JP2012160734A - インターポーザ及びその形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】異なる構造や特性を持つ電子要素の要求に合致する新規なインターポーザとその形成方法を提供する。
【解決手段】インターポーザは、第1面及び第2面を有する基板と、第1面から第2面に延出する第1ホールと、第1面から第2面に延出し、幅が第1ホールと異なる第2ホールと、基板上に位置し、第1ホールの側壁と第2ホールの側壁上に延出する絶縁層と、基板上の絶縁層に位置し、第1ホールの側壁上に延出する導電層と、を含み、第2ホール中には導電層を持たない。
【選択図】図1H

Description

本発明は、インターポーザに関するものであって、特に、貫通基板導電構造を有するインターポーザに関するものである。
インターポーザを用いて、プリント回路基板やチップのような電子素子をその対向する両面に配置することができる。インターポーザは、それらの電子素子間の信号伝送のための導電経路を提供するができる。
インターポーザ上に配置される電子素子は、異なる構造や特性を有することがあるので、異なる構造や特性を持つ電子素子の要求に合致する新規なインターポーザを設計することが重要な課題となっている。
本発明の提供する一実施形態に係るインターポーザは、第1面及び第2面を有する基板と、基板の第1面から第2面に延出する第1ホールと、基板の第1面から第2面に延出し、幅が第1ホールの幅と異なる第2ホールと、基板上に位置し、第1ホールの側壁及び第2ホールの側壁に延出する絶縁層と、基板上の絶縁層上に位置し、且つ、第1ホールの側壁に延出する導電層とを含み、第2ホール内に導電層がない。
本発明の提供する一実施形態に係るインターポーザの形成方法は、第1面及び第2面を有する基板を提供する工程と、基板の第1面から基板の一部を除去して、第2面に延出する第1ホールを形成する工程と、基板の第1面から基板の一部を除去して、第2面に延出する第2ホールを形成し、第1ホールの幅が第2ホールの幅と異なる工程と、基板上に絶縁層を形成し、絶縁層が、第1ホールの側壁と第2ホールの側壁とに延出する工程と、基板上の絶縁層上に導電層を形成する工程とを含み、導電層が、第1ホールの側壁上に延出し、第2ホール内に導電層がない。
本発明によると、インターポーザ上に配置される電子素子は、異なる構造や特性を有することがあるので、異なる構造や特性を持つ電子要素の要求に合致する新規なインターポーザを提供することができる。
以下、添付図面を参照しながら実施例について詳細に説明する。
図1Aは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Bは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Cは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Dは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Eは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Fは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Gは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図1Hは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Aは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Bは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Cは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Dは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Eは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Fは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図2Gは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図である。 図3Aは、本発明の一実施形態に係るインターポーザを示す平面図である。 図3Bは、本発明の一実施形態に係るインターポーザを示す平面図である。 図3Cは、本発明の一実施形態に係るインターポーザを示す平面図である。
