JP5333435B2 - Capacitor with through electrode, method for manufacturing the same, and semiconductor device - Google Patents

Capacitor with through electrode, method for manufacturing the same, and semiconductor device Download PDF

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Abstract

Provided are a capacitor which has a through electrode, suppresses manufacture failure and has a high degree of freedom in manufacturing process, a method for manufacturing such capacitor, and a semiconductor device. The capacitor is provided with a substrate (2) having a plurality of through holes (4); through electrodes (7) applied in the through holes (4); an insulating cover film (8) formed on a first main surface (2A) of the substrate (2); a capacitor structure (13) formed on the insulating cover film (8); a protection insulating film (14) covering the capacitor structure (13); and a plurality of connecting pads (15), which are electrically connected with at least a part of the capacitor structure (13) through capacitor connecting vias (20, 21) that penetrate the protection insulating film (14) and are also electrically connected with the corresponding through electrodes (7) through a through electrode connecting via (9) which penetrates the protection insulating film (14) and the insulating cover film (8).

Description

本発明は、貫通電極付きキャパシタおよびその製造方法に関する。また、前記貫通電極付きキャパシタを搭載した半導体装置に関する。   The present invention relates to a capacitor with a through electrode and a method for manufacturing the same. The present invention also relates to a semiconductor device on which the capacitor with the through electrode is mounted.

LSI(Large Scale Integration(集積回路装置))のスイッチングノイズ対策として、半導体チップの直下にデカップリングキャパシタとしてのインターポーザ型キャパシタを接続した構造の半導体パッケージや、その実装構造について研究開発がなされている。   As countermeasures against switching noise in LSI (Large Scale Integration), research and development have been conducted on a semiconductor package having a structure in which an interposer type capacitor as a decoupling capacitor is connected immediately below a semiconductor chip and its mounting structure.

一般に、クロック動作による急激な負荷(電流)iがLSIに加わると、電源およびLSI間の配線に存在する抵抗RとインダクタンスLとによって、下記の式(1)で示される電圧降下ΔVが生じる。
△V=R×i−L×(di/dt)・・・・・・(1)
デカップリングキャパシタは、この電圧降下ΔVを小さくするために、LSIに接続される電源ラインと接地ラインとの間に並列に接続される。
In general, when an abrupt load (current) i due to a clock operation is applied to an LSI, a voltage drop ΔV represented by the following equation (1) is generated by a resistance R and an inductance L existing in a power supply and wiring between LSIs.
ΔV = R × i−L × (di / dt) (1)
The decoupling capacitor is connected in parallel between the power supply line connected to the LSI and the ground line in order to reduce the voltage drop ΔV.

しかしながら、上記式(1)で表される電圧降下△Vは、デカップリングキャパシタの等価直列抵抗(ESR:Equivalent Series Resistance)、等価直列インダクタンス(ESL:Equivalent Series Inductance)の影響によっても生じる。また、電圧降下△Vは、デカップリングキャパシタからLSIまでの配線抵抗R1、配線インダクタンスL1の影響によっても生じる。   However, the voltage drop ΔV represented by the above formula (1) also occurs due to the influence of the equivalent series resistance (ESR) and equivalent series inductance (ESL) of the decoupling capacitor. The voltage drop ΔV is also caused by the influence of the wiring resistance R1 and the wiring inductance L1 from the decoupling capacitor to the LSI.

近年、クロック周波数がGHzのオーダーに達し、デカップリングキャパシタとLSI間の配線によるインダクタンスL1が無視できなくなってきた。これに対応するため、配線インダクタンスL1を限りなく小さくできるインターポーザ型キャパシタが開発されている。このようなインターポーザ型キャパシタは、例えば、特許文献1〜6に開示されている。一例として、図9に、特許文献1に開示されたチップキャリア型キャパシタの概略構造を示す。   In recent years, the clock frequency has reached the order of GHz, and the inductance L1 due to the wiring between the decoupling capacitor and the LSI cannot be ignored. In order to cope with this, an interposer type capacitor capable of reducing the wiring inductance L1 as much as possible has been developed. Such interposer type capacitors are disclosed in, for example, Patent Documents 1 to 6. As an example, FIG. 9 shows a schematic structure of a chip carrier type capacitor disclosed in Patent Document 1.

チップキャリア型キャパシタ100は、図9に示すように、各ビア中に貫通電極101が形成された基板102を有する。そして、この基板102上に、下部電極103、誘電体104および上部電極105からなるキャパシタ構造106が形成されている。このような構成は、貫通電極101が予め形成された基板102上にキャパシタ構造106を形成することによって製造される。   As shown in FIG. 9, the chip carrier type capacitor 100 includes a substrate 102 in which a through electrode 101 is formed in each via. A capacitor structure 106 including a lower electrode 103, a dielectric 104 and an upper electrode 105 is formed on the substrate 102. Such a configuration is manufactured by forming the capacitor structure 106 on the substrate 102 on which the through electrode 101 is previously formed.

なお、特許文献7については、後述する。
特開2002−8942号公報 特開2005−33195号公報 特開2001−338836号公報 特開2006−253631号公報 特開2005−123250号公報 特許第3465464号公報 特開2004−123250号公報
Patent Document 7 will be described later.
JP 2002-8942 A JP 2005-33195 A JP 2001-338836 A JP 2006-253631 A JP-A-2005-123250 Japanese Patent No. 3465464 JP 2004-123250 A

しかしながら、上記特許文献1のように、基板102上に貫通電極101を形成し、その後にキャパシタ構造106を形成する方法は、以下の点において問題があった。すなわち、キャパシタ構造106の形成工程中に行われる基板102の加熱処理により、製造不良が生じやすいという問題があった。   However, the method of forming the through electrode 101 on the substrate 102 and subsequently forming the capacitor structure 106 as in Patent Document 1 has the following problems. That is, there is a problem in that manufacturing defects are likely to occur due to the heat treatment of the substrate 102 performed during the formation process of the capacitor structure 106.

これに対して、キャパシタ構造を基板に形成した後に別途、貫通電極を形成する方法も考えられる。しかしながら、その場合には、キャパシタ構造が存在することで貫通電極の製造プロセスが制限されてしまうという問題がある。例えば、貫通電極を形成する際、基板にクラックが発生し、そのクラックがキャパシタ構造まで進展して不良になる恐れがある。また、基板に貫通孔を設ける際、キャパシタ構造がエッチングされないプロセスに制限されてしまう。   On the other hand, a method of forming a through electrode separately after forming the capacitor structure on the substrate is also conceivable. However, in that case, there is a problem that the manufacturing process of the through electrode is limited due to the existence of the capacitor structure. For example, when the through electrode is formed, a crack is generated in the substrate, and the crack may progress to the capacitor structure and become defective. Further, when the through hole is provided in the substrate, the process is limited to a process in which the capacitor structure is not etched.

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造不良を抑制し、かつ、製造プロセスの自由度の高い貫通電極付きキャパシタ、その製造方法および半導体装置を提供することである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a capacitor with a through electrode that suppresses manufacturing defects and has a high degree of freedom in manufacturing processes, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device. Is to provide.

本発明に係る貫通電極付きキャパシタは、複数の貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、前記基板の第1主面上に形成された無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜と、前記絶縁性カバー膜の上に形成され、下部電極と誘電体と上部電極とからなる複数のキャパシタ構造と、前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、前記キャパシタ構造の少なくとも一部と、前記保護絶縁膜を貫通するキャパシタ接続用ビアを介して電気的に接続され、かつ、対応する前記貫通電極と、前記保護絶縁膜および前記絶縁性カバー膜を貫通する前記貫通電極より小さい径からなる貫通電極接続用ビアを介して電気的に接続される複数の接続パッドとを備えるものである。そして、前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して前記上部電極に電気的に接続されており、前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されているものである。
A capacitor with a through electrode according to the present invention includes a substrate having a plurality of through holes, a through electrode made of a conductor filled in each of the through holes, and an inorganic formed on the first main surface of the substrate. An insulating cover film made of an insulator, a plurality of capacitor structures formed on the insulating cover film and made of a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode, a protective insulating film covering the capacitor structure, and the capacitor at least a portion of the structure, the insulation layer is electrically connected through a capacitor connecting vias through and a corresponding said through electrodes, said through said protective insulating film and the insulating cover layer And a plurality of connection pads electrically connected through through-electrode connecting vias having a smaller diameter than the through-electrode . At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through the capacitor connection via, and at least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is , And electrically connected to the lower electrode through the capacitor connecting via.

本発明の第1の態様に係る半導体装置は、上記貫通電極付きキャパシタを搭載したものである。   A semiconductor device according to the first aspect of the present invention is one in which the capacitor with a through electrode is mounted.

本発明の第2の態様に係る半導体装置は、第1部品と第2部品の間に配置され、これらを電気的に接続する貫通電極付きキャパシタを具備し、前記貫通電極付きキャパシタは、複数の貫通孔を有する基板と、前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、前記基板上に形成された無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜と、前記絶縁性カバー膜の上に形成され、下部電極と誘電体と上部電極とからなる複数のキャパシタ構造と、前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、前記キャパシタ構造の少なくとも一部と、前記保護絶縁膜を貫通するキャパシタ接続用ビアを介して電気的に接続され、かつ、対応する前記貫通電極と、前記保護絶縁膜および前記絶縁性カバー膜を貫通する前記貫通電極より小さい径からなる貫通電極接続用ビアを介して電気的に接続される複数の接続パッドとを備えるものである。そして、前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されており、前記第1部品が、半導体素子であり、前記第2部品が、半導体素子、又は実装基板である。
The semiconductor device according to the second aspect of the present invention includes a capacitor with a through electrode that is disposed between the first component and the second component and electrically connects them, and the capacitor with the through electrode includes a plurality of capacitors. A substrate having a through hole, a through electrode made of a conductor filled in each of the through holes, an insulating cover film made of an inorganic insulator formed on the substrate, and an upper surface of the insulating cover film A plurality of capacitor structures formed of a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode; a protective insulating film covering the capacitor structure; at least a part of the capacitor structure; and a capacitor connection penetrating the protective insulating film are electrically connected through via, and a corresponding said through electrode, for the protective insulating film and the made of smaller diameter than the penetrating electrode penetrating the insulating cover layer through electrodes connected Those having a plurality of connection pads that are electrically connected via the A. At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode via the capacitor connection via, and is at least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode. Are electrically connected to the lower electrode through the capacitor connection via, the first component is a semiconductor element, and the second component is a semiconductor element or a mounting substrate.

本発明に係る貫通電極付きキャパシタの製造方法は、基板に複数の貫通孔を形成し、前記貫通孔の各々の内部に導体を充填して複数の貫通電極を形成し、前記基板の第1主面上に、無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜を形成し、前記絶縁性カバー膜の上に、下部電極層、誘電体層、上部電極層をこの順に積層し、前記下部電極層、誘電体層、上部電極層のパターンを形成した後に、前記第1主面を被覆するように保護絶縁膜を形成し、前記保護絶縁膜の表面から、前記上部電極層の表面まで貫通するビア、前記下部電極層の表面まで貫通するビア、および前記貫通電極の表面まで貫通する前記貫通電極より小さい径からなるビアを形成し、前記保護絶縁膜上に複数の接続パッドを形成するものである。

In the method of manufacturing a capacitor with a through electrode according to the present invention, a plurality of through holes are formed in a substrate, a conductor is filled in each of the through holes to form a plurality of through electrodes, and the first main body of the substrate is formed. An insulating cover film made of an inorganic insulator is formed on the surface, and a lower electrode layer, a dielectric layer, and an upper electrode layer are laminated on the insulating cover film in this order, and the lower electrode layer and the dielectric After forming the pattern of the layer and the upper electrode layer, a protective insulating film is formed so as to cover the first main surface, and the via that penetrates from the surface of the protective insulating film to the surface of the upper electrode layer, the lower part Vias penetrating to the surface of the electrode layer and vias having a smaller diameter than the penetrating electrode penetrating to the surface of the through electrode are formed, and a plurality of connection pads are formed on the protective insulating film.

本発明によれば、製造不良を抑制し、かつ、製造プロセスの自由度の高い貫通電極付きキャパシタ、その製造方法および半導体装置を提供することができるという優れた効果を有する。   According to the present invention, it is possible to provide a capacitor with a through electrode, a manufacturing method thereof, and a semiconductor device that can suppress manufacturing defects and have a high degree of freedom in manufacturing processes.

