JP2014103137A - Semiconductor device, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関し、特に半導体基板を貫通する電極を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device having an electrode penetrating a semiconductor substrate.
近年、半導体装置の高機能化、多様化に伴い、複数の半導体チップを縦方向に積層して集積化した半導体装置が提案されている。このような半導体装置では、各半導体チップの半導体基板を貫通する電極(Through Silicon Via:TSVと称す)によって各半導体チップ間の電気的導通を図るように構成されている。 2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices in which a plurality of semiconductor chips are stacked and integrated in the vertical direction have been proposed with the increasing functionality and diversification of semiconductor devices. Such a semiconductor device is configured to achieve electrical continuity between the semiconductor chips by means of an electrode (through silicon via: TSV) penetrating the semiconductor substrate of each semiconductor chip.
特開2012−9473号公報(特許文献1)には、基板を貫通する貫通電極を備えた半導体装置とその製造方法が開示されている。ここでは、シリコン基板の表面側に形成したパッド電極の裏面を露出させるように、シリコン基板の裏面側から、基板と絶縁膜に貫通孔を開口している。そして、この貫通孔の中にめっきシード層を成膜し、めっき法により貫通電極を形成している。このとき、貫通孔底に露出したパッド電極とシード層の界面に自然酸化層があると接触抵抗が増加してしまうため、シード層成膜前に、アルゴンなどの不活性ガスにより逆スパッタすることでパッド電極裏面を清浄化する工程が開示されている。 Japanese Patent Laying-Open No. 2012-9473 (Patent Document 1) discloses a semiconductor device including a through electrode penetrating a substrate and a manufacturing method thereof. Here, through holes are opened in the substrate and the insulating film from the back surface side of the silicon substrate so that the back surface of the pad electrode formed on the front surface side of the silicon substrate is exposed. A plating seed layer is formed in the through hole, and a through electrode is formed by a plating method. At this time, if there is a natural oxide layer at the interface between the pad electrode exposed at the bottom of the through hole and the seed layer, the contact resistance increases, so reverse sputtering with an inert gas such as argon is performed before the seed layer is formed. The process of cleaning the back surface of the pad electrode is disclosed.
このような逆スパッタによる清浄化について本発明者が検討したところ、以下のことが分かった。当該パッド電極は、シリコン基板および層間絶縁膜を異方性エッチングして貫通孔を開口する際のエッチングストッパとして機能する。通常、1枚のシリコンウエハ上に複数の半導体チップを同時に形成するため、貫通孔形成の際の局所的なエッチング不足を避けるために、オーバーエッチングが施される。従って、膜厚の目減りが懸念される。本発明者の検討によれば、当該パッド電極は、同層の配線と同じ工程で形成するため、膜厚や材料を自由に設定しにくい。その上で更に、上記のようなパッド電極の清浄化のために逆スパッタを施すと、膜厚の目減りはより顕著になる。これは、抵抗値の増加や接続不良の一原因となり得る。 When the present inventor examined such cleaning by reverse sputtering, the following was found. The pad electrode functions as an etching stopper when the silicon substrate and the interlayer insulating film are anisotropically etched to open a through hole. Usually, in order to simultaneously form a plurality of semiconductor chips on one silicon wafer, over-etching is performed in order to avoid local lack of etching when forming a through hole. Therefore, there is a concern that the film thickness may be reduced. According to the study by the present inventor, the pad electrode is formed in the same process as the wiring in the same layer, and therefore it is difficult to freely set the film thickness and material. Furthermore, when reverse sputtering is performed to clean the pad electrode as described above, the reduction in film thickness becomes more remarkable. This can cause an increase in resistance value and a connection failure.
