(57)【要約】【課題】半導体基板の実装側の電極に作用する応力を緩和できる半導体装置を提供することを目的としている。【解決手段】本発明の圧電振動子７０は、第１の面と第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板２０と、半導体基板２０の第１の面に設けられた外部電極用パッド電極３２と、半導体基板２０の前記第２の面に設けられた外部電極５０と、半導体基板２０を貫通する貫通孔４２に設けられ、外部電極用パッド電極３２及び外部電極５０に電気的に形成された貫通電極４６と、貫通孔４２に設けられ、貫通電極４６と半導体基板２０との間に設けられた絶縁層と、外部電極用パッド電極３２に電気的に接続された圧電振動片７２と、を備え、絶縁層の第２の面側における厚さは、第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴としている。【選択図】図１
2011223234.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、
前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、
前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、
前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、
前記外部電極用パッド電極に電気的に接続された圧電振動片と、を備え、
前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする圧電振動子。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記第２の面における開口が前記第１の面における開口よりも開口面積が大きいことを特徴とする請求項１に記載の圧電振動子。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって径大となるテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって径大となる階段状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の圧電振動子。
【請求項５】
前記絶縁層の前記第１の面側における厚さは、前記貫通孔及び前記貫通電極を断面視した場合において、前記第１の面を含む平面における前記絶縁層の厚さであり、
前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記貫通孔及び前記貫通電極を断面視した場合において、前記第２の面を含む平面における前記絶縁層の厚さであることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電振動子。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の圧電振動子を搭載したことを特徴とする圧電デバイス。
【請求項７】
前記圧電振動子は、発振回路のパッド電極と前記圧電振動片の接続端子を電気的に接続する再配置配線が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の圧電デバイス。
【請求項８】
第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、
前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、
前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、
前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、を備え、
前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする貫通電極構造。
【請求項９】
第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、
前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、
前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、
前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、を備え、
前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の第１の半導体装置と、
第２の半導体装置を備え、
前記第１の半導体装置の第１のパッド電極と、前記第２の半導体装置の第２のパッド電極を電気的に接続して前記第１の半導体装置上に前記第２の半導体装置を積層させたことを特徴とする半導体パッケージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特にＷＣＳＰ構造を応用した圧電振動子、圧電デバイス、貫通電極構造、半導体装置、半導体パッケージに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年半導体チップの回路形成面上に樹脂層を形成し、その上に配線を形成し、配線上に外部電極を形成したウエハレベルチップサイズパッケージ（ＷＣＳＰ）と呼ばれるパッケージが開発され、半導体デバイスの小型化・低背化に利用されている。
