JP2013051269A - 貫通配線基板および貫通配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】貫通孔内に形成された導電層に加わる応力を抑制できるとともに、導電層からの効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板、及びこの貫通配線基板の製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１１（基板）の一方の面１１ａに配された電極層１２と、電極層１２の少なくとも一部が露呈するように半導体基板１１内に開けられた貫通孔２０と、貫通孔２０の内側面２０ａを覆い、電極層１２の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層１５と、第一絶縁層１５を介して、貫通孔２０の内側面２０ａ及び電極層１２の露呈部を覆うように配され、電極層１２と電気的に接続された導電層５と、導電層５を覆うように配された第二絶縁層１６と、を少なくとも備えてなる貫通配線基板１０であって、第二絶縁層１６は、導電層５の表面形状に沿って形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、貫通配線基板およびその貫通配線基板の製造方法に関するものである。

近年、携帯電話等の電子機器の高機能化が進み、これらの機器に用いられるＩＣやＬＳＩ等の電子デバイス、及びＯＥＩＣや光ピックアップ等の光デバイスにおいて、デバイス自体の小型化や高機能化を図るための開発が各所で進められている。例えば、このようなデバイスを積層して設ける３次元実装技術が提案されている。その３次元実装技術を実現するための手段として、何らかの機能素子が一方の面に設けられている基板に対し、該基板の一方の面から他方の面に貫通してなる貫通電極を用いる技術が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に電極層と、基板内に開けられた貫通孔と、貫通孔の内側面を覆う第三絶縁層（本願請求項の「第一絶縁層」に相当。）と、第三絶縁層を介して貫通孔の内側面と電極層とを覆うように配された導電層と、を有している。さらに、貫通孔内には、導電層を覆うように第四絶縁層（本願請求項の「第二絶縁層」に相当。）が形成されている。

特許文献１の第四絶縁層は、導電層の全面を覆って腐食を防止できるように、貫通孔の内部に充填されている。また、第四絶縁層には、例えばシリコーン樹脂等のヤング率が０．５ＧＰａ以下の樹脂材料が選択されている。
特許文献１によれば、ヤング率の小さな材料で第四絶縁層を形成することにより、第四絶縁層を柔らかくかつ変形しやすく構成できるので、第四絶縁層が温度変化により伸縮したとしても、導電層への応力負荷を緩和できるとされている。

しかしながら、特許文献１に記載の貫通配線基板は、以下の課題が残されている。
樹脂材料は、金属と比較して、一般に熱膨張係数が大幅に大きい。このため、貫通配線基板の温度が変化したとき、樹脂材料からなる第四絶縁層が熱により伸縮し、導電層に応力が加わることになる。これに対して、特許文献１では、応力を緩和するべくヤング率の小さな材料で第四絶縁層を形成しているが、応力の緩和には限界がある。したがって、第四絶縁層が伸縮して導電層に応力が加わることにより、導電層が基板から剥離したり、導電層が破断したりして導通不良等が発生する虞がある。

また、樹脂材料は、一般に熱伝導率が低い。このため、貫通孔内に樹脂材料からなる第四絶縁層を充填したとき、導電層で発生した熱は貫通孔内から外部に放熱されにくくなる。したがって、貫通配線基板が熱劣化して導通不良等が発生する虞がある。

特開２００８−２５１７２１号公報

そこで本発明は、貫通孔内に形成された導電層に加わる応力を抑制できるとともに、導電層からの効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板、及びこの貫通配線基板の製造方法の提供を課題とする。

本発明の請求項１に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に配された電極層と、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔と、前記貫通孔の内側面を覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層と、前記第一絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層と、前記導電層を覆うように配された第二絶縁層と、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、前記第二絶縁層は、前記導電層の表面形状に沿って形成されていることを特徴としている。

本発明の請求項２に記載の貫通配線基板は、請求項１において、前記第一絶縁層及び前記第二絶縁層が、同一の材料により形成されていることを特徴としている。

本発明の請求項３に記載の貫通配線基板は、請求項２において、前記第一絶縁層及び前記第二絶縁層が、シリコン酸化膜により形成されていることを特徴としている。

本発明の請求項４に記載の貫通配線基板は、前記第一絶縁層の平均厚さをαとし、前記第二絶縁層の平均厚さをβとしたとき、前記第一絶縁層の平均厚さα、及び前記第二絶縁層の平均厚さβは、０．１≦α／β≦１．０を満たすように設定されていることを特徴としている。

本発明の請求項５に記載の貫通配線基板は、前記基板の前記他方の面側には、前記導電層と電気的に接続された配線層と、前記配線層を覆う配線絶縁層と、を備え、前記第二絶縁層と前記配線絶縁層とが一体に形成されていることを特徴としている。

