JP2008053429A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008053429A JP2008053429A JP2006227747A JP2006227747A JP2008053429A JP 2008053429 A JP2008053429 A JP 2008053429A JP 2006227747 A JP2006227747 A JP 2006227747A JP 2006227747 A JP2006227747 A JP 2006227747A JP 2008053429 A JP2008053429 A JP 2008053429A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hole
- electrode
- substrate
- semiconductor device
- conductive portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、貫通電極を備えた半導体装置に係る。より詳細には、貫通電極を構成する導電部と電極部との電気的な接続信頼性に優れた半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device provided with a through electrode. More specifically, the present invention relates to a semiconductor device having excellent electrical connection reliability between a conductive portion and an electrode portion constituting a through electrode.
近年、携帯電話等の電子機器の高機能化が進み、これらの機器に用いられるICやLSI等の電子デバイス、及びOEICや光ピックアップ等の光デバイスにおいて、デバイス自体の小型化や高機能化を図るための開発が各所で進められている。例えば、このようなデバイスを積層して設ける技術が提案されており、具体的には、何らかの機能素子が一方の面に設けられている基板に対し、該基板の一方の面から他方の面に貫通してなる貫通電極を用いる技術が挙げられる。 In recent years, electronic devices such as mobile phones have been improved in functionality, and in electronic devices such as ICs and LSIs and optical devices such as OEICs and optical pickups used in these devices, the devices themselves have been reduced in size and functionality. Development for planning is underway at various locations. For example, a technique of stacking such devices has been proposed. Specifically, a substrate on which one functional element is provided on one surface is provided from one surface of the substrate to the other surface. A technique using a penetrating electrode that penetrates may be mentioned.
また、こられの基板の配線材料として、銅や銀等が次世代材料として期待されている。特に、銅は比抵抗が低いこと、エレクトロマイグレーション耐性がアルミニウム系合金に比べて高いこと、銀に比べて安価である等の理由により、最も期待され、配線材料として用いられている。 In addition, copper, silver, and the like are expected as next-generation materials as wiring materials for these substrates. In particular, copper is most expected and used as a wiring material because of its low specific resistance, high electromigration resistance compared to aluminum alloys, and low cost compared to silver.
図10は、従来の基板を用いた半導体装置の一例を概略説明する部分断面図である。
図10に示す半導体装置101においては、セラミックスやシリコン等の硬質材からなる基板102と、基板102の両面を貫通して設けられた貫通孔104と、貫通孔104の孔内に充填され、銅材等からなる導電部107と、貫通孔104内に露呈するようにして半導体基板102の一方の面102aに配される電極部103と、半導体基板102上に配されるICチップや光素子等の機能素子110と、基板102の一方の面102a上において電極部103および機能素子110と電気的に接続されてなる配線部109とから概略構成されている。ここで、108は貫通電極と呼ぶことにする。
FIG. 10 is a partial cross-sectional view schematically illustrating an example of a semiconductor device using a conventional substrate.
In the
半導体基板102は、電極部103と機能素子110との間が配線部109によって電気的に接続されているとともに、電極部103と電気的に接続された導電部107を介して基板両面(一方の面102aと他方の面102b)が電気的に接続可能となっている。
The
例えば、図10に示すような半導体装置101を製造する場合は、半導体基板102に予め貫通孔104を形成し、この貫通孔104の内側面と半導体基板102の両面102a、102bとを覆う絶縁部105、106を設ける。この絶縁部106で被覆された貫通孔104に銅メッキ等により導電部107の形成を行う。このとき、貫通孔内部を金属で完全充填せずにメッキを終了させるコンフォーマルメッキによる導電部形成が行われている。この銅メッキ処理によって基板102の両面102a、102bを貫通してなる導電部107を形成することにより、半導体装置101が得られる。
For example, when manufacturing the
また、導電部107を形成した後、半導体基板102の表面上に形成した銅メッキ層をパターニングすることで、配線部として使用することができ、その配線部の保護層として樹脂を基板表面に塗布して用いている(例えば、特許文献1,2,3を参照)。
In addition, after forming the
しかしながら、導電部と貫通孔内壁との密着性の面で、貫通孔形状や密着強度のバラツキにより熱履歴後の剥離等、信頼性の低下が懸念されている。
例えば、導電部形成工程の後に、熱プロセスを含む工程が有る場合、導電部の膨張破壊およびこれに伴う電極部の断線、更にはウエハ(基板)の破断が生じる虞があった。
このような導電部の破壊や電極部の断線等の損傷は、導電部と電極部との電気的な接続信頼性を低下させる原因となってしまう。
For example, when there is a step including a thermal process after the conductive portion forming step, there is a possibility that expansion failure of the conductive portion, disconnection of the electrode portion accompanying this, and breakage of the wafer (substrate) may occur.
Such damage such as destruction of the conductive part or disconnection of the electrode part causes a decrease in the reliability of electrical connection between the conductive part and the electrode part.
