JP2012235158A - 半導体装置、半導体装置の製造方法、回路基板および電子機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板10の能動面10a側に設けられた第一絶縁膜22と、第一絶縁膜22上に設けられた電極パッド12と、電極パッド12の形成位置に対応し、半導体基板10および第一絶縁膜22に形成された貫通孔H3と、貫通孔H3の少なくとも側面に設けられた第二絶縁膜23と、第二絶縁膜23と電極パッド12とを覆うように設けられた下地膜24と、下地膜24の内側で、貫通孔H3に埋め込まれた導電材料からなる貫通電極30と、を具備した半導体装置100において、貫通孔H3の側面と電極パッド12の裏面との角部23aに、第二絶縁膜23がフィレット状に形成されている。
【選択図】図1
Description
このような三次元実装に用いられる半導体チップは、例えばチップ基板(半導体基板)に貫通孔を設け、貫通孔内に埋め込まれた貫通電極によって、チップ基板の両面側が導通可能となっている。
また、貫通電極と電極パッドとの接続面積は、第二絶縁膜がフィレット状に形成された角部を除いては貫通孔と略同一の面積を確保することができるため、基板の能動面側と裏面側とを良好に導通することができる効果がある。
また、貫通電極と電極パッドとの接続面積は、第二絶縁膜がフィレット状に形成された角部を除いては貫通孔と略同一の面積を確保することができるため、基板の能動面側と裏面側とを良好に導通することができる効果がある。
このように構成することで、第二絶縁膜を形成すると同時に角部をフィレット状に形成することができるため、簡便な方法で所望の形状を形成することができる効果がある。
このように構成することで、貫通孔の側面に形成されている第二絶縁膜が除去されることなく、貫通孔の中央部、つまり電極パッドの裏面中央部のみを確実に除去することができるため、その後の工程にも影響を与えることなく基板の能動面側と裏面側とを良好に導通することができる効果がある。
また、貫通電極と電極パッドとの接続面積は、基板がフィレット状に形成された角部を除いては貫通孔と略同一の面積を確保することができるため、基板の能動面側と裏面側とを良好に導通することができる効果がある。
また、貫通電極と電極パッドとの接続面積は、基板がフィレット状に形成された角部を除いては貫通孔と略同一の面積を確保することができるため、基板の能動面側と裏面側とを良好に導通することができる効果がある。
この構成によれば、電気的および機械的な実装信頼性の高い回路基板を提供することができる効果がある。
この構成によれば、導通性能が向上した信頼性の高い電子機器を提供することができる効果がある。
[半導体装置]
次に、本発明の半導体装置の第一実施形態について図1、図2を用いて説明する。ここで、図1は半導体装置100の構成を示す図である。
なお、本実施形態においては、図2に示すように同一のシリコンウエハ(基板)500上に半導体装置100を複数一括して形成しておき、その後ダイシング(切断)して個片化することにより、半導体装置100を得るようにしているが、図1では説明を簡単にするため、単純化して一つの半導体装置100のみを示している。
また、第二絶縁膜23と電極パッド12の裏面とを覆うように形成されている下地膜24は、バリア層24aとシード層24bとで構成されている。バリア層24aおよびシード層24bは、貫通孔H3内においては第二絶縁膜23と電極パッド12の裏面とを覆うように形成され、半導体基板10の裏面10b側にも延設されている。また、バリア層24aおよびシード層24bは、角部23aにおいても他の領域と略均等の厚さでそれぞれの層が形成されている。
ここで、バリア層24aは、後述する貫通電極30の構成材料が半導体基板10に拡散するのを防止するものであり、TiW(チタンタングステン)やTiN(チタンナイトライド)、TaN(タンタルナイトライド)などからなる。また、バリア層24aは、スパッタにより形成される。一方、シード層24bは、貫通電極30をメッキ処理によって形成する際の電極になるものであり、Cu、Au、Agなどからなる。
そして、貫通電極30と電極パッド12とは、下地膜24を介して電気的に接続される。貫通電極30と電極パッド12との接続面積は、第二絶縁膜23が角部23aにおいて若干張り出しているものの、略円筒形状の貫通孔H3と略同一の面積が確保されている。
また、半導体装置100には、半導体基板10の裏面10b側に貫通電極30と同一工程により形成されたランド13を備えている。ここで、ランド13は必要に応じて形成されるものであり、形成されないこともある。
