JP2015153978A - 貫通配線の作製方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な電気特性を確保することができる貫通配線の製造方法を提供する。【解決手段】貫通配線を形成する方法では、基板１の第１の面１ａ及び第２の面１ｂに第１絶縁膜２ａ、２ｂを形成し、第２の面の第１絶縁膜２ｂの少なくとも一部が残るように、第１の面側の第１絶縁膜２ａと基板１とを貫通する貫通孔３を形成する。また、貫通孔の内壁に、第１絶縁膜とは異なる材質からなる第２絶縁膜４を形成し、第２の面の第１絶縁膜２ｂ上に導電性膜５を形成する。さらに、貫通孔の底部で導電性膜が露出するように、第１の面の側から第２の面の第１絶縁膜２ｂを加工して第１絶縁膜２ｂに開口２ｅを形成し、貫通孔の底部で露出した導電性膜５をシード層として、電解めっきによって貫通孔の内部を導電材料７で埋め込む。【選択図】図１

Description

本発明は、半導体基板などの基板の厚み方向に貫通する貫通電極の作製方法に関する。こうした貫通電極を有する基板は、超音波変換素子などとして用いられる静電容量型トランスデューサ等の作製に用いることができる。

ＬＳＩに代表されるように、集積回路等のシステムは高速化、高機能化が求められている。これらの集積回路等のシステムをさらに高速化、高機能化していくためには、３次元的な構造を用いるチップ実装技術が必要である。このため、従来、チップ間を最短距離で電気的に接続できる基板貫通電極が用いられている。貫通電極の形成は、基板を貫通する貫通孔（スルーホールとも言う）を形成した後、この貫通孔内に金属を埋め込んで、この金属を通じて、基板の上下に積層される基板相互間を電気的に接続する。この貫通孔内への金属の埋め込み方法として、電解めっきが一般的である。貫通孔のアスペクト比が高いとき、信頼性の高い貫通電極を得るために、貫通孔の一端にシード層を形成したボトムアップの電解めっきが有効である。特許文献１には、シード層の形成と除去を容易にする方法が開示されている。この方法では、基板の１つの表面上に絶縁膜と導電性部材を順番に形成してから、この導電性部材をエッチストップ層として、基板の対向するもう一つの表面より貫通孔を形成する。貫通孔形成後、この導電性部材をシード層として、貫通孔に対してボトムアップの電解めっきにて貫通電極を形成する。

特開２０１２−２８５３３号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、シード層がある状態で貫通孔の内壁に絶縁膜を形成することがあるため、絶縁膜の形成方法と形成条件が制約されることがある。例えば、貫通孔内壁の絶縁膜の形成において基板を昇温すると、シード層の材料がシード層に密着する絶縁膜に拡散し、この絶縁膜の特性を劣化させてしまうことがある。更に、絶縁膜の形成条件によって、シード層の材料がこの絶縁膜を通過して、基板の内部まで拡散してしまう恐れもある。よって、貫通孔内壁の絶縁膜は、低い温度で形成することになり易い。一方、低い温度では、シリコン熱酸化膜のような高品質な絶縁膜の形成が困難である。また、特許文献１の方法では、貫通孔底部のシード層を露出させるためのエッチングにおいて、エッチング対象と同じ材料からなる内壁上の絶縁膜がダメージを受けてしまい、絶縁性能が低下してしまう恐れがある。

上記課題に鑑み、電解めっきを用いて基板に貫通配線を形成する本発明の方法は、次の工程を含む。前記基板の互いに対向する第１の面及び第２の面に第１絶縁膜を形成する工程。前記第２の面の第１絶縁膜の少なくとも一部が残るように、前記第１の面側の第１絶縁膜と前記基板とを貫通する貫通孔を形成する工程。前記貫通孔の内壁に、前記第１絶縁膜とは異なる材質からなる第２絶縁膜を形成する工程。前記第２の面の第１絶縁膜上に導電性膜を形成する工程。前記貫通孔の底部において前記導電性膜が露出するように、前記第１の面の側から前記第２の面の第１絶縁膜を加工して前記第１絶縁膜に開口を形成する工程。前記貫通孔の底部において露出している前記導電性膜をシード層として、電解めっきによって前記貫通孔の内部を導電材料で埋め込む工程。

