JP7588047B2 - Semiconductor Device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、シリコン貫通電極(TSV:Through Silicon Via)を備える半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, and in particular to a semiconductor device equipped with a through silicon via (TSV).
シリコン基板等の半導体基板を貫通する貫通孔を介して電極を設ける構造を備える半導体装置やその製造方法が種々提案されている。 Various semiconductor devices and manufacturing methods have been proposed that have a structure in which electrodes are provided through through holes that penetrate a semiconductor substrate such as a silicon substrate.
本発明者がTSVを備える半導体装置およびその製造方法を鋭意研究した結果、シリコン基板に設けられた貫通孔に形成したメッキ用のシード層にピンホール等の欠陥が生じ、その欠陥からシリコン基板の表面に設けた電極層に侵食が生じてしまい、それが原因となって、半導体装置の信頼性が低くなってしまうことがあることを見出した。 As a result of extensive research by the inventors into semiconductor devices with TSVs and methods for manufacturing the same, it was discovered that defects such as pinholes can occur in the plating seed layer formed in the through-holes in the silicon substrate, and these defects can cause erosion of the electrode layer formed on the surface of the silicon substrate, which can result in reduced reliability of the semiconductor device.
本発明の主な目的は、基板に設けられた貫通電極を備える半導体装置であって、信頼性の高い半導体装置を提供することにある。 The main objective of the present invention is to provide a highly reliable semiconductor device having a through electrode provided in a substrate.
本発明の第1の態様に係る半導体装置は、一主面と前記一主面とは反対側の他の主面とを有する半導体基板と、前記他の主面側に設けられた第1の導電層と、前記一主面から前記他の主面まで前記半導体基板を厚さ方向に貫通して前記第1の導電層を露出する貫通孔内であって前記半導体基板上に設けられた第2の導電層と、前記貫通孔内であって前記第1の導電層上に設けられた第3の導電層と、前記貫通孔の端部であって前記第2の導電層と前記第3の導電層の間に形成された第4の導電層と、を備える。 The semiconductor device according to the first aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate having one main surface and another main surface opposite to the one main surface, a first conductive layer provided on the other main surface, a second conductive layer provided on the semiconductor substrate within a through hole that penetrates the semiconductor substrate in the thickness direction from the one main surface to the other main surface and exposes the first conductive layer, a third conductive layer provided on the first conductive layer within the through hole, and a fourth conductive layer formed at an end of the through hole between the second conductive layer and the third conductive layer.
本発明の第2の態様に係る半導体装置は、一主面と前記一主面とは反対側の他の主面とを有する半導体基板と、前記他の主面側に設けられた第1の導電層と、前記第1の導電層上に設けられた第2の導電層と、前記一主面から前記他の主面まで前記半導体基板を厚さ方向に貫通して前記第1の導電層を露出する貫通孔内であって前記半導体基板上に設けられた第3の導電層と、前記貫通孔内であって前記第1の導電層上に設けられた第4の導電層と、前記第3の導電層と前記第4の導電層の間に前記第3の導電層と一体に形成された第5の導電層と、を備える。 A semiconductor device according to a second aspect of the present invention comprises a semiconductor substrate having one main surface and another main surface opposite to the one main surface, a first conductive layer provided on the other main surface, a second conductive layer provided on the first conductive layer, a third conductive layer provided on the semiconductor substrate within a through hole that penetrates the semiconductor substrate in a thickness direction from the one main surface to the other main surface to expose the first conductive layer, a fourth conductive layer provided on the first conductive layer within the through hole, and a fifth conductive layer formed integrally with the third conductive layer between the third conductive layer and the fourth conductive layer.
本発明によれば、信頼性の高い半導体装置が提供される。 The present invention provides a highly reliable semiconductor device.
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。 The following describes a preferred embodiment of the present invention with reference to the drawings.
