半導体装置の製造方法
【課題】簡易な方法により、導電体を確実に充填して貫通電極を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。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、開口部１８ａを有する支持体１８を基板１０表面側に取り付ける工程、基板１０をその裏面側から薄化する工程、基板裏面に第１絶縁膜１９を形成する工程、支持体１８の開口部１８ａに繋がる貫通孔１３を基板１０に形成する工程、第２絶縁膜１４を基板１０の貫通口１３内部に形成する工程及び基板１０の貫通孔１３内部に導電体１６を充填する工程を備えることを特徴とする。
【解決手段】本発明の半導体装置の製造方法は、開口部１８ａを有する支持体１８を基板１０表面側に取り付ける工程、基板１０をその裏面側から薄化する工程、基板裏面に第１絶縁膜１９を形成する工程、支持体１８の開口部１８ａに繋がる貫通孔１３を基板１０に形成する工程、第２絶縁膜１４を基板１０の貫通口１３内部に形成する工程及び基板１０の貫通孔１３内部に導電体１６を充填する工程を備えることを特徴とする。
【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に関し、貫通電極を有する薄型半導体装置の製造に好適に利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピューターや通信機器を中心とした電子機器の小型化と高機能化に伴い、半導体装置には小型化、高密度化および高速化が要求されるようになった。そのため、複数個の半導体装置を積層したいわゆる３次元チップと言われる小型、高密度化を図った半導体装置が提案されている。複数個の半導体装置を重ねる方法として、例えば特許文献１に示すような方法が提案されている。
ここで、図６を用いて、従来の半導体装置の製造工程について説明する。図６（ａ）〜（ｊ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、基板５０の表面側に素子形成部５１を形成し、図６（ａ）に示す構造を得る。次に、基板５０の表面側にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、開口部５２ａを有するマスク層５２を形成する。次に、マスク層５２を用いて素子形成部５１及びシリコンウエハで構成された基板５０を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングして、基板表面から１００μｍ弱の非貫通孔５３を形成し、図６（ｂ）に示す構造を得る。次に、非貫通孔５３の内壁面に絶縁膜５４を形成し、図６（ｃ）に示す構造を得る。次に、電解めっきの陰極となるシード層５５を絶縁膜上に形成し、これを陰極として非貫通孔５３の内部を金属５６で埋めて、図６（ｄ）に示す構造を得る。次に、金属５６を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により非貫通孔５３以外の余分な金属を除去し、図６（ｅ）に示す構造を得る。次に、基板５０の素子形成部５１側に支持体５８を両面テープ等からなる接着層５７を介して貼り合わせた後、基板５０の裏面を研削して、非貫通孔５３に充填された金属５６を基板裏面側に露出させて、図６（ｆ）に示す構造を得る。次に、基板５０の裏面を選択的にエッチングし、図６（ｇ）に示す構造を得る。次に、化学蒸着法（ＣＶＤ）により、基板５０の裏面にＳｉＮやＳｉＯ2等の絶縁膜５９を堆積し、図６（ｈ）に示す構造を得る。次に、ＣＭＰ法を用いて貫通電極の金属５６を露出させるように絶縁膜５９を取り除き、図６（ｉ）に示す構造を得る。次に、支持基板５８及び接着層５７を取り除き、図６（ｊ）に構造を得る。
以上の工程により、貫通電極を有する半導体装置を製造することができる。
【特許文献１】特開平１０−２２３８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記製造方法では、電解めっき法により非貫通孔に金属を充填した後に、Ｓｉ基板を薄化して金属を基板裏面側に露出させることにより貫通電極を形成しているが、このような方法を用いた場合には、非貫通孔に金属を充填する際に、めっき液が非貫通孔の底部にまで供給されにくく、また、電解めっきの際に発生する水素等の影響により金属が完全に充填されず、ボイドが発生しやすくなる。また、完全充填するためには、添加剤を用いた複雑で高度なめっき方法が必要となり、めっき時間も長くかかってしまう。その結果、プロセスコストが増大してしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な方法により、導電体を確実に充填して貫通電極を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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、支持体で基板を支持した状態で基板を薄化するので、薄化の際の基板の破損を防止することができる。また、開口部を有する支持体によって基板が支持された状態で、この開口部に繋がる基板貫通孔に導電体が充填される。従って、電解めっき法による充填の際にめっき液が貫通孔内をスムーズに移動するので、貫通孔の充填が容易になされ、かつ、電解めっきの際に発生する水素等が容易に除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする。
これらの工程は、必ずしも記載された順に実行する必要が無く、適宜順序を入れ替えた実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【０００８】
１．支持体取り付け工程（工程（１））
支持体は、基板に取り付けられて基板を支持できる程度の剛性を有するものであればよく、半導体（シリコンなど）、樹脂、ガラスなど種々の材料で形成することができる。支持体の外形は特に限定されないが、基板を確実に支持するために基板と同程度又は基板よりも大きな外形（面積）を有するものが好ましい。基板は、シリコン基板などの半導体基板などからなり、厚さが、好ましくは、３００〜７００μｍ程度である。
支持体の基板への取り付けは、接着層などを介して行うことができる。接着層は、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、両面テープなどで形成することができる。支持体は、静電力などによって基板に取り付けてもよい。基板が支持体によって支持される限り、その他いずれの方法によってもよい。なお、通常は、支持体を取り付ける前に、基板表面に回路素子部（トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、インダクタ、配線等からなる。）を形成する。支持体の開口部は、針などを用いて機械的に形成してもよく、フォトリソグラフィ及びエッチング技術などにより形成してもよい。
【０００９】
２．基板薄化工程（工程（２））
基板薄化は、機械研削、化学研磨、プラズマエッチング、またはガスエッチングなど種々の方法で行うことができる。また、薄型半導体装置を作製するために、基板の薄化は、基板の厚さが３０〜１００μｍとなるように行われることが好ましい。このような厚さに薄化されても、基板は、薄化の際に支持体によって支持されているので、破損しにくい。
【００１０】
３．第１絶縁膜形成工程（工程（３））
