半导体装置以及半导体装置的制造方法
【专利说明】半导体装置以及半导体装置的制造方法
[0001][相关申请案]
[0002]本申请案享受2014年I月30日申请的日本专利申请案号2014-15988及日本专利申请案号2014-15829的优先权的利益，并且在本申请案中引用该等日本专利申请案的全部内容。
技术领域
[0003]本实施方式通常涉及一种半导体装置以及半导体装置的制造方法。
【背景技术】
[0004]以往有一种技术，其通过多段地积层在基板上形成半导体元件或集成电路而成的芯片，来减小半导体装置的占有面积。被积层的各芯片彼此是通过在贯通基板的贯通孔中埋入金属而成的贯通电极而电连接。
[0005]通常利用电解电镀而将金属埋入到贯通孔中。作为该电解电镀，例如有使金属从贯通孔的被封闭的底面朝向开口逐渐析出的由下而上镀敷(bottom up plating)、以及使金属从贯通孔的内周面整体析出的保形镀敷(conformal plating)。
[0006]保形镀敷与由下而上镀敷相比有能在短时间内完成将金属埋入贯通孔的优点。在该保形镀敷中，由于电场集中在贯通孔的开口端部，所以金属在开口端部的析出速度比在贯通孔的内周面快。因此，有在被埋入到贯通孔的金属的内部产生空腔的情况。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种例如提高了贯通电极的导通特性的半导体装置及其制造方法。
[0008]根据本实施方式，可提供一种半导体装置。半导体装置包括贯通孔、铜层、以及金属部。贯通孔贯通半导体基板的正面及背面。所述铜层形成在所述贯通孔的内部。所述金属部是由铜以外的金属形成在比所述铜层更靠所述贯通孔的孔芯侧，并且内包空腔。
【附图说明】
[0009]图1是示意性地表示第一实施方式的半导体装置的构成的剖视图。
[0010]图2A?图4C是表示第一实施方式的半导体装置的制造步骤的剖视图。
[0011]图5是示意性地表示第一实施方式的变形例的半导体装置的构成的剖视图。
[0012]图6是示意性地表示第二实施方式的半导体装置的构成的剖视图。
[0013]图7A?图9C是表示第二实施方式的半导体装置的制造步骤的剖视图。
[0014]图10是示意性地表示第三实施方式的半导体装置的构成的剖视图。
[0015]图1lA?图13B是表示第三实施方式的半导体装置的制造步骤的剖视图。
【具体实施方式】
[0016]下面，参照随附附图，对实施方式的半导体装置以及半导体装置的制造方法详细地进行说明。此外，本发明并不受这些实施方式限定。
[0017](第一实施方式)
[0018]图1是示意性地表示第一实施方式的半导体装置I的构成的剖视图。此外，下面，为了方便，有时将图示的基板2的上表面称为正面，将下表面称为背面。如图1所示般，半导体装置I具备贯通电极，该贯通电极贯通由例如Si (硅)等半导体形成的基板2的正面及背面。此外，基板2的正面被绝缘膜6被覆，基板2的背面被绝缘膜3被覆。
[0019]贯通电极包含凸块10、电极垫4、籽晶膜7、以及金属部8。凸块10例如由焊料形成，并且设置在基板2的正面侧。而且，电极垫4例如由硅化物形成，并且设置在隔着基板2与凸块10对向的位置。
[0020]籽晶膜7例如由Cu(铜)形成。该籽晶膜7设置在被覆贯通基板2的正面及背面的贯通孔5的内周面部分的绝缘膜6的表面、电极垫4的正面、以及被覆基板2正面的贯通孔5的开口周围部分的绝缘膜6的表面。
[0021]金属部8是通过利用保形镀敷使金属在籽晶膜7的表面析出而形成。由此，金属部8形成在比籽晶膜7更靠贯通孔5的孔芯侧。在保形镀敷中，金属从籽晶膜7的整个表面逐渐析出。
[0022]因此，在半导体装置I中，如图1所示，贯通孔5的深度方向的尺寸形成为大于与深度方向正交的方向的尺寸。由此，在半导体装置I中，在利用保形镀敷形成金属部8的情况下，贯通孔5的基板2正面侧的开口被金属部8确实地封闭。
