(57)【要約】【課題】電解めっき法による貫通穴内での導電部材形成において、貫通穴内に連続する開口部表面層からの給電であっても、ボイドの形成なしに穴底から導電部材を形成する。【解決手段】貫通穴開口部表面から貫通穴内に連続する電気供給層の、貫通穴底面の一部以外を絶縁層で覆うことによって、表面導電層から給電する電解めっきによって穴底からめっきを成長させる。【選択図】図１−ｌ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の面に導電層を有し、
前記半導体基板の他方の面から前記導電層まで貫通した貫通穴を有し、
前記他方の面から前記導電層まで電気的に接続された導電部材を有する
半導体装置の製造方法であって、
前記貫通穴内に、前記他方の面から前記導電層に達する電気供給層を形成する工程と
前記貫通穴の底面の、前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部を露出させたまま、前記電気供給層を覆う絶縁層を形成する工程と
前記電気供給層に電気を供給し、前記露出した前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部からめっきを成長させて、導電部材を前記貫通穴内に形成する工程 、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 
【請求項２】
前記露出した前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部の面積として、前記底面の面積の少なくとも１／４以上露出させる工程と、前記貫通穴側面の前記電気供給層を前記底面から前記貫通穴の開口方向へ前記底面の短手方向最短長さの１／２以下露出させる工程
を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記絶縁層がパラキシリレン樹脂より形成される工程を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法 。
【請求項４】
前記導電部材が金（Ａｕ）より形成される工程を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項５】
前記電気供給層が、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方より形成される工程を含むことを特徴とする 請求項１〜４のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
半導体基板の一方の面に導電層を有し、
前記半導体基板の他方の面から前記導電層まで貫通した貫通穴を有し、
前記他方の面から前記導電層まで電気的に接続された導電部材を有する
半導体装置であって、
前記貫通穴内に、前記他方の面から前記導電層に達する電気供給層を有することと、
前記貫通穴の底面の、前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部を除いて前記電気供給層を覆う絶縁層を有することと、
前記露出した前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部に接した導電部材を前記貫通穴内に有すること 、
を特徴とする半導体装置 。
【請求項７】
前記絶縁層に覆われていない前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部の面積が、前記底面の面積の少なくとも１／４以上であることと、前記貫通穴の側面の前記絶縁層に覆われていない前記電気供給層の前記底面から前記他方の面へ向かう方向の長さが前記底面の短手方向最短長さの１／２以下であること
を特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記絶縁層がパラキシリレン樹脂よりなることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体装置。
【請求項９】
前記導電部材が金（Ａｕ）よりなることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記電気供給層が、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方よりなることを特徴とする 請求項６〜９のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の貫通穴内への導電部材形成方法及び半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、基板に形成されたアスペクト比の大きな貫通穴（以下、片側に開口した穴を貫通穴と呼ぶ）内に導電層を形成した構造は、基板積層用の貫通電極として用いられている。
【０００３】
かかる導電層を形成する方法は種々提案されているが、めっきによる方法が多く用いられている。
【０００４】
しかしながら、めっきによる導電層形成においては、貫通穴内にボイド（空隙）が発生し易い。
【０００５】
貫通穴内にボイドが残っていると、昇温時にボイド内部の空気や液体が膨張し、破裂することで素子の破壊などが発生する。
【０００６】
また、加熱冷却などの温度履歴によってボイド内部の空気や液体が膨張収縮を繰り返し、貫通電極部での亀裂発生等を引き起こし、電気的導通不良が発生する。
【０００７】
貫通穴内にボイドを発生させることなく、付き周り良くめっきするため、促進剤や抑制剤を利用するめっき液に関する方法や、めっき電流値をスロースタートしたり２段階に変化させたりするというめっき電流制御に関する方法が知られている。
【０００８】
さらに、基板表面に平行な流れとしたり円形振動を与えたりするめっき攪拌に関する方法や、めっき前処理として促進剤を穴内のみに吸着させる方法、開口形状や貫通穴形状の工夫に関する方法、などが提案されている。
