JP2010232400A - Semiconductor substrate, method of manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor package - Google Patents

Semiconductor substrate, method of manufacturing semiconductor substrate, and semiconductor package Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor substrate having a through electrode with high reliability, and to provide a method of manufacturing the semiconductor substrate. <P>SOLUTION: A first wiring layer (3) is formed via a first insulating layer (2); and a second wiring layer (5) is formed at an inner periphery of the through hole (4). The through hole (4) comprises: a first opening (4a); and a second opening (4b) having smaller opening area than the first opening (4a), and has a third wiring layer (103a) formed at the second opening (4b), the third wiring layer (103a) being formed before the first opening (4a) is formed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体基板の貫通孔に形成した半導体基板と半導体基板の製造方法および半導体パッケージに関するものである。   The present invention relates to a semiconductor substrate formed in a through hole of a semiconductor substrate, a method for manufacturing the semiconductor substrate, and a semiconductor package.

貫通電極を有するこの種の半導体基板を内蔵した半導体パッケージの一例を図12に示す。
この半導体パッケージでは、半導体基板1にドライエッチング加工などで貫通孔21を形成し、貫通孔21の側壁にCVD法などにより絶縁膜を堆積する。この絶縁膜の上にシード層を形成し、めっき法などにより導電性材料を充填させることによって半導体基板を貫通する電極(貫通電極と呼ぶ)が形成されている。
An example of a semiconductor package incorporating this type of semiconductor substrate having a through electrode is shown in FIG.
In this semiconductor package, a through hole 21 is formed in the semiconductor substrate 1 by dry etching or the like, and an insulating film is deposited on the side wall of the through hole 21 by a CVD method or the like. An electrode penetrating the semiconductor substrate (called a penetrating electrode) is formed by forming a seed layer on the insulating film and filling a conductive material by plating or the like.

貫通孔21の形成後、或いは形成前に半導体基板1の上面に配線層5Aを形成して、半導体基板1に実装された、或いは半導体基板1自体に作り込まれた回路素子22と前記貫通電極とを電気的に接続している。   After or before the formation of the through-hole 21, the wiring layer 5A is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1, and the circuit element 22 mounted on the semiconductor substrate 1 or built in the semiconductor substrate 1 itself and the through-electrode And are electrically connected.

また、この貫通電極を有するこの種の半導体基板1は、半導体基板1の下面に配線層3Aを形成した後、樹脂基板等の基板17にフリップチップ接続し、アンダーフィル材18でその接続部を保護した後、基板全体を樹脂19で覆い、基板17に半田ボール等の導電部材20を搭載することにより半導体パッケージが作製され、導電部材20を介してプリント基板等の外部回路と電気的に接続されている。   Also, in this type of semiconductor substrate 1 having this through electrode, after forming the wiring layer 3A on the lower surface of the semiconductor substrate 1, it is flip-chip connected to a substrate 17 such as a resin substrate, and the connection portion is connected by an underfill material 18. After the protection, the entire substrate is covered with a resin 19, and a semiconductor package is manufactured by mounting a conductive member 20 such as a solder ball on the substrate 17, and is electrically connected to an external circuit such as a printed circuit board via the conductive member 20. Has been.

半導体基板1に回路素子が作り込まれている場合、半導体基板1の上面に絶縁層が形成されている場合が多い。半導体基板1の前記上面と下面の間に導通経路を形成するためには、半導体基板1に貫通孔21を形成後、前記絶縁層に開口部を形成して前記配線層3Aを露出させる必要がある。   When circuit elements are formed in the semiconductor substrate 1, an insulating layer is often formed on the upper surface of the semiconductor substrate 1. In order to form a conduction path between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 1, it is necessary to form the through hole 21 in the semiconductor substrate 1 and then form an opening in the insulating layer to expose the wiring layer 3A. is there.

特許文献1には、図13(a)〜(d)に示す第1の方法が記載されている。
図13(a)では、半導体基板1に貫通孔形成用のレジスト10を形成して、半導体基板1に貫通孔23を形成する。
Patent Document 1 describes a first method shown in FIGS. 13 (a) to 13 (d).
In FIG. 13A, a through hole forming resist 10 is formed in the semiconductor substrate 1, and the through hole 23 is formed in the semiconductor substrate 1.

図13(b)では、半導体基板1に形成されている第1絶縁層2を、レジスト10をマスクとしてエッチングして開口部24を形成して、半導体基板1に形成されている第1配線層3を貫通孔23に露出させる。   In FIG. 13B, the first insulating layer 2 formed on the semiconductor substrate 1 is etched using the resist 10 as a mask to form the opening 24, and the first wiring layer formed on the semiconductor substrate 1. 3 is exposed in the through hole 23.

図13(c)では、レジスト10を除去し、CVD法などにより半導体基板1の表面と貫通孔23の側壁および開口部24に第2絶縁層7を形成する。
図13(d)では、貫通孔23の底部のみ第2絶縁層7を除去したあと、スパッタ等によるシード層形成やメッキ法により第2配線層5を形成して貫通電極を形成している。15は充填された絶縁体である。
In FIG. 13C, the resist 10 is removed, and the second insulating layer 7 is formed on the surface of the semiconductor substrate 1, the side wall of the through hole 23, and the opening 24 by the CVD method or the like.
In FIG. 13D, after the second insulating layer 7 is removed only at the bottom of the through hole 23, the second wiring layer 5 is formed by the seed layer formation by sputtering or the plating method to form the through electrode. Reference numeral 15 denotes a filled insulator.

また、特許文献2には図14(a)〜(h)に示す第2の方法が記載されている。
図14(a)では、半導体基板1に貫通孔形成用のレジスト10を形成し、さらに、等方性エッチングによって貫通孔上部にすり鉢形状25を形成する。
Patent Document 2 describes a second method shown in FIGS. 14 (a) to 14 (h).
In FIG. 14A, a through hole forming resist 10 is formed on the semiconductor substrate 1, and a mortar shape 25 is formed above the through hole by isotropic etching.

図14(b)では、レジスト10をマスクにし、異方性エッチングによって貫通孔26を形成する。
図14(c)では、レジスト10を除去する。
In FIG. 14B, the through hole 26 is formed by anisotropic etching using the resist 10 as a mask.
In FIG. 14C, the resist 10 is removed.

図14(d)では、貫通孔26の底部の第1絶縁層2に開口部を形成するために、レジスト27を貫通孔26の全体に塗布する。
図14(e)では、露光現像することによってパターニングする。
In FIG. 14D, a resist 27 is applied to the entire through hole 26 in order to form an opening in the first insulating layer 2 at the bottom of the through hole 26.
In FIG. 14E, patterning is performed by exposure and development.

図14(f)では、レジスト27をマスクにして第1絶縁層2に開口部28を形成する。
図14(g)では、レジスト27を除去する。
In FIG. 14F, the opening 28 is formed in the first insulating layer 2 using the resist 27 as a mask.
In FIG. 14G, the resist 27 is removed.

図14(h)では、スパッタ等によるシード層形成やメッキ法により第1配線層3に達する第2配線層5を形成し、貫通電極を形成している。
特開2006−128171号公報 特開2007−53149号公報
In FIG. 14 (h), the second wiring layer 5 reaching the first wiring layer 3 is formed by seed layer formation by sputtering or the like, or plating, and the through electrode is formed.
JP 2006-128171 A JP 2007-53149 A

しかしながら、第1の方法では、第1絶縁層2に開口部24を形成する際に下地の第1配線層3をエッチングしてしまうため、第1配線層3から飛び出した金属粒子が第1絶縁層2の開口部24の側壁に付着し、第1配線層3と半導体基板1とが導通してしまい、結果として、形成した貫通電極の信頼性が低くなる。   However, in the first method, when the opening 24 is formed in the first insulating layer 2, the underlying first wiring layer 3 is etched, so that the metal particles popping out from the first wiring layer 3 are in the first insulating layer. The first wiring layer 3 and the semiconductor substrate 1 are electrically connected to the side wall of the opening 24 of the layer 2, and as a result, the reliability of the formed through electrode is lowered.

また、第2の方法では、図14(e)〜(f)において、半導体基板1に形成した貫通孔26の底面の一部に第1絶縁層2の開口部28を形成するため、図14(g)に示すように貫通孔26と開口部28との接続部分に段部29が形成されており、第1絶縁層2の開口部28の側壁に金属粒子が付着しても半導体基板1との導通経路が形成されない。   Further, in the second method, the opening 28 of the first insulating layer 2 is formed in a part of the bottom surface of the through hole 26 formed in the semiconductor substrate 1 in FIGS. As shown in (g), a stepped portion 29 is formed at the connection portion between the through hole 26 and the opening 28, and the semiconductor substrate 1 even if metal particles adhere to the side wall of the opening 28 of the first insulating layer 2. No conduction path is formed.

しかし、図14(h)において第1絶縁層2の上に第2配線層5が形成されるため、それらの熱膨張係数の違いから、リフロー等の後工程で熱ストレスがかかった際に膜の密着力が低くなり貫通電極の信頼性が低くなる。また、レジスト形成とレジスト除去工程が2回必要なため処理工程数が多くなり、貫通電極の作製リードタイムが長くなる。さらに、アスペクト比が高い貫通電極を作製する場合、図14(e)に示すように、開口部にすり鉢形状を形成させても、貫通孔26の底部まで光が入りにくいため露光が不十分になり、また貫通孔26が深いため孔底部まで現像液が入り込まず現像も困難であるため、第1絶縁層2に開口部28を形成する際のレジスト形成が困難になるという課題を有している。   However, since the second wiring layer 5 is formed on the first insulating layer 2 in FIG. 14 (h), a film is formed when thermal stress is applied in a subsequent process such as reflow due to the difference in thermal expansion coefficient thereof. As a result, the through-electrode reliability is lowered. Further, since the resist formation and resist removal steps are required twice, the number of processing steps is increased, and the lead time for manufacturing the through electrode is increased. Further, when a through electrode having a high aspect ratio is manufactured, as shown in FIG. 14E, even if a mortar shape is formed in the opening, light does not easily enter the bottom of the through hole 26, so that exposure is insufficient. In addition, since the through hole 26 is deep and the developer does not enter the bottom of the hole and development is difficult, it is difficult to form a resist when forming the opening 28 in the first insulating layer 2. Yes.

本発明は、高信頼性の貫通電極を有する半導体基板と半導体パッケージおよび半導体基板の製造方法を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor substrate having a highly reliable through electrode, a semiconductor package, and a method for manufacturing the semiconductor substrate.

本発明の請求項1記載の半導体基板は、半導体基板の一方の面に第1絶縁層を介して第1配線層が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通孔の内周に第2配線層を形成した貫通電極を有する半導体基板であって、前記貫通孔は、 前記半導体基板の他方の面から前記第1絶縁層に向かって形成された第1の開口部と、前記第1の開口部よりも開口面積が小さく前記第1の開口部の底部から前記第1絶縁層を貫通して前記第1の配線層に達する第2の開口部とで形成され、前記第2の開口部に第3配線層を設け、前記半導体基板の他方の面に達している前記第2配線層が、第3配線層を経て前記第1の配線層に電気接続されていることを特徴とする。   According to a first aspect of the present invention, there is provided the semiconductor substrate, wherein the first wiring layer is formed on one surface of the semiconductor substrate via the first insulating layer, and the second wiring layer is formed on the inner periphery of the through hole penetrating the semiconductor substrate. The through-hole includes a first opening formed from the other surface of the semiconductor substrate toward the first insulating layer, and the first opening. A second opening that has a smaller opening area than the bottom of the first opening and penetrates the first insulating layer and reaches the first wiring layer, and the second opening has a second opening. Three wiring layers are provided, and the second wiring layer reaching the other surface of the semiconductor substrate is electrically connected to the first wiring layer through the third wiring layer.

本発明の請求項2記載の半導体基板は、請求項1において、前記貫通孔の前記第1の開口部の周面にわたって第2絶縁層が形成され、前記第2配線層と前記半導体基板の間に前記第2絶縁層が介在していることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided the semiconductor substrate according to the first aspect, wherein a second insulating layer is formed over a peripheral surface of the first opening of the through hole, and the second wiring layer and the semiconductor substrate are formed. And the second insulating layer is interposed.

本発明の請求項3記載の半導体基板は、半導体基板の一方の面に第1絶縁層が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通孔の内周に第2配線層を形成した貫通電極を有する半導体基板であって、前記貫通孔は、 前記半導体基板の他方の面から前記第1絶縁層に向かって形成された第1の開口部と、前記第1の開口部よりも開口面積が小さく前記第1の開口部の底部から前記第1絶縁層を貫通する第2の開口部と、前記第2の開口部に形成されて一端が前記第1絶縁層から突出した第3配線層とを有しており、前記半導体基板の他方の面に達している前記第2配線層が、第3配線層に電気接続されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate having a through electrode in which a first insulating layer is formed on one surface of the semiconductor substrate, and a second wiring layer is formed on an inner periphery of a through hole penetrating the semiconductor substrate. In the semiconductor substrate, the through hole has a first opening formed from the other surface of the semiconductor substrate toward the first insulating layer, and an opening area smaller than the first opening. A second opening penetrating the first insulating layer from the bottom of the first opening; and a third wiring layer formed in the second opening and having one end protruding from the first insulating layer. The second wiring layer reaching the other surface of the semiconductor substrate is electrically connected to the third wiring layer.

本発明の請求項4記載の半導体基板は、請求項3において、前記第2の開口部に導電材料を充填して前記第2配線層が形成され、前記第2の開口部に充填された前記第2配線層の上に外部回路と電気的に接続するための導電部材を備えたことを特徴とする。   The semiconductor substrate according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor substrate according to the third aspect, wherein the second wiring layer is formed by filling the second opening with a conductive material and filling the second opening. A conductive member for electrically connecting to an external circuit is provided on the second wiring layer.

本発明の請求項5記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記第2配線層は、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、またはそれらを含有した導電性材料、ポリシリコン等のSi系材料であり、前記第2配線層は単層または2層以上の多層膜であることを特徴とする。   The semiconductor substrate according to claim 5 of the present invention is the semiconductor substrate according to claim 1 or 3, wherein the second wiring layer is made of a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, TiN, or the like. These metal compounds, or conductive materials containing them, and Si-based materials such as polysilicon, are characterized in that the second wiring layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.

本発明の請求項6記載の半導体基板は、請求項2において、前記第2絶縁層は、SiN、SiO、BPSG、熱酸化膜等のSi化合物やAl等の金属化合物、またはポリイミド樹脂等の有機化合物であり、また前記第2絶縁層は単層または2層以上の多層膜であることを特徴とする。 The semiconductor substrate according to claim 6 of the present invention is the semiconductor substrate according to claim 2, wherein the second insulating layer is made of Si compound such as SiN, SiO 2 , BPSG, thermal oxide film, metal compound such as Al 2 O 3 , or polyimide. It is an organic compound such as a resin, and the second insulating layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.

本発明の請求項7記載の半導体基板は、請求項1において、前記第2配線層上にその表面の一部を露出するように形成された保護膜と、前記第2配線層上に外部回路と電気的に接続するための導電部材とを備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate according to the first aspect, wherein the protective film is formed on the second wiring layer so as to expose a part of the surface thereof, and the external circuit is formed on the second wiring layer. And a conductive member for electrical connection.

本発明の請求項8記載の半導体基板は、請求項1において、前記貫通孔の内部に形成された空隙部の一部、または全体に絶縁材料が充填されていることを特徴とする。
本発明の請求項9記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記第1の開口部の半導体基板1の他方の面1bの孔径は、前記第1の開口部の底部の孔径より大きいことを特徴とする。
A semiconductor substrate according to an eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect, an insulating material is filled in a part or the whole of the void formed inside the through hole.
A semiconductor substrate according to a ninth aspect of the present invention is the semiconductor substrate according to the first or third aspect, wherein the hole diameter of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 of the first opening is the hole diameter of the bottom of the first opening. It is characterized by being larger.

本発明の請求項10記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記半導体基板が、シリコン、シリカゲルマニウム等のシリコン系半導体、あるいはガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、インジウムリン等の化合物半導体であることを特徴とする。   A semiconductor substrate according to a tenth aspect of the present invention is the semiconductor substrate according to the first or third aspect, wherein the semiconductor substrate is a silicon-based semiconductor such as silicon or silica gel, or a compound semiconductor such as gallium arsenide, gallium nitride, or indium phosphide. It is characterized by being.

本発明の請求項11記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記第3配線層は、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、あるいは上記材料の混合物であり、また前記第3配線層は単層又は2層以上の多層膜であることを特徴とする。   The semiconductor substrate according to an eleventh aspect of the present invention is the semiconductor substrate according to the first or third aspect, wherein the third wiring layer is made of a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, TiN, or the like. A metal compound, a Si-based material such as polysilicon, or a mixture of the above materials, and the third wiring layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.

本発明の請求項12記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記第3配線層と前記第1配線層は同一材料で構成されていることを特徴とする。
本発明の請求項13記載の半導体基板は、請求項1または請求項3において、前記第1絶縁層は、SiN、SiO、BPSG、熱酸化膜等のSi化合物やAl等の金属化合物であり、また前記絶縁層は単層または2層以上の多層膜であることを特徴とする。
According to a twelfth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate according to the first or third aspect, the third wiring layer and the first wiring layer are made of the same material.
A semiconductor substrate according to a thirteenth aspect of the present invention is the semiconductor substrate according to the first or third aspect, wherein the first insulating layer is made of a Si compound such as SiN, SiO 2 , BPSG, or a thermal oxide film, or a metal such as Al 2 O 3. Further, the insulating layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.

本発明の請求項14記載の半導体パッケージは、請求項1から請求項13の何れかに記載の半導体基板を内蔵したことを特徴とする。
本発明の請求項15記載の半導体基板の製造方法は、半導体基板の一方の面に第1絶縁層を形成する工程と、第1絶縁層に形成されたレジストをマスクとして第1絶縁層をエッチングして第1絶縁層を貫通する第2の開口部を形成する工程と、前記第2の開口部に第3配線層を形成する工程と、前記第1絶縁層の上に前記第3配線層に導通する第1配線層を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面に形成されたレジストをマスクとして前記半導体基板をエッチングして前記半導体基板の他方の面から前記第3配線層が露出するように第2の開口部よりも開口面積が大きい第1の開口部を形成する工程と、前記半導体基板の他方の面と前記第1の開口部の内側に第2絶縁層を形成する工程と、前記第1の開口部の底部に形成された前記第2絶縁層を除去して前記第3配線層を露出させる工程と、前記第1の開口部の内側に前記第3配線層に導通すると共に前記半導体基板の他方の面に達する第2配線層を形成する工程とを有することを特徴とする。
A semiconductor package according to a fourteenth aspect of the present invention includes the semiconductor substrate according to any one of the first to thirteenth aspects.
According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate manufacturing method comprising: forming a first insulating layer on one surface of the semiconductor substrate; and etching the first insulating layer using a resist formed on the first insulating layer as a mask. Forming a second opening penetrating the first insulating layer, forming a third wiring layer in the second opening, and forming the third wiring layer on the first insulating layer. Forming a first wiring layer electrically connected to the semiconductor substrate, and etching the semiconductor substrate using a resist formed on the other surface of the semiconductor substrate as a mask to expose the third wiring layer from the other surface of the semiconductor substrate. Forming a first opening having a larger opening area than the second opening, and forming a second insulating layer on the other surface of the semiconductor substrate and on the inner side of the first opening. And the second formed at the bottom of the first opening. Removing the edge layer to expose the third wiring layer; and forming a second wiring layer that is electrically connected to the third wiring layer and reaches the other surface of the semiconductor substrate inside the first opening. And a step of performing.

本発明の請求項16記載の半導体基板の製造方法は、請求項15において、前記第2の開口部を形成する工程はドライエッチング工法やウェットエッチング工法により形成することを特徴とする。   According to a sixteenth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate manufacturing method according to the fifteenth aspect, the step of forming the second opening is formed by a dry etching method or a wet etching method.

本発明の請求項17記載の半導体基板の製造方法は、請求項15において、前記第3配線層を形成する工程はCVD法やスパッタリング法、蒸着法等により形成することを特徴とする。   According to a seventeenth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate manufacturing method according to the fifteenth aspect, the step of forming the third wiring layer is formed by a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.

本発明の請求項18記載の半導体基板の製造方法は、請求項15において、前記第3配線層と前記第1配線層を同時に形成することを特徴とする。   According to an eighteenth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate manufacturing method according to the fifteenth aspect, the third wiring layer and the first wiring layer are formed simultaneously.

この半導体基板の製造方法によると、第1の開口部の形成前に、第1絶縁層に第3配線層を形成することにより、第3配線層の変形や破損、或いは完全除去を防止でき、さらに半導体基板と第1配線層の間の絶縁性を向上させ、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体や半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   According to this method of manufacturing a semiconductor substrate, by forming the third wiring layer in the first insulating layer before forming the first opening, deformation, breakage, or complete removal of the third wiring layer can be prevented, Furthermore, the insulation between the semiconductor substrate and the first wiring layer can be improved, and the reliability of the through electrode formed thereafter and the semiconductor or semiconductor package provided with the through electrode can be improved.

この半導体基板によると、第1の開口部の径より小さい面積の第3配線層を形成することにより、半導体基板と第1配線層間の絶縁性を向上させ、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体や半導体パッケージの信頼性を向上させることができるという効果を有する。   According to this semiconductor substrate, by forming the third wiring layer having an area smaller than the diameter of the first opening, the insulation between the semiconductor substrate and the first wiring layer is improved, and the through electrode formed thereafter and It is possible to improve the reliability of a semiconductor or a semiconductor package provided with.

以下、本発明の各実施の形態を図1〜図11に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1,図2,図3は本発明の実施の形態1を示す。
Hereinafter, each embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(Embodiment 1)
1, FIG. 2 and FIG. 3 show Embodiment 1 of the present invention.

図1は貫通電極を有する半導体基板を示している。
半導体基板1の一方の面1aに第1絶縁層2を介して第1配線層3が形成され、半導体基板1を貫通する貫通孔4の内周に第2配線層5を形成した貫通電極を有する半導体パッケージであって、半導体基板1の厚さ方向にドライエッチングによって形成された貫通孔4は開口径が5μmから200μm程度で、孔深さは10μmから400μm程度の大きさである。
FIG. 1 shows a semiconductor substrate having through electrodes.
A through electrode in which a first wiring layer 3 is formed on one surface 1a of the semiconductor substrate 1 with a first insulating layer 2 interposed therebetween and a second wiring layer 5 is formed on the inner periphery of a through hole 4 that penetrates the semiconductor substrate 1 is provided. The through hole 4 formed by dry etching in the thickness direction of the semiconductor substrate 1 has an opening diameter of about 5 μm to 200 μm and a hole depth of about 10 μm to 400 μm.

貫通孔4は、半導体基板1に形成された第1の開口部としての大径部4aと、大径部4aの底部から第1絶縁層2を貫通して第1配線層3に達する第2の開口部としての小径部4bを有している。小径部4bには導電性材料が充填されて第3配線層103aが形成形成されており、半導体基板1の他方の面1bに達している第2配線層5が、第3配線層103aを経て第1の配線層3に電気接続されている。   The through hole 4 has a large diameter portion 4a as a first opening formed in the semiconductor substrate 1, and a second hole that reaches the first wiring layer 3 through the first insulating layer 2 from the bottom of the large diameter portion 4a. The small-diameter portion 4b is provided as an opening. The small diameter portion 4b is filled with a conductive material to form and form a third wiring layer 103a, and the second wiring layer 5 reaching the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 passes through the third wiring layer 103a. The first wiring layer 3 is electrically connected.

7は第2絶縁層である。8は保護膜、9は半導体パッケージの回路素子を外部回路との接続に使用される導電部材である。なお、半導体基板1の内部または表面上には回路素子が構築されている。   Reference numeral 7 denotes a second insulating layer. Reference numeral 8 denotes a protective film, and 9 denotes a conductive member used for connecting the circuit element of the semiconductor package to an external circuit. A circuit element is constructed inside or on the surface of the semiconductor substrate 1.

この貫通電極は、図2と図3に示す貫通電極形成プロセスによって作成されている。
まず、図2(a)では、半導体基板1に第1絶縁層2を成膜する。第1絶縁層2がSiOの場合、プラズマCVD等で形成される。第1絶縁層2の材料はその他、SiN、BPSG、熱酸化膜等のSi化合物やAl等の金属化合物であってもよい。また、その絶縁層は単層または2層以上の多層膜であっても構わない。そして第1絶縁層2にフォトレジスト101を塗布し、フォトリソグラフィ工法により開口部102を形成する。フォトレジストはスピンコーティングにより形成する。
The through electrode is formed by the through electrode forming process shown in FIGS.
First, in FIG. 2A, the first insulating layer 2 is formed on the semiconductor substrate 1. When the first insulating layer 2 is SiO 2 , it is formed by plasma CVD or the like. In addition, the material of the first insulating layer 2 may be a Si compound such as SiN, BPSG, or a thermal oxide film, or a metal compound such as Al 2 O 3 . The insulating layer may be a single layer or a multilayer film of two or more layers. Then, a photoresist 101 is applied to the first insulating layer 2 and an opening 102 is formed by a photolithography method. The photoresist is formed by spin coating.

図2(b)では、第1絶縁層2をエッチングし、小径部4bを形成する。小径部4bの開口径は大径部4aの開口径より小さく4〜180μm程度であり、第1配線層3との接続抵抗が小さければ、小径部4bの開口径はなるべく小さい方が望ましい。   In FIG. 2B, the first insulating layer 2 is etched to form the small diameter portion 4b. The opening diameter of the small diameter portion 4b is smaller than the opening diameter of the large diameter portion 4a and is about 4 to 180 μm. If the connection resistance with the first wiring layer 3 is small, the opening diameter of the small diameter portion 4b is preferably as small as possible.

第1絶縁層2の材質がSiOの場合、エッチングガスとしては、CHF3ガスやCF4ガス、C4F8ガス、Arガス等の混合ガスを使用した。一般的に、酸化膜をエッチングする場合、フッ素や塩素ラジカルとの反応性がSi等に比べてかなり小さいので、圧力を1〜15Paと高真空条件にしてイオン性の強いプラズマを生成させさらに基板バイアスを50〜400W程度印加することにより、CF系イオンを半導体基板1に引き込むことが可能にし、イオンアシストエッチングをする。しかし、イオンアシストエッチングでは、第1絶縁層2の下側に形成された材料との選択比があまり高くできないため、結果的に半導体基板1も一部エッチングしてしまう。よって、後工程で小径部4bに導電性材料を充填して形成される第3配線層103aは、その一部が半導体基板1にめり込んだ構造になる。 When material of the first insulating layer 2 is SiO 2, as an etching gas, CHF3 gas or CF4 gas, C4F8 gas was a mixed gas such as Ar gas. In general, when etching an oxide film, the reactivity with fluorine and chlorine radicals is considerably smaller than that of Si or the like. By applying a bias of about 50 to 400 W, CF ions can be drawn into the semiconductor substrate 1 and ion-assisted etching is performed. However, in ion-assisted etching, the selectivity with respect to the material formed below the first insulating layer 2 cannot be so high, and as a result, the semiconductor substrate 1 is also partially etched. Therefore, the third wiring layer 103 a formed by filling the small diameter portion 4 b with a conductive material in a later process has a structure in which a part thereof is recessed into the semiconductor substrate 1.

従来例では、半導体基板1に大径部4aを形成したあと小径部4bを形成し、半導体基板1の表裏の導通経路を形成するが、この実施例では先に小径部4bを形成する。従来の方法では、小径部4bを形成する際に上記のようにイオンアシストエッチングをするため、第1絶縁層2をエッチングした後、第1配線層3との選択比が確保できず、第1配線層3もかなりエッチングされることになる。第1配線層3がエッチングされると第1配線層表面から金属粒子が飛び出し、小径部4bの側壁に付着してしまい、結果として第1配線層と半導体基板1が導通してしまう。しかし、この実施の形態のように、大径部4aの形成前に大径部4aの開口径より小さい開口径を持つ小径部4b、その貫通孔に第3配線層103aを形成することにより、半導体基板1をSF6ガス等でエッチングする条件で第3配線層103a(従来例では第1配線層)をエッチングしても第3配線層103aがほとんどエッチングされないため第3配線層103aから飛び出す金属粒子量を抑制することができ、また、半導体基板1との絶縁距離が確保できるため、半導体基板1と第3配線層103aとの絶縁性を向上することができる。例えば、従来例のように第1貫通孔の底部面積と第3配線層103aの面積が同じ(小径部4bと第1貫通孔の開口径が同じ)場合、或いは、第3配線層103aの面積が第1貫通孔の底部面積より大きい場合は、半導体基板1と第3配線層103aとの絶縁距離がほとんどないため、容易に電流リークが発生すると思われる。よって、第3配線層103aの面積は第1貫通孔の底部の面積より小さいことが望ましい。   In the conventional example, after forming the large diameter portion 4a on the semiconductor substrate 1, the small diameter portion 4b is formed to form the conduction paths on the front and back of the semiconductor substrate 1. In this embodiment, the small diameter portion 4b is formed first. In the conventional method, since the ion-assisted etching is performed as described above when forming the small-diameter portion 4b, after the first insulating layer 2 is etched, the selection ratio with the first wiring layer 3 cannot be secured, and the first The wiring layer 3 is also etched considerably. When the first wiring layer 3 is etched, metal particles pop out from the surface of the first wiring layer and adhere to the side wall of the small diameter portion 4b. As a result, the first wiring layer and the semiconductor substrate 1 become conductive. However, as in this embodiment, by forming the third wiring layer 103a in the through hole, the small diameter portion 4b having an opening diameter smaller than the opening diameter of the large diameter portion 4a before the formation of the large diameter portion 4a, Even if the third wiring layer 103a (first wiring layer in the conventional example) is etched under the condition of etching the semiconductor substrate 1 with SF6 gas or the like, the third wiring layer 103a is hardly etched, so that the metal particles jump out of the third wiring layer 103a. Since the amount can be suppressed and the insulation distance from the semiconductor substrate 1 can be secured, the insulation between the semiconductor substrate 1 and the third wiring layer 103a can be improved. For example, when the bottom area of the first through hole and the area of the third wiring layer 103a are the same as in the conventional example (the small diameter portion 4b and the opening diameter of the first through hole are the same), or the area of the third wiring layer 103a Is larger than the bottom area of the first through hole, there is almost no insulation distance between the semiconductor substrate 1 and the third wiring layer 103a, so that current leakage is likely to occur easily. Therefore, the area of the third wiring layer 103a is preferably smaller than the area of the bottom of the first through hole.

図2(c)では、アッシングや有機溶剤によってフォトレジスト101を除去する。
第1絶縁層に小径部4bを形成する加工方法として、ドライエッチング法のほかに、フッ酸等を用いたウェットエッチング法でもよい。エッチング加工用のマスクとしてフォトレジストを使用する説明をしたが、マスク材料としてSiOやSiN等のハードマスクやAlやNi等のメタルマスクでもよい。小径部4bの水平断面形状は、図1(b)のように真円や、図1(c)のように四角形等の多角形、または楕円でもよい。
In FIG. 2C, the photoresist 101 is removed by ashing or an organic solvent.
As a processing method for forming the small-diameter portion 4b in the first insulating layer, a wet etching method using hydrofluoric acid or the like may be used in addition to the dry etching method. Although description has been given of using a photoresist as a mask for etching processing, a hard mask such as SiO 2 or SiN or a metal mask such as Al or Ni may be used as a mask material. The horizontal cross-sectional shape of the small diameter portion 4b may be a perfect circle as shown in FIG. 1B, a polygon such as a rectangle as shown in FIG. 1C, or an ellipse.

また、一般的には、半導体基板1の一方の面1aには、既にトランジスタやCMOS回路等のデバイスが組み込まれている。その場合、後工程で、第1絶縁層2に小径部4bを形成し、Cu等の配線部を形成することになるので、小径部4bの形成のためにはマスクパターンを変更するだけでよく、工程の追加にはならない(従来第2の方法では、小径部4b形成のためにレジスト形成工程が必要であり製造リードタイムが長くなってしまう)。   In general, a device such as a transistor or a CMOS circuit is already incorporated in one surface 1 a of the semiconductor substrate 1. In that case, since the small-diameter portion 4b is formed in the first insulating layer 2 and the wiring portion such as Cu is formed in the subsequent process, it is only necessary to change the mask pattern in order to form the small-diameter portion 4b. No additional process is required (the second conventional method requires a resist formation process for forming the small diameter portion 4b, resulting in a long manufacturing lead time).

図2(d)では、小径部4bに導電性材料を充填するために第1絶縁層2の上に導電性材料103を成膜する。導電性材料として、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、あるいは上記材料の混合物であってもよい。また、成膜構造として、単層だけでなく2層以上の多層膜でも構わない。   In FIG. 2D, a conductive material 103 is formed on the first insulating layer 2 in order to fill the small diameter portion 4b with the conductive material. The conductive material may be a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a Si-based material such as polysilicon, or a mixture of the above materials. Further, the film formation structure may be not only a single layer but also a multilayer film of two or more layers.

図2(e)では、CMP工法やドライエッチング工法、ウェットエッチング工法により第1絶縁層2が露出するまで導電性材料103を除去し、第3配線層103aを形成する。   In FIG. 2E, the conductive material 103 is removed until the first insulating layer 2 is exposed by a CMP method, a dry etching method, or a wet etching method, and a third wiring layer 103a is formed.

図2(f)では、第1配線層3を形成するために、第1絶縁層2に小径部4bに充填したものと同じ導電性材料103を成膜する。導電性材料として、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、あるいは上記材料の混合物であってもよい。また、成膜構造として、単層だけでなく2層以上の多層膜でも構わない。   In FIG. 2 (f), in order to form the first wiring layer 3, the same conductive material 103 as that filled in the small diameter portion 4 b is formed on the first insulating layer 2. The conductive material may be a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a Si-based material such as polysilicon, or a mixture of the above materials. Further, the film formation structure may be not only a single layer but also a multilayer film of two or more layers.

図2(g)では、導電性材料103の膜の上にフォトレジスト104を塗布し、フォトリソグラフィ工法によりパターニングする。フォトレジストはスピンコーティングにより形成する。その後、ドライエッチング工法等でエッチングして図2(h)に示すように第1配線層3を得る。   In FIG. 2G, a photoresist 104 is applied on the film of the conductive material 103 and patterned by a photolithography method. The photoresist is formed by spin coating. Thereafter, etching is performed by a dry etching method or the like to obtain the first wiring layer 3 as shown in FIG.

図2(i)では、フォトレジスト104をアッシングや有機溶剤によって除去する。
なお、第1配線層3を形成する加工方法として、ドライエッチング法のほかに、酢酸や硝酸等の酸性薬液やNaOH等のアルカリ性薬液、H等を用いたウェットエッチング法でもよい。エッチング加工用のマスクとしてフォトレジストを使用する説明をしたが、マスク材料としてSiOやSiN等のハードマスクやAlやNi等のメタルマスクでもよい。
In FIG. 2I, the photoresist 104 is removed by ashing or an organic solvent.
The processing method for forming the first wiring layer 3 may be a wet etching method using an acidic chemical solution such as acetic acid or nitric acid, an alkaline chemical solution such as NaOH, H 2 O 2 or the like in addition to the dry etching method. Although description has been given of using a photoresist as a mask for etching processing, a hard mask such as SiO 2 or SiN or a metal mask such as Al or Ni may be used as a mask material.

図3(a)では、半導体基板1の他方の面1bにスピンコーティングによりフォトレジスト105を塗布し、フォトリソグラフィ工法により開口部106を形成する。一般的に、半導体基板に回路素子を作製してから貫通孔を形成し貫通電極を形成する場合(ビアラストと呼ばれる)、回路素子を形成されている方の半導体基板表面(この実施例では一方の面1a)にあるアライメントマークや貫通孔位置を認識した上で、半導体基板裏面(この実施例では他方の面1b)のマスク合わせを行う両面露光法が使われている。従来の方法では、半導体基板に貫通孔を形成後、第1絶縁層2を開口するため、貫通孔とAlパッド等の第1配線との位置合わせ精度が求められる。しかし、この実施例のように、先に第1絶縁層2に第3配線層103aを形成するため、貫通孔は第3配線層103aの上に形成すればよい。つまり、第3配線層103aが小さければ貫通孔位置合わせ精度が低くても貫通電極が形成できる。   In FIG. 3A, a photoresist 105 is applied to the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 by spin coating, and an opening 106 is formed by photolithography. In general, when a through hole is formed after forming a circuit element on a semiconductor substrate (called via last), the surface of the semiconductor substrate on which the circuit element is formed (in this embodiment, one of the surfaces) A double-sided exposure method is used in which the alignment of the alignment mark and the through-hole position on the surface 1a) is recognized and the mask alignment of the back surface of the semiconductor substrate (the other surface 1b in this embodiment) is performed. In the conventional method, since the first insulating layer 2 is opened after the through hole is formed in the semiconductor substrate, the alignment accuracy between the through hole and the first wiring such as the Al pad is required. However, as in this embodiment, since the third wiring layer 103a is first formed in the first insulating layer 2, the through hole may be formed on the third wiring layer 103a. That is, if the third wiring layer 103a is small, the through electrode can be formed even if the through hole alignment accuracy is low.

図3(b)では、フォトレジスト106をマスクにして半導体基板1をドライエッチングすることにより、大径部4aを形成する。エッチングガスとしてはSF6ガス(50〜500sccm)に同程度以下のOガスを混合することによりSF6への分圧を低下させ、半導体基板エッチングに作用するFラジカルの発生を抑制することによって、イオン性の高いプラズマを生成した。さらに、圧力を1〜20Paと高真空条件にし、基板バイアスを20〜200W程度印加することにより、そのイオンを半導体基板1に引き込むことが可能になるため、異方性ドライエッチができる。エッチングは第3配線層103aが露出されるまで行う。F系ガスを使用している場合、第3配線層103aにAl膜等を使用しているとほとんどエッチングされず、第3配線層103aが薄膜化しない。さらに、第3配線層103aの材料にW等を使用するなど、ドライエッチングが困難な材料を選択することで、第3配線層103aの薄膜化を防止できる。 In FIG. 3B, the large diameter portion 4a is formed by dry etching the semiconductor substrate 1 using the photoresist 106 as a mask. As an etching gas, SF6 gas (50 to 500 sccm) is mixed with O 2 gas of the same degree or less to reduce the partial pressure to SF6, thereby suppressing generation of F radicals acting on semiconductor substrate etching. A high quality plasma was generated. Furthermore, anisotropic dry etching can be performed because the ions can be drawn into the semiconductor substrate 1 by applying a substrate bias of about 20 to 200 W under a high vacuum condition of 1 to 20 Pa. Etching is performed until the third wiring layer 103a is exposed. When an F-based gas is used, if an Al film or the like is used for the third wiring layer 103a, it is hardly etched and the third wiring layer 103a is not thinned. Furthermore, by selecting a material that is difficult to dry-etch, such as using W or the like as the material of the third wiring layer 103a, the third wiring layer 103a can be prevented from being thinned.

また、図4に示したように、半導体基板1の他方の面1bでの貫通孔径D41は半導体基板の一方の面1aでの貫通孔径D42(=大径部4a)の底部の孔径より大きいことが望ましい。理由は後工程で絶縁膜や金属膜等の成膜を実施する際に、貫通孔側壁や底部まで十分に成膜させることを可能にするためである。例えば、貫通孔4の側壁部が逆テーパ形状や垂直形状をしている場合、スパッタリング法により金属膜を成膜しようとしても貫通孔開口部が障害物となり、貫通孔底部や貫通孔側壁の底部近傍に金属粒子が飛んでいかないため成膜ができない。   Further, as shown in FIG. 4, the through hole diameter D41 on the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 is larger than the hole diameter at the bottom of the through hole diameter D42 (= large diameter portion 4a) on the one surface 1a of the semiconductor substrate. Is desirable. The reason is that when forming an insulating film, a metal film, or the like in a subsequent process, it is possible to sufficiently form the film up to the side wall and bottom of the through hole. For example, when the side wall portion of the through hole 4 has a reverse taper shape or a vertical shape, the through hole opening portion becomes an obstacle even if a metal film is formed by sputtering, and the bottom portion of the through hole or the through hole side wall Film formation is impossible because metal particles do not fly nearby.

その後、アッシングや有機溶剤によってフォトレジスト105を除去することによって図3(c)の状態になる。
図3(d)では、CVD法により第2絶縁層7を大径部4aの内壁や底部、半導体基板の他方の面1bに形成する。絶縁膜材料としてはSiN、SiO、BPSG、熱酸化膜等のSi酸化物やAl等の金属酸化物、またはポリイミド樹脂等のカーボン系ポリマーなどでもよい。また、第2絶縁層7は単層または2層以上の多層膜でも構わない。絶縁膜形成方法として、スパッタや熱酸化、ゾルゲル法により形成してもよい。
Thereafter, the photoresist 105 is removed by ashing or an organic solvent, so that the state shown in FIG.
In FIG. 3D, the second insulating layer 7 is formed on the inner wall and bottom of the large diameter portion 4a and the other surface 1b of the semiconductor substrate by the CVD method. As the insulating film material, Si oxide such as SiN, SiO 2 , BPSG, and thermal oxide film, metal oxide such as Al 2 O 3 , or carbon-based polymer such as polyimide resin may be used. The second insulating layer 7 may be a single layer or a multilayer film of two or more layers. As an insulating film forming method, it may be formed by sputtering, thermal oxidation, or sol-gel method.

図3(e)では、大径部4aの底部の第2絶縁層7をドライエッチング法により除去する。この場合も大径部4aの形成時と同様、異方性ドライエッチングを用いるため、大径部4aの側壁部に形成された第2絶縁層7は、ほとんどエッチングされないため残る。   In FIG. 3E, the second insulating layer 7 at the bottom of the large diameter portion 4a is removed by a dry etching method. Also in this case, since the anisotropic dry etching is used as in the formation of the large diameter portion 4a, the second insulating layer 7 formed on the side wall portion of the large diameter portion 4a remains because it is hardly etched.

また、図3(d)において、一般的なCVD法を用いて第2絶縁層7を形成する場合、半導体基板1の他方の面1bの絶縁層膜厚は大径部4aの底部での膜厚よりもかなり厚くなる。よって、大径部4aの底部がエッチングされた時には半導体基板1の他方の面1bの第2絶縁層7は残っていることになる。   3D, when the second insulating layer 7 is formed using a general CVD method, the insulating layer thickness of the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 is a film at the bottom of the large diameter portion 4a. It becomes considerably thicker than the thickness. Therefore, when the bottom of the large diameter portion 4a is etched, the second insulating layer 7 on the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 remains.

図3(f)では、スパッタ法やメッキ法により大径部4aの底部と、半導体基板1の他方の面1bから大径部4aの内周にかけて配線層を形成し、この配線層をパターニングして第2配線層5を形成する。   In FIG. 3F, a wiring layer is formed from the bottom of the large diameter portion 4a and the other surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the inner periphery of the large diameter portion 4a by sputtering or plating, and this wiring layer is patterned. Thus, the second wiring layer 5 is formed.

図3(g)では、大径部4aの内周に形成されている第2配線層5の内側に絶縁体15を充填させる。その第2配線層5を保護するための保護層8を第2配線層5の上に形成する。その後、その保護層8もパターニングして第2配線層5の一部を露出させ、その部分に外部回路と電気的に接続するための半田ボール等の導電部材9を形成する。   In FIG. 3G, the insulator 15 is filled inside the second wiring layer 5 formed on the inner periphery of the large diameter portion 4a. A protective layer 8 for protecting the second wiring layer 5 is formed on the second wiring layer 5. Thereafter, the protective layer 8 is also patterned to expose a part of the second wiring layer 5, and a conductive member 9 such as a solder ball for electrically connecting to an external circuit is formed in that part.

なお、図3(f)での第2配線層5の形成方法は、スパッタ法やめっき法の他に印刷法やインクジェットによる塗布等でもよい。さらに、第2配線層5材料はTi、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、又はそれらを含有した導電性材料でもよい。また、前記第2配線層5は単層又は2層以上の多層膜でも構わない。さらに錫、錫を含む合金やインジウム、インジウムを含む合金からなる低融点金属でもよい。   In addition, the formation method of the 2nd wiring layer 5 in FIG.3 (f) may be the printing method, the application | coating by an inkjet other than the sputtering method and the plating method. Further, the second wiring layer 5 material is a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a Si-based material such as polysilicon, or a conductive material containing them. It may be a material. The second wiring layer 5 may be a single layer or a multilayer film of two or more layers. Further, a low melting point metal made of tin, an alloy containing tin, indium, or an alloy containing indium may be used.

銅等のシード層と第2絶縁層7との間には、チタンやチタンタングステン、チタンナイトライド、タンタルナイトライドからなる拡散防止膜(図示せず)が形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。   A diffusion prevention film (not shown) made of titanium, titanium tungsten, titanium nitride, or tantalum nitride may be formed or formed between the seed layer such as copper and the second insulating layer 7. It does not have to be.

この構成によれば半導体基板1に形成された貫通孔4において、貫通孔4の形成前に、第1絶縁層に第3配線層103aを形成することにより、第3配線層103aの変形や破損、或いは完全除去を防止でき、さらに半導体基板1と第1配線層3の間の絶縁性を向上させ、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体や半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   According to this configuration, in the through hole 4 formed in the semiconductor substrate 1, the third wiring layer 103a is formed in the first insulating layer before the through hole 4 is formed, so that the third wiring layer 103a is deformed or damaged. Alternatively, complete removal can be prevented, and further, the insulation between the semiconductor substrate 1 and the first wiring layer 3 can be improved, and the reliability of the through electrode formed thereafter and the semiconductor or semiconductor package provided with the through electrode can be improved. Can do.

なお、この実施の形態1において、大径部4aの内側に絶縁体15を完全に充填したが、一部のみ充填しても構わないし無くてもよい。さらに、この実施の形態では、絶縁体15と保護層8は別々だが、同一材料を用いて、絶縁体充填と保護層形成を同時に実施しても構わない。   In the first embodiment, the insulator 15 is completely filled inside the large diameter portion 4a. However, only a part of the insulator 15 may or may not be filled. Further, in this embodiment, the insulator 15 and the protective layer 8 are separate, but the same material may be used to simultaneously fill the insulator and form the protective layer.

また、図2(e)のように、小径部4bを導電性材料により完全に充填し、第3配線層103aを形成しているが、一部のみ充填しても構わない。
(実施の形態2)
図5と図6は本発明の実施の形態2の半導体基板を示している。
Further, as shown in FIG. 2E, the small diameter portion 4b is completely filled with the conductive material to form the third wiring layer 103a. However, only a part may be filled.
(Embodiment 2)
5 and 6 show a semiconductor substrate according to the second embodiment of the present invention.

実施の形態1の半導体基板では小径部4bは単一であったが、この実施の形態2では複数の小径部4bが半導体基板1に形成されている。その他は実施の形態1と同じである。
図5(a)に示すように、半導体基板1の厚さ方向にドライエッチングによって形成された大径部4aは開口径が5μmから200μm程度で孔深さは10μmから400μm程度の大きさであり、第1絶縁層2に大径部4aの面積より小さな面積の開口径を有する小径部4b,4bを形成し、第3配線層103aが形成されている。小径部4b,4bの水平断面は図5(b)のように円弧でなくても、図5(c)のように四角形等の多角形でもいい。
In the semiconductor substrate of the first embodiment, the small diameter portion 4 b is single, but in the second embodiment, a plurality of small diameter portions 4 b are formed in the semiconductor substrate 1. The rest is the same as in the first embodiment.
As shown in FIG. 5A, the large diameter portion 4a formed by dry etching in the thickness direction of the semiconductor substrate 1 has an opening diameter of about 5 μm to 200 μm and a hole depth of about 10 μm to 400 μm. Small diameter portions 4b and 4b having an opening diameter smaller than that of the large diameter portion 4a are formed in the first insulating layer 2, and a third wiring layer 103a is formed. The horizontal sections of the small diameter portions 4b and 4b may not be arcs as shown in FIG. 5B, but may be polygons such as quadrangles as shown in FIG.

実施の形態1の場合、第3配線層103aが1ヵ所しか形成されないため、例えば、大径部4aの形成後にパーティクル等が底部に堆積してしまうと、第3配線層103aと第2配線層の密着性が低下し、配線抵抗が大きくなり、最悪膜剥がれが発生してしまう等、貫通電極としての信頼性が低くなることが予想される。そこで、複数の小径部4bを形成して図5(a)のように第3配線層103aを複数形成することにより、仮に1か所の第3配線層103aにおいて上記のような不具合が発生しても、他の導電端子により導通経路を確保することができる。さらに、複数開口部を形成することにより、貫通孔底部の凸凹構造を形成できるため、第2配線層5と第3配線層103aとの密着力が向上すると思われる。   In the first embodiment, since only one third wiring layer 103a is formed, for example, if particles or the like are deposited on the bottom after the formation of the large diameter portion 4a, the third wiring layer 103a and the second wiring layer are formed. It is expected that the reliability of the through electrode will be lowered, such as the adhesiveness of the electrode is lowered, the wiring resistance is increased, and the worst film peeling occurs. Thus, by forming a plurality of small diameter portions 4b and forming a plurality of third wiring layers 103a as shown in FIG. 5A, the above-described problem occurs in one third wiring layer 103a. However, a conduction path can be secured by another conductive terminal. Furthermore, since the uneven structure at the bottom of the through hole can be formed by forming a plurality of openings, it is considered that the adhesion between the second wiring layer 5 and the third wiring layer 103a is improved.

なお、図5(a)では単一の第1配線層3について2つの第3配線層103aを形成したが、図6に示すようにそれぞれの第3配線層103aに対して独立した第1配線層3が接続されていてもよい。   In FIG. 5A, two third wiring layers 103a are formed for a single first wiring layer 3. However, as shown in FIG. 6, first wirings independent of each third wiring layer 103a are formed. Layer 3 may be connected.

この構成によれば半導体基板に形成された貫通孔において、貫通孔形成前に、第1絶縁層に第3配線層103aを形成することにより、第3配線層103a(従来例では第1配線層)の変形や破損、或いは完全除去を防止でき、さらに半導体基板と第1配線層間の絶縁性を向上させ、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体や半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   According to this configuration, in the through hole formed in the semiconductor substrate, the third wiring layer 103a is formed in the first insulating layer before the through hole is formed, so that the third wiring layer 103a (the first wiring layer in the conventional example) is formed. ) Can be prevented from being deformed, damaged, or completely removed, and the insulation between the semiconductor substrate and the first wiring layer can be improved, and the through electrode formed thereafter and the reliability of the semiconductor or semiconductor package provided therewith can be improved. be able to.

(実施の形態3)
図7と図8はそれぞれ本発明の実施の形態3の半導体基板を示している。
実施の形態1との違いは、図7の場合には第1配線層3を形成しないことと、第3配線層103aが第1絶縁層2の端面より突出した形にある。それ以外は実施の形態1と同じである。
(Embodiment 3)
7 and 8 show a semiconductor substrate according to the third embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that the first wiring layer 3 is not formed in the case of FIG. 7 and that the third wiring layer 103 a protrudes from the end face of the first insulating layer 2. The rest is the same as in the first embodiment.

更に、図8の場合には、第1配線層3を形成せずに、第3配線層103aが第1絶縁層2の端面より突出した形状であるとともに、大径部4aの内側に絶縁体15を充填するのではなくて第2配線層5となる導電材料を充填して、この大径部4aの内側に充填された第2配線層5の上に、半導体パッケージの回路素子を外部回路との接続に使用される導電部材9が設けられている。   Further, in the case of FIG. 8, without forming the first wiring layer 3, the third wiring layer 103a has a shape protruding from the end face of the first insulating layer 2, and an insulator is provided inside the large-diameter portion 4a. 15 is filled with a conductive material to be the second wiring layer 5, and the circuit element of the semiconductor package is placed on the second wiring layer 5 filled inside the large diameter portion 4a. The conductive member 9 used for connection with the is provided.

この図7と図8のように構成した半導体基板では、第3配線層103aが外部回路等と直接接続することになる。図8の場合には、大径部4aの内側に充填された第2配線層5の上に導電部材9を設けているため、貫通孔ピッチを短縮することができるようになる。   In the semiconductor substrate configured as shown in FIGS. 7 and 8, the third wiring layer 103a is directly connected to an external circuit or the like. In the case of FIG. 8, since the conductive member 9 is provided on the second wiring layer 5 filled inside the large diameter portion 4a, the through hole pitch can be shortened.

第1絶縁層2の端面より突出した形状の第3配線層103aの具体的な形成方法は、CMP等により、図2(e)のように第3配線層103aを第1絶縁層2内部に形成した後、CHF3やCF4ガスを用いたドライエッチング工法を適用し、第1絶縁層2のみを除去することにより形成できる。また、先に第3配線層103aを形成したあと、第1絶縁層2を第3配線層103aの周りに形成してもよい。具体的には、半導体基板1の上に導電膜層を形成し、その後パターニングにより第3配線層103aを形成し、その後、全面に第1絶縁層2を形成し、その後、全面エッチングして第3配線層103aを露出させる。   A specific method of forming the third wiring layer 103a having a shape protruding from the end face of the first insulating layer 2 is as follows. The third wiring layer 103a is placed inside the first insulating layer 2 as shown in FIG. After the formation, a dry etching method using CHF3 or CF4 gas is applied and only the first insulating layer 2 is removed. Alternatively, the first insulating layer 2 may be formed around the third wiring layer 103a after the third wiring layer 103a is formed first. Specifically, a conductive film layer is formed on the semiconductor substrate 1, and then the third wiring layer 103a is formed by patterning. Thereafter, the first insulating layer 2 is formed on the entire surface, and then the entire surface is etched to form the first wiring layer 103a. The three wiring layers 103a are exposed.

この構成によれば、大径部4aの形成前に、第1絶縁層2に第3配線層103aを形成することにより、第3配線層103a(従来例では第1配線層)の変形や破損、或いは完全除去を防止でき、さらに半導体基板と第1配線層間の絶縁性を向上させ、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体や半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   According to this configuration, by forming the third wiring layer 103a in the first insulating layer 2 before the formation of the large diameter portion 4a, the third wiring layer 103a (first wiring layer in the conventional example) is deformed or damaged. Alternatively, complete removal can be prevented, the insulation between the semiconductor substrate and the first wiring layer can be improved, and the reliability of the through electrode formed thereafter and the semiconductor or semiconductor package provided therewith can be improved.

(実施の形態4)
図9は本発明の実施の形態4を示す。
これは図8に示した半導体基板を2層に積層したものであって、実施の形態1との違いは、大径部4aの内部もメッキ等の導電材料により埋め込み、孔全体で第2配線層を形成しており、その貫通孔の直上に導電部材9が形成され、さらに半導体基板1を半導体基板1の上に積層した形にある。それ以外は実施の形態1と同じである。
(Embodiment 4)
FIG. 9 shows a fourth embodiment of the present invention.
This is a laminate of the semiconductor substrate shown in FIG. 8 in two layers. The difference from the first embodiment is that the inside of the large-diameter portion 4a is also filled with a conductive material such as plating, and the second wiring is formed over the entire hole. The conductive member 9 is formed immediately above the through hole, and the semiconductor substrate 1 is laminated on the semiconductor substrate 1. The rest is the same as in the first embodiment.

この実施の形態4では半導体基板1,1を2層に積層する場合を示しているが、3層以上積層する場合もある。導電部材9は半田ボールや半田バンプ等で形成され、形状はこの実施の形態では直方体になっているが、柱状や球状であってもよい。しかし、複数の半導体基板の積層時に、あるいは積層基板を他の回路基板(図11の基板17を参照)へ実装する時に貫通電極に衝撃が加わり、大径部4aの内部に形成された第2配線層5を介して第3配線層103aに物理的ダメージが加わることによって、貫通電極の信頼性が低下するという新たな課題が想定されるが、この構成によれば半導体基板に形成された貫通孔において、第1絶縁層に貫通孔底部の面積より小さな開口径を有する小径部4bの中に第3配線層103aを形成し、第1絶縁層2のエッチング時に発生する第1配線層3の薄膜化を防ぐことにより積層時の衝撃に対する耐久性が高くなるため、第3配線層103a(従来例では第2配線層)の変形や破損を防止でき、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   In the fourth embodiment, the semiconductor substrates 1 and 1 are stacked in two layers. However, in some cases, three or more layers are stacked. The conductive member 9 is formed of a solder ball, a solder bump, or the like, and has a rectangular parallelepiped shape in this embodiment, but may be a columnar shape or a spherical shape. However, when the plurality of semiconductor substrates are stacked or when the stacked substrate is mounted on another circuit substrate (see the substrate 17 in FIG. 11), an impact is applied to the through electrode, and the second formed in the large diameter portion 4a. A new problem that the reliability of the through electrode is lowered due to physical damage to the third wiring layer 103a through the wiring layer 5 is assumed. According to this configuration, the through hole formed in the semiconductor substrate is assumed. In the hole, the third wiring layer 103a is formed in the first insulating layer in the small diameter portion 4b having an opening diameter smaller than the area of the bottom of the through hole, and the first wiring layer 3 generated when the first insulating layer 2 is etched. By preventing the thinning, durability against impact during stacking is increased, so that deformation and breakage of the third wiring layer 103a (second wiring layer in the conventional example) can be prevented. Provided It is possible to improve the reliability of the conductor package.

(実施の形態5)
図10は本発明の実施の形態5を示す。
実施の形態1との違いは、第1配線層3が存在せず、第3配線層103aが小径部4bの中だけでなく第1絶縁層2上にも形成され、第1配線層3も兼ねていることである。この実施の形態5の第3配線層103aの形成方法としては、CVD法やスパッタリング工法、蒸着法などにより小径部4bの中と第1絶縁層2上に同時に導電性材料を成膜する。導電性材料として、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、あるいは上記材料の混合物であってもよい。また、その構造は単層だけでなく2層以上の多層膜でも構わない。次に、配線回路を形成するために、フォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ工法によりパターニングする。フォトレジストはスピンコーティングにより形成した。その後、ドライエッチング工法等で、配線回路を形成し、フォトレジストをアッシングや有機溶剤によって除去する。
(Embodiment 5)
FIG. 10 shows a fifth embodiment of the present invention.
The difference from the first embodiment is that the first wiring layer 3 does not exist, the third wiring layer 103a is formed not only in the small diameter portion 4b but also on the first insulating layer 2, and the first wiring layer 3 is also formed. It is also serving. As a method of forming the third wiring layer 103a of the fifth embodiment, a conductive material is simultaneously formed in the small diameter portion 4b and on the first insulating layer 2 by a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like. The conductive material may be a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a Si-based material such as polysilicon, or a mixture of the above materials. The structure may be not only a single layer but also a multilayer film of two or more layers. Next, in order to form a wiring circuit, a photoresist is applied and patterned by a photolithography method. The photoresist was formed by spin coating. Thereafter, a wiring circuit is formed by a dry etching method or the like, and the photoresist is removed by ashing or an organic solvent.

配線回路を形成する方法として、ドライエッチング法のほかに、酢酸や硝酸等の酸性薬液やNaOH等のアルカリ性薬液、H等を用いたウェットエッチング法でもよい。エッチング加工用のマスクとしてフォトレジストを使用する説明をしたが、マスク材料としてSiOやSiN等のハードマスクやAlやNi等のメタルマスクでもよい。 As a method for forming the wiring circuit, in addition to the dry etching method, an acidic chemical solution such as acetic acid or nitric acid, an alkaline chemical solution such as NaOH, H 2 O 2, or the like may be used. Although description has been given of using a photoresist as a mask for etching processing, a hard mask such as SiO 2 or SiN or a metal mask such as Al or Ni may be used as a mask material.

また、この実施の形態では、小径部4bに充填されている導電性材料103の一部に窪み103bが形成されているが、完全に充填されていてもよい。しかし、第3配線層103aをスパッタリング等で成膜する場合、小径部4bと第1絶縁層2上に同時に成膜するためその成膜される面積が広くなり、後工程でかかる熱ストレス等によって、導電性材料103と第1絶縁層2の材料の熱膨張係数が異なるため、導電性材料103と第1絶縁層2との密着力が減少し、最悪、膜剥がれが発生するという新たな課題が想定される。その場合は、ドライエッチング法等で、小径部4bの側壁部に凸凹部を形成するか、第1絶縁層2としてエッチングレートの異なる複数の絶縁層を積層させておくことにより、上と同様に小径部4bの側壁部に凸凹部を形成して膜密着力を向上させるとよい。また、第3配線層103aと第1配線層3を同時に形成することにより、第3配線層103aと第1配線層3との膜密着性の問題がなくなる。また、第3配線層103aを形成する工程や第1配線層3を形成する工程の一部が省略できるため、製造リードタイムを短縮することができる。   In this embodiment, the depression 103b is formed in a part of the conductive material 103 filled in the small diameter portion 4b. However, the depression 103b may be completely filled. However, when the third wiring layer 103a is formed by sputtering or the like, since the film is formed on the small diameter portion 4b and the first insulating layer 2 at the same time, the area of the film is increased, which is caused by thermal stress applied in a later process. Since the thermal expansion coefficients of the conductive material 103 and the first insulating layer 2 are different from each other, the adhesion between the conductive material 103 and the first insulating layer 2 is reduced, and the new problem that the film peeling occurs in the worst case. Is assumed. In that case, a dry etching method or the like is used to form a convex / concave portion on the side wall portion of the small diameter portion 4b or to laminate a plurality of insulating layers having different etching rates as the first insulating layer 2 in the same manner as above. It is preferable to improve the film adhesion by forming convex and concave portions on the side wall portion of the small diameter portion 4b. Further, by forming the third wiring layer 103a and the first wiring layer 3 at the same time, the problem of film adhesion between the third wiring layer 103a and the first wiring layer 3 is eliminated. Further, part of the step of forming the third wiring layer 103a and the step of forming the first wiring layer 3 can be omitted, so that the manufacturing lead time can be shortened.

この構成によれば半導体基板に形成された第1貫通孔において、第1絶縁層に貫通孔底部の面積より小さな開口径を有する小径部4bの中に第3配線層103aを備え、第3配線層103aが第1配線層の機能を同時に果たすことにより、第3配線層103aと第1配線層との密着性の問題がなくなるため、その後に形成される貫通電極およびそれを設けた半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。さらに、第3配線層103aを形成する工程や第1配線層を形成する工程の一部が省略できるため、製造リードタイムを短縮することができる。   According to this configuration, in the first through hole formed in the semiconductor substrate, the third wiring layer 103a is provided in the first insulating layer in the small diameter portion 4b having an opening diameter smaller than the area of the bottom of the through hole. Since the layer 103a performs the function of the first wiring layer at the same time, the problem of adhesion between the third wiring layer 103a and the first wiring layer is eliminated. Therefore, the through electrode formed thereafter and the semiconductor package provided with the through electrode Reliability can be improved. Furthermore, part of the step of forming the third wiring layer 103a and the step of forming the first wiring layer can be omitted, so that the manufacturing lead time can be shortened.

(実施の形態6)
図11は本発明の実施の形態6における半導体パッケージの貫通電極部分の断面図である。
(Embodiment 6)
FIG. 11 is a cross-sectional view of the through electrode portion of the semiconductor package according to the sixth embodiment of the present invention.

実施の形態1との違いは、実施の形態1は半導体基板自身の構造についての実施例だが、実施の形態6はその半導体基板を樹脂成型した半導体パッケージの実施例である。
図11に示すように、半導体基板1の厚さ方向にドライエッチングによって形成された貫通孔1は開口径が5μmから200μm程度で孔深さは10μmから400μm程度の大きさであり、第1絶縁層に大径部4aの底部の面積より小さな開口径を有する小径部4bの中に第3配線層103aを形成し、その半導体基板がダイボンド材等で2層に積層されている。
The difference from the first embodiment is that the first embodiment is an example of the structure of the semiconductor substrate itself, but the sixth embodiment is an example of a semiconductor package in which the semiconductor substrate is resin-molded.
As shown in FIG. 11, the through hole 1 formed by dry etching in the thickness direction of the semiconductor substrate 1 has an opening diameter of about 5 μm to 200 μm and a hole depth of about 10 μm to 400 μm. A third wiring layer 103a is formed in a small-diameter portion 4b having an opening diameter smaller than the area of the bottom of the large-diameter portion 4a, and the semiconductor substrate is laminated in two layers with a die bond material or the like.

そのあと、基板17にフリップチップ接合し、アンダーフィル材18で接続部を保護した後、基板全体を樹脂19で覆い、最後に半田ボール等の導電部材20を搭載することにより半導体パッケージが形成される。   After that, after flip-chip bonding to the substrate 17 and protecting the connecting portion with the underfill material 18, the entire substrate is covered with a resin 19, and finally a conductive member 20 such as a solder ball is mounted to form a semiconductor package. The

この実施の形態6では2層の半導体基板1,1を積層する場合を示しているが、単層の場合もあるし、3層以上積層する場合もある。また、1つの半導体パッケージ内に積層された基板が1対形成されているが、2対以上形成されていてもよい。しかし、樹脂モールド形成時や本半導体パッケージを別のプリント基板等にリフロー等で接続する場合、パッケージ全体が高温にさらされ、貫通電極部分に多くの熱エネルギーがかかることが予想されるが、この構成によれば半導体基板に形成された貫通孔4において、第1絶縁層に貫通孔底部の面積より小さな面積の開口径を有する第3配線層103aを形成することにより、第3配線層103a(従来例では第1配線層)の強度を向上させることができるため、半導体パッケージの信頼性を向上させることができる。   In the sixth embodiment, a case where two layers of semiconductor substrates 1 and 1 are stacked is shown, but there may be a single layer or three or more layers. In addition, one pair of substrates stacked in one semiconductor package is formed, but two or more pairs may be formed. However, when resin molds are formed or when this semiconductor package is connected to another printed circuit board or the like by reflow or the like, it is expected that the entire package will be exposed to high temperatures and a large amount of thermal energy will be applied to the through electrode part. According to the configuration, in the through hole 4 formed in the semiconductor substrate, the third wiring layer 103a (having an opening diameter smaller than the area of the bottom of the through hole is formed in the first insulating layer, whereby the third wiring layer 103a ( In the conventional example, since the strength of the first wiring layer) can be improved, the reliability of the semiconductor package can be improved.

なお、実施の形態1〜6で用いた半導体基板1の材質はシリコン、シリカゲルマニウム等のシリコン系半導体、あるいはガリウムヒ素 ガリウムナイトライド、インジウムリン等の化合物半導体である。   The material of the semiconductor substrate 1 used in the first to sixth embodiments is a silicon-based semiconductor such as silicon or silica gel, or a compound semiconductor such as gallium arsenide gallium nitride or indium phosphide.

本発明は、貫通電極を用いたデバイスの小型化、多段チップ積層技術の用途などに寄与する。   The present invention contributes to the miniaturization of devices using through electrodes, the use of multistage chip stacking technology, and the like.

本発明の実施の形態1における半導体基板の断面図と第3の配線層の水平断面図、第3の配線層の別の例の水平断面図Sectional view of semiconductor substrate, horizontal sectional view of third wiring layer, and horizontal sectional view of another example of third wiring layer in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施の形態1における半導体の貫通電極部分の形成工程図Process for forming a through electrode portion of a semiconductor in the first embodiment of the present invention 同実施の形態1における半導体の貫通電極部分の形成工程図Process for forming through electrode portion of semiconductor in the first embodiment 同実施の形態の貫通孔の寸法を説明する断面図Sectional drawing explaining the dimension of the through-hole of the embodiment 本発明の実施の形態2における半導体の貫通電極部分の断面図Sectional drawing of the penetration electrode part of the semiconductor in Embodiment 2 of this invention 同実施の形態の第1配線層の別の例を示す断面図Sectional drawing which shows another example of the 1st wiring layer of the embodiment 本発明の実施の形態3における半導体の貫通電極部分の断面図Sectional drawing of the penetration electrode part of the semiconductor in Embodiment 3 of this invention 同実施の形態の第2配線層の別の例の断面図Sectional drawing of another example of the 2nd wiring layer of the same embodiment 本発明の実施の形態4における半導体の貫通電極部分の断面図Sectional drawing of the penetration electrode part of the semiconductor in Embodiment 4 of this invention 本発明の実施の形態5における半導体の貫通電極部分の断面図Sectional drawing of the penetration electrode part of the semiconductor in Embodiment 5 of this invention 本発明の実施の形態6における半導体パッケージの貫通電極部分の断面図Sectional drawing of the penetration electrode part of the semiconductor package in Embodiment 6 of this invention 貫通電極を有する半導体基板をパッケージした半導体パッケージの断面図Cross-sectional view of a semiconductor package in which a semiconductor substrate having a through electrode is packaged 特許文献1の貫通電極形成の工程図Process drawing of forming through electrode of Patent Document 1 特許文献2の貫通電極形成の工程図Process drawing of forming through electrode of Patent Document 2

