JP2006501682A - 導電性電子部品およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

導電構造(100)のある実施態様は、第1の導電層(110)および第2の導電層(120)を有する。第2の導電層は、第1の導電層のほぼ全長にわたり、第1の導電層に接触している。第2の導電層は第1の導電層の上方にある。非導電層(130)は、第1の導電層および第2の導電層に接触している。電流は第1の導電層および第2の導電層を通じて伝搬する。

Description

本発明は一般に電子機器に関し、より詳細には、導電構造を有する電子部品および製造方法に関する。
電子部品性能に対する市場には、高速化および小型化を中心とした需要があり続けているため、設計者は、電子システムの部品寸法を増大することなく、それらの部品間および部品内での電子流を増大する方法を探求している。銅、金、アルミニウム、スズ、および銀などの導電性材料は、高伝導性および低電子流損失の特徴を有する。このため、そのような導電性材料は、電子部品内相互接続構造、電子部品間相互接続構造、および電子部品内の受動素子などの導電構造のための材料として、しばしば選択される。電子部品内相互接続構造の例には、単一層金属システムおよび複層金属システムがある。電子部品間相互接続構造の例には、ワイヤボンドがあり、受動素子の例には、誘導器、抵抗器、および変圧器がある。
導電構造は多くの場合において、約1ギガヘルツ(GHz)を越える高周波数で駆動される。しかしながら、高周波数では、電流分配すなわち導電構造を通じた電子伝送は、表皮効果による障害を受ける。表皮効果によって、電子は導電構造の表皮外側に向けて集中させ、導電構造の導電領域断面積は事実上減少する。このように表皮効果は、導電構造において、エネルギー効率および電子伝送の障害として作用する。
ワイヤボンドなどの導電構造における別の問題は、ワイヤボンドが誘導損失およびインピーダンスを有することである。ワイヤボンドにおける高損失は、特に高周波数では、信号を伝えるワイヤボンドの能力に有意に影響する。したがって、高損失を伴うワイヤボンドは、ワイヤボンドが部品間の相互接続構造として用いられ得る距離をおおいに限定する。さらに、電子部品に対して複数のグランドワイヤボンドが付加され得るが、そのような複数のグランドワイヤボンドを有するワイヤボンドのインピーダンスを制御することは、容易でない。
上述の表皮効果およびインピーダンスの問題は、導電構造における単位距離あたりの表面領域を増大することによって、そのような構造および平面的なインピーダンス制御構造における導電断面積を増大することで減少され得る。例えば、より幅広い金属層を用いて、この導電断面積における増大を達成することが可能であるが、部品寸法の増大、詳細にはより大きなフットプリントのための費用は有意である。したがって、電子部品のフットプリント寸法を増大させることなく導電断面積の増大した導電構造を有する電子部品に対する需要が存在する。
本明細書中に開示される本発明のある実施態様では、導電構造は第1の導電層と、第1の導電層のほぼ全長にわたり第1の導電層に接触している第2の導電層とを有する。第2の導電層は第1の導電層の上方にある。非導電層は、第1および第2の導電層のほぼ全長にわたり第1および第2の導電層に接触している。電流は、第1の導電層および第2の導電層を通じて同時に伝搬する。
本発明は、添付の図面の図と共に以下の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されるであろう。
平易かつ明瞭な図示のため、図面には一般的な様式の構造が図示されており、本発明を不必要に不明確にすることを回避するために、公知の特徴および技術の説明および詳細は省略される場合がある。さらに、図面における要素は必ずしも縮尺に応じて描かれていない。例えば、本発明の実施態様の理解を進めるために、図における要素のうちの幾つかの寸法は、他の要素に比べて誇張され得る。異なる図面における同一の参照番号は同一の要素を表す。
説明および請求項における、第1、第2、第3、第4などの語は、それらがある場合にも、類似の要素の間での区別のために用いられており、必ずしも特定の順序または時間的な順序を説明するために用いられていない。そのように用いられる語は、例えば、本明細書中で説明された本発明の実施態様が、本明細書中で図示または他の方法で説明された以外の順序で実施可能であるように、適切な状況の下で互換可能であることが理解されるべきである。
