JP7128559B2 - 水晶共振器と制御回路との集積構造及びその集積方法 - Google Patents
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Description
制御回路が形成されるデバイスウェハを提供するステップと、
前記デバイスウェハの正面から前記デバイスウェハをエッチングし、水晶共振器の下キャビティを形成するステップと、
前記デバイスウェハの正面上に上電極、圧電ウェハ及び下電極を含む圧電共振片を形成し、前記圧電共振片が前記下キャビティの上方に位置することにより、第1接続構造を形成し、前記圧電共振片の前記上電極と前記下電極が前記第1接続構造によって前記制御回路に電気的に接続されるステップと、
前記デバイスウェハの正面上にキャッピング層を形成し、前記キャッピング層が前記圧電共振片をマスクし、且つ前記圧電共振片及び前記デバイスウェハと共に前記水晶共振器の上キャビティを囲んで形成するステップと、
前記デバイスウェハの背面上に半導体チップを結合することにより、第2接続構造を形成し、前記半導体チップが前記第2接続構造によって前記制御回路に電気的に接続されるステップと、を含む水晶共振器と制御回路との集積構造が提供される。
制御回路及び正面において露出する下キャビティが形成されるデバイスウェハと、
上電極、圧電ウェハ及び下電極を含み、前記デバイスウェハの正面上に形成され、且つ前記下キャビティに対応する圧電共振片と、
前記圧電共振片の前記上電極と前記下電極を前記制御回路に接続させるための第1接続構造と、
前記デバイスウェハの正面上に形成され、且つ前記圧電共振片をマスクし、且つ前記圧電共振片及び前記デバイスウェハと共に前記上キャビティを囲んで形成するキャッピング層と、
前記デバイスウェハの背面上に結合される半導体チップと、
前記半導体チップを前記制御回路に電気的に接続させるための第2接続構造と、を含む。
まず、具体的には図2dに示すように、前記デバイスウェハ100の正面上に樹脂封止層300を形成し、そのうち、前記樹脂封止層300は、前記圧電ウェハ220を覆い、且つ前記上電極230から露出しており、前記樹脂封止層300の材質は、例えばポリイミドであるステップと、
次に、図2dに示すように、前記樹脂封止層300内にビアホール300aを形成し、前記ビアホール300aは、前記樹脂封止層300を貫通し、それによって前記第2相互接続構造112aを露出させるステップと、
引き続き図2eに示すように、前記ビアホール300a内に導電材料を充填して導電性プラグ(例えば、第三の導電性プラグ310)を形成し、前記第三の導電性プラグ310の底部が前記第2相互接続構造112aに電気的に接続され、前記第三の導電性プラグ310の頂部が前記樹脂封止層300から露出しているステップと、
次に、引き続き図2eに示すように、前記樹脂封止層300上に相互接続線320を形成し、且つ前記樹脂封止層を除去するそのうち、前記相互接続線320の一端が前記上電極230に接続され、前記相互接続線320の他端が前記第三の導電性プラグ310に電気的に接続されることにより、前記上電極230は、前記相互接続線320と前記第三の導電性プラグ310によって前記第二の回路112の第2相互接続構造112aに接続されるステップと、を含む。
まず、前記デバイスウェハ100上に樹脂封止層を形成し、本実施例において、前記樹脂封止層は、前記デバイスウェハ100を覆い、且つ前記圧電ウェハ220から露出しているステップと、
次に、前記樹脂封止層上にビアホールを形成し、且つ前記ビアホール内に導電材料を充填して第三の導電性プラグを形成し、前記第三の導電性プラグが前記第2相互接続構造112aに電気的に接続されるステップと、
次に、前記圧電ウェハ220上に上電極が形成され、前記上電極は前記圧電ウェハ220を少なくとも部分的に覆い、且つ前記圧電ウェハ220から前記樹脂封止層まで延在し、前記第三の導電性プラグを覆うことにより、前記上電極は、前記第三の導電性プラグによって前記第2相互接続構造112aに電気的に接続されるステップと、を含む。
まず、具体的には図2cに示すように、前記デバイスウェハ100の正面上に接続線を形成し、前記接続線が前記制御回路に電気的に接続され、本実施例では、前記デバイスウェハ100の正面上に第一の接続線511と第二の接続線512が形成され、前記第一の接続線511が前記第三の相互接続構造111bに電気的に接続され、前記第二の接続線512が前記第四の相互接続構造112bに電気的に接続されるステップと、
次に、具体的には図2jに示すように、前記デバイスウェハ100の背面から前記デバイスウェハをエッチングし、接続孔を形成し、前記接続孔は、いずれも前記デバイスウェハ100を貫通し、前記接続線を露出させ、本実施例では、接続孔を形成するとき、第一の接続孔と第二の接続孔を形成することを含み、前記第一の接続孔と第二の接続孔は、それぞれ前記第一の接続線511と前記第二の接続線512から露出しているステップと、
