WO2016159320A1 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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wiring
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暢郎 細川
直 井上
柴山 勝己
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浜松ホトニクス株式会社
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    • H01L31/02Details
    • H01L31/0203Containers; Encapsulations, e.g. encapsulation of photodiodes

Definitions

  • the present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.
  • electrical connection may be performed between a front surface side and a back surface side of a semiconductor substrate through a through-hole formed in the semiconductor substrate (for example, Patent Documents). 1).
  • the electrical connection through the through hole in the semiconductor substrate may become fragile with the miniaturization and high integration.
  • an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of ensuring electrical connection through a through hole in a semiconductor substrate, and a method for manufacturing such a semiconductor device.
  • a semiconductor device includes a semiconductor substrate having a first surface and a second surface facing each other, and a through-hole extending from the first surface to the second surface, and the first surface, A part of the first wiring located on the first opening on the first surface side of the through hole, the inner surface and the second surface of the through hole, and continuous through the second opening on the second surface side of the through hole And an insulating layer provided on the surface of the insulating layer, and a second wiring electrically connected to the first wiring in the opening on the first surface side of the insulating layer, the surface of the insulating layer having a through hole A tapered first region that extends to the first opening on the inner side and extends from the first surface toward the second surface, and a taper that reaches the second opening on the inner side of the through hole and extends from the first surface to the second surface.
  • Second region a third region facing the second surface outside the through hole, and the first region
  • a fourth region curved to continuously connect the second region
  • a fifth region curved to continuously connect the second region and the third region, the average of the second region
  • the inclination angle is smaller than the average inclination angle of the first region and smaller than the average inclination angle of the inner surface of the through hole.
  • the first region reaching the first opening of the through hole and the second region reaching the second opening of the through hole are directed from the first surface of the semiconductor substrate to the second surface.
  • This is a tapered region that spreads out.
  • region is smaller than the average inclination angle of the inner surface of a through-hole.
  • the second region can be formed easily and reliably because the slope of the second region becomes gentler than when the insulating layer is formed with a uniform thickness along the inner surface of the through hole. it can. Furthermore, since the second wiring can be formed without depending on the shape of the inner surface of the through hole, for example, even when a sharp portion remains on the inner surface of the through hole, the second wiring caused by such a portion is left. Disconnection of the two wirings can be prevented.
  • the average inclination angle of the second region is smaller than the average inclination angle of the first region.
  • the average inclination angle of the first region reaching the first opening of the through hole is larger than the average inclination angle of the second region.
  • the average inclination angle of the inner surface of the through hole is such that the inner surface of the through hole (if the inner surface of the through hole is a curved surface such as a cylindrical surface) is orthogonal to the first surface of the semiconductor substrate, The case where the inner surface of the through hole forms an angle of 90 ° with respect to the first surface is also included.
  • the average inclination angle of the first region may be closer to the average inclination angle of the inner surface of the through hole than the average inclination angle of the second region.
  • the average thickness of the insulating layer provided on the inner surface of the through hole may be larger than the average thickness of the insulating layer provided on the second surface.
  • the first region is 2 of the sum of the thickness of the semiconductor substrate and the average thickness of the insulating layer provided on the second surface among the insulating layers provided on the inner surface of the through hole. It may be the surface of a portion having a height of / 3 or less. Accordingly, the first region and the second region can be gently connected on the surface of the insulating layer, and disconnection of the second wiring at the boundary between the first region and the second region can be reliably prevented.
  • the first region is one of the sum of the thickness of the semiconductor substrate and the average thickness of the insulating layer provided on the second surface among the insulating layers provided on the inner surface of the through hole.
  • the surface of the part which has the height below / 2 may be sufficient.
  • the first region and the second region can be more gently connected on the surface of the insulating layer, and the disconnection of the second wiring at the boundary between the first region and the second region can be more reliably prevented. it can.
  • the fourth region may be a region having a maximum curvature convex on the side opposite to the inner surface of the through hole.
  • Such a shape of the insulating layer is particularly effective in ensuring electrical connection through the through hole in the semiconductor substrate.
  • the inner surface of the through hole may be a tapered surface extending from the first surface toward the second surface, or the inner surface of the through hole (the inner surface of the through hole may be In the case of a curved surface such as a cylindrical surface, the tangent plane of the curved surface) may be a surface orthogonal to the first surface and the second surface.
  • the electrical connection through the through hole in the semiconductor substrate can be ensured.
  • the insulating layer may be made of a resin.
  • the insulating layer having the shape as described above can be easily and reliably formed.
  • a method for manufacturing a semiconductor device is the above-described method for manufacturing a semiconductor device, wherein a first wiring is provided on a first surface of a semiconductor substrate having a first surface and a second surface facing each other. Forming a through hole from the first surface to the second surface in the semiconductor substrate, exposing a part of the first wiring to the first opening on the first surface side of the through hole, and a through hole A third step of providing a continuous insulating layer on the inner surface and the second surface through the second opening on the second surface side of the through hole; and forming a contact hole in the insulating layer, and opening the first surface side of the insulating layer And a fourth step of exposing a part of the first wiring, and a second wiring is provided on the surface of the insulating layer, and the first wiring and the second wiring are electrically connected in the opening on the first surface side of the insulating layer. And a fifth step.
  • an insulating layer is formed on the inner surface and the second surface of the through hole by performing a dip coating method using a resin material having a viscosity of 10 cp or more. It may be provided. Thereby, the insulating layer having the shape as described above can be obtained easily and reliably.
  • an insulating layer is provided on the inner surface and the second surface of the through hole using a positive resin material, and in the fourth step, the insulating layer is contacted.
  • a contact hole may be formed in the insulating layer by exposing and developing a portion corresponding to the hole.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor device capable of ensuring electrical connection through a through hole in a semiconductor substrate, and a method for manufacturing such a semiconductor device.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
  • 2 is a cross-sectional view of the through hole and its peripheral portion of the semiconductor device of FIG. 3A and 3B are cross-sectional views for explaining a plurality of steps in the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 4A and 4B are cross-sectional views for explaining a plurality of steps in the method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 5A and 5B are cross-sectional views for explaining a plurality of steps in the method for manufacturing the semiconductor device of FIG.
  • FIG. 6 is a partial cross-sectional view of a modification of the semiconductor device of FIG.
  • FIG. 7 is a partial cross-sectional view of a modification of the semiconductor device of FIG.
  • FIG. 8 is a partial cross-sectional view of a modification of the semiconductor device of FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a modification of the through hole and its peripheral portion of the semiconductor device of FIG.
  • the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 2 having a first surface 2a and a second surface 2b facing each other.
  • the semiconductor device 1 is an optical device such as a silicon photodiode.
  • a p-type region 2c in which p-type impurities are selectively diffused is provided in a predetermined region on the first surface 2a side in a semiconductor substrate 2 made of, for example, n-type silicon.
  • a first wiring 3 made of, for example, aluminum is provided via an oxide film 4.
  • An opening 4 a is formed in a portion of the oxide film 4 corresponding to the pad portion 3 a of the first wiring 3.
  • An opening 4b is formed in a portion of oxide film 4 corresponding to the end of p-type region 2c.
  • the first wiring 3 is electrically connected to the p-type region 2c through the opening 4b.
  • an insulating film made of another insulating material such as SiN may be provided.
  • a light transmission substrate 5 made of a light transmission material such as glass is disposed on the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2.
  • the semiconductor substrate 2 and the light transmission substrate 5 are optically and physically connected by an adhesive layer 6 made of an optical adhesive.
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 is smaller (thin) than the thickness of the light transmission substrate 5.
  • the thickness of the semiconductor substrate 2 is about several tens of ⁇ m, and the thickness of the light transmission substrate 5 is about several hundreds of ⁇ m.
  • a through hole 7 extending from the first surface 2a to the second surface 2b is formed.
  • the first opening 7 a of the through hole 7 is located on the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2
  • the second opening 7 b of the through hole 7 is located on the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2.
  • the first opening 7 a is continuous with the opening 4 a of the oxide film 4 and is covered with the pad portion 3 a of the first wiring 3.
  • the inner surface 7c of the through hole 7 is a tapered surface that spreads from the first surface 2a toward the second surface 2b.
  • the through hole 7 is formed in a quadrangular pyramid shape that widens from the first surface 2a toward the second surface 2b.
  • the edge of the first opening 7a of the through hole 7 and the edge of the opening 4a of the oxide film 4 do not have to coincide with each other.
  • the edge of the opening 4 a of the oxide film 4 may be located inside the edge of the first opening 7 a of the through hole 7.
  • the aspect ratio of the through hole 7 is 0.2-10.
  • the aspect ratio refers to the depth of the through hole 7 (distance between the first opening 7a and the second opening 7b) and the width of the second opening 7b (when the second opening 7b is rectangular, between the opposite sides of the second opening 7b). Or the diameter of the second opening 7b when the second opening 7b is circular).
  • the depth of the through hole 7 is 30 ⁇ m
  • the width of the second opening 7b is 130 ⁇ m.
  • the aspect ratio is 0.23.
  • An insulating layer 10 is provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2.
  • the insulating layer 10 is continuous through the second opening 7 b of the through hole 7.
  • the insulating layer 10 reaches the pad portion 3a of the first wiring 3 through the opening 4a of the oxide film 4 inside the through hole 7, and has an opening 10a on the first surface 2a side of the semiconductor substrate 2. .
  • a second wiring 8 made of, for example, aluminum is provided on the surface 10b of the insulating layer 10 (the surface opposite to the inner surface 7c of the through hole 7 and the second surface 2b of the semiconductor substrate 2).
  • the second wiring 8 is electrically connected to the pad portion 3 a of the first wiring 3 in the opening 10 a of the insulating layer 10.
  • a third wiring 22 made of, for example, aluminum is provided on the surface 10b of the insulating layer 10 (the surface opposite to the second surface 2b of the semiconductor substrate 2).
  • the third wiring 22 is electrically connected to the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 through the opening 10 c formed in the insulating layer 10.
  • the second wiring 8 and the third wiring 22 are covered with a resin protective layer 21.
  • a shallow concave portion 21 a having a smooth inner surface is formed in a portion corresponding to the through hole 7 in the resin protective layer 21.
