(57)【要約】【課題】貫通電極の突出部の表面にめっきを行う際のめっき液に起因した不良品の発生を防止できる等の半導体基板の製造方法を得る。【解決手段】この発明の半導体装置の製造方法は、基板本体１０の表面に有機絶縁膜１４を形成する工程と、有機絶縁膜１４上に支持体を貼り付ける貼り付け工程と、基板本体１０の裏側を、貫通電極７の突出部が露出するまで除去して半導体基板を形成する工程と、突出部の表面にめっき皮膜を形成する被膜工程と、前記支持体および有機絶縁膜１４を前記半導体基板から除去する除去工程を備え、有機絶縁膜１４は、密着性を有するとともに、前記貼り付け工程後の各工程で用いられる薬材に対する耐薬材性を有し、また前記除去工程で用いられる薬材に対して少なくとも溶解、または剥離するものである。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に半導体回路を有する基板本体に窪を形成する工程と、
前記窪に導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、
前記電極と前記埋め込み電極とを電気的に接続する接続工程と、
前記基板本体の表面に有機膜を形成する工程と、
前記有機膜上に前記基板本体の機械的剛性を補足する支持体を貼り付ける貼り付け工程と、
前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の底部が露出し、さらに突出するまで除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化された半導体基板を形成する工程と、
前記突出部の表面に前記めっき皮膜を形成する被膜工程と、
前記支持体および前記有機膜を前記半導体基板から除去する除去工程を備え、前記有機膜は、密着性を有するとともに、前記貼り付け工程後の各工程で用いられる薬材に対する耐薬材性を有し、また前記除去工程で用いられる薬材に対して少なくとも溶解、または剥離するものである半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記有機膜と前記支持体との間に接着層を形成する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記支持体および前記有機膜を前記半導体基板から同一工程で除去する請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記接続工程の後に、前記主面に突起電極を形成する請求項１ないし請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記被膜工程は、液相の選択成長である無電解めっき、または気相の選択成長で行われる請求項１ないし請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記有機膜は、フォトレジストで構成された有機絶縁膜である請求項１ないし請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記有機膜は、導電ペーストで構成された有機導電膜であり、前記電極を同電位に保つことで、前記被膜工程は、電解めっきもしくは無電解めっきで行われる請求項１ないし請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記有機膜は、スピン塗布法により形成される請求項１ないし請求項７の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記支持体は、紫外線透過材料で構成され、前記接着層は紫外線照射によって密着力を失う材料で構成され、
前記除去工程では、前記支持体側から前記接着層に前記紫外線を照射し、また前記薬材である薬液により少なくとも有機膜の周縁部を前記接着層に達する深さまで溶解、除去した後、前記半導体基板から前記支持体を剥離する請求項２ないし請求項８の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記支持体は石英ガラスである請求項９に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主面に半導体回路、電極を有するとともに、主面から裏面に向かって延びた貫通孔を有する半導体基板と、前記貫通孔に設けられ前記裏面から突出した突出部を有する貫通電極と、前記突出部の表面にメッキによりろう材が被膜して形成されためっき皮膜とを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、貫通電極を有する半導体装置の製造において、その製造工程において、接着材を用いて半導体回路を有する基板本体の機械的剛性を補足するための支持体を基板本体に貼り付け、その後支持体の裏側を研削する半導体装置の製造方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−７４８９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の半導体装置の製造方法では、基板本体の裏側を研削する前に、基板本体に接着材のみを介して支持体を貼り付けるため、基板本体と支持体との間で剥がれ易く、このためこの基板本体裏面を除去することによって基板本体に埋め込まれた電極を貫通電極として、裏面から突出させ、その突出部の表面にめっきを行おうとした場合には、めっき液が基板本体と支持体との間から浸透してしまい、不良品が発生してしまうという問題点があった。
また、接着材をより強力なものに代えることでめっき液の浸透の問題は生じないが、最終的に不要となった支持体を剥がす際に、接着材が半導体基板に残留してしまい、その除去が困難で、同様に不良品が発生してしまうという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、貫通電極の突出部の表面にめっきを行う際のめっき液に起因した不良品の発生を防止できる等の半導体基板の製造方法を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に半導体回路を有する基板本体に窪を形成する工程と、前記窪に導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記電極と前記埋め込み電極とを電気的に接続する接続工程と、前記基板本体の表面に有機膜を形成する工程と、前記有機膜上に前記基板本体の機械的剛性を補足する支持体を貼り付ける貼り付け工程と、前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の底部が露出し、さらに突出するまで除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化された半導体基板を形成する工程と、前記突出部の表面に前記めっき皮膜を形成する被膜工程と、前記支持体および前記有機膜を前記半導体基板から除去する除去工程を備え、前記有機膜は、密着性を有するとともに、前記貼り付け工程後の各工程で用いられる薬材に対する耐薬材性を有し、また前記除去工程で用いられる薬材に対して少なくとも溶解、または剥離するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態について説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
実施の形態１．
図１〜図１０はこの発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
この半導体装置は、主面１に半導体回路２、電極３および絶縁層９を有するとともに、主面１から裏面に向かって延びた貫通孔４を有する半導体基板５と、貫通孔４に設けられ裏面から突出した突出部６を有する貫通電極７と、突出部６にろう材である錫が非電解めっきで被覆されためっき皮膜８を備えている。
【０００８】
以下、この半導体装置の製造手順について説明する。
図１は、製造途中の半導体装置の断面図で、シリコンで構成された基板本体１０の表面には、半導体回路２、電極３および絶縁層９が形成されている。
この後は、基板本体１０に窪１１を形成する（図２参照）。
次に、基板本体１０の表面の全域に電解めっきにより銅で構成された埋め込み材１３を形成する（図３参照）。
その次に、不要領域の埋め込み材１３をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって除去し、窪１１に銅が埋め込まれて形成された貫通電極７となる埋め込み電極７ａ、および埋め込め電極７ａと電極３との間の溝に銅が埋め込まれて形成された接続配線１２をそれぞれ形成する（図４参照）。なお、ここまでの工程はいわゆるデュアルダマシン技術の応用である。
【０００９】
その後、半導体装置の製造工程で常用されるフォトレジストであるフェノールノボラック系樹脂を有機絶縁膜１４として塗布する（図５参照）。この場合、塗布方法として半導体装置の製造工程で公知である所謂スピン塗布を用いて塗布する。
次に、有機膜である有機絶縁膜１４上に、ＰＥＴフィルムにアクリル系樹脂を被着した接着材で構成された接着層１５を介して基板本体１０の機械的剛性を補足するシリコンで構成された支持体１６を貼り付ける（図６参照）。
次に、基板本体１０の裏側を、埋め込み電極７ａの端部が露出するまで除去して貫通電極７となし、かつ薄型化された半導体基板５を形成する（図７参照）。基板本体１０の裏側を除去する方法としては、機械的研削、化学的機械研磨、エッチングの何れでもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【００１０】
その後、さらに裏面を除去することで突出させた突出部６の表面に、無電解めっきによる錫めっきを行い、金属溶融接合のためのろう材を施し、めっき皮膜８を形成する（図８参照）。なお、ろう材は、鉛と錫の合金等の低融点金属であればよい。
なお、以下の各実施の形態の説明においても、突出部６に形成するめっき皮膜８は低融点金属によるろう材をもって説明するが、接続する相手の電極にろう材が用いられている場合、ろう材との合金化による接続が容易となる金属、例えば無電解ニッケル−リンめっきとこのニッケル−リン皮膜表面にさらに被着する無電解金めっき、即ち所謂無電解ニッケル−金めっき皮膜でもよく、単に金、白金、パラジウム等であってもよい。
さらに、無電解ニッケル−リンめっき皮膜のように、自己触媒反応により理論的には無限に成長するめっき反応においては、基板本体１０の除去の際に貫通電極７の突出部６を形成する必要は必ずしもなく、自己触媒による無電解めっき反応のみで突出部６を形成することができるため、さらに効率的である。
次に、支持体１６の端部を撓ませ、機械的に半導体基板５から剥離した後（図９参照）、半導体基板５の表面に残留した有機絶縁膜１４をアセトンを用いて除去する（図１０参照）。
なお、支持体および有機絶縁膜の除去は、支持体、その接着材および有機絶縁膜それぞれの材質を選択することにより同一工程で行うこともできる。
【００１１】
上述した半導体装置の製造方法によれば、基板本体１０の表面に有機絶縁膜１４を塗布し、その後接着層１５を介して支持体１６を基板本体１０に貼り付けることで、接着層１５が基板本体１０に直接接触するようなことは無く、支持体１０を基板本体１０から剥離するときに、接着層１５が基板本体１０の表面に残留してしまい、その除去工程を新たに設けなければならないといった不都合なことは生じない。
また、基板本体１０の表面に被覆された有機絶縁膜１４は、半導体装置の製造工程で常用されるフォトレジストで構成されており、有機絶縁膜１４と基板本体１０との界面に薬液または反応ガスが浸透するようなことは無く、突出部６の表面に錫めっきを行う際に、めっき液が有機絶縁膜１４と基板本体１０との間から浸透して基板本体１０の表面の電極３、その他に部分に不要なめっきが不均一に施されたり、腐食の原因になったりすることはない。さらに、この有機絶縁膜１４は、アセトンにより簡単に除去できる性質を持っているために、仮に接着層１５が有機絶縁膜１４の表面に残留しても、この接着層１５は有機絶縁膜１４の除去とともに取れ除かれる。
【００１２】
さらに、フォトレジストの塗布およびその除去は、半導体製造工程できわめて一般に行われている工程であり、この有機絶縁膜１４も半導体装置の製造工程では使い慣れた、安価な材料であり、その塗布方法もきわめて一般的であり、確立されたスピン塗布を用いているので、塗布不良となることもない。加えて、有機絶縁膜１４の除去も一般的に行われている技術であるため、除去不良の発生もない。
【００１３】
実施の形態２．
図１１〜図１３はこの発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
この実施の形態では、図４に示す実施の形態１の接続配線１２を形成した後に、主面１に銅で構成された突起電極１７を形成し（図１１参照）、その後に有機絶縁膜１４をスピン塗布している（図１２参照）。
この後、支持体１６を、接着層１５を介して貼り付ける工程等の後の各工程は、実施の形態１と同様である。
【００１４】
この実施の形態では、塗布の膜厚は、突起電極１７の高さ以上であり、突起電極１７によって生じた基板本体１０の表面の凹凸は平坦化されている。
基板本体１０の表面に凹凸がある場合には、支持体１６を貼り付ける際に気泡の巻き込み等が発生する虞があるが、有機絶縁膜１４の高さ調整により基板本体１０の表面の凹凸は平坦化され、気泡が巻き込まれることなく支持体１６は基板本体１０に貼り付けられる。
また、基板本体１０の裏面研削の際に、突起電極１７がある場合に、この突起電極１７の部分に相当する基板本体１０の裏面が、研磨の砥石により強く押し付けられるため、この部分の基板本体１０の厚が他の部分より薄くなったり、突起電極１７がつぶれたり、変形したりすることによって発生する不良や信頼性の低下が防止される。
【００１５】
実施の形態３．
実施の形態１、２では有機絶縁膜１４を用いたが、この有機絶縁膜１４に代えて、導電性を有する有機導電膜、または導電材料である導電ペーストを流動性の有機材料中に均等に分布させ、塗布後に導電性を有する有機導電膜となる材料を塗布するようにしてもよい。このような公知の有機導電膜を用いた場合には、貫通電極７の突出部６同士は、有機導電膜により短絡しているため、突出部６の表面にろう材によるめっき皮膜８を形成する際に、電気めっきを適用することが可能となる。
導電ペーストとしては、銀、銅、ニッケル等の金属粉や、カーボンブラック等の導電性フィラーを樹脂に練り込んだもの、または電解質を練り込んだ導電性ポリマーであるポリピロール、ポリチオフェンが用いられる。
【００１６】
この実施の形態では、電気めっきを用いることができるので、無電解めっきに比べてめっき皮膜８を厚く形成できるだけでなく、その膜厚の制御性も良く、かつ密着力も大である。
さらに、この有機導電膜を用いることは、突出部のめっき皮膜８を形成する際に前述した無電解めっきを行う場合にも有効である。即ち、同様に貫通電極７の突出部６同士は、有機導電膜により短絡しているため、全ての貫通電極７が同電位に保たれていることにより、有機絶縁膜を用いた場合の各貫通電極間の電位の差異、即ち例えば貫通電極から接続配線１２を介して半導体回路のＰ型に接続しているかＮ型に接続しているかなどによって生じる電極間、あるいは半導体基板からの電位の差異に影響されるめっき皮膜の膜厚ばらつきやめっき皮膜成長不良を発生させることがない。
【００１７】
実施の形態４．
図１４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はこの発明の実施の形態４の半導体装置の製造方法の各工程を示す断面図である。
図１４（ａ）は、半導体基板５に有機絶縁膜１４を塗布し、紫外線照射によって密着力が極端に低下する性質を持った接着層２０を介して、少なくとも紫外線領域で透明な石英ガラスで構成された支持体２１に貼り付けた状態を示す図である。
この実施の形態では、図１４（ｂ）に示すように、支持体２１の側から紫外線Ａを照射して、接着層２０の密着力を弱め、その後図１４（ｃ）に示すように、トルエンである薬液Ｂに浸漬する。
【００１８】
ところで、有機絶縁膜１４が介在しないときには、接着層２０は紫外線照射によって密着力を失うものの、支持体２１は半導体基板５から容易に剥離しない。図１５はそのことを説明する図である。図１５は、有機絶縁膜１４が介在しない状態で、かつ接着層２０は紫外線照射によって密着力を失ったときの様子を示す図であるが、このとき接着層２０の半導体基板５側および支持体２１側の両界面は空気の存在しない、一種の真空状態にある。通常、支持体２１および半導体基板５は、数百平方センチメートル程度の板であり、周囲の大気圧との圧力差から、接着層２０は１気圧のもとでは数百Ｋｇ程度の力で押し付けられていることになる。従って、支持体２１が石英ガラスで構成され、支持体２１を撓み変形させて機械的に半導体基板５から引き剥がすことができない例の場合には、接着層２０が密着力を失っても、支持体２１をこの状態では容易なことでは半導体基板５から引き剥がすことができない。
【００１９】
この引き剥がしを容易にするため、半導体基板５の表面に有機絶縁膜１４を形成しておき、紫外線Ａを照射後、トルエンである薬液Ｂに浸漬することによって、有機絶縁膜１４の周縁部を溶解し、支持体２１の剥離を容易にするものである。即ち、有機絶縁膜１４を完全に溶解するには長時間を要することになるが、薬液の浸透は有機絶縁膜１４の周縁部のみで行われ、周縁部のみの溶解であり、時間は短くて済む一方、この部分に支持体２１（密着力を失った接着層２０を含む）と半導体基板５の間に隙間が生じ、支持体２１と半導体基板５との間での真空状態が破れやすくなり、剥離が容易にできるようになる。
また、実施の形態１〜３における作用、効果は失われることはない。
【００２０】
なお、引き剥がしの容易性のみが要求されるのであれば、支持体２１側に有機絶縁膜１４を形成してもよい。また、引き剥がしの容易性のみが要求されるのであれば、有機絶縁膜１４は、半導体基板５および支持体２１の周縁部から一定幅形成することで接着層と重なる部分があれば、同様な引き剥がしの効果は得られる。この場合も有機絶縁膜は、半導体基板側であっても、支持体側であってもよい。
【００２１】
この実施の形態では、基板本体１０の裏面側の研削、めっき処理等の後不要となった支持体２１を引き剥がす際、有機絶縁膜１４を除去する時に用いるアセトン液によって容易に溶解するため、支持体２１の引き剥がしと有機絶縁膜１４の除去を同時に処理できる。
また、有機絶縁膜１４の溶解によって少なくともその端面において半導体基板５と支持体２１との間に隙間を容易に形成することができるため、上述したように、真空状態が破れやすくなり、真空状態が破れた後は、半導体基板５から支持体２１を機械的に簡単に引き剥がすことができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態１、２では、主に半導体装置の製造工程で用いられるフォトレジストを有機絶縁膜１４として用いたが、フォトレジストである必要性は無い。即ち、流動性を有する液状（ジェル状）の物質が基板本体１０の表面に塗布された後、熱処理等で硬化した皮膜が形成され、この皮膜が、密着性を有するとともに、有機絶縁膜１４上に基板本体１０の機械的剛性を補足する支持体１６を貼り付ける貼り付け工程後の各工程で用いられる薬材に対する耐薬材性を有し、また支持体１６および有機絶縁膜１４を半導体基板５から除去する除去工程で用いられる薬材に対して少なくとも溶解、または剥離するものであれば適用できる。
また、上記各実施の形態では、突出部６の表面にめっき皮膜８を液相の環境下で形成したが、気相の選択成長によって形成してもよい。