第１絶縁膜は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などからなり、ＣＶＤ法などで形成することができる。また、ポリイミドやエポキシなどの樹脂を回転塗布して形成してもよく、ポリイミドなどを電着することによって形成してもよい。基板貫通孔形成工程の前に基板裏面に絶縁膜を形成することにより、基板裏面の汚染を防止することができる。第１絶縁膜形成工程は、基板貫通孔形成工程の後に行ってもよく、この場合、第２絶縁膜形成工程と同時に行ってもよい。この場合、一度の工程で、基板裏面と基板貫通孔内部の両方に絶縁膜を形成することができ、工程数を減らすことができる。
【００１１】
４．基板貫通孔形成工程（工程（４））
基板の貫通孔は、支持体の開口部よりも小さいことが好ましい。この場合、導電体充填工程でめっき液が貫通孔内部をスムーズに移動するからである。貫通孔の横断面（基板表面に平行な面）形状は、正方形、長方形又は円などにすることができる。貫通孔は、基板表面側（すなわち、支持体上）又は裏面側にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより形成することができる。
また、貫通孔は、開口部を有する支持体をマスクとして基板をエッチングすることにより形成してもよい。支持体をマスクにすると、レジストパターンを形成するためのフォトマスクが不要になり、また、レジストパターンと支持体開口部との位置合わせが不要になるという利点がある。
また、本工程は、基板に溝及び貫通孔を形成する工程であってもよい。この溝及び貫通孔に導電体を充填することにより配線及び貫通電極を形成することができる。なお、溝及び貫通孔は、どちらを先に形成してもよい。
【００１２】
５．第２絶縁膜形成工程（工程（５））
第２絶縁膜は、基本的に第１絶縁膜と同様の方法で形成することができる。但し、膜厚などは、適宜変更する。第２絶縁膜は、第１絶縁膜と同じ材料で形成してもよく、異なっていてもよい。なお、上記工程で基板に溝及び貫通孔を形成した場合には、第２絶縁膜は、溝及び貫通孔内部に形成する
【００１３】
６．導電体充填工程（工程（６））
基板貫通孔への導電体の充填は、ＣＶＤ法やスパッタ法などで行うこともできるが、貫通孔内部に導電体シード層を形成し、このシード層を利用して、電解めっき法により導電体を充填することによって行うことが好ましい。本発明では、めっき液が貫通孔内をスムーズに移動するので、貫通孔の充填が容易になされ、かつ、電解めっきの際に発生する水素等が容易に除去されるからである。この場合、導電体は、銅又は銅を含む合金からなることが好ましいが、電解めっき法で充填可能であれば、他の金属などであってもよい。また、通常は、導電体を充填した後に、貫通孔以外の部分にある導電体（例えば、基板裏面上の導電体）をＣＭＰ法などにより除去する。導電体シード層は、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成することができ、厚さが単原子層の厚さ〜２００ｎｍであることが好ましい。この程度の厚さがあれば、十分に電解めっきのためのシード層として機能するからである。また、導電体シード層は、好ましくは、バリア層を介して貫通孔内部に形成される。バリア層とは、導電体原子が基板などに拡散することを防止する機能を有する層である。バリア層を形成することにより、導電体原子による基板などの汚染を防止することができる。バリア層は、ＴｉＮ又はＴａＮなどからなり、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成することができる。
なお、上記工程で基板に溝及び貫通孔を形成した場合には、導電体は、溝及び貫通孔内部に充填する。
【００１４】
７．支持体取り外し工程
本発明の方法は、基板から支持体を取り外す工程をさらに備えてもよい。接着層を介して支持体を基板に取り付けている場合には、この工程で接着層も一緒に除去する。なお、支持体が邪魔にならない場合には、取り外さなくてもよい。
【００１５】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１を用いて、実施例１の半導体装置の製造工程について説明する。図１は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００１７】
１．支持体取り付け工程
まず、基板１０上に、所定機能を有する回路素子部１１を形成する。次に、接着剤からなる接着層１７を介して、開口部１８ａを有する支持体１８を得られた基板の表面（回路素子部１１が形成された面）側に取り付け、図１（ａ）に示す構造を得る。支持体１８は、直径８インチ、厚さ５００μｍのシリコン板である。開口部１８ａの直径は、後工程で基板１０に形成する貫通孔よりも大きく、１０〜１００μｍ程度である。支持体１８の外観は、図４（ｃ）に示す通りであり、多数の開口部を有している。支持体１８の基板１０への取り付けは、例えばポリイミド樹脂の接着剤を１００μmの厚さで基板１０に塗布し、この接着剤を介して支持体１８を基板１０に押し付け、その状態で３１０℃、３０分の熱処理を行って接着剤を硬化させることによって行うことができる。
【００１８】
２．基板薄化工程
次に、支持体１８を取り付けた状態で、基板１０の裏面側を後退させ、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで基板１０の後退は、例えば機械研削、化学研磨、プラズマエッチング、またはガスエッチングなどの加工技術を用いて行う。処理条件は、例えば機械研削の場合、粗研削として＃３００程度の砥石を使用して研削後、仕上げ研削として＃２０００程度の砥石で研削を行う。後退後の基板１０の厚さは３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００１９】
３．第１絶縁膜形成工程
次に、基板１０の裏面に厚さ１００〜５０００ｎｍの第１絶縁膜１９を形成し、図１（ｃ）に示す構造を得る。第１絶縁膜１９は、シリコン酸化膜又は窒化シリコン膜などからなり、例えばプラズマＣＶＤ法で形成する。シリコン酸化膜の場合、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ系のガスを用い、４００℃の温度で形成する。窒化シリコン膜の場合、ＳｉＨ4／ＮＨ3系のガスを用い３００℃の温度で形成する。また、第１絶縁膜１９は、ポリイミドやエポキシ等の樹脂を例えば１００μｍの厚さで塗布し、３１０℃、３０分で硬化することにより形成しても良い。また、第１絶縁膜１９は、シリコン酸化膜と窒化シリコン膜をこの順に積層した積層型の絶縁膜にしてもよい。積層型の絶縁膜の膜厚は、１００〜５０００ｎｍであり、このうち窒化シリコン膜の膜厚２０〜５００ｎｍ程度である。
【００２０】
４．基板貫通孔形成工程
次に、基板１０の裏面側の絶縁膜１９上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、基板１０に形成する貫通孔に対応した開口部１２ａを有するマスク層１２を形成する。次に、マスク層１２を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により第１絶縁膜１９、基板１０、素子形成部１１、及び接着層１７を順次エッチングし、基板１０に貫通孔１３を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。貫通孔１３は、支持体１８の開口部１８ａに繋がっているため（例えば、両者の中心が一致しているため）、貫通孔１３は、支持体１８によって塞がれない。ＲＩＥの条件は、第１絶縁膜１９が窒化シリコン膜の場合ＣＦ4／Ｏ2系ガスで、基板１０のシリコンはＳＦ6／Ｏ2系ガスでエッチングする。素子形成部１１のシリコン酸化膜及び接着層１７はＣＦ4／Ｏ2系ガスでエッチングする。エッチング温度は支持体１８が剥がれない温度、好ましくは１００℃以下で処理する。貫通孔１３のサイズは、正方形の１辺がまたは、円形の直径がまたは長方形の長辺が５００μｍ以下でも、１００μｍ以下でも、できれば５０μｍ以下でも、１μｍ〜１０μｍ程度でも良い。
