JP4286733B2 - インターポーザおよびインターポーザの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、インターポーザおよびその製造方法に関し、特に、貫通孔内でボイド（隙間）が生じない、インターポーザおよびその製造方法に関する。

従来の、基板に導通孔が設けられたインターポーザが、たとえば、特開２００４−１６５２９１号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報によれば、あるパターンに配置され、導電性部材が充填された複数の貫通孔を有するグリーンシートと、それと同じパターンに配置された径の異なる複数の貫通孔を有するグリーンシートとを積層して、セラミック基板において、導電性部材が一方面側から他方面側に向けて連続的、または、段階的に径が大きくなる、または小さくなるように構成されたセラミック基板を開示している。

図６は、シリコン基板６０に導通孔を設けてインターポーザを製造する場合の、従来の問題点を説明するための、シリコン基板６０の断面図である。図６を参照して、従来は、シリコン基板６０にまず貫通孔７１を設ける。このとき、貫通孔７１は、まっすぐな円柱状とならずに、図に示すように、中央部が凸状に膨らんだ形状になる。

この貫通孔７１に対して、基板の表面６１と裏面６２において、貫通孔７１の周囲にまずスパッタリングでシード層６３、６４を設け、次いで、シード層６３，６４をシードとして、電界メッキ等を用いて導電層６５，６６を形成する。
特開２００４−１６５２９１号公報（段落番号００１１、図１等）

従来のインターポーザは上記のように構成されていた。特許文献１によれば、セラミック基板を用いているため、その孔開けに、ドリルや、サンドブラストを用いるため、貫通孔の径を小さくできないという問題があった。また、２枚のセラミック基板を接合する必要があるため、製造工程が煩雑である、という問題があった。

また、シリコン基板を用いて貫通孔を形成する場合は、貫通孔の中央部が凸状であり、表面または裏面から内部へ向かうほど、径が広がっているため、シード層を貫通孔の内部に設けようとしても、内部まで十分にシード層を形成できなかった。そのため、シード層からメッキ等により導電層を成長させても、導電層が十分に成長せず、貫通孔７１の内部に、導電層の存在しない、いわゆる「ボイド」７２が形成され、貫通孔７１が断線したり、加工精度が悪いという問題があった。

この発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、製造工程が簡単で、かつ貫通孔の内部にボイドが生じない、インターポーザおよびその製造方法を提供することを目的とする。

この発明にかかるインターポーザは、一方側の表面から他方側の表面に設けられた貫通孔を有し、貫通孔は、一方側の表面において第１開口面積を有し、一方側の表面から内部に向けて、順に第１開口面積より小さい面積を有するとともに、他方側の表面において第２開口面積を有し、他方側の面から内部に向けて、順に第２開口面積より小さい面積を有し、貫通孔には、導電層が設けられる。

好ましくは、第１開口面積と第２開口面積とは異なる。

さらに好ましくは、貫通孔は、基板の一方側の表面と他方側の表面との間に開口面積が等しい円筒状の孔部を有する。

この発明のさらに他の局面においては、インターポーザは、一方側の面から他方側の面に設けられた貫通孔を有し、貫通孔は、一方側の面において第１の開口面積を有し、一方側の面から他方側の面に向けて、順に第１の開口面積より小さい面積を有し、貫通孔には、導電層が設けられる。

この発明の他の局面においては、インターポーザの製造方法は、一方面と、一方面に対向する他方面とを有する基板を準備するステップと、基板の一方面および他方面から内部に向かって順に開口面積が狭くなるようにエッチングを行なうことにより、貫通孔を形成するステップと、貫通孔に導電層を形成するステップとを含む。

好ましくは、エッチングを行なうステップは、一方面における開口面積と、他方面における開口面積との寸法が異なるようにエッチングを行なう。

さらに好ましくは、基板の一方面と他方面との間に開口面積が等しい孔を形成するステップをさらに含む。

この発明のさらに他の局面によれば、インターポーザの製造方法は、一方面と、一方面に対向する他方面とを有する基板を準備するステップと、基板の一方面から他方面に向かって順に開口面積が狭くなるようにエッチングを行なうことにより、貫通孔を形成するステップと、貫通孔に導電層を形成するステップとを含む。

