JP4650117B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板の厚み方向に沿って形成された貫設配線を有する半導体装置の製造方法に関するものである。

従来から、半導体基板の厚み方向に沿って形成された貫通配線を有する半導体装置およびその製造方法が各所で研究開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この種の半導体装置としては、例えば、図１２に示すように、集積回路（図示せず）などが形成された半導体基板（例えば、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板など）１の厚み方向に貫設された貫通孔２の内側に絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）３を介して金属（例えば、銅、ニッケルなど）からなる貫通配線４が形成され、貫通配線４の長手方向の両端面それぞれにパッド５，６が積層された構造のものが知られている。

以下、上述の半導体装置における貫通配線４の形成方法について図１３に基づいて説明するが、図１３（ａ）〜（ｇ）における半導体基板１はダイシング工程により個々のチップに分離する前のウェハである。

まず、集積回路（図示せず）などが形成された図１３（ａ）の半導体基板１の所定部位に、厚み方向に貫通する貫通孔２をエッチング加工やレーザ加工などによって形成する貫通孔形成工程を行うことにより、図１３（ｂ）に示す構造を得る。その後、ＣＶＤ法や熱酸化法などによって半導体基板１の露出面に絶縁膜３を形成する絶縁膜形成工程を行うことにより、図１３（ｃ）に示す構造を得る。なお、絶縁膜形成工程では、半導体基板１の厚み方向の両面および貫通孔２の内周面に絶縁膜３が形成される。

その後、半導体基板１の厚み方向の一面側（図１３（ｃ）における下面側）に導電性材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなるシード層７を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などによって形成するシード層形成工程を行うことにより、図１３（ｄ）に示す構造を得る。

続いて、電解メッキ法などによってシード層７を基端として貫通孔２の内側が隙間なく埋め込まれるように金属材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなる金属部８を析出（堆積）させるメッキ工程を行うことによって、図１３（ｅ）に示す構造を得る。

次に、上述の金属部８のうち半導体基板１の上記一面側および他面側（図１３（ｅ）における上面側）に形成された不要部分８ｂ，８ｃおよび半導体基板１の上記一面側のシード層７を機械的研磨や化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）などによって除去する研磨工程を行うことにより、図１３（ｆ）に示す構造を得る。ここにおいて、研磨工程では、上記絶縁膜３のうち半導体基板１の上記一面側および上記他面側それぞれに形成された部位が露出するまで研磨を行うことにより、金属部８の残りの部分が貫通配線４となる。

上述のようにして貫通配線４を形成した後は、スパッタ法やＣＶＤ法などによってパッド５，６を形成するパッド形成工程を行うことにより、図１３（ｇ）に示す構造を得てから、個々の半導体装置に分割するダイシング工程を行えばよい。
特開２００４−２２１３５７号公報

ところで、上述の貫通配線４の形成方法では、研磨工程において金属部８の不要部分８ｂ，８ｃを除去しているが、半導体基板１においてシード層７が形成されている上記一面側の不要部分８ｂの厚みや、半導体基板１の上記他面側の不要部分８ｃの厚み（突出高さ）のウェハ面内でのばらつきが大きい場合に、不要部分８ｂ，８ｃそれぞれにおいて厚みが最大となっている部位が完全に除去される（つまり、絶縁膜３が露出する）まで例えば機械的研磨を行うと、不要部分８ｂ，８ｃそれぞれにおいて厚みが薄い部位では金属部８のうち貫通孔２内に埋め込まれている部分の研磨が余分に進み、研磨荷重によって金属部８の一部が剥離して図１４（ａ）に示すように貫通孔２の内側において貫通配線４と絶縁膜３との間に溝９，１０が形成されて絶縁膜３のうち半導体基板１の両面それぞれに積層された部位と貫通配線４の両端面それぞれとの間に急峻な段差が形成されてしまい、図１４（ｂ）に示すように各パッド５，６において貫通孔２の周部で絶縁膜３に積層された各部位と貫通配線４の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって、貫通配線４と各パッド５，６との接触不良（接触不良は導通不良の原因となる）が起こり、チップ歩留まり（１枚のウェハ中の理論チップ数に対する完成良品チップの割合）が低下してしまうという不具合があった。

