半導体装置及びその製造方法
【課題】貫通孔(接続孔)内に形成された絶縁膜上に設けられる配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性の不良の発生が低減された半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１１の一方の面上に第１の絶縁層１２を介して位置する第１の配線層１３と、半導体基板の他方の面から第１の配線層に至る接続孔１９を形成する。接続孔の側面から他方の面に亘って半導体基板上に位置し、接続孔内で第１の配線層に接する第２の絶縁層１４を形成する。接続孔の側面上から他方の面上に亘って第２の絶縁層上に位置し、接続孔内で第１の配線層に接する第２の配線層１６を形成する。この形成において、第２の絶縁層を、膜質の異なる２種の絶縁膜１４ａ、１４ｂ又はそれ以上の絶縁膜の積層体から構成する。
【解決手段】半導体基板１１の一方の面上に第１の絶縁層１２を介して位置する第１の配線層１３と、半導体基板の他方の面から第１の配線層に至る接続孔１９を形成する。接続孔の側面から他方の面に亘って半導体基板上に位置し、接続孔内で第１の配線層に接する第２の絶縁層１４を形成する。接続孔の側面上から他方の面上に亘って第２の絶縁層上に位置し、接続孔内で第１の配線層に接する第２の配線層１６を形成する。この形成において、第２の絶縁層を、膜質の異なる２種の絶縁膜１４ａ、１４ｂ又はそれ以上の絶縁膜の積層体から構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線用接続孔を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーなどの光学素子のパッケージとして、最近、素子との接続に、ワイヤーボンディングに代えて、図５に示すような貫通電極を用いたウエハレベルパッケージが提案されている(特許文献１)。
図５に示す半導体装置は、一方の面上にＣＭＯＳセンサーなどのデバイスが形成され、他方の面上に外部端子(ハンダボール)が形成され、両者を接続する貫通電極が設けられている。
【０００３】
図５に示す半導体装置を作製するには、一方の面(図５においては上面)上にデバイス(絶縁層１０２及び配線層１０３のみを図示)が形成された半導体基板１０１に、先ず、貫通孔１０９を他方の面(図５においては下面)側から配線層１０３が露出するまで形成し；半導体基板と後に形成する配線層との間の絶縁を確立するために、半導体基板１０１の他方の面及び貫通孔１０９内面上に絶縁層１０４を形成し；配線層１０３上に形成された絶縁層を除去して配線層１０３を露出させ；絶縁層１０４上に配線層１０３と電気的に接続するように配線層１０６を形成し；最後に、半導体基板１０１の他方の面上に保護層１０７と配線層１０６に接続した外部端子(ハンダボール)１０８を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５,２２９,６４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、貫通孔(接続孔)１０９は半導体基板の主表面に対して垂直でかつ平坦な壁面を有して形成されるわけではなく、実際には図６に示すように、オーバーハング形状２０２、ノッチ形状２０３や表面ラフネス２０４を有する。このような貫通孔の内壁面上に形成した絶縁膜１０４には、オーバーハング形状部やノッチ形状部で膜厚が薄くなって十分な高抵抗値(絶縁性)を確保できずにリークが生じ、また表面ラフネスによって貫通孔内壁(半導体基板表面)との密着性が不足して膜剥がれによるリークが生じるという課題があった。
【０００６】
加えて、絶縁膜１０４は、貫通孔１０９の側壁面上にも十分な膜厚で形成されることが必要であるが、成膜条件の変更によるステップカバレッジの制御のみでは、貫通孔のサイズ(開口径や深さ)によっては十分な膜厚を確保できないという課題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、貫通孔(接続孔)内に形成された絶縁膜上に設けられる配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性の不良の発生が低減された半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００９】
本発明はまた、
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置によれば、第２の絶縁層は、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜が積層してなるので、層全体として所望の電気的特性及び/又は機械的特性(例えば、被覆性や密着性など)が確保された絶縁層として形成することができる。その結果、所望の電気的特性を有し、リークの発生しない電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記の所望の電気的特性を有し、電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１−１】本発明による半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を説明する製造工程断面図(ａ)〜(ｄ)である。
【図１−２】本発明による半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を説明する製造工程断面図(ｅ)〜(ｇ)である。
【図２】本発明による半導体装置の別の一形態(実施形態２)を説明する断面図である。
【図３−１】本発明による半導体装置及びその製造方法の更に別の一形態(実施形態３)を説明する製造工程断面図(ａ)〜(ｄ)である。
【図３−２】本発明による半導体装置及びその製造方法の更に別の一形態(実施形態３)を説明する製造工程断面図(ｅ)〜(ｇ)である。
【図４】本発明による半導体装置の更に別の一形態(実施形態４)を説明する断面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置における貫通孔及びその内面を覆う絶縁層の断面図である。
【図７】接続孔のアスペクト比と、有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜のカバレッジとの相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜半導体装置＞
本発明の半導体装置は、
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層体であることを特徴とする。
【００１４】
（半導体基板）
本発明の半導体装置において、半導体基板は、半導体装置の基板として用いることができる任意の半導体基板であり得る。そのような半導体基板の具体例としては、シリコン(Ｓｉ)、ゲルマニウム(Ｇｅ)などの元素半導体、ガリウムヒ素(ＧａＡｓ)、セレン化亜鉛(ＺｎＳｅ)、シリコンゲルマニウム(ＳｉＧｅ)、炭化シリコン(ＳｉＣ)などの化合物半導体から構成される基板が挙げられる。なかでも、Ｓｉ基板が好ましい。半導体基板はＳＯＩ、ＳＯＳ等の構造を有する基板であってもよい。
【００１５】
（第１の絶縁層）
半導体基板の一方の面上には、第１の絶縁層が、少なくとも該半導体基板と第１の配線層との間に配置される。第１の絶縁層は、半導体基板の該一方の面の全面に形成されていても、特定の領域のみに形成されていてもよい。
第１の絶縁層は、半導体装置に用いることができる任意の電気的絶縁膜から構成され得る。第１の絶縁層を構成し得る絶縁膜の具体例としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、高誘電体膜などが挙げられる。
第１の絶縁層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の絶縁膜の積層膜として構成されていてもよい。
第１の絶縁層の層厚は、第１の配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性を確保し得る厚さであれば特に限定されないが、例えば、２００〜２０００ｎｍであり得る。
【００１６】
（第１の配線層）
半導体基板の前記一方の面上には、第１の配線層が第１の絶縁層を介して配置されている。第１の配線層は、第１の絶縁層上に積層されていてもよいし、第１の絶縁層中に埋設されていてもよく、第１の絶縁層に形成された溝内に設けられていてもよい。第１の配線層は、第１の絶縁層上又は第１の絶縁層に形成された溝内に設けられている場合、該第１の絶縁層とは別の絶縁膜層に覆われていてもよい。
第１の配線層は、該一方の面上に形成されたデバイス(例えば、光学素子や画像素子など)の一部を構成する配線層であり得る。
【００１７】
第１の配線層は、半導体装置の配線層に使用される任意の導電性材料から形成された膜であり得る。導電性材料としては、例えば、銀(Ａｇ)、金(Ａｕ)、白金(Ｐｔ)、アルミニウム(Ａｌ)、銅(Ｃｕ)などの金属；ニッケル(Ｎｉ)、クロム(Ｃｒ)、タンタル(Ｔａ)、タングステン(Ｗ)、Ｒｕ、チタン(Ｔｉ)などの高融点金属；前記金属及び高融点金属の合金、窒化物；前記金属(特に、高融点金属)とのシリサイド、ポリサイド；ポリシリコンなどの半導体(特に高濃度の不純物をドープした低抵抗半導体)；導電性有機高分子材料などが挙げられる。
【００１８】
第１の配線層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の導電膜の積層膜として構成されていてもよい。積層膜として構成され、上層が金属膜である場合、下層はバリアメタルであることが好ましい。
第１の配線層の層厚及び層幅は、特に限定されず、該配線層を形成している材料及び/又は該配線層に要求される電気的特性に依存して適宜に決定される。例えば、層厚は１０〜１０００ｎｍであり得、層幅は２０〜２００μｍであり得る。
【００１９】
（接続孔）
接続孔は、半導体基板の他方の面(第１の絶縁層及び第１の配線層が形成されている面と反対側の面)から半導体基板を貫通し第１の絶縁層中を経て第１の配線層にまで至る。
接続孔の形状(該他方の面上での形状)は特に限定されず任意の形状であり得るが、内側面に第２の絶縁層を形成する際の被覆性を考慮すれば、円形が好ましい。接続孔の大きさは、製造しようとする半導体装置に要求される機能や電気的特性などに応じて適宜決定できる。例えば、接続孔の大きさは、(該他方の面上での)断面積で０.５〜１００μｍ2であり得る。
【００２０】
（第２の絶縁層）
第２の絶縁層は、接続孔の内側面から半導体基板の前記他方の面に亘って該半導体基板上に位置する。
第２の絶縁層はまた、接続孔内で第１の配線層に接している。第２の絶縁層は下記のように積層体であるので、少なくも１層の絶縁膜(特に、半導体基板側から１層目の絶縁膜)が第１の配線層に接していればよい。
【００２１】
第２の絶縁層は、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体である。該積層体は、少なくとも２層を有し、例えば２層構造又は３層構造であり得る。
本発明において、積層体を構成する絶縁膜について、「１層目」、「２層目」、「３層目」とは、半導体基板側から第２の配線層側に向かって１層目(すなわち、半導体基板上に直接接して位置する)、２層目、３層目の絶縁膜をいう。１層目の絶縁膜は「最下層」の絶縁膜と表現することもあり、これに対応して、「最上層」の絶縁膜とは、最も第２の配線層側に位置する(すなわち、該第２の配線層に直接接する)絶縁膜と表現する場合もある。
【００２２】
異なる膜質は、好ましくは、ステップカバレッジ(段差被覆性)、絶縁耐圧性、半導体基板との密着性及び第２の配線層との密着性のうちの１つ又は複数である。
ステップカバレッジは、本発明に関しては、(接続孔の側壁面上に形成される膜厚)/(半導体基板の他方の面上に形成される膜厚)×１００(％)として表される。１層目の絶縁膜は、好ましくは少なくとも４０％(例えば４０〜６０％)のステップカバレッジで形成される。
【００２３】
絶縁耐圧は、本発明に関しては、例えば水銀プローブを用いて、第２の絶縁層を挟んで位置する貫通電極(第２の配線層)と半導体基板の間のＩＶ特性を測定することにより求まるリーク電流で表される。より具体的には、或る電圧(電界強度(Ｖ/ｃｍ)；例えば５ＭＶ/ｃｍ)の印加時のリーク電流(電流密度(Ａ/ｃｍ2))として表される。絶縁耐圧が良好な膜とはリーク電流の少ない膜をいう。
半導体基板及び/又は第２の配線層との密着性は、例えばテープテストにより測定するか、又は断面走査電子顕微鏡観察により剥がれの有無を確認することにより判断する。
【００２４】
１層目の絶縁膜として、半導体基板との密着性及び/又はステップカバレッジが良好な絶縁膜を採用することにより、接続孔側面上に、該接続孔の形状(特に開口径)に依存することなく確実かつ容易に所望の膜厚で絶縁膜を形成することができる。すなわち、該絶縁膜は、表面ラフネスが存在し得る接続孔側面に対しても良好な密着性を有し、及び/又は接続孔内のオーバーハング部やノッチ部でも十分な膜厚を有する。
【００２５】
加えて、２層目の絶縁膜として、１層目の絶縁膜より絶縁耐圧性が高い絶縁膜を配置することで、所望の絶縁性を容易に確保することができる。
よって、第２の絶縁層は、層全体として、接続孔の内外で、確実に所望の電気的及び/又は機械的特性を有することになる。
【００２６】
第２の絶縁層を構成する複数の絶縁膜の組合せは、接続孔の径、深さ、所望の絶縁耐圧性に基づいて適宜決定できる。
