特許 6585526 配線基板の製造方法

(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】6585526

(24)【登録日】2019年9月13日

(45)【発行日】2019年10月2日

(54)【発明の名称】配線基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/3205 20060101AFI20190919BHJP

   H01L 21/768 20060101ALI20190919BHJP

   H01L 23/522 20060101ALI20190919BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/88 J

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-46382(P2016-46382)

(22)【出願日】2016年3月10日

(65)【公開番号】特開2016-171323(P2016-171323A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2018年12月5日

(31)【優先権主張番号】特願2015-46975(P2015-46975)

(32)【優先日】2015年3月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】511265154

【氏名又は名称】ＳＰＰテクノロジーズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】野沢 善幸

【審査官】 佐藤 靖史

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−１２３５９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／００４８８９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１５−０３５４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−１０８２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−２０３３２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３５８２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２０１５−５３４２６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３８１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１５０７１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２３８３３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／３２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／７６８

Ｈ０１Ｌ ２３／５２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板と、第１絶縁層と、柱状導体とを備える配線基板の製造方法であって、
前記半導体基板をエッチングして、有底孔と、前記有底孔に立設される半導体柱と、前記半導体柱の上端部同士、又は、前記半導体柱の上端部と前記有底孔の縁とを連結する半導体梁とを備える中間基板を製造する中間基板製造工程と、
前記中間基板を製造後、前記有底孔に絶縁材料を付着させて前記第１絶縁層を形成する工程と、
前記第１絶縁層を形成した後、エッチングにより、前記半導体柱を除去して柱状導体用孔を形成する工程と、
前記柱状導体用孔に導体材料を充填して柱状導体を形成する工程とを備える、配線基板の製造方法。

【請求項2】

請求項１に記載の配線基板の製造方法であって、
前記中間基板製造工程は、
前記半導体基板に対して異方性エッチングを実施する第１エッチング工程と、
前記半導体基板に対して前記第１エッチング工程よりも化学エッチングを強めたエッチングを実施する第２エッチング工程とを含み、
前記第１及び第２エッチング工程により前記有底孔と、前記半導体柱及び半導体梁とを形成する、配線基板の製造方法。

【請求項3】

請求項２に記載の配線基板の製造方法であって、
前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程は、同時に実施する、又は、前記第１エッチング工程及び前記第２エッチング工程の順に実施する、配線基板の製造方法。

【請求項4】

請求項２又は請求項３に記載の配線基板の製造方法であって、
前記第１エッチング工程は、エッチングを実施する工程と、保護膜を形成する工程とを交互に実施する深掘りエッチングを実施する、配線基板の製造方法。

【請求項5】

請求項４に記載の配線基板の製造方法であって、
前記エッチングを実施する工程では、フッ素ガスを用い、前記保護膜を形成する工程では、フルオロカーボンガス及び／又は２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を用いる、配線基板の製造方法。

【請求項6】

請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法であってさらに、
前記第１エッチング工程の前に、前記半導体基板上にエッチングマスクを形成する工程を備え、
前記エッチングマスクを形成する工程では、前記半導体基板のうち、前記半導体柱が形成される領域上に形成される前記エッチングマスクの幅が、前記半導体梁が形成される領域上に形成される前記エッチングマスクの幅よりも大きくなるように、前記エッチングマスクを形成する、配線基板の製造方法。

【請求項7】

請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法であって、
前記柱状導体用孔を形成する工程では、プラズマエッチング、ガスエッチング及びウェットエッチングのいずれかを実施する、配線基板の製造方法。

【請求項8】

請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の配線基板の製造方法であって、
前記中間基板製造工程では、配線部材を含む第２絶縁層が第１の表面に形成された前記半導体基板において、前記第１の表面と反対側の第２の表面をエッチングして、前記中間基板を形成する、配線基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、配線基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子機器の小型化、高性能化に対応して、配線基板の構造として、二次元構造に代えて三次元構造が採用されるケースが増加している。三次元構造は、複数の基板が積層される。そして、積層された基板同士の接続に貫通電極（Through silicon via TSV）に代表される柱状導体が利用される。

【0003】

柱状導体は、柱状導体が形成されている半導体基板から絶縁されている必要がある。特開２００８−２５１９６４号公報（特許文献１）では、半導体基板に、貫通電極を取り囲むリング状の分離溝が形成される。分離溝には絶縁膜が形成される。この場合、分離溝内の絶縁膜により、貫通電極が半導体基板から絶縁される。しかしながら、特許文献１では、十分な厚さの絶縁膜を形成しにくい。そのため、絶縁機能が十分でない場合があり得る。

