(57)【要約】【課題】基板に開口を有する高周波デバイスを精度よく位置合わせすることが可能な高周波デバイスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１に貫通電極下部１４Ｄ、開口１６および突起１７を設ける。基板１１の表面に、絶縁膜１２、誘電体層１３、絶縁膜１２と誘電体層１３とを貫通する貫通電極上部１４Ａおよびスイッチング素子１５を形成する。基板１１には、開口１６および突起１７を同時に形成したのち、基板１１を貫通すると共に貫通電極上部１４Ａと接する貫通電極下部１４Ｄを形成する。開口１６および突起１７を同時に形成することにより、インターポーザ基板などの実装基板に精度よく位置合わせすることが可能な高周波デバイス１を、工程数を増やすことなく得ることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を有する基板と、
前記基板の表面に絶縁膜を介して積層された誘電体層と、
前記誘電体層上の前記開口に対応する位置に設けられた高周波素子と、
前記基板、前記絶縁膜および前記誘電体層を貫通する貫通電極と、
前記基板の裏面に設けられた少なくとも１つの突起と
を備えた高周波デバイス。
【請求項２】
前記突起は、前記貫通電極と同じ構造を有する、請求項１に記載の高周波デバイス。
【請求項３】
基板の表面に第１貫通孔を有する絶縁膜および誘電体層をこの順に形成する工程と、
前記第１貫通孔に貫通電極上部を形成する工程と、
前記誘電体層上に高周波素子を形成する工程と、
前記基板の裏面に前記貫通電極上部に対向する第２貫通孔、開口および突起を形成する工程と、
前記第２貫通孔に貫通電極下部を形成する工程と
を含む高周波デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems；マイクロマシン）技術を用いた高周波デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の集積化技術の向上に伴い、電子機器の小型・軽量化、低電圧動作・低消費電力化、高周波動作化が急速に進んでいる。特に、携帯電話などの移動通信端末装置の技術分野では、上記の要求が厳しい上に、高機能化も求められており、これらの対立する課題を解決する技術の一つとして、ＭＥＭＳが注目されている。
【０００３】
ところで、ＭＥＭＳデバイスをインターポーザ基板（実装基板）へ実装する際には、ＣＣＤ、赤外線ビジコンカメラを使用した透過光アライメントが用いられている（例えば特許文献１）。この手法では、表裏のアライメントは赤外カメラにより行われ、ピエゾ素子による微細制御を用いても機械的精度±５μｍといわれている。
【０００４】
そこで、自己組織化によって位置合わせを行う方法が開発されている（例えば非特許文献１）。この方法では支持基板（実装基板）の表面を撥水処理したのち所定の位置（チップ等を実装する位置）に親水性領域を設け、親水性領域に液体を滴下する。この液体上にチップ等を配置することによって自己組織的に位置合わせが行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７６０９８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】自己組織化ウエハー張り合わせによる三次元集積技術  応用物理学会分科会  シリコンテクノロジー「多層配線」特集号  ２００８、３４−３７ページ、福島誉史、田中徹、小柳光正
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記に例示した位置合わせの手法では、以下のような問題があった。すなわち、上記手法では基板は平面であることが前提であり、ＭＥＭＳデバイスのような基板裏面に開口を有する場合には用いることができない。
【０００８】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、実装基板へ実装する際に精度よく位置合わせすることが可能な高周波デバイスおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の高周波デバイスは、開口を有する基板と、この基板の表面に絶縁膜を介して積層された誘電体層と、この誘電体層上の開口に対応する位置に設けられた高周波素子と、基板、絶縁膜および誘電体層を貫通する貫通電極と、基板の裏面に設けられた少なくとも１つの突起とを備えたものである。
【００１０】
本発明の高周波デバイスの製造方法は、以下の工程（要件）を含むようにしたものである。
（Ａ１）基板の表面に第１貫通孔を有する絶縁膜および誘電体層をこの順に形成する工程
（Ｂ１）第１貫通孔に貫通電極上部を形成する工程
（Ｃ１）誘電体層上に高周波素子を形成する工程
