JP2005093954A - Substrate having through electrode, its manufacturing method, and electronic device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、例えば、シリコンICチップなどの高密度3次元実装に用いられる貫通電極付き基板と、その製造方法及び電子デバイスに関するものである。 The present invention relates to a substrate with a through electrode used for high-density three-dimensional mounting such as a silicon IC chip, a method for manufacturing the same, and an electronic device.
最近、シリコンICチップなどを積層して高密度3次元実装を効率よく実現するため、シリコン基板を貫通して接続することを可能にする貫通配線を基板に形成することが検討されている。 Recently, in order to efficiently realize high-density three-dimensional mounting by stacking silicon IC chips or the like, it has been studied to form a through wiring on the substrate that allows the silicon substrate to be connected through.
このような貫通配線を実現する貫通電極を基板に形成する方法として、従来は、図3に示すような手順で行っている。 As a method of forming a through electrode for realizing such a through wiring on a substrate, conventionally, a procedure as shown in FIG. 3 is performed.
まず、図3(a)に示すように、厚さが例えば300〜600μm程度のシリコンウェハ102上に、ブラインドビアホールのマスク用の保護層111を形成する。
First, as shown in FIG. 3A, a
つぎに、図3(b)に示すように、上記のシリコンウェハ102に、その厚さの70〜90%程度までブラインドビアホール(Blind Via Hole)112を形成する。
Next, as shown in FIG. 3B, blind via
つぎに、図3(c)に示すように、形成したブラインドビアホール112の内壁に絶縁層113を形成する。
Next, as illustrated in FIG. 3C, an
つぎに、図3(d)に示すように、内壁絶縁層113を形成したブラインドビアホール112に貫通配線用の金属を充填し、導電層114を形成する。
Next, as shown in FIG. 3D, a blind via
つぎに、図3(e)に示すように、シリコンウェハ102のブラインドビアホール112形成面とは反対(裏面)側から研磨を行い、導電層114を形成している金属部分を露出させる。このとき、裏面に形成されていた保護層(酸化膜)は研磨によって失われる。また、研磨後に例えばエッチングによって、電極部分(導電層114)以外のシリコンをわずかに(例えば数μm)研磨してもよい。
Next, as shown in FIG. 3E, polishing is performed from the side opposite to the surface where the blind via
つぎに、図3(f)に示すように、裏面側の絶縁のため絶縁層115を形成する。
Next, as shown in FIG. 3F, an
その後、図3(g)に示すように、電極部分(導電層114)に対応する部分の裏面絶縁層115を除去して、導通用のコンタクトホール121を形成する。
上記従来の貫通電極形成方法には、次のような問題が生じる。すなわち、
(1)図3(b)に示すブラインドビアホール形成工程において、エッチングの深さにばらつきが生じる。
(2)ブラインドビアホール形成工程において、ブラインドビアホール112の口径が細くなるにつれて(例えば30μm以下)、レーザ顕微鏡等の深さ測長器によりエッチング深さを測定することが困難になり、ブラインドビアホール形成後の深さの検証ができなくなる。
(3)図3(e)に示す裏面研磨工程において、最も浅いブラインドビアホール112を基準に研磨を行わなければならない。
(4)裏面研磨工程において、裏面に形成されていた保護層(酸化膜)が除去されるため、図3(f)に示すように、裏面絶縁層115の形成工程が必要となる。
(5)裏面研磨工程において、裏面側の保護層すなわち絶縁層が一旦除去されるため、再度形成される絶縁層の品質が悪くなるおそれがあり、その結果裏面側の絶縁耐圧(耐電圧)が低下する。
The conventional through electrode forming method has the following problems. That is,
(1) In the blind via hole forming step shown in FIG. 3B, the etching depth varies.
(2) In the blind via hole forming step, as the diameter of the blind via
(3) In the back surface polishing step shown in FIG. 3 (e), polishing must be performed with the shallowest blind via
(4) Since the protective layer (oxide film) formed on the back surface is removed in the back surface polishing step, a back
(5) In the back surface polishing step, since the protective layer on the back side, that is, the insulating layer is once removed, the quality of the insulating layer formed again may be deteriorated. As a result, the withstand voltage (withstand voltage) on the back side is reduced. descend.
