JP2006261323A

JP2006261323A - 半導体装置及びその製造方法

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Publication number: JP2006261323A
Application number: JP2005075388A
Authority: JP
Inventors: Yoshihisa Totsuta; 義久土津田; Shinji Suminoe; 信二住ノ江
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2006-09-28

Abstract

【課題】
貫通電極となる導電層とその周囲の半導体基板とを絶縁する絶縁層を、簡便かつ確実に形成することができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面に第１非貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を形成し、第２非貫通孔内に絶縁層を形成し、第１非貫通孔内壁に導電層を形成し、前記絶縁層及び導電層が基板裏面に露出するように、基板裏面を後退させる工程を備えることを特徴とする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、特に、貫通電極を有する半導体装置及びその製造方法に関する。

近年、携帯電話機などの携帯情報機器に代表される電子機器は、小形化および軽量化が要求されており、この要求に伴って、電子機器に搭載される半導体装置も小形化および高密度化が図られている。半導体装置を小形化および高密度化するために、複数の半導体装置を積層した積層型半導体モジュール構造が提案されている。

図１２は、積層型半導体モジュール５１の主要な構造を例示する断面図である。積層型半導体モジュール５１は、複数の半導体装置５３が積み重ねられ、相互にバンプ電極５５によって接続されている。貫通電極を構成する導電層５７は、側壁絶縁層５９によって半導体基板６１と絶縁されており、半導体基板６１の一方の面に表面絶縁膜６２を介して形成される表面電極６３、および他方の面に形成される裏面配線６５に接続している。また、半導体基板６１の裏面には裏面絶縁膜６７が形成されている。

このような積層型半導体モジュール５１を構成する半導体装置５３を製造するためのプロセスとして、以下のような方法が提案されている。まず、半導体基板の半導体素子が形成される側の面（以後、主面と呼ぶことがある）に、半導体基板を貫通しない非貫通孔を形成し、該非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に絶縁層を形成する。次に、非貫通孔に導電層を形成する。導電層の形成方法としては、例えば導電ペーストを印刷法により充填したり、電解銅メッキにより埋め込むなどの手法が知られており、非貫通孔内部に導体を形成する。その後、半導体基板の主面の反対側の面である裏面を機械研削などにより後退させ、導体を半導体基板裏面側で外方に露出させるという方法である。

上記のプロセスにおける非貫通孔に絶縁層を形成する方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学蒸着法）によりシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を成膜する方法（特許文献１参照）、またポリイミドなどの樹脂を非貫通孔に充填した後、非貫通孔の中央部分の樹脂をレーザなどのドライエッチングによって除去する方法（特許文献２参照）などが提案されている。

しかしながら、特許文献１に開示されるＣＶＤによる絶縁膜形成方法は、成膜速度が遅いという問題がある。また特許文献２に開示される非貫通孔に樹脂を充填した後で非貫通孔の中央部分の樹脂を除去する方法は、レーザを用いる場合、非貫通孔の数だけレーザ照射を行う必要があり、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）を用いる場合、樹脂材料に対して選択比の大きい銅または白金などの金属でエッチングマスクを形成する必要がある。これらの先行技術に開示される方法は、全てコストが高くなるという問題がある。

このような課題を解決するため、樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁層を形成する方法が提案されている。
スクリーン印刷による塗布方法などである。非貫通孔の開口部を塞ぐように絶縁樹脂を印刷により塗布し、絶縁樹脂が非貫通孔の内部に流れ落ちることで、非貫通孔の内壁に絶縁樹脂層が形成される。絶縁樹脂の粘性・チクソ性や、内壁の濡れ性などにより絶縁樹脂層による被覆性が決まる。

上述の印刷法をさらに改善し、非貫通孔の内部への塗布性を改善する手法として以下のような方法が提案されている。

図１３（ａ），（ｂ）は、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂材料を塗布して絶縁層を形成する方法を説明するための断面図である。

図１３（ａ）に示すように、半導体基板７１には、主面に半導体素子（不図示）が形成され、主面の表面上に設けられる絶縁膜７３および表面電極７５を貫通し、半導体基板７１を貫通しない非貫通孔７７が形成される。

