JP5171877B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
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かかる半導体装置の製造方法を図5に示す。図5に示す製造方法では、図5(a)に示す様に、半導体素子が造り込まれた半導体基板としてのシリコン基板100の一面側に、半導体素子の電極に接続されたパッド102,102を形成した後、エポキシ樹脂をシリコン基板100の両面に塗布して第1樹脂層104,104を形成する[図5(b)]。
更に、パッド102,102の各中心を狙い、レーザ加工によって第1樹脂層104,104、シリコン基板100及びパッド102を貫通する貫通孔106,106を形成する[図5(c)]。
この様にして形成した貫通孔106,106及び樹脂層104,104を覆うように形成した、図5(d)に示す第2樹脂層108の両面に研磨を施して薄くし[図5(e)]、第2樹脂層108に充填された貫通孔106,106の中心を狙ってレーザ加工を施す。かかるレーザ加工によって、貫通孔106の内壁面を形成する絶縁層が第2樹脂層108から成るスルーホール110が形成される[図5(f)]。
しかし、図5に示す製造方法では、シリコン基板100を貫通する貫通孔106は、パッド102,102の各中心を狙って、第1樹脂層104,104、シリコン基板100及びパッド102を貫通するレーザ加工によって形成する。
更に、貫通孔106の内壁面に絶縁層を形成したスルーホール110は、第2樹脂層108に充填された貫通孔106の中心を狙って、貫通孔106に充填された第2樹脂層108を貫通するレーザ加工によって形成する。
この様に、パッド102の中心や樹脂に充填された貫通孔106の中心を狙ったレーザ加工を行なうには、その位置決めに細心の注意を払うことを要し、生産性の向上を図ることは困難である。
しかも、スルーホール110内に電解めっきによって金属を充填する際には、スルーホール110の入口近傍に電荷が集中し易いため、スルーホール110内にボイドを形成することなく金属を充填することは困難である。このため、シリコン基板100に形成された多数個のスルーホール110の各々にボイドを形成することなく金属を確実に充填することは至難のことである。
更に、シリコン基板100の半導体素子形成面側は、半導体素子からの熱が最も放熱される面であるが、ヴィア116の端面が露出し、且つ半導体素子の電極端子とヴィア116とを電気的に接続するパターンを形成等するため、放熱板等の放熱手段を設けて放熱性を向上することもできない。
そこで、本発明の課題は、半導体基板の一面側に形成された半導体素子の電極端子と、この半導体基板の他面側に形成された外部接続端子用のパッドとを電気的に接続する距離を可及的に短距離にできる半導体装置、及びこの半導体装置を容易に製造できる半導体装置の製造方法を提供することにある。
また、半導体基板の一面側に、SiO2又はSiNから成る絶縁層を形成することにより、凹部の内壁面に絶縁層を容易に形成でき、半導体基板と柱状導体部とを確実に絶縁できる。
更に、半導体基板に形成する第1凹部を、反応性イオンエッチングによって形成することによって、レーザ加工による場合に比較して、開口径と底面径とが略同一径で且つアスペクト比の大きな凹部を容易に形成できる。
このため、半導体素子の電極端子とパッドとは、可及的に最短距離で電気的に接続することができ、高周波用の半導体装置に適している。
更に、半導体基板の半導体素子の形成面側は、絶縁層によって覆われているため、半導体基板の半導体素子形成面側に放熱板等の放熱手段を設けることができ、半導体装置の放熱性を向上できる。
また、形成された二段凹部内に電解めっきによって金属を充填することは、貫通孔内に電解めっきによって金属を充填する場合に比較して容易であり、二段凹部内に柱状導体部を容易に形成でき、半導体基板を用いた半導体装置を容易に製造できる。
先ず、図1(a)に示す様に、一面側に半導体素子12,12が造り込まれた半導体基板としてのシリコン基板10を準備する。このシリコン基板10には、半導体素子12の各電極端子12aからアルミ製のパターン14が、半導体素子12の外周縁近傍まで延出されている。かかる半導体素子12及びパターン14は、SiO2から成る絶縁層16によって覆われていると共に、パターン14とシリコン基板10の一面側面との間もSiO2から成る絶縁層16によって、半導体であるシリコン基板10と確実に絶縁されている。
このシリコン基板10の他面側にフォトレジスト18を塗布し、凹部20を開口するシリコン基板10の他面側の部分20aを露出し[図1(b)]、反応性イオンエッチングによって凹部20を形成する[図1(c)]。
かかる反応性イオンエッチングは、いわゆるD−RIEと称されているエッチング方法であって、例えばSF6プラズマによるエッチングとC4F8プラズマによる凹部内周面の薄膜形成(デポジット)とを交互にシリコン基板10の部分20aに施すことによって、シリコン基板10に凹部20を形成するものである。この反応性イオンエッチングを、シリコン基板10の一面側に形成したSiO2から成る絶縁層16に到達した時点で終了することによって、開口径と底面径とが略同一径で且つアスペクト比の大きな凹部を形成できる。
