JP5874481B2 - Formation method of through electrode - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置の接続技術に関し、より詳細には積層した半導体チップ間の接続を行なう貫通電極の形成方法に関するものである。 The present invention relates to a connection technique of a semiconductor device, and more particularly to a method of forming a through electrode for connecting between stacked semiconductor chips.
半導体集積回路は、これまで指数関数的に集積度の向上が図られてきた。中でも素子寸法の微細化はスケーリング則に従って進み、これまでに65nmプロセスルールまでは既に確立した技術となって実用に供されており、現在ではさらに微細化した32nmプロセスルールの開発が進みつつある。しかし、これらの微細化はほぼ限界に近づいてきており、従来進めてきた半導体チップ(以降、単にチップと言う)の面内の集積度を向上する2次元から複数枚のチップを縦に積み上げる3次元実装に移行しつつある。例えば、携帯電話器に使用さているチップはシステムインパッケージが主流となっている。また、チップを積層したフラッシュメモリも海外からリリースされている。このように、3次元化技術を適用した製品は、さらに拡大する傾向にある。 Up to now, the degree of integration of semiconductor integrated circuits has been improved exponentially. In particular, the miniaturization of element dimensions proceeds according to the scaling rule, and the 65 nm process rule has been established and put into practical use until now, and development of a further miniaturized 32 nm process rule is now underway. However, these miniaturizations are almost approaching the limit, and two-dimensionally stacking a plurality of chips vertically to improve the in-plane integration of semiconductor chips (hereinafter simply referred to as chips) 3 Moving to dimension implementation. For example, system-in-package is the mainstream of chips used in mobile phones. Also, flash memory with stacked chips has been released from overseas. Thus, products to which the three-dimensional technology is applied tend to be further expanded.
3次元実装においては、チップを積層する積層技術、チップ間を電気的に接続する接続技術が必要である。チップ間の接続技術の一つに、機能素子を形成した半導体基板(以降、単に基板と言う)の表面から基板の裏面に貫通する貫通電極を形成し、チップ間をこの貫通電極を介して接続する方法が知られている。貫通電極の形成の一方法として、まず基板の表面から厚み方向に凹形状のホールを設け、このホールの内壁に絶縁膜、続いて酸化防止膜を形成し、その中に金属材料を埋め込んで基板中に貫通電極を形成する方法が一般的に行なわれている。その後に、基板の裏面から基板を削って貫通電極を露出させ、露出させた貫通電極の部分を接続相手の基板上に形成された接続パッドと例えば半田接続させるものである。 In the three-dimensional mounting, a stacking technique for stacking chips and a connection technique for electrically connecting the chips are required. One of the chip-to-chip connection technologies is to form through electrodes that penetrate from the surface of a semiconductor substrate (hereinafter simply referred to as a substrate) on which functional elements are formed, to the back of the substrate, and connect the chips via the through electrodes. How to do is known. As a method of forming the through electrode, first, a concave hole is formed in the thickness direction from the surface of the substrate, an insulating film is formed on the inner wall of the hole, and then an antioxidant film is formed, and a metal material is embedded therein to embed the substrate. A method of forming a through electrode therein is generally performed. After that, the substrate is scraped from the back surface of the substrate to expose the through electrode, and the exposed through electrode portion is, for example, solder connected to a connection pad formed on the connection partner substrate.
上記したように、3次元実装における技術の一つに基板の表面と裏面とを貫通する貫通電極を形成し、この貫通電極を介してチップ間を接続する方法が知られている。この貫通電極の形成においては、基板の厚み方向に絶縁膜等を被覆した貫通電極を形成した後に基板の裏面から基板(例えばシリコン)をドライエッチングにより貫通電極を露出させ、その後に電気的接続を行なうために貫通電極の端部表面の絶縁膜を除去して電極材(例えばCu)を露出させることを行なう。この時に、電極材の金属が基板上に飛散し、飛散した金属が基板中に拡散して素子の性能を損なう場合がある。 As described above, a method of forming a through electrode penetrating the front and back surfaces of a substrate and connecting chips via the through electrode is known as one of the techniques in three-dimensional mounting. In the formation of the through electrode, after forming the through electrode covered with an insulating film or the like in the thickness direction of the substrate, the substrate (for example, silicon) is exposed from the back surface of the substrate by dry etching, and then the electrical connection is made. For this purpose, the insulating film on the end surface of the through electrode is removed to expose the electrode material (for example, Cu). At this time, the metal of the electrode material may be scattered on the substrate, and the scattered metal may diffuse into the substrate and impair the performance of the element.
