JP2622038B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法Info
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- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、半導体装置及びその
製造方法に関する。さらに詳しくは半導体チップの上下
面を貫通する外部接続用入出力端子からなる半導体装置
及びその製造方法に関する。
製造方法に関する。さらに詳しくは半導体チップの上下
面を貫通する外部接続用入出力端子からなる半導体装置
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、シリコン半導体基板上に作られ
る、ＩＣ・ＬＳＩは日夜、製造技術が進歩し、トランジ
スター等の集積度も飛躍的に増大している。集積度が上
るにつれ、半導体デバイス（半導体チップ）の機能も飛
躍的に向上し、単なる部品よりも、大きなシステムとし
てみなされるようになっている。又、同時にシステムの
構成要素としてのＣＰＵ（論理回路）マスクＲＯＭ、Ｅ
ＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシＥＰＲＯＭ、ＤＲＡ
Ｍ、ＳＲＡＭ、Ｉ2Ｌ、高速入出力部（バイポーラ、バ
イ−ＣＭＯＳ）等、それぞれの独立したデバイスがそれ
ぞれの専用の製造工程を用い効率良く生産が行われるよ
うになっている。このような状況下においてニューロネ
ットワーク素子等、多数の構成要素の集合した大規模半
導体装置の開発が望まれている。
る、ＩＣ・ＬＳＩは日夜、製造技術が進歩し、トランジ
スター等の集積度も飛躍的に増大している。集積度が上
るにつれ、半導体デバイス（半導体チップ）の機能も飛
躍的に向上し、単なる部品よりも、大きなシステムとし
てみなされるようになっている。又、同時にシステムの
構成要素としてのＣＰＵ（論理回路）マスクＲＯＭ、Ｅ
ＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシＥＰＲＯＭ、ＤＲＡ
Ｍ、ＳＲＡＭ、Ｉ2Ｌ、高速入出力部（バイポーラ、バ
イ−ＣＭＯＳ）等、それぞれの独立したデバイスがそれ
ぞれの専用の製造工程を用い効率良く生産が行われるよ
うになっている。このような状況下においてニューロネ
ットワーク素子等、多数の構成要素の集合した大規模半
導体装置の開発が望まれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】このような、技術的要
素の中で以下のような問題がある。 １）ＬＳＩの集積規模の増大に伴い、入出力部の外部接
続端子数が大きくなり、チップ面上のボンディングパッ
ド及び入出力保護回路の面積比率が増大し集積効率が低
下する。 ２）ＬＳＩの集積規模の増大に伴い、個々のトランジス
ター等で消費される電気エネルギーが熱となり、発熱量
が大きくなり、デバイスの温度上昇を引き起し、信頼性
低下、集積度の限界を生じさせる。 ３）ＬＳＩ等デバイスに求められるシステム的な機能の
高度化に伴い、１つの２次元的表面に形成される従来の
ＬＳＩ製造工程では、あらゆる前記構成要素を包含する
製造プロセスを構築することは非常に困難であり、仮に
そのような複雑な製造プロセスを構築することが出来た
としても、最小配線幅寸法等に制限が生じ現在ある個々
の専用の製造工程よりも非常に効率の悪いものとなり、
出来上ったデバイスの性能も低下するという問題があ
る。
素の中で以下のような問題がある。 １）ＬＳＩの集積規模の増大に伴い、入出力部の外部接
続端子数が大きくなり、チップ面上のボンディングパッ
ド及び入出力保護回路の面積比率が増大し集積効率が低
下する。 ２）ＬＳＩの集積規模の増大に伴い、個々のトランジス
ター等で消費される電気エネルギーが熱となり、発熱量