そこで本願出願人のもとで、上記(1)〜(5)の問題を解決するために、図4を参照して以下に述べるように、シリコン基板層(支持基板層)10の片面に形成したシリコン酸化膜20の表面に単結晶シリコン層30を形成(貼り付けも含む)することでそのシリコン酸化膜20を埋め込み絶縁層20として構成したシリコンウェハ2、すなわちSOI(Silicon On Insulator)ウェハ2から貫通電極付き基板を作製する方法を開発し、特許出願をした(特願2003-198023)。
(a)SOIウェハ2上にブラインドビアホール作製用の保護層11を形成する。SOIウェハ2は、例えば総厚が300−600μm、シリコン基板層10が250−550μm、埋め込み絶縁層20が0.1〜2μm程度である。また保護層11は通常、酸化膜(SiO2)、又はフォトレジスト、又は酸化膜+フォトレジストが使用される。
(b)ブラインドビアホール12を形成する。この時、ブラインドビアホール12は、埋め込み絶縁層20はSi(シリコン)と比較してエッチング速度が遅いため(選択費100以上)、外周部の穴が埋め込み絶縁層20に達し、その部分のエッチングが停止した後も、内周部の穴がその層に達するまでエッチングを継続することが可能である。よって深さ均一性の高いブラインドビアホール12が形成され、その深さはシリコンウェハ2内において埋め込み絶縁層が形成された深さとなる。
(c)形成したブラインドビアホール内壁に絶縁層13を形成する。その形成方法は、熱酸化法、PE−CVD法、陽極酸化法等が考えられる。
(d)絶縁層13を形成したブラインドビアホール12に貫通配線用の金属を充填し、導電層14を形成する。形成方法として、減圧空間内で溶融金属中に浸漬する溶融金属吸引法、印刷法、CVD法等が考えられる。
(e)ブラインドビアホール形成面と反対側(裏面側)から埋め込み絶縁層20まで、研磨もしくはエッチングによりシリコン層30を除去する。この工程により、これまでシリコン内部に形成されていた埋め込み絶縁層20は裏面側最表面の絶縁層として機能する。
(f)電極部分直下の絶縁層を、パターニング、又はエッチング、又は研磨により除去し、導通用の穴(コンタクトホール21)を形成する。
Therefore, in order to solve the above problems (1) to (5) under the present applicant, it is formed on one side of the silicon substrate layer (supporting substrate layer) 10 as described below with reference to FIG. A silicon wafer 2 in which the
(A) A
(B) The blind via
(C) The
(D) A metal for penetrating wiring is filled in the blind via
(E) The
(F) The insulating layer immediately below the electrode portion is removed by patterning, etching, or polishing to form a conduction hole (contact hole 21).
図4に示した方法により、上述の(1)〜(5)の問題が解決することができるのであるが、この図4の方法には、下記のような問題が生じる。
(イ)「(d)導電層形成」の工程で溶融金属吸引法を用いて導電層を形成する際、その原理によって充填が完全に行われず、図5(イ)に示すように、外周部に隙間(矢印A部分)が生じることがある。この隙間は最大で数μmである。
(ロ)「(e)裏面除去」の工程でシリコン層30除去後、充填金属(導電層14)と酸化膜(埋め込み絶縁層20)との密着性(図5(ロ)における矢印(B)部分の密着性)が悪いため、その間に隙間が生じることがある。
(ハ)「(f)コンタクトホール形成」の工程でコンタクトホール21を形成する際、図5(ハ)に示すように、上記隙間によって意図しない部分の酸化膜(埋め込み絶縁層20)がエッチングされてしまう異常エッチングが生じる可能性がある。
Although the above-described problems (1) to (5) can be solved by the method shown in FIG. 4, the following problems occur in the method of FIG.
(A) When forming a conductive layer using the molten metal suction method in the step of “(d) conductive layer formation”, the filling is not performed completely by the principle, and as shown in FIG. In some cases, a gap (arrow A portion) is formed. This gap is several μm at the maximum.
(B) After removing the
(C) When the
この発明の課題は、上記事情に鑑みてなされたもので、図3に示した従来の貫通電極付き基板の欠点を解消して、ブラインドビアホールの深さおよび裏面側の研磨量を一定にでき、しかも裏面側の絶縁層形成の工程が不要で絶縁耐圧(耐電圧)の低下を未然に防止できるようにするとともに、さらに、図4に示した貫通電極付き基板の欠点を解消して、導電層の外周部に隙間が生じることがなく、密着性の問題も発生せず、異常エッチングの問題も発生しない等の種々の利点を有する貫通電極付き基板及びその製造方法並びにそれを用いた電子デバイスを提供することを目的とする。 The problem of the present invention was made in view of the above circumstances, eliminating the disadvantages of the conventional substrate with a through electrode shown in FIG. 3, and making the depth of the blind via hole and the polishing amount on the back side constant, In addition, the process of forming the insulating layer on the back surface side is unnecessary, and it is possible to prevent a decrease in the withstand voltage (withstand voltage), and to eliminate the drawbacks of the substrate with through electrodes shown in FIG. A substrate with a through electrode having various advantages, such as a gap does not occur in the outer periphery of the substrate, an adhesion problem does not occur, and an abnormal etching problem does not occur, a manufacturing method thereof, and an electronic device using the substrate The purpose is to provide.
