JP2012146784A - Semiconductor device, stacked package semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

Semiconductor device, stacked package semiconductor device and semiconductor device manufacturing method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To form a veer without voids.SOLUTION: A semiconductor device comprises a veer hole 51 penetrating a semiconductor substrate 11, an inorganic insulation film 13 covering an internal surface of the veer hole 51, a coupling layer 15 formed from a coupling agent with one end being coupled to a surface of the inorganic insulation film 13 by dehydration condensation and having a mercapto group or a sulfur-containing aromatic heterocyclic group on another end, a catalyst metal 16 coupled to the mercapto group or the sulfur-containing aromatic heterocyclic group, a seed layer 17 made of an electroless plated metal formed on the catalyst metal 16, and a veer 18a made of an electrolytic plating metal 18 formed on the seed layer 17 to fill the veer hole 51.

Description

本発明は、半導体装置、スタックドパッケージ型半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a stacked package semiconductor device, and a method for manufacturing a semiconductor device.

半導体回路が形成された複数の半導体チップを互いに重ね合わせて一つのパッケージに収容するスタックドパッケージ型半導体装置は、小さな実装面積に多くの半導体チップ、例えばメモリチップを搭載することできることから、高密度実装技術として期待され開発が進められている。   A stacked package semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips on which semiconductor circuits are formed is stacked on top of each other and accommodated in a single package can mount a large number of semiconductor chips, for example, memory chips, in a small mounting area. It is expected to be developed as a packaging technology and is being developed.

かかるスタックドパッケージ型半導体装置に、半導体チップの基板(半導体基板)を貫通するビアを形成し、このビアを介して半導体回路と実装基板とを接続するものがある。このスタックドパッケージ型半導体装置では、上下に積み重ねられた半導体チップのビアが重なり互いに接続されるように、半導体チップが積層される。そして、上方に積層された半導体チップに形成された半導体回路は、積層された2個の半導体チップに形成されたビアを介して実装基板の配線に接続される。この半導体装置では、半導体チップの外側に接続用の配線スペースを設ける必要がないので、半導体チップとほぼ同じ実装面積で実装することができる。   In some stacked package type semiconductor devices, vias penetrating a substrate (semiconductor substrate) of a semiconductor chip are formed, and a semiconductor circuit and a mounting substrate are connected via the vias. In this stacked package type semiconductor device, semiconductor chips are stacked such that vias of semiconductor chips stacked one above the other overlap and are connected to each other. And the semiconductor circuit formed in the semiconductor chip laminated | stacked upward is connected to the wiring of a mounting board | substrate through the via | veer formed in two laminated | stacked semiconductor chips. In this semiconductor device, since it is not necessary to provide a wiring space for connection outside the semiconductor chip, it can be mounted with substantially the same mounting area as the semiconductor chip.

上述の半導体基板を貫通するビアの形成工程は、まず、半導体基板上面にビアホールとなる盲穴を形成し、その盲穴の内壁面に例えば金属酸化物からなる無機絶縁膜を形成した後、盲穴をめっき金属で埋め込む。その後、半導体基板の下面をめっき金属が表出するまで研削して、半導体基板を貫通するビアが形成される。この盲穴へのめっき金属の埋め込みは、通常、無機絶縁膜上に金属薄膜を形成したのち、この金属薄膜をシード層とする電解めっきによりなされる。   The above-described via forming process through the semiconductor substrate is performed by first forming a blind hole to be a via hole on the upper surface of the semiconductor substrate, and forming an inorganic insulating film made of, for example, a metal oxide on the inner wall surface of the blind hole. Fill the hole with plated metal. Thereafter, the lower surface of the semiconductor substrate is ground until the plated metal is exposed, and a via penetrating the semiconductor substrate is formed. The filling of the plated metal into the blind hole is usually performed by electrolytic plating using the metal thin film as a seed layer after forming a metal thin film on the inorganic insulating film.

しかし、チップ面積を小さくするには、ビアは細いことが望ましい。一方、半導体基板の強度を保持するために、半導体基板は厚いことが望ましい。従って、ビアを形成するためのビアホールは、大きなアスペクト比、例えば5以上のアスペクト比を有する盲穴として形成される。従来、シード層となる金属薄膜は、蒸着またはスパッタにより形成されていた。しかし、蒸着またはスパッタでは、このようなアスペクト比の大きな盲穴の内壁面を一様に被覆することが難しい。   However, it is desirable that the via be thin in order to reduce the chip area. On the other hand, it is desirable that the semiconductor substrate is thick in order to maintain the strength of the semiconductor substrate. Therefore, the via hole for forming the via is formed as a blind hole having a large aspect ratio, for example, an aspect ratio of 5 or more. Conventionally, the metal thin film used as a seed layer has been formed by vapor deposition or sputtering. However, in vapor deposition or sputtering, it is difficult to uniformly coat the inner wall surface of such a blind hole having a large aspect ratio.

このため、無電解めっきによるシード層の形成が提案されている。しかし、無電解めっきにより無機絶縁膜上に形成された金属薄膜は、絶縁膜との密着性が弱く剥離しやすく、一部が欠落することがある。そのため、無機絶縁膜上に一様に金属薄膜を形成することが難しい。このような金属薄膜をシードとして盲穴をめっき金属で埋め込むと、巣やボイドを発生し、ビアの信頼性が損なわれる。   For this reason, formation of a seed layer by electroless plating has been proposed. However, the metal thin film formed on the inorganic insulating film by electroless plating is weak in adhesion to the insulating film and easily peels off, and a part thereof may be lost. Therefore, it is difficult to form a metal thin film uniformly on the inorganic insulating film. When such a metal thin film is used as a seed and the blind hole is filled with a plating metal, a nest or a void is generated and the reliability of the via is impaired.

絶縁膜と金属薄膜との密着強度を高めるために、金属捕捉能を有する官能基を付加したカップリング剤を絶縁膜に結合させたのち、触媒金属をその官能基に捕捉させ、その上に無電解めっき金属からなる金属薄膜をシード層として形成する方法が開発されている。   In order to increase the adhesion strength between the insulating film and the metal thin film, a coupling agent to which a functional group having a metal capturing ability is added is bonded to the insulating film, and then the catalytic metal is captured by the functional group. A method of forming a metal thin film made of electroplated metal as a seed layer has been developed.

特開2009−019312号公報JP 2009-019312 A 特開2007−043131号公報JP 2007-0433131 A 特開2000−212754号公報JP 2000-212754 A 特開2006−016684号公報JP 2006-016684 A 特許第3670238号Japanese Patent No. 3670238

上述したように、盲穴の内壁面を無機絶縁膜で被覆し、その無機絶縁膜上に無電解めっきにより金属薄膜を形成すると、無機絶縁膜と金属薄膜との接着強度が弱く、一様な金属薄膜を形成することが難しい。このような金属薄膜をシード層として用いて盲穴をめっき金属で埋め込むと、巣またはボイドが発生しやすくビアの信頼性が損なわれる。   As described above, when the inner wall surface of the blind hole is covered with an inorganic insulating film and a metal thin film is formed on the inorganic insulating film by electroless plating, the adhesive strength between the inorganic insulating film and the metal thin film is weak and uniform. It is difficult to form a metal thin film. When such a metal thin film is used as a seed layer and the blind hole is filled with a plating metal, a nest or a void is likely to occur and the reliability of the via is impaired.

無機絶縁膜と金属薄膜との密着強度を高めるために、金属捕捉能を有する官能基が付加されたカップリング剤による無機絶縁膜の改質処理がなされている。従来、金属捕捉能を有する官能基として、多様な官能基、例えばメルカプト基、チオール基、ジスルフィド基、アミノ基、アゾール基または含硫黄複素環式化合物を含む複素環式化合物が提案されている。   In order to increase the adhesion strength between the inorganic insulating film and the metal thin film, the inorganic insulating film is modified with a coupling agent to which a functional group having a metal capturing ability is added. Conventionally, various functional groups having a metal-trapping ability, such as mercapto groups, thiol groups, disulfide groups, amino groups, azole groups, or heterocyclic compounds containing sulfur-containing heterocyclic compounds have been proposed.

しかし、従来のカップリング剤を用いてビアを形成する半導体装置では、無機絶縁膜と無電解めっき金属薄膜との密着性が劣るものがあり、信頼性の高いビアを形成することが難しかった。   However, in a semiconductor device in which a via is formed using a conventional coupling agent, there is an inferior adhesion between the inorganic insulating film and the electroless plating metal thin film, and it is difficult to form a highly reliable via.

