貫通孔配線の製造方法
【課題】貫通孔配線の製造方法において、配線材料の密着力が向上した信頼性の高い配線を容易に実現可能とする。
【解決手段】半導体基板１を厚み方向に加工して半導体基板１の一方の表面１ａと他方の表面１ｂとに開口を有する貫通孔２を形成し、その後、半導体基板１の貫通孔２内壁面を含む表面に絶縁層３を形成し、絶縁層３の形成された貫通孔２内部にめっきによってめっき金属を充填して半導体基板の貫通孔配線を製造する。絶縁層３の形成の後に、シード層となる通電用の金属層４を一方の表面１ａに形成すると共に、半導体基板１の他方の表面１ｂに開口する絶縁層３の形成された貫通孔２の開口近傍内壁面に内壁金属層５ａを形成し、半導体基板１の他方の表面１ｂに対向離間させて配置しためっき用電極Ｅと通電用金属層４との間に通電してボトムアップ方式のめっきを行う。
【解決手段】半導体基板１を厚み方向に加工して半導体基板１の一方の表面１ａと他方の表面１ｂとに開口を有する貫通孔２を形成し、その後、半導体基板１の貫通孔２内壁面を含む表面に絶縁層３を形成し、絶縁層３の形成された貫通孔２内部にめっきによってめっき金属を充填して半導体基板の貫通孔配線を製造する。絶縁層３の形成の後に、シード層となる通電用の金属層４を一方の表面１ａに形成すると共に、半導体基板１の他方の表面１ｂに開口する絶縁層３の形成された貫通孔２の開口近傍内壁面に内壁金属層５ａを形成し、半導体基板１の他方の表面１ｂに対向離間させて配置しためっき用電極Ｅと通電用金属層４との間に通電してボトムアップ方式のめっきを行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハレベルパッケージング等に用いられる半導体基板の厚み方向に貫通する貫通孔配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板の厚み方向に貫通する孔に配線材料を充填した貫通孔配線を形成する方法としては、図１２（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって凹部９２を形成し、その内壁や基板表面に絶縁層９３を形成した後、図１２（ｂ）に示すように、凹部９２に配線材料９４を充填し、最後に、図１２（ｃ）に示すように、配線材料９４をパターニングすると共に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）等によって基板の裏面９１ａ側を研磨して配線材料９４を露出させる方法がある。凹部９２に配線材料９４を充填する方法として、めっき法がよく用いられる。めっき法を用いる場合は、図１２（ａ）における絶縁層９３を形成した後、さらに絶縁層９３の上にＣＶＤ法やスパッタ法等によって金属薄膜を堆積させる。この金属薄膜をシード層としてめっき膜を成長させて凹部９２にめっき金属からなる配線材料９４を充填する。
【０００３】
この場合、図１３に示すように、めっき金属９４は、一般的にコンフォーマル成長と呼ばれる成長をしながら全体的に膜厚が増大する。しかしながら、コンフォーマル成長では、凹部９２が高アスペクト比であったり、入口付近が狭まっていたりする形状では、入口付近９４ａが凹部９２の内部よりも先に閉じてしまい、凹部９２内部に、めっき金属９４で充填されないボイドが発生するという問題がある。ボイドは、そのボイドに対する異物の侵入や異物の残留等により、貫通孔配線形成後の工程中や最終製品の使用時における不具合発生の原因となるので、ボイド発生を抑制する必要がある。
【０００４】
上述のボイド発生を回避するめっき方法として、Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｗａｆｅｒ ｃｏｐｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １２（２００２），ｐｐ３９５−３９９）に開示された技術がある。これを図１４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって貫通孔９２を形成し、金属等の導電層９５が表面に形成された別の基板９６を、接合や貼り合わせ等によって組み合わせて、図１４（ｂ）の状態とする。次に、図１４（ｃ）に示すように、貫通孔９２の底部に露出している導電層９５をシード層として、この導電層９５とめっき用電極Ｅとの間でめっき電流を流してめっき金属による配線材料９４を得る。最後に、図１４（ｄ）に示すように、不要な基板９６を除去することによって貫通孔配線が完成する。
【０００５】
このような方式のめっき成長は、凹部９２の底部から開口部の方向へと進行するので、ボトムアップ方式と呼ばれる。ボトムアップ方式の貫通孔配線の形成は、ボイド発生を抑制できるという利点がある。また、ボトムアップ成長を表面バイアホールへの金属埋込に適用した例も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上述の、ボトムアップ方式によるめっき充填は、図１５（ａ）（ｂ）に示す方法でも行われる。まず、図１５（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって貫通孔９２を形成し、その内壁や基板表面に絶縁層９３を形成した後、半導体基板９１の一表面にスパッタ等による導電層９５を形成する。この導電層９５をシード層として、導電層９５とめっき用電極Ｅとの間でめっき電流を流して、ボトムアップ方式のめっきを行う。これにより、図１５（ｂ）に示すように、貫通孔９２にボイドの発生のない貫通孔配線９４が得られる。
【特許文献１】特開２０００−３３１９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した図１４（ａ）〜（ｄ）、図１５（ａ）（ｂ）、又は特許文献１に示されるような貫通孔配線の形成方法においては、次のような問題がある。ボトムアップ方式によるめっき充填を行えば、コンフォーマル成長による充填が困難な、アスペクト比の高い微細孔に対しても、ボイド発生のない良好な貫通孔配線が得られるが、めっき膜と貫通孔の内壁との密着力が弱いという問題がある。これは、貫通孔内壁にシード層（金属層）が形成されていないことによる。密着力が弱いことから、めっき充填後に行う、不要部分の除去や基板表面の平坦化を目的としたＣＭＰ等による加工に際して、貫通孔配線の剥離や断線が生じるという問題がある。
【０００８】
また、他の問題として、図１６（ａ）に示すように、基板９１における複数の貫通孔配線を形成する場合、ボトムアップ方式によるめっき埋込速度にバラツキがあると、図１６（ｂ）に示すように、めっき処理後の基板表面にめっき金属による不揃いの凸部が発生するという問題がある。このような基板表面の凹凸は、ＣＭＰ等による基板表面の平坦化の仕上がり具合などに悪影響を及ぼす。
【０００９】
本発明は、上記課題を解消するものであって、配線材料の密着力が向上して信頼性の高い配線を容易に実現できる貫通孔配線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、前記半導体基板に前記貫通孔と絶縁層とを形成した後に、当該半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成すると共に、他方の表面に開口する前記絶縁層の形成された貫通孔の開口近傍内壁面に金属層を形成し、前記金属層を形成した後に、前記他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、当該貫通孔の他方の表面における開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成し、前記開口近傍内壁面の金属層の形成に際し、前記テーパ部の表面に当該金属層を形成するものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化するものである。
