特開 2024-170846 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】P2024170846

(43)【公開日】2024-12-11

(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 20060101AFI20241204BHJP

   H01L 25/00 20060101ALI20241204BHJP

   H01L 23/02 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

H03B5/32 H

H01L25/00 B

H01L23/02 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】13

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023087585

(22)【出願日】2023-05-29

(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】100179475

【弁理士】

【氏名又は名称】仲井 智至

(74)【代理人】

【識別番号】100216253

【弁理士】

【氏名又は名称】松岡 宏紀

(74)【代理人】

【識別番号】100225901

【弁理士】

【氏名又は名称】今村 真之

(72)【発明者】

【氏名】竹内 淳一

【テーマコード（参考）】

5J079

【Ｆターム（参考）】

5J079AA04

5J079BA43

5J079BA47

5J079HA03

5J079HA07

5J079HA25

(57)【要約】

【課題】配線層の酸化を抑制することのできる半導体装置および振動デバイスを提供する。
【解決手段】半導体装置は、第１面と、前記第１面と表裏関係にある第２面と、を含む半導体基板と、前記半導体基板の前記第２面側に位置し、前記第２面側にある第３面と、前記第３面と表裏関係にある第４面と、を含む第１絶縁層と、前記第１面と前記第２面とを貫通する第１貫通孔と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔と、を有する貫通孔と、前記第１絶縁層の前記第４面側に配置されている導電層と、前記第１面および前記貫通孔の内面に配置されている第２絶縁層と、前記第１面および前記内面上に位置する前記第２絶縁層上に配置され、前記導電層と電気的に接続されている配線層と、前記貫通孔内において前記配線層を覆う有機樹脂と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と、前記第１面と表裏関係にある第２面と、を含む半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２面側に位置し、前記第２面側にある第３面と、前記第３面と表裏関係にある第４面と、を含む第１絶縁層と、
前記第１面と前記第２面とを貫通する第１貫通孔と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔と、を有する貫通孔と、
前記第１絶縁層の前記第４面側に配置されている導電層と、
前記第１面および前記貫通孔の内面に配置されている第２絶縁層と、
前記第１面および前記内面上に位置する前記第２絶縁層上に配置され、前記導電層と電気的に接続されている配線層と、
前記貫通孔内において前記配線層を覆う有機樹脂と、を有することを特徴とする半導体装置。

【請求項2】

前記有機樹脂は、前記第１面上において前記貫通孔の前記第１面側の開口の周囲に配置されている前記配線層を覆っている請求項１に記載の半導体装置。

【請求項3】

前記有機樹脂の表面を覆い、前記配線層との間で前記有機樹脂を包囲する金属層を有する請求項２に記載の半導体装置。

【請求項4】

前記金属層は、前記有機樹脂の周囲において、前記第１面上に位置する前記配線層と接合されている請求項３に記載の半導体装置。

【請求項5】

前記金属層は、前記第１面上に位置する前記配線層を覆っている請求項３に記載の半導体装置。

【請求項6】

前記有機樹脂は、前記貫通孔内において、前記第１面側から前記第４面側に向けて厚さが漸増する部分を有する請求項３ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項7】

前記配線層は、前記貫通孔内に、表面と前記第１面と平行な面との角度が９０°より小さい傾斜部を有する請求項６に記載の半導体装置。

【請求項8】

前記金属層の構成材料は、金である請求項３ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項9】

前記配線層の構成材料は、銅またはアルミニウムである請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置。

【請求項10】

請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体基板の前記第１面側に配置され、前記配線層と電気的に接続されている振動素子と、
前記第２面側に配置され、前記振動素子を発振させる発振回路と、を有することを特徴とする振動デバイス。

【請求項11】

前記半導体基板の前記第１面側に位置し、前記半導体装置との間に前記振動素子を収容するリッドを有する請求項１０に記載の振動デバイス。

【請求項12】

請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体装置と、
前記半導体基板の前記第１面側に配置されている振動素子と、
前記第１面側に配置され、前記配線層と電気的に接続されており、前記振動素子を発振させる発振回路と、を有することを特徴とする振動デバイス。

