説明

配線基板、赤外線センサー及び貫通電極形成方法

【課題】基板と貫通電極との間で形成される浮遊容量が小さい基板を提供する。
【解決手段】第1面2aと第1面2aと対向する第2面2bとを貫通して開口するビアホール2cを有する基板2と、基板2の第1面2aに設置され熱酸化膜を含む第1絶縁膜3と、ビアホール2c内の面とに設置され熱酸化膜を含む第3絶縁膜5と、ビアホール2c内で第3絶縁膜5に囲まれた導電体7と、を有し、第1面2aにおける第1絶縁膜3の厚みに比べてビアホール2c内の面における第3絶縁膜5の厚みが厚くなっている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、配線基板、赤外線センサー及び貫通電極形成方法にかかわり特に貫通電極に関するものである。
【背景技術】
【0002】
3次元実装パッケージでは、素子付き基板であるチップを垂直に積み重ね、1つのパッケージとすることで占有面積を小さくしている。そして、シリコンウェハーやダイといった基板を垂直に貫くビアホールを利用した貫通電極を基板に配置することによってチップの垂直方向の電気的接続が行なわれている。
【0003】
このような貫通電極を備えたチップは、半導体基板と半導体基板に形成された貫通電極とを含んで構成されている。このようなチップにおいて、半導体基板は、半導体基板上に形成された回路に対して一定の電位となっており、回路と導通している貫通電極とは電位差があるため、貫通電極と半導体基板との間でリーク電流が発生する場合がある。そのため、特許文献1では、リーク電流を防止するために、貫通電極や貫通電極に接続された電極と、基板との間には、樹脂絶縁層が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2010−177237号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、樹脂絶縁層を用いて微細で高アスペクト比の貫通電極を形成する場合には、十分な厚さの樹脂絶縁層を形成することができない。このとき、基板と貫通電極との間で形成される浮遊容量が大きくなる。そこで、基板と貫通電極との間で形成される浮遊容量が小さい基板が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。
【0007】
[適用例1]
本適用例にかかる配線基板であって、第1面と前記第1面と対向する第2面とを貫通して開口するビアホールを有する基板と、前記基板の前記第1面と前記ビアホール内の面とに設置され熱酸化膜を含む絶縁膜と、前記ビアホール内で前記絶縁膜に囲まれた導電体と、を有し、前記第1面における前記絶縁膜の厚みに比べて前記ビアホール内における前記絶縁膜の厚みが厚いことを特徴とする。
【0008】
本適用例によれば、基板の第1面から第2面にかけてビアホールが貫通して開口している。そして、第1面とビアホールの内の面とには絶縁膜が設置されている。そして、ビアホール内では絶縁膜に囲まれて導電体が設定されている。導電体により第1面と第2面との間で通電させることが可能になっている。そして、第1面における絶縁膜の厚みに比べてビアホール内の面における絶縁膜の厚みが厚くなっている。従って、基板と導電体との間の距離が長くなっている為、基板と導電体との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【0009】
[適用例2]
本適用例にかかる赤外線センサーであって、第1面と前記第1面と対向する第2面とを貫通して開口するビアホールを有する基板と、前記基板の前記第1面と前記ビアホール内の面とに設置され熱酸化膜を含む絶縁膜と、前記ビアホール内で前記絶縁膜に囲まれた導電体と、前記導電体に接続され前記絶縁膜を介して前記第1面に設けられた配線と、前記配線と電気的に接続された赤外線検出素子と、を有し、前記第1面における前記絶縁膜の厚みに比べて前記ビアホール内における前記絶縁膜の厚みが厚いことを特徴とする。
【0010】
本適用例によれば、基板の第1面から第2面にかけてビアホールが貫通して開口している。そして、第1面とビアホールの内の面とには絶縁膜が設置されている。そして、絶縁膜に囲まれて導電体が設定されている。導電体により第1面と第2面との間で通電させることが可能になっている。第1面では配線を介して導電体と赤外線検出素子とが接続されている。これにより、赤外線検出素子の信号を第2面に出力することができる。
【0011】
第1面における絶縁膜の厚みに比べてビアホール内の面における絶縁膜の厚みが厚くなっている。従って、基板と導電体との間の距離が長くなっている為、基板と導電体との間における電気的浮遊容量が小さくなっている。その結果、赤外線センサーは、赤外線検出素子が出力する信号の高周波成分を減衰させずに出力することができる。