第２の絶縁層の１層目の絶縁膜としては、半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好であるため、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜が好ましい。この場合、有機シリコン化合物は、例えば、テトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ；Ｓｉ(Ｃ2Ｈ5Ｏ)4)、テトラメトキシシラン(ＴＭＯＳ；Ｓｉ(ＣＨ3Ｏ)4)、テトラメチルシラン(ＴＭＳ；Ｓｉ(ＣＨ3)4)のような有機シランであり得、好ましくはＴＥＯＳである。
【００２７】
第２の絶縁層の２層目の絶縁膜としては、絶縁耐圧性が高いため、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜からなる群より選択される絶縁膜であることが好ましい。これらの膜は、密着性及びステップカバレッジについては十分ではないが、１層目に半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好な絶縁膜が十分な膜厚で形成されているので、第２の絶縁層全体として所望の電気的特性(例えば絶縁性)が確保される。
第２の配線層が金属膜である場合、シリコン酸窒化膜及びシリコン窒化膜は、金属膜から半導体基板への金属の汚染を防ぐこともできるので好ましい。
【００２８】
第２の絶縁層は、任意に、最上層として３層目の絶縁層を有していてもよい。３層目の絶縁膜は、２層目の絶縁層より第２の配線層(第２の配線層が積層膜である場合にはその最下層の導電膜)との密着性が高い絶縁膜であることが好ましい。このような３層目の絶縁膜を有する実施形態によれば、高い絶縁耐圧性を確保しつつ、更に良好な機械的特性を達成できる。
【００２９】
３層目の絶縁層としては、例えば、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜(例えば、ＴＥＯＳ膜)が挙げられる。有機シリコン化合物としては、上記で１層目の絶縁層について記載したものが挙げられる。
１つの実施形態において、第２の絶縁層の１層目の絶縁膜は、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜であり、２層目の絶縁膜はシリコン窒化膜であり、３層目の絶縁層は、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜である。ここで、１層目の絶縁層及び３層目の絶縁層を形成する際に材料ガスとして用いる有機シリコン化合物は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【００３０】
第２の絶縁層は、接続孔内では、少なくとも該半導体基板と第２の配線層との間に位置していればよいが、側面全面を覆って配置されていることが好ましい。第２の絶縁層はまた、半導体基板の前記他方の面上では、少なくとも該半導体基板と第２の配線層との間に位置していればよいが、該他方の面の全面を覆って配置されていてもよい。第２の絶縁層は、接続孔内から半導体基板の該他方の面上に亘って一体的に形成され得る。
第２の絶縁層の層厚は、第２の配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性を確保し得る厚さであれば特に限定されない。例えば、第２の絶縁層を構成する各絶縁膜の膜厚は、接続孔の側面上で、１層目の絶縁膜については１００〜１０,０００ｎｍであり得、２層目の絶縁膜については１００〜１０,０００ｎｍであり得、(存在する場合)３層目については１００〜１０,０００ｎｍであり得る。
【００３１】
（第２の配線層）
第２の配線層は、接続孔の側面上から半導体基板の前記他方の面上に亘って第２の絶縁層上に形成されている。第２の配線層はまた、接続孔内で第１の配線層に接しており、両者は電気的に接続されている。
第２の配線層は、半導体装置の配線層に使用される任意の導電性材料から形成された膜から構成され得る。導電性材料としては、例えば、第１の配線層について上記したものが挙げられるが、より具体的な例としては、高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮなど)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材など)や導電性樹脂である。
【００３２】
第２の配線層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の導電膜の積層膜として構成されていてもよい。積層膜として構成され、上層が金属膜である場合、下層の導電膜はバリアメタルであることが好ましい。
第２の配線層の層厚は、特に限定されず、該配線層を形成している材料及び/又は該配線層に要求される電気的特性に依存して適宜に決定される。例えば、層厚は接続孔の側面上で０.５〜１００μｍであり得る。
【００３３】
(その他)
本発明の半導体装置は、更に、第２の配線層に接続し半導体基板の前記他方の面上で露出する外部端子と、該外部端子を除き該他方の面上を覆う保護層を有していてもよい。
外部端子は、半導体装置において外部端子として使用される任意の材料で形成され得る。例としては、上記で配線層について記載した導電性材料(特に半田材)が挙げられる。
保護層は、半導体装置において保護層として形成され得る任意の層であり得る。例としては、絶縁性樹脂、より具体的にはポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材が挙げられる。
【００３４】
＜半導体装置の製造方法＞
本発明の半導体装置の製造方法は、
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする。
【００３５】
本発明の製造方法に使用し得る半導体基板は、本発明の半導体装置について記載したような、一方の面上に第１の絶縁層を介して第１の配線層が形成された半導体基板である。
【００３６】
第１の絶縁層は、例えば、上記のような絶縁膜を半導体基板上全面(一方の面)に、ＣＶＤ(化学蒸着；Chemical Vapor Deposition)法(例えば、プラズマＣＶＤ法)、ゾル−ゲル法、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、ドクターブレード法、熱酸化法などの公知の種々の方法により形成することができる。絶縁層は単層膜として形成されてもよいし、２種又はそれ以上の積層膜として構成されてもよい。半導体基板上に形成された絶縁層は、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング技術により、所望の形状にパターニングしてもよい。
【００３７】
第１の配線層は、上記のような導電性材料からなる膜を第１の絶縁層上に公知の種々の方法により形成することができる。
例えば、第１の配線層は、半導体基板上全面に形成された第１の絶縁層上に、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などの当該分野において公知の種々の方法により導電性材料を堆積し、フォトリソグラフィー及びエッチング技術によって所望の形状にパターニングして形成することができる。
第１の配線層を覆って、第１の絶縁層を構成する絶縁膜と同じか又は異なる絶縁膜を、上記のような公知の堆積法により形成してもよい。
【００３８】
上記のような半導体基板に他方の面から第１の配線層に至る接続孔を形成する(工程ａ)。
接続孔は、通常、半導体基板の他方の面上に形成したレジストパターンをエッチングマスクとして用い、先ず半導体基板を第１の絶縁層が露出するまで、次いで該第１の絶縁層を第１の配線層が露出するまで、エッチングすることにより形成する。半導体基板のエッチングの際には第１の絶縁層をストッパとして利用し、第１の絶縁層のエッチングの際には第１の配線層をストッパとして利用することができる。
【００３９】
レジストパターンは、通常、半導体装置の製造に使用され得るレジストにより、例えばフォトリソグラフィー技術により作製される。
接続孔の横断面(半導体基板の他方の面上)形状は、任意の形状(正方形、長方形、円形など)であり得るが、後に内側面に形成する第２の絶縁層の被覆性を考慮すれば、円形が好ましい。
【００４０】
接続孔を形成するためのエッチングとしては、種々のエッチング法を挙げることができるが、ドライエッチングであることが好ましい。
ドライエッチングとしては、気相エッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)、イオンビームエッチング、光エッチングが挙げられる。なかでも、接続孔の側壁が半導体基板の主表面に対してできる限り垂直に形成されるために、異方性を有するプラズマエッチング、ＲＩＥが好ましい。
【００４１】
エッチングガスとしては、エッチングされる材料(適切な場合には、及びストッパとして使用する膜材)により適宜選択され、例えば、シリコンの場合にはＳＦ6、Ｃｌ2、ＨＢｒ、ＢＣｌ3など、酸化シリコンの場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8など、窒化シリコンの場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4などが挙げられる。また、エッチングガスにはＣＯ、Ｏ2、Ａｒなどの他のガスを添加してもよい。
より具体的には、例えば、シリコン基板をエッチングするときはＣｌ2＋Ｏ2混合ガスやＳＦ6＋Ｏ2系ガス(例えば、ＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガス)を用い、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチングするときは、ＣＦ4＋Ｏ2系ガスやＣＦ4＋ＣＨＦ3＋Ｏ2系混合ガス(例えば、ＣＦ4＋ＣＨＦ3＋Ａｒ＋Ｏ2混合ガス)を用いて行うことができる。
【００４２】
次に、接続孔の内面(底面(すなわち、接続孔内で露出した第１の配線層の表面)及び側壁面)及び半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する(工程ｂ)。
第２の絶縁層を膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して形成することにより、層厚を接続孔の径、深さに合わせて調整することが可能となる。例えば、図７に示すように、有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜と、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜の接続孔壁面の成膜量は異なる。一例として、直径５０μｍ、深さ１００μｍ(アスペクト比２)の接続孔において、半導体基板の他方の面上に４μｍ、接続孔側壁面に１.５μｍで成膜したい場合、半導体基板の他方の面上に有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜を約２.３μｍ、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜を約１.７μｍで成膜すればよい。
異なる膜質は、好ましくは、ステップカバレッジ(段差被覆性)、絶縁耐圧性、半導体基板との密着性及び第２の配線層との密着性のうちの１つ又は複数である。
【００４３】
好ましくは、工程ｂ)において、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する絶縁膜を第２の絶縁層の１層目として形成し、１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い絶縁膜を２層目として形成する。
【００４４】
この好ましい実施形態によれば、１層目として、ステップカバレッジが高い絶縁膜を形成するので、接続孔の内面を直接覆う絶縁膜は、表面ラフネスが存在し得る接続孔側面に対しても良好な被覆性／密着性を有し、及び/又は接続孔内のオーバーハング部やノッチ部でも十分な膜厚を有することになる。２層目としては絶縁耐圧性の高い絶縁膜を形成するので所望の絶縁性を容易に確保できる。その結果、接続孔の形状に依存せず、リークの発生しない電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を容易に製造することができる。
【００４５】
より好ましくは、特に第２の絶縁層が３層構造を有する場合、工程ｂ)において、２層目の絶縁膜より第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を形成する。
２層目の絶縁膜上に、該２層目の絶縁膜より第２の配線層との密着性が高い絶縁膜を(第２の絶縁層の最上層として)形成することにより、第２の絶縁層上に第２の配線層を良好な密着性で形成することができるので、製造される半導体装置の機械的特性を更に向上させることができる。
【００４６】
３層目の絶縁膜は、有機シリコン化合物を材料ガス(有機ソースガス)として用いてシリコン酸化膜(例えばＴＥＯＳ膜)として形成することが好ましい。この場合の有機シリコン化合物は、１層目の絶縁膜を形成する際に用いたものと異なってもよいし、同じであってもよい。
【００４７】
第２の絶縁層を構成する各絶縁膜は、好ましくはＣＶＤ法(プラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、加圧ＣＶＤ法、光励起ＣＶＤ法など)、より好ましくはプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００４８】
