(57)【要約】【課題】製造プロセスを簡略化することにより、コスト低減を可能とした半導体装置の製造方法を提供する。【解決手段】基板１０の能動面側に絶縁層２２を介して電極パッド１２が設けられ、電極パッド１２直上の基板１０に形成された、能動面と反対の裏面側から絶縁膜２２まで到達する孔部Ｈ３に、導電材料を埋め込んで貫通電極３０を形成する半導体装置の製造方法である。基板１０の裏面側に孔部Ｈ３を覆うようにしてレジスト層３２を設け、レジスト層３２を加熱処理する。孔部Ｈ３の中央部上のレジスト層３２に孔部の開口径よりも小さい開口部ＳＨを形成する。開口部ＳＨが形成されたレジスト層３２をマスクとして用いて、絶縁層２３をエッチングする。絶縁層２２，２３をエッチングにより除去した後、レジスト層３２を剥離し、孔部Ｈ３内に導電材料を埋め込んで貫通電極３０を形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の能動面側に絶縁層を介して電極パッドが設けられ、前記電極パッド直上の前記基板に形成された、前記能動面と反対の裏面側から前記絶縁膜まで到達する孔部に、導電材料を埋め込んで貫通電極を形成する半導体装置の製造方法において、
前記基板の裏面側に前記孔部を覆うようにしてレジスト層を設け、該レジスト層を加熱処理する工程と、
前記孔部の中央部上のレジスト層に前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成する工程と、
該開口部が形成されたレジスト層をマスクとして用いて、前記絶縁層をエッチングする工程と、
前記絶縁層をエッチングした後、前記レジスト層を剥離し、前記孔部内に導電材料を埋め込んで前記貫通電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記レジスト層をフォトリソにより、前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記レジスト層をエッチングにより、前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記孔部に前記導電材料を埋め込むとともに、前記基板の裏面側に他の電極パッドを形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記基板の裏面側に前記レジスト層を設ける前工程として、前記孔部の内側面を絶縁層によって覆うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記孔部を形成するに際し、前記基板の裏面側から形成していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の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、半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、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装置などの各種の電子部品の小型化が図られている。このような背景の下に、例えば複数の半導体チップ（半導体装置）を厚さ方向に積層することで、半導体チップの実装密度を高める三次元実装技術が提案されている。
このような三次元実装に用いられる半導体チップは、例えばチップ基板に貫通孔を設け、該貫通孔内に埋め込まれた貫通電極によって、チップ基板の両面側が導通可能となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来、半導体チップに貫通電極を形成する場合には、半導体チップの能動面（集積回路が形成されている面）側からその裏面側に向け穴を形成し、該穴に導電材料を埋め込んだ後、裏面側からチップ基板を薄厚化加工することにより、裏面側に前記導電材料を突出させ貫通電極を形成していた。また、この半導体チップは、他の半導体装置等に接続されるランドが能動面側に設けられていた。
【特許文献１】特開２００４−２０７３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年は、裏面側にランドが形成された半導体チップの提供が望まれている。そこで、従来と異なり、チップ基板の裏面側から孔部を形成し、該孔部に導電材料を埋め込むことで、貫通電極と裏面側のランドを同時に形成する方法が考えられる。この方法では、チップ基板上に絶縁膜を介して電極パッドを形成し、該電極パッドの直上となるチップ基板の裏面側から前記電極パッドに向けて孔部を形成している。このとき、チップ基板の能動面上には絶縁膜を介して電極パッドが形成されていることから、この電極パッドと孔部に埋め込まれる導電材料とを導通させるために絶縁膜を除去する必要がある。また、前記孔部の内壁面には絶縁膜が形成されていて、チップ基板と導電材料とを絶縁した状態になっている。
