(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板に設けられた前記基板を貫通した孔と、
前記孔の一方の面を覆うように設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜中に設けられた電極と、
少なくとも一部が前記孔の内部に設けられており、
前記電極の前記基板側の領域と接続する導電部材と、
前記孔の内部において、前記導電部材と前記基板との間に前記基板側から順に積層された第２の絶縁膜及びバリアメタルと、
を有し、
前記第２の絶縁膜は、前記基板と前記第１の絶縁膜の界面を覆っており、かつ、前記電極は前記第１の絶縁膜の表面から前記基板側に向かって突出し、前記領域と接続する前記導電部材の接続面が凹凸面であることを特徴とする電極構造。
【請求項２】
請求項１に記載の電極構造において、
前記電極は、前記領域内において格子状に設けられていることを特徴とする電極構造。
【請求項３】
請求項１に記載の電極構造において、
前記電極は、前記領域内において開口部を有する形状であることを特徴とする電極構造。
【請求項４】
請求項１乃至３いずれか１項に記載の電極構造において、
前記基板は、半導体基板またはガラス基板であることを特徴とする電極構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板内に電極が設けられた電極構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ＰＤＡ、ＤＶＣ、ＤＳＣといったポータブルエレクトロニクス機器の高機能化が加速するなか、こうした製品が市場で受け入れられるためには小型・軽量化が必須となっており、その実現のために高集積のシステムＬＳＩが求められている。一方、これらのエレクトロニクス機器に対しては、より使い易く便利なものが求められており、機器に使用されるＬＳＩに対し、高機能化、高性能化が要求されている。このため、ＬＳＩチップの高集積化にともないそのＩ／Ｏ数が増大する一方でパッケージ自体の小型化要求も強く、これらを両立させるために、半導体部品の高密度な基板実装に適合した電極構造の開発が強く求められている。
【０００３】
こうした高密度化の要請および製造工程の簡略化の要請に対応する技術として、シリコン貫通技術を用いた３次元実装技術が知られている（特許文献１、特許文献２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２５１３２０号公報
【特許文献２】特開２００３−３０９２２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記公報記載の技術をはじめ、従来の基板内に導電部材を設ける技術を用いて電極を接続した場合には、導電部材構成材料の残留応力や熱変形により、基板の一方の面に設けられた電極と導電部材との間にクラックなどが発生する場合があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、基板の一方の面に設けられた電極の裏面を含む領域と、当該領域と基板のもう一方の面に設けられた配線などの導電部材とを接続する、基板内に設けられた導電部材との間の密着性が改善された電極構造を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、基板と、基板の一方の面に設けられた電極と、少なくとも一部が基板の内部に設けられており、電極の基板側の領域と接続する導電部材とを有し、上記領域と接続する導電部材の接続面が凹凸面であることを特徴とする電極構造が提供される。
【０００８】
本発明において、基板の一方の面に設けられた電極には、当該一方の面に設けられた層間絶縁膜などを有する多層配線層内に設けられた電極を含むものとする。
【０００９】
本発明における電極の基板側の面を含む領域と接続する導電部材の接続面は凹凸面である。このため、電極の基板側の面を含む領域と、導電部材との接触面積が増大するため、電極の基板側の面を含む領域と導電部材との間の密着性が改善される。また、電極の基板側の面を含む領域の凹部に、導電部材の凸部が入り込むことにより、アンカー効果によって電極の基板側の面を含む領域と導電部材との間の密着性が改善される。
【００１０】
また、本発明において、電極は、上記領域内において格子状に設けられていてもよいし、上記領域内において平行に配置されたストライプ状であってもよい。
【００１１】
本発明において、平行とは、実質的に平行に相当する場合も含むこととする。
【００１２】
また、本発明において、基板は、半導体基板またはガラス基板であってもよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電極の基板側の面を含む領域と接続する導電部材の接続面が凹凸面であることにより、電極の基板側の面を含む領域と導電部材との間の密着性が改善された電極構造を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
実施の形態
図１〜図３は本実施形態に係る電極構造を備えた半導体装置の製造工程を説明するための断面図である。
【００１６】
図１（ａ）に示すように、シリコン基板１０２上に、半導体素子（不図示）を形成し、その上に層間絶縁膜５５０を設け、当該層間絶縁膜５５０上に格子形状のパッド電極５５２および配線（不図示）が形成され、当該パッド電極５５２および配線を覆うようにパッシベーション膜５５４を形成する。なお、配線が２層以上存在する多層配線構造の場合には、パッド電極５５２上に、さらに層間絶縁膜５５０を形成するため、最終的にはパッド電極５５２は、層間絶縁膜５５０内部に位置する構造となる。図１（ａ）はこの構造を示している。また、シリコン基板１０２の層間絶縁膜５５０などが形成された面と逆側の面に、レジスト層４０８で孔５５６の開口パターンを形成する。