本発明を実施するための形態に係る貫通電極付きキャパシタの模式的断面図である。It is a typical sectional view of a capacitor with a penetration electrode concerning a form for carrying out the present invention. 本発明を実施するための半導体装置の一例を示す模式的断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the semiconductor device for implementing this invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの模式的断面図を示す。図3のII−II線に沿った概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a capacitor with a through electrode according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing in alignment with the II-II line of FIG. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの構成を示す概略平面図である。It is a schematic plan view which shows the structure of the capacitor with a penetration electrode by 1st Embodiment of this invention. 図2の本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタに裏面パッドおよびカバー樹脂を設けたときの構成を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows a structure when a back surface pad and cover resin are provided in the capacitor with a penetration electrode by 1st Embodiment of this invention of FIG. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタを実装したときの半導体装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of a semiconductor device when mounting the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is a manufacturing process sectional view of the capacitor with a penetration electrode by a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタに裏面パッドおよびカバー樹脂を設けたときの構成を示す概略側面図である。It is a schematic side view which shows a structure when a back surface pad and cover resin are provided in the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing of the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing of the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing of the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing of the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態による貫通電極付きキャパシタの製造工程断面図である。It is manufacturing process sectional drawing of the capacitor with a penetration electrode by 2nd Embodiment of this invention. 特許文献1に記載のチップキャリア型キャパシタの概略構造を示す部分断面図である。6 is a partial cross-sectional view showing a schematic structure of a chip carrier type capacitor described in Patent Document 1. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 貫通電極付きキャパシタ
2 基板
3 表面絶縁膜(第1絶縁膜)
4 貫通孔
5 側壁絶縁膜(第1絶縁膜)
6 裏面絶縁膜
7 貫通電極
8 絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)
9 ビア
10 下部電極
11 誘電体
12 上部電極
13 キャパシタ構造
14 保護絶縁膜
16 下部電極接続パッド
17 上部電極接続パッド
18 キャパシタ未接続パッド
20 下部電極接続ビア
21 上部電極接続ビア
23 裏面パッド
24 カバー樹脂
25 実装基板
26 半導体素子
31 貫通電極付きキャパシタ
32 基板
33 表面絶縁膜
50 半導体装置
1 Capacitor with Through Electrode 2 Substrate 3 Surface Insulating Film (First Insulating Film)
4 Through-hole 5 Side wall insulating film (first insulating film)
6 Back surface insulating film 7 Through electrode 8 Insulating cover film (second insulating film)
9 Via 10 Lower electrode 11 Dielectric 12 Upper electrode 13 Capacitor structure 14 Protective insulating film 16 Lower electrode connection pad 17 Upper electrode connection pad 18 No capacitor connection pad 20 Lower electrode connection via 21 Upper electrode connection via 23 Back pad 24 Cover resin 25 Mounting substrate 26 Semiconductor element 31 Capacitor 32 with through electrode Substrate 33 Surface insulating film 50 Semiconductor device

図1Aに、本発明を実施するための形態に係る貫通電極付きキャパシタの模式的断面図を示す。貫通電極付きキャパシタ1aは、図1Aに示すように、複数の貫通孔4aを有するインターポーザ基板(以下、「基板」と略す)2aを備える。貫通孔4aの各々の内部には、導体からなる貫通電極7aが充填されている。基板2aの第1主面2A上には、絶縁性カバー膜8a、キャパシタ構造13a、保護絶縁膜14a、接続パッド15a等が形成されている。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a capacitor with a through electrode according to an embodiment for carrying out the present invention. As shown in FIG. 1A, the capacitor with a through electrode 1a includes an interposer substrate (hereinafter abbreviated as “substrate”) 2a having a plurality of through holes 4a. Each through hole 4a is filled with a through electrode 7a made of a conductor. An insulating cover film 8a, a capacitor structure 13a, a protective insulating film 14a, a connection pad 15a, and the like are formed on the first main surface 2A of the substrate 2a.

キャパシタ構造13aは、下部電極10a、誘電体11a、上部電極12aからなり、絶縁性カバー膜8aの上に形成されている。保護絶縁膜14aは、キャパシタ構造13aを被覆するように形成されている。また、接続パッド15aは、キャパシタ構造13aの少なくとも一部と、保護絶縁膜14aを貫通するキャパシタ接続用ビア20aを介して電気的に接続されている。さらに、接続パッド15aは、対応する貫通電極7aと、保護絶縁膜14aおよび絶縁性カバー膜8aを貫通する貫通電極接続用ビア9aを介して電気的に接続されている。   The capacitor structure 13a includes a lower electrode 10a, a dielectric 11a, and an upper electrode 12a, and is formed on the insulating cover film 8a. The protective insulating film 14a is formed so as to cover the capacitor structure 13a. The connection pad 15a is electrically connected to at least a part of the capacitor structure 13a via a capacitor connection via 20a penetrating the protective insulating film 14a. Furthermore, the connection pad 15a is electrically connected to the corresponding through electrode 7a through a through electrode connecting via 9a that penetrates the protective insulating film 14a and the insulating cover film 8a.

接続パッド15aの少なくとも一つは、キャパシタ接続用ビア20aを介して上部電極12aに電気的に接続されている。また、上部電極12aに電気的に接続されていない接続パッド15aの少なくとも一つは、キャパシタ接続用ビア20aを介して、下部電極10aに電気的に接続されている。   At least one of the connection pads 15a is electrically connected to the upper electrode 12a through the capacitor connection via 20a. Further, at least one of the connection pads 15a not electrically connected to the upper electrode 12a is electrically connected to the lower electrode 10a through the capacitor connecting via 20a.

貫通電極付きキャパシタ1aは、半導体装置に搭載され、インターポーザ型キャパシタとして使用される。このような半導体装置の一例として、図1Bに、本発明を実施するための形態に係る半導体装置の模式的断面図を示す。   The capacitor 1a with a through electrode is mounted on a semiconductor device and used as an interposer type capacitor. As an example of such a semiconductor device, FIG. 1B shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment for carrying out the present invention.

半導体装置50aは、図1Bに示すように、貫通電極付きキャパシタ1a、第1部品である半導体素子(半導体チップ)26a、第2部品である実装基板25aを備える。貫通電極付きキャパシタ1aは、キャパシタ構造13が形成されている第1主面2A(図1A参照)とは反対側の第2主面2B(図1A参照)側において、実装基板25aに実装される。また、第1主面2A側において、半導体素子26aと電気的および物理的に接続される。なお、第2部品として実装基板に代えて、半導体素子の上に搭載してもよい。すなわち、半導体素子間に貫通電極付きキャパシタ1aを配置してもよい。また、第1部品、第2部品は、其々1つである必要はなく、1つの貫通電極付きキャパシタ1aに対して、複数個の第1部品、又は/及び第2部品を接続させてもよい。さらに、第1部品、第2部品は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、半導体素子や実装基板以外の他の部品に置き換えてもよい。また、図1Bのように、第1部品と第2部品の間に配置する態様の他、実装基板に内蔵するものであってもよい。   As shown in FIG. 1B, the semiconductor device 50a includes a capacitor 1a with a through electrode, a semiconductor element (semiconductor chip) 26a that is a first component, and a mounting substrate 25a that is a second component. The through-electrode capacitor 1a is mounted on the mounting substrate 25a on the second main surface 2B (see FIG. 1A) side opposite to the first main surface 2A (see FIG. 1A) on which the capacitor structure 13 is formed. . Further, on the first main surface 2A side, the semiconductor element 26a is electrically and physically connected. The second component may be mounted on a semiconductor element instead of the mounting substrate. That is, you may arrange | position the capacitor | condenser 1a with a penetration electrode between semiconductor elements. Further, the first component and the second component do not need to be one each, and a plurality of first components and / or second components may be connected to one through-electrode capacitor 1a. Good. Furthermore, the first component and the second component may be replaced with other components other than the semiconductor element and the mounting substrate without departing from the spirit of the present invention. Further, as shown in FIG. 1B, in addition to the mode of being arranged between the first component and the second component, it may be built in the mounting board.

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

[第1実施形態]
図2に、本発明の第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1の切断部断面図を示す。貫通電極付きキャパシタ1は、複数の貫通孔4を有するインターポーザ基板(以下、「基板」と略す)2を備える。貫通孔4の各々の内部には、導体からなる貫通電極7が充填されている。基板2の第1主面2A上には、絶縁性カバー膜8、キャパシタ構造13、保護絶縁膜14、接続パッド15等が形成されている。
[First Embodiment]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a cut portion of the capacitor 1 with a through electrode according to the first embodiment of the present invention. The capacitor 1 with a through electrode includes an interposer substrate (hereinafter abbreviated as “substrate”) 2 having a plurality of through holes 4. Each of the through holes 4 is filled with a through electrode 7 made of a conductor. On the first main surface 2A of the substrate 2, an insulating cover film 8, a capacitor structure 13, a protective insulating film 14, a connection pad 15 and the like are formed.

基板2の材質は、本第1実施形態においては、半導体基板を適用した例について説明する。半導体基板の材質としては、化合物半導体等でもよく、特に限定されないが、シリコン(Si)または砒化ガリウム(GaAs)の単結晶が適している。中でも、Siは、加工性に優れているので、好適である。基板2のサイズは、限定されないが、接続する半導体チップのサイズにほぼ等しいことが好ましい。基板2の厚みは、実装する際のハンドリングに耐える厚みとすることが好ましい。基板2の好ましい厚みは、例えば、100μm〜400μmである。貫通孔4のサイズも限定されないが、導体を充填した後の抵抗値が十分に小さい方がよい。かかる観点から、数μmから数十μm程度の直径とすることが好ましい。   Regarding the material of the substrate 2, in the first embodiment, an example in which a semiconductor substrate is applied will be described. The material of the semiconductor substrate may be a compound semiconductor or the like, and is not particularly limited, but a single crystal of silicon (Si) or gallium arsenide (GaAs) is suitable. Among these, Si is suitable because it is excellent in workability. The size of the substrate 2 is not limited, but is preferably substantially equal to the size of the semiconductor chip to be connected. The thickness of the substrate 2 is preferably set to a thickness that can withstand handling during mounting. A preferable thickness of the substrate 2 is, for example, 100 μm to 400 μm. The size of the through hole 4 is not limited, but it is preferable that the resistance value after the conductor is filled is sufficiently small. From this viewpoint, it is preferable to set the diameter to about several μm to several tens of μm.

各貫通孔4の側壁表面全体は、側壁絶縁膜(第1絶縁膜)5で覆われている。基板2の第1主面2A側は、その全体が表面絶縁膜(第1絶縁膜)3で覆われている。一方、基板2の第1主面2Aとは反対側の第2主面2B側は、その全体が裏面絶縁膜(第1絶縁膜)6で覆われている。   The entire sidewall surface of each through hole 4 is covered with a sidewall insulating film (first insulating film) 5. The entire first main surface 2 </ b> A side of the substrate 2 is covered with a surface insulating film (first insulating film) 3. On the other hand, the second main surface 2B side opposite to the first main surface 2A of the substrate 2 is entirely covered with a back surface insulating film (first insulating film) 6.

各貫通孔4の内部は、導体が充填されている。この導体は、基板2の厚さ方向に貫通されており、貫通電極7として機能する。ここでは、各貫通電極7は、基板2の主面に形成された表面絶縁膜3、基板2の第2主面2Bに形成された裏面絶縁膜6に形成されたパターン開口部にも充填されている。   The inside of each through hole 4 is filled with a conductor. This conductor is penetrated in the thickness direction of the substrate 2 and functions as the through electrode 7. Here, each through electrode 7 is also filled in a pattern opening formed in the surface insulating film 3 formed on the main surface of the substrate 2 and the back surface insulating film 6 formed on the second main surface 2B of the substrate 2. ing.

表面絶縁膜3、側壁絶縁膜5および裏面絶縁膜6の材質は、特に限定されないが、酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、酸窒化珪素(SiNO)、酸化アルミニウム(Al)等が好ましい。表面絶縁膜3、側壁絶縁膜5および裏面絶縁膜6の厚みも、特に限定されないが、絶縁性が確保できる程度、すなわち0.1μm〜5μm程度とすることが好ましい。なお、基板2にSiを用いた場合には、熱酸化法により、表面絶縁膜3、側壁絶縁膜5および裏面絶縁膜6を同時に形成することができる。The materials of the surface insulating film 3, the sidewall insulating film 5, and the back surface insulating film 6 are not particularly limited, but silicon oxide (SiO), silicon nitride (SiN x ), silicon oxynitride (SiNO), aluminum oxide (Al 2 O 3). Etc.) are preferred. The thicknesses of the surface insulating film 3, the side wall insulating film 5, and the back surface insulating film 6 are not particularly limited, but are preferably set to such a degree that insulation can be ensured, that is, about 0.1 to 5 μm. When Si is used for the substrate 2, the surface insulating film 3, the side wall insulating film 5, and the back surface insulating film 6 can be simultaneously formed by a thermal oxidation method.

貫通孔4に充填される導体は、特に限定されないが、低電気抵抗の点からは、めっき金属が好ましく、特に銅(Cu)が好適に用いられる。銅等の金属を各貫通孔4の内部に完全に充填することにより、各貫通電極7が形成されている。各貫通電極7の表面は、電気機械研磨(Chemical Mechanical Polishing, CMP)法で研磨することにより、表面絶縁膜3の表面と面あわせをしてもよい。基板2の第2主面2Bに形成された裏面絶縁膜6についても同様である。   The conductor filled in the through hole 4 is not particularly limited, but a plated metal is preferable from the viewpoint of low electrical resistance, and copper (Cu) is particularly preferably used. Each through electrode 7 is formed by completely filling the inside of each through hole 4 with a metal such as copper. The surface of each through electrode 7 may be flush with the surface of the surface insulating film 3 by polishing by an electromechanical polishing (Chemical Mechanical Polishing, CMP) method. The same applies to the back surface insulating film 6 formed on the second main surface 2B of the substrate 2.

表面絶縁膜3、および基板2の第1主面2A側に露出している貫通電極7の上は、絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8で覆われている。絶縁性カバー膜8には、各貫通電極7の真上の位置において貫通電極7の径よりも小さい径の貫通電極接続用ビア9が形成されている。   The surface insulating film 3 and the through electrode 7 exposed on the first main surface 2A side of the substrate 2 are covered with an insulating cover film (second insulating film) 8. In the insulating cover film 8, a through electrode connecting via 9 having a diameter smaller than the diameter of the through electrode 7 is formed at a position directly above each through electrode 7.

