JP7239045B2 - 貫通電極基板および半導体装置 - Google Patents

Description

本開示は、貫通電極基板に関する。

近年、集積回路を形成した半導体回路基板を垂直に積層した三次元実装技術が用いられている。このような実装技術においては、貫通電極が形成された基板が用いられる。このような基板は、インターポーザといわれることもある。貫通電極は、基板に形成された貫通孔に導電体を配置することによって形成される。高集積化のためには、貫通孔の微細化が必要である。例えば、特許文献１、２には、微細な貫通孔を形成するために、ガラス基板にレーザを照射する技術が開示されている。

国際公開第２０１０／０８７４８３号 特表２０１４－５０１６８６号公報

上記特許文献１、２に開示された技術によれば、貫通孔を微細化することができる一方、アスペクト比が大きくなる。アスペクト比が大きくなると、貫通孔内部への導電体の形成が困難となる。

本開示の実施形態における目的は、貫通孔の内部に導電体を容易に形成することにある。

本開示の一実施形態によると、第１面から第２面に対して貫通し孔内部において径が極小値を有しない貫通孔を含む基板と、前記貫通孔の内側面に沿って配置された導電体と、を備え、前記貫通孔は、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％、５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度（前記第１面側が拡がる角度を正の傾斜角度とする）の合計値が、８．０°以上であり、前記第１面から前記第２面までの区間のうち４３．７５％、５６．２５％、８１．２５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度が順に小さくなる条件を満たす、貫通電極基板が提供される。

本開示の一実施形態によると、第１面から第２面に対して貫通し孔内部において径が極小値を有する貫通孔を含む基板と、前記貫通孔の内側面に沿って配置された導電体と、を備え、前記貫通孔は、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度（前記第１面側が拡がる角度を正の傾斜角度とする）の合計値が４．０°以上、および前記第１面から５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度の合計値が－４．０°以下であり、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から１８．７５％、４３．７５％、５６．２５％、８１．２５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度が順に小さくなる条件を満たす、貫通電極基板が提供される。

前記導電体は、第１金属層と第２金属層とを含み、前記第１金属層は、前記第２金属層と前記基板との間に配置され、前記第１面と前記第２面との双方において、少なくとも一部に前記第１金属層が配置されていてもよい。

前記第１面と前記第２面とに配置された前記第１金属層の少なくとも一部は、前記貫通孔の内部に配置された前記第１金属層と接続されていてもよい。

前記基板は、ガラス基板であってもよい。

前記導電体は、前記導電体は、前記基板上に配置された第１金属層および前記第１金属層上に配置された第２金属層を含んでもよい。

前記貫通孔のアスペクト比は４以上であってもよい。

本開示の一実施形態によると、上記記載の貫通電極基板と、前記貫通電極基板の前記導電体と電気的に接続された半導体回路基板と、を有する半導体装置が提供される。

本開示の実施形態によると、貫通孔の内部に導電体を容易に形成することができる。

本開示の第１実施形態における貫通電極基板の断面構造を説明する図である。 本開示の第１実施形態における貫通電極基板の製造方法を説明する図である。 図２に続く貫通電極基板の製造方法（貫通孔の形成）を説明する図である。 図３に続く貫通電極基板の製造方法（第１金属層の形成）を説明する図である。 図４に続く貫通電極基板の製造方法（第１金属層の形成）を説明する図である。 図５に続く貫通電極基板の製造方法（第２金属層の形成）を説明する図である。 図６に続く貫通電極基板の製造方法（貫通電極の形成）を説明する図である。 図７に続く貫通電極基板の製造方法（配線層の形成）を説明する図である。 本開示の第１実施例における貫通孔の形状例（形状Ａ）を説明する図である。 本開示の第２実施例における貫通孔の形状例（形状Ｂ）を説明する図である。 本開示の第１実施例（形状Ａ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第１実施例（形状Ａ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第１実施例（形状Ａ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第１比較例（形状Ａ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第１比較例（形状Ａ５）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第２実施例（形状Ｂ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第２実施例（形状Ｂ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第２比較例（形状Ｂ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第２比較例（形状Ｂ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第３実施例における貫通孔の形状例（形状Ｃ）を説明する図である。 本開示の第４実施例における貫通孔の形状例（形状Ｄ）を説明する図である。 本開示の第５実施例における貫通孔の形状例（形状Ｅ）を説明する図である。 本開示の第３実施例（形状Ｃ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第３実施例（形状Ｃ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第３実施例（形状Ｃ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第３比較例（形状Ｃ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第４実施例（形状Ｄ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第４実施例（形状Ｄ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第４比較例（形状Ｄ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第４比較例（形状Ｄ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第５実施例（形状Ｅ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。 本開示の第２実施形態における半導体装置を示す図である。 本開示の第２実施形態における半導体装置の別の例を示す図である。 本開示の第２実施形態における半導体装置のさらに別の例を示す図である。 本開示の第２実施形態における半導体装置を用いた電子機器を説明する図である。

