(57)【要約】      （修正有）【課題】貫通配線を有する配線基板、およびその作製方法を提供する。【解決手段】配線基板の作製方法は、第１の面１０２ａおよび第１の面に対向する第２の面１０２ｂを有する基板１０２に、第１の面から第２の面に貫通し、側壁が第１の面に対して垂直な貫通孔１０４を形成すること、第１の面から基板を加工することで、貫通孔の第１の面側の一部を拡張して拡張部を形成し、第１の面の一部、第２の面の一部及び貫通孔の側壁を覆う配線１０８を形成することを含む。貫通孔の形成は、第１の面の上に形成され、第１の面の一部を露出する第１の開口を有する第１のマスクを用いて行うことができる。貫通孔の拡張は、第１のマスクを除去した後、第１の面の上に形成され、第１の面の一部と貫通孔とを露出する第２の開口を有する第２のマスクを用いて行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面、および前記第１の面に対向する第２の面を有する基板に、前記第１の面から前記第２の面に貫通し、側壁が前記第１の面に対して垂直な貫通孔を形成し、
前記第１の面から前記基板を加工することで、前記貫通孔の前記第１の面側の一部を拡張して拡張部を形成し、
前記第１の面の一部、前記第２の面の一部、および前記側壁を覆う配線を形成することを含む、配線基板の作製方法。
【請求項２】
前記貫通孔の前記形成は、前記第１の面の上に形成され、前記第１の面の一部を露出する第１の開口を有する第１のマスクを用いて行われ、
前記貫通孔の前記拡張は、前記第１のマスクを除去した後、前記第１の面の上に形成され、前記第１の面の一部と前記貫通孔とを露出する第２の開口を有する第２のマスクを用いて行われる、請求項１に記載の作製方法。
【請求項３】
前記貫通孔の前記形成は、
前記第１の面の上に、前記第１の面の一部を露出する第１の開口を有する第１のマスクを形成し、
前記第１のマスクの上に、前記第１の開口よりも面積が小さい第２の開口を有する第２のマスクを、前記第２の開口が前記第１の開口と重なるように形成し、
前記第２の開口で露出された前記基板を加工することによって行われ、
前記貫通孔の前記拡張は、前記第２のマスクを除去した後、前記第１のマスクを用いて行われる、請求項１に記載の作製方法。
【請求項４】
前記貫通孔の前記拡張は、前記第１の面に垂直な断面において、前記拡張部の側壁が湾曲するように行う、請求項１に記載の作製方法。
【請求項５】
前記貫通孔の前記拡張は、前記第１の面に垂直な断面において、前記拡張部の側壁が前記第１の面から傾いた直線で表されるように行う、請求項１に記載の作製方法。
【請求項６】
前記貫通孔の前記拡張は、前記拡張部の側壁が前記第１の面に垂直になるように行う、請求項１に記載の作製方法。
【請求項７】
前記貫通孔の前記拡張は、前記第１の面と平行な平面において、前記拡張部の開口形状が楕円になるように行う、請求項１に記載の作製方法。
【請求項８】
前記貫通孔の前記拡張は、前記貫通孔の未拡張部を通る中心線が、前記第１の面と平行な平面における前記拡張部の中心と外周の間を通過するように行う、請求項１に記載の作製方法。
【請求項９】
前記配線の形成は、
前記第１の面、前記第２の面、および前記側壁に第１の金属膜をスパッタリング法によって形成し、
前記第１の金属膜に接する第２の金属膜を電解めっき法によって形成することによって行われる、請求項１に記載の作製方法。
【請求項１０】
前記第１の金属膜は、チタン、ニッケル、クロム、銅、金から選択される金属を含み、
前記第２の金属膜は、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムから選択される金属を含む、請求項９に記載の作製方法。
【請求項１１】
前記第２の金属膜は、前記貫通孔の未拡張部を充填するように形成される、請求項９に記載の作製方法。
【請求項１２】
前記第２の金属膜は、前記拡張部を充填するように形成される、請求項９に記載の作製方法。
【請求項１３】
第１の部分と第２の部分を有する貫通孔を備える基板、および
前記基板の第１の面、前記第１の面に対向する前記基板の第２の面、および前記貫通孔の側壁に接する電極を有し、
前記第１の部分の前記側壁は前記第１の面に対して垂直であり、
前記第２の部分の開口面積は、前記第１の部分の開口面積より大きい配線基板。
【請求項１４】
前記第１の面に垂直な断面において、前記第２の部分の側壁は湾曲する、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１５】
前記第１の面に垂直な断面において、前記第２の部分の側壁は、前記第１の面から傾いた直線で表される、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１６】
前記第１の面に垂直な断面において、前記第２の部分の側壁は前記第１の面に垂直である、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１７】
前記第１の面と平行な平面において、前記第２の部分の開口形状は楕円である、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１８】
