JP6648544B2 - 半導体装置 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体基板を貫通するビアホールが設けられた半導体装置に関する。
半導体素子を形成した基板表面とその反対側の裏面との間の導通を取る場合に、半導体基板にビアホールを設け、表面側の電極と裏面側の金属膜とをビアホールを介して互いに接続する（例えば、特許文献１参照）。
このような半導体装置を製造する場合、まず、半導体基板の表面に電極を形成する。次に、半導体基板の裏面側を所定の厚さになるまで研削する。次に、裏面のビアホールとする箇所以外をレジスト等でマスクし、裏面側から電極が露出するまで半導体基板をエッチングする。マスクを除去・洗浄した後、裏面、ビアホールの側壁及び電極の下面に金属膜を形成する。ビアホール内で電極の裏面が露出しているので、表面側の電極と裏面側の金属膜が接触する。
特開平１０−３０３１９８号公報
半導体装置の高集積化により、ビアホールも平面方向の寸法が縮小されている。従って、ビアホールを形成する際に水平方向へ広がらないようドライエッチングの異方性をさらに高める必要がある。そこで、横方向にエッチングをしないようエッチング時にビアホール側壁に形成される膜をより強固にしている。このため、エッチング後の除去・洗浄でも除去しきれない残渣がビアホール側壁に残る。ビアホール形成後に半導体装置を加熱した際、裏面側の金属膜に覆われた残渣から発生するガスにより、半導体基板と金属膜との界面に圧力がかかる。この圧力が界面を伝わって密着強度の弱い電極と金属膜の界面を押し広げる。この結果、両者の接続が外れて、導通が取れなくなるという問題がある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的はビアホール形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる半導体装置を得るものである。
本発明に係る半導体装置は、裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に設けられた金属膜とを備え、前記半導体基板の前記裏面において前記金属膜に開口が設けられ、前記開口は前記ビアホールの外周の一部のみに接し、前記開口において前記ビアホールの前記側壁と前記金属膜の界面が露出していることを特徴とする。
本発明では、残渣から発生したガスが半導体基板と金属膜との界面を伝わって、金属膜に設けられた開口に達する。開口はビアホールの外周に接し、開口においてビアホールの側壁と金属膜の界面が露出している。このため、界面を伝ったガスが半導体装置の外に放出される。この結果、電極と金属膜の接続が外れるのを防ぐことができるため、ビアホール形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる。
本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す下面図である。 比較例に係る半導体装置を示す断面図である。 比較例に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す下面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。 図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。 本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す断面図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置を示す下面図である。
半導体基板１の表面にはトランジスタなどの半導体素子（図示せず）が形成されている。半導体基板１の裏面から表面まで貫通するビアホール２が設けられている。ここではビアホール２内で露出した半導体基板１の内壁をビアホール２の側壁２ａとする。なお、半導体基板１の裏面に対して垂直方向から見た平面視においてビアホール２の平面形状は円であるが、楕円その他の形状でもよい。
ビアホール２を塞ぐように電極３が半導体基板１の表面に設けられている。金属膜４が半導体基板１の裏面、ビアホール２の側壁２ａ及び電極３の下面に設けられている。金属膜４と電極３の下面が直接的に接触して半導体基板１の表面側と裏面側が導通している。ビアホール２の側壁２ａと金属膜４が直接的に接触して界面Ａを構成している。半導体基板１の裏面に対して垂直方向から見た平面視において、ビアホール２の外周全周にわたってビアホール２の側壁２ａと金属膜４の界面Ａが設けられている。
半導体基板１の裏面において金属膜４に開口５が設けられている。半導体基板１の裏面に対して垂直方向から見た平面視において、開口５は、ビアホール２の外周の一部のみに接している。開口５においてビアホール２の側壁２ａと金属膜４の界面Ａが露出している。なお、開口５がビアホール２の外周の全部に接していると、半導体基板１の裏面の金属膜４とビアホール２の側壁２ａの金属膜４が分離され、半導体基板１の表面側と裏面側が導通しなくなる。
続いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。まず、半導体基板１の表面に電極３を形成する。次に、半導体基板１の裏面側を所定の厚さになるまで研削する。次に、裏面のビアホール２とする箇所以外をレジスト等でマスクし、裏面側から電極３が露出するまで半導体基板１をエッチングする。マスクを除去・洗浄した後、半導体基板１の裏面側全面、即ち、基板裏面、ビアホール２の側壁２ａ及び電極３の下面に金属膜４を形成する。次に、ダイシングラインの金属膜４を除去する際に、開口５とする箇所とダイシングブラインを除いてフォトレジストで裏面を覆う。この状態で金属膜４をエッチングして半導体基板１をエッチングしない液で処理することによって開口５を形成する。
続いて、本実施の形態の効果を比較例と比較して説明する。図３，４は、比較例に係る半導体装置を示す断面図である。比較例には金属膜４に開口５が設けられていない。ビアホール２形成後に半導体装置を加熱した際、裏面側の金属膜４に覆われた残渣から発生するガスにより、半導体基板１と金属膜４との界面Ａに圧力がかかる。この圧力が界面Ａを伝わって密着強度の弱い表面側の電極３と裏面側の金属膜４の界面Ａを押し広げる。この結果、両者の接続が外れて、導通が取れなくなるという問題がある。
これに対して本実施の形態では、残渣から発生したガスが半導体基板１と金属膜４との界面Ａを伝わって、金属膜４に設けられた開口５に達する。開口５はビアホール２の外周に接し、開口５においてビアホール２の側壁２ａと金属膜４の界面Ａが露出している。このため、界面Ａを伝ったガスは半導体装置の外に放出される。この結果、電極３と金属膜４の接続が外れるのを防ぐことができるため、ビアホール２形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる。
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す断面図である。図６は、本発明の実施の形態２に係る半導体装置を示す下面図である。本実施の形態では、実施の形態１の金属膜４の代わりに、第１及び第２の金属膜６，７が半導体基板１の裏面、ビアホール２の側壁２ａ及び電極３の下面に順に積層されている。第１の金属膜６は第２の金属膜７より薄い。裏面側の金属膜のうち、第２の金属膜７が導電性を担う主要な層であり、裏面側の金属膜の厚さの過半を占める。第２の金属膜７を電気めっきで形成する場合の給電層として第１の金属膜６を無電解めっきにより形成する。これに限らず、付着力を確保するためのバリア層として第１の金属膜６を形成してもよい。形成方法もスパッタ法等の他の方法も適用可能である。
半導体基板１の裏面において第２の金属膜７に開口８が設けられている。開口８はビアホール２の外周の一部のみに接している。本実施の形態の開口８も、実施の形態１と同様に、開口８とする箇所とダイシングブラインを除いてフォトレジストで裏面を覆った状態で金属膜４をエッチングして形成する。
開口８においてビアホール２の側壁２ａ上の第１の金属膜６と第２の金属膜７の界面Ｂが露出している。なお、この界面Ｂとほぼ同じ位置にビアホール２の側壁２ａと第１の金属膜６の界面Ａも配置され、開口８内に残った第１の金属膜６の下側に存在する。
本実施の形態では、残渣から発生したガスが半導体基板１と第１の金属膜６との界面Ａを伝わって、第２の金属膜７に設けられた開口８に達する。開口８内は第１の金属膜６で覆われているが、第１の金属膜６は薄いためガスが第１の金属膜６を透過して半導体装置の外に放出される。この結果、ビアホール２形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる。
また、薄い第１の金属膜６を残すことで、主要な第２の金属膜７と薄い第１の金属膜６の２回エッチングする必要がないため、工程を簡略にできる。さらに、金属膜を無電解めっきで形成する場合、無電解めっきは形成後に加熱処理が必要なためガスの影響を受けやすい。従って、本実施の形態のように第２の金属膜７に開口８を設ける効果が大きい。
実施の形態３．
図７及び図８は、本発明の実施の形態３に係る半導体装置を示す断面図である。図８は図７とは別の方向から見た断面である。実施の形態１の開口５の代わりに、ビアホール２の側壁２ａにおいて金属膜４に開口９が設けられている。開口９においてビアホール２の側壁２ａが露出している。
本実施の形態では、ビアホール２の側壁２ａをテーパー状に形成し、写真製版が可能なようにしている。金属膜４を半導体基板１の裏面側全面に形成後、開口９とする箇所を除いてフォトレジストで裏面を覆う。この状態で金属膜４をエッチングして半導体基板１をエッチングしない液で処理することによって開口９を形成する。
これにより、実施の形態１と同様に、残渣から発生したガスが界面Ａを伝って開口９から半導体装置の外に放出される。この結果、ビアホール２形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる。また、開口９の形成方法は複雑になるが、ビアホール２内に開口９を設けることで実施の形態１よりもガスが逃げやすくなる。
