JPWO2018092480A1 - 貫通電極基板、貫通電極基板を用いた半導体装置、および貫通電極基板の製造方法 - Google Patents
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- Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
Abstract
貫通孔における貫通電極の被覆性が向上する基板、または貫通孔から貫通電極が脱離することを抑制することができる基板が提供される。貫通電極基板は、第1面、第1面とは反対側の第2面、並びに第1面及び第2面を貫通する貫通孔が設けられた基板であって、貫通孔の内壁は、第1面側から第1内壁、第2内壁、および第3内壁に区分され、第1面側における貫通孔の第1開口端の径は、第2面側における貫通孔の第2開口端の径よりも小さく、第3内壁の第1面および第2面に対する傾斜角は、第1内壁および第2内壁の第1面および第2面に対する傾斜角よりも小さい基板と、貫通孔の内部に配置され、第1面側に設けられた配線と第2面側に設けられた配線とを電気的に接続する貫通電極と、を備える。
Description
本発明は貫通電極基板、貫通電極基板を用いた半導体装置、および貫通電極基板の製造方法に関する。開示される一実施形態は、貫通電極基板に形成された貫通孔の形状に関する。
近年、集積回路の高性能化に伴い、集積回路はより微細化・複雑化している。集積回路には接続端子が配置されており、接続端子を介して外部装置(チップ)から回路動作に必要な電源やロジック信号が入力される。しかしながら、集積回路の微細化・複雑化によって集積回路上の接続端子は非常に狭いピッチで配置されている。集積回路上の接続端子のピッチは、チップの接続端子のピッチと比較して数倍から数十倍程度小さい。
上記のように、各々の接続端子のピッチが異なる集積回路とチップとを接続する場合に、接続端子のピッチ間隔を変換するための仲介基板となるインターポーザが用いられる。インターポーザでは、基板の一方の面に配置された配線には集積回路が実装され、基板の他方の面に配置された配線にはチップが実装される。基板の両面にそれぞれ配置された配線同士は当該基板を貫通する貫通電極を介して接続されている。
インターポーザとして、シリコン基板を使用した貫通電極基板であるTSV(Through-Silicon Via)、及びガラス基板を使用した貫通電極基板であるTGV(Through-Glass Via)が開発されている(例えば、特許文献1)。特に、TGVは、例えば4.5世代と呼ばれる、ガラス基板の縦横サイズが730mm×920mmの大型のガラス基板を使用して製造することができるため、製造コストを下げることができる点で有利である。TGVは、ガラス基板の特性である透明性を利用した部品への展開を図ることができる、という利点を有する。
インターポーザにおいて、貫通孔内部における貫通電極の被覆性(カバレッジまたは薄膜の付き回り性)は非常に重要である。貫通電極の被覆性が悪いと、上記の基板の両面にそれぞれ配置された配線同士の電気的接続を確保することができなくなる。当該配線同士の電気的接続がかろうじて確保された場合であっても、貫通電極が貫通孔内壁の一部の領域にしか形成されない場合がある。この貫通電極に通電した場合、貫通孔内壁の一部の領域に形成された貫通電極に電流が集中するため、過剰な自己発熱による貫通電極の破壊などの問題が発生してしまう。この問題を回避するためには、基板に形成される貫通孔の断面形状が非常に重要である。
さらに、インターポーザにおいて、貫通孔内壁に対する貫通電極の密着性も非常に重要である。貫通孔内壁に対する貫通電極の密着性が弱いと、貫通電極が貫通孔から脱離してしまい、インターポーザとして機能しなくなってしまう。この問題を回避するためにも、基板に形成される貫通孔の断面形状が非常に重要である。
本開示は、上記実情に鑑み、貫通孔における貫通電極の被覆性が向上する基板を提供することを目的とする。または、当該貫通孔から貫通電極が脱離することを抑制することができる基板を提供することを目的とする。
本開示の一実施形態に係る貫通電極基板は、第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに前記第1面及び前記第2面を貫通する貫通孔が設けられた基板であって、前記貫通孔の内壁は、前記第1面側から第1内壁、第2内壁、および第3内壁に区分され、前記第1面側における前記貫通孔の第1開口端の径は、前記第2面側における前記貫通孔の第2開口端の径よりも小さく、前記第3内壁の前記第1面および前記第2面に対する傾斜角は、前記第1内壁および前記第2内壁の前記第1面および前記第2面に対する傾斜角よりも小さい前記基板と、前記貫通孔の内部に配置され、前記第1面側に設けられた配線と前記第2面側に設けられた配線とを電気的に接続する貫通電極と、を備える。
前記第1内壁の表面形状は、粒状模様の凹凸形状であってもよい。
前記第2内壁の表面形状は、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる線状模様の凹凸形状であってもよい。
前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の凹凸形状よりも前記第1面および前記第2面に交差する方向に延長された粒状模様の凹凸形状であってもよい。
前記第2内壁の表面形状は、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる線状模様の凹凸形状であってもよい。
前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の凹凸形状よりも前記第1面および前記第2面に交差する方向に延長された粒状模様の凹凸形状であってもよい。
前記第1内壁の表面形状は、凹凸形状であり、前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の表面形状の凹凸形状とは異なり、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる凹凸形状であってもよい。
前記第2開口端付近の前記第2面上に、前記第2面から前記第1面とは反対方向に突出する突出部をさらに有してもよい。
前記突出部は、平面視において前記第2開口端を連続して囲んでもよい。
前記貫通電極は、前記貫通孔の内部を充填してもよい。
前記貫通電極は、前記第1内壁、前記第2内壁、および前記第3内壁に配置され、前記貫通孔の前記貫通電極よりも内側には間隙が設けられていてもよい。
前記間隙に配置された充填材をさらに有してもよい。
本開示の一実施形態に係る半導体装置は、貫通電極基板と、前記基板の前記貫通電極に接続されたLSI基板と、前記基板の前記貫通電極に接続された半導体チップと、を有してもよい。
本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法は、第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに前記第1面及び前記第2面を貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔の前記第1面側の第1開口端の径が前記貫通孔の前記第2面側の第2開口端の径よりも小さい基板を用いた貫通電極基板の製造方法であって、前記第1面側にシード層を形成し、前記シード層上に、前記第1開口端を塞ぐ第1めっき層を形成し、前記第1めっき層上に、前記第1面側から前記第2面側に向かって第2めっき層を形成する。
以下、本開示の実施形態に係る貫通電極基板、貫通電極基板を用いた半導体装置、および貫通電極基板の製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下に示す実施形態は本開示の実施形態の一例である。つまり、本開示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。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の後にアルファベットを付して、その繰り返しの説明は省略する場合がある。図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