前記第１の部分を通る中心線は、前記第１の面と平行な平面における前記第２の部分の中心と外周の間を通過する、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項１９】
前記電極は、
前記第１の面、前記第２の面、および前記側壁に接する第１の金属膜と、
前記第１の金属膜と接する第２の金属膜を有し、
前記第１の金属膜は前記基板と前記第２の金属膜に挟まれる、請求項１３に記載の配線基板。
【請求項２０】
前記第１の金属膜は、チタン、ニッケル、クロム、銅、金から選択される金属を含み、
前記第２の金属膜は、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムから選択される金属を含む、請求項１９に記載の配線基板。
【請求項２１】
前記第２の金属膜は、前記第１の部分を充填する、請求項１９に記載の配線基板。
【請求項２２】
前記第２の金属膜は、前記第２の部分を充填する、請求項１９に記載の配線基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、配線基板とその作製方法に関する。例えば貫通配線を有する配線基板とその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンなどの半導体基板を用いて作製された半導体デバイス（半導体チップ）は、ほぼすべての電子機器に搭載され、電子機器に様々な機能を提供している。半導体デバイスは、半導体基板上にパターニングされた種々の絶縁膜や導電膜を積層することで形成される。半導体デバイスには、動作に必要な電源や信号を入力するための端子が設けられ、メイン基板上に実装される。この時、半導体デバイスとメイン基板の間に配線基板（以下、インターポーザとも記す）が設けられる。インターポーザは、基板と、基板を貫通する貫通配線（貫通電極）を有し、この貫通配線によって半導体デバイスの端子とメイン基板上の配線が電気的に接続される。
【０００３】
貫通配線は通常、基板を貫通する貫通孔を形成した後、貫通孔を充填するように、あるいは貫通孔の側壁を覆うように電解めっき法を用いて形成される。このため、貫通配線を形成する領域、すなわち貫通孔の側壁には、給電用のシード層が貫通配線の形成前に設けられる。特許文献１や２では、シード層の形成に適した形状を有する貫通孔とその形成方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６００２００８号明細書
【特許文献２】特許第５４６００６９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の課題の一つは、貫通配線を有する配線基板、およびその作製方法を提供することである。例えば、信頼性の高い電気的接続を可能にする貫通孔を形成するための基板加工方法や、貫通孔に設けられる貫通配線の形成方法を提供することを課題の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態の一つは、配線基板の作製方法である。この作製方法は、第１の面、および第１の面に対向する第２の面を有する基板に、第１の面から第２の面に貫通し、側壁が第１の面に対して垂直な貫通孔を形成すること、第１の面から基板を加工することで、貫通孔の第１の面側の一部を拡張して拡張部を形成し、第１の面の一部、第２の面の一部、および貫通孔の側壁を覆う配線を形成することを含む。
【０００７】
本開示の実施形態の一つは、配線基板である。この配線基板は、第１の部分と第２の部分を有する貫通孔を備える基板、および基板の第１の面、第１の面に対向する基板の第２の面、および貫通孔の側壁に接する電極を有する。第１の部分の側壁は第１の面に対して実質的に垂直であり、第２の部分の開口面積は、第１の部分の開口面積より大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図、断面図、および底面図。
【図２】実施形態の一つに係る配線基板の模式的断面図。
【図３】一般的な配線基板の作製方法を示す模式的断面図。
【図４】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と断面図。
【図５】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と断面図。
【図６】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と断面図。
【図７】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と断面図。
【図８】実施形態の一つに係る配線基板の模式的底面図。
【図９】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と断面図。
【図１０】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図。
【図１１】実施形態の一つに係る配線基板の模式的上面図と底面図。
