(57)【要約】【課題】  半導体装置に備える半導体基板に形成された貫通穴を用いてバイアホール導体を電気めっきにより形成しようとするとき、貫通穴が金属材料で充填された状態となっているバイアホール導体が形成されることを可能にする。【解決手段】  半導体基板２の第１の主面３側に、バイアホール形成用電極６を形成し、半導体基板２の第２の主面８側からエッチングし、それによって、バイアホール形成用電極６によって一方の開口端が塞がれた貫通穴１２を半導体基板２に設け、次いで、貫通穴１２においてバイアホール形成用電極６上に金属材料を堆積させることによって、貫通穴１２を金属材料で充填した状態としたバイアホール導体１３を形成するように、バイアホール形成用電極６に電流を流しながら電気めっきを実施する。【選択図】  図４
2006210369.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアホール導体が設けられた半導体基板を備える半導体装置を製造する方法であって、
互いに対向する第１および第２の主面を有する半導体基板を用意する工程と、
前記半導体基板の前記第１の主面側に、バイアホール形成用電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第２の主面側からエッチングし、それによって、前記バイアホール形成用電極によって一方の開口端が塞がれかつ前記半導体基板の材料からなる内周面を有する貫通穴を前記半導体基板に設ける、エッチング工程と、
前記貫通穴内において前記バイアホール形成用電極上に金属材料を堆積させることによって、前記貫通穴を前記金属材料で充填した状態としたバイアホール導体を形成するように、前記バイアホール形成用電極に電流を流しながら電気めっきを実施する、バイアホールめっき工程と
を備える、半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング工程は、前記バイアホール形成用電極に対向する位置に開口を有するバイアホール用マスキング材を、前記半導体基板の前記第２の主面側に形成する工程と、前記半導体基板の前記第２の主面側から前記バイアホール用マスキング材を介してエッチングする工程とを備える、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記バイアホール用マスキング材は、前記バイアホールめっき工程の後に除去される、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記バイアホール導体は、前記貫通穴の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有し、前記バイアホールめっき工程は、前記複数種類の金属材料層毎にめっき液が変更されて実施される、請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記半導体基板の前記第２の主面側に、前記バイアホール導体と導通する金属膜を形成する工程をさらに備える、請求項１ないし４のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体基板の前記第１の主面側に、バンプ形成用電極を形成する工程と、
前記半導体基板の前記第１の主面側に、前記バンプ形成用電極および前記バイアホール形成用電極の双方に電気的に接続される給電膜を形成する工程と、
前記バンプ形成用電極または前記給電膜における前記バンプ形成用電極上の部分を露出させる開口を有するバンプ形成用マスキング材を、前記半導体基板の前記第１の主面側に形成する工程と、
前記バンプ形成用電極上または前記給電膜における前記バンプ形成用電極上の部分上にバンプ用金属材料を堆積させるように、前記給電膜に電流を流しながら前記バンプ形成用マスキング材を介して電気めっきを実施する、バンプめっき工程と、
前記バンプめっき工程の後、前記バンプ形成用マスキング材を除去する工程と、
前記バンプめっき工程の後、前記給電膜を除去する工程と
をさらに備える、請求項１ないし５のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記バイアホールめっき工程は、前記バンプめっき工程の後であって、前記バンプ形成用マスキング材を除去する工程の前に実施される、請求項６に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記バイアホールめっき工程において、前記給電膜を通して、前記バイアホール形成用電極に電流が流される、請求項６または７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の製造方法によって製造された、半導体装置。
【請求項１０】
互いに対向する第１および第２の主面を有しかつ前記第１および第２の主面間を貫通する貫通穴が設けられた、半導体基板と、
前記貫通穴の前記第１の主面側の開口端を塞ぐように、前記半導体基板の前記第１の主面側に形成される、バイアホール形成用電極と、
前記貫通穴を充填するように前記バイアホール形成用電極上に堆積した金属材料によって形成された、バイアホール導体と
を備える、半導体装置。
【請求項１１】
