JP6502751B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

本実施形態は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。
近年、ＴＳＶ（Through-Silicon Via）を用いた３次元または２．５次元の半導体装置の集積技術が、高機能化等の観点から注目を集めている。
ＴＳＶを用いた集積技術では、チップの上下面それぞれに集積用のバンプ（貫通電極ともいう）が形成される。下面側のバンプは、たとえばバンプを含む素子構造が形成されたウエハの素子形成面（これを上面とする）を支持基板に固定した状態で、ウエハの下面側に形成される。ウエハの上面と支持基板との接合には、たとえば接着剤が用いられる。また、下面側のバンプを形成する前に、ウエハがグラインドされて薄厚化される場合もある。
このように、ＴＳＶを用いた集積技術ではウエハの下面側を加工することから、ウエハの上面と支持基板との接合には、ウエハの下面側に対する加工の際に接合破壊が生じない程度の強度が求められる。しかしながら、上面側のバンプの高さや素子構造の形状によっては、十分な接合強度が得られない場合が存在する。
特開２０１０−２１３５２号公報
実施形態は、ウエハの上面と支持基板との接合強度を高め得る半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
１つの実施形態によれば、半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の上面に位置するデバイス層と、前記デバイス層上に位置し、貫通孔が設けられた絶縁層と、前記絶縁層上から前記貫通孔内側面を経て前記デバイス層中の配線と接触する第１メタル層と、前記第１メタル層上に位置する第２メタル層と、前記絶縁層に設けられた前記貫通孔内に位置する胴体部と、前記胴体部上および前記絶縁層上に位置している頭部とを含み、前記第２メタル層上に位置して前記第２メタル層を構成する金属材料のイオン化傾向よりも大きい金属材料にて構成され、前記絶縁層の前記貫通孔を介して前記デバイス層中の配線と電気的に接続する貫通電極と、を備え、前記頭部には、側面から前記下面にかけて曲面を含む内面形状を有する窪みが形成されている。
図１は、実施形態１にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。 図２は、実施形態１にかかる貫通電極の上視図である。 図３は、実施形態１にかかる半導体装置を接着剤を用いて支持基板に固定した際の概略構成例を示す断面図である。 図４は、実施形態１にかかる半導体装置を縦方向に集積した際の接続部分の概略構成例を示す断面図である。 図５は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その１）。 図６は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その２）。 図７は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その３）。 図８は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その４）。 図９は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その５）。 図１０は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その６）。 図１１は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である（その７）。 図１２は、実施形態２にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。 図１３は、実施形態２にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である。 図１４は、実施形態３にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。
実施形態１
以下、実施形態１にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明では、素子形成対象の半導体基板における素子形成面を上面とし、この上面と反対側の面を下面としている。
図１は、実施形態１にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。図１に示すように、半導体装置１は、半導体基板１１と、デバイス層１２と、絶縁層１３と、上面貫通電極１４と、絶縁層１７と、下面貫通電極１８とを備えている。