【００２１】
５．第２絶縁膜形成工程
次に、フォトレジスト１２を除去した後、貫通孔１３内部に（すなわち、貫通孔の側壁に）第２絶縁膜１４を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得る。第２絶縁膜１４は、例えば貫通孔１３の１辺が１０μｍの場合、厚さが１００〜２００ｎｍ程度になるように形成する。第２絶縁膜１４は、プラズマＣＶＤ法で形成し、その条件は、第２絶縁膜１４がシリコン酸化膜である場合、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ系のガスを用い１００℃の温度で形成する。ラズマＣＶＤ法を用いるのは、膜厚が薄くてもカバレッジが良く膜質も良いためである。貫通孔１３の１辺１００μｍであれば、第２絶縁膜１４は、２〜３μｍ程度の厚さで形成する。また、第２絶縁膜１４は、１５０℃程度のポリイミド溶液中でシリコン基板を電極として電圧をかけることによって基板表面にポリイミドを析出させることによって（すなわち、ポリイミドを電着することによって）、形成してもよい。
【００２２】
６．銅充填工程
６−１．バリア層及び銅シード層形成工程
次に、基板１１の裏面側から、基板１０裏面及び貫通孔内部にバリア層を介して銅シード層１５を形成し、図１（ｆ）に示す構造を得る。バリア層は、ＴｉＮ層又はＴａＮ層などからなり、厚さが５〜１５０ｎｍ、望ましくは１０ｎｍとなるように形成する。銅シード層１５は、厚さが単原子層の厚さから２００ｎｍ、望ましくは１００ｎｍとなるように形成する。両者は、ＣＶＤ又はスパッタ法などで形成する。ＣＶＤ法を用いる場合、ＴｉＮ層はＴｉ（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）4にＮＨ3やＮ2と反応させて１５０℃の温度で成長させる。銅シード層１５は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を原料として温度１５０℃で形成する。
【００２３】
６−２．銅めっき工程
次に、銅シード層１５を利用して、電解めっき法により貫通孔１３内に銅１６を充填し、図１（ｇ）に示す構造を得る。支持体１８が貫通孔１３の部分に開口部１８を有するため、めっき液が貫通孔１３内をスムーズに流れる。このため、電気分解により発生して貫通孔１３内の表面に付着する水素の泡が取り除かれ、かつ、反応種の拡散が効率よく起こるので、ボイドの発生が抑制され、完全充填が可能となる。ここでの銅めっきの条件としては、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4とＣｌ-をめっき液として用い、温度２５℃で電解めっき法にて行う。
【００２４】
６−３．ＣＭＰ工程
次に、ＣＭＰ法により、第１絶縁膜１９上の銅１６を除去し、貫通孔１３内のみに銅１６を残し、図１（ｈ）に示す構造を得る。
【００２５】
７．支持体取り外し工程
次に、素子形成部１１表面の支持体１８を取り外し、図１（ｉ）に示す構造を得る。支持体１８の取り外しは、モノエタノールアミンやジメチルフォルムアミドの剥離液に温度約１２０℃基板を浸液させ、接着層１７を取り除くことによって行う。
以上の工程により、貫通電極を有する半導体装置が作成される。
【実施例２】
【００２６】
図２を用いて、実施例２の半導体装置の製造工程について説明する。図２は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００２７】
１．支持体取り付け、基板薄化、第１絶縁膜形成工程
まず、実施例１と同様の方法で、支持体取り付け、基板薄化、第１絶縁膜形成工程を行い、図２（ａ）に示す構造を得る。
【００２８】
２．溝形成工程
次に、基板１０の裏面側の絶縁膜１９上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、基板１０に形成する溝２０に対応した開口部１１２ａを有するマスク層１１２を形成する。次に、マスク層１１２を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により第１絶縁膜１９、基板１０を順次エッチングし、基板１０に溝２０を形成し、図２（ｂ）に示す構造を得る。溝２０は、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度になるように形成する。
【００２９】
ＲＩＥの条件は、第１絶縁膜１９が窒化シリコン膜の場合ＣＦ4／Ｏ2系ガスで、基板１０のシリコンはＳＦ6／Ｏ2系ガスでエッチングする。エッチング温度は支持体１８が剥がれない温度、できれば１００℃以下で処理する。溝２０は、配線として用いるためパターンは自由に設定できるがあまり大きいパターンでは後の銅−ＣＭＰ工程でディッシングによりパターン消失も考えられるため、溝にスロットを入れるのが望ましい。なお、「スロット」とは、ディッシングを防止するために、配線溝内のところどころにストッパーとして設けられる酸化膜などからなる島状のパターンである。
【００３０】
３．基板貫通孔形成工程
【００３１】
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０に貫通孔１３を形成し、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００３２】
４．第２絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、貫通孔１３及び溝２０内部に第２絶縁膜１４を形成し、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００３３】
５．銅充填工程
次に、実施例１と同様の方法により、バリア層を介して銅シード層１５を形成し（図２（ｅ））、電解めっき法により貫通孔１３及び溝２０内部に銅１６を充填し（図２（ｆ））、ＣＭＰ法により不要な銅を取り除く（図２（ｇ））。
【００３４】
６．支持体取り外し工程
次に、実施例１と同様の方法により、支持体１８を取り外し、図２（ｈ）に示す構造を得る。
【００３５】
本構造の半導体装置の製造方法によれば、追加の配線パターンを貫通電極と同時に形成することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
図３を用いて、実施例３の半導体装置の製造工程について説明する。図３は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００３７】
１．支持体取り付け工程
まず、実施例１と同様の方法により、基板１０の表面側に支持体２０を取り付け、図３（ａ）に示す構造を得る。本実施例では、支持体２０は、後工程で基板１０に貫通孔１３を形成するためのマスクとして用いるので、基板１０に形成する貫通孔１３と同じサイズの開口部２０ａを有している。
【００３８】
２．基板薄化工程
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０の薄化を行い、図３（ｂ）に示す構造を得る。
【００３９】
