JP5151569B2

JP5151569B2 - 圧電発振器

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Publication number: JP5151569B2
Application number: JP2008059479A
Authority: JP
Inventors: 一巳原
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2008-03-10
Filing date: 2008-03-10
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2028-03-10
Also published as: JP2009218788A

Description

本発明は、圧電発振器

近年、携帯電話等の携帯機器の小型化、薄型化が進められており、携帯機器に搭載される圧電発振器にも小型化が求められている。圧電発振器は、例えば水晶振動片等の圧電振動片を含む振動子と、振動子を駆動する集積回路等を有するＩＣチップとを備えている。圧電発振器を小型化するために、配線基板を兼ねたＩＣチップと振動子とを実装基板に重ねて実装する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。

配線を兼ねたＩＣチップは、シリコン等の半導体基板の片面に集積回路等とその外部接続端子が形成されたものであり、その裏面には振動子と接続用の裏面電極が形成されている。また、半導体基板を貫通する貫通電極が形成されており、これを介して裏面電極は集積回路と電気的に接続されている。裏面電極と半導体基板の間には、これらが導通しないようにシリコン酸化物やシリコン窒化物等からなる絶縁性の薄膜が設けられている。このような構成により、外部接続端子側を実装基板に接続するとともに、裏面電極に振動子を接続することが可能になっている。
特開２００６−６０２８１号公報

特許文献１に開示されている技術を用いれば、ＩＣチップの面積程度の圧電発振器とすることができ、圧電発振器の小型化を図ることができる。また、ＩＣチップと振動子との間に配線基板が不要となるので、圧電発振器の薄型化を図ることができる。しかしながら、このような圧電発振器は、以下のように誤動作を生じやすいと考えられる。

一般に、ＩＣチップの母材には半導体基板が用いられている。裏面電極は、振動子との接続信頼性を確保するため、あるいは配線として機能させるためにある程度以上の面積になっている。このような圧電発振器に通電すると、半導体基板と裏面電極との間に寄生容量が構成される。すると、振動子への電気信号にノイズ等を生じて、これが所定の電圧波形とならなくなってしまう。高周波の発振を高精度に行わせるために、圧電発振器には電圧波形に対する高度な応答性が要求されている。すなわち、ノイズ等に対して敏感であり、寄生容量が誤動作の原因となってしまうのである。

本発明は、前記事情に鑑み成されたものであって、誤動作を防止された良好な圧電発振器を提供することを目的の１つとする。

本発明の圧電発振器は、振動子と、前記振動子を駆動する駆動回路を有する半導体基板と、前記半導体基板の一方の面を覆う絶縁性の樹脂膜と、前記半導体基板及び前記樹脂膜を貫通する貫通孔内の面、及び前記樹脂膜の一方の面の一部を覆う導電部と、を有し、前記振動子と前記駆動回路とが前記導電部を介して電気的に接続されていることを特徴とする。

絶縁性の樹脂膜は、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等の無機材料からなる膜よりも厚く形成することが容易である。したがって、樹脂膜を覆う導電部と半導体基板との間を広くすることができ、これにより導電部と半導体基板との間の寄生容量が小さくなる。よって、動作時において、駆動手段からの電気信号に及ぼす寄生容量の影響が小さくなり、圧電発振器を正常に動作させることが可能になる。このように本発明によれば、圧電発振器の誤動作が防止され、高信頼性の圧電発振器とすることができる。

また、前記駆動手段が前記半導体基板の他方の面に形成されていることが好ましい。
半導体基板には、例えばトランジスタやメモリ素子等の回路部品を形成することが可能であり、回路部品により駆動手段を構成することができる。駆動手段が前記半導体基板の他方の面に形成されていれば、駆動手段と前記導電部等の配線とが一体になる。したがって、配線用の基板を駆動手段と独立させて設ける場合よりも、圧電発振器の薄型化が図られる。

また、前記導電部が、前記貫通孔の内側において中実構造になっていることが好ましく、この場合に前記貫通孔は、前記樹脂膜における内寸が前記半導体基板における内寸よりも大きくなっていることが好ましい。
圧電発振器の温度が変化すると、前記一方の面側の半導体基板と樹脂膜と導電部との積層体は、各層の材質が互いに異なることにより面方向の膨張の程度が異なってしまう。すると、積層体を貫通する部分の導電部に面方向の応力が作用してしまう。

前記のように導電部が貫通孔の内側において中実構造になっていれば、導電部の剛性が中空構造のものよりも高くなる。したがって、応力による面方向のひずみを小さくすることができ、温度変化によって積層体の各層の間に面方向の位置ずれを生じることが防止される。また、貫通孔の樹脂膜における内寸が半導体基板における内寸よりも大きくなっていれば、貫通孔内の導電部の内寸は樹脂膜側の方が半導体基板側よりも大きくなり、導電部の剛性が貫通孔の樹脂膜側の方で高くなる。この部分は積層体の各層の間に対応しており応力が集中する部分であるので、この部分の強度が増すことにより位置ずれを防止する効果を高めることができる。