また、上述の機械的研磨に代えてＣＭＰを行うと、不要部分８ｂ，８ｃそれぞれにおいて厚みが薄い部位では不要部分８ｂ，８ｃが除去された後に研磨材（スラリー）による化学的エッチングによって金属部８のうち貫通孔２内に埋め込まれている部分の長手方向の両端面の中央部が窪むディシング（dishing）が生じて図１５（ａ）に示すように絶縁膜３のうち半導体基板１の両面それぞれに積層された部位と貫通配線４の両端面それぞれとの間に急峻な段差が形成されてしまい、図１５（ｂ）に示すように各パッド５，６において貫通孔２の周部で絶縁膜３に積層された各部位と貫通配線４の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって、貫通配線４と各パッド５，６との接触不良が起こり、チップ歩留まりが低下してしまうという不具合があった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、貫通配線と各パッドとの接触信頼性を高めることが可能でチップ歩留まりの向上を図れる半導体装置の製造方法を提供することにある。

請求項１の発明は、半導体基板の厚み方向に貫設された貫通孔の内側に絶縁膜を介して金属からなる貫通配線が形成され、前記半導体基板の前記厚み方向の両面側それぞれで前記貫通配線の端面および前記貫通孔の周部に重なるように形成されたパッドを有する半導体装置の製造方法であって、前記貫通孔は、少なくとも前記半導体基板の前記両面のうちの一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなる半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板に前記半導体基板の前記両面のうちの少なくとも前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成した後、前記半導体基板における前記貫通孔の内周面および前記半導体基板の前記両面それぞれの露出面に絶縁膜を形成し、その後、前記半導体基板の他面側にシード層を形成してから、電解メッキ法により前記シード層を基端として前記貫通孔の内側が隙間なく埋め込まれるように金属部を析出させ、さらにその後、前記金属部のうち前記半導体基板の前記一面側および前記他面側に形成された不要部分および前記シード層を研磨して除去することにより前記金属部の残りの部分からなる前記貫通配線を形成した後で、前記各パッドを形成することを特徴とする。

この発明によれば、半導体基板に前記半導体基板の両面のうちの少なくとも一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔を形成しているので、前記貫通孔を形成した後で、絶縁膜、シード層、金属部を順次形成してから、前記金属部のうち前記半導体基板の前記一面側および他面側に形成された不要部分および前記シード層を研磨して除去することにより前記金属部の残りの部分からなる貫通配線を形成する際に前記貫通配線と前記絶縁膜との間に溝が形成されたりディシングが生じたりしても、各パッドのうち前記貫通孔の周部に重なるように形成された各部位と前記貫通配線の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって前記貫通配線と前記各パッドとの接触不良が起こる可能性を低減でき、前記貫通配線と前記パッドとの接触信頼性を高めることができ、チップ歩留まりを向上させることができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記半導体基板の前記他面に前記半導体基板の前記一面側から前記貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記半導体基板の前記他面側において前記貫通孔に前記他面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定することを特徴とする。

この発明によれば、異方性エッチング工程を行うことにより貫通孔形成予定部位に前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を形成することができ、ドライエッチング工程でのオーバーエッチング時間を適宜設定することによって、前記半導体基板の前記他面側において前記貫通孔に前記他面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を形成することができる。

請求項３の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面に前記他面から貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記半導体基板の前記他面側に設けた貫通孔形成用のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板における前記貫通孔形成予定部位を前記他面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定することを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチング工程でのオーバーエッチング時間を適宜設定することによって、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を形成することができる。

請求項４の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、第１のマスク層をエッチングマスクとした異方性エッチングと第２のマスク層をエッチングマスクとしたドライエッチングとの２段階のエッチングで前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することができる。