前記バイアホール導体は、前記貫通穴の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有し、前記複数種類の金属材料層は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、前記半導体基板の前記第２の主面側の最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備える、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記半導体基板の前記第２の主面側に前記バイアホール導体と導通するように形成された、金属膜をさらに備える、請求項１０に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記金属膜は、厚み方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有し、前記複数種類の金属材料層は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備える、請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記半導体基板の前記第１の主面側に形成された、バンプをさらに備える、請求項１０ないし１３のいずれかに記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板にバイアホール導体が設けられた半導体装置およびその製造方法に関するもので、特に、バイアホール導体の構造および形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップのような半導体装置は、半導体基板を備えている。半導体基板の一方主面側には、通常、素子や配線が形成される。また、半導体基板には、その一方主面側の配線を他方主面側に導通させるため、バイアホール導体が設けられることがある（たとえば、特許文献１および２参照）。このバイアホール導体は、一般に、アース配線用あるいは放熱用として用いられる。
【０００３】
バイアホール導体は、たとえば、次のようにして形成される。
【０００４】
まず、半導体基板の一方主面すなわち第１の主面上に、最終的に貫通穴の蓋になる電極（バイアホール形成用電極）を形成する。次に、半導体基板の他方主面すなわち第２の主面側からエッチングを施し、上記バイアホール形成用電極の中央部によって一方の開口端が塞がれた貫通穴を形成する。
【０００５】
次に、半導体基板の第２の主面側からスパッタリングなどを実施することによって、貫通穴の内周面に金属膜を形成し、さらに、電気めっきを実施することによって、バイアホール形成用電極の内面側および貫通穴の内周面上において金属膜をより厚くする。ここで、たとえばバイアホール形成用電極の外面側などのめっきを施したくない部分は、何らかの方法でマスキングしておく。
【０００６】
なお、上述のように、バイアホール形成用電極を設けるのは、これが、本来、配線のために必要な電極であり、また、何らかの蓋となるべきものがないと、エッチングによる貫通穴形成ができないためである。
【０００７】
上述のような方法によって、バイアホール導体を形成すると、貫通穴は、金属材料で充填されることはない。たとえば、電気めっき工程において析出する金属膜の厚みを増しておけば、貫通穴が金属材料で充填できるとの推測も可能ではあるが、実際には、貫通穴の入り口側（第２の主面側）のエッジ付近において析出した金属膜の厚み増加が早い段階で進み、貫通穴の第２の主面側の開口部を塞いでしまうため、貫通穴の内部には空洞が生じてしまう。また、上述のように、貫通穴の開口部を塞ぐような厚みが得られるほどのめっきを施した場合、得られた構造に関して、ばらつきが大きく、再現性が良好でないため、通常は、貫通穴が充填状態になるほどのめっきを施すことはない。
【０００８】
なお、前述した特許文献１および２では、バイアホール導体が、貫通穴を金属材料で充填したような状態で図示されているが、前述した方法を実施する限り、貫通穴は金属材料で充填されることはないのである。
【０００９】
アース配線用あるいは放熱用として用いられるバイアホール導体は、比較的短い間隔で多数配列されることがある。このような状況において、貫通穴が非充填状態にあるとき、あるいはバイアホール導体の内部に空洞があるときには、貫通穴あるいはバイアホール導体部分における半導体基板の強度が低く、そのため、たとえばウエハからチップへのブレイク（ダイシング）を実施する際、または半導体装置を実装する際などにおいて、貫通穴あるいはバイアホール導体部分において割れが生じやすいという問題に遭遇する。
【００１０】
この問題を解決するためには、バイアホール導体において、貫通穴を金属材料で充填した状態とすればよいことになるが、前述したように、従来の方法で貫通穴を金属材料で充填した状態のバイアホール導体を形成することは不可能または困難である。なお、セラミック配線基板の場合には、バイアホール導体を形成するため、貫通穴を設けておいて、印刷等によって、貫通穴の中に導電材料を充填するという方法が採用されているが、半導体基板の場合には、このような方法を採用することができない。
【特許文献１】特開平１０−１０７０７６号公報
【特許文献２】特開２００２−１７０９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、この発明の目的は、上述のような問題を解決し得る、半導体基板にバイアホール導体が設けられた半導体装置の製造方法およびこの製造方法によって有利に製造されることができる半導体装置を提供しようとすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、バイアホール導体が設けられた半導体基板を備える半導体装置を製造する方法にまず向けられるものであって、上述した技術的課題を解決するため、次のような構成を備えることを特徴としている。
