(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
前記光励起電解研磨法により、基板に高アスペクト比の貫通孔を形成し、この貫通孔のサイドブランチが生じた内壁を酸化処理して絶縁層としての酸化膜を形成し、次いで、前記貫通孔に前記溶融金属埋め戻し法により金属を充填することを特徴とする基板の貫通電極形成方法。
【請求項２】
電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
貫通孔内壁に絶縁層としての酸化膜を形成するに際して、貫通孔内壁に形成した酸化膜を一旦除去し、その後再び貫通孔内壁を酸化処理して酸化膜を形成する工程を少なくとも一回有することを特徴とする基板の貫通電極形成方法。
【請求項３】
電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
貫通孔内壁に絶縁層としての酸化膜を形成するに際して、貫通孔内壁に高濃度の不純物拡散を行って、酸化膜の外側に不純物拡散層を形成することを特徴とする基板の貫通電極形成方法。
【請求項４】
貫通電極を有するシリコン等の基板であって、前記貫通電極は、電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法により形成され、サイドブランチが生じた内壁に酸化膜を有する貫通孔と、前記貫通孔に充填された金属よりなり、前記貫通電極は前記基板内に少なくとも１カ所形成されていることを特徴とする貫通電極を有する基板。
【請求項５】
貫通電極を有するシリコン等の基板であって、請求項２の基板の貫通電極形成方法によって貫通電極が形成されたことを特徴とする貫通電極を有する基板。
【請求項６】
貫通電極を有するシリコン等の基板であって、請求項３の基板の貫通電極形成方法によって貫通電極が形成されたことを特徴とする貫通電極を有する基板。
【請求項７】
貫通孔に埋め込まれる金属が、金−錫であることを特徴とする請求項１乃至３記載の貫通電極形成方法。
【請求項８】
貫通孔に埋め込まれる金属が、金−錫であることを特徴とする請求項４乃至６記載の貫通電極を有する基板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明に属する技術分野】
この発明は、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法と、当該方法により形成された貫通電極を少なくとも１ヶ所有する基板、および当該基板を用いたデバイスに関し、例えば、シリコンＩＣチップを積層して高密度実装する際のシリコン基板に貫通電極を形成する場合のように、高アスペクト比の貫通電極を必要とする場合に好適に適用できる基板の貫通電極形成方法と、貫通電極を有するシリコン等の基板、および当該基板をベースにした電子デバイスや光デバイスなどの各種デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、シリコン基板に表裏を貫通する貫通電極を形成する方法としては、異方性エッチングを行なった後、酸化膜を形成し、半田で導通を取る方法が提案されている。この場合、図１１に示すように、異方性エッチングでシリコン基板１に形成した貫通孔２は、基板厚さに対する開口部の面積が大きなものとなる。３は酸化膜、４は半田を示す。
また、シリコン基板に貫通電極を形成する、ＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ  −  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いて貫通孔を形成し、貫通孔内壁を金属メッキして貫通電極を形成する方法も提案されてる。
【０００３】
