(57)【要約】【課題】貫通配線の端部に電極を形成された電極部の構造において、その電極部における断線を防止する。【解決手段】基板１２に上下に貫通した貫通孔１６を設け、貫通孔１６内に貫通電極１５を設ける。貫通電極１５は基板１２の上面から曲面状に突出させる。基板１２の上面を絶縁膜１８で覆い、貫通電極１５に対応させて絶縁膜１８にコンタクト孔１９をあける。コンタクト孔１９の開口径は貫通電極１５の断面直径よりも小さく、貫通電極１５の上面の周囲はコンタクト孔１９により覆われる。コンタクト孔１９の開口縁における貫通電極１５の基板上面からの突出長Ｄｐは、絶縁膜１８の膜厚Ｄdielよりも大きくない。しかも、貫通電極１５の頂部の基板上面からの突出長（最大突出長）をＤtsvとすると、この突出長Ｄtsvは、      ０≦Ｄtsv≦Ｄdiel＋Ｄp  （Ｄp ＞ ０）となるように調整されている。【選択図】図１０
2011187771.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けた貫通孔内に貫通電極を形成し、前記基板の表面を研削・研磨し、その表面を絶縁膜により覆うとともに前記貫通電極の端面に対応させて前記絶縁膜にコンタクト孔を開口し、前記絶縁膜の上に電極を形成するとともに前記コンタクト孔を通して前記電極を前記貫通電極の端面に形成した電極部の構造において、
前記貫通電極の端面を、前記基板の表面から引っ込まないように形成し、
前記貫通電極の端面を、前記コンタクト孔の開口縁において前記基板の表面から測った前記貫通電極の突出長Ｄｐが前記絶縁膜の膜厚Ｄdiel以下となり、かつ、前記基板の表面から測った前記貫通電極の頂部の突出長をＤtsvとしたとき、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp
ただし、Ｄp ＞ ０
を満たすように形成したことを特徴とする電極部の構造。
【請求項２】
前記電極の厚さが、前記絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴とする、請求項１に記載の電極部の構造。
【請求項３】
前記貫通電極の端面が、湾曲面によって構成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極部の構造。
【請求項４】
前記貫通電極の端面全体を前記絶縁膜の前記開口から露出させたことを特徴とする、請求項１に記載の電極部の構造。
【請求項５】
前記絶縁膜の前記開口が、前記貫通電極の外周より内側に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の電極部の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電極部の構造に係り、具体的には、貫通配線の端部に電極を形成された電極部の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１及び図２は貫通配線の端部に電極を形成された電極構造物の一例を示す概略斜視図及びその断面図である。この電極構造物１１Ａは、基板１２の上面に電極１３が形成され、基板１２の下面に電極１４が形成され、基板１２内を貫通した貫通電極１５によって基板１２の上面と下面に位置する電極１３と電極１４が電気的に接続されたものである。
【０００３】
すなわち、図１及び図２に示すように、基板１２の上面から下面にかけて貫通孔１６が開口されており、貫通孔１６の内周面は孔内絶縁膜１７で覆われ、孔内絶縁膜１７を介して貫通孔１６内には貫通電極１５が形成されている。基板１２の上面及び下面は絶縁膜１８で覆われている。上面の絶縁膜１８の上には電極１３が形成され、電極１３は絶縁膜１８のコンタクト孔１９を通して貫通電極１５の上端面に接続している。下面の絶縁膜１８の下には電極１４が設けられており、電極１４の上面は貫通電極１５の下面に接続している。また、下面の電極１４は、はんだ等の接合材２８によって配線基板２０のパターン配線２７と接合している。
【０００４】
この電極構造物１１Ａは、たとえば図３や図４に示すように、電極１３を他の部材に接合される。図３は、はんだ等の接合材２１を用いて電極１３を回路基板２２の配線パッドに接合した場合を示す。また、図４は、基板１２の両面に形成された電極１３と電極１４を貫通電極１５で接続した電極構造物１１Ａと、基板１２の両面に形成された電極１３どうしを貫通電極１５で接続した電極構造物１１Ｂとを表しており、電極構造物１１Ａの電極１３と電極構造物１１Ｂの電極１３とを接合材２１で接合して電極構造物どうしを積層している。
【０００５】
このような電極構造物１１Ａ又は１１Ｂにおける電極部は、図５（ａ）〜（ｄ）に示すような工程で作製される。まず、図５（ａ）に示すように、Ｓｉ等からなる基板１２に凹部１６ａを形成した後、凹部１６ａの内面にＳｉＯ２等からなる孔内絶縁膜１７を形成し、さらに孔内絶縁膜１７で覆われた凹部１６ａ内に導電材料を充填して凹部１６ａ内に貫通電極１５を形成する。
【０００６】