以下の説明は、本発明を実施するための最良の形態に係るものである。この説明は、本発明の一般的な原理を示すことを目的とするもので、限定的な意味に捉えるべきではない。本発明の最良の範囲は添付の特許請求の範囲に基づいて決定される。
以下に、本発明の一実施形態の製造方法及び使用方法を詳細に説明する。以下の開示は、例えば、本発明の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または具体例を提供するものであることを理解すべきである。以下に構成要素及び配置について特定の実施例を説明しているのは、開示を簡明化するためである。これらは、単なる例示にすぎず、本発明の範囲を限定しようとするものではない。また、この開示では、さまざまな実施例において、同じ参照符号や文字を繰り返し用いている。これは、本発明を簡潔かつ明瞭にすることを目的とするものであり、それ自体で、さまざまな具体例の間の関連性や、説明した構成を決定づけるものではない。さらに、第1層が第2層「上にある」という表現や、第1層が第2層「上に位置する」等の表現には、第1層と第2層とが直接に接触している実施形態や、第1層と第2層との間に一又は二以上の層が介在する実施形態が含まれる。
本発明の一実施形態に係るインターポーザは、例えば、電子チップの搭載に用いることができる。例えば、本発明の一実施形態は、受動または能動素子、つまり、デジタルまたはアナログ回路を備える電子部品、例えば、光電子素子、微小電気機械システム(MEMS)、マイクロ流体システム及び熱、光又は圧力を検出する物理センサーに応用することができる。特に、ウェハスケールパッケージ(WSP)プロセスは、パッケージ半導体チップ、例えば、イメージセンサー素子、発光ダイオード(LED)、太陽電池、RF回路、アクセラレータ、ジャイロスコープ、マイクロアクチュエータ、表面音響波素子、圧力センサー、インクプリンターヘッド、または、パワーICモジュールに応用することができる。
上述のウェハスケールパッケージプロセスは、主に、ウェハの段階でパッケージ工程が完了した後、チップを有するウェハが切断されて、分離独立したパッケージが得られることを意味する。しかし、特定の実施形態においては、分離独立したチップをサポートウェハ上に再分配してパッケージすることができ、これをウェハスケールパッケージプロセスと称することもできる。加えて、上述のウェハスケールパッケージプロセスは、集積回路を有する複数のウェハを積層することにより、多層集積回路デバイスのチップパッケージを形成することにも適している。一実施形態では、ダイシング工程の実行後、得られたチップパッケージは、チップスケールパッケージ(CSP)である。チップスケールパッケージ(CSP)の寸法は、パッケージされたチップの寸法よりも僅かに大きいだけである。例えば、チップスケールパッケージの寸法は、パッケージされたチップの寸法の120%以下である。
図1A−図1Hは、本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成工程を説明するための断面図である。図1Aに示すように、面100a及び面100bを有する基板100を提供する。基板100は、例えば、半導体基板、セラミック基板、ポリマー基板、またはそれらの組み合わせである。一実施形態では、基板100はシリコン基板等の半導体基板である。一実施形態では、基板100は半導体ウェハ(例えば、シリコンウェハ)であり、ウェハレベル工程を実行することができる。ウェハレベル工程及び後続のダイシング工程の実行後、複数のインターポーザが得られる。ウェハレベル工程を用いてインターポーザを形成することにより、製造時間及びコストを削減することができる。
次に、基板100中に、面100aから面100bに向かって延出する少なくとも2つのホールを形成する。2つのホールの幅つまり径は異なる。さらに、それらの2つのホールの開口の形状が互いに異なるようにしてもよい。例えば、それらの2つのホールの開口の形状は、(これらに限定されないが)、円形、正方形、長方形、楕円形、多角形、またはそれらの組み合わせであってもよい。このほか、それらの2つのホールの少なくとも一方をトレンチにしてもよい。