本発明の貫通配線の形成方法によれば、貫通孔の内壁に第２絶縁膜を形成した後にシード層を形成することにすれば、第２絶縁膜の形成方法と形成条件の制約がより少なく、より高品質な第２絶縁膜を形成できる。また、貫通孔内壁上の第２絶縁膜は、シード層上の第１絶縁膜とは異なる材質からなるため、貫通孔底部のシード層を露出させるためのエッチングにおいて、殆どダメージされないようにすることが可能である。その結果、貫通孔内壁の第２絶縁膜の絶縁性能の低下を抑制できる。

本発明の貫通配線の作製方法の一例を説明するための断図面である。 本発明の貫通配線の作製方法の他の例を説明するための断図面である。

本発明の貫通配線を形成する方法では、基板の第２の面の第１絶縁膜の少なくとも一部が残るように、基板の第１の面側の第１絶縁膜と基板とを貫通する貫通孔を形成し、貫通孔の内壁に、第１絶縁膜とは異なる材質の第２絶縁膜を形成する。そして、第２の面の第１絶縁膜上に導電性膜を形成し、貫通孔の底部で導電性膜が露出するように、第２の面の第１絶縁膜を加工して開口を形成し、貫通孔の底部で露出した導電性膜をシード層として電解めっきにより貫通孔の内部を導電材料で埋め込む。典型的には、第２絶縁膜を形成する工程は、導電性膜を形成する工程より先に実行する。

以下に、本発明の実施形態について図を用いて説明する。
（第１の実施形態）
図１を用いて、本発明の貫通配線の作製方法の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施形態を説明するための断図面である。見易くするため、図１では、２つの貫通孔及び貫通配線のみが示されている。

まず、図１（Ａ）のように、基板１を用意する。基板１は半導体基板である。例えば、基板１はシリコン基板である。基板１は、互いに対向する第１の面１ａ及び第２の面１ｂを有する。基板１の厚さは、例えば、５０μｍ〜１０００μｍである。以下では、基板１がシリコン基板である場合を例にして、加工工程を説明する。

次に、図１（Ｂ）のように、基板１の第１の面１ａ及び第２の面１ｂに第１絶縁膜２を形成する。第１の面１ａ上の第１絶縁膜は２ａ、第２の面１ｂ上の第１絶縁膜は２ｂと記している。絶縁膜２ａと絶縁膜２ｂは、同時に形成されても、別々に形成されてもよい。また、絶縁膜２ａと絶縁膜２ｂは、構成または膜厚が同じであっても、異なっていてもよい。第１絶縁膜２（２ａと２ｂを含む。以下同様）は、例えば、シリコンの窒化物またはシリコンの酸化物の単層膜、またはシリコンの窒化物とシリコンの酸化物の複数層膜から構成される。第１絶縁膜２の厚さは、例えば、０．１μｍ〜１．５μｍである。シリコンの窒化物の形成方法として、化学気相堆積（ＣＶＤ）法がある。シリコンの酸化物の形成方法として、熱酸化またはＣＶＤ法がある。

次に、図１（Ｃ）のように、貫通孔３を形成する。貫通孔３の加工は、基板１の第１の面１ａ側より行う。貫通孔３の形状、数、配置などは、用途に応じて、フォトレジストパターンで規定する。貫通孔３は、例えば、直径が２０μｍ〜１００μｍであり、横方向の周期が２００μｍで縦方向の周期が２ｍｍの配列である。貫通孔３の加工において、例えば、フォトレジストパターン（図示なし）をエッチングマスクとして、第１絶縁膜２ａと基板１を順番に加工する。基板１を貫通する貫通孔３の加工は、例えば、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いる。第１絶縁膜２ａの開口は２ｃである。貫通孔３の側壁は３ａで、開口は３ｂである。貫通孔３の形成によって、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分が貫通孔の底部において露出される。貫通孔３の加工において、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分が少しエッチングされても支障がない。但し、貫通孔３の加工及び後続工程において、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分が破壊しない程度の機械強度を有するように、第１絶縁膜２ｂの材料及び膜厚を図１（Ｂ）の工程で決める。貫通孔３の加工後、上記エッチングマスクを適宜な手法で除去する。貫通孔３の内壁３ａは平滑であることが好ましい。例えば、貫通孔３の内壁３ａの表面粗さが最大高さＲｍａｘで５０ｎｍ以下とすることが好ましい。ＲＩＥ加工後、貫通孔３の内壁３ａが十分に平滑でない場合、内壁３ａの平滑化処理を行うことが好ましい。例えば、熱酸化によって内壁３ａの表面にシリコンの酸化膜を形成してから、フッ酸、またはバッファードフッ酸（ＢＨＦ）等の薬品でシリコンの酸化膜を取り除くことによって、内壁３ａの平滑化を図ることできる。また、水素雰囲気中の加熱処理も内壁３ａの平滑化に効果的である。