本開示の各実施の形態において、基板100の第1面102側を基板100の下または下方という。逆に基板100の第2面104側を基板100の上または上方という。このように、説明の便宜上、上方又は下方という語句を用いて説明するが、例えば、第1面102および第2面104の上下関係が図示と逆になるように配置されてもよい。以下の説明で、例えば基板100上の第1積層配線300という表現は、上記のように基板100および第1積層配線300の上下関係を説明しているに過ぎず、基板100と第1積層配線300との間に他の部材が配置されていてもよい。
<第1実施形態>
[貫通孔110の形状]
図1〜図14を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10に用いられる基板100に設けられた貫通孔110の形状について説明する。図1〜図14では、貫通孔110の断面形状および貫通孔110の内壁の表面形状を説明する都合上、貫通孔110の内部に配置される貫通電極は省略されている。
[貫通孔110の形状]
図1〜図14を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10に用いられる基板100に設けられた貫通孔110の形状について説明する。図1〜図14では、貫通孔110の断面形状および貫通孔110の内壁の表面形状を説明する都合上、貫通孔110の内部に配置される貫通電極は省略されている。
図1は、本開示の一実施形態に係る基板に設けられた貫通孔の断面図である。図1に示すように、基板100には、第1面102および第2面104を貫通する貫通孔110が設けられている。第2面104は、基板100を基準として第1面102とは反対側の面である。貫通孔110は、第1面102側から第1領域106、第2領域107、および第3領域108に区分される。貫通孔110の内壁は、上記の3つの領域に対応して、第1面102側から第1内壁112、第2内壁114、および第3内壁116に区分される。第1面102側における貫通孔110の第1開口端111の径は、第2面104側における貫通孔110の第2開口端118の径よりも小さい。
図1に示す断面図は、後述する貫通孔110の上面図(図9)において、貫通孔110の中心を通るように基板100を切断し、その切断面を側方から観察した断面図である。つまり、第1開口端111の径及び第2開口端118の径は、貫通孔110の上面視における貫通孔110の最大幅を意味する。ただし、以下で説明する貫通孔110の内壁の表面形状は、上記の切断面で評価した形状に限定されない。
貫通孔110の内壁の表面は凹凸形状を有している。内壁表面の凹凸形状は場所によって異なる模様として視認される。例えば、第1内壁112の表面の凹凸形状は粒状模様120である。第2内壁114の表面の凹凸形状は線状模様122である。換言すると、第1内壁112の表面形状は粒状模様120の凹凸形状であり、第2内壁114の表面形状は線状模様122の凹凸形状である。線状模様122の線形状の延びる方向は第1面102および第2面104に交差する方向(以下、「第1方向D1」という)である。第3内壁116の表面の凹凸形状は第2内壁114の線状模様122から連続して第2面104に延びている。詳細は後述するが、図1の第1内壁112および第2内壁114において、線で表現された第1内壁112の箇所は凸部であり、線によって囲まれた領域または線によって挟まれた領域は凹部である。
図1では、第1方向D1は第1面102および第2面104に対して直交する方向であるが、第1方向D1はこの方向に限定されない。例えば、第1方向D1が第1面102および第2面104に対して直交する線に対して傾斜した方向であってもよい。つまり、図1では、線状模様122の各々の線が第1面102および第2面104に直交する形状を例示したが、この形状に限定されない。線状模様122の各々の線は第1面102および第2面104に直交する線に対して傾斜していてもよい。
粒状模様120を換言すると、うろこ状模様、閉ループ状模様、リング状模様ということもできる。線状模様122を換言すると、第1内壁112の粒状模様120よりも第1方向D1に延長された粒状模様ということもできる。図1では、粒状模様120が、各々の粒模様が六角形のハニカム模様である形状を例示したが、この形状に限定されない。粒状模様120の各々の粒模様は、円形、楕円形、多角形、その他の湾曲形状であってもよく、これらの形状が組み合わせられていてもよい。
粒状模様120の隣接する粒同士の間を粒界と定義すると、第1内壁112では、貫通孔110の断面視において第1方向D1に延びる直線は複数の粒界と交差する。一方、第2内壁114では、上記の直線は複数の粒界とは交差しない。第1内壁112には、第1方向D1に複数の粒模様が存在している。一方、第2内壁114には、第1方向D1に長手を有する1つの粒模様が存在している。第1方向D1において、第2内壁114は、第1内壁112よりも長い。上記で定義された粒界は内壁の凸部に相当する。
粒状模様120は、上面視において貫通孔110を囲むように第1内壁112に形成されている。換言すると、第1領域106は粒状模様120の第1内壁112によって囲まれた領域である。線状模様122は、上面視において貫通孔110を囲むように第2内壁114に形成されている。換言すると、第2領域107は線状模様122の第2内壁114によって囲まれた領域である。
第3内壁116は、第1内壁112および第2内壁114に比べて、貫通孔110の径が大きくなる方向に傾斜している。つまり、第3内壁116の第1面102および第2面104と平行な面に対する傾斜角θ3は、第1内壁112および第2内壁114の第1面102および第2面104に対する傾斜角θ1、θ2よりも小さい。図1では、断面視において、第1内壁112、第2内壁114、および第3内壁116が直線形状である構造を例示したが、この構造に限定されない。後で詳細に説明するが、実際に形成された貫通孔110の内壁の断面形状は直線ではない場合が多い。そのような場合、第1内壁112、第2内壁114、および第3内壁116のそれぞれの内壁において、第1方向D1に十分に離れた異なる2点を結ぶ線分の第1面102および第2面104に対する傾斜角をそれぞれθ1〜θ3とすることができる。
図1に示す断面図は、上面視において貫通孔110の中心を通る切断面であるが、同一切断面における評価であれば上記の傾斜角θ1〜θ3の大小関係は変わらない。したがって、任意の切断面で傾斜角の大小関係を評価することができる。
以上のように、第1実施形態に係る貫通電極基板10の基板100によると、第3内壁116の傾斜角が第1内壁112および第2内壁114の各々の傾斜角に比べて貫通孔110の径が大きくなる方向に傾いていることで、貫通孔110の内部に被覆性良く貫通電極が形成される。第1実施形態に係る基板100によると、第1内壁112に粒状模様120の凹凸形状が形成されているため、貫通孔110の内部に配置された貫通電極が第1方向D1に抜ける方向の作用を受けたときに、当該貫通電極の第1方向D1への移動が第1内壁112の凹凸形状によって妨げられる。その結果、貫通孔110の内部に配置された貫通電極が第1方向D1への外力を受けた場合であっても、当該貫通電極が貫通孔110から脱離することが抑制される。第1実施形態に係る基板100によると、第2内壁114に線状模様122の凹凸形状が形成されているため、貫通孔110の内部に配置された貫通電極が、貫通孔110の第1方向D1に延びる線を中心軸として回転する方向への外力を受けた場合であっても、当該貫通電極の上記回転方向へのずれが第2内壁114の凹凸形状によって妨げられる。その結果、貫通孔110の内部に配置された貫通電極が貫通孔110から脱離することが抑制される。
[貫通孔110の形成方法]
図2〜図7を用いて、貫通電極基板10に用いられる基板100に設けられる貫通孔110の形成方法について説明する。ここでは、ガラスを用いた基板100に貫通孔110を形成する方法について説明する。
図2〜図7を用いて、貫通電極基板10に用いられる基板100に設けられる貫通孔110の形成方法について説明する。ここでは、ガラスを用いた基板100に貫通孔110を形成する方法について説明する。
図2は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、ステージ上に載置された基板にフィルムを貼り付ける工程を示す断面図である。図2に示すように、基板100の第2面104側に保護フィルム210を貼り付け、基板100の第1面102側を処理ステージ200上に載置する。保護フィルム210は、樹脂層および粘着層を有する。
