JP2014082291A - 半導体装置の製造方法及び半導体装置 - Google Patents

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holes
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Haruo Iwazu
春生 岩津
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Tokyo Electron Ltd
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Abstract

【課題】半導体装置の製造工程において基板を厚み方向に貫通する貫通孔の内側面に絶縁膜を適切に形成しつつ、当該半導体装置の製造工程のスループットを向上させる。
【解決手段】ウェハ10を厚み方向に貫通する貫通孔40〜42内に電着絶縁膜溶液Dを供給した後、接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dと信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧を印加する。そして、バルク層11における電源用貫通孔41の内側面と、バルク層11における信号用貫通孔42の内側面に、それぞれ電着絶縁膜50を形成し、さらに当該電着絶縁膜50の形成状態を検査する。
【選択図】図9

Description

本発明は、半導体装置の製造方法及びその製造方法で製造される半導体装置に関する。
近年、半導体装置の高性能化が要求され、半導体デバイスの高集積化が進んでいる。かかる状況下で、高集積化された半導体デバイスを水平面内に複数配置し、これら半導体デバイスを配線で接続して半導体装置を製造する場合、配線長が増大し、それにより配線の抵抗が大きくなること、また配線遅延が大きくなることが懸念される。
そこで、半導体デバイスを3次元に積層する3次元集積技術が提案されている。この3次元集積技術においては、裏面を研磨することで薄化され、表面に複数の電子回路が形成された半導体ウェハ(以下、「ウェハ」という)を貫通するように、例えば100μm以下の微細な径を有する電極、いわゆる貫通電極(TSV:Through Silicon Via)が複数形成される。そして、この貫通電極を介して、上下に積層されたウェハが電気的に接続される。
上述した貫通電極を形成する際には、例えば貫通孔内にスパッタリングやめっきなどにより金属を埋め込んで貫通電極を形成する前に、当該貫通孔の内側面に絶縁膜が形成される。この絶縁膜は例えば蒸着重合によって形成される(特許文献1)。
特開2009−231783号公報
しかしながら、特許文献1に記載されたように蒸着重合によって絶縁膜を形成すると、貫通孔内や基板の裏面で膜が均一に成長するため、貫通孔の内側面だけでなく貫通孔の底部や基板の裏面上にも絶縁膜が形成されてしまう。このため、例えばレーザ加工やドライエッチングなどを用いて、貫通孔の底部や基板の裏面上の絶縁膜を選択的に除去する必要があった。したがって、半導体装置の製造工程のスループットに改善の余地があった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、半導体装置の製造工程において基板を厚み方向に貫通する貫通孔の内側面に絶縁膜を適切に形成しつつ、当該半導体装置の製造工程のスループットを向上させることを目的とする。
前記の目的を達成するため、本発明は、半導体装置の製造方法であって、基板を厚み方向に貫通する第1の貫通孔内に導電性の絶縁膜溶液を供給すると共に、基板を厚み方向に貫通する第2の貫通孔内に導電性液を供給する第1の工程と、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加し、前記第1の貫通孔の内側面において、絶縁膜を形成する又は絶縁膜の形成状態を検査する第2の工程と、を有することを特徴している。
本発明によれば、第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加すると、当該絶縁膜溶液と導電性液との間の基板に電流が流れる。例えば絶縁膜溶液がカチオン型(陽イオン)の場合、第1の貫通孔内の絶縁膜溶液を陰極とし、第2の貫通孔内の導電性液を陽極として電圧を印加すると、第1の貫通孔の側面から第2の貫通孔の側面に向かって基板内を電流が流れる。そうすると、この電流によって第1の貫通孔の内側面に絶縁膜を形成することができる。しかも、従来の蒸着重合のように第1の貫通孔の底部や基板の裏面上に絶縁膜が形成されないので、この絶縁膜を除去する工程を省略することができる。したがって、本発明によれば、半導体装置の製造工程のスループットを向上させることができる。
また、第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加すると、第1の貫通孔の内側面の絶縁膜の形成状態を検査することができる。具体的には、例えば第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と第2の貫通孔内の導電性液との間を流れる電流の電流値を測定し、測定された電流値の変化により絶縁膜の形成状態を検査する。電流が流れている状態では絶縁膜が完全に形成されておらず、電圧の印加を継続して、絶縁膜を形成する。そして、電流が流れなくなる際(電流値がゼロになる際)に、絶縁膜が完全に形成される。このように絶縁膜の形成状態を検査することで、第1の貫通孔の内側面に絶縁膜をより適切に形成することができる。
前記基板は導電層と絶縁層が積層されて構成され、前記第2の工程において、前記導電層における前記第1の貫通孔の内側面において、前記絶縁膜を形成する又は前記絶縁膜の形成状態を検査してもよい。
前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔は、それぞれ基板に複数形成され、前記第2の工程において、複数の前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液を一の極とし、複数の前記第2の貫通孔内の導電性液を他の極として電圧を印加し、前記第1の貫通孔の内側面において、前記絶縁膜を選択的に形成する又は前記絶縁膜の形成状態を検査してもよい。
前記第2の工程において、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値の変化により前記絶縁膜の形成状態を検査してもよい。