【０００３】
図８に従来技術に係るＷＣＳＰ構造１００を製造するための基本工程について示す。ＷＣＳＰ構造１００を製造するための基本工程は、まず（１）Ｓｉ等の半導体基板１０２上にＳｉＯ２やＳｉＮ等で保護膜１０４（パッシベーション膜）を積層し、（２）保護膜１０４の上にポリイミド等の絶縁樹脂層１０６をパターニングし、（３）絶縁樹脂層１０６上にＴｉＷ等を材料としたスパッタリングによりシード層１０８を積層し、（４）シード層１０８上にＣｕ等を材料としたスパッタリングにより配線の基層１１０を積層し、（５）配線１１４の配置に対応した位置において配線１１４を形成するためのメッキレジスト１１２をパターニングし、（６）Ｃｕ等を材料として配線の基層１１０上に電界メッキにより配線１１４を積層し、（７）メッキレジスト１１２を剥離して配線の基層１１０の露出した部分をエッチングにより除去し、（８）シード層１０８の露出した部分をエッチングにより除去し、（９）ポリイミド樹脂等を用いた絶縁樹脂層１１６（ソルダーレジスト層）を積層する。なお１層目の上に２層目を積層する場合は、（９）のソルダーレジスト層上において（３）から（９）までの工程を繰り返せばよい。
【０００４】
図９に従来技術に係るＷＣＳＰ構造１００の一例を示す。ＷＣＳＰ構造１００は半導体チップ１１８の回路形成面１２０上に積層され、回路形成面１２０上の電極１２２を再配置して半導体チップ１１８を実装する実装基板（不図示）上の電極（不図示）との電気的接続を行うものである。ＷＣＳＰ構造１００は半導体チップ１１８の回路形成面１２０において、ＳｉＯ２やＳｉＮ等で形成され電極１２２を露出するようにパターニングされたパッシベーション層１２４、ポリイミド等で形成され電極１２２を露出するようにパターニングされた１層目の絶縁層１２６、Ｃｕ等の材料を用いてスパッタリング等により形成し回路形成面１２０上の電極１２２と接続する１層目の配線１２８、ポリイミド等で形成され１層目の配線の一部を露出するようにパターニングされた２層目の絶縁層１３０、１層目の配線１２８と電気的に接続し回路形成面１２０上の電極１２２の再配置を行う２層目の配線１３２、の順に積層される。またフェースダウンボンディングを行う場合は、２層目の配線１３２上の適当な位置に半田ボール１３４を接続し、また必要に応じて２層目の配線１３２を樹脂封止するためのソルダーレジスト層１３８を積層している。
【０００５】
ここで、２層目の絶縁層１３０を形成する場合は、１層目の配線１２８の一部を露出させるようにパターニングし、２層目の絶縁層１３０に凹部１３０ａを形成する。そして２層目の配線１３２を形成すると同時に、凹部１３０ａの内壁に形成され第１層の配線１２８及び第２層の配線１３２に接続する貫通配線１３６を形成している。
【０００６】
上記構成を有することにより、回路形成面１２０上の電極１２２は、１層目の配線１２８、貫通配線１３６、２層目の配線１３２（半田ボール１３４）を介して、実装基板上の電極（不図示）の配置に対応した再配置を行いつつ実装基板上の電極（不図示）と電気的に接続することができる。
【０００７】
このようなＷＣＳＰ構造を応用して基板上に貫通電極を形成する技術として特許文献１が開示されている。特許文献１に開示された貫通電極は、半導体基板の第１の配線層側の開口径が外部接続端子側の開口径の内径よりも大きくなるようにした拡張部を第１の配線層付近に備えた貫通孔に形成している。この拡張部には貫通孔の内壁面と連続した絶縁層が形成されている。このような構成により貫通孔底部の各部におけるリーク電流の発生や絶縁膜のクラック等を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−３４４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ＷＣＳＰ構造の半導体基板を外部の実装基板に実装した場合に実装側の外部電極に対して横方向の応力が作用することがある。そうすると外部電極と電気的に接続している貫通電極の接続部分に応力が集中し歪みが発生して導通不良が生じる虞があった。
【００１０】
また半導体基板の実装面（裏面）に形成された振動片用パッド電極を表面に実装する振動片と電気的に接続するため貫通電極を形成していた。しかしながら貫通電極に相当する配線長による抵抗、容量を低減することは困難であった。
【００１１】
そこで上記従来技術の問題点を解決するため、本発明の圧電振動子、圧電デバイス、貫通電極構造、半導体装置、半導体パッケージは、半導体基板の実装側の電極に作用する応力を緩和することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
［適用例１］第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、前記外部電極用パッド電極に電気的に接続された圧電振動片と、を備え、前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする圧電振動子。
【００１３】
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制することができる。
