(57)【要約】 【課題】  導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成するとともに、低コストで貫通電極を形成する方法を提供する。【解決手段】  非貫通孔を有する基板に、導電性を有し、非貫通孔の容積よりも小量の体積の導電材料を、基板の厚み方向一方側の表面部に供給して、非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の空間の圧力を非貫通孔の圧力よりも高くし、非貫通孔内外の差圧によって、導電材料を非貫通孔に充填する充填操作を、非貫通孔が導電材料で満たされるまで繰返し導電材料を充填し、基板の他方の面を、導電材料が外方に露出するまで後退させることによって、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成する。【選択図】      図１
2006294814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に、厚み方向一方側の表面部で開口し、厚み方向他方側の表面部で塞がれる非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
非貫通孔における基板の内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
導電性を有し、非貫通孔の容積よりも小量の体積の導電材料を、基板の厚み方向一方側の表面部に供給して、非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の空間の圧力を非貫通孔の圧力よりも高くし、非貫通孔内外の差圧によって、導電材料を非貫通孔に充填する充填操作を、非貫通孔が導電材料で満たされるまで繰返す導電材料充填工程と、
基板の他方の面を、導電材料が外方に露出するまで後退させる貫通孔形成工程とを含む貫通電極の形成方法。
【請求項２】
導電材料充填工程では、各充填操作における非貫通孔内外の差圧は、導電材料充填工程全体を通してみたとき、後の充填操作になるにつれて小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１記載の貫通電極の形成方法。
【請求項３】
導電材料充填工程で実行される各充填操作のうち少なくとも１回の充填操作における非貫通孔内外の差圧は、前回の充填操作における非貫通孔内外の差圧よりも大きくなるように設定されることを特徴とする請求項１または２記載の貫通電極の形成方法。
【請求項４】
導電材料充填工程では、大気圧よりも小さい気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給して非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の気圧を大気圧に戻すことによって、導電材料を非貫通孔に充填することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の貫通電極の形成方法。
【請求項５】
最初の充填操作では、２ｋＰａ以下の気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給し、最後の充填操作では、７ｋＰａ以上の気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給することを特徴とする請求項４記載の貫通電極の形成方法。
【請求項６】
導電材料充填工程では、各充填操作における基板の厚み方向一方側の表面部への導電材料量の供給量が、導電材料充填工程全体を通してみたとき、前の充填操作になるにつれて小さくなるように設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の貫通電極の形成方法。
【請求項７】
導電材料充填工程では、孔板印刷を用いて基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給することを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の貫通電極の形成方法。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の貫通電極の形成方法を用いる半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板に貫通電極を形成する方法およびそれを用いる半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの電子機器の小型化に伴って、電子機器に積層型半導体モジュールが用いられる。積層型半導体モジュールは、半導体装置を積層して構成される。積層型半導体モジュールでは、積層される各半導体装置を電気的に接続する必要がある。各半導体装置を電気的に接続するために、たとえば各半導体装置を形成する半導体基板に、貫通電極を形成する。
【０００３】
図６は、貫通電極が形成された半導体基板６１の断面図である。半導体基板６１は、シリコンウェハから成り、半導体基板６１の厚み方向に貫通する貫通孔が形成される。半導体基板６１の表面部および貫通孔における内壁には、シリコン酸化膜から成る絶縁膜６２が形成される。貫通電極６３は、半導体基板６１の厚み方向に貫通する貫通孔に導電材料を充填し、導電材料が硬化することによって形成される。導電材料は、導電性を有する金属と、反応性希釈剤とを含む。
【０００４】
図７は、配線と貫通電極とが設けられた半導体基板６１の断面図である。図６に示す貫通電極６３が形成された半導体基板６１の貫通電極６３に、導電性を有するキャップ配線６６を半導体基板６１の表面部側から接するように設ける。このようなキャップ配線６６と貫通電極６３とが設けられた半導体基板６１によって形成される半導体装置を積層して、積層型半導モジュールを構成することができる。
【０００５】
