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JP7378693B1 - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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JP7378693B1
JP7378693B1 JP2023556766A JP2023556766A JP7378693B1 JP 7378693 B1 JP7378693 B1 JP 7378693B1 JP 2023556766 A JP2023556766 A JP 2023556766A JP 2023556766 A JP2023556766 A JP 2023556766A JP 7378693 B1 JP7378693 B1 JP 7378693B1
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semiconductor device
plating
gold
substrate
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JP2023556766A
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亮 奥畑
弘一郎 西澤
智之 森田
智明 徳久
寿和 清水
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

本願の半導体装置(10)は、半導体材料の基板(1)、基板(1)の一方の面に形成された表面電極(3)、および基板(1)の他方の面で開口し、表面電極(3)を底面とする筒状の孔の内壁を被覆し、開口の側から底面に向かって窪む凹部(42d)が形成された金による被覆層(42)と、凹部(42d)を埋め、銅、銀、ニッケル、錫、および被覆層(42)よりも結晶粒径が大きな金のいずれかによる充填層(43)と、を有する中実のビア(10v)、を備えるように構成した。 A semiconductor device (10) of the present application includes a substrate (1) made of a semiconductor material, a surface electrode (3) formed on one surface of the substrate (1), and an opening on the other surface of the substrate (1). The inner wall of the cylindrical hole with (3) as the bottom is covered with a gold coating layer (42) in which a recess (42d) is formed that is concave from the opening side toward the bottom, and the recess (42d) is filled. , a filling layer (43) made of any of copper, silver, nickel, tin, and gold having a crystal grain size larger than that of the coating layer (42), and a solid via (10V). .

Description

本願は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関するものである。 The present application relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

半導体基板の表面と裏面を貫通する電極(ビア)を有する半導体装置においては、ビア内を通常、Cuビアフィリングと称される銅(Cu)めっきにおいて充填することで、電気的な接続、高周波特性の向上および放熱性の向上が期待される。 In semiconductor devices that have electrodes (vias) that penetrate the front and back surfaces of a semiconductor substrate, electrical connections and high-frequency characteristics are improved by filling the vias with copper (Cu) plating, which is usually referred to as Cu via filling. This is expected to improve heat dissipation and heat dissipation.

銅めっきによるビアフィリングは電解めっきで実施され、めっき液の組成、印加電圧波形、液の攪拌など精密な制御が必要である(例えば、特許文献1参照。)。また、銅の半導体内部への拡散による電気的特性の劣化が懸念されることから、ビア内壁には拡散バリア層を形成する必要がある(例えば、特許文献2参照。)。 Via filling by copper plating is performed by electrolytic plating, which requires precise control of the composition of the plating solution, the applied voltage waveform, and the stirring of the solution (see, for example, Patent Document 1). Furthermore, since there is a concern that electrical characteristics may deteriorate due to diffusion of copper into the inside of the semiconductor, it is necessary to form a diffusion barrier layer on the inner wall of the via (see, for example, Patent Document 2).

特開2014-095104号公報(段落0042~0050、表1)JP 2014-095104 (Paragraphs 0042 to 0050, Table 1) 特表2013-532903号公報(段落0039、図13)Special Publication No. 2013-532903 (Paragraph 0039, Figure 13)

しかし、電解めっきによるCuビアフィリングにおいては、めっき工程(めっき液の組成、印加電圧波形、液の攪拌)の精密な管理が必要であり、過大な装置投資、工程管理等のコスト増大が問題であった。さらに、拡散バリア層としては、導電性金属窒化物のような形成工程が複雑で取り扱いが困難な材料を必要とし、やはり、過大な装置投資、工程管理等のコスト増大が問題であった。 However, Cu via filling by electrolytic plating requires precise control of the plating process (composition of the plating solution, applied voltage waveform, and stirring of the solution), resulting in problems such as excessive equipment investment and increased cost for process control. there were. Furthermore, the diffusion barrier layer requires a material such as conductive metal nitride that has a complicated formation process and is difficult to handle, which again poses problems such as excessive investment in equipment and increased costs such as process control.

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、厚み方向において良好な電気的な接続と放熱性を有する半導体装置を低コストで得ることを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above problems, and aims to obtain a semiconductor device having good electrical connection and heat dissipation in the thickness direction at a low cost.

本願に開示される半導体装置は、半導体材料の基板、前記基板の他方の面で開口し、前記配線部材を底面とする筒状の孔の内壁を被覆し、前記開口の側から前記底面に向かって窪む凹部が形成された金による第一メッキ層と、前記凹部を埋め、銅、銀、ニッケル、錫、および前記第一メッキ層よりも結晶粒径が大きな金のいずれかによる第二メッキ層と、チタン、タンタル、タングステン、クロム、白金のいずれかを含み、前記第一メッキ層と前記第二メッキ層との間に介在する金属膜と、を有する中実のビア、を備えたことを特徴とする。 The semiconductor device disclosed in the present application includes a substrate made of a semiconductor material, an inner wall of a cylindrical hole that is opened on the other side of the substrate, and has the wiring member as the bottom surface, and is provided with a substrate formed of a semiconductor material. a first plating layer made of gold in which a concave portion is formed; and a second plating layer that fills the concave portion and is made of copper, silver, nickel, tin, or gold having a crystal grain size larger than that of the first plating layer. and a metal film containing any one of titanium, tantalum, tungsten, chromium, and platinum and interposed between the first plating layer and the second plating layer. It is characterized by

本願に開示される半導体装置の製造方法は、半導体材料の基板の一方の面に配線部材を形成し、前記基板の他方の面で開口し、前記配線部材を底面とする筒状の孔を形成する工程、前記筒状の孔の内壁を被覆し、かつ前記開口の側から前記底面に向かって窪む凹部が形成されるように、無電解メッキにより、金の第一メッキ層を形成する工程、スパッタ法、または蒸着法により、前記凹部の内面を被覆する金属膜を形成する工程、および前記凹部を埋めるように、電解メッキにより、銅、銀、ニッケル、錫、金のいずれかの第二メッキ層を形成する工程、を含むことを特徴とする。
A method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present application includes forming a wiring member on one surface of a substrate made of a semiconductor material, and forming a cylindrical hole that opens on the other surface of the substrate and has the wiring member as a bottom surface. a step of forming a first plating layer of gold by electroless plating so as to cover the inner wall of the cylindrical hole and form a recess that is concave from the opening side toward the bottom surface; , a step of forming a metal film covering the inner surface of the recess by a sputtering method or a vapor deposition method, and a step of forming a second metal film of copper, silver, nickel, tin, or gold by electrolytic plating to fill the recess. The method is characterized by including a step of forming a plating layer.

本願に開示される半導体装置あるいは半導体装置の製造方法によれば、ビア内壁に過大な装置を必要とせず、簡単な工程で金の被覆層を形成したので、厚み方向において良好な電気的な接続と放熱性を有する半導体装置を低コストで得ることができる。 According to the semiconductor device or the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present application, a gold coating layer is formed on the inner wall of the via in a simple process without requiring an excessively large device, so that good electrical connection is achieved in the thickness direction. A semiconductor device having heat dissipation properties can be obtained at low cost.

実施の形態1にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 2 is an end view for explaining the configuration of a via of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置の構成を説明するための端面図である。1 is an end view for explaining the configuration of a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。3 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置のビアの被覆層の構成を説明するためのビアフィリング工程中の端面図である。FIG. 3 is an end view during a via filling process for explaining the structure of a via coating layer of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置におけるビアフィリング工程中の断面SEM像を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a cross-sectional SEM image during a via filling process in the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置のビアフィリングにおける被覆層形成中の段階ごとの状態を示す端面模式図である。FIG. 3 is a schematic end view showing states at each stage during formation of a covering layer in via filling of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. FIG. 比較例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 3 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a comparative example. 比較例にかかる半導体装置におけるビアフィリング工程中の断面SEM像を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a cross-sectional SEM image during a via filling process in a semiconductor device according to a comparative example. 実施の形態2にかかる半導体装置のビアフィリングにおける充填層形成前の構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration before forming a filling layer in via filling of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。7 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a second embodiment. FIG. 実施の形態3にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態3の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the third embodiment. 実施の形態4にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態4の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the fourth embodiment. 実施の形態5にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a fifth embodiment. 実施の形態5の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the fifth embodiment. 実施の形態6にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a sixth embodiment. 実施の形態6の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the sixth embodiment. 実施の形態7にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 7 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a seventh embodiment. 実施の形態7の変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための端面図である。FIG. 12 is an end view for explaining the configuration of a via of a semiconductor device according to a modification of the seventh embodiment.

