JPWO2011055825A1 - シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチング用エッチング液及びこれを用いたシリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法 - Google Patents
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Abstract
シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグをエッチングせずに、シリコン基板のみをエッチングし、かつ優れたエッチングレートを有するエッチング液、及びこれを用いたシリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法を提供する。水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含む、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチング用エッチング液、及び該エッチング液を用いるシリコン基板裏面エッチング工程を有する半導体チップの製造方法。
Description
本発明は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチング用エッチング液及びこれを用いたシリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法に関する。
近年、電子機器の小型化の要請に伴い、当該機器に用いられる半導体装置の小型化や、高集積化及び多機能化が急速に進んでおり、これを実現させるために、半導体チップを積み上げて製造する3次元マルチチップ半導体装置が開発されている。
3次元マルチチップ半導体装置に用いられる半導体チップのなかでも、例えば図1で示されるような、シリコン基板101を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内からシリコン基板101裏面に突出るように設けられる銅やタングステンなどの金属からなる接続プラグ104及び再配線107を有する半導体チップが注目されている。これは、半導体チップを積み上げることから半導体基板に対する半導体チップによる占有面積を低減させることができるという従来の3次元マルチチップ半導体装置の利点に加えて、電気的な伝達がシリコン貫通ビアを経るため、電気的な劣化が少なく、半導体パッケージの動作速度を向上させることができ、さらに積み上げられる半導体チップ同士の間隔を小さくすることができるので、より小型化を図ることができるからである。
上記のようなシリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップを製造する方法としては、幾つかの方法が提案されており(例えば、特許文献1〜3参照)、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設ける方法は、一般にシリコン貫通ビアプロセスと称される。
当該シリコン貫通ビアプロセスは、シリコン基板の配線などを設けない裏面からエッチングしてシリコン基板を薄化する、シリコン基板裏面エッチング工程を必ず有している。該エッチング工程がエッチング液を用いたウェットエッチングで行われる場合、シリコン基板を徐々に薄化していくと、該シリコン基板に被覆されていた銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグが現れ、さらにシリコン基板を薄化していくことで、ビア内からシリコン基板の裏面から突き出る構造を有する接続プラグが得られる。このとき、シリコン基板と接続プラグとが同時にエッチング液に触れることになるが、用いるエッチング液が適切でないと、種々の問題が生じる。
当該シリコン貫通ビアプロセスは、シリコン基板の配線などを設けない裏面からエッチングしてシリコン基板を薄化する、シリコン基板裏面エッチング工程を必ず有している。該エッチング工程がエッチング液を用いたウェットエッチングで行われる場合、シリコン基板を徐々に薄化していくと、該シリコン基板に被覆されていた銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグが現れ、さらにシリコン基板を薄化していくことで、ビア内からシリコン基板の裏面から突き出る構造を有する接続プラグが得られる。このとき、シリコン基板と接続プラグとが同時にエッチング液に触れることになるが、用いるエッチング液が適切でないと、種々の問題が生じる。
例えば、シリコン基板の薄化工程で実施される裏面エッチングには、アルカリ系エッチング液や酸系エッチング液などが使われている。しかし、アルカリ系エッチング液はエッチング性能が劣り、十分なエッチングレートが得られないため、生産効率が低下するという問題がある。特に、シリコン基板の薄化工程は繊細な処理が必要となり、枚様処理で行うことが一般的なため、エッチング液のエッチングレートが遅い場合の生産効率の低下に対する影響は著しい。
そのため、シリコン基板の薄化工程には、通常フッ化水素酸、硝酸、酢酸などを組み合わせた混酸を含む酸系エッチング液が好ましく用いられている(例えば、特許文献4及び5参照)。しかし、エッチング液として混酸を用いた場合、本来エッチングしたくない銅やタングステンを溶解し、エッチングしてしまうため、結果として半導体パッケージの性能を低下させてしまうという問題がある。
そのため、シリコン基板の薄化工程には、通常フッ化水素酸、硝酸、酢酸などを組み合わせた混酸を含む酸系エッチング液が好ましく用いられている(例えば、特許文献4及び5参照)。しかし、エッチング液として混酸を用いた場合、本来エッチングしたくない銅やタングステンを溶解し、エッチングしてしまうため、結果として半導体パッケージの性能を低下させてしまうという問題がある。
上記のような種々の問題があるにもかかわらず、特許文献1には、シリコン基板を薄化するエッチング工程においてドライエッチングやウェットエッチング、あるいはCMP(化学機械研磨)などの方法が採用されると記載されているが詳細な検討は全くなされていない。また、ドライエッチングやCMPといった方法では、接続プラグも研磨されてしまうという問題がある。特許文献2及び3には、エッチング工程において通常的なエッチング方法またはウェーハ裏面研磨のような通常的な研磨方法を使用できる、あるいはグラインディング法及びエッチング法のうちの少なくとも何れか一つ以上の方法で遂行すると記載されているだけで、詳細な検討は全くなされていない。
このように、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面のエッチング工程では、銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグをエッチングせずに、シリコン基板のみをエッチングし、かつ優れたエッチングレートを有するエッチング液が望まれているが、これらの問題を解決しうる有効なエッチング液がない状況にある。
101.シリコン基板
102.集積回路
103.パッド
104.接続プラグ
105.絶縁層
106.絶縁層
107.再配線
108.保護膜
109.バンプ
110.接着層
111.ガラス基板