一方、レーザ加工によってシリコン基板10に凹部を形成すると、開口径が底面径よりも大きいすり鉢形状の凹部が形成され易いため、形成する凹部の深さに限界が存在する。
更に、凹部20の底部を形成する絶縁層16、22には、エキシマレーザ等のレーザ加工を施し、凹部20の底面に開口する凹部24を形成する[図1(f)]。この凹部24の開口径は、凹部20の底面径よりも小径であって、凹部20,24から成る二段凹部25の底面には、パターン14のシリコン基板側面が露出する。
尚、絶縁層16、22の合計厚さは、シリコン基板10よりも充分に薄く、レーザ加工によっても実質的に円筒状の凹部24を形成できる。
かかる金属層26上に積層したドライフィルム28に、二段凹部25及びその外周縁近傍の金属層26が露出するようにパターニングを施した後[図2(h)]、金属層26を給電層とする電解銅めっきによって、二段凹部25を銅で充填してパターン14のシリコン基板側面に一端部が接続された柱状導体部30を形成すると共に、金属層26の露出面に柱状導体部30の他端部に接続されたパッド32を形成する[図2(i)]。この電解銅めっきとしては、例えば特開2001−291954号公報に記載されている電解銅めっきを採用できる。
形成したパッド32,32・・には、その各々の厚さや表面の平坦性を均一化すべく、図2(j)に示す様に、酸系研磨剤を用いた研磨[CMP(Chemical Mechanical Polishing)]を施す。
かかる研磨を施したパッド32,32・・の各面には、電解ニッケルめっきで形成したNi層上に、電解金めっきによって形成した薄膜状のAu層から成る保護層34を形成した後、ドライフィルム28を剥離する[図2(k)(l)]。
その後、パッド32,32・・の一部を形成する部分を除く薄膜状の金属層26をエッチングによって剥離し、図2(m)に示す半導体装置を形成できる。
更に、パターン14は、シリコン基板10の他面側に形成されたパッド32と柱状導体部30によって電気的に接続され、パッド32には、はんだボール36等の外部接続端子を装着できる。
したがって、図2(m)に示す半導体装置は、シリコン基板10の他面側を実装基板に向けて実装されるため、半導体素子12,12が設けられたシリコン基板10の一面側には、放熱フィン等の放熱手段を装着でき、その放熱性を向上できる。
また、シリコン基板10の一面側に形成されたパターン14とシリコン基板10の他面側に形成されたパッド32との電気的な接続は、シリコン基板10の他面側に開口され、側壁面が絶縁層22によって覆われ且つ底面にパターン14の半導体素子近傍のシリコン基板側面が露出する二段凹部25内に形成された銅から成る柱状導体部30によってなされる。この柱状導体部30は、二段凹部25内にめっきによって金属を充填して形成したものであって、その一端部がパターン14の半導体素子近傍のシリコン基板側面に接続されていると共に、その他端部にパッド32が一体に形成されている。
かかるパッド32は、絶縁層22及び柱状導体部30によって充填された二段凹部25の開口部上に形成されており、パッド32の表面にはんだボール36等の外部接続端子を装着できる。
この様に、図2(m)に示す半導体装置では、シリコン基板10の一面側に形成された半導体素子12の電極端子12aとシリコン基板10の他面側に形成されたパッド32との間を可及的に最短距離で電気的に接続することができる。このため、図2(m)に示す半導体装置は高周波用の半導体装置に適している。
先ず、図3(a)に示す様に、一面側に半導体素子12,12が造り込まれた半導体基板としてのシリコン基板10を準備する。このシリコン基板10には、半導体素子12の各電極端子12aからアルミ製のパターン14が、半導体素子12の外周縁近傍まで延出されている。かかるパターン14の半導体素子12の外周縁から延出された延出部分の一部がシリコン基板10の一面側に当接している当接部14aである。
この半導体素子12及びパターン14は、SiO2から成る絶縁層16によって覆われていると共に、パターン14の当接部14aを除く部分とシリコン基板10の一面側面との間もSiO2から成る絶縁層16によって、半導体であるシリコン基板10と絶縁されている。
このシリコン基板10の他面側にフォトレジスト18を塗布し、パターン14の当接部14aに対応する部分20aのシリコン基板10の他面側を露出し[図3(b)]、反応性イオンエッチングによって凹部20を形成する[図3(c)]。この凹部20の底面には、パターン14の当接部14aが露出する。
尚、この反応性イオンエッチングは、図1(c)で凹部20を形成した反応性イオンエッチングと同一のものである。
この様に、柱状導体部38が立設されている凹部20内には、ポッティングによって樹脂を充填し、キュア等を施して樹脂層40を形成する[図3(e)]。この柱状導体部38及び樹脂層40によって凹部20を充填できる。
更に、シリコン基板10の他面側には、柱状導体部38の先端部が突出しているため、シリコン基板10の他面側に研磨を施して平坦面に形成した後[図3(f)]、研磨面にソルダ−レジストを塗布して絶縁層42を形成する[図3(g)]。
次いで、シリコン基板10の他面側の全面に、薄い金属層26をスパッタリング又はCVD(化学気相蒸着)法によって形成する[図4(i)]。この金属層26は、Ti層上にCu層が形成されている。
