JP2006012889A - Method for manufacturing semiconductor chip and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板を貫通する貫通電極を有する半導体チップを製造する方法に関する。また、本発明は、そのような半導体チップが積層された半導体装置を製造する方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor chip having a through electrode penetrating a semiconductor substrate. The present invention also relates to a method of manufacturing a semiconductor device in which such semiconductor chips are stacked.
近年、多機能・高機能の半導体集積回路の小型化・高密度化を図るためにさまざまな半導体装置が提案されている。その中で半導体素子の微細化技術や多層配線技術などにより半導体チップをより小型化・高密度化するだけではなく、半導体チップそのものを多数積層し、それらを電気的に接続した3次元半導体集積回路装置なども提案されるようになってきた。 In recent years, various semiconductor devices have been proposed in order to reduce the size and increase the density of multi-function and high-function semiconductor integrated circuits. Among them, not only miniaturization and higher density of semiconductor chips by means of semiconductor element miniaturization technology and multilayer wiring technology, but also a three-dimensional semiconductor integrated circuit in which a large number of semiconductor chips themselves are stacked and electrically connected. Devices have also been proposed.
図8は、そのような半導体装置の一例を示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of such a semiconductor device.
図8に示すように、半導体装置150は積層された3つの半導体チップ121〜123を有しており、チップ同士は異方性導電膜106によって接合されている。なお、各半導体チップ121〜123はいずれも略同一の構成となっており、以下、半導体チップ121を例として説明する。
As illustrated in FIG. 8, the semiconductor device 150 includes three stacked
半導体チップ121は、例えばその基板上面に不図示の半導体素子や配線層(不図示)が形成されたシリコン基板101と、基板上面の配線層に電気的に接続されると共に、チップ同士を電気的に接続するための導電性部材110とを有している。
The
導電性部材110は、シリコン基板101を貫通した状態に形成された貫通電極102と、シリコン基板101の上面側および裏面側にそれぞれ形成され、貫通電極102と電気的に接続された突起電極104a、104bとで構成されている。
The conductive member 110 includes a through electrode 102 formed so as to penetrate through the
シリコン基板101の上面側および裏面側には、それぞれ、シリコン基板101と導電性部材110とを絶縁するための第1の絶縁膜103および第2の絶縁膜105が形成されている。
A first
このように構成された半導体チップ121〜123は、シリコン基板101の厚さ方向に重ねられ、チップ同士は導電性部材110および異方性導電膜106によって電気的に接続される。
The
次に、上記のような半導体チップの製造方法について、図9を参照して説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor chip as described above will be described with reference to FIG.
まず、図9(a)に示すように、シリコン基板101を用意して、その上面に半導体素子(不図示)や配線層(不図示)を形成した後、シリコン基板101の上面を覆うように第1の絶縁膜103を形成する。
First, as shown in FIG. 9A, a
次いで、図9(b)に示すように、第1の絶縁膜103のパターニングを行い、第1の絶縁膜103にマスク用のマスク開口部103aを形成する。
Next, as shown in FIG. 9B, the first
次いで、図9(c)に示すように、第1の絶縁膜103をマスク部材として、シリコン基板101を上面側からエッチングする。これにより、シリコン基板101の一部が除去されて所定の深さ寸法のトレンチ107が形成される。
Next, as shown in FIG. 9C, the
次いで、図9(d)に示すように、シリコン基板101を裏面側から研削し、トレンチ107を裏面側に開口させることにより、シリコン基板101を貫通する貫通孔108を形成する。
Next, as shown in FIG. 9D, the
次いで、図9(e)に示すように、例えばCVD法などにより、シリコン基板101の裏面全体および貫通孔108の内壁面に第2の絶縁膜105を形成する。なお、図9では、第2の絶縁膜105のうちシリコン基板1の裏面に形成されたもののみを示し、貫通孔108の内壁面に形成されたものは図示していない。
Next, as shown in FIG. 9E, a second
次いで、図9(f)に示すように、例えば金属などの導電性材料からなる導電性部材110zを、メッキ、スパッタ、CVD法などを用いて形成する。導電性部材110zは、貫通孔108内に充填される共に、第1の絶縁膜103および第2の絶縁膜105のそれぞれを覆うように形成されている。
Next, as shown in FIG. 9F, a conductive member 110z made of a conductive material such as metal is formed by plating, sputtering, CVD, or the like. The conductive member 110z is formed so as to fill the through
次いで、図9(g)に示すように、第1の絶縁膜103および第2の絶縁膜105上に形成された導電性部材110zをパターニングすることで、各絶縁膜103、105から突起した形態の突起電極104a、104bが形成され、これにより、貫通電極102と突起電極104a、104bとで構成される導電性部材110が形成される。
Next, as shown in FIG. 9G, the conductive member 110z formed on the first
以上の工程により、1つの半導体チップ121が製造される。また、同様の工程で製造した半導体チップ121〜123を異方性導電膜106を介して貼り合わせて積層していくことで、図8に示したような半導体装置150が製造される。
Through the above steps, one
次に、図9(c)の工程で説明したトレンチ107に関し、その形成方法についてより詳細に説明する。 Next, a method for forming the trench 107 described in the step of FIG. 9C will be described in more detail.
上述したような製造方法においては、トレンチ107を基板裏面側に開口させて貫通孔108を形成するものであるため、トレンチ107の形成にあたっては数十〜数百μmオーダーの深さ寸法でシリコン基板101をエッチングする必要がある。このエッチングのための方法としては、TMAHやKOHを用いたウェットエッチングと、プラズマを用いたドライエッチングとの2通りがある。
In the manufacturing method as described above, the
これら2つの方法を比較すると、まずウェットエッチングは、バッチ処理が可能であるためスループットの点ではドライエッチングより有利である。しかし、エッチングされる形状がシリコンの結晶方位に依存するため、素子の微細化を図るという点では不利である。 Comparing these two methods, first, wet etching is more advantageous than dry etching in terms of throughput because batch processing is possible. However, since the shape to be etched depends on the crystal orientation of silicon, it is disadvantageous in terms of miniaturization of the element.
例えば、TMAHを用いて結晶方位<100>面のシリコン基板を上面側からエッチングする場合、トレンチの内壁は約55°の順テーパ角となる。すなわち、トレンチは、基板上面側から裏面側に向かって先細りとなるような形状に形成される。トレンチがこのような形状となることは、トレンチ同士の間隔、言い換えれば貫通電極同士の間隔を狭めることができない点で不利である。 For example, when a silicon substrate having a crystal orientation <100> plane is etched from the upper surface side using TMAH, the inner wall of the trench has a forward taper angle of about 55 °. That is, the trench is formed in a shape that tapers from the upper surface side to the back surface side. Such a shape of the trench is disadvantageous in that the interval between the trenches, in other words, the interval between the through electrodes cannot be reduced.
