JP4354759B2 - Method for forming buried electrode and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for forming buried electrode and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a forming method of an embedded electrode with which the embedded electrode such as a through electrode can be formed without contaminating an element and wiring, and to provide a manufacturing method of a semiconductor device. <P>SOLUTION: When the embedded electrode is formed in such a way that it is embedded in a semiconductor substrate 11, a resist mask 14 having an opening part 14a in a previously decided position where the buried electrode is to be formed is formed on a face where an interlayer insulating film 12 and signal wiring 13 of the semiconductor substrate 11 are formed. The interlayer insulating film 12 and the semiconductor substrate 11 are etched and deep holes 15 are formed. Intra-hole insulating films 16 and conductive plugs 17 are formed in the deep holes 15 in a state where the resist mask 14 is left, and the resist mask 14 is removed. Thus, the embedded electrode constituted of the conductive plug 17 can be formed without contaminating the semiconductor element and signal wiring 13, which are used when the intra-hole insulating films 16 and the conductive plugs 17 are formed in the deep holes 15. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&amp;NCIPI

Description

本発明は、半導体基板などの基板の一方の表面側に形成された電極または配線を、基板の他方の表面側に引出すためなどに設けられる埋込み電極の形成方法および埋込み電極を有する半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a method of forming a buried electrode provided for drawing out an electrode or wiring formed on one surface side of a substrate such as a semiconductor substrate to the other surface side of the substrate, and manufacturing a semiconductor device having the buried electrode. Regarding the method.

携帯電話機および携帯情報機器などの携帯用電子機器は、その使用態様における利便性を追求するために小型化および軽量化が図られている。この目的のために、携帯用電子機器に搭載される半導体装置自体の小型化および高密度化が進められている。半導体装置としては、1枚の半導体基板上または基板内に多数の素子で構成される電子回路を集積して形成した半導体チップを複数個相互に接続したものが多用されており、電子機器の高機能化および動作の高速化のために、半導体基板間の接続配線を極力短くすることが必要となってきている。   Portable electronic devices such as mobile phones and portable information devices have been reduced in size and weight in order to pursue convenience in usage. For this purpose, miniaturization and higher density of semiconductor devices themselves mounted on portable electronic devices are being promoted. As a semiconductor device, a semiconductor device in which a plurality of semiconductor chips formed by integrating electronic circuits composed of a large number of elements on one semiconductor substrate or in a substrate are connected to each other is widely used. In order to increase the functionality and speed of operation, it is necessary to shorten the connection wiring between semiconductor substrates as much as possible.

半導体装置に対するこのような要求に対し、大規模集積回路(Large Scale
Integration;略称:LSI)チップを縦に積み重ねた積層構造の半導体装置が提案されている(たとえば、特許文献1参照)。図27は、積層構造を有する半導体装置100の構造を模式的に示す断面図である。図27に示すように、積層構造を有する半導体装置100では、積層構造を実現するために、図示しない電子回路の形成された最下層の回路基板121上に積み重ねられる半導体チップ120a,120b,120cの各半導体基板101に、基板を厚み方向に貫通する貫通電極109をそれぞれ設け、この貫通電極109によって半導体基板101の一方の表面側に形成された配線104aを他方の表面側に引出す構造を用いている。
In response to such demands on semiconductor devices, large scale integrated circuits (Large Scale)
Integration; abbreviation: LSI) A semiconductor device having a stacked structure in which chips are stacked vertically has been proposed (for example, see Patent Document 1). FIG. 27 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the semiconductor device 100 having a stacked structure. As shown in FIG. 27, in the semiconductor device 100 having a laminated structure, in order to realize the laminated structure, the semiconductor chips 120a, 120b, and 120c stacked on the lowermost circuit board 121 on which an electronic circuit (not shown) is formed are formed. Each semiconductor substrate 101 is provided with a through-electrode 109 that penetrates the substrate in the thickness direction, and a structure in which the wiring 104 a formed on one surface side of the semiconductor substrate 101 is drawn to the other surface side by the through-electrode 109 is used. Yes.

この貫通電極109が形成された半導体チップ120a,120b,120cを、回路基板121上に、図27に示すように表面配線110および突起電極111を介して紙面に向かって上下方向に積層することによって、3次元的な実装を行うことができる。すなわち、図27に示すように積層することによって、各半導体チップ120a,120b,120cに設けられる図示しない素子に接続される配線104aを、表面配線110、貫通電極109および突起電極111を介して電気的に接続することができるので、半導体チップ120a,120b,120cおよび回路基板121の間で電気信号を伝送することができる。   By stacking the semiconductor chips 120a, 120b, and 120c on which the through electrodes 109 are formed on the circuit board 121 in the vertical direction toward the paper surface via the surface wiring 110 and the protruding electrodes 111 as shown in FIG. Three-dimensional mounting can be performed. That is, by stacking as shown in FIG. 27, the wiring 104a connected to the element (not shown) provided in each semiconductor chip 120a, 120b, 120c is electrically connected via the surface wiring 110, the through electrode 109, and the protruding electrode 111. Therefore, electrical signals can be transmitted between the semiconductor chips 120a, 120b, 120c and the circuit board 121.

このように半導体チップ120a,120b,120cを回路基板121上に3次元的に実装することによって、半導体チップ120a,120b,120cを回路基板121上に平面的に実装する場合に比べ、実装形態を小型化することができる。また、配線の長さを短縮することができる。なお、貫通電極109は、絶縁膜107によって半導体基板101から絶縁されている。   As described above, by mounting the semiconductor chips 120a, 120b, and 120c on the circuit board 121 three-dimensionally, the mounting form can be improved as compared with the case of mounting the semiconductor chips 120a, 120b, and 120c on the circuit board 121 in a planar manner. It can be downsized. In addition, the length of the wiring can be shortened. Note that the through electrode 109 is insulated from the semiconductor substrate 101 by the insulating film 107.

以下、従来技術による貫通電極109の形成方法を説明する。図28〜図37は、従来技術による貫通電極109の形成における各工程の状態を模式的に示す断面図である。   Hereinafter, a method for forming the through electrode 109 according to the prior art will be described. 28 to 37 are cross-sectional views schematically showing the state of each step in the formation of the through electrode 109 according to the prior art.

図28は、半導体基板101上に設けられた層間絶縁膜102に、接続孔103を形成した状態を示す図である。従来技術による貫通電極109の形成方法では、まず、半導体基板101に、図示しない素子を集積して形成した後、半導体基板101の素子が形成された面上に層間絶縁膜102を形成する。次いで、層間絶縁膜102に接続孔103を形成する。   FIG. 28 is a view showing a state in which the connection hole 103 is formed in the interlayer insulating film 102 provided on the semiconductor substrate 101. In the conventional method for forming the through electrode 109, first, elements (not shown) are integrated and formed on the semiconductor substrate 101, and then the interlayer insulating film 102 is formed on the surface of the semiconductor substrate 101 where the elements are formed. Next, a connection hole 103 is formed in the interlayer insulating film 102.

図29は、導電膜104を形成した状態を示す図である。次に、たとえばスパッタリング法によってアルミニウム(元素記号:Al)−銅(元素記号:Cu)合金などの導電性を有する材料から成る導電膜104を、接続孔103の内部を埋めるように、半導体基板101の層間絶縁膜102の形成された面全体に形成する。   FIG. 29 is a diagram showing a state in which the conductive film 104 is formed. Next, the semiconductor substrate 101 is filled with a conductive film 104 made of a conductive material such as an aluminum (element symbol: Al) -copper (element symbol: Cu) alloy by sputtering, for example, so as to fill the inside of the connection hole 103. The interlayer insulating film 102 is formed over the entire surface.

図30は、導電膜104上にレジストマスク105を形成した状態を示す図である。図30に示すように所定の位置に開口部を有するレジストマスク105を、導電膜104の表面上に形成する。   FIG. 30 is a view showing a state in which a resist mask 105 is formed on the conductive film 104. As shown in FIG. 30, a resist mask 105 having an opening at a predetermined position is formed on the surface of the conductive film 104.

図31は、導電膜104をエッチングした状態を示す図である。表面上にレジストマスク105の形成された導電膜104をエッチングすることによって、図31に示すように導電膜104の所定の位置に開口部を形成する。これによって、レジストマスク105の開口形状が導電膜104に転写される。   FIG. 31 shows a state where the conductive film 104 is etched. By etching the conductive film 104 with the resist mask 105 formed on the surface, an opening is formed at a predetermined position of the conductive film 104 as shown in FIG. As a result, the opening shape of the resist mask 105 is transferred to the conductive film 104.

図32は、レジストマスク105を除去した状態を示す図である。図31に示すレジストマスク105を、酸素プラズマを用いたアッシングによって除去すると、図32に示す状態となる。   FIG. 32 is a view showing a state where the resist mask 105 is removed. When the resist mask 105 shown in FIG. 31 is removed by ashing using oxygen plasma, the state shown in FIG. 32 is obtained.

図33は、深孔106を形成した状態を示す図である。開口部が形成された導電膜104をマスクパターンとして層間絶縁膜102および半導体基板101をドライエッチングし、深孔106を形成する。   FIG. 33 is a view showing a state in which the deep hole 106 is formed. The interlayer insulating film 102 and the semiconductor substrate 101 are dry-etched using the conductive film 104 in which the opening is formed as a mask pattern to form a deep hole 106.

図34は、配線104aを形成した状態を示す図である。図33に示す導電膜104のうち、接続孔103の外部の導電膜104を、化学機械研磨(Chemical Mechanical
Polishing;略称:CMP)法を用いて除去し、配線104aを形成する。
FIG. 34 is a diagram showing a state in which the wiring 104a is formed. 33, the conductive film 104 outside the connection hole 103 is chemically mechanically polished (Chemical Mechanical Polishing).
Polishing (abbreviation: CMP) is used to remove the wiring 104a.

図35は、絶縁膜107および導電膜108を形成した状態を示す図である。深孔106の内面を被覆するように、絶縁膜107を半導体基板101の配線104aが形成された面全体に形成する。次いで、深孔106に形成された絶縁膜107の内部を充填するように、導電性の材料から成る導電膜108を半導体基板101の配線104aが形成された面全体に形成する。   FIG. 35 is a diagram showing a state in which the insulating film 107 and the conductive film 108 are formed. An insulating film 107 is formed on the entire surface of the semiconductor substrate 101 where the wiring 104a is formed so as to cover the inner surface of the deep hole 106. Next, a conductive film 108 made of a conductive material is formed over the entire surface of the semiconductor substrate 101 where the wiring 104a is formed so as to fill the inside of the insulating film 107 formed in the deep hole 106.

図36は、導電プラグ108aを形成した状態を示す図である。図35に示す絶縁膜107および導電膜108のうち、深孔106の外部の不要な絶縁膜107および導電膜108をCMP法によって除去する。これによって、導電プラグ108aが形成される。   FIG. 36 is a diagram showing a state in which the conductive plug 108a is formed. Of the insulating film 107 and the conductive film 108 shown in FIG. 35, the unnecessary insulating film 107 and the conductive film 108 outside the deep hole 106 are removed by a CMP method. Thereby, the conductive plug 108a is formed.

図37は、貫通電極109を形成した状態を示す図である。配線104aが形成された面の反対側の半導体基板101の表面を、図36に示す導電プラグ108aが露出するまでCMP法によって研磨して後退させる。これによって、導電プラグ108aの残部からなる貫通電極109が形成される。   FIG. 37 is a diagram showing a state in which the through electrode 109 is formed. The surface of the semiconductor substrate 101 opposite to the surface on which the wiring 104a is formed is polished and retracted by CMP until the conductive plug 108a shown in FIG. 36 is exposed. As a result, the through electrode 109 made of the remaining portion of the conductive plug 108a is formed.

以上のようにして貫通電極109を形成した半導体基板101に、前述の図27に示す表面配線110および突起電極111を形成し、半導体チップ120a,120b,120cを得る。   The surface wiring 110 and the protruding electrode 111 shown in FIG. 27 described above are formed on the semiconductor substrate 101 on which the through electrode 109 has been formed as described above to obtain semiconductor chips 120a, 120b, and 120c.

特開平11−251316号公報(第4−5頁,第1−2図)JP-A-11-251316 (page 4-5, Fig. 1-2)

前述の特許文献1に記載の技術では、図35に示す工程において絶縁膜107および導電膜108を形成する際には、配線104aは露出した状態であるので、絶縁膜107や導電膜108を構成する材料で配線104aが汚染され、配線同士が短絡する、また配線間の絶縁性が劣化するなど、電気的特性が悪化するという問題がある。近年の高密度化に伴う微細配線化への要求を満たすためには、配線間の絶縁性を確保することが非常に重要であり、前述のような配線の汚染は、半導体装置の不良因子となることがある。   In the technique described in Patent Document 1 described above, the wiring 104a is exposed when the insulating film 107 and the conductive film 108 are formed in the step shown in FIG. There is a problem in that the electrical characteristics deteriorate, such as the wiring 104a being contaminated with the material to be shorted, the wirings being short-circuited, and the insulation between the wirings being deteriorated. In order to meet the demand for finer wiring with higher density in recent years, it is very important to ensure the insulation between the wirings. May be.

また、貫通電極は、半導体基板の一方の表面に電荷結合素子(Charge Coupled
Device;略称:CCD)などの撮像素子が設けられた半導体チップを単独で用いた半導体装置などでは、撮像素子に電圧を印加するための電極を半導体基板の他方の表面側に引出し、他方の表面側に電源を配置するために設けられる。しかしながら、この場合に前述の図28〜図37に示す方法で貫通電極を形成すると、撮像素子面が汚染され、実用に供しえないという問題が生じる。
Further, the through electrode is formed on one surface of the semiconductor substrate by a charge coupled device (Charge Coupled).
In a semiconductor device using a semiconductor chip provided with an image sensor such as Device (abbreviation: CCD) alone, an electrode for applying a voltage to the image sensor is drawn out to the other surface side of the semiconductor substrate, and the other surface Provided to place the power supply on the side. However, in this case, when the through electrode is formed by the method shown in FIGS. 28 to 37, the surface of the image sensor is contaminated, and there is a problem that it cannot be put to practical use.

本発明の目的は、素子および配線を汚染することなく、貫通電極などの埋込み電極を形成し、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することのできる埋込み電極の形成方法および半導体装置の製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide an embedded electrode capable of forming a buried electrode such as a through electrode without contaminating elements and wiring, ensuring insulation at the wiring portion, and forming a highly reliable electric wiring. A forming method and a manufacturing method of a semiconductor device are provided.

発明は、素子と前記素子に電気的に接続される引出し電極とが形成された基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記基板の前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法である。
The present invention is provided so as to be embedded in a position where the extraction electrode is formed on a substrate on which an element and an extraction electrode electrically connected to the element are formed, and is electrically connected to the extraction electrode. A method of forming a buried electrode comprising:
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position for forming the embedded electrode on the surface of the substrate on which the extraction electrode is formed;
Etching the substrate on which the resist mask is formed to form a deep hole;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
And forming a surface wiring for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.

また本発明は、素子と前記素子に電気的に接続される引出し電極とが形成された基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記基板の前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法である。
Further, the present invention is provided so as to be embedded in a position where the extraction electrode is formed on a substrate on which an element and an extraction electrode electrically connected to the element are formed, and electrically connected to the extraction electrode A method for forming a buried electrode, comprising:
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position for forming the embedded electrode on the surface of the substrate on which the extraction electrode is formed;
Etching the substrate on which the resist mask is formed to form a deep hole;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
And forming a surface wiring for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.

さらに本発明は、前記表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a step of forming the surface wiring,
The method further includes the step of retracting the surface of the substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed until the conductive layer is exposed.

さらに本発明は、素子と、前記素子を覆うように設けられる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ前記素子に電気的に接続される引出し電極とが形成された半導体基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記半導体基板の前記層間絶縁膜および前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの開口部に対応する部分の前記層間絶縁膜を除去する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に孔内絶縁膜を形成する工程と、
前記孔内絶縁膜の形成された深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法である。
Furthermore, the present invention relates to the above-mentioned lead-out of a semiconductor substrate on which an element, an interlayer insulating film provided so as to cover the element, and a lead electrode provided on the interlayer insulating film and electrically connected to the element are formed. A method of forming a buried electrode provided to be buried at a position where an electrode is formed and electrically connected to the extraction electrode,
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
On the surface of the semiconductor substrate on which the interlayer insulating film and the extraction electrode are formed, a resist mask having an opening at a position where the extraction electrode is removed and at a predetermined position to form the embedded electrode Forming, and
Removing the interlayer insulating film in a portion corresponding to the opening of the resist mask;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Forming an in-hole insulating film in the deep hole while leaving the resist mask;
Filling the deep hole in which the in-hole insulating film is formed with a conductive material up to a height at which a resist mask is formed by a printing method, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
And forming a surface wiring for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.

さらに本発明は、前記半導体基板の前記層間絶縁膜および前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程では、
前記レジストマスクを、前記引出し電極が露出しないように形成することを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides an opening at a predetermined position for forming the embedded electrode, on the surface of the semiconductor substrate where the interlayer insulating film and the extraction electrode are formed, at a position where the extraction electrode is removed. In the step of forming a resist mask having
The resist mask is formed so that the extraction electrode is not exposed.

さらに本発明は、前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記半導体基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする。
Furthermore, the present invention includes a step of forming a surface wiring that electrically connects the extraction electrode and the conductive layer,
The method further includes the step of retracting the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed until the conductive layer is exposed.

さらに本発明は、前記レジストマスクを除去する工程は、
溶剤を用いて前記レジストマスクを剥離する工程であることを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a step of removing the resist mask,
It is a step of removing the resist mask using a solvent.

さらに本発明は、前記深孔に導電層を形成する工程は、
前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電性材料を充填する工程を含むことを特徴とする。
Furthermore, in the present invention, the step of forming a conductive layer in the deep hole includes:
The deep hole includes a step of filling a conductive material to a height at which a resist mask is formed by a printing method and filling the deep hole with the conductive material.