本発明の一実施形態によれば、
半導体基板の表面上に形成された配線層と、
前記配線層に含まれ、第1の金属からなる第1の導体配線と、
前記半導体基板の裏面から、前記第1の導体配線の一部と接触するように、前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記第1の導体配線に含まれ、前記貫通電極との接触箇所における境界面に形成された、前記第1の金属の窒化物からなる介在層と、
を含むことを特徴とする半導体装置、が提供される。
According to one embodiment of the present invention,
A wiring layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first conductor wiring comprised in the wiring layer and made of a first metal;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate so as to be in contact with a part of the first conductor wiring from the back surface of the semiconductor substrate;
An intervening layer made of a nitride of the first metal, which is included in the first conductor wiring and formed at a boundary surface at a contact point with the through electrode;
A semiconductor device characterized by including:
また、本発明の別の実施形態によれば、
半導体基板の表面上に、第1の金属を含む第1の導体配線を形成する工程と、
前記半導体基板の裏面から、前記半導体基板を貫通し、前記第1の導体配線の前記第1の金属の一部を露出する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の底部に露出した前記第1の金属を窒化する工程と、
前記露出した第1の金属を窒化した後、前記貫通孔の内部に導体膜を埋設して貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法、が提供される。
Also, according to another embodiment of the present invention,
Forming a first conductor wiring containing a first metal on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate and exposes a part of the first metal of the first conductor wiring;
Nitriding the first metal exposed at the bottom of the through hole;
Nitriding the exposed first metal and then burying a conductor film inside the through hole to form a through electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
加えて、本発明の更に別の実施形態によれば、
半導体基板の表面上に形成された2層以上の配線層と、
前記配線層の前記半導体基板側の最下層に、第1の金属を含むパッド電極と、
前記半導体基板を貫通し、前記パッド電極の一部と接触する貫通電極と、
を備える半導体装置であって、
前記パッド電極と前記貫通電極底部との接触面は、前記パッド電極の前記貫通電極と接していない前記半導体基板側の第1の平面よりも前記半導体基板から離れた第2の平面を構成し、前記第2の平面全面に前記第1の金属の窒化物からなる介在層を有することを特徴とする半導体装置、が提供される。
In addition, according to yet another embodiment of the present invention,
Two or more wiring layers formed on the surface of the semiconductor substrate;
A pad electrode containing a first metal in the lowermost layer on the semiconductor substrate side of the wiring layer;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate and contacting a part of the pad electrode;
A semiconductor device comprising:
The contact surface between the pad electrode and the bottom of the through electrode constitutes a second plane farther from the semiconductor substrate than the first plane on the semiconductor substrate side that is not in contact with the through electrode of the pad electrode, There is provided a semiconductor device having an intervening layer made of a nitride of the first metal on the entire surface of the second plane.
本発明の一実施形態によれば、半導体基板の裏面から形成される貫通電極と接触する配線層(第1の導体配線)の接触面に、貫通電極を形成するための貫通孔を形成してから露出する金属表面を窒化して介在層を形成することで、第1の導体配線の膜厚の更なる目減りを抑制しつつ、後工程での金属表面の酸化が防止され接触抵抗の増加や接触不良が抑制できる。 According to one embodiment of the present invention, a through hole for forming a through electrode is formed on a contact surface of a wiring layer (first conductor wiring) that is in contact with the through electrode formed from the back surface of the semiconductor substrate. By forming the intervening layer by nitriding the exposed metal surface, the metal surface is prevented from being oxidized in the subsequent process while suppressing further decrease in the film thickness of the first conductor wiring. Contact failure can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明の実施形態例について説明するが、本発明はこれらの実施形態例のみに限定されるものではなく、本発明の範囲内で適宜当業者が変更可能な構成を包含する。 Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to these exemplary embodiments, and can be appropriately modified by those skilled in the art within the scope of the present invention. Include.
