JP2016167491A - 貫通配線基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性の向上した貫通配線基板を低コストで提供する。【解決手段】本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の作製方法は、基板に、側壁を周回する段差を有する貫通孔を形成し、基板の第１面側よりシード層を成膜し、シード層に電流を供給する電解めっき法により、貫通孔内に金属材料を充填して導通部を形成することを含む。【選択図】図２

Description

本発明は貫通配線基板の製造方法に関する。

近年、ＬＳＩシステムの更なる高集積化、高機能化のために半導体チップを垂直に積層した三次元実装技術が必須となってきている。この技術においては、上下の半導体チップ同士を効率よく接続する必要がある。そこで、半導体チップに貫通孔を設けて貫通孔の内部に導電材を充填し、半導体チップの両面を電気的に接続する貫通配線技術が注目されている。

特にめっき処理により貫通配線を形成する技術として、貫通孔の一方の開口縁近傍に蓋めっきを形成し、基板の厚さ方向に導電材を成長させる所謂ボトムアップ方式にて導電材を充填する技術が知られている（特許文献１、２）。

特開２０１３−１０６０１５号公報 特開２０１４−１８７２９７号公報

しかしながらこの方法は、特に貫通孔のアスペクト比が小さい場合にはうまく貫通配線を形成できないことが懸念される。具体的には、めっき層の下地層となるシード層の形成において、一般の形成方法では貫通孔の側壁部にまでシード層が形成されやすく、その結果として、側壁に堆積したシード層から側壁に対して垂直方向にめっき層が成長してしまい、貫通配線内に空隙（ボイド）が発生する懸念がある。このようなボイドが発生すると、貫通配線の導通が確保されない場合があり、貫通配線基板の信頼性が劣化し、製造歩留まりが低下し得る。

このような問題に対して、例えば斜め蒸着といった特殊な成膜方法によってシード層を形成する対策が考えられる。斜め蒸着とは、蒸着源から飛来する蒸着材料が、成膜対象となる基板の表面の垂線に対して傾いて基板の表面に到達するように設定された蒸着である。しかしながら、この方法では特殊な装置を必要とするなど、装置側に大きな制限がある。

本発明は、上記実情に鑑み、信頼性の向上した貫通配線基板を低コストで提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の作製方法は、基板に、側壁を周回する段差を有する貫通孔を形成し、基板の第１面側よりシード層を成膜し、シード層に電流を供給する電解めっき法により、貫通孔内に金属材料を充填して導通部を形成することを含む。

貫通孔の構造によらずに、貫通配線内にボイドが発生しにくく、信頼性の向上した貫通配線基板を作製することができる。

シード層を成膜することは、スパッタリング法を用いる。

貫通孔の側壁にシード層が堆積されにくいため、めっき層形成時においてボイドが発生しにくくなる。

貫通孔は、基板の第１面側に第１開口縁を有し、第１面とは反対側の第２面に第２開口縁を有し、第１開口縁の面積は第２開口縁の面積よりも小さい。

貫通孔の構造が単純であるため、容易に形成することができる

段差は、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

貫通孔の側壁にシード層が堆積されにくくなる。また、基板の機械的強度の劣化を抑えることができる。

貫通孔を形成することは、基板の第１面側より、第１開口縁を有する第１の孔を形成し、基板の第２面側より、第２開口縁を有し、底部を有し、第１の孔に達する第２の孔を形成することを含んでもよい。

側壁に、側壁を周回する段差を有する貫通孔を容易に形成することができる。

貫通孔を形成することは、基板の第２面側より、第２開口縁を有し、底部を有する第２の孔を形成し、基板の第１面側より、第１開口縁を有し、第２の孔に達する第１の孔を形成することを含んでもよい。

側壁に、側壁を周回する段差を有する貫通孔を容易に形成することができる。

貫通孔は、アスペクト比が５以上８以下となる断面を含んでもよい。

アスペクト比が小さい貫通孔に対してもボイドの発生を極力抑えた貫通配線を形成することができる。

段差は、複数であってもよい。

貫通孔の段差近傍の機械的強度が向上する。

貫通孔を形成した後に、側壁に絶縁層を形成してもよい。

半導体基板や導電性基板を貫通電極基板に適用することができる。

本発明によると、信頼性の向上した貫通配線基板を低コストで提供することができる。

本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の構成を説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の貫通孔の段差を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の構成を説明する断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の貫通孔を説明する平面図及び断面図である。 本発明の一実施形態に係る貫通配線基板の貫通孔を説明する平面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の別の例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の更に別の例を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る貫通配線基板の構成及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

