JP2013157540A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、半導体装置およびその製造方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.
半導体集積回路を用いた、例えばメモリデバイスにおいて、メモリ容量を高めるため、メモリチップ(半導体チップ)を多段に積層することが提案されている。 In a memory device using a semiconductor integrated circuit, for example, it has been proposed to stack memory chips (semiconductor chips) in multiple stages in order to increase the memory capacity.
半導体チップには、半導体基板の表裏面を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に導電層が形成される。そして、チップ裏面に導電層と導通する金属バンプが設けられ、チップ表面の集積回路と電気的に接続される。上段の半導体チップの裏面に形成された金属バンプは下段の半導体チップの表面に形成された金属パッドに接合される。こうして上段のメモリチップの集積回路部分と下段のメモリチップの集積回路部分とが電気的に接続される。 A through-hole penetrating the front and back surfaces of the semiconductor substrate is formed in the semiconductor chip, and a conductive layer is formed in the through-hole. Metal bumps that are electrically connected to the conductive layer are provided on the back surface of the chip, and are electrically connected to the integrated circuit on the chip surface. Metal bumps formed on the back surface of the upper semiconductor chip are bonded to metal pads formed on the surface of the lower semiconductor chip. Thus, the integrated circuit portion of the upper memory chip and the integrated circuit portion of the lower memory chip are electrically connected.
このような半導体基板に形成された貫通接続部は、TSV(Through Silicon Via)と呼ばれる。TSVは、半導体基板の裏面からエッチングにより貫通孔を形成し、この貫通孔の内面上に絶縁スペーサを形成した後、貫通孔内に導電層を埋め込むことにより、形成される。 Such a through connection formed in the semiconductor substrate is called TSV (Through Silicon Via). The TSV is formed by forming a through hole from the back surface of the semiconductor substrate by etching, forming an insulating spacer on the inner surface of the through hole, and then embedding a conductive layer in the through hole.
所望の電気特性を有するTSV構造の形成を可能にする半導体装置およびその製造方法を提供する。 Provided are a semiconductor device and a method for manufacturing the same, which enable formation of a TSV structure having desired electrical characteristics.
本実施形態による半導体装置は、半導体基板と、第1絶縁層と、第1導電層と、第2絶縁層と、第3絶縁層と、第2導電層と、を具備する。前記半導体基板は、第1面から前記第1面に対向する第2面まで貫通する貫通孔を有する。前記第1絶縁層は、前記半導体基板の前記第1面上に形成され、前記貫通孔の前記第1面上に前記貫通孔よりも小径の第1開口部を有する。前記第1導電層は、前記第1絶縁層上に、前記第1開口部を覆うように形成される。前記第2絶縁層は、前記半導体基板の前記第2面上に形成され、前記貫通孔の前記第2面上に第2開口部を有する。前記第3絶縁層は、前記半導体基板の側面上、および前記第2絶縁層側面上に連接して形成され、前記第1絶縁層に接しかつ前記第1開口部上に第3開口部を有する。前記第2導電層は、前記第2絶縁層の側面上、前記第3絶縁層の上面上および側面上、前記第1絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第1導電層に接する。前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層の膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第3絶縁層の膜厚以上である。 The semiconductor device according to the present embodiment includes a semiconductor substrate, a first insulating layer, a first conductive layer, a second insulating layer, a third insulating layer, and a second conductive layer. The semiconductor substrate has a through-hole penetrating from a first surface to a second surface facing the first surface. The first insulating layer is formed on the first surface of the semiconductor substrate and has a first opening having a smaller diameter than the through hole on the first surface of the through hole. The first conductive layer is formed on the first insulating layer so as to cover the first opening. The second insulating layer is formed on the second surface of the semiconductor substrate, and has a second opening on the second surface of the through hole. The third insulating layer is formed to be connected to the side surface of the semiconductor substrate and the side surface of the second insulating layer, has a third opening portion in contact with the first insulating layer and on the first opening portion. . The second conductive layer is formed on the side surface of the second insulating layer, on the upper surface and side surface of the third insulating layer, and on the side surface of the first insulating layer, and is in contact with the first conductive layer. . The film thickness of the second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate is equal to or greater than the film thickness of the third insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate.
TSVにおいて、絶縁スペーサとして例えばP−CVD(Plasma Chemical Vapor Deposition)法により形成される酸化シリコン膜(SiO2膜)を用いた場合、カバレッジが悪くなる。より具体的には、貫通孔内の上部側(半導体基板の裏面側、特に半導体基板の角部)において膜厚が厚く、下部側(半導体基板の表面側)において膜厚が薄く形成される。このため、絶縁スペーサを貫通孔内の下部側(底部側)で十分厚い膜厚を形成すると、上部側において貫通孔内部に向かって突出した形状(オーバーハング形状)となる。これにより、その後の導電層の埋め込みが困難になり、導電層内部にボイドが形成されてしまう。また、貫通孔内の底部側にノッチが生じた場合、膜厚が不十分となり、寄生容量の上昇、およびショート等の原因となる。 In TSV, when a silicon oxide film (SiO 2 film) formed by, for example, a P-CVD (Plasma Chemical Vapor Deposition) method is used as an insulating spacer, the coverage is deteriorated. More specifically, the film thickness is thick on the upper side (the back side of the semiconductor substrate, particularly the corner of the semiconductor substrate) in the through hole, and is thin on the lower side (the surface side of the semiconductor substrate). For this reason, when the insulating spacer is formed with a sufficiently thick film on the lower side (bottom side) in the through hole, a shape projecting toward the inside of the through hole (overhang shape) is formed on the upper side. This makes it difficult to fill the conductive layer thereafter, and voids are formed inside the conductive layer. In addition, when a notch is generated on the bottom side in the through hole, the film thickness becomes insufficient, leading to an increase in parasitic capacitance and a short circuit.
上記問題に対し、TSVの絶縁スペーサとして、カバレッジの良い絶縁層を形成する方法が提案されている。カバレッジの良い絶縁層としては、例えば熱CVD法により形成される有機絶縁層が挙げられる。これにより、絶縁スペーサを貫通孔内において膜厚が一定の形状(コンフォーマル形状)にすることができる。 In order to solve the above problem, a method of forming an insulating layer with good coverage as an insulating spacer of TSV has been proposed. As an insulating layer with good coverage, for example, an organic insulating layer formed by a thermal CVD method can be given. Thereby, an insulating spacer can be made into the shape (conformal shape) with a fixed film thickness in a through-hole.
しかし、貫通孔内にコンフォーマルな絶縁スペーサを形成すると、貫通孔底部側における絶縁スペーサを除去する際、貫通孔上部側の絶縁スペーサは過剰に除去されてしまう。また、TSVの底部側の絶縁層を開口する際、貫通孔上部側の絶縁スペーサはさらに除去される。これにより、貫通孔上部側の絶縁スペーサの膜厚が不十分となり、半導体基板の角部と導電層との間でリーク電流の発生、または耐圧特性不良が生じる。なお、リソグラフィ工程を追加することにより、貫通孔底部における絶縁スペーサを除去することができるが、プロセスコストが増加してしまう。 However, if a conformal insulating spacer is formed in the through hole, the insulating spacer on the upper side of the through hole is excessively removed when the insulating spacer on the bottom side of the through hole is removed. Further, when the insulating layer on the bottom side of the TSV is opened, the insulating spacer on the upper side of the through hole is further removed. Thereby, the film thickness of the insulating spacer on the upper side of the through hole becomes insufficient, and a leak current is generated between the corner portion of the semiconductor substrate and the conductive layer, or a breakdown voltage characteristic failure occurs. By adding a lithography process, the insulating spacer at the bottom of the through hole can be removed, but the process cost increases.
このように、TSVにおいて、所望の電気特性を有する形状を形成することは困難である。 As described above, in TSV, it is difficult to form a shape having desired electrical characteristics.
これに対し、本実施形態は、貫通孔上部側の絶縁スペーサの膜厚を十分に厚く形成することにより、上記問題を解決するものである。 On the other hand, the present embodiment solves the above problem by forming the insulating spacer on the upper side of the through hole sufficiently thick.
