(57)【要約】【課題】簡易な製造方法で、開口に角部を有さないビアホールを有する半導体基板を製造する。【解決手段】製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、第１貫通孔１２Ａを有するマスク層１２を形成する工程である。第２工程は、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成する工程である。マスク層１２は、第１面Ｔ１とビアホール１４Ａの側壁Ｓとの成す角度が半導体基板１０の第１面Ｔ１に対向する第２面Ｔ２側が第１面Ｔ１側に比べて大きい、ビアホール１４Ａを形成するための層である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の第１面上に、第１貫通孔を有するマスク層を形成する第１工程と、
前記マスク層の前記第１貫通孔を介して、前記半導体基板における前記第１面側から前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にビアホールを形成する第２工程と、
を含み、
前記マスク層は、前記第１面と前記ビアホールの側壁との成す角度が前記半導体基板の前記第１面に対向する第２面側が前記第１面側に比べて大きい前記ビアホールを形成するための層である、半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記マスク層における、前記第１貫通孔に対して前記第１面に平行な方向に沿って連続する第１領域の厚みが、前記第１貫通孔に近いほど段階的または連続的に薄い、請求項１に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程は、一定のエッチング条件で、前記マスク層の前記第１貫通孔を介して、前記第１面側から前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に前記ビアホールを形成する、請求項１または請求項２に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程は、等方性エッチングにより、前記マスク層の前記第１貫通孔を介して、前記第１面側から前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に前記ビアホールを形成する、請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記第２工程は、フッ化炭素、六フッ化硫黄、および酸素の少なくとも１種を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、前記マスク層の前記第１貫通孔を介して、前記第１面側から前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板に前記ビアホールを形成する、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記第１工程は、
前記半導体基板の前記第１面上に、ポジ型のフォトレジスト層を形成する第３工程と、
前記フォトレジスト層上に、前記第１面に平行な面における前記第１貫通孔に対応する位置に第１光透過部を有するフォトマスクを配置する第４工程と、
前記フォトマスクの前記第１光透過部を介して前記フォトレジスト層を露光し、露光領域の除去された前記フォトレジスト層としての前記マスク層を形成する第５工程と、
を含む、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項７】
前記フォトマスクは、該フォトマスクにおける前記第１面に平行な面に沿って、前記第１光透過部と、前記第１光透過部以外の第１遮光領域と、を有し、
前記第１遮光領域における前記第１光透過部に連続する第２遮光領域は、前記第１光透過部より開口幅の小さい複数の第２光透過部を含む、請求項６に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記第２遮光領域は、前記第１光透過部より開口幅が小さく、且つ、前記第１光透過部に近いほど開口幅の大きい複数の第２光透過部を含む、請求項７に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項９】
複数の前記第２光透過部の各々は、前記第１光透過部を中心として同心円状に前記第２遮光領域に配置されている、請求項７または請求項８に記載の半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
複数の前記第２光透過部の各々は、前記第１面に平行な断面形状が、前記第１光透過部より開口幅の小さい円状であり、
複数の前記第２光透過部は、前記第１光透過部を中心として該第１光透過部の外側の前記第２遮光領域に放射状に配置されている、請求項７〜請求項９の何れか１項に記載の半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
高集積化を図る観点から、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）チップ間の接続に、半導体基板を貫通する貫通電極（ＴＳＶ：Ｔｈｒｏｕｇｈ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｖｉａ）を用いる技術が開示されている。ＴＳＶは、半導体基板を貫通するビアホール（貫通孔）を形成し、ビアホールに絶縁膜を介して導電材料を埋め込むことで形成される。
【０００３】