が大きくなり、デバイスの温度上昇を引き起し、信頼性
低下、集積度の限界を生じさせる。 ３）ＬＳＩ等デバイスに求められるシステム的な機能の
高度化に伴い、１つの２次元的表面に形成される従来の
ＬＳＩ製造工程では、あらゆる前記構成要素を包含する
製造プロセスを構築することは非常に困難であり、仮に
そのような複雑な製造プロセスを構築することが出来た
としても、最小配線幅寸法等に制限が生じ現在ある個々
の専用の製造工程よりも非常に効率の悪いものとなり、
出来上ったデバイスの性能も低下するという問題があ
る。
【０００４】この発明は、上記問題を解決するためにな
されたものであって、従来のそれぞれ専用の製造工程を
用いて生産されるＣＰＵ、マスクＲＯＭ、ＤＲＡＭ等そ
れぞれ１つの半導体基板からなる独立した機能の装置
（デバイス）を多数接続でき、大規模装置（システム）
を構成することのできる外部接続用入出力端子を有する
半導体装置及びその製造方法を提供しようとするもので
ある。
されたものであって、従来のそれぞれ専用の製造工程を
用いて生産されるＣＰＵ、マスクＲＯＭ、ＤＲＡＭ等そ
れぞれ１つの半導体基板からなる独立した機能の装置
（デバイス）を多数接続でき、大規模装置（システム）
を構成することのできる外部接続用入出力端子を有する
半導体装置及びその製造方法を提供しようとするもので
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明によれば、所定
位置にスルーホールを有する半導体基板において、スル
ーホールの壁面に絶縁層とその上に接着性金属層を積層
し、配線用金属プラグをスルーホールを介してその上部
と下部に突出するように設けたことを特徴とする半導体
装置が提供される。上記半導体基板は、素子形成前のウ
ェハー、素子形成中のウェハー又は素子形成後のウェハ
ーのいずれも用いることができる。上記スルーホール
は、配線用金属プラグを形成するためのものであって、
半導体基板の外部接続用入出力端子の形成位置に開孔さ
れる。スルーホールの形成は、フォトリソグラフィー
法、ドリル加工法、レーザー加工法、超音波加工法、液
体ホーニング法（微細研磨材の高圧噴射加工）等によっ
て行うことができる。この中で、例えばフォトリソグラ
フィー法について述べると、まず、半導体基板上にスク
リーン印刷法等を用い、厚さ 200〜 500μｍ程度のホト
レジストを塗布し、外部接続用入出力端子を形成しよう
とする位置に、フォトリソグラフィーの技術を用いて直
径50〜 200μｍの窓（樹脂のない部分）をあけてレジス
トパターンを形成する。窓の形状は、通常円形である
が、後述する配線用金属プラグと半導体基板との熱膨張
率の差により生ずる応力に対して、有利な形状を適宜選
定するのが好ましい。次に上記レジストパターンをマス
クにしてリアクティブイオンエッチング（通称ＲＩＥ）
装置を用い、異方性のエッチングを行いウェハー裏面ま
で貫通する穴（スルーホール）を形成する。上記絶縁層
は、半導体基板と形成する配線用金属プラグとを絶縁す
るためのものである。絶縁膜の形成は、例えば次の３つ
の方法等を用いて行うことができる。第１は、酸素もし
くは水蒸気を用いたシリコンの熱酸化法、第２は、ＣＶ
Ｄ法によってＳｉＯ2 、ＳｉＮの薄膜を堆積する方法、
第３は、半導体基板と逆の極性を有する不純物拡散層を
形成する方法である。また、必要により上記壁面以外の
不要の絶縁層は、通常後工程の接着性金属層を形成した
後に不要の接着性金属層と共に除去される。上記接着性
金属層は、スルーホールを介して設ける配線用金属プラ
グを接着するためのものであって、絶縁層の上を含む領
域に例えばＴｉ／Ｗ合金、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等の高融点
金属もしくは、それらの合金の層を公知の方法によって
形成し、好ましくはぬれ性を向上させるためにその上に