【請求項13】

前記半導体基板の前記第１面側に位置し、前記半導体装置との間に前記振動素子を収容するリッドを有する請求項１２に記載の振動デバイス。

【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、貫通孔を有するシリコン基板と、シリコン基板の上面に配置された第１端子と、シリコン基板の下面に配置された第２端子と、貫通孔を通って第１端子と第２端子とを電気的に接続する配線と、第１端子に接合された振動素子と、シリコン基板の上面に接合され振動素子を覆うリッドと、を有する振動デバイスが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２０－１９５１１６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、このような振動デバイスでは、配線が露出しているため、配線が酸化して劣化するおそれがある。特に、配線が酸化し易い金属を含む場合には、この問題が顕著となる。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の半導体装置は、第１面と、前記第１面と表裏関係にある第２面と、を含む半導体基板と、
前記半導体基板の前記第２面側に位置し、前記第２面側にある第３面と、前記第３面と表裏関係にある第４面と、を含む第１絶縁層と、
前記第１面と前記第２面とを貫通する第１貫通孔と、前記第３面と前記第４面とを貫通し、前記第１貫通孔と連通する第２貫通孔と、を有する貫通孔と、
前記第１絶縁層の前記第４面側に配置されている導電層と、
前記第１面および前記貫通孔の内面に配置されている第２絶縁層と、
前記第１面および前記内面上に位置する前記第２絶縁層上に配置され、前記導電層と電気的に接続されている配線層と、
前記貫通孔内において前記配線層を覆う有機樹脂と、を有する。

【0006】

本発明の振動デバイスは、上述した半導体装置と、
前記半導体基板の前記第１面側に配置され、前記配線層と電気的に接続されている振動素子と、
前記第２面側に配置され、前記振動素子を発振させる発振回路と、を有する。

【0007】

本発明の振動デバイスは、上述した半導体装置と、
前記半導体基板の前記第１面側に配置されている振動素子と、
前記第１面側に配置され、前記配線層と電気的に接続されており、前記振動素子を発振させる発振回路と、を有する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。

【図2】半導体基板に形成された貫通孔の拡大断面図である。

【図3】半導体基板に形成された貫通孔の拡大断面図である。

【図4】半導体装置の上面を示す平面図である。

【図5】振動素子を示す平面図である。

【図6】第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。

【図7】第３実施形態に係る振動デバイスを示す部分拡大断面図である。

【図8】第３実施形態に係る振動デバイスを示す部分拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の半導体装置および振動デバイスを添付図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

【0010】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。図２および図３は、それぞれ、半導体基板に形成された貫通孔の拡大断面図である。図４は、半導体装置の上面を示す平面図である。図５は、振動素子を示す平面図である。なお、説明の便宜上、各図には、互いに直交する３軸をＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸として図示している。また、Ｚ軸方向の矢印が向く側を「上」とも言い、反対側を「下」とも言う。また、Ｚ軸方向からの平面視を単に「平面視」とも言う。

【0011】

図１に示すように、振動デバイス１は、半導体装置２と、半導体装置２の上面に配置された振動素子３と、振動素子３を覆って半導体装置２の上面に接合されたリッド４と、を有する。このような振動デバイス１では、半導体装置２とリッド４とで形成されたパッケージＰが有する収容空間Ｓに振動素子３が収容されている。

【0012】

半導体装置２は、半導体基板５を有する。半導体基板５は、シリコン基板である。ただし、半導体基板５としては、特に限定されず、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等のシリコン以外の半導体材料で構成された基板を用いてもよい。また、半導体基板５は、表裏関係にある第１面としての上面５ａおよび第２面としての下面５ｂを有する。また、半導体基板５には、上面５ａと下面５ｂとを貫通する一対の第１貫通孔５１、５２が形成されている。第１貫通孔５１、５２は、それぞれ、上面５ａ側の開口が下面５ｂ側の開口よりも大きいテーパー状をなす。

【0013】

また、半導体装置２は、半導体基板５の上面５ａおよび第１貫通孔５１、５２の内面に形成された第２絶縁層６を有する。第２絶縁層６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）で構成されている。また、第２絶縁層６は、例えば、スパッタリングにより形成することができる。ただし、第２絶縁層６の構成材料や形成方法は、特に限定されない。

【0014】

また、半導体装置２は、半導体基板５の下面５ｂ側に形成され、振動素子３と電気的に接続された発振回路７を有する。発振回路７は、振動素子３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。これにより、振動デバイス１が発振器となり、高い汎用性および需要を期待することができる。

【0015】

発振回路７は、半導体基板５の下面５ｂに形成されたトランジスタ等の複数の素子７０と、半導体基板５の下面５ｂに積層された積層体と、を有する。積層体は、半導体基板５の下面５ｂに形成された第１絶縁層７１と、第１絶縁層７１の下面に形成された配線層７２と、配線層７２の下面に形成された絶縁層７３と、絶縁層７３の下面に形成されたパッシベーション膜７４と、パッシベーション膜７４の下面に形成された端子層７５と、を有する。そして、配線層７２に含まれる配線や層間を貫通する貫通電極を介して、複数の素子７０同士が電気的に接続されて発振回路７が構成されている。

