(57)【要約】      （修正有）【課題】スクリーン印刷法によっても、配線や貫通電極の形状が大きくなることのない半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１上の貫通電極となる金属ピラー５を形成する領域に開口部６を備えた絶縁膜４をスクリーン印刷法により形成し、この開口部を硬化させる。その後、この硬化した開口内に、金属ピラーを構成する金属をスクリーン印刷法により形成する。この金属ピラーは、金属柱や貫通電極として用いることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、金属ピラーを備える半導体装置の製造方法において、
前記基板上の前記金属ピラー形成予定領域に開口部を備えた絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、
該硬化した開口内に、前記金属ピラーを構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板上に、第１の金属パターンと第２の金属パターンとが層間絶縁膜を介して積層し、層間絶縁膜貫通電極により前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンを接続している半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属パターン上の前記層間絶縁膜貫通電極形成予定領域に開口部を備えた前記層間絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、
該硬化した開口部内に、前記層間絶縁膜貫通電極を構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、
前記層間絶縁膜貫通電極の形成と同時に、あるいは前記層間絶縁膜貫通電極形成後に、前記層間絶縁膜貫通電極を介して前記第１の金属パターンと接続する前記第２の金属パターンを形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
半導体基板の第１の主面に第１の回路素子を備え、前記半導体基板の前記第１の主面の裏面となる第２の主面に第２の回路素子構成する第１の金属パターンと第２の金属パターンとが層間絶縁膜を介して積層し、層間絶縁膜貫通電極により前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンを接続し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子は基板貫通電極により接続している半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属パターン上の前記層間絶縁膜貫通電極形成予定領域に開口部を備えた前記層間絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、
該硬化した開口部内に、前記層間絶縁膜貫通電極を構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、
前記層間絶縁膜貫通電極の形成と同時に、あるいは前記層間絶縁膜貫通電極形成後に、前記層間絶縁膜貫通電極を介して前記第１の金属パターンと接続する前記第２の金属パターンを形成する工程と、
前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンの少なくともいずれか一方を前記基板貫通電極に接続し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を接続する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２又は３いずれか記載の半導体装置の製造方法において、
前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンのいずれか一方が、電気的に分離している少なくとも第３の金属パターンと第４の金属パターンを備え、該第３の金属パターンと第４の金属パターンそれぞれに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を形成する工程と、
前記電気的に分離していない前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンのいずれか一方が、前記第３の金属パターンと該第３の金属パターンに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を介して接続するとともに、前記第４の金属パターンと該第４の金属パターンに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を介して接続することで、前記第３の金属パターンと前記第４の金属パターンとを接続する工程と、
を含むことを特徴とする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、小型化、高集積化の要求に応える半導体装置の製造方法に関し、特に半導体基板の両面に回路素子を備えた半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器の小型化に伴い、実装する半導体装置の小型化が求められている。また、インダクタやキャパシタなどのチップ部品の実装面積の削減も求められている。
【０００３】
例えば、インダクタの実装面積を削減するため、半導体基板の表面に能動素子を形成し、半導体基板の裏面に受動素子を形成する技術が特許文献１に記載されている。
