JP2008300718A - Semiconductor device, and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に係り、特に、半導体基板の表裏面の配線間を電気的に接続する貫通接続部を有する半導体装置とその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device having a through connection portion for electrically connecting wirings on the front and back surfaces of a semiconductor substrate and a method for manufacturing the semiconductor device.
半導体集積回路を用いたメモリデバイスにおいては、メモリ容量を高めるため、メモリチップ(半導体チップ)を多段に積重することが提案されている。半導体チップには表裏面を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に導電体層が形成されるとともに、導電体層と導通する金属バンプがチップ裏面に設けられている。上段の半導体チップの金属バンプは下段の半導体チップの表面に形成された金属パッドに接合され、こうして上段のメモリチップの集積回路部分と下段のメモリチップの集積回路部分とが電気的に接続されている。 In memory devices using semiconductor integrated circuits, it has been proposed to stack memory chips (semiconductor chips) in multiple stages in order to increase the memory capacity. A through-hole penetrating the front and back surfaces is formed in the semiconductor chip, a conductor layer is formed in the through-hole, and metal bumps electrically connected to the conductor layer are provided on the back surface of the chip. Metal bumps of the upper semiconductor chip are bonded to metal pads formed on the surface of the lower semiconductor chip, and thus the integrated circuit portion of the upper memory chip and the integrated circuit portion of the lower memory chip are electrically connected. Yes.
このような貫通接続部を有する半導体装置として、従来から、半導体基板の裏面からエッチングにより貫通孔を形成し、この貫通孔内に形成した導通部により、半導体基板の表面と裏面の配線層間を電気的に接続した構造の装置が提案されている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
As a semiconductor device having such a through-connection portion, conventionally, a through hole is formed by etching from the back surface of the semiconductor substrate, and a conductive portion formed in the through hole electrically connects the wiring layer between the front surface and the back surface of the semiconductor substrate. Devices having a structure in which they are connected are proposed (see, for example,
以下、従来の半導体装置について説明する。図10に示す従来の半導体装置100において、シリコンから成る半導体基板101は表裏面を貫通する貫通孔102を有し、この貫通孔102の内壁面から半導体基板101の裏面に亘って、絶縁膜103が形成されている。そして、貫通孔102内に貫通配線部104が形成されている。貫通配線部104は、半導体基板101の表面側に形成された配線層105と裏面側に形成された外部端子(半田ボール)106とを電気的に接続している。半導体基板101の表面には絶縁層107が形成され、この絶縁層107上に配線層105が形成されている。また、半導体基板101の表面側には、集積回路によりイメージセンサ等の半導体デバイスが形成されている。さらに、半導体基板101の裏面には、貫通配線部104に接続された外部端子106と、絶縁膜(裏面側絶縁膜)103および裏面側保護膜108が設けられている。外部端子106は外側に突出するように形成されている。
A conventional semiconductor device will be described below. In the
この半導体装置100において、貫通孔102と絶縁層107の開口107aおよび絶縁膜103の開口は、同一形状で同一の径を有し、以下に示すようにして形成されている。すなわち、半導体基板101を、その裏面側から所定のマスクパターン(図示を省略。)を用いて絶縁層107が露出するまでエッチングすることにより、貫通孔102が形成され、次いでこうして形成された貫通孔102をマスクに用い、半導体基板101に比べて選択比の大きいエッチング方法で絶縁層107をエッチングすることにより、絶縁層107の開口107aが形成されている。さらに、貫通孔102の内壁面および半導体基板101の裏面に、貫通孔102の底面に比べて半導体基板101の裏面側の膜厚が厚くなるように絶縁膜103を形成した後、半導体基板101の裏面側に形成された絶縁膜103を、異方性エッチングを用いてエッチバックする。こうして、貫通孔102底面部の絶縁膜103が除去され、配線層105が露出される。
しかしながら、このような方法で製造される従来の半導体装置100においては、絶縁膜103の裏面側の開口103aをエッチングマスクとしてエッチバックするため、貫通孔102底面部の絶縁膜103に開口を形成する際に、エッチングが横方向に広がりやすい。その結果、半導体基板101の貫通孔102を裏面側から見た場合、絶縁膜103の配線層105側(表面側)の開口端が隠れるような形状、いわゆるノッチ形状を呈しやすい。そのため、ノッチ形状の部分に絶縁膜103が残留しにくく、絶縁不良を生じやすいばかりでなく、貫通配線部104が形成されにくくなる。したがって、配線層間の接続不良が発生し、歩留まりの低下や電気的、機械的信頼性が低下するという問題があった。
However, in the
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、半導体基板の貫通配線部において、貫通孔底部での絶縁層の被覆性が向上され、電気的絶縁性の低下や接続不良が改善された半導体装置と、そのような半導体装置を製造する方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve these problems. In the through wiring portion of the semiconductor substrate, the covering property of the insulating layer at the bottom of the through hole is improved, and the deterioration of electrical insulation and poor connection are improved. It is an object of the present invention to provide a manufactured semiconductor device and a method for manufacturing such a semiconductor device.
本発明の第1の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層とを備えることを特徴とする。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a through-hole provided through the first surface and the second surface of the semiconductor substrate, and a first surface of the semiconductor substrate. A first insulating layer having an opening on the opening on the first surface side of the through hole, and a first conductor provided on the first insulating layer so as to cover the opening And an opening on the first surface side of the through hole that is inscribed in the first conductor layer and provided on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole. A second insulating layer having an opening smaller in diameter than the opening of the first insulating layer; and the second insulating layer in the through hole and on the second surface of the semiconductor substrate. And a second conductor layer inscribed in the first conductor layer through the opening of the second insulating layer.
本発明の第2の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口と同軸的に同径の開口を有する第3の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第3の絶縁層上に連接して設けられた、前記第2および第3の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層とを備えることを特徴とする。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a first surface of the semiconductor substrate, a through hole provided through the second surface, and a first surface of the semiconductor substrate. A first insulating layer having an opening on the opening on the first surface side of the through hole, and a first conductor provided on the first insulating layer so as to cover the opening And an opening on the first surface side of the through hole that is inscribed in the first conductor layer and provided on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole. A second insulating layer having an opening smaller in diameter than the opening of the first insulating layer; and the second insulating layer in the through hole and on the second surface of the semiconductor substrate. A third insulating layer having an opening having the same diameter coaxially as the opening of the second insulating layer, the inside of the through hole, and the first of the semiconductor substrate; A second conductor layer inscribed in the first conductor layer through the openings of the second and third insulation layers, connected to the third insulation layer on the surface of the second insulation layer; It is characterized by providing.