次に、図１（Ｄ）のように、貫通孔３の側壁３ａ（図１（Ｃ）参照）に第２絶縁膜４を形成する。第２絶縁膜４は、第１絶縁膜２（特に第１絶縁膜２ｂ）とは材質が異なる。例えば、第１絶縁膜２ｂはシリコンの窒化膜であり、第２絶縁膜４はシリコンの酸化膜である。このように、第２絶縁膜４は、例えば、シリコンの熱酸化で形成することができる。シリコンの熱酸化で形成する場合、第２絶縁膜４は、図１（Ｃ）までの工程で露出した貫通孔３の側壁３ａだけに形成される。第２絶縁膜４の厚さは、必要な性能によって決まる。例えば、第２絶縁膜４の厚さは０．５μｍ〜１．５μｍである。貫通配線材料の基板１への熱拡散を防ぐため、第２絶縁膜４は２種類以上の材料から構成される複数層膜であってもよい。図１（Ｃ）の工程で貫通孔３の内壁３ａを平滑にしておけば、側壁３ａに形成される第２絶縁膜４は欠陥ができにくく、熱プロセス等による応力にも強くなる。

次に、図１（Ｅ）のように、第１絶縁膜２ｂの上面に、導電性膜５を形成する。導電性膜５は、例えば、金属である。第１絶縁膜２ｂとの密着性を確保するために、導電性膜５は密着層を含めてもよい。例えば、導電性膜５は、５ｎｍのＣｒと１μｍのＣｕが順番に第１絶縁膜２ｂの上面に形成された２層膜である。導電性膜５の形成方法としては、例えば、スパッタ、電子ビーム蒸着、抵抗加熱蒸着などがある。

次に、図１（Ｆ）のように、貫通孔の開口３ｂ（図１（Ｃ）参照）から見て、導電性膜５の５ａ部分が露出するように、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分（図１（Ｅ）参照）を加工して開口２ｅを形成する。第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分の加工において、第２絶縁膜４が大きなダメージを受けないようにする。また、貫通孔３の中でシリコン基板１が露出しないように、第１絶縁膜２ｂの開口２ｅが第２絶縁膜４の内径より小さいようにする。そのため、開口２ｅの加工は、例えば、ドライフィルムレジスト６をマスクにしたドライエッチングを利用して、基板１の第１面１ａ側（図１（Ａ）参照）から行う。ドライフィルムレジスト６の開口６ａは、第１絶縁膜２ａの開口２ｃ（図１（Ｃ）参照）及び貫通孔３の開口３ｂ（図１（Ｃ）参照）のいずれよりも小さい。第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分の加工後、エッチングマスク（例えば、ドライフィルムレジスト６）を適宜な手法で除去する。

次に、図１（Ｇ）のように、導電性膜５をシード層として、電解めっきによって、貫通孔３の内部を導電材料７で埋め込む。後に作製されるデバイスの電極等との電気接続の確実性を確保するため、導電材料７を第１絶縁膜２ａの開口２ｃ（図１（Ｃ）参照）から突出させる。電解めっきのとき、めっき液は貫通孔３の開口３ｂより貫通孔の中を循環し、導電材料７は導電性膜５の５ａ部分を起点として成長する。導電材料７は、例えば、Ｃｕを主成分とする。この場合、導電材料７のめっきは、例えば、硫酸銅を主液としたＣｕの電解めっきである。めっき時、貫通孔３の外側にある導電性膜５の面にめっき成長がないように、導電性膜５の面がめっき液と接触しないようにする。例えば、貫通孔３の外側にある導電性膜５の面を絶縁材料で保護しておく。これによって、導電性膜５の５ａ部分だけを起点としためっき成長ができ、めっきの効率がよい。

