JP2019114734A

JP2019114734A - 貫通電極基板、貫通電極基板の製造方法及び貫通電極基板を用いた半導体装置

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Publication number: JP2019114734A
Application number: JP2017248866A
Authority: JP
Inventors: 浅野　雅朗; Masaaki Asano; 雅朗浅野
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-11

Abstract

【課題】孔開口部の破損防止とその部位への配線形成を容易にすると伴に、該保護膜や該保護膜上に形成するシード層及び貫通めっき配線のシワ発生や膜剥がれを防止する貫通電極構造及びその製造方法を提供する。【解決手段】本開示の一実施形態に係る貫通電極基板は、基板と、前記基板の第１の面と、前記基板の前記第１の面と反対の面である第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、前記基板の前記貫通孔がある内壁に配置された無機層と、を備え、前記無機層の前記貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きい、貫通電極基板である【選択図】図３

Description

本開示は、貫通電極基板、貫通電極基板の製造方法及び貫通電極基板を用いた半導体装置に関する。

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、基板の貫通孔がある内壁に導電層を設けた後、当該導電層の内側を樹脂で充填し、半導体チップの両面を電気的に接続する貫通電極技術が注目されている（例えば、特許文献１、非特許文献１）。

しかしながら、特許文献１に開示された技術等では、貫通電極基板の製品において、貫通孔に貫通電極を形成する際、貫通孔形状は、矩形形状をしているため、そこを起点にして破損することがあり、その部位への配線等の形成が難しい。そのために、現在までに開口孔付近を追加エッチング処理等で、形状を丸く処理し、その部位に保護膜を形成し、補強し又は丸みを帯びた形状とする方法が試みられている（特許文献２〜４）。特許文献２は貫通孔に、ＳｉＯ₂被膜を形成するものであり、特許文献３は貫通孔に、応力緩和膜を形成するものであり、特許文献４は貫通孔に、応力緩和膜を形成するものである。

しかし、前者は、加工制御が難しく（開口寸法の調整）、開口孔幅が広がり、パターンの集積化に不具合を発生する。後者は、形成した該保護膜の応力により、保護膜自体あるいは積層させるシード層やめっき層の膜剥離やシワ発生の不具合をもたらす。

特開平成１１−２６８９２号公報特開２０１０−９７５６９号公報特開２０１３−５３７７２３号公報特許５９０４５５６号

Tech Chong Lee, Yung-Shun Chang, Che-Ming Hsu, Sheng-Chi Hsieh, Pao-Nan Lee, Yu-Chang Hsieh, "Glass Based 3D-IPD Integrated RFASIC in WLCSP, 2017 IEEE 67th Electronic Components and Technology Conference

孔開口部の破損防止とその部位への配線形成を容易にすると伴に、該保護膜や該保護膜上に形成するシード層及び貫通めっき配線のシワ発生や膜剥がれを防止する貫通電極構造及びその製造方法を提供する。

本開示の一実施形態によれば、基板と、前記基板の第１の面と、前記基板の前記第１の面と反対の面である第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、前記基板の前記貫通孔がある内壁に配置された無機層と、を備え、前記無機層の前記貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きい、貫通電極基板が提供される。

本開示の一実施形態によれば、基板と、前記基板の第１の面と、前記基板の前記第１の面と反対の面である第２の面と、前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、前記基板の前記貫通孔がある内壁に配置された無機層と、を備え、前記無機層によって形成される孔の端部における径が、前記孔の中央部における径よりも大きい、貫通電極基板が提供される。言い換えれば、孔面における貫通孔の径（基板面における貫通孔の孔部分の径、すなわち、孔開口部の基板面における径）が、貫通孔の中央部における貫通孔の径よりも小さくなっている。

本開示の一実施形態において、前記基板がシリコン基板又はガラス基板であってもよい。

前記ガラス基板としては、石英ガラス基板、ソーダガラス基板、ホウ珪酸ガラス基板、無アルカリガラス基板であってもよい。

本開示の一実施形態において、前記第１の面に配置され、前記貫通電極に接続する第１の配線層をさらに備えてもよい。

本開示の一実施形態において、前記絶縁層は有機絶縁層であってもよい。

本開示の一実施形態において、前記樹脂層は、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂を含んでもよい。