本実施形態を以下に図面を参照して説明する。図面において、同一部分には同一の参照符号を付す。また、重複した説明は、必要に応じて行う。 The present embodiment will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same parts are denoted by the same reference numerals. In addition, redundant description will be given as necessary.
<第1の実施形態>
図1乃至図7を用いて、第1の実施形態に係る半導体装置(TSV)について説明する。第1の実施形態は、ハードマスクとなる第2絶縁層14の膜厚を厚くすることにより、半導体基板10の角部近傍における絶縁スペーサ(第3絶縁層16)の膜厚を厚くする例である。これにより、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離を大きくすることができ、TSVにおける電気特性の劣化を抑制することができる。以下に、第1の実施形態について詳説する。
<First Embodiment>
The semiconductor device (TSV) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. The first embodiment is an example in which the thickness of the insulating spacer (third insulating layer 16) in the vicinity of the corner of the
[第1の実施形態の構造]
まず、図1を用いて、第1の実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。図1は、第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
[Structure of First Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment.
図1に示すように、半導体装置は、半導体基板10、第1絶縁層11、第1導電層12、配線層13、第2絶縁層14、第3絶縁層16、第2導電層20、およびバンプ電極22を備える。
As shown in FIG. 1, the semiconductor device includes a
半導体基板10は、例えばシリコン基板である。半導体基板10は、その第1面(表面)から第1面に対向する第2面(裏面)まで貫通する貫通孔15を有する。貫通孔15の平面形状は例えば円形であり、その径は例えば数μm〜数10μm程度である。なお、これに限らず、貫通孔15の平面形状は、楕円形、または長方形等であってもよい。また、半導体基板10の膜厚は、10〜100μm程度である。
The
第1絶縁層11は、半導体基板10の第1面上に形成される。第1絶縁層11は、貫通孔15の第1面上に貫通孔15よりも小径の開口部18を有する。開口部18の平面形状は、例えば円形であるが、これに限らず、楕円形、または長方形等であってもよい。また、開口部18と貫通孔15は、平面において例えば同心円状である。第1絶縁層11は、例えば酸化シリコンで構成される。
The first insulating
第1導電層12は、第1絶縁層11上に形成される。第1導電層12は、第1絶縁層11の開口部18を覆うように形成される。第1導電層12は、例えばポリシリコンまたはNiシリサイド等で構成される。
The first
配線層13は、第1導電層12上に形成される。配線層13は、例えばCu、Al、Ti、またはW等の金属材料で構成される。
The
これら半導体基板10の第1面上に形成された第1絶縁層11、第1導電層12、配線層13、および図示せぬトランジスタ等で素子、集積回路が構成される。これにより、メモリやイメージセンサ等の半導体デバイスが形成される。
The first insulating
第2絶縁層14は、半導体基板10の第2面上に形成される。第2絶縁層14は、貫通孔15の第2面上に貫通孔15と平面において同じ形状の開口部23を有する。第2絶縁層14は、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン(SiNX)等の単層膜もしくは積層膜で構成される。
The second insulating
第3絶縁層16は、貫通孔15内における半導体基板10上、および開口部23内における第2絶縁層14上に形成される。言い換えると、第3絶縁層16は、半導体基板10の側面上、および第2絶縁層14の側面上に連接して形成される。また、第3絶縁層16は、第1絶縁層11の上面に接して形成され、開口部18上に開口部18と平面において同じ形状の開口部17を有する。
The third insulating
本実施形態における第2絶縁層14および第3絶縁層16の詳細な構成および膜厚規定については、後述する。
Detailed configurations and film thickness regulations of the second insulating
第2導電層20は、貫通孔15内、第2開口部23内、および第3開口部17内における第3絶縁層16上、および開口部18内における第1絶縁層11上に、バリアメタル19を介して連接して形成される。言い換えると、第2導電層20は、第3絶縁層16の側面上および上面上に形成される。また、第2導電層20は、開口部18の底面においてバリアメタル19を介して第1導電層12に接して形成され、半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。
The second
なお、図面において、第2導電層20は、貫通孔15内、開口部23内、開口部17内、および開口部18内に埋め込まれて形成されているが、これに限らず、これらの内面上のみに形成されてもよい。
In the drawing, the second
第2導電層20は、例えばCu等で構成される。また、バリアメタル19は、Ti、TiN、Ta、またはTaN等の第2導電層20の拡散を抑制可能な膜で構成される。
The second
バンプ電極22は、貫通孔15の第2面上にバリアメタル21を介して形成される。すなわち、バンプ電極22は、バリアメタル21を介して第2導電層20に接して形成される。これにより、バンプ電極22は、第2導電層20を介して半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。
The
本実施形態において、第3絶縁層16は、貫通孔15外において第2絶縁層14の側面上のみに形成される。すなわち、第3絶縁層16の上面(第1面および第2面に平行な面)は、第2絶縁層14の上面の高さ以下である。言い換えると、第3絶縁層16は、少なくとも開口部23の下部側の一部における第2絶縁層14の側面上に形成される。
In the present embodiment, the third insulating
なお、図面において、第3絶縁層16は、貫通孔15外において、側面および上面が曲線的に(曲面を有して)連なっているが、これに限らず、直線的に角部を有して連なってもよい。また、第3絶縁層16は、貫通孔15外において、側面および上面がその間に形成される斜面によって連なってもよい。なお、以下の説明において、曲面は、側面の一部として示す。
In the drawing, the third insulating
また、第3絶縁層16は、少なくとも貫通孔15内における半導体基板10上において、膜厚W1(第1面および第2面に対して平行方向の寸法)がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第3絶縁層16の膜厚W1は、例えば500nm程度であるが、これに限らず、半導体基板10と第2導電層20との間でリーク電流が生じない程度に厚ければよい。コンフォーマルな第3絶縁層16は、例えばポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、これに限らず、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF(Fluorine−Doped SiO2)、ポーラスSiOC(Carbon−Doped SiO2)等で構成されてもよい。
Further, the third insulating
なお、ここで、膜厚がほぼ一定(コンフォーマル)とは、半導体基板10の第1面から第2面の間における側面上の最小膜厚Aおよび最大膜厚Bに対し、|(A−B)/(A+B)|で表される膜厚均一性が0.2以下となる状態を示す。
Here, the film thickness is substantially constant (conformal), with respect to the minimum film thickness A and the maximum film thickness B on the side surface between the first surface and the second surface of the
一方、貫通孔15外において、半導体基板10の第2面上における角部(半導体基板10の第2面と半導体基板10の側面とを連ねる角部、以下単に半導体基板10の角部と称す)近傍に形成される第3絶縁層16(例えば、第2絶縁層14の側面上に形成された第3絶縁層16)の膜厚は、ハードマスクとなる第2絶縁層14の膜厚W2(第1面および第2面に対して垂直方向の寸法)を厚くすることにより、厚くすることができる。すなわち、第2絶縁層14の膜厚W2を厚くすることにより、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W3、および半導体基板10の角部とその直上に位置する第2導電層20(またはバンプ電極22)との距離W4を大きくすることができる。
On the other hand, outside the through
より具体的には、第2絶縁層14の膜厚W2は、半導体基板10の側面上に形成された第3絶縁層16の膜厚W1以上であることが望ましい。これにより、半導体基板10の第2面が露出して第2導電層20またはバンプ電極22と接してショートすることを防ぐことができる。また、半導体基板10の角部とその直上に位置する第2導電層20(またはバンプ電極22)との距離W4を大きくすることができ、リーク電流を抑制することができる。
More specifically, the film thickness W2 of the second insulating
また、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W3は、第3絶縁層16の膜厚W1以上の大きさであることが望ましい。これにより、半導体基板10の角部とこれに最近接する第2導電層20との間のリーク電流を抑制することができる。このため、例えば、第2絶縁層14の膜厚W2を第3絶縁層16の膜厚W1の2倍以上に設定することが望ましい。
The shortest distance W3 between the corner of the
なお、各膜厚等は、上記規定に限らず、半導体基板10と第2導電層20(またはバンプ電極22)との間でリーク電流が発生しない程度に規定されればよい。
The film thicknesses and the like are not limited to the above, but may be specified to such an extent that no leak current is generated between the
[第1の実施形態の製造方法]
次に、図2乃至図7を用いて、第1の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図2乃至図7は、第1の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
[Production Method of First Embodiment]
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 2 to 7 are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device according to the first embodiment.
