JP2003264239A - マルチチップモジュール、その形成方法および不良コンデンサのメッキ除去方法 - Google Patents

マルチチップモジュール、その形成方法および不良コンデンサのメッキ除去方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 費用効果と信頼性の高い高密度多層回路構造
を効率良く製造する方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板上に複数のコンデンサを形成
する段階と、複数のコンデンサ上に複数の金属接点を形
成する段階と、半導体基板上にフォトレジスト層を被着
させる段階とを含み、不良コンデンサのメッキ除去を行
う。複数の金属接点が露出され、その後それらが導電性
溶液と接触させられるように、フォトレジスト層がパタ
ーン化される。不良コンデンサ全体にわたり配置される
金属接点は、その後メッキ除去される。能動または受動
デバイスを有するシリコン基板上に配置された側面と、
コンピュータチップが上に取付けられた側面という一対
の側面を持つ薄膜ポリマー相互接続構造を形成する段階
を含んでマルチチップモジュールを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マルチチップモジ
ュール(MCM:Multi Chip Modul
e)に関する。より特定的には、本発明は、MCM基
板、ならびに、マルチチップモジュール基板を形成する
方法および不良コンデンサのメッキ除去方法を提供す
る。
【0002】
【従来の技術】2またはそれ以上のコンピュータチップ
といったような、2またはそれ以上の電気デバイスと電
気的に連絡するために、多層回路構造を用いることがで
きる。多層回路構造は標準的に、1またはそれ以上の誘
電体層によって分離された多数の導電層を含んでいる。
誘電体層内のアパーチャ内に配置されたバイア構造は、
電気信号がある導電層からもう1つの導電層まで通過で
きるように導電経路を提供する。多層回路構造の内部領
域から外部領域までの導電経路を形成するために、連続
的誘電体層内の多数のバイア構造を使用することができ
る。
【0003】マルチチップモジュール(MCM)パッケ
ージは、入力信号を受信し、出力信号を提供し、電力お
よび接地電圧を受けるためにオフ−モジュール接続を必
要とする。低コスト、低性能のMCMモジュールにおい
ては、これらのオフモジュール構造は通常、MCMの基
板の周縁エッジのまわりにある。より高コスト、高性能
のMCMモジュールにおいては、通常多層セラミクス材
料からなるMCM基板を通して形成される。
【0004】電力ラインと接地ラインとの間のノイズを
除去する(例えばノイズ結合を分離する)ためMCM基
板の表面には往々にして離散的表面取付けコンデンサま
たはチップコンデンサが付加される。しかしながら、M
CMの動作周波数が増大するにつれて、これらの表面取
付けコンデンサおよびチップコンデンサの有効性は不十
分かつ受け入れ難いレベルにまで減少してしまった。
【0005】連続する誘電体層内のバイア構造は、多層
回路構造内で千鳥状に配列され得る。例えば図23に示
すように、複数の千鳥配列になったバイア構造110
が、互いに電気的に連絡した状態にある。バイア構造1
10によって形成された千鳥配列の導電経路は、多層回
路構造100の外部表面とコア構造120との間の連絡
を提供できる。図23に示すバイア構造の各々は、誘電
体層内のアパーチャ壁上の導電性コーティングの形をし
ている。残念なことに、バイア構造を千鳥配列すること
で多層回路構造内の貴重な面積を消費し、信号ランレン
グスを増大させる可能性がある。こうして、多層回路構
造内の回路の密度は減少し得る。その上、図23に示さ
れたタイプのバイア構造の金属コーティングは薄いもの
である。コーティングが充分厚くないか均等でない場
合、開回路を形成し得る。
【0006】米国特許第3867,272号は、半導体
およびハイブリッドマイクロ電気機器内に見られるもの
のようなマイクロ電気デバイスおよび回路を開示してい
る。マイクロ電気デバイスは、電気化学または化学エッ
チングおよび/またはメッキ除去プロセスを含む電気化
学反応によって、認識不能にされ、破壊され得る。
【0007】米国特許第4,729,970号は、重畳
された電極を有する薄膜本体を含みかつ電極材料の電気
抵抗率が欠陥領域近くで増大させられる変換プロセスに
よって不動態化された短絡欠陥をさらに含むタイプの電
子デバイスを開示している。変換は、電極材料を変換試
薬にさらし、欠陥領域近くで試薬を活性化させることに
よって達成される。プロセスは、異なる形で構成された
さまざまなデバイスのために利用され得、ロール−ツー
−ロールデバイス製造プロセスにおける使用に容易に適
合可能である。
【0008】米国特許第4,749,454号は、半導体
膜で各電極対が分離されている露出された接点表面を伴
う電極対をもつ薄膜半導体デバイスから電気的短絡およ
び分路を除去する方法を開示している。開示された方法
は、イオン溶液にさらされた接点表面にコーティングす
る段階および各電極対の露出された接点表面の間に逆バ
イアス電圧を連続的に印加する段階を含んでなる。イオ
ン溶液は、逆バイアス電圧に応じてそれぞれの電極対の
各々の間に配置された短絡および分路を通って流れる漏
洩電流が短絡および分路における局所的温度上昇を作り
出し、短絡および分路を選択的にエッチングまたは酸化
しそれらを実質的に非導電性にするような、温度上昇と
共に増大するエッチング速度を有する。露出された接点
表面は、スポンジ塗布またはスプレー器具を用いてコー
ティングされ得る。好ましいイオン溶液は、少なくとも
水5に対して1にまで希釈された酸混合物を含む。
【0009】米国特許第4,782,028号は、半導体
基板を薄くし両側面上の薄くなった領域を処理して検出
器デバイスを形成することにより、薄肉バルクシリコン
遮断不純物トランスジューサ赤外線検出器といったよう
な検出器デバイスを形成するための方法を開示してい
る。半導体基板は、基板内にキャビティを形成するため
に薄肉化される。薄肉領域がより薄い基板に連結されて
いるままの状態で、薄肉領域の両側面上でのさらなる処
理が実施される。薄肉領域は次に、一定の与えられた処
理段階の完了時点で基板から分離される。このとき装置
を、読出しデバイスに取付けることができる。
【0010】米国特許第4,984,358号は、ウェハ
ーの形をなおも保ちながら、パッケージングを必要とせ
ずに積層のために調製される集積回路ダイを開示してい
る。複数の集積回路ダイを持つウェハーを通して孔が作
られ、ダイの間そしてダイパッドに隣接して設けられ
る。ウェハー上および孔の外周内に、絶縁材料層が設置
される。各パッドの上面と隣接する孔内の絶縁材料の内
側との間で導電性接続が行われる。絶縁層および導電層
は、望まれる場合、ダイの裏面にまでさらに拡張可能で
ある。ダイは、互いに分離され、基板に取り付けられた
積重ねおよび/または表面の中に組立てることができ
る。
【0011】米国特許第5,202,018号は、半導体
材料を電解質と接触させることにより形成された電極に
対して陽極および陰極直流電流の印加を交番させること
による半導体の電気化学溶解に関する発明を開示してい
る。
【0012】米国特許第5,543,585号は、導電性
接着剤を用いた直接的チップ取付けによるカードアセン
ブリのための単純なプロセスを開示している。絶縁性熱
可塑性および導電性熱可塑性バンプの層を有する同じ中
間ウェハー製品を作り上げる方法が開示されている。チ
ップを形成すべくウェハーを切断またはダイシングした
後、チップは、熱および圧力によって、導電性熱可塑性
バンプと整合する導電性パッドを有するチップキャリア
に接着される。チップは、熱を用いて容易に除去および
交換可能である。
【0013】米国特許第5,591,678号は、シリコ
ンエッチング可能層をもつ第1の基板、シリコン層の上
にある二酸化ケイ素エッチング停止層およびエッチング
停止層の上にある単晶シリコンウェハーを持つ第1の基
板を備えることによって製造されるマイクロ電気デバイ
スを開示している。ウェハーは、エッチング停止層と接
触しない前方表面を有する。マイクロ電子回路素子が単
晶シリコンウェハー内に形成される。該方法はさらに、
単晶シリコンウェハーの前方表面を第2の基板に取付け
る段階および第1の基板のシリコン層をエッチング停止
層までエッチングで離脱させる段階も含む。第2の基板
はまた、マイクロ電子回路素子に電気的に相互接続され
うるマイクロ電子回路素子をも有することができる。
【0014】米国特許第5,656,548号は、マイク
ロプロセッサが異なる層の形で構成され、その構造の各
回路層を分離する絶縁層を通して垂直に相互接続され
る、多層構造を開示している。各回路層は、別のウェハ
ーまたは薄膜材料内で製造され得、その後層状化された
構造上に移され引き続き相互接続され得る。
【0015】米国特許第5,656,552号は、個々の
集積回路ダイまたは多数の集積回路を収納する集積回路
ウェハーを薄肉化し、薄肉ダイスまたは薄肉ウェハーを
マイラ、ポリイミド、半導体またはセラミクス基板をボ
ンディングし、ウェハー上に少なくとも1つの相互接続
材料を被着させ、ここで第1の相互接続層はウェハー上
に直接被着させることによって、マルチチップモジュー
ルを作成する方法を開示している。各相互接続層の全体
にわたり被着されているものとして、誘電体層が開示さ
れている。必要に応じてダイスおよびマルチチップモジ
ュールを相互接続するために、誘電体層内にバイアが開
けられ、基板は除去されて、薄くて相似で、かつ歩留ま
りの高いマルチチップモジュールを形成する。
【0016】米国特許第5,716,881号は、積層さ
れたコンデンサDRAMデバイスおよび薄膜トランジス
タSRAMデバイスを集積するための製造プロセスを開
示している。この製造プロセスは、DRAMおよびSR
AMデバイスのためのトランスファゲートトランジスタ
構造およびアクセストランジスタ構造を形成するのに用
いられる主要な作業を結合することを含む。
【0017】米国特許第5,770,487号は、絶縁層
上に配置された半導体材料層を具備する半導体ウェハー
の第1の側面上に、半導体素子と導体トラックとを備え
た層構造を形成させる、デバイスの製造方法を開示す
る。半導体ウェハーは、その後、接着剤層を用いて、支
持ウェハーに対し第1の側面で締結される。支持ウェハ
ーにはメタライゼーションが備わっている。材料は次
に、絶縁層が露出されるまで、半導体ウェハーの第2の
側面より、半導体ウェハーから除去される。支持ウェハ
ー上に半導体ウェハーが再締結される前に、半導体ウェ
ハーの第1の側面より、絶縁層内に接触ウィンドウが具
備される。これらのウィンドウには、絶縁層との関係に
おいて選択的に除去され得る材料が充填される。接触ウ
ィンドウは、半導体ウェハーが支持ウェハー上に締結さ
れた後、そして絶縁層が露呈された後、半導体ウェハー
の第2の側面から開かれる。
【0018】米国特許第5,784,261号は、まず第
1に、ワイヤボンディングまたはフリップチップはんだ
ボンディングにより基板上に配置された多層メタライゼ
ーションおよび誘電性構造上に1またはそれ以上の活動
状態の半導体集積回路チップを取付けること、そして次
に基板を反転させ、該基板をはんだバンプ接続を用いて
プリント回路板上に取付けることにより、薄型マイクロ
チップモジュールアセンブリを形成することを開示して
いる。はんだバンプ接続は、プリント回路板からチップ
を離して維持するのに十分な高さをもつ。
【0019】米国特許第5,807,783号は、第1の
ハンドルウェハー、デバイス層、相互接続された層、お
よびデバイス層の表面間に延びる導電性材料が充填され
たある数のバイアを有するボンディング済みウェハーを
開示している。相互接続層は、導電性バイアに対し内部
デバイス接点を接続する導体を有する。第2のガラスハ
ンドルウェハーが相互接続層にボンディングされ、第1
のハンドルウェハーは除去される。下部外部接点が、デ
バイス層の表面上に形成される。
【0020】米国特許第5,811,879号は、MCM
プリント回路板(PCB)の両側面に対する半導体ダイ
スの貼付けを提供するマルチチップモジュール(MC
M)およびその製造方法を開示している。PCBの上部
表面に取付けられた半導体ダイスは、従来のワイヤボン
ディング、TABまたはフリップチップ方法により取付
けることができる。PCBの下部表面に取付けられたこ
れらの半導体ダイスは、PCB内の開口部を通して上部
表面にワイヤボンディングされるかまたはTAB接続さ
れる。開口部は、下部表面に取付けられた半導体ダイス
のためのリードオーバチップ(LOC)配置を提供す
る。PCBの下部表面には、ダイスを収容しその活性表
面を、ワイヤボンディングのためにPCBの上部表面に
さらに近づけるべく、開口部が中に延びているダイ溝が
備わっていてよい。
【0021】米国特許第5,838,545号は、モジュ
ールの表面にあるチップの相互接続のための薄膜配線技
術または多層配線技術および次のパッケージレベル(プ
リント回路板)への相互接続のためのはんだカラムグリ
ッドアレイまたははんだボールグリッドアレイを有す
る、基板としてヒートシンクを用いる高性能低コストマ
ルチチップモジュールパッケージングを開示している。
カラムまたはボールは、回路板とモジュールとの間に、
中にチップが入る空間を作り出し、必要とされる相互接
続密度を提供する。
【0022】米国特許第第5,843,806号は、両面
ポリイミドを提供する段階、第1の乾燥膜層を形成する
段階、電気銅メッキの多層電気メッキ、電気ニッケルメ
ッキ、金メッキそして再び電気ニッケルメッキ(または
電気ニッケルメッキおよび金メッキまたは電気銅メッキ
および電気ニッケルメッキ)を逐次的に実施する段階お
よび第1の乾燥膜層を除去する段階を含むTAB−BG
A集積回路をパッケージングするための方法を開示して
いる。第2の下部乾燥膜層は、複数の予め決定された開
口部を構成すべく、下部の銅薄層をエッチングするため
のマスクとして役立ち、下部銅薄層は、ポリイミド基板
を完全に貫通することなく孔を構成すべくポリイミド基
板に対しレーザーエッチング作業を施すためのマスクと
して役立つ。突出した接点を形成するために孔に対し電
解メッキ作業が施され、露呈した上部銅薄層はエッチン
グされるかまたは除去される。チップ設置孔および複数
の貫通孔がそれぞれ、レーザーせん孔作業を実施するこ
とによって構成され、シングルポイントボンド方法を用
いることでチップ設置孔のそばで2つの電気メッキされ
た多層(または2重層)突出部に対しチップが取付けら
れる。
【0023】米国特許第5,851,845号は、半導体
ダイスをパッケージングするための方法を開示してい
る。パッケージは、基板上に配置されたコンプライアン
スのある接着層上に取付けられた薄肉ダイを含む。パッ
ケージは、複数のダイスを収納するウェハーを提供し、
エッチングまたは研摩によりウェハーの裏面を薄肉化
し、薄肉ウェハーを基板に貼付け、次にウェハーをダイ
シングすることによって形成される。半導体パッケージ
は、チップオンボード構成でプリント回路板といった支
持用基板に取付けることができる。コンプライアンスを
もつ接着層およびパッケージの基板は、ダイと支持用基
板との間の熱的不整合によってひき起こされるダイの亀
裂および応力を取り除く。さらに、パッケージ用基板が
ダイの裏面を放射線から保護している状態でフリップチ
ップ構成にて半導体パッケージを取付けることができ
る。
【0024】米国特許第5,856,937号は、後方お
よび前方表面の両方に取付けられたSRAMチップのキ
ャッシュおよび後方表面のみの上に取付けられたデカッ
プリングコンデンサを有するプロセッサモジュールを開
示している。各デカップリングコンデンサは、SRAM
チップ対からの電流スパイクを抑制するためのものであ
る。SRAMチップ対は、コンデンサと同じ表面上の第
1のSRAMチップと、モジュールの前方表面上で第1
のSRAMチップとは反対側の第2のSRAMチップと
を含む。第1のSRAMチップは、第1のバンクに属
し、一方第2のSRAMチップは第2のバンクに属す
る。2つのチップイネーブル信号が2つのバンクに対す
るアクセスを制御する。1つのバンクのみおよびSRA
Mチップ対内の1つのSRAMチップのみが、任意の時
点で電流スパイクを作り出す。かくしてコンデンサを、
該チップ対の中の2つのSRAMチップ間で共用するこ
とができる。共用コンデンサは、SRAMチップのうち
の1つに隣接してかまたはその下に取付けられてもよい
しまたは、多層基板自体の内部に形成されてもよい。
【0025】米国特許第5,859,397号は、アルミ
ニウムまたはアルミニウム化合物を含む金属層をもつ下
部電極層と、透明の導電性層と、光電変換半導体層と、
基板の導電性表面上に積層された透明電極層と、からな
る光起電性素子を提供する段階、および、電界の作用に
より光起電性素子内に存在する短絡した電流通路障害を
不動態化すべく、電解質溶液内に光起電性素子を浸漬す
る段階により、光起電性素子を製造するプロセスを開示
している。
【0026】米国特許第5,863,412号は、その表
面上にエッチングすべき部分を有する物体をエッチング
する方法を開示している。該方法は、物体が負の電極と
して役立つように電解質溶液中に物体を浸漬する段階
と、対極と物体との間に予め定められた間隔を維持すべ
く、電解質溶液中に物体のエッチングすべき部分を形成
すべき所望のエッチングパターンに対応するパターンを
もつ対極を配置する段階と、対極のパターンに対応する
パターンへと物体のエッチングすべき部分をエッチング
するため物体と対極との間に直流またはパルス電流を印
加する段階と、を含んでなる。
【0027】米国特許第5,863,829号は、周辺ス
クラッチが無く製造効率が増強されたSOI基板の製造
プロセスについて開示している。当該プロセスは、ボン
ディングされたウェハーを形成すべく半導体ベースウェ
ハー上に活性基板の半導体ウェハーをボンディングする
段階を含む。
【0028】米国特許第5,866,441号は、半導体
デバイス、集積回路および/または特定用途向け集積回
路の反転ボンディング用で、基板の導電性パターン上に
隆起部をもつ電子パッケージングモジュールを開示して
いる。隆起部は、半導体デバイスの入出力パッドに冶金
術的にボンディングされ得る延性金属である。半導体デ
バイスの入出力パッドは、パッケージングモジュールの
隆起部に同時にボンディングされている。
【0029】米国特許第5,872,025号は、個々の
デバイスを積重ねることの代替案としてウェハーを積重
ねることによって調製される積重ね3次元デバイスを開
示している。チップ領域は、絶縁体が充填されたトレン
チのような分離領域で各チップ領域が取り囲まれる状態
で、いくつかのウェハー上に形成される。ウェハーは、
その後、チップ領域を整列させるように積重ねられる。
ウェハーの心合せは、ウェハーの周囲の切欠きのある領
域を用いて容易なものにすることができる。ウェハーは
その後ラミネーションによって接合される。ウェハーの