この基板１２を研削することにより貫通電極１５を露出させ、上端面を研磨し、図５（ｂ）に示すように、基板１２の上面に合わせて貫通電極１５の上端面を平らに整える。ついで、図５（ｃ）に示すように、基板１２の上面にＳｉＯ２等によって絶縁膜１８を形成し、貫通電極１５の上端面に合わせて絶縁膜１８にコンタクト孔１９を開口する。この後、貫通電極１５及び絶縁膜１８の上面に電極金属を蒸着やスパッタリング等によって堆積させ、図５（ｄ）に示すように、電極金属層をパターニングして電極１３を形成するとともに電極１３と貫通電極１５を接続させる。
【０００７】
図５（ｂ）の工程は、原理的には、貫通電極１５の端面（露出面）を平らに加工するものである。しかしながら、実際には、貫通電極１５の端面と基板１２の表面との間の段差をサブミクロンオーダー以下に小さくし、貫通電極１５の端面を基板１２の表面に合わせて平坦に加工することは技術的に困難である。
【０００８】
そのため、基板１２から突出した貫通電極１５を化学的機械研磨することによって基板１２の表面と平坦に近づけようとすると、化学的機械研磨を行う際の化学的作用と機械的作用の度合いにより、図６（ａ）のように貫通電極１５と孔内絶縁膜１７との間に溝２６が生じたり、図７（ａ）のように貫通電極１５の端面が皿状に窪んだりすることがある。また、研磨加工時における面内ばらつきのため、ある領域で貫通電極１５の端面を平坦に近づけようとすると、別な領域では図６（ａ）のように貫通電極１５と孔内絶縁膜１７との間に溝２６が生じたり、図７（ａ）のように貫通電極１５の端面が皿状に窪んだりすることがある。
【０００９】
こうして図６（ａ）のように貫通孔１６内において貫通電極１５の周囲に溝２６が生じると、図６（ｂ）のように貫通電極１５を除く領域に絶縁膜１８を形成し、貫通電極１５の端面及びその周囲で絶縁膜１８の上に電極１３を形成したとき、溝２６の存在によって電極１３に断線が生じることがある。このように貫通電極１５の端面に形成された電極１３ａ（１３）と絶縁膜１８の上に形成された電極１３ｂ（１３）との間に断線が生じると、周囲の電極１３ｂを例えば図３のように回路基板２２に接続しても貫通電極１５と回路基板２２とが電気的に接続されず、不良品が発生する。
【００１０】
また、図７（ａ）のように貫通電極１５の端面が皿状に窪むと、図７（ｂ）のように貫通電極１５を除く領域に絶縁膜１８を形成し、貫通電極１５の端面及びその周囲で絶縁膜１８の上に電極１３を形成したとき、貫通電極１５の端面に形成された電極１３ａ（１３）と絶縁膜１８の上に形成された電極１３ｂ（１３）との間に断線が生じることがある。
【００１１】
また、貫通電極１５の端面が窪んでいると、はんだ等の接合材２１を用いて電極１３を回路基板２２などに接合させたとき、図８に示すように、場所によって接合材２１の厚みが大きく変化する。そのため、温度変化等による熱伸縮が発生したとき、接合材２１や回路基板２２、電極１３などの間に生じる内部応力が大きくなり、この接合部分に剥離やクラックが発生しやすくなり、電極１３と回路基板２２との間で断線する恐れがある。
【００１２】
（特許文献１について）
貫通電極の端面を基板の表面と平滑に加工する技術としては、特許文献１に開示されたものがある。特許文献１に記載されている加工方法は、図９に示すように、定盤２３の上に貼られた研磨布２４に、平均砥粒径が８０ｎｍ以下のコロイダルシリカを含んだ研磨剤２５を塗布しておき、その上に基板１２と貫通電極１５の研磨面を接触させ、研磨圧力を所定の圧力に制御することで貫通電極端面と基板表面の段差ｄを−０.５μｍ≦ｄ≦０.５μｍとなるようにポリッシング加工を行うものである。
【００１３】
しかし、断線を防止するためには貫通電極端面と基板表面の段差ｄを−０.５μｍ≦ｄ≦０.５μｍにすればよいという、特許文献１に記載されている条件は単なる経験則に過ぎない。特に、基板１２の上面に絶縁膜１８を形成し、その上から電極１３を形成する場合には、絶縁膜１８の膜厚や電極１３の厚さとの関係によっては、貫通電極端面と基板表面の段差ｄが−０.５μｍ≦ｄ≦０.５μｍという条件を満たす場合でも断線が発生することがあり、またこの条件を満たさない場合でも断線が発生しないことがある。
【００１４】
また、特許文献１のような方法で基板と貫通電極の平坦性を追求する場合には、貫通電極の材料や形状、寸法などによって研磨条件が変化し、試行錯誤的に最適な研磨条件を決定するためには時間とコストが掛かり、電極構造物のコストが高くなるとともに開発時間も長くなる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平７−２８３５３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような技術的課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、貫通配線の端部に電極を形成された電極部の構造において、その電極部における断線を確実に防止することのできる構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る電極部の構造は、基板に設けた貫通孔内に貫通電極を形成し、前記基板の表面を研削・研磨し、その表面を絶縁膜により覆うとともに前記貫通電極の端面に対応させて前記絶縁膜にコンタクト孔を開口し、前記絶縁膜の上に電極を形成するとともに前記コンタクト孔を通して前記電極を前記貫通電極の端面に形成した電極部の構造において、前記貫通電極の端面を、前記基板の表面から引っ込まないように形成し、前記貫通電極の端面を、前記コンタクト孔の開口縁において前記基板の表面から測った前記貫通電極の突出長Ｄｐが前記絶縁膜の膜厚Ｄdiel以下となり、かつ、前記基板の表面から測った前記貫通電極の頂部の突出長をＤtsvとしたとき、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp
ただし、Ｄp ＞ ０
を満たすように形成したことを特徴としている。
【００１８】
本発明にかかる電極部の構造によれば、絶縁膜の膜厚を一定としたときの電極表面の最大段差を最小にすることができ、電極表面の平坦度が向上する。したがって、この接点部を備えた電極構造物を他の回路基板などに実装し、あるいは複数の電極構造物どうしを積層する際、はんだ等の接合材を用いて電極を回路基板の電極パッドに接合させたり、電極どうしを接合させたりするとき、接合材の厚みを均一化させることができる。そのため、温度変化等に伴う熱膨張・収縮により接合材や電極等に生じる内部応力を緩和でき、接合材や電極の剥離やクラックを防止し、電極接合部の断線を防ぐことができる。
【００１９】
本発明に係る電極部の構造のある実施態様は、前記電極の厚さが前記絶縁膜の膜厚よりも厚いことを特徴としている。かかる実施態様によれば、絶縁膜の段差部分などによって電極が断線することがない。
【００２０】
本発明に係る電極部の構造の別な実施態様は、前記貫通電極の端面が湾曲面によって構成されていることを特徴としている。かかる実施態様では、貫通電極の端面を湾曲面にすることができるので、貫通電極の端面を基板研磨によって整えることができ、量産性が向上する。
【００２１】
本発明に係る電極部の構造のさらに別な実施態様は、前記貫通電極の端面全体を前記絶縁膜の前記開口から露出させたことを特徴としている。かかる実施態様によれば、貫通電極の端面と電極との接続面積を最も大きくでき、貫通電極と電極との接続部分の抵抗を小さくできる。
【００２２】
本発明に係る電極部の構造のさらに別な実施態様は、前記絶縁膜の前記開口が、前記貫通電極の外周より内側に形成されていることを特徴としている。かかる実施態様によれば、コンタクト孔を開口する際のばらつきによって基板が絶縁膜から露出するのを防ぐことができ、コンタクト孔を開口する際の要求精度を緩和させることができる。また、この実施態様によれば、貫通電極の突出長Ｄtsvの上限値を大きくすることができるので、貫通電極の突出長Ｄtsvの許容範囲又は調整範囲が広くなり、電極部の設計及び製造が容易になる。
【００２３】
なお、本発明における前記課題を解決するための手段は、以上説明した構成要素を適宜組み合せた特徴を有するものであり、本発明はかかる構成要素の組合せによる多くのバリエーションを可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、電極構造物の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、図２に示す電極構造物の電極を回路基板に接合した様子を示す断面図である。
【図４】図４は、基板の両面に電極を有する電極構造物の両電極のうち一方の電極と図２に示した電極構造物の電極とを接合した様子を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｄ）は、電極構造物に電極部を作製する工程を示す概略断面図である。
【図６】図６（ａ）及び（ｂ）は、研磨によって貫通電極の端面の周囲に溝が生じた場合を示す概略断面図である。
【図７】図７（ａ）及び（ｂ）は、研磨によって貫通電極の端面が皿状に窪んだ場合を示す概略断面図である。
【図８】図８は、図７（ｂ）のように貫通電極の端面が窪んだ場合の不具合を説明するための断面図である。
【図９】図９は、特許文献１に開示された貫通電極の研磨方法を説明するための概略断面図である。
【図１０】図１０は、本発明に係る電極部の構造を示す概略断面図である。
【図１１】図１１は、本発明に係る電極部の製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】図１２は、図１１の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１３】図１３（ａ）は、図１２の工程に続く工程を説明するための断面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１４】図１４は、図１３（ｂ）の工程に続く工程を説明するための断面図である。
【図１５】図１５は、電極部の一形態（形態Ｉ）を示す図である。
【図１６】図１６は、電極部の別な形態（形態II）を示す図である。
【図１７】図１７は、電極部のさらに別な形態（形態III）を示す図である。
【図１８】図１８は、電極部のさらに別な形態（形態IV）を示す図である。
