JP2007096232A - インターポーザ及び電子装置の製造方法 - Google Patents

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義克 石月
John David Baniecki
デイビット ベネキ ジョン
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Abstract

【課題】試験工程の簡略化を実現しうるインターポーザ及びそのインターポーザを用いた電子装置の製造方法を提供する。
【解決手段】複数の樹脂層より成る基材10と;基材10に埋め込まれ、下部電極20とキャパシタ誘電体膜22と上部電極24とを有する薄膜キャパシタ12と;基材10を貫き、薄膜キャパシタの上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極14bと;基材を貫き、薄膜キャパシタの下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極14aとを有するインターポーザであって、基材に埋め込まれ、複数の薄膜キャパシタの各々の上部電極に電気的に接続された配線48を更に有し、複数の第1の貫通電極が、配線を介して、複数の薄膜キャパシタの上部電極に電気的に接続されており、複数の第1の貫通電極が、配線により、互いに電気的に接続されている。
【選択図】 図1

Description

本発明は、インターポーザ及びそのインターポーザを用いた電子装置の製造方法に係り、特に、試験工程の簡略化を実現しうるインターポーザ及びそのインターポーザを用いた電子装置の製造方法に関する。
近時、マイクロプロセッサをはじめとするデジタルLSI(Large Scale Integrated circuit)等において、動作速度の高速化、低消費電力化が図られている。
GHz帯の高周波領域で、しかも低電圧でLSIを安定して動作させるためには、LSIの負荷インピーダンスの急激な変動等に起因して生ずる電源電圧変動を抑制するとともに、電源の高周波ノイズを除去することが極めて重要である。
従来は、回路配線基板上に実装されたLSI等の近傍に、デカップリングキャパシタを実装することにより、電源電圧変動の抑制や、高周波ノイズの除去を図っていた。デカップリングキャパシタは、回路配線基板と別個の基板を用いて構成されており、回路配線基板上に適宜実装されていた。
しかしながら、回路配線基板上に実装されたLSIの近傍にデカップリングキャパシタを実装する場合には、回路配線基板に形成された配線を介してLSIとデカップリングキャパシタとが電気的に接続されるため、配線の引き回しに起因する大きなインダクタンスが存在する。LSIとデカップリングキャパシタとの間に大きなインダクタンスが存在すると、電源電圧変動を十分に抑制することができず、高周波ノイズを十分に除去することができない。電源電圧変動の十分な抑制や高周波ノイズの十分な除去を図るためには、等価直列抵抗(ESR)、等価直列インダクタンス(ESL)を低減することが求められる。
そこで、LSIと回路配線基板との間に、キャパシタを内蔵したインターポーザを設ける技術が注目されている(特許文献1〜5)。
特開平4−211191号公報 特開平7−176453号公報 特開2001−68583号公報 特開2001−35990号公報 特開2002−83892号公報 特開2003−158239号公報 特許第3014383号公報 特開2003−282827号公報
しかしながら、提案されているインターポーザでは、薄膜キャパシタの特性を試験する際には、薄膜キャパシタに接続された各々の貫通電極にプローブを順次接触させて試験を行わなければならなかった。このため、提案されているインターポーザでは、短時間かつ低コストで試験を行うことが困難であった。
本発明の目的は、試験工程の簡略化を実現しうるインターポーザ及びそのインターポーザを用いた電子装置の製造方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されており、前記複数の第1の貫通電極が、前記配線により、互いに電気的に接続されていることを特徴とするインターポーザが提供される。
本発明の他の観点によれば、複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されているインターポーザを、基板上に形成する工程と、前記インターポーザを台座により支持する工程と、前記インターポーザを前記台座により支持した状態で前記基板を除去する工程と、前記インターポーザを他の基板上に実装する工程とを有することを特徴とする電子装置の製造方法が提供される。
本発明によれば、複数の薄膜キャパシタの各々の上部電極が配線により互いに電気的に接続されており、複数の貫通電極が配線を介して複数の薄膜キャパシタの上部電極に電気的に接続されており、複数の貫通電極が配線により互いに電気的に接続されているため、複数の貫通電極のうちのいずれかに試験装置のプローブを接続することにより、複数の薄膜キャパシタを一括して試験することができる。本発明によれば、薄膜キャパシタに接続された各々の貫通電極にプローブを順次接続して試験を行うことを要せず、複数の薄膜キャパシタを一括して試験することができるため、試験工程の簡略化を実現することができる。
また、本発明によれば、薄膜キャパシタの下面、上面及び側面が水素又は水分の拡散を防止するバリア膜により覆われているため、樹脂層等から放出される水素や水分等により薄膜キャパシタのキャパシタ誘電体膜が還元されるのを防止することができる。従って、本発明によれば、電気的特性の良好な薄膜キャパシタを有するインターポーザを提供することができる。
また、本発明によれば、導体プラグが導電性バリア膜を介して上部電極に接続されており、貫通電極が導電性バリア膜を介して下部電極に接続されているため、インターポーザの製造時やインターポーザの使用時に、導体プラグや貫通電極を介して、水素や水分が上部電極や下部電極に達するのを導電性バリア膜により防止することができる。このため、本発明によれば、薄膜キャパシタのキャパシタ誘電体膜が水素や水分により還元されるのをより確実に防止することができ、より電気的特性の良好な薄膜キャパシタを有するインターポーザを提供することが可能となる。
また、本発明によれば、インターポーザの基体が樹脂層のみにより構成されており、半導体基板等が基体として用いられていないため、貫通孔を形成することが困難な半導体基板等に貫通孔を形成することを要しない。このため、本発明によれば、インターポーザの製造コストを低減することが可能となる。
また、本発明によれば、基材として樹脂層のみが用いられたインターポーザを基板上に形成し、インターポーザを台座により支持した状態で基板を除去し、インターポーザを他の基板上に実装した後に台座を取り外すため、基材が樹脂層のみから成る場合であっても、インターポーザが変形するのを防止することができる。しかも、本発明によれば、熱剥離シートを用いてインターポーザを接着するため、インターポーザを台座により支持する必要がなくなった際には、インターポーザから台座を容易に取り外すことができる。従って、本発明によれば、信頼性の高い電子装置を低コストで容易に製造することができる。
[一実施形態]
本発明の一実施形態によるインターポーザ及びその製造方法、並びに、そのインターポーザを用いた電子装置及びその製造方法を図1乃至図18を用いて説明する。
(インターポーザ及び電子装置)
まず、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置を図1を用いて説明する。図1は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。図2は、本実施形態によるインターポーザの一部を示す平面図である。図3は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。図4は、本実施形態による電子装置を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態によるインターポーザは、積層された複数の樹脂層より成る基材10と、基材10に埋め込まれた複数の薄膜キャパシタ12と、基材10を貫き、薄膜キャパシタ12の下部電極20に電気的に接続された複数の貫通電極(ビア)14aと、基材10を貫き、薄膜キャパシタ12の上部電極24に電気的に接続された複数の貫通電極14bと、基材10を貫き、薄膜キャパシタ12から絶縁された信号用の貫通電極14cとを有している。
樹脂層26には、導電膜28a〜28cと、導電膜28a〜28c上に形成された部分電極30a〜30cとが埋め込まれている。導電膜28a〜28c及び部分電極30a〜30cは、それぞれ貫通電極14a〜14cの一部を構成するものである。導電膜28a〜28cは、後述するように、部分電極30a〜30cを形成する際の密着層として用いられたものである。導電膜28a〜28cは、例えば膜厚150nmのCr膜と膜厚250nmのCu膜とを順次堆積することにより形成されている。樹脂層26の材料としては、例えばポリイミド樹脂が用いられている。ポリイミド樹脂は、耐熱温度が300〜400℃と比較的高い樹脂である。樹脂層26の厚さは、例えば5μm程度とする。
導電膜28a〜28c及び部分電極30a〜30cが埋め込まれた樹脂層26上には、配線32a及び導電膜32b、32cが形成されている。配線32a及び導電膜32b、32cは同一導電膜を用いて構成されている。配線32a及び導電膜32bの材料としては、例えばCuが用いられている。配線32aは、薄膜キャパシタ12の下部電極20に電気的に接続される複数の貫通電極14を互いに電気的に接続するためのものである。
