(57)【要約】【課題】ランドを備えた半導体基板において、ランドの基板との密着性が向上する半導体基板、その製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。【解決手段】半導体基板１は、基板１０と、前記基板１０の一方の主面からもう一方の主面に向けて貫通する貫通孔１６と、前記主面よりも露出した端部２４と該端部２４から連続して前記貫通孔１６に形成されたランド２０と、を備え、前記主面に沿った方向の前記端部の断面において、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の一方の主面からもう一方の主面に向けて貫通する貫通孔と、
前記主面よりも露出した端部と該端部から連続して前記貫通孔に形成されたランドと、を備え、
前記主面に沿った方向の前記端部の断面において、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きいことを特徴とする半導体基板。
【請求項２】
前記基板と前記ランドとの間には、ＴｉＷ／Cu膜が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板。
【請求項３】
前記端部は台形であって、前記主面に遠い断面から前記主面に近い断面に向かって裾広がりであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板。
【請求項４】
基板の厚さ方向に貫通孔を形成する工程と、
前記基板の一方の主面及び前記貫通孔の表面にＴｉＷ／Cu膜を形成する工程と、
前記基板の前記一方の主面に、前記主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部を有するめっきレジストを形成するめっきレジスト形成工程と、
前記ＴｉＷ／Cu膜を電極として、電気めっきにより前記貫通孔及び前記開口部にランドを形成する工程と、
前記めっきレジストを剥離する工程と、
前記めっきレジストの剥離により露出した前記ＴｉＷ／Cu膜を除去する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記めっきレジストは紫外線により硬化する感光性樹脂であり、
前記めっきレジスト形成工程では、前記基板の前記一方の主面に未露光のめっきレジストを被覆し、マスクを透光した紫外線を前記めっきレジストに照射し、
前記マスクにより紫外線照射が遮断される領域の周囲を所定の露光量以下で再び露光し、現像処理することを特徴とする請求項４に記載の半導体基板の形成方法。
【請求項６】
半導体装置を備える電子機器であって、
前記半導体装置が請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体基板を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランドを備えた半導体基板、半導体基板の製造方法及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体チップを高密度実装するために、三次元的に半導体チップを積層する技術が存在する。この技術では、半導体チップ同士を積層し、各半導体チップ間を配線接続する。半導体チップは、例えばその表面と裏面とに形成された電極と、半導体チップの表面と裏面とを貫通する貫通孔とを有する。この貫通孔に貫通電極としてのランドが充填され、このランドを介して表面と裏面の電極同士が電気的に接続される。そして、このような電極構造を有する半導体チップを積層すると、ある半導体チップの裏面に形成された電極が他の半導体チップの表面に形成された電極と接続され、これにより各半導体チップ間で配線接続することができる。このような半導体チップの品質を向上させたり、小型化を図るための様々な技術が提案されている。
【０００３】
例えば半導体チップ積層時の位置合せを容易にする技術として、特許文献１には、半導体チップに開口穴を設け、その開口穴に導電性部材を充填して、当該導電性部材の上面を凹形状部にした端子を設けることが記載されている。
【０００４】
また、配線基板の厚みを薄くするために、特許文献２には、絶縁板に設けられたスルーホールの内壁のみにスルーホールと同軸の貫通孔を有するように第１のめっき導体層を被着させることでスルーホール内の空間を狭め、次に第１のめっき導体層に残った貫通孔内およびコア用の絶縁板の上下面に第２のめっき導体層を被着することにより、第１のめっき導体層の貫通孔を充填するとともにコア用の絶縁板の上下面において配線導体を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２０７３１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１６５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電気めっきにより基板にランドを形成する手順としては、まず、基板の厚さ方向に貫通孔を形成して、基板の一方の主面と貫通孔の内壁に、絶縁膜と金属膜を形成する。さらに、基板の一方の主面に、貫通孔が形成された領域に開口部を設けためっきレジストを形成する。そして、金属膜を電極として、電界めっきにより貫通孔の内壁及び開口部にランドを形成する。図７は、このようにして、基板に２つのランドが形成された状態の時の基板の模式的断面図である。次に、めっきレジストを剥離し、当該剥離により露出した金属膜をエッチングで除去する。
