(57)【要約】【課題】バンプ電極と貫通電極との電気的接続の安定性を高めると共に、電子部品の密封性を確実に維持することが可能な電子部品の製造方法を提供する。【解決手段】貫通孔１０４を形成する貫通孔形成工程と、少なくとも貫通孔１０４の開口端の周辺領域において電極膜１０５を形成する電極膜形成工程と、開口端を塞ぐように金属バンプ１０６を形成するバンプ形成工程と、貫通孔１０４の内部にめっきを充填し、貫通ビア１０９を形成する貫通電極形成工程と、を有することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板とリッド基板とによって形成されるパッケージと、
前記パッケージ内において前記ベース基板上に実装される電子素子と、
前記ベース基板を貫通して前記電子素子と電気的に接続する貫通電極と、
を有する電子部品の製造方法であって、
前記ベース基板に対して貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、
少なくとも前記貫通孔の開口端の周辺領域において電極膜を形成する電極膜形成工程と、
前記開口端を塞ぐように金属バンプを形成するバンプ形成工程と、
前記貫通孔の内部にめっきを充填し、前記貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、
を有することを特徴とする電子部品の製造方法。
【請求項２】
前記貫通孔形成工程の後に、前記貫通孔の内側面と、前記内側面に接続するように前記ベース基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程が設けられており、前記電極膜形成工程では、少なくとも前記貫通孔の開口端の周辺領域において前記絶縁膜上に電極膜を形成することを特徴とする請求項１に記載の電子部品の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁膜形成工程の後に、前記貫通孔の内側面に下地金属層を形成する下地金属形成工程を有しており、前記貫通電極形成工程では、前記下地金属層の表面に、無電解めっき法によって前記めっきを形成することを特徴とする請求項２に記載の電子部品の製造方法。
【請求項４】
前記貫通電極形成工程では、前記金属バンプに電圧を印加した状態で、電解めっき法によって前記めっきを形成することを特徴とする請求項１または２に記載の電子部品の製造方法。
【請求項５】
前記金属バンプの直径は、前記貫通孔の前記開口端の面積の１．５倍以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【請求項６】
前記電子素子とは、ＭＥＭＳ、半導体デバイス又は水晶振動子であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電子部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、基板上に半導体素子などの電子デバイスが実装された電子部品には、基板の表裏を貫通する貫通する貫通電極が設けられている。例えば、近年では、半導体微細加工技術を用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれるマイクロマシン用パッケージやインターポーザ等の電子装置が知られているが、これらの電子装置では、上側と下側の配線パターン間を電気的に接続する貫通電極を形成する技術の開発が進められている。インターポーザにおいては、基板の上面と下面との間を貫通する貫通孔に貫通電極を形成して配線パターン間を電気的に接続する構成が採られている。
【０００３】
さらに、半導体集積回路の高密度集積化、高性能化を達成するための技術として、半導体チップの表面と裏面に形成された導電層間を接続する貫通電極と、バンプ電極を設けた半導体チップとを積層し、半導体チップ上に形成された導電層間を、貫通電極及びバンプ電極を介して電気的に接続する技術が知られている。このように、バンプ電極と貫通電極を用いて電気的な接続を確保する手法は、ワイヤー接続と比較すると格段に配線長を短くすることができるので、電子部品の高性能を実現することが可能になる。
【０００４】
特許文献１には、パッケージ内に実装される電子素子の裏面にバンプ電極を形成し、ベース基板に形成された貫通孔を当該バンプ電極によって塞ぐことで、貫通電極とバンプ電極との電気的接続を可能とする技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１８７１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら従来技術には次の課題がある。
電子素子にバンプ電極を形成し、当該バンプ電極と貫通電極とを接続する場合、球状のバンプ電極によって貫通孔を塞ぐことになるので、バンプ電極と貫通電極との接触面積が一定とならず、両者の電気的接続が不安定になる虞がある。また、バンプ電極によって貫通孔を確実に封止できず、電子部品の気密性が低下することで電子部品の高機能化を実現できない虞がある。
