半導体装置の製造方法および液状材料の塗布方法
【課題】 貫通配線と半導体基板とを絶縁する絶縁膜を、簡便かつ高歩留で形成することを可能にする。
【解決手段】 半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板２１に形成される非貫通孔２５を樹脂２７で塞ぐ印刷工程は、レジストパターン２４に非貫通孔２５の開口部よりも大きいレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する表面電極２３が露出した状態で、非貫通孔２５の開口部を孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐように行われる。このとき、レジストパターン２４、表面電極２３および樹脂２７が、レジストパターン２４と未硬化状態にある樹脂２７との接触角が、表面電極２３と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きくなるように選択される。
【解決手段】 半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板２１に形成される非貫通孔２５を樹脂２７で塞ぐ印刷工程は、レジストパターン２４に非貫通孔２５の開口部よりも大きいレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する表面電極２３が露出した状態で、非貫通孔２５の開口部を孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐように行われる。このとき、レジストパターン２４、表面電極２３および樹脂２７が、レジストパターン２４と未硬化状態にある樹脂２７との接触角が、表面電極２３と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きくなるように選択される。
【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および液状材料の塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの携帯情報機器に代表される電子機器は、小形化および軽量化が要求されており、この要求に伴って、電子機器に搭載される半導体装置も小形化および高密度化が図られている。半導体装置を小形化および高密度化するために、複数の半導体装置を積層した積層型半導体モジュール構造が提案されている。
【０００３】
図１１は、積層型半導体モジュール１の主要な構造を例示する断面図である。積層型半導体モジュール１は、複数の半導体装置２ａ，２ｂ，２ｃが積み重ねられ、相互にバンプ電極３によって接続されている。貫通配線を構成する導電プラグ４は、側壁絶縁膜５によって半導体基板６ａ，６ｂ，６ｃと絶縁されており、半導体基板６ａ，６ｂ，６ｃの一方の面に形成される表面電極７、および他方の面に形成される裏面配線８とに接続している。
【０００４】
このような積層型半導体モジュール１を構成する半導体装置２ａ，２ｂ，２ｃを製造するためのプロセスとして、以下のような方法が提案されている。まず、半導体基板の半導体素子が形成される側の面（以後、主面と呼ぶことがある）に、半導体基板を貫通しない非貫通孔を形成し、該非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に絶縁膜を形成する。次に、非貫通孔に導電ペーストを充填し、非貫通孔内部に導体を形成する。その後、半導体基板の主面の反対側の面である裏面を機械研削などにより後退させ、導体を半導体基板裏面側で外方に露出させるという方法である。
【０００５】
上記のプロセスにおける非貫通孔に絶縁膜を形成する方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学蒸着法）によりシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を成膜する方法（特許文献１参照）、またポリイミドなどの樹脂を非貫通孔に充填した後、非貫通孔の中央部分の樹脂をレーザなどのドライエッチングによって除去する方法（特許文献２参照）などが提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されるＣＶＤによる絶縁膜形成方法は、成膜速度が遅いという問題がある。また特許文献２に開示される非貫通孔に樹脂を充填した後で非貫通孔の中央部分の樹脂を除去する方法は、レーザを用いる場合、非貫通孔の数だけレーザ照射を行う必要があり、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching； 反応性イオンエッチング）を用いる場合、樹脂材料に対して選択比の大きい銅または白金などの金属でエッチングマスクを形成する必要がある。これらの先行技術に開示される方法は、全てコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
このような課題を解決するため、樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法が提案されている。図１２は、樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法を説明する図である。
【０００８】
半導体基板６には、主面に半導体素子（不図示）が形成され、主面の表面上に設けられる絶縁膜１１および表面電極１２を貫通し、半導体基板６を貫通しない非貫通孔１３が形成される。絶縁膜１１および表面電極１２が設けられた半導体基板６は、非貫通孔１３の部分を除いてレジストパターン１４で覆われる。このレジストパターン１４は、非貫通孔１３を形成するに際してマスクとして用いられたものである。
【０００９】
図１２（ａ）では、非貫通孔１３が形成された半導体基板６をチャンバ内に入れ、チャンバ内を大気圧よりも減圧した状態で、印刷マスクを用いて樹脂ペースト１５を印刷し、非貫通孔１３の開口部を、塗布された樹脂ペースト１５によってキャップ状に塞ぐ。図１２（ｂ）では、チャンバ内の圧力を大気圧に戻す。非貫通孔１３の内部が大気圧よりも低い圧力であり、樹脂ペースト１５を介した非貫通孔１３の外部が大気圧であることによる圧力差を利用し、樹脂ペースト１５を非貫通孔１３の内部に吸引させる。図１２（ｃ）では、樹脂ペースト１５が非貫通孔１３内に吸引された結果、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁が樹脂ペースト１５で覆われる。この状態で樹脂ペースト１５を加熱し硬化させることによって、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁が絶縁膜で被覆される。
【００１０】
図１２に示す従来技術の絶縁膜の形成方法には、以下のような問題がある。図１３および図１４は、従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【００１１】
図１３（ａ）では、レジストパターン１４と樹脂ペースト１５との濡れ性が悪いために、樹脂ペースト１５がレジストパターン１４からはじかれる結果となり、非貫通孔１３の開口部１３ａ近傍を樹脂ペースト１５で覆いきれない状態を示す。図１３（ｂ）では、印刷時に不図示の印刷マスクと非貫通孔１３との位置がずれたために、非貫通孔１３の開口部１３ａを樹脂ペースト１５でキャップ状に塞ぐことができない状態を示す。
【００１２】
図１４は、逆に、樹脂ペースト１５がレジストパターン１４によく濡れたために、非貫通孔１３の開口部１３ａをキャップ状に塞ぐ樹脂ペースト１５の厚みが薄くなり、樹脂ペースト１５が非貫通孔１３の底部に達する前に、樹脂ペースト１５の一部１５ａが切れてしまう状態を示す。その結果、樹脂ペースト１５が、非貫通孔１３の底部にまで吸引され得ず、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁の一部を覆うにとどまってしまう。
【００１３】
【特許文献１】特許第３５３７４４７号公報
【特許文献２】特許第２８４７８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、貫通配線と半導体基板とを絶縁する絶縁膜を、簡便かつ高歩留で形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
また本発明のもう一つの目的は、半導体装置の製造方法に好適に用いられる液状材料の塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板の一方の面であって、半導体素子と第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが形成された面の側から半導体基板に非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、
樹脂を硬化して絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、
絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、
半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１７】
また本発明は、第１の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°以上９０°未満であり、
第２の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°未満であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、非貫通孔形成工程は、
半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成する工程と、第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、非貫通孔形成工程は、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、
第２の層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含むことを特徴とする。