本発明の請求項６に記載の貫通配線基板の製造方法は、半導体からなる基板の一方の面に配された電極層と、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔と、前記貫通孔の内側面を覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層と、前記第一絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層と、前記導電層を覆うように配された第二絶縁層と、を少なくとも備えてなる貫通配線基板の製造方法であって、前記第二絶縁層は、ドライプロセスにより形成することを特徴としている。

本発明の請求項７に記載の貫通配線基板の製造方法は、前記基板の前記他方の面側には、前記導電層と電気的に接続された配線層と、前記配線層を覆う配線絶縁層と、を備え、前記第二絶縁層と前記配線絶縁層とを一緒に形成することを特徴としている。

本発明によれば、貫通孔の内側面を覆う導電層の表面形状に沿って第二絶縁層が形成されているので、第二絶縁層の表面も貫通孔の内側面に沿って形成される。すなわち、第二絶縁層は、貫通孔に充填されることなく、貫通孔の内側面および導電層の表面形状に沿って断面略Ｕ字形状に形成される。これにより、第二絶縁層の表面は力学的に解放された自由面となるので、第二絶縁層が温度変化により伸縮しても、自由面が移動して貫通孔の内側面を覆う導電層への応力の伝達が緩和される。したがって、貫通孔内の内側面を覆う導電層に加わる応力を抑制できる。
また、第二絶縁層は、貫通孔の内側面に沿って形成されているので、貫通孔を閉塞することなく第二絶縁層の表面積を大きく確保できる。これにより、第二絶縁層を介して貫通孔内の熱を外部に放熱できる。
したがって、貫通孔内に形成された導電層に加わる応力を抑制できるとともに、導電層からの効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板が得られる。

貫通配線基板の側面断面図である。 電極層を設けガラス基板に貼付する工程の説明図である。 貫通孔を形成する工程の説明図である。 第一絶縁層及び他方面側絶縁層を形成する工程の説明図である。 導電層及び第一配線層を形成する工程の説明図である。 第二絶縁層を形成する工程の説明図である。 第二配線層を形成する工程の説明図である。 第二配線絶縁層を形成する工程の説明図である。 他の実施形態の貫通配線基板の側面断面図である。 他の実施形態の貫通配線基板の側面断面図である。

（貫通配線基板）
以下に、本実施形態の貫通配線基板１０について、図面を参照しながら説明をする。
図１は、本実施形態の貫通配線基板１０の側面断面図である。なお、図面は模式的なものであり、各層の厚みやその比率などは現実のものとは異なっている。また、以下では、図１における半導体基板１１（請求項の「基板」に相当。）の下方を一方とし、上方を他方として説明する。

図１に示すように、本実施形態の貫通配線基板１０は、半導体からなる半導体基板１１（請求項の「基板」に相当。）の一方の面に配された電極層１２と、貫通孔２０の内側面２０ａを覆い、電極層１２の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層１５と、を備えている。
また、貫通配線基板１０は、第一絶縁層１５を介して、貫通孔２０の内側面２０ａ及び電極層１２の露呈部を覆うように配され、電極層１２と電気的に接続された導電層５と、導電層５を覆うように配された第二絶縁層１６と、を備えている。
さらに、半導体基板１１は、半導体基板１１の一方の面１１ａ側に配されたガラス基板２４に、接合樹脂層２３を介して貼付されている。

（半導体基板）
半導体基板１１としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体基材が挙げられ、その厚さは、例えば数百μｍ程度である。
半導体基板１１には、貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、半導体基板１１の一方の面１１ａと他方の面１１ｂとを貫通しており、一方の面１１ａ側に配された後述する電極層１２の少なくとも一部が孔内に露呈するように形成されている。
貫通孔２０の口径は、例えば数十μｍ程度である。また、図１では一つの貫通孔２０を設けた例を示しているが、半導体基板１１に設けられる貫通孔２０の数は、特に限定されるものではない。

本実施形態の貫通孔２０は、一方の面１１ａ側の直径と他方の面１１ｂ側の直径が略同一に形成されている。これにより、貫通孔２０の内側面２０ａは、断面視で一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂに対して垂直に形成されている。
なお、貫通孔２０は、他方の面１１ｂ側から一方の面１１ａ側（図１における上側から下側）に向かって、直径が漸次小さくなるように形成されていてもよい。この場合、貫通孔２０の内側面２０ａは、断面視で一方の面１１ａおよび他方の面１１ｂに対して若干傾斜して形成される。