【００１４】
また半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して振動子の発振特性の安定化を図ることができる。
【００１５】
［適用例２］前記貫通孔は、前記第２の面における開口が前記第１の面における開口よりも開口面積が大きいことを特徴とする適用例１に記載の圧電振動子。
上記構成により、径大の外部電極側の貫通孔の開口から孔内に絶縁層を容易に形成することができる。また形成した絶縁層のパッド電極側の薄層工程も容易に行なうことができる。
【００１６】
［適用例３］前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって径大となるテーパ状に形成されていることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動子。
上記構成により、貫通電極構造の製造工程において貫通孔の形成工程を簡略化することができる。
【００１７】
［適用例４］前記貫通孔は、前記第１の面から前記第２の面に向かって径大となる階段状に形成されていることを特徴とする適用例２に記載の圧電振動子。
上記構成により、貫通電極構造の製造工程において貫通孔内に形成する絶縁層と貫通電極の接触面積を拡大することができ、貫通孔内に貫通電極を確実に固定することができる。
【００１８】
［適用例５］前記絶縁層の前記第１の面側における厚さは、前記貫通孔及び前記貫通電極を断面視した場合において、前記第１の面を含む平面における前記絶縁層の厚さであり、前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記貫通孔及び前記貫通電極を断面視した場合において、前記第２の面を含む平面における前記絶縁層の厚さであることを特徴とする適用例１ないし適用例４のいずれか一例に記載の圧電振動子。
【００１９】
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制した圧電振動子を提供することができる。
【００２０】
［適用例６］適用例１ないし適用例５のいずれか１例に記載の圧電振動子を搭載したことを特徴とする圧電デバイス。
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制した圧電デバイスを提供することができる。
【００２１】
［適用例７］前記半導体装置は、発振回路のパッド電極と前記圧電振動片の接続端子を電気的に接続する再配置配線が形成されていることを特徴とする適用例６に記載の圧電デバイス。
上記構成により、電極の位置や配列を自由に設計することができる。また電極間の接続信頼性を確保するとともに、接続不良を低減した圧電デバイスを提供することができる。
【００２２】
［適用例８］第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、を備え、前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする貫通電極構造。
【００２３】
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制した貫通電極構造を提供することができる。
【００２４】
また半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して振動子の発振特性の安定化を図ることができる。
【００２５】
［適用例９］第１の面と前記第１の面の反対側の第２の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第１の面に設けられた外部電極用パッド電極と、前記半導体基板の前記第２の面に設けられた外部電極と、前記半導体基板を貫通する貫通孔に設けられ、前記外部電極用パッド電極及び前記外部電極に電気的に形成された貫通電極と、前記貫通孔に設けられ、前記貫通電極と前記半導体基板との間に設けられた絶縁層と、を備え、前記絶縁層の前記第２の面側における厚さは、前記第１の面側における厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【００２６】
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制した半導体装置を提供することができる。
【００２７】
また半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して振動子の発振特性の安定化を図ることができる。
【００２８】
［適用例１０］適用例９に記載の第１の半導体装置と、第２の半導体装置を備え、前記第１の半導体装置の第１のパッド電極と、前記第２の半導体装置の第２のパッド電極を電気的に接続して前記第１の半導体装置上に前記第２の半導体装置を積層させたことを特徴とする半導体パッケージ。
【００２９】
上記構成により、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制した半導体パッケージを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態の半導体装置の主要部分の拡大断面図である。
【図２】半導体装置の製造方法の第１実施形態の説明図である。
【図３】半導体装置の製造方法の第２実施形態の説明図である。