そして、貫通電極30およびランド13上にははんだ層31を形成する。ここで、バリア層24aおよびシード層24bは、貫通電極30とランド13より露出している部分は除去されている。
また、貫通電極30と電極パッド12との接続面積は、第二絶縁膜23が角部23aにおいて若干張り出しているものの、貫通孔H3と略同一の面積が確保されているため、良好な導通性能を確保することができ、信頼性が高いものとなっている。
次に、本発明の半導体装置の製造方法の第一実施形態について図2〜図6を用いて説明する。ここで、図3〜図6は半導体装置100の製造工程を示す図である。なお、本実施形態においては、説明を簡単にするため、単純化して一つの半導体装置100を形成する工程のみを示している。
半導体基板10上に電極パッド12を形成した後、図示しないが、電極パッド12が形成された半導体基板10の能動面10a側を、接着剤を介して、ガラス基板などからなる支持部材に支持する。これにより、半導体基板10を裏面10b側から後述するように薄型加工する際に、半導体基板10に割れなどが発生するのを防止することができる。
その具体的な手順は、半導体基板10の裏面10bの全面にレジストなどを塗布して、貫通孔H3の形状をパターニングする。次に、パターニングされたレジストをマスクとして、半導体基板10にドライエッチングを行う。なお、このようなドライエッチングとしては、RIE(反応性イオンエッチング)などを採用することができる。その後、レジストを剥離すれば、半導体基板10の裏面10b側に貫通孔H3を形成できる。
次に、図4(e)に示すように、半導体基板10の裏面10b上および貫通孔H3の側面および底面に第二絶縁膜23を形成する。この第二絶縁膜23を形成する方法としては、例えばCVD法などが採用できる。本実施形態において、CVD法を採用することで、第二絶縁膜23が流動性をもって形成され、貫通孔H3の側面と電極パッド12の裏面との角部23aにおいて表面張力が働くことにより、角部23aがフィレット状に成形される。また、CVD法に代えて、ゾルゲル法を用いても同様に角部23aがフィレット状に成形される。
レジスト層32の加熱処理方法としては、例えばホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。ホットプレートを使用した場合の条件は、例えば、100℃で3〜5分程度の加熱処理を行っている。また、温風循環式オーブンの場合は、90℃で30分程度の加熱処理を行っている。
レジスト層32に開口部SHを形成した後、開口部SHが形成されたレジスト層32をマスクとして用いて、貫通孔H3の底面に露出し、電極パッド12上を覆っている第二絶縁膜23をドライエッチングにより除去する。
第二絶縁膜23をドライエッチングにより除去する際に、レジスト層32により貫通孔H3の側面の第二絶縁膜23がエッチングされるのを確実に防止することができる。しかも、開口部SHの大きさ及びエッチングレートを調整することで、電極パッド12の裏面と貫通孔H3の側面との角部23aに第二絶縁膜23の表面がフィレット状をなして残存するように、貫通孔H3の底面における第二絶縁膜23の中央部のみを選択的に除去することができる。
そして、電極パッド12の裏面12aが貫通孔H3に露出している。裏面12aの周縁は、角部23aにおいて第二絶縁膜23が若干張り出したように形成されているが、後述する貫通電極30との接続面積としては十分確保されている。
また、他のデバイスなどを実装する際の機械的な接続部として用いられるランド13を半導体基板10の裏面10b側に形成するようにしてもよい。
したがって、その後工程で形成するバリア層24aとシード層24bとで構成される下地膜24が、容易に、かつ、適正で略均一な厚みをもって形成されるため、貫通電極30の構成材料が半導体基板10に拡散するのを確実に防止できると共に、貫通電極30の形成工程であるメッキ処理時にシード層24b全体に電気を供給することができるため、メッキが成長しやすくなる。
まず、貫通孔H3上を覆うドーム形状のレジスト層32に対し、例えばO2プラズマなどのドライエッチングを行っている。このとき、上述したようにドーム形状のレジスト層32は、膨張した気体により中央部が盛り上がった状態となっているので、このレジスト層32の中央部における膜厚は他の部分に比べて薄くなっている。
したがって、O2プラズマを照射することにより膜厚の薄いドーム形状の中央部のみを選択的に除去することができ、貫通孔H3の中央部上のレジスト層32に貫通孔H3の開口径よりも小さい開口部SHが形成される。
[半導体装置]
