JP2017174920A - Electrode built-in substrate and manufacturing method therefor, inductance element, interposer, shield substrate and module - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態は、電極内蔵基板およびその製造方法、インダクタンス素子、インターポーザ、シールド基板およびモジュールに関する。 The present embodiment relates to an electrode-embedded substrate and a manufacturing method thereof, an inductance element, an interposer, a shield substrate, and a module.
近年のモバイル機器では、薄型化、軽量化、省エネ化、バッテリの長寿命化が要求されている。このためには、特に、電源回路の薄型化・軽量化・省エネ化、バッテリの長寿命化が必要となる。電源回路を構成する部品の内、サイズが大きいものの一つとしてインダクタンス素子が挙げられる。 In recent mobile devices, thinning, lightening, energy saving, and long battery life are required. For this purpose, it is particularly necessary to make the power supply circuit thinner, lighter, more energy efficient, and to extend the battery life. Among the components constituting the power supply circuit, an inductance element can be cited as one of large components.
従来のインダクタンス素子に用いられる配線構造には、巻き線型、積層型、薄膜型がある。巻き線型は、強磁性体のコアに銅線を巻きつけたものであり、形状によりトロイダル、ソレノイドなどがある。 Wiring structures used in conventional inductance elements include a wound type, a laminated type, and a thin film type. In the winding type, a copper core is wound around a ferromagnetic core, and there are a toroidal and a solenoid depending on the shape.
表面および裏面からの2段階エッチングにより、溝と梁を有する配線基板を形成すると、エッチングレートは溝幅やウエハ面内の位置によりばらつく。このため、シリコン基板を用いたプロセスでは、オーバーエッチにより梁が破壊され配線部分が抜け落ちる問題が発生していた。梁を厚くすることで抜け落ちを抑制できるが、背反としてデバイス厚さが増大する。デバイス厚さを変えなかった場合は、配線断面積の低下により直流抵抗が増加する。 When a wiring board having grooves and beams is formed by two-step etching from the front surface and the back surface, the etching rate varies depending on the groove width and the position in the wafer surface. For this reason, in the process using the silicon substrate, there has been a problem that the beam is broken due to overetching and the wiring portion falls off. Although falling out can be suppressed by increasing the thickness of the beam, the device thickness increases as a contradiction. When the device thickness is not changed, the direct current resistance increases due to the reduction of the wiring cross-sectional area.
本実施の形態は、SOI(Silicon On Insulator) 基板を使用し、SOI基板内部の絶縁層がエッチストップ層となり、オーバーエッチによる梁の破壊を防止できる電極内蔵基板およびその製造方法、およびこの電極内蔵基板を適用したインダクタンス素子、インターポーザ、シールド基板およびモジュールを提供することにある。 In this embodiment, an SOI (Silicon On Insulator) substrate is used, an insulating layer inside the SOI substrate becomes an etch stop layer, and a substrate with a built-in electrode that can prevent the destruction of the beam due to overetching, and a method for manufacturing the same, An object of the present invention is to provide an inductance element, an interposer, a shield substrate, and a module to which a substrate is applied.
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層と、前記配線層を除く、前記基板の内部に形成されたエッチストップ層と、前記基板の表面に対向する裏面に配置された梁部とを備える電極内蔵基板が提供される。 According to one aspect of the present embodiment, a substrate, a wiring layer embedded in a groove formed inside the substrate, an etch stop layer formed inside the substrate excluding the wiring layer, There is provided a substrate with a built-in electrode including a beam portion disposed on a back surface facing the front surface of the substrate.
本実施の形態の他の態様によれば、上記の電極内蔵基板を備え、前記配線層は、コイル形状を有するインダクタンス素子が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, an inductance element including the above-described electrode-embedded substrate and having a coil shape as the wiring layer is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、上記の電極内蔵基板を備えるインターポーザが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, an interposer including the above electrode-embedded substrate is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、上記の電極内蔵基板と、前記基板の表面に対向する裏面に配置された裏面電極を備えるシールド基板が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, there is provided a shield substrate including the above-described electrode-embedded substrate and a back electrode disposed on the back surface facing the surface of the substrate.
本実施の形態の他の態様によれば、上記のインダクタンス素子を備えるモジュールが提供される。 According to the other aspect of this Embodiment, a module provided with said inductance element is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板の内部に形成されたコイル形状を有する溝部に埋め込まれた配線層と、前記配線層を除く、前記基板の内部に形成されたエッチストップ層と、前記基板の表面に対向する裏面に配置された梁部と、前記基板の表面に配置された上面配線層と、前記基板の表面に対向する裏面に配置された下面配線層と、前記上面配線層上に半田層を介して配置された集積回路およびコンデンサとを備えるモジュールが提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a substrate, a wiring layer embedded in a groove having a coil shape formed inside the substrate, and the wiring layer formed inside the substrate excluding the wiring layer are formed. An etch stop layer; a beam portion disposed on the back surface facing the surface of the substrate; an upper surface wiring layer disposed on the surface of the substrate; and a lower surface wiring layer disposed on the back surface facing the surface of the substrate; A module including an integrated circuit and a capacitor disposed on the upper wiring layer via a solder layer is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、エッチストップ層が形成されてなるSOI基板を用いて、前記SOI基板の内部に溝部を形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、前記溝部に前記配線層を埋め込み形成する工程とを有する電極内蔵基板の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a step of forming a groove in the SOI substrate using an SOI substrate on which an etch stop layer is formed, and a beam on the back surface facing the surface of the SOI substrate. There is provided a method for manufacturing a substrate with a built-in electrode, which includes a step of forming a portion and a step of embedding and forming the wiring layer in the groove.
本実施の形態の他の態様によれば、エッチストップ層が形成されてなるSOI基板を用いて、前記SOI基板の内部にコイル形状の溝部を形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、前記SOI基板の表面に上部コアを形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に下部コアを形成する工程とを有するインダクタンス素子の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a step of forming a coil-shaped groove in the SOI substrate using an SOI substrate on which an etch stop layer is formed is opposed to the surface of the SOI substrate. Forming a beam portion on the back surface, embedding and forming a wiring layer in the groove, forming an upper core on the surface of the SOI substrate, and forming a lower core on the back surface facing the surface of the SOI substrate; There is provided a method of manufacturing an inductance element including the step of:
本実施の形態の他の態様によれば、エッチストップ層が形成されてなるSOI基板を用いて、前記SOI基板の内部に平面視において閉回路形状のパターンを備える溝部を形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に裏面電極を形成する工程とを有するシールド基板の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, using the SOI substrate in which an etch stop layer is formed, forming a groove having a closed circuit pattern in a plan view inside the SOI substrate; A shield substrate comprising a step of forming a beam portion on the back surface facing the surface of the SOI substrate, a step of embedding a wiring layer in the groove portion, and a step of forming a back electrode on the back surface facing the surface of the SOI substrate A manufacturing method is provided.
本実施の形態の他の態様によれば、エッチストップ層が形成されてなるSOI基板を用いて、前記SOI基板の内部にコイル形状の溝部を形成する工程と、平面視において前記コイル形状の内部に配置され、前記SOI基板を貫通する貫通溝部を形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、前記貫通溝部に貫通電極を埋め込み形成する工程と、前記SOI基板の表面に上部コアを形成する工程と、前記上部コア上に前記貫通電極と接続される上面配線層を形成する工程と、前記SOI基板の表面に対向する裏面に下部コアを形成する工程と、前記下部コア上に前記貫通電極と接続される下面配線層を形成する工程と、前記上面配線層上に半田層を介して集積回路およびコンデンサを搭載する工程とを有するモジュールの製造方法が提供される。 According to another aspect of the present embodiment, a step of forming a coil-shaped groove in the SOI substrate using an SOI substrate on which an etch stop layer is formed, and the inside of the coil shape in a plan view. Forming a through-groove portion that penetrates the SOI substrate, forming a beam portion on the back surface facing the front surface of the SOI substrate, embedding a wiring layer in the groove portion, and forming the through-hole Embedding a through electrode in the groove, forming an upper core on the surface of the SOI substrate, forming an upper surface wiring layer connected to the through electrode on the upper core, A step of forming a lower core on the back surface facing the surface, a step of forming a lower surface wiring layer connected to the through electrode on the lower core, and integration on the upper surface wiring layer via a solder layer Method of manufacturing a module having a step of mounting a road and a capacitor are provided.