【0012】
[適用例3]
本適用例にかかる貫通電極形成方法であって、基板の第1面に平面視が閉曲線となる溝部を形成する溝部形成工程と、前記第1面と前記溝部内の面とを熱酸化して絶縁膜を形成する熱酸化工程と、前記第1面に素子回路を形成する素子回路形成工程と、前記絶縁膜に囲まれた場所にビアホールを形成するビアホール形成工程と、前記基板の前記第1面と対向する第2面から前記第1面まで前記ビアホールに導電体を埋め込み形成する導電体形成工程と、を有し、前記熱酸化工程では熱酸化により前記溝部の壁を膨張させて前記溝部を前記絶縁膜で充填することを特徴とする。
【0013】
本適用例によれば、溝部形成工程において、基板の第1面から平面視が閉曲線となる溝部を形成する。熱酸化工程では第1面と溝部内の面とを熱酸化して絶縁膜を形成する。溝部は一対の壁が対向している。そして、溝部の壁が熱酸化するとき、酸素分子が壁に入り込むことにより壁が膨張する。これにより、溝部が絶縁膜により充填される。
【0014】
素子回路形成工程では第1面に素子回路を形成する。ビアホール形成工程では絶縁膜に囲まれた場所にビアホールを形成し、導電体形成工程にてビアホールに導電体を埋め込み形成する。これにより、導電体は第1面から第2面に通電させることができるので、素子回路の信号を第2面にて入出力させることができる。そして、第1面における絶縁膜に比べて、ビアホールを囲む絶縁膜は厚く形成される。従って、基板と導電体との間の距離が長くなっている為、基板と導電体との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【0015】
[適用例4]
上記適用例にかかる貫通電極形成方法において、前記素子回路形成工程と前記導電体形成工程との間に行われ、前記基板の前記第2面側を研削し前記第2面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程をさらに有することを特徴とする。
【0016】
本適用例によれば、基板を研削して薄くしている。従って、回路が形成された薄い基板にすることができる。
【0017】
[適用例5]
上記適用例にかかる貫通電極形成方法において、前記導電体形成工程後に、前記第2面に前記導電体に接続された端子を形成する端子形成工程を有することを特徴とする。
【0018】
本適用例によれば、第2面に導電体に接続された端子が形成されている。従って、端子を用いて第2面から外部接続し易くすることができる。
【0019】
[適用例6]
上記適用例にかかる貫通電極形成方法において、前記絶縁膜形成工程の前に行われ、支持部材を前記第1面に貼り付ける支持部材設置工程をさらに有することを特徴とする。
【0020】
本適用例によれば、第1面に支持部材を貼り付けている。従って、基板を薄くする加工及び薄くした後の加工における作業性を向上することができる。
【0021】
[適用例7]
上記適用例にかかる貫通電極形成方法において、前記閉曲線は円環状であることを特徴とする。
【0022】
本適用例によれば、閉曲線は円環状である。ことから、閉曲線が円環状以外の形であるときに比べて、絶縁膜が導電体と接する面積を小さくすることができる。従って、基板と導電体との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】第1の実施形態にかかり、(a)は、貫通電極の構造を示す模式側断面図、(b)は、貫通電極の構造を示す模式平断面図。
【図2】配線基板の製造方法を示すフローチャート。
【図3】配線基板の製造方法を説明するための模式図。
【図4】配線基板の製造方法を説明するための模式図。
【図5】第2の実施形態にかかり、(a)は、赤外線センサーの構成を示す模式側断面図、(b)はセンサーアレイの構成を示す要部模式側断面図。
【図6】変形例にかかる貫通電極とバンプの構造を示す模式側断面図。
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明を具体化した実施形態について図面に従って説明する。尚、各図面における各部材は、各図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各部材毎に縮尺を異ならせて図示している。
【0025】
(第1の実施形態)
本実施形態では、貫通電極が設置された特徴的な配線基板とその製造方法との例について、図1〜図4に従って説明する。
【0026】
(配線基板)