また、例えば厚さ625μmのシリコン基板の裏面に100μm角の開口部を設けるためには、TMAHを用いて基板上面側から裏面側へエッチングを行なう場合に、上面での開口部は875μm角としなければならない。したがって、貫通電極同士の間隔を、例えば975μm以上とらなければならなくなる。また、上面でも開口部が100μm角の場合では、上面からの深さ寸法が71.4μmのところでエッチングが止まってしまい、それ以上深く掘り進むことはできなくなる。 Also, for example, in order to provide a 100 μm square opening on the back surface of a 625 μm thick silicon substrate, the opening on the top surface should be 875 μm square when etching from the top surface side to the back surface side using TMAH. I must. Therefore, the interval between the through electrodes must be 975 μm or more, for example. Further, when the opening is 100 μm square on the top surface, the etching stops when the depth from the top surface is 71.4 μm, and it is not possible to dig deeper further.
一方、ドライエッチングでは、枚葉処理しかできないものの上記のようなテーパ形状を生じることなくエッチングを行うことができるため、素子の微細化を図るという点では有利である。また、トレンチの内壁を仮にテーパ形状とする場合に、ウェットエッチングでは使用する基板の結晶方位によってそのテーパ角が決まってしまうが、ドライエッチングではエッチングのパラメータを変更することにより、テーパ角を制御することが可能である。 On the other hand, although dry etching can be performed only for single wafer processing, etching can be performed without producing the taper shape as described above, which is advantageous in terms of miniaturization of elements. Also, if the inner wall of the trench is tapered, the taper angle is determined by the crystal orientation of the substrate used in wet etching, but the taper angle is controlled by changing the etching parameters in dry etching. It is possible.
ドライエッチングによるシリコンの代表的な深堀り方法としてボッシュプロセスがある(特許文献1参照)。これは、SF6ガスを用いたプラズマエッチングの工程と、C4F8ガスを用いてフロローカーボン系ポリマーをトレンチの内壁面に保護膜として堆積させるプラズマデポジションの工程とを交互に繰り返すことで、シリコンの高速異方性エッチングを可能としたプロセスである。ボッシュプロセスでは、条件次第で例えば20μm/min以上のエッチング速度を実現することができ、しかも内壁が基板面に対して垂直なトレンチ形状を得ることができる。
しかしながら、上記したボッシュプロセスの製造方法では、以下に示す問題点があった。 However, the above-described manufacturing method of the Bosch process has the following problems.
すなわち、ボッシュプロセスでは、深いトレンチを形成するためにエッチングを進めていくと、次第にエッチング速度は遅くなっていき、場合によってはエッチングがそれ以上進行しなくなることもある。これは、トレンチが深くなるにつれてエッチングに寄与するFラジカルの入射角度の範囲が狭くなり、トレンチの底面に到達するFラジカルの密度が低下してしまうためである。シリコン基板に対して上記のような貫通孔を形成するためには、前述の通り、深さ寸法が数百μm程度のトレンチを形成するエッチングが必要になるが、エッチング速度がしだいに低下していくため、エッチングに要する時間が長くなってしまい、結果的には生産性の低下を招いてしまう。 That is, in the Bosch process, when etching is performed to form a deep trench, the etching rate gradually decreases, and in some cases, the etching may not proceed further. This is because as the trench becomes deeper, the range of the incident angle of F radicals contributing to etching becomes narrower, and the density of F radicals reaching the bottom surface of the trench decreases. In order to form the above-described through-hole in the silicon substrate, as described above, it is necessary to perform etching to form a trench having a depth dimension of about several hundred μm, but the etching rate gradually decreases. As a result, the time required for etching becomes long, resulting in a decrease in productivity.
また、このようにエッチング時間が長くなれば、マスク部材の膜厚を、長時間のエッチングに耐えうる程度に厚くする必要がある。例えば、シリコンの熱酸化膜(マスク部材)とシリコンとのエッチング選択比を1:100程度と仮定すると、300μmの深さ寸法のトレンチを形成するには、計算上、マスク部材の厚さを3μm以上とする必要がある。マスク部材の膜厚が厚くなれば、シリコン基板表面の積層膜の内部応力が増大するため、場合によっては、クラックを発生するなどの不具合を招くおそれがある。一方、長時間のエッチングに耐えうるようにマスク部材の膜質を緻密にすることで膜厚を薄くすることは可能である。しかし、そのような緻密な膜は薄くてもその内部応力は大きくなるため、結局、上記と同様の不具合を招くおそれがある。 In addition, when the etching time is increased as described above, it is necessary to increase the thickness of the mask member to such an extent that it can withstand long-time etching. For example, assuming that the etching selectivity ratio between a silicon thermal oxide film (mask member) and silicon is about 1: 100, in order to form a trench having a depth of 300 μm, the thickness of the mask member is calculated to be 3 μm. It is necessary to do it above. When the film thickness of the mask member is increased, the internal stress of the laminated film on the surface of the silicon substrate is increased, and in some cases, there is a risk of causing problems such as generation of cracks. On the other hand, it is possible to reduce the film thickness by densifying the film quality of the mask member so that it can withstand long-time etching. However, even if such a dense film is thin, its internal stress becomes large, and as a result, there is a possibility of causing the same problem as described above.
また、トレンチの深さを浅くして生産性を向上させることも考えられるが、トレンチを浅くした場合では、貫通孔を設けるためにシリコン基板をより薄くまで研削しなければならず、シリコン基板が薄層化してしまい機械的強度が低下する。したがって、シリコン基板の上面側のデバイス面に積層された絶縁膜などによってシリコン基板に反りが生じたり、小さな力が加わるだけで容易に割れてしまったりすることとなる。 In addition, it is conceivable to improve the productivity by reducing the depth of the trench, but when the trench is made shallow, the silicon substrate must be ground to a thinner thickness in order to provide a through hole. As a result, the mechanical strength decreases. Therefore, the silicon substrate is warped by an insulating film or the like laminated on the device surface on the upper surface side of the silicon substrate, or is easily broken only by applying a small force.
本発明は上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、貫通電極用の貫通孔の形成時間を短縮化することで生産性を向上させた半導体チップの製造方法を提供することにある。また、本発明の他の目的は、そのような製造方法を利用した本導体装置の製造方法を提供することにある。さらに本発明の他の目的は、上記のような製造方法を用いることによって信頼性を向上させた半導体チップおよび半導体装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor chip manufacturing method in which productivity is improved by shortening the formation time of a through hole for a through electrode. There is. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the conductor device using such a manufacturing method. Still another object of the present invention is to provide a semiconductor chip and a semiconductor device which have improved reliability by using the manufacturing method as described above.
上記目的を達成するため、本発明の半導体チップの製造方法は、半導体基板を貫通する貫通電極を有する半導体チップの製造方法であって、半導体基板の一方の面から異方性エッチングにて第1のトレンチを形成する工程と、前記半導体基板の前記一方の面の反対側の面から、異方性エッチングにて、前記第1のトレンチに連通する第2のトレンチを形成する工程と、前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとが連通することによって形成された貫通孔の内壁面に絶縁性材料からなる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜が形成された前記貫通孔内に導電性材料を充填して前記貫通電極を形成する工程を有するものである。 In order to achieve the above object, a method for manufacturing a semiconductor chip according to the present invention is a method for manufacturing a semiconductor chip having a through electrode penetrating a semiconductor substrate, and is first anisotropically etched from one surface of the semiconductor substrate. Forming a second trench, forming a second trench communicating with the first trench by anisotropic etching from a surface opposite to the one surface of the semiconductor substrate, and the first A step of forming an insulating film made of an insulating material on the inner wall surface of the through-hole formed by communication between the first trench and the second trench; and a conductive layer in the through-hole in which the insulating film is formed. A step of filling the conductive material to form the through electrode.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、上記半導体チップの製造方法によって製造された複数の半導体チップを、前記半導体チップ同士がそれぞれの前記貫通電極を介して電気的に接続されるように積層して半導体装置とするものである。 Also, the semiconductor device manufacturing method of the present invention includes stacking a plurality of semiconductor chips manufactured by the semiconductor chip manufacturing method so that the semiconductor chips are electrically connected to each other through the through electrodes. Thus, a semiconductor device is obtained.