【図１９】図１９は、電極部のさらに別な形態（形態Ｖ）を示す図である。
【図２０】図２０は、電極部のさらに別な形態（形態VI）を示す図である。
【図２１】図２１は、コンタクト孔の縁が傾いている場合の、コンタクト孔の縁における貫通電極の突出長Ｄpの定義を説明するための図である。
【図２２】図２２は、電極の表面の最大段差Ｒmaxと貫通電極の突出長Ｄtsvとの関係を示す図である。
【図２３】図２３（ａ）及び（ｂ）は、本発明の作用効果を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々設計変更することができる。
【００２６】
図１０は、本発明に係る電極部の構造を示す拡大断面図である。この電極部の構造は、例えば図１及び図２に示した電極構造物１１Ａや図４に示した電極構造物１１Ｂなどに用いられる。本発明に係る電極部の構造においては、図１０に示すように、Ｓｉ等からなる基板１２の上面から下面にかけて貫通孔１６が開口されており、貫通孔１６の内周面はＳｉＯ２等からなる孔内絶縁膜１７で覆われ、貫通孔１６内には孔内絶縁膜１７を介してＣｕ、ＡｕＳｎ等の導電材料をめっき等により充填させ貫通電極１５が形成されている。貫通配線は基板１２と貫通電極１５の間に孔内絶縁膜１７とＴｉや窒化膜等のバリアメタル膜が層状に形成されたものも含む。貫通電極１５の端面（上面）は、基板１２の上面と同一面内となるように平坦に形成されているか、あるいは基板１２の上面から突出していてほぼ滑らかな曲面となっている。基板１２の上面はＳｉＯ２等からなる絶縁膜１８で覆われており、絶縁膜１８には貫通孔１６に合わせてコンタクト孔１９が開口されている。コンタクト孔１９の開口径が貫通孔１６の内周面に形成された孔内絶縁膜１７の内径と等しくて、コンタクト孔１９の内周縁が孔内絶縁膜１７の内周面と一致していてもよい。あるいは、コンタクト孔１９の開口径が貫通孔１６の内周面に形成された孔内絶縁膜１７の内径よりも小さくて、絶縁膜１８（コンタクト孔１９の縁の部分）が貫通電極１５の端面に重なっていてもよい。コンタクト孔１９内に露出した貫通電極１５の端面及びその周囲の絶縁膜１８の上にはＡｕやＰｔ等の電極金属からなる電極１３が形成されており、電極１３はコンタクト孔１９を通して貫通電極１５の端面に接続している。なお、貫通電極１５の他方端面（下面）に設けられた１４は、図１及び図２に示した電極構造物１１Ａのようにパターン配線２７につながっていたり、図４に示した電極構造物１１Ｂのように同じく電極１３に接合されていたりする。
【００２７】
また、本発明に係る電極部の構造においては、基板１２の上面を基準とする貫通電極１５の端面頂部の突出長（最大突出量）をＤtsv、基板１２の上面を基準とするコンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長をＤp、絶縁膜１８の膜厚をＤdielとしたとき、
Ｄp ≦ Ｄdiel      …（条件１）
かつ、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp      …（条件２）
を満たすようにしている。ただし、Ｄtsv≧０、Ｄp≧０、Ｄdiel＞０であり、突出長Ｄtsv及びＤpは、貫通電極１５の端面が基板１２の上面よりも突出している場合には Ｄtsv＞０、Ｄp＞０ となり、貫通電極１５の端面が基板１２の上面から引っ込んでいる場合には Ｄtsv＜０、Ｄp＜０ となる。
【００２８】
なお、上記条件１及び２は、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp ≦２×Ｄdiel
という条件式で表すこともできる。
【００２９】
また、電極１３の厚さＤelは、絶縁膜１８の膜厚Ｄdielよりも大きくなっている。すなわち、
Ｄel ＞ Ｄdiel      …（条件３）
となっている。
【００３０】
上記条件１かつ２と条件３を満たすように貫通電極１５を研磨し、あるいは絶縁膜１８や電極１３を形成すれば、電極１３及びその周囲における断線を防止することができる。
【００３１】
（製造方法）
図１１、図１２、図１３（ａ）、（ｂ）及び図１４は、電極構造物１１Ａ及びその電極部の製造工程を示す概略断面図である。図１１の工程では、下面を絶縁膜１８で覆われた基板１２（例えばＳＯＩ基板）の下面に袋穴状の凹部１６ａを形成し、凹部１６ａの内面をＳｉＯ２等からなる孔内絶縁膜１７で覆う。さらに、孔内絶縁膜１７で覆われた凹部１６ａ内にめっき等を施し、凹部１６ａ内にＣｕ、ＡｕＳｎ等の導電材料からなる貫通電極１５を充填させる。また、凹部１６ａの直下には電極１４を設け、電極１４の上面を貫通電極１５の下面に接合させる。電極１４は、はんだ等の接合材２８によって配線基板２０のパターン配線２７に接合される。
【００３２】
ついで、図１２に示すように、基板１２の上面から貫通電極１５が露出するまで、基板１２の上面を研削する。この研削工程は、研削効率がよければ仕上げ精度が低くてもよいので、研削された基板１２の上面は粗い状態であってもよい。この結果、凹部１６ａは基板１２を上下に貫通して貫通孔１６となり、貫通電極１５の上端面は基板１２の上面とほぼ面一となる。
【００３３】
