專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別是涉及在半導(dǎo)體襯底上形成通孔的技術(shù)。
背景技術(shù)：
近年來，作為三維安裝技術(shù)，或新的封裝技術(shù)，CSP(芯片尺寸封裝)正在受到人們的注目。所謂CSP是具有與半導(dǎo)體芯片的外形尺寸大致相同外形尺寸的小型封裝件。
目前，作為CSP之一種，可知有BGA型半導(dǎo)體裝置。該BGA型半導(dǎo)體裝置中，在封裝件的一主面上格子狀排列多個由焊錫等金屬部件構(gòu)成的球狀導(dǎo)電端子，使其與搭載于封裝件其它面上的半導(dǎo)體芯片電連接。
而且，在將該BGA型半導(dǎo)體裝置裝入電子設(shè)備內(nèi)時，通過在印刷線路板上的配線圖案上安裝各導(dǎo)電端子，將半導(dǎo)體芯片和搭載在印刷線路板上的外部電路電連接。
這種BGA型半導(dǎo)體裝置與側(cè)部具有突出的引腳的SOP(Small OutinePackage)或QFP(Quad Flat Packagae)等其它CSP型半導(dǎo)體裝置相比，具有可設(shè)置多個導(dǎo)電端子并可小型化的優(yōu)點。該BGA型半導(dǎo)體裝置具有作為例如搭載于手機上的數(shù)碼相機的圖像傳感器芯片的用途。
圖9是現(xiàn)有BGA型半導(dǎo)體裝置的概略結(jié)構(gòu)圖，圖9(A)是該BGA型半導(dǎo)體裝置表面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。圖9(B)是該BGA型半導(dǎo)體裝置背面?zhèn)鹊牧Ⅲw圖。
該BGA型半導(dǎo)體裝置101中，在第一及第二玻璃襯底102、103之間介由環(huán)氧樹脂105a、105b密封有半導(dǎo)體芯片104。在第二玻璃襯底103的一主面上，即BGA型半導(dǎo)體裝置101的背面上格子狀配置多個導(dǎo)電端子106。該導(dǎo)電端子106介由第二配線110與半導(dǎo)體芯片104連接。在多個第二配線110上分別連接從半導(dǎo)體芯片104內(nèi)部引出的鋁配線，將各導(dǎo)電端子106和半導(dǎo)體芯片104電連接。
參照圖10進(jìn)一步詳細(xì)說明該BGA型半導(dǎo)體裝置101的剖面結(jié)構(gòu)。圖10是沿切割線分割成一各各芯片的BGA型半導(dǎo)體裝置101的剖面圖。
在配置于半導(dǎo)體芯片104表面上的絕緣層108上設(shè)有第一配線層107。該半導(dǎo)體芯片104利用樹脂層105a與第一玻璃襯底102粘接。另外，該半導(dǎo)體芯片104的背面利用樹脂層105b與第二玻璃襯底103粘接。
而且，第一配線107的一端與第二配線110連接。該第二配線110從第一配線107的一端延伸到第二玻璃襯底103的表面。在延伸到第二玻璃襯底103上的第二配線110上形成有球狀的導(dǎo)電端子106。
上述技術(shù)記載于例如以下的專利文獻(xiàn)1中。
專利文獻(xiàn)1特表2002-512436號公報但是，在上述半導(dǎo)體裝置101中，由于第一配線107和第二配線110的接觸面積非常小，故可能在該接觸部分產(chǎn)生斷線。另外，在第二配線110的分步敷層中也有問題。因此，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，以提高可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面提供一種半導(dǎo)體裝置，其包括支承體，其粘接在所述半導(dǎo)體襯底的表面上，覆蓋介由絕緣層形成于半導(dǎo)體襯底上的焊盤電極；通孔，其從所述半導(dǎo)體襯底的背面到達(dá)所述焊盤電極的表面而形成，其中，靠近所述焊盤電極表面的部分的開口直徑大于靠近所述半導(dǎo)體襯底背面的部分的開口直徑。
本發(fā)明的第二方面在第一方面的基礎(chǔ)上提供一種半導(dǎo)體裝置，在所述通孔的側(cè)壁形成絕緣層或金屬層。
本發(fā)明的第三方面提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括將支承體粘接在所述半導(dǎo)體襯底的表面，使其覆蓋介由絕緣層形成于半導(dǎo)體襯底上的焊盤電極的工序；形成通孔，使其從所述半導(dǎo)體襯底的背面到達(dá)所述焊盤電極表面的工序，其中，形成所述通孔的工序包括相對于所述半導(dǎo)體襯底直至不露出所述絕緣層的位置形成第一開口的工序；相對于所述半導(dǎo)體襯底形成具有比所述第一開口的開口直徑大的開口直徑的第二開口，直至露出所述絕緣層的位置。