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発明の実施形態の一例であって、本発明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。なお、本実施形態で参照する図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号または類似の符号（数字の後にＡ、Ｂ等を付しただけの符号）を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、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。

＜第１実施形態＞
［貫通電極基板の構成］
図１は、本開示の第１実施形態における貫通電極基板の断面構造を説明する図である。貫通電極基板１０は、ガラス基板１００および配線層２１０、２２０を含む。ガラス基板１００の第１面１０１側には、配線層２１０が配置されている。ガラス基板１００の第２面１０２側には、配線層２２０が配置されている。ガラス基板１００は、第１面１０１から第２面１０２に対して貫通する貫通孔１５０を備える。貫通電極５０は、貫通孔１５０の内部、ガラス基板１００の第１面１０１側の一部および第２面１０２側の一部に配置された導電体である。貫通電極５０は、ガラス基板１００の第１面１０１側と第２面１０２側とを電気的に接続する。配線層２１０は、導電層２１２および絶縁層２１５を含む。配線層２２０は、導電層２２２および絶縁層２２５を含む。導電層２１２と導電層２２２とは、貫通電極５０を介して電気的に接続されている。なお、配線層２１０および配線層２２０の少なくとも一方または双方は存在しなくてもよい。

図１では貫通孔１５０の形状は円筒形状のように示しているが、実際には、貫通孔１５０の内側面は複雑な形状を有している。図２～８の説明においても同様である。なお、貫通孔１５０の具体的な形状については、後述する図９、１０、２２、２３、２４に示す形状が例示される。

［貫通電極基板の製造方法］
続いて、貫通電極基板１０の製造方法について、図２から図８を用いて説明する。まず、ガラス基板１００に貫通孔１５０を形成する工程について説明する。

図２は、本開示の第１実施形態における貫通電極基板の製造方法を説明する図である。図３は、図２に続く貫通電極基板の製造方法（貫通孔の形成）を説明する図である。まず、ガラス基板１００を準備する（図２）。ガラス基板１００の厚さは、この例では、４００μｍである。ガラス基板１００の代わりに、石英基板、シリコンウェハ、セラミックなど他の無機材料で形成された基板が用いられてもよいし、樹脂基板などの有機材料で形成された基板が用いられてもよい。シリコンウェハ等、導電性を有する基板を用いる場合には、貫通孔が形成された状態において、貫通電極と基板とが導通しないように、貫通孔の内側面を含めた基板表面が絶縁体で覆われる。

続いて、ガラス基板１００に貫通孔１５０を形成する（図３）。貫通孔１５０は、上述したように内側面が図９、１０、２０、２１、２２に示すいずれかの形状となるように形成される。この例では、貫通孔１５０の形状は、以下の第１条件および第２条件のいずれかを満たす。

（第１条件）
第１条件は、以下の（１）、（２）に示す条件である。
（１）貫通孔１５０の内部において径Ｓｄが極小値を有しない。
（２）貫通孔１５０の内側面における複数の測定点の傾斜角度の合計値が８．０°以上である。
ここで、複数の測定点とは、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％、５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置（合計８点）である。

（第２条件）
第２条件は、以下の（３）、（４）、（５）に示す条件である。
（３）貫通孔１５０の内部において径Ｓｄが極小値を有する。
（４）貫通孔１５０の内側面における複数の第１測定点の傾斜角度の第１の合計値が４．０°以上である。
（５）貫通孔１５０の内側面における複数の第２測定点の傾斜角度の第２の合計値が－４．０°以下である。
ここで、複数の第１測定点とは、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％の距離の位置（合計４点）である。複数の第２測定点とは、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置（合計４点）である。

上記の各用語の定義について説明する。貫通孔１５０の内部とは、貫通孔１５０におけるガラス基板１００の第１面１０１と第２面１０２との間を示す。貫通孔１５０の径Ｓｄとは、貫通孔１５０の中心軸に垂直な断面形状において、中心軸から内側面までの距離を示している。中心軸に垂直な断面の位置に応じて径Ｓｄは変化する。この例では、断面形状が円である。したがって、径Ｓｄは半径に相当する。また、中心軸は円の中心に位置する。また、この例では、貫通孔１５０の中心軸は、第１面１０１および第２面１０２に対して垂直になっている。傾斜角度とは、貫通孔１５０の中心軸に対する内側面の傾斜角度である。第１面１０１側が拡がる傾斜角度を正の値としている。