(第1の実施の形態)
図1-5(J)を参照すれば、本発明の好ましい第1の実施の形態の半導体装置1は、半導体シリコン基板10と、酸化シリコン膜12と、TiN膜14と、Al膜16と、貫通孔20と、CVD酸化膜22と、シードメタル層24と、Cuめっき層26と、Cuめっき層30と、ソルダーレジスト32とを備えている。
(First embodiment)
1-5(J), a semiconductor device 1 according to a first preferred embodiment of the present invention includes a semiconductor silicon substrate 10, a silicon oxide film 12, a TiN film 14, an Al film 16, a through hole 20, a CVD oxide film 22, a seed metal layer 24, a Cu plating layer 26, a Cu plating layer 30, and a solder resist 32.
酸化シリコン膜12は、シリコン基板10の主面11上に設けられている。TiN膜14は、酸化シリコン膜12上に設けられている。Al膜16は、TiN膜14上に設けられている。貫通孔20は、シリコン基板10の主面11とは反対側の主面13から主面11までシリコン基板10を貫通し、さらに酸化シリコン膜12およびTiN膜14を貫通し、底部にAl膜16を露出して設けられている。CVD酸化膜22は、貫通孔20の側面21およびシリコン基板10の主面13上に設けられている。シードメタル層24は、貫通孔20内のCVD酸化膜22上および主面13上のCVD酸化膜22上ならびに貫通孔20の底部に露出するAl膜16上に設けられている。Cuめっき層26は、貫通孔20内のシードメタル層24上および主面13上のシードメタル層24上ならびに貫通孔20の底部に設けられたシードメタル層24上に設けられている。Cuめっき層30は、貫通孔20内のCuめっき層26上および主面13上のCuめっき層26上ならびに貫通孔20の底部に設けられたCuめっき層26上に設けられている。ソルダーレジスト32は、シリコン基板10の主面13上のCVD酸化膜22上、主面13上のCuめっき層30上および貫通孔20内のCuめっき層30の開孔31内に設けられている。なお、MOSトランジスタ等の半導体素子等の回路素子(図示せず)は、シリコン基板10の主面11に形成され、酸化シリコン膜12によって覆われている。Al膜16は、半導体装置1を接続するデバイスパッド等として用いられる。 The silicon oxide film 12 is provided on the main surface 11 of the silicon substrate 10. The TiN film 14 is provided on the silicon oxide film 12. The Al film 16 is provided on the TiN film 14. The through hole 20 penetrates the silicon substrate 10 from the main surface 13 opposite to the main surface 11 of the silicon substrate 10 to the main surface 11, and further penetrates the silicon oxide film 12 and the TiN film 14, exposing the Al film 16 at the bottom. The CVD oxide film 22 is provided on the side surface 21 of the through hole 20 and on the main surface 13 of the silicon substrate 10. The seed metal layer 24 is provided on the CVD oxide film 22 in the through hole 20, on the CVD oxide film 22 on the main surface 13, and on the Al film 16 exposed at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 26 is provided on the seed metal layer 24 in the through hole 20, on the seed metal layer 24 on the main surface 13, and on the seed metal layer 24 provided at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 30 is provided on the Cu plating layer 26 in the through hole 20, on the Cu plating layer 26 on the main surface 13, and on the Cu plating layer 26 provided at the bottom of the through hole 20. The solder resist 32 is provided on the CVD oxide film 22 on the main surface 13 of the silicon substrate 10, on the Cu plating layer 30 on the main surface 13, and in the opening 31 of the Cu plating layer 30 in the through hole 20. Circuit elements (not shown), such as semiconductor elements such as MOS transistors, are formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10 and are covered by the silicon oxide film 12. The Al film 16 is used as a device pad for connecting the semiconductor device 1.
次に、図1-1~1-5、図2~5を参照して本発明の好ましい第1の実施の形態の半導体装置1の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the first preferred embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1-1 to 1-5 and Figures 2 to 5.
MOSトランジスタ等の半導体素子等の回路素子(図示せず)を、シリコン基板10の主面11に形成する。 Circuit elements (not shown), such as semiconductor elements such as MOS transistors, are formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10.
図1―1(A)を参照すれば、次に、シリコン基板10の主面11上に酸化シリコン膜12を形成し、酸化シリコン膜12上にTiN膜14を形成し、TiN膜14上にAl膜16を形成する。なお、TiN膜14はAlのマイグレーションを防止するために設けている。 Referring to FIG. 1-1(A), next, a silicon oxide film 12 is formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10, a TiN film 14 is formed on the silicon oxide film 12, and an Al film 16 is formed on the TiN film 14. The TiN film 14 is provided to prevent Al migration.