本發(fā)明的第四方面在第三方面的基礎(chǔ)上提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有蝕刻從所述開口露出的所述絕緣層，形成使所述焊盤電極露出的通孔的工序。
本發(fā)明的第五方面在第三、第四方面的基礎(chǔ)上提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其具有在所述通孔的側(cè)壁形成絕緣層的工序和在所述絕緣層上形成金屬層的工序。
根據(jù)本發(fā)明，由于介由通孔形成從半導(dǎo)體芯片的焊盤電極直至其導(dǎo)電端子的配線，故可防止所述配線的斷線或分布敷層的劣化。由此，可得到可靠性高的半導(dǎo)體裝置。
根據(jù)本發(fā)明，在具有從半導(dǎo)體襯底背面達(dá)到焊盤電極表面這樣形成的通孔的半導(dǎo)體裝置中，通過形成靠近所述焊盤電極表面的部分的開口直徑比靠近所述半導(dǎo)體襯底背面的部分的開口直徑大的通孔，所述通孔側(cè)壁形成的絕緣層或金屬層粘附在該開口直徑變大的部分，形成不易從半導(dǎo)體襯底剝離的結(jié)構(gòu)，提高焊盤電極和金屬層的電及機械的接合性。
另外，通過擴(kuò)大形成在焊盤電極表面上的通孔的開口直徑，即使其后填充金屬層，也可以緩和應(yīng)力。


圖1是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖2是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖3是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖4是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖5是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖6是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖7是本發(fā)明實施例的半導(dǎo)體裝置制造方法的剖面圖；圖8是現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的剖面圖；圖9(A)、(B)是現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的立體圖；圖10是現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置的剖面圖。
符號說明1 半導(dǎo)體襯底2 絕緣層3 焊盤電極
7 第一開口8 通孔9、9A 絕緣層10 阻擋膜11 籽晶層12 再配線層13 球狀端子具體實施方式
其次，參照圖1～圖8說明本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及其制造方法。圖1～圖8是可應(yīng)用于圖像傳感器芯片的半導(dǎo)體裝置及其制造方法的剖面圖。
首先，如圖1所示，在半導(dǎo)體襯底1的表面介由例如氧化硅膜或氮化硅膜等絕緣層2形成由鋁層或鋁合金層構(gòu)成的焊盤電極3。然后，在包括焊盤電極3的半導(dǎo)體襯底1上介由由環(huán)氧樹脂層構(gòu)成粘接劑4粘接例如由玻璃構(gòu)成的支承板5。另外，也可以在半導(dǎo)體襯底1上粘接帶狀保護(hù)材料以取代支承板5，也可以使用兩面粘接帶等作為支承材料。
其次，如圖2所示，在對應(yīng)焊盤電極3的半導(dǎo)體襯底1的背面形成具有開口部的抗蝕劑層6，并以該抗蝕劑層為掩模對半導(dǎo)體襯底1進(jìn)行干蝕刻，形成從半導(dǎo)體襯底1的背面到達(dá)焊盤電極3上的絕緣層2的第一開口7。在該蝕刻工序中，使用至少含有SF6、O2或C4F8等的蝕刻氣體蝕刻由Si構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底1。此時，當(dāng)在絕緣層2上進(jìn)行半導(dǎo)體襯底1的超量蝕刻時，形成桶狀的橫向擴(kuò)大的第一開口7，其靠近焊盤電極3的部分的開口直徑大于靠近半導(dǎo)體襯底1背面的部分的開口直徑。
