JP2014103137A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2014103137A JP2012251973A JP2012251973A JP2014103137A JP 2014103137 A JP2014103137 A JP 2014103137A JP 2012251973 A JP2012251973 A JP 2012251973A JP 2012251973 A JP2012251973 A JP 2012251973A JP 2014103137 A JP2014103137 A JP 2014103137A
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Yoshinori Ishii
良典 石井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To resolve a problem of film reduction in a wiring layer caused by a part of the wiring layer exposed to a through-hole being overetched when forming the through-hole reaching the wiring layer on a substrate surface from the substrate rear face and connecting a through electrode, and further caused by Ar reverse sputtering for removing a natural oxide film of the wiring layer of the exposed part.SOLUTION: After a through-hole 1H reaching a first conductor wire 41 is formed from a rear face 1B of a semiconductor substrate 1, a surface of a first metal 412 of an exposed first conductor wire 41 is nitrided to form an interposed layer 413 that is a nitride of a first metal, and thereafter, a through electrode is formed.

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体基板を貫通する電極を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having an electrode penetrating a semiconductor substrate.

近年、半導体装置の高機能化、多様化に伴い、複数の半導体チップを縦方向に積層して集積化した半導体装置が提案されている。このような半導体装置では、各半導体チップの半導体基板を貫通する電極(Through Silicon Via:TSVと称す)によって各半導体チップ間の電気的導通を図るように構成されている。   2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices in which a plurality of semiconductor chips are stacked and integrated in the vertical direction have been proposed with the increasing functionality and diversification of semiconductor devices. Such a semiconductor device is configured to achieve electrical continuity between the semiconductor chips by means of an electrode (through silicon via: TSV) penetrating the semiconductor substrate of each semiconductor chip.

特開2012−9473号公報(特許文献1)には、基板を貫通する貫通電極を備えた半導体装置とその製造方法が開示されている。ここでは、シリコン基板の表面側に形成したパッド電極の裏面を露出させるように、シリコン基板の裏面側から、基板と絶縁膜に貫通孔を開口している。そして、この貫通孔の中にめっきシード層を成膜し、めっき法により貫通電極を形成している。このとき、貫通孔底に露出したパッド電極とシード層の界面に自然酸化層があると接触抵抗が増加してしまうため、シード層成膜前に、アルゴンなどの不活性ガスにより逆スパッタすることでパッド電極裏面を清浄化する工程が開示されている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2012-9473 (Patent Document 1) discloses a semiconductor device including a through electrode penetrating a substrate and a manufacturing method thereof. Here, through holes are opened in the substrate and the insulating film from the back surface side of the silicon substrate so that the back surface of the pad electrode formed on the front surface side of the silicon substrate is exposed. A plating seed layer is formed in the through hole, and a through electrode is formed by a plating method. At this time, if there is a natural oxide layer at the interface between the pad electrode exposed at the bottom of the through hole and the seed layer, the contact resistance increases, so reverse sputtering with an inert gas such as argon is performed before the seed layer is formed. The process of cleaning the back surface of the pad electrode is disclosed.

特開2012−9473号公報JP 2012-9473 A

このような逆スパッタによる清浄化について本発明者が検討したところ、以下のことが分かった。当該パッド電極は、シリコン基板および層間絶縁膜を異方性エッチングして貫通孔を開口する際のエッチングストッパとして機能する。通常、1枚のシリコンウエハ上に複数の半導体チップを同時に形成するため、貫通孔形成の際の局所的なエッチング不足を避けるために、オーバーエッチングが施される。従って、膜厚の目減りが懸念される。本発明者の検討によれば、当該パッド電極は、同層の配線と同じ工程で形成するため、膜厚や材料を自由に設定しにくい。その上で更に、上記のようなパッド電極の清浄化のために逆スパッタを施すと、膜厚の目減りはより顕著になる。これは、抵抗値の増加や接続不良の一原因となり得る。   When the present inventor examined such cleaning by reverse sputtering, the following was found. The pad electrode functions as an etching stopper when the silicon substrate and the interlayer insulating film are anisotropically etched to open a through hole. Usually, in order to simultaneously form a plurality of semiconductor chips on one silicon wafer, over-etching is performed in order to avoid local lack of etching when forming a through hole. Therefore, there is a concern that the film thickness may be reduced. According to the study by the present inventor, the pad electrode is formed in the same process as the wiring in the same layer, and therefore it is difficult to freely set the film thickness and material. Furthermore, when reverse sputtering is performed to clean the pad electrode as described above, the reduction in film thickness becomes more remarkable. This can cause an increase in resistance value and a connection failure.

本発明の一実施形態によれば、
半導体基板の表面上に形成された配線層と、
前記配線層に含まれ、第1の金属からなる第1の導体配線と、
前記半導体基板の裏面から、前記第1の導体配線の一部と接触するように、前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記第1の導体配線に含まれ、前記貫通電極との接触箇所における境界面に形成された、前記第1の金属の窒化物からなる介在層と、
を含むことを特徴とする半導体装置、が提供される。
According to one embodiment of the present invention,
A wiring layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first conductor wiring comprised in the wiring layer and made of a first metal;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate so as to be in contact with a part of the first conductor wiring from the back surface of the semiconductor substrate;
An intervening layer made of a nitride of the first metal, which is included in the first conductor wiring and formed at a boundary surface at a contact point with the through electrode;
A semiconductor device characterized by including:

また、本発明の別の実施形態によれば、
半導体基板の表面上に、第1の金属を含む第1の導体配線を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記半導体基板を貫通し、前記第1の導体配線の前記第1の金属の一部を露出する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の底部に露出した前記第1の金属を窒化する工程と、
前記露出した第1の金属を窒化した後、前記貫通孔の内部に導体膜を埋設して貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
Also, according to another embodiment of the present invention,
Forming a first conductor wiring containing a first metal on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate and exposes a part of the first metal of the first conductor wiring;
Nitriding the first metal exposed at the bottom of the through hole;
Nitriding the exposed first metal and then burying a conductor film inside the through hole to form a through electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:

加えて、本発明の更に別の実施形態によれば、
半導体基板の表面上に形成された2層以上の配線層と、
前記配線層の前記半導体基板側の最下層に、第1の金属を含むパッド電極と、
前記半導体基板を貫通し、前記パッド電極の一部と接触する貫通電極と、
を備える半導体装置であって、
前記パッド電極と前記貫通電極底部との接触面は、前記パッド電極の前記貫通電極と接していない前記半導体基板側の第1の平面よりも前記半導体基板から離れた第2の平面を構成し、前記第2の平面全面に前記第1の金属の窒化物からなる介在層を有することを特徴とする半導体装置、が提供される。
In addition, according to yet another embodiment of the present invention,
Two or more wiring layers formed on the surface of the semiconductor substrate;
A pad electrode containing a first metal in the lowermost layer on the semiconductor substrate side of the wiring layer;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate and contacting a part of the pad electrode;
A semiconductor device comprising:
The contact surface between the pad electrode and the bottom of the through electrode constitutes a second plane farther from the semiconductor substrate than the first plane on the semiconductor substrate side that is not in contact with the through electrode of the pad electrode, There is provided a semiconductor device having an intervening layer made of a nitride of the first metal on the entire surface of the second plane.

