JP2013120660A - 貫通孔基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】貫通孔基板の製造方法において、凹部1又は貫通孔を有する導電性基板2を用意する。次に、凹部1又は貫通孔内に金属3を充填し、少なくとも凹部1の底部6側又は貫通孔の一方の側から導電性基板面を研磨する。その後、充填された金属3を除去して、貫通孔4を有する貫通孔基板を製造する。導電性基板2は典型的にはシリコン基板である。金属3は、例えば、凹部の底部又は貫通孔の一方の側から導電性基板2とエッチング選択性を有する金属をめっきにて充填する。
【選択図】図1
Description
図1及び図2は、本発明の貫通孔基板の製造方法の一実施形態であるシリコン構造体の製造方法の概要を説明する図である。図中、1は凹部、2は導電性基板であるシリコン基板、3は金属、4は貫通孔、5は側壁、6は凹部の底部、7は絶縁層、8は貫通孔の開口部を示す。
(第1工程)
本実施形態では、図1(a)又は図2(a)に示す様に、凹部1を有するシリコン基板2を用意することを特徴とする。凹部1を有するシリコン基板2を形成する方法には、半導体フォトリソグラフィとエッチングを用いることができる。半導体フォトリソグラフィを用いることにより、高精度で高真円度の開口マスクをシリコン基板上に形成することができる。エッチング方法としては、イオンスパッタや反応性ガスプラズマ等のドライエッチング法を使用することができる。反応性ガスプラズマによるドライエッチングの中でも、反応性イオンエッチング(RIE)が高アスペクト比の構造の形成に適している。RIEの中でも、SF6ガスによるエッチングとC4F8ガスによる側壁保護膜の堆積とを交互に行うBoschプロセスのRIEが、より高アスペクト比の構造の形成に適している。また、ここで凹部1を高アスペクト比に形成すると、最終的に高アスペクト比の貫通孔4を形成することができる。
図1(b)に示す様に、凹部1に金属3を充填する第2工程について説明する。金属3の充填方法としては、凹部1上に金属を配置し、金属を溶融させて充填する方法を採ることができる。また、CVD(Chemical Vapor Deposition)や真空スパッタや真空蒸着にて充填することができる。これらの方法にて充填された金属3が凹部1からはみ出した場合は、研磨にて除去することができる。この他の金属の充填方法としては、めっきにて充填する方法でもよい。めっきの方法としては電気めっきや無電解めっきの何れの方法をも用いることができる。電気めっきを行う場合は、凹部面にシード電極を形成して、シード電極から通電してめっきを行ってもよい。この場合は、凹部1の上面の平らな部分にもめっきされ、隣接する凹部1内のめっき層同士が繋がり連続膜となる。凹部1からはみ出しためっき層は研磨にて除去することができる。
図1(c)及び図2(e)に示す様に、凹部1の底部側からシリコン基板2の面を研磨する第3工程について説明する。研磨の方法は、機械研磨やCMP(Chemical
Mechanical Polishing)法等を使用することができる。研磨は凹部1の底部側の面のシリコン基板2を研磨し、充填された金属3が露出するまで行う。更に所望の厚さまで研磨を行うとシリコン基板2に貫通孔4が形成され、その貫通孔内に金属が充填された構造となる。ここで、凹部1のアスペクト比を大きくしておくと、高アスペクト比の貫通孔が形成される。このとき凹部1の中に金属3が充填されているために、貫通孔の開口部8のエッジ断面は直角性を維持することができる。所望の深さまで径の揃った凹部1を形成しておけば、基板面内において径のバラツキが抑制された高真円度の貫通孔4となる。凹部1に金属が充填されていなければ貫通孔の開口部8のエッジ断面は丸みを帯びてしまう。エッジ断面が丸みを帯びた開口部表面の径は所望の径よりも大きくなってしまうが、本発明によればこれを防止できる。また、本実施形態では、凹部1の底部側のシリコン基板2の面からのみでなく、凹部1の形成されたシリコン基板面からも研磨してもよい。これについては、後述の第2の実施例で述べる。