【０００９】
貫通穴内のボイドは、導電層が貫通穴奥に十分に付き周る前に貫通穴開口付近が閉塞されることにより発生する。
【００１０】
高アスペクトの貫通穴開口付近が閉塞されることなく、貫通穴底まで付き周り良く導電層を形成する方法として以下の方法が知られている。
【００１１】
めっき液に関する方法の一つとして、ポリエチレングリコールなどの添加剤をめっき液に加える方法がある。
ポリエチレングリコールの樹脂成分が、開口部付近の電界が集中する部分に吸着することで、開口部付近のめっきを抑制し、開口部が閉塞することを防ぐ方法が知られている。
【００１２】
また、めっき電流制御に関する方法の一つとして、高アスペクトの貫通穴めっき時は平面に通常めっきする時の電流密度より小さい電流密度でめっきすることによって、めっき成長速度に対して貫通穴内のめっき液交換率を向上させ、付き周り性を向上させる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３１５８８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、本発明者らが検討したところ、上記の従来の構成では、以下のような点で不具合が発生することが分かった。
【００１５】
本発明者らは、添加剤を用いる方法において、めっき液については、抵抗値に関わる電気的信頼性、腐食などに関わる化学的信頼性において最も安定で望ましい金属である金めっき液について検討した。
【００１６】
銅めっきについては種々の研究がなされ、効果が確認されているが、金めっきについてはあまりなされていない。
【００１７】
金めっき液は、シアン浴と非シアン浴に分けられる。
【００１８】
シアン浴であるシアン化金めっき液は、非常に安定な液であるため、本技術分野で一般的に使用されている金めっき液は、ほとんどがシアン化金めっき液である。
【００１９】
しかしながら、シアン化金めっき液は非常に安定であるがために、添加剤による効果がほとんど得られず、本発明が意図するような高アスペクトの貫通穴内めっきについては使用されていないのが実情である。
【００２０】
まず、シアン化金めっき液について、推奨値の電流密度でめっきを行ったところ、添加剤による効果が確認できず、貫通穴底にめっきが付き周る前に開口部が閉塞してしまった。
【００２１】
また、非シアン浴で検討を行ったところ、非シアン浴は液状態が非常に不安定であり、ｐＨなどのバランスが崩れやすいため、析出効率の低下や局所的な異常析出、焼けなどのめっき不良が発生することが分かった。
【００２２】
さらに、めっき不良が発生するまでのめっき液寿命が著しく短くなる不具合が発生した。
【００２３】
また、もう一方のめっき電流制御による方法においては、推奨電流密度の１／１０以下でめっきをしたところ、開口部が閉塞するまでのタイミングは遅くなったが、ボイドの発生をなくすことはできなかった。
【００２４】
この、穴内が十分にめっきされる前に開口部が塞がってしまうことによるボイド発生という不良は、開口径が小さくなるほど顕著に発生し、またアスペクト比が大きいほど顕著に発生する。
【００２５】
貫通電極は半導体チップの微細化が進むに従い、開口径がさらに小さくなり、開口径に対する穴深さの比、すなわちアスペクト比も大きくなる。
【００２６】
そのような状況下でも、電流を多く流したい場合、また抵抗分を減らすためには、貫通穴内の導電部材の断面積を大きくし、導電部材を太くする必要がある。
【００２７】
そのためには、穴壁穴底に沿って均一の厚みに導電層を形成するコンフォーマル形状ではなく、穴内すべてが導電部材で埋まっている構造が必要となる。
【００２８】
微小径、高アスペクト比の貫通電極内をコンフォーマルめっきによる方法を用いて導体で穴埋めしようとすると、ボイド発生という問題がそのまま、しかもさらに顕著に発生する。
図４は、従来技術により貫通穴開口部が閉塞してしまった例を示す断面概略図である。
【００２９】
本発明は、上記の従来技術の問題を解決するもので、微小径、高アスペクト貫通穴内での導電部材形成を可能とし、ボイド発生のない、信頼性の向上した、貫通穴内での導電部材形成方法及び半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記課題を達成する本発明は、
半導体基板の一方の面に導電層を有し、
前記半導体基板の他方の面から前記導電層まで貫通した貫通穴を有し、
前記他方の面から前記導電層まで電気的に接続された導電部材を有する
半導体装置の製造方法であって、
前記貫通穴内に、前記他方の面から前記導電層に達する電気供給層を形成する工程と
前記貫通穴の底面の、前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部を露出させたまま、前記電気供給層を覆う絶縁層を形成する工程と
前記電気供給層に電気を供給し、前記露出した前記導電層または前記電気供給層の少なくとも一方の一部からめっきを成長させて、導電部材を前記貫通穴内に形成する工程 、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法である。 
【発明の効果】
【００３１】
本願発明に係る製造方法によれば、電気供給層に電気を供給し、露出した導電層または電気供給層の少なくとも一方の一部からめっきを成長させるので、貫通電極となる貫通穴内の導電部材を電解めっき法により形成する際、素子配線やＧＮＤ配線に繋がっている貫通電極穴底の電極パッド、すなわち貫通穴底面の導電層を利用する必要が無い。
【００３２】
また、貫通穴内面と同時に形成された基板表面すなわち貫通穴開口表面の電気供給層からめっき用電流を供給することが可能となる。
【００３３】
また、貫通穴底面の導電層側に形成された素子配線やＧＮＤ配線の制約を気にすることなく、めっきすることが可能となり、また逆にめっき時の電力供給の制約を気にすることなく素子配線やＧＮＤ配線の自由なレイアウトが可能となる。
