JP2007258233A - Semiconductor device, manufacturing method thereof, and circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置の製造方法、特にレーザ光により形成された貫通孔を含む半導体装置の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor device, and more particularly to a method for manufacturing a semiconductor device including a through hole formed by laser light.
従来、レーザ光により形成された貫通孔を含む半導体装置の製造方法として、次のようなものがある。第1に、シリコン基板のパターン形成面にレーザ光を照射して貫通孔を形成することにより、パターン形成面の熱損傷を防止する(例えば、特許文献1参照)。
第2に、半導体基板上の樹脂膜にレーザ光を照射しその樹脂膜のパターン形成を行う。そして、樹脂膜をドライエッチングにより加工しその樹脂膜に開口を形成する。このため、リソグラフィ工程でパターン形成を行う場合に比べて、パターン形成が簡素化する(例えば、特許文献2参照)。
Second, the resin film on the semiconductor substrate is irradiated with laser light to form a pattern on the resin film. Then, the resin film is processed by dry etching to form an opening in the resin film. For this reason, compared with the case where pattern formation is performed in a lithography process, pattern formation is simplified (for example, refer patent document 2).
しかしながら、上述の2つの方法では、レーザ加工をパターン形成の過程で用いるものの、貫通電極を形成する過程ではレーザ加工が用いられていなかった。そのため、貫通電極の形成過程でレーザ加工を活用することが望まれていた。 However, in the above-described two methods, although laser processing is used in the process of pattern formation, laser processing is not used in the process of forming the through electrode. Therefore, it has been desired to utilize laser processing in the formation process of the through electrode.
この発明の半導体装置の製造方法は、前述の課題を解決するために、半導体基板の第1面上に、第1絶縁膜を形成するステップと、第1絶縁膜をレーザ光により除去し、半導体基板の第1面に孔部を形成するステップとを含む。さらに、孔部をエッチングにより所定の深さまで加工するステップと、第1面とは異なる半導体基板の第2面を研磨し、孔部内に、第1面および第2面の間を貫通する貫通電極を形成するステップとを含む。
この発明の半導体装置の製造方法は、レーザ加工およびエッチング加工により、所定の深さの孔部を半導体基板の第1面に形成する。そして、半導体基板の第2面を研磨して孔部を貫通させ、その孔部内に貫通電極を形成する。
In order to solve the above-described problems, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of forming a first insulating film on a first surface of a semiconductor substrate, and removing the first insulating film with a laser beam. Forming a hole in the first surface of the substrate. Furthermore, the step of processing the hole to a predetermined depth by etching, the second surface of the semiconductor substrate different from the first surface is polished, and the through electrode that penetrates between the first surface and the second surface in the hole Forming a step.
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, a hole having a predetermined depth is formed on the first surface of the semiconductor substrate by laser processing and etching processing. Then, the second surface of the semiconductor substrate is polished to penetrate the hole, and a through electrode is formed in the hole.
この発明によれば、半導体基板の第1面に形成した孔部をレーザ光およびエッチングにより加工した後、半導体基板の第2面を研磨して貫通電極を形成するため、貫通電極の形成過程でレーザ加工を活用する半導体装置の製造方法が得られる。 According to this invention, the hole formed in the first surface of the semiconductor substrate is processed by laser light and etching, and then the second surface of the semiconductor substrate is polished to form the through electrode. A semiconductor device manufacturing method utilizing laser processing can be obtained.
(実施の形態1)
本発明の実施の形態1を図1Aないし図2に基づいて説明する。
図1Aないし図1Fは、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す図である。図1Aないし図1Fには、半導体チップが組み込まれた半導体基板10を含む半導体装置の一部の断面が示されている。半導体基板として、例えば、厚さが350μm程度のシリコン基板を用いる。なお、半導体基板10には、トランジスタやメモリなどの回路を含む集積回路が半導体チップに形成されているものとする。
まず、半導体基板10上に酸化膜(第1絶縁膜)11を形成する(図1A)。酸化膜11は、例えばSiO2とし、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成する。酸化膜11は、例えば2μm程度の厚さを有する。なお、酸化膜11は、例えばSiNであってもよい。
(Embodiment 1)
Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 2.