図１３（ａ）では、非貫通孔７７が形成された半導体基板７１をチャンバ内に入れ、チャンバ内を大気圧よりも減圧した状態で、印刷マスクを用いてペースト状の樹脂７９を印刷し、非貫通孔７７の開口部を、塗布された樹脂７９によってキャップ状に塞ぐ。続いて、チャンバ内の圧力を大気圧に戻す。非貫通孔７７の内部が大気圧よりも低い圧力であり、樹脂７９を介した非貫通孔７７の外部が大気圧であることによる圧力差を利用し、樹脂７９を非貫通孔７７の内部に吸引させる。図１３（ｂ）では、樹脂７９が非貫通孔７７内に吸引された結果、非貫通孔７７に臨む半導体基板７１の内壁が樹脂７９で覆われる。この状態で樹脂７９を加熱し硬化させることによって、非貫通孔７７に臨む半導体基板７１の内壁が絶縁層で被覆される。

しかしながら図１３（ａ），（ｂ）に示す従来技術の絶縁層の形成方法には、以下のような問題がある。図１４（ａ），（ｂ）は、従来技術の絶縁層の形成方法における問題点を説明するための断面図である。

非貫通孔の内壁に形成される絶縁樹脂層は、非貫通孔の内壁に対する絶縁樹脂の濡れ性や、絶縁樹脂層の粘性・チクソ性などの特性と、重力とのバランスなどによりその形状が決まる。図１３（ｂ）に示すような絶縁層形状を実現することで、Ｓｉ基板と後工程で形成される導電層との絶縁性を良好に保つことができる。しかしながら実際には、内壁に対する絶縁樹脂の濡れ性や、絶縁樹脂層の粘性・チクソ性などの特性のばらつきや、印刷による供給量のばらつきにより、絶縁樹脂層の形状が安定しない問題がある。また、非貫通孔に液状の樹脂を塗布した場合、樹脂の濡れ性やチクソ性、表面張力のバランスによって図１４（ａ）のような形状になってしまう現象が生じる。つまり半導体基板７１の内壁が露出する部分８１が生ずる場合がある。さらに非貫通孔の肩口部分で樹脂のカバレジが悪くＳｉ基板が露出、あるいは露出にいたらずとも樹脂層が薄くなってしまう場合もある。

また図１４（ｂ）に示すように樹脂層が薄くなるのを防ぐために、非貫通孔内に落とし込む樹脂量を増加させると、後工程で形成される導電層の厚み方向の寸法が小さくなるため、後工程において半導体基板を後退させる量が増加し、コストアップとなると共に、半導体基板が薄くなるため強度が低下し取り扱いが困難になってくるなど問題が大きい。
特許第３５３７４４７号公報特許第２８４７８９０号公報

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、貫通電極となる導電層とその周囲の半導体基板とを絶縁する絶縁層を、簡便かつ確実に形成することができる半導体装置の製造方法を提供するものである。

本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板表面に第１非貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を形成し、第２非貫通孔内に絶縁層を形成し、第１非貫通孔内壁に導電層を形成し、前記絶縁層及び導電層が基板裏面に露出するように、基板裏面を後退させる工程を備えることを特徴とする。

本発明では、導電層を形成するための第１非貫通孔を囲むように、第２非貫通孔を形成し、第２非貫通孔に絶縁層を形成する。これによって、第１非貫通孔内の導電層を周囲の半導体基板から確実に電気的に分離することができる。

第１及び第２非貫通孔は、エッチングなどで形成することができ、同時に形成することが好ましい。同時に形成することにより、工程を増加させる必要がない為、コストアップを防ぐことが可能である。

第１非貫通孔は、容積が第２非貫通孔より大きいことが好ましい。この場合、第１非貫通孔が完全に充填される前に、第２非貫通孔が完全に充填されることになり、第２非貫通孔内に絶縁層が確実に形成されるからである。

前記絶縁層は、第２非貫通孔に絶縁材料を充填し、充填した絶縁材料を硬化させることによって形成することが好ましい。絶縁材料としては、液状の熱又は紫外線硬化性樹脂などを用いることができる。樹脂の充填は、例えば、第２非貫通孔の入口に樹脂を塗布することによって行うことができる。樹脂の粘性が高くない等の場合には、樹脂が重力等の影響を受けて第２非貫通孔内に入り込む。樹脂の塗布は、孔版印刷等によって行うことができる。

