貫通配線基板及びその製造方法
【課題】貫通孔の内側面に配線として機能する導電層を配し、その上を覆うように樹脂からなる絶縁層を設けてなる構成を備え、貫通孔の内側面に影響する応力を小さく抑えることが可能な、貫通配線基板を提供する。
【解決手段】本発明の貫通配線基板１０は、一方の面１１ａから他方の面１１ｂに向かう貫通孔αを備えた半導体からなる基板１１、前記基板の一方の面を覆う第一絶縁層１２、前記貫通孔の内側面１１ｃと前記基板の他方の面を覆う第三絶縁層１５、前記貫通孔の内側面及び前記基板の一方の面にある電極層１３の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層１６、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層１７、を少なくとも備えてなる貫通配線基板１０であって、、第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【解決手段】本発明の貫通配線基板１０は、一方の面１１ａから他方の面１１ｂに向かう貫通孔αを備えた半導体からなる基板１１、前記基板の一方の面を覆う第一絶縁層１２、前記貫通孔の内側面１１ｃと前記基板の他方の面を覆う第三絶縁層１５、前記貫通孔の内側面及び前記基板の一方の面にある電極層１３の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層１６、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層１７、を少なくとも備えてなる貫通配線基板１０であって、、第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通配線基板及びその製造方法に係る。より詳細には、貫通孔内に生じる応力の集中を緩和できる貫通配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の電子機器の高機能化が進み、これらの機器に用いられるＩＣやＬＳＩ等の電子デバイス、及びＯＥＩＣや光ピックアップ等の光デバイスにおいて、デバイス自体の小型化や高機能化を図るための開発が各所で進められている。例えば、このようなデバイスを積層して設ける技術が提案されており、具体的には、何らかの機能素子が一方の面に設けられている基板に対し、該基板の一方の面から他方の面に貫通してなる貫通電極を用いる技術が挙げられる。
【０００３】
従来から、図６に示すように、機能素子（不図示）に繋がる電極層５３が半導体基板５１の一方の面５１ａに配され、半導体基板５１の他方の面５１ｂから電極層５３に向けて貫通電極を設けてなる半導体装置５０が知られている。このような構成を備えた半導体装置５０は、図７に示すような製造方法により作製される。
まず、半導体基板５１の一方の面５１ａ上に、第一絶縁層５２を介して機能素子（不図示）に繋がる電極層５３を設けた後、第一絶縁層５２および電極層５３を被覆するように第一樹脂層５４を形成する［図７（ａ）］。
次に、半導体基板５１の他方の面５１ｂから電極層５３に向けて、微細な孔径をもつ貫通孔γを形成する［図７（ｂ）］。
【０００４】
次いで、半導体基板５１の他方の面５１ｂおよび貫通孔γの内側面１１ｃを覆うように第二絶縁層５５を形成［図７（ｃ）］した後、貫通孔γの底面に位置する第一絶縁層５２を除去し、電極層５３の一部が露呈した状態とする［図７（ｄ）］。
その後、半導体基板の他方の面５１ｂ上に導体層５６を設けることにより、電極層５３と導電層５６が接続された構成となる。その結果、半導体基板５１の両面５１ａ、５１ｂを電気的に繋ぐ貫通電極が得られる［図７（ｅ）］。
【０００５】
上述した工程により、貫通電極を備えた半導体装置５０Ｂ（５０）［図６（ｂ）］を得ることができる。
また、本発明者らは、半導体装置５０Ｂの変形例として、半導体基板の他方の面側に、第四樹脂層５７が形成され、貫通電極の内部空間も第四樹脂層５７で埋設された構成の半導体装置５０Ａ（５０）［図６（ａ）］を先に提案している（特許文献１を参照）。
【０００６】
上記構成とした半導体装置５０Ａ、５０Ｂに熱衝撃試験を行ったところ、貫通孔の側壁直下［図６（ａ）に示した○印で囲む部分］において、特に応力が集中することが分かった。このような応力の集中は、配線として機能する導電層５６の剥がれや、半導体基板５１と導体層５６との間にある第二絶縁層５５へのクラックを誘発させる一因となる虞がある。ゆえに、貫通孔の内側面の直下において発生する応力を緩和する必要があった。また、貫通孔の内側面への応力が大きい場合は、配線をなす導電層５６の剥がれの原因となるため、応力を小さくする必要がある。
【０００７】
このような応力が生じる原因の一つとして樹脂の充填が関係している。現状では、貫通孔内に設けた配線をなす導電層５６の腐食を防止するために、樹脂を孔内に充填している。しかしながら、孔内に樹脂を充填した場合、半導体基板の膨張係数と樹脂の膨張係数は差が大きいため、樹脂の伸縮に、貫通孔の内側面を覆う導電層（例えばＣｕ）５６や、半導体基板（例えばＳｉ）５１が追従できずに応力が発生する。
【０００８】
図８は、前述した製法により作製した従来の半導体装置５０Ａ、５０Ｂ（図６）について、シミュレーションにより求めた充填樹脂の有無による貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。図８（ａ）は貫通孔の内部に樹脂を充填した構成例［図６（ａ）に相当。以下、「構成Ｘ」とも呼ぶ］であり、図８（ｂ）は貫通孔の内部に樹脂を充填しない構成例［図６（ｂ）に相当。以下、「構成Ｙ」とも呼ぶ］である。図８において、応力の数値（大きさ）は濃度で表示しており、白色部から黒色部へ向けて色調が濃くなるほど、応力が大きいことを意味する。
【０００９】
図８より、以下の２点が明らかとなった。
（１）貫通孔の内部に樹脂を充填した構成Ｘでは、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、大きな応力が発生する。
（２）貫通孔の内部に樹脂を充填しない構成Ｙでは、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面に影響する応力は殆ど発生しない。貫通孔の上端付近、下端付近および底面付近において、貫通孔の内側面で若干応力が発生するが、その大きさは構成αに比べて極めて小さい。
【００１０】
すなわち、上述したシミュレーションの結果から、樹脂を充填しない構成Ｙは、充填した構成Ｘに比べて、発生する応力が小さくなることが分かる。ゆえに、配線として機能する導電層５６を樹脂で被覆した構成Ｙにおいても、構成Ｘのように応力の発生が抑制できる構造の開発が期待されていた。
