(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子装置チップを収容するキャビティの底面から基板裏面まで貫通する貫通孔が形成されるパッケージ用シリコン基板において、
前記貫通孔に充填される貫通電極であって、キャビティ底面側の端部が前記キャビティの底面よりも低い位置にある貫通電極と、
前記貫通電極のキャビティ底面側の端部に形成される金属層と、
前記金属層から前記キャビティ底面までの前記貫通孔の空間に充填されるワイヤボンディングの充填導体と、
を有することを特徴とするパッケージ用シリコン基板。
【請求項２】
前記金属層は、前記キャビティ底面から貫通孔の内壁を介して前記貫通電極のキャビティ底面側の端部まで連続的に形成される薄膜配線である請求項１に記載のパッケージ用シリコン基板。
【請求項３】
前記充填導体は、ワイヤボンディングの導体により形成された金バンプである請求項１又は請求項２に記載のパッケージ用シリコン基板。
【請求項４】
前記充填導体と電子装置チップの電極とを接続するワイヤボンディング配線をさらに有する請求項１に記載のパッケージ用シリコン基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パッケージ用シリコン基板に関し、特に、電子装置チップを収容するためのキャビティを備えたパッケージ用シリコン基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置を用いた種々の電子機器の小型化・薄型化を進めるために、半導体装置に用いる半導体パッケージも小型化・薄型化に対応する必要がある。特に薄型化のために、キャビティ付きのパッケージ用シリコン基板が用いられている（例えば特許文献１参照）。すなわち、基板表面からエッチング等により掘り込んだキャビティ内に、レーザダイオード（ＬＤ）、フォトダイオード（ＰＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）などの電子装置チップを搭載することで、電子装置チップの高さの一部または全部を基板で吸収し、パッケージを薄型化する。これにより、厚さの選択肢が規格範囲内に限られている市販のシリコンウェーハを用い、顧客の要求仕様に沿って薄型化したパッケージを提供できる。
【０００３】
図１（１）に示すように、シリコン基板１０を厚さ方向に貫通する貫通孔１２をメッキ等により充填して形成された貫通電極１４が、キャビティ１６内に実装した電子装置チップ１８の端子から外部への引き出し線として機能する。キャビティ底面１６Ｂ上にスパッタや蒸着などで形成した薄膜配線２０が貫通電極１４との結線部Ｊ１、Ｊ２を含めてパターニングされている。貫通電極１４の外部露出端にはパッケージをマザーボード等に実装するためのパッドを含む裏配線２１が形成されている。
【０００４】
図１（２）、図１（３）に示すように、キャビティ１６内にメッキ等により形成された貫通電極１４の端部Ｔ１、Ｔ２は、形成プロセスの許容範囲内でキャビティ底面１６Ｂから貫通孔１２内へ窪んだり（Ｔ１）、逆にキャビティ底面１６Ｂから突き出たり（Ｔ２）した状態となる。しかし、キャビティ底面１６Ｂは研磨による平坦化処理を施せないので、貫通電極端部Ｔ１、Ｔ２の凹凸状態が残ったまま、その上から薄膜配線２０を形成せざるを得ない。
【０００５】
図１（２）に示すように、貫通電極端部Ｔ１がキャビティ底面１６Ｂから貫通孔１２内へ窪んだ状態の結線部Ｊ１の場合、端部Ｔ１と貫通孔１２の側壁とで形成されるコーナー部Ｋ１では、スパッタや蒸着による堆積が少ないため、形成される薄膜配線２０の膜厚が薄く、断線し易い。
【０００６】
また、図１（３）に示すように、貫通電極端部Ｔ２がキャビティ底面１６Ｂから突き出た状態の結線部Ｊ２の場合、端部Ｔ２が貫通孔１２の開口周縁に傘状に張り出した部分Ｋ２では、貫通電極材料とシリコン基板との熱膨張差等による歪が集中し、断線し易い。
【０００７】
このように従来は、キャビティ底面１６Ｂにおける貫通電極１４と薄膜配線２０との結線部Ｊ１、Ｊ２で断線が発生し易いという問題があった。
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２０８０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、キャビティ底面における貫通電極と薄膜配線との断線発生を防止したパッケージ用シリコン基板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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、  電子装置チップを収容するキャビティの底面から基板裏面まで貫通する貫通孔内を充填する貫通電極を備え、貫通電極のキャビティ底面側の端部は、電子装置チップを含む電気回路を構成する配線との結線部を有するパッケージ用シリコン基板において、
（１）上記配線として薄膜配線を含み、上記結線部は該薄膜配線に接合した導体で補強され、かつ／または
（２）上記配線としてワイヤボンディング部を含み、上記結線部は貫通電極のキャビティ底面側の端部とのワイヤボンディングにより形成されていることを特徴とするパッケージ用シリコン基板が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明においては（１）結線部は該薄膜配線に接合した導体で補強され、かつ／または（２）結線部は貫通電極のキャビティ底面側の端部とのワイヤボンディングにより形成されていることにより、結線部での断線を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
