JP2006073787A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Osamu Kamitoku
理 上徳
Takahiro Kitazawa
貴博 北沢
Toshiharu Tanpo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that suppresses film floating and peel-off near a via-hole in a heat treatment process after plated wiring, and maintains high yielding and high reliability. <P>SOLUTION: In this semiconductor device, a convex step 4 is formed on a semiconductor substrate 1, a via hole 2 is formed as penetrating from the top face of the step 4 to the rear of the substrate 1, first plated wiring 6 is formed in the via hole 2 with a seed layer 5 as a lower layer, and the surface of the substrate 1 is covered with an insulating film 3. In addition, the first plated wiring 6 is formed as covering the step 4, an electrode 8 is provided over the rear of the semiconductor substrate 1, and the first plated wiring 6 is connected to the electrode 8 at the rear of the substrate 1. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、ビアホールを有する半導体素子及び製造方法に関するもので、詳しくは、ビアホール形成後におけるメッキ配線形成後の熱処理による膜剥がれの抑制に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device having a via hole and a manufacturing method, and more particularly to suppression of film peeling by heat treatment after formation of a plated wiring after formation of a via hole.

近年、携帯電話等の移動体通信機器の使用周波数帯域がMHz帯からGHz帯へと高周波化が進んでいる。これらの移動体通信機器の受信・送信部における周波数変換回路や信号増幅回路には、ガリウム砒素(GaAs)電界効果トランジスタ(FET)や、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ(HBT)が広く用いられている。FETやHBTはGaAsやInGaAsよりなる化合物半導体基板上に形成され、基板上のトランジスタの電極とリードフレームや実装基板とが電気的接続される。このトランジスタ電極とリードフレームや実装基板の電極との接続はトランジスタの形成されている化合物半導体基板に貫通孔(ビアホール)を形成し、これを用いてトランジスタ電極とリードフレームや実装基板間の電気的接続を行っている(特許文献1参照)。   In recent years, the frequency band of mobile communication devices such as mobile phones has been increased from the MHz band to the GHz band. Gallium arsenide (GaAs) field effect transistors (FETs) and heterojunction bipolar transistors (HBTs) are widely used in frequency conversion circuits and signal amplification circuits in the reception / transmission units of these mobile communication devices. The FET or HBT is formed on a compound semiconductor substrate made of GaAs or InGaAs, and the electrode of the transistor on the substrate is electrically connected to the lead frame or the mounting substrate. This transistor electrode is connected to the lead frame or the mounting board electrode by forming a through hole (via hole) in the compound semiconductor substrate on which the transistor is formed, and using this, the electrical connection between the transistor electrode and the lead frame or mounting board is made. Connection is made (see Patent Document 1).

従来の化合物半導体基板にビアホールを形成してトランジスタ電極とリードフレームや実装基板とを外部接続する半導体素子について、図6を用いて説明する。GaAsよりなる半絶縁性の基板1の図示されていない上方面側にトランジスタが形成されている。   A semiconductor element in which via holes are formed in a conventional compound semiconductor substrate to externally connect transistor electrodes to a lead frame or a mounting substrate will be described with reference to FIG. A transistor is formed on the upper surface (not shown) of the semi-insulating substrate 1 made of GaAs.

この半導体基板1上に形成された絶縁膜3をエッチングにて開口し、その後、更に半導体基板1をエッチングして、基板の途中の深さまでのビアホール2を形成する。その後、ビアホール2内と半導体基板1の表面上にトランジスタの電極に接続された金属配線5を形成し、さらにメッキ配線6を形成する。基板1はビアホール2の金属面に達するまで研磨し、さらに基板1の裏面には金よりなる裏面金属膜8が形成され、実装されるリードフレームや実装基板の電極と接続される。
特開平11−168104号公報
The insulating film 3 formed on the semiconductor substrate 1 is opened by etching, and then the semiconductor substrate 1 is further etched to form a via hole 2 up to a depth in the middle of the substrate. Thereafter, the metal wiring 5 connected to the electrode of the transistor is formed in the via hole 2 and on the surface of the semiconductor substrate 1, and the plated wiring 6 is further formed. The substrate 1 is polished until it reaches the metal surface of the via hole 2, and a back surface metal film 8 made of gold is formed on the back surface of the substrate 1, and is connected to a lead frame to be mounted or an electrode of the mounting substrate.
JP 11-168104 A

しかしながら、上記のように基板上にビアホールを形成し、メッキ配線を形成した場合、メッキ配線形成後の熱処理工程により、ビアホール周囲において、絶縁膜の膜浮き、膜剥がれが発生し、信頼性及び歩留まりに影響を及ぼすという問題が発生した。   However, when a via hole is formed on a substrate and a plated wiring is formed as described above, an insulating film floats and peels off around the via hole due to a heat treatment process after the plated wiring is formed, and reliability and yield are increased. The problem of affecting the problem occurred.

