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JP2013106015A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents

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JP2013106015A
JP2013106015A JP2011251184A JP2011251184A JP2013106015A JP 2013106015 A JP2013106015 A JP 2013106015A JP 2011251184 A JP2011251184 A JP 2011251184A JP 2011251184 A JP2011251184 A JP 2011251184A JP 2013106015 A JP2013106015 A JP 2013106015A
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groove
semiconductor device
seed layer
electrode
semiconductor substrate
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Mina Amano
美娜 天野
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Taiyo Yuden Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent generation of voids in a semiconductor device with TSV by inhibiting deposition of a barrier and seed layer on an entire lateral face of a through hole.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate on which a different-surface-level groove including a first groove and a second groove having a horizontal cross-sectional area smaller than that of the first groove is defined, and on which a through via hole opened on both sides by the first and second grooves is formed; a barrier and seed layer covering the different-surface-level groove from an inner surface of the first groove to a part of a lateral face of the second groove and projecting from a lateral face of the through via hole; and an electrode formed on a surface of the seed layer and inside the second groove which is not covered with the seed layer, and exposed from both surfaces of the semiconductor substrate.

Description

本発明は、半導体装置、及びその製造方法に関し、特に、シリコン貫通電極(TSV)を有する半導体装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a through silicon via (TSV) and a manufacturing method thereof.

電子機器の小型化及び高性能化に従い、薄型で専有面積が小さく、高速動作が可能な半導体デバイスが要求されている。電子機器において数枚のシリコン製半導体チップを積ねて1つのパッケージに収める場合に、チップ間をワイヤ・ボンディングで接続すると、この要求を満たすことが困難になっている。そのため、チップの内部を垂直に貫通して、上下のチップ同士の接続を行なうTSVが用いられている。   In accordance with the downsizing and high performance of electronic equipment, there is a demand for a semiconductor device that is thin, has a small occupied area, and can operate at high speed. In an electronic device, when several silicon semiconductor chips are stacked and housed in one package, it is difficult to satisfy this requirement if the chips are connected by wire bonding. Therefore, a TSV that connects the upper and lower chips vertically through the inside of the chip is used.

TSVの製造方法は、まず、シリコン基板にトレンチ(「ブラインドビアホール」とも呼ばれる)を形成する。その後、トレンチの内部を含むシリコン基板上にバリアメタル層およびシード層をこの順で形成し、エッチングにより、シード層のトレンチ内の領域以外の部分を選択的に除去した後、メッキによりシード層上に金属(例えば銅(Cu))を選択的に成長させて配線層L1を形成する。その後、トレンチの底部をCMP(Chemical Mechanical Polishing)で除去する方法がある(特許文献1、図8)。シード層のトレンチ内への金属の埋め込みは、Cuなどの金属を、電気メッキで埋め込んで形成される。   In the TSV manufacturing method, first, a trench (also referred to as a “blind via hole”) is formed in a silicon substrate. Thereafter, a barrier metal layer and a seed layer are formed in this order on the silicon substrate including the inside of the trench, and portions other than the region in the trench of the seed layer are selectively removed by etching, and then plated on the seed layer. A wiring layer L1 is formed by selectively growing a metal (for example, copper (Cu)). Thereafter, there is a method of removing the bottom of the trench by CMP (Chemical Mechanical Polishing) (Patent Document 1, FIG. 8). The metal is buried in the seed layer trench by embedding a metal such as Cu by electroplating.

このように、TSVは、1.トレンチ作製、2.バリア/シード層成膜、3.Cuめっき、4.CMPなどにより底面に配線を露出させる工程で作製される。   Thus, TSV is 1. 1. trench production, 2. Barrier / seed layer deposition; 3. Cu plating, It is fabricated by a process of exposing wiring on the bottom surface by CMP or the like.

しかし、トレンチに対して電気メッキでCuを埋め込む場合、アスペクト比(配線層厚さ/配線幅)が大きくなると、側壁シード層のカバレージ不足が生じて、シーム(Seam)やボイド(Void)等の空隙の原因となり、電極に割れ目又は皺目が発生する。   However, when Cu is embedded in the trench by electroplating, if the aspect ratio (wiring layer thickness / wiring width) becomes large, coverage of the sidewall seed layer is insufficient, and seams, voids, etc. It causes voids and cracks or cracks occur in the electrodes.

空隙発生への対策として、トレンチを、底部方向に対して順テーパー形状とし、イオン濃度の量を調整して、スパッタリングにより選択的に側壁にシード層を成膜する対策がとられている(非特許文献1)。また、Cuめっきの前に、無電解ニッケルめっき処理を行いシード層の上にニッケル層を設けた後に、Cuメッキ層を、トレンチ底面から電極を形成することで、Cu電極を形成することで、シームやボイドの発生を抑える対策がある(非特許文献2)。   As a countermeasure against the generation of voids, a countermeasure is taken in which the trench is formed in a forward tapered shape with respect to the bottom direction, the amount of ion concentration is adjusted, and a seed layer is selectively formed on the side wall by sputtering (non-native). Patent Document 1). Moreover, by forming an electrode from the bottom surface of the trench by forming an electrode from the bottom of the trench after forming a nickel layer on the seed layer by performing electroless nickel plating before Cu plating, There are measures to suppress the generation of seams and voids (Non-patent Document 2).