実施形態例1
まず、本発明に係る半導体装置(以下、半導体チップという)を用いた半導体パッケージ100について説明する。
First, a
この半導体パッケージ100は、複数の半導体チップ101をサンドイッチ状に積み重ね、各半導体チップを貫通する電極〔TSV(Through Silicon Via):貫通電極111〕により電力供給、信号授受が図られている。各半導体チップは、回路形成面側の外部に露出する表面端子(表面バンプ)112が、貫通電極111に接して裏面側の外部に露出する裏面端子(裏面バンプ)113を有している。各半導体チップ101(ここでは、101Aから101Eの5層)は、回路形成面を下側にして(フェイスダウン)積層される。例えば、最下層の半導体チップ101Aは、インターフェースチップであり、その上にDRAMチップ101B〜101Eが積層される。フェイスダウンに積層しているため、最上層チップ101Eは、半導体チップ101Dから供給される信号や電源を自チップの内部に取り込むことができればよく、更に上層に供給する必要が無い。従って、最上層チップ101Eには貫通電極111を設ける必要が無い。半導体チップ101A〜101Dまでは、貫通電極111を設けるために薄板化されているが、最上層チップ101Eには貫通電極111を設ける必要が無いため、貫通電極111を形成するための薄板化は不要である。これにより、工程を簡略化できる。また、薄板化に伴う基板の反りも低減できる。
In this
最上層チップ101Eでは、貫通電極111を設ける工程が割愛されるだけであり、メモリ回路やテスト端子、信号端子、各貫通電極と対応する端子などの表面端子とを接続する多層配線等は他の半導体チップと同様に形成される。
In the
全ての工程を揃えて形成したチップを用いるという観点では、最上層チップ101Eとして他のチップと同じように薄板化工程を経て貫通電極を形成したチップを適用しても良い。
From the viewpoint of using a chip formed by aligning all the processes, a chip in which a through electrode is formed through a thinning process may be applied as the
このように積層した半導体チップ101A〜101Eは、最下層のインターフェースチップ101Aで配線基板102に接続されており、各半導体チップの隙間にはアンダーフィル樹脂103が充填される。更に、モールド樹脂104によりパッケージングされている。配線基板102の裏面には半導体パッケージ100を所望の回路基板に接続するためのソルダーボール105がアレイ状に設けられている。
The stacked
なお、回路形成面が上を向いているか下を向いているかは本発明の作用効果に関係無く、本実施形態例の構成はフェイスアップでも良い。その場合、最上層チップ101Eにも他チップと同様に貫通電極111を形成したチップが適用される。なお、フェイスアップで構成する場合、最上層チップにはメモリ回路などの半導体回路と接続する配線層4は形成するが、表面バンプ112を設ける必要はない。
It should be noted that whether the circuit formation surface is facing upward or downward is not related to the operational effects of the present invention, and the configuration of this embodiment may be face-up. In that case, a chip in which the through
図2は、貫通電極部分の拡大断面図を示しており、各半導体チップは、半導体基板としてのシリコン基板1の表面1A上に素子回路2、層間絶縁膜3、層間絶縁膜3中に形成された配線層4、チップ表面を覆うポリイミド等のパッシベーション膜5、配線層4の最上層に接続される表面バンプ112として第1シード層6,第1導体膜7、Au/Niなどの第1接着層8が形成されている。一方、シリコン基板1の裏面1Bには裏面保護膜11が形成されており、裏面1Bから配線層4の最下層まで貫通する貫通孔1H内に、絶縁層12、第2シード層13、第2導体膜14、第2導体膜14の表面にSnAgなどの半田で構成される第2接着層15が形成される。本例では、貫通電極111と裏面バンプ113が第2導体膜14で一体に形成されている。各半導体チップは、表面バンプ112と裏面バンプ113とを位置合わせして、所定の圧力、温度をかけて半田接合される。
FIG. 2 shows an enlarged cross-sectional view of the through electrode portion. Each semiconductor chip is formed in an
次に、本実施形態例の半導体チップ101について、詳細に説明する。図3(a)は、パッケージング前の個々の半導体チップ101の模式的断面図であり、図3(b)は、部分拡大図を示す。半導体チップ101は、平面的には素子回路2の形成される素子領域と、貫通電極111が形成されるTSV領域とに大別される。本発明の特徴は、図3(b)の部分拡大図に示すように、2層以上の配線層4の最下層の第1の導体配線(パッド電極)41と、貫通電極111との接触箇所に、第1の導体配線41の第1の金属412との境界面に第1の金属の窒化物である介在層413が存在している点である。ここで、第1の金属412として、タングステン(W)を用いた場合、介在層413は窒化タングステン(WN)からなる。
Next, the
次に、各構成部材の詳細について、製造工程を参照しつつ説明する。図4〜図11は、本実施形態例の半導体チップ101の製造工程を説明する工程断面図である。
