特開 2024-107673 半導体装置および振動デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024107673

(43)【公開日】2024-08-09

(54)【発明の名称】半導体装置および振動デバイス

(51)【国際特許分類】

   H03B 5/32 20060101AFI20240802BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20240802BHJP

   H01L 23/12 20060101ALI20240802BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

H01L23/14 S

H01L23/12 Q

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023011719

(22)【出願日】2023-01-30

(71)【出願人】

【識別番号】000002369

【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100148323

【弁理士】

【氏名又は名称】川▲崎▼ 通

(74)【代理人】

【識別番号】100168860

【弁理士】

【氏名又は名称】松本 充史

(72)【発明者】

【氏名】松澤 勇介

【テーマコード（参考）】

5J079

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA43

5J079BA47

5J079HA02

5J079HA07

5J079HA16

5J079HA28

5J079HA29

(57)【要約】

【課題】有機絶縁層の膜厚が薄くなることを低減できる半導体装置を提供する。
【解決手段】第１面および第２面を含み、第１貫通孔が形成された半導体基板と、前記第１面に配置され、第３面および第４面を含み、前記第１貫通孔と重なる位置に第２貫通孔が形成された第１絶縁層と、前記第２面に配置され、前記第１貫通孔と重なる位置に第１開口部が形成された第２絶縁層と、前記第１開口部によって前記第２絶縁層から露出した第１導電層と、前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置され、前記第１開口部と重なる第２開口部が形成された有機絶縁層と、前記有機絶縁層の表面、および前記第２開口部によって前記有機絶縁層から露出した前記第１導電層の表面に配置された第２導電層と、を備え、前記第２貫通孔の側面は、第１テーパー面である、半導体装置。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面および前記第１面と表裏の関係にある第２面を含み、前記第１面から前記第２面まで貫通する第１貫通孔が形成された半導体基板と、
前記第１面に配置され、前記半導体基板側の第３面および前記第３面と表裏の関係にある第４面を含み、前記第１貫通孔と重なる位置に第２貫通孔が形成された第１絶縁層と、
前記第２面に配置され、前記第１貫通孔と重なる位置に第１開口部が形成された第２絶縁層と、
前記第１開口部によって前記第２絶縁層から露出した第１導電層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置され、前記第１開口部と重なる第２開口部が形成された有機絶縁層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置された前記有機絶縁層の表面、および前記第２開口部によって前記有機絶縁層から露出した前記第１導電層の表面に配置された第２導電層と、を備え、
前記第２貫通孔の側面は、第１テーパー面である、半導体装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記第１貫通孔の側面は、前記第１面側の端部に第２テーパー面を有し、
前記第３面と前記第２テーパー面が凹部を形成し、
前記凹部には、前記有機絶縁層が配置されている、半導体装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記有機絶縁層は、前記第１貫通孔の前記第１面側の開口から前記第１貫通孔の前記第２面側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分を有している、半導体装置。

【請求項4】

請求項１において、
前記第１貫通孔内に配置されている前記第２導電層によって囲まれた凹部には、金属材料が埋設されている、半導体装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれか１項に記載された半導体装置と、
前記第１面に配置された振動素子と、
前記半導体基板の前記第１面に接合され、前記振動素子を収容する空間を形成する蓋体と、
を備え、
前記半導体基板の前記第２面には、前記振動素子を発振させる発振回路が形成され、
前記振動素子は、前記第２導電層および前記第１導電層を介して、前記発振回路に電気的に接続されている、振動デバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体装置および振動デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、半導体基板を貫通する貫通電極において、半導体基板と導電層との間でリークが発生することを防止するために、貫通孔の内壁に形成された絶縁層を覆う有機絶縁層を形成し、有機絶縁層上に導電層を形成した半導体装置が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１１３４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に開示された半導体装置では、有機絶縁層は有機絶縁材料を含む溶液を塗布して形成されるため、貫通孔の角部において有機絶縁層の膜厚が薄くなってしまう場合があった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明に係る半導体装置の一態様は、
第１面および前記第１面と表裏の関係にある第２面を含み、前記第１面から前記第２面まで貫通する第１貫通孔が形成された半導体基板と、
前記第１面に配置され、前記半導体基板側の第３面および前記第３面と表裏の関係にある第４面を含み、前記第１貫通孔と重なる位置に第２貫通孔が形成された第１絶縁層と、
前記第２面に配置され、前記第１貫通孔と重なる位置に第１開口部が形成された第２絶縁層と、
前記第１開口部によって前記第２絶縁層から露出した第１導電層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置され、前記第１開口部と重なる第２開口部が形成された有機絶縁層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置された前記有機絶縁層の表面、および前記第２開口部によって前記有機絶縁層から露出した前記第１導電層の表面に配置された第２導電層と、を備え、
前記第２貫通孔の側面は、第１テーパー面である。

【0006】

本発明に係る振動デバイスの一態様は、上記半導体装置を備える。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す斜視図。

【図2】第１実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す平面図。

【図3】第１実施形態に係る振動デバイスを模式的に示す断面図。

【図4】半導体装置を模式的に示す断面図。

【図5】半導体装置の製造方法の一例を示すフローチャート。

【図6】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図7】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図8】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図9】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図10】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図11】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図12】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図13】半導体装置の製造工程を模式的に示す断面図。

【図14】第１変形例に係る半導体装置を模式的に示す断面図。

【図15】第２変形例に係る半導体装置を模式的に示す断面図。

【図16】第２実施形態に係る振動デバイスの半導体装置を模式的に示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0009】