一方、シリコン基板に高アスペクト比（孔深さに対する開口部面積）の貫通孔を形成する技術として、光励起電解研磨法（Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，  Ｖｏｌ．１３７，Ｎｏ．２，ｐｐ６５３−６５９参照）が知られている。この光励起電解研磨法の詳細は後述する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の異方性エッチング・半田の方法では、エッチング形状に制約があり、シリコン基板１の厚さに対する貫通孔の開口部の面積が大きくなるので、高アスペクト比の貫通電極を形成することはできず、シリコンＩＣチップの高密度実装を行なおうとする場合における、シリコン基板への貫通電極の形成には向かない。
【０００５】
また、ＩＣＰ−ＲＩＥ・金属メッキの方法では、反応ガスやメッキ液が貫通孔内の奥深くまで進入できないので、やはり、高アスペクト比の貫通電極を形成することは困難である。
【０００６】
また、光励起電解研磨法により形成した貫通孔の形状では、サイドブランチ等が生じるため平坦な壁面が得られない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高アスペクト比の貫通電極を形成することが可能であり、また、貫通電極が形成される貫通孔の内壁を平坦にできる基板の貫通電極形成方法および貫通電極を有する基板を提供することを目的とする。
【０００８】
上記課題を解決する本発明は、電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
前記光励起電解研磨法により、基板に高アスペクト比の貫通孔を形成し、この貫通孔のサイドブランチが生じた内壁を酸化処理して絶縁層としての酸化膜を形成し、次いで、前記貫通孔に前記溶融金属埋め戻し法により金属を充填することを特徴とする。
【０００９】
請求項２は、電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
貫通孔内壁に絶縁層としての酸化膜を形成するに際して、貫通孔内壁に形成した酸化膜を一旦除去し、その後再び貫通孔内壁を酸化処理して酸化膜を形成する工程を少なくとも一回有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３は、電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法、及び、微細空間が形成された基板の雰囲気圧を減圧し、減圧状態を保ったまま、前記基板を溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記微細空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことで、微細空間に金属を充填する溶融金属埋め戻し法とを用いて、シリコン基板等の基板に貫通電極を形成する貫通電極形成方法であって、
貫通孔内壁に絶縁層としての酸化膜を形成するに際して、貫通孔内壁に高濃度の不純物拡散を行って、酸化膜の外側に不純物拡散層を形成することを特徴とする。
請求項７は、請求項１乃至３記載の貫通電極形成方法において、貫通孔に埋め込まれる金属が、金−錫であることを特徴とする。
【００１１】
請求項４は、貫通電極を有するシリコン等の基板であって、前記貫通電極は、電解液中に、凹所を形成した基板と前記凹所側の面に対向する陰極電極とを浸漬し、前記基板の凹所と反対側の面に光を照射しつつ、基板と陰極電極との間に電流を流して、前記凹所位置を選択的にエッチングする光励起電解研磨法により形成され、サイドブランチが生じた内壁に酸化膜を有する貫通孔と、前記貫通孔に充填された金属よりなり、前記貫通電極は前記基板内に少なくとも１カ所形成されていることを特徴とする。
請求項５は、貫通電極を有するシリコン等の基板であって、請求項２の基板の貫通電極形成方法によって貫通電極が形成されたことを特徴とする。
請求項６は、貫通電極を有するシリコン等の基板であって、請求項３の基板の貫通電極形成方法によって貫通電極が形成されたことを特徴とする。