３．第１絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０の裏面に第１絶縁膜１９を形成し、図３（ｃ）に示す構造を得る。
【００４０】
４．基板貫通孔形成工程
【００４１】
次に、支持体２０をマスクに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により接着層１７、素子形成部１１、基板１０、及び第１絶縁膜１９を順次エッチングし、基板１０に貫通孔１３を形成し、図３（ｄ）に示す構造を得る。エッチングの条件は、実施例１と同様である。なお、この工程で支持体２０も、基板１０の厚さ（３０〜１００μｍ程度）＋オーバーエッチ分、エッチングされて厚さが減少するが、その後の工程が処理できる程度の厚さが残っていれば、この減少は問題とならない（必要な場合には、減少分を考慮した厚さの支持体を用いる。）。
【００４２】
５．第２絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、貫通孔１３内部に第２絶縁膜１４を形成し、図３（ｅ）に示す構造を得る。
【００４３】
６．銅充填工程
次に、実施例１と同様の方法により、バリア層を介して銅シード層１５を形成し（図３（ｆ））、電解めっき法により貫通孔１３及び溝２０内部に銅１６を充填し（図３（ｇ））、ＣＭＰ法により不要な銅を取り除く（図３（ｈ））。
【００４４】
７．支持体取り外し工程
次に、実施例１と同様の方法により、支持体２０を取り外し、図３（ｉ）に示す構造を得る。
【００４５】
本構造の半導体装置の製造方法によれば、支持体２０をマスクにして、基板に貫通電極パターンを形成することができるため、マスク枚数とフォトを削減でき、ＴＡＴ（Turn Around Time, 受注から納品までの時間）の短縮とコストの削減を図ることが出来る。
【００４６】
（実施例１〜３で使用する支持体とこれらの実施例で得られた基板の形状）
図４には、デバイスウェハ（貫通孔を形成した基板）２２と支持体１８，２０の形状を示している。図４（ａ）はデバイスウェハ２２を示しており、図４（ｂ）はそのデバイスの個片を拡大したデバイスチップ２３であり、貫通孔２４のパターンを有している。図４（ｃ）には支持体１８，２０を示しており、図４（ｄ）はデバイスチップ２３に対応した部分２６を拡大したものであるが、貫通孔２４のパターンに対応した開口部２７を有する。開口部２７は実施例３で用いる支持体の場合、基板に貫通孔２４を形成するためのマスクも兼ねるため、寸法は貫通孔２４と同じサイズにする。実施例１又は２の支持体の開口部２７は貫通孔２４より数μｍ大きいサイズが望ましい。また、実施例１又は２で使用される支持体の開口部２７のパターンとしては図４（ｅ）で示すように貫通孔２４を一括で覆うような開口部２８のようなパターンでも良い。また、支持体としてウェハサポート機能を保持しつつ、電解めっき時にめっき液の供給を妨げない形状であれば例示した以外のパターンでも構わない。
【００４７】
（実施例１〜３で得られた半導体装置を用いた積層型半導体装置）
図５に、実施例１〜３で得られた貫通電極を有する半導体装置を用いた積層型半導体装置を示す。図５（ｂ）は、この装置の底面図であり、（ａ）は、（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。この装置は、インターポーザー３１上に、実施例２で得られた貫通電極３２ａ及び溝配線（幅１０〜２００μｍ）３２ｂを有する半導体装置３２と、実施例１又は３で得られた貫通電極３３ａを有する半導体装置３３を備える。半導体装置３３は、４つが積層されている。インターポーザー３１は、裏面にバンプボール（径３０〜２００μｍ）３５を備え、内部にインターポーザー内貫通電極（径１０〜１００μｍ）３１ａを有している。
各半導体装置３２，３３の貫通電極３２ａ，３３ａは、互いに電気的に接続されており、さらに、溝配線３２ｂ，インターポーザー内貫通電極３１ａ及びバンプボール３５も、互いに電気的に接続されている。従って、図５のような構成にすることにより、配線用のワイヤなどを用いることなく、全ての層の半導体装置がインターポーザー３１裏面のバンプボールと電気的に接続した積層型半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例であるデバイスウェハと支持体の形状を説明する平面図である。
【図５】実施例１〜３で得られた半導体装置を用いた積層型半導体装置を示す（ａ）断面図、（ｂ）底面図である。
【図６】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０，５０ 基板
１１，５１ 回路素子部
１２，５２ フォトレジスト
１３，５３ 貫通孔
１４ 第２絶縁膜
１５，５５ シード層
１６，５６ 金属、銅
１７，５７ 接着層
１８，２０，５８ 支持体
１８ａ，２０ａ 開口部
１９ 第１絶縁膜
２０ 再配線溝
２１ 金属配線層
２２ デバイスウェハ
２３ デバイスチップ
２４ 貫通孔
２５ 支持体
２６ 支持体のデバイスチップに対応した部分
２７、２８ 開口部
３１ インターポーザー
３１ａ インターポーザー用貫通電極
３２，３３ 半導体装置
３２ａ，３３ａ 貫通電極
３２ｂ 溝配線
３５ バンプボール
５４，５９ 絶縁膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法に関し、貫通電極を有する薄型半導体装置の製造に好適に利用可能である。
【背景技術】
【０００２】
近年、コンピューターや通信機器を中心とした電子機器の小型化と高機能化に伴い、半導体装置には小型化、高密度化および高速化が要求されるようになった。そのため、複数個の半導体装置を積層したいわゆる３次元チップと言われる小型、高密度化を図った半導体装置が提案されている。複数個の半導体装置を重ねる方法として、例えば特許文献１に示すような方法が提案されている。
ここで、図６を用いて、従来の半導体装置の製造工程について説明する。図６（ａ）〜（ｊ）は、従来の半導体装置の製造方法を示す断面図である。
まず、基板５０の表面側に素子形成部５１を形成し、図６（ａ）に示す構造を得る。次に、基板５０の表面側にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、開口部５２ａを有するマスク層５２を形成する。次に、マスク層５２を用いて素子形成部５１及びシリコンウエハで構成された基板５０を反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等によりエッチングして、基板表面から１００μｍ弱の非貫通孔５３を形成し、図６（ｂ）に示す構造を得る。次に、非貫通孔５３の内壁面に絶縁膜５４を形成し、図６（ｃ）に示す構造を得る。次に、電解めっきの陰極となるシード層５５を絶縁膜上に形成し、これを陰極として非貫通孔５３の内部を金属５６で埋めて、図６（ｄ）に示す構造を得る。次に、金属５６を化学的機械的研磨（ＣＭＰ）により非貫通孔５３以外の余分な金属を除去し、図６（ｅ）に示す構造を得る。次に、基板５０の素子形成部５１側に支持体５８を両面テープ等からなる接着層５７を介して貼り合わせた後、基板５０の裏面を研削して、非貫通孔５３に充填された金属５６を基板裏面側に露出させて、図６（ｆ）に示す構造を得る。次に、基板５０の裏面を選択的にエッチングし、図６（ｇ）に示す構造を得る。次に、化学蒸着法（ＣＶＤ）により、基板５０の裏面にＳｉＮやＳｉＯ2等の絶縁膜５９を堆積し、図６（ｈ）に示す構造を得る。次に、ＣＭＰ法を用いて貫通電極の金属５６を露出させるように絶縁膜５９を取り除き、図６（ｉ）に示す構造を得る。次に、支持基板５８及び接着層５７を取り除き、図６（ｊ）に構造を得る。