半導体基板１１は、半導体基板１１の一方の面１１ａ、他方の面１１ｂ及び貫通孔２０の内側面２０ａが絶縁化された領域をなすように構成されている。
具体的には、半導体基板１１の一方の面１１ａには、一方面側絶縁層１３が形成されており、半導体基板１１と、後述する電極層１２との間を電気的に絶縁している。
また、半導体基板１１の他方の面１１ｂには、他方面側絶縁層１４が形成されており、半導体基板１１と、後述する第一配線層６（請求項の「配線層」に相当。）との間を電気的に絶縁している。
また、貫通孔２０の内側面２０ａには、第一絶縁層１５が形成されており、半導体基板１１と、後述する導電層５との間を電気的に絶縁している。

一方面側絶縁層１３、他方面側絶縁層１４及び第一絶縁層１５は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のシリコン酸化膜により形成されている。なお、他方面側絶縁層１４及び第一絶縁層１５の形成材料は、ＳｉＯ_２に限られることはなく、例えば窒化ケイ素（ＳｉＮ）のシリコン窒化膜等により形成されていてもよい。

また、少なくとも他方面側絶縁層１４及び第一絶縁層１５は、後述するように、ドライプロセスにより成膜されることで一緒に形成されている。ここで、ドライプロセスとは、気相状態において原料粒子を基板まで移送し、その原料粒子からなる堆積膜を形成するプロセスの総称である。具体的にはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やＰＶＤ（Ｐｙｓｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等の成膜方法のことをいう。これにより、他方面側絶縁層１４及び第一絶縁層１５は、厚さが略均一に成膜される。他方面側絶縁層１４及び第一絶縁層１５の平均厚さをαとすると、平均厚さαが例えば１．０μｍから３．０μｍ程度となるように成膜されている。

半導体基板１１の一方の面１１ａ側には、半導体基板１１の一方の面１１ａに電極層１２が形成されている。電極層１２は、後述する貫通孔の一端を覆って形成されており、電極層１２の一部または全部が貫通孔２０の内部に露呈している。なお、電極層１２は、少なくとも一部が貫通孔２０から露呈していればよい。
電極層１２は、不図示の配線回路を介して、半導体基板１１の一方の面１１ａ側に形成された不図示の機能素子と電気的に接続されている。
電極層１２の材質としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金等の導電性に優れる材料が好適に用いられる。

電極層１２が電気的に接続される機能素子としては、例えばＩＣチップや、ＣＣＤ素子等の光素子が例示される。また、機能素子の他の例としては、マイクロリレー、マイクロスイッチ、圧力センサ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー、マイクロリアクター、μ−ＴＡＳ、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロ燃料電池等が挙げられる。

（導電層）
導電層５は、電極層１２の露呈部（図１における上方の面）を覆う導電層底面５ａと、第一絶縁層１５を介して貫通孔２０の内側面２０ａを覆う導電層内側面５ｂと、により形成されている。導電層５は、導電層底面５ａと導電層内側面５ｂとにより、側面断面視で略Ｕ字形状に形成されている。
なお、導電層５は、貫通孔２０の内側面２０ａに導電層内側面５ｂが形成されることにより、半導体基板１１の一方の面１１ａから他方の面１１ｂへ繋がる導電路として機能することから、「貫通電極」とも呼ばれる。
また、本実施形態の導電層５は、導電層内側面５ｂが貫通孔２０の内側面２０ａの全体を覆うように形成されているが、これには限定されない。例えば、導電層内側面５ｂが、貫通孔２０の内側面２０ａの一部において、半導体基板１１の一方の面１１ａと他方の面１１ｂとの間に渡って形成されていてもよい。
このように、導電層５は、電極層１２の露呈部を覆って形成されることにより、電極層１２と電気的に接続されている。

導電層５を形成する材料は、導電性に優れていることが好ましい。また、導電層５は、電極層１２との密着性に優れるとともに、導電層５を構成する元素が電極層１２や半導体基板１１の内部へ拡散しない材料を用いれば、さらに好ましい。
また、導電層５を、２種類以上の金属材料からなる多層構造、あるいは材料の異なる膜を積層した構造とした場合、外側の層には、電極層１２をなす材質との密着性に優れる材料や、導電層５と、電極層１２又は半導体基板１１との間で元素移動（拡散）が生じるのを防止できる金属材料（バリアメタル）を配し、内側の層には、導電性の高い金属を配した構成とすることが好ましい。
さらに、導電層５と第一絶縁層１５との間、又は導電層５と後述する第二絶縁層１６との間に、例えば、応力緩和作用のある材料や、元素移動を防止するバリアメタル、又は密着性に優れた材料等を配した多層構造の中間層を設けた構成としても良い。
例えば、導電層５がＣｕの場合、バリアメタルとしてＴａＮ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ等が挙げられ、それぞれ密着性に優れている。また、これらの材料以外にも、Ｃｒ、ＴｉＷ等が、密着性の高いバリアメタルとして挙げられる。

