(57)【要約】【課題】シリコン基板上の有機絶縁膜の内部応力よって引き起こされる反りを緩和することができるインターポーザを提供する。【解決手段】複数の貫通電極１０を有するシリコン基板１と、シリコン基板１の一方の面に形成された有機絶縁膜２２０と、シリコン基板１の他方の面に形成され、貫通電極１０と電気的に接続された外部接続用端子（電極パッド３又はハンダバンプ１４）とを有し、貫通電極１０の間に位置する有機絶縁膜２２０に切り欠き部３０が形成されている。【選択図】図１Ｃ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の貫通電極を有するシリコン基板と、
前記シリコン基板の一方の面に形成された有機絶縁膜と、
前記シリコン基板の他方の面に形成され、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子とを有し、
前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に、切り欠き部が形成されている
インターポーザ。
【請求項２】
前記切り欠き部は、前記複数の貫通電極のうち隣り合う貫通電極の間に形成されている
請求項１に記載のインターポーザ。
【請求項３】
前記有機絶縁膜には配線が形成されており、
前記切り欠き部は、前記配線と重ならない領域に形成されている
請求項１又は２に記載のインターポーザ。
【請求項４】
前記有機絶縁膜は、積層膜からなり、
前記切り欠き部は、前記積層膜のいずれか一つの前記有機絶縁膜に形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載のインターポーザ。
【請求項５】
前記切り欠き部は、前記積層膜のうち最上層の前記有機絶縁膜に形成されている
請求項４に記載のインターポーザ。
【請求項６】
前記切り欠き部は、平面視形状が矩形状であり、
前記貫通電極は、平面視形状が円形であり、
前記切り欠き部の一辺は前記貫通電極の径より大きい
請求項１〜５のいずれか１項に記載のインターポーザ。
【請求項７】
前記切り欠き部は、前記複数の貫通電極のうち、前記シリコン基板の端部に位置する貫通電極と、当該貫通電極に隣接する他の貫通電極との間に形成されている
請求項１〜６のいずれか１項に記載のインターポーザ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のインターポーザと、
前記インターポーザの前記シリコン基板に搭載された半導体素子と、
前記シリコン基板を搭載するパッケージ基板とを備える
半導体装置。
【請求項９】
シリコン基板上に複数の貫通電極を形成する工程と、
前記シリコン基板の一方の面に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に切り欠き部を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の面に、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子を形成する工程とを有する
インターポーザの製造方法。
【請求項１０】
前記切り欠き部を形成する工程では、前記複数の貫通電極のうち隣り合う貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成する
請求項９に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１１】
前記切り欠き部を形成する工程の後に、さらに、前記シリコン基板の厚みを薄くする工程を有する
請求項９に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１２】
前記切り欠き部を形成する工程の前に、さらに、前記有機絶縁膜に配線を形成する工程を有し、
前記切り欠き部を形成する工程では、前記配線と重ならない領域に前記切り欠き部を形成する
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１３】
前記有機絶縁膜を形成する工程では、前記有機絶縁膜を積層膜として形成し、
前記切り欠き部を形成する工程では、前記積層膜のいずれか一つの前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成する
請求項９〜１２のいずれか１項に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１４】
前記切り欠き部を形成する工程では、前記積層膜のうち最上層の前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成する
請求項１３に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１５】
前記切り欠き部は、平面視形状が矩形であり、
前記貫通電極は、平面視形状が円形であり、
前記切り欠き部を形成する工程では、前記切り欠き部の一辺が前記貫通電極の径より大きくなるように前記切り欠き部を形成する
請求項９〜１４のいずれか１項に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１６】
前記切り欠き部を形成する工程では、前記複数の貫通電極のうち、前記シリコン基板の端部に位置する貫通電極と、当該貫通電極に隣接する他の貫通電極との間に、前記切り欠き部を形成する
請求項９〜１５のいずれか１項に記載のインターポーザの製造方法。
【請求項１７】
シリコン基板上に複数の貫通電極を形成する工程と、
前記シリコン基板の一方の面に有機絶縁膜を形成する工程と、
前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に切り欠き部を形成する工程と、
前記シリコン基板の他方の面に、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子を形成する工程と、
前記複数の貫通電極、前記切り欠き部及び前記外部接続用端子が形成された前記シリコン基板を、パッケージ基板に搭載する工程と、
前記シリコン基板に少なくとも一つの半導体素子を搭載する工程とを、有する
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、半導体素子とパッケージ基板（実装基板）との間に介在させるインターポーザ及びその製造方法、並びにインターポーザを用いた半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のシリコンＬＳＩの高集積化に伴い、ＬＳＩ等の半導体素子では、外部との電気的接続を行うための電極パッド（外部接続用端子）の狭ピッチ化が進んでいる。一方、ＬＳＩと接続されるパッケージ基板においては、電極パッドの狭ピッチ化に伴う加工コストを低減することが困難であるということから、パッケージ基板では、ＬＳＩ程電極パッドの狭ピッチ化が進んでいない。このため、ＬＳＩ等の半導体素子における電極パッドのピッチを変換するために、半導体素子をインターポーザ上に搭載してからパッケージ基板に搭載することにより一つの半導体装置とする技術が開発されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
図９Ａは、ＬＳＩがインターポーザ上に搭載された従来の半導体装置の断面図である。図９Ａに示すように、従来の半導体装置では、インターポーザ４ａを介して、２つのＬＳＩ６ａ及び７ａ（ＬＳＩチップ）とパッケージ基板１２ａとが電気的に接続されている。
【０００４】
インターポーザ４ａ（シリコンインターポーザ）は、ベース基板となるシリコン基板１ａと、シリコン基板１ａの表面上に形成され、有機絶縁膜と金属配線との多層膜からなる配線層２ａと、配線層２ａの表面に形成された電極パッド３ａと、シリコン基板１ａの裏面に形成された有機絶縁膜８ａ及び電極パッド９ａと、シリコン基板１ａを貫通し、表面側の配線層２内の金属配線と裏面側の電極パッド９ａとを電気的に接続する貫通電極１０ａとを備える。貫通電極１０ａは、シリコン基板１ａを貫通して形成された貫通孔１１ａ内に、メッキ法により銅を充填することによって形成されている。
【０００５】
図９Ｂは、図９Ａの破線で囲まれる領域Ａにおける従来の半導体装置の拡大断面模式図であり、インターポーザ４ａの貫通電極１０の周囲を拡大して示している。図９Ｂに示すように、シリコン基板１ａ上の配線層２ａは、第１配線層２１１ａ、第２配線層２２１ａ及び第３配線層２３１ａの３層からなる。第１配線層２１１ａは金属配線２１２ａと有機絶縁膜２１３ａとからなり、第２配線層２２１ａは金属配線２２２ａと有機絶縁膜２２３ａとからなり、第３配線層２３１ａは有機絶縁膜２３３からなる。また、シリコン基板１ａの裏面側の電極パッド９ａにはハンダバンプ１４ａが設けられている。
【０００６】