〔実施形態１〕
図２に、本発明の一実施形態によるパッケージ用シリコン基板の結線部を示す。図示したシリコン基板１０は、図１（１）に示したものと同様にキャビティ１６を備えたシリコン基板１０であるが、キャビティ１６内の貫通電極１４と配線との結線部に本発明を適用してある。
【００１３】
図２（１）に示した結線部では、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔ１はキャビティ底面１６Ｂよりも低い位置にある。キャビティ底面１６Ｂから貫通電極端部Ｔ１までの深さＨは例えば２０μｍ程度である。薄膜配線２０がキャビティ底面１６Ｂから貫通孔１２の内壁を介して貫通電極１４の端部Ｔ１までを連続的に覆って形成されている。ワイヤボンディングのファーストボンディングにより形成された金バンプ２２が、キャビティ底面１６Ｂから貫通電極端部Ｔ１までの貫通孔１２内の空間を充填して薄膜配線２０に接合して一体の導体を形成し、貫通電極端部Ｔ１と薄膜配線２０との結線部を補強している。
【００１４】
薄膜配線２０はＰＶＤ等により製膜された１μｍ程度あるいはそれ以下の厚さであり、特にコーナー部Ｋ１では薄くなるため機械的な強度が極めて低いため、従来はコーナー部Ｋ１での断線が発生し易かった。
【００１５】
図２（１）の結線部は、ファーストボンディングによる金バンプ２２が、貫通電極端部Ｔ１より上の貫通孔１２内を充填しつつ薄膜配線２０と強固に接合していることにより、薄膜配線２０のみから成る従来の結線部（図１（２））に比べて遥かに高い機械的強度が得られるので、特にコーナー部Ｋ１でも十分な機械的強度が確保され、断線の発生が防止される。
【００１６】
図２（２Ａ）〜（２Ｂ）に示した結線部では、図２（１）の結線部と同様に貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔ１はキャビティ底面１６Ｂよりも低い位置にあり、薄膜配線２０がキャビティ底面１６Ｂから貫通孔１２の内壁を介して貫通電極１４の端部Ｔ１までを連続的に覆って形成されている。ただし、図２（１）の金バンプ２２の代わりに、図２（２Ａ）のようにキャビティ底面１６Ｂから貫通電極端部Ｔ１までの貫通孔１２内の空間にはんだボール２４’を配置し、これをリフローして図２（２Ｂ）のように形成したはんだリフロー部２４が、上記空間を充填して薄膜配線２０に接合して一体の導体を形成し、貫通電極端部Ｔ１と薄膜配線２０との結線部を補強している。はんだボール２４’の直径ｄ、貫通孔１２の内径Ｄ、キャビティ底面１６Ｂから貫通電極端部Ｔ１までの深さＨは、ｄ＜Ｄ、Ｈ＞ｄ／２の関係にある。
【００１７】
図２（２Ｂ）の結線部は、はんだリフロー部２４が、図２（１）の金バンプと同様に、貫通電極端部Ｔ１より上の貫通孔１２内を充填しつつ薄膜配線２０と強固に接合していることにより、薄膜配線２０のみから成る従来の結線部（図１（２））に比べて遥かに高い機械的強度が得られるので、特にコーナー部Ｋ１でも十分な機械的強度が確保され、断線の発生が防止される。
【００１８】
本実施形態および以下の実施形態において、各部の寸法の一例は下記のとおりである。
【００１９】
シリコン基板１０として、市販のシリコンウェーハを用いると、ＳＥＭＩ規格、ＪＥＩＤＡ規格等により厚さが規定されており、例えば６インチ、８インチ、１２インチの各ウェーハの厚さは６２５μｍ、７２５μｍ、７７５μｍと規定されている。
【００２０】
このように厚さが規定されている市販ウェーハを用いたシリコン基板１０にエッチング等により掘り込むキャビティ１６は、実際に用いたウェーハの規格厚さに応じて深さが制限される。また、ウェーハの裏面は梨地状であるため研磨が必要であり、研磨代の分だけ更に薄くなる。例えば８インチウェーハ（規格厚さ７２５μｍ）を用いたシリコン基板１０の場合、裏面研磨後の厚さは６５０〜６７５μｍ程度となるため、キャビティ深さは１００〜６００μｍ程度の範囲である。
【００２１】
〔実施形態２〕
図３に、本発明の一実施形態によるパッケージ用シリコン基板の結線部を示す。図示したシリコン基板１０は、図１（１）に示したものと同様にキャビティ１６を備えたシリコン基板１０であるが、キャビティ１６内の貫通電極１４と配線との結線部に本発明を適用してある。
【００２２】
図３（１）に示した結線部では、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔ１はキャビティ底面１６Ｂよりも低い位置にあり、図３（２）に示した結線部では、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔ２はキャビティ底面１６Ｂよりも高い位置にある。いずれの場合も、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔ１、Ｔ２とその周囲の薄膜配線２０とを連続的に覆って厚膜配線２６が形成されている。厚膜配線２６は、薄膜配線２０をシード層とする電解めっきにより厚さ５〜１０μｍに形成され、厚さ１μｍ程度あるいはそれ以下の薄膜配線２０と貫通電極端部Ｔ１、Ｔ２との結線部を補強している。
【００２３】