本発明は、半導体基板を貫通するビアを形成する際、無電解めっきを用いて無機絶縁膜との高い密着強度を有するシード層を形成することで、信頼性の高いビアを有する半導体装置、スタックドパッケージ型半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention provides a semiconductor device and a stack having a highly reliable via by forming a seed layer having high adhesion strength with an inorganic insulating film using electroless plating when forming a via penetrating a semiconductor substrate. An object of the present invention is to provide a packaged semiconductor device and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するための本発明は、その一態様によれば、上面に半導体回路が形成された半導体基板と、前記半導体基板を貫通するビアホールと、前記ビアホールの内壁面を被覆する無機絶縁膜と、前記無機絶縁膜の表面に脱水縮合により一端が結合され、他端にメルカプト基又は含硫黄芳香族複素環式基を有するカップリング剤から形成されたカップリング層と、前記メルカプト基又は前記含硫黄芳香族複素環式基に結合された触媒金属と、前記触媒金属上に形成された無電解めっき金属からなるシード層と、前記ビアホールを埋め込み前記シード層上に形成された電解めっき金属からなるビアと、を有することを特徴とする半導体装置として提供される。   According to one aspect of the present invention for solving the above-mentioned problems, a semiconductor substrate having a semiconductor circuit formed on an upper surface, a via hole penetrating the semiconductor substrate, and an inorganic insulating film covering an inner wall surface of the via hole A coupling layer formed from a coupling agent having one end bonded to the surface of the inorganic insulating film by dehydration condensation and the other end having a mercapto group or a sulfur-containing aromatic heterocyclic group, and the mercapto group or the From a catalyst metal bonded to a sulfur-containing aromatic heterocyclic group, a seed layer made of an electroless plating metal formed on the catalyst metal, and an electroplating metal formed on the seed layer with the via hole embedded therein And a via that is provided as a semiconductor device.

本発明によると、金属酸化物からなる無機絶縁膜上に密着強度の高い無電解めっき金属からなるシード層が形成される。このため、このシード層をシードとする電解めっきによりビアを埋め込むことで、巣またはボイドのない信頼性の高いビアを形成することができる。   According to the present invention, a seed layer made of an electroless plating metal having high adhesion strength is formed on an inorganic insulating film made of a metal oxide. For this reason, a highly reliable via without a nest or a void can be formed by embedding a via by electrolytic plating using the seed layer as a seed.

本発明の第1実施形態の密着度試験の工程断面図Process sectional drawing of the adhesion test of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態の密着度試験の結果を表す図The figure showing the result of the adhesion test of 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態で用いられたカップリング剤の化学式を表す図The figure showing chemical formula of the coupling agent used in 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態の積層構造断面図Cross-sectional view of the laminated structure of the first embodiment of the present invention 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その1)Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment of this invention (the 1) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その2)Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment of this invention (the 2) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その3)Sectional view of manufacturing process of semiconductor device according to second embodiment of the present invention (No. 3) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その4)Sectional view of manufacturing process of semiconductor device according to second embodiment of the present invention (Part 4) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その5)Sectional drawing of the manufacturing process of the semiconductor device of 2nd Embodiment of this invention (the 5) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その6)Sectional view of manufacturing process of semiconductor device according to second embodiment of the present invention (No. 6) 本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その7)Sectional view of manufacturing process of semiconductor device according to second embodiment of the present invention (No. 7) 本発明の第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置の製造工程断面図(その1)Sectional view of the manufacturing process of the stacked package semiconductor device according to the second embodiment of the present invention (No. 1) 本発明の第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置の製造工程断面図(その2)Sectional view of manufacturing process of stacked package semiconductor device according to second embodiment of the present invention (No. 2)

本発明の発明者は、金属酸化物からなる無機絶縁膜上に、カップリング剤による処理工程および触媒金属の付加工程を経て形成された無電解めっき金属薄膜の接着強度を、カップリング剤に含まれる触媒金属捕捉能を有する官能基との関係について鋭意検討した。その結果、メルカプト基または含硫黄芳香族複素環式基を触媒金属の捕捉能を有する官能基として含むカップリング剤を用いた場合に、とくに無機絶縁膜との密着強度が高い無電解めっき金属薄膜が形成されることを発見した。本発明はかかる発見に基づきなされた。以下、本発明を、実施形態を参照しつつ詳細に説明する。   The inventor of the present invention includes, in the coupling agent, the adhesive strength of the electroless plating metal thin film formed on the inorganic insulating film made of the metal oxide through the treatment step with the coupling agent and the addition step of the catalytic metal. The relationship with the functional group having a catalytic metal trapping ability was investigated. As a result, when using a coupling agent containing a mercapto group or a sulfur-containing aromatic heterocyclic group as a functional group capable of capturing a catalytic metal, an electroless plated metal thin film with particularly high adhesion strength to an inorganic insulating film Found that formed. The present invention has been made based on such findings. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to embodiments.

本発明の第1実施形態は、無機絶縁膜上にシード層を介して形成された電解めっき金属の密着強度と、シード層形成の際に用いたカップリング剤との関係を明らかにするための密着度試験に関する。   1st Embodiment of this invention is for clarifying the relationship between the adhesive strength of the electroplating metal formed through the seed layer on the inorganic insulating film, and the coupling agent used at the time of seed layer formation Related to adhesion test.

図1は本発明の第1実施形態の密着度試験の工程断面図であり、密着度試験の試料断面を表している。   FIG. 1 is a process cross-sectional view of the adhesion test of the first embodiment of the present invention, and shows a sample cross-section of the adhesion test.

本第1実施形態の密着度試験では、図1(a)を参照して、まず、上面が研磨された半導体基板11、例えばシリコン基板を準備し、その半導体基板11の上面を異方性イオンエッチングした。これにより、イオン52が照射された半導体基板11の上面に、微細な凹凸が形成される。この異方性イオンエッチングは、後述する第2実施形態におけるビアホールの内壁面と同様の凹凸を、半導体基板11上面に形成するためになされる。従って、この異方性イオンエッチングは、第2実施形態におけるビアホールを形成するイオンエッチングと同じ方法でなされることが好ましい。ここでは、塩素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(RIE)を用いた。なお、この凹凸は、その上に形成される各種薄膜のアンカーとして機能し、これらの薄膜の密着強度を向上させる。   In the adhesion test of the first embodiment, referring to FIG. 1A, first, a semiconductor substrate 11 whose upper surface is polished, for example, a silicon substrate, is prepared, and the upper surface of the semiconductor substrate 11 is anisotropically ionized. Etched. Thereby, fine irregularities are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 irradiated with the ions 52. This anisotropic ion etching is performed to form unevenness on the upper surface of the semiconductor substrate 11 similar to the inner wall surface of the via hole in the second embodiment to be described later. Therefore, this anisotropic ion etching is preferably performed by the same method as the ion etching for forming the via hole in the second embodiment. Here, reactive ion etching (RIE) using a chlorine-based gas was used. In addition, this unevenness | corrugation functions as an anchor of the various thin films formed on it, and improves the adhesive strength of these thin films.

ついで、図1(b)を参照して、半導体基板11の上面上に、金属酸化膜からなる無機絶縁膜13、例えばシリコン酸化膜を気相堆積法(CVD法)により形成した。この気相堆積法は低温での堆積が可能なので、半導体回路が形成されている半導体基板にも、半導体回路を損傷することなく無機絶縁膜13を形成することができる。もちろん、半導体回路を損傷しない他の形成方法を用いてもよい。   Next, referring to FIG. 1B, an inorganic insulating film 13 made of a metal oxide film, such as a silicon oxide film, was formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 by a vapor deposition method (CVD method). Since this vapor deposition method enables deposition at a low temperature, the inorganic insulating film 13 can be formed on a semiconductor substrate on which a semiconductor circuit is formed without damaging the semiconductor circuit. Of course, other formation methods that do not damage the semiconductor circuit may be used.

ついで、図1(c)を参照して、無機絶縁膜13の上面にカップリング剤が結合したカップリング層15を形成する。カップリング層15は、半導体基板11を1%濃度のカップリング剤水溶液に1分間浸漬した後、100℃、30分間の加熱脱水処理を行い形成した。用いたカップリング剤についは後述する。この加熱脱水処理により、無機絶縁膜13の表面(上面)に吸着されたカップリング剤は、その一端に有する加水分解性基が無機絶縁膜13と脱水縮合して強固に結合し、無機絶縁膜13上面に密着性の高いカップリング層15として形成される。   Next, referring to FIG. 1C, a coupling layer 15 in which a coupling agent is bonded is formed on the upper surface of the inorganic insulating film 13. The coupling layer 15 was formed by immersing the semiconductor substrate 11 in a 1% strength aqueous coupling agent solution for 1 minute, followed by heat dehydration treatment at 100 ° C. for 30 minutes. The coupling agent used will be described later. The coupling agent adsorbed on the surface (upper surface) of the inorganic insulating film 13 by this heat dehydration treatment is strongly bonded by dehydration condensation of the hydrolyzable group at one end of the coupling agent with the inorganic insulating film 13. 13 is formed as a coupling layer 15 having high adhesion on the upper surface.

ついで、図1(d)を参照して、半導体基板11を例えは塩化パラジウム及び塩化第1すずのコロイド浴又は錯塩を含む液温55℃のキャタポジット液(例えば、ロームアンドハース社の商品名キャタポジット44)に3分間浸漬した。これにより、触媒金属16が、カップリング剤の上面側に付加された金属捕捉能を有する官能基に捕捉され、カップリング層15の上面に結合する。   Next, referring to FIG. 1 (d), the semiconductor substrate 11 is a catalyst liquid having a liquid temperature of 55 ° C. containing a colloidal bath or complex salt of palladium chloride and first tin chloride (for example, a product name catalyst of Rohm and Haas Co., Ltd.). It was immersed in Pogitt 44) for 3 minutes. As a result, the catalytic metal 16 is captured by the functional group having a metal capturing ability added to the upper surface side of the coupling agent and bonded to the upper surface of the coupling layer 15.