  • An opening 21b for exposing the pad portion 8a is formed in a portion of the resin protective layer 21 corresponding to the pad portion 8a of the second wiring 8.
  • An opening 21c that exposes the pad portion 22a is formed in a portion of the resin protective layer 21 corresponding to the pad portion 22a of the third wiring 22.
  • an extraction electrode 9 that is a bump electrode is disposed in the opening 21 b of the resin protective layer 21, an extraction electrode 9 that is a bump electrode is disposed. The extraction electrode 9 is electrically connected to the pad portion 8 a of the second wiring 8.
  • An extraction electrode 23 that is a bump electrode is disposed in the opening 21 c of the resin protective layer 21.
  • the extraction electrode 23 is electrically connected to the pad portion 22 a of the third wiring 22.
  • the semiconductor device 1 is mounted on a circuit board via an extraction electrode 9 and an extraction electrode 23, and the extraction electrode 9 and the extraction electrode 23 function as an anode electrode and a cathode electrode, respectively.
  • a protective layer for example, an oxide film or a nitride film
  • the thickness of the resin protective layer 21 may be approximately the same as the thickness of the insulating layer 10 or may be smaller than the thickness of the insulating layer 10. In particular, if the thickness of the resin protective layer 21 is approximately the same as the thickness of the insulating layer 10, the stress acting on the second wiring 8 and the third wiring 22 can be reduced.
  • the above-described insulating layer 10 will be described in more detail with reference to FIG. In FIG. 2, the light transmission substrate 5, the adhesive layer 6, the extraction electrode 9, and the resin protective layer 21 are omitted.
  • the surface 10 b of the insulating layer 10 includes a first region 11 that reaches the first opening 7 a inside the through hole 7, and a second region 12 that reaches the second opening 7 b inside the through hole 7. And a third region 13 facing the second surface 2b of the semiconductor substrate 2 outside the through hole 7.
  • the first region 11 is a tapered region extending from the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 toward the second surface 2b.
  • the first region 11 has an average inclination angle ⁇ .
  • the average inclination angle ⁇ of the first region 11 is an intersection line between the plane and the first region 11 when attention is paid to a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through hole 7. Is an average value of angles formed with respect to the first surface 2a.
  • the intersecting line is a straight line
  • an angle formed by the straight line and the first surface 2 a is an average inclination angle ⁇ of the first region 11.
  • the average value of the angles formed by the tangent line of the curve and the first surface 2a is the average inclination angle ⁇ of the first region 11.
  • the average inclination angle ⁇ of the first region 11 is larger than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the second region 12 is a tapered region extending from the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 toward the second surface 2b.
  • the second region 12 has an average inclination angle ⁇ .
  • the average inclination angle ⁇ of the second region 12 is an intersection line between the plane and the second region 12 when attention is paid to a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through hole 7. Is an average value of angles formed with respect to the first surface 2a.
  • the intersecting line is a straight line
  • an angle formed by the straight line and the first surface 2 a is an average inclination angle ⁇ of the second region 12.
  • the average value of the angle formed between the tangent line of the curve and the first surface 2 a is the average inclination angle ⁇ of the second region 12.
  • the average inclination angle ⁇ of the second region 12 is greater than 0 ° and smaller than 90 °.
  • the average inclination angle ⁇ of the second region 12 is smaller than the average inclination angle ⁇ of the first region 11. That is, the second region 12 is a region having a gentler slope than the first region 11. Further, the average inclination angle ⁇ of the second region 12 is smaller than the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7 c of the through hole 7. That is, the second region 12 is a region having a gentler slope than the inner surface 7 c of the through hole 7. In the present embodiment, the average inclination angle ⁇ of the first region 11 is closer to the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7 c of the through hole 7 than the average inclination angle ⁇ of the second region 12.
  • the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7c of the through hole 7 is an intersection line between the plane and the inner surface 7c when attention is paid to a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through hole 7. Is an average value of angles formed with respect to the first surface 2a.
  • the intersecting line is a straight line
  • an angle formed by the straight line and the first surface 2a is an average inclination angle ⁇ of the inner surface 7c of the through hole 7.
  • the average value of the angle formed between the tangent line of the curve and the first surface 2a is the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7c of the through hole 7.
  • the surface 10b of the insulating layer 10 includes a fourth region 14 having a convex maximum curvature opposite to the inner surface 7c of the through hole 7, a fifth region 15 along the edge of the second opening 7b of the through hole 7, Is further included.
  • the maximum curvature convex on the side opposite to the inner surface 7c of the through hole 7 is the plane and the surface 10b when attention is paid to a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through hole 7. Is the maximum value of the curvature of the portion curved in a convex shape on the opposite side to the inner surface 7c of the through hole 7.
  • the first region 11 is located on the first opening 7 a side of the through hole 7 from the fourth region 14 (center line CL of the through hole 7) of the surface 10 b of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7 c of the through hole 7. In the direction parallel to the first opening 7a side).
  • the second region 12 is on the second opening 7b side of the through hole 7 from the surface 10b of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7c of the through hole 7 (parallel to the center line CL of the through hole 7). This is a region (that is, the region between the fourth region 14 and the fifth region 15) on the second opening 7b side in a certain direction.
  • the fourth region 14 is curving so that the 1st area
  • the first region 11 extends to the second surface 2b side of the semiconductor substrate 2
  • the second region 12 extends to the first surface 2a side of the semiconductor substrate 2.
  • the first region 11 and the second region 12 form intersection lines (corners, bent portions).
  • the fourth region 14 corresponds to a curved surface formed when the intersection line (corner, bent portion) is chamfered.
  • the fourth region 14 When the fourth region 14 focuses on a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through hole 7, the fourth region 14 corresponds to the first region 11 among the intersecting lines between the plane and the surface 10 b. Between the corresponding portion and the portion corresponding to the second region 12, it is a portion that curves in a convex shape on the opposite side to the inner surface 7c of the through hole 7.
  • the fifth region 15 is curved so as to continuously connect the second region 12 and the third region 13. That is, the fifth region 15 is a rounded curved surface, and smoothly connects the second region 12 and the third region 13.
  • the second region 12 extends to the second surface 2b side of the semiconductor substrate 2, and the third region 13 extends toward the center line CL of the through hole 7.
  • the second region 12 and the third region 13 form intersection lines (corners, bent portions, etc.).
  • the fifth region 15 corresponds to a curved surface formed when the intersection line (corner, bent portion, etc.) is chamfered.
  • the fifth region 15 When the fifth region 15 focuses on a region on one side of the center line CL with respect to the plane including the center line CL of the through-hole 7, the fifth region 15 corresponds to the second region 12 among the intersection lines between the plane and the surface 10b. Between the corresponding part and the part corresponding to the third region 13, it is a part that curves in a convex shape on the opposite side to the edge of the second opening 7b of the through hole 7.
  • the first region 11, the fourth region 14, and the fifth region 15 are curved surfaces that are convexly curved on the side opposite to the inner surface 7c of the through hole 7.
  • the second region 12 is a curved surface convexly curved toward the inner surface 7c side of the through hole 7 (that is, a curved surface curved concavely when viewed from the side opposite to the inner surface 7c of the through hole 7).
  • the third region 13 is a plane that is substantially parallel to the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2.
  • the fourth region 14 is curved so as to continuously connect the first region 11 and the second region 12, and the fifth region 15 continues the second region 12 and the third region 13.
  • the surface 10b of the insulating layer 10 is curved so as to be connected to each other, there is no discontinuous portion such as a continuous surface (intersection line (corner, bent portion, etc.) between the surfaces). , 12, 13, 14, and 15 are smoothly connected surfaces).
  • the average thickness of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 is larger than the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2.
  • the average thickness of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7c of the through hole 7 is the average value of the thickness of the insulating layer 10 in the direction perpendicular to the inner surface 7c.
  • the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2b of the semiconductor substrate 2 is the average value of the thickness of the insulating layer 10 in the direction perpendicular to the second surface 2b.
  • the average thickness of the portion corresponding to the first region 11 in the insulating layer 10 corresponds to the second region 12 in the insulating layer 10. Greater than the average thickness of the part.
  • the average thickness of the portion corresponding to the first region 11 in the insulating layer 10 is the first region 11 and the through hole 7 in the direction. It is the average value of the distance to the inner surface 7c.
  • the average thickness of the portion corresponding to the second region 12 in the insulating layer 10 is the second region 12 and the through hole 7 in the direction. It is the average value of the distance to the inner surface 7c.
  • the first region 11 is a surface of a portion having a height H from the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2 in the insulating layer 10 provided on the inner surface 7 c of the through hole 7.
  • the height H is the sum D of the thickness of the semiconductor substrate 2 (that is, the distance between the first surface 2a and the second surface 2b) and the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2b of the semiconductor substrate 2. Of 1/2 or less.
  • the surface P passing through the edge of the opening 10 a of the insulating layer 10 and the edge of the second opening 7 b of the through hole 7 is a boundary surface, and the portion P 1 on the inner surface 7 c side of the through hole 7 with respect to the surface S, and When attention is paid to the portion P2 opposite to the inner surface 7c of the through hole 7 with respect to the surface S, the volume of the portion P1 is larger than the volume of the portion P2.
  • the area of the triangle T ⁇ b> 1 is larger than the area of the triangle T ⁇ b> 2.
  • the triangle T1 is a plane including the center line CL of the through hole 7 (that is, in the cross section of FIG. 2), the edge of the first opening 7a of the through hole 7, the edge of the second opening 7b of the through hole 7, and the insulating layer. It is a triangle having the vertex of the edge of ten openings 10a.
  • the triangle T2 is a plane including the center line CL of the through hole 7 (that is, in the cross section of FIG. 2), the edge of the opening 10a of the insulating layer 10, the edge of the second opening 7b of the through hole 7, and the fourth region 14. It is a triangle with the apex of.
  • Reference numeral 12 denotes a tapered region extending from the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 toward the second surface 2b.
  • the average inclination angle of the second region 12 is smaller than the average inclination angle of the inner surface 7 c of the through hole 7.
  • the second wiring 8 can be easily and reliably formed. Can be formed.