また、本発明の半導体チップは、上記本発明の製造方法によって製造可能であり、貫通電極が、前記半導体基板の一方の面から異方性エッチングにて形成された第1のトレンチと、前記一方の面の反対側の面から異方性エッチングにて形成された第2のトレンチとが連通することによって形成された貫通孔内に設けられているものである。そして、本発明の半導体装置は、そのような半導体チップを積層して構成されるものである。 Further, the semiconductor chip of the present invention can be manufactured by the manufacturing method of the present invention, wherein the through electrode is formed by anisotropic etching from one surface of the semiconductor substrate, and the one And a second trench formed by anisotropic etching from the surface on the opposite side of the surface in the through hole formed. The semiconductor device of the present invention is configured by stacking such semiconductor chips.
上記本発明の製造方法によれば、半導体基板の一方の面から第1のトレンチを形成し、その反対側の面から第2のトレンチを形成することで、半導体基板を貫通する貫通孔が形成されるものであるため、片面側からのみのエッチングを行うと共に半導体基板を反対側から研削することで貫通孔を形成する従来の製造方法と比較して、貫通孔を形成するための時間が短縮化する。 According to the manufacturing method of the present invention, the first trench is formed from one surface of the semiconductor substrate, and the second trench is formed from the opposite surface, thereby forming a through-hole penetrating the semiconductor substrate. Compared to the conventional manufacturing method in which the through hole is formed by performing etching only from one side and grinding the semiconductor substrate from the opposite side, the time for forming the through hole is shortened. Turn into.
また、本発明の半導体チップは、上記本発明の製造方法で製造されるものであり、従来の方法と比較して、貫通孔を形成するために行うチップのデバイス面側に対するエッチングが少なくて済むため、エッチングによるデバイス(半導体素子)への悪影響が低減する。また、本発明の製造方法は、貫通孔を形成するために基板を研削して薄膜化するものではないため、半導体基板の厚さが十分に確保され、機械的強度が低下することもない。そして、そのような半導体チップを用いて製造される本発明の半導体装置は、本発明の半導体チップの上記のような効果により、結果的に高信頼性なものとなる。 In addition, the semiconductor chip of the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention, and compared with the conventional method, the etching on the device surface side of the chip performed for forming the through hole may be less. Therefore, the adverse effect on the device (semiconductor element) due to etching is reduced. Moreover, since the manufacturing method of the present invention does not grind the substrate to form a through hole to form a through hole, the semiconductor substrate is sufficiently thick and the mechanical strength is not lowered. And the semiconductor device of this invention manufactured using such a semiconductor chip becomes highly reliable as a result by the above effects of the semiconductor chip of this invention.
上述したように、半導体チップおよび半導体装置を製造するための本発明の製造方法によれば、半導体基板の一方の面から形成したトレンチとその反対側の面から形成したトレンチとを連通させて貫通孔を形成するものであるため、貫通孔を形成するための時間が短縮化し、結果的に半導体チップおよび半導体装置を生産性よく製造することが可能となる。また、そのような方法によって製造された本発明の半導体チップは、エッチングによるデバイスの損傷が抑えられ、機械的強度も十分に確保された高信頼性なものとなり、そのような半導体チップを用いる本発明の半導体装置も結果的に高信頼性なものとなる。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention for manufacturing a semiconductor chip and a semiconductor device, a trench formed from one surface of a semiconductor substrate and a trench formed from the surface on the opposite side communicate with each other. Since the hole is formed, the time for forming the through hole is shortened, and as a result, the semiconductor chip and the semiconductor device can be manufactured with high productivity. Further, the semiconductor chip of the present invention manufactured by such a method has high reliability in which damage to the device due to etching is suppressed and sufficient mechanical strength is ensured, and a book using such a semiconductor chip is used. The semiconductor device of the invention also becomes highly reliable as a result.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態による製造方法で製造される半導体装置の一例を示す断面図である。図2は、本発明の第1の実施形態による半導体チップの製造方法を説明するための図である。
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a diagram for explaining a method of manufacturing a semiconductor chip according to the first embodiment of the present invention.
図1に示す半導体装置50は、図8に示した半導体装置150とほぼ同一の構成となっている。すなわち、半導体装置50は、異方性導電膜6を用いて接合されて積層された3つの半導体チップ20a〜20c(以下、半導体チップ20という)を有している。また、各半導体チップ20は導電性部材10および異方性導電膜6を介して互いに電気的に接続されている。
The semiconductor device 50 shown in FIG. 1 has substantially the same configuration as the semiconductor device 150 shown in FIG. That is, the semiconductor device 50 includes three
1つの半導体チップ20を例に挙げてその構成について以下に説明する。 A configuration of one semiconductor chip 20 will be described below as an example.
半導体チップ20は、その上面側がデバイス面となっており、図示しないが、シリコン基板1の上面には半導体素子やそれに電気的に接続された配線層が形成されている。また、半導体チップ20は導電性材料からなる導電性部材10を有しており、この導電性部材10は、シリコン基板1を貫通した状態に形成された貫通電極2と、シリコン基板1の上面側および裏面側にそれぞれ形成された突起電極4a、4bとで構成されている。
The upper surface side of the semiconductor chip 20 is a device surface. Although not shown, a semiconductor element and a wiring layer electrically connected thereto are formed on the upper surface of the
なお、図示する構成では貫通電極2が1つしか形成されてないが、複数の貫通電極2が形成されていてもよい。
In the illustrated configuration, only one through
貫通電極2の外周面の形状、言い換えれば、シリコン基板1に設けた貫通孔8(図2参照)の内壁面の形状が、図示するように凹凸形状となっているのは後述するようにボッシュプロセスを利用して貫通孔8を設けたためである。なお、図1は、この凹凸形状を誇張して模式的に示したものであり、実際にはより平坦なものとなっている。
The shape of the outer peripheral surface of the through-
図8に示した半導体装置150と同じように、シリコン基板1の上面と突起電極4aとの間には、シリコン基板1と突起電極4aとを絶縁するための第1の絶縁膜3が形成されており、また、シリコン基板1の裏面と突起電極4bとの間には、同じくシリコン基板1と突起電極4bとを絶縁するための第2の絶縁膜5が形成されている。また、図示しないが、貫通電極2の周りにも、貫通電極2とシリコン基板1とを絶縁するための第3の絶縁膜が形成されている。導電性部材10はこのように、絶縁膜によってそのほとんどの部位がシリコン基板1と絶縁された状態となっているが、図示しない接続部では部分的にシリコン基板1上面の配線層(不図示)と電気的に接続されており、これにより外部からの電力をシリコン基板1上に形成された半導体素子(不図示)に供給できるようになっている。
As in the semiconductor device 150 shown in FIG. 8, a first
次に、図2を参照して本実施形態による半導体チップの製造方法について説明する。 Next, the semiconductor chip manufacturing method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG.
