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JP2012134526A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2012134526A
JP2012134526A JP2012036709A JP2012036709A JP2012134526A JP 2012134526 A JP2012134526 A JP 2012134526A JP 2012036709 A JP2012036709 A JP 2012036709A JP 2012036709 A JP2012036709 A JP 2012036709A JP 2012134526 A JP2012134526 A JP 2012134526A
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JP
Japan
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hole
insulating film
film
interlayer insulating
semiconductor
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Pending
Application number
JP2012036709A
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Japanese (ja)
Inventor
Michihiro Kawashita
道宏 川下
Yasuhiro Yoshimura
保廣 吉村
Tadayoshi Tanaka
直敬 田中
Takahiro Naito
孝洋 内藤
Takashi Akazawa
隆 赤沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renesas Electronics Corp
Original Assignee
Renesas Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Renesas Electronics Corp filed Critical Renesas Electronics Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/10Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/15Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
    • H01L2224/16Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
    • H01L2224/161Disposition
    • H01L2224/16135Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/16145Disposition the bump connector connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology for improving manufacturing yield of a semiconductor device comprising a plurality of semiconductor chips laminated in three-dimensional manner.SOLUTION: A through electrode 17 is formed to reach a pad 3 from a second surface 1b of a semiconductor substrate 1. Through space inside the through electrode 17 comprises a first hole 7 and a second hole 11 with a pore diameter smaller than that of the first hole 7. The first hole 7 is formed from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 up to the middle of an interlayer insulating film 2 through the semiconductor substrate 1. The second hole 11 is formed from the bottom of the first hole 7 to reach the pad 3 through the interlayer insulating film 2. At this time, the interlayer insulating film 2 formed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 is step shaped as a result of reflecting the shape of a step between the bottom surface of the first hole 7 and the first surface 1a of the semiconductor substrate 1. That is, a thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is smaller than that of the interlayer insulating film 2 at other locations.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造技術に関し、特に、3次元的に積層された複数の半導体チップを有する半導体装置およびその製造技術に適用して有効な技術に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing technique thereof, and more particularly to a semiconductor device having a plurality of three-dimensionally stacked semiconductor chips and a technique effective when applied to the manufacturing technique.

特開平11−204720号公報(特許文献1)には、3次元積層型のSiP(System in Package)において、積層された半導体チップ間の電気的な接続をワイヤボンディングで実施する技術が記載されている。   Japanese Patent Laid-Open No. 11-204720 (Patent Document 1) describes a technique for performing electrical connection between stacked semiconductor chips in a three-dimensional stacked SiP (System in Package) by wire bonding. Yes.

特開2000−260934号公報(特許文献2)には、半導体チップ内に形成した貫通孔に電解めっき法または無電解めっき法により半田あるいは低融点金属を埋め込んだ電極を積層された上下の半導体チップに形成する技術が記載されている。そして、加熱後、上下の半導体チップの貫通孔に埋め込んだ電極を溶融接合により接続することにより、積層された上下の半導体チップ間の電気的な接続を行なうとしている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-260934 (Patent Document 2) discloses an upper and lower semiconductor chip in which electrodes through which solder or a low-melting-point metal is embedded by electrolytic plating or electroless plating are formed in through holes formed in a semiconductor chip. The technology to form is described. Then, after heating, the electrodes embedded in the through holes of the upper and lower semiconductor chips are connected by fusion bonding, thereby making electrical connection between the stacked upper and lower semiconductor chips.

特開2005−340389号公報(特許文献3)には、積層された半導体チップのうち上側に配置された半導体チップにスタッドバンプ電極を形成し、下側に配置された半導体チップに貫通電極を形成する技術が記載されている。そして、上側の半導体チップに形成されたスタッドバンプ電極を、下側の半導体チップに形成されている貫通電極に圧接により変形注入し、スタッドバンプ電極と貫通電極とを幾何学的に、かしめて上下の半導体チップ間の電気的な接続を行なうとしている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-340389 (Patent Document 3) forms a stud bump electrode on a semiconductor chip arranged on the upper side of stacked semiconductor chips and forms a through electrode on a semiconductor chip arranged on the lower side. The technology to do is described. Then, the stud bump electrode formed on the upper semiconductor chip is deformed and injected into the through electrode formed on the lower semiconductor chip by pressure contact, and the stud bump electrode and the through electrode are geometrically caulked to vertically The electrical connection between the semiconductor chips is performed.

特開2005−93486号公報(特許文献4)には、シリコン基板の表面に層間絶縁膜を介して形成されたパッド電極からシリコン基板の裏面に引き出す電極を形成する技術が記載されている。この技術においては、シリコン基板の裏面からハードマスクをマスクにしてシリコン基板をエッチングすることにより、層間絶縁膜を底面とする開口部を形成する(特許文献4の図4(C))。そして、ハードマスクを除去した後(特許文献4の図5(A))、開口部内を含むシリコン基板の裏面全体に絶縁膜を形成する(特許文献4の図5(B))。その後、開口部の側壁と開口部以外を覆うレジスト膜(特許文献4の図5(C))をマスクにして層間絶縁膜をエッチングすることにより、開口部の底面にパッド電極を露出する(特許文献4の図6(A))。これにより、シリコン基板の裏面からパッド電極に達する貫通孔を形成できる。そして、貫通孔に金属材料を埋め込むことにより、パッド電極に電気的に接続し、かつ、シリコン基板の裏面に達する電極を形成できるとしている。ここで、シリコン基板をエッチングする際に使用したハードマスクを除去する際、開口部の底面から露出する層間絶縁膜も多少エッチングされて膜減りするとしている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-93486 (Patent Document 4) describes a technique for forming an electrode to be drawn out from a pad electrode formed on the surface of a silicon substrate via an interlayer insulating film to the back surface of the silicon substrate. In this technique, the silicon substrate is etched from the back surface of the silicon substrate using a hard mask as a mask to form an opening having an interlayer insulating film as a bottom surface (FIG. 4C of Patent Document 4). Then, after removing the hard mask (FIG. 5A of Patent Document 4), an insulating film is formed on the entire back surface of the silicon substrate including the inside of the opening (FIG. 5B of Patent Document 4). Then, the pad electrode is exposed on the bottom surface of the opening by etching the interlayer insulating film using a resist film (FIG. 5C of Patent Document 4) covering the side wall of the opening and the portion other than the opening as a mask (patent) FIG. 6 (A) in Document 4. Thereby, the through-hole which reaches a pad electrode from the back surface of a silicon substrate can be formed. By embedding a metal material in the through hole, an electrode that is electrically connected to the pad electrode and reaches the back surface of the silicon substrate can be formed. Here, when the hard mask used for etching the silicon substrate is removed, the interlayer insulating film exposed from the bottom surface of the opening is also slightly etched to reduce the film thickness.

特開2006−32699号公報(特許文献5)には、以下に示す半導体装置の製造技術が記載されている。すなわち、半導体基板の表面上に第1の絶縁膜を形成し、半導体基板の表面側から第1の絶縁膜の一部の箇所を、その膜厚の途中まで選択的にエッチングして薄膜化する。このエッチングにより、第1の絶縁膜が薄膜化されてなる底面を有する凹部が形成される。その後、凹部内を含む第1の絶縁膜上にパッド電極を形成する(特許文献5の図16)。続いて、半導体基板の裏面に第2の絶縁膜を形成した後、第1の絶縁膜の凹部に対応した位置における第2の絶縁膜および半導体基板を凹部よりも大きく開口するようにエッチングする。このエッチングにより、凹部よりも大きな開口径を有し、かつ、第2の絶縁膜および半導体基板を貫通するビアホールが形成される(特許文献5の図17)。次に、ビアホール内を含む第2の絶縁膜上に第3の絶縁膜を形成した後(特許文献5の図18)、半導体基板の裏面からエッチングを行なう。このエッチングにより、第2の絶縁膜上に形成された第3の絶縁膜、ビアホールの底面に形成された第3の絶縁膜と薄膜化された第1の絶縁膜が除去される。これにより、ビアホールの底面にパッド電極が露出する(特許文献5の図19)。そして、貫通孔に金属材料を埋め込むことにより、パッド電極に電気的に接続し、かつ、シリコン基板の裏面に達する電極を形成できるとしている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-32699 (Patent Document 5) describes a semiconductor device manufacturing technique described below. That is, a first insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a portion of the first insulating film from the surface side of the semiconductor substrate is selectively etched to a halfway through the film thickness to reduce the thickness. . By this etching, a recess having a bottom surface formed by thinning the first insulating film is formed. Thereafter, a pad electrode is formed on the first insulating film including the inside of the recess (FIG. 16 of Patent Document 5). Subsequently, after forming a second insulating film on the back surface of the semiconductor substrate, etching is performed so that the second insulating film and the semiconductor substrate at positions corresponding to the concave portions of the first insulating film are opened larger than the concave portions. By this etching, a via hole having an opening diameter larger than that of the recess and penetrating the second insulating film and the semiconductor substrate is formed (FIG. 17 of Patent Document 5). Next, after a third insulating film is formed on the second insulating film including the inside of the via hole (FIG. 18 of Patent Document 5), etching is performed from the back surface of the semiconductor substrate. By this etching, the third insulating film formed on the second insulating film, the third insulating film formed on the bottom surface of the via hole, and the thinned first insulating film are removed. As a result, the pad electrode is exposed on the bottom surface of the via hole (FIG. 19 of Patent Document 5). By embedding a metal material in the through hole, an electrode that is electrically connected to the pad electrode and reaches the back surface of the silicon substrate can be formed.

特開2007−53149号公報(特許文献6)には、複数の半導体チップを積層する場合に、パッドに接続するコンタクト電極(貫通電極)を半導体基板の裏面から加工する技術が記載されている。具体的には、半導体基板の裏面から開口部がすり鉢状の貫通孔を形成した後、貫通孔の内部を含む半導体基板の裏面に絶縁膜を形成する。そして、貫通孔の底面の絶縁膜を除去した後、貫通孔の壁面に導体膜を形成してパターニングすることにより、コンタクト電極を形成するとしている。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-53149 (Patent Document 6) describes a technique of processing a contact electrode (through electrode) connected to a pad from the back surface of a semiconductor substrate when a plurality of semiconductor chips are stacked. Specifically, after forming a mortar-shaped through hole from the back surface of the semiconductor substrate, an insulating film is formed on the back surface of the semiconductor substrate including the inside of the through hole. And after removing the insulating film of the bottom face of a through-hole, it is supposed that a contact electrode will be formed by forming and patterning a conductor film in the wall surface of a through-hole.

特開2006−222138号公報(特許文献7)には、以下に示す半導体装置の製造技術が記載されている。具体的には、半導体基板の厚み方向に貫通する貫通電極の形成方法が記載されている。この技術では、半導体基板の表面に第1絶縁膜を形成し、半導体基板の裏面に第2絶縁膜を形成する(特許文献7の図1(a))。そして、半導体基板とはエッチングレートの異なる導電性部材からなる第1エッチングストップ層を第2絶縁膜上に形成する(特許文献7の図1(b))。次に、貫通電極の形成箇所に対して、第1絶縁膜、半導体基板および第2絶縁膜を貫通して第1エッチングストップ層に達する凹部を形成する(特許文献7の図1(c))。その後、第1エッチングストップ層をシード層としためっき法により凹部内に導電材料を埋め込むことにより貫通電極を形成するとしている(特許文献7の図1(d)〜図1(f))。   Japanese Patent Laying-Open No. 2006-222138 (Patent Document 7) describes a semiconductor device manufacturing technique described below. Specifically, a method of forming a through electrode penetrating in the thickness direction of the semiconductor substrate is described. In this technique, a first insulating film is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a second insulating film is formed on the back surface of the semiconductor substrate (FIG. 1A of Patent Document 7). Then, a first etching stop layer made of a conductive member having an etching rate different from that of the semiconductor substrate is formed on the second insulating film (FIG. 1B of Patent Document 7). Next, a recess that penetrates through the first insulating film, the semiconductor substrate, and the second insulating film to reach the first etching stop layer is formed at the formation position of the through electrode (FIG. 1C of Patent Document 7). . Thereafter, a through electrode is formed by embedding a conductive material in the recess by plating using the first etching stop layer as a seed layer (FIGS. 1D to 1F of Patent Document 7).

特開平11−204720号公報JP-A-11-204720 特開2000−260934号公報JP 2000-260934 A 特開2005−340389号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-340389 特開2005−93486号公報JP 2005-93486 A 特開2006−32699号公報JP 2006-32699 A 特開2007−53149号公報JP 2007-53149 A 特開2006−222138号公報JP 2006-222138 A

近年、複数の半導体チップを高密度に実装して高機能なシステムを短期間で実現するSiP(System in Package)の開発が進み、各社から多様な実装構造が提案されている。特に複数のチップを3次元的に積層するSiPは実装面積の点で優れている。   In recent years, development of SiP (System in Package) that realizes a high-performance system in a short period of time by mounting a plurality of semiconductor chips at high density has progressed, and various mounting structures have been proposed by various companies. In particular, SiP in which a plurality of chips are three-dimensionally stacked is excellent in terms of mounting area.

特開平11−204720号公報(特許文献1)に示すように、3次元積層型のSiPでは、ワイヤボンディングによる半導体チップ間接続が一般的である。しかし、ワイヤボンディングによる半導体チップ間接続は、配線を実装基板に落として再配線を行う必要がある。その結果、半導体チップ間の配線が長くなり、実装基板の配線が高密度になる。これによって、配線間のインダクタンスが増加して高速伝送が困難になる上、実装基板に形成される配線の高密度化により歩留まりが悪化し、半導体装置のコスト上昇を引き起こす問題点がある。   As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-204720 (Patent Document 1), in a three-dimensional stacked SiP, connection between semiconductor chips by wire bonding is common. However, connection between semiconductor chips by wire bonding requires rewiring by dropping the wiring onto the mounting substrate. As a result, the wiring between the semiconductor chips becomes long, and the wiring on the mounting substrate becomes dense. As a result, the inductance between the wirings increases, making high-speed transmission difficult, and increasing the density of the wirings formed on the mounting substrate deteriorates the yield, leading to an increase in the cost of the semiconductor device.

これらワイヤボンディング接続の課題に対し、半導体チップ内部を貫通する電極を形成して複数のチップを積層する方法が提案されている。例えば、特開2000−260934号公報(特許文献2)には、半導体チップ内に形成した貫通孔に電解めっき法または無電解めっき法により半田あるいは低融点金属を埋め込んだ電極を積層された上下の半導体チップに形成する技術が記載されている。そして、加熱後、上下の半導体チップの貫通孔に埋め込んだ電極を溶融接合により接続することにより、積層された上下の半導体チップ間の電気的な接続を行なうとしている。   In order to cope with these wire bonding connection problems, a method of forming an electrode penetrating the inside of a semiconductor chip and stacking a plurality of chips has been proposed. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-260934 (Patent Document 2), upper and lower electrodes in which electrodes embedded with solder or a low melting point metal are electrolytically deposited or electroless plated in through holes formed in a semiconductor chip. A technique for forming a semiconductor chip is described. Then, after heating, the electrodes embedded in the through holes of the upper and lower semiconductor chips are connected by fusion bonding, thereby making electrical connection between the stacked upper and lower semiconductor chips.

また、特開2005−340389号公報(特許文献3)には、積層された半導体チップのうち上側に配置された半導体チップにスタッドバンプ電極を形成し、下側に配置された半導体チップに貫通電極を形成する技術が記載されている。そして、上側の半導体チップに形成されたスタッドバンプ電極を、下側の半導体チップに形成されている貫通電極に圧接により変形注入し、スタッドバンプ電極と貫通電極とを幾何学的に、かしめて上下の半導体チップ間の電気的な接続を行なうとしている。   Japanese Patent Laying-Open No. 2005-340389 (Patent Document 3) discloses that a stud bump electrode is formed on a semiconductor chip arranged on the upper side of stacked semiconductor chips, and a through electrode is formed on the semiconductor chip arranged on the lower side. Techniques for forming are described. Then, the stud bump electrode formed on the upper semiconductor chip is deformed and injected into the through electrode formed on the lower semiconductor chip by pressure contact, and the stud bump electrode and the through electrode are geometrically caulked to vertically The electrical connection between the semiconductor chips is performed.

例えば、特開2005−340389号公報(特許文献3)に示す技術では、半導体ウェハ裏面から半導体ウェハの表面に形成されたパッドに達する貫通電極を形成する。マイコンのような高集積回路を搭載した半導体ウェハでは、配線層を多層にわたって形成しているので、半導体ウェハの表面に厚い層間絶縁膜がある。したがって、半導体ウェハの裏面から半導体ウェハの表面に形成されたパッドに達する貫通電極を形成するには、厚い層間絶縁膜に孔を通して加工しなければならない。特開2005−340389号公報(特許文献3)で提案されているプロセスのように貫通電極と同径の径でパッドに達する孔を形成すると、パッドの大部分が隣接する層間絶縁膜の支えを失って、パッド強度が低下する問題点が発生する。   For example, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-340389 (Patent Document 3), a through electrode that reaches a pad formed on the front surface of the semiconductor wafer from the back surface of the semiconductor wafer is formed. In a semiconductor wafer on which a highly integrated circuit such as a microcomputer is mounted, since a wiring layer is formed in multiple layers, there is a thick interlayer insulating film on the surface of the semiconductor wafer. Therefore, in order to form a through electrode reaching the pad formed on the surface of the semiconductor wafer from the back surface of the semiconductor wafer, the thick interlayer insulating film must be processed through the hole. When a hole reaching the pad with the same diameter as the through electrode is formed as in the process proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2005-340389 (Patent Document 3), most of the pad supports the adjacent interlayer insulating film. The problem arises that the pad strength decreases.

そこで、パッド強度低下を抑制するため、孔の加工途中で孔径を変更し、パッドに隣接する層間絶縁膜に小径の孔(第2孔)を形成する技術が考えられる。この技術では、層間絶縁膜が露出するまで半導体基板をエッチングすることにより、大径の孔(第1孔)を形成し、続いて、層間絶縁膜を加工して小径の孔(第2孔)を形成する。この際、大径の孔(第1孔)の内部にレジストマスクを形成する必要がある。このとき、形成したレジストマスクをマスクにして層間絶縁膜をエッチングするが、層間絶縁膜のエッチングでは、レジストマスクもエッチングされやすい。すなわち、レジストマスクが層間絶縁膜に比べて選択的に加工されてしまい、層間絶縁膜の加工完了前にレジストマスクが消失してしまう。その結果、層間絶縁膜に小径の孔(第2孔)を形成し終わるまでに複数回のレジストマスクの形成が必要となる。   Therefore, in order to suppress a decrease in pad strength, a technique is considered in which the hole diameter is changed during the processing of the hole, and a small-diameter hole (second hole) is formed in the interlayer insulating film adjacent to the pad. In this technique, the semiconductor substrate is etched until the interlayer insulating film is exposed to form a large-diameter hole (first hole), and then the interlayer insulating film is processed to form a small-diameter hole (second hole). Form. At this time, it is necessary to form a resist mask inside the large-diameter hole (first hole). At this time, the interlayer insulating film is etched using the formed resist mask as a mask. However, in the etching of the interlayer insulating film, the resist mask is easily etched. That is, the resist mask is selectively processed as compared with the interlayer insulating film, and the resist mask disappears before the processing of the interlayer insulating film is completed. As a result, it is necessary to form a resist mask a plurality of times before the formation of small-diameter holes (second holes) in the interlayer insulating film.

