特許 5654471 ビア配線を作るための方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5654471

(24)【登録日】2014年11月28日

(45)【発行日】2015年1月14日

(54)【発明の名称】ビア配線を作るための方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20141218BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20141218BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20141218BHJP

   H01L 23/14 20060101ALI20141218BHJP

   B81C 1/00 20060101ALI20141218BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 J

   H01L23/14 S

   B81C1/00

【請求項の数】15

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2011-532042(P2011-532042)

(86)(22)【出願日】2009年10月15日

(65)【公表番号】特表2012-506144(P2012-506144A)

(43)【公表日】2012年3月8日

(86)【国際出願番号】SE2009051175

(87)【国際公開番号】WO2010044741

(87)【国際公開日】20100422

【審査請求日】2012年10月12日

(31)【優先権主張番号】0850036-5

(32)【優先日】2008年10月15日

(33)【優先権主張国】SE

(73)【特許権者】

【識別番号】508217696

【氏名又は名称】オー・アー・セー・マイクロテック・アクチボラゲット

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ニルソン，ピーター

(72)【発明者】

【氏名】ライプ，ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】トールスルンド，ロベルト

【審査官】 長谷川 直也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−００５４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５３９９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１０２８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９１６２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１２８０６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６５６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２９４８２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３５８５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２４２６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０７８１２７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５−２１／３２１３、２１／７６８、

２３／１２−２３／１５、２３／５２−２３／５２２、

Ｂ８１Ｂ １／００− ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電子デバイス用の基板（３）の下側（５）から基板（３）を少なくとも部分的に通って基板（３）の上側（４）に向かうビアホール（９）を形成する方法であって、前記方法は、
実質的に垂直の側壁と、それに続く、ビアホール（９）に狭窄部（２３）を形成するために狭まっている下方傾斜壁（２０）とを含む、ビアホール（９）の第１の縦方向部分（１１）をエッチングするステップと、
狭窄部（２３）から基板の上側（４）に向かって横方向に外側に広がり再度狭まっている第１の側壁を含むように、前記狭窄部から上側（４）に向かってつながっている、ビアホール（９）の第２の縦方向部分（１２）をエッチングするステップとを含み、
前記方法は、ビアホール（９）の第２の縦方向部分のエッチングの際、狭窄部（２３）がエッチングマスクとして機能している状態での第２の縦方向部分のエッチングによってビアホール（９）を開けるさらなるステップを含み、それにより、上側（４）におけるビアホールの開口部の大きさおよび形状は本質的に、狭窄部（２３）の大きさおよび形状に対応している、方法。

【請求項2】

ビアホール（９）の第２の縦方向部分のエッチングは、等方性エッチングを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

ビアホール（９）を開けるステップは、異方性エッチングを含む、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

異方性エッチングはイオンミリングを含み、それにより、基板（３）に当たるイオンまたは他の荷電粒子の一部が狭窄部（２３）を通過して異方性エッチングに寄与する、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

基板（３）は、基板（３）の上側（４）に形成された２つ以上の異なる材料の個々の層を含む多層構造（８）を含み、ビアホール（９）の第２の縦方向部分（１２）をエッチングするステップは、多層構造（８）の等方性エッチングを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

基板（３）は、基板（３）の上側（４）に形成された２つ以上の異なる材料の個々の層を含む多層構造（８）を含み、ビアホール（９）を開けるステップは、多層構造（８）の異方性エッチングを含む、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

基板（３）はエッチング停止層（１０）を含み、第２の縦方向部分（１２）の長手方向におけるエッチングはエッチング停止層（１０）によって停止され、開けるステップは、エッチング停止層（１０）のエッチングを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。

【請求項8】

ビアホール（９）を開けるステップの前に、ビアホール（９）の少なくとも側壁を薄膜（２７）で覆うステップをさらに含む、請求項５〜７のいずれかに記載の方法。

【請求項9】

ビアホール（９）の第１の縦方向部分をエッチングするステップは、
基板（３）の下側（５）に、傾斜壁（１８）を有する窪み（２８）を形成するステップと、
異方性エッチングによって狭窄部（２３）の下方傾斜壁（２０）を形成するステップとを含み、下方傾斜壁（２０）は、窪み（２８）の傾斜壁（１８）と同じ傾斜を有し、それにより、下方傾斜壁（２０）と下側（５）との間に実質的に垂直の側壁が形成される、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

ビアホール（９）の断面形状は、上側（４）または下側（５）から見ると、細長く、好ましくは矩形である、上述の請求項のいずれかに記載の方法。

【請求項11】

基板（３）の下側（５）から基板（３）を少なくとも部分的に通って基板（３）の上側（４）に向かうビア（７）を形成する方法であって、
請求項１〜１０のいずれかに記載のビアホールを形成するステップと、
ビアホール（９）を通る導電経路を提供するために、ビアホール（９）を導電性材料で少なくとも部分的に充填するステップとを含む、方法。