次に、本発明の半導体装置の第二実施形態について図7を用いて説明する。ここで、図7は半導体装置200の構成を示す図である。本実施形態において、第一実施形態と異なるところは、半導体基板10における貫通孔H3の側面と第一絶縁膜22の裏面との角部10cがフィレット状に形成されている点である。
なお、本実施形態においては、説明を簡単にするため、単純化して一つの半導体装置200のみを示している。また、本実施形態において第一実施形態と同様の構成の部分については、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。
半導体基板10は、貫通孔H3の側面と第一絶縁膜22の裏面との角部10cがフィレット状に形成されている。貫通孔H3の側面に形成されている第二絶縁膜23は、半導体基板10の表面形状に沿って形成され、電極パッド12の裏面周縁部まで延設されている。
そして、貫通電極30と電極パッド12とは、下地膜24を介して電気的に接続される。貫通電極30と電極パッド12との接続面積は、半導体基板10が角部10cにおいて若干張り出しているものの、略円筒形状の貫通孔H3と略同一の面積が確保されている。
また、半導体装置200には、半導体基板10の裏面10b側に貫通電極30と同一工程により形成されたランド13を備えている。ここで、ランド13は必要に応じて形成されるものであり、形成されないこともある。
そして、貫通電極30およびランド13上にははんだ層31を形成する。ここで、バリア層24aおよびシード層24bは、貫通電極30とランド13より露出している部分は除去されている。
また、貫通電極30と電極パッド12との接続面積は、半導体基板10が角部10cにおいて若干張り出しているものの、貫通孔H3と略同一の面積が確保されているため、良好な導通性能を確保することができ、信頼性が高いものとなっている。
次に、本発明の半導体装置の製造方法の第二実施形態について図8〜図12を用いて説明する。ここで、図8〜図11は半導体装置200の製造工程を示す図である。なお、本実施形態において、第一実施形態と同様の構成の部分については、同一部分に同一符号を付して詳細な説明を省略する。また、本実施形態では、第一実施形態と同様に、単純化して一つの半導体装置200を形成する工程のみを示している。
半導体基板10上に電極パッド12を形成した後、図示しないが、電極パッド12が形成された半導体基板10の能動面10a側を、接着剤を介して、ガラス基板などからなる支持部材に支持する。
次に、図9(e)に示すように、半導体基板10の裏面10b上および貫通孔H3の側面および底面に第二絶縁膜23を形成する。この第二絶縁膜23を形成する方法としては、例えばCVD法などが採用できる。また、CVD法に代えて、ゾルゲル法を用いてもよい。
レジスト層32に開口部SHを形成した後、開口部SHが形成されたレジスト層32をマスクとして用いて、貫通孔H3の底面に露出し、電極パッド12上を覆っている第二絶縁膜23をドライエッチングにより除去する。
第二絶縁膜23をドライエッチングにより除去する際に、レジスト層32により貫通孔H3の側面の第二絶縁膜23がエッチングされるのを確実に防止することができる。しかも、開口部SHの大きさおよびエッチングレートを調整することで、貫通孔H3の側面と第一絶縁膜22の裏面との角部10cに第二絶縁膜23の表面がフィレット状をなして残存するように、貫通孔H3の底面における第二絶縁膜23の中央部のみを選択的に除去することができる。
そして、電極パッド12の裏面12aが貫通孔H3に露出している。裏面12aは、角部10cにおいて半導体基板10が若干張り出したように形成されているが、後述する貫通電極30との接続面積としては十分確保されている。ここで、第二絶縁膜23と電極パッド12の裏面との角部にフィレット形状を残すようにエッチングしてもよい。
また、他のデバイスなどを実装する際の機械的な接続部として用いられるランド13を半導体基板10の裏面10b側に形成するようにしてもよい。
したがって、その後工程で形成するバリア層24aとシード層24bとで構成される下地膜24が、容易に、かつ、適正で略均一な厚みをもって形成されるため、貫通電極30の構成材料が半導体基板10に拡散するのを確実に防止できると共に、貫通電極30の形成工程であるメッキ処理時にシード層24b全体に電気を供給することができるため、メッキが成長しやすくなる。
図13は、回路基板の斜視図である。図13に示すように、半導体基板10を積層して形成された半導体装置300が、回路基板1000に実装されている。具体的には、半導体装置300における最下層の半導体基板10に形成された電極が、回路基板1000の表面に形成された電極パッドに対して、リフローやFCB(Flip Chip Bonding)などを行うことにより実装されている。なお、回路基板1000との間に異方導電性フィルムなどを挟み込んで、半導体装置300を実装してもよい。