図1―1(B)を参照すれば、次に、シリコン基板10の主面11とは反対側の主面13上にレジスト18を形成し、レジスト18に選択的に開孔19を形成する。その後、レジスト18をマスクとしてシリコン基板10をエッチングして、シリコン基板10の主面13から主面11までシリコン基板10を貫通する貫通孔20を形成する。 Referring to FIG. 1-1(B), next, a resist 18 is formed on the main surface 13 opposite the main surface 11 of the silicon substrate 10, and an opening 19 is selectively formed in the resist 18. Thereafter, the silicon substrate 10 is etched using the resist 18 as a mask to form a through hole 20 that penetrates the silicon substrate 10 from the main surface 13 to the main surface 11 of the silicon substrate 10.
図1―1(C)を参照すれば、次に、さらに酸化シリコン膜12およびTiN膜14をエッチングして、貫通孔20の底部にAl膜16を露出させる。 Referring to FIG. 1-1(C), next, the silicon oxide film 12 and the TiN film 14 are further etched to expose the Al film 16 at the bottom of the through hole 20.
図1―2(D)を参照すれば、次に、貫通孔20の側面21、底部およびシリコン基板10の主面13上に、CVD酸化膜22を形成する。 Referring to FIG. 1-2(D), next, a CVD oxide film 22 is formed on the side surface 21 and bottom of the through hole 20 and on the main surface 13 of the silicon substrate 10.
図1―2(E)を参照すれば、次に、CVD酸化膜22をエッチバックして、貫通孔20の底部にAl膜16を露出させる。 Referring to FIG. 1-2(E), the CVD oxide film 22 is then etched back to expose the Al film 16 at the bottom of the through hole 20.
図1―3(F)を参照すれば、次に、スパッタ法により、貫通孔20内のCVD酸化膜22上および主面13上のCVD酸化膜22上ならびに貫通孔20の底部に露出するAl膜16上に、シードメタル層24を形成する。シードメタル層24は、最初にTiをスパッタし、その後、Cuをスパッタして形成する。 Referring to FIG. 1-3(F), next, a seed metal layer 24 is formed by sputtering on the CVD oxide film 22 in the through hole 20, on the CVD oxide film 22 on the main surface 13, and on the Al film 16 exposed at the bottom of the through hole 20. The seed metal layer 24 is formed by first sputtering Ti and then sputtering Cu.
図1―3(G)を参照すれば、次に、全面Cuめっきにより、貫通孔20内のシードメタル層24上および主面13上のシードメタル層24上ならびに貫通孔20の底部に設けられたシードメタル層24上に、Cuめっき層26を形成する。Cuめっき層26は無電解めっきまたはシードメタル層24を利用した電解めっきで行う。 Referring to FIG. 1-3(G), next, a Cu plating layer 26 is formed by full-surface Cu plating on the seed metal layer 24 in the through hole 20, on the seed metal layer 24 on the main surface 13, and on the seed metal layer 24 provided at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 26 is formed by electroless plating or electrolytic plating using the seed metal layer 24.
図1―4(H)を参照すれば、次に、ドライフィルム28を形成し、ドライフィルム28に選択的に開孔29を形成する。開孔29は、貫通孔20を露出し、貫通孔20周辺のCuめっき層26を露出するように形成する。 Referring to FIG. 1-4(H), next, a dry film 28 is formed, and an opening 29 is selectively formed in the dry film 28. The opening 29 is formed to expose the through hole 20 and the Cu plating layer 26 around the through hole 20.
図1―4(I)を参照すれば、次に、ドライフィルム28をマスクとして、貫通孔20内のCuめっき層26上、主面13上であってドライフィルム28の開孔29内のCuめっき層26上ならびに貫通孔20の底部に設けられたCuめっき層26上に、Cuめっき層30を形成する。Cuめっき層30はシードメタル層24およびCuめっき層26を利用した電解めっきで行う。 Referring to FIG. 1-4(I), next, using the dry film 28 as a mask, a Cu plating layer 30 is formed on the Cu plating layer 26 in the through hole 20, on the Cu plating layer 26 in the opening 29 of the dry film 28 on the main surface 13, and on the Cu plating layer 26 provided at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 30 is formed by electrolytic plating using the seed metal layer 24 and the Cu plating layer 26.
