JP2008085126A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通電極の導電膜材料として、熱処理によって膜応力が一度引張応力側に変化してピークをもち、さらに高温熱処理によって圧縮応力側に変化する材料を用いる。半導体基板11を貫通する貫通電極15中の貫通導電膜12の成膜を複数回に分ける。例えば、第一層目導電膜12aの成膜の後には、膜応力がピークをもつ熱処理温度以上まで温度を上げて熱処理を行い、第一層目の導電膜の応力緩和の行う。そして、更に導電膜で貫通孔を埋め込む。
【選択図】図1
Description
この例では、前記貫通電極を構成する貫通導電膜として用いる材料は、前記半導体基板に堆積される時点において非晶質でなく、すでに多結晶であることを特徴とする半導体装置である。このような半導体装置によれば、貫通導電膜の膜応力が熱処理による結晶化に伴って応力変動することが抑制され、半導体基板に発生する応力は低応力のまま保持される。その結果、半導体基板へのき裂発生を抑制することができる。
本例は、貫通電極として、多層に非晶質シリコン層を成膜する例であり、貫通電極の導電膜を3回に分けて成膜した例である。本発明の実施例1を図1から図3及び図12を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1の、貫通電極の断面図である。図2は、実施例1の貫通電極部の平面図である。図2の(a)及び(b)は貫通孔の形状を2形態示したものである。図3(a)から図3(f)は実施例1の製造工程を工程順に追った断面図である。又、図12は導電膜材料の膜応力の熱処理温度依存性を説明する図である。
本実施例は、貫通電極として多結晶シリコン層を用いる例である。図6は、本発明の第二の実施例である3次元半導体装置に供する半導体装置の一例を示した断面図である。本実施例の貫通電極部15は、貫通電極用導電膜12aの構成および製造方法を実施例1と相違させるのみであり、その他の部材の構成および製造方法は同様である。従って、その相違する部分についてのみ説明し、その他の説明は省略する。
本例は、貫通電極を構成する導電膜を複数層とし、それらの導電膜層の間に絶縁膜を挟んで、貫通電極を形成する例である。図7は本発明の第三の実施例である半導体装置の一例を示した断面図である。本実施の貫通電極は、貫通導電膜12の構成および製造方法において実施例1および実施例2と相違するのみであり、その他の部材の構成および製造方法は同様である。従って、その相違する部分についてのみ説明し、その他の説明は省略する。
本例は、貫通電極用の導電膜の中に柱状半導体を含む例である。更には、この柱状半導体を、小さな複数の柱状半導体に分割して構成することも有用である。
第四の実施例を図9及び図10を用いて説明する。図9は本実施例の一例を示した平面図である。又、図10は本実施例の製造工程を工程順に示した断面図である。
(1)半導体基板を貫通し、前記半導体基板とは絶縁分離された貫通電極を備えた半導体装置であって、又、前記貫通電極は、貫通導電膜によって貫通孔が埋め込まれている半導体装置であって、又、前記貫通電極は、直接又は接続配線を介してバンプに接続される半導体装置であって、前記貫通電極を構成する貫通導電膜は、少なくとも2回以上の成膜によって形成されることを特徴とする半導体装置。
(2)前項(1)において、前記貫通導電膜として用いる材料の膜応力は、温度特性の最大値もしくは極大値(ピーク)を有し、前記ピークを持つ温度以上の熱処理によって膜応力を緩和させたことを特徴とする半導体装置。
(3)前項(2)において、前記貫通電極用の、導電膜の1層目の成膜後には必ず前記導電膜の膜応力の熱処理温度依存性において極大値をもつ温度以上の温度で熱処理を施すことを特徴とする半導体装置。
(4)半導体基板を貫通し、前記半導体基板とは絶縁分離された貫通電極を備えた半導体装置であって、又、前記貫通電極は、直接又は接続配線を介してバンプに接続されている半導体装置であって、前記貫通電極を構成する貫通導電膜として用いる材料は、前記半導体基板に堆積される時点において非晶質でなく、すでに多結晶であることを特徴とする半導体装置。
(5)半導体基板を貫通し、前記半導体基板とは絶縁分離された貫通電極を備えた半導体装置であって、又、前記貫通電極は、直接又は接続配線を介してバンプに接続されている半導体装置であって、前記貫通電極の貫通孔は貫通導電膜及び緩衝用絶縁膜によって埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。
(6)前項(5)において、前記貫通電極用の導電膜として用いる材料は、前記材料の膜応力が、温度特性の最大値もしくは極大値(ピーク)を有し、前記ピークを持つ温度以上の熱処理によって膜応力が緩和していることを特徴とする半導体装置。
(7)前項(6)において、前記貫通電極用の、導電膜の1層目の成膜後には必ず前記貫通導電膜の膜応力の熱処理温度依存性において極大値を持つ温度以上の温度で熱処理を施してあることを特徴とする半導体装置。
(8)前項(7)において、前記緩衝用絶縁膜として用いる材料のヤング率が、前記貫通電極用導電膜として用いる材料のヤング率より小さいことを特徴とする半導体装置。
(9)半導体基板を貫通し、前記半導体基板とは絶縁分離された貫通電極を備えた半導体装置であって、又、前記貫通電極は、直接又は接続配線を介してバンプに接続されている半導体装置であって、前記貫通電極の内部に柱状半導体と貫通導電膜を有することを特徴とする半導体装置。
(10)前項(9)において、前記柱状半導体は、貫通電極用絶縁膜により前記内部貫通電極用導電膜と絶縁分離されることを特徴とする半導体装置。
(11)前項(10)において、前記柱状半導体は正方形又は長方形又は円形の形状を有し、前記貫通電極の貫通孔外壁との間隔を等しくするように配置され、前記貫通孔外壁との空間は貫通電極用導電膜によって充填されることを特徴とする半導体装置。
