(57)【要約】【課題】デバイス基板に設けられた電子デバイス等それぞれの固有の事情によって電極形成に係る温度や気圧などの作業条件が制限されることのない、信頼性の高い複数のバンプ電極を備えた電子装置を提供する。【解決手段】電子デバイス等５及びパッド電極６が表面に設けられたデバイス基板４を準備する。そして、デバイス基板４ではなくガラスなどから成る第１の支持基板１にビアホール３を形成させ、このビアホール３の底部とパッド電極６の表面とが重なるようにデバイス基板４表面に第１の支持基板１を接着する。このビアホール３内にバンプ電極１０をバリアメタル層８を介して形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイス基板上に形成されたパッド電極と、
前記デバイス基板の表面に接着された第１の支持基板と、
前記第１の支持基板の表面から前記パッド電極の表面に到達するビアホールと、
前記ビアホール内に形成され、前記パッド電極と電気的に接続するバンプ電極と、を備えることを特徴とする電子装置。
【請求項２】
前記バンプ電極はハンダまたは金から成ることを特徴とする請求項１に記載の電子装置。
【請求項３】
前記ビアホールの断面がテーパー形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電子装置。
【請求項４】
前記デバイス基板と前記第１の支持基板との間にキャビティを有することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３のいずれかに記載の電子装置。
【請求項５】
前記第１の支持基板は、半導体基板または絶縁性基板から成ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４のいずれかに記載の電子装置。
【請求項６】
前記デバイス基板と前記第１の支持基板とは同じ基板材料を用いることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５のいずれかに記載の電子装置。
【請求項７】
前記デバイス基板の裏面に接着された第２の支持基板を備えることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６のいずれかに記載の電子装置。
【請求項８】
前記第２の支持基板は半導体基板または絶縁性基板から成ることを特徴とする請求項７に記載の電子装置。
【請求項９】
前記デバイス基板上に半導体デバイスまたはＭＥＭＳデバイスが形成されていることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８のいずれかに記載の電子装置。
【請求項１０】
前記デバイス基板は半導体基板又は絶縁性基板から成ることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９のいずれかに記載の電子装置。
【請求項１１】
第１の支持基板の表面から裏面に到達するビアホールを形成する工程と、
デバイス基板の表面に形成されたパッド電極に前記ビアホールが重なるように前記第１の支持基板を接着する工程と、
前記ビアホール内に前記パッド電極と電気的に接続するバンプ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１２】
デバイス基板の表面に第１の支持基板を接着する工程と、
前記第１の支持基板の表面から裏面に到達するビアホールを形成する工程と、
前記ビアホール内に、前記デバイス基板表面に形成されたパッド電極と電気的に接続するバンプ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする電子装置の製造方法。
【請求項１３】
前記ビアホールをテーパー形状に加工することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の電子装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第１の支持基板の裏面にキャビティを形成する工程を備えることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【請求項１５】
前記デバイス基板の裏面に第２の支持基板を接着する工程を備えることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【請求項１６】
前記バンプ電極を形成した後に前記デバイス基板を複数のチップに分割する工程を備えることを特徴とする請求項１１、請求項１２、請求項１３、請求項１４、請求項１５のいずれかに記載の電子装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のバンプ電極を備えた電子装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、新たなパッケージ技術として、ＷＣＳＰ（Wafer Level Chip Size Package）が注目されている。ＷＣＳＰとは、半導体チップの外形寸法と略同サイズの外形寸法を有する小型パッケージをいう。以下一例としてＢＧＡ（Ball Grid Array）型の電子装置について説明する。
