(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ素子などの微細な構造体から構成された異なる形態の素子が、ＬＳＩなどが形成されている半導体基板の上にモノリシックに搭載された半導体装置を提供する。【解決手段】側壁枠１０６ａの上部に金属製の天井壁１０６ｄが形成され、ＭＥＭＳ素子１０６が形成された状態とする。半導体基板１０１の上では、形成された天井壁１０６ｄにより側壁枠１０６ａの内側が、空間を備えた状態で封止された状態となる。電極パッド１０３の上に柱状の金属ポスト１０９が形成された状態とした後、ＭＥＭＳ素子１０６及び固定素子１０７が、充分な厚さの樹脂絶縁層１０８に覆われた状態とする。樹脂絶縁層１０８の上面は、金属ポスト１０９の上面が露出して平坦な状態とされ、半導体部品としての実装を容易にしている。【選択図】  図２
2006088268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の上に形成された信号処理を含む回路機能を有する半導体集積回路と、
前記半導体基板の上に形成されて前記半導体集積回路に接続された第１受動素子と、
前記半導体基板の上に形成されて前記半導体基板の面に対向する天井壁とこの天井壁を前記半導体基板の上に支持する側壁とを備えた容器と、
前記容器の内部の前記半導体基板の上に形成されて可動部を備えて前記半導体集積回路に接続された第２受動素子と、
前記第１受動素子及び前記容器を埋め込んで前記半導体基板の全域に形成されて上面が平坦な樹脂絶縁層と、
前記樹脂絶縁層の上面に配置された外部との接続のための端子と
を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置において、前記樹脂絶縁層の上面に配置されていずれかの前記端子と接続された表面実装部品を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体基板の上に信号処理を含む回路機能を有する半導体集積回路が形成された状態とする工程と、
前記半導体基板の上に前記半導体集積回路に接続された第１受動素子が形成された状態とする工程と、
前記半導体基板の上に所定領域を囲う側壁枠とこの側壁枠内に配置されて前記半導体集積回路に接続された第２受動素子とが形成された状態とする工程と、
前記側壁枠の上に前記半導体基板の面に対向する天井壁が形成されて前記素子が前記側壁枠と前記天井壁とからなる容器に配置された状態とする工程と、
前記第１受動素子及び前記第２受動素子を埋め込んで上面が平坦な樹脂絶縁層が前記半導体基板の全域に形成された状態とする工程と、
外部との接続のための端子が前記樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする工程と
を少なくとも備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体集積回路が、半導体基板の上に形成された後、前記半導体集積回路の上に層間絶縁層が形成された状態とする第１工程と、
前記層間絶縁層の上に第１シード層が形成された状態とする第２工程と、
メッキ法により、第１金属パターン及びこれより厚い第２金属パターンが、前記第１シード層の上に形成された状態とした後、前記第１金属パターン及び前記第２金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記シード層が選択的に除去された状態とする第３工程と、
前記第２金属パターンの間を埋め込み前記第２金属パターンの一部が露出した状態で前記第１金属パターンが覆われた状態に、前記層間絶縁層の上に有機樹脂からなる第１犠牲層が形成された状態とする第４工程と、
露出した前記第２金属パターンの部分を含んで前記第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第５工程と、
メッキ法により、第３金属パターン及びこれより厚い第４金属パターンが、前記第２シード層の上に形成された状態とした後、前記第３金属パターン及び前記第４金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、
前記第４金属パターンの間を埋め込み前記第４金属パターンの一部が露出した状態で前記第３金属パターンが覆われた状態に、前記第１犠牲層の上に有機樹脂からなる第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、
露出した前記第４金属パターンの部分を含む前記第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第８工程と、
メッキ法により、複数の開口部を備えた金属層及び第５金属パターンが形成された状態とした後、前記金属層及び第５金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、
前記第１犠牲層及び前記第２犠牲層が除去された状態とする第１０工程と、
前記金属層の上に前記開口部を塞ぐように封止絶縁層が形成された状態とする第１１工程と、
前記第１金属パターン，前記第２金属パターン，前記第３金属パターン，前記第４金属パターン，前記第５金属パターン，前記金属層及び封止絶縁層が埋め込まれるように、前記層間絶縁層の上の前記半導体基板の全域に渡って上面が平坦な状態に樹脂絶縁層が形成された状態とする第１２工程と、
前記樹脂絶縁層を介して前記半導体集積回路に接続した端子が前記樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする第１３工程と
を少なくとも備え、
前記第２金属パターンは、前記第１金属パターンが形成された領域を囲う枠状の部分と、この枠状の部分の内側に配置された内部部分とから構成され、
前記第４金属パターンは、前記第２金属パターンの枠状の部分の上に配置されて枠状に形成された部分を備えて前記第２金属パターンの枠状の部分と側壁枠を構成し、
前記第３金属パターンは、前記第２金属パターンの内部部分に接続されて形成され、
前記金属層は、天井壁として前記側壁枠の上に配置され、
前記第１金属パターン及び前記第３金属パターンは、前記側壁枠と前記天井壁とにより構成された容器の内部に配置され、
前記容器の内部に配置されている前記第１犠牲層及び前記第２犠牲層は、前記開口部を介したエッチングにより除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３記載の半導体装置の製造方法において、