特開2006−080295号公報JP 2006-080295 A

NOVELLUS DEVELOPS ADVANCED COPPERSEED TECHNOLOGY FOR THROUGH-SILICON-ビアホール (TSV)PACKAGING [online]. Novellus Systems, Inc., 2010. [retrieved on 2011.7.24]Retrieved from the Internet:<URL:http://ir.novellus.com/releasedetail.cfm?ReleaseID=450123>NOVELLUS DEVELOPS ADVANCED COPPERSEED TECHNOLOGY FOR THROUGH-SILICON-Bia Hall (TSV) PACKAGING [online]. Novellus Systems, Inc., 2010. [retrieved on 2011.7.24] Retrieved from the Internet: <URL: http: //ir.novellus. com / releasedetail.cfm? ReleaseID = 450123> TSVメッキ技術[online]. 清川メッキ工業株式会社, 2011, JUL 8. [retrieved on2011.7.24] Retrieved from the Internet:<URL:http://www.kiyokawa.co.jp/technology/technology.asp?hed=71>TSV plating technology [online]. Kiyokawa Plating Industry Co., Ltd., 2011, JUL 8. [retrieved on2011.7.24] Retrieved from the Internet: <URL: http://www.kiyokawa.co.jp/technology/technology.asp? hed = 71>

しかし、トレンチを順テーパー形状にすると、トレンチ上面幅が大きくなるため、微細化が困難となる。さらに、スパッタ成膜条件の調整により選択的に側壁にシード層を成膜する方法があるが、特殊な仕様のスパッタ装置が必要となり、工程数増加により製造コストが増加してしまう。   However, if the trench has a forward taper shape, the width of the upper surface of the trench becomes large, so that miniaturization becomes difficult. Furthermore, there is a method of selectively depositing a seed layer on the side wall by adjusting the sputtering film forming conditions, but a sputter apparatus with special specifications is required, and the manufacturing cost increases due to an increase in the number of processes.

また、トレンチ底部からCu電極を形成する方法では、無電解ニッケルメッキ処理が必要となり、工程数増加により製造コストが増加してしまう。   Further, in the method of forming the Cu electrode from the bottom of the trench, an electroless nickel plating process is required, and the manufacturing cost increases due to an increase in the number of processes.

以上の課題を鑑み、本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、両面に開口を有する貫通ビアホール内に、貫通電極を形成、貫通孔側面すべてにバリア及びシード層を成膜しないことで、空隙防止のための製造工程数の増加を防ぐすることを目的とする。   In view of the above problems, in the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the embodiment of the present invention, the through electrode is formed in the through via hole having openings on both sides, and the barrier and the seed layer are not formed on all the side surfaces of the through hole. Thus, an object is to prevent an increase in the number of manufacturing steps for preventing voids.