【０００３】
従来より、ＷＣＳＰの一種として、貫通電極を有したＢＧＡ型の電子装置が知られている。このＢＧＡ型の電子装置は、半導体基板を貫通してその表面のパッド電極と接続された貫通電極を有する。この電子装置の裏面には、半田等の金属部材から成るボール状の導電端子が複数配列され、これらの導電端子は配線層を介して前記貫通電極に接続されている。
【０００４】
そして、このＢＧＡ型の電子装置を電子機器に組み込む際には、各導電端子をプリント基板上の配線パターンに圧着することで、半導体チップとプリント基板上に搭載される外部回路とを電気的に接続している。
【０００５】
このようなＢＧＡ型の電子装置は、側部に突出したリードピンを有するＳＯＰ（Small Outline Package）やＱＦＰ（Quad Flat Package）等の他のＣＳＰ型の半導体装置に比べて、多数の導電端子を設けることが出来、しかも小型化できるという長所を有する。このＢＧＡ型の電子装置は、例えば携帯電話機に搭載されるデジタルカメラのイメージセンサチップとしての用途がある。
【０００６】
図５は、従来のＢＧＡ型の電子装置の貫通電極部の断面図である。シリコン（Ｓｉ）等から成るデバイス基板１００の表面には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の半導体デバイスが設けられ、さらに、パッド電極１０１が層間絶縁膜１０２を介して形成されている。また、デバイス基板１００の表面には、例えばガラス基板のような支持基板１０３がエポキシ樹脂等から成る樹脂層１０４を介して接着されている。
【０００７】
また、デバイス基板１００を貫通し、パッド電極１０１に到達するビアホール１０５が形成されている。このビアホール１０５の側壁及びデバイス基板１００の裏面にはシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）もしくはシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等から成る絶縁膜１０６が形成されている。
【０００８】
さらに、ビアホール１０５の中にはパッド電極１０１と接続されたバリア層１０７及び貫通電極１０８が形成されている。デバイス基板１００の表面には、貫通電極１０８に連続して接続された配線層１０９が延在している。そして、デバイス基板１００の裏面の貫通電極１０８、配線層１０９及び絶縁膜１０６を被覆して、ソルダーレジストから成る保護層１１０が形成されている。配線層１０９上の保護層１１０には開口部が形成され、この開口部を通して配線層１０９と接続されたボール状の導電端子１１１が形成されている。  
【０００９】
以上のように、従来のＢＧＡ型の半導体装置では、デバイス基板１００に貫通電極１０８を形成し、デバイス基板１００の裏面に外部回路と電気的に接続するための導電端子１１１を形成していた。  
【特許文献１】特開２００３−３０９２２１号公報
【特許文献２】特開平１０−９２７０２号公報
【特許文献３】特開２００１−３５１８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したＢＧＡ型の電子装置では、デバイス基板１００に設けられた電子デバイス等それぞれの固有の事情から、デバイス基板１００に貫通電極１０８を形成する過程において温度条件や気圧条件などの作業条件が制限される場合がある。また、貫通電極１０８を形成する過程で、デバイス基板１００表面の電子デバイス等が劣化し、電子装置の歩留まりが低下するという問題がある。
【００１１】
また、配線層１０９に接続されたボール状の導電端子１１１の接続強度の問題、更には、半導体装置やプリント基板に導電端子１１１を介して実装した際の温度サイクルや落下強度の問題等もあった。
【００１２】
そのため、従来では、配線層１０９と導電端子１１１との隙間にアンダーフィルを設ける、導電端子の下に緩衝層を設けたり、導電端子（バンプ電極）下に長い金属ポストを形成する（応力分散させる）等の対応をしていた。従ってプロセスが複雑になっていた。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その主な特徴は以下のとおりである。すなわち、本発明の電子装置は、デバイス基板上に形成されたパッド電極と、前記デバイス基板の表面に接着された第１の支持基板と、前記第１の支持基板の表面から前記パッド電極の表面に到達するビアホールと、前記ビアホール内に形成され、前記パッド電極と電気的に接続するバンプ電極と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る電子装置の製造方法は、以下の特徴を有する。