第２の絶縁層の１層目(最下層)の絶縁膜として、有機シリコン化合物を材料ガス(有機ソースガス)として用いてシリコン酸化膜を形成することが好ましい。
シリコン酸化膜を形成するための材料ガスとして用い得る有機シリコン化合物は、例えば、上記で本発明の半導体装置について記載したものであり得、好ましくはＴＥＯＳである。
【００４９】
有機シリコン化合物のガスは、例えば、酸素(Ｏ2)又はオゾン(Ｏ3)のような酸素を供給し得る化合物のガスと共に用いられる。特に、ＴＥＯＳとＯ2又はＯ3とを用いるＣＶＤ法(特にプラズマＣＶＤ法)は、シリコン基板との密着性及びステップカバレッジが良好なシリコン酸化膜を形成することができるのでより好ましい。
【００５０】
プラズマＣＶＤ法による成膜条件としては、例えば、有機ソースガスの流量が５〜５００ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスの流量が１００〜１０,０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが１００〜５０００Ｗ、圧力０.０１〜１０ｔｏｒｒ、温度２０〜３００℃の条件が挙げられる。
接続孔の側面上での膜厚は特に限定されないが、例えば１０〜５,０００ｎｍであり得る。
【００５１】
２層目の絶縁膜として、例えば、シリコン窒化(ＳｉＮ)膜、シリコン酸窒化(ＳｉＯＮ)膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されるシリコン酸化(ＳｉＯ2)膜からなる群より選択される絶縁膜を形成する。
【００５２】
シリコン酸化膜を形成するために材料ガスとして用いる無機シリコン化合物としては、例えば、モノシラン(ＳｉＨ4)、ジシラン(Ｓｉ2Ｈ6)、ジクロロシラン(ＳｉＨ2Ｃｌ2)のような無機シラン化合物などが挙げられる。酸素を供給し得る化合物としては、一酸化二窒素(Ｎ2Ｏ)、酸素(Ｏ2)、オゾン(Ｏ3)、過酸化水素(Ｈ2Ｏ2)などが挙げられる。材料ガス(混合ガス)の具体例としては、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＮ2の混合ガス、ＳｉＨ4とＯ2とＨｅの混合ガス、ＳｉＨ4とＯ2とＨ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５３】
シリコン窒化膜は、例えば、シリコン化合物(例えば上記のもの)とＮＨ3、Ｎ2などの窒素を供給し得る化合物とを材料ガスとして使用するＣＶＤ法により形成することができる。材料ガスの具体例としては、ＳｉＨ4とＮＨ3とＮ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５４】
シリコン酸窒化膜は、例えば、シリコン化合物(例えば上記のもの)とＮ2Ｏなどの酸素と窒素を供給し得る化合物とを材料ガスとして使用するＣＶＤ法により形成することができる。材料ガスの具体例としては、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＮ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５５】
これらの膜は任意の順序で積層されてもよい。
各絶縁膜の(接続孔の側面上での)膜厚は特に限定されないが、例えば１００ｎｍ〜１０μｍであり得る。
【００５６】
続いて、接続孔内の第１の配線層上(すなわち、接続孔の底面上)の第２の絶縁層を一部(接続孔の深さ方向には全部)除去して第１の配線層を露出させる(工程ｃ)。
露出させる第１の配線層の大きさは、後の工程でその上に形成される第２の配線層との良好な電気的接続の確立に十分であれば得に限定されない。
【００５７】
この第２の絶縁層の除去は、例えば、半導体基板の他方の面上に形成した所望の開口を有するレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチングによるエッチバックで行うことができる。このとき、第１の配線層をストッパとして利用してもよい。
レジストパターンは、通常、半導体装置の製造に使用され得るレジストにより、例えばフォトリソグラフィー技術により作製される。開口の形状は、任意の形状(正方形、長方形、円形など)であり得る。
【００５８】
この工程のためのドライエッチングとしては、気相エッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、光エッチングが挙げられるが、接続孔の側壁面にのみに形成された第２の絶縁層の部分を傷つけないために、異方性を有するプラズマエッチング、ＲＩＥが好ましく、プラズマエッチングがより好ましい。
【００５９】
エッチングガスとしては、エッチングする材料に応じて適宜選択される。例えば、シリコン酸化膜の場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ5Ｆ8など、シリコン窒化膜の場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4などを用いることができる。エッチングガスにはＨ2、Ｎ2、Ｏ2、Ａｒなどの他のガスを添加してもよい。
【００６０】
次いで、接続孔内に露出した第１の配線層及び第２の絶縁層上に、第２の配線層を形成する(工程ｄ)。
好ましくは、第２の配線層は接続孔内を埋め込むように形成される。第２の配線層は積層膜として形成されてもよい。
【００６１】
第２の配線層の形成は、例えば、半導体基板の前記他方の面上に形成した所望の開口パターンを有するレジストマスクを用い、上記のような導電性材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法などの当該分野において公知の堆積法により堆積させることによって行うことができる。
【００６２】
或いは、第２の配線層の形成は、例えば、上記のような導電性材料を、上記のような公知の堆積法により、接続孔内及び半導体基板の他方の面の全面に堆積させ、次いで任意に、所望の開口パターンを有するレジストマスクを用いてエッチングすることによって行うことができる。
【００６３】
本発明の方法は、更に、第２の配線層に接続する外部端子を形成する工程と、該外部端子上を除き(すなわち該外部端子を露出させたまま)、第２の配線層の表面に保護層を形成する工程とを更に含んでなってもよい。
【００６４】
＜具体的な実施形態＞
以下に、本発明の半導体装置及びその製造方法を、図を参照しながらより具体的に説明する。下記の具体的な実施形態は、本発明の半導体装置及びその製造方法を説明するための単なる例示に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００６５】
(実施形態１)
図１は、本発明の半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を模式的に示す概製造工程断面図である。
実施形態１の半導体装置１０は、図１(ｇ)に示すように、半導体基板１１の一方の面上に第１の絶縁層１２を介して位置する第１の配線層１３と、半導体基板１１の他方の面から第１の配線層１３に至る接続孔１９と、接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面に亘って位置する第２の絶縁層１４と、接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面に亘って第２の絶縁層１４上に位置する第２の配線層１６とを有する。第２の絶縁層１４及び第２の配線層１６は、接続孔１９内で第１の配線層１３に接している。第２の絶縁層１４は膜質の異なる２種の絶縁膜１４ａ及び１４ｂが積層されてなる積層体である。半導体装置１０は、更に、第２の配線層１６に接続し半導体基板１１の他方の面上で露出している外部端子１８と、外部端子１８を除き半導体基板１１の他方の表面上を覆う保護層１７とを有する。
【００６６】
次に、図１を参照して本発明の半導体装置(実施形態１)の製造方法について詳細に説明する。
図１(ａ)は、一方の面上に第１の絶縁層１２を介して第１の配線層１３が位置する半導体基板(例えばシリコン基板)１１を示す。第１の配線層１３は、該一方の面上に形成されている半導体デバイス(例えばＣＭＯＳセンサーのような画像素子；図示せず)の一部又は該デバイスから伸びる配線の一部を構成している。
【００６７】
この半導体基板１１の他方の面(該一方の面とは反対側の面)上に形成した所定パターンのレジスト(図示せず)をマスクとし、例えばＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図１(ｂ)に示すように、接続孔１９を形成して第１の絶縁層１２を露出させる。
【００６８】
更に、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図１(ｃ)に示すように、露出した第１の絶縁層１２を除去して第１の配線層１３を露出させることによって、半導体基板１１の他方の面から第１の配線層１３に至る接続孔１９(口径５０μｍ×深さ１００μｍ)を形成する。
【００６９】
次いで、図１(ｄ)に示すように、接続孔１９の内面(側壁面及び底面(すなわち、該接続孔内で露出した第１の配線層１３の表面))から半導体基板１１の他方の面を覆って、膜質が異なる２種類の絶縁膜１４ａ及び１４ｂを例えばＣＶＤ法により順次積層して第２の絶縁層１４を形成する。
半導体基板の直接上に形成される１層目(最下層)の絶縁膜１４ａとしては、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚１,０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００７０】
２層目の絶縁膜１４ｂとしては、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
本実施形態の変形例では、絶縁膜１４ｂとして、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ +Ｎ2混合ガスを材料ガスに用いてプラズマＣＶＤ法により(接続孔の側面上での)膜厚５００ｎｍのシリコン酸窒化膜を形成するか、又はＳｉＨ4＋ＮＨ3＋Ｎ2混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により(接続孔の側面上での)膜厚５００ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。
【００７１】
続いて、図１(ｅ)に示すように、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、接続孔１９内で第１の配線層１３(すなわち、該接続孔の底面)を覆っている第２の絶縁層１４(絶縁膜１４ａ及び１４ｂ)の一部(深さ方向には全部)を除去して、第１の配線層１３を一部露出させる。
【００７２】
次いで、図１(ｆ)に示すように、半導体基板１１の他方の面上に形成した所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法により、接続孔１９内に露出した第１の配線層１３と内接すると共に接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面上に亘って第２の絶縁層１４上に、接続孔の側面上での膜厚１０μｍの第２の配線層１６を形成する。
第２の配線層１６は、例えば高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ等)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等)や導電性樹脂で形成される。
【００７３】
最後に、図１(ｇ)に示すように、第２の配線層１６に接続する外部端子１８を設け、更に、外部端子１８を除き第２絶縁層１４及び第２の配線層１６上に保護層１７を被覆することによって、本発明の実施形態１の半導体装置が製造される。
外部端子１８は、例えば半田材で形成され、保護層１７は、例えばポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材で形成される。
【００７４】
本実施形態によれば、第２の絶縁層１４中の最下層の絶縁膜１４ａは、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成された、半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好なシリコン酸化膜(ステップカバレッジ：４０〜６０％；絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-5〜１×１０-7Ａ/ｃｍ2)であるので、接続孔がノッチ形状やオーバーハング形状を有する場合でも側壁面上で十分な膜厚を有することができ、加えて膜剥がれの虞がないなど機械的特性にも優れる。
【００７５】
また、上層の絶縁膜１４ｂは、絶縁耐圧性が良好な、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜(絶縁耐圧性(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)、又はシリコン酸窒化膜(絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)、又はシリコン窒化膜(絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)であるので、十分な絶縁性を提供できる。
【００７６】