図1―5(J)を参照すれば、次に、ドライフィルム28を除去し、その後、Cuめっき層30に覆われていないCuめっき層26およびシードメタル層24を除去する。その後、ソルダーレジスト32を、シリコン基板10の主面13上のCVD酸化膜22上、主面13上のCuめっき層30上および貫通孔20内のCuめっき層30の開孔31内に形成する。 Referring to FIG. 1-5(J), next, the dry film 28 is removed, and then the Cu plating layer 26 and the seed metal layer 24 that are not covered by the Cu plating layer 30 are removed. Then, a solder resist 32 is formed on the CVD oxide film 22 on the main surface 13 of the silicon substrate 10, on the Cu plating layer 30 on the main surface 13, and in the opening 31 of the Cu plating layer 30 in the through hole 20.
スパッタにより貫通孔20内にシードメタル層24を均一に形成するのは困難であり、貫通孔20の底部の角部では、図2に示すように、未スパッタ部分241が発生する場合がある。本実施の形態では、全面Cuめっきにより、シードメタル層24上に、Cuめっき層26を形成しているので、図3に示すように、全面Cuめっきにより、未スパッタ部分241に蓋をすることができる。Cuめっきは等方成長なので、図4に示すように、未スパッタ部分241は、全面Cuめっきにより埋め込まれる。従って、図5に示すように、ドライフィルム28の現像液34(炭酸ナトリウム混合液)が未スパッタ部分241を介してAl膜16に侵入して、Al膜16を侵食するのを防止できる。なお、埋め込むためのCuめっき層26の膜厚は1.0~1.5μmが好ましい。 It is difficult to uniformly form the seed metal layer 24 in the through hole 20 by sputtering, and as shown in FIG. 2, an unsputtered portion 241 may occur at the bottom corner of the through hole 20. In this embodiment, the Cu plating layer 26 is formed on the seed metal layer 24 by full Cu plating, so that the unsputtered portion 241 can be covered by full Cu plating as shown in FIG. 3. Since the Cu plating grows isotropically, the unsputtered portion 241 is filled by the full Cu plating as shown in FIG. 4. Therefore, as shown in FIG. 5, the developer 34 (sodium carbonate mixed solution) of the dry film 28 can be prevented from penetrating the Al film 16 through the unsputtered portion 241 and corroding the Al film 16. The thickness of the Cu plating layer 26 for filling is preferably 1.0 to 1.5 μm.
これに対して、図12に示すように、全面Cuめっきにより、シードメタル層24上にCuめっき層26を形成せずに、シードメタル層24上にドライフィルム28を形成し、ドライフィルム28に選択的に開孔29を形成すると、図13に示すように、ドライフィルム28の現像液34が未スパッタ部分241を介してAl膜16に侵入して、Al膜16を侵食し、Al空洞部161を形成してしまう。そして、その後、図14に示すように、ドライフィルム28をマスクにしてシードメタル層24上にCuめっき層30を形成し、その後ソルダーレジスト32を形成する。その後の工程の半田ボール形成時のリフロ熱や半導体装置1の実装時の実装リフロ熱、外部応力、熱ストレス等が加わると、図15に示すように、Al空洞部161を起点としてCVD酸化膜22にクラック221が生じ、その結果、リーク不良の可能性が高くなり、信頼性を低下させてしまう。 In contrast, as shown in FIG. 12, if a dry film 28 is formed on the seed metal layer 24 without forming a Cu plating layer 26 on the seed metal layer 24 by Cu plating over the entire surface, and an opening 29 is selectively formed in the dry film 28, as shown in FIG. 13, the developer 34 of the dry film 28 penetrates the Al film 16 through the unsputtered portion 241, erodes the Al film 16, and forms an Al cavity 161. Then, as shown in FIG. 14, a Cu plating layer 30 is formed on the seed metal layer 24 using the dry film 28 as a mask, and then a solder resist 32 is formed. When reflow heat during solder ball formation in the subsequent process, mounting reflow heat during mounting of the semiconductor device 1, external stress, thermal stress, etc. are applied, cracks 221 are generated in the CVD oxide film 22 starting from the Al cavity 161 as shown in FIG. 15, which results in an increased possibility of leakage failure and reduced reliability.