【図１２】実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す断面模式図。
【図１３】実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す断面模式図。
【図１４】実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す断面模式図。
【図１５】実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す断面模式図。
【図１６】実施形態の一つに係る配線基板の作製方法を示す断面模式図。
【図１７】実施形態の一つに係る半導体モジュールの断面模式図。
【図１８】実施形態の一つに係る半導体モジュールの断面模式図。
【図１９】実施形態の一つに係る半導体モジュールの断面模式図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本開示は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
【００１０】
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本開示の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省くことがある。
【００１１】
本明細書および特許請求の範囲において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
【００１２】
本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。
【００１３】
（第１実施形態）
１．構造
本開示の実施形態の一つに係る配線基板１００を図１を用いて説明する。図１には、配線基板１００の模式的上面図、断面図、底面図がそれぞれ上から順に示されている。図１において、断面図は、上面図における鎖線Ａ−Ａ´に沿った断面に相当する。配線基板１００は、例えば半導体デバイスとメイン基板に挟持され、これらを電気的に接続するためのインターポーザとして機能する。
【００１４】
配線基板１００は基板１０２を有し、基板１０２にはこれを貫通する貫通孔１０４が一つ、あるいは複数設けられる。配線基板１００はさらに、貫通孔１０４の側壁、基板１０２の底面（以下、第１の面）１０２ａの一部、および基板１０２の上面（すなわち、第１の面に対向する第２の面）１０２ｂの一部と接し、これらを連続的に覆う配線（貫通配線、あるいは貫通電極とも呼ばれる。以下、貫通配線と記す。）１０８を有する。図示しないが、第１の面１０２ａや第２の面１０２ｂには、貫通配線１０８以外にも種々の配線や絶縁膜を設けることができ、これらの配線や絶縁膜によって半導体デバイスやメイン基板間の電気的接続が可能となるだけでなく、容量素子などの受動素子を形成することができる。
【００１５】
詳細は後述するが、貫通配線１０８は電解めっきによって効率よく形成することができる。この場合、図１中の断面模式図に示すように、貫通配線１０８は第１の金属膜１０８ａと第２の金属膜１０８ｂを含む積層構造を有するように構成することができる。第１の金属膜１０８ａは電解めっきにおけるシード層として機能し、第１の面１０２ａの一部、第２の面１０２ｂの一部、および貫通孔１０４の側壁と接し、これらを連続的に覆う。第２の金属膜１０８ｂは基板１０２の第１の面１０２ａと第２の面１０２ｂ間の電気的接続に寄与する導電膜であり、第１の面１０２ａの一部、第２の面１０２ｂの一部、および貫通孔１０４の側壁を連続的に覆い、かつ、第１の金属膜１０８ａと接する。第１の金属膜１０８ａは、基板１０２と第２の金属膜１０８ｂに挟まれる。なお、例えば貫通配線１０８が化学気相堆積（ＣＶＤ）法やスパッタリング法で形成される場合、第１の金属膜１０８ａは設けなくてもよい。
【００１６】
図１に示すように、第１面から第２の面を貫通する貫通孔１０４は、一定、あるいは実質的に一定の開口形状と開口面積を有する第１の部分１０４ａ、および第１の部分１０４ａよりも第１の面１０２ａ側に位置し、開口面積が第１の部分１０４ａと比較して大きい第２の部分１０４ｂを有する。図１に示した例では、第２の部分１０４ｂの開口形状と開口面積は連続的に変化する。第１の部分１０４ａと第２の部分１０４ｂは、境界１０６において互いに連結される。以下、この構造の詳細を図２（Ａ）を用いて説明する。ここで、貫通孔１０４の開口形状と開口面積はそれぞれ、第１の面１０２ａ（あるいは第２の面１０２ｂ）に平行な断面（以下、水平断面）における貫通孔１０４の形状と面積である。この貫通孔１０４の形成方法は後述するが、形成方法を反映し、第１の部分１０４ａを未拡張部、第２の部分１０４ｂを拡張部とも呼ぶ。
【００１７】
第１の部分１０４ａは第２の面１０２ｂに連結され、上述したように、貫通孔１０４のうち開口面積が一定、あるいは実質的に一定の部分である。したがって図２（Ａ）に示すように、第１の面１０２ａに垂直な断面（以下、垂直断面）において、第１の部分１０４ａの側壁は第１の面１０２ａに対して垂直、あるいは実質的に垂直である。垂直断面において、第１の部分の高さ、すなわち、第１の面１０２ａに垂直な方向の長さをＨ１、第１の部分の幅、すなわち、第１の面１０２ａに平行な方向の長さをＤ１とした場合、幅Ｄ１に対する高さＨ１（Ｈ１／Ｄ１）は０よりも大きく、２以下となるよう、第１の部分１０４ａを形成することができる。