【０００４】
また、この種の回路素子をスクリーン印刷法により形成する技術が開示されている。例えば特許文献２には、層間絶縁膜を介して上下の配線を接続する多層配線構造をスクリーン印刷法により形成する技術が開示されている。
【０００５】
従来提案されている方法によれば、図５に示す基板１の表面に形成した第１の配線２と、第２の配線３とを層間絶縁膜４を貫通するように形成した金属ピラー５（貫通電極）により接続する際、スクリーン印刷法が採用されている。特許文献２に開示されている方法によれば、金属ピラー５の形状は直径６０〜７０μｍの円形となっている。
【０００６】
一般的にスクリーン印刷法では、金属ピラー５を形成するための導電ペーストをパターニングした後、乾燥のため１００℃程度の加熱処理を行う。そのため、スクリーン印刷版の金属ピラーのパターンの大きさ（直径６０μｍ）より乾燥後の形状が大きくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−９６０１７号公報
【特許文献２】特許第５３５２９６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来、スクリーン印刷法により金属パターンを形成する場合、スクリーン印刷版のパターンより出来上がるパターンの形状が大きくなるという問題があった。本発明は、スクリーン印刷法によっても、配線や貫通電極の形状が大きくなることのない半導体装置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】
【０００９】
上記目的を達成するため、本願請求項１に係る発明は、基板上に、金属ピラーを備える半導体装置の製造方法において、前記基板上の前記金属ピラー形成予定領域に開口部を備えた絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、該硬化した開口内に、前記金属ピラーを構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１０】
本願請求項２に係る発明は、基板上に、第１の金属パターンと第２の金属パターンとが層間絶縁膜を介して積層し、層間絶縁膜貫通電極により前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンを接続している半導体装置の製造方法において、前記第１の金属パターン上の前記層間絶縁膜貫通電極形成予定領域に開口部を備えた前記層間絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、該硬化した開口部内に、前記層間絶縁膜貫通電極を構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、前記層間絶縁膜貫通電極の形成と同時に、あるいは前記層間絶縁膜貫通電極形成後に、前記層間絶縁膜貫通電極を介して前記第１の金属パターンと接続する前記第２の金属パターンを形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本願請求項３に係る発明は、半導体基板の第１の主面に第１の回路素子を備え、前記半導体基板の前記第１の主面の裏面となる第２の主面に第２の回路素子構成する第１の金属パターンと第２の金属パターンとが層間絶縁膜を介して積層し、層間絶縁膜貫通電極により前記第１の金属パターンと前記第２の金属パターンを接続し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子は基板貫通電極により接続している半導体装置の製造方法において、前記第１の金属パターン上の前記層間絶縁膜貫通電極形成予定領域に開口部を備えた前記層間絶縁膜をスクリーン印刷法により形成し、少なくとも前記開口部を硬化させる工程と、該硬化した開口部内に、前記層間絶縁膜貫通電極を構成する金属をスクリーン印刷法により形成する工程と、前記層間絶縁膜貫通電極の形成と同時に、あるいは前記層間絶縁膜貫通電極形成後に、前記層間絶縁膜貫通電極を介して前記第１の金属パターンと接続する前記第２の金属パターンを形成する工程と、前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンの少なくともいずれか一方を前記基板貫通電極に接続し、前記第１の回路素子と前記第２の回路素子を接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１２】
本願請求項４に係る発明は、請求項２又は３いずれか記載の半導体装置の製造方法において、前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンのいずれか一方が、電気的に分離している少なくとも第３の金属パターンと第４の金属パターンを備え、該第３の金属パターンと第４の金属パターンそれぞれに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を形成する工程と、前記電気的に分離していない前記第１の金属パターンあるいは前記第２の金属パターンのいずれか一方が、前記第３の金属パターンと該第３の金属パターンに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を介して接続するとともに、前記第４の金属パターンと該第４の金属パターンに接続する前記層間絶縁膜貫通電極を介して接続することで、前記第３の金属パターンと前記第４の金属パターンとを接続する工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スクリーン印刷法により形成した絶縁膜の開口部を硬化させることで、スクリーン印刷直後の形状を維持し、絶縁膜内を貫通する金属ピラーあるいは層間絶縁膜貫通電極を設計通りの大きさに形成することが可能となる。その結果、半導体装置の小型化が可能となる。