(第2の実施の形態)
図6-4(I)を参照すれば、本発明の好ましい第2の実施の形態の半導体装置2は、半導体シリコン基板10と、酸化シリコン膜12と、TiN膜14と、Al膜16と、貫通孔20と、CVD酸化膜22と、シードメタル層24と、Cuめっき層30と、ソルダーレジスト32とを備えている。
Second Embodiment
Referring to FIG. 6-4(I), a semiconductor device 2 according to a second preferred embodiment of the present invention includes a semiconductor silicon substrate 10, a silicon oxide film 12, a TiN film 14, an Al film 16, a through hole 20, a CVD oxide film 22, a seed metal layer 24, a Cu plating layer 30, and a solder resist 32.
第1の実施の形態では、全面Cuめっきにより、シードメタル層24上に、Cuめっき層26を形成して、シードメタル層24の未スパッタ部分241に蓋をすることにより、その後のドライフィルム28の現像液34(炭酸ナトリウム混合液)が未スパッタ部分241を介してAl膜16に侵入して、Al膜16を侵食するのを防止したのに対して、本実施の形態では、シードメタル層24上に、全面CuめっきによりCuめっき層26を形成しない。第1の実施の形態では、酸化シリコン膜12およびTiN膜14をエッチングして、貫通孔20の底部にAl膜16を露出させた(図1―1(C)参照)が、本実施の形態では、酸化シリコン膜12のみを除去し、TiN膜14は除去しない。従って、貫通孔20は、シリコン基板10の主面11とは反対側の主面13から主面11までシリコン基板10を貫通し、さらに酸化シリコン膜12を貫通し、底部にTiN膜14を露出して設けられている。CVD酸化膜22は、貫通孔20の側面21およびシリコン基板10の主面13上に設けられている。シードメタル層24は、貫通孔20内のCVD酸化膜22上および主面13上のCVD酸化膜22上ならびに貫通孔20の底部に露出するTiN膜14上に設けられている。Cuめっき層30は、貫通孔20内のシードメタル層24上および主面13上のシードメタル層24上ならびに貫通孔20の底部に設けられたシードメタル層24上に設けられている。ソルダーレジスト32は、シリコン基板10の主面13上のCVD酸化膜22上、主面13上のCuめっき層30上および貫通孔20内のCuめっき層30の開孔31内に設けられている。なお、酸化シリコン膜12は、シリコン基板10の主面11上に設けられ、TiN膜14は、酸化シリコン膜12上に設けられ、Al膜16は、TiN膜14上に設けられている。MOSトランジスタ等の半導体素子等の回路素子(図示せず)は、シリコン基板10の主面11に形成され、酸化シリコン膜12によって覆われている。 In the first embodiment, the Cu plating layer 26 is formed on the seed metal layer 24 by Cu plating over the entire surface, and the unsputtered portion 241 of the seed metal layer 24 is covered to prevent the developer 34 (sodium carbonate mixed solution) of the dry film 28 from penetrating the Al film 16 through the unsputtered portion 241 and eroding the Al film 16. In contrast, in the present embodiment, the Cu plating layer 26 is not formed on the seed metal layer 24 by Cu plating over the entire surface. In the first embodiment, the silicon oxide film 12 and the TiN film 14 are etched to expose the Al film 16 at the bottom of the through hole 20 (see FIG. 1-1(C)). In the present embodiment, however, only the silicon oxide film 12 is removed, and the TiN film 14 is not removed. Therefore, the through hole 20 penetrates the silicon substrate 10 from the main surface 13 opposite to the main surface 11 of the silicon substrate 10 to the main surface 11, and further penetrates the silicon oxide film 12, exposing the TiN film 14 at the bottom. The CVD oxide film 22 is provided on the side surface 21 of the through hole 20 and on the main surface 13 of the silicon substrate 10. The seed metal layer 24 is provided on the CVD oxide film 22 in the through hole 20, on the CVD oxide film 22 on the main surface 13, and on the TiN film 14 exposed at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 30 is provided on the seed metal layer 24 in the through hole 20, on the seed metal layer 24 on the main surface 13, and on the seed metal layer 24 provided at the bottom of the through hole 20. The solder resist 32 is provided on the CVD oxide film 22 on the main surface 13 of the silicon substrate 10, on the Cu plating layer 30 on the main surface 13, and in the opening 31 of the Cu plating layer 30 in the through hole 20. The silicon oxide film 12 is provided on the main surface 11 of the silicon substrate 10, the TiN film 14 is provided on the silicon oxide film 12, and the Al film 16 is provided on the TiN film 14. Circuit elements (not shown), such as semiconductor elements such as MOS transistors, are formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10 and are covered with the silicon oxide film 12.