【0016】

このように、半導体基板５に発振回路７を形成することで、半導体基板５のスペースを有効活用することができる。特に、下面５ｂ側に発振回路７を形成することで、リッド４との接合領域がない分、上面５ａ側に発振回路７を形成する場合と比べて、発振回路７の形成可能領域が広くなる。そのため、発振回路７の設計自由度が増す。なお、本実施形態では、積層体に１つの配線層７２が含まれた構成であるが、これに限定されず、複数の配線層７２が絶縁層７３を介して積層されていてもよい。つまり、第１絶縁層７１とパッシベーション膜７４との間に、配線層７２と絶縁層７３とが交互に複数回積層されていてもよい。これにより、配線の引き回し自由度が向上し、回路設計が容易となる。

【0017】

第１絶縁層７１は、半導体基板５側に位置する第３面としての上面７１ａと、上面７１ａと表裏関係にある第４面としての下面７１ｂと、を有する。また、第１絶縁層７１には、上面７１ａと下面７１ｂとを貫通する第２貫通孔７１１、７１２が形成されている。第２貫通孔７１１は、第１貫通孔５１と同軸的に形成され、第１貫通孔５１と連通している。以下では、第１貫通孔５１および第２貫通孔７１１が連通してなり、半導体基板５の上面５ａから第１絶縁層７１の下面７１ｂまでを貫通する貫通孔を「貫通孔Ｈ１」とも言う。同様に、第２貫通孔７１２は、第１貫通孔５２と同軸的に形成され、第１貫通孔５２と連通している。以下では、第１貫通孔５２および第２貫通孔７１２が連通してなり、半導体基板５の上面５ａから第１絶縁層７１の下面７１ｂまでを貫通する貫通孔を「貫通孔Ｈ２」とも言う。なお、本実施形態では、振動素子３の端子数に合わせて２つの貫通孔Ｈ１、Ｈ２が形成されているが、貫通孔の数は、特に限定されない。

【0018】

なお、第２貫通孔７１１は、第１貫通孔５１の下側開口よりも小径であり、第１貫通孔５１と第２貫通孔７１１との間に第１絶縁層７１の上面７１ａからなる段差面が形成されている。同様に、第２貫通孔７１２は、第１貫通孔５２の下側開口よりも小径であり、第１貫通孔５２と第２貫通孔７１２との間に第１絶縁層７１の上面７１ａからなる段差面が形成されている。

【0019】

また、配線層７２は、貫通孔Ｈ１と重なり、貫通孔Ｈ１内に露出する導電層としての電極パッド７２１と、貫通孔Ｈ２と重なり、貫通孔Ｈ２内に露出する導電層としての電極パッド７２２と、を有する。また、端子層７５は、発振回路７を外装装置と接続するための複数の外部端子７５１を有する。各外部端子７５１は、絶縁層７３およびパッシベーション膜７４を貫通して配線層７２と電気的に接続されている。

【0020】

また、図１ないし図３に示すように、半導体装置２は、半導体基板５の上面５ａ側から貫通孔Ｈ１内を通って電極パッド７２１と電気的に接続された配線層８１と、半導体基板５の上面５ａ側から貫通孔Ｈ２内を通って電極パッド７２２と電気的に接続された配線層８２と、を有する。配線層８１は、上面５ａおよび貫通孔Ｈ１の内面に形成された第２絶縁層６上に配置され、その下端部において電極パッド７２１と電気的に接続されている。同様に、配線層８２は、上面５ａおよび貫通孔Ｈ２の内面に形成された第２絶縁層６上に配置され、その下端部において電極パッド７２２と電気的に接続されている。このような配線層８１、８２によって発振回路７から振動素子３側に配線が引き出される。なお、半導体基板５と配線層８１、８２との間に第２絶縁層６が介在することにより、半導体基板５と配線層８１、８２とが絶縁されている。

【0021】

また、図４に示すように、配線層８１は、上面５ａ上に位置し、振動素子３が接合される内部端子８１１を有する。同様に、配線層８２は、上面５ａ上に位置し、振動素子３が接合される内部端子８２１を有する。

