(57)【要約】      （修正有）【課題】各基板間の接合強度を向上させることで信頼性を向上させることのできる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】第１の基板であるセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の一方の面に第２の基板である貫通孔配線形成基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０を積層し、他方の面に第３の基板であるカバー基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０を積層し、当該積層した複数のセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３のそれぞれに貫通孔を形成し、当該貫通孔内に連結部材を充填した後に各チップにダイシングするものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第1の基板を複数形成したセンサウェハの一方の面に第２の基板を複数形成した第１のパッケージウェハを積層し、他方の面に第３の基板を複数形成した第２のパッケージウェハを積層し、当該積層した複数の第１、第２及び第３の基板のそれぞれに貫通孔を形成し、当該貫通孔内に連結部材を充填した後に各チップにダイシングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
電子装置が形成された半導体基板からなる第１の基板と、第１の基板の一方面に積層して配置された第２の基板と、第１の基板の他方面に積層して配置された第３の基板と、第１、第２及び第３の基板を貫通して形成された貫通孔と、貫通孔内に設けられた第１、第２及び第３の基板を連結する連結部材とを有することを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
第２の基板と第３の基板の両方またはいずれか一方の基板の貫通孔は、第１の基板に対向する側とは逆側の端部に拡径孔部が形成されると共に、連結部材は、前記拡径孔部に対応する位置に拡径部が設けられていることを特徴とする請求項２載の半導体装置。
【請求項４】
拡径孔部は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面が段形状に形成されると共に、拡径部は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように前記段形状に対応した段形状が形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項５】
拡径孔部は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面を傾斜して形成されると共に、拡径部は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように拡径孔部の傾斜した形状に対応する傾斜した形状が形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置。
【請求項６】
第２の基板と第３の基板の両方またはいずれか一方の基板の貫通孔は、内周面に凹形状と凸形状の両方またはいずれか一方が形成されており、連結部材は、前記凹及び前記凸に対応する位置に凸形状と凹形状の両方またはいずれか一方が形成されていることを特徴とする請求項２記載の半導体装置。
【請求項７】
連結部材は、全部または一部を導電性材料で構成されており、連結部材を電子装置からの電気信号を外部に導く配線として用いることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
連結部材は、中心部を熱硬化性樹脂で構成され、外周部を導電性材料で構成されていることを特徴とする請求項７記載の半導体装置。
【請求項９】
連結部材は、熱硬化性樹脂で構成されていることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
貫通孔をドライエッチングにより形成し、当該ドライエッチングの際に貫通孔の内周面に凹と凸の両方またはいずれか一方を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、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】
従来から、特開２００１−１２９８００号公報（特許文献１）に示されるようなマイクロデバイスパッケージが知られている。このマイクロデバイスパッケージは、図１４に示すように、第1の基板である機能性マイクロデバイス３２と、機能性マイクロデバイス３２の両面に積層された第２及び第３の基板であるフィードスルー付き基板３１から成っている。機能性マイクロデバイス３２は、第２及び第３の基板であるフィールドスルー突き基板３１で挟み込むことによってパッケージを施し、マイクロマシンセンサーやアクチュエータなどの機能を有するマイクロパッケージが製造される。
【特許文献１】特開２００１−１２９８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特開２００１−１２９８００号公報に示される上記従来例のマイクロデバイスパッケージにあっては、第１の基板である機能性マイクロデバイス３２と、その上部に設けられた第２の基板であるフィードスルー付き基板３１ａと、下部に設けられた第３の基板であるフィードスルー付き基板３１ｂとをそれぞれウェハレベルで接合、パッケージングする。その後、パッケージングされたマイクロデバイスパッケージを各チップにダイシングする工程において、各基板間の接合強度不足によって、接合界面の剥離が生じ、ウェハ面内のチップ良品率が下がるという問題があった。
【０００４】
本願発明は上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その課題は、各基板間の接合強度を向上させることで信頼性を向上させることのできる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本願請求項１記載の発明では、第1の基板を複数形成したセンサウェハの一方の面に第２の基板を複数形成した第１のパッケージウェハを積層し、他方の面に第３の基板を複数形成した第２のパッケージウェハを積層し、当該積層した複数の第１、第２及び第３の基板のそれぞれに貫通孔を形成し、当該貫通孔内に連結部材を充填した後に各チップにダイシングすることを特徴としている。