（第二絶縁層）
貫通配線基板１０には、導電層５を覆う第二絶縁層１６が形成されている。
第二絶縁層１６は、導電層５の表面形状に沿って形成されている。具体的には、導電層底面５ａを覆う第二絶縁層底面１６ａと、導電層内側面５ｂを覆う第二絶縁層内側面１６ｂと、により形成されている。
第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａは、導電層５の導電層底面５ａの表面形状に沿って、導電層底面５ａと略平行になるように形成されている。第二絶縁層１６の第二絶縁層内側面１６ｂは、導電層５の導電層内側面５ｂの表面形状に沿って、導電層内側面５ｂと略平行になるように形成されている。
このように第二絶縁層１６を形成することで、貫通孔２０内に充填されることなく、導電層５の導電層底面５ａ及び導電層内側面５ｂの表面形状に沿って、側面断面視で略Ｕ字形状に形成される。

第二絶縁層１６は、第一絶縁層１５と同一の材料、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）のシリコン酸化膜や窒化ケイ素（ＳｉＮ）のシリコン窒化膜等により形成されている。シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等により第二絶縁層１６を形成することで、電気的絶縁を確保しつつ、導電層５の導電層底面５ａ及び導電層内側面５ｂの表面形状に沿って、薄く成膜できる。これにより、第二絶縁層１６は、貫通孔２０を閉塞することなく、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂの面積が大きく確保される。
また、第一絶縁層１５、及び第二絶縁層１６は、同一の材料で形成されているので、温度変化が発生したとき、第一絶縁層１５および第二絶縁層１６は、導電層５を挟んで同等に伸縮できる。これにより、第一絶縁層１５が導電層５に加える応力と、第二絶縁層１６が導電層５に加える応力の均衡が保たれ、偏った応力が導電層５に加わることがない。
さらに、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜等により第二絶縁層１６を形成することで、従来技術のように第二絶縁層１６を樹脂で形成した場合と比較して、第二絶縁層１６と導電層５との熱膨張係数の差が小さくなる。これにより、第二絶縁層１６が温度変化により伸縮しても、従来技術と比較して導電層５に加わる応力が小さくなっている。

第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂは、ドライプロセスにより同時に形成されている。ここで、ドライプロセスとは、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等の成膜方法をいう。これにより、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂは、厚さが略均一に成膜される。
第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂの平均厚さをβとすると、平均厚さβが例えば１．０μｍから３．０μｍ程度となるように成膜される。すなわち、第二絶縁層１６の平均厚さβは、第一絶縁層１５の平均厚さαと略同一の厚さを有している。

ここで、第一絶縁層の平均厚さα、及び第二絶縁層の平均厚さβは、次の（１）式を満たすように設定されることが望ましい。

（１）式を満たすことで、第一絶縁層１５の平均厚さα、及び第二絶縁層１６の平均厚さβは、その比率α／βが所定範囲内となるように略同一の厚さに成膜される。これにより、略同一の厚さを有する第一絶縁層１５、及び第二絶縁層１６により、導電層５を挟み込むことができる。しかも、第一絶縁層１５、及び第二絶縁層１６は、同一の材料で形成されているので、温度変化が発生したとき、第一絶縁層１５および第二絶縁層１６は、導電層５を挟んで同等に伸縮できる。これにより、第一絶縁層１５が導電層５に加える応力と、第二絶縁層１６が導電層５に加える応力の均衡が保たれ、偏った応力が導電層５に加わることがない。したがって、導電層５の損傷を効果的に抑制できる。

半導体基板１１の他方の面１１ｂ側には、他方面側絶縁層１４を介して第一配線層６（請求項の「配線層」に相当。）が形成されている。第一配線層６は、導電層５と電気的に接続されており、導電層５と同時に形成される。
第一配線層６の他方（図１における上方）の面には、第一配線層６を覆って第一配線絶縁層１７（請求項の「配線絶縁層」に相当。）が形成されている。第一配線絶縁層１７は、第二絶縁層１６と接続されており、後述するように、第二絶縁層１６と同時に形成される。これにより、第一配線絶縁層１７は、第二絶縁層１６と一体となっている。ここで、「一体」とは、第二絶縁層１６と第一配線絶縁層１７とが同じ材料で構成されており、さらに両者の間に界面がない状態をいう。第二絶縁層１６と第一配線絶縁層１７とを一体とすることで、耐久性能および絶縁性能に優れた半導体基板１１を形成できる。
第一配線絶縁層１７の他方（図１における上方）の面には、第一配線絶縁層１７を覆って第二配線層７が形成されている。第二配線層７は、第一配線絶縁層１７の開口部１７ａを介して、第一配線層６と電気的に接続されている。