【００３４】
また、めっき液に接して電流が流れる箇所が貫通穴の底面のみのため、開口部がめっきで塞がることなく穴底から成長し、貫通穴内にボイドを発生させることがない。
【００３５】
また、同時に、めっき成長が穴底からのみ起こるため、めっき液特性の限界電流近くまで大きな電流密度で電流を流しても開口部が塞がることがなく、めっき速度も速くなり、めっき時間の短縮が可能となる。
【００３６】
また、露出した導電層または電気供給層の少なくとも一方の一部の面積として、底面の面積の少なくとも１／４以上露出させる工程と、貫通穴側面の電気供給層を底面から貫通穴の開口方向へ底面の短手方向最短長さの１／２以下露出させる工程を含むことで、貫通穴底近傍の絶縁層が被覆範囲内であれば、上記と同様の効果が得られ、歩留まりが向上する。
【００３７】
特に、貫通穴の側面からもめっきが成長する場合は、穴下のめっき速度も速くなる。
【００３８】
また、微小凹凸部への付きまわり性に優れるパラキシリレン樹脂（以下パリレン（登録商標）とも呼ぶ）を用いることで、貫通穴内に均一で信頼性の高い絶縁膜を形成することが可能となる。
【００３９】
また、耐薬品性、耐蝕性（耐インク性）に優れる金（Ａｕ）を用いることで、アルカリ性のインク等の液体によっても導電部材が侵されることがなく、信頼性の高い、また低抵抗で熱伝導性の良い貫通電極の形成が可能となる。
【００４０】
また、金（Ａｕ）は生体とのなじみが良く、安全に医療用ＭＥＭSなどに利用することが可能となる。
【００４１】
また、貫通電極穴底の電極パッドである貫通穴底面の導電層に一般的に用いられるＡｌ上にＴｉ層を形成することで、バリア層として機能し、導電部材となるＡｕとのマイグレーションを防止することが可能となる。
【００４２】
また、貫通穴内の最外側壁や半導体基板表面層にも絶縁性向上のために絶縁層（パラキシリレン樹脂）を形成した場合、絶縁層と接する層にＴｉ層を形成することで密着層として機能する。
【００４３】
また、絶縁層との密着力が向上することで、その上に形成される導電部材などの剥離を防止することが可能となる。
【００４４】
また、電気供給層にＡｕを用いることで、電気供給層としての抵抗を下げることが可能となり、さらに電解めっきによる導電部材のＡｕとの密着性を向上させることが可能となる。
【００４５】
また、本願発明に係る半導体装置によれば、貫通穴の底面の、導電層または電気供給層の少なくとも一方の一部を除いて電気供給層を覆う絶縁層を有し、さらに露出した導電層または電気供給層の少なくとも一方の一部に接した導電部材を貫通穴内に有するので、貫通穴内面と連続形成されている穴開口部表面の電気供給層から一律にめっき用電流を供給することが可能となる。
【００４６】
また、大きい電流密度で電流を流しても開口部がめっきで塞がることなく穴底から成長させることができるため、めっき速度が速くなり、めっき時間の短縮も可能となる。
【００４７】
また、絶縁層に覆われていない導電層または電気供給層の少なくとも一方の一部の面積が、底面の面積の少なくとも１／４以上、貫通穴の側面の絶縁層に覆われていない電気供給層の底面から他方の面へ向かう方向の長さが底面の短手方向最短長さの１／２以下とすることで、貫通穴底近傍の絶縁層が被覆範囲内であれば、上記と同様の効果が得られ歩留まりが向上する。
【００４８】
特に、貫通穴の側面からもめっきが成長する場合は、穴下のめっき速度も速くなる。
【００４９】
また、絶縁層をパラキシリレン樹脂で形成することで、貫通電極穴内に均一で信頼性の高い絶縁膜を形成することが可能となる。
【００５０】
また、耐薬品性、耐蝕性（耐インク性）に優れる金（Ａｕ）を用いることで、アルカリ性のインク等の液体によっても導電部材が侵されることがなく、信頼性の高い、また低抵抗で熱伝導性の良い貫通電極の形成が可能となる。
【００５１】
また、電気供給層を、チタン（Ｔｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方で形成することで、貫通電極穴底のＡｌ電極パッドとＡｕとのマイグレーションを防止することが可能となる。
【００５２】
また、Ｔｉ層を形成することで絶縁層との密着力が向上し、Ａｕ層を形成することで電気供給層としての抵抗を下げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１−ａ】半導体基板１の一方の面にＳｉＯ２熱酸化膜６と導電層５が形成された状態を示す断面図である。
【図１−ｂ】半導体基板１に貫通穴を形成するためのレジスト７をマスクパターニング形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｃ】半導体基板１に貫通穴８を形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｄ】貫通穴８の開口部以外をレジスト７でマスクパターニング形成し、貫通穴８の底面のＳｉＯ２熱酸化膜６を除去し、導電層５を露出させた状態を示す断面図である。
【図１−ｅ】半導体基板の他方の面と貫通穴８の内面にパリレン絶縁層１０を形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｆ】貫通穴８の開口部以外をレジスト９でマスクパターニング形成し、穴底のパリレン絶縁層１０を除去し、導電層５を露出させた状態を示す断面図である。
【図１−ｇ】半導体基板の他方の面と貫通穴８の内面に電気供給層２を形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｈ】電気供給層２の上に絶縁層３を形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｉ】貫通穴８の開口部以外をレジスト９でマスクパターニング形成し、貫通穴８穴底の絶縁層３を除去し、電気供給層２を露出させた状態を示す断面図である。