本発明は、このような実情に鑑みて考案されたものであり、貫通電極を構成する導電部の破壊や電極部の断線等の損傷を防止して、導電部と電極部との電気的な接続信頼性の向上を図った半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised in view of such a situation, and prevents electrical damage between the conductive portion and the electrode portion by preventing damage to the conductive portion constituting the through electrode and breakage of the electrode portion. An object is to provide a semiconductor device with improved connection reliability.
本発明の請求項1に記載の半導体装置は、基板の一方の面に配された電極部と、前記基板の他方の面から前記電極部の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に設けられた貫通孔と、前記貫通孔内の側面および露呈された前記電極部を覆うように配され、前記電極部と電気的に接続される導電部と、を備え、前記貫通孔の内側面と前記電極部とが交わる角部において、前記導電部の断面形状が、円弧状または多角状であることを特徴とする。
本発明の請求項2に記載の半導体装置は、請求項1において、前記角部における前記導電部の厚さdは、前記貫通孔内の他の部位における導電部の厚さに比べて厚くなっていることを特徴とする。
本発明の請求項3に記載の半導体装置は、請求項2において、前記dは、前記貫通孔内の他の部位における導電部の厚さの1.2倍以上、3.0倍以下であることを特徴とする。
本発明の請求項4に記載の半導体装置は、請求項1において、前記角部における導電部は、その内面および外面とも円弧状をなしており、前記貫通孔の内側面と前記電極部との交点である第一の点は、前記貫通孔の内側面に配された導電部の延長線と前記電極部との交点である第二の点よりも、貫通孔の中央側にあることを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: an electrode portion disposed on one surface of a substrate; and at least a part of the electrode portion exposed from the other surface of the substrate. An inner surface of the through-hole, comprising: a through-hole provided; and a conductive portion arranged to cover the side surface in the through-hole and the exposed electrode portion and electrically connected to the electrode portion. In the corner portion where the electrode portion and the electrode portion intersect, the cross-sectional shape of the conductive portion is an arc shape or a polygonal shape.
A semiconductor device according to a second aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first aspect, wherein the thickness d of the conductive portion at the corner is thicker than the thickness of the conductive portion at another portion in the through hole. It is characterized by.
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the d is not less than 1.2 times and not more than 3.0 times the thickness of the conductive portion in the other part in the through hole. It is characterized by that.
A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first aspect, wherein the conductive portion in the corner portion has an arc shape on both the inner surface and the outer surface, and the inner surface of the through hole and the electrode portion The first point that is the intersection is located closer to the center of the through hole than the second point that is the intersection between the extension line of the conductive part arranged on the inner surface of the through hole and the electrode part. And
本発明では、貫通孔の角部における導電部の形状を制御することで、導電部の破壊や電極部の断線等の損傷を防止して、導電部と電極部との電気的な接続信頼性を向上した半導体装置を提供することができる。 In the present invention, by controlling the shape of the conductive portion at the corner portion of the through hole, it is possible to prevent damage to the conductive portion and breakage of the electrode portion, and reliability of electrical connection between the conductive portion and the electrode portion. It is possible to provide a semiconductor device with improved characteristics.
以下、本発明に係る半導体装置の一実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例を示す断面図である。
半導体装置1は、半導体基板2の一方の面2aに配され、この一方の面2aにある機能素子10と配線部9を介して電気的に接続された電極部3と、半導体基板2の他方の面2b側から電極部3が露呈するように配された貫通孔4と、半導体基板2と電極部3との間に配され両者を電気的に絶縁する第一絶縁層5と、貫通孔4の内壁面および開口部周辺に配された第二絶縁層6と、この第二絶縁層6上に配され前記電極部3と電気的に接続される導電部7と、を備える。
このように、半導体基板2の一方の面2aから他方の面2bに向かう貫通孔4が形成され、この貫通孔4に第二絶縁層6を介して導電部7を設けることにより貫通電極8が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of a semiconductor device of the present invention.