【０００６】
本願請求項２記載の発明では、電子装置が形成された半導体基板からなる第１の基板と、第１の基板の一方面に積層して配置された第２の基板と、第１の基板の他方面に積層して配置された第３の基板と、第１、第２及び第３の基板を貫通して形成された貫通孔と、貫通孔内に設けられた第１、第２及び第３の基板を連結する連結部材とを有することを特徴としている。
【０００７】
本願請求項３記載の発明では、上記請求項２記載の半導体装置において、第２の基板と第３の基板の両方またはいずれか一方の基板の貫通孔は、第１の基板に対向する側とは逆側の端部に拡径孔部が形成されると共に、連結部材は、前記拡径孔部に対応する位置に拡径部が設けられていることを特徴としている。
【０００８】
本願請求項４記載の発明では、上記請求項３記載の半導体装置において、拡径孔部は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面が段形状に形成されると共に、拡径部は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように前記段形状に対応した段形状が形成されていることを特徴としている。
【０００９】
本願請求項５記載の発明では、上記請求項３記載の半導体装置において、拡径孔部は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面を傾斜して形成されると共に、拡径部は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように拡径孔部の傾斜した形状に対応する傾斜した形状が形成されていることを特徴としている。
【００１０】
本願請求項６記載の発明では、上記請求項２記載の半導体装置において、第２の基板と第３の基板の両方またはいずれか一方の基板の貫通孔は、内周面に凹形状と凸形状の両方またはいずれか一方が形成されており、連結部材は、前記凹及び前記凸に対応する位置に凸形状と凹形状の両方またはいずれか一方が形成されていることを特徴としている。
【００１１】
本願請求項７記載の発明では、上記請求項２乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、連結部材は、全部または一部を導電性材料で構成されており、連結部材を電子装置からの電気信号を外部に導く配線として用いることを特徴としている。
【００１２】
本願請求項８記載の発明では、上記請求項７記載の半導体装置において、連結部材は、中心部を熱硬化性樹脂で構成され、外周部を導電性材料で構成されていることを特徴としている。
【００１３】
本願請求項９記載の発明では、上記請求項２乃至６のいずれか１項に記載の半導体装置において、連結部材は、熱硬化性樹脂で構成されていることを特徴としている。
【００１４】
本願請求項１０記載の発明では、上記請求項１記載の半導体装置の製造方法において、貫通孔をドライエッチングにより形成し、当該ドライエッチングの際に貫通孔の内周面に凹と凸の両方またはいずれか一方を形成することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本願請求項１記載の発明の半導体装置の製造方法においては、第1の基板を複数形成したセンサウェハの一方の面に第２の基板を複数形成した第１のパッケージウェハを積層し、他方の面に第３の基板を複数形成した第２のパッケージウェハを積層し、当該積層した複数の第１、第２及び第３の基板のそれぞれに貫通孔を形成し、当該貫通孔内に連結部材を充填した後に各チップにダイシングする。このことによって、積層した基板に連結部材を介在させることができるので、各チップにダイシングする工程において、各基板間の接合強度を向上させることが可能である。これにより、半導体装置の歩留りを改善させ、信頼性を向上させることができる。
【００１６】
本願請求項２記載の発明の半導体装置においては、第１、第２及び第３の基板を貫通して形成された貫通孔と、貫通孔内に設けられた第１、第２及び第３の基板を連結する連結部材とを有することによって、連結部材が各基盤間の接合を補助する効果を奏することで、各基板間の接合強度を向上させることができる。このことによって、半導体装置の歩留まりを改善させ、信頼性を向上させることができる。
【００１７】
本願請求項３記載の発明の半導体装置においては、特に、第２の基板と第３の基板の端部に拡径孔部が形成されると共に、連結部材は、前記拡径孔部に対応する位置に拡径部が設けられているので、拡径孔部は、第２及び第３の基板の貫通孔の他の部分の断面積よりも大きいこととなる。これにより、拡径部が拡径孔部の底部に当接することによって、連結部材が貫通孔内で移動することが困難となり、連結部材が貫通孔から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００１８】
本願請求項４記載の発明の半導体装置においては、特に、拡径孔部は、内周面が段形状に形成されると共に、拡径部は、前記段形状に対応した位置に段形状を形成されているので、拡径部の各段が拡径孔部の各段の底部に当接する。このことによって、連結部材は、貫通孔内で移動することがさらに困難となり、連結部材が貫通孔から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００１９】
本願請求項５記載の発明の半導体装置においては、特に、第２の基板と第３の基板の拡径孔部は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面を傾斜して形成されているので、拡径部は、第２及び第３の基板の貫通孔の第１の基板に対向する側の面の開口面積よりも大きいこととなる。これにより、連結部材が貫通孔から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００２０】
本願請求項６記載の発明の半導体装置においては、特に、第２及び第３の基板に設けた貫通孔の内周面に凹形状及び凸形状の少なくとも一方を形成すると共に、連結部材の外周面に貫通孔の内周面に設けた凹形状または凸形状に対応する凸形状または凹形状を設けているので、凹形状及び凸形状は互いに嵌め合うこととなる。これにより、連結部材は、貫通孔内での移動が困難となり、さらに接合強度を向上させることができる。
【００２１】