例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の薄膜を積層して、
形成することができる。この後に、必要により上記壁面
以外の不要の絶縁層と接着性金属層を除去する。配線用
金属プラグは、外部接続用入出力端子を構成するための
ものであって、スルーホールを介してその上部と下部に
突出するように設けられる。配線用金属プラグの形成
は、金属の溶融物又は溶液（通常メッキ液とよばれる）
に半導体基板の片面を接触させることによって毛細管現
象と表面張力によって溶融金属をスルーホール内及びス
ルーホール上に導入し、適宜冷却または通電することに
よって固化して行うことができる。また金属の溶液を用
いる方法は、中空の巣を有する配線用金属プラグを形成
することができ、この配線用金属プラグは半導体基板と
の熱膨張系数の違いにより生ずる熱応力を低下させるこ
とができるので好ましい。金属の溶融物は、約 150〜 4
00°Ｃ例えば半田（Ｐｂ−Ｓｎ系合金）を溶融して用い
ることができる。金属の溶液は、例えばＣｕ、Ａｕ等の
溶液（公知のメッキ液）を用いることができる。また、
配線用金属プラグの上記突出した領域は、外部接続用入
出力端子の外部と接合部分を形成するためのものであっ
て、突出した高さ（スルーホールからの高さ）が、通常
５〜５０μｍである。外部接続用入出力端子の形成は、
複数の種類の半導体装置について行なわれる。この後外
部接続用入出力端子を介して複数の半導体装置を適宜組
合せ大規模半導体装置を構成することができる。
位置にスルーホールを有する半導体基板において、スル
ーホールの壁面に絶縁層とその上に接着性金属層を積層
し、配線用金属プラグをスルーホールを介してその上部
と下部に突出するように設けたことを特徴とする半導体
装置が提供される。上記半導体基板は、素子形成前のウ
ェハー、素子形成中のウェハー又は素子形成後のウェハ
ーのいずれも用いることができる。上記スルーホール
は、配線用金属プラグを形成するためのものであって、
半導体基板の外部接続用入出力端子の形成位置に開孔さ
れる。スルーホールの形成は、フォトリソグラフィー
法、ドリル加工法、レーザー加工法、超音波加工法、液
体ホーニング法（微細研磨材の高圧噴射加工）等によっ
て行うことができる。この中で、例えばフォトリソグラ
フィー法について述べると、まず、半導体基板上にスク
リーン印刷法等を用い、厚さ 200〜 500μｍ程度のホト
レジストを塗布し、外部接続用入出力端子を形成しよう
とする位置に、フォトリソグラフィーの技術を用いて直
径50〜 200μｍの窓（樹脂のない部分）をあけてレジス
トパターンを形成する。窓の形状は、通常円形である
が、後述する配線用金属プラグと半導体基板との熱膨張
率の差により生ずる応力に対して、有利な形状を適宜選
定するのが好ましい。次に上記レジストパターンをマス
クにしてリアクティブイオンエッチング（通称ＲＩＥ）
装置を用い、異方性のエッチングを行いウェハー裏面ま
で貫通する穴（スルーホール）を形成する。上記絶縁層
は、半導体基板と形成する配線用金属プラグとを絶縁す
るためのものである。絶縁膜の形成は、例えば次の３つ
の方法等を用いて行うことができる。第１は、酸素もし
くは水蒸気を用いたシリコンの熱酸化法、第２は、ＣＶ
Ｄ法によってＳｉＯ2 、ＳｉＮの薄膜を堆積する方法、
第３は、半導体基板と逆の極性を有する不純物拡散層を
形成する方法である。また、必要により上記壁面以外の
不要の絶縁層は、通常後工程の接着性金属層を形成した
後に不要の接着性金属層と共に除去される。上記接着性
金属層は、スルーホールを介して設ける配線用金属プラ
グを接着するためのものであって、絶縁層の上を含む領
域に例えばＴｉ／Ｗ合金、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ等の高融点
金属もしくは、それらの合金の層を公知の方法によって
形成し、好ましくはぬれ性を向上させるためにその上に