112.絶縁層(集積装置及びパッド形成工程で形成される)
113.シード層
301.シリコン基板
302.集積回路
303.パッド
304.接続プラグ
305.バリア層
306.絶縁層
307.再配線
308.保護膜
309.バンプ
310.接着層
311.ガラス基板
312.絶縁層(集積装置及びパッド形成工程で形成される)
102.集積回路
103.パッド
104.接続プラグ
105.絶縁層
106.絶縁層
107.再配線
108.保護膜
109.バンプ
110.接着層
111.ガラス基板
112.絶縁層(集積装置及びパッド形成工程で形成される)
113.シード層
301.シリコン基板
302.集積回路
303.パッド
304.接続プラグ
305.バリア層
306.絶縁層
307.再配線
308.保護膜
309.バンプ
310.接着層
311.ガラス基板
312.絶縁層(集積装置及びパッド形成工程で形成される)
本発明は、このような状況下になされたもので、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグをエッチングせずに、シリコン基板のみをエッチングし、かつ優れたエッチングレートを有するエッチング液、及びこれを用いたシリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法を提供することを目的とするものである。
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含むアルカリ系エッチング液を用いることにより、当該課題を解決できることを見出した。すなわち本発明の要旨は、以下の通りである。
1.水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含む、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチング用エッチング液。
2.水酸化カリウムの含有量が15〜50質量%であり、ヒドロキシルアミンの含有量が10〜40質量%である上記1に記載のエッチング液。
3.シリコン基板が再配線と接続プラグとを有し、該接続プラグが再配線が設けられていないシリコン基板裏面に突出したものである上記1又は2に記載のエッチング液。
4.接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる上記3に記載のエッチング液。
5.上記1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いるシリコン基板裏面エッチング工程を有する、シリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法。
6.前記シリコン基板裏面エッチング工程が、接続プラグを覆う絶縁層がシリコン基板に被覆された状態でシリコン基板を薄化させるシリコン基板薄化工程(1)、該絶縁層を突出させるシリコン基板薄化工程(2)とを順に有し、少なくとも該シリコン基板薄化工程2において上記1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いる上記5に記載の半導体チップの製造方法。
7.前記シリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層のシリコン基板裏面側の面との距離、及び該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離の和が20〜30μmの範囲内である上記6に記載の半導体チップの製造方法。
8.接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる上記6又は7に記載の半導体チップの製造方法。
9.半導体チップが、3次元マルチチップ半導体装置に用いられるものである上記5〜8のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
2.水酸化カリウムの含有量が15〜50質量%であり、ヒドロキシルアミンの含有量が10〜40質量%である上記1に記載のエッチング液。
3.シリコン基板が再配線と接続プラグとを有し、該接続プラグが再配線が設けられていないシリコン基板裏面に突出したものである上記1又は2に記載のエッチング液。
4.接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる上記3に記載のエッチング液。
5.上記1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いるシリコン基板裏面エッチング工程を有する、シリコン貫通ビアを有する半導体チップの製造方法。
6.前記シリコン基板裏面エッチング工程が、接続プラグを覆う絶縁層がシリコン基板に被覆された状態でシリコン基板を薄化させるシリコン基板薄化工程(1)、該絶縁層を突出させるシリコン基板薄化工程(2)とを順に有し、少なくとも該シリコン基板薄化工程2において上記1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いる上記5に記載の半導体チップの製造方法。
7.前記シリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層のシリコン基板裏面側の面との距離、及び該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離の和が20〜30μmの範囲内である上記6に記載の半導体チップの製造方法。
8.接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる上記6又は7に記載の半導体チップの製造方法。
9.半導体チップが、3次元マルチチップ半導体装置に用いられるものである上記5〜8のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
本発明によれば、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグをエッチングせずに、シリコン基板のみをエッチングし、かつ優れたエッチングレートを有するエッチング液、及びこれを用いたシリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップの製造方法を提供することができる。
[エッチング液]
本発明のエッチング液は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含む液である。
本発明のエッチング液は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含む液である。
本発明のエッチング液中の水酸化カリウムの含有量は、10〜50質量%が好ましく、より好ましくは15〜50質量%であり、さらに好ましくは20〜40質量%である。水酸化カリウムの含有量が上記範囲内であれば、半導体チップの外観及び機能に悪影響を及ぼすことがなく、またヒドロキシルアミンの添加によるエッチングレートの向上効果を十分に得ることができる。