【特許文献１】特願２００５−２８７０７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、貫通孔の内側面に配線として機能する導電層を配し、その上を覆うように樹脂からなる絶縁層を設けてなる構成を備え、貫通孔の内側面に影響する応力を小さく抑えることが可能な、貫通配線基板及びそ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】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、前記第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、前記第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の貫通配線基板は、請求項１又は２において、前記第四絶縁層が、シリコーン樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の貫通配線基板の製造方法は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備え、前記第四絶縁層が前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を有してなる貫通配線基板の製造方法であって、前記凹部は、前記第四絶縁層を形成した後、該第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る第一の貫通配線基板は、貫通孔の内側面及び貫通孔の底面をなす電極層の露呈部を覆うように配され、この電極層と電気的に接続された導電層と、この導電層を覆うように配された第四絶縁層とを少なくとも備え、かつ、第四絶縁層のヤング率を０．５ＧＰａ以下とした構成からなる。
かかる構成によれば、第四絶縁層の存在により、貫通孔内に設けた配線をなす導電層の腐食が防止できる。これに加えて、このようにヤング率の小さなものを採用した第四絶縁層は、柔らかく変形しやすいため、応力の緩和も可能となる構造を有する貫通配線基板をもたらす。特に、第四絶縁層が０．５ＧＰａ以下のヤング率を有するものとした場合には、その効果が著しいことから、より好ましい。
【００１７】
本発明に係る第二の貫通配線基板は、貫通孔の内側面及び貫通孔の底面をなす電極層の露呈部を覆うように配され、この電極層と電気的に接続された導電層と、この導電層を覆うように配された第四絶縁層とを少なくとも備え、かつ、第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えている構成からなる。
このように貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えた第四絶縁層は、この凹部の存在により、貫通孔内に配された導電層の上を、第四絶縁層が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板をもたらす。つまり、導電層を覆う第四絶縁層に自由面が形成されるので、たとえば外部から熱が加わった際に、第四絶縁層が伸縮したとしても、その影響は貫通孔の内側面へ及びにくくなる。ゆえに、応力の緩和が可能となる構造を有する貫通配線基板の提供が可能となる。
【００１８】
本発明に係る貫通配線基板の製造方法は、前述した第二の貫通配線基板を作製する方法であって、第四絶縁層が備える凹部は、第四絶縁層を形成した後、この第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする。
このように貫通孔内に配された導電層の上をその全域に亘って、予め第四絶縁層により被覆した後、この第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより、第四絶縁層の下層に位置する導電層を露出させることなく、第四絶縁層に所望の形状とした凹部を作製できる。ゆえに、本発明の製造方法は、第二の貫通配線基板の作製に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る貫通配線基板およびその製造方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明に係る貫通配線基板の一例を模式的に示す図である。
本発明に係る第一の貫通配線基板１０は、半導体からなる基板１１の一方の面１１ａに第一絶縁層１２を介して配された電極層１３と、基板１１の一方の面１１ａにあって、電極層１３を覆うように配された第二絶縁層１４を備える。
また、貫通配線基板１０は、基板１１の他方の面１１ｂから電極層１３の少なくとも一部が露呈するように、基板１１内に開けられた貫通孔αを備えるとともに、基板１１の他方の面１１ｂと貫通孔αの内側面１１ｃとを覆い、電極層１３の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層１５を有する。さらに、貫通配線基板１０は、第三絶縁層１５を介して、貫通孔αの内側面１１ｃ及び電極層１３の露呈部を覆うように配され、電極層１３と電気的に接続された導電層１６、及び、この導電層１６を覆うように配された第四絶縁層１７、を具備して概略構成されている。
【００２１】
第一の貫通配線基板１０は特に、上記構成において、特に第四絶縁層１７のヤング率を０．５ＧＰａ以下としたものである。第四絶縁層１７としてヤング率の小さなものを採用することにより、たとえば熱変動等が生じた場合に、第四絶縁層１７が柔らかく変形しやすいため、樹脂による応力は貫通孔の内側面まで及びにくくなる。したがって、本発明によれば、応力の緩和が可能となる構造を有する第一の貫通配線基板１０が得られる。
【００２２】
＜第二の実施形態＞
図２は、本発明に係る貫通配線基板の他の一例を模式的に示す図である。
本発明に係る第二の貫通配線基板２０は、上述した第一の貫通配線基板１０とほぼ同じ構成を備えつつ、さらに第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８、を具備して概略構成されている。つまり、第二の貫通配線基板２０は、第四絶縁層１７が凹部１８を有する点のみ第一の貫通配線基板１０と相違している。
【００２３】
第四絶縁層の凹部１８は、貫通孔αとほぼ重なる位置に設けてあるので、貫通孔α内に配された導電層１６の上を、第四絶縁層１７が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板が得られる。これにより、導電層１６を覆いつつ、貫通孔αの内側面１１ｃに沿って第四絶縁層１７は力学的に解放された外面をもつことができる。すなわち、第四絶縁層１７の外面は自由面をなす。これにより、たとえば外部から熱が加わり、第四絶縁層が伸縮するような事態が生じたとしても、この自由面が存在することにより、その影響は貫通孔の内側面へ及びにくくなる。その結果、応力の緩和効果が著しく高い構造を備えた貫通配線基板がもたらされる。
