(57)【要約】【課題】信頼性の向上が図られた半導体装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置１０では、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立っているため、半導体装置１０の昇温時には、第１の絶縁樹脂体２２の膨張よりも第２の絶縁樹脂体３０の膨張のほうが優勢となる。半導体基板２０の厚さ方向に直交する断面では、貫通配線２４の貫通孔２５内における第２の絶縁樹脂体３０の膨張は、貫通配線２４を第１の絶縁樹脂体２２に押し付けるように働く。そのため、第１の絶縁樹脂体２２に向けて押圧される貫通配線２４では、第１の絶縁樹脂体２２から剥離しにくくなっている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記貫通孔の側面を覆う第１の絶縁樹脂体と、
前記第１の絶縁樹脂体を介して前記貫通孔の側面を覆い、かつ、前記半導体基板の厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する貫通配線と、
前記貫通配線の貫通孔に充填された第２の絶縁樹脂体と
を備え、
前記第２の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ１、前記第１の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ２、前記貫通配線の熱膨張係数をＣＴＥ３としたときに、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立つ、半導体装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁樹脂体が感光性樹脂で構成されている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁樹脂体がフィラーを含む絶縁樹脂で構成されている、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記貫通配線がめっき配線である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板の前記貫通孔の側面を第１の絶縁樹脂体で覆う工程と、
前記第１の絶縁樹脂体を介して前記貫通孔の側面を覆い、かつ、前記半導体基板の厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する貫通配線を形成する工程と、
前記貫通配線の貫通孔を第２の絶縁樹脂体で充たす工程と
を含み、
前記第２の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ１、前記第１の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ２、前記貫通配線の熱膨張係数をＣＴＥ３としたときに、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立つ、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、半導体装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体装置として、Ｓｉ等で構成された半導体基板を含み、かつ、基板の表裏面にそれぞれ設けられた配線を貫通配線によって接続する構成を有する半導体装置が知られている。たとえば下記特許文献１には、基板の厚さ方向に沿って延びる貫通孔が設けられ、かつ、該貫通孔が貫通配線で充たされた構成を有する半導体装置が開示されている。特許文献１に開示された半導体装置において、基板の表裏面および貫通孔の側面はそれぞれ絶縁層で覆われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−６４８２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術に係る半導体装置において、以下に示すような問題があった。すなわち、半導体装置が製造時や駆動時において昇温した際、貫通孔の側面を覆う絶縁層の熱膨張係数と貫通配線の熱膨張係数との差に起因して、貫通配線と絶縁層との界面において剥離が生じる虞があったため、十分な信頼性を確保できていなかった。
【０００５】
本発明は、信頼性の向上が図られた半導体装置およびそ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】
【０００６】