  • the second wiring 8 can be formed without depending on the shape of the inner surface 7c of the through hole 7, for example, even when a sharp portion remains on the inner surface 7c of the through hole 7, such a case The disconnection of the second wiring 8 due to the portion can be prevented.
  • the average inclination angle of the second region 12 is smaller than the average inclination angle of the first region 11.
  • the average inclination angle of the first region 11 reaching the first opening 7 a of the through hole 7 is larger than the average inclination angle of the second region 12.
  • the fourth region 14 is curved so as to continuously connect the first region 11 and the second region 12, and the fifth region 15 is connected to the second region 12. Curved so as to continuously connect the third region 13. Therefore, disconnection of the second wiring 8 in the entire region of the surface 10b of the insulating layer 10 is prevented during and after manufacture. In particular, after the manufacture, stress concentration is alleviated in the entire region of the surface 10 b of the insulating layer 10, which is effective in preventing disconnection of the second wiring 8. As described above, according to the semiconductor device 1, electrical connection through the through hole 7 in the semiconductor substrate 2 can be ensured.
  • the surface 10 b of the insulating layer 10 does not have a discontinuous portion such as a continuous surface (intersection line (corner, bent portion, etc.) between the surfaces), and each region 11, 12, 13, 14, 15 is a smoothly connected surface). Thereby, stress concentration can be eased and disconnection of the second wiring 8 can be prevented.
  • the average inclination angle of the first region 11 is closer to the average inclination angle of the inner surface 7 c of the through hole 7 than the average inclination angle of the second region 12.
  • an opening 10a having a sufficient width to expose the pad portion 3a of the first wiring 3 can be obtained.
  • the opening 10a portion of the insulating layer 10 can be obtained at the time of manufacturing and after the manufacturing. Disconnection of the first wiring 3 and the second wiring 8 can be prevented more reliably.
  • the average thickness of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7c of the through hole 7 is larger than the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2b.
  • the insulating layer 10 provided on the inner surface 7c of the through hole 7 functions as a reinforcing layer, so that the strength of the peripheral portion of the through hole 7 can be sufficiently ensured. it can.
  • the average inclination angle of the first region 11 and the average inclination angle of the second region 12 can be set to desired angles, and the surface 10b is a continuous surface (intersection line (angle, bent portion, etc.) between the surfaces).
  • the insulating layer 10 in which the discontinuous portions are not present and the regions 11, 12, 13, 14, and 15 are smoothly connected.
  • the insulating layer 10 is formed with a uniform thickness along the inner surface 7c of the through hole 7, it is impossible to obtain the insulating layer 10 having a continuous surface 10b.
  • the average thickness of the portion of the insulating layer 10 corresponding to the first region 11 in the direction parallel to the first surface 2 a and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 is the second of the insulating layer 10. It is larger than the average thickness of the portion corresponding to the region 12.
  • the overhang or the like is covered with the insulating layer 10 and is a curved surface curved in a convex shape.
  • the second wiring 8 is provided in the region 15. Thereby, disconnection of the 2nd wiring 8 in the 2nd opening 7b part of penetration hole 7 can be prevented certainly.
  • the sum D of the thickness of the semiconductor substrate 2 and the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2 b is not more than 1 ⁇ 2.
  • the surface of the portion having the height H is the first region 11.
  • the surface S passing through the edge of the opening 10 a of the insulating layer 10 and the edge of the second opening 7 b of the through hole 7 is defined as a boundary surface, which is on the inner surface 7 c side of the through hole 7.
  • the volume of the portion P1 is larger than the volume of the portion P2.
  • the area of the triangle T1 is larger than the area of the triangle T2.
  • the first opening is larger than the fourth region 14 having the maximum curvature convex on the side opposite to the inner surface 7 c of the through hole 7 out of the surface 10 b of the insulating layer 10 provided on the inner surface 7 c of the through hole 7.
  • the region on the 7a side is the first region 11, and the region on the second opening 7b side than the fourth region 14 is the second region 12.
  • Such a shape of the insulating layer 10 is particularly effective in ensuring electrical connection through the through hole 7 in the semiconductor substrate 2.
  • the inner surface 7c of the through hole 7 is a tapered surface that spreads from the first surface 2a toward the second surface 2b. Also in this case, the electrical connection through the through hole 7 in the semiconductor substrate 2 can be ensured.
  • the insulating layer 10 is made of resin. Thereby, the insulating layer 10 having the shape as described above can be easily and reliably formed.
  • the semiconductor substrate 2 is prepared, and a device is formed on the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 (that is, the oxide film 4, the first wiring 3 and the like are provided on the first surface 2a) (first step). Then, the light transmission substrate 5 is attached to the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2 via the adhesive layer 6.
  • a through hole 7 is formed in the semiconductor substrate 2 by anisotropic wet etching, and further, as shown in FIG. 3B, the oxide film 4 Then, a portion corresponding to the pad portion 3 a of the first wiring 3 is removed, and an opening 4 a is formed in the oxide film 4. Thereby, the pad portion 3a of the first wiring 3 is exposed to the first opening 7a of the through hole 7 (second step).
  • the opening 4 a is formed in the oxide film 4 so that the edge of the first opening 7 a of the through hole 7 and the edge of the opening 4 a of the oxide film 4 coincide with each other.
  • the opening 4a may be formed in the oxide film 4 so that the edge of the opening 4a of the oxide film 4 is located inside the edge of the first opening 7a of the through hole 7.
  • a positive resin material having a viscosity of 10 cp or more is prepared, and the dip coating method using the resin material (the object is immersed in the resin paint, and the object is lifted from the resin paint, 4), the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7c of the through hole 7 and the second surface 2b of the semiconductor substrate 2 (first method). 3 steps). As a result, a recess 17 having an inner surface following the second region 12, the third region 13, and the fifth region 15 is formed in the insulating layer 10.
  • a resin material a phenol resin, a polyimide resin, an epoxy resin etc. can be used, for example.
  • a mask 30 is disposed on the insulating layer 10 provided on the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2.
  • the mask 30 has a light transmission part 31 at a position facing the pad part 3 a of the first wiring 3, and has a light shielding part 32 around the light transmission part 31.
  • the portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10 is irradiated with light through the light transmitting portion 31 of the mask 30 to expose the portion.
  • the contact hole 16 is formed in the insulating layer 10 by developing the portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10. Thereby, the pad portion 3a of the first wiring 3 is exposed in the opening 10a of the insulating layer 10 (fourth step).
  • an ashing process or the like may be used together.
  • a gap is formed by the concave portion 17 formed in the insulating layer 10 between the light transmitting portion 31 of the mask 30 and the portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10.
  • the light is diffracted and applied to the insulating layer 10.
  • a tapered first region 11 extending from the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 toward the second surface 2b and a contact hole 16 having an inner surface following the second region 12 are formed.
  • the second wiring 8 is provided on the surface 10 b of the insulating layer 10 by performing sputtering using, for example, aluminum, and the second wiring 8 is formed in the opening 10 a of the insulating layer 10.
  • the first wiring 3 and the second wiring 8 are electrically connected (fifth step).
  • the contact hole 16 has an inner surface that follows the tapered first region 11 extending from the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 toward the second surface 2b, a metal film is also formed on the inner surface.
  • the first wiring 3 and the second wiring 8 are reliably connected in the opening 10 a of the insulating layer 10.
  • the second wiring 8 is covered with the resin protective layer 21 as shown in FIG.
  • the extraction electrode 9 is arranged on the pad portion 8a of the second wiring 8 that is not covered with the resin protective layer 21, and the semiconductor device 1 described above is obtained.
  • the semiconductor device 1 in which the electrical connection through the through hole 7 in the semiconductor substrate 2 is ensured can be efficiently manufactured.
  • the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 by performing a dip coating method using a resin material having a viscosity of 10 cp or more. .
  • the insulating layer 10 having the shape as described above can be obtained easily and reliably.
  • a resin material having a low viscosity for example, a resin material used for water repellent coating, such as a resin material having a viscosity of 1 cp or less
  • a resin material having a viscosity of 1 cp or less is generally used.
  • the insulating layer 10 is formed with a substantially uniform thickness along the inner surface 7 c of the through hole 7. Therefore, in the method for manufacturing the semiconductor device 1, by performing the dip coating method using a resin material having a viscosity of 10 cp or more, the insulating layer 10 having the shape as described above can be obtained easily and reliably. it can.
  • the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 using a positive resin material. Then, the contact hole 16 is formed in the insulating layer 10 by exposing and developing a portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10. Thereby, the insulating layer 10 having the shape as described above can be obtained easily and reliably. At the time of exposure and development, the concave portion 17 formed in the insulating layer 10 reduces the thickness of the portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10 (that is, corresponds to the contact hole 16).
  • the portion is a portion of the insulating layer 10 having a height H equal to or less than 1 ⁇ 2 of the sum D of the thickness of the semiconductor substrate 2 and the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2b).
  • the contact hole 16 having a desired shape can be obtained easily and reliably.
  • the dip coating method is performed in a state where the light transmission substrate 5 is attached to the semiconductor substrate 2. Therefore, the thinned semiconductor substrate 2 can be used.
  • the insulating layer 10 since the depth of the through hole 7 is reduced, even if the insulating layer 10 is thickened by a dip coating method using a resin material having a high viscosity of 10 cp or more, the insulating layer 10 is not formed.
  • the contact hole 16 can be easily and reliably formed.
  • the insulating layer 10 may be formed of an insulating material other than resin.
  • the 1st opening 7a of the through-hole 7 was covered with the pad part 3a of the 1st wiring 3, if a part of 1st wiring 3 is located on the 1st opening 7a, The first wiring 3 may not cover the entire region of the first opening 7a.
  • the average inclination angle of the first region 11 is closer to the average inclination angle of the inner surface 7 c of the through hole 7 than the average inclination angle of the second region 12.
  • the average inclination angle of the inner surface 7 c of the through hole 7 may be closer to the average inclination angle of the first region 11.
  • the light transmitting substrate 5 may not be attached to the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2 via the adhesive layer 6.
  • an oxide film 18 is provided on the first surface 2 a so as to cover the first wiring 3.