なお、薄膜キャパシタ12の下部電極20がベタ状に形成されている場合には、各々の薄膜キャパシタ12の下部電極20が下部電極20自体によって互いに電気的に接続されているため、かかる配線32aを設けることは要しない。
配線32a及び導電膜32b、32cが形成された樹脂層26上には、樹脂層34が形成されている。樹脂層34の材料としては、例えば、樹脂層26の材料と同様にポリイミド樹脂が用いられている。樹脂層26の厚さは、例えば5μm程度とする。
樹脂層34には、樹脂層26に埋め込まれた部分電極30a〜30cに対応して、部分電極36a〜36cが埋め込まれている。部分電極36a〜36cは、それぞれ貫通電極14a〜14cの一部を構成するものである。
部分電極36a〜36cが埋め込まれた樹脂層34上には、水素又は水分の拡散を防止する絶縁性のバリア膜(耐還元性保護膜)38が形成されている。かかるバリア膜38は、例えば樹脂層34等から放出される水素や水分によりキャパシタ誘電体膜22が還元されるのを防止するためのものである。バリア膜38としては、絶縁性の無機材料より成るバリア膜を用いる。具体的には、例えば、バリア膜38として酸化アルミニウム(アルミナ、Al)膜を用いる。酸化アルミニウムより成るバリア膜38の密度は、例えば2.6g/cm以上とすることが好ましい。バリア膜38の膜厚は、例えば100nm程度とする。
なお、ここでは、バリア膜38として酸化アルミニウム膜を用いる場合を例に説明したが、バリア膜38は酸化アルミニウム膜に限定されるものではない。水素や水分の拡散を防止しうる絶縁性の無機材料より成るバリア膜38を適宜用いることができる。
バリア膜38上には、下部電極20が形成されている。下部電極20としては、例えば、TiW膜(Ti−W合金膜)と、Pt膜とを順次堆積して成る積層膜が用いられている。かかるTiW膜におけるTiの組成比は例えば10%程度とする。TiW膜の膜厚は例えば50nmとし、Pt膜の膜厚は例えば200nmとする。TiW膜は、密着層として機能するものである。
薄膜キャパシタ12の下部電極20はベタ状に形成されている。このため、複数の薄膜キャパシタ12の下部電極20は、互いに電気的に接続されている。
なお、ここでは、薄膜キャパシタ12の下部電極20をベタ状に形成する場合を例に説明したが、各々の薄膜キャパシタ12の下部電極20を互いに分離してもよい。この場合には、各々の薄膜キャパシタ12の下部電極20を、配線32aにより互いに電気的に接続するようにすればよい。
下部電極20上には、キャパシタ誘電体膜22が形成されている。キャパシタ誘電体膜22の材料としては、高誘電率材料が用いられている。より具体的には、キャパシタ誘電体膜22の材料として、BaSr1−XTiO膜(以下、「BST膜」ともいう)が用いられている。キャパシタ誘電体膜22の膜厚は、例えば100nmとする。キャパシタ誘電体膜22の比誘電率は、例えば100程度である。キャパシタ誘電体膜22の誘電損失は、例えば1%以下である。
キャパシタ誘電体膜22上には、下部電極20に対向するように上部電極24が形成されている。上部電極24としては、例えば、膜厚200nmのPt膜が用いられている。
こうして、下部電極20とキャパシタ誘電体膜22と上部電極24とを有する薄膜キャパシタ12が複数形成されている。
薄膜キャパシタ12が形成されたバリア38上には、水素又は水分の拡散を防止するバリア膜(耐還元性保護膜)40が形成されている。かかるバリア40膜は、例えば樹脂層42等から放出される水素や水分によりキャパシタ誘電体膜22が還元されるのを防止するためのものである。バリア膜40としては、バリア膜38と同様に、例えば絶縁性の無機材料より成るバリア膜を用いる。具体的には、例えば、バリア膜40として酸化アルミニウム(アルミナ、Al)膜を用いる。酸化アルミニウムより成るバリア膜40の密度は、バリア膜38と同様に、例えば2.6g/cm以上とすることが好ましい。バリア膜40の膜厚は、例えば100nm程度とする。
なお、ここでは、バリア膜40として酸化アルミニウム膜を用いる場合を例に説明したが、バリア膜40は酸化アルミニウム膜に限定されるものではない。水素や水分の拡散を防止しうる絶縁性の無機材料より成るバリア膜40を適宜用いることができる。
バリア膜40上には、樹脂層42が形成されている。樹脂層42の材料としては、例えば、樹脂層34の材料と同様にポリイミド樹脂が用いられている。樹脂層34の厚さは、例えば5μm程度とする。
樹脂層34及びバリア膜40には、部分電極36a〜36cに達する開口部44a〜44cと、上部電極24に達する開口部44dとが形成されている。開口部44a、44d内には、水素又は水分の拡散を防止する導電性のバリア膜45a、45bが形成されている。かかる導電性バリア膜45a、45bは、インターポーザを製造する際やインターポーザを使用する際に、貫通電極14aや導体プラグ46dから薄膜キャパシタ12に水素や水分が拡散するのを防止するためのものである。導電性バリア膜45a、45bとしては、例えば非晶質のTaSiN膜を用いる。バリア膜45a、45bとして非晶質膜を用いているのは、多結晶膜の場合には、結晶粒界に沿って水素や水分が通り抜けてしまい、水素や水分の拡散を十分に防止し得ないためである。導電性バリア膜45a、45bの膜厚は、例えば100nm程度とする。
なお、ここでは、導電性バリア膜45a、45bとしてTaSiN膜を用いる場合を例に説明したが、導電性バリア膜45a、45bはTaSiN膜に限定されるものではない。水素や水分の拡散を防止しうる導電性の材料より成るバリア膜45a、45bを適宜用いることができる。例えば、導電性バリア膜45a、45bとして、TiN膜、TiAlN膜、IrO膜等を用いてもよい。
導電性バリア膜45aが形成された開口部44a内には、部分電極46aが埋め込まれている。導電性バリア膜45bが形成された開口部44d内には、導体プラグ46dが埋め込まれている。開口部46b内には、部分電極46bが埋め込まれている。開口部44c内には、部分電極46cが埋め込まれている。
樹脂層42上には、配線48が形成されている。配線48は、部分電極46b及び導体プラグ46dと一体に形成されている。部分電極46a〜46c、導体プラグ46d及び配線48の材料としては、例えばCuが用いられている。部分電極46a〜46cは、貫通電極14a〜14cの一部をそれぞれ構成するものである。また、導体プラグ46dは、配線48と上部電極24とを電気的に接続するためのものである。配線48は、複数の薄膜キャパシタ12の各々の上部電極24を互いに電気的に接続するとともに、複数の貫通電極14bを互いに電気的に接続するためのものである。
図2は、本実施形態によるインターポーザの一部を示す平面図である。なお、図1に示すインターポーザの断面は、図2におけるA−A′線断面に対応している。
図2に示すように、複数の薄膜キャパシタ12の各々の上部電極24に接続された複数の導体プラグ46dは、配線48により互いに電気的に接続されている。また、貫通電極14bを構成する複数の部分電極46bが、配線48により互いに電気的に接続されている。こうして、複数の薄膜キャパシタ12の全ての上部電極24が、複数の貫通電極14bの全てに電気的に接続されている。
なお、配線48をインターポーザ12の全面に張り巡らすように形成してもよいし、配線48を複数形成し、これら複数の配線48を他の配線50より互いに電気的に接続するようにしてもよい。図1は、配線48を複数形成し、複数形成した配線48を他の配線50により互いに電気的に接続する場合の例を示している。こうして、複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24は、配線48等により互いに電気的に接続される。換言すれば、複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24は、配線48等により、共通の電位に接続される。
部分電極46a〜46c、導体プラグ46d及び配線48が形成された樹脂層42上には、樹脂層52が形成されている。樹脂層52の材料としては、例えば、樹脂層42の材料と同様にポリイミド樹脂が用いられている。樹脂層52の厚さは、例えば5μm程度とする。
樹脂層52には、部分電極46a〜46cに対応するように部分電極54a〜54cが埋め込まれている。部分電極54a〜54cは、貫通電極14a〜14cの一部を構成するものである。
部分電極54a〜54cが埋め込まれた樹脂層52上には、配線50が形成されている。配線50は、複数形成された配線48を互いに電気的に接続するためのものである。
部分電極54a〜54c及び配線50が形成された樹脂層52上には、樹脂層56が形成されている。樹脂層56の材料としては、例えば、樹脂層52の材料と同様にポリイミド樹脂が用いられている。樹脂層56の厚さは、例えば5μm程度とする。
樹脂層56には、部分電極54a〜54cに対応するように部分電極58a〜58cが埋め込まれている。部分電極58a〜58cは、貫通電極14a〜14cの一部を構成するものである。
こうして、複数の樹脂層26、34、42、52、56により基体10が構成されている。基体10には、部分電極30a、36a、46a、54a、58a等より成る貫通電極14aが複数埋め込まれている。また、基体10には、部分電極30b、36b、46b、54b、58b等より成る貫通電極14bが複数埋め込まれている。また、基体10には、部分電極30c、36c、46c、54c、58c等より成る貫通電極14cが複数埋め込まれている。