このビアホールの形状としては、上径に比べて下径の小さいテーパーを有する形状が知られている。ビアホールの形成には、半導体基板の表面のエッチングが用いられるが、シリコン結晶方位によりテーパー角が制限されるため（例えば５５°程度）、ビアホールの開口には角部が形成されていた。ビアホールの開口に角部が形成されると、絶縁膜を介して導電材を埋め込んだときに、ＴＳＶ間における電気的ショート、オープン、リークなどが生じていた。そこで、エッチングによりビアホールを形成した後に、ビアホールの開口の角部のトリミング工程を、別途実行する技術が開示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来では、ビアホールを形成するための工程とは別に、ビアホールの開口の角部をトリミングする工程を別途設ける必要があり、簡易な製造方法で、開口に角部を有さないビアホールを形成することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、半導体基板の第１面上に、第１貫通孔を有するマスク層を形成する第１工程と、前記マスク層の前記第１貫通孔を介して、前記半導体基板における前記第１面側から前記半導体基板をエッチングし、前記半導体基板にビアホールを形成する第２工程と、を含む。前記マスク層は、前記第１面と前記ビアホールの側壁との成す角度が前記半導体基板の前記第１面に対向する第２面側が前記第１面側に比べて大きい、前記ビアホールを形成するための層である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、簡易な製造方法で、開口に角部を有さないビアホールを有する半導体基板を製造することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、本実施の形態の製造方法の説明図である。
【図２】図２は、半導体基板の説明図である。
【図３】図３は、本実施の形態の製造方法の一例を示す説明図である。
【図４】図４は、第２光透過部の配置の説明図である。
【図５】図５は、従来の半導体基板の説明図である。
【図６】図６は、従来の製造方法で製造した半導体基板の説明図である。
【図７】図７は、本実施の形態の半導体基板上に、絶縁膜を形成した状態を示す模式図である。
【図８】図８は、本実施の形態の製造方法の説明図である。
【図９】図９は、半導体基板の説明図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態の製造方法の一例を示す説明図である。
【図１１】図１１は、第２光透過部の配置の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【０００９】
本実施の形態の半導体基板の製造方法（以下、単に“製造方法”と称する）は、第１工程と、第２工程と、を含む。
【００１０】
第１工程は、半導体基板の第１面上に、第１貫通孔を有するマスク層を形成する工程である。第２工程は、マスク層の第１貫通孔を介して、半導体基板における第１面側から半導体基板をエッチングし、半導体基板にビアホールを形成する工程である。本実施の形態の製造方法では、上記マスク層は、第１面とビアホールの側壁との成す角度が半導体基板の第１面に対向する第２面側が第１面側に比べて大きい、上記ビアホールを形成するための層である。
【００１１】
すなわち、本実施の形態の製造方法では、第２工程、といった１つの工程によって、第１面側の開口に角部を有さないビアホールを有する半導体基板を製造することができる。以下、詳細を説明する。
【００１２】
（第１の実施の形態）
以下、本実施の形態の製造方法について、詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態の製造方法の説明図である。
【００１４】
本実施の形態の製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。
【００１５】
第１工程は、半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、マスク層１２を形成する工程である（図１（Ａ）参照）。
【００１６】
半導体基板１０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、ガリウム砒素リン（ＧａＡｓＰ）、リン化インジウム（ＩｎＰ）、ガリウムアルミニウム砒素（ＧａＡｌＡｓ）、インジウムガリウムリン化物（ＩｎＧａＰ）などで構成される。本実施の形態では、一例として、半導体基板１０は、シリコンから構成される場合を説明する。
【００１７】
第１工程では、この半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、マスク層１２を形成する。第１面Ｔ１は、半導体基板１０の対向する２面の内の１面である。半導体基板１０の第１面Ｔ１に対向する面を、第２面Ｔ２と称して説明する。
【００１８】
マスク層１２は、第１貫通孔１２Ａを有する。第１貫通孔１２Ａは、マスク層１２を厚み方向（図１中、矢印Ｘ方向）に貫通する孔である。第１貫通孔１２Ａは、第１面Ｔ１に平行な平面における、形成対象のビアホールに応じた位置に設けられている。
【００１９】
第２工程は、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成する工程である（図１（Ｂ）参照）。
【００２０】
第２工程におけるエッチングによって形成されたビアホール１４Ａは、第１面Ｔ１側に比べて第２面Ｔ２側の、第１面Ｔ１と該ビアホール１４Ａの側壁Ｓとの成す角度が大きい。本実施の形態では、本実施の形態で用いるマスク層１２を用いることで、第２工程においてビアホール１４Ａを形成する。すなわち、マスク層１２は、第１面Ｔ１とビアホール１４Ａの側壁Ｓとの成す角度が半導体基板１０の第１面Ｔ１に対向する第２面Ｔ２側が第１面Ｔ１側に比べて大きい、ビアホール１４Ａを形成するための層である。
【００２１】
なお、第１面Ｔ１と、ビアホール１４Ａの側壁Ｓと、の成す角度とは、第１面Ｔ１に平行な平面と、ビアホール１４Ａの側壁Ｓと、の成す角度であって、直角または鋭角（９０°未満）を成す角度である。以下では、第１面Ｔ１と側壁Ｓとの成す角度を、“ビア角”と称して説明する場合がある。