請求項５の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記他面において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記他面側から前記凹部に達するまでドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、第１のマスク層をエッチングマスクとした異方性エッチングと第２のマスク層をエッチングマスクとしたドライエッチングとの２段階のエッチングで前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することができる。

請求項６の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に第１のマスク層を形成する第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層に第２のマスク層を積層する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層において前記半導体基板における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部を形成する第１のパターニング工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記第１のマスク層に前記第１の開孔部よりもサイズの大きな第２の開孔部を等方性エッチングにより形成する第２のパターニング工程と、前記第２のマスク層および前記第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチング工程において第２のマスク層および第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることで前記貫通孔を形成することによって、前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することができる。

請求項７の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開孔部を貫通孔形成予定部位に対応する部位に有するマスク層を前記半導体基板の前記一面に設けるマスク層形成工程と、前記マスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記マスク層のうち厚みが徐々に薄くなっている部位が前記ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチング工程において前記半導体基板の前記一面側に前記一面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開孔部を貫通孔形成予定部位に対応する部位に有するマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることで前記貫通孔を形成することによって、前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することができる。

請求項８の発明は、請求項１の発明において、前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記半導体基板における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部を有する第１のマスク層を形成する第１のマスク層形成工程と、前記半導体基板の前記一面側に前記第１のマスク層を覆い且つ前記半導体基板における前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層および前記第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記第２のマスク層が前記ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することを特徴とする。

この発明によれば、ドライエッチング工程において第２のマスク層および第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることで前記貫通孔を形成することによって、前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することができる。

請求項１の発明では、各パッドのうち貫通孔の周部に重なるように形成された各部位と貫通配線の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって前記貫通配線と前記各パッドとの接触不良が起こる可能性を低減でき、前記貫通配線と前記パッドとの接触信頼性を高めることができ、チップ歩留まりを向上させることができるという効果がある。

（実施形態１）
本実施形態の半導体装置は、図１に示すように、集積回路（図示せず）などが形成されたＳｉ基板からなる半導体基板１の厚み方向に貫設された貫通孔２の内側に絶縁膜（例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜など）３を介して金属（例えば、銅、ニッケルなど）からなる貫通配線４が形成され、貫通配線４の長手方向の両端面それぞれにパッド５，６が積層されている。ここにおいて、絶縁膜３は、半導体基板１の貫通孔２の内周面だけでなく、半導体基板１の厚み方向の両面にも形成されており、各パッド５，６は、半導体基板１の両面側それぞれにおいて、貫通配線４の端面と絶縁膜３の表面とに跨って形成されている。

ところで、本実施形態の半導体装置１における貫通孔２は、半導体基板１の一面側（図１における下面側）において当該一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなるとともに、半導体基板１の他面側（図１における上面側）において当該他面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。要するに、貫通孔２の内周面には、半導体基板１の上記一面側および上記他面側それぞれに傾斜面（テーパ面）２ｃ，２ｂが形成されており、貫通配線４は、長手方向の両端部が、端面に近づくほど断面積が徐々に大きくなる形状に形成されている。なお、本実施形態では、半導体基板１の厚み寸法を３００μｍ、貫通孔２の長手方向の中間部位での内径を１０μｍ、絶縁膜３の厚みを０．６μｍに設定してあるが、これらの数値は一例であって特に限定するものではない。

以下、本実施形態の半導体装置における貫通配線４の形成方法について図２および図３に基づいて説明するが、図２および図３における半導体基板１はダイシング工程により個々のチップに分離する前のウェハである。

まず、集積回路（図示せず）などが形成された図２（ａ）の半導体基板１の貫通孔形成予定部位に上述の貫通孔２を形成する貫通孔形成工程を行うことにより、図２（ｂ）に示す構造を得る。なお、貫通孔形成工程についは後述する。