保護フィルム210の樹脂層として、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)を用いることができる。ただし、当該樹脂層は上記の材料に限定されず、その他の樹脂材料であってもよい。保護フィルム210の厚さは、例えば10μm以上150μm以下とすることができる。ただし、保護フィルム210の厚さは上記の範囲以外の厚さであってもよい。
保護フィルム210は、後の工程でレーザ照射を行う際に、基板100の第2面104に異物が付着することを抑制する目的で貼り付けられる。保護フィルム210は、粘着層を介して基板100に貼り付けられる。当該粘着層は、所定の処理によって粘着力が変化するという特徴を有する。例えば、粘着層は紫外線照射によって粘着力が低下する性質を有していてもよい。または、粘着層は湿潤させることによって粘着力が低下する性質を有していてもよい。粘着層は、例えば上記の処理を実施する前に、3N/20mm以上30N/20mm以下の粘着力を有していてもよい。粘着層は、例えば上記の処理を実施した後に、0.01N/20mm以上0.3N/20mm以下の粘着力を有していてもよい。なお、上記の粘着力は、JIS Z0237準拠の180°剥離試験によって評価した値である。上記の粘着層の性質を換言すると、粘着層の粘着力は、上記の処理を実施する前後で例えば100倍以上1000倍以下変化する、ということもできる。上記の粘着層として、例えばデンカ社製のダイシングテープを用いることができる。ただし、粘着層として、ダイシングテープ以外のものを用いてもよい。
基板100と保護フィルム210との間だけでなく、基板100と処理ステージ200との間に粘着層が配置されてもよい。基板100と処理ステージ200との間に配置される粘着層として、粘着力が変化しないアクリル系の粘着層を用いることができる。当該粘着層として、例えばリンテック社製の微粘着テープを用いることができる。ただし、粘着層として、微粘着テープ以外のものを用いてもよい。上記微粘着テープの粘着力は例えば0.3N/30mmである。
処理ステージ200の表面はアルマイト処理されている。ただし、処理ステージ200の表面はアルマイト処理されていなくてもよく、処理ステージ200の材質自身が露出されていてもよい。処理ステージ200は基板100を吸着によって支持する。
図3は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板にレーザ光を照射する工程を示す断面図である。保護フィルム210側から基板100に対してレーザ照射を行うことで、基板100の貫通孔110を形成する領域に変質層240を形成する。光源220から出射されたレーザ光222は、レンズユニット230によって集光され、基板100に照射される。レンズユニット230は、レーザ光222が基板100の内部で焦点を結ぶように調整される。基板100にレーザ光222が照射されると、レーザ光222の照射領域およびレーザ光222の強度に応じた変質層240が形成される。
レーザ光222として、エキシマレーザ、Nd:YAGレーザ(基本波(波長:1064nm)、第2高調波(波長:532nm)、第3高調波(波長:355nm))、CO2レーザ、フェムト秒レーザなどが用いられる。
図4は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、レーザ照射によって形成された変質層を説明する断面図である。レーザ光222の焦点と基板100との位置関係、およびレーザ光222の焦点と変質層240との位置関係について、図4を用いて詳細に説明する。図4に示すように、レーザ光222は基板100の内部で焦点を結ぶ。換言すると、レーザ光222は第1面102と第2面104との間で焦点を結ぶ。
基板100の内部で焦点を結ぶレーザ光222を基板100に照射すると、基板100の内部には少なくとも異なる2つの変質層(第1変質層242および第2変質層244)が形成される。第1変質層242および第2変質層244を特に区別しない場合、単に変質層240という。第1変質層242は第1面102側に形成される。第2変質層244は第2面104側に形成される。レーザ光222の焦点付近に第1変質層242と第2変質層244との境界が存在している。第1変質層242は、後の工程で基板100がエッチングされて第1領域106になる領域である。第2変質層244は後の工程で基板100がエッチングされて第2領域107および第3領域108になる領域である。図4では、第1変質層242と第2変質層244との境界が、レーザ光222の焦点の位置に一致する構成を例示したが、この構成に限定されない。第1変質層242と第2変質層244との境界は、レーザ光222の焦点よりも第1面102側に位置していてもよく、レーザ光222の焦点よりも第2面104側に位置していてもよい。基板100を通過したレーザ光222は、第1面102側において処理ステージ200によって吸収される。
図5は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板からフィルムを剥離する工程を示す断面図である。レーザ照射によって基板100に変質層240を形成した後に、保護フィルム210を基板100から剥離する。保護フィルム210を剥離した後に基板100の洗浄を行う。基板100の洗浄には、硫酸過水洗浄(SPM)、アンモニア過水洗浄(APM)、およびオゾン水などを用いることができる。
図6は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板に形成された変質層を選択的にエッチングする工程を示す断面図である。第1変質層242および第2変質層244は、変質していない領域の基板100と比べて薬液に対するエッチングレートが早い。つまり、単に基板100を薬液260に浸漬させることで第1変質層242および第2変質層244が選択的に、または変質していない領域の基板100に比べて早い速度でエッチングされる。図6では、容器250に入れられた薬液260に基板100を浸漬することで第1面102側および第2面104側の両面側からエッチングを行うエッチング方法を示したが、この方法に限定されない。例えば、基板の第2面104側から薬液を塗布することで、第2面104側からエッチングを行ってもよい。
エッチングに使用する薬液260として、基板100がガラス基板であれば、フッ酸(HF)、バッファードフッ酸(BHF)、界面活性剤添加バッファードフッ酸(LAL)などが用いられる。フッ酸以外の薬液として、硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)、塩酸(HCl)などが用いられる。または、上記の薬液を混合した薬液が用いられてもよい。エッチングに用いられる薬液は基板の材質によって適宜選択することができる。エッチングの方法は、容器250内の薬液260に基板100を浸漬させる方法以外にも、スピンコート式のエッチング方法でもよい。スピンコート式のエッチングを行う場合は、片面だけエッチングしてもよく、片面ずつ、両面をエッチングしてもよい。スピンコート式以外にも、ディップ式などの方法でエッチングが行われてもよい。
第1変質層242および第2変質層244は、互いに状態が異なる。したがって、エッチングされた後の第1変質層242および第2変質層244に対応する領域の表面状態も異なる。具体的には、第1変質層242をエッチングした後の表面状態は粒状模様の凹凸形状となり、第2変質層244をエッチングした後の表面状態は線状模様の凹凸形状となる。つまり、第1変質層242がエッチングされることで、粒状模様120の第1内壁112が形成され、第2変質層244がエッチングされることで、線状模様122の第2内壁114が形成される。さらに、第2変質層244の第2面104付近は、上記のエッチングによって貫通孔110の径が広がる方向にエッチングされ、第3内壁116が形成される。
図7は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板に貫通孔が形成された状態を示す断面図である。図2〜図6を用いて説明した製造方法によって、基板100に第1内壁112、第2内壁114、および第3内壁116を含む内壁で構成された貫通孔110が形成される。
貫通孔110の平面視における形状には特に制限はなく、例えば円形でもよく、それ以外にも矩形や多角形であってもよい。もちろん、角に丸みを帯びた矩形や多角形であってもよい。