積重ねをラミネートさせた後、チップの積重ねは、エッ
チング、ダイシング、または積重ねられたチップデバイ
スをチップ分離領域において積重ねられたウェハーから
分離するその他のプロセスによって分離される。
【0030】米国特許第5,872,700号は、マイク
ロ回路パッケージング技術、そしてより特定的にはいく
つかのマイクロ回路で作り上げられた構造のパッケージ
ングを開示している。パッケージングされていないコン
ポーネントは、基板上に取付けられ、基板に対しテープ
が貼り付けられる。従来の表面取付け技術を適用するこ
とによって回路板に構造全体を取り付けることができる
ように、テープの側面上にはんだバンプが形成される。
基板のI/Oラインとはんだバンプとの間の接続は、テ
ープ上に形成された導電性パターンおよびテープの縁部
に設けられたリードによって実現される。
【0031】米国特許第5,877,034号は、補助基
板に第1の基板のデバイス層から充分に処理されたデバ
イスを移す段階と、補助基板とその上のデバイスを個々
のチップの形に分離する段階と、その機能性についてチ
ップをテストする段階と、デバイス層を上に形成するよ
うに並んだ配置でキャリア基板上に機能しているチップ
を取付ける段階と、そしてその後キャリア基板のデバイ
ス層上にさらなるデバイス層を取付ける段階とによっ
て、3次元集積回路を作成する方法を開示する。
【0032】
【特許文献1】米国特許第3,867,272号明細書
【特許文献2】米国特許第4,729,970号明細書
【特許文献3】米国特許第4,749,454号明細書
【特許文献4】米国特許第4,782,028号明細書
【特許文献5】米国特許第4,984,358号明細書
【特許文献6】米国特許第5,202,018号明細書
【特許文献7】米国特許第5,543,585号明細書
【特許文献8】米国特許第5,591,678号明細書
【特許文献9】米国特許第5,656,548号明細書
【特許文献10】米国特許第5,656,552号明細書
【特許文献11】米国特許第5,716,881号明細書
【特許文献12】米国特許第5,770,487号明細書
【特許文献13】米国特許第5,784,261号明細書
【特許文献14】米国特許第5,807,783号明細書
【特許文献15】米国特許第5,811,879号明細書
【特許文献16】米国特許第5,838,545号明細書
【特許文献17】米国特許第5,843,806号明細書
【特許文献18】米国特許第5,851,845号明細書
【特許文献19】米国特許第5,856,937号明細書
【特許文献20】米国特許第5,859,397号明細書
【特許文献21】米国特許第5,863,412号明細書
【特許文献22】米国特許第5,863,829号明細書
【特許文献23】米国特許第5,866,441号明細書
【特許文献24】米国特許第5,872,025号明細書
【特許文献25】米国特許第5,872,700号明細書
【特許文献26】米国特許第5,877,034号明細書
【0033】
【発明が解決しようとする課題】従って、当該技術分野
においては、より高い周波数で動作可能なMCMモジュ
ール基板に対しキャパシタンスを提供することのニーズ
が存在する。より特定的には、費用効果の高いやり方で
信頼性の高い高密度多層回路構造を効率良く製造するた
めの方法に対するニーズが存在する。
【0034】
【課題を解決するための手段】本発明は、不良コンデン
サのメッキ除去をする方法において、半導体基板上に複
数のコンデンサを形成する段階と、複数のコンデンサ上
に複数の金属接点を形成する段階と、半導体基板上にフ
ォトレジスト層を被着させる段階と、を含む方法を提供
する。不良コンデンサのメッキ除去を行う方法はさら
に、複数の金属接点を露出させるようにフォトレジスト
層をパターン化する段階と、導電性溶液と露出された金
属接点とを接触させる段階と、不良コンデンサ(例えば
少なくとも1つの短絡を有するコンデンサ)上に配置さ
れた金属接点のメッキ除去を行う段階と、を含んでな
る。また、能動または受動デバイスを有するシリコン基
板上に配置された第1の側面と第2の側面を有する薄膜
ポリマー相互接続構造を形成する段階と、薄膜相互接続
構造の第1の側面上にコンピュータチップを取付ける段
階、を含んでなるマルチチップモジュールを形成するた
めの方法も提供する。マルチチップモジュールを形成す
る方法は、薄い半導体層を形成すべく半導体基板の厚み
を減少させ、その後薄い半導体層を通してアパーチャを
形成する段階をさらに含むことができる。相互接続構造
の反対側の側面上の半導体層の上にはセラミクスキャリ
アを配置することができる。本発明の実施形態のさらな
る態様は、第1の側面および第2の側面を有する薄膜ポ
リマー相互接続構造と、第1の側面上に配置されたチッ
プと、第2の側面上に直接配置され能動または受動デバ
イスを有する半導体層と、を備えるマルチチップモジュ
ールである。能動デバイスは、SRAMを含むことがで
き、受動デバイスはチップコンデンサを含むことができ
る。半導体層はさらに、層内を通って延び、はんだ材料
が充填されたアパーチャを含んでなる。
【0035】本発明はさらに、下部表面と、ドープ済み
領域を設けた上部表面とを有する基板と、基板上部表面
上に設置されたオーム接触と、ドープ済み領域全体にわ
たり配置された第1の誘電体層と、を含むマルチチップ
モジュール基板コンデンサ構造を提供する。第1の導電
層は、上部表面および下部表面を含み、第1の誘電体層
に下部表面が隣接する第1の誘電体層の上に配置されて
いる。第1の導電層は、その上部表面に配置された第1
の導電性材料の副層を少なくとも有する。第2の誘電体
層は、第1の導電層上に配置され、その一部分を露出さ
せるため第1の導電層全体にわたり第2の誘電体層内
に、アパーチャが形成される。アパーチャを通して導電
性バイアが形成され、第1の導電層の一部分に接して配
置され、第1の導電層の第1の導電性材料の副層に隣接
して配置された第2の導電性材料を含む。下部表面が第
2の誘電体層に隣接する第2の誘電体層全体にわたり第
2の導電層が配置される。第2の導電層は、導電性バイ
ア全体にわたり配置されたそのための部分を含む。
【0036】本発明の実施形態はまた、積重ねられたバ
イア構造を持つ、多層回路構造特に高密度多層回路構造
を形成する方法にも向けられている。バイア構造は、好
ましくは、積重ねられた導電性ポストである。
【0037】本発明の一実施形態は、多層回路構造を形
成する方法に向けることができる。該方法は、回路化さ
れたコア構造の第1および第2の側面上に、各々コア構
造に近接する端部とそれに遠隔する端部をもつ第1の複
数の導電性ポストを形成する段階と、コア構造の第1の
側面上に第1の誘電体層を被着させる段階と、第1の複
数の導電性ポストの遠位端部から誘電体層材料を除去す
る段階と、第1の複数の導電性ポストの遠位端部上に第
2の複数の導電性ポストを形成する段階と、を含んでな
る。
【0038】もう1つの実施形態は、回路化されたコア
構造の側面上に、各々コア構造に近接する端部とそれに
遠隔する端部を持つ第1の複数の導電性ポストを形成す
る段階と、コア構造上に誘電体層をラミネートする段階
と、誘電体層上に保護層を被着させる段階と、保護層を
通して第1の複数の導電性ポストの遠位端部から誘電体
層材料を除去する段階と、第1の複数の導電性ポストの
遠位端部上に第2の複数の導電性ポストを形成する段階
と、を含んでなる方法に向けられている。
【0039】本発明はまた、金属上にはんだバンプを形
成する方法において、金属支持体を提供する段階と、金
属支持体上に第1のはんだ層を被着させる段階と、第1
のはんだ層上に第2のはんだ層を被着させる段階と、を
含んでなる方法をも提供する。第3のはんだ層を第2の
はんだ層の上に被着させることもできる。第1のはんだ
層は第1のはんだ組成物を含み、第2の層は一般に第1
のはんだ組成物とは異なる第2のはんだ組成物を含む。
第3のはんだ層は、一般に第2のはんだ組成物とは異な
るものであってよい第3のはんだ組成物を含む。本発明
の1つの好ましい実施形態においては、第3のはんだ組
成物は一般に第1のはんだ組成物に等しい。本発明の別
の好ましい実施形態においては、第1のはんだ組成物お
よび第3のはんだ組成物は各々、大きな割合の錫とわず
かな割合の鉛を含み、第2のはんだ組成物は、大きな割
合の鉛とわずかな割合の錫を含む。金属支持体は、ラミ
ネートされた基板内の金属充填済みバイアであり得る。
好ましくは、金属充填バイアは、垂直横断面が全体とし
て円錐台形状のブラインドバイアを含む。本発明の別の
実施形態においては、基板上にボンディングシートを配
置することができ、ボンディングシート内の開口部の中
にはんだ層を配置することができる。
【0040】本発明はさらに、多層パッケージングアセ
ンブリを形成する方法において、第1の基板上に第1の
金属支持体を形成する段階と、第2の基板上に第2の金
属支持体を形成する段階と、第1の金属支持体上に第1
のはんだ層を被着させる段階と、第1のはんだ層に第2
のはんだ層を被着させる段階と、第2の基板上の第2の
金属支持体に対して第2のはんだ層を結合する段階と、
を含んでなる方法を提供する。該方法はさらに、第2の
はんだ層を第2の基板上の第2の金属支持体に結合させ
る前に、第2の基板を180度回転させる段階を含んで
なる。該方法はさらに付加的に、その融解温度よりも高
いものの第2のはんだ層の融解温度よりも低い温度まで
第1のはんだ層を加熱する段階を含んでなる。第3のは
んだ層を第2のはんだ層上に被着させることができる。
本発明の好ましい一変形実施形態においては、該方法は
さらに、第1および第3のはんだ層の融解温度よりも高
いものの第2のはんだ層の融解温度より低い温度まで第
1の基板を加熱する段階を含んでなる。ボンディングシ
ートは好ましくは第1の基板により支持されている。ボ
ンディングシート内に1つの開口部を形成することがで
き、この開口部内に1またはそれ以上のはんだ層を配置
することができる。本発明の別の実施形態においては、
第1の基板はその後、第2のはんだ層の融解温度より高
い温度まで加熱され、第1の基板はこのとき、好ましく
は、ボンディングシートの硬化温度に近い温度まで冷却
される。
【0041】本発明はまた、基板アセンブリおよび多層
パッケージングアセンブリをも提供する。基板アセンブ
リは、金属部材を持つ基板と、金属部材の上に配置され
た第1のはんだ層と、第1のはんだ層上に配置された第
2のはんだ層と、からなる。多層パッケージングアセン
ブリは、第1の金属支持体を有する第1の基板と、第1
の金属支持体の上に配置された第1のはんだ層と、第1
のはんだ層上に配置された第2のはんだ層と、第2のは
んだ層の上に配置された第3のはんだ層と、第2の金属
支持体を有し第1の基板に結合された第2の基板と、か
らなる。
【0042】これらの条件は、以下の記述により当業者
にとって明らかとなるさまざまな補助的条件および特徴
と合わせて、例示のみを目的とし添付図面を参考にして
その好ましい実施形態を示す本発明の方法および多層回
路構造によって達成される。
【0043】
【発明の実施の形態】ここで図面を詳細に参照すると、
図1〜18には、低誘電率のMCMを作成するための構
造および方法のさまざまな実施形態が示されている。図
1〜18に例示されているタイプの構造および方法は、
巨大な損失、雑音および遅延なしにギガヘルツ速度の製
品を可能にすることから次世代MCMにとって優先的な
ものである。本発明のさまざまな実施形態の低誘電率M
CMの利点は、(1)より低い誘電率でより高性能のM
CMを作ることができる、(2)MCM内に相似誘電性
コーティングのみを使用することにより化学機械研磨
(CMP)の所要量を削減する、(3)2またはそれ以
上の誘電性ポリマーを使用することから、1タイプのみ
の誘電性ポリマーで可能なものよりもすぐれた誘電体層
接着性を可能にする、および(4)制御されたインピー
ダンス構造を可能にする、ということにある。誘電率
は、1つの帯電体からもう1つの帯電体への静電力の伝
達に抵抗する誘電体材料(例えば、ポリマー)の能力の
指数として役立つ値である。低誘電率のMCMを製造す
るために本発明のさまざまな実施形態において利用され
る誘電体材料は、20℃で約3.8未満といったような
低い誘電率を持つ。本発明の好ましい実施形態において
は、誘電体材料についての20℃での誘電率は、約1.
2〜約3.4、 好ましくは約1.4〜約3.0、より好ま
しくは約1.6〜約2.8、最も好ましくは約1.8〜約
2.7、例えば約2.1〜約2.5を含めた約2.0〜約
2.6の範囲にある。
【0044】適切な誘電体材料には、それらが20℃に
おける低い誘電率で製造されることを条件として、ポリ
イミド、エポキシ樹脂、ポリウレタンまたはシリコンと
いったB段階ポリマー化合物が含まれる。付加的な適切
な材料としては、20℃での低誘電率を有する高ガラス
転移温度の無水物で硬化されたエポキシ組成物が含まれ
うる。より特定的な適切な熱硬化性材料としては、20
℃での低誘電率を伴って製造され、エポキシおよび改質
エポキシ、メラニン−ホルムアルデヒド、尿素ホルムア
ルデヒド、フェノール樹脂、ポリ(ビス−マレイミ
ド)、アセチレンを末端基とするBPA樹脂、IPNポ
リマー、トリアジン樹脂およびそれらの混合物からなる
グループの中から選択された1またはそれ以上の化合物
が含まれるが、これらに制限されるわけではない。さら
なる付加的な適切な材料には、それらが20℃での低い
誘電率を有するように製造されることを条件として、液
晶ポリエステル、ポリエーテルエーテルケトンまたはポ
リアリルエーテルケトンといったような高温熱可塑性材
料が含まれる。付加的な適切な熱可塑性材料は、それが
20℃で低い誘電率をもつように製造されることを条件
として、単なる例として、ABS含有樹脂状材料(AB
S/PC、ABS/ポリスルフォン、ABC/PV
C)、アセタール樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、
アリルエーテル、ベンゾシクロブテン、セルロースエス
テル、塩素化ポリアルキレンエーテル、シアネート、シ
アナミド、フラン、パリレン、非晶質フルオロポリマ
ー、ポリアルキレンエーテル、ポリアミド(ナイロ
ン)、ポリアリレンエーテル、ベルフルオロアルコキシ
ポリマー樹脂、フルオロエチレンプロピレンポリマー、
ポリブタジエン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポ
リフルオロカーボン、ポリイミド、ポリフェニレン、ポ
リフェニレンスルフィド、ポリプロピレン、ポリスチレ
ン、ポリスルフォン、ポリウレタン、ポリビニルアセテ
ート、ポリビニルクロリド、ポリビニルクロリド/ビニ
リジンクロリド、ポリエーテルイミドなどおよびこれら
のいずれかの混合物が含まれる。
【0045】本発明の別の好ましい実施形態において
は、低誘電率材料は、nが約2,000〜約8,000、
より好ましくは約3,000〜約7,000、最も好まし
くは約4,000〜約6,000、例えば、約4800〜
約5200を含めた約4500〜約5500の範囲内の
値の整数である、反復構造(−CH264CH2−) n
を有するポリマーからなる。本発明のさらなる実施形態
においては、低誘電率材料は、nが約3,000〜約1
6,000、より好ましくは約4,000〜約14,00
0、最も好ましくは約8,000〜約12,000の範囲
内の値の整数である反復構造(−CF2−CF2−)n
らなる。
【0046】ここで図1〜3を参照すると、材料16の
1つの低誘電率層の薄い相似コーティングが最初に、基
板10によって支持された導体トレース14(すなわち
Cu)の上に被着される。相似コーティングは、図1に
示すような下の支持用表面に全体的に適合するよう充分
な粘度を持つコーティングである。相似コーティングは
また、図1に示すように全体的に均等な厚みで被着され
るコーティングでもある。相似コーティングはさらに、
被着後(例えば、CMPなどにより)研磨する必要のな
いコーティングである。基板10上に導体トレース14
(またはパッドまたは領域)をメッキおよび/またはス
パッタリングすることもできる。この材料層16は、導
体トレース14に対し優れた接着性を提供し、化学蒸着
(CVD)といったあらゆる適切な方法で被着されて
も、スプレーされてもまたはスピンされてもよい。任意
には、材料18の第2の低誘電率層好ましくは材料18
の相似層をその後材料16の層の上および/またはその
全体にわたり被着させることができる。材料18の層
は、導体トレース14に対しては比較的低い接着性しか
もたないものの、材料16の層に対しては優れた接着性
をもつ材料から製造できる。かくして、単なる例として
は、この材料16は、nが約4,500〜約5,500の
範囲内にある反復構造(−CH264CH2−)nを含
むことができ、また、材料18は、単なる一例として、
nが約2,000〜約8,000、より好ましくは約3,
000〜約7,000、そして最も好ましくは約4,00
0〜約6,000の範囲内の値をもつ整数である反復構
造(−CHFC622CHF−)nを有するものといっ
たようなフッ素化パリレンを含み得る。材料16につい
ての低誘電率は、材料18についての低誘電率の値より
も低いかまたは高い値をもち得る。より特定的には、材
料16の誘電率は約2.3未満(または約1.8未満)で
あり得、一方材料18の誘電率は、約2.3以上(また
は約1.8以上)、すなわち約1.8以上または約2.3
から約3.8までの範囲内の値であってよく、さらにそ
の逆でもよい、すなわち、材料18についての誘電率が
約2.3未満または約1.8未満で、材料16についての
誘電率が約1.8以上または約2.3以上約3.8以下で
ある。
【0047】その後、間隔どりされた材料16間の空隙
24内に、填隙材料20が被着(例えばスピン)される
(図2(a)および図4(a)参照)。図1および2
(b)において、填隙材料20は、材料16により支持
されている間隔どりされた材料18間の空隙26内に配
置される(例えばスピンされる)。材料16および/ま
たは材料18の周辺に延びる余剰の填隙材料20は全
て、平坦な表面20aが材料16の平坦な表面16a−
16aとまたは材料20の平坦な表面20a−20aと
位置合せされるまで、研磨または平坦化され得る(図2
(a)参照)。材料20は、前述の低誘導率材料のうち
の1又はそれ以上のものである。材料20についての低
誘電率は、材料16および/または材料18についての
誘電率と同じでも、これより低くても高くてもよい。
【0048】フッ素化パリレンAF4は、非常に低い熱
放散定数と共に、約2.3の誘電率を有する。将来のA
4変異体は、さらに低い誘電率および熱放散定数の値
を有することになるだろう。驚くべきことに、特定の温
度範囲内の熱処理が、パリレンAF4膜の機械的特性の
きわめて望ましい改善を結果としてもたらすことが発見
された。この発明力ある熱処理がなければ、膜の熱膨張
係数は100ppmを超える。熱処理の後、膜は最高3
5ppmの熱膨張率を示す。さらに重要なことに、膜の
塑性不安定性に至る合計伸び率は、望ましくない5〜1
0%という値からはるかに望ましい15〜20%を超え
