(57)【要約】【課題】ＭＥＭＳ装置が備える性能を十分に発揮しうる装置構成を採用しつつ、徒らに製造工程数が増加することを防止し、製造時間の短縮を図ることができる半導体装置を提供する。【解決手段】基板２と、基板２上に設けられる有機絶縁膜３と、有機絶縁膜３上に、有機絶縁膜３よりも薄く形成される無機絶縁膜４と、無機絶縁膜４上に形成され、その内部にＭＥＭＳ素子５を中空に封止する中空封止構造体６と、有機絶縁膜３と無機絶縁膜４とを貫通して形成される貫通孔７と、貫通孔７に充填されて基板２に形成される電極とＭＥＭＳ素子５とを電気的に接続する導電性部材８とを備える。【選択図】図５
2011177861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に設けられる有機絶縁膜と、
前記有機絶縁膜上に、前記有機絶縁膜よりも薄く形成される無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜上に形成され、その内部にＭＥＭＳ素子を中空に封止する中空封止構造体と、
前記有機絶縁膜と前記無機絶縁膜とを貫通して形成される貫通孔と、
前記貫通孔に充填されて前記基板に形成される電極と前記ＭＥＭＳ素子とを電気的に接続する導電性部材と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記無機絶縁膜の開口よりも前記有機絶縁膜の開口が小さくなるように開孔されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記貫通孔には前記無機絶縁膜が形成されることを特徴とする請求項２に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、様々な分野において半導体装置が使用されている。特に、半導体装置が搭載される機器の小型化が進むにつれて、半導体装置の小型化も要求されている。このような要求を満たすために、チップを平面に置くのではなく幾重にも積み重ねて１つの半導体装置として形成する。
【０００３】
このような、いわゆる集積回路においては、積層されたチップ間の導通を図る必要がある。以下の特許文献１には、積層されたチップ間の導通を図るために貫通電極を設けた半導体デバイスパッケージ構造体について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１６６７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した特許文献１には以下に示す半導体装置は示されていない。
【０００６】
すなわち、近年、多くの分野において種々のマイクロマシンが用いられている。これに伴って、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術と言われる微細加工技術が進展している。そして、この技術を使用して製造されたＭＥＭＳ装置を基板上に接続した半導体装置も開発されている。このような半導体装置の場合、ＭＥＭＳ装置を駆動するためのドライバＩＣが形成された基板上に層間絶縁膜を形成して、その上にＭＥＭＳ装置が形成される。
【０００７】
但し、特に高周波信号を処理するＭＥＭＳ装置を含む半導体装置の場合、その高周波特性を維持するために基板（ドライバＩＣ）とＭＥＭＳ装置との間には十分な距離が必要とされる。そのため、層間絶縁膜としてテトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）が用いられる場合、例えば、１０μｍ以上となるようにこのＴＥＯＳ膜を厚く形成して、基板とＭＥＭＳ装置との距離を確保している。
【０００８】
しかしながら、ＭＥＭＳ装置の特性を発揮させるためにはできるだけ基板から離した位置に形成する必要があるものの、必要とされる層間絶縁膜の成膜には時間が掛かる。