【0004】

特許第５２２５４７９号（特許文献２）は、絶縁層の絶縁機能を維持できる配線基板の製造方法を開示する。具体的には、特許文献２の製造方法は、絶縁層形成工程と導体形成工程とを備える。絶縁層形成工程は、半導体基板の厚さ方向に、孔又は溝を形成し、形成された孔又は溝に絶縁層を形成する。導体形成工程では、絶縁層に孔又は溝を形成し、孔又は溝内に金属成分等からなる導体成分を充填して導体を形成する。この製造方法により、絶縁層に欠陥（隙間、空洞及びクラック等）が形成されるのが抑制され、絶縁層の十分な絶縁機能を維持できる、と特許文献２には記載されている。

【0005】

しかしながら、特許文献２は、狭ピッチで多数併設された狭ピッチＴＳＶ形成技術を開示していない。狭ピッチＴＳＶを形成する場合、導体用の孔又は溝の形成位置がわずかにずれれば、貫通電極に不良（たとえば接触不良等）が生じ得る。

【0006】

特許第５４９０９４９号（特許文献３）は、特許文献２の問題を解決する技術を開示する。特許文献３では、半導体基板の一面からその厚み方向に形成された絶縁部内に、半導体基板による柱状体を、互いに間隔をおいて存在させる。その後、柱状体を除去し、除去跡に柱状導体を充填する。

【0007】

特許文献３では、複数の柱状導体の各々は、共通化された１つの絶縁部によって、相互に絶縁されるとともに、半導体基板からも絶縁される。そのため、特許文献２に開示された配線基板と比較して、柱状導体のピッチを縮小でき、狭ピッチＴＳＶ構造を有する配線基板を実現できる、と特許文献３には記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２００８−２５１９６４号公報

【特許文献2】特許第５２２５４７９号

【特許文献3】特許第５４９０９４９号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、特許文献３の製造方法では、次の問題が生じ得る。たとえば、４μｍ以下の狭ピッチで貫通電極（ＴＳＶ）を形成しようとすれば、柱状導体の断面積は２μｍ以下となり、非常に小さい。特許文献３の製造方法では、半導体基板に、複数の半導体基板による複数の柱状体が底面から立設された絶縁部用孔が形成され、絶縁部用孔に流動性絶縁物を充填して絶縁部を形成する。上記のとおり、柱状導体の断面積は非常に小さいため、半導体基板による柱状体は非常に細い。そのため、流動性絶縁物を充填するとき、柱状体が流動性絶縁物からの圧力を受け、押し倒されたり、折損したり、位置ずれしたりする。この場合、所望の位置に貫通電極が形成されず、接触不良等の不良が配線基板に生じる場合がある。

【0010】

本発明の目的は、不良が生じにくい配線基板の製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本実施形態の配線基板の製造方法は、半導体基板と、第１絶縁層と、柱状導体とを備える配線基板を製造する。上記製造方法は、中間基板製造工程と、絶縁層形成工程と、柱梁除去工程と、導体形成工程とを備える。中間基板製造工程は、半導体基板をエッチングして、有底孔と、半導体柱と、半導体梁とを形成する。半導体柱は、有底孔の底に立設される。半導体梁は、半導体柱の上端部同士、又は、半導体柱の上端部と有底孔の縁とを連結する。絶縁層形成工程は、中間基板製造後、有底孔に絶縁材料を付着させて第１絶縁層を形成する。柱梁除去工程は、第１絶縁層を形成した後、エッチングにより、半導体柱を除去して柱状導体用孔を形成する。導体形成工程は、形成された柱状導体用孔に導体材料を充填して柱状導体を形成する。

【発明の効果】

【0012】

本実施形態の配線基板の製造方法は、不良が生じにくい配線基板を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、第１の実施形態の製造方法で製造される配線基板の斜視図である。