また本発明は、第２の層は、表面電極であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、
１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とを有する基板に形成される非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する液状材料塗布方法において、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバ内の内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ液状材料を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する内壁塗布工程と、
液状材料を硬化する液状材料硬化工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と液状材料との接触角が、第２の層と液状材料との接触角よりも大きいことを特徴とする液状材料塗布方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、樹脂と濡れ性の悪い第１の層を用いて半導体基板上を被覆し、第１の層の開口部の内方には樹脂と濡れ性の良い第２の層を露出させ、さらに第１の層の開口部の略中央部に非貫通孔が形成されるようにして、孔版印刷によって樹脂で非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ。このことによって、大気圧よりも減圧されたチャンバ内で、非貫通孔の開口部とその周囲に樹脂を印刷すると、第１の層と樹脂との濡れ性の悪さを利用して、非貫通孔の開口部を閉塞する樹脂のキャップを厚く形成することができる。また、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して非貫通孔の内部に樹脂を吸引する際に、樹脂と第１の層との濡れ性は悪いので、第１の層上の樹脂のほとんどが非貫通孔側に引き寄せられる。また、樹脂と第２の層との濡れ性が良いので、樹脂によって形成されたキャップが破れることなく、非貫通孔の底部まで樹脂を充分に吸引させ、第２の層の表面と非貫通孔に臨む半導体基板の内壁（以後、便宜上非貫通孔の内壁と呼ぶことがある）との全体に樹脂を充分に塗布することができる。したがって、低コストで高い歩留を有するプロセスによって、貫通配線を有する半導体装置、該装置を組合わせた積層型半導体モジュールを実現することができる。
【００２３】
また本発明によれば、非貫通孔形成工程が、半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成し、第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングすることによって行われるので、簡便かつ高精度で非貫通孔を形成することが可能である。
【００２４】
また本発明によれば、非貫通孔形成工程が、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、第２の層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含む。このとこによって、第２の層がエッチングガスで加工されることがないので、高い孔径精度で非貫通孔をエッチング形成することができるとともに、第１の層の開口部内方で露出する第２の層が樹脂と接触する領域を減少させることなく保たれる。
【００２５】
また本発明によれば、第２の層が表面電極を構成するので、非貫通孔に樹脂を充填する場合に樹脂を保持するための層と、半導体基板表面における導通のための電極層とを、個別に形成しなくても良くなり、生産効率の向上に寄与することができる。
【００２６】
また本発明によれば、印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下に設定されるので、樹脂を非貫通孔に吸引するとき、第１の層に樹脂が残存することなく、かつ非貫通孔の底部に間隙を残すことなく樹脂を充填することができる。
【００２７】
また本発明によれば、非貫通孔の内壁に絶縁膜を形成することに好適に用いることのできる液状材料塗布方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の面であって半導体素子が形成され第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが積層された面の側から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、樹脂を硬化して絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、前記印刷工程は、第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２９】
以下、図に基づいて上記の本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図１は、半導体装置２０の基礎的部分の構成を示す切断端面図である。基礎的部分において半導体装置２０は、半導体基板２１と、半導体基板２１の主面である一方の表面上に形成される表面絶縁膜２２と、表面絶縁膜２２の上に形成される第２の層である表面電極２３とを含む。
【００３０】
半導体基板２１は、たとえば単結晶ケイ素であり、特にその面方位は限定されるものではない。この半導体基板２１の主面には図示しない半導体素子が作りこまれ、半導体回路が形成されている。表面絶縁膜２２は、たとえば二酸化ケイ素で構成され、半導体基板２１および半導体基板２１に形成される半導体回路と、表面電極２３とを絶縁するために形成される。表面絶縁膜２２は、表面電極２３の端部、また表面電極２３に繋がる配線部（図示せず）上を保護するようにして形成されている場合もあるが、説明および図示を省略する。
【００３１】
第２の層である表面電極２３は、半導体回路と外部装置との接続端子として設けられる。表面電極２３は、単層膜または多層膜のいずれであってもよい。ただし、単層である場合には該層が、また多層である場合には少なくとも１つの層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層であることが好ましく、特にＡｌを含む合金層であることが好ましい。Ａｌを含む合金層は、電気伝導性に優れるとともに比較的簡単にスパッタ成膜することができ、また後述するように、単結晶ケイ素のドライエッチングで用いるラジカルによってエッチングされないので、表面電極２３を構成する層として最も望ましい。
【００３２】
本発明の方法で製造される半導体装置２０において、表面電極２３の構成について例示すると、表面絶縁膜２２の側から外方へ向かって、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＡｌＣｕ合金、ＴｉＮの４層多層膜を有する。このような表面電極２３の大きさは、たとえば一辺が１１５μｍの正方形である。
【００３３】
以下、本発明による半導体装置２０の製造方法を説明する。半導体装置の製造に用いられる半導体基板の形態は、一般には、デバイスチップ複数個から成る半導体ウエハであるけれども、特に限定されることなく、半導体ウエハを個片化したチップ形態であってもよい。本実施態様においては、上記の両者を特に区別することなく、半導体基板と称することにする。
【００３４】
図２は、半導体基板２１にレジストパターン２４を形成した状態を示す図である。表面絶縁膜２２および表面電極２３が形成された半導体基板２１に、フォトレジスト液を塗布して露光現像を行い、ハードベークを行うことによって、非貫通孔の形成位置に対応する位置にレジスト開口部２４ａを有するレジストパターン２４を得る。このレジストパターン２４が、第１の層を構成する。レジストパターン２４を形成するためのフォトレジスト液には、一般的なポジ型レジストを用いることができ、ポジ型レジストとしてはたとえばノボラック・ジアゾナフトキノン系のものが挙げられる。フォトレジスト液は、半導体基板２１にスピンコート法を用いて塗布される。スピンコート法で塗布されて形成されるレジストパターン２４は、たとえば８μｍ程度の厚みを有する。レジスト開口部２４ａは、たとえば直径７５μｍφの円形に形成される。
【００３５】
レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａに臨む周縁部分は、曲率を有するように、またはテーパを有するように形成される。このような形状は、露光し現像した後のレジストに対して、追加の熱処理を行い、いわゆるレジストリフロー処理を施すことによって実現される。または、露光時に直進光ではなく若干の拡散光とすることによって、フォトレジスト液の深さ方向の露光量を異ならせることによって、現像後においてテーパ形状とすることができる。
【００３６】
レジストパターン２４を形成後、表面電極２３のエッチングを行う。図３は、表面電極２３をエッチングした後の状態を示す図である。レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａを介して露出する部分の表面電極２３が、ウエットエッチングによって除去される。ＡｌＣｕ合金膜の除去には、一般的なリン酸、酢酸、硝酸の混合水溶液を用いることができる。Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の除去には、一般的な過酸化水素とフッ酸との混合液を用いることができる。なおＴｉＮ膜の除去については、ＮａＯＨ、Ｈ２Ｏ２、ならびに有機化合物の混合水溶液を用いてもよい。また、表面電極２３のエッチングは、上記のウエットエッチングに限定されることなく、ドライエッチングの手法を用いることも可能である。
【００３７】
表面電極２３を除去した後、表面絶縁膜２２の除去を行う。図４は、表面絶縁膜２２を除去して半導体基板２１を露出させた状態を示す図である。表面絶縁膜２２の除去は、ドライエッチングまたはウエットエッチングなど公知の手法で実現することができる。たとえばフッ酸緩衝溶液を用いたウエットエッチングなどが好適に用いられる。表面絶縁膜２２の除去によって、レジスト開口部２４ａをとおして半導体基板２１が露出される。
【００３８】
