(57)【要約】      （修正有）【課題】高集積化が可能で小型な機械的可動部品を備えた半導体装置を提供する。【解決手段】基板１０７の一方の面に半導体素子１１１が形成され、基板１０７の他方の面に前記半導体素子１１１と電気的に接続された機械的可動部品１５０が形成されていること。前記機械的可動部品１５０が共振子であり、前記半導体素子１１１が前記共振子１５０を駆動する回路及び／又は前記共振子１５０から得られる電気信号を処理する回路を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の一方の面に半導体素子が形成され、前記基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続された機械的可動部品が形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記機械的可動部品が共振子であり、前記半導体素子が前記共振子を駆動する回路及び／又は前記共振子から得られる電気信号を処理する回路を構成する、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記共振子が、櫛歯状の薄膜電極と、前記薄膜電極の複数の歯に互いに入り込むように構成された櫛歯状の可動薄板とを含み構成される、請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記基板が、複数のシリコン層の間に絶縁層を介在させた積層構造を有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置を回路基板にフリップチップ実装したことを特徴とする半導体モジュール。
【請求項６】
前記半導体装置に形成された前記半導体素子と前記機械的可動部品とが、前記回路基板を介してワイヤにより電気的に接続される、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項７】
前記半導体装置に形成された前記半導体素子と前記機械的可動部品とが、前記基板に設けられた貫通電極により電気的に接続される、請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項８】
前記基板が、凹部を有する封止部材により、当該凹部が前記基板上に形成された半導体素子又は機械的可動部品を覆うように封止されている、請求項５乃至７のいずれかに記載の半導体モジュール。
【請求項９】
基板の一方の面に複数の半導体素子が形成され、他方の面の前記複数の半導体素子が形成された位置と対応する位置に、各々複数の機械的可動部品が形成されていることを特徴とするウェハ。
【請求項１０】
請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体装置又は請求項５乃至８のいずれかに記載の半導体モジュールを含むことを特徴とする電子機器。
【請求項１１】
複数のシリコン層の間に絶縁層を有する基板の一方面に複数の半導体素子を形成する第１の工程と、
前記基板の前記半導体素子が形成された面に保護層を形成する第２の工程と、
前記基板の前記半導体素子が形成された面とは反対側の面に複数の共振子をエッチングにより形成する第３の工程と、
前記保護層を除去する第４の工程と、
を含むことを特徴とするウェハの製造方法。
【請求項１２】
前記第３の工程が、
前記基板の前記半導体素子が形成された面と反対側の面にエッチング保護膜を形成し、当該エッチング保護膜をパターニングする工程と、
前記反対側の面の前記エッチング保護膜が形成された以外の箇所を、前記絶縁層に至るまでエッチングする工程と、
前記絶縁層の一部をエッチングにより除去する工程と、
を含む、請求項１１に記載のウェハの製造方法。
【請求項１３】
第１基板の一方の面に複数の半導体素子を形成する第１の工程と、
シリコン層の間に絶縁層を有する第２基板に、エッチングにより複数の共振子を形成する第２の工程と、
前記第１基板と前記第２基板とを前記複数の半導体素子と前記複数の共振子が各々対応する位置に配置されるように接合する第３の工程と、
を含むことを特徴とするウェハの製造方法。
【請求項１４】
請求項１１乃至１３のいずれかに記載の製造方法により製造されたウェハを個片化することにより半導体装置を製造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、半導体装置の製造技術に関し、詳しくは、機械的可動部品を備えた半導体装置の製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、通信機器等の電子機器の小型化、高機能化に伴い、半導体装置の高集積化が求められている。ところで、発振器やフィルタ等の電子機器には、例えば水晶振動子などの共振子を利用したものがある。しかしながら、水晶振動子を共振子として利用した場合には、それを駆動する半導体回路を別部品として準備しなくてはならなかった。
【０００３】