請求項８は、請求項４乃至６記載の貫通電極を有する基板において、貫通孔に埋め込まれる金属が、金−錫であることを特徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０を参照して説明する。
この実施形態は、例えば、シリコンＩＣチップを積層して高密度実装する際のシリコン基板に貫通電極を形成する場合を想定している。
▲１▼まず、図１（イ）に示すように、シリコン基板１１に、ＫＯＨ等のエッチング液を用いた異方性エッチングによりＶ形凹所（この例は四角錐状の凹所）１１ａを形成する。
【００１３】
▲２▼次いで、前記シリコン基板１１のＶ形凹所１１ａの位置に、光励起電解研磨法により図１（ロ）のように貫通孔１２を形成する。
光励起電解研磨法による貫通孔１２の形成の原理を図２に示した光励起電解研磨装置１０および図３を参照して説明する。前記のように表面１１ｂに予めＫＯＨによりＶ形凹所１１ａを形成したｎ型のシリコン基板１１を、電解槽１８内のＨＦ溶液からなる電解液１３に浸漬し、このシリコン基板１１の前記Ｖ形凹所１１ａに対応する裏面１１ｃに赤外線フィルタ１７を通して光（光源を１４で示す）を照射しつつ、陽極とした前記シリコン基板１１と陰極電極１５との間に電流（直流電源を１６で示す）を流すと、シリコン基板１１の前記Ｖ形凹所位置が選択的にエッチングされ、このＶ形凹所位置に貫通孔１２が形成される。選択的にエッチングされる原理を説明すると、図３に示すように、ｎ型のシリコン基板２の裏面に光１４ａを照射すると、その光照射による励起でシリコン基板２の裏面で少数キャリア（正孔）が生成され、その少数キャリアが表面側の四角錐状のＶ形凹所１１ａの先端に集中することにより、Ｖ形凹所１１ａの先端のみが電気化学的にエッチングされ、そのエッチングが進行して貫通孔が形成される。
この光励起電解研磨法による貫通孔１２の形成の具体的な実施例としては、例えば、５０℃、２．５ｗｔ％のＨＦエッチング液中にて、光の照度６ｍＷ／ｃｍ２、印加電流０．１ｍＡ、印加時間２４時間で研磨を行い、例えば直径１５μｍ、深さ４００μｍの貫通孔を形成する。
【００１４】
次いで、前記貫通孔１２の内壁を酸化して、図１（ハ）に示すように、絶縁層としての酸化膜２１を形成する。
酸化膜２１の形成は、例えば熱酸化法により形成することができる。熱酸化の具体的な実施例としては、例えば、１１００℃、２０００ｃｃ／ｍｉｎ．のスチームを流したウェット雰囲気に３時間曝して、酸化膜２１を形成する。
【００１５】
なお、絶縁層として酸化膜２１を形成する場合、光励起電解研磨法で設けた貫通孔の内壁はサイドブランチ等が生じて平坦な内壁面が得られないので、一旦形成した酸化膜２１を除去し、再度酸化して酸化膜を形成することが望ましい。これにより、貫通孔１２の内壁面を平坦化でき、良好な貫通電極を形成できる。
なお、酸化膜除去は、ＢＯＥ（バッファードフッ酸）等により貫通孔１２内の酸化膜を選択的にエッチングすることで行うことができる。
また、場合によっては、前記酸化膜除去と酸化膜再形成の工程を複数回繰り返すと、貫通孔１２の内壁面を一層平坦化することができる。
【００１６】
また、酸化膜を形成する際に、高濃度の不純物拡散を行い、それによって形成される層（不純物拡散槽）をシールド層として用いることができる。図４に不純物拡散により形成した不純物拡散層を２２で示す。シールド層の形成により、ノイズを抑制できる。拡散させる不純物としては、例えば、ｎ型シリコン基板の場合、ボロン等のｐ型層を形成する物質を拡散させるとよい。
また、不純物拡散は例えば熱拡散法により行なうことができる。この熱拡散法によれば、不純物拡散層２２の上の絶縁層（酸化膜２１）の形成も同時に行なうことができるので、能率的である。熱拡散による不純物拡散の具体的な実施例としては、例えばｎ型シリコン基板にボロンを拡散する場合、固相ないしは気相の不純源を用い、９５０℃、１時間、窒素雰囲気でボロンガラスをデポジションした後、１，１００℃、ウェット酸化雰囲気、３時間ドライブインを行うと、例えば、２μｍ程度の高濃度Ｐ＋＋層（不純物拡散層２２）が形成される。
【００１７】
