JP2009043779A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板20には、中央領域24と、中央領域の周囲に周辺領域26が設定されている。半導体基板の一方の主表面である第1主面20a側の中央領域に、素子40が形成されている。半導体基板の中央領域に、第1主面から、第1主面の反対側の主表面である第2主面20bに渡って貫通分離部34が形成されている。貫通分離部内に、第1主面から第2主面にわたって貫通電極54aが形成されている。半導体基板の第1主面上に、配線絶縁膜100が形成されている。配線絶縁膜は、中央領域に素子及び貫通電極と電気的に接続された導電プラグ、及び、周辺領域に、中央領域を取り囲む周辺プラグを有している。配線絶縁膜上に、配線パターンと、配線パターンを覆う上層絶縁膜とを備えている。配線パターンは、導電プラグ間を接続する層配線、及び、周辺プラグを覆い、かつ中央領域を取り囲む周辺配線を有している。
【選択図】図1
Description
図1を参照して、第1実施形態の半導体装置の構造を説明する。図1は、第1実施形態の半導体装置を説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。この半導体装置は、メタル封止型のウェハレベルCSPである。
図2〜6を参照して、第1実施形態の半導体装置の製造方法を説明する。図2〜6は、第1実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図である。
図7を参照して、第2実施形態の半導体装置について説明する。図7は、第2実施形態の半導体装置を説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。
図8を参照して、第2実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図8(A)、(B)及び(C)は、第2実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図であって、各工程で形成された構造体の主要部の切断端面を示している。
図9を参照して、第3実施形態の半導体装置について説明する。図9は、第3実施形態の半導体装置を説明するための概略図であって、主要部の切断端面を示している。
図10を参照して、第3実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図10(A)及び(B)は、第3実施形態の半導体装置の製造方法を説明するための工程図であって、各工程で形成された構造体の主要部の切断端面を示している。
図11を参照して、第3実施形態の半導体装置の変形例について説明する。この変形例の半導体装置は、第2主面側の構造が、図13を参照して説明した第3実施形態の半導体装置と異なっていて、それ以外の点は、同様なので重複する説明を省略する。
20、20c 半導体基板
20a 第1主面
20b、54ab 第2主面
22 チップ領域
24 中央領域
26 周辺領域
26a 第1周辺領域
26b 第2周辺領域
28 ダイシング領域
29 ダイシングライン
30 nウェル
31 素子分離溝
32 素子分離膜
33 貫通分離溝
34 貫通分離部
35、39 周辺貫通溝
35a、39a 底面
36、37 周辺酸化膜
40 素子
40a PMOS
40b NMOS
42a、42b ゲート絶縁膜
44a、44b ゲート電極
46a、46b、48、49 不純物拡散層
50 第1層間絶縁膜
52 第1層導電プラグ
54a 貫通電極
54b 貫通電極用プラグ
55 第1層周辺溝
56a 周辺貫通電極
56、56b 第1層周辺プラグ
58 第1層配線
59 第1層周辺配線
60 第2層間絶縁膜
62 第2層導電プラグ
65 第2層周辺溝
66 第2層周辺プラグ
68 第2層配線
69 第2層周辺配線
70 上層絶縁膜
75 上層周辺溝
76 上層周辺プラグ
80 金属膜
90 外部端子
100 配線絶縁膜
100a 上面
100b 下面
100c 側面
110 周辺配線
120 チップ配線
130 裏面絶縁膜
140 裏面配線パターン
Claims (18)
- ダイシング領域と、該ダイシング領域で画成されるチップ領域とが設定された半導体基板であって、前記チップ領域が、中央領域と、該中央領域の周囲に周辺領域とを有する当該半導体基板と、
該半導体基板の一方の主表面である第1主面側の前記中央領域に形成された素子と、
前記半導体基板の前記中央領域に、前記第1主面から、該第1主面の反対側の主表面である第2主面に渡って形成された貫通分離部と、
該貫通分離部内に、前記第1主面から前記第2主面に渡って形成された貫通電極と、
前記半導体基板の前記第1主面上に形成された配線絶縁膜と、
前記周辺領域の前記配線絶縁膜に、上面から下面に渡って、前記中央領域を取り囲むように形成された周辺配線と、
前記中央領域の前記配線絶縁膜に形成されたチップ配線と、
前記配線絶縁膜の上面及び側面上に形成された金属膜と