次に半導体基板２１に非貫通孔２５を形成する非貫通孔形成工程が行われる。図５は、半導体基板２１に非貫通孔２５を形成した状態を示す図である。半導体基板２１に対する非貫通孔２５の形成は、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法で行うことができる。反応性イオンエッチングに用いるエッチングガスとしては、フッ化物を含むガスを用いることが好ましい。フッ化物を含むガスとしては、たとえば六フッ化硫黄（分子式：ＳＦ６）と酸素（分子式：Ｏ２）との混合ガスが好適に用いられる。またＳＦ６とＯ２との混合ガスにアルゴン（分子式：Ａｒ）を混合したものを用いてもよい。
【００３９】
半導体基板２１に形成される非貫通孔２５の深さＤｅを例示すると、たとえば１５０μｍである。このとき、レジストパターン２４は、プラズマによるダメージによって膜厚が減少するとともに、曲率を有する形状またはテーパ形状の一部が失われて、レジスト開口部２４ａに臨む周縁部が後退し、レジスト開口部２４ａの直径が拡大して約９５μｍの円形となった。
【００４０】
しかしながら、表面電極２３は、Ａｌを含む合金層であるため、ＳＦ６を含んだガスを用いたドライエッチングによって侵されることがなく、その表面電極開口部２３ａは直径７５μｍの円形のままであった。
【００４１】
したがって、第１の層であるレジストパターン２４に表面電極開口部２３ａの直径よりも大きい直径を有するレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして、非貫通孔２５の開口部および非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する第２の層である表面電極２３が外方に露出した状態になる。本実施態様について例示すれば、レジスト開口部２４ａの直径が９５μｍであり、表面電極開口部２３ａの直径が７５μｍであるので、露出した状態の表面電極２３の領域幅Ａが、１０μｍ［＝（９５−７５）／２］となる。表面電極２３を構成する合金層としては、Ａｌを含む合金層以外にも、たとえばＣｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｎｉなどを含む合金層であってもよく、これらの合金層はＡｌを含む合金層と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
次に、大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板２１の非貫通孔２５の開口部を、孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐ印刷工程が行われる。
【００４３】
図６は、印刷工程の概要を説明する図である。印刷工程では、まず不図示のチャンバ内に設けられる印刷用ステージ上に半導体基板２１を固定し、非貫通孔２５の中心が、印刷マスク２６のマスク開口部２６ａの中心と略一致するように、印刷マスク２６と印刷用ステージとの位置を調整する。印刷マスク２６は、たとえば厚さ６０μｍのステンレス鋼製であり、テープとスクリーンとを介して、ステンレス鋼の版枠に取り付けられた構造であるため、弾性変形が可能である。印刷マスク２６のマスク開口部２６ａは、印刷マスク２６を厚さ方向に貫通して円錐台形状に形成され、半導体基板２１を臨む側の直径が８５μｍ、その反対側の直径が７５μｍである。
【００４４】
なお、印刷マスクは、上記のようなステンレス鋼からなるメタルマスクに限定されることなく、スクリーンマスクであっても良い。
【００４５】
次に、印刷マスク２６と半導体基板２１上のレジストパターン２４とが接触せず、１００〜２００μｍのクリアランスが得られるように、印刷用ステージの高さを調整する。樹脂２７の印刷はチャンバ内で行われ、このときのチャンバ内の圧力は、大気圧（約１００ｋＰａ）よりも低い１．０ｋＰａ以上、５．０ｋＰａ以下であることが好ましい。この圧力の範囲限定理由については後述する。
【００４６】
印刷にはペースト状の樹脂２７が用いられる。樹脂２７は、たとえば芳香族アミン系硬化剤または酸無水物硬化剤を添加したビスフェノールＡ型樹脂などのエポキシ系樹脂であり、平均粒径が約５μｍの二酸化ケイ素がフィラとして含まれる。
【００４７】
樹脂２７は、スキージ２８を用いて、印刷マスク２６上に供給される。このとき、スキージ２８による押圧力を利用して印刷マスク２６が半導体基板２１に向かって下降されるので、印刷マスク２６が半導体基板２１上のレジストパターン２４に接触し、図６（ａ）に示すように、非貫通孔２５の開口部とその周囲に樹脂２７が印刷される。
【００４８】
印刷マスク２６は、前述のように弾性変形することができるので、スキージ２８が通過すると、図６（ｂ）に示すように印刷マスク２６が、上昇して半導体基板２１から離反する。樹脂２７の印刷が終了すると、印刷用ステージを下降させる。このとき、樹脂２７は、図６（ｃ）に示すように、表面張力の作用によって非貫通孔２５の開口部に残留し、開口部をキャップ状に閉塞する。
【００４９】
上記のように、樹脂２７の印刷工程は、第１の層であるレジストパターン２４に非貫通孔２５の開口部よりも大きいレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして非貫通孔２５の開口部および非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する第２の層である表面電極２３が外方に露出した状態、すなわち本実施態様では、表面電極２３が、１０μｍの幅を有する円環状の領域を露出させた状態で、非貫通孔２５の開口部を孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐように行われる。
【００５０】
このとき、第１の層であるレジストパターン２４と樹脂２７との関係、また第２の層である表面電極２３と樹脂２７との関係が、以下の関係を満足するように、それぞれが選択される。レジストパターン２４と未硬化状態にある樹脂２７との接触角が、表面電極２３と未硬化状態にある樹脂２７との接触角よりも大きくなるように、好ましくはレジストパターン２４と未硬化の状態にある樹脂２７との接触角が５０°以上９０°未満であり、かつ表面電極２３と未硬化の状態にある樹脂２７との接触角が５０°未満であるように選択される。このことは、レジストパターン２４に対して樹脂２７が濡れにくく、表面電極２３に対して樹脂２７が濡れやすいことを意味する。
【００５１】
本実施態様において用いたレジストパターン２４および表面電極２３（ＡｌＣｕ合金層）と、未硬化状態の樹脂２７との接触角を測定した結果を、表１に例示する。表１には、半導体基板２１と未硬化状態の樹脂２７との接触角についても例示する。表１に例示する接触角は、レジストパターン２４、表面電極２３および半導体基板２１を構成する材料をそれぞれ平板状に形成した試片とし、大気圧中、室温下（２５℃）で、該試片の表面に対して予め定める量の未硬化の樹脂を滴下し、側面から樹脂の形状を観察して測定したデータである。
【００５２】
表１に示すような物性を持つ材料を、レジストパターン２４、表面電極２３、半導体基板２１および樹脂２７としてそれぞれ選択することによって、非貫通孔２５の開口部とその周辺に印刷される樹脂２７は、非貫通孔２５の内壁および表面電極２３には濡れ広がりやすく、レジストパターン２４上には濡れ広がりにくくなるので、非貫通孔２５の開口部を中心に厚いキャップを形成することが可能になる。
【００５３】
【表１】
【００５４】
次に、印刷工程実行時におけるチャンバ内の圧力範囲限定理由について説明する。チャンバ内の圧力を０．５ｋＰａ〜１０．０ｋＰａまで変化させて印刷した樹脂２７を、チャンバ内圧力を大気圧に戻して非貫通孔２５内へ吸引し、さらに硬化させた後の状態を調べた結果を表２に示す。
【００５５】
チャンバ内の圧力を０．５ｋＰａにして樹脂２７を印刷すると、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して樹脂２７を非貫通孔２５の内部に吸引させる際、樹脂２７に含まれるフィラはレジストパターン２４上に残らないけれども、エポキシ成分はレジストパターン２４上に残るので、後の工程でレジストパターン２４を剥離することができなかった。チャンバ内の圧力を１０．０ｋＰａにして樹脂２７を印刷すると、樹脂２７を硬化させて形成した絶縁膜と非貫通孔２５の底部との間に高さが５〜１０μｍの空間が残存し、後の工程で導電ペーストを充填する空隙の容積が不足した。印刷時のチャンバ内の圧力を１．０ｋＰａ〜５．０ｋＰａに設定した場合、後工程におけるレジストパターン２４剥離の不具合および導電ペースト充填容積不足の問題が全く生じなかった。このことから、樹脂２７の印刷工程におけるチャンバ内の圧力は、１．０〜５．０ｋＰａが望ましい。
【００５６】
【表２】
【００５７】
印刷工程の後、チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔２５の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂２７を非貫通孔２５の内部に吸引し、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７を塗布する内壁塗布工程が行われる。図７は、内壁塗布工程の概要を説明する図である。
【００５８】
図７（ａ）では、チャンバ内の圧力を大気圧に徐々に戻し、樹脂２７によって閉塞された非貫通孔２５の内部の空間の圧力が、チャンバ内の圧力よりも小さくなる圧力差を利用し、樹脂２７を非貫通孔２５の底部に向かって吸引する。図７（ｂ）では、樹脂２７が非貫通孔２５の内部へ吸引されることによって、非貫通孔２５の内壁全体に樹脂２７が塗布される。
【００５９】
樹脂２７が非貫通孔２５の底部へ吸引される際、樹脂２７に対する濡れの良い表面電極２３が非貫通孔２５の開口部近傍に存在するので、樹脂２７に対する濡れ性に乏しいレジストパターン２４にはじかれた樹脂２７が表面電極２３に濡れることができる。またレジストパターン２４の樹脂２７に対する濡れ性を乏しくし、表面電極２３の樹脂２７に対する濡れ性を良くすることによって、樹脂２７を非貫通孔２５の底部に向かって吸引する際、レジストパターン２４上にわずかに付着していた樹脂２７の大部分が非貫通孔２５に向かって吸引され、表面電極２３上に付着した樹脂２７がアンカーとなるので、非貫通孔２５開口部に近い内壁部分を露出することなく非貫通孔２５の内壁全体を覆うことができる。
【００６０】
