JP2009049336A - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板に貫通配線層を形成する際の貫通孔底部での壁状付着物や有機マスク残渣の発生を防ぐことにより、貫通接続部の接続不良や機械的信頼性が改善された半導体装置を提供する。
【解決手段】貫通孔３を有する半導体基板２の表面に、該貫通孔３よりも小径の開口４ａを有する第１の絶縁層４が被覆され、その上に第１の配線層５が開口４ａを覆い形成されている。また、貫通孔３内および半導体基板２の裏面に第２の絶縁層６が被覆され、その上には拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層７が形成されている。第２の絶縁層６および金属マスク層７は、第１の絶縁層４の開口４ａと同径の開口６ａ、７ａを有している。さらに、貫通孔３内に第２の配線層８が充填・形成され、この第２の配線層８は第１の絶縁層４および第２の絶縁層６の開口４ａ、６ａを介して第１の配線層５に内接している。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に係り、特に、半導体基板の表裏面の配線間を電気的に接続する貫通接続部を有する半導体装置とその製造方法に関する。

半導体集積回路を用いたメモリデバイスにおいては、メモリ容量を高めるため、メモリチップ（半導体チップ）を多段に積重することが提案されている。半導体チップには表裏面を貫通する貫通孔が形成され、この貫通孔内に導電体層が形成されるとともに、導電体層と導通する金属バンプがチップ裏面に設けられている。上段の半導体チップの金属バンプは下段の半導体チップの表面に形成された金属パッドに接合され、こうして上段のメモリチップの集積回路部分と下段のメモリチップの集積回路部分とが電気的に接続されている。

このような貫通接続部を有する半導体装置として、従来から、半導体基板の裏面からエッチングにより貫通孔を形成し、この貫通孔内に形成した導通部により、半導体基板の表面と裏面の配線層間を電気的に接続した構造の装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

以下、従来の半導体装置について説明する。図５に示す従来の半導体装置１００において、シリコンから成る半導体基板１０１は表裏面を貫通する貫通孔１０２を有し、この貫通孔１０２の内壁面から半導体基板１０１の裏面に亘って、絶縁膜（裏面側絶縁膜）１０３が形成されている。そして、貫通孔１０２内に貫通配線層１０４がバリアメタル層１０５を介して形成されている。貫通配線層１０４は、半導体基板１０１の表面側に形成された配線層（表面側配線層）１０６と裏面側に形成された外部端子（半田ボール）１０７とを電気的に接続している。

半導体基板１０１の表面には、貫通孔１０２より小径の開口１０８ａを有する絶縁層（表面側絶縁層）１０８が形成され、この表面側絶縁層１０８上に表面側配線層１０６が形成されている。また、半導体基板１０１の表面側には、集積回路によりイメージセンサ等の半導体デバイスが形成されている。さらに、半導体基板１０１の裏面には、貫通配線層１０４に接続された外部端子１０７と保護膜（裏面側保護膜）１０９が設けられている。外部端子１０７は外側に突出するように形成されている。

この半導体装置１００において、貫通孔１０２および表面側絶縁層１０８の開口１０８ａは、以下に示すようにして形成されている。すなわち、半導体基板１０１を、その裏面側から所定のマスクパターン（図示を省略。）を用いて表面側絶縁層１０８が露出するまでエッチングすることにより、貫通孔１０２を形成する。次いで、この貫通孔１０２内から半導体基板１０１の裏面に亘って裏面側絶縁膜１０３を形成した後、フォトレジスト等の有機マスク（図示を省略。）を用いて貫通孔１０２の底部に開口を有するマスクパターンを形成した後、マスクパターンの開口から露出した裏面側絶縁膜１０３と表面側絶縁層１０８を異方性エッチングを用いて除去し、開口１０３ａ、１０８ａを形成し、配線層１０６を露出させる。その後、貫通孔１０２内および半導体基板１０１の裏面の絶縁膜１０３上に、バリアメタル層１０５を介して貫通配線層１０４を形成する。
特開２００５−３１１２１５公報