さらに本発明は、前記深孔に導電層を形成する工程は、
前記深孔に導電性材料を充填する工程の後に、前記導電性材料を加熱する工程をさらに含み、
前記導電性材料は、粒子径が1nm以上10nm以下である導電性粒子を含むことを特徴とする。
Furthermore, in the present invention, the step of forming a conductive layer in the deep hole includes:
The method further includes the step of heating the conductive material after the step of filling the deep hole with the conductive material,
The conductive material includes conductive particles having a particle diameter of 1 nm to 10 nm.

さらに本発明は、前記導電層は、金、銀、銅およびニッケルのうちの少なくとも1つを主成分とすることを特徴とする。   Furthermore, the present invention is characterized in that the conductive layer contains at least one of gold, silver, copper and nickel as a main component.

さらに本発明は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられる素子と、前記半導体基板に設けられ前記素子に電気的に接続される信号配線と、前記半導体基板に埋込まれるように設けられ前記信号配線に電気的に接続される埋込み電極とを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に、素子および前記素子に電気的に接続される信号配線を形成する工程と、
前記半導体基板の前記信号配線が形成された面上に、前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを、前記信号配線を覆うように形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記信号配線と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
Furthermore, the present invention provides a semiconductor substrate, an element provided on the semiconductor substrate, a signal wiring provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the element, and the signal provided to be embedded in the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a buried electrode electrically connected to a wiring,
Forming an element and a signal wiring electrically connected to the element on a semiconductor substrate;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form the embedded electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the signal wiring is formed, so as to cover the signal wiring;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
Forming a surface wiring for electrically connecting the signal wiring and the conductive layer; and a method for manufacturing a semiconductor device.

さらに本発明は、半導体基板と、前記半導体基板に設けられる素子と、前記半導体基板に設けられ前記素子に電気的に接続される引出し電極と、前記半導体基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極とを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に、素子および前記素子に電気的に接続される引出し電極を形成する工程と、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記半導体基板の前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
Furthermore, the present invention provides a semiconductor substrate, an element provided on the semiconductor substrate, an extraction electrode provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the element, and a position where the extraction electrode is formed on the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor device having a buried electrode provided to be buried and electrically connected to the extraction electrode,
Forming an element and an extraction electrode electrically connected to the element on a semiconductor substrate;
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form the buried electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the extraction electrode is formed;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
And a step of forming a surface wiring for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.

さらに本発明は、前記表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記半導体基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする。
Furthermore, the present invention provides a step of forming the surface wiring,
The method further includes the step of retracting the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed until the conductive layer is exposed.

発明によれば、素子と信号配線とが形成された基板に埋込まれるように設けられ、信号配線に電気的に接続される埋込み電極は、基板の信号配線が形成された面上に、埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを、信号配線を覆うように形成し、基板をエッチングして深孔を形成し、レジストマスクを残した状態で深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成した後、レジストマスクを除去し、信号配線と導電層とを電気的に接続する表面配線を形成することによって形成される。深孔に導電層を形成する際には、深孔に臨む面以外の基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面は、レジストマスクで覆われ保護されている。したがって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料のうち、深孔に充填される以外の余剰の導電性材料は、深孔に臨む面以外の基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面に付着することなく、レジストマスクの表面に付着し、レジストマスクを除去する際にリフトオフによって同時に除去される。
導電層が硬化収縮することによって、導電層が基板の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができる。
According to the present invention, the embedded electrode provided so as to be embedded in the substrate on which the element and the signal wiring are formed and electrically connected to the signal wiring is formed on the surface of the substrate on which the signal wiring is formed. A resist mask having an opening at a predetermined position to form a buried electrode is formed so as to cover the signal wiring, the substrate is etched to form a deep hole, and the resist mask is left in the deep hole, After forming the conductive layer by filling the conductive material to the height where the resist mask is formed by the printing method, removing the resist mask and forming the surface wiring that electrically connects the signal wiring and the conductive layer Formed by. When the conductive layer is formed in the deep hole, the surface of the substrate other than the surface facing the deep hole, and the surfaces of the element and the signal wiring are covered and protected by a resist mask. Therefore, of the conductive material used when forming the conductive layer, the surplus conductive material other than that filled in the deep hole is the surface of the substrate other than the surface facing the deep hole, and the surface of the element and signal wiring It adheres to the surface of the resist mask without adhering to the surface, and is simultaneously removed by lift-off when the resist mask is removed.
When the conductive layer is cured and contracted, the conductive layer can be prevented from being recessed from the surface of the substrate.

このことによって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料で、深孔に臨む面以外の基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面を汚染することなく、埋込み電極を形成することができる。したがって、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡および素子の機能不良を防ぐことができる。特に、基板として半導体基板を用い、半導体基板の一方の表面に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に埋込み電極を形成する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。   This makes it possible to form an embedded electrode with a conductive material used for forming a conductive layer without contaminating the surface of the substrate other than the surface facing the deep hole, and the surface of the element and signal wiring. . Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion and form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wiring and a malfunction of the element. In particular, when an embedded electrode is formed after forming an imaging device such as a charge coupled device in which an electrode is exposed on one surface of the semiconductor substrate using a semiconductor substrate as a substrate, contamination of the imaging device surface can be prevented. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the image sensor and reduce the defective product rate.

また、深孔に導電層を形成する際には、レジストマスクをパターンマスクとして用いることができるので、他のマスクを用いることなく、深孔の部分のみに導電層を形成することができる。   In addition, when a conductive layer is formed in a deep hole, a resist mask can be used as a pattern mask. Therefore, the conductive layer can be formed only in the deep hole portion without using another mask.

また本発明によれば、素子と引出し電極とが形成された基板の引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、引出し電極に電気的に接続される埋込み電極は、少なくとも埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の引出し電極を除去し、引出し電極の除去された位置であって埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを基板の引出し電極が形成された面上に形成し、基板をエッチングして深孔を形成し、レジストマスクを残した状態で深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成した後、レジストマスクを除去し、引出し電極と導電層とを電気的に接続する表面配線を形成することによって形成される。深孔に導電層を形成する際には、深孔に臨む面以外の基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面は、レジストマスクで覆われ保護されている。したがって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料のうち、深孔に充填される以外の余剰の導電性材料は、深孔に臨む面以外の基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面に付着することなく、レジストマスクの表面に付着し、レジストマスクを除去する際にリフトオフによって同時に除去される。
導電層が硬化収縮することによって、導電層が基板の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができる。
According to the invention, the embedded electrode that is provided so as to be embedded in the position where the extraction electrode is formed on the substrate on which the element and the extraction electrode are formed, and is electrically connected to the extraction electrode is at least the embedded electrode The extraction electrode at a predetermined position is removed to form a resist mask having an opening at a predetermined position at which the extraction electrode is removed and a buried electrode is formed. Then, the substrate is etched to form a deep hole, and the conductive layer is filled with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask. After forming, the resist mask is removed, and a surface wiring that electrically connects the extraction electrode and the conductive layer is formed. When the conductive layer is formed in the deep hole, the surface of the substrate and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole and the surface of the element are covered and protected by a resist mask. Therefore, of the conductive material used when forming the conductive layer, the surplus conductive material other than that filled in the deep hole is the surface of the substrate and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole, and the surface of the element It adheres to the surface of the resist mask without adhering to the surface, and is simultaneously removed by lift-off when the resist mask is removed.
When the conductive layer is cured and contracted, the conductive layer can be prevented from being recessed from the surface of the substrate.

このことによって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料で、深孔に臨む面以外の基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面を汚染することなく、埋込み電極を形成することができる。したがって、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡および素子の機能不良を防ぐことができる。特に、基板として半導体基板を用い、半導体基板の一方の表面に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に埋込み電極を形成する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。   This makes it possible to form a buried electrode without contaminating the substrate and the surface of the extraction electrode other than the surface facing the deep hole and the surface of the element with a conductive material used when forming the conductive layer. . Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion and form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wiring and a malfunction of the element. In particular, when an embedded electrode is formed after forming an imaging device such as a charge coupled device in which an electrode is exposed on one surface of the semiconductor substrate using a semiconductor substrate as a substrate, contamination of the imaging device surface can be prevented. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the image sensor and reduce the defective product rate.

また、深孔に導電層を形成する際には、レジストマスクをパターンマスクとして用いることができるので、他のマスクを用いることなく、深孔の部分のみに導電層を形成することができる。   In addition, when a conductive layer is formed in a deep hole, a resist mask can be used as a pattern mask. Therefore, the conductive layer can be formed only in the deep hole portion without using another mask.

また本発明によれば、表面配線を形成した後には、表面配線が形成された面の反対側の基板の表面を、導電層が露出するまで後退させる。このことによって、埋込み電極として、基板を貫通し、基板の一方の表面側に形成された信号配線または引出し電極を他方の表面側に引出すことのできる貫通電極を形成することができる。したがって、たとえば一方の表面側に撮像素子が設けられた半導体基板が単独で半導体装置として使用される場合に、この撮像素子に電圧を印加するための引出し電極または引出し電極を介して撮像素子に電気的に接続される信号配線を、貫通電極によって半導体基板の他方の表面側に引出し、他方の表面側に電源を設けることができるので、撮像素子が設けられた面側に電源を設ける場合に比べ、撮像素子を備える半導体装置を小型化することができる。また、貫通電極を介して複数の基板を積層することによって、3次元的な実装を行うことができるので、複数の基板を平面的に実装する場合に比べ、配線の長さを短縮することができる。また、実装形態を小型化し、装置を小型化および高密度化することができる。   According to the invention, after the surface wiring is formed, the surface of the substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed is retracted until the conductive layer is exposed. As a result, a through electrode can be formed as an embedded electrode that can penetrate the substrate and lead out the signal wiring or the extraction electrode formed on one surface side of the substrate to the other surface side. Therefore, for example, when a semiconductor substrate provided with an image sensor on one surface side is used alone as a semiconductor device, the image sensor is electrically connected via an extraction electrode or an extraction electrode for applying a voltage to the image sensor. The signal wiring to be connected can be led out to the other surface side of the semiconductor substrate by the through electrode, and the power source can be provided on the other surface side. Therefore, compared with the case where the power source is provided on the surface side where the image sensor is provided. A semiconductor device including an imaging element can be reduced in size. In addition, by stacking a plurality of substrates through the through electrodes, three-dimensional mounting can be performed, so that the length of the wiring can be shortened as compared with the case where the plurality of substrates are mounted in a plane. it can. Further, the mounting form can be miniaturized, and the apparatus can be miniaturized and densified.

また本発明によれば、素子と層間絶縁膜と引出し電極とが形成された半導体基板の引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、引出し電極に電気的に接続される埋込み電極は、少なくとも埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の引出し電極を除去し、引出し電極の除去された位置であって埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを半導体基板の層間絶縁膜および引出し電極が形成された面上に形成し、レジストマスクの開口部に対応する部分の層間絶縁膜を除去し、半導体基板をエッチングして深孔を形成し、レジストマスクを残した状態で深孔に孔内絶縁膜を形成し、孔内絶縁膜の形成された深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成した後、レジストマスクを除去し、引出し電極と導電層とを電気的に接続する表面配線を形成することによって形成される。深孔に孔内絶縁膜および導電層を形成する際には、深孔に臨む面以外の半導体基板、層間絶縁膜および引出し電極の表面は、レジストマスクで覆われ保護されている。したがって、孔内絶縁膜および導電層を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料のうち、深孔に充填される以外の余剰の絶縁性材料および導電性材料は、深孔に臨む面以外の半導体基板、層間絶縁膜および引出し電極の表面に付着することなく、レジストマスクの表面に付着し、レジストマスクを除去する際にリフトオフによって同時に除去される。
導電層が硬化収縮することによって、導電層が層間絶縁膜の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができる。
According to the invention, the embedded electrode is provided so as to be embedded in the position where the extraction electrode is formed on the semiconductor substrate on which the element, the interlayer insulating film, and the extraction electrode are formed, and is electrically connected to the extraction electrode. Removes at least a lead electrode at a predetermined position to form a buried electrode, and forms a resist mask having an opening at a predetermined position at which the lead electrode is removed at a predetermined position to form a buried electrode Formed on the surface on which the interlayer insulating film and the extraction electrode are formed, the interlayer insulating film corresponding to the opening of the resist mask is removed, the semiconductor substrate is etched to form a deep hole, and the resist mask is left. the state deep holes, holes are formed in the insulating film, the deep hole that is formed in the borehole insulating film, a conductive material to a height resist mask is formed by a printing method Hama and after forming the conductive layer, the resist mask is removed, it is formed by forming a surface wiring for electrically connecting the lead electrode and the conductive layer. When forming the in-hole insulating film and the conductive layer in the deep hole, the surfaces of the semiconductor substrate, the interlayer insulating film and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole are covered and protected by a resist mask. Therefore, of the insulating material and conductive material used when forming the in-hole insulating film and the conductive layer, the surplus insulating material and conductive material other than those filled in the deep holes are surfaces facing the deep holes. It adheres to the surface of the resist mask without adhering to the surfaces of the other semiconductor substrate, interlayer insulating film and extraction electrode, and is simultaneously removed by lift-off when removing the resist mask.
When the conductive layer is cured and contracted, the conductive layer can be prevented from being recessed from the surface of the interlayer insulating film.

このことによって、孔内絶縁膜および導電層を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料で、深孔に臨む面以外の半導体基板、層間絶縁膜および引出し電極の表面を汚染することなく、埋込み電極を形成することができる。したがって、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡および素子の機能不良を防ぐことができる。特に、素子として、半導体基板の一方の表面に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に埋込み電極を形成する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。   By this, the insulating material and conductive material used when forming the in-hole insulating film and the conductive layer without contaminating the surface of the semiconductor substrate, the interlayer insulating film and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole A buried electrode can be formed. Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion and form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wiring and a malfunction of the element. In particular, when an embedded electrode is formed after forming an imaging device such as a charge coupled device in which an electrode is exposed on one surface of a semiconductor substrate, the imaging device surface can be prevented from being contaminated. Functional failure can be prevented, and the defective product rate can be reduced.

また、深孔に孔内絶縁膜および導電層を形成する際には、レジストマスクをパターンマスクとして用いることができるので、他のマスクを用いることなく、深孔の部分のみに絶縁膜および導電層を形成することができる。   In addition, when forming the in-hole insulating film and the conductive layer in the deep hole, the resist mask can be used as a pattern mask. Therefore, the insulating film and the conductive layer are formed only in the deep hole portion without using another mask. Can be formed.

また本発明によれば、レジストマスクは、引出し電極が露出しないように形成される。引出し電極の一部、たとえば引出し電極の深孔に臨む面が露出するようにレジストマスクが形成される場合、深孔に孔内絶縁膜を形成する際に、深孔の深さを超えて引出し電極の形成されている高さまで孔内絶縁膜を形成すると、孔内絶縁膜が引出し電極に接して形成されるので、レジストマスクの除去後に露出する引出し電極の表面積は、孔内絶縁膜と接触する面積の分だけ小さくなる。したがって、レジストマスクの除去後に形成される表面配線と引出し電極との接触面積も小さくなる。   According to the invention, the resist mask is formed so that the extraction electrode is not exposed. When a resist mask is formed so that a part of the extraction electrode, for example, the surface facing the deep hole of the extraction electrode is exposed, when the in-hole insulating film is formed in the deep hole, the extraction is performed beyond the depth of the deep hole. When the in-hole insulating film is formed to the height at which the electrode is formed, the in-hole insulating film is formed in contact with the extraction electrode, so that the surface area of the extraction electrode exposed after removing the resist mask is in contact with the in-hole insulating film. It becomes smaller by the area to be used. Accordingly, the contact area between the surface wiring formed after the resist mask is removed and the extraction electrode is also reduced.

しかしながら、本発明の埋込み電極の形成方法では、前述のようにレジストマスクは引出し電極が露出しないように形成されるので、深孔に孔内絶縁膜を形成する際に、深孔の深さを超えて引出し電極の形成されている高さまで孔内絶縁膜を形成しても、孔内絶縁膜は、レジストマスクに接して形成され、引出し電極に接して形成されることはない。したがって、引出し電極の一部が露出するようにレジストマスクを形成する場合に比べ、レジストマスクの除去後に露出する引出し電極の表面積を大きくすることができるので、レジストマスクの除去後に形成される表面配線と引出し電極との接触面積を大きくし、引出し電極と表面配線との接続部分の電気抵抗を小さくすることができる。   However, in the method of forming the buried electrode according to the present invention, as described above, the resist mask is formed so that the extraction electrode is not exposed. Therefore, when forming the in-hole insulating film in the deep hole, the depth of the deep hole is reduced. Even if the in-hole insulating film is formed up to the height where the extraction electrode is formed, the in-hole insulating film is formed in contact with the resist mask and is not formed in contact with the extraction electrode. Accordingly, since the surface area of the extraction electrode exposed after the removal of the resist mask can be increased as compared with the case where the resist mask is formed so that a part of the extraction electrode is exposed, the surface wiring formed after the removal of the resist mask can be increased. The contact area between the lead electrode and the lead electrode can be increased, and the electrical resistance of the connection portion between the lead electrode and the surface wiring can be reduced.

また本発明によれば、表面配線を形成した後には、表面配線が形成された面の反対側の半導体基板の表面を、導電層が露出するまで後退させる。このことによって、埋込み電極として、半導体基板を貫通し、半導体基板の一方の表面側に形成された引出し電極を他方の表面側に引出すことのできる貫通電極を形成することができる。したがって、たとえば一方の表面側に撮像素子が設けられた半導体基板が単独で半導体装置として使用される場合に、この撮像素子に電圧を印加するための引出し電極を貫通電極によって半導体基板の他方の表面側に引出し、他方の表面側に電源を設けることができるので、撮像素子が設けられた面側に電源を設ける場合に比べ、撮像素子を備える半導体装置を小型化することができる。また、貫通電極を介して複数の半導体基板を積層することによって、3次元的な実装を行うことができるので、複数の半導体基板を平面的に実装する場合に比べ、配線の長さを短縮することができる。また、実装形態を小型化し、半導体装置を小型化および高密度化することができる。   According to the invention, after the surface wiring is formed, the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed is retracted until the conductive layer is exposed. As a result, it is possible to form a penetrating electrode that can penetrate the semiconductor substrate and lead out the lead electrode formed on one surface side of the semiconductor substrate to the other surface side as the embedded electrode. Therefore, for example, when a semiconductor substrate provided with an image sensor on one surface side is used alone as a semiconductor device, an extraction electrode for applying a voltage to the image sensor is used as a lead electrode on the other surface of the semiconductor substrate. Since the power supply can be provided on the other surface side, the semiconductor device including the image sensor can be downsized compared to the case where the power supply is provided on the surface side where the image sensor is provided. Further, by stacking a plurality of semiconductor substrates through the through electrodes, three-dimensional mounting can be performed, so that the length of the wiring is reduced as compared with the case where the plurality of semiconductor substrates are mounted in a plane. be able to. Further, the mounting form can be downsized, and the semiconductor device can be downsized and densified.