【０００７】
そこで本発明は、上記課題を解決すべく、バンプ電極と貫通電極との電気的接続の安定性を高めると共に、電子部品の密封性を確実に維持することが可能な電子部品の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために本発明の電子部品の製造方法にあっては、ベース基板とリッド基板とによって形成されるパッケージと、前記パッケージ内において前記ベース基板上に実装される電子素子と、前記ベース基板を貫通して前記電子素子と電気的に接続する貫通電極と、を有する電子部品の製造方法であって、前記ベース基板に対して貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、前記貫通孔の内側面と、前記内側面に接続するように前記ベース基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、少なくとも前記貫通孔の開口端の周辺領域において前記絶縁膜上に電極膜を形成する電極膜形成工程と、前記開口端を塞ぐように金属バンプを形成するバンプ形成工程と、前記貫通孔の内部にめっきを充填し、前記貫通電極を形成する貫通電極形成工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
かかる製造方法によれば、金属バンプを形成した後にめっきを充填させて貫通電極を形成するので、金属バンプと貫通電極との接続を確実に行うことが出来る。つまり、金属バンプとめっきとの接触面積を、従来技術と比較すると増大させることができ、電気的接続の安定性を高めることが可能になる。さらに、貫通孔の内部にめっきを充填させることより、電子部品の密封性を向上させることが可能になる。
また、貫通孔形成工程の後に、前記貫通孔の内側面と、前記内側面に接続するように前記ベース基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を設け、前記電極膜形成工程では、絶縁膜上に電極膜を形成してもよい。
【００１０】
また、本発明では、
前記絶縁膜形成工程の後に、前記貫通孔の内側面に下地金属層を形成する下地金属形成工程を有しており、前記貫通電極形成工程では、前記下地金属層の表面に、無電解めっき法によって前記めっきを形成すると好適である。
【００１１】
かかる製造方法によれば、下地金属層を核として、無電解めっきによってめっきを形成していくことができるので、貫通孔の内側面に対して均一にめっき層を形成することが可能になる。よって、貫通孔内に空隙等を生じさせることなく、めっきを充填できるので、貫通電極の信頼性を高めることができる。また、めっきによってパッケージを確実に封止できるので、電子部品の密封性を高めることが可能になる。
【００１２】
また、本発明では、
前記貫通電極形成工程では、前記金属バンプに電圧を印加した状態で、電解めっき法によって前記めっきを形成すると好適である。
【００１３】
かかる製造方法によれば、金属バンプを核として電解めっき法によってめっきを形成することができるので、電解めっき法を行う際に、金属バンプ以外に別途部材、装置などを必要とせず、簡易な構成でめっきを形成することができる。よって、製造コストを低減することが可能になる。さらに、電解めっきによって貫通電極の信頼性を向上させ、電子部品の密封性を高めることが可能になる。
【００１４】
また、本発明では、
前記金属バンプの直径は、前記貫通孔の前記開口端の面積の１．５倍以上であると好適である。
【００１５】
かかる製造方法によれば、金属バンプの位置精度に関わらず、金属バンプと貫通電極とを確実に接続させることが可能になる。
【００１６】
また、本発明では、
前記電子素子とは、ＭＥＭＳ、半導体デバイス又は水晶振動子であると好適である。
【００１７】
かかる製造方法によれば、電気的接続の安定性を高めると共に、電子部品の密封性を確実に維持することが可能なＭＥＭＳ、半導体デバイス又は水晶振動子を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明によれば、バンプ電極と貫通電極との電気的接続の安定性を高めると共に、電子部品の密封性を確実に維持することが可能な電子部品の製造方法を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態における貫通電極及びバンプ電極の概略構成を示す図。