【図2】図２は、図１中のＡ−Ａ面での断面図である。

【図3】図３は、配線基板の製造過程の中間基板の一例を示す斜視図である。

【図4】図４は、本実施形態の中間基板の斜視図である。

【図5】図５は、図４中のＢ−Ｂ面での断面図である。

【図6】図６は、図４中のＣ−Ｃ面での断面図である。

【図7】図７は、本実施形態の製造工程において、エッチングマスクが配置された半導体基板の上面図である。

【図8A】図８Ａは、図７中のＤ−Ｄ面（梁領域）での断面図である。

【図8B】図８Ｂは、図７中のＥ−Ｅ面（柱領域）での断面図である。

【図9A】図９Ａは、図８Ａに示す梁領域で異方性エッチングを実施した場合の断面図である。

【図9B】図９Ｂは、図８Ｂに示す柱領域で異方性エッチングを実施した場合の断面図である。

【図10A】図１０Ａは、図９Ａの工程後、等方性エッチングを実施した場合の梁領域の断面図である。

【図10B】図１０Ｂは、図９Ｂの工程後、等方性エッチングを実施した場合の柱領域の断面図である。

【図11A】図１１Ａは、図１０Ａの工程後、異方性エッチング及び等方性エッチングを適宜実施した場合の梁領域の断面図である。

【図11B】図１１Ｂは、図１０Ｂの工程後、異方性エッチング及び等方性エッチングを適宜実施した場合の柱領域の断面図である。

【図11C】図１１Ｃは、図７に示すエッチングマスクと半導体柱との関係を説明するための上面図である。

【図12】図１２は、図１１Ｂの工程後、半導体柱及び半導体梁を除去した場合の柱領域の断面図である。

【図13】図１３は、図１２の工程後、柱状導体用孔に導体材料を充填した場合の柱領域の断面図である。

【図14】図１４は、半導体柱が１本の場合の中間基板の一部を示す斜視図である。

【図15】図１５は、第２の実施形態で使用する半導体基板の断面図である。

【図16】図１６は、図１５の半導体基板を支持部材に固定した状態を示す断面図である。

【図17】図１７は、図１６の半導体基板を用いて中間基板製造工程を実施した半導体基板の断面図である。

【図18】図１８は、図１７の工程後、絶縁層形成工程を実施した半導体基板の断面図である。

【図19】図１９は、図１８の工程後、柱梁除去工程を実施した半導体基板の断面図である。

【図20】図２０は、図１９の工程後、柱状導体用孔をさらにエッチングした半導体基板の断面図である。

【図21】図２１は、図２０の工程後、導体形成工程を実施した半導体基板の断面図である。

【図22】図２２は、図１５と異なる半導体基板の断面図である。

【図23】図２３は、図２２の半導体基板を形成するための一工程を実施した半導体基板の断面図である。

【図24】図２４は、図２３の工程後の工程を実施した半導体基板の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本実施形態の配線基板の製造方法は、半導体基板と、第１絶縁層と、柱状導体とを備える配線基板を製造する。上記製造方法は、中間基板製造工程と、絶縁層形成工程と、柱梁除去工程と、導体形成工程とを備える。中間基板製造工程は、半導体基板をエッチングして、有底孔と、半導体柱と、半導体梁とを形成する。半導体柱は、有底孔の底に立設される。半導体梁は、半導体柱の上端部同士、又は、半導体柱の上端部と有底孔の縁とを連結する。絶縁層形成工程は、中間基板製造後、有底孔に絶縁材料を付着させて第１絶縁層を形成する。柱梁除去工程は、第１絶縁層を形成した後、エッチングにより、半導体柱を除去して柱状導体用孔を形成する。導体形成工程は、形成された柱状導体用孔に導体材料を充填して柱状導体を形成する。

【0015】

本実施形態では、半導体柱同士、及び／又は、半導体柱と有底孔の縁との間に半導体梁が形成される。そのため、半導体柱は、半導体梁により、他の半導体柱又は有底孔の縁と連結され、その剛性が高まる。そのため、有底孔に絶縁材料を付着させるときに、半導体柱が押し倒されたり、折損したり、位置ずれしたりするのを抑制できる。そのため、所望の位置に柱状導体を形成でき、配線基板に接触不良等の不良が発生するのを抑制できる。

【0016】

好ましくは、中間基板製造工程は、第１及び第２エッチング工程を含む。第１エッチング工程では、半導体基板に対して異方性エッチングを実施する。第２エッチング工程では、半導体基板に対して第１エッチング工程よりも化学エッチングを強めたエッチングを実施する。第１及び第２エッチング工程により有底孔と、半導体柱及び半導体梁とを形成する。

【0017】

この場合、有底孔、半導体柱及び半導体梁を形成しやすい。

【0018】

上記中間基板製造工程は、第１エッチング工程及び第２エッチング工程を、同時に実施する、又は、第１エッチング工程及び第２エッチング工程の順に実施してもよい。

【0019】

この場合、いずれの製造方法においても、上記有底孔と、半導体柱及び半導体梁とを備える中間基板を製造できる。

【0020】

第１エッチング工程は、エッチングを実施する工程と、保護膜を形成する工程とを交互に実施する深掘りエッチングを実施してもよい。

【0021】

この場合、精度の高い異方性エッチングを実施できる。

【0022】

上記第１エッチング工程におけるエッチングを実施する工程ではたとえば、フッ素ガスを用い、保護膜を形成する工程では、フルオロカーボンガス及び／又は２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）を用いる。