上記課題を解決する請求項1の発明は、支持基板層とシリコン層との間に埋め込み絶縁層を有するシリコンウェハから作られた貫通電極付き基板であって、
前記支持基板層に保護層をマスクとして少なくとも埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達する深さまで形成したブラインドビアホールに、内壁絶縁層を施した上で導電層を形成した後、前記シリコン層を除去することで前記導電層を露出させたことを特徴とする。
The invention of
A conductive layer is formed on the support substrate layer by applying an inner wall insulating layer to a blind via hole formed to a depth reaching the silicon layer through at least the entire thickness of the buried insulating layer using a protective layer as a mask, and then forming the conductive layer. The conductive layer is exposed by removing the layer.
請求項2の発明は、支持基板層とシリコン層との間に埋め込み絶縁層を有するシリコンウェハから作られた貫通電極付き基板であって、
前記支持基板層に保護層をマスクとして埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達しかつ当該シリコン層に凹所が生じる深さまで形成したブラインドビアホールに、内壁絶縁層を施した上で導電層を形成した後、前記シリコン層を除去することで前記導電層の前記凹所に対応する部分をウエハ外隆起部として露出させたことを特徴とする。
The invention of
The support substrate layer is filled with a protective layer as a mask, penetrates the entire insulating layer thickness, reaches the silicon layer, and is formed to a depth where a recess is formed in the silicon layer. After the formation of the layer, the silicon layer is removed so that a portion corresponding to the recess of the conductive layer is exposed as a protruding portion outside the wafer.
請求項3は、請求項1又は2記載の貫通電極付き基板において、シリコンウェハとして、支持基板層の片面に形成したシリコン酸化膜の表面に単結晶シリコン層を形成することで前記シリコン酸化膜を埋め込み絶縁層として構成したSOIウェハを用いたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the substrate with a through electrode according to the first or second aspect, the silicon oxide film is formed by forming a single crystal silicon layer on the surface of the silicon oxide film formed on one side of the support substrate layer as a silicon wafer. The present invention is characterized in that an SOI wafer configured as a buried insulating layer is used.
請求項4の発明は、支持基板層とシリコン層との間に埋め込み絶縁層を有するシリコンウェハを用いた貫通電極付き基板の製造方法であって、
前記支持基板層の表面に、ブラインドビアホールのマスク用の保護層を形成する工程と、前記支持基板層に、前記埋め込み絶縁層をストップ層としてブラインドビアホールを形成する工程と、埋め込み絶縁層に達する前記ブラインドビアホールの底部の埋め込み絶縁層をさらにエッチングし、埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達する深さのブラインドビアホールを形成する工程と、形成したブラインドビアホールの内壁に絶縁層を形成する工程と、
前記内壁絶縁層を形成したブラインドビアホールに、貫通配線用の金属を充填して導電層を形成する工程と、前記シリコン層を除去して前記導電層を露出させる工程とを含むことを特徴とする。
Invention of Claim 4 is a manufacturing method of the board | substrate with a penetration electrode using the silicon wafer which has a buried insulating layer between a support substrate layer and a silicon layer,
Forming a protective layer for masking a blind via hole on the surface of the support substrate layer; forming a blind via hole in the support substrate layer using the buried insulating layer as a stop layer; and reaching the buried insulating layer Further etching the buried insulating layer at the bottom of the blind via hole to form a blind via hole having a depth reaching the silicon layer through the entire buried insulating layer thickness, and forming an insulating layer on the inner wall of the formed blind via hole Process,
The method includes a step of filling the blind via hole in which the inner wall insulating layer is formed with a metal for penetrating wiring to form a conductive layer, and a step of removing the silicon layer to expose the conductive layer. .
請求項5の発明は、支持基板層とシリコン層との間に埋め込み絶縁層を有するシリコンウェハを用いた貫通電極付き基板の製造方法であって、
前記支持基板層の表面に、ブラインドビアホールのマスク用の保護層を形成する工程と、前記支持基板層に、前記埋め込み絶縁層をストップ層としてブラインドビアホールを形成する工程と、埋め込み絶縁層に達する前記ブラインドビアホールの底部の埋め込み絶縁層をさらにエッチングし、前記シリコン層に達する深さのブラインドビアホールを形成する工程と、シリコン層に達する前記ブラインドビアホールの底部のシリコン層をさらにエッチングして、底部のシリコン層に凹所を形成する工程と、形成したブラインドビアホールの内壁に絶縁層を形成する工程と、前記内壁絶縁層を形成したブラインドビアホールに、貫通配線用の金属を充填して導電層を形成する工程と、前記シリコン層を除去して前記導電層の前記凹所に対応する部分をウエハ外隆起部として露出させる工程とを含むことを特徴とする。
The invention of claim 5 is a method of manufacturing a substrate with a through electrode using a silicon wafer having a buried insulating layer between a support substrate layer and a silicon layer,
Forming a protective layer for masking a blind via hole on the surface of the support substrate layer; forming a blind via hole in the support substrate layer using the buried insulating layer as a stop layer; and reaching the buried insulating layer Etching the buried insulating layer at the bottom of the blind via hole to form a blind via hole having a depth reaching the silicon layer; further etching the silicon layer at the bottom of the blind via hole reaching the silicon layer; Forming a recess in the layer; forming an insulating layer on the inner wall of the formed blind via hole; and filling the blind via hole in which the inner wall insulating layer is formed with a metal for penetrating wiring to form a conductive layer A step corresponding to the recess of the conductive layer by removing the silicon layer Characterized in that a and a step of exposing a wafer outer ridges.