【００１３】
請求項４の発明は、半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化し、前記粗面化した開口内壁面を有する貫通孔を形成した後に、前記絶縁層を形成し、前記半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成し、前記通電用の金属層を形成した後に、前記半導体基板の他方の表面に対向配置されためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、貫通孔の開口近傍内壁面にも金属層を形成した後に、いわゆるボトムアップ方式の、めっきを行うので、基板の平坦化処理を行ったときに露出する貫通孔開口部近傍におけるめっき金属（配線材料）は、下地の金属層を介して貫通孔の内壁と強く密着しており、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線が容易に実現できる。これは、下地の金属層と貫通孔の内壁面との強い密着力（結合力）を利用するからである。
【００１５】
請求項２の発明によれば、貫通孔の開口付近に設けたテーパ部の表面に金属層を形成しているので、テーパ部が形成されていない場合よりもより広い面積で配線材料の密着力を向上して、信頼性の高い貫通孔配線を容易に実現できる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、貫通孔の開口内壁面が粗面化されているので、粗面化された面上に形成される絶縁層と金属層の表面も粗面化され、金属層と配線材料の密着力がより向上する。
【００１７】
請求項４の発明によれば、貫通孔の開口内壁面が粗面化されているので、絶縁層の表面も粗面化され、粗面化された面上に形成されるめっき層の密着力がより向上し、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の貫通孔配線の製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の貫通孔配線１０の製造方法が適用された半導体基板１とその一部拡大透視表示された貫通孔配線１０部分を示す。貫通孔配線１０は、半導体基板１の厚み方向に貫通する孔に電気導体を充填して形成されている。貫通孔配線１０は、例えば、ウエハレベルパッケージング等に用いられる半導体基板や、集積回路チップとプリント配線基板との間に介在させる、いわゆるインターポーザ用の半導体基板や、互いに積層される集積回路チップの半導体基板などに形成され、半導体基板１の一方の面１ａと他方の面１ｂとにおける回路を電気接続する。貫通孔配線１０の端面には、多くの場合、電極パッド１１や配線パターン１２が形成される。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態に係る貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図３は同方法のボトムアップ方式によるめっきの様子を示し、図４（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。まず貫通孔配線１０の製造方法の概要を、図２、図３を参照して説明する。半導体基板１に貫通孔２を形成し（Ｓ１）、半導体基板１の貫通孔２の内壁面を含む表面に絶縁層３を形成する（Ｓ２）。
【００２０】
次に、シード層となる通電用の金属層４を半導体基板１の一方の表面１ａに形成し（Ｓ３）、さらに、半導体基板１の他方の表面１ｂに開口する貫通孔２の開口近傍内壁面に内壁金属層５ａを形成する（Ｓ４）。次に、半導体基板１の他方の表面１ｂにめっき用電極Ｅを対向離間して配置させ、ボトムアップ方式のめっきを行う（Ｓ５）。めっき金属６が貫通孔２内に充填された後、ＣＭＰ等による基板表面平坦化等の所定の後処理を行い、めっき金属６を配線材料とする貫通孔配線が完成する（Ｓ６）。次に、図４（ａ）〜（ｇ）及び前述の図３を参照して、各工程の詳細説明を行う。
【００２１】
図４（ａ）〜（ｃ）は、上述のステップＳ１，Ｓ２に対応する。半導体基板１は、例えば、シリコン基板である。図４（ｄ）に示す状態は、ステップＳ３，Ｓ４の処理の結果である。この図４（ｄ）の状態において、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４が形成され、他方の表面１ｂに金属層５が形成されている。半導体基板１の厚み方向に貫通する貫通孔２は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などによって形成される。また、絶縁層３は、半導体基板１の熱酸化による酸化膜成長や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜などの方法によって形成される。
【００２２】
金属層４，５は、それぞれ貫通孔２の開口内部壁面まで延伸し、内壁金属層４ａ，５ａを形成している。このような内壁金属層４ａ，５ａを含む金属層４，５は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などの成膜法によって形成される。金属層４，５を形成する金属材料は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などである。また、金属層４は、これをカソード電極とするため、基板１の一方の表面１ａの、例えば、全面に形成する。内壁金属層４ａ，５ａは、貫通孔配線の完成時に、配線材料であるめっき金属６が貫通孔２の内壁に強固に密着するように保持して、めっき金属６の剥離や欠け、断線などを防止する。
【００２３】
上述の金属層４は、図３に示すように、めっき用電源Ｖに接続されてカソード電極となる。金属層４は、シード層となって、その表面に、めっき金属６が成膜されて堆積する。貫通孔２内部には、金属層４とめっき用電極Ｅとの間に電界が発生してめっき電流が流れ、半導体基板１の一方の表面１ａ側から、他方の表面１ｂ側に向けて、めっき金属６が成長する（すなわち、ボトムアップ方式のめっき）。これにより貫通孔２内に、めっき金属６からなる配線材料が充填される。配線材料としては導電性でめっき成長が可能な材料であればよい。例えば、銅（Ｃｕ）などは低抵抗であり、また、めっき金属６として広く用いられているものであり、配線材料として好適である。
【００２４】
図４（ｅ）は、ボトムアップ方式によるめっきの成長の様子を示し、上述のステップＳ５に対応する。金属層５は、めっき金属６が金属層５（内壁金属層５ａ）に電気的に接続されるまでは、めっきの進行とは基本的に無関係である。ボトムアップ方式によるめっき成長が、半導体基板１の他方の表面１ｂへ向けて貫通孔２内部を進行し、他方の表面１ｂに達すると内壁金属層５ａ、従って金属層５とめっき金属６とが導通し、その時点からコンフォーマル成長のめっきが始まる。さらにめっきを進行させることによってめっき金属６からなる配線材料が完全に貫通孔２の内部に充填される。内壁金属層５ａが、コンフォーマル成長のめっきに関与することによる効果については、図５（ａ）〜（ｂ）を参照して、後述する。
【００２５】