したがって、絶縁膜１４ａ及び１４ｂの積層体として形成される第２の絶縁層は、接続孔の形状に依存せず、電気的及び機械的特性が良好な絶縁層として機能することができる。その結果、本実施形態の半導体装置は、リークの発生しない、良好な電気的及び機械的信頼性を示す。
加えて、第２の配線層が金属膜である場合、絶縁膜１４ｂとしてシリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜を形成すると、金属膜から半導体基板への金属の拡散に起因する電気的特性の劣化を防止できる。
【００７７】
このように、第２の絶縁層を膜質の異なる絶縁膜の積層体として形成することにより、接続孔を覆う絶縁膜の膜厚を貫通孔の径、深さに合わせて調整でき、その結果、所望の電気的及び/機械的特性を有する半導体装置を製造することができる。
【００７８】
(実施形態２)
実施形態１の１つの変形例として、第２の配線層２６が、バリアメタルと金属膜のような導電膜２６ａ及び２６ｂの積層層として形成される半導体装置(実施形態２)を図２に示す。なお、図２において、上記以外の参照番号は、図１において対応する参照番号が示すものと同様の（半導体装置の）構成要素を示している。すなわち、たとえば、２１は半導体基板を、２４は第２の絶縁層を示す。
【００７９】
(実施形態３)
図３は、本発明の半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態３)を模式的に示す概製造工程断面図である。
実施形態３の半導体装置３０は、図３(ｇ)に示すように、半導体基板３１の一方の面上に第１の絶縁層３２を介して位置する第１の配線層３３と、半導体基板３１の他方の面から第１の配線層３３に至る接続孔３９と、接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面に亘って位置する第２の絶縁層３４と、接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面に亘って第２の絶縁層３４上に位置する第２の配線層３６とを有する。第２の絶縁層３４及び第２の配線層３６は、接続孔３９内で第１の配線層３３に接している。第２の絶縁層３４は膜質の異なる３種の絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃが積層されてなる積層体である。半導体装置３０は、更に、第２の配線層３６に接続し半導体基板３１の他方の面上で露出している外部端子３８と、外部端子３８を除き半導体基板３１の他方の表面上を覆う保護層３７とを有する。
【００８０】
次に、図３を参照して本発明の半導体装置(実施形態３)の製造方法について詳細に説明する。
図３(ａ)は、一方の面上に第１の絶縁層３２を介して第１の配線層３３が位置する半導体基板(例えばシリコン基板)３１を示す。第１の配線層３３は、該一方の面上に形成されている半導体デバイス(例えばＣＭＯＳセンサーのような画像素子；図示せず)の一部又は該デバイスから伸びる配線の一部を構成している。
【００８１】
この半導体基板３１の他方の面(該一方の面とは反対側の面)上に形成した所定パターンのレジスト(図示せず)をマスクとし、例えばＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図３(ｂ)に示すように、接続孔３９を形成して第１の絶縁層３２を露出させる。
【００８２】
更に、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図３(ｃ)に示すように、露出した第１の絶縁層３２を除去して第１の配線層３３を露出させることによって、半導体基板３１の他方の面から第１の配線層３３に至る接続孔３９(口径５０μｍ×深さ１００μｍ)を形成する。
【００８３】
次いで、図３(ｄ)に示すように、接続孔３９の内面(側壁面及び底面(すなわち、第１の配線層３３の露出表面))から半導体基板３１の他方の面を覆って、膜質が異なる３種類の絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃを例えばＣＶＤ法により順次積層して第２の絶縁層３４を形成する。
半導体基板の直接上に形成される１層目(最下層)の絶縁膜３４ａとしては、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚１,０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００８４】
２層目の絶縁膜３４ｂとしては、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
本実施形態の変形例では、絶縁膜３４ｂとして、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスに用いて(接続孔の側面上での)膜厚２５０ｎｍのシリコン酸窒化膜か、又はＳｉＨ4＋ＮＨ3＋Ｎ2混合ガスを用いて(接続孔の側面上での)膜厚２５０ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。
【００８５】
３層目の絶縁膜３４ｃとして、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００８６】
次いで、図３(ｅ)に示すように、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、接続孔３９内で第１の配線層３３(接続孔底面)を覆っている第２の絶縁層３４(絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃ)の一部(深さ方向には全部)を除去して、第１の配線層３３を一部露出させる。
【００８７】
次に、図３(ｆ)に示すように、半導体基板３１の他方の面上に形成した所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法により、接続孔３９内に露出した第１の配線層３３と内接すると共に接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面上に亘って第２の絶縁層３４上に、接続孔の側面上での膜厚１０μｍの第２の配線層３６を形成する。
第２の配線層３６は、例えば高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ等)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等)や導電性樹脂で形成される。
【００８８】
最後に、図３(ｇ)に示すように、第２の配線層３６に接続する外部端子３８を設け、更に、外部端子３８を除き第２絶縁層３４及び第２の配線層３６上に保護層３７を被覆することによって、本発明の実施形態３の半導体装置が製造される。
外部端子３８は、例えば半田材で形成され、保護層３７は、例えばポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材で形成される。
【００８９】
本実施形態３は、実施形態１について記載したものと同様な利点を有している。加えて、第２の絶縁層の最上層として、第２の配線層との密着性のよい絶縁膜(ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを用いたシリコン酸化膜(ステップカバレッジ：４０〜６０％；絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-5〜１×１０-7Ａ/ｃｍ2))が形成されていることから、本実施形態３は、第２の配線層の機械的特性にも優れる。
【００９０】
(実施形態４)
実施形態３の１つの変形例として、第２の配線層４６が導電膜４６ａ及び４６ｂの積層層として形成される半導体装置(実施形態４)を図４に示す。なお、図４において、上記以外の参照番号は、図３において対応する参照番号が示すものと同様の（半導体装置の）構成要素を示している。すなわち、例えば、４１は半導体基板を、４４は第２の絶縁層を示している。
【００９１】
上記で説明した実施形態における具体的な構成(形状、大きさ、組成、材質を含む)及び配置関係は、本発明を理解し、実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。上記の実施形態には当業者に自明の様々な変更を加えることが可能であり、そのような形態も、本明細書に開示された技術的思想の範囲を逸脱しない限り、当然に本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１０、２０、３０、４０、１００ 半導体装置
１１、２１、３１、４１、１０１ 半導体基板
１２、２２、３２、４２、１０２ 第１の絶縁層
１３、２３、３３、４３、１０３ 第１の配線層
１４（１４ａ、１４ｂ）、２４（２４ａ、２４ｂ）、３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ)、４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）、１０４ 第２の絶縁層
１６、２６（２６ａ、２６ｂ）、３６、４６（４６ａ、４６ｂ）、１０６ 第２の配線層
１７、２７、３７、４７、１０７ 保護層
１８、２８、３８、４８、１０８ 外部端子
１９、２９、３９、４９、１０９ 接続孔
２０２ オーバーハング形状
２０３ ノッチ形状
２０４ 表面ラフネス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線用接続孔を有する半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサーなどの光学素子のパッケージとして、最近、素子との接続に、ワイヤーボンディングに代えて、図５に示すような貫通電極を用いたウエハレベルパッケージが提案されている(特許文献１)。
図５に示す半導体装置は、一方の面上にＣＭＯＳセンサーなどのデバイスが形成され、他方の面上に外部端子(ハンダボール)が形成され、両者を接続する貫通電極が設けられている。
【０００３】
図５に示す半導体装置を作製するには、一方の面(図５においては上面)上にデバイス(絶縁層１０２及び配線層１０３のみを図示)が形成された半導体基板１０１に、先ず、貫通孔１０９を他方の面(図５においては下面)側から配線層１０３が露出するまで形成し；半導体基板と後に形成する配線層との間の絶縁を確立するために、半導体基板１０１の他方の面及び貫通孔１０９内面上に絶縁層１０４を形成し；配線層１０３上に形成された絶縁層を除去して配線層１０３を露出させ；絶縁層１０４上に配線層１０３と電気的に接続するように配線層１０６を形成し；最後に、半導体基板１０１の他方の面上に保護層１０７と配線層１０６に接続した外部端子(ハンダボール)１０８を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第５,２２９,６４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、貫通孔(接続孔)１０９は半導体基板の主表面に対して垂直でかつ平坦な壁面を有して形成されるわけではなく、実際には図６に示すように、オーバーハング形状２０２、ノッチ形状２０３や表面ラフネス２０４を有する。このような貫通孔の内壁面上に形成した絶縁膜１０４には、オーバーハング形状部やノッチ形状部で膜厚が薄くなって十分な高抵抗値(絶縁性)を確保できずにリークが生じ、また表面ラフネスによって貫通孔内壁(半導体基板表面)との密着性が不足して膜剥がれによるリークが生じるという課題があった。
【０００６】
加えて、絶縁膜１０４は、貫通孔１０９の側壁面上にも十分な膜厚で形成されることが必要であるが、成膜条件の変更によるステップカバレッジの制御のみでは、貫通孔のサイズ(開口径や深さ)によっては十分な膜厚を確保できないという課題があった。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、貫通孔(接続孔)内に形成された絶縁膜上に設けられる配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性の不良の発生が低減された半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体であることを特徴とする半導体装置を提供する。
【０００９】
本発明はまた、
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体装置によれば、第２の絶縁層は、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜が積層してなるので、層全体として所望の電気的特性及び/又は機械的特性(例えば、被覆性や密着性など)が確保された絶縁層として形成することができる。その結果、所望の電気的特性を有し、リークの発生しない電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を実現できる。
【００１１】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、上記の所望の電気的特性を有し、電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１−１】本発明による半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を説明する製造工程断面図(ａ)〜(ｄ)である。
【図１−２】本発明による半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を説明する製造工程断面図(ｅ)〜(ｇ)である。
