专利名称：半导体装置的单片化方法
技术领域：
本发明涉及在半导体基板上形成的包含微小机械结构体的半导体装置，所谓的MEMS(微电子机械系统)芯片的单片化的方法。
背景技术：
MEMS是利用半导体的微细加工技术，在半导体基板上集成微小的机械结构体和电子电路的系统。一般地，MEMS芯片的单片化，与半导体装置一样，是采取借助金刚石刀具等以机械方式切断的方法。
半导体装置的单片化方法，例如，在专利文献1中有记述。在专利文献1中记述的半导体装置的单片化方法是，通过在以晶片状态进行封装的WCSP(晶片级芯片尺寸封装)半导体装置中，用只切断密封树脂的第一步骤和切断半导体基板的第二步骤这两个步骤进行单片化的方法。在切断密封树脂的第一步骤中，进行利用激光等的非接触加工，而在切断半导体基板的第二步骤中，进行通常的利用金刚石刀具之类的切断工具的接触加工。通过进行切断密封树脂的非接触加工，可以抑制由于切断时的外力产生的密封树脂的剥离而高质量地使半导体装置单片化。
专利文献1日本专利特开2001-144035号公报(第3-4页，图1、2)。
发明内容
MEMS具有的机械结构体，由于对外部振动及冲击非常脆弱，在对MEMS进行的单片化的划片(dicing)工序中，很容易由于其机械振动及清洗水喷淋造成的冲击等而破损。
在专利文献1中记述的半导体装置的单片化方法中，由于在第二步骤中以机械切断工具进行接触加工，在切断时发生振动和冲击是不可避免的。所以，将这种制造方法应用于MEMS的划片工序不是优选的。
本发明提供一种半导体装置的单片化方法，是使半导体基板单片化的方法，该半导体基板具有具有形成微小机械结构体的第1区域、和包围上述第1区域且形成划线的第2区域的第1面；以及具有与上述第1面对置并与形成上述微小机械结构体的上述第1区域相对应的第3区域、和包围上述第3区域且与上述第2区域相对应的第4区域的第2面，其特征在于包括使与在上述第1面的上述第2区域上形成的划线(scribing line)相对应的上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤，以及沿着在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线切断上述半导体基板的步骤。
另外，本发明的半导体装置的单片化方法的特征在于切断半导体基板的步骤是以非接触的切断方法进行的。
根据本发明，通过将与作为单片化时的切割区的划线相对应的位置的半导体基板从形成有划线的面(第1面)的相反面(第2面)薄膜化，使得可以以非接触的切断方法，例如，利用激光等的切断成为可能。因此，可以抑制由于切断时的外力造成的MEMS的机械结构体的破损。
图1为加速度传感器装置的结构图。
图2为实施方式1及实施方式2的加速度传感器装置的制造工序图。
图3为实施方式1及实施方式2的加速度传感器装置的制造工序图。
图4为实施方式1及实施方式2的加速度传感器装置的制造工序图。
图5为实施方式2的加速度传感器装置的制造工序图。
具体实施例方式
(1)实施方式1下面，以采用SOI基板制造的压电电阻型加速度传感器装置为例对本发明的实施方式1的半导体装置(MEMS)进行说明。
图1为采用SOI基板制造的压电电阻型加速度传感器装置1的结构图。图1(a)示出的是加速度传感器装置1的俯视图，图1(b)是装置的仰视图，图1(c)是沿着图1(a)的A-A′线的装置剖视图。
SOI基板，如图2(a)所示，是在埋置氧化膜103的两面上形成了第一Si膜101和第二Si膜102的半导体基板。
如图1(a)所示，在第一Si膜101上通过凹槽2的划分，形成质量部3、支持部4和梁部5。
质量部3，由大致为矩形的中心质量部3a和在中心质量部3a的四角分别形成一体的大致为矩形的四个周边质量部3b构成。
支持部4，是形成包围质量部3，即中心质量部3a和四个周边质量部3b的大致为矩形的框状部分。在支持部4的上面，以规定的间隔配置有用来将压电电阻元件6发出的信号引出到外部的电极焊盘7。
梁部5是连接质量部3的中心质量部3a和支持部4的板状部分，使中心质量部3a和支持部4的各边的大致中心部分互相连接。形成的梁部5具有挠性，可随着上下横向移动而发生挠曲。在梁部5的上面，每隔规定的间隔形成压电电阻元件6，由于梁部5在上下横向发生挠曲而使压电电阻元件6的电阻值改变。下面为说明方便起见，省略了连接压电电阻元件6和电极焊盘7的布线，基于压电电阻元件6的电阻值的变化的信号从未图示的布线经过电极焊盘7引出到外部。
另外，如图1(b)所示，在第二Si膜102上通过凹槽8划分形成锤部9和基座部10。
锤部9，由大致为矩形的中心锤部9a和在中心锤部9a的四角分别形成一体的大致为矩形的四个周边锤部9b构成。中心锤部9a，如图1(c)所示，经过由埋置氧化膜103构成的锤中间膜11固定到中心质量部3a的下面。四个周边锤部9b也同样经过锤中间膜11分别固定到周边质量部3b的下面。不过，在图1(c)中，未示出周边锤部9b。
