JP2008153352A - SEMICONDUCTOR DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ELECTRONIC DEVICE - Google Patents
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Abstract
【課題】生産性を低下することなく、接続信頼性の高い貫通電極を備えた半導体装置とその製造方法、および電子機器提供する。
【解決手段】基体2の能動面3上に形成された電極パッド5,6と、基体2の裏面7から電極パッド5,6に向けて形成された貫通電極8,9とが、電極パッド5,6から貫通電極8,9に向けて立設された先細形状のプラグ15,16を介して電気的に接続されている。
【選択図】図1A semiconductor device including a through electrode with high connection reliability without reducing productivity, a manufacturing method thereof, and an electronic device are provided.
Electrode pads (5, 6) formed on an active surface (3) of a substrate (2) and through electrodes (8, 9) formed from the back surface (7) of the substrate (2) toward the electrode pads (5, 6) , 6 to the through electrodes 8 and 9 are electrically connected via tapered plugs 15 and 16 erected.
[Selection] Figure 1
Description
この発明は、半導体装置とその製造方法、および電子機器に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and an electronic device.
携帯電話機、ノート型パーソナルコンピュータ、PDA(Personal Data Assistance)等の携帯性を有する電子機器は小型・軽量化が要求されており、この要求に伴って内部に設けられる半導体チップ等の各種の電子部品の小型化が図られている。例えば、半導体チップにおいては、そのパッケージング方法が工夫され、現在ではCSP(Chip Scale Package)といわれる超小型のパッケージングが案出されている。このCSP技術を用いて製造された半導体チップは、実装面積が半導体チップの面積と同程度で良いため、高密度実装を図ることができる。 Portable electronic devices such as mobile phones, notebook personal computers, and PDAs (Personal Data Assistance) are required to be smaller and lighter, and various electronic components such as semiconductor chips provided in the interior in accordance with this requirement. The size is reduced. For example, in a semiconductor chip, the packaging method has been devised, and now ultra-small packaging called CSP (Chip Scale Package) has been devised. A semiconductor chip manufactured using this CSP technology can be mounted at a high density because the mounting area may be approximately the same as the area of the semiconductor chip.
こうした高密度化の要請に対応する一つの手段として、従来から基体に貫通電極を有する半導体装置とその製造方法が知られている。例えば、貫通電極に接続する電極パッドをプローブピンに接続する電極パッドとは別に設け、これらをプラグによって接続することで半導体装置の信頼性および歩留まりの向上を図るものが知られている(特許文献1参照)。また、貫通電極を小径のプラグと大径のプラグとによって形成することで、電極としての性能および製造安定性を向上できるものが開示されている(特許文献2参照)。
しかしながら、上記従来の半導体装置では、エッチングなどによって基体に貫通電極を形成するための孔を形成する際に、孔の状態にばらつきが生じてしまうという課題がある。例えば、エッチングの条件によっては、基体の中央部のエッチング速度が基体の周縁部のエッチング速度よりも大きくなることがある。このような場合、図14に示すように、基体の裏面から能動面に形成された電極パッドに向けて孔を形成すると、基体の中央部に近い孔が基体を貫通しても周縁部に近い孔は基体を貫通しない状態になる。 However, the conventional semiconductor device has a problem in that the state of the hole varies when the hole for forming the through electrode is formed in the substrate by etching or the like. For example, depending on the etching conditions, the etching rate at the center of the substrate may be higher than the etching rate at the peripheral edge of the substrate. In such a case, as shown in FIG. 14, when a hole is formed from the back surface of the substrate toward the electrode pad formed on the active surface, the hole close to the central portion of the substrate is close to the peripheral portion even if it penetrates the substrate. The hole does not penetrate the substrate.
また、形成される孔の状態は、エッチング速度のみならず、基体の厚さ寸法の寸法誤差によっても左右される。基体の厚さ寸法の寸法誤差は、例えば、基体の薄型化加工によって発生する。このような厚さ寸法の寸法誤差が生じた基体に孔を形成すると、やはり図14に示すように、基体の厚さ寸法が小さい箇所に形成された孔が基体を貫通しても、厚さ寸法の大きい箇所に形成された孔は基体を貫通しない状態になる。 The state of the hole to be formed depends not only on the etching rate but also on the dimensional error of the thickness dimension of the substrate. A dimensional error in the thickness dimension of the base occurs, for example, by thinning the base. When holes are formed in the base in which such a dimensional error has occurred, as shown in FIG. 14, even if the hole formed in a portion where the thickness of the base is small penetrates the base, The hole formed in the location with a large dimension does not penetrate the substrate.
このような場合、基体を貫通していない孔が絶縁膜に到達するまでエッチングを行うと、すでに基体を貫通し、電極パッドの裏面の絶縁膜に到達した孔では、図15に示すように、絶縁膜に沿う方向にサイドエッチングが進行し、孔の側壁にいわゆるノッチが発生してしまう。この場合、孔の側壁を、後の絶縁膜形成工程、スパッタ工程等によって覆うことができなくなったり、貫通電極の構成材料の充填時に気泡が発生し導通不良を生じたりする。これにより、貫通電極の接続信頼性が低下してしまうという課題がある。
また、エッチング速度を低下させることで孔の状態のばらつきを抑制し、ノッチの発生を防止しようとした場合、生産性を低下させてしまうという課題がある。
In such a case, if etching is performed until the hole that does not penetrate the base reaches the insulating film, the hole that has already penetrated the base and reached the insulating film on the back surface of the electrode pad, as shown in FIG. Side etching proceeds in the direction along the insulating film, and so-called notches are generated on the sidewalls of the holes. In this case, the side wall of the hole cannot be covered by a subsequent insulating film forming process, sputtering process, or the like, or bubbles are generated when the constituent material of the through electrode is filled, resulting in poor conduction. Thereby, there exists a subject that the connection reliability of a penetration electrode will fall.