複数の貫通電極14bは、配線48を介して互いに電気的に接続されている。複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24は配線48を介して互いに電気的に接続されているため、複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24は複数の貫通電極14bに電気的に接続されている。
複数の貫通電極14aは、複数の薄膜キャパシタ12の下部電極20に電気的に接続されている。複数の薄膜キャパシタ12の下部電極20は、ベタ状に形成されているか、又は、配線32aにより互いに電気的に接続されている。このため、複数の薄膜キャパシタ12の下部電極20は複数の貫通電極14aに電気的に接続されている。
複数の貫通電極14cは、薄膜キャパシタ12から絶縁されている。
基体10の下面側には、貫通電極14a〜14cに対応するように電極パッド60a〜60cが形成されている。電極パッド60a〜60cは、各々の貫通電極14a〜14cに接続されている。
電極パッド60a〜60cには、半田バンプ62が形成されている。
こうして本実施形態によるインターポーザ2が構成されている。
図3に示すように、インターポーザ2は、台座64(支持基板)により支持されている。
即ち、樹脂層56上には、熱剥離シート72を用いて台座64が接着されている。台座64としては、例えばガラス台座が用いられている。
熱剥離シート72は、例えばポリエステルフィルムより成る基材68と、基材68の一方の面に形成された熱剥離接着剤層70と、基材68の他方の面に形成された感圧粘着剤層66とを有している。熱剥離シート72は、常温においては、熱剥離接着剤層70が一般の感圧粘着剤層と同様に被着体に接着し、加熱すると、熱剥離接着剤層70が発泡し、接着面積の低下により熱剥離接着剤層70と被着体との接着力が低下して、熱剥離接着剤層70が被着体から剥離されるシートである。
熱剥離シート72のうちの感圧接着剤層66は台座64に接着されており、熱剥離シート72のうちの熱剥離接着剤層70は樹脂層56に接着されている。
本実施形態において、インターポーザ2を台座64により支持するようにしているのは、インターポーザ2の基材10が樹脂層26、34、42、52、56のみにより構成されており、インターポーザ2を何らかの硬質な手段により支持しないと、インターポーザ2が変形してしまうためである。
後述するように、インターポーザ2を基板4(図4参照)等に実装した後には、かかる基板4等によりインターポーザ2が支持されるため、インターポーザ2を支持していた台座64は不要となる。インターポーザ2を台座64により支持する必要がなくなった際には、インターポーザ2から台座64を容易に外すことができるよう、台座64は熱剥離シート72を用いてインターポーザ2に接着されている。
図4は、本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置を示す断面図である。
図4に示すように、本実施形態によるインターポーザ2は、例えば、回路基板(パッケージ基板)4と半導体集積回路素子6との間に配される。
回路基板4は、多層配線(図示せず)が埋め込まれた基板74と、基板74上に形成された電極パッド76とを有している。電極パッド76は、基板74に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。
インターポーザ2の電極パッド60a〜60cと回路基板4の電極パッド76とは、半田バンプ62により互いに電気的に接続されている。
半導体集積回路素子6は、半導体基板78と、半導体基板78の一方の主面側(インターポーザ2に対向する側の面)に形成された電極パッド80と、電極パッド80の一の面(インターポーザ2に対向する側の面)に形成された半田バンプ82とを有している。半導体基板78としては、例えばシリコン基板が用いられている。半導体基板78には、電子回路素子(図示せず)を含む集積回路(図示せず)が形成されている。かかる電子回路素子が形成された半導体基板78には、複数の層間絶縁膜(図示せず)及び配線層(図示せず)からなる多層配線構造(図示せず)が形成されている。かかる多層配線構造により、電子回路素子間が電気的に接続されている(図示せず)。複数層に亘って形成されている配線のうちのいずれかは、電極パッド80に接続されている。
半導体集積回路素子6の電極パッド80とインターポーザ2の貫通電極14a〜14cとは、半田バンプ82により互いに電気的に接続されている。
こうして本実施形態によるインターポーザ2を用いた電子装置が構成されている。
本実施形態によるインターポーザ2は、複数の薄膜キャパシタ12の各々の上部電極24を互いに電気的に接続する配線48が基材10に埋め込まれており、複数の貫通電極14bが配線48を介して複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24に電気的に接続されており、複数の貫通電極14bが配線48により互いに電気的に接続されていることに主な特徴の一つがある。
本実施形態によれば、複数の薄膜キャパシタ12の各々の上部電極24が配線48により互いに電気的に接続されており、複数の貫通電極14bが配線48を介して複数の薄膜キャパシタ12の上部電極24に電気的に接続されており、複数の貫通電極14bが配線48により互いに電気的に接続されているため、複数の貫通電極14bのうちのいずれかに試験装置のプローブを接続することにより、複数の薄膜キャパシタ12を一括して試験することができる。本実施形態によれば、薄膜キャパシタ12に接続された各々の貫通電極にプローブを順次接続して試験を行うことを要せず、複数の薄膜キャパシタ12を一括して試験することができるため、試験工程の簡略化を実現することができる。本実施形態によれば、試験工程を簡略化し得るため、インターポーザ2の低コスト化に寄与することができる。
また、本実施形態によるインターポーザ2は、薄膜キャパシタ12の下面、上面及び側面が水素又は水分の拡散を防止するバリア膜38、40により覆われていることにも主な特徴の一つがある。
本実施形態によれば、かかるバリア膜38、40により薄膜キャパシタ12が覆われているため、樹脂層34、42等から放出される水素や水分等により薄膜キャパシタ12のキャパシタ誘電体膜22が還元されるのを防止することができる。従って、本実施形態によれば、電気的特性の良好な薄膜キャパシタ12を有するインターポーザ2を提供することができる。
また、本実施形態によるインターポーザは、導体プラグ46dが導電性バリア膜45bを介して上部電極24に接続されており、貫通電極14aが導電性バリア膜45aを介して下部電極20に接続されていることにも主な特徴の一つがある。
本実施形態によれば、導体プラグ46dと上部電極24との間に導電性バリア膜45bが形成されており、貫通電極14aと下部電極20との間に導電性バリア膜45aが形成されているため、インターポーザの製造時やインターポーザの使用時に、導体プラグ46bや貫通電極46aを介して、水素や水分が上部電極24や下部電極20に達するのをバリア膜45a、45bにより防止することができる。このため、本実施形態によれば、薄膜キャパシタ12のキャパシタ誘電体膜22が水素や水分により還元されるのをより確実に防止することができ、より電気的特性の良好な薄膜キャパシタ12を有するインターポーザ2を提供することが可能となる。
また、本実施形態によるインターポーザは、基体10が樹脂層26、34、42、52、56のみにより構成されており、半導体基板等が基体10として用いられていないことにも主な特徴の一つがある。
インターポーザの基体として半導体基板等を用いる場合には、半導体基板に貫通孔を形成することが容易ではない。このため、基体として半導体基板等を用いる場合には、インターポーザの低コスト化を図ることは困難である。
これに対し、本実施形態では、基体10が樹脂層26、34、42、52、56のみにより構成されているため、基体10を構成する樹脂層26、34、42、52、56に貫通孔を形成することが極めて容易である。このため、本実施形態によれば、インターポーザの低コスト化を実現することが可能となる。
このようなインターポーザを用いて電子装置が構成されているため、本実施形態によれば、電子装置の低コスト化を図ることができ、また、電気的特性の良好な電子装置を提供することができる。
(インターポーザ及び電子装置の製造方法)
次に、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を図5乃至図18を用いて説明する。図5乃至図18は、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図である。
図5(a)に示すように、半導体基板84を用意する。半導体基板84としては、チップサイズに切断されていない状態の半導体基板84、即ち、ウェハ状態の半導体基板84を用意する。半導体基板84の材料としては、例えばシリコン基板を用いる。半導体基板84の厚さは、例えば0.6mmとする。
次に、例えばスパッタリング法により、半導体基板84上に、Cr膜とCu膜とを順次堆積して成る積層膜を形成する。Cr膜の膜厚は例えば150nmとし、Cu膜の膜厚は例えば250nmとする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、積層膜をパターニングする。こうして、積層膜より成る導電膜28a〜28cが形成される。