これは、電極材の露出において、突起した貫通電極を含めて基板の裏面全面に保護膜となる絶縁性の樹脂液を塗布してドライエッチングを行なうが、多数の貫通電極を形成した基板の領域(電極密集領域と言うことにする)の近傍の領域(電極近傍領域と言うことにする)の保護膜が薄いため、ドライエッチング中に保護膜が削られて基板が露出するためである。電極近傍領域の保護膜が薄くなる理由は、基板に保護膜の樹脂液を塗布するときに、樹脂液の表面エネルギーの最小化の法則(即ち、表面張力)と樹脂液の移動度(即ち、粘性)とにより電極密集領域の樹脂液は凝集して膜厚が厚くなるが、そこに電極近傍領域の樹脂液が供給される、と考えられるためである。電極近傍領域の保護膜が薄化した状態でドライエッチングを行なうと、保護膜のエッチングが進むに従って貫通電極の上面と共に電極近傍領域が露出することになる(貫通電極の上面の保護膜は、貫通電極が突起しているため樹脂液の自重により貫通電極の側面を伝って下方に移動するために薄くなっている)。即ち、貫通電極の上面では絶縁膜が露出し、電極近傍領域では基板材料(例えば、シリコン)が露出する。さらにエッチングが進んで、貫通電極上面の絶縁膜が削られ電極材が露出するようになると、イオンで叩かれた電極材から電極材の金属が露出した基板上に飛散し、その金属が基板中に拡散する。例えば電極材がCuであった場合、Cuが基板のシリコン中に拡散することになる。 This is because, in the exposure of the electrode material, an insulating resin solution serving as a protective film is applied to the entire back surface of the substrate including the protruding through electrodes, and dry etching is performed. This is because the protective film in the region (referred to as the electrode vicinity region) in the vicinity of the electrode dense region (referred to as the electrode vicinity region) is thin, so that the protective film is shaved during dry etching to expose the substrate. The reason why the protective film in the vicinity of the electrode is thin is that when the resin liquid of the protective film is applied to the substrate, the law of minimizing the surface energy of the resin liquid (that is, surface tension) and the mobility of the resin liquid (that is, This is because it is considered that the resin liquid in the electrode dense region aggregates and the film thickness increases, but the resin liquid in the electrode vicinity region is supplied thereto. When dry etching is performed in a state where the protective film in the vicinity of the electrode is thinned, the vicinity of the electrode is exposed together with the upper surface of the through electrode as the protective film is etched (the protective film on the upper surface of the through electrode is not penetrated). Since the electrode protrudes, it is thin to move downward along the side surface of the through electrode due to its own weight. That is, the insulating film is exposed on the upper surface of the through electrode, and the substrate material (for example, silicon) is exposed in the vicinity of the electrode. When the etching progresses further and the insulating film on the upper surface of the through electrode is scraped and the electrode material is exposed, the metal of the electrode material is scattered from the electrode material struck by ions onto the exposed substrate. To spread. For example, when the electrode material is Cu, Cu diffuses into the silicon of the substrate.
本発明は、上記の問題に鑑み、電極近傍領域における保護膜の薄化を抑制することにより、基板中に電極材からの金属拡散が起こらない貫通電極の形成方法を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a through electrode forming method in which metal diffusion from an electrode material does not occur in a substrate by suppressing the thinning of a protective film in a region near the electrode. .
発明の一観点によれば、半導体素子が形成された基板の裏側から基板をエッチングし、基板中に形成された絶縁膜被覆の貫通電極の一部を基板から露出する貫通電極露出工程と、露出された貫通電極の表面に第1の被膜を形成する第1の被膜形成工程と、基板の表面と第1の被膜との上に保護膜を形成する保護膜形成工程と、保護膜をマスクとして貫通電極の端部を露出するようにエッチングを行ない、絶縁膜を除去して貫通電極の電極材を露出する電極材露出工程と、を有する貫通電極の形成方法を提供できる。 According to one aspect of the invention, a through-electrode exposing step of etching a substrate from the back side of the substrate on which a semiconductor element is formed and exposing a part of the through-electrode covered with an insulating film formed in the substrate from the substrate; A first film forming step of forming a first film on the surface of the through electrode formed, a protective film forming step of forming a protective film on the surface of the substrate and the first film, and using the protective film as a mask It is possible to provide a method of forming a through electrode having an electrode material exposing step of performing etching so as to expose the end portion of the through electrode, removing the insulating film, and exposing the electrode material of the through electrode.
開示の貫通電極の形成方法によれば、基板上のエッチング用保護膜の厚さを電極近傍領域と電極近傍領域から外れた領域とで略同一とし、貫通電極端部のエッチング時に基板の損傷を防止することができる。 According to the disclosed method for forming a through electrode, the thickness of the etching protective film on the substrate is made substantially the same in the region near the electrode and the region outside the region near the electrode, and the substrate is damaged during etching of the end of the through electrode. Can be prevented.