上記の説明では、レーザ照射による基板100への変質層の形成、および薬液による変質層の選択的エッチングによって基板100に貫通孔110を形成する製造方法を例示したが、この製造方法に限定されない。例えば、図1を用いて説明したような特徴を有する貫通孔110を形成することができれば、上記の製造方法以外の方法で貫通孔110を形成してもよい。具体的には、ドライエッチングによって貫通孔110が形成されてもよい。ドライエッチングとして、反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching;RIE)法、ボッシュプロセスを用いたDRIE(Deep Reactive Ion Etching)法を用いて貫通孔110が形成されてもよい。または、サンドブラスト法、レーザアブレーション法によって貫通孔110が形成されてもよい。レーザアブレーション法によって貫通孔110を形成した後に、形成された貫通孔110の内部に放電処理を行うことで、貫通孔110の形状を調整してもよい。または、本実施形態で説明したウェットエッチングと上記のドライエッチングを含む加工法とを組み合わせによって貫通孔110が形成されてもよい。
以上のように、第1実施形態に係る貫通電極基板10の基板100の製造方法によると、レーザ光222の焦点が基板100の内部に位置する条件で基板100に対してレーザ照射を行うことで、互いに表面状態が異なる第1内壁112、第2内壁114、および第3内壁116を形成することができる。さらに、上記の製造方法によって、第1内壁112および第2内壁114とは傾斜角が異なる第3内壁116を形成することができる。
<第1実施形態の変形例>
図8は、本開示の一実施形態に係る基板に設けられた貫通孔の断面図である。図3および図4を用いて説明したレーザ照射によって貫通孔110を形成すると、図8に示すように、第2開口端118付近の第2面104上に、第2面104から上方(第2面104に対して第1面102とは反対方向)に突出する突出部130が形成される場合がある。図1に示した基板100は、図8に示した突出部130が除去された状態である。図8に示した突出部130を除去する方法として、化学機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)が用いられる。ただし、図8に示すように突出部130を残した状態で貫通電極基板10が形成されてもよい。図9に図8の上面図を示す。図9に示すように、突出部130は、平面視において第2開口端118を連続して囲んでいる。
図8は、本開示の一実施形態に係る基板に設けられた貫通孔の断面図である。図3および図4を用いて説明したレーザ照射によって貫通孔110を形成すると、図8に示すように、第2開口端118付近の第2面104上に、第2面104から上方(第2面104に対して第1面102とは反対方向)に突出する突出部130が形成される場合がある。図1に示した基板100は、図8に示した突出部130が除去された状態である。図8に示した突出部130を除去する方法として、化学機械研磨(chemical mechanical polishing;CMP)が用いられる。ただし、図8に示すように突出部130を残した状態で貫通電極基板10が形成されてもよい。図9に図8の上面図を示す。図9に示すように、突出部130は、平面視において第2開口端118を連続して囲んでいる。
従来の貫通孔のように、貫通孔の開口端付近の基板表面が突出部を有しない平坦な形状の場合、貫通孔から基板表面よりも上方に突出した貫通電極をCMPによって平坦化すると、CMPに対する研磨速度が異なる基板と貫通電極との境界でディッシングと呼ばれる凹形状が形成される場合がある。基板と貫通電極との境界に凹形状が形成されると、それらの上に形成された配線が当該凹形状を被覆することができず、断線してしまう場合がある。図8のように、突出部130が設けられていることで、CMPによる研磨を行ってもディッシングの発生を抑制することができる。
<第1実施形態の実施例>
上記の形成方法によって、ガラスを用いた基板100Aに貫通孔110Aを形成し、その貫通孔110Aの断面形状を観察した結果を図10〜図14を用いて説明する。図10〜図14の観察に用いられたサンプルは、レーザ光源としてNd:YAGレーザ(第3高調波(波長:355nm))が用いられ、レーザ光の焦点が、第1面102と第2面104との中点よりも第2面104側に位置する条件でレーザ照射されることで形成されたサンプルである。
上記の形成方法によって、ガラスを用いた基板100Aに貫通孔110Aを形成し、その貫通孔110Aの断面形状を観察した結果を図10〜図14を用いて説明する。図10〜図14の観察に用いられたサンプルは、レーザ光源としてNd:YAGレーザ(第3高調波(波長:355nm))が用いられ、レーザ光の焦点が、第1面102と第2面104との中点よりも第2面104側に位置する条件でレーザ照射されることで形成されたサンプルである。
図10は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法によって形成された貫通孔の断面SEM(Scanning Electron Microscope)像である。図10に示す基板100Aに形成された貫通孔110Aは、平面視において略円形である。基板100Aの板厚は約400μmである。第1開口端111Aの直径は約50μmであり、第2開口端118Aの直径は約85μmである。第1領域106Aの第1面102Aからの長さ、つまり第1領域106Aの第1方向D1における長さは約100μmである。第3領域108Aの第2面104Aからの長さ、つまり第3領域108Aの第1方向D1における長さは約20μmである。第2領域107Aの第1方向D1における長さは約280μmである。
図11は、図10の領域Aを拡大した断面SEM像である。図11に示すように、第1領域106Aにおける貫通孔110Aの第1内壁112Aは粒状模様120Aの凹凸形状である。粒状模様120Aの隣接する粒形状の間(粒界)は凸部121Aであることが確認される。図11に示す断面SEM像において、第1内壁112Aに近い領域ほど粒状模様120Aが鮮明に見えるが、これは断面観察を行ったサンプル形状およびSEM観察によるものであり、実際には第1内壁112Aの凹凸形状の起伏の大きさは、貫通孔110Aの円周方向において概略同じである。
図12は、図10の領域Bを拡大した断面SEM像である。図12に示すように、第2領域107Aにおける貫通孔110Aの第2内壁114Aは線状模様122Aの凹凸形状である。詳細は後述するが、線状模様122Aの線の部分は凸部123Aであることが確認されている。図12に示す断面SEM像において、第2内壁114Aに近い領域ほど線状模様122Aが鮮明に見えるが、上記のように実際には第2内壁114Aの凹凸形状の起伏の大きさは、貫通孔110Aの円周方向において概略同じである。ただし、図12に示すように線状模様122Aは図1に示すような直線形状ではない場合がある。線状模様122Aの線が延びる方向は、第1面102Aおよび第2面104Aに対して直交する方向である場合もあるが、その直交方向に対して傾斜した方向である場合もある。いずれの場合であっても、線状模様122Aの線形状の延びる方向は第1面102Aおよび第2面104Aに交差する方向である。
図13は、図10の領域Cを拡大した断面SEM像である。図14は、図13のサンプルを上方から斜めに観察した斜視SEM像である。図13および図14に示すように、第3領域108Aにおける貫通孔110Aの第3内壁116Aの凹凸形状は、第2内壁114Aの線状模様122Aの凹凸形状から連続して第2面104Aに延びている。つまり、第2内壁114Aの線状模様122Aの線形状が第3内壁116Aにも続いている。ただし、必ずしも線状模様122Aの線形状が第2内壁114Aから第3内壁116Aまで続いているとは限らず、第2内壁114Aの線状模様122Aが第3内壁116Aまで続いていない場合もある。図13および図14に示すように、線状模様122Aの線形状の部分は凸部123Aである。第3内壁116Aは、第2内壁114Aに比べて貫通孔110Aの径が大きくなる方向に傾斜している。つまり、第2面104Aと平行な面に対する傾斜角において、第3内壁116Aの傾斜角は第2内壁114Aの傾斜角に比べて小さい。図14に示すように、突出部130Aが第2開口端118Aを囲んでいる。
以上のように、第1実施形態に係る貫通孔110Aの形成方法によって、図10〜図14に示した形状の貫通孔110Aを形成することができる。貫通孔110Aが上記の形状を有することで、貫通孔110Aの内部に被覆性良く貫通電極を形成することができる。さらに、貫通孔110Aの内部に配置された貫通電極が第1方向D1への外力を受けた場合であっても、当該貫通電極が貫通孔110Aから脱離することを抑制できる。
<第2実施形態>