【００１７】
ここで、シリコン基板１０２の厚さは、孔５５６の形成を容易にするために、たとえば５０μｍから３００μｍ程度とする。また、配線を構成する材料としては、Ａｌ、Ａｌ合金などが好ましく用いられ、層間絶縁膜５５０を構成する材料としては、有機ＳＯＧなどのメチルシロキサン系の膜、ＢＰＳＧ膜やＳｉＯ２膜などが好ましく用いられる。さらにまた、パッシベーション膜５５４を構成する材料としては、ＳｉＮ、ポリイミドおよびＳｉＯ２などが好ましく用いられる。
【００１８】
格子形状のパッド電極５５２を構成する材料としては、配線を構成する材料と同じく、Ａｌ、Ａｌ合金などが好ましく用いられ、なかでも、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−ＣｕなどのＡｌ合金が特に好ましく用いられる。また、その厚さは、たとえば、２００ｎｍから２μｍ程度である。
【００１９】
ここで、パッド電極５５２の格子形状は、レジストを用いて配線をパターニングする際に、同時に形成される。
【００２０】
次に、図１（ｂ）に示すように、レジスト層４０８の開口部のシリコンをドライエッチングして、シリコン基板１０２内に孔５５６を形成する。ここで、孔５５６の直径は、たとえば、１０μｍから１００μｍ程度である。ここで、孔５５６はシリコン基板１０２を貫通するものであってもよいし、貫通しないものであってもよい。
【００２１】
ここで、孔５５６の形状をシリコン基板１０２に対して垂直な内壁を有するようにするために、ＳＦ６、Ｏ２、Ｃ４Ｆ８などのＰＦＣガスを用いてエッチングと側壁保護膜形成を交互に繰り返すボッシュプロセスと呼ばれる方法を用いることができる。また、大きなエッチング速度による高スループットを実現するために、ＳＦ６、Ｏ２などのガスを用いて、パルス印加でないＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いることができる。なお、孔５５６の直径が５０μｍ以上と大きく、かつ、テーパー形状でも良いのであれば、ＫＯＨなどの強アルカリ性の液を用いたＳｉ異方性ウエットエッチングを用いることもできる。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、孔５５６がパッド電極５５２の裏面に到達するまで層間絶縁膜５５０のエッチングを行う。なお、レジスト層４０８は、このエッチングの前もしくは後に、アッシングして除去する。ここで、パッド電極５５２の裏面とは、図１（ｃ）中のパッド電極５５２の上面に該当する。
【００２３】
ここで、図４に示すように、パッド電極５５２は格子形状となっている。このため、層間絶縁膜５５０をエッチングする際には、パッド電極５５２が露出した後のオーバーエッチング時に、パッド電極５５２の格子間に存在する層間絶縁膜５５０のエッチングが進行するため、孔５５６の底部には層間絶縁膜５５０と、パッド電極５５２の格子形状とにより形成される凹凸が現れることとなる。
【００２４】
この凹凸の深さは、層間絶縁膜５５０のエッチングのオーバーエッチング量によって定まる。凹凸の深さは任意であるが、密着性の向上効果を考慮しつつ、１００ｎｍから１μｍ程度になるように調節される。
【００２５】
次に、図２（ａ）に示すように、後に孔５５６内に形成される接続電極とシリコン基板１０２の絶縁性を確保するために、孔５５６の側壁およびシリコン基板１０２の表面を覆うように絶縁膜５５８を成膜する。絶縁膜５５８を構成する材料としては、ＳｉＯ２やＳｉＮなどが好ましく用いられ、その膜厚は、たとえば、０．１μｍ〜２μｍ程度とする。ここで、接続電極は、シリコン基板１０２を貫通していてもよいし、貫通していなくてもよい。
【００２６】
次に、図２（ｂ）に示すように、孔５５６の底部に成膜された絶縁膜５５８を、ＣＦ４などのＰＦＣガスを用いた異方性エッチングにより除去して、再びパッド電極５５２を露出させる。ここで、異方性エッチングを用いるのは、孔５５６側壁およびシリコン基板１０２表面の絶縁膜５５８を残したまま、孔５５６の底部に成膜された絶縁膜５５８を除去するためである。なお、シリコン基板１０２表面の絶縁膜が残るのは、孔５５６底部よりも厚く成膜されるためである。
【００２７】
次に、図２（ｃ）に示すように、後に形成される銅の拡散を防止するために、バリアメタル５６０を成膜する。バリアメタル５６０を構成する材料としては、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ｗ、ＷＮ、Ｔａ、ＴａＮなどが好ましく用いられる。ここで、孔５５６の側壁や底部にも十分な膜厚のバリアメタル５６０を成膜するために、ＣＶＤ法や指向性スパッタ法などの成膜方法が用いられる。また、バリアメタル５６０の膜厚は、たとえば、５ｎｍから５０ｎｍ程度とする。
【００２８】
次に、図３（ａ）に示すように、電解めっき法により銅を成膜する際のシード膜５６２を成膜する。ここで、電解めっきをする際に、孔５５６内部にボイドが形成されるのを抑制するために、孔５５６の側壁や底部にもシード膜５６２が連続的に成膜されている必要がある。このため、シード膜５６２の成膜には、ＣＶＤ法や指向性スパッタ法などの成膜方法が用いられ、その膜厚としては５０ｎｍから３００ｎｍが好ましく用いられる。
【００２９】