【００１３】
すなわち、この発明に係る半導体装置の製造方法は、互いに対向する第１および第２の主面を有する半導体基板を用意する工程と、半導体基板の第１の主面側に、バイアホール形成用電極を形成する工程と、半導体基板の第２の主面側からエッチングし、それによって、バイアホール形成用電極によって一方の開口端が塞がれかつ半導体基板の材料からなる内周面を有する貫通穴を半導体基板に設ける、エッチング工程とを備えている。ここで、貫通穴が、半導体基板の材料からなる内周面を有しているということは、貫通穴の内周面上には、金属膜などが形成されない状態にあることを意味している。
【００１４】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、さらに、貫通穴内においてバイアホール形成用電極上に金属材料を堆積させることによって、貫通穴を金属材料で充填した状態としたバイアホール導体を形成するように、バイアホール形成用電極に電流を流しながら電気めっきを実施する、バイアホールめっき工程をさらに備えることを特徴としている。
【００１５】
前述したエッチング工程は、バイアホール形成用電極に対向する位置に開口を有するバイアホール用マスキング材を、半導体基板の第２の主面側に形成する工程と、半導体基板の第２の主面側からバイアホール用マスキング材を介してエッチングする工程とを備えることが好ましい。
【００１６】
上述のバイアホール用マスキング材は、前述したバイアホールめっき工程においてもマスキング材として用いられ、バイアホールめっき工程の後に除去されることが好ましい。
【００１７】
バイアホール導体は、貫通穴の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有していてもよい。この場合には、バイアホールめっき工程は、複数種類の金属材料層毎にめっき液が変更されて実施される。
【００１８】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第２の主面側に、バイアホール導体と導通する金属膜を形成する工程をさらに備えていてもよい。
【００１９】
また、この発明は、バンプが設けられた半導体装置を製造する方法にも適用することができる。
【００２０】
上述の場合、半導体基板の第１の主面側に、バンプ形成用電極を形成する工程と、半導体基板の第１の主面側に、バンプ形成用電極およびバイアホール形成用電極の双方に電気的に接続される給電膜を形成する工程と、バンプ形成用電極または給電膜におけるバンプ形成用電極上の部分を露出させる開口を有するバンプ形成用マスキング材を、半導体基板の第１の主面側に形成する工程と、バンプ形成用電極上または給電膜におけるバンプ形成用電極上の部分上にバンプ用金属材料を堆積させるように、給電膜に電流を流しながらバンプ形成用マスキング材を介して電気めっきを実施する、バンプめっき工程と、バンプめっき工程の後、バンプ形成用マスキング材を除去する工程と、バンプめっき工程の後、給電膜を除去する工程とをさらに備えることが好ましい。
【００２１】
上述の好ましい実施態様において、バイアホールめっき工程は、バンプめっき工程の後であって、バンプ形成用マスキング材を除去する工程の前に実施されることが好ましい。
【００２２】
また、前述したように、バンプめっき工程においてだけでなく、バイアホールめっき工程においても、給電膜を通して、バイアホール形成用電極に電流が流されることが好ましい。
【００２３】
この発明は、また、上述したようなこの発明に係る製造方法によって製造された、半導体装置にも向けられる。
【００２４】
また、この発明は、次のような構成を有する半導体装置にも向けられる。
【００２５】
すなわち、この発明に係る半導体装置は、互いに対向する第１および第２の主面を有しかつ第１および第２の主面間を貫通する貫通穴が設けられた、半導体基板と、貫通穴の第１の主面側の開口端を塞ぐように、半導体基板の第１の主面側に形成される、バイアホール形成用電極と、貫通穴を充填するようにバイアホール形成用電極上に堆積した金属材料によって形成された、バイアホール導体とを備えることを特徴としている。
【００２６】
上述のバイアホール導体は、貫通穴の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有していてもよい。この場合、複数種類の金属材料層は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、半導体基板の第２の主面側の最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備えることが好ましい。
【００２７】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板の第２の主面側にバイアホール導体と導通するように形成された、金属膜をさらに備えていてもよい。
【００２８】
上述の金属膜は、厚み方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有していてもよい。この場合、複数種類の金属材料層は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備えることが好ましい。
【００２９】