上述の2つのホールは、それぞれ、2回のフォトリソグラフィ工程及び2回のエッチング工程を用いて形成することができる。別の実施形態では、上述の異なる幅を有する2つのホールは、同時に、単一のパターン化工程によって形成してもよい。例えば、図1Aに示すように、マスク層102を基板100の面100a上に形成する。フォトリソグラフィ工程をマスク層102に実行して、マスク層102に基板100の一部を露出させる開口102a及び開口102bを形成する。開口102aの幅は開口102bの幅と異なり、また、それらの開口の形状が同一又は互いに異なるようにしてもよい。一実施形態では、開口102aの幅は、開口102bの幅より大きい(例えば、図1Aに示すように)。別の実施形態では、開口102aの幅は開口102bの幅より小さい。
その後、マスク層102をマスクとして用いて、エッチング工程を基板100の面100aに実行し、これにより、基板100の一部を除去して、図1Bに示すように、面100bに向かって延出するホール104a及びホール104bを形成する。その後、マスク層102を除去する。一実施形態では、ホール104a及びホール104bは、基板100を完全に貫通してもよい。別の実施形態では、図1Bに示すように、両ホール104a及びホール104bは、基板100を完全には貫通していない。一実施形態では、ホール104aはマスク層102の相対的に大きな開口102aに対応するので、ホール104aの幅はホール104bの幅より大きく、ホール104aの深さはホール104bの深さよりも深い。
図1Cに示すように、基板100は、選択的な例として、基板100の面100bの側から薄くして、ホール104a及びホール104bが露出するようにしてもよい。この場合、ホール104a及びホール104bの両ホールは、基板100を完全に貫通するスルーホールになる。
その後、絶縁層106を基板100上に形成してもよい。絶縁層106は、基板100の面100a及び面100b上に形成してもよい。絶縁層106は、更に、ホール104a及びホール104b内まで延ばして、さらにホール104a及びホール104bの側壁上に形成してもよい。絶縁層106の材料は、例えば、(これらに限定されないが)、エポキシ樹脂、はんだマスク材またはその他の適切な絶縁材料、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、金属酸化物またはそれらの組み合わせのような無機材料、または、有機ポリマー材、例えば、ポリイミド、ブチルシクロブテン(ダウ・ケミカル・カンパニー(Dow Chemical Co.)のBCB)、パリレン、ポリナフタレン、フルオロカーボン、またはアクリル酸エステル等を含む。絶縁層106の形成方法は、(これらに限定されないが)、コーティング工程(又は塗布工程)、例えば、スピン塗布工程、スプレー塗布工程、若しくはカーテンコート工程、またはその他の適切な蒸着方法、例えば、液相堆積法、物理蒸着法、化学蒸着法、低圧化学蒸着法、プラズマCVD法、急速加熱化学蒸着法または大気圧蒸着法を含む。しかし、一実施形態では、絶縁層106の形成は必須ではない。後に形成される導電層と基板との間に短絡の問題が存在しない場合には、絶縁層106は形成する必要はない。
図3A−図3Cは、本発明の実施形態に係るインターポーザの平面図であり、これらの図は、ホール104aとホール104bとの間の関係を例示するために用いる。図3A及び図3Bに示すように、ホール104a及びホール104bの幅は互いに異なり、ホール104a及びホール104bの開口の形状については状況に応じて異なる設計を採用することができる。このほか、図3Cに示すように、ホール104bはトレンチにしてもよい。一実施形態では、トレンチ(ホール104b)は、ホール104aを包囲してもよい。
図1Dに示すように、次に、選択的に絶縁層108を絶縁層106上に形成してもよい。例えば、絶縁層108は、基板100の面100a上に位置する絶縁層106の一部の上に形成できる。絶縁層108は絶縁効果を改善することができる。例えば、後続工程で、相対的に大きな電流または高い電圧の導電経路を絶縁層108上に配置してもよい。絶縁層108及び絶縁層106共に所望の絶縁状態を提供することができる。絶縁層108の材料及び形成方法は絶縁層106と同様である。一実施形態では、絶縁層108の厚さは、絶縁層106の厚さより大である。別の実施形態では、絶縁層108の材料は絶縁層106の材料と異なる。