半導体基板１１は、たとえばシリコン基板である。この半導体基板１１は、５０μｍ（マイクロメートル）以下、たとえば３０±５μｍ程度まで薄厚化されていてもよい。
デバイス層１２は、半導体基板１１の素子形成面である上面側に形成された素子構造と、素子構造を埋める層間絶縁膜とを含んでいる。層間絶縁膜は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）であってよい。素子構造には、デバイス層１２に形成された配線層１２０が含まれている。この配線層１２０には、上層に形成された上層配線１２１と、下層に形成された下層配線１２２とが含まれている。なお、デバイス層１２の上層および下層とは、半導体基板１１の素子形成面を基準とした上層および下層であってよい。
絶縁層１３は、デバイス層１２を保護する目的で、デバイス層１２を覆っている。この絶縁層１３には、デバイス層１２をカバーするたとえばシリコン窒化膜（ＳｉＮ）よりなるパッシベーションと、パッシベーション上を覆う有機層とが含まれてもよい。有機層には、感光性ポリイミドなどの樹脂材料を用いることができる。
上面貫通電極１４は、絶縁層１３からデバイス層１２中の上層配線１２１まで貫通する貫通孔内に設けられて上層配線１２１と接触することで、上層配線１２１を絶縁層１３上まで電気的に引き出している。この上面貫通電極１４は、少なくとも貫通孔内表面を覆うバリアメタル層（第１メタル層）１４１と、バリアメタル層１４１上のシードメタル層（第２メタル層）１４２と、シードメタル層１４２上の貫通電極１４３とを含んでもよい。貫通電極１４３上には、半導体装置１の縦方向への集積化の際に機能する材料膜１４４が設けられていてもよい。
バリアメタル層１４１には、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ルテニウム（Ｒｕ）などが用いられてもよい。シードメタル層１４２には、銅（Ｃｕ）やニッケルと銅との積層膜（Ｎｉ／Ｃｕ）などが用いられてもよい。貫通電極１４３には、ニッケル（Ｎｉ）などが用いられてもよい。材料膜１４４には、金（Ａｕ）などが用いられてもよい。ただし、上面貫通電極１４の層構造および材料は、目的に応じて適宜変更可能である。たとえば貫通電極１４３に用いる導電性材料や形成方法に応じてバリアメタル層１４１／シードメタル層１４２または材料膜１４４の層構造や材料が適宜変更されてよい。
下面貫通電極１８は、半導体基板１１からデバイス層１２中の下層配線１２２まで達する貫通孔（ＴＳＶ）内に設けられて下層配線１２２と接触することで、下層配線１２２を半導体基板１１下まで電気的に引き出している。貫通孔内の内側面から半導体基板１１の下面には、下面貫通電極１８と半導体基板１１との短絡を防止するための絶縁層１７が設けられている。この絶縁層１７には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２）の単層膜や、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜（ＳｉＮ）とよりなる２層以上の積層膜など、種々の絶縁膜が用いられてもよい。
下面貫通電極１８は、上面貫通電極１４と同様に、少なくとも貫通孔内表面を覆うバリアメタル層１８１と、バリアメタル層１８１上のシードメタル層１８２と、シードメタル層１８２上の貫通電極１８３とを含んでもよい。貫通電極１８３上には、半導体装置１の縦方向への集積化の際に機能する材料膜１８４が設けられていてもよい。また、それぞれに用いられる金属材料は、上面貫通電極１４と同様であってよい。
ここで、上面貫通電極１４における貫通電極１４３の形状について説明する。なお、以下の説明では、貫通電極１４３が円筒状の胴体部１４３ｂとこの胴体部１４３ｂよりも拡径した略平板状の頭部１４３ｃとを含み、頭部１４３ｃにおける胴体部１４３ｂ側の面を下面としこの下面と反対側の面を上面とする。
図２は、貫通電極１４３の上視図である。図２に示すように、貫通電極１４３の頭部１４３ｃは、下面側の輪郭１４３ｅのサイズが上面側の輪郭１４３ｄのサイズよりもひと回り小さい形状を有している。この上面側と下面側とのサイズ違いは、たとえば頭部１４３ｃの側面から下面にかけて設けられた窪み１４３ａによって達成されている。この窪み１４３ａは、頭部１４３の側面全体に亘って設けられており、その内面は曲面である。ただし、この記載は、内面の一部に角がある形状や窪み１４３ａが頭部１４３側面の一部に設けられた形状などの多様な形状を除外するものではない。窪み１４３ａが頭部１４３ｃの側面全面ではなく側面の一部に設けられた場合でも、たとえば半導体装置１もしくは半導体装置１を個片化する前のウエハを支持基板等に固定する際に用いられる接着剤の接触面積を増加させ、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度を高めることが可能である。
