(57)【要約】      （修正有）【課題】貫通孔内に密着性が良好な絶縁樹脂層が形成され、これを介してビア（スルーホール導通部）が形成された信頼性の高い半導体装置を提供する。【解決手段】半導体装置は、表面に素子が集積・形成された半導体基板1と、この半導体基板を貫通する貫通孔2と、貫通孔の側壁面に形成された第1の絶縁樹脂層5と、半導体基板の表裏両面に形成された第２の絶縁樹脂層6と、貫通孔内で第1の絶縁樹脂層上に形成された第１の導体層と、第２の絶縁樹脂層上に形成され第１の導体層と導通された第２の導体層7を有する。半導体基板にレーザ照射して貫通孔を形成する工程と、貫通孔内に絶縁樹脂を充填する工程と、充填された絶縁樹脂に樹脂貫通孔を同心的に形成する工程と、樹脂貫通孔の側壁面に導体層を形成し、半導体基板の表面と裏面を導通させるビアを形成する工程とを備える。【選択図】図１
2006080399.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
該半導体基板を貫通する貫通孔と、
該貫通孔の側壁面に形成された第1の絶縁樹脂層と、
前記半導体基板の表面と裏面の少なくとも一方の面の所定の領域に形成された第２の絶縁樹脂層と、
前記貫通孔内で前記第1の絶縁樹脂層上に形成された第１の導体層と、
前記第２の絶縁樹脂層上の所定の領域に形成され、前記第１の導体層と導通された第２の導体層を有することを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記半導体基板が表面に素子（能動素子あるいは受動素子）が形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体基板の前記貫通孔の側壁面にアモルファス構造の基材領域が形成され、かつその上に前記第1の樹脂絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
【請求項４】
表面に素子が集積・形成された半導体基板にレーザを照射して貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔内に絶縁樹脂を充填する工程と、
前記工程で充填された絶縁樹脂に、前記貫通孔より小径の樹脂貫通孔を同心的に形成する工程と、
前記絶縁樹脂に形成された樹脂貫通孔の側壁面に導体層を形成し、前記半導体基板の表面と裏面を導通させるビア（スルーホール導通部）を形成する工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記絶縁樹脂に、レーザを照射して樹脂貫通孔を形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂貫通孔の側壁面に前記導体層をメッキにより形成することを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記半導体基板の表面と裏面の少なくとも一方の面に、所望の配線を形成する工程を有することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体チップを搭載するマルチチップパッケージ用の半導体装置、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電子機器、特にコンピューターや通信機器では、機能の増大に伴い、小型で大規模な集積回路を有する半導体チップが用いられている。小型で回路の集積度を上げる方法として、一つのチップに回路を集積するＳＯＣ（System On Chip）と、複数のチップを一つのパッケージに集積するＳＩＰ(System In Package)がそれぞれ提案されている。これらのシステムのうちで、特にＳＩＰは、既存のチップを組み合わせて使用することができるため、半導体基板（ウェハ）の設計およびプロセスにおけるコストを抑えることができる。
【０００３】
そして、複数のチップを積層して搭載した構造のマルチチップパッケージが実用化されつつあるが、最も小型で高集積化が可能なパッケージとして、従来から、チップに貫通ビアホールを形成して積層した構造のパッケージが提案されている
【０００４】
例えば、半導体基板にＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、光エッチング、ウェットエッチングなどの方法で、基板を貫通しない穴を形成し、この穴内にＬＰＣＶＤ法などによりＳｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２などの絶縁膜を形成した後、穴内に導電材を埋め込み、裏面から研削などの方法で半導体基板を後退（薄化）させて導電材を露出させた構造の半導体装置、およびその形成方法が提案されている。
（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
しかしながら、このような半導体装置の形成方法においては、ＲＩＥまたはウェットエッチングなどの方法を用いて半導体基板に穴を形成しており、マスク露光工程が必要であるため、工程時間が長くなりコストが高くなるという欠点があった。
