(57)【要約】　　　（修正有）【課題】シリコン基板にスルーホールを形成した後、このスルーホールをめっきによりプラギングして金属を埋め込む場合に、プラグ金属内に生じた微細ボイドを除去することにより、プラグ金属の緻密性、密着性を向上する。【解決手段】電解めっきによりシリコン基板１のスルーホール内を金属１１で充填して、更にシリコン基板の両面を研磨して平滑化した後に、シリコン基板に高圧アニール処理を施すことを特徴とする。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板にスルーホールを形成する工程と、該スルーホール内壁面を含むシリコン基板表裏面に絶縁膜を形成する工程と、シリコン基板の一方の面に接着剤を介して導体を貼り付ける工程と、シリコン基板の他方の面よりスルーホール内にエッチングを施して前記接着剤に穴あけ加工して前記導体をスルーホール内に露出させる工程と、前記導体を電極としてめっきを施してスルーホール内を金属で埋め込む工程と、前記導体を剥離するとともに前記金属を含む前記シリコン基板の両面を平滑化する工程と、該シリコン基板に高圧アニール処理を施す工程とを含むことを特徴とする、シリコン基板のスルーホールプラギング方法。
【請求項２】
スルーホール内壁面を含むシリコン基板表裏面に形成する絶縁膜は、化学蒸着や熱処理によって形成する酸化膜であることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールプラギング方法。
【請求項３】
接着用フィルムに穴あけ加工するエッチングは、プラズマエッチングであることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールプラギング方法。
【請求項４】
シリコン基板の両面を研磨する工程は、化学機械研磨によることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールプラギング方法。
【請求項５】
シリコン基板に高圧アニール処理を施す工程は、アルゴン雰囲気内で、３５０℃の温度で、１５０Ｍｐａの圧力下で行われることを特徴とする請求項１に記載のスルーホールプラギング方法。
【請求項６】
前記接着剤は接着用フィルムであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスルーホールプラギング方法。
【請求項７】
前記導体は金属箔であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスルーホールプラギング方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はシリコン半導体デバイス、インターポーザー等として使用される単結晶のシリコン基板にスルーホールを形成した後、このスルーホールに金属を充填する（プラギング）方法に関する。
【０００２】
シリコン基板を使用して３次元実装をする場合において、シリコン基板の上下面間に形成した回路配線で電気的な接続をとるのが最も難しい問題である。
【０００３】
【従来の技術】
従来、シリコン基板の上下面間で電気的な導通をとる場合に、シリコン基板にその上下面を貫通するスルーホールを形成した後、このスルーホール内に金属を埋め込んで（プラギングして）、この埋め込み金属を介してシリコン基板の上下面の回路パターン相互間を接続することが行われる。
【０００４】
例えば、特開平１−２５８４５７号公報では、シリコン単結晶を使用したシリコン実装基板材料に異方性エッチング法により貫通孔を形成し、シリコン基板単結晶を熱酸化法等により絶縁膜で被覆し、貫通孔を金属で埋める半導体集積回路の製造方法が示されている。また、この公報には、シリコン実装基板の主表面側にめっき用電極を接着し、めっき法により貫通孔を金属で埋め込むことも開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のシリコン基板におけるスルーホールのプラギング法によると、めっき等でスルーホール内に埋め込んだ金属について、めっき工程中にプラグ金属内に微細なボイドが発生し、完璧で緻密なスルーホールの穴埋めが出来ないことが問題となっている。このような、微細ボイトの発生を防止するために、めっきによるスルーホール内の金属穴埋め後にシリコン基板の裏面を研削し、プラグ金属を露出させる等のことも検討されているが、プラグ内のめっきの微細ボイド発生については依然として解決されない問題であった。これにより、十分緻密な金属からなるプラグを得ることが困難であり、半導体ウェーハのヴィア配線の信頼性、歩留りの点で問題が生ずる。
【０００６】
そこで、本発明では、シリコン基板にスルーホールを形成した後、このスルーホールをめっきによりプラギングして金属を埋め込む場合において、プラギング金属内に微細ボイドが発生するのを極力抑制し、緻密な金属で穴埋めすることの出来る、シリコン基板のスルーホールプラギング方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を達成するために、本発明によれば、シリコン基板にスルーホールを形成する工程と、該スルーホール内壁面を含むシリコン基板表裏面に絶縁膜を形成する工程と、シリコン基板の一方の面に接着剤（接着用フィルム）を介して導体（金属箔）を貼り付ける工程と、シリコン基板の他方の面よりスルーホール内にエッチングを施して前記接着用フィルムに穴あけ加工して前記金属箔をスルーホール内に露出させる工程と、前記金属箔を電極としてめっきを施してスルーホール内を金属で埋め込む工程と、前記金属箔を剥離するとともに前記金属を含む前記シリコン基板の両面を平滑化する工程と、該シリコン基板に高圧アニール処理を施す工程とを含むことを特徴とする、シリコン基板のスルーホールプラギング方法が提供される。
【０００８】
スルーホール内壁面を含むシリコン基板表裏面に形成する絶縁膜は、化学蒸着（ＣＶＤ）や熱処理によって形成した酸化膜（ＳｉＯ２膜）であることを特徴とする。また、接着用フィルムに穴あけ加工するエッチングは、プラズマエッチングであることを特徴とする。また、シリコン基板の両面を研磨する工程は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によることを特徴とする。
【０００９】