図８は、第１の従来の技術を用いて半導体基板６１に貫通電極６３を形成する方法を説明するための図である。第１の従来の技術では、半導体基板６１の貫通電極６３は次のような手順で形成される。まず、図８（ａ）に示すように、半導体基板６１に厚み方向一方側の表面部で開口し、厚み方向他方側の表面部で塞がれる非貫通孔６４を形成する。次に図８（ｂ）に示すように、非貫通孔６４における半導体基板６１の内壁に絶縁膜６２を形成した後、非貫通孔６４に導電材料を充填し、導電材料を硬化させ埋め込み電極６５を形成する。その後、半導体基板６１の厚み方向他方側の表面部を機械研削することによって、図８（ｃ）に示すように、埋め込み電極６５を半導体基板６１の厚み方向両方の表面部から半導体基板６１の外方に露出させ、半導体基板６１に貫通電極６３を形成する。
【０００６】
ここで、導電材料を非貫通孔６４に充填するときに、第１の従来の技術では、真空雰囲気下で、半導体基板６１の表面部に塗布した導電材料を、スキージによって非貫通孔６４の開口部を塞ぐように、半導体基板６１の表面部に印刷する。次に前記真空雰囲気を大気圧雰囲気に調整することによって、非貫通孔６４内の圧力と非貫通孔６４外方の圧力との間に差圧を生じさせ、非貫通孔６４内外の差圧によって、導電材料を非貫通孔６４に充填する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、第２の従来の技術として、第１の従来の技術と類似の技術を用いた貫通電極の形成方法がある。図９は、第２の従来の技術の導電材料の非貫通孔への充填操作を示すフローチャートである。ステップＢ１では、半導体基板の厚み方向の一方の表面部で開口し、厚み方向他方の面で塞がれる非貫通孔を形成する。ステップＢ２では、非貫通孔における半導体基板の内壁に絶縁膜を形成する。ステップＢ３では、半導体基板の表面部に、導電材料を塗布する。ステップＢ４では、半導体基板の表面部に塗布された導電材料を真空雰囲気下で半導体基板の表面部に印刷して、非貫通孔の開口部を導電材料によって塞ぐ。ステップＢ５では、前記真空雰囲気を大気圧雰囲気に戻すことによって、導電材料を非貫通孔内に充填する。ステップＢ６では、大気圧下でさらにスキージを用いて導電材料を表面部に印刷し、印刷のときに生じる印圧によって、非貫通孔に導電材料を充填する。ステップＢ７で充填を完了し、充填操作を終了する。非貫通孔に充填した導電材料を硬化させることによって、埋め込み電極を形成し、貫通電極を形成する（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
またさらに、第３の従来の技術として、第１および第２の従来の技術と同様に、差圧によって導電材料を非貫通孔内に充填した後に、さらに無電解めっき法によって液状の導電性物質を非貫通孔内に充填し、埋め込み電極を形成し、貫通電極を形成する方法がある（たとえば、特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１２７０８７号公報
【特許文献２】特開２００３−２５７８９１号公報
【特許文献３】特許第３３９７６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
第１および第２の従来の技術では、一度に非貫通孔の容積と同量またはそれ以上の量の導電材料を非貫通孔に充填する。したがって、非貫通孔内の底部まで導電材料が充填されないことがある。導電材料が非貫通孔の底部まで充填されずに、導電材料が硬化して、貫通電極が形成されると、貫通電極内に空隙が形成される。内部に空隙が形成された貫通電極は、均一に導電材料が充填されて形成された貫通電極と比較すると抵抗値が高くなる。このように導電性にばらつきがある貫通電極を用いて、半導体装置を電気的に接続して積層型半導体装置を形成すると、積層型半導体装置の歩留まりが低下するという問題がある。
【００１１】
さらに、第１および第２の従来の技術において、非貫通孔の容積と同量またはそれ以上の量の導電材料を、非貫通孔の底部まで充填するために、非貫通孔内外の差圧を大きくして、非貫通孔に充填するので、導電材料が半導体基板６１の非貫通孔開口部周囲の表面部に広がり易くなる。半導体基板の表面部に導電材料が広がると、半導体基板６１の表面部に導電材料に含まれる反応性希釈剤の滲みが生じる。反応性希釈剤の滲みが表面部に生じた半導体基板を用いて、半導体チップを積層すると半導体装置の歩留まりが低下するという問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に記載の方法は、液状の導電性物質を無電解めっき法によって、貫通電極内に形成された空隙に液状の導電性物質を充填する方法であるが、新たな導電性を有する物質の使用を必要とするとともに、工程数の増加となり、コストが増加するという問題がある。
【００１３】
本発明の目的は、非貫通孔に空隙を形成することなく導電材料を充填し、導電材料の基板表面部での広がりを防止して、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成するとともに、低コストで貫通電極を形成する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、基板に、厚み方向一方側の表面部で開口し、厚み方向他方側の表面部で塞がれる非貫通孔を形成する非貫通孔形成工程と、
非貫通孔における基板の内壁に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
導電性を有し、非貫通孔の容積よりも小量の体積の導電材料を、基板の厚み方向一方側の表面部に供給して、非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の空間の圧力を非貫通孔の圧力よりも高くし、非貫通孔内外の差圧によって、導電材料を非貫通孔に充填する充填操作を、非貫通孔が導電材料で満たされるまで繰返す導電材料充填工程と、
基板の他方の面を、導電材料が外方に露出するまで後退させる貫通孔形成工程とを含む貫通電極の形成方法である。
【００１５】