なお、エッチングを行なうステップは、ドライエッチングを行なうのが好ましい。また、導電層は、蒸着で形成してもよいし、電界メッキで形成してもよいし、無電解メッキで形成してもよい。

この発明にかかるインターポーザは、貫通孔を有し、貫通孔は、一方側の表面において第１開口面積を有し、一方側の表面から内部に向けて、順に第１開口面積より小さい面積を有するとともに、他方側の表面において第２開口面積を有し、他方側の面から内部に向けて、順に第２開口面積より小さい面積を有し、貫通孔には、導電層が設けられる。

基板の一方面および他方面から内部に向かって順に開口面積が狭くなる貫通孔を有するため、貫通孔を導電層で容易に埋めることができる。

その結果、製造工程が簡単で、貫通孔の内部にボイドが生じない、インターポーザを提供できる。

好ましくは、一方面側の第１開口面積と他方面側の第２開口面積とは異なる。一方面側と他方面側とで開口面積を変えることによって、両面の配線ルールを独立に設定でき、配線幅や引き回し方法の設計自由度を広げることができる。

この発明の他の局面においては、インターポーザの製造方法は、基板の一方面および他方面から内部に向かって順に開口面積が狭くなるようにエッチングを行なって貫通孔を形成するため、貫通孔に導電層を形成するときに、その内部に途切れることなく導電層を形成できる。

その結果、製造工程が簡単で、かつ貫通孔の内部にボイドが生じない、インターポーザの製造方法を提供できる。

（１）第１実施の形態
以下、図面を参照して、この発明の一実施形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の一実施の形態に係るインターポーザの製造工程をステップごとに示す図である。図１を参照して、まず、表面１１および裏面１５を有するシリコンの基板１０を準備する（図１（Ａ））。次いで、基板１０の表面１１の所定の位置に、表面１１側からドライエッチングを行なって、表面１１から内部に向けて順に径が小さくなる、表面側の孔１２を形成する。具体的には、等方性エッチングと異方性エッチングとのエッチング条件を適切に組み合わせてエッチングを行なう。

次いで、基板１０の裏面１５から内部に向けて同様に、径が順に小さくなる、裏面側の孔１６を形成し、両者を基板１０のほぼ中央部でその中心をほぼ一致させる。

このようにして、基板１０において、表面１１および裏面１５から内部に向けて、順に径が小さくなる貫通孔１９を形成する（図１（Ｂ））。

この状態で、まず、貫通孔１９の内部を含んで、基板１０に、図示のない、絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、ＳｉＯ_２、ＳｉＮ等の絶縁膜であってもよく、スパッタリング、ＣＶＤまたは酸化によって形成される。

次いで、絶縁膜の上であって、貫通孔１９，１６の内部および、貫通孔１９，１６に隣接する、表面１１および裏面１５にスパッタリングで、メッキ層のシードとなるシード層１３，１７を形成する（図１（Ｃ））。このとき、貫通孔１９，１６は、従来のように、内部に向かって広くなっていないため、シード層１３，１７は、容易に貫通孔１９，１６の内部およびそれに連続する表面１１および裏面１５の開口部の周辺に形成される。

次に、このシード層１３，１７を基に貫通孔１９に対して、電界または、無電解メッキを行ない、Ｃｕ等の導電層１４を形成する（図１（Ｄ））。その結果、貫通孔１９の内部にボイドの生じない導電層を有するインターポーザを簡単な製造工程で形成できる。

上記実施の形態においては、貫通孔１９が一つの場合について説明したが、複数の貫通孔１９が設けられる場合も同様である。

なお、同様の、内部に傾斜を有する貫通孔を、ウエットエッチングで形成することも考えられる。しかしながら、ウエットエッチングであれば、貫通孔の傾斜が広がりすぎて、所望の形状が得られないという問題が生じうる。これに対して、ドライエッチングであれば、貫通孔の傾斜の制御が容易であるため、所望の傾斜を得ることができる。