１． 第１実施形態
１．１． 振動デバイス
まず、第１実施形態に係る振動デバイスについて、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る振動デバイス１００を模式的に示す斜視図である。図２は、第１実施形態に係る振動デバイス１００を模式的に示す平面図である。図３は、第１実施形態に係る振動デバイス１００を模式的に示す断面図である。なお、図３は、図１および図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線断面図である。

【0010】

振動デバイス１００は、図１～図３に示すように、半導体装置１０と、振動素子２０と、蓋体３０と、を備えている。なお、図２では、便宜上、蓋体３０の図示を省略している。また、図３では、半導体装置１０を簡略化して図示している。

【0011】

半導体装置１０は、半導体基板１１０と、第１絶縁層１２０と、第２絶縁層１３０と、を備えている。半導体基板１１０は、第１面１１０ａと、第１面１１０ａと表裏の関係にある第２面１１０ｂと、を有している。半導体基板１１０は、例えば、シリコン基板である。半導体基板１１０は、シリコン基板に限定されず、ゲルマニウム基板、窒化ガリウム基板などであってもよい。

【0012】

半導体基板１１０は、振動素子２０を発振させる発振回路を備えている。発振回路は、半導体基板１１０の第２面１１０ｂに配置されている。図示はしないが、半導体基板１１０の第２面１１０ｂには、発振回路を構成するトランジスター、ダイオード等の回路要素が形成されている。

【0013】

発振回路は、例えば、振動素子２０を発振させてクロック信号等の基準信号の周波数を生成する。振動デバイス１００が発振回路を備えることにより、振動デバイス１００を水晶発振器として用いることができる。なお、半導体装置１０は、発振回路を含んでいなくてもよく、この場合、振動デバイス１００を水晶振動子として用いることができる。なお、半導体基板１１０は、振動素子２０の振動特性を温度変化に応じて補正する温度補償回路などを備えていてもよい。

【0014】

第１絶縁層１２０は、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置されている。第１絶縁層１２０の材質は、例えば、酸化シリコンである。第２絶縁層１３０は、半導体基板１１０の第２面１１０ｂに配置されている。第２絶縁層１３０は、半導体基板１１０の第２面１１０ｂに形成された回路要素を覆っている。図示はしないが、第２絶縁層１３０には、複数の配線や複数のパッドが設けられている。第２絶縁層１３０は、層間絶縁膜である。
第２絶縁層１３０の材質は、例えば、酸化シリコンである。なお、第１絶縁層１２０および第２絶縁層１３０の材質は、酸化シリコンに限定されず、窒化シリコンなどの絶縁材料であってもよい。

【0015】

半導体装置１０には、第１絶縁層１２０および半導体基板１１０を貫通する第１貫通電極２および第２貫通電極４が形成されている。

【0016】

振動素子２０は、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置されている。振動素子２０は、例えば、圧電駆動型の振動素子である。振動素子２０は、例えば、素子基板２２と、第１励振電極２４と、第２励振電極２６と、を備えている。素子基板２２は、例えば、水晶基板である。素子基板２２は、例えば、厚みすべり振動モードで振動するＡＴカット水晶基板である。なお、素子基板２２は、ＡＴカット水晶基板に限定されず、ＡＴカット水晶基板以外の水晶基板、例えば、Ｘカット水晶基板、Ｙカット水晶基板、Ｚカット水晶基板、ＢＴカット水晶基板、ＳＣカット水晶基板、ＳＴカット水晶基板等から形成されていてもよい。

【0017】

なお、素子基板２２の構成材料は、水晶に限定されず、ニオブ酸リチウム、タンタル酸リチウム、四ホウ酸リチウム、ランガライト、ニオブ酸カリウム、リン酸ガリウム等の圧電単結晶体により構成されていてもよいし、これら以外の圧電単結晶体により構成されていてもよい。また、振動素子２０は、例えば、シリコン基板等の基板に圧電膜および電極を配置した、いわゆるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）振動素子であってもよい。

【0018】

第１励振電極２４および第２励振電極２６は、素子基板２２の表裏の関係にある２つの面にそれぞれ配置されている。第１励振電極２４および第２励振電極２６の材質は、例えば、金、銀、白金、パラジウム、イリジウム、銅、アルミニウム、ニッケル、クロム、チタン、タングステン等の金属材料、またはこれら金属材料を含む合金である。

【0019】

なお、振動素子２０は、圧電駆動型の振動素子に限定されず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する音叉型振動素子、複数の振動腕が面外方向に屈曲振動する音叉型振動素子、駆動振動する駆動腕および検出振動する検出腕を備え角速度を検出するジャイロセンサー素子、または加速度を検出する検出部を備えた加速度センサー素子であってもよい。

【0020】

蓋体３０は、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置されている。蓋体３０は、例えば、シリコン基板で構成されている。蓋体３０は、半導体基板１１０とともに振動素子２０を収容する空間であるキャビティーＳを形成している。蓋体３０は、キャビティーＳを形成するための凹部を有している。キャビティーＳは、半導体基板１１０および蓋体３０によって気密に封止された空間である。発振回路が形成された半導体基板１１０がキャビティーＳを形成するパッケージの一部を構成しているため、振動デバイス１００では、薄型化および小型化を図ることができる。