請求項6の発明は、請求項1、2又は3記載の貫通電極付き基板を用いたことを特徴とする電子デバイスである。 A sixth aspect of the present invention is an electronic device using the substrate with a through electrode according to the first, second, or third aspect.
本発明によれば、図4で説明した製造方法による貫通電極付き基板と同様に、ブラインドビアホールの深さおよび裏面側の研磨量を一定にできるとともに、別工程による裏面側の絶縁層形成が不要であり、品質の良好なSOI基板由来の絶縁層を用いることができるから、別工程にて形成される例えば低温酸化膜等の絶縁層の品質不良による絶縁耐圧(耐電圧)の低下を未然に防止することができる効果がある。 According to the present invention, the depth of the blind via hole and the polishing amount on the back surface side can be made constant as in the case of the substrate with through electrodes by the manufacturing method described in FIG. Since an insulating layer derived from an SOI substrate having a good quality can be used, the breakdown voltage (withstand voltage) is reduced in advance due to poor quality of an insulating layer such as a low-temperature oxide film formed in a separate process. There is an effect that can be prevented.
さらに、本発明における導電層は、少なくとも埋め込み絶縁層を貫通しシリコン層に達する深さまで形成したブラインドビアホールに金属充填して形成されるので、次のような効果を奏し、図4で説明した製造方法の問題点が解消される。
(1)裏面のシリコン層を除去するだけで、導電層が裏面側外部に露出するので、コンタクトホールを形成する工程を必要とせずに、貫通電極を形成することができる。
(2)コンタクトホールを形成する工程がないので、コンタクトホールの異常エッチングの問題が生じる余地はない。
(3)導電層形成工程として例えば、減圧空間内で溶融金属中に浸漬する溶融金属吸引法を採用した場合、ブラインドビアホールがシリコン層まで達しているから、ブラインドビアホールに金属が充填されて導電層が形成される際に、導電層(充填金属)と絶縁層との間に隙間が生じる、という問題は生じる余地はない。
(4)また、裏面除去工程で、裏面のシリコン層除去後の状態で充填金属と酸化膜との密着性が悪い、という問題が発生する余地もなく、したがって、その間に隙間が生じることもない。
(5)請求項2のように、シリコン層に凹所が形成される深さまでエッチングすることで、導電層をウエハ外(ブラインドビアホール形成面と反対側のウエハ外)にした形状とすることができる。すなわち、隆起部(バンプ)を有する貫通電極(導電層)を形成することができる。そして、シリコン層に形成する凹所を適切に設定することで、バンプ高さを任意に制御できる。
Furthermore, since the conductive layer in the present invention is formed by filling a metal into a blind via hole formed to a depth reaching at least the silicon layer through the buried insulating layer, the following effects can be obtained and the manufacturing described with reference to FIG. The problem of the method is solved.
(1) By simply removing the silicon layer on the back surface, the conductive layer is exposed to the outside on the back surface side, so that the through electrode can be formed without requiring a step of forming a contact hole.
(2) Since there is no step of forming a contact hole, there is no room for the problem of abnormal etching of the contact hole.
(3) For example, when a molten metal suction method in which the conductive layer is formed in a molten metal in a reduced pressure space is adopted as the conductive layer forming step, the blind via hole reaches the silicon layer. When this is formed, there is no room for a problem that a gap is generated between the conductive layer (filling metal) and the insulating layer.
(4) Further, there is no room for the problem that the adhesion between the filling metal and the oxide film is poor in the state after removing the silicon layer on the back surface in the back surface removing step, and therefore no gap is generated between them. .