本発明の第3の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口より小径の開口を同軸的に有する第3の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第3の絶縁層上に連接して設けられた、該第3の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層とを備えることを特徴とする。 A semiconductor device according to a third aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a through-hole provided through the first surface and the second surface of the semiconductor substrate, and a first surface of the semiconductor substrate. A first insulating layer having an opening on the opening on the first surface side of the through hole, and a first conductor provided on the first insulating layer so as to cover the opening And an opening on the first surface side of the through hole that is inscribed in the first conductor layer and provided on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole. A second insulating layer having an opening smaller in diameter than the opening of the first insulating layer; and the second insulating layer in the through hole and on the second surface of the semiconductor substrate. A third insulating layer coaxially having an opening having a smaller diameter than the opening of the second insulating layer, the inside of the through hole, and the semiconductor substrate; And a second conductor layer inscribed in the first conductor layer through the opening of the third insulator layer, which is provided on the third insulator layer on the second surface. It is characterized by that.
本発明の第4の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1の面に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記露出された第1の導電体層上に形成された前記第2の絶縁層に、前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を形成し、前記第1の導電体層を再び露出させる工程と、前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第2の絶縁層上に亘って、前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate; and forming a first conductor layer on the first insulating layer. Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole, and Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer; and on the exposed first conductor layer and the Forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole, and the second insulating layer formed on the exposed first conductor layer; Forming an opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer and exposing the first conductor layer again; and the second insulating layer in the through hole. The first conductive layer is inscribed through the opening of the second insulating layer over the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from above the layer. And a step of forming two conductor layers.
本発明の第5の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1の面に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上に第3の絶縁層を形成するとともに、この第3の絶縁層を前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して形成する工程と、前記貫通孔内の前記第3の絶縁層に該貫通孔より小径の孔を形成すると同時に、該貫通孔の第1の面側に形成された前記第2の絶縁層に前記孔と同径の開口を連接して形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、前記貫通孔内の前記第3の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第3の絶縁層上に亘って、前記第3の絶縁層の孔および前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate; and forming a first conductor layer on the first insulating layer. Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole, and Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer; and on the exposed first conductor layer and the Forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole; forming a third insulating layer on the second insulating layer in the through hole; Forming the third insulating layer on the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate, and forming the third insulating layer in the through hole. A hole having a smaller diameter than the through hole is formed in the insulating layer, and at the same time, an opening having the same diameter as the hole is connected to the second insulating layer formed on the first surface side of the through hole, A step of exposing the first conductor layer; and the third insulation from the third insulating layer in the through hole to the third insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. Forming a second conductor layer so as to be inscribed in the exposed first conductor layer through a hole in the layer and an opening in the second insulating layer.
本発明の第6の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第1の面に第1の絶縁層を形成する工程と、前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、前記露出された第1の導電体層上に形成された前記第2の絶縁層に、前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を形成し、前記第1の導電体層を再び露出させる工程と、前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第2の絶縁層上に亘って、前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するとともに、第3の絶縁体層を形成する工程と、前記貫通孔内の前記第3の絶縁層に、前記第2の絶縁層の開口よりも小径の孔を該第2の絶縁層の開口と同軸的に形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、前記貫通孔内の前記第3の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第3の絶縁層上に亘って、該第3の絶縁層の開孔を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate; and forming a first conductor layer on the first insulating layer. Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole, and Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer; and on the exposed first conductor layer and the Forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole, and the second insulating layer formed on the exposed first conductor layer; Forming an opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer and exposing the first conductor layer again; and the second insulating layer in the through hole. Inscribed in the exposed first conductor layer through the opening of the second insulating layer over the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from above the layer, and third And forming a hole having a diameter smaller than the opening of the second insulating layer in the third insulating layer in the through hole coaxially with the opening of the second insulating layer. And exposing the first conductor layer and over the third insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate from the third insulating layer in the through hole. And a step of forming a second conductor layer so as to be inscribed in the exposed first conductor layer through the opening of the third insulating layer.
本発明の第1の態様に係わる半導体装置および第4の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体基板の第2の面から見た場合に第2の絶縁層の開口部が隠れる、いわゆるノッチ形状を呈することがなく、第2の絶縁層の絶縁性が改善されるうえに、貫通配線部を構成する第2の導電体層の形成が容易となる。したがって、歩留まりが向上するとともに、電気的・機械的信頼性が良好な半導体装置が得られる。 According to the semiconductor device according to the first aspect of the present invention and the method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth aspect, the opening of the second insulating layer is hidden when viewed from the second surface of the semiconductor substrate. The so-called notch shape is not exhibited, the insulation of the second insulating layer is improved, and the formation of the second conductor layer constituting the through wiring portion is facilitated. Therefore, a semiconductor device with improved yield and good electrical and mechanical reliability can be obtained.
本発明の第2の態様に係わる半導体装置および第5の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第1の態様および第4の態様と同様に、第2の絶縁層の絶縁性が改善されかつ貫通配線部を構成する第2の導電体層の形成が容易となり、歩留まりが向上するとともに、電気的・機械的信頼性が良好な半導体装置が得られる。また、貫通孔内壁面と半導体基板の第2の面が、いずれも第2の絶縁層と第3の絶縁層とが積層された絶縁層により被覆されるため、電気的信頼性がさらに向上する。 According to the semiconductor device according to the second aspect of the present invention and the method of manufacturing the semiconductor device according to the fifth aspect, the insulating property of the second insulating layer is the same as in the first aspect and the fourth aspect. The improved and easy formation of the second conductor layer constituting the through wiring portion is facilitated, and the yield is improved, and a semiconductor device having good electrical and mechanical reliability can be obtained. In addition, since both the inner wall surface of the through hole and the second surface of the semiconductor substrate are covered with the insulating layer in which the second insulating layer and the third insulating layer are laminated, the electrical reliability is further improved. .
