調整する。
【００２４】
（８）電気特性検査１工程……Ｇセンサ５の出力特性が定格通りであるかを検査する。
（９）プリント板実装工程……Ｇセンサ５の外部ターミナル群１３をプリント板に半田で実装する工程である。
【００２５】
（１０）冷熱サイクル２工程……Ｇセンサ５が搭載されたプリント板に対して−４０℃〜１０５℃にて複数サイクル、好ましくは５サイクル程度の冷熱サイクルを実行する。
【００２６】
（１１）電気トリミング２工程……上記冷熱サイクル２工程で特性はほぼ戻るものの、Ｇセンサ５をプリント板に実装したときや、プリント板を樹脂パッケージに組付けたときの組付角度誤差特性変動はキャンセルできないことから、この工程において再調整を行うものである。
【００２７】
（１２）樹脂封止工程……樹脂パッケージ内部を樹脂で充填した状態で約１２０℃に加熱する工程である。
（１３）冷熱サイクル３工程……樹脂封止工程によって変動した特性を元に戻す工程（−３５℃〜７０℃）である。この工程がないと、出力特性が変動したＧセンサ５が市場に出荷されてしまう虞がある。
（１４）電気特性検査２工程……Ｇセンサ５の出力特性が定格通りであるかを検査する。
【００２８】
ところで、上記冷熱サイクル１，２，３工程は、製造工程中に与えられた半導体センサチップ１の歪み（接着剤、ビーズ、セラミックパッケージ７からの歪み、或いは半導体センサチップ１上のパッシベーション膜、アルミニウム膜の応力による影響）を取り除くために行われる。つまり、半導体センサチップ組付工程及びパッケージ組付工程（約１５０℃）、キャップ封止工程（３６０℃）、プリント板実装工程（約２７０℃）、樹脂封止工程（１２０℃））等では、半導体センサチップ１が通常使用される温度範囲（−３０℃〜９０℃前後）に比較してはるかに高温の熱履歴が半導体センサチップ１に与えられ、その温度は、±２Ｇ弱の加速度を検出するような高感度のＧセンサ５においては、特性変動を引起こす要因となる。例えば半導体センサチップ１と台座６との接着工程においては１５０℃前後の温度で半導体センサチップ１が可撓性接着剤により台座６に接着固定されるので、室温に戻したときに半導体センサチップ１と接着剤等の熱膨脹差により発生した歪みにより、半導体センサチップ１の薄肉部に応力が集中する。
【００２９】
そこで、本実施例では、加熱を伴う組付け工程以降に冷熱サイクル１，２，３工程を実行することによりＧセンサ５の特性を安定させ、その安定状態で出力調整を行うことにより調整後の出力変動を低減させたり、安定状態で電気特性を検査するようにした。
【００３０】
この場合、冷熱サイクル工程により半導体センサチップ１の歪みを取り除くことができる理由としては、歪みを生じた半導体センサチップ１に対して冷熱サイクル工程を実行することにより当該半導体センサチップ１が膨脹・収縮を繰返すことから、歪みが安定点（歪みなし）に向かって収束し、最終的に半導体センサチップ１の薄肉部の応力も減少に向かって変動すると考えられる。従って、冷熱サイクル工程を実行することにより、半導体センサチップ１の歪みを短時間で取り除くことが可能となる。
【００３１】
ここで、冷熱サイクル１，２，３工程による効果を実験結果から考察する。
図６及び図７は冷熱サイクル１工程の有無による冷熱サイクル耐久テストにおける０Ｇ出力ドリフトを示している。この０Ｇ出力とは、Ｇセンサ５におけるセンサ特性の基準となる加速度零の状態での出力値である。これらの図６及び図７から、冷熱サイクル１工程を実行することにより０Ｇ出力ドリフトが冷熱サイクル耐久テストのサイクル数にかかわらず大幅に低下していることが分る。
【００３２】
また、図８及び図９は冷熱サイクル１工程の有無による冷熱サイクル耐久テストにおける感度ドリフトを示している。これらの図８及び図９から、冷熱サイクル１工程を実行することにより感度ドリフトが冷熱サイクル耐久テストのサイクル数にかかわらず大幅に低下していることが分る。
【００３３】
