JP5209269B2 - 電気装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、封止された空間内に素子を備える電気装置及びその製造方法に関するものである。

高速な信号を処理する電気装置の開発において、トランジスタの微細化による高速化が進む一方で、配線における信号の遅延及び損失や、配線を用いて形成されるインダクタなどの受動素子の性能不足が問題となっている。これらの原因としては、配線の寄生抵抗による導体損失や、配線と基板の相互インダクタンスを介した渦電流による基板損失、配線間の寄生容量による周波数帯域の低下などが挙げられる。

このような問題を解決するため、薄膜形成技術やフォトリソグラフィ技術を基本にしてエッチングすることなどで立体的に微細加工を行うマイクロマシン技術を利用することで、高性能な配線や受動素子を備えた電気装置が開発されている（非特許文献１参照）。図８は、このような電気装置の一例を示す斜視図である。この電気装置では、基板８０１の上に、電極８０３が形成され、電極に接続する支持部８１２により基板８０１の上に支持された螺旋状の金属配線８１１が配置されてインダクタ素子が構成されている。

金属配線８１１は厚さ１０μｍ程度に形成され、配線抵抗に起因した損失を低減するようにされている。また、金属配線８１１は、基板８０１の上に離間して形成されて周囲に空間が形成され、金属配線８１１の周囲の比誘電率がほぼ１とされており、寄生容量が低減されている。さらに、金属配線８１１を基板８０１より離間して形成することで、基板８０１との間の相互インダクタンスを低減し、基板８０１に流れる過電流に起因した基板損失を低減している。

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しかしながら、上述した従来の電気装置の構成は、配線や受動素子の高性能化には有効であるが、基板より離間させて空中に浮遊させた配線の部分が破損しやすいという問題がある。例えば、ウェハをチップに切り分けるダイシングなどの工程においては、切削箇所の冷却や切削かすの飛散防止などのために高圧水流が供給されているが、この高圧水流によって、配線が容易に破損してしまう。また、露出した配線の部分に不純物が付着することによって、電気的な特性が劣化するなど、実用上多くの問題を抱えている。

これらの問題を回避するために、ガラスからなるキャップを基板の上に固定し、このキャップで金属配線などの微細構造体を封止することで、機械的に脆弱な構造を保護する技術が提案されている（非特許文献２参照）。ガラスは比較的高い剛性を備えた絶縁部材であるため、所定の領域（空間）をゆがめることなく封止するのに好適である。

しかしながら、このような方法を用いた場合、特殊な実装工程が追加されるため電気装置のコスト増加を招き、また、キャップが電気装置を大型化させてしまうといった問題があった。また、ガラスからなるキャップを用いた場合、フリップチップ実装やＳｉ貫通ビア配線技術などを用いたチップの積層実装が困難となるなど、実装に制約が生じるという問題があった。

上述したように、従来技術においては、基板との間に隙間を備えた配線を用いた高性能な電気装置を実現しようとした場合、装置の機械的，電気的信頼性の確保が困難であった。またこの問題を回避するために、配線が配置された空間をガラスキャップなどで保護封止する技術を用いた場合、電気装置が大型化し、また、実装に制約が生じるという問題があった。従って、従来技術では、隙間が形成された配線を用いた電気装置を実用化することが困難であった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、基板との間に隙間を備える配線を用いた電気装置が、装置の寸法の増大や実装の制約などを招くことなく、より高い信頼性を備えた状態で形成できるようにすることを目的とする。

本発明に係る電気装置は、所定の領域を囲うように基板の上に形成された支持枠と、基板の上の支持枠で囲われた領域に配置された配線構造体と、配線構造体及び支持枠に支持されて、支持枠に囲われた領域を封止する樹脂から構成された封止膜とを少なくとも備え、一部の配線構造体は、基板の表面より離間して基板との間に空間を形成しているようにしたものである。

また、上記電気装置において、配線構造体は、支持枠と同じ高さに形成されている。また、配線構造体は、基板から封止膜の方向において、複数の配線が配置された多層配線構造を備えるようにしてもよい。なお、支持枠の内側領域における基板の上に配線構造体から離間して形成され、封止膜を支持する支持柱を備える。加えて、支持柱および支持枠の少なくとも一方は、配線構造体を構成している配線とは直交する方向に延在する構造を備える。

また、上記電気装置において、基板の上の支持枠の外側領域に配置されて配線構造体に電気的に接続する外部配線を備えるようにしてもよい。また、封止膜は、配線構造体の封止膜を支持している領域の一部を露出させる開口部を備えるようにしてもよい。なお、配線構造体は、スパイラルインダクタ，トランスフォーマ，及び伝送線路の少なくとも１つから構成されているものである。

本発明に係る電気装置の製造方法は、基板の上に犠牲膜を用いて金属膜を積層して積層した金属膜により基板の上に所定の領域を囲う支持枠及び支持枠で囲われた領域に配置された配線構造体が形成された状態とする工程と、犠牲膜を除去し、一部の配線構造体が、基板の表面より離間して基板との間に空間を形成した状態とする工程と、犠牲膜を除去した後、支持枠及び配線構造体の上面に接触する封止膜を貼り付け、配線構造体及び支持枠に支持されて支持枠に囲われた領域を封止する封止膜が形成された状態とする工程とを少なくとも備えるようにしたものである。

