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JP4035066B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法 Download PDF

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JP4035066B2 JP2003027112A JP2003027112A JP4035066B2 JP 4035066 B2 JP4035066 B2 JP 4035066B2 JP 2003027112 A JP2003027112 A JP 2003027112A JP 2003027112 A JP2003027112 A JP 2003027112A JP 4035066 B2 JP4035066 B2 JP 4035066B2
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主面に半導体回路を有するとともに、主面から裏面に向かって延びた貫通孔を有する半導体基板と、前記貫通孔に前記裏面から端部が突出して設けられた貫通電極とを備えた半導体装置の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、貫通電極を有する半導体装置は、例えば次の手順で製造される。
先ず、表面に半導体回路を有する基板本体に窪みを形成した後、窪みの内壁面に絶縁膜を形成し、次に窪みに絶縁膜を介して導電材を埋め込み、貫通電極となる埋め込み電極を形成する。
その次に、基板本体の裏面を、窪みの底まで、即ち埋め込み電極の端面が露出するまで研削して貫通電極となし、引き続き基板本体の裏面をエッチングにより除去して貫通電極を裏面に突出させるとともに薄型化した半導体基板を形成した後、半導体基板の裏面全体および貫通電極の端面に絶縁膜を堆積する。
最後に貫通電極の端面を覆った絶縁膜を削除する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−５３２１８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の半導体装置の製造方法によれば、基板本体を構成するシリコンをエッチングして貫通電極の端部を裏面からに突出させなければならず、これにドライエッチングを用いた場合、その前工程での基板本体の研削による汚染などの影響が著しく均一なエッチングが困難であり、この汚染を取り除くために特殊な工程が必要であるという問題点があった。
また、ウエットエッチングを用いた場合には、連続的にシリコンで構成された基板本体の裏面を所定のエッチング量で停止させることが困難であり、貫通電極の裏面突出量の制御が困難であるという問題点もあった。
また、半導体基板の裏面全体および貫通電極の端面に絶縁膜を堆積した後、最後に貫通電極の端面を覆った絶縁膜を削除する工程が別途必要となり、それだけ工程が複雑であるという問題点もあった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、貫通電極の裏面突出量の制御が容易で、かつ正確である等の半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の端面が露出するまで除去して、前記貫通電極をなす工程と、前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して薄膜化した半導体基板を形成する工程とを含む。
【０００７】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法は、表面に半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、前記窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記表面に対する基板本体の裏側を、前記窪みの底の手前まで除去する工程と、前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化した半導体基板を形成する工程と、前記貫通電極の端部を覆った前記絶縁膜を除去する工程とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程における半導体装置の断面図である。
この半導体装置は、主面１に半導体回路２を有するとともに、主面１から裏面に向かって延びた貫通孔３を有する半導体基板４と、貫通孔３に裏面から突出部５ａが突出して設けられた貫通電極５と、貫通電極５の周面を覆ったシリコン窒化膜で構成された絶縁膜８と、半導体基板４の裏面全域に設けられた絶縁膜である陽極酸化膜１０とを備えている。
【０００９】
この半導体装置は、次に手順で製造される。
先ず、表面に半導体回路２を有するシリコンで構成された基板本体６に窪み７を形成し、その窪み７の内壁面にシリコン窒化膜により絶縁膜８を形成し、その後、窪み７に絶縁膜８を介して導電材を埋め込み貫通電極５となる埋め込み電極１５を形成する（図１（ａ）参照）。