また、前記半導体基板と前記樹脂膜との間に無機材料からなる下地絶縁膜が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、樹脂膜の有機材料により半導体基板が有機汚染されることが防止される。また、下地絶縁膜の厚み分だけ、一方の面側における半導体基板と導電部との間隔が広くなるので、寄生容量がさらに低くなる。

また、前記樹脂膜の厚みが１０μｍ以上となっていることが好ましい。
このようにすれば、圧電振動子の誤動作が確実に生じなくなる程度に、寄生容量を低くすることができる。

また、前記樹脂膜において前記半導体基板と反対側に凹部が設けられているとともに、該凹部の内側及び前記樹脂膜における該凹部の非形成部に前記導電部が一体に設けられている構成とすることもできる。
このようにすれば、温度変化によって樹脂膜と導電部とに働く面方向の応力は、貫通孔の内側と凹部の内側とに分散されるようになる。したがって、この応力による導電部や樹脂膜の面方向のひずみが小さくなり、導電部と樹脂膜との間に位置ずれを生じることが防止される。換言すれば、凹部内の導電部により導電部と樹脂膜とが噛み合わされるので、面方向のずれが防止される。

また、前記振動子が２以上の端子を有しているとともに該端子の各々に対応させて前記導電部が設けられており、前記樹脂膜を覆う部分において前記複数の導電部の間に、絶縁部が設けられていることが好ましい。
このようにすれば、複数の導電部の間に短絡を生じることが防止され、高信頼性の圧電発振器となる。

以下、本発明の一実施形態を説明するが、本発明の技術範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以降の説明では図面を用いて各種の構造を例示するが、構造の特徴的な部分を分かりやすく示すために、図面中の構造はその寸法や縮尺を実際の構造に対して異ならせて示す場合がある。

図１は、本実施形態の圧電発振器１の構成を概略して示す分解斜視図である。図１に示すように、圧電発振器１は、半導体装置１００と振動子２００とを備えている。半導体装置１００は、シリコン等からなる半導体基板１１０を基体としている。本実施形態の半導体基板１１０は平面視略長方形のものであり、その表面（他方の面）１１０ａに図示略の集積回路（駆動手段）が設けられている。また集積回路を覆って内部配線等を有するウエハレベルＣＳＰ層１３０が設けられている。表面１１０ａは、電極端子３１０を有する実装基板３００に実装される側の面である。

なお、図１に示したＸＹＺ直交座標系を設定しこれに基づいて部材の相対位置を説明する。このＸＹＺ直交座標系は、半導体基板１１０を平面視した長辺方向をＸ方向としており、短辺方向をＹ方向としている。また、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向としており、半導体基板１１０における表面１１０ａ側をＺ負方向としている。

半導体基板１１０ａにおける表面１１０ａの反対面である裏面（一方の面）１１０ｂには、絶縁性の樹脂膜１２０が設けられている。半導体基板１１０と樹脂膜１２０とを貫通して貫通電極１６１ａ、１６１ｂが設けられている。樹脂膜１２０を覆って裏面電極１６２ａ、１６２ｂが設けられている。貫通電極１６１ａと裏面電極１６２ｂは一体に形成されて導電部１６０ａを構成しており、同様に貫通電極１６１ｂと裏面電極１６２ｂは導電部１６０ｂを構成している。本実施形態では、前記集積回路が貫通電極１６１ａと電気的に接続されている。

振動子２００は、水晶振動片等の圧電振動片２２０を内部に収容したものである。振動子２００のＺ負方向側には、電極層２１０が設けられている。電極層２１０は、導電部１６０と導通する電極膜を有しており、電極膜は圧電振動片２２０と電気的に接続されている。

図２は、図１のＡ−Ａ’線矢視断面図であり、これを参照しつつ詳細な構成を説明する。図２に示すように、半導体装置１００と振動子２００とは、接着剤等からなる充填材４１０で接合されて一体となっている。また、半導体基板１１０を貫通する貫通孔１６３設けられている。半導体基板１１０ｂの裏面１１０ｂ及び貫通孔１６３の内壁を覆って下地絶縁膜１６４が設けられている。本実施形態の貫通孔１６３は、断面形状が略円形となっており、その内側には中実構造の貫通電極１６１ａが設けられている。下地絶縁膜１６４により貫通電極１６１ａと半導体基板１１０とが導通しないようになっている。なお、図１に示した貫通電極１６１ｂも同様に中実構造となっている。

半導体基板１１０の表面１１０ａを覆って下地層１３１が設けられている。下地層１３１は、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）やシリコン窒化物（Ｓｉ_３Ｎ_４）等の絶縁性材料からなっている。半導体基板１１０の表面１１０ａ側の表層や下地層１３１の表面等には、例えばトランジスタやメモリ素子等を有する集積回路（不図示）が形成されている。この集積回路は、例えば発振回路の一部を構成するものや、圧電振動片２２０を駆動する駆動回路等である。

また、貫通孔１６３は下地層１３１を貫通しており、その開口と開口周辺の下地層１３１を覆って電極１３２ａ、１３２ｂが設けられている。貫通電極１６１ａは電極１３２ａと導通接触しており、貫通電極１６１ｂ（図１参照）は電極１３２ｂと導電接触している。電極１３２ａ、１３２ｂは、例えばチタン（Ｔｉ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、あるいはこれらを含む合金等からなっている。