【０００７】
この金属膜を除去する工程で、表面に露出している金属のみではなく、ランドと基板との間に存在する金属膜もサイドエッチングされてしまう場合がある。図８は、ランドと基板との間に存在する金属膜がサイドエッチングされた場合の、ランドと基板との接触部分の模式的断面図である。図９は、実際に金属膜がサイドエッチングされた状態を示すランド及び金属膜の断面の写真である。これらの図に示すように、ランドと基板との間に存在する金属膜がサイドエッチングされると、ランドの基板との接触面積が小さくなり、ランドと基板との密着性も低下する。これにより、ランドが基板から離脱し易くなる。図１０は、このようなランドが基板の貫通孔から離脱した状態を示す写真である。このようにランドが基板から容易に離脱してしまうと、半導体基板の品質の十分な信頼性の確保が難しくなる。
【０００８】
さらに、近年では、半導体チップの小型化、集積化が進んでおり、基板に複数のランドを配列する場合、ランド間のピッチが狭くなる傾向にある。
しかしながら、ランド間のピッチを狭くすると、配線時に、隣接するランド間で短絡する可能性がある。この短絡を防ぐためにランドの断面形状を小さくすると、ランドの基板との接触面積がさらに小さくなり、ランドが基板から離脱し易くなる。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、本発明は、ランドを備えた半導体基板において、ランドの基板との密着性が向上する半導体基板、その製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、ランドの基板との接触面積を大きく確保できる半導体基板、その製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
また、本発明は、ランドが基板から離脱し難くすることができる半導体基板、その製造方法及び電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。
［適用例１］基板と、前記基板の一方の主面からもう一方の主面に向けて貫通する貫通孔と、前記主面よりも露出した端部と該端部から連続して前記貫通孔に形成されたランドと、を備え、前記主面に沿った方向の前記端部の断面において、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きいことを特徴とする半導体基板。
【００１２】
本発明によれば、前記ランドにおける前記基板の主面に沿った方向の断面積は、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きいため、ランドと基板との接触面積が大きく確保でき、ランドと基板との密着性が向上して、ランドが基板から離脱し難くすることができる。
【００１３】
［適用例２］前記基板と前記ランドとの間には、ＴｉＷ／Cu膜が設けられていることを特徴とする適用例１に記載の半導体基板。
本発明によれば、ＴｉＷ／Cu膜上に電気めっきでランドを形成する場合、ＴｉＷ／Cu膜層除去のためのエッチングの工程で、基板とランドとの間のＴｉＷ／Cu膜がサイドエッチングされる恐れがあるが、基板の主面に沿った方向のランドの断面形状において、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積の端部よりも大きいため、ＴｉＷ／Cu膜とランドとの接触面積を大きくすることができ、ランドと基板との密着性を向上させることができ、ランドが基板から離脱し難くすることができる。
【００１４】
［適用例３］前記端部は台形であって、前記主面に遠い断面から前記主面に近い断面に向かって裾広がりであることを特徴とする適用例１又は２に記載の半導体基板。
【００１５】
本発明によれば、前記主面に遠い断面から前記主面に近い断面に向かって裾広がりである方が、前記主面に遠い断面から前記主面に近い断面に向かって一律の角度で単調に傾斜するのに比べて、前記主面に遠い断面の面積を大きくすることができ、前記主面に遠い断面の端部に半田を搭載する場合等には搭載面積を確保することができる。
【００１６】