しかしながら、このような方法で製造される従来の半導体装置１００においては、貫通孔１０２の底部において、裏面側絶縁膜１０３と表面側絶縁層１０８に開口１０３ａ、１０８ａを形成する際に、露出された配線層（表面側配線層）１０６がエッチングされ、それが有機マスク上に付着する。そして、エッチング後有機マスクを除去すると、付着物が壁状の突起物１１０として残るため、機械的な信頼性が低下するという問題があった。さらに、エッチング時に有機マスクの表面が変質して除去しにくくなり、貫通孔１０２の底部に有機マスクの残渣１１１が残るため、配線層１０６の接続不良が生じ、歩留まりが低下するという問題があった。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、半導体基板に貫通配線層を形成する際の貫通孔底部での壁状付着物や有機マスク残渣の発生を防ぐことにより、貫通接続部の接続不良や機械的信頼性が改善された半導体装置を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第１の面と第２の面を貫通して設けられた貫通孔と、前記半導体基板の第１の面に設けられた、前記貫通孔の第１の面側の開口部上に該開口部の径よりも小径の開口を有する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第１の導電体層と、前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口に連接して同径の開口を有する第２の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記第２の絶縁層上に設けられた、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記金属マスク層上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口および前記第２の絶縁層の開口を介して前記第１の導電体層に内接する第２の導電体層とを備えることを特徴とする。

本発明の第２の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板の第１の面と第２の面を貫通して設けられた貫通孔と、前記半導体基板の第１の面に設けられた、前記貫通孔の第１の面側の開口部上に該開口部の径よりも小径の開口を有する第１の絶縁層と、前記第１の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第１の導電体層と、前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口に連接して同径の開口を有する第２の絶縁層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記第２の絶縁層上に設けられた、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記金属マスク層上に連接し、かつ前記第１の絶縁層の開口および前記第２の絶縁層の開口を介して前記第１の導電体層に内接するように設けられた拡散防止機能を有する下地金属層と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記下地金属層上に連接して設けられた第２の導電体層とを備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第１の面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の導電体層を形成する工程と、前記半導体基板の第２の面側から前記第１の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第１の面側で前記第１の絶縁層を露出させる工程と、前記露出された第１の絶縁層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に第２の絶縁層を形成する工程と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面の前記第２の絶縁層上に、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層を形成する工程と、前記貫通孔の前記第１の面側の端部に形成された前記金属マスク層に、前記貫通孔より小径の開口を形成し、前記第２の絶縁層を露出させる工程と、前記金属マスク層の前記開口から露出した前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層を、エッチングにより除去し、前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層に前記金属マスク層の開口と同径の開口をそれぞれ形成して、前記第１の配線層を露出させる工程と、前記貫通孔内の前記金属マスク層上から前記半導体基板の第２の面の前記金属マスク層上に亘って、前記第２の絶縁層および第１の絶縁層の開口を介して前記露出した第１の導電体層に内接するように、第２の導電体層を形成する工程と、前記第２の導電体層に覆われた領域以外の前記金属マスク層を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第４の態様に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の第１の面に第１の絶縁層を形成する工程と、前記第１の絶縁層上に第１の導電体層を形成する工程と、前記半導体基板の第２の面側から第１の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第１の面側で前記第１の絶縁層を露出させる工程と、前記露出された第１の絶縁層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に第２の絶縁層を形成する工程と、前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面の前記第２の絶縁層上に、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層を形成する工程と、前記貫通孔の前記第１の面側の端部に形成された前記金属マスク層に、前記貫通孔より小径の開口を形成し、前記第２の絶縁層を露出させる工程と、前記金属マスク層の前記開口から露出した前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層を、エッチングにより除去し、前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層に前記金属マスク層の開口と同径の開口をそれぞれ形成して、前記第１の配線層を露出させる工程と、前記貫通孔内の前記金属マスク層上から前記半導体基板の第２の面の前記金属マスク層上に亘って、前記第２の絶縁層および第１の絶縁層の開口を介して前記露出した第１の導電体層に内接するように、拡散防止機能を有する下地金属層を形成する工程と、前記貫通孔内の前記下地金属層上から前記半導体基板の第２の面の前記下地金属層上に亘って第２の導電体層を連接して形成する工程と、前記第２の導電体層に覆われた領域以外の前記下地金属層および前記金属マスク層を除去する工程とを備えることを特徴とする。