次に、図１（Ｈ）のように、後に作製されるデバイスの電極等との電気接続のため、導電材料７の両端面７ａ、７ｂが出るように、基板１の第１の面１ａ側（図１（Ａ）参照）及び第２の面１ｂ側（図１（Ａ）参照）からそれぞれ加工を行う。端面７ａの加工は、第１の面１ａ側より行うが、例えば、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）を用いる。ＣＭＰによって、端面７ａは第１絶縁膜２ａの面とほぼ同じ高さになる。端面７ｂの加工は、導電性膜５の除去と端面７ｂの平坦化を目的とする。端面７ｂの加工に、ＣＭＰを用いてもよい。このように端面加工を施した導電材料７は、貫通配線となる。そして、第１絶縁膜２の面を平滑化する必要がある場合、導電材料７の端面加工の後、第１絶縁膜２ａ、２ｂをそれぞれＣＭＰを用いて加工する。

以上の工程を用いれば、図１（Ｈ）に示した貫通配線７を有する半導体基板を作製できる。この作製方法において、貫通孔の内壁の第２絶縁膜はめっきのシード層より先に形成する。よって、第２絶縁膜の形成条件に対する制限が少なくなり、高温になる加工手段が利用できる。その一例として、第２絶縁膜として、絶縁特性が優れたシリコンの熱酸化膜を簡単に形成することができる。また、シード層上の第１絶縁膜を、シリコン酸化膜とエッチング選択比が取れるシリコン窒化膜にすることによって、貫通孔底部のシード層を露出させる工程において、第２絶縁膜が殆どダメージされないようにできる。その結果、信頼性の高い第２絶縁膜が容易に得られる。

（第２の実施形態）
図２を用いて、本発明の貫通配線の作製方法の第２の実施形態を説明する。図２は、本実施例を説明するための断図面である。重複を避けるため、第１の実施形態と類似するところは、詳細な説明を省略する。まず、図１（Ａ）と同様な基板１を用意する。以下では、基板１がシリコン基板である場合を例にして、作製方法を説明する。

次に、図２（Ａ）のように、基板１の第１の面１ａ（図１（Ａ）参照）及び第２の面１ｂ（図１（Ａ）参照）に絶縁膜８（８ａと８ｂを含む。以下同様）と絶縁膜２（２ａと２ｂを含む。以下同様）を順次に形成する。第１の面１ａ上の絶縁膜８、２はそれぞれ８ａ、２ａ、第２の面１ｂ上の絶縁膜８、２はそれぞれ８ｂ、２ｂと記している。絶縁膜８と絶縁膜２とで第１絶縁膜を構成している。つまり、本実施形態では、第１絶縁膜は複数層構造を有している。絶縁膜８は、絶縁膜２とは異なる材質の絶縁材料からなる。例えば、絶縁膜８はシリコンの熱酸化膜であって、厚さが０．１μｍ〜１．５μｍである。それに対して、絶縁膜２はシリコンの窒化物膜であって、厚さが０．１μｍ〜０．５μｍである。応力による基板１の反りを防ぐため、絶縁膜８ａと絶縁膜８ｂは材質と厚さが同じで、同時に形成されることが望ましい。また、絶縁膜２ａと絶縁膜２ｂも材質と厚さが同じで、同時に形成されることが望ましい。

次に、図２（Ｂ）のように、貫通孔３を形成する。貫通孔３の加工は、基板１の第１の面１ａ側（図１（Ａ）参照）より行う。貫通孔３の加工において、例えば、フォトレジストパターン（図示なし）をエッチングマスクとして、絶縁膜８ａ、絶縁膜２ａ、そして基板１の順に加工する。基板１を貫通する貫通孔３の加工は、例えば、反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いる。絶縁膜２ａの開口は２ｃで、絶縁膜８ａの開口は８ｃである。貫通孔３の側壁は３ａで、貫通孔３の開口は３ｂである。開口２ｃにおいて、絶縁膜８ａの開口８ｃと貫通孔３の開口３ｂの寸法が同じであってもよい。貫通孔３の形成によって、絶縁膜８ｂの８ｄ部分が貫通孔の底部で露出される。

次に、図２（Ｃ）のように、絶縁膜２ｂの２ｄ部分が露出するように、絶縁膜８ｂの８ｄ部分を加工する。絶縁膜８ｂの８ｄ部分の加工は、図２（Ｂ）の貫通孔３の加工と同じエッチングマスクを用いてもよい。