Moreover, there is a problem that productivity is lowered when an attempt is made to suppress the variation in the state of the holes by reducing the etching rate and prevent the occurrence of notches.
本発明は上記事情に鑑みてなされてもので、生産性を低下することなく、接続信頼性の高い貫通電極を備えた半導体装置とその製造方法、および電子機器提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a semiconductor device including a through electrode with high connection reliability, a manufacturing method thereof, and an electronic device without reducing productivity.
上記の課題を解決するために、本発明の半導体装置は、基体の能動面上に形成された電極パッドと、前記基体の裏面から前記電極パッドに向けて形成された貫通電極とが、前記電極パッドから前記貫通電極に向けて立設された先細形状のプラグを介して電気的に接続されていることを特徴とする。
このように構成することで、基体の裏面から貫通電極を形成するための孔を形成する際に電極パッドに立設されたプラグの先端を孔の終端部から突出させ、プラグを介して貫通電極と電極パッドを電気的に接続することができる。これにより、貫通電極を電極パッドまで到達させる必要がなくなるので、過剰なエッチングによるノッチの発生を防止することができる。また、孔の状態にばらつきが生じた場合、すなわち貫通電極から電極パッドまでの距離にばらつきが生じた場合であっても、プラグの高さによってこのばらつきを吸収することができるので、貫通電極と電極パッドとを確実に電気的接続することができる。また、これにより、エッチングの速度を上昇させることも可能である。また、プラグが先細形状に形成されているので、プラグの表面に絶縁膜等が形成される場合であっても、プラグの表面の絶縁膜等をエッチング等によって容易に除去することができる。
したがって、本発明の半導体装置によれば、貫通電極形成時のノッチの発生を防止し、接続信頼性の高い貫通電極を備えた半導体装置を得ることができる。また、エッチングの速度を上昇させることができるので、生産性を向上することができる。また、プラグが先細形状に形成され、絶縁膜等を容易に除去することができるので、貫通電極とプラグの接続面積を確保することができると共に、生産性を向上することができる。
In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes an electrode pad formed on an active surface of a substrate and a through electrode formed from the back surface of the substrate toward the electrode pad. It is electrically connected through a tapered plug standing from the pad toward the through electrode.
With this configuration, when the hole for forming the through electrode is formed from the back surface of the base, the tip of the plug standing on the electrode pad protrudes from the terminal end of the hole, and the through electrode is inserted through the plug. And the electrode pad can be electrically connected. This eliminates the need for the through electrode to reach the electrode pad, thereby preventing the occurrence of notches due to excessive etching. Further, even when the hole state varies, that is, when the distance from the through electrode to the electrode pad varies, the variation can be absorbed by the height of the plug. The electrode pad can be reliably electrically connected. This also makes it possible to increase the etching rate. Further, since the plug is formed in a tapered shape, even when an insulating film or the like is formed on the surface of the plug, the insulating film or the like on the surface of the plug can be easily removed by etching or the like.
Therefore, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to obtain a semiconductor device provided with a through electrode having high connection reliability by preventing the generation of a notch when forming the through electrode. In addition, since the etching rate can be increased, productivity can be improved. In addition, since the plug is formed in a tapered shape and the insulating film or the like can be easily removed, a connection area between the through electrode and the plug can be secured and productivity can be improved.
また、前記電極パッドおよび前記貫通電極は、前記基体に複数形成されていてもよい。
このように構成することで、複数の貫通電極の間で、電極パッドから貫通電極までの距離にばらつきが生じた場合であっても、プラグの高さの範囲内でこの距離のばらつきを吸収することができる。
In addition, a plurality of the electrode pads and the through electrodes may be formed on the base.
With this configuration, even when the distance from the electrode pad to the through electrode varies among the plurality of through electrodes, the variation in the distance is absorbed within the height of the plug. be able to.
また、前記プラグの高さは、前記電極パッドから前記貫通電極までの距離の最大値以上であることが望ましい。
このように構成することで、電極パッドから貫通電極までの距離が最大となる箇所でも、プラグを貫通電極内に突入させ、プラグを介して貫通電極と電極パッドを確実に接続することができる。
The height of the plug is preferably equal to or greater than the maximum distance from the electrode pad to the through electrode.
With such a configuration, the plug can be inserted into the through electrode even at a position where the distance from the electrode pad to the through electrode is maximized, and the through electrode and the electrode pad can be reliably connected via the plug.
また、前記プラグの高さは、前記基体の薄型化加工後の厚さ寸法から、前記貫通電極を形成するため前記基体に形成される孔の深さ寸法を差し引いて算出した、前記電極パッドから前記貫通電極までの距離の最大値以上であることが望ましい。
このように構成することで、孔のエッチング加工による孔の深さ寸法のばらつき、および基体の薄型化加工による基体の厚さ寸法のばらつきを考慮して、電極パッドから貫通電極までの距離の最大値を算出することができる。さらに、その最大値以上にプラグの高さを設定することで、プラグの高さによってこれらの寸法のばらつきを吸収できる。これにより、電極パッドから貫通電極までの距離が最大となる箇所でも、プラグを貫通電極内に確実に突入させ、プラグを介して貫通電極と電極パッドを確実に接続することができる。
Further, the height of the plug is calculated by subtracting the depth dimension of the hole formed in the base body to form the through electrode from the thickness dimension after the thinning process of the base body. It is desirable that the distance is not less than the maximum distance to the through electrode.