第１条件を満たす貫通孔１５０は、ガラス基板１００に対して所定の条件でレーザを照射することによって形成される。第２条件を満たす貫通孔１５０は、ガラス基板１００に対して所定の条件でレーザを照射した後に、所定のエッチング液によりエッチング処理を施すことによって形成される。径Ｓｄの最大値は、３５μｍ～４５μｍ程度である。上述した通り、ガラス基板１００の厚さは４００μｍである。したがって、アスペクト比（貫通孔１５０の直径（径Ｓｄの最大値×２）に対する貫通孔１５０の長さ（ガラス基板１００の厚さ）の割合）は５程度である。上記の第１条件または第２条件は、アスペクト比が４以上である貫通孔１５０であるときに適用されることが望ましい。いずれの条件を満たす貫通孔１５０についても、詳細の加工条件については後述する各実施例において説明する。

続いて、貫通孔１５０に貫通電極５０を形成する工程について説明する。

図４は、図３に続く貫通電極基板の製造方法（第１金属層の形成）を説明する図である。図５は、図４に続く貫通電極基板の製造方法（第１金属層の形成）を説明する図である。図６は、図５に続く貫通電極基板の製造方法（第２金属層の形成）を説明する図である。図７は、図６に続く貫通電極基板の製造方法（貫通電極の形成）を説明する図である。

貫通孔１５０が形成されたガラス基板１００に対して、第１金属層５１を形成する。第１金属層５１は、電解めっき処理のためのシード層の機能を有する。第１金属層５１はＴｉである。なお、第１金属層５１は、電解めっき処理のシード層として機能する金属であればよく、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗ等を含む金属であってもよい。

第１金属層５１は、まず、ガラス基板１００の第１面１０１側からスパッタリング法によって形成される（図４）。この例では、ガラス基板１００を回転させながら、第１面１０１側からスパッタリング法により第１金属層５１が堆積される。ガラス基板１００の回転軸は、第１面１０１の法線に対して傾斜している。回転軸の傾斜角は、０°以上２０°以下であることが望ましく、この例では１０°である。なお、スパッタに用いられるターゲットの表面の法線は、この回転軸に平行である。

この時点では、第１金属層５１は、第１面１０１側には形成されているが、第２面１０２側には形成されていない。また、第１金属層５１は、貫通孔１５０の内側面のうち第１面１０１側の一部には形成されているが、第２面１０２側の一部には形成されていない。そのため、ガラス基板１００の第２面１０２側からスパッタリング法により第１金属層５１を堆積する（図５）。この処理によって、ガラス基板１００の表面が第１金属層５１に覆われる。第１面１０１（および第２面１０２）上において、第１金属層５１は、０．１μｍ以上３μｍ以下の厚さになるように堆積されることが望ましく、この例では１．５μｍの厚さで堆積される。貫通孔１５０の内側面に堆積される第１金属層５１は、第１面１０１に堆積される第１金属層５１よりも薄くなる。

続いて、第１金属層５１をシード層として、電解めっき処理により第２金属層５２を成長させる。電解メッキ処理の前に、第２金属層５２を成長させない領域にはレジスト等の絶縁体でマスクを形成しておき、第２金属層５２を成長させた後にマスクを除去する（図６）。このようにすると、マスクが形成された部分には第２金属層５２が成長しないため、マスクを除去した領域は第１金属層５１が露出される。

第２金属層５２はＣｕである。なお、第２金属層５２は、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｓｎ等を含む金属であってもよい。この例では、第２金属層５２は、貫通孔１５０の内部を充填しない程度の膜厚で形成される。充填されないことによって形成された貫通孔１５０内の空間については、気体が存在する状態としてもよいし、樹脂等の絶縁体で充填されてもよいし、別の金属等の導電体で充填されてもよい。なお、第２金属層５２は、貫通孔１５０の内部を充填する程度の膜厚で形成されてもよい。

続いて、第２金属層５２をマスクとして、露出されている第１金属層５１をエッチングすると、貫通電極５０が形成される（図７）。なお、貫通電極５０は、第１金属層５１および第２金属層５２の積層構造であるが、各図においてはこの積層構造を区別せずにまとめて記載している。