【００１８】
第２の部分１０４ｂは、貫通孔１０４のうち、第１の部分１０４ａと第１の面１０２ａの間に位置する部分であり、第１の部分１０４ａと重なる。図１の上面図や底面図に示すように、平面視において第１の部分１０４ａの全体が第２の部分１０４ｂと重なる。第２の部分１０４ｂの開口形状と開口面積が連続的に変化する場合、図２（Ａ）に示すように、垂直断面においてその幅は連続的に変化し、側壁は湾曲して曲線によって表される。第２の部分１０４ｂの開口面積は、第１の面１０２ａを含む平面において最大となる。
【００１９】
境界１０６は、側壁の形状変化が開始する部分であり、上記曲線の第２の面１０２ｂ側の末端を含み、かつ、第１の面１０２ａに平行な平面である。図１に示した貫通孔１０４では、この境界１０６から第１の面１０２ａに近づくにつれて、貫通孔１０４の断面積は連続的に増大する。
【００２０】
垂直断面において、第２の部分１０４ｂの高さ、すなわち、第１の面１０２ａに垂直な方向の長さをＨ２、第１の面１０２ａを含む平面における第２の部分の幅をＤ２とした場合（図２（Ａ）参照）、幅Ｄ２に対する高さＨ２（Ｈ２／Ｄ２）は０．５以上２以下、幅Ｄ１に対する幅Ｄ２（Ｄ２／Ｄ１）は、１．５以上１０以下にすることができる。
【００２１】
ここで、基板１０２の厚さをＨとすると、高さＨ１と高さＨ２の和は厚さＨであり、幅Ｄ１に対する厚さＨ（Ｈ／Ｄ１）は、Ｈ１／Ｄ１やＨ２／Ｄ２よりも大きい。高さＨ１と高さＨ２の比は任意に決定することができ、例えば高さＨ２に対する高さＨ１（Ｈ１／Ｈ２）は、０．２以上５以下とすることができる。したがって、図２（Ｂ）に示すように、高さＨ１と高さＨ２は同一、あるいはほぼ同一であってもよく、図２（Ａ）や図２（Ｃ）に示すように、一方が他方よりも大きくてもよい。
【００２２】
上述したように、貫通配線を有する配線基板は、半導体デバイスのインターポーザとして有用であり、容量素子やインダクター、抵抗素子などの受動素子が形成される。半導体デバイスの小型化に伴い、貫通配線を含む各種配線の高密度化が必要となるが、このためには配線の幅を縮小し、かつ位置精度よく配線を基板上に形成する必要がある。したがって、貫通配線が設けられる貫通孔には高いアスペクト比が要求される。
【００２３】
貫通孔に貫通配線を電解めっき法を用いて形成する場合、電解めっきに先立って貫通孔の側壁にシード層が形成される。シード層は一般的にスパッタリング法やＣＶＤ法、無電解めっき、あるいは蒸着法などによって形成することができるが、スパッタリング法が最も簡便な手法として広く用いられている。しかしながらアスペクト比の高い貫通孔にスパッタリング法を用いてシード層を形成する場合、図３に示すように、貫通孔内でシード層（本開示における第１の金属膜１０８ａに相当する）を均一な厚さで形成することは必ずしも容易ではなく、側壁の一部にはシード層が形成されない場合がある。この場合、引き続く電解めっき法による貫通配線（本開示における第２の金属膜１０８ｂに相当する）を形成しても、貫通孔内部では貫通配線が均一な厚さで形成されず、断線が生じる。その結果、配線基板としての信頼性が大きく低下する。
【００２４】
これに対し、上述した形状を有する貫通孔１０４を形成した場合には、貫通孔１０４の見かけのアスペクト比、すなわち、幅Ｄ１に対する厚さＨ（Ｈ／Ｄ１）が大きい場合であっても、第２の部分１０４ｂは開口面積が大きいため、アスペクト比（すなわち、Ｈ２／Ｄ２）は小さい。また、第２の部分１０４ｂの形成によって第１の部分１０４ａの高さＨ１は厚さＨよりも小さくなるため、第１の部分１０４ａのアスペクト比（すなわち、Ｈ１／Ｄ１）は見かけのアスペクト比Ｈ／Ｄ１と比較して小さい。このため、見かけのアスペクト比Ｈ／Ｄ１を増大させても、第１の部分１０４ａと第２の部分１０４ｂは比較的小さいアスペクト比を有することになる。これに起因し、第２の部分１０４ｂのみならず、第１の部分１０４ａにも均一な厚さでシード層を形成することができ、その結果、貫通配線１０８の断線を効果的に防止し、信頼性の高い配線基板１００を提供することが可能となる。また、基板１０２の少なくとも一方の面（ここでは第２の面１０２ｂ）においては、小さい幅の貫通配線１０８を形成できるため、微細な配線パターンを形成することができる。このため、高い密度で配線や受動素子などを配線基板１００上に形成することができる。
【００２５】
２．変形例
図１に示した例では、貫通配線１０８は貫通孔１０４のすべてを塞いではいないが、貫通配線１０８は貫通孔１０４を塞ぐように配線基板１００を構成してもよい。例えば図４（Ａ）に示すように、貫通孔１０４の第１の部分１０４ａが第２の金属膜１０８ｂによって充填されるよう、貫通配線１０８を設けることができる。この場合、第２の部分１０４ｂは第２の金属膜１０８ｂによって全体が充填されていなくてもよく、あるいは図４（Ｂ）に示すように、第２の部分１０４ｂが第２の金属膜１０８ｂによって充填されてもよい。前者の場合、第２の金属膜１０８ｂの表面の形状は、第２の部分１０４ｂの側壁の形状を反映して湾曲する。一方、後者の場合、第２の金属膜１０８ｂは平坦な表面を有する。