一方、近年、半導体微細加工技術の発展により、微小な機械部品と電子回路を集積したシステム（ＭＥＭＳ：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）が注目されている。このようなＭＥＭＳ技術の一環として、例えば、米国特許５５３７０８３号公報（特許文献１）及び米国特許５０２５３４６号公報（特許文献２）に開示されているように、シリコン基板上にポリシリコンから構成され、アクチュエータ又はセンサに用いられる微細な機械的可動部品を形成する技術が知られている。
【特許文献１】米国特許５５３７０８３号公報
【特許文献２】米国特許５０２５３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の方法では、このような機械的可動部品とこの機械的可動部品を駆動するための半導体回路は、基板の同一面に形成されていた。
【０００５】
しかしながら、基板の同一面に機械的可動部品と半導体回路を形成した場合、機械的可動部品と半導体回路の設置に広い面積が必要となるので使用する基板が大型化し、高集積化の要望に反する。また、半導体回路と機械的可動部品の形成プロセスは異なる手順で行うため、製造工程が複雑化する。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決すべく、高集積化が可能で小型な機械的可動部品を備えた半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明は、基板の一方の面に半導体素子が形成され、前記基板の他方の面に前記半導体素子と電気的に接続された機械的可動部品が形成されている半導体装置を提供するものである。
【０００８】
本発明の構成によれば、半導体素子と機械的可動部品とが基板の反対側の面に各々形成されているので、半導体装置の小型化が可能となり、高集積化が可能な半導体装置を提供し得る。
【０００９】
前記機械的可動部品が共振子であり、前記半導体素子が前記共振子を駆動する回路及び／又は前記共振子から得られる電気信号を処理する回路を構成することが好ましい。本発明は、このような共振子を備えた半導体装置に好適に適用し得る。
【００１０】
前記共振子が、櫛歯状の薄膜電極と、前記薄膜電極の複数の歯に互いに入り込むように構成された櫛歯状の可動薄板とを含み構成されることが好ましい。これによれば、例えば静電駆動方式により駆動される場合、櫛歯状の構造を利用することで、静電電極が正負に帯電したときに発生する吸引力のみでなく、電荷を帯びた薄膜電極と可動薄板の櫛歯部分が、対向している面積をできるだけ増加させようとする力も働くので、簡易な構造で効率よく共振子を運動させることが可能となる。
【００１１】
前記共振子は、シリコンから構成されることが好ましい。シリコンは加工性に優れ、また、転位を持たないので繰り返し変形を行っても疲労破壊を生じ難く、半導体装置を長寿命化し得る。また、高精度な位置決めを要求される機構で安定した機械特性が得られる。
【００１２】
前記基板が、複数のシリコン層の間に絶縁層を介在させた積層構造を有することが好ましい。これによれば、絶縁層を犠牲層とする構造体を基板から分離するための犠牲層エッチングプロセスを行うことが可能となるので、基板の両面に容易に半導体素子と機械的可動部品（構造体）を一体的に形成することが可能となる。
【００１３】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の半導体装置を回路基板にフリップチップ実装した半導体モジュールを提供するものである。これによれば、接続配線長を短くすることが可能となるので、電気的特性を向上し得る。
【００１４】
前記半導体装置に形成された前記半導体素子と前記機械的可動部品とが、前記回路基板を介してワイヤにより電気的に接続されてもよい。これによれば、基板の両面に形成された半導体素子と機械的可動部品とを簡便に接続することが可能となるので、コストを低減することが可能となる。
【００１５】
前記半導体装置に形成された前記半導体素子と前記機械的可動部品とが、前記基板に設けられた貫通電極により電気的に接続されてもよい。これによれば、ワイヤにより接続される場合に比較し、高集積化が可能となる。
【００１６】
前記基板が、凹部を有する封止部材により、当該凹部が前記基板上に形成された半導体素子又は機械的可動部品を覆うように封止されていることが好ましい。これによれば、半導体素子及び機械的可動部品の精度を向上することが可能となる。また、凹部を有する封止部材により封止することで、機械的可動部品の動作が妨げられることがない。
【００１７】
本発明の他の態様は、基板の一方の面に複数の半導体素子が形成され、他方の面の前記複数の半導体素子が形成された位置と対応する位置に、各々複数の機械的可動部品が形成されているウェハである。
【００１８】
本発明の構成によれば、半導体素子と機械的可動部品とが基板の両面に各々形成されているので、当該ウェハから得られる半導体装置の小型化が可能となり、また、基板両面を利用するので、基板の一面のみを利用する場合に比べ、大きな基板を必要としないので安価な半導体装置を提供し得る。
【００１９】