第二配線層７の他方（図１における上方）の面には、第二配線層７を覆って第二配線絶縁層１８が形成されている。第二配線絶縁層１８には、開口部１８ａが形成されており、開口部１８ａに対応した位置に、バンプ１９が形成されている。第二配線絶縁層１８は、第二配線層７を保護するとともに、バンプ１９を形成するためのソルダーレジストとして機能する。バンプ１９は、例えばハンダにより形成されており、第二配線絶縁層１８から突出されるとともに、第二配線層７と電気的に接続されている。貫通配線基板１０は、バンプ１９によって、不図示の回路基板等に接合される。

このように、半導体基板１１の他方の面１１ｂには、第一配線層６と第二配線層７とにより二層の配線層が形成されており、半導体基板１１は、いわゆる二層基板を形成している。なお、半導体基板１１の配線層の層数は、実施形態の二層に限られることはなく、第二配線層７に重ねてさらに配線層を設けることにより、三層以上の多層基板を形成してもよい。

（効果）
本実施形態によれば、貫通孔２０の内側面２０ａを覆う導電層５の表面形状に沿って第二絶縁層１６が形成されているので、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂも貫通孔２０の内側面２０ａに沿って形成される。すなわち、第二絶縁層１６は、貫通孔２０に充填されることなく、貫通孔２０の内側面２０ａおよび導電層５の表面形状に沿って断面略Ｕ字形状に形成される。これにより、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂは力学的に解放された自由面となるので、第二絶縁層１６が温度変化により伸縮しても、自由面が移動して貫通孔２０の内側面２０ａを覆う導電層５への応力の伝達が緩和される。したがって、貫通孔２０内の内側面２０ａを覆う導電層５に加わる応力を抑制できる。
また、第二絶縁層１６は、貫通孔２０の内側面２０ａに沿って形成されているので、貫通孔２０を閉塞することなく、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂの面積を大きく確保できる。これにより、第二絶縁層１６を介して貫通孔２０内から外部に放熱できる。
したがって、貫通孔２０内に形成された導電層５に加わる応力を抑制できるとともに、導電層５からの効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板１０が得られる。

（貫通配線基板の製造方法）
続いて、貫通配線基板１０の製造方法について、図面を参照しながら説明をする。
図２〜図８は、貫通配線基板１０の製造工程の説明図である。
本発明の貫通配線基板１０の製造方法は、半導体基板１１に電極層１２を設けガラス基板２４に貼付する工程（図２参照）と、半導体基板１１に貫通孔２０を形成する工程（図３参照）と、第一絶縁層１５及び他方面側絶縁層１４を形成する工程（図４参照）と、導電層５及び第一配線層６を形成する工程（図５参照）と、第二絶縁層１６及び第一配線絶縁層１７を形成する工程（図６参照）と、第二配線層７を形成する工程（図７参照）と、第二配線絶縁層１８を形成する工程（図８参照）と、バンプ１９（図１参照）を形成する工程と、を備えている。
なお、以下では、半導体基板１１の他方の面１１ｂに、第一配線層６及び第二配線層７の二層の配線層が形成された（図１参照）、いわゆる二層基板の形成方法について説明をする。

まず、図２に示すように、半導体基板１１に電極層１２を設け、ガラス基板２４に貼付する。
具体的には、半導体基板１１の一方の面１１ａ上に、一方面側絶縁層１３を介して電極層１２を設けた後、一方面側絶縁層１３および電極層１２を被覆するように接合樹脂層２３を形成する。続いて、半導体基板１１の一方の面１１ａ側に、接合樹脂層２３を介して、ガラス基板２４を貼付する。その後、半導体基板１１の他方側の面１１ｂ側を研磨し、半導体基板１１を所定の厚さに形成する。

次に、図３に示すように、半導体基板１１の他方の面１１ｂから電極層１２に向けて貫通孔２０を形成する。
具体的には、まず、半導体基板１１の他方の面１１ｂに、感光性樹脂材料等のフォトレジストを塗布した後、フォトリソグラフィ技術により、貫通孔２０に対応した開口を有する不図示のエッチングマスクを形成する。その後、四フッ化炭素（ＣＦ４）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）等のエッチングガスを用いてドライエッチングを行う。これにより、半導体基板１１の所定位置に、半導体基板１１の一方の面１１ａと他方の面１１ｂとを連通し、内側面２０を有する貫通孔２０が形成される。
なお、貫通孔２０の形成は、例えばＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法や、レーザ加工法、ＰＡＥＣＥ（Ｐｈｏｔｏ Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法などであってもよい。