まず、図2に示すように、例えばシリコン基板からなる半導体基板10の第1面上に、第1絶縁層11が形成される。第1絶縁層11は、例えば、回路における電極間絶縁層であり、酸化シリコンで構成される。第1絶縁層11の膜厚は、例えば300nm程度である。この第1絶縁層11上(図面において、下面上)に、第1導電層12および配線層13が順に形成される。第1導電層12は、例えばポリシリコンまたはNiシリサイドで構成され、配線層13は、例えばCu、Al、Ti、またはW等の金属材料で構成される。これら第1絶縁層11、第1導電層12、配線層13、および図示せぬトランジスタ等で素子、集積回路が構成される。
First, as shown in FIG. 2, a first insulating
次に、半導体基板10の第1面側が接着剤等により、図示せぬ支持基板に貼合される。その後、半導体基板10が第2面側から研削され、その膜厚が例えば10〜100μm程度に調整される。なお、以下の工程は、半導体基板10の第1面側が支持基板に貼合された状態で行われる。
Next, the first surface side of the
次に、半導体基板10の第2面上に、ハードマスクとなる第2絶縁層14が形成される。第2絶縁層14は、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン等の単層膜もしくは積層膜で構成される。また、第2絶縁層14の膜厚は、例えば500nm〜1μm程度形成されるが、これに限らない。形成される第2絶縁層14の膜厚は、後述する種々の層のエッチング工程におけるエッチング選択比を考慮し、最終的に第3絶縁層16の膜厚以上の膜厚が残存するように調整されることが望ましい。
Next, a second insulating
次に、第2絶縁層14上に図示せぬレジストが形成され、例えばリソグラフィおよびRIE(Reactive Ion Etching)により、第2絶縁層14がエッチングされる。これにより、第2絶縁層14に開口部23が形成され、開口部23の底面において半導体基板10の第2面が露出する。
Next, a resist (not shown) is formed on the second insulating
次に、第2絶縁層14または図示せぬレジストをマスクとして、例えばRIEにより、半導体基板10がエッチングされる。これにより、半導体基板10の第2面から第1面まで貫通する貫通孔15が形成される。また、貫通孔15の底面において、第1絶縁層11が露出する。その後、図示せぬレジストが除去される。
Next, the
次に、図3に示すように、全面を覆うように、第3絶縁層16が形成される。より具体的には、第3絶縁層16は、貫通孔15内における第1絶縁層11上、貫通孔15内における半導体基板10上、および貫通孔15外における第2絶縁層14上に、連接して形成される。言い換えると、第3絶縁層16は、露出した第1絶縁層11の上面上、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 3, the third insulating
このとき、第3絶縁層16は、カバレッジの良い膜であり、その膜厚がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第3絶縁層16の膜厚W1は、例えば500nm程度であるが、これに限らず、半導体基板10と後述する第2導電層20との間でリーク電流が生じない程度に厚ければよい。
At this time, the third insulating
コンフォーマルな第3絶縁層16は、例えば、熱CVD法により形成されるポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、熱CVD法に限らず、例えば、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、またはALD(Atomic Layer Deposition)法で形成されてもよい。また、有機絶縁物に限らず、上記方法により形成される酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC等で構成されてもよい。本例では、有機絶縁物を用いた場合について説明する。
The conformal third insulating
次に、図4に示すように、例えばAr/O2系のプラズマエッチングにより、貫通孔15内の底面に位置する第3絶縁層16(第1絶縁層11上面上の第3絶縁層16)がエッチングされて除去される。これにより、貫通孔15内の底面に位置する第3絶縁層16に、貫通孔15よりも小径の開口部17が形成される。また、開口部17の底面において、第1絶縁層11が露出する。
Next, as shown in FIG. 4, the third insulating layer 16 (the third insulating
このとき、第2絶縁層14の上面上に形成された第3絶縁層16もエッチングされる。この貫通孔15(開口部23)の上部側に形成された第3絶縁層16は、底部側に形成された第3絶縁層16と比較して、エッチングレートが大きくなる。このため、上部側の第3絶縁層16は、除去された底部側の第3絶縁層16の膜厚以上にエッチングされる。その結果、第2絶縁層14の上面上に形成された第3絶縁層16だけではなく、第2絶縁層14の上部側の側面上に形成された第3絶縁層16も一部エッチングされて除去される。
At this time, the third insulating
なお、第3絶縁層16を構成する材料によっては、第2絶縁層14もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第2絶縁層14の膜厚は、第3絶縁層16とのエッチング選択比およびエッチングされる第3絶縁層16の膜厚により算出される。本例では、第3絶縁層16は有機絶縁物で構成されるため、酸化シリコンまたは窒化シリコンで構成される第2絶縁層14はほとんどエッチングされない。
Depending on the material constituting the third insulating
次に、図5に示すように、CF系のプラズマエッチングにより、露出した第1絶縁層11がエッチングされて除去される。これにより、第1絶縁層11に、開口部17と同径の開口部18が形成される。また、開口部18の底面において、第1導電層12が露出する。
Next, as shown in FIG. 5, the exposed first insulating
このとき、第2絶縁層14もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第2絶縁層14の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比およびエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。
At this time, the second insulating
なお、第3絶縁層16を構成する材料によっては、第3絶縁層16もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第3絶縁層16の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比およびエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。本例では、第3絶縁層16は有機絶縁物で構成されるため、酸化シリコンで構成される第1絶縁層11をエッチングしても第3絶縁層16はほとんどエッチングされない。
Depending on the material constituting the third insulating
このように、図4および図5の工程に示すように、半導体基板10の角部近傍に残存する第3絶縁層16(例えば、第2絶縁層14の側面上の第3絶縁層16)の膜厚は、残存する第2絶縁層14の膜厚によって決まる。すなわち、半導体基板10の角部と後述する第2導電層20との最短距離W3、および半導体基板10の角部とその直上に位置する第2導電層20(またはバンプ電極22)との距離W4は、第2絶縁層14の膜厚によって決まる。
As described above, as shown in the steps of FIGS. 4 and 5, the third insulating layer 16 (for example, the third insulating
次に、図6に示すように、例えばスパッタ法、CVD法、または蒸着法により、全面を覆うように、バリメタル19が形成される。より具体的には、バリメタル19は、開口部23外の第2絶縁層14上、開口部23内の第2絶縁層14上および第3絶縁層16上、貫通孔15内の第3絶縁層16上、開口部17内の第3絶縁層16上、開口部18内の第1絶縁層11上および第1導電層12上に、連接して形成される。言い換えると、バリアメタル19は、第2絶縁層14の上面上および側面上、第3絶縁層16の上面上および側面上、第1絶縁層11の上面上、および第1導電層12の上面上に、形成される。バリメタル19は、例えばTiNまたはTi等で構成される。バリアメタル19の膜厚は、例えば5〜200nm程度である。
Next, as shown in FIG. 6, a
次に、例えばめっき技術により、バリアメタル19上に、第2導電層20が形成される。これにより、第2導電層20が貫通孔15内、開口部17,18,23内に埋め込まれる。このため、第2導電層20は、開口部18の底面においてバリアメタル19を介して第1導電層12に接して形成され、半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。また、第2導電層20は、開口部23外にも形成される。第2導電層20は、例えばCuで構成される。
Next, the second
このとき、上述したように、貫通孔15外における半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W3が半導体基板10上の第3絶縁層16の膜厚W1の膜厚以上になることが望ましい。すなわち、第2絶縁層14の膜厚W2が第3絶縁層16の膜厚W1以上になることが望ましく、第3絶縁層16の膜厚W1の2倍以上になることがより望ましい。
At this time, as described above, the shortest distance W3 between the corner of the
次に、図7に示すように、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により、開口部23外に形成された余剰な第2導電層20およびバリアメタル19が除去される。これにより、第2絶縁層14、第2導電層20、およびバリアメタル19の上面が平坦化される。
Next, as shown in FIG. 7, the excessive second
その後、図1に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法、またはめっき技術により、第2導電層20に接するように、TiまたはTiNで構成されるバリアメタル21およびCuで構成されるバンプ電極22が形成される。これにより、バンプ電極22は、第2導電層20を介して半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。
Thereafter, as shown in FIG. 1, for example, a
このようにして、第1の実施形態に係るTSVが形成される。 In this way, the TSV according to the first embodiment is formed.