ついで、触媒金属16の活性化処理を行った。この処理により、例えば加水分解生成物として吸着されているキャタポジットが、活性化した触媒金属16、例えば活性金属パラジウムに変換される。このように活性化された触媒金属16は、次工程の無電解めっき工程で触媒として作用し、金属の析出を促進する。この活性化処理は、例えばロームアンドハース社の商品名アクセレレータ19E水溶液に室温で6分間浸漬してなされる。   Subsequently, the activation process of the catalyst metal 16 was performed. By this treatment, for example, the catalyst adsorbed as a hydrolysis product is converted into an activated catalyst metal 16, for example, active metal palladium. The catalytic metal 16 activated in this way acts as a catalyst in the next electroless plating step, and promotes metal deposition. This activation treatment is performed, for example, by immersing in an aqueous solution of a trade name accelerator 19E manufactured by Rohm and Haas for 6 minutes at room temperature.

ついで、図1(e)を参照して、半導体基板11を無電解めっき液(例えばロームアンドハース社の商品名カッパーミックス)に室温下で20分間浸漬し、カップリング層15の上面に、触媒金属16を介して厚さ0.5μmの無電解めっき金属薄膜からなるシード層17を形成した。   Next, referring to FIG. 1 (e), the semiconductor substrate 11 is immersed in an electroless plating solution (for example, Rohm and Haas brand name Copper Mix) for 20 minutes at room temperature, and a catalyst is formed on the upper surface of the coupling layer 15. A seed layer 17 made of an electroless plated metal thin film having a thickness of 0.5 μm was formed through the metal 16.

ついで、図1(f)を参照して、シード層17を一方の電極とする電解めっきを用いて、シード層17に厚さ30μmのCuからなる電解めっき金属18を析出させた。ついで、150℃で1時間の熱処理を施した。この工程を経て、図1(f)に示す密着度試験の試料が作製された。   Next, referring to FIG. 1 (f), an electroplating metal 18 made of Cu having a thickness of 30 μm was deposited on the seed layer 17 using electroplating using the seed layer 17 as one electrode. Then, heat treatment was performed at 150 ° C. for 1 hour. Through this process, a sample for the adhesion test shown in FIG.

ついで、クロスカット法(JIS K5600−5−6:ISO2409)による電解めっき金属18の密着度試験を行った。   Subsequently, the adhesion test of the electroplating metal 18 by the crosscut method (JIS K5600-5-6: ISO2409) was performed.

密着度試験は、図1(g)を参照して、まず、電解めっき金属18、シード層17、触媒金属16、カップリング層15及び無機絶縁膜13を貫通し半導体基板11に達する溝53を、カッターナイフを用いて形成する。この溝53は碁盤目状に形成され、これにより、電解めっき金属18〜無機絶縁膜13が、縦横それぞれ10行10列の辺長1mmの正方形パターンに切り出される。   In the adhesion test, referring to FIG. 1 (g), first, a groove 53 reaching the semiconductor substrate 11 through the electrolytic plating metal 18, the seed layer 17, the catalyst metal 16, the coupling layer 15 and the inorganic insulating film 13 is formed. Form using a cutter knife. The grooves 53 are formed in a grid pattern, whereby the electroplated metal 18 to the inorganic insulating film 13 are cut into a square pattern with a side length of 1 mm, 10 rows and 10 columns in each direction.

ついで、図1(h)を参照して、電解めっき金属18上面に粘着テープ54を貼付し、粘着テープ54の一端を半導体基板の垂直方向に引張り引き剥がした。そのとき、半導体基板11上に残存している電解めっき金属の正方形パターンの数(以下「残存個数」という。)、言い換えれは、粘着テープ54に貼着したまま半導体基板11から剥がれることなく半導体基板11上に残留している正方形パターンの数を計測した。   Next, referring to FIG. 1 (h), an adhesive tape 54 was applied to the upper surface of the electroplated metal 18, and one end of the adhesive tape 54 was pulled off in the vertical direction of the semiconductor substrate. At that time, the number of electrolytic plating metal square patterns remaining on the semiconductor substrate 11 (hereinafter referred to as “remaining number”), in other words, the semiconductor substrate 11 is not peeled off from the semiconductor substrate 11 while being adhered to the adhesive tape 54. The number of square patterns remaining on 11 was counted.

この密着度試験は、異なる官能基(金属捕捉能を有する官能基)を有する複数種類のカップリング剤を用いて形成した電解めっき金属18について、各カップリング剤ごとにそれぞれ2回づつ行った。また、密着強度の判定は、残存個数が100〜95個のときを○、残存個数が94〜80個のときを△、残存個数が79〜0のときを×とした。なお、2回の密着度試験のうち、残存個数が少ない方の結果を判定に用いた。   This adhesion degree test was performed twice for each coupling agent, with respect to the electroplated metal 18 formed using a plurality of types of coupling agents having different functional groups (functional groups having metal capturing ability). In addition, in the determination of the adhesion strength, the case where the remaining number was 100 to 95 was evaluated as ◯, the case where the remaining number was 94 to 80, Δ, and the case where the remaining number was 79 to 0 as ×. Of the two adhesion tests, the result with the smaller remaining number was used for the determination.

図2は本発明の第1実施形態の密着度試験の結果を表す図であり、カップリング剤が有する官能基と密着強度との関係を表している。図3は本発明の第1実施形態で用いられたカップリング剤の化学式を表す図であり、図3(a)は実施例1で用いられたカップリング剤を、図3(b)は実施例2で用いられたカップリング剤を表している。なお、図3(b−1)は図3(b)中にXで表された官能基を例示している。図4は本発明の第1実施形態の積層構造断面図であり、図1(f)に示す上述した密着度試験の試料の断面を表している。   FIG. 2 is a diagram showing the results of the adhesion test of the first embodiment of the present invention, and shows the relationship between the functional group of the coupling agent and the adhesion strength. FIG. 3 is a view showing the chemical formula of the coupling agent used in the first embodiment of the present invention. FIG. 3 (a) shows the coupling agent used in Example 1, and FIG. 2 represents the coupling agent used in Example 2. In addition, FIG.3 (b-1) has illustrated the functional group represented by X in FIG.3 (b). FIG. 4 is a cross-sectional view of the laminated structure according to the first embodiment of the present invention, and shows a cross section of the sample of the above-described adhesion test shown in FIG.

図2を参照して、本第1実施形態の実施例1は、カップリング剤として、金属捕捉能を有する官能基としてメルカプト基を含むシランカップリング剤を用いたものである。   With reference to FIG. 2, Example 1 of this 1st Embodiment uses the silane coupling agent which contains a mercapto group as a functional group which has metal capture ability as a coupling agent.

一般に、カップリング剤は、骨格の一端側に単数又は複数の加水分解基を有し、他端側に単数又は複数の金属捕捉能を有する官能基を有する。図3(a)を参照して、実施例1では、化学式、
(CH3 O)3 Si(CH)2 CH3-n (SH)n
(メルカプトプロピルトリメトキシシラン)で表されるカップリング剤(信越シリコーン社の商品名KBM−803)を用いた。即ち、実施例1で用いたカップリング剤は、Si(CH)2 CH3-n からなる骨格を持ち、その骨格の一端に3個のメトキシ基と、他端にn個(n=1〜3)のメルカプト基をチオール基として有するシランカップリング剤である。
In general, the coupling agent has one or more hydrolyzable groups on one end side of the skeleton, and one or more functional groups having a metal capturing ability on the other end side. Referring to FIG. 3 (a), in Example 1, the chemical formula:
(CH 3 O) 3 Si (CH) 2 CH 3-n (SH) n
A coupling agent represented by (mercaptopropyltrimethoxysilane) (trade name KBM-803, manufactured by Shin-Etsu Silicone Co., Ltd.) was used. That is, the coupling agent used in Example 1 has a skeleton composed of Si (CH) 2 CH 3-n , three methoxy groups at one end of the skeleton, and n (n = 1 to 2) at the other end. 3) A silane coupling agent having a mercapto group as a thiol group.

実施例1で用いられるカップリング剤として、同素芳香族環式化合物又は複素芳香族環式化合物の1個又は複数の水素をチオール基又はメルカプト基で置換した官能基を有するシランカップリング剤を用いることができる。なお、カップリング剤の骨格および加水分解基は、通常のシランカップリング剤に用いられるものと同様である。また、チタンカップリング剤もシランカップリング剤と同様に用いることができる。   As a coupling agent used in Example 1, a silane coupling agent having a functional group obtained by substituting one or more hydrogens of an alloaromatic cyclic compound or heteroaromatic cyclic compound with a thiol group or a mercapto group Can be used. The skeleton and hydrolyzing group of the coupling agent are the same as those used for ordinary silane coupling agents. Moreover, a titanium coupling agent can also be used similarly to a silane coupling agent.

再び図2の実施例1を参照して、メルカプト基を有するカップリング剤を用いた場合、2回の密着度試験の結果は、100個の正方形パターンのうち残留個数がそれぞれ97個及び95、少ない方の残存率は95%であり、良(○)と判定された。   Referring to Example 1 of FIG. 2 again, when a coupling agent having a mercapto group was used, the results of the two adhesion tests showed that the remaining number was 97 and 95, respectively, out of 100 square patterns. The remaining ratio of the smaller one was 95%, and it was judged as good (◯).