【００１４】
具体的には、直径６０μｍ、高さ２０μｍ程度の金属ピラーあるいは層間絶縁膜貫通電極を形成することができ、従来スクリーン印刷法により形成される貫通電極に比べて大幅な小型化を可能としている。
【００１５】
また、半導体基板の表面側と裏面側に回路素子を形成する場合、一方の面に形成する回路素子にクロス配線を形成することができ、非常に簡便な製造方法である。さらに、クロス配線を避けるため、基板に基板貫通電極を形成する必要もないため、回路素子の高集積化が可能となるという利点もある。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施例の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図２】本発明の半導体装置の製造方法を適用することができる回路素子の説明図である。
【図３】本発明の第２の実施例の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図４】本発明の第３の実施例の半導体装置の製造方法の説明図である。
【図５】従来のこの種の半導体装置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、金属ピラーを形成する際スクリーン印刷法により開口部を備えた絶縁膜を形成し、あるいは層間絶縁膜貫通電極を形成する際スクリーン印刷法により開口部を備えた層間絶縁膜を形成し、それぞれ開口部を硬化させる。この硬化により、スクリーン印刷版の寸法とほぼ一致した開口部の形状を維持する。その後、開口部内に金属ピラー、あるいは層間絶縁膜貫通電極を構成する金属をスクリーン印刷法により形成すると、簡便に開口部内に金属を充填することが可能となる。以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
まず、本発明の第１の実施例について、層間絶縁膜貫通電極の製造方法を説明する。まず、貫通電極を形成する絶縁基板あるいは半導体基板等からなる基板１を用意する。基板１上に、第１の配線２（第１の金属パターンに相当）を形成する（図１ａ）。この第１の配線２は、スクリーン印刷法により形成しても、通常のフォトリソグラフ法により形成してもいずれでもよい。
【００１９】
次にスクリーン印刷法により、第１の配線２の表面の一部を露出するように開口６を備えた層間絶縁膜４を形成する。ここで使用する層間絶縁膜４は、スクリーン印刷が可能で紫外線を照射することで硬化する金属配線用絶縁レジストを使用する。スクリーン印刷後、すぐに紫外線を照射し、少なくとも層間絶縁膜４の表面及び開口内部に露出する表面を硬化させる。金属配線用絶縁レジストの代わりに半導体用光硬化性封止材として市販されている材料を使用することも可能である。
【００２０】
一般的なスクリーン印刷法によるとスクリーン印刷版から転写されたパターンは、時間が経過するに従いパターンが流れ、形状が崩れていく。そこで本実施例では、スクリーン印刷直後に紫外線を照射して硬化させ、パターン形状が崩れることを防止し、スクリーン印刷版のパターンに近い形状を維持することを可能としている。
【００２１】
次にスクリーン印刷法により、開口６内に、金属ピラーを構成する金属ペーストを選択的に埋め込む。このとき、開口６内には隙間が残っていても問題ない（図１ｃ）。先に形成した層間絶縁膜４は、紫外線照射により硬化しているため、形状が変化することはない。これに対し、開口６内に埋め込まれた金属ペーストは、形成直後は図１（ｃ）に示すような形状であっても時間の経過とともに、開口６の形状に沿うように埋め込まれる。
【００２２】
さらに厚い層間絶縁膜４と金属ピラー５を形成する必要がある場合には、図１（ｃ）に示す工程後に、スクリーン印刷法により層間絶縁膜４を金属ピラー５上に開口が配置するようにパターニングして、紫外線を照射して硬化させた後、開口６内に金属ペーストを埋め込めば、高さが２倍の金属ピラー５を形成することができる。また、金属ペーストの埋め込みだけを繰り返し行ってもよい。
【００２３】
その後、開口６内に埋め込んだ金属ピラー５に接続するように第２の配線３（第２の金属パターンに相当）をスクリーン印刷法により形成することで、金属ピラー５を介して第１の配線２と第２の配線３を接続する層間絶縁膜貫通電極が形成できる（図１ｄ）。第２の配線３を形成する際に金属ペーストが、金属ピラー５と層間絶縁膜４との間に入り込み、十分な接触が形成できる。
【００２４】
なお、第１の配線２、金属ピラー５および第２の配線３を形成するための金属ペーストの乾燥、あるいは層間絶縁膜４を形成するための金属配線用絶縁レジストの乾燥は、適宜行い、本実施例の説明では省略している。
【００２５】
本実施例によれば、開口６の幅（円形の場合は直径）は、６０μｍ程度の大きさで形成することができ、開口６を形成した後、紫外線照射による硬化によって層間絶縁膜４の形状はスクリーン印刷後に形成した形状を維持することができるため、金属ピラーの幅（あるいは直径）も６０μｍ程度の大きさとなり、従来方法に比べて小型化できる。さらに、層間絶縁膜４と金属ピラー５の形成を繰り返し行うことで、アスペクト比の大きい層間絶縁膜貫通電極構造が形成できる。
【実施例２】
【００２６】