＜第１実施形態＞
図１及び図２を用いて、本発明の第１実施形態に係る貫通配線基板の構成について詳細に説明する。本実施形態では、貫通配線基板の表裏面にそれぞれ１層の配線層が配置され、それらの配線層が貫通配線によって接続された構造について説明するが、この構造に限定するものではなく、例えば、表裏面に多層配線が配置されていてもよく、また、トランジスタ等の素子が配置されていてもよい。

図１は、本実施形態に係る貫通配線基板１００の概要を示す平面図である。また、図２は、本実施形態に係る貫通配線基板１００のＡ−Ａ´断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る貫通配線基板１００は、第１面１０４から、第１面１０４とは反対側の第２面１０６を貫通する貫通孔１０８が設けられた基板１０２と、貫通孔１０８の内部に充填され、第１面１０４と第２面１０６とを接続する貫通配線１１０とを有する。

本実施形態及び後述する実施形態においては、基板の第１面１０４側の開口縁（第１開口縁１１２）及び第２面１０６側の開口縁（第２開口縁１１４）の形状が同一でなくてもよい。本実施形態においては、図１に示すように、第１開口縁１１２は第２開口縁１１４よりも面積が小さく、第２面１０６に投影された第１開口縁１１２は、第２開口縁１１４に囲まれるように配置している。

これに伴い、図２に示すＡ−Ａ´断面図において、貫通孔１０８は側壁に段差１１６を有する。基板１０２の表面のうち、この段差１１６に近い側の表面を第１面１０４とする。この段差１１６は、貫通孔１０８を周回するように形成されている。換言すると、貫通孔１０８は第１面１０４側の開口縁近傍に突起部１１７を有する。この突起部１１７は、貫通孔１０８の側壁を周回するように形成されている。

貫通孔１０８の好ましい形状について以下で説明する。断面形状において、基板の第１面１０４から段差１１６までの距離、つまり突起部１１７の厚さとしては、５０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。この範囲よりも薄いと構造的に脆弱になり、この範囲よりも厚いと段差１１６の効果が希薄になり、製造工程においてめっき層の形成時にボイド発生の懸念が増す。

平面形状において、第２開口縁１１４と、第２面１０６に投影された第１開口縁１１２との間隔、つまり、段差１１６は、５μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。この範囲よりも小さいと段差１１６の効果が希薄になり、ボイド発生の懸念が増し、この範囲よりも大きいと製造工程においてめっき層の形成時間が長くなり、製造工程が長期化し、製造コストが上昇してしまう。

第１開口縁１１２の形状については特に制限は無い。本実施形態においては円形の第１開口縁１１２及び第２開口縁１１４を示したが、例えば多角形や、スリット形状であってもよい。第１開口縁１１２のサイズ及びアスペクト比についても特に制限は無い。

貫通孔のアスペクト比とは、一般に、貫通孔の深さの値を貫通孔の開口の大きさで除した値で定義される。しかし、本発明による製造方法によって形成された貫通孔１０８は、第１開口縁１１２と第２開口縁１１４のサイズが必ずしも同一でないため、本明細書で用いるアスペクト比の定義をここで明確にしておく必要がある。本明細書においては、貫通孔１０８のアスペクト比とは、貫通孔１０８の深さの値を第２開口縁１１４の大きさで除した値を指すことにする。第２開口縁１１４の大きさとは、貫通孔１０８を通り、基板１０２の表面に垂直な平面を定義し、当該平面における貫通孔１０８の断面において、第２開口縁に対応する２点間の距離とする。当該２点間の距離は貫通孔の断面毎に異なるため、本明細書においては、貫通孔１０８の断面毎にアスペクト比が定義されることになる。