本第1実施形態の実施例2は、カップリング剤として、金属捕捉能を有する官能基として含硫黄芳香族複素環式化合物を有するシランカップリング剤を用いた。他は、実施例1と同様である。   In Example 2 of the first embodiment, a silane coupling agent having a sulfur-containing aromatic heterocyclic compound as a functional group having a metal capturing ability was used as the coupling agent. Others are the same as in the first embodiment.

図3(b)を参照して、この実施例2では、シランカップリング剤として、化学式
(CH3 O)3 Si(CH)2 CH3 −X
で表されるチオフェン誘導体を用いた。ここで、Xは、図3(b−1)に示すチエニル基でしある。また、図3(b−2)に示すチアゾリル基または図3(b−3)に示すチエニル基の炭素の一つを酸素で置換した官能基であってもよい。これらの官能基を有するカップリング剤を用いて形成された電解めっき金属の密着度試験は、同様の結果であった。
Referring to FIG. 3 (b), in the second embodiment, as a silane coupling agent, the chemical formula (CH 3 O) 3 Si ( CH) 2 CH 3 -X
The thiophene derivative represented by these was used. Here, X is a thienyl group shown in FIG. Further, it may be a functional group obtained by substituting one of carbons of the thiazolyl group shown in FIG. 3 (b-2) or the thienyl group shown in FIG. 3 (b-3) with oxygen. The adhesion test of the electroplated metal formed using the coupling agent having these functional groups had similar results.

即ち、図2の実施例2を参照して、実施例2で形成された電解めっき金属の密着度試験の結果は、100個の正方形パターンのうち残留個数がそれぞれ95個及び100個、少ない方の残存率は95%であり、良(○)と判定された。   That is, referring to Example 2 of FIG. 2, the result of the adhesion test of the electroplated metal formed in Example 2 is that the remaining number of the 100 square patterns is 95, 100, whichever is smaller. The residual ratio of was 95% and judged as good (◯).

本第1実施形態の実施例2で用いられるはカップリング剤として、金属捕捉能を有する官能基として、含硫黄芳香族複素環式化合物を有するシランカップリング剤又はチタンカップリング剤を用いることができる。この含硫黄芳香族複素環式化合物を有する官能基は、硫黄を介して触媒金属と結合し、かつ触媒金属の触媒能を阻害しないものであることが必要とされる。かかる含硫黄芳香族複素環式化合物として、例えば図3(b−1)〜(b−3)に示す5環の化合物のはか、チアゾリジニル基を有する化合物、チアジン及びその誘導体、またはチアジル化合物を用いることができる。   As the coupling agent used in Example 2 of the first embodiment, a silane coupling agent or a titanium coupling agent having a sulfur-containing aromatic heterocyclic compound as a functional group having a metal capturing ability may be used. it can. The functional group having this sulfur-containing aromatic heterocyclic compound is required to bind to the catalytic metal via sulfur and not to inhibit the catalytic ability of the catalytic metal. As such a sulfur-containing aromatic heterocyclic compound, for example, a pentacyclic compound shown in FIGS. 3 (b-1) to (b-3), a compound having a thiazolidinyl group, thiazine and a derivative thereof, or a thiazyl compound is used. Can be used.

図2の比較例1〜比較例9を参照して、従来多用されているシランカップリング剤を用いて形成された電解めっき金属についての密着度試験結果を、本発明の実施例1及び実施例2の結果と比較して示した。   Referring to Comparative Example 1 to Comparative Example 9 in FIG. 2, the results of the adhesion test on the electroplated metal formed using a conventionally used silane coupling agent are shown in Example 1 and Example of the present invention. The results are shown in comparison with the results of 2.

比較例1は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KIBM−1003を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてビニル基を有する、ビニルトリメトキシシランを主成分としている。なお、比較例1〜比較例9は、カップリング剤が異なる他は、実施例1と同一工程で電解めっき金属を形成し、同一条件の密着度試験を行った。   Comparative Example 1 uses Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. trade name KIBM-1003 as a silane coupling agent. This silane coupling agent has vinyl trimethoxysilane as a main component having a vinyl group as a functional group having a metal scavenging ability. It is said. In Comparative Examples 1 to 9, except that the coupling agent was different, an electrolytic plating metal was formed in the same process as Example 1, and an adhesion test under the same conditions was performed.

密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test, the number of residuals was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was determined to be defective (x).

比較例2は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−403を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてエポキシ基を有する、グリシドキシプロピルトリメトキシシランを主成分としている。   Comparative Example 2 used Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. trade name KBM-403 as a silane coupling agent. This silane coupling agent has an epoxy group as a functional group having a metal scavenging ability, and has a glycidoxypropyltrimethoxysilane. Is the main component.

比較例2の密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test of Comparative Example 2, the number of residuals was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was judged as defective (x).

比較例3は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−1403を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてスチリル基を有する、スチリルトリメトキシシランを主成分としている。   Comparative Example 3 uses Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. trade name KBM-1403 as the silane coupling agent. This silane coupling agent has styryl trimethoxysilane as a functional group having a metal scavenging ability as a main component. It is said.

比較例3の密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test of Comparative Example 3, the residual number was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was determined to be defective (x).

比較例4は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−503を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてメタクロシキ基を有する、メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを主成分としている。   In Comparative Example 4, trade name KBM-503 manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as the silane coupling agent. This silane coupling agent was obtained by using methacryloxypropyltrimethoxysilane having a methacryloxy group as a functional group having a metal capturing ability. The main component.

比較例4の密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test of Comparative Example 4, the number of residuals was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was determined to be defective (x).

比較例5は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−5103を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてアクリロキシ基を有する、アクリロキシプロピルトリメトキシシランを主成分としている。   In Comparative Example 5, trade name KBM-5103 of Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as the silane coupling agent. This silane coupling agent was prepared by using acryloxypropyltrimethoxysilane having an acryloxy group as a functional group having a metal capturing ability. The main component.

比較例5の密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test of Comparative Example 5, the number of residuals was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was determined as defective (x).

比較例6は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−603を用いた。このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてアミノ基を有する、アミノエチルアミノプロピルトリメトキシシランを主成分としている。   In Comparative Example 6, trade name KBM-603 manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as the silane coupling agent. This silane coupling agent is mainly composed of aminoethylaminopropyltrimethoxysilane having an amino group as a functional group having a metal capturing ability.

比較例6の2回の密着度試験の結果は、それぞれ残留個数は22個及び30個、小さい方の残留率は22%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the two adhesion degree tests of Comparative Example 6, the remaining number was 22 and 30, respectively, and the smaller remaining rate was 22%, which was judged as defective (×).

比較例7は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−585を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてウレイド基を有する、ウレイドプロピルトリエトキシシランを主成分としている。   In Comparative Example 7, trade name KBM-585 of Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as the silane coupling agent. This silane coupling agent was mainly composed of ureidopropyltriethoxysilane having a ureido group as a functional group having a metal capturing ability. As an ingredient.

比較例7の2回の密着度試験の結果は、ともに残留個数は54個、残留率は54%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the double adhesion test of Comparative Example 7, the number of remaining parts was 54, and the residual rate was 54%, which were judged as defective (x).

比較例8は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−703を用いた、このシランカップリング剤は、金属捕捉能を有する官能基としてクロロプロピル基を有する、クロロプロピルトリメトキシシランを主成分としている。   In Comparative Example 8, trade name KBM-703 of Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as a silane coupling agent. This silane coupling agent was prepared by using chloropropyltrimethoxysilane having a chloropropyl group as a functional group having a metal capturing ability. The main component.

比較例8の2回の密着度試験の結果は、ともに残留個数は54個、残留率は54%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the two adhesion degree tests in Comparative Example 8, the number of remaining pieces was 54, and the remaining rate was 54%, which was judged as defective (×).

比較例9は、シランカップリング剤として信越シリコン社の商品名KBM−846を用いた、このシランカップリング剤は、ポリスルフィドであり、ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドを主成分としている。   In Comparative Example 9, a trade name KBM-846 manufactured by Shin-Etsu Silicon Co., Ltd. was used as a silane coupling agent. This silane coupling agent is a polysulfide, and has bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide as a main component.

比較例9の密着度試験の結果は、2回の試験とも残留個数は0個、残留率は0%であり、不良(×)と判定された。   As a result of the adhesion test of Comparative Example 9, the number of residuals was 0 and the residual rate was 0% in both tests, and it was determined to be defective (x).

上述したように、金属捕捉能を有する官能基として、メルカプト基または含硫黄芳香族環式化合物を含むカップリング剤を用いた実施例1及び実施例2では、密着強度の高い電解めっき金属が形成された。これに対して、メルカプト基または含硫黄芳香族環式化合物を金属捕捉能を有する官能基として含まないカップリング剤を用いた引用例1〜引用例8では、十分な密着強度が得られない。この理由は未だ解明されてはいないが、本発明の発明者は以下のように考察している。   As described above, in Examples 1 and 2 using a coupling agent containing a mercapto group or a sulfur-containing aromatic cyclic compound as a functional group having a metal scavenging ability, an electroplated metal with high adhesion strength is formed. It was done. On the other hand, in Adhesion Examples 1 to 8 using a coupling agent that does not contain a mercapto group or a sulfur-containing aromatic cyclic compound as a functional group having a metal capturing ability, sufficient adhesion strength cannot be obtained. The reason for this has not been clarified yet, but the inventors of the present invention consider it as follows.

図4を参照して、第1実施形態では、半導体基板11(シリコン基板)上に、無機絶縁膜(シリコン酸化膜)13、カップリング層15、触媒金属16、無電解めっき金属薄膜からなるシード層17及び電解めっき金属18がこの順に積層される。なお、カップリング層15中の骨格41は、カップリング剤の骨格41を表している。   Referring to FIG. 4, in the first embodiment, a seed comprising an inorganic insulating film (silicon oxide film) 13, a coupling layer 15, a catalyst metal 16, and an electroless plating metal thin film on a semiconductor substrate 11 (silicon substrate). Layer 17 and electroplated metal 18 are laminated in this order. The skeleton 41 in the coupling layer 15 represents the skeleton 41 of the coupling agent.

半導体基板11と金属酸化膜、例えばシリコン酸化膜からなる無機絶縁膜13は、酸素を介して結合される。無機絶縁膜13とカップリング層15は、無機絶縁膜13表面に形成されたシラノールとカップリング剤の加水分解基とが縮合反応して結合される。さらに、触媒金属16と無電解めっき金属(図4中にM1として示す。)薄膜からなるシード層17、および、シード層17と電解めっき金属18(図4中にM2として示す)は、金属結合により結合される。これらの、酸素を介した結合、縮合反応による結合および金属結合は強固であり、十分な密着強度を付与する。これらは、実施例1、2のみならず、比較例1〜9についても同様の結合をしており十分な密着強度を有している。   The semiconductor substrate 11 and the inorganic insulating film 13 made of a metal oxide film, such as a silicon oxide film, are bonded through oxygen. The inorganic insulating film 13 and the coupling layer 15 are bonded by a condensation reaction between silanol formed on the surface of the inorganic insulating film 13 and a hydrolysis group of the coupling agent. Further, the catalyst layer 16 and the electroless plating metal (shown as M1 in FIG. 4) are a seed layer 17 made of a thin film, and the seed layer 17 and the electroplating metal 18 (shown as M2 in FIG. 4) are metal bonded. Are combined. These bonds through oxygen, bonds by condensation reaction, and metal bonds are strong and give sufficient adhesion strength. These have the same bonding not only in Examples 1 and 2 but also in Comparative Examples 1 to 9, and have sufficient adhesion strength.

一方、カップリング層15と触媒金属16(図4中にMcと示す。)とは、実施例1、2では、官能基に含まれる硫黄(図4中にSとして示す。)を介して結合する。これに対して、引用例1〜8では、官能基に触媒金属と反応する硫黄が含まれないため、かかる硫黄を介する結合を生じない。メルカプト基の硫黄を介する金属の結合は、メルカプチドを形成して強固な結合となる。また、含硫黄芳香族環式化合物は、容易に金属と強固な結合を形成する。このため、実施例1、2では、カップリング層15に、触媒金属16が強固に結合する。この結果、カップリング層と無電解めっき金属からなるシード層17との間の密着強度が高くなり、このシード層17上に形成された電解めっき金属18も高い密着強をを有するものと本発明の発明者は考察している。   On the other hand, the coupling layer 15 and the catalyst metal 16 (shown as Mc in FIG. 4) are bonded via sulfur (shown as S in FIG. 4) contained in the functional group in Examples 1 and 2. To do. On the other hand, in Cited Examples 1 to 8, since the functional group does not contain sulfur that reacts with the catalyst metal, such a sulfur-mediated bond does not occur. The metal bond through the sulfur of the mercapto group forms a mercaptide and becomes a strong bond. In addition, the sulfur-containing aromatic cyclic compound easily forms a strong bond with the metal. For this reason, in Examples 1 and 2, the catalytic metal 16 is firmly bonded to the coupling layer 15. As a result, the adhesion strength between the coupling layer and the seed layer 17 made of the electroless plating metal is increased, and the electrolytic plating metal 18 formed on the seed layer 17 also has a high adhesion strength and the present invention. The inventor of

本発明の第2実施形態は、半導体基板を貫通するビアを有する半導体装置と、その半導体装置を積層して形成されるスタックドパッケージ型半導体装置に関する。   The second embodiment of the present invention relates to a semiconductor device having vias penetrating a semiconductor substrate and a stacked package semiconductor device formed by stacking the semiconductor devices.

まず、半導体基板を貫通するビアを有する半導体装置をその製造工程を参照して説明する。   First, a semiconductor device having a via penetrating a semiconductor substrate will be described with reference to its manufacturing process.

図5〜図11は本発明の第2実施形態の半導体装置の製造工程断面図(その1)〜(その7)であり、製造工程における半導体装置の断面を表している。   5 to 11 are cross-sectional views (part 1) to (part 7) of the manufacturing process of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, showing the cross-section of the semiconductor device in the manufacturing process.

図5(a)を参照して、初めに、上面に複数の半導体回路11aが行列状に配置されて形成された半導体基板11、例えばシリコンウエーハを準備する。この半導体基板11の上面は、層間絶縁膜および保護膜からなる絶縁層12により被覆されている。そして、半導体回路11aの上方の絶縁層12中に、外部接続用の電極パッド11bが形成されている。また、絶縁層12には、電極パッド11bの上面を表出する開口12aが形成されている。   Referring to FIG. 5A, first, a semiconductor substrate 11, for example, a silicon wafer, on which a plurality of semiconductor circuits 11a are arranged in a matrix on the upper surface is prepared. The upper surface of the semiconductor substrate 11 is covered with an insulating layer 12 made of an interlayer insulating film and a protective film. An electrode pad 11b for external connection is formed in the insulating layer 12 above the semiconductor circuit 11a. The insulating layer 12 has an opening 12a that exposes the upper surface of the electrode pad 11b.

ついで、半導体基板11の上面全面にレジスト61を塗布し、レジスト61を露光、現像してビアホール51(図5(b)を参照)を画定する開口61aを形成する。この開口61aは電極パッド11bの近くに形成することが配線長を短くする観点から好ましく、電極パッド11bが半導体回路11aの周縁部に配置されるときは、半導体回路の外周に沿って形成することが好ましい。また、半導体回路11aの内部に回路が形成されない領域を設け、その領域内に開口61aを形成することもできる。   Next, a resist 61 is applied to the entire upper surface of the semiconductor substrate 11, and the resist 61 is exposed and developed to form an opening 61a that defines a via hole 51 (see FIG. 5B). The opening 61a is preferably formed near the electrode pad 11b from the viewpoint of shortening the wiring length. When the electrode pad 11b is disposed at the peripheral edge of the semiconductor circuit 11a, it is formed along the outer periphery of the semiconductor circuit. Is preferred. It is also possible to provide a region where no circuit is formed inside the semiconductor circuit 11a and to form the opening 61a in the region.

ついで、図5(b)を参照して、レジスト61をマスクとする反応性イオンエッチングを用いて、絶縁膜12および半導体基板11を順次エッチングして、絶縁層12を貫通し、先端が半導体基板11の厚さの途中まで達する盲穴からなるビアホール51を形成する。このビアホール51の直径は、形成面積を小さくするため小さいことが望ましく、例えは直径が20μm〜100μmに形成される。また、深さは完成した半導体装置の半導体基板11を貫通するように、例えば深さ200μm〜400μmの盲穴として形成される。ここでは、直径30μm、深さ300μmのビアホール51を形成した。その後、レジスト61を除去した。この反応性イオンエッチングの少なくとも半導体基板11をエッチングする工程は、既述した第1実施形態で用いた反応性イオンエッチングと同じ条件(エッチング時間を除く。)でなされた。   Next, referring to FIG. 5B, the insulating film 12 and the semiconductor substrate 11 are sequentially etched using reactive ion etching using the resist 61 as a mask, penetrating the insulating layer 12, and the tip is the semiconductor substrate. A via hole 51 consisting of a blind hole reaching the middle of the thickness of 11 is formed. The diameter of the via hole 51 is desirably small in order to reduce the formation area. For example, the diameter of the via hole 51 is 20 μm to 100 μm. The depth is formed as a blind hole having a depth of 200 μm to 400 μm, for example, so as to penetrate the semiconductor substrate 11 of the completed semiconductor device. Here, a via hole 51 having a diameter of 30 μm and a depth of 300 μm was formed. Thereafter, the resist 61 was removed. The step of etching at least the semiconductor substrate 11 of this reactive ion etching was performed under the same conditions (excluding the etching time) as the reactive ion etching used in the first embodiment described above.

ついで、図6(c)を参照して、気相堆積法を用いて、ビアホール51の内壁面及び半導体基板11の上面を覆う例えば厚さ5μmのシリコン酸化膜からなる無機絶縁膜13を形成した。この無機絶縁膜13は、第1実施形態の無機絶縁膜13と同じ条件で形成された。その後、電極パッド11b上面の無機絶縁膜13を除去して、電極パッド11b上面を表出させた。   Next, referring to FIG. 6C, an inorganic insulating film 13 made of, for example, a silicon oxide film having a thickness of 5 μm and covering the inner wall surface of the via hole 51 and the upper surface of the semiconductor substrate 11 is formed by using a vapor deposition method. . This inorganic insulating film 13 was formed under the same conditions as the inorganic insulating film 13 of the first embodiment. Thereafter, the inorganic insulating film 13 on the upper surface of the electrode pad 11b was removed, and the upper surface of the electrode pad 11b was exposed.

ついで、図6(d)を参照して、スパッタにより、半導体基板11上面に導電性金属、例えばTi又はNiからなる例えば厚さ1μmのスパッタ膜14を形成した。このスパッタ膜14は、後述するシード層との密着性を向上すくために用いられる。なお、スパッタ膜14を厚く堆積するとスパッタ膜14がビアホール51の開口部に庇状に突出して堆積し、開口部を塞いでしまう。また、スパッタ膜14は、アスペクト比がこのように大きなビアホール51の内壁面には殆ど形成されない。このため、スパッタにより、ビアホール51の内壁面を被覆するスパッタ膜を形成することは難しい。   Next, referring to FIG. 6D, a sputtered film 14 having a thickness of, for example, 1 μm made of a conductive metal such as Ti or Ni is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 by sputtering. This sputtered film 14 is used to improve adhesion with a seed layer described later. If the sputtered film 14 is deposited thickly, the sputtered film 14 protrudes and accumulates in the shape of a bowl at the opening of the via hole 51 and closes the opening. Further, the sputtered film 14 is hardly formed on the inner wall surface of the via hole 51 having such a large aspect ratio. For this reason, it is difficult to form a sputtered film that covers the inner wall surface of the via hole 51 by sputtering.

ついで、図7(e)を参照して、半導体基板11を、室温でカップリング剤の1%水溶液に1分間浸漬した後、100℃、30分間の熱処理を行った。これにより、無機絶縁膜13が表出するビアホール51の内壁面上に、無機絶縁膜13と縮合結合したカップリング剤からなるカップリング層15が形成された。なお、浸漬中はバブリング及び超音波を加えて、ビアホール51内の気泡残留を阻止した。本第2実施形態では、第1実施形態の実施例1で用いたカップリング剤(メルカプト基を有するシランカップリング剤)を用いた。   Next, referring to FIG. 7E, the semiconductor substrate 11 was immersed in a 1% aqueous solution of a coupling agent for 1 minute at room temperature, and then heat-treated at 100 ° C. for 30 minutes. Thereby, the coupling layer 15 made of a coupling agent condensed and bonded to the inorganic insulating film 13 was formed on the inner wall surface of the via hole 51 where the inorganic insulating film 13 was exposed. During the immersion, bubbling and ultrasonic waves were applied to prevent bubbles from remaining in the via hole 51. In the second embodiment, the coupling agent (silane coupling agent having a mercapto group) used in Example 1 of the first embodiment was used.

ついで、図7(f)を参照して、半導体基板11を、第1実施形態の実施例1と同様に、塩化パラジウム及び塩化第1すずのコロイド浴又は錯塩を含む液温55℃のキャタポジット液に3分間浸漬した。これにより、触媒金属16(パラジウム)は、カップリング剤の金属捕捉能を有する官能基(ここではメルカプト基)に捕捉され、カップリング層15上に結合する。   Next, referring to FIG. 7 (f), the semiconductor substrate 11 is coated with a catalyst solution having a liquid temperature of 55 ° C. containing a colloidal bath or complex salt of palladium chloride and first tin chloride, as in Example 1 of the first embodiment. For 3 minutes. As a result, the catalytic metal 16 (palladium) is captured by a functional group (here, a mercapto group) having a metal capturing ability of the coupling agent, and is bonded onto the coupling layer 15.

ついで、触媒金属16の活性化処理を行った。この活性化処理は、第1実施形態の実施例1と同様に、ロームアンドハース社の商品名アクセレレータ19E水溶液に室温で6分間浸漬して行った。   Subsequently, the activation process of the catalyst metal 16 was performed. This activation treatment was performed by immersing in an aqueous solution of a trade name accelerator 19E manufactured by Rohm and Haas for 6 minutes at room temperature, as in Example 1 of the first embodiment.

ついで、図8(g)を参照して、半導体基板11を室温の無電解めっき液に20分間浸漬して、厚さ0.5μmのCuからなるシード層17を形成した。このシード層17は、触媒金属16上の他、金属からなるスパッタ膜上にも形成される。その結果、シード層17は、ビアホール51の内面からスパッタ膜14上に延在して形成される。なお、無電解めっき液は、第1実施形態の実施例1と同じくロームアンドハース社の商品名カッパーミックス)を用いた。   Next, referring to FIG. 8G, the semiconductor substrate 11 was immersed in an electroless plating solution at room temperature for 20 minutes to form a seed layer 17 made of Cu having a thickness of 0.5 μm. The seed layer 17 is formed not only on the catalyst metal 16 but also on a sputtered film made of metal. As a result, the seed layer 17 is formed to extend from the inner surface of the via hole 51 onto the sputtered film 14. The electroless plating solution used was the Rohm and Haas brand name Copper Mix) as in Example 1 of the first embodiment.

ついで、図8(h)を参照して、半導体基板11を電解めっき液に浸漬、シード層17にパルス電流を流す電解めっきにより、シード層17上にCuからなる電解めっき金属18を析出した。この電解めっき金属18は、ビアホール51を完全に埋込み、半導体基板11の上面に厚さ30μmで平坦に延在するように形成される。ついで、150℃で1時間の熱処理を施した。この工程で、ビアホール51を電解めっき金属18で埋め込んだビア18aと、半導体基板11上面を被覆する電解めっき金属18からなる層が形成される。   Next, referring to FIG. 8H, electrolytic plating metal 18 made of Cu was deposited on seed layer 17 by immersing semiconductor substrate 11 in an electrolytic plating solution and applying a pulse current to seed layer 17. The electrolytic plating metal 18 is formed so as to completely fill the via hole 51 and to extend flat on the upper surface of the semiconductor substrate 11 with a thickness of 30 μm. Then, heat treatment was performed at 150 ° C. for 1 hour. In this step, a layer made of the via 18a in which the via hole 51 is filled with the electrolytic plating metal 18 and the electrolytic plating metal 18 covering the upper surface of the semiconductor substrate 11 is formed.

ついで、図9(i)を参照して、フォトリソグラフィを用いて、半導体基板11の上面に形成された電解めっき金属18からなる層をパターニングする。これにより、電解めっき金属18からなる層は、ビアホール51を埋め込むビア18aの上面に形成された電極(リング)と、ビア18aと電極パッド11bとを接続する配線とにパターニングされる。なお、これらの電極及び配線は、後述するように必要に応じて、例えばスタックドパッケージの1層目と2層目とを構成する半導体装置10A、10B(図12を参照)の相違に応じて、異なるパッドと接続するように変更することができる。   Next, referring to FIG. 9I, the layer made of the electrolytic plating metal 18 formed on the upper surface of the semiconductor substrate 11 is patterned using photolithography. Thereby, the layer made of the electrolytic plating metal 18 is patterned into an electrode (ring) formed on the upper surface of the via 18a in which the via hole 51 is embedded, and a wiring connecting the via 18a and the electrode pad 11b. As will be described later, these electrodes and wirings, for example, according to the difference between the semiconductor devices 10A and 10B (see FIG. 12) constituting the first layer and the second layer of the stacked package, for example. Can be changed to connect with different pads.

ついで、図9(j)を参照して、半導体基板11上面を被覆する絶縁性の保護膜19、例えば感光性樹脂からなる保護膜19を形成する。この保護膜19は、次工程で半導体基板11の上面を保護するために形成される。なお、保護膜19に代えて、又はこの保護膜19上にさらに保護テープを貼着してもよい。   Next, referring to FIG. 9J, an insulating protective film 19 that covers the upper surface of the semiconductor substrate 11, for example, a protective film 19 made of a photosensitive resin is formed. This protective film 19 is formed to protect the upper surface of the semiconductor substrate 11 in the next step. In addition, it may replace with the protective film 19 and you may affix a protective tape on this protective film 19 further.

次いで、図10(k)を参照して、半導体基板11の裏面を研削して、半導体基板11の厚さを250μmまで薄くした。これにより、半導体基板11は、ビア18aが完全に半導体基板11を貫通するまで薄くされ、半導体基板11の下面にビアが表出される。   Next, referring to FIG. 10 (k), the back surface of the semiconductor substrate 11 was ground to reduce the thickness of the semiconductor substrate 11 to 250 μm. Thereby, the semiconductor substrate 11 is thinned until the via 18a completely penetrates the semiconductor substrate 11, and the via is exposed on the lower surface of the semiconductor substrate 11.

ついで、図10(k−2)を参照して、ビア18a直上の保護膜19に、電解めっき金属18の上面を表出する開口19aを形成する。この開口19aは、図12を参照して後述するように、上面に積層される半導体装置10Aと接続するための開口19aであり、、接続が必要なビア18aの直上にのみ選択的に開設することが好ましい。なお、上面に他の半導体装置10Aが積層されない最上層の半導体装置10Aには開設しなくてもよい。   Next, referring to FIG. 10 (k-2), an opening 19a for exposing the upper surface of the electrolytic plating metal 18 is formed in the protective film 19 immediately above the via 18a. As will be described later with reference to FIG. 12, the opening 19a is an opening 19a for connecting to the semiconductor device 10A stacked on the upper surface, and is selectively opened only directly above the via 18a that needs to be connected. It is preferable. Note that the uppermost semiconductor device 10A on which no other semiconductor device 10A is stacked may not be provided.

ついで、図11を参照して、ビア18a直下の半導体基板11の下面に、ビア18aに接続するランド21を形成し、さらにランド21に接続するはんだボール22とを形成する。このランド21とはんだボールとは、ビア18aを外部に接続するための接続用電極20となる。   Next, referring to FIG. 11, lands 21 connected to the vias 18 a are formed on the lower surface of the semiconductor substrate 11 immediately below the vias 18 a, and solder balls 22 connected to the lands 21 are further formed. The land 21 and the solder ball serve as a connection electrode 20 for connecting the via 18a to the outside.

ついで、シリコンウエーハからなる半導体基板11を半導体回路11aごとにダイシングして、個々の半導体装置10A、10Bに分割する。この工程を経て、本第2実施形態の半導体装置10A、10Bが製造される。   Next, the semiconductor substrate 11 made of a silicon wafer is diced for each semiconductor circuit 11a and divided into individual semiconductor devices 10A and 10B. Through this process, the semiconductor devices 10A and 10B of the second embodiment are manufactured.

このとき、図10(k)に示す半導体基板11に接続用電極20を形成した図11(l)に示す半導体装置10Aと、図10(k−1)に示す半導体基板11に接続用電極20を形成した図11(l−1)に示す半導体装置10Bと、を製造する。この半導体装置10A、10Bは、上面に電解めっき金属18を表出する開口19aの有無の点で異なる他、ビア18aと半導体回路11aとを接続する配線パターンが異なるものとすることもできる。   At this time, the semiconductor device 10A shown in FIG. 11 (l) in which the connection electrode 20 is formed on the semiconductor substrate 11 shown in FIG. 10 (k), and the connection electrode 20 on the semiconductor substrate 11 shown in FIG. 10 (k-1). The semiconductor device 10B shown in FIG. The semiconductor devices 10A and 10B differ from each other in the presence or absence of an opening 19a for exposing the electrolytic plating metal 18 on the upper surface, and may have different wiring patterns for connecting the via 18a and the semiconductor circuit 11a.

ついで、これらの半導体装置10A、10Bを縦に切断し、切断面に表出する200本のビア18aの断面を走査型電子顕微鏡で観測した。このとき、ビア18には、シード層11の剥離又は欠落は観測されず、また、巣又はボイドも観測されなかった。   Next, these semiconductor devices 10A and 10B were cut longitudinally, and the cross section of 200 vias 18a exposed on the cut surface was observed with a scanning electron microscope. At this time, in the via 18, no peeling or missing of the seed layer 11 was observed, and no nest or void was observed.

本第2実施形態の半導体装置10A、10Bは、ビア18aの形成の際に、メルカプト基を有するカップリング剤を用いる。第1実施形態で説明したように、かかるカップリング剤を用いると、密着強度の高いシード層17を形成することができる。同様に、含硫黄芳香族複素環式基を有するカップリング剤を用いても、強度の高いシード層17が形成される。このため、アスペクト比の大きなビアホールを、電解めっき金属18で巣又はボイドを生ずることなく埋め込むことができる。従って、高い信頼性を有するビア18aが形成される。   The semiconductor devices 10A and 10B of the second embodiment use a coupling agent having a mercapto group when forming the via 18a. As described in the first embodiment, when such a coupling agent is used, the seed layer 17 having high adhesion strength can be formed. Similarly, even when a coupling agent having a sulfur-containing aromatic heterocyclic group is used, the seed layer 17 having high strength is formed. For this reason, a via hole having a large aspect ratio can be filled with the electroplated metal 18 without forming a nest or a void. Therefore, the via 18a having high reliability is formed.

また、本第2実施形態のビア18aの形成は、ビアホール51の形成、無機絶縁膜13の形成及びスパッタ膜14の形成の後は、全てウエット処理又は大気圧中の処理であり、真空中での処理がなされない。このため、処理時間が短く、かつ簡易な工程で半導体装置10A、10Bを製造することができる。   In addition, the formation of the via 18a of the second embodiment is a wet process or a process under atmospheric pressure after the formation of the via hole 51, the inorganic insulating film 13 and the sputtered film 14, and is performed in a vacuum. Is not processed. For this reason, the semiconductor devices 10A and 10B can be manufactured through a simple process with a short processing time.

つぎに、本第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置を、その製造工程を参照して説明する。   Next, the stacked package semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to the manufacturing process.

図12〜図13は本発明の第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置の製造工程断面図(その1)〜(その2)であり、製造工程におけるスタックドパッケージ型半導体装置の断面を表している。   12 to 13 are sectional views (No. 1) to (No. 2) of the manufacturing process of the stacked package type semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and show the cross section of the stacked package type semiconductor device in the manufacturing process. ing.

図13に示した本第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置10の製造では、まず、図12を参照して、インターポーザ30上に、上述の半導体装置10B及び半導体装置10Aを下からこの順に積層する。   In the manufacture of the stacked package type semiconductor device 10 according to the second embodiment shown in FIG. 13, first, referring to FIG. 12, the above-described semiconductor device 10B and the semiconductor device 10A are arranged in this order from the bottom on the interposer 30. Laminate.

インターポーザ30は、上面にビア18aと同一の平面配置で設けられた接続用の電極パッド35を有し、下面に例えばグリッド状に設けられたランド32とはんだボール33からなる接続用電極34を有する。ビア18aと接続用電極34は、インターポーザ30内部の多層配線を介して接続されている。   The interposer 30 has connection electrode pads 35 provided on the upper surface in the same plane arrangement as the vias 18a, and has connection electrodes 34 formed of lands 32 and solder balls 33 provided in a grid shape on the lower surface. . The via 18 a and the connection electrode 34 are connected via a multilayer wiring inside the interposer 30.

インターポーザ30上に、上面に開口19aを有する半導体装置10Bを、インターポーザ30の電極パッド35上に半導体装置10Bの接続用電極20を当接させて載置する。さらに、半導体装置10B上に、上面が保護膜19で被覆された半導体装置10Aを、半導体装置10Bの開口19底面に表出する電解めっき金属18の上面に半導体装置10Aの接続用電極20を当接させて載置する。   On the interposer 30, the semiconductor device 10B having an opening 19a on the upper surface is placed on the electrode pad 35 of the interposer 30 with the connection electrode 20 of the semiconductor device 10B in contact therewith. Further, the semiconductor device 10A whose upper surface is covered with the protective film 19 is applied on the semiconductor device 10B, and the connection electrode 20 of the semiconductor device 10A is applied to the upper surface of the electroplated metal 18 exposed on the bottom surface of the opening 19 of the semiconductor device 10B. Place it in contact.

ついで、加熱して半導体装置10A、10Bのはんだホール20をリフローして、インターポーザ30上に、半導体装置10B及び半導体装置10Aをはんだポール20を介して接合した積層組立体55を形成する。なお、インターポーザ30のほんだポール33は、半導体装置10A、10Bのはんだホール20のリフローで溶融しないはんだ材料で形成してもよい。また、同一材料から形成して同時にリフローさせたのち、球形に固化してもよい。   Next, heating is performed to reflow the solder holes 20 of the semiconductor devices 10 </ b> A and 10 </ b> B, thereby forming the stacked assembly 55 in which the semiconductor devices 10 </ b> B and 10 </ b> A are joined via the solder poles 20 on the interposer 30. The loose pole 33 of the interposer 30 may be formed of a solder material that does not melt due to reflow of the solder holes 20 of the semiconductor devices 10A and 10B. Moreover, after forming from the same material and making it reflow simultaneously, you may solidify to a spherical form.

ついで、図13を参照して、積層組立体55をモールド樹脂31で封止し、本第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置10が製造される。   Next, referring to FIG. 13, the stacked assembly 55 is sealed with the mold resin 31, and the stacked package semiconductor device 10 of the second embodiment is manufactured.

本第2実施形態のスタックドパッケージ型半導体装置10では、積層された半導体装置10A、10Bに形成された半導体回路11aは、半導体基板11を貫通し、互いに接続されたビア18aを介して、インターポーザ30に電気的に接続される。この接続は、積層された半導体装置10A、10Bの両方に共通な電源配線又は信号配線、例えはアドレス信号配線等は、上下に接続するビアに共通に接続される。一方、上下の半導体装置10A、10Bを区別する必要がある信号配線、例えばチップ得ネーブル信号配線等は、異なる平面位置に形成されたビア18aに接続されるように、電極パッド11bとビア18aとを接続する電解めっき金属から形成された配線のパターンが設計される。もちろん、かかる必要がなければ、電極パッド11bとビア18aとを接続する全ての配線を、上下の半導体装置10A、10Bとも同一パターンとしてもよい。また、3層以上に積層することもできる。   In the stacked package semiconductor device 10 of the second embodiment, the semiconductor circuit 11a formed in the stacked semiconductor devices 10A and 10B penetrates the semiconductor substrate 11 and is connected to each other via vias 18a. 30 is electrically connected. In this connection, the power supply wiring or signal wiring common to both of the stacked semiconductor devices 10A and 10B, for example, the address signal wiring, is commonly connected to the vias connected up and down. On the other hand, the signal wiring that needs to distinguish between the upper and lower semiconductor devices 10A and 10B, for example, the chip obtaining enable signal wiring, is connected to the via 18a formed at different plane positions, and the electrode pad 11b and the via 18a. The pattern of the wiring formed from the electrolytic plating metal for connecting the electrodes is designed. Of course, if it is not necessary, all the wirings connecting the electrode pads 11b and the vias 18a may have the same pattern in the upper and lower semiconductor devices 10A and 10B. Moreover, it can also laminate | stack on three or more layers.