本発明の一形態に係る半導体装置は、厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する半導体基板と、半導体基板の貫通孔の側面を覆う第１の絶縁樹脂体と、第１の絶縁樹脂体を介して貫通孔の側面を覆い、かつ、半導体基板の厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する貫通配線と、貫通配線の貫通孔に充填された第２の絶縁樹脂体とを備え、第２の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ１、第１の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ２、貫通配線の熱膨張係数をＣＴＥ３としたときに、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立つ。
【０００７】
上記半導体装置においては、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立っているため、昇温時に、第２の絶縁樹脂体が貫通配線の貫通孔内において膨張することで、貫通配線が第１の絶縁樹脂体に向けて押圧される。それにより、貫通配線が第１の絶縁樹脂体から剥離する事態が抑制され、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
【０００８】
他の形態に係る半導体装置では、第２の絶縁樹脂体が感光性樹脂で構成されている。また、第１の絶縁樹脂体がフィラーを含む絶縁樹脂で構成されている。さらに、貫通配線がめっき配線である。
【０００９】
本発明の一形態に係る半導体装置の製造方法は、厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する半導体基板を準備する工程と、半導体基板の貫通孔の側面を第１の絶縁樹脂体で覆う工程と、第１の絶縁樹脂体を介して貫通孔の側面を覆い、かつ、半導体基板の厚さ方向に沿って延びる貫通孔を有する貫通配線を形成する工程と、貫通配線の貫通孔を第２の絶縁樹脂体で充たす工程とを含み、第２の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ１、第１の絶縁樹脂体の熱膨張係数をＣＴＥ２、貫通配線の熱膨張係数をＣＴＥ３としたときに、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立つ。
【００１０】
上記製造方法により得られる半導体装置おいては、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立っているため、昇温時に、第２の絶縁樹脂体が貫通配線の貫通孔内において膨張することで、貫通配線が第１の絶縁樹脂体に向けて押圧される。それにより、貫通配線が第１の絶縁樹脂体から剥離する事態が抑制され、半導体装置の信頼性向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、信頼性の向上が図られた半導体装置およびその製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体装置の概略断面図である。
【図２】図１に示した半導体装置の要部拡大図である。
【図３】図１、２に示した第１の絶縁樹脂体に含まれるフィラーを示した図である。
【図４】図１に示した半導体装置の製造方法の各工程を示した図である。
【図５】図１に示した半導体装置の製造方法の各工程を示した図である。
【図６】第２の絶縁樹脂体の膨張の様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して種々の実施形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１４】
図１に示すように、本発明の一実施形態に係る半導体装置１０は、半導体基板２０を備えて構成されている。
【００１５】
半導体基板２０は、半導体材料で構成されており、本実施形態ではＳｉで構成されている。半導体基板２０は、平板状を呈し、互いに平行な一対の主面２０ａ、２０ｂを有する。以下、説明の便宜上、一方の主面を第１の主面２０ａ（図１における上面）と称し、他方の主面を第２の主面２０ｂ（図２における下面）と称す。半導体基板２０の厚さは、たとえば５０〜５００μｍであり、本実施形態では１５０μｍである。
【００１６】
半導体基板２０には、厚さ方向に沿って貫通する貫通孔２１が複数設けられている。本実施形態では、各貫通孔２１は、半導体基板２０の厚さ方向に直交する断面が円形を呈する円形貫通孔である。貫通孔２１の径は、一例として１００μｍである。
【００１７】
半導体基板２０には、また、第１の絶縁樹脂体２２が設けられている。第１の絶縁樹脂体２２は、層状を呈しており、半導体基板２０の第１の主面２０ａおよび第２の主面２０ｂを覆い、かつ、各貫通孔２１の側面２０ｃを覆っている。貫通孔２１の側面２０ｃを覆う部分の第１の絶縁樹脂体２２の厚さは、一例と２０μｍである。第１の絶縁樹脂体２２は、第１の主面２０ａと第２の主面２０ｂと側面２０ｃとを一体的に覆っている。第１の絶縁樹脂体２２は、後述するフィラー２６を含む樹脂で構成されている。本実施形態では、第１の絶縁樹脂体２２の樹脂として熱硬化性樹脂の一種であるエポキシ系熱硬化性樹脂を採用している。