本発明の第１の態様に係わる半導体装置および第３の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、貫通孔の底部（第１の面側の端部）において、第２の絶縁層の開口および第１の絶縁層の開口が拡散防止機能を有する高抵抗金属からなるマスク層を用いて形成されており、この金属マスク層が第２の導電体層に対する拡散防止膜（バリア層）として残留されているため、貫通孔の底部において有機マスクの残渣物や再付着金属による壁状物の発生が生じない。したがって、歩留まりが向上するとともに、電気的・機械的な信頼性が良好な半導体装置が得られる。

本発明の第２の態様に係わる半導体装置および第４の態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記第１の態様および第３の態様と同様に、貫通孔の底部における有機マスクの残渣物や再付着金属による壁状物の発生がなく、電気的・機械的な信頼性が向上する。そのうえ、金属マスク層は拡散防止機能を有する下地金属層で覆われており、半導体基板における貫通孔の内壁面と裏面は、これら金属マスク層と下地金属層とで二重に被覆されるので、第２の導電体層に対するバリア性がさらに向上する。したがって、電気的信頼性がさらに良好な半導体装置を得ることができる。

以下、本発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の記載では実施形態を図面に基づいて説明するが、それらの図面は図解のために提供されるものであり、本発明はそれらの図面に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図２Ａ〜図２Ｊは、第１の実施形態の半導体装置を製造する方法の各工程を示す断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態の半導体装置１は、シリコン等から成る半導体基板２を有し、この半導体基板２には、その第１の面である表面（素子領域形成面）と第２の面である裏面とを貫通する貫通孔３が形成されている。また、半導体基板２の表面には、貫通孔３の上部に該貫通孔３より小径の開口４ａを有する第１の絶縁層４が被覆されており、第１の絶縁層４の上には第１の配線層５が形成されている。第１の配線層５は、第１の絶縁層４の開口４ａを覆い閉塞するように形成されている。また、貫通孔３の内壁面および半導体基板２の裏面には、第２の絶縁層６が被覆されている。第２の絶縁層６は、貫通孔３の上部（表面側端部）において第１の絶縁層４と内接するように形成され、この内接部に、第１の絶縁層４の開口４ａと同径の開口６ａを有している。

さらに、貫通孔３内から半導体基板２の裏面の第２の絶縁層６上に亘って、金属マスク層７が形成されている。この金属マスク層７は、拡散防止機能を有する高抵抗金属から構成され、貫通孔３の上部において第２の絶縁層６に内接するように形成されている。そして、この内接部に、第２の絶縁層６の開口６ａおよび第１の絶縁層４の開口４ａと同径の開口７ａを有している。

また、貫通孔３内に第２の配線層８が充填されて形成されている。第２の配線層８は、貫通孔３内から半導体基板２の裏面の金属マスク層７上に亘って形成され、かつ第１の絶縁層４の開口４ａ（および第２の絶縁層６の開口６ａならびに金属マスク層７の開口７ａ）を介して第１の配線層５に内接するように形成されている。またさらに、半導体基板２の裏面の第２の配線層８上には外部端子９が設けられている。そして、半導体基板２の裏面において、外部端子９の配設部を除く第２の配線層８上と第２の絶縁層６上には、保護層（裏面側保護層）１０が被覆されている。

このように構成される第１の実施形態の半導体装置１は、以下に示すように製造される。すなわち、まず図２Ａに示す第１の工程において、半導体基板２の表面（第１の面）に、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）、ＳｉＯＦ（Ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ ＳｉＯ_２）、ポーラスＳｉＯＣ（Ｃａｒｂｏｎ−ｄｏｐｅｄ ＳｉＯ_２）等により構成される第１の絶縁層４を、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、スピンコート法、スプレーコート法等により形成する。

次いで、図２Ｂに示す第２の工程において、第１の絶縁層４の上に第１の配線層５を、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法等により形成する。第１の配線層５は、例えば、高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）や低抵抗金属材料（Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等）から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。