【0023】

上記導体形成工程では、プラズマエッチング、ガスエッチング及びウェットエッチングのいずれかを実施してもよい。

【0024】

上記中間基板製造工程では、配線部材を含む第２絶縁層が第１の表面に形成された半導体基板において、第１の表面と反対側の第２の表面をエッチングして、中間基板を形成する。

【0025】

この場合、いわゆるビアラストプロセスとして、本実施形態の配線基板の製造方法を適用できる。

【0026】

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

【0027】

［第１の実施の形態］
［配線基板の構成］
図１は、本実施形態の製造方法で製造される配線基板の斜視図である。図１を参照して、配線基板１は、半導体基板２と、絶縁層３と、複数の柱状導体４とを備える。

【0028】

半導体基板２はたとえば、シリコン（Ｓｉ）半導体基板である。図１に示すとおり、半導体基板２は貫通孔２１を有する。そのため、半導体基板２の表面及び裏面には貫通孔２１の開口が形成されている。

【0029】

絶縁層３は、貫通孔２１内に充填されている。絶縁層３はたとえば、周知の絶縁材料である。絶縁材料はたとえば樹脂である。樹脂はたとえば、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂はたとえば、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂等を１種又は２種以上含有した組成物である。樹脂は酸化粒子（酸化珪素、酸化チタン等）を含有してもよい。絶縁材料はさらに、上記樹脂に代えて、酸化珪素であってもよい。

【0030】

絶縁層３には、複数の貫通孔３１が形成されている。柱状導体４は、各貫通孔３１内に形成されている。柱状導体４はたとえば、貫通電極として機能する。柱状導体４は周知の素材からなり、たとえば金属、合金等からなる。柱状導体４は、金属、合金等に他の導電性物質を含有してもよい。より具体的には、柱状導体４はたとえば、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｇａやカーボン等を含有する。

【0031】

図１では、柱状導体４の横断面は円形である。しかしながら、柱状導体４の横断面形状は特に限定されない。柱状導体４の横断面は多角形であってもよい。図１では、複数の柱状導体４は行列状に配置されている。しかしながら、柱状導体４の配置は行列状に限定されない。

【0032】

［配線基板の製造方法の概要］
特許文献３で開示された配線基板の製造方法は、次のとおりと考えられる。初めに、エッチングにより、図３に示すとおり、半導体基板２に有底孔２２を形成して中間基板を製造する（中間基板製造工程）。有底孔２２の底には、行列状に配列された複数の角形の半導体柱１０が立設される。有底孔２２及び半導体柱１０は、図示しないマスクを用いて深掘りエッチング（異方性エッチング）することにより形成される。有底孔２２及び半導体柱１０を形成した後、有底孔２２に流動性の絶縁材料を充填して、絶縁層を形成する（絶縁層形成工程）。絶縁層を形成した後、周知の方法（エッチング等）により半導体柱１０を除去して、複数の柱状導体用孔を形成する。柱状導体用孔に導体材料を充填して柱状導体４を形成する（導体形成工程）。以上の工程により、配線基板が製造される。

【0033】

特許文献３では、角形の半導体柱１０はある程度の大きさを有するため、流動性絶縁物の粘度によっては、半導体柱１０の周囲全体に流れ込まず、絶縁材料が有底孔２２全体に充填しない場合もあり得る。さらに、上述の絶縁層形成工程では、流動性絶縁材料を充填しているときに、流動性絶縁材料が半導体柱１０の周囲全体に流れ込まない場合、半導体柱１０が流動性絶縁材料からの圧力を受け、押し倒されたり、折損したり、位置ずれしたりする場合がある。柱状導体４の配列ピッチが狭い場合や柱状導体４の横断面積が小さい場合は特に、半導体柱１０が細く形成される。この場合、半導体柱１０が折損する可能性が高くなる。絶縁層形成工程において半導体柱１０に上述のような不具合が生じれば、所望の柱状導体４を形成できない。この場合、配線基板に接触不良等の不良が発生する。

【0034】

本実施形態の配線基板の製造方法は、この問題点を解決する。本実施形態では、中間基板製造工程において、図４に示す構造を有する中間基板２０を形成する。中間基板２０は、有底孔２２と、複数の半導体柱１０とともに、複数の半導体梁１１、１２を備える。