本実施の形態によれば、SOI基板を使用し、SOI基板内部の絶縁層がエッチストップ層となり、オーバーエッチによる梁の破壊を防止できる電極内蔵基板およびその製造方法、およびこの電極内蔵基板を適用したインダクタンス素子、インターポーザ、シールド基板およびモジュールを提供することができる。 According to the present embodiment, an SOI substrate is used, an insulating layer inside the SOI substrate becomes an etch stop layer, and an electrode built-in substrate that can prevent the destruction of the beam due to overetching, its manufacturing method, and this electrode built-in substrate are applied. Inductive elements, interposers, shield substrates, and modules can be provided.
次に、図面を参照して、本実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, the present embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
また、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置などを下記のものに特定するものでない。実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea, and do not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of the component parts as follows. . Various modifications can be made to the embodiments within the scope of the claims.
[実施の形態]
(電極内蔵基板の構成)
実施の形態に係る電極内蔵基板の模式的平面パターン構成図であって、梁部が平面視において互いに平行なストライプパターンを備える例は、図1(a)に示すように表され、梁部が平面視において互いに所定の角度θで交差するストライプパターンを備える例は、図1(b)に示すように表される。
[Embodiment]
(Configuration of substrate with built-in electrode)
It is a typical plane pattern block diagram of the electrode built-in substrate which concerns on embodiment, Comprising: The example in which a beam part is provided with a stripe pattern parallel to each other in planar view is represented as shown in FIG. An example having stripe patterns that intersect with each other at a predetermined angle θ in plan view is represented as shown in FIG.
また、図1(a)のI−I線に沿う模式的断面構造は、図2(a)に示すように表され、図1(a)のII―II線に沿う模式的断面構造は、図2(b)に示すように表される。 Moreover, the schematic cross-sectional structure along the II line in FIG. 1A is represented as shown in FIG. 2A, and the schematic cross-sectional structure along the II-II line in FIG. It is expressed as shown in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板1は、図1〜図2に示すように、基板12と、基板12の内部に形成された溝部25 1・25 2・25 3に埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3と、配線層26 1・26 2・26 3を除く、基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、基板12の表面に対向する裏面に配置された梁部28 1・28 2・28 3とを備える。ここで、基板12の内部に形成された溝部25 1・25 2・25 3には、銅(Cu)などの金属を埋め込むことによって、配線層26 1・26 2・26 3が形成される。 As shown in FIGS. 1 to 2, the electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment includes a substrate 12 and a wiring layer 26 1 embedded in grooves 25 1 , 25 2, and 25 3 formed inside the substrate 12. · 26 2, 26 3, except wiring layers 26 1, 26 2, 26 3, an etch stop layer 6 formed inside the substrate 12, beam portion 28 disposed on the rear surface opposite to the surface of the substrate 12 1・ 28 2・ 28 3 Here, wiring layers 26 1 , 26 2, and 26 3 are formed in the grooves 25 1 , 25 2, and 25 3 formed inside the substrate 12 by embedding a metal such as copper (Cu).
エッチストップ層6の厚さΔは、図2(b)に示すように、溝部の深さTDおよび梁部28 1・28 2・28 3の厚さTBよりも薄く形成されている。 As shown in FIG. 2B, the thickness Δ of the etch stop layer 6 is formed thinner than the depth TD of the groove and the thickness TB of the beams 28 1 , 28 2, and 28 3 .
また、エッチストップ層6は、10Ω・cm以上の抵抗率を有する、例えば1μm厚程度のSiO 2膜(BOX層)を備えている。なお、エッチストップ層6は、10Ω・cm以上の抵抗率を有するものであれば、強磁性体、常磁性体、もしくは反磁性体のいずれかを備えるものであっても良い。 The etch stop layer 6 includes a SiO 2 film (BOX layer) having a resistivity of 10 Ω · cm or more, for example, about 1 μm thick. The etch stop layer 6 may be provided with any one of a ferromagnetic material, a paramagnetic material, and a diamagnetic material as long as it has a resistivity of 10 Ω · cm or more.
梁部28 1・28 2・28 3は、図1(a)に示すように、平面視において配線層26 1・26 2・26 3と直交し、互いに平行なストライプパターンを備えている。 As shown in FIG. 1A, the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 are provided with stripe patterns that are orthogonal to the wiring layers 26 1 , 26 2, and 26 3 in a plan view and are parallel to each other.
また、梁部28 1・28 2は、図1(b)に示すように、平面視において互いに所定の角度θで交差するストライプパターンを備えていても良い。 Further, as shown in FIG. 1B, the beam portions 28 1 and 28 2 may be provided with a stripe pattern that intersects with each other at a predetermined angle θ in plan view.
また、図2(b)に示すように、梁部28 1・28 2・28 3の厚さTB(例えば、50μm程度)は、溝部の深さTD(例えば、350μm程度)よりも薄く形成されている。また、梁部28 1・28 2・28 3は、図1〜図2に示すように、例えば、20μm程度の幅W1・W2・W3をそれぞれ備えている。 Further, as shown in FIG. 2 (b), the thickness of the beam portions 28 1 · 28 2 · 28 3 TB ( e.g., about 50 [mu] m), the groove depth TD (e.g., approximately 350 .mu.m) is thinner than ing. The beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 have widths W 1, W 2, and W 3 of about 20 μm, for example, as shown in FIGS.
また、溝部25 1・25 2・25 3、梁部28 1・28 2・28 3または配線層26 1・26 2・26 3は、平面視において、矩形、円形、楕円形、八角形、三角形、若しくは多角形のいずれかのパターンを有していても良い。 Further, the grooves 25 1, 25 2, 25 3, the beam portion 28 1, 28 2, 28 3 or the wiring layer 26 1, 26 2, 26 3, in plan view, rectangular, circular, oval, octagonal, triangular Or may have a polygonal pattern.
また、例えば、溝部および配線層が、平面視において平行かつ互いに90°で交差するストライプパターンを備えている場合には、後述する図20に示すようなインダクタンス素子用の電極内蔵基板を形成することができる。 Further, for example, when the trench and the wiring layer have stripe patterns that are parallel to each other and intersect each other at 90 ° in plan view, an electrode-embedded substrate for an inductance element as shown in FIG. 20 described later is formed. Can do.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板1において、基板12は、内部にエッチストップ層6が形成されてなるSOI(Silicon on Insulator)基板を用いることができる。 In the electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment, an SOI (Silicon on Insulator) substrate having an etch stop layer 6 formed therein can be used as the substrate 12.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板1であって、SOI基板ウェハ120に形成された相対的に長いラインアンドスペース(L&S:Line and Space)を有する電極内蔵基板1の模式的平面パターン構成は、図3に示すように表され、図3のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図4(a)に示すように表され、図3のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図4(b)に示すように表される。 In addition, a schematic planar pattern configuration of the electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment and having a relatively long line and space (L & S) formed on the SOI substrate wafer 120 is as follows. 3, and a schematic cross-sectional structure taken along line III-III in FIG. 3 is represented as shown in FIG. 4A, and a schematic cross-sectional structure taken along line IV-IV in FIG. 3. Is expressed as shown in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板1は、図3〜図4に示すように、SOI基板ウェハ120と、SOI基板ウェハ120の内部に形成された溝部25 1・25 2・25 3・…・25 nに埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nと、配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nを除く、SOI基板ウェハ120の内部に形成されたエッチストップ層6と、SOI基板ウェハ120の表面に対向する裏面に配置された梁部28 1・28 2とを備える。ここで、SOI基板ウェハ120の内部に形成された溝部25 1・25 2・25 3・…・25 nには、銅(Cu)などの金属を埋め込むことによって、配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nが形成される。 As shown in FIGS. 3 to 4, the substrate with a built-in electrode 1 according to the embodiment includes an SOI substrate wafer 120 and grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 ,... 25 formed inside the SOI substrate wafer 120. wiring layer and 26 1 · 26 2 · 26 3 · ... · 26 n embedded in n, excluding the wiring layer 26 1 · 26 2 · 26 3 · ... · 26 n, which is formed inside the SOI substrate wafer 120 The etch stop layer 6 and beam portions 28 1 and 28 2 disposed on the back surface facing the front surface of the SOI substrate wafer 120 are provided. Here, the trenches 25 1 , 25 2 , 25 3 ,..., 25 n formed in the SOI substrate wafer 120 are filled with a metal such as copper (Cu) to thereby form the wiring layers 26 1 , 26 2 ,. 26 3 ... 26 n are formed.
