JP2006041148A - Method for manufacturing semiconductor device, semiconductor device, and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置、及びこれを備える電子機器に関する。 The present invention relates to a semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device, and an electronic apparatus including the same.
現在、携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal data assistance)等の携帯性を有する電子機器、センサ、マイクロマシン、及びプリンタヘッド等の機器の小型・軽量化を図るため、その内部に設けられる半導体チップ等の各種の電子部品を小型化する研究・開発が盛んに行われている。また、上記の電子機器は付加価値を高めるため高機能化が図られており内部に設けられる電子部品も高機能化及び高速化が要求されている。
高機能を有する電子部品の一つとしてシステムLSI(Large Scale Integration)があるが、システムLSIを製品化するには時間を要するため近年の電子機器の開発サイクルに間に合わない状況も生じつつある。そこで、システムLSIが有する複数の機能のうちの各々の機能を1つのIC(Integrated Circuit)に持たせ、これらのICを組み合わせて1つのパッケージングのシステムLSIを実現するSIP(System In Package)技術が案出されている。
Currently, in order to reduce the size and weight of portable electronic devices such as mobile phones, notebook personal computers, PDAs (Personal data assistance), sensors, micromachines, printer heads, etc., semiconductors provided therein Research and development to reduce the size of various electronic parts such as chips are actively conducted. In addition, the above-described electronic devices are highly functional in order to increase added value, and the electronic components provided inside are also required to have high functionality and high speed.
There is a system LSI (Large Scale Integration) as one of high-functional electronic components. However, since it takes time to commercialize the system LSI, there is a situation that is not in time for the development cycle of electronic devices in recent years. Therefore, SIP (System In Package) technology for realizing each of a plurality of functions of a system LSI in one IC (Integrated Circuit) and combining these ICs to realize one packaging system LSI. Has been devised.
SIP技術においては三次元的に複数のICを積層することで高集積化を図っているが、積層されたICをシステムLSIとして機能させるには各々の電気的接続を取る必要がある。従来は各ICに形成された電極をワイヤーボンディング技術を用いて電気的に接続していたが、ワイヤーボンディングによる接続では配線長が長くなるとともに、パッケージングの小型化に限度がある。
このため、ICの裏面に対してエッチング処理又は研磨処理を行ってICを薄板化するとともに、ICの表面と裏面とを貫通する金属からなる接続端子を形成し、積層するICに形成された接続部を接合することで、IC間の電気的接続をとる三次元実装技術が案出されてきた。この三次元実装技術の詳細については、例えば以下の特許文献1を参照されたい。
For this reason, etching or polishing is performed on the back surface of the IC to thin the IC, and a connection terminal made of metal penetrating the front and back surfaces of the IC is formed, and the connection formed on the stacked ICs A three-dimensional mounting technique has been devised in which electrical connections between ICs are made by joining parts. For details of this three-dimensional mounting technique, see, for example, Patent Document 1 below.
ところで、上述した三次元実装技術を用いてICを積層して製造される電子部品は最終的には封止樹脂にて封止されており、ある程度の信頼性を確保することはできる。しかしながら、電子部品が携帯性を有する電子機器に搭載される場合には、外部からの強い振動及び衝撃が加わることが想定されるため、より高い堅牢性を確保する必要がある。このため、電子部品の更なる信頼性の向上を図るためには各ICに形成された接続端子間の接合強度を高める必要がある。
三次元実装技術を用いて製造された従来の電子部品は、ICに形成された接続端子の先端部(他のICと接合される部分)が通常平坦な形状になっているため、積層されたICの接続端子間は二次元的に接合された状態にあり、接合強度が低く信頼性が低いという問題があった。
また、半導体基板全面にエッチングを施して半導体基板の裏面に接続端子の先端を露出させるために、絶縁膜を厚膜化する等の特別な処理が必要となり、半導体装置の製造方法が煩雑化するという問題があった。
By the way, an electronic component manufactured by stacking ICs using the above-described three-dimensional mounting technique is finally sealed with a sealing resin, and a certain degree of reliability can be ensured. However, when the electronic component is mounted on an electronic device having portability, it is assumed that strong vibration and impact from the outside are applied, so it is necessary to ensure higher robustness. For this reason, in order to further improve the reliability of the electronic component, it is necessary to increase the bonding strength between the connection terminals formed in each IC.
Conventional electronic parts manufactured using three-dimensional mounting technology are laminated because the tip of the connection terminal formed on the IC (the part to be joined with other ICs) is usually flat. There is a problem that the connection terminals of the IC are two-dimensionally bonded, and the bonding strength is low and the reliability is low.
Further, in order to etch the entire surface of the semiconductor substrate and expose the tip of the connection terminal on the back surface of the semiconductor substrate, a special process such as thickening the insulating film is required, which complicates the manufacturing method of the semiconductor device. There was a problem.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、積層された半導体チップの接合強度が高く、これにより高い信頼性を確保することができる半導体装置の製造方法及び半導体装置、並びに当該半導体装置を備える電子機器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances. A semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device, and a semiconductor device capable of ensuring high reliability due to high bonding strength of stacked semiconductor chips, and the semiconductor device. An object of the present invention is to provide an electronic device including the above.