る値まで100%以上変化する。このような特性の増強
がなければ、多層電気回路が製造可能となるまたは信頼
性の高いものとなる確率はきわめて低い。
【0049】最高50〜100マイクロメートルの厚み
の独立型パリレンAF4膜をGorhamプロセスにより、−
15℃と−25℃との両方のプラテン温度で被着させ
た。これより低い被着温度は、ポリマー膜のより高い分
子量を結果としてもたらすと考えられている。これらの
膜から、YAGレーザーを用いて、ゲージ幅4mm、ゲー
ジ長1cmのドッグボーン試験片をカットした。次に試験
片を10-2/秒の歪速度のInstron内で破壊するまで引
っ張った。低分子量の膜は、塑性的に不安定となり、最
高6〜9%の基本的に同じの、より低いひずみ値で破断
した。より高い分子量の膜は、より高い分子量の膜と基
本的に同じひずみで塑性的に不安定となった。これらの
膜の靱性は、多層膜のビルドアップにとって受容できな
いものである(塑性不安定性の前に10%を超えるひず
みが必要とされる)。膜は、約1Gpaのヤング率を示
し、塑性不安定性点までに約50Mpaの応力に耐え
る。下表1に記載するような膜の以下の真空(1mbar
未満)熱処理が、引張り試験片をカットする前に行われ
た。
【0050】
【表1】
【0051】本発明の別の実施形態においては、図3に
最も良く示すように、材料20全体にわたり、または代
替的には材料20の代わりに空隙24を充填するのに用
いられる材料18全体にわたり、接地層30を配置する
ことができる。その後、図3に示すように第2の導体ト
レース14sが配置された状態で、第2の材料16s
が、示すとおりに被着される。接地層30は、インピー
ダンスを制御すると同時に構造に対する機械的安定性を
提供するために役立ち得る。
【0052】ここで本発明の別の実施形態について図4
〜7を参照すると、図4(b)に最も良く示されている
ように、1つの導体トレース14から隣接する導体トレ
ース14まで材料16を除去または中断させるため、材
料16の層上にマスクを使用することができる。その
後、キセロゲル、セスキシロンなどといったような低誘
電率材料34が材料16上に被着される。材料34の層
は熱硬化され得、特に被着された層の厚みが約1マイク
ロメートルを超えると、空隙および亀裂を含むかまたは
これらを発生させる可能性がある。その後、化学機械研
磨(CMP)および構造的安定性は、低誘電率をもつテ
フロン(登録商標)AF、パリレン、PAE、BCBと
いったような低誘電率層36(図6参照)または低分子
量の反応性オリゴマの被着と共に容易になる。このとき
CMPを実施することができ、また、次の層を構築する
ことができる。後続する導体層(図示せず)をより良く
接着できるようにするため、材料34の層のCMPの
後、低誘電率をもつパリレン、PAE、BCBまたは低
分子量の反応性オリゴマのさらなるまたは代替的な層
(図示せず)を被着させることができる。図3に本発明
の実施形態について示した通り、材料36の相似コーテ
ィングは、材料34の層よりも厚いものであってよく、
その後導電性接地層30を図7に示すように材料36上
に被着することができる。この接地層30は、インピー
ダンスを制御することと共に、構造に機械的安定性を提
供することにも役立つ。インピーダンスを制御する接地
層30のこれらの「側壁」は、代替的には隣接した側壁
が互いに橋かけする厚みまで被着させることができる。
【0053】ここで本発明のさらなる実施形態について
図8(a)〜18を参照すると、図9には、複数の低誘
電率粒状材料40が見られる。この粒状材料40は、材
料16および/または材料18および/または材料34
または前述の低誘電率材料のいずれかを含むかまたはこ
れらから構成され得る。粒状材料40は、例えば展着、
スプレー、トランスファなどといった適切なあらゆる要
領で、材料16および/または材料18の表面に塗布で
きる。次に、材料40を流動させ、それがギャップを実
質的に満たして材料40aを作り上げるよう、粒状材料
40を熱処理する(図10参照)。粒状材料40を流動
させる温度(例えば約85℃〜約200℃の範囲内の温
度)は、低誘電率材料40の組成によって左右されるこ
とになる。所望の場合には、この層の中に、空隙を保持
することができる。材料40a上に材料36を被着させ
ることができ、材料36上に接地層30を被着させ、そ
の後接地層30上に、トレース14、材料16および材
料40aの別のアセンブリで被着させることができる。
【0054】ここで図12(a)〜14を参照すると、
まず最初に、導体トレース14(すなわちCu)全体に
わたり、1つの低誘電率材料16(すなわちパリレン、
PAE、BCBまたは誘電率の低い低分子量の反応性オ
リゴマ)の薄く基本的に相似のコーティングが被着され
る。導体トレース14は基板10上にメッキすることお
よび/またはスパッタリングすることができる。材料1
6の層は、導体トレース14に対する優れた接着性を有
している。材料16は前述した通り、好ましくは蒸気相
から被着されるが、その上にスピンまたはスプレーする
こともできる。その後図2(b)に示す通り、導体トレ
ース14に対する接着性は比較的低いものの第1の層1
6(例えば、無機物含有誘電体、フッ素化パリレン、フ
ッ素化PAE、フッ素化BCBまたは誘電率の低い低分
子量の反応性オリゴマ)に対して優れた接着性をもつ任
意の分離したまたは段階的に導入された(勾配組成物ま
たは同時被着された)薄い相似層18を被着させること
ができる。この層18はまた、連続的付加および層に対
する優れた接着性をもたなければならない。かかるポリ
マー層を導体毎に不連続なものにするため、マスクを使
用することができる。かかる層は、拡散またはエレクト
ロマイグレーション障壁ならびに接着促進剤として役立
つことができる。
【0055】次に、図13に示すように、ポリマー42
(例えば液晶ポリマーなど)および/または無機物含有
誘導体の複合層が、もう1つの平坦化用低誘電率材料
(例えば、無機物含有誘電体、フッ素化BCBまたは誘
電率の低い低分子量の反応性オリゴマ)内で一緒に被着
される。粒子状物質44は、流体の形にプレスされても
よいし、または軽く圧縮された(および/または部分的
に焼結された)粒子状物質の上に流体スピンされてもよ
い。またこれらを、スプレーまたはスピンオンプロセス
により同時被着させることもできる。代替的に、粒子状
物質44は、溶液(化学的にまたはバイア溶媒除去)か
ら沈殿されても良い。構造は、熱可塑性プラスチックが
幾分か高い温度で流動できることから、硬化中にその空
間幾何形状を改変することができる。この層内に空隙を
保持することが可能である。その後のCMPおよび構造
的安定性は、熱可塑性プラスチックの上面上の低誘電率
をもつ無機誘電体、BCBまたは低分子量の反応性オリ
ゴマの平坦化用被着と共に促進される。その後CMPを
実施し、次の層を構築することができる。次の導体層を
より良く接着できるようにするため、無機物含有誘電
体、パリレン、PAE、BCBまたは誘電率の低い低分
子量の反応性オリゴマのさらなる層をCMPの後に被着
させることができる。
【0056】図14に最も良く示されているように、さ
らなる回路ビルドアップのために、別の相似ポリマー層
42および導体トレース14を形成することができる。
寸法上の安定性および/または電気的性能のために、こ
の第2層のビルドアップに先立ち、任意の接地層30を
被着させることができる。
【0057】ここで図15(a)〜18を参照すると、
図4(a)〜(b)、8(a)〜(b)および12
(a)〜(b)と同じ低誘電率アセンブリが形成された
ように低誘電率のアセンブリ(図15(a)〜(b)参
照)が形成された後、適切にコーティングされた回路全
体にわたり、誘電率の低い熱可塑性膜50(例えばテフ
ロンAF、PFTE、PFA、FEP、液晶ポリマーな
ど)が設置される。膜50は、図17に最も良く示され
ているように、回路上に熱によりラミネートまたはオー
トクレーブ処理され得る。その後のCMPおよび構造的
安定性は、熱可塑性プラスチックの上面上の無機誘電
体、BCBまたは誘電率の低い低分子量の反応性オリゴ
マの平坦化用被着と共に促進される。前述のように、こ
のときCMPを実施し、次の層を形成することができ
る。パリレン、PAE、BCBまたは低誘電率をもつ低
分子量の反応性オリゴマといったような無機物含有誘電
材料54のさらなる層を、膜50の上に被着させ、次に
好ましくは、次の導体層がより良く接着できるようにC
MPを行うことができる。図18は、図7、11、14
および18の第2の層ビルドアップと類似した第2の層
ビルドアップを示している。
【0058】ここで、超微細ピッチのフリップチップ技
術に基づく「ワイヤ相互接続構造」(WIT)および
「過渡液体合金ボンディング」(TLAB)を利用する
方法および構造について述べるため、図19(a)〜2
2(d)を参照する。WIT構造は、LSIと基板との
間の超微細ピッチ相互接続方法を提供する。TLAB
は、信頼性の高い無鉛ボンディング方法を提供する。T
LABの空乏層は、下部パッド(基板側)、ワイヤ構造
の上またはワイヤ構造の中央に配置され得る。
【0059】図19(a)〜(d)、図20(a)〜
(c)、図21(a)〜(c)および図22(a)〜
(d)中にそれぞれ示されているように、本発明の実施
形態には、4つのタイプの構造が含まれる。図19
(a)〜(d)の第1の構造は、LSI側のWITおよ
び基板側の空乏相(Sn、In、またはSn/In合
金)を示している。図20(a)〜(c)の第2の構造
は、逐次的電気メッキによって行うことのできるWIT
構造上の空乏相を示している。図21(a)〜(c)の
第3の構造は、WITの片面または両面(すなわち半W
ITが両面にまず構築される)上に空乏相を電気メッキ
することによって達成される、最終WIT構造の中央に
設置された空乏相を示している。図22(a)〜(d)
の第4の構造は、WIT構造と組合わされたカップ構造
を示している。カップ構造は、WIT先端部を保持する
ための定着機能を提供する。それは、優れた側方機械強
度で構造を支持し、継手界面ではなくWIT構造に直接
せん断ひずみ/応力を伝達することができる。第4の構
造では、Snはカップ構造内またはWITの先端にあり
うる。また、カップの高さは低くても良く、その場合、
応力集中を直接補償するように機能させられることにな
り、また、高応力点を回避すべく高くても良い。
【0060】ここで図19(a)〜22(d)をより特
定的に参照すると、それ自体、空乏層60(電気メッキ
によって被着されたSnおよび/またはInのような空
乏層60a、60b、60c、60dおよび60e)を
支持する複数の金属パッド58(すなわちパッド58
a、58b、58c、58dおよび58e)を支持する
基板56が見られる。また、厚いフォトレジストを用い
て電気メッキにより製造され得、また好ましくは銅およ
び/または金であり得るワイヤ相互接続構造(WIT)
66(すなわちWIT66a、66b、66c、66d
および66e)が接続された、複数の導電性パッド64
(すなわち導電性パッド64a、64b、64c、64
dおよび64e)を支持するLSI基板62も見られ
る。金の利点は、それが、高いCTE不整合の状況下で
利用された場合に、より優れた弾性を提供し得るという
点にある。図20(a)、21(a)、22(a)で
は、空乏相60a、60b、60c、60d、および6
0eはそれぞれWIT66a、66b、66c、66d
および66eの終端部にそれぞれ配置されている。図2
1(a)においては、WIT66は、それぞれのWIT
66の一部分がLSI基板62に結合されそれによって
支持され、一部分が基板56に結合されそれによって支
持されるように分割される。さらに、図21(a)中の
本発明の実施形態に関しては、空乏層60は、2つのW
ITセット66−66の間で分割され、各WIT66−
66の終端部に配置されている。図22(a)では、基
板56は、WIT66の終端部と結合した各空乏層60
を含むWIT66の終端部を収容するため、複数の導電
性カップ68(すなわちカップ68a、68b、68
c、68dおよび68e)を支持する。導電性(例えば
銅)カップ68は好ましくは電気メッキにより製造され
る。導電性カップ68を被着するためにドーナツ形リン
グが露出される。空乏層60は、WIT66の終端部上
または各導電性カップ68の内部に、電気メッキ、浸漬
または蒸発のいずれかにより被着され得る。
【0061】LSI基板62および基板56は、適切な
アライナ、例えばKarl Suess によるフリップ−チップ
ボンダによって整列させられる。整列させられた対はそ
の後プレスされ、空気または窒素環境内でフリップ−チ
ップボンダにより加熱される。温度は、空乏層60の融
点より高くかつ一定期間中保たれる必要がある。融解温
度は、Snについては232℃前後、Inについては1
57℃そしてSn−In温度合金については(合金組成
に応じて)120℃〜232℃である。時間は、地金
(例えば銅または金)との合金または金属間化合物60
a′、60b′、60c′、60d′および60e′
へ、空乏層60の溶融相60を完全に転換するのに充分
長い時間でなくてはならない。より望ましくは、空乏層
60は、使用される冶金系により左右される強く信頼性
の高い金属相へと完全に転換されるべきである。最後
に、信頼性の高いチップパッケージングを形成するた
め、相互接続間にアンダーフィル(underfill)を適用
する。アンダーフィル材料を入れるためのもう1つの代
替的方法は、ボンディングプロセス中に硬化されうる液
体タイプのアンダーフィルを用いることによって、ボン
ディングプロセス中に行うというものである。
【0062】ここで図23〜28を詳しく見てみると、
発明の実施形態は、多層回路構造を形成するための方法
に向けられている。好ましい実施形態においては、該方
法は、回路化されたコア構造の第1および第2の側に、
第1の複数の導電性ポストを形成する段階を含んでな
る。各導電性ポストは、コア構造から近位の端部および
コア構造から遠位の端部を有する。導電性ポストが形成
された後、第1の誘電体層がコア構造の第1の側に被着
され、そのコア構造の第2の側には、第2の誘電体層が
被着される。第1の複数の導電性ポストの遠位端部上に
被着された誘電体層材料がその後除去される。ポストの
端部から誘電体層材料を除去した後、誘電体層上に回路
パターンが形成される。形成された回路パターンは、ポ
ストの清浄された遠位端部全体にわたり配置された導電
性パッドを含むことができる。このとき、遠位端部上の
導電性パッドの上に、第2の複数の導電性ポストを形成
することができる。第2の複数の導電性ポストは、第1
の複数の導電性ポスト上に積重ねることができる。その
後形成された導電性ポスト(例えば第3、第4の複数の
ポスト)およびパッドの付加的なセットは、誘電体層を
通して複数の全体的に垂直な導電経路(例えばコア構造
の向きに対して全体的に垂直な経路)を形成すべく、第
2の複数の導電性ポスト上に積重ねることができる。全
体的に垂直な導電経路は、千鳥になったバイア構造を有
する類似の多層回路構造よりも少ない空間しか占有しな
い多層回路構造を、結果としてもたらすことができる。
【0063】本発明の実施形態においては、多層回路構
造を迅速かつ効率良く形成することができる。例えば、
好ましい実施形態においては、導電性パッドを含む導電
性パターン、導電性ポストおよび誘電体層を、多層回路
構造前駆体(例えばコア構造)の反対側に形成または被
着させることができる。例えば、本発明の実施形態にお
いては、導電性ポストを、コア構造の反対側で導電性領
域の上に同時に電気メッキすることができる。さらに、
好ましい実施形態においては、積重ねられた導電性ポス
トを有する多層回路構造を、フォトリソグラフィおよび
電気メッキといったような比較的安価なプロセスを用い
て形成することができる。本発明の好ましい実施形態に
おいては、レーザーせん孔のようなさらにコストの高い
技術は必要ではない。その結果、高い回路密度をもつ高
密度多層回路構造を、効率良くかつ高い費用効果で形成
することができる。
【0064】多層回路構造内の導電性ポストおよび導電
性パターンは好ましくはアディティブ法により形成され
る。アディティブ法は、サブトラクティブ法に比べ有利
である。例えば、サブトラクティブ法では、導電性パタ
ーンを形成すべく連続金属層から金属を除去するために
エッチング液が用いられる。エッチングされたパターン
内のラインの均一性は、エッチング液がラインをアンダ
カットする可能性があることから、制御がむずかしいも
のである。その結果、サブトラクティブ法を用いて細か
いラインのパターンを形成することは困難である。しか
しながら、アディティブ法においては、導電性パターン
解像度は、導電性パターンを形成するのに使用されるフ
ォトレジストの解像度によってのみ制限される。その結
果、アディティブ法を用いて、細かいラインおよび高密
度の回路パターンを生成することができる。例えば、回
路ラインは25マイクロメートル以下の幅を有すること
ができ、約50マイクロメートル以下のピッチにあって
良い。さらに、サブトラクティブ法では、金属層はエッ
チングされ、その後洗浄処理される。エッチングおよび
洗浄処理は大量の湿潤化学物質および水を消費し、大量
の廃棄物(例えば廃金属)を生成する可能性がある。し
かしながら、標準的なアディティブ法の中で用いられる
エッチング段階の数は削減されているため、標準的なア
ディティブ法から生成される廃棄物は、標準的なサブト
ラクティブ法よりも少ない。
【0065】本発明の実施形態は、図を参考にしながら
説明することができる。図24(a)は、複数の導電性
ポストが形成される回路化されたコア構造122を示
す。コア構造122は、第1の側面122(a)および
第2の側面122(b)を含み、可とう性または剛性の
いずれであってもよい。第1および第2の側面122
(a)、122(b)は、それぞれ、第1の複数の導電
性領域124(a)と第2の複数の導電性領域124
(b)とを有することができる。第1および第2の導電
性領域124(a)、124(b)は、例えば、ライ
ン、パッドまたはバイア構造の端部を含むことができ
る。その上、第1および第2の導電性領域124
(a)、124(b)は、銅を含む適切なあらゆる導電
性材料で作られていてよく、約50マイクロメートル未
満の厚み、好ましくは約18〜約36マイクロメートル
の間の厚みを含む適切なあらゆる厚みを有することがで
きる。コア構造122の外部表面上に導電性領域124
(a)、124(b)を有することに加えて、コア構造
122は、その中に埋込まれた1またはそれ以上の導電
層(図示せず)および2つ以上の誘電体層もまた含むこ
とができる。
【0066】コア構造122はまた、1またはそれ以上
のバイア構造123も含むことができる。バイア構造
は、コア構造122の第1および第2の側面122
(a)、122(b)上の導電性領域124(a)、1
24(b)を連絡させることができる。バイア構造は、
固体の導電性ポストであってもよいし、または導電性ま
たは非導電性材料で満たされたメッキされた貫通孔(P
TH)でもあり得る。例えば、PTHは、埋込まれた導