【0035】

［半導体柱］
図５及び図６は、図４中のＢ−Ｂ面及びＣ−Ｃ面での断面図である。図４〜図６を参照して、半導体梁１１、１２は、半導体柱１０の上端部同士を連結する。半導体梁１１、１２はさらに、半導体柱１０と有底孔２２の縁２３とを連結する。図４〜図６では、半導体梁１１がＸ方向に延び、半導体梁１２が半導体梁１１と直交するＹ方向に延びている。しかしながら、半導体梁１１、１２の延在方向及び数量は特に限定されない。

【0036】

本実施形態では、半導体柱１０が半導体梁１１、１２により、隣り合う半導体柱１０又は有底孔２２の縁２３と連結される。そのため、半導体柱１０の剛性が高まる。したがって、絶縁層形成工程において流動性の絶縁材料が有底孔２２に充填される場合、半導体柱１０が絶縁材料から圧力を受けても押し倒されにくく、折損しにくく、位置ずれしにくい。その結果、精度の高い導体用孔を形成することができ、配線基板における不良の発生を抑制できる。以下、本実施形態の配線基板の製造方法について詳述する。

【0037】

［配線基板の製造方法］
本実施形態の配線基板の製造方法は、中間基板製造工程と、絶縁層形成工程と、柱梁除去工程と、導体形成工程とを備える。以下各工程について説明する。

【0038】

［中間基板製造工程］
中間基板製造工程では、図４〜図６に示す中間基板２０を製造する。中間基板製造工程は、異方性エッチングを実施する第１エッチング工程と、等方性エッチングを実施する第２エッチング工程とを含む。

【0039】

［第１エッチング工程］
第１エッチング工程では、半導体基板２に対して異方性エッチングを実施する。異方性エッチングの代表例は深掘りエッチングであり、たとえば、ボッシュプロセスである。ボッシュプロセスは、エッチング工程と、保護膜形成工程とを含む。

【0040】

エッチング工程では、エッチングガスを用いて等方性エッチングを実施する。エッチングガスはたとえば、フッ素ガスである。フッ素ガスはたとえば、六フッ化硫黄（ＳＦ６）ガスである。

【0041】

保護膜形成工程は、エッチング工程により形成された孔の側壁に保護膜を形成する。保護膜の形成により側壁を保護することで、エッチング工程において側壁へのエッチングが抑制される。その結果、異方性エッチングを実現できる。保護膜形成ガスはたとえば、フルオロカーボンガス及び／又は２，３，３，３−テトラフルオロプロペン（ＨＦＯ１２３４ｙｆ）である。フルオロカーボンガスはたとえば、Ｃ₄Ｆ₈である。

【0042】

ボッシュプロセスでは、エッチング工程及び保護膜形成工程を交互に実施する。この場合、保護膜形成ガス及びエッチングガスの流量及びエッチング工程及び保護膜形成工程の切り替えタイミングを調整することにより、形成された孔の側壁へのエッチングを調整しながら異方性エッチングを制御することができる。

【0043】

［第２エッチング工程］
第２エッチング工程では、第１エッチング工程よりも化学エッチングを強めたエッチングを実施する。このエッチングはたとえばプラズマエッチングであり、エッチングガスとしてたとえば上述のフッ素ガスを用いる。具体的には、第１エッチング工程よりもエッチング時間を長くしたり、エッチングガスであるＳＦ６の流量を第１エッチング工程よりも多く流したり、第１エッチング工程よりも圧力を高める。これにより、アンダーカット量及びスカロップ幅を大きくする。

【0044】

中間基板製造工程では、第１及び第２エッチング工程を実施することにより、図４〜図６に示す中間基板を製造する。具体的には、初めに、半導体基板２の表面に、図７に示すエッチングマスク５０を形成する。エッチングマスク５０はたとえば、フォトレジストマスクや二酸化珪素マスクである。

【0045】

図７中のハッチング部分は、半導体基板２の表面が露出していることを意味する。つまり、ハッチング部分がエッチングされる部分である。図８Ａは図７中のＤ−Ｄ面での断面図であり、図８Ｂは図７中のＥ−Ｅ面での断面図である。図８Ａ及び図８Ｂを参照して、半導体柱１０が形成される領域（以下、柱領域という）上に配置されるエッチングマスク５０の幅（図８Ｂ）は、半導体梁１１、１２が形成される領域（以下、梁領域という）上に形成されるエッチングマスク５０の幅（図８Ａ）よりも大きい。