本発明に従えば、基板に、厚み方向一方側の表面部で開口し、厚み方向他方側の表面部で塞がれる非貫通孔を形成し、非貫通孔における基板の内壁に絶縁膜を形成する。その後、導電性を有し、非貫通孔の容積よりも小量の体積の導電材料を、基板の厚み方向一方側の表面部に供給して、非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の空間の圧力を非貫通孔の圧力よりも高くし、非貫通孔内外の差圧によって、導電材料を非貫通孔に充填する。このような充填操作を、非貫通孔が導電材料で満たされるまで繰返す。非貫通孔に導電材料が満たされると、基板の他方の面を、導電材料が外方に露出するまで後退させ貫通孔を形成して、基板に貫通電極を形成することができる。
【００１６】
このように、一度の充填操作で非貫通孔に充填する導電材料の体積は、非貫通孔の容積よりも小量なので、非貫通孔の底部まで、または前回の充填操作までに非貫通孔に充填した導電材料における非貫通孔の開口部側の表面部まで、確実に導電材料を充填することができる。したがって、導電材料が既に充填された非貫通孔において空隙が形成されることを防ぐことができるので、導電材料が硬化して形成される貫通電極に空隙が形成されることを防ぐことができる。また、導電材料の充填操作は複数回繰り返されるので、前回までの充填操作において、導電材料が既に充填された非貫通孔において、万一空隙が形成されていた場合であっても、前回よりも後の充填操作の非貫通孔内外の差圧によって、前回までに形成された前記空隙を縮小または消滅させることができる。したがって、均一な密度で非貫通孔に導電材料を充填することができるので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００１７】
また本発明は、導電材料充填工程では、各充填操作における非貫通孔内外の差圧は、導電材料充填工程全体を通してみたとき、後の充填操作になるにつれて小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、導電材料充填工程全体を通してみたとき、後の充填操作になるにつれて、非貫通孔内外の差圧が小さくなるように設定されている。したがって、最初の充填操作における非貫通孔内外の差圧と同一の差圧または、その差圧より大きな差圧を各充填操作において調整する場合と比較して、差圧の調整時間を短縮することができ、また充填操作における作業が容易になる。
【００１９】
また本発明は、導電材料充填工程で実行される各充填操作のうち少なくとも１回の充填操作における非貫通孔内外の差圧は、前回の充填操作における非貫通孔内外の差圧よりも大きくなるように設定されることを特徴とする。
【００２０】
本発明に従えば、少なくとも１回は、充填操作における非貫通孔内外の差圧が、前回充填操作における非貫通孔内外の差圧よりも大きくなるように設定されている。このように前回の差圧よりも、大きな差圧によって新たに導電材料を充填する。したがって、前回の充填操作までに、導電材料が既に充填された非貫通孔内に、万一空隙が形成された場合であっても、形成された空隙を確実に消滅または縮小することができるので、非貫通孔に均一な密度で導電材料を充填することができ、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００２１】
また本発明は、導電材料充填工程では、大気圧よりも小さい気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給して非貫通孔の開口部を塞ぎ、非貫通孔外の気圧を大気圧に戻すことによって、導電材料を非貫通孔に充填することを特徴とする。
【００２２】
本発明に従えば、非貫通孔外の気圧を大気圧に戻すことによって、導電材料を非貫通孔内に充填するので、充填操作において基板の表面部に導電材料を供給するときに、基板の周囲雰囲気の圧力を下げ、導電材料を非貫通孔に充填するときは基板の周囲雰囲気を大気圧に開放するだけでよい。したがって、基板表面部への導電材料の供給時および非貫通孔への充填時に基板の周囲雰囲気の圧力を調整する場合と比較して、導電材料を非貫通孔に充填する作業が容易になる。
【００２３】
また本発明は、最初の充填操作では、２ｋＰａ以下の気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給し、最後の充填操作では、７ｋＰａ以上の気圧に調整される雰囲気下で、基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、導電材料充填工程における最初の充填操作では、非貫通孔内の圧力は２ｋＰａ以下であって、非貫通孔外の空間の圧力は大気圧であるので、大気圧と非貫通孔内の圧力との差圧によって導電材料を非貫通孔の底部まで確実に充填することができる。したがって、非貫通孔の底部まで均一な密度で導電材料が充填されるので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。非貫通孔内の圧力が２ｋＰａよりも大きい場合は、導電材料が充填された非貫通孔に空隙が形成される。
【００２５】
また、最終回の充填操作では、非貫通孔内の圧力は７ｋＰａ以上であって、非貫通孔外の圧力が大気圧なので、導電材料を非貫通孔に充填するときに、基板の表面部付近に広がることを防ぐことができる。非貫通孔内の圧力が７ｋＰａより小さい場合は、導電材料を非貫通孔に充填するときに、導電材料が半導体基板１の表面部に広がる。
【００２６】
また本発明は、導電材料充填工程では、各充填操作における基板の厚み方向一方側の表面部への導電材料量の供給量が、導電材料充填工程全体を通してみたとき、前の充填操作になるにつれて小さくなるように設定されることを特徴とする。
【００２７】
導電材料充填工程では、各充填操作における基板の厚み方向一方側の表面部への導電材料量の供給量が、導電材料充填工程全体を通してみたとき、前の充填操作になるにつれて小さくなるように設定される。
【００２８】
本発明に従えば、導電材料未充填の非貫通孔内の容積が導電材料充填工程全体のうち最も大きい最初の充填操作のときに、基板の表面部の導電材料の供給量を最も小さくして、非貫通孔に導電材料を充填する。したがって、確実に非貫通孔の底部まで導電材料を充填することができるので、均一な密度で導電材料を非貫通孔に充填することができる。したがって、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００２９】
また本発明は、導電材料充填工程では、孔板印刷を用いて基板の厚み方向一方側の表面部に導電材料を供給することを特徴とする。