【０００５】
しかしながら、前記電極パッド上の絶縁膜をエッチングすると、上述した孔部の内壁面に形成されている絶縁膜もエッチングされてしまって孔部内にチップ基板が露出してしまい、導電材料との絶縁性が得られなくなってしまう。よって、孔部の内壁面を覆う絶縁膜をエッチングすることなく、前記電極パッド上を覆う絶縁膜のみを選択的にエッチングする必要がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、前記孔部の内壁面を覆う絶縁膜をエッチングすることなく電極パッド上を覆う絶縁膜のみを選択的にエッチングすることを可能とした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】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、基板の能動面側に絶縁層を介して電極パッドが設けられ、前記電極パッド直上の前記基板に形成された、前記能動面と反対の裏面側から前記絶縁膜まで到達する孔部に、導電材料を埋め込んで貫通電極を形成する半導体装置の製造方法において、前記基板の裏面側に前記孔部を覆うようにしてレジスト層を設け、該レジスト層を加熱処理する工程と、前記孔部の中央部上のレジスト層に前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成する工程と、該開口部が形成されたレジスト層をマスクとして用いて、前記絶縁層をエッチングする工程と、前記絶縁層をエッチングした後、前記レジスト層を剥離し、前記孔部内に導電材料を埋め込んで前記貫通電極を形成する工程と、を備えたことを特徴とする。このとき、前記レジスト層をフォトリソにより、前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成してもよい。
【０００８】
本発明の半導体装置の製造方法によれば、孔部を覆うようにして設けたレジスト層を加熱処理すると孔部内の気体が膨張し、前記孔部を覆うレジスト層は中央部が盛り上がったドーム形状となる。このとき、ドーム形状のレジスト層は、盛り上がった中央部の膜厚が他の部分に比べて薄くなっている。
そして、前記孔部を覆うレジスト層をフォトリソにより、前記孔部の開口径よりも小さく例えば孔部の８０％ぐらいの開口径でパターニングを行う。このレジスト層をマスクとして用いて前記電極パッド上を覆う絶縁層に対してドライエッチングを行うと、上述した膜厚の薄い部分のレジスト層が除去されて、前記レジスト層が平面視した状態で孔部の内側面を庇状に遮った状態となる。よって、前記開口部の内側面が例えば絶縁膜によって覆われている場合、この内側面を覆う絶縁膜に影響を与えることなく前記電極パッドとの間の絶縁層のみを選択的にエッチングすることができる。そして、孔部内部に絶縁層を介して形成された貫通電極は、前記基板の能動面側と裏面側とを良好に導通したものとなる。
【０００９】
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記レジスト層をエッチングにより、前記孔部の開口径よりも小さい開口部を形成してもよい。
このようにすれば、孔部を覆うようにして設けたレジスト層を加熱処理すると孔部内の気体が膨張し、前記孔部を覆うレジスト層は中央部が盛り上がったドーム形状となる。このとき、ドーム形状のレジスト層は、盛り上がった中央部の膜厚が他の部分に比べて薄くなっているので、該レジスト層を、例えばＯ２プラズマエッチングによって膜厚の薄いドーム中央部のレジスト層のみを除去でき、レジスト層の中央部に孔部の開口径よりも小さい開口部が形成される。このレジスト層をマスクとして用いて前記電極パッド上を覆う絶縁層に対してドライエッチングを行うと、前記レジスト層が平面視した状態で孔部の内側面を庇状に遮った状態となる。よって、前記開口部の内側面が例えば絶縁膜によって覆われている場合、この内側面を覆う絶縁膜に影響を与えることなく前記電極パッドとの間の絶縁層のみを選択的にエッチングすることができる。そして、孔部内部に絶縁層を介して形成された貫通電極は、前記基板の能動面側と裏面側とを良好に導通したものとなる。
【００１０】
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記孔部に前記導電材料を埋め込むとともに、前記基板の裏面側に他の電極パッドを形成するのが好ましい。
このようにすれば、導電材料を埋め込んで貫通電極を形成する際に、基板の裏面側に他の電極パッドを形成しているので、該他の電極パッドを例えば基板の裏面側に実装した電子部品等との接続に利用することができる。
【００１１】
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記基板の裏面側に前記レジスト層を設ける前工程として、前記孔部の内側面を絶縁層によって覆うのが好ましい。