まず、図2(a)に示すように、シリコン基板1を用意して、基板上面に半導体素子(不図示)や配線層(不図示)を形成した後、シリコン基板1の上面全体を覆うように第1の絶縁膜3を形成する。
First, as shown in FIG. 2A, a
次いで、図2(b)に示すように、第1の絶縁膜3のパターニングを行い、第1の絶縁膜3にマスク用のマスク開口部3aを形成する。これにより、シリコン基板1の上面の一部が露出される。
Next, as shown in FIG. 2B, the first insulating
次いで、図2(c)に示すように、第1の絶縁膜3をマスク部材として、シリコン基板1を上面側からエッチングし、その深さ寸法がシリコン基板1の厚さの半分程度である第1のトレンチ7aをボッシュプロセスを利用して形成する。
Next, as shown in FIG. 2C, the
次いで、図2(d)に示すように、シリコン基板1の裏面全体にマスク部材となる第2の絶縁膜5を形成する。この第2の絶縁膜5は、例えば、第1の絶縁膜3を形成する方法と同じ方法を用いて、第1の絶縁膜3と同一の材質で、かつ、同一の膜厚に形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 2D, a second
次いで、図2(e)に示すように、第2の絶縁膜5にマスク用のマスク開口部5aを形成する。このマスク開口部5aは、その大きさが、上面側のマスク開口部3aとほぼ同じ大きさとなっており、また、その位置は、シリコン基板1の厚さ方向に投影したときにそれぞれのマスク開口部3a、5aが一致するような位置となっている。
Next, as shown in FIG. 2E, a
次いで、図2(f)に示すように、第2の絶縁膜5をマスク部材として、例えばボッシュプロセスを利用してシリコン基板1を裏面側からエッチングする。このエッチングにより、第1のトレンチ7aの底面と連通する第2のトレンチ7bが形成され、最終的に第1および第2のトレンチ7a、7bからなる貫通孔8が形成される。貫通孔8が形成されたら、貫通孔8の内壁面にシリコン基板1と貫通電極2とを絶縁するための第3の絶縁膜(不図示)を形成する。
Next, as shown in FIG. 2F, the
次いで、図2(g)に示すように、金属などの導電性材料からなる導電性部材10zを、メッキ、スパッタ、またはCVD法などを用いて形成する。導電性部材10zは、貫通孔8内に充填されると共に、第1の絶縁膜3および第2の絶縁膜5のそれぞれの全面を覆うように形成される。このように、貫通孔8内に導電性材料が充填されることにより、その導電性材料が貫通電極2となる。
Next, as shown in FIG. 2G, a conductive member 10z made of a conductive material such as metal is formed using plating, sputtering, CVD, or the like. The conductive member 10z is formed so as to fill the inside of the through
次いで、図2(h)に示すように、第1の絶縁膜3上および第2の絶縁膜5上に形成された導電性部材10zのそれぞれをパターニングすることで、各絶縁膜3、5から突起した形態の突起電極4a、4bが形成され、最終的に、貫通電極2と突起電極4a、4bとで構成される導電性部材10が形成される。
Next, as shown in FIG. 2 (h), by patterning each of the conductive members 10z formed on the first insulating
上記一連の工程により、半導体チップ20が製造される。 The semiconductor chip 20 is manufactured through the above series of steps.
このようにして製造された半導体チップ20を、異方性導電膜6を介してチップ同士が電気的に接続されるように積層することによって図1の半導体装置50が製造される。 The semiconductor device 50 shown in FIG. 1 is manufactured by stacking the semiconductor chips 20 manufactured in this way so that the chips are electrically connected via the anisotropic conductive film 6.
なお、第1の絶縁膜3および第2の絶縁膜5は、絶縁部材として用いられる他にも、上述のようにエッチング時のマスク部材としても用いられるものであるため、エッチングに対してある程度耐性のある材質であることが必要であり、特にその膜厚は、トレンチ7a、7bを形成し終わるまでの間に絶縁膜3、5がエッチングによって除去されてしまうことのない程度の厚さとされていることが必要である。
The first
また、トレンチ7a、7bは、その内径がほぼ同一となっているものに限られるものではなく、第1のトレンチ7aの内径と第2のトレンチ7bの内径とが異なっていてもよい。この場合、絶縁膜3、5にそれぞれ形成するマスク開口部3a、5aの大きさを変更してトレンチ7a、7bの内径形状を変更すればよい。
The
(実施例1)
本発明の第1の実施形態による製造方法のより具体的な例について、図2(a)〜(h)に示した工程に対応させながら以下に説明する。
Example 1
A more specific example of the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described below in correspondence with the steps shown in FIGS.
(a)シリコン基板1として、直径150mm、厚さ625μmのシリコンウェハを用意した。そして、第1の絶縁膜3として、プラズマCVD法を用いて厚さ4μmのプラズマ酸化膜を形成した。このときの条件は、基板温度380℃、圧力1.8Torr、SiH4=250cc/min、N2O=1200cc/min、N2=4000cc/min、13.56MHzの高周波出力1800Wとし、成膜速度は4100Å/minであった。
(A) A silicon wafer having a diameter of 150 mm and a thickness of 625 μm was prepared as the
(b)マスク開口部3aは、プラズマ酸化膜(第1の絶縁膜3)を部分的にエッチングすることで形成した。このときのエッチング条件は、基板温度25℃、圧力0.5Torr、CF4=20cc/min、CHF3=25cc/min、Ar=300cc/min、13.56MHzの高周波出力800Wとし、エッチング速度は5000Å/minであった。
(B) The
(c)第1のトレンチ7aは、デポジションとエッチングとを交互に繰り返すボッシュプロセスを用いて形成した。このときの条件は、基板温度23℃、圧力3.1Pa、C4F8=200cc/min、13.56MHzの高周波出力2800Wのデポジションと、基板温度23℃、圧力8.3Pa、SF6=750cc/min、13.56MHzの高周波出力2800Wのエッチングとを、2sec/7secのサイクルで68minにわたって行った。その結果、深さ寸法が315μmで、内壁がシリコン基板1の基板面に対して垂直な第1のトレンチ7aを得た。また、このとき、シリコンとプラズマ酸化膜(第1の絶縁膜3)との選択比は150:1であり、プラズマ酸化膜は厚さ0.9μmが残った。
(C) The
(d)(e)(f)上記(a)〜(c)と同様の工程および同様の条件により、第2の絶縁膜5、マスク開口部5a、および第2のトレンチ7bを形成し、貫通孔8を形成した。第2のトレンチ7bは、第1のトレンチ7aと同様、その内壁がシリコン基板1の基板面に対して垂直となっており、したがって、最終的に形成された貫通孔8の内壁も基板面に対して垂直なものとなった。その後、第3の絶縁膜(不図示)として、プラズマCVD法を用いて厚さ1μmのプラズマ酸化膜を貫通孔8の内壁面に形成した。このときの成膜条件は、基板温度400℃、圧力8.2Torr、TEOS/He=1600cc/min、O2=550cc/min、13.56MHzの高周波出力700Wとし、成膜速度は6500Å/minであった。
(D) (e) (f) The second
(g)導電性部材10zとして、電解メッキ法でCuを成膜した。このときの成膜条件は、溶液温度25℃、電流密度18mA/cm2、電極間距離20mmとした。 (G) Cu was formed into a film by the electroplating method as the electroconductive member 10z. The film forming conditions at this time were a solution temperature of 25 ° C., a current density of 18 mA / cm 2 , and a distance between electrodes of 20 mm.