【図１−ｊ】電気供給層２に電気を供給し、電解めっきを施すことで、貫通穴８の底面から開口部近傍まで導電部材４をめっき形成した状態を示す断面図である。
【図１−ｋ】半導体基板１表面の絶縁層３を除去し、電気供給層２を露出した状態を示す断面図である。
【図１−ｌ】半導体基板１の表面にも導電部材４をさらに電解めっき形成した状態（本発明の実施例１に係る貫通電極）を示す断面図である。
【図２−ａ】貫通穴８の側面の電気供給層２が底面から長さＬ１だけ露出した状態で底面からの電解めっきを行っている状態を示す断面図である。
【図２−ｂ】導電部材４を半導体基板１表面上まで形成した状態（本発明の実施例２に係る貫通電極）を示す断面図である。
【図２−ｃ】貫通穴８の側面の電気供給層２が底面から長さＬ３だけ露出した状態で穴底からの電解めっきを行っている状態を示す断面図である。
【図２−ｄ】導電部材４を半導体基板１表面上まで形成した状態を示す断面図である。
【図３−ａ】貫通穴８の底面の電気供給層２が絶縁層３の間から長さｄ１に対応する面積だけ露出した状態（本発明の実施例３に係る貫通電極）を示す断面図である。
【図３−ｂ】レジスト９を開口形状より小さく開口するようオーバーハング形成することで、底面の絶縁層３を一部除去した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の従来技術に係るめっき方法を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
本発明によれば、貫通電極内の導電部材を電解めっき法により形成する際、まず貫通電極を形成するための貫通穴開口部表面となる半導体基板表面と貫通電極が形成される貫通穴内面に電解めっきの際の電気供給層となるシード層を形成する。
【００５５】
次に、半導体基板表面と穴内面に形成された電気供給層上に絶縁層を形成する。
【００５６】
さらに、フォトリソによるパターニングを用いて貫通穴開口部以外の絶縁層をマスクキングした後、マスキングされていない貫通穴開口部から貫通穴底面の絶縁層をエッチング除去する。
【００５７】
これにより貫通穴底面の電気供給層が露出し、この箇所のみに電流が流れる形態、すなわち本願発明のポイントとなる形態が完成する。
【００５８】
半導体基板表面と貫通穴内側面は絶縁層で覆われているため電流が流れずめっきが成長しない。
【００５９】
半導体基板表面の電気供給層から給電された電気は、電気供給層を通って貫通穴底面に達する。
【００６０】
貫通穴底面の絶縁層で覆われていない、露出した電気供給層部のみがめっき液に接し、電流が流れる。
【００６１】
従って、貫通穴底面からのみめっきを成長させることが可能となり、一方向からのめっき成長であるためボイドを生じることがない。
【００６２】
また、貫通穴開口部近傍側面からのめっき成長がないため開口部が塞がらず、底面からのみのめっき成長であるため、電流密度を大きくしてめっき成長速度を速めることが可能となり、めっき時間をより短くすることができる。
【００６３】
以上のように、貫通穴底面からのみめっきが成長する形態をとることによって、貫通穴内部にボイドを発生することなく導電部材を形成することが可能となる。  
上記実施形態について、図を参照しつつ詳細に説明する。
【００６４】
図１−ｌは、本発明の半導体装置である貫通電極の実施形態１を示す断面図である。
【００６５】
半導体基板１に形成された貫通穴８の最外周には、半導体基板１との電気的絶縁性を保つために半導体基板１表面から貫通穴８内側面まで連続したパラキシリレン樹脂材料からなるパリレン絶縁層１０が形成されている。
【００６６】
パリレン絶縁層１０の内側には、電解めっき時に電気を流すための電気供給層２が形成されており、貫通穴８の底面からのみ電流を流すために底面以外の電気供給層２を覆う絶縁層３が形成されている。
【００６７】
底面からは電解めっきで成長した導電部材４が形成されている。
【００６８】
貫通穴８の底面には電極パッドとなる導電層５が形成されており、さらに貫通穴８の最下部の周囲には半導体基板１と導電層５との絶縁性を保つためのＳｉＯ２熱酸化膜６が形成されている。
【００６９】
以下、上記貫通電極について、その製造工程に沿って説明する。
【００７０】
まず、図１−ａに貫通電極を形成する半導体基板を示す。
【００７１】
半導体基板１の材料としてはシリコンが一般的であり、所望の抵抗値にドーピング調整した仕様の基板を用いる。
【００７２】
半導体基板１の一方の表面には、絶縁性を保つための絶縁層としてのＳｉＯ２熱酸化膜６が形成されている。かかる絶縁層としてはＳｉＮ膜等を用いることもできる。
【００７３】
次に、貫通電極の穴底を構成する部分には電極パッドとなる導電層５が形成されている。導電層の材料としては、Ａｌ層が一般的である。他の導電性材料も使用することができるが、その後に積層する金属材料とマイグレーション等の不具合を起こさない材料とする。
【００７４】
次に、図１−ｂに示すように、半導体基板１に貫通穴８の開口部となる箇所をレジスト７でマスクパターニングする。
【００７５】
その後、図１−ｃに示すように、貫通穴８を、Ｂｏｓｃｈプロセスと呼ばれるＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導性結合プラズマ方式反応性イオンエッチング）を用いてシリコンをエッチングすることにより形成する。
【００７６】
穴底までエッチングが進むとＳｉＯ２熱酸化膜６が露出し、そこで深さ方向のエッチングは止まる。
【００７７】
しかし、それ以上エッチングを進めるとＳｉＯ２熱酸化膜６に沿って横方向にエッチングが進んでしまうため、条件を調整することでエッチングを終了させる。
【００７８】
横方向にエッチングが進んでしまうと貫通穴８の穴下近傍側面が太鼓状に膨らんだ形状となり、電気供給層となる導電層形成の際、貫通穴８側面に影となる部分が生じ、断線状態となってしまう。