(5) As in
以下、本発明を実施した貫通電極付き基板及びその製造方法並びにそれを用いた電子デバイスについて、図面を参照して説明する。 Hereinafter, a substrate with a through electrode, a manufacturing method thereof, and an electronic device using the same according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施例の貫通電極付き基板1の部分断面図である。この実施例の貫通電極付き基板1は、主にシリコンよりなる支持基板層10(以下、シリコン基板層とする)とシリコン層30との間に、内部絶縁層(以下、埋め込み絶縁層20と称する)を有するシリコンウェハを用いたものである。このような埋め込み絶縁層20を有するシリコンウェハとして、例えば、シリコン基板層10の片面に、一般には熱酸化により形成したシリコン酸化膜20(熱酸化膜とも称する)の表面に例えば単結晶あるいは多結晶のシリコン層30を貼り合わせあるいは成長によって形成することで、そのシリコン酸化膜20を埋め込み絶縁層20として構成したSOI(Silicon On Insulator)ウェハ2を使用するものである。なお、一般に熱酸化膜は品質が良好である。
FIG. 1 is a partial sectional view of a
この貫通電極付き基板1は、支持基板層(シリコン基板層)10に保護層11をマスクとして埋め込み絶縁層(シリコン酸化膜)20の厚み全体を貫通して前記シリコン層(単結晶シリコン層)30に達しかつ当該シリコン層30に凹所30aが生じる深さまで形成したブラインドビアホール12に、内壁絶縁層13を施した上で導電層14を形成した後、前記シリコン層30を除去することで、前記導電層14の前記凹所30aに対応する部分をウエハ外隆起部(バンプ)14aとして露出させたもので、この隆起部14aが配線を接続する部分となる。
This
図2は、図1の貫通電極付き基板1を製造する製造方法の一実施例を示すもので、断面図で示した工程図であり、(a)〜(g)の順に製造される。この貫通電極付き基板1は、支持基板層10とシリコン層30との間に埋め込み絶縁層20を有するシリコンウェハとして上記のSOIウェハ2を使用するものである。
FIG. 2 shows an embodiment of a manufacturing method for manufacturing the
まず、図2(a)に示すように、SOIウェハ2を用意してその支持基板層10上にブラインドビアホールのマスク用の保護層11を形成する。SOIウェハ2は全体の厚さが300〜600μmであり、ブラインドビアホールを形成する支持基板層10の厚さが250〜550μm、埋め込み絶縁層20の厚さが0.1〜2μm程度、シリコン層30の厚さが5〜50μm程度のものである。SOIウェハ2の具体的な一例を上げると、例えば、全体厚さ400μm、埋め込み絶縁層20の厚さ0.3μm、シリコン層(BOX層)30の厚さが30μmのウエハを使用する。
First, as shown in FIG. 2A, an
保護層11は通常、二酸化珪素(SiO2)などの酸化膜かフォトレジストのいずれか一方またはその両方が使用される。酸化膜は、例えばシリコンとの選択比が100〜200程度、フォトレジストは50〜100程度であるので、形成されるブラインドビアホールの深さを勘案して、エッチングマスクとしての保護層11の種類および厚さを決定する。すなわち、形成されるブラインドビアホールの口径は、SOIウェハ2全体の厚さより小さくて例えば5〜200μm程度であり、また、ブラインドビアホールの深さは250〜550μm程度であり、また、ブラインドビアホールの形状は丸でも四角でも任意の形状とすることができ、また、ブラインドビアホールの個数は必要に応じて任意の個数とすることができる。
As the
つぎに、図2(b)に示すように、上記のSOIウェハ2にブラインドビアホール(Blind
Via Hole)12を形成する。このブラインドビアホール形成工程において、例えば、DRIE(Deep Reactive Ion Etching)法、レーザ加工法、マイクロドリル加工法、PAECE(Photo
Assisted Electro-Chemical Etching)法など任意の形成方法を利用することが可能である。
Next, as shown in FIG. 2B, a blind via hole (Blind) is formed on the
Via Hole) 12 is formed. In this blind via hole forming process, for example, DRIE (Deep Reactive Ion Etching) method, laser processing method, micro drill processing method, PAECE (Photo
Any formation method such as an Assisted Electro-Chemical Etching method can be used.
このとき、ブラインドビアホール12は、埋め込み絶縁層20をエッチングのストップ層として形成される。すなわち、埋め込み絶縁層20はシリコンと比較してエッチング速度が遅いため(選択比100以上)、基板の外周部のブラインドビアホール12が埋め込み絶縁層20に達してその部分のエッチングが停止した後も、内周部のブラインドビアホール12が埋め込み絶縁層20に達するまでエッチングを継続することが可能である。これにより、SOIウェハ2の全体に亘って深さ均一性の高いブラインドビアホール12が形成され、その深さはSOIウェハ2内において埋め込み絶縁層20が形成された深さとなる。これにより、図3の従来方法の問題として前述した(1),(2),(3)の問題点が解決される。
At this time, the blind via
次いで、図2(c)に示すように、さらに、ブラインドビアホール12の底部の埋め込み絶縁層20をエッチングして、シリコン層30に達する深さのブラインドビアホール12を形成する。
この場合のエッチングは、ドライエッチングもしくはウェットエッチングにより行う。
ウェットエッチングによる場合は、BOE(Buffered Oxide Etchant,HF:NHF4=1:6)フッ酸・硝酸・酢酸の混合液を使用することができる。この時、埋め込み絶縁層20部分のエッチングレートは約0.1μm/minである。
ドライエッチングによる場合は、例えば四フッ化炭素(CF4)ガスを使用することができる。
Next, as shown in FIG. 2C, the buried insulating
In this case, the etching is performed by dry etching or wet etching.
