JP4795102B2 - 配線基板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、貫通電極付き配線基板およびその製造方法に関する。

これまでイメージセンサーなどの光学素子のパッケージに使用されていたワイヤーボンディングに代わり、最近、素子との接続に図３に示すような貫通電極を用いたウエハレベルパッケージが提案されてきている。

画像素子などのデバイス（不図示）が一方の面（図３においては下面）上に配してある半導体（例えばＳｉ）基板１０２に貫通孔１０５を配してなる配線基板１０１を作製するためには、図３に示すように、まず、第一絶縁層１０３を介して設けられた電極１０４を備える半導体基板１０２の他方の面（図３においては上面）側から貫通孔１０５をデバイス形成面の電極（Ｉ／Ｏパッド）１０４が露呈するまで形成する。次いで、半導体基板１０２と絶縁を取るために基板表面、貫通孔１０５の内側壁に絶縁層１０６を形成する。次いで、内側壁への絶縁層形成時に一緒に形成された電極（孔底面）上の絶縁層を除去し、最後に電極１０４と電気的に接続された導電層１０７を形成する。

しかしながら、図３（ａ）に示すように、貫通孔１０５が半導体基板１０２に垂直に電極１０４まで形成された場合には、メッキなどで導電層１０７の形成を行った際に、開口部付近で配線１０７の断線は起こりにくいが、絶縁層１０６が薄いためリークの原因となり、高抵抗値不良が生じやすくなる［図３（ａ）のリーク部（●印の箇所）と表示した部分を参照］。

また、図３（ｂ）に示すように、貫通孔が垂直に形成され、その孔形状に対し絶縁材料も同様に垂直に形成されている場合、すなわち、孔開口部が垂直に形成されているような形状をしている場合には、導電材料を形成する際、その開口部付近において導電材料が薄くなり、導通不良や断線などの短絡を起こしやすくなるという問題がある［図３（ｂ）の断線部（●印の箇所）と表示した部分を参照］。

このような問題を解決するために、貫通電極の形成法の一つとして、特許文献１に記載の方法がある。この方法は、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、Ｓｉ基板２０２に形成された貫通孔２０５が開口から先細りになるような構造を採用することによって、絶縁部材２０６や導電部材（不図示）を孔内に形成しやすくしたものである。

図４（ｃ）および図４（ｄ）に示すように、貫通孔２０５の内側壁に絶縁層２０６を形成した後、孔底面に形成された絶縁層のみを除去しようとする場合には、ドライエッチング法の一つである垂直加工性の良い異方性エッチング法を行うが、貫通孔２０５の形状が電極２０４面に正テーパーをなす場合には、貫通孔２０５の内側壁にある絶縁層２０６に
対しても、貫通孔２０５以外の部分にある絶縁層２０６と同様に、エッチング種であるイオンの入射が基板に対し垂直成分（Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３）だけとなる。これにより、側壁面の絶縁層がエッチングされやすくなるため、図４（ｄ）に示すように、絶縁層が無くなったり、あるいは薄くなったりする。このような状態にある絶縁層２０６上に導電層（不図示）を設けてなる配線基板２０１においては、半導体基板２０２と導電層（不図示）からなる貫通電極との間の電気的な絶縁が不安定になったり、あるいは全く絶縁が取れなくなる虞があった。
特開２００３−３１８１７８号公報

本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、貫通電極の開口部付近における絶縁不良や接触不良などがなく、貫通電極の電気的な安定性を向上させた配線基板を提供することを第一の目的とする。また、本発明は、貫通孔の開口部付近において、短絡が発生しないように貫通電極を形成できる配線基板の製造方法を提供することを第二の目的とする。

本発明の請求項１に記載の配線基板は、半導体基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極と、前記半導体基板の他方の面側から前記電極が露呈するように配された貫通孔と、少なくとも前記貫通孔の内壁面および開口部周辺に配された第二絶縁層と、前記第二絶縁層上に配され、前記電極と電気的に接続される導電層と、を備え、前記貫通孔の内壁面と、前記半導体基板の一方の面および他方の面とが垂直をなし、前記貫通孔の開口部周辺に位置する前記第二絶縁層は、その表面がテーパーをなしていることを特徴とする。
本発明の請求項２に記載の配線基板は、請求項１において、前記第二絶縁層において、前記テーパーをなす傾斜部は、その他の平坦面に対して４５〜９０°の範囲内にあることを特徴とする。
本発明の請求項３に記載の配線基板は、請求項１において、前記半導体基板の他方の面側に、機能素子が設けられていることを特徴とする。
本発明の請求項４に記載の配線基板の製造方法は、半導体基板の一方の面に第一絶縁層を介して電極を形成する第一工程と、前記半導体基板の他方の面側から前記電極が露呈するように、該半導体基板を、該半導体基板の一方の面および他方の面に対して、垂直に貫通する貫通孔を形成する第二工程と、少なくとも前記貫通孔の内壁面および開口部周辺に第二絶縁層を形成する第三工程と、前記貫通孔の開口部周辺に位置する前記第二絶縁層に、テーパーを形成する第四工程と、前記第二絶縁層のうち、前記貫通孔の底面を覆う部分を除去する第五工程と、前記第二絶縁層上に導電層を形成し、該導電層を前記電極と電気的に接続する第六工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の請求項５に記載の配線基板の製造方法は、請求項４において、前記第三工程において、前記貫通孔の孔底面よりも、開口部周辺に形成される第二絶縁層の厚さを厚く形成することを特徴とする。