本発明の理解を容易にするために、貫通電極形成における電極材金属の基板への拡散例について図1を用いて説明する。 In order to facilitate understanding of the present invention, an example of diffusion of electrode material metal into a substrate in forming a through electrode will be described with reference to FIG.
図1は、貫通電極が形成された基板おいて、基板を支持基板に取付け、貫通電極の電極材を露出するまでの工程の流れを示した図である。図1(a)は、シリコンの基板10の表面にトランジスタ層20と多層配線層30とを形成した基板10を、基板10の裏面を上方に向けて支持基板60に貼り付けた状態を示している。トランジスタ層20はトランジスタ等の機能素子を形成した層であり、多層配線層30はこれらの機能素子間を接続する配線を形成した層である。これらが形成された層の面を支持基板60に向けて貼り付けているので、図1(a)の上方の面は基板10の裏面となる。基板10には表面から基板の厚み方向に形成した貫通電極50が形成されており、その貫通電極50は電極材53の表面に拡散防止膜52が形成され、更にその上に絶縁膜51が形成されている。(逆に言うと、基板10に形成された穴の内壁に絶縁膜51と拡散防止膜52が形成され、この中に電極材53が埋め込まれている)。なお、ここで基板10の「表面」とは、トランジスタ層20と多層配線層30とを形成した面を指し、この表面の反対側の基板10の面を「裏面」と言う。
図1(a)の状態で図の上方からドライエッチングを行ないこれにより選択的に基板10が削られて貫通電極50が露出し(図1(b)参照)、続いて保護膜となる樹脂液(ここでは、保護膜の形成は樹脂液を塗布して形成するので、樹脂液を塗布型樹脂液とも言う場合がある)をスピンコータ等で塗布し、塗布された塗布型樹脂液を乾燥して保護膜80を形成する(図1(c)参照)。図1(c)に示されるように、塗布型樹脂液の表面張力と粘性により貫通電極50が形成された基板の領域D(前述の電極密集領域)の保護膜80の膜厚は厚く、この領域近くの基板領域B(前述の電極近傍領域)と貫通電極50の上部端面の領域Cの保護膜80の膜厚は薄い状態にある。なお、領域Dから離れた基板表面の領域Aの保護膜80の膜厚は、領域Dより薄く、領域Bより厚い。領域Bの保護膜80が薄い理由は、領域Dで表面張力による樹脂液の凝集が起こった際に領域Bの樹脂液が引き寄せられるためと考えられる。
FIG. 1 is a diagram showing a process flow from attaching a substrate to a support substrate and exposing an electrode material of the through electrode in the substrate on which the through electrode is formed. FIG. 1A shows a state in which a
In the state of FIG. 1A, dry etching is performed from the upper side of the drawing, whereby the
図1(c)の保護膜80を形成した状態で全面にドライエッチングを行う。エッチングが進行するに従って保護膜80が削られ、基板面の領域Bのシリコンと貫通電極50上部の領域Cの絶縁膜51とが露出する。ドライエッチングの更なる進行により、領域Cの絶縁膜51は除去され、続いて拡散防止膜52が除去され、電極材53(ここでは、Cu)が露出する。ここで、電極材53のCuがドライエッチングのイオンに叩かれ、Cuの粒子が領域Bに露出したシリコン上に飛散する(図1(d)参照)。飛散したCuはシリコン中に拡散し、機能素子の特性に悪影響を与えることになる。
Dry etching is performed on the entire surface in a state where the
本発明は、電極材金属の基板中への拡散を防ぐために、図1(c)の電極近傍領域(領域B)における保護膜80の薄化を抑制し領域Aと同一の膜厚にする(即ち、均一の膜厚にする)、ことにある。
In the present invention, in order to prevent diffusion of the electrode metal into the substrate, the thickness of the
以下に本発明の実施例を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、実施例では機能素子としてMOSトランジスタを形成しているが、それらはメモリデバイスやMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)等のデバイスであってもよい。また、基板としてシリコン基板を用いているが、GaAs等の化合物半導体基板や、プリント基板等であってもよい。なお、本実施例では、基板と貫通電極の表面に被膜を付けた状態で保護膜を形成するが、基板の表面に付ける被膜を「被膜A」、貫通電極の表面に付ける被膜を「被膜B」と称している。
(実施例1)
図2〜図5を用いて、貫通電極の形成方法を説明する。なお、ここでは基板10の材料としてシリコンを、貫通電極の電極材としてCuを用いている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the embodiment, MOS transistors are formed as functional elements, but they may be devices such as memory devices and MEMS (Micro Electro Mechanical Systems). Further, although a silicon substrate is used as the substrate, a compound semiconductor substrate such as GaAs, a printed circuit board, or the like may be used. In this example, the protective film is formed in a state where the surface of the substrate and the through electrode is applied. The film applied to the surface of the substrate is “film A”, and the film applied to the surface of the through electrode is “film B”. ".
