(57)【要約】【課題】シールドされた電子素子を備えた電子装置及びシールドを行なうための構造体の製造方法を提供する。【解決手段】〔１００〕面のシリコン基板１００の表面に酸化膜２０１を形成し、一部の領域の酸化膜を除去して窓領域２０５を形成する。そして、シリコン基板（１００，１１０）を接合して、窓領域２０５が設けられた埋め込みマスク２０３を有するＳＯＩ基板１００ａを形成する。そして、基板の薄膜化を行ない、ＳＯＩ基板１００ｂの両面に酸化膜（２１０，２１１）を形成し、埋め込まれた窓領域２０５の上方領域を含むとともに、面積が広い領域に窓領域２１５を形成する。そして、異方性エッチングを行なうことにより、段差部を備えたキャップを形成する。この段差部において、シールドのためのワイヤボンディングを行なう。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に配置された電子素子のシールドを行なうための構造体を備えた電子装置であって、
前記基板と同じ材料によって構成され、前記電子素子をカバーして基板に接着される第１シールド材と、
前記第１シールド材上に第２シールド材が設けられ、
前記第１シールド材の上面において、前記第２シールド材に覆われていない段差部において、前記基板に対して電気的接続を行なうための電極が設けられていることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
基板上に配置された電子素子のシールドを行なうための構造体の製造方法であって、
第１窓領域が設けられた埋め込みマスク層が設けられた基板の表面に表面マスク材を形成する工程と、
前記第１窓領域に重畳する領域の前記表面マスク材に第２窓領域を形成する工程と、
前記第１、第２窓領域を有するマスク材を用いて、前記基板の方向性エッチングを行なう工程と
を備えることを特徴とする構造体の製造方法。
【請求項３】
前記マスク材は酸化膜であることを特徴とする請求項２に記載の構造体の製造方法。
【請求項４】
前記方向性エッチングは、基板の結晶方位によってエッチングレートが異なる異方性エッチングを用いることを特徴とする請求項２又は３に記載の構造体の製造方法。
【請求項５】
前記基板は、面方位が〔１００〕のシリコン基板であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載の構造体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドされた電子素子を備えた電子装置及びシールドを行なうための構造体の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロエレクトロ・メカニカルシステム（Micro Electro Mechanical System
）を利用したデバイス（「ＭＥＭＳデバイス」）など、微細な素子が開発されている。そして、これらの電子デバイスは、半導体ウェハ上に形成され、パッケージ化される。そのようなパッケージには、金属キャップにより封止するキャンパッケージ、セラミックから成るキャップにより封止するセラミックパッケージなどがある。
【０００３】
更に、半導体集積回路の高密度実装に対応する実装形態としては、チップサイズパッケージ（chip size package：ＣＳＰ）技術が開発されている。ＣＳＰとは、半導体集積回
路が形成されるベアチップ（半導体チップ）と同程度の大きさのパッケージを意味する。
【０００４】
例えば、加速度センサ等においては、図５に示すパッケージ構造が用いられている。ここでは、基板５０上にセンサ７０が配置されている。このセンサ７０には、図示しない配線金属が接続されている。このセンサ７０は、キャップ３０によって封止される。このキャップ３０は、接着部８０によって、基板５０に接着されている。
【０００５】
このキャップ３０には、基板５０との応力の軽減のために、基板５０と同じ材料であるシリコンを用いて形成されている。そして、キャップ３０には、キャップ金属層４０が設けられており、キャップ金属層４０はボンディングワイヤにより基板５０上のパッド金属層４１に接続されている。このように、キャップ金属層４０とパッド金属層４１とが接続されることにより、キャップ３０によるシールドが実現される。
【０００６】
このようなキャップ３０の製造方法を、図６に従って説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、シリコン表面の結晶方位として〔１００〕面のシリコン基板４００を準備する。そして、シリコン基板４００の表面に酸化膜（４１０，４２０）を形成する。更に、図６（ｂ）に示すように、一方の表面の酸化膜４２０において、一部の領域の酸化膜を除去して窓領域４２５を形成する。
【０００７】