このような段差１１６を貫通孔１０８の側壁に設けることについての作用及び効果については、後述する製造方法と共に詳細に説明する。
。

本実施形態及び後述する実施形態においては、貫通配線１１０は少なくとも２層の導電層を含む。つまり、図２に示すように、段差１１６から第１面１０４側にかけての側壁、及び段差１１６から第２面１０６側にかけての側壁に配置された第１導電層１１８と、第１導電層１１８を被覆し、貫通孔１０８を充填する第２導電層１２０とを含む。第１導電層１１８は、段差１１６を境に物理的に分離されている。後述するが、本実施形態による貫通配線１１０は電界めっき法により形成される。第１導電層１１８はシード層の名残であり、第２導電層１２０は、基板１０２の第１面１０４側から基板１０２の厚さ方向に成長しためっき層である。

第１導電層１１８の材料としては、下地の基板１０２と密着性がよい導電材料を使用することができる。例えば、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）これらの化合物、あるいはこれらの合金などを使用することができる。特に、第１導電層１１８上に堆積される第２導電層１２０が銅（Ｃｕ）を含む場合、第１導電層１１８は、Ｃｕの拡散を抑制する材料を使用することができ、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等を使用してもよい。更に、これらを積層してもよい。ここで、第１導電層１１８の厚さは、特に制限はないが、例えば、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲でが望ましい。

第２導電層１２０としては、第１導電層１１８との密着性が良く、電気伝導度が高い導電材料を使用することができる。例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属またはこれらを用いた合金などから選択することができる。更に、これらを積層してもよい。

基板１０２の厚さは特に制限はないが、例えば、１００μｍ以上８００μｍ以下の厚さの基板を使用することが好ましい。より好ましくは、２００μｍ以上５００μｍ以下の厚さであるとよい。基板１０２の厚さが薄くなると、基板１０２のたわみが大きくなる。その影響で、製造過程におけるハンドリングが困難になるとともに、基板１０２上に形成する薄膜等の内部応力により基板１０２が反ってしまう。また、基板１０２の厚さが厚くなると貫通孔１０８の形成時間が長くなる。その影響で製造工程が長期化し、製造コストが上昇してしまう。

基板１０２としては、絶縁性基板、半導体基板又は導電性基板を用いることができる。絶縁性基板としては、例えばガラス基板、石英基板、サファイア基板、樹脂基板等を用いることができる。半導体基板としては、例えばシリコン基板、炭化シリコン基板、化合物半導体基板等を用いることができる。導電性基板としては、例えばアルミニウム基板、ステンレス基板等を使用することができる。また、これらが積層されたものであってもよい。

図３から図６を参照し、本実施形態による貫通配線基板１００の製造方法について説明する。図３から図６は、本実施形態による貫通配線基板１００の製造方法を説明する断面図である。

［貫通孔の形成］
先ず、基板１０２に、側壁に段差１１６を有する貫通孔１０８を形成する。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、このような貫通孔１０８を形成する工程は、大きく２段階に分かれる。第１段階として、基板１０２の第１面１０４にマスク（図示せず）を形成し、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ：反応性イオンエッチング）、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ ＲＩＥ：深掘り反応性イオンエッチング）等のドライエッチング加工、サンドブラスト加工、レーザー加工等により、基板１０２の第１面１０４に第１開口縁１１２を有する第１の孔１２２を形成する（図３（ａ））。ここで、第１の孔１２２の深さは所望の突起部１１７の厚さ以上であればよく、貫通させても構わないが、好ましくは所望の突起部１１７の厚さである。

次いで、第２段階として、基板１０２の第２面１０６にマスク（図示せず）を形成し、第１の孔１２２の形成方法と同様にして、基板１０２の第２面１０６に、第２開口縁１１４を有し、貫通孔１０８の側壁に段差１１６を設けるための底部を有する第２の孔１２４を形成する（図３（ｂ））。第２の孔１２４は、形成される突起部１１７が、所望の厚さになるまでエッチングすることによって形成する。ここで、第１の孔１２２の深さが所望の突起部１１７の厚さに形成されていれば、第２の孔１２４のエッチングにおいて、第２の孔１２４の底部が第１の孔１２２に達して貫通した時点で所望の形状の貫通孔１０８となる。