上記貫通電極基板において、無機層は、基板の貫通孔の端部を保護するように設けられてもよい。また、無機層はラウンド形状であってもよい。

上記貫通電極基板において、無機層は、基板の片方の面だけに設けられてもよいし、両側の面に設けられてもよい。

上記貫通電極基板において、無機層は、貫通孔の側壁と接していてもよい。

また、上記貫通電極基板において、貫通電極の上面が凹凸形状であってもよい。

また、上記貫通電極基板において、無機層は、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であってもよい。

また、上記貫通電極基板において、第１無機層は、焼結体であってもよい。

また、上記貫通電極基板において、貫通孔に設けられ、貫通電極と側面で接する充填材をさらに含んでいてもよい。

また、上記貫通電極基板において、基板の第１面、貫通電極のうち第１面側の上面および無機層と接する導電層をさらに含んでいてもよい。

本開示の一実施形態によれば、貫通電極基板と、前記基板の前記貫通電極に接続されたＬＳＩ基板と、前記基板の前記貫通電極に接続された半導体チップと、貫通電極基板が提供される。

本開示の一実施形態によれば、第１の面と前記第１の面と反対の面である第２の面とを有する基板に、前記第１の面側から貫通孔を形成し、前記基板の前記貫通孔がある内壁に無機層を形成することを含み、前記無機層の前記貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きい、貫通電極基板の製造方法が提供される。

本開示の一実施形態によれば、第１の面と前記第１の面と反対の面である第２の面とを有する基板に、前記第１の面側から貫通孔を形成し、前記基板の前記貫通孔がある内壁に無機層を形成することを含み、を備え、前記無機層によって形成される孔の端部における径が、前記孔の中央部における径よりも大きい、貫通電極基板の製造方法が提供される。

本開示の一実施形態において、前記樹脂層を形成した後、前記第１の面に前記貫通電極と接続する第１の配線層を形成することをさらに含んでもよい。

本開示の一実施形態において、前記第１の配線層の上側と前記樹脂層に接するように絶縁層を形成することをさらに含んでもよい。

本開示の一実施形態において、前記第１の面に配置され、前記貫通電極に接続する第１の配線層を形成することと、前記第１の配線層の上側に配置され、前記樹脂層と接する絶縁層を形成することと、をさらに備えてもよい。

本開示の一実施形態において、無機層は、貫通孔の側壁と接していてもよい。

本開示の一実施形態において、上記貫通電極基板において、貫通電極の上面が凹凸形状であってもよい。

本開示の一実施形態において、無機層は、窒化シリコン膜又は酸化シリコン膜であってもよい。

本開示の一実施形態において、無機層は、焼結体であってもよい。

本開示の一実施形態において、貫通孔に設けられ、貫通電極と側面で接する充填材をさらに含んでいてもよい。

本開示の一実施形態において、基板の第１面、貫通電極のうち第１面側の上面および無機層と接する導電層をさらに含んでいてもよい。

本開示の一実施形態によると、気密性の高い貫通電極を有する貫通電極基板を提供することができる。たとえば掛かる貫通電極基板を使用した力学量センサは、センサ感度を高めることができる。

本開示の一実施形態に係る力学量センサを説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を説明する上面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を説明する上面図および断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を説明する上面図および断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の応用例を説明する断面図である。本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の応用例を説明する断面図である。本開示の一実施例に係る貫通電極基板を説明する断面図である。

以下、本開示の各実施形態に係る貫通電極基板について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す各実施形態は本開示の実施形態の一例であって、本開示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。図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なったり、構成の一部が図面から省略されたりする場合がある。

本明細書において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。従って、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。

（力学量センサ）
図１に力学量センサ２０の断面図を示す。図１に示すように、力学量センサ２０は、貫通電極基板１００、基板２１０、絶縁層２２０、導電層２３０、薄膜２３５を有する。