次に、例えばスピンコート法により、半導体基板84上に樹脂層26を形成する。樹脂層26の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。
かかる樹脂層26は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、半導体基板84上にポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば1000rpm、30秒とする。この後、樹脂層26に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば90℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層26に、開口部86を形成する。開口部86は、貫通電極14a〜14cの一部となる部分電極30a〜30cをそれぞれ埋め込むためのものである。
次に、樹脂層26に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。こうして、厚さが例えば5μm程度の樹脂層26が得られる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜(図示せず)に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、樹脂層26に形成された開口部86に対応するように形成する。
次に、電気めっき法により、開口部86内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは、例えば6μm程度とする。こうして、開口部86内に、めっき膜より成る部分電極30a〜30cがそれぞれ形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図5(b)参照)。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜(図示せず)に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、配線32a及び導電膜32b、32cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは、例えば6μm程度とする。こうして、開口部内に、めっき膜より成る配線32a及び導電膜32b、32cがそれぞれ形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図5(c)参照)。
次に、配線32a及び導電膜32b、32cの周囲に表出しているシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、配線32aや導電膜32b、32cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、配線32aや導電膜32b、32cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、配線32aや導電膜32b、32cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、樹脂層34を形成する。樹脂層34の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。
かかる樹脂層34は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、ポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば1000rpm、30秒とする。この後、樹脂層34に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば90℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層34に、開口部88を形成する。開口部88は、貫通電極14a〜14cの一部となる部分電極36a〜36cをそれぞれ埋め込むためのものである。
次に、樹脂層34に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。こうして、厚さが例えば5μm程度の樹脂層34が得られる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜(図示せず)に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、樹脂層34に形成された開口部88に対応するように形成する。
次に、電気めっき法により、開口部88内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部88内に、めっき膜より成る部分電極36a〜36cがそれぞれ形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図5(d)参照)。
次に、樹脂層34上に存在しているシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。
次に、図6(a)に示すように、全面に、例えばスパッタリング法により、水素又は水分の拡散を防止するための絶縁性のバリア膜(耐還元性保護膜)38を形成する。絶縁性のバリア膜38としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。酸化アルミニウムより成るバリア膜38における密度は、例えば2.6g/cm以上とすることが好ましい。このように比較的高い密度のバリア膜38を形成するのは、樹脂層34から放出される水素や水分をバリア膜により確実に遮断するためである。バリア膜38の膜厚は、例えば100nm程度とする。
酸化アルミニウムより成るバリア膜38を形成する際の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば80℃とする。印加電力は、例えば500Wとする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.1Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば5:1とする。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、TiW膜(Ti−W合金膜)と白金(Pt)膜とを順次積層して成る導電膜20を形成する。かかる導電膜20は、薄膜キャパシタ12の下部電極20となるものである。TiW膜は、密着層として機能するものである。TiW膜の膜厚は、例えば50nmとする。Pt膜の膜厚は、例えば200nmとする。
TiW膜を成膜する際には、DCスパッタ装置を用い、基板バイアスを印加しながらスパッタリングを行うことが望ましい。TiW膜を成膜する際に基板バイアスを印加するのは、以下のような理由によるものである。即ち、TiW膜を単に形成した場合には、膜応力が非常に大きいTiW膜が形成される場合がある。TiW膜における膜応力の方向が、樹脂層34における膜応力の方向に対して反対方向である場合には、樹脂層34にクラック等が生じる虞がある。一方、基板バイアスを印加しながら、スパッタリング法によりTiW膜を形成した場合には、TiWの結晶粒の成長が促進され、膜応力の小さいTiW膜を形成することが可能となる。そこで、本実施形態では、基板バイアスを印加しながらスパッタリング法によりTiW膜を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜20を所定の形状にパターニングする。具体的には、貫通電極14a〜14cを形成するための開口部90を、導電膜20に形成する。ベタ状の導電膜20は、パターニング後においても全体としてベタ状のままとなる。下部電極20を構成する導電膜がベタ状に形成されているため、複数の薄膜キャパシタ12の下部電極20は互いに電気的に接続された状態となる。
なお、ここでは、下部電極20を構成する導電膜をベタ状に形成する場合を例に説明したが、下部電極20をベタ状に形成しなくてもよい。例えば、互いに分離された下部電極20が形成されるように、導電膜20をパターニングしてもよい。この場合には、複数の下部電極20を、配線32aをにより互いに電気的に接続すればよい。
こうして、図6(b)に示すように、薄膜キャパシタ12の下部電極20が形成される。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜22を形成する。かかるキャパシタ誘電体膜22としては、例えば、BaSr1−XTiO(BST)膜を形成する。BSTは、比較的大きな比誘電率(バルクでは1500程度)が得られ、小型で大容量の薄膜キャパシタを実現するのに有効な材料である。キャパシタ誘電体膜22の膜厚は例えば100nmとする。
BSTより成るキャパシタ誘電体膜22を成膜する際の条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば200℃とする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.1Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば4:1とする。印加電力は、例えば500Wとする。成膜時間は、例えば30分とする。このような条件でBSTより成るキャパシタ誘電体膜22を形成すると、比誘電率が100程度、誘電損失が1%以下の良好な電気的特性を有するキャパシタ誘電体膜22が得られる。