しかし、孔(第2孔)の径が小径のために洗浄によって孔(第2孔)内部のレジストマスクを完全に除去できないこと、さらに、複数回のレジストマスクの合わせずれにより層間絶縁膜の加工中に孔(第2孔)の底面が荒れ、リソグラフィ工程の露光がうまくできないことが原因となり、大径の孔(第1孔)の内部に2回目以降のレジストマスクを形成することが難しい。その結果、小径の孔(第2孔)において層間絶縁膜の加工状態が不均一となり半導体装置の製造歩留まりが低下する問題点が発生する。   However, since the diameter of the hole (second hole) is small, the resist mask inside the hole (second hole) cannot be completely removed by cleaning, and the interlayer insulating film is processed due to multiple misalignment of the resist mask. It is difficult to form a resist mask for the second and subsequent times inside the large-diameter hole (first hole) because the bottom surface of the hole (second hole) becomes rough and exposure of the lithography process cannot be performed well. As a result, the processing state of the interlayer insulating film becomes nonuniform in the small-diameter hole (second hole), which causes a problem that the manufacturing yield of the semiconductor device is lowered.

本発明の目的は、3次元的に積層された複数の半導体チップを有する半導体装置の製造歩留まりを向上できる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of improving the manufacturing yield of a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips stacked three-dimensionally.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

本発明による半導体装置の製造方法は、(a)半導体基板の第1面に形成された半導体素子上に層間絶縁膜を形成し、前記層間絶縁膜の内部に形成された配線を介して前記半導体素子と電気的に接続するパッドを前記層間絶縁膜の表面に形成する工程と、(b)前記半導体基板の前記第1面とは反対側にある第2面上に第1レジスト膜を形成する工程と、(c)前記パッドと対向する位置に第1開口部を有するように前記第1レジスト膜をパターニングする工程と、(d)前記第1開口部を形成した前記第1レジスト膜をマスクにして前記半導体基板をエッチングすることにより、底面に前記層間絶縁膜を露出する第1孔を前記半導体基板に形成する工程と、(e)前記第1レジスト膜を除去する工程と、(f)前記第1孔の底面に露出する前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、前記第1孔の底面を前記層間絶縁膜上であって前記半導体基板と前記層間絶縁膜の境界よりも前記パッドに近い位置に形成する工程と、(g)前記第1孔の内壁を含む前記半導体基板の前記第2面上に絶縁膜を形成する工程と、(h)前記絶縁膜上に第2レジスト膜を形成する工程と、(i)前記第1孔の底面に前記第1孔の径よりも小径の第2開口部を有するように前記第2レジスト膜をパターニングする工程と、(j)前記第2開口部を形成した前記第2レジスト膜をマスクして前記絶縁膜および前記層間絶縁膜をエッチングすることにより、底面に前記パッドを露出する第2孔を形成する工程と、(k)前記第1孔の内壁および前記第2孔の内壁を含む前記半導体基板の前記第2面に導体膜を形成し、前記導体膜をパターニングすることにより、前記半導体基板の前記第2面から前記第1面に達し、かつ、前記パッドに電気的に接続する貫通電極を形成する工程とを備え、前記層間絶縁膜の前記半導体基板側の面は、前記第1孔の底面と前記半導体基板の前記第1面による段差を反映して段差形状になっており、前記導体膜の表面は、前記半導体基板の前記第2面と前記第1孔の底面による段差を反映して段差形状になっていることを特徴とするものである。   According to a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, (a) an interlayer insulating film is formed on a semiconductor element formed on a first surface of a semiconductor substrate, and the semiconductor is connected via a wiring formed in the interlayer insulating film. Forming a pad electrically connected to the element on the surface of the interlayer insulating film; and (b) forming a first resist film on a second surface of the semiconductor substrate opposite to the first surface. (C) patterning the first resist film so as to have a first opening at a position facing the pad; and (d) masking the first resist film in which the first opening is formed. Etching the semiconductor substrate to form a first hole in the semiconductor substrate exposing the interlayer insulating film on the bottom surface; (e) removing the first resist film; and (f). Exposed on the bottom surface of the first hole Etching the interlayer insulating film to form a bottom surface of the first hole on the interlayer insulating film at a position closer to the pad than the boundary between the semiconductor substrate and the interlayer insulating film; ) Forming an insulating film on the second surface of the semiconductor substrate including the inner wall of the first hole; (h) forming a second resist film on the insulating film; and (i) the first Patterning the second resist film so as to have a second opening having a diameter smaller than the diameter of the first hole on the bottom surface of one hole; and (j) the second resist film in which the second opening is formed. Etching the insulating film and the interlayer insulating film to form a second hole exposing the pad on the bottom surface, and (k) an inner wall of the first hole and an inner wall of the second hole A conductor on the second surface of the semiconductor substrate including Forming a through electrode that reaches the first surface from the second surface of the semiconductor substrate and is electrically connected to the pad by patterning the conductive film, and The surface of the interlayer insulating film on the semiconductor substrate side has a step shape reflecting the step between the bottom surface of the first hole and the first surface of the semiconductor substrate, and the surface of the conductor film is formed on the semiconductor substrate. The step shape reflects the step difference between the second surface and the bottom surface of the first hole.

また、本発明による半導体装置は、(a)半導体基板と、(b)前記半導体基板の第1面に形成された半導体素子と、(c)前記半導体基板の前記第1面上に形成された層間絶縁膜と、(d)前記層間絶縁膜上に形成されたパッドと、(e)前記パッド上に形成されたバンプ電極と、(f)前記半導体基板の前記第1面とは反対側にある第2面から前記パッドに達する貫通電極とを備え、前記貫通電極は、(f1)前記半導体基板の前記第1面とは反対側にある前記第2面から前記層間絶縁膜に達する第1孔であって、前記第1孔の底面が前記層間絶縁膜と前記半導体基板の境界よりも前記パッドに近い位置まで形成されている前記第1孔と、(f2)前記第1孔の孔径よりも小さく、前記第1孔の底面から前記パッドに達するように形成された第2孔と、(f3)前記第1孔の底面および側面と前記半導体基板の前記第2面上に形成された絶縁膜と、(f4)前記第2孔の底面および側面と、前記絶縁膜を介した前記第1孔の底面および側面と前記半導体基板の前記第2面上に形成され、前記パッドと電気的に接続された導体膜とを有し、前記層間絶縁膜の前記半導体基板側の面は、前記第1孔の底面と前記半導体基板の前記第1面による段差を反映して段差形状になっており、前記導体膜の表面は、前記半導体基板の前記第2面と前記第1孔の底面による段差を反映して段差形状になっていることを特徴とするものである。   The semiconductor device according to the present invention includes (a) a semiconductor substrate, (b) a semiconductor element formed on the first surface of the semiconductor substrate, and (c) formed on the first surface of the semiconductor substrate. An interlayer insulating film; (d) a pad formed on the interlayer insulating film; (e) a bump electrode formed on the pad; and (f) an opposite side of the first surface of the semiconductor substrate. A through electrode reaching the pad from a second surface, and the through electrode (f1) reaches the interlayer insulating film from the second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate. A first hole in which a bottom surface of the first hole is formed to a position closer to the pad than a boundary between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate; and (f2) a hole diameter of the first hole. Is formed to reach the pad from the bottom surface of the first hole. (F3) an insulating film formed on the second surface of the semiconductor substrate, and (f4) a bottom surface and a side surface of the second hole, and the insulation. The semiconductor substrate of the interlayer insulating film, comprising: a bottom surface and a side surface of the first hole through the film; and a conductive film formed on the second surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the pad. The side surface has a step shape reflecting the step between the bottom surface of the first hole and the first surface of the semiconductor substrate, and the surface of the conductor film is formed between the second surface of the semiconductor substrate and the second surface of the semiconductor substrate. It is characterized by a step shape reflecting the step due to the bottom surface of the first hole.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

3次元的に積層された複数の半導体チップを有する半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。   The manufacturing yield of a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips that are three-dimensionally stacked can be improved.

本発明の実施の形態1における半導体チップの一部を示す平面図である。It is a top view which shows a part of semiconductor chip in Embodiment 1 of this invention. 図1のA−A線で切断した断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross section cut | disconnected by the AA line of FIG. 実施の形態1における半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the first embodiment. FIG. 図3に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 3; 図4に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 4; 図5に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 8; 図9に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 12; 図13に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 13; 図14に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 14; 図15に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 15; 図16に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 16; 図17に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 17; 図18に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 18; 図19に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 19; 図20に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 20; 図21に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 21; 図22に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 23 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 22; 図23に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 23; 図24に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 24; 実施の形態1における半導体チップを示す断面図であり、所定の部位の寸法を変数として表している図である。It is sectional drawing which shows the semiconductor chip in Embodiment 1, and is a figure showing the dimension of the predetermined | prescribed site | part as a variable. 図26に示す寸法を用いた所定の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the predetermined relationship using the dimension shown in FIG. 図27に示す領域Iに含まれる場合の半導体チップの構成を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor chip when included in a region I shown in FIG. 27. 図27に示す領域IIに含まれる場合の半導体チップの構成を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor chip when included in a region II shown in FIG. 27. 図27に示す領域IIIに含まれる場合の半導体チップの構成を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor chip when included in a region III shown in FIG. 27. 図27に示す領域IVに含まれる場合の半導体チップの構成を示す断面図である。FIG. 28 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a semiconductor chip when included in a region IV illustrated in FIG. 27. 実施の形態1の変形例における半導体装置を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in a modification of the first embodiment. FIG. 実施の形態2における半導体チップの一部を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing a part of a semiconductor chip in a second embodiment. 図33のA−A線で切断した断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the cross section cut | disconnected by the AA line of FIG. 実施の形態2における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the second embodiment. 図35に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 36 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 35; 実施の形態2の変形例における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the modified example of the second embodiment. 実施の形態3における半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device in the third embodiment. 図38に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 39 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 38; 図39に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 40 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device, following FIG. 39; 図40に続く半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 41 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device following that of FIG. 40; 実施の形態4における半導体装置を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a semiconductor device in a fourth embodiment.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。   In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.

また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。   Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。   Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。   Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc., of components, etc., unless otherwise specified, and in principle, it is considered that this is not clearly the case, it is substantially the same. Including those that are approximate or similar to the shape. The same applies to the above numerical values and ranges.

また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。   In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.

(実施の形態1)
本実施の形態1では、マイコンチップのように高集積回路を搭載した半導体装置を例に挙げて図面を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
In the first embodiment, a semiconductor device mounted with a highly integrated circuit such as a microcomputer chip will be described as an example with reference to the drawings.

図1は本実施の形態1における半導体チップを示す平面図である。この図1は、半導体チップの一部を半導体基板1の第2面(裏面)1b側の上方から見ている図である。図1に示すように、半導体チップは矩形形状の半導体基板1から構成され、半導体基板1の第2面1bには複数の貫通電極17が形成されている。そして、複数の貫通電極17は、それぞれ、導体膜15よりなる配線に接続されており、これらの配線によって半導体基板1の第2面1bに配線パターンが形成されている。上述したように、本実施の形態1では、半導体チップに複数の貫通電極17が形成されているが、図1に示すように、この貫通電極17は、平面的に2重リングを形成するように構成されている。これは、後述するように、貫通電極17による貫通空間を大径の第1孔と第1孔よりも小径の第2孔により形成しているからである。   FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor chip according to the first embodiment. FIG. 1 is a view of a part of a semiconductor chip as viewed from above a second surface (back surface) 1b side of a semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 1, the semiconductor chip is composed of a rectangular semiconductor substrate 1, and a plurality of through electrodes 17 are formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. The plurality of through electrodes 17 are each connected to a wiring made of the conductor film 15, and a wiring pattern is formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 by these wirings. As described above, in the first embodiment, a plurality of through electrodes 17 are formed in the semiconductor chip. As shown in FIG. 1, the through electrodes 17 form a double ring in a plane. It is configured. This is because, as will be described later, the penetration space by the penetration electrode 17 is formed by the first hole having a larger diameter and the second hole having a smaller diameter than the first hole.

図2は、図1のA−A線で切断した断面を示す断面図である。図2に示すように、半導体基板1は平板形状をしており、第1面(表面)1aと第2面(裏面)1bとを有している。半導体基板1の第1面1aには、高集積回路を構成する半導体素子(MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)など)(図示せず)が形成されており、この半導体素子を形成した半導体基板1の第1面1a上に層間絶縁膜2が形成されている。層間絶縁膜2には、複数の半導体素子間を接続する配線が多層にわたって形成されており、半導体基板1の第1面1aに形成された複数の半導体素子とこれらの半導体素子を接続する配線により高集積回路が半導体基板1の第1面1aに形成されている。ここで、本実施の形態1では、半導体チップとしてマイコンチップのような高集積回路が形成されているものを対象としているが、その特徴は配線層が多くなる点にある。このため、多層にわたる配線層を形成する層間絶縁膜2の膜厚が厚くなるという傾向がある。このように、本実施の形態1では、層間絶縁膜2の膜厚が比較的厚くなる半導体装置を対象としている。   2 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 2, the semiconductor substrate 1 has a flat plate shape, and has a first surface (front surface) 1a and a second surface (back surface) 1b. On the first surface 1a of the semiconductor substrate 1, a semiconductor element (not shown) (not shown) such as a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) is formed, and the semiconductor substrate on which this semiconductor element is formed. An interlayer insulating film 2 is formed on one first surface 1a. In the interlayer insulating film 2, wirings connecting a plurality of semiconductor elements are formed in multiple layers, and a plurality of semiconductor elements formed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 and wirings connecting these semiconductor elements are used. A highly integrated circuit is formed on the first surface 1 a of the semiconductor substrate 1. Here, the first embodiment is directed to a semiconductor chip on which a highly integrated circuit such as a microcomputer chip is formed. The feature is that the number of wiring layers increases. For this reason, there exists a tendency for the film thickness of the interlayer insulation film 2 which forms the wiring layer over a multilayer to become thick. Thus, the first embodiment is intended for a semiconductor device in which the interlayer insulating film 2 has a relatively large thickness.

次に、層間絶縁膜2の最上層である表面上にはパッド(電極)3が形成されている。このパッド3は、層間絶縁膜2内に形成された配線を介して半導体素子と電気的に接続されており、パッド3は半導体基板1に形成されている高集積回路と半導体チップの外部とのインターフェイスをとるための外部端子として機能する。そして、パッド3上にはスタッドバンプ電極18が形成されている。   Next, a pad (electrode) 3 is formed on the uppermost surface of the interlayer insulating film 2. The pad 3 is electrically connected to the semiconductor element via a wiring formed in the interlayer insulating film 2, and the pad 3 is connected between the highly integrated circuit formed on the semiconductor substrate 1 and the outside of the semiconductor chip. Functions as an external terminal for interface. A stud bump electrode 18 is formed on the pad 3.

一方、半導体基板1の第2面1bから半導体基板1の第1面1aに貫通し、さらに、層間絶縁膜2を貫通してパッド3と電気的に接続するように貫通電極17が形成されている。この貫通電極17は、複数の半導体チップを3次元的に積層してパッケージ化する際に必要となるものである。つまり、本実施の形態1では、半導体チップを積層してパッケージ化するSiP構造を前提としているものであり、半導体チップを積層する際、上下に配置される半導体チップ間を電気的に接続するために使用されるものである。このように個々の半導体チップには、パッド3の一方側にスタッドバンプ電極18が形成され、パッド3の他方側には貫通電極17が形成されている。そして、複数の半導体チップを積層する際には、一方の半導体チップの貫通電極17に他方の半導体チップのスタッドバンプ電極18を圧接により変形注入して幾何学的にかしめることにより、両方の半導体チップを上下に積層しながら、電気的に接続するようにしている。このように本実施の形態1では、貫通電極17とスタッドバンプ電極18とを用いて半導体チップを積層することを前提としている。なお、貫通電極17が形成されている領域には、高集積回路を構成する半導体素子は形成されていない。すなわち、半導体基板1の第1面1aには半導体素子が形成されているが、半導体素子は貫通電極17が形成されている領域とは分離されている領域に形成されている。   On the other hand, a through electrode 17 is formed so as to penetrate from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 and further through the interlayer insulating film 2 to be electrically connected to the pad 3. Yes. The through electrode 17 is required when a plurality of semiconductor chips are three-dimensionally stacked and packaged. In other words, the first embodiment is premised on the SiP structure in which semiconductor chips are stacked and packaged. In order to electrically connect semiconductor chips arranged above and below when stacking semiconductor chips. Is used. Thus, in each semiconductor chip, the stud bump electrode 18 is formed on one side of the pad 3, and the through electrode 17 is formed on the other side of the pad 3. And when laminating a plurality of semiconductor chips, the stud bump electrode 18 of the other semiconductor chip is deformed and injected into the through electrode 17 of one semiconductor chip by pressure contact and geometrically caulked, so that both semiconductors The chips are stacked up and down so as to be electrically connected. As described above, the first embodiment is based on the premise that the semiconductor chip is stacked using the through electrode 17 and the stud bump electrode 18. In the region where the through electrode 17 is formed, a semiconductor element constituting a highly integrated circuit is not formed. That is, the semiconductor element is formed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1, but the semiconductor element is formed in a region separated from the region where the through electrode 17 is formed.