本発明の第3の態様に係わる半導体装置および第6の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第2の態様および第5の態様と同様に、第2の絶縁層の絶縁性が改善されかつ貫通配線部を構成する第2の導電体層の形成が容易となり、歩留まりが向上し、電気的・機械的信頼性に優れた半導体装置が得られる。さらに、第2の絶縁層を構成する材料は半導体基板との密着性のみを考慮して密着性に優れた材料を選択し、第3の絶縁層を構成する材料は貫通孔内の第2の導電体層との密着性のみを考慮して密着性に優れた材料を選択することができる。したがって、材料選択の自由度が大幅に広がるうえに、機械的信頼性がさらに向上する。 According to the semiconductor device according to the third aspect of the present invention and the method for manufacturing the semiconductor device according to the sixth aspect, the insulating property of the second insulating layer is the same as in the second and fifth aspects. The improved and easy formation of the second conductor layer constituting the through wiring portion is facilitated, the yield is improved, and a semiconductor device excellent in electrical and mechanical reliability can be obtained. Further, the material constituting the second insulating layer is selected from materials having excellent adhesion in consideration only of the adhesion to the semiconductor substrate, and the material constituting the third insulating layer is the second material in the through hole. A material having excellent adhesion can be selected considering only the adhesion with the conductor layer. Therefore, the degree of freedom in material selection is greatly expanded and the mechanical reliability is further improved.
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の記載では実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described. In addition, although embodiment is described based on drawing in the following description, those drawings are provided for illustration and this invention is not limited to those drawings.
図1は、本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図2A〜図2Hは、第1の実施形態の半導体装置を製造する方法における各工程を示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2H are cross-sectional views showing respective steps in the method for manufacturing the semiconductor device of the first embodiment. FIG.
図1に示すように、第1の実施形態の半導体装置1は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には、その第1の面である表面(素子領域形成面)と第2の面である裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。また、半導体基板2の表面には、貫通孔3の上部に該貫通孔3と同径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されており、第1の絶縁層4の上には第1の配線層5が形成されている。第1の配線層5は、貫通孔3の開口部および第1の絶縁層4の開口4aを覆い、閉塞するように形成されている。また、貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。
As shown in FIG. 1, a
さらに、貫通孔3内に第2の配線層7が充填・形成されている。この第2の配線層7は、第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面の第2の絶縁層6上に亘って形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、半導体基板2の裏面において、外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上と第2の絶縁層6上には、保護層9が被覆されている。
Further, the
このように構成される第1の実施形態の半導体装置1は、以下に示すように製造される。すなわち、まず図2Aに示す第1の工程において、半導体基板2の表面(第1の面)に第1の絶縁層4を、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、スピンコート法、スプレーコート法等により形成する。第1の絶縁層4は、例えば、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(SiNx)、SiOF(Fluorine−doped SiO2)、ポーラスSiOC(Carbon−doped SiO2)等により構成される。
The
次いで、図2Bに示す第2の工程において、第1の絶縁層4の上に第1の配線層5を、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法等により形成する。第1の配線層5は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag等)から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。
Next, in the second step shown in FIG. 2B, a
次いで、図2Cに示す第3の工程において、半導体基板2の裏面側から所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用して、プラズマエッチング法により貫通孔3を形成し、貫通孔3の底面部で第1の絶縁層4を露出させる。なお、この貫通孔3は、断面が第1の絶縁層4に向かってテーパー状を呈するものであることが好ましい。貫通孔3の形成においては、第1の絶縁層4に比べて半導体基板2が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガスを導入してプラズマエッチングを行う。エッチング用のガスとしては、例えば、半導体基板2がシリコン(Si)で第1の絶縁層4がSiO2膜の場合には、SF6とO2とArの混合ガスを使用する。
Next, in a third step shown in FIG. 2C, a through-
次いで、図2Dに示す第4の工程において、第1の絶縁層4の露出部をプラズマエッチングにより除去して、第1の絶縁層4に開口4aを形成し、第1の配線層5を露出させる。このとき、半導体基板2や第1の配線層5に比べて第1の絶縁層4が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第1の絶縁層4がSiO2膜で半導体基板2がシリコン、第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a fourth step shown in FIG. 2D, the exposed portion of the first insulating layer 4 is removed by plasma etching, an
なお、前記した第3の工程と第4の工程は、レーザエッチング法によりマスクを用いることなく一括して行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)レーザ、UV(固体紫外線)レーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。YAGレーザの周波数帯は355nm、UVレーザの周波数帯は213nmおよび266nm(CLBO:セシウムリチウムトリボレート結晶)、355nm(CBO:セシウムトリボレート結晶、LBO:リチウムトリボレート結晶)、エキシマレーザの周波数帯は、193nm(ArF)、248nm(KrF)、308nm(XeCl)、351nm(XeF)である。半導体基板2がシリコンで第1の絶縁層4がSiO2膜である場合は、レーザ光源として周波数355nmのYAGレーザの使用が好ましい。
Note that the third and fourth steps described above can be performed all at once without using a mask by laser etching. As the laser light source, for example, a YAG (yttrium, aluminum, garnet) laser, a UV (solid ultraviolet) laser, an excimer laser, a carbon dioxide gas (CO 2 ) laser, or the like is used. The frequency band of YAG laser is 355 nm, the frequency band of UV laser is 213 nm and 266 nm (CLBO: cesium lithium triborate crystal), 355 nm (CBO: cesium triborate crystal, LBO: lithium triborate crystal), and the frequency band of excimer laser is 193 nm (ArF), 248 nm (KrF), 308 nm (XeCl), and 351 nm (XeF). When the