【図２】本発明による半導体装置の別の一形態(実施形態２)を説明する断面図である。
【図３−１】本発明による半導体装置及びその製造方法の更に別の一形態(実施形態３)を説明する製造工程断面図(ａ)〜(ｄ)である。
【図３−２】本発明による半導体装置及びその製造方法の更に別の一形態(実施形態３)を説明する製造工程断面図(ｅ)〜(ｇ)である。
【図４】本発明による半導体装置の更に別の一形態(実施形態４)を説明する断面図である。
【図５】従来の半導体装置を示す断面図である。
【図６】従来の半導体装置における貫通孔及びその内面を覆う絶縁層の断面図である。
【図７】接続孔のアスペクト比と、有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜のカバレッジとの相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜半導体装置＞
本発明の半導体装置は、
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層体であることを特徴とする。
【００１４】
（半導体基板）
本発明の半導体装置において、半導体基板は、半導体装置の基板として用いることができる任意の半導体基板であり得る。そのような半導体基板の具体例としては、シリコン(Ｓｉ)、ゲルマニウム(Ｇｅ)などの元素半導体、ガリウムヒ素(ＧａＡｓ)、セレン化亜鉛(ＺｎＳｅ)、シリコンゲルマニウム(ＳｉＧｅ)、炭化シリコン(ＳｉＣ)などの化合物半導体から構成される基板が挙げられる。なかでも、Ｓｉ基板が好ましい。半導体基板はＳＯＩ、ＳＯＳ等の構造を有する基板であってもよい。
【００１５】
（第１の絶縁層）
半導体基板の一方の面上には、第１の絶縁層が、少なくとも該半導体基板と第１の配線層との間に配置される。第１の絶縁層は、半導体基板の該一方の面の全面に形成されていても、特定の領域のみに形成されていてもよい。
第１の絶縁層は、半導体装置に用いることができる任意の電気的絶縁膜から構成され得る。第１の絶縁層を構成し得る絶縁膜の具体例としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、高誘電体膜などが挙げられる。
第１の絶縁層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の絶縁膜の積層膜として構成されていてもよい。
第１の絶縁層の層厚は、第１の配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性を確保し得る厚さであれば特に限定されないが、例えば、２００〜２０００ｎｍであり得る。
【００１６】
（第１の配線層）
半導体基板の前記一方の面上には、第１の配線層が第１の絶縁層を介して配置されている。第１の配線層は、第１の絶縁層上に積層されていてもよいし、第１の絶縁層中に埋設されていてもよく、第１の絶縁層に形成された溝内に設けられていてもよい。第１の配線層は、第１の絶縁層上又は第１の絶縁層に形成された溝内に設けられている場合、該第１の絶縁層とは別の絶縁膜層に覆われていてもよい。
第１の配線層は、該一方の面上に形成されたデバイス(例えば、光学素子や画像素子など)の一部を構成する配線層であり得る。
【００１７】
第１の配線層は、半導体装置の配線層に使用される任意の導電性材料から形成された膜であり得る。導電性材料としては、例えば、銀(Ａｇ)、金(Ａｕ)、白金(Ｐｔ)、アルミニウム(Ａｌ)、銅(Ｃｕ)などの金属；ニッケル(Ｎｉ)、クロム(Ｃｒ)、タンタル(Ｔａ)、タングステン(Ｗ)、Ｒｕ、チタン(Ｔｉ)などの高融点金属；前記金属及び高融点金属の合金、窒化物；前記金属(特に、高融点金属)とのシリサイド、ポリサイド；ポリシリコンなどの半導体(特に高濃度の不純物をドープした低抵抗半導体)；導電性有機高分子材料などが挙げられる。
【００１８】
第１の配線層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の導電膜の積層膜として構成されていてもよい。積層膜として構成され、上層が金属膜である場合、下層はバリアメタルであることが好ましい。
第１の配線層の層厚及び層幅は、特に限定されず、該配線層を形成している材料及び/又は該配線層に要求される電気的特性に依存して適宜に決定される。例えば、層厚は１０〜１０００ｎｍであり得、層幅は２０〜２００μｍであり得る。
【００１９】
（接続孔）
接続孔は、半導体基板の他方の面(第１の絶縁層及び第１の配線層が形成されている面と反対側の面)から半導体基板を貫通し第１の絶縁層中を経て第１の配線層にまで至る。
接続孔の形状(該他方の面上での形状)は特に限定されず任意の形状であり得るが、内側面に第２の絶縁層を形成する際の被覆性を考慮すれば、円形が好ましい。接続孔の大きさは、製造しようとする半導体装置に要求される機能や電気的特性などに応じて適宜決定できる。例えば、接続孔の大きさは、(該他方の面上での)断面積で０.５〜１００μｍ2であり得る。
【００２０】
（第２の絶縁層）
第２の絶縁層は、接続孔の内側面から半導体基板の前記他方の面に亘って該半導体基板上に位置する。
第２の絶縁層はまた、接続孔内で第１の配線層に接している。第２の絶縁層は下記のように積層体であるので、少なくも１層の絶縁膜(特に、半導体基板側から１層目の絶縁膜)が第１の配線層に接していればよい。
【００２１】
第２の絶縁層は、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体である。該積層体は、少なくとも２層を有し、例えば２層構造又は３層構造であり得る。
本発明において、積層体を構成する絶縁膜について、「１層目」、「２層目」、「３層目」とは、半導体基板側から第２の配線層側に向かって１層目(すなわち、半導体基板上に直接接して位置する)、２層目、３層目の絶縁膜をいう。１層目の絶縁膜は「最下層」の絶縁膜と表現することもあり、これに対応して、「最上層」の絶縁膜とは、最も第２の配線層側に位置する(すなわち、該第２の配線層に直接接する)絶縁膜と表現する場合もある。
【００２２】
異なる膜質は、好ましくは、ステップカバレッジ(段差被覆性)、絶縁耐圧性、半導体基板との密着性及び第２の配線層との密着性のうちの１つ又は複数である。
ステップカバレッジは、本発明に関しては、(接続孔の側壁面上に形成される膜厚)/(半導体基板の他方の面上に形成される膜厚)×１００(％)として表される。１層目の絶縁膜は、好ましくは少なくとも４０％(例えば４０〜６０％)のステップカバレッジで形成される。
【００２３】
絶縁耐圧は、本発明に関しては、例えば水銀プローブを用いて、第２の絶縁層を挟んで位置する貫通電極(第２の配線層)と半導体基板の間のＩＶ特性を測定することにより求まるリーク電流で表される。より具体的には、或る電圧(電界強度(Ｖ/ｃｍ)；例えば５ＭＶ/ｃｍ)の印加時のリーク電流(電流密度(Ａ/ｃｍ2))として表される。絶縁耐圧が良好な膜とはリーク電流の少ない膜をいう。
半導体基板及び/又は第２の配線層との密着性は、例えばテープテストにより測定するか、又は断面走査電子顕微鏡観察により剥がれの有無を確認することにより判断する。
【００２４】
１層目の絶縁膜として、半導体基板との密着性及び/又はステップカバレッジが良好な絶縁膜を採用することにより、接続孔側面上に、該接続孔の形状(特に開口径)に依存することなく確実かつ容易に所望の膜厚で絶縁膜を形成することができる。すなわち、該絶縁膜は、表面ラフネスが存在し得る接続孔側面に対しても良好な密着性を有し、及び/又は接続孔内のオーバーハング部やノッチ部でも十分な膜厚を有する。
【００２５】
加えて、２層目の絶縁膜として、１層目の絶縁膜より絶縁耐圧性が高い絶縁膜を配置することで、所望の絶縁性を容易に確保することができる。
よって、第２の絶縁層は、層全体として、接続孔の内外で、確実に所望の電気的及び/又は機械的特性を有することになる。
【００２６】
第２の絶縁層を構成する複数の絶縁膜の組合せは、接続孔の径、深さ、所望の絶縁耐圧性に基づいて適宜決定できる。
第２の絶縁層の１層目の絶縁膜としては、半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好であるため、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜が好ましい。この場合、有機シリコン化合物は、例えば、テトラエトキシシラン(ＴＥＯＳ；Ｓｉ(Ｃ2Ｈ5Ｏ)4)、テトラメトキシシラン(ＴＭＯＳ；Ｓｉ(ＣＨ3Ｏ)4)、テトラメチルシラン(ＴＭＳ；Ｓｉ(ＣＨ3)4)のような有機シランであり得、好ましくはＴＥＯＳである。
【００２７】
第２の絶縁層の２層目の絶縁膜としては、絶縁耐圧性が高いため、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜、及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜からなる群より選択される絶縁膜であることが好ましい。これらの膜は、密着性及びステップカバレッジについては十分ではないが、１層目に半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好な絶縁膜が十分な膜厚で形成されているので、第２の絶縁層全体として所望の電気的特性(例えば絶縁性)が確保される。
第２の配線層が金属膜である場合、シリコン酸窒化膜及びシリコン窒化膜は、金属膜から半導体基板への金属の汚染を防ぐこともできるので好ましい。
【００２８】
第２の絶縁層は、任意に、最上層として３層目の絶縁層を有していてもよい。３層目の絶縁膜は、２層目の絶縁層より第２の配線層(第２の配線層が積層膜である場合にはその最下層の導電膜)との密着性が高い絶縁膜であることが好ましい。このような３層目の絶縁膜を有する実施形態によれば、高い絶縁耐圧性を確保しつつ、更に良好な機械的特性を達成できる。
【００２９】
３層目の絶縁層としては、例えば、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜(例えば、ＴＥＯＳ膜)が挙げられる。有機シリコン化合物としては、上記で１層目の絶縁層について記載したものが挙げられる。
１つの実施形態において、第２の絶縁層の１層目の絶縁膜は、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜であり、２層目の絶縁膜はシリコン窒化膜であり、３層目の絶縁層は、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜である。ここで、１層目の絶縁層及び３層目の絶縁層を形成する際に材料ガスとして用いる有機シリコン化合物は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【００３０】
第２の絶縁層は、接続孔内では、少なくとも該半導体基板と第２の配線層との間に位置していればよいが、側面全面を覆って配置されていることが好ましい。第２の絶縁層はまた、半導体基板の前記他方の面上では、少なくとも該半導体基板と第２の配線層との間に位置していればよいが、該他方の面の全面を覆って配置されていてもよい。第２の絶縁層は、接続孔内から半導体基板の該他方の面上に亘って一体的に形成され得る。
第２の絶縁層の層厚は、第２の配線層と半導体基板との間の電気的絶縁性を確保し得る厚さであれば特に限定されない。例えば、第２の絶縁層を構成する各絶縁膜の膜厚は、接続孔の側面上で、１層目の絶縁膜については１００〜１０,０００ｎｍであり得、２層目の絶縁膜については１００〜１０,０００ｎｍであり得、(存在する場合)３層目については１００〜１０,０００ｎｍであり得る。
【００３１】
（第２の配線層）
第２の配線層は、接続孔の側面上から半導体基板の前記他方の面上に亘って第２の絶縁層上に形成されている。第２の配線層はまた、接続孔内で第１の配線層に接しており、両者は電気的に接続されている。
第２の配線層は、半導体装置の配線層に使用される任意の導電性材料から形成された膜から構成され得る。導電性材料としては、例えば、第１の配線層について上記したものが挙げられるが、より具体的な例としては、高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮなど)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材など)や導電性樹脂である。
【００３２】
第２の配線層は、単層膜として構成されていてもよいし、２種又はそれ以上の導電膜の積層膜として構成されていてもよい。積層膜として構成され、上層が金属膜である場合、下層の導電膜はバリアメタルであることが好ましい。
第２の配線層の層厚は、特に限定されず、該配線層を形成している材料及び/又は該配線層に要求される電気的特性に依存して適宜に決定される。例えば、層厚は接続孔の側面上で０.５〜１００μｍであり得る。
【００３３】
(その他)
本発明の半導体装置は、更に、第２の配線層に接続し半導体基板の前記他方の面上で露出する外部端子と、該外部端子を除き該他方の面上を覆う保護層を有していてもよい。
外部端子は、半導体装置において外部端子として使用される任意の材料で形成され得る。例としては、上記で配線層について記載した導電性材料(特に半田材)が挙げられる。
保護層は、半導体装置において保護層として形成され得る任意の層であり得る。例としては、絶縁性樹脂、より具体的にはポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材が挙げられる。
【００３４】
＜半導体装置の製造方法＞
本発明の半導体装置の製造方法は、