Next, the detail of each structural member is demonstrated, referring a manufacturing process. 4 to 11 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the
まず、図4に示すようにシリコン基板1の表面1A側の処理を行う。基板表面に公知の方法により回路素子2を形成し、層間絶縁膜3(第1層間絶縁膜)で覆う。第1層間絶縁膜としては酸化シリコン膜を用いることができる。第1層間絶縁膜上に、第1の金属412を含む第1の導体配線41を形成する。更に層間絶縁膜3の積層及び配線形成を繰り返し、配線層4を形成する。配線導体(配線及びビアプラグ)としては、タングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)などが使用でき、適宜バリア膜(例えば、窒化タングステン(WN)、窒化チタン(TiN)、チタン(Ti)など)を含んでいても良い。層間絶縁膜3の最上層は窒化シリコン膜を用いる。第1の導体配線41は、後述する貫通孔形成時のエッチングストッパとして機能し、貫通孔の底部に露出する領域(貫通電極111との接触箇所)の周りに外周部となる余白部分を有するパッド形状に形成されており、上層への突抜を防止する。突抜があまり問題とならない場合には、第1の配線導体は、ラインパターンや格子状パターンなどとしても良い。いずれにしても、第1の導体配線41に含まれる第1の金属412としては、シリコンや酸化膜の異方性エッチングに対して比較的良好なエッチング耐性を有する金属が使用でき、酸化により接触抵抗に問題のある金属であり、また、後述する窒化処理によって形成される第1の金属の窒化物が良好な導電性を示す金属材料が挙げられる。また、第1の金属としては、基板表面側に形成した半導体素子などに影響しない低温で窒化可能な金属が好ましく、特にアンモニアを水素と窒素に分解し得る触媒作用を有し、それ自体が窒化されやすいWは低温で効率よく窒化できることからより好ましい。ここでは、第1の導体配線41として、WNバリア膜411上に第1の金属412としてW膜を形成する。
First, as shown in FIG. 4, the
最上層の層間絶縁膜3を形成した後、パッシベーション膜5としてポリイミド膜を成膜する。続いて、ポリイミド膜及び最上層の層間絶縁膜3を順次パターニングして、配線層4の最上配線表面を露出する開口部を形成する。全面に第1シード層(Cu/Ti)6をスパッタ法で成膜した後、表面バンプ形成用マスク(図示しない)をフォトレジスト(PR)で形成し、電気めっきにより表面バンプ112として第1導体膜(Cu)7、第1接着層(Au/Ni)8を形成する。表面バンプ形成用マスクを除去した後、露出する第1シード層6を除去することで、図4に示す構造が得られる。以上により表面1A側の処理が完了し、続いて、裏面側の処理を行う。
After forming the uppermost
裏面側の処理を行うに当たって、基板(ウェハ)の取り扱い性を良好にするため、保持部材を用いる。ここでは、光照射によって接着性が変化する接着剤を含む接着層9を用いて、ガラス基板などの透明な支持体10にウェハ表面側を接着保持するウェハサポートシステム(Wafer Support System:WSS)を用いる。説明のため、図5以降は、上下を逆転して示す。
In performing the processing on the back surface side, a holding member is used in order to improve the handleability of the substrate (wafer). Here, a wafer support system (WSS) is provided that adheres and holds the wafer surface side to a
図5に示すように、WSSに保持した状態でシリコン基板1の裏面から所定の厚さ(例えば、40μm)となるまで裏面研削(Back Grinding:BG)を行い、BG後の裏面1B上に裏面保護膜11として窒化シリコン膜を形成する。BGは荒削り、精削り、化学機械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)の順で行い、裏面1Bを鏡面化する。
As shown in FIG. 5, back grinding (BG) is performed from the back surface of the
次に、図6に示すように、裏面側から第1の導体配線41に達する貫通孔1Hを形成する。裏面保護膜11上にフォトレジスト(PR)を塗布し、フォトリソグラフィ工程により貫通孔1H形成用の開口を形成する。PRをマスクに裏面保護膜11/シリコン基板1/層間絶縁膜3を順にドライエッチングする。最後は第1の導体配線41をエッチストッパとする。このとき、図6(b)に示すように、第1の導体配線41(例えば全体で50nm厚)のうち30〜40nm程度のオーバーエッチングがかかるため、WNバリア膜411(例えば10nm厚)は、貫通孔1Hの底部露出面には残らない。第1の導体配線41のシリコン基板側平面(第1の平面41A)よりもシリコン基板から離れた第2の平面41Bが形成される。
Next, as shown in FIG. 6, a through