【0022】

配線層８１、８２の構成材料は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）である。これにより、半導体プロセスを用いて配線層８１、８２を容易に、かつ、安価に形成することができる。また、例えば、配線層８１、８２は、メッキ法、特に、無電解メッキ法により形成することができる。これにより、配線層８１、８２の形成が容易となる。ただし、配線層８１、８２の構成材料や形成方法は、特に限定されない。なお、構成材料が銅（Ｃｕ）であるとは、銅（Ｃｕ）を主材料として用いていることを意味し、主材料として銅（Ｃｕ）が用いられていれば、他の材料が添加されていてもよい。アルミニウム（Ａｌ）についても同様である。

【0023】

図１ないし図３に示すように、さらに、半導体装置２は、貫通孔Ｈ１内に配置され、配線層８１を覆う有機樹脂９１と、貫通孔Ｈ２内に配置され、配線層８２を覆う有機樹脂９２と、を有する。このように、有機樹脂９１、９２で配線層８１、８２を覆うことで、配線層８１、８２の酸化が抑制され、配線層８１、８２の電気特性の劣化、例えば、抵抗値の上昇を効果的に抑制することができる。そのため、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0024】

特に、本実施形態では、有機樹脂９１は、貫通孔Ｈ１内に凹没した形状であり、貫通孔Ｈ１内に位置する配線層８１の全域を覆っている。したがって、配線層８１のより広い範囲が有機樹脂９１で覆われ、酸化による配線層８１の電気特性の劣化をより効果的に抑制することができる。また、有機樹脂９１は、貫通孔Ｈ１の上側開口から上面５ａにはみ出し、貫通孔Ｈ１の周囲においても上面５ａ上に位置する配線層８１を覆っている。したがって、配線層８１のさらに広い範囲が有機樹脂９１で覆われ、酸化による配線層８１の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。

【0025】

同様に、有機樹脂９２は、貫通孔Ｈ２内に凹没した形状であり、貫通孔Ｈ２内に位置する配線層８２の全域を覆っている。したがって、配線層８２のより広い範囲が有機樹脂９２で覆われ、酸化による配線層８２の電気特性の劣化をより効果的に抑制することができる。また、有機樹脂９２は、貫通孔Ｈ２の上側開口から上面５ａにはみ出し、貫通孔Ｈ２の周囲においても上面５ａ上に位置する配線層８２を覆っている。したがって、配線層８２のさらに広い範囲が有機樹脂９２で覆われ、酸化による配線層８２の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。

【0026】

このような有機樹脂９１、９２の構成材料は、ポリイミド樹脂である。これにより、有機樹脂９１、９２の形成が容易となる。また、有機樹脂９１、９２は、フォトリソグラフィー技法を用いて形成することができる。ただし、有機樹脂９１、９２の構成材料および形成方法は、特に限定されない。

【0027】

さらに、半導体装置２は、有機樹脂９１の表面を覆い、配線層８１との間に有機樹脂９１を包囲する金属層１０１と、有機樹脂９２の表面を覆い、配線層８２との間に有機樹脂９２を包囲する金属層１０２と、を有する。これにより、有機樹脂９１から発生するガス（以下、「アウトガス」とも言う。）を配線層８１と金属層１０１との間に閉じ込めることができる。同様に、有機樹脂９２から発生するアウトガスを配線層８２と金属層１０２との間に閉じ込めることができる。そのため、アウトガスによる収容空間Ｓの環境変化、特に、圧力の上昇を抑制することができる。したがって、振動素子３の振動特性が安定し、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0028】

また、金属層１０１は、有機樹脂９１の周囲において、上面５ａ上に位置する配線層８１と接合されている。これにより、より確実に、配線層８１と金属層１０１とで有機樹脂９１を包囲することができ、配線層８１と金属層１０１との間にアウトガスが漏れる隙間が形成され難くなる。同様に、金属層１０２は、有機樹脂９２の周囲において、上面５ａ上に位置する配線層８２と接合されている。これにより、より確実に、配線層８２と金属層１０２とで有機樹脂９２を包囲することができ、配線層８２と金属層１０２との間にアウトガスが漏れる隙間が形成され難くなる。したがって、アウトガスによる収容空間Ｓの環境変化をより効果的に抑制することができる。

【0029】

さらに、本実施形態では、金属層１０１は、上面５ａ上に位置する配線層８１を覆っている。つまり、金属層１０１は、配線層８１の有機樹脂９１からはみ出した部分を覆っている。これにより、配線層８１の全域が、有機樹脂９１および金属層１０１によって覆われるため、酸化による配線層８１の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。同様に、金属層１０２は、配線層８２の有機樹脂９２からはみ出した部分を覆っている。これにより、配線層８２の全域が、有機樹脂９２および金属層１０２によって覆われるため、酸化による配線層８２の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。