また本発明によれば、レジストマスクは、溶剤を用いて剥離される。レジストマスクの表面に余剰の導電性材料および絶縁性材料などの付着物がある場合、アッシングなどのドライ方式の除去方法では付着物の下層に位置するレジストマスクを除去することは困難であるけれども、溶剤は、付着物の下層に浸透するので、付着物の下層に位置するレジストマスクも溶剤によって容易に剥離することができる。したがって、前述のように溶剤を用いてレジストマスクを剥離することによって、レジストマスクの表面に付着物がある場合であっても、レジストマスクを確実に除去することができるので、レジストマスクを除去する工程の後には、清浄な表面の基板および基板上に設けられる層を得ることができる。   According to the present invention, the resist mask is removed using a solvent. If there is an extraneous material such as an electrically conductive material or an insulating material on the surface of the resist mask, it is difficult to remove the resist mask located under the deposit by a dry-type removal method such as ashing. Since the solvent penetrates into the lower layer of the deposit, the resist mask located in the lower layer of the deposit can be easily peeled off by the solvent. Therefore, by removing the resist mask using a solvent as described above, the resist mask can be surely removed even when there is a deposit on the surface of the resist mask, so the resist mask is removed. After the process, a clean surface substrate and a layer provided on the substrate can be obtained.

また本発明によれば、深孔に設けられる導電層は、深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填する工程を経て形成される。深孔に導電性材料を充填する際には、深孔の形成された位置以外の基板の表面は、レジストマスクで覆われているので、レジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填することができる。すなわち、レジストマスクが無い場合に比べて、より多くの導電性材料を深孔の部分に供給することができる。したがって、たとえば導電性材料として導電性を有するペーストを用いた場合に、ペーストの硬化収縮を見込んで深孔の深さ以上にペーストを充填し、ペーストの硬化収縮によって導電層の表面が基板の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができるので、表面配線によって導電層と信号配線または引出し電極とを接続する際の接続不良を防止することができる。 According to the invention, the conductive layer provided in the deep hole is formed through a step of filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method. When filling the deep hole with the conductive material, the surface of the substrate other than the position where the deep hole is formed is covered with the resist mask, so the conductive material is filled up to the height where the resist mask is formed. can do. In other words, more conductive material can be supplied to the deep hole portion than when there is no resist mask. Therefore, for example, when a conductive paste is used as the conductive material, the paste is filled beyond the depth of the deep hole in anticipation of the cure shrinkage of the paste, and the surface of the conductive layer becomes the surface of the substrate due to the cure shrinkage of the paste. Therefore, it is possible to prevent a connection failure when the conductive layer and the signal wiring or the extraction electrode are connected by the surface wiring.

また本発明によれば、深孔に設けられる導電層は、深孔に、粒子径が1nm以上10nm以下である導電性粒子を含む導電性材料を充填した後、導電性材料を加熱することによって形成される。粒子径が1nm以上10nm以下であるような極めて小さい導電性粒子は、充填された際に占める全体積に対する表面積の割合がバルク金属よりも高いので、バルク金属の融点よりもかなり低い温度で融着現象が発生する。したがって、粒子径が1nm以上10nm以下である導電性粒子を含む導電性材料を用いることによって、導電性材料としてバルク金属を用いた場合よりもかなり低い温度で導電性粒子を融合させることができるので、基板などに熱損傷を与えることなく、バルク金属並みの導電率を有し、ボイドと呼ばれる気孔のほとんどない導電膜として、導電層を形成することができる。   According to the invention, the conductive layer provided in the deep hole is formed by filling the deep hole with a conductive material containing conductive particles having a particle diameter of 1 nm or more and 10 nm or less, and then heating the conductive material. It is formed. Very small conductive particles having a particle size of 1 nm or more and 10 nm or less are fused at a temperature considerably lower than the melting point of the bulk metal because the ratio of the surface area to the total volume when filled is higher than that of the bulk metal. The phenomenon occurs. Therefore, by using a conductive material including conductive particles having a particle diameter of 1 nm or more and 10 nm or less, the conductive particles can be fused at a considerably lower temperature than when bulk metal is used as the conductive material. The conductive layer can be formed as a conductive film having a conductivity equivalent to that of a bulk metal and having almost no pores called voids without causing thermal damage to the substrate or the like.

また本発明によれば、導電層は、金、銀、銅およびニッケルのうちの少なくとも1つを主成分とするので、低抵抗の埋込み電極を形成することができる。このような埋込み電極を配線として用いることによって、半導体装置などの装置の動作を高速化することができる。   According to the present invention, since the conductive layer contains at least one of gold, silver, copper, and nickel as a main component, a low-resistance buried electrode can be formed. By using such a buried electrode as a wiring, the operation of a device such as a semiconductor device can be speeded up.

また本発明によれば、半導体基板に埋込まれるように設けられ信号配線に電気的に接続される埋込み電極を有する半導体装置は、半導体基板に素子および信号配線を形成する工程と、半導体基板の信号配線が形成された面上に、埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを、信号配線を覆うように形成する工程と、レジストマスクの形成された半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、レジストマスクを残した状態で深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、レジストマスクを除去する工程と、信号配線と導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを経て製造される。深孔に導電層を形成する際には、深孔に臨む面以外の半導体基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面は、レジストマスクで覆われ保護されている。したがって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料のうち、深孔に充填される以外の余剰の導電性材料は、深孔に臨む面以外の半導体基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面に付着することなく、レジストマスクの表面に付着し、レジストマスクを除去する際にリフトオフによって同時に除去される。
導電層が硬化収縮することによって、導電層が基板の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができる。
According to the present invention, a semiconductor device having a buried electrode provided so as to be buried in a semiconductor substrate and electrically connected to a signal wiring includes a step of forming an element and a signal wiring on the semiconductor substrate, A step of forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form a buried electrode on the surface on which the signal wiring is formed so as to cover the signal wiring, and etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed A step of forming a deep hole, a step of filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer; And a step of forming a surface wiring that electrically connects the signal wiring and the conductive layer. When the conductive layer is formed in the deep hole, the surface of the semiconductor substrate other than the surface facing the deep hole and the surfaces of the element and the signal wiring are covered and protected by a resist mask. Therefore, of the conductive material used when forming the conductive layer, the surplus conductive material other than that filled in the deep holes is the surface of the semiconductor substrate other than the surface facing the deep holes, and the elements and signal wirings. It adheres to the surface of the resist mask without adhering to the surface, and is simultaneously removed by lift-off when the resist mask is removed.
When the conductive layer is cured and contracted, the conductive layer can be prevented from being recessed from the surface of the substrate.

このことによって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料で、深孔に臨む面以外の半導体基板の表面、ならびに素子および信号配線の表面を汚染することなく、埋込み電極を有する半導体装置を製造することができる。したがって、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡および素子の機能不良を防ぐことができる。特に、半導体基板の一方の表面に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に埋込み電極を形成して半導体装置を製造する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。   As a result, the conductive material used when forming the conductive layer is used to form a semiconductor device having a buried electrode without contaminating the surface of the semiconductor substrate other than the surface facing the deep hole and the surface of the element and signal wiring. Can be manufactured. Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion and form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wiring and a malfunction of the element. In particular, when a semiconductor device is manufactured by forming an embedded electrode after forming an imaging device such as a charge coupled device with an electrode exposed on one surface of a semiconductor substrate, contamination of the imaging device surface can be prevented. It is possible to prevent malfunction of the image sensor and reduce the defective product rate.

また、深孔に導電層を形成する際には、レジストマスクをパターンマスクとして用いることができるので、他のマスクを用いることなく、深孔の部分のみに導電層を形成することができる。したがって、フォトマスクを用いて導電層をパターニングする場合に比べ、半導体装置の製造原価を抑えることができる。   In addition, when a conductive layer is formed in a deep hole, a resist mask can be used as a pattern mask. Therefore, the conductive layer can be formed only in the deep hole portion without using another mask. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced compared to the case where the conductive layer is patterned using a photomask.

また本発明によれば、半導体基板の引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ引出し電極に電気的に接続される埋込み電極を有する半導体装置は、半導体基板に、素子および引出し電極を形成する工程と、少なくとも埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の引出し電極を除去する工程と、半導体基板の引出し電極が形成された面上に、引出し電極の除去された位置であって埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、レジストマスクの形成された半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、レジストマスクを残した状態で深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、レジストマスクを除去する工程と、引出し電極と導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを経て製造される。深孔に導電層を形成する際には、深孔に臨む面以外の半導体基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面は、レジストマスクで覆われ保護されている。したがって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料のうち、深孔に充填される以外の余剰の導電性材料は、深孔に臨む面以外の半導体基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面に付着することなく、レジストマスクの表面に付着し、レジストマスクを除去する際にリフトオフによって同時に除去される According to the present invention, a semiconductor device having a buried electrode provided so as to be buried at a position where a lead electrode is formed on a semiconductor substrate and electrically connected to the lead electrode is provided on the semiconductor substrate. Forming at least a predetermined position for forming the buried electrode, and removing the lead electrode on the surface where the lead electrode is formed on the surface of the semiconductor substrate. Forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form an electrode; etching a semiconductor substrate on which the resist mask is formed; forming a deep hole; and leaving the resist mask in a deep state. the hole, forming a conductive layer by filling a conductive material to a height resist mask is formed by a printing method, a resist mask Removing, it is prepared a lead electrode and a conductive layer and a process of forming a surface wiring which electrically connects. When the conductive layer is formed in the deep hole, the surface of the semiconductor substrate and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole and the surface of the element are covered and protected by a resist mask. Therefore, of the conductive material used when forming the conductive layer, the surplus conductive material other than that filled in the deep hole is the surface of the semiconductor substrate and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole, and the element. It adheres to the surface of the resist mask without adhering to the surface, and is simultaneously removed by lift-off when the resist mask is removed .

このことによって、導電層を形成する際に用いられる導電性材料で、深孔に臨む面以外の半導体基板および引出し電極の表面、ならびに素子の表面を汚染することなく、埋込み電極を有する半導体装置を製造することができる。したがって、配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡および素子の機能不良を防ぐことができる。特に、半導体基板の一方の表面に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に埋込み電極を形成して半導体装置を製造する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。   As a result, a semiconductor device having a buried electrode without contaminating the surface of the semiconductor substrate and the extraction electrode other than the surface facing the deep hole and the surface of the element with a conductive material used when forming the conductive layer. Can be manufactured. Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion and form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wiring and a malfunction of the element. In particular, when a semiconductor device is manufactured by forming an embedded electrode after forming an imaging device such as a charge coupled device with an electrode exposed on one surface of a semiconductor substrate, contamination of the imaging device surface can be prevented. It is possible to prevent malfunction of the image sensor and reduce the defective product rate.

また、深孔に導電層を形成する際には、レジストマスクをパターンマスクとして用いることができるので、他のマスクを用いることなく、深孔の部分のみに導電層を形成することができる。したがって、フォトマスクを用いて導電層をパターニングする場合に比べ、半導体装置の製造原価を抑えることができる。   In addition, when a conductive layer is formed in a deep hole, a resist mask can be used as a pattern mask. Therefore, the conductive layer can be formed only in the deep hole portion without using another mask. Therefore, the manufacturing cost of the semiconductor device can be reduced compared to the case where the conductive layer is patterned using a photomask.

また本発明によれば、表面配線を形成した後には、表面配線が形成された面の反対側の半導体基板の表面を、導電層が露出するまで後退させる。このことによって、埋込み電極として、半導体基板を貫通し、半導体基板の一方の表面側に形成された信号配線または引出し電極を他方の表面側に引出すことのできる貫通電極を有する半導体装置を得ることができる。したがって、たとえば一方の表面側に撮像素子が設けられた半導体基板が単独で半導体装置として使用される場合に、この撮像素子に電圧を印加するための引出し電極または引出し電極を介して撮像素子に電気的に接続される信号配線を、貫通電極によって半導体基板の他方の表面側に引出し、他方の表面側に電源を設けることができるので、撮像素子が設けられた面側に電源を設ける場合に比べ、撮像素子を備える半導体装置を小型化することができる。また、貫通電極を介して複数の半導体基板を積層することによって、3次元的に実装された半導体装置を得ることができるので、複数の半導体基板が平面的に実装された半導体装置に比べ、配線の長さを短縮することができ、半導体装置の動作を高速化し、半導体装置が搭載された電子機器の高機能化および動作の高速化を実現することができる。また、実装形態を小型化し、半導体装置を小型化および高密度化することができる。   According to the invention, after the surface wiring is formed, the surface of the semiconductor substrate opposite to the surface on which the surface wiring is formed is retracted until the conductive layer is exposed. As a result, it is possible to obtain a semiconductor device having a through electrode that can penetrate the semiconductor substrate as a buried electrode and can lead out a signal wiring or an extraction electrode formed on one surface side of the semiconductor substrate to the other surface side. it can. Therefore, for example, when a semiconductor substrate provided with an image sensor on one surface side is used alone as a semiconductor device, the image sensor is electrically connected via an extraction electrode or an extraction electrode for applying a voltage to the image sensor. The signal wiring to be connected can be led out to the other surface side of the semiconductor substrate by the through electrode, and the power source can be provided on the other surface side. A semiconductor device including an imaging element can be reduced in size. Also, by stacking a plurality of semiconductor substrates via through electrodes, a semiconductor device mounted three-dimensionally can be obtained, so that the wiring can be compared to a semiconductor device in which a plurality of semiconductor substrates are mounted in a plane. The length of the semiconductor device can be shortened, the operation of the semiconductor device can be speeded up, and the high-functionality and high-speed operation of the electronic device in which the semiconductor device is mounted can be realized. Further, the mounting form can be downsized, and the semiconductor device can be downsized and densified.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明するけれども、本発明はこれに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.

図1は、貫通電極2を有する半導体装置1の構成を模式的に示す概略断面図である。半導体装置1は、回路基板26と、回路基板26上に積層される半導体チップ25a,25b,25cとを含んで構成される。半導体チップ25a,25b,25cは、それぞれ半導体基板11と、図示しない半導体素子と、半導体素子を覆うように設けられる層間絶縁膜12と、層間絶縁膜12上に設けられ半導体素子に電気的に接続される信号配線13と、半導体基板11を厚み方向に貫通する貫通電極2と、貫通電極2と半導体基板11とを絶縁する孔内絶縁膜16と、層間絶縁膜12上に設けられ貫通電極2と信号配線13とを電気的に接続する表面配線18とを含んで構成される。回路基板26には、半導体素子などで構成される図示しない電子回路が設けられている。半導体チップ25a,25b,25cの各半導体基板11は、回路基板26上に、貫通電極2、表面配線18および突起電極27を介して紙面に向かって上下方向に積層されている。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 1 having a through electrode 2. The semiconductor device 1 includes a circuit board 26 and semiconductor chips 25a, 25b, and 25c stacked on the circuit board 26. The semiconductor chips 25a, 25b, and 25c are electrically connected to the semiconductor substrate 11, the semiconductor element (not shown), the interlayer insulating film 12 provided so as to cover the semiconductor element, and the semiconductor element provided on the interlayer insulating film 12, respectively. Signal wiring 13, the through electrode 2 penetrating the semiconductor substrate 11 in the thickness direction, the in-hole insulating film 16 insulating the through electrode 2 and the semiconductor substrate 11, and the through electrode 2 provided on the interlayer insulating film 12. And a surface wiring 18 that electrically connects the signal wiring 13 to each other. The circuit board 26 is provided with an electronic circuit (not shown) composed of a semiconductor element or the like. The semiconductor substrates 11 of the semiconductor chips 25a, 25b, and 25c are stacked on the circuit board 26 in the vertical direction toward the paper surface through the through electrode 2, the surface wiring 18, and the protruding electrode 27.

このように、貫通電極2、表面配線18および突起電極27を介して半導体チップ25a,25b,25cの各半導体基板11を回路基板26上に積層することによって、3次元的に実装された半導体装置1を得ることができる。したがって、複数の半導体基板が回路基板26上に平面的に実装された半導体装置に比べ、配線の長さを短縮することができ、半導体装置1の動作を高速化し、半導体装置1が搭載された電子機器の高機能化および動作の高速化を実現することができる。また、実装形態を小型化し、半導体装置1を小型化および高密度化することができる。   In this manner, the semiconductor devices mounted in a three-dimensional manner by stacking the semiconductor substrates 11 of the semiconductor chips 25a, 25b, and 25c on the circuit substrate 26 through the through electrode 2, the surface wiring 18, and the protruding electrodes 27. 1 can be obtained. Accordingly, the length of the wiring can be shortened as compared with the semiconductor device in which a plurality of semiconductor substrates are mounted on the circuit board 26 in a planar manner, the operation of the semiconductor device 1 is increased, and the semiconductor device 1 is mounted. High functionality and high speed operation of electronic equipment can be realized. Further, the mounting form can be downsized, and the semiconductor device 1 can be downsized and densified.