電性材料を有するまたは有しないエポキシベースのポリ
マーといったようなポリマー材料で満たされていてよ
い。別の例では、PTHは、銀を充填した導電性ペース
トのような導電性ペーストで充填されてもよい。PTH
に材料を充填することにより、PTH内に存在する可能
性のある空気がことごとく移動させられる。閉じ込めら
れた空気は一部のケースで信頼性の問題をひき起こす可
能性があることから、結果として得られる多層回路構造
内に存在する可能性のあるあらゆるエアポケットを除去
することが好ましい。
【0067】標準的なPTH充填プロセスにおいては、
剛性絶縁板内にアパーチャを形成することができる。P
THを形成するためアパーチャの壁上に金属を電気メッ
キすることができる。PTHを形成した後、例えばステ
ンシルによりPTH内に導電性または非導電性の充填材
料を被着させることができる。充填材料が硬化性である
場合、それをPTH内で硬化できる。硬化の前または後
で、コア構造の第1および第2の側面上のあらゆる余剰
の充填材料を除去することができる。
【0068】好ましい実施形態においては、コア構造が
形成された後、第1の複数の導電性ポストが、回路化さ
れたコア構造の第1および第2の両方の側面上に形成さ
れる。各導電性ポストは、コア構造に対し近位の端部と
コア構造に対し遠位の端部とを有することができる。導
電性ポストは、好ましくは固形でありおよび/または組
成が実質的に均質(例えば全て金属)である。ポストは
また、あらゆる適切な導電性材料を含むこともできる。
適切な導電性材料には、銅、銀、金、ニッケル、パラジ
ウムおよびアルミニウムを含む金属または金属合金が含
まれる。導電性材料は好ましくは銅である。
【0069】導電性ポストは、任意の適切な寸法であっ
て良い。例えば導電性ポストは、少なくとも約10マイ
クロメートルの高さ、好ましくは約15〜約75マイク
ロメートルの間、そしてより好ましくは約25〜約50
マイクロメートルの間の高さを有することができる。導
電性ポストは、約10〜約150マイクロメートル、好
ましくは約25〜約75マイクロメートルの間の直径を
含む適切なあらゆる直径を有することができる。さら
に、各ポストは、一般に丸い半径方向横断面を有してい
てよい。
【0070】導電性ポスト(例えば、第1の複数の導電
性ポスト)は、適切なあらゆるプロセスを用いて形成す
ることができる。例えば、無電解メッキまたは電気メッ
キプロセスのようなメッキプロセスを用いて、導電性ポ
ストを形成することができる。
【0071】導電性ポストは好ましくは、電気メッキに
よって形成される。図24(b)を参照すると、コア構
造122の第1および第2の側面122(a)、122
(b)上に、シード層125(a)、125(b)を被
着させることができる。その後形成された導電性ポスト
のメッキを開始する一助となるように、シード層125
(a)、125(b)を使用することができる。好まし
くは、シード層125(a)、125(b)は、同時に
被着されるが、一部のケースではこれらを逐次的に被着
させることもできる。シード層を被着させるためには、
スパッタリングおよび無電解メッキを含めた適切なあら
ゆるプロセスを使用することができる。スパッタリング
に比べ一般にコストが低いことから、無電解メッキが好
ましい。被着方法の如何に関わらず、シード層125
(a)、125(b)は、約3マイクロメートル以下の
厚みを有することができる。好ましくは、各シード層の
厚みは、約0.1〜約1.0マイクロメートルの間であ
り、より好ましくは約0.3〜約0.6マイクロメートル
の間である。
【0072】シード層を被着させるのに先立ち、コア構
造の第1および第2の側面の状態を整えることができ
る。例えば、コア構造の側面に対するシード層の接着性
を増大させるためには、コア構造の表面を粗化すること
ができる。粗化は、過マンガン酸塩エッチング法といっ
たエッチング法を含めたあらゆる適切なプロセスを用い
て実施可能である。シード層を被着させる前にコア構造
の表面を粗化することにより、シード層はコア構造の表
面に対しより被着しやすくなる。
【0073】シード層を被着させた後、フォトレジスタ
層をその上に被着させることができる。フォトレジスト
層は、コア構造の第1および第2の側面上に被着される
前に、膜または液体の形態であっていてよい。適切な乾
燥膜フォトレジストの例としては、E.I.du Pont de Nem
ours, Inc から市販されているRiston □9000があ
る。適切な液体フォトレジストの一例は、Clariant, In
c.から市販されているAZ4620液体フォトレジスト
である。フォトレジスト層は、ポジでもネガでもよく、
コア構造の第1および第2の側面上に同時にまたは逐次
的に被着され得る。
【0074】フォトレジスト層は、ローラーコーティン
グ、スピンコーティング、カーテンコーティング、スク
リーン印刷、スロットコーティング、スプレーコーティ
ングおよびドクターブレードコーティングを含めた適切
なあらゆるプロセスによって被着可能である。これらの
プロセスは、液体フォトレジスト層を被着させるのに適
している。予備成形されたフォトレジスト層をラミネー
トによって被着させることができる。好ましくはフォト
レジスト層は、ラミネートにより被着される。例えば一
部の実施形態においては、コア構造の両側面に同時に、
中間処理されたフォトレジスト層をラミネートするため
に両面熱間圧延ラミネータを使用することができる。
【0075】フォトレジスト層を被着させた後、フォト
レジストパターンを従来のフォトリソグラフィ技術を用
いて形成することができる。例えば、被着されたフォト
レジスト層は、放射パターンで照射され得る。照射され
たフォトレジスト層は次に現像されてパターン化したフ
ォトレジスト層を形成する。例えば、図24(c)を参
照すると、コア構造122の両側面上のフォトレジスト
層が現像された後、現像済みフォトレジスト層131
(a)、131(b)は、コア構造122の相対する側
面上で1またはそれ以上の導電性領域124(a)、1
24(b)全体にわたり配置された複数のアパーチャ1
32(a)、132(b)を有することができる。パタ
ーン化されたフォトレジスト層は、予め定められた領域
内で導電性材料を選択的に被着させるためのマスクとし
て使用可能である。パターン化されたフォトレジスト層
によって、被覆されていない領域上に導電性材料を被着
させるために、電気メッキまたは無電解メッキのような
被着プロセスを使用することができる。
【0076】図24(c)、24(d)を参照すると、
フォトレジスト層131(a)、131(b)のアパー
チャ132(a)、132(b)の中に、そしてフォト
レジスト層131(a)、131(b)を通し露出され
た導電性領域124(a)、124(b)の上に、第1
の複数の導電性ポスト134(a)、134(b)が形
成される。この例では、第1の複数の導電性ポストは、
コア構造122の第1の側面上の導電性ポスト134
(a)およびコア構造122の第2の側面上の導電性ポ
スト134(b)を含む。第1の複数の導電性ポスト1
34(a)、134(b)は、好ましくはコア構造の両
側面上に同時に形成される。例えば、図24(c)に示
す構造を、電気メッキ浴の中に置くことができる。電気
メッキ浴において、導電性材料は、導電性領域124
(a)、124(b)からアパーチャ132(a)、1
32(b)の開放端部までメッキし、第1の複数の導電
性ポスト134(a)、134(b)を形成することが
できる。
【0077】例示された実施形態に関してシード層の使
用を詳述してきたが、その他の実施形態では、シード層
を使用する必要はない。例えば、フォトレジスト層13
1(a)、131(b)を通して露出された導電性領域
124(a)、124(b)は、シード層を被着させる
必要なしに、フォトレジスト層131(a)、131
(b)のアパーチャ132(a)、132(b)内で、
ポストの直接的メッキを開始させるのに適している。
【0078】第1の複数の導電性ポスト134(a)、
134(b)が形成された後、導電性ポスト134
(a)、134(b)を形成するのに使用したフォトレ
ジスト層131(a)、131(b)を、コア構造12
2から除去(例えばストリッピング)することができ
る。図25(e)に示すように、フォトレジスト層13
1(a)、131(b)を除去した後、第1の複数の導
電性ポスト134(a)、134(b)が、コア構造1
22上に被着され、コア構造122の表面から突き出
る。
【0079】フォトレジスト層131(a)、131
(b)が除去された後、シード層125(a)、125
(b)が存在する場合には、これも除去することができ
る。好ましくは、シード層は、フラッシュエッチング法
でエッチングされる。標準的なフラッシュエッチング法
においては、シード層を、短時間にエッチングすること
ができる。フラッシュエッチングの後、シード層は誘電
体層表面から完全に除去され、形成された導電性ポスト
134(a)、134(b)の実質的でない部分もまた
除去できる。
【0080】コア構造上に第1の複数の導電性ポストが
形成された後、コア構造の第1および第2の側面上に誘
電体層を被着させることができる。誘電体層は、適切な
あらゆるポリマー材料を含む適切なあらゆる材料から形
成することができる。誘電体層材料の例としては、ポリ
イミド、エポキシ機能性材料、およびBT樹脂が含まれ
る。その上、誘電体層は、任意には、充填材を含むこと
ができる。好ましい充填材には、シリカまたはアルミナ
粒子といったような粒子が含まれ得るが、チョップされ
たファイバ、製織ファイバまたは不織ファイバも含まれ
得る。好ましくは、誘電体層は、予備成形層(preforme
d layer)の形態をなす。予備成形層の一例としては、
味の素(株)から市販されているABF−SH9膜およ
び三菱ガス化学(株)から市販されているBT346膜
が含まれる。さらに誘電体層は好ましくは、画像形成不
能(non-photoimageable)なものである。画像形成不能
な誘電体材料は、標準的には画像形成可能な誘電体層に
比べ、より高いガラス転移温度(Tg)およびより低い
給湿率を有する。その結果、画像形成不能な誘電体層を
有する多層回路構造は一般に、画像形成可能な誘電体層
よりも信頼性が高い。
【0081】被着された誘電体層は、約75マイクロメ
ートル以下、好ましくは約25〜約50マイクロメート
ルの間の厚みを含めた適切なあらゆる厚みを有すること
ができる。コア構造上の個々の誘電体層は、同じまたは
異なる厚みを有しても良い。好ましくは、個々の誘電体
層は、ポストおよびポストが配置されたパッドの組合せ
高さ以下の厚みを有することができる。例えば、誘電体
層の厚みは、導電性ポストおよびポストが上に配置され
た導電性パッドの組合せ高さよりも約2〜約8%(例え
ば5%以下)小さいものであり得る。
【0082】誘電体層は、コア構造の相対する側面上に
逐次的にまたは同時に被着可能である。例えば、第1の
側面上に液体誘電体材料を被着させることにより、コア
構造の第1の側面上に第1の誘電体層を被着させること
ができる。被着された液体は次に、被着された層を凝固
させるべくソフトベーキングすることができ、その後任
意には硬化され得る。第1の誘電体層が被着された後、
第1の誘電体層と同じまたは異なる要領で、第2の誘電
体層をコア構造の第2の側面上に被着させることができ
る。
【0083】誘電体層は、スピンコーティング、スクリ
ーン印刷、スロットコーティング、ドクターブレードコ
ーティング、カーテンコーティングなどを含めた適切な
あらゆるプロセスを用いて被着させることができる。こ
れらのプロセスは、液体誘電体層を被着させるために使
用可能である。予備成形された誘電体層を被着させるの
にラミネート処理を使用することができる。誘電体層
は、化学蒸着(CVD)のような気相被着プロセスによ
って被着されることさえ可能である。
【0084】好ましくは、第1および第2の誘電体層
は、コア構造の第1および第2の側面にそれぞれラミネ
ートされる。これらの実施形態においては、誘電体層
は、コア構造上に被着される前に予備成形され得る。コ
ア構造上に予備成形された誘電体層を被着させることに
よって、誘電体層の厚みは、コア構造上に存在するとき
実質的に均質である。さらに、コア構造上に予備成形さ
れた誘電体層をラミネートすることにより、コア構造の
相対する側面上の誘電体層は同時に被着でき、かくして
より効率の良い加工を提供する。
【0085】好ましくは、予備成形された誘電体層は、
コア構造にラミネートされる前にキャリア層上に配置さ
れる。キャリア層は、ポリエチレンテレフタレートを含
めた適切な任意のポリマー材料を含み得る。予備成形さ
れた誘電体層およびキャリア層は複合材で形成しうる。
適切な複合材は、味の素(株)から市販されている(例
えばABF−SH9)。図25(f)を参照すると、キ
ャリア層142(a)、142(b)および誘電体層1
41(a)、141(b)を含む複合材140(a)、
140(b)が、コア構造122の第1および第2の側
面にラミネートされる。複合材140(a)、140
(b)は、誘電体層141(a)、141(b)の外部
表面上にキャリア層142(a)、142(b)が配置
されるように、コア構造122にラミネートされる。複
合材140(a)、140(b)は好ましくは可とう性
があり、コア構造122に対し同時にまたは逐次的にラ
ミネートされ得る。
【0086】複合材は、適切なあらゆる器具を用いてコ
ア構造にラミネートされ得る。誘電体層に熱または圧力
を加えて軟化させ、それらがラミネートされる表面に適
合できるようにすることができる。加熱温度および/ま
たは圧力は、誘電体層のために使用される特定の材料に
従って選択され得る。例えば、コア構造の相対する側面
上に同時または逐次的にこのタイプの複合材をラミネー
トするために、ホットロールラミネータを使用すること
ができる。一部の実施形態では、ホットロールラミネー
タは、約60℃〜約120℃(好ましくは約80℃〜約
90℃)の間にあり、ローラーは一分あたり約1〜約2
メートルの速度で走行できる。コア構造に誘電体層また
は複合材をラミネートするために真空ラミネータを使用
することもできる。例えば、熱を用いて、真空ラミネー
タは数分間(例えば5分以上)真空近く(例えば1atm
未満)で動作することができる。代替的には、複合材を
コア構造の相対する側面上に置き、ラミネーションプレ
ス(例えば油圧プレス)内に入れ、次に合わせてラミネ
ートすることができる。ラミネーションプレスは、約8
0℃〜約90℃の温度で、および約1〜約3kg/cm2
圧力で、数分間(例えば約5分以上)動作することがで
きる。使用される特定のラミネーション器具の如何に拘
わらず、コア構造の相対する側面上に誘電体層を配置す
ることができ、またキャリア層間に挿入することができ
る。
【0087】誘電体層141(a)、141(b)を被
着させた後、誘電体層141(a)を任意に硬化させる
こともできる。誘電体層は、任意の適切な方法で硬化さ
せることができる。例えば、誘電体層の硬化には、電子
ビーム、および/またはUV線が使用できる。誘電体層
は、ラミネーションプレス内または好ましくはオーブン
内で熱を用いて硬化される。
【0088】硬化の前および/または硬化中(例えばラ
ミネーションプレス内で)、未硬化誘電体層上に、任意
に剥離層を配置することができる。これらの剥離層は好
ましくは、耐熱材料を含む。剥離層の材料例としては、
ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素ポリマー材
料または金属(例えばアルミニウム、銅)が含まれる。
剥離層が銅箔である場合、箔の光沢ある側が好ましくは
誘電体層と接触状態にある。これらの実施形態において
は、前述したキャリア層(使用される場合)と、キャリ
ア層より高い融解温度を有する剥離層とを任意に置換す
ることができる。例えば、剥離層は約150℃以上の融
解温度を持つことができる一方で、キャリア層の融解温
度は150℃未満でありうる。
【0089】図25(f)〜25(h)を参照すると、
コア構造122にラミネートされた後、キャリア層14
2(a)、142(b)を、第1および第2の誘電体層
141(a)、141(b)から分離(例えばピーリン
グ)することができる。その後、未硬化の第1および第
2の誘電体層141(a)、141(b)上に、剥離層
151(a)、151(b)を被着させることができ
る。好ましくは、剥離層15(a)、151(b)は、
第1および第2の誘電体層141(a)、141(b)
にラミネートされる。誘電体層141(a)、141
(b)を硬化させるため、構造に対し熱そして任意には
圧力が加えられる。例えば、第1および第2の誘電体層
141(a)、141(b)を約170℃以上の温度ま
で加熱でき、約60分以上の間、約3.5〜約20kg/c
m2の圧力を加えることができる。熱および圧力は、ラミ
ネーションプレスを用いて加えることができる。硬化の
後、次に剥離層151(a)、151(b)を、硬化さ
れた誘電体層141(a)、141(b)から(例えば
ピーリングにより)分離させることができる。
【0090】好ましい実施形態(図25(f)および2
5(g)を参照する)においては、コア構造上の未硬化
誘電体層は、剥離層を使用せずに硬化できる。例えば、
コア構造に対しキャリア層/誘電体層複合材を積層した
後、キャリア層を誘電体層から除去することができる。
その後、コア構造上の誘電体層を硬化させることができ
る。
【0091】その他の実施形態では、誘電体層を部分的
に硬化させ、その後完全な硬化に先立ち状態を整える
(例えば粗化する)ことができる。例えば、コア構造お
よび誘電体層を含む前駆体構造をオーブンの中に入れ、
約150℃以上で約30分以下の間ベーキングして、誘
電体層を部分的に硬化させることができる。その後、誘
電体層の外部表面を粗化することができる。例えば、誘
電体層の表面を粗化するために、過マンガン酸塩エッチ
ング法のようなエッチング法を使用することができる。
粗化の後、誘電体層上に回路パターンを形成することが
できる。回路パターンは、第1の複数の導電性ポストの
遠位端部上に配置された導電性パッドを含み得る。この
とき、誘電体層を再びベーキングして、完全に硬化させ
ることができる。例えば、誘電体層を完全に硬化させる
ためには、誘電体層を約170℃以上で約60分〜約9
0分以上の間、さらに加熱することができる。このと
き、導電性パッド上に第2の複数の導電性ポストを形成
することができる。有利には、誘電体層の外部表面を粗
化させることにより、後続して被着されるあらゆるシー
ド層または導電性層が、誘電体層の表面に対し密に接着
できる。
【0092】誘電体層141(a)、141(b)がコ
ア構造122上に被着された後、ポスト端部を清浄する
ために、第1の複数の導電性ポスト134(a)、13
4(b)の遠位端部上に存在する誘電体層材料を除去す
ることができる。一部の実施形態においては、コア構造
上に1またはそれ以上の誘電体層が被着された後、導電
性ポストの遠位端部上に残留誘電体層材料が存在し得
る。例えば、コア構造上にある導電性ポスト上の誘電体