次に、図２（Ｄ）のように、貫通孔３の側壁３ａ（図２（Ｃ）参照）に第２絶縁膜４を形成する。第２絶縁膜４は、第１絶縁膜の絶縁膜２（特に絶縁膜２ｂ）とは材質が異なるが、第１絶縁膜の絶縁膜８とは材質が同一であってもよい。例えば、絶縁膜２ｂはシリコンの窒化膜であり、第２絶縁膜４はシリコンの酸化膜である。このように、第２絶縁膜４は、例えば、シリコンの熱酸化で形成することができる。この場合、第２絶縁膜４は、図２（Ｃ）までの工程で露出してきた貫通孔３の側壁３ａだけに形成される。第２絶縁膜４の厚さは、必要な性能によって決まる。例えば、第２絶縁膜４の厚さは１μｍである。

次に、図２（Ｅ）のように、絶縁膜２ｂの上面に、導電性膜５を形成する。導電性膜５は、例えば、金属である。導電性膜５の構成及び形成方法は、図１（Ｅ）で説明したものと同じである。

次に、図２（Ｆ）のように、貫通孔の開口３ｂ（図２（Ｃ）参照）から見て、導電性膜５の５ａ部分が露出するように、絶縁膜２ｂの２ｄ部分を加工する。加工方法は、図１（Ｆ）で説明した方法と同じである。導電性膜５の５ａ部分の径は、第２絶縁膜４を含めた貫通孔３の口径より小さい。

次に、図２（Ｇ）のように、導電性膜５をシード層として、電解めっきによって、貫通孔３の内部を導電材料７で埋め込む。めっき方法は、図１（Ｇ）で説明した方法と同じである。次に、図２（Ｈ）のように、電気接続のため、導電材料７の両端面７ａ、７ｂを加工する。加工方法は、図１（Ｈ）で説明した方法と同じである。このように端面加工を施した導電材料７は、貫通配線となる。

以上の工程を用いれば、図２（Ｈ）に示した貫通配線を有する半導体基板を作製できる。この作製方法は、第１の実施形態で説明した製法と同様な効果を得ることができる。更に、基板の面（１ａと１ｂ）に厚い第１絶縁膜を比較的容易に形成できるので、より高い絶縁耐性をもつ貫通配線基板を実現できる。

以下、より具体的な実施例を説明する。
（実施例１）
図１を用いて、本発明の貫通配線の作製方法の一つの具体例である実施例１を説明する。まず、図１（Ａ）のように、シリコン基板１を用意する。基板１は、直径が４”Φ、厚さが２００μｍ、抵抗率が１Ω・ｃｍ〜１００Ω・ｃｍである。基板１の互いに対向する第１の面１ａ及び第２の面１ｂは、一般的に市販されているシリコン基板と同レベルの鏡面度を有する。

次に、図１（Ｂ）のように、基板１の第１の面上及び第２の面上に第１絶縁膜２を形成する。第１の面１ａ上の絶縁膜２ａと第２の面１ｂ上の絶縁膜２ｂは、共にシリコンの窒化物で、厚さが約０．４μｍで、ＣＶＤ法で同時に形成される。次に、図１（Ｃ）のように、貫通孔３を形成する。貫通孔３の加工は、シリコン基板１の第１の面１ａ側より行う。貫通孔３は、直径が５０μｍ、横方向の周期が２００μｍ、縦方向の周期が２ｍｍの配列である。貫通孔３の加工において、フォトレジストパターン（図示なし）をエッチングマスクとして、シリコンの窒化物からなる第１絶縁膜２ａとシリコン基板１を順番にＲＩＥ加工を行う。貫通孔３の形成によって、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分が貫通孔の底部で露出される。シリコンの窒化物からなる第１絶縁膜２ａとシリコン基板１のＲＩＥに用いる反応性ガス及び加工条件が異なる。貫通孔３の形成によって、シリコンの窒化物の２ｄ部分が殆どダメージされないようにＲＩＥ条件を設定する。貫通孔３の加工後、エッチングマスクとしたフォトレジストパターンをプラズマアッシングで除去する。