図1に示すような半導体装置を製造する本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の埋込み電極の形成方法を用いるものであり、以下ではまず本発明の埋込み電極の形成方法について説明する。なお、本明細書において、埋込み電極とは、半導体基板などの基板または層に埋込まれるように設けられる電極のことであり、図1に示す貫通電極2のように基板または層を貫通する電極、および基板または層を貫通せず、基板または層の一方の表面側から基板の内部に達する電極のいずれであってもよい。   The semiconductor device manufacturing method of the present invention for manufacturing the semiconductor device as shown in FIG. 1 uses the embedded electrode forming method of the present invention. First, the embedded electrode forming method of the present invention will be described below. Note that in this specification, an embedded electrode is an electrode provided so as to be embedded in a substrate or a layer such as a semiconductor substrate, and an electrode penetrating the substrate or layer like the through electrode 2 shown in FIG. , And any electrode that does not penetrate through the substrate or layer and reaches the inside of the substrate from one surface side of the substrate or layer.

本発明の実施の第1の形態である埋込み電極の形成方法では、基板を貫通する貫通電極2の形成方法について説明する。図2〜図11は、貫通電極2の形成における各工程の状態を模式的に示す断面図である。図2は、半導体基板11上に、層間絶縁膜12および信号配線13を形成した状態を示す図である。まず、半導体基板11に、図示しない半導体素子を形成した後、半導体基板11の半導体素子が形成された面上に、半導体素子を覆うように層間絶縁膜12を形成する。次いで、層間絶縁膜12上の予め定められる位置に、半導体素子に電気的に接続される信号配線13を形成する。   In the embedded electrode forming method according to the first embodiment of the present invention, a method of forming the through electrode 2 penetrating the substrate will be described. 2 to 11 are cross-sectional views schematically showing the state of each step in forming the through electrode 2. FIG. 2 is a diagram showing a state in which the interlayer insulating film 12 and the signal wiring 13 are formed on the semiconductor substrate 11. First, after forming a semiconductor element (not shown) on the semiconductor substrate 11, an interlayer insulating film 12 is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the semiconductor element is formed so as to cover the semiconductor element. Next, a signal wiring 13 that is electrically connected to the semiconductor element is formed at a predetermined position on the interlayer insulating film 12.

半導体基板11は、たとえばシリコン(化学式:Si)ウェハなどの半導体材料から成る基板である。層間絶縁膜12は、半導体素子の表面を絶縁するとともに、保護するために設けられる絶縁性材料から成る膜であり、典型的には二酸化ケイ素(化学式:SiO)で構成される。信号配線13は、半導体素子から信号を取出して図示しない電子回路に伝送するため、または半導体素子と電源とを電気的に接続するために設けられる電気配線である。信号配線13は、たとえばアルミニウム(元素記号:Al)などの導電性材料から成り、例えば、スパッタにより形成される。 The semiconductor substrate 11 is a substrate made of a semiconductor material such as a silicon (chemical formula: Si) wafer. The interlayer insulating film 12 is a film made of an insulating material provided to insulate and protect the surface of the semiconductor element, and is typically made of silicon dioxide (chemical formula: SiO 2 ). The signal wiring 13 is an electrical wiring provided for extracting a signal from the semiconductor element and transmitting it to an electronic circuit (not shown) or for electrically connecting the semiconductor element and a power source. The signal wiring 13 is made of a conductive material such as aluminum (element symbol: Al), and is formed by sputtering, for example.

図3は、レジストマスク14を形成した状態を示す図である。半導体基板11の層間絶縁膜12および信号配線13が形成された面上に、図3に示すように、貫通電極2を形成するべく予め定められる位置(以下、このような位置を形成予定位置とも称する)に開口部14aを有するレジストマスク14を、信号配線13を覆うように形成する。レジストマスク14は、たとえばレジストをスピンコート法などによって半導体基板11の層間絶縁膜12および信号配線13が形成された面上に塗布した後、フォトリソグラフィ法によって選択的に除去することによって形成される。なお、レジストマスク14を構成する材料の種類、ならびにレジストの露光または現像の方法については、特に制限しない。   FIG. 3 is a view showing a state in which the resist mask 14 is formed. As shown in FIG. 3, on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the interlayer insulating film 12 and the signal wiring 13 are formed, a predetermined position for forming the through electrode 2 (hereinafter, this position is also referred to as a formation planned position). A resist mask 14 having an opening 14 a is formed so as to cover the signal wiring 13. The resist mask 14 is formed by, for example, applying a resist on the surface of the semiconductor substrate 11 on which the interlayer insulating film 12 and the signal wiring 13 are formed by spin coating or the like and then selectively removing the resist mask 14 by photolithography. . Note that the type of material constituting the resist mask 14 and the resist exposure or development method are not particularly limited.

本実施形態では、後述する図4に示す工程だけでなく、図5に示す工程においてもこのレジストマスク14を用いてエッチング処理を施すので、たとえば膜厚C1が20〜30μm程度の厚めにレジストマスク14を形成する。このようにレジストマスク14を厚めに形成することによって、図4および図5に示すエッチング工程において、開口部14a以外の位置のレジストマスク14が除去されて開口されることを防ぎ、開口部14a以外の位置の層間絶縁膜12および信号配線13が露出することを防止することができる。   In the present embodiment, since the resist mask 14 is used for the etching process not only in the step shown in FIG. 4 described later but also in the step shown in FIG. 14 is formed. By forming the resist mask 14 thick in this way, the resist mask 14 at positions other than the opening 14a is prevented from being removed and opened in the etching process shown in FIGS. It is possible to prevent the interlayer insulating film 12 and the signal wiring 13 at the position of.

図4は、層間絶縁膜12をエッチングした状態を示す図である。レジストマスク14をパターンマスクとして層間絶縁膜12をエッチングし、レジストマスク14の開口部14aに対応する部分の層間絶縁膜12を除去する。これによって、層間絶縁膜12がレジストマスク14のパターンに対応して開口され、貫通電極2の形成予定位置の半導体基板11が露出する。層間絶縁膜12のエッチングは、たとえば四フッ化炭素(化学式:CF)などのフッ素系ガスを用いたプラズマエッチングなどによって行われる。 FIG. 4 is a view showing a state in which the interlayer insulating film 12 is etched. The interlayer insulating film 12 is etched using the resist mask 14 as a pattern mask, and the portion of the interlayer insulating film 12 corresponding to the opening 14a of the resist mask 14 is removed. As a result, the interlayer insulating film 12 is opened corresponding to the pattern of the resist mask 14, and the semiconductor substrate 11 at the position where the through electrode 2 is to be formed is exposed. The interlayer insulating film 12 is etched by plasma etching using a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride (chemical formula: CF 4 ), for example.

図5は、深孔15を形成した状態を示す図である。前工程で用いたレジストマスク14をパターンマスクとして半導体基板11をエッチングし、層間絶縁膜12のレジストマスク14を臨む表面から層間絶縁膜12を貫通して半導体基板11の内部の予め定められる部分に達する深孔15を形成する。すなわち、深孔15は、半導体基板11の層間絶縁膜12を臨む表面からの深さD1が、半導体基板11の厚みT1よりも小さく(D1<T1)なっている。半導体基板11のエッチングは、たとえば六フッ化硫黄(化学式:SF)などのフッ素系ガスを用いた反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;略称:RIE)などの異方性エッチングによって行われる。深孔15は、たとえば開口が約70μm角、すなわち図5の紙面に向かって左右方向の長さs11および紙面に垂直な方向の長さs12がともに約70μmであって、半導体基板11の層間絶縁膜12を臨む表面からの深さD1が約100μmになるように形成される。 FIG. 5 is a view showing a state in which the deep hole 15 is formed. The semiconductor substrate 11 is etched using the resist mask 14 used in the previous step as a pattern mask, and penetrates the interlayer insulating film 12 from the surface of the interlayer insulating film 12 facing the resist mask 14 to a predetermined portion inside the semiconductor substrate 11. A deep hole 15 is formed. That is, the depth D1 of the deep hole 15 from the surface of the semiconductor substrate 11 facing the interlayer insulating film 12 is smaller than the thickness T1 of the semiconductor substrate 11 (D1 <T1). Etching of the semiconductor substrate 11 is performed by anisotropic etching such as reactive ion etching (abbreviation: RIE) using a fluorine-based gas such as sulfur hexafluoride (chemical formula: SF 6 ). The deep hole 15 has, for example, an opening of about 70 μm square, that is, a length s11 in the left-right direction and a length s12 in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The depth D1 from the surface facing the film 12 is about 100 μm.

図6は、深孔15に孔内絶縁膜16を形成した状態を示す図である。深孔15が形成された半導体基板11に対して、前工程で用いたレジストマスク14を除去せずに残した状態で、図6に示すように深孔15の壁面を覆うように孔内絶縁膜16を形成する。ここで、深孔15の壁面とは、深孔15に臨む層間絶縁膜12の表面および深孔15に臨む半導体基板11の表面のうち、図6の紙面に向かって上下方向である半導体基板11の厚み方向に略平行な面のことである。   FIG. 6 is a view showing a state in which the in-hole insulating film 16 is formed in the deep hole 15. Insulating the hole so as to cover the wall surface of the deep hole 15 as shown in FIG. 6 with the resist mask 14 used in the previous step left without being removed from the semiconductor substrate 11 in which the deep hole 15 is formed. A film 16 is formed. Here, the wall surface of the deep hole 15 refers to the semiconductor substrate 11 that is in the vertical direction toward the plane of FIG. 6 among the surface of the interlayer insulating film 12 facing the deep hole 15 and the surface of the semiconductor substrate 11 facing the deep hole 15. It is a surface substantially parallel to the thickness direction.

孔内絶縁膜16は、たとえば以下のようにして形成される。図7は、孔内絶縁膜16を形成する方法を模式的に示す図である。図7(a)に示すように、深孔15に対応する部分が開口されたスクリーンマスク19をパターンマスクとして用い、感光性の絶縁性材料20を選択的に深孔15に充填する。感光性の絶縁性材料20としては、たとえば感光性のポリイミド、または永久レジストとして使用される感光性のエポキシ樹脂、エポキシアクリレート樹脂もしくはウレタンアクリレート樹脂などの感光性樹脂が用いられる。   The in-hole insulating film 16 is formed as follows, for example. FIG. 7 is a diagram schematically showing a method of forming the in-hole insulating film 16. As shown in FIG. 7A, a screen mask 19 having an opening corresponding to the deep hole 15 is used as a pattern mask, and a photosensitive insulating material 20 is selectively filled into the deep hole 15. As the photosensitive insulating material 20, for example, photosensitive polyimide, or photosensitive resin such as photosensitive epoxy resin, epoxy acrylate resin, or urethane acrylate resin used as a permanent resist is used.

深孔15に感光性の絶縁性材料20を充填する方法としては、深孔15の底部まで充分に感光性の絶縁性材料20を充填するために、真空印刷技法を用いることが好ましい。真空印刷技法を用いる場合、深孔15の形成された半導体基板11全体を大気圧よりも減圧された状態下に置き、この状態下で、スクリーンマスク19の開口部からスキージ21によって感光性の絶縁性材料20を深孔15に塗布する。このとき、感光性の絶縁性材料20は、深孔15の上部に蓋をするように塗布され、深孔15の底部までは充填されない。次いで、半導体基板11の周囲の圧力を大気圧に戻す。これによって、感光性の絶縁性材料20の充填されていない深孔15の下部の空間と、深孔15の上部に充填された感光性の絶縁性材料20の晒される深孔15の外部の空間との間に差圧が発生する。この差圧によって深孔15の下部に向かう押込み力が感光性の絶縁性材料20に対して働くので、深孔15の底部まで感光性の絶縁性材料20を充填することができる。   As a method of filling the deep hole 15 with the photosensitive insulating material 20, it is preferable to use a vacuum printing technique in order to sufficiently fill the photosensitive insulating material 20 to the bottom of the deep hole 15. When the vacuum printing technique is used, the entire semiconductor substrate 11 in which the deep holes 15 are formed is placed under a state where the pressure is lower than the atmospheric pressure, and under this state, photosensitive insulation is performed from the opening of the screen mask 19 by the squeegee 21. The material 20 is applied to the deep hole 15. At this time, the photosensitive insulating material 20 is applied so as to cover the top of the deep hole 15, and is not filled up to the bottom of the deep hole 15. Next, the pressure around the semiconductor substrate 11 is returned to atmospheric pressure. Thus, the space below the deep hole 15 not filled with the photosensitive insulating material 20 and the space outside the deep hole 15 where the photosensitive insulating material 20 filled above the deep hole 15 is exposed. A differential pressure is generated between Since the pressing force toward the lower portion of the deep hole 15 acts on the photosensitive insulating material 20 by this differential pressure, the photosensitive insulating material 20 can be filled to the bottom of the deep hole 15.

このようにして深孔15に感光性の絶縁性材料20を充填した後、図7(b)に示すように、フォトマスク22を介して矢符23方向に光を照射することによって、感光性の絶縁材料20を選択的に露光する。本実施形態では、感光性の絶縁性材料20として、露光された部分が現像液に対して可溶性に変化する感光性を有するものを用い、フォトマスク22として、深孔15の開口寸法よりも小さい開口寸法を有するものを用いている。なお、フォトマスク22の開口形状は、感光性の絶縁性材料20の感光性に応じて適宜選定される。   After filling the deep hole 15 with the photosensitive insulating material 20 in this way, as shown in FIG. 7B, the photosensitive material is irradiated with light in the direction of the arrow 23 through the photomask 22. The insulating material 20 is selectively exposed. In the present embodiment, a photosensitive insulating material 20 is used that has a photosensitivity in which the exposed portion is soluble in the developer, and the photomask 22 is smaller than the opening size of the deep hole 15. What has an opening dimension is used. The opening shape of the photomask 22 is appropriately selected according to the photosensitivity of the photosensitive insulating material 20.

次いで、露光された部分を現像液によって除去し、深孔15に充填された感光性の絶縁性材料20に、図7(c)に示すように内部空間16aを形成する。これによって、前述の図6に示すように、深孔15の壁面に孔内絶縁膜16が形成される。   Next, the exposed portion is removed with a developer, and an internal space 16a is formed in the photosensitive insulating material 20 filled in the deep hole 15 as shown in FIG. As a result, the in-hole insulating film 16 is formed on the wall surface of the deep hole 15 as shown in FIG.

図8は、導電プラグ17を形成した状態を示す図である。レジストマスク14を残した状態で、孔内絶縁膜16の形成された深孔15、すなわち孔内絶縁膜16の内部空間16aに、前述の図7(a)に示す感光性の絶縁性材料20を深孔15に充填する工程と同様に、深孔15に対応する部分が開口されたスクリーンマスクをパターンマスクとして用いて導電性材料を充填し、必要に応じて加熱し、導電層である導電プラグ17を形成する。この導電プラグ17は、半導体基板11の内部側の端部が後述する図11に示す工程において露出されて、半導体基板11を貫通する貫通電極2になる。このように半導体基板を貫通する状態になった導電プラグを、本明細書では共通して貫通電極と呼ぶ。   FIG. 8 is a view showing a state in which the conductive plug 17 is formed. With the resist mask 14 left, the photosensitive insulating material 20 shown in FIG. 7A is placed in the deep hole 15 in which the in-hole insulating film 16 is formed, that is, in the internal space 16a of the in-hole insulating film 16. In the same manner as the step of filling the deep holes 15, the conductive material is filled with a conductive material using a screen mask having an opening corresponding to the deep holes 15 as a pattern mask, and heated as necessary to form a conductive layer as a conductive layer. Plug 17 is formed. The conductive plug 17 is exposed at an inner end of the semiconductor substrate 11 in a process shown in FIG. 11 described later, and becomes a through electrode 2 penetrating the semiconductor substrate 11. In this specification, the conductive plug that is in a state of penetrating the semiconductor substrate is commonly referred to as a through electrode.

導電性材料を深孔15に充填する際にも、前述の真空印刷技法を用いることが好ましい。真空印刷技法を用いることによって、深孔15の底部まで導電性材料を充填することができる。また真空印刷技法を用いると、導電性材料中の気体成分が真空状態に晒されることによって低減されるので、深孔15に導電性材料を充填する時のボイドと呼ばれる気孔の発生を低減することが可能である。   Also when filling the deep hole 15 with the conductive material, it is preferable to use the above-described vacuum printing technique. By using the vacuum printing technique, the conductive material can be filled to the bottom of the deep hole 15. Further, when the vacuum printing technique is used, the gas component in the conductive material is reduced by being exposed to a vacuum state, so that generation of voids called voids when the deep hole 15 is filled with the conductive material is reduced. Is possible.

導電プラグ17となる導電性材料は、金、銀、銅およびニッケルのうちの少なくとも1つを主成分とすることが好ましい。これらを主成分とすることによって、低抵抗の貫通電極2を形成することができる。このような貫通電極2を配線として用いることによって、半導体装置1の動作を高速化することができる。   The conductive material to be the conductive plug 17 is preferably mainly composed of at least one of gold, silver, copper and nickel. By using these as main components, the low-resistance through electrode 2 can be formed. By using such a through electrode 2 as a wiring, the operation of the semiconductor device 1 can be speeded up.

導電性材料としては、導電性粒子そのものを用いてもよく、また導電性粒子を含むペーストなどを用いてもよい。導電性粒子を含むペーストとしては、導電性粒子が溶剤中に固体状態で含有されているもの、たとえば導電性粒子が熱硬化性樹脂とともに有機溶剤に分散されたものが用いられる。なお、導電性材料として用いられる導電性を有するペーストは、導電性粒子を含むペーストに限定されるものではなく、金属が溶剤に溶け込んでいるもののように、微小金属粒子を導電性粒子として析出させるものをペースト状にしたものであってもよい。   As the conductive material, conductive particles themselves may be used, or a paste containing conductive particles may be used. As the paste containing conductive particles, a paste in which conductive particles are contained in a solid state in a solvent, for example, a paste in which conductive particles are dispersed in an organic solvent together with a thermosetting resin is used. Note that the conductive paste used as the conductive material is not limited to a paste containing conductive particles, but deposits fine metal particles as conductive particles, such as a metal dissolved in a solvent. It may be a paste-like product.