なお、具体的には図2iに示すように、前記デバイスウェハをエッチングして第一の接続孔と第二の接続孔を形成する前に、前記デバイスウェハ100の背面から前記デバイスウェハ100を薄型化し、前記デバイスウェハの厚さを縮小してもよいステップと、従って、第一の接続孔と第二の接続孔を形成するとき、形成される接続孔の深さを減少することができ、形成される接続孔のトポグラフィを確保するのに有利であるステップと、
次に、具体的には図2jに示すように、前記接続孔内に導電材料を充填し、導電性プラグを形成し、前記導電性プラグの一端が前記接続線に接続され、前記導電性プラグの他端が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられるステップと、を含む。
まず、前記デバイスウェハ100の正面から前記デバイスウェハをエッチングし、接続孔を形成し、本実施例では、前記第一の樹脂封止層を形成する前に、前記デバイスウェハをエッチングし、前記接続孔を形成する(同様に、第一の接続孔と第二の接続孔を形成することを含んでもよい)ステップと、
次に、前記接続孔内に導電材料を充填し、導電性プラグを形成し、本実施例では、第一の導電性プラグ521と第二の導電性プラグ522をそれぞれ形成することができるステップと、
次に、前記デバイスウェハの正面上に接続線を形成し、前記接続線が前記導電性プラグ及び前記制御回路に接続される。本実施例では、第一の接続線511と第二の接続線512を形成することを含み、前記第一の接続線511が前記第一の導電性プラグ521と前記第三の相互接続構造111bに接続され、前記第二の再配線層512が前記第二の導電性プラグ522と第四の相互接続構造112bに接続されるステップと、
次に、前記導電性プラグが露出しているまで、前記デバイスウェハ100の背面から前記デバイスウェハを薄型化する。本実施例では、第一の導電性プラグ521と前記第二の導電性プラグ522を露出させ、前記半導体チップ500に電気的に接続するために用いられる。又は、前記第一の導電性プラグと第二の導電性プラグが前記デバイスウェハを貫通するとき、デバイスウェハの背面からデバイスウェハを薄型化するステップは、省略されてもよいステップと、を含む。
まず、具体的には図2kに示すように、前記デバイスウェハ100の背面上に、前記導電性プラグを覆う引き出し線を形成し、本実施例では、第一の引き出し線531と第二の引き出し線532を形成することを含み、前記第一の引き出し線531が前記第一の導電性プラグ521を覆い、前記第二の引き出し線532が前記第二の導電性プラグ522を覆うステップと、
次に、引き続き図2kに示すように、前記デバイスウェハ100の背面上に樹脂封止層540を形成し、前記樹脂封止層540が前記第一の引き出し線531と前記第二の引き出し線532を覆うステップと、
次に、前記樹脂封止層540内に接触孔を形成し、且つ前記接触孔内に導電材料を充填して接続スタッドを形成し、前記接続スタッドの底部が前記引き出し線に電気的に接続され、前記接続スタッドの頂部が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられ、本実施例では、第一の接触孔と第二の接触孔を形成し、且つ前記第一の接触孔と前記第二の接触孔内に導電材料を充填し、第一の接続スタッド551と第二の接続スタッド552をそれぞれ形成することを含み、前記第一の接続スタッド551の底部が前記第一の引き出し線531に電気的に接続され、前記第一の接続スタッド551の頂部が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられ、前記第二の接続スタッド552の底部が前記第二の引き出し線532に電気的に接続され、前記第二の接続スタッド552の頂部が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられるステップと、をさらに含む。
まず、前記デバイスウェハの背面上に半導体チップを結合し、且つ前記半導体チップを第2接続構造によって前記制御回路に電気的に接続させるステップと、
次に、前記デバイスウェハの背面上に第二の樹脂封止層を形成し、前記半導体チップを覆うステップと、
次に、前記デバイスウェハの正面から前記デバイスウェハをエッチングし、前記水晶共振器の下キャビティを形成するステップと、
次に、前記デバイスウェハの正面上に前記圧電共振片と前記キャッピング層を順に形成し、且つ前記圧電共振片の上電極と下電極を第1接続構造によって前記制御回路に電気的に接続させるステップと、を含む。
デバイスウェハ100であって、前記デバイスウェハ100内に制御回路が形成され、また、前記デバイスウェハ100内にさらに下キャビティ120が形成され、前記下キャビティ120が前記デバイスウェハの正面から露出しており、本実施例では、前記制御回路における少なくとも一部の相互接続構造は、前記デバイスウェハ100の正面まで延在するデバイスウェハ100と、
圧電共振片200であって、上電極230、圧電ウェハ220及び下電極210を含み、前記圧電共振片200が前記デバイスウェハ100の正面上に形成され、且つ前記下キャビティに対応し、本実施例では、前記圧電共振片200のエッジが前記下キャビティ120の側壁に当接される圧電共振片200と、