この発明に係る半導体装置は、半導体基板の第１の主面側に形成された、バンプをさらに備えていてもよい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、貫通穴の内周面には金属膜を形成していない状態で、バイアホール形成用電極に電極を流しながら電気めっきを実施するため、貫通穴内において、バイアホール形成用電極上に金属材料を堆積させることができる。そのため、電気めっきを続けることによって、バイアホール形成用電極上に堆積した金属材料の厚みが増し、その厚みが半導体基板の厚みと同じになった時点で、貫通穴は、金属材料によって完全に充填された状態となり得る。
【００３１】
したがって、この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、上述のようにして、貫通穴を金属材料で充填した状態とされたバイアホール導体を形成することができる。また、この発明によれば、貫通穴のアスペクト比が高い場合でも、貫通穴を金属材料で充填した状態とされたバイアホール導体を適正に形成することができる。
【００３２】
この発明に係る製造方法において、エッチング工程を実施するとき、バイアホール形成用電極に対向する位置に開口を有するバイアホール用マスキング材を、半導体基板の第２の主面側に形成し、半導体基板の第２の主面側からバイアホール用マスキング材を介してエッチングするようにすれば、限られた領域でのエッチングを容易に行なうことができ、所望の形状および大きさを有する貫通穴を能率的に形成することができる。
【００３３】
上述の実施態様において、バイアホール用マスキング材を残したまま、バイアホールめっき工程を実施し、バイアホールめっき工程の後にバイアホール用マスキング材を除去するようにすれば、バイアホール用マスキング材は、半導体基板の不所望な部分にめっき膜が析出することを防止するためのマスキング材としても機能させることができ、バイアホールめっき工程において、新たにマスキング材を形成する必要がなくなる。
【００３４】
バイアホールめっき工程において、複数種類のめっき液が用いられ、これらめっき液が変更されながらめっき処理が施されるようにすれば、貫通穴の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有するバイアホール導体を容易に得ることができる。
【００３５】
この発明に係る製造方法において、前述したように、バイアホール形成用電極、給電膜およびバンプ形成用マスキング材を形成した状態で、給電膜に電流を流しながら電気めっきを実施すれば、バンプをめっきによって形成することができる。
【００３６】
上記の実施態様において、前述のバイアホールめっき工程が、バンプめっき工程の後であって、バンプ形成用マスキング材を除去する前に実施されると、バンプ形成用マスキング材を、バイアホールめっき工程でのマスキング材としても用いることができる。
【００３７】
また、上記の実施態様では、給電膜がバイアホール形成用電極にも電気的に接続されているので、給電膜を通して、バイアホール形成用電極に電流を流しながら、バイアホールめっき工程を実施することができる。
【００３８】
この発明に係る半導体装置によれば、バイアホール導体が、貫通穴を充填するようにバイアホール形成用電極上に堆積した金属材料によって形成されているので、バイアホール導体の部分での強度を高めることができ、したがって、たとえばウエハからチップへのブレイク（ダイシング）の際、あるいは半導体装置の実装時などにおいて、半導体基板に割れが生じにくくすることができる。
【００３９】
この発明に係る半導体装置において、バイアホール導体が、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、半導体基板の第２の主面側の最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備えていると、バイアホール導体は、第２の主面側において良好な半田付け性を与えながら、バイアホール導体を構成する金属材料の全体が半田食われによって失われてしまうことを防止することができる。
【００４０】
この発明に係る半導体装置において、半導体基板の第２の主面側に、金属膜がバイアホール導体と導通するように形成されていると、この金属膜全体を実装の際の接合部分として用いることができるので、半導体装置の安定した実装状態を得ることができる。
【００４１】
上述した金属膜が、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備えていると、実装において半田付けを適用したとき、信頼性の高い半田付け状態を与えることができるとともに、この金属膜が、さらにはバイアホール導体が半田食われによって失われてしまうことを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
図１ないし図６は、この発明の第１の実施形態を説明するためのものである。この実施形態において得ようとする半導体装置１が図６に示され、図１ないし図４には、半導体装置１を製造するために実施される工程が順次示されている。
【００４３】
まず、図１を参照して、たとえばＧａＡｓからなる半導体基板２が用意される。半導体基板２は、この段階では、ウエハ状態であり、その厚みは６５０μｍ程度とされる。
【００４４】
半導体基板２の一方主面３側には、ＭＭＩＣが形成される。図１では、ワイヤボンド用電極４および５ならびにバイアホール形成用電極６が図示されている。また、半導体基板２の一方主面３上には、たとえばＳｉＮからなる保護膜７が形成されている。保護膜７は、図示したように、電極４〜６の各々の少なくとも中央部を露出させるように形成される。
【００４５】
次に、図２に示すように、ウエハ状態の半導体基板２が、約１００μｍといった所望の厚さとなるまで薄くされる。半導体基板２を薄くするためには、たとえば他方主面側からのグラインディングが適用され、このとき、図示しないが、半導体基板２の一方主面３側は補強ガラス板等によって補強される。