1A to 1F are views showing manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 1A to 1F show a cross section of a part of a semiconductor device including a
First, an oxide film (first insulating film) 11 is formed on the semiconductor substrate 10 (FIG. 1A). The
続いて、半導体基板10上の酸化膜11をレーザ光100により除去し、半導体基板10の主面(第1面)101に孔部20を形成する(図1B)。主面101は、集積回路が形成された面を指す。レーザは、例えば、炭酸ガスレーザ、YAGレーザ、エキシマレーザなどを用いる。
具体的には、レーザ光100を酸化膜11の一面に向けて照射した場合、その照射された酸化膜11がレーザ光100のエネルギーによって飛散し、孔部20が形成される。そして、レーザ光100をさらに酸化膜11の一面に照射し続けると、孔部20の深さが次第に深くなる。他方、飛散した酸化膜11は、孔部20の開口周辺に付着して堆積し、堆積物(レーザドロース)21を形成する。
Subsequently, the
Specifically, when the
このようにして形成された孔部20の開口は、例えば円形であり、その直径は4μm程度でかつ深さは2μm程度とする。孔部20の深さは、後述のエッチングにより孔部20を所定の深さまで深堀エッチングするので、酸化膜11を除去する程度の深さとすることが好ましい。
なお、孔部20の開口の形状、開口の直径および深さは、後述する貫通電極の形状に応じ変更してもよい。
図1Bでは、パッシベーション膜が記載されていないが、パッシベーション膜が酸化膜11上に形成されている場合、レーザ光100をパッシベーション膜の一面に向けて照射し、そのパッシベーション膜および酸化膜11を除去して、孔部20を形成する。パッシベーション膜は、例えば、SiO2、SiN、ポリイミド樹脂などの材料で形成される。
The opening of the
In addition, you may change the shape of the opening of the
In FIG. 1B, the passivation film is not described, but when the passivation film is formed on the
次に、図1Bの孔部20をエッチングにより所定の深さt1まで加工する(図1C)。この深さは、後述する図1Eの工程で半導体基板10が裏面研磨される際に、孔部20が貫通することを考慮して設定される。
具体的には、図1Cの酸化膜11をマスクとして、孔部20をドライエッチングすることにより、半導体基板10を深堀エッチングし、深孔部22を形成する。ドライエッチングに用いられるエッチングガスとしては、例えば六フッ化硫黄(SF6)を用いる。
深孔部22は、例えば円柱形状であり、その深さt1が60μmで、直径が4μm程度とする。つまり、上述した所定の深さt1は、半導体基板10の主面101から、60μmになる。なお、深さt1は、孔部20(深孔部22)が、半導体基板の裏面102から露出するのであれば、60μm以上となるように設定してもよい。このようにしても、後述する貫通電極を形成することができるからである。
Next, the
Specifically, by using the
The
このようにして孔部20がドライエッチングされると、孔部20直下にある半導体基板10の主面101から、シリコン(Si)部分をエッチングする。このとき、孔部20直下では、孔部20の開口が外側に広がるようにシリコン(Si)部分がエッチングされ、サイドエッチ部23が形成される。このため、サイドエッチ部23の直径(開口の最も大きい部分)は、孔部20の開口の直径(4μm程度)よりも大きくなる。
他方、上述したドライエッチングにより、堆積物21(図1B参照)が除去されるという効果を得る。堆積物21は、後工程において、半導体基板10から剥離し異物となるので、上記ドライエッチングにより堆積物21が除去でき、有益である。
なお、実施の形態1では、エッチングは、ドライエッチングの場合で説明したが、水酸化カリウム(KOH)水溶液などのエッチング溶液を用いたウェットエッチングを適用してもよい。
When the
On the other hand, the deposit 21 (see FIG. 1B) is removed by the dry etching described above. Since the
Note that although etching is described in Embodiment 1 in the case of dry etching, wet etching using an etching solution such as a potassium hydroxide (KOH) aqueous solution may be applied.