上記電気装置の製造方法において、封止膜を貼り付けた後、配線構造体の封止膜を支持している領域の一部を露出させる開口部が封止膜に形成された状態とする工程を備えるようにしても良い。

以上説明したように、本発明によれば、一部に基板の表面より離間して基板との間に空間を形成している配線構造体，支持枠，および支持柱で、樹脂から構成された封止膜を支持するようにしたので、基板との間に隙間を備える配線を用いた電気装置が、装置の寸法の増大や実装の制約などを招くことなく、より高い信頼性を備えた状態で形成できるという優れた効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
始めに、本発明に係る実施の形態１について、図１（ａ）及び図１（ｂ）を用いて説明する。図１（ａ）は、本実施の形態における電気装置の構成を示す斜視図、図１（ｂ）は断面図である。この電気装置は、基板１０１と、基板１０１の所定領域（内部配線形成領域）を囲うように配置された支持枠１０２と、支持枠１０２の内部の基板１０１の上に形成された配線支持部１０３と、配線支持部１０３の上に形成されて基板１０１より離間している内部配線１０４を備えている。従って、配線支持部１０３以外の領域の内部配線１０４と基板１０１との間には、空間が形成されている。また、隣の内部配線１０４との間にも、空間が形成されている。

本実施の形態の電気装置では、配線支持部１０３の上に支持されている内部配線１０４が、基板１０１の上において、支持枠１０２と同じ高さに形成されている。言い換えると、配線支持部１０３とこの上に形成された内部配線１０４とから構成された配線構造体は、支持枠１０２と同じ高さに形成されている。また、本実施の形態の電気装置では、上述したように支持枠１０２と同じ高さに形成されている配線構造体と、支持枠１０２とに支持された状態に形成され、支持枠１０２の内側の空間（配線形成空間）を封止する封止膜１０５を備えている。なお、配線構造体と支持枠１０２とは、同じ高さに形成されている必要はなく、ある程度異なる高さに形成されていても良い。配線構造体と支持枠１０２とで、封止膜１０５が支持されている状態となっていればよい。ただし、これらが全て同じ高さとなっている状態は、後述するように、より容易に製造することが可能となり、製造上有利である。

基板１０１は、例えば、表面にシリコン酸化膜などの絶縁層を備えたシリコン基板や、ガラスなどの絶縁基板、また、埋め込み絶縁層を備えたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板などであればよい。支持枠１０２で囲う領域（内部配線形成領域）の表面が絶縁材料で構成されていればよい。基板１０１には、配線支持部１０３を介して内部配線１０４に接続する集積回路が形成されていても良い。例えば、シリコン基板に集積回路が形成され、この上に層間絶縁層を介して支持枠１０２，配線支持部１０３，内部配線１０４などが形成され、上記層間絶縁層に形成されたスルーホールを介し、配線支持部１０３が上記集積回路に接続していればよい。また、基板１０１の他の領域に、集積回路が設けられていても良い。また、配線支持部１０３及び内部配線１０４は、Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属材料から構成されていればよい。

ここで、前述したように、内部配線１０４は、上面以外がこの周囲の構造体から離間して配置され、内部配線１０４の周囲には空間が形成されており、内部配線１０４は、比誘電率がほぼ１となる雰囲気に配置されていることになる。このため、内部配線１０４においては、シリコン酸化物や金属酸化物などの絶縁層に接し又は覆われている場合に比較し、寄生容量が低減する。

内部配線１０４の基板１０１の表面の法線方向の厚さ（膜厚）は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。内部配線１０４の膜厚を１μｍ以上とすることで小さな配線抵抗が得られ、１００μｍ以下とすることで製造性が向上する。さらに、内部配線１０４と基板１０１の間の距離は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。内部配線１０４と基板１０１との距離をｌμｍ以上とすることで基板損失の低減効果が得られ、１００μｍ以下とすることで製造性が向上する。

これらの特徴により、本実施の形態の配線は、非常に優れた性能を有している。また、内部配線１０４（配線支持部１０３）を特に金で構成することによって、金の持つ耐酸化性のため、電気的により安定な電気装置を得ることができる。

支持枠１０２は、例えば金属材料，絶縁材料，またはこれらの組み合わせ等により構成され、配線１０３の周囲を取り囲むように形成されている。なお、図１（ａ）において、支持枠１０２は平面視長方形の領域を取り囲んでいるが、これに限定されるものではない。支持枠１０２は、平面視多角形や円弧などを含む複雑な形状の領域を囲うように形成されていても良い。また、一部の支持枠１０２が、一部の配線１０３と接触していても良い。

封止膜１０５は、例えば有機樹脂などの絶縁材料により構成され、支持枠１０２が囲む領域と同様の形状を有し、配線支持部１０３及び内部配線１０４とからなる配線構造体及び支持枠１０２によって支持されている。封止膜１０５の膜厚は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下であればよい。封止膜１０５の膜厚を１μｍ以上とすることで内部配線１０４を保護するための強度が得られ、１００μｍ以下とすることで製造性が向上する。

本実施の形態では、内部配線１０４の形成領域（内部配線形成領域）を支持枠１０２により囲むとともに、封止膜１０５によって封止しているため、内部配線１０４が外部の環境から遮蔽されており、実装工程等における異物の付着を防ぐことができる。