次いで、図２Ｃに示す第３の工程において、所定のパターンのマスク（図示を省略。）を使用し、半導体基板２の第２の面（裏面）側からプラズマエッチング法により貫通孔３を形成し、貫通孔３の底部（表面側端部）で第１の絶縁層４を露出させる。なお、この貫通孔３は、断面が第１の絶縁層４に向かってテーパー状を呈するものであることが好ましい。貫通孔３の形成においては、第１の絶縁層４に比べて半導体基板２が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガスを導入してプラズマエッチングを行う。エッチング用のガスとしては、例えば、半導体基板２がシリコン（Ｓｉ）で第１の絶縁層４がＳｉＯ_２膜の場合には、ＳＦ_６とＯ_２とＡｒの混合ガスを使用する。

次いで、図２Ｄに示す第４の工程において、貫通孔３底部の第１の絶縁層４の露出部、および貫通孔３の内壁面から半導体基板２の裏面を覆うように、第２の絶縁層６をＣＶＤ法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により形成する。第２の絶縁層６は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。

次いで、図２Ｅに示す第５の工程において、貫通孔３内の第２の絶縁層６上から半導体基板２の裏面の第２の絶縁層６上に亘って、金属マスク層７を形成する。金属マスク層７は、例えば、拡散防止機能を有する高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、ＮｉＶ、ＮｉＦｅ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。金属マスク層７の形成は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等により行う。

次いで、図２Ｆに示す第６の工程において、貫通孔３の底部に第２の絶縁層６を覆うように形成された金属マスク層７に、所定のパターンのレジストマスク（図示を省略。）を使用してエッチングにより開口７ａを形成し、第２の絶縁層６を再び露出させる。この開口７ａの形成では、例えば金属マスク層７がＴｉにより構成される場合は、エッチング液として、フッ酸を主成分とする混合溶液を用いてウェットエッチングを行う。金属マスク層７に開口７ａを形成した後、レジストマスクを除去する。

次いで、図２Ｇに示す第７の工程において、金属マスク層７をマスクとしてプラズマエッチングを行い、第２の絶縁層６および第１の絶縁層４に開口６ａ、４ａを形成する。すなわち、金属マスク層７の開口７ａから露出した第２の絶縁層６の露出部をプラズマエッチングにより除去して開口６ａを形成した後、さらに続けてプラズマエッチングを行うことにより、第２の絶縁層６の開口６ａから露出した第１の絶縁層４をプラズマエッチングにより除去し、第２の絶縁層６の開口６ａと同じ位置に第１の絶縁層４の開口４ａを形成し、第１の配線層５を露出させる。このとき、金属マスク層７に比べて第２の絶縁層６および第１の絶縁層４が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス（例えば、第２の絶縁層６と第１の絶縁層４がともにＳｉＯ_２膜であり、金属マスク層７がＴｉで構成される場合は、Ｃ_５Ｆ_８とＯ_２とＡｒの混合ガス）を導入してプラズマエッチングを行う。

次いで、図２Ｈに示す第８の工程において、貫通孔３内の金属マスク層７上から半導体基板２の裏面の金属マスク層７上に亘って、かつ第２の絶縁層６の開口６ａおよび第１の絶縁層４の開口４ａを介して第１の配線層５に内接するように、第２の配線層８を形成する。第２の配線層８は、例えば、低抵抗金属材料（Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等）、あるいは導電性樹脂から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。そして、第２の配線層８の形成は、所定のパターンのマスク（図示を省略。）を用い、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等により行う。貫通孔３内を隙間なく充填するように第２の配線層８を形成することが望ましいが、完全に充填せず間隙があってもよい。

次いで、図２Ｉに示す第９の工程において、第２の配線層８をマスクとして使用し、第２の配線層８により覆われた領域以外の金属マスク層７を、エッチングにより除去する。例えば、金属マスク層７がＴｉで構成され、第２の配線層８がＣｕで構成される場合は、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いてウェットエッチングを行う。

