JP2006134973A

JP2006134973A - 絶縁膜形成方法

Info

Publication number: JP2006134973A
Application number: JP2004320077A
Authority: JP
Inventors: Masaki Mizuno; 正樹水野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-11-04
Filing date: 2004-11-04
Publication date: 2006-05-25

Abstract

【課題】導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた非常に微細な貫通孔の内側表面であっても、均一な絶縁膜を形成することができるとともに、貫通孔の開口部においても内部においても確実に信頼性の高い絶縁膜を形成することができる絶縁膜形成方法を提供すること。
【解決手段】導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた貫通孔の内表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法として、前記貫通孔の開口部に第１の絶縁膜を形成する工程と、該貫通孔の内表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜を硬化させる工程とを有することを特徴とする。ここで、第１の絶縁膜は、物理的蒸着方法又は化学的蒸着方法によって形成された絶縁膜であり、第２の絶縁膜は、電着塗装によって形成された絶縁膜である。
【選択図】図１

Description

本発明は、導電性基板若しくは半導電性基板に設けた貫通孔内部に絶縁膜を形成する方法に関する。

導電性基板若しくは半導電性基板への絶縁膜形成方法としては、現在一般的に熱酸化膜、物理的蒸着方法、化学的蒸着方法、電着塗装等が用いられている。このような装置の具体的な例としては、特許文献１に記載された発明が挙げられる。この発明では、半導体チップに貫通孔を設け、その貫通孔を通して半導体チップの表裏面を電気的に接続する導電膜を形成することにおいて、貫通孔内の電気的絶縁を確実に図るために、貫通孔と導電膜の間に絶縁膜を設けている。絶縁膜は高温雰囲気中で熱処理して酸化膜を形成したシリコン酸化膜や、ＣＶＤ法で形成したシリコン窒化膜、ポリイミド等の有機絶縁膜で形成されている。

特開２００１−２５０９１２号公報

近年、基板は微細かつ複雑になってきており、非常に細かいパターンに絶縁膜を形成することが要求されている。特に、半導体基板に形成した貫通孔を利用してその表裏面の導通をとる半導体装置においては、導電パターンの高密度化に伴い５０〜１５０μｍといった非常に微細な貫通孔が要求され、その貫通孔の内側表面には必ず絶縁膜が必要となる。そのため、この微細な貫通孔の内表面に絶縁膜を均一な膜厚で形成することが要求されている。

そこで、前記特許文献１（特開２００１−２５０９１２号公報）に記載されている絶縁膜形成方法を適用することが提案されている。

しかしながら、ＭＯＳ回路が搭載された半導体装置は耐熱温度３５０℃という制約を受けるため、１０００℃近くで熱処理を行うシリコン酸化膜を形成することは不可能である。又、貫通孔の内径が微細になる傾向にあることから、物理的蒸着方法、化学的蒸着方法ではアスペクト比の問題から限界があり、貫通孔の内表面に均一な膜厚を形成することは不可能となってしまう。

又、電着塗装では貫通孔内部の絶縁膜は均一に形成することは可能であるが、樹脂膜の硬化時にエッジ部でフローが起こってしまい貫通孔の開口部の電着膜が非常に薄くなってしまう。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもで、その目的とする処は、導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた非常に微細な貫通孔の内側表面であっても、均一な絶縁膜を形成することができるとともに、貫通孔の開口部においても内部においても確実に信頼性の高い絶縁膜を形成することができる絶縁膜形成方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた貫通孔の内表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法として、前記貫通孔の開口部に第１の絶縁膜を形成する工程と、該貫通孔の内表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜を硬化させる工程とを有することを特徴とする。

本発明によれば、導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた非常に微細な貫通孔の内側表面であっても、均一な絶縁膜を形成することができる。貫通孔の開口部においても内部においても確実に信頼性の高い絶縁膜を形成することができる。よって、絶縁膜の内側表面に導電膜を形成し、基板の表裏面で電気的接続を行っても、電気的絶縁を確実に図ることができる。