実施の形態1.
図1~図9は、実施の形態1にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図1は半導体装置のビアの構成を説明するための後述する図2のA-A線に対応する端面図、図2は半導体装置の構成を説明するための端面図である。そして、図3は半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートであり、図4は半導体装置のビアの被覆層の構成を説明するためのビアフィリング工程中の被覆層を形成し、充填層を形成する前の図1に対応する端面図、図5はビアフィリング工程における図4と同様の被覆層を形成した段階の断面SEM像である。また、図6は実施の形態1にかかる半導体装置のビアフィリングにおける被覆層形成中の段階ごとの状態を示す端面模式図である。
Embodiment 1.
1 to 9 are for explaining the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment, and FIG. 1 is for explaining the structure of the via of the semiconductor device in FIG. FIG. 2 is an end view taken along line AA. FIG. 2 is an end view for explaining the configuration of the semiconductor device. FIG. 3 is a flowchart for explaining a method for manufacturing a semiconductor device, and FIG. 4 is a flowchart for explaining the structure of a coating layer for a via in a semiconductor device. An end view corresponding to FIG. 1 before formation, and FIG. 5 is a cross-sectional SEM image at a stage where a coating layer similar to that shown in FIG. 4 is formed in the via filling process. Further, FIG. 6 is a schematic end view showing the state at each stage during formation of a covering layer in via filling of the semiconductor device according to the first embodiment.

また、図7は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための被覆層を形成した段階の図4に対応する端面図である。一方、図8は比較例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための被覆層を形成した段階の端面図、図9はビアフィリング工程における図8と同様の被覆層を形成した段階の断面SEM像である。 Further, FIG. 7 is an end view corresponding to FIG. 4 at a stage where a covering layer is formed to explain the structure of a via of a semiconductor device according to a modification. On the other hand, FIG. 8 is an end view at a stage where a covering layer is formed to explain the structure of a via of a semiconductor device according to a comparative example, and FIG. 9 is a cross-sectional view at a stage where a covering layer similar to that shown in FIG. 8 is formed in a via filling process. This is an SEM image.

実施の形態1にかかる半導体装置10は、例えば高電子移動度トランジスタ(HEMT:High Electron Mobility Transistor)と称される半導体装置を想定している。そして、図1と図2に示すように、表面(図中上方の面)のソース電極3s直下に裏面からビア10vが形成された場合を例として説明する。なお、図1に示すビア10vは、図2においてソース電極3s直下に形成されたビア10vの詳細図であるが、ビア10vは必ずしもソース電極3sの直下にある必要はなく、配線パターンを含め、表面に形成された導体層(配線部材)の直下に位置すればよい。 The semiconductor device 10 according to the first embodiment is assumed to be, for example, a semiconductor device called a high electron mobility transistor (HEMT). As shown in FIGS. 1 and 2, a case will be described as an example in which a via 10v is formed from the back surface directly under the source electrode 3s on the front surface (the upper surface in the figure). Note that the via 10v shown in FIG. 1 is a detailed diagram of the via 10v formed directly under the source electrode 3s in FIG. 2, but the via 10v does not necessarily need to be directly under the source electrode 3s, It may be located directly under the conductor layer (wiring member) formed on the surface.

半導体装置10では、炭化ケイ素(SiC)の基板1上にエピタキシャル成長層2があり、その上にソース電極3s、ドレイン電極3d、ゲート電極3g(まとめて表面電極3)がある。ビア10vはソース電極3sをエッチングストップ層として、ソース電極3s直下に形成されている。ビア10vの内壁に沿う形でメタル層があり、このメタル層をシード層41として、被覆層42、充填層43の順に形成し、充填体4を構成することでビアフィリングが達成される。 In a semiconductor device 10, an epitaxial growth layer 2 is provided on a silicon carbide (SiC) substrate 1, and a source electrode 3s, a drain electrode 3d, and a gate electrode 3g (collectively, a surface electrode 3) are provided thereon. The via 10v is formed directly under the source electrode 3s using the source electrode 3s as an etching stop layer. There is a metal layer along the inner wall of the via 10v, and using this metal layer as a seed layer 41, a covering layer 42 and a filling layer 43 are formed in this order to form the filling body 4, thereby achieving via filling.

なお、実施の形態1、および以降の実施の形態においては炭化ケイ素の基板1上の窒化ガリウム(GaN)HEMTを例として説明するが、これに限ることはない。例えば、リン化インジウム(InP)、窒化ガリウム、珪化ゲルマニウム(SiGe)などの化合物半導体、シリコン(Si)系半導体など、他の半導体基板においても、同様の効果を得ることができる。これは、ビア10vの被覆層42を構成する金(Au)をシード層41上に形成するため、基板1の元素種によらないためである。 In the first embodiment and subsequent embodiments, a gallium nitride (GaN) HEMT on a silicon carbide substrate 1 will be described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, similar effects can be obtained with other semiconductor substrates such as compound semiconductors such as indium phosphide (InP), gallium nitride, germanium silicide (SiGe), and silicon (Si)-based semiconductors. This is because gold (Au) constituting the coating layer 42 of the via 10v is formed on the seed layer 41, so it does not depend on the element type of the substrate 1.

つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置10の構成の詳細について、図3のフローチャートを参考にして製造方法とともに説明する。
はじめに、SiC単結晶で構成する基板1の表面(図1、2における上方の面)側に、ウエハプロセスでエピタキシャル成長、金属膜、絶縁膜形成、転写パターンニングを繰り返して行い、表面に電気回路を形成する(ステップS100)。なお、ウエハプロセスは、直径4~8インチの円盤状で、0.35mm、あるいは0.5mm厚の状態で行われる。
Next, details of the configuration of the semiconductor device 10 according to the first embodiment will be explained together with a manufacturing method with reference to the flowchart of FIG.
First, epitaxial growth, metal film, insulating film formation, and transfer patterning are repeatedly performed in a wafer process on the surface (upper surface in FIGS. 1 and 2) of a substrate 1 made of SiC single crystal, and an electric circuit is formed on the surface. form (step S100). Note that the wafer process is performed on a disk-shaped wafer having a diameter of 4 to 8 inches and a thickness of 0.35 mm or 0.5 mm.

まず、基板1上にエピタキシャル成長層2を形成する。窒化ガリウムHEMTの場合、窒化ガリウム層上に窒化アルミガリウム(AlGaN)層を重ねた積層構造とするのが一般的である。つぎに、ソース電極3s、ドレイン電極3d、ゲート電極3gを形成する。ソース電極3s、ドレイン電極3dには、例えば、チタン/アルミ/金(Ti/Al/Au)。チタン/アルミ/ニッケル/金(Ti/Al/Ni/Au)などの積層構造を用いる。ゲート電極3gにはチタン/白金/金(Ti/Pt/Au)等の積層構造を用いる。 First, an epitaxial growth layer 2 is formed on a substrate 1. In the case of a gallium nitride HEMT, it is common to have a stacked structure in which an aluminum gallium nitride (AlGaN) layer is stacked on a gallium nitride layer. Next, a source electrode 3s, a drain electrode 3d, and a gate electrode 3g are formed. The source electrode 3s and drain electrode 3d are made of, for example, titanium/aluminum/gold (Ti/Al/Au). A laminated structure of titanium/aluminum/nickel/gold (Ti/Al/Ni/Au) is used. A laminated structure of titanium/platinum/gold (Ti/Pt/Au) or the like is used for the gate electrode 3g.

その後、ソース電極3s、ドレイン電極3d、ゲート電極3gを例えば窒化ケイ素(SiN)等の絶縁膜9で保護する。なお、ソース電極3s、ドレイン電極3dを形成し、絶縁膜9で保護した後に、ゲート電極3g部分のみをドライエッチングで開口してゲート電極3gを形成し、再度、絶縁膜9で全体を保護するようにしてもよい。この後、さらに配線用の電極をつけてもよい。配線用の電極には、電気金めっき等を用いる。 Thereafter, the source electrode 3s, drain electrode 3d, and gate electrode 3g are protected with an insulating film 9 made of silicon nitride (SiN), for example. Note that after forming the source electrode 3s and the drain electrode 3d and protecting them with the insulating film 9, only the gate electrode 3g portion is opened by dry etching to form the gate electrode 3g, and the whole is protected again with the insulating film 9. You can do it like this. After this, electrodes for wiring may be further attached. Electrolytic gold plating or the like is used for the wiring electrodes.

表面のウエハプロセスが完了すると、裏面(図1、2における下方の面)処理のため、ワックス材を用い、ウエハの表面側を支持基板に貼り付ける。このとき、ワックス材の代わりにテープ材を用いても良い。ワックス材の厚さは例えば20μmとする。ウエハは、支持基板に貼り付けられた状態で裏面の研削、ポリッシュを行う。例えば、基板厚を50μm厚まで薄くする。薄くすることにより、デバイスの放熱性、および高周波特性が向上する。 When the front wafer process is completed, the front side of the wafer is attached to a support substrate using a wax material for back side (lower side in FIGS. 1 and 2) processing. At this time, a tape material may be used instead of the wax material. The thickness of the wax material is, for example, 20 μm. The back surface of the wafer is ground and polished while it is attached to the support substrate. For example, the substrate thickness is reduced to 50 μm. By making it thinner, the heat dissipation and high frequency characteristics of the device are improved.