本発明では、貫通孔の開口部周辺に位置する第二絶縁層に、テーパーを形成することにより、この第二絶縁層上に配される導電層は貫通孔の開口部周辺でも所定の厚さが確保される。ゆえに、貫通孔の開口部周辺においても確実に、第二絶縁層を介して導電層が配置された構成が得られるので、絶縁不良や接触不良などの発生が防止され、ひいては、貫通電極の電気的な安定性を向上させた配線基板を提供することができる。
また、本発明では、貫通孔の開口部周辺に位置する第二絶縁層にテーパーを形成する工程を備えたことにより、次工程においてその上に導電層を形成する際に、貫通孔の開口部付近においても所定の厚さを有する導電層を安定して作製できる。ゆえに、本発明は、短絡が発生しないように、かつ、高い歩留まりで貫通電極を作製可能な配線基板の製造方法をもたらす。

以下、本発明に係る配線基板の一実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る配線基板の一例を示す断面図である。
この配線基板１は、半導体基板２の一方の面に第一絶縁層３を介して配された電極４と、半導体基板２の他方の面側から電極４が露呈するように配された貫通孔５と、少なくとも貫通孔５の内壁面および開口部周辺に配された第二絶縁層６と、第二絶縁層６上に配され、電極４と電気的に接続される導電層７と、を備える。

つまり、かかる構成の配線基板１においては、半導体基板２の一方の面から他方の面に向かう貫通孔５が形成され、この貫通孔５に第二絶縁層６を介して導電層７が形成されることより貫通電極が形成されている。

そして、本発明の配線基板１では、前記貫通孔５の開口部周辺に位置する第二絶縁層６は、その表面がテーパー８をなしていることを特徴とする。後述するような方法により製造されることで、開口部周辺に位置する第二絶縁層６のみにテーパー８を設けた構造となるため、その上に設けられる導電層７も同様にテーパー８ａをもつ形態となる。ゆえに、このような導電層７からなる貫通電極は、その開口部付近における断線不良や絶縁不良による高抵抗化などの問題が解消される。その結果、貫通電極は電気的な安定性に優れたものとなる。

その際、前記テーパー８をなす傾斜部は、その他の平坦面に対してなす角度θが４５〜９０°の範囲内にあることが好ましい。傾斜部を４５〜９０°とすることで絶縁不良や接触不良をより確実に防止することができる。その結果、貫通電極の電気的な安定性をより優れたものとすることができる。

本発明に係る配線基板の製造方法は、半導体基板２の一方の面に第一絶縁層３を介して電極４を形成する第一工程と、前記半導体基板２の他方の面側から前記電極４が露呈するように貫通孔５を形成する第二工程と、少なくとも前記貫通孔５の内壁面および開口部周辺に第二絶縁層６を形成する第三工程と、前記貫通孔５の開口部周辺に位置する前記第二絶縁層６に、テーパー８を形成する第四工程と、前記第二絶縁層６のうち、前記貫通孔５の底面を覆う部分を除去する第五工程と、前記第二絶縁層６上に導電層７を形成し、該導電層７を前記電極４と電気的に接続する第六工程と、を備えることを特徴とする。

本発明では、貫通孔５を半導体基板２に対して略垂直に形成し、該貫通孔５の内壁面へ第二絶縁層６を形成し、孔底面に形成された第二絶縁層６を除去すると同時に、開口部周辺に形成された第二絶縁層６にテーパー７を形成している。

以下では、上述した構成の配線基板１の製造方法について、図２を用いて説明する。
まず、図２（ａ）に示すように、半導体基板２を用意し、その一方の面（図２では下面）に第一絶縁層３を介して電極（Ｉ／Ｏパッド）４を形成する（第一工程）。