その後、図２Ｊに示す第１０の工程において、第２の配線層８上に外部端子９を形成し、この外部端子９の配設部を除く第２の配線層８上および第２の絶縁層６上に、保護層１０を形成する。外部端子９は、例えば半田材で形成され、保護層１０は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂あるいはソルダーレジスト材で形成される。次いで、半導体基板２をダイサーの切削ブレードにより切断する。こうして図１に示す半導体装置１の個片が得られる。

このように製造される第１の実施形態の半導体装置１においては、貫通孔３底部における第２の絶縁層６の開口６ａおよび第１の絶縁層４の開口４ａを、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層７を用いて形成し、かつこの金属マスク層７をそのまま第２の絶縁層６上に残留させた構造となっているので、金属マスク層７が第２の配線層８を構成する金属の拡散を防止する機能を有するうえに、従来の構造のように、貫通孔３の底部において有機マスクの残渣物が生じることがない。また、第１の配線層５を露出させる際に生じる再付着金属は、金属マスク層７上にそのまま残してもよく、従来の構造では有機マスク除去の際に生じていた再付着金属による壁形状が発生することがない。したがって、第２の配線層８の形成が容易で貫通孔３への充填性が良好となり、電気的接続性が向上する。さらに、金属マスク層７と下地絶縁膜である第２の絶縁層６との密着性が良好であるので、機械的信頼性も高い。

次に、本発明の別の実施形態について説明する。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図であり、図４Ａ〜図４Ｋは、第２の実施形態の半導体装置を製造する方法の各工程を示す断面図である。なお、これらの図において、図１および図２Ａ〜図２Ｊと同一部分には同一符号を付している。

図３に示すように、第２の実施形態の半導体装置２１は、シリコン等から成る半導体基板２を有し、この半導体基板２には表面と裏面とを貫通する貫通孔３が形成されている。また、半導体基板２の表面には、貫通孔３の上部に該貫通孔３より小径の開口４ａを有する第１の絶縁層４が被覆されており、その上には第１の配線層５が形成されている。第１の配線層５は、第１の絶縁層４の開口４ａを覆い閉塞するように形成されている。また、貫通孔３の内壁面および半導体基板２の裏面には、第２の絶縁層６が被覆されている。第２の絶縁層６は、貫通孔３の上部（表面側端部）において第１の絶縁層４と内接するように形成され、この内接部に、第１の絶縁層４の開口４ａと同径の開口６ａを有している。

さらに、貫通孔３内から半導体基板２の裏面の第２の絶縁層６上に亘って、金属マスク層７が形成されている。この金属マスク層７は、拡散防止機能を有する高抵抗金属から構成され、貫通孔３の上部において第２の絶縁層６に内接するように形成されている。そして、この内接部に、第２の絶縁層６の開口６ａおよび第１の絶縁層４の開口４ａと同径の開口７ａを有している。

また、貫通孔３内から半導体基板２の裏面の金属マスク層７上に、拡散防止機能を有する下地金属層２２が形成されている。この下地金属層２２は、第１の絶縁層４の開口４ａ部において、この開口４ａおよび第２の絶縁層６の開口６ａ介して第１の配線層５に内接するように形成されている。そして、貫通孔３内から半導体基板２の裏面の金属マスク層７上に亘って連続的に形成されている。

また、貫通孔３内に第２の配線層８が形成されている。第２の配線層８は、貫通孔３内の下地金属層２２上から半導体基板２の裏面の下地金属層２２上に亘って形成され、かつ貫通孔３内を隙間なく充填するように形成されている。またさらに、半導体基板２の裏面の第２の配線層８上には外部端子９が設けられ、半導体基板２の裏面において、外部端子９の配設部を除く第２の配線層８上と第２の絶縁層６上には、保護層１０が被覆されている。

このように構成される第２の実施形態の半導体装置２１は、以下に示すように製造される。すなわち、まず図４Ａに示す第１の工程において、半導体基板２の表面に、シリコン酸化物（ＳｉＯ_２）、シリコン窒化物（ＳｉＮ_ｘ）、ＳｉＯＦ、ポーラスＳｉＯＣ等で構成される第１の絶縁層４を、ＣＶＤ法、スピンコート法、スプレーコート法等により形成する。