次に、異方性エッチングを行なう。ここでは、シリコン材料に対して異方性を有するエッチング溶液を用いて加工を行なう。本実施形態では、ＴＭＡＨ（tetramethyl-ammonium-hydroxide）を用いる。このＴＭＡＨにおいては、シリコン結晶の〔１１１〕面はほとんどエッチングされないが、〔１００〕面のエッチングレートは約９０００〔μｍ／分〕になる。また、酸化膜のエッチングレートも低く、〔１００〕面との関係においては、エッチング選択比として約５０００を得ることができる。従って、酸化膜をエッチングストッパとして用いることができる。
【０００８】
この場合、図６（ｃ）に示すように、ホール３０５が形成される。このホール３０５においては、側面は〔１１１〕面が形成されて、底面の〔１００〕面がエッチングされる。そして、裏面の酸化膜４１０に達してエッチングが停止する。
【０００９】
そして、酸化膜のエッチングを行なうことにより、図６（ｄ）の構造を得る。この場合には、酸化膜（４１０，４２０）がエッチングされる。
このように加工された形状に対して、所定の加工を施すことによりキャップ３０を製造
することができる。
【００１０】
更に、半導体装置のパッケージを小型化すると共に、製造工程を簡略化して製造コストを削減するための半導体装置の製造方法も検討されている（例えば、特許文献１参照。）。この文献記載の技術では、半導体チップ表面に被封止デバイスが形成される。そして、この半導体チップの表面に接着される半導体チップを用いて、被封止デバイスを半導体チップ間の空間で形成されるキャビティ内に封止する。
【００１１】
また、半導体基板上に絶縁層を介して半導体層が積層されているＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板を適用した半導体装置の製造方法も検討されている（例えば、特許文献２参照。）。この文献記載の技術では、ＳＯＩ基板における半導体層の上方に、層間絶縁層を形成し、この層間絶縁層の上面に、複数のコンタクトホールを設けるためのマスクパターンを形成する。そして、マスクパターンをマスクとして、層間絶縁層をエッチングする第一の等方性エッチングを行なう。次に、このマスクパターンをマスクとして、層間絶縁層をエッチングする異方性エッチングを行ない、マスクパターンをマスクとして、層間絶縁層をエッチングする第二の等方性エッチングを行なう。
【特許文献１】特開２００５−１９９６６号公報（第１頁、図３）
【特許文献２】特開２００４−１８６２２８号公報（第１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし、従来のキャップ構造においては、ボンディングのためのキャップ金属やボンディングワイヤが、キャップの上面に設けられているために、図５に示すように、素子の高さ（Ｔ０）が、その分、高くなってしまう。この場合、パッケージが高くなると、素子の小型化を実現することが困難である。また、電子装置の小型化を実現する場合、微細加工が必要であるため、できる限り簡易な方法で加工できることが望ましい。
【００１３】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、シールドされた電子素子を備えた電子装置の小型化を図るとともに、シールドを行なうための構造体を効率的に製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記問題点を解決するために、本発明は、基板上に配置された電子素子のシールドを行なうための構造体を備えた電子装置であって、前記基板と同じ材料によって構成され、前記電子素子をカバーして基板に接着される第１シールド材と、前記第１シールド材上に第２シールド材が設けられ、前記第１シールド材の上面において、前記第２シールド材に覆われていない段差部において、前記基板に対して電気的接続を行なうための電極が設けられている。従って、基板と同じ材料によって構造体を形成することにより、基板とシールドとの歪を抑制することができる。そして、段差部を設けることにより、基板に対して電気的接続を行なうためのボンディングを低い位置に配置することができ、電子装置の高さを低くすることが可能であり、小型化を図ることができる。
【００１５】
本発明において、基板上に配置された電子素子のシールドを行なうための構造体の製造方法であって、第１窓領域が設けられた埋め込みマスク層が設けられた基板の表面に表面マスク材を形成する工程と、前記第１窓領域に重畳する領域の前記表面マスク材に第２窓領域を形成する工程と、前記第１、第２窓領域を有するマスク材を用いて、前記基板の方向性エッチングを行なう工程とを備えることを特徴とする。これにより、埋め込まれたマスク材と、表面に配置されたマスク材とを用いて、１回のエッチング工程により、段差部を形成することができる。従って、構造体を形成するためのプロセスを簡略化することができる。
【００１６】
本発明において、前記マスク材は酸化膜であることを特徴とする。これにより、予め第１窓領域が形成されたＳＯＩ基板において、第２窓領域を備えたマスク材を形成し、段差部を備えた構造体を製造することができる。
【００１７】
本発明において方向性エッチングは、基板の結晶方位によってエッチングレートが異なる異方性エッチングを用いることを特徴とする。通常、異方性エッチングはエッチングレートが早く、段差部を有する構造体を効率的に製造することができる。