【００２６】
第２の部分１０４ｂの形状は上述した形状に限られない。例えば図５に示すように、第２の部分１０４ｂの側壁が第１の面１０２ａに対して傾むくよう、貫通孔１０４が構成されてもよい。この場合、第２の部分１０４ｂの側壁は垂直断面において第１の面１０２ａに対して傾むいた直線を与え、この直線と第１の面１０２ａがなす角度は、５°以上８５°以下とすることができる。
【００２７】
あるいは図６に示すように、第２の部分１０４ｂは第１の面１０２ａに対して垂直な側壁を有してもよい。この場合、境界１０６から第１の面１０２ａの間、および境界１０６から第２の面１０２ｂの間において貫通孔１０４の断面形状と断面積は一定、あるいは実質的に一定である。
【００２８】
また、貫通孔１０４の第１の部分１０４ａ、および第２の部分１０４ｂの開口形状も任意に決定され、図１に示した円形に限られず、楕円形、多角形などの種々の形状から選択することができる。例えば図７（Ａ）、および図７（Ａ）の鎖線Ｂ−Ｂ´、Ｃ−Ｃ´に沿った断面図（図７（Ｂ）、図７（Ｃ））に示すように、第１の部分１０４ａの開口形状は円であり、第２の部分１０４ｂの開口形状が楕円であってもよい。
【００２９】
あるいは図８に示すように、第２の部分１０４ｂの開口形状や第２の部分における第２の金属膜１０８ｂの断面形状は多角形でもよい。この場合、図中の拡大図に示すように、これらの開口形状や断面形状の角は丸みを帯びていてもよい。
【００３０】
あるいは図９（Ａ）、および図９（Ａ）の鎖線Ｄ−Ｄ´に沿った断面図（図９（Ｂ））に示すように、上面視において第１の部分１０４ａと第２の部分１０４ｂの開口形状の中心位置は、互いにずれていてもよい。より具体的には、第１の面１０２ａに垂直であり、かつ、第１の部分１０４ａの開口形状の中心（あるいは重心）を通過する中心線１１０は、第２の部分１０４ｂの開口形状の中心（あるいは重心）１０４ｃと外周１０４ｄの間を通過するよう、貫通孔１０４を形成してもよい。さらに図１０に示すように、一つの基板１０２に複数の貫通孔１０４が設けられる場合には、水平断面において第２の部分１０４ｂの開口形状の中心１０４ｃから中心線１１０に向かうベクトル１１２の方向が異なっていてもよい。図１０に示した例では、隣接する貫通孔１０４間でベクトル１１２の方向は互いに逆になっている。
【００３１】
このような形態を利用することで、複数の微細な貫通孔１０４を高密度で形成することができる。例えば図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように、複数の列のそれぞれに複数の貫通孔１０４を設けた場合でも、隣接する貫通孔１０４に設けられる第２の金属膜１０８ｂは第１の面１０２ａにおいて互いに接触せず、貫通配線１０８同士がショートすることはない。このため、第２の面１０２ｂに貫通孔１０４を配置し、これを利用することで微細な配線や各種受動素子を精密な配置で形成することができる。このように、上述した変形例を適用することで、第１の面１０２ａ上に形成される配線の設計自由度を向上させることができる。
【００３２】
（第２実施形態）
本実施形態では、図１に示した配線基板１００の作製方法を、図１２（Ａ）から図１４（Ｂ）を用いて説明する。これらの図は図１に示したＡ−Ａ´断面に相当する。ただし、見やすさを考慮し、第１の面１０２ａが第２の面１０２ｂよりも上に位置する形態が示されている。第１実施形態で述べた構成と類似する、あるいは同一の構成については説明を割愛することがある。
【００３３】
最初に、基板１０２に貫通孔１０４を形成する。具体的には、図１２（Ａ）に示すように、基板１０２の第１の面１０２ａ上に第１のマスク１２０を形成する。基板１０２に含まれる材料に制約はないが、例えばガラスやシリコン、ヒ化ガリウム、窒化ガリウム、セラミックス、あるいはガラスと樹脂の複合材料などが挙げられる。樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが例示される。
【００３４】
第１のマスク１２０は、液体のレジストを基板１０２上に塗布する、あるいはフィルム状のレジストを基板１０２に貼り付け、その後、フォトマスクを介する露光、現像を行ってパターニングすることで形成される。この時、貫通孔１０４の第１の部分１０４ａに対応する領域において第１の面１０２ａの一部が露出されるよう、第１のマスク１２０に第１の開口１２２が形成される。あるいは、第１のマスク１２０は、基板１０２を酸素プラズマ処理、アッシング、熱酸化などによって表面の一部を酸化することで形成してもよい。熱酸化を利用する場合には、熱酸化によって基板１０２の表面全体に酸化膜を形成した後にエッチングを行って第１の開口１２２を形成してもよい。あるいは、第１のマスク１２０として、窒化ケイ素などの窒化膜、あるいはアルミニウムなどの金属を含むメタルマスクなどを用いてもよい。
【００３５】