その後、ＣＶＤ法や熱酸化法などによって半導体基板１の露出面に絶縁膜３を形成する絶縁膜形成工程を行うことにより、図２（ｃ）に示す構造を得る。なお、絶縁膜形成工程では、半導体基板１の厚み方向の両面および貫通孔２の内周面に絶縁膜３が形成される。

その後、半導体基板１の厚み方向の一面側（図２（ｃ）における下面側）に導電性材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなるシード層７を、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法などによって形成するシード層形成工程を行うことにより、図２（ｄ）に示す構造を得る。

続いて、電解メッキ法などによってシード層７を基端として貫通孔２の内側が隙間なく埋め込まれるように金属材料（例えば、銅、ニッケルなど）からなる金属部８を析出（堆積）させるメッキ工程を行うことによって、図２（ｅ）に示す構造を得る。

次に、上述の金属部８のうち半導体基板１の上記一面側および上記他面側に形成された不要部分８ｂ，８ｃおよび半導体基板１の上記一表面側のシード層７を機械的研磨や化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：ＣＭＰ）などによって除去する工程を行うことにより、図２（ｆ）に示す構造を得る。ここにおいて、研磨工程では、上記絶縁膜３のうち半導体基板１の上記一面側および上記他面側それぞれに形成された部位が露出するまで研磨を行うことにより、金属部８の残りの部分が貫通配線４となる。

上述のようにして貫通配線４を形成した後は、スパッタ法やＣＶＤ法などによってパッド５，６を形成するパッド形成工程を行うことにより、図２（ｇ）に示す構造を得てから、個々の半導体装置に分割するダイシング工程を行えばよい。

以下、半導体基板１に上述の形状の貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図３（ａ）に示す半導体基板１の上記他面側（図３（ａ）における上面側）に上記他面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって貫通孔２の一部となる凹部２０（図３（ｃ）参照）を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部１２ａを有する第１のマスク層１２を半導体基板１の上記他面に設ける第１のマスク層形成工程を行うことにより、図３（ｂ）に示す構造を得る。

次に、第１のマスク層１２をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより半導体基板１の上記他面に凹部２０を形成する異方性エッチング工程を行うことにより、図３（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、凹部２０の内周面が上述の傾斜面２ｂとなる。なお、異方性エッチング工程では、エッチング液として、例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨなどのアルカリ系溶液を用いればよい。

異方性エッチング工程の後、第１のマスク層１２を除去してから、半導体基板１の上記他面側において貫通孔形成予定部位に第１の開孔部１２ａよりもサイズの小さな第２の開孔部１３ａを有する第２のマスク層１３を形成する第２のマスク層形成工程を行い、続いて、半導体基板１の上記一面に半導体基板１の上記他面側から貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層１１を形成するエッチングストップ層形成工程を行うことにより、図３（ｄ）に示す構造を得る。

その後、第２のマスク層１３をエッチングマスクとして半導体基板１を上記他面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行う。このドライエッチング工程において、エッチングストップ層１１に達するまでエッチングを行ったジャストエッチング時点では図３（ｅ）に示すように半導体基板１の上記一面側には傾斜面２ｃは形成されていないが、半導体基板１の上記一面側において貫通孔２に上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定して上述の傾斜面２ｃを形成することによって、図３（ｆ）に示す構造を得る。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、第２のマスク層１３およびエッチングストップ層１１をエッチング除去することにより、図３（ｇ）に示す構造を得ればよい。