また、梁部28 1・28 2は、図3に示すように、平面視において配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nと直交し、互いに平行なストライプパターンを備えている。 Further, the beam portion 28 1, 28 2, as shown in FIG. 3, the wiring layers 26 1, 26 2, 26 3, ..., 26 orthogonal to n in a plan view, and a parallel stripe pattern with each other.
また、図4(a)に示すように、梁部281の厚さTBは、溝部の深さTDよりも薄く形成されている。梁部282の厚さTBについても同様である。 Further, as shown in FIG. 4A, the thickness TB of the beam portion 28 1 is formed thinner than the depth TD of the groove portion. The same applies to the thickness TB of the beam portion 28 2 .
エッチストップ層6の厚さは、溝部の深さTDおよび梁部28 1・28 2の厚さTBよりも薄く形成されている。 The thickness of the etch stop layer 6 is formed to be smaller than the depth TD of the groove and the thickness TB of the beam portions 28 1 and 28 2 .
比較例に係る電極内蔵基板1Aであって、シリコン基板ウェハ120Aに形成された相対的に長いラインアンドスペース(L&S:Line and Space)を有する電極内蔵基板1Aの模式的平面パターン構成は、図5(a)に示すように表される。 A schematic planar pattern configuration of an electrode-embedded substrate 1A according to a comparative example and having a relatively long line and space (L & S) formed on the silicon substrate wafer 120A is shown in FIG. It is expressed as shown in (a).
比較例に係る電極内蔵基板1Aは、SOI基板ウェハ120と、SOI基板ウェハ120の内部に形成された貫通孔に埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nを備えるが、梁部構造を備えていないため、図5(a)の破線ST部分に示すように、配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nのライン同士が接触するスティッキングが起きやすい。 The electrode-embedded substrate 1A according to the comparative example includes an SOI substrate wafer 120 and wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 ,..., 26 n embedded in through holes formed inside the SOI substrate wafer 120. Since the beam portion structure is not provided, sticking in which the lines of the wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 ,..., 26 n come into contact with each other easily occurs as shown by a broken line ST portion in FIG.
一方、実施の形態に係る電極内蔵基板1であって、SOI基板ウェハ120に形成された相対的に長いラインアンドスペースを有する電極内蔵基板1の模式的平面パターン構成は、図5(b)に示すように表される。 On the other hand, FIG. 5B shows a schematic planar pattern configuration of the electrode built-in substrate 1 according to the embodiment and having a relatively long line and space formed on the SOI substrate wafer 120. Represented as shown.
実施の形態に係る電極内蔵基板1は、SOI基板ウェハ120と、SOI基板ウェハ120の内部に形成された貫通孔に埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nと、平面視において互いに所定の角度θで交差するストライプパターンを備える梁部28 1・28 2とを備えるため、図5(b)に示すように、配線層26 1・26 2・26 3・…・26 nのライン同士が接触するスティッキングの発生を抑制可能である。 The electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment includes an SOI substrate wafer 120 and wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 ,..., 26 n embedded in through holes formed in the SOI substrate wafer 120, Since the beam portions 28 1 and 28 2 having stripe patterns intersecting each other at a predetermined angle θ in plan view are provided, as shown in FIG. 5B, the wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 ,. It is possible to suppress the occurrence of sticking where the 26 n lines come into contact with each other.
また、比較例に係る電極内蔵基板1Aであって、シリコン基板12Aに形成されたスパイラル形状のインダクタンス素子を有する電極内蔵基板1Aの模式的平面パターン構成は、図6に示すように表される。 A schematic planar pattern configuration of the electrode built-in substrate 1A according to the comparative example, which is a substrate with built-in electrode 1A having a spiral-shaped inductance element formed on the silicon substrate 12A, is expressed as shown in FIG.
比較例に係る電極内蔵基板1Aは、図6に示すように、貫通孔に埋め込まれた配線層26がコイル状に形成されるため、貫通孔の溝部を形成した状態では、シリコン基板12Aを支えるのは、図6中の破線で示された丸印のA部分のみであるため、製造信頼性が低下し易い。 As shown in FIG. 6, the electrode built-in substrate 1 </ b> A according to the comparative example supports the silicon substrate 12 </ b> A in a state in which the groove portion of the through hole is formed because the wiring layer 26 embedded in the through hole is formed in a coil shape. Since only the portion A of the circle indicated by the broken line in FIG. 6 is produced, the manufacturing reliability tends to be lowered.
実施の形態に係る電極内蔵基板は、例えば、SOI基板に溝部を形成し、銅を溝部に埋め込むことによって形成可能であるため、SOI基板内部にスパイラルコイルの構造を容易に実現可能である。 The electrode-embedded substrate according to the embodiment can be formed, for example, by forming a groove portion in an SOI substrate and embedding copper in the groove portion, so that a spiral coil structure can be easily realized inside the SOI substrate.
実施の形態に係る電極内蔵基板は、後述するように、LSIの積層化モジュール、インターポーザ、インダクタンス素子、シールド基板などに適用可能である。 The electrode-embedded substrate according to the embodiment can be applied to LSI stacked modules, interposers, inductance elements, shield substrates, and the like, as will be described later.
実施の形態に係る電極内蔵基板は、SOI基板の表面および裏面からの2段階エッチングにより電極内蔵基板構造を形成可能である。また、裏面に例えば、格子状の梁部構造を備えるため、電極配線層のラインアンドスペース(L&S:Line and Space)を長くしてもライン同士が接触するスティッキングが起きにくい。 The electrode built-in substrate according to the embodiment can form the electrode built-in substrate structure by two-step etching from the front surface and the back surface of the SOI substrate. In addition, for example, since a lattice-like beam structure is provided on the back surface, even if the line and space (L & S) of the electrode wiring layer is lengthened, sticking in which the lines are in contact hardly occurs.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板は、梁部以外の部分は貫通構造を有するため、銅などの金属めっきを充填し易い。 In addition, since the electrode built-in substrate according to the embodiment has a penetrating structure other than the beam portion, it is easy to fill with metal plating such as copper.
実施の形態においては、構造が簡単でライン同士が接触するスティッキングが起きにくく、信頼性の向上が可能な電極内蔵基板を提供することができる。 In the embodiment, it is possible to provide a substrate with a built-in electrode that has a simple structure and is difficult to cause sticking in which lines come into contact with each other and can improve reliability.
この結果、ウエハ面内のエッチレートばらつきの影響を受けないため、歩留まりが向上する。また、配線ごとに幅を変更できるようになり、設計自由度が広がった。 As a result, the yield is improved because it is not affected by variations in the etching rate within the wafer surface. In addition, the width can be changed for each wiring, and the degree of freedom in design has been expanded.
本実施の形態は、SOI基板を使用するため、基板内部のエッチストップ層によって、オーバーエッチにより梁部が破壊されるのを防止できる。このように、SOI基板は、エッチレートのばらつきの影響を受け難くいため、電極内蔵基板の歩留まりを向上できる。 In this embodiment, since the SOI substrate is used, it is possible to prevent the beam portion from being broken by overetching by the etch stop layer inside the substrate. As described above, since the SOI substrate is hardly affected by variations in the etching rate, the yield of the substrate with a built-in electrode can be improved.