【図４】本実施形態の圧電振動子の説明図である。
【図５】本実施形態の圧電デバイスの説明図である。
【図６】本実施形態の半導体パッケージの説明図である。
【図７】本実施形態の半導体装置の変形例の説明図である。
【図８】従来技術に係るＷＣＳＰ構造を製造するための基本工程を示す模式図である。
【図９】従来技術に係るＷＣＳＰ構造を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の圧電振動子、圧電デバイス、貫通電極構造、半導体装置、半導体パッケージの実施形態を添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
図１は本実施形態の半導体装置の主要部分の拡大断面図である。図示のように本実施形態の半導体装置１０は、半導体基板２０の一方の主面（第１の面）２２に形成された外部電極用パッド電極３２と、半導体基板２０の他方の主面（第２の面）２４に形成された外部電極５０と、を備え、外部電極５０から前記外部電極用パッド電極３２に向かって貫通する貫通孔内に貫通電極を形成した半導体装置１０であって、貫通電極は前記貫通孔に絶縁層を介して形成され、絶縁層は外部電極５０から外部電極用パッド電極３２に向かって厚みを薄く形成している。
【００３２】
半導体基板２０は、Ｓｉ、ガラス、石英、水晶などで形成されたベアな板材、または集積回路（不図示）がパターニングされたものが用いられる。半導体基板２０は一方の主面２２と他方の主面２４からなり、本実施形態では集積回路を有する半導体基板２０において、集積回路、集積回路の電極、再配置配線が形成された回路形成面を一方の主面２２としている。
【００３３】
半導体基板２０の一方の主面２２と他方の主面２４にはそれぞれ第１の絶縁層２６、第２の絶縁層２８が形成されている。第１の絶縁層２６は一例として、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。第２の絶縁層２８は一例として、エポキシ樹脂、ポリイミド系などの絶縁材料を用いることができる。第１及び第２の絶縁層２６、２８はいずれもパッシベーション膜として用いてもよい。
【００３４】
半導体基板２０の一方の主面２２には、第１の絶縁層２６を介してパッド電極３０が形成されている。パッド電極３０は振動子接続用パッド電極（不図示）と外部電極用パッド電極３２から構成されている。これらのパッド電極３０は主に集積回路の配線形成時に形成することができ、材料としてＡｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｗ、Ｔｉｗ、ＴｉＮ、Ｎｉ等の導電性材料の単体又は複合材料により、単層又は複合層に形成することができる。なお、集積回路及びパッド電極３０と同時に再配置配線を形成してもよい。
【００３５】
貫通電極構造４０は、他方の主面２４から外部電極用パッド電極３２の裏面にかけて形成されている。貫通電極構造４０は、貫通孔４２と第３の絶縁層４４、および貫通電極４６により構成されている。
【００３６】
貫通孔４２は半導体基板２０に対し、一方の主面２２から他方の主面２４に向かって径大となるように形成されている。換言すると貫通孔４２は、他方の主面２４の開口が一方の主面２２の開口よりも開口面積を大きく形成している。そして貫通孔４２の側面は、一方の主面２２から他方の主面２４に向かって径大となるテーパ状に形成している。このほか貫通孔４２の側面は、一方の主面２２から他方の主面２４に向かって径大となる階段状に形成することもできる。
【００３７】
貫通孔４２は、上述したパッド電極３０と垂直方向に重なる位置に形成され、一方の主面２２に形成された第１の絶縁層２６から他方の主面２４に形成された第２の絶縁層２８にかけて、貫通孔４２の内壁面に沿って第３の絶縁層４４が形成されている。第３の絶縁層４４の材料は、第２の絶縁層２８と同様にエポキシ樹脂、ポリイミド系などの絶縁材料を用いることができる。貫通孔４２内の第３の絶縁層４４は、スピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法などの方法により形成される。これらの方法による第３の絶縁層４４の形成は貫通孔４２における他方の主面２４側から行うため、一方の主面２２から他方の主面２４に向かって径大となるテーパ状に形成したことにより、微小狭隘な貫通孔４２における一方の主面２２側の開口部近傍においても、確実に第３の絶縁層４４を形成することができる。さらに、第２の絶縁層２８及び第３の絶縁層４４は同じ材料を用いてもよい。これによりスピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法などの方法により第２の絶縁層２８及び第３の絶縁層４４を一括して形成することができる。ここで本実施形態の第３の絶縁層４４は、外部電極５０から外部電極用パッド電極３２に向かって厚みを薄く形成している。換言すると第３の絶縁層４４は、外部電極５０側よりも外部電極用パッド電極３２側の厚みが薄くなるように形成されている。つまり、半導体装置１０を実装基板に実装し外部電極５０に横方向（半導体基板２０の他方の主面２４の面方向）の応力が作用したとき、外部電極用パッド電極３２側の第３の絶縁層４４は薄く形成されているため電極を固定し、外部電極５０側の厚く形成された第３の絶縁層４４は応力を吸収する緩衝材として作用する。