【００２２】
詳細には、図１（Ｂ）に示すように、ビアホール１４Ａは、第２面Ｔ２側のビア角（α２）が、第１面Ｔ１側のビア角（α１）より大きい。すなわち、α２＞α１の関係を満たす。
【００２３】
図２は、ビアホール１４Ａの形成された半導体基板１４の説明図である。図２に示すように、第２工程によって形成されたビアホール１４Ａのビア角（α１、α２）は、第１面Ｔ１側（α１）に比べて第２面Ｔ２側（α２）が大きい。
【００２４】
このため、ビアホール１４Ａの第１面Ｔ１側の開口には、角部が無い状態となっている。なお、角部とは、本実施の形態では、半導体基板１４における、ビアホール１４Ａによる第１面Ｔ１側の開口縁であって、第１面Ｔ１と側壁Ｓとの成す角度が、ビアホール１４Ａの第２面Ｔ２側端部のビア角以下である部分を示す。
【００２５】
このように、本実施の形態の製造方法では、第２工程による１回のエッチングによって、第１面Ｔ１側の開口に角部を有さないビアホール１４Ａを有する半導体基板１４を製造することができる。
【００２６】
なお、本実施の形態では、ビアホール１４Ａの開口縁における、半導体基板１４の厚み方向の断面形状は、図２に示すように第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって連続的にビア角が大きくなる形状である。
【００２７】
第２工程において上記ビアホール１４Ａを形成するために、第１工程で用意するマスク層１２は、マスク層１２における、第１貫通孔１２Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に沿って連続する第１領域Ａ１の厚みが、第１貫通孔１２Ａに近いほど薄い形状であればよい。
【００２８】
例えば、図１（Ａ）に示すように、マスク層１２は、マスク層１２における、第１貫通孔１２Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に沿って連続する第１領域Ａ１の厚みが、第１貫通孔１２Ａに近いほど連続的に薄いことが好ましい。
【００２９】
第１領域Ａ１は、マスク層１２における、第１貫通孔１２Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に連続する領域であって、半導体基板１０に形成するビアホール１４Ａの側壁Ｓ部分に対して厚み方向（矢印Ｘ方向）に対応する領域であればよい。このため、マスク層１２における、第１領域Ａ１間の領域（第１貫通孔１２Ａの配置されていない領域）は、厚みが一定の中間領域Ａ２であってよい。
【００３０】
マスク層１２は、半導体基板１０より、第２工程のエッチングによるエッチングレートの低い材料で構成されていればよい。マスク層１２は、例えば、ＳｉＯ２により構成してもよいし、レジストを用いて形成してもよい。
【００３１】
レジストを用いてマスク層１２を形成する場合、第１工程は、第３工程と、第４工程と、第５工程と、を含む。
【００３２】
図３は、マスク層１２を、レジストを用いて形成する場合の、本実施の形態の製造方法の一例を示す説明図である。
【００３３】
まず、第１工程を行う。第１工程における第３工程では、半導体基板１０上に、フォトレジスト層１７を形成する（図３（Ａ）参照）。本実施の形態では、フォトレジスト層１７として、露光によって現像液に対する溶解性が増大する、ポジ型のフォトレジストを用いる。フォトレジスト層１７には、ポジ型の公知のフォトレジストを用いればよい。
【００３４】
フォトレジスト層１７は、例えば、スピンコーターによってフォトレジストを均一に塗布し、プリベークによってフォトレジストを固化させることによって形成すればよい。第３工程では、エッチングを行う第２工程における選択比を考慮して、層厚５μｍ〜１５μｍとなるように、フォトレジストを塗布することが好ましい。また、粘性２００ｃｐ以上のフォトレジストを用いることが好ましい。
【００３５】
次に、第１工程における第４工程を行う。第４工程では、フォトレジスト層１７上に、フォトマスク２０を配置する（図３（Ｂ）参照）。フォトマスク２０は、第１光透過部２０Ａを有する。第１光透過部２０Ａは、フォトマスク２０の第１面Ｔ１に平行な面における、第１貫通孔１２Ａ（すなわちビアホール１４Ａ）に対応する位置に設けられている。
【００３６】
フォトマスク２０は、フォトマスク２０における第１面Ｔ１に平行な面に沿って、第１光透過部２０Ａと、第１遮光領域Ｐと、を有する。第１遮光領域Ｐは、第５工程でフォトレジスト層１７の露光に用いる露光光を遮光する領域である。
【００３７】
第１光透過部２０Ａは、フォトマスク２０における、第５工程でフォトレジスト層１７の露光に用いる露光光を透過する領域である。
【００３８】
第１遮光領域Ｐにおける、第１光透過部２０Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に連続する第２遮光領域Ｐ１には、第１光透過部２０Ａより開口幅の小さい複数の第２光透過部２０Ｂ１〜２０Ｂ３が設けられている。なお、複数の第２光透過部２０Ｂ１〜２０Ｂ４は、互いに開口幅が異なる。図３には、４種類の第２光透過部２０Ｂ１〜２０Ｂ４を示したが、４種類に限定されない。また、以下では、これらの複数の第２光透過部２０Ｂ１〜２０Ｂ４を総称して説明する場合、第２光透過部２０Ｂと称して説明する。第２光透過部２０Ｂは、露光光を透過する領域である。また、第２遮光領域Ｐ１間の領域は、露光光を遮光する第３遮光領域Ｐ２である。
【００３９】
開口幅とは、第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂの各々における、第１面Ｔ１に平行な断面における、最も開口の小さい領域の長さを示す。
【００４０】
図３に示す例では、第２遮光領域Ｐ１には、第１光透過部２０Ａに近い位置から離れる方向に向かって、第２光透過部２０Ｂ１〜第２光透過部２０Ｂ４がこの順に配置されている。
