半导体装置的制造方法以及半导体装置与流程

fifth international conference on advanced semiconductor devices and microsystems,2004.asdam2004.


技术实现要素：

(一)要解决的技术问题
12.如所述那样，高电阻率化有效地改善传输损耗，但硅基板的高电阻率化非常难，如果要获得例如比1000ω
·
cm高的电阻率，则在p型的硼的情况下，需要成为1
×
10
13
atoms/cm3这种极低的掺杂剂浓度，由于原料中的杂质的影响而更加难以高电阻率化。
13.本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种能够制造改善了传输损耗特性的半导体装置的半导体装置的制造方法、以及能够显示改善的传输损耗特性的半导体装置。(二)技术方案
14.为了解决上述技术问题，本发明提供一种半导体装置的制造方法，所述半导体装置使用了用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板，其特征在于，包含以下工序：准备包含掺杂剂的所述单晶硅基板；在所述单晶硅基板上形成所述半导体元件及所述贯穿电极而获得所述中介层基板；通过对所述单晶硅基板中的至少所述贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而使所述贯穿电极的形成部周边区域的所述掺杂剂惰性化。
15.在这样的制造方法中，通过对包含掺杂剂的单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而能够在单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边导入点缺陷而捕获载流子，由此能够使该部分的掺杂剂惰性化。由此，能够实现单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边的高电阻率化，其结果为，能够制造改善了传输损耗特性的半导体装置。
16.另外，在本发明的制造方法中制造的半导体装置由于在至少贯穿电极的形成部周边捕获载流子，因此即使传输信号是高频的，追随高频的载流子也较少，由此能够抑制传输损耗。因而，用本发明的制造方法制造的半导体装置能够显示优异的高频特性。
17.此时，作为所述单晶硅基板而优选使用电阻率为500ω
·
cm以上的单晶硅基板。
18.这样，能够制造能够显示更优异的传输损耗特性的半导体装置。
19.例如，当对所述单晶硅基板的至少所述贯穿电极的形成部周边照射了所述粒子束后，可以形成所述半导体元件及所述贯穿电极。
20.或者，当形成了所述半导体元件及所述贯穿电极后，可以对所述单晶硅基板的至少所述贯穿电极的形成部周边照射所述粒子束。
21.这样，照射粒子束的工序既可以在形成半导体元件及贯穿电极之前也可以在之后。
22.优选作为所述粒子束而照射电子束。
23.电子束与其它的粒子束比较，一般用于功率器件的寿命控制，另外透射性高且能够在半导体基板的深度方向上均匀地照射等优点较多。
24.另外，在本发明中提供一种半导体装置，其具备用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板，其特征在于，所述单晶硅基板包含掺杂剂，在所述单晶硅基板的至少所述贯穿电极的形成部周边通过照射粒子束而使所述掺杂剂惰性化。
25.这样的半导体装置在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边使掺杂剂惰性化，因此单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边能够显示较高的电阻率。因而，本发明的半导体装置能够显示改善的传输损耗特性。
26.另外，这样的半导体装置由于在至少贯穿电极的形成部周边捕获载流子，因此即使传输信号是高频的，追随高频的载流子也较少，由此能够抑制传输损耗。因而，本发明的半导体装置能够显示优异的高频特性。
27.此时，优选所述单晶硅基板的电阻率为500ω
·
cm以上。
28.这样的半导体装置能够显示更优异的传输损耗特性。(三)有益效果