【００３８】
貫通孔４２の内部に形成された第３の絶縁層４４の内側には、貫通電極４６が配置されている。貫通電極４６は、一方の主面２２側の開口部では、外部電極用パッド電極３２と電気的に接続し、実装側電極を構成するためのパターンの基点を構成する。一方、他方の主面２４側の開口部では、後述する外部電極５０と電気的に接続されている。このような貫通電極４６の役割としては一方の主面２２に形成したパッド電極３０と、他方の主面２４に形成された外部電極５０との電気的導通を図ることとなる。
【００３９】
また半導体基板２０の他方の主面２４には、第２の絶縁層２８を介して外部電極５０が形成されている。外部電極５０は実装先の接続端子と電気的に接続する電極である。外部電極５０は、一方の主面２２に形成された外部電極用パッド電極３２と対向する他方の主面２４に形成される。外部電極５０と外部電極用パッド電極３２は、貫通電極構造４０を介して電気的に接続されている。
【００４０】
半導体基板２０は、目的とする圧電デバイスの配列単位ごとにダイシングして個片化されて半導体チップとなり、圧電デバイスは半導体チップと一体化して形成される。なお本実施形態においては回路形成面に形成されたパッド電極、実装基板に接続する配線等は従来技術で述べたＷＣＳＰ構造の場合と同様なので、説明および図面での記載を省略する。
【００４１】
上記構成による半導体装置の製造方法の第１実施形態について以下説明する。図２は半導体装置の製造方法の第１実施形態の説明図である。
まず半導体基板２０の一方の主面２２に集積回路（不図示）を形成する。電極パッド３０は集積回路の配線形成時に集積回路の外側領域であって、半導体基板２０の縁辺近傍に形成される。第１の絶縁層２６は、熱酸化、ＣＶＤなどの方法によって形成することができる。集積回路形成後、再配置配線が形成される（図２（Ａ））。
【００４２】
次に図２（Ｂ）に示すように外部電極用パッド電極３２の裏面に向かって貫通孔４２を形成する。具体的には半導体基板２０の他方の主面２４の一面にレジストマスク（不図示）を形成する。レジストマスクの形成はフォトレジストなどのレジスト材料によるマスクを半導体基板２０上に形成しこれをパターン形成すればよい。レジストマスクのパターニングは所望のパターンに沿ったマスクを利用してレジストマスクを露光、現像することによって形成することができる。そしてレジストマスクの開口（貫通孔の形成箇所）に晒された半導体基板２０をドライエッチングする。ドライエッチングは第１の絶縁層２６が露出するまで行う。これにより貫通孔４２が形成される。
【００４３】
露出した第１の絶縁層２６をドライエッチングして除去する（図２（Ｃ））。貫通孔底面の第１の絶縁層２６をエッチングするボトムエッチングを施す。第１の絶縁層２６をＳｉＯ２とした場合、エッチングはＣＦ系ガスを用いたドライエッチングとすればよい。これにより貫通孔４２の底部に外部電極用パッド電極３２が露出する。図示のように、外部電極用パッド電極３２と貫通孔４２を連通させることができる。
【００４４】
外部電極用パッド電極３２と連通する貫通孔４２を形成した後、他方の主面２４に形成したレジスト膜（不図示）を剥離して、貫通孔４２の内壁面に対して第３の絶縁層４４、他方の主面２４に対して第２の絶縁層２８を形成する（図２（Ｄ））。第２、第３の絶縁層２８、４４の材料としてはエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などであり、感光性であることが望ましい。具体的には半導体基板その他方の主面２４側からスピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法などの方法により樹脂材を塗布する。このとき第３の絶縁層４４は、貫通孔４２の底部にも形成される。
【００４５】
次に貫通孔４２の底部及びスクライブラインなどの樹脂材を除去する部分以外の領域をマスクし、紫外線を照射して第２及び第３の絶縁層２８、４４を露光する。露光後、現像処理を行い貫通孔４２底部の第３の絶縁層４４を除去して外部電極用パッド電極３２を露出させる（図２（Ｅ））。このとき底部のマスクの開口径は図２（Ｄ）に示す貫通孔４２の底部に形成された第３の絶縁層４４の開口径ｌよりも長く、図２（Ｅ）に示すように貫通孔４２の内壁面（側面）に一部かかる長さｍに設定している。
【００４６】
本実施形態における第３の絶縁層４４の第１の面となる一方の主面２２側における厚さｔ１は、貫通孔４２及び貫通電極４６を断面視した場合において、第１の面を含む平面における第３の絶縁層４４の厚さと定義する。また第３の絶縁層４４の第２の面となる他方の主面２４側における厚さｔ２は、貫通孔４２及び貫通電極４６を断面視した場合において、第２の面を含む平面における第３の絶縁層４４の厚さと定義する。
【００４７】
上記構成による貫通孔４２の内部に形成される第３の絶縁層４４の厚みは、半導体基板２０の他方の主面２４を含む平面における第３の絶縁層４４の厚み（ｔ２）よりも、半導体基板２０の一方の主面２２を含む平面における第３の絶縁層４４の厚み（ｔ１）が薄くなるように形成される（ｔ２＞ｔ１）。
【００４８】