With this configuration, the maximum distance from the electrode pad to the through electrode is considered in consideration of variations in hole depth due to hole etching and substrate thickness due to substrate thinning. A value can be calculated. Furthermore, by setting the height of the plug above the maximum value, variations in these dimensions can be absorbed depending on the height of the plug. As a result, the plug can be reliably inserted into the through electrode even at the position where the distance from the electrode pad to the through electrode is maximum, and the through electrode and the electrode pad can be reliably connected via the plug.
また、前記プラグは、電気絶縁材料からなるコアの周囲に導電体層を配置して形成されていてもよい。
このように構成することで、導電体のみで形成されたプラグと同様に機能し、かつプラグを形成するための導電体材料を減少させることができる。これにより、生産性を向上させ、材料コストを削減することができる。
The plug may be formed by disposing a conductor layer around a core made of an electrically insulating material.
With such a configuration, it can function in the same manner as a plug formed of only a conductor, and the number of conductor materials for forming the plug can be reduced. Thereby, productivity can be improved and material cost can be reduced.
また、前記貫通電極の幅が前記プラグの最大幅よりも大きく、かつ前記電極パッドの幅よりも小さいことが望ましい。
このように構成することで、基体に貫通電極を形成するための孔を形成する際に、電極パッド上に形成されたプラグを孔の内側に収容し、プラグの高さのすべてを、孔のばらつきを吸収するための余裕代とすることができる。したがって、プラグを効率よく利用することができ、プラグの材料を削減することができる。また、電極パッドの裏面に貫通電極が到達しても、電極パッドの形成領域から外れることがない。したがって、貫通電極が電極パッドの周囲の電子回路等に影響を及ぼすことがない。これにより、貫通電極の接続信頼性を向上させることができる。
Further, it is desirable that the width of the through electrode is larger than the maximum width of the plug and smaller than the width of the electrode pad.
With this configuration, when the hole for forming the through electrode is formed in the base, the plug formed on the electrode pad is accommodated inside the hole, and the entire height of the plug is adjusted to the height of the hole. It can be a margin for absorbing the variation. Therefore, the plug can be used efficiently and the material of the plug can be reduced. Further, even if the through electrode reaches the back surface of the electrode pad, it does not deviate from the electrode pad formation region. Therefore, the through electrode does not affect the electronic circuit around the electrode pad. Thereby, the connection reliability of the through electrode can be improved.
また、1つの前記電極パッドから複数の前記プラグが立設されていてもよい。
このように構成することで、プラグと貫通電極を複数点で電気的に接続させることができるので、一つのプラグを立設する場合と比較して、プラグと貫通電極との接触面積を拡大するとともに接続信頼性を向上させることができる。また、個々のプラグの体積を減少させることができるので、プラグの形成を容易にすることができ、生産性の向上とコストの削減を図ることができる。
A plurality of the plugs may be erected from one electrode pad.
With this configuration, the plug and the through electrode can be electrically connected at a plurality of points, so that the contact area between the plug and the through electrode can be increased as compared with the case where one plug is erected. At the same time, connection reliability can be improved. Further, since the volume of each plug can be reduced, the formation of the plug can be facilitated, and the productivity can be improved and the cost can be reduced.
また、本発明の半導体装置の製造方法は、基体の能動面上に形成された電極パッドと、前記基体の裏面から前記電極パッドに向けて形成さ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、前記電極パッドの形成領域から前記裏面に向けて先細形状のプラグを形成するとともに、前記電極パッドを形成する工程と、前記裏面から前記電極パッドに向けて孔を形成し、少なくとも前記プラグの先端を露出させる工程と、前記孔に導電材料を充填して前記貫通電極を形成する工程と、を有することを特徴とする。
このような製造方法によれば、孔形成時のエッチング速度の違いによって電極パッドから貫通電極までの距離にばらつきを生じた場合であっても、プラグの高さによってこのばらつきを吸収し、プラグを介して貫通電極と電極パッドを電気的に接続することができる。また、電極パッドに貫通電極を直接接触させなくてもよいので、孔形成時のエッチング速度の違いによるノッチの発生を防止することができる。また、プラグによって電極パッドから貫通電極までの距離のばらつきを吸収できるので、エッチングの速度を従来よりも向上させることができる。
したがって、本発明の半導体装置の製造方法によれば、生産性を向上させ、接続信頼性の高い貫通電極を備えた半導体装置を得ることができる。
In addition, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a method for manufacturing a semiconductor device including an electrode pad formed on an active surface of a substrate and a through electrode formed from the back surface of the substrate toward the electrode pad. And forming a taper-shaped plug from the formation region of the electrode pad toward the back surface, forming the electrode pad, and forming a hole from the back surface toward the electrode pad, And a step of exposing the tip of the plug, and a step of filling the hole with a conductive material to form the through electrode.
According to such a manufacturing method, even when the distance from the electrode pad to the through electrode varies due to the difference in the etching rate at the time of hole formation, this variation is absorbed by the height of the plug, and the plug is The through electrode and the electrode pad can be electrically connected to each other. In addition, since the through electrode does not have to be in direct contact with the electrode pad, it is possible to prevent the occurrence of a notch due to the difference in the etching rate when forming the hole. Moreover, since the variation in the distance from the electrode pad to the through electrode can be absorbed by the plug, the etching rate can be improved as compared with the conventional case.
Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, it is possible to improve the productivity and obtain a semiconductor device provided with a through electrode having high connection reliability.
また、前記プラグを形成する工程の前に、前記裏面を研磨して前記基体を薄型化する工程を有していてもよい。
このような製造方法によれば、基体の薄型化加工によって基体の厚さ寸法に寸法誤差を生じ、これにより電極パッドと貫通電極の距離にばらつきを生じた場合であっても、プラグによってこのばらつきを吸収し、プラグを介して貫通電極と電極パッドを電気的に接続することができる。
Moreover, you may have the process of grind | polishing the said back surface and thinning the said base | substrate before the process of forming the said plug.