また、樹脂の粘性が高い等の場合には、樹脂が自然には第２非貫通孔に入り込まない場合があるが、その場合は、樹脂の充填は、所定雰囲気圧力下で第２非貫通孔の入口に樹脂を塗布してこの入口を塞ぎ、その状態で雰囲気圧力を増大させることによって行う。所定雰囲気圧力は、好ましくは、大気圧よりも低い圧力である。この場合、圧力差によって樹脂を第２非貫通孔内に入り込ませることができる。

また、前記絶縁層は、第２非貫通孔内壁に絶縁材料を電着させることによって形成してもよい。絶縁材料としては、ポリイミドなどの樹脂等を用いることができる。

また、本発明は、第１貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を備える半導体基板と、第１貫通孔内に形成された導電層と、第２非貫通内に形成された絶縁層とを備える半導体装置も提供する。

さらに、本発明は、第１貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を備える半導体基板と、第１貫通孔内に第１絶縁層を介して形成された導電層と、第２非貫通内に形成された第２絶縁層とを備える半導体装置も提供する。

これらの半導体装置では、第１非貫通孔内の導電層の周りに必ず第２非貫通孔内の絶縁層が存在するので、導電層を周囲の半導体基板から確実に電気的に分離することができる。

また、本発明は、上記半導体装置が複数個積層された半導体モジュールも提供する。積層された半導体装置は、それぞれの導電層を介して互いに電気的に接続される。このため、ワイヤ等を用いなくても上下間の電気的接続を確保することができ、容易に積層型半導体モジュールを得ることができる。

本発明による貫通電極を有する半導体装置の製造方法を及び本発明により得られる半導体装置について図を用いて説明する。

図１は、半導体装置１の基礎的部分の構成を示す断面図である。基礎的部分において半導体装置１は、半導体基板３と、半導体基板３の主面である一方の表面上に形成される表面絶縁膜５と、表面絶縁膜５の上に形成される第２の層である表面電極７とを含む。

半導体基板３は、たとえば単結晶シリコンからなり、特にその面方位は限定されるものではない。この半導体基板３の主面には図示しない半導体素子が作りこまれ、半導体回路が形成されている。表面絶縁膜５は、たとえば二酸化シリコンで構成され、半導体基板３およびこれに形成される半導体回路と、表面電極７とを絶縁するために形成される。表面絶縁膜５は、表面電極７の端部、また表面電極７に繋がる配線部（図示せず）上を保護するようにして形成されている場合もあるが、説明および図示を省略する。

第２の層である表面電極７は、半導体回路と外部装置との接続端子として設けられる。表面電極７は、単層膜または多層膜のいずれであってもよい。ただし、単層である場合には該層が、また多層である場合には少なくとも１つの層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層であることが好ましく、特にＡｌを含む合金層であることが好ましい。Ａｌを含む合金層は、電気伝導性に優れるとともに比較的簡単にスパッタ成膜することができ、また後述するように、単結晶ケイ素のドライエッチングで用いるラジカルによってエッチングされないので、表面電極７を構成する層として最も望ましい。

本発明の方法で製造される半導体装置１において、表面電極７の構成について例示すると、表面絶縁膜５の側から外方へ向かって、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＡｌＣｕ合金、ＴｉＮの４層多層膜を有する。このような表面電極７の大きさは、たとえば１辺が１１５μｍの正方形である。

以下、本発明による半導体装置１の製造方法を説明する。半導体装置の製造に用いられる半導体基板の形態は、一般には、デバイスチップ複数個から成る半導体ウエハであるけれども、特に限定されることなく、半導体ウエハを個片化したチップ形態であってもよい。本実施態様においては、上記の両者を特に区別することなく、半導体基板と称することにする。

図２は、半導体基板３にレジストパターン９を形成した状態を示す断面図である。表面絶縁膜５および表面電極７が形成された半導体基板３に、フォトレジスト液を塗布して露光及び現像を行い、ハードベークを行うことによって、非貫通孔の形成位置に対応する位置にレジスト開口部を有するレジストパターン９を得る。