次いで、図４Ｂに示す第２の工程において、第１の絶縁層４の上に第１の配線層５を、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法等により形成する。第１の配線層５は、例えば、高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）や低抵抗金属材料（Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ等）から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。

次いで、図４Ｃに示す第３の工程において、所定のパターンのマスク（図示を省略。）を使用し、半導体基板２の第２の面（裏面）側からプラズマエッチング法により貫通孔３を形成し、貫通孔３の底部（表面側端部）で第１の絶縁層４を露出させる。なお、この貫通孔３は、断面が第１の絶縁層４に向かってテーパー状を呈するものであることが好ましい。貫通孔３の形成においては、第１の絶縁層４に比べて半導体基板２が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガスを導入してプラズマエッチングを行う。エッチング用のガスとしては、例えば、半導体基板２がシリコン（Ｓｉ）で第１の絶縁層４がＳｉＯ_２膜の場合には、ＳＦ_６とＯ_２とＡｒの混合ガスを使用する。

次いで、図４Ｄに示す第４の工程において、貫通孔３底部の第１の絶縁層４の露出部、および貫通孔３の内壁面から半導体基板２の裏面を覆うように、第２の絶縁層６をＣＶＤ法、スプレーコート法、スピンコート法、フィルムラミネート法等により形成する。第２の絶縁層６は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、ポリイミド樹脂、ＢＣＢ樹脂、エポキシ樹脂等により構成される。

次いで、図４Ｅに示す第５の工程において、貫通孔３内の第２の絶縁層６上から半導体基板２の裏面の第２の絶縁層６上に亘って、金属マスク層７を形成する。この金属マスク層７は、例えば、拡散防止機能を有する高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、ＮｉＶ、ＮｉＦｅ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。金属マスク層７の形成は、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等により行う。

次に、図４Ｆに示す第６の工程において、貫通孔３の底部に第２の絶縁層６を覆うように形成された金属マスク層７に、所定のパターンのレジストマスク（図示を省略。）を使用してエッチングにより開口７ａを形成し、第２の絶縁層６を再び露出させる。この開口７ａの形成では、例えば金属マスク層７がＴｉにより構成される場合は、エッチング液として、フッ酸を主成分とする混合溶液を用いてウェットエッチングを行う。金属マスク層７に開口７ａを形成した後、レジストマスクを除去する。

次いで、図４Ｇに示す第７の工程において、金属マスク層７をマスクとしてプラズマエッチングを行い、第２の絶縁層６および第１の絶縁層４に開口６ａ、４ａを形成する。すなわち、金属マスク層７の開口７ａから露出した第２の絶縁層６の露出部、およびこの露出部の下層の第１の絶縁層４を、プラズマエッチングにより連続的に除去し、第２の絶縁層６の開口６ａを形成するとともに、この開口６ａと同じ位置に第１の絶縁層４の開口４ａを形成し、第１の配線層５を露出させる。このとき、金属マスク層７に比べて第２の絶縁層６および第１の絶縁層４が相対的に大きくエッチングされるように、プラズマ中にエッチング用のガス（例えば、第２の絶縁層６と第１の絶縁層４がともにＳｉＯ_２膜であり、金属マスク層７がＴｉで構成される場合は、Ｃ_５Ｆ_８とＯ_２とＡｒの混合ガス）を導入してプラズマエッチングを行う。

次いで、図４Ｈに示す第８の工程において、貫通孔３内の金属マスク層７上から半導体基板２の裏面の金属マスク層７上に亘って、かつ第２の絶縁層６および第１の絶縁層４の開口６ａ、４ａを介して第１の配線層５に内接するように、下地金属層２２を形成する。下地金属層２２は、例えば、拡散防止機能を有する高抵抗金属材料（Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、ＮｉＶ、ＮｉＦｅ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰ等）から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。そして、下地金属層２２の形成は、所定のパターンのマスク（図示を省略。）を用い、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等により行う。