［適用例４］基板の厚さ方向に貫通孔を形成する工程と、前記基板の一方の主面及び前記貫通孔の表面にＴｉＷ／Cu膜を形成する工程と、前記基板の前記一方の主面に、前記主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部を有するめっきレジストを形成するめっきレジスト形成工程と、前記ＴｉＷ／Cu膜を電極として、電気めっきにより前記貫通孔及び前記開口部にランドを形成する工程と、前記めっきレジストを剥離する工程と、前記めっきレジストの剥離により露出した前記ＴｉＷ／Cu膜を除去する工程と、を備えたことを特徴とする半導体基板の製造方法。
【００１７】
本発明によれば、前記基板の前記一方の主面に、前記主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部を有するめっきレジストを形成し、前記ＴｉＷ／Cu膜を電極として、電気めっきにより前記貫通孔及び前記開口部にランドを形成するため、基板の主面に沿った方向のランドの端部の断面において、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積を大きくすることができ、ＴｉＷ／Cu膜を除去する工程で基板とランドとの間のＴｉＷ／Cu膜がサイドエッチングされたとしても、ランドとＴｉＷ／Cu膜との接触面積を確保することができるため、ランドの基板との密着性を向上させ、ランドが基板から離脱し難くすることができる。
【００１８】
［適用例５］前記めっきレジストは紫外線により硬化する感光性樹脂であり、前記めっきレジスト形成工程では、前記基板の前記一方の主面に未露光のめっきレジストを被覆し、マスクを透光した紫外線を前記めっきレジストに照射し、前記マスクにより紫外線照射が遮断される領域の周囲を所定の露光量以下で再び露光し、現像処理することを特徴とする適用例５に記載の半導体基板の形成方法。
【００１９】
本発明によれば、前記マスクにより紫外線照射が遮断される領域の周囲の前記基板に近い前記めっきレジストが硬化しない程度に、所定の露光量以下で露光することで、前記基板の主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部を形成することができる。
【００２０】
［適用例６］
半導体装置を備える電子機器であって、
前記半導体装置が適用例１乃至適用例３のいずれかに記載の半導体基板を備えることを特徴とする電子機器。
本発明によれば、品質の信頼性の高い電子機器とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体基板の模式的断面図である。
【図２】図１における基板の一方の主面とランドとがＴｉＷ／Cu膜を介して接触する部分の模式的拡大図である。
【図３】本実施形態に係る半導体基板の製造方法の工程図である。
【図４】基板に複数のランドを形成する場合の工程８に対応する図である。
【図５】本実施形態に係る半導体基板が搭載されたパーソナルコンピューターを示す概略斜視図である。
【図６】本実施形態に係る半導体基板が搭載された携帯電話機を示す概略斜視図である。
【図７】従来の半導体基板の製造工程を説明する図である。
【図８】従来の半導体基板における、基板の一方の主面とランドとが金属膜を介して接触する部分の模式的拡大図である。
【図９】従来の金属膜がサイドエッチングされた様子を示すランド及び金属膜の断面の写真である。
【図１０】従来のランドが基板の貫通孔から離脱した状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る半導体基板１の模式的断面図である。
同図に示すように、半導体基板１は、基板１０と、絶縁膜１２と、ＴｉＷ／Cu膜１４と、ランド２０と、電極パッド３０と、を備えている。基板１０はＳｉ（シリコン）で形成されている。基板１０には、基板１０の一方の主面からもう一方の主面に向けて、厚さ方向に貫通する貫通孔１６が設けられている。貫通孔１６は、例えば円柱形状を有している。なお、貫通孔１６の形状は円柱形状に限らず、四角柱形状等の他の形状であってもよい。基板１０の両主面及び貫通孔１６の内壁には絶縁膜１２が成膜されている。絶縁膜１２は例えばＳｉＯ２（酸化ケイ素）で形成されている。
【００２３】
基板１０の貫通孔１６にはランド２０が形成されている。ランド２０は、一方の主面よりも露出した端部２４と、当該端部２４から連続して貫通孔１６に形成された軸部２２と、を備えている。端部２４の径は軸部２２よりも大きく形成されており、ランド２０はＴ字型の側面を有している。ランド２０は、Ｃｕ（銅）等の金属で形成されている。基板１０の他方の主面には、貫通孔１６を覆って電極パッド３０が設けられている。電極パッド３０は例えばＡｌ（アルミニウム）で形成されている。ランド２０の端部２４には、例えば半田（不図示）等を介して部品の電極（不図示）が接続され、ランド２０は部品と電極パッド３０とを電気的に接続する貫通電極としての役割を果たす。
【００２４】
ランド２０と、絶縁膜１２及び電極パッド３０との間にはＴｉＷ／Cu膜１４が設けられている。このＴｉＷ／Cu膜１４は、ランド２０を電気めっきで形成する際に使用されたものである。ＴｉＷ／Cu膜１４は、バリヤ層としてのＴｉＷ（チタンタングステン）膜が形成され、その上にシード層としてＣｕ膜が成膜されている。