また、印刷マスク２６のマスク開口部２６ａの中心と、非貫通孔２５の開口部の中心との位置がずれた場合であっても、樹脂２７が表面電極２３上に濡れ広がりやすく、レジストパターン２４上に濡れ広がりにくいので、供給された樹脂２７がレジストパターン２４上から表面電極２３側に戻るようになり、非貫通孔２５の開口部を樹脂２７で確実に閉塞することができる。
【００６１】
なお、表１に示す各対象物と未硬化の樹脂２７との接触角を、確実に発現させるために、非貫通孔２５を形成するドライエッチングの後、ドライエッチング中に発生した反応生成物を除去するクリーニング工程を設けることが望ましい。
【００６２】
図７（ｃ）では、非貫通孔２５の内壁全体に樹脂２７が塗布された状態を上面図で示す。レジストパターン２４は樹脂２７に対する濡れ性が乏しいので、レジストパターン２４上に樹脂２７がほとんど残存しないけれども、レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出していた表面電極２３は、樹脂２７との濡れ性が良いので、その全体に樹脂２７が塗布され、非貫通孔２５の内部には、導電ペーストを充填する充分な容積の空隙２９が形成される。
【００６３】
ところで、レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出している表面電極２３の領域幅Ａが小さい場合、樹脂２７が濡れる対象が小さいので、非貫通孔の開口部の周辺に印刷される樹脂２７の量が少なくなり、非貫通孔の開口部を閉塞することができなくなる。
【００６４】
また、領域幅Ａが大きい場合、樹脂２７の大半がレジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出している表面電極２３上に印刷され、非貫通孔２５の開口部をキャップ状に閉塞する樹脂２７の厚さが薄くなるので、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して樹脂２７が非貫通孔２５の内部に吸引されるとき、樹脂２７によって形成されたキャップが破れ、非貫通孔２５の底まで樹脂２７が達しないという問題が生じる。
【００６５】
非貫通孔形成工程におけるドライエッチングプロセスの時間を変更することによって、領域幅Ａを変えて非貫通孔２５を形成したサンプルを用いて、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７を塗布する工程を行い、樹脂２７が非貫通孔２５の底まで塗布できる確率すなわち歩留を調べた。図８は、領域幅Ａと歩留との関係を示す図である。領域幅Ａが１０〜１５μｍの場合、９９．５％以上の歩留で樹脂２７を非貫通孔２５に塗布することができるけれども、領域幅Ａが１０μｍ未満または１５μｍを超えると歩留が低下することを確認した。
【００６６】
したがって、表１に示した表面電極２３の材料を用いて、たとえば直径７５μｍの円形の開口部を有する非貫通孔２５の開口部周辺に樹脂２７を印刷する場合、レジスト開口部２４ａと表面電極２３の表面電極開口部２３ａとによって形成される前記領域幅Ａが、１０μｍ以上１５μｍ以下となるように、レジストパターン２４の厚さと非貫通孔２５の深さＤｅとを調整することが望ましい。
【００６７】
また、前記領域幅Ａを所望の値に広げることが難しい場合、表面電極２３を形成する際に予め直径７５μｍの表面電極開口部２３ａをパターニングしておき、現像直後のレジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの直径を７５μｍ超えとすることによって、前記領域幅Ａが所望の値になるように制御しても良い。
【００６８】
内壁塗布工程の後、加熱によって樹脂２７を硬化させて絶縁膜を形成する樹脂硬化工程が行われる。樹脂硬化工程においては、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７が塗布された半導体基板２１を、１６０℃に加熱したオーブンに投入し、１時間加熱して樹脂２７を硬化させ、絶縁膜が形成される。
【００６９】
樹脂硬化工程の後、絶縁膜が形成された非貫通孔２５に導体を充填する導体充填工程が行われる。図９は、導体充填工程の概要を説明する図である。
【００７０】
図９（ａ）では、非貫通孔２５の内壁が樹脂２７の硬化した絶縁膜２７ａによって被覆されている状態を示す。図９（ｂ）では、導電プラグ形成を行うために、非貫通孔２５内部の空隙２９へ導体３０を充填する。導体３０としては、たとえば数μｍから十数μｍ程度の粒径を有するＡｇ粒子を含有するＡｇペーストが用いられる。Ａｇペーストを非貫通孔２５内部の空隙２９へ印刷供給し、１６０℃程度の温度で加熱硬化を行うことによって導電プラグ３０ａを形成した。
【００７１】
図１０は、キャップ金属層３１が形成された状態を示す図である。導電プラグ３０ａを形成した後、レジストパターン２４を剥離し、キャップ金属層３１を形成し、さらにパターニングを実施する。これらは、公知の手法により実現することができる。たとえば、市販のレジスト剥離液を用いてレジストパターン２４の剥離を行った後、スパッタ法を用いて、Ａｌなどの金属層を付着させ、さらにレジストを形成してウエットエッチング法で必要箇所以外の金属層を除去し、次いでレジストを除去することによって、キャップ金属層３１とした。
【００７２】
このキャップ金属層３１まで形成された半導体基板２１の裏面を、導電プラグ３０ａが外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程を行う。この貫通配線形成工程は、公知の方法を用いて実行することができ、その概要を説明する図を省略する。貫通配線形成工程では、ビア深さ（＝非貫通孔２５の深さ）が１５０μｍ程度であるので、裏面研削によって半導体基板２１の厚さを１００μｍ程度にした。貫通配線形成工程を行った後、裏面絶縁膜形成、裏面配線形成、裏面バンプ電極形成などの裏面工程を実施して前述の図１１に示すのと同様の半導体装置を得る。
【００７３】
得られた半導体装置を積層接続して積層型半導体モジュールを得る。この積層半導体モジュールは、１００μｍ程度にまで薄くした半導体基板を有する半導体装置が複数個積層されたものであるので、電子機器回路モジュールの省スペース化に大きく寄与できる。ひいては、その電子機器回路モジュールを搭載した電子機器、たとえば携帯情報機器の性能向上に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】半導体装置２０の基礎的部分の構成を示す切断端面図である。
【図２】半導体基板２１にレジストパターン２４を形成した状態を示す図である。
【図３】表面電極２３をエッチングした後の状態を示す図である。
【図４】表面絶縁膜２２を除去して半導体基板２１を露出させた状態を示す図である。
【図５】半導体基板２１に非貫通孔２５を形成した状態を示す図である。
【図６】印刷工程の概要を説明する図である。
【図７】内壁塗布工程の概要を説明する図である。
【図８】領域幅Ａと歩留との関係を示す図である。
【図９】導体充填工程の概要を説明する図である。
【図１０】キャップ金属層３１が形成された状態を示す図である。
【図１１】積層型半導体モジュール２０の主要な構造を例示する断面図である。
【図１２】樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法を説明する図である。
【図１３】従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【図１４】従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００７５】
２０ 半導体装置
２１ 半導体基板
２２ 表面絶縁膜
２３ 表面電極
２４ レジストパターン
２５ 非貫通孔
２６ 印刷マスク
２７ 樹脂
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および液状材料の塗布方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機などの携帯情報機器に代表される電子機器は、小形化および軽量化が要求されており、この要求に伴って、電子機器に搭載される半導体装置も小形化および高密度化が図られている。半導体装置を小形化および高密度化するために、複数の半導体装置を積層した積層型半導体モジュール構造が提案されている。
【０００３】
図１１は、積層型半導体モジュール１の主要な構造を例示する断面図である。積層型半導体モジュール１は、複数の半導体装置２ａ，２ｂ，２ｃが積み重ねられ、相互にバンプ電極３によって接続されている。貫通配線を構成する導電プラグ４は、側壁絶縁膜５によって半導体基板６ａ，６ｂ，６ｃと絶縁されており、半導体基板６ａ，６ｂ，６ｃの一方の面に形成される表面電極７、および他方の面に形成される裏面配線８とに接続している。
【０００４】
このような積層型半導体モジュール１を構成する半導体装置２ａ，２ｂ，２ｃを製造するためのプロセスとして、以下のような方法が提案されている。まず、半導体基板の半導体素子が形成される側の面（以後、主面と呼ぶことがある）に、半導体基板を貫通しない非貫通孔を形成し、該非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に絶縁膜を形成する。次に、非貫通孔に導電ペーストを充填し、非貫通孔内部に導体を形成する。その後、半導体基板の主面の反対側の面である裏面を機械研削などにより後退させ、導体を半導体基板裏面側で外方に露出させるという方法である。
【０００５】
上記のプロセスにおける非貫通孔に絶縁膜を形成する方法としては、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学蒸着法）によりシリコン酸化膜またはシリコン窒化膜を成膜する方法（特許文献１参照）、またポリイミドなどの樹脂を非貫通孔に充填した後、非貫通孔の中央部分の樹脂をレーザなどのドライエッチングによって除去する方法（特許文献２参照）などが提案されている。
【０００６】
しかしながら、特許文献１に開示されるＣＶＤによる絶縁膜形成方法は、成膜速度が遅いという問題がある。また特許文献２に開示される非貫通孔に樹脂を充填した後で非貫通孔の中央部分の樹脂を除去する方法は、レーザを用いる場合、非貫通孔の数だけレーザ照射を行う必要があり、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching； 反応性イオンエッチング）を用いる場合、樹脂材料に対して選択比の大きい銅または白金などの金属でエッチングマスクを形成する必要がある。これらの先行技術に開示される方法は、全てコストが高くなるという問題がある。