図４（ｆ）は、所定のめっきが完了した状態を示し、図４（ｇ）は、ステップＳ６における後処理が完了して、貫通孔配線１０が完成した状態を示す。この後処理は、不要部分の除去や、半導体基板１の表面平坦化の加工処理であり、ＣＭＰ等によって行われる。このような後処理において、従来は、貫通孔２に入り込んだ内壁金属層４ａ，５ａが設けられていないボトムアップ方式のめっきによる製造方法であったため、貫通孔２の内壁と充填された配線材料（めっき金属６）との密着力が低く、ＣＭＰ等の処理においてめっき金属の剥離や欠けなどが発生していた。
【００２６】
しかし、本発明の製造方法によると、内壁金属層４ａ，５ａの存在により、充填材料と貫通孔２の内壁との密着力が向上し、ＣＭＰ処理時の剥離などの不具合を抑制することができる。また、従来は剥離を低減するため、ＣＭＰ処理の際に、やむなく低研磨レートで長時間の処理を行う必要があった。しかし、本発明の製造方法により密着力が向上したことから、従来よりも高研磨レートで高速にＣＭＰ処理可能となり、貫通孔配線１０の製造における効率向上が可能となる。なお、図４（ｇ）に示す貫通孔配線１０の一方又は両方の端面には、前述の図１に示すように、多くの場合、通常行われている成膜技術やパターニング技術を用いて、電極パッド１１や配線パターン１２が形成される。
【００２７】
次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、内壁金属層５ａ、より一般的には金属層５が、コンフォーマル成長のめっきに関与することによる効果を説明する。ボトムアップ方式のめっきによるめっき成長とコンフォーマル成長によるめっき成長速度の違いにより、従来のボトムアップ方式のめっきのみのめっき層形成方法に比べ、めっき終了時における半導体基板１の表面（他方の表面１ｂ）の凸部の大きさが平均化されたものとなる。すなわち、図５（ａ）から図５（ｄ）へとめっき成長が進行する際に、図５（ｃ）における位置ｐ１，ｐ４における貫通孔のように、ボトムアップ方式のめっきからコンフォーマル成長のめっきへと変化した部分は電流密度が小さくなるため、めっき成長速度が低下する。
【００２８】
また、図５（ｃ）における位置ｐ２，ｐ３における貫通孔のように、まだボトムアップ方式のめっきが継続進行している部分は、めっき金属６が、他方の表面１ｂにおける金属層５と導通するまでは、成長速度を変えずに成長する。このような、めっき処理の最終段階におけるめっき膜成長速度の変化は、それまでのめっき膜成長速度のバラツキを緩和する効果がある。これにより、従来のボトムアップめっきにより発生していた表面の凸部の不揃い（図１６（ｂ）参照）が低減され、図５（ｄ）に示すように、他方の表面１ｂに、より平滑な表面を得ることができる。これによって、ＣＭＰ等による処理の面内均一性が向上し、オーバー研磨による不良発生等を抑制することができる。
【００２９】
次に、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して、第１の実施形態の変形例を説明する。この貫通孔配線１０の製造方法は、図４（ａ）〜（ｇ）に示した方法とは、金属層５の形成範囲が異なり、他の点は同様である。すなわち本方法においては、図６（ａ）に示すように、金属層５が、貫通孔２の開口部周辺の範囲に局在している。このような局在した金属層５は、例えば、メタルマスクを用いてマスクを通してスパッタ成膜したり、全面成膜後にパターニングしたり、貫通孔２の開口部付近を露出させたレジストパターンの上からＣＶＤ法などで金属層を形成した後にレジストをリフトオフ処理したりして形成される。金属層５の面積が狭いので、後処理において、金属層５やその表面に析出しためっき金属の除去が容易である。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図８（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態における貫通孔配線１０の製造方法は、図７に示すように、最初のステップＳ１１において、半導体基板１への貫通孔２の形成と共に、貫通孔２の開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成する点が、図２に示した第１の実施形態のフローチャートと異なる。以下、図８（ａ）〜（ｇ）を参照して、相違点に注目してこの実施形態を説明する。
【００３１】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、貫通孔２の開口部にテーパ部７を形成する。このテーパ部７は、半導体基板１が、例えば、シリコン基板の場合、ＫＯＨなどの薬液を用いたウェットエッチングなどによって形成できる。貫通孔２とテーパ部７の形成の後、図８（ｃ）に示すように、熱酸化やＣＶＤ等の方法によって絶縁層３を形成する。続いて、図８（ｄ）に示すように、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４を形成し、他方の表面１ｂのテーパ部には、テーパ部７周辺に局在した金属層５、及び金属層５から貫通孔内部に延伸した内壁金属層５ａを形成する。この金属層５の形成方法は、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明した形成方法を用いることができる。
【００３２】
続いて、図８（ｅ）に示すように、一方の表面１ａの金属層４をシード層としてボトムアップ方式のめっきを行う。一方の表面１ａ側よりボトムアップ方式のめっきを成長させ、めっき金属６が他方の表面１ｂ付近に達して金属層５と導通すると、その時点からコンフォーマル成長のめっきが始まる。さらにめっき成長を進行させること等によって、図８（ｆ）に示すような構造が形成される。最後に、不要部分の除去やＣＭＰ等による基板表面の平坦化処理を行い、図８（ｇ）に示すように、貫通孔配線１０を形成した半導体基板１が完成する。
【００３３】
上述の方法によれば、貫通孔２の開口付近にテーパ部７を設けると共に、テーパ部７の表面に金属層５及び内壁金属層５ａを形成しているので、テーパ部が形成されていない場合よりもより広い面積で配線材料の密着力を向上して、信頼性の高い貫通孔配線１０を容易に実現できる。また、テーパ部７が外方に向けて広がっていることから、内壁金属層５ａを形成し易いという利点がある。
【００３４】
（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図１０（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態における貫通孔配線１０の製造方法は、図９に示すように、最初のステップＳ１２において、半導体基板１への貫通孔２の形成と共に、貫通孔２の開口近傍内壁面を粗面化する点、及び半導体基板１の他方の表面１ｂに金属層を形成するステップ（図２におけるステップＳ４）がない点が、図２に示した第１の実施形態のフローチャートと異なる。以下、図１０（ａ）〜（ｇ）を参照して、相違点に注目してこの実施形態を説明する。
【００３５】
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、貫通孔２の開口部に粗面化したテーパ部８を形成する。この粗面化したテーパ部８は、半導体基板１が、例えば、シリコン基板の場合、ＫＯＨなどの薬液を用いたウェットエッチングや、グレースケールマスクを用いたドライプロセスで形成することができる。貫通孔２と粗面化したテーパ部８の形成の後、図１０（ｃ）に示すように、熱酸化やＣＶＤ等の方法によって絶縁層３を形成する。
【００３６】