説明および請求項における、左、右、前、後、上、下、上方、下方などの語は、それらがある場合にも、図形描写の目的のために用いられており、必ずしも不変の相対位置を説明するために用いられていない。そのように用いられる語は、例えば、本明細書中で説明された本発明の実施態様が、本明細書中で図示または他の方法で説明された以外の配向で実施可能であるように、適切な状況の下で互換可能であることが理解されるべきである。本明細書中で用いられる、結合された、の語は、機械的または非機械的な手段によって直接的または間接的に接続された、と定義される。
図面、詳細には図1を参照すると、本発明の一実施態様によって形成される電子部品は、導電層110と、導電層110の上方の導電層120とを有する導電構造100を有する。積み重ねられた構造を用いて、導電構造100の表面領域を増大することによって、その支持基板の上方の導電構造100のフットプリントを増大することなく、導電構造100の導電断面積を増大することが可能となる。導電構造100は、チップ間およびチップ内接続を形成するために用いられてもよく、シリコンおよびガリウム砒素(GaAs)を含むウエハの上方に形成されてもよく、または高密度相互接続(HDI)有機、ガラス、セラミック、およびチップ−インレイ(Chip-Inlay)表面構造によって形成されるようなモジュールまたは基板の上方に形成されてもよい。チップ−インレイ表面構造の実施例は、図5に図示されている。導電構造100はまた、プリント回路基板上に形成されてもよい。この形成工程は、スッパタと、フォトリソグラフおよびエッチング工程、ステンシル印刷、および電気めっきを用いる蒸着とのうちの少なくとも1つを含む、公知の工程によって実施され得る。
導電層110は、1つまたはそれ以上の第1の導電性材料からなっていてもよく、導電層120は、1つまたはそれ以上の第2の導電性材料からなっていてもよい。第1および第2の導電性材料は、同一のまたは異なる導電性材料を含有し得る。例えば、導電層110および120は、銅、金、銀、アルミニウム、スズ、および別の金属のうちの少なくとも1つを含有してよい。代替では、それらはドープされたシリコンまたは導電性接着剤を含有してもよい。
導電層110および120のための特定の導電性材料は、他の要因に加えて、導電層110および120が配置される環境に基づいて選択され得る。例えば、導電層110は、導電層120に隣接した第2の層の特徴とは異なる接着性を有する第1の層に隣接し得る。そのような場合には、導電層110および120を形成する材料は、接着性および他の特性の両方に関して、それらのそれぞれの隣接層と良い調和を示すように選択されること
が可能である。
導電層120は、導電層110と電気的に結合されている。例えば、導電層120は、導電層110のほぼ全長にわたり、導電層110と隣接することが可能でありかつ接触する。より詳細には、導電層110と導電層120との間の導体−導体境界150は、その内部に実質的に間隙を有さない、実質的に平滑および連続的な境界を有する。導電層110は対称構造であり、導電層120もまた対称構造である。
非導電層130は、導電層110および導電層120と隣接しかつ接触する。図示されている実施態様では、導電層120は、導電層120内部の空洞140を画定する凹型構造を形成する。非導電層130は、空洞140内部に配置されて、導電層110および導電層120の間に位置する。導体−絶縁体境界160は非導電層130と導電層110および120との間に位置して、導体−絶縁体境界160は導電構造100のための追加の導電性表面領域を提供する。導電性表面領域の量は、従来の、導電構造のための導体単独の構造において利用可能であるであろう量より大きい。電子は追加の導電性表面領域を通じて伝搬し、導電構造100を通過して表皮効果の影響を減少する。
導体−導体境界150と同様に、導体−絶縁体境界160は、その内部に実質的に間隙を有さない、実質的に平滑および連続的な境界を有する。非導電層130と導電層110および120との間の境界を称して「絶縁体」の語を用いるにもかかわらず、非導電層130が、1つまたはそれ以上の非導電性材料を、その材料もまた絶縁体材料であるか否かを問わず含み得ることを、当業者は認めるであろう。例えば、非導電層130には、シリコンジオキサイド、シリコンナイトライド、テトラエチルオルトシリケート、シリコンオキシナイトライド、またはポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、ベンゾシクロブテン(BCB)、およびエポキシなどの他の低誘電材料が含まれ得る。