以上の工程により、貫通電極を有する半導体装置を製造することができる。
【特許文献１】特開平１０−２２３８３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記製造方法では、電解めっき法により非貫通孔に金属を充填した後に、Ｓｉ基板を薄化して金属を基板裏面側に露出させることにより貫通電極を形成しているが、このような方法を用いた場合には、非貫通孔に金属を充填する際に、めっき液が非貫通孔の底部にまで供給されにくく、また、電解めっきの際に発生する水素等の影響により金属が完全に充填されず、ボイドが発生しやすくなる。また、完全充填するためには、添加剤を用いた複雑で高度なめっき方法が必要となり、めっき時間も長くかかってしまう。その結果、プロセスコストが増大してしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、簡易な方法により、導電体を確実に充填して貫通電極を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ものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、支持体で基板を支持した状態で基板を薄化するので、薄化の際の基板の破損を防止することができる。また、開口部を有する支持体によって基板が支持された状態で、この開口部に繋がる基板貫通孔に導電体が充填される。従って、電解めっき法による充填の際にめっき液が貫通孔内をスムーズに移動するので、貫通孔の充填が容易になされ、かつ、電解めっきの際に発生する水素等が容易に除去される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の半導体装置の製造方法は、（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする。
これらの工程は、必ずしも記載された順に実行する必要が無く、適宜順序を入れ替えた実施形態も本発明の範囲に含まれる。
【０００８】
１．支持体取り付け工程（工程（１））
支持体は、基板に取り付けられて基板を支持できる程度の剛性を有するものであればよく、半導体（シリコンなど）、樹脂、ガラスなど種々の材料で形成することができる。支持体の外形は特に限定されないが、基板を確実に支持するために基板と同程度又は基板よりも大きな外形（面積）を有するものが好ましい。基板は、シリコン基板などの半導体基板などからなり、厚さが、好ましくは、３００〜７００μｍ程度である。
支持体の基板への取り付けは、接着層などを介して行うことができる。接着層は、紫外線硬化性接着剤、熱硬化性接着剤、両面テープなどで形成することができる。支持体は、静電力などによって基板に取り付けてもよい。基板が支持体によって支持される限り、その他いずれの方法によってもよい。なお、通常は、支持体を取り付ける前に、基板表面に回路素子部（トランジスタ、ダイオード、抵抗、コンデンサ、インダクタ、配線等からなる。）を形成する。支持体の開口部は、針などを用いて機械的に形成してもよく、フォトリソグラフィ及びエッチング技術などにより形成してもよい。
【０００９】
２．基板薄化工程（工程（２））
基板薄化は、機械研削、化学研磨、プラズマエッチング、またはガスエッチングなど種々の方法で行うことができる。また、薄型半導体装置を作製するために、基板の薄化は、基板の厚さが３０〜１００μｍとなるように行われることが好ましい。このような厚さに薄化されても、基板は、薄化の際に支持体によって支持されているので、破損しにくい。
【００１０】
３．第１絶縁膜形成工程（工程（３））
第１絶縁膜は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜などからなり、ＣＶＤ法などで形成することができる。また、ポリイミドやエポキシなどの樹脂を回転塗布して形成してもよく、ポリイミドなどを電着することによって形成してもよい。基板貫通孔形成工程の前に基板裏面に絶縁膜を形成することにより、基板裏面の汚染を防止することができる。第１絶縁膜形成工程は、基板貫通孔形成工程の後に行ってもよく、この場合、第２絶縁膜形成工程と同時に行ってもよい。この場合、一度の工程で、基板裏面と基板貫通孔内部の両方に絶縁膜を形成することができ、工程数を減らすことができる。
【００１１】
４．基板貫通孔形成工程（工程（４））
基板の貫通孔は、支持体の開口部よりも小さいことが好ましい。この場合、導電体充填工程でめっき液が貫通孔内部をスムーズに移動するからである。貫通孔の横断面（基板表面に平行な面）形状は、正方形、長方形又は円などにすることができる。貫通孔は、基板表面側（すなわち、支持体上）又は裏面側にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより形成することができる。
また、貫通孔は、開口部を有する支持体をマスクとして基板をエッチングすることにより形成してもよい。支持体をマスクにすると、レジストパターンを形成するためのフォトマスクが不要になり、また、レジストパターンと支持体開口部との位置合わせが不要になるという利点がある。
また、本工程は、基板に溝及び貫通孔を形成する工程であってもよい。この溝及び貫通孔に導電体を充填することにより配線及び貫通電極を形成することができる。なお、溝及び貫通孔は、どちらを先に形成してもよい。
【００１２】
５．第２絶縁膜形成工程（工程（５））
第２絶縁膜は、基本的に第１絶縁膜と同様の方法で形成することができる。但し、膜厚などは、適宜変更する。第２絶縁膜は、第１絶縁膜と同じ材料で形成してもよく、異なっていてもよい。なお、上記工程で基板に溝及び貫通孔を形成した場合には、第２絶縁膜は、溝及び貫通孔内部に形成する
【００１３】
６．導電体充填工程（工程（６））
基板貫通孔への導電体の充填は、ＣＶＤ法やスパッタ法などで行うこともできるが、貫通孔内部に導電体シード層を形成し、このシード層を利用して、電解めっき法により導電体を充填することによって行うことが好ましい。本発明では、めっき液が貫通孔内をスムーズに移動するので、貫通孔の充填が容易になされ、かつ、電解めっきの際に発生する水素等が容易に除去されるからである。この場合、導電体は、銅又は銅を含む合金からなることが好ましいが、電解めっき法で充填可能であれば、他の金属などであってもよい。また、通常は、導電体を充填した後に、貫通孔以外の部分にある導電体（例えば、基板裏面上の導電体）をＣＭＰ法などにより除去する。導電体シード層は、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成することができ、厚さが単原子層の厚さ〜２００ｎｍであることが好ましい。この程度の厚さがあれば、十分に電解めっきのためのシード層として機能するからである。また、導電体シード層は、好ましくは、バリア層を介して貫通孔内部に形成される。バリア層とは、導電体原子が基板などに拡散することを防止する機能を有する層である。バリア層を形成することにより、導電体原子による基板などの汚染を防止することができる。バリア層は、ＴｉＮ又はＴａＮなどからなり、ＣＶＤ法やスパッタ法などで形成することができる。
なお、上記工程で基板に溝及び貫通孔を形成した場合には、導電体は、溝及び貫通孔内部に充填する。
【００１４】
７．支持体取り外し工程
本発明の方法は、基板から支持体を取り外す工程をさらに備えてもよい。接着層を介して支持体を基板に取り付けている場合には、この工程で接着層も一緒に除去する。なお、支持体が邪魔にならない場合には、取り外さなくてもよい。