このようにすれば、前記基板として、例えばシリコン基板を用いた場合に、孔部の内側面を絶縁層によって覆っているので、導電性を有した基板と貫通電極との間を良好に導通することが可能となる。
【００１２】
また、前記半導体装置の製造方法においては、前記孔部を形成するに際し、前記基板の裏面側から形成しているのが好ましい。
このようにすれば、裏面側から貫通電極を形成する際に生じる、上述した電極パッドの底面までの膜を除去する工程の煩雑さを無くして、導電材料と電極パッドとの間の良好に導通させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施形態について図面を参照して説明する。ここで、図１、及び図２は、半導体装置１００の製造工程を示す図である。なお、本実施形態においては、図３に示すように同一のシリコンウエハ（基板）５００上に半導体装置１００を複数一括して形成しておき、その後ダイシング（切断）して個片化することにより、半導体装置１００を得るようにしているが、図１，２では説明を簡単にするため、単純化して１つの半導体装置を形成する工程のみを示している。
【００１４】
はじめに、シリコンウエハからなる半導体基板（基板）１０の一方の面上に図示しない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等を公知の方法によって形成し、これら集積回路等を形成した面を半導体基板１０における能動面１０ａとする。
そして、図１（ａ）に示すように、前記絶縁層２２を介して半導体基板１０上に電極パッド１２を形成する。
【００１５】
この絶縁層２２は、ＳｉＯ２等からなるもので、貫通電極３０と半導体基板１０との間の電流リークの発生、及び酸素や水分等による浸食等を防止するためのものである。
また、前記電極パッド１２は、例えばＡｌからなるものを用いているが、電極パッドは複数の層が積層されてなるものであってもよく、電極パッド１２に必要とされる電気的特性、物理的特性、及び化学的特性に応じて適宜変更が可能である。
【００１６】
そして、前記電極パッド１２は上述した集積回路に接続されたものとなっている。このようにして半導体基板１０上に電極パッド１２を形成した後、図示しないが、電極パッド１２が形成された半導体基板１０の能動面１０ａ側を接着剤を介して、ガラス基板等からなる支持部材に支持する。これにより、半導体基板１０を裏面１０ｂ側から後述するように薄型加工する際に、半導体基板１０に割れ等が発生するのを防止することができる。
【００１７】
接着剤としては、熱硬化性接着剤や光硬化性接着剤等の硬化性接着剤を使用するのが望ましい。これにより、半導体基板１０の能動面１０ａにおける凹凸を吸収しつつ、支持部材を強固に装着することができる。さらに、接着剤として紫外線硬化性接着剤等の光硬化性接着剤を使用した場合には、上述したように支持部材としてガラス等の透光性材料を採用するのが好ましい。この場合、支持部材の外側から光を照射することによって、簡単に接着剤を硬化させることができる。
【００１８】
このようにして、半導体基板１０を支持部材に貼り付けた状態で、半導体基板１０の裏面１０ｂ側から、例えばＣＭＰ（化学的機械的研磨）を行うことにより、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１０を１００μｍ程度の厚みまで研磨する。なお、以下の製造工程においても、図示しないが半導体基板１０を前記支持部材に保持した状態で、後述する貫通電極を形成している。
【００１９】
半導体基板１０を所定の厚みに形成した後、図１（ｃ）に示すように基板の裏面１０ｂ側の前記半導体基板１０と前記絶縁層２２との界面まで孔部Ｈ３を形成する。
その具体的な手順は、まず半導体基板１０の裏面１０ｂの全面にレジスト等を塗布して、孔部Ｈ３の形状をパターニングする。次に、パターニングされたレジストをマスクとして、半導体基板１０にドライエッチングを行う。なお、このようなドライエッチングとしては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）等を採用することができる。その後、レジストを剥離すれば、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に孔部Ｈ３を形成できる。また、ここで孔部Ｈ３の底部に露出し、電極パッド１２上を覆っている絶縁層２２を、図１（ｄ）に示すようにドライエッチングにより除去する。
【００２０】
続いて、図１（ｅ）に示すように、半導体基板１０の裏面１０ｂ上及び孔部Ｈ３の内側面及び底面に絶縁層２３を形成する。この絶縁層２３を形成する方法としては、例えばＣＶＤ法などが採用できる。なお、前記絶縁層２３を形成する方法として、シリコンからなる半導体基板１０を熱酸化することで、半導体基板１０の裏面１０ｂ全体及び孔部Ｈ３の内側面を覆う絶縁層２３を形成してもよい。
【００２１】