つぎに、ビア加工プロセス(ステップS200~S230)を行う。基板1を貫通する電極であるビア10vを形成するため、スピンコータによりレジスト材を塗布した後、転写・現像パターニングにより加工部のみレジストを除去する。例えば、ICP(誘導結合プラズマ:Inductively Coupled Plasma)ドライエッチングにより、基板エッチング加工を行い、ビア10v用の貫通孔を形成する(ステップS200)。 Next, a via processing process (steps S200 to S230) is performed. In order to form vias 10v, which are electrodes penetrating the substrate 1, a resist material is applied using a spin coater, and then the resist is removed only from the processed portion by transfer/development patterning. For example, the substrate is etched by ICP (Inductively Coupled Plasma) dry etching to form a through hole for the via 10v (step S200).

貫通孔が形成されると、剥離液に浸漬して塗布したレジスト材を除去する。基板1のビア10vとなる貫通孔の内面が露出した状態の半導体裏面を得ることができる。ビア10vは小さいほうがレイアウトの自由度が高く有利であるが、小さすぎると貫通孔を形成する際のエッチングが進行せずに基板1を貫通させることができない。例えばφ50μmの円柱形状で形成する。ここではビア10v(貫通孔)のアスペクト比(ビア深さ/ビア直径)は1となっているが、基板厚みとビア形状によって変動し、1~5まで実施可能である。 Once the through holes are formed, the applied resist material is removed by immersion in a stripping solution. It is possible to obtain the back surface of the semiconductor in which the inner surface of the through hole that becomes the via 10v of the substrate 1 is exposed. The smaller the via 10v is, the more flexible the layout is, which is advantageous. However, if the via 10v is too small, etching will not proceed when forming the through hole, and the substrate 1 will not be able to be penetrated. For example, it is formed in a cylindrical shape with a diameter of 50 μm. Here, the aspect ratio (via depth/via diameter) of the via 10v (through hole) is 1, but it varies depending on the substrate thickness and via shape, and can be implemented from 1 to 5.

形成した貫通孔の内壁を覆うように、シード層41を形成する(ステップS210)。シード層41は例えば基板1に接する厚さ50nmのチタン層上に厚さ200nmの金層を積層して形成する。チタン層はシード層41の主体である金層と基板1との密着性を向上させるために挿入される膜で、チタンの代わりに窒化チタン、タンタル(Ta)、タングステン(W)、クロム(Cr)等を用いてもよい。また、チタン層と金層の間に白金層を挿入してもよく、その場合は、例えば、チタン層厚み50nm、白金層厚み50nm、金層厚み200nmなどとする。また、基板1とシード層41の間に絶縁膜層を挿入してもよい。 A seed layer 41 is formed to cover the inner wall of the formed through hole (step S210). The seed layer 41 is formed by laminating, for example, a 200 nm thick gold layer on a 50 nm thick titanium layer in contact with the substrate 1 . The titanium layer is a film inserted to improve the adhesion between the gold layer, which is the main component of the seed layer 41, and the substrate 1. Instead of titanium, titanium nitride, tantalum (Ta), tungsten (W), and chromium (Cr) are used. ) etc. may be used. Further, a platinum layer may be inserted between the titanium layer and the gold layer, and in that case, the titanium layer thickness is, for example, 50 nm, the platinum layer thickness is 50 nm, and the gold layer is 200 nm thick. Further, an insulating film layer may be inserted between the substrate 1 and the seed layer 41.

なお、つぎの被覆層42を形成する工程における無電解金めっきの析出反応を進行させるために、シード層41の析出面を触媒金属で覆う必要がある。シード層41の表面を金層とすることで無電解めっき反応が開始する。金以外にも銀(Ag)、銅(Cu)、パラジウム(Pd)、白金、ニッケル、ルテニウム(Ru)、錫(Sn)などを用いてもよい。 Note that in order to advance the precipitation reaction of electroless gold plating in the next step of forming the coating layer 42, it is necessary to cover the deposition surface of the seed layer 41 with a catalytic metal. By forming the gold layer on the surface of the seed layer 41, an electroless plating reaction is started. In addition to gold, silver (Ag), copper (Cu), palladium (Pd), platinum, nickel, ruthenium (Ru), tin (Sn), etc. may be used.

一方、触媒力の弱い金属表面の場合には、無電解めっきの前処理として触媒金属イオンを含む前処理液に浸漬して、触媒付与を行う工程を追加することで、無電解めっき反応を開始させることができる。めっき反応は一度開始すると、析出金属である金自体が触媒となるため、反応は継続して金めっき膜を得ることができる(自己触媒性無電解めっき)。 On the other hand, in the case of metal surfaces with weak catalytic power, the electroless plating reaction can be started by adding a step of applying a catalyst by immersing the surface in a pretreatment solution containing catalytic metal ions as a pretreatment for electroless plating. can be done. Once the plating reaction starts, the gold itself, which is the deposited metal, acts as a catalyst, so the reaction continues and a gold plated film can be obtained (autocatalytic electroless plating).

シード層41は、基板1に対して金の被覆層42との間に介在するので、特許文献2で懸念されたような銅拡散を防止するバリア層としての役割を必要としない。そのため、窒化チタン(TiN)、窒化タンタル(TaN)、窒化タングステン(WN)、窒化チタンアルミ(TiAlN)といった導電性金属窒化物のような形成工程が複雑で取り扱いが困難な材料を用いる必要がない。 Since the seed layer 41 is interposed between the substrate 1 and the gold coating layer 42, it does not need to act as a barrier layer to prevent copper diffusion, as was feared in Patent Document 2. Therefore, there is no need to use materials that have complicated formation processes and are difficult to handle, such as conductive metal nitrides such as titanium nitride (TiN), tantalum nitride (TaN), tungsten nitride (WN), and titanium aluminum nitride (TiAlN). .

シード層41が形成されると、図4に示すように、無電解金めっき法により、シード層41を被覆し、裏面側に開口する凹部42dを有する金の被覆層42を形成する(ステップS220)。図では貫通孔の軸中心を通る断面形状がV字形をなす円錐状の凹部42dを形成する例を示す。円錐状の凹部42dの形成は、無電解金めっき液の液中の添加剤を適切な範囲で調整することで達成できる。なお、この添加剤は開口側(図中下側)へのめっき析出を抑制し、シード層41の底面(図中上方)と内周面から優先的に金を析出させる働きを有する。 Once the seed layer 41 is formed, as shown in FIG. 4, a gold coating layer 42 is formed by electroless gold plating to cover the seed layer 41 and have a recess 42d opening on the back side (step S220). ). The figure shows an example in which a conical recess 42d whose cross section passing through the axial center of the through hole is V-shaped is formed. Formation of the conical recess 42d can be achieved by adjusting additives in the electroless gold plating solution within an appropriate range. Note that this additive has the function of suppressing plating precipitation on the opening side (lower side in the figure) and preferentially depositing gold from the bottom surface (upper side in the figure) and inner peripheral surface of the seed layer 41.

図5の断面SEM(Scanning Electron Microscope)像に示すように、上述した手法により、円錐状の凹部42dを有するように被覆層42を形成することができた。ここで、ビア底から円錐の頂点(凹部42dの底部42b)までの厚みt42(図4参照)は、ビア高さHvの1/4以上あることが望ましい。つまり、凹部42dの深さDdは、ビア高さHvの4/3未満であることが望ましい。そうすることで、つぎの電解メッキによる充填層43を形成する際に、ボイドの発生なく、ビア埋め込みの形状を実現することができる。 As shown in the cross-sectional SEM (Scanning Electron Microscope) image of FIG. 5, the coating layer 42 could be formed to have a conical recess 42d by the above-described method. Here, the thickness t42 (see FIG. 4) from the bottom of the via to the apex of the cone (bottom 42b of the recess 42d) is desirably 1/4 or more of the via height Hv. In other words, the depth Dd of the recess 42d is desirably less than 4/3 of the via height Hv. By doing so, when forming the filling layer 43 by the next electrolytic plating, it is possible to realize a via-embedded shape without generating voids.

なお、図4では、エピタキシャル成長層2を含む基板1の厚みから、シード層41の厚みを差し引いた寸法をビア高さHvとして描画しているが、シード層41の厚みは基板1の厚みに比べて無視できる程度に薄い。基板1に比べて薄い。そこで、基板1の厚みとエピタキシャル成長層2の厚みの和を上述したビア高さHvと定義することとする。一方、厚みt42はビア高さHvの1/2以下であることが望ましい。厚みt42をビア高さHvの1/2より厚くすると、めっき液中の添加剤が少なくなり、図9のようにビア開口部が閉塞するリスクが増大する。また、添加剤が少ないために、ウエハ裏面の被覆層42の厚みが厚くなりすぎるからである。 In FIG. 4, the dimension obtained by subtracting the thickness of the seed layer 41 from the thickness of the substrate 1 including the epitaxial growth layer 2 is drawn as the via height Hv, but the thickness of the seed layer 41 is smaller than the thickness of the substrate 1. It is so thin that it can be ignored. It is thinner than substrate 1. Therefore, the sum of the thickness of the substrate 1 and the thickness of the epitaxial growth layer 2 is defined as the above-mentioned via height Hv. On the other hand, the thickness t42 is preferably 1/2 or less of the via height Hv. If the thickness t42 is made thicker than 1/2 of the via height Hv, the amount of additive in the plating solution decreases, increasing the risk of the via opening being blocked as shown in FIG. Further, since the amount of additives is small, the thickness of the coating layer 42 on the back surface of the wafer becomes too thick.