次に、基板本体６の裏側を、埋め込み電極１５の端面が露出するまで除去して貫通電極５とする（図１（ｂ）参照）。基板本体６の裏側を除去する方法としては、機械的研削、化学的機械研磨、エッチングの何れでもよいし、これらの組み合わせでもよい。
その後、基板本体６の裏面を陽極酸化して二酸化シリコンで構成された陽極酸化膜９を形成する（図１（ｃ）参照）。
次に、その陽極酸化膜９をウエットエッチングにより除去し、貫通電極５を裏面から突出させるとともに、薄型化した半導体基板４を形成する（図１（ｄ）参照）。このとき、陽極酸化膜９の形成、およびその陽極酸化膜９の除去を繰り返すことで半導体基板４の裏面から突出する突出部５ａの突出量は調節される。
最後に、半導体基板４の裏面全体を陽極酸化して陽極酸化膜１０を設ける（図１（ｅ））。
【００１０】
上記構成の半導体装置の製造方法によれば、図１（ｃ）に示すように、基板本体６の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜９を形成しているが、この陽極酸化では、シリコンに電圧を印加し、薬液として適切なものを選択できることで、露出した貫通電極５の裏面に露出した面にはほとんど酸化膜は形成されず、基板本体６の裏面のシリコンのみに二酸化シリコンで構成された陽極酸化膜９が形成される。
このとき得られた陽極酸化膜９は、一般にシリコンの熱酸化膜に比べ膜質が悪く稠密でない性質があり、印加する電圧など陽極酸化の条件を選択することにより、容易にこの傾向を強めることができる。このようにして得られた陽極酸化膜９は一般にエッチング速度が速く簡単に除去できる。
【００１１】
また、この二酸化シリコンで構成された陽極酸化膜９の膜厚は表面から一定であり、エッチング液を選択することで、シリコン面である半導体基板４の面でエッチングが停止するため、エッチング厚が一定になり、結果として貫通電極５の突出部５ａの突出量が一定に制御される。
さらに、絶縁膜８はシリコン窒化膜で形成されているため、図１（ｄ）に示すように、陽極酸化膜９の除去の際にはこのシリコン窒化膜はエッチングされずに残留することから、最終的に突出部５ａの側壁に絶縁膜８が残り、絶縁性が向上する。
【００１２】
さらにまた、最後に、半導体基板４の裏面全体が陽極酸化により陽極絶縁膜１０が形成されているので、一層の絶縁性の向上と化学的な安定性が得られる。
なお、このときの陽極絶縁膜１０は、貫通電極５の突出部５ａを形成するための陽極酸化膜９と異なり、陽極酸化条件を変えることで、熱酸化膜ほどではないものの、十分良好な稠密な膜質を得ることができる。
【００１３】
実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の各工程における半導体装置の断面図である。
実施の形態１の半導体装置では、貫通電極５の突出部５ａの側面は絶縁膜８で被覆されていたのに対して、この実施の形態の半導体装置では、貫通電極５の突出部５ａの側面が露出している。他の構成は、実施の形態１と同様である。
【００１４】
この半導体装置は、次に手順で製造される。
先ず、表面に半導体回路２を有するシリコンで構成された基板本体６に窪み７を形成し、その窪み７の内壁面にシリコン窒化膜により絶縁膜８を形成し、その後、窪み７に絶縁膜８を介して導電材を埋め込み埋め込み電極１５を形成する（図２（ａ）参照）。
次に、基板本体６の裏側を、窪み７の底の手前まで除去する（図２（ｂ）参照）。基板本体６の裏側を除去する方法としては、機械的研削、化学的機械研磨、エッチングの何れでもよいし、これらの組み合わせでもよい。
その後、基板本体６の裏面を陽極酸化して二酸化シリコンで構成された陽極酸化膜９を形成する（図２（ｃ）参照）。
【００１５】
次に、その陽極酸化膜９をウエットエッチングにより除去して貫通電極５とし、かつ薄型化した半導体基板４を形成する。このとき、陽極酸化膜９の形成、およびその陽極酸化膜９の除去を繰り返すことで半導体基板４の裏面から突出する貫通電極５の突出部５ａの突出量が調節される（図２（ｄ）参照）。
この後、半導体基板４の裏面全体を陽極酸化して陽極絶縁膜１０を形成する（図２（ｅ））。
そして、最後に貫通電極５の端部を覆った絶縁膜８を除去する（図２（ｆ））。
【００１６】
この実施の形態では、基板本体６および半導体基板４の裏面が陽極酸化されるときには、貫通電極５の端面はシリコン窒化膜である絶縁膜８で覆われているので、貫通電極５の突出部５ａでの酸化や腐食は生じない。
また、貫通電極５の突出部５ａを被覆した絶縁膜８が削除されるときには、既に半導体基板４の裏面の全域が陽極絶縁膜１０で覆われているので、その絶縁膜８の除去による半導体基板４の裏面に対する影響は無い。
【００１７】
さらに、実施の形態１と同様に、半導体基板４の裏面全体にわたって陽極絶縁膜１０が設けられているので、一層の絶縁性の向上と化学的な安定性が得られる。