【００２５】
ランド２０の端部２４における基板１０の主面に沿った断面は、当該主面に遠い断面積よりも主面に近い断面積の方が大きくなっている。また、本実施形態では、端部２４は台形であって、基板１０の主面に遠い断面から当該主面に近い断面に向かって裾広がりとなっている。
【００２６】
図２は、図１における基板１０の一方の主面とランド２０とがＴｉＷ／Cu膜１４を介して接触する部分の模式的拡大図である。同図に示すように、基板１０とランド２０との間にＴｉＷ／Cu膜１４が存在しない部分がある。このＴｉＷ／Cu膜１４が存在しない部分は、電気めっきでランド２０をＴｉＷ／Cu膜１４上部に形成した後、ランド２０が上部に形成されなかった部分のＴｉＷ／Cu膜１４をエッチングで除去する際に、基板１０とランド２０との間のＴｉＷ／Cu膜１４がサイドエッチングされたものである。この場合、ランド２０のＴｉＷ／Cu膜１４（基板１０）との接触面積は、基板１０とランド２０との間にＴｉＷ／Cu膜１４が全て存在する場合に比較して小さくなる。しかしながら、本実施形態では、ランド２０の端部２４における基板１０の主面に沿った方向の断面積は、前記主面に遠い断面積よりも主面に近い断面積の方が大きくなっているため、基板１０とランド２０との間にＴｉＷ／Cu膜１４が存在しない部分があったとしても、ランド２０とＴｉＷ／Cu膜１４との接触面積を確保することができるため、ランド２０の基板１０との密着性を向上させ、ランド２０が基板１０から離脱し難くすることができる。
【００２７】
また、端部２４の形状を台形とし、基板１０の主面に遠い断面から当該主面に近い断面に向かって裾広がりとすることで、当該主面に遠い断面から当該主面に近い断面に向かって一律の角度で単調に傾斜するのに比べて、当該主面に遠い断面の端部の面積を大きくすることができ、当該主面に遠い断面の端部に半田を搭載する場合には、半田の搭載面積を十分確保することができる。
【００２８】
なお、接触面積確保の観点からは、端部２４を、基板１０の主面に遠い断面から主面に近い断面に向かって一律の角度で単調に傾斜させてもよい。
【００２９】
また、上述した実施形態では、ランド２０は、Ｔ字型の側面を有しており、基板１０の貫通孔１６内を貫通して貫通電極の役割を果たすとして説明したが、ランドは頭部２４のみを有した形状であってもよく、当該ランドとしての頭部２４が貫通孔１６の設けられていない基板上に配置されてもよい。
【００３０】
次に、上記構成の半導体基板１の製造方法について、図３を参照して説明する。
（工程１：基板準備）
まず、基板１０の他方の主面を、絶縁膜１２で被覆し、その絶縁膜１２上に、電極パッド３０を設ける。
【００３１】
（工程２：支持基板貼り合せ）
次に、絶縁膜１２の電極パッド３０を設けた面に、支持基板４０を接着剤５０で貼り付けて強度を高めた後、基板１０を所望の厚さまで薄くする。
【００３２】
（工程３：基板のエッチング）
次に、基板１０の一方の主面に、貫通孔１６を形成する領域に開口部をパターニングしたレジスト６０を形成する。
【００３３】
次に、レジスト６０の開口部に露出している基板１０を、他方の主面の絶縁膜１２が露出するまでエッチングする。このエッチングにより基板１０に貫通孔１６が形成される。エッチングが終了したら、レジスト６０を剥離する。
【００３４】
（工程４：絶縁膜除去１）
次に、貫通孔１６の形成により露出した絶縁膜１２をエッチングにより除去し、さらに、アッシングにより当該絶縁膜１２を完全に除去して、電極パッド３０を露出させる。
【００３５】
（工程５：絶縁膜形成）
次に、基板１０の一方の主面、貫通孔１６の内壁、及び電極パッド３０上に、絶縁膜１２を形成する。
【００３６】
（工程６：絶縁膜除去２）
次に、工程５において電極パッド３０上に形成された絶縁膜１２を除去する。
具体的には、基板１０の一方の主面のうち貫通孔１６の部分に開口部を設けるようにレジスト６２のパターニングを行い、電極パッド３０上の絶縁膜１２をエッチングにより除去する。エッチングが終了したらレジスト６２を剥離する。次に、アッシングにより電極パッド３０上の絶縁膜１２を完全に除去する。
【００３７】
（工程７：スパッタ）
次に、スパッタにより、基板１０の一方の主面、貫通孔１６の内壁、及び電極パッド３０上に、ＴｉＷ／Cu膜１４を形成する。
【００３８】
（工程８：めっき）
次に、ランド２０を形成するために、基板１０の一方の主面にめっきレジスト６４のパターニングを行う。
具体的には、紫外線により硬化する感光性樹脂をめっきレジスト６４として用いて、未露光の当該めっきレジスト６４を基板１０の一方の主面全体にスピンコートで塗布する。
【００３９】