導電構造100は、一定時間に単一の電流または信号を伝える。導電構造100を通過する電流は、図1に方向「x」で示されているように、導電構造100の長寸法すなわち長さに沿って伝搬する。電流または信号の第1の部分は導電層110を通じて伝搬するのに対して、電流または信号の第2の部分は、電流または信号の第1および第2の部分が実質的に同時に導電構造100の末端の同一の所定の目的箇所に到達するように、導電層120を通じて伝搬する。したがって、電流または信号は導電層110および導電層120を通じて同時に通過または伝搬する。
この同時の通過または伝搬の例として、導電層110の所定の点を通過する電流または信号は、導電層120の対応する点を実質的に同時に通過する。さらに、電流または信号は、導電層110および120内部の対応する点の組毎に、実質的に同一の手法で通過する。導電層110および120において対応する点は、電流が導電層110および120の中に導かれる位置から実質的に等距離にある点である。上述の、電流または信号の同時の通過は、本明細書中でシーケンシャル電流(sequential current flow )として記載されるものとは区別されるべきである。本発明の説明において、シーケンシャル電流は、電流が第1および第2の導電層の対応する点を同時に通過しない状況として定義される。
導電層120は、側面部分170および側面部分180を有し、導電層110は、側面部分190および側面部分195を有する。図1の実施態様では、側面部分170は、導電層110および120のほぼ全長にわたり、側面部分190と隣接しかつ接触する。同様に、側面部分180は、導電層110および120のほぼ全長にわたり、側面部分195と隣接しかつ接触する。
図2を参照すると、導電構造200は、導電層110および導電層120に加えて、導
電層210を有する。導電層210は、導体−導体境界250によって導電層120から分離され、かつ、導電構造200のための最小限のフットプリントを維持することによって実現される利点を保持するように、導電層120の上方に配置されている。導電層210は対称構造であり、空洞240を有する。導電層200は、空洞240の中に非導電層230をさらに有する。非導電層230は、導電層210および120に接触し、かつ導電層230と導電層120および210との間の導体−絶縁体境界260を形成している。
非導電層230は、非導電層130のための材料と同一または異なる材料からなることが可能であり、導電層210は、導電層110および120のうちの少なくとも1つのための材料と同一または異なる材料からなることが可能である。導体−導体境界250および導体−絶縁体境界260は、それぞれ導体−導体境界150および導体−絶縁体境界160と、実質的に同様である。別の実施態様では、導電構造200は種々の用途のために、図示されていないが、追加の導電層および非導電層を有してもよい。中でも、費用、垂直すなわち高さ制約、および製造能力などを考慮することによって、電子部品の導電構造における導電層および非導電層の数は決定され得る。
図3には、導電構造の代替の実施態様が描かれている。図3の導電構造300は、非導電層330に接触し、かつ導体−導体境界350および導体−絶縁体境界360を形成する、導電層310および320を有する。非導電層330は、導電層320のリセス340中に配置される。導電層310は対称であるのに対して、導電層320は非対称であり、導電構造300において逆「C」字形状をなす。導電層310は側面部分390および395を有し、導電層320は側面部分370および380を有する。側面部分370は、導電層310および320のほぼ全長にわたり、側面部分390と隣接しかつ接触する。側面部分380および395は、互いに隣接しておらずかつ互いに接触していないが、側面部分380および395の各々は、導電層310および320のほぼ全長にわたり、非導電層330と隣接しかつ接触する。
代替の実施態様では、導電構造300は追加の導電および非導電層を有して「S」または「Z」字形状を形成することが可能であり、また導電構造300が他の形状を形成することも可能である。「S」および「Z」字形状の実施態様は、それぞれ図7および8に図示されている。3つ以上の導電層と2つ以上の非導電層とを有するある実施態様において、各非導電層は、任意の他の非導電層が延伸している側面によらず、導電構造のどちらの側面にも延伸し得ることも、また理解されるであろう。さらに、非導電層330は、導電構造300の他方の側面に延伸して、側面部分380および395ではなく側面部分370および390の間に位置し得ることを、当業者は認めるであろう。当業者はさらに、図1,2,3における導電構造100,200,300は、それぞれ、図示されている配向と比較して逆さまに形成されることも可能であることを認めるであろう。