本発明の他の態様は、上記いずれかに記載の半導体装置又は半導体モジュールを含む電子機器である。これによれば、上記半導体装置又は半導体モジュールを用いるので、小型で安価な電子機器を提供し得る。
【００２０】
本発明の他の態様は、複数のシリコン層の間に絶縁層を有する基板の一方面に複数の半導体素子を形成する第１の工程と、前記基板の前記半導体素子が形成された面に保護層を形成する第２の工程と、前記基板の前記半導体素子が形成された面とは反対側の面に複数の共振子をエッチングにより形成する第３の工程と、前記保護層を除去する第４の工程と、を含むウェハの製造方法である。
【００２１】
これによれば、複数のシリコン層の間に絶縁層を有する基板を用いているので、絶縁層を犠牲層として犠牲層エッチングをすることが可能となり、シリコン層の一方に半導体素子を作りこんだ基板の裏面に、絶縁層を介して容易に共振子を一体的に形成することが可能となる。また、これによれば、一の基板で複数の半導体装置を形成し得るので、量産性が向上する。したがって、高集積化が可能な半導体装置を簡便な方法で安価に提供することが可能となる。
【００２２】
前記第３の工程が、前記基板の前記半導体素子が形成された面と反対側の面にエッチング保護膜を形成し、当該エッチング保護膜をパターニングする工程と、前記反対側の面の前記エッチング保護膜が形成された以外の箇所を、前記絶縁層に至るまでエッチングする工程と、前記絶縁層の一部をエッチングにより除去する工程と、を含むことが好ましい。これによれば、エッチングによる簡易な方法で共振子を形成することが可能となる。
【００２３】
本発明の他の態様は、第１基板の一方の面に複数の半導体素子を形成する第１の工程と、シリコン層の間に絶縁層を有する第２基板にエッチングにより複数の共振子を形成する第２の工程と、前記第１基板と前記第２基板とを前記複数の半導体素子と前記複数の共振子が各々対応する位置に配置されるように接合する第３の工程と、を含むウェハの製造方法である。
【００２４】
これによれば、別体として形成した共振子を半導体素子が形成された基板と貼り合せることで、高集積化が可能な複数の小型半導体装置を提供し得るウェハを容易に形成することが可能となる。また、共振子を別基板上に形成することで、半導体素子の形成と同時に作業を進行することが可能となり、製造時間の短縮化を図ることが可能となる。したがって、このウェハにより製造される半導体装置、これを用いた製品のコスト低減を図ることが可能となる。
【００２５】
また、第１基板と第２基板の双方をシリコン製とした場合には、両者の接合がより容易となる。また、微細加工が可能なので、得られる装置の小型、軽量化が可能となる。
【００２６】
本発明の他の態様は、上記製造方法により製造されたウェハを個片化することにより半導体装置を製造する半導体装置の製造方法である。これによれば、容易に高集積化が可能な小型の半導体装置を安価に製造し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
（第一の実施形態）
図１は、本実施形態に係る半導体モジュールの一例を説明するための図である。
【００２８】
図１に示すように、本実施形態に係る半導体モジュールは、一方の面に機械的可動部品（共振子）１５０が形成され、他方の面に半導体素子１１１が形成された半導体装置２０と、半導体装置２０を実装する回路基板３０とを含み構成されている。本実施形態では、半導体装置として共振器を例に採り説明する。なお、以下簡略のため、基板の機械的可動部品が形成されている面を可動部品形成面１０８、半導体素子が形成されている面を半導体素子形成面１０９ともいう。
【００２９】
半導体装置２０を構成する基板１０７の可動部品形成面１０８には、機械的可動部品としての共振子１５０が形成されている。
【００３０】
図２は、機械的可動部品としての共振子の一例を示している。図２（Ａ）は上面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の二点鎖線で囲まれた部分の部分拡大図である。本実施形態では共振子はボロン等の不純物が注入されたポリシリコンにより主に構成され、静電駆動方式により駆動される。図２（Ｂ）に示すように、共振子は、櫛歯状構造を有する薄膜電極１５１ａ、１５１ｂと、各薄膜電極１５１ａ、１５１ｂの複数の歯に互いに入り込むように構成された櫛歯状構造を両側に有する可動薄板１５３とを含み構成されている。可動薄板１５３は、アンカー部１５４で基板１０７に固定され、他の部位は基板１０７から離間された構造を有しており、これにより、基板１０７と同一面内における櫛歯方向への共振運動が可能となっている。また、薄膜電極１５１ａ、１５１ｂは、動かないよう基板１０７に固定された固定電極である。
【００３１】