（２）第２実施の形態
次に、この発明の他の実施の形態について説明する。図２は、この発明の第２実施の形態を示す、基板の断面図であり、第１実施の形態の図１（Ｂ）に対応する図である。第１実施の形態においては、シリコン基板１０の両側から、エッチングを行なう場合について説明した。この実施の形態においては、シリコン基板２０の表面側からのみエッチングを行なうことにより、図２に示すように、基板２０の表面または裏面の一方面側からのみ、内部に向かって、径が順に小さくなる貫通孔２１を形する。そして、貫通孔２１の内部に、図１と同様の方法で、導電性の材料を満たして、貫通孔２１を導電性の貫通孔にする。

この場合も、第１実施の形態と同様にシード層やそれに基づく導電層が容易に形成でき、第１実施の形態と同様の効果を奏する。

（３）第３実施の形態
次に、この発明のさらに他の実施の形態について説明する。図３は、この発明の第３実施の形態にかかるインターポーザを示す、基板３０の断面図であり、第１実施の形態における、図１（Ｂ）に対応する。

この実施の形態においては、第１実施の形態と同様に、基板３０の表面３１側と、裏面３２側とからそれぞれ、内部に向かって径の小さくなる孔３３、３４を形成するが、それらの表面３１および裏面３２における径が異なる。

すなわち、図３を参照して、基板３０は、厚さｔを有し、表面３１側の径はａであり、裏面３２側の径はｂであり、ａ＜ｂであるとともに、表面３１側の孔３３は、内部方向に厚さｔ１の深さを有し、裏面３２側の孔３４は、内部方向に厚さｔ２の深さを有する。その結果、基板３０の内部に段部３８が形成される。なお、第１実施の形態と同様に、表面３１と裏面３２とから、それぞれ異なる径で内部にエッチングを行ない、両者が任意の位置で貫通孔３９を形成し、それによって、図において、点線で示すように、段部３８を設けない構造としてもよい。このように加工後、貫通孔３９の内部を導電層で満たす。

図４は、図３で示した断面構造を有する基板３０の斜視図である。図４を参照して、この実施の形態においては、表面３１側と裏面３２側とで、上記のように貫通孔３９の径が定められるため、表面３１側には裏面３２側に比べて多くの配線領域３７が存在する。そのため、表面３１側と裏面３２側の配線ルールを独立に設定でき、表面３１側においては、配線幅や引き回し方法の設計自由度を広げることができる。また、裏面３２では、貫通孔３９の開口部の寸法を大きく設計できるため、メッキ液の回り込みをよくしたり、深堀のアスペクト比を小さくできる等、貫通配線プロセスウインドウを広げることができる。

なお、図４において、配線３５は、孔３３に埋め込まれた導電層の表面に形成されたパッド３３ｂ，３３ｃに設けられた端子３６ｂ，３６ｃを介して行われる。

（４）第４実施の形態
次に、この発明の第４実施の形態について説明する。図５は、この実施の形態における基板４０の断面構造を示す図である。図５を参照して、この実施の形態においては、基板４０の表面４１および裏面４５において、貫通孔４６は半球状の開口部４２，４４を有し、中央部において、円柱状の孔４３が設けられている。

貫通孔４６をこのような形状とすることにより、メッキ液の回り込みを改善し、付き回りの改善が期待できる。また、付いたメッキ膜の剥がれの抑制が期待できる。

次に、先の実施の形態と同様に、メッキ等によって、貫通孔４６を導電性の材料で埋めて、導通孔を完成する。

次に、この実施の形態における貫通孔４６の製造方法について説明する。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）に示した貫通孔４６を形成するための工程を示す図である。図５（Ｂ）を参照して、基板４０の表面４１の上にレジスト４７を載置し、所定の位置に開口部を設けて、等方性エッチングを行なう。それによって、表面４１側に半球状の開口部４２を形成する。裏面４５側も同様にして半球状の開口部４４を形成する。その後、異方性エッチングを行い、円柱状の孔４３を形成する。