次に、図6-1~6-4、図7~11を参照して本発明の好ましい第2の実施の形態の半導体装置2の製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing a semiconductor device 2 according to a second preferred embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 6-1 to 6-4 and Figures 7 to 11.
MOSトランジスタ等の半導体素子等の回路素子(図示せず)を、シリコン基板10の主面11に形成する。 Circuit elements (not shown), such as semiconductor elements such as MOS transistors, are formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10.
図6―1(A)を参照すれば、次に、シリコン基板10の主面11上に酸化シリコン膜12を形成し、酸化シリコン膜12上にTiN膜14を形成し、TiN膜14上にAl膜16を形成する。なお、TiN膜14はAlのマイグレーションを防止するために設けている。 Referring to FIG. 6-1(A), next, a silicon oxide film 12 is formed on the main surface 11 of the silicon substrate 10, a TiN film 14 is formed on the silicon oxide film 12, and an Al film 16 is formed on the TiN film 14. The TiN film 14 is provided to prevent Al migration.
図6―1(B)を参照すれば、次に、シリコン基板10の主面11とは反対側の主面13上にレジスト18を形成し、レジスト18に選択的に開孔19を形成する。その後、レジスト18をマスクとしてシリコン基板10をエッチングして、シリコン基板10の主面13から主面11までシリコン基板10を貫通する貫通孔20を形成する。 Referring to FIG. 6-1(B), next, a resist 18 is formed on the main surface 13 opposite the main surface 11 of the silicon substrate 10, and an opening 19 is selectively formed in the resist 18. Thereafter, the silicon substrate 10 is etched using the resist 18 as a mask to form a through hole 20 that penetrates the silicon substrate 10 from the main surface 13 to the main surface 11 of the silicon substrate 10.
図6―1(C)、図7を参照すれば、次に、さらに酸化シリコン膜12をエッチングして、貫通孔20の底部にTiN膜14を露出させる。 Referring to FIG. 6-1(C) and FIG. 7, next, the silicon oxide film 12 is further etched to expose the TiN film 14 at the bottom of the through hole 20.
図6―2(D)、図8を参照すれば、次に、貫通孔20の側面21、底部およびシリコン基板10の主面13上に、CVD酸化膜22を形成する。 Referring to FIG. 6-2(D) and FIG. 8, next, a CVD oxide film 22 is formed on the side surface 21 and bottom of the through hole 20 and on the main surface 13 of the silicon substrate 10.
図6―2(E)、図9を参照すれば、次に、CVD酸化膜22をエッチバックして、貫通孔20の底部にTiN膜14を露出させる。 Referring to FIG. 6-2(E) and FIG. 9, the CVD oxide film 22 is then etched back to expose the TiN film 14 at the bottom of the through hole 20.
図6―3(F)、図10を参照すれば、次に、スパッタ法により、貫通孔20内のCVD酸化膜22上および主面13上のCVD酸化膜22上ならびに貫通孔20の底部に露出するTiN膜14上に、シードメタル層24を形成する。シードメタル層24は、最初にTiをスパッタし、その後、Cuをスパッタして形成する。 Referring to FIG. 6-3(F) and FIG. 10, next, a seed metal layer 24 is formed by sputtering on the CVD oxide film 22 in the through hole 20, on the CVD oxide film 22 on the main surface 13, and on the TiN film 14 exposed at the bottom of the through hole 20. The seed metal layer 24 is formed by first sputtering Ti and then sputtering Cu.