次いで、溶融金属埋め戻し法により、図１（ニ）に示すように貫通孔１２内に金属２３を充填する。溶融金属埋め戻し法とは、被加工対象となるシリコン基板（ワーク）に形成された微細孔などの微細空間に金属を充填する方法であって、まず、金属を充填しようとするワークの雰囲気圧を減圧し、次いで減圧状態を保ったまま、前記ワークを溶融金属に挿入し、次いで前記溶融金属の雰囲気圧を加圧して、金属挿入前後における雰囲気圧差により前記空間に溶融金属を充填し、次いでワークを溶融金属槽から引き上げて冷やすことを特徴とする方法である。ここで、充填する金属としては、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、あるいは金−錫の共晶半田など比較的融点が低く、蒸気圧の低い金属を用いるとよいが、特にそれらに限定されない。
この溶融金属埋め戻しの具体的な実施例としては、例えば図５のような溶融金属充填装置３０を使用して、例えば１０−３Ｐａ（パスカル）程度の減圧雰囲気中で、貫通孔１２をあけたシリコン基板１１をワークとして、例えば３００℃の溶融すずに浸漬し、その後、大気圧下に雰囲気を戻すことで高アスペクト比の貫通孔１２内に錫を充填させる。
【００１８】
前記溶融金属充填装置３０は、ヒータ４４付きの溶融金属槽４３を配置した真空チャンバー３１と、これにシャッター３５で開閉可能な開口部３６で連通するバッファ用真空チャンバー３７とを持ち、シリコン基板１１を把持するワーク固定用アーム４７を蓋５０に取り付けている。両チャンバー３１、３７は、真空ポンプ装置３４に吸引管３３または真空粗引き用吸引管３８を介して接続され、また、図示略の窒素ボンベに窒素導入管３９、４０を介して接続されている。
【００１９】
上記の金属充填装置３０でシリコン基板１１の貫通孔１２に金属を充填する作業手順を説明すると、蓋５０を閉じワーク固定用アーム４７で把持したシリコン基板１１をバッファ用真空チャンバー３７内に位置させた状態で、バッファ用真空チャンバー３７内部を真空ポンプ装置３４により真空粗引きする。次いで、シャッター３５を開く（なお、真空チャンバー３１は先に減圧しておく）。次いで、真空ポンプ装置３４で、真空チャンバー１１およびバッファ用真空チャンバー１７の内部を真空吸引し、真空圧１０−２〜１０−３Ｐａ程度まで減圧する。
次いで、ヒータ４４で加熱して溶融金属槽４３内の金属を溶融させ、溶融金属２３内にシリコン基板１１を挿入する。シリコン基板１１が溶融金属２３と同じ温度に達した後、真空チャンバー１１およびバッファ用真空チャンバー１７内に窒素ボンベからの窒素を導入して、内部を２〜５×１０５Ｐａ（２〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）程度まで加圧する。この加圧により、溶融金属２３が高アスペクト比の貫通孔１２内に充填される。
その後、シリコン基板１１を溶融金属槽４３から引き上げ、真空チャンバー３１の外に取り出して、室温にて空冷する。これにより、シリコン基板１１の貫通孔１２への金属充填作業が終了する。
【００２０】
なお、貫通孔１２の内壁面に絶縁層（酸化膜）を形成する方法としては、前述の熱酸化法に限らず、例えばＳｉＯ２系皮膜形成用塗布液等の液相により、低温条件下で形成することも考えられる。この方法は、既にシリコン基板１１上に回路等が形成されている場合、それらに熱による影響を及ぼさないので、有利になる。
【００２１】
本発明は、シリコンＩＣチップの積層高密度実装（３次元実装）に適用して好適である。
図７は、シリコンＩＣチップ（シリコン基板）の積層体を示す横断面図である。図中７１は、光励起電解研磨法により２箇所の貫通電極７２が形成されたシリコンＩＣチップであり、該シリコンＩＣチップ７１は、ベース基板７３上に、上下の位置を合わせて３枚積層されている。
シリコンＩＣチップ７１は、例えば、同一ウエハから切り出された同一回路パターンを有し、ウエハ表面から見た場合において、各チップ内の同一位置に貫通電極７２と回路パターン（図示せず）が形成され、これらの貫通電極７２は、上下端を合わせて接続されている。