［貫通配線の形成］
次いで、貫通配線１１０を形成する。貫通配線１１０の形成は、電界めっき法を用いる。先ず、基板１０２の第１面１０４側からスパッタ法によりシード層１２６を形成する。本実施形態において、シード層１２６の形成方法についてはスパッタ法を想定するが、これに限定されず、例えば蒸着法や無電解めっき法を用いてもよい。

このようにしてシード層１２６を成膜すると、図４（ａ）に示すように、シード層１２６は基板１０２の第１面１０４側、及び貫通孔１０８の側壁に堆積するが、段差１１６を境にシード層１２６は物理的に分離される。つまり、貫通孔１０８側壁の段差１１６のために、段差１１６近傍にはシード層１２６が堆積されにくくなる。

貫通孔の側壁に本実施形態のような段差１１６を設けない構造において、特に貫通孔のアスペクト比が小さい場合、つまり貫通孔のサイズが大きい場合は、シード層１２６の成膜材料が貫通孔１０８の開口部から側壁の深部に亘って連続的に付着しやすい。その結果、めっき層１２８形成時に側壁に堆積されたシード層１２６を下地とし、側壁に対して垂直方向にめっき層１２８が成長してしまい、貫通配線１１０内にボイドが発生してしまう懸念があった。

そこで、本実施形態のように貫通孔１０８の側壁に段差１１６を設けることによって、貫通孔１０８のアスペクト比に依らず、段差１１６を境にシード層１２６を物理的かつ電気的に分離することができる。これによって、めっき層１２８の形成工程において、段差１１６より第１面１０４側のシード層１２６のみに電流を供給することができ、第１面１０４側から基板１０２の厚さ方向へボトムアップ方式によってめっき層１２８を充填することができる。このとき、段差１１６から第２面１０６側のシード層１２６は、めっき処理の下地層として機能せず、ボトムアップ方式の充填の妨げとならない。つまり、アスペクト比が比較的小さい貫通孔１０８であってもシード層１２６が貫通孔１０８の側壁に堆積されることを極力避けることができる。

シード層１２６の材料としては、下地の基板１０２と密着性がよい導電材料を使用することができる。例えば、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）これらの化合物、あるいはこれらの合金などを使用することができる。特に、シード層１２６上に堆積されるめっき層１２８が銅（Ｃｕ）を含む場合、シード層１２６は、Ｃｕの拡散を抑制する材料を使用することができ、例えば窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化モリブデン（ＭｏＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）等を使用してもよい。更に、これらを積層してもよい。ここで、シード層１２６の厚さは、特に制限はないが、例えば、５０ｎｍ以上４００ｎｍ以下の範囲で適宜選択することができる。

次いで、シード層１２６を下地層とする電界めっき法により、めっき層１２８を形成する。前述のようにシード層１２６は基板１０２の第１面１０４側、及び第１面１０４から段差１１６にかけての側壁に形成されている。この電解めっき工程では、シード層１２６上に導電材が析出するとともに、電界密度の高い開口部に集中的に導電材が析出して、第１面１０４側の開口部が閉塞される（図４（ｂ））。そして、この閉塞部位から基板１０２の厚さ方向に導電材が析出、成長し、図５（ａ）に示すように、貫通孔１０８内が導電材で充填される。このように、本発明では、シード層１２６に電流を供給して、貫通孔１０８内に一方向からめっき層１２８を析出、成長させて充填するので、ボイドを生じることなく緻密な導電材を貫通孔１０８内に形成することができる。

めっき層１２８としては、シード層１２６との密着性が良く、電気伝導度が高い導電材料を使用することができる。例えば、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）等の金属またはこれらを用いた合金などから選択することができる。更に、これらを積層してもよい。

尚、貫通孔１０８の側壁の段差は、本実施形態のように１段の態様に限られず、図６（ａ）に示すように複数の段差を設けてもよい。このようにすれば、段差部分の機械的強度を高めることができる。また、本実施形態のように第１面１０４側の開口部に突起部１１７を設ける態様に限られず、図６（ｂ）に示すように、側壁の内部に突起部１１７を設けても構わない。

次に、基板１０２の表面上の余分な導電材を研磨して除去（図５（ｂ））した後、フォトリソグラフィ工程によって配線１３０を形成する（図５（ｃ））ことにより、貫通配線基板１００が得られる。