【０００６】
また、貫通孔壁面のシリコンとビアホールを形成するための導体層との間には、絶縁層が必要であるが、ＲＩＥ法による孔明けでは、絶縁樹脂を用いて絶縁層を形成した場合、密着性が劣り信頼性が低くなるという問題があった。そのため、特許文献１に記載された方法では、穴内にＣＶＤ法などにより絶縁膜を形成する方法が採られているが、絶縁膜の堆積に時間がかかり、コストが高くついていた。寄生容量を削減するために絶縁膜を厚くする場合には、さらに時間がかかり、コストが高くなるという問題があった。
【特許文献１】特開平１０−２２３８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされたもので、貫通孔内に密着性が良好な絶縁樹脂層が形成され、これを介してビア（スルーホール導通部）が形成された信頼性の高い半導体装置、およびそのような半導体装置を得るための製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る半導体装置は、半導体基板と、該半導体基板を貫通する貫通孔と、該貫通孔の側壁面に形成された第1の絶縁樹脂層と、前記半導体基板の表面と裏面の少なくとも一方の面の所定の領域に形成された第２の絶縁樹脂層と、前記貫通孔内で前記第1の絶縁樹脂層上に形成された第１の導体層と、前記第２の絶縁樹脂層上の所定の領域に形成され、前記第１の導体層と導通された第２の導体層を有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法は、表面に素子が集積・形成された半導体基板にレーザを照射して貫通孔を形成する工程と、前記貫通孔内に絶縁樹脂を充填する工程と、前記工程で充填された絶縁樹脂に、前記貫通孔より小径の樹脂貫通孔を同心的に形成する工程と、前記絶縁樹脂に形成された樹脂貫通孔の側壁面に導体層を形成し、前記半導体基板の表面と裏面を導通させるビア（スルーホール導通部）を形成する工程とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様に係る半導体装置によれば、良好な厚さと絶縁性を有する絶縁樹脂層が貫通孔の側壁面に形成され、複数のチップを積層するに好適するビア（スルーホール導通部）を有する半導体装置を、短い工程時間でコストの増大を招くことなく得ることができる。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、貫通孔の側壁面に形成された絶縁樹脂層の密着性が良好であり、信頼性の高い半導体装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。この図において、符号１は、表面に素子（能動素子あるいは受動素子。例えば、能動素子。）が集積・形成されたシリコン基板を示し、このシリコン基板１は表裏を貫通する貫通孔２を有している。貫通孔２の形成はレーザの照射により行われ、その側壁面はアモルファス構造のシリコンにより構成されている。シリコン基板１の表面（素子面）には、シリコン配線層３およびＡｌ電極（パッド）４が形成されている。
【００１４】
そして、アモルファス構造のシリコンで構成された貫通孔２の側壁面には、第1の絶縁樹脂から成る層５が形成されている。ここで、第１の絶縁樹脂としては、ポリイミド樹脂、ベンゾジシクロブテン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ブタジエン樹脂、シリコーン樹脂、ポリカルボンジイミド、ポリウレタン樹脂などが用いられる。
【００１５】
また、シリコン基板１の表面および裏面の所定の領域には、それぞれ第２の絶縁樹脂層６が形成されている。第２の絶縁樹脂と前記した第１の絶縁樹脂とは、同一種類のものでも異なる種類のものでもよい。
【００１６】
さらに、貫通孔２内の第1の絶縁樹脂層５上と貫通孔２の底部、およびシリコン基板１の表面側で貫通孔２の周りには、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｖ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｓｎなどの導体層７が形成されている。また、シリコン基板１の裏面側で貫通孔２の端部には、電極８が形成されている。
【００１７】
そして、貫通孔２内に形成された導体層７によりビア（スルーホール導通部）が形成され、このビアを介して、シリコン基板１の表面（素子面）のＡｌ電極４部と裏面の電極８が接続されている。なお、電極８を構成する導体としても、Ｔｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｖ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｓｎなどが使用可能である。
【００１８】
