(57)【要約】【課題】信頼性の高い半導体装置、電子装置、及び、半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】半導体装置は、厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーとを含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーと
を含む、半導体装置。
【請求項２】
前記金属ピラーの前記一端と前記他端の間の長さは、前記貫通電極と前記金属ピラーとによって構築される電流経路に電流が流れた場合に成長して最大化した前記合金から突出する長さである、請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記貫通電極は、銅ピラー、銅製の貫通ビア、銅製のパッド、又は、銅製の配線である、請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記金属ピラーは、平面視で前記銅電極を内包するように配置される、請求項１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項５】
前記半導体層は、
回路と、
前記一方の面に設けられ、前記回路に接続されるとともに前記貫通電極の前記一端に接続される電極と
をさらに有し、
前記貫通電極は、前記電極を介して前記金属ピラーに接続される、請求項１乃至４のいずれか一項記載の半導体装置。
【請求項６】
半導体装置と、
電極を有する基板と、
錫を含み、前記半導体装置と前記基板の電極とを接続するはんだと
を含む電子装置であって、
前記半導体装置は、
厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、前記はんだによって前記銅電極及び当該金属ピラーが前記基板の電極と接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーと
を有する、電子装置。
【請求項７】
半導体層に、厚さ方向に貫通する貫通電極を形成する工程と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極を形成する工程と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーを形成する工程と
を含む、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、電子装置、及び、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体チップと、前記半導体チップがフリップチップ実装されている配線基板と、を備え、前記半導体チップは、電極パッドと、前記電極パッド上に形成されている銅ピラーと、を備える半導体装置がある。
【０００３】
前記配線基板は、銅を含む金属からなる接続端子を有しており、前記銅ピラーと前記接続端子は、錫を含有しているはんだ層を介して接続しており、前記銅ピラーと前記はんだ層の間、及び前記はんだ層と前記接続端子の間の一方にのみニッケル層が形成されており、前記はんだ層の厚みの最小値が２０μｍ以下である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１１５１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のように銅ピラーとはんだ層の間にニッケル層を設けても、銅ピラーとはんだ層の間に電流が流れると、銅ピラーの銅とはんだ層の錫との合金層が生じる。合金層は、銅ピラー及びはんだ層よりも抵抗が高いため、電流が流れることによってジュール熱が生じ、銅と錫との合金化がさらに進行し、錫から銅錫合金への移行による体積変動からカーケンダルボイドが生じるおそれがある。
【０００６】
このようなカーケンダルボイドが生じると、はんだ層での電流密度の上昇によってはんだ層の温度が上昇し、はんだ層の溶融又はカーケンダルボイドの成長によってはんだ層が断線するおそれがある。はんだ層の断線は、半導体装置の信頼性低下に繋がる。
【０００７】
そこで、信頼性の高い半導体装置、電子装置、及び、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】
【０００８】