  • the portion having the height H from the first surface 2 a in the insulating layer 10 functions as a reinforcing layer. This is particularly effective from the viewpoint of ensuring sufficient strength.
  • the extraction electrode 9 may be disposed inside the through hole 7 so as to protrude from the second surface 2b of the semiconductor substrate 2.
  • the light transmission substrate 5 may be attached to the first surface 2a of the semiconductor substrate 2 via the adhesive layer 6, or as shown in FIG. The light transmitting substrate 5 may not be attached to the first surface 2 a of the semiconductor substrate 2 via the adhesive layer 6.
  • the inner surface 7c of the through hole 7 (if the inner surface 7c of the through hole 7 is a curved surface such as a cylindrical surface), the first surface 2a and the second surface It may be a surface orthogonal to 2b. Also in this case, the electrical connection through the through hole 7 in the semiconductor substrate 2 can be ensured.
  • the aspect ratio of the through hole 7 is 0.2 to 10.
  • the depth of the through hole 7 is 40 ⁇ m
  • the width of the second opening 7 b is 30 ⁇ m. In this case, the aspect ratio is 1.3.
  • the through-hole 7 having a shape such as a columnar shape or a quadrangular prism shape is formed by, for example, dry etching.
  • the average inclination angle ⁇ of the second region 12 is smaller than the average inclination angle ⁇ of the first region 11, and the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7c of the through hole 7 (in this case) Is smaller than 90 °). That is, the second region 12 is a region having a gentler slope than the first region 11 and a gentler slope than the inner surface 7 c of the through hole 7. The average inclination angle ⁇ of the first region 11 is closer to the average inclination angle ⁇ of the inner surface 7 c of the through hole 7 than the average inclination angle ⁇ of the second region 12.
  • disconnection of the second wiring 8 can be prevented, and an opening 10a having a sufficient width for exposing the pad portion 3a of the first wiring 3 can be obtained.
  • the surface 10b of the insulating layer 10 has no discontinuous portions such as continuous surfaces (intersection lines (corners, bent portions, etc.) between the surfaces), and the regions 11, 12, 13, 14, and 15 are smooth. Connected to the surface).
  • the volume of the portion P1 is larger than the volume of the portion P2.
  • the area of the triangle T ⁇ b> 1 is larger than the area of the triangle T ⁇ b> 2.
  • the average thickness of the portion corresponding to the first region 11 in the insulating layer 10 is the second region 12 in the insulating layer 10. It is larger than the average thickness of the corresponding part.
  • the first region 11 includes the thickness of the semiconductor substrate 2 and the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 in the insulating layer 10 provided on the inner surface 7 c of the through hole 7.
  • the surface 10b of the part which has the height H of 2/3 or less of the sum D may be sufficient (refer FIG. 9).
  • the first region 11 and the second region 12 are gently connected, and the second wiring 8 is disconnected at the boundary between the first region 11 and the second region 12. Can be reliably prevented.
  • the concave portion 17 formed in the insulating layer 10 reduces the thickness of the portion corresponding to the contact hole 16 in the insulating layer 10 (that is, corresponds to the contact hole 16).
  • the portion is a portion of the insulating layer 10 having a height H that is 2/3 or less of the sum D of the thickness of the semiconductor substrate 2 and the average thickness of the insulating layer 10 provided on the second surface 2b).
  • the contact hole 16 having a desired shape can be obtained easily and reliably.
  • the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 by performing the dip coating method. It is not limited.
  • the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7c of the through hole 7 and the second surface 2b of the semiconductor substrate 2 by performing other methods such as a laminating method using a resin sheet and a spin coating method using a resin paint. May be.
  • the insulating layer 10 is provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 using a positive resin material, and the contact hole 16 is formed in the insulating layer 10.
  • the contact hole 16 was formed in the insulating layer 10 by exposing and developing the corresponding part, this invention is not limited to this.
  • the insulating layer 10 may be provided on the inner surface 7 c of the through hole 7 and the second surface 2 b of the semiconductor substrate 2 using a negative resin material.
  • the p-type region 2c in which p-type impurities are selectively diffused is provided in a predetermined region on the first surface 2a side in the semiconductor substrate 2 made of, for example, n-type silicon.
  • the conductivity type may be reversed.
  • the extraction electrode 9 and the extraction electrode 23 function as a cathode electrode and an anode electrode, respectively.
  • the first conductivity type is not limited to the one in which the region of the second conductivity type (the other of the p type and the n type) is formed in the semiconductor substrate 2 of the first conductivity type (one of the p type and the n type).
  • a semiconductor layer of the second conductivity type (the other of p type and n type) may be formed on the semiconductor substrate 2 (one of p type and n type), or the first conductivity type may be formed on the substrate.
  • a semiconductor layer (one of p-type and n-type) is formed, and a semiconductor layer of the second conductivity type (the other of p-type and n-type) is formed on the semiconductor layer of the first conductivity type; Also good. That is, it is sufficient if the second conductivity type region is formed in the first conductivity type region of the semiconductor substrate 2.