レジスト開口部は、第１非貫通孔を形成するための開口部９ａ及び第２非貫通孔を形成するための開口部９ｂが同時に形成される。第２非貫通孔を形成するための開口部９ｂは、第１非貫通孔を形成するための開口部９ａを囲むように形成される。なお、第１非貫通孔は、横断面が円形、楕円形、多角形等の種々の形状で形成することができる。開口部９ａの横断面形状も、第１非貫通孔の形状に合わせて、円形、楕円形、多角形等とする。以下、第１非貫通孔の横断面が円形の場合を例にとって説明を進める。

第１非貫通孔を形成するための開口部９ａの直径を７５μｍとし、第２非貫通孔を形成するための開口部９ｂの幅を５μｍ、開口部９ａと開口部９ｂとの間の領域の幅を１０μｍとする。
レジストパターン９を形成するためのフォトレジスト液には、一般的なポジ型レジストを用いることができ、ポジ型レジストとしてはたとえばノボラック・ジアゾナフトキノン系のものが挙げられる。フォトレジスト液は、半導体基板３にスピンコート法を用いて塗布される。スピンコート法で塗布されて形成されるレジストパターン９は、たとえば８μｍ程度の厚みを有する。

レジストパターン９を形成後、表面電極７のエッチングを行う。図３は、表面電極７をエッチングした後の状態を示す断面図である。レジストパターン９のレジスト開口部９ａ，９ｂを介して露出する部分の表面電極７が、ウエットエッチングによって除去される。ＡｌＣｕ合金膜の除去には、一般的なリン酸、酢酸、硝酸の混合水溶液を用いることができる。Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の除去には、一般的な過酸化水素とフッ酸との混合液を用いることができる。なおＴｉＮ膜の除去については、ＮａＯＨ、Ｈ₂Ｏ₂、ならびに有機化合物の混合水溶液を用いてもよい。また、表面電極７のエッチングは、上記のウエットエッチングに限定されることなく、ドライエッチングの手法を用いることも可能である。

表面電極７を除去した後、表面絶縁膜５の除去を行う。図４は、表面絶縁膜５を除去して半導体基板３を露出させた状態を示す断面図である。表面絶縁膜５の除去は、ドライエッチングまたはウエットエッチングなど公知の手法で実現することができる。たとえばフッ酸緩衝溶液を用いたウエットエッチングなどが好適に用いられる。表面絶縁膜５の除去によって、レジスト開口部９ａ及び９ｂを通して半導体基板３が露出される。

次に半導体基板３に第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂを形成する非貫通孔形成工程が行われる。図５は、半導体基板３に第１非貫通孔１１ａ及び第２非貫通孔１１ｂを形成した状態を示す断面図である。半導体基板３に対する第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの形成は、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法で行うことができる。反応性イオンエッチングに用いるエッチングガスとしては、フッ化物を含むガスを用いることが好ましい。フッ化物を含むガスとしては、たとえば六フッ化硫黄（分子式：ＳＦ₆）と酸素（分子式：Ｏ₂）との混合ガスが好適に用いられる。またＳＦ₆とＯ₂との混合ガスにアルゴン（分子式：Ａｒ）を混合したものを用いてもよい。

第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂ及びその間の領域の寸法は、レジストパターン９の開口部９ａ，９ａの寸法を反映するので、第１非貫通孔１１ａの直径は７５μｍ、第２非貫通孔の幅は、５μｍ、両者の間の領域の幅は、１０μｍとなる。また、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの深さＤｅを例示すると、たとえば１５０μｍである。この後レジストパターン９は剥離しておく。

次に、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの開口部に、孔版印刷によって樹脂１５を供給する印刷工程が行われる。

図６（ａ）〜（ｃ）は、印刷工程の概要を説明するための断面図である。印刷工程では、まず不図示の印刷用ステージ上に半導体基板３を固定し、第１非貫通孔１１ａの中心が、印刷マスク１３のマスク開口部１３ａの中心と略一致するように、印刷マスク１３と印刷用ステージとの位置を調整する。印刷マスク１３は、たとえば厚さ６０μｍのステンレス鋼製であり、テープとスクリーンとを介して、ステンレス鋼の版枠に取り付けられた構造であるため、弾性変形が可能である。印刷マスク１３のマスク開口部１３ａは、印刷マスク１３を厚さ方向に貫通して円錐台形状に形成され、半導体基板３を臨む側の直径が８５μｍ、その反対側の直径が７５μｍである。なお、印刷マスク１３は、上記のようなステンレス鋼からなるメタルマスクに限定されることなく、スクリーンマスクであっても良い。

