CN100481402C - 半导体器件和半导体器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的半导体器件，具备：具有贯通孔的半导体基板；在上述贯通孔的内面上形成的第1绝缘树脂层；在上述半导体基板的表背面中的至少一方的面上形成的第2绝缘树脂层；以及在上述贯通孔内以至少把上述半导体基板的表背两面间连接起来的方式连续地形成，而且，已借助于上述第1绝缘树脂层与上述贯通孔的内面绝缘的第1导电体层。在第2绝缘树脂层上，可以具备已与贯通孔内的第1导电体层电连的第2导电体层(布线图形)。可以得到在贯通孔内形成、构成连接插塞等的导电体层的绝缘可靠性高，适合于多芯片封装体等的半导体器件。连接半导体基板的表背间的导电体层和绝缘层的形成性高，可以削减形成成本。

Description

半导体器件和半导体器件的制造方法

技术领域

本发明涉及适合于装载多个半导体元件(半导体芯片)的多芯片封装体的半导体器件及其制造方法。

背景技术

近些年来，为了实现半导体器件的小型化、高密度装配化，已经实现了在1个封装体内叠层地密封有多个半导体元件(芯片)的堆叠式多芯片封装体。一般地说，在堆叠式多芯片封装体中，已经借助于引线键合进行了多个半导体芯片的各个电极焊盘与基板的电极部之间的电连接。此外，在把多个半导体芯片间彼此连接的情况下，用引线键合把各个半导体芯片的电极焊盘间电连接起来。

就如这样的堆叠式多芯片封装体那样，把引线键合应用于半导体芯片与基板之间或多个半导体芯片间的连接的封装体结构，起因于连接工序所需要的成本、工时而易于产生制造成本的增加。此外，具有不仅信号布线长度变长，而且封装体形状大型化的问题。

于是，人们就提出了把贯通插塞(连接插塞)或贯通通路应用于半导体芯片与基板之间和多个半导体芯片间的连接的方案(例如，参看特开平10-223833号公报)。

可应用于半导体芯片间的连接等的连接插塞，例如，具有在半导体基板上贯通其表背两面的贯通孔，用向该贯通孔内填充金属等的方法形成导电体层的结构。连接插塞与半导体基板表面的电极焊盘之间的连接，可以应用利用通常的半导体工艺进行的布线技术。

另外，构成连接插塞的导电体层与半导体基板的表面、贯通孔的内面(侧壁面)之间必须进行绝缘，这些的绝缘人们一直使用由CVD法(LPCVD法)等形成的SiO₂层、Si₃N₄层或它们的叠层膜之类的无机绝缘物层。

但是，上边所说的SiO₂层、Si₃N₄层等的无机绝缘物层，要在贯通孔的内面上均一地形成，在技术上是困难的，特别是存在着难于形成厚的膜的问题。如上所述，应用现有的半导体工艺所形成的无机绝缘物层，就变成了使连接半导体芯片的表背两面的连接插塞的绝缘可靠性降低的主要因素。

此外，在贯通孔的内面上形成无机绝缘物层的情况下，还存在着在技术上难于向贯通孔的内部填充金属等的导体的问题。就这一点来说，与通常的通孔形成同样，虽然也可以考虑仅仅在贯通孔的壁面上形成导体层，但是，在该情况下，却会产生半导体芯片的机械强度降低的问题。

发明内容

本发明就是为了应对这样的问题而完成的，目的在于提供可以提高把半导体基板的表背两面间连接起来的导电体层和绝缘层的形成性，实现形成成本的削减等，并且还可以提高构成连接插塞等的导电体层的绝缘可靠性的半导体器件及其制造方法。

本发明的形态1，是半导体器件，具备：具有贯通表背面的贯通孔的半导体基板；在上述贯通孔的内面上形成的第1绝缘树脂层；在上述半导体基板的表面与背面中的至少一方的面上形成的第2绝缘树脂层；以及在上述贯通孔内使得至少把上述半导体基板的表背两面间连接起来那样地连续地形成，而且，借助于上述第1绝缘树脂层与上述贯通孔的内面进行了绝缘的第1导电体层。

本发明的形态2，是半导体器件的制造方法，包括如下的工序：向在表面一侧上集成形成有元件的半导体基板上照射激光形成贯通孔的工序；向上述贯通孔内填充绝缘树脂的工序；在用上述工序所填充的绝缘树脂中，同心地形成直径比上述贯通孔小的树脂孔的工序；以及在上述树脂孔内面形成导电体层，形成使上述半导体基板的表面与背面导通的通孔导通部的工序。

本发明的形态3，是半导体器件的制造方法，包括如下的工序：在半导体基板上形成贯通孔的工序；在上述半导体基板的两面上分别把单面带铜箔的树脂片与树脂面进行接触地配置进行叠层的工序；在上述半导体基板的上述贯通孔的部分上，形成直径比该贯通孔的直径小的小直径孔的工序；在上述小直径孔的内部形成导电体层，把配置在上述半导体基板的两面上的上述铜箔电连起来的工序；以及对上述铜箔进行布线加工的工序。

本发明的形态4，是半导体器件的制造方法，包括如下的工序：在半导体基板上形成贯通孔的工序；以包括上述贯通孔内在内把上述半导体基板的表背两面覆盖起来的方式，形成多孔质绝缘树脂层的工序；以及在上述多孔质绝缘树脂层内，在保持与上述半导体基板的表背两面和上述贯通孔的内面的绝缘的状态的同时，连续地形成至少把上述半导体基板的表背两面间连接起来的导电体层的工序。