次に、図１（Ｄ）のように、貫通孔３の側壁３ａ（図１（Ｃ）参照）に第２絶縁膜４を形成する。第２絶縁膜４は、シリコンの窒化物からなる第１絶縁膜２とは材質が異なり、シリコンの酸化膜である。第２絶縁膜４は、シリコンの熱酸化で形成され、厚さは１μｍである。基板１の第１の面１ａ及び第２の面１ｂがシリコンの窒化物からなる第１絶縁膜２に覆われているので、シリコンの酸化膜からなる第２絶縁膜４は、貫通孔３の側壁３ａだけに形成される。シリコンの熱酸化を行う前に、貫通孔３の側壁３ａ（図１（Ｃ）参照）を、ドライエッチングや薬液エッチング等によって清浄にする。

次に、図１（Ｅ）のように、第１絶縁膜２ｂの上面に、導電性膜５を形成する。導電性膜５として、５ｎｍのＣｒと１μｍのＣｕを電子ビーム蒸着法によって、第１絶縁膜２ｂの上面に順番に堆積する。次に、図１（Ｆ）のように、導電性膜５の５ａ部分が露出するように、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分（図１（Ｅ）参照）を加工する。そのため、ドライフィルムレジスト６をマスクとして、基板の第１面１ａ側（図１（Ａ）参照）から、シリコンの窒化物からなる第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分（図１（Ｅ）参照）をＲＩＥ加工する。シリコンの窒化物のＲＩＥでは、シリコンの酸化物に殆どダメージを与えない条件を用いる。また、ドライフィルムレジスト６の開口６ａを、第１絶縁膜２ａの開口２ｃ（図１（Ｃ）参照）及び貫通孔３の開口３ｂ（図１（Ｃ）参照）のいずれよりも小さくする。その結果、絶縁膜２ｂの２ｄ部分の加工において、第２絶縁膜４が殆どダメージを受けなく、貫通孔３の中でシリコン基板１が露出することもない。

次に、図１（Ｇ）のように、導電性膜５をシード層として、電解めっきによって、貫通孔３の内部を導電材料７で埋め込む。電気接続の確実性を確保するため、導電材料７を第１絶縁膜２ａの開口２ｃ（図１（Ｃ）参照）から突出させる。電解めっきのとき、めっき液は貫通孔３の開口３ｂより貫通孔の中を循環し、導電材料７は導電性膜５の５ａ部分を起点として成長する。導電材料７のめっきは、硫酸銅を主液としたＣｕの電解めっきである。めっき時、導電性膜５の５ａ部分だけを起点としてめっき成長をさせるため、貫通孔３の外側にある導電性膜５の面を絶縁材料で保護しておく。

次に、図１（Ｈ）のように、電気接続のため、導電材料７の両端面７ａ、７ｂを平坦化して、それぞれ第１絶縁膜２ａ、２ｂの面とほぼ同じ高さにする。平坦化のため、基板１の第１の面１ａ側（図１（Ａ）参照）及び第２の面１ｂ側（図１（Ａ）参照）からそれぞれＣＭＰ加工を行う。このように端面加工を施した導電材料７は、貫通配線となる。

以上の工程を用いれば、第１の実施形態と同様な効果を奏することができる。

（実施例２）
図２を用いて、本発明の貫通配線の作製方法のもう１つの具体例である実施例２を説明する。実施例１と類似するところは、詳細説明を省略する。まず、実施例１と同様、図１（Ａ）に示したシリコン基板１を用意する。

次に、図２（Ａ）のように、基板１の第１の面１ａ（図１（Ａ）参照）及び第２の面１ｂ（図１（Ａ）参照）に絶縁膜８と絶縁膜２を順次に形成する。第１の面１ａ上の絶縁膜８、２はそれぞれ８ａ、２ａ、第２の面１ｂ上の絶縁膜８、２はそれぞれ８ｂ、２ｂと記している。絶縁膜８（８ａと８ｂを含む。以下同様）は、シリコン基板の面を熱酸化することによって形成されるシリコンの熱酸化膜であって、厚さが１．０μｍである。絶縁膜２（２ａと２ｂを含む。以下同様）は、ＣＶＤ法で形成されるシリコンの窒化物膜であって、厚さが０．４μｍである。絶縁膜８と絶縁膜２は第１絶縁膜を構成する。