図９Ａに示すように、２つのＬＳＩ６ａ及び７ａは、インターポーザ４ａの配線層２ａ上に搭載され、ハンダバンプ５ａを介して、各ＬＳＩの電極パッドとインターポーザ４ａの電極パッド３ａとが電気的に接続されている。また、パッケージ基板１２ａは、インターポーザ４ａを搭載し、ハンダバンプ１４ａを介して、パッケージ基板１２ａの表面上に設けられた電極パッド１３ａとインターポーザ４ａの電極パッド９ａとが電気的に接続されている。これにより、ＬＳＩ６ａ及び７ａの電極パッドは、インターポーザ４ａの裏面側の電極パッド９ａを介して、パッケージ基板１２ａの電極パッド１３ａと電気的に接続される。
【０００７】
また、２つのＬＳＩ６ａ及び７ａとインターポーザ４ａとの間にはアンダーフィル１５ａが形成され、また、インターポーザ４ａとパッケージ基板１２ａとの間にはアンダーフィル１６ａが注入されている。さらに、パッケージ基板１２ａの裏側には、外部接続用端子としてのハンダバンプ１７ａが設けられている。
【０００８】
以上のようにして半導体装置が構成される。このような半導体装置では、シリコン基板１ａ上に搭載されたＬＳＩ６ａ及び７ａとインターポーザ４ａとの線膨張係数が同じであるので、ハンダバンプ５ａを介してＬＳＩ６ａ及び７ａとインターポーザ４ａとを貼り合わせる工程における温度上昇過程、あるいは、その後の室温に冷却する冷却過程において、ＬＳＩ６ａ及び７ａとインターポーザ４ａとに熱膨張や収縮が発生したとしても、ハンダバンプ５ａには大きな応力が発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−７９６５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図９Ａ及び図９Ｂに示される従来の半導体装置の構成では、インターポーザ４ａにおいて、シリコン基板１ａの表面に形成された多層の有機絶縁膜の厚さとシリコン基板１ａの裏面に形成された有機絶縁膜の厚さとが異なるために反りが生じるという問題がある。この問題については、特許文献１においても指摘されている。
【００１１】
本願発明者らは、インターポーザに反りが発生する原因について、さらに検討した結果、インターポーザの反りを誘起する最も大きな応力は、シリコン基板上に有機絶縁膜を形成するときにおいて当該有機絶縁膜に蓄積される応力であることをつきとめた。以下、この点について、図１０Ａ及び図１０Ｂを用いて説明する。図１０Ａは、図９Ａに示す従来の半導体装置において反りが発生する原因を説明するための断面図である。また、図１０Ｂは、図１０Ａの破線で囲まれる領域Ａの拡大図であり、インターポーザ４ａのシリコン基板１ａにクラックが発生する様子を示している。
【００１２】
インターポーザを形成する際、ウエハ状態のシリコン基板１ａの表面に有機絶縁膜の材料を溶解した溶液を塗布し、その後、３５０℃程度の温度で熱処理を施して有機絶縁膜を熱硬化させる。これを繰り返すことによって、図１０Ａに示すように、シリコン基板１ａの表面に、３層の有機絶縁膜２１３ａ、２２３ａ、２３３ａを形成する。この場合、熱硬化時に、有機絶縁膜２１３ａ、２２３ａ、２３３ａが収縮して、内部応力１１０ａ、１２０ａ、１３０ａが発生し、これらの応力の合成応力１００ａが収縮応力としてシリコン基板１ａの内部に蓄積される。この蓄積された収縮応力が原因となって、特にウエハ状態でのシリコン基板１ａの反りを誘起する。そして、図１０Ｂに示すように、極端な場合にはシリコン基板１ａにクラック２００ａが発生してシリコン基板１ａが破損したり有機絶縁膜が２１１ａ、２２１ａ、２３１ａが剥がれたりすることもある。また、この反りの原因となる収縮応力は、シリコンインターポーザをウエハ状態から切断（ダイシング）して個片化した後にも有機絶縁膜に内在することが分かった。
【００１３】
なお、特許文献１には、シリコン基板の表面と裏面とに形成される有機絶縁膜の膜厚が異なることによって反りが発生することが指摘されている。しかし、仮にシリコン基板の裏面に、表面と同じ厚さの有機絶縁膜を形成したとしても、表面の有機絶縁膜中には金属配線が形成されているので、両面に蓄積される有機絶縁膜の応力を完全に一致させることは容易ではない。すなわち、シリコン基板の表面と裏面との有機絶縁膜の膜厚を単に同じにしただけでは、シリコンインターポーザの反りを解消することが難しい。
【００１４】
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、シリコン基板上の有機絶縁膜の内部応力よって引き起こされる反りを緩和するインターポーザ及び半導体装置並びにこれらの製造方法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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明に係るインターポーザの一態様は、複数の貫通電極を有するシリコン基板と、前記シリコン基板の一方の面に形成された有機絶縁膜と、前記シリコン基板の他方の面に形成され、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子とを有し、前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に、切り欠き部が形成されているものである。
【００１６】
本態様によれば、シリコン基板に形成された有機絶縁膜に切り欠き部が形成されているので、有機絶縁膜の収縮による内部応力を緩和することができ、シリコン基板の両面の有機絶縁膜の厚さが異なっていたとしても、シリコン基板に反りやクラックが発生することを抑制することができる。
【００１７】
また、本発明に係るインターポーザの一態様において、前記切り欠き部は、前記複数の貫通電極のうち隣り合う貫通電極の間に形成されていることが好ましい。
【００１８】
本態様によれば、切り欠き部は、クラックの発生しやすい貫通電極の箇所ではなく、隣接する貫通電極同士の間に形成されているので、シリコン基板に反りやクラックが発生することを抑制することができる。
【００１９】
また、本発明に係るインターポーザの一態様において、前記有機絶縁膜には配線が形成されており、前記切り欠き部は、前記配線と重ならない領域に形成されていることが好ましい。
【００２０】
本態様によれば、金属配線の上に切り欠き部が形成されないので、金属配線の表面が露出しない。これにより、金属配線が酸化されることを防止することができる。
【００２１】
また、本発明に係るインターポーザの一態様において、前記有機絶縁膜は、積層膜からなり、前記切り欠き部は、前記積層膜のいずれか一つの前記有機絶縁膜に形成されている構成とすることができる。この場合、前記切り欠き部は、前記積層膜のうち最上層の前記有機絶縁膜に形成されていることが好ましい。
【００２２】
最上層以外の下層の有機絶縁膜に切り欠き部を形成すると、切り欠き部の上に有機絶縁膜を形成する時に、切り欠き部に有機絶縁膜が埋まらずにボイドが発生する可能性がある。これに対して、本態様にように、最上層に切り欠き部を形成することによって、ボイドが発生することを防止することができる。
【００２３】
また、本発明に係るインターポーザの一態様において、前記切り欠き部は、平面視形状が矩形状であり、前記貫通電極は、平面視形状が円形であり、前記切り欠き部の一辺は前記貫通電極の径より大きいことが好ましい。
【００２４】
本態様によれば、貫通電極の周囲の応力をさらに減少させることができる。
【００２５】
また、本発明に係るインターポーザの一態様において、前記切り欠き部は、前記複数の貫通電極のうち、前記シリコン基板の端部に位置する貫通電極と、当該貫通電極に隣接する他の貫通電極との間に形成されている構成とすることができる。
【００２６】
シリコン基板の端部にはより大きい内部応力が発生する。従って、本態様のように、シリコン基板の端部に切り欠き部を形成することによって、シリコン基板の内部応力を効果的に低減させることができる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の一態様は、上記いずれかのインターポーザと、前記インターポーザの前記シリコン基板に搭載された半導体素子と、前記シリコン基板を搭載するパッケージ基板とを備えるものである。
【００２８】
本態様によれば、有機絶縁膜に切り欠き部が形成されているので、シリコン基板の補強をするといった対策をしなくても、インターポーザのシリコン基板にクラックや反りが発生することを抑制することができる。これにより、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【００２９】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、シリコン基板上に複数の貫通電極を形成する工程と、前記シリコン基板の一方の面に有機絶縁膜を形成する工程と、前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に切り欠き部を形成する工程と、前記シリコン基板の他方の面に、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子を形成する工程とを有するものである。
【００３０】
本態様によれば、有機絶縁膜の熱硬化時やウエハのダイシング時等の製造工程中に生じる有機絶縁膜の収縮による内部応力を緩和することができる。これにより、インターポーザの製造工程にシリコン基板に反りやクラックが発生することを抑制することができる。