【００１５】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１を用いて、実施例１の半導体装置の製造工程について説明する。図１は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００１７】
１．支持体取り付け工程
まず、基板１０上に、所定機能を有する回路素子部１１を形成する。次に、接着剤からなる接着層１７を介して、開口部１８ａを有する支持体１８を得られた基板の表面（回路素子部１１が形成された面）側に取り付け、図１（ａ）に示す構造を得る。支持体１８は、直径８インチ、厚さ５００μｍのシリコン板である。開口部１８ａの直径は、後工程で基板１０に形成する貫通孔よりも大きく、１０〜１００μｍ程度である。支持体１８の外観は、図４（ｃ）に示す通りであり、多数の開口部を有している。支持体１８の基板１０への取り付けは、例えばポリイミド樹脂の接着剤を１００μmの厚さで基板１０に塗布し、この接着剤を介して支持体１８を基板１０に押し付け、その状態で３１０℃、３０分の熱処理を行って接着剤を硬化させることによって行うことができる。
【００１８】
２．基板薄化工程
次に、支持体１８を取り付けた状態で、基板１０の裏面側を後退させ、図１（ｂ）に示す構造を得る。ここで基板１０の後退は、例えば機械研削、化学研磨、プラズマエッチング、またはガスエッチングなどの加工技術を用いて行う。処理条件は、例えば機械研削の場合、粗研削として＃３００程度の砥石を使用して研削後、仕上げ研削として＃２０００程度の砥石で研削を行う。後退後の基板１０の厚さは３０〜１００μｍであることが望ましい。
【００１９】
３．第１絶縁膜形成工程
次に、基板１０の裏面に厚さ１００〜５０００ｎｍの第１絶縁膜１９を形成し、図１（ｃ）に示す構造を得る。第１絶縁膜１９は、シリコン酸化膜又は窒化シリコン膜などからなり、例えばプラズマＣＶＤ法で形成する。シリコン酸化膜の場合、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ系のガスを用い、４００℃の温度で形成する。窒化シリコン膜の場合、ＳｉＨ4／ＮＨ3系のガスを用い３００℃の温度で形成する。また、第１絶縁膜１９は、ポリイミドやエポキシ等の樹脂を例えば１００μｍの厚さで塗布し、３１０℃、３０分で硬化することにより形成しても良い。また、第１絶縁膜１９は、シリコン酸化膜と窒化シリコン膜をこの順に積層した積層型の絶縁膜にしてもよい。積層型の絶縁膜の膜厚は、１００〜５０００ｎｍであり、このうち窒化シリコン膜の膜厚２０〜５００ｎｍ程度である。
【００２０】
４．基板貫通孔形成工程
次に、基板１０の裏面側の絶縁膜１９上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、基板１０に形成する貫通孔に対応した開口部１２ａを有するマスク層１２を形成する。次に、マスク層１２を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により第１絶縁膜１９、基板１０、素子形成部１１、及び接着層１７を順次エッチングし、基板１０に貫通孔１３を形成し、図１（ｄ）に示す構造を得る。貫通孔１３は、支持体１８の開口部１８ａに繋がっているため（例えば、両者の中心が一致しているため）、貫通孔１３は、支持体１８によって塞がれない。ＲＩＥの条件は、第１絶縁膜１９が窒化シリコン膜の場合ＣＦ4／Ｏ2系ガスで、基板１０のシリコンはＳＦ6／Ｏ2系ガスでエッチングする。素子形成部１１のシリコン酸化膜及び接着層１７はＣＦ4／Ｏ2系ガスでエッチングする。エッチング温度は支持体１８が剥がれない温度、好ましくは１００℃以下で処理する。貫通孔１３のサイズは、正方形の１辺がまたは、円形の直径がまたは長方形の長辺が５００μｍ以下でも、１００μｍ以下でも、できれば５０μｍ以下でも、１μｍ〜１０μｍ程度でも良い。
【００２１】
５．第２絶縁膜形成工程
次に、フォトレジスト１２を除去した後、貫通孔１３内部に（すなわち、貫通孔の側壁に）第２絶縁膜１４を形成し、図１（ｅ）に示す構造を得る。第２絶縁膜１４は、例えば貫通孔１３の１辺が１０μｍの場合、厚さが１００〜２００ｎｍ程度になるように形成する。第２絶縁膜１４は、プラズマＣＶＤ法で形成し、その条件は、第２絶縁膜１４がシリコン酸化膜である場合、ＳｉＨ4／Ｎ2Ｏ系のガスを用い１００℃の温度で形成する。ラズマＣＶＤ法を用いるのは、膜厚が薄くてもカバレッジが良く膜質も良いためである。貫通孔１３の１辺１００μｍであれば、第２絶縁膜１４は、２〜３μｍ程度の厚さで形成する。また、第２絶縁膜１４は、１５０℃程度のポリイミド溶液中でシリコン基板を電極として電圧をかけることによって基板表面にポリイミドを析出させることによって（すなわち、ポリイミドを電着することによって）、形成してもよい。
【００２２】
６．銅充填工程
６−１．バリア層及び銅シード層形成工程
次に、基板１１の裏面側から、基板１０裏面及び貫通孔内部にバリア層を介して銅シード層１５を形成し、図１（ｆ）に示す構造を得る。バリア層は、ＴｉＮ層又はＴａＮ層などからなり、厚さが５〜１５０ｎｍ、望ましくは１０ｎｍとなるように形成する。銅シード層１５は、厚さが単原子層の厚さから２００ｎｍ、望ましくは１００ｎｍとなるように形成する。両者は、ＣＶＤ又はスパッタ法などで形成する。ＣＶＤ法を用いる場合、ＴｉＮ層はＴｉ（Ｎ（Ｃ2Ｈ5）2）4にＮＨ3やＮ2と反応させて１５０℃の温度で成長させる。銅シード層１５は、Ｃｕ（ｈｆａｃ）（ｔｍｖｓ）を原料として温度１５０℃で形成する。
【００２３】
６−２．銅めっき工程
次に、銅シード層１５を利用して、電解めっき法により貫通孔１３内に銅１６を充填し、図１（ｇ）に示す構造を得る。支持体１８が貫通孔１３の部分に開口部１８を有するため、めっき液が貫通孔１３内をスムーズに流れる。このため、電気分解により発生して貫通孔１３内の表面に付着する水素の泡が取り除かれ、かつ、反応種の拡散が効率よく起こるので、ボイドの発生が抑制され、完全充填が可能となる。ここでの銅めっきの条件としては、ＣｕＳＯ4・５Ｈ2ＯとＨ2ＳＯ4とＣｌ-をめっき液として用い、温度２５℃で電解めっき法にて行う。
【００２４】
６−３．ＣＭＰ工程
次に、ＣＭＰ法により、第１絶縁膜１９上の銅１６を除去し、貫通孔１３内のみに銅１６を残し、図１（ｈ）に示す構造を得る。
【００２５】
７．支持体取り外し工程
次に、素子形成部１１表面の支持体１８を取り外し、図１（ｉ）に示す構造を得る。支持体１８の取り外しは、モノエタノールアミンやジメチルフォルムアミドの剥離液に温度約１２０℃基板を浸液させ、接着層１７を取り除くことによって行う。
以上の工程により、貫通電極を有する半導体装置が作成される。
【実施例２】
【００２６】
図２を用いて、実施例２の半導体装置の製造工程について説明する。図２は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００２７】
１．支持体取り付け、基板薄化、第１絶縁膜形成工程
まず、実施例１と同様の方法で、支持体取り付け、基板薄化、第１絶縁膜形成工程を行い、図２（ａ）に示す構造を得る。
【００２８】
２．溝形成工程
次に、基板１０の裏面側の絶縁膜１９上にフォトレジストを塗布してフォトレジスト層を形成し、この層をパターニングすることにより、基板１０に形成する溝２０に対応した開口部１１２ａを有するマスク層１１２を形成する。次に、マスク層１１２を用いて、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により第１絶縁膜１９、基板１０を順次エッチングし、基板１０に溝２０を形成し、図２（ｂ）に示す構造を得る。溝２０は、深さが５００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度になるように形成する。