【図２】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図３】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図４】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図５】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図６】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図７】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図８】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図９】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図１０】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図１１】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図１２】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【図１３】第１実施形態に係る電子部品の製造方法の工程を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
【００２１】
（第１実施形態）
図１〜図１３を参照して、本発明の第１実施形態に係る電子部品の製造方法について説明する。
【００２２】
（１：電子部品の概略構成）
図１は、本実施形態における電子部品の貫通電極、及び金属バンプ１０６（バンプ電極）の概略構成を示す図である。なお、ここでは不図示であるが、本実施形態における電子部品は、ベース基板１０１とリッド基板（不図示）との間に形成されたキャビティ内において、ベース基板１０１上に電子デバイス１２０（電子素子）が実装される構成を有している。
【００２３】
ベース基板１０１、リッド基板は、従来より知られている基板を適用することが可能であるが、本実施形態では、ベース基板１０１として、厚みが３００〜５００μｍ程度のシリコン基板を用いている。
【００２４】
また、ベース基板１０１とリッド基板の接合方法は、接着剤による接合、陽極接合による接合など、従来より知られている接合方法を用いることができる。また、ベース基板１０１、及びリッド基板は、いずれも平板状としてこれらの基板の間に枠状部材を介在させてもよいし、少なくとも一方を凹状とすることでキャビティを形成してもよい。
【００２５】
電子デバイス１２０は、ベース基板１０１に形成された金属バンプ１０６に対して、電子デバイス１２０上に形成されている電極パッド１２１が接続することで、金属バンプ１０６と電気的に接続されている。なお、電子デバイス１２０としては、ＭＥＭＳ素子（ＭＥＭＳ技術によって作製された素子）、半導体デバイス、又は水晶振動子などを用いることができる。
【００２６】
ベース基板１０１の表面及び貫通孔１０４の内側面には、絶縁膜１０３が連続して形成されており、さらに貫通孔１０４の一方の開口端の周辺領域には、絶縁膜１０３の表面に電極配線１０５（電極膜）が形成されている。そして、電極配線１０５の表面に、金属バンプ１０６が形成されている。図１では、電極配線１０５が、金属バンプ１０６よりも外側にはみ出す領域に形成されている構成が示されているが、金属バンプ１０６が電極配線１０５を覆うように形成されていてもよい。この場合は、ベース基板１０１に対する金属バンプ１０６の接着強度がより向上する。
【００２７】
そして、貫通孔１０４には、内側面において絶縁膜１０３の表面にシード膜１０８（下地金属）が形成されており、さらにシード膜１０８の表面には、めっきが充填されることで形成された貫通ビア１０９が設けられている。なお、本実施形態では、貫通ビア１０９の直径を３０〜６０μｍ程度としている。
【００２８】
一方、貫通孔１０４の他方の開口端の周辺領域では、絶縁膜１０３の表面にシード膜１０８が延出しており、このシード膜１０８を覆うように、貫通ビア１０９が延出されている。さらに、シード膜１０８、貫通ビア１０９を覆うように、拡散防止膜１１０が成膜されており、その表面に、外部接続用電極１１１が形成されている。
【００２９】
なお、本実施形態では、拡散防止膜１１０としてＮｉを用い、外部接続用電極１１１としてＡｕを用いている。また、拡散防止膜１１０は、貫通ビア１０９の表面を覆うのみならず、貫通ビア１０９の側面も覆うように、即ち、貫通ビア１０９が露出しないように完全に覆うように構成してもよい。これにより、貫通ビア１０９の耐久性を向上させることが可能になる。
【００３０】
（２：電子部品の製造方法）
図２〜図１２を参照して、本実施形態に係る電子部品の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、ベース基板１０１として、シリコンやＧａＡｓといった半導体、ガラス、又はセラミックスなどの絶縁体から形成されるベース基板１０１を準備する。ベース基板１０１の材料を選択する際は、ベース基板１０１に実装する電子デバイス１２０の諸特性を考慮して選択する。