＜第２実施形態＞
図３〜図６を用いて説明した第１実施形態による貫通配線基板１００の製造方法において、貫通孔１０８を形成する際は先ず基板１０２の第１面１０４側から貫通孔又は有底孔を形成し、その後に第２面１０６側から有底孔を形成したが、貫通孔１０８を形成する工程はこれに限られない。第１実施形態による貫通配線基板１００の製造方法に対し、貫通孔１０８の形成を以下のように変形することも可能である。

先ず、図８（ａ）に示すように、基板１０２の第２面１０６にマスク（図示せず）を形成し、前述したエッチング方法により、基板１０２の第２面１０６に第２開口縁１１４を有し、貫通孔１０８の側壁に段差１１６を設けるための底部を有する第１の孔１２２を形成する。第１の孔１２２は、底部から第１面１０４までの距離が所望の突起部１１７の厚になるまでエッチングを行う。

次いで、図８（ｂ）に示すように、基板１０２の第１面１０４にマスク（図示せず）を形成し、前述したエッチング方法により、基板１０２の第１面１０４に第１開口縁１１２を有し、第１の孔１２２の底部に達する第２の孔１２４を形成する。

後の貫通配線形成工程については、前述した方法を用いればよい。

＜第３実施形態＞
図９は、第１実施形態に係る貫通配線基板１００の製造方法において、絶縁層１３２が形成された基板１０２の断面を示す模式図である。図３（ｂ）又は図８（ｂ）に示す基板１０２に対して、図９に示すように絶縁層１３２が形成されてもよい。この絶縁層１３２の形成は、貫通孔１０８の形成後、且つ貫通配線１１０を形成する前に行えばよい。この絶縁層１３２は、基板１０２が半導体基板又は導電性基板である場合に、貫通配線１１０と基板１０２とを絶縁することができればよいため、少なくとも貫通孔１０８の側壁に形成されていればよい。これによって、基板１０２が半導体基板又は導電性基板である場合に、基板１０２と貫通配線１１０とを電気的に絶縁することができる。

絶縁層１３２は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン等の無機絶縁性材料、ポリイミド、ベンゾシクロブテン等の有機絶縁性材料から選択される１種の材料よりなる単層膜、または２以上の材料よりなる積層膜などであってもよい。絶縁層は、ＣＶＤ法（プラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等）、ＰＶＤ法（蒸着法およびスパッタリング法等）、熱酸化法、スプレーコート法等により形成される。絶縁層１３２の厚さは、所望の絶縁性が得られれば特に制限はないが、例えば、０．５μｍ〜５μｍとすることができる。なお、基板１０２の第１面１０４と絶縁層１３２との間には、別の構造体が存在していてもよい。なお、基板１０２が石英、ガラス、サファイア等の絶縁性を有する基板である場合には、絶縁層１３２の存在は任意である。

＜第４実施形態＞
貫通配線基板において貫通孔の形状は典型的には円形であるが、他の例として、本実施形態においてはスリット形状の貫通孔とした場合の貫通配線基板の製造方法について説明する。

図１０（ａ）は、スリット形状を有する貫通孔の上面図である。実線及び破線はそれぞれ、貫通孔の第１面１０４側の開口縁（第１開口縁１１２）及び第２面１０６側の開口縁（第２開口縁１１４）を示している。図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）はそれぞれ、図１０（ａ）のＡ−Ａ´及びＢ−Ｂ´に沿った断面図である。これらの平面図及び断面図が示すように、貫通孔は側壁に段差１１６を有している。このようなスリット形状を有し、側壁に段差１１６を有する貫通孔の形成についても、第１実施形態において説明した方法を用いればよい。

図１０に示した形状の貫通孔１０８は、Ａ−Ａ´及びＢ−Ｂ´において異なる断面を有するため、それぞれの断面でアスペクト比が異なる。つまり、Ａ−Ａ´に沿った断面におけるアスペクト比は、Ｂ−Ｂ´に沿った断面におけるアスペクト比よりも小さい。