次に、図1Eに示すように、導電層110(または、導電材料層110と称する)を絶縁層106(及び絶縁層108)上に形成する。導電層110の材料は(これらに限定されないが)、銅、アルミニウム、金、プラチナ等を含む。導電層110の形成方法は、(これらに限定されないが)、物理蒸着法工程、スパッタリング工程、化学蒸着工程、電気めっき工程または化学めっき工程を含む。
一実施形態では、例えば、スパッタリング工程により、基板100の面100a及び面100b、ホール104aの側壁並びにホール104bの側壁上に、シード層を形成する。その後、導電材料をシード層上に電気めっきして、導電材料層110を形成する。後続工程で、導電材料層110を、更に、パターン化処理して、所望のパターンを有する導電層にする。
図1Fに示すように、次に、導電材料層110のパターン化工程を実施する。例えば、マスク層112を導電材料層110上に形成する。マスク層112は複数の開口を有し、そこから、導電材料層110の一部と、導電材料層110の、ホール104bの側壁上に位置する部分とが露出する。マスク層112は、さらに、ホール104aとその中の導電材料層110とを覆う。その後、マスク層112をマスクとして用い、露出した導電材料層をエッチング処理し、導電材料層をパターン化処理して、図1Fに示すような導電層110を形成する。一実施形態では、ホール104a内に延出しないドライフィルムをマスク層112として用いて、後続工程を促進するようにしてもよい。
その後、図1Gに示すように、マスク層112を除去する。上述のパターン化工程後、導電層110は、基板100上の絶縁層106上に配置されてホール104aの側壁上に延出するが、ホール104b内には導電層は存在しない。
図1Hに示すように、絶縁層114を任意に導電層110上に形成してもよい。絶縁層114の材料及び形成方法は絶縁層106のものと同様である。絶縁層114は、導電層110の一部を覆い、導電層110の他の部分を露出させる。絶縁層114によって、例えば、所望の保護、または、絶縁を行うことができる。
次に、導電層116を任意に導電層110上に形成して、本発明の一実施形態によるインターポーザの製造を完成することができる。一実施形態では、導電層116の材料は導電層110と異なる。導電層116の材料は、(これらに限定されないが)、ニッケル、パラジウム、金、またはそれらの組み合わせを含む。導電層116の形成方法は、例えば、電気めっき工程または化学めっき工程を含む。一実施形態では、図1Hに示すように、導電層116は導電層110の側面を被覆する。導電層116は、導電層110が酸化するのを防止すると共に、導電層110と別の電子素子との間の接合を改善する。
本発明の一実施形態に係るインターポーザの形成方法は上述の実施形態に限定されない。図2A−図2Gは、本発明の他の実施形態に係るインターポーザの形成方法の工程を説明するための断面図であり、そこでは、同一または同様の参照符号は、同一または同様の素子を示す。
図2A−図2Dに示すように、図1A−図1Dに示す処理工程と同様の処理工程が実行されて、基板100内にホール104a及びホール104bを形成する。それらのホールは、面100aから面100bに向かって延出し、ホール104aの幅は、ホール104bの幅と異なる。絶縁層106及び絶縁層108が基板100上に形成され、絶縁層106がホール104a及びホール104bの側壁上まで延出する。
次に、図2Eに示すように、導電層110(または導電材料層110と称する)を、基板の面110a及び面100b上と、ホール104a及びホール104bの側壁上とに形成する。その後、マスク層202を導電材料層110上に形成する。マスク層202は複数の開口を有し、開口から、導電材料層110の一部とホール104aの側壁上の導電材料層の一部とが露出する。マスク層202はホール104bを覆う。その後、マスク層202によって覆われていない導電材料層110の面上に、導電層116を形成する。
次に、図2Fに示すように、マスク層202を除去して、別のマスク層204を導電材料層110及び導電層116上に形成する。マスク層204は複数の開口を有しており、開口から、導電材料層110の一部及びホール104bの側壁上にある導電層116の部分を露出させる。マスク層204は、さらに、ホール104a、その中の導電材料層110及び導電層116を覆う。