上記課題を解決する形態は、下記の(1)〜(8)に記載のようなものである。
(1)第1の溝部、及び前記第1の溝部より水平断面積が小さい第2の溝部からなる凸状溝部を画成し、且つ、前記第1及び第2の溝部により両端を開口する貫通ビアホールが形成される半導体基板と、
前記第1の溝部の内面から、前記第2の溝部の側面の一部まで被覆して、前記貫通ビアホールの側面に隆起するバリア層およびシード層と、
前記シード層の表面上、及び、前記シード層で被覆されていない前記第2の溝部内部に形成されて、前記半導体基板の両表面から露出する電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。
(2)前記第2の溝部の側面の一部に被覆された部分と、前記第2の溝部の側面において前記シード層で被覆されていない部分との軸方向の長さ比が、1:2〜1:10ある(1)に記載の半導体装置。
(3)前記第1の溝部の内面に塗布される前記バリア層およびシード層は、前記第1の溝部の側面と、底面に塗布されており、
前記貫通電極はさらに、前記第1の溝部の底面と、前記半導体基板の表面との間に形成される、(1)又は(2)に記載の半導体装置。
(4)前記電極の形成は、電気メッキにより形成される(1)〜(3)の何れか1項に記載の半導体装置。
(5)半導体装置の製造方法であって、
第1の溝部、及び前記第1の溝部より水平断面積が小さい第2の溝部からなる凸状溝部を画成し、且つ、前記第1及び第2の溝部により両端を開口する貫通ビアホールを、半導体基板に形成する工程と、
前記第1の溝部の内面から、前記第2の溝部の側面の一部まで被覆して、前記貫通ビアホールの側面に隆起するバリア層およびシード層を成膜する工程と、
金属箔を、前記第1の溝部の上部に配置する工程と、
前記シード層の表面上、及び、前記シード層で被覆されていない前記第2の溝部内部に形成されて、前記半導体基板の両表面から露出する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。
(6)前記第2の溝部の側面の一部に被覆された部分と、前記第2の溝部の側面において前記シード層で被覆されていない部分との軸方向の長さ比が、1:2〜1:10ある(5)に記載の半導体装置の製造方法。
(7)前記第1の溝部の内面に塗布される前記バリア層およびシード層は、前記第1の溝部の側面と、底面に塗布されており、
前記電極はさらに、前記第1の溝部の底面と、前記半導体基板の表面との間に形成される、(5)又は(6)に記載の半導体装置の製造方法。
(8)前記電極の形成工程は、電気メッキにより形成される(5)〜(7)の何れか1項に記載の半導体装置。
The form which solves the said subject is a thing as described in following (1)-(8).
(1) A first groove and a convex groove formed by a second groove having a horizontal cross-sectional area smaller than that of the first groove, and the first and second grooves open at both ends. A semiconductor substrate in which via holes are formed;
A barrier layer and a seed layer covering from the inner surface of the first groove part to a part of the side surface of the second groove part and protruding on the side surface of the through via hole;
An electrode formed on the surface of the seed layer and in the second groove not covered with the seed layer and exposed from both surfaces of the semiconductor substrate.
(2) The axial length ratio between the portion covered with a part of the side surface of the second groove and the portion not covered with the seed layer on the side surface of the second groove is 1: 2. ˜1: 10 The semiconductor device according to (1).
(3) The barrier layer and the seed layer applied to the inner surface of the first groove portion are applied to the side surface and the bottom surface of the first groove portion,
The semiconductor device according to (1) or (2), wherein the through electrode is further formed between a bottom surface of the first groove and a surface of the semiconductor substrate.
(4) The semiconductor device according to any one of (1) to (3), wherein the electrode is formed by electroplating.
(5) A method of manufacturing a semiconductor device,
A through-groove that defines a first groove and a convex groove composed of a second groove having a smaller horizontal cross-sectional area than the first groove, and has both ends opened by the first and second grooves, Forming on a semiconductor substrate;
Forming a barrier layer and a seed layer that are covered from the inner surface of the first groove portion to a part of the side surface of the second groove portion and are raised on the side surface of the through via hole;
Placing a metal foil on top of the first groove;
Forming an electrode formed on the surface of the seed layer and in the second groove not covered with the seed layer and exposed from both surfaces of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
(6) The axial length ratio between the portion covered with a part of the side surface of the second groove and the portion not covered with the seed layer on the side surface of the second groove is 1: 2. The manufacturing method of the semiconductor device according to (5), which is ˜1: 10.
(7) The barrier layer and the seed layer applied to the inner surface of the first groove portion are applied to the side surface and the bottom surface of the first groove portion,
The method of manufacturing a semiconductor device according to (5) or (6), wherein the electrode is further formed between a bottom surface of the first groove and a surface of the semiconductor substrate.
(8) The semiconductor device according to any one of (5) to (7), wherein the electrode forming step is formed by electroplating.

本発明の実施形態に係る半導体装置及びその製造方法は、両面に開口を有する貫通ビアホール内に、貫通電極を形成し、貫通孔側面すべてにバリア及びシード層を成膜しないことで、空隙の発生を防止するとともに、空隙発生防止のための製造工程数の増加を防ぐことができる。   In a semiconductor device and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention, voids are generated by forming a through electrode in a through via hole having openings on both sides, and not forming a barrier and a seed layer on all sides of the through hole. And the increase in the number of manufacturing processes for preventing the generation of voids can be prevented.

また、従来提案されているTSV製法はすべて、トレンチの電極を埋め込む形式であるので、電極形成後に、トレンチ底部にある半導体基板をCMPで除去工程が必要となるが、本実施形態に係る半導体製造方法は、底部にある半導体基板の除去処理が不要になる。   In addition, since all of the conventionally proposed TSV manufacturing methods are in the form of embedding the electrodes of the trenches, a semiconductor substrate at the bottom of the trenches needs to be removed by CMP after the electrodes are formed. The method eliminates the need to remove the semiconductor substrate at the bottom.

本発明の実施形態に係る半導体装置の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 図1Aに示す半導体装置のシリコン基板形状を示す図である。It is a figure which shows the silicon substrate shape of the semiconductor device shown to FIG. 1A. 本発明の実施形態に係る半導体装置の別な例を示す図である。It is a figure which shows another example of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. TSVを有する半導体装置の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of the semiconductor device which has TSV. 図2で示した半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices shown in FIG. 半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices. 半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices. 半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices. 半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices. 半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device in the manufacturing process of 100 A of semiconductor devices. 半導体装置100の製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。4 is a cross-sectional view of a semiconductor device in a manufacturing process of the semiconductor device 100. FIG. 半導体装置100の製造プロセスにおける半導体装置の断面図である。4 is a cross-sectional view of a semiconductor device in a manufacturing process of the semiconductor device 100. FIG.

以下、図面を参照して、(1)半導体装置、及び(2)半導体装置の製造方法について順に説明する。   Hereinafter, (1) a semiconductor device and (2) a method for manufacturing the semiconductor device will be described in order with reference to the drawings.