次に、深孔部22(図1C参照)内に、銅(Cu)などの導電材を充填し、導電部30を形成する(図1D)。導電部30は、銅などの金属メッキで形成されている。導電材として、アルミニウム、金、銀または白金を適用し、導電部30は、それらの導電材からなる金属メッキで形成してもよい。本実施の形態では、導電部30は、銅メッキにより形成されているものとする。
Next, the deep hole portion 22 (see FIG. 1C) is filled with a conductive material such as copper (Cu) to form the conductive portion 30 (FIG. 1D). The
次に、半導体基板10の裏面(第2面)102を研磨し、導電部30を半導体基板10の両面(主面101および裏面102を意味。以下同じ)で貫通させる(図1E)。具体的には、半導体基板10の裏面の研磨は、導電部30の深さが、半導体基板10の主面101から、60μmになるように行う。すなわち、孔部20(図1B参照)の深さt2が、半導体基板10の主面101から、50μmになるようにする。
なお、ここでの研磨は、研削を含む意味である。研削には、所定の粒度の砥石を使用したり、研磨には研磨布やスラリーなどを使用したりしてもよい。
このようにすることにより、孔部20(図1B参照)内に形成された導電部30が、半導体基板10の両面を貫通する貫通電極として形成されることとなる。
Next, the back surface (second surface) 102 of the
Here, the term “polishing” includes grinding. For grinding, a grindstone having a predetermined particle size may be used, or for polishing, a polishing cloth or slurry may be used.
By doing in this way, the
次に、貫通電極30の2つの露出面(半導体基板10の両面側)にバンプ31をそれぞれ形成する(図1F)。バンプ31は、円筒形状で、金などの金属で形成されているものとするが、これに限られない。例えば、バンプ31は凸状であってもよい。なお、バンプ31を形成する前には、不図示のパッドと集積回路との間の再配線が行われる。
このようにしてバンプ31を形成することにより、貫通電極30と半導体基板31が導通することとなる。なお、図1Fにおいて、バンプ31の直径と貫通電極30の直径とは、導通性能などの点から、ほぼ同一にしておくことが好ましい。
Next, bumps 31 are respectively formed on the two exposed surfaces of the through electrode 30 (both sides of the semiconductor substrate 10) (FIG. 1F). The
By forming the
以上のように、実施の形態1における半導体装置は、半導体基板10の主面101に孔部20を形成した後、エッチングにより孔部20を所定の深さまで加工する。そして、半導体基板10の裏面102を研磨し、孔部20内に、貫通電極30を形成する。このため、レーザ加工を貫通電極の形成過程(図1Aないし図1F参照)で活用することが可能となる。よって、リソグラフィ技術を用いずに、貫通電極30を形成することが可能となり、リソグラフィ技術を用いる場合に比べて、半導体装置の工程を削減することが可能となる。また、レーザ加工を活用することにより、半導体装置の製造コストを軽減することが可能となる。
As described above, in the semiconductor device according to the first embodiment, after forming the
次に、上述した図1Aから図1Fに示した製造工程により得られた複数の半導体基板10に組み込まれた半導体チップを積層した半導体装置について説明する。
図2は、複数の半導体チップを積層した半導体装置の一部の構成例を示した図である。
図2に示した半導体装置は、個片化した2つの半導体チップ10(半導体基板の一部)を含み、これらの半導体チップ10が対向して配置されている。そして、最下層に位置する半導体チップ10(図2中の下位に位置するもの)は、その上部に形成されたバンプ31を介して、最下層の上位に位置する半導体チップ10(図2中の上位に位置するもの)と係合している。これにより、2つの半導体チップ10の導通経路が確保される。このようにすることにより、複数の半導体チップ10を積層した半導体装置を得ることも可能となる。
Next, a semiconductor device in which semiconductor chips incorporated in a plurality of
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a part of a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips are stacked.