附图说明

本发明虽然要边参看附图边进行说明，但是，这些附图，仅仅是为了图解而提供的，无论在什么意义上说也不是对发明的限定。

图1的剖面图示出了本发明的实施形态1的半导体器件的构成。

图2的剖面图示出了本发明的实施形态2的半导体器件的制造方法的前半的工序。

图3的剖面图示出了本发明的实施形态2的半导体器件的制造方法的中间的工序。

图4的剖面图示出了本发明的实施形态2的半导体器件的制造方法的后半的工序。

图5的剖面图示出了本发明的实施形态3的半导体器件的构成。

图6的剖面图示出了本发明的实施形态4的半导体器件的构成。

图7的剖面图示出了使用本发明的实施形态4的半导体器件的叠层封装体的构成。

图8的剖面图示出了本发明的实施形态5的半导体器件的制造工序。

图9的剖面图示出了本发明的实施形态6的半导体器件的构成。

图10的剖面图示出了本发明的实施形态7的半导体器件的制造工序。

图11的剖面图示出了本发明的实施形态8的半导体器件的构成。

图12的剖面图示出了本发明的实施形态9的半导体器件的制造工序。

图13的剖面图示出了本发明的实施形态10的半导体器件的构成。

图14的剖面图示出了图13所示的半导体器件的变形例。

图15的剖面图示出了本发明的实施形态11的半导体器件的制造工序。

图16的剖面图示出了图15所示的半导体器件的制造工序中的多孔质绝缘树脂层的形成工序的一个例子。

图17的剖面图示出了图15所示的半导体器件的制造工序中的多孔质绝缘树脂层的形成工序的另一个例子。

图18的剖面图示出了使用本发明的实施形态10的半导体器件的堆叠型多芯片结构的半导体器件的一个例子。

具体实施方式

根据本发明的一个形态的半导体器件及其制造方法，则可以容易地而且低成本地得到在贯通孔内具有介由与其内壁面贴紧性良好的绝缘树脂层绝缘的导电体层，适合于叠层装载多个半导体芯片的多芯片封装体等的绝缘可靠性高的半导体器件。

以下，对用来实施本发明的形态进行说明。另外，在以下的说明中虽然是根据附图说明实施形态，但是，这些附图仅仅是为了图解而提供的，本发明并不限定于这些附图。

图1的剖面图示出了本发明的实施形态1的半导体器件的构成。在该图中，标号1表示在表面上集成形成有功能元件等的硅基板等的半导体基板。就是说，半导体基板1的表面一侧，作为元件区域，形成有集成元件部和把各个元件间连接起来的多层布线部(硅布线层)2等。此外，在半导体基板1的表面上，形成有已连接到其内部的多层布线部上的Al电极(焊盘)3。该半导体基板1具有贯通表背面的贯通孔4。贯通孔4的形成，可借助于激光的照射进行，贯通孔4的内面(侧壁面)，是用无定形结构的硅构成的。

然后，在用无定形结构的硅构成的贯通孔4的内面上，形成由第1绝缘树脂构成的层5。在这里，作为第1绝缘树脂可以使用聚酰亚胺树脂、苯二环丁烯树脂、环氧树脂、苯酚树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、双马来酰亚胺三嗪树脂、聚苯并噁唑、丁二烯树脂、硅树脂、聚碳酰胺、聚氨酯树脂等。

此外，在半导体基板1的表面和背面的预定的区域上，分别形成有由第2绝缘树脂构成的层6。第2绝缘树脂与上边所说的第1绝缘树脂，既可以是同一树脂也可以是不同的树脂。

然后在贯通孔4内的第1绝缘树脂层5的上边和贯通孔4的底部以及半导体基板1的表面一侧的贯通孔4的周围，形成Ti、Ni、Cu、V、Cr、Pt、Pd、Au、Sn等的导体层7。此外，在半导体基板1的背面一侧的贯通孔4的端部上，形成背面电极8。作为构成背面电极8的导体，也可以使用Ti、Ni、Cu、V、Cr、Pt、Pd、Au、Sn等。这样一来，借助于在贯通孔4内形成的导体层7就可以形成把半导体基板1的表背电连接起来的通孔导通部(贯通通路)，通过该贯通通路把半导体基板1的表面的Al电极3和背面电极8连接起来。

在像这样地构成的实施形态1中，作为覆盖贯通孔4的内面(侧壁面)的绝缘材料，由于使用的是绝缘树脂(第1绝缘树脂)，故，除去成本低之外，还可以稳定地形成厚的绝缘厚度，可以确保良好的绝缘性和可靠性。

此外，由于贯通孔4的侧壁面用无定形结构的硅构成，在其上边形成有绝缘树脂层(第1绝缘树脂层5)，故该绝缘树脂层与作为基板的硅之间的贴紧性是良好的。就是说，一般地说由于硅与树脂材料贴紧性差，在硅基板上用RIE(反应性离子蚀刻)等形成的贯通孔内形成绝缘树脂层的情况下，归因于起因于绝缘树脂层和在其上边形成的导体层与硅之间的热膨胀系数的差异的热应力，就易于产生绝缘树脂层的剥离、裂纹等。但是，在实施形态1的半导体器件中，贯通孔4是借助于激光照射形成的，贯通孔4的侧壁面成为无定形结构的硅，故与绝缘树脂层之间的贴紧性高。因此，可以得到可靠性高的导通部(导通通路)。

其次，参看图2～图4对作为上边所说的实施形态1的半导体器件的制造方法的实施形态2进行说明。在实施形态2中，首先，如图2A所示，借助于通常的半导体工艺，准备在表面上形成有集成元件部、把各个元件间连接起来的多层布线部(硅布线层)2和已连接到多层布线部上的Al电极3等的半导体基板(硅晶片)1，在把BSG带9粘贴到其表面上后，进行背面研磨。这时，为了提高抗折强度，最后也可以进行干法抛光、RIE、CMP(化学机械研磨)等的处理。

其次，在剥离表面的BSG带9之后，如图2B所示，在把保持带10贴到了背面上后，向半导体基板1照射激光形成贯通孔4。作为要进行照射的激光，虽然可以使用例如波长355nm的YAG激光，但是，激光的波长并不限于此。在进行半导体基板1的开孔时，既可以在保持带10上也开孔，也可以在以激光进行开孔后根据需要进行清洗。此外，为了防备开孔时的飞散物，也可以预先在半导体基板1的表面上形成好保护膜，在开孔后再除去该保护膜。