(1)半導体装置
図1Aは、本発明の実施形態に係る半導体装置の一例を示す図である。図1Bは、図1Aに示す半導体装置のシリコン基板形状を示す図である。図1Aに示す半導体装置100は、シリコン基板などの半導体基板10、バリア/シード層40、電極70を有する。半導体基板10には、電極を埋め込むための貫通ビアホールが形成される。この貫通ビアホールは、図1Bの矢印101に示すように、図1Bの上部に示す上溝部、図1Bの矢印102に示すように、図1Bの下部に示す下溝部の2つの溝部から構成される下向きの凸状を画成(境界を定める)し、且つ、2つの溝部により両端を開口する。
(1) Semiconductor Device FIG. 1A is a diagram illustrating an example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 1B is a diagram showing a silicon substrate shape of the semiconductor device shown in FIG. 1A. A semiconductor device 100 illustrated in FIG. 1A includes a semiconductor substrate 10 such as a silicon substrate, a barrier / seed layer 40, and an electrode 70. A through via hole for embedding an electrode is formed in the semiconductor substrate 10. As shown by an arrow 101 in FIG. 1B, the through via hole is composed of two grooves, an upper groove shown in the upper part of FIG. 1B and a lower groove shown in the lower part of FIG. 1B as shown by an arrow 102 in FIG. 1B. A downward convex shape is defined (a boundary is defined), and both ends are opened by two grooves.

バリア/シード層40は、バリア層(密着層)及びシード層からなり、例えば、バリア層は、Ti10nmの膜厚からなり、シード層は、Cu100nmの膜厚からなる。バリア/シード層40は、上溝部の内面から、下溝部の側面の一部までを被覆して、貫通ビアホールの側面に隆起する形状を有する。電極70は、バリア/シード層40の表面上、及び、バリア/シード層40で被覆されていない下溝部の内部に形成されて、貫通ビアホール内に形成され、半導体基板10の両表面から露出する。   The barrier / seed layer 40 includes a barrier layer (adhesion layer) and a seed layer. For example, the barrier layer has a thickness of Ti 10 nm, and the seed layer has a thickness of Cu 100 nm. The barrier / seed layer 40 has a shape that covers from the inner surface of the upper groove portion to a part of the side surface of the lower groove portion and protrudes from the side surface of the through via hole. The electrode 70 is formed on the surface of the barrier / seed layer 40 and inside the lower groove not covered with the barrier / seed layer 40, is formed in the through via hole, and is exposed from both surfaces of the semiconductor substrate 10. .

このように、バリア/シード層40を、両面に開口を有する貫通ビアホール側面の途中までしか成膜せずに、貫通ビアホール内に、電極70を形成し、貫通孔側面すべてにバリア及びシード層を成膜しないことで、空隙の発生を防止することができる。また、特殊な仕様のスパッタ装置や、無電解ニッケルメッキ処理が不要なので、空隙防止のための製造工程数の増加を防ぐことができる。   In this way, the barrier / seed layer 40 is formed only halfway along the side surface of the through via hole having openings on both sides, the electrode 70 is formed in the through via hole, and the barrier and seed layer are formed on all the side surfaces of the through hole. By not forming the film, generation of voids can be prevented. Further, since there is no need for a special specification sputtering apparatus or electroless nickel plating treatment, it is possible to prevent an increase in the number of manufacturing steps for preventing voids.

また、バリア/シード層40は、貫通ビアホールの側面に隆起する形状を有しているので、電極70が、半導体基板10から、軸方向に移動することを阻害し、温度収縮等により電極がシード層40及び半導体基板10から破断することを防ぐことができる。   In addition, since the barrier / seed layer 40 has a shape protruding on the side surface of the through via hole, the electrode 70 hinders the electrode 70 from moving in the axial direction from the semiconductor substrate 10, and the electrode is seeded due to temperature shrinkage or the like. Breaking from the layer 40 and the semiconductor substrate 10 can be prevented.

下溝部の一部にはみ出てバリア/シード層に被覆された部分と、バリア/シード層で被覆されていないビアホール側面部分との軸方向の長さ比は、アスペクト比の向上を図る場合小さくなり、一方、バリア/シード層の半導体基板への密着性を上げる場合は、大きくなる。そのため、長さ比は、1:2〜1:10するのが好ましい。   The axial length ratio between the part that protrudes from the lower groove part and is covered with the barrier / seed layer and the side part of the via hole that is not covered with the barrier / seed layer becomes smaller when the aspect ratio is improved. On the other hand, when the adhesion of the barrier / seed layer to the semiconductor substrate is increased, it becomes larger. Therefore, the length ratio is preferably 1: 2 to 1:10.

さらに、貫通ビアホールは、底部に向かって細くなるテーパ形状ではないので、高アスペクトになっても、トレンチ上面幅が大きくなることはない。よって、微細化が可能になる。   Furthermore, since the through via hole does not have a tapered shape that narrows toward the bottom, the width of the upper surface of the trench does not increase even when the aspect ratio becomes high. Therefore, miniaturization becomes possible.

図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の別な例を示す図である。図2に示す半導体装置100Aは、図1で説明した半導体装置100と比して、電極70Aが、バリア/シード層40Aの上面に形成される点において相違し、他の構成は同じである。図1Aに示す半導体装置100よりも、上層部の深さを大きくとることで、バリア/シード層40の上面に電極70Aを形成することが可能になる。   FIG. 2 is a diagram showing another example of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. The semiconductor device 100A shown in FIG. 2 is different from the semiconductor device 100 described in FIG. 1 in that an electrode 70A is formed on the upper surface of the barrier / seed layer 40A, and the other configurations are the same. The electrode 70A can be formed on the upper surface of the barrier / seed layer 40 by making the depth of the upper layer portion larger than that of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A.