Example 1
A through electrode forming method will be described with reference to FIGS. Here, silicon is used as the material of the
図2(a)において、まず基板10にトランジスタ層20を形成する。このため、基板10の表面に、絶縁膜を成膜した後にフォトリソグラフィを用いてゲート絶縁膜21を形成する。続いてゲート絶縁膜21の上に多結晶シリコン等を用いて同様にゲート電極22を形成し、次に基板10の所定の領域に導電型の不純物をイオン注入してソース/ドレイン領域23を形成する。これで機能素子であるMOSトランジスタが形成される。機能素子を形成した後に基板10上から層間絶縁膜24を成膜し、層間絶縁膜24中にソース/ドレイン領域23と電気的に接続する接続プラグ25を電解メッキ法によって形成する。これでトランジスタ層20が形成される。
In FIG. 2A, first, the
次に、図2(b)に示すように、トランジスタ層10の上から基板10の厚み方向に貫通電極を形成するためのホールを形成する。このために、トランジスタ層20上にレジストを塗布して厚さ10um程度のレジスト膜70を形成し、貫通電極を形成する位置に例えば10umφの開口パターン71を形成する。このレジスト膜70をマスクとして開口パターン71によって露出している層間絶縁層24と基板10とをドライエッチングしてホール11を形成する。このときのドライエッチングの条件は、SF6ガスとC4F8ガスの混合ガスを用い、ガス圧は0.1Torr、印加電力は1000Wである。この条件で、シリコンに対するエッチングレートは10um/minである。エッチングの停止は時間制御とし、深さ100umのホール11を形成する。
Next, as shown in FIG. 2B, holes for forming through electrodes are formed in the thickness direction of the
続いて、図2(c)に示すように、シリコンの基板10中に形成したホール11を電極材の金属で埋めて、貫通電極50を形成する。具体的には、まず図2(b)のレジスト膜70をO2プラズマ雰囲気中に曝し、レジスト膜70を除去する。このときのO2ガス圧は1Torr、印加電力は500Wで、レジスト膜70が十分除去できるまでプラズマ中に曝す。続いて、トランジスタ層10の表面とホール11の内壁に、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により厚さ1umのTEOS(Tetraethyl Orthosilicate)膜を絶縁膜51として成膜し、次にスパッタ法により厚さ100nmのTi膜を拡散防止膜52として形成する。拡散防止膜52は、電極材53の金属の基板中への拡散を抑制すると共に、絶縁膜51と電極材53との密着性を高めるために設けられる。そしてさらに、電極材53を電着させるための厚さ100nmのCu膜を形成する。最後に、電解メッキ法によりホール11をCuで埋め電極材53を形成する。電極材53を形成した後に、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により余分なCu、TiおよびTEOSを除去し、トランジスタ層20表面を露出する。以上で基板10中に貫通電極50が形成される。
Subsequently, as shown in FIG. 2C, the
次に、図3(d)に示すように、貫通電極50を含むトランジスタ層20の上に、多層配線層30を形成する。配線は、機能素子間や機能素子と貫通電極50とを電気的に接続する。多層配線層30の形成は、図2(c)において露出したトランジスタ層20の上に、まず層間絶縁膜31を形成する。この層間絶縁膜31にレジストマスクを用いてドライエッチングと電解メッキにより、機能素子から引き出された接続プラグ25と接続する配線32と貫通電極50と接続するパッド33とを形成する。これらの層間絶縁膜31、配線32およびパッド33からなる層30aが作成されたことになる。層30aの上に、再び層間絶縁膜34を成膜し、この層間絶縁膜34に同様の方法により接続プラグ26を形成して層30bを作成する。更に層30bの上に層間絶縁膜35を成膜し、配線36とパッド37とを形成して層30cを作成する。即ち、多層配線層30は、層30a、層30b、層30cの3層から成る。ここでは多層配線層30を3層構造としたが、必要に応じて上記プロセスを繰り返して4層以上の層としてもよい。
Next, as illustrated in FIG. 3D, the
続いて、図3(e)に示すように、他の基板(チップ)との接続を行なうためにバンプボールの形成と支持基板への取付を行なう。バンプボール38は、層30cの上にレジストを塗布し、開口パターンを形成したレジスト膜41をマスクにドライエッチングと電解メッキを行い、貫通電極50と接続するパッド37上にバンプボール38を形成する。さらに、バンプボール38を覆うように仮接着剤42を塗布して支持基板60に貼り付ける。ここでは、レジスト膜41、仮接着剤42および支持基板60を併せて支持層40としている。