[第1の実施形態の効果]
上記第1の実施形態によれば、ハードマスクとなる第2絶縁層14の膜厚W2を厚く形成する。より具体的には、第2絶縁層14の膜厚W2をコンフォーマル形状の絶縁スペーサとなる第3絶縁層16の膜厚W1以上に設定する。これにより、貫通孔15の角部(半導体基板10の角部)近傍に形成される第3絶縁層16の膜厚を厚くすることができる。すなわち、半導体基板10の角部と第2導電層20との距離を大きくすることができ、その間のリーク電流を抑制することができる。したがって、所望の電気特性を有するTSV構造を形成することができる。
[Effect of the first embodiment]
According to the first embodiment, the second insulating
また、第1の実施形態では、貫通孔15の底部における第3絶縁層16を除去する際、新たなリソグラフィ工程を追加することなく行うことができる。すなわち、プロセスコストの増加を抑えつつ、上記構造を実現することができる。
In the first embodiment, when the third insulating
<第2の実施形態>
図8乃至図14を用いて、第2の実施形態に係る半導体装置について説明する。第1の実施形態では、第2絶縁層14の膜厚を厚くすることにより、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離を大きくした。これに対し、第2の実施形態は、絶縁スペーサとして、コンフォーマルな第4絶縁層26およびオーバーハングな第5絶縁層30を順に形成する。これにより、第2絶縁層14の上面上にも絶縁スペーサ(少なくとも第4絶縁層26)を残存させることで、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離を大きくする例である。以下に、第2の実施形態について詳説する。
<Second Embodiment>
A semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the first embodiment, the shortest distance between the corner of the
なお、第2の実施形態において、上記第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。 Note that in the second embodiment, description of the same points as in the first embodiment will be omitted, and different points will be mainly described.
[第2の実施形態の構造]
まず、図8を用いて、第2の実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。図8は、第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
[Structure of Second Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment.
図8に示すように、第2の実施形態において、第1の実施形態と異なる点は、TSVの絶縁スペーサである第4絶縁層26が第2絶縁層14の側面上だけではなく、上面上にも形成される点である。
As shown in FIG. 8, the second embodiment is different from the first embodiment in that the fourth insulating
より具体的には、第4絶縁層26は、貫通孔15内における半導体基板10上、開口部23内における第2絶縁層14上、および開口部23外における第2絶縁層14上に形成される。言い換えると、第4絶縁層26は、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上、および第2絶縁層14の上面上に連接して形成される。
More specifically, the fourth insulating
また、第4絶縁層26は、少なくとも貫通孔15内における半導体基板10上において、膜厚W1がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第4絶縁層26の膜厚W5は、例えば500nm程度であるが、これに限らず、半導体基板10と第2導電層20との間でリーク電流が生じない程度に厚ければよい。コンフォーマルな第4絶縁層26は、例えばポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、これに限らず、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC等で構成されてもよい。
Further, the fourth insulating
一方、貫通孔15外において、半導体基板10の角部近傍に形成される第4絶縁層26の膜厚は、ハードマスクとなる第2絶縁層14および第2絶縁層14上に形成された第4絶縁層26の積算膜厚W6を厚くすることにより、厚くすることができる。すなわち、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第4絶縁層26の積算膜厚W6を厚くすることにより、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W7、および半導体基板10の角部とその直上に位置するバンプ電極22(または第2導電層20)との距離W8を大きくすることができる。
On the other hand, the thickness of the fourth insulating
より具体的には、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第4絶縁層26の積算膜厚W6は、半導体基板10の側面上に形成された第4絶縁層26の膜厚W5以上であることが望ましい。これにより、半導体基板10の第2面が露出して第2導電層20またはバンプ電極22と接してショートすることを防ぐことができる。また、半導体基板10の角部とその直上に位置するバンプ電極22(または第2導電層20)との距離W8を大きくすることができ、リーク電流を抑制することができる。
More specifically, the integrated film thickness W6 of the second insulating
また、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W7は、第4絶縁層26の膜厚W5以上の大きさであることが望ましい。これにより、半導体基板10の角部と最近接する第2導電層20との間のリーク電流を抑制することができる。このため、例えば、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第4絶縁層26の積算膜厚W6を第4絶縁層26の膜厚W5の2倍以上に設定することが望ましい。
The shortest distance W7 between the corner of the
[第2の実施形態の製造方法]
次に、図9乃至図14を用いて、第2の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図9乃至図14は、第2の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
[Manufacturing Method of Second Embodiment]
Next, a manufacturing method of the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 14 are cross-sectional views illustrating manufacturing steps of the semiconductor device according to the second embodiment.
まず、図9に示すように、第1の実施形態と同様に、半導体基板10の第1面上に、第1絶縁層11、第1導電層12、および配線層13が順に形成される。その後、半導体基板10の第1面側が接着剤等により図示せぬ支持基板に貼合された後、半導体基板10が第2面側から研削され、その膜厚が例えば10〜100μm程度に調整される。
First, as shown in FIG. 9, the first insulating
次に、半導体基板10の第2面上に、ハードマスクとなる第2絶縁層14が形成される。第2絶縁層14は、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコン等の単層膜もしくは積層膜で構成される。また、第2絶縁層14の膜厚は、第1の実施形態における第2絶縁層14の膜厚よりも薄くてよく、例えば50〜500nm程度形成されるが、これに限らない。
Next, a second insulating
次に、第2絶縁層14上に図示せぬレジストが形成され、例えばリソグラフィおよびRIEにより、第2絶縁層14がエッチングされる。これにより、第2絶縁層14に開口部23が形成され、開口部23の底面において半導体基板10の第2面が露出する。
Next, a resist (not shown) is formed on the second insulating
次に、第2絶縁層14または図示せぬレジストをマスクとして、例えばRIEにより、半導体基板10がエッチングされる。これにより、半導体基板10の第2面から第1面まで貫通する貫通孔15が形成される。また、貫通孔15の底面において、第1絶縁層11が露出する。その後、図示せぬレジストが除去される。
Next, the
次に、図10に示すように、全面を覆うように、第4絶縁層26が形成される。より具体的には、第4絶縁層26は、貫通孔15内における第1絶縁層11上、貫通孔15内における半導体基板10上、および貫通孔15外における第2絶縁層14上に、形成される。言い換えると、第4絶縁層26は、露出した第1絶縁層11の上面上、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 10, a fourth insulating
このとき、第4絶縁層26は、その膜厚がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第4絶縁層26の膜厚は、例えば500nm程度であるが、これに限らず、半導体基板10と後述する第2導電層20との間でリーク電流が生じない程度に厚ければよい。
At this time, the fourth insulating
コンフォーマルな第4絶縁層26は、例えば、熱CVD法により形成されるポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、熱CVD法に限らず、例えば、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、またはALD法で形成されてもよい。また、有機絶縁物に限らず、上記方法により形成される酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC等で構成されてもよい。本例では、有機絶縁物を用いた場合について説明する。
The conformal fourth insulating
次に、図11に示すように、全面を覆うように、第5絶縁層30が形成される。より具体的には、第5絶縁層30は、貫通孔15内外における第4絶縁層26上に、連接して形成される。言い換えると、第5絶縁層30は、第4絶縁層26の上面上、側面上、および底面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 11, the fifth insulating