In the case of wet etching, a mixed solution of BOE (Buffered Oxide Etchant, HF: NHF4 = 1: 6) hydrofluoric acid, nitric acid, and acetic acid can be used. At this time, the etching rate of the buried insulating
In the case of dry etching, for example, carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas can be used.
次いで、図2(d)に示すように、シリコン層30に達する前記ブラインドビアホール12の底部のシリコン層30をさらにエッチングして、底部のシリコン層30に凹所30aを形成する。
この時、シリコン層30のエッチング深さを任意に設定することにより、後述の通り、完成後のバンプ高さの制御が可能である。
この「Si追加エッチング」工程(シリコン層30のエッチングの工程)ではドライエッチングを使用する。このドライエッチングでは、例えば、六フッ化硫黄(SF6)ガス・八フッ化炭素(C4F8)ガス・CF4ガス・酸素(O2)ガス、又はこれらの混合ガスを使用することができる。例えば、Deep−RIE法を用いた場合、SF6ガス(130sccm)+O2ガス(13sccm)の混合ガス12秒とC4F8ガス(85sccm)9秒を切り替えて行う。この時、RF出力は例えば600Wである。この時のエッチングレートは約2μm/minである。
Next, as shown in FIG. 2D, the
At this time, by setting the etching depth of the
In this “Si additional etching” step (step of etching the silicon layer 30), dry etching is used. In this dry etching, for example, sulfur hexafluoride (SF 6 ) gas, carbon octafluoride (C 4 F 8 ) gas, CF 4 gas, oxygen (O 2 ) gas, or a mixed gas thereof may be used. it can. For example, when the Deep-RIE method is used, a mixed gas of SF 6 gas (130 sccm) + O 2 gas (13 sccm) for 12 seconds and C 4 F 8 gas (85 sccm) for 9 seconds are switched. At this time, the RF output is 600 W, for example. The etching rate at this time is about 2 μm / min.
つぎに、図2(e)に示すように、形成したブラインドビアホール12の内壁に絶縁層13を形成する。この内壁絶縁層形成工程において、例えば、熱酸化法、PE−CVD(Plasma Enhanced-Chemical Vapor Deposition)法、陽極酸化法、スパッタリング法など任意の形成方法を利用することが可能である。
Next, as shown in FIG. 2E, an insulating
つぎに、図2(f)に示すように、内壁絶縁層13を形成したブラインドビアホール12に貫通配線用の金属を充填し、導電層14を形成する。この導電層形成工程において、例えば、溶融金属吸引法、印刷法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法など任意の形成方法を利用することが可能である。
Next, as shown in FIG. 2F, the blind via
次いで、図2(g)に示すように、裏面側(ブラインドビアホール形成面と反対側)から埋め込み絶縁層20まで、研磨もしくはエッチング又はこれらの複合プロセスにより、シリコン層30部分と導電層14外側の絶縁層部分(凹所30aの面に沿う部分)を除去して、埋め込み絶縁層20を露出させると同時に、前記導電層14の前記凹所30aに対応する部分をウエハ外隆起部14aとして露出させる。こうして、裏面側に露出した隆起部(バンプ)14aを持つ導電層14が得られる。したがって、図4の貫通電極付き基板1’のように、導電層14との導通を可能にするためのコンタクトホール21をわざわざ形成する必要はない。
この「裏面部除去」工程は、裏面シリコン除去工程と絶縁層除去工程に分かれる(なお、裏面シリコン除去工程のみでよい場合も考えられる)。
裏面シリコン除去工程すなわちシリコン層30のエッチング工程は、例えばSF6ガス・CF4ガス・酸素ガス、又はこれらの混合ガスを用いたドライエッチング、あるいは、フッ酸・硝酸・酢酸混合液、水酸化カリウム水溶液を用いたウェットエッチングで行なうことができる。また、物理的な研磨等を採用することも可能である。
シリコン層30の凹所30aの面に絶縁層が形成されてこれを除去する必要がある場合の絶縁層除去工程は、図2(c)で述べた埋め込み絶縁層20の除去工程と同様でよい。すなわち、ウェットエッチングの場合は、BOE(Buffered Oxide Etchant,HF:NHF4=1:6)フッ酸・硝酸・酢酸の混合液を使用することができ、ドライエッチングの場合は、例えば四フッ化炭素(CF4)ガスを使用することができる。
なお、ブラインドビアホール形成工程で、裏面側シリコン層30に凹所30aを形成しないことも考えられる。この場合には、導電層14の最外側表面が埋め込み絶縁層20の表面と同一面となるが、当然、コンタクトホールを形成する必要はない。
Next, as shown in FIG. 2G, from the back surface side (opposite to the blind via hole forming surface) to the buried insulating
This “rear surface portion removal” step is divided into a back surface silicon removal step and an insulating layer removal step (note that only the back surface silicon removal step may be considered).