しかも、同一のSOI基板上に配線幅やサイズの異なる複数の配線層を同時に形成可能であり、設計自由度を向上できる。 In addition, a plurality of wiring layers having different wiring widths and sizes can be simultaneously formed on the same SOI substrate, and the degree of freedom in design can be improved.
(電極内蔵基板の製造方法)
実施の形態に係る電極内蔵基板1であって、模式的表面パターン構成は、図7(a)に示すように表され、図7(a)のV−V線に沿う模式的断面構造は、図7(b)に示すように表され、図7(a)のVI−VI線に沿う模式的断面構造図は、図7(c)に示すように表され、図7(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図7(d)に示すように表される。図7(b)は、図7(d)のV−V線に沿う模式的断面構造にも対応している。図7(c)は、図7(d)のVI−VI線に沿う模式的断面構造にも対応している。
(Method for manufacturing electrode-embedded substrate)
In the electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment, a schematic surface pattern configuration is expressed as shown in FIG. 7A, and a schematic cross-sectional structure along the line VV in FIG. The schematic cross-sectional structure diagram represented as shown in FIG. 7B and taken along the line VI-VI in FIG. 7A is represented as shown in FIG. 7C and corresponds to FIG. A schematic back surface pattern configuration is expressed as shown in FIG. FIG. 7B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line VV in FIG. FIG. 7C also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along the line VI-VI in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板1は、図7(a)〜図7(d)に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成された溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5に埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5と、配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5を除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、SOI基板12の表面に対向する裏面に配置された梁部28 1・28 2・28 3とを備える。ここで、SOI基板12の内部に形成された溝部251・25 2・253・25 4・255には、銅(Cu)などの金属を埋め込むことによって、配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5が形成される。 The electrode-embedded substrate 1 according to the embodiment includes an SOI substrate 12 and groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 formed inside the SOI substrate 12 as shown in FIGS. 7A to 7D. - 25 except the 4-25 5 embedded in the wiring layers 26 1, 26 2, 26 3, 26 4, 26 5, a wiring layer 26 1, 26 2, 26 3, 26 4, 26 5, SOI substrate 12 The etch stop layer 6 is formed inside and the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 are disposed on the back surface facing the surface of the SOI substrate 12. Here, the trenches 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 formed inside the SOI substrate 12 are filled with a metal such as copper (Cu) to thereby form the wiring layers 26 1 , 26 2, and so on. 26 3 , 26 4 and 26 5 are formed.
また、梁部28 1・28 2・28 3は、図7(a)・図7(d)に示すように、平面視において配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5と直交し、かつ互いに平行なストライプパターンを備えている。なお、梁部は、図示は省略するが、図1(b)と同様に、平面視において互いに所定の角度θで交差するストライプパターンを備えていても良い。 Further, as shown in FIGS. 7A and 7D, the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 are connected to the wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 , 26 4, and 26 5 in a plan view. The stripe pattern is orthogonal and parallel to each other. Although not shown, the beam portion may be provided with a stripe pattern that intersects with each other at a predetermined angle θ in plan view, as in FIG.
また、図7(b)に示すように、梁部28 1・28 2・28 3の厚さTBは、溝部の深さTDよりも薄く形成されている。また、SOI基板12の厚さTは、TB+TD+Δ(エッチストップ層6の厚さ)に等しい。 Further, as shown in FIG. 7B, the thickness TB of the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 is formed thinner than the depth TD of the groove portion. The thickness T of the SOI substrate 12 is equal to TB + TD + Δ (the thickness of the etch stop layer 6).
また、図7(b)に示すように、配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5のライン幅はYに等しく、スペース幅は、Xに等しい。 Further, as shown in FIG. 7B, the line widths of the wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 , 26 4 and 26 5 are equal to Y, and the space width is equal to X.
図8〜図16を参照して、図7に示された実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法を説明する。 With reference to FIGS. 8-16, the manufacturing method of the electrode built-in board | substrate which concerns on embodiment shown by FIG. 7 is demonstrated.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法は、エッチストップ層が形成されてなるSOI基板を用いて、SOI基板12の内部に溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5を形成する工程と、SOI基板12の表面に対向する裏面に梁部28 1・28 2・28 3を形成する工程と、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5に配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5を埋め込み形成する工程とを有する。 In the manufacturing method of the electrode built-in substrate according to the embodiment, the grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 are formed inside the SOI substrate 12 by using the SOI substrate in which the etch stop layer is formed. step and a step of forming a beam portion 28 1, 28 2, 28 3 on the back surface opposite to the surface of the SOI substrate 12, grooves 25 1, 25 2, 25 3, 25 4, 25 5 to the wiring layer 26 1 A step of embedding 26 2 , 26 3 , 26 4 and 26 5 .
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、プロセス開始時における模式的表面パターン構成は、図8(a)に示すように表され、図8(a)のVII−VII線に沿う模式的断面構造は、図8(b)に示すように表され、図8(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図8(c)に示すように表される。図8(b)は、図8(c)のVII−VII線に沿う模式的断面構造にも対応している。 FIG. 8A shows a schematic surface pattern configuration at the start of the process, which is one step of the method for manufacturing the electrode built-in substrate according to the embodiment, and is VII-VII in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line is expressed as shown in FIG. 8B, and a schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 8A is expressed as shown in FIG. FIG. 8B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line VII-VII in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、上面のフォトリソグラフィー工程における模式的表面パターン構成は、図9(a)に示すように表され、図9(a)のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造は、図9(b)に示すように表され、図9(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図9(c)に示すように表される。図9(b)は、図9(c)のVIII−VIII線に沿う模式的断面構造にも対応している。 FIG. 9A shows a schematic surface pattern configuration in one step of the method for manufacturing the electrode-embedded substrate according to the embodiment, which is shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line -VIII is expressed as shown in FIG. 9B, and a schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 9A is expressed as shown in FIG. 9C. . FIG. 9B also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line VIII-VIII in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、上面のエッチング工程における模式的表面パターン構成は、図10(a)に示すように表され、図10(a)のIX−IX線に沿う模式的断面構造は、図10(b)に示すように表され、図10(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図10(c)に示すように表される。図10(b)は、図10(c)のIX−IX線に沿う模式的断面構造にも対応している。 FIG. 10A shows a schematic surface pattern configuration in the upper surface etching process, which is a process of the method for manufacturing the electrode built-in substrate according to the embodiment. A schematic cross-sectional structure along the line IX is expressed as shown in FIG. 10B, and a schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 10A is expressed as shown in FIG. FIG. 10B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line IX-IX in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、上面のレジスト剥離工程における模式的表面パターン構成は、図11(a)に示すように表され、図11(a)のX−X線に沿う模式的断面構造は、図11(b)に示すように表され、図11(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図11(c)に示すように表される。図11(b)は、図11(c)のX−X線に沿う模式的断面構造にも対応している。 FIG. 11A shows a schematic surface pattern configuration in one step of the method for manufacturing the electrode-embedded substrate according to the embodiment, in the resist stripping process on the upper surface, and the X in FIG. A schematic cross-sectional structure along the X-ray is expressed as shown in FIG. 11B, and a schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 11A is expressed as shown in FIG. . FIG. 11B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XX in FIG.
(溝部の形成工程)
(A1)まず、図8(a)〜図8(c)に示すように、内部にエッチストップ層6が形成されてなるSOI基板12を準備する。
(A2)次に、図9(a)〜図9(c)に示すように、SOI基板12の表面において、レジスト14を塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、パターニングする。
(A3)次に、図10(a)〜図10(c)に示すように、SOI基板12の表面においてエッチングを実施し、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5を形成する。
(A4)次に、図11(a)〜図11(c)に示すように、SOI基板12の表面のレジスト14を剥離する。ここで、図10(b)・図11(b)に示すように、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の幅はYで表され、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5間の幅はXで表される。また、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の深さは、TDで表される。また、薄層化された梁部となる部分の厚さはTBで表される。厚さTBは、溝部の深さTDよりも薄く形成されている。
(Groove formation process)
(A1) First, as shown in FIGS. 8A to 8C, an SOI substrate 12 having an etch stop layer 6 formed therein is prepared.