本願請求項７記載の発明の半導体装置においては、特に、連結部材の全部または一部を導電性材料で構成し、当該連結部材を電子装置からの電気信号を外部に導く配線として用いているので、外部取り出し用配線を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。
【００２２】
本願請求項８記載の発明の半導体装置においては、特に、連結部材を熱硬化性樹脂で構成しているので、連結部材に熱処理を加えることで、連結部材の硬度を高めることができるので、さらに基板間の接合強度を向上させる効果を付加できる。
【００２３】
本願請求項９記載の発明の半導体装置においては、特に、連結部材は、中心部を熱硬化性樹脂で構成し、外周部を導電性材料で構成しているので、外部取り出し用配線を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。さらに、熱硬化性樹脂に熱処理を加えることによって連結部材の強度を向上させることができるので、接合強度をさらに向上させる効果を付加できる。
【００２４】
本願請求項１０記載の発明の半導体装置の製造方法においては、特に、貫通孔の第２及び第３の基板に該当する部位をドライエッチングにより形成し、当該ドライエッチングの際に、貫通孔の内周面に凹凸を形成している。このことによって、貫通孔及び連結部材の凹形状及び凸形状は互いに嵌め合うこととなり、連結部材が貫通孔から抜ける恐れが軽減し、さらに接合強度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
図１〜図１２は、本願発明の第1の実施形態である半導体装置及びその製造方法を示している。図１〜図１２に示すように、本実施形態の半導体装置Ａの製造方法は、第1の基板であるセンサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の一方の面に第２の基板である貫通孔配線形成基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０を積層し、他方の面に第３の基板であるカバー基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０を積層し、当該積層した複数のセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３のそれぞれに貫通孔４を形成し、当該貫通孔４内に連結部材５を充填した後に各チップにダイシングするものである。また、本実施形態の半導体装置Ａは、電子装置が形成された半導体基板からなる第１の基板であるセンサ基板１と、第１の基板であるセンサ基板１の一方面に積層して配置された第２の基板である貫通孔配線形成基板２と、第１の基板であるセンサ基板１の他方面に積層して配置された第３の基板であるカバー基板３と、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を貫通して形成された貫通孔４と、貫通孔４内に設けられたセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を連結する連結部材５とを有するものである。
【００２６】
以下、この実施形態の半導体装置及びその製造方法をより具体的詳細に説明する。本実施形態の半導体装置は、チップサイズパッケージ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ：ＣＳＰ）を有するセンサとして、ウェハレベルパッケージング技術を利用して形成した加速度センサを例に説明する。図１に示すように、加速度センサは、ＳＯＩウェハにセンサ基板１（第１の基板）を複数形成したセンサウェハ１０と、シリコンウェハに貫通孔配線形成基板２（第２の基板）を複数形成した第１のパッケージウェハ２０と、シリコンウェハにカバー基板３（第３の基板）を複数形成した第２のパッケージウェハ３０とをウェハレベルで接合することでウェハレベルパッケージ構造体１００を形成してから、センサ基板１のサイズにダイシング工程により分割されて形成されている（図１（ｃ）の加速度センサは図１（ａ）に示すウェハレベルパッケージ構造体１００のうち丸Ａで囲んだ部分の断面に相当している）。したがって、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３とがセンサ基板１と同じ外形サイズとなり、小型のチップサイズパッケージを実現できるとともに、製造が容易になる。なお、上述の説明から分かるように、第１のパッケージウェハ２０は、センサ基板１に対応する領域ごと（つまり、第１のパッケージ用基板部ごと）にセンサ基板１のゲージ抵抗に電気的に接続される貫通孔配線２４が形成されている。
【００２７】
上述のセンサ基板１は、シリコン基板からなる支持基板１０ａ上のシリコン酸化膜からなる絶縁層（埋込酸化膜）１０ｂ上にｎ形のシリコン層（活性層）１０ｃを有するＳＯＩウェハを加工することにより形成してあり、貫通孔配線形成基板２は第１のシリコンウェハを加工することにより形成し、カバー基板３は第２のシリコンウェハを加工することにより形成してある。ここで、なお、本実施形態では、ＳＯＩウェハにおける支持基板１０ａの厚さを３００μｍ〜５００μｍ程度、絶縁層１０ｂの厚さを０．３μｍ〜１．５μｍ程度、シリコン層１０ｃの厚さを４μｍ〜１０μｍ程度とし、また、第１のシリコンウェハの厚さを２００μｍ〜３００μｍ程度、第２のシリコンウェハの厚さを１００〜３００μｍ程度としてあるが、これらの数値は特に限定するものではない。
【００２８】
センサ基板１は、図２に示すように、枠状（本実施形態では、矩形枠状）のフレーム部１１を備え、フレーム部１１の内側に配置される重り部１２が一表面側（図１（ｃ）および図２（ｂ）の上面側）において可撓性を有する４つの短冊状の撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。言い換えれば、センサ基板１は、枠状のフレーム部１１の内側に配置される重り部１２が重り部１２から四方へ延長された４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に揺動自在に支持されている。ここで、フレーム部１１は、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成してある。これに対して、撓み部１３は、上述のＳＯＩウェハにおけるシリコン層１０ｃを利用して形成してあり、フレーム部１１よりも十分に薄肉となっている。
【００２９】