次いで、図2Eに示す第5の工程において、貫通孔3の底面(第1の配線層5の露出部)および内壁面から半導体基板2の裏面を覆うように、第2の絶縁層6をCVD法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により形成する。第2の絶縁層6は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、BCB(ベンゾシクロブテン)樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。
Next, in the fifth step shown in FIG. 2E, the second insulating
次いで、図2Fに示す第6の工程において、貫通孔3の底面部に第1の配線層5を覆うように形成された第2の絶縁層6に、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用しプラズマエッチングにより、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを同軸的に形成し、第1の配線層5を再び露出させる。この開口6aの形成では、第1の配線層5に比べて第2の絶縁層6が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第2の絶縁層6がSiO2膜で第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a sixth step shown in FIG. 2F, a mask (not shown) having a predetermined pattern is formed on the second insulating
また、第2の絶縁層6の除去および開口6aの形成を、レーザエッチング法を使用し、マスクを用いることなく行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。第2の絶縁層6が樹脂膜であり、微細径の開口を形成する場合は、周波数266nmのUVレーザの使用が好ましい。さらに、第2の絶縁層6が感光性を有する樹脂膜やガラス膜の場合には、所定のパターンのマスクを使用してリソグラフィーにより、容易に開口6aを形成することができる。
Further, the removal of the second insulating
次いで、図2Gに示す第7の工程において、貫通孔3内の第2の絶縁層6上から半導体基板2の裏面の第2の絶縁層6上に亘って、かつ第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接するように、第2の配線層7を形成する。この第2の配線層7は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag、半田材等)、あるいは導電性樹脂から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。そして、第2の配線層7の形成は、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を用い、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、印刷法等により貫通孔3内を充填するように行う。
Next, in the seventh step shown in FIG. 2G, the second insulating
その後、図2Hに示す第8の工程において、第2の配線層7上に外部端子8を形成し、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上および第2の絶縁層6上に、保護層9を形成する。外部端子8は例えば半田材で形成され、保護層9は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂あるいはソルダーレジスト材で形成される。次いで、半導体基板2をダイサーの切削ブレードにより切断する。こうして図1に示す半導体装置1の個片が得られる。
Thereafter, in an eighth step shown in FIG. 2H,
このように製造される第1の実施形態の半導体装置1においては、貫通孔3の内壁面および裏面に被覆された第2の絶縁層6が、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有しており、かつ貫通孔3内に充填された第2の配線層7が、この小径の開口6aを介して第1の配線層5に内接され電気的に接続されているので、半導体基板2を裏面側から見た場合に第2の絶縁層6の開口6aの部分が隠れる、いわゆるノッチ形状が生じない。そのため、第2の絶縁層6の絶縁不良が改善されるうえに、第2の配線層7の形成が容易で充填性が良好となり、電気的接続性が向上する。したがって、歩留まりが向上するとともに、電気的・機械的信頼性が良好な半導体装置が得られる。
In the
次に、本発明の別の実施形態について説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図4A〜図4Iは、第2の実施形態の半導体装置を製造する方法を示す断面図である。なお、これらの図において、図1および図2A〜図2Hと同一部分には同一符号を付している。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and FIGS. 4A to 4I are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment. . In these drawings, the same parts as those in FIGS. 1 and 2A to 2H are denoted by the same reference numerals.
図3に示すように、第2の実施形態の半導体装置21は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には表面と裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。また、半導体基板2の表面には、貫通孔3の上部に該貫通孔3と同径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されており、その上には第1の配線層5が、貫通孔3の開口部および第1の絶縁層4の開口4aを閉塞するように形成されている。貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。
As shown in FIG. 3, the
また、第2の絶縁層6上には第3の絶縁層22が形成されており、第2の絶縁層6はその開口6a部分を除いて第3の絶縁層22により覆われている。すなわち、第3の絶縁層22は、第1の配線層5側に第2の絶縁層6の開口6aと同径の開口を有し、第1の配線層5とは内接しない構造となっている。さらに、貫通孔3内には第2の配線層7が充填されている。この第2の配線層7は、第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面に亘る第3の絶縁層22上に形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上と第3の絶縁層22上には、保護層9が被覆されている。
A third insulating
このように構成される第2の実施形態の半導体装置21は、以下に示すように製造される。すなわち、まず図4Aに示す第1の工程において、半導体基板2の表面に、シリコン酸化物(SiO2)、シリコン窒化物(SiNx)、SiOF、ポーラスSiOC等で構成される第1の絶縁層4を、CVD法、スピンコート法、スプレーコート法等により形成する。
The
次いで、図4Bに示す第2の工程において、第1の絶縁層4の上に第1の配線層5を、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法等により形成する。第1の配線層5は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag等)から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。
Next, in the second step shown in FIG. 4B, the
次いで、図4Cに示す第3の工程において、半導体基板2の裏面側から所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用して、プラズマエッチング法により貫通孔3を形成し、第1の絶縁層4を露出させる。なお、この貫通孔3は、断面が第1の絶縁層4に向かってテーパー状を呈するものであることが好ましい。貫通孔3の形成においては、第1の絶縁層4に比べて半導体基板2が大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、半導体基板2がシリコンで第1の絶縁層4がSiO2膜の場合は、SF6とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a third step shown in FIG. 4C, a through-
次いで、図4Dに示す第4の工程において、第1の絶縁層4の露出部をプラズマエッチングにより除去して、第1の絶縁層4に開口4aを形成し、第1の配線層5を露出させる。このとき、半導体基板2や第1の配線層5に比べて第1の絶縁層4が大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第1の絶縁層4がSiO2膜で半導体基板2がシリコン、第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in the fourth step shown in FIG. 4D, the exposed portion of the first insulating layer 4 is removed by plasma etching, an
なお、前記した第3の工程および第4の工程は、レーザエッチング法によりマスクを用いることなく一括して行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。半導体基板2がシリコンで第1の絶縁層4がSiO2膜である場合は、レーザ光源として周波数355nmのYAGレーザの使用が好ましい。