  • the semiconductor device 1 is an optical device such as a silicon photodiode. However, the semiconductor device 1 may be another optical device or an electronic device.
  • the present invention it is possible to provide a semiconductor device capable of ensuring electrical connection through a through hole in a semiconductor substrate, and a method for manufacturing such a semiconductor device.
  • SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 2 ... Semiconductor substrate, 2a ... 1st surface, 2b ... 2nd surface, 3 ... 1st wiring, 7 ... Through-hole, 7a ... 1st opening, 7b ... 2nd opening, 7c ... Inner surface, 8 ... second wiring, 10 ... insulating layer, 10a ... opening, 10b ... surface, 11 ... first region, 12 ... second region, 13 ... third region, 14 ... fourth region, 15 ... fifth region, 16 ... Contact hole.

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Abstract

 半導体装置1は、貫通孔7が形成された半導体基板2と、半導体基板2の第1表面2aに設けられた第1配線3と、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10と、絶縁層10の表面10bに設けられ、開口10aにおいて第1配線3に電気的に接続された第2配線8と、を備える。絶縁層10の表面10bは、第1領域11と、第2領域12と、第3領域13と、第1領域11と第2領域12とを連続的に接続するように湾曲した第4領域14と、第2領域12と第3領域13とを連続的に接続するように湾曲した第5領域15と、を含む。第2領域12の平均傾斜角度は、第1領域11の平均傾斜角度よりも小さく、且つ内面7cの平均傾斜角度よりも小さい。

Description

半導体装置及びその製造方法
 本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。
 光デバイス、電子デバイス等の半導体装置では、半導体基板に形成された貫通孔を介して半導体基板の表面側と裏面側との間で電気的な接続が実施される場合がある(例えば、特許文献1参照)。
特開2004-57507号公報
 上述したような半導体装置では、その小型化、高集積化等に伴い、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続が脆弱になるおそれがある。
 そこで、本発明は、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化することができる半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明の一側面の半導体装置は、互いに対向する第1表面及び第2表面を有し、第1表面から第2表面に至る貫通孔が形成された半導体基板と、第1表面に設けられ、一部が貫通孔の第1表面側の第1開口上に位置する第1配線と、貫通孔の内面及び第2表面に設けられ、貫通孔の第2表面側の第2開口を介して連続する絶縁層と、絶縁層の表面に設けられ、絶縁層の第1表面側の開口において第1配線に電気的に接続された第2配線と、を備え、絶縁層の表面は、貫通孔の内側において第1開口に至り、第1表面から第2表面に向かって広がるテーパ状の第1領域と、貫通孔の内側において第2開口に至り、第1表面から第2表面に向かって広がるテーパ状の第2領域と、貫通孔の外側において第2表面に対向する第3領域と、第1領域と第2領域とを連続的に接続するように湾曲した第4領域と、第2領域と第3領域とを連続的に接続するように湾曲した第5領域と、を含み、第2領域の平均傾斜角度は、第1領域の平均傾斜角度よりも小さく、且つ貫通孔の内面の平均傾斜角度よりも小さい。
 この半導体装置では、絶縁層の表面のうち、貫通孔の第1開口に至る第1領域、及び貫通孔の第2開口に至る第2領域が、半導体基板の第1表面から第2表面に向かって広がるテーパ状の領域である。そして、第2領域の平均傾斜角度が、貫通孔の内面の平均傾斜角度よりも小さくなっている。これにより、絶縁層の表面のうち、半導体基板の第2表面に対向する第3領域と貫通孔の第2開口に至る第2領域との成す角度が、半導体基板の第2表面と貫通孔の内面との成す角度よりも大きく(すなわち、緩やかに)なる。そのため、製造時においても製造後においても、貫通孔の第2開口部分での第2配線の断線が防止される。また、例えば絶縁層が貫通孔の内面に沿って均一な厚さで形成された場合と比較して第2領域の傾斜が緩やかになるため、第2配線を容易に且つ確実に形成することができる。更に、貫通孔の内面の形状に依存することなく第2配線を形成することができるので、例えば貫通孔の内面にとがった部分が残ってしまった場合にも、そのような部分に起因する第2配線の断線を防止することができる。また、第2領域の平均傾斜角度が、第1領域の平均傾斜角度よりも小さくなっている。換言すれば、貫通孔の第1開口に至る第1領域の平均傾斜角度が、第2領域の平均傾斜角度よりも大きくなっている。これにより、例えば貫通孔が小径化された場合でも、半導体基板の第1表面側における絶縁層の開口の広さが十分に確保される。そのため、製造時においても製造後においても、絶縁層の開口部分での第1配線と第2配線との断線が防止される。更に、絶縁層の表面において、第4領域が、第1領域と第2領域とを連続的に接続するように湾曲しており、第5領域が、第2領域と第3領域とを連続的に接続するように湾曲している。そのため、製造時においても製造後においても、絶縁層の表面の全領域での第2配線の断線が防止される。特に製造後においては、絶縁層の表面の全領域で応力集中が緩和されるため、第2配線の断線の防止に有効である。以上により、この半導体装置によれば、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化することができる。なお、貫通孔の内面の平均傾斜角度には、貫通孔の内面(貫通孔の内面が円柱面等の曲面の場合には、その曲面の接平面)が半導体基板の第1表面に直交し、貫通孔の内面が第1表面に対して90°の角度を成す場合も含まれる。
 本発明の一側面の半導体装置では、第1領域の平均傾斜角度は、第2領域の平均傾斜角度よりも貫通孔の内面の平均傾斜角度に近くてもよい。これにより、貫通孔の第1表面側の第1開口上に位置する第1配線の一部を露出させるために十分な広さを有する開口を得ることができ、その結果、製造時においても製造後においても、絶縁層の開口部分での第1配線と第2配線との断線をより確実に防止することができる。
 本発明の一側面の半導体装置では、貫通孔の内面に設けられた絶縁層の平均厚さは、第2表面に設けられた絶縁層の平均厚さよりも大きくてもよい。これにより、例えば半導体基板が薄型化された場合でも、貫通孔の内面に設けられた絶縁層が補強層として機能するため、貫通孔周辺部分の強度を十分に確保することができる。
 本発明の一側面の半導体装置では、第1領域は、貫通孔の内面に設けられた絶縁層のうち、半導体基板の厚さと第2表面に設けられた絶縁層の平均厚さとの和の2/3以下の高さを有する部分の表面であってもよい。これにより、絶縁層の表面において、第1領域と第2領域とを緩やかに接続して、第1領域と第2領域との境界での第2配線の断線を確実に防止することができる。
 本発明の一側面の半導体装置では、第1領域は、貫通孔の内面に設けられた絶縁層のうち、半導体基板の厚さと第2表面に設けられた絶縁層の平均厚さとの和の1/2以下の高さを有する部分の表面であってもよい。これにより、絶縁層の表面において、第1領域と第2領域とをより緩やかに接続して、第1領域と第2領域との境界での第2配線の断線をより確実に防止することができる。
 本発明の一側面の半導体装置では、第4領域は、貫通孔の内面とは反対側に凸の最大曲率を有する領域であってもよい。このような絶縁層の形状は、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化する上で特に有効である。
 本発明の一側面の半導体装置では、貫通孔の内面は、第1表面から第2表面に向かって広がるテーパ状の面であってもよいし、或いは、貫通孔の内面(貫通孔の内面が円柱面等の曲面の場合には、その曲面の接平面)は、第1表面及び第2表面に直交する面であってもよい。いずれの場合にも、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化することができる。
 本発明の一側面の半導体装置では、絶縁層は、樹脂からなってもよい。これにより、上述したような形状を有する絶縁層を容易に且つ確実に形成することができる。
 本発明の一側面の半導体装置の製造方法は、上記半導体装置の製造方法であって、互いに対向する第1表面及び第2表面を有する半導体基板の第1表面に第1配線を設ける第1工程と、半導体基板に、第1表面から第2表面に至る貫通孔を形成し、貫通孔の第1表面側の第1開口に第1配線の一部を露出させる第2工程と、貫通孔の内面及び第2表面に、貫通孔の第2表面側の第2開口を介して連続する絶縁層を設ける第3工程と、絶縁層にコンタクトホールを形成し、絶縁層の第1表面側の開口に第1配線の一部を露出させる第4工程と、絶縁層の表面に第2配線を設け、絶縁層の第1表面側の開口において第1配線と第2配線とを電気的に接続する第5工程と、を備える。
 この半導体装置の製造方法によれば、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続が確実化された半導体装置を効率良く製造することができる。
 本発明の一側面の半導体装置の製造方法では、第3工程では、10cp以上の粘度を有する樹脂材料を用いてディップコート法を実施することで、貫通孔の内面及び第2表面に絶縁層を設けてもよい。これにより、上述したような形状を有する絶縁層を容易に且つ確実に得ることができる。
 本発明の一側面の半導体装置の製造方法では、第3工程では、ポジ型の樹脂材料を用いて、貫通孔の内面及び第2表面に絶縁層を設け、第4工程では、絶縁層においてコンタクトホールに対応する部分を露光及び現像することで、絶縁層にコンタクトホールを形成してもよい。これにより、上述したような形状を有する絶縁層を容易に且つ確実に得ることができる。
 本発明によれば、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化することができる半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
図1は、本発明の一実施形態の半導体装置の断面図である。 図2は、図1の半導体装置の貫通孔及びその周辺部分の断面図である。 図3の(a)及び(b)は、図1の半導体装置の製造方法における複数の工程を説明するための断面図である。 図4の(a)及び(b)は、図1の半導体装置の製造方法における複数の工程を説明するための断面図である。 図5の(a)及び(b)は、図1の半導体装置の製造方法における複数の工程を説明するための断面図である。 図6は、図1の半導体装置の変形例の部分断面図である。 図7は、図1の半導体装置の変形例の部分断面図である。 図8は、図1の半導体装置の変形例の部分断面図である。 図9は、図1の半導体装置の貫通孔及びその周辺部分の変形例の断面図である。
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
 図1に示されるように、半導体装置1は、互いに対向する第1表面2a及び第2表面2bを有する半導体基板2を備えている。半導体装置1は、例えばシリコンフォトダイオード等の光デバイスである。半導体装置1では、例えばn型のシリコンからなる半導体基板2内における第1表面2a側の所定領域に、p型の不純物が選択拡散されたp型領域2cが設けられている。半導体基板2の第1表面2aには、例えばアルミニウムからなる第1配線3が酸化膜4を介して設けられている。酸化膜4において第1配線3のパッド部3aに対応する部分には、開口4aが形成されている。酸化膜4においてp型領域2cの端部に対応する部分には、開口4bが形成されている。第1配線3は、開口4bを介してp型領域2cに電気的に接続されている。なお、酸化膜4に替えて、SiN等、他の絶縁材料からなる絶縁膜が設けられていてもよい。
 半導体基板2の第1表面2aには、ガラス等の光透過性材料からなる光透過基板5が配置されている。半導体基板2と光透過基板5とは、光学接着剤からなる接着層6によって光学的且つ物理的に接続されている。半導体装置1では、光透過基板5及び接着層6を介してp型領域2cに光が入射する。なお、半導体基板2の厚さは、光透過基板5の厚さよりも小さい(薄い)。一例として、半導体基板2の厚さは、数十μm程度であり、光透過基板5の厚さは、数百μm程度である。