【００２９】
ＲＩＥの条件は、第１絶縁膜１９が窒化シリコン膜の場合ＣＦ4／Ｏ2系ガスで、基板１０のシリコンはＳＦ6／Ｏ2系ガスでエッチングする。エッチング温度は支持体１８が剥がれない温度、できれば１００℃以下で処理する。溝２０は、配線として用いるためパターンは自由に設定できるがあまり大きいパターンでは後の銅−ＣＭＰ工程でディッシングによりパターン消失も考えられるため、溝にスロットを入れるのが望ましい。なお、「スロット」とは、ディッシングを防止するために、配線溝内のところどころにストッパーとして設けられる酸化膜などからなる島状のパターンである。
【００３０】
３．基板貫通孔形成工程
【００３１】
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０に貫通孔１３を形成し、図２（ｃ）に示す構造を得る。
【００３２】
４．第２絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、貫通孔１３及び溝２０内部に第２絶縁膜１４を形成し、図２（ｄ）に示す構造を得る。
【００３３】
５．銅充填工程
次に、実施例１と同様の方法により、バリア層を介して銅シード層１５を形成し（図２（ｅ））、電解めっき法により貫通孔１３及び溝２０内部に銅１６を充填し（図２（ｆ））、ＣＭＰ法により不要な銅を取り除く（図２（ｇ））。
【００３４】
６．支持体取り外し工程
次に、実施例１と同様の方法により、支持体１８を取り外し、図２（ｈ）に示す構造を得る。
【００３５】
本構造の半導体装置の製造方法によれば、追加の配線パターンを貫通電極と同時に形成することが可能となる。
【実施例３】
【００３６】
図３を用いて、実施例３の半導体装置の製造工程について説明する。図３は、本実施例の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【００３７】
１．支持体取り付け工程
まず、実施例１と同様の方法により、基板１０の表面側に支持体２０を取り付け、図３（ａ）に示す構造を得る。本実施例では、支持体２０は、後工程で基板１０に貫通孔１３を形成するためのマスクとして用いるので、基板１０に形成する貫通孔１３と同じサイズの開口部２０ａを有している。
【００３８】
２．基板薄化工程
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０の薄化を行い、図３（ｂ）に示す構造を得る。
【００３９】
３．第１絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、基板１０の裏面に第１絶縁膜１９を形成し、図３（ｃ）に示す構造を得る。
【００４０】
４．基板貫通孔形成工程
【００４１】
次に、支持体２０をマスクに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等の方法により接着層１７、素子形成部１１、基板１０、及び第１絶縁膜１９を順次エッチングし、基板１０に貫通孔１３を形成し、図３（ｄ）に示す構造を得る。エッチングの条件は、実施例１と同様である。なお、この工程で支持体２０も、基板１０の厚さ（３０〜１００μｍ程度）＋オーバーエッチ分、エッチングされて厚さが減少するが、その後の工程が処理できる程度の厚さが残っていれば、この減少は問題とならない（必要な場合には、減少分を考慮した厚さの支持体を用いる。）。
【００４２】
５．第２絶縁膜形成工程
次に、実施例１と同様の方法により、貫通孔１３内部に第２絶縁膜１４を形成し、図３（ｅ）に示す構造を得る。
【００４３】
６．銅充填工程
次に、実施例１と同様の方法により、バリア層を介して銅シード層１５を形成し（図３（ｆ））、電解めっき法により貫通孔１３及び溝２０内部に銅１６を充填し（図３（ｇ））、ＣＭＰ法により不要な銅を取り除く（図３（ｈ））。
【００４４】
７．支持体取り外し工程
次に、実施例１と同様の方法により、支持体２０を取り外し、図３（ｉ）に示す構造を得る。
【００４５】
本構造の半導体装置の製造方法によれば、支持体２０をマスクにして、基板に貫通電極パターンを形成することができるため、マスク枚数とフォトを削減でき、ＴＡＴ（Turn Around Time, 受注から納品までの時間）の短縮とコストの削減を図ることが出来る。
【００４６】
（実施例１〜３で使用する支持体とこれらの実施例で得られた基板の形状）
図４には、デバイスウェハ（貫通孔を形成した基板）２２と支持体１８，２０の形状を示している。図４（ａ）はデバイスウェハ２２を示しており、図４（ｂ）はそのデバイスの個片を拡大したデバイスチップ２３であり、貫通孔２４のパターンを有している。図４（ｃ）には支持体１８，２０を示しており、図４（ｄ）はデバイスチップ２３に対応した部分２６を拡大したものであるが、貫通孔２４のパターンに対応した開口部２７を有する。開口部２７は実施例３で用いる支持体の場合、基板に貫通孔２４を形成するためのマスクも兼ねるため、寸法は貫通孔２４と同じサイズにする。実施例１又は２の支持体の開口部２７は貫通孔２４より数μｍ大きいサイズが望ましい。また、実施例１又は２で使用される支持体の開口部２７のパターンとしては図４（ｅ）で示すように貫通孔２４を一括で覆うような開口部２８のようなパターンでも良い。また、支持体としてウェハサポート機能を保持しつつ、電解めっき時にめっき液の供給を妨げない形状であれば例示した以外のパターンでも構わない。
【００４７】
（実施例１〜３で得られた半導体装置を用いた積層型半導体装置）
図５に、実施例１〜３で得られた貫通電極を有する半導体装置を用いた積層型半導体装置を示す。図５（ｂ）は、この装置の底面図であり、（ａ）は、（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。この装置は、インターポーザー３１上に、実施例２で得られた貫通電極３２ａ及び溝配線（幅１０〜２００μｍ）３２ｂを有する半導体装置３２と、実施例１又は３で得られた貫通電極３３ａを有する半導体装置３３を備える。半導体装置３３は、４つが積層されている。インターポーザー３１は、裏面にバンプボール（径３０〜２００μｍ）３５を備え、内部にインターポーザー内貫通電極（径１０〜１００μｍ）３１ａを有している。
各半導体装置３２，３３の貫通電極３２ａ，３３ａは、互いに電気的に接続されており、さらに、溝配線３２ｂ，インターポーザー内貫通電極３１ａ及びバンプボール３５も、互いに電気的に接続されている。従って、図５のような構成にすることにより、配線用のワイヤなどを用いることなく、全ての層の半導体装置がインターポーザー３１裏面のバンプボールと電気的に接続した積層型半導体装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施例１の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図２】本発明の実施例２の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図３】本発明の実施例３の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｅ）は本発明の実施例であるデバイスウェハと支持体の形状を説明する平面図である。