貫通孔１５０のアスペクト比が大きくなるほど、貫通孔１５０の内側面の一部において第１金属層５１が形成されない場合がある。第１金属層５１が形成されない領域が存在すると、次の工程での電解めっき処理において第２金属層５２が形成されない領域が発生する。この結果、第１面１０１側と第２面１０２側との導通が実現しないという不良が発生してしまう。

一方、貫通孔１５０の形状が上述した第１条件または第２条件を満たしていることにより、第１金属層５１が貫通孔１５０の内側面のほぼ全体わたって形成される。これにより、第２金属層５２が貫通孔１５０の内部で分離しにくくなるため第１面１０１側と第２面１０２側との導通を実現する貫通電極５０を形成することができる。

図８は、図７に続く貫通電極基板の製造方法（配線層の形成）を説明する図である。ガラス基板１００に貫通電極５０が形成されると、続いて、ガラス基板１００の第１面１０１側に配線層２１０が形成される。配線層２１０は、例えば、コンタクトホールを有する絶縁層２１５を形成し、導電層２１２を形成することによって実現される。絶縁層２１５は、例えば、感光性のドライフィルムレジストによって形成される。ガラス基板１００上にドライフィルムレジストが形成され、所定のパターンで露光され、現像されることによってコンタクトホールが形成される。導電層２１２は、上述した貫通電極５０と同様に、電解メッキ処理を用いて形成されてもよいし、スパッタリング法などを用いた蒸着によって形成されてもよい。絶縁層２１５と導電層２１２とを繰り返して形成することにより多層構造の配線層２１０が形成される。

続いて、ガラス基板１００の第２面１０２側に配線層２２０を形成すると、図１に示す構造が実現される。以上が貫通電極基板１０の製造方法についての説明である。

＜実施例＞
［貫通孔の形状（径Ｓｄの極小値無し）］
貫通孔１５０の形状、およびこの形状を実現するための製造方法について説明する。まず、貫通孔１５０の内部において径Ｓｄが極小値を有しない形状について説明する。ここでは、第１実施例（形状Ａ）および第２実施例（形状Ｂ）について説明する。

図９は、本開示の第１実施例における貫通孔の形状例（形状Ａ）を説明する図である。図９に示す貫通孔１５０Ａの径Ｓｄは、第１面１０１側で最も大きく、第２面１０２側に向かうほど小さくなっていき、第２面１０２側で最も小さい。なお、図９において、貫通孔１５０Ａの中心軸ＣＡは、貫通孔１５０Ａを第１面１０１に平行な面で切ったときに現れる円の中心に対応する。したがって、中心軸ＣＡから貫通孔１５０Ａの内側面までの距離（円の半径）が径Ｓｄに対応する。また、傾斜角度ＴＡは、中心軸ＣＡに対する内側面の角度である。図９では、第１面１０１からの１７５μｍ（４３．７５％）における内側面の傾きＳＳと中心軸ＣＡとの角度が傾斜角度ＴＡとして例示されている。

図１０は、本開示の第２実施例における貫通孔の形状例（形状Ｂ）を説明する図である。図１０に示す貫通孔１５０Ｂの径Ｓｄは、第１面１０１側より第２面１０２側が小さく、第１面１０１側から第２面１０２側に向かうにつれて、一度大きくなってから小さくなる。すなわち、貫通孔の内部において、径Ｓｄが極大値を有する。径Ｓｄが極大値となる位置は、第１面１０１と第２面１０２との中央の位置よりも第１面１０１側に存在する。

形状Ａおよび形状Ｂの貫通孔は、上述した特許文献１（国際公開第２０１０／０８７４８３号）に開示されたレーザの照射を行う装置を用いて作製された。エキシマレーザ光の照射は、５０μｍ毎にガラス基板１００の加工面での照射フルエンスを調整した。このように照射フルエンスを調整することによって、形成される貫通孔の形状を制御した。

［第１実施例および第１比較例］
形状Ａを前提とした貫通孔１５０Ａの様々な形状について、第１金属層５１の形成に与える影響を評価した。ここでは、第１実施例として形状Ａ１～Ａ３の貫通孔を形成した。また、第１比較例として形状Ａ４、Ａ５の貫通孔を形成した。各形状における深さＦｄと照射フルエンス（およびショット数）との関係は以下の表１に示す通りである。なお、深さＦｄは、第１面１０１からの距離に対応する。したがって、深さＦｄ＝０μｍは第１面１０１に対応し、深さＦｄ＝４００μｍは第２面１０２に対応する。