前記半導体集積回路が、半導体基板の上に形成された後、前記半導体集積回路の上に層間絶縁層が形成された状態とする第１工程と、
前記層間絶縁層の上に第１シード層が形成された状態とする第２工程と、
メッキ法により、第１金属パターン及びこれより厚い第２金属パターンが、前記第１シード層の上に形成された状態とした後、前記第１金属パターン及び前記第２金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記シード層が選択的に除去された状態とする第３工程と、
前記第２金属パターンの間を埋め込み前記第２金属パターンの一部が露出した状態で前記第１金属パターンが覆われた状態に、前記層間絶縁層の上に有機樹脂からなる第１犠牲層が形成された状態とする第４工程と、
前記第１犠牲層の前記第１金属パターンの上部に第１絶縁パターンが形成された状態とする第５工程と、
露出した前記第２金属パターンの部分を含んで前記第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第３金属パターンが、前記第２シード層の上に形成された状態とし、前記第３金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、
前記第１絶縁パターン及び第３金属パターンの間を埋め込みこれらの上面が露出した状態で、前記第１犠牲層の上に有機樹脂からなる第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、
露出した一部の第３金属パターンの上に第２絶縁パターンが形成された状態とする第８工程と、
露出した前記第３金属パターンの部分を含む前記第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第４金属パターンが、前記第３金属パターン及び前記第１絶縁パターンの上に形成された状態とし、前記第４金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、
前記第２絶縁パターン及び第４金属パターンの間を埋め込みこれらの上面が露出した状態で、前記第２犠牲層の上に有機樹脂からなる第３犠牲層が形成された状態とする第１０工程と、
露出した前記第２絶縁パターン及び第４金属パターンの部分を含んで前記第３犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第５金属パターンが、一部の前記第４金属パターンの上に形成された状態とし、前記第５金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第４シード層が選択的に除去された状態とする第１１工程と、
前記第５金属パターンの間を埋め込みこの上面が露出した状態で、前記第３犠牲層の上に有機樹脂からなる第４犠牲層が形成された状態とする第１２工程と、
第５金属パターンの部分を含んで前記第４犠牲層の上に第５シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、複数の開口部を備えた金属層及び第６金属パターンが形成された状態とした後、前記金属層及び第６金属パターンをマスクとしたエッチングにより前記第５シード層が選択的に除去された状態とする第１３工程と、
前記第１犠牲層，前記第２犠牲層，前記第３犠牲層，及び前記第４犠牲層が除去された状態とする第１５工程と、
前記金属層の上に前記開口部を塞ぐように封止絶縁層が形成された状態とする第１６工程と、
前記第１金属パターン，前記第２金属パターン，前記第３金属パターン，前記第４金属パターン，前記第５金属パターン，第６金属パターン，前記金属層及び封止絶縁層が埋め込まれるように、前記層間絶縁層の上の前記半導体基板の全域に渡って上面が平坦な状態に樹脂絶縁層が形成された状態とする第１７工程と、
前記樹脂絶縁層を介して前記半導体集積回路に接続した端子が前記樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする第１８工程と
を少なくとも備え、
前記第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンは、前記第１金属パターンが形成された領域を囲う枠状の部分と、この枠状の部分の内側に配置された内部部分とから構成され、
前記第５金属パターンは、前記第４金属パターンの枠状の部分の上に配置されて枠状に形成された部分を備えて前記第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンの枠状の部分と側壁枠を構成し、
前記金属層は、天井壁として前記側壁枠の上に配置され、
前記第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンの枠状の部分の内側に配置された内部部分と前記第１金属パターンとは、前記側壁枠と前記天井壁とにより構成された容器の内部に配置され、
前記容器の内部に配置されている前記第１犠牲層，前記第２犠牲層，前記第３犠牲層，及び前記第４犠牲層は、前記開口部を介したエッチングにより除去する
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路とともに封止されたＭＥＭＳ素子を備える半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリコン基板上に作製された種々のマイクロマシンが、様々な応用分野において広く利用されている（非特許文献１参照）。シリコンは大量に安価に入手でき、また、ＬＳＩの製造技術を基本としたマイクロマシン加工技術により、非常に高い寸法精度や加工精度を維持した状態で小型化が容易であり、加えて、量産が可能であるため、シリコンを用いたマイクロマシンの開発が盛んに行われている。近年では、ＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical System）技術と呼ばれる技術分野を作り上げるまでになり、非特許文献１に記載されている応用分野以外にも、各種センサー，医療，光通信，無線通信などの分野にも応用が広がっている。
【０００３】