The
Thus, a
そして本発明の半導体装置1は、図2および図3に拡大して示すように、前記貫通孔4の内側面と前記電極部3とが交わる角部において、前記導電部6の断面形状R、Aが、円弧状(図2参照)または多角状(図3参照)であることを特徴とする。
本発明では、貫通孔4の底部における導電部6の形状を制御することで、貫通孔4の形状によらず、熱変化等により角部にかかる応力を分散、緩和することができる。その結果、角部における導電部6の破壊ひいては電極部の断線等の損傷を防止して、導電部6および電極部3における電気的な接続信頼性を向上することができる。
2 and 3, the
In the present invention, by controlling the shape of the
図11および図12は、従来の半導体装置(図10)において、貫通孔104の前記角部を拡大したものである。図11に示すように、導電部107の内側面の形状が直線同士一点で交わるような形状(矢印Xで示した箇所の形状)の場合、あるいは図12のように内壁と底面との接点に向かって導電部107の厚さが薄くなっているような形状(矢印Yで示した箇所の形状)の場合は、熱をかけた場合の応力が角部に集中するため、導電部107の破壊ひいては電極部103の断線等の損傷が発生しやすい。その結果、導電部107および電極部103における電気的な接続信頼性が低下してしまう。
11 and 12 are enlarged views of the corner portion of the through
一方、図2に示すように、前記角部における導電部6の断面形状が円弧状、あるいは図3に示すように貫通孔4の内側に向かって厚く形成された多角状である場合には、熱変化等により角部にかかる応力を分散、緩和することができる。その結果、角部における導電部6の破壊ひいては電極部3の断線等の損傷を防止して、導電部6および電極部3における電気的な接続信頼性を向上することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 2, when the cross-sectional shape of the
さらに、前記角部における前記導電部6の厚さdは、前記貫通孔4内の他の部位における導電部6の厚さ(図2および図3に示すように、貫通孔4の内壁における導電部6の厚さaおよび孔底部における導電部6の厚さb)に比べて厚くなっていることが好ましい。角部における前記導電部6の厚さdを、他の部位よりも厚くすることで、他の部位が薄くても、熱変化等により角部にかかる応力を分散し、導電部6の破壊ひいては電極部3の断線等の損傷を抑制する効果が得られる。
Furthermore, the thickness d of the
具体的に、前記dは、前記貫通孔4内の他の部位における導電部3の厚さの1.2倍以上、3.0倍以下であることが好ましい。
前記dが、他の部位における導電部6の厚さの1.2倍以下では、熱変化等により角部にかかる応力を分散し、導電部6の破壊ひいては電極部3の断線等の損傷を抑制する効果が十分に得られない。一方、3.0倍を超えると、応力集中による電極部3への亀裂発生を抑制することが困難となる。1.2倍以上、3.0倍以下とすることで、熱変化等により角部にかかる応力をより効果的に分散し、導電部6の損傷を抑制するとともに、応力集中による電極部3のへの亀裂発生をより確実に抑制することができる。その結果、導電部6および電極部3における電気的な接続信頼性をより向上することができる。
Specifically, the d is preferably 1.2 times or more and 3.0 times or less the thickness of the
If d is 1.2 times or less the thickness of the
また、図4に示すように、前記角部における導電部6は、その内面および外面とも円弧状をなしており、前記貫通孔4の内側面と前記電極部3との交点である第一の点P1 は、前記貫通孔4の内側面に配された導電部6の延長線と前記電極部3との交点である第二の点P2 よりも、貫通孔4の中央側にあることが好ましい。
これにより、熱変化等により角部にかかる応力をより効果的に分散し、導電部6の損傷を抑制するとともに、応力集中による電極部3のへの亀裂発生をより確実に抑制することができる。その結果、導電部6および電極部3における電気的な接続信頼性をさらに向上することができる。
As shown in FIG. 4, the
As a result, the stress applied to the corners due to thermal changes or the like can be more effectively dispersed, the damage to the
図1に例示するように半導体装置1は、半導体基板2の一方の面2aに配され、この一方の面2aにある機能素子10と電気的に接続された電極部3と、半導体基板2の他方の面2b側から電極部3が露呈するように配された貫通孔4と、半導体基板2と電極部3との間に配され両者を電気的に絶縁する第一絶縁層5と、貫通孔4の内壁面および開口部周辺(半導体基板2の他方の面2b側)に配された第二絶縁層6と、この第二絶縁層6上に配され前記電極部3と電気的に接続される導電部7と、を備える。
このように、半導体基板2の一方の面2aから他方の面2bに向かう貫通孔4が形成され、この貫通孔4に第二絶縁層6を介して導電部7を設けることにより貫通電極8が形成されている。
As illustrated in FIG. 1, the
Thus, a through
基板2は、硬質材料の基材であり、例えばシリコン(Si)等からなる導電性の半導体基材、あるいは絶縁性のガラス基材やセラミック基材、等が挙げられる。
基板2の厚さは、例えば数百μm程度である。
図1には、基板2をSi等の半導体基材から構成し、基板2の一方の面2aと電極部3との間には第一絶縁層5を、基板2に設けた貫通孔4と導電部7との間には第二絶縁層6をそれぞれ配し、基板2と導電部7とを電気的に絶縁した構成例を示しているが、基板2として半導体基材に代えて上述した絶縁性材料を採用する場合には、貫通孔4内の側面が絶縁体なので、貫通孔4と導電部6とが直接に接する構成(不図示)としてもよい。
The
The thickness of the
In FIG. 1, the
貫通孔4は、図1に示すように、基板2において、他方の面2bから一方の面2aに配された後述する電極部3が孔内に露呈するように、基板2内に開けられてなる。
貫通孔4の口径は、例えば数十μm程度である。
また、基板2上に設けられる貫通孔4の数は、特に限定されない。
As shown in FIG. 1, the through
The diameter of the through
Further, the number of through
電極部3は、基板2の一方の面2aに設けられ、露呈部が貫通孔4の一方の開口部から孔内に露呈するようにして設けられている。
電極部3は、後述の配線回路8を介して、該一方の面内にある後述の機能素子9と電気的に接続されている。
電極部3の材質としては、例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)、アルミニウム−シリコン(Al−Si)合金、アルミニウム−シリコン−銅(Al−Si−Cu)合金等の導電性に優れる材質が好適に用いられる。
The
The
Examples of the material of the
機能素子9は、本実施形態では、例えばICチップや、CCD素子等の光素子からなる。
また、機能素子9の他の例としては、例えばマイクロリレー、マイクロスイッチ、圧力センサ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー、マイクロリアクター、μ−TDS、DNAチップ、MEMSデバイス、マイクロ燃料電池等が挙げられる。
In the present embodiment, the functional element 9 is composed of an optical element such as an IC chip or a CCD element.