また、基板とＭＥＭＳ装置との間の導通を図るために貫通電極を設けなければならないが、この層間絶縁膜に貫通孔を形成するのは時間的にはもちろん、コストや製造工程の増加といった好ましくない状況が生じうる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、ＭＥＭＳ装置が備える性能を十分に発揮しうる装置構成を採用しつつ、徒らに製造工程数が増加することを防止し、製造時間の短縮を図ることができる半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る特徴は、半導体装置において、基板と、基板上に設けられる有機絶縁膜と、有機絶縁膜上に、有機絶縁膜よりも薄く形成される無機絶縁膜と、無機絶縁膜上に形成され、その内部にＭＥＭＳ素子を中空に封止する中空封止構造体と、有機絶縁膜と無機絶縁膜とを貫通して形成される貫通孔と、貫通孔に充填されて基板に形成される電極とＭＥＭＳ素子とを電気的に接続する導電性部材とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ＭＥＭＳ装置が備える性能を十分に発揮しうる装置構成を採用しつつ、徒らに製造工程数が増加することを防止し、製造時間の短縮を図ることができる半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の全体構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の全体構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するワークの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る半導体装置１の全体構成を示す断面図である。半導体装置１は、基板２上に有機絶縁膜３、無機絶縁膜４がそれぞれ形成され、さらに無機絶縁膜４の上に、その内部にＭＥＭＳ素子５を中空に封止する中空封止構造体６が形成されている。有機絶縁膜２と無機絶縁膜３には、両者を貫通して貫通孔７が形成されている。この貫通孔７に導電性部材８が充填されることで、基板２に形成される電極とＭＥＭＳ素子５とが電気的に接続される。また、導電性部材８には、外部電極９が接続され、この外部電極９を介して、半導体装置１は他の機器と電気的に接続される。中空封止構造体６や導電性部材８と外部電極９との接続部分は、ソルダレジスト１０によって封止されている。
【００１５】
基板２は、例えばシリコン単結晶からなる基材２ａを主体に形成されている。基材２ａの主面にはトランジスタ、抵抗、容量等の素子が配設されるとともに、素子間を結線する配線が配設され、集積回路が構築されている。図１においては、これら集積回路をまとめて配線層２ｂとして表わしている。配線層２ｂの主面には、配線層２ｂと電気的に接続され、外部と接続するための信号電極２ｃが複数形成されている。基板２は、上述した構成であり、全体としてドライバＩＣとしての役割を果たす。
【００１６】
基板２上（主面側）には、有機絶縁膜３が形成されている。上述したように、基板（ドライバＩＣ）２と後述するＭＥＭＳ素子５との間が離れている程、高周波特性をより良い状態に保つことが可能となる。一方で、ＭＥＭＳ素子５を含む中空封止構造体６を形成するためには、無機絶縁膜４が必須となる。そのため、これまではこの無機絶縁膜を厚く形成することで、基板（ドライバＩＣ）２とＭＥＭＳ素子５との間の距離を確保していた。
【００１７】
しかしながら、上述したように、無機絶縁膜を厚く形成するには時間もコストも掛かってしまうことから、半導体装置の製造効率やタクトタイム等を考慮すると半導体装置の製造に当たっては実際的ではない。
【００１８】
そこで、本発明では、基板（ドライバＩＣ）２とＭＥＭＳ素子５との間の距離を確保するために形成に時間やコストの掛かる無機絶縁膜ではなく、より短時間、安価に形成することのできる有機絶縁膜を採用している。一方で、この有機絶縁膜３上に必要とされる厚み分の無機絶縁膜４を形成することで、ＭＥＭＳ素子５を含む中空封止構造体６を形成するためには、無機絶縁膜４が必須であるとの条件を充足させることとしている。
【００１９】
有機絶縁膜３には、後述する貫通孔７が形成されるため、この貫通孔７の形成に容易な、例えば、フォトリソグラフィーでパターニング可能な感光性ポリマーが好適に採用される。感光性ポリマーとしては、例えば、ポリイミド（polyimide）樹脂、ＰＢＯ（poly-phenylene-benzobisoxazole）樹脂、低誘電率（例えば、誘電率３以下）のフッ素系樹脂を挙げることができる。さらには、有機絶縁膜３上には、無機絶縁膜４を介して中空封止構造体６が形成されるが、この中空封止構造体６の形成時の熱負荷に耐えうる高耐熱性が必要とされる。さらには、アウトガスの発生が少なく、低吸湿な感光性ポリマーであればなお良い。
【００２０】
有機絶縁膜３は、スピンコートやスプレーコート、或いは印刷法を用いて基板（ドライバＩＣ）２上に形成される。形成される厚みは、ＭＥＭＳ素子５の特性を考慮して、例えば、５μｍ以上、好適には１０μｍ以上である。
【００２１】