本発明の実施の形態の半導体装置は、厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーとを含む。
【発明の効果】
【０００９】
信頼性の高い半導体装置、電子装置、及び、半導体装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】半導体装置１００を含む電子装置２００の断面構造を示す図である。
【図２】半導体装置１００の断面構造を示す図である。
【図３】半導体装置１００の銅電極１２２の周囲に生じる合金層１２２Ｇを示す図である。
【図４】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図５】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図６】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図７】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図８】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図９】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図１０】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図１１】半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【図１２】実施の形態の変形例の半導体装置１００Ｍを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の半導体装置、電子装置、及び、半導体装置の製造方法を適用した実施の形態について説明する。
【００１２】
＜実施の形態＞
図１は、半導体装置１００を含む電子装置２００の断面構造を示す図である。図２は、半導体装置１００の断面構造を示す図である。図１及び図２には、共通の断面を示す。また、以下では、説明の便宜上、図中における上下関係を用いて説明するが、普遍的な上下関係を表すものではない。
【００１３】
電子装置２００は、基板１０、半導体チップ２０、及び半導体装置１００を含む。ここでは、電子装置２００が半導体チップ２０を含むものとして説明するが、半導体チップ２０を含まなくてもよい。
【００１４】
基板１０は、基板本体１１及び電極１２を有する。基板本体１１は、例えば、ＦＲ−４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板であり、内層を有する多層基板であってもよい。基板本体１１の上面には、電極１２が設けられている。電極１２は、銅めっき層１２Ａとニッケル層１２Ｂとを積層した構成を有する。
【００１５】
基板１０の電極１２は、はんだ１３によって半導体チップ２０のニッケルピラー１３０及び電極１２２に接続されている。はんだ１３は、錫、銀、及び銅を含む、所謂鉛フリーはんだである。
【００１６】
半導体チップ２０は、半導体製造方法によって作製されるＩＣ(Integrated Circuit：集積回路)等を含むチップ本体２１と、チップ本体２１の下面に設けられる電極２２とを有する。電極２２は、チップ本体２１側からアルミニウム、チタン、銅、ニッケルを積層した構造を有する。半導体チップ２０は、電極２２がはんだ２３を介して半導体装置１００の銅ピラー１１０に接続されることによって、半導体装置１００に接続されている。
【００１７】
半導体装置１００は、シリコン層１０１、銅ピラー１１０、下部配線層１２１、電極１２２、ニッケルピラー１３０、及びパッシベーション膜１４０を有する。
【００１８】
シリコン層１０１は、シリコンウェハを個片化したものであり、下部に酸化シリコン層１０１Ａが設けられている。シリコン層１０１は、半導体層の一例である。シリコン層１０１には、厚さ方向に貫通する４つの貫通孔の内部に、銅ピラー１１０が充填されている。ここでは、シリコン層１０１にＩＣ等の回路が形成されていない形態について説明する。
【００１９】
銅ピラー１１０は、銅めっき処理で形成される円柱状の部材であり、シリコン層１０１を厚さ方向（図中縦方向）に貫通して設けられている。銅ピラー１１０は、貫通電極の一例である。
【００２０】