次に、貫通電極17の構成について説明する。図2に示すように、貫通電極17による貫通空間は、第1孔7と第2孔11で形成されている。すなわち、半導体基板1の第2面1bから第1孔7が形成され、この第1孔7の底面に第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11が形成されている。そして、第2孔11の底面にパッド3が露出している。第1孔7の底面および側面と半導体基板1の第2面1bには絶縁膜8が形成されており、さらに、第2孔11の底面および側面、絶縁膜8を介した第1孔7の底面および側面、および、絶縁膜8を介した半導体基板1の第2面1b上には、シード層12とめっき層14が積層して形成されている。このシード層12とめっき層14を合わせて導体膜15と呼ぶことにする。半導体基板1の第2面1b上に形成された導体膜15が図1に示す配線パターンを形成している。このように貫通電極17が構成されているが、貫通電極17には、積層する他の半導体チップに形成されているスタッドバンプ電極18を挿入するために、内部が空洞となっており貫通空間が形成されている。このため、貫通電極17を構成する導体膜15は、半導体基板1の第2面1bと第1孔7の底面による段差および第1孔7の底面と第2孔11の底面による段差を反映して段差形状になっている。言い換えれば、本実施の形態1による貫通電極17によれば、第1孔7および第2孔11の内部を導体膜15で完全に埋め込むようには構成されておらず、内部に貫通空間が形成されるように構成されている。すなわち、貫通電極17の内部を導体膜15で完全に充填すると、導体膜15の表面は、半導体基板1の第2面1bと一致して段差が生じない。これに対し、貫通電極17の内部に空洞が存在する構成をとる結果、貫通電極17を構成する導体膜15が半導体基板1の第2面1bと第1孔7の底面による段差および第1孔7の底面と第2孔11の底面による段差を反映して段差形状になる。   Next, the configuration of the through electrode 17 will be described. As shown in FIG. 2, the penetration space by the penetration electrode 17 is formed by the first hole 7 and the second hole 11. That is, the first hole 7 is formed from the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1, and the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7 is formed on the bottom surface of the first hole 7. The pad 3 is exposed on the bottom surface of the second hole 11. An insulating film 8 is formed on the bottom surface and side surface of the first hole 7 and the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1, and further, the bottom surface and side surface of the second hole 11 and the first hole 7 through the insulating film 8 are formed. A seed layer 12 and a plating layer 14 are laminated and formed on the bottom and side surfaces and the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 with the insulating film 8 interposed therebetween. The seed layer 12 and the plating layer 14 are collectively referred to as a conductor film 15. The conductor film 15 formed on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 forms the wiring pattern shown in FIG. In this way, the through electrode 17 is configured. In order to insert the stud bump electrode 18 formed in another semiconductor chip to be laminated, the inside is hollow and the through space is formed in the through electrode 17. Is formed. For this reason, the conductor film 15 constituting the through electrode 17 reflects the step due to the bottom surface of the second surface 1 b and the first hole 7 of the semiconductor substrate 1 and the step due to the bottom surface of the first hole 7 and the bottom surface of the second hole 11. It has a stepped shape. In other words, according to the through electrode 17 according to the first embodiment, the inside of the first hole 7 and the second hole 11 is not configured to be completely filled with the conductor film 15, and a through space is formed inside. It is configured to be. That is, when the inside of the through electrode 17 is completely filled with the conductor film 15, the surface of the conductor film 15 coincides with the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 and no step is generated. On the other hand, as a result of having a configuration in which a cavity exists inside the through electrode 17, the conductor film 15 constituting the through electrode 17 has a step and a first hole due to the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 and the bottom surface of the first hole 7. 7 and a step shape reflecting the step formed by the bottom surface of the second hole 11.

続いて、貫通電極17を第1孔7とこの第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11より形成する理由について説明する。例えば、第1孔7の孔径は内部に挿入するスタッドバンプ電極18の大きさに合わせて形成されているが、貫通電極17を孔径の大きな第1孔7だけで構成すると以下に示す不都合が生じる。貫通電極17は半導体基板1の第2面1bからパッド3に貫通するように構成されるが、半導体基板1の第2面1bからパッド3に貫通する貫通空間を第1孔7で形成する場合、第1孔7を形成することによって除去される半導体基板1および層間絶縁膜2が多くなる。パッド3は層間絶縁膜2の表面に形成されているが、この場合、パッド3の大部分が接する層間絶縁膜2が除去される結果、パッド3が層間絶縁膜2による支えを失ってパッド3の強度が低下する問題が顕在化する。このため、貫通電極17を孔径の大きな第1孔7だけで構成せずに、第1孔7とパッド3との間に第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11を形成している。つまり、層間絶縁膜2には第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11を形成することで、貫通電極17を形成することにより除去される層間絶縁膜2を少なくすることができる。これにより、パッド3を支える層間絶縁膜2を確保することができ、パッド3の強度低下を抑制することができるのである。このように貫通電極17を第1孔7と、第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11より構成することでパッド3の強度低下を抑制することができる。このとき、貫通電極17を形成することにより生じるパッド3の強度低下は、特に、貫通電極17の内部に空洞が存在する場合に生じる問題である。例えば、貫通電極17の内部を導体膜15で埋め込む場合には、貫通電極17の内部に埋め込まれた導体膜15によってパッド3が支えられるため、孔径の異なる孔によって貫通電極17を形成する必要はない。すなわち、貫通電極17を孔径の大きな第1孔7とこの第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11により構成し、第2孔11の底面にパッド3を露出する構成は、貫通電極17の内部が空洞になっている構成のときに有用であることがわかる。言い換えれば、貫通電極17の内部を導体膜15で埋め込む構成の場合には、貫通電極17を孔径の大きな第1孔7とこの第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11により構成する有用性はないといえる。   Next, the reason why the through electrode 17 is formed from the first hole 7 and the second hole 11 having a smaller diameter than the first hole 7 will be described. For example, the hole diameter of the first hole 7 is formed in accordance with the size of the stud bump electrode 18 to be inserted therein. However, if the through electrode 17 is composed only of the first hole 7 having a large hole diameter, the following disadvantages occur. . The through electrode 17 is configured to penetrate from the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 to the pad 3, but the through hole penetrating from the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 to the pad 3 is formed by the first hole 7. The semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2 that are removed by forming the first hole 7 increase. The pad 3 is formed on the surface of the interlayer insulating film 2. In this case, as a result of removing the interlayer insulating film 2 to which most of the pad 3 is in contact, the pad 3 loses the support by the interlayer insulating film 2, and the pad 3 The problem of lowering the strength of the material becomes obvious. Therefore, the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7 is formed between the first hole 7 and the pad 3 without forming the through electrode 17 only by the first hole 7 having a larger hole diameter. . That is, by forming the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7 in the interlayer insulating film 2, it is possible to reduce the interlayer insulating film 2 that is removed by forming the through electrode 17. Thereby, the interlayer insulating film 2 supporting the pad 3 can be secured, and the strength reduction of the pad 3 can be suppressed. Thus, by forming the through electrode 17 from the first hole 7 and the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7, it is possible to suppress a decrease in strength of the pad 3. At this time, the strength reduction of the pad 3 caused by forming the through electrode 17 is a problem that occurs particularly when a cavity exists inside the through electrode 17. For example, when the inside of the through electrode 17 is embedded with the conductor film 15, the pad 3 is supported by the conductor film 15 embedded in the through electrode 17, and thus it is necessary to form the through electrode 17 with holes having different hole diameters. Absent. That is, the through electrode 17 is configured by the first hole 7 having a large hole diameter and the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7, and the configuration in which the pad 3 is exposed on the bottom surface of the second hole 11 is the through electrode 17. It turns out that it is useful when it is the structure where the inside of is hollow. In other words, in the case where the inside of the through electrode 17 is embedded with the conductor film 15, the through electrode 17 is usefully configured by the first hole 7 having a large hole diameter and the second hole 11 having a smaller hole diameter than the first hole 7. It can be said that there is no sex.

貫通電極17の内部を空洞にするとともに、貫通電極17を第1孔7と第1孔7よりも孔径の小さい第2孔11で形成する構成は、本発明の前提となる構成である。   The structure in which the inside of the through electrode 17 is made hollow and the through electrode 17 is formed by the first hole 7 and the second hole 11 having a smaller diameter than the first hole 7 is a premise of the present invention.

ここで、貫通電極17を構成する第1孔7と第2孔11とをどの領域で切り替えるかが問題となる。実際には、半導体基板1がシリコンから形成されており、層間絶縁膜2が酸化シリコン膜から形成されている。このことから、半導体基板1の第2面1bから半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aまで、シリコンをエッチングして第1孔7を形成し、その後、半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aからパッド3が露出するまで、酸化シリコン膜から形成される層間絶縁膜2をエッチングして第2孔11を形成することが一般的であると考えられる。なお、第1孔7には他の半導体チップに形成されているスタッドバンプ電極18が挿入される。しかし、通常、半導体基板1の厚さは、スタッドバンプ電極18の高さよりも厚いので、第1孔7を半導体基板1の第2面1bから半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aまで形成する場合は問題ない。   Here, there is a problem in which region the first hole 7 and the second hole 11 constituting the through electrode 17 are switched. Actually, the semiconductor substrate 1 is made of silicon, and the interlayer insulating film 2 is made of a silicon oxide film. From this, the first hole 7 is formed by etching silicon from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 which is the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2, and thereafter The second hole 11 is formed by etching the interlayer insulating film 2 formed of the silicon oxide film until the pad 3 is exposed from the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 which is the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2. Is considered common. A stud bump electrode 18 formed in another semiconductor chip is inserted into the first hole 7. However, since the thickness of the semiconductor substrate 1 is usually larger than the height of the stud bump electrode 18, the first hole 7 is a semiconductor that is a boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2 from the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. There is no problem when forming up to the first surface 1 a of the substrate 1.

このように、半導体基板1の第2面1bから半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aまで、シリコンをエッチングして第1孔7を形成し、その後、半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aからパッド3が露出するまで、酸化シリコン膜から形成される層間絶縁膜2をエッチングして第2孔11を形成する場合には、以下に示す不都合が生じる。本実施の形態1では、半導体チップとしてマイコンチップのような高集積回路が形成されているものを対象としているが、その特徴は配線層が多くなる点にある。このため、多層にわたる配線層を形成する層間絶縁膜2の膜厚が厚くなるという傾向がある。このように膜厚が厚い層間絶縁膜2に第2孔11を形成することが困難なのである。この理由について説明する。   Thus, silicon is etched to form the first hole 7 from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 to the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 which is the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2, and then The second hole 11 is formed by etching the interlayer insulating film 2 formed of the silicon oxide film until the pad 3 is exposed from the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 which is the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2. In this case, the following inconvenience occurs. In the first embodiment, a semiconductor chip on which a highly integrated circuit such as a microcomputer chip is formed is targeted, but the feature is that the number of wiring layers increases. For this reason, there exists a tendency for the film thickness of the interlayer insulation film 2 which forms the wiring layer over a multilayer to become thick. Thus, it is difficult to form the second hole 11 in the thick interlayer insulating film 2. The reason for this will be described.

第2孔11を形成するには、まず、シリコンよりなる半導体基板1をエッチングして第1孔7を形成した後、この第1孔7の底面を含む半導体基板1の第2面1b上に絶縁膜8を形成する。その後、絶縁膜8を介して第1孔7の底面を含む半導体基板1の第2面1b上にレジスト膜を形成する。そして、レジスト膜をパターニングして第1孔7の底面に第1孔7の孔径よりも小さい開口部を形成する。そして、パターニングしたレジスト膜をマスクにして絶縁膜8および酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜2をエッチングして第2孔11を形成する。ここで、絶縁膜8および酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜2をエッチングする際、マスクとして使用しているレジスト膜もエッチングされやすい。したがって、層間絶縁膜2の膜厚が厚いと、層間絶縁膜2に形成される第2孔11が層間絶縁膜2を貫通してパッド3に到達する前にレジスト膜が消失してしまう。このため、再び、新たなレジスト膜の形成およびパターニングを行なった後、酸化シリコン膜よりなる層間絶縁膜2のエッチングを行なう必要がある。つまり、レジスト膜も第2孔11の形成の際エッチングされてしまうので、層間絶縁膜2の膜厚が厚い場合には、第2孔11が層間絶縁膜2を貫通してパッド3に到達する前に、複数回のレジスト膜によるマスクの形成が必要となる。   In order to form the second hole 11, first, the semiconductor substrate 1 made of silicon is etched to form the first hole 7, and then on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the bottom surface of the first hole 7. An insulating film 8 is formed. Thereafter, a resist film is formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the bottom surface of the first hole 7 via the insulating film 8. Then, the resist film is patterned to form an opening smaller than the diameter of the first hole 7 on the bottom surface of the first hole 7. Then, using the patterned resist film as a mask, the insulating film 8 and the interlayer insulating film 2 made of the silicon oxide film are etched to form the second hole 11. Here, when etching the insulating film 8 and the interlayer insulating film 2 made of the silicon oxide film, the resist film used as a mask is easily etched. Therefore, if the interlayer insulating film 2 is thick, the resist film disappears before the second hole 11 formed in the interlayer insulating film 2 reaches the pad 3 through the interlayer insulating film 2. Therefore, after forming a new resist film and patterning again, it is necessary to etch the interlayer insulating film 2 made of a silicon oxide film. That is, since the resist film is also etched when the second hole 11 is formed, the second hole 11 reaches the pad 3 through the interlayer insulating film 2 when the interlayer insulating film 2 is thick. Prior to this, it is necessary to form a mask with a resist film a plurality of times.

このとき、第2孔11の孔径が小径のために洗浄によって第2孔11の内部のレジスト膜を完全に除去できないこと、さらに、複数回のマスクの合わせずれにより層間絶縁膜2の加工中に第2孔11の底面が荒れ、リソグラフィ工程の露光がうまくできないことが原因となり、第1孔7の底面に2回目以降のマスクを形成することが難しい。その結果、第2孔11において層間絶縁膜2の加工状態が不均一となり、第2孔11の底面にパッド3が正常に露出しないことが生じる。これにより、貫通電極17が正常に形成できなくなり半導体装置の製造歩留まりが低下する問題点が発生する。   At this time, since the hole diameter of the second hole 11 is small, the resist film inside the second hole 11 cannot be completely removed by cleaning, and further, during the processing of the interlayer insulating film 2 due to multiple mask misalignments. It is difficult to form the second and subsequent masks on the bottom surface of the first hole 7 because the bottom surface of the second hole 11 is rough and exposure in the lithography process cannot be performed well. As a result, the processing state of the interlayer insulating film 2 becomes uneven in the second hole 11, and the pad 3 may not be normally exposed on the bottom surface of the second hole 11. As a result, the through electrode 17 cannot be formed normally, and the manufacturing yield of the semiconductor device is reduced.

そこで、本実施の形態1では、図2に示すように、第1孔7を半導体基板1と層間絶縁膜2の境界である半導体基板1の第1面1aよりも深い位置まで形成している。すなわち、第1孔7をシリコンよりなる半導体基板1だけでなく層間絶縁膜2の途中まで形成している。これにより、第1孔7の底面とパッド3との間にある層間絶縁膜2の膜厚が薄くなる。そして、膜厚の薄くなった層間絶縁膜2に第2孔11を形成するのである。つまり、本実施の形態1の特徴の1つは、第1孔7を形成する際、シリコンよりなる半導体基板1だけでなく層間絶縁膜2もエッチングすることにより、第1孔7の底面を層間絶縁膜2上であって半導体基板1と層間絶縁膜2の境界(半導体基板1の第1面1a)よりもパッド3に近い位置まで形成する点にある。これにより、例えば、高集積回路が形成されているマイコンチップのように層間絶縁膜2の膜厚が厚い半導体装置であっても、第2孔11を形成するためにエッチングする層間絶縁膜2の膜厚を薄くすることができる。   Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 2, the first hole 7 is formed to a position deeper than the first surface 1 a of the semiconductor substrate 1 which is the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2. . That is, the first hole 7 is formed not only in the semiconductor substrate 1 made of silicon but also in the middle of the interlayer insulating film 2. Thereby, the film thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is reduced. Then, the second hole 11 is formed in the interlayer insulating film 2 having a reduced thickness. That is, one of the features of the first embodiment is that when the first hole 7 is formed, not only the semiconductor substrate 1 made of silicon but also the interlayer insulating film 2 is etched so that the bottom surface of the first hole 7 is made to be an interlayer. The point is that the insulating layer 2 is formed to a position closer to the pad 3 than the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2 (the first surface 1a of the semiconductor substrate 1). Thereby, for example, even in a semiconductor device having a thick interlayer insulating film 2 such as a microcomputer chip in which a highly integrated circuit is formed, the interlayer insulating film 2 to be etched to form the second hole 11 can be formed. The film thickness can be reduced.

第1孔7を層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くすることができるため、この第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を形成する際、レジスト膜のマスクを1回使用するだけでパッド3に達する第2孔11を形成することができる。つまり、第1孔7の底面とパッド3との間に残存する層間絶縁膜2と第1孔7の底面上に形成されている絶縁膜8を合わせた膜厚を、第2孔11を形成する際、マスクとして使用される1回目のレジスト膜が消失する前に第2孔11が形成される膜厚にすることができる。これにより、複数回のマスクの合わせずれにより層間絶縁膜2の加工中に第2孔11の底面が荒れ、リソグラフィ工程の露光がうまくできないことに起因する第2孔11の加工不良を改善することができる。したがって、貫通電極17の信頼性を向上することができ、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。さらに、層間絶縁膜2の加工不良による第2孔11とパッド3との接続ばらつきを抑制することができるので、貫通電極17とパッド3との接続抵抗がばらつくことを抑制できる。   By forming the first hole 7 partway through the interlayer insulating film 2, the thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 can be reduced. When the second hole 11 reaching the pad 3 from the bottom surface is formed, the second hole 11 reaching the pad 3 can be formed by using the resist film mask only once. That is, the second hole 11 is formed with a film thickness that combines the interlayer insulating film 2 remaining between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 and the insulating film 8 formed on the bottom surface of the first hole 7. In this case, the thickness of the second hole 11 can be formed before the first resist film used as a mask disappears. Thereby, the bottom surface of the second hole 11 is roughened during the processing of the interlayer insulating film 2 due to a plurality of misalignment of the mask, and the processing defect of the second hole 11 due to the poor exposure of the lithography process is improved. Can do. Therefore, the reliability of the through electrode 17 can be improved, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since the variation in the connection between the second hole 11 and the pad 3 due to the processing failure of the interlayer insulating film 2 can be suppressed, it is possible to suppress the variation in the connection resistance between the through electrode 17 and the pad 3.

本実施の形態1の特徴の1つは、第1孔7を層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くすることができることにあり、本実施の形態1における半導体装置の構造としては、層間絶縁膜2の半導体基板1に接する面が、第1孔7の底面と半導体基板1の第1面1aによる段差を反映して段差形状になる構造として顕在化する。すなわち、第1孔7が形成されていない領域では、半導体基板1の第1面1aが半導体基板1と層間絶縁膜2との境界となり、第1孔7が形成されている領域では、第1孔7の底面が層間絶縁膜2との境界となる。いまの場合、第1孔7の底面が半導体基板1の第1面1aを越えて層間絶縁膜2の途中まで形成されているので、層間絶縁膜2の半導体基板1に接する面は段差形状となるのである。   One of the features of the first embodiment is that the thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is increased by forming the first hole 7 partway through the interlayer insulating film 2. The structure of the semiconductor device according to the first embodiment is that the surface of the interlayer insulating film 2 in contact with the semiconductor substrate 1 is formed by the bottom surface of the first hole 7 and the first surface 1a of the semiconductor substrate 1. It becomes apparent as a structure that has a step shape reflecting the step. That is, in the region where the first hole 7 is not formed, the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 serves as a boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2, and in the region where the first hole 7 is formed, the first surface 1a. The bottom surface of the hole 7 becomes a boundary with the interlayer insulating film 2. In this case, since the bottom surface of the first hole 7 is formed partway through the interlayer insulating film 2 beyond the first surface 1a of the semiconductor substrate 1, the surface of the interlayer insulating film 2 in contact with the semiconductor substrate 1 has a step shape. It becomes.