【００７９】
次に、図１−ｄに示すように、シリコンエッチングと同じパターンのレジスト７を用い、ＳｉＯ２熱酸化膜６をエッチングして導電層５のＡｌ層を露出させる。
【００８０】
さらに、図１−ｅに示すように、パリレン絶縁層１０を基板表面及び貫通穴内全面に蒸着する。このことによって基板と貫通電極のより高い絶縁性が確保される。
【００８１】
次いで、図１−ｆに示すように、貫通穴８内面に蒸着形成されたパリレン絶縁層１０の内径形状と同じパターニングをしたレジスト９の開口部から、パリレン絶縁層１０の貫通穴８底面部をエッチング除去し、導電層５を露出する。
【００８２】
さらに、図１−ｇに示すように、半導体基板１の他方の面及び貫通穴８の内面に電気供給層２を形成する。
【００８３】
電気供給層２は、貫通穴８底面に露出している導電層５に対するバリア層であり、次の電解めっきのためのシード層でもある。
【００８４】
スパッタ法やイオンプレーティング法と呼ばれる蒸着法を用い、垂直入射、傾斜入射することで貫通穴内面に蒸着する。
【００８５】
電気供給層２としては、まずバリア層としてのチタン（Ｔｉ）を蒸着し、次に、めっきシード層としての金（Ａｕ）を蒸着する。
【００８６】
Ａｕは同時にＴｉの酸化防止の役割も果たす。
【００８７】
次いで、図１−ｈに示すように、貫通穴８底面からのみめっきを成長させるための、すなわち穴底以外に電流が流れないようにするための絶縁層３を、まず穴開口部表面と貫通穴８の内面にＣＶＤなどの方法によって蒸着形成する。
【００８８】
この第２の絶縁層としては、パラキシリレン樹脂を用いる。
【００８９】
パラキシリレン樹脂は微小凹凸部への付きまわり性に優れている。
【００９０】
さらに、図１−ｉに示すように、貫通穴８の底面の電気供給層２を露出させるため、レジスト９で貫通穴８の開口部を除いてマスクパターニングをし、レジスト９の開口部からドライエッチング法を用いて貫通穴８底面の絶縁層３を除去して、電気供給層２を露出させる。
【００９１】
これで、本願発明のポイントとなる、貫通穴８底面からのみめっきを成長させる形態が完成する。
【００９２】
次いで、図１−ｊに示すように、貫通穴８の底面に露出した電気供給層２をシード層とした電解めっき法により、導電部材４を形成する。
【００９３】
具体的には、Ａｕめっきを貫通穴８底面から成長させ、開口部表面近くまでめっきする。
【００９４】
半導体基板１表面の電気供給層２からめっき電圧を印可すると、表面と穴内側面の電気供給層２は絶縁層３で覆われているため電流が流れず、絶縁層３のない貫通穴８底面の電気供給層２露出部でのみ、めっき液と接するため、底面からのみめっきが成長する。
【００９５】
この形成工程が本発明のポイントであり、最も重要なところである。
【００９６】
図１−ｊに示す実施形態では、電解めっきの際に、貫通穴８の底面以外に電気が流れないように、絶縁層３を半導体基板１表面と貫通穴８側面に形成しているが、半導体基板１表面は、絶縁層３の代わりに、絶縁性の部材で構成された冶具等で覆っても良い。
【００９７】
次に、めっきが形成されていない半導体基板１表面、開口部表面にめっきを施して、半導体基板１表面の電気供給層２を厚くすると共に、形成しためっきを、貫通穴８底面から成長させた貫通穴内の導電部材４、及び貫通穴８底面の導電層２と電気的に接続する。
【００９８】
具体的には、図１−ｋに示すように、半導体基板１表面の絶縁層３をドライエッチング除去し、電気供給層２を露出させる。
【００９９】
そして、図１−ｌに示すように、半導体基板１表面に露出した電気供給層２をめっきシード層としてめっきを成長させ、所望の電流量、抵抗値に見合った必要な厚みまで導電部材４を形成する。
【０１００】
半導体基板表面の導電部材４の形成方法は、電解めっきに限られず、無電解めっき、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等を用いても良い。
【０１０１】
以上の各工程を経ることで貫通穴８内に導電部材４を形成し、貫通電極を完成させる。
また、電気供給層２の蒸着膜材料については、Ｎｉ、ＴｉＮ、ＴａＮなど他の単一材料であっても貫通穴８底面からのめっき成長が可能である。
【０１０２】
次いで、図２−ｂに示す実施形態２では、貫通穴８底面の電気供給層２が一部のみ形成されており、かつ貫通穴８の穴底近傍側面の電気供給層２が露出した構成について説明する。
【０１０３】
図２−ａは、貫通穴８の側面の電気供給層２が底面から貫通穴８の開口方向へ長さＬ１だけ露出し、絶縁層３に覆われていない状態で底面から電解めっきを行っている状態を示す断面図である。
【０１０４】
図中、Ｌ１は、貫通穴８側面の、底面から他方の面へ向かう方向の電気供給層露出長さである。
【０１０５】
Ｌ２は、貫通穴８底面の短手方向最短長さである。
【０１０６】
Ｌ１は、Ｌ２の１／２以下であることが望ましい。すなわち貫通穴８側面の電気供給層は底面から貫通穴の開口方向へ底面の短手方向最短長さの１／２以下露出していることが望ましい。
【０１０７】
従って、貫通穴８の底面の形状が円形である場合、Ｌ２が直径になり、Ｌ１は半径以下の長さになる。
【０１０８】
底面の形状が四角形や楕円形など、円形以外の形状の場合は、短手方向の最短長さ以下になる。
【０１０９】
Ｌ１をＬ２の１／２以下、円形の場合であれば、Ｌ１をその円の半径以下にすることにより、貫通穴８側面から穴の中心方向にめっきが成長し、中央付近で繋がり穴が塞がるよりも、貫通穴８底面からのめっき成長の方が同じか早いため、ボイドが発生しない。
【０１１０】
Ｌ１を半径とした場合、側面からのめっきが円の中心方向に成長し、半径分成長したとき、すなわち円の中心に達したとき、底面から成長しためっきも半径分成長しており、成長端部同士がちょうど重なり、穴が塞がる。
【０１１１】
Ｌ１が半径より小さければ、底面からのめっき成長の方が、側面からのめっき成長端部が繋がるよりも早い。