Note that the third and fourth steps described above can be performed all at once without using a mask by laser etching. As the laser light source, for example, a YAG laser, a UV laser, an excimer laser, a carbon dioxide (CO 2 ) laser, or the like is used. When the
次いで、図4Eに示す第5の工程において、貫通孔3の底面および内壁面から半導体基板2の裏面を覆うように、CVD法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により第2の絶縁層6を形成する。第2の絶縁層6は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。
Next, in the fifth step shown in FIG. 4E, a second method such as a CVD method, a spray coating method, a spin coating method, a film laminating method or the like is performed so as to cover the back surface of the
次に、図4Fに示す第6の工程において、貫通孔3内および半導体基板2の裏面の第2の絶縁層6を覆うように、第3の絶縁層22をCVD法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により形成する。第3の絶縁層22は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等により構成され、貫通孔3内を完全に埋めるように充填して形成しても良いし、完全に埋めなくても良い。
Next, in the sixth step shown in FIG. 4F, the third insulating
次いで、図4Gに示す第7の工程において、貫通孔3の底面部の第1の配線層5上に形成された第2の絶縁層6と、その上に貫通孔3内を充填するように形成された第3の絶縁層22に、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用しプラズマエッチングにより、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開孔23を同軸的に形成し、第1の配線層5を露出させる。この開孔23の形成では、第1の配線層5に比べて第3の絶縁層22と第2の絶縁層6が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第2の絶縁層6がSiO2膜で第3の絶縁層22がSiNx膜であり、第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a seventh step shown in FIG. 4G, the second insulating
また、第3の絶縁層22が、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂で構成される場合は、レーザエッチング法を用いて第2の絶縁層6と第3の絶縁層22を同時に除去し、開孔23を形成することが望ましい。レーザエッチング法を用いる場合は、マスクを用いることなく、開孔23を形成することができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。第2の絶縁層6がSiO2膜で第3の絶縁層6が樹脂膜であり、微細径の開孔23を形成する場合は、周波数266nmのUVレーザの使用が好ましい。さらに、第3の絶縁層22と第2の絶縁層6がともに感光性を有する樹脂膜やガラス膜の場合には、所定のパターンのマスクを使用してリソグラフィーにより同時にこれらの膜を除去し、容易に開孔23を形成することができる。
When the third insulating
次いで、図4Hに示す第8の工程において、貫通孔3内の第3の絶縁層22上から半導体基板2の裏面の第3の絶縁層22上に亘って、かつ第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接するように、第2の配線層7を形成する。第2の配線層7は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag、半田材等)、あるいは導電性樹脂から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。この第2の配線層7は、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を用い、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、印刷法等により、貫通孔3内に充填されるように形成される。
Next, in the eighth step shown in FIG. 4H, the second insulating
その後、図4Iに示す第9の工程において、第2の配線層7上に外部端子8を形成し、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上および第3の絶縁層22上に、保護層9を形成する。外部端子8は例えば半田材で形成され、保護層9は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂あるいはソルダーレジスト材で形成される。次いで、半導体基板2をダイサーの切削ブレードにより切断する。こうして図3に示す半導体装置21の個片が得られる。
Thereafter, in a ninth step shown in FIG. 4I,
このように製造される第2の実施形態の半導体装置21においては、貫通孔3の内壁面および裏面に被覆された第2の絶縁層6が、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有しており、かつ貫通孔3内に充填された第2の配線層7が、この小径の開口6aを介して第1の配線層5に内接され電気的に接続されているので、半導体基板2を裏面側から見た場合に第2の絶縁層6の開口6aの部分が隠れる、いわゆるノッチ形状が生じない。そのため、第2の絶縁層6の絶縁不良が改善されるうえに、第2の配線層7の形成が容易で充填性が良好となり、電気的接続性が向上する。
In the
また、第2の絶縁層6はその開口6a部分を除いて第3の絶縁層22により覆われており、半導体基板2の貫通孔3の内壁面と裏面は、いずれも第2の絶縁層6と第3の絶縁層22との積層構造により被覆されているので、前記した第1の実施形態より電気的信頼性がさらに良好となる。
The second
図5は、本発明の第3の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図6A〜図6Jは、第3の実施形態の半導体装置を製造する方法を示す断面図である。なお、これらの図において、図3および図4A〜図4Iと同一部分には同一符号を付している。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 6J are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor device of the third embodiment. . In these drawings, the same parts as those in FIGS. 3 and 4A to 4I are denoted by the same reference numerals.
図5に示すように、第3の実施形態の半導体装置31は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には表面と裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。また、半導体基板2の表面には、貫通孔3の上部に該貫通孔3と同径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されており、その上には第1の配線層5が、貫通孔3の開口部および第1の絶縁層4の開口4aを閉塞するように形成されている。貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。
As shown in FIG. 5, the
また、第2の絶縁層6上には第3の絶縁層22が形成されている。第3の絶縁層22は第1の配線層5と内接しており、その内接部に第2の絶縁層6の開口6aよりもさらに小径の開口22aを有している。さらに、貫通孔3内には第2の配線層7が充填されている。この第2の配線層7は、第3の絶縁層22の開口22aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面に亘る第3の絶縁層22上に形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上と第3の絶縁層22上には、保護層9が被覆されている。
A third insulating
このように構成される第3の実施形態の半導体装置31は、以下に示すように製造される。すなわち、まず図6Aに示す第1の工程において、半導体基板2の表面に、シリコン酸化物、シリコン窒化物、SiOF、ポーラスSiOC等で構成される第1の絶縁層4を、CVD法、スピンコート法、スプレーコート法等により形成する。
The
次いで、図6Bに示す第2の工程において、第1の絶縁層4の上に第1の配線層5を、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法等により形成する。第1の配線層5は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag等)から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。
Next, in a second step shown in FIG. 6B, the