重り部１２は、上述の４つの撓み部１３を介してフレーム部１１に支持された直方体状のコア部１２ａと、センサ基板１の上記一表面側から見てコア部１２ａの四隅それぞれに連続一体に連結された直方体状の４つの付随部１２ｂとを有している。言い換えれば、重り部１２は、フレーム部１１の内側面に一端部が連結された各撓み部１３の他端部が外側面に連結されたコア部１２ａと、コア部１２ａと一体に形成されコア部１２ａとフレーム部１１との間の空間に配置される４つの付随部１２ｂとを有している。つまり、各付随部１２ｂは、センサ基板１の上記一表面側から見て、フレーム部１１とコア部１２ａと互いに直交する方向に延長された２つの撓み部１３，１３とで囲まれる空間に配置されており、各付随部１２ｂそれぞれとフレーム部１１との間にはスリット１４が形成され、撓み部１３を挟んで隣り合う付随部１２ｂ間の間隔が撓み部１３の幅寸法よりも長くなっている。
【００３０】
ここにおいて、コア部１２ａは、上述のＳＯＩウェハの支持基板１０ａ、絶縁層１０ｂ、シリコン層１０ｃそれぞれを利用して形成し、各付随部１２ｂは、ＳＯＩウェハの支持基板１０ａを利用して形成してある。しかして、センサ基板１の上記一表面側において各付随部１２ｂの表面は、コア部１２ａの表面を含む平面からセンサ基板１の上記他表面側（図１（ｃ）および図２（ｂ）の下面側）へ離間して位置している。なお、センサ基板１の上述のフレーム部１１、重り部１２、各撓み部１３は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成すればよい。
【００３１】
ところで、図２の（ａ）及び（ｂ）の右下に示したように、センサ基板１の上記一表面に平行な面内でフレーム部１１の一辺に沿った一方向をｘ軸の正方向、この一辺に直交する辺に沿った一方向をｙ軸の正方向、センサ基板１の厚み方向の一方向をｚ軸の正方向と規定すれば、重り部１２は、ｘ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３と、ｙ軸方向に延長されてコア部１２ａを挟む２つ１組の撓み部１３，１３とを介してフレーム部１１に支持されていることになる。なお、上述のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸の３軸により規定した直交座標では、センサ基板１において上述のシリコン層１０ｃにより形成された部分の表面における重り部１２の中心位置を原点としている。
【００３２】
重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の右側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ２，Ｒｘ４が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ２が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｘ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の左側の撓み部１３）は、コア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ３が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｘ１，Ｒｘ２，Ｒｘ３，Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における左側のブリッジ回路Ｂｘを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｘ１〜Ｒｘ４は、ｘ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００３３】
また、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の正方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の上側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ３が形成されるとともに、フレーム部１１近傍に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ１が形成されている。一方、重り部１２のコア部１２ａからｙ軸の負方向に延長された撓み部１３（図２（ａ）の下側の撓み部１３）はコア部１２ａ近傍に２つ１組のピエゾ抵抗Ｒｙ２，Ｒｙ４が形成されるとともに、フレーム部１１側の端部に１つのピエゾ抵抗Ｒｚ４が形成されている。ここに、コア部１２ａ近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｙ１，Ｒｙ２，Ｒｙ３，Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度を検出するために形成されたもので、平面形状が細長の長方形状であって、長手方向が撓み部１３の長手方向に一致するように形成してあり、図３における中央のブリッジ回路Ｂｙを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。なお、ピエゾ抵抗Ｒｙ１〜Ｒｙ４は、ｙ軸方向の加速度がかかったときに撓み部１３において応力が集中する応力集中領域に形成されている。
【００３４】
また、フレーム部１１近傍に形成された４つのピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ２，Ｒｚ３，Ｒｚ４は、ｚ軸方向の加速度を検出するために形成されたものであり、図３における右側のブリッジ回路Ｂｚを構成するように配線（センサ基板１に形成されている拡散層配線、金属配線１７など）によって接続されている。ただし、２つ１組となる撓み部１３，１３のうち一方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ１，Ｒｚ４は長手方向が撓み部１３，１３の長手方向と一致するように形成されているのに対して、他方の組の撓み部１３，１３に形成したピエゾ抵抗Ｒｚ２，Ｒｚ３は長手方向が撓み部１３，１３の幅方向（短手方向）と一致するように形成されている。
【００３５】
なお、図１及び図２では、センサ基板１における金属配線１７のうち第１の接続用接合金属層１９近傍の部位のみを図示してあり、拡散層配線の図示は省略してある。
【００３６】