【請求項12】

請求項１１に記載のビア（７）を形成する方法を含む、密封された空洞（３０）を形成する方法であって、ビア（７）は、密封された空洞（３０）と基板（３）の下側（５）との電気的接続を提供し、ビアは、空洞内に少なくとも部分的に位置する導電トレース（３１）またはパッドまで開けられ、それにより、下側（５）から密封された空洞（３０）まで電気的接続が形成される、方法。

【請求項13】

電気デバイス用の基板（３）であって、基板（３）の下側（５）から基板（３）を少なくとも部分的に通って基板（３）の上側（４）に向かうビアホール（９）を含み、
基板（３）は、基板（３）の上側（４）に形成された２つ以上の異なる材料の個々の層を含む多層構造（８）を含み、
ビアホールは、多層構造（８）を通って延在し、
ビアホール（９）は、ビアホール（９）を通る導電経路を提供するために、導電性材料で少なくとも部分的に充填され、それによりビア配線（７）を形成しており、
前記基板は、
ビアホールが、実質的に垂直の側壁と、それに続く、ビアホール（９）に狭窄部（２３）を形成するために狭まっている下方傾斜壁（２０）とを含むこと、
ビアホール（９）が、上側（４）に向かって、かつ多層構造（８）内へと、狭窄部（２３）から横方向に外側に広がり再度狭まっていること、および、
上側（４）におけるビアホールの開口部の大きさおよび形状は本質的に、狭窄部（２３）の大きさおよび形状に対応していることを特徴とする、基板（３）。

【請求項14】

ビアホール（９）の断面形状は、上側（４）または下側（５）から見ると、好ましくは矩形である、請求項１３に記載の基板（３）。

【請求項15】

ビアホールは、実質的に垂直の側壁（１６）と下方傾斜壁（２０）とを含む第１の縦方向部分（１１）を含み、下方傾斜壁（２０）は狭窄部（２３）を形成するために先細になっており、実質的に垂直の側壁（１６）は下側（５）から下方傾斜壁（２０）まで延在している、請求項１４に記載の基板（３）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

発明の技術分野
この発明は、基板の一方の側から他方の側への電気ビア配線を含む基板を製造するための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

発明の背景
マイクロエレクトロニクスおよびマイクロ電気機械システム（microelectromechanical systems：ＭＥＭＳ）の分野では、さらにより一層小型化されたデバイスおよびより高度の機能性に向かう急速な発展が、実装能力および配線能力によって制限されている。

【0003】

この発明の方法によって製造される基板は通常、マイクロ電子デバイス、電子ＭＥＭＳデバイス、電子ナノテクノロジーデバイス、およびより単純な電子デバイス用に意図されている。マイクロ電子デバイスは、基板の表面に一体化または配置された集積回路といったマイクロ電子部品を含む場合がある。ＭＥＭＳデバイスは、たとえば半導体基板のマイクロ機械加工、または基板に対する表面マイクロ機械加工によって形成される場合がある。

【0004】

これらの技術分野における基本的な構成ブロックは、しばしばウェハと呼ばれる基板であり、それらは通常、シリコンまたは他の半導体材料で作られている。電子部品は、そのような基板の表面に形成され、一体化され、または搭載されている。加えて、ＭＥＭＳ部品は、たとえば半導体基板のマイクロ機械加工、または基板に対する表面マイクロ機械加工によって形成される場合がある。基板は均質な材料でできていてもよく、もしくは、異なるおよび／またはドープされた材料の異なる層および／または領域を有していてもよい。通常、基板には、配線および搭載用のパッドとルーティングとが設けられる。さらにより一層小型化されたデバイスおよびより高度の機能性に向かう急速な発展に伴い、ウェハの両側間に電気ビア配線を作ることに関心が高まっている。以下、電気ビア配線を、ビア配線または単にビアとも呼ぶ。これらのビアを用いると、従来使用されてきた信頼できない高価なワイヤボンディングが回避され、部品はより密に実装され得る。

【0005】

多数のビアプロセスおよび設計が、これまで提示されてきた。ビアを作るための方策は２種類に分けることができる。第１の種類では、ビアはウェハ材料によって形成され、たとえばドープされた半導体ビアである。第２の種類では、たとえばレーザアブレーション、穿孔、ウエットエッチング、またはドライエッチングを用いて、ウェハにビアホールが形成される。その後、たとえば物理的気相成長（physical vapour deposition：ＰＶＤ）プロセスを用いて、ビアホールの少なくとも側壁に導電性材料が堆積される。（電気抵抗を低減させるために）ビアの断面積を増加させるため、通常、金属または金属合金が導電性被膜上にめっきされる。金属または金属合金の導電性はより高いため、第１の種類のビアは一般に、第２の種類のビアと比べて比較的高い抵抗を有する。第２の種類に属するビア配線設計および作製プロセスの一例が、国際特許出願ＷＯ２００９／００５４６２ Ａ１に開示されている。この設計は、マイクロエレクトロニクス、ＭＥＭＳ、およびナノテクノロジーの分野における従来の処理技術に適合するプロセスを用いて、歩留まりが高く信頼できるウェハ貫通ビアを提供する狭窄部を有するビアホールを含む。