According to such a manufacturing method, even if a dimensional error occurs in the thickness dimension of the base body due to the thinning process of the base body, thereby causing a variation in the distance between the electrode pad and the through electrode, this variation is caused by the plug. The through electrode and the electrode pad can be electrically connected through the plug.
また、前記孔を形成する工程では、前記基体をエッチング処理することにより、複数の前記電極パッドに向けて複数の前記孔を同時に形成し、前記エッチング処理は、いずれかの前記孔が前記基体を貫通したとき、またはそれ以前に停止することが望ましい。
このような製造方法によれば、最短時間で基体を貫通した孔が、他の孔が基体を貫通するまでの間、過剰に加工されることが防止できる。したがって、孔の側壁にノッチが発生することを防止できる。
Further, in the step of forming the holes, the substrate is etched to form a plurality of the holes simultaneously toward the plurality of electrode pads. In the etching process, any one of the holes forms the substrate. It is desirable to stop when penetrating or before.
According to such a manufacturing method, it is possible to prevent the holes penetrating the base body in the shortest time from being excessively processed until another hole penetrates the base body. Therefore, it is possible to prevent the notch from being generated on the side wall of the hole.
また、本発明の電子機器は上述の半導体装置を備えたことを特徴とする。
このように構成することで、電気的接続信頼性の高い半導体装置を備えることができるので、電気的接続信頼性の高い電子機器を得ることができる。
In addition, an electronic device according to the present invention includes the above-described semiconductor device.
With such a configuration, a semiconductor device with high electrical connection reliability can be provided, so that an electronic device with high electrical connection reliability can be obtained.
[第一実施形態]
次に、本発明の第一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は半導体装置1の要部の断面図である。図1に示すように、半導体装置1の基体2の能動面3には第一の絶縁膜4が形成されている。基体2は、例えばシリコン等により形成され、第一の絶縁膜4は、例えばSiO2等により形成されている。基体2の能動面3の第一の絶縁膜4上には、複数の電極パッド5,6が形成されている。電極パッド5,6は、例えばAl等の導電体材料により形成され、平面視において、例えば四角形となっている。これらの電極パッド5,6には、能動面3に形成されたトランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路(図示せず)が接続されている。
[First embodiment]
Next, a first embodiment of the present invention will be described based on the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view of the main part of the semiconductor device 1. As shown in FIG. 1, a first
基体2の裏面7から電極パッド5,6に向けて、貫通電極8,9を形成するための孔10,11が複数形成され、孔10,11の内部には貫通電極8,9が形成されている。貫通電極8,9は、例えばCu等の導電体材料により形成され、例えば円柱形状となっている。複数の貫通電極8,9のうち、第一の電極パッド5に対応して設けられた第一の貫通電極8は基体2の裏面7から第一の電極パッド5の裏面12に達している。また、第二の電極パッド6に対応して設けられた第二の貫通電極9は、第二の電極パッド6との間に距離dを残した状態で形成されている。各貫通電極8,9は基体2の裏面7に形成された第二の絶縁膜14に沿って拡径され、ランド21,22が形成されている。そのランド21,22の表面には、基体2を3次元実装するため、Sn−AgやSn等のメッキが施されていてもよい。
A plurality of
第二の絶縁膜14は、例えばSiN、SiO2等により形成され、貫通電極8,9と孔10,11の側壁との間にも形成されている。第二の絶縁膜14と貫通電極8,9の間には、下地膜(図示せず)が形成されている。
下地膜は、絶縁膜14の表面に形成されたバリア層(バリアメタル)と、バリア層の表面に形成されたシード層とによって構成されたものである。バリア層は、貫通電極8,9形成用の導電材料が基体2に拡散するのを防止するためのもので、TiW(チタンタングステン)やTiN(窒化チタン)等によって形成されたものである。一方、シード層は、貫通電極8,9をメッキ処理によって形成する際の電極になるもので、CuやAu、Ag等によって形成されたものである。
The second insulating
The base film is composed of a barrier layer (barrier metal) formed on the surface of the insulating
各電極パッド5,6の裏面12,13には、垂直断面の形状が逆三角形をなす、例えば円錐形状の先細形状のプラグ15,16が、底面を電極パッド5,6に電気的に接続し、頂点を貫通電極8,9に向けた状態で立設されている。プラグ15,16は電極パッド5,6と同様に、例えばAl等の導電体材料により形成されている。ここで、第一の電極パッド5に接続された第一のプラグ15は、第一の貫通電極8に包含され、第一の貫通電極8と電気的に接続された状態となっている。また、第二の電極パッド6に接続された第二のプラグ16の頂点を含む先端部は第二の貫通電極9内に突入し、第二の貫通電極9と電気的に接続された状態となっている。これにより、各貫通電極8,9は各プラグ15,16を介して各電極パッド5,6に電気的に接続された状態となっている。