次に、印刷マスク１３と半導体基板３とが接触せず、両者の間に１００〜２００μｍのクリアランスが得られるように、印刷用ステージの高さを調整する。印刷にはペースト状の樹脂１５が用いられる。樹脂１５は、たとえば、芳香族アミン系硬化剤または酸無水物硬化剤を添加したビスフェノールＡ型樹脂などのエポキシ系樹脂である。

樹脂１５は、スキージ１７を用いて、印刷マスク１３上に供給される。このとき、スキージ１７による押圧力を利用して印刷マスク１３が半導体基板３に向かって下降されるので、印刷マスク１３が半導体基板３に接触し、図６（ａ）に示すように、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの開口部とその周囲に樹脂１５が印刷される。

印刷マスク１３は、前述のように弾性変形することができるので、スキージ１７が通過すると、図６（ｂ）に示すように印刷マスク１３が、上昇して半導体基板３から離れる。樹脂１５の印刷が終了すると、印刷用ステージを下降させる。このとき、樹脂１５は、図６（ｃ）に示すように、第１非貫通孔１１ａの内部に落ち込み、第１非貫通孔１１ａの内壁に第１樹脂層１５ａが形成される。また、このとき、第２非貫通孔１１ｂには毛細管現象により樹脂１５が流れ込み、第２樹脂層１５ｂが形成される。

樹脂１５が第１非貫通孔１１ａを完全に埋め込まず、第１非貫通孔１１ａの内壁に第１樹脂層１５ａを形成する様にコントロールすることが必要である。なお、第１非貫通孔１１ａの容積に対して少ない量の樹脂量であっても、第２非貫通孔１１ｂの大きさを小さく形成しているので、第２非貫通孔１１ｂは十分に埋め込まれる。

図６（ｃ）では第１非貫通孔１１ａに内壁に樹脂層１５ａが形成されている状態を示しているが、多くの場合、図７に示すように、側壁の樹脂１５が第１非貫通孔１１ａの底部に落ち込み、樹脂層１５ａの厚さが薄くなったり、場合によっては側壁が露出する場合がある。この場合、第２非貫通孔１１ｂ内に第２樹脂層１５ｂが形成されていなければ、半導体基板３と後工程で形成する貫通電極となる導電層１９が絶縁不良となる。しかしながら、第２樹脂層１５ｂを形成しておくことで、確実に導電層１９と半導体基板３の絶縁性を確保し、信頼性を高めることができる。

印刷工程において、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂ内への樹脂の落ち込みおよび埋め込み性が悪い場合には次のような手段を用いることも可能である。なお、落ち込みおよび埋め込み性が悪い場合とは、例えば、粘性の高い樹脂を用いた場合、第２非貫通孔１１ｂの幅が狭い場合、第２非貫通孔１１ｂの内壁の濡れ性が悪い場合等である。
以下、図６（ａ）〜（ｃ）及び図８を用いて、この手段について説明する。

まず不図示のチャンバ内に設けられる印刷用ステージ上に半導体基板３を固定し、第１非貫通孔１１ａの中心が、印刷マスク１３のマスク開口部１３ａの中心と略一致するように、印刷マスク１３と印刷用ステージとの位置を調整する。

次に、印刷マスク１３と半導体基板３とが接触せず、両者の間に１００〜２００μｍのクリアランスが得られるように、印刷用ステージの高さを調整する。樹脂１５の印刷はチャンバ内で行われ、このときのチャンバ内の圧力は、例えば、大気圧（約１００ｋＰａ）よりも低い１〜５ｋＰａ程度とする。

印刷マスク１３は、前述のように弾性変形することができるので、スキージ１７が通過すると、図６（ｂ）に示すように印刷マスク１３が、上昇して半導体基板３から離れる。樹脂１５の印刷が終了すると、印刷用ステージを下降させる。このとき、樹脂１５は、図８に示すように、表面張力の作用によって第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの開口部に残留し、開口部をキャップ状に閉塞する。