前記第2の工程において、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加して、当該絶縁膜溶液と導電性液との間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値に基づいて前記絶縁膜の形成の適否を検査し、前記検査の結果、前記絶縁膜が適切に形成されず前記電流が確認された場合には、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧をさらに印加して、前記第1の貫通孔の内側面に前記絶縁膜を形成してもよい。
前記第1の貫通孔は基板に複数形成され、前記第2の工程において、対の前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液間に電圧を印加して、当該絶縁膜溶液間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値に基づいて前記絶縁膜の形成の適否を検査し、前記検査の結果、前記絶縁膜が適切に形成されず前記電流が確認された場合には、前記対の第1の貫通孔内の絶縁膜溶液間に電圧をさらに印加して、当該第1の貫通孔の内側面に前記絶縁膜を形成してもよい。
前記第2の貫通孔は、接地線に接続される貫通電極用の貫通孔であってもよい。
前記第2の貫通孔は、基板においてスクライブラインとなる領域に形成されていてもよい。なお、スクライブラインとは、ウェハが切断され複数の半導体チップに分割される際のラインのことである。
前記第1の工程の前に、前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔に対応する位置にそれぞれ絶縁膜溶液と導電性液を供給する流通路を備え、且つ前記流通路に電極を備えたテンプレートを基板に対向して配置し、前記第1の工程において、前記テンプレートの流通路から前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔にそれぞれ絶縁膜溶液と導電性液を供給し、前記第2の工程において、前記テンプレートの電極を介して、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加してもよい。
前記第2の貫通孔内に供給される導電性液は、前記第1の貫通孔内に供給される絶縁膜溶液と同一であってもよい。
別な観点による本発明は、半導体装置であって、導電層と絶縁層が積層された基板には、当該基板を厚み方向に貫通する第1の貫通孔と第2の貫通孔が形成され、前記導電層における前記第1の貫通孔の内側面に絶縁膜が形成され、且つ前記絶縁層における前記第1の貫通孔の内側面には絶縁膜が形成されておらず、
前記第2の貫通孔の内側面には絶縁膜が形成されていないことを特徴としている。
前記第1の貫通孔内に導電性の絶縁膜溶液を供給すると共に、前記第2の貫通孔内に導電性液を供給し、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加して、前記第1の貫通孔の内側面において、絶縁膜が形成される又は絶縁膜の形成状態が検査されてもよい。
前記第2の貫通孔内に供給される導電性液は、前記第1の貫通孔内に供給される絶縁膜溶液と同一であってもよい。
前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔は、それぞれ基板に複数形成されていてもよい。
前記第2の貫通孔は、接地線に接続される貫通電極用の貫通孔であってもよい。
前記第2の貫通孔は、基板においてスクライブラインとなる領域に形成されていてもよい。
本発明によれば、半導体装置の製造工程において基板を厚み方向に貫通する貫通孔の内側面に絶縁膜を適切に形成しつつ、当該半導体装置の製造工程のスループットを向上させることができる。
本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の主な工程を示すフローチャートである。 ウェハの構成の概略を示す縦断面図である。 ウェハに支持基板を配設した様子を示す説明図である。 ウェハを薄化した様子を示す説明図である。 ウェハにテンプレートを配設した様子を示す説明図である。 ウェハ上にエッチング液を供給した様子を示す説明図である。 ウェハに貫通孔を形成した様子を示す説明図である。 貫通孔内に電着絶縁膜溶液を供給した様子を示す説明図である。 電源用貫通孔の内側面と信号用貫通孔の内側面に電着絶縁膜を形成する様子を示す説明図である。 電源用貫通孔(信号用貫通孔)内の電着絶縁膜溶液から接地用貫通孔内の電着絶縁膜溶液に電流が流れる様子を示す平面視における説明図である。 電源用貫通孔(信号用貫通孔)の内側面と底面を分割して示した説明図である。 接地用貫通孔内の電着絶縁膜溶液と電源用貫通孔内の電着絶縁膜溶液との間に電圧を印加し、電源用貫通孔の内側面の電着絶縁膜を検査する様子を示す説明図である。 一対の信号用貫通孔内の電着絶縁膜溶液間に電圧を印加し、信号用貫通孔の内側面の電着絶縁膜を検査する様子を示す説明図である。 貫通孔内にめっき液を供給した様子を示す説明図である。 貫通孔内に貫通電極を形成した様子を示す説明図である。 貫通電極上にバンプを形成した様子を示す説明図である。 半導体装置が製造された様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかるウェハとテンプレートの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態において、電源用貫通孔の内側面と信号用貫通孔の内側面に電着絶縁膜を形成する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において貫通孔内に貫通電極を形成し、さらに貫通電極上にバンプを形成した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、半導体装置が製造された様子を示す説明図である。 他の実施の形態にかかるウェハの構成の概略を示す縦断面図である。 他の実施の形態にかかるウェハの構成の概略を示す平面図である。 他の実施の形態において、ウェハにテンプレートを配設した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、ウェハに貫通孔を形成した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、貫通孔内に電着絶縁膜溶液を供給した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、接地用貫通孔の内側面、電源用貫通孔の内側面及び信号用貫通孔の内側面に電着絶縁膜を形成する様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、貫通孔内に貫通電極を形成した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、接地用貫通電極、電源用貫通電極及び信号用貫通電極上にバンプを形成した様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、半導体装置が製造された様子を示す説明図である。 