図6―3(G)を参照すれば、次に、ドライフィルム28を形成し、ドライフィルム28に選択的に開孔29を形成する。開孔29は、貫通孔20を露出し、貫通孔20周辺のシードメタル層24を露出するように形成する。 Referring to FIG. 6-3(G), next, a dry film 28 is formed, and an opening 29 is selectively formed in the dry film 28. The opening 29 is formed to expose the through hole 20 and to expose the seed metal layer 24 around the through hole 20.
図6―4(H)を参照すれば、次に、ドライフィルム28をマスクとして、貫通孔20内のシードメタル層24上、主面13上であってドライフィルム28の開孔29内のシードメタル層24上ならびに貫通孔20の底部に設けられたシードメタル層24上に、Cuめっき層30を形成する。Cuめっき層30はシードメタル層24を利用した電解めっきで行う。 Referring to FIG. 6-4(H), next, using the dry film 28 as a mask, a Cu plating layer 30 is formed on the seed metal layer 24 in the through hole 20, on the seed metal layer 24 in the opening 29 of the dry film 28 on the main surface 13, and on the seed metal layer 24 provided at the bottom of the through hole 20. The Cu plating layer 30 is formed by electrolytic plating using the seed metal layer 24.
図6―5(I)を参照すれば、次に、ドライフィルム28を除去し、その後、Cuめっき層30に覆われていないシードメタル層24を除去する。その後、ソルダーレジスト32を、シリコン基板10の主面13上のCVD酸化膜22上、主面13上のCuめっき層30上および貫通孔20内のCuめっき層30の開孔31内に形成する。 Referring to FIG. 6-5(I), next, the dry film 28 is removed, and then the seed metal layer 24 that is not covered by the Cu plating layer 30 is removed. Then, a solder resist 32 is formed on the CVD oxide film 22 on the main surface 13 of the silicon substrate 10, on the Cu plating layer 30 on the main surface 13, and in the opening 31 of the Cu plating layer 30 in the through hole 20.
スパッタにより貫通孔20内にシードメタル層24を均一に形成するのは困難であり、貫通孔20の底部の角部では、図11に示すように、未スパッタ部分242が発生する場合がある。本実施の形態では、TiN膜14を除去せずに残しているので、未スパッタ部分242が発生したとしても、TiN膜14がバリアとなり、ドライフィルム28の現像液34(炭酸ナトリウム混合液)が未スパッタ部分242を介してAl膜16に侵入して、Al膜16を侵食するのを防止できる。 It is difficult to uniformly form the seed metal layer 24 in the through hole 20 by sputtering, and as shown in FIG. 11, unsputtered portions 242 may occur at the corners of the bottom of the through hole 20. In this embodiment, the TiN film 14 is left without being removed, so even if unsputtered portions 242 occur, the TiN film 14 acts as a barrier to prevent the developer 34 (sodium carbonate mixed solution) of the dry film 28 from penetrating the Al film 16 through the unsputtered portions 242 and corroding the Al film 16.
なお、本実施の形態のように、TiN膜14を除去せずに残す場合であっても、酸化シリコン膜12をエッチングするが、貫通孔20の底部にTiN膜14を残す際の面内のエッチング特性のばらつきにより、TiN膜14が一部除去されてしまい、ドライフィルム28の現像液34により、未スパッタ部分242とTiN膜14が一部除去されてしまった部分からAl膜16が侵食される可能性もあるので、第1の実施の形態のように、全面Cuめっきにより、シードメタル層24上に、Cuめっき層26を形成することがより好ましい。 Even if the TiN film 14 is left without being removed as in this embodiment, the silicon oxide film 12 is etched. However, due to variations in the etching characteristics in the plane when the TiN film 14 is left at the bottom of the through hole 20, the TiN film 14 may be partially removed, and the developer 34 of the dry film 28 may erode the Al film 16 from the unsputtered portion 242 and the portion from which the TiN film 14 has been partially removed. Therefore, it is more preferable to form a Cu plating layer 26 on the seed metal layer 24 by Cu plating over the entire surface as in the first embodiment.