【００３０】
本発明に従えば、孔板印刷法を用いて導電材料を供給するので、低コストで導電材料を基板の表面部に供給することができる。したがって、貫通電極を基板に形成するためのコストを削減することができる。
【００３１】
また本発明は、前記貫通電極の形成方法を用いる半導体装置の製造方法である。
本発明に従えば、非貫通孔に均一な密度で導電材料も充填することによって、半導体基板１に貫通電極を形成し、その半導体基板１を用いて半導体装置を製造するので、製造された半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、均一な密度で非貫通孔に導電材料を充填することができるので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００３３】
また本発明によれば、電極材料充填工程に要する時間を短縮することができ、また作業が容易になる。
【００３４】
また本発明によれば、導電材料内の空隙を消滅または縮小することができるので、非貫通孔に均一な密度で導電材料を充填することができ、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００３５】
また本発明によれば、基板表面部への導電材料の供給時および非貫通孔への充填時に基板の周囲雰囲気の圧力を調整する場合と比較して、導電材料を非貫通孔内に充填する作業が容易になる。
【００３６】
また本発明によれば、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。また、導電材料が非貫通孔内に充填するときに、基板の表面部付近に広がることを防ぐことができる。
【００３７】
また本発明によれば、非貫通孔に均一な密度で導電材料を充填することができるので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００３８】
また本発明によれば、低コストで導電材料を基板の表面部に供給することができる。したがって、貫通電極を基板に形成するためのコストを削減することができる。
【００３９】
また本発明によれば、非貫通孔に均一な密度で導電材料を充填することによって、半導体基板１に貫通電極を形成し、その半導体基板１を用いて半導体装置を製造するので、製造された半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
図１は、本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法を示すフローチャートである。図２は、本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程の概要を示す図である。図３は、本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程を詳細に示す図である。図４は、本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程のチャンバ内の雰囲気の圧力の推移を示すグラフである。図２においては、図面が煩雑になるのを防ぐため、レジストマスクおよび表面電極は省略する。
【００４１】
半導体装置は、半導体基板１と、半導体基板１の厚み方向一方側の表面部（以下「主面部」という場合がある。）に形成される回路層とを含む。半導体基板１は、たとえばシリコン（Ｓｉ）から成る直径８インチのウェハを用いて形成される。回路層は、たとえば素子と、表面電極１２とを含んで形成される。半導体装置を積層して積層型半導体装置を形成する場合、たとえば積層される各半導体装置を電気的に接続する貫通電極が使用される。貫通電極は、銀、金、銅、錫などを含んで形成される電極であって、半導体基板１の厚み方向に貫通するように、半導体装置に設けられる。以下に本実施の形態における貫通電極の形成方法を説明する。
【００４２】
本実施の形態における、貫通電極の形成方法は、非貫通孔形成工程と、絶縁膜形成工程と、導電材料充填工程と、貫通孔形成工程とを含む。非貫通孔形成は、たとえば非貫通孔形成作業を行う。絶縁膜形成工程は、たとえば絶縁膜形成作業を行う。導電材料充填工程は、たとえば充填作業を行う。貫通孔形成工程は、たとえば貫通孔形成作業を行う。本実施の形態では、導電材料充填工程における非貫通孔２への導電材料６の充填は、たとえば厚み方向に貫通する孔１０が形成された印刷マスク４とスキージ５とを有する印刷機を用いる孔版印刷法によって行う。
【００４３】
本実施の形態では、まず半導体基板１に図示しない回路層を形成し、貫通電極を形成するための準備が完了すると、ステップＡ１に進み貫通電極の形成を開始する。
【００４４】
ステップＡ１では、半導体基板１に非貫通孔２を形成する非貫通孔形成作業を行う。ステップＡ１では、半導体基板１の主面部７で開口し、主面部７とは反対側の表面部である裏面部８で塞がれる非貫通孔２を形成する。非貫通孔２は、たとえばＤＲＩＥ（Deep-
Reactive Ion Etching）法によって形成される。非貫通孔２は、たとえばレジストマスク１１の開口位置である半導体基板１の主面部７の表面電極１２の内方面で開口するように形成される。本実施の形態で、形成される非貫通孔２の寸法は、たとえば孔径Ｄが７５μｍであって、主面部７から非貫通孔２の底面部１３までの深さＬは、１５０μｍである。非貫通孔２の形状は、たとえば略円柱状である。本発明において略円柱状は、円柱形状を含む。半導体基板１にこのような非貫通孔２を形成するとステップＡ２に進む。
【００４５】
ステップＡ２では、非貫通孔２における半導体基板１の内壁部を覆うように絶縁膜３を形成する、絶縁膜形成作業を行う。ステップＡ２では、絶縁膜３の形成は、たとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、孔版印刷法またはスプレー法などによって、シリコン酸化膜またはシリコン窒化膜などの絶縁膜３を非貫通孔２における半導体基板１の内壁部の全面にわたって形成する。絶縁膜３を形成するとステップＡ３に進む。
【００４６】