銅ピラー１１０の上端には、ニッケル層１１０Ａが設けられている。ニッケル層１１０Ａは、銅ピラー１１０の上端の界面を保護するために設けられている。銅ピラー１１０及びニッケル層１１０Ａは、基板１０と半導体チップ２０を電気的に接続するために設けられている。
【００２１】
銅ピラー１１０及びニッケル層１１０Ａは、例えば、シリコン層１０１の上にニッケル層１１０Ａの上面と同じ高さまでレジストを形成し、レジスト及びシリコン層１０１に図中縦方向に貫通する４本の貫通孔を形成し、めっき処理で貫通孔内に銅とニッケルを充填した後に、レジストを除去することによって作製することができる。銅ピラー１１０及びニッケル層１１０Ａは、基板１０と半導体チップ２０との電気的な接続を実現するために設けられている。
【００２２】
下部配線層１２１は、シリコン層１０１の下面で４本の銅ピラー１１０と２本のニッケルピラー１３０とを互いに電気的に接続するために設けられている。下部配線層１２１は、シリコン層１０１の下面から順に、チタン層１２１Ａ、銅層１２１Ｂ、銅めっき層１２１Ｃを積層した構造を有する。下部配線層１２１は、シリコン層１０１とパッシベーション膜１４０によって覆われている。パッシベーション膜１４０は、例えば、感光性を有するポリイミド樹脂製である。
【００２３】
電極１２２は、下部配線層１２１の下に設けられている。電極１２２は、はんだ１３を介して基板１０の電極１２と接続される。電極１２２は、下部配線層１２１がある上側から下側にかけて、チタン層１２２Ａ、銅層１２２Ｂ、銅めっき層１２２Ｃ、及びニッケルめっき層１２２Ｄを順番に積層した構成を有する。なお、銅層１２２Ｂと銅めっき層１２２Ｃの間に境界線を示すが、実際には一体化されて１つの銅層になっている。
【００２４】
ニッケルピラー１３０は、下部配線層１２１及び電極１２２を縦方向（厚さ方向）に貫通する２本の貫通孔１２３の中に設けられている。２本の貫通孔１２３は、横方向に４本配列される銅ピラー１１０のうちの中央の２本の下端を表出させるように形成されている。ニッケルピラー１３０は、金属ピラーの一例である。
【００２５】
貫通孔１２３は、円筒状であり、２本の銅ピラー１１０の円柱形状よりも大きな直径を有し、平面視で貫通孔１２３の円の中に、銅ピラー１１０が収まるように配置されている。２本の貫通孔１２３の内部には、ニッケルピラー１３０が充填され、ニッケルピラー１３０の上端は、銅ピラー１１０の下端に直接的に接続される。
【００２６】
このため、ニッケルピラー１３０は円柱状であり、ニッケルピラー１３０の直径は、銅ピラー１１０の直径よりも大きく、かつ、平面視でニッケルピラー１３０の円形の内部に銅ピラー１１０の円形が収まる（内包される）ように配置されている。この理由については後述する。
【００２７】
また、ニッケルピラー１３０は、下部配線層１２１及び電極１２２の２本の貫通孔１２３よりも、さらに下方に延在している。ニッケルピラー１３０の長さ（円柱形状の中心軸に沿った長さ）は、次のように設定される。ここでは、図３を用いて説明する。図３は、半導体装置１００の銅電極１２２の周囲に生じる合金層１２２Ｇを示す図である。図３には、はんだ１３も示す。
【００２８】
銅ピラー１１０及びニッケルピラー１３０に電流を流すと、電極１２２とはんだ１３の合金層１２２Ｇが生じる。合金層１２２Ｇは、電極１２２の銅（銅層１２２Ｂ及び銅めっき層１２２Ｃに含まれる銅）と、はんだ１３の錫との合金層１２２Ｇ１と、電極１２２のニッケル（ニッケルめっき層１２２Ｄに含まれるニッケル）と、はんだ１３の錫との合金層１２２Ｇ２とである。合金層１２２Ｇ１は銅と錫の合金であり、合金層１２２Ｇ２はニッケルと錫の合金である。
【００２９】
銅と錫の合金である合金層１２２Ｇ１の抵抗値は、銅ピラー１１０、はんだ１３、及びニッケルピラー１３０の抵抗値よりも高いため、電流が流れることによってジュール熱が生じ、合金層１２２Ｇ１が成長するおそれがある。
【００３０】
半導体装置１００では、銅ピラー１１０よりも直径の大きいニッケルピラー１３０と銅ピラー１１０とを直接接続し、かつ、平面視で銅ピラー１１０がニッケルピラー１３０の円形に内包されるように配置している。銅ピラー１１０よりもニッケルピラー１３０の直径が大きいことは、銅ピラー１１０の平面面積よりもニッケルピラー１３０の平面面積が大きいことを意味する。平面面積とは、円柱形状の場合、両端に位置する円形表面の面積である。
【００３１】