シリコン基板に高圧アニール処理を施す工程は、アルゴン雰囲気内で、３５０℃の温度で、１５０Ｍｐａの圧力下で行われることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、単結晶のシリコン基板１にスルーホール２を形成する工程を示す。シリコン基板は、電子デバイス用のウエーハとして用いられるもの、或いはインターポーザー用のウエーハとして用いられるもの、のいずれでも良く、また厚さが数１００μｍ程度のいわゆる厚シリコン基板の場合でも、厚さが数十μｍ程度のいわゆる薄シリコン基板の場合でも適用することができる。スルーホール２の形成は機械的なドリル加工、レーザー加工、又はエッチング等の化学的な方法により行なわれる。
【００１２】
図２は、スルーホール２内壁面を含むシリコン基板１表裏面に全面に絶縁膜３を形成する工程を示す。この絶縁膜３は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって形成する熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）や、大気中での熱処理により、シリコン基板表面を酸化して形成した熱酸化膜（ＳｉＯ２膜）として形成することができる。
【００１３】
図３はシリコン基板１の裏面に接着用樹脂フィルム４を介して金属箔又は金属板５を貼り合わせる工程を示す。金属箔５は、銅箔などの金属材料からなり、後の工程で電解めっきを行う際のマイナス電極として使用されるものである。シリコン基板１、接着用フィルム４及び金属箔５は、治具６に固定される。
【００１４】
図４はシリコン基板１、接着用フィルム４及び金属板ないし金属箔５が治具６に固定されている状態で、シリコン基板１の上面よりスルーホール２内に向けてエッチングを施し、接着用フィルム４のスルーホール２に対応する部分に穴あけ加工をする状態を示す。この場合のエッチングは、スルーホール２内に向けてプラズマを照射して行うプラズマエッチングであるのが好ましい。このような接着用フィルム４に穴１０があけられることにより、スルーホール２に対応する金属箔５の部分が露出し、次の工程で、電解めっきを行う際にこの金属箔５をマイナス電極として利用することができる。
【００１５】
図５は、めっき液中に治具を浸漬し、金属箔５をマイナス電極として電解めっきを施してスルーホール内に金属１１を析出させて当該金属でこのスルーホールを充填する工程を示す。めっきする金属１１としては、導電性の高い銅が好適である。このように、シリコン基板１の裏面にマイナス電極として金属箔ないし金属板５を張り付けており、しかもシリコン基板１のスルーホール２に対応した部分にマイナス電極が露出していることにより、スルーホール２の部分のみにめっき金属１１を析出させることができる。
【００１６】
図６は、シリコン基板１の裏面側に貼り付けられている金属箔５を剥離するとともにスルーホール２内に埋め込まれている金属１１を含むシリコン基板の両面を平滑化する工程を示す。これにより、シリコン基板はストリップ状９となる。このようなシリコン基板１の両面を平滑化する工程では、化学機械研磨（ＣＭＰ）によるのが好適である。
【００１７】
図７は、シリコン基板１に高圧アニール処理を施す工程を示す。シリコン基板１に高圧アニール処理を施す工程は、高圧のアルゴンガスの雰囲気内で熱処理することにより行なわれる。アニールする際の加熱温度は、３５０℃程度、圧力は１５０Ｍｐａ程度が適当である。埋め込んだ金属（例えば銅）はもちろんとして、シリコン基板１上に形成されているアルミニウム配線（図示せず）が融けてしまわないような、これらの金属の融点（アルミニウムは融点が約６６０℃、銅は融点が約１０８０℃）より十分低い温度である必要がある。処理時間は充填した銅の緻密化が達成される程度の時間とする。
【００１８】
本発明では、上記のように、電解めっきによりスルーホール２内に金属（銅）を充填した後に、高圧アニール処理を行うことにより、プラグ金属内の微細ボイドの解消することができ、緻密な金属からなるプラグを得ることができる。例えば、図６のアニール前においては、めっき金属１１とスルーホール２の内壁面の酸化絶縁膜３との間には微細ボイドによるわずかな隙間が存在しているが、図７の高圧アニール処理後はこのような隙間が埋められる。これにより、ヴィア配線の信頼性の向上、歩留りの低下に効果がある。
【００１９】
即ち、高圧アニール処理を行うことにより、シリコン基板のスルーホールに充填されたプラグ金属は、高圧ガスの作用と高温の作用の相乗効果により、プラグ内に残留している微細ボイドが除去され、埋め込み、緻密化、密着性、が向上されるものと考えられる。
【００２０】
以上添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではわなく、本発明の精神ないし範囲内において種々の形態、変形、修正等が可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電解めっきによりスルーホール内に金属（銅）を埋め込んだ後に、高圧アニール処理を行うことにより、プラグ金属内に微細ボイドの解消することができ、緻密性、密着性に優れたプラグを得ることができる。
【００２２】
これにより、ヴィハ配線の信頼性の向上、歩留りの低下に効果があり、チップレベル３次元実装用のシリコン基板において銅めっき等でプラギングを行うことが可能となる。また、このようにチップレベル３次元実装が可能とすることで、高性能な半導体チップの製造や高速動作、コンパクトな実装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】単結晶のシリコン基板にスルーホールを形成する工程を示す。
【図２】スルーホール内壁面を含むシリコン基板表裏面に全面に絶縁膜を形成する工程を示す。
【図３】シリコン基板の裏面に接着用フィルムを介して金属箔ないし金属板を貼り合わせる工程を示す。
【図４】接着用フィルムに穴あけ加工をする状態を示す。
【図５】電解めっきによりスルーホール内に金属を埋め込む工程を示す。
【図６】シリコン基板の両面を平滑化する工程を示す。
【図７】シリコン基板に高圧アニール処理を施す工程を示す。
【符号の説明】
１…シリコン基板
２…スルーホール
３…熱酸化膜
４…接着用フィルム
５…金属板又は金属箔
６…治具
７…プラズマエッチング
８…めっき金属（プラグ）
９…ストリップ
１０…接着用フィルムの穴
１１…めっき金属
【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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