厚膜配線２６は薄膜配線２０と強固に接合しており、薄膜配線２０のみから成る従来の結線部（図１（２））に比べて遥かに高い機械的強度が得られるので、コーナー部Ｋ１あるいは傘状張り出し部Ｋ２においても、十分な機械的強度が確保され、断線が防止される。
【００２４】
〔実施形態３〕
図４に、本発明の一実施形態によるパッケージ用シリコン基板の結線部を示す。図示したシリコン基板１０は、図１（１）に示したものと同様にキャビティ１６を備えたシリコン基板１０であるが、キャビティ１６内の貫通電極１４と配線との結線部に本発明を適用してある。
【００２５】
図４に示した結線部では、上記配線としてワイヤボンディング部３０を含み、結線部は貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔとのワイヤボンディングにより形成されている。
【００２６】
図４（１）の結線部では、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔはキャビティ底面１６Ｂよりも低い位置にあり、貫通孔１２内の端部Ｔより上側にある空間を充填し且つ端部Ｔに接合したファーストボンディング部３４により、ワイヤボンディング配線３０と端部Ｔとの結線部が形成されている。ただし、ボンディング前に貫通電極端部Ｔ上に基板裏面側端部（図示せず）をシードとする電解めっきによりＮｉ／Ａｕ等のメタル層３２を形成し、その上にファーストボンディングを行なう。
【００２７】
ワイヤボンディング配線３０の図示しない他端は一般に電子装置チップの電極に接続されている。
【００２８】
図４（１）の結線部は、ファーストボンディングにより、配線３０が貫通電極端部Ｔに強固に接続されており、従来のような断線が発生する虞がない。
【００２９】
図４（２）の結線部では、図４（１）と同様に貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔはキャビティ底面１６Ｂよりも低い位置にある。貫通孔１２内の端部Ｔより上側にある空間を充填する金バンプ３６の上端に接合したセカンドボンディング部３８により、ワイヤボンディング配線３０と端部Ｔとの結線部が形成されている。金バンプ３６の形成は、先ず貫通電極端部Ｔ上に基板裏面側端部（図示せず）をシードとする電解めっきによりＮｉ／Ａｕ等のメタル層を形成し、このメタル層上に電解金めっきすることにより行なう。
【００３０】
ボンディングワイヤ３０の図示しない他端は一般に電子装置チップの電極に接続されている。
【００３１】
図４（２）の結線部は、電解めっきにより形成されたメタル層３２および金バンプ３６と、金バンプ３６へのセカンドボンディングとにより、配線３０が貫通電極端部Ｔに強固に接続されており、従来のような断線が発生する虞がない。
【００３２】
図４（３）の結線部では、貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部Ｔはキャビティ底面１６Ｂより高い位置にあり、端部Ｔに接合したセカンドボンディング部３８により、ワイヤボンディング配線３０と端部Ｔとの結線部が形成されている。ただし、ボンディング前に貫通電極端部Ｔ上に基板裏面側端部（図示せず）をシードとする電解めっきによりＮｉ／Ａｕ等のメタル層３２を形成し、その上にセカンドボンディングを行なう。
【００３３】
ボンディングワイヤ３０の図示しない他端は一般に電子装置チップの電極に接続されている。
【００３４】
図４（３）の結線部は、電解めっきにより形成されたメタル層３２と、メタル層３２へのセカンドボンディングとにより、配線３０が貫通電極端部Ｔに強固に接続されており、従来のような断線が発生する虞がない。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明によれば、キャビティ底面における貫通電極と薄膜配線との断線発生を防止したパッケージ用シリコン基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】従来のパッケージ用シリコン基板の断面図。
【図２】本発明の実施形態１によるパッケージ用シリコン基板の結線部の断面図。
【図３】本発明の実施形態２によるパッケージ用シリコン基板の結線部の断面図。
【図４】本発明の実施形態３によるパッケージ用シリコン基板の結線部の断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０    シリコン基板
１２    貫通孔
１４    貫通電極
１６    キャビティ
１６Ｂ    キャビティ底面
１８    電子装置チップ
２０    薄膜配線
２１    裏配線
２２    金バンプ
２４    はんだリフロー部
２４’    はんだボール
２６    厚膜配線
３０    ワイヤボンディング配線
３２    メタル層
３４    ファーストボンディング部
３６    金バンプ
３８    セカンドボンディング部
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ    貫通電極１４のキャビティ底面１６Ｂ側の端部
Ｊ１、Ｊ２    結線部
Ｋ１    コーナー部
Ｋ２    傘状張出部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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