さらに、化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）により基板１２の上面を複数回研磨する。化学的機械的研磨では、機械的研磨に加えて化学的にも研磨が行われるので、特定材料に適した研磨剤を用いることにより複数材料からなる研磨対象物のうちで特定材料だけを選択的に研磨することができる。よって、第１段階の化学的機械研磨においては基板１２に対して研磨性能の高いスラリー（研磨剤）を用いて基板１２の上面を平坦に研磨する。第１段階の化学的機械研磨では貫通電極１５の研磨量よりも基板１２の研磨量が大きいので、研磨された基板１２の上面では、図１３（ａ）に示すように、基板１２の上面では貫通電極１５の上端部が研磨されずに残り、基板１２の上面から突出する。ついで、第２段階の化学的機械研磨においては貫通電極１５に対して研磨性能の高いスラリー（研磨剤）を用いて基板１２の上面を微細に研磨する。第２段階の化学的機械研磨では基板１２の上面から突出している貫通電極１５が研磨されるので、図１３（ｂ）に示すように、基板１２の上面から突出した貫通電極１５の端面が滑らかな曲面状に仕上げられる。この第２段階の化学的機械研磨においては、貫通電極１５の端面が基板１２の上面から引っ込んで窪まないように管理し、貫通電極１５の端面が基板１２の上面からわずかに突出した状態で研磨工程を終了する。
【００３４】
この後、図１４に示すように、基板１２の上面にＳｉＯ２等の絶縁膜１８を形成し、貫通電極１５の端面において絶縁膜１８にコンタクト孔１９を開口する。コンタクト孔１９は、その開口径が孔内絶縁膜１７の内径と等しくなるように開口してもよいが、コンタクト孔１９の開口径を孔内絶縁膜１７の内径（貫通電極１５の水平断面の直径）よりも小さくし、貫通電極１５の端面が絶縁膜１８で一部覆われるようにすることが望ましい。コンタクト孔１９の開口径を孔内絶縁膜１７の内径と等しくしようとすると、コンタクト孔１９の開口径のばらつきや位置ずれによって絶縁膜１８から基板１２の上面が露出するおそれがあるからである。ついで、蒸着やスパッタリング等によって絶縁膜１８の上にＡｕやＰｔ等の電極金属を堆積させ、さらに電極金属層をパターニングして貫通電極１５の上に電極１３を形成するとともにコンタクト孔１９を通して電極１３を貫通電極１５に接続させる。これにより電極部の製造工程を完了する。
【００３５】
（本発明の原理）
つぎに、前記条件１〜３の根拠を説明する。図１５〜図２０は寸法形状の異なるいくつかの貫通電極１５を場合分けして表している。以下においては、これらの電極部（形態Ｉ〜VI）について、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxをそれぞれ評価する。図１５〜図２０で用いた記号は、図１０に表しているように、それぞれ次の通りである。
Ｄtsv：  基板１２の上面を基準とする貫通電極１５の端面頂部の突出量（最大突出長）
Ｄp：  基板１２の上面を基準とするコンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長
Ｄdiel：  絶縁膜１８の膜厚
Ｄel：  電極１３の厚さ
Ｒmax：  電極１３の表面の最大段差
なお、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxとは、電極１３の表面のうち最も高い箇所の高さ（基板１２の上面から垂直に測った高さ）Ｈmaxと電極１３の表面のうち最も低い箇所の高さ（基板１２の上面から垂直に測った高さ）Ｈminとの差Ｈmax−Ｈminを意味する。Ｄtsv、Ｄp、Ｈmax、Ｈminは、いずれも基板１２の上面から測って基板１２の外側（図上では、基板上面の上側）ではプラス（＋）量で表し、基板１２の内側（図上では、基板上面の下側）ではマイナス（−）量で表す。また、貫通電極１５の研磨工程においては、貫通電極１５の端面が湾曲面になるため、｜Ｄp｜≦｜Ｄtsv｜という関係になる。
【００３６】
まず、図１５に示す形態Ｉの場合について考える。図１５の形態Ｉでは、貫通電極１５の上端面が基板１２の上面と揃っているか基板１２の上面よりも突出しており、かつ、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが絶縁膜１８の膜厚Ｄdiel以下である場合を表している。すなわち、図１５の形態Ｉは、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel      …（条件４）
という条件を満たす場合である。
【００３７】
このような形態Ｉの場合には、図１５から分かるように、
Ｈmax＝Ｄp＋Ｄdiel＋Ｄel
Ｈmin＝Ｄp＋Ｄel
であるから、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxは、次の数式１で表される。
Ｒmax＝Ｈmax−Ｈmin
＝（Ｄp＋Ｄdiel＋Ｄel）−（Ｄp＋Ｄel）
＝Ｄdiel                              …（数式１）