【０００７】
このような課題を解決するため、樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法が提案されている。図１２は、樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法を説明する図である。
【０００８】
半導体基板６には、主面に半導体素子（不図示）が形成され、主面の表面上に設けられる絶縁膜１１および表面電極１２を貫通し、半導体基板６を貫通しない非貫通孔１３が形成される。絶縁膜１１および表面電極１２が設けられた半導体基板６は、非貫通孔１３の部分を除いてレジストパターン１４で覆われる。このレジストパターン１４は、非貫通孔１３を形成するに際してマスクとして用いられたものである。
【０００９】
図１２（ａ）では、非貫通孔１３が形成された半導体基板６をチャンバ内に入れ、チャンバ内を大気圧よりも減圧した状態で、印刷マスクを用いて樹脂ペースト１５を印刷し、非貫通孔１３の開口部を、塗布された樹脂ペースト１５によってキャップ状に塞ぐ。図１２（ｂ）では、チャンバ内の圧力を大気圧に戻す。非貫通孔１３の内部が大気圧よりも低い圧力であり、樹脂ペースト１５を介した非貫通孔１３の外部が大気圧であることによる圧力差を利用し、樹脂ペースト１５を非貫通孔１３の内部に吸引させる。図１２（ｃ）では、樹脂ペースト１５が非貫通孔１３内に吸引された結果、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁が樹脂ペースト１５で覆われる。この状態で樹脂ペースト１５を加熱し硬化させることによって、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁が絶縁膜で被覆される。
【００１０】
図１２に示す従来技術の絶縁膜の形成方法には、以下のような問題がある。図１３および図１４は、従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【００１１】
図１３（ａ）では、レジストパターン１４と樹脂ペースト１５との濡れ性が悪いために、樹脂ペースト１５がレジストパターン１４からはじかれる結果となり、非貫通孔１３の開口部１３ａ近傍を樹脂ペースト１５で覆いきれない状態を示す。図１３（ｂ）では、印刷時に不図示の印刷マスクと非貫通孔１３との位置がずれたために、非貫通孔１３の開口部１３ａを樹脂ペースト１５でキャップ状に塞ぐことができない状態を示す。
【００１２】
図１４は、逆に、樹脂ペースト１５がレジストパターン１４によく濡れたために、非貫通孔１３の開口部１３ａをキャップ状に塞ぐ樹脂ペースト１５の厚みが薄くなり、樹脂ペースト１５が非貫通孔１３の底部に達する前に、樹脂ペースト１５の一部１５ａが切れてしまう状態を示す。その結果、樹脂ペースト１５が、非貫通孔１３の底部にまで吸引され得ず、非貫通孔１３に臨む半導体基板６の内壁の一部を覆うにとどまってしまう。
【００１３】
【特許文献１】特許第３５３７４４７号公報
【特許文献２】特許第２８４７８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、貫通配線と半導体基板とを絶縁する絶縁膜を、簡便かつ高歩留で形成することができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【００１５】
また本発明のもう一つの目的は、半導体装置の製造方法に好適に用いられる液状材料の塗布方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板の一方の面であって、半導体素子と第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが形成された面の側から半導体基板に非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、
樹脂を硬化して絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、
絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、
半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００１７】
また本発明は、第１の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°以上９０°未満であり、
第２の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°未満であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、非貫通孔形成工程は、
半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成する工程と、第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、非貫通孔形成工程は、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、
第２の層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含むことを特徴とする。
また本発明は、第２の層は、表面電極であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、前記印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、
１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下であることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とを有する基板に形成される非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する液状材料塗布方法において、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバ内の内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ液状材料を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する内壁塗布工程と、
液状材料を硬化する液状材料硬化工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と液状材料との接触角が、第２の層と液状材料との接触角よりも大きいことを特徴とする液状材料塗布方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、樹脂と濡れ性の悪い第１の層を用いて半導体基板上を被覆し、第１の層の開口部の内方には樹脂と濡れ性の良い第２の層を露出させ、さらに第１の層の開口部の略中央部に非貫通孔が形成されるようにして、孔版印刷によって樹脂で非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ。このことによって、大気圧よりも減圧されたチャンバ内で、非貫通孔の開口部とその周囲に樹脂を印刷すると、第１の層と樹脂との濡れ性の悪さを利用して、非貫通孔の開口部を閉塞する樹脂のキャップを厚く形成することができる。また、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して非貫通孔の内部に樹脂を吸引する際に、樹脂と第１の層との濡れ性は悪いので、第１の層上の樹脂のほとんどが非貫通孔側に引き寄せられる。また、樹脂と第２の層との濡れ性が良いので、樹脂によって形成されたキャップが破れることなく、非貫通孔の底部まで樹脂を充分に吸引させ、第２の層の表面と非貫通孔に臨む半導体基板の内壁（以後、便宜上非貫通孔の内壁と呼ぶことがある）との全体に樹脂を充分に塗布することができる。したがって、低コストで高い歩留を有するプロセスによって、貫通配線を有する半導体装置、該装置を組合わせた積層型半導体モジュールを実現することができる。
【００２３】
また本発明によれば、非貫通孔形成工程が、半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成し、第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングすることによって行われるので、簡便かつ高精度で非貫通孔を形成することが可能である。
【００２４】
また本発明によれば、非貫通孔形成工程が、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、第２の層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含む。このとこによって、第２の層がエッチングガスで加工されることがないので、高い孔径精度で非貫通孔をエッチング形成することができるとともに、第１の層の開口部内方で露出する第２の層が樹脂と接触する領域を減少させることなく保たれる。
【００２５】
また本発明によれば、第２の層が表面電極を構成するので、非貫通孔に樹脂を充填する場合に樹脂を保持するための層と、半導体基板表面における導通のための電極層とを、個別に形成しなくても良くなり、生産効率の向上に寄与することができる。
【００２６】
また本発明によれば、印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下に設定されるので、樹脂を非貫通孔に吸引するとき、第１の層に樹脂が残存することなく、かつ非貫通孔の底部に間隙を残すことなく樹脂を充填することができる。
【００２７】