他の実施の形態において、電源用貫通孔の内側面と信号用貫通孔の内側面に電着絶縁膜を形成する様子を示す説明図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態では、本発明にかかる半導体装置の製造方法と、当該製造方法によって製造される半導体装置について説明する。図1は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法の主な処理フローを示している。なお、以下の説明で用いる図面において、各構成要素の寸法は、技術の理解の容易さを優先させるため、必ずしも実際の寸法に対応していない。
先ず、図2に示すように基板としてのウェハ10において、例えばシリコンからなる導電層としてのバルク層11上にデバイス層12を形成する(図1の工程S1)。以下、バルク層11において、デバイス層12側の面を表面11aといい、デバイス層12と反対側の面を裏面11bという。また、デバイス層12において、バルク層11と反対側の面を表面12aといい、バルク層11側の面を裏面12bという。
デバイス層12には、金属の接地線13、金属の電源線14、金属の信号線15が形成されている。図2では接地線13、電源線14、信号線15はそれぞれ1つずつ図示されているが、実際にはデバイス層12内に複数形成されている。またデバイス層12には、図示はしないが、その他の配線や、種々の回路、電極等も形成されている。上記接地線13、電源線14、信号線15は、絶縁膜16に覆われている。この絶縁膜16によって、デバイス層12は全体として絶縁層を構成している。
なおウェハ10には、後述するようにウェハ10を厚み方向に貫通する貫通孔40〜42(図2の点線部)が形成される。
その後、図3に示すようにデバイス層12の表面12aに支持基板20を配設する(図1の工程S2)。支持基板20はデバイス層12の表面12aを覆うように配置される。また、支持基板20は例えば剥離可能な接着剤によってデバイス層12と接着される。なお、支持基板20にはシリコンウェハやガラス基板が用いられる。
なお、ウェハ10又は支持基板20のいずれか一方には、貫通孔40〜42と対応する位置に、図示しない電極(以下、「ウェハ側電極」という。)が設けられている。
その後、図4に示すようにバルク層11の裏面11bを研磨し、ウェハ10を薄化する(図1の工程S3)。この工程S3において、ウェハ10の表裏面を反転させ、バルク層11の下方にデバイス層12を配置する。また工程S3の後は、ウェハ10が薄化された状態で後続の工程が行われるが、支持基板20がウェハ10に十分な強度を与えるので、搬送時のウェハ10の割れなどを防止することができる。
その後、図5に示すようにバルク層11の裏面11b側にテンプレート30を配設する。テンプレート30は、例えば略円盤形状を有し、ウェハ10の平面視における形状と同一の形状を有している。なお、テンプレート30には例えば炭化珪素(SiC)などが用いられる。
テンプレート30には、種々の処理液を流通させるための流通路31が複数形成されている。複数の流通路31は、テンプレート30がウェハ10に配置された際に、当該ウェハ10における貫通孔40〜42の形成位置に対向する位置に形成されている。各流通路31はテンプレート30を厚み方向に貫通し、流通路31の両端部は開口している。また、各流通路31の側面には、電極32が設けられている。
その後、図6に示すように流通路31を介してウェハ10上にエッチング液Eを供給する。そして、ウェハ側電極とエッチング液Eが電気的に接続される。なお、エッチング液Eとしては、例えばフッ酸とイソプロピルアルコールの混合液(HF/IPA)やフッ酸とエタノールの混合液などが用いられる。
その後、例えば電源装置(図示せず)により、ウェハ側電極を陰極とし、テンプレート30の電極32を陽極として、エッチング液Eに電圧を印加する。そうすると、エッチング液Eによってウェハ10の電界エッチングが行われ、すなわちエッチング液Eがウェハ10をエッチングしながら当該ウェハ10の内部に進入する。そして、図7に示すようにウェハ10に貫通孔40〜42が形成される(図1の工程S4)。なお貫通孔40〜42が形成されると、エッチング液Eは除去される。
これら貫通孔40〜42は、ウェハ10を完全に貫通していないが、後述するように貫通孔40〜42内に形成される貫通電極70〜72がウェハ10の表面と裏面との間を電気的に接続することから、このように称する。そして具体的には、貫通孔40〜42は、ウェハ10のバルク層11を厚み方向に貫通し、さらにデバイス層12において接地線13、電源線14、信号線15に達する位置まで形成される。以下、接地線13に対応する位置に形成される貫通孔40を接地用貫通孔40といい、電源線14に対応する位置に形成される貫通孔41を電源用貫通孔41といい、信号線15に対応する位置に形成される貫通孔42を信号用貫通孔42という。なお、接地用貫通孔40が本発明における第2の貫通孔に対応し、電源用貫通孔41と信号用貫通孔42がそれぞれ本発明における第1の貫通孔に対応している。
その後、図8に示すように流通路31を介してウェハ10上に電着絶縁膜溶液Dを供給する。供給された電着絶縁膜溶液Dは、貫通孔40〜42内にそれぞれ進入する。なお電着絶縁膜溶液Dには、導電性を有し、且つ後述するように貫通孔40〜42内に電着絶縁膜50を形成するための液が用いられる。本実施の形態では、電着絶縁膜溶液Dとして、例えばカチオン型(陽イオン)の電着ポリイミド溶液が用いられる。
その後、例えば電源装置(図示せず)により、図9に示すようにテンプレート30の電極32を介して、接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dと信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧(バイアス電圧)を印加する。そうすると、図9及び図10に示すように電源用貫通孔41の側面から接地用貫通孔40の側面に向かってバルク層11内を電流が流れる。同様に信号用貫通孔42の側面から接地用貫通孔40の側面に向かってバルク層11内を電流が流れる。