よって、形態Ｉの場合には、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxは、貫通電極１５の突出長Ｄtsvに関係なく、一定値（Ｄdiel）となる。
【００３８】
図１６の形態IIでは、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが絶縁膜１８の膜厚Ｄdiel以上で、かつ、貫通電極１５の突出長Ｄtsvがコンタクト孔１９の縁において基板１２の上面から測った絶縁膜１８の頂部の高さ（Ｄp＋Ｄdiel）以下の場合である。さらに、図１６の形態IIは、コンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpが、絶縁膜１８の膜厚Ｄdiel以下の場合である。すなわち、図１６の形態IIは、
Ｄdiel ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp  かつ  Ｄp ≦ Ｄdiel      …（条件５）
という条件を満たす場合である。
【００３９】
このような形態IIの場合には、図１６から分かるように、コンタクト孔１９の縁における電極１３の段差が最大段差Ｒmaxとなるので、
Ｒmax＝（Ｄp＋Ｄdiel＋Ｄel）−（Ｄp＋Ｄel）
＝Ｄdiel                              …（数式２）
となる。よって、形態IIの場合も、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxは、貫通電極１５の突出長Ｄtsvに関係なく、一定値（Ｄdiel）となる。
【００４０】
図１７の形態IIIでは、図１６の場合と同じく、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが絶縁膜１８の膜厚Ｄdiel以上で、かつ、貫通電極１５の突出長Ｄtsvがコンタクト孔１９の縁において基板１２の上面から測った絶縁膜１８の頂部の高さ（Ｄp＋Ｄdiel）以下の場合である。ただし、形態IIIは、コンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpが、絶縁膜１８の膜厚Ｄdielよりも大きい場合である。すなわち、図１６の形態IIは、
Ｄdiel ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp  かつ  Ｄp ＞ Ｄdiel      …（条件６）
という条件を満たす場合である。図１７のような形態IIIは、図１６の場合と比べて、コンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpが大きいときや、絶縁膜１８の膜厚Ｄdielが薄い場合に生じる。
【００４１】
このような形態IIIの場合には、図１７から分かるように、コンタクト孔１９の縁において基板１２の上面から測った電極１３の頂部の高さが最大高さＨmaxとなり、基板１２の上面から測った電極１３の平坦な領域の表面高さが最小高さＨminとなるので、
Ｈmax＝Ｄp＋Ｄdiel＋Ｄel
Ｈmin＝Ｄdiel＋Ｄel
である。よって、電極１３の表面の最大段差は、
Ｒmax＝Ｈmax−Ｈmin
＝（Ｄp＋Ｄdiel＋Ｄel）−（Ｄdiel＋Ｄel）
＝Ｄp                                    …（数式３）
となる。よって、形態IIIの場合には、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが大きくなると、それに伴って突出長Ｄpも大きくなるため、最大段差Ｒmaxも増大する。
【００４２】
図１８の形態IVは、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが、コンタクト孔１９の縁において基板１２の上面から測った絶縁膜１８の頂部の高さ（Ｄp＋Ｄdiel）以上の場合である。さらに、図１８の形態IVの場合は、コンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpが絶縁膜１８の膜厚Ｄdiel以下の場合である。すなわち、図１８の形態IVは、
Ｄdiel＋Ｄp ≦ Ｄtsv  かつ  Ｄp ≦ Ｄdiel      …（条件７）
という条件を満たす場合である。
【００４３】
このような形態IVの場合には、図１８から分かるように、貫通電極１５の中央において基板１２の上面から測った電極１３の表面の高さが最大高さＨmaxとなり、コンタクト孔１９の縁において基板１２の上面から測った電極１３の谷部の高さが最小高さＨminとなるので、
Ｈmax＝Ｄtsv＋Ｄel
Ｈmin＝Ｄp＋Ｄel
である。よって、電極１３の表面の最大段差は、
Ｒmax＝（Ｄtsv＋Ｄel）−（Ｄp＋Ｄel）
＝Ｄtsv−Ｄp                  …（数式４）
となる。よって、この場合には、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが大きくなると、それに伴ってＤtsv−Ｄpも大きくなるため、最大段差Ｒmaxも増大する。
【００４４】