接着，如图2C所示，从半导体基板1的背面一侧印刷聚酰亚胺树脂等的绝缘树脂11，向贯通孔4内填充绝缘树脂11。由印刷进行的绝缘树脂11的填充，也可以在真空中进行。在真空中进行印刷的情况下，可以消除绝缘树脂11中的空隙。此外，向绝缘树脂11的贯通孔4内进行的填充，也可以用滚涂方式进行。在保持带10中也开有孔，而且在保持带10这一侧开放贯通孔4的情况下，可以容易且可靠地进行绝缘树脂11向贯通孔4内的填充。

其次，如图2D所示，借助于研磨除去被覆在半导体基板1的表面上的绝缘树脂11。该工序根据需要进行。然后，在换贴上保持带10之后，切削、研磨在背面上突出出来的绝缘树脂11，使半导体基板1的表面平坦化。如果绝缘树脂11向表面的突出量少，该研磨也可以不进行。

接着，如图2E所示，在把保持带10贴到了半导体基板1的表面上之后，在背面上形成绝缘树脂膜12。作为该绝缘树脂，例如，可以使用聚酰亚胺树脂，可借助于旋转涂敷或印刷进行膜形成。也可以用滚涂方式或帘式涂敷方式形成。通过采用涂敷液状的绝缘树脂的方法，虽然可以以低成本形成绝缘树脂膜12，但是，也可以采用粘贴干膜的方法。

其次，如图3F所示，在通过粘接剂(例如，紫外线硬化型粘接剂)13把半导体基板1的背面粘接到玻璃支持体14上后，向已填充到贯通孔4内的绝缘树脂11照射激光同心地形成小直径的树脂贯通孔15。这时所使用的激光，由于开孔加工的对象是树脂，故既可以是二氧化碳气体激光也可以是YAG激光。

此外，在作为向贯通孔4内填充的绝缘树脂11使用感光性的绝缘树脂的情况下，也可以借助于曝光、显影形成树脂贯通孔15。不论采用哪一种方法，与CVD法比较，都可以在贯通孔4内容易地形成足够的厚度的绝缘树脂层。另外，存在于半导体基板1的表面的铝电极3上边的绝缘树脂，可根据需要在树脂贯通孔15的形成时除去或单独地除去。

接着，如图3G所示，在半导体基板1的表面和树脂贯通孔15的侧壁面以及底部上，借助于无电解镀敷法形成Ti、Ni、Cu、V、Cr、Pt、Pd、Au、Sn等导体金属的层(籽晶层金属)16。可以不使用无电解镀敷法而代之以使用蒸镀法或溅射法。通过蒸镀法或溅射法可以形成更为良好的导体金属层16。

然后，如图3H所示，在半导体基板1的表面上所形成的导体金属层16的上边，在形成了抗蚀剂层后进行曝光、显影，形成抗蚀剂图形17。抗蚀剂既可以是液状也可以是膜。然后，以在先前的工序中形成的导体金属层16为电极，形成Ni/Cu、Cu、Cu/Ni/Au等的电解镀敷层18。接着，如图3I所示，在剥离抗蚀剂图形17后，借助于蚀刻除去用作电极的导体金属层16。这样一来，就可以在半导体基板1的表面的预定的区域和树脂贯通孔15的侧壁面及底部上，形成把导体金属层16和电解镀敷层18叠层起来的导电体层19。

然后，如图4J所示，根据需要，借助于涂敷或粘贴在表面上形成保护膜(布线保护树脂膜)20，进行曝光、显影形成开口部。保护膜20的形成，既可以是涂敷液状的物质的方法也可以是贴上膜的方法。在形成保护膜20时需要平坦性的情况下，也可以用形成保护膜20的树脂填埋树脂贯通孔15。此外，也可以在事先用其它的树脂填埋树脂贯通孔15之后再形成保护膜20。

然后，在导体金属层16是Ni/Cu、Cu层的情况下，在保护膜20的开口部内用无电解镀敷法形成Au、Ni/Au等的导体层21。该导体层21，由于可以用作芯片叠层时的连接电极，故虽然也可以在贯通孔4上，但是，也可以在贯通孔以外的部位上形成。在作为连接方式使用焊料的情况下，保护膜20起着阻焊剂的作用。在不使用保护膜20而代之由涂敷或粘贴抗蚀剂，进行曝光、显影形成了图形后，使导体金属层16为Ni/Cu、Cu层的情况下，也可以采用使用无电解镀敷法形成Au、Ni/Au等的导体层21，剥离抗蚀剂的方法。在该情况下，就不再需要阻焊剂。

接着，如图4K所示，在半导体基板1的表面换贴上玻璃支持体14，通过粘接剂13粘接后，在导体金属层16为Ni/Cu、Cu层的情况下，在背面的贯通孔部上形成Au、Ni/Au的无电解镀敷层22。这样形成背面电极。

然后，剥离玻璃支持体14，如图4L所示，根据需要把切割带23粘贴到背面上后，进行切割等的处理。这样一来，就可以仅仅在半导体基板1的表面上形成再布线层，就可以得到在贯通孔4上边具有与别的芯片之间的连接电极的半导体器件。

根据像这样地构成的实施形态2，则可以制造适合于叠层多个半导体芯片的结构的可靠性高的半导体器件。此外，除去不必使用RIE之类的昂贵的装置之外，由于掩模曝光、显影工序少，故可以以低成本得到半导体器件。

此外，由于贯通孔4在半导体基板1上的形成是借助于激光照射进行的，贯通孔4的侧壁面，由无定形结构的硅构成，故与已填充到贯通孔4内的绝缘树脂11之间的贴紧性高。此外，贯通孔4的侧壁面已经被到达半导体基板1的背面为止的绝缘树脂11可靠地覆盖了起来，借助于该绝缘树脂11就确保了构成贯通孔4的侧壁面的硅与内侧的导体金属层16之间的绝缘，故可以形成可靠性高的贯通通路(导通部)。

其次，对本发明的另一实施形态进行说明。图5的剖面图示出了实施形态3的半导体器件。在图5中，标号24表示背面一侧的布线层。该布线层24具有在导体金属层(籽晶层金属)的上边叠层形成有Ni/Cu、Cu、Cu/Ni/Au等的电解镀敷层的结构。此外，标号25表示Au、Ni/Au等的无电解镀敷层，26表示保护膜(布线保护树脂膜)。在图5中，对于与图1所示的实施形态1相同的部分附加相同的标号而省略说明。