図4には、本発明の一実施態様による伝送線400が描かれている。伝送線400は、伝送線400のための信号線として働く導電構造300を有する。別の実施態様では、伝送線400の導電構造は、それぞれ図1,2における導電構造100または200と同様であることが可能である。
図4において伝送線400はグランド線440を有する。グランド線440は、図示されている実施態様において、水平面内の導電構造300の両側に位置する導電構造である一対の立体を有する。グランド線440の他の実施態様もまた用いられ得る。例えば、グランド線440は、導電構造300の上方、下方、またはどちらかの側に位置する導電構造である単一の立体を有してもよい。さらに、グランド線440はまた、それぞれ図1,2,3における導電構造100,200,または300と同様であってもよい。
図4に図示されている伝送線400の実施態様では、グランド線440は水平面内の導電構造300の両側に配置されているが、本明細書中では、これをグランド−信号−グランド構造と称する。当業者には、伝送線400はグランド−信号−グランド構造以外の構造もまた有し得ることが理解されるであろう。例えば、ある実施態様では、伝送線400は水平面内に並んで位置する導電構造と単一のグランド線とを有してもよい。別の実施態様では、伝送線400は垂直面内でグランド線の上方に位置する導電構造を有してもよい。本明細書中では、この構造をマイクロストリップ構造という。伝送線400の他の実施態様もまた可能である。
図1,2,3,4の導電構造は、例えば集積回路(IC)と共に用いられる複層相互接続システムに、個別にまたは集合的に組込まれ得る。ある実施態様では、複層相互接続システムの最上層のみが、図1,2,3,または4に関連して説明されたものと同様の導電構造を有する。従来技術では、この最上層は、より下層に存在するものより長い導電セグメントからなっており、導電断面積の増大の必要を増している。しかしながら、他の実施態様では複層相互接続止システムの追加の層または全ての層が、そのような導電構造を有してもよい。図1,2,3,4の導電構造は、さらに、テープ自動ボンディング(TAB)において用いられるような導電リボン(ribbon)を形成するために用いられてもよい。
図5を参照すると、電子部品500は、導電構造100によって一体に結合されている、素子または電子部品510と素子または電子部品520とを有する。電子部品500は、本明細書中でチップ−インレイ表面構造と称されるものの例である。導電構造100は、電子部品510および520に取り付けられたボンディングパッド560に結合され得る。代替の実施態様では、電子部品510および電子部品520は、図1,2,3,4に描かれたものを含む、本明細書中で説明された任意の他の構造を有する導電構造によって、一体に結合され得ることは、理解されるであろう。複数の導電構造が部品実装構造530の上方に同時に形成されてもよい。
図5をさらに参照すると、電子部品500は、リセス540とリセス550とを有する、基板すなわち部品実装構造530をさらに有する。電子部品510はリセス540内に配置され、電子部品520はリセス550内に配置される。したがって、電子部品510および520は、部品実装構造530の「中に」あると考えられる。
例えば、電子部品510および520は各々、封止または未封止半導体チップであり得る。さらに、電子部品510は半導体基板の中および上方に集積回路511を有することが可能である。集積回路511はトランジスタなどの素子を有し、複層相互接続システム512をまた有する。同様に、電子部品520は半導体基板の中および上方に集積回路521を有することが可能である。集積回路521はトランジスタなどの素子を有し、複層相互接続システム522をまた有する。複層相互接続システム512および522は各々、図1,2,3,4の導電構造のうちの1つ以上を有することが可能である。
図1,2,3の導電構造には、誘導器、抵抗器、または変圧器などの受動素子の形態における用途もまた見出される。例えば誘導器の場合には、導電層および非導電層の組合せの結果として誘導される導電断面積の増大によって、誘導器における損失は減少される。誘導器における損失減少によって、誘導器の特性値(Q値)の増大が導かれ、最終的には、より効率的な素子が導かれる。当業者には、図1,2,または3の導電構造を用いて形成された誘導器では、約10μmの厚さの従来的な誘導器の金属層を有する必要はないことが理解されるであろう。代替で、1または2μmの厚さの従来的な金属層が用いられ得る。