次に、図４に示すように、貫通孔２０内に第一絶縁層１５を形成し、半導体基板１１の他方の面１１ｂ側に他方面側絶縁層１４を形成する工程を行う。第一絶縁層１５及び他方面側絶縁層１４の形成は、同時に行われる。このように、第一絶縁層１５及び他方面側絶縁層１４を一緒に形成することで、第一絶縁層１５と他方面側絶縁層１４との間に界面がなくなる。したがって、耐久性能および絶縁性能に優れた半導体基板１１を形成できる。
具体的には、ドライプロセスにより貫通孔２０内及び半導体基板１１の他方の面１１ｂに、ＳｉＯ_２やＳｉＮ等の絶縁材料を所定の厚さαとなるように成膜する。ここで、「ドライプロセス」とは、ＣＶＤ法やＰＶＤ法の成膜方法をいう。

その後、貫通孔２０の底面に位置する電極層１２を覆った絶縁材料を除去し、電極層１２を露呈させる。なお、電極層１２は、少なくとも一部が露呈していればよい。また、絶縁材料の除去には、例えばＤＲＩＥ法などが用いられる。これにより、貫通孔２０の内側面２０ａを覆う第一絶縁層１５、及び半導体基板１１の他方の面１１ｂを覆う他方面側絶縁層１４を得ることができる。

次に、図５に示すように、第一絶縁層１５上に導電層５を形成し、他方面側絶縁層１４上に第一配線層６を形成する工程を行う。導電層５及び第一配線層６の形成は、同時に行われる。
具体的には、まず、第一絶縁層１５の表面及び他方面側絶縁層１４の表面に、スパッタリング等により、後の導電層５および第一配線層６となる不図示の金属膜を成膜する。金属膜の成膜は、ＴｉやＴｉＷ、Ｃｒ、Ｔａ、ＴａＮ等のバリアメタルを成膜した後、ＣｕやＡｌ等の導体を成膜し、再度バリアメタルを成膜することで行われる。これにより、元素拡散を防止しつつ、密着性に優れた多層の導電層５及び第一配線層６を形成できる。なお、三層で形成される金属膜の厚さは、例えば１μｍ以下が望ましい。

続いて、不図示の金属膜に重ねて、フォトリソグラフィ技術により、配線パターンに対応した不図示のエッチングマスクを形成する。
最後に、エッチングマスクを介して金属膜のエッチングを行う。これにより、他方面側絶縁層１４上には、所定の配線パターンを有する第一配線層６が形成される。また、貫通孔２０内には、電極層１２を覆う導電層底面５ａと、貫通孔２０内の内側面２０ａを覆う導電層内側面５ｂを有する、断面略Ｕ字形状の導電層５が形成される。このように、導電層５及び第一配線層６を同時に形成することで、導電層５と第一配線層６との間に界面がなくなる。したがって、耐久性能および絶縁性能に優れた半導体基板１１を形成できる。

次に、図６に示すように、導電層５上に第二絶縁層１６を形成し、第一配線層６上に第一配線絶縁層１７を形成する工程を行う。第二絶縁層１６及び第一配線絶縁層１７の形成は、同時に行われる。
具体的には、第一絶縁層１５及び他方面側絶縁層１４を形成した時と同様に、ＣＶＤ法やＰＶＤ法のドライプロセスにより、貫通孔２０内及び半導体基板１１の他方の面１１ｂに、絶縁材料を所定の厚さβとなるように成膜する。第一配線絶縁層１７をドライプロセスで形成することによって、絶縁性能に優れた薄い第一配線絶縁層１７を容易に形成することができる。薄い第一配線絶縁層１７を形成することによって、半導体基板１１の他方面側の凹凸が抑制され、第一配線絶縁層１７の上に配線層を形成することが容易となる。なお、第二絶縁層１６及び第一配線絶縁層１７を形成する絶縁材料には、第一絶縁層１５及び他方面側絶縁層１４を形成する絶縁材料と同一のＳｉＯ_２やＳｉＮが採用される。これにより、導電層５を覆う第二絶縁層１６及び第一配線層６を覆う第一配線絶縁層１７が一緒に形成される。このように、第二絶縁層１６及び第一配線絶縁層１７を一緒に形成することで、第二絶縁層１６と第一配線絶縁層１７との間に界面がなくなる。したがって、耐久性能および絶縁性能に優れた半導体基板１１を形成できる。
なお、実施形態のように多層基板を形成する場合には、所定位置に開口部１７ａを形成し、第一配線層６の一部を露呈させる。開口部１７ａは、例えば第一配線絶縁層１７のパターンエッチングやレーザトリミングにより形成される。