本発明のエッチング液中のヒドロキシルアミンの含有量は、ヒドロキシルアミンの水への溶解度やエッチング液中の水酸化カリウムの含有量及びその他の添加剤の含有量などにより適宜決定されるが、好ましくは5〜50質量%が好ましく、8〜40質量%がより好ましく、さらに好ましくは10〜40質量%である。ヒドロキシルアミンの含有量が上記範囲内であれば、十分なエッチングレートが得られ、またエッチング液中での結晶析出や固化が生じることがなく、取り扱いも容易となる。
《その他の成分》
本発明のエッチング液は、従来から使用されている添加剤を配合させることができる。
本発明のエッチング液は、従来から使用されている添加剤を配合させることができる。
本発明のエッチング液のpHは、7より高いアルカリであることが好ましく、11以上がより好ましい。
本発明のエッチング液は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられる。シリコン貫通ビアプロセスとしては、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設ける方法であれば特に制限はない。例えば、本発明のエッチング液は、特許文献1〜3に開示されるシリコン貫通ビアプロセスあるいは半導体装置の製造方法において、シリコン基板の薄化(エッチング)がウェットエッチングで行われる場合、該エッチングにおけるエッチング液として好適に用いることができる。
また、本発明のエッチング液は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに限らず、シリコン基板の薄化(エッチング)であって、シリコン基板と銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグ(配線材料)とが同時にエッチング液に晒されるような状態となるようなプロセスにおいても、好適に用いることができる。より具体的には、シリコン貫通ビアプロセスにおいて、シリコン基板が、該シリコン基板の再配線を設ける側とは反対側のシリコン基板の裏面に接続プラグが突出しているような状態となるような場合は、本発明のエッチング液の効果を有効に活用することができるので、好ましい。
[半導体チップの製造方法]
本発明のシリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップの製造方法は、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設けた半導体チップを製造するものであり、シリコン貫通ビアプロセスの一つということができる。そして、本発明の製造方法は、該製造方法における一工程、すなわちシリコン貫通ビアプロセスにおける一工程であるシリコン基板裏面エッチング工程において本発明のエッチング液を使用することを特徴とするものである。
本発明のシリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップの製造方法は、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設けた半導体チップを製造するものであり、シリコン貫通ビアプロセスの一つということができる。そして、本発明の製造方法は、該製造方法における一工程、すなわちシリコン貫通ビアプロセスにおける一工程であるシリコン基板裏面エッチング工程において本発明のエッチング液を使用することを特徴とするものである。
《シリコン貫通ビアプロセス》
本発明の製造方法においては、そのエッチング工程で本発明のエッチング液を用い、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設けられれば、その他の工程の態様についての制限はない。本発明の製造方法の典型的な好ましい態様の一例について、説明する。
本発明の製造方法においては、そのエッチング工程で本発明のエッチング液を用い、シリコン基板にシリコン基板を貫通するシリコン貫通ビア、該ビア内に設けられる接続プラグ及び再配線を設けられれば、その他の工程の態様についての制限はない。本発明の製造方法の典型的な好ましい態様の一例について、説明する。
(製造方法A)
本発明の製造方法の好ましい態様の一例としては、次の工程1A〜7Aを順に含む製造方法Aが挙げられる。まず、製造方法Aについて、工程1A〜7A毎の半導体チップの断面模式図を示す図2を用いて説明する。
工程1A:シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程。
工程2A:前記貫通ビアの側壁に絶縁層を形成する絶縁層形成工程。
工程3A:前記貫通ビア内に接続プラグを形成する接続プラグ形成工程。
工程4A:半導体素子を含む集積回路及びパッドを形成する半導体素子形成工程。
工程5A:前記集積回路と接続プラグとを再配線する再配線工程。
工程6A:バンプ電極の形成工程
工程7A:シリコン基板裏面のエッチング工程
本発明の製造方法の好ましい態様の一例としては、次の工程1A〜7Aを順に含む製造方法Aが挙げられる。まず、製造方法Aについて、工程1A〜7A毎の半導体チップの断面模式図を示す図2を用いて説明する。
工程1A:シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程。
工程2A:前記貫通ビアの側壁に絶縁層を形成する絶縁層形成工程。
工程3A:前記貫通ビア内に接続プラグを形成する接続プラグ形成工程。
工程4A:半導体素子を含む集積回路及びパッドを形成する半導体素子形成工程。
工程5A:前記集積回路と接続プラグとを再配線する再配線工程。
工程6A:バンプ電極の形成工程
工程7A:シリコン基板裏面のエッチング工程
〈工程1A〉
工程1Aは、シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程である。貫通ビアの形成は、該貫通ビアを形成する箇所を開口させたマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングする方法、あるいはレーザードリルなどにより形成することができる。
工程1Aは、シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程である。貫通ビアの形成は、該貫通ビアを形成する箇所を開口させたマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングする方法、あるいはレーザードリルなどにより形成することができる。
〈工程2A〉
工程2Aは、工程1Aで形成した貫通ビア内の側壁に絶縁層105を形成する工程である。絶縁層105は、シリコン基板101と貫通ビア内に設けられる接続プラグ104との絶縁のために設けられる層である。絶縁層105は、酸素雰囲気中でのシリコン表面の加熱酸化や蒸着などの方法により形成される酸化ケイ素などの酸化膜や窒化膜などからなる。
工程2Aは、工程1Aで形成した貫通ビア内の側壁に絶縁層105を形成する工程である。絶縁層105は、シリコン基板101と貫通ビア内に設けられる接続プラグ104との絶縁のために設けられる層である。絶縁層105は、酸素雰囲気中でのシリコン表面の加熱酸化や蒸着などの方法により形成される酸化ケイ素などの酸化膜や窒化膜などからなる。
〈工程3A〉
工程3Aは、側壁に絶縁層105が形成された貫通ビア内の空洞部分に接続プラグ104を形成する工程である。接続プラグ104を形成する材料としては、銅、タングステン、白金などの金属、あるいはポリシリコンなどの各種材料が好ましく挙げられる。接続プラグ104の形成は、蒸着、スパッタなどにより行うことができる。