【００４１】
すなわち、フォトマスク２０には、第１光透過部２０Ａの周辺の第２遮光領域Ｐ１に、複数の第２光透過部２０Ｂが設けられている。
【００４２】
第２遮光領域Ｐ１に設けられた複数の第２光透過部２０Ｂの開口幅は、第１光透過部２０Ａより小さい開口幅であればよく、互いに同じであってもよいが、異なっていてもよい。
【００４３】
本実施の形態では、複数の第２光透過部２０Ｂの開口幅は互いに異なる。具体的には、本実施の形態では、第２遮光領域Ｐ１には、第１光透過部２０Ａより開口幅が小さく、且つ、第１光透過部２０Ａに近いほど開口幅が大きい、複数の第２光透過部２０Ｂが配置されている。
【００４４】
複数の第２光透過部２０Ｂの各々は、第１光透過部２０Ａの周囲（すなわち、第１遮光領域Ｐにおける第２遮光領域Ｐ１）に配置されていればよく、その配置位置は限定されない。
【００４５】
例えば、複数の第２光透過部２０Ｂの配置位置は、第１光透過部２０Ａを中心として同心円状に配置されていてもよいし、放射状に配置されていてもよい。図４は、第２光透過部２０Ｂの配置の説明図である。
【００４６】
図４（Ａ）に示す例では、複数の第２光透過部２０Ｂは、第１光透過部２０Ａの周囲である第２遮光領域Ｐ１に、同心円状に配置されている。図４（Ａ）に示す例では、第２光透過部２０Ｂ（第２光透過部２０Ｂ１〜第２光透過部２０Ｂ３）は、第１光透過部２０Ａに近いほど開口幅が大きく、第１光透過部２０Ａから離れるほど開口幅が小さい。なお、図４では、第２光透過部２０Ｂ４を省略した。
【００４７】
また、図４（Ｂ）に示す例では、第２光透過部２０Ｂは、第１面Ｔ１に平行な断面形状が円状であり、第１光透過部２０Ａより開口幅（すなわち直径）が小さい。そして、第２光透過部２０Ｂは、第１光透過部２０Ａの周囲である第２遮光領域Ｐ１に、放射状に配置されている。そして、図４（Ｂ）に示す例では、第２光透過部２０Ｂ（第２光透過部２０Ｂ１〜第２光透過部２０Ｂ４）は、第１光透過部２０Ａに近いほど開口幅が大きく、第１光透過部２０Ａから離れるほど開口幅が小さい。
【００４８】
フォトマスク２０の第１遮光領域Ｐは、露光光を遮光する材料で構成されていればよい。また、第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂは、露光光を透過する構成であればよい。例えば、フォトマスク２０は、露光光を透過するガラスや石英基板上に、第１遮光領域Ｐ、および第２遮光領域Ｐ１の第２光透過部２０Ｂ以外の領域、および第３遮光領域Ｐ２を、クロム等の遮光膜でスパッタリングすることで作製すればよい。
【００４９】
なお、フォトマスク２０における、第２遮光領域Ｐ１の遮光領域によるパターンは、図４に示すパターンに限定されず、例えばクロムの薄膜化や多層膜の成膜によって、透過率を徐々に変化させる方法であってもよい。すなわち、第２遮光領域Ｐ１は、フォトレジスト層１７における、フォトマスク２０の第１光透過部２０Ａの周辺に相当する領域の露光量を減少させ、フォトレジスト層１７を完全に感光させない領域であればよい。
【００５０】
図３（Ｂ）に戻り、次に、第５工程では、フォトマスク２０を介してフォトレジスト層１７を露光する。フォトマスク２０には、第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂが設けられている。このため、フォトレジスト層１７は、フォトマスク２０の第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂを透過した露光光によって露光される。すなわち、フォトレジスト層１７における、第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂに対応する領域が露光される。露光量は、フォトレジスト層１７の層厚に応じて調整すればよい。
【００５１】
そして、フォトレジスト層１７をアルカリ溶液で現像することで、露光光によって露光された露光領域を除去する。そして、ポストベークする。これによって、第５工程では、露光領域の除去されたフォトレジスト層１７としてのマスク層１２を形成する（図３（Ｃ）参照）。
【００５２】
図３（Ｃ）に示すように、フォトレジスト層１７を、フォトマスク２０を介して露光し、現像することで、第１貫通孔１２Ａを有する、上記形状のマスク層１２が得られる。
【００５３】
すなわち、フォトマスク２０を介してフォトレジスト層１７を露光すると、第１光透過部２０Ａに対応する領域が露光される。また、それと同時に、第１光透過部２０Ａの周辺の第２遮光領域Ｐ１における、第１光透過部２０Ａから離れるほど開口幅の小さい複数の第２光透過部２０Ｂを介して、フォトレジスト層１７が露光される。
【００５４】
このため、フォトレジスト層１７には、第１光透過部２０Ａに対応する第１貫通孔１２Ａが形成されると共に、第１貫通孔１２Ａの形成されたフォトレジスト層１７であるマスク層１２の厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、第１貫通孔１２Ａに近いほど薄い形状となる。すなわち、第１貫通孔１２Ａの、厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、フォトマスク２０側の開口が最も広く、半導体基板１０側に向かって開口が連続的に小さくなる形状となる。
【００５５】
次に、第２工程では、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成する（図３（Ｄ）参照）。ビアホール１４Ａは、上述したため説明を省略する。
【００５６】
ここで、上述したように、マスク層１２における第１貫通孔１２Ａの、厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、フォトマスク２０側の開口が最も広く、半導体基板１０側に向かって開口が連続的に小さい形状である。