なお、ここでは、キャパシタ誘電体膜22としてBST膜を形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜22の材料はBST膜に限定されるものではない。高誘電率材料より成るキャパシタ誘電体膜22を適宜形成すればよい。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ誘電体膜22を所定の形状にパターニングする。キャパシタ誘電体膜22をパターニングする際には、例えばアルゴンイオンミリング法を用いる。
こうして、図6(c)に示すように、薄膜キャパシタ12のキャパシタ誘電体膜22が形成される。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜22上に、例えばPtより成る導電膜24を形成する。導電膜24は、薄膜キャパシタ12の上部電極24となるものである。導電膜24の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜24を所定の形状にパターニングする。導電膜24をパターニングする際には、例えばアルゴンイオンミリング法を用いる。こうして、導電膜より成る上部電極24が形成される。
こうして、下部電極20とキャパシタ誘電体膜22と上部電極24とを有する複数の薄膜キャパシタ12が形成される(図7(a)参照)。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、水素又は水分の拡散を防止するための絶縁性のバリア膜(耐還元性保護膜)40を形成する(図7(b)参照)。絶縁性のバリア膜40としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。酸化アルミニウムより成るバリア膜40における密度は、バリア膜と同様に、例えば2.6g/cm以上とすることが好ましい。このように比較的高い密度のバリア膜40を形成するのは、後工程で形成される樹脂層42等から放出される水素や水分をバリア膜40により確実に遮断するためである。バリア膜40の膜厚は、例えば100nm程度とする。バリア膜40の成膜条件は、例えば、上述したバリア膜38の成膜条件と同様とする。
次に、全面に、樹脂層42を形成する。樹脂層の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。
かかる樹脂層42は、例えば以下のようにして形成することができる。
まず、スピンコート法により、全面に、シランカップリング剤を塗布する。シランカップリング剤としては、例えば、アミノプロピルトリエトキシシラン(NH(CHSi(OCH)を用いる。シランカップリング剤を塗布する際の条件は、例えば1500rpm、30秒とする。
次に、ホットプレートを用いて熱処理を行うことにより、シランカップリング剤を硬化(キュア)させる。熱処理温度は、例えば90℃とする。
次に、感光性のポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば1500rpm、30秒とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層42に開口部44a〜44dを形成する。開口部44a〜44dは、貫通電極14a〜14cの一部となる部分電極46a〜46cを埋め込むものであり、部分電極36a〜36cに達するように形成する。開口部44dは、導体プラグ46dを埋め込むためのものであり、薄膜キャパシタ12の上部電極24に達するように形成する(図8(a)参照)。
次に、樹脂層42に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層42の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、水素又は水分の拡散を防止するための導電性のバリア膜を形成する。かかる導電性バリア膜は、後工程において貫通電極14a〜14cを形成する際や完成したインターポーザ2を使用する際等に、貫通電極14a〜14cから薄膜キャパシタ12に水素や水分が拡散するのを防止するためのものである。導電性バリア膜としては、例えば非晶質のTaSiN膜を形成する。導電性バリア膜として非晶質膜を形成するのは、多結晶膜の場合には、結晶粒界に沿って水素や水分が通り抜けてしまい、水素や水分の拡散を十分に防止し得ないためである。導電性のバリア膜の膜厚は、例えば100nm程度とする。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜をパターニングする。フォトレジスト膜をパターニングする際には、開口部44a内及び開口部44d内にフォトレジスト膜が残るように、フォトレジスト膜をパターニングする。
次に、フォトレジスト膜をマスクとして、導電性バリア膜をエッチング除去する。この後、フォトレジスト膜を除去する。
こうして、図8(b)に示すように、開口部44a内に導電性バリア膜45aが形成され、開口部44d内に導電性バリア膜45bが形成される。
なお、ここでは、導電性バリア膜45a、45bの材料としてTaSiN膜を用いる場合を例に説明したが、導電性バリア膜45a、45bはTaSiN膜に限定されるものではない。水素や水分の拡散を防止しうる導電性の材料より成るバリア膜45a、45bを適宜用いることができる。例えば、導電性バリア膜45a、45bとして、TiN膜やTiAlN膜等を用いてもよい。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、導体プラグ46d、部分電極46a〜46c及び配線48を形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部内に、めっき膜より成る導体プラグ46d、部分電極46a〜46c及び配線48が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図9(a)参照)。
次に、導体プラグ46d、部分電極46a〜46c及び配線48の周囲に表出しているシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。
次に、全面に、樹脂層52を形成する。樹脂層52の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。かかる樹脂層52は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、感光性のポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば1500rpm、30秒とする。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層52に開口部92a〜92cを形成する。開口部92a〜92cは、部分電極54a〜54cを埋め込むものであり、部分電極46a〜46cに達するように形成する。
次に、樹脂層52に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層52の膜厚は、例えば3μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、部分電極54a〜54c及び配線50を形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部92a〜92c内にめっき膜より成る部分電極54a〜54cが形成されるとともに、樹脂層52上に配線50が形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図9(b)参照)。
次に、部分電極54a〜54cの周囲に表出しているシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。
次に、全面に、樹脂層56を形成する。樹脂層56の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。かかる樹脂層56は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、感光性のポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば1500rpm、30秒とする。次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層56に開口部を形成する。開口部94a〜94cは、部分電極58a〜58cを埋め込むものであり、部分電極54a〜54cに達するように形成する。
次に、樹脂層56に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層56の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術により、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。かかる開口部は、部分電極58a〜58cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部94a〜94c内にめっき膜より成る部分電極58a〜58cが形成される。この後、フォトレジスト膜を剥離する(図10参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。