【0021】

蓋体３０は、接合層３２を介して半導体基板１１０の第１面１１０ａに接合されている。蓋体３０と半導体基板１１０とは、接合層３２を介して、活性化接合により接合されている。接合層３２は、例えば、厚さが１００ｎｍ程度の金層である。なお、接合層３２の材質は金に限定されず、銅やアルミニウムなどを用いてもよい。また、シリコンからなる半導体基板１１０とシリコンからなる蓋体３０を活性化させて直接接合してもよい。

【0022】

活性化接合は、アルゴンガスなどのエネルギービームを接合層３２に照射することにより、接合層３２の表面を活性化させた後に、接合層３２を介して蓋体３０と半導体基板１
１０を接合させる方法である。このような活性化接合によれば、金原子が接触面において拡散、再組織化を生じて接合が行われるため、接合界面のない強固な接合となる。また、接合層３２の表面を平滑にすることにより、接合層３２の表面の自由表面エネルギーのみで接合できるので、常温でかつ積極的な加圧をせずに接合できる。

【0023】

半導体基板１１０の第１面１１０ａには、第１絶縁層１２０を介して第１マウント電極４０および第２マウント電極４２が設けられている。第１マウント電極４０は、第１導電性接合部材４１を介して、振動素子２０の第１励振電極２４に電気的に接続されている。第２マウント電極４２は、第２導電性接合部材４３を介して、振動素子２０の第２励振電極２６に電気的に接続されている。

【0024】

第１導電性接合部材４１および第２導電性接合部材４３は、振動素子２０を支持している。第１導電性接合部材４１および第２導電性接合部材４３としては、例えば、金バンプやはんだバンプなどの金属バンプや、導電性フィラーを分散させた樹脂接着剤などが挙げられる。

【0025】

第１マウント電極４０は、第１貫通電極２を介して半導体基板１１０の第２面１１０ｂに配置された発振回路に電気的に接続されている。第２マウント電極４２は、第２貫通電極４を介して半導体基板１１０の第２面１１０ｂに配置された発振回路に電気的に接続されている。したがって、振動素子２０の第１励振電極２４は、第１導電性接合部材４１、第１マウント電極４０、および第１貫通電極２を介して発振回路に電気的に接続されている。振動素子２０の第２励振電極２６は、第２導電性接合部材４３、第２マウント電極４２、および第２貫通電極４を介して発振回路に電気的に接続されている。

【0026】

発振回路は、第２絶縁層１３０の表面に配置された第１外部接続端子５０、第２外部接続端子５２、および第３外部接続端子５４と電気的に接続されている。第１外部接続端子５０は、例えば、発振回路と電気的に接続された電源外部端子である。第２外部接続端子５２は、例えば、グランド外部端子である。第３外部接続端子５４は、例えば、発振出力外部端子である。発振回路は、電源外部端子である第１外部接続端子５０を介して外部から供給された電源により駆動し、振動素子２０を発振させて発振信号を生成し、発振出力外部端子である第３外部接続端子５４を介して外部へ発振信号を出力する。

【0027】

１．２． 半導体装置
次に、半導体装置１０について説明する。図４は、半導体装置１０を模式的に示す断面図である。図４は、図３に対応している。半導体装置１０は、上述したように、半導体基板１１０と、第１絶縁層１２０と、第２絶縁層１３０と、を備えている。半導体装置１０は、さらに、第１導電層１４０と、有機絶縁層１５０と、第２導電層１６０と、を備えている。

【0028】

半導体基板１１０には、第１面１１０ａから第２面１１０ｂまで貫通する第１貫通孔１１２が形成されている。第１貫通孔１１２の側面１１２ａ、すなわち、第１貫通孔１１２を規定する半導体基板１１０の側面は、有機絶縁層１５０で覆われている。

【0029】

第１絶縁層１２０は、半導体基板１１０側の第３面１２０ａと、第３面１２０ａとは表裏の関係にある第４面１２０ｂと、を有している。第１絶縁層１２０には、第４面１２０ｂから第３面１２０ａまで貫通する第２貫通孔１２２が形成されている。第２貫通孔１２２は、半導体基板１１０の第１面１１０ａの垂線に沿った方向から見て、第１貫通孔１１２に重なる位置に形成されている。第１貫通孔１１２と第２貫通孔１２２は、連通している。第２貫通孔１２２の側面１２２ａ、すなわち、第２貫通孔１２２を規定する第１絶縁層１２０の測面は、有機絶縁層１５０で覆われている。

【0030】

第２貫通孔１２２の側面１２２ａは、テーパー面（第１テーパー面）である。第２貫通孔１２２の側面１２２ａは、第１絶縁層１２０の第３面１２０ａおよび第４面１２０ｂに対して傾斜している。第２貫通孔１２２の側面１２２ａがテーパー面であることによって、第２貫通孔１２２は、第２貫通孔１２２の第４面１２０ｂ側の開口から第２貫通孔１２２の第３面１２０ａ側の開口に向かうにしたがって直径が小さくなる。

【0031】

第１貫通孔１１２の側面１１２ａは、第２テーパー面１１２ｂと、垂直面１１２ｃと、を有している。第２テーパー面１１２ｂは、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側の端部に形成されている。第２テーパー面１１２ｂは、第１面１１０ａに対して傾斜している。第１貫通孔１１２の第２テーパー面１１２ｂによって規定される部分は、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって直径が小さくなる。