【００３１】
（２−１：貫通孔形成工程）
次に、図３、図４に示すように、ベース基板１０１の所定の位置に貫通孔１０４を形成する（貫通孔形成工程）。貫通孔形成工程では、まず、ベース基板１０１の表面、裏面をレジスト膜などの保護膜で覆い、その後、後述する貫通孔１０４を形成する位置以外の領域のみが保護膜で覆われるようにパターン１０２Ａを形成する。これにより、貫通孔１０４の位置のみが露出したマスクパターンが形成される。なお、ベース基板１０１の裏面では、一様に保護膜１０２Ｂが形成されている。なお、ここでは貫通孔１０４がひとつだけ図示されているが、本実施形態では、ウェハ上に複数個の電子部品を形成する場合を想定しており、よって、貫通孔１０４は複数形成されているものとする。
【００３２】
その後、図４に示すように、ドライエッチング法または、ベース基板１０１の材質によっては、ウエットエッチング法やブラスト加工を用いて、貫通孔１０４を形成する。貫通孔１０４を形成後は、マスクパターン１０２Ａおよび１０２Ｂを剥離する。上述したように、本実施形態における貫通孔１０４の直径は３０〜６０μｍとする。
【００３３】
（２−２：絶縁膜形成工程）
次に、図５に示すように、貫通孔１０４の内側面とベース基板１０１の表面、裏面に対して、互いが連続するように絶縁膜１０３を形成する。絶縁膜１０３は、ＣＶＤ法により形成することができる。このとき、絶縁膜１０３の厚みは、０．５〜２．０μｍとすることができる。また、本実施形態では、絶縁膜１０３をＳｉＯ２によって形成しているが、ＳｉＯ２のみならず、ＳｉＯ２膜上にＳｉＮ膜を形成することで絶縁膜１０３を形成しても良い。
【００３４】
（２−３：電極膜形成工程）
次に、図６、図７に示すように、貫通孔１０４の一方の開口端の周辺領域に電極配線１０５（電極膜）を形成する。電極配線１０５は、絶縁膜１０３上に形成されている。電極配線１０５としては、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒや、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉの構成を採用することができる。この電極配線１０５は、スパッタ法により、露光パターニングにて、所望の箇所に形成する。
【００３５】
具体的には、まず、図６に示すように、ベース基板１０１の表面において、電極配線１０５を形成するためにレジスト膜１０２Ａをマスクとするマスクパターンを形成する。また、ベース基板１０１の裏面において、後述する外部接続用電極１１１の領域を形成するためのレジスト膜１０２Ｂをマスクとするマスクパターンを形成する（レジスト膜形成工程）。
【００３６】
次に、図７に示すように、電極配線１０５をレジスト膜１０２Ａを覆うようにして、スパッタ法で形成する。これにより、電極配線１０５は、貫通孔１０４の一方の開口端の周辺領域と、そのさらに外側の領域との境界に段差が形成されることになる。即ち、段差状の電極配線１０５が形成される。なお、電極配線１０５の材質は上述の通りであるが、例えば、Ａｕ／Ｎｉ／Ｃｒによって電極配線１０５を構成する場合は、Ａｕは１０００〜１５００Å、Ｎｉは１０００〜２０００Å、Ｃｒは３００〜６００Åとすることができる。なお、Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉによって電極配線１０５を構成する場合も同様の厚さである。
【００３７】
（２−４：バンプ形成工程）
次に、図８に示すように、貫通孔１０４の一方の開口端を覆うように金属バンプ１０６を形成する。金属バンプ１０６は、貫通孔１０４の周辺領域に形成された段差状の電極配線１０５の下段領域に超音波接続によって形成されている。金属バンプ１０６の材料としては、ＡｕあるいはＣｕを使用することができる。
【００３８】
この金属バンプ１０６の直径は５０〜１００μｍであり、その高さは５０〜１００μｍとすることができる。金属バンプ１０６の直径は、貫通孔１０４の直径の１．５倍以上であるとよい。これにより、金属バンプ１０６の位置精度（誤差）によらず、金属バンプと後述の貫通ビア１０９との接続を確実に確保することができる。
このように、上述の電極膜形成工程において形成した段差状の電極配線１０５の下段領域に金属バンプ１０６を形成しているので、形成する際の位置決めが容易であり、さらに金属バンプ１０６を形成した後に金属バンプ１０６が濡れ広がり、金属バンプ１０６の姿勢が変形することを防止できる。
【００３９】
（２−５：下地金属形成工程、貫通電極形成工程）
次に図９〜図１１に示すように、貫通孔１０４にシード膜１０８、貫通ビア１０９を形成する。
まず、図９に示すように、ベース基板１０１の表面において、金属バンプ１０６を覆うようにして保護フィルム１０７を張り付ける。これは、後述のめっき法により貫通ビア１０９を形成する際に、金属バンプ１０６および電極配線１０５の表面にめっき金属が付着しないようにするためのものである。なお、保護フィルム１０７としては、フィルム状レジスト膜を用いることができる。また、保護フィルム１０７の厚みは、１０〜１００μｍとすることができる。