【0006】

上述のように、小型化の傾向は続いており、このため、部品が小さくなるにつれて、基板にビアをより密に配置する必要があり、また、パッドサイズが小さくなるにつれて、ビアの配置および横方向サイズの精度を高める必要がある。これを達成するための手段は、高アスペクト比のビアの形成を含む。第２の種類の高アスペクト比のビアの形成は、特にビアホールのエッチングおよび導電性材料の堆積に関する問題のため、困難である。狭く、高アスペクト比のビアホールを高い配置精度で形成できるものの、そのようなビアホールには導電体材料を容易に設けることができない。このため、ビアホールの有効直径、すなわちビアホールの最大幅部分を、通常、導電性材料の堆積用にビアホールの側壁を露出させるためにテーパ付きビアホールを形成することによって、大きくする必要がある。この拡大は、基板の前側の部品に対するビアの配置精度を制限する。なぜなら、前側でのビアホールの開口は、慎重に制御されなければならないためである。

【0007】

異なる材料の層を通って延びるビアを形成することがしばしば望ましく、おそらく、ビアがエッチング停止層で終わることが望まれる。すなわち、形成されたビアホールは一端で閉じられなければならない。たとえば、基板の一方の側から、基板の他方の側の、酸化シリコンおよび窒化シリコンといった異なる層で作られた複数の下地層の上に配置されたパッドまで延在するビアを有することが、しばしば望ましい。先行技術の技術を用いたビアホールのエッチングは通常、異なるエッチング速度に起因する、異なる材料の層または前記下地層の不十分な、もしくは制御不能なエッチングを生じさせる。同様の問題が、基板を通ってエッチングし、基板表面上に配置された金属層といった異なる材料の層で終わる場合に生じる。その場合、異なる材料の層への界面でのビアホールの制御不能な拡大が起こる場合がある。特に、これらは、高アスペクト比のビアホールにとって、問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

前述に鑑みて、この発明の１つの目的は、ビアホールおよびビアの形成を改良することであり、それにより、より信頼性が高く、電気デバイスのより効率的な実装を可能にするビアホールおよびビア配線を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

このため、電子デバイス用の基板の下側から基板を少なくとも部分的に通って基板の上側に向かうビアホールを形成する方法が提供される。ビアホールを形成する方法は、ビアホールの第１および第２の縦方向部分をエッチングするステップを含み、それにより、第１の縦方向部分および第２の縦方向部分はビアホールを実質的に作り上げ、ビアホールに狭窄部が形成される。狭窄部は、エッチング、好ましくは異方性エッチングによってビアホールを開ける次のステップでエッチングマスクとして機能するビアホールの開口部を規定する。

【0010】

下側から見ると、開口部はビアホールの狭窄化を規定する。この狭窄化は、異なる形状を取り得る。エッチングのステップによって部分的に形成されたビアホールは、たとえば、第１の縦方向部分の少なくとも部分的に傾斜する壁と第２の縦方向部分の実質的に垂直の側壁とを有する漏斗形状であってもよい。また、これに代えて、第２の縦方向部分のエッチングは、ビアホールが開口部から外側に広がること、すなわちビアホールにくびれがあることをもたらす。したがって、開口部は、ビアホールの長さの一部に沿って細長くなっていてもよく、または、開口部は、ビアホールの１点で明確に規定されてもよい。

【0011】

ビアホールが開口部から外側に広がる場合のビアホールは、好ましくは等方性エッチングによって達成されるが、これに限定されない。

【0012】

開口は好ましくは、異方性エッチング、より好ましくはイオンミリングを用いて行なわれる。それにより、特にビアホールが高アスペクト比を有する場合、開口部は、開けるべき区域を効率的に規定する。

【0013】

ビアホールを広げるための等方性エッチングとビアホールを開けるための異方性エッチングとの組合せは、異なる材料の多層を含む基板を通るビアホール、および金属などの異なる材料のエッチング停止層で終わるビアホールを形成する際、制御されたエッチングおよび高い精度のため、特に有利である。

【0014】

処理中、ビアホールは、基板の下側まで開いており、自由大気まで、もしくは、パッド、エッチング停止層、あるいは基板に一体化または搭載された任意の他の層または部品まで開けられ得る。

【0015】

基板の下側から基板を少なくとも部分的に通って基板の上側に向かうビアを形成する方法も提供される。この方法は、この発明に従ったビアホールを形成するステップと、次に、ビアホールを通る導電経路を提供するために、ビアホールを導電性材料で少なくとも部分的に充填するステップとを含む。

【0016】

電気デバイス用の基板であって、基板の下側から基板を少なくとも部分的に通って基板の上側に向かうビアホールを含む、基板が提供される。基板は、基板の上側に形成された２つ以上の異なる材料の個々の層を有する多層構造を含む。ビアホールは、多層構造を通って延在し、ビアホールを通る導電経路を提供するために、導電性材料で少なくとも部分的に充填され、それによりビアを形成している。ビアホールの狭窄部が、ビアホールの開口部を規定する。ビアホールは、上側に向かって、かつ多層構造内へと、開口部から外側に広がり、開口部の幅に本質的に対応する幅を有して、自由大気まで、もしくは、パッド、エッチング停止層、あるいは基板に一体化された任意の他の層または部品まで、上方に開いている。

