CN1658368A - 半导体装置的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种抑制生产性极其低下和开口形状恶化的蚀刻方法，其具有如下工序：在半导体衬底(1)的表面粘接支承板(5)，覆盖介由氧化硅膜(2)形成在上述半导体衬底(1)上的焊盘电极(3)；形成通孔(9)，从上述半导体衬底(1)的背面到达上述焊盘电极(3)的表面。该蚀刻方法还具有如下工序：使用至少含有SF6和O2的蚀刻气体对上述半导体衬底(1)形成第一开口(7)直到上述氧化硅膜(2)不露出的位置；使用至少含有C4F8和SF6的蚀刻气体对上述半导体衬底(1)形成第二开口(8)直到上述氧化硅膜(2)露出的位置。

Description

半导体装置的制造方法
技术领域
本发明涉及半导体装置的制造方法，特别是可抑制形成在半导体衬底上的通孔的形状恶化的蚀刻方法。
背景技术
近年来，作为三维安装技术，同时作为新的封装技术，CSP(Chip SizePackage)技术正受到瞩目。所谓CSP是指具有与半导体芯片的外形尺寸大致相同的外形尺寸的小型组件。
现有技术中，作为CSP的一种，BGA型半导体装置熟为人知。该BGA型半导体装置中，由焊剂等金属部件构成的球状导电端子呈格子状多个配列在组件的一个主面上，与搭载在组件的其他面上的半导体芯片电连接。
并且，该BGA型半导体装置装入电子器件时，通过将各导电端子压接在印刷线路板上的配线图案上来电连接半导体芯片和搭载在印刷线路板上的外部电路。
这样的BGA型半导体装置与具有在侧部突出的引脚的SOP(SmallOutline Package)或QFP(Quad Flat Packgae)等其他CSP型半导体装置相比，可设计多个导电端子，而且具有可实现小型化的优点。该BGA型半导体装置例如可用于搭载在手机上的数码摄像头的图像传感器芯片。例如在半导体芯片的一个主面上或两个主面上粘接例如由玻璃构成的支承板的芯片。另外，相关技术文献例举专利文献1。
下面参照附图说明在半导体芯片上粘接了一片支承板时BGA型半导体装置的制造方法。
图7至图9是表示可适用于图像传感器芯片的现有例的BGA型半导体装置的制造方法的剖面图。
最初如图7所示，在半导体衬底30上的表面上介由氧化硅膜31或氮化硅膜形成由铝层或铝合金层构成的焊盘电极32。然后，在包括焊盘电极32的半导体衬底30上介由由环氧树脂层构成的粘接剂33粘接例如由玻璃构成的支承板34。
接着，如图8所示，在对应焊盘电极32的半导体衬底30的背面形成具有开口部的抗蚀层35，以此为掩膜对半导体衬底30进行干蚀刻，进而对氧化硅膜31进行蚀刻形成从半导体衬底30的背面到焊盘电极32的通孔36。在该工序中，为对由Si基片构成的半导体衬底30开设例如深度130μm的开口，而采用处理速度比较快的蚀刻方法(例如蚀刻速度10μm/分)。
然后，如图9所示，在包括通孔36内面的半导体衬底30的背面上介由至少露出焊盘电极32的表面的绝缘膜(未图示)形成势垒层37。进而在势垒层37上形成镀敷用薄片层38，在该薄片层38上进行镀敷处理，形成例如由铜(Cu)构成的再配线层39。进而，在再配线层39上形成保护层(未图示)，在保护层的规定位置设置开口，形成与再配线层39接触的球状端子40。
之后，进行如下未图示的操作，即切断半导体衬底以及层积其上的上述各层，分离成各个半导体芯片。这样，形成了电连接焊盘电极32和球状端子40的BGA型半导体装置。
专利文献1：专利公表2002-512436号公报
但是，在上述通孔36的形成工序中存在开口形状恶化的缺陷。即，在图8所示的工序中，实际上成为图10所示的蚀刻形状。即，在半导体衬底30上介由氧化硅膜31或氮化硅膜形成焊盘电极32，从半导体衬底31的背面到焊盘电极32进行蚀刻形成通孔36，这时，如图10所示，在通孔的底部蚀刻在上述氧化硅膜31或氮化硅膜处停止，若过蚀刻则发生横向蚀刻(刻痕)，开口形状恶化。由于该刻痕，氧化硅膜31或氮化硅膜被除去，使上述焊盘电极32的上面露出。另外，与这样形状的通孔36a形成绝缘膜或再配线层时的绕入粘附变差，引起导通不良，或与焊盘电极的连接可靠性变差等。