有機絶縁膜３上には、無機絶縁膜４が形成される。無機絶縁膜４としては、例えば、上述したＴＥＯＳ膜の他、ＳｉＯＦ膜（フッ素添加シリコン酸化膜）、ＳｉＯＣ膜（炭素含有シリコン酸化膜）が好適に用いられる。無機絶縁膜４は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、ＰＥ−ＣＶＤ（plasma-enhanced chemical vapor deposition）法、或いは、ＰＶＤ（physical vapor deposition）法等を用いて成膜される。この無機絶縁膜４は、中空封止構造体６を形成するに必要な膜であり、例えば、１μｍないし３μｍの厚みをもって形成される。
【００２２】
無機絶縁膜４上には、一般的なＭＥＭＳ工程によりＭＥＭＳ素子５が形成され、中空封止構造体６により中空に封止されている。なお、ＭＥＭＳ素子５の形成工程内には、例えばフォトリソグラフィーを用いたレジストの酸素プラズマアッシング工程や剥離液処理工程といった工程が含まれる。但し、有機絶縁膜３は無機絶縁膜４によって覆われているため、ＭＥＭＳ素子５の形成がなされてもダメージを受けることはない。
【００２３】
有機絶縁膜３及び無機絶縁膜４を貫通するように貫通孔７が形成されている。貫通孔７には、導電性部材８が充填されて基板（ドライバＩＣ）２とＭＥＭＳ素子５、及び外部電極９とを電気的に接続する。従って貫通孔７は、基板（ドライバＩＣ）２側の有機絶縁膜３と無機絶縁膜４とにそれぞれ開口を備える。これらの開口は、無機絶縁膜４の開口よりも有機絶縁膜３の開口が小さくなるように形成されており、無機絶縁膜４の開口から有機絶縁膜３の開口へ向けて窄まるような形状とされている。なお、第１の実施の形態においては、貫通孔７の表面にも無機絶縁膜４が形成されている。導電性部材８としては、例えば、銅（Ｃｕ）が好適に使用される。
【００２４】
外部電極９には、例えば錫銀（Ｓｎ−Ａｇ）はんだを好適に使用することができる。なお、外部電極９は、この錫銀はんだに限定されるものではなく、それ以外の２元系合金や３元系合金、若しくは鉛フリーはんだを使用してもよい。
【００２５】
次に、図２ないし図７を使用し、上述の半導体装置１の製造方法を説明する。まず最初に、図２に示す基板２を準備する。この基板（ドライバＩＣ）２は、基材２ａの主面に集積回路、集積回路の素子間を結線する配線といった配線層２ｂ、信号電極２ｃが既に製造された状態である。すなわち、基板（ドライバＩＣ）２は、半導体製造プロセスにおいてダイシング工程前の前処理プロセスの大半が終了したシリコンウエハ状態である。なお、ダイシング工程後においては、基板（ドライバＩＣ）２は、細分化され、半導体装置１になる。
【００２６】
引き続き、図３に示すように、まず基板（ドライバＩＣ）２上に有機絶縁膜３を、例えばスピンコート法によって形成する。成膜の厚みは、上述したように例えば、５μｍ以上、好適には１０μｍ以上である。但し、シリコンウエハの反りを抑制するために、シリコンウエハの全面に成膜するのではなく、ダイサーによって切断される領域であるダイシングストリートの部分は除いてパターニングする。その後、フォトリソグラフィーによって貫通孔７を形成する。
【００２７】
図４に示すように、貫通孔７が形成された有機絶縁膜３上に、例えばＰＥ−ＣＶＤ法を用いて無機絶縁膜４を成膜する。成膜される厚みは、上述したように、例えば、３μｍ程度である。但し、この無機絶縁膜４は、中空封止構造体６を形成するに必要なため形成されることから、少なくとも中空封止構造体６の形成の際必要とされる厚みが形成されれば良い。
【００２８】
無機絶縁膜４が形成された状態では、貫通孔７の表面にも成膜される。また、有機絶縁膜３が基板（ドライバＩＣ）２と接する部分に形成される開口部にも無機絶縁膜４が成膜される。
【００２９】
この状態で、無機絶縁膜４上にＭＥＭＳ素子５を含む中空封止構造体６を形成する（図５参照）。従って、中空封止構造体６が形成される周囲には、無機絶縁膜４によって覆われた貫通孔７が存在している。なお、この中空封止構造体６の形成工程については、既知の事柄であることからここでは説明を省略する。
【００３０】
そして、図６に示すように有機絶縁膜３が基板（ドライバＩＣ）２と接する部分に形成される開口部における無機絶縁膜４を削り、基板（ドライバＩＣ）２の信号電極２ｃが現われるようにする。この部分が無機絶縁膜４に覆われたままでは、貫通孔７に導電性部材８を充填しても基板（ドライバＩＣ）２、ＭＥＭＳ素子５及び外部電極９との間の導通を確保することができないからである。また、ＭＥＭＳ素子４に繋がる開口部７ａも併せて開口する。