本実施の形態1における半導体チップは上記のように構成されており、以下に、その製造方法について図面を参照しながら説明する。   The semiconductor chip in the first embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below with reference to the drawings.

まず、半導体基板1を用意する。このとき、半導体基板1は略円盤状の半導体ウェハの状態になっており、この半導体ウェハには複数のチップ領域が形成されている。以下に示す工程では、半導体基板1を半導体ウェハの状態で加工する。   First, the semiconductor substrate 1 is prepared. At this time, the semiconductor substrate 1 is in a state of a substantially disk-shaped semiconductor wafer, and a plurality of chip regions are formed on the semiconductor wafer. In the following process, the semiconductor substrate 1 is processed in the state of a semiconductor wafer.

図3に示すように、半導体基板1の第1面1aに通常のMISFET形成技術を用いて複数の半導体素子(図示せず)を形成し、この半導体素子を形成した半導体基板1の第1面1a上に層間絶縁膜2を形成する。層間絶縁膜2は、例えば、酸化シリコン膜より形成される。この層間絶縁膜2に配線(図示せず)を多層にわたって形成し複数の半導体素子間を配線で接続する。そして、層間絶縁膜2の内部に形成された配線を介して半導体素子と電気的に接続するパッド3を層間絶縁膜2の表面に形成する。パッド3は、例えば、アルミニウム膜から形成される。   As shown in FIG. 3, a plurality of semiconductor elements (not shown) are formed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 using a normal MISFET forming technique, and the first surface of the semiconductor substrate 1 on which the semiconductor elements are formed. An interlayer insulating film 2 is formed on 1a. The interlayer insulating film 2 is formed from, for example, a silicon oxide film. A plurality of wirings (not shown) are formed in the interlayer insulating film 2 to connect a plurality of semiconductor elements with the wirings. Then, a pad 3 that is electrically connected to the semiconductor element via a wiring formed inside the interlayer insulating film 2 is formed on the surface of the interlayer insulating film 2. The pad 3 is formed from, for example, an aluminum film.

半導体基板1は、例えば、10μm〜50μm程度まで薄型化すると、後述する工程で形成する貫通電極の深さが浅くなり加工難易度が下がるが、半導体基板1の薄型化に伴う半導体基板1の強度低下および半導体基板1の反りによる歩留まり低下が生じる。   When the semiconductor substrate 1 is thinned to about 10 μm to 50 μm, for example, the depth of a through electrode formed in a process described later becomes shallow and the difficulty of processing decreases. However, the strength of the semiconductor substrate 1 accompanying the thinning of the semiconductor substrate 1 decreases. The yield and yield decrease due to warpage of the semiconductor substrate 1 occur.

そこで、本実施の形態1では、図4に示すように、パッド3を形成している層間絶縁膜2の表面に接着層4を塗布し、例えば、石英やガラス、シリコン基板などからなる支持基板5と半導体基板1とを貼り合せる。支持基板5を半導体基板1に貼り合せることにより、半導体基板1の薄型化による強度低下および半導体基板1の反りを抑制することができる。また、接着層4は、支持基板5と半導体基板1を接着する機能を有するとともに、半導体基板1に形成されている集積回路を保護する機能を有している。   Therefore, in the first embodiment, as shown in FIG. 4, the adhesive layer 4 is applied to the surface of the interlayer insulating film 2 on which the pads 3 are formed, and a support substrate made of, for example, quartz, glass, a silicon substrate, or the like. 5 and the semiconductor substrate 1 are bonded together. By bonding the support substrate 5 to the semiconductor substrate 1, it is possible to suppress a decrease in strength due to the thinning of the semiconductor substrate 1 and warpage of the semiconductor substrate 1. The adhesive layer 4 has a function of bonding the support substrate 5 and the semiconductor substrate 1 and also has a function of protecting the integrated circuit formed on the semiconductor substrate 1.

次に、図5に示すように、半導体基板1の第2面1bにバックグラインド処理を施し、半導体基板1の厚みを薄くする。バックグラインド処理は、研削や研磨によって実施することができる。バックグラインド処理後の平坦性が、半導体基板1の第2面1bに形成する貫通電極の精度に影響するため、バックグラインド処理を実施した後には、ドライポリッシュやエッチングあるいはCMP(Chemical Mechanical Polishing)法による研磨を実施して半導体基板1の第2面1bを平坦化することが望ましい。   Next, as shown in FIG. 5, the back grinding process is performed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 to reduce the thickness of the semiconductor substrate 1. The back grinding process can be performed by grinding or polishing. Since the flatness after the back grinding process affects the accuracy of the through electrode formed on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1, after the back grinding process is performed, dry polishing, etching, or CMP (Chemical Mechanical Polishing) method is performed. It is desirable to planarize the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 by performing polishing according to the above.

続いて、図6に示すように、半導体基板1の第2面1b上にレジスト膜6を塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜6をパターニングする。パターニングは、レジスト膜6のパッド3と相対する位置に開口部6aを形成するように行なわれる。レジスト膜6を半導体基板1の第2面1b上に塗布する方法としては、例えば、スピナー塗布法を使用することができる。さらに、レジスト膜6のパターニングの際に開口部6aを形成する位置は、赤外顕微鏡により、半導体基板1の第1面1aに形成されている半導体素子のパターン(デバイスパターン)を確認して決定する。そして、パターニングしたレジスト膜6をマスクにしてシリコンよりなる半導体基板1をエッチングする。   Subsequently, as shown in FIG. 6, a resist film 6 is applied on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. Then, the resist film 6 is patterned by using a photolithography technique. The patterning is performed so as to form an opening 6 a at a position facing the pad 3 of the resist film 6. As a method for applying the resist film 6 on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1, for example, a spinner application method can be used. Furthermore, the position where the opening 6a is formed when patterning the resist film 6 is determined by confirming the pattern (device pattern) of the semiconductor element formed on the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 with an infrared microscope. To do. Then, the semiconductor substrate 1 made of silicon is etched using the patterned resist film 6 as a mask.

すなわち、図7に示すように、シリコンよりなる半導体基板1の第2面1bから層間絶縁膜2に達する第1孔7を形成する。このエッチングは異方性エッチングであり、例えば、ICP−RIE(Inductively coupled plasma Reactive ion etching)により行なわれる。エッチングガスとしては、SFとCが使用される。通常、シリコンのドライエッチングでは、酸化シリコン膜がエッチングストッパとなる。そのため、SFとCによるエッチングでは、酸化シリコン膜を主成分とする層間絶縁膜2でエッチングが停止する。このときの第1孔7の深さは半導体基板1の厚さによって決定される。 That is, as shown in FIG. 7, the first hole 7 reaching the interlayer insulating film 2 from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 made of silicon is formed. This etching is anisotropic etching, and is performed by, for example, ICP-RIE (Inductively coupled plasma Reactive ion etching). As the etching gas, SF 6 and C 4 H 8 are used. Usually, in dry etching of silicon, a silicon oxide film serves as an etching stopper. Therefore, in the etching using SF 6 and C 4 H 8 , the etching stops at the interlayer insulating film 2 containing the silicon oxide film as a main component. The depth of the first hole 7 at this time is determined by the thickness of the semiconductor substrate 1.

次に、図8に示すように、パターニングしたレジスト膜6を除去した後、新たなレジスト膜によるマスクを形成せずにエッチングガスをSFとCからC、Ar、CHFの混合ガスを用いて第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2を途中までエッチングする。すなわち、シリコンよりなる半導体基板1および半導体基板1に形成された第1孔7をマスクにして第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2をエッチングする。これにより、第1孔7の底面とパッド3間に存在する層間絶縁膜2の膜厚を薄膜化することができる。すなわち、意図的にシリコンよりなる半導体基板1および半導体基板1に形成された第1孔7をマスクにして第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2をエッチングする工程を実施する点が本実施の形態1の特徴の1つである。第1孔7をマスクにして層間絶縁膜2を意図的にエッチングすることにより、シリコンよりなる半導体基板1に形成した第1孔7の底面における孔径(図7参照)と等しい孔径で層間絶縁膜2のエッチングが進む。このため、図8に示すように、層間絶縁膜2をエッチングして形成された第1孔7の底面は、図7に示すシリコンをエッチングして形成された第1孔7の底面とほぼ等しい孔径となる。なお、この工程を実施することにより、第1孔7が形成されていない領域では、半導体基板1の第1面1aが半導体基板1と層間絶縁膜2との境界となり、第1孔7が形成されている領域では、第1孔7の底面が層間絶縁膜2との境界となる。いまの場合、第1孔7の底面が半導体基板1の第1面1aを越えて層間絶縁膜2の途中まで形成されているので、層間絶縁膜2の半導体基板1に接する面は段差形状となる。 Next, as shown in FIG. 8, after removing the patterned resist film 6, the etching gas is changed from SF 6 and C 4 H 8 to C 3 F 8 , Ar, CHF without forming a mask with a new resist film. 4 is used to etch the interlayer insulating film 2 exposed to the bottom surface of the first hole 7 halfway. That is, the semiconductor substrate 1 made of silicon and the interlayer insulating film 2 exposed on the bottom surface of the first hole 7 are etched using the first hole 7 formed in the semiconductor substrate 1 as a mask. Thereby, the film thickness of the interlayer insulating film 2 existing between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 can be reduced. That is, the purpose is to perform the step of etching the semiconductor substrate 1 made of silicon intentionally and the interlayer insulating film 2 exposed on the bottom surface of the first hole 7 using the first hole 7 formed in the semiconductor substrate 1 as a mask. This is one of the features of the first embodiment. By intentionally etching the interlayer insulating film 2 using the first hole 7 as a mask, the interlayer insulating film has a hole diameter equal to the hole diameter (see FIG. 7) at the bottom surface of the first hole 7 formed in the semiconductor substrate 1 made of silicon. Etching 2 progresses. For this reason, as shown in FIG. 8, the bottom surface of the first hole 7 formed by etching the interlayer insulating film 2 is substantially equal to the bottom surface of the first hole 7 formed by etching silicon shown in FIG. It becomes a hole diameter. By performing this step, in the region where the first hole 7 is not formed, the first surface 1a of the semiconductor substrate 1 becomes the boundary between the semiconductor substrate 1 and the interlayer insulating film 2, and the first hole 7 is formed. In the region that is formed, the bottom surface of the first hole 7 becomes a boundary with the interlayer insulating film 2. In this case, since the bottom surface of the first hole 7 is formed partway through the interlayer insulating film 2 beyond the first surface 1a of the semiconductor substrate 1, the surface of the interlayer insulating film 2 in contact with the semiconductor substrate 1 has a step shape. Become.

第1孔7から露出する層間絶縁膜2を途中まで意図的にエッチングすることにより、第1孔7の底面とパッド3間に存在する層間絶縁膜2の膜厚を薄膜化することができる効果が得られるとともに、以下に示す効果も得られる。   By intentionally etching the interlayer insulating film 2 exposed from the first hole 7 halfway, the thickness of the interlayer insulating film 2 existing between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 can be reduced. As well as the following effects.

シリコンよりなる半導体基板1をエッチングして第1孔7を形成する工程では、第1孔7の底面を完全に露出するため、オーバーエッチングが行われる。つまり、半導体基板1には複数の第1孔7を形成するが、このとき、第1孔7を形成する場所によってエッチングレートに差が生じることがある。例えば、ある領域に形成されている第1孔7ではエッチングが充分に進み第1孔7の底面に層間絶縁膜2が露出するが、他のある領域に形成されている第1孔7ではエッチングが不充分で層間絶縁膜2が露出しない状況が発生する。この場合、オーバーエッチングを行なわないと、シリコンのエッチングが不充分な第1孔7の底面にシリコンが残存することとなる。すると、その後、正常な貫通電極を形成することができなくなるおそれが生じる。そこで、オーバーエッチングを行なうことにより、エッチングが不充分な領域の第1孔7の底面でもシリコンを完全に除去して第1孔7の底面に層間絶縁膜2が露出するようにしている。   In the step of forming the first hole 7 by etching the semiconductor substrate 1 made of silicon, over-etching is performed in order to completely expose the bottom surface of the first hole 7. That is, a plurality of first holes 7 are formed in the semiconductor substrate 1. At this time, there may be a difference in etching rate depending on where the first holes 7 are formed. For example, the etching proceeds sufficiently in the first hole 7 formed in a certain region, and the interlayer insulating film 2 is exposed on the bottom surface of the first hole 7, but the etching is performed in the first hole 7 formed in another certain region. Is insufficient, and the interlayer insulating film 2 is not exposed. In this case, if over-etching is not performed, silicon remains on the bottom surface of the first hole 7 where etching of silicon is insufficient. Then, there is a possibility that a normal through electrode cannot be formed thereafter. Therefore, by performing over-etching, silicon is completely removed even at the bottom surface of the first hole 7 in a region where etching is insufficient, so that the interlayer insulating film 2 is exposed at the bottom surface of the first hole 7.

しかし、オーバーエッチングを行なうと、エッチングが充分に進んでいる第1孔7でノッチが発生する問題点が発生する。すなわち、エッチングが充分に進んでいる第1孔7でさらにシリコンのエッチングを進めると、第1孔7の底面ではエッチングストッパとなる層間絶縁膜2が露出しているので深さ方向にはエッチングは進行しない。ところが、第1孔7の底面から横方向(サイド方向)でシリコンが侵食されてノッチが発生する。ノッチが発生すると半導体装置の不良を招くことになる。   However, when over-etching is performed, there is a problem that a notch is generated in the first hole 7 where etching is sufficiently advanced. That is, when the silicon is further etched in the first hole 7 where the etching is sufficiently advanced, the interlayer insulating film 2 serving as an etching stopper is exposed at the bottom surface of the first hole 7, so that the etching is performed in the depth direction. Does not progress. However, silicon is eroded in the lateral direction (side direction) from the bottom surface of the first hole 7 to generate a notch. If the notch is generated, the semiconductor device is defective.

ここで、本実施の形態1では、シリコンよりなる半導体基板1をエッチングして第1孔7を形成した後、この第1孔7をマスクにして層間絶縁膜2のエッチングを行なうことにより同径の第1孔7を形成している。したがって、シリコンよりなる半導体基板1のオーバーエッチングを行なわなくても、第1孔7をマスクにした層間絶縁膜2のエッチングにより、シリコンのエッチングが不充分な第1孔7の底面に残存するシリコンも除去することができる。つまり、酸化シリコン膜を主成分とする層間絶縁膜2のエッチングの際、第1孔7の底面にわずかに残存するシリコンも除去されるのである。このことから、シリコンよりなる半導体基板1をエッチングして第1孔7を形成する工程でオーバーエッチングをすることを抑制できる。このように本実施の形態1によれば、オーバーエッチングを抑制できるので、エッチングが充分に進んでいる第1孔7でノッチが発生することを抑制できる。   Here, in the first embodiment, the first hole 7 is formed by etching the semiconductor substrate 1 made of silicon, and then the interlayer insulating film 2 is etched using the first hole 7 as a mask so as to have the same diameter. The first hole 7 is formed. Accordingly, even if the semiconductor substrate 1 made of silicon is not over-etched, the silicon remaining on the bottom surface of the first hole 7 where etching of the silicon is insufficient due to the etching of the interlayer insulating film 2 using the first hole 7 as a mask. Can also be removed. That is, the silicon slightly remaining on the bottom surface of the first hole 7 is also removed during the etching of the interlayer insulating film 2 whose main component is a silicon oxide film. From this, it is possible to suppress over-etching in the step of forming the first hole 7 by etching the semiconductor substrate 1 made of silicon. As described above, according to the first embodiment, since over-etching can be suppressed, it is possible to suppress the occurrence of a notch in the first hole 7 where etching is sufficiently advanced.

また、本実施の形態1によれば、別の効果も得ることができる。例えば、半導体基板1を加工すると、半導体基板1に応力が発生して半導体基板1に反りが発生するなどの問題が発生しやすい。しかし、本実施の形態1では、レジスト膜をマスクとして使用せずにシリコンに形成した第1孔7をマスクにして第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2をエッチングする工程を意図的に実施している。このようにレジスト膜を使用せずにシリコンが露出した状態でドライエッチングをすると、半導体基板1に発生した応力を緩和することができるのである(ストレスリリーフ効果)。   Further, according to the first embodiment, another effect can be obtained. For example, when the semiconductor substrate 1 is processed, problems such as stress generated in the semiconductor substrate 1 and warping in the semiconductor substrate 1 are likely to occur. However, the first embodiment intentionally includes a step of etching the interlayer insulating film 2 exposed on the bottom surface of the first hole 7 using the first hole 7 formed in silicon as a mask without using the resist film as a mask. Have been implemented. Thus, when dry etching is performed in a state where silicon is exposed without using a resist film, the stress generated in the semiconductor substrate 1 can be relieved (stress relief effect).

続いて、図9に示すように、第1孔7内を含む半導体基板1の第2面1b上に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、絶縁膜8を形成する。この絶縁膜8は、第1孔7の底面および側面と半導体基板1の第2面1bに沿ってこれらの面を覆うように形成される。絶縁膜8は、後述する貫通電極と半導体基板1とを絶縁する機能を有している。絶縁膜8としては、例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜あるいはポリイミド樹脂などが使用される。   Subsequently, as illustrated in FIG. 9, the insulating film 8 is formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the inside of the first hole 7 by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The insulating film 8 is formed so as to cover these surfaces along the bottom surface and side surfaces of the first hole 7 and the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. The insulating film 8 has a function of insulating a through electrode described later and the semiconductor substrate 1. As the insulating film 8, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, or a polyimide resin is used.

次に、図10に示すように、第1孔7内を含む半導体基板1の第2面1b上に形成された絶縁膜8上にアルミニウム膜9を形成する。このアルミニウム膜9は、絶縁膜8を保護するために設けられる膜であり、例えば、スパッタリング法や蒸着法により形成することができる。   Next, as shown in FIG. 10, an aluminum film 9 is formed on the insulating film 8 formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the inside of the first hole 7. The aluminum film 9 is a film provided to protect the insulating film 8, and can be formed by, for example, a sputtering method or a vapor deposition method.