次に、図７に示すように、第一配線絶縁層１７上に、第二配線層７を形成する工程を行う。
具体的には、まず、第一配線絶縁層１７の表面に、スパッタリング等により、後の第二配線層７となる不図示の金属層を形成する。金属層の形成は、ＴｉやＴｉＷ、Ｃｒ、Ｔａ、ＴａＮ等のバリアメタルを成膜した後、Ｃｕの導体からなるメッキシード層を形成し、その後、電界メッキによりＣｕの導体からなるメッキ層を形成することで行われる。これにより、元素拡散を防止しつつ密着性に優れた多層の第二配線層７を形成できる。なお、三層で形成される金属層の厚さは、例えば１０μｍ程度が望ましい。

続いて、金属層の配線パターン形成を行う。配線パターン形成は、第一配線層６の形成と同様であるため、詳細な説明を省略する。以上により、第一配線絶縁層１７上には、所定の配線パターンを有する第二配線層７が形成される。なお、第二配線層７は、第一配線絶縁層１７の開口部１７ａを介して、第一配線層６と電気的に接続されている。

次に、図８に示すように、第二配線層７上に第二配線絶縁層１８を形成する工程を行う。
具体的には、スピンコート法やスクリーン印刷法、ドライフィルムによるラミネート法により、第二配線層７上に絶縁材料を塗布する。第二配線絶縁層１８を形成する絶縁材料には、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等が採用される。
なお、本工程では、貫通孔２０内に第二配線絶縁層１８が形成されないように、マスク等を介して絶縁材料が塗布される。また、絶縁材料を塗布した後、フォトリソグラフィ技術によりマスクを形成し、エッチング等により貫通孔２０に形成された第二配線絶縁層１８を除去してもよい。

続いて、後述するバンプ１９（図１に示す）の形成位置に対応して開口部１８ａを形成し、第二配線層７の一部を露呈させる。開口部１８ａは、例えばレーザトリミングにより形成される。
以上により、第二配線層７上に第二配線絶縁層１８が形成される。

最後に、第二配線絶縁層１８から突出したバンプ１９（図１に示す）を形成する工程を行う。
具体的には、スクリーン印刷法等により、不図示のメタルマスクを介して第二配線絶縁層１８上にペーストハンダを塗布する。その後、所定の温度でリフロー工程を行い、図１に示すバンプ１９を形成する。なお、バンプ１９は、第二配線絶縁層１８の開口部１８ａを介して、第二配線層７と電気的に接続されている。

バンプ１９が形成され、図１に示す貫通配線基板１０が形成された時点で、貫通配線基板１０の全ての製造工程が終了する。

（効果）
本実施形態によれば、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法のドライプロセスにより第二絶縁層１６を形成しているので、第二絶縁層１６を薄く形成できる。これにより、貫通孔２０の内側面２０ａを覆う導電層５の表面形状に沿って第二絶縁層１６を形成できるので、貫通孔２０を充填することなく、貫通孔２０の内側面２０ａおよび導電層５の表面形状に沿って第二絶縁層１６を断面Ｕ字形状に形成できる。したがって、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂは力学的に解放された自由面となるので、第二絶縁層１６が温度変化により伸縮しても、自由面が移動して貫通孔２０の内側面２０ａを覆う導電層５への応力の伝達が緩和できる。
また、ドライプロセスにより第二絶縁層１６を形成することで、緻密で絶縁性能に優れた第二絶縁層１６が得られる。
さらに、第二絶縁層１６は、導電層５の表面形状に沿って形成されているので、貫通孔２０を閉塞することなく第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂの面積を大きく確保できる。これにより、第二絶縁層１６を介して貫通孔２０内から外部に放熱できる。
このように、ＣＶＤ法またはＰＶＤ法等のドライプロセスにより第二絶縁層１６を形成することで、貫通孔２０内に形成された導電層５に加わる応力を抑制できるとともに、導電層５からの効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板１０を製造できる。

なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

図９および図１０は、他の形状の貫通配線基板１０の一例である。
実施形態では、図１に示すように、第二配線絶縁層１８の孔部１８ｂにおける内側面１８ｃの直径は、貫通孔２０内の第二絶縁層１６における第二絶縁層内側面１６ｂの直径よりも大きく形成されており、孔部１８ｂの内側面１８ｃと第二絶縁層内側面１６ｂとにより段差が形成されていた。
しかし、図９および図１０に示すように、第二配線絶縁層１８の孔部１８ｂにおける内側面１８ｃの直径を、貫通孔２０内の第二絶縁層内側面１６ｂの直径と略同一になるように形成してもよい。これにより、孔部１８ｂの内側面１８ｃと第二絶縁層内側面１６ｂとは、略面一となるように形成される。

また、実施形態では、図１に示すように、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａの厚さ及び第二絶縁層内側面１６ｂの厚さは、略同一の厚さになるように形成されていた。
しかし、例えば、図１０に示すように、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａの厚さが、第二絶縁層内側面１６ｂの厚さよりも厚くなるように形成してもよい。

図９および図１０に示すような貫通配線基板１０を形成した場合であっても、その効果は実施形態と同じである。すなわち、第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂは力学的に解放された自由面となるので、貫通孔２０内の内側面２０ａを覆う導電層５に加わる応力を抑制できる。また、貫通孔２０を閉塞することなく第二絶縁層１６の第二絶縁層底面１６ａ及び第二絶縁層内側面１６ｂの面積を大きく確保できるので、第二絶縁層１６を介して貫通孔２０内から外部に放熱できる。したがって、貫通孔２０内に形成された導電層５に加わる応力を抑制できるとともに、導電層５から効果的な放熱も促すことができる貫通配線基板１０が得られる。

本実施形態では、第一絶縁層１５、他方面側絶縁層１４、第一配線絶縁層１７および第二絶縁層１６を、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等のドライプロセスにより形成していた。しかし、第一絶縁層１５、他方面側絶縁層１４、第一配線絶縁層１７および第二絶縁層１６の形成方法は実施形態に限られることはなく、例えばメッキ法やスピンコート法、ディップコート法等のウエットプロセスであってもよい。ただし、貫通孔２０内に薄く成膜でき、第二絶縁層１６を導電層５の表面形状に沿って確実に形成できる点で、本実施形態に優位性がある。

また、本実施形態では、二層の貫通配線基板１０について説明したが、貫通配線基板１０の層数は二層に限られることはなく、単層もしくは三層以上の多層であってもよい。貫通配線基板１０の層数は任意に設定される設計事項である。

５ 導電層、６ 第一配線層（配線層）、１０ 貫通配線基板、１１ 半導体基板（基板）、１１ａ 一方の面、１１ｂ 他方の面、１２ 電極層、１５ 第一絶縁層、１６ 第二絶縁層、１７ 第一配線絶縁層（配線絶縁層）、２０ 貫通孔、２０ａ 内側面、α 第一絶縁層の平均厚さ、β 第二絶縁層の平均厚さ。

Claims (7)

1. 半導体からなる基板の一方の面に配された電極層と、
   前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔と、
   前記貫通孔の内側面を覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層と、
   前記第一絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層と、
   前記導電層を覆うように配された第二絶縁層と、
   を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、
   前記第二絶縁層は、前記導電層の表面形状に沿って形成されていることを特徴とする貫通配線基板。
2. 前記第一絶縁層及び前記第二絶縁層は、同一の材料により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板。
3. 前記第一絶縁層及び前記第二絶縁層は、シリコン酸化膜により形成されていることを特徴とする請求項２に記載の貫通配線基板。
4. 前記第一絶縁層の平均厚さをαとし、前記第二絶縁層の平均厚さをβとしたとき、
   前記第一絶縁層の平均厚さα、及び前記第二絶縁層の平均厚さβは、
   ０．１≦α／β≦１．０
   を満たすように設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の貫通配線基板。
5. 前記基板の前記他方の面側には、
   前記導電層と電気的に接続された配線層と、
   前記配線層を覆う配線絶縁層と、
   を備え、
   前記第二絶縁層と前記配線絶縁層とが一体に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の貫通配線基板。
6. 半導体からなる基板の一方の面に配された電極層と、
   前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔と、
   前記貫通孔の内側面を覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第一絶縁層と、
   前記第一絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層と、
   前記導電層を覆うように配された第二絶縁層と、
   を少なくとも備えてなる貫通配線基板の製造方法であって、
   前記第二絶縁層は、ドライプロセスにより形成することを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
7. 前記基板の前記他方の面側には、
   前記導電層と電気的に接続された配線層と、
   前記配線層を覆う配線絶縁層と、
   を備え、
   前記第二絶縁層と前記配線絶縁層とを一緒に形成することを特徴とする請求項６に記載の貫通配線基板の製造方法。

Images