中でも、無線信号などの高周波信号を処理するＭＥＭＳ（ＲＦＭＥＭＳと呼ばれている）は、幅広い研究開発が進められている。ＲＦＭＥＭＳ素子には、インダクタ，スイッチ，可変容量，共振子，フィルタ，伝送線路，アンテナなど非常に多くの種類がある。このように幅広く検討されているＲＦＭＥＭＳ技術において、複数のＭＥＭＳ素子を集積化し、半導体集積回路を一体化することによる複雑化回路機能の実現や、ＭＥＭＳ素子を実装するための封止及びパッケージの低コスト化が望まれている。
【０００４】
例えば、半導体集積回路と複数のＭＥＭＳ素子を同一の基板上に搭載し、無線通信用途の一体型送受信機（１チップトランシーバ）を可能とする技術が提案されている（非特許文献２参照）。この技術によれば、部品点数の削減，実装コストの低減，バッチ処理による大量生産などが可能になり、無線トランシーバの小型化低コスト化が可能となる。しかしながら、非特許文献２においては、集積化の概念が提案されているにとどまり、無線通信用途においては、半導体集積回路と複数のＭＥＭＳ素子とが同一の基板の上に集積化された装置は実現されていない。
【０００５】
また、実装及びパッケージング方法に関して、従来より、基板の上に作製した個別のＭＥＭＳ素子を基板から切り出した後に素子毎に封止する方法（特許文献１参照）、基板の状態でＭＥＭＳ素子を一括で封止した後に個々のＭＥＭＳ素子に切り出す方法などがある（非特許文献３，４，５参照）。
【０００６】
特許文献１の方法では、公知の気密封止（ハーメチックシール）と類似の方法によりＭＥＭＳ素子をパッケージングしている。この技術では、図８に示すように、ガラス基板の上に信号線及び固定電極が形成された固定基板５０１と、シリコン基板から作製された可動電極，梁，アンカーが一体に形成された可動基板５０２とからパッケージを構成している。可動基板５０２は、静電マイクロリレー（スイッチ）として動作する。
【０００７】
可動基板５０２は、固定基板５０１に陽極接合により固定され、また、可動基板５０２の外周部において、固定基板５０１には、キャップ部材５０３が陽極接合により固定され、固定基板５０１とキャップ部材５０３とから構成された容器内に、可動基板５０２が封止された状態となっている。この場合、ＭＥＭＳ素子を基板に作製した後、実装のために素子を切り出す工程や、切り出した素子のハンドリングにおいて、微細な可動部を破損から保護するために、取り扱いには細心の注意が必要となり、実装後の検査においては、個々の素子について品質を保証することが必要となる。
【０００８】
これらのため、上述したＭＥＭＳ素子では、部品の寸法をあまり小さくすることができず、また、大量生産への適用が容易ではなかった。さらに、異なる機能を持つ複数のＭＥＭＳ素子を組み合わせて回路機能を実現するには、個々のＭＥＭＳ素子を個別に封止した後、実装基板に搭載することになるため、回路機能を実現しようとした場合には、必然的に全体の寸法が大きくなり、全体として実装後の小型化に制限があった。
【０００９】
一方、封止した後に個々のＭＥＭＳ素子に切り出す技術として、非特許文献３では、ガラス基板に空間を形成し、形成した空間内にＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）素子を内蔵させ、これに新たなガラス基板を貼り合わせてから個々のチップに切り出し、封止された状態のＳＡＷチップを得るようにしている。
【００１０】
また、非特許文献４では、ウエハの上にＭＥＭＳ素子を作製した後、封止するための別の基板（封止チップ）を用意し、封止チップの上にＭＥＭＳ素子の周囲を囲むような形状のＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）膜を枠パターンとして形成し、枠パターンが形成された封止チップを上記ウエハにフリップフロップで貼り付け、ウエハ上に形成されているＭＥＭＳ素子が封止された状態とした後、個々のチップに切り出すようにしている。
【００１１】
また、非特許文献５では、ウエハの上にＭＥＭＳ素子を作製した後、作製した素子より僅かに大きい程度の小型キャップでＭＥＭＳ素子を覆い、これらの上からＬＣＰ（Liquid Crystal Polymer）と呼ばれる材料を堆積して膜を形成し、これを固化して封止した後、個々のチップに切り出すようにしている。
【００１２】
しかしながら、これらの方法は、ＭＥＭＳ素子を封止するための特殊な専用プロセスが必要となり、ＭＥＭＳ素子を供えたチップの実装を含めた製造コストを下げることが非常に困難である。
【００１３】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】特開２０００−３１１５７２号公報
【非特許文献１】K.E.Petersen,“Silicon as a mechanical materia1", Proc. IEEE, Vol.70, No.5, pp.420-457, May 1982.
【非特許文献２】Clark T.-C. Nguyen, L.P.B.Katehi, and G.M.Rebeiz, "Micromachined Devices for Wireless Communications", IEEE Proceeding, vol.86, No.8, pp.1756-1768, Aug. 1998.
【非特許文献３】D.Ando, K.Oishi, T.Nakamura, and S.Umeda,"Glass direct bonding technology for hermetic seal package", IEEE 10th Int. Wiorkshop on Micro Electro Mechanical Systems, pp.186-190, Jan.1997.
【非特許文献４】A.Jourdain, P.De Moor, S.Pamidighantam, and A.C.Tilmans, "Investigation of the hermeticity of BCB-sealed cavities for housing (RF-) MEMS devices", 15th IEEE Int.Conf. Micro Electro Mechanical Systems, pp.677-680, Jan.2002.
【非特許文献５】F.F.Faheem, K.C.Gupta, and Y.-C.Lee, "Flip-chip assembly and liquid crystal polymer encapsulation for variable MEMS capacitors", IEEE Trans. Microwave Theory and Tech., Vol.51, No.12, pp.2562-2567, Dec.2003.