(A2) Next, as shown in FIGS. 9A to 9C, a resist 14 is applied on the surface of the SOI substrate 12 and patterned by a photolithography process.
(A3) Next, as shown in FIGS. 10A to 10C, etching is performed on the surface of the SOI substrate 12 to form grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 . To do.
(A4) Next, as shown in FIGS. 11A to 11C, the resist 14 on the surface of the SOI substrate 12 is removed. Here, as shown in FIGS. 10B and 11B, the width of the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 is represented by Y, and the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 are shown. The width between 3 · 25 4 · 25 5 is represented by X. The depths of the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 are represented by TD. The thickness of the thinned beam portion is represented by TB. The thickness TB is formed thinner than the depth TD of the groove.
さらに、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5を形成した後、熱酸化や化学的気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により絶縁層を形成する必要がある。 Furthermore, after forming the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 , it is necessary to form an insulating layer by thermal oxidation or chemical vapor deposition (CVD).
(梁部の形成工程)
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、下面のフォトリソグラフィー工程における模式的表面パターン構成は、図12(a)に示すように表され、図12(a)のXI−XI線に沿う模式的断面構造は、図12(b)に示すように表され、図12(a)のXII−XII線に沿う模式的断面構造は、図12(c)に示すように表され、図12(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図12(d)に示すように表される。図12(b)は、図12(d)のXI−XI線に沿う模式的断面構造にも対応している。図12(c)は、図12(d)のXII−XII線に沿う模式的断面構造にも対応している。
(Beam formation process)
FIG. 12A shows a schematic surface pattern configuration in one step of the method for manufacturing the electrode-embedded substrate according to the embodiment, which is shown in FIG. The schematic cross-sectional structure along the line -XI is represented as shown in FIG. 12 (b), and the schematic cross-sectional structure along the line XII-XII in FIG. 12 (a) is as shown in FIG. 12 (c). A schematic back surface pattern configuration shown and corresponding to FIG. 12A is expressed as shown in FIG. FIG. 12B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XI-XI in FIG. FIG. 12C also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XII-XII in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、下面のエッチング工程における模式的表面パターン構成は、図13(a)に示すように表され、図13(a)のXIII−XIII線に沿う模式的断面構造は、図13(b)に示すように表され、図13(a)のXIV−XIV線に沿う模式的断面構造は、図13(c)に示すように表され、図13(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図13(d)に示すように表される。図13(b)は、図13(d)のXIII−XIII線に沿う模式的断面構造にも対応している。図13(c)は、図13(d)のXIV−XIV線に沿う模式的断面構造にも対応している。 FIG. 13A shows a schematic surface pattern configuration in the lower surface etching process, which is one step of the method for manufacturing the electrode built-in substrate according to the embodiment. A schematic cross-sectional structure along the XIII line is represented as shown in FIG. 13B, and a schematic cross-sectional structure along the XIV-XIV line in FIG. 13A is represented as shown in FIG. 13C. Then, a schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 13A is expressed as shown in FIG. FIG. 13B also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line XIII-XIII in FIG. FIG. 13C also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line XIV-XIV in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、下面のレジスト除去工程における模式的表面パターン構成は、図14(a)に示すように表され、図14(a)のXV−XV線に沿う模式的断面構造は、図14(b)に示すように表され、図14(a)のXVI−XVI線に沿う模式的断面構造は、図14(c)に示すように表され、図14(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図14(d)に示すように表される。図14(b)は、図14(d)のXV−XV線に沿う模式的断面構造にも対応している。図14(c)は、図14(d)のXVI−XVI線に沿う模式的断面構造にも対応している。
(B1)次に、図12(a)〜図12(d)に示すように、SOI基板12の裏面において、レジスト16を塗布し、フォトリソグラフィー工程によって、パターニングする。ここで、図12(c)に示すように、上部のレジスト14の開口幅(図12(c)のY 1に対応)に比べて、下部のレジスト16の開口幅Y 2は、相対的に狭く設定することが望ましい。例えば、開口幅Y 1・Y 2は、50μm・30μmとしている。アライメントずれに伴う段差の発生を抑制するためである。
(B2)次に、図13(a)〜図13(d)に示すように、SOI基板12の裏面においてエッチングを実施し、貫通溝部27 1・27 2・27 3・27 4・27 5を形成して、梁部28 1・28 2・28 3を形成する。
(B3)次に、図14(a)〜図14(d)に示すように、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5内に露出する、貫通溝部27 1・27 2・27 3・27 4・27 5との間のエッチストップ層6を除去した後、SOI基板12の裏面のレジスト16を除去する。下部のレジスト16の開口幅Y 2を相対的に狭く設定することによって、SOI基板12には、図14(c)に示すような段差構造が形成されている。以下の工程において、同様の構造が保持される。
FIG. 14 (a) shows a schematic surface pattern configuration in one process of the method for manufacturing an electrode-embedded substrate according to the embodiment, in the resist removing process on the lower surface, and the XV in FIG. 14 (a). The schematic cross-sectional structure along the line -XV is represented as shown in FIG. 14 (b), and the schematic cross-sectional structure along the line XVI-XVI in FIG. 14 (a) is as shown in FIG. 14 (c). The schematic back surface pattern configuration shown and corresponding to FIG. 14A is expressed as shown in FIG. FIG. 14B also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line XV-XV in FIG. FIG. 14C also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line XVI-XVI in FIG.
(B1) Next, as shown in FIGS. 12A to 12D, a resist 16 is applied on the back surface of the SOI substrate 12 and patterned by a photolithography process. Here, as shown in FIG. 12C, the opening width Y 2 of the lower resist 16 is relatively larger than the opening width of the upper resist 14 (corresponding to Y 1 in FIG. 12C). It is desirable to set it narrowly. For example, the opening widths Y 1 and Y 2 are 50 μm and 30 μm. This is to suppress the occurrence of a step due to the misalignment.
(B2) Next, as shown in FIGS. 13A to 13D, etching is performed on the back surface of the SOI substrate 12 to form the through-groove portions 27 1 , 27 2 , 27 3 , 27 4, and 27 5 . Then, the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 are formed.
(B3) Next, as shown in FIG. 14 (a) ~ FIG 14 (d), exposed to the groove 25 1, 25 2, 25 3, 25 4, 25 5, the through grooves 27 1, 27 2, After removing the etch stop layer 6 between 27 3 , 27 4 and 27 5 , the resist 16 on the back surface of the SOI substrate 12 is removed. A step structure as shown in FIG. 14C is formed on the SOI substrate 12 by setting the opening width Y 2 of the lower resist 16 to be relatively narrow. In the following steps, the same structure is maintained.
ここで、図14(b)・図14(c)に示すように、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の幅はYで表され、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5間の幅はXで表される。また、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の深さは、TDで表される。また、梁部28 1・28 2・28 3となる部分の厚さはTBで表される。厚さTBは、溝部の深さTDよりも薄く形成されている。 Here, as shown in FIG. 14B and FIG. 14C, the width of the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 is represented by Y, and the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 are displayed. The width between 3 · 25 4 · 25 5 is represented by X. The depths of the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 are represented by TD. The thickness of the portion to be the beam portion 28 1, 28 2, 28 3 is represented by TB. The thickness TB is formed thinner than the depth TD of the groove.
また、SOI基板12の厚さTは、図14(b)に示すように、TB+TD+Δ(エッチストップ層6の厚さ)に等しい。 Further, the thickness T of the SOI substrate 12 is equal to TB + TD + Δ (the thickness of the etch stop layer 6) as shown in FIG.
さらに、熱酸化工程を実施することによって、基板全体に絶縁層を形成することができる。 Furthermore, an insulating layer can be formed on the entire substrate by performing a thermal oxidation process.