【００３１】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部を形成する工程では、前記複数の貫通電極のうち隣り合う貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成することが好ましい。
【００３２】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部を形成する工程の後に、さらに、前記シリコン基板の厚みを薄くする工程を有することが好ましい。
【００３３】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部を形成する工程の前に、さらに、前記有機絶縁膜に配線を形成する工程を有し、前記切り欠き部を形成する工程では、前記配線と重ならない領域に前記切り欠き部を形成することが好ましい。
【００３４】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記有機絶縁膜を形成する工程では、前記有機絶縁膜を積層膜として形成し、前記切り欠き部を形成する工程では、前記積層膜のいずれか一つの前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成することが好ましい。
【００３５】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部を形成する工程では、前記積層膜のうち最上層の前記有機絶縁膜に前記切り欠き部を形成することが好ましい。
【００３６】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部は、前記積層膜のうち最上層の前記有機絶縁膜に形成されていることが好ましい。
【００３７】
また、本発明に係るインターポーザの製造方法の一態様において、前記切り欠き部を形成する工程では、前記複数の貫通電極のうち、前記シリコン基板の端部に位置する貫通電極と、当該貫通電極に隣接する他の貫通電極との間に、前記切り欠き部を形成することが好ましい。
【００３８】
また、本発明に係る半導体装置の製造方法の一態様は、シリコン基板上に複数の貫通電極を形成する工程と、前記シリコン基板の一方の面に有機絶縁膜を形成する工程と、前記貫通電極の間に位置する前記有機絶縁膜に切り欠き部を形成する工程と、前記シリコン基板の他方の面に、前記貫通電極と電気的に接続された外部接続用端子を形成する工程と、前記複数の貫通電極、前記切り欠き部及び前記外部接続用端子が形成された前記シリコン基板を、パッケージ基板に搭載する工程と、前記シリコン基板に少なくとも一つの半導体素子を搭載する工程とを、有するものである。
【００３９】
本態様によれば、有機絶縁膜に切り欠き部が形成されたインターポーザを用いているので、製造工程中に生じる有機絶縁膜の収縮による内部応力を緩和することができる。これにより、シリコン基板の補強をするといった対策をすることなくインターポーザをパッケージ基板に接続したとしても、インターポーザのシリコン基板にクラックや反りを発生させることがなくなる。従って、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、シリコン基板の応力を緩和することができるので、インターポーザに反りやクラックが発生することを抑制することができる。また、製造工程途中に有機絶縁膜が剥がれてしまうことを抑制することができる。
【００４１】
また、シリコン基板の応力を緩和することで、シリコン基板を薄膜化することが可能となる。これにより、より小口径の貫通電極の形成することができるとともに、反りを緩和するためだけにシリコン基板の裏面に応力を緩和するための厚膜の有機絶縁膜を形成する必要もなくなり製造コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】本発明の実施の形態１に係るインターポーザの構成を示す平面模式図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＸ−Ｘ’線における本発明の実施の形態１に係るインターポーザの断面模式図である。
【図１Ｃ】図１Ｂの破線で囲まれる領域Ａにおける本発明の実施の形態１に係るインターポーザの拡大断面模式図である。
【図２Ａ】本発明の実施の形態２に係るインターポーザの構成を示す平面模式図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＸ−Ｘ’線における本発明の実施の形態２に係るインターポーザの断面模式図である。
【図２Ｃ】図２Ｂの破線で囲まれる領域Ａにおける本発明の実施の形態２に係るインターポーザの拡大断面模式図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るインターポーザの効果を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るインターポーザの製造方法における貫通電極周囲の工程断面図である。
【図５Ａ】本発明の実施の形態２の第１変形例に係るインターポーザの要部断面図である。
【図５Ｂ】本発明の実施の形態２の第２変形例に係るインターポーザの要部断面図である。
【図５Ｃ】本発明の実施の形態２の第３変形例に係るインターポーザの要部断面図である。
【図６Ａ】本発明の実施の形態２に係るインターポーザにおける貫通電極と切り欠き部との配置位置関係を示す平面図である。
【図６Ｂ】本発明の実施の形態２に係るインターポーザにおける貫通電極と切り欠き部との他の第１配置位置関係を示す平面図である。
【図６Ｃ】本発明の実施の形態２に係るインターポーザにおける貫通電極と切り欠き部との他の第２配置位置関係を示す平面図である。
【図６Ｄ】本発明の実施の形態２に係るインターポーザにおける貫通電極と切り欠き部との他の第３配置位置関係を示す平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するため工程断面図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を説明するため工程断面図である。
【図９Ａ】従来の半導体装置の断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの破線で囲まれる領域Ａにおける従来の半導体装置の拡大断面模式図である。
【図１０Ａ】図９Ａに示す従来の半導体装置において反りが発生する原因を説明するための断面図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの破線で囲まれる領域Ａにおける従来の半導体装置の拡大断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、本発明に係るインターポーザ及びその製造方法、並びに半導体装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明する。
【００４４】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係るインターポーザについて、図１Ａ〜図１Ｃを用いて説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態１に係るインターポーザの構成を示す平面模式図である。図１Ｂは、図１ＡのＸ−Ｘ’線における断面模式図であり、図１Ｃは、図１Ｂの破線で囲まれる領域Ａの拡大断面模式図である。
【００４５】
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、本発明の実施の形態１に係るインターポーザ４（シリコンインターポーザ）は、電極パッドのピッチが異なる半導体素子とパッケージ基板との間に設けられる配線中継基板であって、複数の貫通電極１０を有するシリコン基板１と、シリコン基板１の一方の面に形成された有機絶縁膜を含む配線層２と、シリコン基板１の他方の面に形成された外部接続用端子（ハンダバンプ１４又は電極パッド９）とを有する。
【００４６】
シリコン基板１は、例えば、一辺が８〜３０ｍｍ程度の正方形又は長方形の矩形状の基板である。シリコン基板１の厚さは３０μｍ〜２００μｍである。また、シリコン基板１は、薄化することが好ましい。これは、シリコン基板１の厚さを薄くすればするほど小口径の貫通孔１１を容易に形成することができるからである。また、シリコン基板１を薄化することにより、貫通孔１１のエッチング時に貫通断面のアスペクト比を大きくする必要がなくなるので、容易に貫通孔１１を形成することができる。さらに、貫通孔１１内に銅をメッキにより充填する工程において貫通孔１１内にボイドが発生することを抑制したり、メッキに要する時間を短縮できたり、加工コストを低減したりすることもできる。なお、貫通孔１１の内壁に絶縁膜を形成する際、貫通孔１１の貫通断面のアスペクト比が大きいと、貫通孔１１の底部近傍で絶縁膜が薄くなってしまう。
【００４７】