導電性粒子は、サブミクロンサイズからナノサイズの粒子径であることが好ましく、粒子径が1nm以上10nm以下の粒子を含むことが特に好ましい。このような粒子径を有する極めて小さい導電性粒子は、充填された際に占める全体積に対する表面積の割合がバルク金属よりも高いので、バルク金属とは異なる挙動を示す。すなわち、バルク金属の融点よりもかなり低い温度で融着現象が発生する。したがって、このような粒子径の導電性粒子を含む導電性材料を用いることによって、導電性材料としてバルク金属を用いた場合よりもかなり低い温度で導電性粒子を融合させることができるので、半導体基板11および半導体基板11に設けられる半導体素子などに熱損傷を与えることなく、バルク金属並みの導電率を有し、ボイドのほとんどない導電膜として、導電プラグ17を形成することができる。   The conductive particles preferably have a particle size of sub-micron to nano size, and particularly preferably include particles having a particle size of 1 nm to 10 nm. The extremely small conductive particles having such a particle diameter exhibit a behavior different from that of the bulk metal because the ratio of the surface area to the total volume occupied when filled is higher than that of the bulk metal. That is, the fusing phenomenon occurs at a temperature considerably lower than the melting point of the bulk metal. Therefore, by using a conductive material including conductive particles having such a particle size, the conductive particles can be fused at a temperature considerably lower than that when bulk metal is used as the conductive material. The conductive plug 17 can be formed as a conductive film having conductivity equivalent to that of a bulk metal and having almost no voids, without causing thermal damage to the semiconductor element 11 and the semiconductor element provided on the semiconductor substrate 11.

また、深孔15に導電性材料を充填する際には、図8に示すように深孔15が形成された位置以外の層間絶縁膜12および半導体基板11の表面は、レジストマスク14で覆われているので、レジストマスク14が形成されている高さまで導電性材料を充填することができる。すなわち、レジストマスク14が無い場合に比べて、より多くの導電性材料を深孔15の部分に供給することができる。したがって、たとえば導電性材料として導電性を有するペーストを用いた場合に、ペーストの硬化収縮を見込んで、深孔15の層間絶縁膜12のレジストマスク14を臨む表面からの深さE1、すなわち層間絶縁膜12の膜厚B1と深孔15の半導体基板11の層間絶縁膜12を臨む表面からの深さD1との和(B1+D1)以上にペーストを充填し、ペーストの硬化収縮によって導電プラグ17の表面が層間絶縁膜12の表面から凹んだ状態になることを防ぐことができるので、後述する図10に示す工程において表面配線18によって導電プラグ17と信号配線13とを接続する際の接続不良を防止することができる。   When the deep hole 15 is filled with a conductive material, the surface of the interlayer insulating film 12 and the semiconductor substrate 11 other than the position where the deep hole 15 is formed is covered with a resist mask 14 as shown in FIG. Therefore, the conductive material can be filled up to the height at which the resist mask 14 is formed. That is, more conductive material can be supplied to the deep hole 15 than in the case without the resist mask 14. Therefore, for example, when a conductive paste is used as the conductive material, the depth E1 from the surface facing the resist mask 14 of the interlayer insulating film 12 in the deep hole 15, that is, the interlayer insulation, in anticipation of the curing shrinkage of the paste. The paste is filled to a sum (B1 + D1) or more of the thickness B1 of the film 12 and the depth D1 from the surface of the semiconductor substrate 11 facing the interlayer insulating film 12 of the deep hole 15, and the surface of the conductive plug 17 is caused by curing shrinkage of the paste. Can be prevented from being recessed from the surface of the interlayer insulating film 12, so that a connection failure when the conductive plug 17 and the signal wiring 13 are connected by the surface wiring 18 in the process shown in FIG. 10 to be described later is prevented. can do.

図9は、レジストマスク14を除去した状態を示す図である。図8に示すレジストマスク14を除去する。これによって、図9に示すように、レジストマスク14に覆われていた信号配線13および層間絶縁膜12が露出する。レジストマスク14の除去方法としては、溶剤を用いて剥離させる方法またはアッシングなどのドライ方式の除去方法などが用いられる。これらの中でも、溶剤を用いて剥離させる方法が好適に用いられる。溶剤としては、層間絶縁膜12および孔内絶縁膜16と比較してレジストマスク14の方が選択的に溶解されるものを使用する。このような溶剤を用いることによって、レジストマスク14を剥離させる際に層間絶縁膜12および孔内絶縁膜16が溶剤によって溶解されることを防ぐことができる。   FIG. 9 is a view showing a state where the resist mask 14 is removed. The resist mask 14 shown in FIG. 8 is removed. As a result, as shown in FIG. 9, the signal wiring 13 and the interlayer insulating film 12 covered with the resist mask 14 are exposed. As a method for removing the resist mask 14, a method of peeling using a solvent or a dry method of removing such as ashing is used. Among these, a method of peeling using a solvent is preferably used. As the solvent, a solvent in which the resist mask 14 is selectively dissolved as compared with the interlayer insulating film 12 and the in-hole insulating film 16 is used. By using such a solvent, it is possible to prevent the interlayer insulating film 12 and the in-hole insulating film 16 from being dissolved by the solvent when the resist mask 14 is peeled off.

図10は、表面配線18を形成した状態を示す図である。レジストマスク14が除去されて露出した層間絶縁膜12の表面に、図10に示すように、信号配線13と導電プラグ17とを結線するように表面配線18を形成する。表面配線18は、導電性材料から成り、導電性を有するペーストをスクリーン印刷するなどの簡単な方法で形成することが可能である。   FIG. 10 is a diagram showing a state in which the surface wiring 18 is formed. A surface wiring 18 is formed on the surface of the interlayer insulating film 12 exposed by removing the resist mask 14 so as to connect the signal wiring 13 and the conductive plug 17 as shown in FIG. The surface wiring 18 is made of a conductive material, and can be formed by a simple method such as screen printing of a conductive paste.

図11は、貫通電極2を形成した状態を示す図である。表面配線18が形成された面の反対側の半導体基板11の表面を、図10に示す導電プラグ17の半導体基板11の内部側の端部が露出するまで研磨し、後退させる。これによって、導電プラグ17は、半導体基板11を貫通する状態となり、半導体基板11の一方の表面側に形成された信号配線13を他方の表面側に引出すことのできる貫通電極2になる。   FIG. 11 is a diagram illustrating a state in which the through electrode 2 is formed. The surface of the semiconductor substrate 11 opposite to the surface on which the surface wiring 18 is formed is polished and retracted until the end of the conductive plug 17 shown in FIG. 10 on the inner side of the semiconductor substrate 11 is exposed. As a result, the conductive plug 17 is in a state of penetrating the semiconductor substrate 11 and becomes the through electrode 2 that can lead out the signal wiring 13 formed on one surface side of the semiconductor substrate 11 to the other surface side.

なお、このように導電プラグ17を露出させるために、表面配線18が形成された面の反対側の半導体基板11の表面を後退させて、半導体基板11を薄型化する場合、機械的強度が弱くなり、工程の途中で半導体基板11が損傷する危険性が高い。したがって、こうした危険を回避するために、半導体基板11の表面配線18が形成された面側に平滑な石英ガラスなどから成る補強板を接着剤などで貼付けて補強し、この状態で半導体基板11に機械的研磨および化学的研磨を合わせて実施することが好ましい。   In order to expose the conductive plug 17 in this way, when the surface of the semiconductor substrate 11 opposite to the surface on which the surface wiring 18 is formed is retracted to make the semiconductor substrate 11 thinner, the mechanical strength is weak. Therefore, there is a high risk of damage to the semiconductor substrate 11 during the process. Therefore, in order to avoid such a risk, a reinforcing plate made of smooth quartz glass or the like is attached to the surface of the semiconductor substrate 11 where the surface wiring 18 is formed with an adhesive or the like, and the semiconductor substrate 11 is reinforced in this state. It is preferable to perform mechanical polishing and chemical polishing together.

以上のように、本実施形態による貫通電極2の形成方法では、図6〜図8に示す工程において、深孔15に孔内絶縁膜16および導電プラグ17を形成する際には、深孔15に臨む面以外の層間絶縁膜12の表面および信号配線13の表面は、レジストマスク14で覆われ保護されている。したがって、孔内絶縁膜16および導電プラグ17を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料のうち、深孔15に充填される以外の余剰の絶縁性材料および導電性材料は、深孔15に臨む面以外の層間絶縁膜12の表面および信号配線13の表面に付着することなく、レジストマスク14の表面に付着し、レジストマスク14を除去する際にリフトオフによって同時に除去される。   As described above, in the method of forming the through electrode 2 according to the present embodiment, when forming the in-hole insulating film 16 and the conductive plug 17 in the deep hole 15 in the steps shown in FIGS. The surface of the interlayer insulating film 12 and the surface of the signal wiring 13 other than the surface facing the surface are covered and protected by a resist mask 14. Therefore, of the insulating material and the conductive material used when forming the in-hole insulating film 16 and the conductive plug 17, the surplus insulating material and conductive material other than the deep hole 15 filled are deep holes. Adhering to the surface of the resist mask 14 without adhering to the surface of the interlayer insulating film 12 other than the surface facing the surface 15 and the surface of the signal wiring 13, it is simultaneously removed by lift-off when removing the resist mask 14.

このことによって、孔内絶縁膜16および導電プラグ17を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料で、深孔15に臨む面以外の層間絶縁膜12の表面および信号配線13の表面を汚染することなく、貫通電極2を形成することができる。すなわち、本実施形態のように、信号配線13を形成した後に貫通電極2を形成する場合であっても、信号配線13が、深孔15に孔内絶縁膜16および導電プラグ17を形成する際に用いられる材料で汚染されることはないので、信号配線13の設けられる配線部での絶縁を確実に行い、信頼性の高い電気配線を形成することができ、配線間の短絡を防ぐことができる。   Thus, the surface of the interlayer insulating film 12 and the surface of the signal wiring 13 other than the surface facing the deep hole 15 are made of the insulating material and the conductive material used when forming the in-hole insulating film 16 and the conductive plug 17. The through electrode 2 can be formed without contamination. That is, even when the through electrode 2 is formed after forming the signal wiring 13 as in the present embodiment, the signal wiring 13 forms the in-hole insulating film 16 and the conductive plug 17 in the deep hole 15. Therefore, it is possible to reliably insulate the wiring portion where the signal wiring 13 is provided, to form a highly reliable electric wiring, and to prevent a short circuit between the wirings. it can.

特に、半導体素子として、半導体基板11の一方の表面側に電極が露出する電荷結合素子などの撮像素子を形成した後に貫通電極2を形成する場合には、撮像素子面の汚染を防ぐことができるので、撮像素子の機能不良を防ぎ、不良品率を低減することができる。なお、撮像素子が設けられた半導体基板11は、図1に示す半導体装置1の最上部の半導体チップ25aとして、または他の半導体基板11と積層されることなく単独で半導体装置として使用される。撮像素子が設けられた半導体基板11が単独で半導体装置として使用される場合に、図11に示すように半導体基板11に貫通電極2を形成することによって、撮像素子に電圧を印加するための電極に電気的に接続される信号配線13を半導体基板11の他方の表面側に引出し、他方の表面側に電源を設けることができる。したがって、撮像素子が設けられた面側に電源を設ける場合に比べ、撮像素子を備える半導体装置を小型化することができる。   In particular, when the through electrode 2 is formed after forming an imaging device such as a charge coupled device with an electrode exposed on one surface side of the semiconductor substrate 11 as a semiconductor device, contamination of the imaging device surface can be prevented. Therefore, it is possible to prevent malfunction of the image sensor and reduce the defective product rate. The semiconductor substrate 11 provided with the imaging element is used as the uppermost semiconductor chip 25a of the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 or as a semiconductor device alone without being stacked with another semiconductor substrate 11. When the semiconductor substrate 11 provided with the imaging element is used alone as a semiconductor device, an electrode for applying a voltage to the imaging element by forming the through electrode 2 in the semiconductor substrate 11 as shown in FIG. The signal wiring 13 electrically connected to the semiconductor substrate 11 can be drawn out to the other surface side of the semiconductor substrate 11 and a power source can be provided on the other surface side. Therefore, the semiconductor device including the imaging element can be downsized as compared with the case where the power source is provided on the surface side where the imaging element is provided.

以上に述べたように、本実施形態では、図7(a)に示す深孔15に感光性の絶縁性材料20を充填する工程において、スクリーンマスク19をパターンマスクとして用いるけれども、図12に示すように、レジストマスク14をパターンマスクとして用いてもよい。また図8に示す深孔15に導電性材料を充填する工程においても同様に、レジストマスク14をパターンマスクとして用いてもよい。このようにレジストマスク14をパターンマスクとして用いることによって、スクリーンマスク19などの他のマスクを用いることなく、深孔15の部分のみに孔内絶縁膜16および導電プラグ17を形成することができる。したがって、たとえば半導体基板11の信号配線13が形成された面全体に導電層を形成した後フォトマスクを用いて導電層をパターニングすることによって導電プラグ17を形成する場合に比べ、半導体装置の製造原価を抑えることができる。   As described above, in this embodiment, the screen mask 19 is used as a pattern mask in the step of filling the deep hole 15 shown in FIG. As described above, the resist mask 14 may be used as a pattern mask. Similarly, in the step of filling the deep hole 15 shown in FIG. 8 with a conductive material, the resist mask 14 may be used as a pattern mask. By using the resist mask 14 as a pattern mask in this way, the in-hole insulating film 16 and the conductive plug 17 can be formed only in the deep hole 15 without using another mask such as the screen mask 19. Therefore, for example, compared with the case where the conductive plug 17 is formed by forming a conductive layer on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on which the signal wiring 13 is formed and then patterning the conductive layer using a photomask, the manufacturing cost of the semiconductor device is reduced. Can be suppressed.

このようにレジストマスク14をパターンマスクに用いて感光性の絶縁性材料20を充填すると、図12に示すように、孔内絶縁膜16を形成する際に用いられる感光性の絶縁性材料20のうち、深孔15に塗布されない余剰の感光性の絶縁性材料20は、レジストマスク14の表面に付着する。同様に、導電プラグ17を形成する際に用いられる導電性材料のうち、深孔15に塗布されない余剰の導電性材料も、レジストマスク14の表面に付着する。   When the photosensitive insulating material 20 is filled using the resist mask 14 as a pattern mask in this way, as shown in FIG. 12, the photosensitive insulating material 20 used for forming the in-hole insulating film 16 is formed. Among these, the excess photosensitive insulating material 20 that is not applied to the deep holes 15 adheres to the surface of the resist mask 14. Similarly, surplus conductive material that is not applied to the deep hole 15 among the conductive materials used when forming the conductive plug 17 also adheres to the surface of the resist mask 14.

レジストマスク14の表面に余剰の感光性の絶縁性材料20および導電性材料などの付着物20aがある場合、プラズマアッシャなどを用いたドライ方式の除去方法では、付着物20aの下層に位置するレジストマスク14を除去することは困難である。一方、前述のように溶剤を用いてレジストマスク14を剥離させる方法では、アッシングと比較して、溶剤が付着物20aの下層に浸透していく効果が高いので、付着物20aの下層に位置するレジストマスク14も溶剤によって容易に剥離することができ、レジストマスク14の表面に付着した付着物20aをレジストマスク14の剥離と同時にリフトオフによって除去することができる。したがって、溶剤を用いてレジストマスク14を剥離させることによって、図12に示すようにレジストマスク14の表面に付着物20aがある場合であっても、レジストマスク14を確実に除去することができるので、レジストマスク14を除去する工程の後には、清浄な表面の層間絶縁膜12および信号配線13を得ることができる。   In the case where there is an extraneous photosensitive insulating material 20 and a deposit 20a such as a conductive material on the surface of the resist mask 14, in the dry-type removal method using a plasma asher or the like, the resist located under the deposit 20a It is difficult to remove the mask 14. On the other hand, the method of removing the resist mask 14 using a solvent as described above has a higher effect of allowing the solvent to permeate the lower layer of the deposit 20a as compared with ashing, and is therefore positioned below the deposit 20a. The resist mask 14 can also be easily peeled off with a solvent, and the deposit 20a adhering to the surface of the resist mask 14 can be removed by lift-off at the same time as the resist mask 14 is peeled off. Therefore, by removing the resist mask 14 using a solvent, the resist mask 14 can be reliably removed even when the deposit 20a is present on the surface of the resist mask 14 as shown in FIG. After the step of removing the resist mask 14, the interlayer insulating film 12 and the signal wiring 13 having a clean surface can be obtained.

また、孔内絶縁膜16は、本実施形態では、図7に示すように、感光性の絶縁性材料20を深孔15に充填した後、露光して内部空間16aを形成するべく予め定められる部分の感光性の絶縁性材料20を除去することによって形成されるけれども、これに限定されることなく、たとえば深孔15に絶縁性の樹脂などの絶縁性材料を充填し、硬化させた後、レーザなどによって内部空間16aを形成するべく予め定められる部分の絶縁性材料を除去することによって形成されてもよい。深孔15に充填されて硬化される絶縁性材料としては、永久レジストとして使用される光硬化性樹脂または熱硬化性樹脂などが用いられる。   Further, in this embodiment, the in-hole insulating film 16 is predetermined in order to form the internal space 16a by filling the deep hole 15 with the photosensitive insulating material 20 and then exposing the deep hole 15 as shown in FIG. Although it is formed by removing the photosensitive insulating material 20 of the portion, without being limited thereto, for example, after filling the deep hole 15 with an insulating material such as an insulating resin and curing, It may be formed by removing a predetermined portion of the insulating material to form the internal space 16a by a laser or the like. As the insulating material that is filled into the deep hole 15 and cured, a photocurable resin or a thermosetting resin used as a permanent resist is used.

また、孔内絶縁膜16は、化学気相成長(Chemical Vapor Deposition;略称:CVD)法を用いて形成されてもよい。図13は、CVD法による孔内絶縁膜16の形成における各工程の状態を模式的に示す断面図である。図13(a)に示すように、前述の図5に示す深孔15が形成された半導体基板11に対して、深孔15の表面、すなわち深孔15に臨む半導体基板11および層間絶縁膜12の表面を被覆するように絶縁性材料から成る絶縁膜24を形成する。このとき、絶縁膜24は、深孔15の位置だけでなく、半導体基板11のレジストマスク14が形成された面全体に形成される。   The in-hole insulating film 16 may be formed using a chemical vapor deposition (abbreviation: CVD) method. FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing the state of each step in the formation of the in-hole insulating film 16 by the CVD method. As shown in FIG. 13A, the surface of the deep hole 15, that is, the semiconductor substrate 11 facing the deep hole 15 and the interlayer insulating film 12 with respect to the semiconductor substrate 11 in which the deep hole 15 shown in FIG. An insulating film 24 made of an insulating material is formed so as to cover the surface. At this time, the insulating film 24 is formed not only on the position of the deep hole 15 but also on the entire surface of the semiconductor substrate 11 on which the resist mask 14 is formed.