なお、この実施の形態における、円筒状の孔の形成は、先に示した各実施の形態において採用してもよい。

上記実施の形態においては、円形または、円柱状の貫通孔を用いた場合について説明したが、これに限らず、矩形や多角形等であってもよい。

上記実施の形態においては、シード層をベースにメッキを用いて導電層を形成する場合について説明したが、これに限らず、シード層だけで形成してもよい。

上記実施の形態においては、貫通孔への導電性材料の埋め込みを電界メッキを用いて行なう場合について説明したが、これに限らず、無電解メッキや、真空蒸着で埋め込んでもよい。

上記実施の形態においては、貫通孔の形成をドライエッチングを用いて行なう場合について説明したが、これに限らず、ウエットエッチングを用いてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示された実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るインターポーザの製造方法は、貫通孔に導電層を形成するときに、その内部に途切れることなく導電層を形成できるため、製造工程が簡単で、かつ貫通孔の内部にボイドが生じないインターポーザの製造方法として、有利に利用されうる。

第１実施の形態にかかるインターポーザの製造方法をステップごとに示す図である。 第２実施の形態にかかるインターポーザの貫通孔の断面図である。 第３実施の形態にかかるインターポーザの貫通孔の断面図である。 図３で示した断面構造を有する基板の斜視図である。 第４実施の形態にかかるインターポーザの貫通孔の断面図およびその製造ステップを示す図である。 従来のインターポーザの問題点を示す図である。

符号の説明

１０、２０、３０、４０ 基板、１１、３１，４１ 表面、１５，３２，４５ 裏面、１３、１７ シード層、１４ メッキ層、１９、２１、３９，４６ 貫通孔。

Claims (8)

1. 一方側の表面から他方側の表面に設けられた貫通孔を有し、
   前記貫通孔は、前記一方側の表面において第１開口面積を有し、前記一方側の表面から内部に向けて、順に前記第１開口面積より小さい面積を有するとともに、前記他方側の表面において第２開口面積を有し、前記他方側の表面から内部に向けて、順に前記第２開口面積より小さい面積を有し、
   前記貫通孔には、導電層が設けられ、
   前記導電層は前記貫通孔の内部および前記貫通孔に隣接する前記一方側の表面および前記他方側の表面にメッキ層を形成するためのシード層を含み、
   前記貫通孔は前記メッキ層で埋められる、インターポーザ。
2. 前記第１開口面積と前記第２開口面積とは異なる、請求項１に記載のインターポーザ。
3. 前記貫通孔は、前記基板の一方側の表面と他方側の表面との間に開口面積が等しい円筒状の孔部を有する、請求項１または２に記載のインターポーザの製造方法。
4. 一方面と、前記一方面に対向する他方面とを有する基板を準備するステップと、
   前記基板の一方面および他方面から内部に向かって順に開口面積が狭くなるようにエッチングを行なうことにより、貫通孔を形成するステップと、
   前記貫通孔に導電層を形成するステップと、
   前記貫通孔の内部および前記貫通孔に隣接する表面および裏面にメッキ層を形成するためのシード層を形成するステップと、
   前記貫通孔を前記メッキ層で埋めるステップを含む、インターポーザの製造方法。
5. 前記エッチングを行なうステップは、前記一方面における開口面積と、前記他方面における開口面積との寸法が異なるようにエッチングを行なう、請求項４に記載のインターポーザの製造方法。
6. 前記基板の一方面と他方面との間に開口面積が等しい孔を形成するステップをさらに含む、請求項４または５に記載のインターポーザの製造方法。
7. 前記エッチングを行なうステップは、ドライエッチングを行なうステップを含む、請求項４から６のいずれかに記載のインターポーザの製造方法。
8. 前記導電層を形成するステップは、蒸着、電界メッキ、または無電解メッキで形成するステップを含む、請求項４から７のいずれかに記載のインターポーザの製造方法。

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