【0030】

このような金属層１０１、１０２の構成材料は、金（Ａｕ）である。これにより、金属層１０１、１０２の酸化を効果的に抑制することができる。また、金属層１０１、１０２が配線層８１、８２の一部として機能することで、電気抵抗を低めることもできる。また、金属層１０１、１０２は、スパッタリングにより形成することができる。ここで、貫通孔Ｈ１、Ｈ２に埋められた有機樹脂９１、９２によって上面５ａ側からの貫通孔Ｈ１、Ｈ２内への凹みが低減されている。そのため、スパッタリングのカバレッジが確保され、より確実に、金属層１０１、１０２をその全域にわたって所望の厚さで形成することができる。ただし、金属層１０１、１０２の構成材料および形成方法は、特に限定されない。なお、構成材料が金（Ａｕ）であるとは、金（Ａｕ）を主材料として用いていることを意味し、主材料として（Ａｕ）が用いられていれば、他の材料が添加されていてもよい。

【0031】

リッド４は、半導体基板５と同様、シリコン基板である。これにより、半導体基板５とリッド４との線膨張係数が等しくなり、熱膨張に起因する熱応力の発生が抑えられ、優れた振動特性を有する振動デバイス１となる。また、振動デバイス１を半導体プロセスによって形成することができるため、振動デバイス１を精度よく製造することができると共に、その小型化を図ることができる。ただし、リッド４としては、特に限定されず、シリコン以外の半導体基板、例えば、Ｇｅ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の半導体基板を用いてもよい。

【0032】

図１に示すように、リッド４は、その下面に開口し、内部に振動素子３を収容する有底の凹部４１を有する。そして、リッド４は、その下面において接合部材を介して半導体装置２の上面に接合されている。これにより、リッド４と半導体装置２との間に振動素子３を収容する収容空間Ｓが形成される。収容空間Ｓは、気密であり、減圧状態、好ましくはより真空に近い状態となっている。これにより、粘性抵抗が減り、振動素子３の発振特性が向上する。ただし、収容空間Ｓの雰囲気は、特に限定されない。

【0033】

図５に示すように、振動素子３は、振動基板３１と、振動基板３１の表面に配置された電極と、を有する。振動基板３１は、厚みすべり振動モードを有し、本実施形態ではＡＴカット水晶基板から形成されている。ＡＴカット水晶基板は、三次の周波数温度特性を有しているため、優れた温度特性を有する振動素子３となる。また、電極は、振動基板３１の上面に配置された励振電極３２１と、下面に励振電極３２１と対向して配置された励振電極３２２と、を有する。また、電極は、振動基板３１の下面に配置された一対の端子３２３、３２４と、端子３２３と励振電極３２１とを電気的に接続する配線３２５と、端子３２４と励振電極３２２とを電気的に接続する配線３２６と、を有する。

【0034】

なお、振動素子３の構成は、上述の構成に限定されない。例えば、振動素子３は、励振電極３２１、３２２に挟まれた振動領域がその周囲から突出したメサ型となっていてもよいし、逆に、振動領域がその周囲から凹没した逆メサ型となっていてもよい。また、振動基板３１の周囲を研削するベベル加工や、上面および下面を凸曲面とするコンベックス加工が施されていてもよい。

【0035】

また、振動素子３としては、厚みすべり振動モードで振動するものに限定されず、例えば、複数の振動腕が面内方向に屈曲振動する振動素子であってもよい。つまり、振動基板３１は、ＡＴカット水晶基板から形成されたものに限定されず、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。また、本実施形態では、振動基板３１が水晶で構成されているが、これに限定されず、例えば、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、ランガサイト、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で構成されていてもよい。更にまた、振動素子３は、圧電駆動型の振動素子に限らず、静電気力を用いた静電駆動型の振動素子であってもよい。

【0036】

このような振動素子３は、導電性の接合部材Ｂ１、Ｂ２によって半導体装置２の上面に固定されている。また、接合部材Ｂ１は、内部端子８１１と端子３２３とを電気的に接続し、接合部材Ｂ２は、内部端子８２１と端子３２４とを電気的に接続している。これにより、振動素子３と発振回路７とが接合部材Ｂ１、Ｂ２および配線層８１、８２を介して電気的に接続される。