絶縁膜24の形成された深孔15に、図13(b)に示すように、前述の図8に示す導電プラグ17を形成する工程と同様にスクリーンマスクまたはレジストマスク14をパターンマスクとして用いて導電性材料を充填し、導電プラグ17を形成する。   As shown in FIG. 13B, the screen mask or resist mask 14 is used as a pattern mask in the deep hole 15 in which the insulating film 24 is formed, as in the process of forming the conductive plug 17 shown in FIG. A conductive plug 17 is formed by filling a conductive material.

次いで、溶剤を用いてレジストマスク14を剥離すると、図13(c)に示す状態となる。このとき、図13(b)に示すレジストマスク14の表面に形成された絶縁膜24もレジストマスク14と同時に剥離され、孔内絶縁膜16が形成される。なお、この方法では、孔内絶縁膜16は、深孔15の壁面だけでなく、深孔15の底面を含む深孔15に臨む半導体基板11の表面全体に形成される。   Next, when the resist mask 14 is peeled off using a solvent, the state shown in FIG. At this time, the insulating film 24 formed on the surface of the resist mask 14 shown in FIG. 13B is also peeled off simultaneously with the resist mask 14 to form the in-hole insulating film 16. In this method, the in-hole insulating film 16 is formed not only on the wall surface of the deep hole 15 but also on the entire surface of the semiconductor substrate 11 facing the deep hole 15 including the bottom surface of the deep hole 15.

この方法によると、図7に示す工程のように、フォトリソグラフィ工程によって導電性材料を充填するための内部空間16aを形成する必要がないので、簡単に孔内絶縁膜16を形成することができる。また、深孔15の壁面に一様な厚みの膜を容易に形成することができる。さらに、半導体基板11との絶縁特性を向上させるために孔内絶縁膜16の膜厚を厚くしたい場合にも、絶縁膜24を形成する際の処理時間を長くするだけでよい。   According to this method, it is not necessary to form the internal space 16a for filling the conductive material by a photolithography process as in the process shown in FIG. 7, and therefore the in-hole insulating film 16 can be easily formed. . In addition, a film having a uniform thickness can be easily formed on the wall surface of the deep hole 15. Further, when it is desired to increase the film thickness of the in-hole insulating film 16 in order to improve the insulating properties with respect to the semiconductor substrate 11, it is only necessary to lengthen the processing time when forming the insulating film 24.

なお、孔内絶縁膜16は、スプレー法を用いて形成されてもよい。スプレー法を用いて孔内絶縁膜16を形成しても、CVD法を用いた場合と同等の形状を得ることが可能である。   The in-hole insulating film 16 may be formed using a spray method. Even when the in-hole insulating film 16 is formed by using the spray method, it is possible to obtain the same shape as that obtained by using the CVD method.

また、導電プラグ17もCVD法またはスプレー法によって形成されてもよい。ただし、CVD法またはスプレー法を用いる場合、CVD法またはスプレー法によって形成される導電膜で孔内絶縁膜16の内部空間16aを隙間なく充填することは困難であるので、本実施形態のように、導電性材料を内部空間16aに充填することによって導電プラグ17を形成する方が好ましい。   The conductive plug 17 may also be formed by a CVD method or a spray method. However, when the CVD method or the spray method is used, it is difficult to fill the inner space 16a of the in-hole insulating film 16 without gaps with the conductive film formed by the CVD method or the spray method. The conductive plug 17 is preferably formed by filling the internal space 16a with a conductive material.

本発明の実施の他の形態である半導体装置1の製造方法は、本実施形態の貫通電極2の形成方法を含み、さらに以下の工程を付帯するものである。すなわち、図11に示す工程において貫通電極2が形成された半導体基板11に、前述の図1に示すように所定の場所において電気的な接続が得られるように導電性材料から成る突起電極27を突出させて形成し、半導体チップ25a,25b,25cを得る。得られた半導体チップ25a,25b,25cを、電子回路の形成された回路基板26上に、貫通電極2、表面配線18および突起電極27を介して積層する。以上のようにして、半導体装置1を製造することができる。   A method for manufacturing a semiconductor device 1 according to another embodiment of the present invention includes the method for forming the through electrode 2 according to the present embodiment, and further includes the following steps. That is, the protruding electrode 27 made of a conductive material is provided on the semiconductor substrate 11 on which the through electrode 2 is formed in the step shown in FIG. 11 so that electrical connection can be obtained at a predetermined place as shown in FIG. The semiconductor chips 25a, 25b, and 25c are obtained by projecting. The obtained semiconductor chips 25a, 25b, and 25c are stacked on the circuit board 26 on which the electronic circuit is formed via the through electrode 2, the surface wiring 18, and the protruding electrode 27. The semiconductor device 1 can be manufactured as described above.

図14は、貫通電極4を有する半導体装置3の構成を模式的に示す概略断面図である。半導体装置3は、回路基板41と、回路基板41上に積層される半導体チップ40a,40bとを含んで構成される。半導体チップ40a,40bは、それぞれ半導体基板31と、図示しない半導体素子と、半導体素子を覆うように設けられる層間絶縁膜であるパッシベーション膜32と、パッシベーション膜32上に設けられ半導体素子に電気的に接続される引出し電極33と、引出し電極33の一部を覆うように設けられる保護膜34と、引出し電極33の形成された位置に設けられ半導体基板31を厚み方向に貫通する貫通電極4と、貫通電極4と半導体基板31とを絶縁する孔内絶縁膜37と、貫通電極4と引出し電極33とを電気的に接続する表面配線である導電プラグキャップ39とを含んで構成される。また半導体基板31の引出し電極33が形成された面の反対側の表面上には、絶縁膜42が形成されている。回路基板41には、半導体素子などで構成される図示しない電子回路が設けられている。半導体チップ40a,40bの各半導体基板31は、回路基板41上に、貫通電極4、導電プラグキャップ39、表面配線43および突起電極44を介して紙面に向かって上下方向に積層されている。   FIG. 14 is a schematic cross-sectional view schematically showing the configuration of the semiconductor device 3 having the through electrode 4. The semiconductor device 3 includes a circuit board 41 and semiconductor chips 40 a and 40 b stacked on the circuit board 41. The semiconductor chips 40a and 40b are respectively provided on the semiconductor substrate 31, a semiconductor element (not shown), a passivation film 32 that is an interlayer insulating film provided so as to cover the semiconductor element, and electrically provided on the semiconductor element. A lead electrode 33 to be connected; a protective film 34 provided so as to cover a part of the lead electrode 33; a through electrode 4 provided at a position where the lead electrode 33 is formed and penetrating the semiconductor substrate 31 in the thickness direction; The in-hole insulating film 37 that insulates the through electrode 4 and the semiconductor substrate 31 and the conductive plug cap 39 that is a surface wiring that electrically connects the through electrode 4 and the extraction electrode 33 are configured. An insulating film 42 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 opposite to the surface on which the extraction electrode 33 is formed. The circuit board 41 is provided with an electronic circuit (not shown) composed of a semiconductor element or the like. Each semiconductor substrate 31 of the semiconductor chips 40a and 40b is stacked on the circuit board 41 in the vertical direction toward the paper surface through the through electrode 4, the conductive plug cap 39, the surface wiring 43, and the protruding electrode 44.

このように、貫通電極4、導電プラグキャップ39、表面配線43および突起電極44を介して半導体チップ40a,40bの各半導体基板31を回路基板41上に積層することによって、実施の第1形態と同様に、3次元的な実装を行うことができる。したがって、複数の半導体基板を回路基板41上に平面的に実装する場合に比べ、配線の長さを短縮することができる。また、実装形態を小型化し、半導体装置3を小型化および高密度化することができる。   Thus, by laminating each semiconductor substrate 31 of the semiconductor chips 40a and 40b on the circuit board 41 via the through electrode 4, the conductive plug cap 39, the surface wiring 43 and the protruding electrode 44, the first embodiment and Similarly, three-dimensional mounting can be performed. Accordingly, the length of the wiring can be reduced as compared with the case where a plurality of semiconductor substrates are mounted on the circuit board 41 in a planar manner. Further, the mounting form can be reduced in size, and the semiconductor device 3 can be reduced in size and density.

本発明の実施の第2の形態である埋込み電極の形成方法として、半導体基板31の一方の表面側に設けられた引出し電極33を、半導体基板31の他方の表面側に引出すために設けられる貫通電極4の形成方法について説明する。図15〜図25は、貫通電極4の形成における各工程の状態を模式的に示す図である。   As a method for forming a buried electrode according to the second embodiment of the present invention, a lead-through electrode 33 provided on one surface side of the semiconductor substrate 31 is penetrated to be provided on the other surface side of the semiconductor substrate 31. A method for forming the electrode 4 will be described. 15 to 25 are diagrams schematically showing the state of each step in the formation of the through electrode 4.

図15(a)は、半導体基板31上に、パッシベーション膜32および引出し電極33を形成した状態を示す断面図である。図15(b)は、図15(a)に示すパッシベーション膜32および引出し電極33の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図15(a)は、図15(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。まず、半導体基板31に、図示しない半導体素子を形成した後、半導体基板31の半導体素子が形成された面上に、半導体素子を覆うように層間絶縁膜であるパッシベーション膜32を形成する。パッシベーション膜32上の予め定められる位置に、半導体素子に電気的に接続される引出し電極33と、引出し電極33に電気的に接続される図示しない信号配線とを形成する。本実施形態では、引出し電極33は、矩形状に形成される。   FIG. 15A is a cross-sectional view showing a state where the passivation film 32 and the extraction electrode 33 are formed on the semiconductor substrate 31. FIG. 15 (b) is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the passivation film 32 and the extraction electrode 33 shown in FIG. 15 (a) are formed as viewed from the direction of the arrow 50, and FIG. This corresponds to a cross-sectional view taken along section line II in FIG. First, after forming a semiconductor element (not shown) on the semiconductor substrate 31, a passivation film 32, which is an interlayer insulating film, is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 on which the semiconductor element is formed so as to cover the semiconductor element. An extraction electrode 33 electrically connected to the semiconductor element and a signal wiring (not shown) electrically connected to the extraction electrode 33 are formed at predetermined positions on the passivation film 32. In the present embodiment, the extraction electrode 33 is formed in a rectangular shape.

半導体基板31は、たとえばシリコン(Si)ウェハなどの半導体材料から成る基板である。パッシベーション膜32は、半導体素子の表面を絶縁するとともに、保護するために設けられる絶縁性材料から成る膜であり、典型的には二酸化ケイ素(SiO)から成る。引出し電極33は、半導体素子から信号を取出すため、または半導体素子に電源からの電圧を印加するために設けられる電極である。信号配線は、引出し電極33によって半導体素子から取出された信号を図示しない電子回路に伝送するため、または引出し電極33と電源とを電気的に接続するために設けられる電気配線である。引出し電極33および信号配線は、典型的にはアルミニウム(Al)などの導電性材料から成り、例えば、スパッタにより形成される。 The semiconductor substrate 31 is a substrate made of a semiconductor material such as a silicon (Si) wafer. The passivation film 32 is a film made of an insulating material provided to insulate and protect the surface of the semiconductor element, and is typically made of silicon dioxide (SiO 2 ). The extraction electrode 33 is an electrode provided for extracting a signal from the semiconductor element or for applying a voltage from a power source to the semiconductor element. The signal wiring is an electrical wiring provided to transmit a signal extracted from the semiconductor element by the extraction electrode 33 to an electronic circuit (not shown) or to electrically connect the extraction electrode 33 and the power source. The extraction electrode 33 and the signal wiring are typically made of a conductive material such as aluminum (Al), and are formed by sputtering, for example.

図16(a)は、保護膜34を形成した状態を示す断面図である。図16(b)は、図16(a)に示す保護膜34の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図16(a)は、図16(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。半導体基板31の引出し電極33が形成された面上に、引出し電極33の少なくとも一部が露出するように保護膜34を形成する。すなわち、保護膜34は、引出し電極33の形成された位置において、引出し電極33の少なくとも一部が露出するように開口されて形成されており、開口部34aを有する。保護膜34は、半導体素子、引出し電極33および信号配線を保護するために設けられるものであり、典型的には窒化ケイ素(SiN)などの絶縁性材料から成る。   FIG. 16A is a cross-sectional view showing a state in which the protective film 34 is formed. 16B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the protective film 34 shown in FIG. 16A is formed as viewed from the direction of the arrow 50. FIG. 16A is a plan view of FIG. This corresponds to a cross-sectional view seen from the section line II of FIG. A protective film 34 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 on which the extraction electrode 33 is formed so that at least a part of the extraction electrode 33 is exposed. That is, the protective film 34 is formed so as to be opened so that at least a part of the extraction electrode 33 is exposed at the position where the extraction electrode 33 is formed, and has an opening 34a. The protective film 34 is provided to protect the semiconductor element, the extraction electrode 33 and the signal wiring, and is typically made of an insulating material such as silicon nitride (SiN).

本実施形態では、保護膜34は、引出し電極33の端部および信号配線を覆うように形成される。したがって、保護膜34の開口部34aの開口寸法は、引出し電極33の寸法よりも小さい。すなわち、保護膜34の開口部34aは、図16(b)の紙面に向かって左右方向の長さb1が引出し電極33の左右方向の長さa1よりも短く(b1<a1)、上下方向の長さb2が引出し電極33の上下方向の長さa2よりも短く(b2<a2)なっている。   In the present embodiment, the protective film 34 is formed so as to cover the end portion of the extraction electrode 33 and the signal wiring. Therefore, the opening size of the opening 34 a of the protective film 34 is smaller than the size of the extraction electrode 33. That is, the opening 34a of the protective film 34 has a length b1 in the left-right direction shorter than the length a1 in the left-right direction of the extraction electrode 33 (b1 <a1) toward the paper surface of FIG. The length b2 is shorter than the length a2 in the vertical direction of the extraction electrode 33 (b2 <a2).

図17(a)は、引出し電極33に開口部33aを形成した状態を示す断面図である。図17(b)は、図17(a)に示す引出し電極33に開口部33aの形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図17(a)は、図17(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。露出する引出し電極33のうち、少なくとも貫通電極4の形成予定位置の引出し電極33を、たとえばエッチングによって除去し、下層のパッシベーション膜32を露出させる。引出し電極33のエッチングは、金属のエッチングに一般に用いられる方法、たとえばりん酸や酢酸を含む溶剤を用いる方法によって行われる。   FIG. 17A is a cross-sectional view showing a state where the opening 33 a is formed in the extraction electrode 33. 17B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 in which the opening 33a is formed in the extraction electrode 33 shown in FIG. 17A when viewed from the direction of the arrow 50. FIG. This corresponds to a cross-sectional view taken along the section line II in FIG. Of the exposed extraction electrode 33, at least the extraction electrode 33 at the position where the through electrode 4 is to be formed is removed by, for example, etching, so that the underlying passivation film 32 is exposed. The extraction electrode 33 is etched by a method generally used for metal etching, for example, a method using a solvent containing phosphoric acid or acetic acid.

本実施形態では、引出し電極33は、保護膜34の開口部34aよりも開口寸法が小さい開口部33aが形成されるように、貫通電極4の形成予定位置を含む位置で除去されて開口される。すなわち、引出し電極33の開口部33aは、図17(b)の紙面に向かって左右方向の長さt1が保護膜34の開口部34aの左右方向の長さb1よりも短く(t1<b1)、上下方向の長さt2が保護膜34の開口部34aの上下方向の長さb2よりも短く(t2<b2)なっている。   In the present embodiment, the extraction electrode 33 is removed and opened at a position including the position where the through electrode 4 is to be formed, so that an opening 33 a having an opening size smaller than the opening 34 a of the protective film 34 is formed. . That is, the opening 33a of the extraction electrode 33 has a length t1 in the left-right direction shorter than the length b1 in the left-right direction of the opening 34a of the protective film 34 (t1 <b1). The vertical length t2 is shorter than the vertical length b2 of the opening 34a of the protective film 34 (t2 <b2).

図18(a)は、レジストマスク35を形成した状態を示す断面図である。図18(b)は、図18(a)に示すレジストマスク35の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図18(a)は、図18(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。半導体基板31のパッシベーション膜32、引出し電極33および保護膜34が形成された面上に、実施の第1形態の図3に示すレジストマスク14を形成する工程と同様にして、図18に示すように、引出し電極33の除去された位置である引出し電極33の開口部33aの位置であって貫通電極4の形成予定位置に開口部35aを有するレジストマスク35を形成する。すなわち、レジストマスク35は、引出し電極33の開口部33aの位置のうち、少なくとも貫通電極4の形成予定位置において、パッシベーション膜32が露出するように、開口されて形成される。   FIG. 18A is a cross-sectional view showing a state in which a resist mask 35 is formed. 18B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the resist mask 35 shown in FIG. 18A is formed as viewed from the direction of the arrow 50. FIG. 18A is a plan view of FIG. This corresponds to a cross-sectional view seen from the section line II of FIG. As shown in FIG. 18, in the same manner as the step of forming the resist mask 14 shown in FIG. 3 of the first embodiment on the surface of the semiconductor substrate 31 on which the passivation film 32, the extraction electrode 33 and the protective film 34 are formed. Then, a resist mask 35 having an opening 35a at the position where the through electrode 4 is to be formed, which is the position of the opening 33a of the extraction electrode 33, which is the position where the extraction electrode 33 has been removed, is formed. That is, the resist mask 35 is formed to be open so that the passivation film 32 is exposed at least at a position where the through electrode 4 is to be formed, of the position of the opening 33 a of the extraction electrode 33.