また本発明によれば、非貫通孔の内壁に絶縁膜を形成することに好適に用いることのできる液状材料塗布方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明は、半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、半導体基板の一方の面であって半導体素子が形成され第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが積層された面の側から非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、樹脂を硬化して絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、前記印刷工程は、第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法である。
【００２９】
以下、図に基づいて上記の本発明の半導体装置の製造方法について説明する。図１は、半導体装置２０の基礎的部分の構成を示す切断端面図である。基礎的部分において半導体装置２０は、半導体基板２１と、半導体基板２１の主面である一方の表面上に形成される表面絶縁膜２２と、表面絶縁膜２２の上に形成される第２の層である表面電極２３とを含む。
【００３０】
半導体基板２１は、たとえば単結晶ケイ素であり、特にその面方位は限定されるものではない。この半導体基板２１の主面には図示しない半導体素子が作りこまれ、半導体回路が形成されている。表面絶縁膜２２は、たとえば二酸化ケイ素で構成され、半導体基板２１および半導体基板２１に形成される半導体回路と、表面電極２３とを絶縁するために形成される。表面絶縁膜２２は、表面電極２３の端部、また表面電極２３に繋がる配線部（図示せず）上を保護するようにして形成されている場合もあるが、説明および図示を省略する。
【００３１】
第２の層である表面電極２３は、半導体回路と外部装置との接続端子として設けられる。表面電極２３は、単層膜または多層膜のいずれであってもよい。ただし、単層である場合には該層が、また多層である場合には少なくとも１つの層が、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層であることが好ましく、特にＡｌを含む合金層であることが好ましい。Ａｌを含む合金層は、電気伝導性に優れるとともに比較的簡単にスパッタ成膜することができ、また後述するように、単結晶ケイ素のドライエッチングで用いるラジカルによってエッチングされないので、表面電極２３を構成する層として最も望ましい。
【００３２】
本発明の方法で製造される半導体装置２０において、表面電極２３の構成について例示すると、表面絶縁膜２２の側から外方へ向かって、Ｔｉ、ＴｉＮ、ＡｌＣｕ合金、ＴｉＮの４層多層膜を有する。このような表面電極２３の大きさは、たとえば一辺が１１５μｍの正方形である。
【００３３】
以下、本発明による半導体装置２０の製造方法を説明する。半導体装置の製造に用いられる半導体基板の形態は、一般には、デバイスチップ複数個から成る半導体ウエハであるけれども、特に限定されることなく、半導体ウエハを個片化したチップ形態であってもよい。本実施態様においては、上記の両者を特に区別することなく、半導体基板と称することにする。
【００３４】
図２は、半導体基板２１にレジストパターン２４を形成した状態を示す図である。表面絶縁膜２２および表面電極２３が形成された半導体基板２１に、フォトレジスト液を塗布して露光現像を行い、ハードベークを行うことによって、非貫通孔の形成位置に対応する位置にレジスト開口部２４ａを有するレジストパターン２４を得る。このレジストパターン２４が、第１の層を構成する。レジストパターン２４を形成するためのフォトレジスト液には、一般的なポジ型レジストを用いることができ、ポジ型レジストとしてはたとえばノボラック・ジアゾナフトキノン系のものが挙げられる。フォトレジスト液は、半導体基板２１にスピンコート法を用いて塗布される。スピンコート法で塗布されて形成されるレジストパターン２４は、たとえば８μｍ程度の厚みを有する。レジスト開口部２４ａは、たとえば直径７５μｍφの円形に形成される。
【００３５】
レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａに臨む周縁部分は、曲率を有するように、またはテーパを有するように形成される。このような形状は、露光し現像した後のレジストに対して、追加の熱処理を行い、いわゆるレジストリフロー処理を施すことによって実現される。または、露光時に直進光ではなく若干の拡散光とすることによって、フォトレジスト液の深さ方向の露光量を異ならせることによって、現像後においてテーパ形状とすることができる。
【００３６】
レジストパターン２４を形成後、表面電極２３のエッチングを行う。図３は、表面電極２３をエッチングした後の状態を示す図である。レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａを介して露出する部分の表面電極２３が、ウエットエッチングによって除去される。ＡｌＣｕ合金膜の除去には、一般的なリン酸、酢酸、硝酸の混合水溶液を用いることができる。Ｔｉ膜およびＴｉＮ膜の除去には、一般的な過酸化水素とフッ酸との混合液を用いることができる。なおＴｉＮ膜の除去については、ＮａＯＨ、Ｈ２Ｏ２、ならびに有機化合物の混合水溶液を用いてもよい。また、表面電極２３のエッチングは、上記のウエットエッチングに限定されることなく、ドライエッチングの手法を用いることも可能である。
【００３７】
表面電極２３を除去した後、表面絶縁膜２２の除去を行う。図４は、表面絶縁膜２２を除去して半導体基板２１を露出させた状態を示す図である。表面絶縁膜２２の除去は、ドライエッチングまたはウエットエッチングなど公知の手法で実現することができる。たとえばフッ酸緩衝溶液を用いたウエットエッチングなどが好適に用いられる。表面絶縁膜２２の除去によって、レジスト開口部２４ａをとおして半導体基板２１が露出される。
【００３８】
次に半導体基板２１に非貫通孔２５を形成する非貫通孔形成工程が行われる。図５は、半導体基板２１に非貫通孔２５を形成した状態を示す図である。半導体基板２１に対する非貫通孔２５の形成は、反応性イオンエッチング法などのドライエッチング法で行うことができる。反応性イオンエッチングに用いるエッチングガスとしては、フッ化物を含むガスを用いることが好ましい。フッ化物を含むガスとしては、たとえば六フッ化硫黄（分子式：ＳＦ６）と酸素（分子式：Ｏ２）との混合ガスが好適に用いられる。またＳＦ６とＯ２との混合ガスにアルゴン（分子式：Ａｒ）を混合したものを用いてもよい。
【００３９】
半導体基板２１に形成される非貫通孔２５の深さＤｅを例示すると、たとえば１５０μｍである。このとき、レジストパターン２４は、プラズマによるダメージによって膜厚が減少するとともに、曲率を有する形状またはテーパ形状の一部が失われて、レジスト開口部２４ａに臨む周縁部が後退し、レジスト開口部２４ａの直径が拡大して約９５μｍの円形となった。
【００４０】
しかしながら、表面電極２３は、Ａｌを含む合金層であるため、ＳＦ６を含んだガスを用いたドライエッチングによって侵されることがなく、その表面電極開口部２３ａは直径７５μｍの円形のままであった。
【００４１】
したがって、第１の層であるレジストパターン２４に表面電極開口部２３ａの直径よりも大きい直径を有するレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして、非貫通孔２５の開口部および非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する第２の層である表面電極２３が外方に露出した状態になる。本実施態様について例示すれば、レジスト開口部２４ａの直径が９５μｍであり、表面電極開口部２３ａの直径が７５μｍであるので、露出した状態の表面電極２３の領域幅Ａが、１０μｍ［＝（９５−７５）／２］となる。表面電極２３を構成する合金層としては、Ａｌを含む合金層以外にも、たとえばＣｒ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｎｉなどを含む合金層であってもよく、これらの合金層はＡｌを含む合金層と同様の効果を得ることができる。
【００４２】
次に、大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板２１の非貫通孔２５の開口部を、孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐ印刷工程が行われる。
【００４３】
図６は、印刷工程の概要を説明する図である。印刷工程では、まず不図示のチャンバ内に設けられる印刷用ステージ上に半導体基板２１を固定し、非貫通孔２５の中心が、印刷マスク２６のマスク開口部２６ａの中心と略一致するように、印刷マスク２６と印刷用ステージとの位置を調整する。印刷マスク２６は、たとえば厚さ６０μｍのステンレス鋼製であり、テープとスクリーンとを介して、ステンレス鋼の版枠に取り付けられた構造であるため、弾性変形が可能である。印刷マスク２６のマスク開口部２６ａは、印刷マスク２６を厚さ方向に貫通して円錐台形状に形成され、半導体基板２１を臨む側の直径が８５μｍ、その反対側の直径が７５μｍである。
【００４４】
なお、印刷マスクは、上記のようなステンレス鋼からなるメタルマスクに限定されることなく、スクリーンマスクであっても良い。
【００４５】
次に、印刷マスク２６と半導体基板２１上のレジストパターン２４とが接触せず、１００〜２００μｍのクリアランスが得られるように、印刷用ステージの高さを調整する。樹脂２７の印刷はチャンバ内で行われ、このときのチャンバ内の圧力は、大気圧（約１００ｋＰａ）よりも低い１．０ｋＰａ以上、５．０ｋＰａ以下であることが好ましい。この圧力の範囲限定理由については後述する。
【００４６】
印刷にはペースト状の樹脂２７が用いられる。樹脂２７は、たとえば芳香族アミン系硬化剤または酸無水物硬化剤を添加したビスフェノールＡ型樹脂などのエポキシ系樹脂であり、平均粒径が約５μｍの二酸化ケイ素がフィラとして含まれる。
【００４７】
樹脂２７は、スキージ２８を用いて、印刷マスク２６上に供給される。このとき、スキージ２８による押圧力を利用して印刷マスク２６が半導体基板２１に向かって下降されるので、印刷マスク２６が半導体基板２１上のレジストパターン２４に接触し、図６（ａ）に示すように、非貫通孔２５の開口部とその周囲に樹脂２７が印刷される。
【００４８】