【非特許文献６】N.Sato, H.Ishii, S.Shigematu, H.Morimura, T.Kamei, K.Kudou, M.Yano, K.Machida, H.Kyuragi, "A sealing technique for stacking MEMS on LSI using spin-coating film transfer and hot pressing",Jpn.J.App1.Phys., Vol.42, Part 1, No.4B, pp.2462-2467, Apr.2003.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
以上に示したように、例えば、無線通信用途において、複数のＭＥＭＳ素子と半導体集積回路とを集積化して一体化した装置は実現されていない。また、このように集積化した装置を実装するための、封止やパッケージングを低コストで実現することが、従来の技術では容易ではないという問題があった。
【００１５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、この目的は、ＭＥＭＳ素子などの微細な構造体から構成された異なる形態の素子が、ＬＳＩなどが形成されている半導体基板の上にモノリシックに搭載された半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板の上に形成された信号処理を含む回路機能を有する半導体集積回路と、半導体基板の上に形成されて半導体集積回路に接続された第１受動素子と、半導体基板の上に形成されて半導体基板の面に対向する天井壁とこの天井壁を半導体基板の上に支持する側壁とを備えた容器と、容器の内部の半導体基板の上に形成されて可動部を備えて半導体集積回路に接続された第２受動素子と、第１受動素子及び容器を埋め込んで半導体基板の全域に形成されて上面が平坦な樹脂絶縁層と、樹脂絶縁層の上面に配置された外部との接続のための端子とを少なくとも備えるようにしたものである。
従って、容器の内部は樹脂絶縁層により封止された状態となり、端子を備えた樹脂絶縁層の上面側が実装の面となる。なお、樹脂絶縁層の上面に配置されていずれかの端子と接続された表面実装部品を備えるようにしてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の上に信号処理を含む回路機能を有する半導体集積回路が形成された状態とする工程と、半導体基板の上に半導体集積回路に接続された第１受動素子が形成された状態とする工程と、半導体基板の上に所定領域を囲う側壁枠とこの側壁枠内に配置されて半導体集積回路に接続された第２受動素子とが形成された状態とする工程と、側壁枠の上に半導体基板の面に対向する天井壁が形成されて素子が側壁枠と天井壁とからなる容器に配置された状態とする工程と、第１受動素子及び第２受動素子を埋め込んで上面が平坦な樹脂絶縁層が半導体基板の全域に形成された状態とする工程と、外部との接続のための端子が樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする工程とを少なくとも備えるようにしたものである。
【００１８】
上記半導体装置の製造方法において、半導体集積回路が、半導体基板の上に形成された後、半導体集積回路の上に層間絶縁層が形成された状態とする第１工程と、層間絶縁層の上に第１シード層が形成された状態とする第２工程と、メッキ法により、第１金属パターン及びこれより厚い第２金属パターンが、第１シード層の上に形成された状態とした後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとしたエッチングによりシード層が選択的に除去された状態とする第３工程と、第２金属パターンの間を埋め込み第２金属パターンの一部が露出した状態で第１金属パターンが覆われた状態に、層間絶縁層の上に有機樹脂からなる第１犠牲層が形成された状態とする第４工程と、露出した第２金属パターンの部分を含んで第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とする第５工程と、メッキ法により、第３金属パターン及びこれより厚い第４金属パターンが、第２シード層の上に形成された状態とした後、第３金属パターン及び第４金属パターンをマスクとしたエッチングにより第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、第４金属パターンの間を埋め込み第４金属パターンの一部が露出した状態で第３金属パターンが覆われた状態に、第１犠牲層の上に有機樹脂からなる第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、露出した第４金属パターンの部分を含む第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とする第８工程と、メッキ法により、複数の開口部を備えた金属層及び第５金属パターンが形成された状態とした後、金属層及び第５金属パターンをマスクとしたエッチングにより第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、第１犠牲層及び第２犠牲層が除去された状態とする第１０工程と、金属層の上に開口部を塞ぐように封止絶縁層が形成された状態とする第１１工程と、第１金属パターン，第２金属パターン，第３金属パターン，第４金属パターン，第５金属パターン，金属層及び封止絶縁層が埋め込まれるように、層間絶縁層の上の半導体基板の全域に渡って上面が平坦な状態に樹脂絶縁層が形成された状態とする第１２工程と、樹脂絶縁層を介して半導体集積回路に接続した端子が樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする第１３工程とを少なくとも備え、第２金属パターンは、第１金属パターンが形成された領域を囲う枠状の部分と、この枠状の部分の内側に配置された内部部分とから構成され、第４金属パターンは、第２金属パターンの枠状の部分の上に配置されて枠状に形成された部分を備えて第２金属パターンの枠状の部分と側壁枠を構成し、第３金属パターンは、第２金属パターンの内部部分に接続されて形成され、金属層は、天井壁として側壁枠の上に配置され、第１金属パターン及び第３金属パターンは、側壁枠と天井壁とにより構成された容器の内部に配置され、容器の内部に配置されている第１犠牲層及び第２犠牲層は、開口部を介したエッチングにより除去するようにしてもよい。
【００１９】