例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ等の薄膜を積層して、
形成することができる。この後に、必要により上記壁面
以外の不要の絶縁層と接着性金属層を除去する。配線用
金属プラグは、外部接続用入出力端子を構成するための
ものであって、スルーホールを介してその上部と下部に
突出するように設けられる。配線用金属プラグの形成
は、金属の溶融物又は溶液（通常メッキ液とよばれる）
に半導体基板の片面を接触させることによって毛細管現
象と表面張力によって溶融金属をスルーホール内及びス
ルーホール上に導入し、適宜冷却または通電することに
よって固化して行うことができる。また金属の溶液を用
いる方法は、中空の巣を有する配線用金属プラグを形成
することができ、この配線用金属プラグは半導体基板と
の熱膨張系数の違いにより生ずる熱応力を低下させるこ
とができるので好ましい。金属の溶融物は、約 150〜 4
00°Ｃ例えば半田（Ｐｂ−Ｓｎ系合金）を溶融して用い
ることができる。金属の溶液は、例えばＣｕ、Ａｕ等の
溶液（公知のメッキ液）を用いることができる。また、
配線用金属プラグの上記突出した領域は、外部接続用入
出力端子の外部と接合部分を形成するためのものであっ
て、突出した高さ（スルーホールからの高さ）が、通常
５〜５０μｍである。外部接続用入出力端子の形成は、
複数の種類の半導体装置について行なわれる。この後外
部接続用入出力端子を介して複数の半導体装置を適宜組
合せ大規模半導体装置を構成することができる。
【０００６】
【作用】配線用金属プラグが、スルーホールの上部と下
部に突出した部分で他の半導体装置又はヒートシンクと
重ねて接続させ、外部端子と接続させると共に、半導体
装置の駆動時に発生する熱を放散させる。
部に突出した部分で他の半導体装置又はヒートシンクと
重ねて接続させ、外部端子と接続させると共に、半導体
装置の駆動時に発生する熱を放散させる。
【０００７】
実施例１半導体基板を貫通するスルーホールの形成 図１(a)に示すように、半導体基板１上にスクリーン印
刷法を用いて厚さ 350μｍ程度のフォトレジスト膜２を
塗布し、電極を形成しようとする場所に直径 130μｍの
窓（樹脂のない部分）をフォトリソグラフィー法を用い
て形成する。図１(b)に示すように、リアクティブイオ
ンエッチング（通称ＲＩＥ）装置を用い、フォトレジス
ト膜２をマスクにしてエッチングイオン３を照射しウェ
ハー裏面まで貫通する穴（スルーホール４）が形成され
るまで、異方性のエッチングを行う。
刷法を用いて厚さ 350μｍ程度のフォトレジスト膜２を
塗布し、電極を形成しようとする場所に直径 130μｍの
窓（樹脂のない部分）をフォトリソグラフィー法を用い
て形成する。図１(b)に示すように、リアクティブイオ
ンエッチング（通称ＲＩＥ）装置を用い、フォトレジス
ト膜２をマスクにしてエッチングイオン３を照射しウェ
ハー裏面まで貫通する穴（スルーホール４）が形成され
るまで、異方性のエッチングを行う。
【０００８】次に、図１(c)に示すように、形成された
スルーホール４の内面に酸素もしくは水蒸気を用いたシ
リコンの熱酸化によって酸化シリコン膜５を形成する。
スルーホール４の内面に酸素もしくは水蒸気を用いたシ
リコンの熱酸化によって酸化シリコン膜５を形成する。
【０００９】スルーホールへの接着性金属層と配線用金
属プラグの形成 図１(d)に示すように、半導体素子形成後、予め前記の
ように形成されたスルーホール面に、後述の配線用金属
プラグ（半田、Ｐｂ−Ｓｎ合金）に対する接着性向上と
拡散防止の為の、バリアー形成の作用をする接着性金属
層（Ｔｉ／Ｗ合金）６と、更に、この上に後述の配線用
金属プラグ（Ｐｂ−Ｓｎ合金）に対するぬれ性を得るた
めの金属層（Ｃｕ）を形成する。
属プラグの形成 図１(d)に示すように、半導体素子形成後、予め前記の
ように形成されたスルーホール面に、後述の配線用金属