絶縁性カバー膜8の材質は、限定されないが、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム等が好ましい。絶縁性カバー膜8の膜厚は、限定されないが、1μm〜5μm程度が好ましい。   The material of the insulating cover film 8 is not limited, but silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide and the like are preferable. The thickness of the insulating cover film 8 is not limited, but is preferably about 1 μm to 5 μm.

キャパシタ構造13は、絶縁性カバー膜8の上に形成されている。キャパシタ構造13は、下部電極10と誘電体11と上部電極12とからなるMIM(metal-insulator-metal)構成(三層構成)を持つ。キャパシタ構造13は、基板2の全面に一つのセルで設けられていてもよく、複数のセルに分割されていてもよい。   The capacitor structure 13 is formed on the insulating cover film 8. The capacitor structure 13 has an MIM (metal-insulator-metal) configuration (three-layer configuration) including a lower electrode 10, a dielectric 11, and an upper electrode 12. The capacitor structure 13 may be provided as a single cell on the entire surface of the substrate 2 or may be divided into a plurality of cells.

各貫通電極7の真上の位置には、皿状の窪みが形成されている。それらの窪みには、半導体素子接合パッド15がそれぞれ形成されている。各半導体素子接合パッド15は、対応する窪みに嵌合された形になっている。   A dish-like depression is formed at a position directly above each through electrode 7. A semiconductor element bonding pad 15 is formed in each of these recesses. Each semiconductor element bonding pad 15 has a shape fitted in a corresponding recess.

下部電極10の材質は、特に限定されるものではないが、ベース基板との密着性に優れ、且つ薄膜状の誘電体11への拡散が少ない金属または合金が望ましい。例えば、絶縁性カバー膜8側からチタン(Ti),クロム(Cr),タンタル(Ta),モリブデン(Mo)等の活性金属と、白金(Pt),ルテニウム(Ru),窒化チタン(TiN),金(Au)等の高バリア性金属とを、この順で成膜したものが好適である。前記活性金属は、下部電極10の下層膜との密着層として好適である。   The material of the lower electrode 10 is not particularly limited, but a metal or an alloy that has excellent adhesion to the base substrate and little diffusion to the thin film dielectric 11 is desirable. For example, from the insulating cover film 8 side, active metals such as titanium (Ti), chromium (Cr), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), platinum (Pt), ruthenium (Ru), titanium nitride (TiN), A film formed of a high barrier metal such as gold (Au) in this order is suitable. The active metal is suitable as an adhesion layer with the lower layer film of the lower electrode 10.

下部電極10の基板2側に接する密着層と、誘電体11に接する高バリア性金属との間に、タングステン(W),モリブデン(Mo),鉄(Fe),ニッケル(Ni)およびコバ
ルト(Co)のいずれかにより形成される高弾性金属膜を挟むと、いっそう好適である。
Tungsten (W), molybdenum (Mo), iron (Fe), nickel (Ni) and cobalt (Co) between the adhesion layer in contact with the substrate 2 side of the lower electrode 10 and the high barrier metal in contact with the dielectric 11 It is more preferable to sandwich a highly elastic metal film formed by any of the above.

上部電極12の材質は、限定されないが、薄膜状の誘電体11への拡散の少ないものが望ましく、例えばPt,Ru,TiN,Auが好適である。   The material of the upper electrode 12 is not limited, but a material with little diffusion into the thin film dielectric 11 is desirable, and for example, Pt, Ru, TiN, and Au are suitable.

下部電極10と上部電極12の製造方法は限定されないが、スパッタ法,CVD(Chemical Vapor Deposition)法,蒸着法、又はめっき法が好適である。   A manufacturing method of the lower electrode 10 and the upper electrode 12 is not limited, but a sputtering method, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, a vapor deposition method, or a plating method is preferable.

誘電体11の材質も、高絶縁性の材料であれば特に限定されない。例えば、酸化タンタル,酸化アルミニウム,酸化シリコン等を適用することができる。より好ましくは、高誘電率を有するペロブスカイト構造を有する化合物である。ペロブスカイト構造を有する化合物としては、SrTiO、SrTiOのSrの一部をBaに置換した(Sr,Ba)TiOを挙げることができる。また、PbTiOやBaTiOを骨格としてAサイト(Pb,Ba)の一部をSr,Ca,La等で置換することによってAサイトの平均原子価を2価にした複合ペロブスカイト化合物や、Bサイト(Ti)の一部をMg,W,Nb,Zr,Ni,Zn等で置換してBサイトの平均原子価を4価にした複合ペロブスカイト化合物が望ましい。The material of the dielectric 11 is not particularly limited as long as it is a highly insulating material. For example, tantalum oxide, aluminum oxide, silicon oxide, or the like can be applied. More preferably, it is a compound having a perovskite structure having a high dielectric constant. Examples of the compound having a perovskite structure include SrTiO 3 and (Sr, Ba) TiO 3 in which a part of Sr in SrTiO 3 is substituted with Ba. In addition, a composite perovskite compound in which the average valence of the A site is made divalent by substituting a part of the A site (Pb, Ba) with Sr, Ca, La, etc. using PbTiO 3 or BaTiO 3 as a skeleton, A composite perovskite compound in which a part of (Ti) is substituted with Mg, W, Nb, Zr, Ni, Zn or the like to make the average valence of the B site tetravalent is desirable.

誘電体11の製造方法は、限定されないが、スパッタ法,CVD法またはゾルゲル法が好適である。   A method for manufacturing the dielectric 11 is not limited, but a sputtering method, a CVD method, or a sol-gel method is preferable.

保護絶縁膜14は、露出するキャパシタ構造13を被覆するように形成されている。但し、保護絶縁膜14は、各貫通電極7と接続する部分において開口部が形成されている。   The protective insulating film 14 is formed so as to cover the exposed capacitor structure 13. However, the protective insulating film 14 is formed with an opening in a portion connected to each through electrode 7.

半導体素子接合パッド15は、各貫通電極7の上に形成された皿状の窪みに嵌合するように形成されている。言い換えると、半導体素子接合パッド15は、その底部において、貫通電極7と当接しており、その側面において、絶縁性カバー膜8、保護絶縁膜14と当接している。   The semiconductor element bonding pad 15 is formed so as to be fitted into a dish-shaped depression formed on each through electrode 7. In other words, the semiconductor element bonding pad 15 is in contact with the through electrode 7 at the bottom, and is in contact with the insulating cover film 8 and the protective insulating film 14 at the side surface.

半導体素子接合パッド15には、3種類のパッドが形成されている。すなわち、キャパシタ構造13の下部電極10に電気的に接続されているパッド(以下、「下部電極接続パッド」と称する)16と、上部電極12に電気的に接続されているパッド(以下、「上部電極接続パッド」と称する)17と、キャパシタ構造13に電気的に接続されていないパッド(以下、「キャパシタ未接続パッド」と称する)18がある。   Three types of pads are formed in the semiconductor element bonding pad 15. That is, a pad (hereinafter referred to as “lower electrode connection pad”) 16 electrically connected to the lower electrode 10 of the capacitor structure 13 and a pad (hereinafter referred to as “upper electrode”) electrically connected to the upper electrode 12. There are a pad 17 (referred to as “electrode connection pad”) and a pad 18 (hereinafter referred to as “capacitor unconnected pad”) that is not electrically connected to the capacitor structure 13.

下部電極接続パッド16は、キャパシタ構造13の下部電極10との電気的接続が、保護絶縁膜14に形成されたキャパシタ接続用ビア(以下、これを「下部電極接続ビア」と称する)20を介してなされている。上部電極接続パッド17は、キャパシタ構造13の上部電極12との電気的接続が、保護絶縁膜14に形成されたキャパシタ接続用ビア(以下、これを「上部電極接続ビア」と称する)21を介してなされている。   The lower electrode connection pad 16 is electrically connected to the lower electrode 10 of the capacitor structure 13 via a capacitor connection via (hereinafter referred to as “lower electrode connection via”) 20 formed in the protective insulating film 14. It has been done. The upper electrode connection pad 17 is electrically connected to the upper electrode 12 of the capacitor structure 13 via a capacitor connection via (hereinafter referred to as “upper electrode connection via”) 21 formed in the protective insulating film 14. It has been done.

保護絶縁膜14の材質や厚みは、特に限定されない。保護絶縁膜14の好適な材料としては、SiOやSiからなる無機絶縁膜や、ポリイミドやエポキシ樹脂等の有機絶縁膜を挙げることができる。The material and thickness of the protective insulating film 14 are not particularly limited. Examples of suitable materials for the protective insulating film 14 include inorganic insulating films made of SiO 2 and Si 3 N 4 and organic insulating films such as polyimide and epoxy resin.

半導体素子接合パッド15の材質は、特に限定されないが、めっき金属とするのが好適であり、特にCuが適している。Cuの下地にTi等の密着層があってもよい。Cuめっき膜の厚みは限定されないが、1μm〜20μm程度が好適である。半導体素子に接合する際には、表面側から金/ニッケル(Au/Ni)や錫(Sn)等で表面処理が施されていることがより望ましい。   The material of the semiconductor element bonding pad 15 is not particularly limited, but is preferably a plated metal, and Cu is particularly suitable. An adhesion layer such as Ti may be provided on the Cu base. The thickness of the Cu plating film is not limited, but is preferably about 1 μm to 20 μm. When bonding to a semiconductor element, it is more preferable that the surface treatment is performed from the surface side with gold / nickel (Au / Ni), tin (Sn), or the like.

ここでは、下部電極接続ビア20は、下部電極接続パッド16と一体形成されている。上部電極接続ビア21は、上部電極接続パッド17と一体形成されている。   Here, the lower electrode connection via 20 is formed integrally with the lower electrode connection pad 16. The upper electrode connection via 21 is formed integrally with the upper electrode connection pad 17.

図3に、本第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1の平面図を示す。図3において符号II−II線に沿った断面構成が、図2に対応している。   In FIG. 3, the top view of the capacitor 1 with a penetration electrode of the 1st embodiment is shown. In FIG. 3, the cross-sectional configuration along the line II-II corresponds to FIG. 2.

本第1実施形態では、下部電極接続パッド16がグランドパッド、上部電極接続パッド17が電源パッド、キャパシタ未接続パッド18が信号パッドとして機能する。勿論、下部電極接続パッド16を電源パッドとし、上部電極接続パッド17をグランドパッドとしてもよい。また、下部電極接続ビア20は、ここではドーナツ形状をしているが、この形状に限定されるものではなく、その位置や数も限定されない。上部電極接続ビア21も、ここでは三角形の形状を有しているが、その形状および位置、数はいずれも限定されない。半導体素子接合パッド15の形状についても、図示されたものに限定されるものではない。   In the first embodiment, the lower electrode connection pad 16 functions as a ground pad, the upper electrode connection pad 17 functions as a power supply pad, and the capacitor unconnected pad 18 functions as a signal pad. Of course, the lower electrode connection pad 16 may be a power supply pad and the upper electrode connection pad 17 may be a ground pad. Further, the lower electrode connection via 20 has a donut shape here, but is not limited to this shape, and the position and number thereof are not limited. Here, the upper electrode connection via 21 also has a triangular shape, but the shape, position, and number thereof are not limited. The shape of the semiconductor element bonding pad 15 is not limited to the illustrated one.

図4に、以上の構成を持つ貫通電極付きキャパシタ1の第2主面2B側に、実装用の裏面パッド23を形成し、第1主面2Aおよび第2主面2Bにそれぞれカバー樹脂(SR)24を形成した状態の断面図を示す。この状態では、貫通電極付きキャパシタ1の第2主面2Bは、各貫通電極7と重なる位置にそれぞれ裏面パッド23が形成されており、それ以外の部分はカバー樹脂24で覆われている。貫通電極付きキャパシタ1の第1主面2A側は、各半導体素子接合パッド15に露出面が形成されるように、カバー樹脂24が被覆されている。   In FIG. 4, a back pad 23 for mounting is formed on the second main surface 2B side of the capacitor 1 with the through electrode having the above-described configuration, and a cover resin (SR) is formed on each of the first main surface 2A and the second main surface 2B. ) 24 is a cross-sectional view of the state in which 24 is formed. In this state, the back surface pad 23 is formed on the second main surface 2B of the capacitor 1 with the through electrode at a position overlapping with each through electrode 7, and the other portions are covered with the cover resin 24. The first main surface 2A side of the capacitor 1 with through electrode is covered with a cover resin 24 so that an exposed surface is formed on each semiconductor element bonding pad 15.

図5に、本第1実施形態1に係る半導体装置50の一例を示す模式的断面図を示す。貫通電極付きキャパシタ1は、裏面パッド23およびカバー樹脂24を備えた状態で、図5に示すように、実装基板25上に実装される。実装基板25と貫通電極付きキャパシタ1は、裏面パッド23を介して電気的に接続される。同様に、貫通電極付きキャパシタ1と半導体素子26は、半導体素子接合パッド15を介して接続される。こうして、貫通電極付きキャパシタ1は、いわゆるインターポーザ型キャパシタとして使用可能となる。貫通電極付きキャパシタ1は、特に半田接続に適したキャパシタ部品となる。   FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of the semiconductor device 50 according to the first embodiment. The capacitor 1 with the through electrode is mounted on a mounting substrate 25 as shown in FIG. 5 with the back surface pad 23 and the cover resin 24. The mounting substrate 25 and the through-electrode capacitor 1 are electrically connected through the back surface pad 23. Similarly, the capacitor 1 with through electrode and the semiconductor element 26 are connected via the semiconductor element bonding pad 15. Thus, the through-electrode capacitor 1 can be used as a so-called interposer type capacitor. The capacitor 1 with a through electrode is a capacitor component particularly suitable for solder connection.