このように電極70Aを形成すると、電極70Aが、半導体基板10から、軸方向に移動することを阻害し、温度収縮等により電極がシード層40及び半導体基板10から破断することをより効果的に防ぐことができる。   When the electrode 70A is formed in this way, the electrode 70A is prevented from moving in the axial direction from the semiconductor substrate 10, and the electrode is more effectively prevented from breaking from the seed layer 40 and the semiconductor substrate 10 due to temperature shrinkage or the like. Can be prevented.

なお、図1A及び図2では、図示の都合上、上溝部の内径長さを、長めに表示しているが、上溝部の内径は、例えば、下溝部の内径の1.1倍以上の長さある。   In FIG. 1A and FIG. 2, for the sake of illustration, the inner diameter length of the upper groove portion is shown longer, but the inner diameter of the upper groove portion is, for example, 1.1 times or more the inner diameter of the lower groove portion. There is.

(2)半導体装置の製造方法
図3は、TSVを有する半導体装置の製造プロセスの一例を示すフローチャートである。図4A〜図4Fは、図3に示す製造プロセスの各工程における半導体装置の断面を示す図である。図3、図4A〜図4Fでは、図2で示した半導体装置100Aの製造プロセスにおける半導体装置を示す。
(2) Manufacturing Method of Semiconductor Device FIG. 3 is a flowchart showing an example of a manufacturing process of a semiconductor device having a TSV. 4A to 4F are views showing cross sections of the semiconductor device in each step of the manufacturing process shown in FIG. 3 and 4A to 4F show the semiconductor device in the manufacturing process of the semiconductor device 100A shown in FIG.

まず、半導体基板に貫通ビアホールを形成する(図3、S101)。図4Aは、上溝部を有する半導体装置を示す。半導体基板10上にフォトレジスト12を塗布する。さらに、ステッパーにより、上溝部をマスクしたパターンを露光し、マスクされていないフォトレジストに紫外線を当て、現像液で露光されたフォトレジストを除去する。次に、深堀り反応性イオンエッチング(DRIE)を施し、レジストの残っている部分はエッチングによって除去されないため、半導体基板10に上溝部20が形成される。   First, a through via hole is formed in a semiconductor substrate (FIG. 3, S101). FIG. 4A shows a semiconductor device having an upper groove. A photoresist 12 is applied on the semiconductor substrate 10. Furthermore, the pattern which masked the upper groove part is exposed with a stepper, ultraviolet rays are applied to the unmasked photoresist, and the photoresist exposed with the developer is removed. Next, deep reactive ion etching (DRIE) is performed, and the remaining portion of the resist is not removed by etching, so that the upper groove portion 20 is formed in the semiconductor substrate 10.

図4Bは、上溝部に加えて、下溝部を有する半導体装置を示す。半導体基板10上にフォトレジスト13を塗布する。さらに、ステッパーにより、上溝部及び下溝部をマスクしたパターンを露光し、マスクされていないフォトレジストに紫外線を当て、現像液で露光されたフォトレジストを除去する。次に、DRIEを施して、半導体基板10に下溝部30を形成する。図4Cは、図4Bに示す半導体装置に対して、溶剤によってレジストを完全に除去した後の半導体装置を示す。   FIG. 4B shows a semiconductor device having a lower groove portion in addition to the upper groove portion. A photoresist 13 is applied on the semiconductor substrate 10. Furthermore, the pattern which masked the upper groove part and the lower groove part is exposed with a stepper, ultraviolet rays are applied to the unmasked photoresist, and the photoresist exposed with the developer is removed. Next, DRIE is performed to form the lower groove portion 30 in the semiconductor substrate 10. FIG. 4C shows the semiconductor device after the resist is completely removed with a solvent with respect to the semiconductor device shown in FIG. 4B.

熱酸化により、半導体装置の表面にシリコン酸化膜を生成する(図3、S102)。シリコン酸化膜は、例えば、1umの膜厚である。   A silicon oxide film is generated on the surface of the semiconductor device by thermal oxidation (FIG. 3, S102). The silicon oxide film has a thickness of 1 μm, for example.

次に、上溝部表面、及び下溝部の側面の一部に、スパッタリングなどでバリア層、及び、バリア層の上にシード層を成膜する(図3、S103)。図4Dは、バリア/シード層40が形成された半導体装置を示す。バリア/シード層40は、貫通ビアホールの側壁全面に成膜せず、貫通ビアホールの側面の一部に成膜する。図4Dに示されるように、バリア/シード層40は、下溝部側面の一部まで被覆して、貫通ビアホールの内側に隆起する形状を構成する。この隆起形状により、銅電極が貫通ビアホールの内面に密着し、銅電極が、温度収縮等の繰り返しにより破断することを回避できる。   Next, a barrier layer and a seed layer are formed on the barrier layer by sputtering or the like on the surface of the upper groove portion and a part of the side surface of the lower groove portion (FIG. 3, S103). FIG. 4D shows the semiconductor device in which the barrier / seed layer 40 is formed. The barrier / seed layer 40 is not formed on the entire side wall of the through via hole, but is formed on a part of the side surface of the through via hole. As shown in FIG. 4D, the barrier / seed layer 40 covers a part of the side surface of the lower groove and forms a shape that protrudes inside the through via hole. With this raised shape, the copper electrode can be adhered to the inner surface of the through via hole, and the copper electrode can be prevented from being broken due to repeated temperature shrinkage or the like.