Other examples of the functional element 9 include a micro relay, a micro switch, a pressure sensor, an acceleration sensor, a high frequency filter, a micro mirror, a micro reactor, a μ-TDS, a DNA chip, a MEMS device, a micro fuel cell, and the like. It is done.
導電部6は、貫通孔4内の側面の少なくとも一部に配されることにより、導電体として有効に働く。
図1の断面図に示す例では、導電部6は、側面の全体を覆うように配されているが、これには限定されない。例えば、導電部6が、側面の一部に、基板2の一方の面2aと他方の面2bとの間に渡って配された構成としてもよい。
導電部6の材質としては、導電性に優れた材料を用いることが好ましい。また、導電部6は、電極との密着性に優れるとともに、導電部6を構成する元素が電極や基板2内に拡散しない材料を用いれば、さらに好ましい。
例えば、図1に示すように導電部6が単層である場合には、電極と同材料であることが望ましく、Al、Cu、Ni、Au等の金属材料を用いれば、導電性や電極との密着性等の点で好ましい。
また、導電部6を、2種類以上の金属材料からなる多層構造、あるいは材料の異なる膜を積層した構造とした場合、外側の層には、電極をなす材質との密着性に優れる材料や、導電部6と、電極または基板2との間で元素移動(拡散)が生じるのを防止できる金属材料(バリアメタル)を配し、内側の層には、導電性の高い金属を配した構成とすることが好ましい。
The
In the example shown in the cross-sectional view of FIG. 1, the
As the material of the
For example, when the
In addition, when the
配線回路8は、基板2上に配され、電極部3や機能素子9等を電気的に接続して回路をなす。
配線回路8の材質としては、電極部3と同様の材料を用いればよく、例えばアルミニウム(Al)や銅(Cu)、アルミニウム−シリコン(Al−Si)合金、アルミニウム−シリコン−銅(Al−Si−Cu)合金等の導電性に優れる材質が好適に用いられる。
The
The material of the
なお、本発明は、図5(a)、(b)に示すように、貫通孔4の内壁形状が底部に対して垂直でない形状の場合についても同様で、図5(c)、(d)に示すように、孔底部の形状が貫通孔4の内側に向かって厚く形成された形状あるいは内側に曲線を持った形状の場合にも信頼性が向上する。
また図5(e)、(f)に示すように、貫通孔4の内壁における導電部6の厚さaと孔底部における導電部6の厚さbとが異なっている場合も同様である。
また、図6に示すように貫通孔4を形成した基板2Aに対して、孔底部側に別の基板2Bを貼り合わせた構造においても同様である。基板2Aと基板2Bの貼り合せ方法は接着剤を用いたり、陽極接合を用いたりと一般的な接合方法が考えられる。
The present invention is the same in the case where the inner wall shape of the through
The same applies to the case where the thickness a of the
The same applies to a structure in which another
次に、上述したような半導体装置1の製造方法について、図7および図8を用いて説明する。
まず、図7(a)に示すように、基板2を用意し、第一絶縁層5の形成されたその一方の面2aに電極部3(I/Oパッド)を形成する。
Next, a method for manufacturing the
First, as shown in FIG. 7A, the
基板2は、シリコンウエハ等の半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断(ダイシング)した半導体チップであってもよい。基板2が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やIC、機能素子等を複数組、形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。また、基板2が半導体ウエハの場合には、電極部3と基板2の間には、絶縁層(例えばSiO2 )を形成してもよい。
電極部3としては、例えばAlパッドが用いられる。
The
As the
次いで、図7(b)に示すように、基板2に、貫通孔4を形成する。
この貫通孔4は、前記基板2の他方の面2b側から、前記電極部3が露呈するように形成される。孔の縦断面形状は、基板2の表面に対して90°(垂直)であることが理想的だが、80〜100°程度であってもよい。
貫通孔4の形成にはドライエッチング、レーザー加工、PAECE(Photo Assisted Electro-Chemical Etching) など、孔を垂直に形成できる方法を用いることができる。
貫通孔4を、基板2に対して垂直に形成するため、後述する工程において、孔底面に形成された絶縁層5のエッチングの際に、側壁面に形成された絶縁層5がエッチングされないので、貫通電極と基板2との絶縁を確実に取ることができる。
Next, as illustrated in FIG. 7B, the through
The through
The through
Since the through
次いで、図7(c)に示すように、少なくとも前記貫通孔4の内壁面および開口部周辺に第二絶縁層6を形成する。
この第一絶縁層5としては、例えばSiO2 をプラズマCVD等により成膜される。
Next, as shown in FIG. 7C, the second insulating
As the first insulating
次いで、図7(d)に示すように、前述した第一絶縁層5のうち、前記貫通孔4の底面を覆う部分を除去する。
第一絶縁層5を設ける際には、孔底面にも第一絶縁層5が形成されてしまうため、孔底面を覆う部分のみをドライエッチング法によりエッチングして除去する。
孔底面の第一絶縁層5に対するエッチングは、イオン性の高い反応性イオンエッチング(RIE)で行うことが一般的だが、物理的にイオンを照射するようなイオンミリングや逆スパッタのような方法も使用可能である。
Next, as shown in FIG. 7D, the portion of the first insulating
When the first insulating
Etching for the first insulating