【図５】実施例１〜３で得られた半導体装置を用いた積層型半導体装置を示す（ａ）断面図、（ｂ）底面図である。
【図６】従来の半導体装置の製造工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１０，５０ 基板
１１，５１ 回路素子部
１２，５２ フォトレジスト
１３，５３ 貫通孔
１４ 第２絶縁膜
１５，５５ シード層
１６，５６ 金属、銅
１７，５７ 接着層
１８，２０，５８ 支持体
１８ａ，２０ａ 開口部
１９ 第１絶縁膜
２０ 再配線溝
２１ 金属配線層
２２ デバイスウェハ
２３ デバイスチップ
２４ 貫通孔
２５ 支持体
２６ 支持体のデバイスチップに対応した部分
２７、２８ 開口部
３１ インターポーザー
３１ａ インターポーザー用貫通電極
３２，３３ 半導体装置
３２ａ，３３ａ 貫通電極
３２ｂ 溝配線
３５ バンプボール
５４，５９ 絶縁膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
工程（４）〜（６）は、基板に溝及び貫通孔を形成する工程と、第２絶縁膜を前記溝及び貫通孔内部に形成する工程と、前記溝及び貫通孔内部に導電体を充填する工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（４）基板裏面及び貫通孔内部に絶縁膜を形成する工程と、（５）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
支持体を取り付ける前に、基板表面側に回路素子部を形成する工程をさらに備える請求項１又は３に記載の方法。
【請求項５】
基板の薄化は、機械研削によって行われることを特徴とする１又は３に記載の方法。
【請求項６】
基板の薄化は、基板の厚さが３０〜１００μｍとなるように行われることを特徴とする１又は３に記載の方法。
【請求項７】
基板の貫通孔は、支持体の開口部よりも小さいことを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項８】
基板の貫通孔は、基板表面に平行な断面形状が、正方形、長方形又は円であることを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項９】
基板の貫通孔は、基板裏面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１０】
基板の貫通孔は、開口部を有する支持体をマスクとして基板をエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１１】
導電体の充填は、貫通孔内部に導電体シード層を形成し、このシード層を利用して、電解めっき法により導電体を充填することによって行うことを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１２】
導電体は、銅又は銅を含む合金からなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
導電体シード層は、厚さが単原子層の厚さ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
導電体シード層は、バリア層を介して貫通孔内部に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
バリア層は、ＴｉＮ又はＴａＮからなる請求項１４に記載の方法。
【請求項１】
（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）基板裏面に第１絶縁膜を形成する工程と、（４）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（５）第２絶縁膜を基板の貫通孔内部に形成する工程と、（６）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
工程（４）〜（６）は、基板に溝及び貫通孔を形成する工程と、第２絶縁膜を前記溝及び貫通孔内部に形成する工程と、前記溝及び貫通孔内部に導電体を充填する工程であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
（１）開口部を有する支持体を基板表面側に取り付ける工程と、（２）基板をその裏面側から薄化する工程と、（３）支持体の開口部に繋がる貫通孔を基板に形成する工程と、（４）基板裏面及び貫通孔内部に絶縁膜を形成する工程と、（５）基板の貫通孔内部に導電体を充填する工程を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
支持体を取り付ける前に、基板表面側に回路素子部を形成する工程をさらに備える請求項１又は３に記載の方法。
【請求項５】
基板の薄化は、機械研削によって行われることを特徴とする１又は３に記載の方法。
【請求項６】
基板の薄化は、基板の厚さが３０〜１００μｍとなるように行われることを特徴とする１又は３に記載の方法。
【請求項７】
基板の貫通孔は、支持体の開口部よりも小さいことを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項８】
基板の貫通孔は、基板表面に平行な断面形状が、正方形、長方形又は円であることを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項９】
基板の貫通孔は、基板裏面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをエッチングマスクとして基板をエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１０】
基板の貫通孔は、開口部を有する支持体をマスクとして基板をエッチングすることにより形成することを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１１】
導電体の充填は、貫通孔内部に導電体シード層を形成し、このシード層を利用して、電解めっき法により導電体を充填することによって行うことを特徴とする請求項１又は３に記載の方法。
【請求項１２】
導電体は、銅又は銅を含む合金からなる請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
導電体シード層は、厚さが単原子層の厚さ〜２００ｎｍであることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
導電体シード層は、バリア層を介して貫通孔内部に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
バリア層は、ＴｉＮ又はＴａＮからなる請求項１４に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−２０３１３９（Ｐ２００６−２０３１３９Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６０１９（Ｐ２００５−１６０１９）
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【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８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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