The semiconductor device shown in FIG. 2 includes two separated semiconductor chips 10 (a part of a semiconductor substrate), and these
さらに、最上位に位置する半導体チップ10には、その下部にバンプ31が形成され、そのバンプ31が、接続パット41に接続されている。接続パッド41は、回路基板40に設けられている。回路基板40は、例えば、ガラスエポキシ基板などの有機系基板を用いる。回路基板40には、所定の回路が形成されている。例えば、回路基板40は、マザーボードなどである。これにより、複数の半導体チップ10を実装した回路基板40を得ることが可能となる。
なお、図2では、2つの半導体チップ10の一部が記載されているが、3つ以上の半導体チップ10を積層するようにしてもよい。また、回路基板40は、1つの半導体チップ10を実装していてもよい。
Further, a
In FIG. 2, a part of the two
(実施の形態2)
本発明の実施の形態2を図3Aないし図3Fに基づいて説明する。なお、実施の形態1と同一の部分は、実施の形態1と同一の符号(用語を含む)を付して、適宜、重複説明を省略する。
図3Aないし図3Fは、本発明の実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す図である。図3Aないし図3Fにも、半導体基板10を含む半導体装置の一部の断面が示されている。ここでは、図1Aおよび図1Bに示した製造工程を経て、半導体基板10の主面101に孔部20(図1B参照)が形成されているものとして、以下、説明する。
図3Aでは、孔部20(図1B参照)がエッチングにより第1の深さt3になるまで加工する。この深さt3は、上述した図1Cの工程でドライエッチングされる際に、サイドエッジ部23(図1C参照)の深さよりも深くなるように設定される。
具体的には、図3Aでは、図3Cの酸化膜11をマスクとして、孔部20(図1B参照)をドライエッチングすることにより、半導体基板10を深堀エッチングし、深孔部22A(深さt3の孔部20)を形成する。
深孔部22Aは、例えば円柱形状であり、その深さt3が20μmで、直径が4μm程度とする。これにより、孔部20(図1B参照)の深さt1は、半導体基板10の主面101から、20μmになる。なお、孔部20の深さt3は、20μm以上としてもよい。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3A to 3F. Note that the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals (including terms) as those in the first embodiment, and redundant description is appropriately omitted.
3A to 3F are views showing a manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 3A to 3F also show a cross section of a part of the semiconductor device including the
In FIG. 3A, the hole 20 (see FIG. 1B) is processed by etching until the first depth t3 is reached. The depth t3 is set to be deeper than the depth of the side edge portion 23 (see FIG. 1C) when dry etching is performed in the above-described step of FIG. 1C.