図１１は、本開示の第１実施例（形状Ａ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１２は、本開示の第１実施例（形状Ａ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１３は、本開示の第１実施例（形状Ａ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１４は、本開示の第１比較例（形状Ａ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１５は、本開示の第１比較例（形状Ａ５）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１１～図１５において示される貫通孔の形状特性は、深さＦｄと径Ｓｄとの関係、および深さＦｄと傾斜角度ＴＡとの関係である。なお、傾斜角度ＴＡの測定位置は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から６．２５％（２５μｍ）、１８．７５％（７５μｍ）、３１．２５％（１２５μｍ）、４３．７５％（１７５μｍ）、５６．２５％（２２５μｍ）、６８．７５％（２７５μｍ）、８１．２５％（３２５μｍ）、９３．７５％（３７５μｍ）の距離の位置（合計８点）である。

形状Ａ１～Ａ５の貫通孔１５０Ａにおいて、上記の第１実施形態で説明した方法で貫通電極５０を形成した。各形状の貫通電極５０の断面を観察し、第１金属層５１が貫通孔１５０Ａの内側面全体に形成されているか否かを評価した。第１金属層５１が形成されていない領域がなければ良好（ＯＫ）、第１金属層５１が形成されていない領域がある場合には不良（ＮＧ）とした。なお、第１金属層５１は非常に薄いため、電解めっき処理により第２金属層５２を形成し、第２金属層５２の状況を観察することで、間接的に第１金属層５１が形成されているか否かを評価した。

その結果、形状Ａ１、Ａ２、Ａ３は良好であり、形状Ａ４、Ａ５は不良であると判定された。

［第２実施例および第２比較例］
形状Ｂを前提とした貫通孔１５０Ｂの様々な形状について、第１金属層５１の形成に与
える影響を評価した。ここでは、第２実施例として形状Ｂ１、Ｂ２の貫通孔を形成した。また、第２比較例として形状Ｂ３、Ｂ４の貫通孔を形成した。各形状における深さＦｄと照射フルエンス（およびショット数）との関係は以下の表２に示す通りである。

図１６は、本開示の第２実施例（形状Ｂ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１７は、本開示の第２実施例（形状Ｂ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１８は、本開示の第２比較例（形状Ｂ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１９は、本開示の第２比較例（形状Ｂ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図１６～図１９において示される貫通孔の形状特性は、深さＦｄと径Ｓｄとの関係、および深さＦｄと傾斜角度ＴＡとの関係である。評価方法は、上述と同様にして第１金属層５１が貫通孔１５０Ｂの内側面全体に形成されているか否かを評価した。

その結果、形状Ｂ１、Ｂ２は良好であり、形状Ｂ３、Ｂ４は不良であると判定された。

［評価結果と傾斜角度の関係（径Ｓｄの極小値無し）］
上記の第１実施例、第１比較例、第２実施例および第２比較例による評価結果により、傾斜角度ＴＡの合計値ＴＳＡが所定の条件を満たすときに良好な評価結果が得られることが見出された。傾斜角度合計値ＴＳＡは、８点の傾斜角度ＴＡを合計した値である。各形状に対する傾斜角度合計値ＴＳＡおよび評価結果の関係を以下の表３に示す。

表３に示すように、８点の測定点における傾斜角度合計値ＴＳＡが８°以上であると、評価結果が良好となる。これは、上述した貫通孔１５０が「第１条件」を満たす形状であることを示す。

［貫通孔の形状（径Ｓｄの極小値有り）］
貫通孔１５０の内部において径Ｓｄが極小値を有する形状について説明する。ここでは、第３実施例（形状Ｃ）、第４実施例（形状Ｄ）および第５実施例（形状Ｅ）について説明する。

図２０は、本開示の第３実施例における貫通孔の形状例（形状Ｃ）を説明する図である。図２０に示す貫通孔１５０Ｃの径Ｓｄは、第１面１０１側および第２面１０２側で最も大きく、貫通孔の内部の中央付近で極小値を有する。中央付近とは、深さＦｄが、４３．７５％（１７５μｍ）と５６．２５％（２２５μｍ）との間の位置であり、ほぼ５０％（２００μｍ）の位置である。

図２１は、本開示の第４実施例における貫通孔の形状例（形状Ｄ）を説明する図である。図２１に示す貫通孔１５０Ｄの径Ｓｄは、貫通孔の内部の中央付近で極小値を有し、第１面１０１と中央付近との中間位置および第２面１０２と中央付近との中間位置で極大値を有する。