The back side silicon removal process, that is, the etching process of the
The insulating layer removing step when the insulating layer is formed on the surface of the
It is also conceivable that the
なお、前記裏面シリコン除去工程により、それまでシリコン層30の内部に形成されていた埋め込み絶縁層20が、裏面側に露出した絶縁層として機能するため、図3の従来方法の問題として前述した(3),(4),(5)の問題点が解決される。
Since the buried insulating
上述の通り、この貫通電極付き基板1の製造方法によれば、図4で説明した貫通電極付き基板1’と同様に、図3で説明した従来の貫通電極付き基板の問題が解消される。すなわち、
[1]図2(b)に示すブラインドビアホール形成工程において、形成されたブラインドビアホール12の深さにばらつきが生じない。
[2]ブラインドビアホール形成工程において、ブラインドビアホール12の口径が細くなっても、その口径にかかわらず深さを正確に一定にすることができる。
[3]図2(g)の裏面シリコン除去工程において、その研磨量を正確に一定にすることができる。
[4]裏面シリコン除去工程において、埋め込み絶縁層20が新たな絶縁層として機能するため、別途に裏面絶縁層を形成する工程が不要となる。
[5]裏面シリコン除去工程において、シリコン基板層10の裏面側は露出しないため、絶縁耐圧(耐電圧)の低下が生じない。
As described above, according to the method for manufacturing the substrate with through
[1] In the blind via hole forming step shown in FIG. 2B, there is no variation in the depth of the formed blind via
[2] In the blind via hole forming step, even if the diameter of the blind via
[3] In the backside silicon removal step of FIG. 2G, the polishing amount can be made exactly constant.
[4] In the backside silicon removal step, since the buried insulating
[5] In the backside silicon removal step, the back side of the
そして、この貫通電極付き基板1によれば、導電層14が、埋め込み絶縁層を貫通しシリコン層30に達しさらに凹所30aを形成する深さまで形成したブラインドビアホール12に充填形成されるので、次のような効果を奏する。
<1>コンタクトホールを形成することなく、貫通電極を形成することができる。
<2>コンタクトホールを形成する工程がないので、コンタクトホールの異常エッチングの問題が生じる余地はない。
<3>導電層形成工程で例えば溶融金属吸引法を用いて導電層14を形成する際に、導電層14と絶縁層(埋め込み絶縁層20)との間に隙間が生じる、という問題は生じない。
<4>裏面除去工程でシリコン層30除去後の状態で充填金属14と酸化膜(埋め込み絶縁層20)との密着性が悪い、という問題は発生する余地がなく、したがって、その間に隙間が生じることもない。
<5>シリコン層30に凹所30aが形成される深さまでエッチングすることで、導電層14をウエハ外(ブラインドビアホール形成面と反対側のウエハ外)にした形状とすることができる。すなわち、隆起部(バンプ)14aを有する貫通電極(導電層14)を形成することができる。そして、シリコン層30に形成する凹所30aを適切に設定することで、バンプ高さを任意に制御できる。
According to the
<1> A through electrode can be formed without forming a contact hole.
<2> Since there is no step of forming a contact hole, there is no room for the problem of abnormal etching of the contact hole.
<3> When forming the
<4> There is no room for the problem that the adhesion between the filling
<5> By etching to a depth at which the
なお、上記の実施例では、シリコン基板層10の片面に形成したシリコン酸化膜20の表面に単結晶シリコン層30を形成することでそのシリコン酸化膜20を埋め込み絶縁層20として構成したSOIウェハ2を使用したが、これに限定するものでなく、支持基板層10とシリコン層30との間に品質良好な埋め込み絶縁層20を有するものであれば、SOIウェハ2以外の適宜のものを使用することが可能である。
In the above embodiment, the
さらに、この発明は、上記のような貫通電極付き基板1を用いた電子デバイスにも適用されるものである。ここで、電子デバイスとは、貫通電極付き基板上に、あるいは基板自体に、各種半導体回路あるいは素子が形成あるいは搭載されたものを指す。具体的には、LSIや受発光のデバイスを指す。あるいは、これらデバイスがアセンブルされた物の一部分として使う場合も含む。
Furthermore, this invention is applied also to the electronic device using the above board |
1 貫通電極付き基板
2 SOI(Silicon On Insulator)ウェハ
10 支持基板層(シリコン基板層)
11 保護層
12 ブラインドビアホール
13 絶縁層(内壁絶縁層)
14 導電層
14a 隆起部
20 埋め込み絶縁層(シリコン酸化膜)
30 シリコン層(単結晶シリコン層)
30a 凹所
DESCRIPTION OF
11
14
30 Silicon layer (single crystal silicon layer)
30a recess
Claims (6)
前記支持基板層に保護層をマスクとして少なくとも埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達する深さまで形成したブラインドビアホールに、内壁絶縁層を施した上で導電層を形成した後、前記シリコン層を除去することで前記導電層を露出させたことを特徴とする貫通電極付き基板。 A substrate with a through electrode made from a silicon wafer having a buried insulating layer between a supporting substrate layer and a silicon layer,
A conductive layer is formed on the support substrate layer by applying an inner wall insulating layer to a blind via hole formed to a depth reaching the silicon layer through at least the entire thickness of the buried insulating layer using a protective layer as a mask, and then forming the conductive layer. A substrate with a through electrode, wherein the conductive layer is exposed by removing the layer.