このため、半導体装置１００の使用過程で銅ピラー１１０とニッケルピラー１３０で構築される電流経路に電流を流しても、銅ピラー１１０とニッケルピラー１３０との電気的な接続状態に変化は生じず、電流経路は確保される。仮に、銅層１２２Ｂ及び銅めっき層１２２Ｃの全体が銅と錫の合金になったとしても（銅層１２２Ｂ及び銅めっき層１２２Ｃの全体が合金層１２２Ｇ１に含まれることになったとしても）、銅ピラー１１０とニッケルピラー１３０との間の電流経路は確保される。
【００３２】
一方、ニッケルピラー１３０とはんだ１３との間の電気的な接続状態は、合金層１２２Ｇ１が下方向に成長すると変化するおそれがある。仮に、ニッケルピラー１３０とはんだ１３との間に銅と錫の合金である合金層１２２Ｇ１が介在することになると、合金層１２２Ｇ１で発生するジュール熱によって生じうるカーケンダルボイドによって、ニッケルピラー１３０とはんだ１３との間の電気的な接続が失われるおそれがある。
【００３３】
そこで、半導体装置１００では、銅層１２２Ｂ及び銅めっき層１２２Ｃにおける銅の含有量、及び、ニッケルピラー１３０とはんだ１３に流れる電流の電流密度等から、合金層１２２Ｇ１が成長した場合の最大のサイズを計算している。そして、ニッケルピラー１３０の円柱形状の中心軸方向（図中の縦方向）の長さを、合金層１２２Ｇ１が最大化しても、ニッケルピラー１３０が合金層１２２Ｇ１よりも下方に突出してはんだ１３に直接的に接続される状態が保たれるような長さに設定している。ニッケルピラー１３０の長さは、一端（図中上端）と他端（図中の下端）の間の長さである。
【００３４】
合金層１２２Ｇ１のサイズは、あるサイズで飽和するため、飽和するサイズを最大のサイズとして求め、半導体装置１００の製品寿命の最後まで、ニッケルピラー１３０とはんだ１３との接続が確保されるようにしている。
【００３５】
また、ニッケルピラー１３０の表面には、ニッケルピラー１３０のニッケルと、はんだ１３の錫との合金層１３０Ｇが生じる場合が有り得るが、ニッケルと錫の合金の抵抗値は、十分に低く、ジュール熱の問題が発生することはない。このため、合金層１３０Ｇは、ニッケルピラー１３０とはんだ１３との電気的な接続状態に悪影響を及ぼさない。
【００３６】
以上のように、実施の形態によれば、銅ピラー１１０よりも直径の大きいニッケルピラー１３０と銅ピラー１１０とを直接接続し、かつ、平面視で銅ピラー１１０がニッケルピラー１３０の円形に内包されるように配置している。さらに、ニッケルピラー１３０は、合金層１２２Ｇ１が最大のサイズまで成長しても、合金層１２２Ｇ１から下端が突出する長さを有する。
【００３７】
このため、半導体装置１００の使用過程で銅ピラー１１０とニッケルピラー１３０で構築される電流経路に電流を流しても、銅ピラー１１０とニッケルピラー１３０との電気的な接続状態に変化は生じず、電流経路は確保される。
【００３８】
従って、信頼性の高い半導体装置１００、及び、半導体装置１００を含む電子装置２００を提供することができる。
【００３９】
次に、図４乃至図１１を用いて半導体装置１００の製造方法について説明する。図４乃至図１１は、半導体装置１００の製造工程を示す図である。
【００４０】
まず、図４（Ａ）に示すように、下部に酸化シリコン層１０１Ａを設けたシリコン層１０１に、銅ピラー１１０を貫通させ、銅ピラー１１０の上端にニッケル層１１０Ａを設けた構造体１００Ａ１を用意する。
【００４１】
次に、構造体１００Ａ１の下面に、スパッタ法でチタン層１２１Ａ１と銅層１２１Ｂ１を形成し、図４（Ｂ）に示す構造体１００Ａ２を作製する。
【００４２】
次に、構造体１００Ａ２の銅層１２１Ｂ１の下面にフォトレジスト１５０Ａを塗布し、露光してパターニングして４本の銅ピラー１１０の下側の部分を除去して銅層１２１Ｂ１を露出させることにより、図５（Ａ）に示す構造体１００Ａ３を作製する。
【００４３】
次に、構造体１００Ａ３の銅層１２１Ｂ１の下面に、銅めっき層１２１Ｃ１を形成することにより、図５（Ｂ）に示す構造体１００Ａ４を作製する。この処理は、銅ピラー１１０に電圧を印加し、電解めっき処理で行えばよい。
【００４４】