膜ストレス緩和のために、基板上に堆積する絶縁膜の低ストレス化、及びビアホール形成後のメッキ配線の低ストレス化を図っても改善には至らなかった。   In order to alleviate the film stress, reducing the stress of the insulating film deposited on the substrate and reducing the stress of the plated wiring after forming the via hole did not improve.

本発明は、半導体基板上にビアホールを有する半導体素子において、ビアホールを形成し、メッキ配線形成後の熱処理工程において、ビアホール周辺での膜浮き、及び膜剥がれを抑制することが可能な半導体素子及び製造方法を提供する事を目的とする。   The present invention relates to a semiconductor element having a via hole on a semiconductor substrate, and a semiconductor element capable of suppressing the film floating and film peeling around the via hole in the heat treatment step after the plating wiring is formed. The purpose is to provide a method.

上記課題を解決するため、本発明の半導体素子は、表面に段差部が設けられた半導体基板にビアホールが形成された半導体素子であって、前記ビアホールは前記段差部の上面から前記基板裏面に到達するように形成され、前記ビアホール側壁には導電体が形成されており、前記導電体は前記段差部全体を覆って延びるように形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a semiconductor element of the present invention is a semiconductor element in which a via hole is formed in a semiconductor substrate having a stepped portion on the surface, and the via hole reaches the back surface of the substrate from the upper surface of the stepped portion. The conductor is formed on the side wall of the via hole, and the conductor is formed to extend over the entire step portion.

前記ビアホールが形成され、前記導電体と接触する基板表面はGaAsかあるいはInGaAsが露出していることが好ましい。   Preferably, GaAs or InGaAs is exposed on the substrate surface where the via hole is formed and is in contact with the conductor.

前記段差部の表面がGaAsかあるいはInGaAsのいずれかであることが好ましい。   It is preferable that the surface of the step portion is either GaAs or InGaAs.

前記導電体は、半導体基板上に形成された半導体素子間をつなぐ配線として用いられることが好ましい。   The conductor is preferably used as a wiring that connects between semiconductor elements formed on a semiconductor substrate.

前記導電体は、前記ビアホールの周辺部において、他の部分よりも厚く形成されていることが好ましい。   It is preferable that the conductor is formed thicker in the peripheral part of the via hole than in other parts.

前記半導体基板を上から見て、前記導電体のうち厚い部分と薄い部分との境界から前記導電体のうち薄い部分の端部までの距離が、前記導電体の厚い部分の厚みと薄い部分の厚みとの差の5倍以上離れていることがさらに好ましい。   When the semiconductor substrate is viewed from above, the distance from the boundary between the thick portion and the thin portion of the conductor to the end of the thin portion of the conductor is the thickness of the thick portion and the thin portion of the conductor. More preferably, the distance is 5 times or more the difference from the thickness.

前記半導体基板を上から見て、前記導電体、及び絶縁膜開口部は、前記ビアホールの周辺で丸みを帯びた形状であることがさらに好ましい。   It is more preferable that the conductor and the insulating film opening have a rounded shape around the via hole when the semiconductor substrate is viewed from above.

本発明の半導体素子の製造方法は、半導体基板をエッチングして凸状の段差部を形成する工程と、前記段差部を含む前記半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜をエッチングして、前記段差部上面を露出させる工程と、前記半導体基板をエッチングして、前記段差部上面から前記半導体基板内に達するビアホールを形成する工程と、前記絶縁膜を含む前記半導体基板上及び前記ビアホール内にシード層を堆積する工程と、前記シード層上に導電体を堆積する工程と、を備え、前記導電体は前記段差部を覆うように形成されていることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of etching a semiconductor substrate to form a convex stepped portion, a step of depositing an insulating film on the semiconductor substrate including the stepped portion, and etching the insulating film. A step of exposing the upper surface of the stepped portion, a step of etching the semiconductor substrate to form a via hole reaching the semiconductor substrate from the upper surface of the stepped portion, the semiconductor substrate including the insulating film, and the A step of depositing a seed layer in the via hole; and a step of depositing a conductor on the seed layer, wherein the conductor is formed to cover the stepped portion.