【０１１２】
貫通穴８穴下近傍側面の電気供給層２の露出長さＬ１がこの範囲にあれば、側面からのめっきが先に穴を塞ぐことはなく、穴下にボイドは発生しない。
【０１１３】
導電層５については、貫通穴８底面の一部が露出しても酸化やマイグレーション等の問題が発生しないように、Ａｌ層の上に、Ｔｉ層、Ａｕ層を蒸着しており、露出面はＡｕ層になっている。
【０１１４】
図２−ｂは、導電部材４を半導体基板１表面上まで形成した状態を示す断面図であり、ボイドのない導電部材４を形成することができる。
【０１１５】
図２−ｃ、図２−ｄは、Ｌ１がＬ２の１／２より大きい場合の形態を示した断面図である。
【０１１６】
図２−ｃは、貫通穴８の側面の電気供給層２が底面から長さＬ３だけ露出した状態で穴底からの電解めっきを行っている状態を示す断面図である。
【０１１７】
この時のＬ３は、Ｌ４と同じ長さであり、穴が円形の場合、直径と同じ長さである。
【０１１８】
電気供給層２の穴下近傍側面の露出長さであるＬ１が長くなると、従来技術の不具合と同じ問題が穴下で発生することになる。
【０１１９】
従来技術の問題は、穴上ほど電界が強く電気が多く流れやすいために、穴上が塞がってしまうことであった。
【０１２０】
図２−ｃの場合でも、電気供給層２の露出部が多くなり穴上に近づくと、穴上ほど電界が強く、電流が多く流れてしまうため、穴上に近い側面からのめっき成長が早くなってしまう。
【０１２１】
底面からめっきが成長してくるより先に、側面からめっきが成長し穴が中央部で塞がってしまったため、穴下にボイド１１が発生してしまった。
【０１２２】
図２−ｄは、導電部材４をさらに半導体基板１表面上まで形成した状態を示す断面図であり、穴下にボイド１１を残したまま導電部材４が形成されてしまっている。
【０１２３】
また、図３−ａは実施形態３を示す図であり、貫通穴８の底面の電気供給層２が長さｄ１に対応する面積だけ絶縁層３に覆われていない形態を示す断面図である。
【０１２４】
ｄ１は、貫通穴８底面に露出した導電層５または電気供給層２のの露出面の面積に対応する長さである。ここで、「対応する長さ」とは、例えば露出面が円形である場合には、その円の直径、正方形である場合には、その正方形の一辺の長さを意味している。
【０１２５】
ｄ２は、貫通穴底面面積に対応する長さである。ここで、「対応する長さ」とは、例えば貫通穴底面が円形である場合には、その円の直径、正方形である場合には、その正方形の一辺の長さを意味している。
【０１２６】
ｄ１に対応する面積はｄ２に対応する面積の１／４以上であること、すなわち、導電層５または電気供給層２は、貫通穴底面の面積の少なくとも１／４以上露出していることが望ましい。
【０１２７】
ｄ１に対応する露出面積が貫通穴底面の面積の１／４よりも小さくなると、ｄ２に対応する面積と同じ面積の時に比べ、同じ電流値を流すためにはめっき電流密度が４倍以上となり、限界めっき条件に近くなるため、めっき不良が発生しやすくなる。
【０１２８】
また、半導体装置としての許容電流も減少することや、電気供給層２との接続面積が減少することで接合不良が発生しやすくなる。
【０１２９】
図３−ｂは、図３−ａに示すように貫通穴８の底面の電気供給層２を一部露出させるために、レジスト９の開口形状を絶縁層３の開口形状より小さくなるようにオーバーハング形成することで、底面の絶縁層３を一部除去した状態を示す断面図である。
【０１３０】
以下、本発明の各実施形態について、図面を参照しながら実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【０１３１】
図１−ｌは、本発明の実施形態１に係る実施例１における半導体装置の模式的断面図であり、図１−ａ〜図１−ｌは、その主な製造工程を説明する模式的断面図である。
【０１３２】
本実施例では、半導体基板１は厚み２００μｍのＳｉ（シリコン）から成っている。
【０１３３】
半導体基板１の一方の面には導電層５が形成されており、反対側である、半導体基板１の他方の面には電気供給層２と導電部材４と貫通穴開口部及び貫通穴８が形成されている。
【０１３４】
導電層５と電気供給層２が貫通穴内に形成された導電部材４によって電気的に接続されている実施例である。
【０１３５】
図１−ａに示すように、半導体基板１と導電層５は、ＳｉＯ２熱酸化膜６で絶縁されている。  
導電層５にはＡｌ材料を用い、Ａｌ層とした。
【０１３６】
次に、貫通穴の形成方法は、図１−ｂに示すように、まず半導体基板１上にレジスト７をコーティングした後、貫通穴開口形状にフォトリソによりパターニングを行った。  
本実施例の貫通穴開口径はφ５０μmとした。
【０１３７】
次に、図１−ｃに示すように、ＩＣＰ−ＲＩＥ（誘導性結合プラズマ方式反応性イオンエッチング）を用いて貫通穴８を開口した。
【０１３８】
本実施例では、Ｂｏｓｃｈプロセスと呼ばれるエッチングとデポジッションを繰り返す方法で行った。
【０１３９】
ＳＦ６ガスを用いたプラズマエッチングの工程と、Ｃ４Ｆ８ガスと用いてフルオロカーボン系ポリマーをトレンチの内壁面に保護膜として堆積させるプラズマデポジションの工程とを交互に繰り返す。
【０１４０】
このプロセスによって、シリコンを高速異方性エッチングし、貫通穴８の内壁が基板表面に対して垂直なトレンチ形状を得ることができた。
【０１４１】
アスペクト比は、深さ２００μｍ／開口径５０μｍから、約４であり、高アスペクトの貫通穴８が形成された。
【０１４２】
シリコンエッチング用装置としては、アルカテル社製のＡＭＳ２００を用いた。
【０１４３】
使用ガスはＳＦ６とＣ４Ｆ８を用い、ガス流量は、ＳＦ６／Ｃ４Ｆ８＝３００ｓｃｃｍ／１５０ｓｃｃｍ、ガス圧比は、ＳＦ６／Ｃ４Ｆ８＝５．７８／３．３、パワーは１８００Ｗ、ＩＣＰエッチングレートは５μｍ／ｍｉｎであった。
【０１４４】
この条件によってＳｉＯ２熱酸化膜６がストップ層となりエッチングが完了した。
【０１４５】