次いで、図6Cに示す第3の工程において、半導体基板2の裏面側から所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用して、プラズマエッチング法により貫通孔3を形成し、第1の絶縁層4を露出させる。なお、この貫通孔3は、断面が第1の絶縁層4に向かってテーパー状を呈するものであることが好ましい。貫通孔3の形成においては、第1の絶縁層4に比べて半導体基板2が大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、半導体基板2がシリコンで第1の絶縁層4がSiO2膜の場合は、SF6とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a third step shown in FIG. 6C, a through-
次いで、図6Dに示す第4の工程において、第1の絶縁層4の露出部をプラズマエッチングにより除去して、第1の絶縁層4に開口4aを形成し、第1の配線層5を露出させる。このとき、半導体基板2や第1の配線層5に比べて第1の絶縁層4が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第1の絶縁層4がSiO2膜で半導体基板2がシリコン、第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in the fourth step shown in FIG. 6D, the exposed portion of the first insulating layer 4 is removed by plasma etching, an
なお、前記した第3の工程および第4の工程は、レーザエッチング法によりマスクを用いることなく一括して行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。半導体基板2がシリコンで第1の絶縁層4がSiO2膜である場合は、レーザ光源として周波数355nmのYAGレーザの使用が好ましい。
Note that the third and fourth steps described above can be performed all at once without using a mask by laser etching. As the laser light source, for example, a YAG laser, a UV laser, an excimer laser, a carbon dioxide (CO 2 ) laser, or the like is used. When the
次いで、図6Eに示す第5の工程において、貫通孔3の底面および内壁面から半導体基板2の裏面を覆うように、CVD法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により第2の絶縁層6を形成する。第2の絶縁層6は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。
Next, in a fifth step shown in FIG. 6E, a second process is performed by a CVD method, a spray coating method, a spin coating method, a film laminating method or the like so as to cover the back surface of the
次いで、図6Fに示す第6の工程において、貫通孔3の底面部に形成された第2の絶縁層6に、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用しプラズマエッチングにより、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを同軸的に形成し、第1の配線層5を再び露出させる。この開口6aの形成では、第1の配線層5に比べて第2の絶縁層6が大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第2の絶縁層6がSiO2膜で第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in a sixth step shown in FIG. 6F, a first pattern mask (not shown) is used for the second insulating
また、第2の絶縁層6の除去による開口6aの形成を、レーザエッチング法によりマスクを用いることなく行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。第2の絶縁層6が樹脂膜であり、微細径の開口を形成する場合は、周波数266nmのUVレーザの使用が好ましい。さらに、第2の絶縁層6が感光性を有する樹脂膜やガラス膜の場合には、所定のパターンのマスクを使用してリソグラフィーにより、容易に開口6aを形成することができる。
Further, the
次に、図6Gに示す第7の工程において、第1の配線層5に内接しかつ貫通孔3内および半導体基板2の裏面の第2の絶縁層6を覆うように、第3の絶縁層22をCVD法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により形成する。第3の絶縁層22は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。第3の絶縁層22は、貫通孔3内を完全に埋めるように充填して形成しても良いし、完全に埋めなくても良い。
Next, in the seventh step shown in FIG. 6G, the third insulating layer is inscribed in the
次いで、図6Hに示す第8の工程において、第3の絶縁層22に第2の絶縁層6の開口6aよりもさらに小径の開孔23を、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を使用しプラズマエッチングにより同軸的に形成する。こうして、第3の絶縁層22の第1の配線層5との内接部に開口22aを形成し、この開口22aから第1の配線層5を露出させる。第3の絶縁層22に対する開孔23の形成では、第1の配線層5に比べて第3の絶縁層22が大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス(例えば、第3の絶縁層6がSiO2膜で第1の配線層5がTiN、Alで構成される場合は、C5F8とO2とArの混合ガス)を導入してプラズマエッチングを行う。
Next, in an eighth step shown in FIG. 6H, the third insulating
また、第3の絶縁層22が、ポリイミド樹脂、BCB樹脂、エポキシ樹脂等の有機樹脂で構成される場合は、レーザエッチング法を用いて開孔23を形成することが望ましい。レーザエッチング法を用いる場合は、マスクを用いることなく、第3の絶縁層22の除去および開孔23の形成を行うことができる。レーザ光源としては、例えば、YAGレーザ、UVレーザ、エキシマレーザ、炭酸ガス(CO2)レーザ等が使用される。第3の絶縁層6が樹脂膜であり、微細径の開孔23を形成する場合は、周波数266nmのUVレーザの使用が好ましい。さらに、第3の絶縁層22が感光性を有する樹脂膜やガラス膜の場合には、所定のパターンのマスクを使用してリソグラフィーにより除去し、容易に開孔23を形成することができる。
When the third insulating
次いで、図6Iに示す第9の工程において、貫通孔3内の第3の絶縁層22上から半導体基板2の裏面の第3の絶縁層22上に亘って、第3の絶縁層22の開口22aを介して第1の配線層5に内接するように、第2の配線層7を形成する。第2の配線層7は、例えば、高抵抗金属材料(Ti、TiN、TiW、Ni、Cr、TaN、CoWP等)や低抵抗金属材料(Al、Al−Cu、Al−Si−Cu、Cu、Au、Ag、半田材等)、あるいは導電性樹脂から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。この第2の配線層7は、所定のパターンのマスク(図示を省略。)を用い、スパッタ法、CVD法、蒸着法、めっき法、印刷法等により、貫通孔3内に充填されるように形成される。
Next, in the ninth step shown in FIG. 6I, the opening of the third insulating
その後、図6Jに示す第10の工程において、第2の配線層7上に外部端子8を形成し、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上および第3の絶縁層22上に、保護層9を形成する。外部端子8は例えば半田材で形成され、保護層9は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂あるいはソルダーレジスト材で形成される。次いで、半導体基板2をダイサーの切削ブレードにより切断する。こうして図5に示す半導体装置31の個片が得られる。
Thereafter, in a tenth step shown in FIG. 6J,
このように製造される第3の実施形態の半導体装置31においては、貫通孔3の内壁面および裏面に被覆された第2の絶縁層6が、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有しており、かつ貫通孔3内に充填された第2の配線層7が、この小径の開口6aを介して第1の配線層5に内接され電気的に接続されているので、半導体基板2を裏面側から見た場合に第2の絶縁層6の開口6aの部分が隠れる、いわゆるノッチ形状が生じない。そのため、第2の絶縁層6の絶縁不良が改善されるうえに、第2の配線層7の形成が容易で充填性が良好となり、電気的接続性が向上する。
In the
また、第2の絶縁層6はその開口6a部分を除いて第3の絶縁層22により覆われており、半導体基板2の貫通孔3の内壁面と裏面は、いずれも第2の絶縁層6と第3の絶縁層22との積層構造により被覆されているので、前記した第1の実施形態より電気的信頼性がさらに良好となる。
The second
さらにまた、第2の配線層7は第3の絶縁層22とのみ接し、第2の絶縁層6とは直接接していないうえに、第3の絶縁層22は半導体基板2とは直接接していないので、第2の実施形態に比べて、第2および第3の絶縁層を構成する材料を選択する際の自由度が高い。すなわち、第2の絶縁層6を構成する材料は、半導体基板2との密着性のみを考慮し、その密着性に優れた最良の材料を選択することができる。また、第3の絶縁層22を構成する材料は、第2の配線層7との密着性のみを考慮し、その密着性に優れた材料を選択することができる。したがって、材料選択の自由度が大幅に広がるうえに、第2の実施形態に比べてさらに機械的信頼性にすぐれた半導体装置を得ることができる。
Furthermore, the
次に、本発明のさらに別の実施形態について説明する。 Next, still another embodiment of the present invention will be described.