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする。
【００３５】
本発明の製造方法に使用し得る半導体基板は、本発明の半導体装置について記載したような、一方の面上に第１の絶縁層を介して第１の配線層が形成された半導体基板である。
【００３６】
第１の絶縁層は、例えば、上記のような絶縁膜を半導体基板上全面(一方の面)に、ＣＶＤ(化学蒸着；Chemical Vapor Deposition)法(例えば、プラズマＣＶＤ法)、ゾル−ゲル法、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、スピンコート法、スプレーコート法、ドクターブレード法、熱酸化法などの公知の種々の方法により形成することができる。絶縁層は単層膜として形成されてもよいし、２種又はそれ以上の積層膜として構成されてもよい。半導体基板上に形成された絶縁層は、例えばフォトリソグラフィー及びエッチング技術により、所望の形状にパターニングしてもよい。
【００３７】
第１の配線層は、上記のような導電性材料からなる膜を第１の絶縁層上に公知の種々の方法により形成することができる。
例えば、第１の配線層は、半導体基板上全面に形成された第１の絶縁層上に、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法、めっき法などの当該分野において公知の種々の方法により導電性材料を堆積し、フォトリソグラフィー及びエッチング技術によって所望の形状にパターニングして形成することができる。
第１の配線層を覆って、第１の絶縁層を構成する絶縁膜と同じか又は異なる絶縁膜を、上記のような公知の堆積法により形成してもよい。
【００３８】
上記のような半導体基板に他方の面から第１の配線層に至る接続孔を形成する(工程ａ)。
接続孔は、通常、半導体基板の他方の面上に形成したレジストパターンをエッチングマスクとして用い、先ず半導体基板を第１の絶縁層が露出するまで、次いで該第１の絶縁層を第１の配線層が露出するまで、エッチングすることにより形成する。半導体基板のエッチングの際には第１の絶縁層をストッパとして利用し、第１の絶縁層のエッチングの際には第１の配線層をストッパとして利用することができる。
【００３９】
レジストパターンは、通常、半導体装置の製造に使用され得るレジストにより、例えばフォトリソグラフィー技術により作製される。
接続孔の横断面(半導体基板の他方の面上)形状は、任意の形状(正方形、長方形、円形など)であり得るが、後に内側面に形成する第２の絶縁層の被覆性を考慮すれば、円形が好ましい。
【００４０】
接続孔を形成するためのエッチングとしては、種々のエッチング法を挙げることができるが、ドライエッチングであることが好ましい。
ドライエッチングとしては、気相エッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、反応性イオンエッチング(ＲＩＥ)、イオンビームエッチング、光エッチングが挙げられる。なかでも、接続孔の側壁が半導体基板の主表面に対してできる限り垂直に形成されるために、異方性を有するプラズマエッチング、ＲＩＥが好ましい。
【００４１】
エッチングガスとしては、エッチングされる材料(適切な場合には、及びストッパとして使用する膜材)により適宜選択され、例えば、シリコンの場合にはＳＦ6、Ｃｌ2、ＨＢｒ、ＢＣｌ3など、酸化シリコンの場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ4Ｆ8、Ｃ5Ｆ8など、窒化シリコンの場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4などが挙げられる。また、エッチングガスにはＣＯ、Ｏ2、Ａｒなどの他のガスを添加してもよい。
より具体的には、例えば、シリコン基板をエッチングするときはＣｌ2＋Ｏ2混合ガスやＳＦ6＋Ｏ2系ガス(例えば、ＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガス)を用い、シリコン酸化膜及びシリコン窒化膜をエッチングするときは、ＣＦ4＋Ｏ2系ガスやＣＦ4＋ＣＨＦ3＋Ｏ2系混合ガス(例えば、ＣＦ4＋ＣＨＦ3＋Ａｒ＋Ｏ2混合ガス)を用いて行うことができる。
【００４２】
次に、接続孔の内面(底面(すなわち、接続孔内で露出した第１の配線層の表面)及び側壁面)及び半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する(工程ｂ)。
第２の絶縁層を膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して形成することにより、層厚を接続孔の径、深さに合わせて調整することが可能となる。例えば、図７に示すように、有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜と、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜の接続孔壁面の成膜量は異なる。一例として、直径５０μｍ、深さ１００μｍ(アスペクト比２)の接続孔において、半導体基板の他方の面上に４μｍ、接続孔側壁面に１.５μｍで成膜したい場合、半導体基板の他方の面上に有機シリコン化合物を材料として用いた酸化膜を約２.３μｍ、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いた酸化膜を約１.７μｍで成膜すればよい。
異なる膜質は、好ましくは、ステップカバレッジ(段差被覆性)、絶縁耐圧性、半導体基板との密着性及び第２の配線層との密着性のうちの１つ又は複数である。
【００４３】
好ましくは、工程ｂ)において、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する絶縁膜を第２の絶縁層の１層目として形成し、１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い絶縁膜を２層目として形成する。
【００４４】
この好ましい実施形態によれば、１層目として、ステップカバレッジが高い絶縁膜を形成するので、接続孔の内面を直接覆う絶縁膜は、表面ラフネスが存在し得る接続孔側面に対しても良好な被覆性／密着性を有し、及び/又は接続孔内のオーバーハング部やノッチ部でも十分な膜厚を有することになる。２層目としては絶縁耐圧性の高い絶縁膜を形成するので所望の絶縁性を容易に確保できる。その結果、接続孔の形状に依存せず、リークの発生しない電気的及び/又は機械的信頼性が良好な半導体装置を容易に製造することができる。
【００４５】
より好ましくは、特に第２の絶縁層が３層構造を有する場合、工程ｂ)において、２層目の絶縁膜より第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を形成する。
２層目の絶縁膜上に、該２層目の絶縁膜より第２の配線層との密着性が高い絶縁膜を(第２の絶縁層の最上層として)形成することにより、第２の絶縁層上に第２の配線層を良好な密着性で形成することができるので、製造される半導体装置の機械的特性を更に向上させることができる。
【００４６】
３層目の絶縁膜は、有機シリコン化合物を材料ガス(有機ソースガス)として用いてシリコン酸化膜(例えばＴＥＯＳ膜)として形成することが好ましい。この場合の有機シリコン化合物は、１層目の絶縁膜を形成する際に用いたものと異なってもよいし、同じであってもよい。
【００４７】
第２の絶縁層を構成する各絶縁膜は、好ましくはＣＶＤ法(プラズマＣＶＤ法、常圧ＣＶＤ法、減圧ＣＶＤ法、加圧ＣＶＤ法、光励起ＣＶＤ法など)、より好ましくはプラズマＣＶＤ法により形成される。
【００４８】
第２の絶縁層の１層目(最下層)の絶縁膜として、有機シリコン化合物を材料ガス(有機ソースガス)として用いてシリコン酸化膜を形成することが好ましい。
シリコン酸化膜を形成するための材料ガスとして用い得る有機シリコン化合物は、例えば、上記で本発明の半導体装置について記載したものであり得、好ましくはＴＥＯＳである。
【００４９】
有機シリコン化合物のガスは、例えば、酸素(Ｏ2)又はオゾン(Ｏ3)のような酸素を供給し得る化合物のガスと共に用いられる。特に、ＴＥＯＳとＯ2又はＯ3とを用いるＣＶＤ法(特にプラズマＣＶＤ法)は、シリコン基板との密着性及びステップカバレッジが良好なシリコン酸化膜を形成することができるのでより好ましい。
【００５０】
プラズマＣＶＤ法による成膜条件としては、例えば、有機ソースガスの流量が５〜５００ｓｃｃｍ、Ｏ2ガスの流量が１００〜１０,０００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが１００〜５０００Ｗ、圧力０.０１〜１０ｔｏｒｒ、温度２０〜３００℃の条件が挙げられる。
接続孔の側面上での膜厚は特に限定されないが、例えば１０〜５,０００ｎｍであり得る。
【００５１】
２層目の絶縁膜として、例えば、シリコン窒化(ＳｉＮ)膜、シリコン酸窒化(ＳｉＯＮ)膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されるシリコン酸化(ＳｉＯ2)膜からなる群より選択される絶縁膜を形成する。
【００５２】
シリコン酸化膜を形成するために材料ガスとして用いる無機シリコン化合物としては、例えば、モノシラン(ＳｉＨ4)、ジシラン(Ｓｉ2Ｈ6)、ジクロロシラン(ＳｉＨ2Ｃｌ2)のような無機シラン化合物などが挙げられる。酸素を供給し得る化合物としては、一酸化二窒素(Ｎ2Ｏ)、酸素(Ｏ2)、オゾン(Ｏ3)、過酸化水素(Ｈ2Ｏ2)などが挙げられる。材料ガス(混合ガス)の具体例としては、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＮ2の混合ガス、ＳｉＨ4とＯ2とＨｅの混合ガス、ＳｉＨ4とＯ2とＨ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５３】
シリコン窒化膜は、例えば、シリコン化合物(例えば上記のもの)とＮＨ3、Ｎ2などの窒素を供給し得る化合物とを材料ガスとして使用するＣＶＤ法により形成することができる。材料ガスの具体例としては、ＳｉＨ4とＮＨ3とＮ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５４】
シリコン酸窒化膜は、例えば、シリコン化合物(例えば上記のもの)とＮ2Ｏなどの酸素と窒素を供給し得る化合物とを材料ガスとして使用するＣＶＤ法により形成することができる。材料ガスの具体例としては、ＳｉＨ4とＮ2ＯとＮ2の混合ガスなどが挙げられる。
【００５５】
これらの膜は任意の順序で積層されてもよい。
各絶縁膜の(接続孔の側面上での)膜厚は特に限定されないが、例えば１００ｎｍ〜１０μｍであり得る。
【００５６】
続いて、接続孔内の第１の配線層上(すなわち、接続孔の底面上)の第２の絶縁層を一部(接続孔の深さ方向には全部)除去して第１の配線層を露出させる(工程ｃ)。
露出させる第１の配線層の大きさは、後の工程でその上に形成される第２の配線層との良好な電気的接続の確立に十分であれば得に限定されない。
【００５７】
この第２の絶縁層の除去は、例えば、半導体基板の他方の面上に形成した所望の開口を有するレジストパターンをエッチングマスクとして用いて、ドライエッチングによるエッチバックで行うことができる。このとき、第１の配線層をストッパとして利用してもよい。
レジストパターンは、通常、半導体装置の製造に使用され得るレジストにより、例えばフォトリソグラフィー技術により作製される。開口の形状は、任意の形状(正方形、長方形、円形など)であり得る。
【００５８】
この工程のためのドライエッチングとしては、気相エッチング、プラズマエッチング、スパッタエッチング、ＲＩＥ、イオンビームエッチング、光エッチングが挙げられるが、接続孔の側壁面にのみに形成された第２の絶縁層の部分を傷つけないために、異方性を有するプラズマエッチング、ＲＩＥが好ましく、プラズマエッチングがより好ましい。
【００５９】
エッチングガスとしては、エッチングする材料に応じて適宜選択される。例えば、シリコン酸化膜の場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4、Ｃ2Ｆ6、Ｃ5Ｆ8など、シリコン窒化膜の場合にはＣＨＦ3、ＣＦ4などを用いることができる。エッチングガスにはＨ2、Ｎ2、Ｏ2、Ａｒなどの他のガスを添加してもよい。
【００６０】
次いで、接続孔内に露出した第１の配線層及び第２の絶縁層上に、第２の配線層を形成する(工程ｄ)。
好ましくは、第２の配線層は接続孔内を埋め込むように形成される。第２の配線層は積層膜として形成されてもよい。
【００６１】
第２の配線層の形成は、例えば、半導体基板の前記他方の面上に形成した所望の開口パターンを有するレジストマスクを用い、上記のような導電性材料を、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法などの当該分野において公知の堆積法により堆積させることによって行うことができる。
【００６２】
或いは、第２の配線層の形成は、例えば、上記のような導電性材料を、上記のような公知の堆積法により、接続孔内及び半導体基板の他方の面の全面に堆積させ、次いで任意に、所望の開口パターンを有するレジストマスクを用いてエッチングすることによって行うことができる。
【００６３】
本発明の方法は、更に、第２の配線層に接続する外部端子を形成する工程と、該外部端子上を除き(すなわち該外部端子を露出させたまま)、第２の配線層の表面に保護層を形成する工程とを更に含んでなってもよい。
【００６４】
＜具体的な実施形態＞