ステップＡ３では、導電材料６を印刷マスク４の表面に塗布する導電材料塗布作業を行う。ステップＡ３では、圧力調整可能なチャンバ内の、印刷機のステージに、半導体基板１を裏面部８がステージに臨むように載置して、ステージに吸引固定する。さらに非貫通孔２の開口部９の中心と、印刷マスク４の孔１０の中心とが略一致するように位置合わせする。本実施の形態では、たとえば印刷マスク４として、０．０５ｍｍの厚さを有するＳＵＳ版に０．０１ｍｍの厚さでニッケルめっきを施した孔版を用いる。印刷マスク４の半導体基板１の主面部７に臨む面とは反対側の表面に導電材料６を塗布する。本実施の形態では、導電材料６は、たとえば反応性希釈剤と銀とを含む、粘度１００ｐａ・ｓｅｃの導電ペーストを用いる。導電材料６を印刷マスク４の表面で脱泡すると、ステップＡ４に進む。
【００４７】
ステップＡ４では、チャンバ内の雰囲気を予め定める第１作業圧力に調整する第１作業圧力調整作業を行う。チャンバ内の雰囲気を第１作業圧力に調整すると、ステップＡ５に進む。
【００４８】
ステップＡ５では、導電材料６を半導体基板１の主面部７に孔版印刷法によって供給する印刷作業を行う。ステップＡ５では、第１作業圧力に調整されたチャンバ内で孔版印刷法によって、非貫通孔２の容積よりも小さい体積の導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給する。本実施の形態では、スキージ５を印刷マスク４の表面で、摺接移動させることによって、図２（ａ）に示すように、導電材料６を印刷マスク４の孔１０に移動させ導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給する。このとき、印刷マスク４の孔１０の中心と非貫通孔２の開口部９の中心は、位置合わせされているので、図３（ａ）に示すように、開口部９の周縁に設けられている表面電極１２とレジストマスク１１に接触するように、半導体基板１の主面部７に供給される。また半導体基板１の主面部７に供給された導電材料６は、表面張力によって、非貫通孔２の開口部９を塞ぐ。印刷作業が終了するとステップＡ６に進む。
【００４９】
ステップＡ６では、チャンバ内の雰囲気を前記ステップＡ４で調整した第１作業圧力よりも大きい圧力である第２作業圧力に調整する第２作業圧力調整作業を行う。ステップＡ６で、チャンバ内の雰囲気を第１作業圧力よりも大きい圧力である第２作業圧力に調整すると、非貫通孔２は開口部９が導電材料６で塞がれているので、非貫通孔２内外に差圧が生じる。非貫通孔２内は、第２作業圧力よりも小さい圧力なので、図２（ｂ）に示すように導電材料６が非貫通孔２内外の差圧によって、非貫通孔２に充填される。ステップＡ６で、チャンバ内の雰囲気を第２作業圧力に調整し、非貫通孔２内にステップＡ５で半導体基板１の主面部７に供給した導電材料６を非貫通孔２に充填するとステップＡ７に進む。
【００５０】
ステップＡ７では、ステップＡ４〜Ａ６までの作業である充填操作が予め定める回数、たとえばｎ（ｎは２以上の整数）回繰り返されたか否かを判断する。図２（ｃ）で示すように、ｎ回目のステップＡ５によって、半導体基板１の主面部７に導電材料６が供給され、ｎ回目の充填操作が完了して図２（ｄ）に示すように、非貫通孔２が導電材料６で満たされている場合は、ステップＡ８に進む。また、充填操作がｎ回未満である場合は、充填操作を繰り返す。複数回充填を行って非貫通孔２に導電材料を満たすまでの作業を、充填作業と称する場合がある。
【００５１】
充填作業における各充填操作の第１作業圧力と第２作業圧力とは、最初に充填操作を開始してから、予め定める回数充填操作を行って、非貫通孔２内に導電材料６を満たすまでの充填作業を通してみたとき、後の充填操作になるにつれて、第１作業圧力と、第２作業圧力との圧力差を小さくなるように調整する。たとえば、図４（ａ）に示すように、充填操作の繰り返しの回数をｎ（ｎは２以上の整数）回としたとき、２回目の充填操作と最後の充填操作であるｎ回目の充填操作との間のｉ回目の充填操作における第２作業圧力Ｐｉ［２］と第１作業圧力Ｐｉ［１］との圧力差ΔＰｉと、ｉ回目より後の充填操作であって、ｎ回目以前の充填操作であるｊ回目の充填操作における第２作業圧力Ｐｊ［２］と第１作業圧力Ｐｊ［１］との圧力差ΔＰｊと比較したとき、ΔＰｊがΔＰｉよりも小さくなるように調整する。また、２回目の充填操作と最後の充填操作であるｎ回目の充填操作との間の任意のｓ回目の充填操作における第２作業圧力Ｐｓ［２］と第１作業圧力Ｐｓ［１］との圧力差ΔＰｓと、ｓ−１回目の第２作業圧力Ｐ（ｓ−１）［２］と第１の作業圧力Ｐ（ｓ−１）［１］との圧力差ΔＰ（ｓ−１）と比較したとき、ΔＰｓがΔＰ（ｓ−１）以下となるように調整する。
【００５２】
また、最初の充填操作におけるステップＡ５での印刷作業によって、半導体基板１の表面部８に供給される導電材料６の体積Ｖ１は、充填作業全体を通して半導体基板１に供給される導電材料の全体積Ｖｍを充填作業の回数ｎで除した体積Ｖｍ／ｎよりも小さくなるように調整する。半導体基板１の主面部７に供給される導電材料の供給量の調整は、たとえば印刷マスク４の表面で摺接移動するスキージ５の移動速度によって調整される。導電材料６は粘性を有しているので、スキージ５の移動速度が大きいと、スキージ５の移動速度が小さい場合と比較して、印刷マスク４の孔１０に移動する導電材料の体積を小さくすることができ、半導体基板１の表面部に供給される導電材料６の体積が小さくなる。また、スキージ５の移動速度が小さい場合は、スキージ５の移動速度が大きい場合と比較して、半導体基板１の主面部７に供給される導電材料６の体積が大きくなる。
【００５３】
本実施の形態では、充填操作の繰り返しの回数を３回とする。各充填操作における第１作業圧力は、たとえば最初の充填操作の第１作業圧力を２ｋＰａ以下に調整する。また、たとえば２回目充填操作の第１作業圧力を２ｋＰａよりも大きく１０ｋＰａ未満に調整する。また、たとえば最後の充填操作の第１作業圧力を７ｋＰａ以上１０ｋＰａ未満に調整する。本実施の形態では、図４（ｂ）に示すように、各充填操作における第１作業圧力は、最初の充填操作では、０．５ｋＰａに調整し、２回目の充填操作では５ｋＰａに調整し、最後の充填操作では７ｋＰａに調整する。また、第２作業圧力は、チャンバ内の雰囲気を大気圧に調整する。すなわち、本実施の形態では、充填作業におけるステップＡ６での第２作業圧力調整作業は、第１作業圧力を大気圧に開放する。