図２２は、本開示の第５実施例における貫通孔の形状例（形状Ｅ）を説明する図である。図２２に示す貫通孔１５０Ｅの径Ｓｄは、第１面１０１側および第２面１０２側において極大値を有し、第１面１０１と中央付近との中間位置および第２面１０２と中央付近との中間位置で極小値を有する。なお、第１面１０１での径Ｓｄおよび第２面１０２での径Ｓｄを除けば、中央付近において径Ｓｄが極大値を有する。

形状Ｃ、形状Ｄおよび形状Ｅの貫通孔は、上述した特許文献２（特表２０１４－５０１６８６号公報）に開示されたレーザの照射を行う装置およびエッチング装置を用いて作製された。具体的には、上記文献に記載されるＮｄ：ＫＧＷレーザ装置を用いてＵＶレーザビームを照射することによってガラス基板１００の内部に損傷領域を形成する。このとき、ガラス基板１００の第１面１０１側からのレーザビーム照射、および第２面１０２側からのレーザビーム照射を順に行った。いずれの面側からのレーザビーム照射においても、それぞれ条件は同じである。

両面それぞれのレーザビーム照射が終わった後に、３５℃のエッチング液（ＨＦ（２０体積％）＋ＨＮＯ３（１０体積％）水溶液）を用いた超音波浴内で１０分のエッチング処理を行うことにより、ガラス基板１００の損傷領域を溶解した。

上記の処理のうち、レーザビームの照射条件を調整することによって、ガラス基板１００に形成される損傷領域の形状を調整した。損傷領域の形状が変化すると、その変化に伴って貫通孔の形状も変化する。照射条件は、レーザビームの入口開口径（ガラス基板１００の表面の開口径）、中間開口径（ガラス基板１００の中央付近（表面から２００μｍ）における開口径）、および照射時間である。入口開口径および中間開口径は、レンズＮＡと焦点位置とを変更することで調整される。

［第３実施例および第３比較例］
形状Ｃを前提とした貫通孔１５０Ｃの様々な形状について、第１金属層５１の形成に与える影響を評価した。ここでは、第３実施例として形状Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３の貫通孔を形成した。また、第３比較例として形状Ｃ４の貫通孔を形成した。各形状における照射条件は以下の表４に示す通りである。

図２３は、本開示の第３実施例（形状Ｃ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２４は、本開示の第３実施例（形状Ｃ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２５は、本開示の第３実施例（形状Ｃ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２６は、本開示の第３比較例（形状Ｃ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２３～図２６において示される貫通孔の形状特性は、深さＦｄと径Ｓｄとの関係、および深さＦｄと傾斜角度ＴＡとの関係である。評価方法は、上述と同様にして第１金属層５１が貫通孔１５０Ｃの内側面全体に形成されているか否かを評価した。

その結果、形状Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３は良好であり、形状Ｃ４は不良であると判定された。

［第４実施例および第４比較例］
形状Ｄを前提とした貫通孔１５０Ｄの様々な形状について、第１金属層５１の形成に与える影響を評価した。ここでは、第４実施例として形状Ｄ１、Ｄ２の貫通孔を形成した。また、第４比較例として形状Ｄ３、Ｄ４の貫通孔を形成した。各形状における照射条件は以下の表５に示す通りである。

図２７は、本開示の第４実施例（形状Ｄ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２８は、本開示の第４実施例（形状Ｄ２）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２９は、本開示の第４比較例（形状Ｄ３）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図３０は、本開示の第４比較例（形状Ｄ４）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図２７～図３０において示される貫通孔の形状特性は、深さＦｄと径Ｓｄとの関係、および深さＦｄと傾斜角度ＴＡとの関係である。評価方法は、上述と同様にして第１金属層５１が貫通孔１５０Ｄの内側面全体に形成されているか否かを評価した。

その結果、形状Ｄ１、Ｄ２は良好であり、形状Ｄ３、Ｄ４は不良であると判定された。

［第５実施例］
形状Ｅを前提とした貫通孔１５０Ｅの様々な形状について、第１金属層５１の形成に与える影響を評価した。ここでは、第Ｅ実施例として形状Ｅ１の貫通孔を形成した。この形状における照射条件は以下の表６に示す通りである。

図３１は、本開示の第５実施例（形状Ｅ１）における貫通孔の形状特性を説明する図である。図３１において示される貫通孔の形状特性は、深さＦｄと径Ｓｄとの関係、および深さＦｄと傾斜角度ＴＡとの関係である。評価方法は、上述と同様にして第１金属層５１が貫通孔１５０Ｅの内側面全体に形成されているか否かを評価した。

