JP5329733B2 - 基板の２つの面間の電気的接続および製造工程 - Google Patents

Description

（技術分野）
本発明の目的は、基板の２つの面間の電気的接続と、この接続を形成する方法である。その応用として、磁気ヘッドもしくはセンサのような電気的接続を必要とする電子部品または回路または装置の製造も含む。

（従来技術）
文献ＦＲ−Ａ−２６３７１６１号には基板間を電気的に接続する方法が開示されている。この方法は添付の図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃに示されている。絶縁層１２が基板１０上に堆積され、基板の背面が適切な波長のレーザ光線によって決まったピッチで走査される。レーザ照射は基板によって吸収され、基板を局所的に摩耗させる。基板全体の厚さが薄くなると、照射は、選定された照射に対して透過性のある絶縁層１２に到達する。絶縁層は摩耗されずに残るので、基板に空いたホールの底を形成することとなり、結果としてホールが貫通しない。次いで熱酸化が行われ、特にホールの壁面および基板の背面に絶縁層１４が形成される（図１Ａ）。

次に導電層１６が堆積され、ホールの側面および底面に被膜が形成される。その後エッチング技術を用いて導電層の表面を覆っている絶縁層１２の一部が除去され、開口部１８が形成される（図１Ｂ）。

続いて、電気的接続が導電性パッド１８を通して金属層１６上に形成される（図１Ｃ）。こうして基板の表面と背面間の電気的接続が、パッド１８の金属材料および金属層１６を通して形成される。次の段階で、従来の手段を用いて基板の前面上に電気回路が形成される。

このタイプの方法は少なくとも２つの欠点を有している。すなわち、
−基板にホールが存在するために、レジンの塗布、部品の洗浄など、回路の製造に関するいくつかの工程の間、特別に注意を払わなければならない。
−ホール内に基板とは異なる金属材料が存在することは、周囲より高い温度が必要な工程の間、応力と変形を発生させる。こういった応力と変形は高温で構成材料を操作する際、非常に有害となる。

本発明の目的は、ホールの形成を回避し、異なる材料の性質上の相違を減少させることによって、これらの欠点を打開することである。

文献ＥＰ−０９２６７２６には、半導体基板、絶縁層および誘電体層から形成されるスタック内にトレンチが形成された電子回路の製造方法が記載されている。このトレンチは酸化物で充填される。次の段階で、金属を充填させる開口部を空ける。通常の技術の場合、層のスタックは２つの絶縁層を有しているので、層のスタックではなく金属円筒で接続する。

日本国特許１９９５年３月３１日、Ｎｏ２、ｖｏｌ．１９９５（ＪＰ０６３１０４８９）号の要約には、半導体基板のエッチング方法が記載されている。その目的は永久的な接続を形成することではなく、電解液内に沈められた基板の底面を適切な電圧に上昇することを可能にすることによって、電気分解による工程を単純にすることである。

日本国特許１９８５年１０月８日、Ｎｏ２５１（Ｅ−３４８）、ｖｏｌ．００９（ＪＰ６０１０１９４５）号の要約には、基板に半導体部品を形成する方法と、基板の残余部分から該部品を分離する方法が記載されている。ゆえに、その目的は基板の一方の面と他方の面を接続することではない。
文献ＥＰ−Ａ−０９７４８１７には基板の厚さ全体に亘って形成される円筒絶縁領域を有する検出器のカード型回路が記載されている。その絶縁材は基板の表面と同一平面上でぴったりと重なる。

（発明の提示） 本発明は基板が導体（または半導体）である電気的接続（「中継」導体と呼ばれる）を提示し、この導電特性は接続を行うのに用いられる。前述した従来技術では、導電基板を用いる場合、接続は常に基板と異なる付加材料（層１６）を介して行われるため、その際の導電率は必ずしも効果的ではないことが認められる。

本発明によると、基板そのものが２つの面間の電気的接続手段として用いられる。この接続を形成する基板の一部は、当然ながら基板の残りの部分から電気的に絶縁される。この絶縁の機能は、基板の厚さ全体にわたって延長し、接続を形成する基板の一部を完全に囲む少なくとも一つのトレンチ（これは仕切りまたは壁とも呼ばれる）によってなされる。このトレンチは、基板全体の機械的強度を達成するために、少なくとも部分的に充填されなければならない。