続いて、図１０（ｄ）に示すように、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４を形成し、図１０（ｅ）に示すように、一方の表面１ａの金属層４をシード層としてボトムアップめっきを行う。一方の表面１ａ側よりボトムアップめっきを成長させることによって、図１０（ｆ）に示すような構造が形成される。最後に、不要部分の除去やＣＭＰ等による基板表面の平坦化を行い、図１０（ｇ）に示すように、貫通孔配線１０を形成した半導体基板１が完成する。
【００３７】
上述の方法によれば、貫通孔２の開口内壁面が粗面化されているので、粗面化された面上に形成される絶縁層とめっき層との密着力が向上し、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料であるめっき金属６の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線１０を容易に実現できる。
【００３８】
（第４の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｇ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態は、上述の第２の実施形態（図８（ａ）〜（ｇ））と、第３の実施形態（図１０（ａ）〜（ｇ））とを組み合わせた方法による実施形態になっている。すなわち、その特徴的な点について述べると、図１１（ｄ）において、貫通孔２の開口部に形成された粗面化したテーパ部８（第３の実施形態）に、内壁金属層５ａを含む局在した金属層５（第２の実施形態）が形成されている。このような方法によると、テーパ部、粗面化、及び、内壁金属層５ａによる各効果が合算されて、貫通孔２の開口部近傍におけるめっき金属６の下地との密着力がより強固なものとなる。
【００３９】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、内壁金属層４ａ，５ａは、必ずしも半導体基板１の両面において設ける必要はない。これは、例えば、半導体基板１の一方の表面１ａにおける貫通孔配線１０の端部にパッドなどを形成するなどの理由により、一方の表面１ａに対してＣＭＰなどによる平坦化を行わない場合は、一方の表面１ａにおける金属層４は削られることなく残留するので、内壁金属層４ａを強いて設けなくとも、一方の表面側における貫通孔配線１０の密着力が充分得られるからである。また、テーパ部の形成、粗面化処理、内壁金属層の形成などは、半導体基板１の何れの表面においても、また、両方の面においても、これを適用することができる。
【００４０】
また、第３の実施形態において、貫通孔２の開口テーパ部を粗面化する例（粗面化テーパ部８）を示したが、粗面化は、テーパ部ではなく、貫通孔２の垂直開口部に対して行ってもその効果が得られる。その粗面化は、テーパ部と同様にＫＯＨなどを用いて行うことができる。また、密着力向上のための表面粗面化は、半導体基板１そのものではなく、絶縁層３の表面に施すこともできる。また、半導体基板として主にシリコン基板について説明したが、シリコン基板の他に、ガリウムヒ素やインジウム燐などの半導体基板に対しても、本発明の製造方法が適用される。また、これらの半導体基板は、基板材料そのものの状態の他に、表面に集積回路等が形成され状態でも本発明の製造方法が適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の貫通孔配線の製造方法が適用された半導体基板とその一部拡大透視表示された貫通孔配線部分の斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図３】同上製造方法における貫通孔配線をボトムアップ方式で形成する様子を模式的に示す半導体基板及びめっき用電極の断面図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上製造方法における貫通孔配線のボトムアップ方式による形成を複数の貫通孔配線について工程順に示す半導体基板の断面図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は同上製造方法の変形例を代表的な製造工程において示す半導体基板の断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図１１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は従来の貫通孔配線の製造方法を代表的な工程において示す半導体基板の断面図。
【図１３】従来のコンフォーマル成長のめっきによる貫通孔配線の製造方法の問題点を説明する半導体基板の断面図。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は従来のボトムアップ方式による貫通孔配線の製造方法を代表的な工程において示す半導体基板の断面図。
【図１５】（ａ）は従来の他のボトムアップ方式による貫通孔配線の製造方法を説明する半導体基板及びめっき用電極の断面図、（ｂ）は（ａ）に示した方式により貫通孔配線を形成する様子を示す半導体基板の断面図。
【図１６】（ａ）（ｂ）は図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した方法による従来の貫通孔配線の製造方法の問題点を説明するため複数の貫通孔配線の形成を示す半導体基板の断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 半導体基板
２ 貫通孔
３ 絶縁層
４ 金属層（シード層）
５ 金属層
６ めっき金属（配線材料）
７ テーパ部
８ 粗面化部
１０ 貫通孔配線
１ａ 一方の表面
１ｂ 他方の表面
４ａ 内壁金属層
５ａ 内壁金属層
Ｅ めっき用電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウエハレベルパッケージング等に用いられる半導体基板の厚み方向に貫通する貫通孔配線の形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体基板の厚み方向に貫通する孔に配線材料を充填した貫通孔配線を形成する方法としては、図１２（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって凹部９２を形成し、その内壁や基板表面に絶縁層９３を形成した後、図１２（ｂ）に示すように、凹部９２に配線材料９４を充填し、最後に、図１２（ｃ）に示すように、配線材料９４をパターニングすると共に、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）等によって基板の裏面９１ａ側を研磨して配線材料９４を露出させる方法がある。凹部９２に配線材料９４を充填する方法として、めっき法がよく用いられる。めっき法を用いる場合は、図１２（ａ）における絶縁層９３を形成した後、さらに絶縁層９３の上にＣＶＤ法やスパッタ法等によって金属薄膜を堆積させる。この金属薄膜をシード層としてめっき膜を成長させて凹部９２にめっき金属からなる配線材料９４を充填する。
【０００３】
この場合、図１３に示すように、めっき金属９４は、一般的にコンフォーマル成長と呼ばれる成長をしながら全体的に膜厚が増大する。しかしながら、コンフォーマル成長では、凹部９２が高アスペクト比であったり、入口付近が狭まっていたりする形状では、入口付近９４ａが凹部９２の内部よりも先に閉じてしまい、凹部９２内部に、めっき金属９４で充填されないボイドが発生するという問題がある。ボイドは、そのボイドに対する異物の侵入や異物の残留等により、貫通孔配線形成後の工程中や最終製品の使用時における不具合発生の原因となるので、ボイド発生を抑制する必要がある。