Subsequently, as shown in FIG. 3E, bump balls are formed and attached to a support substrate in order to connect to another substrate (chip). The
ここから、基板10の裏面に対して処理を行なうバックサイドプロセスへ移行する。図4(f)は、支持層40を下に基板10の裏面を上にした状態で上方から基板10を削り貫通電極50を露出した状態を示している(トランジスタ層20中の機能素子や多層配線層30中のバンプボール38は省略して描いている)。基板10は、研削により約150um程度まで薄くし、続いてドライエッチングにより約90um程度まで薄くする。これにより、基板10の裏面から貫通電極50が約10um突起する。このときのドライエッチングは、例えばSF6ガスおよびC4F8ガスの混合ガスを用いて、ガス圧を0.1Torr、印加電力を1000Wとし、10um/min程度のエッチングレートでシリコンをエッチングしている。
From here, the process proceeds to a backside process in which the back surface of the
次に、図4(g)に示すように、基板10から突起した貫通電極50の表面のみに被膜B100を形成する。具体的には基板10の全面に被膜B100となる感光性ポリイミド樹脂を塗布し、120℃で仮硬化する。その後、フォトリソグラフィにより突起した貫通電極50の表面のみを残し、他の領域のポリイミド樹脂を除去して基板10の表面を露出する。これにより、貫通電極50の表面に被膜B100が形成されたことになる。
Next, as shown in FIG. 4G, a coating B100 is formed only on the surface of the through
被膜B100を形成した後に、保護膜110を形成する。図5(h)は、保護膜110となる芳香族炭化水素ベースのポリマー樹脂をスピンコートにて塗布し、120℃にて5分の加熱を施し仮硬化した後にN2中にて250℃1時間の本硬化処理を施して保護膜110を形成した状態を示している。図5(h)に、形成された保護膜110の基板10上の領域A’〜D’を示した。この領域A’〜D’は、図1(c)に示した保護膜80の領域A〜D対応して示したもので、図1(c)の領域Bの電極近傍領域の保護膜80が領域Aより薄くなってしまう薄化の現象が、図5(h)の領域B’の電極近傍領域の保護膜110では領域A’より僅か薄い程度の膜厚となっている。即ち、貫通電極50の電極密集領域(領域D’)の近傍の電極近傍領域(領域B’)の保護膜120の薄化が抑制され、他の基板領域(領域A’)の膜厚に対して僅か薄い程度の膜厚となっている。
After forming the coating B100, the
ここで、保護膜110の基板10に対する濡れ性を表す接触角は樹脂液の状態で68°であり、保護膜110の被膜B100に対する接触角は72°である。即ち、保護膜110は基板10より被膜B100の方が濡れ性が悪くなっている。貫通電極50表面には被膜B100が形成されており、この被膜B100によって電極密集領域での樹脂液は弾かれ、凝集の程度は少なく成る。このため、電極近傍領域の樹脂液を引き寄せる現象は抑制される。図5(i)の領領B’と図1(c)の領領Bとに示されるように、保護膜の基板表面に対する濡れ性と保護膜の貫通電極の表面に対する濡れ性を適切に制御することで、電極近傍の領域の保護膜の薄化は抑制されることが確認された。
Here, the contact angle representing the wettability of the
保護膜110が形成された状態でドライエッチングにより貫通電極50の電極材53であるCuを露出する(図5(i)参照)。このときのドライエッチングの条件は、CF4およびO2の混合ガスを用いて、ガス圧を0.1Torr、印加電力を1000Wとし、電極材53のCuが露出するまでエッチングする。即ち、貫通電極50の上面に形成された保護膜110、被膜B100、TEOSの絶縁膜51およびTiの拡散防止膜52を順次エッチングにより除去する。このとき、貫通電極50のCuを露出させても、基板10の表面には保護膜110が形成された状態を維持しており、Cuが飛散してもこの保護膜110があるためにシリコンへの拡散は行なわれない。このため、機能素子へのCu拡散の影響は見られず、信頼性の高い半導体装置を作成できることが確認された。
(実施例2)
実施例1では、貫通電極の表面に被膜Bを形成し、基板表面には被膜を形成することなく保護膜を形成するものであった。実施例2は、貫通電極に加え基板表面にも被膜を形成した後に保護膜を形成する例である。先の実施例1の図2(a)から図3(e)までは同一であるので、それ以降のプロセスを説明する。即ち、基板10の裏面に対するバックサイドプロセスから説明する。
With the
(Example 2)