このとき、第5絶縁層30は、カバレッジの悪い膜であり、上部側において膜厚が厚く貫通孔15の内部に向かって突出して(オーバーハングに)形成される。第5絶縁層30の膜厚は、貫通孔15外における第4絶縁層26の上面上において、例えば500nm程度である。また、第5絶縁層30の膜厚は、貫通孔15内における第4絶縁層26の側面上および底面上において、貫通孔15外における第4絶縁層26の上面上の1/2程度であることが望ましく、例えば250nm程度である。
At this time, the fifth insulating
オーバーハングな第5絶縁層30は、例えば、P−CVD法により形成される酸化シリコンで構成される。しかし、P−CVD法に限らず、例えば、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、またはALD法で形成されてもよい。また、酸化シリコンに限らず、上記方法により形成される窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC、またはポリイミドやBCB等の有機絶縁物等で構成されてもよい。本例では、酸化シリコンを用いた場合について説明する。
The overhanging fifth insulating
なお、ここで、オーバーハングな膜とは、半導体基板10の貫通孔軸方向(第1面および第2面に対して垂直方向)の1/2(中央部)となる位置における側面上の膜厚Cに対して、第2面に向かって膜厚が厚くなり(概ね漸増し)、第1面に向かって膜厚が薄くなり(概ね漸減し)、半導体基板10の第2面の位置における側面上の膜厚Dが膜厚Cの2倍以上となる状態を示す。
Here, the overhanging film is a film on the side surface at a position that is 1/2 (central part) in the through-hole axial direction (perpendicular to the first surface and the second surface) of the
次に、図12に示すように、例えばCF系のプラズマエッチングにより、貫通孔15内の底面に位置する第5絶縁層30がエッチングされて除去される。これにより、貫通孔15内の底面において、第4絶縁層26が露出する。
Next, as shown in FIG. 12, the fifth insulating
このとき、上部側(貫通孔15外)に形成された第5絶縁層30もエッチングされる。この上部側に形成された第5絶縁層30は、底部側に形成された第5絶縁層30と比較して、エッチングレートが大きくなる。このため、上部側の第5絶縁層30は、エッチングされた底部側の第5絶縁層30の膜厚以上にエッチングされる。しかし、第5絶縁層30は、上部側において、オーバーハングな膜であるため、エッチングレートが大きくても完全には除去されず、残存する。すなわち、第4絶縁層26は、底部側を除いて、第5絶縁層30に覆われたままである。
At this time, the fifth insulating
次に、例えばAr/O2系のプラズマエッチングにより、貫通孔15の底面部において露出した第4絶縁層26がエッチングされて除去される。これにより、貫通孔15内の底面に位置する第4絶縁層26に、貫通孔15よりも小径の開口部17が形成される。また、開口部17の底面において、第1絶縁層11が露出する。
Next, the fourth insulating
このとき、第2絶縁層14の上面上に形成された第4絶縁層26の上面および側面は、第5絶縁層30に覆われている。このため、上部側に位置する第4絶縁層26は、エッチングされない。なお、本例では、第4絶縁層26は有機絶縁物で構成されるため、酸化シリコンで構成される第5絶縁層30はほとんどエッチングされない。
At this time, the upper surface and side surfaces of the fourth insulating
次に、図13に示すように、CF系のプラズマエッチングにより、露出した第1絶縁層11がエッチングされて除去される。これにより、第1絶縁層11に、開口部17と同径の開口部18が形成される。また、開口部18の底面において、第1導電層12が露出する。
Next, as shown in FIG. 13, the exposed first insulating
このとき、第4絶縁層26上に形成された第5絶縁層30もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第5絶縁層30の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比およびエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。これにより、第5絶縁層30が全て除去されてもよいし、残存してもよい。
At this time, the fifth insulating
なお、第5絶縁層30が全て除去されて第4絶縁層26が露出した場合、第4絶縁層26を構成する材料によっては、第4絶縁層26も一部エッチングされる。より具体的には、エッチングされる第4絶縁層26の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比および第4絶縁層26が露出してからエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。本例では、第4絶縁層26は有機絶縁物で構成されるため、酸化シリコンで構成される第1絶縁層11をエッチングしても第4絶縁層26はほとんどエッチングされない。
Note that when the fifth insulating
このように、コンフォーマルな第4絶縁層26上にオーバーハングな第5絶縁層30を形成することで、第4絶縁層26は、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上および上面上において、コンフォーマルな形状を維持して残存する。すなわち、第4絶縁層26は、半導体基板10の角部近傍において、コンフォーマルな形状を維持し、十分な膜厚を有する。
Thus, by forming the overhanging fifth insulating
次に、図14に示すように、例えばスパッタ法、CVD法、または蒸着法により、全面を覆うように、バリメタル19が形成される。より具体的には、バリメタル19は、貫通孔15内外における第4絶縁層26上に、連接して形成される。言い換えると、バリメタル19は、第4絶縁層26の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 14, a
次に、例えばめっき技術により、バリアメタル19上に、第2導電層20が形成される。これにより、第2導電層20が貫通孔15内、開口部17,18,23内に埋め込まれる。このため、第2導電層20は、開口部18の底面においてバリアメタル19を介して第1導電層12に接して形成され、半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。また、第2導電層20は、開口部23外にも形成される。第2導電層20は、例えばCuで構成される。
Next, the second
このとき、上述したように、貫通孔15外における半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W7が半導体基板10上の第4絶縁層26の膜厚W5の膜厚以上になることが望ましい。すなわち、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第4絶縁層26の積算膜厚W6が第4絶縁層26の膜厚W5以上になることが望ましく、第4絶縁層26の膜厚W5の2倍以上になることがより望ましい。
At this time, as described above, the shortest distance W7 between the corner of the
次に、例えばCMPにより、第4絶縁層26の上面上に形成された余剰な第2導電層20およびバリアメタル19が除去される。これにより、第4絶縁層26、第2導電層20、およびバリアメタル19の上面が平坦化される。
Next, excess second
その後、図8に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法、またはめっき技術により、第2導電層20に接するように、TiまたはTiNで構成されるバリアメタル21およびCuで構成されるバンプ電極22が形成される。これにより、バンプ電極22は、第2導電層20を介して半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。
Thereafter, as shown in FIG. 8, for example, a
このようにして、第2の実施形態に係るTSVが形成される。 In this way, the TSV according to the second embodiment is formed.
[第2の実施形態の効果]
上記第2の実施形態によれば、絶縁スペーサとして、コンフォーマルな第4絶縁層26およびオーバーハングな第5絶縁層30を順に形成する。これにより、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上、および第2絶縁層14の上面上に亘って、絶縁スペーサとなる第4絶縁層26が形成される。そして、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第4絶縁層26の積算膜厚W6を半導体基板10の側面上に形成された第4絶縁層26の膜厚W5以上に設定する。これにより、貫通孔15の角部(半導体基板10の角部)近傍に形成される第4絶縁層26の膜厚を厚くすることができる。すなわち、半導体基板10の角部と第2導電層20との距離を大きくすることができ、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[Effects of Second Embodiment]
According to the second embodiment, the conformal fourth insulating
<第3の実施形態>
図15乃至図20を用いて、第3の実施形態に係る半導体装置について説明する。第3の実施形態は、絶縁スペーサとして、オーバーハングな第6絶縁層40およびコンフォーマルな第7絶縁層36を順に形成する。これにより、第2絶縁層14の上面上にも絶縁スペーサ(第6絶縁層40)を残存させることで、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離を大きくする例である。以下に、第3の実施形態について詳説する。
<Third Embodiment>
A semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 20. In the third embodiment, an overhanging sixth insulating
なお、第3の実施形態において、上記各実施形態と同様の点については説明を省略し、主に異なる点について説明する。 Note that in the third embodiment, a description of the same points as in the above-described embodiments will be omitted, and different points will mainly be described.
[第3の実施形態の構造]
まず、図15を用いて、第3の実施形態に係る半導体装置の構造について説明する。図15は、第3の実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面図である。
[Structure of Third Embodiment]
First, the structure of the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment.