第1接続構造であって、前記圧電共振片200の上電極230及び下電極210を制御回路に電気的に接続させるための第1接続構造と、
キャッピング層420であって、前記デバイスウェハ100の正面上に形成され、且つ前記圧電共振片200をマスクし、且つ前記キャッピング層420はさらに、前記圧電共振片及び前記デバイスウェハと上キャビティ400を囲んで形成するキャッピング層420と、
半導体チップ500であって、前記デバイスウェハ100の背面上に結合され、そのうち、前記半導体チップに例えば駆動回路が形成され、電気信号を発生させるために用いられ、且つ電気信号を前記制御回路100によって圧電共振片200上に伝達する半導体チップ500と、
第2接続構造であって、前記半導体チップ500を前記制御回路に接続させるための第2接続構造と、を含む。
Claims (28)
- 水晶共振器と制御回路との集積方法であって、
制御回路が形成されるデバイスウェハを提供するステップと、
前記デバイスウェハの正面から前記デバイスウェハをエッチングし、水晶共振器の下キャビティを形成するステップと、
前記デバイスウェハの正面上に上電極、圧電ウェハ及び下電極を含む圧電共振片を形成し、前記圧電共振片が前記下キャビティの上方に位置することにより、第1接続構造を形成し、前記圧電共振片の前記上電極と前記下電極が前記第1接続構造によって前記制御回路に電気的に接続されるステップと、
前記デバイスウェハの正面上にキャッピング層を形成し、前記キャッピング層が前記圧電共振片をマスクし、且つ前記圧電共振片及び前記デバイスウェハと共に前記水晶共振器の上キャビティを囲んで形成するステップと、
前記デバイスウェハの背面上に半導体チップを結合することにより、第2接続構造を形成し、前記半導体チップが前記第2接続構造によって前記制御回路に電気的に接続されるステップと、を含む、ことを特徴とする水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記デバイスウェハは、ベースウェハと、前記ベースウェハ上に形成される誘電層とを含み、前記下キャビティが前記誘電層に形成される、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記ベースウェハは、シリコンオンインシュレータベースであり、背面から正面に向かう方向に従って順次積層して設けられるベース層、埋め込み酸化物層及びトップシリコン層を含み、また、前記下キャビティはさらに、前記誘電層から前記埋め込み酸化物層まで延在する、ことを特徴とする請求項2に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記圧電共振片を形成するステップは、
前記デバイスウェハの正面の設定位置上に前記下電極を形成するステップと、
前記圧電ウェハを前記下電極に結合するステップと、
前記圧電ウェハ上に前記上電極を形成するステップと、を含み、又は
前記圧電共振片の前記上電極と前記下電極を前記圧電ウェハ上に形成し、これらの三者を全体として前記デバイスウェハの正面上に結合するステップを含む、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記下電極を形成するステップは、蒸着プロセス又は薄膜堆積プロセスを含み、
前記上電極を形成するステップは、蒸着プロセス又は薄膜堆積プロセスを含む、ことを特徴とする請求項4に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記制御回路は、第1相互接続構造と第2相互接続構造を含み、前記第1接続構造は、第1接続部材と第2接続部材を含み、
前記第1接続部材が、前記第1相互接続構造と前記圧電共振片の前記下電極に接続され、前記第2接続部材が、前記第2相互接続構造と前記圧電共振片の前記上電極に接続される、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記下電極は、前記デバイスウェハの正面上に位置し、且つ前記圧電ウェハの下方から延出して前記第1相互接続構造に電気的に接続され、前記圧電ウェハから延出する前記下電極の部分は、前記第1接続部材を構成する、ことを特徴とする請求項6に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記下電極を形成する前に、前記デバイスウェハ上に前記第1接続部材を形成し、前記第1接続部材が前記第1相互接続構造に電気的に接続され、また、前記デバイスウェハ上に前記下電極を形成した後に、前記第1接続部材が前記下電極に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項6に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記第1接続部材は、再配線層を含み、前記再配線層が前記第1相互接続構造に接続され、また、前記デバイスウェハ上に前記下電極を形成した後に、前記第1相互接続構造が前記下電極に電気的に接続される、ことを特徴とする請求項8に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記第2接続部材を形成するステップは、