すなわち、本発明に係る電子装置の製造方法は、第１の支持基板の表面から裏面に到達するビアホールを形成する工程と、デバイス基板の表面に形成されたパッド電極に前記ビアホールが重なるように前記第１の支持基板を接着する工程と、前記ビアホール内に前記パッド電極と電気的に接続するバンプ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る電子装置の製造方法は、デバイス基板の表面に第１の支持基板を接着する工程と、前記第１の支持基板の表面から裏面に到達するビアホールを形成する工程と、前記ビアホール内に、前記デバイス基板表面に形成されたパッド電極と電気的に接続するバンプ電極を形成する工程と、を備えることを特徴とする。したがって、デバイス基板に第１の支持基板を接着した後に、当該第１の支持基板１にビアホールを形成しても良い。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る電子装置及びその製造方法によれば、デバイス基板側ではなく支持基板側に電極を形成しているので、デバイス基板に設けられた電子デバイス等それぞれの固有の事情によって、電極形成工程に係る作業条件が限定されることが少なく、電子装置の微細加工に適している。また、従来のようにデバイス基板に貫通電極を形成するための工程を要しないので、製造コストを抑えるとともに、デバイス基板表面の電子デバイス等の劣化を防止し、電子装置の歩留まりを高くすることができる。
【００１７】
また、本発明にかかる電子装置及びその製造方法では、支持基板の所定の領域（バンプ電極形成領域）に設けたビアホール内に直接バンプ電極を埋め込み形成するため、配線が不要であり、工程を簡素化できるという利点がある。さらに、支持基板に設けたビアホール内にバンプ電極を埋め込み形成しているため、構成、プロセスが簡単でバンプ電極とパッド電極との接続強度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。まず、本発明に係る電子装置の構造について図４を参照しながら説明する。
【００１９】
図４（ｂ）は本発明の電子装置の第１の支持基板１に係る上面図（１チップ分）であり、図４（ｃ）は本発明の電子装置のデバイス基板４に係る上面図（１チップ分）である。そして、図４（ａ）は、図４（ｂ）及び図４（ｃ）のＸ−Ｘに沿った電子装置の断面図である。
【００２０】
シリコン（Ｓｉ）等の半導体から成るデバイス基板４の表面には、ＣＣＤ等の半導体デバイスや、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）が設けられている。以下、これらのデバイスを「電子デバイス等５」と略称する。
【００２１】
さらに、デバイス基板４の表面にはアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）から成るパッド電極６が形成されている。また、電子デバイス等５とパッド電極６とは不図示の配線を用いて電気的に接続されている。これらの配線は例えば１μｍの薄さで形成されている。なお、デバイス基板４はガラス，セラミック，石英等の絶縁体から成るものであってもよい。
【００２２】
また、この不図示の配線を保護するためのパッシベーション膜２０がパッド電極６の一部上とデバイス基板４上を被覆して形成されている。ここで、パッシベーション膜２０は酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）や窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）から成るものが好ましいが、これに限定されない。
【００２３】
そして、デバイス基板４の表面には、例えばエポキシ樹脂から成る不図示の樹脂層を介して第１の支持基板１が接着されている。これと同様に、デバイス基板４の裏面には、不図示の樹脂層を介して第２の支持基板７が接着されている。この第２の支持基板７を備えることで、工程作業時等の強度対策、特に真空化したときの強度を保つことができる。なお、本実施形態に係る電子装置では第２の支持基板７を設けた構成であるが、これに限定されず、第２の支持基板７を設けない構成であってもよい。
【００２４】
また、第１の支持基板１及び第２の支持基板７は、ガラス，セラミック，石英等の絶縁体から成るものが好ましいが、シリコン等の半導体から成るものであってもよい。
ここで、第１の支持基板１の裏面とデバイス基板４の表面との間の空間には、キャビティ２が形成され、このキャビティ２内に電子デバイス等５が封止されている。ここで、キャビティ２の高さは、数μｍ〜数１０μｍ程度であるが、これには限られない。
【００２５】
また、キャビティ２は、真空状態もしくは不活性ガス（例えばＮ２）を充填した状態にして電子デバイス等５を封止する。これにより、封止された電子デバイス等５は大気に触れることがなくなるため、酸化等による腐食や劣化を防ぐことができる。従って、デバイス基板４上に形成された電子デバイス等５の寿命や信頼性を向上させることができる。なお、本実施形態に係る電子装置ではキャビティ２を設けた構成であるが、これに限定されず、キャビティ２を設けない構成であってもよい。
【００２６】