次に図２（Ｆ）に示すように、第３の絶縁層４４を形成した貫通孔４２の内部にスパッタと電界メッキを施し、貫通電極４６を形成し、貫通電極構造４０を構成する。具体的には貫通孔４２の内壁に下地膜を形成する。下地膜はＴｉＷやＴｉＮ、Ｔｉ、Ｃｒなどからなるバリア層をスパッタリングにより形成する。さらに、Ｃｕなどからなるシード層をスパッタリングにより形成する。次にシード層を電極として電界メッキ法により、貫通孔４２の内部に導電性材料を充填し、貫通電極構造４０を形成することができる。また同時に半導体基板２０の他方の主面２４にも外部電極５０を形成する。
【００４９】
このようにウエハ上に複数形成した半導体装置１０を配列単位ごとにダイシングして個片化する。これにより半導体装置１０を形成することができる。
このような本実施形態の半導体装置によれば、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側の絶縁層は薄く形成して電極を固定し、外部電極側の厚く形成された絶縁層は応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極構造の接続部分に生じる歪みを抑制することができる。また貫通電極構造の製造工程において貫通孔の形成工程を簡略化することができる。
【００５０】
次に半導体装置の主要部分の製造方法の第２実施形態について以下説明する。図３は半導体装置の製造方法の第２実施形態の説明図である。
変形例の半導体装置１０Ａの主要部分の製造方法は、貫通孔４２Ａを階段状に形成している。具体的に半導体装置１０Ａは、次のように形成している。
【００５１】
まず半導体基板２０の一方の主面２２に集積回路（不図示）を形成する。集積回路の外側領域であって、半導体基板２０の縁辺近傍に第１の絶縁層２６を介して電極パッド３０、再配置配線を形成する（図３（Ａ））。なお第１の絶縁層２６は、ＣＶＤにより形成することができる。
【００５２】
次に図３（Ｂ）、（Ｃ）に示すように外部電極用パッド電極３２の裏面に向かって貫通孔４２Ａとなる第１及び第２の凹部６０、６２を形成する。ここで第１の凹部６０は第２の凹部６２よりも径大であって、内壁面をテーパ状に形成している。一方第２の凹部６２は第１の凹部６０の底面よりも小径であって、円筒状に形成している。
【００５３】
具体的には半導体基板２０の他方の主面２４の一面にレジストマスク（不図示）を形成する。レジストマスクの形成はフォトレジストなどのレジスト材料によるマスクを半導体基板２０上に形成しこれをパターン形成すればよい。レジストマスクのパターニングは所望のパターンに沿ったマスクを利用してレジストマスクを露光、現像することによって形成することができる。そしてレジストマスクの開口（貫通孔の形成箇所）に晒された半導体基板２０を２段階のドライエッチングを行う。第１の凹部６０は第１のドライエッチングにより行う。第１の凹部６０は半導体基板２０を厚み方向に貫通させずに他方の主面２４から所望の深さとなるようにエッチング時間等を調整することにより形成することができる。次に第２の凹部６２を第２のドライエッチングにより行う。第２の凹部６２は、第１の凹部６０の底面に円筒状に形成される。このとき第２の凹部６２の外径は第１の凹部６０の底面よりも小径となるように形成している。第２のドライエッチングは第１の絶縁層２６が露出するまで行う。これにより第１及び第２の凹部６０、６２からなる階段状の貫通孔４２Ａが形成される。
【００５４】
貫通孔４２Ａ内に露出した第１の絶縁層２６をドライエッチングして除去する（図３（Ｄ））。貫通孔底面の第１の絶縁層２６をエッチングするボトムエッチングを施す。第１の絶縁層２６をＳｉＯ２とした場合、エッチングはＣＦ系ガスを用いたドライエッチングとすればよい。これにより貫通孔４２Ａの底部に外部電極用パッド電極３２が露出する。図示のように、外部電極用パッド電極３２と貫通孔４２Ａを連通させることができる。
【００５５】
外部電極用パッド電極３２と連通する貫通孔４２Ａを形成した後、他方の主面２４に形成したレジスト膜（不図示）を剥離して、貫通孔４２Ａの内壁面に対して第３の絶縁層４４Ａ、他方の主面２４に対して第２の絶縁層２８を形成する（図３（Ｅ））。第２、第３の絶縁層２８、４４Ａの材料としてはエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などであり、感光性であることが望ましい。具体的には半導体基板その他方の主面２４側からスピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法などの方法により樹脂材を塗布する。このとき貫通孔４２Ａを構成する第２の凹部６２は第３の絶縁層４４Ａで埋め込まれる。
【００５６】
次に貫通孔４２Ａを構成する第２の凹部６２及びスクライブラインなどの樹脂材を除去する部分以外の領域をマスクし、紫外線を照射して第２及び第３の絶縁層２８、４４Ａを露光する。露光後、現像処理を行い第２の凹部６２内の第３の絶縁層４４Ａを除去して外部電極用パッド電極３２を露出させる（図３（Ｆ））。このとき第２の凹部６２のマスクの開口径Ｏは第２の凹部６２の開口径ｎよりも短く設定している。これにより、貫通孔４２Ａの内部に形成される第３の絶縁層４４Ａの厚みは、半導体基板２０の他方の主面２４を含む平面における第３の絶縁層４４Ａの厚み（ｔ２）よりも、半導体基板２０の一方の主面２２を含む平面における第３の絶縁層４４Ａの厚み（ｔ１）が薄くなるように形成される（ｔ２＞ｔ１）。
【００５７】