前述のように、段差の無い構造では、小さいアスペクト比を有する貫通孔ほど、スパッタリング等によるシード層１２６の形成時に貫通孔の側壁にシード層１２６の成膜材料が付着してしまい、その結果として、側壁のシード層１２６から、側壁に対して垂直方向にめっき層１２８が成長してしまい、貫通配線１１０内にボイドが発生してしまうという問題があった。

本実施形態による貫通配線基板の製造方法によれば、スリット形状を有する貫通孔１０８の側壁に段差１１６が設けられるため、シード層１２６形成時にシード層１２６の成膜材料が段差１１６の近傍に付着することを極力避けることができる。つまり、Ａ−Ａ´断面のようにアスペクト比が比較的小さい断面を有する貫通孔に対しても、第１面１０４側から基板１０２の厚さ方向に、所謂ボトムアップ方式でめっき層１２８を成長させることができる。本発明による貫通配線基板の製造方法によれば、アスペクト比が５以上８以下となる断面を含む貫通孔に対しても、貫通配線１１０内においてボイドの発生を効果的に抑えることができる。よって、貫通配線１１０の安定した導通を確保することができ、製造歩留まりの低下を抑えることができる。

＜第５実施形態＞
以上の実施形態において、貫通孔１０８の形状として、円形及びスリット形状を例示して貫通配線基板の製造方法について説明した。本発明による貫通配線基板の製造方法に適用可能な貫通孔１０８の形状はこれらに限られない。貫通孔１０８の形状は任意であり、例えば、多角形や閉じた曲線であってもよく、線分と曲線との組み合わせであってもよい。適用可能な形状の一例を図１１に示しておく。

＜第６実施形態＞
本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態における貫通配線基板を用いて製造される半導体装置について説明する。

図１２は、本発明の実施形態１に係る半導体装置を示す図である。半導体装置１０００は、３つの貫通配線基板１３１０、１３２０、１３３０が積層され、例えば、ＤＲＡＭ等の半導体素子が形成されたＬＳＩ基板１４００に接続されている。貫通配線基板１３１０は、第一配線、第二配線等で形成された接続端子１５１１、１５１２を有している。これらの貫通配線基板１３１０、１３２０、１３３０はそれぞれが異なる材質の基板から形成された貫通配線基板であってもよい。接続端子１５１２は、ＬＳＩ基板１４００の接続端子１５００とバンプ１６１０により接続されている。接続端子１５１１は、貫通配線基板１３２０の接続端子１５２２とバンプ１６２０により接続されている。貫通配線基板１３２０の接続端子１５２１と、貫通配線基板１３３０の接続端子１５３２と、についても、接続端子がバンプ１６３０により接続する。バンプ１６１０、１６２０、１６３０は、例えば、インジウム、銅、金等の金属を用いる。

なお、貫通配線基板を積層する場合には、３層に限らず、２層であってもよいし、さらに４層以上であってもよい。また、貫通配線基板と他の基板との接続においては、バンプによるものに限らず、共晶接合など、他の接合技術を用いてもよい。また、ポリイミド、エポキシ樹脂等を塗布、焼成して、貫通配線基板と他の基板とを接着してもよい。

図１３は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の別の例を示す図である。図１４に示す半導体装置１０００は、ＭＥＭＳデバイス、ＣＰＵ、メモリ等の半導体チップ（ＬＳＩチップ）１４１０、１４２０、および貫通配線基板１３００が積層され、ＬＳＩ基板１４００に接続されている。

半導体チップ１４１０と半導体チップ１４２０との間に貫通配線基板１３００が配置され、バンプ１６４０、１６５０により接続されている。ＬＳＩ基板１４００上に半導体チップ１４１０が載置され、ＬＳＩ基板１４００と半導体チップ１４２０とはワイヤ１７００により接続されている。この例では、貫通配線基板１３００は、複数の半導体チップを積層して３次元実装するためのインターポーザとして用いられ、それぞれ機能の異なる複数の半導体チップを積層することで、多機能の半導体装置を製造することができる。例えば、半導体チップ１４１０を３軸加速度センサとし、半導体チップ１４２０を２軸磁気センサとすることによって、５軸モーションセンサを１つのモジュールで実現した半導体装置を製造することができる。