また、前述した半導体装置の製造方法において、半導体集積回路が、半導体基板の上に形成された後、半導体集積回路の上に層間絶縁層が形成された状態とする第１工程と、層間絶縁層の上に第１シード層が形成された状態とする第２工程と、メッキ法により、第１金属パターン及びこれより厚い第２金属パターンが、第１シード層の上に形成された状態とした後、第１金属パターン及び第２金属パターンをマスクとしたエッチングによりシード層が選択的に除去された状態とする第３工程と、第２金属パターンの間を埋め込み第２金属パターンの一部が露出した状態で第１金属パターンが覆われた状態に、層間絶縁層の上に有機樹脂からなる第１犠牲層が形成された状態とする第４工程と、第１犠牲層の第１金属パターンの上部に第１絶縁パターンが形成された状態とする第５工程と、露出した第２金属パターンの部分を含んで第１犠牲層の上に第２シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第３金属パターンが、第２シード層の上に形成された状態とし、第３金属パターンをマスクとしたエッチングにより第２シード層が選択的に除去された状態とする第６工程と、第１絶縁パターン及び第３金属パターンの間を埋め込みこれらの上が露出した状態で、第１犠牲層の上に有機樹脂からなる第２犠牲層が形成された状態とする第７工程と、露出した一部の第３金属パターンの上に第２絶縁パターンが形成された状態とする第８工程と、露出した第３金属パターンの部分を含む第２犠牲層の上に第３シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第４金属パターンが、第３金属パターン及び第１絶縁パターンの上に形成された状態とし、第４金属パターンをマスクとしたエッチングにより第３シード層が選択的に除去された状態とする第９工程と、第２絶縁パターン及び第４金属パターンの間を埋め込みこれらの上面が露出した状態で、第２犠牲層の上に有機樹脂からなる第３犠牲層が形成された状態とする第１０工程と、露出した第２絶縁パターン及び第４金属パターンの部分を含んで第３犠牲層の上に第４シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、第５金属パターンが、一部の第４金属パターンの上に形成された状態とし、第５金属パターンをマスクとしたエッチングにより第４シード層が選択的に除去された状態とする第１１工程と、第５金属パターンの間を埋め込みこの上面が露出した状態で、第３犠牲層の上に有機樹脂からなる第４犠牲層が形成された状態とする第１２工程と、第５金属パターンの部分を含んで第４犠牲層の上に第５シード層が形成された状態とした後、メッキ法により、複数の開口部を備えた金属層及び第６金属パターンが形成された状態とした後、金属層及び第６金属パターンをマスクとしたエッチングにより第５シード層が選択的に除去された状態とする第１３工程と、第１犠牲層，第２犠牲層，第３犠牲層，及び第４犠牲層が除去された状態とする第１５工程と、金属層の上に開口部を塞ぐように封止絶縁層が形成された状態とする第１６工程と、第１金属パターン，第２金属パターン，第３金属パターン，第４金属パターン，第５金属パターン，第６金属パターン，金属層及び封止絶縁層が埋め込まれるように、層間絶縁層の上の半導体基板の全域に渡って上面が平坦な状態に樹脂絶縁層が形成された状態とする第１７工程と、樹脂絶縁層を介して半導体集積回路に接続した端子が樹脂絶縁層の上面に形成された状態とする第１８工程とを少なくとも備え、第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンは、第１金属パターンが形成された領域を囲う枠状の部分と、この枠状の部分の内側に配置された内部部分とから構成され、第５金属パターンは、第４金属パターンの枠状の部分の上に配置されて枠状に形成された部分を備えて第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンの枠状の部分と側壁枠を構成し、金属層は、天井壁として側壁枠の上に配置され、第２金属パターン，第３金属パターン、及び第４金属パターンの枠状の部分の内側に配置された内部部分と第１金属パターンとは、側壁枠と天井壁とにより構成された容器の内部に配置され、容器の内部に配置されている第１犠牲層，第２犠牲層，第３犠牲層，及び第４犠牲層は、開口部を介したエッチングにより除去するようにしてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
以上説明したように、本発明によれば、天井壁と側壁とを備えた容器の内部には、可動部を備えて半導体集積回路に接続された第２受動素子が備えられ、容器の内部は樹脂絶縁層により封止された状態となり、端子を備えた樹脂絶縁層の上面側が実装の面となるので、ＭＥＭＳ素子などの微細な構造体から構成された異なる形態の素子が集積回路とともにモノリシックに搭載された半導体装置が、一般的な半導体部品と同様に取り扱え、同様に実装できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図１〜図３は、本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。まず、図１（ａ）に示すように、例えばシリコンウエハなどの半導体基板１０１の上に、公知の半導体集積回路の製造技術により、信号処理を含む回路機能を備えた半導体集積回路１０２が形成され、この周囲に電極パッド１０３が形成された状態とする。電極パッド１０３は、実装時に外部との接続のための端子である。また、所定領域に、後述するＭＥＭＳ素子と接続するための接続パッド１０４及び表面実装部品を接続するための部品用パッド１０５が形成された状態とする。
【００２２】
接続パッド１０４は、ＭＥＭＳ素子と半導体集積回路１０２とを接続するための端子であり、ＭＥＭＳ素子との接続が可能な寸法に形成されていればよい。また、部品用パッド１０５は、フリップ実装する表面実装部品との接続が可能な寸法に形成されていればよい。なお、図１〜２では、１つのチップ領域を示しているが、これらは部分を示す斜視図である。半導体基板１０１は、図示していない領域にまで延在し、この上には、複数のチップが同時に形成されている。
【００２３】