然后，如圖3所示，以所述抗蝕劑層6為掩模，蝕刻除去所述焊盤電極3上的絕緣層2，形成使焊盤電極3露出的通孔8。該絕緣層2的蝕刻工序使用例如在CHF3、CF4等CF系氣體中添加了氬氣等稀釋氣體的蝕刻氣體進(jìn)行。此時，即使所述第一開口7的底部大，也可以使所述抗蝕劑層6或開口7的上部側(cè)壁形成掩模，絕緣層2用的蝕刻氣體難于向橫向擴(kuò)散，所以，所述焊盤電極3上的絕緣層2的開口直徑K3形成為與通孔8上部的開口直徑大致相同的開口直徑。另外，也可以是不以所述抗蝕劑層6為掩模的蝕刻工序，在這種情況下，是在除去抗蝕劑層6后，以半導(dǎo)體襯底1為掩模，除去焊盤電極3上的絕緣層2。
以下，如圖4所示，在包括通孔8內(nèi)的半導(dǎo)體襯底1的背面形成由氧化硅膜或氮化硅膜等構(gòu)成的絕緣層9，如圖5所示，在除去焊盤電極3上的絕緣層9，形成絕緣層9A后，如圖6所示，在包括通孔8內(nèi)的半導(dǎo)體襯底1的背面形成阻擋層10。該阻擋層10優(yōu)選使用例如氮化鈦(TiN)層，另外，只要是鈦(Ti)、鉭(Ta)等高熔點金屬或其化合物即鎢化鈦(TiW)層、氮化鉭(TaN)層等，則也可以由除氮化鈦層之外的金屬構(gòu)成。
另外，在形成所述絕緣層9A的工序中，也可以在包括所述通孔8內(nèi)的半導(dǎo)體襯底1上形成絕緣層9后，在所述半導(dǎo)體襯底1上形成抗蝕劑層(未圖示)，然后，以該抗蝕劑層為掩模，除去所述焊盤電極3上的絕緣層9，另外，也可以是不以所述抗蝕劑層為掩模的蝕刻工序。
另外，在不以該抗蝕劑層為掩模進(jìn)行蝕刻時，利用了絕緣層9向通孔8上的被覆性。即，在圖4中，為了方便圖示，將在通孔8上形成的絕緣層9的膜厚均一化，但實際上形成的絕緣層9的膜厚具有通孔8底部的絕緣層9不如形成在半導(dǎo)體襯底1上的絕緣層9的膜厚厚的被覆性，舉例如下，半導(dǎo)體襯底1上的絕緣層9的膜厚有時會達(dá)到通孔8底部的絕緣層9的膜厚的兩倍。因此，通過利用該特性，即使不在半導(dǎo)體襯底1上形成抗蝕劑層，也可以在完全除去半導(dǎo)體襯底1上的絕緣層9之前完全除去焊盤電極3上的絕緣層9。
此時，優(yōu)選使用在通孔8上形成的絕緣層9的蝕刻特性。即，具有與在所述半導(dǎo)體襯底1上形成的絕緣層9的蝕刻速率相比，在通孔8底部形成的絕緣層9的蝕刻速率低這種特性，舉例如下，甚至有時半導(dǎo)體襯底1上的絕緣層9的蝕刻速率比通孔8底部的絕緣層9的蝕刻速率高1.5倍。因此，通過使用所述的絕緣層9的被覆性和絕緣層9的蝕刻特性兩方面，提高制造工序的可靠性。
如圖7所示，在阻擋層10上形成鍍敷用籽晶層11(例如Cu層)，并在該籽晶層11上進(jìn)行鍍敷處理，形成例如由銅(Cu)構(gòu)成的再配線層12。其結(jié)果是，再配線層12與焊盤電極3電連接，且介由通孔8向半導(dǎo)體襯底1的背面延伸。另外，該再配線層12可以構(gòu)圖，也可以不構(gòu)圖。進(jìn)而在再配線層12上形成保護(hù)層(未圖示)，并在保護(hù)層的規(guī)定位置設(shè)置開口，形成與再配線層12接觸的球狀端子13。
在此，所述阻擋層10或籽晶層11的形成方法可使用MOCVD法，但這種情況下存在成本升高的問題。因此，通過使用比MOCVD法成本低的長時間慢速噴濺法(ロングスロ一スパッタ法)等指向性噴濺法，與通常的噴濺法相比可使被覆性提高。通過使用該指向性噴濺法，即使對例如傾斜角度小于90度或長寬比為三以上的通孔也具有良好的被覆性，可形成所述阻擋層10或籽晶層11。
然后，雖未圖示，但切斷半導(dǎo)體襯底及層積在該半導(dǎo)體襯底上的上述各層，分離成一各各半導(dǎo)體芯片。這樣，形成焊盤電極3和球狀端子13電連接的BGA型半導(dǎo)體裝置。
這樣，在本發(fā)明中，利用在開口底部向橫向的蝕刻形成的凹槽形狀，形成在所述通孔8側(cè)壁的絕緣層9A或阻擋層10、籽晶層11、再配線層12就在該開口直徑大的部分粘附，形成難以從半導(dǎo)體襯底1剝離的結(jié)構(gòu)。也就是由鋁或鋁合金層構(gòu)成的焊盤電極3和由Cu構(gòu)成的籽晶層11、再配線層12等的接合性提高。
通過擴(kuò)大形成在焊盤電極3表面上的通孔8的開口直徑，即使之后填充籽晶層11、再配線層12等，也可以使應(yīng)力緩和，提高可靠性。
另外，如圖8所示，當(dāng)通孔側(cè)壁為平直型，或形成正錐形或底部形成褶狀時，在通孔的側(cè)壁形成絕緣層9A，在蝕刻除去通孔底部的絕緣層時，存在被覆于通孔底部傾斜部分的絕緣層被蝕刻除去(圖8的A部分)、該部分的絕緣性降低的情況，但使用本發(fā)明的通孔形狀，不存在這種蝕刻消除，可抑制短路缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，由于介由通孔形成從半導(dǎo)體芯片的焊盤電極直至其導(dǎo)電端子的配線，故可防止所述配線的斷線或分布敷層時的劣化。由此，可得到可靠性高的BGA型半導(dǎo)體裝置。