【０００４】
上述のボイド発生を回避するめっき方法として、Ｔｈｒｏｕｇｈ−Ｗａｆｅｒ ｃｏｐｐｅｒ ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ １２（２００２），ｐｐ３９５−３９９）に開示された技術がある。これを図１４（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。まず、図１４（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって貫通孔９２を形成し、金属等の導電層９５が表面に形成された別の基板９６を、接合や貼り合わせ等によって組み合わせて、図１４（ｂ）の状態とする。次に、図１４（ｃ）に示すように、貫通孔９２の底部に露出している導電層９５をシード層として、この導電層９５とめっき用電極Ｅとの間でめっき電流を流してめっき金属による配線材料９４を得る。最後に、図１４（ｄ）に示すように、不要な基板９６を除去することによって貫通孔配線が完成する。
【０００５】
このような方式のめっき成長は、凹部９２の底部から開口部の方向へと進行するので、ボトムアップ方式と呼ばれる。ボトムアップ方式の貫通孔配線の形成は、ボイド発生を抑制できるという利点がある。また、ボトムアップ成長を表面バイアホールへの金属埋込に適用した例も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
上述の、ボトムアップ方式によるめっき充填は、図１５（ａ）（ｂ）に示す方法でも行われる。まず、図１５（ａ）に示すように、半導体基板９１にエッチング加工等によって貫通孔９２を形成し、その内壁や基板表面に絶縁層９３を形成した後、半導体基板９１の一表面にスパッタ等による導電層９５を形成する。この導電層９５をシード層として、導電層９５とめっき用電極Ｅとの間でめっき電流を流して、ボトムアップ方式のめっきを行う。これにより、図１５（ｂ）に示すように、貫通孔９２にボイドの発生のない貫通孔配線９４が得られる。
【特許文献１】特開２０００−３３１９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した図１４（ａ）〜（ｄ）、図１５（ａ）（ｂ）、又は特許文献１に示されるような貫通孔配線の形成方法においては、次のような問題がある。ボトムアップ方式によるめっき充填を行えば、コンフォーマル成長による充填が困難な、アスペクト比の高い微細孔に対しても、ボイド発生のない良好な貫通孔配線が得られるが、めっき膜と貫通孔の内壁との密着力が弱いという問題がある。これは、貫通孔内壁にシード層（金属層）が形成されていないことによる。密着力が弱いことから、めっき充填後に行う、不要部分の除去や基板表面の平坦化を目的としたＣＭＰ等による加工に際して、貫通孔配線の剥離や断線が生じるという問題がある。
【０００８】
また、他の問題として、図１６（ａ）に示すように、基板９１における複数の貫通孔配線を形成する場合、ボトムアップ方式によるめっき埋込速度にバラツキがあると、図１６（ｂ）に示すように、めっき処理後の基板表面にめっき金属による不揃いの凸部が発生するという問題がある。このような基板表面の凹凸は、ＣＭＰ等による基板表面の平坦化の仕上がり具合などに悪影響を及ぼす。
【０００９】
本発明は、上記課題を解消するものであって、配線材料の密着力が向上して信頼性の高い配線を容易に実現できる貫通孔配線の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、前記半導体基板に前記貫通孔と絶縁層とを形成した後に、当該半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成すると共に、他方の表面に開口する前記絶縁層の形成された貫通孔の開口近傍内壁面に金属層を形成し、前記金属層を形成した後に、前記他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくものである。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１に記載の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、当該貫通孔の他方の表面における開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成し、前記開口近傍内壁面の金属層の形成に際し、前記テーパ部の表面に当該金属層を形成するものである。
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化するものである。
【００１３】
請求項４の発明は、半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化し、前記粗面化した開口内壁面を有する貫通孔を形成した後に、前記絶縁層を形成し、前記半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成し、前記通電用の金属層を形成した後に、前記半導体基板の他方の表面に対向配置されためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくものである。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、貫通孔の開口近傍内壁面にも金属層を形成した後に、いわゆるボトムアップ方式の、めっきを行うので、基板の平坦化処理を行ったときに露出する貫通孔開口部近傍におけるめっき金属（配線材料）は、下地の金属層を介して貫通孔の内壁と強く密着しており、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線が容易に実現できる。これは、下地の金属層と貫通孔の内壁面との強い密着力（結合力）を利用するからである。
【００１５】
請求項２の発明によれば、貫通孔の開口付近に設けたテーパ部の表面に金属層を形成しているので、テーパ部が形成されていない場合よりもより広い面積で配線材料の密着力を向上して、信頼性の高い貫通孔配線を容易に実現できる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、貫通孔の開口内壁面が粗面化されているので、粗面化された面上に形成される絶縁層と金属層の表面も粗面化され、金属層と配線材料の密着力がより向上する。
【００１７】
請求項４の発明によれば、貫通孔の開口内壁面が粗面化されているので、絶縁層の表面も粗面化され、粗面化された面上に形成されるめっき層の密着力がより向上し、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線を容易に実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の貫通孔配線の製造方法について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の貫通孔配線１０の製造方法が適用された半導体基板１とその一部拡大透視表示された貫通孔配線１０部分を示す。貫通孔配線１０は、半導体基板１の厚み方向に貫通する孔に電気導体を充填して形成されている。貫通孔配線１０は、例えば、ウエハレベルパッケージング等に用いられる半導体基板や、集積回路チップとプリント配線基板との間に介在させる、いわゆるインターポーザ用の半導体基板や、互いに積層される集積回路チップの半導体基板などに形成され、半導体基板１の一方の面１ａと他方の面１ｂとにおける回路を電気接続する。貫通孔配線１０の端面には、多くの場合、電極パッド１１や配線パターン１２が形成される。