29.如以上那样，根据本发明的半导体装置的制造方法，能够实现单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边的高电阻率化，因此能够制造改善了传输损耗特性的半导体装置。另外，根据本发明的半导体装置的制造方法，能够制造如下的半导体装置，该半导体装置能够在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边减少能够追随高频的载流子，因此能够改善高频特性。
30.另外，根据本发明的半导体装置，由于单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边能够显示较高的电阻率，因此能够显示改善的传输损耗特性。另外，根据本发明的半导体装置，由于在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边能够追随高频的载流子减少，因此能够显示改善的高频特性。
附图说明
31.图1是表示本发明的半导体装置的一例的概要图。图2是实施例1的流程图。图3是实施例2的流程图。图4是示出了比较例的图。图5是表示在实施例1及比较例中分别获得的各评价用基板的传输损耗的曲线图。图6是用于评价传输损耗特性的一例的co-planar waveguide(cpw)的概要俯视图。图7是图6的cpw的沿着x-x线段的剖视图。图8是表示中介层基板造成的传输损耗的概念图。
具体实施方式
32.本发明涉及一种半导体装置的制造方法以及半导体装置，特别地，涉及一种封装技术，更详细而言，涉及一种具备在硅上进行贯穿配线并用于三维装设、sip(system in package：系统封装)的硅中介层基板的半导体装置以及其制造方法。
33.首先，参照表示中介层基板造成的传输损耗的概念图即图8来详细说明上述的传输损耗。
34.图8表示使用了在晶圆级封装等中使用的硅中介层基板10的第一半导体元件2a与第二半导体元件2b的连接概念。从第一半导体元件2a输出的信号经由硅中介层基板10向第二半导体元件2b传输，从硅中介层基板10向第二半导体元件2b的输出功率可能比从第一半
导体元件2a向硅中介层基板10的输入功率小。即，由于经由该硅中介层基板10，从而可能产生传输损耗。
35.本发明人对上述技术问题反复精心研究，结果发现通过对包含掺杂剂的单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而在单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边使掺杂剂惰性化，能够使贯穿电极的形成部周边高电阻率化，其结果为，能够改善在硅中介层基板上的传输损耗，从而完成了本发明。
36.即，本发明是一种半导体装置的制造方法，所述半导体装置使用了用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板，其特征在于，包含以下工序：准备包含掺杂剂的所述单晶硅基板；在所述单晶硅基板上形成所述半导体元件及所述贯穿电极而获得所述中介层基板；通过对所述单晶硅基板中的至少所述贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而使所述贯穿电极的形成部周边区域的所述掺杂剂惰性化。
37.另外，本发明是一种半导体装置，其具备用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板，其特征在于，所述单晶硅基板包含掺杂剂，在所述单晶硅基板的至少所述贯穿电极的形成部周边通过照射粒子束而使所述掺杂剂惰性化。
38.此外，在专利文献2中记载有，通过使用电子束照射等手法使p形inp绝缘化或者高电阻化，从而能够进行高效率/高输出/高速调制动作。但是，在专利文献2中未公开对中介层基板的贯穿电极的形成部周边照射粒子束而高电阻率化的情况。
39.以下一边参照附图一边详细说明本发明，但本发明不限于此。
40.[半导体装置]本发明的半导体装置具备用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板，其特征在于，所述单晶硅基板包含掺杂剂，在所述单晶硅基板的至少所述贯穿电极的形成部周边通过照射粒子束而使所述掺杂剂惰性化。
[0041]