また、本発明の別の半導体素子の製造方法は、半導体基板をエッチングして凸状の段差部を形成する工程と、前記段差部を含む前記半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、前記絶縁膜をエッチングして、前記段差部上面を露出させる工程と、前記半導体基板をエッチングして、前記段差部上面から前記半導体基板内に達するビアホールを形成する工程と、前記絶縁膜を含む前記半導体基板上及び前記ビアホール内にシード層を堆積する工程と、前記シード層の上に第1の導電体を堆積する工程と、前記第1の導電体の上に第2の導電体を堆積する工程と、を備え、前記第1の導電体は前記段差部を覆うように堆積されており、前記第2の導電体は、前記第1の導電体を完全に覆う形で形成されていることを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor element, the step of etching a semiconductor substrate to form a convex stepped portion, the step of depositing an insulating film on the semiconductor substrate including the stepped portion, Etching the insulating film to expose the upper surface of the stepped portion; etching the semiconductor substrate to form a via hole reaching the semiconductor substrate from the upper surface of the stepped portion; and the semiconductor including the insulating film Depositing a seed layer on the substrate and in the via hole; depositing a first conductor on the seed layer; and depositing a second conductor on the first conductor. The first conductor is deposited so as to cover the stepped portion, and the second conductor is formed so as to completely cover the first conductor. Features.

前記第1の導電体は、前記ビアホール内及び前記ビアホール周辺部のみに堆積され、前記第2の導電体は、その端部と前記第1の導電体の端部との距離がビアホール周辺に堆積された前記第1の導電体の厚みの5倍以上となるように形成されていることが好ましい。   The first conductor is deposited only in the via hole and around the via hole, and the second conductor is deposited around the via hole at a distance between the end of the first conductor and the end of the first conductor. It is preferable that the first conductor is formed to be 5 times or more the thickness of the first conductor.

本発明の半導体素子は、ビアホールを有する半導体素子において、ビアホール形成後におけるメッキ配線形成後の熱処理による膜剥がれに関して、ビアホールの周囲に段差を設けることで、熱処理により発生する横方向への膜ストレス変動を段差にて、ブロックすることで膜剥がれを抑制することが可能である。また、ビアホール領域をGaAs、InGaAs表面に形成することで、膜密着性が向上し、剥がれを抑制することが可能である。   In the semiconductor element of the present invention, in a semiconductor element having a via hole, the film stress variation in the lateral direction caused by the heat treatment is provided by providing a step around the via hole with respect to film peeling due to the heat treatment after forming the plated wiring after the via hole is formed. It is possible to suppress film peeling by blocking at a step. Further, by forming the via hole region on the surface of GaAs or InGaAs, film adhesion can be improved and peeling can be suppressed.

また、メッキ配線をビアホール内と基板表面上の2回に分けて形成する場合、第1のメッキ配線端と第2のメッキ配線端との距離を基板表面上で第1のメッキ配線厚の5倍以上にする事で、第1のメッキ配線端を起因とする膜ストレスの変動を第2のメッキ配線にて上部より押さえ込むことで膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。   Further, when the plated wiring is formed twice in the via hole and on the substrate surface, the distance between the first plated wiring end and the second plated wiring end is set to 5% of the first plated wiring thickness on the substrate surface. By setting it to be twice or more, it is possible to suppress the film floating and film peeling by suppressing the fluctuation of the film stress caused by the end of the first plated wiring from the upper part by the second plated wiring.

また、絶縁膜開口パターン、及び第1のメッキ配線の形状パターンを円形にする事で、矩形パターンで形成される第2のメッキ配線との距離を分散することで、局所的なストレスを緩和することにより膜剥がれを抑制することが可能である。   In addition, by making the insulating film opening pattern and the shape pattern of the first plated wiring circular, the distance from the second plated wiring formed by the rectangular pattern is dispersed, thereby reducing local stress. Thus, film peeling can be suppressed.

次に、本発明の実施の形態における半導体素子及び製造方法について図面を参照しながら説明する。   Next, a semiconductor device and a manufacturing method according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態である半導体素子は、図1に示すように、半導体基板1上に、ビアホール径が30〜70μmでビアホール深さが90〜140μm程度のビアホール2を有しており、ビアホール2内にはシード層5を下層に有する第1のメッキ配線6が形成され、ビアホール2近傍の基板1の表面は絶縁膜3で覆われている。半導体基板1の裏面には全面に電極8が設けられており、ビアホール2は基板1の表面から裏面まで到達し、その内部から基板1の表面にかけて形成された第1のメッキ配線6は電極8と接続されている。
(First embodiment)
As shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention has a via hole 2 on a semiconductor substrate 1 having a via hole diameter of 30 to 70 μm and a via hole depth of about 90 to 140 μm. A first plated wiring 6 having a seed layer 5 as a lower layer is formed in the via hole 2, and the surface of the substrate 1 in the vicinity of the via hole 2 is covered with an insulating film 3. An electrode 8 is provided on the entire back surface of the semiconductor substrate 1, the via hole 2 reaches from the surface of the substrate 1 to the back surface, and the first plated wiring 6 formed from the inside to the surface of the substrate 1 is the electrode 8. And connected.