【００１９】
（第１の実施形態）
図２は本発明の第１の実施形態に係る貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図３は同方法のボトムアップ方式によるめっきの様子を示し、図４（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。まず貫通孔配線１０の製造方法の概要を、図２、図３を参照して説明する。半導体基板１に貫通孔２を形成し（Ｓ１）、半導体基板１の貫通孔２の内壁面を含む表面に絶縁層３を形成する（Ｓ２）。
【００２０】
次に、シード層となる通電用の金属層４を半導体基板１の一方の表面１ａに形成し（Ｓ３）、さらに、半導体基板１の他方の表面１ｂに開口する貫通孔２の開口近傍内壁面に内壁金属層５ａを形成する（Ｓ４）。次に、半導体基板１の他方の表面１ｂにめっき用電極Ｅを対向離間して配置させ、ボトムアップ方式のめっきを行う（Ｓ５）。めっき金属６が貫通孔２内に充填された後、ＣＭＰ等による基板表面平坦化等の所定の後処理を行い、めっき金属６を配線材料とする貫通孔配線が完成する（Ｓ６）。次に、図４（ａ）〜（ｇ）及び前述の図３を参照して、各工程の詳細説明を行う。
【００２１】
図４（ａ）〜（ｃ）は、上述のステップＳ１，Ｓ２に対応する。半導体基板１は、例えば、シリコン基板である。図４（ｄ）に示す状態は、ステップＳ３，Ｓ４の処理の結果である。この図４（ｄ）の状態において、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４が形成され、他方の表面１ｂに金属層５が形成されている。半導体基板１の厚み方向に貫通する貫通孔２は、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などによって形成される。また、絶縁層３は、半導体基板１の熱酸化による酸化膜成長や、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による成膜などの方法によって形成される。
【００２２】
金属層４，５は、それぞれ貫通孔２の開口内部壁面まで延伸し、内壁金属層４ａ，５ａを形成している。このような内壁金属層４ａ，５ａを含む金属層４，５は、スパッタ法、真空蒸着法、ＣＶＤ法などの成膜法によって形成される。金属層４，５を形成する金属材料は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）などである。また、金属層４は、これをカソード電極とするため、基板１の一方の表面１ａの、例えば、全面に形成する。内壁金属層４ａ，５ａは、貫通孔配線の完成時に、配線材料であるめっき金属６が貫通孔２の内壁に強固に密着するように保持して、めっき金属６の剥離や欠け、断線などを防止する。
【００２３】
上述の金属層４は、図３に示すように、めっき用電源Ｖに接続されてカソード電極となる。金属層４は、シード層となって、その表面に、めっき金属６が成膜されて堆積する。貫通孔２内部には、金属層４とめっき用電極Ｅとの間に電界が発生してめっき電流が流れ、半導体基板１の一方の表面１ａ側から、他方の表面１ｂ側に向けて、めっき金属６が成長する（すなわち、ボトムアップ方式のめっき）。これにより貫通孔２内に、めっき金属６からなる配線材料が充填される。配線材料としては導電性でめっき成長が可能な材料であればよい。例えば、銅（Ｃｕ）などは低抵抗であり、また、めっき金属６として広く用いられているものであり、配線材料として好適である。
【００２４】
図４（ｅ）は、ボトムアップ方式によるめっきの成長の様子を示し、上述のステップＳ５に対応する。金属層５は、めっき金属６が金属層５（内壁金属層５ａ）に電気的に接続されるまでは、めっきの進行とは基本的に無関係である。ボトムアップ方式によるめっき成長が、半導体基板１の他方の表面１ｂへ向けて貫通孔２内部を進行し、他方の表面１ｂに達すると内壁金属層５ａ、従って金属層５とめっき金属６とが導通し、その時点からコンフォーマル成長のめっきが始まる。さらにめっきを進行させることによってめっき金属６からなる配線材料が完全に貫通孔２の内部に充填される。内壁金属層５ａが、コンフォーマル成長のめっきに関与することによる効果については、図５（ａ）〜（ｂ）を参照して、後述する。
【００２５】
図４（ｆ）は、所定のめっきが完了した状態を示し、図４（ｇ）は、ステップＳ６における後処理が完了して、貫通孔配線１０が完成した状態を示す。この後処理は、不要部分の除去や、半導体基板１の表面平坦化の加工処理であり、ＣＭＰ等によって行われる。このような後処理において、従来は、貫通孔２に入り込んだ内壁金属層４ａ，５ａが設けられていないボトムアップ方式のめっきによる製造方法であったため、貫通孔２の内壁と充填された配線材料（めっき金属６）との密着力が低く、ＣＭＰ等の処理においてめっき金属の剥離や欠けなどが発生していた。
【００２６】
しかし、本発明の製造方法によると、内壁金属層４ａ，５ａの存在により、充填材料と貫通孔２の内壁との密着力が向上し、ＣＭＰ処理時の剥離などの不具合を抑制することができる。また、従来は剥離を低減するため、ＣＭＰ処理の際に、やむなく低研磨レートで長時間の処理を行う必要があった。しかし、本発明の製造方法により密着力が向上したことから、従来よりも高研磨レートで高速にＣＭＰ処理可能となり、貫通孔配線１０の製造における効率向上が可能となる。なお、図４（ｇ）に示す貫通孔配線１０の一方又は両方の端面には、前述の図１に示すように、多くの場合、通常行われている成膜技術やパターニング技術を用いて、電極パッド１１や配線パターン１２が形成される。
【００２７】
次に、図５（ａ）〜（ｄ）を参照して、内壁金属層５ａ、より一般的には金属層５が、コンフォーマル成長のめっきに関与することによる効果を説明する。ボトムアップ方式のめっきによるめっき成長とコンフォーマル成長によるめっき成長速度の違いにより、従来のボトムアップ方式のめっきのみのめっき層形成方法に比べ、めっき終了時における半導体基板１の表面（他方の表面１ｂ）の凸部の大きさが平均化されたものとなる。すなわち、図５（ａ）から図５（ｄ）へとめっき成長が進行する際に、図５（ｃ）における位置ｐ１，ｐ４における貫通孔のように、ボトムアップ方式のめっきからコンフォーマル成長のめっきへと変化した部分は電流密度が小さくなるため、めっき成長速度が低下する。
【００２８】
また、図５（ｃ）における位置ｐ２，ｐ３における貫通孔のように、まだボトムアップ方式のめっきが継続進行している部分は、めっき金属６が、他方の表面１ｂにおける金属層５と導通するまでは、成長速度を変えずに成長する。このような、めっき処理の最終段階におけるめっき膜成長速度の変化は、それまでのめっき膜成長速度のバラツキを緩和する効果がある。これにより、従来のボトムアップめっきにより発生していた表面の凸部の不揃い（図１６（ｂ）参照）が低減され、図５（ｄ）に示すように、他方の表面１ｂに、より平滑な表面を得ることができる。これによって、ＣＭＰ等による処理の面内均一性が向上し、オーバー研磨による不良発生等を抑制することができる。
【００２９】