インターポーザ４の中央領域におけるシリコン基板１の表面上には、複数の電極パッド３が設けられている。電極パッド３は、インターポーザ４と、インターポーザ４に搭載されるＬＳＩチップ等の半導体素子（不図示）とを電気的に接続するための外部接続用端子である。各電極パッド３の径は、１０μｍ〜５０μｍであり、電極パッド３間のピッチは、２０μｍ〜８０μｍである。なお、図１Ａにおいて、電極パッド３の数は、模式的に示されており、実際には数百個に及ぶ場合もある。また、ＬＳＩチップは、シリコン等の半導体基板を用いて構成されており、その大きさは、例えば３〜１０ｍｍ程度の正方形又は長方形である。ＬＳＩチップは、インターポーザ４の中央部に配置されることが好ましい。ＬＳＩチップとインターポーザ４とを電気的に接続する際、ＬＳＩチップの電極パッドとインターポーザ４の電極パッド３との間にハンダバンプを設けても構わない。
【００４８】
また、インターポーザ４の全領域には、シリコン基板１を貫通する貫通電極１０が複数個設けられている。貫通電極１０は、シリコン基板１の表面の電極パッド３と裏面の電極パッド９とを電気的に接続する。なお、貫通電極１０は、シリコン基板１の表面の配線と裏面の配線とを電気的に接続するように構成しても構わない。貫通電極１０の径は、５０μｍ〜１００μｍであり、貫通電極１０間のピッチは、電極パッド３のピッチよりも広く、１００μｍ〜２００μｍである。
【００４９】
図１Ｃに示すように、貫通電極１０は、シリコン基板１を貫通するように設けられた貫通孔１１の内壁に絶縁膜２５２を形成し、その後、メッキ法により貫通孔１１内に銅を充填することによって形成することができる。
【００５０】
シリコン基板１の表面に設けられた配線層２は、シリコン基板１の表面の全面に形成された有機絶縁膜２２０と、有機絶縁膜２２０中に埋め込まれた金属配線２１０とからなる。有機絶縁膜２２０には、金属配線２１０の一部を露出させる開口が形成されており、この金属配線２１０の露出部分によって電極パッド３が構成されている。本実施の形態において、配線層２の厚さは１０〜３０μｍである。貫通電極と接続する金属配線２１０の幅は、１００μｍ〜２００μｍであり、厚さは３μｍ〜２０μｍである。なお、図１Ｂ及び図１Ｃには、１つの電極パッド３と１つの貫通電極１０との間の金属配線だけが図示されているが、他の電極パッド３と当該貫通電極１０とについても金属配線によって接続されている。
【００５１】
また、配線層２には、複数の切り欠き部３０が形成されている。切り欠き部３０は、隣り合う貫通電極１０の間における有機絶縁膜２２０に形成されている。図１Ａに示すように、本実施の形態における切り欠き部３０の平面視形状はアスペクト比が大きい矩形であって、横幅が１〜１０μｍ程度で、縦長は貫通電極１０の径と同程度か、それより大きくすることが好ましい。なお、切り欠き部３０の横幅をさらに小さくしたとしても、有機絶縁膜２２０中の内部応力を分断することができるので、後述する本発明の効果への影響は小さい。
【００５２】
また、本実施の形態のように、切り欠き部３０は、有機絶縁膜２２０を貫通するようにスリットとして形成されることが好ましいが、シリコン基板１の表面に有機絶縁膜２２０の一部を残して凹溝として形成しても構わない。
【００５３】
配線層２の有機絶縁膜２２０に蓄積する内部応力は、インターポーザ４の中央領域よりも周辺領域の方が大きくなるので、本実施の形態において、切り欠き部３０は、有機絶縁膜２２０の周辺領域に形成している。なお、インターポーザ４の中央領域では金属配線２１０の密度が高いことと、中央領域での有機絶縁膜２２０の応力は比較的小さいこととから、本実施の形態では、敢えて中央領域には切り欠き部３０を配置しない構成としている。もちろん、ＬＳＩチップの面積が大きい場合等には、インターポーザ４の中央領域にも切り欠き部３０を形成することが好ましい。
【００５４】
本実施の形態において、切り欠き部３０は、金属配線２１０には形成されておらず、金属配線２１０と重ならない領域に形成されている。これは、金属配線２１０と重なるように切り欠き部３０を形成すると、銅等からなる金属配線２１０の金属表面が露出し、金属配線２１０が酸化する等の不具合が発生するからである。
【００５５】
また、シリコン基板１の裏面には、有機絶縁膜８が形成されるとともに、貫通電極１０と対応するようにして複数の電極パッド９が設けられている。有機絶縁膜８には、電極パッド９を露出させる開口が形成されている。有機絶縁膜８の厚さは、シリコン基板１の表面の配線層２の厚さに対して、例えば２／３程度の厚さに薄くしている。電極パッド９は、ハンダバンプ１４を介してインターポーザ４とインターポーザ４を搭載するパッケージ基板（不図示）とを電気的に接続するための外部接続用端子である。
【００５６】
各電極パッド９には、外部素子と接続するための端子（外部接続用端子）であるハンダバンプ１４が設けられている。本実施の形態において、ハンダバンプ１４は、インターポーザ４の裏面側に配置されるパッケージ基板（不図示）の電極パッドと電気的に接続される。電極パッド９間のピッチは、貫通電極１０と同程度であり、１００μｍ〜２００μｍである。また、電極パッド９の開口径は６０μｍ〜１５０μｍであり、電極パッド９の厚さは１０μｍ〜３０μｍである。また、ハンダバンプ１４の径は６０μｍ〜１５０μｍである。なお、本実施の形態において、シリコン基板１の裏面には電極パッド９同士を接続する金属配線は形成されておらず、貫通電極１０の開口を包含する大きさの電極パッド９（金属配線２１０）だけが形成されている。
【００５７】
以上、本実施の形態に係るインターポーザ４によれば、配線層２の有機絶縁膜２２０に切り欠き部３０が形成されている。これにより、有機絶縁膜２２０に蓄積される内部応力を緩和することができるので、シリコン基板１内の応力を緩和することができる。従って、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを抑制することができる。また、製造工程途中に有機絶縁膜２２０が剥がれてしまうことを抑制することができる。
【００５８】
さらに、本実施の形態において、切り欠き部３０は、一つの貫通電極１０を囲むように形成されているので、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを一層抑制することができる。この点について、以下に説明する。
【００５９】
一つの貫通電極１０を囲むように切り欠き部３０が形成されていると、シリコン基板１の表面の有機絶縁膜２２０には、当該貫通電極１０に向かって収縮しようとする内部応力が発生する。一方、シリコン基板１の裏面の有機絶縁膜８は、シリコン基板１の裏面の全面を覆っているので、裏面の有機絶縁膜８には、シリコン基板１の中央に向かって収縮しようとする内部応力が発生する。また、裏面の有機絶縁膜８に発生する内部応力は、シリコン基板１の中央部よりも周辺部の方が大きくなる。
【００６０】
従って、シリコン基板１の表面の有機絶縁膜２２０の内部応力と、裏面の有機絶縁膜８の内部応力とが足し合わされたシリコン基板１における合成応力は、切り欠き部３０が形成されていない場合と比較して、減少することになる。
【００６１】
また、インターポーザ４を製造する工程にはシリコン基板１を薄化する工程があり、シリコン基板１を薄化すると有機絶縁膜２２０に蓄積された応力によってシリコン基板１に僅かな反りが発生する。この反りに起因して、シリコン基板の１の内部の表面側には圧縮応力が発生するとともに裏面側には引っ張り応力（これらを組み合わせた応力を「曲げ応力」と記載する）が生じる。この曲げ応力の大きさが、シリコン基板１の材料が有する臨界破壊強度を超えると、シリコン基板１の内部にクラックが生じ、やがてシリコン基板１は割れてしまう。そして、シリコン基板１内に貫通電極１０が形成されている場合には、貫通電極１０の開口近傍で臨界破壊強度が低下するため、貫通電極１０との境界を起点としてシリコン基板１にクラックが発生することがある。本実施の形態では、貫通電極１０を囲むように有機絶縁膜２２０に切り欠き部３０が形成されているので、当該曲げ応力を効果的に緩和することができる。
【００６２】
このように、一つの貫通電極１０を囲むように切り欠き部３０を形成することによって、シリコン基板１の両面の有機絶縁膜２２０及び８によって発生する応力を効果的に緩和することができるとともに、シリコン基板１の薄化工程に発生する曲げ応力を効果的に緩和することができるので、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを一層抑制することができる。
【００６３】
また、本実施の形態において、切り欠き部３０は有機絶縁膜２２０を貫通するスリットであることが好ましい。これにより、表面の有機絶縁膜２２０は切り欠き部３０によって分断されるので、収縮する有機絶縁膜２２０の体積が減少する。従って、切り欠き部３０が形成されている場合に有機絶縁膜２２０に発生する内部応力は、切り欠き部３０が形成されていない場合と比較して一層減少することになるので、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを一層抑制することができる。
【００６４】
また、本実施の形態において、切り欠き部３０のスリットの長さは、貫通電極１０の径よりも大きいことが好ましい。これにより、貫通電極１０の周囲の応力をさらに減少させることができる。なお、この場合、切り欠き部３０のスリットの長さは、対向する両辺とも貫通電極１０の径より大きくすることが好ましい。