貫通孔4は、基板2に対して略垂直に形成されているため、孔底面に形成された第一絶縁層5を除去する際に行われる、ドライプロセスのエッチングにおいて、側壁面に形成された絶縁層5はイオン照射を受けにくい(受けない)ためエッチングされない。これにより貫通電極8と基板2との絶縁を確実に取ることができる。
Since the through
次いで、図8に示すように、第一絶縁層5を覆うように、貫通孔4内に導電部7を形成するとともに、導電部7を電極部3と電気的に接続する。
導電部6の形成は、メッキなどで行うことができる。これにより半導体装置1が作製される。
このとき、メッキ液の基本組成や添加剤およびメッキ時間を制御することで、貫通孔4の内側面と電極部3とが交わる角部において、形成される導電部7の断面形状を、円弧状または多角状とすることができる。
例えば、メッキ液の基本組成は硫酸濃度に対して銅濃度が高くなるような、硫酸銅:100〜500g/L、硫酸:20〜100g/L、塩素イオン:10〜100mg/Lの範囲で建浴することが好ましい。
Next, as shown in FIG. 8, the
The
At this time, by controlling the basic composition of the plating solution, the additive, and the plating time, the cross-sectional shape of the
For example, the basic composition of the plating solution is copper sulfate: 100 to 500 g / L, sulfuric acid: 20 to 100 g / L, and chloride ions: 10 to 100 mg / L so that the copper concentration is higher than the sulfuric acid concentration. It is preferable to bathe.
以上、本発明の半導体装置について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。 Although the semiconductor device of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above example, and can be appropriately changed as necessary.
例えば、本発明は、機能素子の有無にかかわらず、貼り合わせ基板等についても適用可能である。また、貼り合わせのない基板に対してもこの方法は適用可能である。
また、本発明の半導体装置では、前記基板の他方の面側に、機能素子が配されていてもよい。機能素子が配されていない基板に対しても、この方法は適用できるが、基板の片面に機能素子が形成され、且つ、その機能素子が保護されているような基板に対しても適用可能である。
For example, the present invention can be applied to a bonded substrate or the like regardless of the presence or absence of a functional element. This method can also be applied to a substrate without bonding.
In the semiconductor device of the present invention, a functional element may be disposed on the other surface side of the substrate. This method can be applied to a substrate on which a functional element is not arranged, but can also be applied to a substrate in which the functional element is formed on one side of the substrate and the functional element is protected. is there.
(サンプル作製)
基板として、厚さが200μm、大きさが6インチのシリコン半導体基板を用い、一方の面に電極、機能素子および配線回路を配した。電極としてAlパッドを用いた。
そして基板の他方の面から一方の面に配した電極が露呈するようにして、基板内に孔径が80μmの貫通孔をDRIE(ドライエッチング処理)によって形成した。貫通孔内の側面には絶縁層として、SiO2 の被膜を形成した。そして、貫通孔内の側面および電極の露呈部を覆うようにしてシード層を形成し、硫酸銅メッキによる導電部を形成後、導電部の内面に熱硬化性エポキシ樹脂を充填するように埋設して補強材を形成し、半導体装置を得た。
(Sample preparation)
A silicon semiconductor substrate having a thickness of 200 μm and a size of 6 inches was used as the substrate, and electrodes, functional elements, and wiring circuits were arranged on one surface. An Al pad was used as the electrode.
Then, a through hole having a hole diameter of 80 μm was formed in the substrate by DRIE (dry etching treatment) so that the electrode arranged on one surface was exposed from the other surface of the substrate. A SiO 2 film was formed as an insulating layer on the side surface in the through hole. Then, a seed layer is formed so as to cover the side surface in the through hole and the exposed portion of the electrode, and after forming the conductive portion by copper sulfate plating, the inner surface of the conductive portion is embedded so as to be filled with a thermosetting epoxy resin. Thus, a reinforcing material was formed to obtain a semiconductor device.