図7は、本発明の第4の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。なお、この図において、図1と同一部分には同一符号を付している。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.
図7に示すように、第4の実施形態の半導体装置41は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には表面と裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。半導体基板2の表面には、貫通孔3の径よりも小径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されている。第1の絶縁層4の開口4aは、貫通孔3の上部に同軸的に形成されており、その上には開口4aを閉塞するように第1の配線層5が形成されている。第1の絶縁層4の開口4aの内壁面を含めた貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。
As shown in FIG. 7, the semiconductor device 41 of the fourth embodiment has a
さらに、貫通孔3内に第2の配線層7が充填されている。この第2の配線層7は、第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面の第2の絶縁層6上に亘って形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上と第2の絶縁層6上には、保護層9が被覆されている。
Further, the
このように構成される第4の実施形態の半導体装置41においては、第1の絶縁層4の開口4aの径が貫通孔3の表面側の開口径よりも小さく設定されているので、第1の配線層5は、貫通孔3の表面側の開口部において、第1の絶縁層4と第2の絶縁層6の両方により被覆される構造となり、第1の実施形態に比べて電気的信頼性がさらに向上する。
In the semiconductor device 41 of the fourth embodiment configured as described above, the diameter of the
図8は、本発明の第5の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。なお、この図において、図3と同一部分には同一符号を付している。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.
図8に示すように、第5の実施形態の半導体装置51は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には表面と裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。半導体基板2の表面には、貫通孔3の径よりも小径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されている。この第1の絶縁層4の開口4aは、貫通孔3の上に同軸的に形成されており、その上には開口4aを閉塞するように第1の配線層5が形成されている。第1の絶縁層4の開口4aの内壁面を含めた貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。また、第2の絶縁層6上には第3の絶縁層22が形成されており、第2の絶縁層6はその開口6a部分を除いて第3の絶縁層22により覆われている。
As shown in FIG. 8, the
さらに、貫通孔3内には第2の配線層7が充填されている。第2の配線層7は、第2の絶縁層6の開口6aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面に亘る第3の絶縁層22上に形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上および第3の絶縁層22上には、保護層9が被覆されている。
Further, the
このように構成される第5の実施形態の半導体装置51においては、第1の絶縁層4の開口4aの径が貫通孔3の表面側の開口径よりも小さく設定されているので、第1の配線層5は、貫通孔3の表面側の開口部において、第1の絶縁層4と第2の絶縁層6の両方により被覆される構造となり、第2の実施形態に比べて電気的信頼性がさらに向上する。
In the
図9は、本発明の第6の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。なお、この図において、図5と同一部分には同一符号を付している。 FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In this figure, the same parts as those in FIG.
図9に示すように、第6の実施形態の半導体装置61は、シリコン等から成る半導体基板2を有し、この半導体基板2には表面と裏面とを貫通する貫通孔3が形成されている。半導体基板2の表面には、貫通孔3の径よりも小径の開口4aを有する第1の絶縁層4が被覆されている。この第1の絶縁層4の開口4aは、貫通孔3の上に同軸的に形成されており、その上には開口4aを閉塞するように第1の配線層5が形成されている。第1の絶縁層4の開口4aの内壁面を含めた貫通孔3の内壁面および半導体基板2の裏面には、第2の絶縁層6が被覆されている。第2の絶縁層6は、第1の配線層5と内接するように形成され、この内接部に、第1の絶縁層4の開口4aよりも小径の開口6aを有している。
As shown in FIG. 9, the
また、第2の絶縁層6上には第3の絶縁層22が形成されている。第3の絶縁層22は第1の配線層5と内接しており、その内接部に第2の絶縁層6の開口6aよりもさらに小径の開口22aを有している。さらに、貫通孔3内には第2の配線層7が充填されている。この第2の配線層7は、第3の絶縁層22の開口22aを介して第1の配線層5に内接し、かつ貫通孔3内から半導体基板2の裏面に亘る第3の絶縁層22上に形成されている。またさらに、半導体基板2の裏面の第2の配線層7上には外部端子8が設けられ、この外部端子8の配設部を除く第2の配線層7上および第3の絶縁層22上には、保護層9が被覆されている。
A third insulating
このように構成される第6の実施形態の半導体装置61においては、第1の絶縁層4の開口4aの径が貫通孔3の表面側の開口径よりも小さく設定されているので、第1の配線層5は、貫通孔3の表面側の開口部において第1の絶縁層4と第2の絶縁層6の両方により被覆される構造となり、第3の実施形態に比べて電気的信頼性がさらに向上する。
In the
以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については、概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成(材質)については例示にすぎない。したがって、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、さまざまな形態に変更することができる。 The configuration, shape, size, and arrangement relationship described in the above embodiments are merely schematically shown, and the numerical values and the composition (material) of each configuration are merely examples. Therefore, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified in various forms without departing from the scope of the technical idea shown in the claims.
1,21,31,41,51,61…半導体装置、2…半導体基板、3…貫通孔、4…第1の絶縁層、4a…第1の絶縁層の開口、5…第1の配線層、6…第2の絶縁層、6a…第2の絶縁層の開口、7…第2の配線層、8…外部端子、9…保護層、22…第3の絶縁層、22a…第3の絶縁層の開口。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、
前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、
前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、
前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A through hole provided through the first surface and the second surface of the semiconductor substrate;
A first insulating layer provided on the first surface of the semiconductor substrate and having an opening on the opening on the first surface side of the through hole;
A first conductor layer provided on the first insulating layer so as to cover the opening;
The inner surface of the through hole is connected to the second surface of the semiconductor substrate and is inscribed in the first conductor layer and on the opening on the first surface side of the through hole. A second insulating layer having an opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer;
In the first conductor layer through the opening of the second insulating layer provided in the through hole and on the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising: a second conductor layer in contact therewith.