次いで、図４Ｉに示す第９の工程において、貫通孔３内から半導体基板２の裏面に亘って連続的に形成された下地金属層２２上に、第２の配線層８を形成する。第２の配線層８は、例えば、低抵抗金属材料（Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等）、あるいは導電性樹脂から成る単一層であるか、もしくは前記材料から成る複数の層が積層された構造を有する。そして、第２の配線層８の形成は、所定のパターンのマスク（図示を省略。）を用い、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法、印刷法等により行う。貫通孔３内を隙間なく充填するように第２の配線層８を形成することが望ましいが、完全に充填しなくてもよい。

次いで、図４Ｊに示す第１０の工程において、第２の配線層８をマスクとして使用し、第２の配線層８により覆われた領域以外の下地金属層２２と下層の金属マスク層７を、それぞれエッチングにより除去する。例えば、下地金属層２２と金属マスク層７がそれぞれＴｉで構成され、第２の配線層８がＣｕで構成される場合は、フッ酸を主成分とするエッチング液を用いてウェットエッチングを行う。

その後、図４Ｋに示す第１１の工程において、第２の配線層８上に外部端子９を形成し、この外部端子９の配設部を除く第２の配線層８上および第２の絶縁層６上に、保護層１０を形成する。外部端子９は例えば半田材で形成され、保護層１０は、ポリイミド樹脂やエポキシ樹脂あるいはソルダーレジスト材で形成される。次いで、半導体基板２をダイサーの切削ブレードにより切断する。こうして図３に示す半導体装置２１の個片が得られる。

このように製造される第２の実施形態の半導体装置２１においては、貫通孔３底部における第２の絶縁層６の開口６ａおよび第１の絶縁層４の開口４ａを、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層７を用いて形成し、かつこの金属マスク層７をそのまま第２の絶縁層６上に残留させた構造となっているので、金属マスク層７が第２の配線層８を構成する金属の拡散を防止する機能を有するうえに、従来の構造のように、貫通孔３の底部において有機マスクの残渣物が生じることがない。また、第１の配線層５を露出させる際に生じる再付着金属は、金属マスク層７上にそのまま残してもよく、従来の構造では有機マスク除去の際に生じていた再付着金属による壁形状が発生することがない。したがって、第２の配線層８の形成が容易で貫通孔３への充填性が良好となり、電気的接続性が向上する。さらに、金属マスク層７と下地絶縁膜である第２の絶縁層６との密着性が良好であるので、機械的信頼性も高い。

また、金属マスク層７は下地金属層２２により覆われており、半導体基板２の貫通孔３内と裏面は、拡散防止機能を有する金属マスク層７と同様に拡散防止機能を有する下地金属層２２とが積層された構造により被覆されているので、前記した第１の実施形態より、第２の配線層８に対するバリア性がさらに向上しており、電気的信頼性が一段と良好な半導体装置を得ることができる。さらに、金属マスク層７を構成する材料は、拡散防止機能を有する高抵抗金属材料の中でも、半導体基板２との密着性を考慮して選択し、下地金属層２２を構成する材料は、貫通孔３内の第２の配線層８との密着性を考慮して選択することができるので、材料選択の自由度が広がるうえに、機械的信頼性がさらに向上する。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさおよび配置関係については、概略的に示したものにすぎず、また数値および各構成の組成（材質）については例示にすぎない。したがって、本発明は以上の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り、さまざまな形態に変更することができる。

本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す断面図である。 従来の半導体装置の構成を示す断面図である。

符号の説明

１，２１…半導体装置、２…半導体基板、３…貫通孔、４…第１の絶縁層、４ａ…第１の絶縁層の開口、５…第１の配線層、６…第２の絶縁層、６ａ…第２の絶縁層の開口、７…金属マスク層、８…第２の配線層、９…外部端子、１０…保護層、２２…下地金属層。