本発明の一実施形態によれば、半導体基板の裏面から形成される貫通電極と接触する配線層(第1の導体配線)の接触面に、貫通電極を形成するための貫通孔を形成してから露出する金属表面を窒化して介在層を形成することで、第1の導体配線の膜厚の更なる目減りを抑制しつつ、後工程での金属表面の酸化が防止され接触抵抗の増加や接触不良が抑制できる。   According to one embodiment of the present invention, a through hole for forming a through electrode is formed on a contact surface of a wiring layer (first conductor wiring) that is in contact with the through electrode formed from the back surface of the semiconductor substrate. By forming the intervening layer by nitriding the exposed metal surface, the metal surface is prevented from being oxidized in the subsequent process while suppressing further decrease in the film thickness of the first conductor wiring. Contact failure can be suppressed.

本発明の一実施形態に係る半導体装置を用いた半導体パッケージの概略を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows the outline of the semiconductor package using the semiconductor device which concerns on one Embodiment of this invention. 半導体装置の積層状態を示す模式的断面図である。It is a typical sectional view showing the lamination state of a semiconductor device. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の模式的断面図(a)と部分拡大図(b)である。1A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 101 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図(a)と部分拡大図(b)である。6A and 6B are a process cross-sectional view (a) and a partially enlarged view (b) illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 101 according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図(a)と部分拡大図(b)である。6A and 6B are a process cross-sectional view (a) and a partially enlarged view (b) illustrating a method for manufacturing the semiconductor device 101 according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る半導体装置101の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 101 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の模式的断面図(a)と部分拡大図(b)である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view (a) and a partially enlarged view (b) of a semiconductor device 201 according to another embodiment of the present invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention. 本発明の別の実施形態に係る半導体装置201の製造方法を説明する工程断面図である。It is process sectional drawing explaining the manufacturing method of the semiconductor device 201 which concerns on another embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態例について説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜当業者が変更可能な構成を包含する。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these exemplary embodiments, and can be appropriately modified by those skilled in the art within the scope of the present invention. Include.

実施形態例1
まず、本発明に係る半導体装置(以下、半導体チップという)を用いた半導体パッケージ100について説明する。
Embodiment 1
First, a semiconductor package 100 using a semiconductor device according to the present invention (hereinafter referred to as a semiconductor chip) will be described.

この半導体パッケージ100は、複数の半導体チップ101をサンドイッチ状に積み重ね、各半導体チップを貫通する電極〔TSV(Through Silicon Via):貫通電極111〕により電力供給、信号授受が図られている。各半導体チップは、回路形成面側の外部に露出する表面端子(表面バンプ)112が、貫通電極111に接して裏面側の外部に露出する裏面端子(裏面バンプ)113を有している。各半導体チップ101(ここでは、101Aから101Eの5層)は、回路形成面を下側にして(フェイスダウン)積層される。例えば、最下層の半導体チップ101Aは、インターフェースチップであり、その上にDRAMチップ101B〜101Eが積層される。フェイスダウンに積層しているため、最上層チップ101Eは、半導体チップ101Dから供給される信号や電源を自チップの内部に取り込むことができればよく、更に上層に供給する必要が無い。従って、最上層チップ101Eには貫通電極111を設ける必要が無い。半導体チップ101A〜101Dまでは、貫通電極111を設けるために薄板化されているが、最上層チップ101Eには貫通電極111を設ける必要が無いため、貫通電極111を形成するための薄板化は不要である。これにより、工程を簡略化できる。また、薄板化に伴う基板の反りも低減できる。   In this semiconductor package 100, a plurality of semiconductor chips 101 are stacked in a sandwich shape, and power is supplied and signals are transmitted and received through electrodes [TSV (Through Silicon Via): through electrodes 111] penetrating the semiconductor chips. Each semiconductor chip has a surface terminal (surface bump) 112 exposed to the outside on the circuit forming surface side and a back surface terminal (back surface bump) 113 exposed to the through electrode 111 and exposed to the outside on the back surface side. Each semiconductor chip 101 (here, five layers 101A to 101E) is stacked with the circuit formation surface facing down (face-down). For example, the lowermost semiconductor chip 101A is an interface chip, on which DRAM chips 101B to 101E are stacked. Since it is laminated face down, the uppermost layer chip 101E only needs to be able to capture the signal and power supplied from the semiconductor chip 101D into its own chip, and does not need to be supplied to the upper layer. Therefore, it is not necessary to provide the through electrode 111 in the uppermost layer chip 101E. The semiconductor chips 101A to 101D are thinned in order to provide the through electrode 111, but it is not necessary to provide the through electrode 111 in the uppermost layer chip 101E, and thus thinning to form the through electrode 111 is unnecessary. It is. Thereby, a process can be simplified. Further, the warpage of the substrate accompanying the reduction in thickness can be reduced.

最上層チップ101Eでは、貫通電極111を設ける工程が割愛されるだけであり、メモリ回路やテスト端子、信号端子、各貫通電極と対応する端子などの表面端子とを接続する多層配線等は他の半導体チップと同様に形成される。   In the uppermost layer chip 101E, only the step of providing the through electrode 111 is omitted, and the memory circuit, the test terminal, the signal terminal, the multilayer wiring for connecting each through electrode to the surface terminal such as the corresponding terminal, etc. It is formed in the same way as a semiconductor chip.

全ての工程を揃えて形成したチップを用いるという観点では、最上層チップ101Eとして他のチップと同じように薄板化工程を経て貫通電極を形成したチップを適用しても良い。   From the viewpoint of using a chip formed by aligning all the processes, a chip in which a through electrode is formed through a thinning process may be applied as the uppermost chip 101E in the same manner as other chips.

このように積層した半導体チップ101A〜101Eは、最下層のインターフェースチップ101Aで配線基板102に接続されており、各半導体チップの隙間にはアンダーフィル樹脂103が充填される。更に、モールド樹脂104によりパッケージングされている。配線基板102の裏面には半導体パッケージ100を所望の回路基板に接続するためのソルダーボール105がアレイ状に設けられている。   The stacked semiconductor chips 101A to 101E are connected to the wiring substrate 102 by the lowermost interface chip 101A, and a gap between each semiconductor chip is filled with an underfill resin 103. Further, it is packaged with a mold resin 104. Solder balls 105 for connecting the semiconductor package 100 to a desired circuit board are provided in an array on the back surface of the wiring board 102.