また、封止膜１０５は、この周辺部が支持枠１０２に支持されると共に、内部の領域も、配線支持部１０３及び内部配線１０４よりなる配線構造体により支持されて補強されている。このため、封止膜１０５に要求される強度が低減し、封止膜１０５の薄膜化が可能となる。これにより、電気装置をより薄型にすることが可能となり、例えば、より多くのチップの積層実装などが可能となる。

加えて、内部配線１０４の一部（上面）が封止膜１０５の内側面に接着して形成されていれば、複数の内部配線１０４が封止膜１０５により機械的に結合された状態となり、強度が増強された状態となる。これにより、実装工程における水流や実使用時における振動などに対して、配線が十分な耐性を備えた電気装置が得られるようになる。例えば、封止膜１０５は、樹脂より構成することが可能となる。封止膜１０５を樹脂膜より構成すれば、後述するように、ＳＴＰ法などにより容易に形成することが可能となる。また、樹脂膜より構成すれば、膜厚１μｍ程度の封止膜１０５が容易に形成可能であり、ガラスなどを用いる場合に比較して、より薄く形成することが可能となり、電気装置の微細化がより容易となる。また、封止膜１０５の内側面が内部配線１０４に接着していれば、封止膜１０５が配線形成空間に対して外側に撓む（膨らむ）ことも抑制できるようになる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について、図２（ａ）、図２（ｂ）を参照して説明する。図２（ａ）は、本実施の形態における電気装置の構成を示す平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）のｂ−ｂ線における断面図である。この電気装置は、基板２０１と、基板２０１の所定領域（内部配線形成領域）を囲うように配置された支持枠２０２と、支持枠２０２の内部の基板２０１の上に形成された基板配線２０３と、基板配線２０３の上に形成されて基板２０１より離間している上部配線２０５を備えている。上部配線２０５は、螺旋状に形成され、よく知られたスパイラルインダクタを構成している。この電気装置では、基板配線２０３と上部配線２０５とが、内部配線となる。

また、上部配線２０５は、一端が配線支持部２０４ａにより基板配線２０３に接続し、他端が配線支持部２０４ｂに接続し、かつ配線支持部２０４ｂにより基板２０１の上に支持されている。従って、配線支持部２０４ａ，２０４ｂ以外の領域の上部配線２０５と基板２０１との間には、空間が形成されている。加えて、本実施の形態の電気装置では、上部配線２０５の内側の領域に、支持枠２０２と同じ高さの支持柱２０７を備えている。

また、本実施の形態における電気装置においても、配線支持部２０４ａ及び配線支持部２０４ｂに支持されている上部配線２０５は、基板２０１の上において、支持枠２０２及び支持柱２０７と同じ高さに形成されている。言い換えると、配線支持部２０４ａ及び配線支持部２０４ｂと上部配線２０５とから構成された配線構造体は、支持枠２０２及び支持柱２０７と同じ高さに形成されている。

本実施の形態の電気装置では、このように配線構造体と支持枠２０２及び支持柱２０７とが同じ高さに形成されている上に、封止膜２０６を備えている。封止膜２０６は、配線構造体，支持枠２０２，及び支持柱２０７に支持され、支持枠２０２の内側の空間（配線形成空間）を封止している。従って、上部配線２０５の上面は、封止膜２０６の内側の面に接して形成されていることになる。なお、上部配線２０５の上面が、封止膜２０６の内側の面に接着していても良い。ところで、上記配線構造体，支持枠２０２，及び支持柱２０７は、全て同じ高さに形成されている必要はなく、ある程度異なる高さに形成されていても良い。上記配線構造体，支持枠２０２，及び支持柱２０７で、封止膜２０６が支持されている状態となっていればよい。ただし、これらが全て同じ高さとなっている状態は、後述するように、より容易に製造することが可能となり、製造上有利である。

なお、基板２０１は、例えば、表面にシリコン酸化膜などの絶縁層を備えたシリコン基板や、ガラスなどの絶縁基板、また、埋め込み絶縁層を備えたＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板などであればよい。支持枠２０２で囲う領域の表面が絶縁材料で構成されていればよい。基板２０１には、基板配線２０３，配線支持部２０４ａ，及び配線支持部２０４ｂを介して上部配線２０５に接続する集積回路が形成されていても良い。

例えば、シリコン基板に集積回路が形成され、この上に層間絶縁層を介して支持枠２０２，基板配線２０３，配線支持部２０４ａ，配線支持部２０４ｂ，及び上部配線２０５などが形成され、上記層間絶縁層に形成されたスルーホールを介し、基板配線２０３及び配線支持部２０４ｂが上記集積回路に接続していればよい。また、基板２０１の他の領域に、集積回路が設けられていても良い。また、基板配線２０３，配線支持部２０４ａ，配線支持部２０４ｂ，及び上部配線２０５は、Ａｕ，Ｃｕ，Ａｌなどの金属材料から構成されていればよい。また、支持枠２０２及び支持柱２０７は、配線同様の金属材料から構成されていてもよく、また、絶縁材料から構成されていても良い。支持枠２０２及び支持柱２０７を金属材料から構成する場合、これらが、配線構造体と電気的に絶縁されていればよい。