このように、絶縁層１３から突出する頭部１４３ｃの上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとすることで、たとえば半導体装置１もしくは半導体装置１を個片化する前のウエハを支持基板等に固定する際に用いられる接着剤の接触面積を増加させることが可能となる。それにより、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度を高めることが可能となる。また、頭部１４３ｃの側面から下面にかけて窪み１４３ａを設けた結果、アンカー効果によって接着強度がさらに増加し得る。それにより、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度をさらに高めることが可能となる。
なお、図２では、頭部１４３ｃの上面形状が円である場合を例示したが、これに限定されるものではない。たとえば、頭部１４３ｃの上面形状が楕円や多角形であってもよい。さらに、頭部１４３ｃの上面形状が多角形の場合、各角は丸みを帯びていてもよい。
図３は、支持基板に接着剤を用いて固定された半導体装置１の概略構成例を示す断面図である。なお、図３に示す半導体装置１は、個片化する前のウエハの一部のである半導体装置であってもよい。図３に示すように、半導体装置１の上面側に塗布された接着剤１５は、頭部１４３ｃに設けられた窪み１４３ａの下まで回り込んでいる。それにより、接着剤の接触面積が増加して接着強度が増加しているとともに、アンカー効果によって接着強度がさらに増加している。その結果、半導体装置１と支持基板１６との接合強度が高められている。
図４は、縦方向に集積された２つの半導体装置の接続部分の概略構成例を示す断面図である。図４に示すように、２つの半導体装置１Ａおよび１Ｂを縦方向へ集積する際は、一方の半導体装置１Ａの上面貫通電極１４と他方の半導体装置１Ｂの下面貫通電極１８とが錫（Ｓｎ）はんだ１９等を用いて接合される。その際、固化する前の錫はんだ１９が頭部１４３ｃに設けられた窪み１４３ａの下まで回り込み得る。その結果、図３で説明した効果と同様の効果によって、縦方向に集積された半導体装置１Ａおよび１Ｂ間の接合強度が高められ得る。
なお、上述した上面貫通電極１４の窪み１４３ａによる効果は、下面貫通電極１８の窪み１８３ａによっても同様に得ることが可能である。
つづいて、実施形態１にかかる半導体装置１の製造方法について、以下に図面を参照して詳細に説明する。図５〜図１２は、実施形態１にかかる半導体装置の製造方法を示すプロセス断面図である。なお、図５〜図１２では、図１と同様の断面を用いて説明する。ただし、図１０〜図１２では、説明の都合上、断面の上下関係が図５〜図９までの上下関係とは反転している。
まず、実施形態１では、半導体基板１１の素子形成面（上面）に素子構造を形成し、形成した素子構造を層間絶縁膜で覆う。これにより、デバイス層１２が形成される。なお、この層間絶縁膜には、いわゆる素子分離絶縁膜などの種々の絶縁膜や配線層などの種々の層が含まれていてもよい。そして、デバイス層１２上に絶縁層１３を形成する。絶縁層１３には、上述したように、デバイス層１２をカバーするシリコン窒化膜（ＳｉＮ）と、シリコン窒化膜上を覆う有機層とが含まれてもよい。有機層には、感光性ポリイミドなどが用いられ、この有機層に上面貫通電極１４を形成するための開口パターンが転写される。その結果、図５に示す断面構造が得られる。なお、開口パターンの開口径は、たとえば１０μｍ程度であってもよい。
つぎに、たとえば有機層をマスクとして絶縁層１３のシリコン窒化膜およびデバイス層１２の層間絶縁膜上層部分をエッチングすることで、デバイス層１２の上層配線１２１を露出させる。シリコン窒化膜および層間絶縁膜のエッチングには、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などが用いられてよい。つづいて、貫通孔内部を含む絶縁層１３上全体にチタン（Ｔｉ）のバリアメタル層１４１Ａと銅（Ｃｕ）のシードメタル層１４２Ａとを順次積層することで、図６に示す断面構造を得る。バリアメタル層１４１Ａとシードメタル層１４２Ａとの成膜には、それぞれスパッタリング法や化学気相成長（ＣＶＤ）法などが用いられてもよい。形成されたバリアメタル層１４１Ａの膜厚はたとえば２００ｎｍ（ナノメートル）程度であり、シードメタル層１４２Ａの膜厚はたとえば２００ｎｍ程度であってよい。