 半導体基板2には、第1表面2aから第2表面2bに至る貫通孔7が形成されている。貫通孔7の第1開口7aは、半導体基板2の第1表面2aに位置しており、貫通孔7の第2開口7bは、半導体基板2の第2表面2bに位置している。第1開口7aは、酸化膜4の開口4aと連続しており、第1配線3のパッド部3aによって覆われている。貫通孔7の内面7cは、第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の面である。例えば、貫通孔7は、第1表面2aから第2表面2bに向かって広がる四角錐台状に形成されている。なお、貫通孔7の中心線CLに平行な方向から見た場合に、貫通孔7の第1開口7aの縁と酸化膜4の開口4aの縁とは、一致している必要はなく、例えば、酸化膜4の開口4aの縁が貫通孔7の第1開口7aの縁に対して内側に位置していてもよい。
 貫通孔7のアスペクト比は、0.2~10である。アスペクト比とは、貫通孔7の深さ(第1開口7aと第2開口7bとの距離)を第2開口7bの幅(第2開口7bが矩形の場合には第2開口7bの対辺間の距離、第2開口7bが円形の場合には第2開口7bの径)で除した値である。一例として、貫通孔7の深さは30μmであり、第2開口7bの幅は130μmである。この場合、アスペクト比は0.23となる。
 貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bには、絶縁層10が設けられている。絶縁層10は、貫通孔7の第2開口7bを介して連続している。絶縁層10は、貫通孔7の内側において、酸化膜4の開口4aを介して第1配線3のパッド部3aに至っており、半導体基板2の第1表面2a側に開口10aを有している。
 絶縁層10の表面10b(貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bとは反対側の表面)には、例えばアルミニウムからなる第2配線8が設けられている。第2配線8は、絶縁層10の開口10aにおいて第1配線3のパッド部3aに電気的に接続されている。更に、絶縁層10の表面10b(半導体基板2の第2表面2bとは反対側の表面)には、例えばアルミニウムからなる第3配線22が設けられている。第3配線22は、絶縁層10に形成された開口10cにおいて半導体基板2の第2表面2bに電気的に接続されている。
 第2配線8及び第3配線22は、樹脂保護層21によって覆われている。樹脂保護層21において貫通孔7に対応する部分には、滑らかな内面を有する浅い凹部21aが形成されている。樹脂保護層21において第2配線8のパッド部8aに対応する部分には、パッド部8aを露出させる開口21bが形成されている。樹脂保護層21において第3配線22のパッド部22aに対応する部分には、パッド部22aを露出させる開口21cが形成されている。樹脂保護層21の開口21bには、バンプ電極である取出し電極9が配置されている。取出し電極9は、第2配線8のパッド部8aに電気的に接続されている。樹脂保護層21の開口21cには、バンプ電極である取出し電極23が配置されている。取出し電極23は、第3配線22のパッド部22aに電気的に接続されている。半導体装置1は、取出し電極9及び取出し電極23を介して回路基板に実装され、取出し電極9及び取出し電極23は、それぞれ、アノード電極及びカソード電極として機能する。なお、樹脂保護層21に替えて、他の絶縁材料からなる保護層(例えば、酸化膜、窒化膜等)が設けられていてもよい。また、樹脂保護層21の厚さは、絶縁層10の厚さと同程度であってもよいし、或いは、絶縁層10の厚さよりも小さくてもよい。特に、樹脂保護層21の厚さが絶縁層10の厚さと同程度であれば、第2配線8及び第3配線22に作用する応力を低減することができる。
 上述した絶縁層10について、図2を参照しつつ、より詳細に説明する。なお、図2においては、光透過基板5、接着層6、取出し電極9及び樹脂保護層21が省略されている。
 図2に示されるように、絶縁層10の表面10bは、貫通孔7の内側において第1開口7aに至る第1領域11と、貫通孔7の内側において第2開口7bに至る第2領域12と、貫通孔7の外側において半導体基板2の第2表面2bに対向する第3領域13と、を含んでいる。
 第1領域11は、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の領域である。第1領域11は、平均傾斜角度αを有している。第1領域11の平均傾斜角度αとは、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と第1領域11との交線が第1表面2aに対して成す角度の平均値である。当該交線が直線の場合には、その直線と第1表面2aとの成す角度が、第1領域11の平均傾斜角度αとなる。当該交線が曲線の場合には、その曲線の接線と第1表面2aとの成す角度の平均値が、第1領域11の平均傾斜角度αとなる。第1領域11の平均傾斜角度αは、0°よりも大きく90°よりも小さい。
 第2領域12は、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の領域である。第2領域12は、平均傾斜角度βを有している。第2領域12の平均傾斜角度βとは、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と第2領域12との交線が第1表面2aに対して成す角度の平均値である。当該交線が直線の場合には、その直線と第1表面2aとの成す角度が、第2領域12の平均傾斜角度βとなる。当該交線が曲線の場合には、その曲線の接線と第1表面2aとの成す角度の平均値が、第2領域12の平均傾斜角度βとなる。第2領域12の平均傾斜角度βは、0°よりも大きく90°よりも小さい。
 第2領域12の平均傾斜角度βは、第1領域11の平均傾斜角度αよりも小さい。つまり、第2領域12は、第1領域11よりも緩やかな傾斜を有する領域である。また、第2領域12の平均傾斜角度βは、貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γよりも小さい。つまり、第2領域12は、貫通孔7の内面7cよりも緩やかな傾斜を有する領域である。本実施形態では、第1領域11の平均傾斜角度αは、第2領域12の平均傾斜角度βよりも貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γに近い。ここでは、第1領域11の平均傾斜角度α>貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γ>第2領域12の平均傾斜角度βとなっている。貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γとは、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と内面7cとの交線が第1表面2aに対して成す角度の平均値である。当該交線が直線の場合には、その直線と第1表面2aとの成す角度が、貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γとなる。当該交線が曲線の場合には、その曲線の接線と第1表面2aとの成す角度の平均値が、貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γとなる。
 絶縁層10の表面10bは、貫通孔7の内面7cとは反対側に凸の最大曲率を有する第4領域14と、貫通孔7の第2開口7bの縁に沿った第5領域15と、を更に含んでいる。貫通孔7の内面7cとは反対側に凸の最大曲率とは、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と表面10bとの交線のうち、貫通孔7の内面7cとは反対側に凸状に湾曲した部分の曲率の最大値である。なお、第1領域11は、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の表面10bのうち、第4領域14よりも貫通孔7の第1開口7a側(貫通孔7の中心線CLに平行な方向における第1開口7a側)の領域である。第2領域12は、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の表面10bのうち、第4領域14よりも貫通孔7の第2開口7b側(貫通孔7の中心線CLに平行な方向における第2開口7b側)の領域(すなわち、第4領域14と第5領域15との間の領域)である。
 第4領域14は、第1領域11と第2領域12とを連続的に接続するように湾曲している。つまり、第4領域14は、丸みを帯びた曲面であり、第1領域11と第2領域12とを滑らかに接続している。ここで、第4領域14が存在しないと仮定し、第1領域11を半導体基板2の第2表面2b側に延在させ、第2領域12を半導体基板2の第1表面2a側に延在させると、第1領域11と第2領域12とによって交線(角、屈曲箇所)が形成される。第4領域14は、当該交線(角、屈曲箇所)をR面取りしたときに形成される曲面に相当する。第4領域14は、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と表面10bとの交線のうち、第1領域11に対応する部分と第2領域12に対応する部分との間において、貫通孔7の内面7cとは反対側に凸状に湾曲する部分である。
 第5領域15は、第2領域12と第3領域13とを連続的に接続するように湾曲している。つまり、第5領域15は、丸みを帯びた曲面であり、第2領域12と第3領域13とを滑らかに接続している。ここで、第5領域15が存在しないと仮定し、第2領域12を半導体基板2の第2表面2b側に延在させ、第3領域13を貫通孔7の中心線CLに向かって延在させると、第2領域12と第3領域13とによって交線(角、屈曲箇所等)が形成される。第5領域15は、当該交線(角、屈曲箇所等)をR面取りしたときに形成される曲面に相当する。第5領域15は、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目した場合に、当該平面と表面10bとの交線のうち、第2領域12に対応する部分と第3領域13に対応する部分との間において、貫通孔7の第2開口7bの縁とは反対側に凸状に湾曲する部分である。
 本実施形態では、第1領域11、第4領域14及び第5領域15は、貫通孔7の内面7cとは反対側に凸状に湾曲した曲面である。第2領域12は、貫通孔7の内面7c側に凸状に湾曲した曲面(すなわち、貫通孔7の内面7cとは反対側から見ると、凹状に湾曲した曲面)である。第3領域13は、半導体基板2の第2表面2bに略平行な平面である。上述したように、第4領域14が第1領域11と第2領域12とを連続的に接続するように湾曲しており、第5領域15が第2領域12と第3領域13とを連続的に接続するように湾曲しているので、絶縁層10の表面10bは、連続した面(面と面との交線(角、屈曲箇所等)といった不連続箇所が存在せず、各領域11,12,13,14,15が滑らかに接続された面)となっている。
 貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の平均厚さは、半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さよりも大きい。貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の平均厚さとは、内面7cに垂直な方向における絶縁層10の厚さの平均値である。半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとは、第2表面2bに垂直な方向における絶縁層10の厚さの平均値である。
 半導体基板2の第1表面2a及び第2表面2bに平行な方向において、絶縁層10のうち第1領域11に対応する部分の平均厚さは、絶縁層10のうち第2領域12に対応する部分の平均厚さよりも大きい。半導体基板2の第1表面2a及び第2表面2bに平行な方向において、絶縁層10のうち第1領域11に対応する部分の平均厚さとは、当該方向における第1領域11と貫通孔7の内面7cとの距離の平均値である。半導体基板2の第1表面2a及び第2表面2bに平行な方向において、絶縁層10のうち第2領域12に対応する部分の平均厚さとは、当該方向における第2領域12と貫通孔7の内面7cとの距離の平均値である。
 絶縁層10では、第1領域11は、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10のうち、半導体基板2の第1表面2aから高さHを有する部分の表面である。高さHは、半導体基板2の厚さ(すなわち、第1表面2aと第2表面2bとの距離)と半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとの和Dの1/2以下である。
 絶縁層10では、絶縁層10の開口10aの縁及び貫通孔7の第2開口7bの縁を通る面Sを境界面として、面Sに対して貫通孔7の内面7c側の部分P1、及び面Sに対して貫通孔7の内面7cとは反対側の部分P2に着目すると、部分P1の体積は、部分P2の体積よりも大きい。また、絶縁層10では、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目すると、三角形T1の面積は、三角形T2の面積よりも大きい。三角形T1は、貫通孔7の中心線CLを含む平面において(つまり、図2の断面において)、貫通孔7の第1開口7aの縁、貫通孔7の第2開口7bの縁、及び絶縁層10の開口10aの縁を頂点とする三角形である。三角形T2は、貫通孔7の中心線CLを含む平面において(つまり、図2の断面において)、絶縁層10の開口10aの縁、貫通孔7の第2開口7bの縁、及び第4領域14の頂部を頂点とする三角形である。