【００１８】
半導体基板２０の貫通孔２１のそれぞれには貫通配線２４が設けられている。各貫通配線２４は、第１の絶縁樹脂体２２を介して各貫通孔２１の側面２０ｃを覆っている。貫通配線２４は、貫通孔２１の開口周縁まで延びており、開口周縁において種々の電極端子や配線と電気的に接続されている。これらの電極端子や配線を用いて、半導体基板２０の主面２０ａ、２０ｂ上に図示しない各種電子部品が搭載される。各貫通配線２４は、たとえば金属材料で構成されており、ＣｕやＣｒ等が採用され得る。貫通配線２４は、本実施形態では、後述する電解めっきにより形成されるめっき配線である。各貫通配線２４は、貫通孔２１の延在方向（すなわち、半導体基板２０の厚さ方向）に対して平行に延びる貫通孔２５を有している。貫通配線２４の貫通孔２５は、半導体基板２０の貫通孔２１同様、半導体基板２０の厚さ方向に直交する断面が円形を呈する円形貫通孔であり、本実施形態では半導体基板２０の厚さ方向に直交する断面において貫通孔２１と貫通孔２５とは同心円状に形成されている。すなわち、半導体基板２０の貫通孔２１内において貫通配線２４は円筒状を成している。貫通配線２４の円筒状部分の厚さは一例として１０μｍであり、貫通孔２５の径は一例として５０μｍである。
【００１９】
半導体基板２０には、さらに、第２の絶縁樹脂体３０が設けられている。第２の絶縁樹脂体３０は、貫通配線２４の貫通孔２５により画成された空間を充たすとともに、貫通孔２１から露出した貫通配線２４の端部を覆っている。第２の絶縁樹脂体３０は、貫通配線２４の貫通孔２５内において円柱状を成している。第２の絶縁樹脂体３０は、樹脂で構成されており、本実施形態では感光性樹脂の一種であるアクリル−エポキシ混合系の感光性樹脂を採用している。図２に示すように、本実施形態では、第２の絶縁樹脂体３０は２つの樹脂部３２、３４で構成されている。２つの樹脂部３２、３４は、貫通配線２４の貫通孔２５内において互いに接合されている。より具体的には、半導体基板２０の厚さ方向に関し、貫通孔２５の略中央位置において樹脂部３２、３４が互いに接合されている。以下、説明の便宜上、２つの樹脂部３２、３４のうちの第１の主面２０ａ側に位置する方を第１の樹脂部３２と称し、第２の主面２０ｂ側に位置する方を第２の樹脂部３４と称す。第１の樹脂部３２と第２の樹脂部３４とは、同一の樹脂材料で構成されていてもよく、異なる樹脂材料で構成されていてもよい。
【００２０】
第１の絶縁樹脂体２２を構成する材料に関しては、図３に示すように、第１の絶縁樹脂体２２は複数のフィラー２６を含んでいる。各フィラー２６は、絶縁性を有する材料で構成されており、本実施形態ではＳｉＯ２で構成されている。フィラー２６の一部は、第１の絶縁樹脂体２２と貫通配線２４との界面に露出して、貫通配線２４に食い込んでいる。フィラー２６の露出は、めっき配線である貫通配線２４をめっき形成する際（具体的にはシード層を形成する際）に起こり得る。
【００２１】
続いて、上述した半導体装置１０を製造するための手順について、図４、５を参照しつつ説明する。
【００２２】
半導体装置１０を製造する際には、図４（ａ）に示すように、まず、半導体基板２０となるべきＳｉ基板であって、半導体基板２０の厚さより厚いＳｉ基板（たとえば、２００μｍ厚さ）を準備する。そして、貫通孔２１となるべき穴２８を、深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）等を利用して形成する。
【００２３】
次に、図４（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板を穴２８が形成されていない方の面から研磨して１５０μｍまで薄くする。この研磨により、穴２８が貫通して、貫通孔２１を有する半導体基板２０が得られる。
【００２４】
続いて、図４（ｃ）に示すように、半導体基板２０の主面２０ａ、２０ｂを、第１の絶縁樹脂体２２を構成する材料からなる樹脂フィルム（ドライフィルム）で覆う。このとき、真空ラミネート技術を用いて、両主面２０ａ、２０ｂを２枚の樹脂フィルムで同時に覆う。また、このとき、第１の絶縁樹脂体２２を構成する材料は貫通孔２１内を完全に充たしている。
【００２５】
さらに、図５（ａ）に示すように、貫通孔２１の位置においてレーザ加工をおこない、貫通孔２１を充たす材料を一部除去して貫通させる。それにより、貫通孔２１の側面２０ｃを膜状の樹脂材料で覆う上述した第１の絶縁樹脂体２２が得られる。なお、レーザ加工にはＵＶ−ＹＡＧレーザを用いることができる。
【００２６】