【００５４】
また、本実施の形態では、ステップＡ５における印刷作業でのスキージ５の移動速度をたとえば、２０ｍｍ／ｓｅｃと、３０ｍｍ／ｓｅｃとに設定する。スキージ５の移動速度を３０ｍｍ／ｓｅｃに設定すると、非貫通孔２に充填される導電材料６の体積は、印刷マスク４の孔１０の容積の半分の体積となる。本実施の形態では、スキージ５の移動速度を、最初の充填操作では３０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給する。次にステップＡ６における非貫通孔２内外の差圧によって図３（ｂ）に示すように導電材料６を非貫通孔２に充填する。２回目の充填操作では、ステップＡ５におけるスキージ５の移動速度を２０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、図３（ｃ）に示すように最初の充填操作で供給される導電材料６よりも大きい体積の導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給する。次にステップＡ６における非貫通孔２内外の差圧によって図３（ｄ）に示すように導電材料６を非貫通孔２に充填する。最後の充填操作である３回目の充填操作では、ステップＡ５におけるスキージ５の移動速度を３０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、最初の充填操作で供給される導電材料６と同じ体積の導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給する。次にステップＡ６における非貫通孔２内外の差圧によって図３（ｅ）に示すように、導電材料６を非貫通孔２に充填する。
【００５５】
ステップＡ８では、導電材料６で非貫通孔２が満たされて、非貫通孔２への導電材料６の充填作業が完了する。充填作業が完了し、導電材料６を硬化させるとステップＡ９に進む。
【００５６】
ステップＡ９では、キャップ金属を形成するキャップ金属形成作業を行う。ステップＡ９では、半導体基板１の主面部７に形成されているレジストマスク１１を剥離し、開口部９側の導電材料６の露出面に金属を付着させ、図示しないキャップ金属層を形成する。キャップ金属層の形成は、たとえばスパッタ法によってアルミなどの金属を付着させることによって行う。さらにレジストを形成しウェットエッチング法によって必要箇所以外の金属層を除去し、キャップ金属層を形成する。キャップ金属層が形成されるとステップＡ１０に進む。
【００５７】
ステップＡ１０では、半導体基板１の裏面部８を研削し、導電材料６を半導体基板１の裏面部８から露出させる貫通孔形成作業を行う。ステップＡ１０では、たとえば機械研削などによって、半導体基板１の裏面部８を主面部７側に後退させ導電材料６を裏面部８側から半導体基板１の外方に露出させる。本実施の形態では、非貫通孔２の深さＤが１５０μｍなので、たとえば半導体基板１の厚みが１００μｍになるように研削する。研削が終了するとステップＡ１１に進む。
【００５８】
ステップＡ１１では、裏面部８を加工する裏面部加工作業を行う。ステップＡ１１では、導電材料６が主面部７および裏面部８側から露出した半導体基板１の裏面部８に裏面絶縁膜を形成し、裏面配線、裏面バンプを形成する裏面加工作業を施す。ステップＡ１１が終了すると貫通電極が半導体基板１に形成された半導体装置を形成することができる。
【００５９】
表１は、本件発明者が本実施の形態の貫通電極の形成方法における最初の充填操作について、ステップＡ４におけるチャンバ内の第１作業圧力を変化させて、ステップＡ６で導電材料６充填後に非貫通孔２における導電材料６の充填部分の空隙（以下「ボイド」という場合がある）の形成の有無を観察した結果である。なお、前述したようにステップＡ５におけるスキージ５の移動速度は、３０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ステップＡ６ではチャンバ内の雰囲気を大気圧に開放した。
【００６０】
【表１】
2006294814.tif 000003
【００６１】
表１に示すように、チャンバ内の雰囲気が２ｋＰａより大きい場合は、非貫通孔２にボイドが発生することがある。本実施の形態の最初の充填操作では、ステップＡ４におけるチャンバ内の雰囲気が０．５ｋＰａに調整されるので、確実にボイドの形成を防ぐことができる。
【００６２】
表２は、本件発明者が本実施の形態の貫通電極の形成方法における２回目の充填操作について、ステップＡ４におけるチャンバ内の第１作業圧力を変化させて、ステップＡ６での非貫通孔２におけるボイドの形成と、およびレジストマスク１１への導電材料６の希釈剤の広がりによる滲みの形成の有無を観察した結果である。なお、前述したようにステップＡ５におけるスキージ５の移動速度は、２０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ステップＡ６ではチャンバ内の雰囲気を大気圧に開放した。
【００６３】
【表２】
2006294814.tif 000004
【００６４】
表２に示すように、ステップＡ４におけるチャンバ内の雰囲気は、５ｋＰａ前後であると非貫通孔２にボイドが形成されることなくまた、レジストマスクに反応性希釈剤の滲みが形成されることなく、導電材料６を非貫通孔２に充填することができる。１０ｋＰａ以上であると導電材料６の充填時に非貫通孔２にボイドが形成され、２ｋＰａ以下であるとレジストマスク１１に、導電材料６に含まれる反応性希釈剤の滲みが形成される。本実施の形態の２回目の充填操作では、５ｋＰａであるので確実にボイドの形成を防ぐことができ、滲みを防ぐことができる。
【００６５】
表３は、本件発明者が本実施の形態の貫通電極の形成方法における最後の充填操作である３回目の充填操作について、ステップＡ４におけるチャンバ内の第１作業圧力を変化させて、ステップＡ６での非貫通孔２のボイドの形成およびレジストマスク１１への導電材料６の滲みの有無を観察した結果である。なお、前述したようにステップＡ５におけるスキージ５の移動速度は、３０ｍｍ／ｓｅｃに設定し、ステップＡ６ではチャンバ内の雰囲気を大気圧に開放した。