Specifically, in FIG. 3A, by using the
The
次に、半導体基板10の主面101、絶縁膜11および深孔部22Aのすべての表面を酸化膜(第2絶縁膜)12で覆う(図3B)。酸化膜12は、例えばSiO2とし、CVD法により形成する。酸化膜12は、例えば2μm程度の厚さを有する。なお、酸化膜12は、例えばSiNであってもよい。
Next, all surfaces of the
次に、深孔部22Aの内壁面221に酸化膜12を形成する(図3C)。具体的には、ドライエッチングにより、酸化膜12を全面エッチバックする。これにより、酸化膜12が深孔部22Aの内壁面221以外の表面に覆われていた酸化膜12が取り除かれ、内壁面221にのみ酸化膜12が形成される。
なお、図3Bにおいて、不図示のパッシベーション膜が酸化膜11上に形成されている場合、酸化膜12は、パッシベーション膜上に形成されることになるが、この場合も、上述した全面エッチバックにより、深孔部22Aの内壁面221にのみ酸化膜12が形成される。
Next, the
In FIG. 3B, when a passivation film (not shown) is formed on the
次に、酸化膜12を内壁面221に形成した深孔部22Aをエッチングし、深孔部22Aを深さt4(第2の深さ)まで加工する(図3D)。
具体的には、図3Dでは、図3Cの酸化膜11をマスクとして、深孔部22Aをドライエッチングすることにより、半導体基板10を深堀エッチングし、深さt4の深孔部22Aを形成する。
このドライエッチングの際、内壁面221には、酸化膜12が形成されているので、この酸化膜12が、内壁面221の保護膜の機能を果たし、内壁面221のシリコン(Si)部分のエッチングを阻止する。したがって、深孔部22Aは、図1Cに示した深孔部22の場合と異なり、サイドエッチ部23(図1C参照)を形成しない。
図3Dに示した深孔部22Aは、例えば円柱形状となる。そして、深孔部22Aは、深さt4が60μmで、直径が4μm程度とする。なお、深さt4は、孔部20(深孔部22A)が、半導体基板の裏面102から露出するのであれば、半導体基板10の主面101から、60μm以上となるように設定してもよい。
なお、図3Dにおいて、上述したドライエッチングにより、堆積物21(図1B参照)が除去される点は、図1Cに示した実施の形態1の場合と同様である。
Next, the
Specifically, in FIG. 3D, the
At the time of this dry etching, the
The
In FIG. 3D, the point that the deposit 21 (see FIG. 1B) is removed by the dry etching described above is the same as in the case of the first embodiment shown in FIG. 1C.
次に、深孔部22A(図1D参照)内に、銅(Cu)などの導電材を充填し、導電部30Aを形成する(図3E)。導電部30Aは、銅などの金属メッキで形成されている。導電材としては、アルミニウム、金、銀または白金を適用し、導電部30Aは、それらの導電材からなる金属メッキで形成してもよい。本実施の形態では、導電部30Aは、銅メッキにより形成されているものとする。
Next, the
次に、半導体基板10の裏面102を研磨し、導電部30Aを半導体基板10の両面で貫通させる(図3E)。具体的には、半導体基板10の裏面102の研磨は、導電部30Aの深さが、半導体基板10の主面101から、50μmになるように行う。すなわち、孔部20(図1B参照)の深さt5が、半導体基板10の主面101から、50μmになるようにする。
このようにして、半導体基板10の両面を貫通する貫通電極30Aが、図1Eに示した実施の形態1の場合と同様に、形成される。このとき形成された貫通電極30Aも、深孔部22Aと同様、サイドエッチ部23(図1C参照)を有しない形状となる。
Next, the
In this manner, the through
次に、貫通電極30Aの2つの露出面(半導体基板10の両面側)にバンプ31をそれぞれ形成する(図3F)。
なお、その後、図3Aないし図3Fに示した製造工程により得られた複数の半導体基板10に組み込まれた半導体チップを図2に示したように積層してもよい。
Next, bumps 31 are respectively formed on the two exposed surfaces (both sides of the semiconductor substrate 10) of the through
Thereafter, the semiconductor chips incorporated in the plurality of
以上のように、実施の形態2における半導体装置は、実施の形態1における半導体装置と比較すると、サイドエッチ部23(図1C参照)を有しない形状の貫通電極を有する。これにより、実施の形態2における半導体装置は、例えばリフロー時において、サイドエッチの影響を受けた貫通電極の形状に起因するボイドの発生量を抑止することが可能となる。 As described above, the semiconductor device in the second embodiment has a through electrode having a shape that does not have the side-etched portion 23 (see FIG. 1C) as compared with the semiconductor device in the first embodiment. Thereby, the semiconductor device according to the second embodiment can suppress the amount of voids generated due to the shape of the through electrode affected by the side etch, for example, during reflow.