ここで、図11に示すように電源用貫通孔41において、バルク層11に接する側面を第1の内側面411とし、デバイス層12に接する側面を第2の内側面412とし、電源線14に接する底面を第3の底面413とする。同様に信号用貫通孔42において、バルク層11に接する側面を第1の内側面421とし、デバイス層12に接する側面を第2の内側面422とし、信号線15に接する底面を第3の底面423とする。
バルク層11は導電層であるため、電源用貫通孔41の第1の内側面411から接地用貫通孔40の側面に向かってバルク層11内を上述した電流が流れる。この電流によって、バルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411に電着絶縁膜50が形成される。同様に、信号用貫通孔42においてもバルク層11に接する第1の内側面42aに電着絶縁膜50が形成される(図1の工程S5)。
一方、デバイス層12は絶縁層であるため、当該デバイス層12内に電流が流れない。したがって、デバイス層12における電源用貫通孔41の第2の内側面412には電着絶縁膜が形成されない。同様に、信号用貫通孔42においてもデバイス層12に接する第2の内側面422に電着絶縁膜が形成されない。このように電源用貫通孔41の第2の内側面412と信号用貫通孔42の第2の内側面422に電着絶縁膜が形成されなくても、もともとデバイス層12が絶縁層であるため、問題はない。
また、電源線14側にも電流が流れないので、電源用貫通孔41の第3の底面413にも電着絶縁膜が形成されない。同様に、信号用貫通孔42の第3の底面423にも電着絶縁膜が形成されない。従来の蒸着重合であれば、電源用貫通孔41と信号用貫通孔42内に絶縁膜を形成する際、第3の底面413、423にも絶縁膜が形成されていた為、当該絶縁膜を別途除去する必要があった。この点、本実施の形態によれば、第3の底面413、423に電着絶縁膜が形成されないので、従来の絶縁膜を除去する工程を省略することができる。
なお、電着絶縁膜溶液Dはカチオン型であるため、工程S5において接地用貫通孔40の内側面に電着絶縁膜は形成されない。
この工程S5において、接地用貫通孔40と、電源用貫通孔41及び信号用貫通孔42との間を流れる電流の電流値を制御部60で測定し、電着絶縁膜の形成状態を検査する。具体的には、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421の電着絶縁膜が成長するにつれ、制御部60で測定される電流値は変化し、すなわち電流値が小さくなる。そして、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421に電着絶縁膜50が完全に形成されると、電流が流れなくなる。このとき制御部60では、電流値がゼロと測定され、電着絶縁膜50の形成が終了したと判定されて、電源装置(図示せず)による電圧の印加が停止される。
なお、例えば電着絶縁膜溶液Dとしてアニオン型(陰イオン)の溶液が用いられる場合には、工程S5において接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陽極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dと信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陰極として電圧を印加すればよい。そうすると、バルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411と、バルク層11における信号用貫通孔42の第1の内側面421に、それぞれ電着絶縁膜50が形成される。
工程S5における電着絶縁膜50の形成が終了すると、当該電着絶縁膜50が適切に形成されているか否かを検査してもよい。そして検査の結果、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されていなかった場合には、電着絶縁膜50が修復されて当該電着絶縁膜50が適切に形成される(図1の工程S6)。
工程S6では、例えば図12に示すように接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dを陽極として電圧(バイアス電圧)を印加する。続いて、制御部60によって接地用貫通孔40と電源用貫通孔41との間を流れる電流の電流値を測定する。そして、制御部60で測定される電流値がゼロであった場合、すなわち電流が流れなかった場合、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されていたことになる。
一方、制御部60で測定される電流値がゼロより大きい場合、すなわちリーク電流が存在する場合、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されてなかったことになる。かかる場合、制御部60で測定される電流値がゼロになるまで、接地用貫通孔40と電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dにさらに電圧を印加する。そうすると、電源用貫通孔41の第1の内側面411の電着絶縁膜50が修復され、電流が流れなくなった際に、当該電着絶縁膜50が適切に形成される。この電着絶縁膜50の修復においても、上記工程S5と同様に、バルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411にのみ電着絶縁膜50が形成され、第2の内側面412と第3の底面413には電着絶縁膜が形成されない。したがって、電着絶縁膜50の修復を適切且つ効率よく行うことができる。
同様の方法で工程S6において、接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dと、信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dとの間に電圧を印加し、信号用貫通孔42内の電着絶縁膜50の検査と修復が行われてもよい。
また工程S6では、例えば図13に示すように一対の信号用貫通孔42、42内の電着絶縁膜溶液D間に電圧を印加してもよい。制御部60によって一対の信号用貫通孔42、42間を流れる電流の電流値を測定する。そして、制御部60で測定される電流値がゼロであった場合、すなわち電流が流れなかった場合、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されていたことになる。