次に図３（Ｇ）に示すように、第３の絶縁層４４Ａを形成した貫通孔４２Ａの内部にスパッタと電界メッキを施し、貫通電極４６Ａを形成し、貫通電極構造４０Ａを構成する。具体的には貫通孔４２Ａの内壁に下地膜を形成する。下地膜はＴｉＷやＴｉＮ、Ｔｉ、Ｃｒなどからなるバリア層をスパッタリングにより形成する。さらに、Ｃｕなどからなるシード層をスパッタリングにより形成する。次にシード層を電極として電界メッキ法により、貫通孔４２Ａの内部に導電性材料を充填し、貫通電極構造４０Ａを形成することができる。また同時に半導体基板２０の他方の主面２４にも外部電極５０を形成する。
【００５８】
このようにウエハ上に複数形成した半導体基板１０Ａを配列単位ごとにダイシングして個片化する。これにより半導体装置１０Ａを形成することができる。
このような本実施形態の半導体装置によれば、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側の絶縁層は薄く形成して電極を固定し、外部電極側の厚く形成された絶縁層は応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極構造の接続部分に生じる歪みを抑制することができる。また貫通電極構造の製造工程において貫通孔内に形成する絶縁層と貫通電極の接触面積を拡大することができ、貫通孔内に貫通電極構造を確実に固定することができる。
【００５９】
次に本実施形態の半導体装置を用いた圧電振動子について説明する。図４は本実施形態の圧電振動子の説明図である。図示のように本実施形態の圧電振動子７０は、本実施形態の半導体装置１０と、圧電振動片７２と、リッド７４と、を主な構成要件としている。
【００６０】
圧電振動片７２は、水晶振動片素子、音叉型振動片素子、ＡＴ振動片素子、ジャイロ振動片素子などを用いることができる。
リッド７４は、集積回路部品と平面視して略同サイズであって、一方の主面に半導体基板２０上に実装した圧電振動片７２を収容可能な凹部が形成された蓋体である。リッド７４は材料にシリコン、ガラスまたは水晶などを用いることができる。
【００６１】
上記構成による本実施形態の圧電振動子７０は、図１に示す半導体装置１０上に圧電振動片７２を実装し、半導体装置１０の一方の主面２２に形成されたパッド電極３０を構成する振動片用パッド電極３４と圧電振動片７２の接続電極７６を直に電気的に接続させている。また外部電極用パッド電極３２は貫通電極構造４０を介して外部電極５０と電気的に接続させている。圧電振動片７２を実装した半導体基板２０の一方の主面２２側をリッド７４で気密に封止する。リッド７４は一例として、窒素雰囲気下でシームリング（不図示）を介してシーム溶接により接合封止している。
【００６２】
このような本実施形態の圧電振動子によれば、半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して振動子の発振特性の安定化を図ることができる。
【００６３】
また集積回路の振動片用パッド電極３４に圧電振動片７２の接続電極７６を直接接続させているため、電極間の配線距離を短くすることができる。これにより圧電振動子の発振特性の安定性を図ることができる。
【００６４】
次に本実施形態の半導体装置を用いた圧電デバイスについて説明する。
図５は本実施形態の圧電デバイスの説明図である。図示のように本実施形態の圧電デバイス８０は、本実施形態の半導体装置１０と、圧電振動子８２とを主な基本構成としている。
【００６５】
圧電振動子８２は、パッケージに水晶振動片素子、音叉型振動片素子、ＡＴ振動片素子、ジャイロ振動片素子などを実装したものである。
上記構成による本実施形態の圧電デバイス８０は、図１に示す半導体装置１０上に圧電振動子８２を搭載し、半導体装置１０の一方の主面２２に形成されたパッド電極３０を構成する振動片用パッド電極３４と圧電振動子８２の接続電極８６を直に電気的に接続させている。また外部電極用パッド電極３２は貫通電極構造４０を介して外部電極５０と電気的に接続させている。
【００６６】
このような本発明の圧電デバイスによれば、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側となる第１の面側の絶縁層は薄く形成されているため電極を固定することができる。また外部電極側となる第２の面側の絶縁層は第１の面側における絶縁層の厚さよりも厚く形成されているため応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極の接続部分に生じる歪みを抑制することができる。
【００６７】
半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して振動子の発振特性の安定化を図ることができる。
【００６８】
次に本実施形態の半導体装置を用いた半導体パッケージについて説明する。
図６は本実施形態の半導体パッケージの説明図である。図示のように本実施形態の半導体パッケージ９０は、図１と同じ構成の半導体装置となる第１の半導体装置９２と、第２の半導体装置９４を主な基本構成としている。
【００６９】
上記構成による本実施形態の半導体パッケージ９０は、第１の半導体装置９２のパッド電極９５上にバンプ９６を形成し、第１及び第２の半導体装置９２，９４の回路形成面９２ａ、９４ａを互いに向き合わせて、バンプ９６上に導電性接着材９７を塗布して、第２の半導体装置９４のパッド電極９８と電気的に接続させている。また外部電極用パッド電極３２は貫通電極構造４０を介して外部電極５０と電気的に接続させている。なお第１及び第２の半導体装置９２，９４の間のその他の領域にはモールド樹脂層を形成して機械的に固定すればよい。