次に、図１（ｂ）に示すように、金属製の側壁枠１０６ａに囲われた金属製の可動構造体１０６ｂ，１０６ｃ、及び固定構造体からなる固定素子１０７が、接続パッドにより集積回路に接続された状態で、半導体基板１０１の上に形成された状態とする。なお、図１（ｂ）以降では、接続パッド及び集積回路を示していない。可動構造体１０６ｂ，１０６ｃは、例えば、スイッチ素子，可変容量素子，共振子，メカニカルフィルタなどである。また、固定素子１０７は、例えば、インダクタ素子，伝送線路，アンテナ素子，インピーダンス整合素子などである。図１（ｂ）では、固定素子１０７としてスパイラル形状のインダクタ素子を示している。なお、側壁枠１０６ａは、酸化シリコンや窒化シリコンなどの材料から構成されていてもよい。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示すように、側壁枠１０６ａの上部に金属製の天井壁１０６ｄが形成され、ＭＥＭＳ素子１０６が形成された状態とする。半導体基板１０１の上では、形成された天井壁１０６ｄにより側壁枠１０６ａの内側が、空間を備えた状態で封止された状態となる。封止された空間内においては、可動構造体１０６ｂ，１０６ｃが、動作可能な状態となっている。例えば、天井壁１０６ｄを側壁枠１０６ａ上に配置した後、有機樹脂膜を用いることで、側壁枠１０６ａと天井壁１０６ｄとから構成される容器を封止することができる。
【００２５】
側壁枠１０６ａと天井壁１０６ｄとからなる容器により、可動構造体を希ガスなどの不活性ガス雰囲気中や真空中に封止すること可能となり、電気的には外部雑音などの影響や外部への不要放射を遮蔽することができる。なお、天井壁１０６ｄは、酸化シリコンや窒化シリコンなどの材料から構成されていてもよい。ただし、側壁枠１０６ａと天井壁１０６ｄを金属材料から構成することで、電気的な外部雑音などの影響や外部への不要放射が、より効果的に遮蔽可能となる。
【００２６】
次に、図２（ｄ）に示すように、電極パッド１０３の上に柱状の金属ポスト１０９が形成された状態とし、ＭＥＭＳ素子１０６及び固定素子１０７が、充分な厚さの樹脂絶縁層１０８に覆われた状態とする。樹脂絶縁層１０８の上面は、金属ポスト１０９の上面が露出して平坦な状態とされ、半導体部品としての実装を容易にしている。金属ポスト１０９の上面には、バンプを設けるようにしてもよい。
【００２７】
以上のように樹脂絶縁層１０８により各素子が覆われた状態とした後、半導体基板１０１より各チップ領域を切り出し、チップ部品（半導体装置）の状態とする。チップ部品とした状態では、ＭＥＭＳ素子１０６の機能を発現する可動構造体１０６ｂ，１０６ｃは、側壁枠１０６ａと天井壁１０６ｄとから構成される容器により封止されているので、通常の半導体チップと同様に扱うことが可能である。なお、側壁枠１０６ａと天井壁１０６ｄとから構成される１つの容器内に、複数の可動構造体を配置するようにしてもよい。
【００２８】
例えば、図３（ｅ）に示すように、チップ部品１１２の上面に露出した金属ポスト１０９に、表面実装部品１１０を実装するようにしてもよい。表面実装部品１１０は、部品用パッド（図示せず）の上に配置された金属ポスト１０９を介し、部品用パッドに接続している。また、表面実装部品１１０は、例えば、紫外線硬化樹脂や熱硬化樹脂などを用い、チップ部品１１２の樹脂絶縁層１０８上面に固定することができる。表面実装部品１１０は、ＳＡＷフィルタ，誘電体フィルタ，ＢＡＷフィルタ，水晶共振器などや、チップインダクタ，チップコンデンサ，チップ抵抗などの受動部品である。
【００２９】
図４は、チップ部品１１２を実装基板１１１に実装した例を模式的に示す断面図である。図４（ａ）に示すように、チップ部品１１２は、導電性接着剤や樹脂材料などにより実装基板１１１の所定箇所に接着固定され、実装基板１１１上に設けられたパッド１１４とチップ部品１１２の金属ポスト１０９上面とが、ワイヤ１１３により接続されている。チップ部品１１２の上には、前述したように、表面実装部品１１０が実装されている。表面実装部品１１０とチップ部品１１２との間には、アンダーフィル樹脂１２１が充填されている。また、実装基板１１１の上では、パッド１１４の領域まで含め、チップ部品１１２がポッティング樹脂１１５により覆われている。
【００３０】
図４（ａ）は、チップ部品１１２が、実装基板１１１にワイヤボンディング技術により実装された状態を示している。実装基板１１１は、プリント配線基板である。プリント配線基板としては、フレキシブル基板，セラミック基板，半導体基板などであればよい。また、実装基板１１１は、パッケージを構成するモールド樹脂やリードフレームの一部であってもよい。
【００３１】
また、チップ部品１１２は、図４（ｂ）に示すように、実装基板１１１にフリップチップ実装されてもよい。チップ部品１１２の金属ポスト１０９の上に設けられたバンプ１１６により、実装基板１１１にフリップチップ実装することができる。必要に応じ、チップ部品１１２と実装基板１１１との間に、アンダーフィル樹脂が充填されていてもよく、また、チップ部品１１２を覆うようにポッティング樹脂層が形成されていてもよい。
【００３２】
また、チップ部品１１２に表面実装部品１１０が実装されている場合、図４（ｃ）に示すように、実装基板１１１に空間１１７を設け、空間１１７に表面実装部品１１０が配置される状態で、チップ部品１１２をフリップチップ実装すればよい。なお、実装基板１１１は、ＴＡＢ（Tape Automated Bonding）法で用いられるフィルム状のテープキャリアであってもよい。
【００３３】
以上に説明したチップ部品によれば、複数のＭＥＭＳ素子が、空間内に封止された状態で集積回路とともに半導体基板の上に集積されているので、チップ部品を通常の半導体チップと同様に扱える。また、平坦化された樹脂絶縁層１０８を備えてこの表面に外部との接続用の端子となる金属ポスト１０９が配置されているようにしたので、実装などが容易となる。同様のことにより、封止されているＭＥＭＳ素子では実現できない機能を有する表面実装部品を、チップ部品に実装することも容易であり、本発明によれば、より高機能の半導体装置が実現できるようになる。
【００３４】
次に、上述した半導体装置（チップ部品）の製造方法について、より詳細に説明する。まず、図５（ａ）に示すように、シリコンウエハである半導体基板３０１の上に、公知の集積回路製造プロセスにより、複数のトランジスタ、抵抗、容量、配線などから構成された半導体集積回路３０２が形成された状態とする。また、半導体集積回路３０２の上に図示しない配線層の所定箇所に接続する電極部３０３が形成され、これらの上に、例えば酸化シリコンや窒化シリコンからなる層間絶縁層３０４が形成された状態とする
【００３５】