なお、図4A〜図4Fでは、形状を明確に示すために、下溝部の内径に比して上溝部の内径を大きく示しているが、半導体製造プロセスの微細化要求に伴ってアスペクト比を大きくする場合、上溝部内径は、図示されるよりも小さくしてもよい。   In FIGS. 4A to 4F, in order to clearly show the shape, the inner diameter of the upper groove portion is shown larger than the inner diameter of the lower groove portion, but the aspect ratio is increased in accordance with the demand for miniaturization of the semiconductor manufacturing process. In that case, the inner diameter of the upper groove portion may be smaller than shown.

次に、貫通ビアホールにCu電極を電気メッキで生成する(図3、S104)。図4Eは、Cu電極形成装置を取り付けた半導体装置を示す図である。半導体基板10の上面に銅箔52があてられており、銅箔52の上に支持板54を載せ、さらに、電極60を銅箔52の給電部に接続する。銅箔52は、絶縁部56(例えば、カプトンテープ)で覆われる。図4Eに示す半導体装置は、Cu電解メッキ液(図示しない)に浸されており、電極60により銅板51及び銅箔52に通電して、Cu電気メッキをすることで、銅箔52の部分からCuが析出し、貫通ビアホールの内部にCuが埋まる。たとえば、電流値を20mA/cm2に調整すると、0.3〜0.4um/minのレートでCuが貫通ビアホール内にメッキされるので、Cuが析出する時間はこのレートと埋め込み厚さから算出できる。このようにして、貫通ビアホール内にCu電極が選択的に埋め込まれる。Cu電極が選択的に埋め込まれると、絶縁部56、銅箔52をはずす。   Next, a Cu electrode is generated in the through via hole by electroplating (FIG. 3, S104). FIG. 4E is a diagram illustrating a semiconductor device to which a Cu electrode forming apparatus is attached. A copper foil 52 is applied to the upper surface of the semiconductor substrate 10, a support plate 54 is placed on the copper foil 52, and the electrode 60 is connected to a power feeding portion of the copper foil 52. The copper foil 52 is covered with an insulating part 56 (for example, Kapton tape). The semiconductor device shown in FIG. 4E is immersed in a Cu electrolytic plating solution (not shown), and the copper plate 51 and the copper foil 52 are energized by the electrode 60 to perform Cu electroplating. Cu is deposited, and Cu is buried in the through via hole. For example, when the current value is adjusted to 20 mA / cm 2, Cu is plated in the through via hole at a rate of 0.3 to 0.4 μm / min. . In this way, the Cu electrode is selectively embedded in the through via hole. When the Cu electrode is selectively embedded, the insulating portion 56 and the copper foil 52 are removed.

銅箔等をはずす(図3、S105)。銅箔52をはずすとき、ビアホール内部に埋め込まれた電極の一部がはずされる可能性がある。しかしながら、バリア/シード層40と、銅箔52とは接着しておらず、且つ、貫通ビアホールの側面に隆起する形状により、Cu電極は貫通ビアホール内との密着性が高いことから、銅箔52は、電極70から容易に外すことができる。   Remove the copper foil and the like (FIG. 3, S105). When the copper foil 52 is removed, a part of the electrode embedded in the via hole may be removed. However, since the barrier / seed layer 40 and the copper foil 52 are not bonded, and the Cu electrode has high adhesion to the inside of the through via hole due to the shape protruding on the side surface of the through via hole, the copper foil 52 Can be easily removed from the electrode 70.

最後に、図4Fに示す貫通ビアホール内に析出したCu、半導体基板10上面のシード層を除去し、次いで、バリア層を薬液処理で除去し、また、底部に析出したCuを除去して、図2に示した半導体装置100Aが製造される(図3、S106)。   Finally, the Cu deposited in the through via hole shown in FIG. 4F, the seed layer on the upper surface of the semiconductor substrate 10 is removed, then the barrier layer is removed by chemical treatment, and the Cu deposited on the bottom is removed. The semiconductor device 100A shown in FIG. 2 is manufactured (FIG. 3, S106).

このように、本発明の実施形態に係る半導体装置の製造方法は、半導体基板の除去処理を行うことなく、TSV付き半導体装置を製造できる。   As described above, the semiconductor device manufacturing method according to the embodiment of the present invention can manufacture a semiconductor device with a TSV without performing a semiconductor substrate removal process.

図1Aで示した半導体装置100の製造プロセスも、図3のフローチャートで示す製造プロセスと同様に行うことができる。図5A及び図5Bは、半導体装置100の製造プロセス工程における半導体装置の断面を示す図である。   The manufacturing process of the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A can be performed in the same manner as the manufacturing process shown in the flowchart of FIG. 5A and 5B are views showing a cross section of the semiconductor device in the manufacturing process of the semiconductor device 100. FIG.