その後、マスク層204をマスクとして用いて、図2Gに示すように、露出した導電材料層110をエッチング処理してパターン化する。次に、図2Gに示すように、マスク層204を除去する。パターン化された導電層110は、基板100上の絶縁層106上に位置し、且つ、ホール104aの側壁上に延出するが、ホール104b内には導電層はない。この実施形態では、導電層116は導電層110の側面を覆っていないことがわかる。一実施形態では、図2Gに示すように、導電層116の側面は、導電層110の側面と略同一平面上にある。
その後、絶縁層114を任意に導電層110上に形成して、本発明の一実施形態に係るインターポーザの製造を完了する。絶縁層114は、導電層116により被覆されない導電層110の表面を被覆する。
本発明の実施形態に係るインターポーザは、異なる幅を持つ少なくとも2つのスルーホールを有し、且つ、1つのスルーホール内に、導電層はなく、絶縁層のみが存在する。一実施形態では、異なる幅を持ち内部に導電層を持たないスルーホールは、例えば、位置合わせや調整のために用いられる。別の実施形態では、ホール104b及び絶縁層106は、貫通基板絶縁構造として用いることができる。この貫通基板絶縁構造は、例えば、ホール104a、絶縁層106、導電層110及び導電層116により構成される別の貫通基板導電構造を囲んでもよい。更に別の実施形態では、貫通基板絶縁構造は、光線を遮断して、光線が他の領域に入り込まないようにしてもよい。
本発明を具体例によってかつ好ましい具体例の観点から説明したが、本発明は、開示した実施形態に限定されるものではないことを理解すべきである。それとは反対に、本発明は、さまざまな実施形態及び同様の構成(当業者にとって自明なもの)にも及ぶことを意図する。したがって、添付の特許請求の範囲の保護範囲は、すべての変更例及び同様な構成を包含するようにもっとも広い解釈と捉えるべきである。
100 基板
100a、100b 面
102 マスク層
102a、102b 開口
104a、104b ホール
106,108 絶縁層
110 導電層
112 マスク層
114 絶縁層
116 導電層
202、204 マスク層

Claims (20)

  1. インターポーザであって、
    第1面及び第2面を有する基板と、
    前記基板の前記第1面から前記第2面に延出する第1ホールと、
    前記基板の前記第1面から前記第2面に延出し、幅が前記第1ホールの幅と異なる第2ホールと、
    前記基板上に位置し、且つ、前記第1ホールの側壁及び前記第2ホールの側壁上にまで延出する絶縁層と、
    前記基板上の前記絶縁層上に位置し、且つ、前記第1ホールの前記側壁上にまで延出する導電層とを含み、前記第2ホール内に導電層がないことを特徴とするインターポーザ。
  2. 前記第1ホールの幅は、前記第2ホールの幅より大きいことを特徴とする請求項1に記載のインターポーザ。
  3. さらに、前記導電層と前記絶縁層との間に位置する第2絶縁層を含むことを特徴とする請求項1に記載のインターポーザ。
  4. 前記第2絶縁層は前記基板の前記第1面上に位置することを特徴とする請求項3に記載のインターポーザ。
  5. 前記第2絶縁層の厚さは、前記絶縁層の厚さより大きいことを特徴とする請求項3に記載のインターポーザ。
  6. さらに、前記導電層の表面を被覆する第2導電層を含むことを特徴とする請求項1に記載のインターポーザ。
  7. さらに、前記導電層の一部を被覆する第3絶縁層を含み、前記第2導電層は前記導電層の別の部分を被覆することを特徴とする請求項6に記載のインターポーザ。
  8. 前記第2導電層は前記導電層の側面を被覆することを特徴とする請求項6に記載のインターポーザ。
  9. 前記第2導電層の側面は、前記導電層の側面とほぼ同一平面上にある、請求項6に記載のインターポーザ。
  10. 前記第2導電層の材料は前記導電層の材料と異なることを特徴とする請求項6に記載のインターポーザ。
  11. さらに、前記導電層の一部を被覆する第3絶縁層を含むことを特徴とする請求項1に記載のインターポーザ。
  12. インターポーザの形成方法であって、
    第1面及び第2面を有する基板を提供する工程と、
    前記基板の前記第1面から、前記基板の一部を除去して、前記第2面に延出する第1ホールを形成する工程と、
    前記基板の前記第1面から、前記基板の一部を除去して、前記第2面に延出する第2ホールを形成し、前記第1ホールの幅が、前記第2ホールの幅と異なるようにする工程と、
    絶縁層を前記基板上に形成し、前記絶縁層が、前記第1ホールの側壁と前記第2ホールの側壁とに延出する工程と、