In Example 1, the coating B was formed on the surface of the through electrode, and the protective film was formed on the substrate surface without forming the coating. Example 2 is an example in which a protective film is formed after a film is formed on the substrate surface in addition to the through electrode. Since FIG. 2A to FIG. 3E of the first embodiment are the same, the subsequent processes will be described. That is, the backside process for the back surface of the
図6(a)は、バックサイドプロセスの最初のプロセスで、基板10の裏面から貫通電極50を露出させる処理である。即ち、基板10の裏面から研削とドライエッチングによりシリコンを薄くし、貫通電極50を露出させる。この状態は、図4(f)と同一である。
FIG. 6A shows a process of exposing the through
続いて、図6(b)に示すように、被膜A120を形成する。具体的には、薄く削った基板10の上から、1,3−ジフェニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンをスピンコータにて塗布し、110℃で1分の加熱を施して被膜A120を形成する。このとき、被膜A120の形成前に、被膜A120とシリコンとの密着性を向上するために、フッ酸等の薬液処理またはO2等のプラズマ処理を基板10表面に施してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 6B, a film A120 is formed. Specifically, 1,3-diphenyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane is applied on the thinly-
次に、図6(c)に示すように、基板10から突起した貫通電極50の表面のみに被膜B130を形成する。このために、まず被膜A120が形成された基板10の全面に被膜B130となる感光性ポリイミド樹脂を塗布し、120℃で仮硬化する。その後、フォトリソグラフィにより突起した貫通電極50の表面のみを残し、他の領域のポリイミド樹脂を除去して被膜A120を露出する。これにより、貫通電極50の表面に被膜B130が形成されたことになる。
Next, as illustrated in FIG. 6C, a coating B <b> 130 is formed only on the surface of the through
被膜A120と被膜B130とを形成した後に、保護膜140を形成する。図7(d)は、保護膜140となる芳香族炭化水素ベースのポリマー樹脂をスピンコートにて塗布し、120℃にて5分の加熱を施し仮硬化した後にN2中にて250℃1時間の本硬化処理を施して保護膜140を形成した状態を示している。図7(d)に、形成された保護膜140の基板10上の領域A”〜D”を示した。この領域A”〜D”は、図1(c)あるいは図5(h)に示した各領域に対応して示したものである。実施例2では、電極近傍領域B”の保護膜140は領域A”と同定度の膜厚となり、実施例1に較べてより薄化は抑制されていることを示している。
After forming the coating A120 and the coating B130, the
実施例2で用いた保護膜140が被膜A120に対する濡れ性を表す接触角は樹脂液の状態で43°であり、保護膜140が被膜B130に対する接触角は86°である。即ち、実施例2は実施例1に較べて、保護膜140の被膜A120に対する濡れ性より被膜B130の方がより濡れ性が悪く、電極密集領域での保護膜140の樹脂液は貫通電極表面の被膜B130によって弾かれ、凝集は起こり難い状態となっている。このため、電極近傍領域の保護膜140の樹脂液を引き寄せる現象は抑制され、電極近傍領域における保護膜140の薄化はより抑制されることになる。
(実施例3)
実施例2では、被膜Aの形成において、1,3−ジフェニル−1,1,3,3−テトラメチルジシラザンをスピンコータにて塗布し、加熱を行なって有機絶縁被膜を形成した。実施例3では、被膜Aを無機絶縁被膜とする例である。ここでも、基板10の裏面に対するバックサイドプロセスから説明する。
The contact angle at which the
(Example 3)
In Example 2, in the formation of the coating A, 1,3-diphenyl-1,1,3,3-tetramethyldisilazane was applied with a spin coater and heated to form an organic insulating coating. In Example 3, the coating A is an inorganic insulating coating. Here, the backside process for the back surface of the
図8(a)は、図4(f)あるいは図6(a)と同一であるので、説明を省略する。 FIG. 8A is the same as FIG. 4F or FIG.