【００４６】
次に、同じく図２に示すように、半導体基板２の互いに対向する第１および第２の主面３および８に沿って、それぞれ、マスキング材９および１０が形成される。マスキング材９および１０は、たとえばレジスト材によって形成されるもので、一方のマスキング材１０については、フォトリソグラフィ技術によって、バイアホール形成用電極６に対向する位置に開口１１が形成される。この開口１１が形成されたマスキング材１０は、後の説明から明らかになるように、貫通穴およびバイアホール導体を形成する際に機能するものである。
【００４７】
次に、図３に示すように、半導体基板２の第２の主面８側からマスキング材１０を介してエッチングすることによって、バイアホール形成用電極６によって一方の開口端が塞がれた貫通穴１２が、半導体基板２に設けられる。この貫通穴１２の内周面は、半導体基板２の材料から構成される。言い換えると、貫通穴１２の内周面上には、金属膜などが形成されていない。なお、このエッチング工程では、たとえば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が適用される。
【００４８】
なお、前述のように、半導体基板２の第１の主面３側に形成されたマスキング材９は、上述した貫通穴１２が設けられた後に形成されてもよい。
【００４９】
次に、図４に示すように、貫通穴１２を金属材料で充填した状態としたバイアホール導体１３が形成される。そのため、半導体基板２を含む構造物全体がめっき液に浸漬され、その状態で、バイアホール形成用電極６に電流を流しながら電気めっきが実施される。このとき、貫通穴１２内において、バイアホール形成用電極６上に金属材料が堆積し、やがて、この金属材料が貫通穴１２全体を充填する状態となる。バイアホール形成用電極６上に堆積した金属材料の厚みが、半導体基板２の厚みと同じになったとき、電気めっきが終了される。バイアホール形成用電極６に電流を流す方法については、種々あり、限定されるものではない。
【００５０】
なお、上述した方法によって、バイアホール導体１３を形成したとき、貫通穴１２の内周面上には金属膜が予め形成されていないため、バイアホール導体１３となるべき金属材料と貫通穴１２の内周面との間には、それほど大きな接合力が働いていないと推測される。しかしながら、前述のようにエッチングによって形成された貫通穴１２の内周面には、実際には、細かい凹凸があるため、その凹凸の中にまで金属材料が入り込むことによって、アンカー効果が生まれ、貫通穴１２内の金属材料は、比較的大きな接合力をもって、貫通穴１２の内周面に固定されることができる。
【００５１】
バイアホール導体１３を構成する金属の種類は、半導体装置１の実装方法に応じて選択される。また、バイアホール導体１３は、単一の金属材料から構成されても、貫通穴１２の深さ方向に積層された複数種類の金属材料層からなる積層構造を有していてもよい。
【００５２】
より具体的には、半導体装置１が導電性ペーストを用いて実装される場合には、バイアホール導体１３は、高い電気伝導度を示す金もしくは銅から構成されたり、金または銅からなる金属材料層を含む積層構造をもって構成される。
【００５３】
半導体装置１が半田を用いて実装される場合には、バイアホール導体１３は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層と、最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層とを少なくとも備えることが好ましい。半導体装置１が錫半田を用いて実装される場合、バイアホール導体１３は、好ましくは、図５に示すような積層構造をもって構成される。
【００５４】
図５は、図４に示したバイアホール導体１３の一部を拡大して示す断面図である。図５に示したバイアホール導体１３は、次のような複数種類の金属材料層からなる積層構造を有している。
【００５５】
まず、バイアホール形成用電極１６（図５では図示されない。）上には、金からなる金属材料層１４が形成され、その上には、銅からなる金属材料層１５がたとえば０．５μｍの厚みをもって形成される。さらに、その上には、ニッケルからなる金属材料層１６がたとえば５μｍの厚みをもって形成され、最後に、金からなる金属材料層１７がたとえば０．１μｍの厚みをもって形成される。
【００５６】
上述したような積層構造において、銅からなる金属材料層１５およびニッケルからなる金属材料層１６は、半田食われを防止するための半田バリア層として機能する。また、最外層を与えるように位置する金属材料層１７は、半田濡れ性の良好な金から構成されるので、バイアホール導体１３に対して良好な半田付け性を与えるように作用する。
【００５７】
上述の図５に示したもののように、バイアホール導体１３が、複数種類の金属材料層からなる積層構造を有している場合には、バイアホール導体１３を得るためのバイアホールめっき工程は、複数種類の金属材料層毎にめっき液が変更されて実施される。
【００５８】
また、図４に示すように、半導体基板２の第１の主面３側に形成されたマスキング材９は、上述のバイアホールめっき工程において、電極４〜６上にめっき膜が析出しないようにするためのものである。他方、半導体基板２の第２の主面８側に形成されたマスキング材１０については、バイアホールめっき工程の前に除去されてもよいが、好ましくは、除去されない状態でバイアホールめっき工程が実施される。なぜなら、半導体基板２はわずかに電気を通すため、バイアホールめっき工程において、めっき膜が半導体基板２の第２の主面８上に不所望にも析出することがあるためである。