(配線層の埋め込み形成工程)
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、金属(Cu)メッキ埋め込み工程における模式的表面パターン構成は、図15(a)に示すように表され、図15(a)のXVII−XVII線に沿う模式的断面構造は、図15(b)に示すように表され、図15(a)のXVIII−XVIII線に沿う模式的断面構造は、図15(c)に示すように表され、図15(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図15(d)に示すように表される。図15(b)は、図15(d)のXVII−XVII線に沿う模式的断面構造にも対応している。図15(c)は、図15(d)のXVIII−XVIII線に沿う模式的断面構造にも対応している。
(Wiring layer embedding process)
FIG. 15A shows a schematic surface pattern configuration in one step of the method for manufacturing the electrode-embedded substrate according to the embodiment, in the metal (Cu) plating embedding step. A schematic cross-sectional structure taken along line XVII-XVII is represented as shown in FIG. 15B, and a schematic cross-sectional structure taken along line XVIII-XVIII in FIG. 15A is shown in FIG. A schematic back surface pattern configuration corresponding to FIG. 15A is expressed as shown in FIG. FIG. 15B also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XVII-XVII in FIG. FIG. 15C also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XVIII-XVIII in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板の製造方法の一工程であって、上面および下面の金属(Cu)メッキ研磨工程における模式的表面パターン構成は、図16(a)に示すように表され、図16(a)のXIX−XIX線に沿う模式的断面構造は、図16(b)に示すように表され、図16(a)のXX−XX線に沿う模式的断面構造は、図16(c)に示すように表され、図16(a)に対応する模式的裏面パターン構成は、図16(d)に示すように表される。図16(b)は、図16(d)のXIX−XIX線に沿う模式的断面構造にも対応している。図16(c)は、図16(d)のXX−XX線に沿う模式的断面構造にも対応している。
(C1)次に、図15(a)〜図15(d)に示すように、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5に対してSOI基板12の表面側から金属メッキ層26Uを形成し、貫通溝部27 1・27 2・27 3・27 4・27 5に対してSOI基板12の表面側および裏面側から金属メッキ層26U・26Dを形成する。金属メッキ層26U・26Dは、例えばCuメッキ層を備えていても良い。なお、図示は省略するが、金属メッキ層26U・26Dを形成する工程の前工程として、いずれもメッキ層の形成のためのシード層を形成する工程を実施する。シード層の形成工程では、CVD技術、スパッタリング技術、蒸着技術、無電解メッキ技術などを適用可能である。
FIG. 16A shows a schematic surface pattern configuration in one step of the method of manufacturing the electrode-embedded substrate according to the embodiment, in the metal (Cu) plating polishing step on the upper surface and the lower surface. A schematic cross-sectional structure taken along line XIX-XIX in FIG. 16A is represented as shown in FIG. 16B, and a schematic cross-sectional structure taken along line XX-XX in FIG. The schematic back surface pattern configuration shown as shown in c) and corresponding to FIG. 16A is shown as shown in FIG. FIG. 16B also corresponds to a schematic cross-sectional structure taken along line XIX-XIX in FIG. FIG. 16C also corresponds to a schematic cross-sectional structure along the line XX-XX in FIG.
(C1) Next, as shown in FIGS. 15A to 15D, a metal plating layer is formed from the surface side of the SOI substrate 12 with respect to the grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 . 26 U is formed, and metal plating layers 26 U and 26 D are formed on the through groove portions 27 1 , 27 2 , 27 3 , 27 4 and 27 5 from the front surface side and the back surface side of the SOI substrate 12. The metal plating layers 26U and 26D may include, for example, a Cu plating layer. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, all perform the process of forming the seed layer for formation of a plating layer as a pre-process of the process of forming metal plating layer 26U * 26D. In the seed layer forming process, a CVD technique, a sputtering technique, a vapor deposition technique, an electroless plating technique, or the like can be applied.
さらに、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5および貫通溝部27 1・27 2・27 3・27 4・27 5を形成した後、熱酸化やCVDで絶縁層を形成した後、上記の金属メッキ層26U・26Dの形成工程を実施する。
(C2)次に、図16(a)〜図16(d)に示すように、SOI基板12の表面および裏面において金属メッキ層26U・26Dの研磨工程を実施して、溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5および貫通溝部27 1・27 2・27 3・27 4・27 5内に埋め込まれた配線層26 1・26 2・26 3・26 4・26 5を形成する。ここで、研磨工程としては、化学的機械的研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)技術を適用しても良い。
Further, after the grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 and the through grooves 27 1 , 27 2 , 27 3 , 27 4, and 27 5 are formed, an insulating layer is formed by thermal oxidation or CVD. Then, the process of forming the metal plating layers 26U and 26D is performed.
(C2) Next, as shown in FIGS. 16A to 16D, a polishing process of the metal plating layers 26U and 26D is performed on the front surface and the back surface of the SOI substrate 12 to form the grooves 25 1 and 25 2. The wiring layers 26 1 , 26 2 , 26 3 , 26 4, and 26 5 embedded in the 25 3 , 25 4 , 25 5 and the through-groove portions 27 1 , 27 2 , 27 3 , 27 4, and 27 5 are formed. . Here, as the polishing process, a chemical mechanical polishing (CMP) technique may be applied.
ここで、実施の形態に係る電極内蔵基板において、エッチストップ層6の厚さΔは、例えば0.1μm〜40μm程度であり、0.5μm〜20μm程度が好ましい。梁部28 1・28 2・28 3の厚さTBは、例えば1μm〜400μm程度であり、より好ましくは、10μm〜200μm程度とされる。梁部28 1・28 2・28 3の幅さW1・W2・W3は、例えば1μm〜200μm程度であり、より好ましくは、5μm〜100μm程度とされる。溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の深さTDは、例えば10μm〜1000μm程度であり、より好ましくは、50μm〜500μm程度とされる。溝部25 1・25 2・25 3・25 4・25 5の幅Yは、例えば1μm〜400μm程度であり、より好ましくは、5μm〜200μm程度とされる。 Here, in the electrode built-in substrate according to the embodiment, the thickness Δ of the etch stop layer 6 is, for example, about 0.1 μm to 40 μm, and preferably about 0.5 μm to 20 μm. The thickness TB of the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 is, for example, about 1 μm to 400 μm, and more preferably about 10 μm to 200 μm. The widths W1, W2, and W3 of the beam portions 28 1 , 28 2, and 28 3 are, for example, about 1 μm to 200 μm, and more preferably about 5 μm to 100 μm. The depth TD of the grooves 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 is, for example, about 10 μm to 1000 μm, and more preferably about 50 μm to 500 μm. The width Y of the groove portions 25 1 , 25 2 , 25 3 , 25 4, and 25 5 is, for example, about 1 μm to 400 μm, and more preferably about 5 μm to 200 μm.
本実施の形態に係る電極内蔵基板を適用可能なインダクタンス素子、インターポーザ、シールド基板およびモジュールに関する以下の記載においては、SOI基板を単に基板と記述(エッチストップ層の図示を省略)している場合が含まれる。 In the following description of the inductance element, interposer, shield substrate, and module to which the electrode-embedded substrate according to this embodiment can be applied, the SOI substrate may be simply described as a substrate (the illustration of the etch stop layer is omitted). included.