【0017】

さらに、密封された空洞を含む基板、およびそれを形成する方法が提供される。密封された空洞は、この発明に従った少なくとも１つのビアを含み、ビアは、密封された空洞と基板の下側との電気的接続を提供する。基板は２つ以上のウェハを含んでいてもよく、各ウェハ間に空洞が形成される。そのような密封された空洞は、実装用に使用可能である。ビアホールは、空洞内へと延在する導電トレース、またはビアに位置するパッドまで開けられる。

【0018】

この発明の一実施例では、ビアホールの長手方向軸に垂直なビアホールの断面は、細長く、好ましくは矩形であり、それは開口用のさらに制御された条件を提供する。

【0019】

この発明により、基板の一方の側の部品またはパッドの、基板の反対の側からの精密で信頼できる接触を提供することが可能である。

【0020】

この発明の実施例は、従属請求項で定義される。この発明の他の目的、利点、および新規な特徴は、添付図面および請求項とともにこの発明の以下の詳細な説明を検討すれば、明らかとなるであろう。

【0021】

この発明の好ましい実施例を、添付図面を参照して以下に説明する。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1a】この発明に従ったビアを形成するステップの概略図である。

【図1b】この発明に従ったビアを形成するステップの概略図である。

【図1c】この発明に従ったビアを形成するステップの概略図である。

【図1d】この発明に従ったビアを形成するステップの概略図である。

【図1e】この発明に従ったビアを形成するステップの概略図である。

【図2】この発明に従った（ａ、ｂ）ビアホールおよび（ｃ）ビアの概略図である。

【図3】この発明に従った、下地層を通ってパッドまで延在するビアを形成するステップ（ａ）〜（ｄ）を概略的に示す図である。

【図4】この発明に従った、（ａ）開口部から外側に広がるビアホール、（ｂ）基板を通るビアホール、および（ｃ）多層構造を通るビアホールの形成を概略的に示す図である。

【図5】この発明に従った、異なる材料の多数の層を有する基板におけるビアホールの形成を概略的に示す図である。

【図6】この発明に従ったビアを形成するステップを概略的に示す図である。

【図7】この発明に従った密封された空洞を概略的に示す図である。

【図8】この発明に従った矩形形状のビアホールを概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

実施例の詳細な説明
本願の目的のために、「基板」という用語は、エレクトロニクス、マイクロエレクトロニクス、およびＭＥＭＳの分野において一般にウェハと呼ばれるものを指すよう意図されている。基板は好ましくは、結晶シリコンといった結晶半導体材料を含む。しかしながら、これが限定を含まないことは明らかであるはずである。なぜなら、より一般的には、Ｓｉ_xＧｅ_1-x（０≦ｘ≦１）、または、これらの目的のためによく使用される任意の他の材料が使用可能なためである。基板は単結晶であってもよく、または、それは互いに積層された２つ以上の層を含んでいてもよい。これらの層はすべて半導体材料で作られてもよいが、１つ以上の層が絶縁体材料、誘電材料、金属、または金属合金で作られてもよく、それらは、堆積、成長、接合、またはそれらの組合せによって、基板に既に含まれていてもよい。たとえば、それは、いわゆるシリコン・オン・インシュレータ（silicon-on-insulator：ＳＯＩ）基板であってもよい。１つ以上の層が、たとえばパッドまたはルーティングを形成する限定された横方向延在部を有していてもよい。さらに、基板またはその表面に、パッドおよび／または部品が既に含まれていてもよい。

【0024】

図１〜６を参照して、基板３の下側５から基板３を少なくとも部分的に通って基板３の上側４に向かうビアホール９を形成する方法は、
ビアホール９の第１の縦方向部分１１をエッチングするステップと、
ビアホール９の第２の縦方向部分１２をエッチングするステップとを含み、それにより、第１の縦方向部分１１および第２の縦方向部分１２はともにビアホール９を実質的に形成する。言い換えると、ビアホール９を形成するためにエッチングされるべき基板３のごく一部が残されるまで、エッチングは続けられる。第１の縦方向部分１１および第２の縦方向部分１２のエッチングのため、ビアホール９の開口部２４を規定する狭窄部２３が形成される。その後、狭窄部２３がエッチングマスクとして機能している状態でエッチングすることによってビアホール９が開けられる。すなわち、残された基板の一部がエッチングで除去される。

【0025】

ビアホールが形成されると、ビアホール９を通る導電経路を提供するために、ビアホール９を導電性材料２５で少なくとも部分的に充填することによって、以下で単にビアと呼ばれるビア配線を形成するために、処理が続けられてもよい。