図1(a)は、貫通電極の構造を示す模式側断面図であり、図1(b)は、貫通電極の構造を示す模式平断面図である。図1(b)は図1(a)のA−A線に沿った断面図である。図1に示すように、配線基板1は基板2を備えている。基板2にはシリコン半導体基板やガラス板を用いることができる。本実施形態では、例えば、シリコン半導体基板を用いている。基板2の図中上向きの面を第1面2aとし、第1面2aと対向する図中下向きの面を第2面2bとする。従って、第1面2aと第2面2bとは表裏の関係になっている。
【0027】
基板2は第1面2aと第2面2bとを貫通して開口するビアホール2cを有する。第1面2aには絶縁膜としての第1絶縁膜3が設置され、第2面2bには絶縁膜としての第2絶縁膜4が設置されている。そして、ビアホール2cの壁面には絶縁膜としての第3絶縁膜5が設置されている。第1絶縁膜3及び第3絶縁膜5は基板2を熱酸化して形成された絶縁膜であり、緻密で絶縁性の高い膜となっている。そして、第1絶縁膜3に比べて第3絶縁膜5は厚い膜となっている。
【0028】
ビアホール2cに接してチタン、窒化チタンやタングステン等の金属膜と銅等の導電性の良い金属膜からなるバリア膜6に覆われた導電体7が設置されている。ビアホール2c及び導電体7等により貫通電極2dが構成されている。導電体7は円柱状であり、導電体7を囲んで円筒状にバリア膜6、第3絶縁膜5がこの順に設置されている。導電体7は金、ニッケル、銅等の金属や合金からなる。導電体7はバリア膜6で囲まれた孔空間内に完全に充填されていてもよい。または孔空間の内壁に沿って膜状に覆うものであってもよい。その場合、導体膜の内側の孔部には補強のために樹脂等の絶縁物を埋め込むのが望ましい。バリア膜6は導電体7が基板2内に拡散するのを防止すると共に、導電体7と第3絶縁膜5との密着性を向上する機能を有している。
【0029】
第3絶縁膜5の膜厚は第1絶縁膜3の膜厚より厚くなっている。これにより、導電体7から基板2に電流がリークし難くなっている。さらに、基板2と導電体7との間の浮遊容量を小さくすることができる。
【0030】
第1面2aでは第1絶縁膜3に重ねて素子回路8が設置されている。素子回路8には配線9と絶縁層10とが複数積層されている。そして、各層の配線9はその間に位置する絶縁層10に形成されたビア配線11により電気的に接続されている。尚、素子回路8には図示しない電気素子が配置されてもよい。そして、配線9はバリア膜6を介して導電体7と電気的に接続されている。
【0031】
第2面2bでは第2絶縁膜4に重ねてバリア膜6が配置され、バリア膜6に重ねて端子12が設置されている。端子12は導電体7とは配線12aにより電気的に接続されている。従って、第1面2a側の素子回路8と第2面2b側の端子12とが貫通電極2dにより基板2を通して電気的に接続されている。そして、端子12があることにより、外部接続しやすくなっている。
【0032】
尚、導電体7はストレート貫通電極の形状となっているが、ビアホール2cをテーパ形状にしたテーパ形状の貫通電極としてもよい。
【0033】
(配線基板の製造方法)
次に上述した配線基板1の製造方法について図2〜図4にて説明する。図2は、配線基板の製造方法を示すフローチャートであり、図3及び図4は配線基板の製造方法を説明するための模式図である。
【0034】
図2のフローチャートにおいて、ステップS1は溝部形成工程に相当し、基板の第1面に円環状の溝を形成する工程である。次にステップS2に移行する。ステップS2は熱酸化工程に相当し、基板を熱酸化して絶縁膜を形成する工程である。次にステップS3に移行する。ステップS3は素子回路形成工程に相当し、基板の第1面側の絶縁膜上に素子回路を形成する工程である。次にステップS4に移行する。ステップS4は支持部材設置工程に相当し、素子回路と重ねて基板を支持する支持部材を設置する工程である。次にステップS5に移行する。
【0035】
ステップS5は絶縁膜形成工程に相当し、基板を研削して薄くし基板の第2面側に第2絶縁膜を形成する工程である。次にステップS6に移行する。ステップS6はビアホール形成工程に相当し、基板の第2面側からビアホールを形成する工程である。次にステップS7に移行する。ステップS7は導電体形成工程に相当し、ビアホールにバリア膜を配置し導電体を埋め込み形成する工程である。次にステップS8に移行する。ステップS8は端子形成工程に相当し、基板の第2絶縁膜上に端子を形成し、余分なバリア膜を除去する工程である。ステップS9は支持部材除去工程に相当し、基板から支持部材を除去する工程である。以上の製造工程にて配線基板が完成する。
【0036】