次に、硫酸銅浴を用いた電解めっき法によって、図３（ｂ）に示すように、孔５５６内に銅めっき膜５６４を成膜する。ここで、銅めっき膜５６４の膜厚は、たとえば１μｍから３０μｍであり、図３（ｂ）に示すように、孔５５６を完全に埋めてもよいし、側壁と底部のみに成膜されていてもよい。
【００３０】
ここで、バリアメタル５６０および銅めっき膜５６４には、シリコン基板１０２との熱膨張率の相違などにより生じる成膜時の応力が残留しているので、バリアメタル５６０と接するパッド電極５５２には通常、接続電極側に引っ張られる力が働き、また、半導体装置完成後、各材料の熱膨張率の相違などにより応力が発生する。
【００３１】
しかし、孔５５６底部の拡大図である図６に示すように、パッド電極が正方形などの平面形状を有している場合と比較して、層間絶縁膜５５０とパッド電極５５２の格子形状とにより形成される凹凸が存在することにより、孔５５６底部の表面積は拡大する。
【００３２】
また、バリアメタル５６０は孔５５６の底部近傍において、上述の凹凸に由来する凹凸を有しているので、同様にバリアメタル５６０と銅めっき膜５６４との接触面積が拡大する。この結果、銅めっき膜５６４とパッド電極５５２との間の密着性が改善される。
【００３３】
また、層間絶縁膜５５０とパッド電極５５２の格子形状により形成される凹凸の凹部にバリアメタル５６０の凸部が入り込むため、パッド電極５５２とバリアメタル５６０との間に、パッド電極が正方形などの平面形状を有している場合には生じないアンカー効果が発生する。
【００３４】
さらにまた、バリアメタル５６０は孔５５６の底部近傍において凹凸を有しているので、パッド電極５５２とバリアメタル５６０との間と同様にバリアメタル５６０と銅めっき膜５６４との間にアンカー効果が発生する。この結果、接続電極とパッド電極５５２との間の密着性が改善される。
【００３５】
次に、図３（ｃ）に示すように、銅めっき膜５６４上に裏面側配線のレジストパターンを形成し、ウエットエッチングにより銅めっき膜５６４およびバリアメタル５６０の一部を除去する。これにより、孔５５６内部の接続電極と、裏面側配線を形成する。ここで、銅めっき膜５６４のウエットエッチングには、たとえば塩化第二鉄などが用いられる。また、バリアメタル５６０のウエットエッチングには、バリアメタル５６０の材質によって、フッ化アンモニウムと過酸化水素水、アンモニア水と過酸化水素水などからエッチング液を適宜選択して用いられる。
【００３６】
この後、ソルダーレジストを形成して一部を開口し、開口部に半田ボールを形成してＢＧＡ（Ball Grid Array）を構成してもよい。また、裏面側配線の上に絶縁膜を介して複数の配線層を形成してもよい。
【００３７】
以上、発明の好適な実施の形態を説明した。しかし、本発明は上述の実施の形態に限定されず、当業者が本発明の範囲内で上述の実施形態を変形可能なことはもちろんである。
【００３８】
たとえば、本実施形態においては、基板として、シリコン基板１０２を用いる形態について説明したが、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板などの化合物半導体基板を用いてもよいし、石英ガラスなどのガラス基板などを用いてもよい。
【００３９】
また、本実施形態においては、パッド電極の形状として、格子形状のパッド電極を用いた形態について説明したが、図５に示すストライプ形状のパッド電極のように、凹凸形状を有し、孔の底部の表面積が拡大し、アンカー効果が得られる形状であればよい。
【００４０】
また、パッシベーション膜上に接着層を介して支持基板を設けてもよい。こうすることで、基板の薄型化が可能となり、その後の工程における処理が容易になりつつ、パッド電極と接続電極との間の密着性を改善することができる。
【００４１】
ここで、支持基板を構成する材料としては、シリコン、ガラス、プラスチック、セラミック、金属などが用いられ、好ましくは、シリコン、ガラスが用いられる。
【００４２】
また、支持基板は、接続電極が形成された後に除去してもよいし、除去する必要がなければ、そのまま半導体装置の一部としてもよい。
【００４３】
また、本実施形態においては、パッド電極の形状により凹凸を形成したが、これに限らず、接続電極の接続面が凹凸であれば同様の効果が得られる。たとえば、孔５５６開口後、パッド電極の表面にプラズマ処理もしくは薬液処理を施すことによって、微小な凹凸を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】実施の形態における電極構造を備えた半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
【図２】実施の形態における電極構造を備えた半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
【図３】実施の形態における電極構造を備えた半導体装置の製造工程を説明する断面図である。
【図４】実施の形態における電極の形状を説明するための図である。
【図５】実施の形態における電極の形状を説明するための図である。
【図６】実施の形態における電極構造を備えた半導体装置を説明するための拡大図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０２  シリコン基板、４０８  レジスト層、５５０  層間絶縁膜、５５２  パッド電極、５５４  パッシベーション膜、５５６  孔、５５８  絶縁膜、５６０  バリアメタル、５６２  シード膜、５６４  銅めっき膜。
【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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