下地層１３１における電極１３２ａ、１３２ｂの非形成領域には、絶縁膜１３３が設けられている。絶縁膜１３３に露出した電極１３２ａ及びその周辺を覆って内部配線１３４ａが設けられており、内部配線１３４ａは電極１３２ａと導通接触している。同様に、電極１３２ｂに導通接触させて内部配線１３４ｂが設けられている。また、絶縁膜１３３の所定の部分を覆って内部配線１３５が設けられている。内部配線１３４ａ、１３５は、絶縁膜１３３の表面に引き回されて設けられており、前記集積回路と電気的に接続されている。

絶縁膜１３３及び内部配線１３４ａ、１３４ｂ、１３５を覆って層間絶縁膜１３６が設けられている。層間絶縁膜１３６の所定の領域には、内部配線１３４ｂ、１３５をそれぞれ露出させる開口が設けられている。それぞれの開口の内壁と開口周辺を覆って内部配線１３７ａ、１３７ｂが設けられており、内部配線１３４ｂ、１３５はそれぞれ内部配線１３７ａ、１３７ｂと導通接触している。

内部配線１３７ａ、１３７ｂ及び層間絶縁膜１３６を覆って絶縁性の保護膜１３８が設けられており、保護膜１３８の所定の領域には、内部配線１３７ａ、１３７ａをそれぞれ露出させる開口が設けられている。開口に露出した内部配線１３７ａ、１３７ｂにそれぞれ導通接触させてバンプ１３９ａ、１３９ｂが設けられている。バンプ１３９ａ、１３９ｂは、実装基板３００の電極端子３１０に接続される外部接続端子である。バンプ１３９ａ、１３９ｂは、例えば印刷法によるハンダコートや、保護膜１３８に露出した部分の内部配線１３７ａ、１３７ｂに析出させためっき等からなっている。めっき用の金属には、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｓｎ−Ａｇ等を用いることが好ましい。

以上のように、集積回路は、内部配線１３５、１３７ａを介してバンプ１３９ａと電気的に接続されているとともに、内部配線１３４ａ、電極１３２ａ、貫通電極１６１ａを介して裏面１１０ｂ側と電気的に接続されている。また、裏面１１０ｂ側と電気的に接続される貫通電極１６１ｂの一端は、電極を介し集積回路に接続される。貫通電極に接続されていない電極１３２ｂは、内部配線１３４ｂ、１３７ｂを介してバンプ１３９ｂと電気的に接続されている。

半導体基板１１０の裏面１１０ｂ側、及び半導体基板１１０における貫通孔１６３の内壁には、シリコン酸化物やシリコン窒化物等の無機材料からなる下地絶縁膜１６４が設けられている。裏面１１０ｂ側の下地絶縁膜１６４を覆って絶縁性の樹脂膜１２０が設けられている。貫通孔１６３は、半導体基板１１０及び樹脂膜１２０を貫通しており、その内寸（内径）は樹脂膜１２０側の方が半導体基板１１０側よりも大きくなっている。すなわち、貫通電極１６１ａの内径は、樹脂膜１２０側で大きくなっている。

樹脂膜１２０は、例えばポリイミド系樹脂やエポキシ系樹脂、フェノール系樹脂等の樹脂材料からなっている。樹脂膜１２０の形成方法としては、スピンコート法や液滴吐出法等の塗布法で液状の樹脂材料を成膜した後これを固化する方法や、樹脂フィルム等をラミネートする方法等が挙げられる。樹脂膜の膜厚が１０μｍ以上になっていれば、後述する寄生容量を十分に小さくすることができる。本実施形態の樹脂膜１２０は、ポリイミド系樹脂からなり厚みが２０μｍ程度のものである。ポリイミド系樹脂は、耐熱性や機械強度等に優れており電子機器に用いられる樹脂材料として実績があるので、これを用いることにより高信頼性とすることができる。

樹脂膜１２０における所定の領域を覆って、裏面電極１６２ａ、１６２ｂが設けられている。本実施形態の裏面電極１６２ａ、１６２ｂは、Ｙ方向に長手の平面視略長方形のものであり、互いに離間してＸ方向に並んでいる。裏面電極１６２ａは、貫通電極１６１ａを介して前記集積回路と電気的に接続されている。また、裏面電極１６２ｂも貫通電極１６１ｂを介して集積回路と電気的に接続されている。

裏面電極１６２ａ、１６２ｂの端部とこれらの間の樹脂膜１２０とを覆って絶縁部１６５が設けられている。本実施形態の絶縁部１６５は、樹脂膜１２０と同様に絶縁性の樹脂材料からなっている。絶縁部１６５により、裏面電極１６２ａと裏面電極１６２ｂとの間に短絡を生じることが防止されている。

圧電振動子２００は、平面視した半導体装置１００に略全体が重なり合うように配置されている。圧電振動子２００は、支持基板２３０と封止部材２４０との間に封止された圧電振動片２２０を有している。また、圧電振動片２２０と電気的に接続された引出し配線２５０が設けられており、引出し配線２５０は電極膜２６０ａ、２６０ｂと電気的に接続されている。