しかして、本実施形態の半導体装置では、半導体基板１に貫通孔２を形成した後、半導体基板１における貫通孔２の内周面および半導体基板１の両面それぞれの露出面に絶縁膜３を形成し、その後、半導体基板１の上記他面側にシード層７を形成してから、電解メッキ法によりシード層７を基端として貫通孔２の内側が隙間なく埋め込まれるように金属部８を析出させ、さらにその後、金属部８の不要部分およびシード層７を研磨して除去することにより金属部８の残りの部分からなる貫通配線４を形成した後で、各パッド５，６を形成するような製造プロセスを採用しているので、研磨工程において機械的研磨を行ったときに図４（ａ）に示すように貫通配線４と絶縁膜３との間に溝９，１０が形成されたとしても、絶縁膜３のうち半導体基板１の両面それぞれに積層された部位と貫通配線４の両端面それぞれとの間に図１４（ａ）に示した従来例のような急峻な段差が形成されることがないから、図４（ｂ）に示すように、各パッド５，６のうち貫通孔２の周部に重なるように形成された各部位と貫通配線４の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって貫通配線４と各パッド５，６との接触不良が起こる可能性を低減でき、貫通配線４とパッド５，６との接触信頼性を高めることが可能でチップ歩留まりの向上を図れる。

また、研磨工程において、ＣＭＰを行ったときに図５（ａ）に示すようにディシングが生じたりしても、絶縁膜３のうち半導体基板１の両面それぞれに積層された部位と貫通配線４の両端面それぞれとの間に図１５（ａ）に示した従来例のような急峻な段差が形成されることがないから、図５（ｂ）に示すように、各パッド５，６のうち貫通孔２の周部に重なるように形成された各部位と貫通配線４の両端面それぞれに積層された部位とが不連続となって貫通配線４と各パッド５，６との接触不良が起こる可能性を低減でき、貫通配線４とパッド５，６との接触信頼性を高めることが可能でチップ歩留まりの向上を図れる。

（実施形態２）
ところで、実施形態１にて説明した貫通孔２は、半導体基板１の厚み方向の両面近傍において開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されているが、貫通孔２において開口面積が徐々に大きくなる形状は少なくとも半導体基板１の両面においてシード層７を形成しない一面側に形成すればよく、本実施形態の半導体装置では、図６（ｅ）に示すように半導体基板１の一面側（図６（ｅ）における下面側）にのみ傾斜面２ｃを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図６（ｅ）における上面側）にシード層７を形成するようにしている。半導体装置１の他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図６に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図６（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図６（ａ）における下面）に他面（図６（ａ）における上面）から貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層１１を形成するエッチングストップ層形成工程を行い、半導体基板１の上記他面側に貫通孔形成用の開孔部１４ａを有するマスク層１４を形成するマスク層形成工程を行うことにより、図６（ｂ）に示す構造を得る。

その後、半導体基板１の上記他面側に設けたマスク層１４をエッチングマスクとして半導体基板１における貫通孔形成予定部位を上記他面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行う。このドライエッチング工程において、エッチングストップ層１１に達するまでエッチングを行ったジャストエッチング時点では図６（ｃ）に示すように半導体基板１の上記一面側には傾斜面２ｃは形成されていないが、半導体基板１の上記一面側において貫通孔２に上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定して上述の傾斜面２ｃを形成することによって、図６（ｄ）に示す構造を得る。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、マスク層１４およびエッチングストップ層１１をエッチング除去することにより、図６（ｅ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、ドライエッチング工程でのオーバーエッチング時間を適宜設定することによって、半導体基板１の上記一面側において貫通孔２に上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を形成することができる。

（実施形態３）
本実施形態の半導体装置の基本構成および製造方法は実施形態１と略同じであって、図７（ｆ）に示すように半導体基板１の一面側（図７（ｆ）における上面側）にのみ傾斜面２ｂを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図７（ｆ）における下面側）にシード層７を形成するようにしている点が相違するだけである。他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図７に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図７（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図７（ａ）における上面）側に上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって貫通孔２の一部となる凹部２０（図７（ｃ）参照）を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部２１ａを有する第１のマスク層２１を半導体基板１の上記一面に設ける第１のマスク層形成工程を行うことにより、図７（ｂ）に示す構造を得る。

その後、第１のマスク層２１をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより半導体基板１の上記一面に凹部２０を形成する異方性エッチング工程を行うことにより、図７（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、凹部２０の内周面が上述の傾斜面２ｂとなる。なお、異方性エッチング工程では、エッチング液として、例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨなどのアルカリ系溶液を用いればよい。