その結果、形状Ｅ１は良好であると判定された。

［評価結果と傾斜角度の関係（径Ｓｄの極小値有り）］
上記の第３実施例、第３比較例、第４実施例、第４比較例および第５実施例による評価結果により、傾斜角度ＴＡの合計値ＴＳＡが所定の条件を満たすときに良好な評価結果が得られることが見出された。傾斜角度合計値ＴＳＡは、４点の傾斜角度ＴＡを合計した値である。各形状に対する傾斜角度合計値ＴＳＡおよび評価結果の関係を以下の表７に示す。傾斜角度ＴＡの測定位置は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から６．２５％（２５μｍ）、１８．７５％（７５μｍ）、３１．２５％（１２５μｍ）、４３．７５％（１７５μｍ）の距離の位置の４点である。

なお、形状Ｃ、Ｄ、Ｅの貫通孔については、貫通孔の中央（５０％、２００μｍ）に対して第１面１０１側と第２面１０２側とが対称の関係にある。そのため、傾斜角度ＴＡの測定位置は、第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から５６．２５％（２２５μｍ）、６８．７５％（２７５μｍ）、８１．２５％（３２５μｍ）、９３．７５％（３７５μｍ）の距離の位置の４点とする場合には、傾斜角度合計値ＴＳＡは、正負を逆転させた値となる。

表６に示すように、４点の測定点（第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１から６．２５％（２５μｍ）、１８．７５％（７５μｍ）、３１．２５％（１２５μｍ）、４３．７５％（１７５μｍ）の距離の位置）における傾斜角度合計値ＴＳＡが４°以上であると、評価結果が良好となる。このとき、結果的には、４点の測定点（第１面１０１から第２面１０２までの区間のうちの第１面１０１か５６．２５％（２２５μｍ）、６８．７５％（２７５μｍ）、８１．２５％（３２５μｍ）、９３．７５％（３７５μｍ）の距離の位置）における傾斜角度合計値ＴＳＡが－４°以下であると、評価結果が良好となる。これは、上述した貫通孔１５０が「第２条件」を満たす形状であることを示す。

＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、第１実施形態における貫通電極基板１０を用いて製造される半導体装置について説明する。

図３２は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置を示す図である。半導体装置１０００は、積層された３つの貫通電極基板１０（１０－１、１０－２、１０－３）を有し、ＬＳＩ基板７０に接続されている。貫通電極基板１０－１は、例えば、ＤＲＡＭ等の半導体素子を有し、また、導電層２１２、２２２等で形成された接続端子８１－１、８２－１を有している。これらの貫通電極基板１０（１０－１、１０－２、１０－３）がガラス基板１００を用いたものでなくてもよく、一部の貫通電極基板１０は、他の貫通電極基板１０とは異なる材料の基板を用いたものであってもよい。接続端子８１－１は、ＬＳＩ基板７０の接続端子８０に対して、バンプ９０－１を介して接続されている。接続端子８２－１は、貫通電極基板１０－２の接続端子８１－２に対して、バンプ９０－２を介して接続されている。貫通電極基板１０－２の接続端子８２－２と、貫通電極基板１０－３の接続端子８３－１とについても、バンプ９０－３を介して接続されている。バンプ９０（９０－１、９０－２、９０－３）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１０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１０と他の基板との接続は、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１０と他の基板とが接着されてもよい。

図３３は、本発明の第２実施形態に係る半導体装置の別の例を示す図である。図３３に示す半導体装置１０００は、ＭＥＭＳデバイス、ＣＰＵ、メモリ等の半導体回路基板（半導体チップ）７１－１、７１－２、および貫通電極基板１０を積層した積層構造体を有し、ＬＳＩ基板７０に接続されている。

貫通電極基板１０は、半導体回路基板７１－１と半導体回路基板７１－２との間に配置され、バンプ９０－１、９０－２を介して、それぞれに接続されている。ＬＳＩ基板７０上に半導体回路基板７１－１が載置されている。ＬＳＩ基板７０と半導体回路基板７１－２とはワイヤ９５により接続されている。この例では、貫通電極基板１０は、複数の半導体回路基板を積層して３次元実装するためのインターポーザとして用いられる。貫通電極基板１０がそれぞれ機能の異なる複数の半導体回路基板と接続することで、多機能の半導体装置を実現することができる。例えば、半導体回路基板７１－１を３軸加速度センサとし、半導体回路基板７１－２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実現することができる。

半導体回路基板が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場合がある。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回路基板または貫通電極基板１０に形成してもよい。