支持基板２３０は、例えばセラミックスや、ガラス、石英などで形成され、また、封止部材２４０についても、例えばセラミックスや、ガラス、石英などの材料が用いられる。支持基板２３０や封止部材２４０には凹部が形成されており、支持基板２３０及び封止部材２４０は凹部を内側にして貼り合わされている。この凹部は、圧電振動片２２０を収容するとともにその周囲を密封する収容室２３５となっている。

本実施形態の圧電振動片２２０は、基部から２つの腕部が同一方向に並列して延びる音叉型の平面形状を有した薄板状の水晶片からなるものである。この基部は、支持基板２３０及び封止部材２４０に挟持されて片持ち状に支持されている。また、収容室２３５は、腕部の運動を阻害しない程度の空間を確保するようになっている。

引出し配線２５０は、封止部材２４０の側面に設けられており、半導体装置１００と対向する面に設けられた電極膜２６０ａ、２６０ｂと導通するようになっている。電極膜２６０ａ、２６０ｂは、それぞれハンダ部４２０ａ、４２０ｂを介して、裏面電極１６２ａ、１６２ｂと電気的に接続されている。

圧電振動子２００と半導体装置１００との間には充填部材４１０が設けられている。充填部材４１０は、例えばエポキシ樹脂、アクリル系樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂材料からなっている。充填部材４１０により圧電振動子２００と半導体装置１００との間が封止され、ここに水分などの不純物が入り込まないようになっている。

以上のような構成の圧電発振器１において、実装基板３００の電極端子３１０からバンプ１３９ａや１３９ｂに供給される電気信号は、前記集積回路に適宜処理されるとともに、貫通電極１６１ａ、１６１ｂ等を介して半導体装置１００の裏面１１０ｂ側と受け渡しされる。また、この電気信号は、半導体装置１００の裏面電極１６２ａ、１６２ｂと圧電振動子２００との間で受け渡しされる。

圧電振動子２００の圧電振動片２２０に所定の電気振動が伝達されると、圧電振動片２２０の腕部が固有振動数で振動し、これを用いた発振回路が構成されるようになっている。これにより、例えば発振回路から所定の周波数の方形波電圧等を出力させることができ、圧電発振器１をタイミングデバイス等に用いることが可能になっている。このような圧電発振器を正常に動作させるためには、圧電振動片に伝達される電圧波形のノイズを低減させることが重要である。ノイズを生じさせる原因の１つに寄生容量が挙げられる。

従来の圧電発振器においては、半導体基板の裏面側にシリコン酸化物やシリコン窒化物等からなる絶縁膜が設けられている。また、絶縁膜を覆って裏面電極が設けられており、半導体基板と裏面電極との間には寄生容量が構成される。この寄生容量Ｃは、絶縁膜の誘電率ε、裏面電極の総面積Ｓ、及び半導体基板と裏面電極との間隔ｄを用いて、Ｃ＝εＳ／ｄで表される。例えば、絶縁膜がシリコン酸化物からなりその厚みが１．４μｍであり、裏面電極の総面積Ｓが０．４２５ｍｍ^２である場合には、寄生容量Ｃは１１ｐＦとなる。リアルタイムクロック等のタイミングデバイスにあっては、誤作動を防止する観点から寄生容量Ｃを３ｐＦ以下にすることが好ましいとされている。

本実施形態の圧電発振器１は、半導体基板１１０と裏面電極１６２ａ、１６２ｂとの間に絶縁性の樹脂膜１２０が設けられているので、以下の理由により寄生容量が効率的かつ格段に低減されている。

シリコン酸化物等の無機材料の成膜方法としては、ＣＶＤ法やスパッタリング法等が挙げられる。これらの成膜方法は成膜速度が遅いので、これらの方法を厚い膜（例えば１０μｍ以上）の形成に用いることは、生産効率の観点から非現実的である。すなわち、シリコン酸化物等からなる絶縁膜を厚膜化することによって寄生容量の低減することは、実質的にできない。一方、圧電発振器１には樹脂材料からなる樹脂膜１２０が設けられており、樹脂材料は厚く成膜することが容易である。したがって、樹脂膜１２０をシリコン酸化物等からなる絶縁膜よりも格段に厚くすることができ、前記の式における半導体基板と裏面電極との間隔ｄを格段に大きくすることができる。

例えば、ポリイミド系樹脂からなる樹脂膜１２０は、誘電率が３．７程度であり、厚みが２０μｍ程度である。したがって、前記の例と同様に裏面電極の総面積Ｓが０．４２５ｍｍ^２である場合には、寄生容量Ｃは０．７ｐＦとなる。このように、樹脂膜１２０を設けることにより、リアルタイムクロック等において誤作動を生じない範囲（例えば３ｐＦ以下）に、寄生容量が低減される。