つぎに、シードメタル層１４２Ａ上に貫通電極１４３を形成するためのマスク１４３Ｍを、たとえばＰＥＰ（Photo Engraving Process）技術を用いて形成する。このマスク１４３Ｍの絶縁層１３に形成された貫通孔に対応する位置には、開口が形成されている。つづいて、マスク１４３Ｍの開口から露出するシードメタル層１４２Ａ上にニッケル（Ｎｉ）の貫通電極１４３を形成する。貫通電極１４３の形成には、コンフォーマルめっきなどが用いられてもよい。コンフォーマルめっきを用いた場合、形成された貫通電極１４３の頭部１４３ａの上面形状が凹形状となる。このように、錫はんだ１９等の接着面である頭部１４３ａの上面形状を凹形状とすることで、より接着強度を増加させることが可能となる。また、貫通電極１４３の形成にコンフォーマルめっきを用いることで、下地層であるシードメタル層１４２Ａの形状を反映させて頭部１４３ａの凹形状を形成することが可能であるため、工程の追加なく、容易に凹形状を形成できる。ただし、これに限らず、頭部１４３ａの上面をエッチング等で加工して凹形状とする工程が追加されてもよい。つづいて、マスク１４３Ｍから露出する貫通電極１４３の上面上に、金（Ａｕ）の材料膜１４４を形成する。材料膜１４４の形成には、マスク１４３Ｍを用いたリフトオフなどの形成方法が用いられてもよい。その結果、図７に示す断面構造が得られる。
つぎに、マスク１４３Ｍを除去した後、露出したシードメタル層１４２Ａとバリアメタル層１４１Ａとが除去される。シードメタル層１４２Ａとバリアメタル層１４１Ａとの除去には、ウエットエッチングが用いられてよい。その際のエッチャントには、イオンが溶け込んだ溶液である電解質溶液が用いられてよい。このように、電解質溶液であるエッチャントを用いてシードメタル層１４２Ａおよびバリアメタル層１４１Ａを除去する際には、電池効果（電池作用等ともいう）によって、銅（Ｃｕ）と接触するニッケル（Ｎｉ）が溶け出す。その結果、図８に示すように、ニッケルで作られた貫通電極１４３における頭部１４３ｃの側面から下面にかかる部分が溶け出し、この部分に内面が曲面の窪み１４３ａが形成される。
つぎに、上面貫通電極１４が形成された絶縁層１３上に接着剤を塗布し、この接着剤に支持基板１６を貼り合わせることで、図９に示すように、半導体装置１の素子形成面側に支持基板１６を接合する。この工程において用いられる接着剤は、貫通電極１４３の窪み１４３ａ内への入り込みを考慮して、比較的粘性の低い接着剤が用いられてもよい。また、支持基板１６における接着面には、あらかじめ接着剤が塗布されていてもよい。
つぎに、支持基板１６をステージに固定した状態で半導体基板１１を素子形成面とは反対側の面（本説明では下面）からグラインドすることで、半導体基板１１をたとえば３０±５μｍ程度に薄厚化する。つづいて、半導体基板１１における下面にシリコン酸化膜とシリコン窒化膜とを順次成膜する。つづいて、シリコン窒化膜上に感光性フォトレジストが塗布され、このフォトレジストに下面貫通電極１８を形成するための開口パターンが転写される。なお、開口パターンの開口径は、たとえば１０μｍ程度であってもよい。つづいて、開口パターンが転写されたフォトレジストをマスクとして半導体基板１１を下面側から彫り込むことで、デバイス層１２まで達する貫通孔（ＴＳＶ）を形成する。半導体基板１１の彫り込みには、高いアスペクト比が得られる異方性ドライエッチングなどが用いられてもよい。つづいて、貫通孔内部を含む半導体基板１１の下面全体にシリコン酸化膜を成膜し、このシリコン酸化膜をエッチバックすることで、貫通孔の底部に形成されたシリコン酸化膜を除去する。このエッチバックは、デバイス層１２の絶縁膜（層間絶縁膜が含まれてもよい）が除去されて下層配線１２２が露出されるまで行われる。その結果、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜とシリコン酸化膜とよりなる３層の絶縁層１７が形成されて、図１０に示す断面構造が得られる。
つぎに、バリアメタル層１４１Ａおよびシードメタル層１４２Ａの形成と同様にして、貫通孔内部を含む絶縁層１７上全体にチタン（Ｔｉ）のバリアメタル層１８１Ａと銅（Ｃｕ）のシードメタル層１８２Ａとを順次積層することで、図１１に示す断面構造を得る。シードメタル層１８２Ａの膜厚は、シードメタル層１４２Ａより厚くてもよい。
その後、上面貫通電極１４と同様に、貫通電極１８３を形成するためのマスクをシードメタル層１８２Ａ上に形成し、このマスクから露出するシードメタル層１８２Ａ上に貫通電極１８３をコンフォーマルめっきにより成膜し、この貫通電極１８３上に材料膜１８４を形成し、不要なバリアメタル層１８１Ａおよびシードメタル層１８２Ａを除去することで、図１（または図３）に示す断面構造を備えた半導体装置１が製造される。