図1(d)及び図2(f)に示す様に、充填された金属3を除去する第4工程について説明する。金属の除去はエッチングにて行い、その方法は、シリコンを浸食しない方法から選択する。エッチング方法としてはウェットエッチングが挙げられ、これは、シリコン基板2とのエッチング選択性を出しやすい。金属3として銅、ニッケル、鉄の何れかを用いた場合は、塩化第二鉄水溶液や硝酸とペルオキソ二硫酸アンモニウムとの水溶液をエッチング液として用いれば、シリコンを浸食することなく充填された金属3を除去できる。ただし、本発明では金属3の除去方法としてはこれらに限定されない。
(第1の実施例)
本実施例を図2を用いて説明する。100mmφ、150μm厚で、抵抗率が0.02Ωcmのシリコン基板2を用いる。シリコン基板2を1050℃で75分間熱酸化によって処理し、シリコン基板2の表裏にそれぞれ約0.5μmの熱酸化膜を形成する。その片面のみに電子ビーム蒸着装置にてクロムを200nm成膜する。その上にポジ型レジストを塗布し、半導体フォトリソグラフィにて63mm角の領域に、30μmφのレジストパターンが50μmピッチで2次元状に配置されるようにパターニングを行う。その後、クロムエッチング水溶液にてクロムをエッチングし、続いてCHF3を用いた反応性エッチングで熱酸化膜をエッチングする。これにより、30μmφのパターンが50μmのピッチで2次元状に配置されたシリコンの露出面が形成される。本実施例では、この30μmφの開口がパターニングされたクロムをエッチングマスクとして使用する。
硫酸銅・5水和物 200(g/L)
98%濃硫酸 14(mL/L)
35%塩酸 0.09(mL/L)
Cu−Brite
VFII−A(荏原ユージライト社製) 20(mL/L)
Cu−Brite
VFII−B(荏原ユージライト社製) 1(mL/L)
60%硝酸 (248ml/L)
ペルオキソ二硫酸アンモニウム 132(g/L)
これにより、充填されていた銅めっき層3は除去され、シリコン基板2に貫通孔4が形成される(図2(f))。この貫通孔4の開口部8の径をLMS−IPRO(ライカ社製)を用いて、任意の13個の貫通孔の開口径を測定する。その結果は、例えば、凹部1形成面側の開口径は、クロムのエッチングマスクの開口径に対し、−0.6nmになる。一方、凹部1の底部側に形成された貫通孔の開口径はクロムのエッチングマスクの開口径に対し、−7.9nmとなり、真円度の高い貫通孔4がシリコン基板に形成されることが分かる。
上記実施例に対する比較例を説明する。100mmφ、100μm厚で、抵抗率が0.02Ωcmのシリコン基板2を用いる。シリコン基板2に対し、1050℃での75分間の熱酸化によって、シリコン基板2の表裏にそれぞれ約0.5μmの熱酸化膜を形成する。その片面のみに電子ビーム蒸着装置にてクロムを200nm成膜する。その上にポジ型レジストを塗布し、半導体フォトリソグラフィにて63mm角の領域に、30μmφのレジストパターンが50μmピッチで2次元状に配置されるようにパターニングを行う。その後、クロムエッチング水溶液にてクロムをエッチングし、続いてCHF3を用いた反応性エッチングで熱酸化膜をエッチングする。これにより、30μmφのパターンが50μmのピッチで2次元状に配置されたシリコンの露出面が形成される。本比較例ではこの30μmφの開口がパターニングされたクロムをエッチングマスクとして使用する。続いて、ICP−RIEにて露出したシリコンに対して異方性の深堀りエッチングを行う。また、基板2の底面側に形成された熱酸化膜は本比較例ではエッチングストップ層として使用する。