【0032】

垂直面１１２ｃは、図４に示すように、半導体基板１１０の第２面１１０ｂに対して垂直な面である。垂直面１１２ｃは、第２テーパー面１１２ｂと半導体基板１１０の第２面１１０ｂとを接続している。垂直面１１２ｃと第２テーパー面１１２ｂは、連続している。第１貫通孔１１２の垂直面１１２ｃによって規定される部分は、直径が一定である。

【0033】

第１絶縁層１２０の第３面１２０ａと第２テーパー面１１２ｂは、凹部６を形成している。凹部６は、第３面１２０ａと第２テーパー面１１２ｂで規定された空間である。凹部６は、第１絶縁層１２０と半導体基板１１０との境界部分に形成されている。凹部６は、第１貫通孔１１２の側面１１２ａに形成された窪みである。凹部６の深さは、例えば、１μｍ以上、且つ４μｍ以下である。凹部６には、有機絶縁層１５０が配置されている。凹部６には、有機絶縁層１５０が埋設されている。

【0034】

第２絶縁層１３０は、半導体基板１１０の第２面１１０ｂに配置されている。第２絶縁層１３０中には、第１導電層１４０が設けられている。第２絶縁層１３０には、第１開口部１３２が形成されている。第２絶縁層１３０に第１開口部１３２が形成されることによって、第１導電層１４０の表面１４０ａは第２絶縁層１３０から露出する。すなわち、第２絶縁層１３０に第１開口部１３２が形成されることによって、第１導電層１４０の表面１４０ａには第２絶縁層１３０で覆われていない部分が形成される。第１開口部１３２は、半導体基板１１０の第１面１１０ａの垂線に沿った方向から見て、第１貫通孔１１２に重なる位置に配置されている。第１開口部１３２は、第１貫通孔１１２に連通している。第１開口部１３２の側面１３２ａ、すなわち、第１開口部１３２を規定する第２絶縁層１３０の側面は、有機絶縁層１５０で覆われている。

【0035】

第１導電層１４０は、第２絶縁層１３０中に配置されている。第１導電層１４０の表面１４０ａは、第２絶縁層１３０に形成された第１開口部１３２によって第２絶縁層１３０から露出している。また、第１導電層１４０は、有機絶縁層１５０に形成された第２開口部１５２によって有機絶縁層１５０から露出している。第１導電層１４０は、第２絶縁層１３０中に設けられた、図示しない配線を介して、半導体基板１１０に形成された発振回路に電気的に接続されている。第１導電層１４０は、例えば、発振回路と振動素子２０とを電気的に接続するための電極パッドである。第１導電層１４０の材質は、例えば、アルミニウム、銅などである。

【0036】

有機絶縁層１５０は、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂ、第２貫通孔１２２の側面１２２ａ、第１貫通孔１１２の側面１１２ａ、第１開口部１３２の側面１３２ａ、および第１導電層１４０の表面１４０ａに配置されている。有機絶縁層１５０は、例えば、感光性樹脂である。感光性樹脂としては、例えば、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、アクリ
ル系樹脂などを用いることができる。

【0037】

有機絶縁層１５０には、第２開口部１５２が形成されている。有機絶縁層１５０に第２開口部１５２が形成されることによって、第１導電層１４０の表面１４０ａは有機絶縁層１５０から露出する。すなわち、有機絶縁層１５０に第２開口部１５２が形成されることによって、第１導電層１４０の表面１４０ａには有機絶縁層１５０で覆われていない部分が形成される。第２開口部１５２は、半導体基板１１０の第１面１１０ａの垂線に沿った方向から見て、第１開口部１３２に重なっている。第２開口部１５２は、第１開口部１３２内に形成されている。

【0038】

有機絶縁層１５０は、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分を有している。図４に示す例では、第１貫通孔１１２の垂直面１１２ｃに配置された有機絶縁層１５０が、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなっている。第１貫通孔１１２内における有機絶縁層１５０の厚さは、第１貫通孔１１２の側面１１２ａの垂線方向の有機絶縁層１５０の大きさである。

【0039】

第２導電層１６０は、有機絶縁層１５０の表面１５０ａおよび第１導電層１４０の表面１４０ａに配置されている。有機絶縁層１５０の表面１５０ａは、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂ、第２貫通孔１２２の側面１２２ａ、第１貫通孔１１２の側面１１２ａ、第１開口部１３２の側面１３２ａ、および第１導電層１４０の表面１４０ａに配置された有機絶縁層１５０の表面で構成されている。第２導電層１６０は、図示しないが、バリア層と、バリア層上に積層される金属層と、を有している。バリア層の材質は、例えば、チタンとタングステンの合金である。金属層の材質は、例えば、銅または金である。なお、第２導電層１６０の材質は、上記の例に限定されない。例えば、第２導電層１６０は、バリア層を有していなくてもよい。

【0040】

第２導電層１６０は、第１マウント電極４０および第１貫通電極２として機能する。第１マウント電極４０は、半導体基板１１０の第１面１１０ａに第１絶縁層１２０を介して配置された第２導電層１６０で構成されている。第１貫通電極２は、第２貫通孔１２２の側面１２２ａ、第１貫通孔１１２の側面１１２ａ、第１開口部１３２の側面１３２ａ、および第１導電層１４０の表面１４０ａに、有機絶縁層１５０を介して配置された第２導電層１６０で構成されている。

【0041】

なお、第２貫通電極４の構成は、上述した図４に示す第１貫通電極２の構成と同様であり、その説明を省略する。

【0042】

１．３． 半導体装置の製造方法
図５は、半導体装置１０の製造方法の一例を示すフローチャートである。図６～図１３は、半導体装置１０の製造工程を模式的に示す断面図である。図６～図１３は、図４に対応している。