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態では、実施の形態３の金属膜４の代わりに、第１及び第２の金属膜６，７が半導体基板１の裏面、ビアホール２の側壁２ａ及び電極３の下面に順に積層されている。第１の金属膜６は第２の金属膜７より薄い。ビアホール２の側壁２ａにおいて第２の金属膜７に開口１０が設けられている。開口１０において第１の金属膜６が露出している。これにより、実施の形態２，３と同様の効果を得ることができる。
実施の形態５．
図１０は、本発明の実施の形態５に係る半導体装置を示す平面図である。図１１は図１０のＩ−ＩＩに沿った断面図である。実施の形態１の開口５の代わりに、ビアホール２上において電極３に開口１１が設けられている。開口１１において金属膜４が露出している。
本実施の形態では、ビアホール２及び金属膜４を形成後、開口１１とする箇所を除いて基板表面をフォトレジストで覆い、裏面側の金属膜４をストッパ層として表面側の電極３をエッチングして開口１１を形成する。
これにより、実施の形態１と同様に、残渣から発生したガスが界面Ａを伝って開口１１から半導体装置の外に放出される。この結果、ビアホール２形成後に加熱しても基板表面側と裏面側の導通を確保することができる。また、開口１１の形成方法は複雑になるが、ビアホール２上に開口１１を設けることで実施の形態１よりもガスが逃げやすくなる。
実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６に係る半導体装置を示す断面図である。実施の形態５の電極３の代わりに、第１及び第２の電極１２，１３がビアホール２を塞ぐように半導体基板１の表面に順に積層されている。第１の電極１２は第２の電極１３より薄い。ビアホール２上において第２の電極１３に開口１４が設けられている。開口１４において第１の電極１２が露出している。これにより、実施の形態２，５と同様の効果を得ることができる。
１ 半導体基板、２ ビアホール、２ａ 側壁、３ 電極、４ 金属膜、５，８，９，１０，１１，１４ 開口、６ 第１の金属膜、７ 第２の金属膜、１２ 第１の電極、１３ 第２の電極、Ａ，Ｂ 界面

Claims (6)

  1. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に設けられた金属膜とを備え、
    前記半導体基板の前記裏面において前記金属膜に開口が設けられ、
    前記開口は前記ビアホールの外周の一部のみに接し、
    前記開口において前記ビアホールの前記側壁と前記金属膜の界面が露出していることを特徴とする半導体装置。
  2. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に順に積層された第１及び第２の金属膜とを備え、
    前記第１の金属膜は前記第２の金属膜より薄くガスを透過する厚さであり、
    前記半導体基板の前記裏面において前記第２の金属膜に開口が設けられ、
    前記開口は前記ビアホールの外周の一部のみに接し、
    前記開口において前記ビアホールの前記側壁上の前記第１の金属膜と前記第２の金属膜の界面が露出していることを特徴とする半導体装置。
  3. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に設けられた金属膜とを備え、
    前記ビアホールの前記側壁において前記金属膜に開口が設けられ、
    前記開口において前記ビアホールの前記側壁が露出していることを特徴とする半導体装置。
  4. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に順に積層された第１及び第２の金属膜とを備え、
    前記第１の金属膜は前記第２の金属膜より薄くガスを透過する厚さであり、
    前記ビアホールの前記側壁において前記第２の金属膜に開口が設けられ、
    前記開口において前記第１の金属膜が露出していることを特徴とする半導体装置。
  5. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に設けられた電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記電極の下面に設けられた金属膜とを備え、
    前記ビアホール上において開口が前記電極に設けられ前記金属膜には設けられず、
    前記開口において前記金属膜が露出していることを特徴とする半導体装置。
  6. 裏面から表面まで貫通するビアホールが設けられた半導体基板と、
    前記ビアホールを塞ぐように前記半導体基板の前記表面に順に積層された第１及び第２の電極と、
    前記半導体基板の前記裏面、前記ビアホールの側壁及び前記第１の電極の下面に設けられた金属膜とを備え、
    前記第１の電極は前記第２の電極より薄くガスを透過する厚さであり、
    前記ビアホール上において前記第２の電極に開口が設けられ、
    前記開口において前記第１の電極が露出していることを特徴とする半導体装置。
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