工程3Aは、側壁に絶縁層105が形成された貫通ビア内の空洞部分に接続プラグ104を形成する工程である。接続プラグ104を形成する材料としては、銅、タングステン、白金などの金属、あるいはポリシリコンなどの各種材料が好ましく挙げられる。接続プラグ104の形成は、蒸着、スパッタなどにより行うことができる。
〈工程4A〉
工程4Aは、貫通ビア内に接続プラグ104及び絶縁層105が設けられたシリコン基板101に、半導体素子を含む集積回路102とパッド103を形成する工程である。本発明の製造方法において、該集積回路102及びパッド103の形成は、公知の方法により行えばよく、特に制限はない。また、該集積回路102及びパッド103の形成においては、通常酸化ケイ素や窒化ケイ素などからなる絶縁層112が形成される。
工程4Aは、貫通ビア内に接続プラグ104及び絶縁層105が設けられたシリコン基板101に、半導体素子を含む集積回路102とパッド103を形成する工程である。本発明の製造方法において、該集積回路102及びパッド103の形成は、公知の方法により行えばよく、特に制限はない。また、該集積回路102及びパッド103の形成においては、通常酸化ケイ素や窒化ケイ素などからなる絶縁層112が形成される。
〈工程5A〉
工程5Aは、工程4Aで形成した集積回路102(パッド103)と接続プラグ104とを再配線する再配線工程である。再配線は、公知の方法で形成すればよく、例えば(i)貫通ビア及びパッド103の上部を開口させた絶縁層106を設け、銅などをスパッタして形成したシード層113、該パッド103及び接続プラグ104を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅などの各種金属からなる配線を順次設けた後、フォトレジスト膜を除去し、該シード層113のうち配線で覆われていない部分をエッチングする方法、(ii)シリコン基板上に銅やタングステンなどの各種金属をスパッタや蒸着などにより金属膜を形成し、感光膜パターンでマスクして該金属膜をエッチングするなどの方法、などにより形成することができる。再配線は単層でも多層でもよく、半導体チップの用途に応じて適宜選択すればよい。
工程5Aは、工程4Aで形成した集積回路102(パッド103)と接続プラグ104とを再配線する再配線工程である。再配線は、公知の方法で形成すればよく、例えば(i)貫通ビア及びパッド103の上部を開口させた絶縁層106を設け、銅などをスパッタして形成したシード層113、該パッド103及び接続プラグ104を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅などの各種金属からなる配線を順次設けた後、フォトレジスト膜を除去し、該シード層113のうち配線で覆われていない部分をエッチングする方法、(ii)シリコン基板上に銅やタングステンなどの各種金属をスパッタや蒸着などにより金属膜を形成し、感光膜パターンでマスクして該金属膜をエッチングするなどの方法、などにより形成することができる。再配線は単層でも多層でもよく、半導体チップの用途に応じて適宜選択すればよい。
また、絶縁層106は、酸化ケイ素や窒化物などの蒸着や、エポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性有機材料の塗工により形成することができる。なお、再配線を形成する各種金属と該絶縁層106との密着性が不十分な場合や、再配線を形成する各種金属が該絶縁層106に拡散してしまうような場合には、該絶縁層106の形成後に、チタンや窒化チタンなどからなるバリア層を、該絶縁層106及びパッド103上を覆うように設ければよい。
再配線107を設けた後、必要に応じて、再配線107の保護膜108を設けることもできる。保護膜108は、酸素雰囲気中でシリコン表面の加熱酸化や蒸着などの方法により酸化ケイ素などの酸化膜や窒化膜を形成することで設ける、あるいはエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性有機材料などを用いて、蒸着や塗布などの方法により形成することができる。
〈工程6A〉
バンプの形成は、例えば工程5で形成した再配線107を被覆するようにエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性有機絶縁材料を塗工して絶縁膜を形成し、該絶縁膜におけるバンプを設けたい箇所をエッチングなどにより開口部を設けて、錫、鉛やこれらの合金(錫−鉛合金)のほか、金、パラジウム、ニッケル、銅などを用いて、電解めっきにより形成することができる。
バンプの形成は、例えば工程5で形成した再配線107を被覆するようにエポキシ樹脂やポリイミド樹脂などの絶縁性有機絶縁材料を塗工して絶縁膜を形成し、該絶縁膜におけるバンプを設けたい箇所をエッチングなどにより開口部を設けて、錫、鉛やこれらの合金(錫−鉛合金)のほか、金、パラジウム、ニッケル、銅などを用いて、電解めっきにより形成することができる。
〈工程7A〉
工程7Aは、シリコン基板の再配線107などを設けない裏面を薄化する、シリコン基板裏面エッチング工程であり、該エッチングには本発明のエッチング液を用いるものである。工程7Aで行うシリコン基板裏面の全ての薄化(エッチング)において、本発明のエッチング液を使用することもできるが、生産効率の観点から、工程7Aは接続プラグ104を覆う絶縁層105がシリコン基板101に被覆された状態でシリコン基板101を薄化させるシリコン基板薄化工程(1)と、絶縁層105を突出させるシリコン基板薄化工程(2)とを順に有し、シリコン基板薄化工程(2)において上記の本発明のエッチング液を用いることが好ましい。
工程7Aは、シリコン基板の再配線107などを設けない裏面を薄化する、シリコン基板裏面エッチング工程であり、該エッチングには本発明のエッチング液を用いるものである。工程7Aで行うシリコン基板裏面の全ての薄化(エッチング)において、本発明のエッチング液を使用することもできるが、生産効率の観点から、工程7Aは接続プラグ104を覆う絶縁層105がシリコン基板101に被覆された状態でシリコン基板101を薄化させるシリコン基板薄化工程(1)と、絶縁層105を突出させるシリコン基板薄化工程(2)とを順に有し、シリコン基板薄化工程(2)において上記の本発明のエッチング液を用いることが好ましい。
シリコン基板薄化工程(1)において、シリコン基板の薄化は、上記したように本発明のエッチング液を用いたウェットエッチングにより行うこともできるが、化学研磨、機械研磨、化学機械研磨などの研磨法や、他の通常シリコン基板の薄化に用いられるような酸系エッチング液などを用いたウェットエッチング、あるいはプラズマエッチング、ガスエッチングといったドライエッチング、又はこれらを組み合わせて行うことができる。
これらのなかでも、通常エッチングの速さの点から、機械研磨による薄化が多用されている。
これらのなかでも、通常エッチングの速さの点から、機械研磨による薄化が多用されている。
また、作業安定性、生産効率を考慮すると、シリコン基板薄化工程(1)は、シリコン基板裏面と絶縁層105のシリコン基板裏面側の面との距離(図5中のa)が5〜15μmの範囲内で終了させて、次のシリコン基板薄化工程(2)に移行することが好ましい。