【0043】

まず、図６に示すように、第２絶縁層１３０が配置された半導体基板１１０を準備する（Ｓ１０）。半導体基板１１０の第２面１１０ｂには発振回路を構成する回路要素が形成されており、第２絶縁層１３０は回路要素を覆っている。第２絶縁層１３０中には、発振回路に電気的に接続された第１導電層１４０が形成されている。

【0044】

次に、半導体基板１１０を所望の厚さに研磨する（Ｓ２０）。例えば、半導体基板１１０は、７０μｍ程度に研磨される。

【0045】

次に、図７に示すように、半導体基板１１０の第１面１１０ａに第１絶縁層１２０を形成する（Ｓ３０）。例えば、酸化シリコン層である第１絶縁層１２０は、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により成膜できる。第１絶縁層１２０の膜厚は、例えば、１μｍ程度である。

【0046】

次に、図８に示すように、第１絶縁層１２０をエッチングして、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂから第３面１２０ａまで貫通する第２貫通孔１２２を形成する（Ｓ４０）。具体的には、まず、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂに第２貫通孔１２２に対応する開口部を有するレジスト層Ｒを形成する。次に、レジスト層Ｒをマスクとして、第１絶縁層１２０をエッチングする。第１絶縁層１２０のエッチングは、例えば、フッ化水素酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングで行われる。これにより、第１絶縁層１２０を等方的にエッチングできる。第１絶縁層１２０を等方的にエッチングすることによって、第２貫通孔１２２の側面１２２ａは、第１絶縁層１２０の第３面１２０ａおよび第４面１２０ｂに対して傾斜したテーパー面となる。

【0047】

次に、図９に示すように、半導体基板１１０をエッチングして、半導体基板１１０に第１面１１０ａから第２面１１０ｂまで貫通する第１貫通孔１１２を形成する（Ｓ５０）。

【0048】

具体的には、まず、図９に示すように、レジスト層Ｒおよび第１絶縁層１２０をマスクとして、半導体基板１１０を等方的にエッチングする。例えば、シリコン基板からなる半導体基板１１０をドライエッチングにより等方性エッチングする。これにより、半導体基板１１０が深さ方向にエッチングされるとともに横方向にもエッチングされ、半導体基板１１０に凹部１１１が形成される。半導体基板１１０を等方的にエッチングすることによって、凹部１１１の側面には、半導体基板１１０の第１面１１０ａに対して傾斜した第２テーパー面１１２ｂが形成される。また、第２テーパー面１１２ｂおよび第１絶縁層１２０の第３面１２０ａによって、半導体基板１１０と第１絶縁層１２０の境界部分に凹部６が形成される。

【0049】

次に、図１０に示すように、レジスト層Ｒおよび第１絶縁層１２０をマスクとして、半導体基板１１０を深さ方向に異方性エッチングする。例えば、ボッシュ法を用いて、半導体基板１１０を深さ方向に異方性エッチングする。ボッシュ法では、エッチングガスにより半導体基板１１０をエッチングするエッチング工程と、第１貫通孔１１２の側面１１２ａに保護膜を形成するデポジション工程と、が交互に行われる。そのため、ボッシュ法を用いることにより、高いアスペクト比のエッチングができる。半導体基板１１０のエッチングは、ストッパー層として機能する第２絶縁層１３０に到達するまで行われる。このように、半導体基板１１０を、等方性エッチングと異方性エッチングの２段階でエッチングすることによって、第２テーパー面１１２ｂと垂直面１１２ｃで構成された側面１１２ａを有する第１貫通孔１１２を形成できる。

【0050】

次に、図１１に示すように、レジスト層Ｒをマスクとして第２絶縁層１３０をエッチングすることによって、第２絶縁層１３０に第１開口部１３２を形成する（Ｓ６０）。酸化シリコン層からなる第２絶縁層１３０は、例えば、ＣＨＦ３やＣＦ４などを用いたドライエッチング、またはフッ化水素酸系のエッチング液を用いたウェットエッチングによりエッチングできる。第１開口部１３２は、第１貫通孔１１２に連通するように形成される。第２絶縁層１３０に第１開口部１３２が形成されることによって、第１導電層１４０の表面１４０ａが露出する。第２貫通孔１２２、第１貫通孔１１２、および第１開口部１３２は、連通しており、１つの開口部７を形成する。第２絶縁層１３０に第１開口部１３２が形成された後、レジスト層Ｒを除去する。

【0051】

次に、図１２に示すように、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂおよび開口部７内に有機絶縁層１５０を形成する（Ｓ７０）。

【0052】

具体的には、まず、図１２に示すように、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂおよび開口部７内に、スピンコート法により、感光性樹脂材料を含む溶液を塗布する。ここで、第２貫通孔１２２の側面１２２ａは、テーパー面である。そのため、開口部７の角部７ａ、すなわち、第２貫通孔１２２の側面１２２ａと第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂとがなす角部において、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。第２貫通孔１２２の側面１２２ａをテーパー面とすることによって、開口部７の角部７ａは面取りされる。そのため、半導体装置１０では、例えば、開口部７の角部７ａが直角である場合と比べて、溶液が付きやすい。したがって、半導体装置１０では、開口部７の角部７ａにおいて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。