一方、制御部60で測定される電流値がゼロより大きい場合、すなわちリーク電流が存在する場合、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されてなかったことになる。かかる場合、制御部60で測定される電流値がゼロになるまで、一対の信号用貫通孔42、42内の電着絶縁膜溶液D間にさらに電圧を印加する。そうすると、一の信号用貫通孔42の第1の内側面421の電着絶縁膜50が修復され、電流が流れなくなった際に、当該電着絶縁膜50が適切に形成される。
なお工程S5と工程S6が終了し、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421にそれぞれ電着絶縁膜50が適切に形成されると、電着絶縁膜溶液Dが除去される。
その後、貫通孔40〜42に形成される後述の貫通電極70〜72が銅からなる場合には、必要に応じて、貫通孔40〜42の内部に例えばニッケルからなるバリア膜が形成される。このバリア膜は、例えば上述した工程S4のエッチング処理や後述する工程S7のめっき処理と同様の方法で形成される。
その後、図14に示すように流通路31を介してウェハ10上にめっき液Mを供給する。供給されためっき液Mは、貫通孔40〜42内にそれぞれ進入する。そして、ウェハ側電極とめっき液Mが電気的に接続される。なお、めっき液Mとしては、例えば電解銅めっき液などが用いられる。
その後、例えば電源装置(図示せず)により、ウェハ側電極を陰極とし、テンプレート30の電極32を陽極として、めっき液Mに電圧を印加する。そして、貫通孔40〜42内のめっき液Mに対して電界めっきが行われ、図15に示すように貫通孔40〜42内にそれぞれ貫通電極70〜72が形成される(図1の工程S7)。
以下、接地用貫通孔40内に形成され、接地線13に接続される貫通電極70を接地用貫通電極70といい、電源用貫通孔41内に形成され、電源線14に接続される貫通電極71を電源用貫通電極71といい、信号用貫通孔42内に形成され、信号線15に接続される貫通電極72を信号用貫通電極72という。
その後、図16に示すように貫通電極70〜72上のめっき液Mに対してさらに電界めっきが行われ、当該貫通電極70〜72上にバンプ73がそれぞれ形成される(図1の工程S8)。なおバンプ73が形成されると、めっき液Mが除去される。
その後、ウェハ側電極と貫通電極70〜72を電気的に非接続の状態にして、貫通電極70〜72を電気的に独立させる。そして、テンプレート30の電極32を電気的試験の電極として用いて、ウェハ10の貫通電極70〜72やデバイス層12の電子回路等の電気的特性の検査を行う。この検査が終了すると、テンプレート30をウェハ10の上方から退避させる。
その後、例えばウェハ接合装置(図示せず)において、図17に示すように積層されるウェハ10の接地線13、電源線14及び信号線15と、貫通電極70〜72上のバンプ73とがそれぞれ導通するように複数のウェハ10が接合される。このとき、ウェハ10と支持基板20の剥離も行われる。こうしてウェハ10が3次元的に積層された半導体装置100が製造される(図1の工程S9)。
以上の実施の形態によれば、工程S5において、接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液Dと信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧を印加すると、電源用貫通孔41の側面から接地用貫通孔40の側面に向かってバルク層11内を電流が流れる。そうすると、この電流によってバルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411に電着絶縁膜50を形成することができる。同様に、信号用貫通孔42の側面から接地用貫通孔40の側面に向かってバルク層11内を電流が流れ、バルク層11における信号用貫通孔42の第1の内側面421にも電着絶縁膜50を形成することができる。
またウェハ10には接地用貫通孔40、電源用貫通孔41、信号用貫通孔42がそれぞれ複数形成される。かかる場合でも工程S5において、すべての接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、すべての電源用貫通孔41とすべての信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧を印加すると、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421にそれぞれ電着絶縁膜50を選択的に形成することができる。
また工程S5において、このように電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421に電着絶縁膜50がそれぞれ形成されることにより、その後工程S6において形成される電源用貫通電極71と信号用貫通電極72をそれぞれ適切に機能させることができる。
なお工程S5において、接地用貫通孔40の内側面には電着絶縁膜が形成されないが、当該接地用貫通孔40内に形成される接地用貫通電極70は接地線13に接続されるので、接地用貫通電極70も適切に機能させることができる。
また工程S5では、従来の蒸着重合のように電源用貫通孔41と信号用貫通孔42の第3の底面413、423やウェハ10の裏面上に絶縁膜が形成されないので、この絶縁膜を除去する工程を省略することができる。したがって、本実施の形態によれば、半導体装置100の製造工程のスループットを向上させることができる。
また工程S5において、このように電源用貫通孔41と信号用貫通孔42の第3の底面413、423には電着絶縁膜が形成されないので、その後工程S7において電源用貫通孔41と信号用貫通孔42内にめっき液を供給する際、当該めっき液を電源線14と信号線15上にそれぞれ適切に供給できる。このため、電源用貫通電極71と信号用貫通電極72を適切に形成することができ、これら電源用貫通電極71と信号用貫通電極72をそれぞれ電源線14と信号線15に効率よく接続させることができる。
また工程S5において、接地用貫通孔40と、電源用貫通孔41及び信号用貫通孔42との間を流れる電流の電流値を制御部60で測定して、電着絶縁膜の形成状態を検査することができる。そして、制御部60において電流値がゼロと測定された際に、電着絶縁膜50の形成が終了したと判定されるので、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421にそれぞれ電着絶縁膜50を適切に形成することができる。