図１は本発明の実施の形態である基板１０に形成された貫通孔１２の様子を示すた図である。図１（イ）は上面図、図１（ロ）は断面図である。

図中、１０は導電性又は半導電性の基板であり、１１は基板１０の表裏面に予め形成されているシリコン酸化膜若しくはシリコン窒化膜等の表面機能膜である。１２は基板１０を貫通する貫通孔である。１３は貫通孔１２の開口部に形成された第１の絶縁膜である。１４は貫通孔１２の内表面に形成された第２の絶縁膜である。１５は第１の絶縁膜、第２の絶縁膜の更に内側表面及び貫通孔１２の開口部周辺に形成された導電膜である。導電膜１５は、予め基板１０の表面に形成されている電極（不図示）と接続されている。絶縁膜１３，１４は信頼性の高い絶縁膜であり、導電膜１５と基板１０とは完全に絶縁されリークしないように形成されている。

図２は本発明の実施の形態における導電性基板若しくは半導電性基板に設けた貫通孔内部に絶縁膜を形成する、基板の製造工程を示す断面図である。

先ず、図２( ａ) において、アルミ等の導電性基板若しくはシリコン等の半導電性基板２０を準備する。次に、図２（ｂ）において、基板２０の表裏面に、１．５〜３．０μｍの保護膜２７をスピンコート等の塗布手段により形成する。保護膜２７の材料としてはポリイミド、ポリエーテルアミド等を使用することができる。

次に、図２（ｃ）において、基板２０にφ５０〜１５０μｍの貫通孔２２を形成する。その製法は、レーザ加工、ドリル加工、エッチング法等であり、基板２０の材質、貫通孔の形状、アスペクト比、生産性等を考慮して適宜選択するつことができる。

次に、図２（ｄ）において、上記（ｂ）で形成した保護膜２７を取り去る。その方法はドライエッチング、ウェットエッチング等であり、適宜選択することができる。

次に、図２（ｅ）において、基板２０に第１の絶縁膜２３を形成する。絶縁膜２３は、物理的蒸着方法又は化学的蒸着方法によって形成され、その材料としてはポリイミド等の有機物又はシリコン酸化膜、シリコン窒化膜等の金属の酸化物、窒化物等が挙げられる。絶縁膜２３は貫通孔の孔径が小さいほど内部まではいき渡らず、開口部付近のみの絶縁膜形成を行うことができる。

次に、図２（ｆ）において、上記（ｅ）で形成した第１の絶縁膜２３のパターニングを行う。これにより、貫通孔の内表面及び開口部周辺以外の絶縁膜２３を除去する。

次に、図２（ｇ）において、基板２０に第２の絶縁膜２４を形成する。絶縁膜２４は電着塗装によって形成され、電着塗料としては、ポリイミド、マレイミド等を使用することができる。これにより、貫通孔内の第１の絶縁膜２３が形成されなかった貫通孔の内部に絶縁膜を形成することができ、貫通孔の内表面に信頼性の高い絶縁膜が形成された。

次に、図２（ｈ）において、第１の絶縁膜２３、第２の絶縁膜２４の内側表面及び基板２０の表裏面に導電層２５を形成する。導電層の材料は、銅、ニッケル、パラジウム、金、銀を使用する事ができる。又、その製法は、ドライめっき、ウェットめっき、ジェットプリンティング法を使用することができ、これらは、貫通孔２２の形状やアスペクト比に応じて適宜選択される。

次に、図２（ｉ）において、貫通孔２２の内側表面の導電層２５に囲まれた孔を、埋め込み用の材料２６により埋め込む。この埋め込み材料は、例えば、銅、銀のような導電性金属材料や、ポリイミド、シリコーン、アミド、エポキシ等の絶縁性樹脂材料を使用する事ができる。埋め込み方法は、ディッピング、ディスペンス、印刷、電着等を使用することができる。尚、埋め込み用の材料２５は、必ずしも必要ではなく、貫通孔２２の内側が埋め込まれていないままであっても良い。