先述の通り、めっきの縦方向の成長は添加剤により抑制することができる。そのため、図6に示すように、添加剤の添加量によって決まる厚みt42まで、段階1、段階2、段階3というように、めっきが成長すると、その後、例えば2時間、無電解めっき液にウエハを浸漬しても金めっきは成長しない(段階3から段階4)。従って、基板面内の複数の貫通孔それぞれで、均一に同じ厚みt42を有する凹部42dを有する被覆層42が形成できる。 As mentioned above, the vertical growth of plating can be suppressed by additives. Therefore, as shown in FIG. 6, when the plating grows in stages 1, 2, and 3 to a thickness t42 determined by the amount of additive added, the wafer is placed in the electroless plating solution for, for example, 2 hours. Gold plating does not grow upon immersion (stage 3 to stage 4). Therefore, the covering layer 42 having the recesses 42d having the uniform thickness t42 can be formed in each of the plurality of through holes in the substrate surface.

被覆層42が形成されると、電解メッキにより、図1で示した凹部42d内を埋め、無電解メッキによる被覆層42よりも結晶粒径が大きな金の充填層43を形成する(ステップS230)。これにより、貫通孔内が金で埋め尽くされた中実のビア10vが形成される。凹部42d内に金イオンを効率よく供給するため、パルス電圧を印加するとよい。ビア10vの開口端(図中下方の面)、つまり、充填層43には、被覆層42の凹部42dを反映して窪みが生じる可能性があるが、この有無および形状は問わない。 When the coating layer 42 is formed, the inside of the recess 42d shown in FIG. 1 is filled by electrolytic plating to form a gold filling layer 43 having a larger crystal grain size than the coating layer 42 formed by electroless plating (step S230). . As a result, a solid via 10v whose through hole is filled with gold is formed. In order to efficiently supply gold ions into the recess 42d, it is preferable to apply a pulse voltage. There is a possibility that a depression will be formed in the opening end of the via 10v (lower surface in the figure), that is, in the filling layer 43, reflecting the depression 42d of the covering layer 42, but the presence or absence and shape of this depression are not important.

電解めっきによる充填層43でビア10vが完全に埋め込まれるので、高周波特性と放熱性が向上する。ビア10vを完全に埋め込むことでウエハ裏面(図中下方)側の金の膜厚が厚くなりすぎた場合は、所望の膜厚になるまでエッチングを実施してよい。ドライエッチングには、例えば、アルゴン(Ar)イオンミリング等を用い、ウェットエッチングには、例えばヨウ素(I)系のウェットエッチング等を用いる。 Since the via 10v is completely filled with the filling layer 43 formed by electrolytic plating, high frequency characteristics and heat dissipation are improved. If the gold film on the back side of the wafer (lower side in the figure) becomes too thick by completely filling the via 10v, etching may be performed until the desired film thickness is achieved. The dry etching uses, for example, argon (Ar) ion milling, and the wet etching uses, for example, iodine (I)-based wet etching.

最後に、ウエハから支持基板を剥がす。支持基板とウエハをホットプレートで1分以上100℃に加熱してワックス材を溶解し、ウエハ面に対して平行に相互をスライドすることで剥がす。そして、50℃に加熱したアセトンに10分間浸漬して表面のワックス材を除去して仕上げる(ステップS300)。このとき、温度が高いほど、浸漬時間が長いほど除去性はよい。 Finally, the support substrate is peeled off from the wafer. The support substrate and wafer are heated to 100° C. for 1 minute or more on a hot plate to melt the wax material, and the wax material is peeled off by sliding each other parallel to the wafer surface. Then, it is finished by immersing it in acetone heated to 50° C. for 10 minutes to remove the wax material on the surface (step S300). At this time, the higher the temperature and the longer the immersion time, the better the removability.

変形例.
なお、被覆層42の凹部42dは、必ずしも図4に示したような断面形状がV字(円錐状)になっている必要はなく、図7の変形例に示すように、曲線的に窪んだ形状となっていてもよい。被覆層42の凹部42dの開口幅Wdが、底部42bに向かって減少するように形成されていればよく、底部42bが尖っていなくてもよい。
Variation example.
Note that the recessed portion 42d of the coating layer 42 does not necessarily have to have a V-shaped (conical) cross-sectional shape as shown in FIG. It may be a shape. It is sufficient that the opening width Wd of the recess 42d of the covering layer 42 is formed so as to decrease toward the bottom 42b, and the bottom 42b does not need to be sharp.

比較例.
これに対し、図8に示す比較例のように、被覆層42Cの凹部42dCの開口幅Wdが、底部42bCに向かって大きくなる部分を有するオーバーハング形状になってはいけない。この状態で、充填層43Cを形成するための電解メッキを実施すると、凹部42dCの開口が閉塞し、ビア内部に空隙が生じるためである。添加剤を使用しないと、図9に示すように、凹部42dCがオーバーハング形状となってしまい、ビア開口部が先に閉塞し、ボイド4vが生じる。なお、比較例(図8、図9)における、実施の形態との対応部分に対しては、符号の末尾に「C」を付して区別している。
Comparative example.
On the other hand, as in the comparative example shown in FIG. 8, the opening width Wd of the recess 42dC of the covering layer 42C should not have an overhang shape with a portion that increases toward the bottom 42bC. This is because if electrolytic plating for forming the filling layer 43C is performed in this state, the opening of the recess 42dC will be closed and a void will be created inside the via. If no additive is used, the recess 42dC will have an overhanging shape as shown in FIG. 9, and the via opening will be closed first, creating a void 4v. Note that in the comparative example (FIGS. 8 and 9), parts corresponding to the embodiment are distinguished by adding "C" to the end of the reference numeral.

つまり、無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成し、被覆層42よりも結晶粒径が大きな金の充填層43とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。 That is, by forming the coating layer 42 having the concave portion 42d that becomes thinner toward the bottom portion 42b by electroless plating, the gold filling layer 43 formed by electrolytic plating and having a larger crystal grain size than the coating layer 42 is formed. The inside of the via 10v can be completely filled without any gaps.

その結果、ビア10vのインダクタ成分が小さなり、高周波特性が向上する。そして、例えば、中空のビア構造に対して、10%程度の放熱性の改善が見込まれる(R. Baskaran, Allen W. Hanson, CS MANTECH Conference(米), May 18th-21st, 2015 “Simulation of the Impact of Through-Substrate Vias on the Thermal Resistance of Compound Semiconductor Devices”)。さらに、被覆層42を金で構成したので、銅汚染による電気的信頼性の低下懸念もなくなる。 As a result, the inductor component of the via 10v is reduced and the high frequency characteristics are improved. For example, it is expected that heat dissipation will be improved by about 10% compared to a hollow via structure (R. Baskaran, Allen W. Hanson, CS MANTECH Conference (USA), May 18th-21st, 2015 “Simulation of the Impact of Through-Substrate Vias on the Thermal Resistance of Compound Semiconductor Devices”). Furthermore, since the covering layer 42 is made of gold, there is no concern that electrical reliability will deteriorate due to copper contamination.

実施の形態2.
上記実施の形態1においては、ウエハ裏面に被覆層で覆われる部分を残した例について説明した。本実施の形態2においては、ウエハ裏面から被覆層を除去した例について説明する。
Embodiment 2.
In the first embodiment described above, an example was described in which a portion covered with the coating layer was left on the back surface of the wafer. In the second embodiment, an example in which the coating layer is removed from the back surface of the wafer will be described.

図10~図12は、実施の形態2にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図10は半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャートである。そして、図11は半導体装置のビアフィリングにおける被覆層形成後、充填層形成前の構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図3に対応する端面図、図12はビアの構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図1に対応する端面図である。なお、実施の形態1と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2と図4を援用する。 10 to 12 are for explaining the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment, and FIG. 10 is a flowchart for explaining the method for manufacturing the semiconductor device. FIG. 11 is an end view corresponding to FIG. 3 used in the description of the first embodiment, for explaining the configuration after the formation of the covering layer and before the formation of the filling layer in via filling of a semiconductor device, and FIG. 12 is an end view of the via filling. FIG. 2 is an end view corresponding to FIG. 1 used to explain the first embodiment for explaining the configuration. Note that the same parts as in the first embodiment are given the same reference numerals, explanations of the same parts are omitted, and FIGS. 2 and 4 used in the first embodiment are referred to.

実施の形態2にかかる半導体装置10の構成について、製造工程とともに説明する。
図10のフローチャートに示すように、シード層41の形成までは、実施の形態1と同様である。そして、被覆層42の形成(ステップS220V)においても、実施の形態1の図4で説明した裏面側に開口する凹部42dを有し、ウエハ裏面も覆うように金の被覆層42を形成するまでは同じである。しかし、本実施の形態2における被覆層42の形成工程(ステップS220V)では、図11に示すように、被覆層42とシード層41のうち、表面(ウエハ裏面)に析出した層をエッチングにより除去して被覆範囲を調整する工程が加わる。
The configuration of the semiconductor device 10 according to the second embodiment will be explained together with the manufacturing process.
As shown in the flowchart of FIG. 10, the process up to the formation of the seed layer 41 is the same as in the first embodiment. Then, in the formation of the coating layer 42 (step S220V), the gold coating layer 42 is formed so as to have the concave portion 42d opening on the back surface side as described in FIG. 4 of the first embodiment, and to cover the back surface of the wafer. are the same. However, in the step of forming the covering layer 42 (step S220V) in the second embodiment, as shown in FIG. A step is added to adjust the coverage range.

エッチングにはドライエッチングまたはウェットエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば、アルゴンイオンミリング等を用いる。ドライエッチングを用いると、チタン、金、および白金を一括でエッチングできる。ウェットエッチングでは、除去する対象層により使用する薬液を変える。金に対しては、例えば、ヨウ素系の薬液を使用し、チタンに対しては、バッファードフッ酸(BHF)、あるいはアンモニア(NH3)と過酸化水素(H22)の混合液を用いる。Dry etching or wet etching is used for etching. For example, argon ion milling is used for the dry etching. Dry etching allows titanium, gold, and platinum to be etched all at once. In wet etching, the chemical solution used is changed depending on the layer to be removed. For gold, for example, an iodine-based chemical is used, and for titanium, buffered hydrofluoric acid (BHF) or a mixture of ammonia (NH 3 ) and hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) is used. use

なお、シード層41は必ずしもエッチングしなくてもよい。例えば金のみヨウ素系の薬液でエッチングすることにより、ウエハ裏面の平坦部はシード層41の金下地面(本例ではチタン、白金)の表面を得ることができる。貫通孔内は平坦部よりも厚い金が析出しているため、主に金表面となる。 Note that the seed layer 41 does not necessarily need to be etched. For example, by etching only gold with an iodine-based chemical solution, the flat portion of the back surface of the wafer can obtain the surface of the gold underlying surface (titanium or platinum in this example) of the seed layer 41. Since gold is deposited thicker inside the through hole than in the flat part, the gold surface is mainly formed.

その後、シード層41を形成するときと同様に、スパッタ法にて、図12に示すように被覆層42およびウエハ裏面に金属膜44を形成する(ステップS225)。例えば、厚さ50nmのチタン、厚さ200nmの金層とする。 Thereafter, as in the case of forming the seed layer 41, a metal film 44 is formed on the covering layer 42 and the back surface of the wafer by sputtering as shown in FIG. 12 (step S225). For example, a titanium layer with a thickness of 50 nm and a gold layer with a thickness of 200 nm are used.

以降は、実施の形態1と同様に、電解金めっきにより凹部42dを埋め込む充填層43を形成する(ステップS230)。ここでも、充填層43の膜厚が厚くなりすぎた場合は、所望の膜厚になるまでエッチングを実施してよい。ドライエッチングには、例えば、アルゴンイオンミリング等を用い、ウェットエッチングには、例えばヨウ素系のウェットエッチング等を用いる。 Thereafter, similarly to Embodiment 1, the filling layer 43 that fills the recess 42d is formed by electrolytic gold plating (step S230). Here too, if the thickness of the filling layer 43 becomes too thick, etching may be performed until the desired thickness is achieved. The dry etching uses, for example, argon ion milling, and the wet etching uses, for example, iodine-based wet etching.

ここで、被覆層42を形成するための無電解金めっきでは、ウエハ裏面の平坦部の膜厚が、例えば5μm程度にまで厚くなった場合、めっき膜の内部応力が高く、ウエハ反り、チップ反りを引き起こす。これらはクラック、熱抵抗特性異常、およびハンドリング性の悪化の要因となる。 In electroless gold plating for forming the coating layer 42, if the film thickness on the flat part of the back surface of the wafer is as thick as, for example, 5 μm, the internal stress of the plating film is high, causing wafer warping and chip warping. cause. These become causes of cracks, abnormal thermal resistance characteristics, and deterioration of handling properties.

これに対して実施の形態2にかかる半導体装置10あるいは半導体装置の製造方法ではウエハ裏面の平坦部のめっき膜をエッチバックすることで、平坦部の金厚みを削減し、上述した不具合を改善する。一方、エッチバックを行った際、平坦部の金がなくなるため、そのままでは平坦部の電気抵抗が高くなり、次工程の電解めっきでの給電に支障をきたす。そこで、スパッタまたは蒸着により金属膜44を形成することで、シード層41を再構成したのと同様に、充填層43の形成工程(ステップS230)での電解めっきにおいて膜の均一性、およびビア10v内の埋め込み特性を確保することができる。 On the other hand, in the semiconductor device 10 or the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment, the plating film on the flat part of the back surface of the wafer is etched back to reduce the gold thickness on the flat part and improve the above-mentioned problems. . On the other hand, when etchback is performed, the gold in the flat areas is lost, so if left as is, the electrical resistance of the flat areas will increase, which will interfere with power supply in the next step, electrolytic plating. Therefore, by forming the metal film 44 by sputtering or vapor deposition, in the same way as the seed layer 41 is reconfigured, the uniformity of the film and the via 10V are improved by electrolytic plating in the filling layer 43 forming step (step S230). It is possible to ensure the embedding properties within.

つまり、被覆層42のうち、ウエハ裏面の平坦部を覆う部分を除去することで、ウエハ反りが低減され、ウエハクラックおよびチップクラックを抑制することができる。さらに平坦部のめっき厚のウエハ面内での均一性が向上するため、チップ特性の均一化、高歩留まり化にも貢献する。 That is, by removing the portion of the coating layer 42 that covers the flat portion of the back surface of the wafer, wafer warpage is reduced and wafer cracks and chip cracks can be suppressed. Furthermore, since the uniformity of the plating thickness on the flat part within the wafer surface is improved, it also contributes to uniformity of chip characteristics and higher yield.

実施の形態3.
上記実施の形態1、2では、製法が異なり、結晶粒径こそ異なるが、充填層を被覆層と同じ金で構成する例について説明した。本実施の形態3では、充填層を銅で構成した例について説明する。
Embodiment 3.
In the first and second embodiments described above, although the manufacturing method is different and the crystal grain size is different, an example in which the filling layer is made of the same gold as the coating layer has been described. In the third embodiment, an example in which the filling layer is made of copper will be described.

図13と図14は、実施の形態3にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図13は半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図1に対応する端面図、図14は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための図13に対応する端面図である。なお、実施の形態1と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2~図4を援用する。 13 and 14 are for explaining a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment, and FIG. 13 is a diagram for explaining the structure of the via of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 14 is an end view corresponding to FIG. 13 used to explain the structure of a via of a semiconductor device according to a modified example. Note that the same parts as in Embodiment 1 are given the same reference numerals, explanations of the same parts are omitted, and FIGS. 2 to 4 used in Embodiment 1 are referred to.

本実施の形態3においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS220まで)については、実施の形態1と同様である。しかし、本実施の形態1においては、充填層53を形成する工程では、電解メッキではあるが、銅の電解メッキ(電解銅メッキ)により、図13に示すように、銅の充填層53を形成する。 Also in the third embodiment, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S220) are the same as those in the first embodiment. However, in the first embodiment, in the step of forming the filling layer 53, the copper filling layer 53 is formed by electrolytic plating of copper (electrolytic copper plating), as shown in FIG. do.

変形例.
なお、充填層53を形成した図13の状態からCMP研磨(Chemical Mechanical Polishing)を行い、図14に示すように、ウエハ裏面の平坦部を完全に平坦化するようにしてもよい。
Variation example.
Note that CMP polishing (Chemical Mechanical Polishing) may be performed from the state shown in FIG. 13 in which the filling layer 53 is formed to completely flatten the flat portion of the back surface of the wafer, as shown in FIG.

実施の形態1と同様に無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成した銅の充填層53とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。さらに実施の形態3では、充填層53を銅で構成しているので、特殊な薬剤を用いなくてもCMP研磨ができるので、表面の平坦化が容易になる。さらに、電解メッキにおいて、銅めっきは金めっきに比べてビア埋め込みに効果のある添加剤の開発が進んでおり、凹部42dを埋め込みやすくなる。 By forming the covering layer 42 having the concave portion 42d that becomes narrower toward the bottom portion 42b by electroless plating as in the first embodiment, the inside of the via 10v is freed from voids with the copper filling layer 53 formed by electrolytic plating. Can be fully embedded. Furthermore, in Embodiment 3, since the filling layer 53 is made of copper, CMP polishing can be performed without using special chemicals, making it easy to flatten the surface. Furthermore, in electrolytic plating, the development of additives that are more effective for filling vias in copper plating than in gold plating is progressing, making it easier to fill in the recess 42d.

つまり、実施の形態3にかかる半導体装置10、あるいは半導体装置の製造方法においては、ビア10vのインダクタ成分が小さなり、高周波特性が向上する。充填体4すべてを銅で構成する場合に比べて、金の被覆層42が、特許文献2で示された導電性窒化膜に加えて銅の拡散バリアとして働くことで、デバイスの信頼性が向上する。 That is, in the semiconductor device 10 or the method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment, the inductor component of the via 10v is small and the high frequency characteristics are improved. Compared to the case where the filler 4 is entirely made of copper, the gold coating layer 42 acts as a copper diffusion barrier in addition to the conductive nitride film shown in Patent Document 2, improving the reliability of the device. do.