さらに工程S6において、接地用貫通孔40と電源用貫通孔41との間、接地用貫通孔40と信号用貫通孔42との間、或いは一対の信号貫通孔42、42間に電圧を印加することにより、電源用貫通孔41からのリーク電流の有無と信号貫通孔42からのリーク電流の有無を検査することができ、工程S5において電着絶縁膜50が適切に形成されているかを検査することができる。そして検査の結果、電着絶縁膜50が適切に形成されていなかった場合には、上記電圧をさらに印加することにより、電着絶縁膜50が修復される。したがって、電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421にそれぞれ電着絶縁膜50をより適切に形成することができる。
以上の実施の形態の工程S5では、接地用貫通孔40、電源用貫通孔41及び信号用貫通孔42内に、それぞれ同一の電着絶縁膜溶液Dを供給していたが、接地用貫通孔40内に供給される液は導電性を有する液であれば、電着絶縁膜溶液Dに限定されない。但し、テンプレート30を用いて液を供給する場合、すべての貫通孔40〜42に同一の電着絶縁膜溶液Dを供給した方が効率がよい。また、電源用貫通孔41と信号用貫通孔42に供給される電着絶縁膜溶液Dに、異なる液が混合されるおそれがないので、当該電源用貫通孔41の第1の内側面411と信号用貫通孔42の第1の内側面421にそれぞれ電着絶縁膜50を適切に形成することができる。
以上の実施の形態では、接地線13、電源線14、信号線15に対して、それぞれ1つの貫通電極70〜72を形成して接続していたが、例えば2つの貫通電極を接続してもよい。
かかる場合、図18に示すようにウェハ10には、厚み方向に貫通する一対の接地用貫通孔40a、40b、一対の電源用貫通孔41a、41b、一対の信号用貫通孔42a、42b(図18の点線部)が形成される。またテンプレート30には、これら貫通孔40a〜42bの形成位置に対向する位置に複数の流通路31が形成され、さらに各流通路31の側面には電極32が設けられている。
そして、工程S4において電界エッチングを行い上述した貫通孔40a〜42bを形成した後、工程S5において、図19に示すようにバルク層11における電源用貫通孔41a、41bの第1の内側面411と、バルク層11における信号用貫通孔42a、42bの第1の内側面421に、それぞれ電着絶縁膜50を形成する。また工程S6において、電源用貫通孔41a、41bからのリーク電流の有無と信号貫通孔42a、42bからのリーク電流の有無を検査して、工程S5において形成された電着絶縁膜50の適否を検査し、さらに電着絶縁膜50が適切に形成されていないと判断された場合には、当該電着絶縁膜50を修復する。なお、これら工程S5、S6の方法は、上記実施の形態における工程S5、S6の方法と同様であるので説明を省略する。
その後、工程S7において電界めっきを行い、図20に示すように各貫通孔40a〜42b内に、それぞれ接地用貫通電極70a、70b、電源用貫通電極71a、71b、信号用貫通電極72a、72bを形成する。その後、工程S8においてさらに電界めっきを行い、各貫通電極70a〜72b上にバンプ73を形成する。なお、これら工程S7、S8の方法は、上記実施の形態における工程S7、S8の方法と同様であるので説明を省略する。
その後、工程S9において複数のウェハ10を積層して接合し、図21に示すように半導体装置100が製造される。
ここで、半導体チップ(半導体デバイス)の3次元集積方法としては、デバイスの形成されたウェハを半導体チップに切り出した後に積層するチップ積層方式と、本実施の形態のように半導体チップに切り出す前にウェハレベルで積層していくウェハ積層方式とがある。チップ積層方式であれば良品チップのみを積層すればよいので高い歩留まりを得ることができるが、生産性が悪くなってしまう。ある程度の良品チップ率が期待できるのであれば、高い生産性を得られるウェハ積層方式を行うことが望ましい。しかしながら、ウェハ積層方式においては、良品チップ率が100%でない限り、良品チップと不良品チップの混載された半導体装置が出来あがってしまうのである。このように不良品チップが存在していると、積層された複数の半導体チップは貫通電極で電気的に接続されているため、当該不良品チップの影響が良品チップにも及ぶ場合がある。かかる場合、良品チップも不良品となり、半導体装置自体も不良品となってしまう。したがって、半導体装置の歩留まり低下が生じることになる。
この点、本実施の形態によれば、ウェハ10に不良品チップがある場合、例えば工程S8において、当該不良品チップの信号線15に接続される一の信号線用貫通電極70a上にバンプ73を形成しないようにすればよい。そうすると、当該不良品チップが良品チップと電気的に分離され、且つ不良品チップの影響が他の良品チップに及ばない。一方、工程S8において、他の信号用貫通電極70b上にバンプ73を形成すれば、不良品チップの上下に積層された良品チップを電気的に接続することができる。したがって、不良品チップが存在しても半導体装置100を良品にすることができ、半導体装置100の歩留まりを向上させることができる。
以上の実施の形態では、ウェハ10に貫通孔40〜42を形成していたが、さらにウェハ10のスクライブラインとなる領域に貫通孔を形成してもよい。なお、スクライブラインとは、ウェハ10が切断され複数の半導体チップに分割される際のラインのことである。
かかる場合、図22及び図23に示すようにウェハ10のデバイス層12には、接地線13、電源線14及び信号線15を備えたデバイス200が複数形成されている。デバイス200は、ウェハ面内均一に複数形成されている。また複数のデバイス200間には、スクライブライン201が形成されている。このスクライブライン201に、図22に示すように犠牲貫通孔210が形成される(図22の点線部)。
そして図24に示すように、工程S3においてウェハ10を薄化した後、ルク層11の裏面11b側にテンプレート30を配設する。テンプレート30には、これら貫通孔40〜42、210の形成位置に対向する位置に複数の流通路31が形成され、さらに各流通路31の側面には電極32が設けられている。
その後、工程S4において、図25に示すように流通路31を介してウェハ10上にエッチング液Eを供給する。そして、ウェハ側電極とエッチング液Eが電気的に接続される。その後、例えば電源装置(図示せず)により、ウェハ側電極を陰極とし、テンプレート30の電極32を陽極として、エッチング液Eに電圧を印加する。そうすると、エッチング液Eによってウェハ10の電界エッチングが行われ、ウェハ10に貫通孔40〜42、210が形成される。以下、貫通孔210を犠牲貫通孔210という。犠牲貫通孔210は、ウェハ10のバルク層11とデバイス層12を厚み方向に貫通する。なお犠牲貫通孔210は、本発明における第2の貫通孔に対応している。また本実施の形態においては、接地用貫通孔40は本発明における第1の貫通孔に対応している。
その後、工程S5において、図26に示すように流通路31を介してウェハ10上に電着絶縁膜溶液Dを供給する。供給された電着絶縁膜溶液Dは、貫通孔40〜42、210内にそれぞれ進入する。