次に、めっきレジスト６４上の電極パッド３０（貫通孔１６）に対向する位置にマスク（不図示）を配置し、当該マスクを透光した紫外線をめっきレジスト６４に照射して、当該マスクが配置されていない部分のめっきレジスト６４の露光を行う。次に、前記マスクにより紫外線照射が遮断される領域の周囲を所定の露光量以下で再び露光し、現像処理する。当該現像処理においては、めっきレジスト６４の十分露光した部分は硬化して現像液に溶けない。一方、マスクにより紫外線照射が遮断されて露光されなかった部分と、マスク周囲を所定の露光量以下で露光した時に光源から遠距離にあるため露光量が少なかったマスク周囲の基板１０の主面に近い部分と、が現像液に溶ける。これにより、めっきレジスト６４に、基板１０の主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部６６が形成される。
【００４０】
なお、めっきレジスト６４の膜厚を厚くすることで、マスクにより紫外線照射が遮断される領域の周囲の基板１０の主面に近い部分の露光量をめっきレジスト６４が硬化しないように調整して、基板１０の主面に近づくにつれて開口面積が大きくなる逆テーパの開口部６６を形成するようにしてもよい。
【００４１】
次に、ＴｉＷ／Cu膜１４を電極としてＣｕ電界めっきを行い、基板１０の貫通孔１６とめっきレジスト６４の開口部６６内に、ランド２０の軸部２２と端部２４とをそれぞれ形成する。めっきレジスト６４の開口部６６の形状により、ランド２０の端部２４における基板１０の一方の主面に沿った方向の断面は、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きくなる。
【００４２】
（工程９：金属膜除去）
次に、めっきレジスト６４を剥離液で剥離する。
この際に、図４に示すように、基板１０に複数のランド２０を形成した場合に、複数のランド２０間のピッチが狭いとしても、めっきレジスト６４は、基板１０に近い部分よりも基板１０から遠い部分の方が断面積が大きいため、めっきレジスト６４に剥離液を十分行き渡らせることができ、めっきレジスト６４を容易に剥離することができる。
【００４３】
次に、このめっきレジスト６４の剥離により露出したＴｉＷ／Cu膜１４をエッチングで除去する。このとき、ランド２０と絶縁膜１２との間のＴｉＷ／Cu膜１４がサイドエッチングにより浸食されても、ランド２０の端部２４の基板１０に近い断面積を大きくしているため、ランド２０とＴｉＷ／Cu膜１４との接触面積を保つことができ、ランド２０が基板１０から離脱し難くなる。
【００４４】
（工程１０：支持基板剥離）
次に、支持基板４０と接着剤５０を基板１０から剥離する。以上により、半導体基板１が完成する。
【００４５】
以上説明したように、基板１０の主面に沿った方向のランド２０の端部２４の断面は、前記主面に遠い断面積よりも前記主面に近い断面積が大きいため、ランド２０の基板１０との接触面積を大きくすることができる。したがって、ランド２０の基板１０との密着性を向上させ、ランド２０が基板１０から離脱し難くすることができる。また、小型化のためにランド２０の径を小さくしても、基板１０から脱離しにくい構造を得ることができる。
【００４６】
また、めっきレジスト６４は、基板１０に近い端部よりも基板１０から遠い端部の方が断面積が大きいため、複数のランド２０を設ける場合にランド２０同士のピッチが狭くても、製造工程でめっきレジスト６４を剥離する際に、めっきレジスト６４に剥離液を十分行き渡らせて、めっきレジスト６４を容易に剥離することができる。
【００４７】
さらに、ランド１０の端部２４は台形であって、基板１０の主面に遠い断面から前記主面に近い断面に向かって裾広がりとなるようにしたことで、ランド２０の前記主面に遠い断面の端部の面積を大きくすることができるとともに、前記端部２４間のピッチを広くすることができるために剥離液が浸透し易くなりめっきレジスト６４を容易に剥離することができる。
【００４８】
次に、半導体基板を備えた半導体装置が搭載された電子機器の一実施形態について図５及び図６を用いて説明する。図５は、パーソナルコンピューターを示す概略斜視図であり、図６は、携帯電話機を示す概略斜視図である。上記の半導体基板１を備えた半導体装置を搭載した電子機器の一例として、図５に示すパーソナルコンピューター３００や、図６に示す携帯電話機４００を挙げることができる。上記の半導体基板１を備えた半導体装置をこれらの電子機器に搭載することで、電子機器の品質の信頼性を確保することができる。
【符号の説明】
【００４９】
１………半導体基板、１０………基板、１２………絶縁膜、１４………ＴｉＷ／Cu膜、１６………貫通孔、２０………ランド、２２………軸部、２４………端部、３０………電極パッド、４０………支持基板、５０………接着剤、６０………レジスト、６２………レジスト、６４………めっきレジスト、６６………開口部。
【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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