【００２４】
以下では、上述した第一の貫通配線基板１０および第二の貫通配線基板２０を構成する各要素について説明する
基板１１としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体基材が挙げられ、その厚さは、例えば数百μｍ程度である。
図１に示す例では、基板１１をＳｉ等の半導体基材から構成し、基板１１の一方の面１１ａ及び他方の面１１ｂに加え、貫通孔αの内側面１１ｃが絶縁化された領域をなすように構成されている。具体的には、基板１１の一方の面１１ａには第一絶縁層１２を、他方の面１１ｂと貫通孔αの内側面１１ｃには第三絶縁層１５をそれぞれ配し、半導体からなる基板１１と導電層１６との間を電気的に絶縁した構成としている。
【００２５】
貫通孔αは、図１や図２に示すように、基板１１において、他方の面１１ｂから、一方の面１１ａに配された後述する電極層１３が孔内に露呈するように、基板１１内に開けられてなる。その際、貫通孔αの口径は、例えば数十μｍ程度である。
また、図１では一つの貫通孔αを設けた例を示しているが、基板１１上に設けられる貫通孔αの数は、特に限定されるものではない。
【００２６】
電極層１３は、基板１１の一方の面１１ａに配され、少なくともその一部が貫通孔αの孔内底部に露呈するようにして設けられている。
電極層１３は、たとえば配線回路（不図示）を介して、基板１１の一方の面及び／又は他方の面に配置された機能素子（不図示）と電気的に接続されている。
電極層１３の材質としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金等の導電性に優れる材料が好適に用いられる。
【００２７】
電極層１３が配線回路（不図示）を介して接続する機能素子（不図示）としては、例えばＩＣチップや、ＣＣＤ素子等の光素子が例示される。また、機能素子の他の例としては、マイクロリレー、マイクロスイッチ、圧力センサ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー、マイクロリアクター、μ−ＴＡＳ、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロ燃料電池等が挙げられる。
【００２８】
導電層１６は、貫通孔αの内側面１１ｃの少なくとも一部に配されることにより、基板１１の一方の面１１ａから他方の面１１ｂへ繋がる導電路として機能することから、「貫通電極」とも呼ばれる。
図１及び図２の断面図に示す例では、導電層１６は、貫通孔αの内側面１１ｃの全体を覆うように配されているが、これには限定されない。例えば、導電層１６が、内側面１１ｃの一部に、基板１１の一方の面１１ａと他方の面１１ｂとの間に渡って配された構成としても良い。
【００２９】
導電層１６の材質は、導電性に優れた材料を用いることが好ましい。また、導電層１６は、電極層１３との密着性に優れるとともに、導電層１６を構成する元素が電極層１３や基板１１の内部へ拡散しない材料を用いれば、さらに好ましい。
例えば、図１に示す例のように導電層１６が単層である場合には、電極層１３と同材料であることが望ましく、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料を用いれば、導電性や電極層１３との密着性等の点で好ましい。
また、導電層１６を、２種類以上の金属材料からなる多層構造、あるいは材料の異なる膜を積層した構造とした場合、外側の層には、電極層１３をなす材質との密着性に優れる材料や、導電層１６と、電極層１３又は基板１１との間で元素移動（拡散）が生じるのを防止できる金属材料（バリアメタル）を配し、内側の層には、導電性の高い金属を配した構成とすることが好ましい。
さらに、導電層１６と貫通孔α（もしくは第三絶縁層１５）との間、又は導電層１６と後述する補強用の第四絶縁層１７との間に、例えば、応力緩和作用のある材料や、元素移動を防止するバリアメタル、又は密着性に優れた材料等を配した多層構造の中間層を設けた構成としても良い。
例えば、導電層１６がＣｕの場合、バリアメタルとしてＴａＮ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ等が挙げられ、それぞれ密着性に優れている。また、これらの材料以外にも、Ｃｒ、ＴｉＷ等が、密着性の高いバリアメタルとして挙げられる。
【００３０】
第四絶縁層１７（１７ａ、１７ｂ）は、少なくとも貫通孔α内において、導電層１６の内面に接するように配され、非導電材料からなる。
第四絶縁層１７は、導電層１６に熱歪み等によって生じる応力に対して緩衝材として機能するとともに、導電層１６が外気へ剥き出しにならないようにオーバーコートする。
第四絶縁層１７は、導電層１６の内面全体を完全に覆うように形成することが、上述した導電部１６に対するオーバーコート機能を十分に発揮させる点で好ましい。
【００３１】
第四絶縁層１７の配置例は、次の２つに大別される。第一配置例は、図１に示すように、第四絶縁層１７が貫通孔αの内部を充填（埋設）して配される場合である。第二配置例は、図２に示すように、第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を備えて配される場合である。
【００３２】
図５は、第一配置例（図１）において、第四絶縁層１７のヤング率を代えて作製した貫通配線基板１０（図１）について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。図５（ａ）は第四絶縁層１７のヤング率を０．５ＧＰａとした構成例（以下、「構成Ａ」とも呼ぶ）であり、図５（ｂ）は第四絶縁層１７のヤング率を３．５ＧＰａとした構成例（以下、「構成Ｂ」とも呼ぶ）である。図５において、応力の数値（大きさ）は濃度で表示しており、白色部から黒色部へ向けて色調が濃くなるほど、応力が大きいことを意味する。
【００３３】
図５より、以下の２点が明らかとなった。
（１）貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであって、第四絶縁層１７をなす樹脂のヤング率を０．５ＧＰａとした場合には、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、極めて小さな応力しか発生しない。
（２）貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであって、第四絶縁層１７をなす樹脂のヤング率を３．５ＧＰａとした場合には、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、かなり大きな応力が発生する。
【００３４】