次に、構造体１００Ａ４からフォトレジスト１５０Ａをウェットエッチング処理で除去するとともに、チタン層１２１Ａ１と銅層１２１Ｂ１のうち、銅めっき層１２１Ｃ１よりも横方向に突出している部分をエッチング処理で除去する。これにより、図５（Ｂ）に示すチタン層１２１Ａ１と銅層１２１Ｂ１は、チタン層１２１Ａ２と銅層１２１Ｂ２になり、図６（Ａ）に示す構造体１００Ａ５が作製される。なお、チタン層１２１Ａ２と銅層１２１Ｂ２を形成するためのエッチング処理は、例えば、マスクを用いたウェットエッチング処理又はＲＩＥ(Reactive Ion Etching)処理で行えばよい。ウェットエッチング処理の場合は、銅をエッチングする溶液と、チタンをエッチングする溶液とを使い分ければよい。
【００４５】
次に、構造体１００Ａ５の下部に、チタン層１２１Ａ２、銅層１２１Ｂ２、及び銅めっき層１２１Ｃ１の側面と、銅めっき層１２１Ｃ１の下面とを覆うパッシベーション膜１４０Ａ１を形成することによって、図６（Ｂ）に示す構造体１００Ａ６を作製する。パッシベーション膜１４０Ａ１は、一例として、感光性のポリイミド樹脂である。
【００４６】
次に、パッシベーション膜１４０Ａ１のうち、４本の銅ピラー１１０のうちの中央の２本の下側に位置する部分を開口することにより、図７（Ａ）に示すパッシベーション膜１４０Ａ２を有する構造体１００Ａ７を作製する。パッシベーション膜１４０Ａ２は、開口部１４０Ａ２Ａを有する。開口部１４０Ａ２Ａは、図６（Ｂ）に示す構造体１００Ａ６のパッシベーション膜１４０Ａ１に対して、開口部１４０Ａ２Ａを形成したい部位に、露光、現像をして孔を開けることによって作製される。
【００４７】
次に、スパッタ法により、パッシベーション膜１４０Ａ２と開口部１４０Ａ２Ａに、チタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１を順次形成することにより、図７（Ｂ）に示す構造体１００Ａ８を作製する。チタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１は、開口部１４０Ａ２Ａに合わせた段差を有する断面形状になる。銅層１２２Ｂ１のうち、開口部１４０Ａ２Ａに合わせて上側に凹んでいる部分は、凹部１２２Ｂ１Ｂである。
【００４８】
次に、構造体１００Ａ８の銅層１２２Ｂ１のうち、凹部１２２Ｂ１Ｂ以外の部分の下面にフォトレジストを塗布し、図８（Ａ）に示すように開口部１４０Ａ２Ａよりも少し幅が広い範囲までパターニングして除去することにより、銅層１２２Ｂ１の下面にフォトレジスト１５０Ｂが形成された構造体１００Ａ９を作製する。フォトレジスト１５０Ｂは、開口１５０Ｂ１を有する。開口１５０Ｂ１は、フォトレジストに露光を行ってパターニングすることによって形成される。
【００４９】
次に、銅ピラー１１０の上部に電圧を印加しながら電解めっき処理を行い、銅めっき層１２２Ｃ１とニッケルめっき層１２２Ｄ１を形成することによって、図８（Ｂ）に示す構造体１００Ａ１０を作製する。
【００５０】
次に、構造体１００Ａ１０に対してエッチング処理を行い、フォトレジスト１５０Ｂを除去するとともに、パッシベーション膜１４０Ａ２の下部にあるチタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１を除去することによって、図９（Ａ）に示す構造体１００Ａ１１を作製する。この工程では、図８（Ｂ）に示すチタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１のうち、横方向において、銅めっき層１２２Ｃ１とニッケルめっき層１２２Ｄ１よりも外側にある部分が除去される。従って、図８（Ｂ）に示すチタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１のうちパッシベーション膜１４０Ａ２の下部にある部分であっても、銅めっき層１２２Ｃ１とニッケルめっき層１２２Ｄ１の幅の内部に含まれる部分は除去されずに残される。
【００５１】
この処理により、図８（Ｂ）に示すチタン層１２２Ａ１と銅層１２２Ｂ１は、チタン層１２２Ａ２と銅層１２２Ｂ２になる。なお、フォトレジスト１５０Ｂを除去は、ウェットエッチング処理で行えばよく、チタン層１２２Ａ２と銅層１２２Ｂ２を形成するためのエッチング処理は、マスクを用いたウェットエッチング処理又はＲＩＥ処理で行えばよい。ウェットエッチング処理の場合は、銅をエッチングする溶液と、チタンをエッチングする溶液とを使い分ければよい。
【００５２】