(h)導電性部材10zとして形成したCuのパターニングを行って、導電性部材10を形成した。 (H) The conductive member 10 was formed by patterning Cu formed as the conductive member 10z.
以上一連の工程により、実施例1として半導体チップ20を製造した。 The semiconductor chip 20 was manufactured as Example 1 by the series of steps described above.
ボッシュプロセスでは、デポジションとエッチングとを一定周期で交互に繰り返してシリコンの異方性エッチングを行うものであるため、この周期に応じてトレンチ7a、7bの内壁には微小な凹凸が形成される。また、ボッシュプロセスでは深く掘り進むにつれてエッチング速度が低下し、また、これに応じてトレンチ7a、7bの内壁の凹凸形状も変化していく。この変化とは、凹凸の周期は変化しないが、凹凸の高さが低くなっていくものである。このためトレンチ底面の近傍では、開口部近傍に比べて内壁の凹凸が目立たなくなり、ほぼ鏡面に近い形状となる。
In the Bosch process, deposition and etching are alternately repeated at a constant period to perform anisotropic etching of silicon, and minute irregularities are formed on the inner walls of the
なお、本実施例では具体例として種々の数値(例えばエッチング条件やトレンチの深さ寸法などの数値)を挙げているが、いずれもここに挙げた数値のみに限定されず、目的に応じて自由に選択することが可能である。 In this embodiment, various numerical values (for example, numerical values such as etching conditions and trench depth dimensions) are given as specific examples, but these are not limited to the numerical values listed here, and can be freely set according to the purpose. It is possible to select.
以上説明したように本実施形態の製造方法によれば、シリコン基板1の一方の面から第1のトレンチ7aを形成し、その反対側の面から第2のトレンチ7bを形成することで貫通孔8が形成されるものであるため、図9を参照して説明した従来の製造方法と比較して貫通孔8の形成時間が短縮化する。この理由は、トレンチ7a、7bの深さ寸法はいずれもほぼ基板厚さの半分程度であり、ボッシュプロセスを利用してエッチングを行ったとしてもFラジカルの密度低下に起因して生じるエッチング速度の低下の影響を受けにくいためである。
As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, the
また、貫通孔8を形成するためのエッチングは基板両面側からそれぞれ行われるものであるので、片面側からのみエッチングするものと比較してそれぞれのマスク部材(第1の絶縁膜3、第2の絶縁膜5)の膜厚を薄くすることができる。
In addition, since the etching for forming the through
また、本実施形態の製造方法によれば、シリコン基板1が比較的厚いものであっても貫通孔8を形成することが可能であり、また、図9の従来方法のように裏面側の研削を行うものでもないため、シリコン基板1の厚さを十分に確保することができ、半導体チップ20の機械的強度の低下を招くこともない。
Further, according to the manufacturing method of the present embodiment, the through-
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態による製造方法で製造される半導体装置の一例を示す断面図である。図4は、本発明の第2の実施形態による半導体チップの製造方法を説明するための図である。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a sectional view showing an example of a semiconductor device manufactured by the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view for explaining a method of manufacturing a semiconductor chip according to the second embodiment of the present invention.
図3の半導体装置51は、図1の半導体装置50と比較すると貫通電極12の形状が変更されている点で相違している。その他の構成は図1の半導体装置50と同様となっているため、同一機能の構造部には図1と同一の符号を付しその説明を省略する。 The semiconductor device 51 in FIG. 3 is different from the semiconductor device 50 in FIG. 1 in that the shape of the through electrode 12 is changed. Since the other configuration is the same as that of the semiconductor device 50 of FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG.
第1の実施形態(実施例1)では上面側の第1のトレンチ7aおよび裏面側の第2のトレンチ7bをそれぞれボッシュプロセスを利用して形成する方法について説明したが、本発明はそれに限らず、例えばSF6/O2ガスによるプラズマエッチングを利用してトレンチを形成してもよい。
In the first embodiment (Example 1), the method of forming the
SF6/O2ガスによるプラズマエッチングでは、トレンチの内壁面は鏡面状となり、ボッシュプロセスでみられるような凹凸は発生しない。また、エッチングプロセスのパラメータを変更することで、トレンチ内壁のテーパ角を変化させることが可能である。したがって、本実施形態のトレンチは図示するように基板中心部に向かって先細りとなるような形状、言い換えれば、基板中心部に向かって開口の口径が徐々に小さくなっていくような形状となっているが、逆に、基板中心部に向かって開口の口径が徐々に大きくなるような形状のトレンチを形成することも可能である。 In plasma etching with SF 6 / O 2 gas, the inner wall surface of the trench is mirror-like, and unevenness as seen in the Bosch process does not occur. Further, the taper angle of the inner wall of the trench can be changed by changing the parameters of the etching process. Therefore, the trench according to the present embodiment has a shape that tapers toward the center of the substrate as illustrated, in other words, a shape in which the aperture diameter gradually decreases toward the center of the substrate. However, conversely, it is possible to form a trench having a shape in which the aperture diameter gradually increases toward the center of the substrate.
次に、図4を参照して本実施形態による半導体チップの製造方法について説明する。なお、第1の実施形態の製造方法と同様の工程についてはその詳細な説明を省略し、また、基板の両側からそれぞれトレンチを形成して貫通孔とする点でも第1の実施形態の製造方法と共通しているので、全体としての説明も簡単に行う。 Next, the semiconductor chip manufacturing method according to the present embodiment will be explained with reference to FIG. The detailed description of the same steps as the manufacturing method of the first embodiment is omitted, and the manufacturing method of the first embodiment is also provided in that trenches are formed from both sides of the substrate to form through holes. As a whole, the overall explanation is also simple.
図4に示す第2の実施形態の製造方法は、以下の通りである。
(a)シリコン基板1の上面に第1の絶縁膜3を形成し、マスク開口部3aを形成する。
(b)第1の絶縁膜3をマスク部材として基板上面側からプラズマエッチングを行い第1のトレンチ17aを形成する。なお、第1のトレンチ17aの深さ寸法は、シリコン基板1の厚さの半分程度となっている。
(c)シリコン基板1の裏面に、上記(a)と同様の工程で第2の絶縁膜5を形成する。
(d)第2の絶縁膜5にマスク開口部5aを形成する。
(e)基板裏面側から、上記(c)と同様の工程で第2のトレンチ17bを形成し、貫通孔18を形成する。そして、貫通孔18内に第3の絶縁膜(不図示)を形成する。
(f)導電性部材11zを形成する。
(g)導電性部材11zをパターンニングし、貫通電極12と突起電極4a、4bとからなる導電性部材11を形成する。
The manufacturing method of the second embodiment shown in FIG. 4 is as follows.