On the back surfaces 12 and 13 of the
このとき、基体2には薄型化加工による加工誤差により、基体2の厚さ寸法T1,T2には、ばらつきが発生している。加えて、孔10,11を形成するためのエッチングの速度の違いにより、孔10,11の深さ寸法D1,D2にばらつきが発生している。このばらつきを吸収するために、各プラグ15,16の高さHは、基体2に複数形成された貫通電極8,9の間での電極パッド5,6から貫通電極8,9の末端17,18までの距離dの最大値以上となっている。
At this time, the
すなわち、厚さ寸法の最大値T2を推定し、さらに孔10,11のエッチング加工のばらつきから深さ寸法の最小値D2を推定し、電極パッド6から貫通電極9までの距離dの最大値を算出する。そして、プラグ16の高さHをその最大値より高く設定している。
ここで、電極パッド5,6から貫通電極8,9の末端17,18までの距離dは、基体2の薄型化加工後の各孔10,11の形成箇所における基体2の厚さ寸法T1,T2から各孔10,11の深さ寸法D1,D2を差し引いて算出した距離dである。尚、基体2の厚さ寸法T1,T2には第一の絶縁膜4の厚さを含むものとする。
また、貫通電極8,9とプラグおよび電極パッド5,6の大小関係は、貫通電極8,9の径R1,R2がプラグの最大径R3,R4よりも大きく、かつ電極パッド5,6の幅W1,W2および紙面に垂直方向の奥行きよりも小さい関係となっている。
That is, the maximum value T 2 of the thickness dimension is estimated, and further, the minimum value D 2 of the depth dimension is estimated from the variation in etching processing of the
Here, the distance d from the
The through
(半導体装置の製造方法)
次に、本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。尚、シリコンウエハにおける複数の半導体装置の形成領域に対して、以下の各工程を同時に実施するものとする。
図2に示すように、まず、基体2の能動面3にエッチングによりプラグ15,16を形成するための凹部17,18を形成する。基体2のエッチングには、RIE(Reactive Ion Etching)等のドライエッチング、またはウェットエッチングを用いることができる。凹部17,18は開口部の径が大きく、凹部17,18の深さが深くなるにつれて径が小さくなる漏斗状の先細形状に形成する。凹部17,18は、基体の能動面3に後の工程において形成される電極パッド5,6の形成領域から、基体2の裏面7に向けて形成する。さらに、基体2の能動面3にトランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路等(図示せず)を形成する。
(Method for manufacturing semiconductor device)
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. It is assumed that the following steps are simultaneously performed on the formation regions of a plurality of semiconductor devices on the silicon wafer.
As shown in FIG. 2, first, recesses 17 and 18 for forming
次いで、図3に示すように、熱酸化炉による酸化膜の形成、あるいはCVD(Chemical Vapor Deposition)法等により、基体2の能動面3に、例えばSiO2等の絶縁膜4を形成する。このとき、凹部17,18の内側にも凹部17,18の形状に沿って絶縁膜4を形成する。さらに、スパッタリング等により凹部17,18の内側に導電体材料を充填し、図4に示すように、先細形状のプラグ15,16を形成する。
Next, as shown in FIG. 3, an insulating
次いで、能動面3の全面に、例えばAl等の導電体材料からなる導電膜を形成し、必要に応じCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により平坦化する。そして、フォトリソグラフィー、エッチング等の工程を経ることにより、プラグ15,16の底面に電気的に接続された電極パッド5,6を形成し、さらに電極パッド5,6をトランジスタやメモリ素子、その他の電子素子からなる集積回路等に接続する。このとき、能動面に再配置配線(図示せず)等からなるウエハレベルCSP層(図示せず)を形成してもよい。
Next, a conductive film made of a conductive material such as Al is formed on the entire
次に、図5に示すように、基体2の能動面3に接着剤19を塗布し、サポート基板20を貼り合わせる。ここで、接着剤19としては、例えば紫外線等の光の照射により剥離することが可能な樹脂等が用いられる。また、サポート基板20としては、例えばガラス基板等、接着剤19を剥離させる光を透過するものが用いられる。また、サポート基板20は基体2と同じ大きさもしくはそれに近い大きさのものが望ましい。例えば、基体2が平面視で円形であった場合、サポート基板20は基体と同径もしくはそれに近い径のものを用いることが望ましい。
Next, as shown in FIG. 5, an adhesive 19 is applied to the
次いで、基体2の薄型化加工を行う。基体2の裏面7´から研削することにより基体2を薄型化していく。その後、スピンエッチング、ドライポリッシュ等により、研削により基体2の裏面7に形成された破砕層を取り除く。これにより、基体2の厚さ寸法Tを、例えば100μm程度まで薄型化する。尚、後述する図6〜図8では、サポート基板20および接着剤19を省略して表している。
Next, the
続いて、図6に示すように、基体2の裏面7から能動面3上に形成された電極パッド5,6に向けて、例えばRIE等のドライエッチングにより、貫通電極8,9を形成するための孔10,11を穿設する。このとき、いずれかの孔10,11が基体2を貫通したとき、またはそれ以前にエッチングを停止する。すなわち、基体2の薄型化加工による厚さ寸法Tの寸法誤差と、基体2の裏面7全体におけるエッチングの速度分布を考慮し、最短時間で基体2を貫通し絶縁膜4に到達する孔10の加工時間を求めておく。そして、エッチング量(時間)をその求めた加工時間またはそれよりも短い時間に設定する。その後、形成した孔10,11の終端部に突出したプラグ15,16の表面の絶縁膜4、孔10の終端部に露出した電極パッド5の裏面12の絶縁膜4をエッチングにより除去する。例えば、SiO2により形成された絶縁膜4は、酸化膜エッチングによって除去することができる。