次に、構造体１００Ａ１１の下部にフォトレジストを塗布し、露光してパターニングすることによって２本のニッケルピラー１３０を形成する領域をニッケルめっき層１２２Ｄ１が表出するまで除去することにより、図９（Ｂ）に示すフォトレジスト１５０Ｃが形成された構造体１００Ａ１２を作製する。フォトレジスト１５０Ｃは、２本のニッケルピラー１３０に対応する貫通孔１５０Ｃ１を有する。貫通孔１５０Ｃ１の形成は、例えば、マスクを用いたウェットエッチング処理とＲＩＥ処理とを組み合わせたエッチング工程、又は、ＲＩＥ処理によるエッチング工程で行えばよい。
【００５３】
次に、構造体１００Ａ１２のチタン層１２１Ａ２、銅層１２１Ｂ２、銅めっき層１２１Ｃ１、チタン層１２２Ａ２、銅層１２２Ｂ２、銅めっき層１２２Ｃ１、及びニッケルめっき層１２２Ｄ１のうち、２本の貫通孔１５０Ｃ１の真上にある部分をエッチング処理で除去することにより、図１０（Ａ）に示す構造体１００Ａ１３を作製する。このエッチング処理は、例えば、マスクを用いたウェットエッチング処理とＲＩＥ処理とを組み合わせたエッチング工程、又は、ＲＩＥ処理によるエッチング工程で行えばよい。ウェットエッチング処理の場合は、銅をエッチングする溶液と、チタンをエッチングする溶液と、ニッケルをエッチングする溶液とを使い分ければよい。
【００５４】
このエッチング処理により、チタン層１２１Ａ２、銅層１２１Ｂ２、及び銅めっき層１２１Ｃ１は、それぞれ、チタン層１２１Ａ、銅層１２１Ｂ、及び銅めっき層１２１Ｃになる。また、チタン層１２２Ａ２、銅層１２２Ｂ２、銅めっき層１２２Ｃ１、及びニッケルめっき層１２２Ｄ１は、それぞれ、チタン層１２２Ａ、銅層１２２Ｂ、銅めっき層１２２Ｃ、及びニッケルめっき層１２２Ｄになる。
【００５５】
また、この処理により、チタン層１２１Ａ、銅層１２１Ｂ、銅めっき層１２１Ｃ、チタン層１２２Ａ、銅層１２２Ｂ、銅めっき層１２２Ｃ、及びニッケルめっき層１２２Ｄには、貫通孔１５０Ｃ２が形成される。貫通孔１５０Ｃ２は、フォトレジスト１５０Ｃから２本の銅ピラー１１０の下面と酸化シリコン層１０１Ａとにまで到達している。
【００５６】
次に、４本の銅ピラー１１０のうちの中央の２本に電圧を印加して電解めっき処理を行って、構造体１００Ａ１３の２本の貫通孔１５０Ｃ２の内部にニッケルめっきを充填することによって、ニッケルピラー１３０を形成する。この処理で図１０（Ｂ）に示す構造体１００Ａ１４が作製される。
【００５７】
そして、最後に、構造体１００Ａ１４にエッチング処理を行ってフォトレジスト１５０Ｃを除去すれば、図１１に示す半導体装置１００が完成する。
【００５８】
なお、以上では、シリコン層１０１に銅ピラー１１０が設けられている形態について説明したが、銅ピラー１１０の代わりに、銅製の貫通ビアが設けられていてもよい。この場合には、銅製の貫通ビアの下面にニッケルピラー１３０が直接的に接続されるようにすればよい。銅製の貫通ビアと、ニッケルピラー１３０との平面での面積（平面面積）及び位置関係が、上述した銅ピラー１１０及びニッケルピラー１３０と同様であればよい。
【００５９】
また、銅ピラー１１０の代わりに、シリコン層１０１の下面に、銅製のパッド、又は、銅製の配線が設けられていてもよい。この場合には、銅製のパッド、又は、銅製の配線の端子の下面にニッケルピラー１３０が直接的に接続されるようにすればよい。銅製のパッド、又は、銅製の配線の端子と、ニッケルピラー１３０との平面面積及び位置関係が、上述した銅ピラー１１０及びニッケルピラー１３０と同様であればよい。
【００６０】
また、以上では、ニッケルピラー１３０を用いる形態について説明したが、ニッケルピラー１３０の代わりに、ニッケルを含む合金製のピラーを用いてもよい。ニッケルを含む合金としては、はんだ付け性を改善する目的で、ニッケルに金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、又はパラジウム（Ｐｄ）等を添加した合金を用いることができる。これらの金属の添加量は、１０％程度である。
【００６１】
また、以上では、シリコン層１０１には回路が形成されていない形態について説明したが、シリコン層１０１にはＩＣ等の回路が形成されていてもよい。図１２は、実施の形態の変形例の半導体装置１００Ｍを示す図である。図１２では、各構成要素を簡略化するとともに、１つの銅ピラー１１０Ｍに対応する部分を拡大して示す。
【００６２】
半導体装置１００Ｍは、シリコン層１０１Ｍ、銅ピラー１１０Ｍ、電極１２２Ｍ、ニッケルピラー１３０Ｍを含む。銅ピラー１１０Ｍ、電極１２２Ｍ、ニッケルピラー１３０Ｍは、それぞれ、図２の銅ピラー１１０、電極１２２、ニッケルピラー１３０と同様である。なお、ここでは、図２に示す下部配線層１２１及びパッシベーション膜１４０を省略する。