次に、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して、第１の実施形態の変形例を説明する。この貫通孔配線１０の製造方法は、図４（ａ）〜（ｇ）に示した方法とは、金属層５の形成範囲が異なり、他の点は同様である。すなわち本方法においては、図６（ａ）に示すように、金属層５が、貫通孔２の開口部周辺の範囲に局在している。このような局在した金属層５は、例えば、メタルマスクを用いてマスクを通してスパッタ成膜したり、全面成膜後にパターニングしたり、貫通孔２の開口部付近を露出させたレジストパターンの上からＣＶＤ法などで金属層を形成した後にレジストをリフトオフ処理したりして形成される。金属層５の面積が狭いので、後処理において、金属層５やその表面に析出しためっき金属の除去が容易である。
【００３０】
（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図８（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態における貫通孔配線１０の製造方法は、図７に示すように、最初のステップＳ１１において、半導体基板１への貫通孔２の形成と共に、貫通孔２の開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成する点が、図２に示した第１の実施形態のフローチャートと異なる。以下、図８（ａ）〜（ｇ）を参照して、相違点に注目してこの実施形態を説明する。
【００３１】
図８（ａ）（ｂ）に示すように、貫通孔２の開口部にテーパ部７を形成する。このテーパ部７は、半導体基板１が、例えば、シリコン基板の場合、ＫＯＨなどの薬液を用いたウェットエッチングなどによって形成できる。貫通孔２とテーパ部７の形成の後、図８（ｃ）に示すように、熱酸化やＣＶＤ等の方法によって絶縁層３を形成する。続いて、図８（ｄ）に示すように、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４を形成し、他方の表面１ｂのテーパ部には、テーパ部７周辺に局在した金属層５、及び金属層５から貫通孔内部に延伸した内壁金属層５ａを形成する。この金属層５の形成方法は、図６（ａ）〜（ｄ）を参照して説明した形成方法を用いることができる。
【００３２】
続いて、図８（ｅ）に示すように、一方の表面１ａの金属層４をシード層としてボトムアップ方式のめっきを行う。一方の表面１ａ側よりボトムアップ方式のめっきを成長させ、めっき金属６が他方の表面１ｂ付近に達して金属層５と導通すると、その時点からコンフォーマル成長のめっきが始まる。さらにめっき成長を進行させること等によって、図８（ｆ）に示すような構造が形成される。最後に、不要部分の除去やＣＭＰ等による基板表面の平坦化処理を行い、図８（ｇ）に示すように、貫通孔配線１０を形成した半導体基板１が完成する。
【００３３】
上述の方法によれば、貫通孔２の開口付近にテーパ部７を設けると共に、テーパ部７の表面に金属層５及び内壁金属層５ａを形成しているので、テーパ部が形成されていない場合よりもより広い面積で配線材料の密着力を向上して、信頼性の高い貫通孔配線１０を容易に実現できる。また、テーパ部７が外方に向けて広がっていることから、内壁金属層５ａを形成し易いという利点がある。
【００３４】
（第３の実施形態）
図９は本発明の第３の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法のフローチャートを示し、図１０（ａ）〜（ｇ）は同方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態における貫通孔配線１０の製造方法は、図９に示すように、最初のステップＳ１２において、半導体基板１への貫通孔２の形成と共に、貫通孔２の開口近傍内壁面を粗面化する点、及び半導体基板１の他方の表面１ｂに金属層を形成するステップ（図２におけるステップＳ４）がない点が、図２に示した第１の実施形態のフローチャートと異なる。以下、図１０（ａ）〜（ｇ）を参照して、相違点に注目してこの実施形態を説明する。
【００３５】
図１０（ａ）（ｂ）に示すように、貫通孔２の開口部に粗面化したテーパ部８を形成する。この粗面化したテーパ部８は、半導体基板１が、例えば、シリコン基板の場合、ＫＯＨなどの薬液を用いたウェットエッチングや、グレースケールマスクを用いたドライプロセスで形成することができる。貫通孔２と粗面化したテーパ部８の形成の後、図１０（ｃ）に示すように、熱酸化やＣＶＤ等の方法によって絶縁層３を形成する。
【００３６】
続いて、図１０（ｄ）に示すように、半導体基板１の一方の表面１ａに金属層４を形成し、図１０（ｅ）に示すように、一方の表面１ａの金属層４をシード層としてボトムアップめっきを行う。一方の表面１ａ側よりボトムアップめっきを成長させることによって、図１０（ｆ）に示すような構造が形成される。最後に、不要部分の除去やＣＭＰ等による基板表面の平坦化を行い、図１０（ｇ）に示すように、貫通孔配線１０を形成した半導体基板１が完成する。
【００３７】
上述の方法によれば、貫通孔２の開口内壁面が粗面化されているので、粗面化された面上に形成される絶縁層とめっき層との密着力が向上し、ＣＭＰ等による処理に対して、配線材料であるめっき金属６の剥離や欠け、断線などの発生が低減され、信頼性の高い貫通孔配線１０を容易に実現できる。
【００３８】
（第４の実施形態）
図１１（ａ）〜（ｇ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板１の貫通孔配線１０の製造方法の主要工程段階における半導体基板１の断面を工程順に示す。この実施形態は、上述の第２の実施形態（図８（ａ）〜（ｇ））と、第３の実施形態（図１０（ａ）〜（ｇ））とを組み合わせた方法による実施形態になっている。すなわち、その特徴的な点について述べると、図１１（ｄ）において、貫通孔２の開口部に形成された粗面化したテーパ部８（第３の実施形態）に、内壁金属層５ａを含む局在した金属層５（第２の実施形態）が形成されている。このような方法によると、テーパ部、粗面化、及び、内壁金属層５ａによる各効果が合算されて、貫通孔２の開口部近傍におけるめっき金属６の下地との密着力がより強固なものとなる。
【００３９】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、内壁金属層４ａ，５ａは、必ずしも半導体基板１の両面において設ける必要はない。これは、例えば、半導体基板１の一方の表面１ａにおける貫通孔配線１０の端部にパッドなどを形成するなどの理由により、一方の表面１ａに対してＣＭＰなどによる平坦化を行わない場合は、一方の表面１ａにおける金属層４は削られることなく残留するので、内壁金属層４ａを強いて設けなくとも、一方の表面側における貫通孔配線１０の密着力が充分得られるからである。また、テーパ部の形成、粗面化処理、内壁金属層の形成などは、半導体基板１の何れの表面においても、また、両方の面においても、これを適用することができる。
【００４０】
また、第３の実施形態において、貫通孔２の開口テーパ部を粗面化する例（粗面化テーパ部８）を示したが、粗面化は、テーパ部ではなく、貫通孔２の垂直開口部に対して行ってもその効果が得られる。その粗面化は、テーパ部と同様にＫＯＨなどを用いて行うことができる。また、密着力向上のための表面粗面化は、半導体基板１そのものではなく、絶縁層３の表面に施すこともできる。また、半導体基板として主にシリコン基板について説明したが、シリコン基板の他に、ガリウムヒ素やインジウム燐などの半導体基板に対しても、本発明の製造方法が適用される。また、これらの半導体基板は、基板材料そのものの状態の他に、表面に集積回路等が形成され状態でも本発明の製造方法が適用される。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の貫通孔配線の製造方法が適用された半導体基板とその一部拡大透視表示された貫通孔配線部分の斜視図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図３】同上製造方法における貫通孔配線をボトムアップ方式で形成する様子を模式的に示す半導体基板及びめっき用電極の断面図。