【００６５】
また、本実施の形態によれば、シリコン基板１の応力を緩和することができるので、クラックを発生させずにシリコン基板１を更に薄くすることもできる。シリコン基板１の更なる薄化は、貫通孔１１を形成するコストを削減することができるとともに、貫通孔１１の形成や貫通孔１１への銅メッキの充填が容易に行えるため、貫通電極１０の小口径化が可能となる。貫通電極１０を小口径化することにより、インターポーザ４の有機絶縁膜２２０内の金属配線２１０を自由に引き回すための面積を増加させることができる。
【００６６】
なお、本実施の形態に係るインターポーザの製造方法及び半導体装置の製造方法は、後述する実施の形態２における製造方法に準じて行うことができるので、その説明は省略する。
【００６７】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２に係るインターポーザ４Ａについて、図２Ａ〜図２Ｃを用いて説明する。図２Ａは、本発明の実施の形態２に係るインターポーザの構成を示す平面模式図である。図２Ｂは、図２ＡのＸ−Ｘ’線における断面模式図であり、図２Ｃは、図２Ｂの破線で囲まれる領域Ａの拡大断面模式図である。なお、図２Ａ〜図２Ｃにおいて、図１Ａ〜図１Ｃに示される構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付しており、その説明は省略又は簡略化する。
【００６８】
図２Ａ〜図２Ｃに示すように、本発明の実施の形態２に係るインターポーザ４Ａは、複数の貫通電極１０を有するシリコン基板１と、シリコン基板１の表面に形成された配線層２Ａと、シリコン基板１の裏面に形成されたハンダバンプ１４とを有する。
【００６９】
本実施の形態に係るインターポーザ４Ａが実施の形態１に係るインターポーザ４と異なる点は、シリコン基板１の表面に形成された配線層の構成であり、実施の形態１における配線層２は単層で構成されていたのに対し、本実施の形態における配線層２Ａは複数層で構成されている。
【００７０】
図２Ｃに示すように、本実施の形態において、配線層２Ａは、第１配線層２１１、第２配線層２２１及び第３配線層２３１の３層によって構成されている。第１配線層２１１、第２配線層２２１及び第３配線層２３１の各配線層は、有機絶縁膜と金属配線とによって構成されている。
【００７１】
具体的に、第１配線層２１１は、シリコン基板１上の全面に形成された有機絶縁膜２１３と、当該有機絶縁膜２１３中に埋め込まれた金属配線２１２とからなる。第２配線層２２１は、第１配線層２１１の有機絶縁膜２１３上の全面に形成された有機絶縁膜２２３と、当該有機絶縁膜２２３中に埋め込まれた金属配線２２２とからなる。第３配線層２３１は、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３上の全面に形成された有機絶縁膜２３３と、当該有機絶縁膜２３３中に埋め込まれた金属配線２３２とからなる。最上層の有機絶縁膜２３３には、金属配線２３２の一部を露出させる開口が形成されており、この金属配線２３２の露出部分によって電極パッド３が構成されている。
【００７２】
電極パッド３と貫通電極１０とは、第１配線層２１１、第２配線層２２１及び第３配線層２３１における金属配線２１２、２２２、２３２等によって電気的に接続されている。第１配線層２１１、第２配線層２２１及び第３配線層２３１において、各配線層の厚さは１０μｍ〜３０μｍであり、各金属配線の厚さは３μｍ〜２０μｍである。各金属配線のうち貫通電極と接続する金属配線２１０の幅は１００μｍ〜２００μｍであり、金属配線２２２の幅は５μｍ〜３０μｍである。なお、図２Ｂ及び図２Ｃには、１つの電極パッド３と１つの貫通電極１０との間の金属配線だけが図示されているが、他の電極パッド３と当該貫通電極１０とについても金属配線によって接続されている。
【００７３】
また、本実施の形態において、最下層である第１配線層２１１の金属配線２１２は、貫通電極１０上であって、貫通電極１０を包含する領域に形成されている。最上層である第３配線層２３１の金属配線２３２は、インターポーザ４Ａの表面の電極パッド３を構成している。また、中間層である第２配線層２２１の金属配線２２２は、第１配線層２１１の金属配線２１２と第３配線層２３１の金属配線２３２とを電気的に接続している。なお、上下の配線層の金属配線同士を電気的に接続するために、下層の配線層の有機絶縁膜には導電性材料によって構成された層間接続部２４０が設けられている。また、第３配線層２３１の金属配線２３２は、電極パッド３を形成するためだけに限定されることはなく、電極パッド３同士を接続する等の配線としても利用することができる。もちろん第１配線層２１１及び第２配線層２２１の金属配線２１２及び２２２もその他の配線として利用することができる。
【００７４】
本実施の形態において、切り欠き部３０は、最上層（３層目）の第３配線層２３１において、隣接する貫通電極１０の間の有機絶縁膜２３３に形成されている。最上層の第３配線層２３１において、中央部には電極パッド３の開口が形成されており、周辺部には複数の切り欠き部３０が形成されている。本実施の形態における切り欠き部３０は、実施の形態１と同様に、平面視形状が矩形であって、横幅が１〜１０μｍ程度で、縦長は貫通電極１０の径と同程度か、それより大きくすることが好ましい。なお、切り欠き部３０の横幅をさらに小さくしたとしても、有機絶縁膜２３３中の内部応力を分断することができるので、本発明の効果への影響は小さい。
【００７５】
また、本実施の形態における切り欠き部３０は、第３配線層２３１を貫通して有機絶縁膜２３３の底面（有機絶縁膜２２３の上面）に達するスリットとして形成されることが好ましいが、第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３の一部を残して凹溝として形成しても構わない。
【００７６】
有機絶縁膜に蓄積する内部応力は、インターポーザ４Ａの中央領域よりも周辺領域の方が大きくなるので、本実施の形態において、切り欠き部３０は、第３配線層２３１における有機絶縁膜２３３の周辺領域に形成している。なお、インターポーザ４Ａの中央領域では金属配線２３２の密度が高いことと、中央領域での有機絶縁膜２３３の応力は比較的小さいこととから、本実施の形態では、敢えて中央領域には切り欠き部３０を配置しない構成としている。もちろん、ＬＳＩチップの面積が大きい場合等には、インターポーザ４Ａの中央領域にも切り欠き部３０を形成することが好ましい。
【００７７】
本実施の形態において、第３配線層２３１は電極パッド３を形成するためにだけ利用されているが、上記の通り配線としても活用できる。この場合、銅等からなる金属配線２３２の上に切り欠き部３０を形成すると、金属配線２３２の表面が露出し、金属配線２３２が酸化する等の不具合を発生することがある。従って、切り欠き部３０は、金属配線２３２には形成されておらず、金属配線２３２と重ならない領域に形成することが好ましい。
【００７８】
なお、切り欠き部３０は、２層目の第２配線層２２１にも形成しても良いが、金属配線２２２は３層目の金属配線２３２との接続部以外は露出しない構造とすることが好ましい。換言すれば、層間接続部２４０を除いて、金属配線２２２の表面は有機絶縁膜によって保護されていることが望ましい。
【００７９】
また、実施の形態１と同様に、切り欠き部３０は、貫通電極１０の周囲に配置することが好ましい。切り欠き部３０を貫通電極１０の周囲に配置することにより、シリコン基板１の反りやクラックの発生を効果的に抑制することができる。
【００８０】
また、本実施の形態において、貫通電極１０と電極パッド３とは複数の金属配線によって電気的に接続されるので、各配線層の有機絶縁膜は極力残すように形成することが好ましい。これにより、金属配線の表面を保護することができる。但し、切り欠き部３０の下方において、金属配線上に厚い有機絶縁膜が形成されていれば、必ずしも有機絶縁膜は残すようにする必要はない。本実施の形態においては、例えば第１配線層２１１の金属配線２１２は、それぞれ一つの貫通電極１０を覆う島状のパターンであって、島状の貫通電極１０間の配線は第２配線層２２１によるので、配線を保護するために有機絶縁膜を残す必要はない。
【００８１】
次に、本発明の実施の形態２に係るインターポーザ４Ａの作用効果について、図３を用いて詳細に説明する。図３は、本発明の実施の形態２に係るインターポーザの効果を説明するための図であって、図２Ｂに対応するインターポーザ４Ａの周辺部における拡大断面模式図である。なお、図３において、シリコン基板１内に貫通電極１０Ａ及び１０Ｂが形成されており、２つの貫通電極１０Ａ及び１０Ｂ間における最上層の第３配線層２３１に切り欠き部３０が形成されている。また、貫通電極１０Ａの近傍において、配線層２Ａの各有機絶縁膜には下層から順に内部応力１１０Ａ、１２０Ａ、１３０Ａが発生しているとし、それらの内部応力が合成された応力であってシリコン基板１に付与される応力を合成応力１００Ａとする。また、貫通電極１０Ｂの近傍において、配線層２Ａの各有機絶縁膜には下層から順に内部応力１１０Ｂ、１２０Ｂ、１３０Ｂが発生しているとし、それらの内部応力が合成された応力であってシリコン基板１に付与される応力を合成応力１００Ｂとする。