(A) A first insulating
(B) Plasma etching is performed from the upper surface side of the substrate using the first insulating
(C) A second
(D) A
(E) From the substrate rear surface side, the
(F) The conductive member 11z is formed.
(G) The conductive member 11z is patterned to form the conductive member 11 including the through electrode 12 and the protruding
以上一連の工程により、半導体チップ21が製造される。 The semiconductor chip 21 is manufactured through the series of steps described above.
SF6/O2ガスを用いたプラズマエッチングは、トレンチを深く掘り進んだ際にエッチング速度が低下する度合いがボッシュプロセスに比べて大きい。したがって、プラズマエッチングプロセスを本発明に適用することによる貫通孔形成工程の短時間化の効果は、ボッシュプロセスを適用した場合よりも大きいものとなる。 In plasma etching using SF 6 / O 2 gas, the degree to which the etching rate decreases when the trench is deeply drilled is larger than that in the Bosch process. Therefore, the effect of shortening the through-hole forming step by applying the plasma etching process to the present invention is greater than when the Bosch process is applied.
(実施例2)
本発明の第2の実施形態による製造方法のより具体的な例について以下に説明する。なお、本実施形態と第1の実施形態との相違点は、トレンチをボッシュプロセスではなくてSF6/O2系のエッチングで形成する点であり、その他の工程や各構造部の材質等は実施例1と同様であるためその説明は省略し、本実施形態の特徴的な工程である図4(b)、(e)についてのみ説明する。
(Example 2)
A more specific example of the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention will be described below. The difference between the present embodiment and the first embodiment is that the trench is formed not by the Bosch process but by SF 6 / O 2 etching, and other processes, materials of the respective structural portions, etc. Since it is the same as that of Example 1, the description thereof is omitted, and only FIGS. 4B and 4E which are characteristic steps of the present embodiment will be described.
(b)第1のトレンチ17aは、SF6/O2ガスによるプラズマエッチングにより形成した。このときのエッチング条件は、基板温度−100℃、圧力2.0Pa、SF6=55cc/min、O2=30cc/min、2.5GHzの高周波出力800W、800kHzのバイアス低周波45Wとした。その結果、深さ寸法350μmの第1のトレンチ17aを得た。また、トレンチの内壁のテーパ角は基板面に対して91度であった。また、このとき、シリコンとプラズマ酸化膜(第1の絶縁膜3)との選択日は350:1であり、プラズマ酸化膜は厚さ2μmが残った。
(B) The
(e)上記(b)と同様の工程により、第2のトレンチ17bを形成し貫通孔18形成した。貫通孔18の断面形状は、基板の厚さ方向において、シリコン基板1の上面側と裏面側とで対称な形状となった。
(E) The
なお、本実施例では具体例として種々の数値(例えばエッチング条件、テーパ角、トレンチ深さ寸法の数値など)を挙げているが、いずれもここに挙げた数値のみに限定されず、目的に応じて自由に選択することが可能である。 In the present embodiment, various numerical values (such as etching conditions, taper angles, and trench depth dimensions) are given as specific examples. However, all of the numerical values are not limited to the numerical values listed here, depending on the purpose. Can be selected freely.
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態による半導体チップの製造方法を説明するための図である。
(Third embodiment)
FIG. 5 is a diagram for explaining a method of manufacturing a semiconductor chip according to the third embodiment of the present invention.
上述した2つの実施形態はいずれも、まず、基板上面側(デバイス面側)の第1のトレンチ7a、17aを先に形成するものであったが、本発明はそれに限らず、裏面側の第2のトレンチを先に形成するものであってもよい。なお、本実施形態の製造方法は、第1の実施形態の製造方法において第1のトレンチ7a(図2参照)の形成工程と第2のトレンチ7bの形成工程の順番を入れ替えたものであり、その他の工程や各構造部の材質等は第1の実施形態と同様である。
In each of the two embodiments described above, the
図5に示す第3の実施形態の製造方法は、以下の通りである。
(a)シリコン基板1の裏面に第2の絶縁膜5を形成し、マスク開口部5aを形成する。
(b)第2の絶縁膜5をマスク部材として、ボッシュプロセスによるエッチングを行って基板裏面側に第2のトレンチ7bを形成する。
(c)シリコン基板1の上面に第1の絶縁膜3を形成する。
(d)第1の絶縁膜3にマスク開口部3aを形成する。
(e)第1の絶縁膜3をマスク部材として、ボッシュプロセスによるエッチングを行って基板上面側に第1のトレンチ7aを形成し、貫通孔8を形成する。そして、貫通孔8内に第3の絶縁膜(不図示)を形成する。
(f)導電性部材10zを形成する。
(g)導電性部材10zをパターニングして、貫通電極2と突起電極4a、4bとからなる導電性部材10を形成する。
The manufacturing method of the third embodiment shown in FIG. 5 is as follows.
(A) A second
(B) Using the second
(C) A first insulating
(D) A
(E) Using the first insulating
(F) The conductive member 10z is formed.
(G) The conductive member 10z is patterned to form the conductive member 10 including the through
以上一連の工程により、半導体チップ22が製造される。 The semiconductor chip 22 is manufactured through the series of steps described above.
なお、シリコン基板1の上面に半導体素子(不図示)を形成する工程は、例えば図5(b)に示す第2のトレンチ7bを形成する工程と、図5(c)に示す第1の絶縁膜3を形成する工程との間に行うことが可能である。例えば図2を参照して説明した第1の実施形態による製造方法では、製造工程における初期の工程(図2(a)に示す工程)で半導体素子を形成するものであったが、このように、半導体素子形成の工程を第2のトレンチ7bを形成した後に行うようにすることによって、半導体素子を形成してから完成に至るまでの工程数が少なくなり、例えばデバイス面に何らかの装置等がぶつかるなどして起こる半導体素子の損傷の発生率を低減することができる。
In addition, the process of forming a semiconductor element (not shown) on the upper surface of the
また、本実施形態では、トレンチ7a、7bの形成にボッシュプロセスによるエッチングを適用したが、それに限らず、SF6/O2ガスによるプラズマエッチングを適用してもよいし、あるいは、ボッシュプロセスおよびプラズマエッチングを組み合わせることも可能である。例えば、第1のトレンチ7aをボッシュプロセスで形成し、第2のトレンチ7bとプラズマエッチングで形成してもよい。
In this embodiment, etching by the Bosch process is applied to the formation of the
(第4実施形態)
第3の実施形態のように裏面側の第2のトレンチ7bを先に形成する場合、第2のトレンチ7bを、第1のトレンチ7aと比較してより深く形成してもよい。
(Fourth embodiment)
When the
図6は、本発明の第4の実施形態による半導体チップの製造方法を説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining a semiconductor chip manufacturing method according to the fourth embodiment of the present invention.