図15〜図18を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10A’の形成方法について説明する。第2実施形態に用いられる基板100A’は、第1実施形態の基板100と同じなので、詳細な説明は省略する。基板100A’に形成された貫通孔110A’の形状は第1実施形態の基板100に形成された貫通孔110の形状と同じであるが、その形成方法が異なる。以下に貫通孔110A’の形成方法について説明する。
図15〜図18を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10A’の形成方法について説明する。第2実施形態に用いられる基板100A’は、第1実施形態の基板100と同じなので、詳細な説明は省略する。基板100A’に形成された貫通孔110A’の形状は第1実施形態の基板100に形成された貫通孔110の形状と同じであるが、その形成方法が異なる。以下に貫通孔110A’の形成方法について説明する。
[貫通孔110A’の形成方法]
図15〜図18を用いて、貫通電極基板10A’に用いられる基板100A’に設けられる貫通孔110A’の形成方法について説明する。ここでは、第1実施形態と同様にガラスを用いた基板100A’に貫通孔110A’を形成する方法について説明する。図2に示した保護フィルム210A’を貼り付ける工程は第1実施形態と同じなので、説明を省略する。
図15〜図18を用いて、貫通電極基板10A’に用いられる基板100A’に設けられる貫通孔110A’の形成方法について説明する。ここでは、第1実施形態と同様にガラスを用いた基板100A’に貫通孔110A’を形成する方法について説明する。図2に示した保護フィルム210A’を貼り付ける工程は第1実施形態と同じなので、説明を省略する。
図15は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板にレーザ光を照射する工程を示す断面図である。保護フィルム210A’側から基板100A’に対してレーザ照射を行うことで、基板100A’の貫通孔110A’を形成する領域に凹部246A’を形成する。換言すると、基板100A’の貫通孔100A’を形成する領域のうち、上部領域に孔を形成する。光源220A’から出射されたレーザ光222A’は、レンズユニット230A’によって集光され、基板100A’に照射される。レンズユニット230A’は、レーザ光222A’が基板100A’の内部で焦点を結ぶように調整される。基板100A’にレーザ光222A’が照射されると、レーザ光222A’の強度が高い領域では基板100A’のアブレーションによって凹部246A’が形成される。
図16は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、レーザ照射によって形成された凹部を説明する断面図である。図16に示すように、レーザ光222A’は基板100A’の内部で焦点を結ぶ。換言すると、レーザ光222A’は第1面102A’と第2面104A’との間で焦点を結ぶ。
基板100A’の内部で焦点を結ぶレーザ光222A’を基板100A’に照射すると、基板100A’の内部には凹部246A’およびダメージ部248A’が形成される。凹部246A’は第2面104A’側に形成される。ダメージ部248A’は第1面102A’側に形成される。レーザ光222A’の焦点付近に凹部246A’とダメージ部248A’との境界が存在している。凹部246A’は、レーザ光222A’を連続照射することによって、基板100A’の一部が消失した領域である。換言すると、凹部246A’は連続する凹形状の空間である。ダメージ部248A’は、凹部246A’とは異なり不連続な空間が形成された領域である。換言すると、ダメージ部248A’は、例えばクラックまたはボイドのような形状の集合体が離散的に形成された領域である。ダメージ部248A’は、レーザ光222A’を連続照射しても、凹部246A’のように連続した空間が形成されない領域である。仮に、レーザ光222A’の出力を高くし、ダメージ部248A’に連続した空間が形成される条件で処理を行っても、ダメージ部248A’に対応する領域に形成された連続した空間の径は凹部246A’に比べて径が小さい。
図16では、凹部246A’とダメージ部248A’との境界が、レーザ光222A’の焦点の位置に一致する構成を例示したが、この構成に限定されない。凹部246A’とダメージ部248A’との境界は、レーザ光222A’の焦点よりも第1面102A’側に位置していてもよく、レーザ光222A’の焦点よりも第2面104A’側に位置していてもよい。基板100A’を通過したレーザ光222A’は、第1面102A’側において処理ステージ200A’によって吸収される。
図17は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板からフィルムを剥離する工程を示す断面図である。レーザ照射によって基板100A’に凹部246A’およびダメージ部248A’を形成した後に、保護フィルム210A’を基板100A’から剥離する。保護フィルム210A’を剥離した後に基板100A’の洗浄を行う。基板100A’の洗浄には、硫酸過水洗浄(SPM)、アンモニア過水洗浄(APM)、およびオゾン水などを用いることができる。
図18は、本開示の一実施形態に係る基板の製造方法において、基板の凹部およびダメージ層をエッチングする工程を示す断面図である。図17に示す状態の基板100A’を薬液に浸漬すると、薬液は凹部246A’の内部に侵入する。薬液によって凹部246A’の内壁および底部の基板100A’がエッチングされ、凹部246A’はその深さ方向および径の方向に広がる。薬液は凹部246A’の深さ方向に侵入しながら、ダメージ部248A’をエッチングする。薬液がダメージ部248A’に到達すると、薬液はダメージ部248A’の不連続な空間を広げながら基板100A’をエッチングし続ける。薬液によって広げられた空間は、やがてその空間に隣接する空間と連続的になり、ダメージ部248A’のエッチングが進む。なお、ダメージ部248A’のエッチングは第2面104A’側からだけでなく、第1面102A’側からも進行する。
上記のエッチングの進み方の違いによって、ダメージ部248A’が形成された領域がエッチングされた後の表面状態は粒状模様の凹凸形状となり、凹部246A’が形成された領域がエッチングされた後の表面状態は線状模様の凹凸形状となる。つまり、ダメージ層248A’がエッチングされることで、粒状模様120A’の第1内壁112A’が形成され、凹部246A’がエッチングされることで、線状模様122A’の第2内壁114A’が形成される。さらに、凹部246A’の第2面104A’付近は、上記のエッチングによって貫通孔110A’の径が広がる方向にエッチングされ、第3内壁116A’が形成される。
以上のように、第2実施形態に示す形成方法によっても互いに表面状態が異なる第1内壁112A’、第2内壁114A’および第3内壁116A’を形成することができる。
<第3実施形態>
[貫通電極基板10Bの構造]
図19〜図24を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Bの形状について説明する。第3実施形態に用いられる基板100Bは、第1実施形態の基板100と同じなので、詳細な説明は省略する。
[貫通電極基板10Bの構造]
図19〜図24を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Bの形状について説明する。第3実施形態に用いられる基板100Bは、第1実施形態の基板100と同じなので、詳細な説明は省略する。
図19に示すように、貫通電極基板10Bは、基板100B、貫通電極140B、第1積層配線300B、および第2積層配線400Bを有する。基板100Bには貫通孔110Bが設けられている。貫通孔110Bの形状は、第1実施形態で説明した貫通孔110の形状(図1参照)と同じである。貫通孔110Bの内部には貫通電極140Bが充填されている。