次に第２の実施例について説明する。表面に回路素子を形成した半導体からなる基板１の裏面に別の回路素子を形成する場合がある。例えば、面積の大きい回路素子であるインダクタを基板１の裏面に形成する場合がある。図２(ａ)にインダクタの平面図を、図２（ｂ）に基板１の裏面側を上面にした端子ａと端子ｃの中央を通る断面図を示す。図２（ａ）に示すようにインダクタの一端側の端子ａは、巻線パターンの中心部に配置されるため、端子ｃと接続するためにはクロス配線が必要となる。以下、端子ａと端子ｃを接続するクロス配線を本発明により形成する場合について説明する。
【００２７】
基板１上には、端子ａと端子ｃとの間にこれらの端子と同時に形成された巻線パターンが形成されている。これら端子ａ等は、通常のフォトリソグラフ法で形成することができるが、スクリーン印刷法によるとより簡便に形成することができる。スクリーン印刷法により形成する場合、所望の形状の開口を有するスクリーン印刷版を用意し、金属ペースト（例えば、銀、銅、金、ニッケル等の金属ペースト）をスキージでスクリーン印刷版上に拡げることで図２(ａ)に示す所望の形状を形成することができる。
【００２８】
次に、接続を形成する端子ａと端子ｃの表面の一部を露出するように、紫外線の照射により表面が硬化する金属配線用絶縁レジストあるいは半導体用光硬化性封止材として市販されている材料を上記同様のスクリーン印刷法により形成する。一般的にスクリーン印刷で所望のパターンを形成する場合、印刷直後はスクリーン印刷版の形状にパターニングされるが、時間の経過とともにその形状が変化してしまう。そこで、本実施例では、層間絶縁膜４を形成した後、紫外線を照射して少なくとも表面を硬化させる。その結果、図３（ａ）に示すような開口６を形成維持することができる。このとき、開口６は、円形で直径が６０μｍ程度となる。
【００２９】
その後、開口６内に層間絶縁膜貫通電極を形成するため、スクリーン印刷法により選択的に金属ペースト７を埋め込む。開口６内に充填された金属ペースト７は、先に層間絶縁膜４を硬化させているため、層間絶縁膜４の形状が変化することはないので、その形状に沿うように充填される。この金属ペースト７により金属ピラーが形成される。
【００３０】
さらに厚い層間絶縁膜４と金属ペースト７を形成する必要がある場合には、図３（ｂ）に示す工程の後、スクリーン印刷法により層間絶縁膜４を金属ピラー５上に開口が配置するようにパターニングして、紫外線を照射して硬化させた後、開口６内に金属ペースト７を埋め込めば、高さが２倍の金属ピラーを形成することができる。また金属ペースト７の埋め込みだけを繰り返し行ってもよい。
【００３１】
その後、開口６内に埋め込んだ金属ピラー５に接続するように第２の配線３をスクリーン印刷法により形成することで、図３（ｃ）に示す金属ピラー５が第１の配線２と第２の配線３を接続する層間絶縁膜貫通電極を備えたクロス配線が形成できる。上記第１の実施例同様、第２の配線３を形成する際に金属ペーストが、金属ピラー５と層間絶縁膜４との間に入り込み、十分な接触が形成できる。
【００３２】
なお、第１の配線２、金属ピラー５および第２の配線３を形成するための金属ペーストの乾燥、あるいは層間絶縁膜４を形成するための金属配線用絶縁レジストの乾燥は、適宜行えばよい。
【００３３】
本実施例によれば、開口６の幅（円形の場合は直径）は、６０μｍ程度の大きさで形成することができ、開口６を形成した後、紫外線照射による硬化によって層間絶縁膜４の形状はスクリーン印刷後に形成した形状を維持することができるため、金属ピラーの幅（あるいは直径）も６０μｍ程度の大きさとなり、従来方法に比べて小型化できることがわかる。さらに層間絶縁膜４と金属ピラー５の形成を繰り返し行うことで、アスペクト比の大きい層間絶縁膜貫通電極構造が形成できる。
【００３４】
半導体からなる基板１の表面に回路素子を形成し、裏面に上記実施例で説明したような別の回路素子を形成する場合、表面に形成した回路素子と裏面に形成した回路素子を接続する必要がある。
【００３５】
具体的には、図２（ｃ）にインダクタの端子ｂを通る断面図を示すように、基板１を貫通する基板貫通電極８を備える場合もある。本発明は、上記第１および第２の実施例で説明したように、クロス配線を形成する際、基板１の裏面側のみで接続することができ、例えば図２（ｂ）に示す端子ａと端子ｃを基板１の表面側（図面上は下側）で基板貫通電極８を介して接続する必要がなく、回路素子の高集積化が可能となる。なお、基板貫通電極８に接続する配線は、第１の配線２の代わりに第２の配線３であっても問題ない。
【実施例３】
【００３６】
上記第２の実施例は、第１の配線２が電気的分離したパターンとなっており、この分離された第１の配線２にそれぞれ金属ピラー５を形成して第２の配線３と接続する構造について説明した。しかし図４に示すように、第２の配線３を電気的に分離したパターンとする場合でも、分離されていない第１の配線２に金属ピラー５を形成して分離された第２の配線３と接続する構造としてもよい。
【００３７】
以上本発明の実施例について説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、配線同士の接続を目的としない金属ピラーを形成することもできる。また、上記実施例では、絶縁膜あるいは層間絶縁膜を硬化させる際、紫外線を照射させる方法を採用したが、開口６の形状が保持される場合には、加熱処理等別の方法により硬化させることも可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１：基板、２：第１の配線、３：第２の配線、４：層間絶縁膜、５：金属ピラー：６：開口、７：金属ペースト、８：基板貫通電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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