 以上、説明したように、半導体装置1では、絶縁層10の表面10bのうち、貫通孔7の第1開口7aに至る第1領域11、及び貫通孔7の第2開口7bに至る第2領域12が、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の領域である。そして、第2領域12の平均傾斜角度が、貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度よりも小さくなっている。これにより、絶縁層10の表面10bのうち、半導体基板2の第2表面2bに対向する第3領域13と貫通孔7の第2開口7bに至る第2領域12との成す角度が、半導体基板2の第2表面2bと貫通孔7の内面7cとの成す角度よりも大きく(すなわち、緩やかに)なる。そのため、製造時においても製造後においても、貫通孔7の第2開口7b部分での第2配線8の断線が防止される。また、例えば絶縁層10が貫通孔7の内面7cに沿って均一な厚さで形成された場合と比較して第2領域12の傾斜が緩やかになるため、第2配線8を容易に且つ確実に形成することができる。更に、貫通孔7の内面7cの形状に依存することなく第2配線8を形成することができるので、例えば貫通孔7の内面7cにとがった部分が残ってしまった場合にも、そのような部分に起因する第2配線8の断線を防止することができる。また、第2領域12の平均傾斜角度が、第1領域11の平均傾斜角度よりも小さくなっている。換言すれば、貫通孔7の第1開口7aに至る第1領域11の平均傾斜角度が、第2領域12の平均傾斜角度よりも大きくなっている。これにより、例えば貫通孔7が小径化された場合でも、半導体基板2の第1表面2a側における絶縁層10の開口10aの広さが十分に確保される。そのため、製造時においても製造後においても、絶縁層10の開口10a部分での第1配線3と第2配線8との断線が防止される。更に、絶縁層10の表面10bにおいて、第4領域14が、第1領域11と第2領域12とを連続的に接続するように湾曲しており、第5領域15が、第2領域12と第3領域13とを連続的に接続するように湾曲している。そのため、製造時においても製造後においても、絶縁層10の表面10bの全領域での第2配線8の断線が防止される。特に製造後においては、絶縁層10の表面10bの全領域で応力集中が緩和されるため、第2配線8の断線の防止に有効である。以上により、半導体装置1によれば、半導体基板2における貫通孔7を介した電気的な接続を確実化することができる。
 半導体装置1では、絶縁層10の表面10bが、連続した面(面と面との交線(角、屈曲箇所等)といった不連続箇所が存在せず、各領域11,12,13,14,15が滑らかに接続された面)となっている。これにより、応力集中を緩和して第2配線8の断線を防止することができる。
 半導体装置1では、第1領域11の平均傾斜角度が、第2領域12の平均傾斜角度よりも貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度に近い。これにより、第1配線3のパッド部3aを露出させるために十分な広さを有する開口10aを得ることができ、その結果、製造時においても製造後においても、絶縁層10の開口10a部分での第1配線3と第2配線8との断線をより確実に防止することができる。
 半導体装置1では、第1領域11の平均傾斜角度α>貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γ>第2領域12の平均傾斜角度βとなっている。これにより、第2配線8の断線を防止することができると共に、第1配線3のパッド部3aを露出させるために十分な広さを有する開口10aを得ることができる。
 半導体装置1では、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の平均厚さが、第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さよりも大きくなっている。これにより、例えば半導体基板2が薄型化された場合でも、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10が補強層として機能するため、貫通孔7周辺部分の強度を十分に確保することができる。また、第1領域11の平均傾斜角度及び第2領域12の平均傾斜角度を所望の角度にすることができ、表面10bが連続した面(面と面との交線(角、屈曲箇所等)といった不連続箇所が存在せず、各領域11,12,13,14,15が滑らかに接続された面)となっている絶縁層10を得ることが可能となる。例えば絶縁層10が貫通孔7の内面7cに沿って均一な厚さで形成された場合には、表面10bが連続した面となっている絶縁層10を得ることは不可能である。
 半導体装置1では、半導体基板2の第1表面2a及び第2表面2bに平行な方向において、絶縁層10のうち第1領域11に対応する部分の平均厚さが、絶縁層10のうち第2領域12に対応する部分の平均厚さよりも大きい。これにより、第2配線8の断線が発生し難く且つ第1配線3と第2配線8との断線が発生し難い形状を有する絶縁層10を得ることが可能となる。
 半導体装置1では、例えば貫通孔7の第2開口7bの縁にオーバーハング等が残存していたとしても、当該オーバーハング等が絶縁層10に覆われ、凸状に湾曲した曲面である第5領域15に第2配線8が設けられることになる。これにより、貫通孔7の第2開口7b部分での第2配線8の断線を確実に防止することができる。
 半導体装置1では、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10のうち、半導体基板2の厚さと第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとの和Dの1/2以下の高さHを有する部分の表面が、第1領域11となっている。これにより、絶縁層10の表面10bにおいて、第1領域11と第2領域12とを緩やかに接続して、第1領域11と第2領域12との境界での第2配線8の断線を確実に防止することができる。
 半導体装置1の絶縁層10では、絶縁層10の開口10aの縁及び貫通孔7の第2開口7bの縁を通る面Sを境界面として、面Sに対して貫通孔7の内面7c側の部分P1、及び面Sに対して貫通孔7の内面7cとは反対側の部分P2に着目すると、部分P1の体積が部分P2の体積よりも大きくなっている。また、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目すると、三角形T1の面積が三角形T2の面積よりも大きくなっている。これらによっても、絶縁層10の表面10bにおいて、第1領域11と第2領域12とを緩やかに接続して、第1領域11と第2領域12との境界での第2配線8の断線を確実に防止することができる。
 半導体装置1では、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10の表面10bのうち、貫通孔7の内面7cとは反対側に凸の最大曲率を有する第4領域14よりも第1開口7a側の領域が第1領域11となっており、第4領域14よりも第2開口7b側の領域が第2領域12となっている。このような絶縁層10の形状は、半導体基板2における貫通孔7を介した電気的な接続を確実化する上で特に有効である。
 半導体装置1では、貫通孔7の内面7cが、第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の面である。この場合にも、半導体基板2における貫通孔7を介した電気的な接続を確実化することができる。
 半導体装置1では、絶縁層10が樹脂からなる。これにより、上述したような形状を有する絶縁層10を容易に且つ確実に形成することができる。
 次に、上述した半導体装置1の製造方法について、図3~図5を参照しつつ、説明する。まず、半導体基板2を用意し、半導体基板2の第1表面2aにデバイスを構成する(すなわち、第1表面2aに、酸化膜4、第1配線3等を設ける)(第1工程)。そして、半導体基板2の第1表面2aに接着層6を介して光透過基板5を取り付ける。
 続いて、図3の(a)に示されるように、異方性のウェットエッチングによって半導体基板2に貫通孔7を形成し、更に、図3の(b)に示されるように、酸化膜4において第1配線3のパッド部3aに対応する部分を除去して、酸化膜4に開口4aを形成する。これにより、貫通孔7の第1開口7aに第1配線3のパッド部3aを露出させる(第2工程)。なお、貫通孔7の中心線CLに平行な方向から見た場合に、貫通孔7の第1開口7aの縁と酸化膜4の開口4aの縁とが一致するように酸化膜4に開口4aを形成する必要はなく、例えば、酸化膜4の開口4aの縁が貫通孔7の第1開口7aの縁に対して内側に位置するように酸化膜4に開口4aを形成してもよい。
 続いて、10cp以上の粘度を有し且つポジ型の樹脂材料を用意し、当該樹脂材料を用いてディップコート法(対象物を樹脂塗料に浸漬させ、対象物を樹脂塗料から引き上げることで、対象物に樹脂層を形成する方法)を実施することで、図4の(a)に示されるように、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設ける(第3工程)。これにより、絶縁層10には、第2領域12、第3領域13及び第5領域15に追従した内面を有する凹部17が形成される。なお、樹脂材料としては、例えば、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
 続いて、図4の(b)に示されるように、半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10上に、マスク30を配置する。マスク30は、第1配線3のパッド部3aに対向する位置に光透過部31を有し、光透過部31の周囲に遮光部32を有している。続いて、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分に、マスク30の光透過部31を介して光を照射し、当該部分を露光する。更に、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分を現像することで、絶縁層10にコンタクトホール16を形成する。これにより、絶縁層10の開口10aに第1配線3のパッド部3aを露出させる(第4工程)。なお、コンタクトホール16を形成する際に、アッシング処理等を併用してもよい。
 露光の際には、マスク30の光透過部31と絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分との間に、絶縁層10に形成された凹部17によって隙間が形成される。これにより、光が回折して絶縁層10に照射されることになる。そのため、現像の際には、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の第1領域11、及び第2領域12に追従した内面を有するコンタクトホール16が形成される。
 続いて、図5の(a)に示されるように、例えばアルミニウムを用いてスパッタ法を実施することで、絶縁層10の表面10bに第2配線8を設け、絶縁層10の開口10aにおいて第1配線3と第2配線8とを電気的に接続する(第5工程)。このとき、コンタクトホール16が、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状の第1領域11に追従した内面を有しているため、当該内面にも金属膜が確実に形成され、延いては、絶縁層10の開口10aにおいて第1配線3と第2配線8とが確実に接続される。
 続いて、例えば絶縁層10と同一の樹脂材料を用いてディップコート法を実施することで、図5の(b)に示されるように、第2配線8を樹脂保護層21で覆う。最後に、樹脂保護層21で覆われていない第2配線8のパッド部8aに取出し電極9を配置し、上述した半導体装置1を得る。
 上記半導体装置1の製造方法によれば、半導体基板2における貫通孔7を介した電気的な接続が確実化された半導体装置1を効率良く製造することができる。
 上記半導体装置1の製造方法では、10cp以上の粘度を有する樹脂材料を用いてディップコート法を実施することで、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設ける。これにより、上述したような形状を有する絶縁層10を容易に且つ確実に得ることができる。
 なお、ディップコート法には、粘性の低い樹脂材料(例えば撥水コーティングに用いられる樹脂材料等、例えば1cp以下の粘度を有する樹脂材料)が用いられることが一般的である。しかし、そのような樹脂材料を用いてディップコート法を実施しても、絶縁層10が貫通孔7の内面7cに沿って略均一な厚さで形成されてしまう。そこで、上記半導体装置1の製造方法では、10cp以上の粘度を有する樹脂材料を用いてディップコート法を実施することで、上述したような形状を有する絶縁層10を容易に且つ確実に得ることができる。
 上記半導体装置1の製造方法では、ポジ型の樹脂材料を用いて、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設ける。そして、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分を露光及び現像することで、絶縁層10にコンタクトホール16を形成する。これにより、上述したような形状を有する絶縁層10を容易に且つ確実に得ることができる。なお、露光及び現像の際には、絶縁層10に形成された凹部17によって、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分の厚さが薄くなっているため(すなわち、コンタクトホール16に対応する部分が、絶縁層10のうち、半導体基板2の厚さと第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとの和Dの1/2以下の高さHを有する部分であるため)、所望の形状を有するコンタクトホール16を容易に且つ確実に得ることができる。