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、半導体基板は、ガリウム砒素(GaAs)やInPなどの半導体基板を用いてもよい。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, a semiconductor substrate such as gallium arsenide (GaAs) or InP may be used as the semiconductor substrate.
10 半導体基板(半導体チップ)
11、12 酸化膜
20 孔部
30 導電部(貫通電極)
31 マスク
10 Semiconductor substrate (semiconductor chip)
11, 12
31 mask
Claims (10)
前記第1絶縁膜をレーザ光により除去し、前記半導体基板の第1面に孔部を形成するステップと、
前記孔部をエッチングにより所定の深さまで加工するステップと、
前記第1面とは異なる前記半導体基板の第2面を研磨し、前記加工した孔部内に、前記第1面および前記第2面の間を貫通する貫通電極を形成するステップと、を含む、
半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating film on the first surface of the semiconductor substrate;
Removing the first insulating film with a laser beam and forming a hole in the first surface of the semiconductor substrate;
Processing the hole to a predetermined depth by etching;
Polishing a second surface of the semiconductor substrate different from the first surface, and forming a through electrode penetrating between the first surface and the second surface in the processed hole.
A method for manufacturing a semiconductor device.
前記孔部を前記エッチングにより第1の深さまで加工するステップと、
前記第1の深さまで加工した前記孔部の内壁面に第2絶縁膜を形成するステップと、
前記第2絶縁膜を形成した前記孔部を前記エッチングにより、前記第1の深さよりも深い第2の深さまで加工するステップと、を含む、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 The processing step includes
Processing the hole to a first depth by the etching;
Forming a second insulating film on the inner wall surface of the hole processed to the first depth;
Processing the hole in which the second insulating film is formed to the second depth deeper than the first depth by the etching.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The step of forming the through electrode includes a step of filling a conductive material for forming the through electrode into the processed hole before polishing the second surface.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第2絶縁膜を形成するステップは、
前記孔部の前記表面を前記第2絶縁膜で覆うステップと、
前記内壁部以外の前記表面に覆った前記第2絶縁膜を取り除くステップと、を含む、
請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 The hole processed to the first depth has a surface including the inner wall surface;
Forming the second insulating film comprises:
Covering the surface of the hole with the second insulating film;
Removing the second insulating film covering the surface other than the inner wall portion,
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
請求項1または請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the through electrode, the second surface is polished until the hole penetrates at least the second surface of the semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記貫通電極を形成するステップでは、前記孔部の深さが、前記半導体基板の第1面から50μmになるように前記半導体基板の第2面を研磨する、
請求項1に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of processing the hole to a predetermined depth, the hole is processed so that the depth of the hole is 60 μm or more from the first surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the through electrode, the second surface of the semiconductor substrate is polished so that the depth of the hole is 50 μm from the first surface of the semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
前記第2の深さまで加工するステップでは、前記孔部の深さが、前記半導体基板の第1面から60μm以上になるように加工し、
前記貫通電極を形成するステップでは、前記孔部の深さが、前記半導体基板の第1面から50μmになるように前記半導体基板の前記第2面を研磨する、
請求項2に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of processing the hole to the first depth, the depth of the hole is processed to be 20 μm from the first surface of the semiconductor substrate,
In the step of processing to the second depth, processing is performed so that the depth of the hole is 60 μm or more from the first surface of the semiconductor substrate,
In the step of forming the through electrode, the second surface of the semiconductor substrate is polished so that the hole has a depth of 50 μm from the first surface of the semiconductor substrate.
A method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
前記複数の半導体チップを積層するステップと、をさらに含む、
請求項1ないし請求項7のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 Dividing the semiconductor substrate into a plurality of semiconductor chips provided with the through electrodes;
Laminating the plurality of semiconductor chips, and
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1.
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- 2006-03-20 JP JP2006077124A patent/JP2007258233A/en active Pending
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