図４に示すように、貫通孔配線形成基板２は、センサ基板１側の表面において変位空間形成用凹部２１の周部に、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数（本実施形態では、８つ）の第２の接続用接合金属層２９が形成されている。貫通孔配線形成基板２は、センサ基板１側の表面の周部には、全周に亘って枠状（矩形枠状）の第２の封止用接合金属層２８が形成されており、上述の８つの第２の接続用接合金属層２９は、外周形状が細長の長方形状であり、第２の封止用接合金属層２８よりも内側に配置されている。ここにおいて、第２の接続用接合金属層２９は、長手方向の一端部が貫通孔配線２４と接合されており、他端側の部位がセンサ基板１の金属配線１７よりも外側でセンサ基板１の第１の接続用接合金属層１９と接合されて電気的に接続されるように配置してある。要するに、貫通孔配線形成基板２の周方向において貫通孔配線２４と当該貫通孔配線２４に対応する第１の接続用接合金属層１９との位置をずらしてあり、第２の接続用接合金属層２９を、長手方向が第２の封止用接合金属層２８の周方向に一致し且つ貫通孔配線２４と第１の接続用接合金属層１９とに跨る形で配置してある。
【００３７】
また、第２の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層２９は、接合用のＡｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用のＴｉ膜を介在させてある。言い換えれば、第２の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層２９は、絶縁膜２３上に形成されたＴｉ膜と当該Ｔｉ膜上に形成されたＡｕ膜との積層膜により構成されている。要するに、第２の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とは同一の金属材料により形成されているので、第２の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とを同時に形成することができるとともに、第２の接続用接合金属層２９と第２の封止用接合金属層２８とを略同じ厚さに形成することができる。なお、第２の封止用接合金属層２８および第２の接続用接合金属層２９は、Ｔｉ膜の膜厚を１５〜５０ｎｍ、Ａｕ膜の膜厚を５００ｎｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。ここにおいて、各Ａｕ膜の材料は、純金に限らず不純物を添加したものでもよい。また、本実施形態では、各Ａｕ膜と絶縁膜２３との間に密着性改善用の密着層としてＴｉ膜を介在させてあるが、密着層の材料はＴｉに限らず、例えば、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｚｒ、ＴｉＮ、ＴａＮなどでもよい。
【００３８】
また、貫通孔配線形成基板２におけるセンサ基板１側とは反対側の表面には、各貫通孔配線２４それぞれと電気的に接続された複数の外部接続用電極２５が形成されている。なお、各外部接続用電極２５の外周形状は矩形状となっている。
【００３９】
カバー基板３は、図５に示すように、センサ基板１との対向面に、重り部１２の変位
空間を形成する所定深さ（例えば、５μｍ〜１０μｍ程度）の凹部３１を形成してある。
ここにおいて、凹部３１は、リソグラフィ技術およびエッチング技術を利用して形成して
ある。なお、本実施形態では、カバー基板３におけるセンサ基板１との対向面に、重り部
１２の変位空間を形成する凹部３１を形成してある（つまり、第２のパッケージ用基板部
ごとに凹部３１を形成してある）が、重り部１２のコア部１２ａおよび各付随部１２ｂの
うち支持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さを、フレーム部１１において支
持基板１０ａを利用して形成されている部分の厚さに比べて、センサ基板１の厚み方向へ
の重り部１２の許容変位量分だけ薄くするようにすれば、カバー基板３に凹部３１を形成
しなくても、センサ基板１の上記他表面側には上記他表面に交差する方向への重り部１２
の変位を可能とする隙間が重り部１２とカバー基板３との間に形成される。
【００４０】
図１に示すように、加速度センサ本体であるセンサ基板１と、センサ基板１のゲージ抵抗に電気的に接続される貫通孔配線２４を有しセンサ基板１の一表面側に封着された貫通孔配線形成基板２と、センサ基板１の他表面側に封着されたカバー基板３とを備えている。ここにおいて、センサ基板１および貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３の外周形状は矩形状であり、貫通孔配線形成基板２およびカバー基板３はセンサ基板１と同じ外形寸法に形成されている。
【００４１】
ここで、図２、図４及び図５に示すように、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に貫通して形成された貫通孔４と、貫通孔４内に設けられたセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を連結する連結部材５とを有するものであって、この貫通孔４及び連結部材５は、各基板の各角部付近に形成されている。図２、図４及び図５で示した例においては、貫通孔４の断面形状は、円形状であるが、これに限定されるものではなく、楕円形状や多角形などであってもよい。
【００４２】
図６（ｂ）は、貫通孔４及び連結部材５の図６（ａ）におけるＤ−Ｄ断面を示したものである。貫通孔４は、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３が互いに接合されている電子部品及び配線などがない角部付近に４箇所設けられている。この貫通孔４内には導電性材料（銅やニッケルなど）を用いて隙間無く充填した連結部材５を介在させている。さらに、貫通孔配線形成基板２またはカバー基板３のセンサ基板１と対向する面と逆側の表面には、連結部材５の端部と接続される電極パッド５０が備えられている。また、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に貫通して形成された貫通孔４に介在する連結部材５に、第１の接続用接合金属層１９（図６（ｂ）において図示せず）または第２の接続用接合金属層２９（図６（ｂ）において図示せず）を接続することによって、センサ基板１のゲージ抵抗に電気的に接続される。このことによって、新たな部品を追加することなく、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の両面側へ電気信号を取り出すことができる。また、貫通孔４と連結部材５との間には絶縁膜６を形成することによって、絶縁性を保持することができる。