なお、今回、メッキ液の基本組成を硫酸銅:200g/L、硫酸:50g/L、塩素イオン:50mg/Lとしてメッキを行った。その結果、貫通孔底部における導電部の形状は、図3に示すような形状となった。 In addition, this time, plating was performed with the basic composition of the plating solution being copper sulfate: 200 g / L, sulfuric acid: 50 g / L, and chlorine ions: 50 mg / L. As a result, the shape of the conductive portion at the bottom of the through hole was as shown in FIG.
(導電部に働く応力についての考察)
上記硫酸銅メッキ工程において、メッキ液の基本組成や添加剤およびメッキ時間を調整することで、導電部の角部Aにおける長さ(図3中、cで示す寸法)を変化させたサンプルを作製し、長さcと角部(図3中、Bで示す部位)において導電部に働いている応力との関係を調査した。
ここでの応力とは、角部における導電部に働く、図3における横方向の圧縮、引っ張り応力である。温度を上昇させると導電部には圧縮応力がかかり、温度を下降させると引っ張り応力がかかる。
(Consideration of stress acting on conductive part)
In the copper sulfate plating step, a sample in which the length of the conductive portion at the corner A (the dimension indicated by c in FIG. 3) is changed by adjusting the basic composition, additives, and plating time of the plating solution. Then, the relationship between the length c and the stress acting on the conductive portion at the corner portion (portion indicated by B in FIG. 3) was investigated.
Here, the stress is the compressive and tensile stress in the lateral direction in FIG. 3 that acts on the conductive portion at the corner. When the temperature is raised, compressive stress is applied to the conductive portion, and when the temperature is lowered, tensile stress is applied.
図9に、一例として温度を125℃にした場合について、導電部の角部における長さAと、導電部の角部において働く圧縮応力との関係をグラフにした。応力は20℃のときの応力を0(ゼロ)とした相対値である。またグラフは省略するが、温度がマイナス(例えば−40℃)の時には引っ張り応力として同様の関係があることがわかった。これらの応力は図3の横方向の力であるため、熱サイクルを繰り返すことによって導電部と基板間に剥離を引き起こす力が働き、信頼性を低下させる要因となる。 FIG. 9 is a graph showing the relationship between the length A at the corner of the conductive portion and the compressive stress acting at the corner of the conductive portion when the temperature is 125 ° C. as an example. The stress is a relative value with the stress at 20 ° C. being 0 (zero). Although the graph is omitted, it was found that when the temperature is negative (for example, −40 ° C.), the tensile stress has the same relationship. Since these stresses are lateral forces in FIG. 3, by repeating the thermal cycle, a force that causes peeling between the conductive portion and the substrate acts, which causes a decrease in reliability.
図9の結果から、Aが0(ゼロ)つまり図11に示すような形状より、図3に示すように内側に厚い多角状のほうが導電部にかかる圧縮応力が緩和されていることがわかる。この傾向は図5に示すような、貫通孔底部において内壁が垂直方向に対して±45°以内の角度をもった形状や、内壁部と底面部とのメッキ厚が異なっている場合についても同様の効果が得られる。また、Aは直線である必要は無く、図2に示すように全体が曲線あるいは一部が曲線であってもよい。 From the result of FIG. 9, it can be seen that A is 0 (zero), that is, the compressive stress applied to the conductive portion is relaxed in the thicker polygonal shape as shown in FIG. 3 than in the shape as shown in FIG. This tendency is the same as shown in FIG. 5 in the case where the inner wall has an angle within ± 45 ° with respect to the vertical direction at the bottom of the through-hole, or when the inner wall portion and the bottom surface have different plating thicknesses. The effect is obtained. Further, A need not be a straight line, and may be entirely curved or partially curved as shown in FIG.
(実施例1)
上記硫酸銅メッキ工程において、メッキ条件を調整する(添加剤の割合を減らす)ことで、貫通孔底部の角部における導電部の断面形状を、図2に示すような円弧状として、上記方法により半導体装置を作製した。
(Example 1)
In the copper sulfate plating step, by adjusting the plating conditions (decreasing the proportion of the additive), the cross-sectional shape of the conductive portion at the corner of the bottom of the through hole is changed to an arc shape as shown in FIG. A semiconductor device was manufactured.
(実施例2)
上記硫酸銅メッキ工程において、メッキ条件を調整する(添加剤の割合を変更する)ことで、貫通孔底部の角部における導電部の断面形状を、図3に示すような多角状として、上記方法により半導体装置を作製した。
(Example 2)
In the copper sulfate plating step, by adjusting the plating conditions (changing the ratio of the additive), the cross-sectional shape of the conductive portion at the corner of the bottom of the through hole is made polygonal as shown in FIG. Thus, a semiconductor device was manufactured.