図３４は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置の別の例を示す図である。上記２つの例（図３２、図３３）は、３次元実装であったが、この例では、２．５次元実装に適用した例である。図３４に示す例では、ＬＳＩ基板７０には、６つの貫通電極基板１０（１０－１～１０－６）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１０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。

図３４の例では、ＬＳＩ基板７０上に貫通電極基板１０－１、１０－５が接続され、貫通電極基板１０－１上に貫通電極基板１０－２、１０－４が接続され、貫通電極基板１０－２上に貫通電極基板１０－３が接続され、貫通電極基板１０－５上に貫通電極基板１０－６が接続されている。なお、図３３に示す例のように、貫通電極基板１０を複数の半導体回路基板を接続するためのインターポーザとして用いても、このような２．５次元実装が可能である。例えば、貫通電極基板１０－３、１０－４、１０－６などが半導体回路基板に置き換えられてもよい。

上述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。

図３５は、本発明の第５実施形態に係る半導体装置を用いた電子機器を示す図である。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。半導体装置１０００が搭載された電気機器の例として、スマートフォン５００およびノート型パーソナルコンピュータ６００を示した。これらの電気機器は、アプリケーションプログラムを実行して各種機能を実現するＣＰＵ等で構成される制御部１１００を有する。各種機能には、半導体装置１０００からの出力信号を用いる機能が含まれる。なお、半導体装置１０００が制御部１１００の機能を有していてもよい。

１０…貫通電極基板、５０…貫通電極、５１…第１金属層、５２…第２金属層、７０…ＬＳＩ基板、７１…半導体回路基板、８０，８１，８２…接続端子、９０…バンプ、９５…ワイヤ、１００…ガラス基板、１０１…第１面、１０２…第２面、１５０…貫通孔、２１０，２２０…配線層、２１２，２２２…導電層、２１５，２２５…絶縁層、５００…スマートフォン、６００…ノート型パーソナルコンピュータ、１０００…半導体装置、１１００…制御部

Claims (11)

1. 第１面から第２面に対して貫通し孔内部において径が極小値を有しない貫通孔を含む基板と、
   前記貫通孔の内側面に沿って配置された導電体と、
   を備え、
   前記貫通孔は、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％、５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度（前記第１面側が拡がる角度を正の傾斜角度とする）の合計値が、８．０°以上であり、前記第１面から前記第２面までの区間のうち４３．７５％、５６．２５％、８１．２５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度が順に小さくなる条件を満たす、貫通電極基板。
2. 第１面から第２面に対して貫通し孔内部において径が極小値を有する貫通孔を含む基板と、
   前記貫通孔の内側面に沿って配置された導電体と、
   を備え、
   前記貫通孔は、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から６．２５％、１８．７５％、３１．２５％、４３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度（前記第１面側が拡がる角度を正の傾斜角度とする）の合計値が４．０°以上、および前記第１面から５６．２５％、６８．７５％、８１．２５％、９３．７５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度の合計値が－４．０°以下であり、前記第１面から前記第２面までの区間のうち前記第１面から１８．７５％、４３．７５％、５６．２５％、８１．２５％の距離の位置における前記貫通孔の中心軸に対する内側面の傾斜角度が順に小さくなる条件を満たす、貫通電極基板。
3. 前記導電体は、第１金属層と第２金属層とを含み、
   前記第１金属層は、前記第２金属層と前記基板との間に配置され、
   前記第１面と前記第２面との双方において、少なくとも一部に前記第１金属層が配置されている、請求項１または請求項２に記載の貫通電極基板。
4. 前記第１面と前記第２面とに配置された前記第１金属層の少なくとも一部は、前記貫通孔の内部に配置された前記第１金属層と接続されている、請求項３に記載の貫通電極基板。
5. 前記貫通孔の内部に配置された前記第１金属層は、前記第１面と前記第２面とに配置された前記第１金属層よりも薄い、請求項３または請求項４に記載の貫通電極基板。
6. 前記第１面と前記第２面とに配置された前記第１金属層は、０．１μｍ以上３μｍ以下の厚さを有する、請求項３乃至請求項５のいずれかに記載の貫通電極基板。
7. 前記基板は、ガラス基板である、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の貫通電極基板。
8. 前記導電体は、前記基板上に配置された第１金属層および前記第１金属層上に配置された第２金属層を含む、請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の貫通電極基板。
9. 前記貫通孔のアスペクト比は４以上である、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の貫通電極基板。
10. 前記貫通孔は、孔内部において径がさらに極大値を有する、請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の貫通電極基板。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の貫通電極基板と、
    前記貫通電極基板の前記導電体と電気的に接続された半導体回路基板と、
    を有する半導体装置。

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