【図４】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は同上製造方法における貫通孔配線のボトムアップ方式による形成を複数の貫通孔配線について工程順に示す半導体基板の断面図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は同上製造方法の変形例を代表的な製造工程において示す半導体基板の断面図。
【図７】本発明の第２の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図８】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法についてのフローチャート。
【図１０】（ａ）〜（ｇ）は同上製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図１１】（ａ）〜（ｇ）は本発明の第４の実施形態に係る半導体基板の貫通孔配線の製造方法を工程順に示す半導体基板の断面図。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は従来の貫通孔配線の製造方法を代表的な工程において示す半導体基板の断面図。
【図１３】従来のコンフォーマル成長のめっきによる貫通孔配線の製造方法の問題点を説明する半導体基板の断面図。
【図１４】（ａ）〜（ｄ）は従来のボトムアップ方式による貫通孔配線の製造方法を代表的な工程において示す半導体基板の断面図。
【図１５】（ａ）は従来の他のボトムアップ方式による貫通孔配線の製造方法を説明する半導体基板及びめっき用電極の断面図、（ｂ）は（ａ）に示した方式により貫通孔配線を形成する様子を示す半導体基板の断面図。
【図１６】（ａ）（ｂ）は図１５（ａ）（ｂ）（ｃ）に示した方法による従来の貫通孔配線の製造方法の問題点を説明するため複数の貫通孔配線の形成を示す半導体基板の断面図。
【符号の説明】
【００４２】
１ 半導体基板
２ 貫通孔
３ 絶縁層
４ 金属層（シード層）
５ 金属層
６ めっき金属（配線材料）
７ テーパ部
８ 粗面化部
１０ 貫通孔配線
１ａ 一方の表面
１ｂ 他方の表面
４ａ 内壁金属層
５ａ 内壁金属層
Ｅ めっき用電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、
前記半導体基板に前記貫通孔と絶縁層とを形成した後に、当該半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成すると共に、他方の表面に開口する前記絶縁層の形成された貫通孔の開口近傍内壁面に金属層を形成し、
前記金属層を形成した後に、前記他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくことを特徴とする貫通孔配線の製造方法。
【請求項２】
前記貫通孔の形成に際し、当該貫通孔の他方の表面における開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成し、前記開口近傍内壁面の金属層の形成に際し、前記テーパ部の表面に当該金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の貫通孔配線の製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通孔配線の製造方法。
【請求項４】
半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、
前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化し、
前記粗面化した開口内壁面を有する貫通孔を形成した後に、前記絶縁層を形成し、
前記半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成し、
前記通電用の金属層を形成した後に、前記半導体基板の他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくことを特徴とする貫通孔配線の製造方法。
【請求項１】
半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、
前記半導体基板に前記貫通孔と絶縁層とを形成した後に、当該半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成すると共に、他方の表面に開口する前記絶縁層の形成された貫通孔の開口近傍内壁面に金属層を形成し、
前記金属層を形成した後に、前記他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくことを特徴とする貫通孔配線の製造方法。
【請求項２】
前記貫通孔の形成に際し、当該貫通孔の他方の表面における開口付近に外方に向けて広がるテーパ部を形成し、前記開口近傍内壁面の金属層の形成に際し、前記テーパ部の表面に当該金属層を形成することを特徴とする請求項１に記載の貫通孔配線の製造方法。
【請求項３】
前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の貫通孔配線の製造方法。
【請求項４】
半導体基板を厚み方向に加工して当該半導体基板の一方の表面と他方の表面とに開口を有する貫通孔を形成し、前記貫通孔を形成した半導体基板の貫通孔内壁面を含む表面に絶縁層を形成し、前記絶縁層で絶縁された貫通孔内部にめっきによってめっき金属を充填して配線を形成する半導体基板の貫通孔配線の製造方法において、
前記貫通孔の形成に際し、少なくとも当該貫通孔の他方の表面における開口内壁面を粗面化し、
前記粗面化した開口内壁面を有する貫通孔を形成した後に、前記絶縁層を形成し、
前記半導体基板の絶縁層の形成された一方の表面にシード層となる通電用の金属層を形成し、
前記通電用の金属層を形成した後に、前記半導体基板の他方の表面に対向離間して配置させためっき用電極と前記通電用の金属層との間に通電して前記貫通孔内部に前記一方の表面側から前記他方の表面側に向けて順次めっき金属を充填していくことを特徴とする貫通孔配線の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【公開番号】特開２００７−５９７９６（Ｐ２００７−５９７９６Ａ）
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２４５９８７（Ｐ２００５−２４５９８７）
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２６日（２００５．８．２６）
【出願人】（０００００５８３２）松下電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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