在实施形态3的半导体器件中，如图5所示，不仅在半导体基板1的表面上，在背面上也形成有布线层24，在半导体基板1的背面上，在从贯通通路引出来的布线层24的上边，形成有与别的半导体器件之间的连接电极。

要想制作实施形态3的半导体器件，就要与实施形态2同样地，在按照顺序进行了从图2A到图4J所示的工序后，把玻璃支持体换贴到半导体基板1的表面上。然后，借助于无电解镀敷法或蒸镀法或溅射法，在包括贯通孔4部的半导体基板1的整个背面上形成导体金属层(籽晶层金属)。

接着，在该导体金属层的上边形成抗蚀剂，并进行了曝光、显影后，以导体金属层为电极形成由Ni/Cu、Cu、Cu/Ni/Au等的电解镀敷层，在剥离抗蚀剂后，借助于蚀刻除去用作电极的导体金属层。然后，在面上形成保护膜，进行曝光、显影形成了开口部后，借助于无电解镀敷在开口部内形成Au、Ni/Au等的层。该无电解镀敷层，由于可以用作芯片叠层时的连接电极，故虽然可以是在贯通孔上，但是也可以在贯通孔以外的部位上形成。

然后，剥离掉玻璃支持体，进行切割等的处理。这样一来，则可以得到不仅在硅晶片的表面上，在背面上也形成再布线，在从贯通通路中引出来的布线上边形成有与别的半导体芯片之间的连接电极的半导体器件。

另外，在实施形态2和3的半导体器件的制造工序中，虽然说明的是借助于半添加法在半导体基板的表面和背面上形成布线的例子，但是，也可以不使用半添加法，而代之以使用全添加法或减去法形成布线层。此外，在实施形态3的制造工序中，虽然是把玻璃支持体粘贴到半导体基板1的一方的面(表面)上，形成导体金属层(籽晶层金属)，与在图3H和图3I中所示的工序同样地形成抗蚀剂以形成布线图形，然后，把玻璃支持体换贴到半导体基板1的另一方的面(背面)上，同样地形成布线图形，但是，也可以不使用玻璃支持体进行。在该情况下，也可以在形成了贯通孔之后，在半导体基板的两面以及贯通孔的侧壁面上依次或同时借助于镀敷形成导体金属层。然后，在两面上依次或同时进行抗蚀剂形成，进而再借助于镀敷在半导体基板的两面上同时形成布线层。这时，也可以在布线层的形成的同时，借助于镀敷在贯通孔的侧壁面上形成导体层。若使用该方法，则具有可以用更少的工序(镀敷工序)进行贯通通路的导体层和布线层的形成的优点。

其次，对本发明的另一实施形态进行说明。

图6的剖面图示出了本发明的实施形态4的半导体器件的构成。在图6中，标号31是硅晶片之类的半导体基板，其背面一侧作为元件区域，形成有集成元件部和把各个元件间连接起来的多层布线部32。此外，在半导体基板31的表面上，形成有连接到多层布线部上的可用于与外部之间的信号传达等的电极焊盘33。此外，在半导体基板31上还形成有贯通表背的贯通孔34。在具有贯通孔34的半导体基板31的表背两面上，与树脂面进行接触地分别叠层有单面带铜箔的树脂片，在贯通孔34的内面(侧壁面)和半导体基板31的表背两面上，被覆有用叠层起来的单面带铜箔的树脂片形成的绝缘树脂层35。

此外，在形成于半导体基板31的表背两面上的绝缘树脂层35的外侧上，形成有布线层36。该布线层36，具有采用对单面带铜箔的树脂片的铜箔进行图形加工的办法所形成的铜箔图形层和在其上边形成的铜镀敷层这样的2层结构。也可以在铜镀敷层的上边进一步形成Ni/Au等的镀敷层。此外，在贯通孔34的内部的绝缘树脂层35上边，以把半导体基板31的两面的布线层36连接起来的方式，形成铜等的导电体的连接柱37。另外，在图6中，标号38表示在配置于贯通孔34的内部的绝缘树脂层35上形成，直径比贯通孔34小的小直径的树脂孔。此外，标号39表示在电极焊盘33部的绝缘树脂层35的开口内所形成的导电体(铜)。

在像这样地构成的实施形态4的半导体器件中，使用单面带铜箔的树脂片形成绝缘树脂层35和布线层36，借助于印制基板用的比较低成本的构件构成。此外，布线层36，由于变成为具有采用对单面带铜箔的树脂片的铜箔进行图形加工的办法所形成的铜箔图形层和在其上边形成的铜镀敷层这样的2层结构，故与下层的绝缘树脂层35之间的贴紧强度大，耐冲击性等优良。就是说，用单面带铜箔的树脂片的叠层所形成的铜箔图形层，由于在与绝缘树脂层35之间的界面上具有很多微细的凹凸，故与直接形成于绝缘树脂层35的上边的铜镀敷层比较，与下层之间的贴紧强度大。具体地说，相对于铜镀敷层的90℃下的剥离试验中的测定值为0.6～0.8Kgf/cm，用叠层形成的铜箔层的测定值为1.5Kgf/cm，已大幅度地增大了。

此外，根据本实施形态的半导体器件，则如图7所示，可以简单地实现把多个半导体器件(半导体芯片)71、72、73纵向地叠层起来构成的节省空间的半导体叠层封装体(堆叠式多芯片封装体)70。作为这样的半导体叠层封装体70，例如，可以举出多个存储器芯片的叠层封装体、存储器与逻辑电路的叠层封装体、使用传感器芯片的组件的叠层封装体等。

其次，参看图8说明作为上边所说的实施形态4的半导体器件的制造方法的实施形态5。在该实施形态中，首先，如图8A所示，向在表面一侧具有元件部或多层布线部(硅布线层)32、已形成有电极焊盘33的半导体基板31上，例如照射激光形成贯通孔34。贯通孔34的形成位置，在半导体基板31(半导体芯片)上边的任何部位均可，可以在适合于与别的封装体或部件连接的位置上形成。此外，贯通孔34的孔直径，虽然极限值随着半导体基板31的厚度变化，但是取为约0.02～0.1mm左右。