【0026】

上述から理解されるように、ビアホールまたはビアは、基板３を通って、もしくは基板３を一部だけ通って延在してもよい。一例として、ビアホールまたはビアは、基板３の下側５を、たとえば、基板３の上側４のパッド、部品、または導電層と接続してもよい。

【0027】

充填は、好ましくは、ビアホール９の側壁に導電性材料２５を堆積させることによって行なわれる。これは、ビアホールの少なくとも側壁に対して、たとえば物理的気相成長（ＰＶＤ）プロセス、または化学的気相成長（chemical vapour deposition：ＣＶＤ）、原子層堆積を用いて行なわれ得るが、これらのプロセスに限定されない。しかしながら、これは、導電性材料の限定された厚さしか与えないであろう。電気めっきおよび／または無電解めっきも、単独で、またはたとえばＰＶＤまたはＣＶＤと組合せて使用することができる。めっきは、導電層の厚さの増大を可能にする。

【0028】

ドライエッチング、特に深堀り反応性イオンエッチング（deep reactive ion etching：ＤＲＩＥ）といった異方性エッチングが、この方法のステップの少なくとも一部において、好ましくは使用される。ＤＲＩＥは、ピッチの細かいビアアレイの形成を可能にする高アスペクト比のビアホールを形成するのに好適である。図１、図５、および図６に概略的に示すような異なる形状寸法のビアホールを形成するために、ドライエッチングおよびウエットエッチングを含む異なる異方性エッチング法同士を組合せて使用することが可能であり、または、異方性エッチングを等方性エッチングと組合せることが可能である。一例として、まず、ＫＯＨエッチングといった異方性ウエットエッチングによって、ある特定の形状寸法を有する窪みを、基板３の下面に形成することができる、次に、窪みの連続したエッチングのためにＤＲＩＥが使用され、それにより、その特定の形状寸法が底に保たれた、より深い窪みが形成される。

【0029】

好ましくは、ビアホールは異方性エッチングを用いて開けられる。特に、狭く、高アスペクト比のビアホールを開ける場合、これは有利である。

【0030】

図１は、この発明の一実施例に従った、基板３を通るビア７の形成を概略的に示す。ａ）に、エッチング前の基板３が示されている。ｂ）では、基板３の下側から第１の縦方向部分１１がエッチングされ、それにより、実質的に垂直の側壁１６（しかしながら、これに限定されない）と下方傾斜側壁２０とを有する窪みが形成される。当業者には理解されるように、このステップは通常、ビアホールの位置を規定するために、フォトリソグラフィ・プロセスといったある種のマスキングを伴う。ｃ）では、第２の縦方向部分１２が、異方性エッチング（しかしながらこれに限定されない）によって形成される。下方傾斜側壁２０と第２の縦方向部分１２の側壁とによって、狭窄部２３が規定される。第２の縦方向部分１２の側壁によって、ビアホールの開口部２４が規定される。ｄ）では、基板３の残りの部分をエッチングすることによってビアホール９が開けられ、それにより、下側５と上側４との接続が確立される。ｅ）では、ビアホール９の側壁に導電層２６を形成することによって、下側５から上側４への導電経路を提供するビアが得られる。

【0031】

ビアホール９を形成する方法は、ビアホール９を開ける前に、オプションでフォトリソグラフィプロセスを含む、ビアホール９の側壁の少なくとも一部をマスキングするステップを、さらに含んでいてもよい。マスキングにより、予め定められた区域のみにビアホールを開けるためにエッチングを施すことが可能となる。

【0032】

図２ａは、ビアホール９の側壁に既に形成されたマスク２６を用いて開けられたビアホール９を概略的に示す。たとえば、マスク２６は、部分的に形成されたビアホールの側壁全体に堆積され、次に、部分的に形成されたビアホールの底だけにビアホールを開けるよう、リソグラフィでパターン化されてもよい。

【0033】

上述のように、基板は、互いに積層された１つ以上の層を含んでいてもよく、それにより、多層構造を形成する。図２ｂでは、ビアホールは、基板３の上側４の表面領域の多層構造８を通って形成されている。ビアホール９は必ずしも自由大気まで開いていなくてもよいが、ビアホールまたはビアは、部品、エッチング停止層などといった基板３に一体化された構造で終わってもよく、または、図２ｃに概略的に示すように、基板３の上側４上に配置されたパッド２２で終わってもよい。イオンミリングは、エッチングされる基板が、イオンまたは他の荷電粒子の衝撃にさらされるプロセスである。これらの粒子は、基板に衝突して基板を物理的に侵食する。これは、基板材料、マスキング材料などをエッチングするために使用可能である。イオンミリングは指向性、すなわち異方性であり、化学成分を有していない。これは、特に狭窄部２３をエッチングマスクとして用いた場合、ビアホール９の底で異方性エッチングを達成する能力を増加させる。イオンミリングはまた、エッチング速度を増加させるために、またはエッチング特性を改良するために、化学エッチングと組合され得る。これは、真空／不活性ガスを用いる代わりに反応性ガスを用いて行なわれ得る。しかしながら、基板を「エッチングする」のは、依然としてイオン衝撃である。この発明に従ったイオンミリングは、１：１０までのアスペクト比、およびそれ以上を提供可能である。イオンミリングは、好ましくは、この発明に従った開けるステップで使用される。部分的に形成されたビアホールの異なる部分では、イオンの入射角が異なるため、側壁は均一にはエッチングされない。衝突するイオンに面する側壁のエッチング速度は、垂直側壁または傾斜側壁のエッチング速度よりはるかに高い。エッチングはまた、図２ａに示すように、部分的に形成されたビアホールの側壁をマスキングすることによって、ある区域に制限され得る。イオンの指向性の高い衝突のため、ビアホール９が異方性エッチングによって開けられ、開口のサイズは開口部２４によって効率的に制御される。イオンのこの指向性の高い衝突は、図２ｂの構造のように異なるエッチング特性を有する層を含む多層構造を通ってビアホール９を開ける場合、または図２ｃなどに示すようにエッチング停止層、パッド２２までビアホール９を開ける場合に、特に重要である。これらの状況において反応性イオンエッチングを使用する場合、望ましくない横方向のエッチングが害を及ぼす場合がある。イオンミリングを用いると、単純な手段によって、制御され信頼できるエッチングが達成可能である。