図15に示すように、第3の実施形態において、上記各実施形態と異なる点は、TSVの絶縁スペーサとして、オーバーハングな第6絶縁層40およびコンフォーマルな第7絶縁層36が順に形成される点である。
As shown in FIG. 15, the third embodiment is different from the above embodiments in that an overhanging sixth insulating
より具体的には、第6絶縁層40は、貫通孔15内における半導体基板10上、開口部23内における第2絶縁層14上、および開口部23外における第2絶縁層14上に形成される。言い換えると、第6絶縁層40は、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上、および第2絶縁層14の上面上に連接して形成される。また、第6絶縁層40は、第1絶縁層11の上面に接して形成され、開口部18上に開口部18と平面において同じ形状の開口部47を有する。
More specifically, the sixth insulating
第6絶縁層40は、上部側において膜厚が厚く突出して(オーバーハングに)形成される。第6絶縁層40の膜厚は、貫通孔15内における半導体基板10の側面上および底面上において、例えば250nm程度である。オーバーハングな第5絶縁層30は、例えば、酸化シリコンで構成される。しかし、これに限らず、例えば窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC、またはポリイミドやBCB等の有機絶縁物等で構成されてもよい。
The sixth insulating
第7絶縁層36は、貫通孔15外において第6絶縁層40の側面上のみに形成される。すなわち、第7絶縁層36の上面は、第6絶縁層40の上面の高さ以下である。また、第7絶縁層36は、開口部47上に開口部47と平面において同じ形状の開口部17を有する。
The seventh insulating
また、第7絶縁層36は、貫通孔15内における第6絶縁層40上において、膜厚がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第7絶縁層36の膜厚は、例えば500nm程度である。コンフォーマルな第7絶縁層36は、例えばポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、これに限らず、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC等で構成されてもよい。
Further, the seventh insulating
なお、半導体基板10の側面上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36のそれぞれは、上記膜厚に限らず、その積算膜厚W9が半導体基板10と第2導電層20との間でリーク電流が生じない程度に厚ければよい。
Each of the sixth insulating
貫通孔15外において、半導体基板10の角部近傍に形成される第6絶縁層40の膜厚(または第7絶縁層36との積算膜厚)は、ハードマスクとなる第2絶縁層14および第2絶縁層14上に形成された第6絶縁層40の積算膜厚W10を厚くすることにより、厚くすることができる。すなわち、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第6絶縁層40の積算膜厚W10を厚くすることにより、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W11、および半導体基板10の角部とその直上に位置するバンプ電極22(または第2導電層20)との距離W12を大きくすることができる。
Outside the through
より具体的には、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第6絶縁層40の積算膜厚W10は、半導体基板10上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9以上であることが望ましい。これにより、半導体基板10の第2面が露出して第2導電層20またはバンプ電極22と接してショートすることを防ぐことができる。また、半導体基板10の角部とその直上に位置するバンプ電極22(または第2導電層20)との距離W12を大きくすることができ、リーク電流を抑制することができる。
More specifically, the integrated film thickness W10 of the second insulating
また、半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W11は、第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9以上の大きさであることが望ましい。これにより、半導体基板10の角部と最近接する第2導電層20との間のリーク電流を抑制することができる。このため、例えば、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第6絶縁層40の積算膜厚W10を半導体基板10上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9の2倍以上に設定することが望ましい。
The shortest distance W11 between the corner of the
[第3の実施形態の製造方法]
次に、図16乃至図20を用いて、第3の実施形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。図16乃至図20は、第3の実施形態に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。
[Manufacturing Method of Third Embodiment]
Next, a semiconductor device manufacturing method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 16 to 20 are cross-sectional views illustrating the manufacturing steps of the semiconductor device according to the third embodiment.
まず、第2の実施形態と同様、図9に示す工程が行われる。すなわち、第2絶縁層14をマスクとして半導体基板10がエッチングされ、半導体基板10の第2面から第1面まで貫通する貫通孔15が形成される。
First, similarly to the second embodiment, the process shown in FIG. 9 is performed. That is, the
次に、図16に示すように、全面を覆うように、第6絶縁層40が形成される。より具体的には、第6絶縁層40は、貫通孔15内における第1絶縁層11上、貫通孔15内における半導体基板10上、および貫通孔15外における第2絶縁層14上に、形成される。言い換えると、第6絶縁層40は、露出した第1絶縁層11の上面上、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 16, a sixth insulating
このとき、第6絶縁層40は、カバレッジの悪い膜であり、上部側において膜厚が厚く突出して(オーバーハングに)形成される。第6絶縁層40の膜厚は、貫通孔15外における第2絶縁層14の上面上において、例えば500nm〜1μm程度である。また、第6絶縁層40の膜厚は、貫通孔15内における半導体基板10の側面上および底面上において、貫通孔15外における第2絶縁層14の上面上の1/2程度であることが望ましく、例えば250nm程度である。
At this time, the sixth insulating
オーバーハングな第6絶縁層40は、例えば、P−CVD法により形成される酸化シリコンで構成される。しかし、P−CVD法に限らず、例えば、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、またはALD法で形成されてもよい。また、酸化シリコンに限らず、上記方法により形成される窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC、またはポリイミドやBCB等の有機絶縁物等で構成されてもよい。本例では、酸化シリコンを用いた場合について説明する。
The overhanging sixth insulating
次に、図17に示すように、全面を覆うように、第7絶縁層36が形成される。より具体的には、第7絶縁層36は、貫通孔15内外における第6絶縁層40上に、連接して形成される。言い換えると、第7絶縁層36は、第6絶縁層40の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 17, a seventh insulating
このとき、第7絶縁層36は、その膜厚がほぼ一定(コンフォーマル)に形成される。第7絶縁層36の膜厚は、例えば500nm程度である。
At this time, the seventh insulating
コンフォーマルな第7絶縁層36は、例えば、熱CVD法により形成されるポリイミドやBCB等の有機絶縁物で構成される。しかし、熱CVD法に限らず、例えば、スパッタ法、蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、またはALD法で形成されてもよい。また、有機絶縁物に限らず、上記方法により形成される酸化シリコン、窒化シリコン、SiOF、ポーラスSiOC等で構成されてもよい。本例では、有機絶縁物を用いた場合について説明する。
The conformal seventh insulating
次に、図18に示すように、例えばAr/O2系のプラズマエッチングにより、貫通孔15の底面に位置する第7絶縁層36がエッチングされて除去される。これにより、貫通孔15内の底面に位置する第7絶縁層36に、貫通孔15よりも小径の開口部17が形成される。また、開口部17の底面において、第6絶縁層40が露出する。
Next, as shown in FIG. 18, the seventh insulating
このとき、上部側(貫通孔15外)に形成された第7絶縁層36もエッチングされる。この上部側に形成された第7絶縁層36は、底部側に形成された第7絶縁層36と比較して、エッチングレートが大きくなる。このため、上部側の第7絶縁層36は、除去された底部側の第7絶縁層36の膜厚以上にエッチングされる。その結果、第6絶縁層40の上面上に形成された第7絶縁層36だけではなく、第6絶縁層40の上部側の側面に形成された第7絶縁層36も一部エッチングされて除去される。
At this time, the seventh insulating
次に、例えばCF系のプラズマエッチングにより、貫通孔15の底面部において露出した第6絶縁層40がエッチングされて除去される。これにより、貫通孔15内の底面に位置する第6絶縁層40に、開口部17と同径の開口部47が形成される。また、開口部47の底面において、第1絶縁層11が露出する。
Next, the sixth insulating
このとき、上部側(貫通孔15外)に形成された第6絶縁層40もエッチングされる。この上部側に形成された第6絶縁層40は、底部側に形成された第6絶縁層40と比較して、エッチングレートが大きくなる。このため、上部側の第6絶縁層40は、エッチングされた底部側の第6絶縁層40の膜厚以上にエッチングされる。しかし、第6絶縁層40は、上部側において、オーバーハングな膜であるため、エッチングレートが大きくても完全には除去されず、残存する。すなわち、第6絶縁層40は、第2絶縁層14の上面上および側面上に残存する。
At this time, the sixth insulating
次に、図19に示すように、CF系のプラズマエッチングにより、露出した第1絶縁層11がエッチングされて除去される。これにより、第1絶縁層11に、開口部47と同径の開口部18が形成される。また、開口部18の底面において、第1導電層12が露出する。
Next, as shown in FIG. 19, the exposed first insulating
このとき、第2絶縁層14上に形成された第6絶縁層40もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第6絶縁層40の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比およびエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。
At this time, the sixth insulating
なお、第7絶縁層36を構成する材料によっては、第7絶縁層36もエッチングされる。より具体的には、エッチングされる第7絶縁層36の膜厚は、第1絶縁層11とのエッチング選択比およびエッチングされる第1絶縁層11の膜厚により算出される。本例では、第7絶縁層36は有機絶縁物で構成されるため、酸化シリコンで構成される第1絶縁層11をエッチングしても第7絶縁層36はほとんどエッチングされない。
Depending on the material constituting the seventh insulating