図１９の形態Ｖは、貫通電極１５の突出長Ｄtsvがコンタクト孔１９の縁における基板１２の上面から測った絶縁膜１８の頂部の高さ（Ｄp＋Ｄdiel）以上の場合である。ただし、図１９の形態Ｖの場合は、コンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpが絶縁膜１８の膜厚Ｄdielよりも大きい場合である。すなわち、図１９の形態Ｖは、
Ｄdiel＋Ｄp ≦ Ｄtsv  かつ  Ｄp ＞ Ｄdiel      …（条件８）
という条件を満たす場合である。
【００４５】
このような形態Ｖの場合には、図１９から分かるように、貫通電極１５の中央において基板１２の上面から測った電極１３の表面の高さ（Ｄtsv＋Ｄel）が最大高さＨmaxとなり、基板１２の上面から測った電極１３の平坦な領域の表面高さ（Ｄdiel＋Ｄel）が最小高さＨminとなるので、電極１３の表面の最大段差は、
Ｒmax＝（Ｄtsv＋Ｄel）−（Ｄdiel＋Ｄel）
＝Ｄtsv−Ｄdiel                  …（数式５）
となる。よって、形態Ｖの場合には、貫通電極１５の突出長Ｄtsvが大きくなると、それに伴って最大段差Ｒmaxも増大する。
【００４６】
図２０の形態VIは、貫通電極１５の端面が窪んでいて、基板１２の上面よりも引っ込んでいる場合を表している。すなわち、図２０の形態VIは、
Ｄtsv ＜ ０      …（条件９）
という条件を満たす場合である。
【００４７】
このような形態VIの場合には、図２０から分かるように、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxは、次の数式６で表される。
Ｒmax＝（Ｄdiel＋Ｄel）−（Ｄel＋Ｄtsv）
＝Ｄdiel−Ｄtsv                      …（数式６）
よって、電極１３の表面の最大段差Ｒmaxは、貫通電極１５の窪み（−Ｄtsv）が大きくなるに従って増大する。
【００４８】
なお、絶縁膜１８にコンタクト孔１９を開口するとき、実際にはコンタクト孔１９の縁（内周面）が垂直にならず、図２１に示すように、コンタクト孔１９が開口側（図１５〜図２０における上方）で広くなるように縁が傾く場合がある。その場合には、コンタクト孔１９の縁が水平方向で広がりを持つことになるので、基板１２の上面を基準とするコンタクト孔１９の縁における貫通電極１５の突出長Ｄpを定める位置があいまいになる。
【００４９】
一般的には、コンタクト孔１９の縁の下端でＤpを定めても、上端でＤｐを定めても、Ｄpの値にあまり変化はないが、問題となる場合には、図２１に表したように定めればよい。電極１３の表面の最大高さＨmaxの計算に使用する場合には、コンタクト孔１９の縁のもっとも高い位置、すなわちコンタクト孔１９の縁の上端の直下に位置する貫通電極１５の突出長Ｄp(out)をＤpの値として用いればよい。また、電極１３の表面の最小高さＨminの計算に使用する場合には、コンタクト孔１９の縁のもっとも低い位置、すなわちコンタクト孔１９の縁の下端の直下に位置する貫通電極１５の突出長Ｄp(in)をＤpの値として用いればよい。
【００５０】
上記の形態Ｉ〜VIについて求めた電極１３の表面の最大段差Ｒmaxの値とその条件を整理すると、次の表１のようになる。
［表１］
2011187771.tif 000003
【００５１】
また、この最大段差Ｒmaxを貫通電極１５の突出長Ｄtsvの関数としてグラフで表すと、図２２のようになる。図２２において縦軸は電極１３の表面の最大段差Ｒmaxを表し、横軸は貫通電極１５の突出長Ｄtsvを表している。また、図２２に示すグラフの各線分Ｉ〜VIは、それぞれ形態Ｉ〜VIに対応している。
【００５２】
図２３（ａ）及び（ｂ）は、いずれも電極１３をはんだ等の接合材２１によって回路基板２２に接合させた状態を示す。ここで、図２３（ａ）は電極１３の表面における最大段差Ｒmaxが比較的小さな電極部を示し、図２３（ｂ）は電極１３の表面における最大段差Ｒmaxが比較的大きな場合を示す。図２３（ｂ）のように最大段差Ｒmaxが比較的大きい場合には、電極１３を接合材２１によって回路基板２２に接合させたとき接合材２１の厚さのばらつき（不均一度）が大きくなる。そのため、温度変化等による接合材２１に熱伸縮が発生したとき、接合材２１と回路基板２２、もしくは接合材２１と電極１３の間に生じる内部応力が大きくなるとともに不均一になり、この接合部分に剥離やクラックが発生し、接合部分で断線しやすくなる。特に、貫通電極１５の端面が窪んでいる場合（形態VI）には、接合材２１の厚さのばらつきが非常に大きくなり（図８も参照）、接合材２１に剥離やクラックが発生しやすい。これに対し、図２３（ａ）のように最大段差Ｒmaxが比較的小さい場合には、電極１３を接合材２１によって回路基板２２に接合させたときの接合材２１の厚さばらつきが小さくなる。そのため、温度変化等による熱伸縮が発生したとき、接合材２１と回路基板２２や接合材２１と電極１３の間に生じる内部応力が小さくなり、この接合部分に剥離やクラックが発生しにくく、接合部分における断線を防ぐことができる。したがって、電極１３を他の部材の電極パッドなどに接合させて電極構造物を回路基板などに実装する場合、あるいは電極１３どうしを接合させて電極構造物どうしを積層する場合に、その接合部分における剥離やクラックの発生を抑制し、接合部分の機械的強度や電気的特性を安定させるためには、電極１３の表面における最大段差Ｒmaxをなるだけ小さくして電極１３を平坦化し、実装高さを均一化することが望ましい。