【００８２】
図３に示すように、インターポーザ４Ａの端部である領域Ｂにおいて、最上層の第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３には、貫通電極１０Ａの周囲に切り欠き部３０が形成されている。これにより、領域Ｂにおける第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３には、領域Ｂの中央（貫通電極１０Ａ）に向かって収縮しようとする内部応力１３０Ａが発生する。一方、領域Ｂにおける第２配線層２２１及び第１配線層２１１の有機絶縁膜２２３及び２１３には切り欠き部３０が形成されておらずインターポーザ４Ａの全面が有機絶縁膜２２３及び２１３によって覆われているので、インターポーザ４Ａの中央に向かって収縮しようとする内部応力１２０Ａ及び１１０Ａが発生している。
【００８３】
領域Ｂにおいて、第２配線層２２１及び第１配線層２１１の有機絶縁膜２２３及び２１３に発生する内部応力１２０Ａ及び１１０Ａは、インターポーザ４Ａの中央部よりも周辺部の方が大きい。従って、内部応力１２０Ａ及び１１０Ａによるシリコン基板１の変位はインターポーザ４Ａの中央部よりも周辺部の方が大きくなる。一方、第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３に発生する内部応力１３０Ａは、他の層で発生する内部応力１２０Ａ及び１１０Ａと異なり、内部応力１３０Ａによるシリコン基板１の変位は、貫通電極１０Ａの中心部において最も小さくなる。
【００８４】
したがって、内部応力１３０Ａと内部応力１２０Ａ及び１１０Ａとを足し合わせた合成応力１００Ａは、切り欠き部３０がない場合にシリコン基板１に発生する合成応力と比較して、減少することになる。
【００８５】
また、貫通電極１０Ｂの位置において、切り欠き部３０が形成されている第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３に発生する内部応力１３０Ｂは、有機絶縁膜２３３が切り欠き部３０によって分断されて、収縮する有機絶縁膜２３３の体積が減っているため、切り欠き部３０が無い場合と比較して、減少することになる。
【００８６】
従って、内部応力１３０Ｂと他の層で発生する内部応力１２０Ｂ及び１１０Ｂとを足し合わせた合成応力１００Ｂは、切り欠き部３０がない場合にシリコン基板１に発生する合成応力と比較して、減少することになる。
【００８７】
以上、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａによれば、配線層２の有機絶縁膜２３３に切り欠き部３０が形成されているので、シリコン基板１の貫通電極１０の位置における内部応力を緩和することができる。従って、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを抑制することができる。
【００８８】
特に、実施の形態１と同様に、一つの貫通電極１０を囲むように切り欠き部３０が形成されているので、シリコン基板１の両面の有機絶縁膜２２０及び８によって発生する応力を効果的に緩和することができるとともに、シリコン基板１の薄化工程に発生する曲げ応力を効果的に緩和することができる。これにより、シリコン基板１に反りやクラックが発生することを一層抑制することができる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、シリコン基板１の貫通電極１０の位置での応力を緩和することができるので、クラックを発生させずにシリコン基板１を更に薄くすることができる。シリコン基板１の更なる薄化は、貫通孔１１を形成するコストを削減することができるとともに、貫通孔１１の形成や貫通孔１１への銅メッキの充填が容易に行えるため、貫通電極１０の小口径化が可能となる。貫通電極１０を小口径化することにより、インターポーザ４Ａの有機絶縁膜内の金属配線２１２及び２２２を自由に引き回すための面積を増加させることができ、配線の引き回しに必要な配線層数を減らすことができ、更なる低コスト化ができる。
【００９０】
また、本実施の形態において、切り欠き部３０のスリット長さは、貫通電極１０の径よりも大きいことが好ましい。これにより、貫通電極１０の周囲の応力をさらに減少させることができる。なお、切り欠き部３０のスリットの長さは、対向する両辺とも貫通電極１０の径より大きくすることが好ましい。
【００９１】
また、本実施の形態において、切り欠き部３０は、最上層である第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３に形成されている。ここで、最上層以外の下層の配線層における有機絶縁膜に切り欠き部を形成すると、切り欠き部の上に有機絶縁膜を形成する時に、切り欠き部に有機絶縁膜が埋まらずに配線層内にボイドが発生する可能性がある。これに対して、切り欠き部３０を最上層に形成することによって、配線層内にボイドが発生することを防止することができる。
【００９２】
次に、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａの製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２に係るインターポーザの製造方法における貫通電極周囲の工程断面図である。本実施の形態において、インターポーザ４Ａは、ウエハの状態で加工される。
【００９３】
まず、図４（ａ）に示すように、シリコン基板１の上に、金属配線２１２と、金属配線２１２の一部を露出させる開口を有する有機絶縁膜とからなる第１配線層２１１を形成する。
【００９４】
具体的には、シリコン基板１の表面に、厚さ１００〜５００ｎｍ程度のシリコン酸化膜やポリイミド等の絶縁膜２５０を形成する。その後、例えば１０〜１００ｎｍ程度の窒化チタン膜をスパッタ法によって蒸着し、さらに０〜１００ｎｍ程度の銅シード層をスパッタ法によって積層する。その後、フォトレジストパターンを形成した後に電界メッキを施すことによって、銅シード層が露出した（フォトレジストで覆われていない）領域に選択的に銅配線を形成し、銅配線からなる金属配線２１２を形成することができる。この後、フォトレジストを有機溶剤等によって除去して、銅シード層と窒化チタン膜とを希釈した酸性溶液等によりエッチング除去する。
【００９５】
なお、本実施の形態において、上記フォトレジストパターンの開口は、貫通電極１０を配置する領域に形成されている。これにより、貫通電極１０と対応する位置に金属配線２１２を形成することができる。また、当該フォトレジストパターンの開口の平面視形状の寸法は、開口によって貫通孔１１が含まれるように、貫通孔１１より少し大きくしておくことが好ましい。
【００９６】
有機絶縁膜２１３は、上記金属配線２１２の上に、有機材料を含む溶剤を塗布し、フォトリソグラフィによりパターンニングを行って熱硬化することにより形成される。例えば、有機材料としてポリイミドを使用する場合、液状のポリイミド前駆体（ｎ−メチル−２−ピロリドンの溶液中に固体のポリアミド酸として溶融されている）を回転塗布し、１３０℃で１５分程度の第１の熱処理を施すことによって有機溶剤を蒸発させてポリイミド膜を形成する。この上に、フォトリソグラフィプロセスによって、第１配線層２１１の金属配線２１２と第２配線層２２１の金属配線２２２とを電気的に接続するための層間接続部２４０の接続孔となる開口と、最後に個片化するためのスクライブ領域のポリイミド膜を除去するための開口とを有するレジストパターンを形成する。次に、例えば水酸化カリウムやＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサイド）溶液等の塩基性溶液によって、ポリイミド膜を選択的にエッチング除去する。この後、フォトレジストを除去して、約３５０℃の第２の熱処理を施すことによってポリイミド膜を重合して有機絶縁膜２１３を形成する。
【００９７】
次に、図４（ｂ）に示すように、第１配線層２１１上に、金属配線２２２と有機絶縁膜２２３とを形成して第２配線層２２１を形成する。
【００９８】
この場合、第１配線層２１１の有機絶縁膜２１３はすでに硬化されているため、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３は、第１配線層２１１の有機絶縁膜２１３とは別の層として形成される。なお、第２配線層２２１における金属配線２２２及び有機絶縁膜２２３の形成方法は、第１配線層２１１における金属配線２１２及び有機絶縁膜２１３と同様であるので、詳細な工程フローの説明は省略する。ここで、貫通電極１０に接続される第１配線層２１１の金属配線２１２と、第３配線層２３１の金属配線２３２として形成される電極パッド３とを結ぶ配線は、金属配線２２２によって形成される。このため、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３は、スクライブ領域上と、電極パッド３との接続孔が形成される領域上とに開口が形成される。