基板２１０には、シリコン基板が用いられる。絶縁層２２０には、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウムなどが用いられる。導電層２３０には、半導体材料が用いられるが、金属材料などが用いられてもよい。例えば、導電層２３０にシリコン（Ｓｉ）が用いられる場合、シリコン中にホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などを多く（例えば１０¹⁸〜１０²⁰ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度）含むことにより、導電性を有することができる。基板２１０および絶縁層２２０は、開孔部２１５を有する。

薄膜２３５は、導電層２３０の領域２５０に相当する部分として設けられる。薄膜２３５の膜厚は適宜設定すればよく、好ましくは１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。薄膜２３５は、可撓性を有する。薄膜２３５は、少なくとも第１面２３５Ａ（上面）において導電性を有する。

力学量センサ２０は、閉じられた空間３００を有し、外力（例えば、圧力）に応じて、薄膜２３５の形状が変わる。例えば、外力が大きい場合には、薄膜２３５は下側（第１面２３５Ａ側）に大きく撓む。また、外力が小さい場合には、薄膜２３５は下側（第１面２３５Ａ側）への撓みが小さくなる。この薄膜２３５の形状変化の違いにより、薄膜２３５と貫通電極基板１００に設けられた電極１４０との間の距離が変わる。これにより、薄膜２３５と電極２４０との間の静電容量が変わるため、これを電気信号としてとらえ、外力に応じた電気信号が得られる。貫通電極基板１００の構成については、以下に詳述する。本開示に係る貫通電極基板を用いた力学量センサは、センサ感度を向上させることができる。

（貫通電極基板）
図２に示すように、貫通電極基板１０には、基板１００に貫通孔１１０が設けられている。また、図３に示すように、貫通電極基板１０は、基板１００及び貫通電極１３０を有する。基板１００は、上面（第１の面）１０２及び下面（第２の面）１０４を有する。基板１００には、上面１０２と下面１０４とを貫通する貫通孔１１０が設けられている。貫通孔１１０や貫通電極１３０は、複数であってもよい。

基板１００は、この例では、ガラス基板である。ガラス基板としては、石英ガラス基板、ソーダガラス基板、ホウ珪酸ガラス基板、無アルカリガラス基板などが挙げられる。また、ガラス基板の他にも、シリコン基板、炭化シリコン基板、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）基板、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、ジルコニア（ＺｒＯ₂）基板、サファイア基板、アクリルまたはポリカーボネートなどを含む樹脂基板、またはこれらの基板が積層されたものが用いられてもよい。シリコン基板、炭化シリコン基板、化合物半導体基板などの半導体基板や、ステンレス基板などの導電性基板を使用する場合には、当該基板の周りを絶縁層で被覆する必要がある。たとえば、貫通孔１１０を形成後、シード層１６２の形成前に、絶縁膜を形成することになる。

基板１００の厚さ、すなわち、上面１０２と下面１０４との間の距離は、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できる。基板１００の厚さは、より好ましくは、２００μｍ以上４００μｍ以下であるとよい。上記の基板の厚さｔの下限よりも基板が薄くなると、基板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、基板上に形成する薄膜等の内部応力により基板が反ってしまう。上記の基板の厚さｔの上限よりも基板が厚くなると、ガラス基板への貫通孔形成が難しくなる。

貫通孔１１０は、基板１００を貫くように内壁１１２に配置される。本発明では、貫通孔の端部１３０ａにおける欠け等を防止するために無機層１３２（無機層１３２ａ及び無機層１３２ｂ）が形成されている。無機層１３２の分、貫通孔が狭くなり、孔面における貫通孔の径（基板面における貫通孔の孔部分の径、すなわち、孔開口部の基板面における径）ｔ_aが、中央部における貫通孔の径ｔ_cよりも小さくなる。すなわち、ｔ_a＜ｔ_cとなる。また、貫通電極基板において無機層１３２の、貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きくてもよい。なお、ｔは、ｔ＝ｔ₁＋２ｔ₂、すなわち、内壁の径（ｔ₁）と内壁により形成される孔の径（ｔ₂）×２との合計として表すことができる（図３）。

