JP2004228135A

JP2004228135A - 微細孔への金属埋め込み方法

Info

Publication number: JP2004228135A
Application number: JP2003011048A
Authority: JP
Inventors: Naoki Yuya; 直毅油谷; Hiroshi Fukumoto; 宏福本; Munehisa Takeda; 宗久武田; Tatsuya Fukami; 達也深見
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】簡易な設備と少ない工程数で、基板上に形成された微細孔へ金属を埋め込むことができる、微細孔への金属埋め込み方法を提供する。
【解決手段】エッチングにより、円形状の微細孔２を基板１の途中まで形成した後に、バンプ形成装置を用いて、半田粒３を基板１の上部に配置する。このとき、半田粒３の中心を微細孔２の中心軸上からずらし半田粒３と微細孔２との間に隙間４を空けて、半田粒３が微細孔２を密閉することがないようにする。次に、真空チャンバー内で排気を行ってから基板１を加熱し温度を半田の融点以上にすると、半田粒３が溶融し隙間４が塞がる。その後、半田に対し不活性な窒素等のガスを、真空チャンバー内に導入し加圧すると、溶融した半田粒３は微細孔２の中に吸い込まれる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上に形成された微細孔への金属埋め込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の、基板上に形成された微細孔への金属埋め込み方法においては、例えば特許文献１に示されるように、微細孔を形成させたＳｉ等からなる基板を真空チャンバー内で溶融金属中に挿入して、基板が溶融金属と同じ温度に達した後に真空チャンバーを大気圧以上に加圧することにより溶融金属を微細孔に充填していた。また特許文献２には、基板上の所望の位置に溶融金属粒を配置させることができるバンプ形成装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１５８１９１号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９４５９１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の微細孔への金属埋め込み方法においては、真空チャンバー内に溶融金属槽を設けたり、さらには基板を操作したりする必要があるため、装置が複雑で大掛かりになり、作業時間も長くなってしまうなどの問題点があった。また、基板全体が溶融金属に曝されるため、不必要な部分に金属が付着しないように基板の表面構造を工夫する必要があり、そのため表面構造の設計自由度が小さくなってしまうという問題点もあった。あるいは、基板に付着した金属を除去する工程を追加するため、工程数が多くなってしまうという問題点があった。
【０００５】
本発明は以上の問題点を解決するためになされたものであり、簡易な設備と少ない工程数で、基板上に形成された微細孔へ金属を埋め込むことができる、微細孔への金属埋め込み方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明に係る微細孔への金属埋め込み方法は、基板上に微細孔を形成する微細孔形成工程と、金属粒を、前記微細孔の開口部に、当該開口部と前記金属粒との間に隙間を確保しつつ配置する金属粒配置工程と、前記金属粒が配置された前記基板を真空状態のチャンバー内に配置し、前記隙間から前記微細孔内の気体を排気する工程と、真空状態の前記チャンバー内に配置された前記基板を加熱することにより前記金属粒を溶融させその溶融金属で前記隙間を塞ぐ工程と、前記チャンバー内を加圧することにより、加熱された前記基板の前記微細孔に前記溶融金属を押し込み前記微細孔を充填する工程と、前記微細孔に充填された溶融金属を冷却し固化させる固化工程とを備える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【０００８】
まず、図１（ａ）に示すように、Ｓｉ等からなる例えば厚さ０．２ｍｍの基板１に、例えば直径０．０３ｍｍで深さ０．１６ｍｍの円形状の微細孔２を形成する。ＩＣＰ−ＲＩＥ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）装置等を用いることにより、直径に対して深さが大きい即ち高アスペクト比の微細孔２を形成することができる。このとき、図１（ａ）に示すように、基板１を貫通させることなく、微細孔２を基板１の途中まで形成する。
【０００９】