図6は、本発明の一実施態様による、導電構造を有する電子部品を製造するための方法600を図示する流れ図である。方法600の第1のステップ610は、基板に素子を形成する。第2のステップ620は、基板の上方にあってかつ素子と電気的に結合されている、第1の導電層を形成する。方法600の第3のステップ630は、第1の導電層に接触している非導電層を形成する。方法600の第4のステップ640は、第1の導電層のある部分を露出するように、非導電層をパターン形成する。方法600の第5のステップ650は、第1の導電層の実質的に全長に沿って第1の導電層に接触している第2の導電層を形成する。
方法600は、電子部品製造の種々の層において実施され得る。例えば、方法600は、シリコンおよびGaAsでのフォトレジスト工程を含む、ウエハ上で実施されてもよい。方法600はまた、特に、めっき、ステンシル印刷、およびフォトレジスト工程を用いる、有機、セラミック、ガラス、およびチップ−インレイ表面を含む、基板層で実施されてもよい。
図7を参照すると、導電構造700は、非導電層330に接触し、かつ導体−導体境界350および導体−絶縁体境界360を形成する、導電層310および320を有する。導電構造700は、非導電層730に接触し、かつ導体−導体境界750および導体−絶縁体境界760を形成する、導電層710をさらに有する。図7に図示されている実施態様では、非導電層330および非導電層730は、導電構造700の対向する側面に位置する。したがって、図7に図示されているように、導電層310,320,および710は、導電構造700が断面において見られる時、「S」字形状を形成する。導電層310は対称であり、導電層320および710は非対称である。図8を参照すると、導電構造800は図7の導電構造700の鏡像を有する。したがって、導電層310,320,および710は、導電構造800が断面において見られる時、「Z」字形状を形成する。
本発明は特定の実施態様に関して説明されているが、本発明の精神または範囲から逸脱することなく種々の変更がなされ得ることが、当業者には理解されるであろう。そのような変更の種々の例は先述の説明において与えられている。さらに、別の例として、図1における導体−導体境界150および導体−絶縁体境界160と、図2における導体−導体境界250および導体−絶縁体境界260と、図3における導体−導体境界350および導体−絶縁体境界340とは、不連続であることが可能であり、かつその内部に間隙を有することが可能である。したがって、本発明における実施態様の開示は、本発明の範囲を例証することを意図したものであって、限定することを意図したものではない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって請求される範囲にのみ限定されるべきことが意図される。例えば、本明細書中で説明された導電構造が種々の実施態様において実施され得ること、および、それらの実施態様のうちのあるものにおける先述の説明は、必ずしも全ての可能な実施態様の完全な説明を表すものではないことは、当業者には直ちに明らかであろう。
さらに、長所、他の利点、および問題に対する解決法は、特定の実施態様に関連して説明されている。しかしながら、長所、利点、問題に対する解決法、および任意の要素、すなわち、任意の長所、利点、または解決法を生じ得るまたは明白となり得る要素は、任意または全ての請求項において、決定的な、必須の、または不可欠な特徴すなわち要素として構成されるものではない。さらに、「備える」、「含む」、「有する」およびこれらの語の任意の変化形では、一連の要素を含む工程、方法、物品、または装置が、それらの要素のみを含むのではなく、明示的には挙げられていない他の要素、すなわち、そのような工程、方法、物品、または装置に固有の他の要素を含み得るという、比限定的な包含を保護することを意図している。さらに、本明細書中で開示された実施態様および限定は、均等論の下では、その実施態様および限定のうちの少なくとも1つが、(1)請求項におい
て明示的には記載されておらず、かつ(2)均等論の下で請求項における明示的な要素および限定のうちの少なくとも1つであるか、または潜在的に均等物である場合には、公共の用に供せられていない。
本発明の一実施態様による導電構造の一部の断面を示す等角投影図。 本発明の別の実施態様による導電構造の一部の断面を示す等角投影図。 本発明の別の実施態様による導電構造の一部の断面を示す等角投影図。 本発明の別の実施態様による伝送線の一部の断面を示す等角投影図。 本発明の別の実施態様による、2つのチップ部品を共に結合する導電構造を有する部品実装構造の一部の断面図。 本発明の一実施態様による電子部品の製造方法を図示する流れ図。 本発明の別の実施態様による導電構造の一部の断面を示す等角投影図。 本発明の別の実施態様による導電構造の一部の断面を示す等角投影図。