本実施形態では、レジストマスク35は、引出し電極33が露出しないように形成される。したがって、レジストマスク35の開口部35aの開口寸法は、引出し電極33の開口部33aの開口寸法よりも小さい。すなわち、レジストマスク35の開口部35aは、図18(b)の紙面に向かって左右方向の長さd1が引出し電極33の開口部33aの左右方向の長さt1よりも短く(d1<t1)、上下方向の長さd2が引出し電極33の開口部33aの上下方向の長さt2よりも短く(d2<t2)なっている。またレジストマスク35は、実施の第1形態と同様に、後述する図19および図20に示す工程におけるエッチングによって開口部35a以外の位置で開口されることがないように、たとえば膜厚C2が20〜30μm程度の厚めに形成される。   In this embodiment, the resist mask 35 is formed so that the extraction electrode 33 is not exposed. Therefore, the opening size of the opening 35 a of the resist mask 35 is smaller than the opening size of the opening 33 a of the extraction electrode 33. That is, the opening 35a of the resist mask 35 has a length d1 in the left-right direction shorter than the length t1 in the left-right direction of the opening 33a of the extraction electrode 33 (d1 <t1). The vertical length d2 is shorter than the vertical length t2 of the opening 33a of the extraction electrode 33 (d2 <t2). Similarly to the first embodiment, the resist mask 35 has a film thickness C2 of, for example, 20 so that it will not be opened at a position other than the opening 35a by etching in the steps shown in FIGS. It is formed to a thickness of about 30 μm.

図19は、パッシベーション膜32をエッチングした状態を示す断面図である。レジストマスク35をパターンマスクとしてパッシベーション膜32をエッチングし、レジストマスク35の開口部35aに対応する部分のパッシベーション膜32を除去する。これによって、パッシベーション膜32がレジストマスク35のパターンに対応して開口され、貫通電極4の形成予定位置の半導体基板31が露出する。パッシベーション膜32のエッチングは、たとえば四フッ化炭素(CF)などのフッ素系ガスを用いたプラズマエッチングなどによって行われる。 FIG. 19 is a cross-sectional view showing a state where the passivation film 32 is etched. The passivation film 32 is etched using the resist mask 35 as a pattern mask, and the portion of the passivation film 32 corresponding to the opening 35a of the resist mask 35 is removed. Thereby, the passivation film 32 is opened corresponding to the pattern of the resist mask 35, and the semiconductor substrate 31 at the position where the through electrode 4 is to be formed is exposed. Etching of the passivation film 32 is performed by plasma etching using a fluorine-based gas such as carbon tetrafluoride (CF 4 ), for example.

図20(a)は、深孔36を形成した状態を示す断面図である。図20(b)は、図20(a)に示す深孔36の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図20(a)は、図20(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。レジストマスク35をパターンマスクとして半導体基板31をエッチングし、パッシベーション膜32のレジストマスク35を臨む表面からパッシベーション膜32を貫通して半導体基板31の内部の予め定められる部分に達する深孔36を形成する。すなわち、深孔36は、半導体基板31のパッシベーション膜32を臨む表面からの深さD2が、半導体基板31の厚みT2よりも小さく(D2<T2)なっている。半導体基板31のエッチングは、実施の第1形態と同様に、たとえば六フッ化硫黄(SF)などのフッ素系ガスを用いたRIEなどの異方性エッチングによって行われる。 FIG. 20A is a cross-sectional view showing a state in which the deep hole 36 is formed. 20B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 in which the deep hole 36 shown in FIG. 20A is formed as viewed from the direction of the arrow 50, and FIG. 20A is a plan view of FIG. This corresponds to a cross-sectional view seen from the section line II of FIG. The semiconductor substrate 31 is etched using the resist mask 35 as a pattern mask, and a deep hole 36 that penetrates the passivation film 32 from the surface of the passivation film 32 facing the resist mask 35 and reaches a predetermined portion inside the semiconductor substrate 31 is formed. . In other words, the depth D2 of the deep hole 36 from the surface of the semiconductor substrate 31 facing the passivation film 32 is smaller than the thickness T2 of the semiconductor substrate 31 (D2 <T2). Etching of the semiconductor substrate 31 is performed by anisotropic etching such as RIE using a fluorine-based gas such as sulfur hexafluoride (SF 6 ) as in the first embodiment.

深孔36は、たとえば開口が約70μm角、すなわち図20(b)の紙面に向かって左右方向の長さs21および上下方向の長さs22がともに約70μmであって、半導体基板31のパッシベーション膜32を臨む表面からの深さD2が約100μmになるように形成される。なお、深孔36の開口寸法は、レジストマスク35の開口部35aの開口寸法に略等しくなる。すなわち、深孔36の前記長さs21は、レジストマスク35の開口部35aの図18(b)の紙面に向かって左右方向の長さd1に略等しく、深孔36の前記長さs22は、レジストマスク35の開口部35aの図18(b)の紙面に向かって上下方向の長さd2に略等しい。したがって、前述のように開口が約70μm角である深孔36を形成する場合には、前述の図18(b)に示すレジストマスク35の開口部35aを、前記長さd1および前記長さd2がそれぞれ約70μmになるように形成すればよい。   The deep hole 36 has, for example, an opening of about 70 μm square, that is, the length s21 in the left-right direction and the length s22 in the up-down direction are about 70 μm toward the paper surface of FIG. The depth D2 from the surface facing 32 is about 100 μm. The opening size of the deep hole 36 is substantially equal to the opening size of the opening 35 a of the resist mask 35. That is, the length s21 of the deep hole 36 is substantially equal to the length d1 of the opening 35a of the resist mask 35 in the left-right direction toward the paper surface of FIG. 18B, and the length s22 of the deep hole 36 is The length 35 of the opening 35a of the resist mask 35 is substantially equal to the length d2 in the vertical direction toward the paper surface of FIG. Therefore, when the deep hole 36 having an opening of about 70 μm square is formed as described above, the opening portion 35a of the resist mask 35 shown in FIG. 18B described above is provided with the length d1 and the length d2. May be formed to be about 70 μm.

図21は、深孔36に孔内絶縁膜37を形成した状態を示す断面図である。前工程で用いたレジストマスク35を除去せずに残した状態で、実施の第1形態と同様にして、深孔36の壁面に孔内絶縁膜37を形成する。   FIG. 21 is a cross-sectional view showing a state in which the in-hole insulating film 37 is formed in the deep hole 36. In the state where the resist mask 35 used in the previous step is left without being removed, an in-hole insulating film 37 is formed on the wall surface of the deep hole 36 in the same manner as in the first embodiment.

図22は、導電プラグ38を形成した状態を示す断面図である。実施の第1形態と同様にして、孔内絶縁膜37の形成された深孔36、すなわち孔内絶縁膜37の内部空間37aに導電性材料を充填し、必要に応じて加熱し、導電層である導電プラグ38を形成する。   FIG. 22 is a cross-sectional view showing a state in which the conductive plug 38 is formed. As in the first embodiment, the conductive material is filled with a conductive material in the deep hole 36 in which the in-hole insulating film 37 is formed, that is, the inner space 37a of the in-hole insulating film 37, and heated as necessary. A conductive plug 38 is formed.

図23は、レジストマスク35を除去した状態を示す断面図である。実施の第1形態と同様にして、図22に示すレジストマスク35を除去する。これによって、図23に示すように、レジストマスク35に覆われていた引出し電極33、保護膜34およびパッシベーション膜32が露出する。   FIG. 23 is a cross-sectional view showing a state where the resist mask 35 is removed. In the same manner as in the first embodiment, the resist mask 35 shown in FIG. 22 is removed. As a result, as shown in FIG. 23, the extraction electrode 33, the protective film 34, and the passivation film 32 covered with the resist mask 35 are exposed.

図24(a)は、導電プラグキャップ39を形成した状態を示す断面図である。図24(b)は、図24(a)に示す導電プラグキャップ39の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図であり、図24(a)は、図24(b)の切断面線I−Iから見て示す断面図に相当する。図24に示すように、引出し電極33の開口部33aおよび保護膜34の開口部34aを充填するように、導電性材料から成る表面配線である導電プラグキャップ39を形成する。これによって、引出し電極33と導電プラグ38とが、導電プラグキャップ39で電気的に接続される。導電プラグキャップ39は、実施の第1形態の図10に示す表面配線18を形成する工程と同様に、導電性を有するペーストをスクリーン印刷するなどの簡単な方法で形成することができる。   FIG. 24A is a cross-sectional view showing a state where the conductive plug cap 39 is formed. 24B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the conductive plug cap 39 shown in FIG. 24A is formed as viewed from the direction of the arrow 50. FIG. 24A is a plan view of FIG. Corresponds to a cross-sectional view taken along the section line II of FIG. As shown in FIG. 24, a conductive plug cap 39, which is a surface wiring made of a conductive material, is formed so as to fill the opening 33a of the extraction electrode 33 and the opening 34a of the protective film 34. As a result, the extraction electrode 33 and the conductive plug 38 are electrically connected by the conductive plug cap 39. The conductive plug cap 39 can be formed by a simple method such as screen printing of a conductive paste as in the step of forming the surface wiring 18 shown in FIG. 10 of the first embodiment.

図25は、貫通電極4を形成した状態を示す断面図である。導電プラグキャップ39が形成された面の反対側の半導体基板31の表面を、実施の第1形態と同様にして図24(a)に示す導電プラグ38の半導体基板31の内部側の端部が露出するまで研磨し、後退させる。これによって、導電プラグ38は、半導体基板31を貫通する状態となり、半導体基板31の一方の表面側に形成された引出し電極33を他方の表面側に引出すことのできる貫通電極4になる。   FIG. 25 is a cross-sectional view showing a state in which the through electrode 4 is formed. The surface of the semiconductor substrate 31 on the opposite side of the surface on which the conductive plug cap 39 is formed is similar to the first embodiment in that the end on the inner side of the semiconductor substrate 31 of the conductive plug 38 shown in FIG. Polish until exposed and then retract. As a result, the conductive plug 38 enters the semiconductor substrate 31 and becomes the through electrode 4 that can lead out the extraction electrode 33 formed on one surface side of the semiconductor substrate 31 to the other surface side.

以上のように、本実施形態による貫通電極4の形成方法では、実施の第1形態の貫通電極2の形成方法と同様に、図21および図22に示す工程において、深孔36に孔内絶縁膜37および導電プラグ38を形成する際には、深孔36に臨む面以外のパッシベーション膜32の表面、ならびに引出し電極33および保護膜34の表面は、レジストマスク35で覆われ保護されている。したがって、孔内絶縁膜37および導電プラグ38を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料のうち、深孔36に充填される以外の余剰の絶縁性材料および導電性材料は、深孔36に臨む面以外のパッシベーション膜32の表面、ならびに引出し電極33および保護膜34の表面に付着することなく、レジストマスク35の表面に付着し、レジストマスク35を除去する際にリフトオフによって同時に除去される。   As described above, in the method of forming the through electrode 4 according to the present embodiment, in the process shown in FIGS. 21 and 22, the deep hole 36 is insulated in the hole in the same manner as the method of forming the through electrode 2 of the first embodiment. When the film 37 and the conductive plug 38 are formed, the surface of the passivation film 32 other than the surface facing the deep hole 36 and the surfaces of the extraction electrode 33 and the protective film 34 are covered and protected by the resist mask 35. Therefore, of the insulating material and the conductive material used when forming the in-hole insulating film 37 and the conductive plug 38, the surplus insulating material and conductive material other than the deep hole 36 filled are deep holes. Adhering to the surface of the resist mask 35 without adhering to the surface of the passivation film 32 other than the surface facing the surface 36 and the surfaces of the extraction electrode 33 and the protective film 34, and simultaneously removed by lift-off when removing the resist mask 35 The

このことによって、孔内絶縁膜37および導電プラグ38を形成する際に用いられる絶縁性材料および導電性材料で、深孔36に臨む面以外のパッシベーション膜32の表面、ならびに引出し電極33および保護膜34の表面を汚染することなく、貫通電極4を形成することができる。   As a result, the surface of the passivation film 32 other than the surface facing the deep hole 36, the extraction electrode 33, and the protective film, which are insulating materials and conductive materials used when forming the in-hole insulating film 37 and the conductive plug 38. The through electrode 4 can be formed without contaminating the surface 34.

なお、本実施形態では、レジストマスク35は、図18に示すように引出し電極33が露出しないように、すなわちレジストマスク35の開口部35aの開口寸法が引出し電極33の開口部33aの開口寸法よりも小さくなるように形成されるけれども、引出し電極33の一部、たとえば図26(a)に示すように引出し電極33の深孔36に臨む面が露出するように、すなわちレジストマスク35の開口部35aと引出し電極33の開口部33aとが略一致するように形成されてもよい。ただし、この場合、深孔36に孔内絶縁膜37を形成する際に、図26(a)に示すように深孔36の深さE2を超えて引出し電極33の形成されている高さまで孔内絶縁膜37を形成すると、孔内絶縁膜37が引出し電極33に接して形成されるので、レジストマスク35の除去後に露出する引出し電極33の表面積は、孔内絶縁膜37と接触する面積の分だけ小さくなる。したがって、図26(b)に示すように、レジストマスク35の除去後に形成される導電プラグキャップ39と引出し電極33との接触面積も小さくなる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 18, the resist mask 35 does not expose the extraction electrode 33, that is, the opening dimension of the opening 35a of the resist mask 35 is larger than the opening dimension of the opening 33a of the extraction electrode 33. However, a part of the extraction electrode 33, for example, the surface facing the deep hole 36 of the extraction electrode 33 as shown in FIG. 26A is exposed, that is, the opening of the resist mask 35. 35a and the opening 33a of the extraction electrode 33 may be formed to substantially coincide with each other. However, in this case, when the in-hole insulating film 37 is formed in the deep hole 36, the hole exceeds the depth E2 of the deep hole 36 to the height where the extraction electrode 33 is formed as shown in FIG. When the inner insulating film 37 is formed, the in-hole insulating film 37 is formed in contact with the extraction electrode 33. Therefore, the surface area of the extraction electrode 33 exposed after the removal of the resist mask 35 is an area in contact with the in-hole insulating film 37. It gets smaller by the minute. Therefore, as shown in FIG. 26B, the contact area between the conductive plug cap 39 and the extraction electrode 33 formed after the removal of the resist mask 35 is also reduced.

これに対し、本実施形態では、前述のようにレジストマスク35は引出し電極33が露出しないように形成されるので、深孔36に孔内絶縁膜37を形成する際に、図21に示すように深孔36の深さE2を超えて引出し電極33の形成されている高さまで孔内絶縁膜37を形成しても、孔内絶縁膜37は、レジストマスク35に接して形成され、引出し電極33に接して形成されることはない。したがって、図26に示すように引出し電極33の一部が露出するようにレジストマスク35を形成する場合に比べ、レジストマスク35の除去後に露出する引出し電極33の表面積を大きくすることができるので、図24に示すようにレジストマスク35の除去後に形成される導電プラグキャップ39と引出し電極33との接触面積を大きくし、引出し電極33と導電プラグキャップ39との接続部分の電気抵抗を小さくすることができる。   On the other hand, in the present embodiment, as described above, the resist mask 35 is formed so that the extraction electrode 33 is not exposed. Therefore, when forming the in-hole insulating film 37 in the deep hole 36, as shown in FIG. Even if the in-hole insulating film 37 is formed to the height at which the extraction electrode 33 is formed beyond the depth E2 of the deep hole 36, the in-hole insulating film 37 is formed in contact with the resist mask 35, and the extraction electrode 33 It is not formed in contact with 33. Therefore, the surface area of the extraction electrode 33 exposed after the removal of the resist mask 35 can be increased compared to the case where the resist mask 35 is formed so that a part of the extraction electrode 33 is exposed as shown in FIG. As shown in FIG. 24, the contact area between the conductive plug cap 39 and the extraction electrode 33 formed after the removal of the resist mask 35 is increased, and the electrical resistance of the connection portion between the extraction electrode 33 and the conductive plug cap 39 is decreased. Can do.

以上のことから、レジストマスク35は、本実施形態のように、引出し電極33が露出しないように形成されることが好ましい。   From the above, the resist mask 35 is preferably formed so that the extraction electrode 33 is not exposed as in the present embodiment.

本発明の実施のさらに他の形態である半導体装置3の製造方法は、本実施形態の貫通電極4の形成方法を含み、さらに以下の工程を付帯するものである。すなわち、図25に示す工程において貫通電極4を形成した後、貫通電極4を形成する際の研磨によって露出した半導体基板31の表面に、前述の図14に示すように絶縁性材料から成る絶縁膜42を形成する。絶縁膜42は、たとえば二酸化ケイ素(SiO)などから成る。次いで、図14に示すように所定の場所において電気的な接続が得られるように、導電性材料から成る表面配線43および突起電極44を形成し、半導体チップ40a,40bを得る。突起電極44は、半導体基板31から突出して設けられる。半導体チップ40aの突起電極44と貫通電極4とは、表面配線43によって電気的に接続される。得られた半導体チップ40a,40bを、電子回路の形成された回路基板41上に、貫通電極4、導電プラグキャップ39、表面配線43および突起電極44を介して積層する。以上のようにして、半導体装置3を製造することができる。 The manufacturing method of the semiconductor device 3 which is still another embodiment of the present invention includes the method of forming the through electrode 4 of the present embodiment and further includes the following steps. That is, after the through electrode 4 is formed in the step shown in FIG. 25, an insulating film made of an insulating material as shown in FIG. 14 is formed on the surface of the semiconductor substrate 31 exposed by polishing when the through electrode 4 is formed. 42 is formed. The insulating film 42 is made of, for example, silicon dioxide (SiO 2 ). Next, as shown in FIG. 14, the surface wiring 43 and the protruding electrode 44 made of a conductive material are formed so that electrical connection is obtained at a predetermined place, and the semiconductor chips 40a and 40b are obtained. The protruding electrode 44 is provided so as to protrude from the semiconductor substrate 31. The protruding electrode 44 and the through electrode 4 of the semiconductor chip 40 a are electrically connected by the surface wiring 43. The obtained semiconductor chips 40a and 40b are stacked on the circuit board 41 on which the electronic circuit is formed via the through electrode 4, the conductive plug cap 39, the surface wiring 43, and the protruding electrode 44. The semiconductor device 3 can be manufactured as described above.