Subsequently, as shown in FIG. 6, through
次に、図7に示すように、CVD法等により孔10,11の側壁および基体2の裏面7に第二の絶縁膜14を形成する。第二の絶縁膜14は例えば、SiO2、SiN等により形成する。続いて、図8に示すように、酸化膜エッチング等により、プラグ15,16の表面に形成された第二の絶縁膜14を除去する。ここで、電極パッド5の裏面12の第一の絶縁膜4に到達した第一の孔10では、電極パッド5の裏面12の第一の絶縁膜14も除去する。このとき、基体2の裏面7の第二の絶縁膜14を保護するため、基体2の裏面7の孔10,11を除く全面をレジスト(図示せず)によってコーティングしておく。
Next, as shown in FIG. 7, a second insulating
次いで、孔10,11の内部に導電体材料を充填する。まず、逆スパッタリングにより電極パッド5の裏面12およびプラグ15,16の表面の自然酸化膜を除去する。その後、孔10,11の側壁等に下地膜を形成する。まず、TiWやTiN等からなるバリア層をスパッタリングにより形成する。さらに、CuやAu、Ag等からなるシード層をスパッタリングにより形成する。
Next, a conductor material is filled into the
続いて、シード層を電極として、電界メッキ法により孔10,11の内部に導電体材料を充填し、同時に基体2の裏面7にランド21,22を形成する。その後、サポート基板20側から接着剤19に紫外線等を照射することにより、サポート基板20と基体2を剥離させる。そして、シリコンウエハにおける複数の半導体装置の形成領域をダイシングにより個片化する。以上により、図1に示す半導体装置1を得ることができる。
Subsequently, using the seed layer as an electrode, the
次に、本実施形態の作用について説明する。
基体2の裏面7´を研磨して基体2を薄型化する際に、基体2には厚さ寸法Tの寸法誤差を生じる。また、サポート基板20を貼り合わせる際に、基体2には反りが生じる。また、複数の孔10,11を基体2の裏面7からエッチングによって形成する際に、基体2の裏面7の全体でエッチングの条件を均一に保つことは困難であるため、面内のエッチング速度に速度分布を生じる。
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the
このような厚さ寸法T、基体2の反り、およびエッチング速度等のばらつきの影響により、基体2の裏面7から形成された孔10,11が基体2の能動面3の電極パッド5,6の裏面12,13の絶縁膜4に到達するまでの時間にもばらつきを生じる。このため、従来は、図14に示すように、先に絶縁膜4に到達した第一の孔10は、他の第二の孔11が絶縁膜4に到達するまでの間、過剰にエッチングされていた。これにより、図15に示すように、絶縁膜4の近傍の第一の孔10の側壁が絶縁膜4に沿う方向に侵食され、第一の孔10の側壁にノッチNが発生する原因となっていた。
The
しかしながら、本実施の形態では基体2の裏面7から貫通電極8,9を形成するための孔10,11を形成する際に、最短時間で電極パッド5の裏面12に形成された絶縁膜4に到達する第一の孔10の加工時間を求め、エッチング量(時間)をその求めた加工時間に設定してエッチングを行う。したがって、いずれかの孔10,11が基体2を貫通したとき、すなわち電極パッド5,6の裏面12,13に形成された絶縁膜4が露出したときにエッチングを停止することにより、先に絶縁膜4に到達した第一の孔10が過剰にエッチングされることを防止して、ノッチNの発生を防止することができる。
However, in the present embodiment, when the
また、第二の孔11は基体を貫通せず、第二の貫通電極は第二の電極パッド6に到達していないが、プラグ15,16の高さHを、電極パッド5,6から貫通電極8,9までの距離dの最大値以上としたことで、プラグ16の先端を含むプラグ16の一部を、第二の孔11の終端部から確実に突出させることができる。これにより、第二の孔11に形成される第二の貫通電極9を電極パッド6まで到達させることなく、プラグ16を介して電極パッド6と電気的に接続することができる。
Further, the
また、基体2の薄型化加工のばらつきから厚さ寸法の最大値T2を推定し、孔のエッチング加工のばらつきから深さ寸法の最小値D2を推定した。そして、基体2の薄型化加工後の厚さ寸法の最大値T2から、貫通電極8,9を形成するため基体2に形成される孔10,11の深さ寸法の最小値D2を差し引いて、電極パッド6から貫通電極9までの距離dの最大値を算出した。そして、プラグ16の高さHをその最大値より高く設定した。
これにより、プラグ15,16の高さHを、電極パッド5,6から貫通電極8,9までの距離dの最大値以上とすることができる。したがって、第二の電極パッド6から第二の貫通電極9までの距離dが最大となる部分でも、第二のプラグ16を第二の貫通電極9内に突入させ、第二のプラグ16を介して第二の貫通電極9と第二の電極パッド6を確実に接続することができる。
Also, to estimate the maximum value T 2 of the thickness from the dispersion of the thinning processing of a
Thereby, the height H of the
また、プラグ15,16が先細形状に形成されているので、図5に示すように、半導体装置1の製造時にプラグ15,16の表面に絶縁膜4が形成される場合であっても、プラグ15,16の表面をエッチングの方向に対して交叉させることができる。したがって、プラグ15,16の表面に形成された絶縁膜4を異方性エッチング等によって容易に除去することができる。よって、基端と先端の幅(径)が一様な形状のプラグを用いた場合と比較して、生産性が向上し、貫通電極8,9とプラグ15,16の接続面積を容易に増加させることができる。加えて、プラグ15,16の体積を減少させ、導電体材料を減少させることができる。したがって、プラグ15,16の形成を容易にして生産性を向上させると共に、導電体材料のコストを削減することができる。
Since the
また、貫通電極8,9の幅(径)R1,R2がプラグの最大幅(最大径)R3,R4よりも大きいので、基体2に貫通電極8,9を形成するための孔10,11を形成する際に、孔10,11の内側にプラグ15,16を、最大径を有する底面の周縁から頂点まで、すべて収容することができる。したがって、プラグ15,16の高さHの全体を、孔10,11のばらつきを吸収するための余裕代として利用することができる。また貫通電極8,9の幅(径)R1,R2が電極パッド5,6の幅W1,W2よりも小さいので貫通電極8,9を形成するための孔10,11が電極パッド5,6に到達しても、貫通電極8,9は電極パッド5,6の形成領域内に収まる。したがって、能動面3に形成された集積回路等に悪影響を及ぼすことがない。
Further, the width (diameter) R 1, R 2 of the through