シリコン基板薄化工程(2)は、接続プラグ104を覆う絶縁層105をエッチングにより突出させる工程であり、該エッチングには上記の本発明のエッチング液が用いられる。
本発明の製造方法により得られる半導体チップを積み上げて3次元マルチチップ半導体装置とする場合の作業安定性、信頼性の観点から、エッチング後のシリコン基板裏面から突出させる接続プラグの高さは、10〜20μmの範囲内であることが好ましい。シリコン基板薄化工程(2)において本発明のエッチング液によりエッチングするシリコン基板の厚さ、すなわちシリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層105のシリコン基板裏面側の面との距離(図5中のa)、及び該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離(図5中のb)の和(a+b)は、生産効率の観点から、20〜30μmの範囲内であることが好ましい。
本発明の製造方法により得られる半導体チップを積み上げて3次元マルチチップ半導体装置とする場合の作業安定性、信頼性の観点から、エッチング後のシリコン基板裏面から突出させる接続プラグの高さは、10〜20μmの範囲内であることが好ましい。シリコン基板薄化工程(2)において本発明のエッチング液によりエッチングするシリコン基板の厚さ、すなわちシリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層105のシリコン基板裏面側の面との距離(図5中のa)、及び該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離(図5中のb)の和(a+b)は、生産効率の観点から、20〜30μmの範囲内であることが好ましい。
エッチング対象物にエッチング液を接触させる方法には特に制限はなく、例えばエッチング液を滴下やスプレーなどの形式により対象物に接触させる方法や、対象物をエッチング液に浸漬させる方法などを採用することができる。本発明においては、枚葉スピン処理が好ましく採用される。
エッチング液の使用温度としては、50℃以上沸点未満の温度が好ましく、より好ましくは50〜90℃、さらに好ましくは60〜90℃、特に好ましくは70〜90℃である。エッチング液の温度が上記範囲内であれば、エッチング速度が低くなりすぎないので、生産効率が著しく低下することがなく、液組成変化を抑制し、エッチング条件を一定に保つことができる。エッチング液の温度を高くすることで、エッチング速度は上昇するが、エッチング液の組成変化を小さく抑えることなども考慮した上で、適宜最適な処理温度を決定すればよい。
本工程を行うにあたり、図4に示すように、半導体チップの再配線107などを設けた面に、接着層110を介してガラス基板111を、薄化のためのサポート治具として好ましく用いることができる。サポート治具を用いることで、安定したエッチングを行うことができる。
(製造方法B)
また、本発明の製造方法の好ましい態様の一例として、次の工程1B〜7Bを順に含む製造方法Bが挙げられる。製造方法Bについて、工程1B〜7B毎の半導体チップの断面模式図を示す図3を用いて説明する。
工程1B:シリコン基板に半導体素子を含む集積回路及びパッドを形成する半導体素子形成工程。
工程2B:該シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程。
工程3B:前記貫通ビアの内壁及び前記シリコン基板表面におけるパッド上部が開口部となるように絶縁層を形成する絶縁層形成工程。
工程4B:前記貫通ビア内壁を含む前記シリコン基板の全表面にバリア層を形成するバリア層形成工程。
工程5B:前記貫通ビア内に接続プラグを形成するとともに、前記集積回路と接続プラグとを再配線する接続プラグ形成/再配線工程。
工程6B:バンプ電極の形成工程
工程7B:シリコン基板裏面のエッチング工程
また、本発明の製造方法の好ましい態様の一例として、次の工程1B〜7Bを順に含む製造方法Bが挙げられる。製造方法Bについて、工程1B〜7B毎の半導体チップの断面模式図を示す図3を用いて説明する。
工程1B:シリコン基板に半導体素子を含む集積回路及びパッドを形成する半導体素子形成工程。
工程2B:該シリコン基板に貫通ビアを形成する貫通ビア形成工程。
工程3B:前記貫通ビアの内壁及び前記シリコン基板表面におけるパッド上部が開口部となるように絶縁層を形成する絶縁層形成工程。
工程4B:前記貫通ビア内壁を含む前記シリコン基板の全表面にバリア層を形成するバリア層形成工程。
工程5B:前記貫通ビア内に接続プラグを形成するとともに、前記集積回路と接続プラグとを再配線する接続プラグ形成/再配線工程。
工程6B:バンプ電極の形成工程
工程7B:シリコン基板裏面のエッチング工程
製造方法Bは、製造方法Aの工程4Aの半導体素子形成工程をはじめに行ったものであり、製造方法Aをビアファーストプロセスと称するのに対し、ビアラストプロセスと称される。
〈工程1B及び2B〉
工程1B及び2Bは、各々工程4A及び工程1Aと同様である。
工程1B及び2Bは、各々工程4A及び工程1Aと同様である。
〈工程3B〉
工程3Bにおいて、絶縁層306を設ける前に集積回路302及びパッド303が形成されている。よって工程3Bでは、絶縁層306は、貫通ビアの内壁と、シリコン基板301表面上のパッド303の上部に設ける開口部を除く箇所とに、同時に形成することができる。この点で、製造方法Bのビアラストプロセスは製造工程の短縮及び製造コストの削減を図ることができる。
工程3Bにおいて、絶縁層306を設ける前に集積回路302及びパッド303が形成されている。よって工程3Bでは、絶縁層306は、貫通ビアの内壁と、シリコン基板301表面上のパッド303の上部に設ける開口部を除く箇所とに、同時に形成することができる。この点で、製造方法Bのビアラストプロセスは製造工程の短縮及び製造コストの削減を図ることができる。
〈工程4B〉
工程4Bは、再配線307と絶縁層306との密着性を十分に確保するとともに、該再配線307の該絶縁層306への拡散を抑制する目的で、貫通ビア内壁を含む前記シリコン基板301の全表面にバリア層305を形成するバリア層を設ける工程である。
工程4Bは、再配線307と絶縁層306との密着性を十分に確保するとともに、該再配線307の該絶縁層306への拡散を抑制する目的で、貫通ビア内壁を含む前記シリコン基板301の全表面にバリア層305を形成するバリア層を設ける工程である。
〈工程5B〉
工程5Bは、その内壁に順に絶縁層306及びバリア層305が形成された貫通ビア内の空洞部分に接続プラグ304を形成し、集積回路302(パッド303)と接続プラグ304とを同時に再配線する工程である。接続プラグ304及び再配線307の形成は、例えば、上記の工程3B及び4Bの方法に従い絶縁層306及びバリア層305を順に設けた後、(i)銅などをスパッタして形成したシード層、該パッド303及び接続プラグ304を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅などの金属材料を堆積させて導電層を設けた後、フォトレジスト膜を除去し、該シード層、バリア層305のうち導電層で覆われていない部分をエッチングする方法、(ii)シリコン基板上にタングステンなどの金属材料をスパッタや蒸着などにより堆積して金属膜を形成し、感光膜パターンでマスクして該金属膜をエッチングするなどの方法、などにより形成することができる。