(比較例)
上記硫酸銅メッキ工程において、メッキ条件を調整する(硫酸銅濃度をほぼ半減する)ことで、貫通孔底部の角部における導電部の断面形状を、図11に示すような形状として、上記方法により半導体装置を作製した。
(Comparative example)
In the copper sulfate plating step, by adjusting the plating conditions (copper sulfate concentration is almost halved), the cross-sectional shape of the conductive portion at the corner of the bottom of the through hole is changed to the shape shown in FIG. A semiconductor device was manufactured.
(評価試験)
以上のようにして得られた各サンプルを、−40℃:30分、125℃:30分の計1時間を1サイクルとして、熱サイクル試験を計100サイクル:100時間行った。
熱サイクル試験終了後、各サンプルの電極の破断の有無を、顕微鏡で観察、確認した。
(Evaluation test)
Each sample obtained as described above was subjected to a thermal cycle test for a total of 100 cycles: 100 hours, with a total of 1 hour at −40 ° C .: 30 minutes and 125 ° C .: 30 minutes as one cycle.
After the thermal cycle test, the presence or absence of breakage of the electrode of each sample was observed and confirmed with a microscope.
(評価結果)
本発明の半導体装置は、上記条件の熱サイクル試験を行った場合であっても、導電部や電極部の破断等が発生せず、初期状態に対して変化が見られなかった。実施例のサンプル200台中、電極の破断が生じたサンプルは無かった。
(Evaluation results)
Even when the semiconductor device of the present invention was subjected to a thermal cycle test under the above conditions, the conductive portion and the electrode portion did not break, and no change was observed with respect to the initial state. Of the 200 samples of the example, there was no sample in which electrode breakage occurred.
一方、従来の半導体装置は、上記条件の熱サイクル試験を行った後、比較例のサンプル240台中、200台に導電部や電極部の破断が生じた。
初期状態においては、導電部や電極部に破断は見られないが、熱サイクル試験後、電極面に、貫通孔および導電部に沿った円形の破断痕が生じている。また、電極部の導電部と接している部分と、基板に接触している部分とが完全に破断している。
On the other hand, in the conventional semiconductor device, after conducting the thermal cycle test under the above conditions, the conductive portion and the electrode portion were broken in 200 of the 240 samples of the comparative example.
In the initial state, no breakage is observed in the conductive portion and the electrode portion, but after the thermal cycle test, circular break marks along the through hole and the conductive portion are generated on the electrode surface. In addition, the portion of the electrode portion that is in contact with the conductive portion and the portion that is in contact with the substrate are completely broken.
以上の結果により、本発明に係る半導体装置が、熱サイクルや高温環境下において使用される場合であっても、基板材料と電極および導電部材料との間の熱膨張係数の差に起因して生じる熱ひずみに対し、角部における前記導電部の断面形状を、円弧状または多角状とすることで応力を緩和でき、電極の破断等が生じず、高い信頼性を有することが明らかとなった。 From the above results, even when the semiconductor device according to the present invention is used in a thermal cycle or a high temperature environment, it is caused by the difference in thermal expansion coefficient between the substrate material and the electrode and conductive part material. It was clarified that the stress can be relieved by making the cross-sectional shape of the conductive part at the corner part an arc shape or a polygonal shape with respect to the generated thermal strain, and the electrode is not broken and has high reliability. .
本発明は、貫通電極を備えた半導体装置に広く適用可能である。 The present invention is widely applicable to semiconductor devices provided with through electrodes.
R 断面形状、1 半導体装置、2 基板、3 電極部、4 貫通孔、5 第一絶縁層、6 第二絶縁層、7 導電部、8 貫通電極、9 配線部、10 機能素子。
R cross-sectional shape, 1 semiconductor device, 2 substrate, 3 electrode part, 4 through hole, 5 first insulating layer, 6 second insulating layer, 7 conductive part, 8 through electrode, 9 wiring part, 10 functional element.
Claims (4)
前記基板の他方の面から前記電極部の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に設けられた貫通孔と、
前記貫通孔内の側面および露呈された前記電極部を覆うように配され、前記電極部と電気的に接続される導電部と、を備え、
前記貫通孔の内側面と前記電極部とが交わる
角部において、前記導電部の断面形状が、円弧状または多角状であることを特徴とする半導体装置。 An electrode portion disposed on one surface of the substrate;
A through-hole provided in the substrate such that at least a part of the electrode portion is exposed from the other surface of the substrate;
A conductive portion disposed so as to cover the side surface in the through hole and the exposed electrode portion, and electrically connected to the electrode portion;
A semiconductor device, wherein a cross-sectional shape of the conductive portion is an arc shape or a polygonal shape at a corner portion where an inner surface of the through hole and the electrode portion intersect.