また、本実施形態の貫通電極１６１ａ、１６１ｂは中実構造となっているので、中空構造のものよりも面方向（Ｘ方向及びＹ方向）における強度が高くなっている。したがって、貫通電極１６１ａ、１６１ｂを、裏面電極１６２ａ、１６２ｂ、樹脂膜１２０、及び半導体基板１１０の面方向の相対位置を固定するピンとして良好に機能させることができ、これらの面方向のずれが防止される。また、裏面電極１６２ａ、１６２ｂの内径は、半導体基板１１０側よりも樹脂膜１２０側の方が大きくなっているので、この部分の強度が高められている。したがって、裏面電極１６２ａ、１６２ｂと樹脂膜１２０とのずれが確実に防止されている。

以上のように、本発明の圧電発振器にあっては、絶縁性の樹脂膜１２０が設けられているので、寄生容量が効率的かつ格段に低減される。したがって、半導体装置１００側と圧電振動子２００側との間で受け渡しされる電気信号のノイズが低減され、圧電振動子２００を正常に動作させることが可能になる。よって、このような圧電振動子２００を備えた圧電発振器１は誤動作が格段に低減され、高精度な周波数で振動波形を生成可能な良好なものとなる。例えば、本発明の圧電発振器１を携帯電話等の各種電子機器のタイミングデバイスに用いれば、圧電発振器１により高精度なクロックが得られるので、デバイスの制御・駆動のタイミングが高精度となる。これにより、正常に機能する高信頼性のデバイスとなる。

［製造方法］
次に、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）、（ｂ）を参照して、圧電発振器１の製造方法の一例を説明する。本例では、シリコンウエハを用いて複数の半導体装置１００を一括して形成する。シリコンウエハは、個片化後に半導体基板１１０となる部分である。なお、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）には１つの半導体装置１００と対応する部分を拡大して示している。

まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板１１０上に集積回路を形成するとともに、ウエハレベルＣＳＰ層１３０を形成する。具体的には、半導体基板１１０の表面１１０ａを例えば熱酸化してこれを下地層１３１とする。半導体基板１１０の表層や下地層１３１等に集積回路を形成するとともに、下地層１３１上の所定位置に電極１３２ａ、１３２ｂを形成する。下地層１３１及び電極１３２ａ、１３２ｂを覆って、例えばシリコン酸化物を成膜する。この膜のうち電極１３２ａ、１３２ｂや前記集積回路の端子を覆う部分をフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いて除去して、この膜を絶縁膜１３３とする。

そして、電極１３２ａ、１３２ｂとその周辺の絶縁膜１３３上に内部配線１３４ａ、１３４ｂ、１３５を形成する。内部配線１３４ａ、１３５は、集積回路の端子と導通するように形成する。内部配線１３４ａ、１３４ｂ、１３５及び絶縁膜１３３を覆って、例えばＣＶＤ法でシリコン酸化物を成膜する。この膜の所定部分を除去して内部配線１３４ｂ、１３５の所定領域を露出させ、この膜を層間絶縁膜１３６とする。内部配線１３４ｂ、１３５の露出された部分の各々と導通させて、内部配線１３７ａ、１３７ｂを形成する。

内部配線１３４ａ、１３４ｂ、１３５、１３７ａ、１３７ｂの形成方法としては、例えばＴｉＷ、Ｃｕを順にスパッタリング法で成膜した後、このＣｕ膜にめっき処理でＣｕを析出させて厚膜化する方法が挙げられる。内部配線１３７ａ、１３７ｂ及び層間絶縁膜１３６を覆ってシリコン酸化物を形成する。その所定部分を除去して内部配線１３７ａ、１３７ｂの所定領域を露出させ、この膜を保護膜１３８とする。このようにして、ウエハレベルＣＳＰ層１３０を形成する。引き続きバンプ１３９ａ、１３９ｂを形成してもよいが、本例では後の工程で形成する。詳しくは、バンプ１３９ａ、１３９ｂが形成されていない半導体装置１００を形成し、これと振動子２００とを固着した後にバンプ１３９ａ、１３９ｂ形成を形成する。

そして、ウエハレベルＣＳＰ層１３０側に接着層５１０を介してサポートガラス５２０を貼り付ける。サポートガラス５２０を支持体として、砥石等の研削部材を用いて裏面１１０ｂ側から半導体基板１１０を研削する。これにより、半導体基板１１０を、例えば１００μｍ程度の厚みまで薄厚化する。スピンエッチング、又はドライポリッシュ等によって基板表面の破砕層を取り除く。接着層５１０としては、熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を使用することが好ましい。基板の薄厚化する方法として、ＣＭＰ法を用いてもよい。

次いで、図３（ｂ）に示すように、電極１３２ａ、１３２ｂの各々に対応した部分の半導体基板１１０及び下地層１３１を貫通する貫通孔１６３を形成する。具体的には、半導体基板１１０の裏面１１０ｂにレジストパターン５３０を形成し、これをマスクとしてドライエッチングする。リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）や誘導結合プラズマエッチング（ＩＣＰ）等を用いると、高度の異方性でドライエッチングすることができる。このようにして、貫通孔１６３の内側に電極１３２ａ、１３２ｂを露出させる。