すなわち、上述したシミュレーションの結果から、貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであっても、充填する樹脂のヤング率の大きさに依存して、応力の発生状況が激変することが分かった。
特に、ヤング率を０．５ＧＰａ以下とした樹脂からなる第四絶縁層１７を設けた場合には、第四絶縁層の存在により、貫通孔内に設けた配線をなす導電層の腐食が防止できるとともに、第四絶縁層としてヤング率の小さな樹脂を採用したことにより、柔らかく変形しやすいため、応力の緩和も可能な構造を有する貫通配線基板が得られることが明らかとなった。
【００３５】
これに対して、第二配置例（図２）とした場合は、前述したとおり、第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を備えているおり、この凹部１８の存在は、貫通孔α内に配された導電層１６の上を、第四絶縁層１８が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板をもたらす。この構造においては、導電層を覆う第四絶縁層は、導電層と接する面（下面）は導電層により固定されるが、導電層と接しない面は外気に曝され、何にも束縛されないので自由面となる。よって、外部から熱や力などが印加された際に、第四絶縁層が伸縮するような事態に陥っても、その影響の大部分は自由面から解放され、貫通孔の内側面へ及ぶことは殆ど無くなる。したがって、応力の緩和能力が極めて高い構造を有する貫通配線基板が得られる。
【００３６】
上述した本発明に係る貫通配線基板１０、２０は、図３及び図４に示すような製造方法により作製される。
まず、半導体基板１１の一方の面１１ａ上に、第一絶縁層１２を介して機能素子（不図示）に繋がる電極層１３を設けた後、第一絶縁層１２および電極層１３を被覆するように第一樹脂層１４を形成する［図３（ａ）］。
次に、半導体基板１１の他方の面１１ｂから電極層１３に向けて貫通孔αを形成する。この微細な孔径をもつ貫通孔αの形成には、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching） 法が好適に用いられる［図３（ｂ）］。
【００３７】
次いで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition） 法などを用い、半導体基板１１の他方の面１１ｂおよび貫通孔αの内側面を覆うように第二絶縁層１５を形成［図３（ｃ）］した後、貫通孔αの底面に位置する第一絶縁層１２を除去し、電極層１３の一部が露呈した状態とする［図３（ｄ）］。第一絶縁層１２を除去する際には、たとえばＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法などが用いられる。
その後、半導体基板の他方の面１１ｂ上に導体層１６を設けることにより、電極層１３と導電層１６が接続された構成となる。その結果、半導体基板１１の両面１１ａ、１１ｂを電気的に繋ぐ貫通電極が得られる［図３（ｅ）］。これにより、貫通電極はその断面方向から見て、貫通孔αの位置において、凹部βを備える形状をもつ。
【００３８】
次いで、半導体基板１１の他方の面１１ｂ側において、凹部βの内側も満たしつつ、導電層１６を被覆するように第四樹脂層５７を形成する。これにより、貫通電極の内部空間も第四樹脂層５７で埋設された構成の半導体装置１０［図４（ａ）］が得られる。
さらに、第四絶縁層５７に対して、貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を形成する。
凹部１８を形成する際には、たとえばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などが好適に用いられる。ＲＩＥ法によって凹部１８を形成する際には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８等の反応性ガスを用いて異方性エッチングを施すことから、第四絶縁層５７を構成する樹脂としてはシリコーン樹脂が特に望ましい。
このように第四絶縁層５７としてシリコーン樹脂を用いた場合は、配線をなす導電層１６を露出させずに、第四絶縁層５７を構成する樹脂を形状良くエッチングできるので、所望の断面形状をもつ凹部１８を安定して製造できる利点がある。
【００３９】
以上、本発明の貫通配線基板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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る貫通配線基板は、貫通電極を利用した各種の半導体パッケージや半導体装置の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る貫通配線基板の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る貫通配線基板の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る貫通配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】図３の次工程を順に示す断面図である。
【図５】図１の貫通配線基板について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。
【図６】従来の貫通配線基板の一例を示す断面図である。
【図７】従来の貫通配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】従来の貫通配線基板について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
α 貫通孔、β 凹部、１０、２０ 貫通配線基板、１１ 基板、１２ 第一絶縁層、１３ 電極層、１４ 第二絶縁層、１５ 第三絶縁層、１６ 導電層、１７ 第四絶縁層、１８ 凹部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貫通配線基板及びその製造方法に係る。より詳細には、貫通孔内に生じる応力の集中を緩和できる貫通配線基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話等の電子機器の高機能化が進み、これらの機器に用いられるＩＣやＬＳＩ等の電子デバイス、及びＯＥＩＣや光ピックアップ等の光デバイスにおいて、デバイス自体の小型化や高機能化を図るための開発が各所で進められている。例えば、このようなデバイスを積層して設ける技術が提案されており、具体的には、何らかの機能素子が一方の面に設けられている基板に対し、該基板の一方の面から他方の面に貫通してなる貫通電極を用いる技術が挙げられる。
【０００３】