次に、図11(a)に示すように、台座(支持基板)64を用意する。台座64としては、例えばガラス台座を用いる。台座64は、後述する工程において半導体基板84を研磨等により除去する際に、インターポーザ2を支持するためのものである。
次に、図11(b)に示すように、台座64上に、熱剥離シート72を接着する。熱剥離シート72は、上述したように、例えばポリエステルフィルムより成る基材68と、基材68の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層66と、基材68の他方の主面に形成された感圧粘着剤層70とを有している。熱剥離シート72は、上述したように、常温においては、熱剥離接着剤層70が一般の感圧粘着剤層と同様に被着体に接着し、加熱すると、熱剥離接着剤層70が発泡し、接着面積の低下により熱剥離接着剤層70と被着体との接着力が低下して、熱剥離接着剤層70が被着体から剥離されるシートである。かかる熱剥離シート72としては、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート72を台座上に接着する際には、熱剥離シート72のうちの感圧粘着材層66側を台座64に接着させる(図11(c)参照)。
次に、図12に示すように、半導体基板84と台座64とを対向させる。この際、熱剥離シート72の熱剥離接着剤層70と樹脂層56とが互いに近接するように、半導体基板84と台座64とを対向させる。
次に、図13に示すように、熱剥離シート72の熱剥離接着剤層66と樹脂層56とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板84の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板84を研磨する。この際、半導体基板84を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが、導電膜28a〜28c等に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ硝酸を用い、樹脂層26の下面側(樹脂層34に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板84をエッチング除去する。
こうして、導電膜に過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板84が除去される(図14参照)。
次に、樹脂層26の一方の面(樹脂層34に接する面とは反対側の面)に、例えばスパッタリング法により、Ni膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、かかるシード層が形成された樹脂層26上の全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜(図示せず)を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜に開口部(図示せず)を形成する。開口部は、電極パッド60a〜60cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部内に、例えばNiより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば4μm程度とする。こうして、開口部内に、めっき膜より成る電極パッド60a〜60cがそれぞれ形成される。
次に、フォトレジスト膜を剥離する。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。
次に、電気めっき法により、電極パッド60a〜60cの一の面(導電膜28a〜28cに接する面とは反対側の面)に、例えばSn系はんだよりなる半田バンプ62を形成する。
こうして、本実施形態によるインターポーザ2が製造される(図15参照)。
次に、回路基板(パッケージ基板)4を用意する。回路基板4は、多層配線(図示せず)が埋め込まれた基板74と、基板74上に形成された電極パッド76とを有している。電極パッド76は、基板74に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。
次に、台座64により支持されたインターポーザ2と回路基板4とを対向させる。この際、インターポーザ2の半田バンプ62と回路基板4の電極パッド76とが互いに近接するように、インターポーザ2と回路基板4とを対向させる。
次に、フリップチップボンディングにより、インターポーザ2の半田バンプ62を回路基板4の電極パッド76に接合する。こうして、回路基板4上にインターポーザ2が実装される。半田バンプ62を電極パッド76に接合する際には、半田バンプ62を溶解するのに必要な熱処理が行われる。熱処理温度は、例えば160℃程度である。このため、フリップチップボンディングの際に、熱剥離シート72のうちの熱剥離接着剤層70が発泡する。熱剥離接着剤層70を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層70aと樹脂層56との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層70aと樹脂層56との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層70aと樹脂層56とを容易に剥離することが可能となる(図16参照)。
次に、台座64をインターポーザ2から取り外す。熱剥離シート72のうちの感圧粘着材層66が台座64に接着されているため、熱剥離シート72は台座64とともにインターポーザ2から取り外される(図17参照)。
次に、半導体集積回路素子6を用意する。半導体集積回路素子6は、半導体基板78と、半導体基板78の一方の主面側(インターポーザ2に対向する側の面)に形成された電極パッド80と、電極パッド80の一の面側(インターポーザ2に対向する面側)に形成された半田バンプ82とを有している。半導体基板78としては、例えばシリコン基板が用いられている。半導体基板78の一方の主面側(インターポーザ2に対向する側の面)には、電子回路素子(図示せず)を含む集積回路(図示せず)が形成されている。即ち、半導体基板78の一方の主面(インターポーザ2に対向する側の面)には、トランジスタ等の能動素子(図示せず)及び/或いは容量素子等の受動素子(図示せず)などの電子回路素子(図示せず)が配設されている。かかる電子回路素子が形成された半導体基板78の一方の主面側(インターポーザに対向する側の面)には、複数の層間絶縁膜(図示せず)及び配線層(図示せず)からなる多層配線構造(図示せず)が形成されている。かかる多層配線構造により、電子回路素子間が電気的に接続されている(図示せず)。複数層に亘って形成されている配線のうちのいずれかは、電極パッド80に接続されている。
次に、フリップチップボンディングにより、半導体集積回路素子6の半田バンプ82をインターポーザ2の貫通電極14a〜14cに接合する。こうして、インターポーザ2上に半導体集積回路素子6が実装される(図18参照)。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が製造される。
本実施形態による電子装置の製造方法は、基材10として樹脂層26、34、42、52、56のみが用いられたインターポーザ2を半導体基板84上に形成し、インターポーザ2を台座64により支持した状態で半導体基板84を除去し、インターポーザ2を回路基板4上に実装した後に、台座64を取り外すことに主な特徴がある。
本実施形態によれば、貫通孔を形成することが容易ではない半導体基板を除去するため、貫通電極を埋め込むための貫通孔を半導体基板に形成することを要しない。また、インターポーザ2を台座64により支持した状態で半導体基板84を除去するため、基材10が樹脂層26、34、42、52、56のみから成る場合であっても、インターポーザ2が変形するのを防止することができる。しかも、本実施形態によれば、熱剥離シート72を用いてインターポーザ2を接着するため、インターポーザ2を台座64により支持する必要がなくなった際には、インターポーザ2から台座64を容易に取り外すことができる。従って、本実施形態によれば、信頼性の高い電子装置を低コストで容易に製造することができる。
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、絶縁性のバリア膜38、40の材料として酸化アルミニウム膜を用いる場合を例に説明したが、バリア膜38、40の材料は酸化アルミニウム膜に限定されるものではない。例えば、バリア膜38、40の材料として、キャパシタ誘電体膜22と同一の材料より成る非晶質膜を用いてもよい。キャパシタ誘電体膜22としてBST膜を用いる場合には、バリア膜38、40の材料として非晶質のBST膜を形成すればよい。バリア膜38、40として、キャパシタ誘電体膜22と同一の材料より成る非晶質膜を用いれば、良好な密着性を確保することが可能である。また、バリア膜38、40の熱膨張係数とキャパシタ誘電体膜22の熱膨張係数とが等しいため、薄膜キャパシタ12等にストレスが加わるのを防止することができる。