図2〜4を用いて説明した第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1では、基板2の厚みを実装工程でハンドリングが可能な厚みで製造可能なため、取り扱いが容易である。また、熱変化が生じた場合には、絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8がないと、基板2と貫通電極7との熱膨張の違いにより、基板2の第1主面2Aより貫通電極7が飛び出したり、逆に窪んだりする問題が起こり、キャパシタ構造13の誘電体11が損傷してしまう恐れがある。しかし、本第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1によれば、絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8を設けているので、キャパシタ構造13を形成した側(図2中の上側)において貫通電極7が基板2の厚さ方向(図2では上方)へ変形するのを抑制することができる。その結果、キャパシタ構造13の誘電体11の劣化が防止され、信頼性の高いキャパシタ構造13を実現することができる。   The capacitor 1 with a through electrode according to the first embodiment described with reference to FIGS. 2 to 4 is easy to handle because the substrate 2 can be manufactured with a thickness that can be handled in the mounting process. Further, when a thermal change occurs, if there is no insulating cover film (second insulating film) 8, it penetrates from the first main surface 2 </ b> A of the substrate 2 due to a difference in thermal expansion between the substrate 2 and the through electrode 7. There arises a problem that the electrode 7 protrudes or is recessed, and the dielectric 11 of the capacitor structure 13 may be damaged. However, according to the capacitor 1 with the through electrode of the first embodiment, since the insulating cover film (second insulating film) 8 is provided, it penetrates on the side where the capacitor structure 13 is formed (upper side in FIG. 2). It is possible to suppress the electrode 7 from being deformed in the thickness direction of the substrate 2 (upward in FIG. 2). As a result, deterioration of the dielectric 11 of the capacitor structure 13 is prevented, and the highly reliable capacitor structure 13 can be realized.

(貫通電極付きキャパシタの製造方法)
次に、図6A〜図6Eを参照しながら、上述した貫通電極付きキャパシタ1の製造方法について説明する。
(Manufacturing method of capacitor with through electrode)
Next, a method for manufacturing the above-described capacitor 1 with a through electrode will be described with reference to FIGS. 6A to 6E.

先ず、基板2に複数の貫通孔4を形成した後、表面絶縁膜(第1絶縁膜)3を基板2の第1主面2Aに形成する。これにより、基板2の第1主面2A全体が表面絶縁膜3で被覆される。また、各貫通孔4の側壁に側壁絶縁膜(第1絶縁膜)5を形成し、貫通孔4の側壁全体を側壁絶縁膜5で覆う。さらに、基板2の第2主面2Bに裏面絶縁膜6を形成し、基板2の裏面全体を側壁絶縁膜5で覆う(図6A参照)。なお、表面絶縁膜3を形成する際に、同時に側壁絶縁膜5と裏面絶縁膜6を形成してもよいし、別々に形成してもよい。   First, after forming a plurality of through holes 4 in the substrate 2, a surface insulating film (first insulating film) 3 is formed on the first main surface 2 </ b> A of the substrate 2. As a result, the entire first main surface 2 </ b> A of the substrate 2 is covered with the surface insulating film 3. Further, a side wall insulating film (first insulating film) 5 is formed on the side wall of each through hole 4, and the entire side wall of the through hole 4 is covered with the side wall insulating film 5. Further, the back surface insulating film 6 is formed on the second main surface 2B of the substrate 2, and the entire back surface of the substrate 2 is covered with the side wall insulating film 5 (see FIG. 6A). In addition, when forming the surface insulating film 3, the side wall insulating film 5 and the back surface insulating film 6 may be formed simultaneously, or may be formed separately.

貫通孔4の形成方法は、限定されないが、ICP−RIE(Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching( 誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング))装置を用いたドライエッチングが好適に用いられる。特に、エッチングガスと側壁保護膜形成用ガスとを交互に導入する「ボッシュプロセス」を用いることにより、高アスペクト比で貫通孔4を形成することができる。表面絶縁膜3と側壁絶縁膜5および裏面絶縁膜6を形成する方法は限定されないが、CVD法が好適に用いられる。基板2がSiよりなる場合は、熱酸化法が好適に用いられる。   Although the formation method of the through-hole 4 is not limited, Dry etching using an ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma Reactive Ion Etching) apparatus is preferably used. In particular, by using a “Bosch process” in which an etching gas and a sidewall protective film forming gas are alternately introduced, the through holes 4 can be formed with a high aspect ratio. A method for forming the surface insulating film 3, the sidewall insulating film 5, and the back surface insulating film 6 is not limited, but a CVD method is preferably used. When the substrate 2 is made of Si, a thermal oxidation method is preferably used.

次に、導体を各貫通孔4の内部に充填し、貫通電極7を形成する。ここで、導体の充填方法は限定されない。例えば、めっき法、CVD法、導電ペースト充填法などが使用できる。これらのうち、めっき法を用いるのがより好適である。Cu等の低抵抗な貫通電極7を形成するのに有利だからである。また、貫通孔4内の側壁絶縁膜5と貫通電極7との界面に、拡散を防止するバリア層を形成してもよい。バリア層の材質も限定されないが、窒化チタン、窒化タンタル等が好適である。各貫通電極7は、基板2だけでなく、表面絶縁膜3と裏面絶縁膜6の開口部にも形成されている。   Next, a conductor is filled in each through hole 4 to form a through electrode 7. Here, the filling method of the conductor is not limited. For example, a plating method, a CVD method, a conductive paste filling method, or the like can be used. Of these, it is more preferable to use a plating method. This is because it is advantageous for forming the through electrode 7 having a low resistance such as Cu. Further, a barrier layer for preventing diffusion may be formed at the interface between the sidewall insulating film 5 and the through electrode 7 in the through hole 4. The material of the barrier layer is not limited, but titanium nitride, tantalum nitride, or the like is preferable. Each through electrode 7 is formed not only in the substrate 2 but also in the openings of the front surface insulating film 3 and the back surface insulating film 6.

次に、表面絶縁膜3上、及び貫通電極7の上端面の上に、絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8を形成する。すなわち、絶縁性カバー膜8により、表面絶縁膜3と貫通電極7の上端面の全体が被覆される(図6B参照)。   Next, an insulating cover film (second insulating film) 8 is formed on the surface insulating film 3 and on the upper end surface of the through electrode 7. That is, the insulating cover film 8 covers the entire upper surface of the surface insulating film 3 and the through electrode 7 (see FIG. 6B).

続いて、絶縁性カバー膜8の上に、下部電極10、誘電体11、上部電極12をこの順に積層する(図6C参照)。ここで、高誘電率の誘電体11を得るためには、下部電極10、誘電体11、上部電極12の成膜時または成膜後の加熱が必要となる。   Subsequently, the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12 are stacked in this order on the insulating cover film 8 (see FIG. 6C). Here, in order to obtain the dielectric 11 having a high dielectric constant, it is necessary to heat the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12 during or after film formation.

ここで、上記特許文献1のように基板102上に貫通電極101を形成し、その後にキャパシタ構造106を形成する方法は、キャパシタ構造106の形成工程中に行われる基板102の加熱処理により、製造不良が生じやすいという問題があった。一方、キャパシタ構造を基板に形成した後に別途、貫通電極を形成する方法は、前述した通り、製造不良や製造プロセスの自由度が低下するという問題があった。   Here, the method of forming the through electrode 101 on the substrate 102 and subsequently forming the capacitor structure 106 as in Patent Document 1 described above is manufactured by heat treatment of the substrate 102 performed during the formation process of the capacitor structure 106. There was a problem that defects were likely to occur. On the other hand, as described above, the method of separately forming the through electrode after forming the capacitor structure on the substrate has a problem that the manufacturing defect and the flexibility of the manufacturing process are reduced.

本第1実施形態によれば、絶縁性カバー膜8を配設しているので、以下の効果を得ることができる。すなわち、キャパシタ構造13を形成するための加熱処理時に、基板2の材料と貫通電極7の材料との熱膨張係数の差によって生ずる貫通電極7のキャパシタ構造13の方向(図2中の上方方向)への伸縮を、絶縁性カバー膜8により抑制することができる。その結果、貫通電極7の伸縮によって、キャパシタ構造13の誘電体11が劣化するのを防止し、製造不良の発生を防止できる。しかも、下部電極10をW,Mo,Fe,Ni,Coのうちいずれかにより形成される高弾性金属膜を含む膜構成とすることにより、貫通電極7の熱膨張による誘電体11の損傷を一段と抑制することができる。   According to the first embodiment, since the insulating cover film 8 is provided, the following effects can be obtained. That is, the direction of the capacitor structure 13 of the through electrode 7 caused by the difference in thermal expansion coefficient between the material of the substrate 2 and the material of the through electrode 7 during the heat treatment for forming the capacitor structure 13 (upward direction in FIG. 2). Expansion and contraction can be suppressed by the insulating cover film 8. As a result, it is possible to prevent the dielectric 11 of the capacitor structure 13 from being deteriorated due to the expansion and contraction of the through electrode 7 and to prevent the production failure. In addition, by making the lower electrode 10 a film configuration including a highly elastic metal film formed of any one of W, Mo, Fe, Ni, and Co, damage to the dielectric 11 due to thermal expansion of the through electrode 7 is further increased. Can be suppressed.

次に、エッチング法により、下部電極10と誘電体11と上部電極12の三層を選択的に除去し、各貫通電極7と重なる位置に窪みを形成する。その後、三層構成のキャパシタ構造13の上に保護絶縁膜14を形成して、キャパシタ構造13の全面を覆う(図6D参照)。   Next, three layers of the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12 are selectively removed by an etching method, and a recess is formed at a position overlapping with each through electrode 7. Thereafter, a protective insulating film 14 is formed on the three-layer capacitor structure 13 to cover the entire surface of the capacitor structure 13 (see FIG. 6D).

次に、各貫通電極7と重なる位置において保護絶縁膜14および絶縁性カバー膜8を選択的に除去することにより、貫通電極接続用ビア9を複数個形成する。また、下部電極10と重なる位置において保護絶縁膜14を選択的に除去し、下部電極10に下部電極接続パッド16を接続するための下部電極接続ビア20を形成する。さらに、上部電極12と重なる位置において保護絶縁膜14を選択的に除去し、上部電極12に上部電極接続パッド17を接続するための上部電極接続ビア21を形成する。   Next, a plurality of through-electrode connecting vias 9 are formed by selectively removing the protective insulating film 14 and the insulating cover film 8 at positions overlapping with the respective through-electrodes 7. Further, the protective insulating film 14 is selectively removed at a position overlapping the lower electrode 10, and a lower electrode connection via 20 for connecting the lower electrode connection pad 16 to the lower electrode 10 is formed. Further, the protective insulating film 14 is selectively removed at a position overlapping with the upper electrode 12, and an upper electrode connection via 21 for connecting the upper electrode connection pad 17 to the upper electrode 12 is formed.

続いて、保護絶縁膜14の上のキャパシタ構造13の各窪みと重なる位置において、半導体素子接合パッド15を複数個形成する(図6E参照)。これにより、貫通電極7と半導体素子接合パッド15が電気的に接続される。以上の工程等を経て、図2〜図4に示した貫通電極付きキャパシタ1が完成する。   Subsequently, a plurality of semiconductor element bonding pads 15 are formed at positions overlapping the respective depressions of the capacitor structure 13 on the protective insulating film 14 (see FIG. 6E). Thereby, the through electrode 7 and the semiconductor element bonding pad 15 are electrically connected. Through the above steps and the like, the through-electrode capacitor 1 shown in FIGS. 2 to 4 is completed.

その後、半導体素子26と実装基板25との間に配置して使用するために、図5に示したように、基板2の第2主面2Bに裏面パッド23を形成し、基板2の第1主面2Aと第2主面2Bにカバー樹脂24を形成してもよい。   Thereafter, in order to be used between the semiconductor element 26 and the mounting substrate 25, a back surface pad 23 is formed on the second main surface 2B of the substrate 2 as shown in FIG. The cover resin 24 may be formed on the main surface 2A and the second main surface 2B.

本発明の第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1によれば、基板2の第1主面2A上に絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8が形成されている。そして、絶縁性カバー膜8の上にキャパシタ構造13が形成されている。このため、キャパシタ構造13を形成するための加熱工程を実施しても、基板2の材料と貫通電極7の材料との熱膨張係数の差によって生じる基板2の厚さ方向への貫通電極7の伸縮を、絶縁性カバー膜8によって抑制することができる。その結果、貫通電極7の伸縮によって、キャパシタ構造13の誘電体11が劣化するのを防止し、製造不良の発生を防止できる。   According to the capacitor 1 with the through electrode of the first embodiment of the present invention, the insulating cover film (second insulating film) 8 is formed on the first main surface 2A of the substrate 2. A capacitor structure 13 is formed on the insulating cover film 8. For this reason, even if the heating process for forming the capacitor structure 13 is performed, the penetration electrode 7 in the thickness direction of the substrate 2 caused by the difference in the thermal expansion coefficient between the material of the substrate 2 and the material of the penetration electrode 7. Expansion and contraction can be suppressed by the insulating cover film 8. As a result, it is possible to prevent the dielectric 11 of the capacitor structure 13 from being deteriorated due to the expansion and contraction of the through electrode 7 and to prevent the production failure.