ここで、上部配線２０５は、この周囲の構造体から離間して配置され、上部配線２０５の周囲には空間が形成されており、上部配線２０５は、比誘電率がほぼ１となる雰囲気に配置されていることになる。このため、上部配線２０５においては、シリコン酸化物や金属酸化物などの絶縁層に接し又は覆われている場合に比較し、寄生容量が低減する。

また、基板配線２０３，配線支持部２０４ａ，配線支持部２０４ｂ，及び上部配線２０５のように多層配線構造とすることで、多数の配線を限定された領域内に形成することが可能となり、高集積化が可能となる。また、複雑な配線構造を要するさまざまな受動素子を形成することが可能となる。なお、基板２０１から封止膜２０６の方向において、基板配線２０３と上部配線２０５との間に、複数の配線の層が形成されて多層配線構造とされていても良い。

本実施の形態では、上部配線２０５を螺旋状に形成するとともに、上部配線２０５の螺旋の内側の配線端部を、配線支持部２０４ａ及び基板配線２０３を介して螺旋の外側に引き出すことにより、スパイラルインダクタを構成している。スパイラルインダクタは、高周波回路の性能を左右する重要な素子であり、優れた高周波性能を備えたインダクタの実現が強く望まれている。本実施の形態に示した電気装置によるインダクタでは、前述したように、周囲に空間を備えて基板２０１より離間して形成した厚膜の配線により形成しているため、優れた高周波性能が得られる。

次に、インダクタの電気的特性の向上と、機械的強度の向上を両立させるための構造について説明する。高周波回路においては、主に数ｎＨ以上のインダクタンスを備えたインダクタが利用され、このためには、数１００μｍ程度の面積を要する。一方、インダクタの周囲には磁界が生じ、インダクタの近傍の配線には相互インダクタンスを介して渦電流が流れ、損失やノイズの原因となるため、インダクタの近傍にはインダクタ以外の配線を配置しないことが望ましい。ところが、このように大きな領域において、封止膜２０６を支持する配線が存在しない場合、封止膜２０６の機械的強度が低下する。

これに対し、本実施の形態では、インダクタを構成している配線構造体の内側に、インダクタを構成する配線とは電気的に絶縁された支持柱２０７を設けることで、封止膜２０６の支持箇所を増やし、封止膜２０６の強度を増強している。さらに、インダクタ近傍の支持柱２０７や支持枠２０２を、インダクタを構成する配線とは直交する方向に延在するパターン（構造体）とすることによって、支持枠２０２及び支持柱２０７が金属から構成されている場合であっても、インダクタと支持枠２０２及び支持柱の相互インダクタンスを減少させ、渦電流の発生による損失を大幅に低減させている。

より具体的には、支持柱２０７は、絶縁体又は金属によって形成することができるが、絶縁体を用いた場合、インダクタの電気特定に影響を与えることなく封止膜２０６の強度を増強することができる。一方、支持柱２０７を金属から構成した場合、インダクタを構成する配線（上部配線２０５）と支持柱２０７とを同時に形成することが可能となるため、製造性を向上させることができる。また、インダクタ近傍の支持柱２０７を、上部配線２０５とは直交する方向に延在するパターンから構成することによって、インダクタと支持柱２０７との相互インダクタンスを減少させ、渦電流の発生による損失を大幅に低減させることができる。

また、支持柱２０７は、図２（ｂ）にも示すように、断面視Ｔ字型として下部を上部より小さく（細く）し、封止膜２０６と接する箇所以外の支持柱２０７と、上部配線２０５との間隔をより大きくすることで、インダクタと上部配線２０５との間の相互インダクタンスをより減少させ、損失をさらに減少させることができる。同様に、側壁枠２０２にも、図２（ａ）の平面図に示すように、インダクタを構成する上部配線２０５とは直交する方向に延在するパターン（部分）を設け、封止膜２０６を支持するために必要な部分の面積を大きくし、これ以外の部分と上部配線２０５との間隔をより大きくすることで、損失を低減することができる。

なお、本実施の形態においては、インダクタを例にして説明を行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、高周波信号を伝播するさまざまな配線構造に対して適用可能であることはいうまでもない。例えば、配線構造によって形成される素子としては、トランスフォーマであってもよい。また、配線が、高周波の伝送線路であっても良い。

［実施の形態３］
次に、本発明に係る実施の形態３について、図３を参照して説明する。図３は、本実施の形態にかかる電気装置の構成を模式的に示す断面図である。この電気装置は、基板３０１と、基板３０１の所定領域（内部配線形成領域）を囲うように配置された支持枠３０２と、支持枠３０２の内部の基板３０１の上に形成された配線支持部３０３と、配線支持部３０３の上に形成されて基板３０１より離間している内部配線３０４を備えている。従って、配線支持部３０３以外の領域の内部配線３０４と基板３０１との間には、空間が形成されている。また、隣の内部配線３０４との間にも、空間が形成されている。これらのことは、前述した実施の形態１の電気装置と同様である。

また、この電気装置は、基板３０１に埋設されて形成された引き出し配線３０６と、支持枠３０２の外側の領域の基板３０１に形成された外部配線３０７とを備えている。引き出し配線３０６は、配線支持部３０３と外部配線３０７との両方に接続し、配線支持部３０３と外部配線３０７とを電気的に接続している。従って、内部配線３０４は、配線支持部３０３及び引き出し配線３０６を経由して、外部配線３０７に電気的に接続している。外部配線３０７は、例えばワイヤボンディングを用いて本電気装置のパッケージと接続することによって、電気装置の外部の装置と電気的な接続を行うことができる。また、フリップチップ実装技術を用いて外部配線３０７と外部のチップを接続することも可能である。