第1積層配線300Bは、第1絶縁層310B、第1配線320B、第2絶縁層330B、第2配線340B、および第3絶縁層350Bを有する。第1絶縁層310Bは基板100Bの第2面104B上に配置されている。第1絶縁層310Bには開口部が設けられており、当該開口部は平面視において第2開口端118Bよりも内側の領域に設けられている。つまり、第1絶縁層310Bは貫通電極140Bに接している。第1配線320Bは第1絶縁層310B上に配置されており、第1絶縁層310Bに設けられた開口部を介して貫通電極140Bに接続されている。第2絶縁層330Bは第1配線320B上に配置されている。第2絶縁層330Bには、第1配線320Bの一部を露出する開口部が設けられている。第2配線340Bは第2絶縁層330B上に配置されており、第2絶縁層330Bに設けられた開口部を介して第1配線320Bに接続されている。第3絶縁層350Bは第2配線340B上に配置されている。第3絶縁層350Bには、第2配線340Bの一部を露出する開口部が設けられている。第3絶縁層350Bの開口部には、バンプ等の接続部材が設けられる。
第2積層配線400Bは、第4絶縁層410B、第3配線420B、第5絶縁層430B、第4配線440B、および第6絶縁層450Bを有する。第4絶縁層410Bは基板100Bの第1面102B下に配置されている。第4絶縁層410Bには開口部が設けられており、当該開口部は平面視において第1開口端111Bよりも内側の領域に設けられている。つまり、第4絶縁層410Bは貫通電極140Bに接している。第3配線420Bは第4絶縁層410B下に配置されており、第4絶縁層410Bに設けられた開口部を介して貫通電極140Bに接続されている。第5絶縁層430Bは第3配線420B下に配置されている。第5絶縁層430Bには、第3配線420Bの一部を露出する開口部が設けられている。第4配線440Bは第5絶縁層430B下に配置されており、第5絶縁層430Bに設けられた開口部を介して第3配線420Bに接続されている。第6絶縁層450Bは第4配線440B下に配置されている。第6絶縁層450Bには、第4配線440Bの一部を露出する開口部が設けられている。第6絶縁層450Bの開口部には、バンプ等の接続部材が設けられる。
第3絶縁層350Bおよび第6絶縁層450Bの開口部にそれぞれバンプ等の接続部材を設け、それぞれのバンプに対して集積回路等を実装させることで、貫通電極基板10Bをインターポーザとして用いることができる。
以上のように、第3実施形態に係る貫通電極基板10Bによると、貫通孔110Bの内部に配置された貫通電極140Bが第1方向D1への外力を受けた場合であっても、貫通電極140Bが貫通孔110Bから脱離することを抑制できる。
[貫通電極基板10Bの製造方法]
図20〜図24を用いて、貫通電極基板10Bの製造方法について説明する。ここでは、貫通孔110Bの一方の端部を塞ぐ蓋めっきを形成し、その蓋めっきをシードとして貫通孔110Bの内部にめっき層を成長させる方法で貫通電極を形成する方法について説明する。
図20〜図24を用いて、貫通電極基板10Bの製造方法について説明する。ここでは、貫通孔110Bの一方の端部を塞ぐ蓋めっきを形成し、その蓋めっきをシードとして貫通孔110Bの内部にめっき層を成長させる方法で貫通電極を形成する方法について説明する。
図20は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法において、第1面側にシード層を形成する工程を示す断面図である。図20に示すように、基板100Bの第1面102B側にシード層142Bを形成する。シード層142Bは、PVD法(真空蒸着法またはスパッタリング法等)またはCVD法等によって形成される。シード層142Bとして、銅(Cu)、チタン(Ti)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)等の金属が用いられる。またはこれらの金属を用いた合金が用いられてもよい。これらの金属または合金は単層で用いられてもよく、積層で用いられてもよい。例えば、シード層142Bとして、後にシード層142B上に形成される第1めっき層144Bと同じ材料が用いられてもよい。
図21は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法において、第1面側の開口部を塞ぐめっき層を形成する工程を示す断面図である。図21に示すように、シード層142B上に第1めっき層144Bを形成する。第1めっき層144Bは、シード層142Bに通電してめっき層を成長させる電界めっき法によって形成される。第1めっき層144Bの形成は、表面に露出したシード層142B全体にめっき液が供給された状態で行われる。シード層142Bから第1めっき層144Bを成長させることで、貫通孔110Bの第1面102B側の開口部が第1めっき層144Bによって塞がれる。第1めっき層144Bを蓋めっきということができる。
図22は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法において、第1面側から第2面側に向かってめっき層を成長させる工程を示す断面図である。図22に示すように、第1めっき層144B上に第2めっき層146Bを形成する。第2めっき層146Bは、第1めっき層144Bに通電してめっき層を成長させる電界めっき法によって形成される。第2めっき層146Bの形成は、貫通孔110B内で露出した第1めっき層144Bにめっき液が供給された状態で行われる。第2めっき層146Bは、貫通孔110B内で露出した第1めっき層144Bから、貫通孔110B内部を第1面102B側から第2面104B側に向かって成長する。図23に示すように、第2めっき層146Bは、貫通孔110B内部を満たし、さらに成長して基板100Bの第2面104B側にも形成される。このとき、第2面104B側の第2めっき層146Bは、貫通孔110Bから第2面104B側の外部に向かって放射状に成長するため、図23のようにドーム状に形成される。第2めっき層146Bを形成する際に、第1めっき層144B全体にめっき液が供給された状態で行われてもよい。つまり、第2めっき層146Bが貫通孔110B内部だけでなく、第1めっき層144Bの下方に形成されてもよい。
図24は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板の製造方法において、第1面側に形成されたシード層およびめっき層、ならびに第2面側に形成されためっき層を研磨する工程を示す断面図である。図24に示すように、第1面102B下に形成されたシード層142Bおよび第1めっき層144Bが研磨され、基板100Bの第1面102Bが露出する。同様に、第2面104B上に形成された第2めっき層146Bが研磨され、基板100Bの第2面104Bが露出する。図24に示すように、上記の製造方法で貫通電極基板10Bを製造した場合、貫通孔110Bの内部の第1面102B側には研磨されなかったシード層142Bが残存するが、第2面104B側にはシード層は存在しない。しかし、図19およびその他の図面では、説明の便宜上、貫通孔110B内部に形成されたシード層142Bを省略した。図24に示した基板100Bに対して絶縁層および導電層を成膜し、フォトリソグラフィーおよびエッチングを繰り返すことで、第2面104Bおよび第1面102Bにそれぞれ第1積層配線300Bおよび第2積層配線400Bを形成する。
以上のように、第3実施形態に係る貫通電極基板10Bの製造方法によると、貫通孔110Bの径が第1面102Bから第2面104Bに向かって徐々に大きくなっているため、第2めっき層146Bを第1面102B側から成長させた場合に第2めっき層146Bにボイドが形成されることを抑制できる。さらに、第1開口端111Bの直径が第2開口端118Bの直径よりも小さいため、第1面102B側の開口部が第1めっき層144Bによって塞がれる時間を短縮することができる、という利点がある。
また、本実施形態の貫通電極基板10Bは、図1に示す貫通電極基板10と同様に、第2領域107の貫通孔110の第2内壁114には、線状模様122の凹凸形状が形成されている。したがって、第2めっき層146Bの成長方向が線状模様122Bの線が延びる方向に制御される。第2めっき層146Bの成長方向が上記のように制御されることで、第2めっき層146Bの結晶性も制御される。この制御によって、第2めっき層146Bの結晶粒の粒径は、線状模様122Bの線が延びる方向に大きくなるため、電気抵抗が低く、エレクトロマイグレーション等のストレスに強い貫通電極140Bを実現することができる。
<第4実施形態>
[貫通電極基板10Cの構造]
図25を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Cの形状について説明する。第4実施形態に用いられる基板100C、第1積層配線300C、および第2積層配線400Cは、第3実施形態の基板100B、第1積層配線300B、および第2積層配線400Bと同じなので、詳細な説明は省略する。以下の説明において、第3実施形態の貫通電極基板10Bとの相違点について説明する。