貫通孔１１０は、基板１００の貫通孔１１０がある内壁１１２に配置され、上面１０２側に配置された配線層（第１の配線層）１６０と下面１０４側に配置された配線層１７０とを電気的に接続する。貫通電極基板１０において、貫通電極１６０はシード層１６２及びめっき層１６４を有する。貫通電極１１０と同様に、配線層１６０はシード層１６２及びめっき層１６４を有する。なお、表裏配線層と貫通孔配線を分けて記載するので、同時に形成するが、便宜上、分けて記載する。また、配線層１７０はシード層１７２及びめっき層１７４を有する。

シード層１６２及びめっき層１６４は、コンフォーマルに形成されている。シード層１７２及びめっき層１７４も、コンフォーマルに形成されている。ここで、コンフォーマルに形成するとは、表裏配線と貫通孔配線がほぼ均等な膜厚で形成できているために、表裏配線と貫通孔配線の厚みが均等ということを意味する。すなわち、貫通孔基板への基板表裏及び貫通孔部分への配線形成は、充填形状とコンフォーマル形状の２種類があり、充填形状は貫通孔全体にめっき配線が充填されているもので、他方、コンフォーマル形状は、めっき配線が充填されておらず、孔側壁に形成される形状である。このためコンフォーマル形状では、表裏と貫通孔部位を同時に、めっき形成することが可能である。もっとも、シード層１６２、１７２及びめっき層１６４、１７４は、コンフォーマルな形状に限定されず、凹凸があっても、配線層としての機能を有していればよい。

シード層１６２及び１７２は、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。また、密着層を形成してもよく、密着層としては、採用したシード層材料以外の金属材料や金属酸化物を用いることができる。密着層を設けた場合、ガラスへのシード層の密着力を強化することが可能となる。特に、めっき層１３４、１６４及び１７４が銅（Ｃｕ）を含む場合、無機層１３２、１６２及び１７２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。ここで、無機層１３２、１６２及び１７２の厚さは、特に制限はないが、例えば、３００ｎｍ以上１２００ｎｍ以下の範囲で適宜選択することができる。

めっき層１３４、１６４及び１７４は、それぞれ無機層１３２、１６２及び１７２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。

無機層１３２は、貫通孔１１０と基板１００との間に形成される。無機層１３２の材料は、無機材料である。本開示において、ポリイミド（ＰＩ）やエポキシ系樹脂のような有機系の樹脂は使用できない。本開示では、この無機層１３２を貫通孔端部保護可能に形成する。すなわち、通常は基板に直接シード層を形成するという従来の方法を覆し、無機層１３２を貫通孔端部の保護のために形成する。これにより、端部が欠けるなどして生じる配線性能の悪化（断線等）や基板全体の悪化（ひび割れ等）を阻止することができる。さらには、本開示では、無機層１３２を、貫通孔に対しコンフォーマルに形成してしまうと、応力によって無機層１３２が破壊されてしまうことがあることが分かった。そのため、無機層１３２を基板の上下で分割するように形成する（第１の面側を無機層１３２ａ、第２の面側を無機層１３２ｂという。）。このように形成することによって、応力が生じた場合においても、該応力を緩和させて無機層自体が変形、ひび割れ等を生じてしまうことを回避することが可能となる。

絶縁層１８０は、配線層１６０の上側に配置される。また、絶縁層１８０は、紙面で見たときに、配線層１７０の下側にも配置される。すなわち、貫通孔および基板上下面に形成された面に樹脂からなる絶縁膜を形成する。貫通孔に、樹脂を埋め込む。絶縁層１８０は、この例では、有機絶縁層である。有機絶縁層としては、ポリイミド、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、液晶ポリマー、ポリアミドイミド、ポリベンゾオキサゾール、シアネート樹脂、アラミド、ポリオレフィン、ポリエステル、ＢＴレジン、ＦＲ−４、ＦＲ−５、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、シンジオタクチック・ポリスチレン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルニトリル、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテルポリサルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリレート、ポリエーテルイミドなどを用いることができる。また、上記の樹脂に、ガラス、タルク、マイカ、シリカ、アルミナ等、無機フィラーを併用して用いてもよい。