【００４３】
したがって、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を貫通して形成された貫通孔４と、貫通孔４内に設けられたセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を連結する連結部材５とを有することによって、連結部材５が各基板間の接合を補助する効果を奏することで、各基板間の接合強度を向上させることができる。このことによって、半導体装置Ａの歩留まりを改善させ、信頼性を向上させることができる。さらに、連結部材５を導電性材料で構成し、当該連結部材５をセンサ基板１からの電気信号を外部に導く配線として用いているので、外部取り出し用配線を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。
【００４４】
次に、本実施形態で示した半導体装置の製造方法について図７に基づいて説明する。ここで示す例では、連結部材５に導電性部材（銅やニッケルなど）を用いたものである。図７（ａ）に示すように、例えば、陽極接合、拡散接合、ダイボンド材などによる接着などによって、センサ基板１の一方面に貫通孔配線形成基板２を積層して配置し、センサ基板１の他方面にカバー基板３を積層して配置されてウェハレベルで各基板が接合される。このウェハレベルで接合されているセンサ基板１のサイズの各チップサイズパッケージの角部付近の４箇所に、例えば、エッチング加工やレーザー加工などにより、図７（ｂ）に示すように、積層されたセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の表裏面を貫通する貫通孔４を形成する。貫通孔４の径は、直径１０μｍ程度である。さらに、図７（ｃ）に示すように、貫通孔配線形成基板２またはカバー基板３のいずれか一方（ここではカバー基板３）のセンサ基板１と対向する側とは逆側の表面上に、厚さ１０μｍ程度の銅やニッケルなどの金属膜５００を形成する。図７（ｄ）に示すように、この金属膜５００を基端とする電解メッキ法などにより、銅やニッケルを貫通孔４の内部に隙間無く充填していく。金属膜５００を形成した面とは逆の表面上に高さ１０μｍ、直径３０μｍ程度の連結部材５の突起部５０１が形成されるように充填する。この突起部５０１は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）や研磨、エッチングなどを用いて除去される。このことによって、図７（ｅ）に示すように、連結部材５は貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の表面から連結部材５が突出することなく形成することができる。そして、貫通孔４内に連結部材５が形成された後に、センサ基板１のサイズにダイシング工程により分割されて加速度センサが形成される。
【００４５】
したがって、センサ基板１を複数形成したセンサウェハ１０の一方の面に貫通孔配線形成基板２を複数形成した第１のパッケージウェハ２０を積層し、他方の面にカバー基板３を複数形成した第２のパッケージウェハ３０を積層し、当該積層した複数のセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３のそれぞれに貫通孔４を形成し、当該貫通孔４内に連結部材５を充填した後に各チップにダイシングする。このことによって、積層した基板に連結部材５を介在させることができるので、各チップにダイシングする工程において、各基板間の接合強度を向上させることが可能である。これにより、半導体装置Ａの歩留りを改善させ、信頼性を向上させることができる。
【００４６】
図８は、本実施形態の変形例を示している。図８に示すように、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の貫通孔４は、センサ基板１に対向する側とは逆側の端部では、貫通孔４の他の部分より径を大きくしてなした拡径孔部４１が形成されている。この拡径孔部４１と対応する位置に、連結部材５は、他の部分より径を大きくしてなした拡径部５１が設けられている。この拡径部５１は、図８（ａ）に示すように、拡径孔部４１の内径より小さく形成しても、図８（ｂ）に示すように、拡径孔部４１の空間を埋めるように形成してもよい。拡径部５１の形状を拡径孔部４１の空間を埋めるように形成した場合は、拡径孔部４１の内径より小さく形成した場合よりも、拡径部５１が拡径孔部４１の底部に当接する面積が大きくなる。このことによって、連結部材５が貫通孔４内で移動することがさらに困難となり、さらに、連結部材５が貫通孔４から抜ける恐れが軽減させることができる。
【００４７】
したがって、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の端部に拡径孔部４１が形成されると共に、連結部材５は、前記拡径孔部４１に対応する位置に拡径部５１が設けられているので、拡径孔部４１は、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の貫通孔４の他の部分の断面積よりも大きいこととなる。これにより、拡径部５１が拡径孔部４１の底部に当接することによって、連結部材５が貫通孔４内で移動することが困難となり、連結部材５が貫通孔４から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００４８】
図９は、本実施形態の変形例を示している。図９に示すように、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の拡径孔部４１は、内径が第１の基板へ近づくにつれて小さくなるように内周面が段形状に形成されている。また、連結部材５の拡径部５１は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように拡径孔部４１の段形状に対応した段形状が形成されている。ここで、拡径孔部４１と拡径部５１との対応関係は、段形状を形成している拡径部５１の各段の外径は、拡径孔部４１の前記各段と同じ位置に相当する各段の内径と同じになるように形成されている。すなわち、拡径部５１は、拡径孔部４１の空間を埋めるように形成されていることとなる。
【００４９】
したがって、拡径孔部４１は、内周面が段形状に形成されると共に、拡径部５１は、前記段形状に対応した位置に段形状を形成されているので、拡径部５１の各段が拡径孔部４１の各段の底部に当接する。このことによって、連結部材５は、貫通孔４内で移動することがさらに困難となり、連結部材５が貫通孔４から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００５０】
図１０は、本実施形態の変形例を示している。図１０に示すように、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の拡径孔部４１は、内径がセンサ基板１へ近づくにつれて小さくなるように内周面を傾斜して形成されている。すなわち、拡径孔部４１の断面形状が円形状の場合には、拡径孔部４１は円錐形状となる。また、連結部材５は、先端へ近づくにつれて外径が大きくなるように、拡径孔部４１の傾斜した形状に対応した形状の拡径部５１が設けられている。すなわち、拡径孔部４１の空間を埋めるように、拡径部５１が形成されている。例えば、拡径孔部４１が円錐形状をした空間を形成している場合には、拡径部５１も同様に円錐形状をなすこととなる。
【００５１】
したがって、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の拡径孔部４１は、内径がセンサ基板１へ近づくにつれて小さくなるように内周面を傾斜して形成されているので、拡径部５１は、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３板の貫通孔４１のセンサ基板１に対向する側の面の開口面積よりも大きいこととなる。これにより、連結部材５が貫通孔４から抜ける恐れが軽減されて、さらに接合強度を向上させることができる。
【００５２】
図１１は、本実施形態の変形例を示している。図１１に示すように、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の貫通孔４は、内周面に凹形状と凸形状の両方またはいずれか一方が形成されている凹凸孔部４２を有する。また、連結部材５は、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３の貫通孔４の内周面に形成されている凹凸孔部４２に対応する位置に凹形状または凸形状が形成されている凹凸部５２を有する。すなわち、貫通孔４の内周面の凹凸孔部４２に凹形状が形成されている位置に対応する連結部材５の凹凸部５２には、凸形状が形成されている。また、貫通孔４の内周面の凹凸孔部４２に凸形状が形成されている位置に対応する連結部材５の凹凸部５２には、凹形状が形成されている。貫通孔４の凹凸孔部４２の凹形状または凸形状と、連結部材５の凹凸部５２の凸形状または凹形状が互いに嵌め合うことができるように、それぞれの凸形状と凹形状は決定されている。なお、凸形状及び凹形状は、貫通孔４の貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に該当する部位の全長にわたって形成されてもよく、また一部に形成されてもよい。
【００５３】
したがって、貫通孔配線形成基板２とカバー基板３に設けた貫通孔４の内周面に凹形状及び凸形状の少なくとも一方を形成すると共に、連結部材５の外周面に貫通孔４の内周面に設けた凹形状または凸形状に対応する凸形状または凹形状を設けているので、凹形状及び凸形状は互いに嵌め合うこととなる。これにより、連結部材５は、貫通孔４内での移動が困難となり、さらに接合強度を向上させることができる。
【００５４】
次に、本変形例で示した半導体装置の製造方法について説明する。図１２（ａ）に示すように、例えば、陽極接合、拡散接合、ダイボンド材などによる接着などによって、センサ基板１の一方面に貫通孔配線形成基板２を積層して配置し、センサ基板１の他方面にカバー基板３を積層して配置されてウェハレベルで各基板が接合される。このウェハレベルで接合されているセンサ基板１のサイズの各チップサイズパッケージの角部付近の４箇所に、ドライエッチング加工により、図１２（ｂ）に示すように、積層されたセンサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の表裏面を貫通する貫通孔４を形成する。なお、貫通孔４の径は、直径１０μｍ程度である。ここで、ドライエッチング加工時のエッチングステップとデポジションステップの時間及びサイクル数を調整することによって、図１２（ｂ）に示すように、貫通孔４の貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に該当する部位の内側面にスキャロップ構造と呼ばれる凹凸形状である凹凸孔部４２を形成することができる。
【００５５】
さらに、図１２（ｃ）に示すように、貫通孔配線形成基板２またはカバー基板３のいずれか一方のセンサ基板１と対向する側とは逆側の表面上に、厚さ１０μｍ程度の銅やニッケルなどの金属膜５００を形成する。図１２（ｄ）に示すように、この金属膜５００を基端とする電解メッキ法などにより、銅やニッケルを貫通孔４の内部に隙間無く充填していく。金属膜５００を形成した面とは逆の表面上に高さ１０μｍ、直径３０μｍ程度の連結部材５の突起部５０１が形成されるように充填する。このことによって、凹凸孔部４２の空間に金属膜５００が充填されて、連結部材５の凹凸部５２が形成される。また、突起部５０１は、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）や研磨、エッチングなどを用いて除去される。このことによって、図１２（ｅ）に示すように、連結部材５は貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の表面から連結部材５が突出することなく、形成することができる。そして、貫通孔４内に連結部材５が形成された後に、センサ基板１のサイズにダイシング工程により分割されて加速度センサが形成される。
【００５６】
したがって、貫通孔４の貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に該当する部位をドライエッチングにより形成し、当該ドライエッチングの際に、貫通孔４の内周面に凹凸孔部４２を形成している。このことによって、貫通孔４の凹凸孔部４２に対応する位置に連結部材５の凹凸部５２が形成される。よって、貫通孔４の凹凸孔部４２及び連結部材５の凹凸部５２は互いに嵌め合うこととなり、連結部材５が貫通孔４から抜ける恐れが軽減し、さらに接合強度を向上させることができる。
【００５７】
次に、本願発明の第２の実施形態である半導体装置を説明する。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００５８】
センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を貫通する貫通孔４内に形成される連結部材５は、熱硬化性樹脂で構成されている。ここで、貫通孔４及び連結部材５の形状については、上記本願発明の第１の実施形態で示した形状とすることができる。上記本願発明の第１の実施形態で示した製造方法の貫通孔４を形成する工程と同様の工程を行い、その後に、熱硬化性樹脂を充填して硬化させることによって、連結部材５を形成することができる。熱硬化性樹脂としては、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル樹脂（ＶＥ）やフェノール樹脂（ＰＦ）等を用いることができる。
【００５９】
したがって、連結部材５を熱硬化性樹脂で構成しているので、連結部材５に熱処理を加えることで、連結部材５の硬度を高めることができるので、さらに基板間の接合強度を向上させる効果を付加できる。
【００６０】
図１３は、本願発明の第３の実施形態である半導体装置を示している。ここでは、上記第１の実施形態と相違する事項についてのみ説明し、その他の事項（構成、作用効果等）については、上記第１及び第２の実施形態と同様であるのでその説明を省略する。
【００６１】
図１３に示すように、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３を貫通する貫通孔４内に形成される連結部材５は、中心部５３を熱硬化性樹脂で構成し、外周部５４を導電性材料で構成されている。ここで貫通孔４及び連結部材５の形状については、上記本願発明の第１の実施形態で示した形状とすることができる。また、センサ基板１、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３に貫通して形成された連結部材５の外周部５４に、第１の接続用接合金属層１９（図１３において図示せず）または第２の接続用接合金属層２９（図１３において図示せず）を接続することによって、センサ基板１のゲージ抵抗に電気的に接続される。このことによって、新たな部品を追加することなく、貫通孔配線形成基板２及びカバー基板３の両面側へ電気信号を取り出すことができる。
【００６２】
なお、中心部５３と外周部５４との断面積比率を変更することによって、必要とされる連結部材５の有する硬度を調整することができる。
【００６３】
したがって、連結部材５は、中心部５３を熱硬化性樹脂で構成し、外周部５４を導電性材料で構成されているので、外周部５４を外部取り出し用配線として用いることができる。このことによって、外部取り出し用配線を別途設ける必要がなく、部品点数を削減することができる。さらに、熱硬化性樹脂に熱処理を加えることによって連結部材５の硬度を向上させることができるので、各基板間の接合強度をさらに向上させる効果を付加できる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本願発明の実施形態である半導体装置におけるウェハレベルパッケージ構造体を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は概略側面図、（ｃ）は加速度センサの概略断面図である。
【図２】同半導体装置におけるセンサ基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ概略断面図である。
【図３】同半導体装置におけるセンサ基板の回路図である。
【図４】同半導体装置における加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ概略断面図である。
【図５】同半導体装置におけるカバー基板を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ概略断面図である。
【図６】同半導体装置における加速度センサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ概略断面図である。
【図７】本願発明の実施形態である半導体装置における加速度センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図８】本願発明の実施形態の変形例である半導体装置における加速度センサの要部概略断面図である。
【図９】本願発明の実施形態の変形例である半導体装置における加速度センサの要部概略断面図である。
【図１０】本願発明の実施形態の変形例である半導体装置における加速度センサの要部概略断面図である。
【図１１】本願発明の実施形態の変形例である半導体装置における加速度センサの要部概略断面図である。
【図１２】本願発明の実施形態の変形例である半導体装置における加速度センサの製造方法を説明するための主要工程断面図である。
【図１３】本願発明の第３の実施形態である半導体装置の要部概略断面図である。
【図１４】従来例である半導体装置の概略断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１  センサ基板（第１の基板）
１０  センサウェハ
２  貫通孔配線形成基板（第２の基板）
２０  第1のパッケージウェハ
３  カバー基板（第３の基板）
３０  第２のパッケージウェハ
４  貫通孔
４１  拡径孔部
４２  凹凸孔部
５  連結部材
５０  電極パッド
５１  拡径部
５２  凹凸部
５３  中心部
５４  外周部
６  絶縁膜
１００  ウェハレベルパッケージ構造体
【図１】
2008155326.tif 000003
【図２】
2008155326.tif 000004
【図３】
2008155326.tif 000005
【図４】
2008155326.tif 000006
【図５】
2008155326.tif 000007
【図６】
2008155326.tif 000008
【図７】
2008155326.tif 000009
【図８】
2008155326.tif 000010
【図９】
2008155326.tif 000011
【図１０】
2008155326.tif 000012
【図１１】
2008155326.tif 000013
【図１２】
2008155326.tif 000014
【図１３】
2008155326.tif 000015
【図１４】
2008155326.tif 000016