次に、図3及び図4を用いて図2に示したステップと対応させて製造方法を詳細に説明する。図3(a)及び図3(b)はステップS1の溝部形成工程に対応する図である。図3(a)に示すように、基板2を用意する。基板2はシリコン半導体基板を用いている。次に、フォトリソグラフィ法及びエッチング法等を用いて、溝部13を形成する。溝部13の形状は閉曲線であれば良く、閉曲線は円環状であることがさらに好ましい。円環状にすることによりステップS7の導電体形成工程で形成する導電体7の形状が円柱にできるため、導電体7が第2絶縁膜4と接する場所の表面積を小さくすることができる。従って、基板2と導電体7との間に形成される浮遊容量を小さくすることができる。
【0037】
フォトリソグラフィ法及びエッチング法は公知であり詳細な説明を省略する。概略の説明としては、まず、基板2にレジスト等のマスクとなる材料を塗布し固化させて膜を形成する。次に、所定の形状に露光した後にエッチングしてマスクを形成する。次に、基板2をエッチングすることにより所定の形状に形成した後、マスクを除去する。エッチングはドライエッチングでも良く、ウエットエッチングでも良い。ドライエッチングを例に取れば、エッチング、デポジションを交互に繰り返しながら掘り進めるボッシュプロセスを用いることができる。その場合のガスとしては、エッチングにはSF6、O2、デポジションにはC48、O2を用いる。反応性イオンエッチングの技術を用いることにより微細で高アスペクト比な溝部13を形成することができる。
【0038】
溝部13の形状は特に限定されないが、本実施形態では例えば、溝部13は微細、高アスペクト比、多ビア用に、溝の幅を3μm〜5μmとしストレート形状にした。溝部13は円環状であり、内径10〜20μm、外径13〜25μmとした。溝部13の深さを50〜100μmとし、内径とのアスペクト比は2〜10とした。溝部13の配列は格子状(マトリックスとも称す)でもよいし、千鳥状(ペリフェラル配列とも称す)でもよい。ピッチは15〜30μmで形成した。2次元に配列するエリアアレイの形態にして1枚の基板2に7万〜30万箇所の溝部13を形成した。
【0039】
図3(c)はステップS2の熱酸化工程に対応する図である。基板2を酸素雰囲気中にて1000℃前後の温度環境に放置することにより、基板2を熱酸化する。これにより、基板2は第1面2a、第2面2b及び溝部13に酸化膜が形成される。シリコン分子中に酸素分子が入り込むことにより酸化膜の表面が膨張する。従って、溝部13は酸化シリコンにて充填される。その結果、図3(c)に示すように、第1面2aには第1絶縁膜3が形成され、第2面2bには第4絶縁膜14が形成される。そして、溝部13に絶縁膜が充填された第3絶縁膜5が形成される。
【0040】
第3絶縁膜5は溝部13の対向する側壁に形成された酸化膜が一体化した膜である。従って、1つの面に形成される酸化膜の約2倍の厚みになる。例えば、第1絶縁膜3の厚さを2μmにするとき、第3絶縁膜5の厚さは約4μmにすることができる。その結果、第3絶縁膜5は第1絶縁膜3より厚い膜となる。
【0041】
図3(d)はステップS3の素子回路形成工程に対応する図である。図3(d)に示すように、第1絶縁膜3上に素子回路8を形成する。素子は集積回路でもよく、センサー回路でも良い。各種の機能を有する回路を形成することができる。配線9と絶縁層10とを積層して形成し、絶縁層10にビア配線11を形成する。配線9、絶縁層10、ビア配線11を形成する各工程を順次繰り返して素子回路8を形成する。
【0042】
図3(e)はステップS4の支持部材設置工程に対応する図である。図3(e)に示すように、素子回路8の形成面に接着剤等を介して支持部材としてのガラスサポートウェハー15を貼り付ける。このガラスサポートウェハー15が薄く加工される基板2を補強することにより、その後の薄形加工以降の工程流動における割れの防止、流動性を確保するものである。ガラスは後の工程で加熱を伴う可能性があるため、基板2と線膨張係数が近いものが望ましい。例えば、耐熱ガラス、石英ガラス等を用いることができる。
【0043】
図3(f)〜図4(a)はステップS5の絶縁膜形成工程に対応する図である。図3(f)に示すように、基板2の第2面2b側をバックグラインドホイールを用いて裏面研削する。裏面研削はバックグラインドとも称す。基板2の厚みは特に限定されないが、本実施形態では例えば、基板2を50〜100μm厚程度まで薄肉化する。バックグラインドした面については例えば、ドライエッチング、スピンエッチング、ポリッシュ等の方法により、バックグラインドで形成されたシリコンの破砕層を取り除いてもよい。
【0044】