(SOI基板方式とパーマロイ基板方式のインダクタンス素子の比較)
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたSOI基板方式のインダクタンス素子の模式的断面構造は、図17に示すように表される。また、比較例に係るパーマロイ基板方式のインダクタンス素子の模式的断面構造(裏面研磨なしの構造例)は、図18(a)に示すように表され、裏面研磨有りの構造例は、図18(b)に示すように表されえる。なお、図17においては、梁部構造については、図30などを参照して後述する。
(Comparison between SOI substrate type and permalloy substrate type inductance elements)
FIG. 17 shows a schematic cross-sectional structure of an SOI substrate type inductance element formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment. Moreover, a schematic cross-sectional structure (structure example without back surface polishing) of the permalloy substrate type inductance element according to the comparative example is represented as shown in FIG. 18A, and a structure example with back surface polishing is shown in FIG. It can be expressed as shown in b). In FIG. 17, the beam structure will be described later with reference to FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたSOI基板方式のインダクタンス素子32は、図17に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層26と、配線層26を除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、配線層26の側面に配置された絶縁層30S・配線層26の表面に配置された絶縁層30U・配線層26の裏面に配置された絶縁層30Dと、絶縁層30U上に配置された磁性層10Uと、絶縁層30D下に配置された磁性層10Dとを備える。SOI基板12に形成された梁部28は、図示を省略している。破線は、インダクタンス素子32の動作状態における磁束が通過する経路を模式的に表している。 The SOI substrate type inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment is embedded in the SOI substrate 12 and a groove formed inside the SOI substrate 12 as shown in FIG. The wiring layer 26, the etch stop layer 6 formed inside the SOI substrate 12 excluding the wiring layer 26, and the insulating layer 30S disposed on the side surface of the wiring layer 26 and the insulating layer disposed on the surface of the wiring layer 26 The insulating layer 30D disposed on the back surface of the wiring layer 26, the magnetic layer 10U disposed on the insulating layer 30U, and the magnetic layer 10D disposed below the insulating layer 30D. The beam portion 28 formed on the SOI substrate 12 is not shown. The broken line schematically represents the path through which the magnetic flux passes in the operating state of the inductance element 32.
SOI基板方式では、深堀エッチングとシリコン貫通電極(TSV:Through Silicon Via)技術により、高密度かつ大断面積のコイルを形成可能である。SOI基板は、非磁性の基板であるため、磁気抵抗が大きくインダクタンス値はパーマロイ方式に比べて相対的に小さいが、磁気飽和は起きにくいため、大電流化に有利である。 In the SOI substrate method, a coil having a high density and a large cross-sectional area can be formed by deep etching and a through silicon via (TSV) technique. Since the SOI substrate is a non-magnetic substrate, the magnetic resistance is large and the inductance value is relatively smaller than that of the permalloy method, but magnetic saturation is less likely to occur, which is advantageous for increasing the current.
比較例に係るパーマロイ基板方式のインダクタンス素子の模式的断面構造(裏面研磨なしの構造例)は、図18(a)に示すように、パーマロイ基板120Pと、パーマロイ基板120Pの内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層260と、配線層260の側面・底面に配置された絶縁層300S・配線層260の表面に配置された絶縁層300Uと、絶縁層300U上に配置された磁性層100Uとを備える。破線は、インダクタンス素子32の動作状態における磁束が通過する経路を模式的に表している。 As shown in FIG. 18 (a), a schematic cross-sectional structure of a permalloy substrate type inductance element according to a comparative example (structure example without back surface polishing) includes a permalloy substrate 120P and a groove formed inside the permalloy substrate 120P. A wiring layer 260 embedded in the insulating layer 300S, an insulating layer 300S disposed on the side surface / bottom surface of the wiring layer 260, an insulating layer 300U disposed on the surface of the wiring layer 260, and a magnetic layer 100U disposed on the insulating layer 300U. Is provided. The broken line schematically represents the path through which the magnetic flux passes in the operating state of the inductance element 32.
比較例に係るパーマロイ基板方式のインダクタンス素子の模式的断面構造(裏面研磨有りの構造例)は、図18(b)に示すように、パーマロイ基板120Pと、パーマロイ基板120Pの内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層260と、配線層260の側面に配置された絶縁層300S・配線層260底面に配置された絶縁層300D・配線層260の表面に配置された絶縁層300Uと、絶縁層300U上に配置された磁性層100U・絶縁層300D下に配置された磁性層100Dとを備える。破線は、インダクタンス素子の動作状態における磁束が通過する経路を模式的に表している。 As shown in FIG. 18B, a schematic cross-sectional structure of a permalloy substrate type inductance element according to a comparative example (structure example with backside polishing) is a permalloy substrate 120P and a groove formed inside the permalloy substrate 120P. A wiring layer 260 embedded in the wiring layer 260; an insulating layer 300S disposed on the side surface of the wiring layer 260; an insulating layer 300D disposed on the bottom surface of the wiring layer 260; an insulating layer 300U disposed on the surface of the wiring layer 260; A magnetic layer 100U disposed above 300U and a magnetic layer 100D disposed below the insulating layer 300D. The broken line schematically represents the path through which the magnetic flux passes in the operating state of the inductance element.
パーマロイ基板方式では、ウェットエッチングを適用してパーマロイを加工するため、コイルの高密度化、大断面積化には不利である。一方、パーマロイ基板は、磁性基板であるため、磁気抵抗が小さく、インダクタンス値が大きい。 In the permalloy substrate system, wet etching is applied to process the permalloy, which is disadvantageous for increasing the density and the cross-sectional area of the coil. On the other hand, since the permalloy substrate is a magnetic substrate, the magnetic resistance is small and the inductance value is large.
(インダクタンス素子の構成)
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32の模式的鳥瞰構成は、図19(a)に示すように表わされ、図19(a)のXXI−XXI線に沿う模式的断面構造は、図19(b)に示すように表わされる。
(Configuration of inductance element)
A schematic bird's-eye view configuration of the inductance element 32 formed by applying the electrode-embedded substrate according to the embodiment is represented as shown in FIG. 19A and is along the XXI-XXI line of FIG. A schematic cross-sectional structure is represented as shown in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32は、図19に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層26と、配線層26を除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、配線層26の側面に配置された絶縁層30S・配線層26の表面に配置された絶縁層30U・配線層26の裏面に配置された絶縁層30Dと、絶縁層30U上に配置された磁性層10Uと、絶縁層30D下に配置された磁性層10Dとを備える。SOI基板12に形成された梁部28は、図示を省略している。 As shown in FIG. 19, the inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment includes an SOI substrate 12 and a wiring layer 26 embedded in a groove formed in the SOI substrate 12. The etch stop layer 6 formed inside the SOI substrate 12 excluding the wiring layer 26, the insulating layer 30S disposed on the side surface of the wiring layer 26, the insulating layer 30U disposed on the surface of the wiring layer 26, and the wiring layer 26, the insulating layer 30D disposed on the back surface, the magnetic layer 10U disposed on the insulating layer 30U, and the magnetic layer 10D disposed below the insulating layer 30D. The beam portion 28 formed on the SOI substrate 12 is not shown.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32において、溝部に埋め込まれた配線層26は、図20(a)〜図20(c)に示すように、コイル形状を備えていても良い。 In the inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment, the wiring layer 26 embedded in the groove has a coil shape as shown in FIGS. 20 (a) to 20 (c). May be.
また、図19に示すように、SOI基板12の表面に配置された上部コア(30U・10U)を備えていても良い。 Moreover, as shown in FIG. 19, you may provide the upper core (30U * 10U) arrange | positioned at the surface of the SOI substrate 12. FIG.
また、図19に示すように、SOI基板12の裏面に配置された下部コア(30D・10D)を備えていても良い。 Moreover, as shown in FIG. 19, you may provide the lower core (30D * 10D) arrange | positioned at the back surface of the SOI substrate 12. FIG.
また、上部コア(30U・10U)および下部コア(30D・10D)は、磁性層10U・10Dと絶縁層30U・30Dの多層構造を備えていても良い。 Further, the upper core (30U · 10U) and the lower core (30D · 10D) may have a multilayer structure of the magnetic layers 10U · 10D and the insulating layers 30U · 30D.
さらに、図19に示すように、上部コア(30U・10U)および下部コア(30D・10D)を複数に分割するスリットSLを備えていても良い。このスリット構造により、渦電流損を低減可能である。磁性層10U・10Dは、パーマロイ、フェライトなどの強磁性体を備えていても良い。 Furthermore, as shown in FIG. 19, you may provide the slit SL which divides | segments an upper core (30U * 10U) and a lower core (30D * 10D) into plurality. With this slit structure, eddy current loss can be reduced. The magnetic layers 10U and 10D may include a ferromagnetic material such as permalloy or ferrite.