次に、図２（ａ）に示すように、前記孔部を覆うようにして前記半導体基板１０の裏面１０ｂ側にレジスト層３２を設ける。該レジスト層３２を加熱処理する。
前記レジスト層３２は、スピンコート法によって塗布している。そして、レジストを塗布した後に加熱処理（ベーク処理）を行う。
加熱処理方法としては、例えばホットプレートまたは温風循環式オーブンなどを用いて行うことができる。
ホットプレートを使用した場合の条件は、例えば、１００℃で３〜５分程度の加熱処理を行っている。また、温風循環式オーブンの場合は、９０℃で３０分程度の加熱処理を行っている。
【００２２】
このように、レジスト層３２に対し加熱処理を行うと、孔部Ｈ３を覆うようにしてレジスト層３２が設けられているので、孔部Ｈ３内の気体が膨張し、前記孔部Ｈ３を覆うレジスト層３２は、図２（ｂ）に示すように中央部が盛り上がったドーム形状となる。
【００２３】
続いて、前記孔部Ｈ３上を覆うドーム形状のレジスト層３２に対してフォトリソによりパターニングを行う。開口径は例えば前記孔部開口径の８０％とすることで、図２（ｃ）に示すように、開口部ＳＨが形成される。
なお、後述するように、前記孔部Ｈ３上を覆うドーム形状のレジスト層３２に対しエッチングすることにより開口部ＳＨを形成してもよい。
【００２４】
前記レジスト層３２に開口部ＳＨを形成した後、該開口部が形成されたレジスト層をマスクとして用いて、孔部Ｈ３の底面に露出し、電極パッド１２上を覆っている絶縁層２３をドライエッチングにより除去する。
ここで、上述したように前記レジスト層３２に形成されている開口部ＳＨは孔部Ｈ３の開口径よりも小さくなっているので、該レジスト層３２をマスクとしてドライエッチングを行った際に、前記レジスト層３２は平面視した状態で孔部Ｈ３の内側面を庇状に遮った状態となる。また、本実施形態では、前記開口部ＳＨの内側面が絶縁層２３によって覆われているものの、前記レジスト層３２が内側面の絶縁層２３がエッチングされるのを確実に防止し、前記絶縁層２３のみを選択的に除去することができる。
【００２５】
このように前記孔部Ｈ３の側面及び底面を覆っている絶縁層２３のうち、前記孔部Ｈ３の底面に設けられた絶縁層２３を選択的に除去する場合に、本発明を採用すれば孔部Ｈ３の側面の絶縁層２３をエッチングすることなく、底面の絶縁層２３のみを確実に除去することができる。
【００２６】
前記絶縁層をエッチングにより除去した後、図２（ｄ）に示すように前記レジスト層３２を剥離し、前記孔部Ｈ３内に導電材料を埋め込むことで貫通電極３０を形成する。このとき、他のデバイス等を実装する際の機械的な接続部として用いられる電極パッドを形成するようにしてもよい。
具体的に、前記導電材料としては、例えばＣｕ（銅）やＷ（タングステン）等の電気抵抗が低いものを好適に採用できる。なお、前記導電材料を埋め込むに際して、孔部Ｈ３内に下地膜を形成してもよい。
このようにして半導体基板１０に貫通電極３０を形成した後、図３に示すようにダイシング装置２１０によってシリコンウエハ（基板）５００を半導体装置１００毎にダイシング（切断）し、個片化した後、各半導体装置１００を支持部材（図示せず）から剥離する。
【００２７】
本実施形態の半導体装置の製造方法によれば、上述したように孔部Ｈ３の中央部上に孔部Ｈ３の開口径よりも小さい開口部を有したドーム形状のレジスト層３２をマスクとして電極パッド１２上を覆う絶縁層２３に対しドライエッチングを行っているので、孔部Ｈ３の内側面を覆う絶縁層２３に影響を与えることなく、裏面側から貫通電極３０を形成する際に生じる前記電極パッド１２の間に介在する絶縁層２３のみを選択的に除去できる。よって、孔部Ｈ３に設けられた貫通電極３０は、前記半導体基板１０の能動面１０ａ側と裏面１０ｂ側とを良好に導通したものとなる。
【００２８】
なお、前記レジスト層３２に開口部ＳＨを形成する際にフォトリソを用いていたが、代わりにエッチングを用いてもよい。
まず、前記孔部Ｈ３上を覆うドーム形状のレジスト層３２に対し、例えばＯ２プラズマ等のドライエッチングを行っている。このとき、上述したようにドーム形状のレジスト層３２は、膨張した気体により中央部が盛り上がった状態となっているので、このレジスト層３２の中央部における膜厚は他の部分に比べて薄くなっている。
よって、Ｏ２プラズマを照射することにより膜厚の薄いドーム形状の中央部のみを選択的に除去することができ、前記孔部Ｈ３の中央部上のレジスト層３２に前記孔部Ｈ３の開口径よりも小さい開口部ＳＨが形成される。
【００２９】
前記レジスト層３２に開口部ＳＨを形成した後、上記工程と同様にして、該開口部が形成されたレジスト層をマスクとして用いて、孔部Ｈ３の底面に露出し、電極パッド１２上を覆っている絶縁層２３をドライエッチングにより除去することにより、孔部Ｈ３内に導電材料を埋め込むことで貫通電極３０を形成する。
このような半導体装置の製造方法によっても、裏面側から貫通電極３０を形成する際に生じる前記電極パッド１２の間に介在する絶縁層２３のみを選択的に除去でき、孔部Ｈ３内に設けられた貫通電極３０は、前記半導体基板１０の能動面１０ａ側と裏面１０ｂ側とを良好に導通する。