【0053】

また、第１貫通孔１１２の側面１１２ａは、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側の端部に第２テーパー面１１２ｂを有し、第１絶縁層１２０の第３面１２０ａと第２テーパー面１１２ｂが凹部６を形成している。第１絶縁層１２０と半導体基板１１０との境界部分に凹部６が形成されることによって、感光性樹脂材料を含む溶液は第２貫通孔１２２の側面１２２ａを伝って凹部６にまわりこみ、凹部６に溶液が溜まる。そのため、半導体装置１０では、例えば、第１絶縁層１２０と半導体基板１１０との境界部分に凹部６が形成されない場合と比べて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。

【0054】

感光性樹脂材料を含む溶液は、開口部７内に入り込むため、開口部７内において、有機絶縁層１５０には凹部８が形成される。

【0055】

次に、図１３に示すように、有機絶縁層１５０に第１導電層１４０を露出させる第２開口部１５２を形成する（Ｓ８０）。具体的には、まず、有機絶縁層１５０の第２開口部１５２に対応する部分を露光する。次に、有機絶縁層１５０を現像する。これにより、有機絶縁層１５０の第２開口部１５２に対応する部分が除去されて、有機絶縁層１５０に第２開口部１５２が形成される。なお、有機絶縁層１５０に第２開口部１５２を形成する際に、第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂに配置された有機絶縁層１５０を露光および現像してパターニングしてもよい。

【0056】

有機絶縁層１５０を露光および現像することによって、有機絶縁層１５０には、図１２に示す有機絶縁層１５０の凹部８の形状が反映される。これにより、有機絶縁層１５０には、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分が形成される。また、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側から有機絶縁層１５０に照射される光は、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側から第２面１１０ｂ側に向かうにしたがって減衰する。さらに、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側から有機絶縁層１５０に照射される光は、図１２に示す凹部８の底面のメニスカス形状により回折する。このような光の減衰および光の回折によって、現像された有機絶縁層１５０には、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分が形成される。

【0057】

ここで、有機絶縁層１５０の膜厚が薄い場合、有機絶縁層１５０に第２開口部１５２を形成する工程において、有機絶縁層１５０の膜厚が減少してしまう膜べりが生じることによって、第１絶縁層１２０や半導体基板１１０が露出してしまうおそれがある。第１絶縁層１２０や半導体基板１１０が露出してしまうと、第２導電層１６０のカバレージが低下し、第２導電層１６０の断線の原因となる。半導体装置１０では、上述したように、開口部７の角部７ａにおいて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。そのた
め、有機絶縁層１５０に第２開口部１５２を形成する工程において、第１絶縁層１２０や半導体基板１１０が露出してしまう可能性を低減できる。

【0058】

なお、上記では、有機絶縁層１５０がポジ型の感光性樹脂材料である場合について説明したが、有機絶縁層１５０は、ネガ型の感光性樹脂材料であってもよい。有機絶縁層１５０は、ネガ型の感光性樹脂材料である場合、有機絶縁層１５０の第２開口部１５２に対応する部分以外の部分を露光すればよい。

【0059】

次に、有機絶縁層１５０をポストベークして、有機絶縁層１５０を硬化させる。

【0060】

次に、図４に示すように、有機絶縁層１５０の表面１５０ａ、第２開口部１５２によって有機絶縁層１５０から露出した第１導電層１４０の表面１４０ａ、および第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂに、第２導電層１６０を形成する（Ｓ９０）。例えば、チタンとタングステンの合金からなるバリア層をスパッタ法で成膜した後、銅からなる金属層をスパッタ法で成膜し、成膜されたバリア層および金属層をパターニングすることによって第２導電層１６０を形成できる。なお、バリア層および金属層の成膜方法は、スパッタ法に限定されず、例えば、めっき法などを用いてもよい。

【0061】

ここで、有機絶縁層１５０は、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分を有している。そのため、第１貫通孔１１２内において、有機絶縁層１５０の表面１５０ａは、半導体基板１１０の第１面１１０ａに対して傾斜するテーパー面となる。したがって、半導体装置１０では、例えば、有機絶縁層１５０の表面１５０ａが第１面１１０ａに対して垂直な場合と比べて、第２導電層１６０のカバレージを向上できる。

【0062】

このようにして、第１貫通電極２および第１マウント電極４０として機能する第２導電層１６０を形成できる。なお、第２貫通電極４および第２マウント電極４２も、第１貫通電極２および第１マウント電極４０と同様に製造できるため、その製造方法の説明を省略する。

【0063】

以上の工程により、半導体装置１０を製造できる。

【0064】

１．４． 振動デバイスの製造方法
次に、振動デバイス１００の製造方法について説明する。まず、上述した製造方法で半導体装置１０を製造する。次に、図２および図３に示すように、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置された第１マウント電極４０に、第１導電性接合部材４１を形成する。同様に、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置された第２マウント電極４２に第２導電性接合部材４３を形成する。

【0065】

次に、第１導電性接合部材４１および第２導電性接合部材４３に振動素子２０を接合させる。このとき、振動素子２０の第１励振電極２４は、第１導電性接合部材４１を介して第１マウント電極４０に電気的に接続される。振動素子２０の第２励振電極２６は、第２導電性接合部材４３を介して第２マウント電極４２に電気的に接続される。

【0066】

次に、半導体基板１１０に第１面１１０ａに接合層３２を形成し、接合層３２を介して半導体基板１１０と蓋体３０を活性化接合により接合する。これにより、振動素子２０をキャビティーＳに収容できる。