接着，如图8B所示，在半导体基板31的两面上，从两侧把在单面上被覆有铜箔40的绝缘树脂41的薄片(单面带铜箔的树脂片)夹持在中间地叠层为使得其树脂面进行接触，把绝缘树脂41分别被覆到半导体基板31的两面上，并且，把绝缘树脂41填充到贯通孔34内。该叠层工序，与印制布线板的制造工序同样，要借助于真空热压进行。在实施形态4中，例如，可以使用树脂厚度约30微米、铜箔厚度约12微米的单面带铜箔的树脂片。

其次，如图8C所示，在已填充到贯通孔34的内部的绝缘树脂41中形成直径比贯通孔34小的小直径的树脂孔38，并且，在半导体基板31上边的电极焊盘33的上部的绝缘树脂41中形成开口33a。该绝缘树脂41的开口处理，就是说树脂孔38和开口33a的形成，可以使用激光加工机。树脂孔38的直径，例如取为70微米。此外，在本实施形态中，树脂孔38虽然变成为仅仅在单侧(表面一侧)开口的非贯通孔，但是，也可以变成为半导体基板31的两面侧的铜箔40都开口的贯通孔。

其次，在树脂孔38内和电极焊盘33上边的开口33a内以及铜箔40上边镀敷铜等的导体。借助于该镀敷处理，如图8D所示，就可以在树脂孔38内形成导电体的连接柱37。此外，在半导体基板31的表背两面上，就可以借助于铜箔40和在其上边叠层形成的铜镀敷层形成布线形成用的导体层42。在本形态中，虽然进行了完全地填埋树脂孔38内和开口33a内的镀敷处理，但是，如后述那样，也可以仅仅在树脂孔38的侧壁面和底部上形成铜镀敷层。

接着，如图8E所示，在形成于半导体基板31的表背两面上的布线形成用导体层42的预定的部位上，形成蚀刻抗蚀剂43。然后，如图8F所示，以该蚀刻抗蚀剂43为掩模，进行布线形成用导体层42的蚀刻处理，形成预定图形的布线层36。然后，如图8G所示，除去蚀刻抗蚀剂43，变成为完成状态。另外，实际的制造工序要在半导体晶片的状态下进行，在变成为上述的完成状态后，进行切割，制成各个芯片的完成品。

如上所述，在实施形态4和5中，可以用与印制布线板的制造方法大体上相同的方法加工对半导体基板31的贯通孔34的形成工序以外的工序，与现有技术比，可以以低成本简易地制造半导体器件。

图9的剖面图示出了本发明的实施形态6的半导体器件的构成。在图9中，对于那些与图6所示的半导体器件相同的部分赋予同一标号而省略说明。实施形态6的半导体器件，是在上边所说的树脂孔38内和开口33a内借助于导体镀敷层未完全地填埋的结构的半导体器件。就是说，仅仅在树脂孔38内和开口33a内的侧壁面和底部上形成了导体镀敷层，并借助于在树脂孔38内形成的管状的导电体42a，把半导体基板31的两面的电极电连了起来。

实施形态6的半导体器件，可经由图10所示的各个工序制造。图10A～10G的剖面图示出了作为实施形态7的半导体器件的制造工序。在图10中，对于与图8所示的半导体器件的制造工序对应的部分赋予同一标号而省略说明。在该半导体器件的制造工序中，仅仅图10D所示的镀敷处理工序与图8所示的实施形态5不同，采用对镀敷条件进行控制的办法，仅仅在树脂孔38内和开口33a内的侧壁面和底部上形成了导体镀敷层44。在这样的半导体器件的制造方法中，与现有技术比较，也可以以低成本简易地制造半导体器件。

图11的剖面图示出了本发明的实施形态8的半导体器件的构成。在图11中，对于那些与图6所示的半导体器件相同的部分赋予同一标号而省略说明。在实施形态8的半导体器件中，变成为向树脂孔38内填充导电性树脂45而不是借助于镀敷处理在树脂孔38内形成导电体部的结构。然后，借助于该导电性树脂45的填充层，把半导体器件31的两面的电极电连起来。

实施形态8的半导体器件，可经由图12所示的各个工序制造。图12A～H的剖面图示出了作为实施形态9的半导体器件的制造工序。在该实施形态中，不进行图8D所示的镀敷处理工序，而代之以进行图12D所示的导电性树脂45向树脂孔38内的填充工序和图12E所示的表面一侧的导电性树脂45的研磨工序。至于其它的各个工序，与图8所示的实施形态5的工序是相同的。利用这样的半导体器件的制造方法，与现有技术比较，也可以以低成本简易地制造半导体器件。

图13的剖面图示出了本发明的实施形态10的半导体器件的构成。该图所示的半导体器件51，具有借助于通常的半导体工艺形成有运算元件部、存储元件部或传感器元件部之类的功能元件部等的半导体基板(硅基板等)52。就是说，半导体基板52的表面52a这一侧形成为元件区域，形成有省略了图示的集成元件部、把各个元件部间连接起来的多层布线部等。此外，在半导体基板52的表面52a上形成有已连接到内部的多层布线部上的电极53。

然后，在这样的半导体基板52的外周部上，形成例如具有20～100微米左右的直径的贯通孔54。就是说，半导体基板52具有把其表面52a和背面52b之间连接起来的贯通孔54。在贯通孔54内填充有多孔质绝缘树脂层55，此外，多孔质绝缘树脂层55被形成为使得从贯通孔54内连续地把半导体基板52的表面52a和背面52b覆盖起来。

该多孔质绝缘树脂层55，例如，可以采用在使低沸点液体、高压填充的氮或二氧化碳等分散到树脂中之后、进行加热形成气泡的方法，加热、热分解已分散到树脂中的发泡剂以使之产生气体形成气泡的方法，或者向聚合性单体中分散与之非相溶性的有机化合物等，使聚合性单体硬化后除去非相溶性有机化合物以形成微小空孔的方法等，各种众所周知的多孔质化法形成。