なお、本実施の形態の電気装置でも、配線支持部３０３の上に支持されている内部配線３０４が、基板３０１の上において、支持枠３０２と同じ高さに形成されている。言い換えると、配線支持部３０３とこの上に形成された内部配線３０４とから構成された配線構造体は、支持枠３０２と同じ高さに形成されている。また、本実施の形態の電気装置でも、上述したように支持枠３０２と同じ高さに形成されている配線構造体と、支持枠３０２とに支持された状態に形成され、支持枠３０２の内側の空間（配線形成空間）を封止する封止膜３０５を備えている。なお、上記配線構造体及び支持枠３０２、同じ高さに形成されている必要はなく、ある程度異なる高さに形成されていても良い。上記配線構造体及び支持枠３０２で、封止膜３０５が支持されている状態となっていればよい。ただし、これらが全て同じ高さとなっている状態は、後述するように、より容易に製造することが可能となり、製造上有利である。

本実施の形態の電気装置においても、前述した実施の形態１の電気装置と同様であり、内部配線３０４は、寄生容量が低減された状態となっている。また、内部配線３０４の形成領域（内部配線形成領域）を支持枠３０２により囲むとともに、封止膜３０５によって封止しているため、内部配線３０４が外部の環境から遮蔽されており、実装工程等における異物の付着を防ぐことができる。また、封止膜３０５は、この周辺部が支持枠３０２に支持されると共に、内部の領域も、配線支持部３０３及び内部配線３０４よりなる配線構造体により支持されて補強されている。このため、単独の封止膜３０５に封止膜３０５に要求される強度が低減し、封止膜３０５の薄膜化が可能となる。これにより、電気装置をより薄型にすることが可能となり、例えば、より多くのチップの積層実装などが可能となる。

また、内部配線３０４の一部（上面）が封止膜３０５の内側面に接着して形成されていれば、複数の内部配線３０４が封止膜３０５により機械的に結合された状態となり、強度が増強された状態となる。これにより、実装工程における水流や実使用時における振動などに対して、配線が十分な耐性を備えた電気装置が得られるようになる。また、封止膜３０５の内側面が内部配線３０４に接着していれば、封止膜３０５が配線形成空間に対して外側に撓む（膨らむ）ことも抑制できるようになる。

［実施の形態４］
次に、本発明の実施の形態４について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態にかかる電気装置の構成を示す断面図である。この電気装置は、基板４０１と、基板４０１の所定領域（内部配線形成領域）を囲うように配置された支持枠４０２と、支持枠４０２の内部の基板４０１の上に形成された基板配線４０３と、基板配線４０３の上に形成されて基板４０１より離間している上部配線４０５を備えている。この電気装置では、基板配線４０３と上部配線４０５とが、内部配線となる。

また、上部配線４０５は、一部が配線支持部４０４ａにより基板配線４０３に接続し、他の一部が配線支持部４０４ｂに接続し、かつ配線支持部４０４ｂにより基板４０１の上に支持されている。従って、配線支持部４０４ａ，４０４ｂ以外の領域の上部配線４０５と基板４０１との間には、空間が形成されている。

本実施の形態における電気装置においても、配線支持部４０４ａ及び配線支持部４０４ｂに支持されている上部配線４０５は、基板４０１の上において、支持枠４０２と同じ高さに形成されている。言い換えると、配線支持部４０４ａ及び配線支持部４０４ｂと上部配線４０５とから構成された配線構造体は、支持枠４０２と同じ高さに形成されている。

本実施の形態の電気装置では、このように配線構造体と支持枠４０２とが同じ高さに形成されている上に、封止膜４０６を備えている。封止膜４０６は、配線構造体及び支持枠４０２に支持され、支持枠４０２の内側の空間（配線形成空間）を封止している。従って、上部配線４０５の上面は、封止膜４０６の内側の面に接して形成されていることになる。なお、上部配線４０５の上面が、封止膜４０６の内側の面に接着していても良い。ところで、上記配線構造体及び支持枠４０２、同じ高さに形成されている必要はなく、ある程度異なる高さに形成されていても良い。上記配線構造体及び支持枠４０２で、封止膜４０６が支持されている状態となっていればよい。ただし、これらが全て同じ高さとなっている状態は、後述するように、より容易に製造することが可能となり、製造上有利である。

加えて、本実施の形態の電気装置は、封止膜４０６に、上部配線４０５の一部（上面）が露出する開口部４０６ａを備えている。封止膜４０６は、配線構造体を構成している上部配線４０５の封止膜４０６を支持している領域（接触面）の一部を露出させる開口部４０６ａを備えている。開口部４０６ａにおいては、上部配線４０５の一部が露出している状態であり、基板４０１，支持枠４０２，及び封止膜４０６により形成されている内部空間（密閉空間）は、この外部空間と開口部４０６ａにより連通されてはいない。開口部４０６ａが形成されていても、封止膜４０６は、支持枠４０２に囲われている領域を封止している。