【0037】

接合部材Ｂ１、Ｂ２としては、導電性と接合性とを兼ね備えていれば、特に限定されず、例えば、金バンプ、銀バンプ、銅バンプ、はんだバンプ等の各種金属バンプ、ポリイミド系、エポキシ系、シリコーン系、アクリル系の各種接着剤に銀フィラー等の導電性フィラーを分散させた導電性接着剤等を用いることができる。接合部材Ｂ１、Ｂ２として前者の金属バンプを用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２からのガスの発生を抑制でき、収容空間Ｓの環境変化、特に圧力の上昇を効果的に抑制することができる。また、接合部材Ｂ１、Ｂ２が濡れ広がらないので、接合部材Ｂ１、Ｂ２およびこれらの離間距離を小さくすることができ、振動デバイス１の小型化を図ることができる。一方、接合部材Ｂ１、Ｂ２として後者の導電性接着剤を用いると、接合部材Ｂ１、Ｂ２が金属バンプに比べて柔らかくなり、振動素子３に応力が伝わり難くなる。

【0038】

以上、振動デバイス１について説明した。このような振動デバイス１が有する半導体装置２は、前述したように、第１面である上面５ａと、上面５ａと表裏関係にある第２面である下面５ｂと、を含む半導体基板５と、半導体基板５の下面５ｂ側に位置し、下面５ｂ側にある第３面である上面７１ａと、上面７１ａと表裏関係にある第４面である下面７１ｂと、を含む第１絶縁層７１と、上面５ａと下面５ｂとを貫通する第１貫通孔５１と、上面７１ａと下面７１ｂとを貫通し、第１貫通孔５１と連通する第２貫通孔７１１と、を有する貫通孔Ｈ１と、第１絶縁層７１の下面７１ｂ側に配置されている導電層である電極パッド７２１と、上面５ａおよび貫通孔Ｈ１の内面に配置されている第２絶縁層６と、上面５ａおよび貫通孔Ｈ１の内面上に位置する第２絶縁層６上に配置され、電極パッド７２１と電気的に接続されている配線層８１と、貫通孔Ｈ１内において配線層８１を覆う有機樹脂９１と、を有する。このような構成によれば、有機樹脂９１で配線層８１が覆われる。そのため、配線層８１の酸化を抑制し、配線層８１の電気特性の劣化を効果的に抑制することができる。したがって、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0039】

また、前述したように、有機樹脂９１は、上面５ａ上において貫通孔Ｈ１の上面５ａ側の開口の周囲に配置されている配線層８１を覆っている。これにより、配線層８１のより広い範囲が有機樹脂９１で覆われ、酸化による配線層８１の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。

【0040】

また、前述したように、有機樹脂９１の表面を覆い、配線層８１との間で有機樹脂９１を包囲する金属層１０１を有する。これにより、有機樹脂９１から発生するアウトガスが配線層８１と金属層１０１との間に閉じ込められる。そのため、アウトガスによる収容空間Ｓの環境変化、特に、圧力の上昇を抑制することができる。したがって、振動素子３の振動特性が安定し、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0041】

また、前述したように、金属層１０１は、有機樹脂９１の周囲において、上面５ａ上に位置する配線層８１と接合されている。これにより、より確実に、配線層８１と金属層１０１とで有機樹脂９１を包囲することができ、配線層８１と金属層１０１との間にアウトガスが漏れる隙間が形成され難くなる。したがって、アウトガスによる収容空間Ｓの環境変化をより効果的に抑制することができる。

【0042】

また、前述したように、金属層１０１は、上面５ａ上に位置する配線層８１を覆っている。これにより、配線層８１の全域が有機樹脂９１および金属層１０１によって覆われるため、酸化による配線層８１の電気特性の劣化をさらに効果的に抑制することができる。

【0043】

また、前述したように、金属層１０１の構成材料は、金（Ａｕ）である。これにより、金属層１０１の酸化を抑制することができる。

【0044】

また、前述したように、配線層８１の構成材料は、銅（Ｃｕ）またはアルミニウム（Ａｌ）である。これにより、半導体プロセスを用いて配線層８１を容易に、かつ、安価に形成することができる。半面、配線層８１が酸化し易くなるが、配線層８１を有機樹脂９１や金属層１０１で覆うことで、そのデメリットを解消することができる。

【0045】

また、前述したように、振動デバイス１は、半導体装置２と、半導体基板５の上面５ａ側に配置され、配線層８１と電気的に接続されている振動素子３と、下面５ｂ側に配置され、振動素子３を発振させる発振回路７と、を有する。このような構成によれば、半導体装置２の効果を享受することができ、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0046】