以上のように、実施形態１によれば、絶縁層１３から突出する貫通電極１４３の頭部１４３ｃの上面側のサイズが下面側のサイズよりも大きいため、たとえば半導体装置１もしくは半導体装置１を個片化する前のウエハを支持基板等に固定する際に用いられる接着剤の接触面積を増させることが可能となる。それにより、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度を高めることが可能となる。
また、頭部１４３ｃの側面から下面にかけて窪み１４３ａが設けられているため、アンカー効果によって接着強度がさらに増加し得る。それにより、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度をさらに高めることが可能となる。
なお、以上の説明では、電池効果を得られる金属材料の組み合わせとして、銅（シードメタル層１４２／１８２）とニッケル（貫通電極１４３／１８３）との組み合わせを例示したが、これに限られるものではない。すなわち、電池効果を得られる種々の金属材料の組み合わせを用いることが可能である。その際、イオン化傾向の大きい金属材料を貫通電極１４３／１８３の材料とすることで、貫通電極の頭部側面から下面にかかる窪み１４３ａ／１８３ａを形成することが可能である。
また、バリアメタル層１４１Ａおよび／またはシードメタル層１４２Ａを除去する際のエッチャントの濃度や処理時間、バリアメタル層１４１Ａおよび／またはシードメタル層１４２Ａの膜厚等を調整することで、窪み１４３ａのサイズを調整することが可能である。バリアメタル層１４１Ａおよび／またはシードメタル層１４２Ａをエッチングする際の処理条件を調整することで、窪み１４３ａの内面形状を制御することも可能である。
実施形態２
つぎに、実施形態２にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
実施形態１では、貫通電極１４３の側面に形成される窪み１４３ａの内面形状が曲面であった。ただし、窪みの内面形状は、曲面に限られるものではない。図１２は、実施形態２にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。図１２に示すように、実施形態２にかかる半導体装置２は、実施形態１にかかる半導体装置１と同様の構成において、貫通電極１４３の頭部側面に形成された窪み２４３ａの内面形状が、平面が折れ曲がった折曲面もしくはそれに近い形状となっている。
図１２に示すような折曲面の窪み２４３ａは、図１３に示すように、たとえばバリアメタル層１４１Ａを形成する前に絶縁層１３上にパターニングされた犠牲層１４３Ｎを形成しておくことで形成可能である。犠牲層１４３Ｎの材料には、シリコン酸化膜など、絶縁層１３や上面貫通電極１４の構成材料に対して十分なエッチング選択比のある材料が用いられてよい。
以上のように、貫通電極１４３の頭部側面に内面が折曲面の窪み２４３ａが形成された構成でも、実施形態１と同様に、絶縁層１３から突出する頭部１４３ｃの上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとすることが可能である。それにより、実施形態１と同様に、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度を高めることが可能となる。
また、内面が折曲面である窪み２４３ａも、実施形態１の窪み１４３ａと同様に、アンカー効果によって接着強度が増加し得る。それにより、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度をさらに高めることが可能となる。
なお、窪み２４３ａの形状については、下面貫通電極１８の貫通電極１８３に形成された窪み２８３ａに対しても同様であってよい。その他の構成、製造方法および効果は、実施形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
実施形態３
つぎに、実施形態３にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法を、図面を用いて詳細に説明する。以下の説明において、上述した実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、その重複する説明を省略する。