本実施形態によれば、電気的および機械的な実装信頼性の高い回路基板を提供することができる。
次に、上述した半導体装置を備えた電子機器の例について、図14を用いて説明する。図14は、携帯電話の斜視図である。上述した半導体装置は、携帯電話400の筐体内部に配置されている。
本実施形態によれば、導通性能が向上した信頼性の高い電子機器を提供することができる。
Claims (8)
- 基板の能動面側に設けられた第一絶縁膜と、該第一絶縁膜上に設けられた電極パッドと、該電極パッドの形成位置に対応し、前記基板および前記第一絶縁膜に形成された貫通孔と、該貫通孔の少なくとも側面に設けられた第二絶縁膜と、該第二絶縁膜と前記電極パッドとを覆うように設けられた下地膜と、該下地膜の内側で、前記貫通孔に埋め込まれた導電材料からなる貫通電極と、を具備した半導体装置において、
前記貫通孔の側面と前記電極パッドの裏面との角部に、前記第二絶縁膜がフィレット状に形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 基板の能動面側に設けられた第一絶縁膜と、該第一絶縁膜上に設けられた電極パッドと、該電極パッドの形成位置に対応し、前記基板および前記第一絶縁膜に形成された貫通孔と、該貫通孔の少なくとも側面に設けられた第二絶縁膜と、該第二絶縁膜と前記電極パッドとを覆うように設けられた下地膜と、該下地膜の内側で、前記貫通孔に埋め込まれた導電材料からなる貫通電極と、を具備した半導体装置の製造方法において、
前記貫通孔の側面および前記電極パッドの裏面に前記第二絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通孔の開口径よりも小さい開口部を前記貫通孔の中央部に有するレジスト層を、前記基板の裏面上に形成する工程と、
前記開口部が形成された前記レジスト層をマスクとして用いて前記第二絶縁膜をエッチングすることにより、前記貫通孔の側面と前記電極パッドの裏面との角部に前記第二絶縁膜をフィレット状に残した状態で、前記貫通孔の中央部に前記電極パッドを露出させる工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第二絶縁膜を形成する工程において、前記貫通孔の側面と前記電極パッドの裏面との角部に前記第二絶縁膜をフィレット状に形成することを特徴とする請求項2に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第二絶縁膜をエッチングする工程は、ドライエッチングを用いることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置の製造方法。
- 基板の能動面側に設けられた第一絶縁膜と、該第一絶縁膜上に設けられた電極パッドと、該電極パッドの形成位置に対応し、前記基板および前記第一絶縁膜に形成された貫通孔と、該貫通孔の少なくとも側面に設けられた第二絶縁膜と、該第二絶縁膜と前記電極パッドとを覆うように設けられた下地膜と、該下地膜の内側で、前記貫通孔に埋め込まれた導電材料からなる貫通電極と、を具備した半導体装置において、
前記貫通孔の側面と前記第一絶縁膜の裏面との角部に、前記基板がフィレット状に張り出し形成されていることを特徴とする半導体装置。 - 基板の能動面側に設けられた第一絶縁膜と、該第一絶縁膜上に設けられた電極パッドと、該電極パッドの形成位置に対応し、前記基板および前記第一絶縁膜に形成された貫通孔と、該貫通孔の少なくとも側面に設けられた第二絶縁膜と、該第二絶縁膜と前記電極パッドとを覆うように設けられた下地膜と、該下地膜の内側で、前記貫通孔に埋め込まれた導電材料からなる貫通電極と、を具備した半導体装置の製造方法において、
前記貫通孔の側面と前記第一絶縁膜の裏面との角部に前記基板をフィレット状に残しつつ、前記基板の裏面側から前記第一絶縁膜の裏面まで前記貫通孔を形成する工程と、
フィレット状の前記基板を残した状態で、前記第一絶縁膜をエッチングし、前記電極パッドを露出させる工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 請求項1または請求項5に記載の半導体装置が実装されていることを特徴とする回路基板。
- 請求項1または請求項5に記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
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