したがって、本実施形態によれば、電極パッド5,6から貫通電極8,9までの距離dにばらつきを生じた場合であっても、プラグ15,16の高さHによってこのばらつきを吸収し、貫通電極8,9と電極パッド5,6を確実に接続することができる。よって、接続信頼性の高い貫通電極8,9を備えた半導体装置1を得ることができる。また、プラグ15,16の高さHによって貫通電極8,9から電極パッド5,6までの距離dのばらつきを吸収することができるので、エッチングの速度を上昇させることができる。したがって、半導体装置1の生産性を向上することができる。
Therefore, according to the present embodiment, even when the distance d from the
[第二実施形態]
次に、本発明の第二実施形態について、図2、図3、図5〜8を援用し、図9および図10を用いて説明する。本実施形態では、図9および図10に示すように、プラグ15,16が電気絶縁材料からなるコア23,24の周囲に導電体層25,26を配置して形成されている点で第一実施形態と異なっている。その他は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 10 with reference to FIGS. 2, 3, and 5 to 8. In the present embodiment, as shown in FIGS. 9 and 10, the
図9に示すように、各電極パッド5,6の裏面12,13には、内部に電気絶縁材料のコア23,24を備え、垂直断面の形状が逆三角形をなす、例えば円錐形状の先細形状のプラグ15,16が、頂点を貫通電極8,9に向けた状態で立設されている。コア23,24の周囲の導電体層25,26は電極パッド5,6と同様に、例えばAl等の導電体材料により形成され、プラグ15,16の底面において電極パッド5,6に電気的に接続している。
As shown in FIG. 9, the back surfaces 12 and 13 of the
このようなプラグ15,16の製造方法としては、第一実施形態と同様の工程を経て、基体2の能動面3に絶縁膜4を形成した後、図10に示すように、スパッタリング等により凹部17,18の内側に導電体層25,26を形成し、さらに、導電体層25,26の内側に電気絶縁材料を充填することでコア23,24を形成し、先細形状のプラグ15,16を形成する。
As a method for manufacturing
したがって、本実施の形態によれば、プラグ15,16のコア23,24の周囲の導電体層25,26が電極パッド5,6と電気的に接続され、プラグ15,16の形状は第一実施形態と同様であるので、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、プラグ15,16を形成するための導電体材料を減少させることができ、生産性の向上および導電体材料のコストを削減することができる。
Therefore, according to the present embodiment, the conductor layers 25 and 26 around the
[第三実施形態]
次に、本発明の第三実施形態について、図2、図3および図5〜8を援用し、図11および図12を用いて説明する。本実施形態では、図11および図12に示すように、各電極パッド5,6から複数のプラグ15a〜c,16a〜cが立設されている点で第一実施形態と異なっている。その他は第一実施形態と同様であるので、同一の部分には同一の符号を付して説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 11 and 12 with reference to FIGS. 2, 3 and 5 to 8. This embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of
図11に示すように、各電極パッド5,6の裏面12,13には、垂直断面の形状が逆三角形をなす、例えば円錐形状の先細形状のプラグ15〜c,16a〜cが、底面を電極パッド5,6に電気的に接続し、頂点を貫通電極8,9に向けた状態で複数立設されている。プラグ15a〜c,16a〜cは電極パッド5,6と同様に、例えばAl等の導電体材料により形成されている。
As shown in FIG. 11, the back surfaces 12 and 13 of the
このようなプラグ15a〜c,16a〜cの製造方法としては、第一実施形態と同様にRIE等のドライエッチングやウェットエッチングにより能動面3にプラグ15a〜c,16a〜cを形成するための凹部17a〜c,18a〜cを複数形成する。そして、第一実施形態と同様に基体2の能動面3に絶縁膜4を形成した後、スパッタリング等により基体2の能動面3に導電体層を形成し、さらに、凹部17a〜c,18a〜cの内側に導電体材料を充填することで複数の先細形状のプラグ15a〜c,16a〜cを形成する。
As a method of manufacturing
したがって、本実施の形態によれば、貫通電極8,9が複数のプラグ15a〜c,16a〜cを介して電気的に接続された状態となるので、第一実施形態と同様の効果を得ることができる。加えて、プラグ15a〜c,16a〜cが貫通電極8,9と複数個所で電気的に接続される。よって、一つのプラグ15,16を立設する場合と比較して、プラグ15a〜c,16a〜cと貫通電極8,9との接触面積を増加させ、接続信頼性を向上させることができる。また、個々のプラグ15a〜c,16a〜cの体積を、一つのプラグ15,16を立設する場合と比較して減少させることができる。したがって、プラグ15a〜c,16a〜cの形成を容易にし、さらに使用する導電体材料を減少させることができる。これにより、生産性を向上させることができると共に、材料コストを削減することができる。
Therefore, according to this embodiment, since the through
[電子機器]
次に、上述の実施形態における半導体装置を備えた電子機器について説明する。
図13に示すように、携帯電話300は上述の半導体装置1をその筐体内部に配設したものである。このような構成の携帯電話300(電子機器)にあっては、接続信頼性の高い半導体装置を備えていることから、配線接続の信頼性の高いものとなる。
[Electronics]
Next, an electronic apparatus including the semiconductor device according to the above-described embodiment will be described.
As shown in FIG. 13, a
尚、本発明の技術範囲は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明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可能であり、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。 The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. The layer configuration is merely an example, and can be changed as appropriate.