【0046】

上述のエッチングマスクを形成した後、周知の方法又は上記第１及び第２エッチング工程を実施してエッチングを実施し、有底孔２２と、複数の半導体柱１０と、複数の半導体梁１１、１２とを形成する。本例ではプラズマエッチング（第１及び第２エッチング工程）を実施する例について説明するが、エッチング方法は特に限定されない。

【0047】

初めに、第１エッチング工程を実施する。このとき、梁領域では図９Ａに示すように異方性の強いエッチングがされ、半導体基板２の厚さ方向に延びる複数の孔２４が形成される。一方、柱領域でも図９Ｂに示すとおり、厚さ方向に延びる複数の孔２５が形成される。このとき、孔２４の幅は、孔２５の幅よりも大きくなる。

【0048】

続いて、第２エッチング工程を実施する。具体的には、エッチングガスの流量を上げて、保護膜形成ガスの流量を下げる。これにより第１エッチング工程よりも化学エッチングが強くなる。その結果、図１０Ａに示すように、孔２４は半導体基板２の厚さ方向だけでなく、半導体基板２の幅方向にも拡がる。同様に、図１０Ｂに示すとおり、孔２５も半導体基板２の厚さ方向及び幅方向に拡がる。

【0049】

このように、エッチングガス及び保護膜形成ガスの流量を調整しながら、第１及び第２エッチング工程を実施する。第１エッチングを実施した後、第２エッチングを実施してもよい。エッチングガス及び保護膜形成ガスの流量を調整して、第１及び第２エッチング工程を同時に実施してもよい。第１エッチング工程を実施した後、第２エッチング工程を実施してアンダーカット量を多くし、その後、第１エッチング工程により深掘りエッチングを実施してもよい。

【0050】

第１及び第２エッチング工程を実施することにより、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すとおり、有底孔２２と、半導体柱１０と、半導体梁１１、１２とが形成される。図１１Ａに示すとおり、梁領域ではエッチングマスク５０にマスクされる領域が小さい。そのため、第１及び第２エッチング工程により、隣り合う孔２４同士が結合され、有底孔２２が形成される。一方、図１１Ｂに示すとおり、柱領域ではエッチングマスク５０にマスクされる領域が大きい。そのため、梁領域と同じ条件でエッチングした場合であっても、隣り合う孔２５同士が結合されず、半導体柱１０が形成される。

【0051】

好ましくは、図１１Ｃに示すとおり、エッチングマスク５０のうち、半導体柱１０の領域上に形成される部分５０Ａは、半導体柱１０の中心と同軸に配置され、半導体柱１０よりも大きい半径Ｒを有する円形状とするのが好ましい。この場合、半導体柱１０が円柱状になりやすい。そのため、後述の柱状導体４を形成する時、より円柱に近く、ボイドが低減された柱状導体４が形成され、柱状導体４通電時の電界集中や抵抗増大を抑制する。

【0052】

以上のとおり、エッチングガス及び保護膜形成ガスの流量を調整しながら第１及び第２エッチング工程を実施して、有底孔２２と、複数の半導体柱１０と、複数の半導体梁１１、１２とを含む中間基板２０が製造される。

【0053】

［絶縁層形成工程］
絶縁層形成工程では、製造された中間基板２０の有底孔２２に、流動性の絶縁材料を充填した後周知の方法で硬化させて、絶縁層３を形成する。絶縁材料はたとえば、上述のとおり、周知の絶縁樹脂である。

【0054】

本製造工程で製造される中間基板２０では、半導体柱１０の上端部が、半導体梁１１又は１２により、他の半導体柱１０又は有底孔２２の縁２３と連結される。そのため、半導体柱１０の剛性が高まる。その結果、樹脂材料を充填するときに半導体柱１０に樹脂材料による圧力が付与されても、半導体柱１０が倒れにくく、折損しにくく、位置ずれしにくい。そのため、柱状導体４を形成したとき、柱状導体４が相互に接触して接触不良が発生したり、柱状導体４が所望の位置からずれていたりといった不良の発生を抑制できる。さらに、１回の樹脂材料（絶縁材料）の充填で済むので工数を低減でき、絶縁層内に界面がなく、均質な絶縁層が形成できる。