なお、回路形成面が上を向いているか下を向いているかは本発明の作用効果に関係無く、本実施形態例の構成はフェイスアップでも良い。その場合、最上層チップ101Eにも他チップと同様に貫通電極111を形成したチップが適用される。なお、フェイスアップで構成する場合、最上層チップにはメモリ回路などの半導体回路と接続する配線層4は形成するが、表面バンプ112を設ける必要はない。   It should be noted that whether the circuit formation surface is facing upward or downward is not related to the operational effects of the present invention, and the configuration of this embodiment may be face-up. In that case, a chip in which the through electrode 111 is formed is applied to the uppermost chip 101E as well as other chips. In the face-up configuration, the wiring layer 4 connected to a semiconductor circuit such as a memory circuit is formed on the uppermost chip, but it is not necessary to provide the surface bump 112.

図2は、貫通電極部分の拡大断面図を示しており、各半導体チップは、半導体基板としてのシリコン基板1の表面1A上に素子回路2、層間絶縁膜3、層間絶縁膜3中に形成された配線層4、チップ表面を覆うポリイミド等のパッシベーション膜5、配線層4の最上層に接続される表面バンプ112として第1シード層6,第1導体膜7、Au/Niなどの第1接着層8が形成されている。一方、シリコン基板1の裏面1Bには裏面保護膜11が形成されており、裏面1Bから配線層4の最下層まで貫通する貫通孔1H内に、絶縁層12、第2シード層13、第2導体膜14、第2導体膜14の表面にSnAgなどの半田で構成される第2接着層15が形成される。本例では、貫通電極111と裏面バンプ113が第2導体膜14で一体に形成されている。各半導体チップは、表面バンプ112と裏面バンプ113とを位置合わせして、所定の圧力、温度をかけて半田接合される。   FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the through electrode portion. Each semiconductor chip is formed in an element circuit 2, an interlayer insulating film 3, and an interlayer insulating film 3 on a surface 1A of a silicon substrate 1 as a semiconductor substrate. Wiring layer 4, passivation film 5 such as polyimide covering the chip surface, first seed layer 6, first conductor film 7, and first adhesive such as Au / Ni as surface bump 112 connected to the uppermost layer of wiring layer 4. Layer 8 is formed. On the other hand, a back surface protective film 11 is formed on the back surface 1B of the silicon substrate 1, and the insulating layer 12, the second seed layer 13, and the second seed layer are formed in the through hole 1H penetrating from the back surface 1B to the lowermost layer of the wiring layer 4. A second adhesive layer 15 made of solder such as SnAg is formed on the surfaces of the conductor film 14 and the second conductor film 14. In this example, the through electrode 111 and the back surface bump 113 are integrally formed of the second conductor film 14. Each semiconductor chip is solder bonded by aligning the front surface bump 112 and the back surface bump 113 and applying a predetermined pressure and temperature.

次に、本実施形態例の半導体チップ101について、詳細に説明する。図3(a)は、パッケージング前の個々の半導体チップ101の模式的断面図であり、図3(b)は、部分拡大図を示す。半導体チップ101は、平面的には素子回路2の形成される素子領域と、貫通電極111が形成されるTSV領域とに大別される。本発明の特徴は、図3(b)の部分拡大図に示すように、2層以上の配線層4の最下層の第1の導体配線(パッド電極)41と、貫通電極111との接触箇所に、第1の導体配線41の第1の金属412との境界面に第1の金属の窒化物である介在層413が存在している点である。ここで、第1の金属412として、タングステン(W)を用いた場合、介在層413は窒化タングステン(WN)からなる。   Next, the semiconductor chip 101 of this embodiment example will be described in detail. FIG. 3A is a schematic cross-sectional view of each semiconductor chip 101 before packaging, and FIG. 3B is a partially enlarged view. The semiconductor chip 101 is roughly divided into an element region in which the element circuit 2 is formed and a TSV region in which the through electrode 111 is formed in plan view. The feature of the present invention is that the first conductor wiring (pad electrode) 41 in the lowermost layer of two or more wiring layers 4 and the through electrode 111 are in contact with each other as shown in the partially enlarged view of FIG. In addition, an intervening layer 413 that is a nitride of the first metal exists on the boundary surface between the first conductor wiring 41 and the first metal 412. Here, when tungsten (W) is used as the first metal 412, the intervening layer 413 is made of tungsten nitride (WN).

次に、各構成部材の詳細について、製造工程を参照しつつ説明する。図4〜図11は、本実施形態例の半導体チップ101の製造工程を説明する工程断面図である。   Next, the detail of each structural member is demonstrated, referring a manufacturing process. 4 to 11 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor chip 101 of this embodiment example.