半導体装置100の製造の場合、貫通ビアホールの形成工程(図3、S101)〜バリア/シード層の形成工程(図3、S103)では、図5Aに示すように、上溝部の浅い半導体基板を生成し、その上に、バリア/シード層40を形成する。そして、Cu電極の電気メッキ工程(図3、S104)では、図5Bに示すように貫通ビアホール内にCu電極を形成する。そして、銅箔等をはずした後で(図3、S105)、貫通ビアホール内に析出したCu、半導体基板10上面のシード層を除去し、次いで、バリア層を薬液処理で除去し、また、底部に析出したCuを除去して、図1Aに示した半導体装置100が製造される(図3、S106)。   In the case of manufacturing the semiconductor device 100, in the through via hole forming step (FIG. 3, S101) to the barrier / seed layer forming step (FIG. 3, S103), as shown in FIG. 5A, a semiconductor substrate having a shallow upper groove is generated. Then, the barrier / seed layer 40 is formed thereon. Then, in the Cu electrode electroplating step (FIG. 3, S104), a Cu electrode is formed in the through via hole as shown in FIG. 5B. Then, after removing the copper foil or the like (FIG. 3, S105), Cu deposited in the through via hole, the seed layer on the upper surface of the semiconductor substrate 10 is removed, and then the barrier layer is removed by chemical treatment, Then, the Cu deposited on the semiconductor device 100 is removed to manufacture the semiconductor device 100 shown in FIG. 1A (FIG. 3, S106).

以上説明した実施形態は典型例として挙げたに過ぎず、その各実施形態の構成要素の組合せ、変形及びバリエーションは当業者にとって明らかであり、当業者であれば本発明の原理及び請求の範囲に記載した発明の範囲を逸脱することなく上述の実施形態の種々の変形を行えることは明らかである。   The embodiments described above are merely given as typical examples, and combinations, modifications, and variations of the components of each embodiment will be apparent to those skilled in the art, and those skilled in the art will understand the principles and claims of the present invention. Obviously, various modifications may be made to the embodiments described above without departing from the scope of the described invention.

10 半導体基板
12、13 フォトレジスト
20 上溝部
30 下溝部
40 バリア/シード層
51、52 銅箔
60 電極
70、70A Cu電極
100、100A 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Semiconductor substrate 12, 13 Photoresist 20 Upper groove part 30 Lower groove part 40 Barrier / seed layer 51, 52 Copper foil 60 Electrode 70, 70A Cu electrode 100, 100A Semiconductor device

Claims (8)