かかる金属層26上に積層したドライフィルム28に、凹部20の外周縁及びその近傍の絶縁層42及び凹部20の開口部に対応する金属層26が露出するようにパターニングを施した後[図4(j)]、金属層26を給電層とする電解めっきによって、金属層26が露出する露出面に金属層44を形成する。この金属層44は、Ni層上にAu層が形成されている。
その後、ドライフィルム28を除去した後[図4(l)]、金属層44をマスクとして金属層26の露出している部分をエッチングで除去し、柱状導体部38の端部に接続されたパッド46を形成できる[図4(m)]。
また、図4(m)に示す半導体装置においても、シリコン基板10の一面側に形成された半導体素子12の電極端子12aとシリコン基板10の他面側に形成されたパッド46との間を可及的に最短距離で電気的に接続することができる。
以上、説明してきた半導体基板としては、シリコン基板10を用いたが、GaAs基板を用いることができる。
更に、絶縁層16,22としては、SiO2から成る絶縁層を形成していたが、SiNから成る絶縁層を形成してもよい。
尚、図2(m)及び図4(m)に示す半導体装置は、シリコンウェーハに複数個の半導体装置を形成し、個変に切り分けて得てもよい。
12a 電極端子
12 半導体素子
14 パターン
14a 当接部
16,22,42 絶縁層
20,24 凹部
25 二段凹部
26 金属層
30,38 柱状導体部
32,46 パッド
40 樹脂層
Claims (8)
- 半導体素子が造り込まれた半導体素子形成面を一面とする半導体基板と、
前記半導体基板の一面側で前記半導体素子の電極端子から延出するパターンと、
前記半導体基板の一面と前記パターンとの間にも在して前記半導体素子及びパターンを覆う第1絶縁層と、
前記半導体基板の他面側が開口し、前記半導体基板の一面と前記パターンとの間の前記第1絶縁層が底面で露出されて前記半導体素子近傍の前記半導体基板に形成された第1凹部と、
前記第1凹部の内壁面及び底面、並びに前記半導体基板の他面を覆う第2絶縁層と、
前記第1凹部の底面側が開口し、前記第2絶縁層及び前記第1絶縁層から前記パターンが底面で露出されて前記第1及び第2絶縁層に形成され、前記第1凹部の内壁面が前記第2絶縁層で覆われて小径になった該第1凹部の底面径よりも小径の第2凹部と、
前記第1及び第2凹部で構成される凹部内を金属で充填してなり、一端部が前記パターンの半導体基板側面と接続された柱状導体部と、
前記パターン及び前記柱状導体部を介して前記半導体素子の電極端子と電気的に接続され、前記半導体基板の他面側で前記凹部を覆うように形成され、前記柱状導体部の他端部及び該他端部外周の前記第2絶縁層上の外部接続端子用のパッドと、
を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記柱状導体部及びパッドが、めっきによって一体に形成されている請求項1記載の半導体装置。
- 前記第1凹部が、反応性イオンエッチング加工によって形成されたものであり、
前記第2凹部が、レーザ加工によって形成されたものである請求項1又は2記載の半導体装置。 - 前記第1及び第2絶縁層が、SiO2又はSiNから成る絶縁層である請求項1、2又は3記載の半導体装置。
- 半導体素子が一面側に造り込まれた半導体基板の半導体素子形成面側には、前記半導体素子の電極端子から延出されたパターンと、前記半導体基板の一面と前記パターンとの間にも在して前記半導体素子及びパターンを覆う第1絶縁層とが形成され、前記半導体基板の他面側には、前記パターンと電気的に接続された外部接続端子用のパッドが形成された半導体装置を製造する際に、
前記半導体素子近傍の前記半導体基板に、該半導体基板の他面側に開口され、前記半導体基板の一面と前記パターンとの間の前記第1絶縁層に到達し、底面で前記第1絶縁層を露出する第1凹部を形成し、
前記第1凹部の内壁面及び底面上、並びに前記半導体基板の他面上に、第2絶縁層を形成し、
前記第1凹部の底面側が開口し、前記第2絶縁層及び前記第1絶縁層から前記パターンが露出され、前記第1凹部の内壁面が前記第2絶縁層で覆われて小径になった該第1凹部の底面径よりも小径の第2凹部を形成し、
前記第1及び第2凹部で構成される凹部内を金属で充填して前記パターンの半導体基板側面に一端部が接続された柱状導体部を形成し、
前記半導体基板の他面側で前記凹部の開口を覆うように、前記柱状導体部の他端部及び該他端部外周の前記第2絶縁層上に前記パッドを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記柱状導体部及びパッドをめっきによって一体に形成する請求項5記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1凹部を、反応性イオンエッチングによって形成し、
前記第2凹部を、レーザ加工によって形成する請求項5又は6記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1及び第2絶縁層として、SiO2又はSiNから成る絶縁層を形成する請求項5、6又は7記載の半導体装置の製造方法。
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