【００４０】
次に、図１０に示すように、無電解めっき法によって貫通ビア１０９を形成する。
まず、貫通孔１０４の内側面にシード膜１０８を形成する。シード膜１０８の形成方法については詳述しないが、ベース基板１０１の裏面に形成したレジスト膜１０２Ｂ上にスパッタ法でシード膜１０８を形成する。なお、ここでは無電解めっき法による貫通ビア１０９の形成方法を説明しているが、貫通ビア１０９は、電解めっき法で形成してもよく、この場合は、シード膜１０８は不要である。
【００４１】
次に、図１１に示すように、電解めっき法又は無電解めっき法によって、貫通ビア１０９を形成する。電解めっき法で貫通ビア１０９を形成する際には、電極配線１０５に電圧を印加することで、電気的に接続している金属バンプ１０６を給電層として貫通ビア１０９を形成することができる。また、無電解めっき法では、シード膜１０８を核として、貫通ビア１０９を形成することができる。
【００４２】
このようなめっき法によって貫通ビア１０９を形成することで、貫通孔１０４の内側面から貫通孔１０４の中心方向に向けてめっきが徐々に積層され、結果的に貫通孔１０４の直径と同じ３０〜６０μｍの突出量となる。よって、めっきによって貫通孔１０４を確実に封止することができる。また、貫通孔１０４の内側面からめっきが積層されるので、空隙を形成することなく、貫通孔１０４内をめっきで万遍なく充填することができる。よって、貫通ビア１０９の信頼度が向上し、さらに空隙が形成されないことから貫通ビア１０９の抵抗を下げることができるので、電子デバイス１２０の高機能化に対応することが可能になる。
【００４３】
貫通ビア１０９を形成した後は、貫通孔１０４の他方の開口端から突出した貫通ビア１０９の端面を覆うように拡散防止膜１１０を形成し、更に外部接続用電極１１１を形成する。この際、拡散防止膜１１０は、無電解めっき法あるいは、電解めっき法を使用して形成することができ、材質としてはＮｉを使用することができる。また、外部電極接続用電極１１１も同様に電解めっき法あるいは無電解めっき法で形成することができ、材質としてＡｕを使用することができる。
【００４４】
（２−６：リフトオフ工程）
図１２、図１３を参照して、貫通ビア１０９を形成した後のリフトオフ工程について説明する。
貫通ビア１０９を形成し、拡散防止膜１１０、外部接続用電極１１１を形成した後は、図１２に示すように、ベース基板１０１の表面から保護フィルム１０７を剥がす。そして、図１３に示すように、レジスト膜１０２Ａおよび１０２Ｂを、有機溶剤を使用したリフトオフ技法によって剥離する。その後、不図示の工程により、金属バンプ１０６上に電子デバイス１２０を実装し、さらにリッド基板とベース基板１０１とを接合することにより、電子部品を製造することが可能になる。
【００４５】
また、電解めっき法を行うために、金属バンプ１０６上に金属層を形成する必要がなく、この金属層を除去する際の薬液によって、金属バンプ１０６および電極配線１０５がダメージを受ける可能性がない為、実装不良や電気的特性不良などの品質や低下させることがなく、電子部品の信頼性の確保をすることができる。
【００４６】
また、本実施形態のめっき法によれば、貫通ビア１０９内に空隙等が生じる虞がないので、信頼性の高い貫通ビア１０９を形成することが可能になる。
【００４７】
このように、本実施形態の電子部品の製造方法によれば、バンプ電極と貫通電極との電気的接続の安定性を高めると共に、電子部品の密封性を確実に維持することが可能な電子部品の製造方法を提供することが可能になる。
【００４８】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、ベース基板１０１としてシリコン基板を用いているが、ベース基板１０１が、ガラスやセラミックなどの絶縁性に優れた材料で形成される場合であってもよい。この場合は、ベース基板１０１自体が絶縁性を有するので、上述した絶縁膜形成工程を省略することが可能である。即ち、本発明における絶縁膜形成工程は、ベース基板１０１の材料によって、適宜選択することができる工程である。
【符号の説明】
【００４９】
１０１・・・ベース基板、１０３・・・絶縁膜、１０４・・・貫通孔、１０８・・・シード膜、１０９・・・貫通ビア（貫通電極）、１１０・・・拡散防止膜、１１１・・・外部接続用電極、１２０・・・電子デバイス
【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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【図１３】
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