本実施形態の製造方法では、図6(a)に示すように、第1のトレンチ27aの形成に先立って、深さ寸法が第1のトレンチ27aと比較して相対的に大きい第2のトレンチ27bを基板裏面側に形成する。 In the manufacturing method of the present embodiment, as shown in FIG. 6A, prior to the formation of the first trench 27a, the second trench whose depth dimension is relatively larger than that of the first trench 27a. 27b is formed on the back side of the substrate.
そして、図6(b)に示すように、深さ寸法が相対的に小さい第1のトレンチ27aと基板上面側に形成し、貫通孔28を形成する。 Then, as shown in FIG. 6B, the first trench 27a having a relatively small depth dimension is formed on the substrate upper surface side, and the through hole 28 is formed.
このように、第2のトレンチ27bの深さ寸法を相対的に大きくすることで、第1のトレンチ27aの深さ寸法が相対的に小さくなる。したがって、第1のトレンチ27aを形成するためのエッチング量が少なくて済むこととなる。エッチング量が少なくて済むということは、例えばエッチング時間が短くて済むということであり、このようにエッチング時間が短縮化することにより基板上面に形成した半導体素子(不図示)に対するエッチングの影響を低減させることができる。したがって、本実施形態の製造方法によれば、半導体素子の特性劣化やそれに伴う歩留りの低下を抑制できる効果が得られる。 Thus, by relatively increasing the depth dimension of the second trench 27b, the depth dimension of the first trench 27a is relatively decreased. Therefore, the etching amount for forming the first trench 27a can be reduced. The fact that the etching amount is small means that, for example, the etching time is short, and thus the etching time is shortened, thereby reducing the influence of etching on the semiconductor element (not shown) formed on the upper surface of the substrate. Can be made. Therefore, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to obtain an effect of suppressing the deterioration of the characteristics of the semiconductor element and the accompanying yield reduction.
(実施例3)
このように深さ寸法が相対的に大きい第2のトレンチ27bを形成するために、例えばボッシュプロセスを利用し、基板温度23℃、圧力3.1Pa、C4F8=200cc/min、13.56MHzの高周波出力2800Wのデポジションと、基板温度23℃、圧力8.3Pa、SF6=750cc/min、13.56MHzの高周波出力2800Wのエッチングとを、2sec/7secのサイクルの条件で、86minにわたってエッチングを行って、深さ寸法400μmのトレンチ27bを得た。また、このとき、シリコンとプラズマ酸化膜(第2の絶縁膜5)との選択比は150:1であり、プラズマ酸化膜は厚さ0.4μmが残った。なお、本実施例で挙げたエッチング条件やトレンチ深さ寸法など数値は、いずれもここに挙げた数値のみに限定されず、目的に応じて自由に選択することが可能である。
Example 3
In order to form the second trench 27b having a relatively large depth dimension, for example, a Bosch process is used, the substrate temperature is 23 ° C., the pressure is 3.1 Pa, C 4 F 8 = 200 cc / min, and 13. Deposition of a high frequency output of 2800 W at 56 MHz and etching at a substrate temperature of 23 ° C., a pressure of 8.3 Pa, SF 6 = 750 cc / min, and a high frequency output of 2800 W of 13.56 MHz for 86 min under the condition of a cycle of 2 sec / 7 sec. Etching was performed to obtain a trench 27b having a depth of 400 μm. At this time, the selection ratio between silicon and the plasma oxide film (second insulating film 5) was 150: 1, and the plasma oxide film remained with a thickness of 0.4 μm. Note that numerical values such as etching conditions and trench depth dimensions given in this embodiment are not limited to the numerical values given here, and can be freely selected according to the purpose.
以上、本発明の代表的な製造方法について第1〜第4の実施形態として説明したが、本発明による製造方法においては、例えば上面側の第1のトレンチをアライメントマークとして利用することも可能である。 As described above, the representative manufacturing method of the present invention has been described as the first to fourth embodiments. However, in the manufacturing method according to the present invention, for example, the first trench on the upper surface side can be used as an alignment mark. is there.
通常、この種の半導体チップの製造において、マスク露光時にアライメントをとるためには、事前にシリコン基板上にアライメントマークを設けることが行われる。この場合、アライメントマークを高コントラストで識別しやすくするために、基板上に所定の段差を形成してこれをアライメントマークとして利用することが多い。本発明の製造方法で形成されるトレンチは、シリコン基板を深く掘り込んで形成されたものであるため、アライメントマークとして好適に利用することができる。また、アライメントマークがアライメント以外の機能を備えていないのに対して、トレンチをアライメントマークと共通化して利用することは、基板上の限られた面積の中でデバイス領域を有効に活用できる効果がある。さらに、トレンチをアライメントマークとして利用することにより、トレンチを基準にマスクのアライメントがとられるため、このような方法によれば、専用のアライメントマークを設けてそれを基準にアライメントをとっていく方法と比較して、シリコン基板の位置合せ精度を向上できるという効果がある。より具体的には、特に、上面側の第1のトレンチと裏面側の第2のトレンチとの位置合せに対して効果的であり、第1のトレンチを基準としてシリコン基板1を位置決めし、裏面側のマスク開口部を位置精度よく形成することで、第2のトレンチを第1のトレンチに対して位置精度よく形成することが可能となる。
Usually, in manufacturing this type of semiconductor chip, an alignment mark is provided on a silicon substrate in advance in order to achieve alignment during mask exposure. In this case, in order to easily identify the alignment mark with high contrast, a predetermined step is often formed on the substrate and used as the alignment mark. Since the trench formed by the manufacturing method of the present invention is formed by deeply digging a silicon substrate, it can be suitably used as an alignment mark. In addition, while the alignment mark has no function other than alignment, using the trench in common with the alignment mark has the effect of effectively utilizing the device region within a limited area on the substrate. is there. Furthermore, since the mask is aligned with respect to the trench by using the trench as an alignment mark, according to such a method, a dedicated alignment mark is provided and alignment is performed based on the alignment mark. In comparison, there is an effect that the alignment accuracy of the silicon substrate can be improved. More specifically, it is particularly effective for the alignment of the first trench on the upper surface side and the second trench on the rear surface side, and the
(第5の実施形態)
図7は、本発明の一実施形態による半導体装置の構成を示す断面図である。
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
図7の半導体装置52は、2層に積層されたCMOSセンサチップ24およびタイミングジェネレータチップ25を有し、例えばデジタルカメラなどの撮像システムとして用いられるものである。 The semiconductor device 52 in FIG. 7 includes a CMOS sensor chip 24 and a timing generator chip 25 stacked in two layers, and is used as an imaging system such as a digital camera.