すなはち、電極下端に設けられた半田バンプ７４と、相手側チップ上の貫通電極上端が接続され、これらチップの貫通電極７２は、シリコン製ベース基板７３に形成された貫通電極７２と位置合わせ接続される。
この結果、ベース基板とシリコンＩＣチップを貫通する共通電極が形成され、該共通電極の下端の半田ボール７０は、図示しないベース基板の配線回路と接続される。
ただし、敢えて貫通電極の上下位置を揃えないような設計をする場合には、一方のチップ下部の半田バンプを、他方のチップ上部の配線パターン（貫通電極と導通する他方のチップ上に形成された電極層）と接続する事も可能である。
以上のように、高アスペクト比の貫通電極が形成された何枚かのＩＣチップを任意位置に位置決めして重ね合わせ接続することにより、複数層に積み上げられ実装密度の向上した３次元ＩＣデバイスを作ることが可能である。なお、貫通電極の数は２本には限定されず、これは他の実施例においても同様である。
【００２２】
図８は、本発明の他の実施例であり、インターポーザを用いたＩＣチップのチップサイズ実装を示す。
図中８１は、光励起電解研磨法により形成された２ヶ所の貫通電極８２を有するシリコン製のインターポーザ（シリコン基板）あり、該インターポーザ上には、例えばフェースダウンされたＩＣチップ８３が搭載されている。
ＩＣチップ表面の電極８４は、インタポーザ表面の導電層８５を介して貫通電極８２へ接続され、該インターポーザ下面においては、貫通電極８２下端に形成された半田ボール８６が、マザーボード（ベース基板）８０上の配線パターンと接続されている。
従来、インタポーザを用いたチップ実装では、マザーボードとの接続に制約が多く、配線密度にも限界があったが、本実施例では、高アスペクト比の貫通電極を複数形成することにより、インタポーザの配線パターン設計の制約が少なくなり、実装構造（あるいはパッケージ構造）を簡略化することができる。
さらに、インターポーザの素材としてシリコンを用いているため、ＩＣチップと熱膨張係数の整合性が良好になり、他のセラミック製のものに比較して、マザーボードへ実装する際にチップが受ける熱応力歪みが少なく、また、シリコンの熱伝達効率が比較的優れているため、チップの発生熱を逃がし易いという利点が得られる。さらに、一般に普及しているシリコン精密加工技術が使えるため表面配線パターンの精密化が可能という利点も得られる。
【００２３】
図９（Ａ）は、本発明の他の実施例であり、貫通電極を有するイメージセンサを示す。
図中、９１はイメージセンサチップ９０内の光電素子エリアであり、９２は光励起電解研磨法によりシリコン基板９３に形成された高アスペクト比の貫通電極である。該貫通電極９２は、イメージセンサの能動領域（光電変換素子が形成された光電素子エリア）９１の外側でチップ端部に形成され、その上端がチップ表面の電極層を介して能動領域９１へ接続されている。また、下端は半田ボール９４等を介して図示しないマザーボード表面の配線パターンと接続されている。
【００２４】
図９（Ｂ）は、ワイヤ接続方式のイメージセンサを示す。
本図では、イメージセンサはチップの素子エリアと同一面に、該素子エリアに導通する比較的面積の大きなワイヤボンドパッド９５を形成し、ボンディングワイヤ９６により外部のリードフレーム等と接続している。
また、金線（ワイヤ）接続時に発生する熱等の影響を軽減するため、ワイヤボンドパッドとイメージエリアは有る程度離隔する必要があり、以上の理由から、チップ表面に占めるイメージエリアの面積には制約がある。
【００２５】
これに対して、本発明では、高アスペクト比の貫通電極上端が、導電層９７を介して光電素子エリア９１と接続されており、貫通電極下端の半田ボール９４により外部と接続されるから、イメージエリアと同一面へのワイヤボンディングパッドが不要となる。従って、イメージセンサのチップ面積に占める素子エリアを大きくすることができるから、イメージセンサを小型化、あるいは限られた大きさのチップ内に広い面積の素子エリアを確保することができる。また、ワイヤボンディングが不要であるから、ベース基板への表面実装が容易となりイメージチップ実装基板の小型と薄型化、並びに製造コストの削減を計ることができる。