また金よりも銅のほうが電気伝導性、熱伝導性に優れるので、金のみで充填体4を構成する場合に比べてデバイス特性(電気特性、高周波特性、熱特性)が向上する。また、ウエハ裏面を容易に平坦化できるので、平坦化された層の上につぎの層を積層させる3次元のデバイス設計ができる。 Further, since copper has better electrical conductivity and thermal conductivity than gold, the device characteristics (electrical characteristics, high frequency characteristics, thermal characteristics) are improved compared to the case where the filler 4 is made of only gold. Furthermore, since the back surface of the wafer can be easily flattened, three-dimensional device design can be performed in which the next layer is laminated on top of the flattened layer.

実施の形態4.
上記実施の形態3では、実施の形態1の半導体装置における充填層を銅で構成した例について説明した。本実施の形態4では、実施の形態2の半導体装置における充填層を銅で構成した例について説明する。
Embodiment 4.
In the third embodiment, an example was described in which the filling layer in the semiconductor device of the first embodiment was made of copper. Embodiment 4 will describe an example in which the filling layer in the semiconductor device of Embodiment 2 is made of copper.

図15と図16は、実施の形態4にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図15は半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態2の説明に用いた図12に対応する端面図、図16は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための図15に対応する端面図である。なお、実施の形態1、2と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2と図4、実施の形態2で用いた図10と図11を援用する。 15 and 16 are for explaining a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to a fourth embodiment, and FIG. 15 is a diagram for explaining a structure of a via of a semiconductor device according to a second embodiment. FIG. 16 is an end view corresponding to FIG. 15 for explaining the structure of a via of a semiconductor device according to a modified example. 2 and 4 used in Embodiment 1, and the drawings used in Embodiment 2. 10 and FIG. 11 are used.

本実施の形態4においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS225まで)については、実施の形態2と同様である。しかし、本実施の形態4においては、充填層53を形成する工程では、電解メッキではあるが、銅の電解メッキ(電解銅メッキ)により、図15に示すように、銅の充填層53を形成する。 In the fourth embodiment, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S225) are the same as in the second embodiment. However, in the fourth embodiment, in the step of forming the filling layer 53, the copper filling layer 53 is formed by electrolytic plating of copper (electrolytic copper plating), as shown in FIG. do.

変形例.
なお、充填層53を形成した図15の状態からCMP研磨を行い、図16に示すように、ウエハ裏面の平坦部を完全に平坦化するようにしてもよい。
Variation example.
Note that CMP polishing may be performed from the state shown in FIG. 15 in which the filling layer 53 is formed to completely flatten the flat portion of the back surface of the wafer as shown in FIG.

実施の形態2と同様に無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成した銅の充填層53とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。さらに実施の形態4では、充填層53を銅で構成しているので、特殊な薬剤を用いなくてもCMP研磨ができるので、表面の平坦化が容易になる。さらに、電解メッキにおいて、銅めっきは金めっきに比べてビア埋め込みに効果のある添加剤の開発が進んでおり、凹部42dを埋め込みやすくな。 By forming the covering layer 42 having the concave portion 42d that becomes narrower toward the bottom portion 42b by electroless plating as in the second embodiment, the inside of the via 10v is made void-free with the copper filling layer 53 formed by electrolytic plating. Can be fully embedded. Furthermore, in the fourth embodiment, since the filling layer 53 is made of copper, CMP polishing can be performed without using any special chemicals, and the surface can be easily flattened. Furthermore, in electrolytic plating, the development of additives that are more effective for filling vias in copper plating than in gold plating is progressing, making it easier to fill in the recess 42d.

つまり、実施の形態4にかかる半導体装置10、あるいは半導体装置の製造方法においては、ビア10vのインダクタ成分が小さなり、高周波特性が向上する。充填体4すべてを銅で構成する場合に比べて、金の被覆層42が、導電性窒化膜に加えて銅の拡散バリアとして働くことで、デバイスの信頼性が向上する。 That is, in the semiconductor device 10 or the method for manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment, the inductor component of the via 10v is small and the high frequency characteristics are improved. Compared to the case where the filler 4 is entirely made of copper, the gold coating layer 42 acts as a copper diffusion barrier in addition to the conductive nitride film, thereby improving the reliability of the device.

また金よりも銅のほうが電気伝導性、熱伝導性に優れるので、金のみで充填体4を構成する場合に比べてデバイス特性(電気特性、高周波特性、熱特性)が向上する。また、ウエハ裏面を容易に平坦化できるので、平坦化された層の上につぎの層を積層させる3次元のデバイス設計ができる。 Further, since copper has better electrical conductivity and thermal conductivity than gold, the device characteristics (electrical characteristics, high frequency characteristics, thermal characteristics) are improved compared to the case where the filler 4 is made of only gold. Furthermore, since the back surface of the wafer can be easily flattened, three-dimensional device design can be performed in which the next layer is laminated on top of the flattened layer.

実施の形態5.
上記実施の形態3、4では、実施の形態1、2に対し、充填層の構成を金から銅に変えた例について説明した。本実施の形態5では、充填層の構成を金から銀に変えた例について説明する。
Embodiment 5.
In Embodiments 3 and 4 above, an example was explained in which the structure of the filling layer was changed from gold to copper compared to Embodiments 1 and 2. In the fifth embodiment, an example in which the structure of the filling layer is changed from gold to silver will be described.

図17と図18は、実施の形態5にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図17は半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図1に対応する端面図、図18は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態2の説明に用いた図12に対応する端面図である。なお、実施の形態1、2と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2~図4、実施の形態2で用いた図10と図11を援用する。 17 and 18 are for explaining a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device according to a fifth embodiment, and FIG. 17 is a diagram for explaining a structure of a via of a semiconductor device according to a first embodiment. FIG. 18 is an end view corresponding to FIG. 12 used to explain the second embodiment, and FIG. 18 is an end view corresponding to FIG. 12 used to explain the second embodiment, and FIG. 18 is an end view corresponding to FIG. . Note that the same parts as in Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and explanations of the same parts are omitted. 10 and FIG. 11 are used.

本実施の形態5においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS220まで)については、実施の形態1と同様である。しかし、本実施の形態5においては、充填層63を形成する工程では、電解メッキではあるが、銀の電解メッキ(電解銀メッキ)により、図17に示すように、銀の充填層63を形成する。 In the fifth embodiment, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S220) are the same as in the first embodiment. However, in the fifth embodiment, in the step of forming the filling layer 63, the silver filling layer 63 is formed by electrolytic plating of silver (electrolytic silver plating), as shown in FIG. do.

変形例.
変形例においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS225まで)については、実施の形態2と同様である。しかし、本変形例においては、充填層63を形成する工程では、電解メッキではあるが、銀の電解メッキ(電解銀メッキ)により、図18に示すように、銀の充填層63を形成する。
Variation example.
In the modified example as well, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S225) are the same as in the second embodiment. However, in this modification, in the step of forming the filling layer 63, the silver filling layer 63 is formed by electrolytic plating of silver (electrolytic silver plating), as shown in FIG. 18.

実施の形態1、2と同様に無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成した銀の充填層63とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。さらに実施の形態5では、充填層63を銀で構成しているので、実施の形態1、2と同様に銅汚染を心配する必要がなく、電気的信頼性の低下懸念がない。 As in Embodiments 1 and 2, the coating layer 42 having the concave portion 42d that becomes narrower toward the bottom portion 42b is formed by electroless plating, so that the inside of the via 10v is filled with the silver filling layer 63 formed by electrolytic plating. It can be completely embedded without any gaps. Furthermore, in the fifth embodiment, since the filling layer 63 is made of silver, there is no need to worry about copper contamination as in the first and second embodiments, and there is no concern that electrical reliability will deteriorate.

また金、銅よりも銀のほうが電気伝導性、熱伝導性に優れるので、金のみで充填体4を構成する場合、あるいは充填層を銅で構成する場合に比べて、ビア10vのインダクタ成分が低くなり、デバイス特性(電気特性、高周波特性、熱特性)が向上する。 Also, since silver has better electrical and thermal conductivity than gold and copper, the inductor component of the via 10V is The device characteristics (electrical characteristics, high frequency characteristics, thermal characteristics) are improved.

実施の形態6.
上記実施の形態5では、実施の形態1、2に対し、充填層の構成を金から銀に変えた例について説明した。本実施の形態6では、充填層の構成を金からニッケルに変えた例について説明する。
Embodiment 6.
In Embodiment 5 above, an example has been described in which the structure of the filling layer is changed from gold to silver compared to Embodiments 1 and 2. In the sixth embodiment, an example in which the composition of the filling layer is changed from gold to nickel will be described.

図19と図20は、実施の形態6にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図19は半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図1に対応する端面図、図20は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態2の説明に用いた図12に対応する端面図である。なお、実施の形態1、2と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2~図4、実施の形態2で用いた図10と図11を援用する。 19 and 20 are for explaining a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to a sixth embodiment, and FIG. 19 is a diagram for explaining a structure of a via of a semiconductor device according to a first embodiment. 20 is an end view corresponding to FIG. 12 used in the description of Embodiment 2, and FIG. 20 is an end view corresponding to FIG. 12 used in the description of Embodiment 2, and FIG. . Note that the same parts as in Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and explanations of the same parts are omitted. 10 and FIG. 11 are used.