【0034】

図３は、この発明の一実施例に従った、単結晶シリコン基板３といった基板３の下側５から、上側４上の、酸化シリコン層といった下地層１９を有する金属パッドといったパッド２２までのビア７の形成におけるステップａ）〜ｄ）を概略的に示す。このプロセスでは、下地層１９は好ましくはエッチング停止層として使用されるが、これに限定されない。ａ）では、ビアホール９の第１の縦方向部分１１と第２の縦方向部分１２とが形成される。第１の縦方向部分１１は、下地層１９までずっと延在してもよく、または、好ましくは、図示されているように、第１の縦方向部分１１は、下地層１１から予め定められた距離離れた位置で止まっている。第２の縦方向部分のエッチングは、ビアホール９が意図的に上側４に向かって開口部２４から外側に広がることをもたらし、それにより狭窄部２３が形成され、第１の縦方向部分１１の下方傾斜壁２０と第２縦方向部分の上方傾斜壁２１とによって規定され、開口部２４は前記傾斜壁２０と２１との交点にある。ｂ）では、狭窄部２３がエッチングマスクとして機能している状態で、ビアホール９を開けるため、およびパッド２２を露出させるために、下地層１９がエッチングされる。好ましくは、異方性エッチングが使用される。一例として、反応性イオンエッチング、または好ましくはイオンミリングが使用可能である。オプションとして、ｃ）に示すように、ビアホール９の側壁は、絶縁層といった薄膜２７で覆われる。そのような薄膜は、さらなる処理の間、保護層として一時的に使用されてもよく、または、本実施例のように、薄膜は、側壁の上に永続的な絶縁層を提供する。このステップでは、パッド２２上に堆積された過剰な絶縁層（図示せず）を除去する際、狭窄部をエッチングマスクとして再度使用することが可能である。最後に、ｅ）に示すように、下側５からパッド２２への導電経路を形成するために、ビアホール９の側壁上に導電性材料が形成される。これは、たとえば、無電解析出を用いて行なわれ得る。オプションとして、パッド２２上に堆積された過剰な導電性材料を除去するためのエッチングマスクとして、狭窄部２３が再度使用される。本実施例に従ったビアホール９の拡大は、ノッチングと呼ばれてもよい。

【0035】

図４ａは、開口部から外側に広がるビアホールを概略的に示す。ビアホールのこの部分の形状は、エッチングパラメータおよび処理パラメータのタイプに依存する。第２の縦方向部分１２をエッチングするステップにおけるビアホールのノッチングは、等方性エッチングによって得ることができる。図４は、（ｂ）開口前のビアホール９、および（ｃ）ビアホール９の開口後を概略的に示す。第１の縦方向部分１１がエッチングされており、それにより下方傾斜壁２０が形成され、そして、第２の縦方向部分１２をエッチングするステップにおける等方性エッチングのため、ビアホール９は上側４に向かって外側に広がり、基板３の上側４に接近する空洞を形成する。下方傾斜壁２０と等方性エッチングされた空洞の一部とが狭窄部２３を形成し、それにより、エッチング用の開口部２４を形成する。狭窄部２３がエッチングマスクとして機能している状態で、ビアホール９が、異方性エッチング、好ましくはイオンミリングを用いて開けられる。