次に、熱酸化法により微細孔２の内壁を酸化させ、酸化珪素からなる絶縁膜（図示しない）を形成する。この絶縁膜は、熱酸化法に限らず、微細孔２の内壁に絶縁膜が形成できるのであればどのような方法で形成してもよい。例えばプラズマＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を用いて微細孔２の内壁に窒化珪素膜からなる絶縁膜を形成してもよい。
【００１０】
次に、図１（ｂ）に示すように、半田粒３を、微細孔２の開口部に対応させて、基板１の上部に配置する。このとき、半田粒３の中心を微細孔２の中心軸上からずらし半田粒３と微細孔２との間に隙間４を空けて、半田粒３が微細孔２を密閉してしまうことがないようにする。半田粒３は、例えば直径０．０６ｍｍで、基板１の耐熱温度以下の温度で溶融可能である。この半田粒３は、基板１の耐熱温度以下の温度で溶融可能であれば、半田に限らず、例えば、錫、金錫、インジウム等からなる金属粒であっても良い。基板１の上部の所定の位置への半田粒３の配置は、例えば特許文献２に示されるようなバンプ形成装置を用いることにより行うことができる。このバンプ形成装置の動作は以下のとおりである。
【００１１】
バンプ形成装置は、溶融した半田粒をインクジェット方式で半導体素子の入出力パッド上に飛ばして半田バンプを形成する装置で、プログラムされた所定の位置に半田粒を飛ばすことができる。この装置の半田吐出部においては、その上部と下部とにダイヤフラムとノズル開口部とをそれぞれ有するキャビティが設置されており、キャビティ内に溶融半田を内蔵している。ここで、ダイヤフラム上部に設置された圧電素子に電圧パルスを印加してダイヤフラムを変位させることにより、半田粒がノズルより吐出される。
【００１２】
従来、バンプを形成する場合には、半導体素子基板を、半田の融点をやや下回る温度に加熱した状態で出力パッド上に半田粒を置き半球形状のバンプを形成している。一方、本実施の形態においては、基板１の温度は半田の融点より十分低く、例えば室温程度とする。この場合、溶融した半田粒３は基板１のプログラムされた位置上に球状に付着して固化する。
【００１３】
基板１上に半田粒３を配置させた後に、基板１を真空チャンバー（図示しない）に入れて真空チャンバーを真空に排気する。この時に、隙間４から微細孔２内の空気が排気される。真空に排気した後に基板１を加熱し、温度を半田の融点以上にすると、図１（ｃ）に示すように半田粒３が溶融し隙間４が塞がる。基板１の加熱は、例えばホットプレートのような簡単な仕組みの装置を真空チャンバー内に設置することにより、実施することができる。この状態で、半田に対し不活性な窒素等のガスを、真空チャンバー内に導入し加圧すると、図１（ｄ）に示すように、微細孔２の内部と外部との圧力差により、溶融した半田粒３は微細孔２の中に吸い込まれる。この時、大気圧以上に加圧することにより、溶融した半田粒３をより確実に微細孔２の中に入れることができる。その後、基板１の温度を半田の融点より下げて埋め込んだ半田を固化させることにより、埋め込み配線５が形成される。
【００１４】
その後、図１（ｅ）に示すように、基板１の裏面を研磨等によって削ることにより、埋め込み配線５を裏面に露出させて基板貫通配線とすることができる。
【００１５】
このように、本実施の形態に係る微細孔への金属埋め込み方法は、基板１を加熱する簡単な仕組みの装置を真空チャンバー内に設置することにより、実施することができる。また、半田粒３は微細孔２周辺でのみ基板１に接するので、微細孔２周辺以外の基板１上の領域に半田との接着性が高い部分があったとしても、その部分に半田が付着することがない。従って、基板１に付着した半田を除去する工程を追加する必要がないため、その分の工程数を少なくすることができる。
【００１６】
また、微細孔２周辺以外の基板１上の領域に半田との反応性が高い部分があったとしても、その部分に半田が付着しないように基板１の表面構造を工夫する必要がない。従って、基板の表面構造の設計における自由度を大きくすることができる。
【００１７】
また、上記の基板貫通配線の形成方法を、表面に半導体回路を形成させたチップに用いれば、例えば表面配線と基板貫通配線とを接続しチップ裏面から出力を取り出すことが可能となる。また複数個のチップの入出力部を、貫通配線により互いに電気的に接続し積層化することも可能となる。
【００１８】
＜実施の形態２＞
実施の形態１に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、直径０．０３ｍｍで深さ０．１６ｍｍの円形状の微細孔２に対して、直径０．０６ｍｍの半田粒３を充填する。従って、微細孔２の容積と半田粒３の体積がほぼ等しいため、微細孔２を半田でちょうど埋め込むことができる。
【００１９】