在此的惰性化是指，通过照射粒子束而使掺杂剂惰性化。不希望被理论束缚，认为通过在像这样被惰性化的贯穿电极的形成部周边，在单晶硅基板中形成有点缺陷，它们作为载流子阱起作用，来捕获单晶硅基板中的载流子，而使掺杂剂惰性化。认为像这样通过照射粒子束而使掺杂剂惰性化的部分，由于载流子被捕获而减少，因此能够显示较高的电阻率。认为本发明的半导体装置通过像这样减少载流子(高电阻率化)，即使传输信号是高频的，也成为单晶硅基板中的传输部(连接了半导体元件之间的贯穿电极的形成部)周边存在的载流子不追随高频的半导体装置，这样的半导体装置能够抑制在贯穿电极的形成部以外的传输损耗，根据情况，能够消除在贯穿电极的形成部以外的传输损耗。
[0042]
即，本发明的半导体装置在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边使掺杂剂惰性化，因此单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边能够显示较高的电阻率，其结果为，能够显示改善的传输损耗特性。
[0043]
另外，本发明的半导体装置由于在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边减少能够追随高频的载流子，因此能够显示改善的高频特性。
[0044]
以下对本发明的半导体装置更详细地进行说明。
[0045]
本发明的半导体装置具备中介层基板。在中介层基板中，用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接。因此，中介层基板可以具备：单晶硅基板、在单晶硅基板上形成的半导体元件、以及连接半导体元件之间的贯穿电极。
[0046]
单晶硅基板只要包含掺杂剂则没有特别限定。掺杂剂只要是单晶硅基板能够含有的则没有特别限定。作为掺杂剂，例如可以举出b、ga、p、sb、as等。
[0047]
优选单晶硅基板的电阻率为500ω
·
cm以上。通过具备显示这样的电阻率的单晶硅基板，从而能够显示更优异的传输损耗特性。由于单晶硅基板的电阻率越高越好，因此其上限没有特别限定，例如可以是100，000ω
·
cm以下。
[0048]
半导体元件形成于单晶硅基板。半导体元件可以是无源元件，也可以是有源元件，或者可以是无源元件及有源元件的组合。
[0049]
贯穿电极形成于单晶硅基板。贯穿电极的材料没有特别限定，可以由例如一般作为si贯穿电极(tsv)使用的电极的材料构成。
[0050]
本发明的半导体装置也可以具备单晶硅基板、贯穿电极以及半导体元件以外的部件。
[0051]
接着，参照图1对本发明的半导体装置的一例进行具体说明。
[0052]
图1所示的半导体装置100具备：中介层基板10、连接基板20、以及突起22。突起22设置于中介层基板10与连接基板20之间。
[0053]
中介层基板10包含单晶硅基板1。单晶硅基板1包含掺杂剂。
[0054]
在单晶硅基板1上形成有沿厚度方向贯穿该基板1的贯穿电极3。在图1中，图示出在单晶硅基板1上形成的、六个贯穿电极31、32、33、34、35以及36。
[0055]
另外，在单晶硅基板1的一个主面上形成有包含第一半导体元件2a及第二半导体元件2b的半导体元件2。在第一半导体元件2a上连接有贯穿电极31、32以及33各自的一端。同样，在第二半导体元件2b上连接有贯穿电极34、35以及36各自的一端。
[0056]
连接基板20例如可以是玻璃环氧树脂基板等。连接基板20包含多个内部配线21。内部配线21包含一个内部配线21a，其位于连接基板20的与中介层基板10对置的主面上附近。
[0057]
贯穿电极31、32以及33的未连接于第一半导体元件2a的一方的端部从单晶硅基板1突出，并达到连接基板20。同样，贯穿电极34、35以及36的未连接于第二半导体元件2b的一方的端部从单晶硅基板1突出，并达到连接基板20。
[0058]
如图1所示，贯穿电极31、32、33的一个端部连接于连接基板20的一个内部配线21a。另外，贯穿电极34、35、36的一个端部也连接于内部配线21a。因而，第一半导体元件2a及第二半导体元件2b至少经由贯穿电极31、32、33以及34、35、36、以及内部配线21a连接。
[0059]
单晶硅基板1中的、贯穿电极31、32、33以及34、35、36的形成部1a的周边1b由于照射粒子束而使掺杂剂惰性化。
[0060]
[半导体装置的制造方法]本发明的半导体装置的制造方法制造使用了用贯穿电极将在单晶硅基板上形成的半导体元件之间连接的中介层基板的半导体装置，其特征在于，包含以下工序：准备包含掺杂剂的所述单晶硅基板；在所述单晶硅基板上形成所述半导体元件及所述贯穿电极而获得所述中介层基板；通过对所述单晶硅基板中的至少所述贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而使所述贯穿电极的形成部周边区域的所述掺杂剂惰性化。