このように開口部４０６ａを設けて上部配線４０５の一部を露出することで、支持枠４０２により取り囲まれた領域の内側に形成された上部配線４０５に対しても、開口部４０６ａを介して外部の装置配線と電気的接続を行うことができるようになるため、電気装置の高密度な実装が可能となる。

次に、上述した本実施の形態における電気装置の製造方法について、図５〜図７を参照して説明する。まず、図５（ａ）に示すように、例えばシリコンからなる基板５０１の上に、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁層５０２が形成された状態とする。基板５０１は、複数のトランジスタ，抵抗，容量，配線などから構成された半導体集積回路を備えていてもよく、例えば、集積回路の配線と電気的に接続するためのコンタクトホールなどが、層間絶縁層５０２の所定の箇所に形成されていてもよい。なお、図５〜図７では、基板５０１の最小単位の電気装置の部分となる一部領域を示しており、基板５０１の図示していない領域にも、同様の構成の複数の電気装置が形成される。

このような基板５０１を用意したら、図５（ａ）に示すように、層間絶縁層５０２の上に第１シード層５０３が形成された状態とする。第１シード層５０３は、スパッタ法や蒸着法などにより、例えば、まずチタンを堆積して、この上に金を堆積することで形成すればよい。チタンの膜厚は０．１μｍ程度とし、金の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。

次に、図５（ｂ）に示すように、第１シード層５０３の上に、支持枠の一部となる第１金属パターン５０４ａ，基板配線の一部となる第２金属パターン５０４ｂ，配線支持部の一部となる第３金属パターン５０４ｃが形成された状態とする。これら金属パターンの形成について簡単に説明すると、まず、第１シード層５０３の上に感光性レジスト材料を塗布して感光性レジスト膜が形成された状態とし、所望のパターンを備えるマスクを用いて露光することにより、所望箇所に開口部を備えたレジストパターンが形成された状態とする。感光性レジスト（レジストパターン）の膜厚は、１５μｍ程度とすればよい。

次に、このレジストパターンの開口部に露出する第１シード層５０３の上に、めっき法により金のパターンが形成された状態とし、この後、レジストパターンが除去された状態とする。めっき膜は、膜厚１０μｍ程度に形成すればよい。これらのことにより、第１シード層５０３の上に、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃが形成された状態が得られる。

次に、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃをマスクとして第１シード層５０３をエッチング除去し、図５（ｃ）に示すように、第１シード層５０３が第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃに対応して各々電気的に分離した状態とする。例えば、第１シード層５０３の上層にある金は、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、水、エタノールからなるエッチング液によりウェットエッチングすればよい。このエッチングにより露出した第１シード層５０３の下層のチタンは、フッ化水素水溶液によりウェットエッチングすればよい。

次に、図５（ｄ）に示すように、分離した第１シード層５０３と、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃとを覆うように、第１樹脂犠牲層５０５が形成された状態とする。第１樹脂犠牲層５０５は、例えば、ポリアミド，ポリアミド酸，ポリベンゾオキサゾール（もしくはこの前駆体）などのベース樹脂にポジ型感光剤を付加したものを用いればよい。また、第１樹脂犠牲層５０５は、これら材料を回転塗布することで形成することができる。ポリベンゾオキサゾールをベース樹脂とするポジ型の感光性を有する樹脂としては、例えば、住友ベークライト株式会社製の「ＣＲＣ８３００」がある。

次に、図５（ｅ）に示すように、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃの上部の第１樹脂犠牲層５０５を除去し、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃの上面が露出した状態とする。感光性を有する第１樹脂犠牲層５０５を公知のリソグラフィ技術によりパターニングすることにより、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃの上面を露出した状態とすることができる。第１樹脂犠牲層５０５をパターニングする際には、前処理として１２０℃のプリベークを４分程度行い、パターニング後には３１０℃程度の加熱処理を行い、樹脂の膜が熱硬化された状態とする。

次に、図６（ｆ）に示すように、露出した第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃの上面と第１樹脂犠牲層５０５ａの上面とに第２シード層５０６が形成された状態とする。第２シード層５０６は、第１シード層５０３と同様に形成すればよく、チタンの膜厚は０．１μｍ程度とし、金の膜厚は０．１μｍ程度とすればよい。

次に、図６（ｇ）に示すように、第２シード層５０６の上に、支持枠の一部となる第４金属パターン５０７ａ，基板配線に接続する配線支持部の一部となる第５金属パターン５０７ｂ，配線支持部の一部となる第６金属パターン５０７ｃが形成された状態とする。これらは、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃと同様に形成すればよく、レジストパターンの膜厚は、１５μｍ程度とし、めっき膜は、膜厚１０μｍ程度に形成すればよい。

次に、第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃをマスクとして第２シード層５０６をエッチング除去し、図６（ｈ）に示すように、第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃに対応して各々電気的に分離した状態とする。この形成は、第１シード層５０３の分離と同様に行えばよい。

次に、図６（ｉ）に示すように、分離した第２シード層５０６と、第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃを覆うように、第２樹脂犠牲層５０８が形成された状態とする。加えて、第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃの上部の第２樹脂犠牲層５０８を除去し、第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃの上面が露出した状態とする。これら第２樹脂犠牲層５０８の形成及びパターニングは、第１樹脂犠牲層５０５ａと同様に行えばよい。