基座部10，如图1(c)所示，形成为包围锤部9即中心锤部9a及四个周边锤部9b的大致为矩形的框状部分。不过，在图1(c)中，未图示周边锤部9b。基座部10，经过由埋置氧化膜103形成的周边中间膜12固定到支持部4的下面。并且，在10的底面上形成氧化膜13。在基座部10的底面和锤部9(9a、9b)的底面之间以规定的距离D1设置台阶。这是为了防止加速度传感器装置1在安装在框体上的状态下，在锤部9位移时和框体发生冲撞。
(电气元件的形成)图2(a)至(c)，主要以加速度传感器装置1的电气元件，例如，压电电阻元件、电极焊盘、布线等的形成工序的顺序概略示出图1(a)所示的A-A′的位置的剖面图。这些电气元件的作用是将加速度传感器装置1的机械变形变换为电信号。另外，在图2(a)至(c)中，示出形成于晶片上的多个加速度传感器装置1之中的3个邻接的芯片，在各芯片之间画出假想边界线LN1及LN2。在后面的工序中，在此假想边界线LN1及LN2的位置上形成作为单片化的基准的切割区，即所谓的划线。
首先，如图2(a)所示，制备在埋置氧化膜103的两面上形成了第一Si膜101和第二Si膜102的SOI基板，在1000℃的加湿气氛中进行热氧化，在第一Si膜101的表面形成4000埃()的氧化膜104。之后，通过光刻在氧化膜104上形成开口部105，经过开口部105使硼热扩散而形成P型扩散层。此P型扩散层就成为压电电阻元件6。通常硼的热扩散是在800～1200℃的高温下进行，此时，在开口部105的表面上同时热形成约2000埃()的氧化膜104a。
之后，如图2(b)所示，通过光刻在此氧化膜104a上形成接触孔106。然后，用溅射淀积铝膜，通过光刻形成布线107及电极焊盘7。
之后，如图2(c)所示，利用PRD(等离子反应淀积)法淀积作为保护膜的氮化硅膜108，通过光刻露出电极焊盘7。同时，也将与划线(LN1、LN2)相对应的区域的氮化硅膜108去掉。
(机械元件的形成)图3(d)至(f)以及图4(g)至(i)，按机械元件的制造工序的顺序概略示出图1(a)所示的B-B′的位置的剖面图。与图2(a)至(c)一样，示出在晶片上邻接的3个加速度传感器装置1，在各芯片之间在与划线相当的位置画出假想边界线LN1及LN2。并且，在SOI基板的第一Si膜101上已经在上述的步骤中形成电气元件，为了说明方便起见，在图3(d)至(f)以及图4(g)至(i)中只描述作为保护膜的氮化硅膜108。
首先，如图3(d)所示，在SOI基板的第二Si膜102的表面上利用CVD(化学汽相淀积)法淀积氧化膜13。之后，通过光刻将光刻胶去除，但保留作为基座部10的区域的氧化膜13。另外，利用SOI基板，也有从一开始就在第二Si膜102的表面上形成氧化膜的。此时由于不需要特意淀积氧化膜13，可以从光刻加工起实施。
之后，如图3(e)所示，形成光刻胶图形109将与凹槽8对应的区域和与划线(LN1、LN2)对应的区域露出。
之后，利用光刻胶图形109作为掩模，如图3(f)所示，利用气体切断刻蚀技术(GCETGas Chopping Etching Technology)对第二Si膜102进行刻蚀形成凹槽8，划分锤部9和基座部10。同时，也对与划线(LN1、LN2)对应的区域进行刻蚀形成凹槽110而使划线薄膜化。此处，在凹槽8和凹槽110的底面上第二Si膜102只保留规定的膜厚D1。例如，在第二Si膜102的初始膜厚为500μm时，刻蚀量为480μm，保留约20μm的膜厚D1。
之后，除去光刻胶图形109，如图4(g)所示，通过将氧化膜13用作硬掩模进行气体切断刻蚀，将在凹槽8和凹槽110的底面上残留的第二Si膜102去掉，露出埋置氧化膜103。在此工序中，划线(LN1、LN2)区域的膜厚D2薄膜化达到5～10μm左右。同时，锤部9的底面也被刻蚀规定的距离D1，在锤部9的底面和基座部10的底面之间形成指定膜厚D1的台阶。
之后，如图4(h)所示，利用光刻将与凹槽2相对应的区域的氮化硅膜108和第一Si膜101去掉。此外，在利用干法刻蚀将凹槽2露出的埋置氧化膜103去掉，在质量部3和锤部9之间形成锤中间膜11，同时，在支持部4和基座部10之间形成周边中间膜12。
通过以上的工序，就完成包含多个加速度传感器装置1的具有薄膜化的划线(LN1、LN2)的晶片。
(单片化)如图4(i)所示，将完成的晶片粘贴到划片载带111上，利用非接触切断法，例如，激光等，将薄膜化的划线(LN1、LN2)切断而使加速度传感器装置单片化。一般地，可利用激光切断的膜厚为大约100μm，而薄膜化的划线区域的膜厚D2为5～10μm。因此，可以很容易利用激光切断。另外，切断方法并不限定于激光，只要是对加速度传感器装置的机械结构体不会产生振动和冲击的切断方法都可适用。
最后，利用UV(紫外)照射或热处理等使划片载带111的粘接力减弱，就可以将单片化后的加速度传感器装置1取下。