上記実施例に対する別の比較例を説明する。凹部1に金属を充填しないこと以外は第1の実施例と同様に凹部1の底部6側からシリコン基板面を研磨する。凹部1の底部6側に形成される貫通孔4の断面は研磨時に削られエッジが丸みを帯びる。この貫通孔の開口径は、凹部1形成面側の開口径がクロムのエッチングマスクの開口径に対し、−0.5nmになる。一方、凹部1の底部6側に形成された貫通孔の開口径はクロムのエッチングマスクの開口径に対し、+200nm以上となる。これにより、凹部1に金属を充填しないで研磨を行って貫通孔とする方法にも問題点があることが分かる。
次に、第2の実施例を説明する。100mmφ、150μm厚で、抵抗率が0.02Ωcmのシリコン基板2を用いる。シリコン基板2に対し1050℃で75分間の熱酸化を行って、シリコン基板2の表裏にそれぞれ約0.5μmの熱酸化膜を形成する。その片面のみに電子ビーム蒸着装置にてクロムを200nm成膜する。その上にポジ型レジストを塗布し、半導体フォトリソグラフィにて63mm角の領域に、30μmφのレジストパターンが50μmピッチで2次元状に配置されるようにパターニングを行う。その後、クロムエッチング水溶液にてクロムをエッチングし、続いてCHF3を用いた反応性エッチングで熱酸化膜をエッチングする。これにより、30μmφのパターンが50μmのピッチで2次元状に配置されたシリコンの露出面が形成される。本実施例では、この30μmφの開口がパターニングされたクロムをエッチングマスクとして使用する。
スルファミン酸ニッケル・6水和物 450(g/L)
塩化ニッケル 14(g/L)
ホウ酸 30(g/L)
サッカリンナトリウム 1.5(g/L)
ブチンジオール 0.15(g/L)
60%硝酸 (248ml/L)
ペルオキソ二硫酸アンモニウム 132(g/L)
これにより、充填されていたニッケルめっき層は除去されシリコン基板に貫通孔4が形成される。任意の13個の貫通孔4の開口部8を測定すると、凹部1形成面側の開口径はクロムのエッチングマスクの開口径に対し、−0.5nmになる。一方、凹部1の底部側に形成された貫通孔の開口径はクロムのエッチングマスクの開口径に対し、−7.9nmとなり、真円度の高い貫通孔4がシリコン基板2に形成されることが分かる。
Claims (7)
- 凹部又は貫通孔を有する導電性基板を用意する工程と、
前記凹部又は貫通孔内に金属を充填する工程と、
少なくとも前記凹部の底部側又は貫通孔の一方の側から前記導電性基板面を研磨する工程と、
前記充填された金属を除去する工程と、
を含むことを特徴とする貫通孔基板の製造方法。 - 前記導電性基板がシリコン基板であることを特徴とする請求項1に記載の貫通孔基板の製造方法。
- 前記金属を充填する工程において、前記凹部の底部又は貫通孔の一方の側から前記導電性基板とエッチング選択性を有する金属をめっきにて充填することを特徴とする請求項1又は2に記載の貫通孔基板の製造方法。
- 前記金属を充填する工程の前に、前記凹部の内壁に絶縁層を形成する工程と、前記凹部の底部の導電性基板の材料を露出させる工程とを実行することを特徴とする請求項1から3の何れか1項に記載の貫通孔基板の製造方法。
- 前記金属を充填する工程において、前記導電性基板をマイナス極として通電するめっきを行うこと特徴とする請求項1から4の何れか1項に記載の貫通孔基板の製造方法。
- 前記絶縁層がシリコン酸化物又はシリコン窒化物であることを特徴とする請求項4又は5に記載の貫通孔基板の製造方法。
- 前記金属が、銅、又はニッケル、又は鉄であることを特徴とする請求項1から6に記載の貫通孔基板の製造方法。
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