【００１８】
本発明において、基板は、面方位が〔１００〕のシリコン基板であることを特徴とする。これにより、容易に異方性エッチングを行なうことができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、シールドされた電子素子を備えた電子装置の小型化を図るとともに、シールドを行なうための構造体を効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を具体化した電子装置についての一実施形態を図１〜図４に従って説明する。ここでは、基板上に設置したセンサを封止するためのキャップを設けたパッケージについて説明する。
【００２１】
（キャップ構造）
図１に示すように、本実施形態のパッケージは、基板５０上に、電子素子としてのセンサ７０が配置されている。このセンサ７０には、図示しない配線金属が接続されている。このセンサ７０は、キャップ１０によって保護される。このキャップ１０は、接着部８０によって、基板５０に接着されている。
【００２２】
このキャップ１０は、第１シールド材１０Ａと、その上面に配置された第２シールド材１０Ｂとから構成されており、両者の端部に段差部１５が設けられている。この段差部１５には、キャップ金属層４２が設けられており、キャップ金属層４２はボンディングワイヤにより、基板５０上のパッド金属層４１に接続されている。このように、キャップ金属層４２とパッド金属層４１とが電気的に接続されることにより、キャップ１０によるシールドが実現される。
【００２３】
（キャップの製造方法）
このようなキャップ１０の製造方法を、図２に従って説明する。
まず、埋め込みマスクの形成を行なう（ステップＳ１）。具体的には、図３（ａ）に示すように、２枚のシリコン基板（１００，１１０）を準備する。本実施形態では、シリコン表面の結晶方位として〔１００〕面の基板を用いる。そして、マスク材として酸化膜を用いる。ここで、シリコン基板１００の表面に酸化膜２０１を形成し、一部の領域の酸化膜を除去して窓領域２０５を形成する。この窓領域２０５が第１窓領域として機能する。
【００２４】
そして、図３（ｂ）に示すように、２枚のシリコン基板（１００，１１０）を接合する。本実施形態では、重ねたシリコン基板（１００，１１０）を加熱して接合する直接貼り合わせ技術を用いる。これにより、酸化膜２０１は埋め込みマスク層としての埋め込み酸化層２０３となり、窓領域２０５が設けられたＳＯＩ基板１００ａが形成される。
【００２５】
次に、基板の薄膜化を行なう（ステップＳ２）。具体的には、ＳＯＩ基板１００ａの両面を研磨及びポリッシングを行なうことにより、シリコン基板（１００，１１０）の薄膜化を行なう。これにより、図３（ｃ）に示すＳＯＩ基板１００ｂが形成される。
【００２６】
次に、表面マスクの生成を行なう（ステップＳ３）。具体的には、ＳＯＩ基板１００ｂの両面に酸化膜（２１０，２１１）を形成する。更に、上面の酸化膜２１０（表面マスク材）において、一部の領域の酸化膜を除去して窓領域２１５を形成する。本実施形態では、図３（ｄ）に示すように、埋め込まれた窓領域２０５の上方領域を含むとともに、面積が広い領域に窓領域２１５を形成する。この窓領域２１５が第２窓領域として機能する。
【００２７】
このような窓領域２１５の形成には、例えば赤外光を透過させたリソグラフィ技術を用いて、窓領域２０５との位置関係を調整しながら窓領域２１５を形成する。この場合、後述するように違法性エッチングを行なうため、窓領域２０５の縁よりも窓領域２１５のマスクの縁が、結晶方位によって側壁の斜面が延在する領域よりもずれた位置にくるように調整する。
【００２８】
次に、異方性エッチングを行なう（ステップＳ４）。ここでは、シリコン材料に対して異方性を有するエッチング溶液（本実施形態では、ＴＭＡＨ）を用いて加工を行なう。少しエッチングが進んだ段階では、窓領域２１５を有する酸化膜２１０をマスクとして、図４（ａ）に示すように、ホール３００が形成される。このホール３００の底面は、異方性エッチングにより〔１００〕面が露出している。一方、側面においては〔１１１〕面が露出している。
【００２９】
更に、エッチングを継続した場合、図４（ｂ）に示すように、ホール３０１が埋め込み酸化層２０３に達する。この場合には、ホール３０１のエッチングは、この埋め込み酸化層２０３により停止する。そして、今度は、窓領域２０５を有する埋め込み酸化層２０３をマスクとして、更なるエッチングが進むことになる。この場合には、図４（ｃ）に示すように、窓領域２０５において露出したシリコン基板１００がエッチングされる。
【００３０】
ここでも、〔１１１〕面のエッチングレートは遅いため、〔１１１〕面の側壁が形成されながら、〔１００〕面の底面がエッチングされて、ホール３０２が形成される。そして、酸化膜２１１に達した場合にエッチングが停止する。
【００３１】
そして、酸化膜のエッチングを行なうことにより、図４（ｄ）の構造を得る。この場合には、シリコン基板１１０上の酸化膜や、表面に露出した埋め込み酸化層２０３の一部がエッチングされる。これにより、段差部が形成される。