本発明の埋込み電極の形成方法は、以上に述べた実施の第1形態および第2形態のように、半導体基板11,31を貫通する貫通電極2,4を形成する場合に限定されることなく、半導体基板11,31を貫通せず、半導体基板11,31の一方の表面側から半導体基板11,31の内部に達する電極を形成する場合にも用いることができる。このような半導体基板を貫通しない埋込み電極は、半導体基板の内部に形成されたドレイン領域もしくはソース領域に達する電極、またはキャパシタなどとして使用される。なお、このように半導体基板11,31を貫通しない埋込み電極を形成する場合には、図11または図25に示す導電プラグ17,38が露出するまで半導体基板11,31の表面を後退させる工程は不要である。   The method for forming the buried electrode according to the present invention is not limited to the case of forming the through electrodes 2 and 4 penetrating the semiconductor substrates 11 and 31 as in the first and second embodiments described above. Also, it can be used when forming an electrode that does not penetrate through the semiconductor substrates 11 and 31 and reaches the inside of the semiconductor substrates 11 and 31 from one surface side of the semiconductor substrates 11 and 31. Such a buried electrode that does not penetrate the semiconductor substrate is used as an electrode reaching the drain region or the source region formed inside the semiconductor substrate, or a capacitor. In the case where the buried electrode that does not penetrate the semiconductor substrates 11 and 31 is formed as described above, the step of retracting the surface of the semiconductor substrates 11 and 31 until the conductive plugs 17 and 38 shown in FIG. It is unnecessary.

また、本発明の埋込み電極の形成方法は、半導体基板上に設けられる層間絶縁膜の表面に形成された引出し電極または信号配線から半導体基板または下層の層間絶縁膜に達する埋込み電極を形成する場合にも用いることができる。この場合には、図4〜図5または図19〜図20に示す深孔を形成する工程と同様にして、層間絶縁膜の表面から半導体基板または下層の層間絶縁膜に達する深孔を形成する。本発明の埋込み電極の形成方法を用いれば、層間絶縁膜の表面に引出し電極または信号配線を形成した後に埋込み電極を形成しても、層間絶縁膜の表面の引出し電極または信号配線が、深孔に導電層を形成する際に用いられる材料で汚染されることはないので、配線間の短絡の無い信頼性の高い多層配線を形成することができる。   The method for forming a buried electrode according to the present invention is a method for forming a buried electrode reaching a semiconductor substrate or a lower interlayer insulating film from a lead electrode or signal wiring formed on the surface of the interlayer insulating film provided on the semiconductor substrate. Can also be used. In this case, a deep hole reaching the semiconductor substrate or the lower interlayer insulating film from the surface of the interlayer insulating film is formed in the same manner as the step of forming the deep hole shown in FIGS. 4 to 5 or 19 to 20. . According to the method for forming a buried electrode of the present invention, even if the buried electrode is formed after forming the lead electrode or the signal wiring on the surface of the interlayer insulating film, the lead electrode or the signal wiring on the surface of the interlayer insulating film is not a deep hole. In addition, since the conductive layer is not contaminated with the material used for forming the conductive layer, a highly reliable multilayer wiring without a short circuit between the wirings can be formed.

また、本発明の埋込み電極の形成方法は、半導体基板に対して埋込み電極を形成する場合に限定されることなく、樹脂などの絶縁性材料から成る絶縁性基板などの種々の基板に対して埋込み電極を形成する場合にも用いることができる。   In addition, the method of forming the buried electrode according to the present invention is not limited to the case of forming the buried electrode on the semiconductor substrate, but is buried in various substrates such as an insulating substrate made of an insulating material such as resin. It can also be used when forming an electrode.

貫通電極2を有する半導体装置1の構成を模式的に示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 1 having a through electrode 2. 半導体基板11上に、層間絶縁膜12および信号配線13を形成した状態を示す図である。2 is a view showing a state in which an interlayer insulating film 12 and a signal wiring 13 are formed on a semiconductor substrate 11. FIG. レジストマスク14を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the resist mask 14 was formed. 層間絶縁膜12をエッチングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the interlayer insulation film. 深孔15を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the deep hole 15 was formed. 深孔15に孔内絶縁膜16を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the in-hole insulating film 16 in the deep hole 15. FIG. 孔内絶縁膜16を形成する方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the method of forming the insulating film 16 in a hole. 導電プラグ17を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the conductive plug 17 was formed. レジストマスク14を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the resist mask. 表面配線18を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the surface wiring 18 was formed. 貫通電極2を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the penetration electrode 2 was formed. レジストマスク14をパターンマスクとして用いて感光性の絶縁性材料20を充填する方法を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the method of filling the photosensitive insulating material 20 using the resist mask 14 as a pattern mask. CVD法による孔内絶縁膜16の形成における各工程の状態を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the state of each process in formation of the insulating film 16 in the hole by CVD method. 貫通電極4を有する半導体装置3の構成を模式的に示す概略断面図である。2 is a schematic cross-sectional view schematically showing a configuration of a semiconductor device 3 having a through electrode 4. FIG. 図15(a)は、半導体基板31上に、パッシベーション膜32および引出し電極33を形成した状態を示す断面図である。図15(b)は、図15(a)に示すパッシベーション膜32および引出し電極33の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 15A is a cross-sectional view showing a state where the passivation film 32 and the extraction electrode 33 are formed on the semiconductor substrate 31. FIG. 15B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the passivation film 32 and the extraction electrode 33 shown in FIG. 図16(a)は、保護膜34を形成した状態を示す断面図である。図16(b)は、図16(a)に示す保護膜34の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 16A is a cross-sectional view showing a state in which the protective film 34 is formed. FIG. 16B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 formed with the protective film 34 shown in FIG. 図17(a)は、引出し電極33に開口部33aを形成した状態を示す断面図である。図17(b)は、図17(a)に示す引出し電極33に開口部33aの形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 17A is a cross-sectional view showing a state where the opening 33 a is formed in the extraction electrode 33. FIG. 17B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 in which the opening 33a is formed in the extraction electrode 33 shown in FIG. 図18(a)は、レジストマスク35を形成した状態を示す断面図である。図18(b)は、図18(a)に示すレジストマスク35の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 18A is a cross-sectional view showing a state in which a resist mask 35 is formed. FIG. 18B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 on which the resist mask 35 shown in FIG. パッシベーション膜32をエッチングした状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which etched the passivation film 32. FIG. 図20(a)は、深孔36を形成した状態を示す断面図である。図20(b)は、図20(a)に示す深孔36の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 20A is a cross-sectional view showing a state in which the deep hole 36 is formed. FIG. 20B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 formed with the deep hole 36 shown in FIG.

深孔36に孔内絶縁膜37を形成した状態を示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing a state in which an in-hole insulating film 37 is formed in the deep hole 36. FIG. 導電プラグ38を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the conductive plug 38 was formed. レジストマスク35を除去した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state which removed the resist mask. 図24(a)は、導電プラグキャップ39を形成した状態を示す断面図である。図24(b)は、図24(a)に示す導電プラグキャップ39の形成された半導体基板31を矢符50方向から見て示す平面図である。FIG. 24A is a cross-sectional view showing a state where the conductive plug cap 39 is formed. FIG. 24B is a plan view showing the semiconductor substrate 31 formed with the conductive plug cap 39 shown in FIG. 貫通電極4を形成した状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in which the penetration electrode 4 was formed. レジストマスク35が引出し電極33の深孔36に臨む面が露出するように形成される場合において、孔内絶縁膜37および導電プラグキャップ39を形成した状態を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which an in-hole insulating film 37 and a conductive plug cap 39 are formed when the resist mask 35 is formed so that the surface facing the deep hole 36 of the extraction electrode 33 is exposed. 積層構造を有する半導体装置100の構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device 100 which has a laminated structure typically. 半導体基板101上に設けられた層間絶縁膜102に、接続孔103を形成した状態を示す図である。2 is a view showing a state in which a connection hole 103 is formed in an interlayer insulating film 102 provided on a semiconductor substrate 101. FIG. 導電膜104を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the electrically conductive film 104 was formed. 導電膜104上にレジストマスク105を形成した状態を示す図である。FIG. 6 shows a state in which a resist mask 105 is formed on a conductive film 104. 導電膜104をエッチングした状態を示す図である。It is a figure which shows the state which etched the electrically conductive film. レジストマスク105を除去した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which removed the resist mask 105. FIG. 深孔106を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the deep hole. 配線104aを形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state which formed the wiring 104a. 絶縁膜107および導電膜108を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the insulating film 107 and the electrically conductive film 108 were formed. 導電プラグ108aを形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the conductive plug 108a was formed. 貫通電極109を形成した状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which the penetration electrode 109 was formed.

符号の説明Explanation of symbols

1,3 半導体装置
2,4 貫通電極
11,31 半導体基板
12 層間絶縁膜
13 信号配線
14,35 レジストマスク
14a,35a 開口部
15,36 深孔
16,37 孔内絶縁膜
16a,37a 内部空間
17,38 導電プラグ
18,43 表面配線
25a,25b,25c,40a,40b 半導体チップ
26,41 回路基板
27,44 突起電極
32 パッシベーション膜
33 引出し電極
33a 開口部
34 保護膜
34a 開口部
39 導電プラグキャップ
42 絶縁膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,3 Semiconductor device 2,4 Through electrode 11,31 Semiconductor substrate 12 Interlayer insulating film 13 Signal wiring 14,35 Resist mask 14a, 35a Opening 15,36 Deep hole 16,37 In-hole insulating film 16a, 37a Internal space 17 , 38 Conductive plug 18, 43 Surface wiring 25a, 25b, 25c, 40a, 40b Semiconductor chip 26, 41 Circuit board 27, 44 Protruding electrode 32 Passivation film 33 Extraction electrode 33a Opening 34 Protective film 34a Opening 39 Conductive plug cap 42 Insulation film

Claims (13)

素子と前記素子に電気的に接続される信号配線とが形成された基板に埋込まれるように設けられ、前記信号配線に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
前記基板の前記信号配線が形成された面上に、前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを、前記信号配線を覆うように形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記信号配線と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法。
A method of forming a buried electrode provided to be embedded in a substrate on which an element and a signal wiring electrically connected to the element are formed, and electrically connected to the signal wiring,
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position on the surface of the substrate on which the signal wiring is formed so as to form the embedded electrode so as to cover the signal wiring;
Etching the substrate on which the resist mask is formed to form a deep hole;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
And forming a surface wiring for electrically connecting the signal wiring and the conductive layer.
素子と前記素子に電気的に接続される引出し電極とが形成された基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記基板の前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法。
An embedded electrode that is provided so as to be embedded in a position where the extraction electrode is formed on a substrate on which an element and an extraction electrode electrically connected to the element are formed, and is electrically connected to the extraction electrode A forming method comprising:
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position for forming the embedded electrode on the surface of the substrate on which the extraction electrode is formed;
Etching the substrate on which the resist mask is formed to form a deep hole;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
Forming a buried surface electrode for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.
前記表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項または記載の埋込み電極の形成方法。
After the step of forming the surface wiring,
The surface opposite to the substrate of the surface wiring formed surface forming method according to claim 1 or 2, wherein the buried electrode, characterized in that it further comprises the step of retracting to said conductive layer is exposed.
素子と、前記素子を覆うように設けられる層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜上に設けられ前記素子に電気的に接続される引出し電極とが形成された半導体基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ、前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極の形成方法であって、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記半導体基板の前記層間絶縁膜および前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの開口部に対応する部分の前記層間絶縁膜を除去する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に孔内絶縁膜を形成する工程と、
前記孔内絶縁膜の形成された深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする埋込み電極の形成方法。
The extraction electrode of the semiconductor substrate in which an element, an interlayer insulating film provided so as to cover the element, and an extraction electrode provided on the interlayer insulating film and electrically connected to the element are formed. A method of forming a buried electrode provided to be buried in a position and electrically connected to the extraction electrode,
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
On the surface of the semiconductor substrate on which the interlayer insulating film and the extraction electrode are formed, a resist mask having an opening at a position where the extraction electrode is removed and at a predetermined position to form the embedded electrode Forming, and
Removing the interlayer insulating film in a portion corresponding to the opening of the resist mask;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Forming an in-hole insulating film in the deep hole while leaving the resist mask;
Filling the deep hole in which the in-hole insulating film is formed with a conductive material up to a height at which a resist mask is formed by a printing method, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
Forming a buried surface electrode for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer.
前記半導体基板の前記層間絶縁膜および前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程では、
前記レジストマスクを、前記引出し電極が露出しないように形成することを特徴とする請求項記載の埋込み電極の形成方法。
On the surface of the semiconductor substrate on which the interlayer insulating film and the extraction electrode are formed, a resist mask having an opening at a position where the extraction electrode is removed and at a predetermined position to form the embedded electrode In the process of forming,
5. The method of forming a buried electrode according to claim 4 , wherein the resist mask is formed so that the extraction electrode is not exposed.
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記半導体基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項または記載の埋込み電極の形成方法。
After the step of forming the surface wiring that electrically connects the extraction electrode and the conductive layer,
It said semiconductor substrate surface opposite to the surface wiring formed surface forming method according to claim 4 or 5, wherein the buried electrode, characterized in that it further comprises the step of retracting to said conductive layer is exposed.
前記レジストマスクを除去する工程は、
溶剤を用いて前記レジストマスクを剥離する工程であることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1つに記載の埋込み電極の形成方法。
The step of removing the resist mask includes:
Method of forming a buried electrode according to any one of claims 1-6, characterized in that the step of removing the resist mask using a solvent.
前記深孔に導電層を形成する工程は、
前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電性材料を充填する工程を含むことを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1つに記載の埋込み電極の形成方法。
The step of forming a conductive layer in the deep hole includes:
Wherein the deep hole, any one of claims 1-7, characterized in that it comprises a step of filling a conductive material is filled with a conductive material to a height resist mask is formed by a printing method A method for forming a buried electrode according to claim 1.
前記深孔に導電層を形成する工程は、
前記深孔に導電性材料を充填する工程の後に、前記導電性材料を加熱する工程をさらに含み、
前記導電性材料は、粒子径が1nm以上10nm以下である導電性粒子を含むことを特徴とする請求項に記載の埋込み電極の形成方法。
The step of forming a conductive layer in the deep hole includes:
The method further includes the step of heating the conductive material after the step of filling the deep hole with the conductive material,
The method for forming an embedded electrode according to claim 8 , wherein the conductive material includes conductive particles having a particle diameter of 1 nm to 10 nm.
前記導電層は、金、銀、銅およびニッケルのうちの少なくとも1つを主成分とすることを特徴とする請求項1〜のうちのいずれか1つに記載の埋込み電極の形成方法。 The conductive layer of gold, silver, the method of forming the buried electrode according to any one of claims 1-9, characterized in that the copper and based on at least one of nickel. 半導体基板と、前記半導体基板に設けられる素子と、前記半導体基板に設けられ前記素子に電気的に接続される信号配線と、前記半導体基板に埋込まれるように設けられ前記信号配線に電気的に接続される埋込み電極とを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に、素子および前記素子に電気的に接続される信号配線を形成する工程と、
前記半導体基板の前記信号配線が形成された面上に、前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを、前記信号配線を覆うように形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記信号配線と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate; an element provided on the semiconductor substrate; a signal wiring provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the element; and embedded in the semiconductor substrate and electrically connected to the signal wiring. A method of manufacturing a semiconductor device having a buried electrode to be connected,
Forming an element and a signal wiring electrically connected to the element on a semiconductor substrate;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form the embedded electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the signal wiring is formed, so as to cover the signal wiring;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
Forming a surface wiring for electrically connecting the signal wiring and the conductive layer.
半導体基板と、前記半導体基板に設けられる素子と、前記半導体基板に設けられ前記素子に電気的に接続される引出し電極と、前記半導体基板の前記引出し電極の形成された位置に埋込まれるように設けられ前記引出し電極に電気的に接続される埋込み電極とを有する半導体装置の製造方法であって、
半導体基板に、素子および前記素子に電気的に接続される引出し電極を形成する工程と、
少なくとも前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置の前記引出し電極を除去する工程と、
前記半導体基板の前記引出し電極が形成された面上に、前記引出し電極の除去された位置であって前記埋込み電極を形成するべく予め定められる位置に開口部を有するレジストマスクを形成する工程と、
前記レジストマスクの形成された前記半導体基板をエッチングし、深孔を形成する工程と、
前記レジストマスクを残した状態で前記深孔に、印刷法によってレジストマスクが形成されている高さまで導電性材料を充填して導電層を形成する工程と、
前記レジストマスクを除去する工程と、
前記引出し電極と前記導電層とを電気的に接続する表面配線を形成する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A semiconductor substrate, an element provided on the semiconductor substrate, an extraction electrode provided on the semiconductor substrate and electrically connected to the element, and embedded in a position where the extraction electrode is formed on the semiconductor substrate A method of manufacturing a semiconductor device having a buried electrode provided and electrically connected to the extraction electrode,
Forming an element and an extraction electrode electrically connected to the element on a semiconductor substrate;
Removing at least the extraction electrode at a predetermined position to form the embedded electrode;
Forming a resist mask having an opening at a predetermined position to form the buried electrode on the surface of the semiconductor substrate on which the extraction electrode is formed;
Etching the semiconductor substrate on which the resist mask is formed to form deep holes;
Filling the deep hole with a conductive material up to a height at which the resist mask is formed by a printing method while leaving the resist mask, and forming a conductive layer;
Removing the resist mask;
Forming a surface wiring for electrically connecting the extraction electrode and the conductive layer. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記表面配線を形成する工程の後に、
前記表面配線が形成された面の反対側の前記半導体基板の表面を、前記導電層が露出するまで後退させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項11または12記載の半導体装置の製造方法。
After the step of forming the surface wiring,
It said semiconductor substrate surface opposite to the surface wiring formed surface, a method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11 or 12, wherein said conductive layer is characterized in that it further comprises the step of retracting to expose.
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