【0036】

図４ｃは、基板３の上側４に異なる材料で作られた複数の層、すなわち多層構造８を含む基板を通って延在するビアホールを概略的に示す。図４ａを参照して説明されたプロセスと同様に、多層構造８を通って少なくとも部分的にエッチングするために、等方性エッチングが使用される。オプションとして、多層構造８を保護するために、ビアホール９を開ける前に、好ましくは絶縁体材料で作られたマスキング層が、部分的に形成されたビアホールの側壁上に堆積される。イオンミリングといった異方性エッチングプロセスを使用することにより、明確に規定された開口を提供可能である。それにより、異なる層の異なるエッチング特性は問題ではない。多層構造８は通常、厚さが全体で５μｍ未満である。各層の厚さは０．０１〜１μｍであってもよいが、通常、１０〜３００ｎｍである。基板の厚さ、ひいてはビアホールの深さは５０〜１０００μｍであり得るものの、通常、１００〜７００μｍであり、最大直径は５００μｍ未満で、通常は８０〜２００μｍの範囲にあるものの、開口部幅が約１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍだと約２０μｍと小さい場合があるため、図４ａが縮尺通りではなく、たとえば、多層構造およびノッチング部分の厚さが誇張されていることを理解されたい。

【0037】

好ましい代替例としてイオンミリングが開示されてきたが、他の指向性エッチングも、単独で、またはイオンミリングと組合せて使用することができる。たとえば、イオンミリングはドライエッチング法と組合せることができる。

【0038】

上述の説明から理解されるように、この方法は、ビアを製造する際、エッチングマスクとして使用可能な狭窄部２３を有するビア７を提供する。加えて、使用中、狭窄部２３は、導電性材料の付着の改良を提供し、また導電性材料への機械的支持を与え、それはビア７の頑健性および信頼性を高める。国際特許出願ＷＯ２００９／００５４６２ Ａ１は、狭窄部を有するビアホールを形成するための方法と、ビア用のそのようなビアホールを使用する利点とをさらに記載している。

【0039】

深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）といったドライエッチングがしばしば好ましいものの、ウエットエッチングも使用可能である。ウエットエッチングとドライエッチングとの組合せを使用することも可能である。たとえば、ｖ字型の窪みを作り出すためにウエットエッチングを使用してもよく、それは、次に基板をドライエッチングする間、部分的に形成されたビアホールの底に保持されている。そのような部分的に形成されたビアホールの一例を図５ｂに示す。図５ｂは、実質的に垂直の側壁を有するビアホールの第１の部分と、ウエットエッチングされた窪みの傾斜壁を複製している傾斜壁を有するビアホールの第２の部分とを有するビアホールを示す。当業者には理解されるように、傾斜壁はＤＲＩＥによっても得ることができる。

【0040】

この発明の一実施例では、ビアホールの第１の縦方向部分をエッチングするステップは、
図５ａに概略的に示すように、基板３の下側５に、傾斜側壁１８を有する窪み２８を形成するステップと、
図５ｂに概略的に示すように、異方性エッチングによって狭窄部２３の下方傾斜壁２０を形成するステップとを含み、下方傾斜壁２０は、窪み２８の傾斜壁１８および第１の縦方向部分１１の複製（replicas）であり、それにより、下方傾斜壁２０と下側５との間に実質的に垂直の側壁が形成される。

【0041】

傾斜壁１８のエッチングは、好ましくはウエットエッチングを用いて行なわれるが、傾斜壁を形成するプロセスを適合させることにより、ＤＲＩＥといったドライエッチングも使用可能である。

【0042】

一例として、図５は、基板３の上側４の表面領域の多層構造８と、多層構造８の上に配置されたパッド２２とを含む基板におけるビアホールの形成を概略的に示す。第１の縦方向部分１１をエッチングした後で、エッチングは、第２の縦方向部分１２の等方性エッチングによって続けられ、それにより、狭窄部２３が形成され、多層構造８が少なくとも部分的にエッチングされる。狭窄部２３がエッチングマスクとして機能している状態で、ビアホール９が、異方性エッチングを用いて、多層構造８の残りの部分を通ってパッド２２まで開けられる。

【0043】

基板の前側に或る種の停止層を有する基板を有する場合、エッチングは最後にこの停止層と遭遇し、遭遇した層のエッチング速度は、材料が適正に選択されているならば、基板のエッチング速度よりも著しく低いであろう。一例として、ウエットエッチング法とドライエッチング法との組合せを用いる場合、上側の小さい開口と、下側５から延在する垂直の側壁とを有するビアホールを得ることが可能であり、その場合、小さい開口と垂直の側壁とは、狭窄部２３を部分的に形成する傾斜側壁によって接続される。

【0044】

上述のように、ビアホールの端部は、フォトリソグラフィを用いてマスキングされてもよい。これは、フォトレジストといった感光性マスキング材料がビアホールの底に達するのに十分なほど、ビアホールの幅が広い場合に可能であり、ビアホールの底部の傾斜側壁は、ビアホール内のマスキング材料の高精細パターニングを可能にする。プロセス制御、すなわち、厚さ、均一性、およびマスキング材料がトレンチの底に達する能力をさらに高めるために、噴霧法を使用してもよい。この方法は、不規則で構造化した表面上に噴霧材料の均一な分布を提供するという点で、他の堆積法を上回る利点を有する。加えて、それは塗布が非常に簡単であり、非常に薄い層を正確な厚さ制御で塗布することを可能にする。