それぞれのチップ24、25は、シリコン基板1を貫通して形成された貫通電極42と、シリコン基板1の裏面に対して突起するように形成された突起電極44とで構成される導電性部材40を有している。導電性部材40は、各シリコン基板1の上面の配線層(不図示)と電気的に接続するように形成されており、その接続部以外の部位は、例えば第1の実施形態の中で説明した導電性部材10と同様にシリコン基板1と絶縁されている。
Each of the chips 24 and 25 includes a conductive member 40 including a through electrode 42 formed through the
2つのチップ24、25は接着剤33によって、積層された状態で固定されており、この状態で導電性部材40を介して互いに電気的に接続されている。また、タイミングジェネレータチップ25の裏面側には、その突起電極44と電気的に接続されたフレキ配線31が配置されている。これにより、両チップ24、25に外部から電力が供給されるようになっている。
The two chips 24 and 25 are fixed in a stacked state by an adhesive 33 and are electrically connected to each other via the conductive member 40 in this state. Further, a
CMOSセンサチップ24の上方には保護用のカバーガラス30が配置されており、また、カバーガラス30および積層されたチップ24、25の側面は封止材32によって封止されている。 A protective cover glass 30 is disposed above the CMOS sensor chip 24, and the side surfaces of the cover glass 30 and the stacked chips 24 and 25 are sealed with a sealing material 32.
半導体チップを平面上に並べて配置した場合、通常、数mm角のオーダーで実装サイズが大きくなってしまうが、本実施形態のようにチップ24、25を3次元的に積層して配置する場合には、積層方向における実装サイズがほぼ基板の厚さ分だけ増加するのみであり、平面内における実装領域のサイズは増加することはない。なお、基板の厚さは、通常、1mm以下程度であるため、積層方向における実装サイズの増加量も1mm以下程度に抑えられる。 When semiconductor chips are arranged side by side on a plane, the mounting size usually increases on the order of several mm square, but when the chips 24 and 25 are three-dimensionally stacked as in the present embodiment. The mounting size in the stacking direction only increases by approximately the thickness of the substrate, and the size of the mounting region in the plane does not increase. In addition, since the thickness of a board | substrate is about 1 mm or less normally, the increase amount of the mounting size in the lamination direction is also suppressed to about 1 mm or less.
なお、本実施形態は、CMOSセンサチップ24とタイミングジェネレータチップ25を積層したものであるが、本発明はこれに限らず、例えば異なる種類のメモリ(例えば、フラッシュメモリとSRAM)の積層、メモリとASICの積層、アナログICとデジタルICの積層、演算処理回路とパワーICとの積層などに適用可能である。また、携帯電話器等の表示モジュール、具体例としては、例えば液晶ディスプレイパネル、ドライバ、コントローラ、グレースケールICなどの画像処理回路が上面側から順に積層されたものにも適用可能である。 In the present embodiment, the CMOS sensor chip 24 and the timing generator chip 25 are stacked. However, the present invention is not limited to this, for example, a stack of different types of memories (for example, flash memory and SRAM), a memory, The present invention is applicable to ASIC stacking, analog IC and digital IC stacking, arithmetic processing circuit and power IC stacking, and the like. In addition, the present invention can be applied to a display module such as a cellular phone, and as a specific example, for example, a liquid crystal display panel, a driver, a controller, a gray scale IC and other image processing circuits stacked in order from the upper surface side.
これらのいずれの場合においても、モジュールの小型化、高集積化による高機能化などを達成できる効果がある。また、本発明を適用することで、貫通電極を形成するプロセスにおける生産性を向上できることから、モジュールの生産性を向上できる効果がある。さらに、第4の実施形態に示したように、裏面側のトレンチをより深く形成して上面側のトレンチのエッチング量を少なくすることで、プラズマエッチングによる半導体素子の損傷を低減することができ、半導体素子の特性劣化が抑えられ、貫通電極を備えた半導体チップを歩留りよく製造できる効果もある。 In any of these cases, there is an effect that the module can be miniaturized and highly functionalized by high integration. Further, by applying the present invention, the productivity in the process of forming the through electrode can be improved, so that the module productivity can be improved. Furthermore, as shown in the fourth embodiment, the rear surface side trench is formed deeper and the etching amount of the upper surface side trench is reduced, so that damage to the semiconductor element due to plasma etching can be reduced, Degradation of the characteristics of the semiconductor element is suppressed, and there is an effect that a semiconductor chip provided with a through electrode can be manufactured with a high yield.
半発明は、半導体基板を貫通する貫通電極を有する半導体チップ、そのチップを積層した半導体装置の製造方法に関するものであり、本発明の製造方法で製造した半導体チップおよび半導体装置は、例えば携帯電話器やロボットをはじめとした小型・高密度の実装技術を必要とする機器に好適に適用することができる。 The semi-invention relates to a semiconductor chip having a through electrode penetrating a semiconductor substrate, and a method of manufacturing a semiconductor device in which the chips are stacked. The semiconductor chip and the semiconductor device manufactured by the manufacturing method of the present invention include, for example, a cellular phone It can be suitably applied to devices that require small and high-density mounting technology such as robots and robots.
1 シリコン基板
2、12、42 貫通電極
3 第1の絶縁膜
3a マスク開口部
4a、4b、44 突起電極
5 第2の絶縁膜
6 異方性導電膜
7a、7b、17a、17b、27a、27b トレンチ
8、18、28 貫通孔
10、10z、11、11z、40 導電性部材
20、21、22 半導体チップ
50、51、52 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
半導体基板の一方の面から異方性エッチングにて第1のトレンチを形成する工程と、
前記半導体基板の前記一方の面の反対側の面から、異方性エッチングにて、前記第1のトレンチに連通する第2のトレンチを形成する工程と、
前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとが連通することによって形成された貫通孔の内壁面に絶縁性材料からなる絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成された前記貫通孔内に導電性材料を充填して前記貫通電極を形成する工程を有する半導体チップの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor chip having a through electrode penetrating a semiconductor substrate,
Forming a first trench by anisotropic etching from one surface of the semiconductor substrate;
Forming a second trench communicating with the first trench by anisotropic etching from a surface opposite to the one surface of the semiconductor substrate;
Forming an insulating film made of an insulating material on an inner wall surface of a through-hole formed by communication between the first trench and the second trench;
A method of manufacturing a semiconductor chip, comprising the step of filling the through hole in which the insulating film is formed with a conductive material to form the through electrode.
前記第1のトレンチを形成する工程は、前記半導体素子が形成される側の面の反対側の面から前記第1のトレンチを形成することを含み、
前記第2のトレンチを形成する工程は、前記半導体素子が形成される側の面から前記第2のトレンチを形成することを含む、請求項1に記載の半導体チップの製造方法。 Further comprising forming a semiconductor element on the semiconductor substrate;
Forming the first trench includes forming the first trench from a surface opposite to a surface on which the semiconductor element is formed;
2. The method of manufacturing a semiconductor chip according to claim 1, wherein the step of forming the second trench includes forming the second trench from a surface on the side where the semiconductor element is formed.
前記貫通電極は、前記半導体基板の一方の面から異方性エッチングにて形成された第1のトレンチと、前記一方の面の反対側の面から異方性エッチングにて形成された第2のトレンチとが連通することによって形成された貫通孔内に設けられている半導体チップ。 A semiconductor chip having a through electrode penetrating a semiconductor substrate,
The through electrode includes a first trench formed by anisotropic etching from one surface of the semiconductor substrate and a second trench formed by anisotropic etching from a surface opposite to the one surface. A semiconductor chip provided in a through-hole formed by communicating with a trench.
A semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips according to claim 9 are stacked, and the semiconductor chips are electrically connected to each other through respective through electrodes.
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