本実施の形態6においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS220まで)については、実施の形態1と同様である。しかし、本実施の形態6においては、充填層73を形成する工程では、電解メッキではあるが、ニッケル(Ni)の電解メッキ(電解ニッケルメッキ)により、図19に示すように、ニッケルの充填層73を形成する。 In the sixth embodiment, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S220) are the same as in the first embodiment. However, in the sixth embodiment, although electrolytic plating is used in the step of forming the filling layer 73, nickel (Ni) electrolytic plating (electrolytic nickel plating) is used to form the nickel filling layer 73, as shown in FIG. Form 73.

変形例.
変形例においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS225まで)については、実施の形態2と同様である。しかし、本変形例においては、充填層73を形成する工程では、電解メッキではあるが、ニッケルの電解メッキ(電解ニッケルメッキ)により、図20に示すように、ニッケルの充填層73を形成する。
Variation example.
In the modified example as well, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S225) are the same as in the second embodiment. However, in this modification, in the step of forming the filling layer 73, the nickel filling layer 73 is formed by electrolytic plating of nickel (electrolytic nickel plating), as shown in FIG. 20.

実施の形態1、2と同様に無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成した銀の充填層63とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。そのため、中空の場合と比べて放熱性およびインダクタ成分の抑制による高周波特性の改善が見込まれる。さらに実施の形態6では、充填層73をニッケルで構成しているので、実施の形態1、2と同様に銅汚染を心配する必要がなく、電気的信頼性の低下懸念がない。 As in Embodiments 1 and 2, the coating layer 42 having the concave portion 42d that becomes narrower toward the bottom portion 42b is formed by electroless plating, so that the inside of the via 10v is filled with the silver filling layer 63 formed by electrolytic plating. It can be completely embedded without any gaps. Therefore, compared to a hollow case, it is expected that heat dissipation and high frequency characteristics will be improved by suppressing the inductor component. Furthermore, in the sixth embodiment, since the filling layer 73 is made of nickel, there is no need to worry about copper contamination, as in the first and second embodiments, and there is no concern that electrical reliability will deteriorate.

また高周波デバイスの裏面は金錫(AuSn)はんだ、銀錫(SnAg)はんだなどでダイボンドするが、金、あるいは銅の面にはんだでダイボンドすると、界面に厚い合金層が形成され、導電性不良、接着不良、および熱特性悪化を招く。しかし本実施の形態6では、金とはんだ界面に充填層73を構成するニッケルがバリア層として働き、これらの特性劣化の防止をすることができる。 Furthermore, the back side of a high-frequency device is die-bonded using gold-tin (AuSn) solder, silver-tin (SnAg) solder, etc., but when die-bonding is done with solder on the gold or copper side, a thick alloy layer is formed at the interface, resulting in poor conductivity and This results in poor adhesion and deterioration of thermal properties. However, in the sixth embodiment, the nickel forming the filling layer 73 at the interface between gold and solder acts as a barrier layer and can prevent these characteristics from deteriorating.

実施の形態7.
上記実施の形態5、6では、実施の形態1、2に対し、充填層の構成を金から銀、ニッケルに変えた例について説明した。本実施の形態7では、充填層の構成を金から錫に変えた例について説明する。
Embodiment 7.
In the fifth and sixth embodiments described above, an example has been described in which the structure of the filling layer is changed from gold to silver and nickel in contrast to the first and second embodiments. In the seventh embodiment, an example in which the structure of the filling layer is changed from gold to tin will be described.

図21と図22は、実施の形態7にかかる半導体装置、および半導体装置の製造方法について説明するためのものであり、図21は半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態1の説明に用いた図1に対応する端面図、図22は変形例にかかる半導体装置のビアの構成を説明するための、実施の形態2の説明に用いた図12に対応する端面図である。なお、実施の形態1、2と同様の部分については同じ符号を付するとともに、同様部分の説明は省略し、実施の形態1で用いた図2~図4、実施の形態2で用いた図10と図11を援用する。 21 and 22 are for explaining a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to a seventh embodiment, and FIG. 21 is a diagram for explaining a structure of a via of a semiconductor device according to a first embodiment. FIG. 22 is an end view corresponding to FIG. 12 used to explain Embodiment 2, and FIG. 22 is an end view corresponding to FIG. 12 used to explain Embodiment 2, and FIG. . Note that the same parts as in Embodiments 1 and 2 are given the same reference numerals, and explanations of the same parts are omitted. 10 and FIG. 11 are used.

本実施の形態7においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS220まで)については、実施の形態1と同様である。しかし、本実施の形態7においては、充填層83を形成する工程では、電解メッキではあるが、錫の電解メッキ(電解錫メッキ)により、図21に示すように、錫の充填層83を形成する。 In the seventh embodiment as well, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (up to step S220) are the same as in the first embodiment. However, in the seventh embodiment, in the step of forming the filling layer 83, the tin filling layer 83 is formed by electroplating of tin (electrolytic tin plating), as shown in FIG. do.

変形例.
変形例においても、被覆層42の構成、およびその製造方法(ステップS225)までについては、実施の形態2と同様である。しかし、本変形例においては、充填層83を形成する工程では、電解メッキではあるが、錫の電解メッキ(電解錫メッキ)により、図22に示すように、錫の充填層83を形成する。
Variation example.
In the modified example as well, the structure of the coating layer 42 and the manufacturing method thereof (step S225) are the same as in the second embodiment. However, in this modification, in the step of forming the filling layer 83, the tin filling layer 83 is formed by electrolytic plating of tin (electrolytic tin plating), as shown in FIG. 22.

実施の形態1、2と同様に無電解めっきで、底部42bに向かって細くなる凹部42dを有する被覆層42を形成することで、電解メッキで形成した錫の充填層83とでビア10v内部を空隙なく完全に埋め込むことができる。そのため、中空の場合と比べて放熱性およびインダクタ成分の抑制による高周波特性の改善が見込まれる。さらに実施の形態7では、充填層83を錫で構成しているので、実施の形態1、2と同様に銅汚染を心配する必要がなく、電気的信頼性の低下懸念がない。 As in Embodiments 1 and 2, by forming the coating layer 42 having the concave portion 42d that becomes narrower toward the bottom portion 42b by electroless plating, the inside of the via 10v is covered with the tin filling layer 83 formed by electrolytic plating. It can be completely embedded without any gaps. Therefore, compared to a hollow case, it is expected that heat dissipation and high frequency characteristics will be improved by suppressing the inductor component. Furthermore, in the seventh embodiment, since the filling layer 83 is made of tin, there is no need to worry about copper contamination, as in the first and second embodiments, and there is no concern that electrical reliability will deteriorate.

また高周波デバイスの裏面は金錫(AuSn)はんだ、銀錫(SnAg)はんだなどでダイボンドするが、その際に、はんだの塗布が不要となる。また、ウエハ裏面の錫は、はんだの構成材料であるため、実質的にデバイスに直接はんだを形成していることになるため良好な密着性が得られる。 Further, the back side of the high frequency device is die-bonded with gold-tin (AuSn) solder, silver-tin (SnAg) solder, etc., but at that time, application of solder is not necessary. Further, since tin on the back surface of the wafer is a constituent material of the solder, good adhesion can be obtained since the solder is essentially formed directly on the device.

さらに、本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Additionally, while this application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, aspects, and functions described in one or more embodiments may be specific to the specific embodiments. The present invention is not limited to application, but can be applied to the embodiments alone or in various combinations. Accordingly, countless variations not illustrated are envisioned within the scope of the technology disclosed herein. For example, this includes cases where at least one component is modified, added, or omitted, and cases where at least one component is extracted and combined with components of other embodiments.

以上のように、本願の半導体装置10によれば、半導体材料の基板1、基板1の一方の面(図中上側の面)に形成された配線部材、および基板1の他方の面で開口し、配線部材(表面電極3)を底面とする筒状の孔の内壁を被覆し、開口の側から底面に向かって窪む凹部42dが形成された金による第一メッキ層(被覆層42)と、凹部42dを埋め、銅、銀、ニッケル、錫、および第一メッキ層(被覆層42)よりも結晶粒径が大きな金のいずれかによる第二メッキ層(充填層43、53、63、73、83)と、を有する中実のビア10v、を備えるようにした。これにより、銅汚染の心配がなく、ビア10vを介した厚み方向において良好な電気的な接続と放熱性を有する半導体装置を低コストで得ることができる。 As described above, according to the semiconductor device 10 of the present application, the substrate 1 is made of a semiconductor material, the wiring member formed on one surface of the substrate 1 (the upper surface in the figure), and the opening formed on the other surface of the substrate 1. , a first plating layer (covering layer 42) made of gold that covers the inner wall of a cylindrical hole whose bottom is the wiring member (surface electrode 3), and has a recess 42d that is depressed from the opening side toward the bottom. , a second plating layer (filling layer 43, 53, 63, 73) made of copper, silver, nickel, tin, or gold having a larger grain size than the first plating layer (covering layer 42) fills the recess 42d. , 83) and a solid via 10v. As a result, a semiconductor device having good electrical connection and heat dissipation in the thickness direction via the via 10v without fear of copper contamination can be obtained at low cost.