（Ｄ１）基板の裏面に貫通電極上部に対向する第２貫通孔、開口および突起を形成する工程
（Ｅ１）第２貫通孔に貫通電極下部を形成する工程
【００１１】
本発明の高周波デバイスでは、基板の裏面に貫通電極および突起を設けることにより、基板に開口を有する高周波用デバイスを実装基板に容易に精度よく位置合わせをすることが可能となる。
【００１２】
本発明の高周波デバイスの製造方法では、基板の開口と基板裏面に設けられた突起とを同時に形成することにより、工程数を増やすことなく実装基板に精度よく位置合わせが可能な基板に開口を有する高周波デバイスを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高周波デバイスおよびその製造方法によれば、基板の裏面に貫通電極および突起を設けるようにしたので、実装基板への位置合わせを容易に精度よく行うことができる。また、基板の開口の形成工程において基板裏面の突起の形成を同時に行うようにしたので、工程数を増やすことなく実装基板に精度よく位置合わせすることが可能な高周波デバイスを得ることができる。従ってコストを抑えたデバイスの高周波特性の向上が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態に係る高周波デバイスを表す断面図である。
【図２】図１に示した高周波デバイスの製造工程の一例を表す断面図である。
【図３】図２に続く工程を表す断面図である。
【図４】図３に続く工程を表す断面図である。
【図５】図４に続く工程を表す断面図である。
【図６】本発明の適用例に係る高周波デバイスの実装工程を表す断面図である。
【図７】本発明の変形例に係る高周波デバイスを表す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、以下の順序で図面を参照しつつ詳細に説明する。
［実施の形態］
（１）全体構成
（２）製造方法
【００１６】
（１）全体構成
図１は本発明の一実施の形態に係る高周波デバイス１の断面構成を表したものである。高周波デバイス１は基板１１上に絶縁膜１２および誘電体層１３が積層され、この誘電体層１３上に例えばスイッチ素子１５のような高周波素子が設けられている。基板１１、絶縁膜１２および誘電体層１３にはこれらを貫通する貫通電極１４が形成されている。基板１１には開口１６が設けられると共に、基板１１裏面側に突起１７が設けられている。
【００１７】
基板１１は例えばシリコン基板であるが、その他、合成石英、ガラス、金属、樹脂または樹脂フィルムなどの材料からなるものでもよい。なお、基板１１に設けられた開口１６は、ここでは基板１１が完全に除去されているが、基板１１の一部が残っていてもよい。絶縁膜１２は例えばシリコン（Ｓｉ）を含む絶縁膜材料から構成されている。
【００１８】
誘電体層１３としては、例えばベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド（ＰＩ）、パリレンおよびダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの有機材料の他に、ＳｉＯ2などの無機材料を用いることができる。
【００１９】
貫通電極１４は、絶縁膜１２および誘電体層１３を貫通する貫通電極上部１４Ａと、誘電体層１３上に形成された電極端子１４Ｂと、基板１１を貫通すると共に貫通電極上部１４Ａと接続された貫通電極下部１４Ｃとから構成されている。貫通電極１４の材料としては、ここでは銅（Ｃｕ）を用いたがアルミニウム（Ａｌ）を用いてもよく、特に限定されない。
【００２０】
高周波デバイス１に実装する高周波素子として、ここでは誘電体駆動型の高周波スイッチング素子１５を用いている。このスイッチング素子１５では、誘電体層１３上に、引き込み電極１５Ａおよびポスト柱１５Ｂが設けられている。引き込み電極１５Ａ上には、ＳｉＮを含む絶縁材料よりなるスパッタ膜１５Ｃが成膜されている。ポスト柱１５Ｂにはポスト１５Ｄが設けられ、このポスト１５Ｄを支持部として可動電極１５Ｅが形成されている。なお、ここでは引き込み電極１５Ａ、ポスト柱１５Ｂ、ポスト１５Ｄおよび可動電極１５Ｅの材料としてアルミニウムを用いているが、その他の金属材料を用いるようにしてもよい。
【００２１】
次に、高周波デバイス１の製造方法について、図２〜図５を用いて説明する。
【００２２】
（２）製造方法
まず、図２（Ａ）に示したように、シリコン基板１１上に絶縁膜１２を形成する。具体的には、例えば厚さ０．６ｍｍのシリコン基板１１を例えば１０００℃で加熱し、水蒸気雰囲気下における熱酸化により、厚さ３μｍ程度のシリコン酸化層をシリコン基板１１の表面に形成する。次に、一方の面のシリコン酸化層を研磨除去して、シリコン基板１１の厚さを０．５ｍｍ程度とした後、シリコン酸化層上に貫通電極１４を設ける場所に、直径１００μｍ程度のマスク窓を開けてレジストを塗布する。その後、塩素プラズマなどによりエッチングを行い、貫通電極１４用の開口を有する絶縁膜１２を形成する。