工程5Bは、その内壁に順に絶縁層306及びバリア層305が形成された貫通ビア内の空洞部分に接続プラグ304を形成し、集積回路302(パッド303)と接続プラグ304とを同時に再配線する工程である。接続プラグ304及び再配線307の形成は、例えば、上記の工程3B及び4Bの方法に従い絶縁層306及びバリア層305を順に設けた後、(i)銅などをスパッタして形成したシード層、該パッド303及び接続プラグ304を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅などの金属材料を堆積させて導電層を設けた後、フォトレジスト膜を除去し、該シード層、バリア層305のうち導電層で覆われていない部分をエッチングする方法、(ii)シリコン基板上にタングステンなどの金属材料をスパッタや蒸着などにより堆積して金属膜を形成し、感光膜パターンでマスクして該金属膜をエッチングするなどの方法、などにより形成することができる。
〈工程6B及び7B〉
工程6B及び7Bは、各々工程6A及び7Aと同様である。また、シリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層306のシリコン基板裏面側の面との距離は図7中のcに該当し、該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層306のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離は図7中のdに該当する。
工程6B及び7Bは、各々工程6A及び7Aと同様である。また、シリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層306のシリコン基板裏面側の面との距離は図7中のcに該当し、該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層306のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離は図7中のdに該当する。
(その他の製造方法)
本発明の製造方法は、例えば特許文献1〜3に開示されるシリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板の薄化(エッチング)工程で、本発明のエッチング液を用いるものであってもよい。
本発明の製造方法は、例えば特許文献1〜3に開示されるシリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板の薄化(エッチング)工程で、本発明のエッチング液を用いるものであってもよい。
本発明により得られた半導体チップは、電気的な伝達がシリコン貫通ビアを経るため、電気的な劣化が少なく、半導体パッケージの動作速度を向上させることができる。また、該チップを積み上げた場合、半導体チップ同士の感覚を小さくすることができるので、3次元マルチチップ半導体装置に好適に用いられる。
次に、本発明を実施例により、さらに詳しく説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。
評価項目1.生産性の評価(エッチング処理時間)
各製造例で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料を、第1表及び第2表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第1表及び第2表に示されるエッチング量となるようにエッチング処理を行い、当該処理に必要な時間を下記の基準に従い評価した。なお、第1表中のエッチング量b、及び第2表中のエッチング量dは、各々図4及び図5に示されるように、シリコン基板裏面101及び301から突出した接続プラグ104及び304の高さである。
◎ :処理に必要な時間が4分以内だった
○ :処理に必要な時間が5分以内だった
△ :処理に必要な時間が7分以内だった
× :7分以内で処理が終了しなかった
評価項目2.エッチング処理後の形状の評価
製造例で得られた試料を、第1表及び第2表に示されるエッチング液、処理温度で浸漬によるエッチングを行い、第1表及び第2表に示されるエッチング量となるまでエッチング処理を行った後、接続プラグの状態について、下記の基準に従い評価した。
○ :接続プラグがエッチング液により溶解することなく、所定の接続プラグ高さが得られた
× :接続プラグがエッチング液により溶解し、所定の接続プラグ高さが得られなかった、またはシリコン基板をエッチングできなかった
各製造例で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料を、第1表及び第2表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第1表及び第2表に示されるエッチング量となるようにエッチング処理を行い、当該処理に必要な時間を下記の基準に従い評価した。なお、第1表中のエッチング量b、及び第2表中のエッチング量dは、各々図4及び図5に示されるように、シリコン基板裏面101及び301から突出した接続プラグ104及び304の高さである。
◎ :処理に必要な時間が4分以内だった
○ :処理に必要な時間が5分以内だった
△ :処理に必要な時間が7分以内だった
× :7分以内で処理が終了しなかった
評価項目2.エッチング処理後の形状の評価
製造例で得られた試料を、第1表及び第2表に示されるエッチング液、処理温度で浸漬によるエッチングを行い、第1表及び第2表に示されるエッチング量となるまでエッチング処理を行った後、接続プラグの状態について、下記の基準に従い評価した。
○ :接続プラグがエッチング液により溶解することなく、所定の接続プラグ高さが得られた
× :接続プラグがエッチング液により溶解し、所定の接続プラグ高さが得られなかった、またはシリコン基板をエッチングできなかった
調製例(エッチング液の調製)
表1に示される配合組成(質量%)に従い、各実施例及び比較例で用いるエッチング液を調整した。
表1に示される配合組成(質量%)に従い、各実施例及び比較例で用いるエッチング液を調整した。
製造例1(ビアファースト(製造方法A)による半導体チップの製造1)
シリコン基板101(厚さ:775μm)に、開口部を有するマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングし、開口部に貫通ビア(直径:30μm,深さ:40μm)を形成し、該貫通ビアの内壁にシリコンを熱酸化させて、厚さ0.4μmの絶縁層105を形成した。次いで、絶縁層105を内壁に設けた貫通ビア内に、ポリシリコンをスパッタにより埋め込んで接続プラグ104を形成し、半導体素子を含む集積回路102及び該集積回路102上面にパッド103を順に設け、貫通ビア及びパッド103の上部に開口部を有する絶縁層106を酸化ケイ素の蒸着により設けた。該絶縁層106を設けた後、チタンをスパッタして形成したバリア層、銅をスパッタして形成したシード層、パッド103及び接続プラグ104を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅からなる配線を順次設けた後、該フォトレジスト膜を除去し、該バリア層と該シード層のうち配線で覆われていない部分をエッチングして再配線107を得た。さらに、接続プラグ104上部の再配線107上に、めっきにより銅からなるバンプ109を設け、ポリイミド樹脂を用いて再配線の保護膜108を設けて、シリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップを得た。得られた半導体チップを、図4に示されるように、接着層110を介して、サポート治具であるガラス基板111に固定した後、シリコン基板101の裏面を図5に示されるa(シリコン基板裏面と接続プラグ104を覆う絶縁層105のシリコン基板裏面側の面との距離)が10μmとなるまで研磨して、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1を得た。