半導体基板２は、シリコンウエハなどの半導体ウエハでもよく、半導体ウエハをチップ寸法に切断（ダイシング）した半導体チップであってもよい。半導体基板２が半導体チップである場合は、まず、半導体ウエハの上に、各種半導体素子やＩＣ、機能素子などを複数組、形成した後、チップ寸法に切断することで複数の半導体チップを得ることができる。
電極４としては、例えばＡｌパッドが好適に用いられる。

次いで、図２（ｂ）に示すように、半導体基板２に、貫通孔５を形成する（第二工程）。
この貫通孔５は、前記半導体基板２の他方の面（図２では上面）側から、前記電極４が露呈するように形成される。孔の縦断面形状は、半導体基板２の表面に対して９０°（垂直）であることが理想的だが、８０〜１００°程度（本願ではこの範囲の角度を略垂直と呼ぶ）であってもよい。

貫通孔５の形成には、例えばドライエッチング法、レーザー加工法、ＰＡＥＣＥ（Photo Assisted Electro-Chemical Etching）法 など、孔を略垂直に形成できる方法を用いることができる。

貫通孔５を、半導体基板２に対して略垂直に形成するため、後述する第五工程において、孔底面に形成された第二絶縁層６をエッチングする際に、貫通孔５の側壁面に形成された第二絶縁層６の部分６ａが殆どエッチングされないので、貫通電極と半導体基板２との間における電気的な絶縁を確実に取ることができる。

次いで、図２（ｃ）に示すように、少なくとも前記貫通孔４の内壁面および開口部周辺に第二絶縁層６ａ（６）を形成する（第三工程）。
このような第二絶縁層６ａ（６）は、例えばＳｉＯ_２ 膜をプラズマＣＶＤ法などにより成膜することにより得られる。

また、その際、前記貫通孔５の孔底面よりも、開口部周辺に形成される第二絶縁層６の厚さを厚く形成することが好ましい。開口部周辺の第二絶縁層６の厚さを厚くすることにより、後述する第四工程および第五工程におけるプロセスが容易になる。

次いで、図２（ｄ）に示すように、貫通孔５の開口部周辺に位置する第二絶縁層６に、テーパー８を形成する（第四工程）とともに、第二絶縁層６のうち、貫通孔５の底面を覆う部分を除去する（第五工程）。
第二絶縁層６を形成する際には、孔底面にも第二絶縁層６が形成されてしまうため、これをドライエッチング法の一つである異方性エッチング法を用いて除去する。

孔底面の第二絶縁層６のエッチングは、イオン性の高い反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法で行うことが一般的だが、物理的にイオンを照射するようなイオンミリング法や逆スパッタ法のような手法を使用してもよい。

貫通孔５は、半導体基板２に対して略垂直に形成されているため、孔底面に形成された第二絶縁層６を除去する際に行われる、前述の異方性エッチングにおいて、側壁面に形成された第二絶縁層６ａはイオン照射を受けにくい（あるいは、受けない）ため、殆どエッチングされず、第二絶縁層６ａは、異方性エッチングの後でもその厚さが保たれる。
これにより、次工程において第二絶縁層６ａの上に形成される導電層７からなる貫通電極と、半導体基板２との間の電気的な絶縁を確実に取ることができる。

一方、開口部周辺では、エッチング種であるイオンの入射が基板に対し垂直成分（Ｉａ、Ｉｃ）だけでなく４５°成分（Ｉｂ）についてもエッチングに寄与するため、開口部に角度がついた形状（テーパー８）となる。このように、貫通孔５の開口部周辺に位置する第二絶縁層６ａに、テーパー８を形成することにより、その上に導電層７を配する際に断線の無い導体を形成するのに有利となる。

第二絶縁層６のうち、テーパー８をなす傾斜部は、その他の平坦面に対してなす角度θが４５〜９０°程度であることが好ましい。角度θを４５〜９０°にすることにより、スパッタ法などドライ成膜によるシード層のカバレッジが良くなる。これに対して、角度θが９０〜１３５°のようなオーバーハング形状では、側壁面に形成すべき第二絶縁層６ａを均一に成膜することが困難である。

このように、貫通孔５の開口部周辺に位置する第二絶縁層６にテーパー８を形成する工程は、貫通孔５の底面に形成された第二絶縁層６をエッチングする工程と同時行うことが可能であるため。工程が単純化されるという利点がある。すなわち、テーパー８を作製するために別途、特別な工程を入れる必要はない。