[0061]
根据本发明的半导体装置的制造方法，例如上文说明的那样，能够制造本发明的半导体装置。
[0062]
本发明的半导体装置的制造方法的惰性化的工序通过照射粒子束，从而能够使单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边的掺杂剂惰性化。不希望被理论束缚，认为通过对单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而在单晶硅基板中形成有点缺陷，它们作为载流子阱起作用，来捕获单晶硅基板中的载流子，而使掺杂剂惰性化。认为像这样通过照射粒子束而使掺杂剂惰性化的部分，由于载流子被捕获而减少，因此能够显示较高的电阻率。认为在本发明的半导体装置的制造方法中，通过在至少贯穿电极的形成部附近像这样使载流子减少(高电阻率化)，从而即使传输信号是高频的，也能够制造在单晶硅基板中的传输部(连接半导体元件之间的贯穿电极的形成部)周边存在的载流子不追随高频的半导体装置，这样的半导体装置能够抑制在贯穿电极的形成部以外(周边部)的传输损耗，根据情况，能够消除在贯穿电极的形成部以外的传输损耗。
[0063]
即，本发明的半导体装置的制造方法能够制造如下的半导体装置，该半导体装置能够在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边使掺杂剂惰性化，因此单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边能够显示较高的电阻率，其结果为，能够特别显示改善的传输损耗特性。
[0064]
另外，本发明的半导体装置的制造方法能够制造如下的半导体装置，该半导体装置能够在单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边减少能够追随高频的载流子，因此能够改善高频特性。
[0065]
电子束与其它的粒子束比较，一般用于功率器件的寿命控制，另外透射性高且能够在半导体基板的深度方向上均匀地照射等优点较多。因此，优选作为粒子束而照射电子束。
[0066]
粒子束可以照射到形成元件的基板表面的整面，在这种情况下，能够不考虑半导体元件的形成位置就照射粒子束，因此更简单。
[0067]
另外，当对单晶硅基板的至少贯穿电极的形成部周边照射了粒子束后，能够形成半导体元件及贯穿电极。
[0068]
或者，当形成了半导体元件及贯穿电极后，可以在单晶硅基板的至少贯穿电极的形成部周边照射粒子束。
[0069]
即，既可以在形成半导体元件及贯穿电极前照射粒子束，也可以在形成半导体元件及贯穿电极后照射粒子束。
[0070]
此时，如果作为单晶硅基板而使用电阻率为500ω
·
cm以上的单晶硅基板，则能够获得可以显示更优异的传输损耗特性的硅中介层基板。
[0071]
此外，利用本发明的半导体装置的制造方法，不仅使用高电阻率单晶硅基板，能够制作传输损耗特性比以往良好的硅中介层基板，即使是比较低电阻率的基板也能够高电阻率化。而且，在单晶硅基板的面内的传输损耗特性中存在偏差的情况下(在单晶硅基板的情况下，产生由结晶生长时的固液界面形状引起的、在基板的中心与外周部电阻率不同)，也能够通过照射电子束那样的粒子束来降低面内的偏差。实施例
[0072]
下面使用实施例和比较例具体地说明本发明，但本发明并不限定于此。
[0073]
(实施例1)在实施例1中，按照以下的顺序，根据图2所示的流程制作了评价用基板。在该评价用基板上没有形成贯穿电极用的贯穿口。首先，准备用cz法制作的直径为200mm的掺杂硼的高电阻率单晶硅基板(5000、8000、13000ω
·
cm)1，并为了评价这些基板1的传输损耗特性，而在单晶硅基板1的表面上形成了厚度为400nm的热氧化膜6。
[0074]
接着，在各基板1上的包含形成贯穿电极的部分以及其周边的区域1c上，制作用铝电极形成了具有与参照图6及图7说明的同样的结构的cpw5(路线长度：2200μm)而成的元件。
[0075]
之后，对基板1整面照射了电子束4(加速：2mev、剂量：1
×
10
14
～1
×
10
16
/cm2)。由此，获得了实施例1的评价用基板。
[0076]