印刷工程の後、チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂１５を第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの内部に吸引し、第１非貫通孔１１ａの内壁に第１樹脂層１５ａを形成すると共に第２非貫通孔１１ｂの内に樹脂１５を埋め込んで第２樹脂層１５ｂを形成する、内壁塗布工程が行われる（図６（ｃ）参照）。

つまり、チャンバ内の圧力を大気圧に徐々に戻し、樹脂１５によって閉塞された第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの内部の空間の圧力が、チャンバ内の圧力よりも小さくなる圧力差を利用し、樹脂１５を第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの底部に向かって吸引する。樹脂１５が第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの内部へ吸引されることによって、第１非貫通孔１１ａの内壁全体に樹脂１５が塗布され、第２非貫通孔１１ｂは孔の容積に対して樹脂量が過多となるため孔内が樹脂により満たされる。

内壁塗布工程の後、加熱によって樹脂１５を硬化させる樹脂硬化工程が行われる。樹脂硬化工程においては、第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの内壁に樹脂１５が塗布された半導体基板３を、１６０℃に加熱したオーブンに投入し、１時間加熱して樹脂１５を硬化させる。

ここでは、印刷法により液状の絶縁樹脂を第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂ内に充填して、絶縁層を形成する手法を説明したが、絶縁層の形成方法は、この方法に限られない。例えば、液状樹脂をスプレー塗布する方法や、電着により絶縁層を形成する方法を用いてもよい。この場合でも、第２非貫通孔１１ｂは完全に絶縁樹脂を埋め込んでしまうことで確実に絶縁性を確保し、第１非貫通孔１１ａは完全には樹脂を埋め込まずに、後工程で形成する導電層を十分な深さまで形成することが可能である。

樹脂硬化工程の後、第１非貫通孔１１ａ内に導電層を形成する工程が行われる。図９は、この工程の概要を説明するための断面図である。

非貫通孔内に導電層を形成する手法として、たとえば電解メッキ法などが知られている。

半導体基板３上に後工程のメッキを行う際に陰極として用いるためのシードメタルをスパッタ法などにより形成する。例えばＴｉを０．１μｍ程度スパッタし、さらに銅を０．６μｍ程度スパッタすることで良好な電解メッキを行うためのシードメタル形成が可能である。半導体基板３表面および第１非貫通孔１１ａ内部に形成された第１樹脂層１５ａ上にシードメタルが形成される。

次にメッキ用のレジストパターンを形成する。第１及び第２非貫通電極１１ａ，１１ｂ及び表面電極７部分を開口するようにパターン形成する。

次に公知の手法により、メッキレジスト開口部に電解銅メッキを形成する。前述のシードメタルを陰極とし、電解メッキを行うことで、第１非貫通孔１１ａの内部を銅で埋め込む、あるいは第１の非貫通電極１１ａの内壁に銅メッキ層を形成することが可能である。メッキ後はメッキレジストを剥離し、不要なシードメタルをエッチング除去することで、図９に示すように第１非貫通孔１１ａを銅で埋め込む導体形成工程が完了する。この場合、埋め込まれた銅が導電層１９となる。導電層１９は、表面電極７と電気的に接続されている。

導電層形成方法はこれに限るものではなく、導電性ペーストを第１非貫通孔１１ａ内に埋め込むと共に、表面電極と電気的に接続させ、硬化することで導電層１９を形成するなど、他の手法を用いることも可能である。

次に、図１０（ａ）に示すように、導電層１９及び第２樹脂層１５ｂが半導体基板３の裏面に露出するように、半導体基板３の裏面を後退させる貫通電極形成工程を行う。この貫通電極形成工程は、公知の方法を用いて実行することができ、その概要を説明する図を省略する。たとえば、半導体基板３の半導体素子が形成された面とは反対の面を研磨あるいはエッチングすることで、導電層１９及び第２樹脂層１５ｂを基板３の裏面に露出させることが可能である。

貫通電極形成工程では、ビア深さ（＝第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂの深さ）が１５０μｍ程度であるので、裏面研削によって半導体基板３の厚さを１００μｍ程度にした。