なお、紙面でみたときに絶縁層１８０の上側及び下側に、さらに配線層と絶縁層（図示せず）を積層して多層配線基板としてもよい。

本開示によれば、無機層１３２によって形成される孔について、孔面における貫通孔の径（基板１００の第１の面１０２及び第２の面１０４における貫通孔の孔部分の径、孔の端部における径ということもできる。）が、孔の中央部における径よりも大きい。また、貫通電極基板において無機層１３２の、貫通孔の端部における厚みが、無機層の貫通孔の中央部における厚みよりも大きくてもよい。そのため、孔開口部の破損防止とその部位への配線形成を容易にすると伴に、該保護膜や該保護膜上に形成するシード層及び貫通めっき配線のシワ発生や膜剥がれを防止する貫通電極構造となる。

［貫通電極基板１０の製造方法］
図４から図１６を用いて、貫通電極基板１０の製造方法について説明する。図４から図１６は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法の一工程を説明する断面図である。図４から図１６において、図２に示す要素と同じ要素には同一の符号を付した。

まず、図４に示すように、基板１００を準備する。この例では、基板１００は、ガラス基板である。次に、図５に示すように、フェムト秒レーザを基板１００に照射することで、貫通孔を形成したい領域の基板の材料を変質させる。ここで、光源６００から出射されたレーザ光６０１は基板１００の上面１０２側から入射され、基板１００の内部の貫通孔を形成したい領域で焦点を結ぶ。レーザ光６０１が焦点を結んだ位置では、高いエネルギーが基板１００に供給され、基板の材料が変質する。

図６に示すように、上記のレーザ照射によって基板１００の基板内部に変質領域を形成する。ここで、変質領域１０９は、所望の貫通孔の形状に合わせて、適宜形状を変更することができる。ここで、変質領域１０９の領域が後の貫通孔１１０になるため、所望の貫通孔１１０の大きさに合わせて変質領域を調整すればよい。

次に、図７に示すように、薬液６１１を使用して基板１００の変質領域１０９をエッチングする。変質領域１０９は、変質していない領域と比べて薬液によるエッチングレートが早い。つまり、基板１００全体を薬液６１１に浸漬させることで変質領域１０９が、選択的に又は変質していない領域に比べて早い速度でエッチングされる。図７では、容器６１０に入れられた薬液６１１に基板１００を浸漬することで上面１０２及び下面１０４の両面側からエッチングを行う方法を示す。ここで、エッチングに使用する薬液６１１として、基板１００がガラス基板であれば、フッ酸（ＨＦ）、バッファードフッ酸（ＢＨＦ）、界面活性剤添加バッファードフッ酸などを使用することができる。エッチングに使用する薬液は基板の材質によって適宜選択することができる。また、エッチングの方法は浸漬させる方法以外にも、スピンコート式のエッチング方法でもよい。スピンコート式のエッチングを行う場合は、片面ずつ処理を行う。

次に、図８に示すように、上記の薬液６１１を使用したエッチングによって変質領域１０９を除去することで、貫通孔１１０を形成する。ここで、貫通孔１１０の平面視における形状には特に制限はなく、例えば円形でもよく、それ以外にも矩形や多角形であってもよい。もちろん、角に丸みを帯びた矩形や多角形であってもよい。

上記では、図４から図８を用いて、基板１００において貫通孔を形成したい領域にレーザ光を照射して変質領域を形成し、薬液によってウェットエッチングすることで貫通孔を形成する方法を説明したが、この方法に限定されない。例えば、高出力のレーザを基板１００に照射し、基板を融解することで貫通孔を形成してもよい。例えば、ガラス基板を加工するレーザとしてはＣＯ₂レーザなどを使用することができる。

続いて、図９に示すように、無機層１３２を形成する。基板１００の上面１０２側から、基板１００の上面１０２にシード層１６２と基板１００の側面１１２に無機層１３２を形成する。同様に、図１０に示すように、基板１００の下面１０４側から、基板１００の下面１０４にシード層１７２と基板１００の側面１１２に無機層１３２ｂを形成する。ここで、無機層１３２は、両端部における厚さが他の部分の厚さよりも厚くなるように、両端部に無機層１３２を形成する時間等の条件を調整する必要がある。