【００５７】
このため、第２工程におけるエッチング中に、マスク層１２の後退速度が加速度的に変化し、これに伴い、エッチング速度も変化する。そして、最終的には、ビアホール１４Ａのマスク層１２側の開口縁は、側壁Ｓと第１面Ｔ１との成す角度（ビア角）が小さくなり、そして、第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって連続的にビア角が大きくなる。このため、ビアホール１４Ａのエッチング時に、ビアホール１４Ａの開口縁の角部も同時に除去される。
【００５８】
なお、フォトマスク２０の、第１光透過部２０Ａおよび第２光透過部２０Ｂによるパターンは、第２工程において上記ビアホール１４Ａを形成可能なマスク層１２の得られるパターンであればよく、図３および図４に示す形態に限定されない。
【００５９】
第２工程におけるエッチング条件は、第２工程において一定である。エッチング条件が一定である、とは、エッチングとしてドライエッチングを用いる場合、ガスの組成、ガス流量、圧力、およびバイアスなどのエッチングレシピが一定であることを示す。エッチングとしてウェットエッチングを用いる場合、エッチング液の組成や、エッチング液の供給条件などを一定とすることを示す。
【００６０】
すなわち、本実施の形態では、第２工程において、エッチング中にエッチングレシピの切り替えや変更を行うことなく、連続して一定のエッチング条件でエッチングを行い、ビアホール１４Ａを形成する。
【００６１】
なお、第２工程は、反応性イオンによるドライエッチングによりビアホール１４Ａを形成することが好ましい。また、ドライエッチングで、且つ、等方性エッチングにより、ビアホール１４Ａを形成することが好ましい。等方性エッチングを採用することにより、テーパーを有するビアホール１４Ａを形成することができる。また、等方性エッチングにより、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａよりビアホール１４Ａの開口面が広くなる。
【００６２】
第２工程としてドライエッチングを用いる場合、フッ化炭素（例えば八フッ化シクロブタンＣ４Ｆ８）、六フッ化硫黄ＳＦ６、および酸素Ｏ２の少なくとも１種を含むエッチングガスを用いてドライエッチングを行う事が好ましい。エッチング時の圧力は、例えば５Ｐａ〜１０Ｐａ、バイアスは、例えば、２０００Ｗ〜３０００ＷのＲＦバイアス電力とすることが好ましい。
【００６３】
ビアホール１４Ａの深さ（厚み方向（矢印Ｘ方向）の長さ）は、例えば、数十μｍ〜数百μｍである。ビアホール１４Ａの側壁Ｓの表面粗さは特に制限しないが、ビアホール１４Ａを被覆する絶縁膜および導電材の被覆性、密着性が保たれる程度の表面粗さであればよい。
【００６４】
以上説明したように、本実施の形態の製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。第１工程は、半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、第１貫通孔１２Ａを有するマスク層１２を形成する工程である。第２工程は、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成する工程である。マスク層１２は、第１面Ｔ１とビアホール１４Ａの側壁Ｓとの成す角度が半導体基板１０の第１面Ｔ１に対向する第２面Ｔ２側が第１面Ｔ１側に比べて大きい、ビアホール１４Ａを形成するための層である。
【００６５】
このように、本実施の形態の製造方法では、第２工程によって形成されたビアホール１４Ａのビア角は、第１面Ｔ１側に比べて第２面Ｔ２側が大きい。すなわち、本実施の形態の製造方法では、第２工程による１回のエッチングによって、第１面Ｔ１側の開口に角部を有さないビアホール１４Ａを有する半導体基板１４を製造することができる。
【００６６】
従って、本実施の形態の製造方法では、簡易な製造方法で、開口に角部を有さないビアホール１４Ａを有する半導体基板１４を製造することができる、という効果を奏する。
【００６７】
ここで、従来の半導体基板に形成されたビアホールを説明する。図５は、従来の半導体基板１００の説明図である。
【００６８】
従来の半導体基板１００に形成されたビアホール１００Ａは、第１面Ｔ１と該ビアホール１００Ａの側壁Ｓとの成す角度（β１）が、半導体基板１００の厚み方向（矢印Ｘ方向参照）に一定である。このため、ビアホール１００Ａの、第１面Ｔ１側の開口縁には、角部が形成された状態となっている。
【００６９】
第１面Ｔ１側の開口縁に角部を有するビアホール１００Ａに絶縁膜を介して導電材料を埋め込むと、ＴＳＶ間における電気的ショート、オープン、リークなどが生じる。
【００７０】
図６は、従来の製造方法で製造した半導体基板１００の説明図である。図６（Ａ）は、半導体基板１００の第１面Ｔ１側およびビアホール１００Ａの内壁（側壁Ｓを含む）を、膜厚の薄いまたは液相成膜時の粘性の低い絶縁膜１０４で被覆した状態を示す説明図である。図６（Ａ）に示すように、従来の製造方法で製造した半導体基板１００を絶縁膜１０４で被覆すると、ビアホール１００Ａの開口の、角部を形成している開口縁Ｃの部分の絶縁膜１０４の層厚が他の領域に比べて薄くなる。このため、この絶縁膜１０４を介してビアホール１００Ａ内に導電材を充填すると、半導体基板１００と導電材との導通によるショートやリークが発生する。
【００７１】
図６（Ｂ）は、半導体基板１００の第１面Ｔ１側およびビアホール１００Ａの内壁（側壁Ｓを含む）を、膜厚の厚いまたは液相成膜時の粘性の高い絶縁膜１０５で被覆した状態を示す説明図である。図６（Ｂ）に示すように、従来の製造方法で製造した半導体基板１００を絶縁膜１０５で被覆すると、ビアホール１００Ａの開口の、角部を形成している開口縁Ｃの部分で絶縁膜１０５の厚みが厚くなり、突起部１０５Ａを形成することとなる。このため、この絶縁膜１０５を介してビアホール１００Ａ内に導電材を充填すると、突起部１０５Ａ付近の導電材による被覆率が低くなり、導電材による導電層に不連続な部分が生じる場合がある。