【００５９】
次に、図６に示すように、マスキング材９および１０が除去される。ここで、マスキング材９および１０は、たとえば溶解によって除去される。その後、個々の半導体装置１を取り出すため、ウエハ状態の半導体基板２は、たとえばダイシングによって分割される。
【００６０】
上述のようにして得られた半導体装置１は、図６において想像線で示す配線基板１８上に実装される。この実装にあたって、半田付けが適用されるとき、図５に示した積層構造を有するバイアホール導体１３の場合には、金からなる金属材料層１７が良好な半田付け性を確保しながら、銅およびニッケルからそれぞれなる金属材料層１５および１６が半田食われを生じさせにくくする。また、図６において破線でワイヤ１９および２０を示すように、ワイヤボンド用電極４および５にはワイヤボンディングが適用され、半導体装置１は、フェイスアップによる実装形態とされる。
【００６１】
なお、上記実施形態において、図４に示したバイアホール導体１３の形成のための電気めっきを実施するとき、貫通穴１２内のバイアホール形成用電極６上に堆積した金属材料の厚みを、半導体基板２の厚みと同じになるようにしたが、配線基板への実装時にアース配線用や放熱用としての機能を失わない範囲で、すなわち、実装時に配線基板側との電気的および／または熱的な接触が可能な範囲で、半導体基板２の厚みに達しない厚みにしても構わない。
【００６２】
図７ないし図１５は、この発明の第２の実施形態を説明するためのものである。この第２の実施形態において得ようとする半導体装置２１が図１４に示され、図７ないし図１３は、半導体装置２１を製造するために実施される各工程を順次示している。また、図１５は、半導体装置２１の実装状態の一例を示している。
【００６３】
まず、図７に示すように、たとえばＧａＡｓからなる半導体基板２２が用意される。半導体基板２２は、この段階では、ウエハ状態であり、６５０μｍ程度の厚みを有している。半導体基板２２には、ＭＭＩＣが形成されていて、図７では、半導体基板２２の第１の主面２３側に形成されたバンプ形成用電極２４および２５ならびにバイアホール形成用電極２６が図示されている。半導体基板２２の第１の主面２３側には、たとえばＳｉＮからなる保護膜２７が、電極２４〜２６の少なくとも中央部を露出させるように形成されている。
【００６４】
次に、図８に示すように、半導体基板２２の第１の主面２３側に、給電膜２８が形成される。給電膜２８は、バンプ形成用電極２４および２５に電気的に接続されるとともに、バイアホール形成用電極２６にも電気的に接続される。給電膜２８は、多層膜であっても、単層膜であってもよい。給電膜２８が多層膜である場合、たとえば、チタン膜／銅膜、クロム膜／銅膜、チタン膜／金膜などの積層構造を有するようにされる。
【００６５】
次に、図９に示すように、たとえばレジスト材からなるバンプ形成用マスキング材２９が半導体基板２２の第１の主面２３側に形成される。次いで、フォトリソグラフィ技術が適用され、バンプ形成用マスキング材２９には、給電膜２８におけるバンプ形成用電極２４および２５の各々上の部分をそれぞれ露出させる開口３０および３１が形成される。この実施形態では、給電膜２８がバンプ形成用電極２４および２５を覆うように形成されたが、給電膜２８がバンプ形成用電極２４および２５の少なくとも中央部を露出させるように形成される場合には、開口３０および３１は、それぞれ、バンプ形成用電極２４および２５を露出させることになる。
【００６６】
次に、図１０に示すように、給電膜２８におけるバンプ形成用電極２４および２５の各々上の部分上にバンプ３２および３３をそれぞれ形成するように、給電膜２８に電流を流しながらバンプ形成用マスキング材２９を介して電気めっきが実施される。このバンプめっき工程において用いられるめっき金属は、たとえば錫・銀合金のような半田系の金属であっても、金系の金属であってもよい。バンプ３２および３３は、この段階では、柱状である。
【００６７】
なお、上述の説明では、バンプめっき工程においてバンプ３２および３３が形成されるとしたが、バンプの一部のみが形成されてもよい。すなわち、バンプの形成にあたって、バンプの一部としてのＵＢＭ（アンダー・バンプ・メタル）を形成した後、その上にたとえば半田ボールを乗せる、といった方法が採られる場合があるが、このような場合には、上述のバンプめっき工程を実施することによって、バンプの一部としてのＵＢＭのみを形成するようにしてもよい。
【００６８】
次に、図１１に示すように、バンプ形成用マスキング材２９側に、補強ガラス板３４が、ワックス３５を用いて貼り付けられる。より具体的には、ワックス３５を、補強ガラス板３４側もしくはバンプ形成用マスキング材２９側またはこれら両方に塗布し、接着すべき面を張り合わせた状態とし、真空オーブンで加熱することによって、上述のように、補強ガラス板３４が貼り付けられた状態が得られる。
【００６９】
次に、上述のように補強ガラス板３４によって補強されたウエハ状態の半導体基板２２に対して、たとえばグラインディングが適用され、それによって、図１２に示すように、半導体基板２２が、所望の厚さ、たとえば約１００μｍの厚さにまで薄くされる。
【００７０】
次に、図１２に示すように、半導体基板２２の第２の主面３６側に、バイアホール用マスキング材３７が形成される。バイアホール用マスキング材３７は、バイアホール形成用電極２６に対向する位置に開口３８を有している。このバイアホール用マスキング材３７の形成方法については、前述の第１の実施形態におけるバイアホール用マスキング材１０の場合と実質的に同様であるので、その説明を省略する。