プラグ（半田、Ｐｂ−Ｓｎ合金）に対する接着性向上と
拡散防止の為の、バリアー形成の作用をする接着性金属
層（Ｔｉ／Ｗ合金）６と、更に、この上に後述の配線用
金属プラグ（Ｐｂ−Ｓｎ合金）に対するぬれ性を得るた
めの金属層（Ｃｕ）を形成する。
【００１０】次に図２(e)に示すように、前記スルーホ
ールの壁面の処理の完了した半導体基板を素子形成面１
ａを上にして溶融した半田（Ｐｂ−Ｓｎ合金）上に浮か
せ、毛細管現象と表面張力を利用して、スルーホール内
にＰｂ−Ｓｎ合金７を充填し、冷却固化して図２(f)に
示すようにスルーホール上部に突出した領域を有する入
出力端子７ａを形成する。
ールの壁面の処理の完了した半導体基板を素子形成面１
ａを上にして溶融した半田（Ｐｂ−Ｓｎ合金）上に浮か
せ、毛細管現象と表面張力を利用して、スルーホール内
にＰｂ−Ｓｎ合金７を充填し、冷却固化して図２(f)に
示すようにスルーホール上部に突出した領域を有する入
出力端子７ａを形成する。
【００１１】なお、半導体基板を溶融した半田上から取
出した際にスルーホール下部にも突出した領域が形成さ
れる。
出した際にスルーホール下部にも突出した領域が形成さ
れる。
【００１２】外部接続用入出力端子を有する半導体装置
を用いた大規模装置の作製 次に図２(g)に示すように上述の入出力端子を有するＩ
／Ｏ出力制御用バイポーラチップ１４、ＥＥＰＲＯＭチ
ップ１５、マスクＲＯＭチップ１６、ＳＲＡＭチップ１
７、ＣＰＵチップ１８及びＣＣＤチップ１９を作製して
セラミックパッケージ１２上に絶縁体のヒートシンク１
３を介して順に積層し、突出した領域を有する入出力端
子７ａを介して接続しワイヤボンド２０で外部端子２１
に接続して大規模装置を作製する。
を用いた大規模装置の作製 次に図２(g)に示すように上述の入出力端子を有するＩ
／Ｏ出力制御用バイポーラチップ１４、ＥＥＰＲＯＭチ
ップ１５、マスクＲＯＭチップ１６、ＳＲＡＭチップ１
７、ＣＰＵチップ１８及びＣＣＤチップ１９を作製して
セラミックパッケージ１２上に絶縁体のヒートシンク１
３を介して順に積層し、突出した領域を有する入出力端
子７ａを介して接続しワイヤボンド２０で外部端子２１
に接続して大規模装置を作製する。
【００１３】実施例２ 実施例１において、図１(d)に示すように、スルーホー
ル内面のみに接着性金属層（Ｔｉ／Ｗ合金）６を形成
し、更にこの上にぬれ性の金属層（Ｃｕ）を形成する代
わりに接着性金属層（Ｔｉ／Ｗ合金）及びぬれ性金属層
（Ｃｕ）を、図３に示すように半導体基板１の片面の
み、全面に残しておき、その上面をホトレジスト膜１０
で覆い、電極形成部のみフォトリソグラフィー技術を用
いて該樹脂を取り除いておく。
ル内面のみに接着性金属層（Ｔｉ／Ｗ合金）６を形成
し、更にこの上にぬれ性の金属層（Ｃｕ）を形成する代
わりに接着性金属層（Ｔｉ／Ｗ合金）及びぬれ性金属層
（Ｃｕ）を、図３に示すように半導体基板１の片面の
み、全面に残しておき、その上面をホトレジスト膜１０
で覆い、電極形成部のみフォトリソグラフィー技術を用
いて該樹脂を取り除いておく。
【００１４】このような処理をほどこされた半導体基板
をＣｕ溶液（Ｃｕメッキ液）１１に接するように配置
し、前記接着用／ぬれ性の金属層を通じて流す電流によ
り電気メッキを電極形成用のスルーホール内面に行う。
最終形状として必要とされる突出領域（バンプと称する
もので半導体基板表面より、５〜50μｍ程度突出す
る。）が形成されるまでメッキを行う。得られた半導体
基板は、図４に示すように、半導体基板１と配線用金属
プラグ間の熱膨張系数の違いにより生ずる熱応力を緩和
する為中空の巣９が生じている。ただし５は絶縁層、６
は接着性金属層、８は配線用金属プラグである。このメ
ッキによる形成法は、従来のＴＡＢ用のバンプ形成技術
を利用することが出来る。
をＣｕ溶液（Ｃｕメッキ液）１１に接するように配置
し、前記接着用／ぬれ性の金属層を通じて流す電流によ