【0067】

以上の工程により、振動デバイス１００を製造できる。

【0068】

１．５． 作用効果
半導体装置１０では、第２貫通孔１２２の側面１２２ａは、第１テーパー面である。そのため、半導体装置１０では、第２貫通孔１２２の側面１２２ａと第１絶縁層１２０の第４面１２０ｂとがなす角部、すなわち、開口部７の角部７ａにおいて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。したがって、半導体装置１０では、半導体基板１１０と第２導電層１６０との間の絶縁性を向上でき、第１貫通電極２の信頼性を向上できる。

【0069】

半導体装置１０では、第１貫通孔１１２の側面１１２ａは、半導体基板１１０の第１面１１０ａ側の端部に第２テーパー面１１２ｂを有している。また、第１絶縁層１２０の第３面１２０ａと第２テーパー面１１２ｂが凹部６を形成し、凹部６には有機絶縁層１５０が配置されている。このように、半導体装置１０では、第１絶縁層１２０と半導体基板１１０との境界部分に凹部６が形成されることによって、開口部７の角部７ａにおいて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。したがって、半導体装置１０では、半導体基板１１０と第２導電層１６０との間の絶縁性を向上でき、第１貫通電極２の信頼性を向上できる。

【0070】

半導体装置１０では、有機絶縁層１５０は、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分を有している。そのため、半導体装置１０では、第１貫通孔１１２内において、有機絶縁層１５０の表面１５０ａは、半導体基板１１０の第１面１１０ａに対して傾斜するテーパー面となる。したがって、半導体装置１０では、有機絶縁層１５０の表面１５０ａが第１面１１０ａに対して垂直な場合と比べて、有機絶縁層１５０の表面１５０ａに配置される第２導電層１６０のカバレージを向上できる。これにより、第２導電層１６０の電気抵抗を下げることができる。

【0071】

振動デバイス１００は、半導体装置１０と、振動素子２０と、蓋体３０と、を備えている。また、振動デバイス１００では、半導体基板１１０の第２面１１０ｂには振動素子２０を発振させる発振回路が形成されている。また、振動デバイス１００では、半導体基板１１０の第１面１１０ａに配置された振動素子２０は、第１貫通電極２を構成する第２導電層１６０、および第１導電層１４０を介して、発振回路に接続されている。振動デバイス１００では、上述したように、第２導電層１６０で構成された第１貫通電極２の信頼性を向上できるため、確実に振動素子２０と発振回路を電気的に接続できる。したがって、振動デバイス１００では、信頼性を向上できる。

【0072】

１．６． 変形例
１．６．１． 第１変形例
図１４は、第１変形例に係る半導体装置１０Ａを模式的に示す断面図である。以下、半導体装置１０Ａにおいて、上述した図４に示す半導体装置１０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0073】

半導体装置１０Ａでは、図１４に示すように、第１貫通孔１１２内に配置されている第２導電層１６０によって囲まれた凹部１６２には、金属材料１７０が埋設されている。金属材料１７０は、例えば、銅である。なお、金属材料１７０は、導電性を有する金属であれば特に限定されない。

【0074】

金属材料１７０は、例えば、導電性ペーストを印刷する印刷法や、めっき法を用いて、凹部１６２に埋設できる。

【0075】

半導体装置１０Ａでは、半導体装置１０と同様の作用効果を奏することができる。さら
に、半導体装置１０Ａでは、第１貫通孔１１２内に配置されている第２導電層１６０によって囲まれた凹部１６２には、金属材料１７０が埋設されている。半導体装置１０Ａでは、第２導電層１６０と金属材料１７０が第１貫通電極２として機能する。したがって、半導体装置１０Ａでは、例えば、第１貫通電極２が第２導電層１６０のみからなる場合と比べて、第１貫通電極２の信頼性を向上できる。

【0076】

１．６．２． 第２変形例
図１５は、第２変形例に係る半導体装置１０Ｂを模式的に示す断面図である。以下、半導体装置１０Ｂにおいて、上述した図４に示す半導体装置１０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0077】

半導体装置１０Ｂでは、図１５に示すように、有機絶縁層１５０は、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かう方向において、厚さが一定の部分を有していてもよい。

【0078】

有機絶縁層１５０は、第１部分１５４と、第２部分１５６と、を有している。第１部分１５４では、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる。第２部分１５６では、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の開口から第１貫通孔１１２の第２面１１０ｂ側の開口に向かう方向において、厚さが一定である。

【0079】

半導体装置１０Ｂでは、半導体装置１０と同様の作用効果を奏することができる。

【0080】

２． 第２実施形態
次に、第２実施形態に係る振動デバイスについて説明する。図１６は、第２実施形態に係る振動デバイスの半導体装置１１を模式的に示す断面図である。以下、半導体装置１１において、上述した図４に示す半導体装置１０の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0081】

半導体装置１１では、図１６に示すように、第１貫通孔１１２の側面１１２ａに第２テーパー面１１２ｂが形成されていない点で、上述した図４に示す半導体装置１０と異なる。すなわち、半導体装置１１では、第１貫通孔１１２の第１面１１０ａ側の端部に凹部６が形成されていない。第１貫通孔１１２の側面１１２ａは、半導体基板１１０の第１面１１０ａおよび第２面１１０ｂに対して垂直な面で構成されている。