次に、半導体基板１の上記一面側において貫通孔形成予定部位に第１の開孔部２１ａよりもサイズの小さな第２の開孔部２２ａを有する第２のマスク層２２を形成する第２のマスク層形成工程を行うことにより、図７（ｄ）に示す構造を得る。なお、この段階において、上述の凹部２０は、内周面が第２のマスク層２２により覆われて、内底面が露出している。

その後、第２のマスク層２２をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行うことにより、図７（ｅ）に示す構造を得る。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、マスク層２２をエッチング除去することにより、図７（ｆ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、第１のマスク層２１をエッチングマスクとした異方性エッチングと第２のマスク層２２をエッチングマスクとしたドライエッチングとの２段階のエッチングで半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成することができる。

（実施形態４）
本実施形態の半導体装置の基本構成および製造方法は実施形態１と略同じであって、図８（ｅ）に示すように半導体基板１の一面側（図８（ｅ）における上面側）にのみ傾斜面２ｂを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図８（ｅ）における下面側）にシード層７を形成するようにしている点が相違するだけである。他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図８に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図８（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図８（ａ）における上面）側に上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって貫通孔２の一部となる凹部２０（図８（ｃ）参照）を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部２１ａを有する第１のマスク層２１を半導体基板１の上記一面に設ける第１のマスク層形成工程を行うことにより、図８（ｂ）に示す構造を得る。

その後、第１のマスク層２１をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより半導体基板１の上記一面に凹部２０を形成する異方性エッチング工程を行い、続いて、半導体基板１の他面において貫通孔形成予定部位に第１の開孔部２１ａよりもサイズの小さな第２の開孔部２３ａを有する第２のマスク層２３を形成する第２のマスク層形成工程を行うことにより、図８（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、凹部２０の内周面が上述の傾斜面２ｂとなる。なお、異方性エッチング工程では、エッチング液として、例えば、ＫＯＨ、ＴＭＡＨなどのアルカリ系溶液を用いればよい。

その後、第２のマスク層２３をエッチングマスクとして半導体基板１を上記他面側から凹部２０に達するまでドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行うことにより、図８（ｄ）に示す構造を得る。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、第１のマスク層２１および第２のマスク層２３をエッチング除去することにより、図８（ｅ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、第１のマスク層２１をエッチングマスクとした異方性エッチングと第２のマスク層２３をエッチングマスクとしたドライエッチングとの２段階のエッチングで半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成することができる。

（実施形態５）
本実施形態の半導体装置の基本構成および製造方法は実施形態１と略同じであって、図９（ｅ）に示すように半導体基板１の一面側（図９（ｅ）における上面側）にのみ傾斜面２ｂを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図９（ｅ）における下面側）にシード層７を形成するようにしている点が相違するだけである。他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図９に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図９（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図９（ａ）における上面）側に第１のマスク層３１を形成する第１のマスク層形成工程を行い、第１のマスク層３１に第２のマスク層３２を積層する第２のマスク層形成工程を行ってから、第２のマスク層３２において半導体基板１における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部３２ａを形成する第１のパターニング工程を行うことにより、図９（ｂ）に示す構造を得る。

その後、第２のマスク層３２をエッチングマスクとして第１のマスク層３１に第１の開孔部３２ａよりもサイズの大きな第２の開孔部３１ａを等方性エッチングにより形成する第２のパターニング工程を行うことにより、図９（ｃ）に示す構造を得る。

続いて、第２のマスク層３２および第１のマスク層３１をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行うことにより、図９（ｄ）に示す構造を得る。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、第２のマスク層３２および第１のマスク層３１をエッチング除去することにより、図９（ｅ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、ドライエッチング工程において第２のマスク層３２および第１のマスク層３１をエッチングマスクとして半導体基板１を上位一面側からドライエッチングすることで貫通孔２を形成することによって、半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成することができる。