【００６３】
シリコン層１０１Ｍは、内部に回路１０１Ｍ１を有するとともに、下面に電極１０１Ｍ２を有する。電極１０１Ｍ２は、例えば銅めっき製であり、下面にニッケル層が形成されていてもよい。回路１０１Ｍ１は、銅ピラー１１０Ｍに電気的に接続されている。
【００６４】
ニッケルピラー１３０Ｍの上端側は、電極１２２Ｍを貫通しており、パッド１６０Ｍを介して電極１０１Ｍ２に接続されている。ニッケルピラー１３０Ｍの銅電極１２２Ｍよりも下側と、及び電極１２２Ｍとは、図３に示すはんだ１３と同様のはんだに接続される。
【００６５】
このように、シリコン層１０１Ｍが回路１０１Ｍ１を含む半導体装置１００Ｍにおいても、電極１２２Ｍを貫通するニッケルピラー１３０Ｍと銅ピラー１１０Ｍとを接続してもよい。ニッケルピラー１３０Ｍと銅ピラー１１０Ｍとは、電極１０１Ｍ２及びパッド１６０Ｍを介して接続される。ニッケルピラー１３０Ｍ及び銅ピラー１１０Ｍの平面面積の関係と、ニッケルピラー１３０Ｍ及び銅ピラー１１０Ｍの平面視での位置関係は、図１乃至図３を用いて説明したニッケルピラー１３０と銅ピラー１１０と同様である。
【００６６】
以上、本発明の例示的な実施の形態の半導体装置、電子装置、及び、半導体装置の製造方法について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーと
を含む、半導体装置。
（付記２）
前記金属ピラーの前記一端と前記他端の間の長さは、前記貫通電極と前記金属ピラーとによって構築される電流経路に電流が流れた場合に成長して最大化した前記合金から突出する長さである、付記１記載の半導体装置。
（付記３）
前記貫通電極は、銅ピラー、銅製の貫通ビア、銅製のパッド、又は、銅製の配線である、付記１又は２記載の半導体装置。
（付記４）
前記金属ピラーは、平面視で前記銅電極を内包するように配置される、付記１乃至３のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記５）
前記半導体層は、
回路と、
前記一方の面に設けられ、前記回路に接続されるとともに前記貫通電極の前記一端に接続される電極と
をさらに有し、
前記貫通電極は、前記電極を介して前記金属ピラーに接続される、付記１乃至４のいずれか一項記載の半導体装置。
（付記６）
半導体装置と、
電極を有する基板と、
錫を含み、前記半導体装置と前記基板の電極とを接続するはんだと
を含む電子装置であって、
前記半導体装置は、
厚さ方向に貫通する銅製の貫通電極を有する半導体層と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に設けられ、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、前記はんだによって前記銅電極及び当該金属ピラーが前記基板の電極と接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーと
を有する、電子装置。
（付記７）
半導体層に、厚さ方向に貫通する貫通電極を形成する工程と、
前記貫通電極の第１端が位置する前記半導体層の一方の面側に、平面視で前記第１端を内包する開口部を有する銅電極を形成する工程と、
前記半導体層の一方の面側において前記銅電極の開口部に一端が挿入され、前記貫通電極よりも大きな平面面積を有し、前記貫通電極及び前記銅電極に接続される、ニッケル製又はニッケル合金製の金属ピラーであって、錫を含むはんだが前記銅電極及び当該金属ピラーに接続された状態で前記銅電極の銅と前記はんだの錫とによって生じる合金から他端が突出する金属ピラーを形成する工程と
を含む、半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【００６７】
１０  基板
２０  半導体チップ
１００  半導体装置
１０１  シリコン層
１１０  銅ピラー
１２１  下部配線層
１２２  電極
１３０  ニッケルピラー
１４０  パッシベーション膜
２００  電子装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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