前述したように、キャパシタ構造を基板に形成した後に貫通電極7を形成する場合、貫通電極を形成する際に基板にクラックが発生し、そのクラックがキャパシタ構造まで進展して不良になる恐れがある。また、キャパシタ構造を基板に形成した後に貫通電極7を形成する場合、基板に貫通孔を設ける際に、キャパシタ構造がエッチングされないプロセスに制限されてしまう。   As described above, when the through electrode 7 is formed after the capacitor structure is formed on the substrate, a crack may occur in the substrate when the through electrode is formed, and the crack may progress to the capacitor structure and become defective. . Further, when the through electrode 7 is formed after the capacitor structure is formed on the substrate, when the through hole is provided in the substrate, the process is limited to a process in which the capacitor structure is not etched.

また、基板に貫通電極を先に形成する方法、キャパシタ構造を形成してから基板に貫通電極を形成する方法いずれにおいても、基板の厚みが小さい方がビア中への導体の充填(貫通電極の形成)は容易である。しかしながら、基板の厚みを小さくすると製造工程でのハンドリングが困難になるという問題や、実装プロセスで基板が損傷してしまう恐れがあるという問題がある。   Also, in both the method of forming the through electrode on the substrate first and the method of forming the through electrode on the substrate after forming the capacitor structure, the smaller the substrate thickness, the more the conductor is filled into the via (the through electrode). Formation) is easy. However, there is a problem that if the thickness of the substrate is reduced, handling in the manufacturing process becomes difficult and the substrate may be damaged in the mounting process.

本発明の第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1によれば、貫通電極7を配設した基板2上にキャパシタ構造を形成する方法を採用しているので、製造プロセスの自由度が高い。従って、高い自由度を持って貫通電極7を形成することができる。また、貫通電極7の形成を容易にするために、無理に基板2を薄くする必要もない。よって、貫通電極7の形成が容易であると共に、製造工程や実装プロセスでのハンドリング時に損傷が起こりにくい。   According to the capacitor 1 with the through electrode of the first embodiment of the present invention, since the method of forming the capacitor structure on the substrate 2 on which the through electrode 7 is disposed is employed, the degree of freedom of the manufacturing process is high. Therefore, the through electrode 7 can be formed with a high degree of freedom. Further, it is not necessary to force the substrate 2 to be thin in order to facilitate the formation of the through electrode 7. Therefore, the through electrode 7 can be easily formed and is not easily damaged during handling in the manufacturing process or the mounting process.

しかも、基板2の第1主面2Aを表面絶縁膜3と絶縁性カバー膜8で覆うと共に、キャパシタ構造13を絶縁性カバー膜8の上に設けるという構成を採用しているので、低コストで済む。   In addition, since the first main surface 2A of the substrate 2 is covered with the surface insulating film 3 and the insulating cover film 8 and the capacitor structure 13 is provided on the insulating cover film 8, the cost is low. That's it.

ところで、受動素子を実装基板の内部に形成すると、受動素子部品の実装コストを低下することができ、またパッケージやモジュールの小型化が可能となることから、受動素子を内蔵した実装基板の開発も活発に行われている。上記特許文献7には、実装基板内部の実装可能な上下面に接続パッドを有する積層セラミックコンデンサが開示されている。   By the way, if passive elements are formed inside the mounting board, the mounting cost of passive element parts can be reduced, and the package and module can be downsized. It is active. Patent Document 7 discloses a multilayer ceramic capacitor having connection pads on upper and lower surfaces that can be mounted inside a mounting substrate.

しかしながら、上記特許文献7においては、狭ピッチで接続パッドを形成することができないという問題がある。これは、積層セラミックコンデンサで形成可能なレベルまでビアのサイズを小さくすることができないためである。   However, Patent Document 7 has a problem that connection pads cannot be formed with a narrow pitch. This is because the via size cannot be reduced to a level that can be formed with a multilayer ceramic capacitor.

一方、本第1実施形態に係る貫通電極付きキャパシタによれば、これらの問題を解決することができる。すなわち、上記特許文献7に比して狭ピッチで接続パッドを形成することも可能である。   On the other hand, according to the capacitor with a through electrode according to the first embodiment, these problems can be solved. That is, it is possible to form connection pads at a narrower pitch than that in Patent Document 7.

なお、半導体素子接続パッド15の各々が、対応する貫通電極7に電気的に接続されている。そして、半導体素子26の少なくとも一つが上部電極12に電気的に接続され、上部電極12に電気的に接続されていない半導体素子接続パッド15の少なくとも一つが、下部電極10に電気的に接続されている。これにより、貫通電極付きキャパシタ1をインターポーザ型キャパシタとして使用可能である。   Each of the semiconductor element connection pads 15 is electrically connected to the corresponding through electrode 7. At least one of the semiconductor elements 26 is electrically connected to the upper electrode 12, and at least one of the semiconductor element connection pads 15 that are not electrically connected to the upper electrode 12 is electrically connected to the lower electrode 10. Yes. Thereby, the capacitor 1 with a through electrode can be used as an interposer type capacitor.

なお、本第1実施形態においては、表面絶縁膜3を設ける例を説明したが、表面絶縁膜3を設けずに、絶縁性カバー膜8を基板2の第1主面の直上に設ける態様としてもよい。   In the first embodiment, the example in which the surface insulating film 3 is provided has been described. However, as an aspect in which the insulating cover film 8 is provided immediately above the first main surface of the substrate 2 without providing the surface insulating film 3. Also good.

[第2実施形態]
図7に、本発明の第2実施形態の貫通電極付きキャパシタ31を示す。本第2実施形態では、上記第1実施形態で説明した図面の構成と共通する部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
[Second Embodiment]
FIG. 7 shows a capacitor 31 with a through electrode according to the second embodiment of the present invention. In the second embodiment, portions common to the configuration of the drawings described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

上記第1実施形態との大きな違いは、インターポーザ基板(以下、基板と略す)32が絶縁体で形成されている点である。基板32の材料は、絶縁体であれば限定されないが、例えば、ガラス、セラミック、酸化物単結晶等が利用できる。結晶化ガラス、低温焼成セラミック(ガラスとセラミックの複合体)も好適に利用できる。   A significant difference from the first embodiment is that an interposer substrate (hereinafter abbreviated as a substrate) 32 is formed of an insulator. Although the material of the board | substrate 32 will not be limited if it is an insulator, For example, glass, a ceramic, an oxide single crystal etc. can be utilized. Crystallized glass and low-temperature fired ceramic (a composite of glass and ceramic) can also be used suitably.

本第2実施形態の貫通電極付きキャパシタ31では、基板32の第1主面32Aとそれから露出している貫通電極7の上面に、絶縁性カバー膜(表面絶縁膜)33が形成されている。上記第1実施形態においては、表面絶縁膜3、絶縁性カバー膜8の2層の絶縁膜から構成されていたのに対し、本第2実施形態においては、絶縁性カバー膜33の1層の絶縁膜により構成される。   In the capacitor 31 with through electrode of the second embodiment, an insulating cover film (surface insulating film) 33 is formed on the first main surface 32A of the substrate 32 and the upper surface of the through electrode 7 exposed therefrom. In the first embodiment, the insulating film is composed of two insulating films, that is, the surface insulating film 3 and the insulating cover film 8, whereas in the second embodiment, one layer of the insulating cover film 33 is formed. An insulating film is used.

各貫通孔4の側壁には、上記第1実施形態とは異なり、絶縁膜が設けられていない。これは、基板32が絶縁体から形成されているため、各貫通孔4の内部の貫通電極7と基板32との絶縁が不要だからである。   Unlike the first embodiment, an insulating film is not provided on the side wall of each through hole 4. This is because the substrate 32 is formed of an insulator, so that the insulation between the through electrode 7 inside each through hole 4 and the substrate 32 is unnecessary.

基板32を絶縁体で形成した場合、絶縁性の観点からは、通常、基板32の第1主面32Aを覆う絶縁膜は必要ない。しかし、上述した第1実施形態の貫通電極付きキャパシタ1と同様に、絶縁性カバー膜33を用いることによって、貫通電極7と基板32との熱膨張差に起因する貫通電極7の変形を抑制することができる。   When the substrate 32 is formed of an insulator, an insulating film that covers the first main surface 32A of the substrate 32 is usually unnecessary from the viewpoint of insulation. However, like the capacitor 1 with the through electrode of the first embodiment described above, the insulating cover film 33 is used to suppress deformation of the through electrode 7 due to the difference in thermal expansion between the through electrode 7 and the substrate 32. be able to.

基板32を結晶化ガラス、セラミック、低温焼結セラミック等で形成した場合には、キャパシタ構造13を薄膜で形成すると、基板32の第1主面32Aの凹凸に起因して、キャパシタ構造13の製造歩留りや信頼性が低下するという問題がある。これに対して、本第2実施形態においては、基板32の第1主面32A全体を絶縁性カバー膜33で覆っているので、絶縁性カバー膜33によって基板32の表面の凹凸が吸収され、絶縁性カバー膜33の表面が平坦になる。その結果、キャパシタ構造13の歩留りおよび信頼性が向上するという効果がある。   When the substrate 32 is formed of crystallized glass, ceramic, low-temperature sintered ceramic, etc., when the capacitor structure 13 is formed of a thin film, the capacitor structure 13 is manufactured due to the unevenness of the first main surface 32A of the substrate 32. There is a problem that yield and reliability are lowered. On the other hand, in the second embodiment, since the entire first main surface 32A of the substrate 32 is covered with the insulating cover film 33, the unevenness on the surface of the substrate 32 is absorbed by the insulating cover film 33, The surface of the insulating cover film 33 becomes flat. As a result, the yield and reliability of the capacitor structure 13 are improved.

貫通電極7の材料は限定されないが、めっきで形成する場合にはCuが好適である。基板32がセラミックや低温焼結セラミックで形成される場合は、同時焼結で形成されるCu,Ag(銀),Agを含む合金等が好適に用いられる。   The material of the through electrode 7 is not limited, but Cu is preferable when it is formed by plating. When the substrate 32 is formed of ceramic or low-temperature sintered ceramic, Cu, Ag (silver), an alloy containing Ag, or the like formed by simultaneous sintering is preferably used.

絶縁性カバー膜33の材料も、限定されない。好適な例としては、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム等を挙げることができる。基板32がセラミックや低温焼結セラミック製の場合は、スピンオングラス(Spin-On-Glass(SOG))で形成される材料も好適である。基板32に絶縁体を用いた場合、各貫通孔4の側壁に絶縁膜を形成する必要がなく、その分だけ構成を簡素化できるという利点がある。   The material of the insulating cover film 33 is not limited. Preferable examples include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide and the like. When the substrate 32 is made of ceramic or low-temperature sintered ceramic, a material formed of spin-on-glass (SOG) is also suitable. When an insulator is used for the substrate 32, there is no need to form an insulating film on the side wall of each through hole 4, and there is an advantage that the configuration can be simplified accordingly.

(貫通電極付きキャパシタの製造方法)
次に、図8A〜図8Eを参照しながら、第2実施形態の貫通電極付きキャパシタ31の製造方法について説明する。以下では、上記第1実施形態で説明した図6の構成と共通する部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
(Manufacturing method of capacitor with through electrode)
Next, a manufacturing method of the capacitor 31 with the through electrode according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 8E. In the following, portions common to the configuration of FIG. 6 described in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

先ず、絶縁体からなる基板32に貫通孔4を複数個形成した後、各貫通孔4の内部に貫通電極7を形成する(図8A参照)。貫通孔4は、ICP−RIE法で形成してもよいし、感光性結晶化ガラスを用いたフッ酸によるエッチング法で形成してもよい。基板32がセラミックや低温焼結セラミック製である場合は、セラミックのグリーンシートの加工によって形成してもよい。   First, a plurality of through holes 4 are formed in a substrate 32 made of an insulator, and then a through electrode 7 is formed inside each through hole 4 (see FIG. 8A). The through hole 4 may be formed by an ICP-RIE method or an etching method using hydrofluoric acid using photosensitive crystallized glass. When the substrate 32 is made of ceramic or low-temperature sintered ceramic, it may be formed by processing a ceramic green sheet.

貫通電極7の形成方法は限定されないが、めっき法が好適である。基板32にセラミックや低温焼結セラミックを使用した場合には、ペーストの同時焼結により貫通電極7を形成してもよい。また、貫通孔4と貫通電極7との間には、拡散を防止するバリア層を形成してもよい。バリア層の材質も限定されないが、窒化チタン、窒化タンタル等が好適である。   Although the formation method of the penetration electrode 7 is not limited, the plating method is suitable. When ceramic or low-temperature sintered ceramic is used for the substrate 32, the through electrode 7 may be formed by simultaneous sintering of paste. Further, a barrier layer for preventing diffusion may be formed between the through hole 4 and the through electrode 7. The material of the barrier layer is not limited, but titanium nitride, tantalum nitride, or the like is preferable.

次に、貫通電極7上方側において、基板32の表面および貫通電極7の上端面の上に、絶縁性カバー膜33を形成する。これにより、基板32と貫通電極7の上端面の全体を表面保護膜33が被覆する(図8B参照)。絶縁性カバー膜33の形成方法は限定されないが、CVD法またはSOG法が好適に用いられる。   Next, an insulating cover film 33 is formed on the surface of the substrate 32 and the upper end surface of the through electrode 7 above the through electrode 7. Thereby, the surface protection film 33 covers the entire upper end surface of the substrate 32 and the through electrode 7 (see FIG. 8B). A method for forming the insulating cover film 33 is not limited, but a CVD method or an SOG method is preferably used.