[貫通電極基板10Cの構造]
図25を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Cの形状について説明する。第4実施形態に用いられる基板100C、第1積層配線300C、および第2積層配線400Cは、第3実施形態の基板100B、第1積層配線300B、および第2積層配線400Bと同じなので、詳細な説明は省略する。以下の説明において、第3実施形態の貫通電極基板10Bとの相違点について説明する。
図25に示すように、貫通電極基板10Cの貫通電極150Cは、貫通孔110Cの第1内壁112C、第2内壁114C、第3内壁116C、第1面102C、および第2面104Cに沿って配置されている。貫通孔110Cの貫通電極150Cよりも内側には間隙160Cが設けられている。つまり、貫通電極基板10Cにおいて、貫通孔110Cは貫通電極150Cによって充填されていない。第1絶縁層310Cの開口部は、基板100Cの第2面104C上に設けられている。つまり、第1絶縁層310Cの開口部は、平面視において貫通孔110Cと重畳しない領域に設けられている。第1絶縁層310Cと同様に、第4絶縁層410Cの開口部も、基板100Cの第1面102C下に設けられている。つまり、第4絶縁層410Cの開口部は、平面視において貫通孔110Cと重畳しない領域に設けられている。
貫通電極150Cは、PVD法(真空蒸着法またはスパッタリング法等)によって、第1面102C側および第2面104側のそれぞれの面側から形成される。なお、貫通電極150Cの形成と同じ工程で、第1面102C上および第2面104C上に、貫通電極150Cとは電気的に独立した配線が形成されてもよい。貫通電極150Cは、PVD法で金属薄膜を形成した後に、当該金属薄膜をシード層として、その上に電解めっき法によってめっき層を形成しても良い。この場合、PVD法によって数100nmの金属薄膜を形成し、その上にめっき層を数μm形成することで、貫通電極150Cを形成しても良い。貫通電極150Cは、PVD法以外に無電解めっき法によって形成されてもよい。無電解めっき法は、例えば少なくとも銅イオンを含むめっき液を貫通孔110Cの側壁、第1面102C、および第2面104Cに接触させることで、めっき液が接触した領域にめっき層を成長させる方法である。めっき液は、例えば銅イオンを提供するための硫酸銅などの銅化合物、ならびにホルムアルデヒドおよび水酸化ナトリウムなどの添加物を含む。なお、上記のように、無電解めっき法で第1めっき層を形成した後に、当該第1めっき層をシード層として、その上に電界めっき法によって第2めっき層を形成してもよい。
第1絶縁層310Cおよび第4絶縁層410Cはシート状の絶縁材料を貼り付けることで形成されてもよい。このような構造の場合、第1絶縁層310Cおよび第4絶縁層410Cとしてガスや水分が透過しやすい材料を用いることが好ましい。第1絶縁層310Cおよび第4絶縁層410Cがガスや水分を透過することで、間隙160Cにガスや水分が充満しても、それらのガスや水分は第1絶縁層310Cおよび第4絶縁層410Cを通過して間隙160Cから外に放出される。したがって、間隙160Cの内圧が上昇することに起因する破裂などの問題を抑制することができる。
以上のように、第4実施形態に係る貫通電極基板10Cによると、貫通孔110Cの内部に配置された貫通電極150Cが第1方向D1への外力を受けた場合であっても、貫通電極150Cが貫通孔110Cから脱離することを抑制できる。さらに、貫通電極150Cが貫通孔110C内部に充填されないため、貫通電極150Cに用いられる材料の消費量が低減され、貫通電極150Cを形成する時間が短縮される。したがって、貫通電極基板10Cの製造コストを低減することができる。
<第5実施形態>
[貫通電極基板10Dの構造]
図26を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Dの形状について説明する。第5実施形態に用いられる基板100D、貫通電極150D、第1積層配線300D、および第2積層配線400Dは、第4実施形態の基板100C、貫通電極150C、第1積層配線300C、および第2積層配線400Cと同じなので、詳細な説明は省略する。以下の説明において、第4実施形態の貫通電極基板10Cとの相違点について説明する。
[貫通電極基板10Dの構造]
図26を用いて、本実施形態に係る貫通電極基板10Dの形状について説明する。第5実施形態に用いられる基板100D、貫通電極150D、第1積層配線300D、および第2積層配線400Dは、第4実施形態の基板100C、貫通電極150C、第1積層配線300C、および第2積層配線400Cと同じなので、詳細な説明は省略する。以下の説明において、第4実施形態の貫通電極基板10Cとの相違点について説明する。
図26に示すように、貫通孔110Dの貫通電極150Dよりも内側には充填材170Dが配置されている。つまり、図25に示した間隙160Cが充填材170Dで充填されている。充填材170Dは絶縁性であってもよく、導電性であってもよい。充填材170Dは樹脂材料であってもよく、無機材料であってもよい。図26では、図25と同様に、第1絶縁層310Dの開口部は、基板100Dの第2面104D上に設けられているが、この構造に限定されない。例えば、図19と同様に、第1絶縁層310Dの開口部が、平面視において貫通孔110Dと重畳する領域に設けられていてもよい。
以上のように、第5実施形態に係る貫通電極基板10Dによると、貫通孔110Dの内部に配置された貫通電極150Dが第1方向D1への外力を受けた場合であっても、貫通電極150Dが貫通孔110Dから脱離することを抑制できる。さらに、貫通孔110Dの貫通電極150Dよりも内側が充填材170Dによって充填されていることで、第1絶縁層310Dおよび第4絶縁層410Dの形成における制限が緩和される。
〈第6実施形態〉
第6実施形態では、第3実施形態〜第5実施形態に示す貫通電極基板10B〜10Dを用いて製造される半導体装置について説明する。以下の説明では、第3実施形態〜第5実施形態に示す貫通電極基板10B〜10Dをインターポーザとして用いた半導体装置について説明する。
第6実施形態では、第3実施形態〜第5実施形態に示す貫通電極基板10B〜10Dを用いて製造される半導体装置について説明する。以下の説明では、第3実施形態〜第5実施形態に示す貫通電極基板10B〜10Dをインターポーザとして用いた半導体装置について説明する。
図27は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置を示す断面図である。半導体装置1000は、3つの貫通電極基板1310、1320、1330が積層され、例えば、DRAM等の半導体素子が形成されたLSI基板1400に接続されている。貫通電極基板1310は、接続端子1511および接続端子1512を有している。貫通電極基板1320は、接続端子1521および接続端子1522を有している。貫通電極基板1330は、接続端子1532を有している。接続端子1511、1521は、例えば図19に示した第3絶縁層350Bに設けられた開口部において露出された第2配線340Bに相当する。接続端子1512、1522、1532は、例えば図19に示した第6絶縁層450Bに設けられた開口部において露出された第4配線440Bに相当する。
貫通電極基板1310、1320、1330の各々の基板の材質は異なっていてもよい。接続端子1512は、バンプ1610によってLSI基板1400の接続端子1500と接続されている。接続端子1511は、バンプ1620によって接続端子1522と接続されている。接続端子1521は、バンプ1630によって接続端子1532と接続されている。バンプ1610、1620、1630として、例えば、インジウム、銅、金等の金属が用いられる。
貫通電極基板の積層数は3層に限らず、2層であってもよく4層以上であってもよい。対向する貫通電極基板同士の接続は、バンプを介した接続に限定されず、共晶接合など他の接合技術を用いてもよい。その他の接続方法として、ポリイミド、エポキシ樹脂等を塗布、焼成することによって、対向する貫通電極基板同士が接着されてもよい。
図28は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置の別の例を示す断面図である。図28に示す半導体装置1000は、MEMSデバイス、CPU、メモリ等の半導体チップ(LSIチップ)1410、1420、および貫通電極基板1300が積層され、LSI基板1400に接続されている。