根据实施方式1的半导体装置的单片化方法，通过从里面对作为单片化时的切割区的划线(LN1、LN2)进行薄膜化，就可以利用激光等非接触方法切断。因此，可以抑制由于切断时的外力造成的MEMS(加速度传感器装置)的机械结构体的破损。另外，由于划线(LN1、LN2)的薄膜化，可以与MEMS的制造工序的一部分，例如，在本实施方式中的形成凹槽8划分锤部9和基座部10的工序(图3(f))，同时进行，在加工过程上非常简便。
利用本发明，由于在半导体基板很厚的场合也可以应用非接触切断方法，在利用整个半导体基板形成MEMS的所谓的整体(bulk)微机械制造中会成为特别有效的方法。
(2)实施方式2在实施方式2中，划线的薄膜化与实施方式1相同，并且在MEMS(加速度传感器装置)的制造工序的一部分中一直进行到切断。
与实施方式1的加速度传感器装置1一样(图1(a)至图1(c))。
(电气元件的形成)与实施方式1一样，通过图2(a)至(c)的工序，在SOI基板的第一Si膜101上形成电气元件。
(机械元件的形成和单片化)与实施方式1一样，经过图3(d)至(f)以及图4(g)的工序，形成凹槽8和凹槽110，使埋置氧化膜103露出。
之后，如图5(j)所示，在另外制备的半导体基板或石英基板等的支持基板112的表面上粘贴双面粘接带作为划片载带113，直到图4(g)的工序把已结束了的晶片粘结在其上。在此阶段，通过划片载带113，将晶片固定到支持基板112上，当在以后的工序中切断划线(L1、L2)时，可以避免加速度传感器装置1由于单片化而散落。
之后，如图5(k)所示，利用光刻将与凹槽2相对应的区域的氮化硅膜108去掉。在去掉光刻胶之后，再次利用光刻将与凹槽2相对应的区域及与划线(L1、L2)相对应的区域的第一Si膜101去掉。接着，利用干法刻蚀将在凹槽2及划线(L1、L2)区域中露出的埋置氧化膜103去掉，在质量部3和锤部9之间形成锤中间膜11，在支持部4和基座部10之间形成周边中间膜12。通过这一干法刻蚀工序可切断划线，使加速度传感器装置1单片化。
最后，利用UV(紫外)照射或热处理等使划片载带113的粘接力减弱，就可以将单片化的加速度传感器装置1取下。
根据实施方式2的半导体装置的单片化方法，由于MEMS(加速度传感器装置)的单片化，可以与MEMS的制造工序的一部分，例如，在本实施方式中的利用干法刻蚀去掉埋置氧化膜103的工序(图5(k))，同时进行，在加工过程上非常简便。并且，由于利用干法刻蚀进行非接触切断，可以抑制由于切断时的外力造成的MEMS的机械结构体的破损。
利用本发明，由于在半导体基板很厚的场合也可以应用非接触切断方法，在利用整个半导体基板形成MEMS的所谓的整体微机械制造中会成为特别有效的方法。
权利要求
1.一种半导体装置的单片化方法，是把半导体基板单片化的方法，该半导体基板具有具有形成微小机械结构体的第1区域、和包围上述第1区域且形成划线的第2区域的第1面；以及具有与上述第1面对置并与形成上述微小机械结构体的上述第1区域相对应的第3区域、和包围上述第3区域且与上述第2区域相对应的第4区域的第2面，其特征在于该方法包括使与在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线相对应的上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤，以及沿着在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线切断上述半导体基板的步骤。
2.如权利要求1所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于使上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤是与形成上述微小机械结构体的步骤同时进行的。
3.如权利要求1所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于切断上述半导体基板的步骤是利用非接触切断方法进行的。
4.如权利要求3所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于上述非接触切断方法是利用激光进行的。
5.如权利要求3所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于上述非接触切断方法利用干法刻蚀且是与形成上述微小机械结构体的步骤同时进行的。
6.如权利要求5所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于上述切断半导体基板的步骤是通过划片载带将上述半导体固定到支持基板上进行的。
7.如权利要求1所述的半导体装置的单片化方法，其特征在于上述半导体基板是SOI基板。