次に、絶縁性カバー膜33と貫通電極7の上端面の上に、下部電極10、誘電体11、上部電極12をこの順に積層する(図8C参照)。ここで、上述した第1実施形態と同様に、高誘電率の誘電体11を得るためには、下部電極10、誘電体11、上部電極12の成膜時または成膜後の加熱が必要となる。   Next, the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12 are laminated in this order on the insulating cover film 33 and the upper end surface of the through electrode 7 (see FIG. 8C). Here, as in the first embodiment described above, in order to obtain the dielectric 11 having a high dielectric constant, heating is required during or after the formation of the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12. Become.

本第2実施形態によれば、上記第1実施形態に説明したように、絶縁性カバー膜33を配設しているので、以下の効果を得ることができる。すなわち、すなわち、キャパシタ構造13を形成するための加熱処理時に、基板2の材料と貫通電極7の材料との熱膨張係数の差によって生ずる貫通電極7のキャパシタ構造13の方向(図2中の上方方向)への伸縮を、絶縁性カバー膜8により抑制することができる。しかも、下部電極10をW,Mo,Fe,Ni,Coのうちいずれかにより形成される高弾性金属膜を含む膜構成とすることにより、貫通電極7の熱膨張による誘電体11の損傷を一段と抑制することができる。   According to the second embodiment, as described in the first embodiment, since the insulating cover film 33 is provided, the following effects can be obtained. That is, in the heat treatment for forming the capacitor structure 13, the direction of the capacitor structure 13 of the through electrode 7 caused by the difference in thermal expansion coefficient between the material of the substrate 2 and the material of the through electrode 7 (upper direction in FIG. 2) Expansion and contraction in the direction) can be suppressed by the insulating cover film 8. In addition, by making the lower electrode 10 a film configuration including a highly elastic metal film formed of any one of W, Mo, Fe, Ni, and Co, damage to the dielectric 11 due to thermal expansion of the through electrode 7 is further increased. Can be suppressed.

また、例えばセラミック等の表面に比較的大きい凹凸がある基板32を使用した場合には、その上に薄膜状の誘電体11を形成すると、欠陥等により歩留りが低下してしまう問題がある。これに対して、本発明では、絶縁性カバー膜33を形成したことにより、基板32の第1主面32Aの凹凸が抑制されるので、歩留りが向上する。   In addition, when the substrate 32 having a relatively large unevenness on the surface, such as ceramic, is used, there is a problem in that the yield decreases due to defects or the like when the thin film dielectric 11 is formed thereon. On the other hand, in the present invention, since the insulating cover film 33 is formed, the unevenness of the first main surface 32A of the substrate 32 is suppressed, so that the yield is improved.

次に、エッチング法により、下部電極10、誘電体11、上部電極12の三層を選択的に除去し、各貫通電極7と重なる位置に窪みを形成する。その後、三層構成のキャパシタ構造13の上に保護絶縁膜14を形成して、キャパシタ構造13の全面を覆う(図8D参照)。   Next, three layers of the lower electrode 10, the dielectric 11, and the upper electrode 12 are selectively removed by etching, and a recess is formed at a position overlapping with each through electrode 7. Thereafter, a protective insulating film 14 is formed on the three-layer capacitor structure 13 to cover the entire surface of the capacitor structure 13 (see FIG. 8D).

次に、各貫通電極7と重なる位置において保護絶縁膜14および絶縁性カバー膜8を選択的に除去し、貫通電極接続用ビア9を複数個形成する(図8E参照)。また、下部電極10と重なる位置において保護絶縁膜14を選択的に除去し、下部電極10に下部電極接続パッド16を接続するための下部電極接続ビア20を形成する。さらに、上部電極12と重なる位置において保護絶縁膜14を選択的に除去し、上部電極12に上部電極12を接続するための上部電極接続ビア21を形成する。   Next, the protective insulating film 14 and the insulating cover film 8 are selectively removed at positions overlapping with the respective through electrodes 7 to form a plurality of through electrode connecting vias 9 (see FIG. 8E). Further, the protective insulating film 14 is selectively removed at a position overlapping the lower electrode 10, and a lower electrode connection via 20 for connecting the lower electrode connection pad 16 to the lower electrode 10 is formed. Further, the protective insulating film 14 is selectively removed at a position overlapping with the upper electrode 12, and an upper electrode connection via 21 for connecting the upper electrode 12 to the upper electrode 12 is formed.

続いて、保護絶縁膜14の上のキャパシタ構造13の各窪みと重なる位置において、半導体素子接合パッド15を複数個形成する。その後、半導体素子26と実装基板25との間に配置して使用するために、図7に示したように、基板2の第2主面2Bに裏面パッド23を形成し、基板32の第1主面32Aと第2主面32Bにカバー樹脂24を形成する。こうして、図7に示した貫通電極付きキャパシタ31が完成する。   Subsequently, a plurality of semiconductor element bonding pads 15 are formed at positions overlapping the recesses of the capacitor structure 13 on the protective insulating film 14. Thereafter, in order to be used between the semiconductor element 26 and the mounting substrate 25, a back surface pad 23 is formed on the second main surface 2B of the substrate 2 as shown in FIG. Cover resin 24 is formed on main surface 32A and second main surface 32B. In this way, the capacitor 31 with the through electrode shown in FIG. 7 is completed.

以上説明した第2実施形態の製造方法では、図6に示した第1実施形態の製造方法に比較して、貫通孔4の側壁および基板32の第2主面32Bに側壁絶縁膜5および裏面絶縁膜6をそれぞれ形成する工程が不要となり、その分だけ製造工程を簡素化できるという利点がある。   In the manufacturing method of the second embodiment described above, the side wall insulating film 5 and the back surface are formed on the side wall of the through hole 4 and the second main surface 32B of the substrate 32 as compared with the manufacturing method of the first embodiment shown in FIG. There is an advantage that the process of forming the insulating films 6 is not necessary, and the manufacturing process can be simplified accordingly.

本発明の第2実施形態の貫通電極付きキャパシタ31では、上述したように、絶縁体からなる基板32の第1主面32Aが絶縁性カバー膜33で覆われており、その絶縁性カバー膜33の上にキャパシタ構造13が形成されている。このため、基板32に貫通電極7を形成した後にキャパシタ構造13を形成するための基板32の加熱工程を実施しても、基板32の材料と貫通電極7の材料との熱膨張係数の差によって生じる、基板32の厚さ方向への貫通電極7の伸縮が、絶縁性カバー膜33によって抑制される。その結果、キャパシタ構造13の誘電体11の劣化が防止される、つまり、製造不良の発生を防止できるから、基板32にキャパシタ構造13を形成した後に貫通電極7を形成する場合のプロセスの制限を受けることがなく、高い自由度をもって貫通電極7を形成することができる。また、貫通電極7の形成を容易にするために、無理に基板32を薄くする必要もない。よって、貫通電極7の形成が容易であると共に、製造工程や実装プロセスでのハンドリング時に損傷が起こりにくい。   In the capacitor 31 with a through electrode according to the second embodiment of the present invention, as described above, the first main surface 32A of the substrate 32 made of an insulator is covered with the insulating cover film 33, and the insulating cover film 33 is formed. A capacitor structure 13 is formed thereon. For this reason, even if the heating process of the substrate 32 for forming the capacitor structure 13 is performed after the through electrode 7 is formed on the substrate 32, the difference in thermal expansion coefficient between the material of the substrate 32 and the material of the through electrode 7 The expansion and contraction of the through electrode 7 in the thickness direction of the substrate 32 is suppressed by the insulating cover film 33. As a result, deterioration of the dielectric 11 of the capacitor structure 13 can be prevented, that is, production defects can be prevented. Therefore, the process limitation when the through electrode 7 is formed after the capacitor structure 13 is formed on the substrate 32 is limited. The through electrode 7 can be formed with a high degree of freedom. Further, it is not necessary to force the substrate 32 to be thin in order to facilitate the formation of the through electrode 7. Therefore, the through electrode 7 can be easily formed and is not easily damaged during handling in the manufacturing process or the mounting process.

しかも、基板32の第1主面32Aを絶縁性カバー膜33で覆うと共に、キャパシタ構造13を絶縁性カバー膜33の上に設けるだけでよいので、低コストで済む。   In addition, since the first main surface 32A of the substrate 32 is covered with the insulating cover film 33 and the capacitor structure 13 is only provided on the insulating cover film 33, the cost can be reduced.

さらに、上記のように貫通電極7の形成が容易であるから、基板32の厚みをハンドリングし易いものにすることができ、したがって製造過程での取り扱いが容易になる。よって、貫通電極付きキャパシタ31を容易に製造することができる。   Furthermore, since the through electrode 7 can be easily formed as described above, the thickness of the substrate 32 can be easily handled, and therefore handling in the manufacturing process is facilitated. Therefore, the capacitor 31 with a through electrode can be easily manufactured.

なお、半導体素子接続パッド15の各々が対応する貫通電極7に電気的に接続され、半導体素子接続パッド15の少なくとも一つが上部電極12に電気的に接続され、上部電極12に電気的に接続されていない半導体素子接続パッド15の少なくとも一つが、下部電極10に電気的に接続されているので、貫通電極付きキャパシタ31をインターポーザ型キャパシタとして使用可能である。   Each of the semiconductor element connection pads 15 is electrically connected to the corresponding through electrode 7, and at least one of the semiconductor element connection pads 15 is electrically connected to the upper electrode 12 and electrically connected to the upper electrode 12. Since at least one of the non-connected semiconductor element connection pads 15 is electrically connected to the lower electrode 10, the capacitor 31 with a through electrode can be used as an interposer type capacitor.

本発明をいっそう詳細に説明するため、以下において、上記第1実施形態および第2実施形態の具体例について説明する。   In order to describe the present invention in more detail, specific examples of the first embodiment and the second embodiment will be described below.

(実施例1)
本実施例1では、図6に示す方法(第1実施形態)を用いて、図4の貫通電極付きキャパシタ1(第1実施形態)を製造した。
Example 1
In Example 1, the capacitor 1 with the through electrode shown in FIG. 4 (first embodiment) was manufactured using the method shown in FIG. 6 (first embodiment).

まず、基板(インターポーザ基板)2として厚さ350μmのSiウエハを準備した。そして、ICP−RIE装置を用いたボッシュプロセスにより、半導体素子の直径50μmの端子の位置に対応させて、当該半導体素子が複数とれるように直径50μmの貫通孔4を複数個、基板2に形成した。   First, a Si wafer having a thickness of 350 μm was prepared as the substrate (interposer substrate) 2. Then, by a Bosch process using an ICP-RIE apparatus, a plurality of through holes 4 having a diameter of 50 μm are formed in the substrate 2 so as to correspond to the positions of the terminals having a diameter of 50 μm of the semiconductor elements. .

次に、水蒸気を用いた熱酸化処理を行い、基板2の第1主面2Aに表面絶縁膜(第1絶縁膜)3を、各貫通孔4の側壁に側壁絶縁膜(第1絶縁膜)5を、基板2の第2主面2Bに裏面絶縁膜6を、それぞれ形成した。次に、CVD法により、バリア層のTiN、めっきシード層のCuの順にそれぞれの膜を100nm、300nmの厚みで形成した。次いで、Cuのフィルドめっきを行い、各貫通孔4の内部を完全にCuで充填して貫通電極7を形成した。その後、基板2の第1主面2Aと第2主面2BをCMPで研削し、基板2の両面のめっき膜とシード層とバリア層を除去した。   Next, a thermal oxidation process using water vapor is performed, a surface insulating film (first insulating film) 3 is formed on the first main surface 2A of the substrate 2, and a side wall insulating film (first insulating film) is formed on the side wall of each through hole 4. 5 and the back surface insulating film 6 were formed on the second main surface 2B of the substrate 2, respectively. Next, the respective films were formed with a thickness of 100 nm and 300 nm by the CVD method in the order of TiN as the barrier layer and Cu as the plating seed layer. Subsequently, filled plating of Cu was performed, and the inside of each through hole 4 was completely filled with Cu to form the through electrode 7. Thereafter, the first main surface 2A and the second main surface 2B of the substrate 2 were ground by CMP, and the plating film, the seed layer, and the barrier layer on both surfaces of the substrate 2 were removed.

続いて、基板2の第1主面2AにTEOS(Tetraethoxysilane)を原料としたプラズマCVD法により、350℃で、絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8としてのSiO膜を1μmの厚みに形成した。次に、DCマグネトロンスパッタ法により、キャパシタ構造13を形成する下部電極10を成膜した。具体的には、下部電極10として、Ta,Ruの順にそれぞれ50nmの厚みで、加熱せずに成膜した。また、RFスパッタ法により、キャパシタ構造13を形成する誘電体11として、Mnを5%添加したSrTiO(STO)を400℃で50nmの厚みに成膜した。さらに、DCマグネトロンスパッタ法により、キャパシタ構造13を形成する上部電極12として、Ruを100nmの厚みで基板2の加熱なしで成膜した。Subsequently, the SiO 2 film as the insulating cover film (second insulating film) 8 is formed to a thickness of 1 μm at 350 ° C. on the first main surface 2A of the substrate 2 by plasma CVD using TEOS (Tetraethoxysilane) as a raw material. Formed. Next, the lower electrode 10 for forming the capacitor structure 13 was formed by DC magnetron sputtering. Specifically, the lower electrode 10 was formed in the order of Ta and Ru with a thickness of 50 nm, respectively, without heating. Further, SrTiO 3 (STO) to which 5% of Mn was added was deposited at 400 ° C. to a thickness of 50 nm as the dielectric 11 forming the capacitor structure 13 by RF sputtering. Further, Ru was formed to a thickness of 100 nm without heating the substrate 2 as the upper electrode 12 for forming the capacitor structure 13 by DC magnetron sputtering.