半導体チップ1410と半導体チップ1420との間に貫通電極基板1300が配置されている。半導体チップ1410と貫通電極基板1300とはバンプ1640によって接続されている。半導体チップ1420と貫通電極基板1300とはバンプ1650によって接続されている。LSI基板1400上に半導体チップ1410が載置され、LSI基板1400と半導体チップ1420とはワイヤ1700によって接続されている。この例では、貫通電極基板1300は、それぞれ機能の異なる複数の半導体チップを接続する役割を果たしており、多機能の半導体装置が実現される。例えば、半導体チップ1410を3軸加速度センサとし、半導体チップ1420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することができる。
半導体チップがMEMSデバイスなどのセンサの場合、センシング結果がアナログ信号で出力される場合がある。この場合、ローパスフィルタ、アンプ等が半導体チップまたは貫通電極基板1300に形成されてもよい。
図29は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板を用いた半導体装置のさらに別の例を示す断面図である。上記2つの例(図27および図28)は3次元実装であったが、図29に示す例は2次元と3次元との併用実装に適用した例である(2.5次元という場合もある)。図29に示す例では、LSI基板1400には、6つの貫通電極基板1310、1320、1330、1340、1350、1360が積層されている。ただし、全ての貫通電極基板が積層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。これらの貫通電極基板の各々の基板の材質は異なっていてもよい。
図29では、LSI基板1400上に貫通電極基板1310、1350が接続され、貫通電極基板1310上に貫通電極基板1320、1340が接続され、貫通電極基板1320上に貫通電極基板1330が接続され、貫通電極基板1350上に貫通電極基板1360が接続されている。図29に示すように、これらの貫通電極基板を複数の半導体チップを接続するためのインターポーザとして用いることができ、2次元と3次元との併用実装が可能である。なお、貫通電極基板1330、1340、1360などが半導体チップに置き換えられてもよい。
図30は、本開示の一実施形態に係る貫通電極基板をインターポーザとして用いた電子機器の一例を示す図である。図30に示すように、第3実施形態〜第5実施形態に示す貫通電極基板10B〜10Dは、ノート型パーソナルコンピュータ2000、タブレット端末2500、携帯電話3000、スマートフォン4000、デジタルビデオカメラ5000、デジタルカメラ6000等に用いられる。上記の電子機器の他にも、貫通電極基板10B〜10Dは、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にも用いることができる。
なお、本開示は上記の実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
10:貫通電極基板、 100:基板、 102:第1面、 104:第2面、 106:第1領域、 107:第2領域、 108:第3領域、 110:貫通孔、 111:第1開口端、 112:第1内壁、 114:第2内壁、 116:第3内壁、 118:第2開口端、 120:粒状模様、 121A、123A:凸部、 122:線状模様、 130:突出部、 140B、150C:貫通電極、 142B:シード層、 144B:第1めっき層、 146B:第2めっき層、 160C:間隙、 170D:充填材、 200:処理ステージ、 210:保護フィルム、 220:光源、 222:レーザ光、 230:レンズユニット、 240:変質層、 242:第1変質層、 244:第2変質層、 246A’:凹部、 248A’:ダメージ部、 250:容器、 260:薬液、 300:第1積層配線、 310B:第1絶縁層、 320B:第1配線、 330B:第2絶縁層、 340B:第2配線、 350B:第3絶縁層、 400B:第2積層配線、 410B:第4絶縁層、 420B:第3配線、 430B:第5絶縁層、 440B:第4配線、 450B:第6絶縁層、 1000:半導体装置、 1300、1310、1320、1330、1340、1350、1360:貫通電極基板、 1400:基板、 1410、1420:半導体チップ(LSIチップ)、 1500、1511、1512、1521、1522、1532:接続端子、 1610、1620、1630、1640、1650:バンプ、 1700:ワイヤ、 2000:ノート型パーソナルコンピュータ、 2500:タブレット端末、 3000:携帯電話、 4000:スマートフォン、 5000:デジタルビデオカメラ、 6000:デジタルカメラ
Claims (14)
- 第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに前記第1面及び前記第2面を貫通する貫通孔が設けられた基板であって、
前記貫通孔の内壁は、前記第1面側から第1内壁、第2内壁、および第3内壁に区分され、
前記第1面側における前記貫通孔の第1開口端の径は、前記第2面側における前記貫通孔の第2開口端の径よりも小さく、
前記第3内壁の前記第1面および前記第2面に対する傾斜角は、前記第1内壁および前記第2内壁の前記第1面および前記第2面に対する傾斜角よりも小さい前記基板と、
前記貫通孔の内部に配置され、前記第1面側に設けられた配線と前記第2面側に設けられた配線とを電気的に接続する貫通電極と、
を備える貫通電極基板。 - 前記第1内壁の表面形状は、粒状模様の凹凸形状である、請求項1に記載の貫通電極基板。
- 前記第2内壁の表面形状は、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる線状模様の凹凸形状である、請求項2に記載の貫通電極基板。
- 前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の凹凸形状よりも前記第1面および前記第2面に交差する方向に延長された粒状模様の凹凸形状である、請求項2に記載の貫通電極基板。
- 前記第2内壁の表面形状は、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる線状模様の凹凸形状である、請求項1に記載の貫通電極基板。
- 前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の凹凸形状よりも前記第1面および前記第2面に交差する方向に延長された粒状模様の凹凸形状である、請求項1に記載の貫通電極基板。
- 前記第1内壁の表面形状は、凹凸形状であり、
前記第2内壁の表面形状は、前記第1内壁の表面形状の凹凸形状とは異なり、前記第1面および前記第2面に交差する方向に延びる凹凸形状である、請求項1に記載の貫通電極基板。 - 前記第2開口端付近の前記第2面上に、前記第2面から前記第1面とは反対方向に突出する突出部をさらに有する、請求項1乃至7のいずれか一に記載の貫通電極基板。
- 前記突出部は、平面視において前記第2開口端を連続して囲む、請求項8に記載の貫通電極基板。
- 前記貫通電極は、前記貫通孔の内部を充填する、請求項1乃至7のいずれか一に記載の貫通電極基板。
- 前記貫通電極は、前記第1内壁、前記第2内壁、および前記第3内壁に配置され、
前記貫通孔の前記貫通電極よりも内側には間隙が設けられている、請求項1乃至7のいずれか一に記載の貫通電極基板。 - 前記間隙に配置された充填材をさらに有する、請求項11に記載の貫通電極基板。
- 請求項1乃至7のいずれか一に記載の貫通電極基板と、
前記基板の前記貫通電極に接続されたLSI基板と、
前記基板の前記貫通電極に接続された半導体チップと、
を有する、半導体装置。 - 第1面、前記第1面とは反対側の第2面、並びに前記第1面及び前記第2面を貫通する貫通孔が設けられ、前記貫通孔の前記第1面側の第1開口端の径が前記貫通孔の前記第2面側の第2開口端の径よりも小さい基板を用いた貫通電極基板の製造方法であって、
前記第1面側にシード層を形成し、
前記シード層上に、前記第1開口端を塞ぐ第1めっき層を形成し、
前記第1めっき層上に、前記第1面側から前記第2面側に向かって第2めっき層を形成する貫通電極基板の製造方法。
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