以上、本発明の種々の典型的な実施の形態を説明してきたが、本発明はそれらの実施の形態に限定されない。従って、本発明の範囲は、次の特許請求の範囲によってのみ限定されるものである。 Although various exemplary embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments. Therefore, the scope of the present invention is limited only by the following claims.
10 半導体シリコン基板
12 酸化シリコン膜
14 TiN膜
16 Al膜
20 貫通孔
22 CVD酸化膜
24 シードメタル層
26 Cuめっき層
28 ドライフィルム
30 Cuめっき層
32 ソルダーレジスト
REFERENCE SIGNS LIST 10 Semiconductor silicon substrate 12 Silicon oxide film 14 TiN film 16 Al film 20 Through hole 22 CVD oxide film 24 Seed metal layer 26 Cu plating layer 28 Dry film 30 Cu plating layer 32 Solder resist
Claims (3)
前記他の主面側に設けられた第1の導電層と、
前記一主面から前記他の主面まで前記半導体基板を厚さ方向に貫通して前記第1の導電層を露出する貫通孔の側面に設けられた絶縁層と、
前記貫通孔内を含んで前記半導体基板上に設けられた第2のめっき層と、
前記貫通孔内であって前記第1の導電層上および前記絶縁層の側面に設けられたシードメタル層と、
前記貫通孔内であって前記第2のめっき層と前記シードメタル層の間に形成された第1のめっき層と、
を備え、
前記第1の導電層は、前記第1の導電層と前記シードメタル層と前記絶縁層とが接する部位の近傍に凹部を有する半導体装置。 A semiconductor substrate having one main surface and another main surface opposite to the one main surface;
a first conductive layer provided on the other principal surface side;
an insulating layer provided on a side surface of a through hole that penetrates the semiconductor substrate in a thickness direction from the one main surface to the other main surface and exposes the first conductive layer;
a second plating layer provided on the semiconductor substrate including within the through hole;
a seed metal layer provided on the first conductive layer and on a side surface of the insulating layer within the through hole;
a first plating layer formed in the through hole between the second plating layer and the seed metal layer;
Equipped with
The first conductive layer has a recess in the vicinity of a portion where the first conductive layer, the seed metal layer, and the insulating layer are in contact with each other.
請求項1記載の半導体装置。 the seed metal layer comprises the same material as the second plating layer ;
The semiconductor device according to claim 1.
前記他の主面側に設けられた第1の導電層と、
前記第1の導電層上に設けられた第2の導電層と、
前記一主面から前記他の主面まで前記半導体基板を厚さ方向に貫通し、さらに、前記第2の導電層を貫通して前記第1の導電層を露出する貫通孔の側面に設けられた絶縁層と、
前記貫通孔内を含んで前記半導体基板上に設けられた第1のめっき層と、
前記貫通孔内であって前記第1の導電層上および前記絶縁層の側面に設けられた第1のシードメタル層と、
前記第1のめっき層と前記第1のシードメタル層の間に第1のシードメタル層上に形成された第2のシードメタル層と、
を備え、
前記第1の導電層は、前記第1の導電層と前記第1のシードメタル層と前記絶縁層とが接する部位の近傍に凹部を有し、
前記貫通孔内であって前記第1のシードメタル層、前記第2のシードメタル層及び前記第1のめっき層上に設けられた第2のめっき層をさらに備えた半導体装置。 A semiconductor substrate having one main surface and another main surface opposite to the one main surface;
a first conductive layer provided on the other principal surface side;
a second conductive layer provided on the first conductive layer;
an insulating layer provided on a side surface of a through hole that penetrates the semiconductor substrate in a thickness direction from the one main surface to the other main surface and further penetrates the second conductive layer to expose the first conductive layer;
a first plating layer provided on the semiconductor substrate including the inside of the through hole;
a first seed metal layer provided in the through hole on the first conductive layer and on a side surface of the insulating layer;
a second seed metal layer formed on the first seed metal layer between the first plating layer and the first seed metal layer;
Equipped with
the first conductive layer has a recess in the vicinity of a portion where the first conductive layer, the first seed metal layer, and the insulating layer contact each other ;
The semiconductor device further comprises a second plating layer provided within the through hole on the first seed metal layer, the second seed metal layer, and the first plating layer .
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