従来から、図６に示すように、機能素子（不図示）に繋がる電極層５３が半導体基板５１の一方の面５１ａに配され、半導体基板５１の他方の面５１ｂから電極層５３に向けて貫通電極を設けてなる半導体装置５０が知られている。このような構成を備えた半導体装置５０は、図７に示すような製造方法により作製される。
まず、半導体基板５１の一方の面５１ａ上に、第一絶縁層５２を介して機能素子（不図示）に繋がる電極層５３を設けた後、第一絶縁層５２および電極層５３を被覆するように第一樹脂層５４を形成する［図７（ａ）］。
次に、半導体基板５１の他方の面５１ｂから電極層５３に向けて、微細な孔径をもつ貫通孔γを形成する［図７（ｂ）］。
【０００４】
次いで、半導体基板５１の他方の面５１ｂおよび貫通孔γの内側面１１ｃを覆うように第二絶縁層５５を形成［図７（ｃ）］した後、貫通孔γの底面に位置する第一絶縁層５２を除去し、電極層５３の一部が露呈した状態とする［図７（ｄ）］。
その後、半導体基板の他方の面５１ｂ上に導体層５６を設けることにより、電極層５３と導電層５６が接続された構成となる。その結果、半導体基板５１の両面５１ａ、５１ｂを電気的に繋ぐ貫通電極が得られる［図７（ｅ）］。
【０００５】
上述した工程により、貫通電極を備えた半導体装置５０Ｂ（５０）［図６（ｂ）］を得ることができる。
また、本発明者らは、半導体装置５０Ｂの変形例として、半導体基板の他方の面側に、第四樹脂層５７が形成され、貫通電極の内部空間も第四樹脂層５７で埋設された構成の半導体装置５０Ａ（５０）［図６（ａ）］を先に提案している（特許文献１を参照）。
【０００６】
上記構成とした半導体装置５０Ａ、５０Ｂに熱衝撃試験を行ったところ、貫通孔の側壁直下［図６（ａ）に示した○印で囲む部分］において、特に応力が集中することが分かった。このような応力の集中は、配線として機能する導電層５６の剥がれや、半導体基板５１と導体層５６との間にある第二絶縁層５５へのクラックを誘発させる一因となる虞がある。ゆえに、貫通孔の内側面の直下において発生する応力を緩和する必要があった。また、貫通孔の内側面への応力が大きい場合は、配線をなす導電層５６の剥がれの原因となるため、応力を小さくする必要がある。
【０００７】
このような応力が生じる原因の一つとして樹脂の充填が関係している。現状では、貫通孔内に設けた配線をなす導電層５６の腐食を防止するために、樹脂を孔内に充填している。しかしながら、孔内に樹脂を充填した場合、半導体基板の膨張係数と樹脂の膨張係数は差が大きいため、樹脂の伸縮に、貫通孔の内側面を覆う導電層（例えばＣｕ）５６や、半導体基板（例えばＳｉ）５１が追従できずに応力が発生する。
【０００８】
図８は、前述した製法により作製した従来の半導体装置５０Ａ、５０Ｂ（図６）について、シミュレーションにより求めた充填樹脂の有無による貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。図８（ａ）は貫通孔の内部に樹脂を充填した構成例［図６（ａ）に相当。以下、「構成Ｘ」とも呼ぶ］であり、図８（ｂ）は貫通孔の内部に樹脂を充填しない構成例［図６（ｂ）に相当。以下、「構成Ｙ」とも呼ぶ］である。図８において、応力の数値（大きさ）は濃度で表示しており、白色部から黒色部へ向けて色調が濃くなるほど、応力が大きいことを意味する。
【０００９】
図８より、以下の２点が明らかとなった。
（１）貫通孔の内部に樹脂を充填した構成Ｘでは、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、大きな応力が発生する。
（２）貫通孔の内部に樹脂を充填しない構成Ｙでは、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面に影響する応力は殆ど発生しない。貫通孔の上端付近、下端付近および底面付近において、貫通孔の内側面で若干応力が発生するが、その大きさは構成αに比べて極めて小さい。
【００１０】
すなわち、上述したシミュレーションの結果から、樹脂を充填しない構成Ｙは、充填した構成Ｘに比べて、発生する応力が小さくなることが分かる。ゆえに、配線として機能する導電層５６を樹脂で被覆した構成Ｙにおいても、構成Ｘのように応力の発生が抑制できる構造の開発が期待されていた。
【特許文献１】特願２００５−２８７０７５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上述の問題に鑑みてなされたものであり、貫通孔の内側面に配線として機能する導電層を配し、その上を覆うように樹脂からなる絶縁層を設けてなる構成を備え、貫通孔の内側面に影響する応力を小さく抑えることが可能な、貫通配線基板及びそ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】
【００１２】
本発明の請求項１に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、前記第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項２に記載の貫通配線基板は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、前記第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項３に記載の貫通配線基板は、請求項１又は２において、前記第四絶縁層が、シリコーン樹脂であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項４に記載の貫通配線基板の製造方法は、半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備え、前記第四絶縁層が前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を有してなる貫通配線基板の製造方法であって、前記凹部は、前記第四絶縁層を形成した後、該第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る第一の貫通配線基板は、貫通孔の内側面及び貫通孔の底面をなす電極層の露呈部を覆うように配され、この電極層と電気的に接続された導電層と、この導電層を覆うように配された第四絶縁層とを少なくとも備え、かつ、第四絶縁層のヤング率を０．５ＧＰａ以下とした構成からなる。
かかる構成によれば、第四絶縁層の存在により、貫通孔内に設けた配線をなす導電層の腐食が防止できる。これに加えて、このようにヤング率の小さなものを採用した第四絶縁層は、柔らかく変形しやすいため、応力の緩和も可能となる構造を有する貫通配線基板をもたらす。特に、第四絶縁層が０．５ＧＰａ以下のヤング率を有するものとした場合には、その効果が著しいことから、より好ましい。
【００１７】