以下、第1の実施形態における半導体素子の製造方法について、図2を用いて説明する。   Hereinafter, the manufacturing method of the semiconductor element in the first embodiment will be described with reference to FIG.

まず、GaAsもしくはInGaAsからなる半導体基板1上にレジストマスクを用いて、リン酸系のエッチャントにより、ビアホールを形成する領域において、深さ200nm〜300nm程度の段差4をウエットエッチングにより形成する(図2(a))。   First, using a resist mask on a semiconductor substrate 1 made of GaAs or InGaAs, a step 4 having a depth of about 200 nm to 300 nm is formed by wet etching in a region where a via hole is to be formed using a phosphoric acid etchant (FIG. 2). (A)).

なお、この時のエッチングにおいて、塩素系のガスを用いたドライエッチングを用いてもよい。その後、絶縁膜3を堆積させ、ビアホールを形成する領域において、レジストマスクを用いて、ウエットエッチングにより絶縁膜3を開口7する。例えば、堆積する絶縁膜3は、シラン系プラズマSiO、もしくはSiN、SiOとSiNとの積層構造のいずれかを400nm程度堆積する。なお、この時のエッチングは、フッ素系のガスを用いたドライエッチングを用いてもよい(図2(b))。   Note that in this etching, dry etching using a chlorine-based gas may be used. Thereafter, the insulating film 3 is deposited, and the insulating film 3 is opened 7 by wet etching using a resist mask in a region where a via hole is to be formed. For example, as the insulating film 3 to be deposited, either silane-based plasma SiO or a laminated structure of SiN, SiO and SiN is deposited to a thickness of about 400 nm. Note that the etching at this time may be dry etching using a fluorine-based gas (FIG. 2B).

その後、厚さ20〜27μm程度のレジストマスクを用いて、塩素系のガスを用いたドライエッチングにより径が30〜70μm、深さが90〜140μm程度のビアホール2を形成する(図2(c))。   Thereafter, using a resist mask having a thickness of about 20 to 27 μm, a via hole 2 having a diameter of 30 to 70 μm and a depth of about 90 to 140 μm is formed by dry etching using a chlorine-based gas (FIG. 2C). ).

さらに、メッキ配線6からなる導電体を形成する際に通電するためのシード層5をスパッタリングにより、半導体基板1の表面とビアホール2内に堆積する。例えば、ウエハ−ターゲット間距離が170mm程度と比較的長いロングスロースパッタリングにより形成するシード層は、Ti45〜150nmとAu100〜150nmの積層構造の薄膜を堆積する。なお、シード層5の堆積は、通常使用されるウエハ−ターゲット間距離が60mm程度のスパッタリング、もしくは真空蒸着のいずれかにて堆積してもよい。その後、素子間をつなぐ配線パターンをレジストマスクにより選択的に電解Auメッキにより形成する(図2(d))。   Further, a seed layer 5 for energizing when forming a conductor made of the plated wiring 6 is deposited on the surface of the semiconductor substrate 1 and in the via hole 2 by sputtering. For example, as a seed layer formed by long throw sputtering with a relatively long distance between the wafer and the target of about 170 mm, a thin film having a laminated structure of Ti 45 to 150 nm and Au 100 to 150 nm is deposited. The seed layer 5 may be deposited by either sputtering or vacuum deposition in which the distance between the wafer and the target that is normally used is about 60 mm. Thereafter, a wiring pattern for connecting the elements is selectively formed by electrolytic Au plating using a resist mask (FIG. 2D).

次に、基板1を裏面から研磨してビアホール2の底部が基板1の裏面に露出するようにする(図2(e))。   Next, the substrate 1 is polished from the back surface so that the bottom of the via hole 2 is exposed on the back surface of the substrate 1 (FIG. 2E).

基板1の裏面に金属膜を全面的に被着し、電極8を形成する(図2(f))。この後、メッキ配線6および電極8の低抵抗化を図り、またスパッタリング等によるダメージの回復を図るため、300℃〜350℃程度の熱処理を行う。   A metal film is entirely deposited on the back surface of the substrate 1 to form an electrode 8 (FIG. 2F). Thereafter, heat treatment is performed at about 300 ° C. to 350 ° C. in order to reduce the resistance of the plated wiring 6 and the electrode 8 and to recover damage caused by sputtering or the like.

本実施の形態によれば、ビアホールを形成する前に半導体基板1の表面に段差4を設けることで、第1のメッキ配線6を形成した後の熱処理工程にて、第1のメッキ配線6、及び絶縁膜3の横方向に発生する膜ストレスの変動を段差4にてブロックすることで、絶縁膜3の膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。   According to the present embodiment, by providing the step 4 on the surface of the semiconductor substrate 1 before forming the via hole, in the heat treatment step after forming the first plated wiring 6, the first plated wiring 6, In addition, the fluctuation of the film stress generated in the lateral direction of the insulating film 3 is blocked by the step 4, so that the film floating and film peeling of the insulating film 3 can be suppressed.