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板の前記周辺領域の第1主面側に、不純物拡散層を備え、
前記周辺配線は、前記不純物拡散層に電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記周辺領域の前記半導体基板に、前記第1主面から前記第2主面に渡って、前記中央領域を取り囲む周辺酸化膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記周辺領域は、前記中央領域に隣接する第1周辺領域と、該第1周辺領域を取り囲む第2周辺領域とを備え、
前記半導体基板の、前記第1周辺領域の第1主面側に、不純物拡散層を備え、
前記周辺配線は、前記不純物拡散層に電気的に接続されていて、及び
前記第2周辺領域には、前記第1主面から前記第2主面に渡って、周辺酸化膜が形成されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記周辺酸化膜内に、前記第1主面から前記第2主面に渡って、周辺貫通電極を備え、
前記周辺配線は、前記周辺貫通電極に電気的に接続されている
ることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記半導体基板の厚みが最大でも10μmである
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 前記第2主面上に形成された、裏面絶縁膜と、
該裏面絶縁膜上に形成された、外部端子と、
前記裏面絶縁膜の前記中央領域に形成された、前記外部端子と前記貫通電極を電気的に接続する裏面配線と
を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 - 中央領域、及び該中央領域の周囲に周辺領域を有するチップ領域が複数設定された半導体基板を用意する工程と、
該半導体基板の前記中央領域に、一方の主表面である第1主面から該第1主面の反対側の主表面である第2主面に向かって貫通分離溝を形成する工程と、
該貫通分離溝内を酸化膜で埋め込んで貫通分離部を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1主面側の前記中央領域に素子を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1主面上に、配線絶縁膜と、前記周辺領域の前記配線絶縁膜に、上面から下面に渡って、前記中央領域を取り囲む周辺配線と、前記配線絶縁膜の前記中央領域にチップ配線とを形成するとともに、前記貫通分離部内に貫通電極を形成する工程と、
前記配線絶縁膜の上面及び側面上に金属膜を形成する工程と、
前記半導体基板を前記第2主面側から前記貫通電極が露出するまで薄膜化する工程と
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記配線絶縁膜と、前記周辺配線と、前記チップ配線と、前記貫通電極を形成する工程は、
前記半導体基板の前記第1主面上に、第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜の前記中央領域に、前記素子の部分を露出する素子用コンタクトホールと、前記貫通分離溝の底部を露出する貫通電極用ホールとを形成し、及び、前記第1層間絶縁膜の前記周辺領域に、前記第1主面を露出する第1層周辺溝を形成する工程と、
前記素子用コンタクトホールを導電体で埋め込んで第1層導電プラグを形成し、前記貫通電極用ホールを埋め込んで、前記貫通分離部の内部に前記貫通電極を形成するとともに、第1層間絶縁膜内に貫通電極用プラグを形成し、さらに、前記第1層周辺溝を埋め込んで、第1層周辺プラグを形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に、第1層配線を形成することにより、該第1層配線、前記第1層導電プラグ及び前記貫通電極用プラグからなる前記チップ配線を形成するとともに、前記第1層周辺プラグを覆う第1層周辺配線を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に、前記第1層配線及び前記第1層周辺配線を覆う上層絶縁膜を形成することにより、前記第1層間絶縁膜及び前記上層絶縁膜が積層された前記配線絶縁膜を形成する工程と、
前記上層絶縁膜の前記周辺領域に、前記第1層周辺配線を露出し、かつ前記中央領域を取り囲む上層周辺溝を形成する工程と、
前記上層周辺溝を埋め込んで、上層周辺プラグを形成することにより、該上層周辺プラグ、前記第1層周辺プラグ及び前記第1層周辺配線からなる前記周辺配線を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記チップ配線は、n層構造(nは2以上の整数)であり、
前記配線絶縁膜と、前記周辺配線と、前記チップ配線と、前記貫通電極を形成する工程は、