 上記半導体装置1の製造方法では、半導体基板2に光透過基板5が取り付けられた状態で、ディップコート法を実施する。そのため、薄型化された半導体基板2を用いることができる。薄型化された半導体基板2では、貫通孔7の深さが小さくなることから、10cp以上という高い粘度を有する樹脂材料を用いたディップコート法によって絶縁層10が厚くなっても、絶縁層10にコンタクトホール16を容易に且つ確実に形成することができる。
 以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、絶縁層10は、樹脂以外の絶縁材料によって形成されていてもよい。また、上記実施形態では、貫通孔7の第1開口7aが第1配線3のパッド部3aによって覆われていたが、第1配線3の一部が第1開口7a上に位置していればよく、第1配線3が第1開口7aの全領域を覆っていなくてもよい。
 また、上記実施形態では、第1領域11の平均傾斜角度が、第2領域12の平均傾斜角度よりも貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度に近かったが、第2領域12の平均傾斜角度が、第1領域11の平均傾斜角度よりも貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度に近くてもよい。
 また、図6に示されるように、半導体基板2の第1表面2aには、光透過基板5が接着層6を介して取り付けられていなくてもよい。この場合、第1表面2aには、第1配線3を覆うように酸化膜18が設けられている。このように、半導体基板2に光透過基板5が取り付けられていない場合には、絶縁層10において第1表面2aから高さHを有する部分は、補強層として機能するため、貫通孔7周辺部分の強度を十分に確保する観点から特に有効である。
 また、図7及び図8に示されるように、取出し電極9は、半導体基板2の第2表面2bから突出するように、貫通孔7の内側に配置されていてもよい。この場合にも、図7に示されるように、半導体基板2の第1表面2aに光透過基板5が接着層6を介して取り付けられていてもよいし、或いは、図8に示されるように、半導体基板2の第1表面2aに光透過基板5が接着層6を介して取り付けられていなくてもよい。
 また、図9に示されるように、貫通孔7の内面7c(貫通孔7の内面7cが円柱面等の曲面の場合には、その曲面の接平面)は、第1表面2a及び第2表面2bに直交する面であってもよい。この場合にも、半導体基板2における貫通孔7を介した電気的な接続を確実化することができる。ここで、貫通孔7のアスペクト比は、0.2~10である。一例として、貫通孔7の深さは40μmであり、第2開口7bの幅は30μmである。この場合、アスペクト比は1.3となる。なお、円柱状、四角柱状等の形状を有する貫通孔7は、例えばドライエッチングによって形成される。
 図9に示される貫通孔7についても、第2領域12の平均傾斜角度βは、第1領域11の平均傾斜角度αよりも小さく、且つ貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γ(この場合には、90°)よりも小さい。つまり、第2領域12は、第1領域11よりも緩やかな傾斜を有し、且つ貫通孔7の内面7cよりも緩やかな傾斜を有する領域である。また、第1領域11の平均傾斜角度αは、第2領域12の平均傾斜角度βよりも貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γに近い。ここでは、貫通孔7の内面7cの平均傾斜角度γ>第1領域11の平均傾斜角度α>第2領域12の平均傾斜角度βとなっている。これにより、第2配線8の断線を防止することができると共に、第1配線3のパッド部3aを露出させるために十分な広さを有する開口10aを得ることができる。また、絶縁層10の表面10bは、連続した面(面と面との交線(角、屈曲箇所等)といった不連続箇所が存在せず、各領域11,12,13,14,15が滑らかに接続された面)となっている。また、絶縁層10では、絶縁層10の開口10aの縁及び貫通孔7の第2開口7bの縁を通る面Sを境界面として、面Sに対して貫通孔7の内面7c側の部分P1、及び面Sに対して貫通孔7の内面7cとは反対側の部分P2に着目すると、部分P1の体積は、部分P2の体積よりも大きい。また、絶縁層10では、貫通孔7の中心線CLを含む平面について、中心線CLの一方の側の領域に着目すると、三角形T1の面積は、三角形T2の面積よりも大きい。また、半導体基板2の第1表面2a及び第2表面2bに平行な方向において、絶縁層10のうち第1領域11に対応する部分の平均厚さは、絶縁層10のうち第2領域12に対応する部分の平均厚さよりも大きい。
 また、第1領域11は、貫通孔7の内面7cに設けられた絶縁層10のうち、半導体基板2の厚さと半導体基板2の第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとの和Dの2/3以下の高さHを有する部分の表面10bであってもよい(図9参照)。この場合にも、絶縁層10の表面10bにおいて、第1領域11と第2領域12とを緩やかに接続して、第1領域11と第2領域12との境界での第2配線8の断線を確実に防止することができる。なお、露光及び現像の際には、絶縁層10に形成された凹部17によって、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分の厚さが薄くなっているため(すなわち、コンタクトホール16に対応する部分が、絶縁層10のうち、半導体基板2の厚さと第2表面2bに設けられた絶縁層10の平均厚さとの和Dの2/3以下の高さHを有する部分であるため)、所望の形状を有するコンタクトホール16を容易に且つ確実に得ることができる。
 また、上記半導体装置1の製造方法では、ディップコート法を実施することで、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設けたが、本発明は、これに限定されない。例えば、樹脂シートを用いたラミネート法、樹脂塗料を用いたスピンコート法等、他の方法を実施することで、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設けてもよい。
 また、上記半導体装置1の製造方法では、ポジ型の樹脂材料を用いて、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設け、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分を露光及び現像することで、絶縁層10にコンタクトホール16を形成したが、本発明は、これに限定されない。例えば、ネガ型の樹脂材料を用いて、貫通孔7の内面7c及び半導体基板2の第2表面2bに絶縁層10を設けてもよい。この場合、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分以外の部分を露光し、絶縁層10においてコンタクトホール16に対応する部分を現像することで、絶縁層10にコンタクトホール16を形成してもよい。光の減衰、光の回折等に起因して、現像だけでは、半導体基板2の第2表面2bから第1表面2aに向かって広がるテーパ状のコンタクトホール16が形成され得るが、更に熱処理等を施すことで、半導体基板2の第1表面2aから第2表面2bに向かって広がるテーパ状のコンタクトホール16を得ることができる。
 また、上記実施形態では、例えばn型のシリコンからなる半導体基板2内における第1表面2a側の所定領域に、p型の不純物が選択拡散されたp型領域2cが設けられていたが、各導電型は、逆であってもよい。その場合、取出し電極9及び取出し電極23は、それぞれ、カソード電極及びアノード電極として機能する。更に、第1導電型(p型及びn型の一方)の半導体基板2内に第2導電型(p型及びn型の他方)の領域が形成されたものに限定されず、第1導電型(p型及びn型の一方)の半導体基板2上に第2導電型(p型及びn型の他方)の半導体層が形成されたものであってもよいし、基板上に第1導電型(p型及びn型の一方)の半導体層が形成され、当該第1導電型の半導体層上に第2導電型(p型及びn型の他方)の半導体層が形成されたものであってもよい。つまり、半導体基板2の第1導電型の領域に第2導電型の領域が形成されたものであればよい。また、上記実施形態では、半導体装置1が、例えばシリコンフォトダイオード等の光デバイスであったが、半導体装置1は、その他の光デバイスであってもよいし、電子デバイス等であってもよい。
 本発明によれば、半導体基板における貫通孔を介した電気的な接続を確実化することができる半導体装置、及びそのような半導体装置の製造方法を提供することが可能となる。
 1…半導体装置、2…半導体基板、2a…第1表面、2b…第2表面、3…第1配線、7…貫通孔、7a…第1開口、7b…第2開口、7c…内面、8…第2配線、10…絶縁層、10a…開口、10b…表面、11…第1領域、12…第2領域、13…第3領域、14…第4領域、15…第5領域、16…コンタクトホール。

Claims (12)

  1.  互いに対向する第1表面及び第2表面を有し、前記第1表面から前記第2表面に至る貫通孔が形成された半導体基板と、
     前記第1表面に設けられ、一部が前記貫通孔の前記第1表面側の第1開口上に位置する第1配線と、
     前記貫通孔の内面及び前記第2表面に設けられ、前記貫通孔の前記第2表面側の第2開口を介して連続する絶縁層と、
     前記絶縁層の表面に設けられ、前記絶縁層の前記第1表面側の開口において前記第1配線に電気的に接続された第2配線と、を備え、
     前記絶縁層の前記表面は、
     前記貫通孔の内側において前記第1開口に至り、前記第1表面から前記第2表面に向かって広がるテーパ状の第1領域と、
     前記貫通孔の内側において前記第2開口に至り、前記第1表面から前記第2表面に向かって広がるテーパ状の第2領域と、
     前記貫通孔の外側において前記第2表面に対向する第3領域と、
     前記第1領域と前記第2領域とを連続的に接続するように湾曲した第4領域と、
     前記第2領域と前記第3領域とを連続的に接続するように湾曲した第5領域と、を含み、
     前記第2領域の平均傾斜角度は、前記第1領域の平均傾斜角度よりも小さく、且つ前記貫通孔の前記内面の平均傾斜角度よりも小さい、半導体装置。
  2.  前記第1領域の前記平均傾斜角度は、前記第2領域の前記平均傾斜角度よりも前記貫通孔の前記内面の平均傾斜角度に近い、請求項1記載の半導体装置。
  3.  前記貫通孔の前記内面に設けられた前記絶縁層の平均厚さは、前記第2表面に設けられた前記絶縁層の平均厚さよりも大きい、請求項1又は2記載の半導体装置。
  4.  前記第1領域は、前記貫通孔の前記内面に設けられた前記絶縁層のうち、前記半導体基板の厚さと前記第2表面に設けられた前記絶縁層の平均厚さとの和の2/3以下の高さを有する部分の表面である、請求項1~3のいずれか一項記載の半導体装置。
  5.  前記第1領域は、前記貫通孔の前記内面に設けられた前記絶縁層のうち、前記半導体基板の厚さと前記第2表面に設けられた前記絶縁層の平均厚さとの和の1/2以下の高さを有する部分の表面である、請求項4記載の半導体装置。
  6.  前記第4領域は、前記貫通孔の前記内面とは反対側に凸の最大曲率を有する領域である、請求項1~5のいずれか一項記載の半導体装置。
  7.  前記貫通孔の前記内面は、前記第1表面から前記第2表面に向かって広がるテーパ状の面である、請求項1~6のいずれか一項記載の半導体装置。
  8.  前記貫通孔の前記内面は、前記第1表面及び前記第2表面に直交する面である、請求項1~6のいずれか一項記載の半導体装置。
  9.  前記絶縁層は、樹脂からなる、請求項1~8のいずれか一項記載の半導体装置。
  10.  請求項1~9のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法であって、
     互いに対向する第1表面及び第2表面を有する半導体基板の前記第1表面に第1配線を設ける第1工程と、
     前記半導体基板に、前記第1表面から前記第2表面に至る貫通孔を形成し、前記貫通孔の前記第1表面側の第1開口に前記第1配線の一部を露出させる第2工程と、
     前記貫通孔の内面及び前記第2表面に、前記貫通孔の前記第2表面側の第2開口を介して連続する絶縁層を設ける第3工程と、
     前記絶縁層にコンタクトホールを形成し、前記絶縁層の前記第1表面側の開口に前記第1配線の一部を露出させる第4工程と、
     前記絶縁層の表面に第2配線を設け、前記絶縁層の前記第1表面側の前記開口において前記第1配線と前記第2配線とを電気的に接続する第5工程と、を備える、半導体装置の製造方法。
  11.  前記第3工程では、10cp以上の粘度を有する樹脂材料を用いてディップコート法を実施することで、前記貫通孔の前記内面及び前記第2表面に前記絶縁層を設ける、請求項10記載の半導体装置の製造方法。
  12.  前記第3工程では、ポジ型の樹脂材料を用いて、前記貫通孔の前記内面及び前記第2表面に前記絶縁層を設け、
     前記第4工程では、前記絶縁層において前記コンタクトホールに対応する部分を露光及び現像することで、前記絶縁層に前記コンタクトホールを形成する、請求項10又は11記載の半導体装置の製造方法。
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