半導体チップがＭＥＭＳデバイスにより形成されたセンサなどである場合には、センシング結果がアナログ信号により出力されるようなときがある。この場合には、ローパスフィルタ、アンプ等についても半導体チップまたは貫通配線基板１３００に形成してもよい。

図１４は、本発明の第１１実施形態に係る半導体装置の別の例を示す図である。上記２つの例（図１２、図１３）は、３次元実装であったが、この例では、２次元と３次元との併用実装に適用した例である（２．５次元という場合もある）。図１４に示す例では、ＬＳＩ基板１４００には、６つの貫通配線基板１３１０、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０、１３６０が積層されて接続されている。ただし、全ての貫通配線基板が積層して配置されているだけでなく、基板面内方向にも並んで配置されている。これらの貫通配線基板はそれぞれが異なる材質の基板から形成された貫通配線基板であってもよい。

図１４の例では、ＬＳＩ基板１４００上に貫通配線基板１３１０、１３５０が接続され、貫通配線基板１３１０上に貫通配線基板１３２０、１３４０が接続され、貫通配線基板１３２０上に貫通配線基板１３３０が接続され、貫通配線基板１３５０上に貫通配線基板１３６０が接続されている。

上記のように製造された半導体装置１０００は、例えば、携帯端末（携帯電話、スマートフォンおよびノート型パーソナルコンピュータ等）、情報処理装置（デスクトップ型パーソナルコンピュータ、サーバ、カーナビゲーション等）、家電等、様々な電気機器に搭載される。

なお、本発明は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１００：貫通配線基板
１０２：基板
１０４：第１面
１０６：第２面
１０８：貫通孔
１１０：貫通配線
１１２：第１開口縁
１１４：第２開口縁
１１６：段差
１１８：第１導電層
１２０：第２導電層
１２２：第１の孔
１２４：第２の孔
１２６：シード層
１２８：めっき層
１３０：配線
１０００：半導体装置
１１３０：垂線
１１４０：回転支持柱
１１４１：ホルダ
１１５０：真空チャンバ
１２００：電子銃
１２０１：電子ビーム
１２１０：坩堝
１２１２：蒸着源
１２１４：蒸着材料
１２２２：ゲートバルブ
１３００：貫通配線基板
１３１０、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０、１３６０：貫通配線基板
１４００：ＬＳＩ基板
１４１０、１４２０：半導体チップ
１５００、１５１１、１５１２、１５２１、１５２２、１５３２：接続端子
１６１０、１６２０、１６３０、１６４０、１６５０：バンプ
１７００：ワイヤ

Claims (9)

1. 基板に、側壁を周回する段差を有する貫通孔を形成し、
   前記基板の表面のうち、前記段差に近い側の表面である第１面側よりシード層を成膜し、
   前記シード層に電流を供給する電解めっき法により、前記貫通孔内に金属材料を充填して導通部を形成することを含む貫通配線基板の製造方法。
2. 前記シード層を成膜することは、
   スパッタリング法を用いることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
3. 前記貫通孔は、前記基板の前記第１面側に第１開口縁を有し、前記第１面とは反対側の第２面に第２開口縁を有し、前記第１開口縁の面積は前記第２開口縁の面積よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
4. 前記段差は、５μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の貫通配線基板の製造方法。
5. 前記貫通孔を形成することは、
   前記基板の前記第１面側より、第１開口縁を有する第１の孔を形成し、
   前記基板の前記第１面とは反対側の第２面側より、第２開口縁を有し、底部を有し、前記第１の孔に達する第２の孔を形成すること
   を含む請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
6. 前記貫通孔を形成することは、
   前記基板の前記第１面とは反対側の第２面側より、第２開口縁を有し、底部を有する第２の孔を形成し、
   前記基板の第１面側より、第１開口縁を有し、前記第２の孔に達する第１の孔を形成すること
   を含む請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
7. 前記貫通孔は、アスペクト比が５以上８以下となる断面を含むことを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
8. 前記段差は、複数であることを特徴とする請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。
9. 前記貫通孔を形成した後、且つ前記シード層を形成する前に、前記側壁に絶縁層を形成すること
   を更に含む請求項１に記載の貫通配線基板の製造方法。

Images