任意の構成として、第２の面１０２ｂにエッチングストッパーとして機能するストッパー層１２４を設けてもよい。ストッパー層１２４としては、第１のマスク１２０同様、液体のレジストやフィルム状のレジストを用いて形成されたレジストマスクや、チタンやアルミニウム、タングステン、モリブデンなどの金属を含む膜を用いることができる。あるいは、ポリイミドやポリエステルなどの有機材料の薄膜上に粘着層が固定されたテープなどを用いてストッパー層１２４を形成してもよい。ストッパー層１２４は基板１０２を介して第１の開口１２２と重なる。
【００３６】
引き続き、第１のマスク１２０を用い、第１の開口１２２から露出した基板１０２に対してエッチングを行い、貫通孔１０４を形成する（図１２（Ｂ））。このプロセスにおいて第１の部分１０４ａの形状が決定される。したがって、貫通孔１０４は異方性エッチングによって形成することが好ましい。基板１０２がシリコン基板の場合、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ6）を用いて基板１０２に対してドライエッチング（プラズマエッチング）を行えばよい。この時、ボッシュプロセスを適用してもよい。ガラス基板を基板１０２として用いる場合、貫通孔１０４はフッ素を含むアルカンなどを用いるドライエッチングが適用される。これにより、側壁が第１の面１０２ａに垂直、あるいは実質的に垂直な貫通孔１０４が形成される。
【００３７】
詳細は割愛するが、レーザ照射、もしくはサンドブラストや超音波ドリルなどの機械的な加工によって貫通孔１０４を形成してもよい。この場合には、第１のマスク１２０を設けなくてもよい。
【００３８】
貫通孔１０４を形成した後、第１のマスク１２０を除去し、第１の面１０２ａ上に第２のマスク１２６を形成する（図１２（Ｃ））。第１のマスク１２０と同様、第２のマスク１２６も液体のレジストを基板１０２上に塗布する、あるいはフィルム状のレジストを基板１０２に貼り付け、その後、フォトマスクを介する露光、現像を行ってパターニングすることで形成することができる。ただし、貫通孔１０４が存在するため、フィルム状のレジストを用いることで、より効率よく第２のマスク１２６を形成することができる。第２のマスク１２６は、貫通孔１０４と重なる第２の開口１２８を有し、貫通孔１０４と基板１０２の一部が第２の開口１２８から露出する。また、第２の面１０２ｂを保護するための第３のマスク１３０が第２の面１０２ｂに形成される。ストッパー層１２４を用いる場合には、ストッパー層１２４を除去した後に、第３のマスク１３０が形成される。この第３のマスク１３０は、少なくとも貫通孔１０４と重なる部分には開口を持たず、貫通孔１０４を塞ぐ。第３のマスク１３０は第２のマスク１２６と同様の手法によって形成することができる。
【００３９】
次に、第２の開口１２８から露出した基板１０２に対してエッチング加工を施し、貫通孔１０４の第１の面１０２ａ側の一部を拡張することで、拡張部である第２の部分１０４ｂを形成する（図１３（Ａ））。拡張されない部分（未拡張部）が第１の部分１０４ａに相当する。この段階では、貫通孔１０４の一部の開口形状を拡張するため、等方性エッチングが適用される。基板１０２がシリコン基板の場合、フッ酸、あるいはフッ酸と硝酸、および酢酸を含む混合酸などを用いるウエットエッチングや、ＳＦ6、ＸｅＦ2、ＣＩＦ3、ＢｒＦ3、Ｆ2などのフッ素含有ガスを用いる等方性ドライエッチングを適用することが好ましい。基板１０２がガラス基板の場合には、フッ酸、あるいはフッ酸と塩酸の混合酸などがエッチャントとして用いられる。等方性エッチングにより貫通孔１０４の第１の面１０２ａに近い部分が加工され、第２の部分１０４ｂが形成される。幅Ｄ２は第２の開口１２８の形状（あるいはエッチング終了後の第２の開口１２８の形状）によって制御することができ、エッチング条件を適宜調整することで、高さＨ２を調整することができる。図１３（Ａ）に示した例では、第２の部分１０４ｂの第１の面１０２ａにおける開口形状は第２の開口１２８の形状と一致しているが、サイドエッチングが速い場合には、第２のマスク１２６の一部が第２の部分１０４ｂを覆ってもよい。なお、図５や図６に示した開口形状を有する貫通孔１０４を形成する場合には、異方性エッチングが適用される。例えば、上述したフッ素含有ガスとＣ4Ｆ8などのパッシベーションガスとの混合ガスを用いるドライエッチングを適用することで、図５に示す開口形状を有する貫通孔１０４を形成することができる。
【００４０】
この後、第２のマスク１２６と第３のマスク１３０を除去し、第１の金属膜１０８ａを貫通孔１０４の側壁や第１の面１０２ａ、第２の面１０２ｂを覆うように形成する（図１３（Ｂ））。第１の金属膜１０８ａはチタン、ニッケル、クロム、銅、金などの金属、あるいはこれらの合金を含むことができ、スパッタリング法やＣＶＤ法、無電解めっき、あるいは蒸着法などによって形成することができる。特にスパッタリング法を適用することで、効率よく第１の金属膜１０８ａが形成される。貫通孔１０４は第１実施形態で詳述した第１の部分１０４ａと第２の部分１０４ｂを有しているため、第１の部分１０４ａの側壁では膜厚が小さくなる可能性はあるものの、貫通孔１０４の側壁の全体に第１の金属膜１０８ａを形成することができる。なお、図示しないが、第１の金属膜１０８ａの形成の前に、ポリイミドやポリアミドなどの有機材料、あるいは窒化ケイ素や酸化ケイ素などの無機材料を含む絶縁膜を一層、あるいは複数層形成してもよい。