絶縁性のバリア膜38、40の材料として非晶質のBST膜を用いる場合には、例えば、以下のような条件で非晶質のBST膜より成るバリア膜38、40を形成する。成膜方法は、例えばスパッタリング法とする。バリア膜38、40の膜厚は、例えば100nmとする。チャンバ内に導入するArガスとOガスとの流量比は、例えば8:1とする。印加電力は例えば800Wとする。成膜温度は、例えば室温とする。室温でBST膜を成膜すれば、結晶化されることなくBST膜が形成されるため、非晶質のBST膜を形成することが可能である。
また、上記実施形態では、樹脂層26、34、42、52、56の材料としてポリイミド樹脂を用いる場合を例に説明したが、樹脂層26、34、42、52、56の材料はポリイミド樹脂に限定されるものではない。例えば、樹脂層26、34、42、52、56の材料として、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン(BCB)樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、アクリル樹脂、又は、ジアリルフタレート樹脂等を用いてもよい。
樹脂層26、34、42、52、56の材料としてエポキシ樹脂を用いる場合には、例えば、以下のような条件でエポキシ樹脂より成る樹脂層26、34、42、52、56を形成する。成膜方法は、例えばスピンコート法とする。塗布条件は、例えば、2000rpm、30秒とする。塗布した際における厚さは、例えば10μm程度とする。プリベークの温度は、例えば60℃とする。本ベークの温度は、例えば300℃とする。このような条件で樹脂層26、34、42、52、56を形成すると、例えば5μm程度の樹脂層26、34、42、52、56が形成される。
樹脂層42、52、56の材料としてBCB樹脂を用いる場合には、例えば、以下のような条件でBCB樹脂より成る樹脂層42、52、56を形成する。成膜方法は、例えばスピンコート法とする。塗布条件は、例えば、2000rpm、30秒とする。塗布した際における厚さは、例えば4.5μm程度とする。プリベークの温度は、例えば70℃とする。本ベークの温度は、例えば260℃とする。このような条件で樹脂層42、52、56を形成すると、例えば5μm程度の樹脂層42、52、56が形成される。
また、上記実施形態では、キャパシタ誘電体膜24の材料としてBST膜を用いる場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜24の材料はBST膜に限定されるものではない。例えば、キャパシタ誘電体膜22として、PbZrTi1−X(PZT)膜を用いてもよい。PZTより成るキャパシタ誘電体膜22を形成する際の条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば200℃とする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.5Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば9:1とする。印加電力は、例えば120Wとする。成膜時間は、例えば60分とする。このような条件でPZTより成るキャパシタ誘電体膜22を形成すると、膜厚100nm程度、比誘電率が200程度の良好な電気的特性を有するキャパシタ誘電体膜22が得られる。
また、キャパシタ誘電体膜22は、BST膜やPZT膜に限定されるものではない。例えば、キャパシタ誘電体膜22として、Sr、Ba、Pb、Zr、Bi、Ta、Ti、Mg、及びNbの少なくともいずれかの元素を含む複合酸化物より成るキャパシタ誘電体膜を用いてもよい。
また、上記実施形態では、下部電極20や上部電極24の材料としてPt等を用いる場合を例に説明したが、下部電極20や上部電極24の材料はPt等に限定されるものではない。例えば、Au、Cr、Cu、W、Pt、Pd、Ru、Ru酸化物、Ir、Ir酸化物、又はPt酸化物等を、下部電極20や上部電極24の材料として適宜用いることができる。
また、上記実施形態では、複数の薄膜キャパシタ12の全ての上部電極24を配線48により同じ電位に接続し、複数の貫通電極14bの全てを配線48に電気的に接続する場合を例に説明したが、必ずしも全ての上部電極24を互いに電気的に接続しなくてもよい。
例えば、複数の電源が半導体集積回路素子6に供給される場合には、電源電圧に応じて上部電極24を別個の配線に接続する。具体的には、例えば、複数の上部電極24のうちのいくつか上部電極24を第1の配線により互いに電気的に接続し、第1の電源に接続される複数の貫通電極を第1の配線に接続し、複数の上部電極24のうちの残りの上部電極24を第2の配線により互いに電気的に接続し、第2の電源に接続される複数の貫通電極を第2の配線に接続するようにしてもよい。この場合には、第1の配線に接続された貫通電極14bのうちのいずれかにプローブを接続して試験を行えば、第1の配線に接続された薄膜キャパシタ12を一括して試験することができる。また、第2の配線に接続された貫通電極14bのうちのいずれかにプローブを接続して試験を行えば、第2の配線に接続された薄膜キャパシタを一括して試験することができる。この場合にも、薄膜キャパシタ12に接続された各々の貫通電極14bにプローブを順次接続して試験を行うことを要しないため、試験工程の簡略化を実現することができる。
半導体集積回路素子6に供給される電源が1種類の場合であっても、必ずしも全ての上部電極24を同じ配線48に電気的に接続する必要はない。例えば、複数の上部電極24のうちのいくつか上部電極24を第1の配線により互いに電気的に接続し、複数の貫通電極14bのうちのいくつかの貫通電極14bを第1の配線に接続し、複数の上部電極24のうちの残りの上部電極24を第2の配線により互いに電気的に接続し、複数の貫通電極14bのうちの残りの貫通電極14bを第2の配線に接続するようにしてもよい。この場合には、第1の配線に接続された貫通電極14bのうちのいずれかにプローブを接続して試験を行えば、第1の配線に接続された薄膜キャパシタ12を一括して試験することができる。また、第2の配線に接続された貫通電極14bのうちのいずれかにプローブを接続して試験を行えば、第2の配線に接続された薄膜キャパシタを一括して試験することができる。この場合にも、薄膜キャパシタ12に接続された各々の貫通電極14bにプローブを順次接続して試験を行うことを要しないため、試験工程の簡略化を実現することができる。
但し、半導体集積回路素子6に供給される電源が1種類の場合には、全ての上部電極24を配線48により互いに電気的に接続し、全ての貫通電極14bを配線48により電気的に接続することが好ましい。試験工程を極めて簡略化することができるためである。
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
(付記1)
複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、
前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、
複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されており、
前記複数の第1の貫通電極が、前記配線により、互いに電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記2)
付記1記載のインターポーザにおいて、
前記下部電極は、ベタ状に形成されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記3)
付記1記載のインターポーザにおいて、
前記基材に埋め込まれ、前記複数の薄膜キャパシタの各々の前記下部電極に電気的に接続された他の配線を更に有し、
複数の前記第2の貫通電極が、前記他の配線により、互いに電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記4)
付記1乃至3のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタから絶縁された第3の貫通電極を更に有する
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記5)
付記1乃至4のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記薄膜キャパシタの上面、下面及び側面を覆うように形成され、水素又は水分の拡散を防止する絶縁性バリア膜を更に有する
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記6)
付記5記載のインターポーザにおいて、
前記絶縁性バリア膜は、無機材料より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記7)
付記5記載のインターポーザにおいて、
前記絶縁性バリア膜は、前記キャパシタ誘電体膜と同一の材料より成る非晶質膜である
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記8)
付記5乃至7のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記絶縁性バリア膜には、前記上部電極に達する開口部が形成されており、
前記開口部内には、水素又は水分の拡散を防止する導電性バリア膜が形成されており、