前記貫通孔の内側面と前記電極部との交点である第一の点は、前記貫通孔の内側面に配された導電部の延長線と前記電極部との交点である第二の点よりも、貫通孔の中央側にあることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The conductive portion in the corner portion has an arc shape on the inner surface and the outer surface,
The first point that is the intersection of the inner surface of the through hole and the electrode part is the second point that is the intersection of the extension line of the conductive part arranged on the inner surface of the through hole and the electrode part. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a central portion of the through hole.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006227747A JP2008053429A (en) | 2006-08-24 | 2006-08-24 | Semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006227747A JP2008053429A (en) | 2006-08-24 | 2006-08-24 | Semiconductor device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008053429A true JP2008053429A (en) | 2008-03-06 |
Family
ID=39237196
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006227747A Pending JP2008053429A (en) | 2006-08-24 | 2006-08-24 | Semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008053429A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8079131B2 (en) | 2008-11-26 | 2011-12-20 | Napra Co., Ltd. | Method for filling metal into fine space |
JP2013544033A (en) * | 2010-11-12 | 2013-12-09 | ザイリンクス インコーポレイテッド | Through-silicon via with improved reliability |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02162735A (en) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07135210A (en) * | 1993-11-10 | 1995-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07193214A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | Via-hole and its formation |
JPH08213427A (en) * | 1995-02-07 | 1996-08-20 | Sharp Corp | Semiconductor chip and multi-chip semiconductor module |
JPH10303198A (en) * | 1997-04-24 | 1998-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device, manufacture thereof and etchant |
JP2004057507A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Toshiba Corp | X-ray detector, method for manufacturing through electrode and x-ray tomograph |
JP2005302981A (en) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Sharp Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2006121041A (en) * | 2004-09-24 | 2006-05-11 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
JP2006128637A (en) * | 2004-09-29 | 2006-05-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor apparatus and its manufacturing method |
-
2006
- 2006-08-24 JP JP2006227747A patent/JP2008053429A/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02162735A (en) * | 1988-12-15 | 1990-06-22 | Fujitsu Ltd | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07135210A (en) * | 1993-11-10 | 1995-05-23 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device and manufacture thereof |
JPH07193214A (en) * | 1993-12-27 | 1995-07-28 | Mitsubishi Electric Corp | Via-hole and its formation |
JPH08213427A (en) * | 1995-02-07 | 1996-08-20 | Sharp Corp | Semiconductor chip and multi-chip semiconductor module |
JPH10303198A (en) * | 1997-04-24 | 1998-11-13 | Mitsubishi Electric Corp | Semiconductor device, manufacture thereof and etchant |
JP2004057507A (en) * | 2002-07-29 | 2004-02-26 | Toshiba Corp | X-ray detector, method for manufacturing through electrode and x-ray tomograph |
JP2005302981A (en) * | 2004-04-12 | 2005-10-27 | Sharp Corp | Method for manufacturing semiconductor device |
JP2006121041A (en) * | 2004-09-24 | 2006-05-11 | Toshiba Corp | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
JP2006128637A (en) * | 2004-09-29 | 2006-05-18 | Sanyo Electric Co Ltd | Semiconductor apparatus and its manufacturing method |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8079131B2 (en) | 2008-11-26 | 2011-12-20 | Napra Co., Ltd. | Method for filling metal into fine space |
JP2013544033A (en) * | 2010-11-12 | 2013-12-09 | ザイリンクス インコーポレイテッド | Through-silicon via with improved reliability |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7363972B2 (en) | Through electrode board, method for manufacturing the same, and mounting board | |
JP4937842B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP4373866B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
JP4376715B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor device | |
TWI276187B (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
KR100840502B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing mathod thereof | |
EP1489658B1 (en) | Method for manufacturing semiconductor package | |
CN103531553A (en) | Substrate, method of manufacturing substrate, semiconductor device, and electronic apparatus | |
WO2010035375A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing the same | |
US9048012B2 (en) | Method of fabricating high-density hermetic electrical feedthroughs | |
JP5026025B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2004296905A (en) | Semiconductor device | |
JP4383274B2 (en) | Semiconductor device and semiconductor wafer manufacturing method | |
EP2445004B1 (en) | Laminated wiring board | |
TWI722227B (en) | Through electrode substrate and mounting substrate | |
JP4795102B2 (en) | Wiring board and manufacturing method thereof | |
JP2007214349A (en) | Semiconductor device | |
JP2007096233A (en) | Semiconductor device and manufacturing method therefor | |
JP2009021433A (en) | Wiring substrate, and manufacturing method thereof | |
JP2008053429A (en) | Semiconductor device | |
JP2007281289A (en) | Electronic component and manufacturing method thereof | |
JP2010016255A (en) | Semiconductor device | |
JP2006126212A (en) | Sensor device | |
JP2013038165A (en) | Joining substrate with through wiring | |
JP2006216747A (en) | Manufacturing method and structure of through-electrode |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Effective date: 20090529 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20111129 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20111206 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120206 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20120321 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
A521 | Written amendment |
Effective date: 20120518 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 |
|
A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20120612 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |