(57)【要約】【課題】高密度実装を図るため半導体装置を積層する三次元実装技術において、特に貫通した電極の一方の側と他方の側とをハンダ等のろう材で接合する場合、その接続性や接続強度を向上し、特に剪断力に対して大きな耐性を有する半導体装置、およびこれを備えた回路基板、電子機器を提供する。【解決手段】貫通孔Ｈ４を形成した半導体基板１０と、貫通孔Ｈ４内に形成された第１の絶縁膜２２と、貫通孔Ｈ４内にて第１の絶縁膜２２の内側に形成された電極３４とを有した半導体装置１である。第１の絶縁膜２２は半導体基板１０の裏面１０ｂ側にてこれより突出して形成され、電極３４は半導体基板１０の能動面１０ａ側及び裏面１０ｂ側の両方に突出し、能動面１０ａ側の突出部分は貫通孔Ｈ４内の第１の絶縁膜２２の外径より大きい外径に形成され、裏面１０ｂ側の突出部分は第１の絶縁膜２２よりさらに突出してその側面が露出して形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
貫通孔を形成した半導体基板と、前記貫通孔の内壁側に形成された第１の絶縁膜と、前記貫通孔内にて前記第１の絶縁膜の内側に形成された電極と、を有してなり、
前記第１の絶縁膜は、前記半導体基板の裏面側にて該裏面より突出して形成され、
前記電極は、前記半導体基板の能動面側およびその裏面側の両方に突出してなるとともに、能動面側における突出部分は前記貫通孔内の第１の絶縁膜の外径より大きい外径に形成され、裏面側における突出部分は前記第１の絶縁膜よりさらに突出してその側面が露出した状態に形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置を複数備え、これら半導体装置を、一の半導体基板の能動面側と他の半導体基板の裏面側とを対向させて上下に積層した半導体装置であって、
前記上下に積層された半導体装置のうちの一の半導体装置の電極の突出部と他の半導体装置の電極の突出部との間がろう材によって電気的に接続されてなり、前記ろう材が、一の半導体基板の電極における能動面側の突出部分の外面から、他の半導体基板の電極における裏面側の突出部分の、前記第１の絶縁膜より突出して露出した側面にかけて接合してフィレットを形成してい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】
前記半導体基板の裏面側の、少なくとも前記電極の周辺部が第２の絶縁膜で覆われており、前記電極は該第２の絶縁膜より突出してその側面の少なくとも一部が露出した状態に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第１の絶縁膜とと電極との間に、電極材料が前記半導体基板に拡散するのを防止するバリア層を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする回路基板。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の半導体装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置、回路基板及び電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  ｄａｔａ  ａｓｓｉｓｔａｎｃｅ）などの携帯型の電子機器では、小型化や軽量化への要求に伴い、内部に設けられている半導体チップなどの各種の電子部品の小型化が図られている。例えば半導体チップにおいては、そのパッケージング方法が工夫され、現在ではＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｃａｌｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）といわれる超小型のパッケージングが提供されている。このＣＳＰ技術を用いて製造された半導体チップは、実装面積が半導体チップの面積と同程度となるため、高密度実装を実現している。
【０００３】
したがって、前記電子機器では、今後益々小型化及び多機能化が求められる傾向にあることから、半導体チップの実装密度をさらに高める必要がある。かかる背景の下で、近年、三次元実装技術が提案されている。この三次元実装技術は、同様の機能を有する半導体チップ同士、又は異なる機能を有する半導体チップ同士を積層し、各半導体チップ間を配線接続することで、半導体チップの高密度実装を図る技術である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−５３２１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記の三次元実装技術においては、複数の半導体チップを積層する際、これら半導体チップ間の配線接続を、半導体基板中に貫通して形成した電極同士をハンダ等のろう材で接合することで行っている。
しかしながら、前記三次元実装技術では、貫通した電極の一方の側を半導体基板より突出させてバンプとして機能させているものの、該電極の他方の側は単に一方の側の突出した部分と同じ外径に形成されているだけであるため、これら電極間を接合材料で接続した場合、良好な接続性や接続強度が得られないといった課題があった。
【０００６】
本発明は前記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、高密度実装を図るため半導体装置を積層する三次元実装技術において、特に貫通した電極の一方の側と他方の側とをハンダ等のろう材で接合する場合、その接続性や接続強度を向上し、特に剪断力に対して大きな耐性を有する半導体装置、およびこれを備えた回路基板、電子機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明の半導体装置は、貫通孔を形成した半導体基板と、前記貫通孔の内壁側に形成された第１の絶縁膜と、前記貫通孔内にて前記第１の絶縁膜の内側に形成された電極と、を有してなり、前記第１の絶縁膜は、前記半導体基板の裏面側にて該裏面より突出して形成され、前記電極は、前記半導体基板の能動面側およびその裏面側の両方に突出してなるとともに、能動面側における突出部分は前記貫通孔内の第１の絶縁膜の外径より大きい外径に形成され、裏面側における突出部分は前記第１の絶縁膜よりさらに突出してその側面が露出した状態に形成されていることを特徴としている。
【０００８】
この半導体装置によれば、半導体基板の能動面側およびその裏面側の両方に突出してなる電極が、能動面側における突出部分は前記貫通孔内の第１の絶縁膜の外径より大きい外径に形成され、裏面側における突出部分は前記第１の絶縁膜よりさらに突出してその側面が露出した状態に形成されているので、この半導体装置を積層する際、これら半導体装置間の配線接続を、それぞれの電極の突出部分にろう材を接合することで容易に行うことができる。
また、特に能動面側における突出部分は貫通孔内の第１の絶縁膜の外径より大きい外径に形成されていることから、これの外面にろう材がより接合し易くなり、また接合したろう材との間の接合力も大となる。一方、裏面側における突出部分は前記第１の絶縁膜よりさらに突出してその側面が露出した状態に形成されているので、この突出して露出した側面にろう材がより接合し易くなる。したがって、能動面側における突出部分においても裏面側における突出部分においてもろう材が接合し易くなっていることから、半導体装置を積層した際、ろう材を用いて前記電極間を配線接続すれば、ろう材がより良好に電極に接合し、これにより接合強度に優れた積層構造を形成することができる。
【０００９】
また、前記半導体装置においては、この半導体装置を複数備え、これら半導体装置を、一の半導体基板の能動面側と他の半導体基板の裏面側とを対向させて上下に積層する場合に、前記上下に積層された半導体装置のうちの一の半導体装置の電極の突出部と他の半導体装置の電極の突出部との間がろう材によって電気的に接続され、前記ろう材が、一の半導体基板の電極における能動面側の突出部分の外面から、他の半導体基板の電極における裏面側の突出部分の、前記第１の絶縁膜より突出して露出した側面にかけて接合してフィレットを形成しているのが好ましい。
【００１０】
このようにすれば、前述したように能動面側における突出部分においても裏面側における突出部分においてもろう材が接合し易くなっていることから、ろう材がより良好に電極に接合してフィレットを形成し、これにより接合強度に優れ、特に剪断力に対して大きな耐性を有する積層構造を形成することができる。
【００１１】
また、前記半導体装置においては、前記半導体基板の裏面側の、少なくとも前記電極の周辺部が第２の絶縁膜で覆われており、前記電極は該第２の絶縁膜より突出してその側面の少なくとも一部が露出した状態に形成されているのが好ましい。
このようにすれば、複数の半導体装置を積層した際に電極間を接合する接合材が変形してしまっても、該接合材と半導体基板の裏面との間が第２の絶縁膜で絶縁されているため、接合材が直接半導体基板の裏面に接触することがなく、したがってこれらの間の短絡が防止される。
【００１２】
また、前記半導体装置においては、前記第１の絶縁膜と電極との間に、電極材料が前記半導体基板に拡散するのを防止するバリア層を有しているのが好ましい。
このようにすれば、電極材料として特に銅を用いた場合などに、電極形成時に銅が半導体基板に拡散してしまうのを防止することができ、したがって半導体装置の特性を良好に保持することができる。
【００１３】
また、本発明の回路基板は、前記半導体装置を備えたことを特徴としている。この回路基板によれば、実装密度が高い半導体装置を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００１４】
また、本発明の電子機器は、前記半導体装置を備えたことを特徴とする。
この電子機器によれば、実装密度が高い半導体装置を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は本発明の半導体装置の一実施形態における要部を示す図であり、図１中符号１は半導体装置（半導体チップ）である。この半導体装置１は、シリコンからなる半導体基板１０と、この半導体基板１０に形成された貫通孔Ｈ４内に第１の絶縁膜２２を介して設けられた電極３４とを有したものである。ここで、貫通孔Ｈ４は、半導体基板１０の能動面１０ａ側から裏面１０ｂ側にかけて貫通して形成されたものである。
【００１６】
半導体基板１０は、その能動面１０ａ側にトランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路（図示せず）を形成したもので、この能動面１０ａ側の表面に絶縁膜１２を形成し、さらにその上に硼酸珪酸ガラス（ＢＰＳＧ）等からなる層間絶縁膜１４を形成したものである。
【００１７】
この層間絶縁膜１４の表面の所定箇所には、電極パッド１６が形成されている。この電極パッド１６は、Ｔｉ（チタン）等からなる第１層１６ａ、ＴｉＮ（窒化チタン）等からなる第２層１６ｂ、ＡｌＣｕ（アルミニウム／銅）等からなる第３層１６ｃ、ＴｉＮ等からなる第４層（キャップ層）１６ｄがこの順に積層されて形成されたものである。なお、この電極パッド１６の構成材料については、電極パッド１６に必要とされる電気的特性、物理的特性、および化学的特性に応じて適宜変更が可能である。例えば、集積化用の電極として一般に用いられるＡｌのみを用いて電極パッド１６を形成してもよく、また電気抵抗の低い銅のみを用いて電極パッド１６を形成してもよい。
【００１８】
ここで、電極パッド１６は半導体装置１の周辺部に配列して形成され、またはその中央部に配列して形成されており、これら電極パッド１６の下方には集積回路が形成されないようになっている。これら電極パッド１６を覆うようにして、前記層間絶縁膜１４の表面にはパッシベーション膜１８が形成されている。パッシベーション膜１８は、酸化珪素や窒化珪素、ポリイミド樹脂等から形成されたもので、例えば１μｍ程度の厚さに形成されたものである。
【００１９】
また、電極パッド１６の中央部にはパッシベーション膜１８の開口部Ｈ１が形成され、さらに電極パッド１６の開口部Ｈ２も形成されている。なお、開口部Ｈ２の内径は開口部Ｈ１の内径よりも小さくなっており、例えば６０μｍ程度に形成されている。一方、パッシベーション膜１８の表面ならびに開口部Ｈ１および開口部Ｈ２の内面には、ＳｉＯ２等からなる絶縁膜２０が形成されている。このような構成により、電極パッド１６の中央部には、絶縁膜２０、層間絶縁膜１４、絶縁膜１２および半導体基板１０を貫通する孔部Ｈ３が形成されている。孔部Ｈ３の内径は、開口部Ｈ２の内径より小さく、例えば３０μｍ程度に形成されている。なお、孔部Ｈ３は、本実施形態では平面視円形状であるものの、これに限定されることなく、例えば平面視矩形状であってもよい。
【００２０】
孔部Ｈ３の内壁面および絶縁膜２０の表面には、ＳｉＯ２等からなる第１の絶縁膜２２が形成されている。この第１の絶縁膜２２は、電流リークの発生、酸素や水分等による浸食等を防止するためのもので、本実施形態では例えば１μｍ程度の厚さに形成されている。また、第１の絶縁膜２２は、特に孔部Ｈ３の内壁面を覆っている側において、その一端側が半導体基板１０の裏面１０ｂより突出した状態となっている。
【００２１】
一方、電極パッド１６の第３層１６ｃの表面に形成された絶縁膜２０および第１の絶縁膜２２は、開口部Ｈ２の周縁に沿って一部除去されており、露出した電極パッド１６の第３層１６ｃの表面および第１の絶縁膜２２の表面（内面）には、下地膜２４が形成されている。下地膜２４は、第１の絶縁膜２２等の表面（内面）に形成されたバリヤ層（バリヤメタル）と、バリヤ層の表面（内面）に形成されたシード層（シード電極）とによって構成されたものである。バリヤ層は、後述する電極３４形成用の導電材料が半導体基板１０に拡散するのを防止するためのもので、ＴｉＷ（チタンタングステン）やＴｉＮ（窒化チタン）等によって形成されたものである。一方、シード層は、後述する電極３４をメッキ処理によって形成する際の電極になるもので、ＣｕやＡｕ、Ａｇ等によって形成されたものである。
【００２２】
このような下地膜２４の内側には、ＣｕやＷ等の電気抵抗が低い導電材料からなる電極３４が、開口部Ｈ１、開口部Ｈ２および孔部Ｈ３からなる貫通孔Ｈ４内に埋め込まれた状態で形成されている。なお、電極３４を形成する導電材料としては、ポリシリコンにＢ（ホウ素）やＰ（リン）等の不純物をドープした材料を用いることもでき、その場合には半導体基板１０への金属の拡散を防止する必要がなくなるので、前述したバリア層を不要にすることができる。
【００２３】
また、この電極３４と前記電極パッド１６とは、図１中のＰ部において電気的に接続したものとなっており、さらに、この電極３４における孔部Ｈ３内に形成された部分が、プラグ部３６となっている。このプラグ部３６の下端部、すなわち半導体基板１０の裏面１０ｂ側の端部は、半導体基板１０の裏面１０ｂより突出した状態となっており、またこの下端部における端面は外部に露出した状態となっている。なお、前述したように貫通孔Ｈ４内において、プラグ部３６（電極３４）の周囲には第１の絶縁膜２２が配設されており、この第１の絶縁膜２２の一端側も半導体基板１０の裏面１０ｂより突出した状態となっているが、プラグ部３６は、この突出した第１の絶縁膜２２よりもさらに外側に突出した状態に形成されたものとなっている。
【００２４】
一方、半導体基板１０の能動面１０ａ側において、開口部Ｈ１の周辺部における第１の絶縁膜２２上には、電極３４のポスト部３５が形成されている。このポスト部３５は、前記の裏面１０ｂ側に突出した第１の絶縁膜２２の外径より大きい外径に形成されたもので、本実施形態では平面視円形状、あるいは正方形状等に形成されたものである。また、このポスト部３５上には、ろう材層４０が形成されている。このろう材層４０は、軟ろう材であるハンダ等からなるものであり、具体的にはスズ・銀や鉛フリーハンダ、さらには金属ペーストや溶融ペーストなどからなるものである。なお、ここでいうハンダは鉛フリーハンダをも含むものである。
【００２５】
ここで、前記プラグ部３６の、第１の絶縁膜２２より突出している長さは、電極３４の長さの２〜２０％とされ、具体的には１０〜２０μｍ程度とされる。このような長さで突出していることにより、後述するように複数の半導体装置１を積層し、電極３４間において前記のろう材層４０でろう接した際、ろう材が突出したプラグ部３６の露出した側面に良好に濡れてここに接合し、結果として良好な接着性が得られるようになる。また、積層した上下の半導体装置１間に十分な隙間が形成され、これによりアンダーフィル等の充填が容易になる。なお、プラグ部３６の突出長さを調整することにより、積層される半導体装置１間の間隔を適宜に調整することができる。また、積層後にアンダーフィル等を充填する代わりに、積層前に半導体装置１の裏面１０ｂに熱硬化性樹脂等を塗布する場合でも、突出したプラグ部３６を避けて熱硬化性樹脂等を塗布することにより、半導体装置１の配線接続を確実に行うことができる。
【００２６】
また、半導体基板１０の裏面１０ｂには、第２の絶縁膜２６が形成されている。この第２の絶縁膜２６は、酸化珪素や窒化珪素、ポリイミド樹脂等から形成されたもので、裏面１０ｂに開口した貫通孔Ｈ４内を除いて裏面１０ｂのほぼ全面に形成されたものである。なお、この第２の絶縁膜２６については、電極３４の周辺部のみ、すなわち裏面１０ｂの全体を覆うことなく、貫通孔Ｈ４の周辺部のみに形成するようにしてもよい。
【００２７】
次に、このような半導体装置１の製造方法を図２〜図６を用いて説明する。なお、以下では、多数個取りの大型半導体基板（以下、単に基板１０と記す）に対して、多数の半導体装置を同時に形成する処理を行う場合について説明するが、小型基板に対して個々に半導体装置を製造するようにしてもよいのはもちろんである。
【００２８】
まず、図２（ａ）に示すように、基板１０の表面に、絶縁膜１２および層間絶縁膜１４を形成する。次に、層間絶縁膜１４の表面に電極パッド１６を形成する。電極パッド１６の形成については、まず層間絶縁膜１４上の全面に、電極パッド１６の第１層１６ａから第４層１６ｄの膜をスパッタリング等によって順次形成する。次に、レジスト膜を形成しさらにこれをフォトリソグラフィー技術でパターニングしてレジストパターンを形成する。その後、レジストパターンをマスクとしてエッチングを行い、電極パッドを所定形状（例えば、矩形形状）に形成する。
【００２９】
次に、電極パッド１６の表面にパッシベーション膜１８を形成し、さらにこのパッシベーション膜１８に対して開口部Ｈ１を形成する。具体的には、まずパッシベーション膜１８の全面にレジスト膜を形成する。レジストとしては、フォトレジストや電子線レジスト、Ｘ線レジスト等のいずれであってもよく、またポジ型、ネガ型のいずれであってもよい。レジストの塗布についても、スピンコート法、ディッピング法、スプレーコート法等を適宜選択して行うことができる。そして、開口部Ｈ１のパターンが形成されたマスクを用いてレジスト膜を露光処理し、さらに現像処理を行うことにより、開口部Ｈ１の形状を有したレジストパターンを形成する。なお、レジストをパターニングした後、これをポストベークしてレジストパターンを形成している。
【００３０】
次いで、このレジストパターンをマスクとしてパッシベーション膜１８をエッチングする。ここで、本実施形態では、パッシベーション膜１８とともに電極パッド１６の第４層１６ｂもエッチングする。エッチングにはウエットエッチングを採用することもできるが、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングを採用するのがより好ましい。パッシベーション膜１８に開口部Ｈ１を形成した後、パッシベーション膜１８上のレジストを剥離液で剥離する。以上により、図２（ａ）に示したようにパッシベーション膜１８に開口部Ｈ１を形成し、電極パッド１６を露出させる。
【００３１】
次に、図２（ｂ）に示すように電極パッド１６に対して開口部Ｈ２を形成する。具体的には、まず露出した電極パッド１６およびパッシベーション膜１８の全面にレジスト膜を形成し、続いてこれを開口部Ｈ２の形状を有したレジストパターンに形成する。次いで、このレジストパターンをマスクとして電極パッド１６をドライエッチングする。なお、ドライエッチングとしてはＲＩＥが好適に採用される。その後、レジストを剥離することにより、図２（ｂ）に示したように電極パッド１６に開口部Ｈ２を形成する。
【００３２】
次に、図２（ｃ）に示すように、基板１０上の全面に絶縁膜２０を形成する。この絶縁膜２０は、ドライエッチングによって基板１０に孔部Ｈ３を形成する際に、マスクとして機能するものである。なお、絶縁膜２０の膜厚は、基板１０に形成する孔部Ｈ３の深さによっても異なるものの、例えば２μｍ程度に設定する。本実施形態では、絶縁膜２０としてＳｉＯ２を用いるが、Ｓｉとの選択比がとれればフォトレジストを用いてもよい。また、絶縁膜２０の形成には、例えばＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）法や熱ＣＶＤ法等を採用することができる。
【００３３】
次に、絶縁膜２０に孔部Ｈ３の形状をパターニングする。具体的には、まず絶縁膜２０の全面にレジスト膜を形成し、これに孔部Ｈ３の形状をパターニングする。次に、このレジストパターンをマスクにして絶縁膜２０、層間絶縁膜１４および絶縁膜１２をドライエッチングする。その後、レジストを剥離し除去することにより、絶縁膜２０等に孔部Ｈ３の形状を付与して基板１０を露出させる。
【００３４】
次に、高速ドライエッチングによって基板１０に孔部Ｈ３を穿孔する。なお、ドライエッチングとしては、ＲＩＥやＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）を用いることができる。その際、前述したように絶縁膜２０（ＳｉＯ２）をマスクとして用いるが、絶縁膜２０の代わりにレジストパターンをマスクとして用いてもよい。なお、孔部Ｈ３の深さは、最終的には形成する半導体装置の厚さに応じて適宜に設定される。すなわち、半導体装置１を最終的な厚さまでエッチングした後に、孔部Ｈ３の内部に形成した電極の先端部が基板１０の裏面に露出し得るように、孔部Ｈ３の深さを設定する。以上により、図２（ｃ）に示したように、基板１０に孔部Ｈ３を形成することができる。
【００３５】
次に、図３（ａ）に示すように、孔部Ｈ３の内面および絶縁膜２０の表面に第１の絶縁膜２２を形成する。この第１の絶縁膜２２としては、例えばＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）からなるＳｉＯ２膜とされ、基板１０の能動面１０ａ側の表面における膜厚が１μｍ程度となるように形成される。
【００３６】
次に、第１の絶縁膜２２および絶縁膜２０に異方性エッチングを施し、電極パッド１６の一部を露出させる。なお、本実施形態では、開口部Ｈ２の周辺部に電極１６の表面の一部を露出させている。具体的には、まず第１の絶縁膜２２の全面にレジスト膜を形成し、露出させる部分をパターニングする。次に、このレジストパターンをマスクにして、第１の絶縁膜２２および絶縁膜２０を異方性エッチングする。この異方性エッチングには、ＲＩＥ等のドライエッチングが好適に用いられる、以上により、図３（ａ）に示した状態となる。
【００３７】
次に、図３（ｂ）に示すように、露出させた電極パッド１６の表面および第１の絶縁膜２２の表面に、下地膜２４を形成する。下地膜２４として、まずバリヤ層を形成し、その上にシード層を形成する。バリヤ層およびシード層の形成法としては、例えば真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のＰＶＤ（Ｐｈｉｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ）法や、ＣＶＤ法、ＩＭＰ（イオンメタルプラズマ）法、無電界メッキ法等が採用される。
【００３８】
次に、図４（ａ）に示すように電極３４を形成する。具体的には、まず基板１０の能動面１０ａ側の全面にレジスト３２を設ける。レジスト３２としては、メッキ用液体レジストまたはドライフィルムなどを採用することができる。なお、半導体装置で一般的に形成されるＡｌ電極をエッチングする際のレジストや、絶縁性を有する樹脂レジストを用いることもできるが、その場合、後述の工程で使用するメッキ液やエッチング液に対し、耐性を有することが前提となる。
【００３９】
レジスト３２の形成には、液体レジストを用いる場合、スピンコート法やディッピング法、スプレーコート法などが採用される。形成するレジスト３２の膜厚については、形成すべき電極３４のポスト部３５の高さに前記のろう材層４０の厚さを加えたものと同程度とする。
【００４０】
次に、形成すべき電極３４のポスト部３５の平面形状をレジストにパターニングする。具体的には、所定のパターンが形成されたマスクを用いて露光処理および現像処理を行うことにより、レジスト３２をパターニングする。ここで、ポスト部３５の平面形状を円形とする場合にはレジスト３２に円形状の開口部をパターニングし、また、矩形とする場合にはレジスト３２に矩形状の開口部をパターニングする。この開口部の大きさについては、本例ではその形状を円形状とすることから、後述する裏面１０ｂ側に突出する第１の絶縁膜２２の外径より大きい外径とする。また、例えば矩形状とする場合には、その全面形状が裏面１０ｂ側に突出する第１の絶縁膜２２の外形を完全に覆う大きさとなるように、その外径、すなわちその辺の大きさを設定する。
【００４１】
なお、以上では電極３４のポスト部３５を取り囲むようにしてレジスト３２を形成する方法について説明したが、必ずしもこのようにレジスト３２を形成する必要はなく、電極３４の形状に応じて適宜に形成することができる。また、フォトリソグラフィー技術を用いてレジスト３２を形成するようにしたが、この方法でレジスト３２を形成すると、レジストを全面に塗布する際に一部が孔部Ｈ３内に入り込み、現像処理を行ってもこれが孔部Ｈ３内に残渣として残ってしまうおそれがある。そこで、前記したようにドライフィルムを用い、あるいはスクリーン印刷法を用いることにより、パターニングされた状態でレジスト３２を形成するようにしてもよい。また、インクジェット法等の液滴吐出法を用いてレジストの液滴をその形成位置にのみ選択的に吐出し、パターニングされた状態のレジスト３２を形成するようにしてもよい。これにより、孔部Ｈ３内部にレジストが入り込むことなく、レジスト３２を形成することができる。
【００４２】
次に、このレジスト３２をマスクとして電極３４を形成する。これにより、開口部Ｈ１、開口部Ｈ２および孔部Ｈ３からなる凹部Ｈ０の内部に電極材料（導電材料）が埋め込まれ、プラグ部３６が形成される。また、レジスト３２に形成されたパターンにも電極材料が埋め込まれ、ポスト部３５が形成される。電極材料（導電材料）の埋め込み（充填）には、メッキ処理法やＣＶＤ法等を用いることができるが、特にメッキ処理法が好適に採用される。メッキ処理法としては、例えば電気化学プレーティング（ＥＣＰ）法が好適に用いられる。なお、このメッキ処理法における電極として、下地膜２４を構成するシード層を用いることができる。また、メッキ装置としては、カップ形状の容器からメッキ液を噴出させてメッキする、カップ式メッキ装置を用いることができる。
【００４３】
次に、電極３４の上面にろう材層４０を形成する。このろう材層４０の形成にはハンダメッキ法やスクリーン印刷法などを用いることができる。なお、ハンダメッキの電極としても、下地膜２４を構成するシード層を用いることができる。また、メッキ装置としてカップ式メッキ装置を用いることができる。また、ろう材については、特に軟ろう材であるハンダ（鉛フリーハンダを含む）が好適に用いられる。以上により、図４（ａ）に示した状態となる。
【００４４】
次に、図４（ｂ）に示すように、剥離液等を用いてレジスト３２を剥離しこれを除去する。なお、剥離液には例えばオゾン水が用いられる。続いて、基板１０の能動面１０ａ側に露出している下地膜２４を除去する。具体的には、まず基板１０の能動面１０ａ側全面にレジスト膜を形成し、続いてこれを電極３４のポスト部３５の形状にパターニングする。次いで、このレジストパターンをマスクとして下地膜２４をドライエッチングする。なお、ろう材層４０としてハンダ以外のろう材を用いた場合、このろう材の材質によってはこれをマスクとして用いることができ、製造工程を簡略化することができる。以上により、図４（ｂ）に示した状態となる。
【００４５】
次に、図５（ａ）に示すように、基板１０を上下反転させ、その状態で下側となる基板１０の能動面１０ａ側に補強部材５０を貼着する。補強部材５０としては、樹脂フィルム等の軟質材料を用いることもできるが、ガラス等の硬質材料を用いるのが、特に機械的な補強を行ううえで好ましい。このような硬質の補強部材５０を基板１０の能動面１０ａ側に貼着することにより、基板１０の反りを矯正することができ、また、基板１０の裏面１０ｂを加工する際、あるいはハンドリングの際、基板１０にクラック等が発生するのを防止することができる。補強部材５０の貼着については、例えば接着剤５２を用いて行うことができる。接着剤５２としては、熱硬化性のものや光硬化性のものが好適に用いられる。このような接着剤５２を用いることにより、基板１０の能動面１０ａの凹凸を吸収しつつ、基板１０に補強部材５０を強固に固着することが可能となる。また、特に接着剤５２として紫外線硬化性のものを用いた場合には、補強部材５０としてガラス等の透光性材料を採用するのが好ましい。このようにすれば、補強部材５０の外側から光を照射することにより、接着剤５２を容易に硬化させることができる。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０の裏面１０ｂの全面をエッチングし、第１の絶縁膜２２に覆われた状態の電極３４のプラグ部３６側を裏面１０ｂより突出させる。このときのエッチングについては、ウエットエッチングおよびドライエッチングのいずれを用いることもできる。ドライエッチングを採用した場合、例えば誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）などを利用することができる。なお、エッチングに先だち、第１の絶縁膜２２あるいは電極３４が露出する直前まで基板１０の裏面１０ｂを研削（粗研磨）し、その後、前記のエッチングを行うようにするのが好ましい。このようにすれば、処理時間を短縮して生産性を向上することができる。また、基板１０のエッチング処理と同じ工程で、第１の絶縁膜２２および下地膜２４をエッチング除去してもよい。このように第１の絶縁膜２２および下地膜２４をエッチング除去する場合、エッチングとしては、例えばフッ酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ３）との混合液をエッチャントとするウエットエッチングを採用することができる。
【００４７】
次に、図６（ａ）に示すように基板１０の裏面１０ｂ全面に、酸化珪素（ＳｉＯ２）や窒化珪素（ＳｉＮ）、ポリイミド樹脂等からなる第２の絶縁膜２６を形成する。酸化珪素や窒化珪素で第２の絶縁膜２６を形成する場合には、ＣＶＤ法を用いるのが好ましい。また、ポリイミド樹脂などで第２の絶縁膜２６を形成する場合には、スピンコート法によって塗布し、乾燥・焼成することで形成するのが好ましい。なお、もちろんＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ  ）を用いて第２の絶縁膜２６を形成してもよい。
【００４８】
なお、基板１０の裏面１０ｂ全面に第２の絶縁膜２６を形成するのでなく、裏面１０ｂにおける電極３４の周辺部のみに第２の絶縁膜２６を形成するようにしてもよい。その場合、例えばインクジェット装置等の液滴吐出装置によって絶縁膜の液状材料を電極３４の周辺部に選択的に吐出し、その後乾燥・焼成することによって第１の絶縁膜２６を得ることができる。
【００４９】
次に、図６（ｂ）に示すように、電極３４のプラグ部３６の端面を覆う第２の絶縁膜２６、第１の絶縁膜２２、下地膜２４を選択的に除去する。この除去処理については、ドライエッチングやウエットエッチングを用いることもできるが、特にＣＭＰ法（化学的機械的研磨法）を用い、基板１０の裏面１０ｂ側を研磨することで行うのが好ましい。このような研磨により、第２の絶縁膜２６、第１の絶縁膜２２、下地膜２４を順次研磨除去し、電極３４のプラグ部３６の端面を露出させることができる。
【００５０】
次に、図６（ｃ）に示すように、電極３４のプラグ部３６の側面を覆う下地膜２４、第１の絶縁膜２２、第２の絶縁膜２６をエッチングで除去する。ただし、プラグ部３６の側面を覆うこれら膜については、基板１０の裏面１０ｂの外側にある部分を全て除去するのでなく、裏面１０ｂより突出した電極３４の一部を覆った状態となるようにその一部を残した状態で除去する。また、基板１０の裏面１０ｂを覆う第２の絶縁膜２６についても、その全厚を除去しないように、エッチングの条件を設定する必要がある。
【００５１】
このようなエッチングとしては、ドライエッチングやウエットエッチングを用いることができる。ドライエッチングを採用する場合、例えばガス種としてＣＦ４やＯ２を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が好適に用いられる。また、ウエットエッチングを採用する場合、電極３４の材料であるＣｕやＷを侵さずに第２の絶縁膜２６、第１の絶縁膜２２、下地膜２４のみを選択的に除去する必要があるが、このような選択的除去を可能にするエッチャントとしては、希フッ酸、あるいは希フッ酸と希硝酸との混合液を挙げることができる。なお、このエッチングによって裏面１０ｂを覆う第２の絶縁膜２６がエッチングされることから、予めエッチングされる厚さを見込んでこの第２の絶縁膜２６の厚さを決定し形成しておくのが好ましい。
【００５２】
その後、溶剤等によって基板１０の能動面１０ａ側の接着剤５２を溶解し、基板１０から補強部材５０を取り外す。また、接着剤５２の種類によっては、これに紫外線等を照射することにより、その接着性（または粘着性）を消失させて補強部材５０を取り外すようにしてもよい。次いで、基板１０の裏面１０ｂにダイシングテープ（図示せず）を貼着し、その状態で基板１０をダイシングすることにより、半導体装置１をそれぞれ個片に分離する。なお、ＣＯ２レーザやＹＡＧレーザを照射することにより、基板１０を切断するようにしてもよい。以上により、図１に示した半導体装置１が得られる。
【００５３】
なお、前記実施形態の半導体装置１では、半導体基板１０の裏面１０ｂに第２の絶縁膜２６を設けたが、本発明はこれに限定されることなく、前記裏面１０ｂを露出させた状態に形成してもよい。その場合にも、第１の絶縁膜２２が裏面１０ｂより突出した状態で電極３４を覆っているため、後述するように半導体装置１を積層する際のろう接（ハンダ接合）では、ろう材（ハンダ）が裏面１０ｂに接触してしまうことが防止されたものとなる。
【００５４】
次に、以上のようにして得られた半導体装置１が積層された半導体装置について説明する。
図７は、半導体装置１が積層されて３次元実装された半導体装置２を示す図である。この半導体装置２は、インターポーザ基板６０上に複数（図７では三層）の前記半導体装置１が積層され、さらにその上に異種の半導体装置３が積層されて構成されている。なお、この例では、半導体基板１０の裏面側に第２の絶縁膜２６が形成されていない場合の例を示しているが、第２の絶縁膜２６を形成したものを用いてもよいのはもちろんである。
【００５５】
インターポーザ基板６０の上面には配線６１が形成されており、またその下面には配線６１に電気的に接続されたハンダボール６２が設けられている。このインターポーザ基板６０の上面には、前記配線６１を介して半導体装置１が積層されている。すなわち、この半導体装置１は、その能動面１０ａ側に突出した電極３４のポスト部３５が、これの上に設けられたろう材層４０を介して前記配線６１に接合させられており、これによって半導体装置１はインターポーザ基板６０上に積層されたものとなっている。また、これらインターポーザ基板６０と半導体装置１との間には絶縁性のアンダーフィル６３が充填されており、これによって半導体装置１は、インターポーザ基板６０上に安定して保持固定されると同時に、電極間の接合以外の箇所では絶縁がなされたものとなっている。
【００５６】
また、この半導体装置１上に順次積層される半導体装置１も、それぞれのポスト部３５が下層の半導体装置１におけるプラグ部３６上にろう材層４０を介して接合させられ、さらにアンダーフィル６３が充填されていることで、下層の半導体装置１上に保持固定されている。また、最上層の半導体装置３にも、本例ではその下面側に電極４が形成されており、この電極４が下層の半導体装置１におけるプラグ部３６上にろう材層４０を介して接合させられ、さらにアンダーフィル樹脂６３が充填されている。
【００５７】
ここで、半導体装置１上に別の半導体装置１を積層するには、まず、下層側の装置１の電極３４のプラグ部３６上かまたは上層側の装置１の電極３４のポスト部３５のろう材層４０上にフラックス（図示せず）を塗着しておき、ろう材（ハンダ）の濡れ性向上を図っておく。次に、下層側の装置１の電極３４のプラグ部３６に上層側の装置１の電極３４のポスト部３５がろう材層４０、フラックスを介して当接するよう、位置合わせを行う。次いで、加熱によるリフロー接合、あるいは加熱加圧によるフリップチップ実装を行うことにより、ろう材層４０のろう材（ハンダ）を溶融固化させ、図８に示すように下層側のプラグ部３６と上層側のポスト部３５とをろう接、すなわちハンダ接合する。
【００５８】
このとき、プラグ部３６もポスト部３５も共に半導体基板１０の面より突出していることから、その位置合わせが容易になるとともに、突出部分にろう材層４０を設けておくことでこれらを容易に接合することができる。
また、特にポスト部３５の外径（大きさ）を、プラグ部３６の突出部分を覆う第１の絶縁膜２２の外径より大きくしたので、これの外面にろう材（ハンダ）がより接合し易くなっており、また接合したろう材との間の濡れ性も向上してその接合力が大となることから、電極３４間の接合を良好にかつ強固にすることができる。一方、プラグ部３６は第１の絶縁膜２２よりさらに突出してその側面が露出しているので、この突出して露出した側面にろう材（ハンダ）がより濡れ易く接合し易くなっている。
【００５９】
したがって、ポスト部３５においてもプラグ部３６においてもろう材（ハンダ）が濡れ易く接合し易くなっていることから、ろう材（ハンダ）がより良好に電極３４に接合してフィレット４０ａを形成し、これにより高い強度の接合を行うことができる。また、特にろう材（ハンダ）が図８に示したようなフィレット４０ａの構造、すなわちポスト部３５の外面からプラグ部３６の突出し露出した側面にかけてこれらを覆ったテーパ状となることから、それぞれに対して大きな面積で接合していることにより、図７に示した半導体装置２は、半導体装置１に対して加わる剪断力に対し、より大きな耐性を有する積層構造となる。
【００６０】
また、特にプラグ部３６側においては、プラグ部３６を覆う第１の絶縁膜２２に比べ、突出し露出したプラグ部３６の側面の方にろう材（ハンダ）がより濡れ易くなっているので、ろう材（ハンダ）はこの側面に選択的に接合するようになっている。したがって、ろう材（ハンダ）は前記の第１の絶縁膜２２上にまで濡れてここに接合することがなく、よってこのろう材（ハンダ）が半導体基板１０の裏面１０ｂにまで延び、ここに接触して短絡を起こすといったことも防止されている。
なお、前述したように半導体基板１０の裏面１０ｂに第２の絶縁膜２６を形成しておけば、このようなろう材（ハンダ）の接触による短絡をより確実に防止することができる。
【００６１】
次に、前記の半導体装置２を備えた回路基板及び電子機器の例について説明する。
図９は本発明の回路基板の一実施形態の概略構成を示す斜視図である。図９に示すようにこの実施形態の回路基板１０００には、前記の半導体装置２が搭載されている。回路基板１０００は、例えばガラスエポキシ基板等の有機系基板からなるもので、例えば銅等からなる配線パターン（図示せず）が所望の回路となるように形成され、さらにこれら配線パターンに電極パッド（図示せず）が接続されている。そして、この電気パッドに半導体装置２における前記インターポーザ基板６０のハンダボール６２が電気的に接続されることにより、半導体装置２は回路基板１０００上に実装されたものとなっている。ここで、回路基板１０００上への半導体装置２の実装は、回路基板１０００側の前記電極パッドに対し、インターポーザ基板６０のハンダボール６２をリフロー法またはフリップチップボンド法で接続することにより行っている。
このような構成の回路基板１０００にあっては、実装密度が高い半導体装置２を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００６２】
図１０は本発明の電子機器の一実施形態としての、携帯電話の概略構成を示す斜視図である。図１０に示すようにこの携帯電話３００は、前記の半導体装置２又は前記回路基板１０００を、その筐体内部に配設したものである。
このような構成の携帯電話３００（電子機器）にあっても、実装密度が高い半導体装置２を備えていることから、小型化、軽量化が図られたものとなり、また配線接続の信頼性も高いものとなる。
【００６３】
なお、電子機器としては、前記の携帯電話に限られることなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、ノート型コンピュータ、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ（ＰＣ）及びエンジニアリング・ワークステーション（ＥＷＳ）、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することができる。
【００６４】
また、本発明の技術範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体装置の一実施形態の要部拡大図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は図１の半導体装置の製造工程説明図である。
【図３】（ａ）、（ｂ）は図１の半導体装置の製造工程説明図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は図１の半導体装置の製造工程説明図である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は図１の半導体装置の製造工程説明図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は図１の半導体装置の製造工程説明図である。
【図７】３次元実装された半導体装置を示す側断面図である。
【図８】図７の要部拡大図である。
【図９】本発明の回路基板の一実施形態の概略構成図である。
【図１０】本発明の電子機器の一実施形態の概略構成図である。
【符号の説明】
１、２…半導体装置、１０…半導体基板（基板）、１０ａ…能動面、
１０ｂ…裏面、２２…第１の絶縁膜、２６…第２の絶縁膜、３４…電極、
３５…ポスト部、３６…プラグ部、４０…ろう材層、４０ａ…フィレット、
Ｈ１…開口部、Ｈ２…開口部、Ｈ３…孔部（孔）Ｈ４…貫通孔
【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】
2004297019.tif 000009
【図８】
2004297019.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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