8.一种半导体装置的制造方法，其特征在于包括制备半导体基板的步骤，该半导体基板具有具有形成微小机械结构体的第1区域、和包围上述第1区域且形成划线的第2区域的第1面；以及具有与上述第1面对置并与形成上述微小机械结构体的上述第1区域相对应的第3区域、和包围上述第3区域且与上述第2区域相对应的第4区域的第2面；在上述半导体基板的上述第1面的上述第1区域及上述第2面的上述第3区域上形成包含微小机械结构体的半导体装置的步骤；使与在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线相对应的上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤；以及沿着在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线切断上述半导体基板进行单片化的步骤。
9.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于使上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤是与形成上述微小机械结构体的步骤同时进行的。
10.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于切断上述半导体基板进行单片化的步骤是利用非接触切断方法进行的。
11.如权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其特征在于上述非接触切断方法是利用激光进行的。
12.如权利要求10所述的半导体装置的制造方法，其特征在于上述非接触切断方法利用干法刻蚀且是与形成上述微小机械结构体的步骤同时进行的。
13.如权利要求12所述的半导体装置的制造方法，其特征在于上述切断半导体基板进行单片化的步骤是通过划片载带将上述半导体固定到支持基板上进行的。
14.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于上述半导体基板是SOI基板。
15.一种MEMS的制造方法，其特征在于包括制备多层基板的第1步骤，该多层基板具有第1层、第2层和第3层，上述各层具有具有形成MEMS的第1区域、和包围上述第1区域且形成划线的第2区域的第1面；以及具有与上述第1面对置且与形成上述MEMS的上述第1区域相对应的第3区域、和包围上述第3区域且与上述第2区域相对应的第4区域的第2面，使各个第1面向着同一方向且将上述第1层作为最上层按照该顺序从上方层叠而形成上述多层基板；将上述第3层部分地去掉，以在上述第3层的上述第1区域和上述第3区域上形成锤部和包围在上述锤部的周围的基座部的第2步骤；与上述第2步骤同时，在上述第1层的上述第2区域上形成的上述划线相对应的上述第4层上，使上述第3层薄膜化的第3步骤；将上述第1层部分地去掉，以在上述第1层的上述第1区域和上述第3区域上形成将上述锤部固定的质量部、包围在上述质量部的周围且支持上述基座部的支持部、以及连接上述质量部和上述支持部的梁部的第4步骤；在上述第1区域和上述第3区域中去掉从上述第1层和上述第3层露出的上述第2层而形成通孔的第5步骤；以及沿着在上述第1层的上述第2区域上形成的上述划线使上述多层基板单片化的第6步骤。
16.如权利要求15所述的MEMS的制造方法，其特征在于上述第6步骤是非接触切断方法。
17.如权利要求16所述的MEMS的制造方法，其特征在于上述非接触切断方法是利用激光进行的。
18.如权利要求15所述的MEMS的制造方法，其特征在于上述第4步骤还包含在上述第2区域和上述第4区域中去掉上述第1层的步骤；上述第5步骤还包含在上述第2区域和上述第4区域中去掉从上述第1层和上述第3层中露出的上述第2层的步骤；且上述第6步骤是与上述第5步骤同时进行的。
19.如权利要求18所述的MEMS的制造方法，其特征在于上述第5步骤是利用干法刻蚀进行的。
20.如权利要求19所述的MEMS的制造方法，其特征在于上述第5步骤是通过划片载带将上述多层基板固定到支持基板上进行的。
全文摘要
提供一种半导体装置的单片化方法，不会对在半导体基板上形成的MEMS的机械结构体造成振动、冲击。该方法是使半导体基板单片化的方法，该半导体基板具有具有形成微小机械结构体的第1区域、和包围上述第1区域且形成划线的第2区域的第1面；以及具有与上述第1面对置并与形成上述微小机械结构体的上述第1区域相对应的第3区域、和包围上述第3区域且与上述第2区域相对应的第4区域的第2面，其特征在于该半导体装置的单片化方法包括使与在上述第1面的上述第2区域上形成的划线相对应的上述第2面的上述第4区域薄膜化的步骤，以及沿着在上述第1面的上述第2区域上形成的上述划线切断上述半导体基板的步骤。
文档编号B81C1/00GK1740087SQ200510008200
公开日2006年3月1日 申请日期2005年2月22日 优先权日2004年8月25日
发明者小泽信男 申请人:冲电气工业株式会社