層をラミネートし硬化させた後、残留誘電体層材料が、
ポスト端部に残る可能性がある。残留誘電体材料は標準
的に10マイクロメートル以下であり、ときには厚み約
2〜5マイクロメートルである。ポスト端部を清浄した
後、後続して、第1の複数の導電性パッドおよびポスト
134(a)、134(b)上に、さらなる導電性ポス
トを形成することができる。形成された導電性ポスト
は、積重ねることができ、合わせて電気的結合がされ
て、1またはそれ以上の誘電体層を通し、一般的に垂直
な電気的経路を形成する。
【0093】導電性ポストの遠位端部から誘電体材料を
除去するためには、任意の適切なプロセスを用いること
ができる。除去プロセスの例としては、過マンガン酸塩
エッチング法、プラズマエッチング法のようなエッチン
グ法または機械的研磨のような磨耗プロセスが含まれ
る。好ましい実施形態では、誘電体層材料を除去するた
めに、機械的研磨を使用することができる。機械的研磨
は、振動ばり取り機といったような研磨器具を用いるこ
とにより実施できる。振動ばり取り機は、IshiiHyokiか
ら市販されている。研磨器具は、SiCおよびAl23
バフ車のようなバフ磨き要素を含むことができる。標準
的な作業においては、バフ車の回転速度は毎分約2,0
00回転(rpm)以上であり、バフ車の振動サイクル
は約470(毎分サイクル数)以上であり、その振動行
程は約5mm以上である。バフ車圧力は、0.25〜約2
0kg/cm2の範囲で予め設定された圧力により自動的に
制御できる。その他の実施形態においては、導電性ポス
トの遠位端部上の誘電体材料を融触させることができ
る。例えば、導電性ポストの端部から誘電体層材料を融
触させるためにレーザーを使用できる。
【0094】任意には、導電性ポスト上に配置されてい
ない誘電体層領域を保護するために、誘電体材料除去プ
ロセス中に、保護層を使用することができる。図26
(i)を参照すると、誘電体層141(a)、141
(b)上に保護層161(a)、161(b)を配置す
ることができる。保護層161(a)、161(b)の
アパーチャ162(a)、162(b)は、導電性ポス
ト134(a)、134(b)の遠位端部上に配置でき
る。導電性ポストの遠位端部上の誘電体層材料は、保護
層アパーチャを通して露出される。誘電体材料除去プロ
セス中に保護層を使用することにより、被着された誘電
体層は、ポストの端部上に配置されていない領域内で、
保護される。その結果、これらの実施形態においては、
望まない誘電体層材料を選択的に除去することができ
る。例えば、広域レーザーは、誘電体層上に配置された
保護層の外部表面を走査することができる。レーザー
は、保護層内のアパーチャを通し露出された誘電体層材
料を融触することができる。使用される特定の除去プロ
セスの如何に拘わらず、導電性ポストの端部から誘電体
材料を除去した後、誘電体層から保護層を除去すること
ができる。例えば、保護層をエッチングまたはピーリン
グにより除去することができる。
【0095】保護層は、適切なあらゆる方法で、先に被
着された誘電体層上に被着されるかまたは形成できる。
例えば一実施形態においては、保護層を形成すべく被着
された誘電体層上でフォトレジスト層を被着させ、照射
および現像することができる。別の実施形態では、アパ
ーチャをもつ保護層が予備成形され、次にポスト(およ
びその上のあらゆる誘電体層材料)の遠位端部がアパー
チャを通しアクセス可能となるように、誘電体層に対し
ラミネートされる。アパーチャのある保護層は、前述の
剥離層またはキャリア層と同じであっても、これから派
生するものであっても、またこれと異なるものであって
もよい。
【0096】別の例においては、誘電体層材料が導電性
ポストの遠位端部から除去されたときに、保護層161
(a)、161(b)内のアパーチャを形成することが
できる。例えば、コア構造上の誘電体層に対し、連続的
保護層をラミネートすることができる。導電性ポストの
遠位端部上の誘電体層材料は、遠位端部上に配置された
保護層の部分と共に融触できる。この場合、融触の後、
ポストの遠位端部をさらに清浄する必要はなく、形成さ
れたアパーチャ入り保護層は、誘電体層から簡単に除去
することができる。融触プロセスからのあらゆる残留材
料が、形成された保護層の外部表面上に残っている可能
性があり、これは、保護層と共に除去できる。例えば、
融触プロセスにより生成されたあらゆる灰を、誘電体層
から保護層が剥ぎ取られるときに、保護層と共に除去す
ることができる。
【0097】誘電体層が被着された後、誘電体層上に導
電性パターンを形成することができる。これは、第2の
複数の導電性ポストが形成される前に行うことができ
る。導電性パターンは好ましくは、電気メッキといった
ようなアディティブ法によって形成される。例えば、図
26(j)および26(k)を参照すると、あらゆるキ
ャリア層、剥離層または保護層が除去された(使用され
ている場合)後、シード層155(a)、155(b)
を第1および第2の誘電体層131(a)、131
(b)の外部表面上および第1の複数の導電性ポスト1
34(a)、134(b)の遠位端部全体にわたり被着
させることができる。シード層の被着に先立ち、誘電体
層表面を、コア構造122について上述したものと同じ
または異なる要領で、状態調節(例えば粗化)すること
ができる。その後、シード層155(a)、155
(b)全体にわたりフォトレジスト層を被着させ、照射
し次に現像して、パターン化されたフォトレジスト層1
61(a)、161(b)を形成することができる。フ
ォトレジスト層161(a)、161(b)は、前述の
フォトレジスト層131(a)、131(b)と同じか
または異なる特徴をもち得る。図26(l)に示されて
いるように、パターン化されたフォトレジスト層161
(a)、161(b)を、シード層155(a)、15
5(b)上に配置することができる。
【0098】図27(m)を参照すると、次に、現像さ
れたフォトレジスト層161(a)、161(b)によ
って、被覆されていないシード層の部分の上に、導電性
パターン156(a)、156(b)が(例えば電気メ
ッキにより)形成される。導電性パターンは好ましく
は、導電性ポストと同じ材料で作られる。形成された導
電性パターン156(a)、156(b)の厚みは、約
5〜約35マイクロメータの間、好ましくは約10〜約
20マイクロメータの間であり得る。導電性パターン1
56(a)、156(b)が形成された後、フォトレジ
スト層161(a)、161(b)を、誘電体層131
(a)、131(b)の表面から除去する(例えばスト
リッピングによって)ことができる。
【0099】導電性パターンは、第1の複数の導電性ポ
ストの遠位端部上に配置されているある数のパッド13
9(a)、139(b)を含み得る。パッドは一般に、
それらが配置されている導電性ポストの直径よりも大き
い表面積を有する。標準的には、パッドは、それぞれ積
重ねられた導電性ポストの間に配置され、積重ねられた
導電性ポストと直接接触した状態にある。
【0100】その後、図27(n)に示された構造また
は後続するあらゆる多層回路構造前駆体の上に、前述の
段階のうちの1またはそれ以上の段階を繰り返すことに
より、第2のおよび後続するあらゆる複数の導電性ポス
ト、誘電体層および導電性パターンを形成することがで
きる。例えば、第2の複数の導電性ポストを形成するた
めに使用されるプロセスは、第1の複数の導電性ポスト
を形成するために使用されたものと同じまたは異なるプ
ロセスであり得る。好ましくは、第1、第2および後続
する任意の複数のポストは、電気メッキによって形成さ
れる。ひとたび導電性パターン156(a)、156
(b)および導電性ポストが形成されると、あらゆるシ
ード層155(a)、155(b)を(例えばフラッシ
ュエッチングにより)エッチングすることができる。
【0101】形成された多層回路構造内には、任意の数
の導電性パターン、導電性ポストおよび誘電体層を含む
ことができる。例えば、図28に示す多層回路構造17
0は、回路化されたコア構造122、および3つの誘電
体層および3つの導電性層をコア構造122の各側面上
に含んでいる。多層回路構造170はまた、一般的に垂
直な導電性経路をも含み、各経路は、積重ねられた導電
性ポストを含み、各隣接する積重ねられたポスト対間に
パッドがある。一般に垂直な導電性経路により、千鳥に
なったバイア構造をもつ類似の多層回路構造と比較し
て、形成された多層回路構造のサイズを縮減することが
できる。その結果、本発明の実施形態を用いて、信頼性
の高い高密度の多層回路構造を、効率良くかつ費用効果
の高いやり方で製造することができる。
【0102】多層回路構造が形成された後、表面仕上げ
またははんだマスクを、多層回路構造の外部表面に適用
することができる。例えば、形成された多層回路構造の
外部表面上に、Ni/Auパッド仕上げおよび/または
はんだマスクを形成することができる。従って、多層回
路構造は、例えば単一チップモジュール、マルチチップ
モジュールの中でおよび/または電気アセンブリ内のマ
ザーボードまたはドーターボードとして使用することが
できる。
【0103】ここで図29−35(8)を詳しく参照す
ると、図29には、一般に200として示されている多
層ラミネート基板が見られる。多層ラミネート基板20
0は従来のラミネート基板202、204、206およ
び208を含み、これらは各々全体に210として示さ
れる整列され金属充填され相互接続されたバイアにより
合わせて電気的に結合されている。任意の隣接する2つ
のラミネート基板は、ボンディングシート212a、2
12bおよび212cのようなボンディングシート21
2により分離されている。
【0104】ここで図30〜32を参照すると、図30
(1)には、下側に銅層214が配置されている従来の
ラミネート基板202(例えば、ガラス繊維強化ラミネ
ート)が見られる。その後、CO2、UV−Yagまたは
エキシマレーザといった従来のいずれかの手段により、
銅層214まで、ブラインドバイア216a、216b
および216cをレーザーせん孔する。CO2レーザー
は、ガラス繊維強化ラミネートを通してせん孔するのが
容易であり、せん孔速度がその他のものよりはるかに速
いことから好ましい。その後、図30(3)に示すよう
に、ブラインドバイア216a、216bおよび216
cはそれぞれ、従来のいずれかの方法により、銅218
a、218bおよび218cで充填される。メッキの不
均質性(標準的に10%)のため、全てのブラインドバ
イア216a、216bおよび216cがラミネート基
板202の上部表面まで一杯またはその上まで確実に充
填されるようにするには、やや過剰なメッキが必要であ
る。メッキの後、Ishii Hyokiの振動バリ取り機のよう
なバリ取り機により、余剰のメッキを除去し、銅充填さ
れたブラインドバイアを平坦化させるため、表面バフ磨
きが適用される。ブラインドバイア216a、216b
および216cが銅充填され、好ましくはその後バフ磨
きされた後、はんだバンプ220が、銅充填されたブラ
インドバイア216a、216bおよび216cの各々
の上に被着される。
【0105】本発明の一実施形態においては、図31に
最も良く示されているように、1またはそれ以上のはん
だバンプ220は、3つの別々の重ね合わされたはんだ
層220a、220b、220cを含むことができる。
本発明の別の実施形態においては、図32に最も良く示
されているように、1またはそれ以上のはんだバンプ2
20は、1つの基板上の2つの別々の重ね合わされたは
んだ層(例えばはんだ層220aおよび220b)およ
び第2の基板上の単一のはんだ層(例えばはんだ層22
0c)を含むことができる。かくして2つの重ね合わさ
れたはんだ層を、1つの基板(例えば基板220a)上
に配置し、一方もう1つの基板(例えば基板220b)
上に単一の層を配置することができる。
【0106】はんだ層220のための材料は、純金属、
金属合金、金属合金前駆体、金属組成物、金属化合物お
よびそれらの組合せを含み得る導電性組成物からなる。
例えば、導電性組成物は、In、Sn、Bi、Sb、P
b、Ni、Zn、Cu、Cd、Pt、Pd、Auおよび
Agからなるグループの中から選択された1またはそれ
以上の材料を含み得る。
【0107】好ましくは、導電性組成物は、プレスされ
たときに容易に変形でき、かくして導電性表面間の優れ
た面接触を提供する柔軟なはんだ材料を含む。例えば、
導電性表面に接触させて導電性組成物を変形させること
で、支持領域との接触面積を増大させることができる。
はんだ組成物の適切な例としては、金属または単相また
は多相合金が含まれ得る。合金は、二元、三元またはそ
の他のそれ以上に高次の組成物であってよい。例として
は、In−Sn、Bi−Sn、In−Ag、Sn−S
b、Au−SnおよびPb−Snを含む合金がある。は
んだ材料組合せのより具体的な例としては、52In/
48Sn、58Bi/42Sn、97In/3Ag、I
n、37Pb/63Sn、96.5Sn/3.5Ag、9
5Sn/5Sb、80Au/20Sn、および90Pb
/10Sn(重量百分率として表す)が含まれる。より
特定的に言うと、本発明の好ましい実施形態において
は、はんだ層220が3つの重ね合わされた層(例え
ば、はんだ層220a、220bおよび220c)から
なる場合、導電性組成物は、表2の以下の元素を含む
(数字は重量百分率を表わす)。
【0108】
【表2】
【0109】図32に示した本発明の実施形態において
は、はんだ層220aおよび220bはそれぞれ、はん
だ層220aおよび220bについて上表2に示された
導電性組成物を含み得る。はんだ層220cのような単
一のはんだ層が別々の第1の基板(例えば基板202)
上で利用され、一方もう1つのまたは第2の基板(例え
ば基板204)が2つの重ね合わされたはんだ層(例え
ばはんだ層220aおよび220b)を支持する場合、
単一のはんだ層(すなわちはんだ層220c)は、はん
だ層220cについて上記表2に示した導電性組成物を
含むことができる。
【0110】ここで図33(1)〜(6)を参照する
と、少なくとも1つの側面上にフォトレジスト224が
配置され、より好ましくは、フォトレジスト224は、
2つの相対する側面上に配置され、その後エッチングさ
れる銅層214全体にわたりパターン化される。乾燥膜
または液体フォトレジストのいずれでも使用することが
できる。フォトレジスト224は、ストリッピングさ
れ、次に、誘電性ポリマーボンディング膜(例えばボン
ディングシート212a)、そしてそれに結合または付
着された剥離層226が、図34(2)に最も良く示さ
れているように、ラミネート基板202の露出された上
面に、従来のあらゆる要領で、固定またはタッキングさ
れる。タッキングは、ラミネーションによって達成でき
る。ラミネーション中、ボンディング膜またはシート
(例えば味の素ボンディング膜)は、はんだバンプ22
0がそれに容易に穴あけするかまたはその中を通過でき
るように、それを硬化することなくその最大流量温度
(例えば80〜90℃)まで加熱される。代替的には、
ボンディング膜に代えて液体ポリマーを用いることもで
きる。液体ポリマーは、スクリーン印刷、カーテンコー
ティングまたはスプレーコーティングによってコーティ
ングすることができる。その後、剥離層226は、ボン
ディング膜(すなわち図33(4)中のボンディングシ
ート212a)から除去またはストリッピングされる。
【0111】図33(4)で形成された複数の基板アセ
ンブリは、ラミネート基板202、204、206およ
び208で生成され得、次に図33(5)の中に示され
ているように整列され、その後、金属間ジョイントおよ
び多層ラミネート基板200を作るべく、従来のあらゆ
る手段により、合わせてラミネートされる(図29およ
び33(6)参照)。より特定的には、金属間ジョイン
トを作り、ボンディング膜212aのようなボンディン
グ膜を硬化するため、図33(4)の複数の形成基板ア
センブリをラミネーションにより相互接続することがで
きる。まず第1に、基板202のような基板は、はんだ
層(すなわち、はんだ層220aおよび220c)の融
解温度(例えば、上表2内のアプローチIの共沸はんだ
については185〜230℃、そして上表2内のアプロ
ーチIIのSnについては235〜250℃)よりわず
かに高温まで加熱されることになる。鉛の融解温度(例
えば300℃〜325℃)は錫の融解温度(例えば約2
60℃)よりも高く、金の融解温度(例えば約900
℃)は鉛の融解温度よりも高い、ということは周知の事
実である。かくして、好ましくは、はんだ層220aお
よび220cについての融解温度は、はんだ層220b
についての融解温度よりも低い。はんだ層のはんだ組成
物は、融解し融合して金属間ジョイントを作ることにな
る。同時に、はんだ層220aおよび220cおよびは
んだ層220bは、互いに混ざり合い(comingle)およ
び/または互いの中に拡散し、金属間ジョイント全体の
融解温度を上昇させることになる。最後に、ジョイント
は、はんだ層220aおよび220cの融解温度(すな
わち表2中のアプローチIについては約260〜300
℃で、表2中のアプローチIIについては310〜50
0℃といったような300℃より高い温度)よりもはる
かに高く、かつはんだ層220bの融解温度よりも高い
温度で「縮れ」て、はんだ層をさらに互いに混ざり合わ
せ互いの中に拡散させることになる。次に、温度は、ボ
ンディング膜212aのようなボンディング膜を硬化す
るため、ボンディング膜(例えばボンディング膜212
a)の硬化温度(例えば95〜140℃)まで低下させ
られる。1つの基板(例えば、基板208)のバイア2
16c中の銅218cを、隣接する基板(例えば基板2
06)のバイア216a中の銅218aと整列させるべ
く、図33(5)のアラインメント(整列)の2つの相
対する基板202および208が、180度回転させら
れるということは直ちに明らかとなるはずである。
【0112】ここで図34(1)〜35(8)を参照す
ると、前述のように、図35(4)の基板アセンブリを
生成すべく、当初一対の基板(例えば図34(3)およ
び35(4)中の基板202および204)を合わせて
ラミネートする逐次的プロセスが見られる。その後、露
出された銅層214−214は、フォトレジスト224
−224と共にパターン化される。その後、前述の手順
に従って、パターン化された銅層214−214上に、
ボンディングシート212cおよび212bが配置され
る。前述の手順に従って、付随する銅充填材(すなわ
ち、銅充填材218a、218b、および218c)お
よび銅層214−214を伴う基板206および208
が生成され、その後、前述の通りボンディングシート2
12bおよび212c上のラミネーションを通して図3
5(6)の基板アセンブリに結合される。その後、露出
された銅層214−214は、フォトレジスト224−
224を用いてパターン化される。上述の手順を実施す
ることにより、はんだ層220は、リソグラフィによる
パターン化プロセスにさらされなくなる。
【0113】図29〜35(8)の本発明の実施形態
は、従来のメッキスルーホール(PTH)バイアに比べ