次に、図２（ｊ）において、基板２０の表裏面の導電層２５のパターニングを行う。これにより、予め基板２０に設けられていた電極（不図示）と選択的に電気的な接続を行う。尚、この工程は図２（ｉ）に示す埋め込み工程の前に行っても良い。

以上の工程により、基板２０の表裏面を結合させる第１の絶縁膜２３、第２の絶縁膜２４、導電層２５、埋め込み用の材料２６から成る貫通孔２２の構造を備えた高密度実装可能な半導体装置を容易に実現することができる。

次に、本実施の形態における具体的な実施例について説明する。

先ず、図２（ａ）に対応する工程として、シリコンから成る厚さは６２５μｍの基板２０を準備する。基板２０の表面には予め電極、半導体素子、配線が設けられており、電極部以外は絶縁膜であるシリコン酸化膜とシリコン窒化膜の表面機能膜によって覆われている。

次に、図２（ｂ）に対応する工程として、スピンコーターを用いて基板２０の表裏面にポリエーテルアミドをコーティングする。膜厚を表裏面共に１．５μｍになるようにコーティングし、その後、２５０℃で６０ｍｉｎ硬化した。

次に、図２（ｃ）に対応する工程として、レーザを用いて貫通孔２２を形成する。レーザはＮｄ：ＹＡＧレーザ第２高調波（波長５３２ｎｍ）を使用し、Ｑ−スイッチパルス発振、パルス幅３０ｎｓｅｃ、発振周波数３ｋＨｚで加工孔径φ８０μｍの孔を加工した。その際、加工面でのフルエンス６５Ｊ／ｃｍ² 、ショット数：１００ｓｈｏｔとした。レーザビームは、レーザ発信器より出射後、光学レンズの組み合わせによって、φ５００μｍのビーム径に拡大された後、φ４００μｍ径のマスクを通過することによってビーム周辺部を除去し、円状のビーム形状を得る。

次に、ビーム径が基板上で１／５（φ８０μｍ）になるような縮小倍率の光学系によって集光することにより６５Ｊ／ｃｍ² のフルエンスまでレーザビーム強度は増大する。上記機能により、レーザビームを基板に照射すると直ちに加工が開始され、発振パルス１００ｓｈｏｔでレーザビームにより、基板２０に貫通孔を形成することができた。

次に、図２（ｄ）に対応する工程として、図２（ｂ）で形成された保護膜２７を剥離する。酸素プラズマで基板２０の表裏面をアッシングすることにより、保護膜２７が剥離される。アッシング条件は、酸素プラズマ２００ｓｃｃｍを圧力０．０８ｔｏｒｒで２０ｍｉｎアッシングする。

次に、図２（ｅ）に対応する工程として、基板の表裏面及び貫通孔の開口部に第１の絶縁膜２３を真空蒸着法により形成する。これにより、厚さ約２．０μｍのポリカーボネートの蒸着膜が形成された。蒸着条件は、先ず基板２０をＡｒ雰囲気中のチャンバー内で１５０℃で１ｍｉｎベークする。これにより、基板２０の表裏面の吸着水を飛ばした。その後、チャンバー内を真空度５．０×１０^−５Ｐａにし、基板温度：室温、蒸着速度：４０Å／ｓｅｃで蒸着を行った。

次に、図２（ｆ）に対応する工程として、上記（ｅ）で形成した第１の絶縁膜２３のパターニングを行う。先ず、ラミネーターによりネガ型ドライフィルム（ＡＲ３３０、東京応化社製）を基板２０の表裏面にラミネートした。次に、パターニングに対応したマスクを用いて、アライナーで露光した後、現像液（１％−Ｎａ₂ ＣＯ₃ ）で現像した。その後、酸素プラズマで基板２０の表裏面をアッシングすることにより、第１の絶縁膜２３が剥離される。アッシング条件は、酸素プラズマ２００ｓｃｃｍを圧力０．０８ｔｏｒｒで６０ｍｉｎアッシングする。最後に、剥離液（５％−ＮａＯＨ）に５ｍｉｎ浸漬することにより、残ったドライフィルムを剥離し、所定のパターニングが完成する。これにより、貫通孔の開口部以外の絶縁膜２３を除去した。