続いて、図11に示すように、第1孔7内を含む半導体基板1の第2面1b上に形成されたアルミニウム膜9上にレジスト膜10を塗布する。例えば、レジスト膜の塗布方法として、スピナーによる塗布法とスプレーによる塗布法がある。スピナーによる塗布法の場合は、第1孔7の底面および側面に沿ってレジスト膜10を塗布するために、5μm〜30μmの膜厚に塗布できるレジスト膜10を使用することが望ましい。さらに、レジスト膜10の中に気泡が残っていると、フォトリソグラフィ技術における露光処理が難しくなりパターニング不良が発生する。そのため、真空脱泡によりレジスト膜10の中にある気泡を除去することが望ましい。スプレーによる塗布法の場合は、スピナーによる塗布法と異なり、第1孔7に沿ってレジスト膜10を塗布する。   Subsequently, as shown in FIG. 11, a resist film 10 is applied on the aluminum film 9 formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the inside of the first hole 7. For example, as a resist film coating method, there are a spinner coating method and a spray coating method. In the case of a spinner coating method, it is desirable to use a resist film 10 that can be applied to a thickness of 5 μm to 30 μm in order to apply the resist film 10 along the bottom and side surfaces of the first hole 7. Furthermore, if bubbles remain in the resist film 10, the exposure process in the photolithography technique becomes difficult and patterning defects occur. Therefore, it is desirable to remove bubbles in the resist film 10 by vacuum defoaming. In the case of the application method by spraying, unlike the application method by a spinner, the resist film 10 is applied along the first hole 7.

その後、図12に示すように、フォトリソグラフィ技術を用いてレジスト膜10のパターニングを行なう、レジスト膜10のパターニングは、第1孔7の底面に開口部10aを形成するように行なわれる。この開口部10aの径は第1孔7の孔径よりも小さくなるように形成される。そして、開口部10aからはアルミニウム膜9が露出する。   Thereafter, as shown in FIG. 12, the resist film 10 is patterned using a photolithography technique. The patterning of the resist film 10 is performed so as to form an opening 10 a on the bottom surface of the first hole 7. The diameter of the opening 10 a is formed to be smaller than the diameter of the first hole 7. The aluminum film 9 is exposed from the opening 10a.

次に、図13に示すように、レジスト膜10に形成された開口部10aから露出するアルミニウム膜9をエッチングすることにより除去する。これにより、開口部10aにはアルミニウム膜9の下層に形成されている絶縁膜8が露出する。アルミニウム膜9のエッチングには、例えば、リン酸を主成分とするエッチング液や希フッ酸などを用いることができる。   Next, as shown in FIG. 13, the aluminum film 9 exposed from the opening 10a formed in the resist film 10 is removed by etching. As a result, the insulating film 8 formed under the aluminum film 9 is exposed in the opening 10a. For the etching of the aluminum film 9, for example, an etching solution mainly containing phosphoric acid or dilute hydrofluoric acid can be used.

続いて、図14に示すように、開口部10aから露出する絶縁膜8および絶縁膜8の下層に形成されている層間絶縁膜2をすべてエッチングすることにより除去する。これにより、第1孔7の底面に第1孔7の孔径よりも小さい径を有する第2孔11を形成することができる。この第2孔11の底面にはパッド3が露出する。絶縁膜8および層間絶縁膜2のエッチングには、エッチングガスとしてCHFやCを主成分とした混合ガスが用いられる。このエッチング工程では、レジスト膜10も多少エッチングされる。 Subsequently, as shown in FIG. 14, the insulating film 8 exposed from the opening 10a and the interlayer insulating film 2 formed under the insulating film 8 are all removed by etching. Thereby, the second hole 11 having a diameter smaller than the hole diameter of the first hole 7 can be formed on the bottom surface of the first hole 7. The pad 3 is exposed on the bottom surface of the second hole 11. For etching the insulating film 8 and the interlayer insulating film 2, a mixed gas mainly containing CHF 3 or C 4 H 8 is used as an etching gas. In this etching process, the resist film 10 is also slightly etched.

ここで、本実施の形態1では、図8で示すように第1孔7を層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くしている。このため、この第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を形成する際、レジスト膜10のマスクを1回使用するだけでパッド3に達する第2孔11を形成することができる。つまり、第1孔7の底部とパッド3との間に残存する層間絶縁膜2と第1孔7の底面上に形成されている絶縁膜8を合わせた膜厚を、第2孔11を形成する際、マスクとして使用される1回目のレジスト膜10が消失する前に第2孔11を形成できる膜厚にすることができる。これにより、複数回のマスクの合わせずれにより層間絶縁膜2の加工中に第2孔11の底面が荒れ、リソグラフィ工程の露光がうまくできないことに起因する第2孔11の加工不良を改善することができる。   Here, in the first embodiment, by forming the first hole 7 partway through the interlayer insulating film 2 as shown in FIG. 8, the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is formed. The film thickness is reduced. Therefore, when the second hole 11 reaching the pad 3 from the bottom surface of the first hole 7 is formed, the second hole 11 reaching the pad 3 can be formed by using the mask of the resist film 10 only once. . In other words, the second hole 11 is formed with the total thickness of the interlayer insulating film 2 remaining between the bottom of the first hole 7 and the pad 3 and the insulating film 8 formed on the bottom surface of the first hole 7. In this case, the thickness of the second hole 11 can be formed before the first resist film 10 used as a mask disappears. Thereby, the bottom surface of the second hole 11 is roughened during the processing of the interlayer insulating film 2 due to a plurality of misalignment of the mask, and the processing defect of the second hole 11 due to the poor exposure of the lithography process is improved. Can do.

次に、図15に示すように、パターニングしたレジスト膜10を除去する。レジスト膜10の除去は、例えば、有機溶剤の利用や酸素アッシングによって行なわれる。そして、図16に示すように、レジスト膜10の下層に形成されている絶縁膜保護用のアルミニウム膜9を除去する。この際、第2孔11の底部にはアルミニウム膜よりなるパッド3が形成されているが、パッド3の表面には通常チタン/窒化チタン膜などのバリア導体膜が形成されているため、パッド3はエッチングされない。   Next, as shown in FIG. 15, the patterned resist film 10 is removed. The removal of the resist film 10 is performed by using an organic solvent or oxygen ashing, for example. Then, as shown in FIG. 16, the aluminum film 9 for protecting the insulating film formed under the resist film 10 is removed. At this time, a pad 3 made of an aluminum film is formed at the bottom of the second hole 11, but since a barrier conductor film such as a titanium / titanium nitride film is usually formed on the surface of the pad 3, the pad 3 Is not etched.

続いて、図17に示すように、第2孔11の底面および側面、絶縁膜8を介した第1孔7の底面および側面、さらには、絶縁膜8を介した半導体基板1の第2面1b上にシード層12を形成する。シード層12は、例えば、スパッタリング法を使用することにより形成できる。シード層12としては、例えば、チタン膜(Ti膜)と金膜(Au膜)からなる積層膜が考えられる。このとき、チタン膜は絶縁膜8と金膜との密着性を確保するために、0.02μm〜0.3μm程度の厚さで形成し、金膜はめっき膜の下地膜(電極膜)として0.3μm〜2μm程度の厚さがあればよい。シード層12として、チタン膜と金膜の積層膜のほか、例えば、クロム膜(Cr膜)と金膜の積層膜を使用してもよい。   Subsequently, as shown in FIG. 17, the bottom surface and the side surface of the second hole 11, the bottom surface and the side surface of the first hole 7 through the insulating film 8, and further the second surface of the semiconductor substrate 1 through the insulating film 8. A seed layer 12 is formed on 1b. The seed layer 12 can be formed by using, for example, a sputtering method. As the seed layer 12, for example, a laminated film composed of a titanium film (Ti film) and a gold film (Au film) can be considered. At this time, the titanium film is formed with a thickness of about 0.02 μm to 0.3 μm in order to ensure adhesion between the insulating film 8 and the gold film, and the gold film is used as a base film (electrode film) of the plating film. The thickness should be about 0.3 μm to 2 μm. As the seed layer 12, in addition to a laminated film of a titanium film and a gold film, for example, a laminated film of a chromium film (Cr film) and a gold film may be used.

次に、図18に示すように、レジスト膜13を塗布した後、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、レジスト膜13をパターニングする。パターニングは、第1孔7および第2孔11内、さらには、半導体基板1の第2面1b上の配線形成領域を露出するように行なわれる。   Next, as shown in FIG. 18, after the resist film 13 is applied, the resist film 13 is patterned by using a photolithography technique. The patterning is performed so as to expose the wiring formation region in the first hole 7 and the second hole 11 and on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1.

続いて、図19に示すように、パターニングしたレジスト膜13から露出するシード層12上にめっき膜14を形成する。めっき膜14は、例えば、電解めっき法により形成することができる。これにより、シード層12とめっき膜14からなる導体膜15を第1孔7および第2孔11内、さらには、半導体基板1の第2面1b上の配線形成領域に形成することができる。めっき膜14の膜厚は、電気抵抗を考慮して1μm以上にすることが望ましいが、めっき膜14の膜厚で貫通電極の内径が決定されるため、貫通電極の内径が所定の径になるように調整する。めっき膜14は、例えば、金膜から形成されており、電解めっき法のほか無電解めっき法やスパッタリング法によっても形成することができる。なお、めっき膜14として金膜のほかに金膜と銅膜(Cu膜)の積層膜も考えられるが、半導体チップを積層するSiP構造の観点からは、めっき膜14の表面は金膜とすることが望ましい。   Subsequently, as shown in FIG. 19, a plating film 14 is formed on the seed layer 12 exposed from the patterned resist film 13. The plating film 14 can be formed by, for example, an electrolytic plating method. As a result, the conductor film 15 composed of the seed layer 12 and the plating film 14 can be formed in the first hole 7 and the second hole 11 and further in the wiring formation region on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. The thickness of the plating film 14 is preferably 1 μm or more in consideration of electric resistance. However, since the inner diameter of the through electrode is determined by the thickness of the plating film 14, the inner diameter of the through electrode becomes a predetermined diameter. Adjust as follows. The plating film 14 is formed of, for example, a gold film, and can be formed by an electroless plating method or a sputtering method in addition to the electrolytic plating method. In addition to the gold film, a laminated film of a gold film and a copper film (Cu film) is also conceivable as the plating film 14, but from the viewpoint of the SiP structure in which semiconductor chips are laminated, the surface of the plating film 14 is a gold film. It is desirable.

その後、図20に示すように、有機溶剤の利用や酸素アッシングによりレジスト膜13を除去する。そして、図21に示すように、レジスト膜16を半導体基板1の第2面1b上に塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりレジスト膜16をパターニングする。レジスト膜16のパターニングは、第1孔7、第2孔11および半導体基板1の第2面1bに形成されている配線形成領域を覆うように実施される。   Thereafter, as shown in FIG. 20, the resist film 13 is removed by using an organic solvent or oxygen ashing. Then, as shown in FIG. 21, after a resist film 16 is applied onto the second surface 1b of the semiconductor substrate 1, the resist film 16 is patterned by a photolithography technique. The patterning of the resist film 16 is performed so as to cover the first hole 7, the second hole 11, and the wiring formation region formed in the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1.

次に、図22に示すように、パターニングしたレジスト膜16から露出しているシード層12を除去する。シード層12は、チタン膜と金膜の積層膜から構成されているので、それぞれの膜をチタン膜用のエッチング溶液と金膜用のエッチング溶液を用いて除去する。金膜用のエッチング溶液としては、例えば、ヨウ素とヨウ化アンモニウムの混合液が考えられ、チタン膜用のエッチング溶液としては、例えば、フッ酸が考えられるが、エッチングできるのであれば、その他のエッチング溶液であってもよい。   Next, as shown in FIG. 22, the seed layer 12 exposed from the patterned resist film 16 is removed. Since the seed layer 12 is composed of a laminated film of a titanium film and a gold film, each film is removed using an etching solution for the titanium film and an etching solution for the gold film. As an etching solution for the gold film, for example, a mixed solution of iodine and ammonium iodide can be considered, and as an etching solution for the titanium film, for example, hydrofluoric acid can be considered. It may be a solution.

続いて、図23に示すように、パターニングしたレジスト膜16を除去することにより、半導体基板1の半導体ウェハ状態での加工が完了する。これにより、パッド3に接続する貫通電極17を形成することができる。そして、図24に示すように、半導体基板1を支持する支持基板5を引き剥がす。例えば、半導体基板1と支持基板5とを接着している接着層4が熱可塑性の性質を有しているものであれば、半導体基板1を加熱することによって半導体基板1と支持基板5とを引き剥がす。半導体基板1を支持基板5から引き剥がした後、半導体ウェハ状態にある半導体基板1をダイシングにより半導体チップへ個片化する。半導体チップへの個片化は、半導体基板1を支持基板5に貼り付けた状態で行なうこともできるが、支持基板5ごと切断してしまうことになり、支持基板5の再利用をすることができなくなる。そこで、半導体基板1を支持基板5から引き剥がすと半導体基板1が薄いため、ハンドリング(搬送)は困難になるが、支持基板5を剥がしてダイシングすることにより、支持基板5の再利用が可能となる。   Subsequently, as shown in FIG. 23, by removing the patterned resist film 16, the processing of the semiconductor substrate 1 in the semiconductor wafer state is completed. Thereby, the through electrode 17 connected to the pad 3 can be formed. Then, as shown in FIG. 24, the support substrate 5 that supports the semiconductor substrate 1 is peeled off. For example, if the adhesive layer 4 that bonds the semiconductor substrate 1 and the support substrate 5 has thermoplastic properties, the semiconductor substrate 1 and the support substrate 5 are heated by heating the semiconductor substrate 1. Peel off. After the semiconductor substrate 1 is peeled off from the support substrate 5, the semiconductor substrate 1 in a semiconductor wafer state is divided into semiconductor chips by dicing. Although the semiconductor chip can be separated into individual pieces, the semiconductor substrate 1 can be attached to the support substrate 5. However, the support substrate 5 is cut and the support substrate 5 can be reused. become unable. Therefore, when the semiconductor substrate 1 is peeled off from the support substrate 5, the semiconductor substrate 1 is thin, so that handling (transport) becomes difficult. However, by removing the support substrate 5 and dicing, the support substrate 5 can be reused. Become.

最後に、図25に示すように、個片化された半導体チップにおいて、層間絶縁膜2の表面に形成されたパッド3上に例えば、スタッドバンプ法によりスタッドバンプ電極18を形成する。バンプ電極の形成方法として、ソルダーペーストバンプ法やめっき法あるいは蒸着法などを使用することもできる。   Finally, as shown in FIG. 25, in the separated semiconductor chip, the stud bump electrode 18 is formed on the pad 3 formed on the surface of the interlayer insulating film 2 by, for example, the stud bump method. As a method of forming the bump electrode, a solder paste bump method, a plating method, a vapor deposition method, or the like can be used.

このようにして本実施の形態1における半導体チップを形成することができる。本実施の形態1によれば、第1孔7をシリコンよりなる半導体基板1を越えて層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くしている。このため、第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を形成する際、層間絶縁膜2の膜厚が薄くなっているので、加工工程が容易となる。具体的には、第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を層間絶縁膜2に形成する際、層間絶縁膜2を開口するレジストマスクの形成回数を低減することができる。このため、複数回のマスクの合わせずれにより層間絶縁膜2の加工不良を低減することができ、第1孔7および第2孔11を貫通空間とする複数の貫通電極17において、層間絶縁膜2の薄膜化により貫通電極17の均一加工が可能となる。   In this manner, the semiconductor chip in the first embodiment can be formed. According to the first embodiment, the first hole 7 is formed partway through the interlayer insulating film 2 beyond the semiconductor substrate 1 made of silicon, so that the interlayer insulation between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is formed. The film 2 is made thin. For this reason, when forming the 2nd hole 11 which reaches the pad 3 from the bottom face of the 1st hole 7, since the film thickness of the interlayer insulation film 2 is thin, a manufacturing process becomes easy. Specifically, when the second hole 11 reaching the pad 3 from the bottom surface of the first hole 7 is formed in the interlayer insulating film 2, the number of resist masks that open the interlayer insulating film 2 can be reduced. For this reason, it is possible to reduce processing defects of the interlayer insulating film 2 due to misalignment of the masks a plurality of times. In the plurality of through electrodes 17 having the first hole 7 and the second hole 11 as the through space, the interlayer insulating film 2 By making the film thinner, the through electrode 17 can be uniformly processed.

このことから、貫通電極17の信頼性を向上することができ、半導体装置の製造歩留まりを向上することができる。さらに、層間絶縁膜2の加工不良による第2孔11とパッド3との接続ばらつきを抑制することができるので、貫通電極17とパッド3との接続抵抗がばらつくことを抑制できる。   Thus, the reliability of the through electrode 17 can be improved, and the manufacturing yield of the semiconductor device can be improved. Furthermore, since the variation in the connection between the second hole 11 and the pad 3 due to the processing failure of the interlayer insulating film 2 can be suppressed, it is possible to suppress the variation in the connection resistance between the through electrode 17 and the pad 3.

また、貫通電極17の形成工程において、加工ばらつきを低減することができるので、プロセスマージンが増加し、半導体装置の製造歩留まりが向上する。   In addition, since variations in processing can be reduced in the formation process of the through electrode 17, the process margin is increased and the manufacturing yield of the semiconductor device is improved.

さらに、大径の第1孔7をパッド3に達するように形成せずに第1孔7の孔径よりも小さい径の第2孔11を形成してパッド3と接続しているので、パッド3を支える層間絶縁膜2も多く残すことができ、パッド3の強度低下を抑制することができる。すなわち、パッド3上へスタッドバンプ電極18を形成する際の信頼性を向上することができる。   Further, since the first hole 7 having a large diameter is not formed so as to reach the pad 3, the second hole 11 having a diameter smaller than that of the first hole 7 is formed and connected to the pad 3. A large amount of the interlayer insulating film 2 that supports the pad 3 can be left, and the strength reduction of the pad 3 can be suppressed. That is, the reliability at the time of forming the stud bump electrode 18 on the pad 3 can be improved.