その後、例えば電源装置(図示せず)により、図27に示すように犠牲貫通孔210内の電着絶縁膜溶液Dを陰極とし、接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液D、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液D、及び信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧を印加する。そうすると、接地用貫通孔40の側面、電源用貫通孔41の側面及び信号用貫通孔42の側面から犠牲貫通孔210の側面に向かってバルク層11内を電流が流れる。この電流によって、バルク層11における接地用貫通孔40の内側面と、バルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411と、バルク層11における信号用貫通孔42の第1の内側面421に、それぞれ電着絶縁膜50が形成される。一方、犠牲貫通孔210の内側面には電着絶縁膜50は形成されない。
なお本実施の形態では、上記実施の形態と異なり、バルク層11における接地用貫通孔40の内側面にも電着絶縁膜50を形成したが、かかる場合でも当該設置用貫通孔40内に形成される接地用貫通電極70を適切に機能させることができる。
その後、工程S6において、電源用貫通孔41からのリーク電流の有無と信号貫通孔42からのリーク電流の有無を検査して、工程S5において形成された電着絶縁膜50の適否を検査する。さらに電着絶縁膜50が適切に形成されていないと判断された場合には、当該電着絶縁膜50を修復する。この工程S6の方法は、上記実施の形態における工程S6の方法と同様であるので説明を省略する。なお工程S6において、接地用貫通孔40の内側面に形成された電着絶縁膜50を検査し、さらに修復してもよい。しかしながら、当該電着絶縁膜50の有無によらず、接地用貫通電極70は適切に機能するので、接地用貫通孔40に対する工程S6を行わなくてもよい。
その後、工程S7において、図28に示すように流通路31を介してウェハ10上にめっき液Mを供給する。供給されためっき液Mは、貫通孔40〜42、210内にそれぞれ進入する。そして、ウェハ側電極とめっき液Mが電気的に接続される。その後、例えば電源装置(図示せず)により、ウェハ側電極を陰極とし、テンプレート30の電極32を陽極として、めっき液Mに電圧を印加する。そうすると、貫通孔40〜42、210内のめっき液Mに対して電界めっきが行われ、ウェハ10に貫通孔40〜42、210内に貫通電極70〜72、220が形成される。以下、貫通電極220を犠牲貫通電極220という。
その後、工程S8において、図29に示すように貫通電極70〜72上のめっき液Mに対してさらに電界めっきが行われ、当該貫通電極70〜72上にバンプ73がそれぞれ形成される。このとき、犠牲貫通電極220には電界めっきが行われず、当該犠牲貫通電極220上にバンプが形成されない。
その後、工程S9において、図30に示すように積層されるウェハ10の接地線13、電源線14及び信号線15と、貫通電極70〜72上のバンプ73がそれぞれ導通するように複数のウェハ10が接合される。こうして半導体装置100が製造される。
このとき、犠牲貫通電極220上にはバンプが形成されていないので、積層されるウェハ10において犠牲貫通電極220は電気的に接続されない。犠牲貫通電極220はスクライブラインに形成されるので、ウェハ10が切断され複数の半導体チップに分割される際に犠牲貫通電極220は除去される。なお、このようにスクライブライン201における貫通電極を電気的に接続しないようにするため、工程S7において犠牲貫通孔210内に犠牲貫通電極を形成しないようにしてもよい。
本実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果を享受することができる。すなわち、接地用貫通孔40、電源用貫通孔41及び信号用貫通孔42に電着絶縁膜50を適切に成膜しつつ、半導体装置100の製造工程のスループットを向上させることができる。
なお、以上の実施の形態では、工程S5において接地用貫通孔40の内側面に電着絶縁膜50を形成していたが、この電着絶縁膜50を形成しないようにしてもよい。かかる場合、図31に示すように接地用貫通孔40内の電着絶縁膜溶液D及び犠牲貫通孔210内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陰極とし、電源用貫通孔41内の電着絶縁膜溶液D及び信号用貫通孔42内の電着絶縁膜溶液Dをそれぞれ陽極として電圧を印加する。そうすると、電源用貫通孔41の側面及び信号用貫通孔42の側面から、接地用貫通孔40の側面及び犠牲貫通孔210の側面に向かって、バルク層11内を電流が流れる。この電流によって、バルク層11における電源用貫通孔41の第1の内側面411とバルク層11における信号用貫通孔42の第1の内側面421に、それぞれ電着絶縁膜50が形成される。一方、接地用貫通孔40の内側面と犠牲貫通孔210の内側面には、電着絶縁膜は形成されない。
以上の実施の形態の工程S6で行われる電着絶縁膜50の検査と修復は、当該電着絶縁膜50の形成方法によらずに行うことができる。すなわち、本実施の形態の工程S5のようにテンプレート30を用いて電着絶縁膜50を形成する場合に限らず、例えば従来のように蒸着重合によって貫通孔内に形成された電着絶縁膜に対しても、上記工程S6を行えば、電着絶縁膜を検査でき、さらに修復することができる。なお、この工程S6で行われる電着絶縁膜50の検査と修復が、他の工程S1〜S4、S7〜S9の方法にも限定されないのはいうまでもない。
また工程S4における貫通孔40〜42、210の形成や工程S6、S7における貫通電極70〜72、220とバンプ73の形成は、上記実施の形態の方法に限定されない。例えば貫通孔40〜42、210の形成は、工程S3のようにテンプレート30を用いず、例えばフォトリソグラフィー処理及びエッチング処理によって行ってもよい。また例えば貫通電極70〜72、220とバンプ73の形成も、工程S6、S7のようにテンプレート30を用いず、例えばめっき層に浸漬することで行ってもよい。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。本発明はこの例に限らず種々の態様を採りうるものである。
10 ウェハ
11 バルク層
12 デバイス層
13 接地線
14 電源線
15 信号線
16 絶縁膜
20 支持基板
30 テンプレート
31 流通路
32 電極
40 接地用貫通孔
41 電源用貫通孔