シリコン基板101(厚さ:775μm)に、開口部を有するマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングし、開口部に貫通ビア(直径:30μm,深さ:40μm)を形成し、該貫通ビアの内壁にシリコンを熱酸化させて、厚さ0.4μmの絶縁層105を形成した。次いで、絶縁層105を内壁に設けた貫通ビア内に、ポリシリコンをスパッタにより埋め込んで接続プラグ104を形成し、半導体素子を含む集積回路102及び該集積回路102上面にパッド103を順に設け、貫通ビア及びパッド103の上部に開口部を有する絶縁層106を酸化ケイ素の蒸着により設けた。該絶縁層106を設けた後、チタンをスパッタして形成したバリア層、銅をスパッタして形成したシード層、パッド103及び接続プラグ104を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅からなる配線を順次設けた後、該フォトレジスト膜を除去し、該バリア層と該シード層のうち配線で覆われていない部分をエッチングして再配線107を得た。さらに、接続プラグ104上部の再配線107上に、めっきにより銅からなるバンプ109を設け、ポリイミド樹脂を用いて再配線の保護膜108を設けて、シリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップを得た。得られた半導体チップを、図4に示されるように、接着層110を介して、サポート治具であるガラス基板111に固定した後、シリコン基板101の裏面を図5に示されるa(シリコン基板裏面と接続プラグ104を覆う絶縁層105のシリコン基板裏面側の面との距離)が10μmとなるまで研磨して、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1を得た。
製造例2(ビアファースト(製造方法A)による半導体チップの製造2)
製造例1において、接続プラグ104を形成する材料をポリシリコンからタングステンにかえた以外は、製造例1と同様にして、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料2を得た。
製造例1において、接続プラグ104を形成する材料をポリシリコンからタングステンにかえた以外は、製造例1と同様にして、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料2を得た。
製造例3(ビアラスト(製造方法B)による半導体チップの製造1)
半導体素子を含む集積回路302及び該集積回路302上面にパッド303が設けられたシリコン基板301(厚さ:775μm)に、開口部を有するマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングし、開口部に貫通ビア(直径:30μm,深さ:40μm)を形成し、該貫通ビアの内壁及びシリコン基板301上にパッド303上部に開口部を有するように酸化ケイ素を蒸着させて、厚さ0.4μmの絶縁層306を形成した。次いで、絶縁層306を内壁に設けた貫通ビア内及びシリコン基板301上にパッド303を覆うように、チタンのスパッタによりバリア層305(厚さ:0.1μm)を形成した後、該バリア層305の上に銅をスパッタすることによりシード層を形成した。さらに、絶縁層306、バリア層305及びシード層を形成した貫通ビア内、及びパッド303を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅からなる導電層を順次設けた後、該フォトレジスト膜を除去し、該バリア層305及び該シード層のうち電解めっきにより銅からなる導電層で覆われていない部分をエッチングして、接続プラグ304と再配線307とを同時に得た。さらに、接続プラグ304上部の再配線307上に、めっきにより銅からなるバンプ309を設け、ポリイミド樹脂を用いて再配線の保護膜308を設けて、シリコン貫通ビアを有する半導体チップを得た。得られた半導体チップを、図6に示されるように、接着層310を介して、サポート治具であるガラス基板311に固定した後、シリコン基板301の裏面を図7に示されるc(シリコン基板裏面と接続プラグ304を覆う絶縁層305のシリコン基板裏面側の面との距離)が10μmとなるまで研磨して、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3を得た。
半導体素子を含む集積回路302及び該集積回路302上面にパッド303が設けられたシリコン基板301(厚さ:775μm)に、開口部を有するマスクパターンをフォトレジストで形成し、シリコン基板を貫通しない深さまでエッチングし、開口部に貫通ビア(直径:30μm,深さ:40μm)を形成し、該貫通ビアの内壁及びシリコン基板301上にパッド303上部に開口部を有するように酸化ケイ素を蒸着させて、厚さ0.4μmの絶縁層306を形成した。次いで、絶縁層306を内壁に設けた貫通ビア内及びシリコン基板301上にパッド303を覆うように、チタンのスパッタによりバリア層305(厚さ:0.1μm)を形成した後、該バリア層305の上に銅をスパッタすることによりシード層を形成した。さらに、絶縁層306、バリア層305及びシード層を形成した貫通ビア内、及びパッド303を含む開口部を有するフォトレジスト膜、及び該開口部に電解めっきにより銅からなる導電層を順次設けた後、該フォトレジスト膜を除去し、該バリア層305及び該シード層のうち電解めっきにより銅からなる導電層で覆われていない部分をエッチングして、接続プラグ304と再配線307とを同時に得た。さらに、接続プラグ304上部の再配線307上に、めっきにより銅からなるバンプ309を設け、ポリイミド樹脂を用いて再配線の保護膜308を設けて、シリコン貫通ビアを有する半導体チップを得た。得られた半導体チップを、図6に示されるように、接着層310を介して、サポート治具であるガラス基板311に固定した後、シリコン基板301の裏面を図7に示されるc(シリコン基板裏面と接続プラグ304を覆う絶縁層305のシリコン基板裏面側の面との距離)が10μmとなるまで研磨して、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3を得た。
製造例4(ビアラスト(製造方法B)による半導体チップの製造4)
製造例3において、接続プラグ304を形成する材料を銅からタングステンにかえた以外は、製造例3と同様にして、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料4を得た。