数多くの利点を有する。例えば、本発明の実施形態は、
密度がはるかに高くなるように、はるかに小さい(直径
50〜150μm対200μm以上)バイアの製造を可
能にする。L/D(ラミネートコア+ビルドアップ被着
層)パッケージ基板アプリケーションのためには、ラミ
ネートコアのバイアは、いずれかの被着層が上面にビル
ドアップできるようになる前に、充填されなくてはなら
ない。本発明の実施形態は、いかなる追加のプロセス段
階も必要とならないように、自動的に充填されるバイア
を有する。従来のメッキスルーホールバイアの場合、メ
ッキバイアの中央孔は、バイアのメッキ(形成)の後に
充填されなくてはならない。標準的充填材料は、適切な
液体ポリマー(例えばエポキシ)である。標準的ポリマ
ー充填材の熱膨張率(CTE)は、はるかに高いことか
ら、それが信頼性の問題を発生させることになる。この
問題を解決するために、バイアの内部の充填材をふたす
べく、通常、バイア充填の後に銅キャップ層がメッキさ
れるが、この方法は、パターン化の前に銅の全体的厚み
を増大させるので、サブトラクティブパターン化の解像
度が減少する。本発明の実施形態は、スペースを節約す
るためスタックバイア構造を提供する。前述のように、
本発明の実施形態は、はんだジョイントを作ることがで
きるので、はんだジョイントが、基板上にチップを取付
けるためのはんだリフローといったさらなるチップアセ
ンブリ処理を経ても容易に存続できる。
【0114】ここで本発明のさらなる実施形態のため図
36〜48(d)を参照する。図36には、基板300
に対する短絡(または高い漏洩)を伴う不良コンデンサ
320bに接続された金属310パッド(例えば銅パッ
ド)を除去するためのメッキ除去プロセスの広範な例示
が見られる。広義には、マスク設計により、金属310
コンデンサパッド全体にわたりレジストを開放するか、
またはパッドに導くトレースのみを開放する。コンデン
サを数多くの小さなコンデンサに破断することで、キャ
パシタンスを大幅に低減することなく、欠陥を隔離(メ
ッキ除去)することができる。図36には、フィールド
酸化物層302、短絡の無いゲート酸化物306aおよ
びポリシリコン金属層312を含む良好なコンデンサ3
20a、短絡307を伴うゲート酸化物306bおよび
ポリシリコン金属層312を含む不良コンデンサ320
b、および適切な隔離を提供する不動態化層308を支
持する基板300が、より具体的に示されている。レジ
スト324は、図示通り、適切に配置することができ
る。マスク設計により、全ての金属310コンデンサパ
ッド全体にわたりレジスト324を開放する。
【0115】不良コンデンサ320bのメッキ除去は、
従来のメッキ用冶具などのような適切なあらゆる手段に
よって達成できる。メッキ用冶具の中に水が入れられ、
その後水にメッキ溶液が付加される。メッキバイアス
は、銅メッキするのに使用されるものと逆である。すな
わち、ウェハーの裏面に負の電圧が印加され、溶液に対
し正の電圧が印加される。メッキ溶液は、硫酸銅、硫酸
および添加剤であって良い。ウェハーの裏に対する接触
は、前方側から、すなわち金属310パッドからシリコ
ンに接する金属312への接触であって良い。レジスト
324を用いて、湿式エッチングが行われる。残渣を除
去するため、Cuエッチングと共にメッキ除去手順に従
い、その後、露出されたあらゆる接着層を除去するため
に、その接着層がエッチングされる。レジスト324を
適切にストリッピングすることができる。
【0116】ここで図37を参照すると、基板300上
の窒化物被着、フィールド酸化物302(MASK1)
被着、およびそれに続く窒化物エッチング、フィールド
酸化(1μm)、窒化物ストライプおよびゲート酸化
(10nm)といった半導体製造プロセスによって生成
された基板アセンブリが示されている。接点マスク(M
ASK2)が次に被着され、その後に酸化物エッチン
グ、ポリシリコン被着312および金属被着が行われ
る。金属312のエッチングのためにMASK3が被着
され、その後アルミニウムエッチング、ポリシリコンエ
ッチングおよび不動態化層308の被着が続く。パッド
マスク(MASK4)が適切に被着され、その後、不動
態化エッチング、TiCu被着、金属310マスク(M
ASK5)、金属310のパターン化、メッキ除去用マ
スク(MASK6)の設置、不良コンデンサ320bの
メッキ除去、およびポリイミドコート330の被着が行
われる。
【0117】ここで図38を参照すると、図37のアセ
ンブリを製造し、その後金属層334を被着させ、次に
誘電体層336を被着させ、その後誘電体層336上に
金属層338を被着させて金属パッド342および誘電
体層340を形成するという手順を行うことによって形
成されるMCMアセンブリ360が見られる。図38の
MCMアセンブリ360から、ウェハーまたは基板30
0の200uへの裏面研削、裏側窒化ケイ素不動態化
(0.2μ)、接着剤350被着、仮キャリア350の
取付け、基板内のスルーバイア(MASK7)の形成、
窒化物プラズマエッチング、スルーウェハーのKOHエ
ッチング(フィールド酸化物302上で停止)、ポリシ
リコン312に至るまでの酸化物302のプラズマエッ
チング、パリレン370の蒸着(20μ)、パリレン3
70内のバイアレーザ処理、バイアCrCuシード被着
のプラズマクリーニングといった段階により、スルーバ
イア形成が行われる。その後、ラミネートレジストを用
いて、ポリシリコン金属312(MASK8)と接触し
た状態でバイアパッドが被着され、その後Cuメッキ3
80(10μ)を形成し、シードエッチングおよび 無
電解Ni/Auメッキが行われる。
【0118】ここで、支持基板貼付け形成プロセスを示
すための図40を参照すると、図39のアセンブリは、
サイズに合わせてダイシングされる。接着剤層384
が、バイア381を有するセラミクス基板388にタッ
キングされる。銅メッキ380全体にわたる接着剤層3
84は、セラミクス基板388を用いて除去されこの基
板388は、適切な量の接着剤層384を除去するレー
ザーマスクとしてのバイア381を含む。セラミクス基
板388はその後、基板300により支持されるパリレ
ン層370に対しラミネートされる。その後、ペースト
390(例えばSnAg)がバイア381内にスクリー
ニングされ、次に、体積を増大させリフローさせるべく
SnAgはんだボールが設けられる。変形実施形態にお
いては、図41に最も良く示すように、図40のアセン
ブリは、はんだ(例えばAuSn)394を介して、図
40のアセンブリのパッド342に取付けられたCPU
398を含んでいる。
【0119】ここで図44〜48(d)を参照すると、
図44に全体が410として示されるコンデンサ構造を
有するマルチチップモジュールの一例が見られる。モジ
ュール410の視覚的な表現を簡略化するため、図には
モジュールの断面スライスのみが示されており、ここで
は、モジュールの付加的部分は、スライスのまっすぐな
左縁部の左側で、かつスライスの真直ぐな右縁部の右側
に、存在すると理解される。基板410は、接着剤層4
80により二次基板470に付帯する一次基板411を
含む。一次基板411は、好ましくはシリコンウェハー
を含み、二次基板470は好ましくは、セラミクス基板
を含む。接着剤層480は、ボンディングシート(ボン
ディング膜とも呼ばれる)も含むことができ、その例が
以下でさらに詳細に述べられている。複数の誘電体層お
よび導電層が一次基板411の上面に形成され、モジュ
ール410の上部の複数の導電性相互接続パッドで終わ
っている。その他の用途の中でも、一部のパッド461
は、各々が複数の対応する相互接続パッド443を有す
る1またはそれ以上の集積回路チップ442に相互接続
するために用いられる。パッド461および443の相
互接続は好ましくは、従来のフリップ−チップボンディ
ングプロセスで形成されできるように、複数のリフロー
はんだバンプ445によって行われる。
【0120】本発明の1つの態様は、各々が一次基板4
11の導電性(例えばドープされた)領域412と、導
電性領域412の一部分にわたり形成された(好ましく
は酸化ケイ素を含む)超薄型誘電体層414と、誘電体
層414全体にわたり形成された第1の導電性層421
と、第1の導電性層421上に形成された少なくとも1
つのアパーチャ422を中に有し、該層421全体にわ
たり形成された第2の誘電体層425と、各アパーチャ
422内に充填された導電性材料の本体432と、導電
性材料の本体432と電気的に接触し第2の誘電体層4
25全体にわたり形成された第2の導電性層431と、
を含んでなる複数の高キャパシタンス値構造によって提
供される。第1および第2の導電性層421および43
1が形成された後、不良な誘電体層414(例えば層を
通して形成されたピンホールによってひき起こされるよ
うな)を有するキャパシタンス構造は、本発明によるメ
ッキ除去プロセスにより検出され、その第2の導電性層
431はメッキ除去プロセスによって除去される。次
に、メッキ除去プロセスの後残った導電性層431のう
ちの選択されたものに対し第3の導電性層441Aを結
合することにより、不良でないキャパシタンス構造から
バイパスコンデンサが構築される。このとき、直接的に
かまたは図44に示されている導電性材料の介在層45
1Aにより、相互接続パッド461Aに第3の導電性層
441Aが結合される。
【0121】一次基板411の導電性領域412は、本
発明による2以上のコンデンサ構造のための共通下部電
極として役立ち、好ましくは、拡散またはイオン注入に
より作られるような基板411の上面に形成された強く
ドープされたN+型層を含み、より好ましくは、0.0
1オーム−cmという比較的低いバルク抵抗率を有する
ようにn型不純物でドープされた基板全体411を含
む。この抵抗率レベルを達成するために、1立方センチ
メートルあたり5×10-18のn型不純物というバルク
ドーピングレベル(5×10-18cm-3)を用いることが
できる。一般に、領域412のその実現のためのバルク
抵抗率は、1×10-18cm3以上のドーピングレベルに対
応する0.002オーム−cm以上であるべきである。
【0122】薄い誘電体層414は好ましくは二酸化ケ
イ素を含み、10nm前後の厚みを有している。7nm
から20nmの間の厚み範囲を使用することができる。
かかる薄い誘電体層は、誘電体層を通るピンホールの形
成を受けやすく、かかるピンホールは、コンデンサの電
極間に短絡をひき起こす可能性がある。以下で述べるよ
うに、本発明は、複合バイパスコンデンサを提供すべく
2以上のコンデンサ構造を合わせて結合することによっ
て、この問題に対処しそして、製造中の選択的メッキ除
去プロセスを含み、薄い誘電体層414内のピンホール
の存在を自動的に検出して不良なコンデンサ構造の第2
の導電層431のメッキ除去を行う。薄い各誘電体層の
周囲の縁部漏洩電流のポテンシャルを低下させかくして
コンデンサ構造の信頼性を改善するため、薄い各誘電体
層414は、好ましくは、しばしば「フィールド」酸化
物層と呼ばれる二酸化ケイ素415のより厚い層415
によって取り囲まれる。
【0123】第1の導電層421は好ましくは、薄い誘
電体層414と接触するn型導電性ポリシリコンの第1
の副層およびアルミニウムの第2の副層を含んでなる。
副層は、薄い誘電体層に比べ比較的厚く、例えば0.2
5μm〜1μmの厚さであり得る。第2の誘電体層42
5は、ポリイミドまたは被着された二酸化ケイ素のよう
なある数の適当な誘電体材料を含むことができ、同じく
2μm〜10μmの範囲内の厚みといったような、好ま
しくは層414の厚みを超える厚みを持つ。第2の誘電
体層425内のアパーチャ422には、好ましくは、第
1の導電層421の上部副層の材料とは異なりおよび/
または第2の導電性層431の底面にある材料と異な
る、導電性材料の本体432(すなわちバイア)が充填
されている。この差異により、本発明によるメッキ除去
プロセスは、薄い誘電体層414が不良であることが発
見された場合に、第1の導電層421を除去することな
く第2の導電層431を除去することが可能になる。第
2の導電性材料431は、銅のような容易にメッキ除去
し得る金属を含んでなる。
【0124】本発明の好ましい実施形態においては、バ
イア本体432についての上述の必要条件は、第1のチ
タン副層と第2の銅副層を含み、第2の副層が第1の副
層よりも厚い、第2の導電層431を構築することによ
って、満たされる。第1の副層は、アパーチャ422を
第2の誘電体層425内に形成した後で被着され、かく
して第1の層421の上部副層(例えばアルミニウム)
と異なる材料でアパーチャ422を少なくとも部分的に
充填し、かつ第2の誘電体層425の上部部分をカバー
する。第2の銅副層は、容易にメッキ除去できる金属と
なり、またこの金属は、アパーチャ422の底面にある
チタンの副層と第1の導電性層421のアルミニウム副
層の双方とも異なっている。
【0125】本発明の別の特徴は、電流がモジュール4
10上のキャパシタンス構造へおよびそこから、ならび
にモジュール410上のその他のコンポーネントへおよ
びそこから流れるように、低インダンタンスの経路を提
供する大直径のバイア490をモジュール410の底面
側に設けているという点にある。バイア490は、二次
基板470の上部および下部表面を通って、さらに接着
剤層480の上部および下部表面を通って、かつさらに
一次基板411の下部表面を通って基板411の上部表
面近くまで形成され、ここで各バイア490はそれぞれ
の導電性裏面接点467と接触する。各裏面接点467
は、誘電不動態化層465により一次基板411から導
電的に隔離され、第1の導電層421のそれぞれのイン
スタンス421Cおよび421Dに電気的に結合され
る。各裏面接点467はそのそれぞれのバイア490を
一次基板411に機械的に結合し、そのそれぞれのバイ
ア490を導電層421C、421Dに電気的に結合す
る。バイアは、モジュール410に対し電源電圧を提供
するか、モジュール410に接地電位を提供するか、モ
ジュール410に入力信号(例えばデータ信号、クロッ
ク信号など)を送るかまたはモジュール410から出力
信号を送るように、構成することができる。視覚的に簡
略に表すべく、図中には、2つのバイア490および2
つの裏面接点467しか示していないが、モジュール4
10は、何百乃至は何千ものバイア490および対応す
る裏面接点を含むことができる。
【0126】各バイア490は、好ましくは、二次基板
470内でアパーチャ472を通して形成され、好まし
くは、アパーチャ472の内側表面に形成され接着され
た金属層474により基板470に機械的に結合され
る。各金属層474は好ましくは、そのアパーチャの外
側で二次基板470の上部または下部表面まで延び、こ
こでそれに対し電源、接地または電気信号を結合させる
ことができる。
【0127】図44では、図の右側に示されたバイア4
90は、一次基板411の導電性領域420に接地電位
を提供するように構成されている。このバイアに結合さ
れた裏面接点467はそれ自体、各第1の導電層421
Dに電気的に結合される。層421Dはそれ自体、ドー
プされた領域412の一部分の上に形成されたオーム接
触418(例えば、一次基板411の上部表面上の一点
に対するオーム接触)に電気的に結合される。かくし
て、図の右側に示されたバイア490は、全てのコンデ
ンサ構造の共通の下部電極(すなわちドープされた領域
412)に電気的に結合される。オーム接触418は、
数多くの方法で形成できる。一例としては、ドープされ
た領域412の一部分の上に、n型ポリシリコンを被着
させることができる。これは実際には、第1の導電層4
21(およびそのインスタンス421Cおよび421
D)がn型ポリシリコンの下部副層およびアルミニウム
の上部副層からなる場合に、当然のこととして行われ
る。オーム接触はまた、ドープされた領域412の一部
分に直接アルミニウムを被着させることによってかまた
は10%〜90%のチタン−タングステン(Ti−W)
合金をドープした領域412の一部分の上面に被着さ
せ、その後この合金の上面にアルミニウムを被着させる
ことによっても、形成できる。ドープされた領域412
の一部分の上へアルミニウムを直接被着させるよりも、
nドープされたポリシリコンまたはチタン−タングステ
ン合金を使用する方が好ましい。
【0128】また図44では、左側に示されたバイア4
90は、層431Cが層421Cに電気的に結合され、
層451Cが層461Cに電気的に結合されている状態
で、互いに電気的に結合される一連の介在する導電層4
31C、441Cおよび451Cを通して、接点パッド
461Cまで導電層421Cから電気信号を提供するよ
うに構成されている。しかしながら、左側のバイア49
0は、1またはそれ以上のコンデンサ構造の第2の層4
31(すなわち上部電極)を合わせて結合する第3の導
電層441に電源電圧を提供するようにも構成できる。
これは、図中に破線で示されている、導電層441Cと
441Aとの間の導電性材料のブリッジ443Bを含む
ことによって達成できる。この構成は、キャパシタンス
構造の上部電極に対し、低インピーダンス電源の電圧を
提供する。
【0129】視覚的な明確となるように、基板411お
よび470の垂直厚みとの関係において、導電層42
1、431、441、451および461および誘電体
層414、425、435、445および455の垂直
厚みが拡大されたという点を指摘しておく。同じ理由
で、層465および480および接点467の垂直厚み
もまた拡大した。
【0130】本発明の実施形態に従ってモジュール例を
一般的に述べてきたが、ここで、本発明によるモジュー
ルを構築する方法の一例を述べる。まず最初に、一次基
板411および上に配置されたさまざまな素子を構築す
る方法の例について記述し、次にバイア490を構築す
るための方法例について記述する。
【0131】図45(a)を参照すると、本発明による
方法例は、<1、0、0>の結晶配向および500μm
〜675μmの厚みをもつシリコン基板411′から始
まる。基板は、一例としては、一立方センチあたり(cm
-3)1×1018またはそれ以上のドープ剤原子濃度でn
型ドープ剤で均質にドープされてもよいし、または、別
の例としては、上部表面において導電性領域412を作
り上げるべくすでにドープ剤を中に注入または拡散させ
た上部表面を有するシリコン基板を含むこともできる。
最初の例では、0.01オーム−cmのバルク抵抗率を提
供するため、1cm-3あたり1×1018のドープ剤原子の
バルクドーピングが好ましい。第2の例では、前者のケ
ースで見られたものと同等の表面を提供すべく、ドープ
された層内のドーピングレベルおよびこの層の深さが選
択される。厚みおよびドープ剤レベルのさまざまな組合
せが可能であり、かかる組合せを1つ選択することは、
当業者に周知の程度である。
【0132】次に、キャパシタンス構造のための超薄誘
電体材料の層414が構成される。ここでは、より厚い
フィールド酸化物の領域415の内部に層414を構成
することにより、周辺の漏洩電流を低減させる好ましい
アプローチを示す。この好ましいアプローチにおいて