次に、図２（ｇ）に対応する工程として、電着塗装により第２の絶縁膜２４を貫通孔２２の内側表面に形成する。電着塗料としては、カチオン型ポリイミド電着塗料（エレコート、シミズ社製）を使用し、基板を表裏面から２枚の電極で挟み込んで電極に正電極、基板に負電極を与えることで通電を行った。電界条件を１５０Ｖ、１２０ｓｅｃ、２５℃として電着膜を析出させ、その後、２５０℃で６０ｍｉｎ硬化させた。このように電着を行うことで、貫通孔内表面の第１の絶縁膜２３が形成されていない部分に、厚さ２μｍの平滑性良好な電着膜を形成することができた。

次に、図２（ｈ）に対応する工程として、第１の絶縁層２３、第２の絶縁層２４の内側表面及び基板の表裏面に導電層２５を無電解めっきにより形成する。めっき条件は、水酸化カリウム７５℃、５分、前処理液（メルプレートＩＴＯコンディショナー４８０、メルプレートコンディショナー１１０１、エンプレートアクチベーター４４０、メルテックス社製）、Ｎｉめっき液（メルプレートＮＩ−８６７、メルテックス社製）で０．５μｍの皮膜を形成した後、３０分アニーリングした。

次に、図２（ｉ）に対応する工程として、貫通孔２２の内周面の導電層２５に囲まれた孔は、印刷工法により埋め込み用の材料２５によって埋め込まれる。印刷方法は、メタルマスクを用いて、スキージのアタック角度２５°、スキージスピード３０ｍｍ／ｓｅｃ、クリアランス１．５ｍｍ、印圧０．２５ＭＰａでポリイミドインク（ＦＳ−５１０Ｔ４０Ｓ、宇部興産社製）を埋め込む。印刷後、１１０℃、５分の乾燥を３回繰り返し、２５０℃、６０ｍｉｎ硬化した。

次に、図２（ｊ）に対応する工程として、基板２０の表裏面の導電層２５のパターニングを行う。パターニング方法は、先ず、スピンコーターによりポジ型感光性レジスト（ＯＦＰＲ８００、東京応化社製）を２μｍ均一に塗布した後、１１０℃で９０ｍｉｎ乾燥させた。次に、パターニングに対応したマスクを用いてアライナーで露光した後、現像液（ＮＭＤ−Ｗ、東京応化社製）で現像した。次に、リン酸１０％、硝酸４０％、酢酸４０％のエッチング液に１５ｍｉｎ浸漬することでエッチングした。最後に、レジスト剥離液（剥離液１０４、東京応化社製）に２ｍｉｎ浸漬することにより、残ったレジストを剥離し、所定のパターニングが完成する。これにより、基板に設けられた電極と導電層２５は選択的に電気的な接続を行った。

本発明の実施の形態を示す概念図である。本発明の実施の形態の製造工程の例を示す断面図である。

符号の説明

１０，２０，３０基板
１１，２１表面機能膜
１２，２２貫通孔
１３，２３第１の絶縁膜
１４，２４第２の絶縁膜
１５，２５導電膜
１６，２６穴埋め材料
２７保護膜

Claims

導電性基板若しくは半導電性基板に設けられた貫通孔の内表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成方法であって、前記貫通孔の開口部に第１の絶縁膜を形成する工程と、該貫通孔の内表面に第２の絶縁膜を形成する工程と、該第２の絶縁膜を硬化させる工程とを有することを特徴とする絶縁膜形成方法。
前記第１の絶縁膜は、物理的蒸着方法又は化学的蒸着方法によって形成された絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成方法。
前記第２の絶縁膜は、電着塗装によって形成された絶縁膜であることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成方法。
前記貫通孔に形成された第１、第２の絶縁膜の内側表面には導電膜が形成することを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成方法。
前記貫通孔の内径は、５０μｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１記載の絶縁膜形成方法。