【００７０】
上記構成による本発明の半導体パッケージによれば、半導体基板の回路形成面の振動片用パッド電極と振動片の接続電極を直接電気的に接続することができる。このため引き回し配線を用いる必要がなく、最も短い配線長で接続することができる。よって配線に寄生する抵抗、容量を低減して良好な電気特性を得ることができる。また、半導体パッケージ９０が基板実装された際に生じる応力を効果的に緩和することができるため、良好な接続信頼性を得ることができる。
【００７１】
図７は本実施形態の半導体装置の変形例の説明図であり、半導体装置の主要部分の拡大断面図である。貫通孔内に形成する絶縁層は、パッド電極側で薄く、外部電極側で厚く形成することができればよい。変形例の半導体装置１０Ｂは、図示のように貫通孔４２Ｂの内壁面がストレート状（筒状）である。第２、第３の絶縁層２８Ｂ、４４Ｂの材料としてはエポキシ樹脂またはポリイミド樹脂などであり、感光性であることが望ましい。具体的には半導体基板２０に貫通孔４２Ｂを形成した後、半導体基板２０の他方の主面２４側からスピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法などの方法により樹脂材を塗布する。このとき第３の絶縁層４４Ｂは、貫通孔４２Ｂの底部にも形成されるが、貫通孔４２Ｂの一方の主面２２側よりも他方の主面２４側の方が絶縁膜が形成され易いため、一方の主面２２側よりも他方の主面２４側の絶縁層が厚く形成される。
【００７２】
次に貫通孔４２Ｂの底部及びスクライブラインなどの樹脂材を除去する部分以外の領域をマスクし、紫外線を照射して第２及び第３の絶縁層２８Ｂ、４４Ｂを露光する。露光後、現像処理を行い貫通孔４２Ｂ底部の第３の絶縁層４４Ｂを除去して外部電極用パッド電極３２を露出させる。これにより、貫通孔４２Ｂの内部に形成される第３の絶縁層４４Ｂの厚みは、外部電極５０側の厚み（ｔ２）よりも外部電極用パッド電極３２側の厚み（ｔ１）が薄くなるように形成される（ｔ２＞ｔ１）。
【００７３】
次に第３の絶縁層４４Ｂを形成した貫通孔４２Ｂの内部にスパッタと電界メッキを施し、貫通電極４６Ｂを形成し、貫通電極構造４０Ｂを構成する。具体的には貫通孔４２Ｂの底部に下地膜を形成する。下地膜はＴｉＷやＴｉＮ、Ｃｒなどからなるバリア層をスパッタリングにより形成する。さらに、Ｃｕなどからなるシード層をスパッタリングにより形成する。次にシード層を電極として電界メッキ法により、貫通孔４２Ｂの内部に導電性材料を充填し、底部の下地層から貫通電極構造４０Ｂを形成することができる。また同時に半導体基板２０の他方の主面２４にも外部電極５０を形成する。
【００７４】
このような変形例半導体装置１０Ｂによっても、半導体基板を実装基板に実装し外部電極に横方向の応力が作用したとき、パッド電極側の絶縁層は薄く形成して電極を固定し、外部電極側の厚く形成された絶縁層は応力を吸収する緩衝材として作用する。従って外部電極と貫通電極構造の接続部分に生じる歪みを抑制することができる。また貫通電極構造の製造工程において貫通孔の形成工程を簡略化することができる。
【符号の説明】
【００７５】
１０、１０Ａ、１０Ｂ………半導体装置、２０………半導体基板、２２………一方の主面、２４………他方の主面、２６………第１の絶縁層、２８………第２の絶縁層、３０………パッド電極、３２………外部電極用パッド電極、３４………振動片用パッド電極、４０、４０Ａ、４０Ｂ………貫通電極構造、４２、４２Ａ、４２Ｂ………貫通孔、４４、４４Ａ、４４Ｂ………第３の絶縁層、４６、４６Ａ、４６Ｂ………貫通電極、５０………外部電極、６０………第１の凹部、６２………第２の凹部、７０………圧電振動子、７２………圧電振動片、７４………リッド、７６………接続電極、８０………圧電デバイス、８２………圧電振動子、８６………接続電極、９０………半導体パッケージ、９２………第１の半導体装置、９４………第２の半導体装置、９５………パッド電極、９６………バンプ、９７………導電性接着材、９８………パッド電極、１００………ＷＣＳＰ構造、１０２………半導体基板、１０４………保護膜、１０６………絶縁樹脂層、１０８………シード層、１１０………配線の基層、１１２………メッキレジスト、１１４………配線、１１６………絶縁樹脂層、１１８………半導体チップ、１２０………回路形成面、１２２………電極、１２４………パッシベーション層、１２６………１層目の絶縁層、１２８………１層目の配線、１３０………２層目の絶縁層、１３２………２層目の配線、１３４………半田ボール、１３６………貫通配線、１３８………ソルダーレジスト層、２００………スパイラル型のインダクタ、２０２………ＳＡＷ素子、２０４………接着材。
【図１】
2011223234.tif 000003
【図２】
2011223234.tif 000004
【図３】
2011223234.tif 000005
【図４】
2011223234.tif 000006
【図５】
2011223234.tif 000007
【図６】
2011223234.tif 000008
【図７】
2011223234.tif 000009
【図８】
2011223234.tif 000010
【図９】
2011223234.tif 000011