Claims (5)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の面と第２の面を貫通して設けられた貫通孔と、
   前記半導体基板の第１の面に設けられた、前記貫通孔の第１の面側の開口部上に該開口部の径よりも小径の開口を有する第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第１の導電体層と、
   前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口に連接して同径の開口を有する第２の絶縁層と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記第２の絶縁層上に設けられた、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記金属マスク層上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口および前記第２の絶縁層の開口を介して前記第１の導電体層に内接する第２の導電体層と
   を備えることを特徴とする半導体装置。
2. 半導体基板と、
   前記半導体基板の第１の面と第２の面を貫通して設けられた貫通孔と、
   前記半導体基板の第１の面に設けられた、前記貫通孔の第１の面側の開口部上に該開口部の径よりも小径の開口を有する第１の絶縁層と、
   前記第１の絶縁層上に前記開口を覆うように設けられた第１の導電体層と、
   前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に連接して設けられた、前記第１の絶縁層の開口に連接して同径の開口を有する第２の絶縁層と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記第２の絶縁層上に設けられた、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記金属マスク層上に連接し、かつ前記第１の絶縁層の開口および前記第２の絶縁層の開口を介して前記第１の導電体層に内接するように設けられた拡散防止機能を有する下地金属層と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面上の前記下地金属層上に連接して設けられた第２の導電体層と
   を備えることを特徴とする半導体装置。
3. 前記金属マスク層は、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、ＮｉＶ、ＮｉＦｅ、Ｃｒ、ＴａＮ、ＣｏＷＰから成る単一層であるか、または前記金属材料から成る複数の層が積層された層であることを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置。
4. 半導体基板の第１の面に第１の絶縁層を形成する工程と、
   前記第１の絶縁層上に第１の導電体層を形成する工程と、
   前記半導体基板の第２の面側から前記第１の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第１の面側で前記第１の絶縁層を露出させる工程と、
   前記露出された第１の絶縁層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に第２の絶縁層を形成する工程と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面の前記第２の絶縁層上に、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層を形成する工程と、
   前記貫通孔の前記第１の面側の端部に形成された前記金属マスク層に、前記貫通孔より小径の開口を形成し、前記第２の絶縁層を露出させる工程と、
   前記金属マスク層の前記開口から露出した前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層を、エッチングにより除去し、前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層に前記金属マスク層の開口と同径の開口をそれぞれ形成して、前記第１の配線層を露出させる工程と、
   前記貫通孔内の前記金属マスク層上から前記半導体基板の第２の面の前記金属マスク層上に亘って、前記第２の絶縁層および第１の絶縁層の開口を介して前記露出した第１の導電体層に内接するように、第２の導電体層を形成する工程と、
   前記第２の導電体層に覆われた領域以外の前記金属マスク層を除去する工程と
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 半導体基板の第１の面に第１の絶縁層を形成する工程と、
   前記第１の絶縁層上に第１の導電体層を形成する工程と、
   前記半導体基板の第２の面側から第１の面側へ貫通孔を形成し、該貫通孔の第１の面側で前記第１の絶縁層を露出させる工程と、
   前記露出された第１の絶縁層上および前記貫通孔の内壁面から前記半導体基板の第２の面上に第２の絶縁層を形成する工程と、
   前記貫通孔内および前記半導体基板の第２の面の前記第２の絶縁層上に、拡散防止機能を有する高抵抗金属からなる金属マスク層を形成する工程と、
   前記貫通孔の前記第１の面側の端部に形成された前記金属マスク層に、前記貫通孔より小径の開口を形成し、前記第２の絶縁層を露出させる工程と、
   前記金属マスク層の前記開口から露出した前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層を、エッチングにより除去し、前記第２の絶縁層および前記第１の絶縁層に前記金属マスク層の開口と同径の開口をそれぞれ形成して、前記第１の配線層を露出させる工程と、
   前記貫通孔内の前記金属マスク層上から前記半導体基板の第２の面の前記金属マスク層上に亘って、前記第２の絶縁層および第１の絶縁層の開口を介して前記露出した第１の導電体層に内接するように、拡散防止機能を有する下地金属層を形成する工程と、
   前記貫通孔内の前記下地金属層上から前記半導体基板の第２の面の前記下地金属層上に亘って第２の導電体層を連接して形成する工程と、
   前記第２の導電体層に覆われた領域以外の前記下地金属層および前記金属マスク層を除去する工程と
   を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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