次に、図7に示すように、貫通孔1Hの底部に露出した第1の導体配線41の第1の金属412を窒化処理する。窒化処理は、アンモニアガス(NH3)を用いたガス窒化や、窒素ガス(N2)、アンモニアガス(NH3)、NO、N2O等の窒素含有ガスを用いたプラズマ窒化にて行うことができる。ここでは、アンモニア(NH3)雰囲気中で180℃以下の温度で窒化及び還元処理を施す。なお、窒化反応を効率的に行うために、室温以上の温度となるように加温することが好ましい。これにより、第1の導体配線41の露出する第1の金属表面にWNからなる介在層413が形成される。介在層413は、WNバリア膜411と、貫通孔1H底部周辺のWNバリア膜411の第1の金属412との界面側で接している。従って、第1の金属412は、もはや貫通孔1H内に露出していない。図7(b)は、図7(a)の破線部の拡大図である。介在層413は、貫通孔形成時のオーバーエッチング後に残存する第1の金属412の厚みの1/2程度以下を窒化すればよく、介在層413としてバリア膜411と同程度の厚み、例えば、5〜15nm程度の厚みとなるように、窒化条件を適宜調整すればよい。このように形成される介在層413は、第1の配線導体41の一部を構成するものとなる。介在層413の貫通孔1H内の表面は、新たな第2の平面41B’となる。第2の平面41B’も第1の平面41Aよりシリコン基板1の表面1Aから離れている。
Next, as shown in FIG. 7, the
次に、図8に示すように、貫通孔1Hの側壁にサイドウォール状に絶縁膜12を形成する。絶縁膜12として、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜あるいはこれらの積層膜を成膜した後、エッチバックして裏面保護膜11上及び貫通孔1H底の絶縁膜12を除去することで、サイドウォール状に形成することができる。絶縁膜12は、シリコン基板1の表面1Aに形成される回路素子と、この後形成される貫通電極とを絶縁分離するために形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the insulating
続いて、図9に示すように、絶縁膜12を形成した後、貫通孔1H底部の介在層413に対して水素(H2)プラズマ処理を実施して残留酸素を除去する。絶縁膜12の形成前に窒化膜である介在層413を形成したことで、第1の導体配線41表面の自然酸化はほぼ起こらない。介在層413を形成せずに絶縁膜12を形成すると、オーバーエッチングで露出した第1の金属412が自然酸化されてしまうため、従来は次工程の貫通電極形成前にArスパッタのような逆スパッタによる酸化膜の除去などの清浄化が必要であった。このため、オーバーエッチングされた第1の導体配線41が更に薄くなるという問題があった。本発明では、このようなArスパッタが不要であり、水素(H2)プラズマ処理による残留酸素の除去により、更なる膜厚の減少を抑制して、第1の導体配線41と貫通電極との接触抵抗の増加を抑えることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 9, after forming the insulating
次に、図10に示すように、全面に第2シード層13として、第1シード層6と同様にCu/Tiをスパッタ法で成膜した後、裏面バンプ用のPRマスクを形成し、電気めっきにより、第2導体14としてCu膜と、第2接着層15としてSnAg半田層を連続して成膜する。本実施形態例では貫通電極111と裏面バンプ113とを一体に形成する例を示しているが、別体に形成してもよい。これにより、貫通電極111の底部が、第1の導体配線41の一部である介在層413に接して接続される。
Next, as shown in FIG. 10, a Cu / Ti film is formed as a
最後に、図11に示すように、裏面バンプ用のPRマスクを除去した後、露出する第2シード層13をエッチング除去する。その後、支持体10通して光照射してWSSをウェハから剥離し、残留する接着層9を溶剤で除去する。更に、各半導体チップ毎にダイシングすることで、図3に示す半導体チップ101が得られる。
Finally, as shown in FIG. 11, after removing the PR mask for the back bump, the exposed
このように、本発明では、第1の導体配線41の裏面を、貫通孔1Hを形成した後に窒化することで酸化を防止する。これにより、貫通電極形成前の酸化膜除去のためのエッチングが不要となる。貫通電極111と表面バンプ112とを接続する第1の導体配線41の目減りを低減でき、抵抗増加や接続不良を低減できる。結果として、貫通電極を有する半導体装置の性能を更に向上できる。
Thus, in the present invention, oxidation is prevented by nitriding the back surface of the
本発明では、貫通孔1Hを形成した後に、第1の導体配線41の裏面の露出面(第1の金属412)を窒化することに意味がある。例えば、第1の導体配線41を形成する際にバリア膜411として窒化膜を下地膜に形成する構成は公知である。しかしながら、本発明者の検討によれば、通常の導体配線に適用されるバリア膜の厚さ程度では、貫通孔を形成する際の異方性エッチングによって除去されてしまう。従って、本発明のような酸化抑制効果は得られないので、貫通電極形成前にエッチングによる酸化膜除去が必要となる。また、同じ観点から、前述の公知技術で形成された半導体装置の導体配線は、このようなバリア窒化膜を形成した場合でも貫通電極との接触界面に窒化膜を持たないことになる。これに対し本発明では、貫通孔形成後に第1の導体配線の裏面を窒化することで酸化防止効果が得られ、貫通電極形成前に酸化膜除去のためのエッチングを必要としない。この場合、最終構造においても、第1の導体配線は、貫通電極との接触箇所に窒化膜が介在層として残ることになる。
In the present invention, it is meaningful to nitride the exposed surface (first metal 412) on the back surface of the
実施形態例2