【００３１】
その上で、ソルダレジスト１０を例えば、スピンコート法によって塗布する。この工程によって、中空封止構造体６等が封止される。さらに、フォトリソグラフィーによってパターニングをして導電性部材８上のソルダレジスト１０を剥離し、その部分に外部電極９を形成する。
【００３２】
外部電極９は、リフロー処理を行い、溶融、凝固させることにより、図１に示すように、球体に成型される。これによって、外部電極９と導電性部材８とは電気的に接続しかつ機械的に接合することができる。これらの工程を経ることによって、図１に示すような半導体装置１が製造される。
【００３３】
以上説明したように、ドライバＩＣ（基板）上にＭＥＭＳ素子を含む中空封止構造体を形成してなる半導体装置において、ＭＥＭＳ素子の高周波特性を発揮、維持させるためにはドライバＩＣとＭＥＭＳ素子との距離を確保すること必要とされる。また、中空封止構造体の形成に当たっては、無機絶縁膜の成膜が必要である。これらの要求を満たすために、これまでとは異なり無機絶縁膜によってドライバＩＣとＭＥＭＳ素子との間の距離を確保するのではなく、この役割を有機絶縁膜に担わせることによって、製造時間、工程数の短縮、コストの低減を図ることが可能となる。また、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を成膜することで、中空封止構造体の形成も阻害されない。
【００３４】
従って、ＭＥＭＳ装置が備える性能を十分に発揮しうる装置構成を採用しつつ、徒らに製造工程数が増加することを防止し、製造時間の短縮を図ることができる半導体装置を提供することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第２の実施の形態において、上述の第１の実施の形態において説明した構成要素と同一の構成要素には同一の符号を付し、同一の構成要素の説明は重複するので省略する。
【００３６】
本発明の第２の実施の形態における半導体装置１１は、図８に示されているように、貫通孔７の表面に無機絶縁膜４が成膜されていない点において、第１の実施の形態にて説明した半導体装置１と相違する。
【００３７】
このような特徴を備える半導体装置１１は、その製造工程も半導体装置１と相違するため、以下、図９ないし図１５を参照しつつ説明する。なお、図２を示して説明したように、基材２ａの主面に集積回路、集積回路の素子間を結線する配線といった配線層２ｂ、信号電極２ｃが既に製造された状態の基板（ドライバＩＣ）２を用意するのは第１の実施の形態における半導体装置１と同様である。
【００３８】
まず、図９に示すように、基板（ドライバＩＣ）２上に有機絶縁膜３を、例えばスピンコート法によって形成するとともに、フォトリソグラフィーによって貫通孔７を形成する。有機絶縁膜３の厚みは、上述したように例えば、５μｍ以上、好適には１０μｍ以上である。但し、半導体装置１１の性能だけではなく、後述するような有機絶縁膜３上に導電性部材８を形成した後に研削することを考慮して有機絶縁膜３の厚みが決定される。
【００３９】
その後、図１０に示すように、貫通孔７を充填するとともに、有機絶縁膜３の全面に導電性部材８を形成する。なお、「全面」とは表わしているがここでもダイシングストリートの領域は除いて導電性部材８が形成される。
【００４０】
そして、図１１に示すように、基板（ドライバＩＣ）２の主面に形成された導電性部材８側から貫通孔７に充填された導電性部材８のみが有機絶縁膜３と面一となって残るように平坦化処理（研削）を行う。この際、導電性部材８の周囲は有機絶縁膜３が現われている。
【００４１】
図１２に示すように、有機絶縁膜３と導電性部材８とが面一になった面上に、例えばＰＥ−ＣＶＤ法を用いて無機絶縁膜４を成膜する。成膜される厚みは、上述したように、例えば、３μｍ程度である。但し、この無機絶縁膜４は、中空封止構造体６を形成するに必要なため形成されることから、少なくとも中空封止構造体６の形成の際必要とされる厚みがあれば良い。
【００４２】
この状態で、無機絶縁膜４上にＭＥＭＳ素子５を含む中空封止構造体６を形成する（図１３参照）。貫通孔７は無機絶縁膜４によって覆われているため、中空封止構造体６は、無機絶縁膜４に覆われた基板（ドライバＩＣ）２上に形成される。なお、この中空封止構造体６の形成工程については、既知の事柄であることからここでは説明を省略する。
【００４３】