まず、図4に示すようにシリコン基板1の表面1A側の処理を行う。基板表面に公知の方法により回路素子2を形成し、層間絶縁膜3(第1層間絶縁膜)で覆う。第1層間絶縁膜としては酸化シリコン膜を用いることができる。第1層間絶縁膜上に、第1の金属412を含む第1の導体配線41を形成する。更に層間絶縁膜3の積層及び配線形成を繰り返し、配線層4を形成する。配線導体(配線及びビアプラグ)としては、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などが使用でき、適宜バリア膜(例えば、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)、チタン(Ti)など)を含んでいても良い。層間絶縁膜3の最上層は窒化シリコン膜を用いる。第1の導体配線41は、後述する貫通孔形成時のエッチングストッパとして機能し、貫通孔の底部に露出する領域(貫通電極111との接触箇所)の周りに外周部となる余白部分を有するパッド形状に形成されており、上層への突抜を防止する。突抜があまり問題とならない場合には、第1の配線導体は、ラインパターンや格子状パターンなどとしても良い。いずれにしても、第1の導体配線41に含まれる第1の金属412としては、シリコンや酸化膜の異方性エッチングに対して比較的良好なエッチング耐性を有する金属が使用でき、酸化により接触抵抗に問題のある金属であり、また、後述する窒化処理によって形成される第1の金属の窒化物が良好な導電性を示す金属材料が挙げられる。また、第1の金属としては、基板表面側に形成した半導体素子などに影響しない低温で窒化可能な金属が好ましく、特にアンモニアを水素と窒素に分解し得る触媒作用を有し、それ自体が窒化されやすいWは低温で効率よく窒化できることからより好ましい。ここでは、第1の導体配線41として、WNバリア膜411上に第1の金属412としてW膜を形成する。   First, as shown in FIG. 4, the surface 1A side of the silicon substrate 1 is processed. A circuit element 2 is formed on the substrate surface by a known method and covered with an interlayer insulating film 3 (first interlayer insulating film). A silicon oxide film can be used as the first interlayer insulating film. A first conductor wiring 41 including a first metal 412 is formed on the first interlayer insulating film. Further, the lamination of the interlayer insulating film 3 and the wiring formation are repeated to form the wiring layer 4. As the wiring conductor (wiring and via plug), tungsten (W), aluminum (Al), copper (Cu) or the like can be used, and barrier films (for example, tungsten nitride (WN), titanium nitride (TiN), titanium (Ti) ) Etc.) may be included. A silicon nitride film is used as the uppermost layer of the interlayer insulating film 3. The first conductor wiring 41 functions as an etching stopper at the time of forming a through hole, which will be described later, and has a blank portion that becomes an outer peripheral portion around a region exposed to the bottom of the through hole (contact portion with the through electrode 111). It is formed in a shape and prevents punching into the upper layer. When the punching is not a problem, the first wiring conductor may be a line pattern or a lattice pattern. In any case, as the first metal 412 included in the first conductor wiring 41, a metal having a relatively good etching resistance against the anisotropic etching of silicon or an oxide film can be used. A metal having a problem in resistance and a metal material in which a nitride of a first metal formed by a nitriding process described later exhibits good conductivity can be given. The first metal is preferably a metal that can be nitrided at a low temperature that does not affect the semiconductor element formed on the substrate surface side. In particular, the first metal has a catalytic action capable of decomposing ammonia into hydrogen and nitrogen. W which is easily formed is more preferable because it can be efficiently nitrided at a low temperature. Here, a W film is formed as the first metal wiring 412 on the WN barrier film 411 as the first conductor wiring 41.

最上層の層間絶縁膜3を形成した後、パッシベーション膜5としてポリイミド膜を成膜する。続いて、ポリイミド膜及び最上層の層間絶縁膜3を順次パターニングして、配線層4の最上配線表面を露出する開口部を形成する。全面に第1シード層(Cu/Ti)6をスパッタ法で成膜した後、表面バンプ形成用マスク(図示しない)をフォトレジスト(PR)で形成し、電気めっきにより表面バンプ112として第1導体膜(Cu)7、第1接着層(Au/Ni)8を形成する。表面バンプ形成用マスクを除去した後、露出する第1シード層6を除去することで、図4に示す構造が得られる。以上により表面1A側の処理が完了し、続いて、裏面側の処理を行う。   After forming the uppermost interlayer insulating film 3, a polyimide film is formed as the passivation film 5. Subsequently, the polyimide film and the uppermost interlayer insulating film 3 are sequentially patterned to form an opening that exposes the uppermost wiring surface of the wiring layer 4. After a first seed layer (Cu / Ti) 6 is formed on the entire surface by sputtering, a surface bump formation mask (not shown) is formed of a photoresist (PR), and the first conductor is formed as a surface bump 112 by electroplating. A film (Cu) 7 and a first adhesive layer (Au / Ni) 8 are formed. The structure shown in FIG. 4 is obtained by removing the exposed first seed layer 6 after removing the surface bump forming mask. Thus, the processing on the front surface 1A side is completed, and then the processing on the back surface side is performed.

裏面側の処理を行うに当たって、基板(ウェハ)の取り扱い性を良好にするため、保持部材を用いる。ここでは、光照射によって接着性が変化する接着剤を含む接着層9を用いて、ガラス基板などの透明な支持体10にウェハ表面側を接着保持するウェハサポートシステム(Wafer Support System:WSS)を用いる。説明のため、図5以降は、上下を逆転して示す。   In performing the processing on the back surface side, a holding member is used in order to improve the handleability of the substrate (wafer). Here, a wafer support system (WSS) is provided that adheres and holds the wafer surface side to a transparent support 10 such as a glass substrate by using an adhesive layer 9 including an adhesive whose adhesiveness is changed by light irradiation. Use. For the sake of explanation, FIG. 5 and subsequent figures are shown upside down.

図5に示すように、WSSに保持した状態でシリコン基板1の裏面から所定の厚さ(例えば、40μm)となるまで裏面研削(Back Grinding:BG)を行い、BG後の裏面1B上に裏面保護膜11として窒化シリコン膜を形成する。BGは荒削り、精削り、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)の順で行い、裏面1Bを鏡面化する。   As shown in FIG. 5, back grinding (BG) is performed from the back surface of the silicon substrate 1 to a predetermined thickness (for example, 40 μm) while being held in WSS, and the back surface is formed on the back surface 1B after BG. A silicon nitride film is formed as the protective film 11. BG is performed in the order of rough cutting, fine cutting, and chemical mechanical polishing (CMP), and the back surface 1B is mirror-finished.

次に、図6に示すように、裏面側から第1の導体配線41に達する貫通孔1Hを形成する。裏面保護膜11上にフォトレジスト(PR)を塗布し、フォトリソグラフィ工程により貫通孔1H形成用の開口を形成する。PRをマスクに裏面保護膜11/シリコン基板1/層間絶縁膜3を順にドライエッチングする。最後は第1の導体配線41をエッチストッパとする。このとき、図6(b)に示すように、第1の導体配線41(例えば全体で50nm厚)のうち30〜40nm程度のオーバーエッチングがかかるため、WNバリア膜411(例えば10nm厚)は、貫通孔1Hの底部露出面には残らない。第1の導体配線41のシリコン基板側平面(第1の平面41A)よりもシリコン基板から離れた第2の平面41Bが形成される。   Next, as shown in FIG. 6, a through hole 1H reaching the first conductor wiring 41 from the back surface side is formed. A photoresist (PR) is applied on the back surface protective film 11, and an opening for forming the through hole 1H is formed by a photolithography process. Using the PR as a mask, the back surface protective film 11 / silicon substrate 1 / interlayer insulating film 3 are sequentially dry etched. Finally, the first conductor wiring 41 is used as an etch stopper. At this time, as shown in FIG. 6B, over-etching of about 30 to 40 nm is applied to the first conductor wiring 41 (for example, 50 nm in total), so that the WN barrier film 411 (for example, 10 nm in thickness) It does not remain on the bottom exposed surface of the through hole 1H. A second plane 41B that is farther from the silicon substrate than the plane of the first conductor wiring 41 on the silicon substrate side (first plane 41A) is formed.