実施形態例1では、絶縁膜12をシリコン基板1の裏面1Bから形成した貫通孔1H内壁に形成する、いわゆる、ビアラスト法による半導体装置について説明したが、本実施形態例では、絶縁膜12をシリコン基板1の表面に最初に形成する、いわゆる、ビアファースト法による半導体装置201について説明する。
In the first embodiment, the semiconductor device by the so-called via last method in which the insulating
図12は、本実施形態例に係る半導体装置(半導体チップ)201の模式的断面図(a)と、部分拡大図(b)を示す。半導体チップ101との違いは、絶縁膜12が貫通孔1H内壁ではなく、貫通孔1Hを取り囲むように、シリコン基板1の表面1Aから裏面1Bまで貫通して形成されている。ここでは、半導体チップ101の絶縁膜12と区別するため、環状の絶縁膜という意味で絶縁リング12Rとする。図12(b)に示すように、絶縁リング12Rは、第1の導体配線41とは接していない。また、貫通電極111は、貫通孔1Hの側壁に露出するWNバリア膜411とも接している。その他の構成は、半導体チップ101と同じであり、同じ符号を付すことで詳細は省略する。
FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view (a) and a partially enlarged view (b) of a semiconductor device (semiconductor chip) 201 according to this embodiment. The difference from the
図13〜図18は、本実施形態例に係る半導体チップ201の製造工程を説明する工程断面図である。
13 to 18 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the
まず、図13に示すように、シリコン基板1の表面1A側から、絶縁リング用の溝を、例えば、深さ40〜50μm、幅2〜3μm(アスペクト比13〜25)で形成し、溝内に絶縁膜を埋め込むことで絶縁リング12Rを形成する。ここでは、1重の絶縁リング12Rを形成する例を示しているが、2重以上の多重リングとしても良い。
First, as shown in FIG. 13, a groove for an insulating ring is formed with a depth of 40 to 50 μm and a width of 2 to 3 μm (
その後、図14に示すように、半導体チップ101と同様に表面1A側の製造工程を実施する。続いて、裏面側の処理を行う。
Thereafter, as shown in FIG. 14, the manufacturing process on the
まず、図15に示すように、絶縁リング12Rの底部が露出するまでシリコン基板1の裏面研削を行う。これにより、シリコン基板1の表面1Aから裏面1Bまで貫通する絶縁リング12が形成できる。その後、裏面1B表面に裏面保護膜11を形成する。
First, as shown in FIG. 15, the back surface of the
次に、図16に示すように、裏面側から第1の導体配線41に達する貫通孔1Hを形成する。裏面保護膜11上にフォトレジスト(PR)のマスクを形成し、貫通孔1Hを形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a through
実施形態例1の図7工程と同様に、貫通孔1H底に露出した第1の導体配線41表面(第1の金属412)を窒化し、窒化膜である介在層413を形成する。続いて、図18に示すように、水素プラズマ処理により残留酸素を除去する。その後は、実施形態例1と同様に貫通電極111及び裏面バンプ113を形成することで、図12に示す半導体チップ201が完成する。なお、本実施形態例においては、図18に示す水素プラズマ処理は、貫通孔1H内への絶縁膜形成工程がないために省略しても良い。また、窒化の際に貫通孔1H内に露出するシリコン基板1の表面が窒化されても何ら問題はなく、窒化されることでかえって貫通電極111から金属元素がシリコン基板1に漏れ出すことを防止するバリア膜として機能する。
Similarly to the step of FIG. 7 in the first embodiment, the surface of the first conductor wiring 41 (first metal 412) exposed at the bottom of the through
本実施形態例においても、貫通孔1H形成後に露出する第1の導体配線41表面(第1の金属412)を窒化して介在層413を形成しておくことで、第2シード層13の形成までに大気に曝されても、第1の金属412が露出している場合と比較して、自然酸化膜の生成を抑制することができる。なお、本実施形態例では、絶縁リング12Rを第1の配線導体41をも取り囲むように形成する場合には、第1の配線導体41を層間絶縁膜3を介さずにシリコン基板1の表面1A上に形成してもよい。
Also in the present embodiment, the
1.シリコン基板
1A.表面
1B.裏面
1H.貫通孔
2.回路素子
3.層間絶縁膜
4.配線層
41.第1の導体配線(パッド電極)
411.バリア膜(WN)
412.第1の金属(W)
413.介在層(WN)
41A.第1の平面
41B,41B’.第2の平面
5.パッシベーション膜
6.第1シード層
7.第1の導体
8.第1接着層(Au/Ni)
9.接着層
10.支持体
11.裏面保護膜
12.絶縁膜
12R.絶縁リング
13.第2シード層
14.第2の導体
15.第2接着層(SnAg)
101、201.半導体チップ
102.配線基板
103.アンダーフィル樹脂
104.モールド樹脂
105.ソルダーボール
111.貫通電極
112.表面バンプ
113.裏面バンプ
1.