印刷マスク２６は、前述のように弾性変形することができるので、スキージ２８が通過すると、図６（ｂ）に示すように印刷マスク２６が、上昇して半導体基板２１から離反する。樹脂２７の印刷が終了すると、印刷用ステージを下降させる。このとき、樹脂２７は、図６（ｃ）に示すように、表面張力の作用によって非貫通孔２５の開口部に残留し、開口部をキャップ状に閉塞する。
【００４９】
上記のように、樹脂２７の印刷工程は、第１の層であるレジストパターン２４に非貫通孔２５の開口部よりも大きいレジスト開口部２４ａを形成し、レジスト開口部２４ａをとおして非貫通孔２５の開口部および非貫通孔２５の開口部の外縁に位置する第２の層である表面電極２３が外方に露出した状態、すなわち本実施態様では、表面電極２３が、１０μｍの幅を有する円環状の領域を露出させた状態で、非貫通孔２５の開口部を孔版印刷によって樹脂２７でキャップ状に塞ぐように行われる。
【００５０】
このとき、第１の層であるレジストパターン２４と樹脂２７との関係、また第２の層である表面電極２３と樹脂２７との関係が、以下の関係を満足するように、それぞれが選択される。レジストパターン２４と未硬化状態にある樹脂２７との接触角が、表面電極２３と未硬化状態にある樹脂２７との接触角よりも大きくなるように、好ましくはレジストパターン２４と未硬化の状態にある樹脂２７との接触角が５０°以上９０°未満であり、かつ表面電極２３と未硬化の状態にある樹脂２７との接触角が５０°未満であるように選択される。このことは、レジストパターン２４に対して樹脂２７が濡れにくく、表面電極２３に対して樹脂２７が濡れやすいことを意味する。
【００５１】
本実施態様において用いたレジストパターン２４および表面電極２３（ＡｌＣｕ合金層）と、未硬化状態の樹脂２７との接触角を測定した結果を、表１に例示する。表１には、半導体基板２１と未硬化状態の樹脂２７との接触角についても例示する。表１に例示する接触角は、レジストパターン２４、表面電極２３および半導体基板２１を構成する材料をそれぞれ平板状に形成した試片とし、大気圧中、室温下（２５℃）で、該試片の表面に対して予め定める量の未硬化の樹脂を滴下し、側面から樹脂の形状を観察して測定したデータである。
【００５２】
表１に示すような物性を持つ材料を、レジストパターン２４、表面電極２３、半導体基板２１および樹脂２７としてそれぞれ選択することによって、非貫通孔２５の開口部とその周辺に印刷される樹脂２７は、非貫通孔２５の内壁および表面電極２３には濡れ広がりやすく、レジストパターン２４上には濡れ広がりにくくなるので、非貫通孔２５の開口部を中心に厚いキャップを形成することが可能になる。
【００５３】
【表１】
【００５４】
次に、印刷工程実行時におけるチャンバ内の圧力範囲限定理由について説明する。チャンバ内の圧力を０．５ｋＰａ〜１０．０ｋＰａまで変化させて印刷した樹脂２７を、チャンバ内圧力を大気圧に戻して非貫通孔２５内へ吸引し、さらに硬化させた後の状態を調べた結果を表２に示す。
【００５５】
チャンバ内の圧力を０．５ｋＰａにして樹脂２７を印刷すると、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して樹脂２７を非貫通孔２５の内部に吸引させる際、樹脂２７に含まれるフィラはレジストパターン２４上に残らないけれども、エポキシ成分はレジストパターン２４上に残るので、後の工程でレジストパターン２４を剥離することができなかった。チャンバ内の圧力を１０．０ｋＰａにして樹脂２７を印刷すると、樹脂２７を硬化させて形成した絶縁膜と非貫通孔２５の底部との間に高さが５〜１０μｍの空間が残存し、後の工程で導電ペーストを充填する空隙の容積が不足した。印刷時のチャンバ内の圧力を１．０ｋＰａ〜５．０ｋＰａに設定した場合、後工程におけるレジストパターン２４剥離の不具合および導電ペースト充填容積不足の問題が全く生じなかった。このことから、樹脂２７の印刷工程におけるチャンバ内の圧力は、１．０〜５．０ｋＰａが望ましい。
【００５６】
【表２】
【００５７】
印刷工程の後、チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔２５の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂２７を非貫通孔２５の内部に吸引し、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７を塗布する内壁塗布工程が行われる。図７は、内壁塗布工程の概要を説明する図である。
【００５８】
図７（ａ）では、チャンバ内の圧力を大気圧に徐々に戻し、樹脂２７によって閉塞された非貫通孔２５の内部の空間の圧力が、チャンバ内の圧力よりも小さくなる圧力差を利用し、樹脂２７を非貫通孔２５の底部に向かって吸引する。図７（ｂ）では、樹脂２７が非貫通孔２５の内部へ吸引されることによって、非貫通孔２５の内壁全体に樹脂２７が塗布される。
【００５９】
樹脂２７が非貫通孔２５の底部へ吸引される際、樹脂２７に対する濡れの良い表面電極２３が非貫通孔２５の開口部近傍に存在するので、樹脂２７に対する濡れ性に乏しいレジストパターン２４にはじかれた樹脂２７が表面電極２３に濡れることができる。またレジストパターン２４の樹脂２７に対する濡れ性を乏しくし、表面電極２３の樹脂２７に対する濡れ性を良くすることによって、樹脂２７を非貫通孔２５の底部に向かって吸引する際、レジストパターン２４上にわずかに付着していた樹脂２７の大部分が非貫通孔２５に向かって吸引され、表面電極２３上に付着した樹脂２７がアンカーとなるので、非貫通孔２５開口部に近い内壁部分を露出することなく非貫通孔２５の内壁全体を覆うことができる。
【００６０】
また、印刷マスク２６のマスク開口部２６ａの中心と、非貫通孔２５の開口部の中心との位置がずれた場合であっても、樹脂２７が表面電極２３上に濡れ広がりやすく、レジストパターン２４上に濡れ広がりにくいので、供給された樹脂２７がレジストパターン２４上から表面電極２３側に戻るようになり、非貫通孔２５の開口部を樹脂２７で確実に閉塞することができる。
【００６１】
なお、表１に示す各対象物と未硬化の樹脂２７との接触角を、確実に発現させるために、非貫通孔２５を形成するドライエッチングの後、ドライエッチング中に発生した反応生成物を除去するクリーニング工程を設けることが望ましい。
【００６２】
図７（ｃ）では、非貫通孔２５の内壁全体に樹脂２７が塗布された状態を上面図で示す。レジストパターン２４は樹脂２７に対する濡れ性が乏しいので、レジストパターン２４上に樹脂２７がほとんど残存しないけれども、レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出していた表面電極２３は、樹脂２７との濡れ性が良いので、その全体に樹脂２７が塗布され、非貫通孔２５の内部には、導電ペーストを充填する充分な容積の空隙２９が形成される。
【００６３】
ところで、レジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出している表面電極２３の領域幅Ａが小さい場合、樹脂２７が濡れる対象が小さいので、非貫通孔の開口部の周辺に印刷される樹脂２７の量が少なくなり、非貫通孔の開口部を閉塞することができなくなる。
【００６４】
また、領域幅Ａが大きい場合、樹脂２７の大半がレジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの内方で露出している表面電極２３上に印刷され、非貫通孔２５の開口部をキャップ状に閉塞する樹脂２７の厚さが薄くなるので、チャンバ内の圧力を大気圧に戻して樹脂２７が非貫通孔２５の内部に吸引されるとき、樹脂２７によって形成されたキャップが破れ、非貫通孔２５の底まで樹脂２７が達しないという問題が生じる。
【００６５】
非貫通孔形成工程におけるドライエッチングプロセスの時間を変更することによって、領域幅Ａを変えて非貫通孔２５を形成したサンプルを用いて、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７を塗布する工程を行い、樹脂２７が非貫通孔２５の底まで塗布できる確率すなわち歩留を調べた。図８は、領域幅Ａと歩留との関係を示す図である。領域幅Ａが１０〜１５μｍの場合、９９．５％以上の歩留で樹脂２７を非貫通孔２５に塗布することができるけれども、領域幅Ａが１０μｍ未満または１５μｍを超えると歩留が低下することを確認した。
【００６６】
したがって、表１に示した表面電極２３の材料を用いて、たとえば直径７５μｍの円形の開口部を有する非貫通孔２５の開口部周辺に樹脂２７を印刷する場合、レジスト開口部２４ａと表面電極２３の表面電極開口部２３ａとによって形成される前記領域幅Ａが、１０μｍ以上１５μｍ以下となるように、レジストパターン２４の厚さと非貫通孔２５の深さＤｅとを調整することが望ましい。
【００６７】
また、前記領域幅Ａを所望の値に広げることが難しい場合、表面電極２３を形成する際に予め直径７５μｍの表面電極開口部２３ａをパターニングしておき、現像直後のレジストパターン２４のレジスト開口部２４ａの直径を７５μｍ超えとすることによって、前記領域幅Ａが所望の値になるように制御しても良い。
【００６８】
内壁塗布工程の後、加熱によって樹脂２７を硬化させて絶縁膜を形成する樹脂硬化工程が行われる。樹脂硬化工程においては、非貫通孔２５の内壁に樹脂２７が塗布された半導体基板２１を、１６０℃に加熱したオーブンに投入し、１時間加熱して樹脂２７を硬化させ、絶縁膜が形成される。
【００６９】
樹脂硬化工程の後、絶縁膜が形成された非貫通孔２５に導体を充填する導体充填工程が行われる。図９は、導体充填工程の概要を説明する図である。
【００７０】
図９（ａ）では、非貫通孔２５の内壁が樹脂２７の硬化した絶縁膜２７ａによって被覆されている状態を示す。図９（ｂ）では、導電プラグ形成を行うために、非貫通孔２５内部の空隙２９へ導体３０を充填する。導体３０としては、たとえば数μｍから十数μｍ程度の粒径を有するＡｇ粒子を含有するＡｇペーストが用いられる。Ａｇペーストを非貫通孔２５内部の空隙２９へ印刷供給し、１６０℃程度の温度で加熱硬化を行うことによって導電プラグ３０ａを形成した。
【００７１】
図１０は、キャップ金属層３１が形成された状態を示す図である。導電プラグ３０ａを形成した後、レジストパターン２４を剥離し、キャップ金属層３１を形成し、さらにパターニングを実施する。これらは、公知の手法により実現することができる。たとえば、市販のレジスト剥離液を用いてレジストパターン２４の剥離を行った後、スパッタ法を用いて、Ａｌなどの金属層を付着させ、さらにレジストを形成してウエットエッチング法で必要箇所以外の金属層を除去し、次いでレジストを除去することによって、キャップ金属層３１とした。