前記支持基板層に保護層をマスクとして埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達しかつ当該シリコン層に凹所が生じる深さまで形成したブラインドビアホールに、内壁絶縁層を施した上で導電層を形成した後、前記シリコン層を除去することで前記導電層の前記凹所に対応する部分をウエハ外隆起部として露出させたことを特徴とする貫通電極付き基板。 A substrate with a through electrode made from a silicon wafer having a buried insulating layer between a supporting substrate layer and a silicon layer,
The support substrate layer is filled with a protective layer as a mask, penetrates the entire insulating layer thickness, reaches the silicon layer, and is formed to a depth where a recess is formed in the silicon layer. After forming the layer, the silicon layer is removed to expose a portion of the conductive layer corresponding to the recess as a protruding portion outside the wafer.
前記支持基板層の表面に、ブラインドビアホールのマスク用の保護層を形成する工程と、
前記支持基板層に、前記埋め込み絶縁層をストップ層としてブラインドビアホールを形成する工程と、
埋め込み絶縁層に達する前記ブラインドビアホールの底部の埋め込み絶縁層をさらにエッチングし、埋め込み絶縁層厚み全体を貫通して前記シリコン層に達する深さのブラインドビアホールを形成する工程と、
形成したブラインドビアホールの内壁に絶縁層を形成する工程と、
前記内壁絶縁層を形成したブラインドビアホールに、貫通配線用の金属を充填して導電層を形成する工程と、
前記シリコン層を除去して前記導電層を露出させる工程と
を含むことを特徴とする貫通電極付き基板の製造方法。 A method of manufacturing a substrate with a through electrode using a silicon wafer having a buried insulating layer between a support substrate layer and a silicon layer,
Forming a protective layer for masking blind via holes on the surface of the support substrate layer;
Forming a blind via hole in the support substrate layer using the buried insulating layer as a stop layer;
Further etching the buried insulating layer at the bottom of the blind via hole reaching the buried insulating layer to form a blind via hole having a depth reaching the silicon layer through the entire buried insulating layer thickness;
Forming an insulating layer on the inner wall of the formed blind via hole;
Filling the blind via hole in which the inner wall insulating layer is formed with a metal for penetrating wiring to form a conductive layer;
And a step of exposing the conductive layer by removing the silicon layer.
前記支持基板層の表面に、ブラインドビアホールのマスク用の保護層を形成する工程と、
前記支持基板層に、前記埋め込み絶縁層をストップ層としてブラインドビアホールを形成する工程と、
埋め込み絶縁層に達する前記ブラインドビアホールの底部の埋め込み絶縁層をさらにエッチングし、前記シリコン層に達する深さのブラインドビアホールを形成する工程と、
シリコン層に達する前記ブラインドビアホールの底部のシリコン層をさらにエッチングして、底部のシリコン層に凹所を形成する工程と、
形成したブラインドビアホールの内壁に絶縁層を形成する工程と、
前記内壁絶縁層を形成したブラインドビアホールに、貫通配線用の金属を充填して導電層を形成する工程と、
前記シリコン層を除去して前記導電層の前記凹所に対応する部分をウエハ外隆起部として露出させる工程と
を含むことを特徴とする貫通電極付き基板の製造方法。 A method of manufacturing a substrate with a through electrode using a silicon wafer having a buried insulating layer between a support substrate layer and a silicon layer,
Forming a protective layer for masking blind via holes on the surface of the support substrate layer;
Forming a blind via hole in the support substrate layer using the buried insulating layer as a stop layer;
Further etching the buried insulating layer at the bottom of the blind via hole reaching the buried insulating layer to form a blind via hole having a depth reaching the silicon layer;
Further etching the bottom silicon layer of the blind via hole reaching the silicon layer to form a recess in the bottom silicon layer;
Forming an insulating layer on the inner wall of the formed blind via hole;
Filling the blind via hole in which the inner wall insulating layer is formed with a metal for penetrating wiring to form a conductive layer;
Removing the silicon layer and exposing a portion corresponding to the recess of the conductive layer as a protruding portion outside the wafer.
An electronic device using the substrate with a through electrode according to claim 1, 2 or 3.
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