その後、図５（ｂ）に示すように、半導体基板２０の貫通孔２１のそれぞれに貫通配線２４を形成する。貫通配線２４は電解めっきによって形成する。すなわち、貫通配線２４を形成する際には、まず、貫通配線２４の形成領域にシード層を形成する。たとえば、主面２０ａ、２０ｂ側のシード層はＣｒやＣｕ等のスパッタリングにより形成することができ、貫通孔２１内のシード層はＣｕ等の無電解めっきにより形成することができる。そして、適宜シード層のパターニングをおこなった後、シード層を用いて電解めっきによりＣｕめっき層を形成する。なお、貫通配線２４の形成時に、主面２０ａ、２０ｂ上に第１の絶縁樹脂体２２を介して電極端子や配線が同時に形成され得る。
【００２７】
最後に、図５（ｃ）に示すように、貫通配線２４の貫通孔２５を第２の絶縁樹脂体３０で充たすことで、上述した半導体装置１０が得られる。第２の絶縁樹脂体３０は、第１の絶縁樹脂体２２と同様に形成される。すなわち、真空ラミネート技術を用いて、第１の樹脂部３２を構成する材料からなる樹脂フィルムで第１の主面２０ａ側を覆うと同時に、第２の樹脂部３４を構成する材料からなる樹脂フィルムで第２の主面２０ｂ側も覆う。半導体基板２０の主面２０ａ、２０ｂ側に位置する第２の絶縁樹脂体３０は、フォトリソグラフィ技術を用いて適宜パターニングされる。
【００２８】
上述した半導体装置１０においては、第２の絶縁樹脂体３０の熱膨張係数をＣＴＥ１とし、第１の絶縁樹脂体２２の熱膨張係数をＣＴＥ２としたときに、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２の関係が成り立っている。第２の絶縁樹脂体３０の熱膨張係数（ＣＴＥ１）は、たとえば３０〜１００ｐｐｍ／Ｋの範囲であり、一例として４０ｐｐｍ／Ｋである。第１の絶縁樹脂体２２の熱膨張係数（ＣＴＥ２）は、たとえば２０〜７０ｐｐｍ／Ｋの範囲であり、一例として２３ｐｐｍ／Ｋである。第１の絶縁樹脂体２２にはフィラー２６が含まれていることで、第１の絶縁樹脂体２２の熱膨張係数ＣＴＥ２は比較的低くなっている。なお、半導体基板２０を構成するＳｉは一般的な樹脂材料に比べて熱膨張係数が顕著に低いため、第２の絶縁樹脂体３０がフィラー２６を含むことで半導体基板２０の熱膨張係数に近づけられていると言うこともできる。
【００２９】
また、貫通配線２４は金属材料で構成されているため、樹脂を含む第１の絶縁樹脂体２２や第２の絶縁樹脂体３０の熱膨張係数ＣＴＥ１、ＣＴＥ２に比べて低くなっている。そのため、貫通配線２４の熱膨張係数をＣＴＥ３とすると、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立っている。貫通配線２４の熱膨張係数（ＣＴＥ３）は、たとえば５〜２０ｐｐｍ／Ｋの範囲であり、一例として１７ｐｐｍ／Ｋである。
【００３０】
そして、半導体装置１０では、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立っているため、図６に示すように、半導体装置１０の昇温時には、第１の絶縁樹脂体２２の膨張よりも第２の絶縁樹脂体３０の膨張のほうが優勢となる。半導体装置１０の昇温は、たとえば製造時における熱処理や半導体装置１０に搭載される電子部品の発熱により生じ得る。半導体基板２０の厚さ方向に直交する断面では、貫通配線２４の貫通孔２５内における第２の絶縁樹脂体３０の膨張は、貫通配線２４を第１の絶縁樹脂体２２に押し付けるように働く。そのため、第１の絶縁樹脂体２２に向けて押圧される貫通配線２４では、第１の絶縁樹脂体２２から剥離しにくくなっている。したがって、半導体装置１０では、高い信頼性が実現されている。
【００３１】
特に、半導体装置１０では、第１の絶縁樹脂体２２と貫通配線２４との界面にフィラー２６が露出しており、該界面において剥離が生じやすい状態となっている。そこで、ＣＴＥ１＞ＣＴＥ２＞ＣＴＥ３の関係が成り立つ構成とすることで、貫通配線２４が第１の絶縁樹脂体２２から剥離する事態が効果的に抑制されている。
【００３２】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変更を行うことができる。たとえば、第２の絶縁樹脂体は、必ずしも複数の樹脂部で構成する必要はなく、１つの樹脂部で構成することもできる。また、半導体基板に設けられる貫通孔は、円形貫通孔に限らず、多角形貫通孔や楕円形貫通孔であってもよい。また、半導体基板に設けられる貫通孔の数は、適宜増減することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１０…半導体装置、２０…半導体基板、２０ａ、２０ｂ…主面、２０ｃ…側面、２１…貫通孔、２２…第１の絶縁樹脂体、２４…貫通配線、２５…貫通孔、２６…フィラー、３０…第２の絶縁樹脂体、３２、３４…樹脂部。
【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】
2019165055.tif 000007
【図６】
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