次に、図7に示すように、貫通孔1Hの底部に露出した第1の導体配線41の第1の金属412を窒化処理する。窒化処理は、アンモニアガス(NH)を用いたガス窒化や、窒素ガス(N)、アンモニアガス(NH)、NO、NO等の窒素含有ガスを用いたプラズマ窒化にて行うことができる。ここでは、アンモニア(NH)雰囲気中で180℃以下の温度で窒化及び還元処理を施す。なお、窒化反応を効率的に行うために、室温以上の温度となるように加温することが好ましい。これにより、第1の導体配線41の露出する第1の金属表面にWNからなる介在層413が形成される。介在層413は、WNバリア膜411と、貫通孔1H底部周辺のWNバリア膜411の第1の金属412との界面側で接している。従って、第1の金属412は、もはや貫通孔1H内に露出していない。図7(b)は、図7(a)の破線部の拡大図である。介在層413は、貫通孔形成時のオーバーエッチング後に残存する第1の金属412の厚みの1/2程度以下を窒化すればよく、介在層413としてバリア膜411と同程度の厚み、例えば、5〜15nm程度の厚みとなるように、窒化条件を適宜調整すればよい。このように形成される介在層413は、第1の配線導体41の一部を構成するものとなる。介在層413の貫通孔1H内の表面は、新たな第2の平面41B’となる。第2の平面41B’も第1の平面41Aよりシリコン基板1の表面1Aから離れている。 Next, as shown in FIG. 7, the first metal 412 of the first conductor wiring 41 exposed at the bottom of the through hole 1H is nitrided. Nitriding treatment, gas and nitriding with ammonia gas (NH 3), nitrogen gas (N 2), ammonia gas (NH 3), NO, it is performed by plasma nitridation using nitrogen-containing gas such as N 2 O Can do. Here, nitriding and reduction are performed at a temperature of 180 ° C. or less in an ammonia (NH 3 ) atmosphere. In addition, in order to perform a nitriding reaction efficiently, it is preferable to heat so that it may become temperature more than room temperature. Thereby, the intervening layer 413 made of WN is formed on the exposed first metal surface of the first conductor wiring 41. The intervening layer 413 is in contact with the WN barrier film 411 at the interface side between the first metal 412 of the WN barrier film 411 around the bottom of the through-hole 1H. Accordingly, the first metal 412 is no longer exposed in the through hole 1H. FIG.7 (b) is an enlarged view of the broken-line part of Fig.7 (a). The intervening layer 413 may be nitrided to about 1/2 or less of the thickness of the first metal 412 remaining after over-etching at the time of forming the through hole. The nitriding conditions may be adjusted as appropriate so that the thickness is about 15 nm. The intervening layer 413 formed in this way constitutes a part of the first wiring conductor 41. The surface in the through hole 1H of the intervening layer 413 becomes a new second plane 41B ′. The second plane 41B ′ is also farther from the surface 1A of the silicon substrate 1 than the first plane 41A.

次に、図8に示すように、貫通孔1Hの側壁にサイドウォール状に絶縁膜12を形成する。絶縁膜12として、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜あるいはこれらの積層膜を成膜した後、エッチバックして裏面保護膜11上及び貫通孔1H底の絶縁膜12を除去することで、サイドウォール状に形成することができる。絶縁膜12は、シリコン基板1の表面1Aに形成される回路素子と、この後形成される貫通電極とを絶縁分離するために形成する。   Next, as shown in FIG. 8, the insulating film 12 is formed in a sidewall shape on the side wall of the through hole 1H. A silicon oxide film, a silicon nitride film, or a laminated film thereof is formed as the insulating film 12, and then etched back to remove the insulating film 12 on the back surface protective film 11 and the bottom of the through hole 1H, thereby forming a sidewall shape. Can be formed. The insulating film 12 is formed in order to insulate and isolate the circuit element formed on the surface 1A of the silicon substrate 1 and the through electrode formed thereafter.

続いて、図9に示すように、絶縁膜12を形成した後、貫通孔1H底部の介在層413に対して水素(H)プラズマ処理を実施して残留酸素を除去する。絶縁膜12の形成前に窒化膜である介在層413を形成したことで、第1の導体配線41表面の自然酸化はほぼ起こらない。介在層413を形成せずに絶縁膜12を形成すると、オーバーエッチングで露出した第1の金属412が自然酸化されてしまうため、従来は次工程の貫通電極形成前にArスパッタのような逆スパッタによる酸化膜の除去などの清浄化が必要であった。このため、オーバーエッチングされた第1の導体配線41が更に薄くなるという問題があった。本発明では、このようなArスパッタが不要であり、水素(H)プラズマ処理による残留酸素の除去により、更なる膜厚の減少を抑制して、第1の導体配線41と貫通電極との接触抵抗の増加を抑えることができる。 Subsequently, as shown in FIG. 9, after forming the insulating film 12, the intervening layer 413 at the bottom of the through hole 1H is subjected to hydrogen (H 2 ) plasma treatment to remove residual oxygen. Since the intervening layer 413 which is a nitride film is formed before the insulating film 12 is formed, the surface of the first conductor wiring 41 hardly undergoes natural oxidation. If the insulating film 12 is formed without forming the intervening layer 413, the first metal 412 exposed by over-etching is spontaneously oxidized. Therefore, conventionally, reverse sputtering such as Ar sputtering is performed before forming the through electrode in the next process. It was necessary to clean the oxide film by removing it. For this reason, there is a problem that the over-etched first conductor wiring 41 is further thinned. In the present invention, such Ar sputtering is not necessary, and by removing residual oxygen by hydrogen (H 2 ) plasma treatment, further reduction in film thickness is suppressed, and the first conductor wiring 41 and the through electrode are formed. An increase in contact resistance can be suppressed.

次に、図10に示すように、全面に第2シード層13として、第1シード層6と同様にCu/Tiをスパッタ法で成膜した後、裏面バンプ用のPRマスクを形成し、電気めっきにより、第2導体14としてCu膜と、第2接着層15としてSnAg半田層を連続して成膜する。本実施形態例では貫通電極111と裏面バンプ113とを一体に形成する例を示しているが、別体に形成してもよい。これにより、貫通電極111の底部が、第1の導体配線41の一部である介在層413に接して接続される。   Next, as shown in FIG. 10, a Cu / Ti film is formed as a second seed layer 13 on the entire surface by sputtering as in the case of the first seed layer 6, and then a PR mask for back bumps is formed, By plating, a Cu film as the second conductor 14 and a SnAg solder layer as the second adhesive layer 15 are successively formed. In the present embodiment, the through electrode 111 and the back surface bump 113 are integrally formed, but may be formed separately. Thereby, the bottom of the through electrode 111 is connected in contact with the intervening layer 413 which is a part of the first conductor wiring 41.