第1の溝部、及び前記第1の溝部より水平断面積が小さい第2の溝部からなる凸状溝部を画成し、且つ、前記第1及び第2の溝部により両端を開口する貫通ビアホールが形成される半導体基板と、
前記第1の溝部の内面から、前記第2の溝部の側面の一部まで被覆して、前記貫通ビアホールの側面に隆起するバリア層およびシード層と、
前記シード層の表面上、及び、前記シード層で被覆されていない前記第2の溝部内部に形成されて、前記半導体基板の両表面から露出する電極と、を備えることを特徴とする半導体装置。
A first groove and a convex groove composed of a second groove having a smaller horizontal cross-sectional area than the first groove are defined, and a through via hole having both ends opened by the first and second grooves is formed. A semiconductor substrate,
A barrier layer and a seed layer covering from the inner surface of the first groove part to a part of the side surface of the second groove part and protruding on the side surface of the through via hole;
An electrode formed on the surface of the seed layer and in the second groove not covered with the seed layer and exposed from both surfaces of the semiconductor substrate.
前記第2の溝部の側面の一部に被覆された部分と、前記第2の溝部の側面において前記シード層で被覆されていない部分との軸方向の長さ比が、1:2〜1:10ある請求項1に記載の半導体装置。   The length ratio in the axial direction between the portion covered with a part of the side surface of the second groove and the portion not covered with the seed layer on the side surface of the second groove is 1: 2 to 1: 10. The semiconductor device according to claim 1, wherein there are ten. 前記第1の溝部の内面に塗布される前記バリア層およびシード層は、前記第1の溝部の側面と、底面に塗布されており、
前記貫通電極はさらに、前記第1の溝部の底面と、前記半導体基板の表面との間に形成される、請求項1又は2に記載の半導体装置。
The barrier layer and seed layer applied to the inner surface of the first groove are applied to the side and bottom surfaces of the first groove,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the through electrode is further formed between a bottom surface of the first groove and a surface of the semiconductor substrate.
前記電極の形成は、電気メッキにより形成される請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the electrode is formed by electroplating. 半導体装置の製造方法であって、
第1の溝部、及び前記第1の溝部より水平断面積が小さい第2の溝部からなる凸状溝部を画成し、且つ、前記第1及び第2の溝部により両端を開口する貫通ビアホールを、半導体基板に形成する工程と、
前記第1の溝部の内面から、前記第2の溝部の側面の一部まで被覆して、前記貫通ビアホールの側面に隆起するバリア層およびシード層を成膜する工程と、
金属箔を、前記第1の溝部の上部に配置する工程と、
前記シード層の表面上、及び、前記シード層で被覆されていない前記第2の溝部内部に形成されて、前記半導体基板の両表面から露出する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 for manufacturing a semiconductor device, comprising:
A through-groove that defines a first groove and a convex groove composed of a second groove having a smaller horizontal cross-sectional area than the first groove, and has both ends opened by the first and second grooves, Forming on a semiconductor substrate;
Forming a barrier layer and a seed layer that are covered from the inner surface of the first groove portion to a part of the side surface of the second groove portion and are raised on the side surface of the through via hole;
Placing a metal foil on top of the first groove;
Forming an electrode formed on the surface of the seed layer and in the second groove not covered with the seed layer and exposed from both surfaces of the semiconductor substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記第2の溝部の側面の一部に被覆された部分と、前記第2の溝部の側面において前記シード層で被覆されていない部分との軸方向の長さ比が、1:2〜1:10ある請求項5に記載の半導体装置の製造方法。   The length ratio in the axial direction between the portion covered with a part of the side surface of the second groove and the portion not covered with the seed layer on the side surface of the second groove is 1: 2 to 1: 10. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein: 前記第1の溝部の内面に塗布される前記バリア層およびシード層は、前記第1の溝部の側面と、底面に塗布されており、
前記電極はさらに、前記第1の溝部の底面と、前記半導体基板の表面との間に形成される、請求項5又は6に記載の半導体装置の製造方法。
The barrier layer and seed layer applied to the inner surface of the first groove are applied to the side and bottom surfaces of the first groove,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 5, wherein the electrode is further formed between a bottom surface of the first groove and a surface of the semiconductor substrate.
前記電極の形成工程は、電気メッキにより形成される請求項5〜7の何れか1項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 5, wherein the electrode forming step is formed by electroplating.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015082598A (en) * 2013-10-23 2015-04-27 富士電機株式会社 Semiconductor substrate and semiconductor substrate manufacturing method
CN109637977A (en) * 2018-12-05 2019-04-16 上海华力集成电路制造有限公司 The groove structure and its manufacturing method of copper filling
US11152294B2 (en) * 2018-04-09 2021-10-19 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
US11760682B2 (en) 2019-02-21 2023-09-19 Corning Incorporated Glass or glass ceramic articles with copper-metallized through holes and processes for making the same
US12200875B2 (en) 2018-09-20 2025-01-14 Industrial Technology Research Institute Copper metallization for through-glass vias on thin glass
JP2025507173A (en) * 2022-11-04 2025-03-13 シーエックスエムティー コーポレーション Semiconductor interconnect structure and method for forming same, semiconductor package structure

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63278368A (en) * 1987-05-11 1988-11-16 Nec Corp Forming method for viahole of semiconductor substrate
JP2006269860A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Oki Electric Ind Co Ltd Penetration conductor and manufacturing method thereof
JP2007059796A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Matsushita Electric Works Ltd Manufacturing method of through-hole wiring
JP2008021739A (en) * 2006-07-11 2008-01-31 Shinko Electric Ind Co Ltd Substrate manufacturing method
JP2009238957A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Panasonic Electric Works Co Ltd Via forming method on board

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63278368A (en) * 1987-05-11 1988-11-16 Nec Corp Forming method for viahole of semiconductor substrate
JP2006269860A (en) * 2005-03-25 2006-10-05 Oki Electric Ind Co Ltd Penetration conductor and manufacturing method thereof
JP2007059796A (en) * 2005-08-26 2007-03-08 Matsushita Electric Works Ltd Manufacturing method of through-hole wiring
JP2008021739A (en) * 2006-07-11 2008-01-31 Shinko Electric Ind Co Ltd Substrate manufacturing method
JP2009238957A (en) * 2008-03-26 2009-10-15 Panasonic Electric Works Co Ltd Via forming method on board

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015082598A (en) * 2013-10-23 2015-04-27 富士電機株式会社 Semiconductor substrate and semiconductor substrate manufacturing method
US11152294B2 (en) * 2018-04-09 2021-10-19 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
US11201109B2 (en) 2018-04-09 2021-12-14 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
US12131985B2 (en) 2018-04-09 2024-10-29 Corning Incorporated Hermetic metallized via with improved reliability
US12200875B2 (en) 2018-09-20 2025-01-14 Industrial Technology Research Institute Copper metallization for through-glass vias on thin glass
CN109637977A (en) * 2018-12-05 2019-04-16 上海华力集成电路制造有限公司 The groove structure and its manufacturing method of copper filling
US11760682B2 (en) 2019-02-21 2023-09-19 Corning Incorporated Glass or glass ceramic articles with copper-metallized through holes and processes for making the same
US12515977B2 (en) 2019-02-21 2026-01-06 Corning Incorporated Glass or glass ceramic articles with copper-metallized through holes and processes for making the same
JP2025507173A (en) * 2022-11-04 2025-03-13 シーエックスエムティー コーポレーション Semiconductor interconnect structure and method for forming same, semiconductor package structure
JP7781304B2 (en) 2022-11-04 2025-12-05 シーエックスエムティー コーポレーション Semiconductor interconnect structure and method for forming the same, semiconductor package structure

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