【００９９】
次に、図４（ｃ）に示すように、第２配線層２２１上に、金属配線２３２（不図示）と有機絶縁膜２３３とを形成して第３配線層２３１を形成する。なお、第３配線層２３１における金属配線２３２及び有機絶縁膜２３３の形成方法は、第１配線層２１１における金属配線２１２及び有機絶縁膜２１３と同様であるので、詳細な工程フローの説明は省略する。ここで、第３配線層２３１の金属配線パターンとして電極パッド３（不図示）が形成される。
【０１００】
また、この工程において、有機絶縁膜２３３には、スクライブ領域と電極パッド３と対応する開口に加えて、インターポーザ４Ａの周辺部に切り欠き部３０に対応する開口が形成される。ここで、ポリイミド膜には第２の熱処理前に切り欠き部３０が形成されているので、第２の熱処理の熱硬化に伴うポリイミド膜の体積収縮に起因するインターポーザ４Ａ（シリコン基板１）の内部応力は、切り欠き部３０により緩和される。なお、切り欠き部３０の下層におけるポリイミド膜は既に重合しているので、塩基性溶液によって食刻されることはほとんどなく、第３配線層２３１のポリイミド膜だけに切り欠き部３０が形成される。
【０１０１】
次に、図４（ｄ）に示すように、第３配線層２３１上に接着剤１８を塗布してサポート基板１９を貼り付けて補強し、シリコン基板１をバックグラインドやバックグラインド後のエッチング等により、５０〜２００μｍ程度の厚さまで薄化する。このとき、ポリイミド膜には切り欠き部３０が形成されているので、シリコン基板１の薄化による曲げ応力を緩和することができる。
【０１０２】
なお、サポート基板１９を貼り付ける目的は、シリコン基板１を薄化すると、ウエハのハンドリングが困難となるためである。このため、サポート基板１９としては、ハンドリングが容易となるように、例えば１ｍｍ程度の厚さを有する多結晶シリコン基板を使用している。さらにこのとき、サポート基板１９として、シリコン基板１よりも厚い基板を使用すれば、シリコン基板１を薄化したときに、ウエハ状態であってもシリコン基板１に大きな反りが発生することを防止することができる。また、切り欠き部３０によって曲げ応力を十分に緩和できる場合は、サポート基板１９を貼り付ける必要はない。
【０１０３】
シリコン基板１を薄化した後は、同図に示すように、シリコン基板１の裏面に、シリコン酸化膜や有機膜等からなる絶縁膜２５１を形成する。
【０１０４】
次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン基板１の裏面に、例えばフォトリソグラフィにより貫通孔１１を形成する領域に開口を有するフォトレジストパターンを形成した後に、異方性のイオンエッチングによって開口に対応するシリコン基板１及び絶縁膜２５１を除去することにより貫通孔１１を形成する。貫通孔１１は、シリコン基板１の裏面からシリコン基板１を突き抜けて、シリコン基板１の表面に形成された絶縁膜２５０に到達するように形成する。
【０１０５】
その後、貫通孔１１の内面に等方的な成膜が可能なスパッタ法やＣＶＤ法によって絶縁膜２５２を形成して、エッチバックすることにより、貫通孔１１の底面の絶縁膜２５０を除去して、貫通孔１１の底部に対応する金属配線２１２を露出させる。
【０１０６】
次に、図４（ｆ）に示すように、金属配線２１２を露出させた状態で、金属配線２１２を銅シード層として電界メッキすることにより、貫通孔１１の内部に銅が充填され、貫通電極１０を形成することができる。
【０１０７】
次に、図４（ｇ）に示すように、サポート基板１９を付けたままで、シリコン基板１の裏面に有機絶縁膜８と電極パッド９とを形成する。有機絶縁膜８及び電極パッド９（金属配線）の形成方法は、第１配線層２１１における有機絶縁膜２１３及び金属配線２１２の形成方法と同様であるので説明は省略する。電極パッド９は、貫通電極１０の裏面にハンダバンプ１４を形成するための接続パッドである。なお、貫通電極１０をそのまま電極パッドとして利用することも可能であるので、電極パッド９は形成しなくても構わない。また、有機絶縁膜８において、電極パッド９の上面と、スクライブ領域上とは選択的に除去される。
【０１０８】
次に、図４（ｈ）に示すように、電極パッド９にハンダバンプ１４を形成する。ハンダバンプ１４は、シリコン基板１の裏面（電極パッド９）が上になるようシリコン基板１を反転させた後、電極パッド９上にハンダボールを載置してハンダが溶融する温度よりも高温（例えば２６０℃）とすることによりハンダと銅とが接合されて、ハンダバンプ１４として形成される。
【０１０９】
次に、図４（ｉ）に示すように、シリコン基板１の表面にサポート基板１９を貼り付けた状態でダイシングシート２０を貼り付ける。その後、サポート基板１９を除去して、サポート基板１９からダイシングシート２０に貼りかえる。最後に、シリコン基板１のスクライブ領域（スクライブライン）をダイシングソー等によって切断することによりダイシングを行い、単体のインターポーザ４へ個片化する。
【０１１０】
以上、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａの製造方法によれば、有機絶縁膜２１３に切り欠き部３０が形成されているので、有機絶縁膜の熱硬化時やウエハのダイシング時等の製造工程中に生じる有機絶縁膜の収縮による内部応力を緩和することができる。これにより、インターポーザ４Ａのシリコン基板１にクラックや反りが発生することを抑制することができる。
【０１１１】
また、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａの製造方法では、スクライブライン上や電極パッド３上の有機絶縁膜を除去するためのパターンニング工程において切り欠き部３０を形成するため、切り欠き部３０を形成するための特別の製造工程を増やすことなく切り欠き部３０を形成することができる。
【０１１２】
次に、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａの変形例について、図５Ａ〜図５Ｃを用いて説明する。図５Ａは、本発明の実施の形態２の第１変形例に係るインターポーザの要部断面図であり、図５Ｂは、本発明の実施の形態２の第２変形例に係るインターポーザの要部断面図であり、図５Ｃは、本発明の実施の形態２の第３変形例に係るインターポーザの要部断面図である。
【０１１３】
図５Ａ〜図５Ｃに示すように、切り欠き部３０が形成される有機絶縁膜は、最上層の第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３以外の有機絶縁膜であっても良い。
【０１１４】
例えば、図５Ａに示すように、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３に切り欠き部３０を形成してもよい。この場合、各配線層の有機絶縁膜は１層ごとに熱硬化して形成するので、本変形例では、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３に切り欠き部３０を形成した段階で、有機絶縁膜２２３によって貫通電極１０の位置で発生する内部応力１２０Ａ及び１２０Ｂは、インターポーザ４の表面の局所的な応力として切り欠き部３０により分断される。従って、第２配線層２２１を形成した段階において、シリコン基板１にかかる内部応力が緩和された状態になるので、図５Ａに示すように、有機絶縁膜２２３に形成された切り欠き部３０に第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３が入り込んで形成されたとしても、最上層の有機絶縁膜２３３に切り欠き部を形成した場合と同様に内部応力を減少させる効果がある。なお、本変形例における製造方法は、図４に示す製造方法において、第２配線層２２１の有機絶縁膜２２３を形成するときのパターンニング時に切り欠き部３０を形成し、第３配線層２３１の有機絶縁膜２３３を形成するときのパターンニング時では切り欠き部を形成しないようにすればよい。
【０１１５】
また、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、複数の有機絶縁膜に貫通するように切り欠き部３０を形成しても良い。切り欠き部３０を形成する有機絶縁膜の数が多い程、内部応力を緩和する効果は大きくなる。
【０１１６】
図５Ｂでは、３層すべての有機絶縁膜に切り欠き部３０を形成している。この場合、各配線層内の金属配線は、切り欠き部３０を回避するように形成される。また、図５Ｃに示すように、各有機絶縁膜の切り欠き部３０の開口幅（スリット幅）が上層ほど大きくなるように構成しても良い。なお、このように複数の有機絶縁膜に跨るように切り欠き部３０を形成する場合、各有機絶縁膜を形成するときのパターンニング時に切り欠き部（スリット）を形成する。
【０１１７】
次に、貫通電極１０と切り欠き部３０との配置位置の関係について、図６Ａ及び図６Ｂを用いて説明する。
【０１１８】