此外，多孔质绝缘树脂层55的形成材料，并没有什么特别限定，可以根据多孔质化的方法等使用各种绝缘性树脂(有机绝缘物)。作为一个例子，可以举出采用聚酰胺亚胺树脂形成的多孔质绝缘树脂层55。

此外，多孔质绝缘树脂层55，是一种使得可以连续地在其内侧的空孔面上形成后述的导电体层那样地具有微细的空孔3维地连通起来的内部状态的多孔质绝缘树脂层。理想的是除去得到这样的内部状态之外，还使多孔质绝缘树脂层55的空孔度(空孔容积对绝缘树脂层的视在体积的比率)为40～90％的范围。如果多孔质绝缘树脂层55的空孔度小于40％，则空孔的连通状态就会降低，存在着导电体层变成为非连续状态的可能。另一方面，当空孔度超过了90％时，多孔质绝缘树脂层55自身的强度等就会受损，存在着不能维持层状态或填充状态的可能。

在上边所说的多孔质绝缘树脂层55内，有选择地形成导电体层56。就是说，在多孔质绝缘树脂层55内的空孔的内表面(形成空孔的树脂的表面)上，例如采用使用无电解镀敷等的方法析出铜或铝等的导电性金属的办法，有选择地形成连续的导电体层56。

这样的导电体层56，具有在存在于贯通孔54内的多孔质绝缘树脂层5的内部连续地形成的使得把半导体基板32的表背面52a、52b间连接起来那样的导电体连接柱部56a。存在于贯通孔54内的该导电体连接柱部56a，起着把半导体元件51的表背面52a、52b间连接起来的连接插塞的作用。

在这里，导电体连接柱部56a，必须与由本身为半导体基板52的构成材料的硅等构成的贯通孔54的内面(侧壁面)绝缘。于是，导电体连接柱部56a理想的是，在离贯通孔54的内面例如大于等于1微米的位置上有选择地形成。换句话说，在导电体连接柱部56a与贯通孔54的内面之间，存在着未填充导电体的多孔质绝缘树脂层55，该未填充的多孔质绝缘树脂层55就将起着绝缘层的作用。

导电体层连接柱部56a，由于应用后述的选择性的镀敷法等，故可以在多孔质绝缘树脂层55内的任意的位置上以任意的深度形成。为此，就可以在导电体连接柱部56a与贯通孔54的内面之间，以任意的厚度(例如，大于等于1微米)再现性良好地使起着绝缘层的作用的多孔质绝缘树脂层55存在着。因此，就可以提高导电体连接柱部56a的绝缘可靠性。

此外，导电体层56，还具有从存在于贯通孔54内的导电体连接柱部56a连续地、在把半导体基板52的表面52a覆盖起来的多孔质绝缘树脂层55的内部形成的部分56b。该表面一侧的导电体层56b，是把贯通孔54内的导电体连接柱部56a和电极53电连起来的部分，是与预期的布线图形相对应地形成的。

表面一侧的导电体层56b也与贯通孔54内同样，理想的是在离半导体基板52的表面52a例如大于等于1微米的位置上形成。导电体层56，如上所述由于可以在多孔质绝缘树脂层55的任意的深度区域上形成，故可以在表面一侧的导电体层56b与半导体基板52的表面52a之间，再现性良好地使作为绝缘层发挥作用的多孔质绝缘树脂层55存在。因此，即便是对于表面一侧的导电体层56b，也可以提高对半导体基板52的表面52a的绝缘可靠性。

至于表面一侧的导电体层56b与电极53之间的连接部，采用与该部分相应地加深导电体层56b对多孔质绝缘树脂层55的形成区域的办法，就可以容易而且可靠地得到良好的电连接而无须经由复杂的工序。此外，在半导体基板52的背面52b一侧，形成有将成为与别的半导体器件或布线基板等之间的连接部的平台状的导电体层56c。该背面一侧导电体层56c，理想的也是在离半导体基板52的背面52b例如大于等于1微米的位置上形成。另外，半导体基板52的背面52b一侧，也可以是贯通孔54内的导电体连接柱部56a完全不变地存在的状态。

形成有导电体层56的多孔质绝缘树脂层55，虽然也可以以完全不变的状态供半导体器件51的实用，但是，由于未填充导电体层56的部分机械强度低，故理想的是向多孔质绝缘树脂层55的整个空孔内填充第2绝缘树脂并使之硬化。填埋到多孔质绝缘树脂层55的空孔内的第2绝缘树脂，例如，可采用应用压入或真空含浸清漆状的热硬化性树脂组成物等的办法进行填充，借助于热处理等使之硬化的办法形成。如上所述，采用使用第2绝缘树脂填埋多孔质绝缘树脂层55内的残余的空孔的办法，就可以确保半导体器件51的强度。

如上所述，在多孔质绝缘树脂层55内，有选择地形成从半导体基板52的表面52a一侧的电极53经由贯通孔54内到达背面52b的导电体层56(56a、56b、56c)，该导电体层56，起着把表面52a一侧的电极53的布线连接到背面52b上的布线层的作用。此外，对半导体基板52的表背面52a、52b及贯通孔54的内面(侧壁面)的绝缘，由于可借助于多孔质绝缘树脂层55进行维持，故导电体层56作为半导体器件51内的布线层可靠性是优良的。此外，还可以有效地抑制由布线层的绝缘不良等导致的成品率的降低或工作特性的降低等。如后所述，这些形成工序与现有技术的半导体工艺比，也可以大幅度地简易化以及低成本化。

把半导体基板52的表背面52a、52b间连接起来的导电体层56，例如，在构成叠层起来地密封多个半导体器件51的堆叠式多芯片封装体时，起着把半导体器件间或半导体器件与布线基板之间连接的连接插塞的作用。作为堆叠式多芯片封装体，可以举出把多个存储器元件叠层起来的多芯片组件，或把逻辑元件与存储器元件叠层起来的系统LSI组件等。

此外，在摄像元件之类的具有传感器功能的半导体器件的情况下，在已把传感器部配置在表面一侧的状态下，可以利用已连接到背面一侧的布线层(导电体层56)连接、装载到装配基板等上。