本実施の形態1では、第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を形成する際、層間絶縁膜2の膜厚が薄くなっているので、加工工程が容易となる。このため、第2孔11の形成工程において製造歩留まりを向上できる利点が得られる。一方、第1孔7とパッド3間に存在する層間絶縁膜2の膜厚が薄くなることから、パッド3を支持する層間絶縁膜2の強度が低下することが懸念される。しかし、本実施の形態1のように層間絶縁膜2の膜厚を薄くしても、第2孔11の底面および側面に形成される導体膜15の膜厚、層間絶縁膜2と第1孔7の底部上に形成された絶縁膜8を合わせた膜厚、第2孔11の孔径が所定の関係を満たすことによってパッド3の強度低下を抑制でき、パッド3上に正常にスタッドバンプ電極18を形成できることについて説明する。   In the first embodiment, when the second hole 11 reaching the pad 3 from the bottom surface of the first hole 7 is formed, the film thickness of the interlayer insulating film 2 is reduced, so that the processing process is facilitated. For this reason, the advantage which can improve a manufacturing yield in the formation process of the 2nd hole 11 is acquired. On the other hand, since the thickness of the interlayer insulating film 2 existing between the first hole 7 and the pad 3 becomes thin, there is a concern that the strength of the interlayer insulating film 2 that supports the pad 3 is lowered. However, even if the thickness of the interlayer insulating film 2 is reduced as in the first embodiment, the thickness of the conductor film 15 formed on the bottom and side surfaces of the second hole 11, the interlayer insulating film 2 and the first hole 7, the thickness of the insulating film 8 formed on the bottom portion 7 and the hole diameter of the second hole 11 satisfy a predetermined relationship, so that a decrease in the strength of the pad 3 can be suppressed, and the stud bump electrode 18 can be normally formed on the pad 3. Will be described.

図26は、本実施の形態1における半導体チップを示す断面図であり、所定の部位の寸法を変数として表している。具体的には、第2孔11の底面および側面に形成されている導体膜15(めっき膜14とシード層12とを合わせた膜)の膜厚をa、第1孔7とパッド3間に存在する層間絶縁膜2の膜厚と第1孔7の底面上に形成されている絶縁膜8の膜厚とを合わせた膜(底部絶縁膜ということにする)の膜厚をbとしている。さらに、第2孔11の孔径をcとしている。   FIG. 26 is a cross-sectional view showing the semiconductor chip according to the first embodiment, and represents the dimensions of predetermined portions as variables. Specifically, the film thickness of the conductor film 15 (the film in which the plating film 14 and the seed layer 12 are combined) formed on the bottom surface and the side surface of the second hole 11 is a, and between the first hole 7 and the pad 3. The film thickness of the interlayer insulating film 2 existing and the film thickness of the insulating film 8 formed on the bottom surface of the first hole 7 (hereinafter referred to as the bottom insulating film) is b. Furthermore, the hole diameter of the second hole 11 is c.

図27は、図26に示す変数a、b、cの関係を示すグラフである。図27において、横軸は全膜厚(a+b)に対する導体膜15の膜厚(a)を示している。また、縦軸(左側)は、全膜厚(a+b)に対する底部絶縁膜(層間絶縁膜2と絶縁膜8)の膜厚(b)を示しており、縦軸(右側)は、全膜厚(a+b)に対する第2孔11の孔径(c)を示している。図27に示すように、変数a、b、cの値によってパッド3上にスタッドバンプ電極18を正常に形成できる領域とパッド3上にスタッドバンプ電極18を正常に形成できない領域を含む4つの領域(領域I〜領域IV)に分類することができることがわかる。なお、図27においてパッド3の膜厚は、デザインルールによって決定されるため、一定の膜厚として考慮している。   FIG. 27 is a graph showing the relationship between the variables a, b, and c shown in FIG. In FIG. 27, the horizontal axis indicates the film thickness (a) of the conductor film 15 with respect to the total film thickness (a + b). The vertical axis (left side) shows the film thickness (b) of the bottom insulating film (interlayer insulating film 2 and insulating film 8) relative to the total film thickness (a + b), and the vertical axis (right side) shows the total film thickness. The hole diameter (c) of the 2nd hole 11 with respect to (a + b) is shown. As shown in FIG. 27, four regions including a region where the stud bump electrode 18 can be normally formed on the pad 3 and a region where the stud bump electrode 18 cannot be normally formed on the pad 3 according to the values of the variables a, b and c. It can be seen that it can be classified into (region I to region IV). In FIG. 27, the film thickness of the pad 3 is determined by the design rule, and therefore is considered as a constant film thickness.

まず、領域Iについて説明する。図28は変数a、b、cの関係が領域Iに含まれる場合の半導体チップの構成を示す図である。図28は、第2孔11の孔径cに対して導体膜15の膜厚aが充分厚く、かつ、底部絶縁膜の膜厚bがパッド3の強度を維持するのに充分であることを示している。したがって、領域Iに含まれる構成では、スタッドバンプ電極18をパッド3上に正常に形成できることがわかる。   First, the region I will be described. FIG. 28 is a diagram showing a configuration of a semiconductor chip when the relationship between variables a, b, and c is included in region I. FIG. 28 shows that the film thickness a of the conductor film 15 is sufficiently thick with respect to the hole diameter c of the second hole 11 and that the film thickness b of the bottom insulating film is sufficient to maintain the strength of the pad 3. ing. Therefore, it can be seen that the stud bump electrode 18 can be normally formed on the pad 3 in the configuration included in the region I.

続いて、領域IIについて説明する。図29は変数a、b、cの関係が領域IIに含まれる場合の半導体チップの構成を示す図である。図29に示す半導体チップの構成では、底部絶縁膜の膜厚bがパッド3の強度を維持するために充分な膜厚となっているが、第2孔11の孔径cに対して導体膜15の膜厚aが薄くなっている。このため、パッド3上にスタッドバンプ電極18を押し付ける際、導体膜15が変形してスタッドバンプ電極18と導体膜15との電気的な接続が不良となってしまう。したがって、領域IIに含まれる構成では、スタッドバンプ電極18をパッド3上に正常に形成することができないことがわかる。   Subsequently, the region II will be described. FIG. 29 is a diagram showing a configuration of a semiconductor chip when the relationship between the variables a, b, and c is included in the region II. In the configuration of the semiconductor chip shown in FIG. 29, the film thickness b of the bottom insulating film is sufficient to maintain the strength of the pad 3, but the conductor film 15 with respect to the hole diameter c of the second hole 11. The film thickness a is thin. For this reason, when the stud bump electrode 18 is pressed onto the pad 3, the conductor film 15 is deformed and the electrical connection between the stud bump electrode 18 and the conductor film 15 becomes poor. Therefore, it can be seen that the stud bump electrode 18 cannot be normally formed on the pad 3 in the configuration included in the region II.

次に、領域IIIについて説明する。図30は変数a、b、cの関係が領域IIIに含まれる場合の半導体チップの構成を示す図である。図30に示す半導体チップの構成では、第2孔11の孔径cに対して導体膜15の膜厚aが充分に厚くなっているが、底部絶縁膜の膜厚bが薄くなっている。このため、パッド3上にスタッドバンプ電極18を押し付ける際、底部絶縁膜によるパッド3の支持が充分でなはなく、底部絶縁膜を構成する層間絶縁膜2にクラック19が発生する。したがって、領域IIIに含まれる構成では、スタッドバンプ電極18をパッド3上に正常に形成することができないことがわかる。   Next, the region III will be described. FIG. 30 is a diagram showing the configuration of the semiconductor chip when the relationship between the variables a, b, and c is included in the region III. In the configuration of the semiconductor chip shown in FIG. 30, the film thickness a of the conductor film 15 is sufficiently thick with respect to the hole diameter c of the second hole 11, but the film thickness b of the bottom insulating film is thin. For this reason, when the stud bump electrode 18 is pressed onto the pad 3, the pad 3 is not sufficiently supported by the bottom insulating film, and a crack 19 is generated in the interlayer insulating film 2 constituting the bottom insulating film. Therefore, it can be seen that the stud bump electrode 18 cannot be normally formed on the pad 3 in the configuration included in the region III.

続いて、領域IVについて説明する。図31は変数a、b、cの関係が領域IVに含まれる場合の半導体チップの構成を示す図である。図31に示す半導体チップの構成では、第2孔11の孔径cに対して導体膜15の膜厚aが薄く、さらに、底部絶縁膜の膜厚bも薄くなっている。このため、パッド3上にスタッドバンプ電極18を押し付ける際、導体膜15が変形してスタッドバンプ電極18と導体膜15との電気的な接続が不良となってしまうとともに、底部絶縁膜によるパッド3の支持が充分でなはなく、底部絶縁膜を構成する層間絶縁膜2にクラック19が発生する。したがって、領域IVに含まれる構成では、スタッドバンプ電極18をパッド3上に正常に形成することができないことがわかる。   Subsequently, the region IV will be described. FIG. 31 is a diagram showing a configuration of the semiconductor chip when the relationship between the variables a, b, and c is included in the region IV. In the configuration of the semiconductor chip shown in FIG. 31, the film thickness a of the conductor film 15 is thinner than the hole diameter c of the second hole 11, and the film thickness b of the bottom insulating film is also thinner. For this reason, when the stud bump electrode 18 is pressed onto the pad 3, the conductor film 15 is deformed, resulting in poor electrical connection between the stud bump electrode 18 and the conductor film 15, and the pad 3 formed by the bottom insulating film. This is not sufficient, and a crack 19 is generated in the interlayer insulating film 2 constituting the bottom insulating film. Therefore, it can be seen that the stud bump electrode 18 cannot be normally formed on the pad 3 in the configuration included in the region IV.

以上のことから、パッド3上に正常にスタッドバンプ電極18を形成するには、変数a、b、cの関係が領域Iに含まれるようにする必要があることがわかる。このため、本実施の形態1では、第1孔7をシリコンよりなる半導体基板1を越えて層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くする構成をとる一方、変数a、b、cの関係が領域Iに含まれるようにそれぞれの部位の寸法を規定する。これにより、第2孔11の形成工程を容易にすることができるとともに、パッド3の強度を充分保持してパッド3上に正常にスタッドバンプ電極18を形成することができる。具体的に、図27からわかるように、第2孔11の底面であるパッド3上に形成されている導電膜15の膜厚をaとし、第1孔7の底面とパッド3間に形成されている層間絶縁膜2の膜厚および第1孔7の底面上に形成されている絶縁膜8の膜厚とを合わせた膜厚をbとするとき、少なくともa/(a+b)の値が0.11以上であるように構成することによりパッド3の強度を充分確保することができることがわかる。   From the above, it can be seen that the region I must include the relationship between the variables a, b, and c in order to normally form the stud bump electrode 18 on the pad 3. For this reason, in the first embodiment, the first hole 7 is formed so as to extend partway through the interlayer insulating film 2 beyond the semiconductor substrate 1 made of silicon, whereby an interlayer between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is formed. While taking the configuration in which the film thickness of the insulating film 2 is reduced, the dimensions of the respective parts are defined so that the relationship between the variables a, b, and c is included in the region I. As a result, the process of forming the second hole 11 can be facilitated, and the stud bump electrode 18 can be normally formed on the pad 3 while maintaining sufficient strength of the pad 3. Specifically, as can be seen from FIG. 27, the film thickness of the conductive film 15 formed on the pad 3 which is the bottom surface of the second hole 11 is a, and the film is formed between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3. When the total thickness of the interlayer insulating film 2 and the thickness of the insulating film 8 formed on the bottom surface of the first hole 7 is b, at least the value of a / (a + b) is 0. It can be seen that the strength of the pad 3 can be sufficiently ensured by configuring it to be .11 or more.

ここで、本実施の形態1では、図26に示すように、第2孔11の底面および側面に導体膜15が形成され、かつ、第2孔11の内部に空洞が存在する構成について説明している。しかし、図32に示すように、導体膜15の膜厚を厚くして孔径の小さい第2孔11の内部を充填するように導体膜15を形成することができる。この場合、パッド3は層間絶縁膜2とともに第2孔11の内部に埋め込まれた導体膜15によって支持されることになるので、さらに、パッド3の強度低下を抑制することができる。このとき、第2孔11よりも孔径の大きい第1孔7の内部には他の半導体チップに形成されているスタッドバンプ電極18を挿入するために空洞となっていることはもちろんである。   Here, in the first embodiment, as shown in FIG. 26, a configuration in which the conductor film 15 is formed on the bottom surface and the side surface of the second hole 11 and a cavity exists inside the second hole 11 will be described. ing. However, as shown in FIG. 32, the conductor film 15 can be formed so as to fill the inside of the second hole 11 having a small hole diameter by increasing the film thickness of the conductor film 15. In this case, since the pad 3 is supported by the conductor film 15 embedded in the second hole 11 together with the interlayer insulating film 2, further reduction in the strength of the pad 3 can be suppressed. At this time, it goes without saying that the inside of the first hole 7 having a larger hole diameter than the second hole 11 is a cavity for inserting the stud bump electrode 18 formed in another semiconductor chip.

(実施の形態2)
前記実施の形態1では、マイコンチップのように高集積回路を形成した半導体チップについて説明したが、本実施の形態2ではインターポーザチップのように再配線を行なうための半導体チップについて説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, a semiconductor chip in which a highly integrated circuit is formed such as a microcomputer chip has been described. In the second embodiment, a semiconductor chip for performing rewiring such as an interposer chip will be described.

例えば、複数の半導体チップを3次元的に積層する場合、下に配置される半導体チップに形成された貫通電極内に、上に配置される他の半導体チップに形成されたスタッドバンプ電極を変形挿入することにより上下の半導体チップを電気的に接続する。このとき、上に配置される半導体チップと下に配置される半導体チップとはそれぞれ別々の集積回路が形成された異なる機能を有するものが多い。したがって、上下の半導体チップはそれぞれ異なるレイアウトパターンを有することになる。このことから、下に配置される半導体チップの貫通電極の位置と、上に配置される半導体チップのスタッドバンプ電極の位置が揃っているとは限らない。この場合、上下の半導体チップ間に挿入される半導体チップがインターポーザチップである。すなわち、インターポーザチップは、上に配置される半導体チップのスタッドバンプ電極の形成位置に合わせるように貫通電極が形成され、上に配置される半導体チップとインターポーザチップとを接続する。そして、インターポーザチップ内において、上述した貫通電極と接続する配線を形成し、この配線と接続するスタッドバンプ電極を下の半導体チップの貫通電極が形成されている位置に合わせるように形成する。これにより、インターポーザチップに形成されたスタッドバンプ電極と下の半導体チップに形成された貫通電極とを接続する。このようにして、上に配置される半導体チップに形成されているスタッドバンプ電極の配置位置と、下に配置される半導体チップに形成されている貫通電極の配置位置がずれている場合であっても、上下の半導体チップ間にインターポーザチップを挟むことにより上下の半導体チップを電気的に接続することができる。   For example, when a plurality of semiconductor chips are stacked three-dimensionally, a stud bump electrode formed on another semiconductor chip disposed above is deformed and inserted into a through electrode formed on the semiconductor chip disposed below. By doing so, the upper and lower semiconductor chips are electrically connected. At this time, the semiconductor chip disposed on the upper side and the semiconductor chip disposed on the lower side often have different functions in which separate integrated circuits are formed. Therefore, the upper and lower semiconductor chips have different layout patterns. For this reason, the position of the through electrode of the semiconductor chip disposed below and the position of the stud bump electrode of the semiconductor chip disposed above are not necessarily aligned. In this case, the semiconductor chip inserted between the upper and lower semiconductor chips is an interposer chip. That is, in the interposer chip, a through electrode is formed so as to match the formation position of the stud bump electrode of the semiconductor chip disposed above, and the semiconductor chip disposed on the interposer chip is connected to the interposer chip. Then, in the interposer chip, a wiring connected to the above-described through electrode is formed, and a stud bump electrode connected to this wiring is formed so as to be aligned with a position where the through electrode of the lower semiconductor chip is formed. Thereby, the stud bump electrode formed on the interposer chip and the through electrode formed on the lower semiconductor chip are connected. In this way, the arrangement position of the stud bump electrode formed on the semiconductor chip disposed on the upper side and the arrangement position of the through electrode formed on the semiconductor chip disposed on the lower side are shifted. However, the upper and lower semiconductor chips can be electrically connected by sandwiching the interposer chip between the upper and lower semiconductor chips.

次にインターポーザチップの構成について図面を参照しながら説明する。本実施の形態2におけるインターポーザチップと、前記実施の形態1における半導体チップとはほぼ同様の構成をしている。図33は、本実施の形態2における半導体チップを示す平面図である。この図33は、半導体チップの一部を半導体基板1の第2面(裏面)1b側の上方から見ている図である。図33に示すように、半導体チップは矩形形状の半導体基板1から構成され、半導体基板1の第2面1bには複数の貫通電極17が形成されている。そして、複数の貫通電極17は、それぞれ、導体膜15よりなる配線に接続されており、これらの配線によって半導体基板1の第2面1bに配線パターンが形成されている。   Next, the configuration of the interposer chip will be described with reference to the drawings. The interposer chip in the second embodiment and the semiconductor chip in the first embodiment have substantially the same configuration. FIG. 33 is a plan view showing a semiconductor chip according to the second embodiment. FIG. 33 is a view of a part of the semiconductor chip as viewed from above on the second surface (back surface) 1 b side of the semiconductor substrate 1. As shown in FIG. 33, the semiconductor chip is composed of a rectangular semiconductor substrate 1, and a plurality of through electrodes 17 are formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. The plurality of through electrodes 17 are each connected to a wiring made of the conductor film 15, and a wiring pattern is formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 by these wirings.

図34は図33のA−A線で切断した断面を示す断面図である。図34に示すように本実施の形態2における半導体チップと、図2に示す前記実施の形態1における半導体チップの相違点は、本実施の形態2では、貫通電極17の形成位置とスタッドバンプ電極18の形成位置が相対する位置とは異なるようになっている点である。これは、上に配置される半導体チップに形成されているスタッドバンプ電極の配置位置と、下に配置される半導体チップに形成されている貫通電極の配置位置がずれている場合であっても、上下の半導体チップ間に本実施の形態2におけるインターポーザチップを挟むことにより上下の半導体チップを電気的に接続することができるようにしたものである。貫通電極17とスタッドバンプ電極18とはパッド3および配線によって電気的に接続されている。ただし、貫通電極17の形成位置とスタッドバンプ電極18の形成位置が等しい場合もある。   34 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line AA of FIG. As shown in FIG. 34, the difference between the semiconductor chip in the second embodiment and the semiconductor chip in the first embodiment shown in FIG. 2 is that the formation position of the through electrode 17 and the stud bump electrode are different in the second embodiment. The formation position of 18 is different from the opposing position. This is a case where the arrangement position of the stud bump electrode formed on the semiconductor chip arranged on the upper side and the arrangement position of the through electrode formed on the semiconductor chip arranged on the lower side are shifted. The upper and lower semiconductor chips can be electrically connected by sandwiching the interposer chip according to the second embodiment between the upper and lower semiconductor chips. The through electrode 17 and the stud bump electrode 18 are electrically connected by the pad 3 and the wiring. However, the formation position of the through electrode 17 and the formation position of the stud bump electrode 18 may be the same.