Claims (10)

  1. 第1の導電層と、
    前記第1の導電層の上方の非導電層と、
    前記非導電層および前記第1の導電層の上方にあり、かつ前記第1の導電層と電気的に結合された、第2の導電層とを有する導電構造を有し、
    前記導電構造は、一定の長さの前記導電構造に沿って一定時間に単一の電流を伝えるべく形成されており、
    前記単一の電流の第1の部分は前記第1の導電層を通じて伝搬し、
    前記単一の電流の第2の部分は前記第2の導電層を通じて伝搬し、
    前記単一の電流の前記第1の部分および前記第2の部分は、実質的に同時に前記導電構造の末端の所定の目的箇所に到達する、導電性電子部品。
  2. 請求項1に記載の導電性電子部品において、
    前記導電構造は、
    前記第2の導電層の上方の第2の非導電層と、
    前記第2の非導電層および前記第2の導電層の上方にあり、かつ前記第2の導電層と電気的に結合された、第3の導電層とをさらに有し、
    前記単一の電流の第3の部分は前記第3の導電層を通じて伝搬し、
    前記単一の電流の前記第1の部分、前記第2の部分、および前記第3の部分は、実質的に同時に前記導電構造の前記末端の前記所定の目的箇所に到達する、導電性電子部品。
  3. 請求項1に記載の導電性電子部品において、
    伝送線をさらに有し、
    前記導電構造は前記伝送線における信号線である、導電性電子部品。
  4. 請求項3に記載の導電性電子部品において、
    前記伝送線は、前記伝送線におけるグランド線として、他の導電構造をさらに有し、
    前記他の導電構造は、
    第1の導電層と、
    前記第1の導電層の上方の非導電層と、
    前記非導電層および前記第1の導電層の上方にあり、かつ前記第1の導電層と電気的に結合された、第2の導電層とを有する、導電性電子部品。
  5. 導電性電子部品において、
    基板と、
    前記基板の上方の導電構造とを有し、前記導電構造は、
    第1の導電層と、
    前記第1の導電層のほぼ全長にわたり、前記第1の導電層に接触している第2の導電層と、
    前記第1の導電層および前記第2の導電層に接触している非導電層とを有し、
    電流は前記第1の導電層および前記第2の導電層を同時に通じて伝搬し、
    前記第2の導電層は前記第1の導電層の上方にある、導電性電子部品。
  6. 請求項5に記載の導電性電子部品において、
    前記非導電層は前記第1の導電層および前記第2の導電層の間にある、導電性電子部品。
  7. 請求項6に記載の導電性電子部品において、
    前記第1の導電層は、第1の側面部分および第2の側面部分を有し、
    前記第2の導電層は、第1の側面部分および第2の側面部分を有し、
    前記第1の導電層の前記第1の側面部分は、前記第1の導電層および前記第2の導電層のほぼ全長にわたり、前記第2の導電層の前記第1の側面部分に接触しており、
    前記第1の導電層の前記第2の側面部分は、前記第1の導電層および前記第2の導電層のほぼ全長にわたり、前記第2の導電層の前記第2の側面部分に接触している、導電性電子部品。
  8. 請求項6に記載の導電性電子部品において、
    前記第1の導電層は第1の導電性材料を含有し、
    前記第2の導電層は第2の導電性材料を含有し、
    前記第1の導電性材料は前記第2の導電性材料とは異なる、導電性電子部品。
  9. 請求項6に記載の導電性電子部品において、
    伝送線をさらに有し、
    前記導電構造は前記伝送線における信号線である、導電性電子部品。
  10. 第1の導電層と、前記第1の導電層に接触している非導電層とを有する、導電構造を形成するステップと、
    前記第1の導電層の上方の前記非導電層のある部分を保持する間に、前記第1の導電層のある部分を露出するため前記非導電層をパターン形成するステップと、
    前記第1の導電層のほぼ全長にわたり、前記非導電層の前記部分の上方にあり、かつ前記第1の導電層の前記部分と電気的に結合された、第2の導電層を形成するステップとを備え、
    電流は前記第1の導電層および前記第2の導電層を同時に通じて伝搬する、導電性電子部品の製造方法。
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