次いで、図３（ｃ）に示すように、半導体基板１１０の裏面１１０ｂ側に例えばＣＶＤ法でシリコン酸化物やシリコン窒化物等を成膜し、裏面１１０ｂ側及び貫通孔１６３の内壁を覆う下地絶縁膜１６４を形成する。例えば、裏面１１０ｂ側に１．５μｍ程度の厚みで成膜すると、貫通孔１６３の内壁には０．３〜０．４μｍ程度の厚みで成膜される。なお、電極１３２ａ、１３２ｂも下地絶縁膜１６４に覆われるので、この部分をドライエッチングあるいはレーザ加工等で除去し、電極１３２ａ、１３２ｂを露出させる。なお、裏面１１０ｂを覆う部分の下地絶縁膜１６４を除去してもよいが、本例では除去せずに保持する。これにより、半導体基板１１０を有機汚染から保護することができ、かつ裏面電極１６２ａ、１６２ｂと半導体基板１１０との間隔を広くすることができる。

そして、貫通孔１６３の内壁にスパッタリング法でＴｉＷ、ＴｉＮ、Ｔｉ等を成膜して、これをパリア層（図示略）とする。さらに、貫通孔１６３の内壁にＣｕをスパッタリング法で成膜して、これをシード層（図示略）とする。バリア層は、貫通電極１６１ａ、１６１ｂの金属原子が半導体基板１１０側に拡散しないようにするものであり、シード層と貫通孔１６３の内壁側との密着層としても機能する。シード層は、後に貫通電極１６１ａ、１６１ｂをめっき処理で形成する際にシードとして機能する。

次いで、図４（ａ）に示すように、半導体基板１１０の裏面１１０ｂ側の下地絶縁膜１６４を覆うとともに、貫通孔１６３の開口周辺を露出させて、樹脂膜１２０を形成する。本例では、まず裏面１１０ｂ側の下地絶縁膜１６４を覆ってスピンコート法で感光性のポリイミド系樹脂を成膜する。樹脂材料をスピンコート法や液滴吐出法等の塗布法で成膜すれば、無機材料を蒸着法やＣＶＤ法、スパッタリング法で成膜する場合よりも、成膜速度が格段に速くなる。したがって、樹脂材料を厚く成膜することが容易化される。例えば、シリコン酸化物（無機材料）からなる下地絶縁膜１６４は、成膜速度の制約により通常と同様に１．５μｍ程度の厚みに形成している。一方、樹脂材料の成膜時には、成膜速度の制約がほとんどないので、ここでは樹脂材料を２０μｍ程度の厚みに成膜する。

そして、フォトマスク等を用いてこの膜を選択的に露光・現像する。このようにして、この膜における電極１３２ａ、１３２ｂ上を開口し、これを貫通孔１６３の一部とする。ここでは、半導体基板１１０側の貫通孔１６３よりも内径が大きくなるように、開口させる。例えば、ポジ型の感光性のポリイミド系樹脂を用いる場合には、フォトマスクの透光部の寸法を貫通孔１６３の内径より大きくすればよい。また、前記の現像とともに半導体基板１１０側の貫通孔１６３内側のポリイミド系樹脂を除去して、電極１３２ａ、１３２ｂを露出させる。この他にも、樹脂フィルムをラミネートにより貼設した後、貫通孔１６３と対応する部分を開口させる手法を用いてもよい。この場合にも無機材料からなる膜よりも格段に厚い膜を効率的に設けることができる。

次いで、図４（ｂ）に示すように、貫通孔１６３の内壁及び樹脂膜１２０を覆って導電部１６０ａ、１６０ｂを形成する。具体的には、電気化学プレーティング法を用いて前記シード層にめっきを析出させて貫通孔１６３の内側に中実構造（円柱状）の貫通電極１６１ａ、１６１ｂを形成する。さらに、めっき処理を行った後めっきを適宜パターニングして、樹脂膜１２０を覆う裏面電極１６２ａ、１６２ｂを形成する。なお、樹脂膜１２０上の所定領域に下地膜パターンを形成しておき、この下地膜にめっきを析出させること等によって裏面電極を形成してもよい。また、めっきの膜厚を制御すること等により貫通孔１６３の内壁を覆う円筒状（中空構造）の貫通電極を形成してもよい。

次いで、図４（ｃ）に示すように、裏面電極１６２ａ、１６２ｂの間に絶縁部１６５を形成する。ここでは、裏面電極１６２ａ、１６２ｂ及び樹脂膜１２０を覆って樹脂材料を成膜した後この膜をパターニングして、裏面電極１６２ａ、１６２ｂの端部、及び裏面電極１６２ａ、１６２ｂの間の樹脂膜１２０を覆う絶縁部１６５を形成する。
また、この上にダイシングテープ等を貼付け、これを支持としてサポートガラス５２０をシリコンウエハから剥離した後、シリコンウエハを個片化する。これによりバンプ１３９ａ、１３９ｂが形成されていない状態の半導体装置１００が得られる。なお、ダイシングテープを貼付ける前に、ハンダメッキ等によってハンダ部４２０ａ、４２０ｂとなるハンダを裏面電極１６２ａ、１６２ｂ上に配置しておいてもよい。