    前記基板上の前記絶縁層上に導電層を形成する工程とを含み、
    前記導電層が前記第1ホールの前記側壁上に延出し、且つ、前記第2ホール内に導電層がないことを特徴とするインターポーザの形成方法。
  13. 前記第1ホール及び前記第2ホールを形成する前記工程は、
    前記基板の前記第1面上にマスク層を形成し、前記マスク層は、第1開口と第2開口とを有し、それぞれが前記基板の一部を露出し、前記第1開口の幅が、前記第2開口の幅と異なるようにする工程と、
    前記マスク層をマスクとして用いて、前記露出した基板をエッチング処理して、前記第1ホール及び前記第2ホールを形成する工程と、
    前記マスク層を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項12に記載のインターポーザの形成方法。
  14. さらに、前記基板の前記第2面から前記基板を薄くしてゆき、前記第1ホール及び前記第2ホールを露出させる工程を含むことを特徴とする請求項13に記載のインターポーザの形成方法。
  15. さらに、前記導電層と前記絶縁層との間に第2絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする請求項12に記載のインターポーザの形成方法。
  16. 前記導電層を形成する前記工程は、
    前記基板の前記第1面及び前記第2面上と、前記第1ホールの前記側壁及び前記第2ホールの前記側壁上とに、導電材料層を形成する工程と、
    前記導電材料層上に、第2マスク層を形成し、前記第2マスク層は複数の開口を有し、該開口から、前記導電材料層の一部及び前記第2ホールの前記側壁上に位置する前記導電材料層の一部を露出し、且つ、前記第2マスク層が前記第1ホールを覆う工程と、
    前記第2マスク層をマスクとして用いて、前記露出した前記導電材料層をエッチング処理して、前記導電材料層を前記導電層にパターン化する工程と、
    前記第2マスク層を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項12に記載のインターポーザの形成方法。
  17. さらに、前記導電層の表面に、第2導電層を形成する工程を含み、前記第2導電層は前記導電層の側面を被覆することを特徴とする請求項16に記載のインターポーザの形成方法。
  18. 前記第2導電層が形成される前に、さらに、第3絶縁層を前記導電層上に形成する工程を含み、前記第3絶縁層は前記導電層の一部を被覆し、前記第2導電層は、前記第3絶縁層により被覆されない前記導電層の表面上に形成されることを特徴とする請求項17に記載のインターポーザの形成方法。
  19. さらに、第2導電層を前記導電層上に形成する工程を含み、前記導電層及び前記第2導電層を形成する前記工程は、
    導電材料層を、前記基板の前記第1面及び前記第2面上と、前記第1ホールの前記側壁及び前記第2ホールの前記側壁上とに形成する工程と、
    第3マスク層を前記導電材料層上に形成し、前記第3マスク層は複数の開口を有し、該開口から、前記導電材料層の一部及び前記第1ホールの前記側壁に位置する前記導電材料層の一部を露出させ、且つ、前記第3マスク層が前記第2ホールを覆う工程と、
    前記第3マスク層により被覆されない前記導電材料層の表面上に、前記第2導電層を形成する工程と、
    前記第3マスク層を除去する工程と、
    前記導電材料層及び前記第2導電層上に第4マスク層を形成する工程であって、前記第4マスク層は複数の開口を有し、該開口から、前記導電材料層の一部及び前記第2ホールの前記側壁上に位置する前記導電材料層の一部を露出させ、且つ、前記第4マスク層が前記第1ホールを被覆する工程と、
    前記第4マスク層をマスクとして用いて、前記露出した前記導電材料層をエッチング処理して、前記導電材料層を前記導電層にパターン化する工程と、
    前記第4マスク層を除去する工程と、
    を含むことを特徴とする請求項12に記載のインターポーザの形成方法。
  20. さらに、第3絶縁層を前記導電層上に形成する工程を含み、前記第3絶縁層は、前記第2導電層により被覆されない前記導電層の表面を被覆することを特徴とする請求項19に記載のインターポーザの形成方法。
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