【００２６】
図１０は、本発明の他の実施例であり、高アスペクト比の貫通電極が形成された光回路素子（光トランスミッタ）の横断面図を示す。
図中１００は、光励起電解研磨法により形成された４ヶ所の貫通電極１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ（他の１ヶ所は図示せず）を有する精密加工されたシリコン製のプラットフォーム（シリコン基板）、１０１は、光ファイバ１０６を位置決め固定するＶ溝、１０２は面実装型ＬＤ（レーザダイオード）１０３の一方の電極面が接続される頂面が導電層１０２Ａをなす断面台形状の突部、１０４はモニタ用ＰＤ（ホトダイオード）１０５の片側電極面に接続される凹底部が導電層１０４Ａをなす逆台形状の凹部である。
該突部１０２と該凹部１０４の下部には、導電層１０２Ａ、導電層１０４Ａと導通する貫通電極１０１Ａと１０１Ｂが形成され、これら貫通電極１０１Ａ、１０１Ｂの下端部は半田バンプ（パッド）を形成して、図示せぬ外部回路と接続される。一方、他の２ヶ所の貫通電極１０１Ｃ（１ヶ所は図示せず）は、プラットフォーム表面１００Ａ上の２ヶ所の電極パッド１１０（１ヶ所は図示せず）に接続され、これら電極パッドから導出する２本のボンディングワイヤ（金線）１０９Ａ、１０９ＢがＬＤ１０３、ＰＤ１０５の他の片側電極面に接続される。
更に具体的には、金線１０９ＡはＬＤ１０３上の片側電極に直接ボンディングされ、金線１０９Ｂは素子電極に直接接続されるのではなく、プラットフォーム上にメッキされた導電層１０４Ａの延出部と接続される。
プラットフォーム１００の下部では、これら貫通電極の下端が半田ボール１１１などを介して実装基板に表面実装される。
【００２７】
次に、これら光デバイスの並び方向は、光ファイバ１０６の軸心１０７と一致するように光軸が合わされており、ＬＤ１０３の出射光が光ファイバへ入射し、ＰＤ１０５がＬＤ出力をモニタする。
この実施例によれば、光素子下部の各導電層１０２Ａ、１０４Ａが貫通電極１０１Ａ、１０１Ｂを介して外部回路と導通しているために、プラットフォーム表面上の配線パターンの形成が簡略化される。
また、ワイヤ（金線）ボンディングは、プラットフォーム内の電極パッド１１０から光素子間だけであるから、光素子と外部リードフレームを接続するのに比較してワイヤ長が短くなり接続が容易となる。
従って、光デバイス全体が小型化するのみならず、接続工数を経らすことができるため製品コストを低下させることができる利点がある。
なお、上記プラットフォームの形状を変更して、光ファイバからの外部入射光を受光用ＰＤで受けるような構成とすれば、光レシーバを構成することができる。また、光ファイバを２本（ｖ溝を２本）として、プラットフォームを加工して同一プラットフォーム上に、光トランスミッタと光レシーバを作り付ければ、光トランシーバが構成できる。
【００２８】
以上説明したように、本発明は、高アスペクト比の貫通電極を各種素子に形成することができ、また、汎用的なシリコン精密加工技術の利用が可能であるから、各種素子、デバイスの精密化、小型化、ならびに実装密度の向上を計ることができる。
また、煩雑でコスト高となるワイヤボンド等の工程を省略できるから、製品コストを低下させることも可能となる。
なお、本発明はシリコン基板に貫通電極を形成する場合が主であるが、シリコン以外の素材による基板に貫通電極を形成することも考えられる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、例えば光励起電解研磨法により基板に高アスペクト比の貫通孔を形成し、この貫通孔の内壁を酸化処理して絶縁層としての酸化膜を形成し、次いで、前記貫通孔に溶融金属埋め戻し法により金属を充填して、貫通電極を形成するので、高アスペクト比の貫通電極を容易に得ることができる。これにより、例えばシリコンＩＣチップを積層した高密度実装の半導体パッケージや光デバイスを実現すること等が容易になる。