以下に、本発明の半導体装置及びその製造方法を、図を参照しながらより具体的に説明する。下記の具体的な実施形態は、本発明の半導体装置及びその製造方法を説明するための単なる例示に過ぎず、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。
【００６５】
(実施形態１)
図１は、本発明の半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態１)を模式的に示す概製造工程断面図である。
実施形態１の半導体装置１０は、図１(ｇ)に示すように、半導体基板１１の一方の面上に第１の絶縁層１２を介して位置する第１の配線層１３と、半導体基板１１の他方の面から第１の配線層１３に至る接続孔１９と、接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面に亘って位置する第２の絶縁層１４と、接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面に亘って第２の絶縁層１４上に位置する第２の配線層１６とを有する。第２の絶縁層１４及び第２の配線層１６は、接続孔１９内で第１の配線層１３に接している。第２の絶縁層１４は膜質の異なる２種の絶縁膜１４ａ及び１４ｂが積層されてなる積層体である。半導体装置１０は、更に、第２の配線層１６に接続し半導体基板１１の他方の面上で露出している外部端子１８と、外部端子１８を除き半導体基板１１の他方の表面上を覆う保護層１７とを有する。
【００６６】
次に、図１を参照して本発明の半導体装置(実施形態１)の製造方法について詳細に説明する。
図１(ａ)は、一方の面上に第１の絶縁層１２を介して第１の配線層１３が位置する半導体基板(例えばシリコン基板)１１を示す。第１の配線層１３は、該一方の面上に形成されている半導体デバイス(例えばＣＭＯＳセンサーのような画像素子；図示せず)の一部又は該デバイスから伸びる配線の一部を構成している。
【００６７】
この半導体基板１１の他方の面(該一方の面とは反対側の面)上に形成した所定パターンのレジスト(図示せず)をマスクとし、例えばＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図１(ｂ)に示すように、接続孔１９を形成して第１の絶縁層１２を露出させる。
【００６８】
更に、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図１(ｃ)に示すように、露出した第１の絶縁層１２を除去して第１の配線層１３を露出させることによって、半導体基板１１の他方の面から第１の配線層１３に至る接続孔１９(口径５０μｍ×深さ１００μｍ)を形成する。
【００６９】
次いで、図１(ｄ)に示すように、接続孔１９の内面(側壁面及び底面(すなわち、該接続孔内で露出した第１の配線層１３の表面))から半導体基板１１の他方の面を覆って、膜質が異なる２種類の絶縁膜１４ａ及び１４ｂを例えばＣＶＤ法により順次積層して第２の絶縁層１４を形成する。
半導体基板の直接上に形成される１層目(最下層)の絶縁膜１４ａとしては、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚１,０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００７０】
２層目の絶縁膜１４ｂとしては、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚５００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
本実施形態の変形例では、絶縁膜１４ｂとして、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ +Ｎ2混合ガスを材料ガスに用いてプラズマＣＶＤ法により(接続孔の側面上での)膜厚５００ｎｍのシリコン酸窒化膜を形成するか、又はＳｉＨ4＋ＮＨ3＋Ｎ2混合ガスを用いてプラズマＣＶＤ法により(接続孔の側面上での)膜厚５００ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。
【００７１】
続いて、図１(ｅ)に示すように、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、接続孔１９内で第１の配線層１３(すなわち、該接続孔の底面)を覆っている第２の絶縁層１４(絶縁膜１４ａ及び１４ｂ)の一部(深さ方向には全部)を除去して、第１の配線層１３を一部露出させる。
【００７２】
次いで、図１(ｆ)に示すように、半導体基板１１の他方の面上に形成した所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法により、接続孔１９内に露出した第１の配線層１３と内接すると共に接続孔１９の側面上から半導体基板１１の他方の面上に亘って第２の絶縁層１４上に、接続孔の側面上での膜厚１０μｍの第２の配線層１６を形成する。
第２の配線層１６は、例えば高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ等)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等)や導電性樹脂で形成される。
【００７３】
最後に、図１(ｇ)に示すように、第２の配線層１６に接続する外部端子１８を設け、更に、外部端子１８を除き第２絶縁層１４及び第２の配線層１６上に保護層１７を被覆することによって、本発明の実施形態１の半導体装置が製造される。
外部端子１８は、例えば半田材で形成され、保護層１７は、例えばポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材で形成される。
【００７４】
本実施形態によれば、第２の絶縁層１４中の最下層の絶縁膜１４ａは、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成された、半導体基板との密着性及びステップカバレッジが良好なシリコン酸化膜(ステップカバレッジ：４０〜６０％；絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-5〜１×１０-7Ａ/ｃｍ2)であるので、接続孔がノッチ形状やオーバーハング形状を有する場合でも側壁面上で十分な膜厚を有することができ、加えて膜剥がれの虞がないなど機械的特性にも優れる。
【００７５】
また、上層の絶縁膜１４ｂは、絶縁耐圧性が良好な、無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜(絶縁耐圧性(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)、又はシリコン酸窒化膜(絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)、又はシリコン窒化膜(絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-8〜１×１０-10Ａ/ｃｍ2；ステップカバレッジ：１０〜３０％)であるので、十分な絶縁性を提供できる。
【００７６】
したがって、絶縁膜１４ａ及び１４ｂの積層体として形成される第２の絶縁層は、接続孔の形状に依存せず、電気的及び機械的特性が良好な絶縁層として機能することができる。その結果、本実施形態の半導体装置は、リークの発生しない、良好な電気的及び機械的信頼性を示す。
加えて、第２の配線層が金属膜である場合、絶縁膜１４ｂとしてシリコン酸窒化膜又はシリコン窒化膜を形成すると、金属膜から半導体基板への金属の拡散に起因する電気的特性の劣化を防止できる。
【００７７】
このように、第２の絶縁層を膜質の異なる絶縁膜の積層体として形成することにより、接続孔を覆う絶縁膜の膜厚を貫通孔の径、深さに合わせて調整でき、その結果、所望の電気的及び/機械的特性を有する半導体装置を製造することができる。
【００７８】
(実施形態２)
実施形態１の１つの変形例として、第２の配線層２６が、バリアメタルと金属膜のような導電膜２６ａ及び２６ｂの積層層として形成される半導体装置(実施形態２)を図２に示す。なお、図２において、上記以外の参照番号は、図１において対応する参照番号が示すものと同様の（半導体装置の）構成要素を示している。すなわち、たとえば、２１は半導体基板を、２４は第２の絶縁層を示す。
【００７９】
(実施形態３)
図３は、本発明の半導体装置及びその製造方法の一形態(実施形態３)を模式的に示す概製造工程断面図である。
実施形態３の半導体装置３０は、図３(ｇ)に示すように、半導体基板３１の一方の面上に第１の絶縁層３２を介して位置する第１の配線層３３と、半導体基板３１の他方の面から第１の配線層３３に至る接続孔３９と、接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面に亘って位置する第２の絶縁層３４と、接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面に亘って第２の絶縁層３４上に位置する第２の配線層３６とを有する。第２の絶縁層３４及び第２の配線層３６は、接続孔３９内で第１の配線層３３に接している。第２の絶縁層３４は膜質の異なる３種の絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃが積層されてなる積層体である。半導体装置３０は、更に、第２の配線層３６に接続し半導体基板３１の他方の面上で露出している外部端子３８と、外部端子３８を除き半導体基板３１の他方の表面上を覆う保護層３７とを有する。
【００８０】
次に、図３を参照して本発明の半導体装置(実施形態３)の製造方法について詳細に説明する。
図３(ａ)は、一方の面上に第１の絶縁層３２を介して第１の配線層３３が位置する半導体基板(例えばシリコン基板)３１を示す。第１の配線層３３は、該一方の面上に形成されている半導体デバイス(例えばＣＭＯＳセンサーのような画像素子；図示せず)の一部又は該デバイスから伸びる配線の一部を構成している。
【００８１】
この半導体基板３１の他方の面(該一方の面とは反対側の面)上に形成した所定パターンのレジスト(図示せず)をマスクとし、例えばＳＦ6＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図３(ｂ)に示すように、接続孔３９を形成して第１の絶縁層３２を露出させる。
【００８２】
更に、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、図３(ｃ)に示すように、露出した第１の絶縁層３２を除去して第１の配線層３３を露出させることによって、半導体基板３１の他方の面から第１の配線層３３に至る接続孔３９(口径５０μｍ×深さ１００μｍ)を形成する。
【００８３】
次いで、図３(ｄ)に示すように、接続孔３９の内面(側壁面及び底面(すなわち、第１の配線層３３の露出表面))から半導体基板３１の他方の面を覆って、膜質が異なる３種類の絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃを例えばＣＶＤ法により順次積層して第２の絶縁層３４を形成する。
半導体基板の直接上に形成される１層目(最下層)の絶縁膜３４ａとしては、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚１,０００ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００８４】
２層目の絶縁膜３４ｂとしては、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
本実施形態の変形例では、絶縁膜３４ｂとして、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4＋Ｎ2Ｏ＋Ｎ2混合ガスを材料ガスに用いて(接続孔の側面上での)膜厚２５０ｎｍのシリコン酸窒化膜か、又はＳｉＨ4＋ＮＨ3＋Ｎ2混合ガスを用いて(接続孔の側面上での)膜厚２５０ｎｍのシリコン窒化膜を形成する。
【００８５】
３層目の絶縁膜３４ｃとして、ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを材料ガスとして用いるプラズマＣＶＤ法により、接続孔の側面上での膜厚２５０ｎｍのシリコン酸化膜を形成する。
【００８６】
次いで、図３(ｅ)に示すように、例えばＣ5Ｆ8＋Ｏ2＋Ａｒ混合ガスを用いるプラズマエッチング法により、接続孔３９内で第１の配線層３３(接続孔底面)を覆っている第２の絶縁層３４(絶縁膜３４ａ、３４ｂ及び３４ｃ)の一部(深さ方向には全部)を除去して、第１の配線層３３を一部露出させる。
【００８７】
次に、図３(ｆ)に示すように、半導体基板３１の他方の面上に形成した所定パターンのマスク(図示せず)を用いて、スパッタ法、ＣＶＤ法、蒸着法、めっき法や印刷法により、接続孔３９内に露出した第１の配線層３３と内接すると共に接続孔３９の側面上から半導体基板３１の他方の面上に亘って第２の絶縁層３４上に、接続孔の側面上での膜厚１０μｍの第２の配線層３６を形成する。
第２の配線層３６は、例えば高抵抗金属材料(Ｔｉ、ＴｉＮ、ＴｉＷ、Ｎｉ、Ｃｒ、ＴａＮ等)や低抵抗金属材料(Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、半田材等)や導電性樹脂で形成される。
【００８８】
最後に、図３(ｇ)に示すように、第２の配線層３６に接続する外部端子３８を設け、更に、外部端子３８を除き第２絶縁層３４及び第２の配線層３６上に保護層３７を被覆することによって、本発明の実施形態３の半導体装置が製造される。