【００７２】
このキャップ金属層３１まで形成された半導体基板２１の裏面を、導電プラグ３０ａが外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程を行う。この貫通配線形成工程は、公知の方法を用いて実行することができ、その概要を説明する図を省略する。貫通配線形成工程では、ビア深さ（＝非貫通孔２５の深さ）が１５０μｍ程度であるので、裏面研削によって半導体基板２１の厚さを１００μｍ程度にした。貫通配線形成工程を行った後、裏面絶縁膜形成、裏面配線形成、裏面バンプ電極形成などの裏面工程を実施して前述の図１１に示すのと同様の半導体装置を得る。
【００７３】
得られた半導体装置を積層接続して積層型半導体モジュールを得る。この積層半導体モジュールは、１００μｍ程度にまで薄くした半導体基板を有する半導体装置が複数個積層されたものであるので、電子機器回路モジュールの省スペース化に大きく寄与できる。ひいては、その電子機器回路モジュールを搭載した電子機器、たとえば携帯情報機器の性能向上に大きく寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】半導体装置２０の基礎的部分の構成を示す切断端面図である。
【図２】半導体基板２１にレジストパターン２４を形成した状態を示す図である。
【図３】表面電極２３をエッチングした後の状態を示す図である。
【図４】表面絶縁膜２２を除去して半導体基板２１を露出させた状態を示す図である。
【図５】半導体基板２１に非貫通孔２５を形成した状態を示す図である。
【図６】印刷工程の概要を説明する図である。
【図７】内壁塗布工程の概要を説明する図である。
【図８】領域幅Ａと歩留との関係を示す図である。
【図９】導体充填工程の概要を説明する図である。
【図１０】キャップ金属層３１が形成された状態を示す図である。
【図１１】積層型半導体モジュール２０の主要な構造を例示する断面図である。
【図１２】樹脂材料を非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に塗布して絶縁膜を形成する方法を説明する図である。
【図１３】従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【図１４】従来技術の絶縁膜の形成方法における問題点を説明する図である。
【符号の説明】
【００７５】
２０ 半導体装置
２１ 半導体基板
２２ 表面絶縁膜
２３ 表面電極
２４ レジストパターン
２５ 非貫通孔
２６ 印刷マスク
２７ 樹脂
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板の一方の面であって、半導体素子と第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが形成された面の側から半導体基板に非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、
樹脂を硬化し絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、
絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、
半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°以上９０°未満であり、
第２の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°未満であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
非貫通孔形成工程は、
半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成する工程と、
第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
非貫通孔形成工程は、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、
第２の層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第２の層は、表面電極であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、
１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とを有する基板に形成される非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する液状材料塗布方法において、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバ内の内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ液状材料を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する内壁塗布工程と、
液状材料を硬化する液状材料硬化工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と液状材料との接触角が、第２の層と液状材料との接触角よりも大きいことを特徴とする液状材料塗布方法。
【請求項１】
半導体基板を貫通する貫通配線を有する半導体装置の製造方法において、
半導体基板の一方の面であって、半導体素子と第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とが形成された面の側から半導体基板に非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される半導体基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバの内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ樹脂を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む半導体基板の内壁に樹脂を塗布する内壁塗布工程と、
樹脂を硬化し絶縁膜を形成する樹脂硬化工程と、
絶縁膜が形成された非貫通孔に導体を充填する導体充填工程と、
半導体基板の非貫通孔が形成された面と反対側の面を、導体が外方に露出するまで後退させる貫通配線形成工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって樹脂でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と未硬化状態にある樹脂との接触角が、第２の層と未硬化状態にある樹脂との接触角よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
第１の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°以上９０°未満であり、
第２の層と未硬化の状態にある樹脂との接触角が５０°未満であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
非貫通孔形成工程は、
半導体基板上に形成された第２の層の上にフォトレジストによって第１の層を形成する工程と、
第１の層と第２の層とをマスクとして半導体基板をエッチングする工程とを含むことを特徴とする請求項１または２記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
非貫通孔形成工程は、フッ化物を含むガスを用いて半導体基板をエッチングすることによって行われ、
第２の層は、Ａｌ、Ｃｒ、Ａｕ、Ｆｅ、ＩｎおよびＮｉからなる群より選択される１または２以上の元素を含有する合金層を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
第２の層は、表面電極であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記印刷工程におけるチャンバの内部圧力が、
１．０ｋＰａ以上５．０ｋＰａ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
第１の層と第１の層に対する下層として形成される第２の層とを有する基板に形成される非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する液状材料塗布方法において、
大気圧よりも低い内部圧力を有するチャンバ内に載置される基板の非貫通孔の開口部を、孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐ印刷工程と、
チャンバ内の内部圧力を印刷工程よりも高くし、非貫通孔の開口部をキャップ状に塞ぐ液状材料を非貫通孔の内部に吸引し、非貫通孔に臨む基板の内壁に液状材料を塗布する内壁塗布工程と、
液状材料を硬化する液状材料硬化工程とを含み、
前記印刷工程は、
第１の層に非貫通孔の開口部よりも大きい開口部を形成し、第１の層の開口部をとおして非貫通孔の開口部および非貫通孔の開口部の外縁に位置する第２の層が外方に露出した状態で、非貫通孔の開口部を孔版印刷によって液状材料でキャップ状に塞ぐように行われ、
第１の層と液状材料との接触角が、第２の層と液状材料との接触角よりも大きいことを特徴とする液状材料塗布方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００６−１４７８７０（Ｐ２００６−１４７８７０Ａ）
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３３６２７６（Ｐ２００４−３３６２７６）
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月８日（２００６．６．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月１９日（２００４．１１．１９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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