さらにまた、貫通電極５の突出部５ａでは端面とともに側面も露出しているので、接合性が向上する。特に、嵌め合いによる接合に有効となる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の半導体装置の製造方法によれば、表面に半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、前記窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の端面が露出するまで除去して、前記貫通電極となす工程と、前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して薄膜化した半導体基板を形成する工程とを含むので、貫通電極の裏面突出量の制御が容易であるとともに、貫通電極の突出量が均一な半導体装置を簡単に得ることができる。また、半導体基板の裏面から突出した貫通電極の端部の端面を露出させる工程を設ける必要も無いという効果もある。
【００１９】
また、この発明に係る半導体装置の製造方法によれば、表面に半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、前記表面に対する基板本体の裏側を、前記窪みの底の手前まで除去する工程と、前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化した半導体基板を形成する工程と、前記貫通電極の端部を覆った前記絶縁膜を除去する工程とを含むので、貫通電極の裏面突出量の制御が容易であるとともに、貫通電極の突出量が均一な半導体装置を簡単に得ることができる。また、半導体基板の裏面から突出した貫通電極の端部の端面とともに側面も露出しており、接合性が向上した半導体装置を簡単に得ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程における半導体装置の断面図である。
【図２】 この発明の実施の形態２の半導体装置の製造方法の各工程における半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
１ 主面、２ 半導体回路、３ 貫通孔、４ 半導体基板、５ 貫通電極、６基板本体、７ 窪み、８ 絶縁膜、９ 陽極酸化膜、１０ 陽極絶縁膜、１５
埋め込み電極。

Claims (4)

  1. 主面に半導体回路を有するとともに、主面から裏面に向かって延びた貫通孔を有する半導体基板と、前記貫通孔に前記裏面から端部が突出して設けられた貫通電極とを備えた半導体装置の製造方法であって、
    表面に前記半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、
    前記窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、
    前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み前記貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、
    前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記埋め込み電極の端面が露出するまで除去して前記貫通電極をなす工程と、
    前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、
    前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して薄膜化した前記半導体基板を形成する工程と、
    を含む半導体装置の製造方法。
  2. 主面に半導体回路を有するとともに、主面から裏面に向かって延びた貫通孔を有する半導体基板と、前記貫通孔に前記裏面から端部が突出して設けられた貫通電極とを備えた半導体装置の製造方法であって、
    表面に前記半導体回路を有する基板本体に窪みを形成する工程と、
    前記窪みの内壁面に絶縁膜を形成する工程と、
    前記窪みに前記絶縁膜を介して導電材を埋め込み前記貫通電極となる埋め込み電極を形成する工程と、
    前記表面に対する前記基板本体の裏側を、前記窪みの底の手前まで除去する工程と、
    前記基板本体の裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、
    前記陽極酸化膜をエッチングにより除去して前記貫通電極となし、かつ薄型化した前記半導体基板を形成する工程と、
    前記貫通電極の端部を覆った前記絶縁膜を除去する工程と
    を含む半導体装置の製造方法。
  3. 前記基板本体の前記裏面を陽極酸化して陽極酸化膜を形成する工程と、前記陽極酸化膜をエッチングにより除去する工程とを複数回繰り返す請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記半導体基板はシリコンまたはシリコンを主成分とする単結晶で構成され、前記絶縁膜はシリコン窒化膜で構成されている請求項１ないし請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造方法。
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