42 信号用貫通孔
50 電着絶縁膜
60 制御部
70 接地用貫通電極
71 電源用貫通電極
72 信号用貫通電極
100 半導体装置
200 デバイス
201 スクライブライン
210 犠牲貫通孔
220 犠牲貫通電極
D 電着絶縁膜溶液
E エッチング液
M めっき液

Claims (16)

  1. 半導体装置の製造方法であって、
    基板を厚み方向に貫通する第1の貫通孔内に導電性の絶縁膜溶液を供給すると共に、基板を厚み方向に貫通する第2の貫通孔内に導電性液を供給する第1の工程と、
    前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加し、前記第1の貫通孔の内側面において、絶縁膜を形成する又は絶縁膜の形成状態を検査する第2の工程と、を有することを特徴とする、半導体装置の製造方法。
  2. 前記基板は導電層と絶縁層が積層されて構成され、
    前記第2の工程において、前記導電層における前記第1の貫通孔の内側面において、前記絶縁膜を形成する又は前記絶縁膜の形成状態を検査することを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔は、それぞれ基板に複数形成され、
    前記第2の工程において、複数の前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液を一の極とし、複数の前記第2の貫通孔内の導電性液を他の極として電圧を印加し、前記第1の貫通孔の内側面において、前記絶縁膜を選択的に形成する又は前記絶縁膜の形成状態を検査することを特徴とする、請求項1又は2に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記第2の工程において、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値の変化により前記絶縁膜の形成状態を検査することを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記第2の工程において、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加して、当該絶縁膜溶液と導電性液との間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値に基づいて前記絶縁膜の形成の適否を検査し、
    前記検査の結果、前記絶縁膜が適切に形成されず前記電流が確認された場合には、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧をさらに印加して、前記第1の貫通孔の内側面に前記絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記第1の貫通孔は基板に複数形成され、
    前記第2の工程において、対の前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液間に電圧を印加して、当該絶縁膜溶液間を流れる電流の電流値を測定し、前記測定された電流値に基づいて前記絶縁膜の形成の適否を検査し、
    前記検査の結果、前記絶縁膜が適切に形成されず前記電流が確認された場合には、前記対の第1の貫通孔内の絶縁膜溶液間に電圧をさらに印加して、当該第1の貫通孔の内側面に前記絶縁膜を形成することを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記第2の貫通孔は、接地線に接続される貫通電極用の貫通孔であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記第2の貫通孔は、基板においてスクライブラインとなる領域に形成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記第1の工程の前に、前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔に対応する位置にそれぞれ絶縁膜溶液と導電性液を供給する流通路を備え、且つ前記流通路に電極を備えたテンプレートを基板に対向して配置し、
    前記第1の工程において、前記テンプレートの流通路から前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔にそれぞれ絶縁膜溶液と導電性液を供給し、
    前記第2の工程において、前記テンプレートの電極を介して、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加することを特徴とする、請求項1〜8のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記第2の貫通孔内に供給される導電性液は、前記第1の貫通孔内に供給される絶縁膜溶液と同一であることを特徴とする、請求項1〜9に記載の半導体装置の製造方法。
  11. 半導体装置であって、
    導電層と絶縁層が積層された基板には、当該基板を厚み方向に貫通する第1の貫通孔と第2の貫通孔が形成され、
    前記導電層における前記第1の貫通孔の内側面に絶縁膜が形成され、且つ前記絶縁層における前記第1の貫通孔の内側面には絶縁膜が形成されておらず、
    前記第2の貫通孔の内側面には絶縁膜が形成されていないことを特徴とする、半導体装置。
  12. 前記第1の貫通孔内に導電性の絶縁膜溶液を供給すると共に、前記第2の貫通孔内に導電性液を供給し、前記第1の貫通孔内の絶縁膜溶液と前記第2の貫通孔内の導電性液との間に電圧を印加して、前記第1の貫通孔の内側面において、絶縁膜が形成される又は絶縁膜の形成状態が検査されることを特徴とする、請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記第2の貫通孔内に供給される導電性液は、前記第1の貫通孔内に供給される絶縁膜溶液と同一であることを特徴とする、請求項12に記載の半導体装置。
  14. 前記第1の貫通孔と前記第2の貫通孔は、それぞれ基板に複数形成されていることを特徴とする、請求項11〜13のいずれかに記載の半導体装置。
  15. 前記第2の貫通孔は、接地線に接続される貫通電極用の貫通孔であることを特徴とする、請求項11〜14のいずれかに記載の半導体装置。
  16. 前記第2の貫通孔は、基板においてスクライブラインとなる領域に形成されていることを特徴とする、請求項11〜15のいずれかに記載の半導体装置。
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