【００２３】
続いて、図２（Ｂ）に示したように、絶縁膜１２上に誘電体層１３を形成する。具体的には、絶縁膜１２上に、ＢＣＢを厚みが２０μｍ程度になるように塗布したのち、無酸素条件下において例えば２８０℃、１時間の加熱処理を行い、重合を完了させる。その後、絶縁膜１２に設けた開口に対応する位置を、例えばＳＦ6および酸素プラズマを用いた反応性イオンエッチングによって除去し、上部貫通孔１８Ａを有する誘電体層１３を形成する。
【００２４】
続いて、図２（Ｃ）に示したように、誘電体層１３上に貫通電極上部１４Ａを形成する。具体的には、上部貫通孔１８Ａに例えばチタン（Ｔｉ）およびシード銅（Ｃｕ）をそれぞれ５０ｎｍ程度、１００ｎｍ程度にパターニング形成して下地層（図示せず）としたのち、電解銅めっきによりこの上部貫通孔１８Ａを銅で充填して貫通電極上部１４Ａを形成する。この配線パターンには、貫通電極下部１４Ｃを形成する際の電解めっきに用いる電極端子１４Ｂも予め形成しておく。
【００２５】
次に、図３（Ａ）〜（Ｄ）に示したように、誘電体層１３上に高周波スイッチング素子１５を形成する。具体的には、図３（Ａ）に示したように、例えばチタンを下地として例えばアルミニウム（Ａｌ）をスパッタしたのち、例えばフォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて所定の形状に加工し、引き込み電極１５Ａおよびポスト柱１５Ｂを形成する。続いて、引き込み電極１５Ａに例えばＳｉＮをスパッタし、厚さ５０ｎｍ程度のスパッタ膜１５Ｃをパターニング形成する。ポスト１５Ｄも同様にアルミニウムをスパッタしたのち、パターニングにより形成する。その後、図３（Ｂ）に示したように、例えば耐アルカリ性熱可塑性樹脂Ａ（日化精工製ＴＲ２）を用いて、電極端子１４Ｂ、引き込み電極１５Ａ、ポスト柱１５Ｂ、スパッタ膜１５Ｃおよびポスト１５Ｄを埋め込んだ樹脂層１９Ａを形成する。次いで図３（Ｃ）に示したように、樹脂層１９上に例えばアルミニウムをスパッタしたのち、例えばエッチング法を用いて、ポスト１５Ｄを支持部とした可動電極１５Ｅを形成する。その後、樹脂層１９Ａおよび可動電極１５Ｅ上に、再度耐アルカリ性熱可塑性樹脂Ａ（日化精工製ＴＲ２）からなる樹脂層１９Ｂを形成し、第１樹脂層１９上に、例えば銀フィラー入り熱可塑性樹脂Ｂ（Stay stick101）からなる第２樹脂層２０を形成する。このように、熱伝導性のよい第２樹脂層２０を形成することにより、次に行う基板１１の裏面のエッチング時に、スイッチング素子１５が熱によって損傷を受けることを抑制する。
【００２６】
続いて、図４（Ａ），（Ｂ）に示したように、基板１１の裏面に、貫通電極下部１４Ｃを形成するための下部貫通孔１８Ｂ、開口１６および突起１７を形成する。具体的には、例えばフォトリソグラフィ法を用いて基板１１の除去部分のパターニングを行ったのち、例えば深いエッチングが可能なＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）装置によるボッシュプロセスを用いてエッチングを行う。このボッシュプロセスにおける工程では、真空装置により圧力を０．０１パスカル程度に減圧したのち、例えば、壁面保護層を形成するＣ4Ｆ8プラズマによるフッ素化合物形成工程を５秒程度、ＳＦ6および酸素プラズマによるエッチングを１０秒程度行う。このとき、絶縁膜１２および貫通電極上部１４Ａの下地層として用いた銅はＣｕＦ2に変化して不動態となるため、この下地層でエッチングが停止する。この後、スプレーコータ装置により段差のある基板にコーティングを行ったのちマスク露光パターニングを行い、突起１７を形成する。
【００２７】
続いて、図４（Ｃ），（Ｄ）および図５（Ａ），（Ｂ）に示したように、下部貫通孔１８Ｂに貫通電極下部１４Ｃを形成する。具体的には、まず、例えば有機シランを用いたプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、基板１１の裏面、下部貫通孔１８Ｂおよび開口１６の側面および底面に、厚さ１μｍ程度のＳｉＯ2膜を形成する。その後、例えば基板１１の裏面に、−２ｋＶ程度のバイアスパルス電圧を印加し、アルゴンプラズマ雰囲気中において下部貫通孔１８Ｂおよび開口１６の側面に形成されたＳｉＯ2膜のみを残し、それ以外のＳｉＯ2膜を除去する。次いでスパッタ薄膜、例えばチタンおよび銅をこの順にそれぞれ５０ｎｍ程度および１００ｎｍ程度の厚さに成膜し、シード層１４Ｃを全面に形成する。その後、下部貫通孔１８Ｂおよびその周辺をフォトレジストでマスクして保護し、塩化第２鉄エッチング液などに浸してその他をエッチングしたのち、例えばＳＦ6プラズマを用いてチタンを除去する。次いで、フォトレジストのマスクも除去したのち、電解銅めっき用に形成した電極端子１４Ｂを、カソード電極としてめっき電極に接続して硫酸銅めっき層に浸し、１Ａ／ｄｍ2程度の電流を１時間程度通電させることにより、貫通電極下部１４Ｄを形成する。因みに、下部貫通孔１８Ｂの側面に残ったＳｉＯ2膜は、銅からなる貫通電極下部１４Ｄの同軸構造として機能する。このＳｉＯ2膜は、数Ωのインピーダンスを有し高周波特性を持つため、高周波における減衰の抑制が期待できる。