前記デバイスウェハの正面上に樹脂封止層を形成するステップと、
前記樹脂封止層上にビアホールを形成し、且つ前記ビアホール内に導電材料を充填して、底部が前記第2相互接続構造に電気的に接続されるとともに頂部が前記樹脂封止層において露出する導電性プラグを形成するステップと、
前記上電極を形成した後に、前記上電極は、前記圧電ウェハから前記導電性プラグの頂部まで延在し、前記導電性プラグに電気的に接続され、又は、前記上電極を形成した後に、前記樹脂封止層上に、一端が前記上電極を覆うとともに他端が前記導電性プラグを覆う相互接続線を形成するステップと、
前記樹脂封止層を除去するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項6に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記キャッピング層を形成して前記上キャビティを囲んで形成するステップは、
前記デバイスウェハの正面上に、前記圧電共振片を覆う犠牲層を形成するステップと、
前記デバイスウェハの正面上に、前記犠牲層が覆われるように前記犠牲層の表面及び側壁を覆うキャッピング材料層を形成するステップと、
前記キャッピング材料層内に少なくとも一つの開口を形成し、前記キャッピング層を構成し、前記開口は、前記犠牲層から露出しており、且つ前記開口によって前記犠牲層を除去し、前記上キャビティを形成するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記上キャビティを形成した後に、
前記キャッピング層上の前記開口を封止し、前記上キャビティを封止し、且つ前記圧電共振片を前記上キャビティ内にキャッピングさせるステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項11に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記第2接続構造を形成するステップは、
前記デバイスウェハの正面から前記デバイスウェハをエッチングし、接続孔を形成するステップと、
前記接続孔内に導電材料を充填し、導電性プラグを形成するステップと、
前記デバイスウェハの正面上に、前記導電性プラグ及び前記制御回路に接続される接続線を形成するステップと、
前記導電性プラグが露出するまで、前記デバイスウェハの背面から前記デバイスウェハを薄型化し、前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられるステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記第2接続構造を形成するステップは、
前記デバイスウェハの正面上に、前記制御回路に電気的に接続される接続線を形成するステップと、
前記デバイスウェハの背面から前記デバイスウェハをエッチングし、前記接続線を露出させるように前記デバイスウェハを貫通する接続孔を形成するステップと、
前記接続孔内に導電材料を充填して、一端が前記接続線に接続され、他端が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられる導電性プラグを形成するステップと、を含む、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記第2接続構造を形成するステップは、
前記デバイスウェハの背面上に、前記導電性プラグを覆う引き出し線を形成するステップと、
前記デバイスウェハの背面上に、前記引き出し線を覆う樹脂封止層を形成するステップと、
前記樹脂封止層上に接触孔を形成し、且つ前記接触孔内に導電材料を充填して、底部が前記引き出し線に電気的に接続され、頂部が前記半導体チップに電気的に接続されるために用いられる接続スタッドを形成するステップと、
前記半導体チップを結合するとき、前記半導体チップを、前記樹脂封止層上に結合させ、且つ前記接続スタッドの頂部に電気的に接続させるステップと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項13又は14に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記キャッピング層を形成した後に、また前記半導体チップを結合する前に、
前記デバイスウェハの正面上に、前記デバイスウェハの正面と前記キャッピング層の前記上キャビティの外側に位置する外表面を覆う第1樹脂封止層を形成するステップをさらに含み、
前記半導体チップを結合した後に、前記デバイスウェハの背面上に、前記半導体チップを覆う第2樹脂封止層を形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 前記デバイスウェハの正面上に前記圧電共振片と前記キャッピング層を優先的に順に形成し、次に前記デバイスウェハの背面上に前記半導体チップを結合し、