前記配線は、前記導電性バリア膜を介して前記上部電極に電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記9)
付記5乃至7のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記基材及び前記絶縁性バリア膜には、前記下部電極の少なくとも側面を露出する開口部が形成されており、
前記開口部内には、水素又は水分の拡散を防止する導電性バリア膜が形成されており、
前記第1の貫通電極は、前記導電性バリア膜が形成された前記開口部内に埋め込まれており、
前記第1の貫通電極は、前記導電性バリア膜を介して前記下部電極に電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記10)
付記1乃至9のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記樹脂層は、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、アクリル樹脂、又は、ジアリルフタレート樹脂より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記11)
付記1乃至10のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記キャパシタ誘電体膜は、Sr、Ba、Pb、Zr、Bi、Ta、Ti、Mg、及びNbの少なくともいずれかの元素を含む複合酸化物より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記12)
付記1乃至11のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記下部電極又は前記上部電極は、Au、Cr、Cu、W、Pt、Pd、Ru、Ru酸化物、Ir、Ir酸化物、又はPt酸化物より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記13)
複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されているインターポーザを、基板上に形成する工程と、
前記インターポーザを台座により支持する工程と、
前記インターポーザを前記台座により支持した状態で前記基板を除去する工程と、
前記インターポーザを他の基板上に実装する工程と
を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
(付記14)
付記13記載の電子装置の製造方法において、
前記インターポーザを前記台座により支持する工程では、前記インターポーザに熱剥離シートを用いて前記台座を接着する
ことを特徴とする電子装置の製造方法。
本発明の一実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザの一部を示す平面図である。 本発明の一実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。 本発明の一実施形態による電子装置を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その7)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その8)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その9)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その10)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その11)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その12)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その13)である。 本発明の一実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その14)である。
符号の説明
2…インターポーザ
4…回路基板
6…半導体集積回路素子
10…基材
12…薄膜キャパシタ
14a〜14c…貫通電極
20…下部電極
22…キャパシタ誘電体膜
24…上部電極
26…樹脂層
28a〜28c…導電膜
30a〜30c…部分電極
32a…配線
32b、32c…導電膜
34…樹脂層
36a〜36c…部分電極
38…絶縁性バリア膜
40…絶縁性バリア膜
42…樹脂層
44a〜44d…開口部
45a、45b…導電性バリア膜
46a〜46c…部分電極
46d…導体プラグ
48…配線
50…配線
52…樹脂層
54a〜54c…部分電極
56…樹脂層
58a〜58c…部分電極
60a〜60c…電極パッド
62…半田バンプ
64…台座
66…感圧粘着剤層
68…基材
70…熱剥離接着剤層
70a…発泡後の熱剥離接着剤層
72…熱剥離シート
74…基板
76…電極パッド
78…半導体基板
80…電極パッド
82…半田バンプ
84…半導体基板
86…開口部
88…開口部
90…開口部
92a〜92c…開口部
94a〜94c…開口部

Claims (10)

  1. 複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、
    前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、
    複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されており、
    前記複数の第1の貫通電極が、前記配線により、互いに電気的に接続されている
    ことを特徴とするインターポーザ。
  2. 請求項1記載のインターポーザにおいて、
    前記下部電極は、ベタ状に形成されている
    ことを特徴とするインターポーザ。
  3. 請求項1記載のインターポーザにおいて、
    前記基材に埋め込まれ、前記複数の薄膜キャパシタの各々の前記下部電極に電気的に接続された他の配線を更に有し、
    複数の前記第2の貫通電極が、前記他の配線により、互いに電気的に接続されている
    ことを特徴とするインターポーザ。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のインターポーザにおいて、
    前記薄膜キャパシタの上面、下面及び側面を覆うように形成され、水素又は水分の拡散を防止する絶縁性バリア膜を更に有する
    ことを特徴とするインターポーザ。
  5. 請求項4記載のインターポーザにおいて、
    前記絶縁性バリア膜は、無機材料より成る
    ことを特徴とするインターポーザ。
  6. 請求項4記載のインターポーザにおいて、
    前記絶縁性バリア膜は、前記キャパシタ誘電体膜と同一の材料より成る非晶質膜である
    ことを特徴とするインターポーザ。
  7. 請求項4乃至6のいずれか1項に記載のインターポーザにおいて、
    前記絶縁性バリア膜には、前記上部電極に達する開口部が形成されており、
    前記開口部内には、水素又は水分の拡散を防止する導電性バリア膜が形成されており、
    前記配線は、前記導電性バリア膜を介して前記上部電極に電気的に接続されている
    ことを特徴とするインターポーザ。
  8. 請求項4乃至6のいずれか1項に記載のインターポーザにおいて、
    前記基材及び前記絶縁性バリア膜には、前記下部電極の少なくとも側面を露出する開口部が形成されており、
    前記開口部内には、水素又は水分の拡散を防止する導電性バリア膜が形成されており、
    前記第1の貫通電極は、前記導電性バリア膜が形成された前記開口部内に埋め込まれており、
    前記第1の貫通電極は、前記導電性バリア膜を介して前記下部電極に電気的に接続されている
    ことを特徴とするインターポーザ。
  9. 複数の樹脂層より成る基材と;前記基材に埋め込まれ、下部電極と、前記下部電極上に形成されたキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された上部電極とを有する薄膜キャパシタと;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続された第1の貫通電極と;前記基材を貫き、前記薄膜キャパシタの前記下部電極に電気的に接続された第2の貫通電極とを有するインターポーザであって、前記基材に埋め込まれ、複数の前記薄膜キャパシタの各々の前記上部電極に電気的に接続された配線を更に有し、複数の前記第1の貫通電極が、前記配線を介して、前記複数の薄膜キャパシタの前記上部電極に電気的に接続されているインターポーザを、基板上に形成する工程と、
    前記インターポーザを台座により支持する工程と、
    前記インターポーザを前記台座により支持した状態で前記基板を除去する工程と、
    前記インターポーザを他の基板上に実装する工程と
    を有することを特徴とする電子装置の製造方法。
  10. 請求項9記載の電子装置の製造方法において、
    前記インターポーザを前記台座により支持する工程では、前記インターポーザに熱剥離シートを用いて前記台座を接着する
    ことを特徴とする電子装置の製造方法。
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