本実施の形態において、切り欠き部３０は、隣接する貫通電極１０間に形成されている。ここで、各配線層における有機絶縁膜の熱硬化後は、温度低下によって各有機絶縁膜が収縮する。この収縮によって生じる有機絶縁膜の内部応力は、インターポーザ４Ａの周辺部で大きく、中心部に近づくにつれて小さくなる。このように、インターポーザ４Ａの周辺部における切り欠き部３０の位置に発生する有機絶縁膜の内部応力は高くなるため、切り欠き部３０がシリコン基板１のクラック起点となりやすい。従って、切り欠き部３０は、クラックの発生しやすい貫通電極１０の箇所ではなく、隣接する貫通電極１０間に形成することにより、シリコン基板１でのクラックの発生を抑制することができる。
【０１１９】
この場合、本実施の形態のように、図６Ａに示すように、貫通電極１０を切り欠き部３０で囲んでいる方がクラック発生を抑制する効果は大きいが、図６Ｂに示すように、一部の貫通電極１０間に切り欠き部３０が形成されていなくても一定の効果はある。
【０１２０】
また、本実施の形態において、切り欠き部３０は、シリコン基板１の端部の貫通電極１０の周囲に形成されている。ここで、熱硬化後の温度低下による有機絶縁膜の収縮によって発生する有機絶縁膜の内部応力は、インターポーザ４Ａではシリコン基板１（有機絶縁膜）の端部で大きくなる。従って、切り欠き部３０は、図６Ｃ及び図６Ｄに示すように、インターポーザ４の端部におけるシリコン基板１の貫通電極１０の周囲に形成することにより、より大きい内部応力が発生するシリコン基板１の端部の内部応力を効果的に減少させることができる。これにより、インターポーザ４の信頼性を向上させることができる。なお、例えば、図６Ｃに示すように、切り欠き部３０は、インターポーザ４の端部のみにおけるシリコン基板１の貫通電極１０の周囲に形成してもよい。
【０１２１】
また、以上の説明では、インターポーザ４Ａの表面の配線層２Ａにおける有機絶縁膜に切り欠き部を形成する場合について説明したが、実際にはインターポーザ４Ａの裏面についても考慮する必要がある。
【０１２２】
本実施の形態では、インターポーザ４Ａの裏面にも１層の有機絶縁膜８が形成されており、電極パッド９上とスクライブ領域上の有機絶縁膜８は除去される。この有機絶縁膜８は、インターポーザ４の表面の配線層２Ａの各有機絶縁膜の内部応力を打ち消す効果を有する。従って、最終的にダイシングシートを除去して個片化されたインターポーザ４Ａにおいて、大きな反りが生じることや、その影響によってシリコン基板１の内部にクラックが発生すること等の不具合を抑制することができる。
【０１２３】
次に、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａを用いた半導体装置の製造方法について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明するため工程断面図である。
【０１２４】
図４に示す製造方法によって製造されたインターポーザ４Ａを準備し、図７（ａ）に示すように、個片化されたインターポーザ４Ａを、ダイシングシート２０より剥がし、パッケージ基板１２上に設けられた電極パッド１３とインターポーザ４Ａのハンダバンプ１４とを接続することにより、シリコン基板１をパッケージ基板１２に搭載する。このときインターポーザ４Ａは、有機絶縁膜に形成された切り欠き部３０を有しているので、インターポーザ４Ａは個片化された状態においても、反りが発生することはない。すなわち、シリコン基板１とパッケージ基板１２との距離をほぼ均等にした状態で、シリコン基板１をパッケージ基板１２に接続することができる。
【０１２５】
つまり、有機絶縁膜に切り欠き部３０が形成されていない従来の構成では、シリコン基板１に反りが発生するので、インターポーザの周辺部の電極パッド（ハンダバンプ）とパッケージ基板の表面の電極パッドとの十分な接触を得ることができず、接触不良を誘発するといった不具合が発生するが、本実施の形態に係るインターポーザ４Ａでは、このような不具合を防止できる。
【０１２６】
次に、図７（ｂ）に示すように、ハンダバンプ５が形成されたＬＳＩ６（ＬＳＩチップ）を、インターポーザ４上に配置し、ＬＳＩ６のハンダバンプ５とインターポーザ４Ａの電極パッド３とを接続する。このとき、インターポーザ４Ａの基体はシリコンからなるので、ハンダバンプ５による接続時にハンダを溶融させる２５０℃程度の温度上昇過程、あるいは、その後の室温までに冷却する冷却過程において、シリコン基板からなるＬＳＩ６とインターポーザ４Ａの線膨張係数が等しくなるので、温度変化に伴うＬＳＩチップへの不要な応力の蓄積による特性変動を抑制できると共に、５０μｍ以下の小口径の接続部の信頼性の低下も防止することが可能となる。なお、インターポーザ４Ａに搭載するＬＳＩは、１つではなく、複数個であっても構わない。
【０１２７】
最後に、図７（ｃ）に示すように、ＬＳＩ６とインターポーザ４Ａと間にアンダーフィル１５を注入し、また、インターポーザ４Ａとパッケージ基板１２との間にアンダーフィル１６を注入する。その後、パッケージ基板１２の裏面のパッド電極にハンダバンプ１７を形成する。これにより、半導体装置が完成する。
【０１２８】
なお、図８に示すように、ＬＳＩ６とインターポーザ４Ａとの間にアンダーフィル１５を注入するとともに、インターポーザ４Ａとパッケージ基板１２との間にアンダーフィル１６を注入した後に、全体を封止樹脂４０で覆う形態の半導体装置としてもよい。
【０１２９】
以上、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、有機絶縁膜に切り欠き部３０が形成されたインターポーザ４Ａを用いているため、製造工程中に生じる有機絶縁膜の収縮による内部応力を緩和することができる。また、インターポーザ４Ａを単体で扱うことができ、例えばシリコン基板１の薄化時に接着したサポート基板１９をつけたままで個片化して、シリコン基板１の補強をするといった対策をすることなくインターポーザ４Ａをパッケージ基板１２に接続したとしても、インターポーザ４のシリコン基板１にクラックや反りを発生させることなく、半導体装置を製造することができる。従って、サポート基板１９を再利用することができるので、コストを下げることができる。また、信頼性の高い半導体装置を実現することができる。
【０１３０】
以上、本発明に係るインターポーザ及び半導体装置並びにこれらの製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではない。例えば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、有機絶縁膜を有するインターポーザ及びこれを用いた半導体装置に対して有用であり、特に、シリコンインターポーザ及びこれを用いた半導体装置等において広く利用することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１、１ａ  シリコン基板
２、２Ａ、２ａ  配線層
３、３ａ、９、９ａ、１３、１３ａ  電極パッド
４、４Ａ、４ａ  インターポーザ
５、５ａ、１４、１４ａ、１７、１７ａ  ハンダバンプ
６、６ａ、７ａ  ＬＳＩ
８、８ａ、２１３、２１３ａ、２２０、２２３、２２３ａ、２３３、２３３ａ  有機絶縁膜
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０ａ  貫通電極
１１、１１ａ  貫通孔
１２、１２ａ  パッケージ基板
１５、１５ａ、１６、１６ａ  アンダーフィル
１８  接着剤
１９  サポート基板
２０  ダイシングシート
３０  切り欠き部
４０  封止樹脂
１００Ａ、１００Ｂ、１００ａ  合成応力
１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０ａ、１２０Ａ、１２０Ｂ、１２０ａ、１３０Ａ、１３０Ｂ、１３０ａ  内部応力
２００ａ  クラック
２１０、２１２、２１２ａ、２２２、２２２ａ、２３２  金属配線
２１１、２１１ａ  第１配線層
２２１、２２１ａ  第２配線層
２３１、２３１ａ  第３配線層
２４０  層間接続部
２５０、２５１、２５２  絶縁膜
【図１Ａ】
2013021085.tif 000003
【図１Ｂ】
2013021085.tif 000004
【図１Ｃ】
2013021085.tif 000005
【図２Ａ】
2013021085.tif 000006
【図２Ｂ】
2013021085.tif 000007
【図２Ｃ】
2013021085.tif 000008
【図３】
2013021085.tif 000009
【図４】
2013021085.tif 000010
【図５Ａ】
2013021085.tif 000011
【図５Ｂ】
2013021085.tif 000012
【図５Ｃ】
2013021085.tif 000013
【図６Ａ】
2013021085.tif 000014
【図６Ｂ】
2013021085.tif 000015
【図６Ｃ】
2013021085.tif 000016
【図６Ｄ】
2013021085.tif 000017
【図７】
2013021085.tif 000018
【図８】
2013021085.tif 000019
【図９Ａ】
2013021085.tif 000020
【図９Ｂ】
2013021085.tif 000021
【図１０Ａ】
2013021085.tif 000022
【図１０Ｂ】
2013021085.tif 000023