また、前述したように、振動デバイス１は、半導体基板５の上面５ａ側に位置し、半導体装置２との間に振動素子３を収容するリッド４を有する。これにより、振動素子３を保護することができる。

【0047】

＜第２実施形態＞
図６は、第２実施形態に係る振動デバイスを示す断面図である。

【0048】

本実施形態に係る振動デバイス１は、半導体装置２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

【0049】

図６に示すように、本実施形態の半導体装置２では、第１実施形態と上下が反転しており、半導体基板５の上面５ａ側に発振回路７が形成されている。以下、半導体装置２について説明する。

【0050】

半導体基板５は、表裏関係にある第１面としての下面５ｂおよび第２面としての上面５ａを有する。また、半導体基板５には、下面５ｂと上面５ａとを貫通する２つの第１貫通孔５１、５２が形成されている。第１貫通孔５１、５２は、それぞれ、下面５ｂ側の開口が上面５ａ側の開口よりも大きいテーパー状をなす。そして、半導体基板５の下面５ｂおよび第１貫通孔５１の内面に第２絶縁層６が形成されている。

【0051】

発振回路７は、半導体基板５の上面５ａ側に、リッド４との接合領域を除くようにして形成されている。発振回路７は、半導体基板５の上面５ａに形成された素子７０と、半導体基板５の上面５ａに形成された第１絶縁層７１と、第１絶縁層７１の上面に形成された配線層７２と、配線層７２の上面に形成された絶縁層７３と、絶縁層７３の上面に形成されたパッシベーション膜７４と、パッシベーション膜７４の上面に形成された端子層７５と、を有する。半導体基板５の上面５ａ側に発振回路７を形成することで、発振回路７がパッケージＰ内に収容され、保護される。

【0052】

また、端子層７５は、発振回路７を振動素子３と接続するための２つの内部端子７５２、７５３を有する。内部端子７５２、７５３は、それぞれ、絶縁層７３およびパッシベーション膜７４を貫通して配線層７２と電気的に接続されている。また、図示しないが、内部端子７５２は、接合部材Ｂ１を介して振動素子３の端子３２３と電気的に接続され、内部端子７５３は、接合部材Ｂ２を介して振動素子３の端子３２４と電気的に接続されている。これにより、振動素子３と発振回路７とが接合部材Ｂ１、Ｂ２および内部端子７５２、７５３を介して電気的に接続される。

【0053】

また、電極パッド７２１は、発振回路７から外部へ発振信号などを出力するための出力信号用のパッド、または外部から発振回路７へ電源電圧やグランド電位を供給するための入力信号用のパッドである。そして、配線層８１は、半導体基板５の下面５ｂ側から貫通孔Ｈ１内を通って電極パッド７２１と電気的に接続されており、配線層８２は、半導体基板５の下面５ｂ側から貫通孔Ｈ２内を通って電極パッド７２２と電気的に接続されている。このような発振回路７に電気的に接続された配線層８１、８２によって、発振回路７から外部に配線が引き出される。

【0054】

また、有機樹脂９１は、貫通孔Ｈ１内に配置され、貫通孔Ｈ１内において配線層８１を覆っている。同様に、有機樹脂９２は、貫通孔Ｈ２内に配置され、貫通孔Ｈ２内において配線層８１を覆っている。これにより、配線層８１、８２の酸化が抑制され、配線層８１、８２の電気特性の劣化を効果的に抑制することができる。そのため、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0055】

また、金属層１０１は、有機樹脂９１の表面を覆い、配線層８１との間で有機樹脂９１を包囲する。同様に、金属層１０２は、有機樹脂９２の表面を覆い、配線層８２との間で有機樹脂９２を包囲する。

【0056】

以上のように、本実施形態の振動デバイス１は、半導体装置２と、半導体基板５の上面５ａ側に配置されている振動素子３と、上面５ａ側に配置され、配線層８１と電気的に接続されており、振動素子３を発振させる発振回路７と、を有する。このような構成によれば、半導体装置２の効果を享受することができ、信頼性の高い振動デバイス１となる。