図２は、本発明の実施の形態２に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。図２は、図１における半田粒３の直径を０．０６ｍｍから例えば０．０７ｍｍにして微細孔２を充填したものである。図２において、図１と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。実施の形態１に比べて半田粒３の体積は約１．６倍になるので、半田は微細孔２から溢れ出し、図２に示すように盛り上がる。即ち、バンプ６と埋め込み配線５とを同時に形成することができる。このバンプ６は、他の基板との電気的接続に使用される。上述のバンプ形成装置においては、圧電素子の駆動条件を変えることにより、吐出される半田粒の体積を容易に変えることができるので、所望の大きさのバンプを形成することができる。
【００２０】
また、このバンプ形成装置においては、吐出される半田粒の体積が非常に大きい場合には、ノズルを、開口部の大きなものに取り替えることにより対応させる。しかし、図３に示すように、２つ以上の半田粒３を多段に積み上げることにより、ノズルの取り替えなしに、必要な体積の半田を確保することができる。
【００２１】
このように、本実施の形態に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、バンプ形成装置の駆動条件や、吐出させる半田粒の個数を変えることによって、基板上に配置させる半田粒の体積を、ノズルの取り替えなしに調整することができる。従って、埋め込み配線上に所望の大きさのバンプを形成することができる。また、同一基板上に異なる体積の微細孔がある場合にも、再現性よく半田を埋め込むことができる。
【００２２】
＜実施の形態３＞
実施の形態１および２に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、半田粒３を基板１の上部に配置する際に、半田粒３の中心を微細孔２の中心軸上からずらして半田粒３と微細孔２との間に隙間４を空ける。しかし、微細孔２の直径に対して半田粒３の直径が大きい場合には、隙間４が塞がってしまう確率が高くなってしまう。一方、これを避けるために半田粒３の中心を微細孔２の中心軸上から大きくずらすと、図１（ｃ）の工程で半田粒３を溶融させたときに微細孔２の開口部を塞ぐことができなくなってしまう場合がある。
【００２３】
図４は、本発明の実施の形態３に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。図４において、図１と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。図４（ａ）には基板１の上面図、図４（ｂ）には基板１のＡ−Ａ断面図がそれぞれ示されている。図４（ａ）においては、微細孔２の開口部に、半田粒３との隙間を確保し空気を抜くための排気孔としての長方形状のノッチ７が形成されている。ノッチ７の深さは、図１（ｂ）に示される工程において半田粒３を基板１上に配置するときに隙間４が塞がってしまわない程度の深さであればよく、図４（ｂ）に示されるように微細孔２の半分程度の深さであっても、あるいは微細孔２と同じくらいの深さであってもよい。従って、ノッチ７の形成は、微細孔２の形成と同じ工程内で行うことができるので、新たに工程を追加する必要はない。またノッチ７の形状は長方形状に限らず、個数も何個であっても構わない。図５（ａ）に、開口部の周囲の四方向に長方形状のノッチ７を形成した例を示す。
【００２４】
また半田粒３は球状であるので、ノッチ付き開口部に限らず、開口部が円以外の形状すなわち非円形でさえあれば、微細孔２と半田粒３との間に隙間４を空けることができる。図５（ｂ），（ｃ）に、開口部が楕円形状や長方形状である例をそれぞれ示す。このような形状の場合には、開口部の長手方向に隙間４が形成される。また図５（ｄ）に示すように、開口部が正方形状である場合には、開口部の四隅に隙間４が形成される。図５（ａ）〜（ｄ）に示すもの以外にも、微細孔２の開口部の形状としては、例えば図５（ｅ）に示すように正方形状の開口部の四隅にノッチを形成したものや、図５（ｆ）に示すように十字形状のもの等、いろいろな形状が考えられる。
【００２５】
また図５においては、基板１の表面における微細孔２の開口部の形状を、平面的に円形状からずらすことによって隙間４を形成する例を示したが、開口部の形状を立体的に球形状からずらすことによって隙間４を形成してもよい。図６においては、微細孔２の開口部を例えばＳｉの異方性エッチングにより拡げた形状になっている。面方位（１００）のＳｉからなる基板１を例えばＫＯＨ等のアルカリでエッチングすると、（１１１）面のエッチング速度が遅いため、図６に示されるように台形状の（１１１）面の斜面が四方向に現れた開口部８が形成される。開口部８を形成する工程としては、異方性エッチングにより開口部８を形成した後にその底面に微細孔２を形成してもよく、あるいは、先に微細孔２を形成し、その後に異方性エッチングにより開口部８を形成してもよい。