とくに、凹部42dは底面から開口に向かうにつれて広がっているように構成すれば、ボイドが発生することなく、電気伝導性と放熱性に優れた半導体装置を確実に得ることができる。 In particular, if the recess 42d is configured to widen from the bottom toward the opening, a semiconductor device with excellent electrical conductivity and heat dissipation can be reliably obtained without generating voids.

また、第一メッキ層(被覆層42)における凹部の底面までの厚みt42は、基板の厚み(ビア高さHv)の1/4以上であるようにすれば、より確実にボイドの発生を防止できる。 Also, if the thickness t42 to the bottom of the recess in the first plating layer (coating layer 42) is 1/4 or more of the thickness of the board (via height Hv), the generation of voids can be more reliably prevented. can.

チタン、タンタル、タングステン、クロム、白金のいずれかを含み、第一メッキ層(被覆層42)と第二メッキ層(充填層43、53、63、73、83)との間に介在する金属膜44を有するようにすれば、充填層43のメッキ膜が均一化し、ビア10v内の埋め込み性がより向上する。 A metal film containing any one of titanium, tantalum, tungsten, chromium, and platinum and interposed between the first plating layer (covering layer 42) and the second plating layer (filling layer 43, 53, 63, 73, 83) 44, the plating film of the filling layer 43 becomes uniform, and the embeddability in the via 10v is further improved.

基板1が、炭化ケイ素、リン化インジウム、窒化ガリウム、珪化ゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンのいずれかであれば、より高性能な半導体装置が得られる。 If the substrate 1 is made of silicon carbide, indium phosphide, gallium nitride, germanium silicide, germanium, or silicon, a higher performance semiconductor device can be obtained.

以上のように、本願の半導体装置10の製造方法によれば、半導体材料の基板1の一方の面に配線部材を形成し、基板1の他方の面で開口し、配線部材(表面電極3)を底面とする筒状の孔を形成する工程(ステップS100~S200)、筒状の孔の内壁を被覆し、かつ開口の側から底面に向かって窪む凹部42dが形成されるように、無電解メッキにより、金の第一メッキ層(被覆層42)を形成する工程(ステップS220、S220V)、および凹部42dを埋めるように、電解メッキにより、銅、銀、ニッケル、錫、金のいずれかの第二メッキ層(充填層43)を形成する工程(ステップS230)、を含むように構成した。これにより、銅汚染の心配がなく、ビア10vを介した厚み方向において良好な電気的な接続と放熱性を有する半導体装置を低コストで得ることができる。 As described above, according to the method of manufacturing the semiconductor device 10 of the present application, a wiring member is formed on one surface of the substrate 1 made of a semiconductor material, an opening is formed on the other surface of the substrate 1, and the wiring member (surface electrode 3) is formed on the other surface of the substrate 1. In the step of forming a cylindrical hole having a bottom surface of Steps of forming a first gold plating layer (coating layer 42) by electrolytic plating (steps S220, S220V), and forming one of copper, silver, nickel, tin, and gold by electrolytic plating so as to fill the recess 42d. The method is configured to include a step (step S230) of forming a second plating layer (filling layer 43). As a result, a semiconductor device having good electrical connection and heat dissipation in the thickness direction via the via 10v without fear of copper contamination can be obtained at low cost.

スパッタ法、または蒸着法により、凹部42dの内面を被覆する金属膜44を形成する工程(ステップS225)を含むようにすれば、電解メッキで充填層43を形成する際のメッキ膜が均一化し、ビア10v内の埋め込み性がより向上する。 By including the step (step S225) of forming the metal film 44 covering the inner surface of the recess 42d by sputtering or vapor deposition, the plating film when forming the filling layer 43 by electrolytic plating can be made uniform; The embeddability within the via 10v is further improved.

1:基板、 10:半導体装置、 10v:ビア、 2:エピタキシャル成長層、 3:表面電極(配線部材)、 4:充填体、 41:シード層、 42:被覆層(第一メッキ層)、 42d:凹部、 43:充填層(第二メッキ層)、 44:金属膜、 53:充填層(第二メッキ層)、 63:充填層(第二メッキ層)、 73:充填層(第二メッキ層)、 83:充填層(第二メッキ層)、 Dd:深さ、 Hv:ビア高さ、 t42:厚み、 Wd:開口幅。 1: Substrate, 10: Semiconductor device, 10v: Via, 2: Epitaxial growth layer, 3: Surface electrode (wiring member), 4: Filler, 41: Seed layer, 42: Covering layer (first plating layer), 42d: Recess, 43: Filling layer (second plating layer), 44: Metal film, 53: Filling layer (second plating layer), 63: Filling layer (second plating layer), 73: Filling layer (second plating layer) , 83: Filling layer (second plating layer), Dd: Depth, Hv: Via height, t42: Thickness, Wd: Opening width.

Claims (6)

半導体材料の基板、
前記基板の一方の面に形成された配線部材、および
前記基板の他方の面で開口し、前記配線部材を底面とする筒状の孔の内壁を被覆し、前記開口の側から前記底面に向かって窪む凹部が形成された金による第一メッキ層と、前記凹部を埋め、銅、銀、ニッケル、錫、および前記第一メッキ層よりも結晶粒径が大きな金のいずれかによる第二メッキ層と、チタン、タンタル、タングステン、クロム、白金のいずれかを含み、前記第一メッキ層と前記第二メッキ層との間に介在する金属膜と、を有する中実のビア、
を備えたことを特徴とする半導体装置。
substrate of semiconductor material,
a wiring member formed on one surface of the substrate; and a cylindrical hole that is open on the other surface of the substrate and has the wiring member as the bottom surface, and covers an inner wall of the cylindrical hole, and extends from the opening side toward the bottom surface. a first plating layer made of gold in which a concave portion is formed; and a second plating layer that fills the concave portion and is made of copper, silver, nickel, tin, or gold having a crystal grain size larger than that of the first plating layer. and a metal film containing any one of titanium, tantalum, tungsten, chromium, and platinum and interposed between the first plating layer and the second plating layer,
A semiconductor device characterized by comprising:
前記凹部は前記底面から前記開口に向かうにつれて広がっていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the recessed portion widens from the bottom surface toward the opening. 前記第一メッキ層における前記凹部の前記底面までの厚みは、前記基板の厚みの1/4以上であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the recess in the first plating layer up to the bottom surface is 1/4 or more of the thickness of the substrate. 前記基板が、炭化ケイ素、リン化インジウム、窒化ガリウム、珪化ゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンのいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the substrate is made of silicon carbide, indium phosphide, gallium nitride, germanium silicide, germanium, or silicon. 前記基板が、炭化ケイ素、リン化インジウム、窒化ガリウム、珪化ゲルマニウム、ゲルマニウム、シリコンのいずれかであることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the substrate is made of silicon carbide, indium phosphide, gallium nitride, germanium silicide, germanium, or silicon. 半導体材料の基板の一方の面に配線部材を形成し、前記基板の他方の面で開口し、前記配線部材を底面とする筒状の孔を形成する工程、
前記筒状の孔の内壁を被覆し、かつ前記開口の側から前記底面に向かって窪む凹部が形成されるように、無電解メッキにより、金の第一メッキ層を形成する工程
スパッタ法、または蒸着法により、前記凹部の内面を被覆する金属膜を形成する工程、および
前記凹部を埋めるように、電解メッキにより、銅、銀、ニッケル、錫、金のいずれかの第二メッキ層を形成する工程、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
forming a wiring member on one side of a substrate made of a semiconductor material, and forming a cylindrical hole that opens on the other side of the substrate and has the wiring member as a bottom surface;
forming a first plating layer of gold by electroless plating so as to cover the inner wall of the cylindrical hole and form a recess that is concave from the opening side toward the bottom surface ;
A step of forming a metal film to cover the inner surface of the recess by sputtering or vapor deposition, and a second plating of copper, silver, nickel, tin, or gold by electrolytic plating to fill the recess. a step of forming a layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02214127A (en) * 1989-02-15 1990-08-27 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JPH05102200A (en) * 1991-10-03 1993-04-23 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
US20110059610A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Win Semiconductors Corp. Method of using an electroless plating for depositing a metal seed layer for the subsequent plated backside metal film
JP2014112634A (en) * 2012-10-30 2014-06-19 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing semiconductor element and semiconductor element
JP2022070436A (en) * 2020-10-27 2022-05-13 富士通株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02214127A (en) * 1989-02-15 1990-08-27 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JPH05102200A (en) * 1991-10-03 1993-04-23 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device
US20110059610A1 (en) * 2009-09-04 2011-03-10 Win Semiconductors Corp. Method of using an electroless plating for depositing a metal seed layer for the subsequent plated backside metal film
JP2014112634A (en) * 2012-10-30 2014-06-19 Mitsubishi Electric Corp Method for manufacturing semiconductor element and semiconductor element
JP2022070436A (en) * 2020-10-27 2022-05-13 富士通株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

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