【0055】

上述の説明では、絶縁材料として周知の絶縁樹脂を用いて、絶縁樹脂を有底孔２２に充填して絶縁層３を形成する。しかしながら、他の方法により絶縁層３を形成してもよい。たとえば、絶縁材料として酸化珪素を用いて、スパッタ法又はＣＶＤ法により絶縁材料を有底孔２２に付着させて、絶縁層３を形成してもよい。スパッタ法又はＣＶＤ法を用いた場合であっても、ＣＶＤ法での成膜による応力やスパッタ法でのイオン粒子による圧力により半導体柱が倒れる場合があり得る。本実施形態では上述のとおり、半導体柱１０が半導体梁１１及び１２により連結されている。そのため、スパッタ法又はＣＶＤ法実施時に応力や圧力が掛かっても半導体柱１０が倒れにくく、折損しにくく、位置ずれしにくい。

【0056】

［柱梁除去工程］
絶縁層３を形成した後、半導体柱１０及び半導体梁１１、１２を除去する。具体的には、周知のエッチング技術により、半導体柱１０及び半導体梁１１、１２を除去する。好ましくは、エッチング技術として、プラズマエッチング、ガスエッチング及びウェットエッチングのいずれかを実施する。この場合、半導体柱１０及び半導体梁１１、１２を十分に除去できる。その結果、図１２に示すとおり、柱状導体４を形成するための柱状導体用孔１３（有底孔）が形成される。

【0057】

［導体形成工程］
導体形成工程では、図１３に示すように、柱状導体用孔１３に導体材料を充填して、柱状導体４を形成する。導体材料の充填方法は周知の方法を適用すれば足りる。充填方法はたとえば、めっき法、溶融金属充填法及び導電ペースト充填法である。

【0058】

必要に応じて、半導体基板２の表面２６及び裏面２７の表層部分を除去する。たとえば、グラインド加工、ＣＭＰ加工、プラズマエッチングによるシンニング等により、表層部分を均一に除去する。これにより、図１及び図２に示す配線基板１が製造される。用途によっては、表面２６及び／又は裏面２７を除去せずに、配線基板１として使用する。

【0059】

以上のとおり、本実施形態の製造方法では、有底孔２２を形成するとき、複数の半導体柱１０同士、又は半導体柱１０及び有底孔２２の縁２３を連結する半導体梁１１、１２を形成する。これにより、有底孔２２に絶縁材料を付着させるとき、半導体柱１０が倒れにくく、欠損しにくく、位置ずれしにくい。そのため、所望の位置に柱状導体４を形成しやすく、接触不良等の不良の発生が抑制された配線基板を製造できる。

【0060】

上述の実施の形態では、半導体梁１１は半導体梁１２と直交して延びる。しかしながら、半導体梁１１、１２の延在方向及び数量は特に限定されない。また、半導体梁１１及び１２のいずれかを形成していなくてもよい。上述の実施の形態では、１つの半導体柱１０に、半導体梁１１及び半導体梁１２はそれぞれ２本ずつつながっている。しかしながら、１つの半導体柱に５本以上の半導体梁がつながってもよいし、３本未満の半導体梁がつながってもよい。

【0061】

上述の実施形態では、半導体柱１０は複数立設される。しかしながら、図１４に示すとおり、１箇所の絶縁層に半導体柱が１つ立設されるだけでもよい。この場合、半導体柱は、１又は複数の半導体梁により半導体基板の有底孔の縁と連結される。また、図１４に示す半導体柱が１枚の基板に複数存在してもよい。

【0062】

図１及び図２に示す柱状導体４は半導体基板２を貫通しており、貫通電極として機能する。しかしながら、上述のとおり、柱状導体４の２つの端のうちの一方のみが半導体基板２の表面に露出していてもよい。

【0063】

［第２の実施の形態］
上記の製造方法は、半導体基板上に配線等を配置する前に孔（ビア）を形成する、いわゆるビアファーストプロセスである。しかしながら、本実施形態の製造方法は、配線部材を含む絶縁層（たとえば半導体素子）を半導体基板上に形成した後、孔（ビア）を形成する、いわゆるビアラストプロセスにも適用できる。以下、ビアラストプロセスに適用した場合の本実施形態の製造方法について説明する。

【0064】

図１５を参照して、半導体基板２の表面２０１には、半導体素子の一種である、回路部材６０が形成されている。回路部材６０は、配線部材６１と絶縁層６２とを備える。配線部材６１は絶縁層６２内に含まれる。図１５では、複数の配線部材６１は、半導体基板２の表面２０１に沿って配列されている。しかしながら、配線部材６１の配置場所は特に限定されない。

【0065】

図１６に示すように、配線部材６１を含む絶縁層６２が形成された半導体基板２を、表面２０１側から支持部材７０に固定する。支持部材７０はたとえば、ガラス又はセラミックである。固定方法は特に限定されないが、たとえば接着剤により半導体基板２を支持部材７０に固定する。図１６では、半導体基板２を支持部材７０に接着する。この場合、回路部材６０と支持部材７０との間に接着層７１が形成される。