続いて、図8(b)に示すように、薄くしたシリコンの基板10の上から、SiOC膜をCVD法により形成する。このSiOC膜が無機絶縁被膜としての被膜A150である。ここでは、SiOC膜の膜厚は約100nmである。
Subsequently, as shown in FIG. 8B, an SiOC film is formed on the thinned
次に、図8(c)に示すように、実施例2と同様にSiOC膜の上から基板全面に被膜B160としての感光性エポキシ樹脂を塗布し、120℃で仮硬化する。その後、フォトリソグラフィにより突起した貫通電極50以外の領域のエポキシ樹脂を除去し、SiOC膜である被膜A150を露出する。
Next, as shown in FIG. 8C, a photosensitive epoxy resin as a coating B160 is applied over the entire surface of the substrate from the top of the SiOC film, as in Example 2, and pre-cured at 120.degree. Thereafter, the epoxy resin in a region other than the protruding through
その後、図9(d)に示すように、保護膜170を形成する。ここでは、保護膜170として有機シリコーンベースのポリマー樹脂をスピンコータにて塗布し、120℃にて5分の加熱を施し仮硬化した後、N2雰囲気中にて250℃で1時間の本硬化処理を施し、保護膜170を形成している。
Thereafter, as shown in FIG. 9D, a
保護膜170形成後の貫通電極50の電極材であるCuの露出は図5(i)で説明した内容と同一である(図9(e))。
The exposure of Cu as the electrode material of the through
実施例3においても機能素子へのCu拡散の影響は見られず、信頼性の高い半導体装置が確認された。
(実施例4)
実施例2と実施例3では、被膜Aを形成した後に被膜Bを形成し、その後に保護膜を形成した。これに対し実施例4では、最初に被膜Bを形成し、続いて被膜Aを形成し、その後に保護膜を形成することを行なう。なお、被膜Bは実施例2と同様に有機絶縁被膜である。ここでも、基板10の裏面に対するバックサイドプロセスから説明する。
Also in Example 3, the influence of Cu diffusion on the functional element was not observed, and a highly reliable semiconductor device was confirmed.
Example 4
In Example 2 and Example 3, the film B was formed after the film A was formed, and then the protective film was formed. On the other hand, in Example 4, the coating film B is formed first, then the coating film A is formed, and then the protective film is formed. The coating B is an organic insulating coating as in Example 2. Here again, the backside process for the back surface of the
図10(a)は、実施例3と同様にバックサイドプロセスの最初のプロセスで、基板10の裏面から貫通電極50を露出させた状態である。
FIG. 10A shows a state in which the through
続いて、図10(b)に示すように、薄くしたシリコンの基板10の上から、基板全面に被膜B180となる感光性フェノール樹脂を塗布し、120℃で仮硬化する。その後、フォトリソグラフィにより突起した貫通電極50以外の領域の感光性フェノール樹脂を除去し、シリコンの基板10を露出する。このフェノール樹脂膜が被膜B180である。
Subsequently, as shown in FIG. 10B, a photosensitive phenol resin to be a coating B180 is applied to the entire surface of the thinned
次に、図10(c)に示すように、被膜A190を形成する。このため、基板10の上から、ヘキシルトリエトキシシランをスピンコータを用いて塗布し、110℃で1分の加熱を施して被膜A190を形成する。ヘキシルトリエトキシシランによる被膜A190はシリコン表面に優先的に結合する特徴を有しており、被膜B180上には形成されず、露出したシリコンの基板10の表面にのみ選択的に形成することが可能である。
Next, as shown in FIG. 10C, a coating A190 is formed. Therefore, hexyltriethoxysilane is applied from above the
その後、図11(d)に示すように、保護膜200を形成する。ここでは保護膜200として脂肪族炭化水素ベースのポリマー樹脂をスピンコータにより塗布し、120℃で5分の加熱を施して仮硬化する。その後、N2雰囲気中にて250℃で1時間の本硬化処理を施す。
Thereafter, as shown in FIG. 11D, a
保護膜200形成後の貫通電極50の電極材53であるCuの露出は図6(i)で説明した内容と同一である(図11(e))。
The exposure of Cu, which is the
実施例4においても機能素子へのCu拡散の影響は見られず、信頼性の高い半導体装置が確認された。 Also in Example 4, the influence of Cu diffusion on the functional element was not observed, and a highly reliable semiconductor device was confirmed.
以上、実施例1〜4のいずれにおいても電極近傍領域の保護膜の薄化が抑制され、Cu拡散の影響が見られないことが確認された。ここで、各実施例で示した保護膜の被膜Aと被膜Bとに対する接触角の例をまとめて図12に示す(実施例1では被膜Aの形成は行なっていないので、基板表面に対する接触角となる)。図12に示した接触角は測定結果であり、図中の値はそれぞれの膜の前駆体となる溶媒を含んだ樹脂液の状態の接触角を示し、図中の括弧内の値は前駆体を塗布した後に硬化して加熱溶融の粘性低下により液状化した樹脂液に対する値を示している。いずれも、被膜Aに対する接触角が被膜Bに対する接触角より小さい値(即ち、被膜Bの方の濡れ性が悪い)を示している。 As described above, in any of Examples 1 to 4, it was confirmed that thinning of the protective film in the vicinity of the electrode was suppressed and the influence of Cu diffusion was not observed. Here, examples of contact angles of the protective films A and B of the protective film shown in each example are collectively shown in FIG. 12 (in Example 1, since the coating A is not formed, the contact angle with respect to the substrate surface) Becomes). The contact angle shown in FIG. 12 is the measurement result, and the values in the figure indicate the contact angles in the state of the resin liquid containing the solvent that is the precursor of each film, and the values in parentheses in the figure are the precursors. It shows the value for a resin liquid which is cured after being applied and then liquefied due to a decrease in viscosity by heating and melting. In either case, the contact angle with respect to the coating A is smaller than the contact angle with respect to the coating B (that is, the wettability of the coating B is worse).