另外，也有不出现上述那样的刻痕的蚀刻方法，但是存在着处理速度极慢的缺点(例如，蚀刻速度小于或等于5μm/分，根据情况可以是2～1μm/分)，生产性差，不能采用。
发明内容
因此，本发明目的在于提供可抑制生产性极其低下、开口形状恶化的蚀刻方法。
因此本发明的半导体装置的制造方法具有如下工序：在半导体衬底的表面粘接支承板，覆盖介由绝缘膜形成在上述半导体衬底上的焊盘电极；从上述半导体衬底的背面到达上述焊盘电极的表面形成通孔，该制造方法特征在于，还具有如下工序：使用至少含有SF6和O2的蚀刻气体对上述半导体衬底形成第一开口直到上述绝缘膜不露出的位置；使用至少含有SF6和CF系气体的蚀刻气体对上述半导体衬底形成第二开口直到上述绝缘膜露出的位置。
另外，还具有对从上述第一以及第二开口露出的上述绝缘膜进行蚀刻，形成使上述焊盘电极露出的通孔的工序。
另外，还具有形成埋入上述通孔并与上述焊盘电极连接的柱状端子的工序。
另外，还具有形成与上述柱状端子连接的球状端子的工序。
另外，还具有形成从上述柱状端子延伸到上述半导体衬底的背面而连接上述柱状端子和上述球状端子的再配线层的工序。
另外，还具有将上述半导体衬底分割成多个半导体芯片的工序。
另外，本发明的半导体装置的制造方法还具有如下工序：第一蚀刻工序，对上述半导体衬底形成第一开口直到上述绝缘膜不露出的位置；第二蚀刻工序，对上述半导体衬底形成第二开口直到上述绝缘膜露出的位置，并且，上述第二蚀刻工序中施加到上述半导体衬底的交流电压的频率比上述第一蚀刻工序低。
另外，本发明的半导体装置的制造方法还具有如下工序：第一蚀刻工序，对上述半导体衬底形成第一开口直到上述绝缘膜不露出的位置；第二蚀刻工序，对上述半导体衬底形成第二开口直到上述绝缘膜露出的位置，并且，在上述第一以及第二蚀刻工序中，对上述半导体衬底施加交流电压，上述第二蚀刻工序的交流电压的施加时间比上述第一蚀刻工序的交流电压的施加时间短。
根据本发明，在通孔形成中的在由Si基片构成的半导体衬底上形成开口之时，由于替换有不同的蚀刻气体，不存在操作性极差的情况，可形成开口形状良好的通孔。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图2是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图3是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图4是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图5是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图6是表示本发明的实施例的半导体装置的制造方法的剖面图；
图7是表示现有半导体装置制造方法的剖面图；
图8是表示现有半导体装置制造方法的剖面图；
图9是表示现有半导体装置制造方法的剖面图；
图10是用于说明现有半导体装置的制造方法的缺陷点的图。
具体实施方式
下面参照图1至图6说明本发明的半导体装置的制造方法。
图1至图6是表示可适用于图像传感器芯片的BGA型半导体装置的制造方法的剖面图。
最初，如图1所示，在半导体衬底1上的表面上介由绝缘层、例如氧化硅膜2或氮化硅膜形成由铝层或铝合金层构成的焊盘电极3。然后，在含有焊盘电极3的半导体衬底1上介由由环氧树脂层构成的粘接剂4粘接例如由玻璃构成的支承板5。
其次，在半导体衬底1对应焊盘电极3的背面上形成具有开口部的抗蚀层6，以此为掩膜对半导体衬底1进行干蚀刻，形成从半导体衬底1的背面到达焊盘电极3的通孔9。
首先，第一，如图2所示利用第一蚀刻方法进行高速蚀刻直到开口的规定深度位置。在本工序中，当使用至少含有SF6和O2气体等的蚀刻气体例如整体形成深度130μm的开口时，由第一蚀刻形成深度120μm的第一开口7。该工序中的蚀刻速度例如是10μm/分左右。另外，在图2中第一开口7形成横向扩展的所谓的鼓形，但也可以是直的。