【００７１】
次に、同じく図１２に示すように、半導体基板２２の第２の主面３６側からバイアホール用マスキング材３７を介してエッチング処理する工程が実施され、それによって、第１の実施形態の場合と同様、バイアホール形成用電極２６によって一方の開口端が塞がれかつ半導体基板２２の材料からなる内周面を有する貫通穴３９が半導体基板２２に設けられる。
【００７２】
次に、図１３に示すように、貫通穴３９内においてバイアホール形成用電極２６上に金属材料を堆積させることによって、貫通穴３９を金属材料で充填したバイアホール導体４０を形成するように、バイアホール形成用電極２６に電流を流しながら電気めっきを実施する、バイアホールめっき工程が実施される。ここで、バイアホール形成用電極２６に電流を流すため、給電膜２８からバイアホール形成用電極２６に給電することが行なわれる。
【００７３】
第２の実施形態の場合にも、バイアホール導体４０について、第１の実施形態におけるバイアホール導体１３の場合と同様の構造を採用することができ、たとえば、図５に示した積層構造を採用することもできる。
【００７４】
次に、バイアホール用マスキング材３７がたとえば溶解によって除去される。そして、加熱によって、ワックス３５を溶かし、補強ガラス板３４を取り去った後、ワックス３５の洗浄除去を行ない、バンプ形成用マスキング材２９をたとえば溶解によって除去し、次いで、給電膜２８の露出した部分をたとえばエッチングによって除去する。給電膜２８は薄いので、これを容易に除去することができる。
【００７５】
次に、柱状のバンプ３２および３３をウェットバックして球状にリフォームするための加熱が実施され、次いで、図１４に示すような個々の半導体装置２１を取り出すため、ウエハ状態の半導体基板２２がたとえばダイシングによって分割される。なお、上述のウェットバックは必要に応じて実施されるものであって、ウェットバックが実施されず、柱状のバンプ３２および３３のまま使用されることもある。
【００７６】
このようにして、図１４に示すように、バンプ３２および３３ならびにバイアホール導体４０が設けられた半導体装置２１が完成される。
【００７７】
図１４に示した半導体装置２１は、たとえば、図１５に示すように実装された状態で使用される。図１５を参照して、多層回路基板４１には、放熱板４２によって閉じられるキャビティ４３が形成されている。また、多層回路基板４１には、接続端子４４および４５が設けられ、この多層回路基板４１が図示しないマザーボード上に実装されるとき、これら接続端子４４および４５を介してマザーボードとの電気的接続が図られる。
【００７８】
多層回路基板４１のキャビティ４３内には、半導体装置２１が収容され、次のような状態で実装される。キャビティ４３の底面上には、導電ランド４６および４７が設けられていて、半導体装置２１のバンプ３２および３３が、それぞれ、導電ランド４６および４７に電気的に接続されかつ機械的に固定される。また、半導体装置２１のバイアホール導体４０は、たとえば導電性ペーストまたは錫−金や錫−銀等の半田（図示せず。）を介して、放熱板４２に接合される。
【００７９】
上述のようなフェイスダウンによる実装構造によれば、半導体装置２１は、バンプ３２および３３を通して低いインダクタンス状態で多層回路基板４１に電気的に接続されるため、高周波特性に優れた性能を得ることができる。また、バイアホール導体４０によって、半導体基板２２内での熱分離および放熱板４２への効率的な放熱を実現することができる。また、ワイヤボンディングによる接続を用いないため、実装面積を小さくすることができ、これら半導体装置２１および多層回路基板４１を備えるモジュールの小型化を図ることができる。
【００８０】
なお、図１５において、半導体装置２１に備える保護膜２７および給電膜２８の図示や、多層回路基板４１に備える多層構造および内部導体等の図示は省略されている。
【００８１】
図１６ないし図１８は、この発明の第３の実施形態を説明するためのものである。第３の実施形態は、第２の実施形態と共通する多くの部分を備えているので、図１６ないし図１８において、図７ないし図１５に示した要素に相当する要素には同様の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
【００８２】
第３の実施形態においても、第２の実施形態における図１３に示した工程およびその後のバイアホール用マスキング材３７の除去工程まで同様に実施される。
【００８３】
次に、図１６に示すように、半導体基板２２の第２の主面側に、その全面にわたって、バイアホール導体４０と導通する金属膜５１が形成される。金属膜５１は、たとえば、スパッタリングおよび電気めっきの２段階によって形成される。金属膜５１を構成する金属材料は、後の実装工程での実装方法に応じて選択される。
【００８４】
実装工程において、たとえば銀を導電成分とする導電性ペーストが用いられる場合には、チタン層／金層、クロム層／金層などのような積層構造とされることが好ましい。
【００８５】
他方、錫・金合金や錫・銀合金等の半田を用いて実装される場合には、図１６に示すように、金属膜５１は、半田食われを防止するための半田バリア層となる金属材料層５２と、最外層を与えるように位置する、半田濡れ性の良好な金属材料層５３とを少なくとも備え、これらが厚み方向に積層された積層構造を有していることが好ましい。上述の半田バリア層となる金属材料層５２は、たとえばニッケルまたは銅などから構成され、最外層となる金属材料層５３は、たとえば半田から構成される。
【００８６】