本発明を半導体基板を貫通するビアを有する半導体装置に適用することで、ビアの信頼性を高くすることができる。   By applying the present invention to a semiconductor device having a via penetrating a semiconductor substrate, the reliability of the via can be increased.

10 スタックパッケージ型半導体装置
10A、10B 半導体装置
11 半導体基板
11a 半導体回路
11b 電極パッド
12 絶縁層
12a、61a 開口
13 無機絶縁膜
14 スパッタ膜
15 カップリング層
16 触媒金属
17 シード層
18 電解めっき金属
18a ビア
19 保護膜
19a 開口
20、34 接続用電極
21、32 ランド
22、33 はんだボール
30 インターポーザ
31 モールド樹脂
35 電極パッド
41 骨格
51 ビアホール
52 イオン
53 溝
54 粘着テープ
55 積層組立体
61 レジスト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Stack package type semiconductor device 10A, 10B Semiconductor device 11 Semiconductor substrate 11a Semiconductor circuit 11b Electrode pad 12 Insulating layer 12a, 61a Opening 13 Inorganic insulating film 14 Sputtered film 15 Coupling layer 16 Catalyst metal 17 Seed layer 18 Electroplating metal 18a Via DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Protective film 19a Opening 20, 34 Connection electrode 21, 32 Land 22, 33 Solder ball 30 Interposer 31 Mold resin 35 Electrode pad 41 Skeleton 51 Via hole 52 Ion 53 Groove 54 Adhesive tape 55 Laminated assembly 61 Resist

Claims (8)

上面に半導体回路が形成された半導体基板と、
前記半導体基板を貫通するビアホールと、
前記ビアホールの内壁面を被覆する無機絶縁膜と、
前記無機絶縁膜の表面に脱水縮合により一端が結合され、他端にメルカプト基又は含硫黄芳香族複素環式基を有するカップリング剤から形成されたカップリング層と、
前記メルカプト基又は前記含硫黄芳香族複素環式基に結合された触媒金属と、
前記触媒金属上に形成された無電解めっき金属からなるシード層、
前記ビアホールを埋め込み前記シード層上に形成された電解めっき金属からなるビアと、
を有することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a semiconductor circuit formed on the upper surface;
A via hole penetrating the semiconductor substrate;
An inorganic insulating film covering an inner wall surface of the via hole;
A coupling layer formed from a coupling agent having one end bonded to the surface of the inorganic insulating film by dehydration condensation and the other end having a mercapto group or a sulfur-containing aromatic heterocyclic group;
A catalytic metal bonded to the mercapto group or the sulfur-containing aromatic heterocyclic group;
A seed layer made of electroless plating metal formed on the catalyst metal;
Vias made of electroplated metal filling the via holes and formed on the seed layer;
A semiconductor device comprising:
前記カップリング剤は、前記他端にチオール基又はチエニル基を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the coupling agent has a thiol group or a thienyl group at the other end. 前記カップリング剤は、前記他端にチアジル化合物を含む官能基を有することを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the coupling agent has a functional group containing a thiazyl compound at the other end. 前記半導体基板の下端に前記ビアに接続された接続用電極を有することを特徴とする請求項1、2又は3記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a connection electrode connected to the via at a lower end of the semiconductor substrate. 請求項1、2、3又は4記載の第1の半導体装置上に、請求項4記載の第2の半導体装置が、前記第2の半導体装置の前記接続用電極が前記第1の半導体装置の前記ビアの上端に接続されて積み重ねられていることを特徴とするスタックドパッケージ型半導体装置。   The first semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor device according to claim 4 is characterized in that the connection electrode of the second semiconductor device is the first semiconductor device. A stacked package type semiconductor device, wherein the stacked package type semiconductor device is connected to and stacked on the upper end of the via. 半導体基板の上面に盲穴からなるビアホールを形成する工程と、
前記ビアホールの内壁面を被覆する無機絶縁膜を形成する工程と、
前記無機絶縁膜の表面に脱水縮合により一端が結合され、他端にメルカプト基又は含硫黄芳香族複素環式基を有するカップリング剤からなるカップリング層を形成する工程と、
ついで、前記メルカプト基又は前記含硫黄芳香族複素環式基に触媒金属を結合させた後、前記触媒金属を活性化する工程と、
無電解めっきを用いて、活性化された前記触媒金属上に金属薄膜からなるシード層を形成する工程と、
前記シード層を一方の電極とする電解めっきを用いて、前記シード層上に前記ビアホールを埋め込む電解めっき金属からなるビアを形成する工程と、
前記半導体基板の下面を前記ビアが表出するまで研削して、前記半導体基板を貫通する前記ビアを形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a via hole comprising a blind hole on the upper surface of the semiconductor substrate;
Forming an inorganic insulating film covering the inner wall surface of the via hole;
Forming a coupling layer comprising a coupling agent having one end bonded to the surface of the inorganic insulating film by dehydration condensation and the other end having a mercapto group or a sulfur-containing aromatic heterocyclic group;
Next, after binding a catalytic metal to the mercapto group or the sulfur-containing aromatic heterocyclic group, the step of activating the catalytic metal;
Forming a seed layer made of a metal thin film on the activated catalytic metal using electroless plating;
Using electroplating with the seed layer as one electrode, forming a via made of an electroplated metal filling the via hole on the seed layer;
Grinding the lower surface of the semiconductor substrate until the via is exposed, and forming the via penetrating the semiconductor substrate;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記カップリング剤は、前記他端にチオール基又はチエニル基を有することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the coupling agent has a thiol group or a thienyl group at the other end. 前記カップリング剤は、前記他端にチアジル化合物を含む官能基を有することを特徴とする請求項6記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the coupling agent has a functional group containing a thiazyl compound at the other end.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016098691A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 ソニー株式会社 Conductor device, manufacturing method, electronic device
JPWO2014065242A1 (en) * 2012-10-24 2016-09-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Adhesive between conductive polymer-metal composite and substrate and method for forming the same, conductive polymer-metal composite dispersion, method for manufacturing and applying the same, and method for filling holes with conductive material

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001181851A (en) * 1999-10-12 2001-07-03 Sony Corp Plating method and plated structure
JP2001284288A (en) * 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Epson Corp Fine structure and its manufacturing method
JP2003247077A (en) * 2002-02-20 2003-09-05 Sony Corp Electroless plating method, and electroless plating device
JP2004228392A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Seiko Epson Corp Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing method of semiconductor module
JP2007207867A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Alps Electric Co Ltd Substrate having metal film, its production process, electronic component employing the substrate and its manufacturing process
JP2008159971A (en) * 2006-12-26 2008-07-10 Konica Minolta Holdings Inc Method of forming conductive pattern, method of manufacturing organic thin-film transistor, and organic thin-film transistor manufactured by the same
JP2010185113A (en) * 2009-02-12 2010-08-26 Kansai Univ Electroless copper-plating solution, electroless copper-plating method and method for forming embedded wiring

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001181851A (en) * 1999-10-12 2001-07-03 Sony Corp Plating method and plated structure
JP2001284288A (en) * 2000-03-31 2001-10-12 Seiko Epson Corp Fine structure and its manufacturing method
JP2003247077A (en) * 2002-02-20 2003-09-05 Sony Corp Electroless plating method, and electroless plating device
JP2004228392A (en) * 2003-01-24 2004-08-12 Seiko Epson Corp Manufacturing method of semiconductor device and manufacturing method of semiconductor module
JP2007207867A (en) * 2006-01-31 2007-08-16 Alps Electric Co Ltd Substrate having metal film, its production process, electronic component employing the substrate and its manufacturing process
JP2008159971A (en) * 2006-12-26 2008-07-10 Konica Minolta Holdings Inc Method of forming conductive pattern, method of manufacturing organic thin-film transistor, and organic thin-film transistor manufactured by the same
JP2010185113A (en) * 2009-02-12 2010-08-26 Kansai Univ Electroless copper-plating solution, electroless copper-plating method and method for forming embedded wiring

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2014065242A1 (en) * 2012-10-24 2016-09-08 国立研究開発法人物質・材料研究機構 Adhesive between conductive polymer-metal composite and substrate and method for forming the same, conductive polymer-metal composite dispersion, method for manufacturing and applying the same, and method for filling holes with conductive material
WO2016098691A1 (en) * 2014-12-18 2016-06-23 ソニー株式会社 Conductor device, manufacturing method, electronic device
JPWO2016098691A1 (en) * 2014-12-18 2017-09-28 ソニー株式会社 Semiconductor device, manufacturing method, electronic device
US11056463B2 (en) 2014-12-18 2021-07-06 Sony Corporation Arrangement of penetrating electrode interconnections

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