次に、所定の電極部３０３に接続するためのコンタクトホールが層間絶縁層３０４に形成された状態とした後、図５（ｂ）に示すように、層間絶縁層３０４の上にシード層３０５が形成された状態とする。シード層３０５は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば、まずチタンを堆積してこの上に金を堆積することで形成すれば良い。チタンの膜厚は０．１μｍ程度とし、金の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。
【００３６】
次に、シード層３０５の上にレジスト材料を塗布し、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光することにより所望箇所に開口部を備えたレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口部に露出するシード層３０５の上にメッキ法により金のパターンを形成し、この後レジストパターンを除去することで、図５（ｃ）に示すように、第１金属パターン３０６が形成された状態とする。引き続き、同様の工程を繰り返すことにより、第２金属パターン３０７が形成された状態とする。第２金属パターン３０７は、第１金属パターン３０６より厚く形成された状態とする。
【００３７】
例えば、第１金属パターン３０６の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を１μｍ程度とし、メッキ膜を膜厚０．３μｍ程度に形成された状態とすればよい。また、第２金属パターン３０７の形成時には、マスクとなるレジストパターンの膜厚を１μｍ程度とし、メッキ膜を膜厚０．６μｍ程度に形成された状態とすればよい。
【００３８】
この後、第１金属パターン３０６及び第２金属パターン３０７をマスクとしてシード層３０５をエッチング除去し、第１金属パターン３０６及び第２金属パターン３０７が層間絶縁層３０４の上で分離した状態とする。例えば、シード層３０５の上層にある金は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液により、ウエットエッチングすればよい。このエッチングにより露出したシード層３０５の下層のチタンは、フッ化水素水溶液によりウエットエッチングできる。
【００３９】
次に、図５（ｄ）に示すように、第１金属パターン３０６は覆われ、第２金属パターン３０７の上面は露出された状態に、層間絶縁層３０４の上に犠牲層３０８が形成された状態とする。例えば、ＰＢＯ（ポリベンザオキサゾール）からなる感光性有機樹脂を塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることで、犠牲層３０８が形成できる。犠牲層３０８形成のためのパターニング処理では、前処理として１２０℃のプリベークを４分程度行い、パターニング後には３１０℃程度の加熱処理を行い、有機樹脂の膜が熱硬化された状態とする。上記有機樹脂としては、住友ベークライト社製のＣＲＣ８３００を用いることができる。
【００４０】
次に、シード層３０５と同様にすることで、新たなシード層が形成された状態とし、第１金属パターン３０６及び第２金属パターン３０７と同様の２回のリソグラフィ工程及びメッキ法と、形成された金属パターンをマスクとしたシード層の選択エッチングとにより、図５（ｅ）に示すように、膜厚０．３μｍ程度の第３金属パターン３０９及び膜厚０．６μｍ程度の第４金属パターン３１０が形成された状態とする。
【００４１】
第３金属パターン３０９は、第２金属パターン３０７の一部に接続し、ＭＥＭＳ素子を構成する可動構造体の一部となる。第３金属パターン３０９の周囲に配置されている第４金属パターン３１０は、この下に配置されている第２金属パターン３０７と、側壁枠を構成するものとなる。また、他の第４金属パターン３１０は、一部の第２金属パターン３０７の上に接続して配置され、固定素子を構成するものとなる。次に、図５（ｄ）を用いて説明した方法と同様にし、図５（ｆ）に示すように、第３金属パターン３０９は覆われ、第４金属パターン３１０の上面は露出された状態に、犠牲層３０８の上に犠牲層３１１が形成された状態とする。
【００４２】
次に、シード層３０５と同様にすることで、新たなシード層が形成された状態とし、上記各金属パターンの形成と同様のリソグラフィ工程及びメッキ法と、形成された金属パターンをマスクとしたシード層の選択エッチングとにより、図５（ｇ）に示すように、複数の金属層３１２及び金属パターン３１４が形成された状態とする。メッキの厚さは、１μｍ程度とすればよい。一部の金属層３１２には開口部３１３が形成され、開口部３１３を備える金属層３１２は天井壁となる。複数の開口部３１３が、例えば、格子状に配列されていればよい。
【００４３】
以上のことにより、第２金属パターン３０７の一部に接続した第３金属パターン３０９からなる可動構造体と、これらを囲う第２金属パターン３０７及び第４金属パターン３１０からなる側壁枠と、この上に形成された開口部３１３を備える金属層３１２からなる天井壁とにより構成されたＭＥＭＳ素子が、半導体基板３０１の上に形成された状態が得られる。可動構造体は、側壁枠と天井壁とからなる容器内の空間に配置された状態となる。また、一部の第２金属パターン３０７，第４金属パターン３１０，及び金属パターン３１４から構成された固定素子が、半導体基板３０１の上に形成された状態が得られる。
【００４４】
次に、例えばオゾンアッシャー装置を用い、オゾンを犠牲層３０８，犠牲層３１１に作用させ、犠牲層３０８，犠牲層３１１を除去する。金属層３１２の下部の、第２金属パターン３０７及び第４金属パターン３１０からなる側壁枠に囲われた閉空間内の各犠牲層は、開口部３１３を介してオゾンを作用させることで除去できる。この後、図６（ｈ）に示すように、金属層３１２の上に封止絶縁層３１５が貼り付けられた状態とすることで、電極部３０３により半導体集積回路３０２と接続したＭＥＭＳ素子１０６及び固定素子１０７が、層間絶縁層３０４の上に形成された状態が得られる。各素子は、例えば、受動素子として機能する。
【００４５】
また、封止絶縁層３１５により、金属層３１２の開口部３１３は塞がれるので、金属層３１２の下の第２金属パターン３０７及び第４金属パターン３１０からなる側壁枠に囲われた空間は、封止された状態となる。なお、封止絶縁層３１５は、例えば、ＳＴＰ（spin-coating film transfer and hot pressing：非特許文献６参照）法により貼り付けられた絶縁膜を、パターニングすることで形成すればよい。貼り付ける絶縁膜は、例えば、膜厚５μｍ程度の有機材料からなる膜であればよい。また、樹脂を塗布することで上記絶縁膜が形成された状態としてもよい。また、化学的気相成長法により、上記絶縁膜が形成された状態としてもよい。また、上記絶縁膜の代わりに、金属などの導電性膜を用い、金属層３１２の開口部３１３を塞ぐようにしてもよい。