1 半導体基板
1a 半導体基板1の一方の面
1b 半導体基板1の他方の面
2 第1絶縁層
3 第1配線層
4 貫通孔
4a 大径部(第1の開口部)
4b 小径部(=小径部4b)
5 第2配線層
7 第2絶縁層
8 保護膜
9 導電部材
15 絶縁体
18 アンダーフィル材
19 樹脂
20 導電部材
101 フォトレジスト
103 導電性材料
103a 第3配線層
104 フォトレジスト
105 フォトレジスト
106 開口部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1a One surface of the semiconductor substrate 1 1b The other surface of the semiconductor substrate 1 2 1st insulating layer 3 1st wiring layer 4 Through-hole 4a Large diameter part (1st opening part)
4b Small diameter part (= Small diameter part 4b)
5 Second Wiring Layer 7 Second Insulating Layer 8 Protective Film 9 Conductive Member 15 Insulator 18 Underfill Material 19 Resin 20 Conductive Member 101 Photoresist 103 Conductive Material 103a Third Wiring Layer 104 Photoresist 105 Photoresist 106 Opening

Claims (18)

半導体基板の一方の面に第1絶縁層を介して第1配線層が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通孔の内周に第2配線層を形成した貫通電極を有する半導体基板であって、
前記貫通孔は、 前記半導体基板の他方の面から前記第1絶縁層に向かって形成された第1の開口部と、
前記第1の開口部よりも開口面積が小さく前記第1の開口部の底部から前記第1絶縁層を貫通して前記第1の配線層に達する第2の開口部とで形成され、
前記第2の開口部に第3配線層を設け、前記半導体基板の他方の面に達している前記第2配線層が、第3配線層を経て前記第1の配線層に電気接続されている
半導体基板。
A semiconductor substrate having a through electrode in which a first wiring layer is formed on one surface of a semiconductor substrate via a first insulating layer, and a second wiring layer is formed on the inner periphery of a through hole penetrating the semiconductor substrate. ,
The through hole includes a first opening formed from the other surface of the semiconductor substrate toward the first insulating layer;
A second opening having a smaller opening area than the first opening and reaching the first wiring layer from the bottom of the first opening through the first insulating layer;
A third wiring layer is provided in the second opening, and the second wiring layer reaching the other surface of the semiconductor substrate is electrically connected to the first wiring layer through the third wiring layer. Semiconductor substrate.
前記貫通孔の前記第1の開口部の周面にわたって第2絶縁層が形成され、
前記第2配線層と前記半導体基板の間に前記第2絶縁層が介在している
請求項1記載の半導体基板。
A second insulating layer is formed over a peripheral surface of the first opening of the through hole;
The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second insulating layer is interposed between the second wiring layer and the semiconductor substrate.
半導体基板の一方の面に第1絶縁層が形成され、前記半導体基板を貫通する貫通孔の内周に第2配線層を形成した貫通電極を有する半導体基板であって、
前記貫通孔は、前記半導体基板の他方の面から前記第1絶縁層に向かって形成された第1の開口部と、
前記第1の開口部よりも開口面積が小さく前記第1の開口部の底部から前記第1絶縁層を貫通する第2の開口部と、
前記第2の開口部に形成されて一端が前記第1絶縁層から突出した第3配線層とを有しており、前記半導体基板の他方の面に達している前記第2配線層が、第3配線層に電気接続されている
半導体基板。
A semiconductor substrate having a through electrode in which a first insulating layer is formed on one surface of the semiconductor substrate and a second wiring layer is formed on an inner periphery of a through hole penetrating the semiconductor substrate;
The through hole includes a first opening formed from the other surface of the semiconductor substrate toward the first insulating layer;
A second opening having a smaller opening area than the first opening and penetrating the first insulating layer from the bottom of the first opening;
A second wiring layer formed on the second opening and having one end protruding from the first insulating layer and reaching the other surface of the semiconductor substrate; A semiconductor substrate electrically connected to three wiring layers.
前記第2の開口部に導電材料を充填して前記第2配線層が形成され、前記第2の開口部に充填された前記第2配線層の上に外部回路と電気的に接続するための導電部材を備えた
請求項3記載の半導体基板。
The second wiring layer is formed by filling the second opening with a conductive material, and electrically connected to an external circuit on the second wiring layer filled in the second opening. The semiconductor substrate of Claim 3 provided with the electrically-conductive member.
前記第2配線層は、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、またはそれらを含有した導電性材料、ポリシリコン等のSi系材料であり、前記第2配線層は単層または2層以上の多層膜である
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
The second wiring layer is made of a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a conductive material containing them, or a Si-based material such as polysilicon. 4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the second wiring layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.
前記第2絶縁層は、SiN、SiO、BPSG、熱酸化膜等のSi化合物やAl等の金属化合物、またはポリイミド樹脂等の有機化合物であり、また前記第2絶縁層は単層または2層以上の多層膜である
請求項2記載の半導体基板。
The second insulating layer is a Si compound such as SiN, SiO 2 , BPSG, or a thermal oxide film, a metal compound such as Al 2 O 3 , or an organic compound such as a polyimide resin, and the second insulating layer is a single layer. 3. The semiconductor substrate according to claim 2, wherein the semiconductor substrate is a multilayer film having two or more layers.
前記第2配線層上にその表面の一部を露出するように形成された保護膜と、
前記第2配線層上に外部回路と電気的に接続するための導電部材とを備える
請求項1記載の半導体基板。
A protective film formed on the second wiring layer so as to expose a part of the surface thereof;
The semiconductor substrate according to claim 1, further comprising a conductive member electrically connected to an external circuit on the second wiring layer.
前記貫通孔の内部に形成された空隙部の一部、または全体に絶縁材料が充填されている
請求項1記載の半導体基板。
The semiconductor substrate according to claim 1, wherein an insulating material is filled in a part or the whole of the gap formed inside the through hole.
前記第1の開口部の半導体基板1の他方の面1bの孔径は、前記第1の開口部の底部の孔径より大きい
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein a hole diameter of the other surface 1 b of the semiconductor substrate 1 of the first opening is larger than a hole diameter of the bottom of the first opening.
前記半導体基板が、シリコン、シリカゲルマニウム等のシリコン系半導体、あるいはガリウムヒ素、ガリウムナイトライド、インジウムリン等の化合物半導体である
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
The semiconductor substrate according to claim 1 or 3, wherein the semiconductor substrate is a silicon-based semiconductor such as silicon or silica gel, or a compound semiconductor such as gallium arsenide, gallium nitride, or indium phosphide.
前記第3配線層は、Ti、W、Cu、Cr、Au、Al、Ag、Ni等の金属材料やTiN等の金属化合物、ポリシリコン等のSi系材料、あるいは上記材料の混合物であり、また前記第3配線層は単層又は2層以上の多層膜である
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
The third wiring layer is a metal material such as Ti, W, Cu, Cr, Au, Al, Ag, Ni, a metal compound such as TiN, a Si-based material such as polysilicon, or a mixture of the above materials. 4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the third wiring layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers.
前記第3配線層と前記第1配線層は同一材料で構成されている
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
4. The semiconductor substrate according to claim 1, wherein the third wiring layer and the first wiring layer are made of the same material.
前記第1絶縁層は、SiN、SiO、BPSG、熱酸化膜等のSi化合物やAl2O3等の金属化合物であり、また前記絶縁層は単層または2層以上の多層膜である
請求項1または請求項3記載の半導体基板。
The first insulating layer is a Si compound such as SiN, SiO 2 , BPSG, or a thermal oxide film, or a metal compound such as Al 2 O 3, and the insulating layer is a single layer or a multilayer film of two or more layers. The semiconductor substrate according to claim 3.
請求項1から請求項13の何れかに記載の半導体基板を内蔵した半導体パッケージ。   A semiconductor package incorporating the semiconductor substrate according to claim 1. 半導体基板の一方の面に第1絶縁層を形成する工程と、
第1絶縁層に形成されたレジストをマスクとして第1絶縁層をエッチングして第1絶縁層を貫通する第2の開口部を形成する工程と、
前記第2の開口部に第3配線層を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上に前記第3配線層に導通する第1配線層を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の面に形成されたレジストをマスクとして前記半導体基板をエッチングして前記半導体基板の他方の面から前記第3配線層が露出するように第2の開口部よりも開口面積が大きい第1の開口部を形成する工程と、
前記半導体基板の他方の面と前記第1の開口部の内側に第2絶縁層を形成する工程と、
前記第1の開口部の底部に形成された前記第2絶縁層を除去して前記第3配線層を露出させる工程と、
前記第1の開口部の内側に前記第3配線層に導通すると共に前記半導体基板の他方の面に達する第2配線層を形成する工程と
を有する半導体基板の製造方法。
Forming a first insulating layer on one surface of the semiconductor substrate;
Etching the first insulating layer using the resist formed in the first insulating layer as a mask to form a second opening penetrating the first insulating layer;
Forming a third wiring layer in the second opening;
Forming a first wiring layer electrically connected to the third wiring layer on the first insulating layer;
The semiconductor substrate is etched using a resist formed on the other surface of the semiconductor substrate as a mask so that the third wiring layer is exposed from the other surface of the semiconductor substrate so that the opening area is larger than the second opening. Forming a large first opening;
Forming a second insulating layer on the other surface of the semiconductor substrate and on the inside of the first opening;
Removing the second insulating layer formed at the bottom of the first opening to expose the third wiring layer;
Forming a second wiring layer which is electrically connected to the third wiring layer inside the first opening and reaches the other surface of the semiconductor substrate.
前記第2の開口部を形成する工程はドライエッチング工法やウェットエッチング工法により形成する
請求項15記載の半導体基板の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 15, wherein the step of forming the second opening is formed by a dry etching method or a wet etching method.
前記第3配線層を形成する工程はCVD法やスパッタリング法、蒸着法等により形成する
請求項15記載の半導体基板の製造方法。
16. The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 15, wherein the step of forming the third wiring layer is formed by a CVD method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like.
前記第3配線層と前記第1配線層を同時に形成する
請求項15記載の半導体基板の製造方法。
The method of manufacturing a semiconductor substrate according to claim 15, wherein the third wiring layer and the first wiring layer are formed simultaneously.
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