次に、図１１に示すように、まず、シード層１６２及び１７２上にフォトレジストを塗布した後に、露光及び現像を行うことによりレジストパターン６３０を形成する。レジストパターン６３０は、少なくとも貫通孔１１０を露出するように形成される。次に、無機層１３２、１６２及び１７２に通電することで電解めっきを行い、レジストパターン６３０から露出している無機層１３２、１６２及び１７２上に、それぞれめっき層１３４、１６４及び１７４を形成する。なお、孔があるために、液状レジストは使い難いため、ドライフィルムレジストを用いることができる。ドライフィルムレジストは、ラミネートにより形成し、その後、露光、現像する。

次に、レジストパターン６３０を除去する。すなわち、めっき層１３４、１６４及び１７４を形成した後に、レジストパターンを構成するフォトレジストを有機溶媒により除去する。なお、フォトレジストの除去には、有機溶媒を用いる代わりに、酸素プラズマによるアッシングを用いることもできる。めっき層から露出したシード層をエッチングする。すなわち、レジストパターン６３０によって覆われ、めっき層１６４及び１７４が形成されなかった領域のシード層１６２及び１７２を除去する（図１２）。

次に、図１３に示すように、樹脂を、上面１０２側から貫通孔１１０のうち貫通電極１３０の内側に充填する。この例では、樹脂は、ポリイミドである。樹脂を充填した時点では、樹脂は、流動性を有する。そこで、次に、樹脂を硬化させることによって、樹脂層１５０を形成する。この例では、樹脂は、熱硬化性樹脂であるポリイミドであるため、２００℃〜３００℃の温度で焼成することによって、硬化させる。なお、図１５は、概念図であるため、隙間１４１が生じることによって、第１の樹脂層１４０があたかも浮いているかのように見えるが、実際には、微細な凹凸形状となっており、第１の樹脂層１４０の一部は貫通電極１３０に接している。

次に、図１４に示すように、配線層１６０の上側と樹脂層１５０の上側に絶縁層１８０を形成する。同様に、紙面でみたときに、配線層１７０の下側と樹脂層１５０の下側にも絶縁層１８０を形成する。絶縁層１８０は樹脂層１５０に接するように形成される。なお、紙面でみたときに絶縁層１８０の上側及び下側に、さらに配線層と絶縁層（図示せず）を積層して多層配線基板としてもよい。また図１５に示すように絶縁層１８０が樹脂層１５０を兼ねるように製造してもよい。

本開示によれば、無機層１３２によって形成される孔について、孔面における貫通孔の径（基板１００の第１の面１０２及び第２の面１０４における貫通孔の孔部分の径、孔の端部における径ということもできる。）が、孔の中央部における径よりも大きい（図１６）。また、貫通電極基板において無機層１３２の、貫通孔の端部における厚みが、無機層の貫通孔の中央部における厚みよりも大きくてもよい（図１６）。そのため、孔開口部の破損防止とその部位への配線形成を容易にすると伴に、該保護膜や該保護膜上に形成するシード層及び貫通めっき配線のシワ発生や膜剥がれを防止する貫通電極構造となる。以上で貫通電極基板１０の製造方法について説明した。

＜第２実施形態＞
図１７から図１９を用いて、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置について説明する。図１７は、本開示の一実施形態又は変形例に係る貫通電極基板を用いた半導体装置を示す断面図である。半導体装置１０００は、３つの貫通電極基板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。貫通電極基板１３１０は、接続端子１５１１、１５１２を有している。これらの貫通電極基板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電極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、貫通電極基板１３２０の接続端子１５２２とバンプ１６２０により接続されている。貫通電極基板１３２０の接続端子１５２１と、貫通電極基板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、貫通電極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、貫通電極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、貫通電極基板と他の基板とを接着してもよい。

図１８は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置の別の例を示す断面図である。図１９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、および貫通電極基板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との間に貫通電極基板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、貫通電極基板１３００は、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電極基板１３００に形成してもよい。

図１９は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置のさらに別の例を示す断面図である。上記２つの例（図１８、図１９）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１９に示す例では、ＬＳＩ基板１４００には、６つの貫通電極基板１３１０、１３２０、１３３０、１３４０、１３５０、１３６０が積層されて接続されている。ただし、全ての貫通電極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。これらの貫通電極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電極基板であってもよい。