は、窒化ケイ素を含むマスク層514が被着され、パタ
ーン化されて、その後の最初の酸化段階で酸化マスクと
して作用する。パターン化は、半導体製造技術において
は周知のものであるフォトリソグラフィおよびエッチン
グプロセスによって達成できる。基板411′は、窒化
ケイ素層514が除去された場所でフィールド酸化物領
域415A、415Cおよび415Dを形成するよう
に、その後酸化されることになる。基板411′の表面
上に保持されるマスク層514の部分は、参照番号51
4Aおよび514Bとして図中に表わされている。その
後、層部分514Aおよび514Bにおいて誘電層41
4が形成される。従ってこのとき、マスク層514が形
成されパターン化された状態で、シリコン基板411′
は酸化段階にさらされ、マスク層514によってカバー
されていない基板411′の部分を二酸化ケイ素に酸化
することによって、フィールド酸化物領域415A−4
15Dを形成する。酸化段階は、フィールド酸化物が好
ましくは約1μmの厚みを持つように、実施される。半
導体製造技術において周知のように、好ましい厚みを達
成すべく、酸化温度および酸化時間の広範囲にわたる組
合せを使用することができ、かかる組合せの1つを選択
することは、当業者の技術範囲内に容易に入るものであ
る。
【0133】次に、基板411′の表面からマスク層5
14Aおよび514Bが除去され、10nm(100オ
ングストローム)と等価な約10nmの厚みを持つ二酸
化ケイ素の薄い誘電体層414を形成すべく、シリコン
基板411′が再び酸化段階にさらされる。その結果と
して得られる構造は、図45(b)に示される。半導体
製造技術では周知のとおり、好ましい厚みを達成するた
めには、酸化温度と酸化時間の広範囲の組合せを使用す
ることができ、かかる組合せの1つの選択は、当業者の
技術範囲内に容易に入るものである。この酸化段階は、
フィールド酸化物層415A−415Dに対し10nm
未満の厚みを付加する。このアプローチによると、薄い
酸化物層414からフィールド酸化物層415へのスム
ーズな遷移が薄い酸化物層の周縁部で行われ、こうし
て、周縁部におけるピンホールおよび漏洩電流の可能性
は減少する。
【0134】本発明による方法例における次の一般的段
階として、オーム接触418、第1の導電層421、第
2の導電層431およびそこに介在する誘電体層425
が形成される。これを達成する好ましい方法が本明細書
の中で開示されており、この方法は、裏面バイア490
と第1の導電層の相互接続を可能にし、かつ不良な酸化
物層414の検出を可能にする。好ましいアプローチ
は、オーム接触418の場所についてフィールド酸化物
層415内にウインドウを画定することから始まる。こ
れは、層415全体にわたりフォトレジスト層を形成す
ること、層415内のウィンドウを作るべき場所に重な
るフォトレジスト層内の部分を除去するため従来のフォ
トリソグラフィ方法によりフォトレジスト層をパターン
化すること、そしてその後ウィンドウを形成するため化
学エッチング剤で層415の露出された部分をエッチン
グすること、によって達成できる。これらの段階の結果
は、図45(C)(フォトレジスト層は除去された状態
で)に示されており、ここで酸化物層415内のウィン
ドウは、参照番号515Cによって示されている。
【0135】次に、導電層421は、図45(C)に示
された基板構造の上部表面全体にわたり、Nドープさ
れたポリシリコンの第1の副層を被着させ、その後ポリ
シリコン副層上にアルミニウムの副層を被着させること
によって形成される。これらの段階の各々は、それ自
体、半導体製造技術にとって周知のものであり、これら
の各段階を実施することは当業者の技術範囲内に入る。
本発明により提供される進歩性のある特徴は、これらの
段階の特別な順序にある。ウインドウ515Cにおける
N+ポリシリコン層の被着は、ポリシリコンと基板41
1′との間の界面においてオーム接触を作り上げる。そ
の後、第1の導電層421の特定の領域、つまりインス
タンス421A−421Dが、従来のフォトリソグラフ
ィおよびエッチング方法によって形成される。例えば、
完全に形成された層421全体にわたりフォトレジスト
層が形成され、その後、完全に形成された層421の部
分を露出するためにパターン化され、それに続いて、ア
ルミニウムを除去しその下にあるポリシリコンの部分を
露出するためアルミニウムエッチング剤で露出したアル
ミニウムがエッチングされ、その後、露出されたポリシ
リコン部分がポリシリコンエッチング剤でエッチングさ
れて除去され、最終的にインスタンス421A−421
Dが構成される。別の例としては、従来のリフトオフ技
術を使用することができる。結果として得られるパター
ン化された層421を見るためには、図45(d)を先
に参照されたい。
【0136】好ましい方法における次の段階は、第2の
誘電体層425を形成する段階、誘電体層425内にア
パーチャ422を形成する段階、そしてその後導電性材
料の本体で各アパーチャ422を充填する、第2の導電
層431を被着させる段階を含む。誘電体層425は、
ホスホシリケート(PSG)ガラス、ボロホスホシリケ
ート(BPSG)ガラス、TEOSガラス(テトラエチ
ルオキシシラン)のようなCVDで被着されたガラス、
被着された窒化ケイ素、ポリイミドおよびその他のポリ
マー誘電体層を含めた任意の数の誘電体材料を含み得
る。現在のところ、ポリイミドおよび被着ガラスが好ま
れている。従来のフォトリソグラフィおよびエッチング
段階により、アパーチャ422を形成することができ
る。さらに、いくつかのポリマー誘電体は、写真撮像可
能であり、化学線に誘電体材料を直接パターン露出し、
その後続けて材料を現像液にさらすことによりアパーチ
ャを画定することができる。次に、導電性材料本体43
2および第2の導電層431が形成される。本体432
および導電層431のために被着された材料のタイプ
は、前述の基準、すなわち各本体432の底面にある材
料は第1の導電層421の上面の材料とは異なりおよび
/または第2の導電層431の底面の材料とも異なるこ
と、という基準に従って選択される。これを達成するた
めには、本発明者の好ましいアプローチは、各アパーチ
ャ422の底面を充填し、各導電性本体432の底面部
分として役立つようにチタン基板が最初に被着されてい
る状態で、第1のチタン副層(Ti)および第2の銅副
層(Cu)として導電層431を被着させることによっ
て、本体432および第2の導電層431を同時に形成
することである。次に、従来のフォトリソグラフィおよ
びエッチング方法により、第2の導電層431がパター
ン化される。結果として得られた構造は図45(d)に
示される。
【0137】この段階で、本発明による2つのキャパシ
タンス構造が、図45(d)に示されている。第1のこ
のような構造は、共通の導電性領域412、厚いフィー
ルド酸化物インスタンス415Aおよび415Cにより
縁取られた薄い誘電体層414A、第1の導電層インス
タンス421Aおよび第2の導電層インスタンス431
Aを含んでなる。第2のキャパシタンス構造は、共通の
導電性領域412、厚いフィールド酸化物インスタンス
415Cおよび415Dにより縁どられた薄い誘電体層
414B、第1の導電層インスタンス421Bおよび第
2の導電層インスタンス431Bを含んでなる。
【0138】本発明による方法例における次の一般的段
階は、導電性領域412にメッキ除去電圧(すなわち陽
極電圧)が印加され、陽極バーにメッキ電圧(すなわち
陰極電圧)が印加されている状態で、導電層431のイ
ンスタンスをメッキ除去プロセスにさらすことにある。
メッキ除去プロセスは、任意の従来の電解メッキ溶液を
用いることができる。上部銅副層を含む導電層431で
は、メッキ溶液は、銅電解メッキ溶液を含み、陽極バー
は銅を含むものの陰極電位がそれに印加されている。メ
ッキ除去電圧が領域412に印加された状態でメッキ溶
液に導電層431のインスタンスを露出した場合、メッ
キ除去電圧は、あらゆる不良誘電体層414A、414
Bを通って、上に重なった導電層インスタンス421お
よび431上に結合することになる。従って、不良層4
14A、414Bの上に重なる導電層431のインスタ
ンスは、メッキ除去電圧の印加を受け、その銅副層のメ
ッキ除去を行うことになる。一例として、誘電体層41
4Bが、それを不良なものにするピンホールを持つもの
と仮定する。この場合、導電層インスタンス431Bの
銅副層は、図46(e)でその銅副層の輪郭を示す破線
により示されているように、メッキ除去が行われる。メ
ッキ除去プロセスの終点は、メッキ除去電流の実質的降
下により検出できる。代替的には、銅副層全てが確実に
除去されるのに充分な長さの、予め設定された時間を用
いることができる。メッキ除去段階に先立ち、基板の上
部表面は、キャパシタンス構造の第2の層インスタンス
421に電気的に結合されている層431の部分(イン
スタンス)のみを露出すべく、その後現像されるフォト
レジストマスクで被覆されている。このマスクは、電解
メッキ溶液の中に標準的に存在する酸から、基板のその
他の部分を保護している。フォトレジストマスクは、メ
ッキ除去段階の後で除去される(はがされる)。
【0139】メッキ除去段階の後、次に層インスタンス
431Bのチタン副層を、好ましくは第1の導電層42
1または誘電体層425をエッチングしない適当な化学
エッチング剤により、除去することができる。誘電体層
425が被着されたガラスを含み、第1の導電層421
がアルミニウムを含む場合、適切なチタンエッチング剤
は、ハロゲン塩化物(HCl)王水(HCl+HN
3)および硝酸(HNO3)である。誘電体層425が
ポリイミド材料を含む場合、これらエッチング剤、なら
びにフッ化水素酸および硝酸の組合せを使用することが
できる。
【0140】上述のプロセスは、図48(f)に示すよ
うに、第1の導電層421の下にあるインスタンス42
1Bを除去することなく、不良誘電体層414Bの上に
重なる第2の導電層431のインスタンス431Bの除
去を可能にする。この要領での第1の導電層421のイ
ンスタンス421Bの保存は、その後形成される層43
5、441、445、451および455の平坦性を改
善し、誘電体層425がその後の処理段階中に陥没する
のを防ぐ。
【0141】その後、図46(g)に示すように、モジ
ュール410の残りの層を形成することができる。ここ
で、第3の導電層441のインスタンス441Aが、第
2の導電層のインスタンス431A(良品のキャパシタ
ンス構造の一部分)と接触する垂直部分を持ち、また、
接触したインスタンス431Bを持つことになる垂直部
分をも有するが、その代わりに第2の誘電体層425の
上部表面上で終結することが分かる。こうして、第1の
導電層のインスタンス421Bは、基板の上部表面にあ
るパッド461Aに対し電気的に結合されないようにな
っている。
【0142】ここで、バイア490の形成について述べ
る。まず第1に、基板411′は、その厚みを200μ
m前後の値まで低減させるため、その下部表面で裏面ラ
ッピングされる。以下で説明する理由により、この段階
は、本発明の高密度バイア490を達成可能とする。ラ
ッピングされた下部表面は次に、硝化ケイ素を含む厚み
0.2μmの不動態化層520でコーティングされる。
結果として得られた基板は、参照番号411で示され、
薄肉化された基板411は脆いことから一時的な支持基
板611に取付けられる。これらの段階の結果が、図4
7(a)に示されている。後で有機溶剤で除去できる仮
接着剤層612により、一時基板611を基板411に
貼付けることができる。さらに、Arjavlingam et al に
対する米国特許第5,258,236号内に記述された仮
基板貼付けプロセスを使用することができる。
【0143】次の処理段階セットは、以下のとおりであ
り、図47(b)がこれらの段階の最終結果を示してい
る。裏面接点467を作るべき各場所で、硝化ケイ素層
520の中に、ウィンドウ522がプラズマエッチング
されている。このとき、基板411は、各ウィンドウ5
22の裏側シリコン基板411の一部分をエッチングす
る高温水酸化カリウム(KOH)エッチング剤にさらさ
れる。このエッチングは、ウィンドウ522とは反対側
のフィールド酸化物領域415Aおよび415Bの下面
の部分にエッチング剤が達するまで実施される。KOH
エッチング剤は、(510)および(511)面との関
係においてシリコン結晶構造の(500)面を優先的に
エッチングし、従って、54.7度で傾斜する側縁部を
作り出す。フィールド酸化物領域415Aまたは415
Dの下面で幅Wのウィンドウを形成するため、対応する
ウィンドウ522は、dを基板411の厚み(ラッピン
グの後)として、W+2・d・cot(54.7°)=
W+1.42・dの幅をもつように選択される。基板4
11を生成すべく基板411′を裏面ラッピングするこ
とにより、dの値は60%〜70%減少し、こうしてウ
ィンドウ522の幅は著しく減少し、このことはそれ自
体、基板411の与えられた領域全体にわたり、より多
くのウィンドウ522および対応するバイア490を形
成することを可能にする。次の段階として、その後マス
ク層520が(図47(b)に破線により示されている
ように)除去され、フィールド酸化物領域415Aおよ
び415Dの下面に新たに露出された部分は、プラズマ
エッチング剤が第1の導電層421Cおよび421Dの
ポリシリコン副層に達するまで(基板411内の新たに
形成されたアパーチャをマスクとして用いて)プラズマ
エッチングされる。シリコン全体にわたり二酸化ケイ素
を優先的にエッチングするためのプラズマガスが使用さ
れる。フィールド酸化物領域415Aは、領域415A
および415Bに分割され、フィールド酸化物領域41
5Dは、領域415Dと415Eとに分割される。次の
段階として、第1の導電層421Cおよび421Dのポ
リシリコン副層は、適当なプラズマガスを用いてプラズ
マエッチングされる。これらの段階の結果は、図47
(b)に示す。
【0144】次の処理段階セットは、以下のとおりであ
り、図48(c)がこれらの段階の最終結果を示してい
る。基板411の裏表面に不動態化層465が形成さ
れ、この層はまた、導電層421Cおよび421Dの露
出された下面部分およびフィールド酸化物領域415
A、415B、415Dおよび415Eの露出した側面
部分をもコーティングする。不動態化層465は好まし
くは蒸着されたパリレンを含み、好ましくは、約20μ
mの厚みを有する。裏面接点467が第1の導電層42
1Cおよび421Dと接触すべき場所で、孔が不動態化
層465を通してレーザーエッチングされ、その後、不
動態化層465は、レーザーエッチングプロセスが残し
た破片を除去すべく、プラズマクリーニングされる。次
に、好ましくは基板411の裏表面全体にわたりシード
メッキ層をまず被着させ、基板の裏表面全体にわたりレ
ジスト層(例えばRISTON)をラミネートし、裏面
接点467が形成されるべき領域の上に重なるウィンド
ウを中に形成すべくラミネートされたレジスト層をパタ
ーン化し、その後レジストウィンドウにより露出された
領域内にシード層全体にわたり付加的な導電性材料をメ
ッキすることによって、裏面接点467が形成される。
次に、レジスト層が除去され、メッキされた材料によっ
て被覆されていないシード層の部分が除去される。シー
ド層は好ましくは、スパッタリングされたクロムの薄層
(例えば厚み20nm(200オングストローム)から
40nm(400オングストローム))とそれに続くよ
り厚いスパッタリングされた銅層(例えば厚み0.1μ
m〜0.2μm)を含んでなる。シード層上にメッキさ
れた付加的な導電性材料は、好ましくは銅を含み、厚み
は約10μmである。シード層が、スパッタリングされ
たクロム上のスパッタリングされた銅を含む場合、シー
ド層は、共通の銅エッチング溶液のいずれかに対する短
時間の露出とそれに続く共通のクロムエッチング溶液
(例えばHCl、希H2SO4)のいずれかに対する短時
間の露出によって除去できる。銅エッチング溶液に対す
る短時間の露出はまた、接点467のメッキされた材料
をもエッチングし得るが、メッキされた材料の厚みがシ
ード層の厚みよりも実質的に大きいものであることか
ら、これはほとんど影響を及ぼさない。最終的に好まし
い段階として、無電解メッキプロセスにより銅全体にわ
たりニッケル薄層がメッキされ、無電解メッキプロセス
によりニッケル層全体にわたり金の薄層がメッキされ
る。
【0145】次の処理段階セットは以下のとおりであ
り、図48(d)がこれらの段階の最終的結果を示す。
二次基板470の上部表面に接着剤層480がボンディ
ングされる。バイア490が層480を通過できるよう
にするため、二次基板470のアパーチャ472の上に
重なる層部分480は、レーザー融触によって除去され
る。レーザー光は、基板470の下部表面からアパーチ
ャ472を通して導かれる。この要領で、基板470
は、マスクとして作用し、除去すべき接着剤層480の
部分のみにレーザー光を導く。層480内の自己整列パ
ターンが作られる。次の段階として、一次基板411が
最終的なサイズにダイシングされ、一時基板611から
除去され、接着剤層480上に取付けられ、かくして、
その下部表面が二次基板470の上部表面に対面する状
態で、二次基板470上にこの層をラミネートする。こ
れら3つの段階は、任意の順序で行うことができる。好
ましい実施形態においては、最初の2段階はいずれの順
序でも行われ、その後第3段階が続く。別の実施形態に
おいては、一次基板411から一時基板612がまず除
去され、次に二次基板上に基板411が取付けられ、最
後に基板411がサイズに合わせてダイシングされる。
接着剤層480は、好ましくはボンディングシートを含
む。ボンディングシートの例としては例えば、三菱BT
ボンディング膜BTF346、三菱LCP強化BTプリ
プレグGMPL−195、および信越エポキシボンディ
ングシートE31型〜E38型がある。これらの例の各
々は、中間B段階までゲル化されたエポキシを含む熱硬
化性ボンディングシートである。接着剤層480はま
た、新日鉄のポリイミドボンディングシートSPB−A
のようなポリイミドボンディングシートを含み得る。こ
れらの段階の結果は、図48(c)示されている。
【0146】次の段階として、はんだペーストが、二次
基板470のアパーチャ472内にスクリーニングさ
れ、次にリフローされて、導電層474と層421Cお
よび421Dとの間に電気的接続を作り上げる。はんだ
ペーストは一般に、リフローの間に蒸発し、かくして各
アパーチャ472内に形成された導電性の塊の体積を低
減させる揮発性キャリアを含む。体積の減少は、各アパ
ーチャ472が、基板の上部表面から基板の下部表面ま
で延びる導電層474をもたない場合、問題をひき起こ
す可能性がある。層474が上部表面から下部表面まで
延びていない場合、リフロー作業の前に、スクリーニン
グされたはんだペースト全体の上にリフローされたはん
だボールを置き、その後各はんだペースト本体全体の上
にはんだボールが設けられている状態で、はんだペース