本発明に係る第二の貫通配線基板は、貫通孔の内側面及び貫通孔の底面をなす電極層の露呈部を覆うように配され、この電極層と電気的に接続された導電層と、この導電層を覆うように配された第四絶縁層とを少なくとも備え、かつ、第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えている構成からなる。
このように貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えた第四絶縁層は、この凹部の存在により、貫通孔内に配された導電層の上を、第四絶縁層が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板をもたらす。つまり、導電層を覆う第四絶縁層に自由面が形成されるので、たとえば外部から熱が加わった際に、第四絶縁層が伸縮したとしても、その影響は貫通孔の内側面へ及びにくくなる。ゆえに、応力の緩和が可能となる構造を有する貫通配線基板の提供が可能となる。
【００１８】
本発明に係る貫通配線基板の製造方法は、前述した第二の貫通配線基板を作製する方法であって、第四絶縁層が備える凹部は、第四絶縁層を形成した後、この第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする。
このように貫通孔内に配された導電層の上をその全域に亘って、予め第四絶縁層により被覆した後、この第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより、第四絶縁層の下層に位置する導電層を露出させることなく、第四絶縁層に所望の形状とした凹部を作製できる。ゆえに、本発明の製造方法は、第二の貫通配線基板の作製に寄与する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明に係る貫通配線基板およびその製造方法を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００２０】
＜第一の実施形態＞
図１は、本発明に係る貫通配線基板の一例を模式的に示す図である。
本発明に係る第一の貫通配線基板１０は、半導体からなる基板１１の一方の面１１ａに第一絶縁層１２を介して配された電極層１３と、基板１１の一方の面１１ａにあって、電極層１３を覆うように配された第二絶縁層１４を備える。
また、貫通配線基板１０は、基板１１の他方の面１１ｂから電極層１３の少なくとも一部が露呈するように、基板１１内に開けられた貫通孔αを備えるとともに、基板１１の他方の面１１ｂと貫通孔αの内側面１１ｃとを覆い、電極層１３の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層１５を有する。さらに、貫通配線基板１０は、第三絶縁層１５を介して、貫通孔αの内側面１１ｃ及び電極層１３の露呈部を覆うように配され、電極層１３と電気的に接続された導電層１６、及び、この導電層１６を覆うように配された第四絶縁層１７、を具備して概略構成されている。
【００２１】
第一の貫通配線基板１０は特に、上記構成において、特に第四絶縁層１７のヤング率を０．５ＧＰａ以下としたものである。第四絶縁層１７としてヤング率の小さなものを採用することにより、たとえば熱変動等が生じた場合に、第四絶縁層１７が柔らかく変形しやすいため、樹脂による応力は貫通孔の内側面まで及びにくくなる。したがって、本発明によれば、応力の緩和が可能となる構造を有する第一の貫通配線基板１０が得られる。
【００２２】
＜第二の実施形態＞
図２は、本発明に係る貫通配線基板の他の一例を模式的に示す図である。
本発明に係る第二の貫通配線基板２０は、上述した第一の貫通配線基板１０とほぼ同じ構成を備えつつ、さらに第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８、を具備して概略構成されている。つまり、第二の貫通配線基板２０は、第四絶縁層１７が凹部１８を有する点のみ第一の貫通配線基板１０と相違している。
【００２３】
第四絶縁層の凹部１８は、貫通孔αとほぼ重なる位置に設けてあるので、貫通孔α内に配された導電層１６の上を、第四絶縁層１７が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板が得られる。これにより、導電層１６を覆いつつ、貫通孔αの内側面１１ｃに沿って第四絶縁層１７は力学的に解放された外面をもつことができる。すなわち、第四絶縁層１７の外面は自由面をなす。これにより、たとえば外部から熱が加わり、第四絶縁層が伸縮するような事態が生じたとしても、この自由面が存在することにより、その影響は貫通孔の内側面へ及びにくくなる。その結果、応力の緩和効果が著しく高い構造を備えた貫通配線基板がもたらされる。
【００２４】
以下では、上述した第一の貫通配線基板１０および第二の貫通配線基板２０を構成する各要素について説明する
基板１１としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体基材が挙げられ、その厚さは、例えば数百μｍ程度である。
図１に示す例では、基板１１をＳｉ等の半導体基材から構成し、基板１１の一方の面１１ａ及び他方の面１１ｂに加え、貫通孔αの内側面１１ｃが絶縁化された領域をなすように構成されている。具体的には、基板１１の一方の面１１ａには第一絶縁層１２を、他方の面１１ｂと貫通孔αの内側面１１ｃには第三絶縁層１５をそれぞれ配し、半導体からなる基板１１と導電層１６との間を電気的に絶縁した構成としている。
【００２５】
貫通孔αは、図１や図２に示すように、基板１１において、他方の面１１ｂから、一方の面１１ａに配された後述する電極層１３が孔内に露呈するように、基板１１内に開けられてなる。その際、貫通孔αの口径は、例えば数十μｍ程度である。
また、図１では一つの貫通孔αを設けた例を示しているが、基板１１上に設けられる貫通孔αの数は、特に限定されるものではない。
【００２６】
電極層１３は、基板１１の一方の面１１ａに配され、少なくともその一部が貫通孔αの孔内底部に露呈するようにして設けられている。
電極層１３は、たとえば配線回路（不図示）を介して、基板１１の一方の面及び／又は他方の面に配置された機能素子（不図示）と電気的に接続されている。
電極層１３の材質としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）や銅（Ｃｕ）、アルミニウム−シリコン（Ａｌ−Ｓｉ）合金、アルミニウム−シリコン−銅（Ａｌ−Ｓｉ−Ｃｕ）合金等の導電性に優れる材料が好適に用いられる。
【００２７】
電極層１３が配線回路（不図示）を介して接続する機能素子（不図示）としては、例えばＩＣチップや、ＣＣＤ素子等の光素子が例示される。また、機能素子の他の例としては、マイクロリレー、マイクロスイッチ、圧力センサ、加速度センサ、高周波フィルタ、マイクロミラー、マイクロリアクター、μ−ＴＡＳ、ＤＮＡチップ、ＭＥＭＳデバイス、マイクロ燃料電池等が挙げられる。