その後、第２の実施形態の場合と同様の工程が実施され、図１７に示すような半導体装置２１ａが得られる。この半導体装置２１ａにあっては、金属膜５１において半田バリア層となる金属材料層５２を備えているので、バイアホール導体４０では、たとえば図５に示したバイアホール導体１３のように、半田バリア層となる金属材料層１５および１６を備える必要はない。
【００８７】
半導体装置２１ａは、図１８に示すように実装される。図１８に示した実装状態では、半導体基板２２と放熱板４２との間に金属膜５１が存在しているため、放熱効果をより高めることができる。また、金属膜５１の最外層となる金属材料層５３（図１７参照）が半田から構成されていると、半導体装置２１ａの、多層回路基板４１へのマウント工程とリフロー工程とを実施するだけで、半導体装置２１ａの実装を完了させることができ、実装のための工程を簡略化することができる。
【００８８】
以上、この発明を図示した実施形態に関連して説明したが、この発明の範囲内において、その他種々の変形例が可能である。
【００８９】
たとえば、半導体基板に設けられるバイアホール導体の位置、寸法および数等については、得ようとする半導体装置の設計に応じて、任意に変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】この発明の第１の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するためのもので、バイアホール形成用電極６等が形成された半導体基板２を示す断面図である。
【図２】図１に示した半導体基板２にマスキング材９および１０が形成された状態を示す断面図である。
【図３】図２に示した半導体基板２に貫通穴１２が設けられた状態を示す断面図である。
【図４】図３に示した半導体基板２の貫通穴１２に金属材料を充填してバイアホール導体１３を形成した状態を示す断面図である。
【図５】図４に示したバイアホール導体１３の一部を拡大して示す断面図である。
【図６】図４に示した半導体基板２からマスキング材９および１０を除去して得られた半導体装置１を示す図である。
【図７】この発明の第２の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するためのもので、バイアホール形成用電極２６等が形成された半導体基板２２を示す断面図である。
【図８】図７に示した半導体基板２２に給電膜２８を形成した状態を示す断面図である。
【図９】図８に示した半導体基板２２にバンプ形成用マスキング材２９を形成した状態を示す断面図である。
【図１０】図９に示したバンプ形成用マスキング材２９を用いてバンプ３２および３３を形成した状態を示す断面図である。
【図１１】図１０に示したバンプ形成用マスキング材２９側にワックス３５を介して補強ガラス板３４を貼り付けた状態を示す断面図である。
【図１２】図１１に示した半導体基板２２にバイアホールマスキング材２７を形成し、次いで貫通穴３９を設けた状態を示す断面図である。
【図１３】図１２に示した貫通穴３９を金属材料によって充填してバイアホール導体４０を形成した状態を示す断面図である。
【図１４】図１３に示したマスキング材２９および３７等を除去しかつバンプ３２および３３を球状になるように処理することによって得られた半導体装置２１を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した半導体装置２１の実装状態の一例を示す断面図である。
【図１６】この発明の第３の実施形態による半導体装置の製造方法を説明するためのもので、半導体基板２２の第２の主面３６側に金属膜５１を形成した状態を示す断面図である。
【図１７】図１６に示したマスキング材２９等を除去し、次いでバンプ３２および３３を球状になるように処理することによって得られた半導体装置２１ａを示す断面図である。
【図１８】図１７に示した半導体装置２１ａの実装状態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１，２１，２１ａ  半導体装置
２，２２  半導体基板
３，２３  第１の主面
６，２６  バイアホール形成用電極
８，３６  第２の主面
９，１０，２９，３７  マスキング材
１１，３０，３１，３８  開口
１２，３９  貫通穴
１３，４０  バイアホール導体
１４〜１７，５２，５３  金属材料層
２８  給電膜
３２，３３  バンプ
５１  金属膜
【図１】
2006210369.tif 000003
【図２】
2006210369.tif 000004
【図３】
2006210369.tif 000005
【図４】
2006210369.tif 000006
【図５】
2006210369.tif 000007
【図６】
2006210369.tif 000008
【図７】
2006210369.tif 000009
【図８】
2006210369.tif 000010
【図９】
2006210369.tif 000011
【図１０】
2006210369.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
2006210369.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2006210369.tif 000016
【図１５】
2006210369.tif 000017
【図１６】
2006210369.tif 000018
【図１７】
2006210369.tif 000019
【図１８】
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