次に、共振子１５０の動作機構について説明する。可動薄板１５３を、接続端子１５５ｂを介して電気的に接地し、薄膜電極１５１ａ、１５１ｂに、図示しない外部電源より接続端子１５５ａ、１５５ｃを介して、それぞれＶｐ＋Ｖｄ・ｓｉｎ（ωｔ）、Ｖｐ−Ｖｄ・ｓｉｎ（ωｔ）の電圧を印加する。ここでＶｐは直流バイアス電圧であり、Ｖｄ・ｓｉｎ（ωｔ）は駆動用交流電圧である。これにより、可動薄板１５３に静電気力が生じ、可動薄板１５３が、薄膜電極１５１ａ又は１５１ｂに引き寄せられる。この薄膜電極１５１ａ及び１５１ｂにかける電圧を適宜制御することにより、可動薄板１５３を共振させることが可能となる。なお、可動薄板１５３の一方のアンカー部１５４と接続端子１５５ｂは、ベース配線１５７により接続されている。
【００３２】
なお、可動薄板１５３には上記薄膜電極１５１ａ又は１５１ｂとの間に付与される電圧による吸引力に加え、電荷を帯びた電極対が対向している面積を増加させようとする力も働くため、低電圧で効率よく共振させることが可能となっている。
【００３３】
基板１０７の半導体素子形成面には、トランジスタ、抵抗、コンデンサ等の複数の半導体素子１１１が形成されており、この複数の半導体素子により共振子１５０を駆動する回路及び／又は共振子から得られる電気信号を処理する回路を構成している。共振子から得られる電気信号を処理する回路としては、例えば、増幅回路等が挙げられる。
【００３４】
本実施形態では、半導体素子１１１より構成される回路は、回路基板３０を介して基板１０７の反対面側に形成された共振子１５０と接続されている。
＜半導体モジュールの製造方法＞
以下、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３及び図４は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【００３５】
図３（Ａ）に示すような、シリコン層１０１、１０５の間に、例えばＳｉＯ2層などの絶縁層１０３を介在させたＳＯＩ（Silicon on Insulator）構造を有する基板１０７を準備する。以下、簡単のためＳＯＩ構造を有する基板をＳＯＩ基板ともいう。ＳＯＩ基板としては、シリコン基板にＣＶＤ法により絶縁層とシリコン層を形成したものを用いてもよく、貼り合せ基板を用いてもよい。また、シリコン基板に酸素イオンを注入することにより酸化膜層を形成した基板を用いてもよい。なお、共振子１５０を形成する側のシリコン層１０１は、薄膜電極１５１ａ、１５１ｂ等を形成するため、例えばボロン等の不純物を注入し、導電性を向上させていることが好ましい。
【００３６】
具体的には、基板１０７としては、例えば、単結晶シリコン基板上に、リン・ケイ酸ガラス（ＰＳＧ）層と多結晶シリコン層とを交互にＣＶＤ法などにより成膜した基板を用いることができる。また、ＳｉＯ2などの絶縁膜が成膜されたＳｉ基板に他のＳｉ基板を貼り合せた貼り合せ基板を用いることも可能である。また、Ｓｉ基板中に高濃度の酸素イオンを注入し、その後、例えば１３００℃以上の高温で熱処理することによって埋め込み酸化膜（ＢＯＸ : Buried Oxide）層を形成した基板を用いることもできる。
【００３７】
ＳＯＩ基板を構成する各層の厚みは特に限定するものではないが、例えば、シリコン層１０１（ベースシリコン層ともいう）が約５００μｍ、ＳｉＯ2層１０３が約４μｍ、シリコン層１０５（上部シリコン層、活性層ともいう）が約１０μｍのものが用いられる。
【００３８】
なお、図３（Ａ）中、点線で区切られた領域は、後に半導体装置となる一単位を示す。以下、他の図においても同様とする。
【００３９】
図３（Ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板１０７の一方の面に半導体素子１１１を形成する。以下、この半導体素子１１１が形成された面を半導体素子形成面１０９という。
【００４０】
半導体素子１１１は、公知技術を用いて形成することができ、必要に応じて外部との電気的接続を図るための電極パッド１１３、配線等を形成することで、後の工程で形成される共振子を駆動する回路及び／又は共振子から得られる電気信号を処理する回路を形成することができる。
【００４１】
図３（Ｃ）に示すように、ＳＯＩ基板１０７の半導体素子形成面１０９に保護層１１５を形成する。保護層１１５としては、例えばポリイミド等の有機膜が好適に用いられ、このような有機膜は例えば塗布法により形成することが可能である。
【００４２】
図３（Ｄ）に示すように、ＳＯＩ基板１０７の半導体素子形成面１０９と反対側の面（可動部品形成面１０８）に、共振子１５０を例えばエッチングにより形成する。共振子１５０の形成方法については、後に詳しく説明する。
【００４３】
図３（Ｅ）に示すように、半導体素子形成面に形成した保護層１１５を除去する。保護層１１５の除去は、例えばプラズマエッチング等の方法により行われる。
【００４４】
図４（Ａ）に示すように、電極パッド１１３上にバンプ１１７を形成する。バンプ１１７は、例えばワイヤボンダ又ははんだ等を用いて形成される。
【００４５】
図４（Ｂ）に示すように、上記のようにして得られたウェハを個片化し、半導体装置２０を得る。ウェハの個片化は、例えばダイシング等により行われる。このように、ウェハ状態で一括して基板の両面に半導体素子１１１及び共振子１５０を形成し得るので、量産性を向上させることが可能となる。また、半導体素子１１１を形成した基板の裏面に共振子１５０を形成することで、基板の厚みが共振子１５０を形成する分厚くなるので、ダイシング時における破損が少なく、製品の歩留まりを向上させることが可能となる。