トをリフローすることによって、付加的な体積を加える
ことができる。はんだ本体は、リフローされたはんだペ
ーストと融合し、はんだペースト内の揮発性成分の蒸発
によって失われた体積を補償する。このアプローチの結
果は、図44に示されている。本発明により構築された
実施形態においては、錫−銀(SnAg)はんだペース
トおよび錫−銀はんだボールが使用される。ただし、そ
の他のはんだを使用することも可能である。さらに、特
により低速(低周波数)の利用分野については、はんだ
の代わりに導電性接着剤を使用することもできる。
【0147】かくして、本発明の実施形態を実践するこ
とにより、不良コンデンサ320bから金属接点を除去
するコンデンサメッキ除去方法(図36および37参
照)が提供される。この方法においては、半導体基板3
00上にある数のコンデンサ320が形成される。コン
デンサ320上に金属接点が形成される。金属接点が層
を通って露出されるように、金属接点全体にわたり、フ
ォトレジスト層324がパターン化される。その後、結
果として得られた構造体は、電解槽の中に入れられ、不
良コンデンサ320b全体にわたる接点のメッキ除去を
行うことができる。例えば、不良コンデンサ320bが
短絡307を有する場合、電流は構造体および短絡30
7を通って流れ、メッキ除去ができる。良品のコンデン
サは絶縁層を有し、完全な回路の形成を防止してメッキ
除去を防止する。不良コンデンサ320b全体にわたる
接点を除去することにより、歩留まりを増大させること
ができる。
【0148】本発明の実施形態をさらに実践することに
より、チップパッケージ構造内に埋込まれた能動または
受動半導体デバイスを有するマルチチップモジュール
(MCM)を形成するための方法が提供される。本発明
のその他の実施形態は、MCMおよびそのあらゆるサブ
コンポーネント(例として図38〜42(b)を参照の
こと)に関する。例えば、図41は、CPUのための基
板を示す。基板は、銅/ポリイミド薄膜構造とセラミク
スキャリア(AIN)との間に配置されたシリコン層を
含む。シリコン層は、能動デバイスまたは受動デバイス
を含み得る。例えば、シリコン層は、電力分配系統内の
雑音をデカップリングするためにチップコンデンサを含
むことができる。
【0149】本発明を明細書においてはその特定の実施
形態に関して述べてきたが、以上の開示においては修
正、さまざまな変更および置換の自由があり、一部のケ
ースでは、本発明のいくつかの特徴は、その他の特徴を
対応して使用することなく利用でき、そのために、記載
された本発明の範囲および精神から逸脱することはな
い、ということがわかるだろう。従って、本発明の基本
的範囲および精神から逸脱することなく、本発明の教示
に対し特定の状況または材料を適合させるべく、多くの
修正を加えることが可能である。本発明は、それを実施
するための最良の態様として開示された特定の実施形態
に制限されるものではなく、特許請求の範囲内に入るあ
らゆる実施形態および等価物を含むことを意図されてい
る。
【0150】以上詳述した本発明の実施形態は以下の通
りである。
【0151】(付記1) 不良コンデンサのメッキ除去
方法において、半導体基板上に複数のコンデンサを形成
する段階と、該複数のコンデンサ上に複数の金属接点を
形成する段階と、該半導体基板上にフォトレジスト層を
被着させる段階と、該複数の金属接点を露出させるよう
に該フォトレジスト層をパターン化する段階と、導電性
溶液と露出された前記金属接点とを接触させる段階と、
不良コンデンサ上に配置された金属接点のメッキ除去を
行う段階と、を含んでなる方法。
【0152】(付記2) 前記不良コンデンサが、少な
くとも1つの短絡を有するコンデンサを含む付記1に記
載の方法。
【0153】(付記3) 能動または受動デバイスを含
むシリコン基板上に配置された第1の側面と第2の側面
を有する薄膜ポリマー相互接続構造を形成する段階と、
該薄膜相互接続構造の該第1の側面上にコンピュータチ
ップを取付ける段階と、を含んでなるマルチチップモジ
ュールの形成方法。
【0154】(付記4) 薄い半導体層を形成すべく半
導体基板の厚みを減少させ次に該薄い半導体層を通して
アパーチャを形成する段階をさらに含んでなる付記3に
記載の方法。
【0155】(付記5) 相互接続構造とは反対側で前
記半導体層上にセラミクスキャリアを被着させる段階を
さらに含んでなる付記3に記載の方法。
【0156】(付記6) 第1の側面および第2の側面
を有する薄膜ポリマー相互接続構造と、前記第1の側面
上に配置されたチップと、前記第2の側面上に直接配置
され、能動または受動デバイスを含む半導体層と、から
なるマルチチップモジュール。
【0157】(付記7) 前記能動デバイスがSRAM
を含み、前記受動デバイスがチップコンデンサを含んで
なる付記6に記載のマルチチップモジュール。
【0158】(付記8) 前記半導体層がさらに、該層
を通って延びるアパーチャを含んでなる付記6に記載の
マルチチップモジュール。
【0159】(付記9) 前記アパーチャにはんだが充
填される付記8に記載のマルチチップモジュール。
【0160】(付記10) 下部表面と、ドープ済み領
域を設けた上部表面とを有する基板と、該基板上部表面
上に設置されたオーム接触およびドープ済み領域全体に
わたり配置された第1の誘電体層と、上部表面および下
部表面を有し、前記第1の誘電体層に下部表面が隣接す
る該第1の誘電体層上に配置され、上部表面に配置され
た第1の導電性材料の副層を少なくとも有する第1の導
電性層と、該第1の導電性層上に配置された第2の誘電
体層と、該第2の誘電体層内に形成され、該第1の導電
層全体にわたり配置されてその一部分を露出させるアパ
ーチャと、該アパーチャを通して形成され、前記第1の
導電層の一部分に接して配置され、前記第1の導電層の
第1の導電性材料の副層に隣接して配置された第2の導
電性材料を含んでなり、該第2の導電性材料が前記第1
の導電性材料と異なる、導電性バイアと、上部表面およ
び下部表面を有し、下部表面が前記第2の誘電体層に隣
接する前記第2の誘電体層全体にわたり配置され、前記
第2の導電層が、前記導電性バイア全体にわたり配置さ
れたそのための部分を有している、第2の導電層と、を
含んでなるマルチチップモジュール基板。
【0161】(付記11) 前記第1の導電層がポリシ
リコンと、アルミニウムの上部層とを含んでなる付記1
0に記載のモジュール。
【0162】(付記12) ドープされた領域が、実質
的に前記基板の表面全体にわたって形成された上部ドー
プ層を含んでなる付記10に記載のモジュール。
【0163】(付記13) 前記基板が、1×10-18c
m-3以上のドーピングレベルを含み、ドーピングされた
領域が基板全体によって提供される付記10に記載のモ
ジュール。
【0164】(付記14) 前記第1の誘電体層が、酸
化ケイ素を含んでなる付記10に記載のモジュール。
【図面の簡単な説明】
【図1】基板アセンブリ上および導体パッド全体にわた
り配置された相似ポリマー相似層の側面立面図である。
【図2】(a)および(b)は、填隙ポリマーの被着後
の、図1の基板アセンブリの側面立面図である。
【図3】インピーダンス制御および接地平面がポリマー
CVD層全体にわたり被着された状態の代替的基板アセ
ンブリの側面立面図である。
【図4】(a)は、填隙ポリマーの被着後の、図3の基
板アセンブリの側面立面図であり、(b)は、基板アセ
ンブリ上および導体全体にわたる相似ポリマー相似層お
よび先に被着された層を伴う基板アセンブリの側面立面
図である。
【図5】無機または有機填隙層の被着後の、図1の基板
アセンブリの側面立面図である。
【図6】化学機械研磨およびさらなるビルドアップを容
易にするため、コンプライアンスをもつシーラント層を
提供すべく平坦化層を被着させた後の、図5の基板アセ
ンブリの側面立面図である。
【図7】その後のビルドアップ後の、図6の基板アセン
ブリの側面立面図である。
【図8】(a)は、図4(a)の基板アセンブリの一部
分の側面立面図であり、(b)は、図4(a)の基板ア
センブリの別の部分の側面立面図である。
【図9】低誘電率熱可塑性微粒子が被着された後の、図
1の基板アセンブリの側面立面図である。
【図10】熱処理後の図9の基板アセンブリの側面立面
図である。
【図11】もう一つの基板アセンブリとのビルドアップ
後の図10の基板アセンブリの側面立面図である。
【図12】(a)は、図4(b)の基板アセンブリの一
部分の側面立面図であり、(b)は、図4(b)の基板
アセンブリの別の部分の側面立面図である。
【図13】別の平坦化用低誘電率ポリマーの中に低誘電
率ポリマー微粒子の複合物を被着させた後の、図12
(a)の基板アセンブリの側面立面図である。
【図14】別の基板アセンブリとのビルドアップ後の、
図13の基板アセンブリの側面立面図である。
【図15】(a)は、図4(b)の基板アセンブリの部
分側面立面図であり、(b)は、図4(b)の基板アセ
ンブリの別の部分の側面立面図である。
【図16】その上面に熱可塑性低誘電率ポリマー膜を被
着させた後の、図15(a)の基板アセンブリの側面立
面図である。
【図17】熱処理後の、図16の基板アセンブリの側面
立面図である。
【図18】任意の平坦化層を被着させその後の連続層を
ビルドアップした後の、図16の基板アセンブリの側面
立面図である。
【図19】(a)は、基板支持金属パッドから分離され
たLSI基板アセンブリの側面立面図であり、(b)
は、パッド支持基板に結合された後のLSI基板アセン
ブリの側面立面図であり、(c)は、金属パッドに結合
された図19(b)のポストの一実施形態の部分的拡大
断面図であり、(d)は、金属パッドに結合された図1
9(b)のポストの別の実施形態の部分的拡大断面図で
ある。
【図20】(a)は、図19(a)の2つのアセンブリ
の別の実施形態の側面立面図であり、(b)は、互いに
結合された図20(a)の2つのアセンブリの側面立面
図であり、(c)は、金属パッドに結合された図20
(b)のポストの一実施形態の部分的拡大立面図であ
る。
【図21】(a)は、図19(a)の2つのアセンブリ
の別の実施形態の側面立面図であり、(b)は、互いに
結合された21(a)の2つのアセンブリ側面立面図で
あり、(c)は、互いに結合された図21(b)の2つ
のポストの拡大立面図である。
【図22】(a)は、図19(a)の2つのアセンブリ
の別の実施形態の側面立面図であり、(b)は、互いに
結合された図22(a)の2つのアセンブリの側面立面
図であり、(c)は、カップ部材に結合された図22
(b)のポストの拡大立面図であり、(d)は、カップ
部材から間隔どりされたワイヤ相互接続構造(例えばW
IT)の部分的斜視図である。
【図23】千鳥バイア構造を伴う多層回路構造の横断面
を示す図である。
【図24】(a)〜(d)は、積重ねられた導電性ポス
トを有する多層回路構造を形成するために用いられる多
層回路構造前駆体の横断面を示す図(その1)である。
【図25】(e)〜(h)は、積重ねられた導電性ポス
トを有する多層回路構造を形成するために用いられた多
層回路構造前駆体の横断面を示す図(その2)である。
【図26】(i)〜(l)は、積重ねられた導電性ポス
トを有する多層回路構造を形成するために用いられた多
層回路構造前駆体の横断面を示す図(その3)である。
【図27】(m)および(n)は、積重ねられた導電性
ポストを有する多層回路構造を形成するために用いられ
た多層回路構造前駆体の横断面を示す図(その4)であ
る。
【図28】積重ねられた導電性ポストを伴う多層回路構
造の横断面を示す図である。
【図29】多層回路構造アセンブリの別の実施形態の横
断面を示す図である。
【図30】(1)〜(4)は、各バイアが本発明のはん
だバンプの実施形態を支持した状態の複数の金属充填バ
イアを有する基板を形成するための製造プロセスを示す
図である。
【図31】はんだバンプの一実施形態の拡大断面図であ
る。
【図32】はんだバンプの別の実施形態の拡大断面図で
ある。
【図33】(1)〜(6)は、図29の多層回路構造ア
センブリを形成するためのプロセスフロー段階の一実施
形態を示す図である。
【図34】(1)〜(3)は、図29の多層回路構造ア
センブリを形成するためのプロセスフロー段階の別の実
施形態を示す図(その1)である。
【図35】(4)〜(8)は、図29の多層回路構造ア
センブリを形成するためのプロセスフロー段階の別の実
施形態を示す図(その2)である。
【図36】良品のコンデンサおよび短絡を伴う不良コン
デンサを支持する半導体基板アセンブリの側面立面図で
ある。
【図37】不良コンデンサをなくしてフォトレジストを
除去した後で、かつ誘電体層(例えばポリイミドコー
ト)を被着させた後の図36の基板アセンブリの側面立
面図である。
【図38】MCM基板アセンブリの側面立面図である。
【図39】スルーバイア形成後の図38のMCM基板ア
センブリの側面立面図である。
【図40】セラミクス(例えばAl,N)基板を結合さ
せた後でかつバイアホール内にSnAgペーストまたは
はんだボールを被着させた後の図39のMCM基板アセ
ンブリの側面立面図である。
【図41】シリコン基板を結合させた後の図40のMC
M基板アセンブリの側面立面図である
【図42】(a)は、高性能MCM基板アセンブリ用の
3Dスーパーチップの側面立面図であり、(b)は、図
42(a)の基板アセンブリの上部平面図である。
【図43】(a)は、8ウェイサーバー用の3Dスーパ
ークリップを有する代替アセンブリの側面立面図であ
り、(b)は、図43(a)の基板アセンブリの上部平
面図である。
【図44】本発明によるマルチチップモジュール基板の
実施形態の別の横断面図である。
【図45】(a)〜(d)は、本発明によるデカップリ
ングコンデンサを形成するためのさまざまな処理段階で
の本発明による一次基板を示す図(その1)である。
【図46】(e)〜(g)は、本発明によるデカップリ
ングコンデンサを形成するためのさまざまな処理段階で
の本発明による一次基板を示す図(その2)である。
【図47】(a),(b)は、本発明の実施形態による
デカップリングコンデンサを形成するためのさまざまな
処理段階での本発明による一次基板を示す図(その1)
である。
【図48】(c)〜(d)は、本発明の実施形態による
デカップリングコンデンサを形成するためのさまざまな
処理段階での本発明による一次基板を示す図(その2)
である。
【符号の説明】
10…基板 20…填隙材料 62…LSI基板 68…導電性カップ 122…コア構造 124…導電性領域 125…シード層 131…フォトレジスト層 132…アパーチャ 134…導電性ポスト 141…誘導体層 142…キャリア層 161…保護層 170…多層回路構造体 216…バイア 220…はんだバンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/04 (72)発明者 マーク トーマス マコーマック アメリカ合衆国,カリフォルニア 94550, リバーモア,ホワイト オーク プレイス 2356 (72)発明者 ウェン−チョウ ビンセント ワン アメリカ合衆国,カリフォルニア 95014, カペルティーノ,エドミントン ドライブ 18457 Fターム(参考) 5F038 AC03 AC05 AC15 AC17 AC18 BE07 CA12 CD14 EZ07 EZ11 EZ13 EZ14 EZ15 EZ16 EZ19 EZ20 5F043 AA26 DD14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不良コンデンサのメッキ除去を行うため
    の方法において、 該半導体基板上に複数のコンデンサを形成する段階と、 該複数のコンデンサ上に複数の金属接点を形成する段階
    と、 該半導体基板上にフォトレジスト層を被着させる段階
    と、 該複数の金属接点を露出させるように該フォトレジスト
    層をパターン化する段階と、 導電性溶液と露出された前記金属接点とを接触させる段
    階と、 不良コンデンサ上に配置された金属接点のメッキ除去を
    行う段階と、を含んでなる方法。
  2. 【請求項2】 能動または受動デバイスを含むシリコン
    基板上に配置された第1の側面と第2の側面を有する薄
    膜ポリマー相互接続構造を形成する段階と、 該薄膜相互接続構造の該第1の側面上にコンピュータチ
    ップを取付ける段階と、を含んでなるマルチチップモジ
    ュールの形成方法。
  3. 【請求項3】 薄い半導体層を形成すべく半導体基板の
    厚みを減少させ次に薄い該半導体層を通してアパーチャ
    を形成する段階をさらに含んでなる請求項2に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 第1の側面および第2の側面を有する薄
    膜ポリマー相互接続構造と、 前記第1の側面上に配置されたチップと、 前記第2の側面上に直接配置され、能動または受動デバ
    イスを含む半導体層と、 からなるマルチチップモジュール。
  5. 【請求項5】 下部表面と、ドープ済み領域を設けた上
    部表面とを有する基板と、 該基板上部表面上に設置されたオーム接触およびドープ
    済み領域全体にわたり配置された第1の誘電体層と、 上部表面および下部表面を有し、前記第1の誘電体層に
    下部表面が隣接する該第1の誘電体層の上に配置され、
    上部表面に配置された第1の導電性材料の副層を少なく
    とも有する第1の導電性層と、 該第1の導電性層全体にわたり配置された第2の誘電体
    層と、 該第2の誘電体層内に形成され、該第1の導電層全体に
    わたり配置されてその一部分を露出させるアパーチャ
    と、 該アパーチャを通して形成され、前記第1の導電層の一
    部分に接して配置され、前記第1の導電層の第1の導電
    性材料の副層に隣接して配置された第2の導電性材料を
    含んでなり、該第2の導電性材料が前記第1の導電性材
    料と異なる、導電性バイアと、 上部表面および下部表面を有し、下部表面が前記第2の
    誘電体層に隣接する前記第2の誘電体層全体にわたり配
    置され、前記第2の導電層が、導電性バイア全体にわた
    り配置されたそのための部分を有している、第2の導電
    層と、 を含んでなるマルチチップモジュール基板。
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JP2013171601A (ja) * 2012-02-20 2013-09-02 Dainippon Printing Co Ltd サスペンション用基板、サスペンション、ヘッド付サスペンション、ハードディスクドライブ、および、サスペンション用基板の製造方法
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JPWO2018037628A1 (ja) * 2016-08-23 2019-06-20 株式会社村田製作所 樹脂多層基板

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