最後に、図11に示すように、裏面バンプ用のPRマスクを除去した後、露出する第2シード層13をエッチング除去する。その後、支持体10通して光照射してWSSをウェハから剥離し、残留する接着層9を溶剤で除去する。更に、各半導体チップ毎にダイシングすることで、図3に示す半導体チップ101が得られる。   Finally, as shown in FIG. 11, after removing the PR mask for the back bump, the exposed second seed layer 13 is removed by etching. Thereafter, the support 10 is irradiated with light to peel off the WSS from the wafer, and the remaining adhesive layer 9 is removed with a solvent. Furthermore, the semiconductor chip 101 shown in FIG. 3 is obtained by dicing each semiconductor chip.

このように、本発明では、第1の導体配線41の裏面を、貫通孔1Hを形成した後に窒化することで酸化を防止する。これにより、貫通電極形成前の酸化膜除去のためのエッチングが不要となる。貫通電極111と表面バンプ112とを接続する第1の導体配線41の目減りを低減でき、抵抗増加や接続不良を低減できる。結果として、貫通電極を有する半導体装置の性能を更に向上できる。   Thus, in the present invention, oxidation is prevented by nitriding the back surface of the first conductor wiring 41 after forming the through hole 1H. This eliminates the need for etching for removing the oxide film before forming the through electrode. The loss of the first conductor wiring 41 connecting the through electrode 111 and the surface bump 112 can be reduced, and an increase in resistance and connection failure can be reduced. As a result, the performance of the semiconductor device having the through electrode can be further improved.

本発明では、貫通孔1Hを形成した後に、第1の導体配線41の裏面の露出面(第1の金属412)を窒化することに意味がある。例えば、第1の導体配線41を形成する際にバリア膜411として窒化膜を下地膜に形成する構成は公知である。しかしながら、本発明者の検討によれば、通常の導体配線に適用されるバリア膜の厚さ程度では、貫通孔を形成する際の異方性エッチングによって除去されてしまう。従って、本発明のような酸化抑制効果は得られないので、貫通電極形成前にエッチングによる酸化膜除去が必要となる。また、同じ観点から、前述の公知技術で形成された半導体装置の導体配線は、このようなバリア窒化膜を形成した場合でも貫通電極との接触界面に窒化膜を持たないことになる。これに対し本発明では、貫通孔形成後に第1の導体配線の裏面を窒化することで酸化防止効果が得られ、貫通電極形成前に酸化膜除去のためのエッチングを必要としない。この場合、最終構造においても、第1の導体配線は、貫通電極との接触箇所に窒化膜が介在層として残ることになる。   In the present invention, it is meaningful to nitride the exposed surface (first metal 412) on the back surface of the first conductor wiring 41 after the through hole 1H is formed. For example, a structure in which a nitride film is formed on the base film as the barrier film 411 when the first conductor wiring 41 is formed is known. However, according to the study of the present inventor, it is removed by anisotropic etching at the time of forming a through hole at a thickness of a barrier film applied to a normal conductor wiring. Therefore, since the effect of suppressing oxidation as in the present invention cannot be obtained, it is necessary to remove the oxide film by etching before forming the through electrode. From the same point of view, the conductor wiring of the semiconductor device formed by the above-described known technique does not have a nitride film at the contact interface with the through electrode even when such a barrier nitride film is formed. On the other hand, in the present invention, the effect of preventing oxidation is obtained by nitriding the back surface of the first conductor wiring after forming the through hole, and etching for removing the oxide film is not required before forming the through electrode. In this case, also in the final structure, the nitride film remains as an intervening layer in the first conductor wiring at the contact point with the through electrode.

実施形態例2
実施形態例1では、絶縁膜12をシリコン基板1の裏面1Bから形成した貫通孔1H内壁に形成する、いわゆる、ビアラスト法による半導体装置について説明したが、本実施形態例では、絶縁膜12をシリコン基板1の表面に最初に形成する、いわゆる、ビアファースト法による半導体装置201について説明する。
Embodiment 2
In the first embodiment, the semiconductor device by the so-called via last method in which the insulating film 12 is formed on the inner wall of the through hole 1H formed from the back surface 1B of the silicon substrate 1 has been described. However, in this embodiment, the insulating film 12 is formed of silicon. A semiconductor device 201 formed by the so-called via first method, which is first formed on the surface of the substrate 1, will be described.

図12は、本実施形態例に係る半導体装置(半導体チップ)201の模式的断面図(a)と、部分拡大図(b)を示す。半導体チップ101との違いは、絶縁膜12が貫通孔1H内壁ではなく、貫通孔1Hを取り囲むように、シリコン基板1の表面1Aから裏面1Bまで貫通して形成されている。ここでは、半導体チップ101の絶縁膜12と区別するため、環状の絶縁膜という意味で絶縁リング12Rとする。図12(b)に示すように、絶縁リング12Rは、第1の導体配線41とは接していない。また、貫通電極111は、貫通孔1Hの側壁に露出するWNバリア膜411とも接している。その他の構成は、半導体チップ101と同じであり、同じ符号を付すことで詳細は省略する。   FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view (a) and a partially enlarged view (b) of a semiconductor device (semiconductor chip) 201 according to this embodiment. The difference from the semiconductor chip 101 is that the insulating film 12 is formed from the front surface 1A to the back surface 1B of the silicon substrate 1 so as to surround the through hole 1H, not the inner wall of the through hole 1H. Here, in order to distinguish from the insulating film 12 of the semiconductor chip 101, the insulating ring 12R is used in the meaning of an annular insulating film. As shown in FIG. 12B, the insulating ring 12 </ b> R is not in contact with the first conductor wiring 41. The through electrode 111 is also in contact with the WN barrier film 411 exposed on the side wall of the through hole 1H. Other configurations are the same as those of the semiconductor chip 101, and the details are omitted by giving the same reference numerals.

図13〜図18は、本実施形態例に係る半導体チップ201の製造工程を説明する工程断面図である。   13 to 18 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor chip 201 according to this embodiment.

まず、図13に示すように、シリコン基板1の表面1A側から、絶縁リング用の溝を、例えば、深さ40〜50μm、幅2〜3μm(アスペクト比13〜25)で形成し、溝内に絶縁膜を埋め込むことで絶縁リング12Rを形成する。ここでは、1重の絶縁リング12Rを形成する例を示しているが、2重以上の多重リングとしても良い。   First, as shown in FIG. 13, a groove for an insulating ring is formed with a depth of 40 to 50 μm and a width of 2 to 3 μm (aspect ratio 13 to 25) from the surface 1A side of the silicon substrate 1, An insulating ring 12R is formed by embedding an insulating film in the insulating film. Here, an example in which the single insulating ring 12R is formed is shown, but a multiple ring of double or more may be used.