【００４６】
次に、図６（ｉ）に示すように、ＭＥＭＳ素子１０６及び固定素子１０７を覆うように、膜厚２０μｍ程度の樹脂絶縁層３１６が形成された状態とする。ＰＢＯからなる感光性有機樹脂を塗布することで、樹脂絶縁層３１６が形成できる。ついで、公知のフォトリソグラフィ技術により樹脂絶縁層３１６をパターニングし、図６（ｊ）に示すように、所定の電極部３０３にまで貫通する貫通孔３１６ａが形成された状態とする。貫通孔３１６ａが形成された後、３１０℃程度の加熱処理を行い、樹脂絶縁層３１６を構成する有機樹脂が熱硬化された状態とする。
【００４７】
次に、貫通孔３１６ａの底部を含む樹脂絶縁層３１６の表面にメッキによりシード層を形成した後、貫通孔３１６ａの部分に開口部を備えたレジストパターンを形成し、レジストパターンの開口部に選択的にメッキ膜が形成された状態とする。メッキ膜は、膜厚２０μｍ程度に形成された状態とし、形成されたメッキ膜により貫通孔３１６ａが充填された状態とする。
【００４８】
ついで、レジストパターンを除去した後、公知のＣＭＰ（Chemical Mechanical Policing）法により平坦化し、図６（ｋ）に示すように、金属ポスト３１７が形成された状態とする。レジストパターンを除去した後、メッキ膜が形成されていない領域に露出しているシード層を前述と同様のウエットエッチングにより除去した後、ＣＭＰ法による平坦化を行うようにしてもよい。この後、図６（ｌ）に示すように、金属ポスト３１７の上に、例えば金やはんだ材料からなるバンプ３１８が形成された状態としてもよい。バンプ３１８は、例えば、スタッド法やメッキ法により形成することができる。この後、半導体基板３０１より各チップ領域を切り出し、チップ部品（半導体装置）の状態とする。
【００４９】
以上のことにより、集積回路とともに複数のＭＥＭＳ素子がモノリシックに搭載されたチップ部品が、一連の半導体製造プロセスにより容易に形成可能となる。また、ウエハの状態の一貫した製造プロセスにより、ＭＥＭＳ素子の封止やパッケージまでを行うことが可能となる。
【００５０】
次に、他の製造方法例について、説明する。まず、前述した図５（ａ）〜図５（ｄ）までの工程と同様にし、図７（ａ）に示すように、半導体基板４０１の上に、半導体集積回路４０２，電極部４０３，層間絶縁層４０４，第１金属パターン４０５，第２金属パターン４０６，及び犠牲層４０７が、形成された状態とした後、図７（ｂ）に示すように、絶縁パターン４０８及び第３金属パターン４０９が形成された状態とする。
【００５１】
絶縁パターン４０８の形成について説明すると、まず、犠牲層４０７の上に、例えばスパッタ法によりチタン膜（膜厚０．１μｍ）が形成された状態とした後、例えばスパッタ法により酸化シリコン膜（膜厚０．３μｍ）が形成された状態とする。ついで、酸化シリコン膜を公知のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング法とにより加工してパターンとし、このパターンをマスクとしてチタン層をエッチングすることですることで、絶縁パターン４０８が形成できる。チタン層は、フッ化水素水溶液をエッチング液としたエッチングにより加工できる。また、第３金属パターン４０９は、前述した各金属パターンの形成と同様である。第３金属パターン４０９は、例えば膜厚０．４μｍ程度に形成されていればよい。
【００５２】
次に、図５（ｄ）を用いて説明した方法と同様にし、図７（ｃ）に示すように、絶縁パターン４０８及び第３金属パターン４０９の上面が露出された状態に、犠牲層４０７の上に犠牲層４１０が形成された状態とする。次に、絶縁パターン４０８及び第３金属パターン４０９の形成と同様にすることで、図７（ｄ）に示すように、絶縁パターン４１１及び第４金属パターン４１２が形成された状態とする。また、犠牲層４１０と同様にすることで、犠牲層４１３が形成された状態とする。次に、図７（ｅ）に示すように、第５金属パターン４１４が形成され、犠牲層４１５が形成された状態とする。
【００５３】
次に、図５（ｇ）を用いた説明と同様にすることで、図７（ｆ）に示すように、複数の金属層４１６及び金属パターン４１７が形成された状態とする。金属層４１６には、金属層３１２と同様に複数の開口部が形成されている。この後、図６を用いた説明と同様にすることで、第２金属パターン４０６の一部に接続した第３金属パターン４０９からなる可動構造体と、これらを囲う第２金属パターン４０６，第３金属パターン４０９，第４金属パターン４１２及び第５金属パターン４１４からなる側壁枠と、この上に形成された金属層４１６からなる天井壁とにより構成されたＭＥＭＳ素子が、半導体基板４０１の上に形成された状態が得られる。可動構造体は、例えば接点部に絶縁パターン４０８を備えた状態で、側壁枠と天井壁とからなる容器内の空間に配置された状態となる。また、一部の第２金属パターン４０６，第３金属パターン４０９，第４金属パターン４１２，第５金属パターン４１４及び金属パターン４１７から構成された固定素子が、半導体基板４０１の上に形成された状態が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図２】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図３】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図４】チップ部品１１２を実装基板１１１に実装した例を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図６】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図７】本発明の実施の形態における半導体装置の製造方法例を示す工程図である。
【図８】特許文献１に開示されたＭＥＭＳ素子のパッケージ状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００５５】
１０１…半導体基板、１０２…集積回路、１０３…電極パッド、１０４…接続パッド、１０５…部品用パッド、１０６…ＭＥＭＳ素子、１０６ａ…側壁枠、１０６ｂ，１０６ｃ…可動構造体、１０６ｄ…天井壁、１０７…固定素子、１０８…樹脂絶縁層、１０９…金属ポスト。
【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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