次いで、図２（ｅ）に示すように、第二絶縁層６を覆うように、貫通孔５内に導電層７を形成するとともに、この導電層７を電極４と電気的に接続する（第六工程）。
導電層７の形成は、例えばスパッタ法やＣＶＤ法、メッキ法、溶融金属の充填法、金属ペーストの充填法などで行うことができる。これにより配線基板１が作製される。

上述したように、本発明では、貫通孔５を半導体基板２に対して略垂直に形成し、貫通孔５の内壁面へ第二絶縁層６ａを形成した後、孔底面に形成された第二絶縁層６を除去すると同時に、開口部周辺に形成された第二絶縁層６にテーパー８を形成している。次いで、電極４および第二絶縁層６を覆うように、導電層７を形成している。これにより、導電層７からなる貫通電極の開口部付近における絶縁不良や接触不良などの問題を防止することができ、貫通電極の電気的な安定性を向上させることができる。

また、貫通孔５を半導体基板２に対して略垂直に形成することで、孔底面に形成された第二絶縁層６の異方性エッチングを行う際に、側壁面に形成された第二絶縁層６ａはエッチングされない。これにより、貫通電極の開口部付近における絶縁不良や接触不良などの問題を防止することができ、貫通電極の電気的な安定性を向上させることができる。

さらに、上記異方性エッチングを行う際に、開口部においては、垂直方向および４５°程度に角度がついたイオンが照射されるために、開口部周辺に形成された第二絶縁層６にテーパー８が形成される。そのため、第二絶縁層６の上に導電層７を形成するにあたり、垂直の場合に比べて無理のない角度で貫通孔５の内面と、半導体基板２の他方の面（図２では上面）とに亘って連続してなる配線が容易に、かつ安定して製造できる。これにより、貫通電極の開口部付近における絶縁不良や接触不良などの問題を防止することができ、貫通電極の電気的な安定性の向上が図れる。

以上、本発明の配線基板およびその製造方法について説明してきたが、本発明は上記の例に限定されるものではなく、必要に応じて適宜変更が可能である。
配線基板としては、上述した単純な構成の半導体基板の他に、例えば、半導体基板の他方の面側に、機能素子が配されていてもよい。機能素子が配されていない単純な構成の基板に対しても、この方法は適用できるが、半導体基板の片面に機能素子が形成され、且つ、その機能素子が保護されているような基板に対しても適用可能な方法である。

本発明は、貫通電極を備えた配線基板およびその製造方法に広く適用可能である。

本発明に係る配線基板の一例を示す模式的断面図である。 図１に示した配線基板の製造工程の一例を順に示す断面図である。 従来の配線基板の一例を示す断面図である。 従来の配線基板の他の一例を示す断面図である。

符号の説明

θ テーパー角、１ 配線基板、２ 半導体基板、３ 第一絶縁層、４ 電極、５ 貫通孔、６ 第二絶縁層、７ 導電層、８ テーパー。

Claims (5)

1. 半導体基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極と、
   前記半導体基板の他方の面側から前記電極が露呈するように配された貫通孔と、
   少なくとも前記貫通孔の内壁面および開口部周辺に配された第二絶縁層と、
   前記第二絶縁層上に配され、前記電極と電気的に接続される導電層と、を備え、
   前記貫通孔の内壁面と、前記半導体基板の一方の面および他方の面とが垂直をなし、
   前記貫通孔の開口部周辺に位置する前記第二絶縁層は、その表面がテーパーをなしていることを特徴とする配線基板。
2. 前記第二絶縁層において、前記テーパーをなす傾斜部は、その他の平坦面に対して４５〜９０°の範囲内にあることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
3. 前記半導体基板の他方の面側に、機能素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の配線基板。
4. 半導体基板の一方の面に第一絶縁層を介して電極を形成する第一工程と、
   前記半導体基板の他方の面側から前記電極が露呈するように、該半導体基板を、該半導体基板の一方の面および他方の面に対して、垂直に貫通する貫通孔を形成する第二工程と、
   少なくとも前記貫通孔の内壁面および開口部周辺に第二絶縁層を形成する第三工程と、
   前記貫通孔の開口部周辺に位置する前記第二絶縁層に、テーパーを形成する第四工程と、
   前記第二絶縁層のうち、前記貫通孔の底面を覆う部分を除去する第五工程と、
   前記第二絶縁層上に導電層を形成し、該導電層を前記電極と電気的に接続する第六工程と、を備えることを特徴とする配線基板の製造方法。
5. 前記第三工程において、前記貫通孔の孔底面よりも、開口部周辺に形成される第二絶縁層の厚さを厚く形成することを特徴とする請求項４に記載の配線基板の製造方法。

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