【００７２】
一方、本実施の形態の製造方法で製造した半導体基板１４は、上述したように、第２工程によって形成されたビアホール１４Ａのビア角は、第１面Ｔ１側に比べて第２面Ｔ２側が大きい。すなわち、本実施の形態の製造方法では、第２工程による１回のエッチングによって、第１面Ｔ１側の開口に角部を有さないビアホール１４Ａを有する半導体基板１４を製造することができる。
【００７３】
このため、本実施の形態の製造方法では、簡易な製造方法で、開口に角部を有さないビアホール１４Ａを有する半導体基板１４を製造することができる。
【００７４】
図７は、本実施の形態の半導体基板１４上に、絶縁膜３０を形成した状態を示す模式図である。絶縁膜３０の成膜方法は、特に限定されない。例えば、スプレー塗布などの液相成膜法や、ＰＶＤ、ＣＶＤなどの気相成膜法などである。絶縁膜３０の構成材料は、絶縁性を有する材料であればよい。絶縁膜３０の構成材料は、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＯＦ等の無機系、パリレン系やポリアリルエーテル系等の有機系、有機・無機ハイブリッド系などである。
【００７５】
本実施の形態の製造方法で製造したビアホール１４Ａは、開口に角部を有さない。このため、第１面Ｔ１から側壁Ｓへ到る領域で絶縁膜３０の厚みが他の領域と異なる厚みとなることが抑制される。このため、半導体基板１４と、ビアホール１４Ａに充填した導電材との導通によるショートおよびリークや、導電材による導電層に不連続な部分が生じることが抑制される。
【００７６】
また、マスク層１２における、第１貫通孔１２Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に沿って連続する第１領域Ａ１の厚みが、第１貫通孔１２Ａに近いほど段階的に薄いことが好ましい。
【００７７】
また、第２工程は、一定のエッチング条件で、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成することが好ましい。
【００７８】
また、第２工程は、等方性エッチングにより、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成することが好ましい。
【００７９】
また、第２工程は、フッ化炭素、六フッ化硫黄、および酸素の少なくとも１種を含むエッチングガスを用いたドライエッチングにより、マスク層１２の第１貫通孔１２Ａを介して、第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１４Ａを形成することが好ましい。
【００８０】
また、第１工程は、第３工程と、第４工程と、第５工程と、を含んでもよい。第３工程は、半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、ポジ型のフォトレジスト層１７を形成する工程である。第４工程は、フォトレジスト層１７上に、第１面Ｔ１に平行な面における第１貫通孔１２Ａに対応する位置に第１光透過部２０Ａを有するフォトマスク２０を配置する工程である。第５工程は、フォトマスク２０を介してフォトレジスト層１７を露光し、露光領域の除去されたフォトレジスト層１７としてのマスク層１２を形成する工程である。
【００８１】
また、フォトマスク２０は、該フォトマスク２０における第１面Ｔ１に平行な面に沿って、第１光透過部２０Ａと、第１光透過部２０Ａ以外の第１遮光領域Ｐと、を有する。第１遮光領域Ｐにおける、第１光透過部２０Ａに連続する第２遮光領域Ｐ１は、第１光透過部２０Ａより開口幅の小さい複数の第２光透過部２０Ｂを含む。
【００８２】
例えば、第２遮光領域Ｐ１は、第１光透過部２０Ａより開口幅が小さく、且つ、第１光透過部２０Ａに近いほど開口幅の大きい複数の第２光透過部２０Ｂを含む。
【００８３】
例えば、複数の第２光透過部２０Ｂの各々は、第１光透過部２０Ａを中心として同心円状に第２遮光領域Ｐ１に配置されている。
【００８４】
例えば、複数の第２光透過部２０Ｂの各々は、第１面Ｔ１に平行な断面形状が、第１光透過部２０Ａより開口幅の小さい円状である。そして、複数の第２光透過部２０Ｂは、第１光透過部２０Ａを中心として該第１光透過部２０Ａの外側の第２遮光領域Ｐ１に放射状に配置されている。
【００８５】
（第２の実施の形態）
第１の実施の形態では、第１の実施の形態の製造方法で製造したビアホール１４Ａの開口縁における、半導体基板１４の厚み方向の断面形状は、図２に示すように第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって連続的にビア角が大きくなる形状である場合を説明した（図２参照）。
【００８６】
本実施の形態では、ビアホール１５Ａの開口縁における、半導体基板１５の厚み方向の断面形状は、図８に示すように第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって段階的にビア角が大きくなる形状である場合を説明する。
【００８７】
図８は、本実施の形態の製造方法の説明図である。
【００８８】
本実施の形態の製造方法は、第１工程と、第２工程と、を含む。
【００８９】
第１工程は、半導体基板１０の第１面Ｔ１上に、マスク層１３を形成する工程である（図８（Ａ）参照）。本実施の形態の第１工程は、マスク層１２に代えてマスク層１３を用いる以外は、第１の実施の形態の第１工程と同様である。
【００９０】
マスク層１３は、第１貫通孔１３Ａを有する。第１貫通孔１３Ａは、マスク層１３を厚み方向（図８中、矢印Ｘ方向）に貫通する孔である。第１貫通孔１３Ａは、形成対象のビアホールに応じた位置に設けられている。第１貫通孔１３Ａは、第１の実施の形態の第１貫通孔１２Ａと同様である。
【００９１】