さらに、マイコンチップのように高集積回路が形成された半導体チップとインターポーザチップとの相違点は、層間絶縁膜2の膜厚である。マイコンチップのように高集積回路が形成された半導体チップは、配線が多く層間絶縁膜2の膜厚が厚くなる。これに対し、本実施の形態2におけるインターポーザチップは、再配線を目的としているため、層間絶縁膜2の内部に形成されている配線が単層であり、層間絶縁膜2の膜厚は比較的薄くなる特徴がある。その他の構成は前記実施の形態1とほぼ同様である。   Furthermore, the difference between a semiconductor chip on which a highly integrated circuit is formed, such as a microcomputer chip, and an interposer chip is the film thickness of the interlayer insulating film 2. A semiconductor chip on which a highly integrated circuit is formed, such as a microcomputer chip, has many wirings and the interlayer insulating film 2 is thick. On the other hand, since the interposer chip in the second embodiment is intended for rewiring, the wiring formed inside the interlayer insulating film 2 is a single layer, and the film thickness of the interlayer insulating film 2 is relatively There is a feature that becomes thinner. Other configurations are substantially the same as those of the first embodiment.

本実施の形態2におけるインターポーザチップは上記のように構成されており、以下にその製造方法について説明する。本実施の形態2における製造方法も前記実施の形態1と同様であり、主に特徴点について説明する。図3〜図7に示すようにして半導体基板1の第2面1bから層間絶縁膜2に達する第1孔7を形成する。その後、図35に示すように、半導体基板1の第2面1bに形成されているレジスト膜6を除去する。ここで、本実施の形態2では、前記実施の形態1に比べて層間絶縁膜2の膜厚が薄いが、さらに第2孔の加工工程を容易にする観点から、例えば、図36に示すように、シリコンよりなる半導体基板1および半導体基板1に形成された第1孔7をマスクにして第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2を途中までエッチングしてもよい。すなわち、本実施の形態2でも前記実施の形態1と同様の工程を有するようにしてもよい。   The interposer chip in the second embodiment is configured as described above, and the manufacturing method thereof will be described below. The manufacturing method in the second embodiment is also the same as that in the first embodiment, and the characteristic points will be mainly described. As shown in FIGS. 3 to 7, a first hole 7 reaching the interlayer insulating film 2 from the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 is formed. Thereafter, as shown in FIG. 35, the resist film 6 formed on the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 is removed. Here, in the second embodiment, the film thickness of the interlayer insulating film 2 is thinner than that in the first embodiment, but from the viewpoint of further facilitating the processing process of the second hole, for example, as shown in FIG. In addition, the semiconductor substrate 1 made of silicon and the interlayer insulating film 2 exposed to the bottom surface of the first hole 7 may be etched halfway using the first hole 7 formed in the semiconductor substrate 1 as a mask. That is, the second embodiment may have the same steps as in the first embodiment.

一方、本実施の形態2においては、層間絶縁膜2の膜厚が充分に薄く、第2孔の加工工程でも問題がない程度であれば、図37に示すように、層間絶縁膜2のエッチングを行なわなくてもよい。   On the other hand, in the second embodiment, if the thickness of the interlayer insulating film 2 is sufficiently thin and there is no problem even in the processing process of the second hole, the etching of the interlayer insulating film 2 is performed as shown in FIG. It is not necessary to do.

その後、図9から図24に示す工程を実施する。そして、図34に示すように、貫通電極17と相対する位置とは異なる位置にスタッドバンプ電極18を形成する。ただし、貫通電極17と相対する位置にスタッドバンプ電極18を形成する場合もある。このようにして、本実施の形態2におけるインターポーザチップを形成することができる。本実施の形態2によれば、層間絶縁膜2の膜厚が充分薄いので、シリコンよりなる半導体基板1に第1孔7を形成した後、この第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2を必ずしもエッチングする必要はない。ただし、第2孔11の加工を容易にする観点、つまり、1回のフォトリソグラフィ技術で第2孔11を形成できない程度の膜厚を層間絶縁膜が有している場合には、第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2を途中までエッチングすることにより、層間絶縁膜2の膜厚をさらに薄くすることが望ましい。以上のように、本願発明は、半導体基板1に形成される層間絶縁膜2の膜厚にしたがって柔軟に対応することができる。なお、本実施の形態2でも前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   Thereafter, the steps shown in FIGS. 9 to 24 are performed. Then, as shown in FIG. 34, the stud bump electrode 18 is formed at a position different from the position facing the through electrode 17. However, the stud bump electrode 18 may be formed at a position facing the through electrode 17. In this way, the interposer chip according to the second embodiment can be formed. According to the second embodiment, since the interlayer insulating film 2 is sufficiently thin, after the first hole 7 is formed in the semiconductor substrate 1 made of silicon, the interlayer insulating film exposed on the bottom surface of the first hole 7 is formed. It is not always necessary to etch 2. However, in terms of facilitating the processing of the second hole 11, that is, when the interlayer insulating film has a film thickness that cannot form the second hole 11 by a single photolithography technique, the first hole It is desirable to further reduce the thickness of the interlayer insulating film 2 by etching the interlayer insulating film 2 exposed on the bottom surface of the halfway partway. As described above, the present invention can flexibly cope with the thickness of the interlayer insulating film 2 formed on the semiconductor substrate 1. In the second embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(実施の形態3)
前記実施の形態1では絶縁膜8を使用する例について説明しているが、本実施の形態3では絶縁膜8に代えて感光性絶縁膜を用いる例について説明する。以下に、本実施の形態3における半導体チップの製造方法について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, an example in which the insulating film 8 is used is described. In the third embodiment, an example in which a photosensitive insulating film is used instead of the insulating film 8 will be described. Below, the manufacturing method of the semiconductor chip in this Embodiment 3 is demonstrated.

図3から図7に示す工程を実施することにより、半導体基板1の第2面1bから層間絶縁膜2に達する第1孔7を形成する。そして、図38に示すように、レジスト膜6を除去した後、シリコンよりなる半導体基板1および半導体基板1に形成された第1孔7をマスクにして第1孔7の底面に露出する層間絶縁膜2を途中までエッチングする。   The first holes 7 reaching the interlayer insulating film 2 from the second surface 1b of the semiconductor substrate 1 are formed by performing the steps shown in FIGS. Then, as shown in FIG. 38, after removing the resist film 6, the semiconductor substrate 1 made of silicon and the first hole 7 formed in the semiconductor substrate 1 are used as a mask to expose the interlayer insulation exposed on the bottom surface of the first hole 7. The film 2 is etched halfway.

次に、図39に示すように、第1孔7内を含む半導体基板1の第2面1b上に、感光性絶縁膜8aを形成する。この感光性絶縁膜8aは、第1孔7の底面および側面と半導体基板1の第2面1bに沿ってこれらの面を覆うように形成される。感光性絶縁膜8aは、後述する貫通電極と半導体基板1とを絶縁する機能を有している。   Next, as shown in FIG. 39, a photosensitive insulating film 8 a is formed on the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1 including the inside of the first hole 7. The photosensitive insulating film 8 a is formed so as to cover these surfaces along the bottom and side surfaces of the first hole 7 and the second surface 1 b of the semiconductor substrate 1. The photosensitive insulating film 8a has a function of insulating a through electrode described later and the semiconductor substrate 1 from each other.

続いて、図40に示すように、フォトリソグラフィ技術を使用することにより、感光性絶縁膜8aをパターニングする。パターニングは、第1孔7の底面に開口部10aを形成するように行なわれる。フォトリソグラフィ技術における露光装置としては、ステッパ装置やレーザ露光装置などが使用される。   Subsequently, as shown in FIG. 40, the photosensitive insulating film 8a is patterned by using a photolithography technique. The patterning is performed so as to form the opening 10 a on the bottom surface of the first hole 7. As an exposure apparatus in the photolithography technique, a stepper apparatus, a laser exposure apparatus, or the like is used.

その後、図41に示すように、開口部10aから露出する層間絶縁膜2をすべてエッチングすることにより除去する。これにより、第1孔7の底面に第1孔7の孔径よりも小さい径を有する第2孔11を形成することができる。この第2孔11の底面にはパッド3が露出する。   Thereafter, as shown in FIG. 41, all the interlayer insulating film 2 exposed from the opening 10a is removed by etching. Thereby, the second hole 11 having a diameter smaller than the hole diameter of the first hole 7 can be formed on the bottom surface of the first hole 7. The pad 3 is exposed on the bottom surface of the second hole 11.

ここで、本実施の形態3では、図38で示すように第1孔7を層間絶縁膜2の途中まで形成することにより、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くしている。このため、この第1孔7の底面からパッド3に達する第2孔11を形成する際、感光性絶縁膜8aのマスクを1回使用するだけでパッド3に達する第2孔11を形成することができる。つまり、第1孔7の底部とパッド3との間に残存する層間絶縁膜2の膜厚を、第2孔11を形成する際、マスクとして使用される感光性絶縁膜8aが消失する前に第2孔11を形成できる膜厚にすることができる。   Here, in Embodiment 3, the first hole 7 is formed partway through the interlayer insulating film 2 as shown in FIG. 38, so that the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is formed. The film thickness is reduced. Therefore, when the second hole 11 reaching the pad 3 from the bottom surface of the first hole 7 is formed, the second hole 11 reaching the pad 3 is formed only by using the mask of the photosensitive insulating film 8a once. Can do. In other words, the film thickness of the interlayer insulating film 2 remaining between the bottom of the first hole 7 and the pad 3 is set so that the photosensitive insulating film 8a used as a mask disappears when the second hole 11 is formed. The film thickness can be such that the second hole 11 can be formed.

その後、図17〜図25に示す工程を実施することにより、本実施の形態3における半導体チップを製造することができる。   Then, the semiconductor chip in this Embodiment 3 can be manufactured by implementing the process shown in FIGS.

本実施の形態3の特徴は、感光性絶縁膜8aを使用した点にある。前記実施の形態1では、第1孔7の内部に絶縁膜8およびアルミニウム膜9を形成した後、アルミニウム膜9上にレジスト膜10を形成している。そして、レジスト膜10に開口部10aを形成した後、開口部10aから露出するアルミニウム膜9、絶縁膜8および層間絶縁膜2をエッチングすることにより、第1孔7の底面からパッド3まで達する第2孔11を形成している。ここで、絶縁膜8は、貫通電極17と半導体基板1とを絶縁する機能を有しており、レジスト膜10は、開口部10aを形成する機能を有している。そこで、本実施の形態3では、上述した絶縁膜8の機能とレジスト膜10の機能を併せ持つ膜として感光性絶縁膜8aを使用している。前記実施の形態1では、絶縁膜8とレジスト膜10とを形成する工程が必要となるが、本実施の形態3では、これらの工程を感光性絶縁膜8aの形成工程として置き換えることができる。すなわち、本実施の形態3によれば、半導体チップの製造工程を簡略化できる利点がある。感光性絶縁膜8aを使用することにより工程が簡略化できる利点は、本願発明の特徴の1つである第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くする工程と併用することで実現可能となる。   The feature of the third embodiment is that a photosensitive insulating film 8a is used. In the first embodiment, after the insulating film 8 and the aluminum film 9 are formed in the first hole 7, the resist film 10 is formed on the aluminum film 9. Then, after forming the opening 10a in the resist film 10, the aluminum film 9, the insulating film 8 and the interlayer insulating film 2 exposed from the opening 10a are etched to reach the pad 3 from the bottom surface of the first hole 7. Two holes 11 are formed. Here, the insulating film 8 has a function of insulating the through electrode 17 and the semiconductor substrate 1, and the resist film 10 has a function of forming the opening 10a. Therefore, in the third embodiment, the photosensitive insulating film 8a is used as a film having the functions of the insulating film 8 and the resist film 10 described above. In the first embodiment, a process for forming the insulating film 8 and the resist film 10 is required. In the third embodiment, these processes can be replaced with a process for forming the photosensitive insulating film 8a. That is, according to the third embodiment, there is an advantage that the manufacturing process of the semiconductor chip can be simplified. The advantage that the process can be simplified by using the photosensitive insulating film 8a is that the thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3, which is one of the features of the present invention, is reduced. It becomes realizable by using together with a process.

つまり、感光性絶縁膜8aはエッチング耐性が低いが、第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くしているので、感光性絶縁膜8aが消失する前に層間絶縁膜2に第2孔11を形成することができるのである。   That is, although the photosensitive insulating film 8a has low etching resistance, the film thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3 is reduced, so that before the photosensitive insulating film 8a disappears. In addition, the second hole 11 can be formed in the interlayer insulating film 2.

感光性絶縁膜8aは、絶縁膜8の代わりになる膜であり、第2孔11を形成した後も半導体基板1上に残存させる必要がある。つまり、感光性絶縁膜8aをマスクにした層間絶縁膜2のエッチングで感光性絶縁膜8aが消失しないことが必要である。この点を考慮すると、本願発明の特徴の1つである第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くする工程を追加することで、感光性絶縁膜8aを使用する有用性が生まれる。例えば、工程を簡略化するために感光性絶縁膜8aを使用する場合、本願発明の特徴の1つである第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くする工程を実施しなければ、厚い層間絶縁膜2をエッチングすることになり、この厚い層間絶縁膜2をエッチングする途中でエッチング耐性が低い感光性絶縁膜8aが消失してしまい、感光性絶縁膜8aを使用する利点がなくなるのである。   The photosensitive insulating film 8 a is a film that substitutes for the insulating film 8 and needs to remain on the semiconductor substrate 1 even after the second hole 11 is formed. That is, it is necessary that the photosensitive insulating film 8a is not lost by etching the interlayer insulating film 2 using the photosensitive insulating film 8a as a mask. In consideration of this point, the photosensitive insulating film 8a can be obtained by adding a step of reducing the film thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3, which is one of the features of the present invention. Usefulness is born. For example, when the photosensitive insulating film 8a is used in order to simplify the process, the film thickness of the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3, which is one of the features of the present invention, is reduced. If this step is not performed, the thick interlayer insulating film 2 is etched, and the photosensitive insulating film 8a having low etching resistance disappears during the etching of the thick interlayer insulating film 2, and the photosensitive insulating film The advantage of using 8a is lost.

以上のことから、感光性絶縁膜8aを使用することにより生じる工程の簡略化という利点は、本願発明の特徴の1つである第1孔7の底面とパッド3の間にある層間絶縁膜2の膜厚を薄くする工程を実施することにより得られるのである。さらに感光性絶縁膜8aを使用する利点は、第2孔11を形成する際に、層間絶縁膜2だけをエッチングすればよい点にある。すなわち、前記実施の形態1の場合は、レジスト膜10の下層に存在する絶縁膜8と層間絶縁膜2を合わせた膜の分をエッチングする必要があるが、本実施の形態3では、感光性絶縁膜8a自体がマスクとなるので、第2孔11を形成する際、感光性絶縁膜8aの下層に形成されている層間絶縁膜2だけをエッチングすればよい。したがって、第2孔11を加工する際に除去する膜の膜厚が薄くなるので、第2孔11の加工工程がさらに容易になる。なお、本実施の形態3でも前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   From the above, the advantage of simplification of the process caused by using the photosensitive insulating film 8a is the interlayer insulating film 2 between the bottom surface of the first hole 7 and the pad 3, which is one of the features of the present invention. It is obtained by carrying out the process of reducing the film thickness of the film. An advantage of using the photosensitive insulating film 8a is that only the interlayer insulating film 2 needs to be etched when the second hole 11 is formed. That is, in the case of the first embodiment, it is necessary to etch the portion of the insulating film 8 and the interlayer insulating film 2 existing under the resist film 10, but in the third embodiment, the photosensitive property is required. Since the insulating film 8a itself serves as a mask, when forming the second hole 11, only the interlayer insulating film 2 formed below the photosensitive insulating film 8a has to be etched. Therefore, since the film thickness of the film to be removed when processing the second hole 11 is reduced, the processing step of the second hole 11 is further facilitated. In the third embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(実施の形態4)
本実施の形態4では、例えば、前記実施の形態1〜3で製造した半導体チップを3次元的に積層形成したSiP構造の半導体装置について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, for example, a SiP structure semiconductor device in which the semiconductor chips manufactured in the first to third embodiments are three-dimensionally stacked will be described.

図42は、本実施の形態4における半導体装置を示す断面図である。図42に示すように、例えば、マイコンチップから構成される半導体チップ20aとSDRAMから構成される半導体チップ20cを、再配線を行なうインターポーザチップとなる半導体チップ20bを介して3次元的に積層している。そして、積層した3個の半導体チップ20a〜20cは配線基板21に搭載されている。   FIG. 42 is a cross-sectional view showing the semiconductor device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 42, for example, a semiconductor chip 20a composed of a microcomputer chip and a semiconductor chip 20c composed of an SDRAM are three-dimensionally stacked via a semiconductor chip 20b serving as an interposer chip for performing rewiring. Yes. The three stacked semiconductor chips 20 a to 20 c are mounted on the wiring board 21.

マイコンチップから構成される半導体チップ20aは、高集積回路が形成されている半導体チップであり、貫通電極17aとスタッドバンプ電極18aが形成されている。同様に、SDRAMから構成される半導体チップ20cは、高集積回路が形成されている半導体チップであり、貫通電極17cとスタッドバンプ電極18cが形成されている。一方、半導体チップ20bはインターポーザチップであり、貫通電極17bとスタッドバンプ電極18bが形成されている。そして、半導体チップ20aに形成されているスタッドバンプ電極18aと配線基板21に形成されている電極22とを電気的に接続するように、配線基板21上に半導体チップ20aが搭載されている。さらに、半導体チップ20a上には、半導体チップ20bが搭載されている。このとき、半導体チップ20aと半導体チップ20bの電気的な接続は、半導体チップ20aに形成されている貫通電極17aに、半導体チップ20bに形成されているスタッドバンプ電極18bを挿入することにより行なわれている。さらに、半導体チップ20b上には、半導体チップ20cが搭載されている。そして、半導体チップ20bと半導体チップ20cとの電気的な接続は、半導体チップ20bに形成されている貫通電極17bに、半導体チップ20cに形成されているスタッドバンプ電極18cを挿入することにより行なわれている。   A semiconductor chip 20a composed of a microcomputer chip is a semiconductor chip on which a highly integrated circuit is formed, and a through electrode 17a and a stud bump electrode 18a are formed. Similarly, the semiconductor chip 20c made of SDRAM is a semiconductor chip on which a highly integrated circuit is formed, and a through electrode 17c and a stud bump electrode 18c are formed. On the other hand, the semiconductor chip 20b is an interposer chip, and a through electrode 17b and a stud bump electrode 18b are formed. The semiconductor chip 20a is mounted on the wiring substrate 21 so as to electrically connect the stud bump electrode 18a formed on the semiconductor chip 20a and the electrode 22 formed on the wiring substrate 21. Further, a semiconductor chip 20b is mounted on the semiconductor chip 20a. At this time, the electrical connection between the semiconductor chip 20a and the semiconductor chip 20b is performed by inserting the stud bump electrode 18b formed in the semiconductor chip 20b into the through electrode 17a formed in the semiconductor chip 20a. Yes. Further, a semiconductor chip 20c is mounted on the semiconductor chip 20b. The electrical connection between the semiconductor chip 20b and the semiconductor chip 20c is performed by inserting the stud bump electrode 18c formed in the semiconductor chip 20c into the through electrode 17b formed in the semiconductor chip 20b. Yes.