【００４１】
次に、貫通配線１０８を形成しない領域を保護するための第４のマスク１３２を第１の面１０２ａと第２の面１０２ｂに形成する（図１３（Ｃ））。第２のマスク１２６と同様、第４のマスク１３２は、液体のレジストを硬化することで形成しても良いが、基板１０２が貫通孔１０４を有しているため、フィルム状のレジストを第１の面１０２ａと第２の面１０２ｂに貼り付け、その後光照射と現像を行うことで効率よく形成することができる。その後、第１の金属膜１０８ａに給電して電解めっきを行い、第４のマスク１３２に覆われていない第１の金属膜１０８ａ上に第２の金属膜１０８ｂを形成する（図１４（Ａ））。第２の金属膜１０８ｂは、チタン、アルミニウム、銅、ニッケル、タングステン、モリブデン、金、銀、鉄、クロムなどの金属やこれらの合金を含む。図示していないが、第２の金属膜１０８ｂは異なる金属膜の積層構造を有していてもよく、例えば銅、ニッケル、金をそれぞれ含む金属膜の積層でも良い。
【００４２】
その後、第４のマスク１３２を除去し、第２の金属膜１０８ｂから露出した第１の金属膜１０８ａをエッチングによって除去する（図１４（Ｂ））。エッチャントとしては、硫酸などの酸を含むエッチャントを使用することができる。
【００４３】
以上のプロセスにより、貫通配線１０８が貫通孔１０４に形成される。上述したように、第１の部分１０４ａと第２の部分１０４ｂを形成することで、貫通孔１０４の側壁の全体に第１の金属膜１０８ａが形成される。このため、第２の金属膜１０８ｂは貫通孔１０４内で断線することがなく、第１の面１０２ａと第２の面１０２ｂの間の電気的接続を確実に行うことができる。このように、本実施形態を適用することにより、信頼性の高い配線基板を提供することが可能となる。
【００４４】
（第３実施形態）
本実施形態では、配線基板１００の第２実施形態とは異なる作製方法を図１５（Ａ）から図１６（Ｂ）を用いて説明する。これらの図は図１に示したＡ−Ａ´断面図に相当する。第１、第２実施形態と類似する、あるいは同一の構成については説明を割愛することがある。
【００４５】
図１５（Ａ）に示すように、第１の面１０２ａの上に第１のマスク１４０を形成する。第１のマスク１４０は第１の開口１４２を有しており、基板１０２が第１の開口１４２から露出する。この第１の開口１４２は第２の部分１０４ｂの第１の面１０２ａにおける開口形状に相当する。したがって、第２の部分１０４ｂが形成される領域と重なるように第１の開口１４２が形成される。第１のマスク１４０は、例えば酸化ケイ素などの酸化物を含むことができ、スパッタリング法やＣＶＤ法を用いて形成される。第１実施形態で述べた第１のマスク１２０と同様、基板１０２がシリコン基板の場合には、基板１０２に対して酸化処理を行って得られる酸化膜を第１のマスク１４０として用いてもよく、あるいは窒化ケイ素などの窒化膜やアルミニウムなどの金属を含むメタルマスクを用いてもよい。
【００４６】
その後、図１５（Ａ）に示すように、第２のマスク１４４を第１のマスク１４０上に形成する。第２のマスク１４４は第１の開口１４２において第１の面１０２ａの一部と接する。第２のマスク１４４も開口（第２の開口）１４６を有しており、第１の面１０２ａは第２の開口１４６から一部が露出する。この第２の開口１４６は第１の部分１０４ａに相当する。このため、第２の部分１０４ｂが形成される領域と重なるように第２の開口１４６が形成される。第２の開口１４６の面積は第１の開口１４２よりも小さく、第２の開口１４６は、その全体が第１の開口１４２と重なる。第２のマスク１４４は、液体のレジストを第１のマスク１４０上に塗布する、あるいはフィルム状のレジストを第１のマスク１４０に貼り付け、その後、フォトマスクを介する露光、現像を行ってパターニングすることで形成される。必要に応じ、ストッパー層１２４を設けてもよい。
【００４７】
この後、第２のマスク１４４を用い、第２の開口１４６から露出した基板１０２に対してエッチングを行い、貫通孔１０４を形成する（図１５（Ｂ））。このプロセスにおいて第１の部分１０４ａの形状が決定される。したがって、第２実施形態と同様、貫通孔１０４は異方性エッチングによって形成することが好ましい。これにより、側壁が第１の面１０２ａに垂直、あるいは実質的に垂直な貫通孔１０４が形成される。貫通孔１０４の形成後、第２のマスク１４４が選択的に除去される（図１５（Ｃ））。
【００４８】
第２の面１０２ｂを保護するための第３のマスク１３０を形成し（図１５（Ｃ））、引き続いて第１の開口１４２から露出した基板１０２に対してエッチング加工を施し、貫通孔１０４の一部を拡張することで第２の部分１０４ｂを形成する（図１６（Ａ））。第２実施形態と同様、図１に示す配線基板１００を作製する場合には、この段階では等方性エッチングが適用される。等方性エッチングにより貫通孔１０４の第１の面１０２ａに近い部分が加工され、第２の部分１０４ｂが形成される。幅Ｄ２は第１の開口１４２の形状（あるいはエッチング終了後の第１の開口１４２の形状）によって制御することができ、エッチング条件を適宜調整することで、高さＨ２を調整することができる。第２実施形態で述べたように、第２の部分１０４ｂの側壁が垂直断面において直線で表される場合、異方性エッチングを用いて第２の部分１０４ｂが形成される。