図4(a)に示すように、続いて、第2面2bに第2絶縁膜4を形成する。この第2絶縁膜4は、CVD法を用いてSiO2、SiN等の無機膜を形成してもよく、樹脂材料を塗布してもよい。樹脂材料による成膜はスピンコーティング法、スプレイコーティング法、印刷法等により行う。第2絶縁膜4の膜厚は、3μm以上形成する。第2絶縁膜4の膜厚は10μm以上が寄生容量低減の観点で望ましい。今回はCVD法によりSiO2の膜を成膜した。
【0045】
図4(b)はステップS6のビアホール形成工程に対応する図である。図4(b)に示すように、第3絶縁膜5の内側にビアホール2cを形成する。第2面2b側より第3絶縁膜5の内側の基板2の部分にビアホール2cを形成する。まず、基板2にレジスト等のマスクとなる材料を塗布し固化させて膜を形成する。次に、ビアホール2cの形状に露光した後にエッチングしてマスクを形成する。続いて、基板2をエッチングすることによりビアホール2cの形状に第2絶縁膜4、シリコン、第1絶縁膜3をこの順に除去する。第2絶縁膜4及び第1絶縁膜3はドライエッチングにより除去する。エッチング装置は酸化膜エッチャーを使用し、エッチングプロセスガスとしては、C26、CF4、CHF3を用いる。第3絶縁膜5に囲まれた場所のシリコンをエッチングして除去する方法はステップS1の溝部形成工程で溝部13を形成するときに用いた方法と同様の方法を用いる。次に、ビアホール2cを形成した後でマスクを除去する。
【0046】
第2絶縁膜4を形成する工程とステップS6のビアホール形成工程の順番は変えても良い。先に、ビアホール2cを形成しビアホール2cにおける第1絶縁膜3を除去した後、第2絶縁膜4の形成を行なってもよい。その場合、第2絶縁膜4の膜形成後、ビアホール2cの内部にも第2絶縁膜4が付着している可能性があるため、再度、絶縁膜除去工程を追加するのが望ましい。
【0047】
図4(c)〜図4(d)はステップS7の導電体形成工程に対応する図である。図4(c)に示すように、ビアホール2cの開口に臨まれている素子回路8の配線9と、第3絶縁膜5の内壁と第2絶縁膜4上にバリア膜6を形成する。バリア膜6はバリア層とシード層とからなっている。シード層は次工程のめっき工程を生産性良く行うための層である。まず、バリア層を形成し、その後、シード層を形成する。シード層の材料は、例えば、Cuを用いることができる。これらの工程はスパッタ、CVDで形成することができる。膜厚は特に限定されないが、本実施形態では例えば、バリア層にTiWを10〜100nmの厚さに形成し、シード層にCuを10〜300nmの厚さに形成した。
【0048】
尚、素子回路8の配線9に形成された自然酸化膜を除去する目的で、バリア膜6を形成する前に逆スパッタを行ってもよい。逆スパッタの処理量はたとえばSiO2換算で300nmエッチング相当である。
【0049】
図4(d)に示すように、ビアホール2cへ導電体7を充填して埋め込む埋め込み形成を行う。まず、バリア膜6上にレジスト等のマスクとなる材料を塗布し固化させて膜を形成する。次に、所定の形状に露光した後にエッチングしてマスクを形成する。次に、基板2をめっき浴に浸漬してバリア膜6に通電することにより、ビアホール2c内を電気めっきして導電体7で充填する。続いて、マスクを剥離する。
【0050】
図4(e)及び図4(f)はステップS8の端子形成工程に対応する図である。図4(e)及び図4(f)に示すように、導電体7と接続する端子12を形成する。まず、バリア膜6上にレジスト等のマスクとなる材料を塗布し固化させて膜を形成する。次に、所定の形状に露光した後にエッチングしてマスクを形成する。次に、基板2をめっき浴に浸漬してバリア膜6に通電することにより、端子12や配線12aを電気めっきして形成する。続いて、マスクを剥離する。次に、導電体7、端子12及び配線12aをマスクにしてバリア膜6をエッチングして除去する。または、前記工法にて端子の一部を形成した後、無電解めっき浴に浸漬することにより、端子12や配線12aの最表面に金属形成して端子にしても良い。
【0051】
端子12の厚みは特に限定されないが、本実施形態では、例えば6μmとした。本実施形態では例えば、端子12の材料にCuを用いている。端子12の最表面にはSnAg等の低融点金属やAu、Ni/Au、Ni/Pd/Au等の貴金属の膜を積層してもよい。また、端子12は導電体7の直上にあっても良い。尚、ステップS7の導電体形成工程におけるビアホール2cの導電体7の充填とステップS8の端子形成工程における端子12を形成する工程は別々の工程で形成した。導電体7と端子12とのめっき工程は同時に行っても良い。さらに、生産性良く形成することができる。
【0052】
最後に、ステップS9は支持部材除去工程において、基板2を支持しているガラスサポートウェハー15を剥離する。以上の製造工程にて配線基板が完成する。