【００６６】
【表３】
2006294814.tif 000005
【００６７】
表３に示すように、ステップＡ４におけるチャンバ内の雰囲気が、１０ｋＰａ未満であると非貫通孔２にボイドが形成されることなく、レジストマスク１１に反応性希釈剤の滲みが形成されることがない。チャンバ内の雰囲気の圧力が、１０ｋＰａ以上であると導電材料６の充填時に非貫通孔２にボイドが形成され、２ｋＰａ以下であるとレジストマスクに、導電材料に含まれる反応性希釈剤の滲みが形成される。本実施の形態の最後の充填操作では、チャンバ内の圧力は、７ｋＰａであるので、確実にボイドの形成を防ぐことができ、希釈剤のレジストマスク１１への滲みを防ぐことができる。
【００６８】
図５は、最初の充填操作で半導体基板１の表面部に供給された導電材料の体積の違いによる非貫通孔における導電材料の充填状態の差異を説明するための図である。図５において、図２および図３と同一の構成には、同一の参照符号を付し説明を省略する。
【００６９】
図５（ａ）に示すように、非貫通孔２の開口部９を塞ぐ導電材料６の体積が大きい場合は、ステップＡ６で非貫通孔２の内外に生じる差圧によって導電材料６が充填されるときの、非貫通孔２に導電材料６が進入する速度が小さくなる。したがって、図５（ｂ）に示すように、非貫通孔２の底面部１３まで導電材料６が充填されないので、非貫通孔２の底面部１３と、導電材料６の非貫通孔２の底面部１３に臨む面との間にボイド１４が形成される。また、図５（ｃ）に示すように、非貫通孔２の開口部９を塞ぐ導電材料６の体積が小さい場合は、ステップＡ６で非貫通孔２の内外に生じる差圧によって導電材料６が充填されるときの、非貫通孔２に導電材料６が進入する速度が大きくなる。したがって、図５（ｄ）に示すように、非貫通孔２の底面部１３まで導電材料６が充填され、非貫通孔２の底面部１３と、導電材料６の非貫通孔２の底面部１３に臨む面との間のボイド１４の形成を防ぐことができる。
【００７０】
表４は、本件発明者が本実施の形態の最初の充填操作について、ステップＡ４での第１作業圧力を２ｋＰａに調整し、ステップＡ５でのスキージ５の移動速度を変化させて、ステップＡ６での第２作業圧力を大気圧に調整した場合における、導電材料６が充填された非貫通孔２におけるボイドの形成の有無を観察した結果である。
【００７１】
【表４】
2006294814.tif 000006
【００７２】
本件発明者は、最初の充填操作で非貫通孔２の開口部９を塞ぐように供給される導電材料６の体積が大きいと、導電材料６の体積が小さい場合と比較して、導電材料６の非貫通孔２へ進入する速度が小さくなることを見出した。導電材料６が進入する速度が小さくなると、導電材料６は粘性を有するので、非貫通孔２の底面部１３と、導電材料６の非貫通孔２の底面部１３に臨む面との間の雰囲気気体の体積を収縮することができず、ボイド１４が形成される。表４に示すように、ステップＡ５での印刷作業時のスキージ５の速度が３０ｍｍ／ｓｅｃ以上の速さであれば、非貫通孔２の底面部１３まで導電材料６が進入し、非貫通孔２の底面部１３と、導電材料６の非貫通孔２の底面部１３に臨む面との間のボイドの形成を防ぐことができる。本実施の形態では、最初の充填操作におけるステップＡ４での第１作業圧力が０．５ｋＰａに調整され、ステップＡ５でのスキージの移動速度は、３０ｍｍ／ｓｅｃに設定され、ステップＡ６での第１作業圧力を大気圧に開放している。したがって、非貫通孔２の底面部１３までボイドが形成されることなく導電材料６が充填される。
【００７３】
本実施の形態の貫通電極の形成方法によれば、一度の充填操作で非貫通孔２に充填する導電材料６の体積は、非貫通孔２の容積よりも小さいので、非貫通孔２の底面部１３まで、または前回の充填操作までに非貫通孔２に充填した導電材料６における非貫通孔２の開口部９側の表面まで、確実に導電材料６を充填することができる。したがって、非貫通孔２にボイドが形成されることを防ぐことができるので、導電材料６が硬化して形成される貫通電極内に空隙が形成されることを防ぐことができる。
【００７４】
また、導電材料６の充填操作は複数回繰り返されるので、前回までの充填操作において、万一非貫通孔２にボイドが形成されていた場合であっても、前回よりも後の充填操作の非貫通孔２内外の差圧によって、前回までに形成された前記空隙を縮小または消滅させることができる。したがって、均一な密度で非貫通孔２に導電材料６を充填することができるので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００７５】
本実施の形態の貫通電極の形成方法によれば、導電材料充填工程全体を通してみたとき、第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差が、後の充填操作になるにつれて、小さくなるように設定されている。したがって、最初の充填操作における第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差と同一の圧力差または、その圧力差より大きな圧力差を各充填操作において調整する場合と比較して、チャンバ内の雰囲気の圧力調整時間を短縮することができ、また充填操作における作業が容易になる。
【００７６】
本実施の形態の貫通電極の形成方法によれば、第２圧力調整作業において、チャンバ内の雰囲気を大気圧に開放するだけでよい、したがって、第２作業圧力調整作業において圧力を調整する場合と比較して、第２作業圧力調整作業にかかる時間を短縮することができる。
【００７７】
本実施の形態の貫通電極の形成方法によれば、導電材料充填工程における最初の充填操作では、非貫通孔２内の圧力は２ｋＰａ以下であって、非貫通孔２外の圧力は大気圧であるので、大気圧と非貫通孔２内の圧力との差圧によって導電材料６を非貫通孔２の底面部１３まで確実に充填することができる。底面部まで均一な密度で導電材料６を充填することによって貫通電極を形成するので、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。非貫通孔２内の圧力が２ｋＰａよりも大きい場合は、導電材料６が充填された非貫通孔内２に空隙が形成される。
【００７８】