【００２６】
このように、本実施の形態に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、開口部が円以外の形状である微細孔２を形成することにより、その開口部周辺に排気孔が形成される。従って、バンプ形成装置から吐出される半田粒の直径が大きい場合にも、隙間４を塞ぐことなく基板上に配置することができる。
【００２７】
＜実施の形態４＞
実施の形態３に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、真空チャンバー内を加圧して溶融した半田粒３を微細孔２に入れるときに、ノッチ７等の排気孔を完全に塞ぐことができない場合があり得る。また、実施の形態１，２においても、溶融した半田粒３が微細孔２の開口部を完全に塞ぐことができない場合があり得る。
【００２８】
図７は、本発明の実施の形態４に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。図７において、図１と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。図７（ａ）には基板１の上面図、図７（ｂ）には図７（ａ）のＢ−Ｂ断面図がそれぞれ示されている。基板１上には、ノッチ７を含む微細孔２の開口部を囲むように、例えばＡｕ等の、半田との接着性（なじみ）が高い金属によってランド９を形成させている。また基板１上のランド９の外側の領域は、半田との接着性（なじみ）が低い酸化物等からなる絶縁膜１０で覆われている。図７（ｂ）に示すように、基板１上にランド９を配置した場合には、微細孔２上の半田粒３が、溶融されたときにランド９上に凝集するので、ノッチ７を確実に塞ぐことが可能となる。また、微細孔２の中心軸上からずらして隙間４を形成した場合でも、半田粒３はランド９上に凝集するので、微細孔２を確実に塞ぐことが可能になる。
【００２９】
また、ランド９の形状としては、図７（ａ）に示される四角形状に限らず、ノッチ７を含む微細孔２の開口部を覆っていればどのような形状であってもよく、例えば図７（ｃ）に示すような円形状であってもよい。
【００３０】
このように、本実施の形態に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、ランド９を形成することによりノッチ７等の排気孔を確実に塞ぐことができるので、微細孔へ金属を埋め込む際の歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
＜実施の形態５＞
実施の形態１に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、基板１を貫通させずに、微細孔２を基板１の途中まで形成する。しかし、この場合には、微細孔２に半田を埋め込んで埋め込み配線５を形成させた後に、裏面側から基板１を研磨により削って埋め込み配線５を露出させる必要があるため、工程数が増えてしまう。
【００３２】
図８は、本発明の実施の形態５に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。図８において、図１と同様の要素については同一の符号を付してしてあるので、それらのここでの詳細な説明は省略する。図８（ａ）において、微細孔２は基板１の裏面側に達している。基板１の裏面側の膜１１は、例えば酸化珪素や窒化珪素により、微細孔２の形成前に形成される。微細孔２を形成するエッチング加工では、Ｓｉを選択的にエッチングし、微細孔２が基板１を貫通し膜１１が露出したところで止めている。この膜１１によって微細孔２の裏面側は塞がれている。
【００３３】
この状態で、実施の形態１と同様に、微細孔２との間に隙間４を空けて半田粒３を基板１上に配置し、真空中で加熱して溶融させ大気圧以上に加圧する。これにより、半田粒３は微細孔２の中に吸い込まれて固化し、埋め込み配線５が形成される。その後、膜１１をエッチングにより除去すると、埋め込み配線５を基板１の裏面に露出させて基板貫通配線とすることができる。
【００３４】
上記の説明では、基板１の裏面側に膜１１を形成した後に微細孔２を形成し、基板１を貫通して膜１１が露出したところでエッチング加工を止める例について説明したが、基板１を微細孔２で貫通させた後に、基板１の裏面にシート状の膜を貼り付けることにより、膜１１を形成することもできる。例えば、基板１が貫通するまでエッチングを行い微細孔２を形成させ、半田粒３を配置する前に、基板１の裏面側に、接着剤を塗布されたポリイミドシート等を貼り付けてもよい。このシート状の膜１１は、半田の融点程度の温度に耐えうる耐熱性があって、基板１の裏面側からの微細孔２への気体の進入を防ぐことのできるものであれば、どのようなものであってもよい。基板１を室温程度にまで冷却した後にシート状の膜１１を剥がすことにより、図８（ｂ）に示すように、埋め込み配線５を裏面に露出させて基板貫通配線とすることができる。