【００５３】
ここで、図２２を見ると、線分Ｉ及びII（形態Ｉ及びII）の場合に最大段差Ｒmaxが最小値Ｄdielになることが分かる。すなわち、貫通電極１５の突出長Ｄtsvを、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel  （上記条件４）
とするか、あるいは、
Ｄp ≦ Ｄdiel  かつ  Ｄdiel ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp  （上記条件５）
とすれば、貫通電極１５の端面の最大段差Ｒmaxを最小にできることが分かる。
【００５４】
貫通電極１５については Ｄp ≦ Ｄtsv と考えてよいから、条件４を満たす場合には、当然に Ｄp （≦ Ｄtsv ） ≦Ｄdiel となる。従って、上記条件４又は５は、
Ｄp ≦ Ｄdiel
かつ、
０ ≦ Ｄtsv ≦ Ｄdiel＋Ｄp
と表現することもできる。これが、前記条件１、２である。
【００５５】
したがって、予め絶縁膜１８の膜厚Ｄdielが決まっていれば、突出長Ｄtsvが上記条件４又は５を満たす範囲内となるように貫通電極１５を研磨加工し、また絶縁膜１８にコンタクト孔１９を開口すれば、最大段差Ｒmaxを最小にして電極１３をほぼ平坦に形成することができ、電極１３を接合材２１によって接合させたときに剥離やクラックが発生しにくくなり、断線も起きにくくなる。
【００５６】
なお、コンタクト孔１９の開口径は貫通電極１５の外径と等しくてもよい。しかし、コンタクト孔１９の開口径が貫通電極１５の外径と等しい場合には、前記のようにコンタクト孔１９の開口位置のずれや開口径のばらつきによって基板１２が絶縁膜１８から露出するおそれがある。これに対し、コンタクト孔１９の開口径を貫通電極１５の外径よりも小さくし、絶縁膜１８が貫通電極１５の端面の周囲を覆うようにすれば、コンタクト孔１９を開口する際のばらつきによって基板１２が露出することがなくなり、コンタクト孔１９を開口する際の要求精度を緩和させることができる。また、貫通電極１５が突出している場合、コンタクト孔１９の開口径を小さくしていくと、Ｄp（＞０）が次第に大きくなるので、貫通電極１５の突出長Ｄtsvの上限値（Ｄdiel＋Ｄp）が大きくなり、貫通電極１５の突出長Ｄtsvの許容範囲が広くなり、電極部の設計及び製造が容易になる。
【００５７】
また、貫通電極１５の研磨工程においては、貫通電極１５の端面が平坦となるように研磨してもよい。しかし、貫通電極１５の端面を平坦に研磨しようとすると、図６及び図７に示したように周囲に溝２６が生じたり、化学的機械研磨時の化学的作用が強すぎて貫通電極１５の端面が窪んだりするおそれがある。したがって、貫通電極１５の研磨加工時における突出長Ｄtsvの目標値は、
０.１μｍ ≦ Ｄtsv
とするのがより好ましい。
【符号の説明】
【００５８】
１１Ａ、１１Ｂ      電極構造物
１２      基板
１３      電極
１３ａ      電極
１３ｂ      電極
１４      電極
１５      貫通電極
１６      貫通孔
１６ａ      凹部
１７      孔内絶縁膜
１８      絶縁膜
１９      コンタクト孔
２０      配線基板
２１      接合材
２２      回路基板
【図１】
2011187771.tif 000004
【図２】
2011187771.tif 000005
【図３】
2011187771.tif 000006
【図４】
2011187771.tif 000007
【図５】
2011187771.tif 000008
【図６】
2011187771.tif 000009
【図７】
2011187771.tif 000010
【図８】
2011187771.tif 000011
【図９】
2011187771.tif 000012
【図１０】
2011187771.tif 000013
【図１１】
2011187771.tif 000014
【図１２】
2011187771.tif 000015
【図１３】
2011187771.tif 000016
【図１４】
2011187771.tif 000017
【図１５】
2011187771.tif 000018
【図１６】
2011187771.tif 000019
【図１７】
2011187771.tif 000020
【図１８】
2011187771.tif 000021
【図１９】
2011187771.tif 000022
【図２０】
2011187771.tif 000023
【図２１】
2011187771.tif 000024
【図２２】
2011187771.tif 000025
【図２３】
2011187771.tif 000026