次に、図２（Ｂ）のように、貫通孔３を形成する。貫通孔３の加工は、基板１の第１の面１ａ側（図１（Ａ）参照）より行う。貫通孔３の加工において、まず、絶縁膜２ａの上面に２００ｎｍのＣｒ膜（図示なし）をスパッタ法で形成する。そして、フォトリソグラフィー後、塩素を含むプラズマエッチングによって、フォトレジストパターン（図示なし）をＣｒ膜（図示なし）に転写し、絶縁膜２ａの開口２ｃに対応する面を露出する。さらに、開口を設けたＣｒ膜（図示なし）をエッチングマスクとし、絶縁膜８ｂの８ｄ部分が貫通孔の底部で露出するまでＲＩＥ加工を行う。但し、絶縁膜２ａの開口２ｃ、絶縁膜８ａの開口８ｃ、貫通孔３のＲＩＥ加工は、加工条件及びエッチングガスがそれぞれ異なる。

次に、図２（Ｃ）のように、絶縁膜２ｂの２ｄ部分が露出するように、絶縁膜８ｂの８ｄ部分を加工する。絶縁膜８ｂの８ｄ部分の加工は、図２（Ｂ）の絶縁膜８ａの開口８ｃの加工と同じ方法で行い、同じエッチングマスクを用いる。絶縁膜８ｂの８ｄ部分の加工後、絶縁膜２ａの上面に形成されたエッチングマスクを除去する。

次に、図２（Ｄ）のように、貫通孔３の側壁３ａ（図２（Ｃ）参照）に第２絶縁膜４を形成する。第２絶縁膜４は、第１絶縁膜２の材質がシリコンの窒化膜であることに対して、シリコンの酸化膜である。第２絶縁膜４は、シリコンである貫通孔３の内壁３ａ（図２（Ｃ）参照）を熱酸化することによって形成されるシリコンの酸化膜であって、厚さが１．０μｍである。熱酸化時、基板１の最面はシリコンの窒化膜からなる第１絶縁膜２であるため、第２絶縁膜４は、貫通孔３の内壁３ａ（図２（Ｃ）参照）にのみ形成される。

次に、図２（Ｅ）のように、第１絶縁膜２ｂの上面に、導電性膜５を形成する。導電性膜５の構成及び形成方法は、実施例１の図１（Ｅ）で説明したものと同じである。次に、図２（Ｆ）のように、貫通孔の開口３ｂ（図２（Ｃ）参照）から見て、導電性膜５の５ａ部分が露出するように、第１絶縁膜２ｂの２ｄ部分を加工する。加工方法は、実施例１の図１（Ｆ）で説明した方法と同じである。導電性膜５の５ａ部分の面積は、第２絶縁膜４を含めた貫通孔３の口径より小さい。

次に、図２（Ｇ）のように、導電性膜５をシード層として、電解めっきによって、貫通孔３の内部を導電材料７で埋め込む。電気接続の確実性を確保するため、導電材料７を絶縁膜２ａの開口２ｃ（図２（Ｄ）参照）から突出させる。めっき方法は、実施例１の図１（Ｇ）で説明した方法と同じである。

次に、図２（Ｈ）のように、電気接続のため、導電材料７の両端面７ａ、７ｂを平坦化して、それぞれ第１絶縁膜２ａ、２ｂの面とほぼ同じ高さにする。平坦化のため、基板１の第１の面１ａ側（図１（Ａ）参照）及び第２の面１ｂ側（図１（Ａ）参照）からそれぞれＣＭＰ加工を行う。このように端面加工を施した導電材料７は、貫通配線となる。

以上の工程を用いれば、第２の実施形態と同様な効果を奏することができる。

上述した作製方法で得られる貫通配線を有する貫通配線基板は、ＬＳＩチップやマイクロマシン素子を含めた様々なデバイスやシステムに応用できる。このような貫通配線基板を使用することによって、デバイスやシステムの小型化、高密度化、高機能化を図ることができる。例えば、上述した貫通配線の作製方法の中で、基板上に、マイクロマシニング技術によって静電容量型トランスデューサ（ＣＭＵＴ：Ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ−Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ−Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ−Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）を作製することができる。このようなＣＭＵＴによると、振動膜の振動を用いて音響波（音波、超音波、光音響波と呼ばれるものなどを含む）を被検体に対して送信、受信することができ、特に液中において優れた広帯域特性を容易に得ることができる。こうしたＣＭＵＴは、実用上、２次元アレイ状に配置される複数の振動膜を１つのエレメント（素子）とし、更に、複数のエレメントを基板上に並べてトランスデューサを構成して、所望の性能を実現している。この構成において、各エレメントを独立に制御するために、それぞれのエレメントに対応する配線電極を形成する必要がある。ここで、小型化及び配線電極の寄生容量低減のために、基板を貫通する貫通配線を利用することが望ましく、上記構成はこれを実現している。