【００２８】
導電層１６は、貫通孔αの内側面１１ｃの少なくとも一部に配されることにより、基板１１の一方の面１１ａから他方の面１１ｂへ繋がる導電路として機能することから、「貫通電極」とも呼ばれる。
図１及び図２の断面図に示す例では、導電層１６は、貫通孔αの内側面１１ｃの全体を覆うように配されているが、これには限定されない。例えば、導電層１６が、内側面１１ｃの一部に、基板１１の一方の面１１ａと他方の面１１ｂとの間に渡って配された構成としても良い。
【００２９】
導電層１６の材質は、導電性に優れた材料を用いることが好ましい。また、導電層１６は、電極層１３との密着性に優れるとともに、導電層１６を構成する元素が電極層１３や基板１１の内部へ拡散しない材料を用いれば、さらに好ましい。
例えば、図１に示す例のように導電層１６が単層である場合には、電極層１３と同材料であることが望ましく、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ等の金属材料を用いれば、導電性や電極層１３との密着性等の点で好ましい。
また、導電層１６を、２種類以上の金属材料からなる多層構造、あるいは材料の異なる膜を積層した構造とした場合、外側の層には、電極層１３をなす材質との密着性に優れる材料や、導電層１６と、電極層１３又は基板１１との間で元素移動（拡散）が生じるのを防止できる金属材料（バリアメタル）を配し、内側の層には、導電性の高い金属を配した構成とすることが好ましい。
さらに、導電層１６と貫通孔α（もしくは第三絶縁層１５）との間、又は導電層１６と後述する補強用の第四絶縁層１７との間に、例えば、応力緩和作用のある材料や、元素移動を防止するバリアメタル、又は密着性に優れた材料等を配した多層構造の中間層を設けた構成としても良い。
例えば、導電層１６がＣｕの場合、バリアメタルとしてＴａＮ、Ｔａ、Ｗ、ＷＮ、ＴｉＮ、ＴｉＳｉＮ等が挙げられ、それぞれ密着性に優れている。また、これらの材料以外にも、Ｃｒ、ＴｉＷ等が、密着性の高いバリアメタルとして挙げられる。
【００３０】
第四絶縁層１７（１７ａ、１７ｂ）は、少なくとも貫通孔α内において、導電層１６の内面に接するように配され、非導電材料からなる。
第四絶縁層１７は、導電層１６に熱歪み等によって生じる応力に対して緩衝材として機能するとともに、導電層１６が外気へ剥き出しにならないようにオーバーコートする。
第四絶縁層１７は、導電層１６の内面全体を完全に覆うように形成することが、上述した導電部１６に対するオーバーコート機能を十分に発揮させる点で好ましい。
【００３１】
第四絶縁層１７の配置例は、次の２つに大別される。第一配置例は、図１に示すように、第四絶縁層１７が貫通孔αの内部を充填（埋設）して配される場合である。第二配置例は、図２に示すように、第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を備えて配される場合である。
【００３２】
図５は、第一配置例（図１）において、第四絶縁層１７のヤング率を代えて作製した貫通配線基板１０（図１）について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。図５（ａ）は第四絶縁層１７のヤング率を０．５ＧＰａとした構成例（以下、「構成Ａ」とも呼ぶ）であり、図５（ｂ）は第四絶縁層１７のヤング率を３．５ＧＰａとした構成例（以下、「構成Ｂ」とも呼ぶ）である。図５において、応力の数値（大きさ）は濃度で表示しており、白色部から黒色部へ向けて色調が濃くなるほど、応力が大きいことを意味する。
【００３３】
図５より、以下の２点が明らかとなった。
（１）貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであって、第四絶縁層１７をなす樹脂のヤング率を０．５ＧＰａとした場合には、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、極めて小さな応力しか発生しない。
（２）貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであって、第四絶縁層１７をなす樹脂のヤング率を３．５ＧＰａとした場合には、貫通孔の内側面の上下方向において、貫通孔の内側面全域に亘って、かなり大きな応力が発生する。
【００３４】
すなわち、上述したシミュレーションの結果から、貫通孔の内部に樹脂からなる第四絶縁層１７を充填した構成Ａであっても、充填する樹脂のヤング率の大きさに依存して、応力の発生状況が激変することが分かった。
特に、ヤング率を０．５ＧＰａ以下とした樹脂からなる第四絶縁層１７を設けた場合には、第四絶縁層の存在により、貫通孔内に設けた配線をなす導電層の腐食が防止できるとともに、第四絶縁層としてヤング率の小さな樹脂を採用したことにより、柔らかく変形しやすいため、応力の緩和も可能な構造を有する貫通配線基板が得られることが明らかとなった。
【００３５】
これに対して、第二配置例（図２）とした場合は、前述したとおり、第四絶縁層１７が貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を備えているおり、この凹部１８の存在は、貫通孔α内に配された導電層１６の上を、第四絶縁層１８が最低限に被覆する構造を有する貫通配線基板をもたらす。この構造においては、導電層を覆う第四絶縁層は、導電層と接する面（下面）は導電層により固定されるが、導電層と接しない面は外気に曝され、何にも束縛されないので自由面となる。よって、外部から熱や力などが印加された際に、第四絶縁層が伸縮するような事態に陥っても、その影響の大部分は自由面から解放され、貫通孔の内側面へ及ぶことは殆ど無くなる。したがって、応力の緩和能力が極めて高い構造を有する貫通配線基板が得られる。
【００３６】
上述した本発明に係る貫通配線基板１０、２０は、図３及び図４に示すような製造方法により作製される。
まず、半導体基板１１の一方の面１１ａ上に、第一絶縁層１２を介して機能素子（不図示）に繋がる電極層１３を設けた後、第一絶縁層１２および電極層１３を被覆するように第一樹脂層１４を形成する［図３（ａ）］。
次に、半導体基板１１の他方の面１１ｂから電極層１３に向けて貫通孔αを形成する。この微細な孔径をもつ貫通孔αの形成には、ＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching） 法が好適に用いられる［図３（ｂ）］。
【００３７】
次いで、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition） 法などを用い、半導体基板１１の他方の面１１ｂおよび貫通孔αの内側面を覆うように第二絶縁層１５を形成［図３（ｃ）］した後、貫通孔αの底面に位置する第一絶縁層１２を除去し、電極層１３の一部が露呈した状態とする［図３（ｄ）］。第一絶縁層１２を除去する際には、たとえばＤＲＩＥ（Deep Reactive Ion Etching）法などが用いられる。