配線基板21の半導体チップ20a〜20cを搭載した面とは反対側の面には、半田バンプ電極23が形成されている。この半田バンプ電極23は配線基板の内部を介して電極22と電気的に接続されている。半田バンプ電極23は、半導体装置の外部との電気的接続を行なうための外部端子としての機能を有している。   A solder bump electrode 23 is formed on the surface of the wiring substrate 21 opposite to the surface on which the semiconductor chips 20a to 20c are mounted. The solder bump electrode 23 is electrically connected to the electrode 22 through the inside of the wiring board. The solder bump electrode 23 has a function as an external terminal for electrical connection with the outside of the semiconductor device.

さらに、配線基板21および半導体チップ20a〜20cの隙間を埋め込むように封止用接着材24が形成されている。封止用接着材24は半導体装置の機械的強度を高めて、半導体装置の組み立て工程におけるハンドリング性を高めるとともに、半導体装置を外部環境から保護する機能を有している。   Further, a sealing adhesive 24 is formed so as to fill a gap between the wiring substrate 21 and the semiconductor chips 20a to 20c. The sealing adhesive 24 has a function of enhancing the mechanical strength of the semiconductor device, improving the handling property in the assembly process of the semiconductor device, and protecting the semiconductor device from the external environment.

本実施の形態4における半導体装置は上記のように構成されており、以下に、半導体チップ20a〜20cの積層方法について説明する。   The semiconductor device according to the fourth embodiment is configured as described above, and a method for stacking the semiconductor chips 20a to 20c will be described below.

例えば、半導体基板として第1半導体ウェハを用い、第1半導体ウェハにある個々のチップ領域に対して前記実施の形態1で説明した処理を実施することにより第1半導体ウェハの個々のチップ領域に形成された第1パッドに電気的に接続する貫通電極17a(第1貫通電極)を形成する。その後、第1半導体ウェハを複数の半導体チップに個片化して半導体チップ20a(第1半導体チップ)を取得する。そして、半導体チップ20aにおいて、貫通電極17aと接続する側とは反対側の第1パッド上にスタッドバンプ電極18aを形成する。   For example, the first semiconductor wafer is used as the semiconductor substrate, and the processing described in the first embodiment is performed on the individual chip regions on the first semiconductor wafer to form the individual chip regions on the first semiconductor wafer. A through electrode 17a (first through electrode) that is electrically connected to the formed first pad is formed. Thereafter, the first semiconductor wafer is divided into a plurality of semiconductor chips to obtain the semiconductor chip 20a (first semiconductor chip). In the semiconductor chip 20a, the stud bump electrode 18a is formed on the first pad opposite to the side connected to the through electrode 17a.

同様に、半導体基板として第2半導体ウェハを用い、第2半導体ウェハにある個々のチップ領域に対して前記実施の形態2で説明した処理を実施することにより第2半導体ウェハの個々のチップ領域に形成された第2パッドに電気的に接続する貫通電極17b(第2貫通電極)を形成する。その後、第2半導体ウェハを複数の半導体チップに個片化して半導体チップ20b(第2半導体チップ)を取得する。そして、半導体チップ20bにおいて、貫通電極17bと接続する側とは反対側の第2パッド上にスタッドバンプ電極18bを形成する。   Similarly, the second semiconductor wafer is used as the semiconductor substrate, and the processing described in the second embodiment is performed on the individual chip regions on the second semiconductor wafer, so that the individual chip regions on the second semiconductor wafer are processed. A through electrode 17b (second through electrode) that is electrically connected to the formed second pad is formed. Thereafter, the second semiconductor wafer is divided into a plurality of semiconductor chips to obtain the semiconductor chip 20b (second semiconductor chip). Then, in the semiconductor chip 20b, the stud bump electrode 18b is formed on the second pad opposite to the side connected to the through electrode 17b.

続いて、半導体チップ20a上に半導体チップ20bを積層して電気的に接続する。この工程は、半導体チップ20bに形成されているスタッドバンプ電極18bを半導体チップ20aに形成した貫通電極17aに圧接によって変形注入することにより行なわれる。
このように半導体チップ20aおよび半導体チップ20bをそれぞれ形成した後、積層することにより半導体装置を形成することができる。なお、半導体チップ20b上に半導体チップ20cを積層する場合も同様である。
Subsequently, the semiconductor chip 20b is stacked on the semiconductor chip 20a and electrically connected. This step is performed by deforming and injecting the stud bump electrode 18b formed on the semiconductor chip 20b into the through electrode 17a formed on the semiconductor chip 20a by pressure contact.
Thus, after forming the semiconductor chip 20a and the semiconductor chip 20b, respectively, a semiconductor device can be formed by stacking. The same applies when the semiconductor chip 20c is stacked on the semiconductor chip 20b.

次に、半導体チップ20a〜20cを積層する別の方法について説明する。例えば、第1半導体ウェハにある個々のチップ領域に対して前記実施の形態1で説明した処理を実施することにより第1半導体ウェハの個々のチップ領域に形成された第1パッドに電気的に接続する貫通電極17aを形成した後、貫通電極17aと接続する側とは反対側の前記第1パッド上にスタッドバンプ電極18aを形成する。このように半導体ウェハの状態でスタッドバンプ電極18aを形成することもできる。   Next, another method for stacking the semiconductor chips 20a to 20c will be described. For example, by performing the processing described in the first embodiment on the individual chip regions in the first semiconductor wafer, it is electrically connected to the first pads formed in the individual chip regions of the first semiconductor wafer. After the through electrode 17a to be formed is formed, the stud bump electrode 18a is formed on the first pad opposite to the side connected to the through electrode 17a. Thus, the stud bump electrode 18a can be formed in the state of the semiconductor wafer.

同様に、第2半導体ウェハにある個々のチップ領域に対して前記実施の形態2で説明した処理を実施することにより第2半導体ウェハの個々のチップ領域に形成された第2パッドに電気的に接続する貫通電極17bを形成した後、貫通電極17bと接続する側とは反対側の第2パッド上にスタッドバンプ電極18bを形成する。   Similarly, the processing described in the second embodiment is performed on the individual chip regions in the second semiconductor wafer to electrically apply the second pads formed in the individual chip regions of the second semiconductor wafer. After forming the through electrode 17b to be connected, the stud bump electrode 18b is formed on the second pad opposite to the side connected to the through electrode 17b.

その後、第1半導体ウェハ上に前記第2半導体ウェハを積層して電気的に接続する。この工程は、第2半導体ウェハに形成されているスタッドバンプ電極18bを第1半導体ウェハに形成した貫通電極17aに圧接によって変形注入することにより行なわれる。このように半導体ウェハの状態で積層することもできる。   Thereafter, the second semiconductor wafer is stacked on the first semiconductor wafer and electrically connected. This step is performed by deforming and implanting the stud bump electrode 18b formed on the second semiconductor wafer into the through electrode 17a formed on the first semiconductor wafer by pressure contact. Thus, it can also laminate | stack in the state of a semiconductor wafer.

次に、第1半導体ウェハと第2半導体ウェハとを積層化状態で半導体チップに個片化する。これにより、半導体チップ20aと半導体チップ20bとの積層構造を得ることができる。なお、半導体チップ20b上に半導体チップ20cを積層する場合も同様である。   Next, the first semiconductor wafer and the second semiconductor wafer are separated into semiconductor chips in a stacked state. Thereby, a laminated structure of the semiconductor chip 20a and the semiconductor chip 20b can be obtained. The same applies when the semiconductor chip 20c is stacked on the semiconductor chip 20b.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.

最後に、特許文献4(特開2005−93486号公報)と本願発明とを比較してみる。特許文献4と本願発明では、貫通電極を第1孔と第1孔よりも小径の第2孔により形成している点と、第1孔の底面に露出する層間絶縁膜をエッチングしている点が類似していると思われる。しかし、特許文献4では、貫通電極の内部を完全に導体膜で充填しているのに対し、本願発明では貫通電極の内部に空洞が形成されている点が相違する。この相違点は大きな相違点である。すなわち、本願発明では、貫通電極の内部にスタッドバンプ電極を変形注入することにより複数の半導体チップを積層する構造を採用している。このため、貫通電極の内部にはスタッドバンプ電極を注入する空間が必要なのである。したがって、貫通電極にスタッドバンプ電極を挿入する第1孔を形成している。このとき、貫通電極からパッドに達するように第1孔を形成することも可能である。しかし、孔径の大きな第1孔をパッドに達するように形成すると、パッドを支えている層間絶縁膜が除去されてパッドの強度低下が顕在化する。そこで、本願発明では、第1孔を半導体基板の途中まで形成し、この第1孔の底面からパッドに達する孔として第1孔よりも孔径の小さな第2孔を形成している。これにより、第2孔の周囲に層間絶縁膜を充分に残すことができ、パッドの強度低下を防止できるのである。このように貫通電極を第1孔と第2孔で形成する技術的思想は、貫通電極の内部が空洞であることから発生するパッド強度の低下という問題を解決するものとして効果がある。さらにパッド強度の低下の問題はパッド上にスタッドバンプ電極を形成するときに問題となる。すなわち、本願発明の構成は、パッド上にスタッドバンプ電極を形成する構成を前提とするものである。   Finally, Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-93486) and the present invention will be compared. In Patent Document 4 and the present invention, the through electrode is formed by the first hole and the second hole having a smaller diameter than the first hole, and the interlayer insulating film exposed at the bottom surface of the first hole is etched. Seems to be similar. However, in Patent Document 4, the inside of the through electrode is completely filled with the conductor film, whereas the present invention is different in that a cavity is formed inside the through electrode. This difference is a big difference. That is, the present invention employs a structure in which a plurality of semiconductor chips are stacked by deforming and injecting stud bump electrodes into the through electrodes. For this reason, a space for injecting the stud bump electrode is required inside the through electrode. Therefore, a first hole for inserting the stud bump electrode is formed in the through electrode. At this time, the first hole can be formed so as to reach the pad from the through electrode. However, if the first hole having a large hole diameter is formed so as to reach the pad, the interlayer insulating film supporting the pad is removed, and the strength reduction of the pad becomes obvious. Therefore, in the present invention, the first hole is formed partway through the semiconductor substrate, and the second hole having a smaller hole diameter than the first hole is formed as a hole reaching the pad from the bottom surface of the first hole. Thereby, a sufficient interlayer insulating film can be left around the second hole, and a decrease in the strength of the pad can be prevented. Thus, the technical idea of forming the through electrode by the first hole and the second hole is effective as a solution to the problem of a decrease in pad strength that occurs because the inside of the through electrode is a cavity. Furthermore, the problem of a decrease in pad strength becomes a problem when stud bump electrodes are formed on the pad. That is, the configuration of the present invention is premised on the configuration in which the stud bump electrode is formed on the pad.

これに対し、特許文献4では、貫通電極を第1孔と第1孔よりも孔径の小さい第2孔より形成しているが、貫通電極の内部は導体膜で充填されている。したがって、パッドの強度は貫通電極の内部に充填されている導体膜で支持されるので、そもそもパッドの強度低下という問題は発生しない。さらに、パッド上にスタッドバンプ電極を形成する構成でもないのでパッド強度の問題はない。すなわち、貫通電極を第1孔と第1孔よりも孔径の小さい第2孔より形成しているが、その目的と効果について特許文献4には記載も示唆もない。特許文献4では、第1孔の側面に絶縁膜を形成しており、この後、第2孔を加工していることから、第1孔の側面に形成されている絶縁膜の膜厚分だけ第2孔の孔径が小さくなるに過ぎないと考えられる。すなわち、本願発明は、第1孔の側面に形成されている絶縁膜の膜厚に関係なく、意図的に第1孔の底面からパッドに達する孔として第1孔の孔径よりも小さな第2孔を形成しているのである。このことから、特許文献4には本願発明を容易に想到する動機付けとなる記載は存在していないと考えられる。   On the other hand, in Patent Document 4, the through electrode is formed by the first hole and the second hole having a smaller hole diameter than the first hole, but the inside of the through electrode is filled with a conductor film. Therefore, since the strength of the pad is supported by the conductor film filled in the through electrode, there is no problem that the strength of the pad is lowered in the first place. Furthermore, since the stud bump electrode is not formed on the pad, there is no problem of pad strength. That is, the through electrode is formed by the first hole and the second hole having a smaller hole diameter than the first hole, but neither the purpose nor the effect is described or suggested in Patent Document 4. In Patent Document 4, since the insulating film is formed on the side surface of the first hole, and then the second hole is processed, only the film thickness of the insulating film formed on the side surface of the first hole is obtained. It is considered that the hole diameter of the second hole is only small. That is, in the present invention, the second hole smaller than the hole diameter of the first hole is intentionally a hole reaching the pad from the bottom surface of the first hole regardless of the film thickness of the insulating film formed on the side surface of the first hole. Is formed. From this, it is considered that there is no description in Patent Document 4 that motivates the present invention easily.

続いて、本願発明の特徴は、第1孔の底面に露出する層間絶縁膜をエッチングして意図的に層間絶縁膜の膜厚を減少させるように制御する点にある。このように第1孔とパッド間に存在する層間絶縁膜の膜厚を減少するように制御することにより、層間絶縁膜をエッチングして形成される第2孔の加工工程を容易にして第2孔を形成する信頼性を向上することができる利点が得られる。   Subsequently, the present invention is characterized in that the interlayer insulating film exposed on the bottom surface of the first hole is etched to control to intentionally reduce the film thickness of the interlayer insulating film. By controlling the thickness of the interlayer insulating film existing between the first hole and the pad in this way, the second hole formed by etching the interlayer insulating film can be easily processed. The advantage that the reliability of forming the hole can be improved is obtained.

これに対し、特許文献4では、第1孔の底面に露出する層間絶縁膜がエッチングされる点は類似するが、特許文献4では、第1孔を形成する際に使用するハードマスクを除去する際に付随的に第1孔の底面に露出する層間絶縁膜もエッチングされるものである。すなわち、特許文献4では、第1孔の底面に露出する層間絶縁膜を意図的にエッチングして膜厚を制御するという技術的思想は記載も示唆もされておらず、本願発明を容易に想到する動機付けとなる記載は存在しないと考えられる。   On the other hand, Patent Document 4 is similar in that the interlayer insulating film exposed on the bottom surface of the first hole is etched, but in Patent Document 4, the hard mask used when forming the first hole is removed. At this time, the interlayer insulating film exposed to the bottom surface of the first hole is also etched. That is, in Patent Document 4, there is no description or suggestion of the technical idea of intentionally etching the interlayer insulating film exposed on the bottom surface of the first hole to control the film thickness, and the present invention is easily conceived. There seems to be no description that motivates them to do so.

以上のように、特許文献4には本願発明と一見類似する構成が開示されていると思われるが、詳細に検討すると、本願発明と特許文献4とはまったく異なる技術的思想であり、特許文献4には本願発明を容易に想到する動機付けとなる記載は存在しないことは明らかである。したがって、当業者といえども、特許文献4の記載から本願発明を容易に想到することは困難であると考えられる。   As described above, it is considered that Patent Document 4 discloses a configuration that is seemingly similar to the present invention. However, when examined in detail, the present invention and Patent Document 4 are completely different technical ideas. It is clear that there is no description in 4 that will motivate the present invention easily. Therefore, even those skilled in the art will find it difficult to easily come up with the present invention from the description in Patent Document 4.

本発明は、半導体装置を製造する製造業に幅広く利用することができる。   The present invention can be widely used in the manufacturing industry for manufacturing semiconductor devices.

1 半導体基板
1a 第1面
1b 第2面
2 層間絶縁膜
3 パッド
4 接着層
5 支持基板
6 レジスト膜
6a 開口部
7 第1孔
8 絶縁膜
8a 感光性絶縁膜
9 アルミニウム膜
10 レジスト膜
10a 開口部
11 第2孔
12 シード層
13 レジスト膜
14 めっき膜
15 導体膜
16 レジスト膜
17 貫通電極
17a 貫通電極
17b 貫通電極
17c 貫通電極
18 スタッドバンプ電極
18a スタッドバンプ電極
18b スタッドバンプ電極
18c スタッドバンプ電極
19 クラック
20a 半導体チップ
20b 半導体チップ
20c 半導体チップ
21 配線基板
22 電極
23 半田バンプ電極
24 封止用接着材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 1a 1st surface 1b 2nd surface 2 Interlayer insulating film 3 Pad 4 Adhesive layer 5 Support substrate 6 Resist film 6a Opening 7 First hole 8 Insulating film 8a Photosensitive insulating film 9 Aluminum film 10 Resist film 10a Opening 11 Second hole 12 Seed layer 13 Resist film 14 Plating film 15 Conductor film 16 Resist film 17 Through electrode 17a Through electrode 17b Through electrode 17c Through electrode 18 Stud bump electrode 18a Stud bump electrode 18b Stud bump electrode 18c Stud bump electrode 19 Crack 20a Semiconductor chip 20b Semiconductor chip 20c Semiconductor chip 21 Wiring board 22 Electrode 23 Solder bump electrode 24 Sealing adhesive

Claims (4)

半導体基板と、
前記半導体基板の第1面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成されたパッドと、
前記半導体基板の前記第1面とは反対側にある第2面から前記層間絶縁膜に達する孔と、
前記孔の側面に形成された絶縁膜と、
前記絶縁膜を介して前記孔の底面および側面に形成され、前記パッドと電気的に接続された導体部材とを備え、
前記孔の底面が前記層間絶縁膜と前記半導体基板の境界よりも前記パッドに近い位置まで形成されている半導体装置。
A semiconductor substrate;
An interlayer insulating film formed on the first surface of the semiconductor substrate;
A pad formed on the interlayer insulating film;
A hole reaching the interlayer insulating film from a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate;
An insulating film formed on a side surface of the hole;
A conductor member formed on the bottom and side surfaces of the hole through the insulating film and electrically connected to the pad;
A semiconductor device in which a bottom surface of the hole is formed to a position closer to the pad than a boundary between the interlayer insulating film and the semiconductor substrate.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記孔の孔径よりも小さく、前記孔の底面から前記パッドにより近い位置まで形成された別の孔を備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising another hole that is smaller than the hole diameter of the hole and formed from a bottom surface of the hole to a position closer to the pad.
請求項2記載の半導体装置であって、
前記孔は内部が空洞となっている半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
The hole is a semiconductor device having a hollow inside.
請求項1記載の半導体装置であって、
前記パッド上にバンプ電極を備える半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device comprising a bump electrode on the pad.
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