(12)前項(11)において、前記貫通電極を構成する貫通導電膜は、少なくとも2回以上の成膜によって形成されることを特徴とする半導体装置。
(13)前項(12)において、前記貫通電極用導電膜として用いる材料の膜応力は、前記材料の膜応力が、温度特性の最大値もしくは極大値(ピーク)を有し、前記ピークを持つ温度以上の熱処理によって膜応力が緩和していることを特徴とする半導体装置。
(14)前項(13)において、前記貫通電極用の導電膜の1層目の成膜後には必ず前記貫通電極用の導電膜の膜応力の熱処理温度依存性においてピークをもつ温度以上の温度で熱処理を施してあることを特徴とする半導体装置。
Claims (15)
- 半導体基板と、前記半導体基板に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の少なくとも内壁に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜内に形成された貫通電極と、を少なくとも有し、前記貫通電極が、直接または接続配線を介して接続部材に接続される半導体装置であって、
前記貫通電極は、少なくとも2回の成膜によって形成された複数層の貫通電極用導電膜を有して構成され、
前記貫通電極用導電膜として用いる材料は、その膜応力が、当該半導体装置の製造中の、熱処理温度より低い温度に最大値を有することを特徴とする半導体装置。 - 前記貫通電極用導電膜として用いる材料は、その膜応力が、当該半導体装置の製造中の、熱処理温度より低い温度に極大値を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数層の貫通電極用導電膜のうち、少なくとも前記半導体基板に近い側の導電膜の膜応力が、緩和されてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記複数層の貫通電極用導電膜のうち、少なくとも前記半導体基板に近い側の導電膜の膜応力が、緩和されてなることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記貫通電極用導電膜として用いる材料は、非晶質シリコンであることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記貫通電極は、複数層の貫通電極用導電膜を有し、各貫通電極用導電膜は絶縁膜を挟んで構成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記絶縁膜として用いる材料のヤング率が、前記貫通電極用導電膜として用いる材料のヤング率より小さいことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
- 前記貫通電極は、前記半導体基板を貫通する柱状半導体と、少なくとも前記柱状半導体の側壁に形成された絶縁膜と、少なくとも2回の成膜によって形成された複数層の貫通電極用導電膜とを有することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記柱状半導体として、所望形状の複数個の柱状半導体部材を有し、且つ複数個の柱状半導体部材の各々が当該柱状半導体部材の外壁に形成された絶縁膜と、前記半導体基板に設けられた貫通孔の内壁に形成された絶縁膜との空間に前記貫通電極用導電膜が充填されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置
- 前記複数個の柱状半導体部材は、前記半導体基板表面に平行な断面形状が、正方形、長方形及び円形のいずれかの形状を有し、且つ
当該柱状半導体部材の外壁に形成された絶縁膜と、前記半導体基板に設けられた貫通孔の内壁に形成された絶縁膜との空間の間隔を等しくするように配置されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。 - 半導体基板と、前記半導体基板に設けられた貫通孔と、前記貫通孔の少なくとも内壁に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜内に形成された貫通電極と、を少なくとも有し、前記貫通電極が、直接または接続配線を介して接続部材に接続される半導体装置であって、
前記貫通電極は、形成時に多結晶体であるシリコンによって前記絶縁膜内全体が埋め込まれていることを特徴とする半導体装置。 - 半導体基板に凹部を形成する工程、少なくとも前記凹部を覆って絶縁物層を形成する工程、前記絶縁物層上に少なくとも2層の貫通電極用導電体層を形成し、前記凹部を埋め込む工程、前記貫通電極用導電体層の少なくとも1層に対して応力緩和が可能な熱処理がなされる工程、を少なくとも有し、且つ前記貫通電極用導電膜として用いる材料は、その膜応力が、当該半導体装置の製造中の、熱処理温度より低い温度に最大値を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記貫通電極用導電体層の複数層は、その各層相互間に少なくとも絶縁膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記半導体基板への凹部の形成は、前記凹部内に、当該凹部を貫通する複数の柱状半導体部材を残存させ、
前記柱状半導体部材相互、並びに前記柱状半導体部材と前記半導体基板側面との間に間隔を確保してなることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記柱状半導体部材相互の間隔と、前記柱状半導体部材と前記半導体基板側面との間隔とが実質的に同じ間隔であることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
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