【００４６】
図４（Ｃ）に示すように、半導体装置２０を例えばフリップチップボンディングにより回路基板３０に搭載する。回路基板３０には、回路基板３０に形成された図示しない回路部と半導体装置２０に形成された回路との電気的接続を図るための第一の接続端子３１が形成されている。本実施形態では、半導体装置２０は、具体的には半導体装置２０に形成されたバンプ１１７が、回路基板３０上に形成された第一の接続端子３１に当接するように位置合わせされ、搭載される。
【００４７】
図４（Ｄ）に示すように、機械的可動部品としての共振子１５０と回路基板３０とをワイヤ１１９を介して電気的に接続する。具体的には、可動部品形成面に形成された図示しない電極パッドと、回路基板３０上に形成された第二の接続端子３３とを例えば金細線等を用いてワイヤボンディングする。本実施形態では、回路基板３０を第一の接続端子３１を介して半導体素子形成面に形成された回路と接続し、第二の接続端子３３を介して可動部品形成面１０８と接続している。よって、半導体装置２０の可動部品形成面１０８と半導体素子形成面１０９とに形成された回路間の電気的接続は、回路基板３０を介して図られることになる。
＜機械的可動部品の形成方法＞
次に、共振子を形成する方法について図５を参照しながら説明する。図５は、共振子の形成方法の一例を説明するための図である。
【００４８】
まず、図５（Ａ）に示すように、基板１０７の半導体素子１１１が形成された面と反対側の面（可動部品形成面１０８）を、エッチング保護膜で保護する。具体的には、基板１０７の可動部品形成面に、レジスト材を塗布してエッチング保護膜としてのフォトレジスト膜１４１を形成する。その後、フォトレジスト膜１４１にフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング処理を行い、所定のパターンを形成する。
【００４９】
次に、図５（Ｂ）に示すように、例えば、Ｃｌ2、ＨＢｒ、ＳＦ6などのエッチングガスを用いたドライエッチングにより絶縁層１０３（例：ＳｉＯ2層）に至るまで、シリコン層１０５のエッチング処理を行う。
【００５０】
次に、図５（Ｃ）に示すように、例えば、フッ酸水溶液によるウェットエッチング等により、一部の絶縁層１０３を除去し、可動にしたい部分を基板１０７（シリコン層１０５）から離間させる。
【００５１】
可動にしたい部分のみを選択的に基板１０７から離間させるには、フォトレジスト膜のパターニング設計時において、基板１０７と離間させたい部位（例：可動薄板１５３の本体、櫛歯部、それらを吊るバネ構造部）の幅を、離間させたくない部位（例：可動薄板１５３のアンカー部１５４及び薄膜電極１５１ａ及び１５１ｂの本体）の幅よりも狭くなるように設計する。これにより、犠牲層エッチングにおいて、基板１０７と離間させたくない部位の絶縁層１０３を残し、基板１０７と離間させたい部位の下部をエッチングにより完全に除去することが可能となる。また、離間させたい部位が大きい場合でも、その部分をメッシュ構造とすることで、同様の機構により目的を達成することができる。
【００５２】
その後、図５（Ｄ）に示すように、レジスト剥離処理を行い、フォトレジスト膜１４１を剥離する。これにより、所望の形状の機械的可動部品（共振子）を製造することが可能となる。
【００５３】
本実施形態によれば、半導体素子１１１と共振子１５０とが基板の反対側の面に各々形成されているので、半導体装置の小型化が可能となり、また、基板両面を利用するので、基板の一面のみを利用する場合に比べ、大きなシリコン基板を必要とせず、安価な半導体装置を提供し得る。
【００５４】
また、本実施形態の製造方法によれば、複数のシリコン層の間に絶縁層を有する基板（ＳＯＩ基板１０７）を用いているので、絶縁層を犠牲層とする犠牲層エッチングを利用することで、半導体素子を作りこんだ基板の裏面に容易に共振子１５０を一体的に形成することが可能となる。また、これによれば、一の基板上で複数の半導体装置２０を形成し得るので、量産性が向上する。したがって、高集積化が可能な半導体装置２０を簡便な方法で安価に提供することが可能となる。
【００５５】
また、半導体素子を含む回路が形成された層と、機械的可動部品が形成された層との間に絶縁層１０３が介在しているので、両者の電気的絶縁性を図ることができ、半導体装置の信頼性を高めることが可能となる。
【００５６】
なお、上記製造方法では、バンプはウェハの個片化前にウェハ状態で形成したがこれに限定されず、個片化した後に個別に形成してもよい。
【００５７】
また、共振子１５０の構造は、上記直線上で共振する櫛歯状構造のものに限定されず、例えば、円弧状に動く円形の共振子であってもよい。
（第二の実施形態）
第一の実施形態では、一の基板上で半導体素子１１１と機械的可動部品としての共振子１５０との製造を行った。これに対し、本実施形態では、半導体素子１１１と共振子１５０とを個別に別基板上で形成した後、両基板を接合させることにより製造する。
【００５８】
以下に、本実施形態の製造方法について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６及び図７は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。なお、図１乃至図５に対応する部位については、同一の記号を付して説明を省略する。
【００５９】
図６（Ａ）に示すように、例えばシリコン製の基板２０１上に半導体素子１１１を含む回路及び当該回路と外部との電気的接続を図るための電極パッド１１３を形成する。
【００６０】
図６（Ｂ）に示すように、例えば、シリコン層２１１，２１５の間に絶縁層２１３（例：ＳｉＯ2層）を含むＳＯＩ基板２１７を用いて、第一の実施形態と同様の方法により、機械的可動部品としての共振子１５０を形成する。なお、ＳＯＩ基板２１７としては、第一の実施形態で挙げたものと同様のものが用いられる。
【００６１】
図６（Ｃ）に示すように、半導体素子１１１が形成された基板２０１と共振子１５０が形成された基板２１７とを接合する。具体的には、基板２０１の半導体素子形成面（半導体素子１１１が形成された面）と反対側の面と、基板２１７の共振子１５０が形成されたのと反対側の面とを接合する。接合方法としては、例えば、本実施形態では、基板２０１と基板２１７は、接合面がシリコンで構成されている場合には、シリコン−シリコン接合による直接接合法によってもよく、また、接着剤を介して接合してもよい。
【００６２】
その後、図６（Ｄ）及び図７（Ａ）に示すように、半導体素子１１１が形成された半導体素子形成面の電極パッド１１３にバンプ１１７を形成した後、ウェハを個片化し、半導体装置２０を得る。その後、図７（Ｂ）及び図７（Ｃ）に示すように、半導体装置２０を回路基板３０に搭載し、ワイヤボンディング等により半導体装置２０と回路基板３０との電気的接続を図る。
【００６３】
本実施形態によれば、別体として形成した共振子１５０が形成された基板２１７を半導体素子が形成された基板と貼り合せることで、高集積化が可能な複数の小型半導体装置を提供し得るウェハを容易に形成することが可能となる。また、共振子を別基板上に形成することで、半導体素子の形成と同時に作業を進行することが可能となり、製造時間の短縮化を図ることが可能となる。したがって、このウェハにより製造される半導体装置、これを用いた製品のコスト低減を図ることが可能となる。
【００６４】
なお、半導体素子が形成された面を、共振子が形成された基板２１７との接合時に生じる外的影響から保護するという観点から、図６（Ａ）の工程後に、半導体素子形成面をポリイミド等の保護膜により保護し、その後にプラズマエッチング等により除去してもよい。
（第三の実施形態）
本実施形態では、ウェハ状態で半導体素子が形成された面（半導体素子形成面）を封止して、その後、個片化して得られた半導体装置を回路基板に実装した半導体モジュールについて説明する。
【００６５】
本実施形態では、ウェハ状態で半導体素子形成面を封止しているため、半導体装置を構成する基板の両面に形成された半導体素子を含む回路と機械的可動部品としての共振子との電気的接続は、基板を貫通する貫通電極を通じて行われる。
【００６６】
以下、本実施形態の半導体モジュールの製造方法について図８乃至図１０を参照しながら説明する。図８乃至図１０は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。なお、図１乃至図７に対応する部位については、同一の記号を付して説明を省略する。
【００６７】
まず、図８（Ａ）に示すように、一面側に半導体素子が形成されたシリコン製の基板３０１を準備する。符号３０３は例えばＡｌより構成される半導体素子の電極パッドを示す。この基板３０１の半導体素子が形成された面（電極パッド３０３が形成されている面）に、レジスト材を塗布してエッチング保護膜としてのフォトレジスト膜３０５を形成する。次に、フォトレジスト膜３０５にフォトリソグラフィ技術を用いたパターニング処理を行うことによって、電極パッド３０３が形成された領域の所定位置に孔部３０７を形成する。
【００６８】
なお、図示しないが、フォトレジスト膜３０５を形成する前に、必要に応じて、半導体素子等を保護するための絶縁膜（例：ＳｉＯ2）が形成されてもよい。
【００６９】
次に、図８（Ｂ）に示すように、Ｃｌ2、ＳＦ6などのエッチングガスを用い、ドライエッチングを行い、外部との電気的接続を図るための外部接続端子を形成するための微細な凹部３０９（例：深さ７０μｍ、孔径５０μｍ）を形成する。その後、レジスト剥離処理を行い、フォトレジスト膜３０５を剥離する。
【００７０】
次に、図８（Ｃ）に示すように、再度、ＴＥＯＳ−ＣＶＤ法等により絶縁膜３１１（例：ＳｉＯ2）を形成し、この絶縁膜３１１をパターニングする。これにより、電極パッド３０３とのコンタクト部３１３を形成する。その後、図８（Ｄ）に示すように、パラジウムなどの金属を用いて例えばスパッタリング又はＣＶＤ法等によりシード層３１５を形成する。
【００７１】
図９（Ａ）に示すように、このシード層３１５上に例えばドライフィルム（プリント配線板用感光性フィルム）などによりレジスト層３１７を設け、フォトリソグラフィ技術を用いてパターニング処理を行い、凹部３０９に対応する位置に孔部３１８を形成する。この際、孔部３１８は、電極パッド３０３と後に形成する外部接続端子との接続を図るために、コンタクト部３１３が形成された位置を含むような大きさに形成する。
【００７２】
次に、図９（Ｂ）に示すように、シード層３１５を陰極（カソード）とし、例えば銅電極を陽極（アノード）とし、硫酸銅等を含む電解溶液を用いて電解めっきを行い、露出したシード層３１５上に銅を析出させることにより、凹部３０９及び孔部３１８を導電体で埋め込む。この埋め込まれた導電体３１９が、後に外部接続端子となる。
【００７３】
その後、図９（Ｃ）に示すように、レジスト層３１７を除去する。この際、必要に応じて、導電体３１９が形成された部位以外のシード層３１５を除去又はパターニングしてもよい。
【００７４】
次に、図９（Ｄ）に示すように、別途準備した複数の凹部を有する例えばガラス製の基板４０１を、各凹部が基板３０１上に形成された半導体素子を含む回路等の能動部を個別に覆うように接合する。さらに具体的には、基板３０１と基板４０１との接合は、例えば、Ａｒ，Ｎ2等の不活性ガス雰囲気下、又は真空下（減圧下）で行われ、各凹部が、各半導体装置の単位領域を個別に覆うように、アライメントをしながら接合する。これにより、ウェハ状態で封止された基板３０１と基板４０１との接合体が得られる。
【００７５】
接合方法としては、例えば、基板４０１としてホウケイ酸ガラスを用いることで陽極接合法によって直接接合してもよく、また、図９（Ｄ）に示すように、Ａｕ，Ｓｎ等の金属を接着剤４１０として用いて接合してもよい。
【００７６】
なお、基板４０１は、半導体素子を含む回路等の能動部に対応する位置に凹部４０５が形成されており、この能動部を気密封止するための封止部材である。凹部４０５の形成方法としては、例えば、ガラス製の基板４０１の一面側にエッチング保護膜をし、フォトリソグラフィ技術を用いて所定のパターンにパターニングし、フッ酸水溶液によるウェットエッチング等により、凹部４０５（例：深さ４μｍ）を形成することができる。
【００７７】
次に、図１０（Ａ）に示すように、得られた接合体の裏面（基板３０１）側を機械研磨等により研削する。研削は、導電体３１９が接合体の裏面から露出するまで行う。
【００７８】
図１０（Ｂ）に示すように、この接合体の裏面に、第二の実施形態で説明したのと同様の方法により形成した共振子１５０を備えた基板２１７を貼り付ける。なお、基板２１７には、必要に応じて、導電体３１９との電気的接続を図るための貫通電極２２１を形成しておくことが望ましい。接合方法としては、上述の方法と同様に、直接接合法によっても接着剤による接合法によってもよい。この際、導電体３１９と貫通電極２２１が接続し得るよう、アライメントをしながら接合される。
【００７９】
次に、貫通電極２２１の端面（基板２０１に露出している貫通電極２２１の露出面）に、例えば、はんだ印刷又ははんだボールを搭載することにより、バンプを形成する。なお、バンプ形成時に、必要に応じてソルダレジスト、フラックスを用いてもよい。
【００８０】
その後、接合体（ウェハ）をダイシング等により切断し、半導体装置を得る。
【００８１】
得られた半導体装置を、図１０（Ｃ）に示すように、回路基板３０とバンプ２２３を介して接合することにより、半導体モジュールが得られる。
【００８２】
本実施形態によれば、複数の凹部を有する基板（封止部材）により、ウェハ上に設けられた半導体素子１１１を個別に封止するので、簡易に半導体素子１１１を封止することが可能となる。また、凹部により封止するので、半導体素子の構成が封止部材により影響されることなく、装置の設計の自由度が増す。また、ウェハ状態（個片化する前の状態）で一括して気密封止を行うことで、半導体装置を個片化（チップ化）した後の封止工程が不要となるので、量産性に優れ製造コストを低減することが可能となる。また、個片化した後の個別作業がなくなることから、製造時間の短縮化を図ることが可能となる。また、封止後に個片化を行うので個片化時に、ダイシング等による切断屑等が付着する虞がなく、半導体素子が汚染されるのを回避することが可能となる。また、ウェハ状態で半導体素子が形成された第一の基板に、封止部材としての第二の基板を接合しているので、第二の基板により第一の基板の強度が補強され、研削加工時に第一の基板を薄板化することが可能となり、個片化時の破損等による歩留まりの低下を回避することが可能となる。
【００８３】
また、封止された半導体素子が形成されたウェハと別体として機械的可動部品を形成し、接合するので、製造時間の短縮化を図ることが可能となり、半導体装置のコストを低減することが可能となる。
【００８４】
なお、上記例では、貫通電極２２１を有する基板２１７を接合したが、これに限らず、貫通電極を形成するための貫通孔を形成した基板２１７を接合し、その後に、当該貫通孔に導電体を埋設することで電極を形成してもよい。また、基板２１７を接合した後に、貫通電極を形成するための貫通孔を形成し、導電体を埋設することにより電極を形成してもよい。
（変形例１）
上記例では、機械的可動部品を別基板に形成し、この別基板と半導体素子を封止した基板を接合した例について説明した。これに対し、図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、半導体素子を形成し、封止した基板の裏面に直接機械的可動部品としての共振子１５０を形成してもよい。図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の例としての半導体装置の製造方法を説明するための図である。なお、本変形例では、第三の実施形態と異なる点についてのみ説明する。図１１（Ａ）に示すように、後に外部との接続端子となる導電体３１９を形成した積層基板３３０は、上述したのと同様の積層基板を用いることができる。ここで、絶縁層３２１及びシリコン層３２３は、導電体３１９を形成した後にＣＶＤ又は貼り合せ等により形成してもよい。
【００８５】
この場合には、半導体素子を封止する基板４０１が、第一の実施形態における保護膜１１５の役割も果たす。したがって、保護膜１１５を形成する工程を必要とせずに、共振子１５０を形成し得るので、工程数を減らすことが可能となり、簡便に小型で高集積化が可能な半導体装置を提供し得る。
（変形例２）
上記例では、半導体素子が形成された面を封止部材により封止したがこれに限定されず、図１２に示すように、共振子が形成された面を封止部材により封止する構成をとってもよい。なお、半導体素子形成面については、例えば樹脂封止により封止していてもよい。
【００８６】
上記のような共振器は、発振器、フィルタ等に好適に使用し得る。
【００８７】
また、本発明の半導体装置は、上記した共振器の他、例えば、センサ、光変調器、光スキャナといった、機械的可動部品と半導体回路とを別々に形成することができ、高集積化が望まれるＭＥＭＳデバイスに好適に適用することができる。
【００８８】
また、本発明の半導体装置は、特に図示しないが、携帯電話等の電子機器に好適に使用し得る。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】図１は、本実施形態に係る半導体モジュールの一例を説明するための図である。
【図２】図２は、機械的可動部品としての共振子の一例を説明するための模式図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図４】図４は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図５】図５は、共振子の形成方法の一例を説明するための図である。
【図６】図６は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図７】図７は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図８】図８は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図９】図９は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図１０】図１０は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を説明するための図である。
【図１１】図１１（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の他の例としての半導体装置の製造方法を説明するための図である。
【図１２】図１２は、半導体モジュールの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００９０】
２０・・・半導体装置、３０・・・回路基板、３１・・・第一の接続端子、３３・・・第二の接続端子、１０１・・・シリコン層、１０３・・・絶縁層、１０５・・・シリコン層、１０７・・・基板、１０８・・・可動部品形成面、１０９・・・半導体素子形成面、１１１・・・半導体素子、１１３・・・電極パッド、１１５・・・保護層、１１７・・・バンプ、１１９・・・ワイヤ、１４１・・・フォトレジスト膜、１５０・・・機械的可動部品、１５１ａ，ｂ・・・薄膜電極、１５３・・・可動薄板、１５４・・・アンカー部、１５５ａ，ｂ，ｃ・・・接続端子、２０１・・・基板、２１１，２１５・・・シリコン層、２１３・・・絶縁層、２１７・・・基板、２２１・・・貫通電極、２２３・・・バンプ、３００・・・回路基板、３０１・・・基板、３０３・・・電極パッド、３０５・・・フォトレジスト膜、３０７・・・孔部、３０９・・・凹部、３１１・・・絶縁膜、３１３・・・コンタクト部、３１５・・・シード層、３１７・・・レジスト層、３１８・・・孔部、３１９・・・導電体、４０１・・・基板、４０５・・・凹部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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