上述した実施形態では、貫通電極１４３に窪み１４３ａ／２４３ａを形成することで、絶縁層１３から突出する頭部の上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとしていた。ただし、頭部の上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとする構成は、他にも種々考えられる。たとえば貫通電極１４３の頭部を上面側から下面側にかけて縮径する逆テーパ形状とすることでも、頭部の上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとすることが可能である。
図１４は、実施形態３にかかる半導体装置の概略構成例を示す断面図である。図１４に示すように、実施形態３にかかる半導体装置２は、実施形態１にかかる半導体装置１と同様の構成において、貫通電極１４３が貫通電極３４３に置き換えられている。貫通電極３４３の頭部３４３ｃは、上面側から下面側にかけて縮径する逆テーパ形状を有している。
このような貫通電極頭部の逆テーパ形状は、たとえば貫通電極３４３を形成する際（図７の工程に相当）に用いるマスクの貫通孔の形状をすり鉢状のテーパ形状とする方法などを用いて作成することが可能である。
以上のように、貫通電極３４３の頭部が逆テーパ形状である構成でも、実施形態１と同様に、絶縁層１３から突出する頭部１４３ｃの上面側のサイズを下面側のサイズよりも大きいサイズとすることが可能である。それにより、実施形態１と同様に、半導体装置１もしくはウエハと支持基板等との接合強度を高めることが可能となる。
なお、貫通電極３４３の頭部については、下面貫通電極１８の貫通電極３８３の頭部の形状に対しても同様であってよい。その他の構成、製造方法および効果は、実施形態１と同様であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１，１Ａ，１Ｂ，２，３…半導体装置、１１…半導体基板、１２…デバイス層、１３…絶縁層、１４…上面貫通電極、１４１…バリアメタル層、１４２…シードメタル層、１４３，３４３…貫通電極、１４３ａ，２４３ａ…窪み、１４３ｂ…胴体部、１４３ｃ，３４３ｃ…頭部、１４３ｄ…上面側の輪郭、１４３ｅ…下面側の輪郭

Claims (3)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板の上面に位置するデバイス層と、
    前記デバイス層上に位置し、貫通孔が設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層上から前記貫通孔内側面を経て前記デバイス層中の配線と接触する第１メタル層と、
    前記第１メタル層上に位置する第２メタル層と、
    前記絶縁層に設けられた前記貫通孔内に位置する胴体部と、前記胴体部上および前記絶縁層上に位置している頭部とを含み、前記第２メタル層上に位置して前記第２メタル層を構成する金属材料のイオン化傾向よりも大きい金属材料にて構成され、前記絶縁層の前記貫通孔を介して前記デバイス層中の配線と電気的に接続する貫通電極と、
    を備え、
    前記頭部には、側面から前記下面にかけて曲面を含む内面形状を有する窪みが形成されている
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. 前記貫通電極を構成する前記金属材料は、ニッケルを含み、
    前記第２メタル層を構成する前記金属材料は、銅を含む
    請求項１に記載の半導体装置。
  3. 半導体基板の上面に配線を含むデバイス層を形成する工程と、
    前記デバイス層上に貫通孔を含む絶縁層を形成する工程と、
    前記絶縁層の前記貫通孔底部に前記デバイス層の前記配線を露出させる工程と、
    前記絶縁層上から前記貫通孔内側面を経て前記デバイス層中の前記配線と接触する第１メタル層を形成する工程と、
    前記第１メタル層上に第２メタル層を形成する工程と、
    前記絶縁層に設けられた前記貫通孔内に位置する胴体部と、前記胴体部および前記絶縁層上に位置している頭部とを含み、前記第２メタル層上に位置して前記第２メタル層を構成する金属材料のイオン化傾向よりも大きい金属材料にて構成され、前記絶縁層の前記貫通孔を介して前記デバイス層中の前記配線と電気的に接続する貫通電極を前記第２メタル層上に形成する工程と、
    前記絶縁層上に位置する前記第１メタル層と前記第２メタル層との少なくとも一部を除去するとともに、前記貫通電極の前記頭部の側面から下面にかけて曲面を含む内面形状を有する窪みをウェットエッチングで形成する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
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