次に、図６（ｊ）に示すように、露出した第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃの上面と第２樹脂犠牲層５０８の上面とに第３シード層５０９が形成された状態とする。第３シード層５０９は、第１シード層５０３及び第２シード層５０６と同様に形成すればよい。加えて、支持枠の一部となる第７金属パターン５１０ａ及び上部配線となる第８金属パターン５１０ｂが形成された状態とする。これらの形成は、第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃなどと同様であり、膜厚を３０μｍとしたレジストパターンを用い、めっき膜の膜厚は２０μｍ程度として行えばよい。なお、この場合においても、前述同様に、第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂを形成した後、これらに対応して第３シード層５０９が電気的に分離した状態とする。これらの形成は、前述と同様に行えばよい。

次に、第１樹脂犠牲層５０５ａ及び第２樹脂犠牲層５０８が除去された状態とし、図６（ｋ）に示すように、層間絶縁層５０２の上に、まず、第１シード層５０３，第１金属パターン５０４ａ，第２シード層５０６，第４金属パターン５０７ａ，第３シード層５０９，及び第７金属パターン５１０ａよりなる支持枠が形成された状態とする。この支持枠は、図４に示す支持枠４０２に相当する。

また、層間絶縁層５０２の上に、第１シード層５０３及び第２金属パターン５０４ｂよりなる基板配線が形成された状態とする。この基板配線は、図４に示す基板配線４０３に相当する。また、層間絶縁層５０２の上に、第１シード層５０３，第３金属パターン５０４ｃ，第２シード層５０６，及び第６金属パターン５０７ｃよりなる配線支持部が形成された状態とする。この配線支持部は、図４に示す配線支持部４０４ｂに相当する。

また、下層配線である第１金属パターン５０４ａの上に、第２シード層５０６及び第５金属パターン５０７ｂよりなる配線支持部が形成された状態とする。この配線支持部は、図４に示す配線支持部４０４ａに相当する。また、上記配線支持部に支持された状態で、第３シード層５０９及び第８金属パターン５１０ｂからなる上部配線が形成された状態とする。この上部配線は、図４に示す上部配線４０５に相当する。

ここで、同時に形成された第１金属パターン５０４ａ，第２金属パターン５０４ｂ，及び第３金属パターン５０４ｃは、同じ高さ（膜厚）に形成され、同時に形成された第４金属パターン５０７ａ，第５金属パターン５０７ｂ，及び第６金属パターン５０７ｃは、同じ高さに形成され、同時に形成された第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂは、同じ高さに形成されている。また、分離された各シード層も、各々同じ膜厚である。従って、これらの積層により形成された支持枠及び上部配線は、同じ高さに形成された状態となる。

なお、第１樹脂犠牲層５０５ａ及び第２樹脂犠牲層５０８の除去は、例えば、オゾン雰囲気中で２５０〜３００℃に加熱することで行えばよい。このようなオゾンに第２樹脂犠牲層５０８及び第１樹脂犠牲層５０５ａを接触させることで、これらをアッシング除去することができる。

次に、図７（ｌ）に示すように、感光性有機樹脂材料からなる膜厚１０μｍ程度の感光性樹脂膜５１１が予め塗布形成されているシートフィルム５１２を用意する。次いで、図７（ｍ）に示すように、よく知られたＳＴＰ法により、感光性樹脂膜５１１が第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂの上面に貼り付けられた状態とする（非特許文献３参照）。このＳＴＰ法による貼り付けについて簡単に説明すると、まず、シートフィルム５１２の感光性樹脂膜５１１形成面を第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂの上面に熱圧着する。次いで、シートフィルム５１２を感光性樹脂膜５１１から剥離し、感光性樹脂膜５１１に１００℃・１時間程度の熱処理を加える。このことにより、感光性樹脂膜５１１が第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂの上面に貼り付けられた状態が得られる。なお、ＳＴＰ法に限らず、他の方法で感光性樹脂膜５１１が形成された状態としても良いことは言うまでもない。

次に、よく知られたフォトリソグラフィ技術により感光性樹脂膜５１１をパターニングし、また、３００℃程度に加熱して硬化させ、図７（ｎ）に示すように、第７金属パターン５１０ａ及び第８金属パターン５１０ｂの上に、開口部５１１ａを備えた封止膜５１１が形成された状態とする。このパターニングでは、支持枠となる第７金属パターン５１０ａの外形に等しい状態に、封止膜５１１が形成された状態とする。また、上部配線となる第８金属パターン５１０ｂの一部上面が露出するように、開口部５１１ａが形成された状態とする。このように形成された封止膜５１１は、図４に示す封止膜４０６に相当する。また、このようにして形成された封止膜５１１は、第７金属パターン５１０ａ（支持枠）及び第８金属パターン５１０ｂ（上部配線）の上面に接着した状態に形成される。

この後、例えば、基板５０１を所定の寸法のチップ毎に切り出す（ダイシングする）ことで、上述したように封止膜５１１に封止された上記支持枠の中に配線構造体を備えた電気装置を各々備えた複数のチップが形成される。このダイシングにおいては、よく知られているように高圧水流が供給されているが、支持枠と共に配線構造体により支持された状態で封止膜が形成されているため、配線構造体に対する異物の付着や配線構造体の破損などを防ぐことができる。