本発明は、突起形状部の表面と基板平坦部の表面とに対する保護膜とする絶縁性樹脂の濡れ性を制御することにより突起形状が密集する領域の絶縁性樹脂の凝集を抑制することを趣旨とするもので、上記実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。 The present invention aims to suppress the aggregation of the insulating resin in the region where the protrusion shape is dense by controlling the wettability of the insulating resin as a protective film against the surface of the protrusion shape portion and the surface of the substrate flat portion. Thus, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention.
10 基板
11 ホール
20 トランジスタ層
21 ゲート絶縁膜
22 ゲート電極
23 ソース/ドレイン領域23
24 層間絶縁膜
25 接続プラグ
26 接続プラグ
30 多層配線層
30a 層
30b 層
30c 層
31 層間絶縁膜
32 配線
33 パッド
34 層間絶縁膜
35 層間絶縁膜
36 配線
37 パッド
38 バンプボール
40 支持層
41 レジスト膜
42 仮接着剤
50 貫通電極
51 絶縁膜
52 拡散防止膜
53 電極材
60 支持基板
70 レジスト膜
71 開口パターン
80 保護膜
100 被膜B
110 保護膜
120 被膜A
130 被膜B
140 保護膜
150 被膜A
160 被膜B
170 保護膜
180 被膜B
190 被膜A
200 保護膜
DESCRIPTION OF
24
110
130 Coating B
140
160 Coating B
170
190 Coating A
200 Protective film
Claims (4)
露出された前記貫通電極の表面に第1の被膜を形成する第1の被膜形成工程と、
前記基板の表面と前記第1の被膜との上に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜を全面エッチングし、前記貫通電極の上部端面の前記第1の被膜と前記絶縁膜を除去して前記貫通電極の電極材を露出する電極材露出工程とを有し、
前記保護膜は、前記第1の被膜に対する濡れ性が前記基板の表面に対する濡れ性より悪い樹脂を塗布して形成される
ことを特徴とする貫通電極の形成方法。 Etching the substrate from the back side of the substrate on which the semiconductor element is formed, and the through electrode exposing step that exposes a portion of the through electrode formed insulating film coated in the substrate from the substrate,
A first film forming step of forming a first film on the exposed surface of the through electrode;
A protective film forming step of forming a protective film on the surface of the substrate and the first coating;
Wherein the protective film is entirely etched, and an electrode material exposed step the said first coating of the upper end face the insulating film is removed to expose the electrode material of the through electrode of the through electrode,
The protective film is formed by applying a resin whose wettability with respect to the first coating is worse than the wettability with respect to the surface of the substrate.
Method of forming a through electrode, wherein the this.
露出された前記貫通電極を含む前記基板に第2の被膜を形成する第2被膜形成工程と、
前記貫通電極の表面に形成された前記第2の被膜の上に第3の被膜を形成する第3被膜形成工程と、
前記第2の被膜と前記第3の被膜の上に、保護膜を形成する保護膜形成工程と、
前記保護膜を全面エッチングし、前記貫通電極の上部端面の前記第2と第3の被膜と前記絶縁膜を除去して前記貫通電極の電極材を露出する電極材露出工程とを有し、
前記保護膜は、前記第3の被膜に対する濡れ性が前記第2の被膜に対する濡れ性より悪い樹脂を塗布して形成される
ことを特徴とする貫通電極の形成方法。 A through electrode exposing step of etching the substrate from the back side of the substrate on which the semiconductor element is formed, and exposing a part of the through electrode covered with the insulating film formed in the substrate from the substrate;
A second film forming step of forming a second film on the substrate including the exposed through electrode;
A third film forming step of forming a third film on the second film formed on the surface of the through electrode;
A protective film forming step of forming a protective film on the second film and the third film;
Etching the entire surface of the protective film, and removing the second and third films and the insulating film on the upper end surface of the through electrode to expose the electrode material of the through electrode,
The protective layer forming method of the third film penetrations wettability you being formed by coating a bad resin than the wettability to the second coating to the electrode.
ことを特徴とする請求項2に記載の貫通電極の形成方法。 The second film is a film made of an inorganic material.
Method of forming a through electrode as claimed in claim 2, wherein the this.
ことを特徴とする請求項2または3に記載の貫通電極の形成方法。
The method for forming a through electrode according to claim 2 , wherein the third coating is a coating made of an organic material .
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