【0053】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、基板2の第1面2aから第2面2bにかけてビアホール2cが貫通して開口され、ビアホール2cに導電体7が充填されている。第1面2aには第1絶縁膜3が設置され、ビアホール2c内には第3絶縁膜5が設置されている。そして、第1絶縁膜3の厚みに比べて第3絶縁膜5の厚みが厚くなっている。従って、基板2と導電体7との間の距離が長くなっている為、基板2と導電体7との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【0054】
(2)本実施形態によれば、ステップS1の溝部形成工程において、基板2の第1面2aから平面視が閉曲線となる溝部13を形成している。ステップS2の熱酸化工程では第1面2aと溝部13内の面とを熱酸化して第1絶縁膜3及び第3絶縁膜5を形成している。溝部13は一対の壁が対向している。そして、溝部13の壁を熱酸化するとき、酸素分子が壁に入り込むことにより壁が膨張する。これにより、溝部13が第3絶縁膜5により充填される。従って、第1絶縁膜3に比べて第3絶縁膜5を厚く形成することができる。その結果、基板2と導電体7との間の距離が長くなっている為、基板2と導電体7との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【0055】
(3)本実施形態によれば、ステップS5の絶縁膜形成工程にて基板2を研削して薄くしている。従って、素子回路8が形成された薄い基板2にすることができる。
【0056】
(4)本実施形態によれば、第2面2bに導電体7に接続された端子12が形成されている。従って、端子12を用いて第2面2bから外部接続し易くすることができる。
【0057】
(5)本実施形態によれば、第1面2aにガラスサポートウェハー15を貼り付けている。従って、基板2を薄くする加工及び薄くした後の加工における作業性を向上することができる。
【0058】
(6)本実施形態によれば、溝部13は平面視で円環状に形成されている。これにより、第3絶縁膜5は円環状に形成され、導電体7は円柱状になる。導電体7が円柱状以外の形であるときに比べて、導電体7の表面積を小さくすることができる。そして、基板2と導電体7とが接する面の面積が狭い程電気的浮遊容量が小さくなる。従って、基板2と導電体7との間における電気的浮遊容量を小さくすることができる。
【0059】
(7)本実施形態によれば、第1絶縁膜3及び第3絶縁膜5はシリコンの熱酸化膜を含んでいる。シリコンの熱酸化膜は組織が緻密であり、絶縁性の高い膜となっている。従って、第1絶縁膜3及び第3絶縁膜5は電流がリークし難い絶縁膜とすることができる。
【0060】
(第2の実施形態)
本実施形態では、特徴的な配線基板上に設置された赤外線検出素子とその赤外線検出素子が配列する赤外線センサーの例について、図5に従って説明する。尚、第1の実施形態と同じ点については説明を省略する。
【0061】
(赤外線センサー)
図5(a)は、赤外線センサーの構成を示す模式側断面図である。図5(a)に示すように、赤外線センサー17はセンサーアレイ18、回路基板19、ベース基板20が上側からこの順に重ねて配置されている。センサーアレイ18は赤外線検出素子21が格子状に配置された基板2を備えている。照射された赤外線を赤外線検出素子21が検出し、センサーアレイ18が回路基板19に出力する。回路基板19は制御回路22を備え、制御回路22は赤外線検出素子21を駆動する。そして、赤外線検出素子21が検出した個々の信号を制御回路22が処理して映像信号を生成しベース基板20に出力する。ベース基板20はインターフェイス回路23を備え、外部へ出力する出力信号を生成して外部機器へ出力する。つまり、赤外線センサー17は赤外線の分布を映像信号にして出力する赤外線カメラとなっている。
【0062】
図5(b)はセンサーアレイの構成を示す要部模式側断面図である。図5(b)に示すように、センサーアレイ18は基板2を備え、基板2上には赤外線検出素子21が搭載されている。基板2は第1の実施形態に記載された基板2と同様の形態となっている。つまり、基板2にはビアホール2cが形成されており、基板2の第1面2aには第1絶縁膜3が形成されている。ビアホール2c内の面には、第3絶縁膜5が形成されている。第1絶縁膜3及び第3絶縁膜5は熱酸化により形成され、第3絶縁膜5は第1絶縁膜3より厚い膜となっている。また、基板2の第2面2bには第2絶縁膜4が設けられている。そして、ビアホール2cとビアホール2c内に設けられた導電体7とにより、貫通電極2dが構成されている。
【0063】