その後、図14に示すように、半導体チップ101と同様に表面1A側の製造工程を実施する。続いて、裏面側の処理を行う。   Thereafter, as shown in FIG. 14, the manufacturing process on the surface 1 </ b> A side is performed in the same manner as the semiconductor chip 101. Subsequently, processing on the back side is performed.

まず、図15に示すように、絶縁リング12Rの底部が露出するまでシリコン基板1の裏面研削を行う。これにより、シリコン基板1の表面1Aから裏面1Bまで貫通する絶縁リング12が形成できる。その後、裏面1B表面に裏面保護膜11を形成する。   First, as shown in FIG. 15, the back surface of the silicon substrate 1 is ground until the bottom of the insulating ring 12R is exposed. Thereby, the insulating ring 12 penetrating from the front surface 1A to the back surface 1B of the silicon substrate 1 can be formed. Thereafter, the back surface protective film 11 is formed on the surface of the back surface 1B.

次に、図16に示すように、裏面側から第1の導体配線41に達する貫通孔1Hを形成する。裏面保護膜11上にフォトレジスト(PR)のマスクを形成し、貫通孔1Hを形成する。   Next, as shown in FIG. 16, a through hole 1H reaching the first conductor wiring 41 from the back surface side is formed. A photoresist (PR) mask is formed on the back surface protective film 11 to form a through hole 1H.

実施形態例1の図7工程と同様に、貫通孔1H底に露出した第1の導体配線41表面(第1の金属412)を窒化し、窒化膜である介在層413を形成する。続いて、図18に示すように、水素プラズマ処理により残留酸素を除去する。その後は、実施形態例1と同様に貫通電極111及び裏面バンプ113を形成することで、図12に示す半導体チップ201が完成する。なお、本実施形態例においては、図18に示す水素プラズマ処理は、貫通孔1H内への絶縁膜形成工程がないために省略しても良い。また、窒化の際に貫通孔1H内に露出するシリコン基板1の表面が窒化されても何ら問題はなく、窒化されることでかえって貫通電極111から金属元素がシリコン基板1に漏れ出すことを防止するバリア膜として機能する。   Similarly to the step of FIG. 7 in the first embodiment, the surface of the first conductor wiring 41 (first metal 412) exposed at the bottom of the through hole 1H is nitrided to form an intervening layer 413 that is a nitride film. Subsequently, as shown in FIG. 18, residual oxygen is removed by hydrogen plasma treatment. After that, by forming the through electrode 111 and the back surface bump 113 in the same manner as in the first embodiment, the semiconductor chip 201 shown in FIG. 12 is completed. In this embodiment, the hydrogen plasma treatment shown in FIG. 18 may be omitted because there is no insulating film formation step in the through hole 1H. Further, there is no problem even if the surface of the silicon substrate 1 exposed in the through hole 1H during nitriding is nitrided, and nitriding prevents the metal element from leaking into the silicon substrate 1 from the through electrode 111 instead. Functions as a barrier film.

本実施形態例においても、貫通孔1H形成後に露出する第1の導体配線41表面(第1の金属412)を窒化して介在層413を形成しておくことで、第2シード層13の形成までに大気に曝されても、第1の金属412が露出している場合と比較して、自然酸化膜の生成を抑制することができる。なお、本実施形態例では、絶縁リング12Rを第1の配線導体41をも取り囲むように形成する場合には、第1の配線導体41を層間絶縁膜3を介さずにシリコン基板1の表面1A上に形成してもよい。   Also in the present embodiment, the second seed layer 13 is formed by nitriding the surface of the first conductor wiring 41 (first metal 412) exposed after the formation of the through hole 1H to form the intervening layer 413. Even if it is exposed to the atmosphere until then, the generation of the natural oxide film can be suppressed as compared with the case where the first metal 412 is exposed. In the present embodiment, when the insulating ring 12R is formed so as to surround the first wiring conductor 41, the surface 1A of the silicon substrate 1 is not interposed between the first wiring conductor 41 and the interlayer insulating film 3. It may be formed on top.

1.シリコン基板
1A.表面
1B.裏面
1H.貫通孔
2.回路素子
3.層間絶縁膜
4.配線層
41.第1の導体配線(パッド電極)
411.バリア膜(WN)
412.第1の金属(W)
413.介在層(WN)
41A.第1の平面
41B,41B’.第2の平面
5.パッシベーション膜
6.第1シード層
7.第1の導体
8.第1接着層(Au/Ni)
9.接着層
10.支持体
11.裏面保護膜
12.絶縁膜
12R.絶縁リング
13.第2シード層
14.第2の導体
15.第2接着層(SnAg)
101、201.半導体チップ
102.配線基板
103.アンダーフィル樹脂
104.モールド樹脂
105.ソルダーボール
111.貫通電極
112.表面バンプ
113.裏面バンプ
1. Silicon substrate 1A. Surface 1B. Back side 1H. Through hole 2. Circuit element 3. 3. Interlayer insulating film Wiring layer 41. First conductor wiring (pad electrode)
411. Barrier film (WN)
412. First metal (W)
413. Intervening layer (WN)
41A. First plane 41B, 41B ′. Second plane 5. 5. Passivation film First seed layer 7. First conductor 8. First adhesive layer (Au / Ni)
9. Adhesive layer 10. Support 11. Back surface protective film 12. Insulating film 12R. Insulation ring 13. Second seed layer 14. Second conductor 15. Second adhesive layer (SnAg)
101, 201. Semiconductor chip 102. Wiring board 103. Underfill resin 104. Mold resin 105. Solder ball 111. Through electrode 112. Surface bump 113. Back bump

Claims (20)