另外，在本實施例中，再配線層12是利用鍍敷處理形成的，但本發(fā)明不限于此，例如也可以不形成鍍敷用籽晶層11，利用除鍍敷處理之外的方法形成再配線層12。例如，也可以噴濺形成由鋁或其合金構(gòu)成的層。
本實施例中說明了適用于形成有球狀端子13的半導(dǎo)體裝置的情況，但本發(fā)明不限于此，例如只要是形成有貫通半導(dǎo)體襯底的通孔的半導(dǎo)體裝置，則也可以適用于不形成球狀端子的半導(dǎo)體裝置，例如也可以適用于LGA(Land Grid Array)型半導(dǎo)體裝置。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，其包括支承體，其粘接在所述半導(dǎo)體襯底的表面上，覆蓋介由絕緣層形成于半導(dǎo)體襯底上的焊盤電極；通孔，其從所述半導(dǎo)體襯底的背面到達(dá)所述焊盤電極的表面而形成，其特征在于，靠近所述焊盤電極表面的部分的開口直徑大于靠近所述半導(dǎo)體襯底背面的部分的開口直徑。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其特征在于，在所述通孔的側(cè)壁形成有絕緣層或金屬層。
3.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，其包括將支承體粘接在所述半導(dǎo)體襯底的表面，使其覆蓋介由絕緣層形成于半導(dǎo)體襯底上的焊盤電極的工序；形成通孔，使其從所述半導(dǎo)體襯底的背面到達(dá)所述焊盤電極表面的工序，其特征在于，形成所述通孔的工序包括相對于所述半導(dǎo)體襯底直至不露出所述絕緣層的位置形成第一開口的工序；相對于所述半導(dǎo)體襯底形成具有比所述第一開口的開口直徑大的開口直徑的第二開口，直至露出所述絕緣層的位置。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，形成所述通孔的工序包括蝕刻從所述第二開口露出的所述絕緣層，從而使所述焊盤電極露出的工序。
5.如權(quán)利要求3、4的任意一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，具有在所述通孔的側(cè)壁形成絕緣層的工序和在所述絕緣層上形成金屬層的工序。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，在所述通孔的側(cè)壁形成絕緣層的工序是如下工序，在包括通孔的半導(dǎo)體襯底上形成絕緣層后，以形成于所述半導(dǎo)體襯底上的抗蝕劑層為掩模，除去所述焊盤電極上的絕緣層。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，除去所述焊盤電極上的絕緣層的工序是不使用以所述抗蝕劑層為掩模的蝕刻工序。
8.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括形成連接于所述金屬層上的球狀端子的工序。
9.如權(quán)利要求3、4、5、6、7、8任一項所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其特征在于，包括將所述半導(dǎo)體襯底分割成多個半導(dǎo)體芯片的工序。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，提高可靠性。本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置包括支承板(5)，其粘接在所述半導(dǎo)體襯底(1)的表面上，使其覆蓋介由氧化硅膜或氮化硅膜等構(gòu)成的絕緣層(2)形成在半導(dǎo)體襯底(1)上的焊盤電極(3)；通孔(8)，其從所述半導(dǎo)體襯底(1)的背面到達(dá)所述焊盤電極(3)的表面，其中，靠近所述焊盤電極表面的部分的開口直徑大于靠近所述半導(dǎo)體襯底(1)背面的部分的開口直徑。
文檔編號H01L23/12GK1658387SQ20051000936
公開日2005年8月24日 申請日期2005年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者龜山工次郎, 鈴木彰, 岡山芳央, 梅本光雄, 高橋健司, 寺尾博, 星野雅孝 申請人:三洋電機株式會社, 株式會社東芝, 富士通株式會社, 日本電氣株式會社