図１０は冷熱サイクル１工程を実行し且つ冷熱サイクル２，３工程を実行しない場合の冷熱サイクル耐久テストにおける０Ｇ出力ドリフトを示している。この図１０から、冷熱サイクル１工程を実行しただけでは、冷熱サイクル耐久テストの初期（０サイクル）において０Ｇ出力ドリフトが発生していることが判明した。これは、電気トリミング１によりＧセンサ５の出力特性を調整するものの、プリント板実装工程においてＧセンサ５をプリント板に半田（約２７０℃）で実装するため、Ｇセンサ５の特性が変動してしまうからである。
【００３４】
一方、図１１は冷熱サイクル１，２工程を実行し且つ冷熱サイクル３を実行しない場合の冷熱サイクル耐久テストにおける０Ｇ出力ドリフトを示している。この図１１から、冷熱サイクル２工程を実行することにより、冷熱サイクル耐久テストの初期（０サイクル）の０Ｇ出力ドリフトが低下しているものの、依然として、冷熱サイクル耐久テストの初期段階における０Ｇ出力ドリフトは大きいことが分る。
【００３５】
図１２は、冷熱サイクル１，２，３工程を実行した場合における冷熱サイクル耐久テストにおける０Ｇ出力ドリフトを示している。この図１２から、冷熱サイクル耐久テストにおける初期段階の変動も十分に抑制できていることが分る。
【００３６】
この場合、冷熱サイクル３における冷熱条件（−３５℃〜７０℃）が冷熱サイクル１，２工程における冷熱条件（−４０℃〜１０５℃）に比較して緩いのは、冷熱サイクル３工程の直前の樹脂封止工程では１２０℃に加熱しており、冷熱サイクル１，２の直前工程に比較して温度が低く熱履歴による特性変動も少ないことによる。
【００３７】
上記製造方法によれば、半導体センサチップ１への加熱を伴う組付け工程を実行した後において電気トリミング工程または電気特性検査工程を実行するのに先立って、冷熱サイクル工程を実行するようにしたので、半導体センサチップ１の歪みを除去した状態で電気トリミング或いは電気特性検査を実行することができる。従って、半導体センサチップ１への冷熱サイクル工程を実行しない製造方法に比較して、Ｇセンサ５の繰返しの冷熱サイクルによる耐久変動分を低減することができ、出荷検査規格を十分に満足してＧセンサ５の歩留りを高めることができる。
【００３８】
また、Ｇセンサ５の出力特性を安定させることができる結果、加速度の検出精度を高めることができるので、高精度のＧセンサ５を製作することができ、小さな加速度を検出することが可能となる。
【００３９】
本発明は、上記実施例にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
半導体センサチップ１としては、シリコン単結晶基板に代えて、ピエゾ抵抗係数が大なる他の材料により形成してもよい。
半導体センサチップ１に代えて、半導体装置の製造中に加熱を伴う工程が実行される半導体チップに適用するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における加速度センサの製造方法を示す工程図
【図２】半導体センサチップの平面図
【図３】半導体加速度センサの要部の縦断面図
【図４】半導体加速度センサの断面図
【図５】半導体加速度センサを蓋部を外して示す平面図
【図６】冷熱サイクル１工程を実行した場合における冷熱サイクル耐久テストでの０Ｇ出力ドリフトを示す図
【図７】冷熱サイクル１工程を実行しない場合における図６相当図
【図８】冷熱サイクル１工程を実行した場合における冷熱サイクル耐久テストでの感度ドリフトを示す図
【図９】冷熱サイクル１工程を実行しない場合における図８相当図
【図１０】冷熱サイクル１工程を実行し且つ冷熱サイクル２，３工程を実行しない場合における図６相当図
【図１１】冷熱サイクル１，２工程を実行し且つ冷熱サイクル３工程を実行しない場合における図６相当図
【図１２】冷熱サイクル１，２，３工程を実行した場合における図６相当図
【符号の説明】
１は半導体センサチップ（半導体チップ）、５は半導体加速度センサ（半導体装置）、７はセラミックパッケージ、１１は増幅回路用チップ、１２は調整回路用チップである。
【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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