次に、図１−ｄに示すように、ＳｉＯ２熱酸化膜６をキヤノンアネルバ株式会社製ＤＦＲＩ−４５００装置を用いてエッチング除去し、導電層５がエッチングストップ層となり、貫通穴８が得られた。
【０１４６】
次に、図１−ｅに示すように、半導体基板１の他方の面及び貫通穴８の最外周側面と底面に半導体基板１との絶縁性を保つために、パラキシリレン樹脂（商品名：ｄｉｘ−Ｃ；第三化成（株）製）材料からなるパリレン絶縁層１０をＣＶＤ蒸着形成した。
【０１４７】
次に、図１−ｆに示すように、貫通穴８底面の導電層５と電気的導通を取るために、蒸着したパリレン絶縁層１０の貫通穴８底面部を除去し、導電層５を露出させた。
【０１４８】
具体的には、貫通穴８の開口部以外をレジスト９でマスクパターニング形成し、ＥＣＲドライエッチングで貫通穴８底面のパリレン絶縁層１０を除去し、導電層５を露出させた。
【０１４９】
マスクのためのレジスト材としては、ドライフィルムレジストなどを用いることができる。
【０１５０】
次に、図１−ｇに示すように、レジスト９を除去した後、半導体基板１の他方の表面と貫通穴８の内面にバリア層かつめっきシード層である電気供給層２を形成した。
【０１５１】
最初にチタン（Ｔｉ）層を形成し、その上に金（Ａｕ）層を形成した。
【０１５２】
Ｔｉ層はバリア層としての役割を有する。
【０１５３】
貫通穴８の底面は導電層５であるが、Ａｌ層であることから、その上に直接Ａｕ層を形成するとマイグレーションによる腐食が起こる。
【０１５４】
この腐食防止のために、貫通穴８の底面に第１層としてＴｉ層を蒸着することで、導電層５とＡｕ層の間にバリア層としてのＴｉ層を形成した。
【０１５５】
ここで、電気供給層２であるＴｉ層の形成方法について述べる。
【０１５６】
貫通穴８は、高アスペクトの貫通穴である。
【０１５７】
プロセス温度の制約のない基板であれば、ＣＶＤやスパッタリングなど他の蒸着方法を用いて、貫通穴８内への蒸着が可能である。
【０１５８】
しかしながら、本実施例では半導体基板１上に形成された他の使用部材の特性面から、１４０℃以下というプロセス温度制約があり、３００℃〜４００℃まで上昇するＣＶＤやスパッタ法を用いることができない。
【０１５９】
そこで、本実施例では、イオンプレーティング法と呼ばれる蒸着法を用いた。
【０１６０】
新明和工業(株)社製の蒸着装置は、真空中で処理基板を冷却しながら、蒸着金属のるつぼを電子ビームで加熱し、高周波プラズマとバイアスを掛けることによって、直進性のある低温蒸着が可能となる。
【０１６１】
この方式によって、高アスペクトの貫通穴８内にＴｉシード層２を形成した。
【０１６２】
貫通穴８底面へは基板を水平にすることによって、垂直に入射蒸着させ、貫通穴８側面へは、基板を傾斜回転させることで蒸着した。
【０１６３】
貫通穴径と貫通深さによって傾斜角度の調整が必要であるが、本実施例では、半導体基板１を９°傾斜させることでＴｉ層を２０００Åの厚さに蒸着した。
【０１６４】
Ｔｉ層のみでは、単体でも高抵抗である上に大気中で酸化することでさらに高抵抗となる。
【０１６５】
めっきの為に大気中にさらした場合、Ｔｉが酸化してしまうため、導電層形成するためのＡｕめっきが付かない。
【０１６６】
そこでＴｉ層と同様の方式で連続して、Ｔｉ層の上にＡｕ層を４２００Åの厚さに蒸着した。
【０１６７】
次に、図１−ｈに示すように、半導体基板１の他方の面及び貫通穴８内面に形成された電気供給層２の上に、絶縁層３を蒸着形成した。
【０１６８】
ここで絶縁層３には、パリレン絶縁層１０と同じパラキシリレン樹脂材料を用いた。
【０１６９】
パラキシリレン樹脂は微細凹凸部への付きまわり性に優れる。
【０１７０】
次に、図１−ｉに示すように、貫通穴８底面の電気供給層２と電気的導通を取るために底面の絶縁層３を除去した。
【０１７１】
図１−ｆについて説明したのと同様に、貫通穴８の開口部以外をレジスト９でマスクパターニング形成し、ＥＣＲドライエッチングで貫通穴８底面の絶縁層３を除去し、電気供給層２を露出させた。
【０１７２】
これで、本願発明のポイントである、電解めっきを用いて貫通穴８底面からめっきを成長させ導電部材４を形成するための形態が整った。
【０１７３】
次に、図１−ｊに示すように、レジスト９を除去した後、シアンＡｕめっき液を用い、半導体基板１の他方の表面の電気供給層２から電気を供給し、電解めっき法によって貫通穴８の底面から開口部近傍までめっき成長させ、Ａｕの導電部材４を形成した。
【０１７４】
めっき液としては、小島化学薬品株式会社製、「Ｋ−７１０  ピュアーゴールド（商品名）」を用いた。
【０１７５】
めっき条件は、電流密度が０．５ＡＳＤ（Ａ／ｄｍ２）、めっき浴温度が６０℃であった。
【０１７６】
次に、図１−ｋに示すように、半導体基板１の他方の表面にも十分な電流量を流すための導電部材を形成するため、半導体基板１表面の絶縁層３をＥＣＲドライエッチングによって除去した。
【０１７７】
その際、貫通穴８開口部はめっきで覆われているため、エッチングされずに残る。
【０１７８】
エッチング除去によって半導体基板１表面のめっき給電層となる電気供給層２が露出した。
【０１７９】
次に、図１−ｌに示すように、貫通穴８底面からのめっき形成と同様に、半導体基板１の他方の表面の電気供給層２から電気を供給し、電解めっき法によって穴底からの導電部材４に連続して表面層の導電部材４を形成した。
【０１８０】
めっきによって半導体基板１表面上の導電部材４が形成され、貫通穴内の導電部材４と繋がった。
【０１８１】
上述した製造方法によって、微小かつ高アスペクトの貫通穴内で、しかも表面層からの給電であっても、貫通穴底面からのみめっき成長させることが可能となり、ボイドの無い導電部材、貫通電極を形成することができた。
【０１８２】
また、本実施例では、貫通穴８内最外周のパリレン絶縁層１０や電気供給層２を覆う絶縁層３の形成方法は、全面に蒸着したのち、レジストでマスキングをして不要部分のみエッチング除去している。
【０１８３】