図１９の例では、ＬＳＩ基板１４００上に貫通電極基板１３１０、１３５０が接続され、貫通電極基板１３１０上に貫通電極基板１３２０、１３４０が接続され、貫通電極基板１３２０上に貫通電極基板１３３０が接続され、貫通電極基板１３５０上に貫通電極基板１３６０が接続されている。なお、図１９に示す例のように、貫通電極基板１３００を複数の半導体チップを接続するためのインターポーザとして用いても、このよう２次元と３次元との併用実装が可能である。例えば、貫通電極基板１３３０、１３４０、１３６０などが半導体チップに置き換えられてもよい。

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。

本開示に係る貫通電極基板を実際に製造する際のＳＥＭ像を図２０に示す。実際に、基板をＳｉとした場合において、無機層ＳｉＮを、貫通孔の端部を保護することができるよう形成した場合の図である。図２０（ａ）（ｂ）から分かるように、貫通孔の端部をラウンド形状の無機層が覆っている。図２０（ｃ）（ｄ）から分かるように、無機層の貫通孔の端部における厚みが、無機層の貫通孔の中央部における厚みよりも大きくなっている。言い換えれば、孔面における貫通孔の径（基板面における貫通孔の孔部分の径、すなわち、孔開口部の基板面における径）が、貫通孔の中央部における貫通孔の径よりも小さくなっている。この無機層を形成した貫通基板は貫通孔端部を保護することができる（孔開口部の破損防止をすることができる）。さらに、この無機層を形成した貫通基板に電極を形成して貫通電極基板を作成することができ、その際、孔開口部への配線形成を容易にすることができると伴に、該保護膜や該保護膜上に形成するシード層及び貫通めっき配線のシワ発生や膜剥がれを防止する貫通電極構造及びその製造方法を提供することができる。

なお、本開示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。

１０：貫通電極基板
２０：力学量センサ
１００：基板
１１０：貫通孔
１０２：上面
１０４：下面
１３０：貫通電極
１３０ａ：貫通孔端部
１３２：無機層
１８０：絶縁層

Claims

基板と、
前記基板の第１の面と、
前記基板の前記第１の面と反対の面である第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、
前記基板の前記貫通孔がある内壁に配置された無機層と、
を備え、
前記無機層の前記貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きい、貫通電極基板。
基板と、
前記基板の第１の面と、
前記基板の前記第１の面と反対の面である第２の面と、
前記第１の面と前記第２の面とを貫通する貫通孔と、
前記基板の前記貫通孔がある内壁に配置された無機層と、
を備え、
前記無機層によって形成される孔の端部における径が、前記孔の中央部における径よりも大きい、貫通電極基板。
前記基板がシリコン又はガラスである、
請求項１又は２に記載の貫通電極基板。
前記第１の面に配置され、前記貫通電極に接続する第１の配線層をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の貫通電極基板。
請求項１から４のいずれか一つに記載の貫通電極基板と、
前記基板の前記貫通電極に接続されたＬＳＩ基板と、
前記基板の前記貫通電極に接続された半導体チップと、
を有する、半導体装置。
第１の面と前記第１の面と反対の面である第２の面とを有する基板に、前記第１の面側から貫通孔を形成し、
前記基板の前記貫通孔がある内壁に無機層を形成することを含み、
前記無機層の前記貫通孔の端部における厚みが、前記無機層の前記貫通孔の中央部における厚みよりも大きい、貫通電極基板の製造方法。
第１の面と前記第１の面と反対の面である第２の面とを有する基板に、前記第１の面側から貫通孔を形成し、
前記基板の前記貫通孔がある内壁に無機層を形成することを含み、
を備え、
前記無機層によって形成される孔の端部における径が、前記孔の中央部における径よりも大きい、貫通電極基板の製造方法。
前記樹脂層を形成した後、前記第１の面に前記貫通電極と接続する第１の配線層を形成することをさらに含む、請求項６又は７に記載の貫通電極基板の製造方法。
前記第１の配線層の上側と前記樹脂層に接するように絶縁層を形成することをさらに含む、請求項８に記載の貫通電極基板の製造方法。