製造例3において、接続プラグ304を形成する材料を銅からタングステンにかえた以外は、製造例3と同様にして、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料4を得た。
実施例1〜57及び比較例1〜3
製造例1で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1を、第1表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第1表に示されるエッチング量(図5に示されるa及びb)となるようにエッチング処理を行った。
処理時間及び形状について、上記の評価基準に基づき評価した。評価結果を第1表に示す。また、製造例2で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料2についても、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1と同様にして評価を行ったが、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1と同じであった。
製造例1で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1を、第1表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第1表に示されるエッチング量(図5に示されるa及びb)となるようにエッチング処理を行った。
処理時間及び形状について、上記の評価基準に基づき評価した。評価結果を第1表に示す。また、製造例2で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料2についても、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1と同様にして評価を行ったが、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料1と同じであった。
実施例58〜114及び比較例4〜6
製造例3で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3を、第2表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第2表に示されるエッチング量(図7に示されるc及びd)となるようにエッチング処理を行った。処理時間及び形状について、上記の評価基準に基づき評価した。評価結果を第2表に示す。また、製造例4で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料4についても、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3と同様にして評価を行ったが、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3と同じであった。
製造例3で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3を、第2表に示されるエッチング液、処理温度で枚葉スピン装置によるエッチングを行い、第2表に示されるエッチング量(図7に示されるc及びd)となるようにエッチング処理を行った。処理時間及び形状について、上記の評価基準に基づき評価した。評価結果を第2表に示す。また、製造例4で得られた3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料4についても、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3と同様にして評価を行ったが、3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップ試料3と同じであった。
本発明のエッチング液を用いてエッチングした実施例では、エッチング処理時間がいずれも4〜7分と生産性の評価の点で優れた結果が得られ、形状の評価も優れていた。一方、エッチング液として混酸を用いた比較例1及び4では、処理時間は2分と短く生産性の評価は良かったものの、絶縁層及び接続プラグを溶解してしまい、所定の高さが得られなかった。また、ヒドロキシルアミンを含まないエッチング液を用いた比較例2及び5では、エッチング処理時間が9分もかかってしまい、生産性の点で十分ではなく、無機アルカリ化合物を含まない比較例3及び6では、エッチング処理ができなかった。
本発明のエッチング液は、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチングに用いられ、銅やタングステンなどの金属、あるいはポリシリコンなどからなる接続プラグをエッチングせずに、シリコン基板のみをエッチングし、かつ優れたエッチングレートを発揮することができる。また、該シリコン貫通ビアプロセスを経ることで、優れた生産効率で、シリコン貫通ビアを有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップを製造することが可能となる。
Claims (9)
- 水酸化カリウムとヒドロキシルアミンと水とを含み、シリコン貫通ビアプロセスにおけるシリコン基板裏面エッチング用エッチング液。
- 水酸化カリウムの含有量が10〜50質量%であり、ヒドロキシルアミンの含有量が8〜40質量%である請求項1に記載のエッチング液。
- シリコン基板が再配線と接続プラグとを有し、該接続プラグが再配線が設けられていないシリコン基板裏面に突出したものである請求項1又は2に記載のエッチング液。
- 接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる請求項3に記載のエッチング液。
- 請求項1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いるシリコン基板裏面エッチング工程を有する3次元マルチチップ半導体装置用半導体チップの製造方法。
- 前記シリコン基板裏面エッチング工程が、接続プラグを覆う絶縁層がシリコン基板に被覆された状態でシリコン基板を薄化させるシリコン基板薄化工程(1)と、該絶縁層に覆われた接続プラグを突出させるシリコン基板薄化工程(2)とを順に有し、少なくとも該シリコン基板薄化工程(2)において請求項1〜4のいずれかに記載のエッチング液を用いる請求項5に記載の半導体チップの製造方法。
- 前記シリコン基板薄化工程(1)が終了したときのシリコン基板裏面と絶縁層のシリコン基板裏面側の面との距離、及び該シリコン基板薄化工程(1)が終了したときの絶縁層のシリコン基板裏面側の面と前記シリコン基板薄化工程(2)が終了したときのシリコン基板裏面との距離の和が20〜30μmの範囲内である請求項6に記載の半導体チップの製造方法。
- 接続プラグが、ポリシリコン、銅、タングステンから選ばれる少なくとも1種からなる請求項6又は7に記載の半導体チップの製造方法。
- 半導体チップが、3次元マルチチップ半導体装置に用いられるものである請求項5〜8のいずれかに記載の半導体チップの製造方法。
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