又は、前記デバイスウェハの背面上に前記半導体チップを優先的に結合し、次に前記デバイスウェハの正面上に前記圧電共振片と前記キャッピング層を順に形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。 - 水晶共振器と制御回路との集積構造であって、
制御回路及び正面において露出する下キャビティが形成されるデバイスウェハと、
上電極、圧電ウェハ及び下電極を含み、前記デバイスウェハの正面上に形成され、且つ前記下キャビティに対応する圧電共振片と、
前記圧電共振片の前記上電極と前記下電極を前記制御回路に接続させるための第1接続構造と、
前記デバイスウェハの正面上に形成され、且つ前記圧電共振片をマスクし、且つ前記圧電共振片及び前記デバイスウェハと共に上キャビティを囲んで形成するキャッピング層と、
前記デバイスウェハの背面上に結合される半導体チップと、
前記半導体チップを前記制御回路に電気的に接続させるための第2接続構造と、を含む、ことを特徴とする水晶共振器と制御回路との集積構造。 - 前記デバイスウェハは、ベースウェハと、前記ベースウェハ上に形成される誘電層とを含み、前記下キャビティが前記誘電層に形成される、ことを特徴とする請求項18に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。
- 前記ベースウェハは、シリコンオンインシュレータベースであり、背面から正面に向かう方向に従って順次積層して設けられるベース層、埋め込み酸化物層及びトップシリコン層を含み、また、前記下キャビティはさらに、前記誘電層から前記埋め込み酸化物層まで延在する、ことを特徴とする請求項19に記載の水晶共振器と制御回路との集積方法。
- 前記制御回路は、第1相互接続構造と第2相互接続構造を含み、前記第1接続構造は、第1接続部材と第2接続部材を含み、
そのうち、前記第1接続部材が、前記第1相互接続構造と前記圧電共振片の前記下電極に接続され、前記第2接続部材が、前記第2相互接続構造と前記圧電共振片の前記上電極に接続される、ことを特徴とする請求項18に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。 - 前記下電極が前記デバイスウェハの正面上に形成され、且つ前記圧電ウェハから延出して前記第1相互接続構造に電気に接続され、前記下電極の前記圧電ウェハから延出する部分は、前記第1接続部材を構成する、ことを特徴とする請求項21に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。
- 前記第2接続部材は、一端が前記上電極に電気的に接続され、他端が前記第2相互接続構造に電気的に接続される導電性プラグを含む、ことを特徴とする請求項21に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。
- 前記第2接続部材は、
底部が前記第2相互接続構造に電気的に接続されるように前記デバイスウェハの正面上に形成される導電性プラグと、
一端が前記上電極を覆い、他端が前記導電性プラグの頂部を覆うことにより、前記導電性プラグに接続される相互接続線と、を含む、ことを特徴とする請求項21に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。 - 前記第2接続構造は、
前記デバイスウェハを貫通することにより、一端が前記デバイスウェハの正面まで延在し、他端が前記デバイスウェハの背面まで延在し、且つ前記半導体チップに電気的に接続される導電性プラグと、
前記導電性プラグ及び前記制御回路に接続されるように前記デバイスウェハの正面上に形成される接続線と、を含む、ことを特徴とする請求項18に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。 - 前記第2接続構造は、
一端が前記導電性プラグに接続されるように前記デバイスウェハの背面上に形成される引き出し線と、
底部が前記引き出し線の他端に電気的に接続され、頂部が前記半導体チップに電気的に接続される接続スタッドと、をさらに含む、ことを特徴とする請求項25に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。 - 前記キャッピング層内に少なくとも一つの開口が形成され、且つ前記開口内に封止プラグが充填されることにより、前記上キャビティを封止する、ことを特徴とする請求項18に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。
- 前記キャッピング層の前記上キャビティの外側に位置する外表面を覆うように前記デバイスウェハの正面上に形成される第1樹脂封止層と、
前記半導体チップを覆うように前記デバイスウェハの背面上に形成される第2樹脂封止層と、をさらに含む、ことを特徴とする請求項18に記載の水晶共振器と制御回路との集積構造。
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