また、半導体装置１００と独立して圧電振動子２００を形成する。ここでは、大判のガラスウエハを用いて多数の圧電振動子２００を一括して形成する。ガラスウエハは、個片化後に支持基板２３０となる部分である。具体的には、支持基板２３０上の複数の所定領域にそれぞれ圧電振動片２２０を配置する。そして、支持基板２３０に封止部材２４０を固着するとともに、これらの間に各圧電振動片２２０を気密封止する。そして、封止部材２４０上に圧電振動片２２０に接続された引出し配線２５０を形成する。引出し配線２５０と導通させて、半導体装置１００の裏面電極１６２ａ、１６２ｂと同程度の大きさの電極膜２６０ａ、２６０ｂを形成する。この後にガラスウエハを個片化すれば圧電振動子２００が得られるが、本例では半導体装置１００の実装後に個片化する。

次いで、図５（ａ）に示すように、電極膜２６０ａ、２６０ｂを裏面電極１６２ａ、１６２ｂにそれぞれ電気的に接続する。接続方法としては、ハンダ接合やＡｇペーストによる接合、Ａｕ−Ａｕ接合、プラズマ活性化接合、導電性接着剤による接合等を用いることができる。Ａｕ−Ａｕ接合を採用する場合には、例えばシリコンウエハを個片化する前に裏面電極１６２ａ、１６２ｂにめっき処理を施しておく。

本例では、ハンダ接合を採用する。具体的には、電極膜２６０ａ、２６０ｂ上に印刷法、スピンコート法あるいはディスペンス法等によって、フラックス又はソルダーペーストを供給する。そして、半導体装置１００の裏面電極１６２ａ、１６２ｂが、電極膜２６０ａ、２６０ｂとそれぞれ対向するように、個片化された半導体装置１００をガラスウエハ上に搭載する。この段階ではガラスウエハ及び半導体装置１００に加熱を行わずに、フラックス又はソルダーペーストの粘着力で半導体装置１００をガラスウエハに保持させる。そして、リフロー炉やホットプレート等の加熱手段により、ガラスウエハを加熱する。加熱温度は、ハンダが充分に溶解（溶融）する温度（例えば２４０℃以上）とする。

次いで、半導体基板１１０の表面１１０ａ側に露出した部分の内部配線１３７ａ、１３７ｂ上に、バンプ１３９ａ、１３９ｂを形成する。具体的な形成方法としては、内部配線１３７ａ、１３７ｂ上にハンダを供給した後に、ハンダをリフローする方法等がある。この場合、残留するフラックスを除去するために、洗浄することが望ましい。また、ハンダを供給する方法としては、ハンダペーストを塗布する方法や、ハンダペーストを印刷する方法、ハンダボールを搭載する方法等が挙げられる。

本例では、半導体装置１００と圧電振動子２００との接続後に、ハンダペーストによりバンプ１３９ａ、１３９ｂを形成するが、ウエハレベルＣＳＰ層１３０を形成した後、接着層５１０を設ける前にバンプ１３９ａ、１３９ｂを形成してもよい。この場合には、バンプ１３９ａ、１３９ｂを露出させないように、接着層５１０をバンプ１３９ａ、１３９ｂの高さよりも厚く形成することが望ましい。また、ハンダによるバンプ１３９ａ、１３９ｂの他に、露出した部分の内部配線１３７ａ、１３７ｂの表面にめっきを析出させてめっきからなるバンプを形成してもよい。このめっき処理は、導電部１６０ａ、１６０ｂを形成する際のめっき処理と同じプロセスで行ってもよい。

次いで、半導体装置１００と振動子２００との間を充填材４１０で封止する。そして、図５（ｂ）に示すように、ダイシングカッタ６００等の個片化装置を用いてガラスウエハ（支持基板）２３０を個片化することにより、図２に示した圧電発振器１が得られる。なお、本例では、個片化した半導体装置１００をガラスウエハ２３０に搭載した後に、これを個片化しているが、搭載前にガラスウエハ２３０を個片化しておき、個片化された振動子２００に半導体装置１００を搭載してもよい。また、個片化前の半導体装置１００すなわち、各種部材や回路、配線等が形成されたシリコンウエハとガラスウエハ２３０とを固着した後に、個片化して圧電発振器を製造してもよい。

［変形例］
次に、図６（ａ）、（ｂ）を参照しつつ前記実施形態と異なる態様の圧電発振器を説明する。図６（ａ）は変形例１の構成を示す要部断面図であり、図６（ｂ）は、変形例２の構成を示す概略斜視図である。

図６（ａ）に示す変形例１が前記実施形態と異なる点は、樹脂膜１２０において半導体基板１１０と反対側に凹部１２５が設けられており、凹部１２５の内側に裏面電極１６２ａの一部が埋め込まれている点である。凹部１２５は、Ｙ方向に沿って溝状に延びており、図示しないもののＸ方向にも同様に設けられている。

このようにすれば、凹部１２５に埋め込まれた部分の裏面電極１６２ａと、凹部１２５の非形成部における樹脂膜１２０とが噛み合っているので、樹脂膜１２０と裏面電極１６２ａとの相対位置がＸ方向やＹ方向に変化することが防止される。また、貫通電極１６１ａがピンとして機能するので、裏面電極１６２ａと半導体基板１１０との相対位置がＸ方向やＹ方向に変化することも防止される。したがって、貫通電極１６１ａと裏面電極１６２ａとが一体に形成されていれば、半導体基板１１０と樹脂膜１２０との相対位置がＸ方向やＹ方向に変化することも防止される。このように、変形例１の圧電発振器にあっては、熱膨張係数の違いにより半導体基板１１０、樹脂膜１２０、及び導電部１６０ａとの間で位置ずれを生じることが確実に防止される。