【0066】

支持部材７０に固定された半導体基板２に対して、上記中間基板製造工程を実施する。半導体基板２の厚さが大きい場合、表面２０２側をある程度研磨する。その後、半導体基板２を支持部材７０側からエッチング装置の試料台に載置する。そして、半導体基板２のうち、表面２０１と反対側の表面２０２に対して第１及び第２エッチング工程を実施して、中間基板を製造する。第１及び第２エッチング工程は、第１の実施の形態と同様に実施すればよい。たとえば、エッチングマスク５０を形成した後、異方性エッチング（第１エッチング工程）及び化学エッチングの強いエッチング（第２エッチング工程）を実施して、図１７に示すような有底孔２２と複数の半導体柱１０を形成する。このとき、図４のような梁１１及び１２も形成され、複数の半導体１０は梁１１及び１２で連結される。

【0067】

梁付きの半導体柱１０を形成した後、エッチングマスク５０を除去する。その後、有底孔２２に絶縁材料を付着させ、図１８に示すとおり、絶縁層３を形成する（絶縁層形成工程）。絶縁材料の付着方法として、流動性を有する絶縁材料を有底孔２２に充填して絶縁層３を形成してもよいし、ＣＶＤ法等により有底孔２２に付着させて絶縁層３を形成してもよい。

【0068】

絶縁層３を形成後、第１の実施の形態と同様に、半導体柱１０及び半導体梁１１、１２を除去する（柱梁除去工程）。その結果、図１９に示すとおり、柱状導体４を形成するための柱状導体用孔（有底孔）１３が形成される。柱状導体用孔１３の下方には、絶縁層６２を介して、配線部材６１が配置されている。

【0069】

柱状導体用孔１３を形成した後、柱状導体用孔１３をさらにエッチングして、柱状導体用孔１３を配線部材６１とつなげる。その後、柱状導体用孔１３に導体材料を充填して、柱状導体４を形成する（導体形成工程）。

【0070】

具体的には、エッチングを実施して、図２０に示すように柱状導体用孔１３の底部分の絶縁層６２をエッチングする。このエッチングでは、絶縁層３の表面にエッチングマスクを形成した後、異方性エッチング等を実施してもよいし、絶縁層除去後の柱状導体の厚さ及び形状が許容されれば、絶縁層３をマスクとして絶縁層６２に異方性エッチングを実施してもよい。このエッチングにより、図２０に示すように、柱状導体用孔１３が配線部材６１とつながり、柱状導体孔１３の底に配線部材６１が露出する。

【0071】

柱状導体用孔１３を配線部材６１とつなげた後、図２１に示すように、柱状導体用孔１３に導体材料を充填して、柱状導体４を形成する。導体材料の充填方法は周知の方法を適用すれば足りる。たとえば、めっき法、溶融金属充填法及び導電ペースト充填法等により柱状導体４を形成する。

【0072】

以上の工程により、ビアラストプロセスにおいても、本実施形態の製造方法を適用できる。

【0073】

図１５では、半導体基板２上に、絶縁層６２を介して配線部材６１を配置した。しかしながら、図２２に示すとおり、半導体基板２と接する配線部材６１を形成してもよい。この場合、導体形成工程において、柱状導体用孔１３をさらにエッチングして有底孔２２の底に配線部材６１を露出する工程（図２０）を省略できる。図２２の構成は、たとえば次の方法で形成できる。図２３に示すとおり、初めに、半導体基板２の表面２０１側にＣＶＤ法、スパッタ法等により、酸化物（たとえば酸化珪素）からなる絶縁膜６２１を形成する。図示しないエッチングマスクを用いて、絶縁膜６２１をエッチングして、絶縁膜６２１に複数の孔６１１を形成する。

【0074】

ＣＶＤ法、スパッタ法等により導体材料からなる配線部材を付着させる。その後、絶縁膜６２１の表面に付着した配線部材を研磨等により除去して、図２４に示す構成とする。その後、ＣＶＤ法等により再び絶縁材料（酸化物）を付着させて、図２２に示すとおり、半導体基板２と接する配線部材６１を含む絶縁層６２を形成する。

【0075】

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0076】

１ 配線基板
２ 半導体基板
３，６２ 絶縁層
４ 柱状導体
１０ 半導体柱
１１，１２ 半導体梁
１３ 柱状導体用孔
２０ 中間基板
２２ 有底孔
２３ 有底孔の縁
６１ 配線部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】