半導体基板の表面上に形成された配線層と、
前記配線層に含まれ、第1の金属を含む第1の導体配線と、
前記半導体基板の裏面から、前記第1の導体配線の一部と接触するように、前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記第1の導体配線に含まれ、前記貫通電極との接触箇所における境界面に形成された、前記第1の金属の窒化物からなる介在層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
A wiring layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first conductor wiring included in the wiring layer and including a first metal;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate so as to be in contact with a part of the first conductor wiring from the back surface of the semiconductor substrate;
An intervening layer made of a nitride of the first metal, which is included in the first conductor wiring and formed at a boundary surface at a contact point with the through electrode;
A semiconductor device comprising:
前記第1の導体配線は、前記半導体基板の表面上に層間絶縁膜を介して形成されている請求項1に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductor wiring is formed on the surface of the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. 前記半導体基板の表面上に形成された素子領域と、
前記半導体基板を貫通し、前記貫通電極と前記素子領域を絶縁分離する絶縁領域と、
を更に有する請求項1または2に記載の半導体装置。
An element region formed on the surface of the semiconductor substrate;
An insulating region penetrating the semiconductor substrate, and insulatingly separating the through electrode and the element region;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記絶縁領域は、前記半導体基板の裏面から前記第1の導体配線までの前記貫通電極の側面全面に接して形成されている請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the insulating region is formed in contact with the entire side surface of the through electrode from the back surface of the semiconductor substrate to the first conductor wiring. 前記絶縁領域は、前記半導体基板の裏面から表面まで、半導体層を介して前記貫通電極の側面を取り囲んで形成されている請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein the insulating region is formed from the back surface to the front surface of the semiconductor substrate so as to surround a side surface of the through electrode via a semiconductor layer. 前記第1の金属がタングステンである請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first metal is tungsten. 前記第1の導体配線は、前記貫通電極との接触箇所とその外周領域とを有する請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductor wiring has a contact portion with the through electrode and an outer peripheral region thereof. 前記第1の導体配線の前記貫通電極との接触箇所の一部は、前記外周領域の前記半導体基板側平面よりも前記半導体基板と反対方向に離れて位置する請求項7に記載の半導体装置。   8. The semiconductor device according to claim 7, wherein a part of the contact portion of the first conductor wiring with the through electrode is located away from the semiconductor substrate side plane in the outer peripheral region in a direction opposite to the semiconductor substrate. 前記第1の導体配線の外周領域は、前記第1の金属に接して、前記半導体基板側にバリア膜を有する請求項7または8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, wherein an outer peripheral region of the first conductor wiring is in contact with the first metal and has a barrier film on the semiconductor substrate side. 前記配線層の最上層に接続され、前記半導体基板の表面側外部に露出する表面端子と、前記貫通電極に接続され、前記半導体基板の裏面側外部に露出する裏面端子とを有する請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。   The front surface terminal connected to the uppermost layer of the wiring layer and exposed to the outside on the front surface side of the semiconductor substrate, and the back surface terminal connected to the through electrode and exposed to the back surface side outside of the semiconductor substrate. 10. The semiconductor device according to any one of 9 above. 半導体基板の表面上に、第1の金属を含む第1の導体配線を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記半導体基板を貫通し、前記第1の導体配線の前記第1の金属の一部を露出する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の底部に露出した前記第1の金属を窒化する工程と、
前記露出した第1の金属を窒化した後、前記貫通孔の内部に導体膜を埋設して貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
Forming a first conductor wiring containing a first metal on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate and exposes a part of the first metal of the first conductor wiring;
Nitriding the first metal exposed at the bottom of the through hole;
Nitriding the exposed first metal and then burying a conductor film inside the through hole to form a through electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記第1の導体配線は、前記半導体基板の表面上に層間絶縁膜を介して形成されることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置の製造方法。   12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first conductor wiring is formed on a surface of the semiconductor substrate via an interlayer insulating film. 前記第1の金属を窒化する工程と前記貫通電極を形成する工程との間に、前記貫通孔内壁にサイドウォール状の絶縁膜を形成する工程を更に有する請求項12に記載の半導体装置の製造方法。   The semiconductor device manufacturing method according to claim 12, further comprising a step of forming a sidewall-like insulating film on the inner wall of the through hole between the step of nitriding the first metal and the step of forming the through electrode. Method. 前記貫通電極を形成する工程の前に、前記サイドウォール状の絶縁膜を有する前記貫通孔内を水素プラズマ処理する工程を更に有する請求項13に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, further comprising a step of performing a hydrogen plasma treatment on the inside of the through hole having the sidewall-like insulating film before the step of forming the through electrode. 前記第1の導体配線を形成する工程の前に、前記半導体基板の表面側から、前記貫通孔を形成する領域の周りに所定の深さの環状の溝を形成する工程と、前記環状の溝内に絶縁膜を埋め込み、環状の絶縁領域を形成する工程とを有し、前記貫通孔を形成する前に、前記半導体基板の裏面から前記半導体基板の厚みを減じることで前記環状の絶縁領域の底部を露出させる工程を更に有する請求項11または12に記載の半導体装置の製造方法。   Before the step of forming the first conductor wiring, a step of forming an annular groove of a predetermined depth around the region for forming the through hole from the surface side of the semiconductor substrate; and the annular groove Embedding an insulating film therein to form an annular insulating region, and before forming the through hole, reducing the thickness of the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate, thereby forming the annular insulating region. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising a step of exposing the bottom. 前記貫通孔の底部に露出した前記第1の金属を窒化する工程は、アンモニア雰囲気中、180℃以下の温度で実施される請求項11乃至15のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the step of nitriding the first metal exposed at the bottom of the through hole is performed at a temperature of 180 ° C. or less in an ammonia atmosphere. . 前記第1の金属がタングステンである請求項11乃至16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first metal is tungsten. 前記第1の配線導体は、前記半導体基板側からバリア膜と前記第1の金属との積層膜であり、前記貫通孔を形成する工程は、前記バリア膜を貫通し、前記第1の金属の一部除去するまでオーバーエッチングされる請求項11乃至17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。   The first wiring conductor is a laminated film of a barrier film and the first metal from the semiconductor substrate side, and the step of forming the through hole penetrates the barrier film, The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein overetching is performed until a part of the semiconductor device is removed. 半導体基板の表面上に形成された2層以上の配線層と、
前記配線層の前記半導体基板側の最下層に、第1の金属を含むパッド電極と、
前記半導体基板を貫通し、前記パッド電極の一部と接触する貫通電極と、
を備える半導体装置であって、
前記パッド電極と前記貫通電極底部との接触面は、前記パッド電極の前記貫通電極と接していない前記半導体基板側の第1の平面よりも前記半導体基板から離れた第2の平面を構成し、前記第2の平面全面に前記第1の金属の窒化物からなる介在層を有することを特徴とする半導体装置。
Two or more wiring layers formed on the surface of the semiconductor substrate;
A pad electrode containing a first metal in the lowermost layer on the semiconductor substrate side of the wiring layer;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate and contacting a part of the pad electrode;
A semiconductor device comprising:
The contact surface between the pad electrode and the bottom of the through electrode constitutes a second plane farther from the semiconductor substrate than the first plane on the semiconductor substrate side that is not in contact with the through electrode of the pad electrode, A semiconductor device having an intervening layer made of the first metal nitride on the entire surface of the second plane.
前記パッド電極は、前記半導体基板側から窒化タングステンバリア膜と前記第1の金属としてのタングステン膜の積層膜であり、前記介在層は、前記窒化タングステンバリア膜の前記第1の金属側界面と接している請求項19に記載の半導体装置。   The pad electrode is a laminated film of a tungsten nitride barrier film and a tungsten film as the first metal from the semiconductor substrate side, and the intervening layer is in contact with the first metal side interface of the tungsten nitride barrier film. The semiconductor device according to claim 19.
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