411. Barrier film (WN)
412. First metal (W)
413. Intervening layer (WN)
41A.
9.
101, 201.
Claims (20)
前記配線層に含まれ、第1の金属を含む第1の導体配線と、
前記半導体基板の裏面から、前記第1の導体配線の一部と接触するように、前記半導体基板を貫通する貫通電極と、
前記第1の導体配線に含まれ、前記貫通電極との接触箇所における境界面に形成された、前記第1の金属の窒化物からなる介在層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。 A wiring layer formed on the surface of the semiconductor substrate;
A first conductor wiring included in the wiring layer and including a first metal;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate so as to be in contact with a part of the first conductor wiring from the back surface of the semiconductor substrate;
An intervening layer made of a nitride of the first metal, which is included in the first conductor wiring and formed at a boundary surface at a contact point with the through electrode;
A semiconductor device comprising:
前記半導体基板を貫通し、前記貫通電極と前記素子領域を絶縁分離する絶縁領域と、
を更に有する請求項1または2に記載の半導体装置。 An element region formed on the surface of the semiconductor substrate;
An insulating region penetrating the semiconductor substrate, and insulatingly separating the through electrode and the element region;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記半導体基板の裏面から、前記半導体基板を貫通し、前記第1の導体配線の前記第1の金属の一部を露出する貫通孔を形成する工程と、
前記貫通孔の底部に露出した前記第1の金属を窒化する工程と、
前記露出した第1の金属を窒化した後、前記貫通孔の内部に導体膜を埋設して貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 Forming a first conductor wiring containing a first metal on a surface of a semiconductor substrate;
Forming a through hole that penetrates the semiconductor substrate from the back surface of the semiconductor substrate and exposes a part of the first metal of the first conductor wiring;
Nitriding the first metal exposed at the bottom of the through hole;
Nitriding the exposed first metal and then burying a conductor film inside the through hole to form a through electrode;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記配線層の前記半導体基板側の最下層に、第1の金属を含むパッド電極と、
前記半導体基板を貫通し、前記パッド電極の一部と接触する貫通電極と、
を備える半導体装置であって、
前記パッド電極と前記貫通電極底部との接触面は、前記パッド電極の前記貫通電極と接していない前記半導体基板側の第1の平面よりも前記半導体基板から離れた第2の平面を構成し、前記第2の平面全面に前記第1の金属の窒化物からなる介在層を有することを特徴とする半導体装置。 Two or more wiring layers formed on the surface of the semiconductor substrate;
A pad electrode containing a first metal in the lowermost layer on the semiconductor substrate side of the wiring layer;
A through electrode penetrating the semiconductor substrate and contacting a part of the pad electrode;
A semiconductor device comprising:
The contact surface between the pad electrode and the bottom of the through electrode constitutes a second plane farther from the semiconductor substrate than the first plane on the semiconductor substrate side that is not in contact with the through electrode of the pad electrode, A semiconductor device having an intervening layer made of the first metal nitride on the entire surface of the second plane.
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US11764109B2 (en) | 2018-04-04 | 2023-09-19 | Ams Ag | Method of forming a through-substrate via and a semiconductor device comprising a through-substrate via |
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2012
- 2012-11-16 JP JP2012251973A patent/JP2014103137A/en active Pending
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