【００３５】
このように、本実施の形態に係る微細孔への金属埋め込み方法においては、微細孔２が基板１のＳｉを貫通することにより、基板１の裏面側を研磨により削って埋め込み配線５を露出させる工程が不要となり、その分だけ工程数を少なくすることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１に記載の発明に係る微細孔への金属埋め込み方法は、基板上に微細孔を形成する微細孔形成工程と、金属粒を、前記微細孔の開口部に、当該開口部と前記金属粒との間に隙間を確保しつつ配置する金属粒配置工程と、前記金属粒が配置された前記基板を真空状態のチャンバー内に配置し、前記隙間から前記微細孔内の気体を排気する工程と、真空状態の前記チャンバー内に配置された前記基板を加熱することにより前記金属粒を溶融させその溶融金属で前記隙間を塞ぐ工程と、前記チャンバー内を加圧することにより、加熱された前記基板の前記微細孔に前記溶融金属を押し込み前記微細孔を充填する工程と、前記微細孔に充填された溶融金属を冷却し固化させる固化工程とを備えるので、簡易な設備で、基板上に形成された微細孔へ金属を埋め込むことができる。
【００３７】
また、前記金属粒は前記微細孔の開口部周辺でのみ前記基板に接するので、前記基板上の前記開口部周辺以外の領域に前記金属との接着性が高い部分があったとしても、その部分に前記金属が付着することがないため、基板に付着した金属を除去する工程が不要な分、工程数を少なくすることができる。
【００３８】
また、前記基板上の前記開口部周辺以外の領域に前記金属との反応性が高い部分があったとしても、その部分に前記金属が付着しないように基板の表面構造を工夫する必要がない。従って、前記基板の表面構造の設計における自由度を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図２】実施の形態２に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図３】実施の形態２に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図４】実施の形態３に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図５】実施の形態３に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図６】実施の形態３に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図７】実施の形態４に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【図８】実施の形態５に係る微細孔への金属埋め込み方法を示す図である。
【符号の説明】
１基板、２微細孔、３半田粒、４隙間、５埋め込み配線、６バンプ、７ノッチ、８開口部、９ランド、１０絶縁膜、１１膜。

Claims

基板上に微細孔を形成する微細孔形成工程と、
金属粒を、前記微細孔の開口部に、当該開口部と前記金属粒との間に隙間を確保しつつ配置する金属粒配置工程と、
前記金属粒が配置された前記基板を真空状態のチャンバー内に配置し、前記隙間から前記微細孔内の気体を排気する工程と、
真空状態の前記チャンバー内に配置された前記基板を加熱することにより前記金属粒を溶融させその溶融金属で前記隙間を塞ぐ工程と、
前記チャンバー内を加圧することにより、加熱された前記基板の前記微細孔に前記溶融金属を押し込み前記微細孔を充填する工程と、
前記微細孔に充填された溶融金属を冷却し固化させる固化工程と
を備える微細孔への金属埋め込み方法。
請求項１に記載の微細孔への金属埋め込み方法であって、
前記金属粒配置工程が、
少なくとも２つの金属粒を多段重ねで配置する工程
を備える微細孔への金属埋め込み方法。
請求項１に記載の微細孔への金属埋め込み方法であって、
前記微細孔形成工程が、
前記微細孔の前記開口部を非円形に形成する工程
を備える微細孔への金属埋め込み方法。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の微細孔への金属埋め込み方法であって、
前記基板上の前記開口部周辺にランドを形成する工程
をさらに備える微細孔への金属埋め込み方法。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の微細孔への金属埋め込み方法であって、
前記微細孔形成工程が、
前記基板の裏面に設けられた膜に達する前記微細孔を形成する工程
を備え、
前記固化工程後に前記膜を除去する工程
をさらに備える微細孔への金属埋め込み方法。