外部端子３８は、例えば半田材で形成され、保護層３７は、例えばポリイミドやエポキシ樹脂やソルダーレジスト材で形成される。
【００８９】
本実施形態３は、実施形態１について記載したものと同様な利点を有している。加えて、第２の絶縁層の最上層として、第２の配線層との密着性のよい絶縁膜(ＴＥＯＳソースとＯ2の混合ガスを用いたシリコン酸化膜(ステップカバレッジ：４０〜６０％；絶縁耐圧(５ＭＶ/ｃｍ印加時のリーク電流)：１×１０-5〜１×１０-7Ａ/ｃｍ2))が形成されていることから、本実施形態３は、第２の配線層の機械的特性にも優れる。
【００９０】
(実施形態４)
実施形態３の１つの変形例として、第２の配線層４６が導電膜４６ａ及び４６ｂの積層層として形成される半導体装置(実施形態４)を図４に示す。なお、図４において、上記以外の参照番号は、図３において対応する参照番号が示すものと同様の（半導体装置の）構成要素を示している。すなわち、例えば、４１は半導体基板を、４４は第２の絶縁層を示している。
【００９１】
上記で説明した実施形態における具体的な構成(形状、大きさ、組成、材質を含む)及び配置関係は、本発明を理解し、実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。上記の実施形態には当業者に自明の様々な変更を加えることが可能であり、そのような形態も、本明細書に開示された技術的思想の範囲を逸脱しない限り、当然に本発明に含まれる。
【符号の説明】
【００９２】
１０、２０、３０、４０、１００ 半導体装置
１１、２１、３１、４１、１０１ 半導体基板
１２、２２、３２、４２、１０２ 第１の絶縁層
１３、２３、３３、４３、１０３ 第１の配線層
１４（１４ａ、１４ｂ）、２４（２４ａ、２４ｂ）、３４（３４ａ、３４ｂ、３４ｃ)、４４（４４ａ、４４ｂ、４４ｃ）、１０４ 第２の絶縁層
１６、２６（２６ａ、２６ｂ）、３６、４６（４６ａ、４６ｂ）、１０６ 第２の配線層
１７、２７、３７、４７、１０７ 保護層
１８、２８、３８、４８、１０８ 外部端子
１９、２９、３９、４９、１０９ 接続孔
２０２ オーバーハング形状
２０３ ノッチ形状
２０４ 表面ラフネス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記異なる膜質がステップカバレッジ、絶縁耐圧性、前記半導体基板との密着性及び前記第２の配線層との密着性からなる群より選択される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記積層体が、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する、前記半導体基板側から１層目の絶縁膜と、該１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い２層目の絶縁膜とを有する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記積層体が３層構造であり、前記２層目の絶縁膜より前記第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を更に有する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記積層体が、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜を、前記半導体基板側から１層目の絶縁膜として有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記積層体が、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜からなる群より選択される膜を、前記半導体基板側から２層目の絶縁膜として有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記積層体が３層構造であり、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜を、前記半導体基板側から３層目の絶縁膜として有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の配線層に接続し前記半導体基板の他方の面上で露出している外部端子と、該外部端子を除き該半導体基板の他方の表面上を覆う保護層を更に有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
工程ｂ)において、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する絶縁膜を前記第２の絶縁層の１層目として形成し、該１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い２層目の絶縁膜を２層目として形成する、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
工程ｂ)において、前記２層目の絶縁膜より前記第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を形成する、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の１層目として、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いてシリコン酸化膜を形成する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の２層目として、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されるシリコン酸化膜からなる群より選択される１種又はそれ以上の膜を形成する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の３層目として、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いてシリコン酸化膜を形成する、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記有機シリコン化合物がＴＥＯＳである、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の配線層に接続する外部端子を形成する工程と、該外部端子を除き前記半導体基板の他方の面上を覆う保護層を形成する工程とを更に含んでなる、請求項９〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１】
半導体基板の一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層と、
前記半導体基板の他方の面から前記第１の配線層に至る接続孔と、
前記接続孔の側面から前記他方の面に亘って前記半導体基板上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の絶縁層と、
前記接続孔の側面上から前記他方の面上に亘って前記第２の絶縁層上に位置し、前記接続孔内で前記第１の配線層に接する第２の配線層とを有し、
前記第２の絶縁層が、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜の積層体であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記異なる膜質がステップカバレッジ、絶縁耐圧性、前記半導体基板との密着性及び前記第２の配線層との密着性からなる群より選択される、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記積層体が、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する、前記半導体基板側から１層目の絶縁膜と、該１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い２層目の絶縁膜とを有する、請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記積層体が３層構造であり、前記２層目の絶縁膜より前記第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を更に有する、請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記積層体が、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜を、前記半導体基板側から１層目の絶縁膜として有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記積層体が、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜からなる群より選択される膜を、前記半導体基板側から２層目の絶縁膜として有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記積層体が３層構造であり、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されたシリコン酸化膜を、前記半導体基板側から３層目の絶縁膜として有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の配線層に接続し前記半導体基板の他方の面上で露出している外部端子と、該外部端子を除き該半導体基板の他方の表面上を覆う保護層を更に有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ａ)一方の面上に第１の絶縁層を介して位置する第１の配線層を有する半導体基板に、他方の面から該第１の配線層に至る接続孔を形成する工程と、
ｂ)前記接続孔の内面及び前記半導体基板の他方の面上に、膜質の異なる２種又はそれ以上の絶縁膜を積層して第２の絶縁層を形成する工程と、
ｃ)前記接続孔内の前記第１の配線層上の前記第２の絶縁層を一部除去して該第１の配線層を露出させる工程と、
ｄ)前記第２の絶縁層及び前記接続孔内に露出した前記第１の配線層上に第２の配線層を形成する工程と
を含んでなることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
工程ｂ)において、少なくとも４０％のステップカバレッジを有する絶縁膜を前記第２の絶縁層の１層目として形成し、該１層目の絶縁膜よりステップカバレッジは低いが絶縁耐圧性は高い２層目の絶縁膜を２層目として形成する、請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
工程ｂ)において、前記２層目の絶縁膜より前記第２の配線層との密着性が高い３層目の絶縁膜を形成する、請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の絶縁膜をプラズマＣＶＤ法により形成する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の１層目として、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いてシリコン酸化膜を形成する、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の２層目として、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜及び無機シリコン化合物を材料ガスとして用いて形成されるシリコン酸化膜からなる群より選択される１種又はそれ以上の膜を形成する、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
工程ｂ)において、前記第２の絶縁層の３層目として、有機シリコン化合物を材料ガスとして用いてシリコン酸化膜を形成する、請求項９〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記有機シリコン化合物がＴＥＯＳである、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
前記第２の配線層に接続する外部端子を形成する工程と、該外部端子を除き前記半導体基板の他方の面上を覆う保護層を形成する工程とを更に含んでなる、請求項９〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【図１−１】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図１−２】
【図２】
【図３−１】
【図３−２】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１６１２１５（Ｐ２０１０−１６１２１５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６３０（Ｐ２００９−２６３０）
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【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２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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