（実施形態６）
本実施形態の半導体装置の基本構成および製造方法は実施形態１と略同じであって、図１０（ｄ）に示すように半導体基板１の一面側（図１０（ｄ）における上面側）にのみ傾斜面２ｂを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図１０（ｄ）における下面側）にシード層７を形成するようにしている点が相違するだけである。他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図１０に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図１０（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図１０（ａ）における上面）側に上記一面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開孔部４１ａを貫通孔形成予定部位に対応する部位に有するマスク層４１を半導体基板１の上記一面に設けるマスク層形成工程を行うことにより、図１０（ｂ）に示す構造を得る。

その後、マスク層４１をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行うことにより、図１０（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、ドライエッチング工程では、マスク層４１のうち厚みが開孔部４１ａの中心線に近づくにつれて徐々に薄くなっている部位が当該ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成する。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

さらにその後、マスク層４１をエッチング除去することにより、図１０（ｄ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、ドライエッチング工程において半導体基板１の上記一面側に上記一面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開孔部４１ａを貫通孔形成予定部位に対応する部位に有するマスク層４１をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることで貫通孔２を形成することによって、半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成することができる。

（実施形態７）
本実施形態の半導体装置の基本構成および製造方法は実施形態１と略同じであって、図１１（ｄ）に示すように半導体基板１の一面側（図１１（ｄ）における上面側）にのみ傾斜面２ｂを設けるようにし、半導体基板１の他面側（図１１（ｄ）における下面側）にシード層７を形成するようにしている点が相違するだけである。他の構成および貫通孔形成工程以外の工程は実施形態１と同じなので図示および説明を省略する。

以下、半導体基板１に貫通孔２を形成する貫通孔形成工程について図１１に基づいて説明する。

貫通孔２の形成にあたっては、まず、図１１（ａ）に示す半導体基板１の上記一面（図１１（ａ）における上面）側に半導体基板１における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部５１ａ（図１１（ｃ）参照）を有する第１のマスク層５１を形成する第１のマスク層形成工程を行い、その後、半導体基板１の上記一面側に第１のマスク層５１を覆い且つ半導体基板１における貫通孔形成予定部位に第１の開孔部５１ａよりもサイズの小さな第２の開孔部５２ａを有する第２のマスク層５２を形成する第２のマスク層形成工程を行うことにより、図１１（ｂ）に示す構造を得る。

続いて、第２のマスク層５２および第１のマスク層５１をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることにより貫通孔２を形成するドライエッチング工程を行うことにより、図１１（ｃ）に示す構造を得る。ここにおいて、ドライエッチング工程では、第２のマスク層５２が当該ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成する。なお、ドライエッチング工程では、垂直深掘が可能なドライエッチング装置、例えば、誘導結合プラズマ型のドライエッチング装置などを用いればよい。

その後、マスク層５１をエッチング除去することにより、図１１（ｄ）に示す構造を得ればよい。

しかして、上述の貫通孔２の形成方法によれば、ドライエッチング工程において第２のマスク層５２および第１のマスク層５１をエッチングマスクとして半導体基板１を上記一面側からドライエッチングすることで貫通孔２を形成することによって、半導体基板１の上記一面側において上記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する貫通孔２を形成することができる。

なお、上記各実施形態では、半導体基板１としてＳｉ基板を採用しているが、半導体基板１はＳｉ基板に限らず、例えば、ＧａＡｓ基板、ＩｎＰ基板などを採用してもよい。

実施形態１における半導体装置を示す要部概略断面図である。 同上における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の要部説明図である。 同上における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の要部説明図である。 実施形態２における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態３における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態４における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態５における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態６における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 実施形態７における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 従来例における半導体装置を示す要部概略断面図である。 同上における半導体装置の製造方法を説明するための主要工程断面図である。 同上における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の要部説明図である。 同上における半導体装置の製造方法により製造された半導体装置の要部説明図図である。