接着，如图3所示，进行第二蚀刻直到所述开口的剩余的深度位置。在本工序中使用至少含有SF6和CF系气体(例如C2F4、C4F8、CHF3等)等的蚀刻气体在第一开口7下形成以剩余的10μm的深度开口的第二开口8。该工序中的蚀刻速度例如是5μm/分左右，根据情况可以是2～1μm/分。另外，第一、第二蚀刻气体都可含有例如Ar等稀有气体等。
因此，本实施例在为Si基片形成整体具有130μm深度的开口而具有两个工序，在高蚀刻速度的条件下进行第一蚀刻形成第一开口7，接着在低蚀刻速度的条件下进行第二蚀刻形成第二开口8，由此抑制了操作时间极长的问题。另外，在本实施例中通过替换向相同容器内供给的蚀刻气体形成上述开口，但本发明不限于此，例如也可在具有多个容器的相同装置内进行，另外也可以在每次进行蚀刻工序时换用其他装置。
然后，如图4所示蚀刻除去焊盘电极3上的氧化硅膜2，形成露出焊盘电极3的通孔9。
另外，蚀刻除去上述氧化硅膜2的工序中可以以形成在上述半导体衬底1上的抗蚀层6为掩膜除去上述焊盘电极3上的氧化硅膜2，也可以不以上述抗蚀层6为掩膜进行蚀刻。即，除去抗蚀层6后，以半导体衬底1为掩膜除去焊盘电极3上的氧化硅膜2。
下面如图5所示在包括通孔9内面的半导体衬底1的背面形成由氧化膜等构成的绝缘层(未图示)，除去焊盘电极3上的绝缘层后，在整个面上形成势垒层10。该势垒层10最好是例如氮化钛(TiN)层，也可以是由氮化钛层以外的金属例如钛(Ti)、钽(Ta)等高熔点金属或其化合物、即钨化钛(TiW)层、氮化钽(TaN)层等构成。
接着，如图6所示在势垒层10上形成镀敷用的薄片层11(例如Cu层)，在该薄片层11上进行镀敷处理形成例如由铜(Cu)构成的再配线层12。另外，该再配线层12可进行图案成形也可不进行图案成形。然后，在再配线层12上形成保护层(未图示)，在保护层的规定位置设置开口，形成与再配线层12接触的球状端子13。
另外，在此，可利用MOCVD法形成上述势垒层10和薄片层11，但这时存在成本高的问题。因此，通过使用比上述方法成本低的长慢溅射法(ロングスロ一スパッタ法)等指向性喷射法与现有的喷射法相比可提高覆盖性能。通过使用该指向性喷射法可对例如倾斜角度不到90度或纵横比大于或等于3的通孔良好地覆盖，形成上述势垒层10和表面层11。
然后，进行如下未图示的操作，即切断半导体衬底以及层积其上的上述各层，分离成各个半导体芯片。这样，形成焊盘电极3和球状端子13电连接的BGA型半导体装置。
这样在本发明中，由于不像现有技术那样在开口底部发生横向蚀刻(刻痕)，故可抑制绝缘层、势垒层、薄片层以及再配线层向通孔内绕入粘附变差的问题的发生，不会造成导通不良，或引起与焊盘电极的接触可靠性下降等。
另外，在本实施例中，通过变更蚀刻气体形成第一开口7和第二开口8，但是本发明不限于此，例如比较形成第一开口7的第一蚀刻工序和形成第二开口8的第二蚀刻工序，上述第二蚀刻工序可以在半导体衬底1上施加的交流电压的频率比上述第一蚀刻工序低的条件下进行。
在第一以及第二蚀刻工序中，干蚀刻装置例如使用电感偶合型蚀刻装置(Inductively Coupled Plasma Etching Machine)。半导体衬底1载置在施加有来自交流电源的交流电压的平台上。该交流电压的频率在第一蚀刻工序中设定为13.56MHz，在第二蚀刻工序中降至400KHz，这样来降低蚀刻速度，抑制现有技术中的刻痕的发生。
另外，不像上述那样变更交流电源的频率，而将上述第二蚀刻工序的交流电压的施加时间缩短成小于上述第一蚀刻工序的交流电压的施加时间也可防止刻痕发生。具体地，在第一以及第二蚀刻工序中通过控制交流电源间歇导通来对半导体衬底1间歇施加交流电压。即，在交流电源导通期间通过对半导体衬底1施加交流电压而在蚀刻装置内产生等离子。在交流电源切断期间不对半导体衬底1施加交流电压，等离子停止产生。周期性反复进行交流电源的导通切断控制。例如，第一蚀刻工序的交流电压的施加时间若设为100％，则将第二蚀刻工序的交流电压的施加时间较短设定为10％。由此，第二蚀刻工序与第一蚀刻工序相比蚀刻速度低，所以可抑制现有技术的刻痕的产生。