り電気メッキを電極形成用のスルーホール内面に行う。
最終形状として必要とされる突出領域（バンプと称する
もので半導体基板表面より、５〜50μｍ程度突出す
る。）が形成されるまでメッキを行う。得られた半導体
基板は、図４に示すように、半導体基板１と配線用金属
プラグ間の熱膨張系数の違いにより生ずる熱応力を緩和
する為中空の巣９が生じている。ただし５は絶縁層、６
は接着性金属層、８は配線用金属プラグである。このメ
ッキによる形成法は、従来のＴＡＢ用のバンプ形成技術
を利用することが出来る。
【００１５】
【発明の効果】この発明によれば、従来のそれぞれ専用
の製造工程を用いて生産されるＣＰＵ、マスクＲＯＭ、
ＤＲＡＭ等それぞれ１つの半導体基板からなる独立した
昨日の装置（デバイス）を多数接続でき、大規模装置
（システム）を構成することのできる外部接続用入出力
端子を有する半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とができる。
の製造工程を用いて生産されるＣＰＵ、マスクＲＯＭ、
ＤＲＡＭ等それぞれ１つの半導体基板からなる独立した
昨日の装置（デバイス）を多数接続でき、大規模装置
（システム）を構成することのできる外部接続用入出力
端子を有する半導体装置及びその製造方法を提供するこ
とができる。
【図１】この発明の実施例で作製した半導体装置の説明
図である。
図である。
【図２】この発明の実施例で作製した半導体装置の製造
工程説明図である。
工程説明図である。
【図３】この発明の実施例で作製した半導体装置の製造
工程説明図である。
工程説明図である。
【図４】この発明の実施例で作製した半導体装置の製造
工程説明図である。
工程説明図である。
１ 半導体基板 １ａ 素子形成面 ２ レジストパターン ３ エッチング用イオン ４ スルーホール ５ 絶縁層 ６ 接着性金属層 ７ 溶融金属 ８ 配線用金属プラグ ９ 中空の巣 １０ ホトレジスト膜 １１ Ｃｕ溶液 １２ セラミックパッケージ １３ 絶縁体のヒートシンク １４ Ｉ／Ｏ出力制御用バイポーラチップ １５ ＥＥＰＲＯＭチップ １６ マスクＲＯＭチップ １７ ＳＲＡＭチップ １８ ＣＰＵチップ（論理回路） １９ ＣＣＤチップ ２０ ワイヤボンド ２１ 外部端子
Claims (2)
- 【請求項１】 所定位置にスルーホールを有する半導体
基板において、スルーホールの壁面に絶縁層とその上に
接着性金属層を積層し、配線用金属プラグをスルーホー
ルを介してその上部と下部に突出するように設けたこと
を特徴とする半導体装置。 - 【請求項２】 スルーホールを有する半導体基板に、少
なくともスルーホールの壁面に絶縁層を形成しさらにそ
の上に接着性金属層を形成し、次いで、配線用金属プラ
グ用の金属の溶融物又は溶液をスルーホールを介してそ
の上、下に突出するようにスルーホールに導入し、固化
さすことによって配線用金属プラグを形成することから
なる半導体装置の製造方法。
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| JP3131425A JP2622038B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体装置及びその製造方法 |
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| JP3131425A JP2622038B2 (ja) | 1991-06-03 | 1991-06-03 | 半導体装置及びその製造方法 |
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| JPH04356956A JPH04356956A (ja) | 1992-12-10 |
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