このように構成される第１の実施形態においては、貫通孔２の側壁面を覆う絶縁材料として、絶縁樹脂（第1の絶縁樹脂）が使用されているので、低コストであるうえに、絶縁厚をより厚く安定して形成することができ、良好な絶縁性と信頼性が確保される。
【００１９】
また、貫通孔２の側壁面がアモルファス構造のシリコンで構成され、その上に絶縁樹脂層５が形成されているので、この絶縁樹脂層５の基材との密着性が良好である。すなわち、一般に基材であるシリコンと樹脂材料とは密着性が悪いため、シリコン基板１にＲＩＥ法などで形成された貫通孔２内に絶縁樹脂層を形成した場合には、絶縁樹脂層およびその上に形成された導体層と、シリコンとの熱膨張係数の違いに起因する熱応力により、絶縁樹脂層の剥離・クラックなどが生じやすいが、第１の実施形態の半導体装置では、貫通孔２がレーザ照射により形成されており、貫通孔２の側壁面がアモルファス構造になっているので、絶縁樹脂層５の密着性が高く、信頼性の高いビアホールが形成される。
【実施例２】
【００２０】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図２〜図４は、第２の実施形態である半導体装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【００２１】
第２の実施形態では、まず図２（ａ）に示すように、表面に素子が集積・形成されたシリコンウェハ１０を用意し、その表面（素子面）に保持テープ（ＢＳＧテープ）１１を貼った後、裏面研磨を行う。このとき、抗折強度を上げるために、最後にドライポリッシュ、ＲＩＥ、ＣＭＰなどの処理を行ってもよい。なお、図中符号１２は、シリコンウェハ１０の表面（素子面）に形成されたシリコン配線層を示し、１３は回路に接続されたＡｌ電極（パッド）を示す。
【００２２】
次に、ＢＳＧテープ１１を剥がし、図２（ｂ）に示すように、裏面に保持テープ１４を貼った後、シリコンウェハ１０にレーザを照射して貫通孔１５を形成する。波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いることができるが、レーザの波長についてはこれに限定されるものではない。シリコンウェハ１０の孔開けと同時に、保持テープ１４に孔が開いてもよい。
【００２３】
また、レーザによる孔開け後、必要に応じて洗浄（クリーニング）を行ってもよいし、また孔開けの際の飛散物に備えて、予めシリコンウェハ１０の表面に保護膜を形成しておき、孔開け後にこの保護膜を除去してもよい。
【００２４】
次いで、図２（ｃ）に示すように、シリコンウェハ１０の素子面側からポリイミドなどの絶縁樹脂１６を印刷し、貫通孔１５内に絶縁樹脂１６を充填する。絶縁樹脂１６としては、ポリイミド樹脂、ベンゾジシクロブテン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シアネートエステル樹脂、ビスマレイミド樹脂、ビスマレイミド−トリアジン樹脂、ポリベンゾオキサゾール、ブタジエン樹脂、シリコーン樹脂、ポリカルボンジイミド、ポリウレタン樹脂などから選択される樹脂を使用することができる。
【００２５】
印刷による絶縁樹脂１６の充填は、真空中で行ってもよい。真空中での印刷では、絶縁樹脂１６中のボイドをなくすことができる。また、絶縁樹脂１６の貫通孔１５内への充填は、ロールコート方式によっても可能である。保持テープ１４にも孔が開けられ、保持テープ１４側で貫通孔１５が開放されているので、貫通孔１５内への絶縁樹脂１６の充填が容易かつ確実である。
【００２６】
次に、図２（ｄ）に示すように、シリコンウェハ１０の素子面に形成された絶縁樹脂１６を研磨により除去する。この工程は必要に応じて行う。その後、必要に応じて、保持テープを貼り替えてから裏面に突出した絶縁樹脂１６を研磨し、シリコンウェハ１０の裏面を平坦にする。この研磨は、裏面への絶縁樹脂１６のはみ出し量が少なければ行わなくてもよい。
【００２７】
次いで、図２（ｅ）に示すように、シリコンウェハ１０の素子面に保持テープ１４を貼ってから、裏面に絶縁樹脂膜１７を形成する。この絶縁樹脂としては、例えばポリイミド樹脂を使用することができ、スピンコートや印刷により形成することができる。また、ロールコート方式やカーテンコート方式で形成してもよい。液状の絶縁樹脂を塗布する方法を採ることにより、低コストで絶縁樹脂膜１７を形成することができるが、ドライフィルムを貼付する方法を採ってもよい。
【００２８】
次に、図３（ｆ）に示すように、シリコンウェハ１０の裏面を、接着剤（例えば、紫外線硬化型接着剤、）１８を介してガラス支持体１９に接着した後、貫通孔１５内に充填された絶縁樹脂１６にレーザを照射し、小径の貫通孔を同心的に形成する。このとき使用するレーザは、孔開け加工の対象が樹脂であるため、ＣＯ２ガスレーザであってもＹＡＧレーザであってもよい。
【００２９】
また、貫通孔１５内に充填する絶縁樹脂１６として感光性の絶縁樹脂を使用した場合には、露光・現像によって貫通孔を形成することもできる。いずれの方法を採る場合でも、ＣＶＤ法による絶縁層の形成と比較して、貫通孔１５内に十分な厚さを有する絶縁樹脂１６層を容易に形成することができる。なお、シリコンウェハ１０の素子面のＡｌ電極１３上に存在する絶縁樹脂１６も、この貫通孔の形成の際にあるいは別途必要に応じて除去する。