また、上記実施の形態１、２では、支持体１６と有機絶縁膜１４との間に接着層１５が介在し、また上記実施の形態３では、支持体１６と有機導電膜との間に接着層１５が介在したが、支持体に対して十分な密着性がある有機絶縁膜、有機導電膜であれば、接着層を削除してもよい。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体装置の製造方法によれば、表面に半導体回路を有する基板本体に窪を形成する工程と、前記窪に導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記電極と前記埋め込み電極とを電気的に接続する接続工程と、前記基板本体の表面に有機膜を形成する工程と、前記有機膜上に前記基板本体の機械的剛性を補足する支持体を貼り付ける貼り付け工程と、前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の底部が露出し、さらに突出するまで除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化された半導体基板を形成する工程と、前記突出部の表面に前記めっき皮膜を形成する被膜工程と、前記支持体および前記有機膜を前記半導体基板から除去する除去工程を備え、前記有機膜は、密着性を有するとともに、前記貼り付け工程後の各工程で用いられる薬材に対する耐薬材性を有し、また前記除去工程で用いられる薬材に対して少なくとも溶解、または剥離するものであるので、有機膜と基板本体との界面に薬材が浸透するようなことは無く、突出部の表面にめっきを行う際に、めっき液が有機膜と基板本体との間から浸透して基板本体の表面の電極、その他に部分に不要なめっきが不均一に施されたり、腐食の原因になったりすることはない。
また、この有機膜は、除去工程で用いられる薬材で簡単に除去される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における半導体装置の製造途中の断面図である。
【図２】この発明の実施の形態１において基板本体に窪を形成する工程での断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１において窪に導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程での断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１において電極と埋め込み電極とを電気的に接続する接続工程での断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１において基板本体の表面に有機絶縁膜を形成する工程での断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１において有機絶縁膜上に支持体を貼り付ける工程での断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１において基板本体の裏側を除去する工程での断面図である。
【図８】この発明の実施の形態１において突出部の表面にめっき皮膜を形成する工程での断面図である。
【図９】この発明の実施の形態１において支持体を剥離する工程での断面図である。
【図１０】この発明の実施の形態１において有機絶縁膜を除去する工程での断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２において突起電極を形成する工程での断面図である。
【図１２】この発明の実施の形態２において有機絶縁膜を塗布する工程での断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態２において支持体を貼り付ける工程での断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態４において各工程での断面図であり、図１４（ａ）は、接着層および有機絶縁膜を介して、半導体基板に支持体が貼り付けた状態を示す断面図、図１４（ｂ）は支持体側から紫外線を照射した様子を示す断面図、図１４（ｃ）は有機絶縁膜が薬液により溶解した様子を示す断面図である。
【図１５】支持体が半導体基板から引き剥がしが困難であることを説明するための図である。
【符号の説明】
２  半導体回路、３  電極、５  半導体基板、６  突出部、７  貫通電極、７ａ  埋め込み電極、８  めっき皮膜、１０  基板本体、１１  窪、１２  接続配線、１３  埋め込み材、１４  有機絶縁膜（有機膜）、１５，２０  接着層、１６，２１  支持体、１７  突起電極。
【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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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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