本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置、及び電子機器では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
第1の発明は、半導体基板の能動面から半導体基板の内部にかけて第一孔部を形成する工程と、第一孔部の内側に導電材料を充填して第一接続端子を形成する工程と、半導体基板の能動面とは反対側の裏面から第一孔部の底面に到達する第二孔部を形成する工程と、第二孔部の内面に導電材料を充填して第二接続端子を形成する工程と、を有するようにした。
この発明によれば、裏面側にも接続端子が形成される裏面側に露出させる電極の露出量を容易に高くすることができる。これにより、半導体基板を複数積層した場合に各電極の接合状態を良好に維持することが可能となる。
The semiconductor device manufacturing method, semiconductor device, and electronic apparatus according to the present invention employ the following means in order to solve the above-described problems.
The first invention includes a step of forming a first hole from the active surface of the semiconductor substrate to the inside of the semiconductor substrate, a step of filling the inside of the first hole with a conductive material to form a first connection terminal, Forming a second hole reaching the bottom surface of the first hole from the back surface opposite to the active surface of the semiconductor substrate, and forming a second connection terminal by filling the inner surface of the second hole with a conductive material And a step of performing.
According to this invention, the exposure amount of the electrode exposed on the back surface side where the connection terminal is formed also on the back surface side can be easily increased. As a result, when a plurality of semiconductor substrates are stacked, the bonding state of each electrode can be maintained satisfactorily.
また、第一接続端子の形成に先立って第一孔部の内面に第一絶縁膜を形成する工程と、第二接続端子の形成に先立って第二孔部の内面に第一絶縁膜に連接する第二絶縁膜を形成する工程と、を有するものでは、半導体基板に導電性材料が用いられた場合であっても、半導体基板を貫通する電極を形成することができる。そして、容易に電極の露出量を高くすることができるので、絶縁膜の厚膜化が不要となる。
また、第一接続端子と第二接続端子とは、略同一形状に形成されるものでは、半導体基板を複数積層した場合に、各接続端子の接合状態を容易に良好にすることができる。さらに、接合時の熱上昇に対して導電材料が膨張することに起因する絶縁膜の破損防止が可能となる。
A step of forming a first insulating film on the inner surface of the first hole portion prior to the formation of the first connection terminal; and a step of connecting the first insulating film to the inner surface of the second hole portion prior to the formation of the second connection terminal. The step of forming the second insulating film is capable of forming an electrode penetrating the semiconductor substrate even when a conductive material is used for the semiconductor substrate. And since the exposure amount of an electrode can be easily made high, it becomes unnecessary to thicken an insulating film.
In addition, the first connection terminal and the second connection terminal are formed in substantially the same shape. When a plurality of semiconductor substrates are stacked, the connection state of each connection terminal can be easily improved. Furthermore, it is possible to prevent the insulating film from being damaged due to the expansion of the conductive material with respect to the heat rise during bonding.
第2の発明は、半導体装置が、第1の発明の製造方法を使用して製造されるようにした。この発明によれば、半導体基板を貫通する各電極の接合状態を向上が図られる。 In the second invention, the semiconductor device is manufactured using the manufacturing method of the first invention. According to the present invention, the bonding state of each electrode penetrating the semiconductor substrate can be improved.
また、集積回路が形成された半導体基板と、半導体基板の能動面から半導体基板の裏面にかけて形成された貫通孔の内部に絶縁層を介して形成された電極と、を有してなり、電極が、能動面側と裏面側にそれぞれ略同一形状の接続端子を備えるようにした。
この発明によれば、裏面側にも電極が形成するので、裏面側に露出させる電極の露出量を容易に高くすることができる。これにより、半導体基板を複数積層した場合に各電極の接合状態を良好に維持することが可能となる。
例えば、上述した半導体装置は、複数積層され、上下に隣接する半導体装置の接続端子がハンダまたは蝋材を介して電気的に接続された形態となって使用される。
A semiconductor substrate on which an integrated circuit is formed; and an electrode formed through an insulating layer in a through hole formed from the active surface of the semiconductor substrate to the back surface of the semiconductor substrate. The active surface side and the back surface side are each provided with connection terminals having substantially the same shape.
According to this invention, since the electrode is formed also on the back surface side, the exposure amount of the electrode exposed on the back surface side can be easily increased. As a result, when a plurality of semiconductor substrates are stacked, the bonding state of each electrode can be maintained satisfactorily.
For example, the semiconductor device described above is used in a form in which a plurality of semiconductor devices are stacked and the connection terminals of the semiconductor devices adjacent in the vertical direction are electrically connected via solder or wax material.
第3の発明は、回路基板が、第2の発明の半導体装置が実装されていることを特徴とする。これにより、上記効果をともなった回路基板を提供することができる。 The third invention is characterized in that the circuit board is mounted with the semiconductor device of the second invention. Thereby, the circuit board with the said effect can be provided.
第4の発明は、電子機器が、第2の発明の回路基板を備えたことを特徴とする。これにより、上記効果をともなった電子機器を提供することができる。 According to a fourth aspect of the invention, an electronic apparatus includes the circuit board according to the second aspect of the invention. Thereby, the electronic device with the said effect can be provided.