【００３０】
次いで、図３（ｇ）に示すように、シリコンウェハ１０の素子面および貫通孔１５の側壁面並びに底部に、無電解メッキにより導体金属層（シーディングレイヤメタル）２０を形成する。無電解メッキ法に代り蒸着法やスパッタ法を用いることにより、さらに良好な導体金属層２０を形成することができる。導体金属としては、例えばＴｉ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｖ，Ｃｒ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｓｎなどが使用可能であり、これらの中から目的に応じて選択することができる。
【００３１】
その後、図３（ｈ）に示すように、素子面に形成された導体金属層２０の上にレジスト層２１を形成し、露光・現像する。レジストは液状であってもフィルムであってもよい。そして、前の工程で形成された導体金属層２０を電極として、Ｎｉ／Ｃｕ、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕなどの電解メッキ層２２を形成する。
【００３２】
次に、図３（ｉ）に示すように、レジスト層２１を剥離した後、電極として用いた導体金属層２０をエッチングにより除去する。こうして、素子面の所定の領域と貫通孔１５の側壁面および底部に導電層が形成される。
【００３３】
しかる後、図４（ｊ）に示すように、信頼性上の必要に応じて、素子面に保護膜（配線保護樹脂膜）２３を塗布または貼付により形成し、露光・現像して開口部を形成する。保護膜２３の形成は、液状のものを塗布する方法でもフィルムを貼付する方法でもよい。保護膜２３を形成する際に、より平坦性が必要な場合には、貫通孔１５を保護膜２３を形成する樹脂そのものにより、あるいは事前に別の樹脂で埋めてもよい。
【００３４】
そして、導体金属層がＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ層の場合、保護膜２３の開口部に、無電解メッキによりＡｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの導体層２４を形成する。この導体層２４は、チップ積層時の接続電極として用いることができるので、貫通孔１５上であってもよいが、貫通孔以外の場所に形成することもできる。
【００３５】
接続方式として半田を用いる場合、保護膜２３はソルダーレジストとして機能する。保護膜２３の代りに、レジストを塗布または貼付し、露光・現像してパターンを形成した後、導体金属層がＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ層の場合には、無電解メッキによりＡｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの導体層を形成し、レジストを剥離する方法を採ることもできる。この場合、ソルダーレジストは不要となる。
【００３６】
図４（ｋ）に示すように、シリコンウェハ１０の素子面にガラス支持体１９を貼り替え、接着剤１８を介して接着した後、導体金属層がＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ層の場合には、裏面の貫通孔部にＡｕ、Ｎｉ／Ａｕの無電解メッキを行い、Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの裏面電極２５を形成する。
【００３７】
その後、ガラス支持体１９を剥し、図４（ｌ）に示すように、必要に応じて裏面にダイシングテープ２６を貼った後、ダイシングなどの処理を行う。こうして、シリコンウェハ１０の素子面にのみ再配線層が形成され、貫通孔１５上に他のチップとの接続電極を有する構造の半導体装置が得られる。
【００３８】
このように構成される第２の実施形態によれば、複数のチップを積層する構造に好適する信頼性の高い半導体装置を製造することができる。そして、ＲＩＥのような高価な装置を使用する必要がないうえに、マスク露光・現像工程が少ないため、低コストで半導体装置を得ることができる。
【００３９】
また、シリコンウェハ１０への貫通孔１５の形成がレーザ照射により行われており、貫通孔１５の側壁面がアモルファス構造のシリコンで構成されているため、貫通孔１５内に充填された絶縁樹脂１６のとの密着性が高い。さらに、貫通孔１５の側壁面が、シリコンウェハ１０の裏面まで達する絶縁樹脂１６層により確実に覆われているので、貫通孔１５の側壁面の基材（シリコン）と導体層との絶縁が確実に確保され、信頼性の高いビア（スルーホール導通部）が形成される。
【実施例３】
【００４０】
第３の実施形態は、シリコンウェハの裏面において、ビアから引き出された配線上に他の半導体チップとの接合部（接続電極）が形成された半導体装置を製造する方法を示す。この実施形態が第２の実施形態と異なる点は、シリコンウェハの素子面だけでなく、裏面にも再配線が形成される点にある。