電子機器としては、上述の携帯電話に限られることなく、種々の電子機器に適用することができる。例えば、ノート型コンピュータ、液晶プロジェクタ、マルチメディア対応のパーソナルコンピュータ(PC)及びエンジニアリング・ワークステーション(EWS)、ページャ、ワードプロセッサ、テレビ、ビューファインダ型又はモニタ直視型のビデオテープレコーダ、電子手帳、電子卓上計算機、カーナビゲーション装置、POS端末、タッチパネルを備えた装置等の電子機器に適用することができる。 The electronic device is not limited to the above-described mobile phone, and can be applied to various electronic devices. For example, notebook computers, liquid crystal projectors, multimedia-compatible personal computers (PCs) and engineering workstations (EWS), pagers, word processors, televisions, viewfinder type or monitor direct view type video tape recorders, electronic notebooks, electronic desks The present invention can be applied to electronic devices such as a computer, a car navigation device, a POS terminal, and a device having a touch panel.
また、電極パッドの構成材料については、電極パッドに必要とされる電気的特性、物理的特性、および化学的特性に応じて適宜変更が可能である。例えば、電気抵抗の低い銅のみを用いて電極パッドを形成してもよい。また、電極パッドは、例えばTi(チタン)等からなる第1層、TiN(窒化チタン)等からなる第2層、AlCu(アルミニウム/銅)等からなる第3層、TiN等からなる第4層(キャップ層)がこの順に積層されたような、積層構造であってもよい。 In addition, the constituent material of the electrode pad can be appropriately changed according to the electrical characteristics, physical characteristics, and chemical characteristics required for the electrode pad. For example, the electrode pad may be formed using only copper with low electrical resistance. The electrode pads are, for example, a first layer made of Ti (titanium) or the like, a second layer made of TiN (titanium nitride) or the like, a third layer made of AlCu (aluminum / copper) or the like, a fourth layer made of TiN or the like. A laminated structure in which (cap layers) are laminated in this order may be employed.
また、電極パッドの平面視における形状は四角形に限定されず、円形あるいは四角形以外の多角形であってもよい。また、貫通電極は円柱形状に限られず、断面形状が多角形の多角柱形状であってもよい。また、プラグは先細形状であれば、円錐形状に限られない。例えば、断面形状が多角形の錐体でもよく、階段状の段差を有する先細形状であってもよい。 The shape of the electrode pad in plan view is not limited to a quadrangle, and may be a circle or a polygon other than a quadrangle. Further, the through electrode is not limited to a cylindrical shape, and may be a polygonal column shape having a polygonal cross section. Moreover, if a plug is a taper shape, it will not be restricted to a cone shape. For example, the cone may have a polygonal shape, or may have a tapered shape having a stepped step.
また、基体に貫通電極を形成するための孔を穿設した後、プラグの表面に形成された絶縁膜を除去する工程を省略し、孔の側壁および裏面を絶縁膜で覆う工程の後のプラグ表面の絶縁膜を除去する工程によって代用してもよい。この場合、製造工程を単純にし、生産性を向上することができる。 Also, after the hole for forming the through electrode is formed in the base, the step of removing the insulating film formed on the surface of the plug is omitted, and the plug after the step of covering the side wall and back surface of the hole with the insulating film A process of removing the insulating film on the surface may be substituted. In this case, the manufacturing process can be simplified and productivity can be improved.
また、各半導体装置の複数の貫通電極間で電極パッドと貫通電極の距離がばらつく場合だけでなく、各半導体装置の1つの貫通電極同士、あるいは異なるロット間で電極パッドと貫通電極の距離がばらつく場合等にも、本発明を適用できることは言うまでもない。 Further, not only when the distance between the electrode pad and the through electrode varies among a plurality of through electrodes of each semiconductor device, but also the distance between the electrode pad and the through electrode varies between one through electrode of each semiconductor device or between different lots. Needless to say, the present invention can also be applied to cases.
1 半導体装置、2 基体、3 能動面、5 電極パッド、6 電極パッド、7 裏面、8 貫通電極、9 貫通電極、10 孔、11 孔、15 プラグ、16 プラグ、15a〜c プラグ、16a〜c プラグ、23 コア、24 コア、25 導電体層、26 導電体層、300 携帯電話(電子機器)、d 距離、D1 孔の深さ寸法、D2 孔の深さ寸法、H プラグの高さ、T1 厚さ寸法、T2 厚さ寸法、W1 電極パッドの幅、W2 電極パッドの幅、 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device, 2 base | substrate, 3 active surface, 5 electrode pad, 6 electrode pad, 7 back surface, 8 through electrode, 9 through electrode, 10 hole, 11 hole, 15 plug, 16 plug, 15a-c plug, 16a-c Plug, 23 core, 24 core, 25 conductor layer, 26 conductor layer, 300 mobile phone (electronic device), d distance, D 1 hole depth, D 2 hole depth, H plug height , T 1 thickness dimension, T 2 thickness dimension, W 1 electrode pad width, W 2 electrode pad width,
Claims (11)
前記電極パッドの形成領域から前記裏面に向けて先細形状のプラグを形成するとともに、前記電極パッドを形成する工程と、
前記裏面から前記電極パッドに向けて孔を形成し、少なくとも前記プラグの先端を露出させる工程と、
前記孔に導電材料を充填して前記貫通電極を形成する工程と、
を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method of manufacturing a semiconductor device comprising: an electrode pad formed on an active surface of a base; and a through electrode formed from the back surface of the base toward the electrode pad,
Forming a tapered plug from the formation region of the electrode pad toward the back surface, and forming the electrode pad;
Forming a hole from the back surface toward the electrode pad, and exposing at least a tip of the plug;
Filling the holes with a conductive material to form the through electrodes;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
前記エッチング処理は、いずれかの前記孔が前記基体を貫通したとき、またはそれ以前に停止することを特徴とする請求項8または請求項9記載の半導体装置の製造方法。 In the step of forming the holes, a plurality of the holes are simultaneously formed toward the plurality of electrode pads by etching the substrate.
10. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8, wherein the etching process is stopped when any of the holes penetrates the base body or before that. 11.
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