また、最終回の充填操作では、非貫通孔内の圧力は７ｋＰａ以上１０ｋＰａ未満であって、非貫通孔外の圧力が大気圧なので、導電材料６を非貫通孔２に充填するときに、半導体基板１の主面部７に形成されるレジストマスク１１に広がることを防ぐことができる。非貫通孔２内の圧力が７ｋＰａより小さい場合は、導電材料６を非貫通孔２内に充填するときに、導電材料６が半導体基板１の主面部７に形成されるレジストマスク１１に広がり、滲みが形成される。１０ｋＰａ以上であれば非貫通孔２にボイド１４が形成される。
【００７９】
本実施の形態によれば、導電材料未充填の非貫通孔２の容積が導電材料充填工程全体のうち最も大きい最初の充填操作のときに、導電材料６の供給量を最も小さくして、非貫通孔２に導電材料６を充填する。したがって、確実に非貫通孔２の底面部１３まで導電材料６を充填することができるので、均一な密度で導電材料６を非貫通孔２に充填することができる。したがって、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００８０】
本実施の形態によれば、孔板印刷法を用いて導電材料６を供給するので、低コストで導電材料６を半導体基板１の主面部７に供給することができる。したがって、貫通電極を半導体基板に形成するためのコストを削減することができる。
【００８１】
本実施の形態によれば、非貫通孔２に均一な密度で導電材料が充填し、半導体基板１に貫通電極を形成し、その半導体基板１によって形成される半導体装置を製造するので、製造された半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
【００８２】
本実施の形態の貫通電極の形成方法によって貫通電極が設けられた半導体装置は、厚さ１００μｍの半導体基板１によって形成されているので、この半導体装置を積層し、積層型半導体装置を形成すると積層型半導体装置を小型化することができる。したがって、積層型半導体装置を搭載した電子機器を小型化することができる。
【００８３】
本発明の実施の他の形態として、たとえば、導電材料充填工程における各充填操作の第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差を、導電材料充填工程全体を通してみたとき、後の充填操作になるにつれて小さくなるように設定してもよい。
【００８４】
最初の充填操作における第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差と同一の圧力差または、その圧力差より大きな圧力差を各充填操作において調整する場合と比較して、第１作業圧力と第２作業圧力との調整時間を短縮することができ、また充填操作における作業が容易になる。
【００８５】
本発明の実施のさらに他の形態として、導電材料充填工程で複数回繰返される各充填操作のうち少なくとも１回の充填操作における第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差を、前回の充填操作における第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差よりも大きくなるように調整してもよい。
【００８６】
このように導電材料充填工程における第１作業圧力と第２作業圧力との圧力差を調整することによって、前回の充填操作までに、万一非貫通孔２にボイドが形成された場合であっても、形成された空隙を確実に消滅または縮小することができるので、非貫通孔２に均一な密度で導電材料６を充填することができ、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００８７】
本発明の実施のさらに他の形態として、各充填操作における半導体基板１の主面部７への導電材料量の供給量が、導電材料充填工程全体を通してみたとき、前の充填操作になるにつれて小さくなるように設定してもよい。
【００８８】
このように導電材料の供給量を設定することによって、導電材料未充填の非貫通孔２内の容積が導電材料充填工程全体のうち最も大きい最初の充填操作のときに、半導体基板１の主面部７への導電材料６の供給量を最も小さくして、非貫通孔２に導電材料６を充填する。したがって、確実に非貫通孔２の底部１３まで導電材料６を充填することができるので、均一な密度で導電材料６を非貫通孔２に充填することができる。したがって、導電性にばらつきのない貫通電極を安定して形成することができる。
【００８９】
本発明の実施のさらに他の形態として、孔板印刷法の代わりにディスペンス法を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法を示すフローチャートである。
【図２】本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程を詳細に示す図である。
【図４】本発明の実施の一形態である貫通電極の形成方法における充填工程のチャンバ内の雰囲気の圧力の推移を示すグラフである。
【図５】最初の充填操作で半導体基板の表面部に供給された導電材料の体積の違いによる非貫通孔における導電材料の充填状態の差異を説明するための図である。
【図６】貫通電極が形成された半導体基板の断面図である。
【図７】配線と貫通電極とが設けられた半導体基板の断面図である。
【図８】第１の従来の技術を用いて半導体基板に貫通電極を形成する方法を説明するための図である。
【図９】第２の従来の技術の導電材料の非貫通孔への充填操作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００９１】
１  半導体基板
２  非貫通孔
３  絶縁膜
４  印刷マスク
５  スキージ
６  導電材料
７  主面部
８  裏面部
【図１】
2006294814.tif 000007
【図２】
2006294814.tif 000008
【図３】
2006294814.tif 000009
【図４】
2006294814.tif 000010
【図５】
2006294814.tif 000011
【図６】
2006294814.tif 000012
【図７】
2006294814.tif 000013
【図８】
2006294814.tif 000014
【図９】
2006294814.tif 000015