この薄層化により、導電層１９は、第２樹脂層１５ｂによって、半導体基板３の第２樹脂層１５ｂの外側の領域３ａから確実に絶縁される。

続いて図１０（ｂ）に示すように、半導体基板３の裏面に、貫通電極部分のみを開口する裏面絶縁膜２５を形成し、裏面絶縁膜２５上に再配線パターン２７を形成し、再配線パターン２７上に半導体装置の信号入出力用の電極として半田ボールなどからなる突起電極２９を形成し、半導体装置１を得る。これらの工程については様々な既知の手法を用いればよい。

図１１は、上記手法に従って、複数個の貫通電極を形成した半導体装置を積層接続した積層型半導体モジュール３１を示す。この積層半導体モジュール３１は、１００μｍ程度にまで薄くした半導体基板を有する半導体装置１が複数個積層されたものであるので、電子機器回路モジュールの省スペース化に大きく寄与できる。ひいては、その電子機器回路モジュールを搭載した電子機器、たとえば携帯情報機器の性能向上に大きく寄与することができる。

半導体装置１の基礎的部分の構成を示す断面図である。半導体基板３にレジストパターン９を形成した状態を示す断面図である。表面電極７をエッチングした後の状態を示す断面図である。表面絶縁膜５を除去して半導体基板３を露出させた状態を示す断面図である。半導体基板３に第１及び第２非貫通孔１１ａ，１１ｂを形成した状態を示す断面図である。印刷工程の概要を説明するための断面図である。第１非貫通孔の側壁が露出した状態を示す断面図である。印刷工程を説明するための断面図である。導電層形成後の状態を説明するための断面図である。貫通電極形成後の状態を示す断面図である。積層型半導体モジュールの主要な構造を例示する断面図である。従来の積層型半導体モジュールの主要な構造を例示する断面図である。従来技術の側壁絶縁層の形成方法における問題点を説明するための断面図である。従来技術の側壁絶縁層の形成方法における問題点を説明するための断面図である。

符号の説明

１：半導体装置３：半導体基板５：表面絶縁膜７：表面電極９：レジストパターン１１ａ：第１非貫通孔１１ｂ：第２非貫通孔１３：印刷マスク１５：樹脂１５ａ：第１絶縁層１５ｂ：第２絶縁層１７：スキージ１９：導電層２５：裏面絶縁膜２７：裏面再配線２９：突起電極３１：積層型モジュール

Claims

半導体基板表面に第１非貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を形成し、第２非貫通孔内に絶縁層を形成し、第１非貫通孔内壁に導電層を形成し、前記絶縁層及び導電層が基板裏面に露出するように、基板裏面を後退させる工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記絶縁層は、第２非貫通孔に絶縁材料を充填し、充填した絶縁材料を硬化させることによって形成させる請求項１に記載の方法。
前記絶縁層は、第２非貫通孔内壁に絶縁材料を電着させることによって行う請求項１に記載の方法。
絶縁材料の充填は、第２非貫通孔の入口に絶縁材料を塗布することによって行う請求項２に記載の方法。
絶縁材料の充填は、所定雰囲気圧力下で第２非貫通孔の入口に樹脂を塗布してこの入口を塞ぎ、その状態で雰囲気圧力を増大させることによって行う請求項２に記載の方法。
絶縁材料の塗布は、孔版印刷によって行う請求項４又は５に記載の方法。
絶縁材料は、樹脂からなる請求項２又は３に記載の方法。
樹脂は、液状であり、熱又は紫外線硬化性である請求項７に記載の方法。
第１及び第２非貫通孔は、エッチングにより同時に形成される請求項１に記載の方法。
第１非貫通孔は、容積が第２非貫通孔より大きい請求項１に記載の方法。
第１貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を備える半導体基板と、
第１貫通孔内に形成された導電層と、
第２非貫通内に形成された絶縁層とを備える半導体装置。
第１貫通孔及びこれを囲む環状の第２非貫通孔を備える半導体基板と、
第１貫通孔内に第１絶縁層を介して形成された導電層と、
第２非貫通内に形成された第２絶縁層とを備える半導体装置。
請求項１１又は１２に記載の半導体装置が複数個積層された半導体モジュール。