しかし、かかる方法以外に、蒸着時に穴底や穴下近傍にパリレン層を形成させないようにするため蒸着条件を変更し、蒸着時から穴底近傍には絶縁層を形成させない方法を用いてもよい。
【０１８４】
条件内容としては、パリレン蒸着時に、パリレン供給圧力を下げ、穴内に入りにくくすることで表面層と穴内側壁のみ蒸着し、穴底や穴底近傍に付着しないようにする方法などがある。
【実施例２】
【０１８５】
図２−ｂは、本発明の望ましい範囲での実施形態２に係る実施例２の半導体装置の模式的断面図である。
【０１８６】
図２−ａは、上記半導体装置の主な製造工程を説明する模式的断面図である。
【０１８７】
図２−ｄは、本発明の望ましい範囲以外での実施形態２に係る実施例においてボイド不良が発生した半導体装置の模式的断面図である。
【０１８８】
図２−ｃは、上記ボイド不良が発生した半導体装置の主な製造工程を説明する模式的断面図である。
【０１８９】
図２−ａに示すように、本実施形態２の前記実施形態１との違いは、一つは、貫通穴８内側面の絶縁層が穴底近傍部分には形成されていないこと、すなわち電気供給層２の下方部分が露出していることである
【０１９０】
もう一つは、貫通穴８底面の電気供給層２が一部形成されていないことである。
【０１９１】
貫通穴８の穴下近傍側面の絶縁層３の除去は、上記の実施例１で図１−ｉを参照して説明した絶縁層３の底面エッチングの際に、ドライエッチングの時間を長くすることで、底面のエッチングが穴底近傍側面にまで及び、穴下近傍側面も除去することにより行うことができる。
【０１９２】
図２−ａ、図２−ｂにより説明される実施例２では、貫通穴開口径φ２０μｍ、Ｌ２＝２０μｍ、Ｌ１＝１０μｍであった。  すなわち、穴下近傍の電気供給層２の露出長さは１０μｍであった。
【０１９３】
本実施例２では、貫通穴８の底面からのめっき成長の方が、穴底近傍貫通穴側面からのめっき成長よりも速いために、穴下にボイドを発生させることなく貫通電極を形成することができた。
【０１９４】
図２−ｂに示す実施例２の半導体装置をヒートサイクル信頼性試験にかけて評価したところ、１０００サイクルまで断線不良などの不具合を発生することがなく、良好な結果を得た。
【０１９５】
一方、図２−ｃ、図２−ｄに示す実施例においては、貫通穴開口径φ２０μｍ、Ｌ４＝２０μｍ、Ｌ３＝４０μｍであった。すなわち、穴下近傍の電気供給層２の露出長さは４０μｍであった。
【０１９６】
この実施例では、貫通穴８の穴底近傍側面からのめっき成長が、底面からのめっき成長よりも速いために、穴下にボイドが発生してしまった。
【０１９７】
図２−ｄに示すこの実施例の半導体装置をヒートサイクル信頼性試験にかけて評価したところ、１０００サイクルに至らず、断線不良が発生した。
【０１９８】
貫通穴内での電界分布は穴上ほど強くなり、めっきは成長しやすくなるが、底面から半径以下の距離範囲内であれば、底面との電界分布の差はほとんど無く、ボイドも発生せず問題ないことが実施例２により確認された。
【０１９９】
上記実施例２及び上記他の実施例においては、貫通穴８底面の電気供給層２が一部形成されていないため、導電層５が露出しているが、導電層５の露出面をＡｕ層で形成することでめっき液やマイグレーションなどによる腐食を防ぐことができる。
【実施例３】
【０２００】
図３−ａは、本発明の望ましい範囲での実施形態３に係る実施例３の半導体装置の模式的断面図である。
【０２０１】
貫通穴８の底面の電気供給層２が絶縁層３の間から長さｄ１に対応する面積だけ露出した図である。
【０２０２】
貫通穴開口径φ２０μｍ、底面部直径２０μｍ、露出部直径１０μｍであることから、ｄ１に対応する面積＝約７８．５μｍ２、ｄ２に対応する面積＝約３１４μｍ２である。
【０２０３】
図３−ｂは、貫通穴８底面への電気供給層２の一部露出方法を図示したものである。
【０２０４】
レジスト９を貫通穴開口径より小さい開口径にオーバーハング形成することで、底面の絶縁層３を一部除去した。
以上の工程を経た結果、ボイドの無い貫通電極が形成された。  
【０２０５】
本実施例３の半導体装置をヒートサイクル信頼性試験にかけて評価したところ、１０００サイクルまで断線不良などの不具合を発生することはなく、良好な結果を得た。
【産業上の利用可能性】
【０２０６】
高アスペクト、微小径の穴埋めメッキをボイドを発生させずに行うことができ、インクジェット高速印字ヘッドの製造等に有効に利用することができる。
【符号の説明】
【０２０７】
１  半導体基板
２  電気供給層
３  絶縁層
４  導電部材
５  導電層
６  ＳｉＯ２熱酸化膜
７  レジスト
８  貫通穴
９  レジスト
１０  パリレン絶縁層
１１  ボイド
【図１−ａ】
2014187297.tif 000003
【図１−ｂ】
2014187297.tif 000004
【図１−ｃ】
2014187297.tif 000005
【図１−ｄ】
2014187297.tif 000006
【図１−ｅ】
2014187297.tif 000007
【図１−ｆ】
2014187297.tif 000008
【図１−ｇ】
2014187297.tif 000009
【図１−ｈ】
2014187297.tif 000010
【図１−ｉ】
2014187297.tif 000011
【図１−ｊ】
2014187297.tif 000012
【図１−ｋ】
2014187297.tif 000013
【図１−ｌ】
2014187297.tif 000014
【図２−ａ】
2014187297.tif 000015
【図２−ｂ】
2014187297.tif 000016
【図２−ｃ】
2014187297.tif 000017
【図２−ｄ】
2014187297.tif 000018
【図３−ａ】
2014187297.tif 000019
【図３−ｂ】
2014187297.tif 000020
【図４】
2014187297.tif 000021