第1絶縁膜3上には下部電極24が設置され、下部電極24に重ねて焦電体25が設置されている。さらに、焦電体25上には上部電極26が設置されている。下部電極24、焦電体25、上部電極26等によりキャパシター27が構成され、キャパシター27は温度に基づいて分極量が変化する。
【0064】
キャパシター27を覆って第4絶縁膜28が設置されている。第4絶縁膜28には下部電極24に通ずる第1コンタクトホール29と、上部電極26に通ずる第2コンタクトホール30とが形成されている。第1絶縁膜3及び第4絶縁膜28上には第1配線33及び配線としての第2配線34が設置されている。第1配線33は第1コンタクトホール29を通じて下部電極24に接続されている。同様に、第2配線34は第2コンタクトホール30を通じて上部電極26に接続されている。
【0065】
第2配線34は導電体7と接続されている。第2面2bには端子12が配置され、端子12は配線12aにより導電体7と接続されている。さらに、端子12上にはバンプ35が設置されている。バンプ35は樹脂からなる凸部の表面に金属膜が配置され、当該金属膜は端子12と電気的に接続されている。回路基板19においてバンプ35と対向する場所には配線36が設置され、バンプ35は配線36に押圧されている。これにより、バンプ35は配線36と電気的に接続される。配線36は制御回路22と接続されている。従って、上部電極26は第2配線34、導電体7、配線12a、端子12、バンプ35、配線36を介して制御回路22と接続されている。
【0066】
同様に、下部電極24も第1配線33、図示しない貫通電極や配線を介して制御回路22と接続されている。当該貫通電極は貫通電極2dと同様の構造となっている。これにより、制御回路22はキャパシター27の下部電極24及び上部電極26と接続されているので分極量を検出してキャパシター27の温度を推定することができる。キャパシター27に照射される赤外線の量とキャパシター27の温度とは相関があるので、キャパシター27の温度から制御回路22はキャパシター27に照射される赤外線の量を推定する。尚、貫通電極2dの製造工程の順番は第1の実施形態と同様の順番にて行い、赤外線検出素子21の製造方法は公知であり、説明は省略する。
【0067】
上述したように、本実施形態によれば、以下の効果を有する。
(1)本実施形態によれば、第1絶縁膜3の厚みに比べて第3絶縁膜5の厚みが厚くなっている。従って、基板2と導電体7との間の距離が長くなっている為、基板2と導電体7との間における電気的浮遊容量が小さくなっている。その結果、赤外線センサー17は、赤外線検出素子21が出力する信号の高周波成分を減衰させずに出力することができる。
【0068】
(2)本実施形態によれば、貫通電極2dの製造工程の順番は第1の実施形態と同様の順番にて行っている。従って、赤外線検出素子21を形成した後に貫通電極2dを形成している。赤外線検出素子21の製造工程には700℃以上の加熱が必要になる。ビアファースト工法では赤外線検出素子21を形成する前にビアホール2c内に導電体7を埋め込む。このとき、導電体7の材料には700℃以上の熱により拡散しづらく、尚かつ赤外線検出素子21を汚染しない材料を採用する必要がある。これに対して、導電体7の材料は一般的にはタングステン等の高融点材料が使用されるが、ビアホール2c内を総てCVD法にて高融点材料を充填するのは生産性が悪い。これに比べて、本実施形態の方法では赤外線検出素子21を形成した後に貫通電極2dを形成する為、生産性良く貫通電極2dを形成することができる。
【0069】
尚、本実施形態は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変更や改良を加えることも可能である。例えば上記実施形態で例示した各構成要素の形状、寸法、個数、設置位置等に関する具体的な記載は、適宜変更が可能である。変形例を以下に述べる。
(変形例1)
前記第1の実施形態では、溝部13の平面視の形状を円環状にして貫通電極2dの断面形状を円形にした。溝部13の及び貫通電極2dの形状はこれに限らず他の形状でもよい。例えば、貫通電極2dの断面形状は三角形、四角形、等の多角形でも良く、楕円形、長方形等の各種の形状を採用してもよい。基板2上に配線を設計するときにレイアウトを設計し易い形状にすることができる。
【0070】
(変形例2)
前記第1の実施形態では、ステップS1の溝部形成工程にてフォトリソグラフィ法及びエッチング法を用いたが、他の方法を用いても良い。例えば、レーザー光を照射してシリコンを改質する方法や、研削して形成する方法等を用いても良い。生産性良く形成できる方法を採用しても良い。
【0071】
(変形例3)