その後、半導体基板の他方の面１１ｂ上に導体層１６を設けることにより、電極層１３と導電層１６が接続された構成となる。その結果、半導体基板１１の両面１１ａ、１１ｂを電気的に繋ぐ貫通電極が得られる［図３（ｅ）］。これにより、貫通電極はその断面方向から見て、貫通孔αの位置において、凹部βを備える形状をもつ。
【００３８】
次いで、半導体基板１１の他方の面１１ｂ側において、凹部βの内側も満たしつつ、導電層１６を被覆するように第四樹脂層５７を形成する。これにより、貫通電極の内部空間も第四樹脂層５７で埋設された構成の半導体装置１０［図４（ａ）］が得られる。
さらに、第四絶縁層５７に対して、貫通孔αとほぼ重なる位置に凹部１８を形成する。
凹部１８を形成する際には、たとえばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などが好適に用いられる。ＲＩＥ法によって凹部１８を形成する際には、ＳＦ６、ＣＦ４、Ｃ４Ｆ８等の反応性ガスを用いて異方性エッチングを施すことから、第四絶縁層５７を構成する樹脂としてはシリコーン樹脂が特に望ましい。
このように第四絶縁層５７としてシリコーン樹脂を用いた場合は、配線をなす導電層１６を露出させずに、第四絶縁層５７を構成する樹脂を形状良くエッチングできるので、所望の断面形状をもつ凹部１８を安定して製造できる利点がある。
【００３９】
以上、本発明の貫通配線基板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。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明に係る貫通配線基板は、貫通電極を利用した各種の半導体パッケージや半導体装置の用途に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る貫通配線基板の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る貫通配線基板の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る貫通配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図４】図３の次工程を順に示す断面図である。
【図５】図１の貫通配線基板について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。
【図６】従来の貫通配線基板の一例を示す断面図である。
【図７】従来の貫通配線基板の製造方法を工程順に示す断面図である。
【図８】従来の貫通配線基板について、シミュレーションにより求めた貫通孔の内側面への応力分布を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
α 貫通孔、β 凹部、１０、２０ 貫通配線基板、１１ 基板、１２ 第一絶縁層、１３ 電極層、１４ 第二絶縁層、１５ 第三絶縁層、１６ 導電層、１７ 第四絶縁層、１８ 凹部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、
前記第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする貫通配線基板。
【請求項２】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、
前記第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えていることを特徴とする貫通配線基板。
【請求項３】
前記第四絶縁層が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の貫通配線基板。
【請求項４】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備え、前記第四絶縁層が前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を有してなる貫通配線基板の製造方法であって、
前記凹部は、前記第四絶縁層を形成した後、該第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
【請求項１】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、
前記第四絶縁層のヤング率は０．５ＧＰａ以下であることを特徴とする貫通配線基板。
【請求項２】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備えてなる貫通配線基板であって、
前記第四絶縁層が、前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を備えていることを特徴とする貫通配線基板。
【請求項３】
前記第四絶縁層が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の貫通配線基板。
【請求項４】
半導体からなる基板の一方の面に第一絶縁層を介して配された電極層、前記基板の一方の面にあって、前記電極層を覆うように配された第二絶縁層、前記基板の他方の面から前記電極層の少なくとも一部が露呈するように、前記基板内に開けられた貫通孔、前記基板の他方の面と前記貫通孔の内側面とを覆い、前記電極層の少なくとも一部が露呈するように配された第三絶縁層、前記第三絶縁層を介して、前記貫通孔の内側面及び前記電極層の露呈部を覆うように配され、前記電極層と電気的に接続された導電層、及び、前記導電層を覆うように配された第四絶縁層、を少なくとも備え、前記第四絶縁層が前記貫通孔とほぼ重なる位置に凹部を有してなる貫通配線基板の製造方法であって、
前記凹部は、前記第四絶縁層を形成した後、該第四絶縁層に対して局部的にエッチング処理を施すことにより形成されることを特徴とする貫通配線基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００８−２５１７２１（Ｐ２００８−２５１７２１Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−８９４８０（Ｐ２００７−８９４８０）
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月２９日（２００７．３．２９）
【出願人】（０００００５１８６）株式会社フジクラ (4,463)
【Ｆターム（参考）】
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