[0023]而且，金属部8在贯通孔5的孔芯侧内包空洞9。这样一来，半导体装置I在金属部8的内部具备空腔9，因此在例如进行将凸块10的形状加工成半球状的热处理的情况下，可抑制基板2的破损。
[0024]具体来说，在进行热处理的步骤中，存在金属部8发生热膨胀的情况。在该情况下，由金属部8内部的空腔9吸收金属部8向外部扩展的热膨胀力，而减轻由金属部8对基板2施加的力，由此抑制基板2的破损。
[0025]而且，金属部8是由含有Cu以外的金属、例如Ni (镍)、Au (金)、Ag (银)、Co (钴)、Pd(钯)、W(钨),TadI)、铂(Pt)、铑(Rh)、铱(Ir)、钌(Ru)、锇(Os)、铼(Re)、钼(Mo)、铌(Nb)、硼(B)、铪(Hf)中的至少一种金属的材料形成。由此，半导体装置I在进行保形镀敷的步骤中，可抑制金属部8发生形状缺损。
[0026]具体来说，在进行保形镀敷的步骤中，有对金属部8施加相对高电压的情况。在该情况下，如果使用普通的Cu作为贯通电极的材料而形成金属部8，则由于Cu金属对电迀移的耐性相对低，因此有发生形状缺损的担忧。
[0027]因此，在半导体装置I中，金属部8是由含有对电迀移的耐性比Cu高的N1、Au、Ag、Co、Pd、W、Ta、Pt、Rh、Ir、Ru、Os、Re、Mo、Nb、B、Hf 中的至少一种金属的材料形成。
[0028]由此，半导体装置I在进行保形镀敷的步骤中，可抑制金属部8发生形状缺损。因此，根据半导体装置1，可提高贯通电极的导通特性。
[0029]接着，参照图2A?图4C，对第一实施方式的半导体装置I的制造方法进行说明。图2A?图4C是表示第一实施方式的半导体装置I的制造步骤的剖视图。此处，对形成半导体装置I所具备的贯通基板2的正面及背面的贯通电极部分的制造步骤进行说明。
[0030]在形成半导体装置I的贯通电极部分的情况下，如图2A所示，首先，在基板2的背面，通过例如CVD (Chemical Vapor Deposit1n，化学气相沉积法)形成氧化娃膜等绝缘膜3。然后，在绝缘膜3的背面侧的特定位置，通过对例如硅化物进行图案化，而在基板2的背面侧形成电极垫4。
[0031]接下来，通过对基板2正面的与电极垫4对向的位置进行RIE (Reactive 1nEtching,反应性离子蚀刻)，而如图2B所示那样形成贯通基板2的正面及背面的贯通孔5，从而使电极垫4的正面露出。
[0032]此时，贯通孔是以深度方向的尺寸大于与深度方向正交的方向的尺寸的方式形成。由此，在之后通过保形镀敷形成金属部8的情况下，可利用金属部8确实地封闭贯通孔5的基板2正面侧的开口。
[0033]接下来，如图2C所示，通过例如CVD在露出的电极垫4的正面、贯通孔5的内周面、以及基板2的正面形成氧化硅膜等绝缘膜6。然后，如图3A所示，通过利用蚀刻选择性地去除形成在电极垫4正面的绝缘膜6，而使电极垫4的正面再次露出。
[0034]接下来，如图3B所示，通过在露出的电极垫4的正面、被覆贯通孔5的内周面的绝缘膜6的表面、以及被覆基板2正面的绝缘膜6的表面形成例如Cu膜，而形成接下来要进行的镀敷的籽晶膜7。该籽晶膜7是通过例如真空蒸镀或溅镀而形成。
[0035]然后，如图3C所示，在被覆基板2正面侧的籽晶膜7的表面，形成例如树脂等抗蚀剂21。然后，通过对抗蚀剂21进行图案化，而在抗蚀剂21的与电极垫4对向的位置形成开口。此时，开口是以与基板2的厚度方向正交的截面的尺寸和电极垫4所对应的截面的尺寸变为大致相等的方式形成。
[0036]接下来，如图4A所示，对未被抗蚀剂21被覆的籽晶膜7的表面，进行例如保形镀镍。由此，在基板2的背面侧的另一个开口被籽晶膜7封闭的贯通孔5的内部，通过保