なお、熱処理工程は第1のメッキ配線6の形成直後に行ってもよい。   The heat treatment step may be performed immediately after the formation of the first plated wiring 6.

(第2の実施形態)
図3は本発明の第2の実施形態における半導体素子の模式図であり、図3(a)は断面図、図3(b)は上から見た平面図である。
(Second Embodiment)
3A and 3B are schematic views of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. FIG. 3A is a cross-sectional view, and FIG. 3B is a plan view seen from above.

本実施形態の半導体素子は、図3(a)に示すように、ビアホール2内と基板1の段差部4をカバーする部分にのみ形成する第1のメッキ配線6とビアホール2内及び基板表面上からトランジスタの電極に配線される第2のメッキ配線9を有し、これらはメッキ工程を2回に分けて形成している。   As shown in FIG. 3A, the semiconductor element of this embodiment includes a first plated wiring 6 formed only in the via hole 2 and a portion covering the stepped portion 4 of the substrate 1, the via hole 2, and the substrate surface. The second plating wiring 9 to be connected to the electrode of the transistor is formed, and these are formed by dividing the plating process into two times.

図3(b)に示すようにビアホールを形成する領域において、絶縁膜3の開口部7の形状は正方形であり、また、ビアホール2内と基板1の段差部4をカバーする部分にのみ形成する第1のメッキ配線6の形状も同様である。   As shown in FIG. 3B, in the region where the via hole is to be formed, the shape of the opening 7 of the insulating film 3 is a square, and is formed only in the portion covering the inside of the via hole 2 and the stepped portion 4 of the substrate 1. The same applies to the shape of the first plated wiring 6.

図3に示すように、第1のメッキ配線6の配線幅をx1、第2のメッキ配線9の配線幅をx2としたとき、第1のメッキ配線6の端部と第2のメッキ配線9の端部との距離xはx2とx1との差のおよそ半分程度である。xを10〜20μm程度とし、第1のメッキ配線6の厚さt(=2μm)に対して5倍以上にする事で、第2のメッキ配線9を形成した後の熱処理工程にて発生する第1のメッキ配線6の端を基点とする絶縁膜3の横方向に発生する膜ストレスの変動を第2のメッキ配線9にて上部より押さえ込むことで、絶縁膜3の膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。   As shown in FIG. 3, when the wiring width of the first plating wiring 6 is x1 and the wiring width of the second plating wiring 9 is x2, the end portion of the first plating wiring 6 and the second plating wiring 9 are arranged. The distance x to the end of is about half of the difference between x2 and x1. x is set to about 10 to 20 μm and is set to 5 times or more with respect to the thickness t (= 2 μm) of the first plated wiring 6, which occurs in the heat treatment process after the formation of the second plated wiring 9. The fluctuation of the film stress generated in the lateral direction of the insulating film 3 starting from the end of the first plated wiring 6 is suppressed from above by the second plated wiring 9, so that the insulating film 3 floats and peels off. It is possible to suppress.

(第3の実施形態)
本発明の第3の実施形態における半導体素子は、第2の実施形態で示した半導体素子と2回メッキで配線を作成する点で同じであるが、図4に示すように、第1のメッキ配線6の端部と第2のメッキ配線9の端部との距離xを第1のメッキ配線6の厚さに対して5倍以上にするだけでなく、絶縁膜3の開口パターン、及び第1のメッキ配線6の形状パターンを円形にする事で、開口部と各メッキ配線端部との距離を均等に分散することが可能となり、第2のメッキ配線9、及び絶縁膜3に与える局所的なストレスを低減することで絶縁膜3の膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。
(Third embodiment)
The semiconductor element in the third embodiment of the present invention is the same as the semiconductor element shown in the second embodiment in that wiring is formed by plating twice, but as shown in FIG. The distance x between the end portion of the wiring 6 and the end portion of the second plating wiring 9 is not less than five times the thickness of the first plating wiring 6, but also the opening pattern of the insulating film 3 and the first By making the shape pattern of the first plated wiring 6 circular, the distance between the opening and each plated wiring end can be evenly distributed, and the local area applied to the second plated wiring 9 and the insulating film 3 can be distributed. It is possible to suppress the film floating and film peeling of the insulating film 3 by reducing the stress.

本発明の第2および第3の実施形態における半導体素子の製造方法について、図5を用いて説明する。   A method for manufacturing a semiconductor element in the second and third embodiments of the present invention will be described with reference to FIG.