このように、オーバーハングな第6絶縁層40上にコンフォーマルな第7絶縁層36を形成することにより、半導体基板10の角部近傍の絶縁スペーサ(第7絶縁層36および第6絶縁層40)の膜厚を厚くすることができる。また、コンフォーマルな第7絶縁層36は、底部側よりも上部側においてより大きくエッチングされる。このため、第6絶縁層40のオーバーハング形状を相殺する。すなわち、半導体基板10の側面上において、第6絶縁層40および第7絶縁層36の積層膜としてコンフォーマル形状にすることができる。このため、後述する第2導電層20の埋め込み工程において、その埋め込み特性が劣化することを防ぐことができる。
Thus, by forming the conformal seventh insulating
次に、図20に示すように、例えばスパッタ法、CVD法、または蒸着法により、全面を覆うように、バリメタル19が形成される。より具体的には、バリメタル19は、貫通孔15内外における第6絶縁層40および第7絶縁層36上に、連接して形成される。言い換えると、バリメタル19は、第6絶縁層40および第7絶縁層36の側面上および上面上に形成される。
Next, as shown in FIG. 20, a
次に、例えばめっき技術により、バリアメタル19上に、第2導電層20が形成される。これにより、第2導電層20が貫通孔15内、開口部17,18,23,47内に埋め込まれる。このため、第2導電層20は、開口部18の底面においてバリアメタル19を介して第1導電層12に接して形成され、半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。また、第2導電層20は、開口部23外にも形成される。
Next, the second
このとき、上述したように、貫通孔15外における半導体基板10の角部と第2導電層20との最短距離W11が半導体基板10の側面上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9の膜厚以上になることが望ましい。すなわち、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第6絶縁層40の積算膜厚W10が半導体基板10の側面上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9以上になることが望ましく、半導体基板10の側面上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9の2倍以上になることがより望ましい。
At this time, as described above, the shortest distance W11 between the corner portion of the
次に、例えばCMPにより、第6絶縁層40の上面上に形成された余剰な第2導電層20およびバリアメタル19が除去される。これにより、第6絶縁層40、第2導電層20、およびバリアメタル19の上面が平坦化される。
Next, excess second
その後、図15に示すように、例えば、スパッタ法、CVD法、またはめっき技術により、第2導電層20に接するように、TiまたはTiNで構成されるバリアメタル21およびCuで構成されるバンプ電極22が形成される。これにより、バンプ電極22は、第2導電層20を介して半導体基板10の第1面上に形成された回路と電気的に接続される。
Thereafter, as shown in FIG. 15, for example, a
このようにして、第3の実施形態に係るTSVが形成される。 In this way, the TSV according to the third embodiment is formed.
[第3の実施形態の効果]
上記第3の実施形態によれば、絶縁スペーサとして、オーバーハングな第6絶縁層40およびコンフォーマルな第7絶縁層36を順に形成する。これにより、半導体基板10の側面上、第2絶縁層14の側面上、および第2絶縁層14の上面上に亘って、第6絶縁層40が形成され、この第6絶縁層40の側面上に第7絶縁層36が形成される。そして、半導体基板10の第2面上に形成された第2絶縁層14および第6絶縁層40の積算膜厚W10を半導体基板10の側面上に形成された第6絶縁層40および第7絶縁層36の積算膜厚W9以上に設定する。これにより、貫通孔15の角部(半導体基板10の角部)近傍に形成される第6絶縁層40および第7絶縁層36の膜厚を厚くすることができる。すなわち、半導体基板10の角部と第2導電層20との距離を大きくすることができ、上記第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
[Effect of the third embodiment]
According to the third embodiment, the overhanging sixth insulating
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。 In addition, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention when it is practiced. Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect described in the column of the effect of the invention Can be obtained as an invention.
10…半導体基板、11…第1絶縁層、12…第1導電層、14…第2絶縁層、15…貫通孔、16…第3絶縁層、17,18,23,47…開口部、20…第2導電層、26…第4絶縁層、30…第5絶縁層、36…第7絶縁層、40…第6絶縁層。
DESCRIPTION OF
Claims (13)
前記半導体基板の前記第1面上に形成され、前記貫通孔の前記第1面上に前記貫通孔よりも小径の第1開口部を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に、前記第1開口部を覆うように形成された第1導電層と、
前記半導体基板の前記第2面上に形成され、前記貫通孔の前記第2面上に第2開口部を有する第2絶縁層と、
前記半導体基板の側面上、および前記第2絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第1絶縁層に接しかつ前記第1開口部上に第3開口部を有する第3絶縁層と、
前記第2絶縁層の側面上、前記第3絶縁層の上面上および側面上、および前記第1絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第1導電層に接する第2導電層と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層の膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第3絶縁層の膜厚以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a through-hole penetrating from the first surface to the second surface facing the first surface;
A first insulating layer formed on the first surface of the semiconductor substrate and having a first opening having a smaller diameter than the through hole on the first surface of the through hole;
A first conductive layer formed on the first insulating layer so as to cover the first opening;
A second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate and having a second opening on the second surface of the through hole;
A third insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate and on the side surface of the second insulating layer, in contact with the first insulating layer and having a third opening on the first opening;
A second conductive layer formed on the side surface of the second insulating layer, on the upper surface and side surface of the third insulating layer, and on the side surface of the first insulating layer, and in contact with the first conductive layer;
Comprising
The thickness of the second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate is greater than or equal to the thickness of the third insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. apparatus.
前記半導体基板の前記第1面上に形成され、前記貫通孔の前記第1面上に前記貫通孔よりも小径の第1開口部を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に、前記第1開口部を覆うように形成された第1導電層と、
前記半導体基板の前記第2面上に形成され、前記貫通孔の前記第2面上に第2開口部を有する第2絶縁層と、
前記半導体基板の側面上、前記第2絶縁層の側面上および上面上に連接して形成され、前記第1絶縁層に接しかつ前記第1開口部上に第3開口部を有する第4絶縁層と、
前記第4絶縁層の側面上、および前記第1絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第1導電層に接する第2導電層と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層および前記第4絶縁層の積算膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第4絶縁層の膜厚以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a through-hole penetrating from the first surface to the second surface facing the first surface;
A first insulating layer formed on the first surface of the semiconductor substrate and having a first opening having a smaller diameter than the through hole on the first surface of the through hole;
A first conductive layer formed on the first insulating layer so as to cover the first opening;
A second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate and having a second opening on the second surface of the through hole;
A fourth insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate, on the side surface and the upper surface of the second insulating layer, and in contact with the first insulating layer and having a third opening on the first opening; When,
A second conductive layer formed on and connected to the side surface of the fourth insulating layer and on the side surface of the first insulating layer, and in contact with the first conductive layer;
Comprising
The integrated film thickness of the second insulating layer and the fourth insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate is equal to or greater than the film thickness of the fourth insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. There is a semiconductor device.