第２工程は、マスク層１３の第１貫通孔１３Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１５Ａを形成する工程である（図８（Ｂ）参照）。
【００９２】
第２工程におけるエッチングによって形成されたビアホール１５Ａは、ビアホール１４Ａと同様に、第１面Ｔ１側に比べて第２面Ｔ２側の、第１面Ｔ１と該ビアホール１５Ａの側壁Ｓとの成す角度（すなわち、ビア角）が大きい。
【００９３】
具体的には、図８（Ｂ）に示すように、ビアホール１５Ａは、第２面Ｔ２側のビア角（α２）が、第１面Ｔ１側のビア角（α１）より大きい。すなわち、α２＞α１の関係を満たす。
【００９４】
図９は、ビアホール１５Ａの形成された半導体基板１５の説明図である。図９に示すように、第２工程によって形成されたビアホール１５Ａのビア角は、第１面Ｔ１側に比べて第２面Ｔ２側が大きい。このため、ビアホール１５Ａの第１面Ｔ１側の開口には、角部が無い状態となっている。なお、角部は、第１の実施の形態と同様である。
【００９５】
本実施の形態では、ビアホール１５Ａの開口縁における、半導体基板１５の厚み方向の断面形状は、図９に示すように第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって段階的にビア角が大きくなる形状である。
【００９６】
第２工程において上記ビアホール１５Ａを形成するために、第１工程で用意するマスク層１３は、マスク層１３における、第１貫通孔１３Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に沿って連続する第１領域Ａ１の厚みが、第１貫通孔１３Ａに近いほど段階的に薄い形状であればよい。
【００９７】
例えば、図８（Ａ）に示すように、マスク層１３は、マスク層１３における、第１貫通孔１３Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に沿って連続する第１領域Ａ１の厚みが、第１貫通孔１３Ａに近いほど段階的に薄いことが好ましい。
【００９８】
第１領域Ａ１は、マスク層１３における、第１貫通孔１３Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に連続する領域であって、半導体基板１０に形成するビアホール１５Ａの側壁Ｓ部分に対して厚み方向（矢印Ｘ方向）に対応する領域であればよい。このため、マスク層１３における、第１領域Ａ１間の領域（第１貫通孔１３Ａの配置されていない領域）は、厚みが一定の中間領域Ａ２であってよい。
【００９９】
マスク層１３の構成材料は、マスク層１２と同様である。マスク層１３は、例えば、ＳｉＯ２により構成してもよいし、レジストを用いて形成してもよい。
【０１００】
レジストを用いてマスク層１３を形成する場合、第１工程は、第３工程と、第４工程と、第５工程と、を含む。
【０１０１】
図１０は、マスク層１３を、レジストを用いて形成する場合の、本実施の形態の製造方法の一例を示す説明図である。
【０１０２】
まず、第１工程を行う。第１工程における第３工程では、半導体基板１０上に、フォトレジスト層１７を形成する（図１０（Ａ）参照）。第３工程は、第１の実施の形態の第３工程と同様である。
【０１０３】
次に、第１工程における第４工程を行う。第４工程では、フォトレジスト層１７上に、フォトマスク２２を配置する（図１０（Ｂ）参照）。フォトマスク２２は、第１光透過部２２Ａを有する。第１光透過部２２Ａは、フォトマスク２２の第１面Ｔ１に平行な面における、第１貫通孔１３Ａ（すなわちビアホール１５Ａ）に対応する位置に設けられている。
【０１０４】
フォトマスク２２は、フォトマスク２２における第１面Ｔ１に平行な面に沿って、第１光透過部２２Ａと、第１遮光領域Ｐ’と、を有する。
【０１０５】
第１光透過部２２Ａは、フォトマスク２２における、第５工程でフォトレジスト層１７の露光に用いる露光光を透過する領域である。第１遮光領域Ｐ’は、この露光光を遮光する領域である。第１遮光領域Ｐ’は、露光光を遮光する材料で構成されていればよい。
【０１０６】
第１遮光領域Ｐ’における、第１光透過部２２Ａに対して第１面Ｔ１に平行な方向に連続する第２遮光領域Ｐ’１には、第１光透過部２２Ａより開口幅の小さい複数の第２光透過部２２Ｂ１〜２２Ｂ３が設けられている。図１０には、３種類の第２光透過部２２Ｂ１〜２２Ｂ３を示したが、３種類に限定されない。また、以下では、これらの複数の第２光透過部２２Ｂ１〜２２Ｂ３を総称して説明する場合、第２光透過部２２Ｂと称して説明する。第２光透過部２２Ｂは、露光光を透過する領域である。開口幅とは、第１光透過部２２Ａおよび第２光透過部２２Ｂの各々における、第１面Ｔ１に平行な断面における、最も開口の小さい領域の長さを示す。また、第２遮光領域Ｐ’１間の領域は、露光光を遮光する第３遮光領域Ｐ’２である。
【０１０７】
図１０に示す例では、第２遮光領域Ｐ’１には、第１光透過部２０Ａに近い位置から離れる方向に向かって、第２光透過部２２Ｂ１〜第２光透過部２２Ｂ３がこの順に配置されている。すなわち、フォトマスク２２における、第１光透過部２２Ａの周辺の第２遮光領域Ｐ’１には、複数の第２光透過部２２Ｂが設けられている。
【０１０８】
本実施の形態では、第２遮光領域Ｐ’１に設けられた複数の第２光透過部２２Ｂの開口幅は、第２貫通孔２２Ａの開口幅より小さく、且つ互いに同じ開口幅である。
【０１０９】
複数の第２光透過部２２Ｂの各々は、第１光透過部２２Ａの周囲（すなわち、第１遮光領域Ｐ’における第２遮光領域Ｐ’１）に配置されていればよく、その配置位置は限定されない。
【０１１０】
例えば、複数の第２光透過部２２Ｂの配置位置は、第１光透過部２２Ａを中心に同心円状に配置されていてもよいし、放射状に配置されていてもよい。図１１は、第２光透過部２２Ｂの配置の説明図である。
【０１１１】
図１１（Ａ）に示す例では、第２光透過部２２Ｂは、第１光透過部２２Ａの周囲である第２遮光領域Ｐ’１に、同心円状に配置されている。図１１（Ａ）に示す例では、複数の第２光透過部２０Ｂは、開口幅が互いに同じである。