【００３２】
そして、パッキングを行なう（ステップＳ５）。具体的には、このような断差を設けた基板を加工することによりキャップ構造を生成し、基板５０上のセンサ７０を封止する。
上記実施形態の素子構造によれば、以下のような効果を得ることができる。
【００３３】
・  上記実施形態では、このキャップ１０には、段差部１５が設けられている。この段差部１５には、キャップ金属層４２が設けられており、キャップ金属層４２はボンディングワイヤにより、基板５０上のパッド金属層４１に接続されている。これにより、キャップ１０のシールドを行なうためのボンディングワイヤの位置を低くすることができる。この結果、図１に示すように、素子の高さ（Ｔ１）を低くすることができるので、電子素子の小型化を図ることができる。
【００３４】
・  上記実施形態では、埋め込みマスクの形成を行なう（ステップＳ１）。これにより、ＳＯＩ基板１００ａの埋め込み酸化層２０３には、窓領域２０５が設けられる。次に、表面マスクの生成を行なう（ステップＳ３）。そして、ＳＯＩ基板１００ｂの両面に酸化膜（２１０，２１１）を形成する。更に、上面の酸化膜２１０において、一部の領域の酸化膜を除去して窓領域２１５を形成する。ここで、埋め込まれた窓領域２０５の上方領域
を含むとともに、面積が広い領域に窓領域２１５を形成する。この結果、基板中に埋め込まれた第１の窓領域と、この窓領域に対して位置関係が調整された第２の窓領域を形成することができる。この結果、１回の異方性エッチングを行なうことにより、面積の広い第１の構造体と、この第１の構造対象に設けられた第２の構造体が形成される。そして、この面積の違いから、第１の構造体の上面に段差が形成され、この段差領域をシールドのためのボンディングに利用することができる。更に、ＳＯＩ基板１００ｂの裏面の酸化膜２１１を、エッチングストッパとして利用することができる。
【００３５】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  上記実施形態では、異方性エッチング液として、ＴＭＡＨを用いたが、エッチング液はこれに限定されるものではない。例えば、ＫＯＨ等を用いることも可能である。この場合にも、エッチングストッパとして酸化膜を利用することができる。また、エッチングストッパとして、他の材料（例えば窒化膜）を用いることにより、他のエッチング容液を利用することができる。
【００３６】
○  上記実施形態では、加工時に異方性エッチングを用いたが、エッチング方法はこれに限定されるものではない。例えば、方向性があるエッチング方法を用いることができる。例えば、イオン流を用いた方向性があるエッチング方法を適用することも可能である。
【００３７】
○  上記実施形態では、直接貼り合わせ技術を用いてＳＯＩ基板を作成したが、ＳＯＩ基板の作成方法はこれに限定されるものではない。例えば、ＳＩＭＯＸ（Separation by Implanted Oxygen）技術等を用いることも可能である。
【００３８】
○  上記実施形態では、埋め込まれた窓領域２０５の上方領域を含むとともに、面積が広い領域に窓領域２１５を形成する。ここで、窓領域（２０５，２１５）が方向性エッチングによって側壁の斜面が延在する領域よりもずれた位置にあればよく、部分的に段差部が形成されるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本実施形態の素子構造の説明図。
【図２】本実施形態のキャップ構造の製造方法の説明図。
【図３】本実施形態のキャップ構造の製造方法の説明図であって、（ａ）はＳＯＩ基板を構成する２枚のウェハの説明図、（ｂ）は窓領域を有するＳＯＩ基板の説明図、（ｃ）は薄膜化の説明図、（ｄ）は表面マスクの説明図。
【図４】本実施形態のキャップ構造の製造方法の説明図であって、（ａ）は異方性エッチングの途中段階の状態の説明図、（ｂ）は異方性エッチングが埋め込みマスクに達した場合の形状の説明図、（ｃ）は異方性エッチングがエッチングストッパに達した場合の説明図、（ｄ）は表面マスク、裏面マスクを除去した形状の説明図。
【図５】従来の素子構造の説明図。
【図６】従来のキャップ構造の製造方法の説明図であって、（ａ）はシリコン基板の説明図、（ｂ）はマスク材の説明図、（ｃ）は異方性エッチングがエッチングストッパに達した場合の説明図、（ｄ）は表面マスク、裏面マスクを除去した形状の説明図。
【符号の説明】
【００４０】
１０…キャップ、１０Ａ…第１シールド材、１０Ｂ…第２シールド材、１５…段差部、４１…パッド金属、４２…キャップ金属、５０…基板、７０…センサ、８０…接着部、１００，１１０…シリコン基板、１００ａ，１００ｂ…ＳＯＩ基板、２０３…埋め込み酸化層、２０５，２１５…窓領域、２１０，２１１…酸化膜。
【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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