另外，图13所示的实施形态10，虽然示出了把导电体层56应用于电极53的布线层的例子，但是，如图14所示，作为仅仅把半导体基板52的表背面52a、52b连接起来的贯通插塞，也可以应用导电体层56。就是说，图14所示的半导体器件51，与图13同样，具有在存在于贯通孔54内的多孔质绝缘树脂层55的内部有选择地而且连续地形成的导电体连接柱部56a。此外，在半导体基板52的表面52a一侧和背面52b一侧，还分别形成有将成为与别的半导体器件或布线基板等之间的连接部的平台状的导电体层56d。导电体层56(56a、56d)起着把配置在半导体器件51的上下的别的半导体器件或布线基板等之间连接起来的贯通插塞的作用。

其次，参看图15对作为上边所说的实施形态10的半导体器件的制造方法的实施形态11进行说明。在实施形态11中，首先，如图15A所示，在表面52a一侧具有省略未画的集成元件部、多层布线部、电极53的半导体基板52上，形成贯通表背面52a、52b间的贯通孔54。贯通孔54的形成，例如可借助于激光照射或蚀刻加工等进行。

接着，如图15B所示，把多孔质绝缘树脂层55形成为使之在把半导体基板52的表背两面52a、52b覆盖起来的同时填充到贯通孔54内。多孔质绝缘树脂层55，例如可以如下那样地形成。

首先，向半导体基板52的表背两面52a、52b和贯通孔54内涂敷以及填充清漆状的多孔质层形成用绝缘树脂组成物。对这样的绝缘树脂组成物的涂敷、填充，例如，采用应用除去已分散到绝缘树脂组成物中的非相溶性的有机化合物等的工序(多孔质化工序)等的办法，在使绝缘树脂组成物硬化的同时使之多孔质化。作为可用这样的工序得到的多孔质绝缘树脂层55，例如，可以举出多孔质的聚酰胺亚胺树脂层。多孔质绝缘树脂层55的空孔度，如上所述，理想的是在40～90％的范围。

在这里，在形成多孔质绝缘树脂层55时，向贯通孔54内进行填充时需要很多的清漆状绝缘树脂组成物，与半导体基板52的表背面52a、52b的平坦部比较，树脂量就变成为有点不足，有时候会在该部分上因产生气孔而使平坦性受损。此外，因使清漆状绝缘树脂组成物硬化时的硬化收缩也产生同样的现象。如上所述，当因在相当于多孔质绝缘树脂层55的贯通孔54的部分上产生凹陷而使平坦性受损时，就存在着在与别的半导体器件或布线基板等进行连接时产生问题的可能。

于是，如图16所示，理想的是研磨处理在相当于贯通孔54的部分上产生了凹陷的多孔质绝缘树脂层55的表面，使之平坦化。在图16中，S表示研磨面。或者，如图17所示，理想的是采用多次反复进行清漆状绝缘树脂组成物的涂敷、硬化处理的办法，使多孔质绝缘树脂层55平坦化。在图17中，标号55a表示用第1次的处理形成的多孔质绝缘树脂层，55b表示用第2次的处理形成的多孔质绝缘树脂层。多孔质绝缘树脂层55的平坦性理想的是，把相当于贯通孔54的部分的凹陷的深度设定为相对平坦部小于等于2微米。

其次，在用感光剂对多孔质绝缘树脂层55进行了处理后，如图15C所示，根据应当形成的导电体层56的状态使多孔质绝缘树脂层55曝光。另外，图中箭头表示曝光用的光。由感光剂进行的处理，例如，采用在把具有多孔质绝缘树脂层55的半导体基板52浸渍到感光剂的溶液内之后使之干燥的办法实施。借助于这样的处理，就可以包括多孔质绝缘树脂层55的内部的空孔表面在内向整体涂敷感光剂。另外，感光剂由于在空孔的内表面上涂敷得极其薄，故可以维持多孔质状态。

多孔质绝缘树脂层55的曝光处理，例如，对于贯通孔54的部分来说，对厚度方向整体曝光为使得贯通表背面52a、52b之间。这时，把进行曝光的区域控制为使得曝光部分从贯通孔54的内面(侧壁面)恰好离开预定的距离(例如，大于等于1微米)。此外，对于半导体基板52的表面52a一侧的布线图形部和背面52b一侧的平台部来说，则要处理为使得可曝光到多孔质绝缘树脂层55的预定的深度。换句话说，要处理为使得可曝光到从各面52a、52b恰好离开预定的距离(例如，大于等于1微米)的位置。相对电极53的连接部也是同样的，要处理为使得曝光部分到达电极53。要进行曝光的深度，可借助于曝光量(光的照射量)进行控制。

这样的曝光处理，可以采用与各个区域(连接插塞、布线图形部、连往电极的连接部、平台部等)相对应地、使用控制光的透过量的掩模的办法一并处理多孔质绝缘树脂层55的各个区域。例如，采用在贯通孔54的部分光全部透过，而且在表背面52a、52b的布线图形部、平台部则光半透过那样的掩模，使已进行了感光处理的多孔质绝缘树脂层55曝光。接着，使得镀敷析出那样地在多孔质绝缘树脂层55的曝光部上进行活化处理。多孔质绝缘树脂层55的活化可对于曝光部分有选择地进行。

然后，把具有依次实施了感光处理、曝光处理、活化处理的多孔质绝缘树脂层55的半导体基板52，浸渍到例如无电解镀铜液内。在该镀敷处理工序中，铜等的镀敷金属，由于仅仅在多孔质绝缘树脂层55的曝光及活化处理过的部分上析出，故例如贯通孔54的部分，形成镀铜层等的导电体层(导电体连接柱部56a)而把表背面52a、52b间连接起来。此外，半导体基板52的表面52a一侧和背面52b一侧，可根据布线图形、平台部形状分别形成镀铜层等的导电体层56b、56c。