前記半導体基板の前記第1主面上に、第1層間絶縁膜を形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜の前記中央領域に、前記素子の部分を露出する素子用コンタクトホールと、前記貫通分離溝の底部を露出する貫通電極用ホールとを形成し、及び、前記第1層間絶縁膜の前記周辺領域に、前記第1主面を露出する第1層周辺溝を形成する工程と、
前記素子用コンタクトホールを導電体で埋め込んで第1層導電プラグを形成し、前記貫通電極用ホールを埋め込んで、前記貫通分離部の内部に前記貫通電極を形成するとともに、第1層間絶縁膜内に貫通電極用プラグを形成し、さらに、前記第1層周辺溝を埋め込んで、第1層周辺プラグを形成する工程と、
前記第1層間絶縁膜上に、第1層配線を形成するとともに、前記第1層周辺プラグを覆う第1層周辺配線を形成する工程と、
第k−1層間絶縁膜(kは2以上n以下の整数)上に、第k−1層配線及び第k−1層周辺配線を覆う第k層間絶縁膜を形成する工程と、前記第k層間絶縁膜の前記周辺領域に、前記第k−1層周辺配線を露出し、かつ前記中央領域を取り囲む第k層周辺溝を形成する工程と、前記第k層周辺溝を埋め込んで、第k層周辺プラグを形成する工程とをkを2からnまで変化させて繰り返し行い、
第n層間絶縁膜上に、第n層配線及び前記第n層周辺配線を覆う上層絶縁膜を形成することにより、前記第1〜n層間絶縁膜及び前記上層絶縁膜が積層された前記配線絶縁膜を形成し、前記貫通電極用プラグ、第1〜n層導電プラグ及び第1〜n層配線からなる前記チップ配線を得る工程と、
前記上層絶縁膜の前記周辺領域に、前記第n層周辺配線を露出し、かつ前記中央領域を取り囲む上層周辺溝を形成する工程と、
前記上層周辺溝を埋め込んで、上層周辺プラグを形成することにより、該上層周辺プラグ、前記第1〜n層周辺プラグ及び前記第1〜n層周辺配線からなる前記周辺配線を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記素子を形成する工程では、前記周辺領域の前記第1主面側に、不純物拡散層を形成する
ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通分離溝を形成する工程では、前記半導体基板の前記周辺領域を合わせてエッチングして、前記中央領域を取り囲み、かつ前記貫通分離溝と同じ深さの周辺貫通溝を形成し、
前記貫通分離部を形成する工程では、前記周辺貫通溝を埋め込んで周辺酸化膜を形成する
ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記周辺領域として、前記中央領域に隣接する第1周辺領域と、該第1周辺領域を取り囲む第2周辺領域を設定し、
前記貫通分離溝を形成する工程では、前記半導体基板の前記第2周辺領域を合わせてエッチングして、前記中央領域を取り囲み、かつ前記貫通分離溝と同じ深さの周辺貫通溝を形成し、
前記貫通分離部を形成する工程では、前記周辺貫通溝を埋め込んで周辺酸化膜を形成し、
前記素子を形成する工程では、前記第1周辺領域の前記第1主面側に、不純物拡散層を形成する
ことを特徴とする請求項8〜10のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1層周辺溝を形成する工程では、前記第1層周辺溝を前記周辺酸化膜内に、前記貫通電極用ホールと同じ深さまで形成し、
前記導電プラグ及び前記第1層周辺プラグを形成する工程では、前記第1層周辺溝を合わせて埋め込んで、前記周辺酸化膜内に周辺貫通電極を形成する
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。 - 前記半導体基板を薄膜化する工程では、前記半導体基板の厚みを最大でも10μmにする
ことを特徴とする請求項8〜14のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記貫通電極の第2主面上に外部端子を形成する工程
をさらに備えることを特徴とする請求項8〜15のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記半導体基板の前記第2主面上に第1裏面絶縁膜を形成する工程と、
該第1裏面絶縁膜に前記貫通電極を露出する裏面コンタクトホールを開口する工程と、
前記裏面コンタクトホールを埋め込み、さらに、前記第1裏面絶縁膜上に裏面配線を形成する工程と、
前記第1裏面絶縁膜上に、前記裏面配線を覆う第2裏面絶縁膜を形成する工程と、
該第2裏面絶縁膜に前記裏面配線の部分を露出するビアホールを形成する工程と、
該ビアホールを導電体で埋め込み、さらに、該導電体上に外部端子を形成する工程と
をさらに備えることを特徴とする請求項8〜15のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記外部端子を形成した後、
前記チップ領域間のダイシング領域で、ダイシングを行ってチップ領域ごとに個片化する
ことを特徴とする請求項16又は17に記載の半導体装置の製造方法。
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