【0082】

半導体装置１１では、図１６に示すように、第２貫通孔１２２の側面１２２ａはテーパー面である。そのため、半導体装置１１では、例えば、第２貫通孔１２２の側面１２２ａが第１絶縁層１２０の第３面１２０ａおよび第４面１２０ｂに対して垂直な場合と比べて、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。したがって、半導体装置１１では、有機絶縁層１５０の膜厚が薄くなることを低減できる。

【0083】

半導体装置１１の製造方法は、第１貫通孔１１２を形成する工程Ｓ５０において、２段階のエッチングを行わずに、異方性エッチングのみを行うことによって第１貫通孔１１２を形成する点を除いて、上述した半導体装置１０の製造方法と同様でありその説明を省略する。

【0084】

なお、上述した実施形態及び変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば各実施形態及び各変形例は、適宜組み合わせることが可能である。

【0085】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能であ
る。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【0086】

上述した実施形態および変形例から以下の内容が導き出される。

【0087】

半導体装置の一態様は、
第１面および前記第１面と表裏の関係にある第２面を含み、前記第１面から前記第２面まで貫通する第１貫通孔が形成された半導体基板と、
前記第１面に配置され、前記半導体基板側の第３面および前記第３面と表裏の関係にある第４面を含み、前記第１貫通孔と重なる位置に第２貫通孔が形成された第１絶縁層と、
前記第２面に配置され、前記第１貫通孔と重なる位置に第１開口部が形成された第２絶縁層と、
前記第１開口部によって前記第２絶縁層から露出した第１導電層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置され、前記第１開口部と重なる第２開口部が形成された有機絶縁層と、
前記第４面、前記第２貫通孔の側面、前記第１貫通孔の側面、前記第１開口部の側面、および前記第１導電層の表面に配置された前記有機絶縁層の表面、および前記第２開口部によって前記有機絶縁層から露出した前記第１導電層の表面に配置された第２導電層と、を備え、
前記第２貫通孔の側面は、第１テーパー面である。

【0088】

この半導体装置によれば、第２貫通孔の側面は第１テーパー面であるため、第２貫通孔の側面が第１絶縁層の第４面に対して垂直な場合と比べて、有機絶縁層の膜厚が薄くなることを低減できる。

【0089】

上記半導体装置の一態様において、
前記第１貫通孔の側面は、前記第１面側の端部に第２テーパー面を有し、
前記第３面と前記第２テーパー面が凹部を形成し、
前記凹部には、前記有機絶縁層が配置されていてもよい。

【0090】

この半導体装置によれば、有機絶縁材料を含む溶液を塗布して有機絶縁層を形成する際に、溶液が第１貫通孔の側面を伝って凹部にまわりこみ、凹部に溶液が溜まるため、有機絶縁層の膜厚が薄くなることを低減できる。

【0091】

上記半導体装置の一態様において、
前記有機絶縁層は、前記第１貫通孔の前記第１面側の開口から前記第１貫通孔の前記第２面側の開口に向かうにしたがって厚さが大きくなる部分を有していてもよい。

【0092】

この半導体装置によれば、例えば、有機絶縁層の表面が第１面に対して垂直な場合と比べて、有機絶縁層の表面に配置される第２導電層のカバレージを向上できる。

【0093】

上記半導体装置の一態様において、
前記第１貫通孔内に配置されている前記第２導電層によって囲まれた凹部には、金属材料が埋設されていてもよい。

【0094】

この半導体装置によれば、第２導電層と金属材料を貫通電極として機能させることができるため、例えば、貫通電極が第２導電層のみからなる場合と比べて、貫通電極の信頼性を向上できる。

【0095】

振動デバイスの一態様は、
上記半導体装置と、
前記第１面に配置された振動素子と、
前記半導体基板の前記第１面に接合され、前記振動素子を収容する空間を形成する蓋体と、
を備え、
前記半導体基板の前記第２面には、前記振動素子を発振させる発振回路が形成され、
前記振動素子は、前記第２導電層および前記第１導電層を介して、前記発振回路に電気的に接続されている。

【0096】

この振動デバイスでは、第２導電層からなる貫通電極の信頼性を向上できるため、確実に振動素子と発振回路を電気的に接続できる。

【符号の説明】

【0097】

２…第１貫通電極、４…第２貫通電極、６…凹部、７…開口部、７ａ…角部、８…凹部、１０…半導体装置、１０Ａ…半導体装置、１０Ｂ…半導体装置、１１…半導体装置、２０…振動素子、２２…素子基板、２４…第１励振電極、２６…第２励振電極、３０…蓋体、３２…接合層、４０…第１マウント電極、４１…第１導電性接合部材、４２…第２マウント電極、４３…第２導電性接合部材、５０…第１外部接続端子、５２…第２外部接続端子、５４…第３外部接続端子、１００…振動デバイス、１１０…半導体基板、１１０ａ…第１面、１１０ｂ…第２面、１１１…凹部、１１２…第１貫通孔、１１２ａ…側面、１１２ｂ…第２テーパー面、１１２ｃ…垂直面、１２０…第１絶縁層、１２０ａ…第３面、１２０ｂ…第４面、１２２…第２貫通孔、１２２ａ…側面、１３０…第２絶縁層、１３２…第１開口部、１３２ａ…側面、１４０…第１導電層、１４０ａ…表面、１５０…有機絶縁層、１５０ａ…表面、１５２…第２開口部、１５４…第１部分、１５６…第２部分、１６０…第２導電層、１６２…凹部、１７０…金属材料

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】