１・・基板、１ａ・・基板の第１の面、１ｂ・・基板の第２の面、２、８・・第１絶縁膜、３・・貫通孔、４・・第２絶縁膜、５・・導電性膜、７・・導電材料（貫通配線）

Claims (18)

1. 電解めっきを用いて基板に貫通配線を形成する方法であって、
   前記基板の互いに対向する第１の面及び第２の面に第１絶縁膜を形成する工程と、
   前記第２の面の第１絶縁膜の少なくとも一部が残るように、前記第１の面側の第１絶縁膜と前記基板とを貫通する貫通孔を形成する工程と、
   前記貫通孔の内壁に、前記第１絶縁膜とは異なる材質からなる第２絶縁膜を形成する工程と、
   前記第２の面の第１絶縁膜上に導電性膜を形成する工程と、
   前記貫通孔の底部において前記導電性膜が露出するように、前記第１の面の側から前記第２の面の第１絶縁膜を加工して前記第１絶縁膜に開口を形成する工程と、
   前記貫通孔の底部において露出している前記導電性膜をシード層として、電解めっきによって前記貫通孔の内部を導電材料で埋め込む工程と、
   を含むことを特徴とする貫通配線の形成方法。
2. 前記第２絶縁膜を形成する工程は、前記導電性膜を形成する工程より先に実行することを特徴とする請求項１に記載の貫通配線の形成方法。
3. 前記基板と前記第１絶縁膜の間に、前記第１絶縁膜とは異なる材質からなる別の第１絶縁膜を更に形成する工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の貫通配線の形成方法。
4. 前記第１絶縁膜は、２種類以上の材料からなる複数層膜であることを特徴とする請求項３に記載の貫通配線の形成方法。
5. 前記第２絶縁膜は、２種類以上の材料からなる複数層膜であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
6. 前記基板は半導体基板であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
7. 前記基板はシリコンで、前記第１絶縁膜はシリコンの窒化物の膜を含み、前記第２絶縁膜がシリコンの酸化物の膜を含むことを特徴とする請求項６に記載の貫通配線の形成方法。
8. 前記第１絶縁膜は、シリコンの窒化物またはシリコンの酸化物の単層膜、またはシリコンの窒化物とシリコンの酸化物の複数層膜から構成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
9. 前記基板の第１の面側及び第２の面側において、複数層膜から構成される前記第１絶縁膜のシリコンの酸化物とシリコンの窒化物は、それぞれ、厚さが同じで、同時に形成されることを特徴とする請求項８に記載の貫通配線の形成方法。
10. 前記貫通孔の底部における前記第２の面の第１絶縁膜の開口の径が、前記第２絶縁膜の内径より小さいことを特徴とする請求項１乃至９の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
11. 前記第２の面の第１絶縁膜を加工して開口を形成する工程において、前記第１の面上に形成するエッチングマスクの前記貫通孔の上の開口の径が、前記第１の面の第１絶縁膜の開口の径及び前記第２絶縁膜の内径より小さいことを特徴とする請求項１０に記載の貫通配線の形成方法。
12. 前記貫通孔の形成において、フォトレジストパターンをエッチングマスクとして、前記第１絶縁膜と前記基板を順番に加工し、前記基板を貫通する貫通孔の加工は、反応性イオンエッチング法を用いることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
13. 前記導電性膜は金属の層を含むことを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
14. 前記導電性膜は、前記第１絶縁膜との密着層と金属の層とを含むことを特徴とする請求項１３に記載の貫通配線の形成方法。
15. 前記導電性膜は、ＣｒとＣｕが順番に前記第１絶縁膜に形成された２層膜であることを特徴とする請求項１４に記載の貫通配線の形成方法。
16. 前記導電材料の両端面が出るように、前記基板の第１の面側及び第２の面側からそれぞれ加工を行うことを特徴とする請求項１乃至１５の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
17. 前記第１絶縁膜の上に、前記貫通配線と電気接続した電極を有するデバイスを作製する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１６の何れか１項に記載の貫通配線の形成方法。
18. 前記デバイスは、被検体からの音響波を受信する静電容量型トランスデューサであることを特徴とする請求項１７に記載の貫通配線の形成方法。