对实施例1的各评价用基板测量出传输损耗(测量频率：1ghz、输入：-10dbm时的、输出侧的功率，其差分)。
[0077]
(实施例2)在实施例2中，按照以下的顺序，根据图3所示的流程制作了评价用基板。在该评价用基板上没有形成贯穿电极用的贯穿口。首先，准备用cz法制作的直径为200mm的掺杂硼的高电阻率单晶硅基板(5000、8000、13000ω
·
cm)1，并为了评价这些基板1的传输损耗特性，而在单晶硅基板1的表面上形成了厚度为400nm的热氧化膜6。
[0078]
之后，对各基板1整面照射了电子束4(加速：2mev、剂量：1
×
10
14
～1
×
10
16
/cm2)。
[0079]
接着，在各基板1上的包含形成贯穿电极的部分以及其周边的区域1c上，制作用铝电极形成了具有与参照图6及图7说明的同样的结构的cpw5(路线长度：2200μm)而成的元件。由此，获得了实施例2的评价用基板。
[0080]
对实施例2的各评价用基板测量出传输损耗(测量频率：1ghz、输入：-10dbm时的、输出侧的电力，其差分)。
[0081]
(比较例)在比较例中，按照以下的顺序如图4所示那样制作了评价用基板。在该评价用基板上没有形成贯穿电极用的贯穿口。首先，准备用cz法制作的直径为200mm的掺杂硼的高电阻率单晶硅基板(5000、8000、13000ω
·
cm)1，并为了对这些基板1评价传输损耗特性，而在单晶硅基板1的表面上形成了厚度为400nm的热氧化膜6。
[0082]
接着，在各基板1上的包含形成贯穿电极的部分以及其周边的区域1c上，制作用铝电极形成了具有与参照图6及图7说明的同样的结构的cpw5(路线长度：2200μm)的元件。由此，获得了比较例的评价用基板。即，不照射电子束而制作出比较例的评价用基板。
[0083]
对比较例的各评价用基板测量出传输损耗(测量频率：1ghz、输入：-10dbm时的、输出侧的电力，其差分)。
[0084]
(结果)在图5中示出实施例1及比较例1的各评价用基板的传输损耗(total loss(db/mm))。图5所示的传输损耗是频率为1ghz时的传输损耗，因此说明了：越是显示传输损耗较
低的值的基板，特别是当传输高频时的传输损耗特性越优异。
[0085]
根据图5所示的实施例1的结果可知，传输损耗特性取决于单晶硅基板1的电阻率和粒子束(电子束)照射量，即使是相同电阻率的单晶硅基板1，通过照射粒子束，也能够制作显示了比不照射粒子束的比较例(现有)的方法更低的传输损耗特性的评价用基板，即，相对于现有方法而言能够改善传输损耗特性。
[0086]
另外，实施例2获得与实施例1同样的结果。即，根据实施例2的结果也可知，传输损耗特性取决于单晶硅基板1的电阻率和粒子束(电子束)照射量，即使是相同电阻率的单晶硅基板1，通过照射粒子束，也能够制作显示了比不照射粒子束的比较例(现有)的方法更低的传输损耗特性的评价用基板，即，相对于现有方法而言能够改善传输损耗特性。
[0087]
另一方面，可知，没有照射粒子束的比较例的各评价用基板比使用了相同电阻率的单晶硅基板1的实施例1及2的各评价用基板传输损耗大，即传输损耗特性差。
[0088]
认为这些结果是因为，如本发明那样，通过在包含掺杂剂的单晶硅基板中的、至少贯穿电极的形成部周边照射粒子束，从而能够使贯穿电极的形成部周边区域的掺杂剂惰性化，由此，能够提高单晶硅基板中的至少贯穿电极的形成部周边的电阻率。
[0089]
另外，如实施例1及2那样，不管是在进行了配线后，还是在配线前，照射电子束的效果都相同。根据这些结果可知，不管是对包含掺杂剂的单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边照射粒子束之后形成贯穿电极及半导体元件，或者是在形成贯穿电极及半导体元件之后对包含掺杂剂的单晶硅基板的贯穿电极的形成部周边照射粒子束，都同样地能够制造传输损耗特性优异的半导体装置。
[0090]
而且，在上述实施例1及2中，对形成了cpw5及热氧化膜6的评价用基板1的传输损耗特性进行了评价，上述实施例1及2的结果证实，除了取代形成cpw5及热氧化膜6而在区域1c上形成贯穿电极且形成用贯穿电极连接的半导体元件以外，通过与实施例1或者2同样的顺序制造的半导体装置能够显示改善的传输损耗特性。
[0091]
此外，本发明不限于上述实施方式。上述实施方式是例示，凡具有与本发明的权利要求书所记载的技术思想实质上相同的结构、起到同样的作用效果的任何方案都包含在本发明的技术范围内。