また、第１の支持基板１には、これを貫通し、パッド電極６に到達するビアホール３が形成されている。ここで、ビアホール３は、その断面が表面から深くなるほど細くなるテーパー形状に形成されている。これにより、後述するようにバンプ電極１０を形成する場合に、メッキ用のバリアメタル層８をスパッタリング法で形成することができるなどの利点がある。また、ビアホール３は、テーパー形状が好ましいがストレート形状に加工してもよい。
【００２７】
また、ビアホール３の側壁には、例えばＣｕ（銅）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ），チタンタングステン（ＴｉＷ）などから成るバリアメタル層８が形成されている。そして、ビアホール３内にはハンダや金（Ａｕ）等から成るバンプ電極１０が形成されており、このバンプ電極１０は、ビアホール３の底部においてバリアメタル層８を介してパッド電極６と電気的に接続されている。このようにして、デバイス基板４上のパッド電極６から、第１の支持基板１表面に形成されたバンプ電極１０に至るまでの配線が可能となる。
【００２８】
また、本発明に係る電子装置は、第１の支持基板１とデバイス基板４とを同じ基板材料で構成しても良い。かかる構成によれば、第１の支持基板１に係るバンプ電極１０とデバイス基板４に係るパッド電極６との接点が温度サイクル（膨張係数の相違）によって劣化することを防ぐことができ、さらに、キャビティ２内の気密度が温度サイクルによって低下することを防ぐことができる。
【００２９】
次に、この電子装置の製造方法について図１乃至図３を参照して説明する。
まず、図１（ａ）に示すようにガラスやセラミック等から成る第１の支持基板１を準備する。ここで、第１の支持基板はガラス，セラミック，石英等の絶縁体から成るものが好ましいが、シリコン等の半導体から成るものであってもよい。
【００３０】
次に、図１（ｂ）に示すように、第１の支持基板の裏面にキャビティ２をエッチングやレーザービーム照射等の方法により、例えば凹状に加工する。ここで、キャビティ２の高さは数μｍ〜数１０μｍ程度であるが、これには限定されない。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の支持基板１の表面から裏面に到達するビアホール３をエッチングやレーザービーム照射等の方法により形成する。なお、ビアホール３の形成は第１の支持基板１とデバイス基板４とを接着させた後に行ってもよい。また、ビアホール３は、テーパー形状が好ましいがストレート形状に加工してもよい。
【００３２】
なお、第１の支持基板１がシリコン等の半導体から成るものであった場合には、この第１の支持基板１と後に形成するバンプ電極１０とを絶縁するために、ビアホール３形成後に、第１の支持基板１の表面にシリコン酸化膜や窒化膜などの絶縁膜を形成させる。従って、第１の支持基板１がガラス等の絶縁体から成る場合には、当該絶縁膜を形成する工程を要しないので製造工程を減らすことができる。
【００３３】
次に、図２（ａ）に示すように、基板表面に電子デバイス等５が形成されたデバイス基板４を準備する。さらに、デバイス基板４の表面には、電子デバイス等５と不図示の配線を用いて電気的に接続された外部接続用電極であるパッド電極６が形成されている。
【００３４】
また、この配線を保護するためのパッシベーション膜２０がパッド電極６の一部上とデバイス基板４上を被覆して形成されている。ここで、パッド電極６は、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）から成り、好ましくは約１μｍの膜厚を有して形成される。また、パッシベーション膜２０は酸化シリコン膜（ＳｉＯ２膜）や窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）から成るものが好ましい。
【００３５】
また、デバイス基板４の裏面には、必要に応じて第２の支持基板７を形成する。この第２の支持基板７はエポキシ樹脂等から成る不図示の樹脂層を介してデバイス基板４の裏面に接着する。この第２の支持基板７を備えることで、後の工程作業時等の強度対策、特に真空化したときの強度を保つことができる。
【００３６】
次に、デバイス基板４の表面に、例えばエポキシ樹脂から成る不図示の樹脂層を塗布する。そして、図２（ｂ）に示すように、この樹脂層を介してデバイス基板４の表面に、既にビアホール３が形成された第１の支持基板１を、ビアホール３の底部とパッド電極６の表面とが重なるように接着する。
【００３７】
また、真空状態もしくは不活性ガス（例えばＮ２）を充填した状態にして電子デバイス等５を封止する場合には、デバイス基板４と第１の支持基板１とを、樹脂層を介して接着するのではなく常温接合法により接着することが好ましい。この場合、樹脂層を介しての接着は、樹脂からガスが出ること、接着の強さ、樹脂のクラック、温度サイクルに対する信頼性低下などの問題が多く、真空封止やガス封止に適さないからである。
【００３８】
なお、常温接合法とは、被接合物の接合面となる表面にエネルギー波（プラズマ、イオンビーム、電子ビーム、ラジカルビーム、レーザー等）を照射して洗浄し、被接合物同士を常温接着する技術である（特開平１０―９２７０２公報，特開２００１−３５１８９２参照）。なお、ここでは常温とあるが接合強度を向上させるために加熱下で行うこともできる。