符号の説明

１ 半導体基板
２ 貫通孔
２ｂ，２ｃ 傾斜面
３ 絶縁膜
４ 貫通配線
５ パッド
６ パッド

Claims (8)

1. 半導体基板の厚み方向に貫設された貫通孔の内側に絶縁膜を介して金属からなる貫通配線が形成され、前記半導体基板の前記厚み方向の両面側それぞれで前記貫通配線の端面および前記貫通孔の周部に重なるように形成されたパッドを有する半導体装置の製造方法であって、前記貫通孔は、少なくとも前記半導体基板の前記両面のうちの一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状に形成されてなる半導体装置の製造方法であって、前記半導体基板に前記半導体基板の前記両面のうちの少なくとも前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成した後、前記半導体基板における前記貫通孔の内周面および前記半導体基板の前記両面それぞれの露出面に絶縁膜を形成し、その後、前記半導体基板の他面側にシード層を形成してから、電解メッキ法により前記シード層を基端として前記貫通孔の内側が隙間なく埋め込まれるように金属部を析出させ、さらにその後、前記金属部のうち前記半導体基板の前記一面側および前記他面側に形成された不要部分および前記シード層を研磨して除去することにより前記金属部の残りの部分からなる前記貫通配線を形成した後で、前記各パッドを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記半導体基板の前記他面に前記半導体基板の前記一面側から前記貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記半導体基板の前記他面側において前記貫通孔に前記他面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面に前記他面から貫通孔形成予定部位をドライエッチングする際に利用するエッチングストップ層を形成するエッチングストップ層形成工程と、前記半導体基板の前記他面側に設けた貫通孔形成用のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板における前記貫通孔形成予定部位を前記他面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状が形成されるようにオーバーエッチング時間を設定することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記一面側において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる所定深さの凹部であって前記貫通孔の一部となる前記凹部を貫通孔形成予定部位に形成するための第１の開孔部を有する第１のマスク層を前記半導体基板の前記一面に設ける第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層をエッチングマスクとしてエッチング速度の結晶方位依存性を利用した異方性エッチングにより前記半導体基板の前記一面に前記凹部を形成する異方性エッチング工程と、前記半導体基板の前記他面において前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記他面側から前記凹部に達するまでドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に第１のマスク層を形成する第１のマスク層形成工程と、前記第１のマスク層に第２のマスク層を積層する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層において前記半導体基板における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部を形成する第１のパターニング工程と、前記第２のマスク層をエッチングマスクとして前記第１のマスク層に前記第１の開孔部よりもサイズの大きな第２の開孔部を等方性エッチングにより形成する第２のパターニング工程と、前記第２のマスク層および前記第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備えることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記一面から離れるにつれて開口面積が徐々に大きくなる開孔部を貫通孔形成予定部位に対応する部位に有するマスク層を前記半導体基板の前記一面に設けるマスク層形成工程と、前記マスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記マスク層のうち厚みが徐々に薄くなっている部位が前記ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記貫通孔の形成にあたっては、前記半導体基板の前記一面側に前記半導体基板における貫通孔形成予定部位に対応する第１の開孔部を有する第１のマスク層を形成する第１のマスク層形成工程と、前記半導体基板の前記一面側に前記第１のマスク層を覆い且つ前記半導体基板における前記貫通孔形成予定部位に前記第１の開孔部よりもサイズの小さな第２の開孔部を有する第２のマスク層を形成する第２のマスク層形成工程と、前記第２のマスク層および前記第１のマスク層をエッチングマスクとして前記半導体基板を前記一面側からドライエッチングすることにより前記貫通孔を形成するドライエッチング工程とを備え、前記ドライエッチング工程では、前記第２のマスク層が前記ドライエッチング工程の途中でエッチング除去されるようにして前記半導体基板の前記一面側において前記一面に近づくにつれて開口面積が徐々に大きくなる形状を有する前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。

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