前記半導体基板の前記第1面上に形成され、前記貫通孔の前記第1面上に前記貫通孔よりも小径の第1開口部を有する第1絶縁層と、
前記第1絶縁層上に、前記第1開口部を覆うように形成された第1導電層と、
前記半導体基板の前記第2面上に形成され、前記貫通孔の前記第2面上に第2開口部を有する第2絶縁層と、
前記半導体基板の側面上、前記第2絶縁層の側面上および上面上に連接して形成され、前記第1絶縁層に接しかつ前記第1開口部上に第3開口部を有する第6絶縁層と、
前記第6絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第3開口部上に第4開口部を有する第7絶縁層と、
前記第7絶縁層の側面上および上面上、前記第6絶縁層の側面上、および前記第1絶縁層の側面上に連接して形成され、前記第1導電層に接する第2導電層と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層および前記第6絶縁層の積算膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第6絶縁層および前記第7絶縁層の積算膜厚以上であることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate having a through-hole penetrating from the first surface to the second surface facing the first surface;
A first insulating layer formed on the first surface of the semiconductor substrate and having a first opening having a smaller diameter than the through hole on the first surface of the through hole;
A first conductive layer formed on the first insulating layer so as to cover the first opening;
A second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate and having a second opening on the second surface of the through hole;
A sixth insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate, on the side surface and the upper surface of the second insulating layer, and in contact with the first insulating layer and having a third opening on the first opening. When,
A seventh insulating layer formed on the side surface of the sixth insulating layer and having a fourth opening on the third opening;
A second conductive layer formed on the side surface and the upper surface of the seventh insulating layer, on the side surface of the sixth insulating layer, and on the side surface of the first insulating layer, and in contact with the first conductive layer;
Comprising
The integrated film thicknesses of the second insulating layer and the sixth insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate are the same as the sixth insulating layer and the seventh insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. A semiconductor device having a thickness equal to or greater than an integrated film thickness of the layer.
前記第1絶縁層上に、第1導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1面に対向する第2面上に、第2絶縁層を形成した後、前記第2絶縁層をエッチングして第2開口部を形成する工程と、
前記第2絶縁層をマスクとして、前記半導体基板に第2面から第1面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上、前記半導体基板の側面上、前記第2絶縁層の側面上および上面上に連接するように、第3絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上に形成された前記第3絶縁層をエッチングして第3開口部を形成する工程と、
前記第3開口部を介して、前記第1絶縁層をエッチングして第1開口部を形成する工程と、
前記前記第2絶縁層の側面上、前記第3絶縁層の上面上および側面上、前記第1絶縁層上に連接し、前記第1導電層に接するように、第2導電層を形成する工程と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層の膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第3絶縁層の膜厚以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on the first surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer on the first insulating layer;
Forming a second opening by etching the second insulating layer after forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate opposite to the first surface;
Forming a through-hole penetrating from the second surface to the first surface in the semiconductor substrate using the second insulating layer as a mask;
Forming a third insulating layer so as to be connected to the upper surface of the first insulating layer, the side surface of the semiconductor substrate, the side surface and the upper surface of the second insulating layer;
Etching the third insulating layer formed on the upper surface of the first insulating layer to form a third opening;
Etching the first insulating layer through the third opening to form the first opening;
Forming a second conductive layer on the side surface of the second insulating layer, on the top surface and side surface of the third insulating layer, on the first insulating layer, and in contact with the first conductive layer; When,
Comprising
The thickness of the second insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate is greater than or equal to the thickness of the third insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. Device manufacturing method.
前記第1絶縁層上に、第1導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1面に対向する第2面上に、第2絶縁層を形成した後、前記第2絶縁層をエッチングして第2開口部を形成する工程と、
前記第2絶縁層をマスクとして、前記半導体基板に第2面から第1面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上、前記半導体基板の側面上、前記第2絶縁層の側面上および上面上に連接するように、第4絶縁層を形成する工程と、
前記第4絶縁層の上面上、側面上、および底面上に連接し、かつ前記第4絶縁層の側面上および底面上の膜厚よりも前記第4絶縁層の上面上の膜厚のほうが厚くなるように、第5絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上に形成された前記第4絶縁層および前記第5絶縁層をエッチングして第3開口部を形成する工程と、
前記第3開口部を介して、前記第1絶縁層をエッチングして第1開口部を形成する工程と、
前記第3絶縁層の側面上または第4絶縁層の側面上、および前記第1絶縁層の側面上に連接し、前記第1導電層に接するように、第2導電層を形成する工程と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層および第3絶縁層の積算膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第3絶縁層の膜厚以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on the first surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer on the first insulating layer;
Forming a second opening by etching the second insulating layer after forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate opposite to the first surface;
Forming a through-hole penetrating from the second surface to the first surface in the semiconductor substrate using the second insulating layer as a mask;
Forming a fourth insulating layer so as to be connected to the upper surface of the first insulating layer, the side surface of the semiconductor substrate, the side surface and the upper surface of the second insulating layer;
The film thickness on the upper surface of the fourth insulating layer is thicker than the film thickness on the upper surface, the side surface, and the bottom surface of the fourth insulating layer, and on the side surface and the bottom surface of the fourth insulating layer. Forming a fifth insulating layer,
Etching the fourth insulating layer and the fifth insulating layer formed on the upper surface of the first insulating layer to form a third opening;
Etching the first insulating layer through the third opening to form the first opening;
Forming a second conductive layer on the side surface of the third insulating layer or on the side surface of the fourth insulating layer and on the side surface of the first insulating layer so as to be in contact with the first conductive layer;
Comprising
The integrated film thickness of the second insulating layer and the third insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate is equal to or greater than the film thickness of the third insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第1絶縁層上に、第1導電層を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第1面に対向する第2面上に、第2絶縁層を形成した後、前記第2絶縁層をエッチングして第2開口部を形成する工程と、
前記第2絶縁層をマスクとして、前記半導体基板に第2面から第1面まで貫通する貫通孔を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上、前記半導体基板の側面上、前記第2絶縁層の側面上および上面上に連接し、かつ前記第1絶縁層の上面上、前記半導体基板の側面上、および前記第2絶縁層の側面上の膜厚よりも前記第2絶縁層の上面上の膜厚が厚くなるように、第6絶縁層を形成する工程と、
前記第6絶縁層の上面上、側面上、および底面上に、膜厚がほぼ一定になるように第7絶縁層を形成する工程と、
前記第1絶縁層の上面上に形成された前記第6絶縁層および前記第7絶縁層をエッチングして第3開口部を形成する工程と、
前記第3開口部を介して、前記第1絶縁層をエッチングして第1開口部を形成する工程と、
前記第6絶縁層の側面上第7絶縁層の側面上および上面上、および前記第1絶縁層の側面上に連接し、前記第1導電層に接するように、第2導電層を形成する工程と、
を具備し、
前記半導体基板の前記第2面上に形成された前記第2絶縁層および第6絶縁層の積算膜厚は、前記半導体基板の側面上に形成された前記第6絶縁層および前記第7絶縁層の膜厚以上であることを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first insulating layer on the first surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer on the first insulating layer;
Forming a second opening by etching the second insulating layer after forming a second insulating layer on the second surface of the semiconductor substrate opposite to the first surface;
Forming a through-hole penetrating from the second surface to the first surface in the semiconductor substrate using the second insulating layer as a mask;
On the upper surface of the first insulating layer, on the side surface of the semiconductor substrate, on the side surface and on the upper surface of the second insulating layer, and on the upper surface of the first insulating layer, on the side surface of the semiconductor substrate; and Forming a sixth insulating layer such that the film thickness on the upper surface of the second insulating layer is thicker than the film thickness on the side surface of the second insulating layer;
Forming a seventh insulating layer on the top surface, side surface, and bottom surface of the sixth insulating layer so that the film thickness is substantially constant;
Etching the sixth insulating layer and the seventh insulating layer formed on the upper surface of the first insulating layer to form a third opening;
Etching the first insulating layer through the third opening to form the first opening;
Forming a second conductive layer on the side surface of the sixth insulating layer, on the side surface and upper surface of the seventh insulating layer, and on the side surface of the first insulating layer, and in contact with the first conductive layer; When,
Comprising
The integrated film thicknesses of the second insulating layer and the sixth insulating layer formed on the second surface of the semiconductor substrate are the sixth insulating layer and the seventh insulating layer formed on the side surface of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device, wherein the thickness is equal to or greater than the thickness of the semiconductor device.
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