前記第1の実施形態では、ステップS9の支持部材除去工程を行ったが、ガラスサポートウェハー15が接着された状態のまま完成としても良い。製品の要求仕様に合わせた製造工程にしても良い。
【0072】
(変形例4)
前記第1の実施形態では、樹脂からなる凸部の表面に金属膜が配置されたバンプ35を介して導電体7と配線36とを電気的に接続した。バンプは他の形態でも良い。図6は貫通電極とバンプの構造を示す模式側断面図である。図6に示すように、センサーアレイ37の導電体7を覆って端子38が形成されている。そして、端子38と対向する場所には配線36が設置され、配線36上にはバンプ39が設置されている。さらに、バンプ39は端子38と電気的に接続されている。導電体7に銅を用い、端子38はニッケル金属と金とが積層された膜やすずと銀とを主成分とする合金等の膜を採用することができる。バンプ39は金をメッキにて円錐形に形成したものが好ましく、電気抵抗を小さくすることができる。このような形態にすることにより、生産性良く実装し電気的な接続をとることができる。
【符号の説明】
【0073】
2…基板、2a…第1面、2b…第2面、2c…ビアホール、3…絶縁膜としての第1絶縁膜、4…絶縁膜としての第2絶縁膜、5…絶縁膜としての第3絶縁膜、7…導電体、12…端子、13…溝部、15…支持部材としてのガラスサポートウェハー、17…赤外線センサー、21…赤外線検出素子、34…配線としての第2配線。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1面と前記第1面と対向する第2面とを貫通して開口するビアホールを有する基板と、
前記基板の前記第1面と前記ビアホール内の面とに設置され熱酸化膜を含む絶縁膜と、
前記ビアホール内で前記絶縁膜に囲まれた導電体と、を有し、
前記第1面における前記絶縁膜の厚みに比べて前記ビアホール内における前記絶縁膜の厚みが厚いことを特徴とする配線基板。
【請求項2】
第1面と前記第1面と対向する第2面とを貫通して開口するビアホールを有する基板と、
前記基板の前記第1面と前記ビアホール内の面とに設置され熱酸化膜を含む絶縁膜と、
前記ビアホール内で前記絶縁膜に囲まれた導電体と、
前記導電体に接続され前記絶縁膜を介して前記第1面に設けられた配線と、
前記配線と電気的に接続された赤外線検出素子と、を有し、
前記第1面における前記絶縁膜の厚みに比べて前記ビアホール内における前記絶縁膜の厚みが厚いことを特徴とする赤外線センサー。
【請求項3】
基板の第1面に平面視が閉曲線となる溝部を形成する溝部形成工程と、
前記第1面と前記溝部内の面とを熱酸化して絶縁膜を形成する熱酸化工程と、
前記第1面に素子回路を形成する素子回路形成工程と、
前記絶縁膜に囲まれた場所にビアホールを形成するビアホール形成工程と、
前記基板の前記第1面と対向する第2面から前記第1面まで前記ビアホールに導電体を埋め込み形成する導電体形成工程と、を有し、
前記熱酸化工程では熱酸化により前記溝部の壁を膨張させて前記溝部を前記絶縁膜で充填することを特徴とする貫通電極形成方法。
【請求項4】
請求項3に記載の貫通電極形成方法であって、
前記素子回路形成工程と前記導電体形成工程との間に行われ、前記基板の前記第2面側を研削し前記第2面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程をさらに有することを特徴とする貫通電極形成方法。
【請求項5】
請求項3または4に記載の貫通電極形成方法であって、
前記導電体形成工程後に、前記第2面に前記導電体に接続された端子を形成する端子形成工程を有することを特徴とする貫通電極形成方法。
【請求項6】
請求項4または5に記載の貫通電極形成方法であって、
前記絶縁膜形成工程の前に行われ、支持部材を前記第1面に貼り付ける支持部材設置工程をさらに有することを特徴とする貫通電極形成方法。
【請求項7】
請求項3〜6のいずれか一項に記載の貫通電極形成方法であって、
前記閉曲線は円環状であることを特徴とする貫通電極形成方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【公開番号】特開2012−248721(P2012−248721A)
【公開日】平成24年12月13日(2012.12.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−120051(P2011−120051)
【出願日】平成23年5月30日(2011.5.30)
【出願人】(000002369)セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Fターム(参考)】