【0057】

また、前述したように、半導体基板５の上面５ａ側に位置し、半導体装置２との間に振動素子３を収容するリッド４を有する。これにより、振動素子３を保護することができる。

【0058】

以上のような第２実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0059】

＜第３実施形態＞
図７および図８は、それぞれ、第３実施形態に係る振動デバイスを示す部分拡大断面図である。

【0060】

本実施形態に係る振動デバイス１は、半導体装置２の構成が異なること以外は、前述した第１実施形態の振動デバイス１と同様である。なお、以下の説明では、本実施形態の振動デバイス１に関し、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項に関してはその説明を省略する。また、本実施形態の各図では、前述した実施形態と同様の構成について、同一符号を付している。

【0061】

図７および図８に示すように、配線層８１、８２をメッキ法により形成すると、上面５ａ側が厚く、貫通孔Ｈ１、Ｈ２の底に向かうほど薄くなる場合がある。特に、図示の例では、配線層８１、８２が反り返って貫通孔Ｈ１、Ｈ２の上側開口の径が狭まり、上側開口付近において、その表面と上面５ａと平行な面との角度θが９０°より小さい傾斜部８１２、８２２が形成されている。つまり、傾斜部８１２、８２２は、上面５ａ側ではなく、下面５ｂ側を向いている。

【0062】

これに対して、有機樹脂９１、９２は、上面５ａ側が薄く、貫通孔Ｈ１、Ｈ２の底に向かうほど厚くなるように形成されている。つまり、上面５ａ側から下面７１ｂ側に向けて厚さが漸増するように形成されている。これにより、有機樹脂９１、９２によって配線層８１、８２の反り返りが解消され、金属層１０１、１０２のカバレッジを確保することができる。したがって、より確実に、金属層１０１、１０２をその全域にわたって所望の厚さで形成することができる。特に、有機樹脂９１、９２をフォトリソグラフィー技法により形成すると、容易に図示のように形成することができる。

【0063】

このように、有機樹脂９１、９２は、配線層８１、８２の酸化を抑制する機能だけではなく、金属層１０１、１０２のカバレッジを確保する機能を発揮することができ、特に重要な役割を担っている。

【0064】

以上のように、本実施形態の振動デバイス１では、有機樹脂９１、９２は、貫通孔Ｈ１、Ｈ２内において上面５ａ側から下面７１ｂ側に向けて厚さが漸増する部分を有する。これにより、金属層１０１、１０２のカバレッジを確保することができる。したがって、より確実に、金属層１０１、１０２をその全域にわたって所望の厚さで形成することができる。

【0065】

また、前述したように、配線層８１、８２は、貫通孔Ｈ１、Ｈ２内に、表面と上面５ａと平行な面との角度θが９０°より小さい傾斜部８１２、８２２を有する。このような場合であっても、有機樹脂９１、９２によって配線層８１、８２の反り返りが解消され、金属層１０１、１０２のカバレッジを確保することができる。したがって、より確実に、金属層１０１、１０２をその全域にわたって所望の厚さで形成することができる。

【0066】

以上のような第３実施形態によっても、前述した第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。

【0067】

以上、本発明の半導体装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置換することができる。また、本発明に、他の任意の構成物が付加されていてもよい。また、本発明は、前記各実施形態のうちの、任意の２以上の構成を組み合わせたものであってもよい。

【0068】

また、前述した実施形態では、半導体装置２を振動デバイス１に適用した例について説明したが、半導体装置２の適用例は、特に限定されず、如何なる機器にも適用することができる。また、半導体装置２を単体で用いることもできる。

【符号の説明】

【0069】

１…振動デバイス、２…半導体装置、３…振動素子、３１…振動基板、３２１…励振電極、３２２…励振電極、３２３…端子、３２４…端子、３２５…配線、３２６…配線、４…リッド、４１…凹部、５…半導体基板、５ａ…上面、５ｂ…下面、５１…第１貫通孔、５２…第１貫通孔、６…第２絶縁層、７…発振回路、７０…素子、７１…第１絶縁層、７１ａ…上面、７１ｂ…下面、７１１…第２貫通孔、７１２…第２貫通孔、７２…配線層、７２１…電極パッド、７２２…電極パッド、７３…絶縁層、７４…パッシベーション膜、７５…端子層、７５１…外部端子、７５２…内部端子、７５３…内部端子、８１…配線層、８１１…内部端子、８１２…傾斜部、８２…配線層、８２１…内部端子、８２２…傾斜部、９１…有機樹脂、９２…有機樹脂、１０１…金属層、１０２…金属層、Ｂ１…接合部材、Ｂ２…接合部材、Ｈ１…貫通孔、Ｈ２…貫通孔、Ｐ…パッケージ、Ｓ…収容空間、θ…角度

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】