以下、本発明の半導体装置の製造方法、半導体装置、及び電子機器の実施形態について、図を参照して説明する。
〔半導体装置の製造方法〕
図1〜図8は、本発明の実施形態による半導体装置の製造方法を示す工程図である。
図1(a)に示すように、基板10は、例えばSi(シリコン)基板であり、その能動面10a側にトランジスタ、メモリ素子、その他の電子素子、並びに電気配線(何れも図示省略)及び電子回路の外部電極となる電極パッド14からなる電子回路が形成されている。一方、基板10の裏面10bにはこれらの電子回路は形成されていない。尚、基板10の厚みは、例えば500μm程度である。
Hereinafter, embodiments of a method for manufacturing a semiconductor device, a semiconductor device, and an electronic apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
1 to 8 are process diagrams showing a method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1A, the
基板10上には基板10の基本的な材料であるSiの酸化膜(SiO2)からなる絶縁膜と硼燐珪酸ガラス(BPSG)からなる層間絶縁膜とを順に形成した絶縁膜12が形成されている。また、絶縁膜12上の一部には、図示しない箇所で基板10の能動面10aに形成された電子回路と電気的に接続された電極パッド14が形成されている。この電極パッド14は、Ti(チタン)からなる第1層、TiN(窒化チタン)からなる第2層、AlCu(アルミニウム/銅)からなる第3層、及びTiNからなる第4層(キャップ層)を順に積層して形成したものである。尚、電極パッド14の下方には電子回路が形成されていない点に注意されたい。
An
電極パッド14は、例えばスパッタリングにより第1層〜第4層からなる積層構造を絶縁膜12上の全面に形成し、レジスト等を用いて所定の形状(例えば、円形形状)にパターニングすることにより形成される。尚、本実施形態では、電極パッド14が上記の積層構造により形成されている場合を例に挙げて説明するが、電極パッド14がAlのみで形成されていても良いが、電気抵抗の低い銅を用いて形成することが好ましい。また、電極パッド14は、上記の構成に限られず、必要とされる電気的特性、物理的特性、及び化学的特性に応じて適宜変更しても良い。
The
また、上記絶縁膜12上には電極パッド14を覆うように、パッシベーション膜16が形成されている。このパッシベーション膜16は、SiO2(酸化珪素)、SiN(窒化珪素)、ポリイミド樹脂等により形成され、又はSiN上にSiO2を積層した構成、あるいはその逆であることが好ましい。また、パッシベーション膜16の膜厚は2μm程度以上であって6μm程度以下であることが好ましい。
Further, a
以上の構成の基板に対して、まず能動面10a側に形成された電極パッド14を開口するとともに基板10を穿孔して孔部H3を形成する工程が行われる。まず、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト(図示省略)をパッシベーション膜16上の全面に塗布する。尚、このレジストは、電極パッド14上を覆っているパッシベーション膜16を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、X線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
First, a step of opening the
パッシベーション膜16上にレジストを塗布すると、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、レジストを所定形状にパターニングする。尚、レジストの形状は、電極パッド14の開口形状及び基板10に形成する孔の断面形状に応じて設定される。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、図1(b)に示すように、電極パッド14を覆うパッシベーション膜16の一部をエッチングして開口部H1を形成する。なお、図1(b)は、パッシベーション膜16を開口して開口部H1を形成した状態を示す断面図である。
When a resist is applied on the
尚、パッシベーション膜16のエッチングにはドライエッチングを適用することが好ましい。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)であってもよい。また、パッシベーション膜16のエッチングとしてウェットエッチングを適用してもよい。パッシベーション膜16に形成される開口部H1の断面形状は、後述する工程で形成される電極パッド14の開口形状及び基板10に形成される孔の断面形状に応じて設定され、その径は電極パッド14に形成される開口の径及び基板10に形成される孔の径と同程度、例えば50μm程度に設定される。
Note that dry etching is preferably applied to the etching of the
以上の工程が終了すると、開口部H1を形成したパッシベーション膜16上のレジストをマスクとして、ドライエッチングにより電極パッド14を開口する。
図2(a)は、電極パッド14を開口して開口部H2を形成した状態を示す断面図である。尚、図1,図2の図中においてレジストは省略してある。図2(a)に示すように、パッシベーション膜16に形成された開口部H1の径と電極パッド14に形成された開口部H2の径は同程度となる。尚、ドライエッチングとしてはRIEを用いることができる。
When the above steps are completed, the
FIG. 2A is a cross-sectional view showing a state in which the
更に、以上の工程で使用したレジストをマスクとして、次に絶縁膜12をエッチングして、図2(b)に示すように基板10を露出させる。図2(b)は、絶縁膜12をエッチングして、基板10の一部を露出させた状態を示す断面図である。この後、開口マスクとして使用してきたパッシベーション膜16上に形成したレジストを、剥離液或いはアッシング等により剥離する。
Further, using the resist used in the above steps as a mask, the insulating
尚、上記プロセスにおいては、同一のレジストマスクを用いてエッチングを繰り返したが、各エッチング工程終了後、レジストをパターニングし直しても勿論良い。また、電極パッド14に形成された開口部H2を開口した後レジストを剥離し、電極パッド14の最表面のTiNをマスクにして、絶縁膜12をエッチングし、図2(b)に示すように基板10を露出せしめることも可能である。更に付け加えるならば、各エッチング時の選択比を考慮して、レジストを厚膜化しておくことが必要である。
In the above process, the etching is repeated using the same resist mask. However, the resist may be patterned again after each etching step. Further, after opening the opening H2 formed in the
以上の工程が終了すると、パッシベーション膜16をマスクとして、ドライエッチングにより基板10を穿孔して孔部H3(第一孔部)を形成する(第一孔部形成工程)。
基板10を穿孔する深さは例えば70μm程度であるため、製造効率の観点からは特開2002−93776号公報に開示されたSi高速エッチング法、又は米国特許USP5501893に開示されたボッシュプロセス法を用いて異方性エッチングを行うことが好ましい。Si高速エッチング法を用いる場合には、エッチングガスとしてSF6/O2の混合ガスを用いることができ、ボッシュプロセス法を用いる場合にはSF6/C4F8を用いることができる。尚、ここでは、ドライエッチングとしてRIEのほかにICP(Inductively Coupled Plasma)を用いることができる。
When the above steps are completed, the
Since the depth of drilling the
図3(a)は、基板10を穿孔して、孔部H3を形成した状態を示す断面図である。図3(a)に示す通り、パッシベーション膜16をマスクとして基板10を穿孔しているため、基板10に形成される孔部H3の径はパッシベーション膜16に形成された開口部H1の径と同程度となる。その結果、パッシベーション膜16に形成された開口部H1の径、電極パッド14に形成された開口部H2の径、及び基板10に形成された孔部H3の径は、ほぼ同一になる。尚、孔部H3の深さは、最終的に形成する半導体チップの厚みに応じて適宜設定される。また、孔部H3は異方性エッチングにより形成しているため、孔部H3の底面は平坦な(フラット)形状になる。
FIG. 3A is a cross-sectional view showing a state in which the
尚、以上は、異方性エッチングから等方性エッチングに変更する方法としてエッチングガスの成分を変更する方法について説明したが、エッチングガスの成分変更に加えてバイアス電圧を低下させ、又は、エッチングガスの高圧化を行って異方性エッチングを等方性エッチングに変更するようにしても良い。また、バイアス電圧を低下させ、又は、エッチングガスの高圧化のみによって変更しても良い。 In the above, the method of changing the etching gas component as a method of changing from anisotropic etching to isotropic etching has been described. However, in addition to changing the etching gas component, the bias voltage is lowered or the etching gas is changed. The anisotropic etching may be changed to isotropic etching by increasing the pressure. Further, the bias voltage may be lowered or changed only by increasing the pressure of the etching gas.
以上の工程が終了すると、次に、パッシベーション膜16上並びに孔部H3の内壁及び底面に第一絶縁膜18を形成する(第一絶縁膜形成工程)。
図3(b)は、パッシベーション膜16上並びに孔部H3の内壁及び底面に第一絶縁膜18を形成した状態を示す断面図である。この第一絶縁膜18は、電流リークの発生、酸素及び水分等による基板10の浸食等を防止するために設けられ、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を用いて形成した正珪酸四エチル(Tetra Ethyl Ortho Silicate:Si(OC2H5)4:以下、TEOSという)、即ちPE−TEOS、及び、オゾンCVDを用いて形成したTEOS、即ちO3−TEOS、又はCVDを用いて形成した酸化シリコンを用いることができる。尚、第一絶縁膜18の厚みは、例えば1μmである。
When the above steps are completed, a first insulating
FIG. 3B is a cross-sectional view showing a state in which the first insulating
続いて、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等の方法によりレジスト(図示省略)を第一絶縁膜18上の全面に塗布する。或いは、ドライフィルムレジストを用いても良い。尚、このレジストは、電極パッド14の一部の上方を開口するために用いるものであり、フォトレジスト、電子線レジスト、X線レジストの何れであってもよく、ポジ型又はネガ型の何れであってもよい。
Subsequently, a resist (not shown) is applied on the entire surface of the first insulating
第一絶縁膜18上にレジストを塗布すると、プリベークを行った後で、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理及び現像処理を行い、電極パッド14の上方以外の部分並びに孔部H3及びその周辺部のみにレジストが残された形状、例えば孔部H3を中心とした円環形状にレジストをパターニングする。レジストのパターニングが終了すると、ポストベークを行った後で、エッチングにより電極パッド14の一部を覆う第一絶縁膜18及びパッシベーション膜16を除去し、電極パッド14の一部を開口する。尚、エッチングにはドライエッチングを適用することが好ましい。ドライエッチングは、反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)であってもよい。また、エッチングとしてウェットエッチングを適用してもよい。尚、このとき、電極パッド14を構成する第4層も併せて除去する。
When a resist is applied on the first insulating
図4(a)は、電極パッド14を覆う第一絶縁膜18及びパッシベーション膜16の一部を除去した状態を示す断面図である。図4(a)に示すように、電極パッド14の上方は開口部H4となり、電極パッド14の一部が露出した状態となる。この開口部H4によって、後の工程で形成される第一接続端子20と電極パッド14とを接続することができる。従って、開口部H4は孔部H3が形成された部位以外の部位に形成されていればよい。また、隣接していても良い。
FIG. 4A is a cross-sectional view showing a state in which a part of the first insulating
本実施形態では、電極パッド14のほぼ中央に孔部H3(開口部H1)を形成する場合を例に挙げている。よって、開口部H4は、この孔部H3を取り囲むように、つまり電極パッド14の露出面積を大きくすることが電極パッド14と、後に形成される接続端子との接続抵抗を小さくする上で好ましい。また、孔部H3の形成場所は電極パッド14のほぼ中央でなくても良い。尚、電極パッド14を覆う第一絶縁膜18及びパッシベーション膜16の一部を除去して、電極パッド14の一部を露出させると、除去する際に用いたレジストを剥離液により剥離する。
In this embodiment, the case where the hole part H3 (opening part H1) is formed in the approximate center of the
以上の工程が終了すると、次に下地膜を形成する工程が行われる。尚、この工程及び下地膜の図示は省略している。下地膜は基板10の上面全面に形成されるため、電極パッド14の露出部並びに孔部H3の内壁及び底面にも下地膜が形成される。ここで、下地膜は、バリヤ層及びシード層からなり、まずバリヤ層を形成した後で、バリヤ層上にシード層を形成することで成膜される。バリヤ層は、例えばTiWから形成され、シード層はCuから形成される。
When the above steps are completed, a step of forming a base film is performed next. In addition, illustration of this process and a base film is abbreviate | omitted. Since the base film is formed on the entire upper surface of the
バリヤ層及びシード層は、例えばIMP(イオンメタルプラズマ)法、又は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のPVD(Physical Vapor Deposition)法いて形成される。下地膜は、電極パッド14と第一絶縁膜18との段差を十分にカバーして、電極パッド14上と第一絶縁膜18上(孔部H3の内部を含む)に連続的に形成される。尚、下地膜を構成するバリヤ層の膜厚は、例えば100nm程度であり、シード層の膜厚は、例えば数百nm程度である。
The barrier layer and the seed layer are formed by, for example, an IMP (ion metal plasma) method or a PVD (Physical Vapor Deposition) method such as vacuum deposition, sputtering, or ion plating. The base film sufficiently covers the step between the
下地膜の形成が終了すると、基板10の能動面10a上にメッキレジストを塗布し、第一接続端子20を形成する部分のみが開口した状態にパターニングしてメッキレジストパターン(図示省略)を形成する。その後、Cu電解メッキを行って基板10の孔部H3及びメッキレジストパターンの開口部にCu(銅)を埋め込み、第一接続端子20を形成する(第一接続端子形成工程)。
When the formation of the base film is completed, a plating resist is applied on the
図4(b)は、Cu電解メッキを行って第一接続端子20を形成した状態を示す断面図である。図4(b)に示す通り、第一接続端子20は基板10の能動面10aに突出した突起状の形状である。
また、符号Cを付した箇所において、第一接続端子20は電極パッド14と電気的に接続されている。第一接続端子20が形成されると、基板10上に形成されているメッキレジストパターンを剥離する。
FIG. 4B is a cross-sectional view showing a state in which the
In addition, the
続いて、裏面10bに孔部H6を形成するに先立って、基板10の裏面10bに対してエッチングを施して、基板10を薄板化してもよい。基板10が厚すぎると、孔部H6の形成が困難となるからである。
基板10を薄板化するために基板10の裏面10bに対して行う処理方法は、裏面研磨又は裏面エッチングを用いることができるが、ここではエッチングにより基板10を薄板化する方法を例に挙げて説明する。
基板10の裏面10bのエッチングは、基板10の厚みが50μm程度となるまで行う。裏面10bからのエッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチングのいずれであってもよい。また、ウェットエッチングとドライエッチングとを組み合わせる等のように複数のエッチング処理を施してもよい。
異なるエッチング処理を2度行うことにより、エッチングに要する時間を短縮して効率化を図るとともに、基板10の厚みを正確に制御するためである。
Subsequently, the
As a processing method performed on the
Etching of the
This is because by performing different etching processes twice, the time required for etching is shortened to improve efficiency, and the thickness of the
例えば、最初に行うエッチングでは、エッチング量が多いため、効率化の観点からエッチング率(レート)を高く設定する必要がある。次に行うエッチングにおいては、基板10の厚みを正確に制御するため、第1エッチング工程でのエッチング率よりも低いエッチング率でエッチングを行う必要がある。基板10の裏面をエッチングする場合には、第1、第2エッチング工程ともドライエッチング若しくはウェットエッチングを行っても良く、第1、第2エッチングでドライエッチングとウェットエッチングとを切り替えるようにしても良い。
For example, in the first etching, since the etching amount is large, it is necessary to set the etching rate (rate) high from the viewpoint of efficiency. In the next etching, in order to accurately control the thickness of the
また、第1エッチング工程でウェットエッチングを行う場合には、エッチング液として弗硝酸(HF(弗化水素)+HNO3(硝酸))を用いることができる。エッチング液として弗硝酸を用いる場合には、HFとHNO3との体積比を1:4.5に設定し、液温25℃に設定すると、約37.8μm/minのエッチング率が得られる。ウェットエッチングとしては、例えばディップ方式を用いたエッチング又はスピンエッチング装置を用いたエッチングを用いることができる。スピンエッチング装置を用いる場合には枚葉処理が可能となる。 Further, when wet etching is performed in the first etching step, hydrofluoric acid (HF (hydrogen fluoride) + HNO 3 (nitric acid)) can be used as an etchant. When hydrofluoric acid is used as an etching solution, an etching rate of about 37.8 μm / min is obtained when the volume ratio of HF and HNO 3 is set to 1: 4.5 and the solution temperature is set to 25 ° C. As the wet etching, for example, etching using a dip method or etching using a spin etching apparatus can be used. When a spin etching apparatus is used, single wafer processing is possible.
基板10に対して第1、第2エッチング工程を行う際に、ウェットエッチングを行うか、又はドライエッチングを行うかは、エッチング面積を考慮した各々のエッチングレート、バッチ処理又は枚葉処理を行うことができるか否か等を考慮して、総合的に効率よくエッチングすることができるエッチング法を選択すればよい。尚、ウェットエッチングはエッチングレートがエッチング面積に左右されないが、ドライエッチングはエッチング面積によりエッチングレートが左右される。
Whether the wet etching or the dry etching is performed when the first and second etching processes are performed on the
以上の工程が終了すると、図5(a)に示すように、基板10の裏面10bにレジストを塗布する。レジストは、基板10内に形成された孔部H3に対応する位置に開口部H5を設けたパターンを有する。そして、レジストをマスクとして基板10を穿孔することにより、図5(b)に示すように、孔部H6を形成する。これにより、孔部H3の底面に到達する孔部H6(第二孔部)が形成される(第二孔部形成工程)。
なお、孔部H6の径は、孔部H3よりも小径に形成される。孔部H6の位置ずれが生じた場合でも、孔部H6が孔部H3の底面から外れないようにするためである。
また、孔部H6の形成方法は、上述した場合と同様に、Si高速エッチング法、又はボッシュプロセス法を用いて異方性エッチングを行うことが好ましい。
When the above steps are completed, a resist is applied to the
The diameter of the hole H6 is smaller than that of the hole H3. This is to prevent the hole H6 from being detached from the bottom surface of the hole H3 even when the position of the hole H6 is displaced.
Moreover, it is preferable to perform anisotropic etching using the Si high-speed etching method or the Bosch process method as the formation method of the hole H6 as described above.
そして、図6(a)に示すように、第一接続端子20の底面の第一絶縁膜18を裏面側からエッチングにより除去して、第一接続端子20を露出させる。なお、第一接続端子20の底面を局所的にエッチングしてもよいし、基板10の裏面側全体をエッチングしてもよい。第一接続端子20の底面の第一絶縁膜18は薄膜であるため、露出させやすいからである。
Then, as shown in FIG. 6A, the first insulating
続いて、図6(b)に示すように、レジストを除去した後に、孔部H6の内壁及び底面に第二絶縁膜19を形成する(第二絶縁膜形成工程)。
この第二絶縁膜19は、第一絶縁膜18と同一の層であり、これにより、第一絶縁膜18と第二絶縁膜19とは、連接された一体の絶縁層となる。
更に、図7(a)に示すように、第一接続端子20の底面に形成された第二絶縁膜19をエッチングにより除去して、第一接続端子20を露出させる。
ここで、孔部H6の位置が孔部H3の位置から外れないようになっているので、第一絶縁膜18と第二絶縁膜19とは、連接された一体の絶縁層として残り、電流リークの発生、酸素及び水分等による基板10の浸食等を防止する目的を達成することが可能となる。しがたって、孔部H6の径は、孔部H3との位置合わせの精度に応じて決定される。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, after removing the resist, the second insulating
The second insulating
Further, as shown in FIG. 7A, the second insulating
Here, since the position of the hole H6 does not deviate from the position of the hole H3, the first insulating
続いて、図7(b)に示すように、基板10の裏面10bに第二接続端子21を形成するためのレジストパターンを塗布する。すなわち、裏面10bに形成された孔部H6を取り囲むようにレジストを配置する。
更に、裏面側からCu電解メッキを行って基板10の開口部H5にCu(銅)を埋め込み、第二接続端子21を形成する(第二接続端子形成工程)。
これにより、図8(a)に示すように、孔部H3の第一接続端子20と孔部H6の第二接続端子21とが連接されて、基板10を貫通する1つの接続端子が形成される。
なお、第二接続端子21の形成時には、第一接続端子20の形成時と同様に、バリヤ層及びシード層等の下地膜を設けてもよい。
このようにして、基板10の表面と裏面の両側に接続端子20,21が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 7B, a resist pattern for forming the
Further, Cu electrolytic plating is performed from the back side to embed Cu (copper) in the opening H5 of the
Thereby, as shown in FIG. 8A, the
When the
In this way, the
以上の工程が終了すると、接続端子20,21の先端部の何れか一方に無鉛ハンダ(Sn/Ag)を形成する。尚、無鉛ハンダの図示は省略している。無鉛ハンダの形成が完了すると、ウェハ状態にある基板10を切断して個々の半導体チップに分離する。ここで、基板10の切断は、予め基板10上に設定されているストリートライン(スクライブライン)に沿って行う。
When the above steps are completed, lead-free solder (Sn / Ag) is formed on either one of the distal ends of the
次に、分離した個々の半導体チップを積層して三次元実装構造とする。
半導体チップを積層するには、まず半導体チップに形成された接続端子20に形成された無鉛ハンダ上に接合活性剤(フラックス)を塗布する工程が行われる。このフラックスは、半導体チップ同士を積層するときに、積層した半導体チップの位置ずれが生じないように粘着力で保持するとともに、半導体チップに形成された接続端子20の表面の酸化膜を遊離させるためのものである。
Next, the separated individual semiconductor chips are stacked to form a three-dimensional mounting structure.
In order to stack the semiconductor chips, first, a step of applying a bonding activator (flux) onto lead-free solder formed on the
フラックスの塗布の塗布を終えると、図8(b)に示すように、半導体チップに形成された接続端子20,21の各々の位置が合うように、半導体チップC1と半導体チップC2との位置合わせを行って半導体チップC2上に半導体チップC1を積層する。
ここで、積層する半導体チップは、同種のもの(つまり、基板に形成されている電子回路が等しいもの)であってもよく、異種のもの(つまり、基板に形成されている電子回路が異なるもの)であってもよい。
When the application of the flux is finished, as shown in FIG. 8B, the semiconductor chip C1 and the semiconductor chip C2 are aligned so that the positions of the
Here, the semiconductor chips to be stacked may be the same type (that is, the same electronic circuit formed on the substrate) or different types (that is, different electronic circuits are formed on the substrate). ).
以上の工程が終了すると、積層した半導体チップC1,C2をリフロー装置内に配置して、半導体チップC1,C2に形成された接続端子20の先端に設けられた無鉛ハンダを溶融させ、半導体チップC1に形成された接続端子20と半導体チップC2に形成された接続端子20とを接合する。
図8(b)に示すように、半導体チップC1に形成された接続端子21が、接続端子20と略同一形状であり、無鉛ハンダの接合面積が大きいため接合強度が高まり、これによって信頼性の向上を図ることができる。
When the above steps are completed, the stacked semiconductor chips C1 and C2 are placed in a reflow apparatus, lead-free solder provided at the tip of the
As shown in FIG. 8B, the
尚、以上の説明においては、半導体チップC1と半導体チップC2とを積層する場合を例に挙げて説明したが、基板10を切断して得られた半導体チップをインターポーザ等の搭載基板に搭載する場合も、半導体チップ同士を積層する場合と同様の工程で搭載することができる。このときには、搭載基板に形成された接続部としての接続電極と、半導体チップに形成された接続端子20との位置合わせを行ってインターポーザ上に半導体チップを搭載し(搭載工程)、接続電極と接続端子とを接合する。
In the above description, the case where the semiconductor chip C1 and the semiconductor chip C2 are stacked has been described as an example. However, the semiconductor chip obtained by cutting the
また、インターポーザ上に半導体チップを搭載する形態以外にもインターポーザに代えてW−CSP(Wafer level Chip Scale Package)技術を用いて処理された基板上に半導体装置を積層するようにしても良い。ここで、W−CSP技術とは、ウェハの状態において一括して再配置配線(再配線)及び樹脂封止を行ってから個々の半導体チップに分離する技術である。W−CSP技術を用いて処理された基板上に半導体装置を積層する場合には、再配置配線により形成された電極上に半導体チップを積層しても良く、ウェハ状態にある基板に対して半導体チップC1,C2に形成された接続端子20と同様の接続端子を形成し、この接続端子と半導体チップに形成された接続端子とを接合して積層するようにしてもよい。
〔半導体装置:再配置配線〕
以上のように積層形成された半導体装置を回路基板に実装するため、再配線を行うのが望ましい。図9は、半導体チップの再配線の説明図である。
図9(a)に示す半導体チップ61の表面には、その対辺に沿って複数の電極62が形成されているので、隣接する電極相互のピッチが狭くなっている。このような半導体チップ61を回路基板に実装すると、隣接する電極相互が短絡するおそれがある。そこで、電極相互のピッチを広げるため、半導体チップ61の対辺に沿って形成された複数の電極62を中央部に引き出す再配線が行われている。
In addition to a mode in which a semiconductor chip is mounted on an interposer, a semiconductor device may be stacked on a substrate processed using a W-CSP (Wafer level Chip Scale Package) technique instead of the interposer. Here, the W-CSP technique is a technique in which rearrangement wiring (rewiring) and resin sealing are collectively performed in a wafer state and then separated into individual semiconductor chips. When a semiconductor device is stacked on a substrate processed using the W-CSP technology, a semiconductor chip may be stacked on an electrode formed by rearrangement wiring. A connection terminal similar to the
[Semiconductor device: Relocation wiring]
In order to mount the semiconductor device stacked as described above on the circuit board, it is desirable to perform rewiring. FIG. 9 is an explanatory diagram of the rewiring of the semiconductor chip.
Since a plurality of
図9(b)は、再配線を行った半導体チップの平面図である。半導体チップ61の表面中央部には、円形状の複数の電極パッド63がマトリクス上に配列形成されている。各電極パッド63は、再配線64により1個または複数個の電極62に接続されている。これにより、狭ピッチの電極62が中央部に引き出されて、広ピッチ化されている。
FIG. 9B is a plan view of the semiconductor chip after rewiring. A plurality of
図10は、図9(b)のA−A線における側面断面図である。
上記のように積層形成された半導体装置を上下反転して、最下層となる半導体チップ61の底面中央部には、ソルダーレジスト65が形成されている。そして、電極62のポスト部からソルダーレジスト65の表面にかけて、再配線64が形成されている。再配線64のソルダーレジスト65側の端部には電極パッド63が形成され、その電極パッドの表面にバンプ78が形成されている。バンプ78は、たとえばハンダバンプであり、印刷法等によって形成する。なお、半導体チップ61の底面全体には、補強用の樹脂66等が成型されている。
FIG. 10 is a side cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
A solder resist 65 is formed at the center of the bottom surface of the
図11は、回路基板の斜視図である。
図11では、半導体チップを積層して形成した半導体装置1が、回路基板1000に実装されている。具体的には、半導体装置1における最下層の半導体チップに形成されたバンプが、回路基板1000の表面に形成された電極パッドに対して、リフローやFCB(Flip Chip Bonding)等を行うことにより実装されている。なお、回路基板との間に異方導電性フィルム等を挟み込んで、半導体装置1を実装してもよい。
FIG. 11 is a perspective view of a circuit board.
In FIG. 11, the semiconductor device 1 formed by stacking semiconductor chips is mounted on a
〔電子機器〕
次に、上述した半導体装置を備えた電子機器の例について説明する。
図12は、電子機器の一例である携帯電話の斜視図である。上述した半導体装置は、携帯電話300の筐体内部に配置されている。
〔Electronics〕
Next, an example of an electronic device including the above-described semiconductor device will be described.
FIG. 12 is a perspective view of a mobile phone which is an example of an electronic apparatus. The semiconductor device described above is arranged inside the housing of the
なお、上述した半導体装置は、携帯電話以外にも種々の電子機器に適用することができる。例えば、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)およびエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型またはモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置などの電子機器に適用することが可能である。 Note that the semiconductor device described above can be applied to various electronic devices other than mobile phones. For example, LCD projectors, multimedia-compatible personal computers (PCs) and engineering workstations (EWS), pagers, word processors, TVs, viewfinder type or monitor direct view type video tape recorders, electronic notebooks, electronic desk calculators, car navigation systems The present invention can be applied to electronic devices such as a device, a POS terminal, and a device provided with a touch panel.
なお、上述した実施形態の「半導体チップ」を「電子素子」に置き換えて、電子部品を製造することもできる。このような電子素子を使用して製造される電子部品として、例えば、光素子、抵抗器、コンデンサ、コイル、発振器、フィルタ、温度センサ、サーミスタ、バリスタ、ボリュームおよびヒューズなどを挙げることができる。 It should be noted that an electronic component can be manufactured by replacing the “semiconductor chip” in the above-described embodiment with an “electronic element”. Examples of electronic components manufactured using such electronic elements include optical elements, resistors, capacitors, coils, oscillators, filters, temperature sensors, thermistors, varistors, volumes, and fuses.
以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, but it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. Various shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described examples are examples, and various modifications can be made based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.
10…基板(半導体基板)、 10a…能動面(表面)、 10b…裏面、 18…第一絶縁膜、 19…第二絶縁膜、 20…第一接続端子(電極)、 21…第二接続端子(電極)、 62…電極、 300…携帯電話(電子機器) 、1000…回路基板、 H3…孔部(第一孔部)、 H6…孔部(第二孔部)、 C1,C2,61…半導体チップ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記第一孔部の内側に導電材料を充填して第一接続端子を形成する工程と、
前記半導体基板の前記能動面とは反対側の裏面から前記第一孔部の底面に到達する第二孔部を形成する工程と、
前記第二孔部の内面に導電材料を充填して第二接続端子を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first hole from the active surface of the semiconductor substrate to the inside of the semiconductor substrate;
Filling the inside of the first hole with a conductive material to form a first connection terminal;
Forming a second hole portion that reaches the bottom surface of the first hole portion from the back surface opposite to the active surface of the semiconductor substrate;
Filling the inner surface of the second hole with a conductive material to form a second connection terminal;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第二接続端子の形成に先立って前記第二孔部の内面に前記第一絶縁膜に連接する第二絶縁膜を形成する工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating film on the inner surface of the first hole prior to the formation of the first connection terminal;
Forming a second insulating film connected to the first insulating film on the inner surface of the second hole prior to the formation of the second connection terminal;
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein:
前記半導体基板の能動面から前記半導体基板の裏面にかけて形成された貫通孔の内部に絶縁層を介して形成された電極と、を有してなり、
前記電極は、能動面側と裏面側にそれぞれ略同一形状の接続端子を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate on which an integrated circuit is formed;
An electrode formed through an insulating layer inside a through hole formed from the active surface of the semiconductor substrate to the back surface of the semiconductor substrate,
The electrode includes a connection terminal having substantially the same shape on each of an active surface side and a back surface side.
An electronic apparatus comprising the circuit board according to claim 7.
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