次いで、フォトリソグラフィー法によりパターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、Ar(アルゴン)のイオンミリング法により上部電極12をパターニングした。そのフォトレジスト膜をメチルエチルケトン洗浄および酸素プラズマ洗浄で除去した後、パターニングしたフォトレジスト膜をマスクとして、誘電体11を弗酸と硝酸の混合水溶液によるエッチング法でパターニングした。そのフォトレジスト膜を除去した後、パターニングしたレジストをマスクとして、Arのイオンミリング法により下部電極10をパターニングした。こうして、各貫通電極7に重なる位置にそれぞれ溝を形成した。   Next, the upper electrode 12 was patterned by Ar (argon) ion milling using the photoresist film patterned by photolithography as a mask. The photoresist film was removed by methyl ethyl ketone cleaning and oxygen plasma cleaning, and then the dielectric 11 was patterned by an etching method using a mixed aqueous solution of hydrofluoric acid and nitric acid using the patterned photoresist film as a mask. After removing the photoresist film, the lower electrode 10 was patterned by Ar ion milling using the patterned resist as a mask. In this way, a groove was formed at a position overlapping each through electrode 7.

次に、保護絶縁膜14としてのSiO膜を、絶縁性カバー膜8と同様に、350℃でのプラズマCVD法により、1μmの厚みに成膜した。そして、フォトレジスト膜をマスクとしたRIE加工により、保護絶縁膜14および絶縁性カバー膜8の所定位置に、下部電極接続ビア20、上部電極接続ビア21および貫通電極接続用ビア9を形成した。そのフォトレジスト膜を除去した後、電解めっきのシード層として、ウエハ側からTiを50nm、Cuを300nmの厚みで順に成膜した。貫通電極接続用ビア9は直径30μmとした。Next, a SiO 2 film as the protective insulating film 14 was formed to a thickness of 1 μm by plasma CVD at 350 ° C. in the same manner as the insulating cover film 8. Then, the lower electrode connection via 20, the upper electrode connection via 21, and the through electrode connection via 9 were formed at predetermined positions of the protective insulating film 14 and the insulating cover film 8 by RIE processing using the photoresist film as a mask. After removing the photoresist film, Ti was deposited in order from the wafer side to a thickness of 50 nm and Cu to a thickness of 300 nm as a seed layer for electrolytic plating. The through-electrode connecting via 9 had a diameter of 30 μm.

次に、電解めっきのシード層として、ウエハ側からTiを50nm、Cuを300nmの厚みで成膜した。その後、レジスト膜をマスクとして電解めっき法により、Cuで半導体素子接合パッド15を形成した。そして、レジスト膜およびシード層を剥離して図2に示す構造を得た。   Next, Ti was deposited to a thickness of 50 nm and Cu to a thickness of 300 nm from the wafer side as a seed layer for electrolytic plating. Thereafter, a semiconductor element bonding pad 15 was formed of Cu by electrolytic plating using the resist film as a mask. Then, the resist film and the seed layer were removed to obtain the structure shown in FIG.

次に、絶縁樹脂として感光性エポキシ−フェノール樹脂を基板2の第1主面2Aに塗布し、露光・現像により、各半導体素子接合パッド15が露出するようにパターニングした。次いで、200℃でキュアし、基板2の第1主面2Aにカバー樹脂24を形成した。裏面パッド23と第2主面2Bのカバー樹脂24についても、このカバー樹脂24と同様にして形成した。こうして、図4に示す構造を得た。   Next, a photosensitive epoxy-phenolic resin as an insulating resin was applied to the first main surface 2A of the substrate 2 and patterned by exposure and development so that each semiconductor element bonding pad 15 was exposed. Next, curing was performed at 200 ° C., and a cover resin 24 was formed on the first main surface 2 </ b> A of the substrate 2. The back pad 23 and the cover resin 24 of the second main surface 2B were formed in the same manner as the cover resin 24. Thus, the structure shown in FIG. 4 was obtained.

次に、Cu製の各半導体素子接合パッド15上に、無電解めっき法で、端子電極側からNi、Auをそれぞれ3μm、0.05μmの厚みで成膜した。その後、ウエハを切断し、得られた貫通電極付きキャパシタ1をチップ状に分割した。   Next, on each semiconductor element bonding pad 15 made of Cu, Ni and Au were formed in thicknesses of 3 μm and 0.05 μm, respectively, from the terminal electrode side by electroless plating. Thereafter, the wafer was cut, and the obtained capacitor 1 with through electrodes was divided into chips.

上記工程を経て、半導体素子接合パッド15が9000個、容量が7.0μF、サイズが20mm角の貫通電極付きキャパシタ1を得た。   Through the above process, a through-electrode capacitor 1 having 9000 semiconductor element bonding pads 15, a capacity of 7.0 μF, and a size of 20 mm square was obtained.

チップ状の貫通電極付きキャパシタ1を、Sn−Ag−Cu半田によって、図5に示すように、半導体素子26と実装基板25との間に接続し、電源電圧1V、最大負荷電流100A、クロック周波数2GHzの半導体素子26を動作させたところ、電源ノイズは目標の50mV以下であることが確認できた。   As shown in FIG. 5, the chip-shaped capacitor 1 with a through electrode is connected between the semiconductor element 26 and the mounting substrate 25 by a Sn—Ag—Cu solder, and the power supply voltage is 1 V, the maximum load current is 100 A, the clock frequency. When the 2 GHz semiconductor element 26 was operated, it was confirmed that the power supply noise was below the target 50 mV.

(実施例2)
本実施例2では、図8に示す方法(第2実施形態)を用いて、図7の貫通電極付きキャパシタ31(第2実施形態)を製造した。
(Example 2)
In Example 2, using the method shown in FIG. 8 (second embodiment), the through-electrode capacitor 31 of FIG. 7 (second embodiment) was manufactured.

インターポーザ基板32として、厚み200μmのアルカリフリー・ガラスを使用した。RIE法で、直径50μmの半導体素子26の端子位置に対応した貫通孔4を複数個、半導体素子26が複数とれるように形成した。   As the interposer substrate 32, an alkali-free glass having a thickness of 200 μm was used. A plurality of through holes 4 and a plurality of semiconductor elements 26 corresponding to the terminal positions of the semiconductor element 26 having a diameter of 50 μm were formed by the RIE method.

次に、CVD法により、バリア層のTiN、めっきシード層のCuの順にそれぞれの膜を100nm、300nmの厚みで形成した。続いて、Cuのフィルドめっきを行い、各貫通孔4の内部をCuで完全に充填して、複数の貫通電極7を形成した。   Next, the respective films were formed with a thickness of 100 nm and 300 nm by the CVD method in the order of TiN as the barrier layer and Cu as the plating seed layer. Subsequently, filled plating of Cu was performed, and the inside of each through hole 4 was completely filled with Cu to form a plurality of through electrodes 7.

次に、基板32の第1主面32Aと第2主面32BをCMPで研削し、基板32の両面のめっき膜とシード層とバリア層を除去した。続いて、基板32の第1主面32Aに、TEOSを原料としたプラズマCVD法により、350℃で、絶縁性カバー膜33としてのSiO膜を1μmの厚みに形成した。Next, the first main surface 32A and the second main surface 32B of the substrate 32 were ground by CMP, and the plating film, the seed layer, and the barrier layer on both surfaces of the substrate 32 were removed. Subsequently, a SiO 2 film as an insulating cover film 33 was formed to a thickness of 1 μm on the first main surface 32A of the substrate 32 at 350 ° C. by plasma CVD using TEOS as a raw material.

その後のプロセスは、上記実施例1における絶縁性カバー膜(第2絶縁膜)8が本実施例2の絶縁性カバー膜33に代わった点を除いて、上記実施例1と同様に実施し、図7の構造を持つ貫通電極付きキャパシタ31を得た。   The subsequent processes were performed in the same manner as in Example 1 except that the insulating cover film (second insulating film) 8 in Example 1 was replaced with the insulating cover film 33 in Example 2. A capacitor 31 with a through electrode having the structure of FIG. 7 was obtained.

次に、Cu製の各半導体素子接合パッド15上に、上記実施例1と同様にして、端子電極側からNi、Auをそれぞれ3μm、0.05μmの厚みで成膜した。その後、ウエハを切断し、得られた貫通電極付きキャパシタ1をチップ状に分割した。   Next, Ni and Au were formed in a thickness of 3 μm and 0.05 μm, respectively, from the terminal electrode side on each Cu semiconductor element bonding pad 15 in the same manner as in Example 1. Thereafter, the wafer was cut, and the obtained capacitor 1 with through electrodes was divided into chips.

上記工程等を経て、半導体素子接合パッド15が9000個、容量がほぼ実施例1と同じ6、9μF、サイズが20mm角の貫通電極付きキャパシタ31を得た。   Through the above steps, a through-electrode capacitor 31 with 9,000 semiconductor element bonding pads 15, a capacitance of 6, 9 μF, and a size of 20 mm square, which is substantially the same as in Example 1, was obtained.

また、上記実施例1と同様にして、チップ状の貫通電極付きキャパシタ31を半導体素子26と実装基板25との間に接続し、電源ノイズを評価したところ、上記実施例1と同様の目標の50mV以下という良好な結果が得られた。   Further, in the same manner as in the first embodiment, a chip-like capacitor 31 with a through electrode is connected between the semiconductor element 26 and the mounting substrate 25 and power noise is evaluated. Good results of 50 mV or less were obtained.

(実施例3)
本実施例3では、図8に示す方法(第2実施形態)を用いて、図7の貫通電極付きキャパシタ31(第2実施形態)を製造した。
(Example 3)
In Example 3, using the method shown in FIG. 8 (second embodiment), the through-electrode capacitor 31 of FIG. 7 (second embodiment) was manufactured.

低温焼結セラミックのグリーンシートを加工して、直径100μmの貫通孔4を複数個形成してから、各貫通孔4の内部にAgペーストを充填して積層した。その後、低温焼結セラミックとAgペーストとを同時に焼結して、貫通電極7付きの基板32を得た。   After processing a low-temperature sintered ceramic green sheet to form a plurality of through holes 4 having a diameter of 100 μm, the inside of each through hole 4 was filled with Ag paste and laminated. Thereafter, the low-temperature sintered ceramic and the Ag paste were simultaneously sintered to obtain a substrate 32 with through electrodes 7.

次に、基板32の第1主面32AにSOG材を塗布してから熱処理を繰り返し、基板32の第1主面32Aに厚み1μmの絶縁性カバー膜33を形成した。次に、キャパシタ構造13を構成する下部電極10を成膜した。具体的には、下部電極10として、DCマグネトロンスパッタ法により、Ta、Mo、Ruの順でそれぞれ50nm、1μm、100nmの厚みで、加熱せずに成膜した。誘電体11と上部電極12は、上述した実施例1と同様に成膜した。   Next, after applying the SOG material to the first main surface 32A of the substrate 32, the heat treatment was repeated to form an insulating cover film 33 having a thickness of 1 μm on the first main surface 32A of the substrate 32. Next, the lower electrode 10 constituting the capacitor structure 13 was formed. Specifically, the lower electrode 10 was formed by DC magnetron sputtering with a thickness of 50 nm, 1 μm, and 100 nm, respectively, in the order of Ta, Mo, and Ru, without heating. The dielectric 11 and the upper electrode 12 were formed in the same manner as in Example 1 described above.

それ以後の工程は、実施例2と同様に行った。ただし、貫通電極接続用ビア9のサイズは、直径50μmとした。   Subsequent steps were performed in the same manner as in Example 2. However, the size of the through-electrode connecting via 9 was 50 μm in diameter.

上記工程を経て、半導体素子接合パッド15が400個、容量が1.7μF、サイズが10mm角の貫通電極付きキャパシタ31を得た。   Through the above process, a through-electrode capacitor 31 having 400 semiconductor element bonding pads 15, a capacitance of 1.7 μF, and a size of 10 mm square was obtained.

本実施例3で得られた貫通電極付きキャパシタ31を、電源電圧3.3V、クロック周波数1GHzで動作させて、電源ノイズを評価したところ、電源ノイズは目標の50mV以下であるばかりでなく、ほとんど電源ノイズがないことが確認できた。   When the power supply noise was evaluated by operating the capacitor 31 with a through electrode obtained in Example 3 at a power supply voltage of 3.3 V and a clock frequency of 1 GHz, the power supply noise was not only the target 50 mV or less, but was almost It was confirmed that there was no power supply noise.

以上、実施形態および実施例を参照して本願発明を説明したが、本願発明は、上記実施形態および実施例に限定されたものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明の趣旨を逸脱しない範疇において、当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。   Although the present invention has been described with reference to the exemplary embodiments and examples, the present invention is not limited to the above exemplary embodiments and examples. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention without departing from the spirit of the present invention.

本明細書は、さらに以下の発明を開示する。
(付記1) 複数の貫通孔を有する基板と、
前記基板の表面と前記貫通孔の各々の側壁を覆う第1絶縁膜と、
前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、
前記第1絶縁膜の上に形成された、前記基板の表面を覆う第2絶縁膜と、
前記第2絶縁膜の上に形成された、下部電極と誘電体と上部電極とからなるキャパシタ構造と、
前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜の上に形成された複数の接続パッドとを備え、
前記接続パッドの各々は、保護絶縁膜と前記第2絶縁膜を貫通するビアを介して、対応する前記貫通電極に電気的に接続されており、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする貫通電極付きキャパシタ。
The present specification further discloses the following inventions.
(Supplementary note 1) a substrate having a plurality of through holes;
A first insulating film covering the surface of the substrate and each side wall of the through hole;
A through electrode made of a conductor filled in each of the through holes;
A second insulating film formed on the first insulating film and covering a surface of the substrate;
A capacitor structure comprising a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode formed on the second insulating film;
A protective insulating film covering the capacitor structure;
A plurality of connection pads formed on the protective insulating film,
Each of the connection pads is electrically connected to the corresponding through electrode through a via penetrating the protective insulating film and the second insulating film,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through a via penetrating the protective insulating film,
At least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode through a via penetrating the protective insulating film. With capacitor.