【００３９】
なお、前述のとおり第１の支持基板１とデバイス基板４とを接着させた後に、当該第１の支持基板１にビアホール３をエッチングやレーザービーム照射等の方法により形成しても良い。
【００４０】
次に、図２（ｃ）に示すように、ビアホール３内の側壁にバリアメタル層８を形成する。このバリアメタル層８は後の工程でバンプ電極１０下に位置するため、ＵＢＭ（Under Bump Metal）とも呼ばれる。このバリアメタル層８は、金から成るバンプ電極１０を形成する場合には、例えばチタンタングステン合金（ＴｉＷ）、金（Ａｕ）を順次スパッタリングすることで形成された、Ａｕ層／ＴｉＷ層である。
【００４１】
ここで、図示はしないが上層のＡｕ層の厚さは１００ｎｍ〜２００ｎｍ、下層のＴｉＷ層は２００ｎｍ程度が適当であるがこれに限定されない。また、このバリアメタル層８は、ハンダから成るバンプ電極１０を形成する場合には、例えばチタンタングステン合金（ＴｉＷ）、銅（Ｃｕ）を順次スパッタすることで形成された、Ｃｕ層／ＴｉＷ層である。なお、ニッケル（Ｎｉ）層を下層としてもよい。この場合、電解メッキ法でニッケル（Ｎｉ）層を形成することができる。
【００４２】
次に、図３（ａ）に示すように、第１の支持基板１の表面に、これを被覆して、例えばソルダーレジストのようなレジスト材料から成るレジスト層９を形成する。ここで、所定のマスクを用いて露光・現像処理を行うことにより、レジスト層９のうちビアホール３に対応する位置、すなわちバンプ電極形成領域に対応する位置に開口部を形成する。
【００４３】
そして、電解メッキ法により、当該開口部で露出するバリアメタル層８の所定の領域上に、ハンダや金をメッキ形成し、図３（ｂ）に示すように第１の支持基板１の表面にバンプ電極１０が形成される。また、ハンダから成るバンプ電極１０を形成する場合には、スクリーン印刷法により、当該開口部で露出するバリアメタル層８の所定の領域上に、ハンダをスクリーン印刷し、このハンダを熱処理でリフローさせることでバンプ電極１０を形成することができる。
【００４４】
また、図示はしないが必要に応じて、バンプ電極１０をマスクとした薬品処理によって不要部分のバリアメタル層８を除去する。ここで、バリアメタル層８がＡｕ層／ＴｉＷ層から成る場合には、上層のＡｕ層をエッチングするためには王水、下層のＴｉＷ層をエッチングするためには過酸化水素水（Ｈ２Ｏ２）が用いられる。かかる処理により、バリアメタル層８はバンプ電極１０の下にのみ残存することとなる。
【００４５】
このようにして、デバイス基板４上のパッド電極６から、第１の支持基板１表面に形成されたバンプ電極１０に至るまでの配線が可能となる。そして、デバイス基板４の所定のダイシングラインに沿って、ダイシングブレードやレーザービーム等により切断し、個々のチップに分割する。
【００４６】
なお、上述した実施形態においてはハンダや金（Ａｕ）から成るバンプ電極１０の形成を例として説明したが、本発明はこれに限定されることなく、他の材料を用いたバンプ電極の形成についても広く適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の電子装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【図２】本発明の電子装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【図３】本発明の電子装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【図４】本発明の電子装置及びその製造方法を説明する断面図である。
【図５】従来例に係る電子装置を説明する断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  第１の支持基板      ２  キャビティ            ３  ビアホール      
４  デバイス基板        ５  電子デバイス等        ６  パッド電極
７  第２の支持基板      ８  バリアメタル層        ９  レジスト層
１０  バンプ電極        ２０  パッシベーション膜    
１００  デバイス基板    １０１  パッド電極        １０２  層間絶縁膜
１０３  支持基板        １０４  樹脂層            １０５  ビアホール
１０６  絶縁膜          １０７  バリア層          １０８  貫通電極
１０９  配線層          １１０  保護層            １１１  導電端子
【図１】
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【図２】
2006202974.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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