【００２８】
最後に図５（Ｃ）に示したように、第１樹脂層１９および第２樹脂層２０を例えばイソプロパノール（ＩＰＡ）に浸して溶解させたのち、超臨界乾燥装置にて炭酸ガスの超臨界圧力１０ＭＰａ下でＩＰＡと置換することにより、表面張力によるメンブレンの貼り付けなくメンブレンを自立させる。これにより、貫通電極１４、開口１６および突起１７を有する高周波デバイスが完成する。
【００２９】
以上のように本実施の形態の高周波デバイス１では、基板１１の裏面に貫通電極１４および突起１７を設けることにより、インターポーザ基板などにＩＲ等の装置を用いることなく、容易に精度よく位置合わせを行うことが可能となる。
【００３０】
高周波デバイスにおいてその周波数帯が５０ＧＨｚを超えたもの、例えばマイクロストリップ、ＣＰＷ（コプレナウエーブガイド）伝送線路では、その線間ピッチは１０μｍ以下である必要があり、この上下のデバイスの位置あわせ精度が伝播特性に影響を与える。本実施の形態の高周波デバイス１では、基板１１の裏面に貫通電極１４および突起１７を設け、この貫通電極１４と突起１７とを用いて位置合わせを行うようにしたので、要求される位置合わせ精度に十分対応することができる。
【００３１】
本実施の形態の製造方法では、基板１１の開口１６と同時に基板１１裏面側に突起１７を形成するようにしている。これにより、工程数を増やすことなくインターポーザ基板などの実装基板に実装する際の位置合わせを精度よく、且つ、容易に行うことを可能な高周波デバイス１を得ることができる。
【００３２】
このように本実施の形態の高周波デバイス１およびその製造方法によれば、基板１１に貫通電極１４、開口１６および突起１７を設けると共に、開口１６および突起１７の形成を同時に行うようにしている。これにより、工程数を増やすことなく、高周波用デバイス１をインターポーザ基板などの実装基板へ実装する際の位置合わせを精度よく行うことができる。また、ＩＲなどの装置を用いることなく位置合わせが行えるため、作業が簡略化される。従って、コストの増加を伴うことなく、デバイスの高周波特性を向上させることができる。
【００３３】
［適用例］
更に、上記実施の形態の高周波デバイス１をＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）へ実装する場合に対応する適用例について説明する。
【００３４】
図６は、高周波デバイス１をＣＭＯＳ２へ実装する際の実装工程の一例を表したものである。まず、ＣＭＯＳ基板２１およびこのＣＭＯＳ基板２１上に設けられた電極２２上に、例えばスピンコートまたはスプレーコートにより、感光性ＢＣＢ４０２４樹脂（ダウケミカル製）からなる厚さ１０〜１５μｍ程度の接着層２３を形成する。次いで、露光装置により接着層２３に、電極２２および高周波デバイス１に設けた突起１７の位置と対応する位置に、貫通孔２４を形成する。続いて、ＣＭＯＳ２側に設けた貫通孔２４に、高周波デバイス１の貫通電極１４と突起１７とを挿入したのち、１０ｋｇ／ｃｍ2程度の圧力を印加すると共に、１５０℃程度で加熱し接着する。この後、窒素置換して酸素濃度を１０ｐｐｍ以下程度にした電気炉にて、２５０℃、１時間程度加熱し、ＢＣＢ樹脂の最終重合を行う。これにより、接着層２３の厚さが８割程度減少し、高周波デバイス１とＣＭＯＳ２との接続部分が圧着される。
【００３５】
以上、実施の形態および適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態等に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態等では位置合わせに用いられる突起を、基板１１を用いて形成したが、例えば図７に示したように貫通電極１４と同様の構造としてもよい。
【００３６】
また、突起の数は１つとは限らず、複数形成してもかまわない。
【符号の説明】
【００３７】
１…高周波デバイス、２…ＣＭＯＳ、１１…基板、１２…絶縁膜、１３…誘電体層、１４…貫通電極、１５…スイッチング素子、１６…開口、１７…突起、１８…貫通孔、１９…第１樹脂層、２０…第２樹脂層、２１…ＣＭＯＳ基板、２２…電極、２３…接着層、２４…貫通孔。
【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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