(付記2) 複数の貫通孔を有する、絶縁体からなる基板と、
前記基板の表面を覆う絶縁膜と、
前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、
前記絶縁膜の上に形成された、下部電極と誘電体と上部電極とからなるキャパシタ構造と、
前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、
前記保護絶縁膜の上に形成された複数の接続パッドとを備え、
前記接続パッドの各々は、前記保護絶縁膜と前記絶縁膜を貫通するビアを介して、対応する前記貫通電極に電気的に接続されており、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする貫通電極付きキャパシタ。
(Appendix 2) A substrate made of an insulator having a plurality of through holes;
An insulating film covering the surface of the substrate;
A through electrode made of a conductor filled in each of the through holes;
A capacitor structure formed of a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode, formed on the insulating film;
A protective insulating film covering the capacitor structure;
A plurality of connection pads formed on the protective insulating film,
Each of the connection pads is electrically connected to the corresponding through electrode through a via that penetrates the protective insulating film and the insulating film,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through a via penetrating the protective insulating film,
At least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode through a via penetrating the protective insulating film. With capacitor.

(付記3) 基板に複数の貫通孔を形成する工程と、
前記基板の表面と前記貫通孔の各々の側壁を覆う第1絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通孔の各々の内部に導体を充填して複数の貫通電極を形成する工程と、
前記第1絶縁膜の上に前記基板の表面を覆う第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第2の絶縁膜の上に、下部電極と誘電体と上部電極とからなるキャパシタ構造を形成する工程と、
前記キャパシタを覆う保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜の上に複数の接続パッドを形成する工程とを備え、
前記接続パッドの各々は、少なくとも前記第2絶縁膜を貫通するビアを介して、対応する前記貫通電極に電気的に接続されており、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする貫通電極付きキャパシタの製造方法。
(Additional remark 3) The process of forming a several through-hole in a board | substrate,
Forming a first insulating film covering the surface of the substrate and the side walls of the through holes;
A step of filling a conductor in each of the through holes to form a plurality of through electrodes;
Forming a second insulating film covering the surface of the substrate on the first insulating film;
Forming a capacitor structure including a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode on the second insulating film;
Forming a protective insulating film covering the capacitor;
Forming a plurality of connection pads on the protective insulating film,
Each of the connection pads is electrically connected to the corresponding through electrode through at least a via penetrating the second insulating film,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through a via penetrating the protective insulating film,
At least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode through a via penetrating the protective insulating film. Of manufacturing a capacitor with a capacitor.

(付記4) 絶縁体からなる基板に複数の貫通孔を形成する工程と、
前記基板の表面を覆う絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通孔の各々の内部に導体を充填して複数の貫通電極を形成する工程と、
前記の絶縁膜の上に、下部電極と誘電体と上部電極とからなるキャパシタ構造を形成する工程と、
前記キャパシタを覆う保護絶縁膜を形成する工程と、
前記保護絶縁膜の上に複数の接続パッドを形成する工程とを備え、
前記接続パッドの各々は、前記絶縁膜を貫通するビアを介して、対応する前記貫通電極に電気的に接続されており、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記保護絶縁膜を貫通するビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されていることを特徴とする貫通電極付きキャパシタの製造方法。
(Additional remark 4) The process of forming a several through-hole in the board | substrate consisting of an insulator,
Forming an insulating film covering the surface of the substrate;
A step of filling a conductor in each of the through holes to form a plurality of through electrodes;
Forming a capacitor structure including a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode on the insulating film;
Forming a protective insulating film covering the capacitor;
Forming a plurality of connection pads on the protective insulating film,
Each of the connection pads is electrically connected to the corresponding through electrode through a via penetrating the insulating film,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through a via penetrating the protective insulating film,
At least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode through a via penetrating the protective insulating film. Of manufacturing a capacitor with a capacitor.

なお、本出願は、2008年3月4日に出願された日本出願特願2008−054166を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。   In addition, this application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2008-054166 for which it applied on March 4, 2008, and takes in those the indications of all here.

Claims (16)

複数の貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、
前記基板の第1主面上に形成された無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜と、
前記絶縁性カバー膜の上に形成され、下部電極と誘電体と上部電極とからなる複数のキャパシタ構造と、
前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、
前記キャパシタ構造の少なくとも一部と、前記保護絶縁膜を貫通するキャパシタ接続用ビアを介して電気的に接続され、かつ、対応する前記貫通電極と、前記保護絶縁膜および前記絶縁性カバー膜を貫通する前記貫通電極より小さい径からなる貫通電極接続用ビアを介して電気的に接続される複数の接続パッドと
を備え、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されている貫通電極付きキャパシタ。
A substrate having a plurality of through holes;
A through electrode made of a conductor filled in each of the through holes;
An insulating cover film made of an inorganic insulator formed on the first main surface of the substrate;
A plurality of capacitor structures formed on the insulating cover film and including a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode;
A protective insulating film covering the capacitor structure;
It is electrically connected to at least a part of the capacitor structure through a capacitor connection via that penetrates the protective insulating film, and penetrates the corresponding through electrode, the protective insulating film, and the insulating cover film. A plurality of connection pads electrically connected through through-electrode connecting vias having a smaller diameter than the through-electrode,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through the capacitor connection via,
A capacitor with a through electrode, wherein at least one of the connection pads not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode via the capacitor connection via.
前記キャパシタ構造の前記下部電極が、W、Mo、Fe、NiまたはCoにより形成される高弾性金属膜を含んでいることを特徴とする請求項1に記載の貫通電極付きキャパシタ。   The capacitor with a through electrode according to claim 1, wherein the lower electrode of the capacitor structure includes a highly elastic metal film formed of W, Mo, Fe, Ni, or Co. 前記基板が、半導体基板であり、
前記基板の第1主面、および、前記第1主面とは反対側にある第2主面、および前記貫通孔の側壁の上に、絶縁膜が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の貫通電極付きキャパシタ。
The substrate is a semiconductor substrate;
The insulating film is formed on the first main surface of the substrate, the second main surface opposite to the first main surface, and the side wall of the through hole. A capacitor with a through electrode according to 1 or 2.
前記半導体基板が、シリコン、砒素ガリウム、又は化合物半導体により形成されていることを特徴とする請求項3に記載の貫通電極付きキャパシタ。   4. The through-electrode capacitor according to claim 3, wherein the semiconductor substrate is made of silicon, gallium arsenide, or a compound semiconductor. 前記基板が、絶縁性基板であることを特徴とする請求項1又は2に記載の貫通電極付きキャパシタ。   The capacitor with a through electrode according to claim 1, wherein the substrate is an insulating substrate. 前記絶縁性基板が、酸化物単結晶、ガラス、又はセラミックスのいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項5に記載の貫通電極付きキャパシタ。   The capacitor with a through electrode according to claim 5, wherein the insulating substrate is formed of any one of oxide single crystal, glass, and ceramics. 前記ガラスが、結晶化ガラスであることを特徴とする請求項6に記載の貫通電極付きキャパシタ。   The capacitor with a through electrode according to claim 6, wherein the glass is crystallized glass. 前記セラミックスが、低温焼結セラミックスであることを特徴とする請求項6に記載の貫通電極付きキャパシタ。   The capacitor with a through electrode according to claim 6, wherein the ceramic is a low-temperature sintered ceramic. 請求項1〜8のいずれか1項に記載の貫通電極付きキャパシタを搭載した半導体装置。   A semiconductor device on which the capacitor with a through electrode according to claim 1 is mounted. 第1部品と第2部品の間に配置され、これらを電気的に接続する貫通電極付きキャパシタを具備し、
前記貫通電極付きキャパシタは、
複数の貫通孔を有する基板と、
前記貫通孔の各々の内部に充填された導体からなる貫通電極と、
前記基板の第1主面上に形成された無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜と、
前記絶縁性カバー膜の上に形成され、下部電極と誘電体と上部電極とからなる複数のキャパシタ構造と、
前記キャパシタ構造を覆う保護絶縁膜と、
前記キャパシタ構造の少なくとも一部と、前記保護絶縁膜を貫通するキャパシタ接続用ビアを介して電気的に接続され、かつ、対応する前記貫通電極と、前記保護絶縁膜および前記絶縁性カバー膜を貫通する前記貫通電極より小さい径からなる貫通電極接続用ビアを介して電気的に接続される複数の接続パッドと
を備え、
前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記上部電極に電気的に接続されており、
前記上部電極に電気的に接続されていない前記接続パッドの少なくとも一つは、前記キャパシタ接続用ビアを介して、前記下部電極に電気的に接続されており、
前記第1部品が、1又は2以上の半導体素子であり、
前記第2部品が、実装基板、又は1又は2以上の半導体素子である半導体装置。
A capacitor with a through electrode disposed between the first component and the second component and electrically connecting them;
The through electrode capacitor is
A substrate having a plurality of through holes;
A through electrode made of a conductor filled in each of the through holes;
An insulating cover film made of an inorganic insulator formed on the first main surface of the substrate;
A plurality of capacitor structures formed on the insulating cover film and including a lower electrode, a dielectric, and an upper electrode;
A protective insulating film covering the capacitor structure;
It is electrically connected to at least a part of the capacitor structure through a capacitor connection via that penetrates the protective insulating film, and penetrates the corresponding through electrode, the protective insulating film, and the insulating cover film. A plurality of connection pads electrically connected through through-electrode connecting vias having a smaller diameter than the through-electrode,
At least one of the connection pads is electrically connected to the upper electrode through the capacitor connection via,
At least one of the connection pads that is not electrically connected to the upper electrode is electrically connected to the lower electrode via the capacitor connection via,
The first component is one or more semiconductor elements;
A semiconductor device in which the second component is a mounting substrate or one or more semiconductor elements.
前記キャパシタ構造の前記下部電極が、W、Mo、Fe、NiまたはCoにより形成される高弾性金属膜を含んでいることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。   11. The semiconductor device according to claim 10, wherein the lower electrode of the capacitor structure includes a highly elastic metal film formed of W, Mo, Fe, Ni, or Co. 前記基板が、半導体基板であり、
前記基板の前記第1主面、当該第1主面とは反対側の第2主面、および前記貫通孔の側壁は、絶縁膜により被覆されていることを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体装置。
The substrate is a semiconductor substrate;
The said 1st main surface of the said board | substrate, the 2nd main surface on the opposite side to the said 1st main surface, and the side wall of the said through-hole are coat | covered with the insulating film, The Claim 10 or 11 characterized by the above-mentioned. The semiconductor device described.
前記基板が、絶縁性基板であることを特徴とする請求項10又は11に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 10, wherein the substrate is an insulating substrate. 基板に複数の貫通孔を形成し、
前記貫通孔の各々の内部に導体を充填して複数の貫通電極を形成し、
前記基板の第1主面上に、無機絶縁体からなる絶縁性カバー膜を形成し、
前記絶縁性カバー膜の上に、下部電極層、誘電体層、上部電極層をこの順に積層し、
前記下部電極層、誘電体層、上部電極層のパターンを形成した後に、前記第1主面を被覆するように保護絶縁膜を形成し、
前記保護絶縁膜の表面から、前記上部電極層の表面まで貫通するビア、前記下部電極層の表面まで貫通するビア、および前記貫通電極の表面まで貫通する前記貫通電極より小さい径からなるビアを形成し、
前記保護絶縁膜上に複数の接続パッドを形成する貫通電極付きキャパシタの製造方法。
Forming a plurality of through holes in the substrate;
A plurality of through electrodes are formed by filling a conductor inside each of the through holes,
Forming an insulating cover film made of an inorganic insulator on the first main surface of the substrate;
On the insulating cover film, a lower electrode layer, a dielectric layer, and an upper electrode layer are laminated in this order,
After forming the pattern of the lower electrode layer, dielectric layer, upper electrode layer, a protective insulating film is formed so as to cover the first main surface,
Vias penetrating from the surface of the protective insulating film to the surface of the upper electrode layer, vias penetrating to the surface of the lower electrode layer, and vias having a smaller diameter than the through electrode penetrating to the surface of the through electrode are formed. And
A method of manufacturing a capacitor with a through electrode, wherein a plurality of connection pads are formed on the protective insulating film.
前記誘電体層を成膜する際、若しくは前記誘電体層を成膜後であってパターン形成する前に、前記誘電体層が活性化するように加熱処理を施すことを特徴とする請求項14に記載の貫通電極付きキャパシタの製造方法。   15. The heat treatment is performed so that the dielectric layer is activated when forming the dielectric layer, or after forming the dielectric layer and before forming a pattern. The manufacturing method of the capacitor with a penetration electrode of description. 前記基板として、半導体基板を用い、
前記基板の第1主面、および、前記第1主面とは反対側にある第2主面、および前記貫通孔の側壁の上に、絶縁膜を形成することを特徴とする請求項14又は15に記載の貫通電極付きキャパシタの製造方法。
As the substrate, a semiconductor substrate is used,
15. An insulating film is formed on the first main surface of the substrate, the second main surface opposite to the first main surface, and the side wall of the through hole. 15. A method for producing a capacitor with a through electrode according to 15.
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