【００３０】
請求項２のように、貫通孔内壁に形成した酸化膜を一旦除去した後、再酸化して酸化膜を形成すれば、貫通孔内壁を平坦化することができ、良好な貫通電極を形成できる。
【００３１】
請求項３のように、貫通孔内壁に高濃度の不純物拡散を行って、酸化膜の外側に不純物拡散層を形成すれば、この不純物拡散層をシールド層として利用でき、ノイズの抑制に有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の基板の貫通電極形成方法を工程に分けて説明する模式図であり、（イ）はシリコン基板にＶ形凹所を形成した段階、（ロ）は光励起電解研磨法で貫通孔をあけた段階、（ハ）は貫通孔内壁に酸化膜を形成した段階、（ニ）は貫通孔に金属を充填して貫通電極を形成した段階を示す。
【図２】本発明実施形態の貫通電極形成方法において、貫通孔の形成に用いる光励起電解研磨装置の模式図である。
【図３】上記の光励起電解研磨法で、Ｖ形凹所に選択的なエッチングが行なわれる原理を説明する図である。
【図４】図１（ハ）の酸化膜の形成に際して、不純物拡散を行なってシールド層（不純物拡散）を形成した状態を示す模式図である。
【図５】本発明実施形態の貫通電極形成方法において、貫通孔への金属充填に用いる金属充填装置の要部の一部切り欠き正面図である。
【図６】上述の貫通電極形成方法で実際にシリコン基板に貫通電極を形成した実施例を示すもので、シリコン基板の貫通電極部分の断面の顕微鏡写真のスケッチである。
【図７】シリコンＩＣチップ（シリコン基板）の積層体の横断面図である。
【図８】本発明の他の実施例を示すもので、インターポーザを用いたＩＣチップのチップサイズ実装を示す図である。
【図９】（Ａ）は本発明のさらに他の実施例を示すもので、貫通電極を有するイメージセンサの断面図、（Ｂ）はワイヤ接続方式のイメージセンサを示す断面図である。
【図１０】本発明のさらに他の実施例を示すもので、高アスペクト比の貫通電極が形成された光回路素子（光トランスミッタ）の横断面図である。
【図１１】従来の異方性エッチング・半田の方法でシリコン基板に貫通電極の形成した場合における貫通電極部分の模式的な断面図である。
【符号の説明】
１０  光励起電解研磨装置
１１  シリコン基板
１１ａ  Ｖ形凹所
１１ｂ  シリコン基板の表面
１１ｃ  シリコン基板の裏面
１２  貫通孔
１３  電解液
１４  光源
１５  陰極電極
２１  酸化膜
２２  不純物拡散層（シールド層）
２３  充填金属（溶融金属も同じ符号で示す）
３０  金属充填装置
３１  真空チャンバー
３７  バッファ用真空チャンバー
３４  真空吸引装置
４３  溶融金属槽
４４  ヒータ
７０  半田ボール
７１  シリコンＩＣチップ
７２  貫通電極
７３  ベース基板
７４  半田バンプ
８０  マザーボード（ベース基板）
８１  シリコン製のインターポーザ（シリコン基板）
８２  貫通電極
８３  ＩＣチップ
８４  電極
８５  導電層
８６  半田ボール
９０  イメージセンサチップ
９１  光電素子エリア（イメージセンサの能動領域）
９２  貫通電極
９３  シリコン基板
９４  半田ボール
９７  導電層
１００  シリコン製のプラットフォーム（シリコン基板）
１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ  貫通電極
１０１  Ｖ溝
１０１Ａ、１０１Ｂ  貫通電極
１０１Ｃ  貫通電極
１０２  突部
１０２Ａ  導電層
１０３  面実装型ＬＤ（レーザーダイオード）
１０４  逆台形状の凹部
１０４Ａ  導電層
１０５  ＰＤ（ホトダイオード）
１０６  光ファイバ
１０７  軸心
１０９Ａ、１０９Ｂ  ボンディングワイヤ（金線）
１１０  電極パッド
１１１  半田ボール
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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