【００４１】
第３の実施形態においては、第２の実施形態と同様にして、図２（ａ）から図４（ｊ）に示す工程を順に行った後、シリコンウェハの素子面にガラス支持体を貼り替える。そして、貫通孔部を含むシリコンウェハの裏面全体に、無電解メッキまたは蒸着またはスパッタ法により、導体金属層（シーディングレイヤメタル）を形成する。
【００４２】
次いで、この導体金属層の上にレジストを形成し、露光・現像する。レジストは液状であってもフィルムであってもよい。そして、導体金属層を電極としてＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ、Ｃｕ／Ｎｉ／Ａｕなどの電解メッキ層を形成し、レジストを剥離した後、電極として用いた導体金属層をエッチングにより除去する。
【００４３】
しかる後、信頼性上の必要に応じて、裏面に保護膜（配線保護樹脂膜）を塗布または貼付により形成し、露光・現像して開口部を形成する。保護膜の形成は、液状のものを塗布する方法でもフィルムを貼付する方法でもよい。そして、この保護膜の開口部に、導体金属層がＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ層の場合、無電解メッキによりＡｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの電極を形成する。
【００４４】
この電極は、チップ積層時の接続電極として用いることができるので、貫通孔上であってもよいが、貫通孔以外の場所に形成することもできる。接続方式として半田を用いる場合、保護膜はソルダーレジストとして機能する。保護膜の代りに、レジストを塗布または貼付し、露光・現像してパターンを形成した後、導体金属層がＮｉ／Ｃｕ、Ｃｕ層の場合には、無電解メッキによりＡｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの電極を形成し、レジストを剥離する方法を採ることもできる。この場合、ソルダーレジストは不要となる。
【００４５】
その後、ガラス支持体を剥し、必要に応じて裏面にダイシングテープを貼った後、ダイシングなどの処理を行う。こうして、シリコンウェハの素子面だけでなく、裏面にも再配線が形成され、ビア（スルーホール導通部）から引き出された配線上に他の半導体チップとの接続電極が形成された構造の半導体装置を得ることができる。
【００４６】
なお、以上記の第２および第３の実施形態では、シリコンウェハの素子面および裏面にセミアディティブ法により配線を形成する例について記載したが、セミアディティブ法に代わりフルアディティブ法やサブトラクト法により配線層を形成することもできる。
【００４７】
また、上記の第３の実施形態では、シリコンウェハの一方の面にガラス支持体を貼り付け、導体金属層（シーディングレイヤメタル）を形成し、図３（ｈ）および図３（ｉ）に示す工程と同様にしてレジストを形成して配線パターンを形成し、その後シリコンウェハのもう一方の面にガラス支持体を貼り替え、同様に配線パターンを形成しているが、ガラス支持体を用いないことも可能である。その場合には、貫通孔を形成した後に、シリコンウェハの両面ならびに貫通孔の側壁面に順次または同時にメッキにより導体金属層を形成することができる。そして、レジスト形成を両面に順次または同時に行い、さらにメッキによりシリコンウェハの両面に同時に配線パターンを形成しても良い。このとき、配線パターンの形成と同時に貫通孔の側壁面にメッキにより導体層を形成することも可能である。この方法では、より少ない工程（メッキ工程）で、ビア（スルーホール導通部）の導体層および配線パターンの形成を行うことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の前半の工程を示す断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の中間の工程を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の後半の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１…シリコン基板、２，１５…貫通孔、３…シリコン配線層、４，１３…Ａｌ電極（パッド）、５…第1の絶縁樹脂層、６…第２の絶縁樹脂層、７…導体層、１０…シリコンウェハ、１４…保持テープ、１６…絶縁樹脂、１７…絶縁樹脂膜、１８…接着剤、１９…ガラス支持体、２０…導体金属層（シーディングレイヤメタル）、２１…レジスト層、２２…Ｎｉ／Ｃｕなどの電解メッキ層、２３…保護膜、２４…Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕなどの導体層、２５…裏面電極。
【図１】
2006080399.tif 000003
【図２】
2006080399.tif 000004
【図３】
2006080399.tif 000005
【図４】
2006080399.tif 000006