【００３０】
なお、本発明の半導体装置の製造方法により得られる半導体装置とは、半導体素子等が形成された基板に貫通電極を備えた回路基板等に限定されることなく、半導体チップ等の電子部品、電子デバイス等にも適用可能である。
【００３１】
（半導体装置）
続いて、上述した実施形態における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置１００の構成について説明する。図４は、上述した製造方法により形成された半導体装置１００を示す図である。
図４に示すように、前記半導体装置１００は、厚みが１００μｍ程度のシリコンからなる半導体基板１０に設けられた孔部Ｈ３内に絶縁層２３を介して埋め込まれた導電材料からなる貫通電極３０と、半導体基板１０の能動面１０ａ側に設けられ、前記貫通電極３０に導通する電極パッド１２とを備えたものである。
また、前記電極パッド１２と半導体基板１０との間には絶縁層２２が介在しているが、上述した製造工程によって前記絶縁層２２の一部が除去され、電極パッド１２と貫通電極３０とが良好に導通している。また、前記半導体装置１００には、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に前記貫通電極３０と同一工程により形成された電極パッド１３を備えている。
前記半導体装置１００によれば、上述した製造方法により簡便な工程で、かつ確実に形成された貫通電極３０が形成された半導体基板１０により構成されているので、信頼性が高く、コストの低減が図られたものとなっている。
【００３２】
図５は、上述した製造方法により形成された半導体装置１００を備えた回路基板構造体の概略構成を示す図である。
図５に示すように、回路基板２００上に前記半導体装置１００が実装されて回路基板構造が構成されている。なお、前記回路基板構造とは、電子機器などのデバイスに実装されるものである。
回路基板２００には、接続端子１１０が設けられていて、この接続端子１１０と半導体装置１００の能動面１０ａ側の電極パッド１２とがろう材、例えばハンダ層４０を介して接続することにより、半導体装置１００が搭載されたものとなっている。
【００３３】
前記ハンダ層４０として、例えば、スズ・銀等の鉛フリーハンダが用いられている。ハンダ層４０の形成方法（被着方法）としては、例えば、電解メッキ、浸漬メッキ、無電解メッキ等の湿式メッキ法、熱ＣＶＤ、プラズマＣＶＤ、レーザーＣＶＤ等の化学蒸着法（ＣＶＤ）、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等の乾式メッキ法、溶射、金属箔の接合等が挙げられる。これらの中でも、特に湿式メッキ法が好ましい。湿式メッキ法によれば、容易にハンダ層４０を形成する。
前記ハンダ層４０は、例えば鉛フリーハンダを用いたが、これ以外にも金属ペーストや溶融ペースト等も使用可能である。
【００３４】
また、図５に示したように半導体装置１００の裏面１０ｂ側の貫通電極３０上に他の部品等を実装してもよい。このような他の部品としては、例えばＩＣチップ等の電子部品が挙げられる。前記電子部品３００は、前記ハンダ層４０を介して半導体装置１００に接続するためのバンプ１６０を備えている。なお、このバンプ１６０は、平面視した状態で半導体装置１００が備えた貫通電極３０と重なる位置に配置されたものとなっている。そして、ＩＣチップと貫通電極３０との接続には、上述したろう材等のハンダ層を採用できる。また、半導体基板１０の裏面１０ｂ側に前記貫通電極３０と同一工程により形成された電極パッド１３はハンダ層４０を介して前記電子部品３００に機械的に接続されたものとなっている。
このような前記回路基板構造であっても、上述した製造方法により形成された信頼性の高い半導体装置１００が実装されているので、これ自体も信頼性が高く、コストの低減が図られたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図２】図１に続く半導体装置の製造工程を説明する図である。
【図３】半導体装置の製造工程におけるダイシング工程を示す図である。
【図４】半導体装置の製造方法により得た半導体装置の概略構成を示す図である。
【図５】半導体装置を備えた回路基板構造を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０…基板、１０ａ…能動面、１０ｂ…裏面、１２…電極パッド、１３…電極パッド（他の電極パッド）、２３…絶縁層、３０…貫通電極、３２…レジスト層、１００…半導体装置、Ｈ３…孔部、ＳＨ…開口部
【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】
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