特に、本発明の目的は、基板の２つの面間の電気的な接続を形成する方法であって：
−開始地点が導体または半導体基板であり、
−基板の一部を完全に囲む少なくとも一つの電気的な絶縁トレンチが、基板の厚さ全体にわたって形成され、このトレンチは少なくともその深さ部分にわたって満たされており、
−第１の導電手段が、基板の一方の面上に推積され、この手段はトレンチによって完全に囲まれている基板の一部と電気的に接続している、
作業段階を含み、
当該方法は：
−第１の溝が基板の第１の面から形成され、この第１の溝は少なくとも一つの絶縁材料で充填されており、
−基板が所望の厚さまで薄くされ、
−第２の導電手段が、溝によって完全に囲まれた基板の一部に面して、薄くされた基板の面上に形成され、
−第２の溝が、薄くされた基板の面から形成され、第１の溝に対向し、第１の溝を満たす材料に達するまで広がる
ことを特徴とし、
したがって、前記電気的接続が、前記トレンチによって完全に囲まれた基板の一部と前記第１と第２の導電手段によって構成される方法である。

本発明の他の目的は、上記の方法によって得られた電気的接続である。この接続は：
−基板の厚さ全体にわたって延長し、基板の一部を完全に取り囲み、小なくともその深さ部分にわたって充填されている、少なくとも一つの電気的に絶縁するトレンチと、
−トレンチによって完全に囲まれている基板の一部と電気的に接続される、基板の一方の面上の第１の導電手段と、
−前記トレンチによって完全に囲まれた基板の一部と電気的に接続される、基板の他方の面上の第２の導電手段と、
を備え
したがって、前記電気的接続が、前記トレンチによって完全に囲まれた基板の一部と前記第１と第２の導電手段によって構成され、
当該電気的接続は：
充填されたトレンチの一部が、基板の第１の面からエッチングされた第１の溝と、この第１の溝に充填された電気的な絶縁材料を有し、および、基板の第２の面から基板内に形成された、底が充填されたトレンチの一部まで広がる第２の溝を有することを特徴とする。
トレンチは互いに対向する２つの溝から形成され、それぞれの溝は基板の反対側から形成される。溝の一方、または両方が充填される。

一つの実施例では、充填されたトレンチ部分は基板の第１の面からエッチングされた第１の溝と、この第１の溝に充填された電気的な絶縁材料を有している。

他の実施例では、第１の溝の壁面は絶縁層で覆われており、溝には他の材料が充填されている。この他の材料は電気的に導体または半導体である。すなわち好ましくはこの材料は基板の膨張係数と同じ膨張係数を有する。

トレンチは、基板の２つの面から始まる２つの連通する溝をエッチングし、少なくともそれらの一方を充填することによって、または一つの溝を形成し、前記溝まで基板の他方の面を薄くすることによって形成される。

また、いくつかの同心または非同心のトレンチを形成することも可能であって、例えば２つのトレンチを形成し、一方を内側に、他方を外側に形成することができる。

上の定義では、「第１」および「第２」の面は、基板の「前面」および「背面」であっても、「背面」および「前面」であってもよい。というのは、これらの名称は慣習的なものであり、制限的な性質を持つものではないからである。

（特別な実施例の記載）
図２Ａ、２Ｂには、例えば抵抗率２ｍΩｘｃｍの厚さ５００μｍのシリコンで形成した基板２０を示した。この基板は第１の面２１と第２の面２２を有し、２つの面をそれぞれ「前面」、「背面」と表す。前面２１は感光性レジン２４で覆われており、該感光性レジンは、後に形成されるトレンチに対応する閉じたパターンを定義するために、マスクを通して光にさらされる。実施例では、この閉じたパターンはリング２６であり、該リングは内径が例えば１８０μｍ、幅が６μｍである。このレジンを現像したとき、基板の前面２１がリング２６に沿って露出する。

基板の露出した領域を、例えばドライエッチングで、エッチングし、図３に示したような溝２８を得る。例えばこの溝の深さは６０μｍである。

レジンを除去した後、この溝は図４で示した第１の例のように符号３０で示された絶縁材料で充填される。

図５に示した他の実施例では、薄い絶縁層３２（基板がシリコンでできている場合はシリカ層）が溝の内壁を覆うように、基板全体が熱によって酸化される。絶縁層３３は背面上に堆積される。次の段階で、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて、好ましくは基板と同様の熱膨張係数を有する材料を堆積する。例えば、もし基板の材料がシリコンであれば、堆積される材料は多結晶シリコンである。この材料は図６において符号３６で示されている。層３７もまた背面上に堆積される。次の段階で、前面を研磨し、例えば機械−化学的処理を用いて、材料３６を溝の中だけに残す。

図７は次の段階を示しており、図示したように、基板の前面に様々な導電路を形成して第１の導電手段３８が作られる。これはマイクロエレクトロニクスにおける既知の方法によって得られる。これらの導電路は、第１の溝内に位置する領域の基板と電気的に接続している。保護層３９はアセンブリ全体を覆う。