在该第二、第三实施例中，没有在第一、第二蚀刻工序中变更蚀刻气体，但是可以与蚀刻气体的变更一同，变更交流电压的频率，或调整交流电压的施加时间。
另外，在本实施例中，再配线层12通过镀敷处理形成，但本发明并不限定于此，例如可以不形成镀敷用的薄片层11而利用镀敷处理以外的方法形成再配线层12。例如，溅射形成由铝或其合金形成的层。
另外，作为适用于形成有球状端子13的半导体装置的实施例说明了本实施例，但是本发明不限于此，例如，只要形成有贯通半导体衬底的通孔，也适用于不形成球状端子的半导体装置，例如LGA(Land Grid Array)型半导体装置。

Claims (10)

1.一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：在半导体衬底的表面粘接支承板，覆盖介由绝缘膜形成在所述半导体衬底上的焊盘电极；从所述半导体衬底的背面到所述焊盘电极的表面形成通孔，该制造方法的特征在于，其还具有如下工序：使用至少含有SF6和O2的蚀刻气体对所述半导体衬底形成第一开口直到所述绝缘膜不露出的位置；使用至少含有SF6和CF系气体的蚀刻气体对所述半导体衬底形成第二开口直到所述绝缘膜露出的位置。
2.一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：在半导体衬底的表面粘接支承板，覆盖介由绝缘膜形成在所述半导体衬底上的焊盘电极；从所述半导体衬底的背面到所述焊盘电极的表面形成通孔，该制造方法的特征在于，其还具有如下工序：第一蚀刻工序，对所述半导体衬底形成第一开口直到所述绝缘膜不露出的位置；第二蚀刻工序，对所述半导体衬底形成第二开口直到所述绝缘膜露出的位置，并且，所述第二蚀刻工序中施加到所述半导体衬底的交流电压的频率比所述第一蚀刻工序低。
3.一种半导体装置的制造方法，其具有如下工序：在半导体衬底的表面粘接支承板，覆盖介由绝缘膜形成在所述半导体衬底上的焊盘电极；从所述半导体衬底的背面到所述焊盘电极的表面形成通孔，该制造方法的特征在于，其还具有如下工序：第一蚀刻工序，对所述半导体衬底形成第一开口直到所述绝缘膜不露出的位置；第二蚀刻工序，对所述半导体衬底形成第二开口直到所述绝缘膜露出的位置，并且，在所述第一以及第二蚀刻工序中，对所述半导体衬底施加交流电压，所述第二蚀刻工序的交流电压的施加时间比所述第一蚀刻工序的交流电压的施加时间短。
4.如权利要求1、2、3任意一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有对从所述第一以及第二开口露出的所述绝缘膜进行蚀刻，形成使所述焊盘电极露出的通孔的工序。
5.如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，在蚀刻所述绝缘膜形成使所述焊盘电极露出的通孔的工序中，以蚀刻所述半导体衬底时使用的抗蚀层为掩膜对所述绝缘膜进行蚀刻。
6.如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，蚀刻所述绝缘膜形成使所述焊盘电极露出的通孔的工序是不将所述抗蚀层用作掩膜的蚀刻工序。
7.如权利要求4所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有形成埋入所述通孔并与所述焊盘电极连接的柱状端子的工序。
8.如权利要求7所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有形成与所述柱状端子连接的球状端子的工序。
9.如权利要求8所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有形成从所述柱状端子延伸到所述半导体衬底的背面并连接所述柱状端子和所述球状端子的再配线层的工序。
10.如权利要求1、2、3任意一项所述的半导体装置的制造方法，其特征在于，具有将所述半导体衬底分割成多个半导体芯片的工序。
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