ところで、上述では、支持枠となる第７金属パターン５１０ａと上部配線（配線構造体）となる第８金属パターン５１０ｂが、層間絶縁層５０２（基板５０１）の上に同じ高さとなるように形成したが、これに限るものではない。これらが異なる高さに形成されていても良い。ただし、内部に配置される配線構造体となる部分を支持枠より高く形成する場合、この高さの差（段差）が上部配線の厚さより小さくなるようにした方がよい。

上記段差が上部配線の厚さより大きくなると、前述したようなＳＴＰ法などにより感光性樹脂膜５１１を貼り合わせるときに、上部配線の部分が樹脂膜に埋め込まれる状態となり、上部配線の側方の寄生容量の増加を招く。また、このような状態では、樹脂膜が上部配線の側部より基板側に進入する場合も発生し、進入した樹脂膜の部分により、配線構造体の一部が破損する場合も発生する。このような状態を抑制するためにも、上記段差は、上部配線の厚さより小さくした方がよい。

また、支持枠を内部に配置される配線構造体となる部分より高く形成する場合、この高さの差（段差）が、貼り付ける樹脂膜の厚さより小さくなるようにした方がよい。この場合、前述したようなＳＴＰ法などにより感光性樹脂膜５１１を貼り合わせるときに、支持枠の上端部が樹脂膜に埋め込まれる状態となるが、段差が樹脂膜より大きいと、支持枠の上端部が樹脂膜を貫通し、樹脂膜で封止が行えない場合が発生する。このような状態を抑制するためにも、上記段差は、封止膜の厚さより小さくした方がよい。

なお、上述では、図４を用いて説明した電気装置の製造方法について説明したが、同様の方法により、図１，図２，図３を用いて説明した電気装置も製造できることは、言うまでもない。

本発明の実施の形態１における電気装置の構成を示す斜視図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態２における電気装置の構成を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態３における電気装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態４における電気装置の構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態における電気装置の製造方法例を示す工程図である。 本発明の実施の形態における電気装置の製造方法例を示す工程図である。 本発明の実施の形態における電気装置の製造方法例を示す工程図である。 従来よりある電気装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１０１…基板、１０２…支持枠、１０３…配線支持部、１０４…内部配線、１０５…封止膜。

Claims (6)

1. 基板と、
   この基板の上に形成されて所定の領域を囲う支持枠と、
   前記基板の上の前記支持枠で囲われた領域に配置されて前記支持枠と同じ高さに形成された配線構造体と、
   前記配線構造体及び前記支持枠に支持されて、前記支持枠に囲われた領域を封止する樹脂から構成された封止膜と、
   前記支持枠の内側領域における前記基板の上に前記配線構造体から離間して前記支持枠と同じ高さに形成され、前記封止膜を支持する支持柱と
   を少なくとも備え、
   前記支持柱および前記支持枠の少なくとも一方は、前記配線構造体を構成している配線とは直交する方向に延在する構造を備え、
   一部の前記配線構造体は、前記基板の表面より離間して前記基板との間に空間が形成され、
   前記配線構造体は、前記支持枠および前記封止膜で封止される領域内に配置されている
   ことを特徴とする電気装置。
2. 請求項１記載の電気装置において、
   前記配線構造体は、前記基板から前記封止膜の方向において、複数の配線が配置された多層配線構造を備える
   ことを特徴とする電気装置。
3. 請求項１または２記載の電気装置において、
   前記基板の上の前記支持枠の外側領域に配置されて前記配線構造体に電気的に接続する外部配線を備える
   ことを特徴とする電気装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気装置において、
   前記封止膜は、前記配線構造体の前記封止膜を支持している領域の一部を露出させる開口部を備える
   ことを特徴とする電気装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気装置において、
   前記配線構造体は、スパイラルインダクタ，トランスフォーマ，及び伝送線路の少なくとも１つから構成されている
   ことを特徴とする電気装置。
6. 基板の上に犠牲膜を用いて金属膜を積層して積層した前記金属膜により前記基板の上に所定の領域を囲う支持枠及び前記支持枠で囲われた領域に配置された前記支持枠と同じ高さの配線構造体が形成された状態とする第１の工程と、
   前記犠牲膜を除去し、一部の前記配線構造体が、前記基板の表面より離間して前記基板との間に空間を形成した状態とする第２の工程と、
   前記支持枠の内側領域における前記基板の上に前記配線構造体から離間して配置された前記支持枠と同じ高さの支持柱が形成された状態とする第３の工程と、
   前記支持枠、前記支持柱、及び前記配線構造体の上面に接触する封止膜を貼り付け、前記配線構造体、前記支持柱、及び前記支持枠に支持されて前記支持枠に囲われた領域を封止する前記封止膜が形成された状態とする第４の工程と、
   前記封止膜を貼り付けた後、前記配線構造体の前記封止膜を支持している領域の一部を露出させる開口部が前記封止膜に形成され、前記開口部の底部に一部の前記配線構造体の上面が露出している状態とする第５の工程と
   を少なくとも備え、
   前記支持柱および前記支持枠の少なくとも一方は、前記配線構造体を構成している配線とは直交する方向に延在する構造を備え、
   前記第１の工程では、前記配線構造体を前記支持枠および前記封止膜で封止される領域内に配置する
   ことを特徴とする電気装置の製造方法。

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