这样一来，就可以形成在贯通孔54的内面以及在半导体基板52的表背面52a、52b之间，夹置存在着预定的厚度的绝缘层(未填充导电体的多孔质绝缘树脂层55)，而且把半导体基板52的表背面52a、52b之间等连接起来的导电体层56。在导电体层56的形成后，根据需要，进行向多孔质绝缘树脂层55的残余的空孔内填充第2绝缘树脂并使之硬化的工序。第2绝缘树脂对多孔质绝缘树脂层55的填充工序，如上所述，可以采用应用压入或真空含浸等的办法实施。

根据这样的作为实施形态11的半导体器件的制造方法，由于可以在多孔质绝缘树脂层55内有选择地形成导电体层56，故除了可以借助于多孔质绝缘树脂层55良好地维持对贯通孔54的内面及半导体基板52的表背面52a、52b的绝缘之外，还可以包括贯通孔54内在内精度良好地把导电体层56形成为预期的图形。此外，导电体层56和绝缘层(未填充导体的多孔质绝缘树脂层55)的形成工序，由于可以用绝缘树脂的涂敷或镀敷等的简易的工序实施，故可以以低成本形成导电体层56和绝缘层。这些都会有助于具有把半导体基板52的表背面52a、52b间连接起来的导电体层56的半导体器件51的制造成本的降低以及可靠性的提高。

其次，参看图18对使用本发明的半导体器件的堆叠式多芯片封装体进行说明。本实施形态的半导体器件(半导体封装体)60，作为装载基板具有布线基板61。布线基板61可以使用树脂基板或陶瓷基板等的各种基板。作为树脂基板可以使用通常的多层印制布线板等，在布线基板61的下表面一侧，形成有金属突点等的外部连接端子62。另一方面，在布线基板61的上表面一侧则设置有通过省略未画的内层布线与外部连接端子62电连起来的电极部63。

在布线基板62的元件装载面(上表面)上，重叠地装载有多个上边所说的实施形态8的半导体器件51。另外，图18虽然示出的是把2个半导体器件51装载到布线基板61上边的半导体封装体60，但是，半导体器件51的装载个数并不限于2个，也可以是3个或3个以上。

下侧的半导体器件51，通过形成于导电体层56的部分上的金属突点64连接固定到布线基板61的电极部63上。同样，上侧的半导体器件51，通过形成于导电体层56的部分上的金属突点64连接固定到下侧的半导体器件51的导电体层56上。采用使用密封树脂(未画)等密封像这样地叠层起来的多个半导体器件51的办法，就可以构成堆叠式多芯片封装体结构的半导体封装体60。

根据这样的半导体封装体60，由于在半导体器件51间和半导体器件51与布线基板61之间的连接可以使用倒扣芯片连接，故除了可以减少连接工序所需要的成本及工时之外，还可以实现信号布线长度的缩短和封装体形状的小型化等。这些都有助于堆叠式多芯片封装体的低成本化和可靠性以及工作特性的提高等。作为半导体封装体60的具体例，如上所述，可以举出把多个存储器元件叠层起来的多芯片组件或把逻辑元件与存储器元件叠层起来的系统LSI组件等。

另外，本发明可以在具有贯通半导体基板的表背两面间地进行连接的导电体层的各种的半导体器件中使用，而不限定于上边所说的实施形态，对于上述这样的半导体器件也包括在本发明内。此外，本发明的实施形态可以在本发明的技术思想的范围内进行扩充或变更，该扩充、变更后的实施形态也包括在本发明的技术范围内。

Claims (11)

1.一种半导体器件，其具备：

具有贯通表背两面的贯通孔的半导体基板；

在上述半导体基板的上述贯通孔的内面形成有无定形结构的基板材料区域；

在上述贯通孔内及上述基板材料区域上所形成的第1绝缘树脂层；

在上述半导体基板的表面与背面双方的面上所形成的第2绝缘树脂层；

在上述贯通孔内所形成的上述第1绝缘树脂层中部分地进一步形成的小直径孔；

在上述小直径孔内，以至少把上述半导体基板的表背两面间连接起来的方式连续地形成、而且借助于上述第1绝缘树脂层与上述贯通孔的内面绝缘的第1导电体层；以及

在上述半导体基板的表背两面分别形成、而且与上述第1导电体层电连接的第2导电体层，该第2导电体层为在上述表背两面的下层都是铜箔、上层都是导电体的叠层结构。

2.根据权利要求1所述的半导体器件，

上述半导体基板具有在元件区域一侧的上述表面上所形成的电极，而且，上述电极与上述第2导电体层连接。

3.根据权利要求1所述的半导体器件，上述小直径孔为非贯通孔，其不贯通上述表背两面的铜箔中的一侧的上述铜箔。

4.根据权利要求1所述的半导体器件，上述小直径孔的内部用上述第1导电体层填埋。

5.根据权利要求1所述的半导体器件，上述第1导电体层形成于上述小直径孔的底面及侧面。

6.根据权利要求1所述的半导体器件，上述第1导电体层及上述导电体用铜镀敷法形成。

7.一种半导体器件的制造方法，其包括：

向半导体基板上照射激光，在上述半导体基板形成贯通孔并在上述贯通孔的内面形成无定形结构的工序；

在上述半导体基板的两面及贯通孔内，分别把单面带铜箔的绝缘性树脂片的树脂面与上述半导体基板的两面进行接触、叠层并且将该树脂片的树脂填埋于上述贯通孔内的工序；

在上述半导体基板的填埋于上述贯通孔内的树脂中部分形成与该贯通孔呈同心圆状的直径小的小直径孔的工序；

在上述小直径孔的内部及上述铜箔上形成导电体层，电连接配置在上述半导体基板的两面上的上述铜箔的工序；以及

对上述铜箔及上述导电体层进行布线加工的工序。

8.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，上述小直径孔为非贯通孔，其不贯通上述配置在上述半导体基板的两面上的上述铜箔中的一侧的上述铜箔。

9.根据权利要求7或8所述的半导体器件的制造方法，用上述导电体层填埋上述小直径孔的内部。

10.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，上述导电体层形成于上述小直径孔的底面及侧面。

11.根据权利要求7所述的半导体器件的制造方法，上述导电体层用铜镀敷法形成。

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