【０１１２】
また、図１１（Ｂ）に示す例では、第２光透過部２２Ｂは、第１面Ｔ１に沿った方向の形状が円状であり、第１光透過部２２Ａより開口幅（すなわち直径）が小さい。また、これらの複数の第２光透過部２２Ｂは、同じ開口幅（すなわち同じ直径）である。そして、第２光透過部２２Ｂは、第１光透過部２２Ａの周囲である第２遮光領域Ｐ’１に、放射状に配置されている。
【０１１３】
図１０（Ｂ）に戻り、次に、第５工程では、フォトマスク２２を介してフォトレジスト層１７を露光する。フォトマスク２２には、第１光透過部２２Ａおよび第２光透過部２２Ｂが設けられている。このため、フォトレジスト層１７は、フォトマスク２２の第１光透過部２２Ａおよび第２光透過部２２Ｂを透過した露光光によって露光される。すなわち、フォトレジスト層１７における、第１光透過部２２Ａおよび第２光透過部２２Ｂに対応する領域が露光される。
【０１１４】
そして、フォトレジスト層１７をアルカリ溶液で現像することで、露光光によって露光された露光領域を除去する。これによって、第５工程では、露光領域の除去されたフォトレジスト層１７としてのマスク層１３を形成する（図１０（Ｃ）参照）。
【０１１５】
図１０（Ｃ）に示すように、フォトレジスト層１７を、フォトマスク２２を介して露光し、現像することで、上記形状のマスク層１３が得られる。
【０１１６】
すなわち、フォトマスク２２を介してフォトレジスト層１７を露光すると、第１光透過部２２Ａに対応する領域が露光される。また、それと同時に、第１光透過部２２Ａの周辺の第２遮光領域Ｐ’１における、開口幅が同じ複数の第２光透過部２２Ｂを介して、フォトレジスト層１７が露光される。このため、フォトレジスト層１７には、第１光透過部２２Ａに対応する第１貫通孔１３Ａが形成されると共に、第１貫通孔１３Ａの形成されたフォトレジスト層１７であるマスク層１３の厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、第１貫通孔１３Ａに近いほど薄い形状となる。すなわち、第１貫通孔１３Ａの、厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、フォトマスク２２側の開口が最も広く、半導体基板１０側に向かって開口が段階的に小さくなる形状となる。
【０１１７】
次に、第２工程では、マスク層１３の第１貫通孔１３Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１５Ａを形成する（図１０（Ｄ）参照）。ビアホール１５Ａは、上述したため説明を省略する。
【０１１８】
ここで、上述したように、マスク層１３における第１貫通孔１３Ａの、厚み方向（矢印Ｘ方向）の断面形状は、フォトマスク２２側の開口が最も広く、半導体基板１０側に向かって開口が段階的に小さい形状である。
【０１１９】
このため、第２工程におけるエッチング中に、ある時間においてマスク層１３の第１貫通孔１３Ａによる開口幅が段階的に変化する。これに伴い、ビアホール１５Ａのマスク層１３側の開口縁は、側壁Ｓと第１面Ｔ１との成す角度（ビア角）が段階的に小さくなる。このため、ビアホール１５Ａのエッチング時に、ビアホール１５Ａの開口縁の角部も同時に除去される。
【０１２０】
なお、フォトマスク２２の、第１光透過部２２Ａおよび第２光透過部２２Ｂによるパターンは、第２工程において上記ビアホール１５Ａを形成可能なマスク層１３の得られるパターンであればよく、図１０および図１１に示す形態に限定されない。
【０１２１】
次に、第２工程では、マスク層１３の第１貫通孔１３Ａを介して、半導体基板１０における第１面Ｔ１側から半導体基板１０をエッチングし、半導体基板１０にビアホール１５Ａを形成する。ビアホール１５Ａは、上述したため説明を省略する。
【０１２２】
第２工程におけるエッチング条件は、第１の実施の形態と同様である。
【０１２３】
すなわち、本実施の形態では、第２工程において、エッチング中にエッチングレシピの切り替えや変更を行うことなく、連続して一定のエッチング条件でエッチングを行い、ビアホール１５Ａを形成する。
【０１２４】
以上説明したように、本実施の形態では、ビアホール１５Ａの開口縁における、半導体基板１５の厚み方向の断面形状は、図９に示すように第１面Ｔ１側から第２面Ｔ２側へ向かって段階的にビア角が大きくなる形状である。この場合についても、本実施の形態では、第１の実施の形態と同様の効果を奏する。
【０１２５】
また、本実施の形態の製造方法で製造したビアホール１５Ａは、開口に角部を有さない。このため、図７に示すように、第１面Ｔ１から側壁Ｓへ到る領域で絶縁膜３０の厚みが他の領域と異なる厚みとなることが抑制される。このため、半導体基板１５と、ビアホール１５Ａに充填した導電材との導通によるショートおよびリークや、導電材による導電層に不連続な部分が生じることが抑制される。
【０１２６】
以上、発明を実施するための実施の形態について説明を行ったが、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を損なわない範囲で変更することが可能である。
【符号の説明】
【０１２７】
１０  半導体基板
１２、１３  マスク層
１２Ａ、１３Ａ  第１貫通孔
１４、１５  半導体基板
１４Ａ、１５Ａ  ビアホール
１７  フォトレジスト層
２０、２２  フォトマスク
２０Ａ、２２Ａ  第１光透過部
２０Ｂ、２２Ｂ  第２光透過部
【先行技術文献】
【特許文献】
【０１２８】
【特許文献１】特許第５５６２０８７号公報
【図１】
2016207991.tif 000003
【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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