【００４９】
その後、第１のマスク１４０、第３のマスク１３０を除去し（図１６（Ｂ））、第２実施形態で述べた方法に従い、第１の金属膜１０８ａ、第２の金属膜１０８ｂが順次積層され、貫通配線１０８が形成される（図１３（Ｂ）から図１４（Ｂ））。
【００５０】
第２実施形態で述べたように、本実施形態で説明した作製方法を用いることで、貫通孔１０４の側壁の全体に第１の金属膜１０８ａが形成される。このため、第２の金属膜１０８ｂは貫通孔１０４内で断線することがなく、第１の面１０２ａと第２の面１０２ｂの間の電気的接続を確実に行うことができる。その結果、信頼性の高い配線基板を提供することができる。
【００５１】
（第４実施形態）
本実施形態では、第１実施形態で述べた配線基板１００を利用した半導体モジュールについて説明する。
【００５２】
図１７に示す半導体モジュール１５０は、メイン基板１５２と、その上に積層された複数の配線基板１００（配線基板１００−１、１００−２、１００−３）を有する。配線基板１００の数に制限はなく、半導体モジュール１５０に要求される性能に従って決定される。メイン基板１５２には図示しない種々の半導体チップ（メモリ装置、中央演算ユニット）や半導体素子（微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）など）が接続される。第１実施形態で述べたように、配線基板１００は貫通配線１０８を有し、これらは半導体モジュール１５０における上下方向の電気的接続に寄与する。最下層の配線基板１００−１の貫通配線１０８は、バンプ１５６を介してメイン基板１５２上に設けられる端子１５４と電気的に接続される。また、積層された配線基板１００−１、１００−２、１００−３同士もバンプ１５６によって電気的に接続される。バンプ１５６には、インジウム、銅、金などの金属、あるいははんだなどの合金が含まれる。
【００５３】
図１８に示す半導体モジュール１６０のように、積層される配線基板１００は互いにサイズや形状が異なっていてもよく、メイン基板１５２上で積層される配線基板１００の数も異なっていてもよい。図１８に示した例では、一部の領域では二つの配線基板１００−４、１００−５が積層され、一部の領域では三つの配線基板１００−１、１００−２、１００−３が積層されている。
【００５４】
図１９に示す半導体モジュール１７０は、複数の半導体チップ（あるいは半導体素子）１７２−１、１７２−２が配線基板１００を介してメイン基板１５２上に積層された構造を有する。半導体チップ１７２−１、１７２−２にはそれぞれ端子１７４、１７６が形成され、これらがバンプ１５６を介して配線基板１００の貫通配線１０８と電気的に接続される。これにより、半導体チップ１７２−１、１７２−２が互いに電気的に接続される。また、ワイヤ配線１７８により、半導体チップ１７２−２とメイン基板１５２を電気的に接続してもよい。図１７から図１９では、貫通配線１０８が直接バンプ１５６と接続されるように示されているが、バンプ１５６と貫通配線１０８の間にリード配線などの他の配線が設けられてもよい。
【００５５】
本開示の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態を基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったものも、本開示の要旨を備えている限り、本開示の範囲に含まれる。
【００５６】
また、上述した各実施形態によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本開示によりもたらされるものと理解される。
【符号の説明】
【００５７】
１００：配線基板、１００−１：配線基板、１００−２：配線基板、１００−３：配線基板、１００−４：配線基板、１００−５：配線基板、１０２：基板、１０２ａ：第１の面、１０２ｂ：第２の面、１０４：貫通孔、１０４ａ：第１の部分、１０４ｂ：第２の部分、１０４ｃ：中心、１０４ｄ：外周、１０６：境界、１０８：貫通配線、１０８ａ：第１の金属膜、１０８ｂ：第２の金属膜、１１０：中心線、１１２：ベクトル、１２０：第１のマスク、１２２：第１の開口、１２４：ストッパー層、１２６：第２のマスク、１２８：第２の開口、１３０：第３のマスク、１３２：第４のマスク、１４０：第１のマスク、１４２：第１の開口、１４４：第２のマスク、１４６：第２の開口、１５０：半導体モジュール、１５２：メイン基板、１５４：端子、１５６：バンプ、１６０：半導体モジュール、１７０：半導体モジュール、１７２−１：半導体チップ、１７２−２：半導体チップ、１７４：端子、１７６：端子、１７８：ワイヤ配線
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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