前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、
前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、
前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、
前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口と同軸的に同径の開口を有する第3の絶縁層と、
前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第3の絶縁層上に連接して設けられた、前記第2および第3の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A through hole provided through the first surface and the second surface of the semiconductor substrate;
A first insulating layer provided on the first surface of the semiconductor substrate and having an opening on the opening on the first surface side of the through hole;
A first conductor layer provided on the first insulating layer so as to cover the opening;
The inner surface of the through hole is connected to the second surface of the semiconductor substrate and is inscribed in the first conductor layer and on the opening on the first surface side of the through hole. A second insulating layer having an opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer;
A third opening having the same diameter as that of the opening of the second insulating layer is provided in the through hole and on the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. An insulating layer of
The first conductor is provided through the openings of the second and third insulating layers provided in connection with the third insulating layer in the through hole and on the second surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising: a second conductor layer inscribed in the layer.
前記半導体基板の第1の面と第2の面を貫通して設けられた貫通孔と、
前記半導体基板の第1の面に設けられた、前記貫通孔の第1の面側の開口部上に開口を有する第1の絶縁層と、
前記第1の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第1の導電体層と、
前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に連接して設けられた、前記第1の導電体層に内接しかつ前記貫通孔の第1の面側の開口部上に前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を有する第2の絶縁層と、
前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して設けられた、該第2の絶縁層の開口より小径の開口を同軸的に有する第3の絶縁層と、
前記貫通孔内および前記半導体基板の第2の面上の前記第3の絶縁層上に連接して設けられた、該第3の絶縁層の開口を介して前記第1の導電体層に内接する第2の導電体層と
を備えることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate;
A through hole provided through the first surface and the second surface of the semiconductor substrate;
A first insulating layer provided on the first surface of the semiconductor substrate and having an opening on the opening on the first surface side of the through hole;
A first conductor layer provided on the first insulating layer so as to cover the opening;
The inner surface of the through hole is connected to the second surface of the semiconductor substrate and is inscribed in the first conductor layer and on the opening on the first surface side of the through hole. A second insulating layer having an opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer;
A third coaxially provided with an opening having a smaller diameter than the opening of the second insulating layer provided in the through hole and on the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. An insulating layer;
Inside the first conductor layer through the opening of the third insulating layer provided in the through hole and on the third insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising: a second conductor layer in contact therewith.
前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、
前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、
前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、
前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、
前記露出された第1の導電体層上に形成された前記第2の絶縁層に、前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を形成し、前記第1の導電体層を再び露出させる工程と、
前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第2の絶縁層上に亘って、前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate;
Forming a first conductor layer on the first insulating layer;
Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole;
Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer;
Forming a second insulating layer on the exposed first conductor layer and on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole;
An opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer is formed in the second insulating layer formed on the exposed first conductive layer, and the first conductive layer is exposed again. A process of
From the second insulating layer in the through hole to the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate, the first exposed portion is exposed through the opening of the second insulating layer. And a step of forming a second conductor layer so as to be inscribed in the conductor layer.
前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、
前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、
前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、
前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、
前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上に第3の絶縁層を形成するとともに、この第3の絶縁層を前記半導体基板の第2の面上の前記第2の絶縁層上に連接して形成する工程と、
前記貫通孔内の前記第3の絶縁層に該貫通孔より小径の孔を形成すると同時に、該貫通孔の第1の面側に形成された前記第2の絶縁層に前記孔と同径の開口を連接して形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、
前記貫通孔内の前記第3の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第3の絶縁層上に亘って、前記第3の絶縁層の孔および前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate;
Forming a first conductor layer on the first insulating layer;
Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole;
Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer;
Forming a second insulating layer on the exposed first conductor layer and on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole;
A third insulating layer is formed on the second insulating layer in the through hole, and the third insulating layer is connected to the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. Forming the process,
A hole having a smaller diameter than the through hole is formed in the third insulating layer in the through hole, and at the same time, the second insulating layer formed on the first surface side of the through hole has the same diameter as the hole. Forming an opening contiguously and exposing the first conductor layer;
The hole of the third insulating layer and the opening of the second insulating layer extend from the third insulating layer in the through hole to the third insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate. Forming a second conductor layer so as to be inscribed in the exposed first conductor layer through the semiconductor device.
前記第1の絶縁層上に第1の導電体層を形成する工程と、
前記半導体基板の第2の面側から第1の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第1の面側で前記第1の絶縁層を露出させる工程と、
前記貫通孔の第1の面側に露出された前記第1の絶縁層に開口を形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、
前記露出された第1の導電体層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第2の面上に第2の絶縁層を形成する工程と、
前記露出された第1の導電体層上に形成された前記第2の絶縁層に、前記第1の絶縁層の開口よりも小径の開口を形成し、前記第1の導電体層を再び露出させる工程と、
前記貫通孔内の前記第2の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第2の絶縁層上に亘って、前記第2の絶縁層の開口を介して前記露出した第1の導電体層に内接するとともに、第3の絶縁体層を形成する工程と、
前記貫通孔内の前記第3の絶縁層に、前記第2の絶縁層の開口よりも小径の孔を該第2の絶縁層の開口と同軸的に形成し、前記第1の導電体層を露出させる工程と、
前記貫通孔内の前記第3の絶縁層上から前記半導体基板の第2の面の前記第3の絶縁層上に亘って、該第3の絶縁層の開孔を介して前記露出した第1の導電体層に内接するように、第2の導電体層を形成する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on a first surface of a semiconductor substrate;
Forming a first conductor layer on the first insulating layer;
Forming a through hole from the second surface side of the semiconductor substrate to the first surface side, exposing the first insulating layer on the first surface side of the through hole;
Forming an opening in the first insulating layer exposed on the first surface side of the through hole to expose the first conductor layer;
Forming a second insulating layer on the exposed first conductor layer and on the second surface of the semiconductor substrate from the inner wall surface of the through hole;
An opening having a smaller diameter than the opening of the first insulating layer is formed in the second insulating layer formed on the exposed first conductive layer, and the first conductive layer is exposed again. A process of
From the second insulating layer in the through hole to the second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate, the first exposed portion is exposed through the opening of the second insulating layer. Forming a third insulator layer while inscribed in the conductor layer;
A hole having a smaller diameter than the opening of the second insulating layer is formed in the third insulating layer in the through hole coaxially with the opening of the second insulating layer, and the first conductor layer is formed. Exposing, and
From the third insulating layer in the through hole to the third insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate, the exposed first through the opening of the third insulating layer. Forming a second conductor layer so as to be inscribed in the conductor layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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