まず、GaAsもしくはInGaAsからなる半導体基板1上にレジストマスクを用いて、リン酸系のエッチャントにより、ビアホールを形成する領域において、深さ200nm〜300nm程度の段差4をウエットエッチングにより形成する(図5(a))。   First, using a resist mask on a semiconductor substrate 1 made of GaAs or InGaAs, a step 4 having a depth of about 200 nm to 300 nm is formed by wet etching in a region where a via hole is to be formed using a phosphoric acid-based etchant (FIG. 5). (A)).

その後、絶縁膜3を堆積させ、ビアホール2を形成する領域において、レジストマスクにより、ウエットエッチングにより絶縁膜3を開口7する。例えば、堆積する絶縁膜3は、シラン系プラズマSiO、もしくはSiN、SiOとSiNとの積層構造のいずれかを400nm程度堆積する。なお、絶縁膜3のエッチングに使用するレジストマスクは、図3(b)に示した正方形パターンもしくは図4で示した円形パターンにて形成してもよい。また、この時のエッチングは、フッ素系のガスを用いたドライエッチングを用いてもよい(図5(b))。   Thereafter, the insulating film 3 is deposited, and the insulating film 3 is opened 7 by wet etching with a resist mask in a region where the via hole 2 is to be formed. For example, as the insulating film 3 to be deposited, either silane-based plasma SiO or a laminated structure of SiN, SiO and SiN is deposited to a thickness of about 400 nm. The resist mask used for etching the insulating film 3 may be formed by the square pattern shown in FIG. 3B or the circular pattern shown in FIG. In addition, the etching at this time may be dry etching using a fluorine-based gas (FIG. 5B).

その後、厚さ20〜27μm程度のレジストマスクを用いて、塩素系のガスを用いたドライエッチングにより径が30〜70μm、深さが90〜140μm程度のビアホール2を形成する(図5(c))。   Thereafter, using a resist mask having a thickness of about 20 to 27 μm, via holes 2 having a diameter of 30 to 70 μm and a depth of about 90 to 140 μm are formed by dry etching using a chlorine-based gas (FIG. 5C). ).

その後、メッキ配線6からなる導電体を形成する際に通電するためのシード層5をスパッタリングにより、半導体基板1の表面とビアホール2内に堆積する。例えば、ウエハ−ターゲット間距離が170mm程度と比較的長いロングスロースパッタリングにより形成するシード層5は、Ti45〜150nmとAu100〜150nmの積層構造の薄膜を堆積する。   Thereafter, a seed layer 5 for energizing when forming a conductor made of the plated wiring 6 is deposited on the surface of the semiconductor substrate 1 and in the via hole 2 by sputtering. For example, the seed layer 5 formed by long throw sputtering with a relatively long distance between the wafer and the target of about 170 mm deposits a thin film having a laminated structure of Ti 45 to 150 nm and Au 100 to 150 nm.

なお、シード層5の堆積は、通常使用されるウエハ−ターゲット間距離が60mm程度のスパッタリング、もしくは真空蒸着のいずれかにて堆積してもよい。その後、レジストマスクにて、ビアホール2内のみに選択的に電解Auメッキにより第1のメッキ配線6を形成する。   The seed layer 5 may be deposited by either sputtering or vacuum deposition in which the distance between the wafer and the target that is normally used is about 60 mm. Thereafter, the first plated wiring 6 is selectively formed only in the via hole 2 by electrolytic Au plating using a resist mask.

また、絶縁膜3の開口パターンが円形にて形成される場合は、第1のメッキ配線6を形成するレジストマスクは、円形パターンにて形成してもよい(図5(d))。   When the opening pattern of the insulating film 3 is formed in a circular shape, the resist mask for forming the first plated wiring 6 may be formed in a circular pattern (FIG. 5D).

その後、素子間をつなぐ配線パターンを形成する際に、第1のメッキ配線6のメッキ膜厚に対して、少なくとも5倍以上の距離で形成される配線パターンのレジストマスクを用いて選択的に電解Auメッキにより第2のメッキ配線9を形成する(図5(e))。   Thereafter, when forming a wiring pattern for connecting elements, selective electrolysis is performed using a resist mask for the wiring pattern formed at a distance of at least five times the plating film thickness of the first plating wiring 6. A second plated wiring 9 is formed by Au plating (FIG. 5E).

次に、基板1を裏面から研磨してビアホール2の底部が基板1の裏面に露出するようにした後、基板1の裏面に金属膜を全面的に被着し、電極8を形成する(図5(f))。   Next, after polishing the substrate 1 from the back surface so that the bottom of the via hole 2 is exposed on the back surface of the substrate 1, a metal film is entirely deposited on the back surface of the substrate 1 to form an electrode 8 (see FIG. 5 (f)).

以上のように、本実施の形態によれば、第2のメッキ配線9を形成した後の熱処理工程において、第1のメッキ配線6の端部を基点として絶縁膜3の横方向に発生する膜ストレスの変動を第2のメッキ配線9にて上部より押さえ込むことで、絶縁膜3の膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。また、絶縁膜3の開口パターン、及び第1のメッキ配線6の形状パターンを円形にする事で、開口部と各メッキ配線端部との距離を均等に分散することが可能となり、第2のメッキ配線9、及び絶縁膜3に与える局所的なストレスを低減することで絶縁膜3の膜浮き、膜剥がれを抑制することが可能である。   As described above, according to the present embodiment, in the heat treatment step after the second plated wiring 9 is formed, the film generated in the lateral direction of the insulating film 3 with the end portion of the first plated wiring 6 as a base point By suppressing the fluctuation of stress from the upper part by the second plated wiring 9, it is possible to suppress the film floating and film peeling of the insulating film 3. Further, by making the opening pattern of the insulating film 3 and the shape pattern of the first plated wiring 6 circular, the distance between the opening and each plated wiring end can be evenly distributed. By reducing the local stress applied to the plated wiring 9 and the insulating film 3, it is possible to suppress film floating and film peeling of the insulating film 3.

なお、第1〜第3の実施形態において、半導体基板1の表面には、GaAsあるいはInGaAsが露出する構成とした。   In the first to third embodiments, GaAs or InGaAs is exposed on the surface of the semiconductor substrate 1.

この理由は、GaAs、InGaAs層はAlGaAs等と比べて、Alを含有することによる表面自然酸化膜の影響を受けないため、絶縁膜の膜密着性が向上し、メッキ配線形成後の熱処理工程において膜剥がれの発生を抑制する効果がより大きくなるためである。   This is because the GaAs and InGaAs layers are not affected by the surface natural oxide film due to the inclusion of Al, as compared with AlGaAs, etc., so that the film adhesion of the insulating film is improved and in the heat treatment process after the plating wiring is formed. This is because the effect of suppressing the occurrence of film peeling becomes greater.

また、第1〜第3の実施形態では、基板1自体をGaAsあるいはInGaAsとしたが、ビアホール周辺に形成する段差部表面のみをGaAsあるいはInGaAsのいずれかにしても同様の効果が得られる。   In the first to third embodiments, the substrate 1 itself is made of GaAs or InGaAs, but the same effect can be obtained if only the surface of the stepped portion formed around the via hole is made of GaAs or InGaAs.

本発明にかかる半導体素子は、ビアホール形成後におけるメッキ配線形成後の熱処理による膜剥がれを抑制でき、高歩留まりかつ高信頼性を有する半導体素子として有用である。   The semiconductor element according to the present invention is useful as a semiconductor element having high yield and high reliability because it can suppress film peeling due to heat treatment after formation of a plated wiring after formation of a via hole.

本発明の第1の実施形態における半導体素子の断面図Sectional drawing of the semiconductor element in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第1の実施形態における半導体素子の製造方法を示す工程断面図Sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor element in the 1st Embodiment of this invention 本発明の第2の実施形態における半導体素子の模式図であり、(a)は断面図、(b)は上から見た平面図It is the schematic diagram of the semiconductor element in the 2nd Embodiment of this invention, (a) is sectional drawing, (b) is the top view seen from the top 本発明の第3の実施形態における半導体素子の平面図The top view of the semiconductor element in the 3rd Embodiment of this invention 本発明の第2及び第3の実施形態における半導体素子の製造方法を示す工程断面図Process sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor element in the 2nd and 3rd embodiment of this invention 従来の半導体素子の断面図Sectional view of a conventional semiconductor device

符号の説明Explanation of symbols

1 半導体基板(GaAs、InGaAs)
2 ビアホール
3 絶縁膜
4 段差
5 シード層
6 第1のメッキ配線
7 絶縁膜開口部
8 裏面電極
9 第2のメッキ配線
1 Semiconductor substrate (GaAs, InGaAs)
2 Via hole 3 Insulating film 4 Step 5 Seed layer 6 First plating wiring 7 Insulating film opening 8 Back electrode 9 Second plating wiring

Claims (10)

表面に段差部が設けられた半導体基板にビアホールが形成された半導体素子であって、
前記ビアホールは前記段差部の上面から前記基板裏面に到達するように形成され、
前記ビアホール側壁には導電体が形成されており、
前記導電体は前記段差部全体を覆って延びるように形成されていることを特徴とする半導体素子。
A semiconductor element in which a via hole is formed in a semiconductor substrate having a stepped portion on the surface,
The via hole is formed to reach the back surface of the substrate from the upper surface of the stepped portion,
A conductor is formed on the side wall of the via hole,
The semiconductor element, wherein the conductor is formed to extend over the entire step portion.
前記ビアホールが形成され、前記導電体と接触する基板表面はGaAsかあるいはInGaAsが露出していることを特徴とする半導体素子。 A semiconductor device, wherein the via hole is formed and GaAs or InGaAs is exposed on a substrate surface in contact with the conductor. 前記段差部の表面がGaAsかあるいはInGaAsのいずれかであることを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。 2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the surface of the stepped portion is either GaAs or InGaAs. 前記導電体は、半導体基板上に形成された半導体素子間をつなぐ配線として用いられることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the conductor is used as a wiring connecting between semiconductor elements formed on a semiconductor substrate. 前記導電体は、前記ビアホールの周辺部において、他の部分よりも厚く形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 1, wherein the conductor is formed thicker in the peripheral portion of the via hole than in other portions. 前記半導体基板を上から見て、前記導電体のうち厚い部分と薄い部分との境界から前記導電体のうち薄い部分の端部までの距離が、前記導電体の厚い部分の厚みと薄い部分の厚みとの差の5倍以上離れていることを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。 When the semiconductor substrate is viewed from above, the distance from the boundary between the thick portion and the thin portion of the conductor to the end of the thin portion of the conductor is the thickness of the thick portion and the thin portion of the conductor. 6. The semiconductor element according to claim 5, wherein the semiconductor element is separated by 5 times or more of the difference from the thickness. 前記半導体基板を上から見て、前記導電体、及び絶縁膜開口部は、前記ビアホールの周辺で丸みを帯びた形状であることを特徴とする請求項5または6に記載の半導体素子。 The semiconductor element according to claim 5, wherein when viewed from above, the conductor and the insulating film opening have a rounded shape around the via hole. 半導体基板をエッチングして凸状の段差部を形成する工程と、
前記段差部を含む前記半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜をエッチングして、前記段差部上面を露出させる工程と、
前記半導体基板をエッチングして、前記段差部上面から前記半導体基板内に達するビアホールを形成する工程と、
前記絶縁膜を含む前記半導体基板上及び前記ビアホール内にシード層を堆積する工程と、
前記シード層上に導電体を堆積する工程と、を備え、
前記導電体は前記段差部を覆うように形成されていることを特徴とする半導体素子の製造方法。
Etching the semiconductor substrate to form a convex stepped portion;
Depositing an insulating film on the semiconductor substrate including the stepped portion;
Etching the insulating film to expose the upper surface of the stepped portion;
Etching the semiconductor substrate to form a via hole reaching the semiconductor substrate from the upper surface of the stepped portion;
Depositing a seed layer on the semiconductor substrate including the insulating film and in the via hole;
Depositing a conductor on the seed layer,
The method of manufacturing a semiconductor element, wherein the conductor is formed so as to cover the stepped portion.
半導体基板をエッチングして凸状の段差部を形成する工程と、
前記段差部を含む前記半導体基板上に絶縁膜を堆積する工程と、
前記絶縁膜をエッチングして、前記段差部上面を露出させる工程と、
前記半導体基板をエッチングして、前記段差部上面から前記半導体基板内に達するビアホールを形成する工程と、
前記絶縁膜を含む前記半導体基板上及び前記ビアホール内にシード層を堆積する工程と、
前記シード層の上に第1の導電体を堆積する工程と、
前記第1の導電体の上に第2の導電体を堆積する工程と、を備え、
前記第1の導電体は前記段差部を覆うように堆積されており、
前記第2の導電体は、前記第1の導電体を完全に覆う形で形成されていることを特徴とする半導体素子の製造方法。
Etching the semiconductor substrate to form a convex stepped portion;
Depositing an insulating film on the semiconductor substrate including the stepped portion;
Etching the insulating film to expose the upper surface of the stepped portion;
Etching the semiconductor substrate to form a via hole reaching the semiconductor substrate from the upper surface of the stepped portion;
Depositing a seed layer on the semiconductor substrate including the insulating film and in the via hole;
Depositing a first conductor on the seed layer;
Depositing a second conductor on the first conductor; and
The first conductor is deposited so as to cover the stepped portion;
The method of manufacturing a semiconductor element, wherein the second conductor is formed so as to completely cover the first conductor.
前記第1の導電体は、前記ビアホール内及び前記ビアホール周辺部のみに堆積され、
前記第2の導電体は、その端部と前記第1の導電体の端部との距離がビアホール周辺に堆積された前記第1の導電体の厚みの5倍以上となるように形成されていることを特徴とする請求項9記載の半導体素子の製造方法。
The first conductor is deposited only in the via hole and around the via hole,
The second conductor is formed such that the distance between the end of the first conductor and the end of the first conductor is at least five times the thickness of the first conductor deposited around the via hole. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 9.
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JP2009088193A (en) * 2007-09-28 2009-04-23 Fujikura Ltd Through wiring substrate, semiconductor package, and method of manufacturing through wiring substrate

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