【0045】

この発明の一実施例では、部分的に形成されたビアホールの底を形成する、基板３の上側４の上の層は、金属である。たとえば、イオンビームエッチング（ion beam etching：ＩＢＥ）、集束イオンビーム（focused ion beam：ＦＩＢ）、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、または反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）であり得るイオンミリング法を使用することにより、この方法の指向性は、部分的に形成されたビアホールの底のパターン化構造をエッチングすることを可能にする。この方法は、たとえば、ビアホールを通して、基板の裏側の第１の２つの層を通るようエッチングし、金属で止まるよう、使用することができる。たとえばＴｉ、ＴｉＷ、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料といった導電性材料、またはＩＣ業界でよく使用される任意の他の導電性材料でビアホールを充填し、または少なくともビアホールの側壁を覆うことにより、基板の下側から上側への導電経路、すなわちビア７を達成してもよい。基板の上側の金属は、デバイスまたは構造の一部であってもよく、それはこのため、ビアを通して、構造の下から電気的に接触可能である。デバイスまたは構造は複数の端子を含んでいてもよく、ここで、各端子はそれぞれのビアを通して、構造の下から接触される。

【0046】

密封された空洞３０と基板３の下側５との電気的接触を提供するビア７を有する、密封された空洞３０を形成する方法を表わす、この発明の一実現化例を、図７ａ〜ｄに概略的に示す。図示されているように、密封されたビアは２つのウェハ間に形成されてもよい。そのような密封された空洞は、実装用に使用可能である。図７ａ〜ｅは、この発明に従ったビアホールの異なる形状の例を概略的に示す。オプションとして、絶縁層、または１つ以上の追加の層、たとえば追加の導電層が、ビア７の導電層（図示せず）と半径方向構成で追加されてもよい。密封された空洞３０は、たとえば、ウェハのうちの一方において空洞をエッチングし、空洞へと少なくとも部分的に延在するよう意図された導電トレース３１および／またはパッド２２をウェハのうちの少なくとも一方に形成し、ウェハ同士を接合することにより、またはウェハ同士を結合する他の手段により空洞を密封することによって、形成可能である。電気的接続は、この発明に従ったビアホール７およびビア９を形成する方法を用いることによって提供される。導電トレースに接触し、下側５から空洞への電気的接続を形成する導電性材料を堆積させる前に、ビアホールが導電トレースまで開けられる。代替的な一実施例では、ビアホールは、空洞に直接配置されたパッドまで開けられる。

【0047】

図７ｅを参照して、上述のように、狭窄部をエッチングマスクとして使用して、ビアホール９が開けられる。すなわち、開けられた穴の直径は、開口部のサイズによって規定される。しかしながら、開けられた穴の直径は、開口部の直径と異なっていてもよい。図７ｅでは、開けられた穴の直径は、狭窄部の上方傾斜壁によって規定されている。

【0048】

この発明の一実施例では、この発明に従った基板３のビアホール９は、上側（４）または下側（５）から見ると、細長く、たとえば矩形であり、すなわち、横方向の断面が細長い。図８は、ウェハ貫通ビアホール９の上面図と、線Ａ−Ａおよび線Ｂ−Ｂに沿った２つの断面図とを概略的に示す。好ましくは、幅と長さとの比率は少なくとも１：１．５であり、より好ましくは１：２〜１：１０の範囲である。この種のウェハ貫通ビアホールを用いることにより、エッチング速度を改良することができ、さらに、ビアホールの開口を改良することができる。

【0049】

この発明の方法を用いると、厚い基板に、最大直径が５００μｍ未満で、通常は８０〜２００μｍの範囲にあるものの、約２０μｍと小さい場合がある、小さいビアホールの構造をエッチングすることが可能である。基板の厚さ、ひいてはビアホールの深さは５０〜１０００μｍであり得るものの、通常、１００〜７００μｍである。さらに、開口部幅は約１〜５０μｍ、好ましくは５〜３０μｍである。

【0050】

上、下、縦方向、底といった言及はすべて、理解しやすさのためにのみ導入されており、特定の配向に限定するものとして考えられるべきではない。通常、ウェハは基板として使用される。これらのウェハは２つの主面を有し、それらは双方とも、部品、ルーティング、アセンブリなどのために使用可能である。縦方向とは、そのような主面に垂直な方向に平行な方向を指す。さらに、図面における構造の寸法は必ずしも縮尺通りではない。

【0051】

この発明を、現在最も実践的で好ましい実施例と考えられるものに関連して説明してきたが、この発明が開示された実施例に限定されるべきではないこと、むしろ、それは添付された請求項の範囲内のさまざまな変更および均等な構成を網羅するよう意図されていることが理解されるべきである。

【図1a)】

【図1b)】

【図1c)】

【図1d)】

【図1e)】

【図2a)】

【図2b)】

【図2c)】

【図3】

【図4a】

【図4b】

【図4c】

【図5a)】

【図5b)】

【図5c)】

【図5d)】

【図6a)】

【図6b)】

【図6c)】

【図6d)】

【図6e)】

【図7a)】

【図7b)】

【図7c)】

【図7d)】

【図7e)】

【図8】