基板は図８に示したように、例えば機械的、機械−化学的、または化学的処理によって、所望の厚さ、例えば２５０μｍになるまで薄くされる。新しい背面を符号４０で表す。図９に、第２の導電手段４２、例えば、背面上に例えば金属で形成された接続パッドを示した。このパッドの上に金属線をはんだ付けするかまたは、溶接ビードを堆積させてもよい（応用目的による）。第２の導電手段４２の位置は、第１の溝によって表面に定義されたリングの内側に相当する。

図１０に示したように、次の段階で、第１の溝と同様のフォトリソグラフィーおよびエッチング方法を用いて、背面４０から第２の溝４４を形成する。エッチングは、第１の溝に充填された材料に達するまで続ける。こうして、基板の一部４６が完全に絶縁される。この部分４６は、表面の第１の導電手段３８と背面の第２の導電手段４２を電気的に接続する電気的接続を形成する。

この例によって用いたシリコン基板の寸法では、接続は１オームのオーダーの抵抗で得られる。明らかにこれは単なる例であり本発明を限定するものではない。基板の厚さおよび／またはリングの内径、および／または基板の抵抗率を変更することによって、別の値を得ることもできる。

図１１は他の実施例を示しており、表面に形成された第１の溝が絶縁材料４８（例えばガラス、シリカなど）で充填されており、背面上に形成されている第２の溝もまた絶縁材料５０（例えばガラス、シリカなど）で充填されている。

他の実施例によると、トレンチは充填された溝を１つだけ有し、このとき基板は溝を充填する材料が露出するまで薄くされる。

最後の段階を示す図１２Ａ、１２Ｂ、および１２Ｃは、円形ではない３つの閉じた形状６０、すなわち四角、三角および六角形の形状をそれぞれ表す。これら全ての形状は単に例として示した。図１２Ｂは、２つのトレンチ６１と６２が形成された場合を示す。形状にかかわらず、もっと多く形成することも可能である。

さらに、トレンチは必ずしも２つの垂直な側壁で形成しなくてもよく、他の形状、例えば傾斜する側壁で形成することもできる。

図１Ａ、１Ｂおよび１Ｃは従来技術による接続の形成方法を示す。 図２Ａおよび２Ｂは本発明による工程における第１段階の上面図および断面図である。 図３は第１の溝の形成を示す。 図４は第１の溝が絶縁材料で充填されている変形例を示す。 図５は第１の溝の壁面が絶縁層で被膜されている変形例を示す。 図６は被膜され、且つ充填されている溝を示す。 図７は基板の表面に回路または内部接続を形成するための、層の形成の付加的な段階を示す。 図８は背面から基板を薄くする作業段階を示す。 図９は基板の背面上での接続パッドの形成を示す。 図１０は薄くなった基板における第２の溝の形成を示し、該溝が充填されない実施例での完成した電気的接続を示す。 図１１は２つの溝が絶縁材料で充填されている別の例を示す。 図１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃは様々なトレンチ形状を示し、２つの三角溝を有する変形例を示す。

Claims (3)

1. 導体または半導体基板の２つの面間の電気的な接続を形成する方法であって、
   ａ）閉じたパターンを形作る第１の溝（２８）を基板（２０）の第１の面（２１）から形成し、この第１の溝（２８）を少なくとも一つの絶縁材料（３０）で充填するステップと、
   ｂ）第１の導電手段（３８）を前記基板（２０）の前記第１の面（２１）に堆積するステップであって、前記第１の導電手段は前記第１の溝（２８）によって完全に囲まれている前記基板（２０）の一部（４６）と電気的に接続している、前記堆積ステップと、
   ｃ）前記基板（２０）を前記基板の第２の面（２２）から所望の厚さまで薄くするステップと、
   ｄ）第２の導電手段（４２）を、前記第１の溝によって完全に囲まれた基板の前記一部（４６）に対向するように、前記薄くされた基板の前記薄くされた面（４０）上に形成するステップと、
   ｅ）第２の溝（４４）を、前記薄くされた基板の前記薄くされた面（４０）から前記第１の溝に対向するように形成するステップであって、この第２の溝は完全に前記基板の前記一部（４６）を囲み、前記第１の溝に充填された前記材料に達するまで広がる、前期形成ステップとを含み、
   そのことによって、前記電気的接続が前記第１の溝と前記第２の溝を含むトレンチによって完全に囲まれた前記基板（２０）の前記一部（４６）と前記第１の導電手段（３８）と前記第２の導電手段（４２）によって実現される、導体または半導体基板の２つの面間の電気的な接続を形成する方法。
   
2. 前記第１の溝（２８）を充填するため、電気的な絶縁材料の層（３２）が前記第１の溝（２８）の壁面に堆積され、前記第１の溝は他の材料（３６）によって充填される、請求項１に記載の方法。
   
3. 前記ステップｄ）の前に保護層（３９）を形成するステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
   

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