なお、このような樹脂膜１２０は、例えば予め凹部を形成しておいた樹脂フィルムをラミネートすること等により形成される。また、凹部１２５は、樹脂膜１２０を貫通していてもよい。この場合には、樹脂膜１２０を開口して貫通孔１６３の一部とするプロセスで、凹部１２５も一括して形成すればよい。

図６（ｂ）に示す変形例２が前記実施形態と異なる点は、裏面電極１６２ｂの一部が樹脂膜１２０上において引き回し配線１６６となっている点である。引き回し配線１６６の上には絶縁部１６５が設けられており、振動子２００と接合した際、振動子２００の端子２６０ａが引き回し配線１６６と電気的に短絡を生じないようになっている。

従来の圧電発振器においてこのような引き回し配線を設けると、寄生容量が増加し、誤作動を生じるおそれがあった。しかしながら、本発明によれば前記のように寄生容量が低減されるので、誤作動を防止しつつ引き回し配線１６６を設けることが可能になる。これにより、貫通電極１６１ａ、１６１ｂの配置自由度が高くなり、電極１３２ａ、１３２ｂや各種内部配線、集積回路等の配置自由度が高くなる。

本発明の圧電発振器の構成を概略して示す分解斜視図である。図１のＡ−Ａ’線矢視断面図である。（ａ）〜（ｃ）は、圧電発振器の製造方法を示す断面工程図である。（ａ）〜（ｃ）は、図３（ｃ）から続く断面工程図である。（ａ）、（ｂ）は、図４（ｃ）から続く工程図である。（ａ）は変形例１の要部断面図、（ｂ）は変形例の概略斜視図である。

符号の説明

１・・・圧電発振器、１００・・・半導体装置、１１０・・・半導体基板、１１０ａ・・・表面（他方の面）、１１０ｂ・・・裏面（一方の面）、１２０・・・樹脂膜、１２５・・・凹部、１６０ａ、１６０ｂ・・・導電部、１６１ａ、１６１ｂ・・・貫通電極（導電部）、１６２ａ、１６２ｂ・・・裏面電極（導電部）、１６３・・・貫通孔、１６４・・・下地絶縁膜、１６５・・・絶縁部、２００・・・圧電振動子（振動子）、２２０・・・圧電振動片

Claims

振動子と、
前記振動子を駆動する駆動回路を有する半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面を覆う絶縁性の樹脂膜と、
前記半導体基板及び前記樹脂膜を貫通する貫通孔内の面、及び前記樹脂膜の一方の面の一部を覆う導電部と、を有し、
前記振動子と前記駆動回路とが前記導電部を介して電気的に接続され、
前記振動子が２以上の端子を有しており、
前記端子の各々に対応させて前記導電部が設けられ、
前記樹脂膜の一方の面における複数の前記導電部の間に、絶縁部が設けられていることを特徴とする圧電発振器。
前記駆動回路が前記半導体基板の一方の面の反対面である他方の面に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の圧電発振器。
前記導電部が、前記貫通孔の内側において円柱状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の圧電発振器。
前記樹脂膜における前記貫通孔の内寸が前記半導体基板における前記貫通孔の内寸よりも大きくなっていることを特徴とする請求項３に記載の圧電発振器。
前記半導体基板と前記樹脂膜との間に無機材料からなる絶縁膜が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧電発振器。
前記樹脂膜の厚みが１０μｍ以上となっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の圧電発振器。
前記樹脂膜の一方の面に凹部が設けられており、
前記樹脂膜の一方の面及び前記凹部内の面に前記導電部の一部が設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の圧電発振器。
振動子と、
前記振動子を駆動する駆動回路を有する半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面を覆う絶縁性の樹脂膜と、
前記半導体基板及び前記樹脂膜を貫通する貫通孔内の面の少なくとも一部、及び前記樹脂膜の一方の面の少なくとも一部を覆う導電部と、を有し、
前記振動子と前記駆動回路とが前記導電部を介して電気的に接続され、
前記振動子が２以上の端子を有しており、
前記端子の各々に対応させて前記導電部が設けられ、
前記樹脂膜の一方の面における複数の前記導電部の間に、絶縁部が設けられていることを特徴とする圧電発振器。
２以上の端子を有する振動子と、
前記振動子と反対側の面に前記振動子を駆動する駆動回路を有する半導体基板と、
前記振動子と同一側の前記半導体基板の面を覆う絶縁性の樹脂膜と、
前記半導体基板及び前記樹脂膜を貫通する貫通孔内の面と、前記樹脂膜の一部とを覆う２以上の導電部と、
前記２以上の導電部の各々の間における前記樹脂層を覆う絶縁部と、を有し
前記２以上の端子の各々と一対一で接続する前記２以上の導電部を介して、前記振動子と前記駆動回路とが電気的に接続されていることを特徴とする圧電発振器。