そして、図１４に示すように貫通孔７の領域を覆う無機絶縁膜４を開口し、貫通孔７、すなわち導電性部材８が現われるようにする。この部分が無機絶縁膜４に覆われたままでは、貫通孔７に導電性部材８を充填しても基板（ドライバＩＣ）２、ＭＥＭＳ素子５及び外部電極９との間の導通を確保することができないからである。また、ＭＥＭＳ素子４に繋がる開口部７ａも併せて開口する。
【００４４】
開口された無機絶縁膜４を埋めるとともに、ＭＥＭＳ素子５とも接続することが可能となるよう導電性部材８を形成する（図１５参照）。
【００４５】
その上で、ソルダレジスト１０を例えば、スピンコート法によって塗布する。この工程によって、中空封止構造体６等が封止される。さらに、フォトリソグラフィーによってパターニングをして導電性部材８上のソルダレジスト１０を剥離し、その部分に外部電極９を形成する。
【００４６】
外部電極９は、リフロー処理を行い、溶融、凝固させることにより、図８に示すように、球体に成型される。これによって、外部電極９と導電性部材８とは電気的に接続しかつ機械的に接合することができる。これらの工程を経ることによって、図８に示すような半導体装置１１が製造される。
【００４７】
以上説明したように、ドライバＩＣ（基板）上にＭＥＭＳ素子を含む中空封止構造体を形成してなる半導体装置において、ＭＥＭＳ素子の高周波特性を発揮、維持させるためにはドライバＩＣとＭＥＭＳ素子との距離を確保すること必要とされる。また、中空封止構造体の形成に当たっては、無機絶縁膜の成膜が必要である。これらの要求を満たすために、これまでとは異なり無機絶縁膜によってドライバＩＣとＭＥＭＳ素子との間の距離を確保するのではなく、この役割を有機絶縁膜に担わせることによって、製造時間、工程数の短縮、コストの低減を図ることが可能となる。また、有機絶縁膜上に無機絶縁膜を成膜することで、中空封止構造体の形成も阻害されない。
【００４８】
また、本発明の第２の実施の形態における半導体装置１１では、上述したように、中空封止構造体６を形成する際、その形成される領域周辺はすべて無機絶縁膜４が成膜されて平坦な状態とされており、周囲に貫通孔７のような開口は形成されていない。従って、第１の実施の形態にて説明した半導体装置１の場合と比べて、周囲の開口を気にすることなく中空封止構造体６の形成を行うことができる。
【００４９】
従って、ＭＥＭＳ装置が備える性能を十分に発揮しうる装置構成を採用しつつ、徒らに製造工程数が増加することを防止し、製造時間の短縮を図ることができる半導体装置を提供することができる。
【００５０】
なお、半導体装置１１の製造に当たっては、上述した第２の実施の形態にて説明した製造方法ではなく、以下に説明する方法でも製造することができる。
【００５１】
すなわち、基板（ドライバＩＣ）２上に有機絶縁膜３を形成した後、すぐに貫通孔７を設けるのではなく、有機絶縁膜３上に無機絶縁膜４を成膜し、さらに中空封止構造体６まで形成してしまう。
【００５２】
その後、フォトリソグラフィーを用いて有機絶縁膜３、無機絶縁膜４の両者を併せて開口し、貫通孔７を形成する。その上で、この貫通孔７に導電性部材８を充填し、ソルダレジスト１０の塗布、外部電極９の形成を経て半導体装置１１を製造する。
【００５３】
このような製造の流れを採用しても半導体装置１１を製造することができる。
【００５４】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００５５】
１…半導体装置、２…基板（ドライバＩＣ）、２ａ…基材、２ｂ…配線層、２ｃ…信号電極、３…有機絶縁膜、４…無機絶縁膜、５…ＭＥＭＳ素子、６…中空封止構造体、７…貫通孔、８…導電性部材、９…外部電極、１０…ソルダレジスト、１１…半導体装置
【図１】
2011177861.tif 000003
【図２】
2011177861.tif 000004
【図３】
2011177861.tif 000005
【図４】
2011177861.tif 000006
【図５】
2011177861.tif 000007
【図６】
2011177861.tif 000008
【図７】
2011177861.tif 000009
【図８】
2011177861.tif 000010
【図９】
2011177861.tif 000011
【図１０】
2011177861.tif 000012
【図１１】
2011177861.tif 000013
【図１２】
2011177861.tif 000014
【図１３】
2011177861.tif 000015
【図１４】
2011177861.tif 000016
【図１５】
2011177861.tif 000017