また、絶縁層30U・30Dは、強磁性体、常磁性体、もしくは反磁性体のいずれかを備えていても良い。また、磁性層10U・10Dの厚さおよびスリットSLによる磁性層10U・10Dの分割により、磁性層10U・10D内の渦電流半径を制御可能である。 The insulating layers 30U and 30D may include any one of a ferromagnetic material, a paramagnetic material, and a diamagnetic material. Further, the eddy current radius in the magnetic layers 10U and 10D can be controlled by dividing the magnetic layers 10U and 10D by the thickness of the magnetic layers 10U and 10D and the slit SL.
(インダクタンス素子の製造方法:上部コア・下部コアの形成工程)
また、実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子の製造方法は、上記の実施の形態に係る電極内蔵基板1の製造工程に加えて、図17・図19(b)に示すように、SOI基板12の表面に上部コア(30U・10U)を形成する工程と、SOI基板12の表面に対向する裏面に下部コア(30D・10D)を形成する工程とを有していても良い。
(D1)上記の実施の形態に係る電極内蔵基板の製造工程を実施して形成された電極内蔵基板1に対して、図17・図19(b)に示すように、SOI基板12の表面および裏面に絶縁層30U・30Dを形成する。
(D2)次に、図17・図19(b)に示すように、絶縁層30U上に磁性層10Uを形成して、上部コア(30U・10U)を形成する。
(D3)次に、図17・図19(b)に示すように、絶縁層30D下に磁性層10Dを形成して、下部コア(30D・10D)を形成する。
(Inductance element manufacturing method: upper core / lower core formation process)
In addition to the manufacturing process of the electrode-embedded substrate 1 according to the above-described embodiment, the manufacturing method of the inductance element formed by applying the electrode-embedded substrate according to the embodiment includes FIGS. 17 and 19B. As shown in FIG. 2, the method includes a step of forming an upper core (30U · 10U) on the surface of the SOI substrate 12 and a step of forming a lower core (30D · 10D) on the back surface facing the surface of the SOI substrate 12. May be.
(D1) As shown in FIGS. 17 and 19B, the surface of the SOI substrate 12 and the electrode-embedded substrate 1 formed by carrying out the manufacturing process of the electrode-embedded substrate according to the above embodiment Insulating layers 30U and 30D are formed on the back surface.
(D2) Next, as shown in FIGS. 17 and 19B, the magnetic layer 10U is formed on the insulating layer 30U to form the upper core (30U · 10U).
(D3) Next, as shown in FIGS. 17 and 19B, the magnetic layer 10D is formed under the insulating layer 30D to form the lower core (30D and 10D).
上部コア(30U・10U)および下部コア(30D・10D)の形成においては、磁性層と絶縁層の多層構造を形成しても良い。ここで、磁性層は、メッキ形成技術、スパッタリング技術、真空蒸着技術などで形成可能である。 In forming the upper core (30U · 10U) and the lower core (30D · 10D), a multilayer structure of a magnetic layer and an insulating layer may be formed. Here, the magnetic layer can be formed by a plating technique, a sputtering technique, a vacuum deposition technique, or the like.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32であって、配線層部分の模式的鳥瞰構成は、図20(a)に示すように表わされ、図20(a)の表面構成は、図20(b)に示すように表わされ、図20(a)の裏面構成は、図20(c)に示すように表わされる。 An inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment, and a schematic bird's-eye view configuration of the wiring layer portion is expressed as shown in FIG. 20B is represented as shown in FIG. 20B, and the back surface configuration of FIG. 20A is represented as shown in FIG. 20C.
さらに、図20(a)の中央部分のXXII−XXII線に沿う断面鳥瞰構成は、図21(a)に示すように表わされ、図21(a)の矢印B1方向から見た断面構成は、図21(b)に示すように表わされ、図21(b)のC1部分の拡大図は、図21(c)に示すように表わされる。 Furthermore, the cross-sectional bird's-eye view configuration along the line XXII-XXII in the central portion of FIG. 20A is represented as shown in FIG. 21A, and the cross-sectional configuration viewed from the direction of arrow B1 in FIG. 21 (b), and an enlarged view of the portion C1 in FIG. 21 (b) is represented as shown in FIG. 21 (c).
また、図20(a)のXXIII−XXIII線に沿う断面鳥瞰構成は、図22(a)に示すように表され、図22(a)の矢印B2方向から見た断面構成は、図22(b)に示すように表され、図22(b)のC2部分の拡大図は、図22(c)に示すように表わされる。 Moreover, the cross-sectional bird's-eye view configuration along line XXIII-XXIII in FIG. 20A is represented as shown in FIG. 22A, and the cross-sectional configuration viewed from the direction of arrow B2 in FIG. b), and an enlarged view of a portion C2 in FIG. 22B is represented as shown in FIG. 22C.
さらに、図20(a)のSOI基板12のみの表面側模式的鳥瞰構成は、図23(a)に示すように表され、図23(a)の裏面側模式的鳥瞰構成は、図23(b)に示すように表わされる。 Furthermore, the front side schematic bird's-eye view configuration of only the SOI substrate 12 in FIG. 20A is represented as shown in FIG. 23A, and the rear side schematic bird's-eye view configuration in FIG. It is expressed as shown in b).
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32は、SOI基板12に2段階エッチングとCuメッキ技術を実施して形成される。図20(a)・図23(a)に示すように、SOI基板12のサイズは、LX・LYで表される。具体的な数値例としては、LX・LYは、共に約4.2mmである。 The inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment is formed by performing two-step etching and Cu plating technology on the SOI substrate 12. As shown in FIGS. 20A and 23A, the size of the SOI substrate 12 is represented by LX · LY. As a specific numerical example, LX and LY are both about 4.2 mm.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32は図20(c)・図23(b)に示すように、SOI基板12の裏面に格子構造の梁部28を備える。ここで、梁部28の格子の十字部分の幅はΔB、格子の枠部分の幅はΔEX・ΔEYで表される。具体的な数値例としては、ΔB・ΔEX・ΔEYは、いずれも約100μmである。 In addition, the inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment has a lattice-structure beam 28 on the back surface of the SOI substrate 12 as shown in FIGS. 20 (c) and 23 (b). Prepare. Here, the width of the cross portion of the lattice of the beam portion 28 is represented by ΔB, and the width of the frame portion of the lattice is represented by ΔEX · ΔEY. As specific numerical examples, ΔB, ΔEX, and ΔEY are all about 100 μm.
また、図21(c)に示すように、配線層26のラインアンドスペースはYおよびXで表され、配線層26の深さはTDで表され、梁部28の厚さはTBで表される。具体的な数値例としては、配線層26の線幅Yは約50μm、間隔Xは約15μm、配線層26の深さTDは約300μm、梁部28の厚さTBは約50μmである。 In addition, as shown in FIG. 21C, the line and space of the wiring layer 26 is represented by Y and X, the depth of the wiring layer 26 is represented by TD, and the thickness of the beam portion 28 is represented by TB. The As a specific numerical example, the line width Y of the wiring layer 26 is about 50 μm, the interval X is about 15 μm, the depth TD of the wiring layer 26 is about 300 μm, and the thickness TB of the beam portion 28 is about 50 μm.
また、図22(c)に示すように、SOI基板12の中央部の梁部28の幅はWBで表される。このWBは、図20(c)・図23(b)におけるΔBに等しく、約100μmである。 Further, as shown in FIG. 22C, the width of the beam portion 28 at the center of the SOI substrate 12 is represented by WB. This WB is equal to ΔB in FIGS. 20C and 23B and is about 100 μm.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32においては、SOI基板内蔵のインダクタンス素子が形成されるため、電極内蔵基板上にICやコンデンサを配置したDC/DCコンバータなどに適用可能である。また、電極内蔵基板の上下に磁性層10U・10Dを形成することでICやコンデンサに与えるノイズの影響を低減可能である。 In the inductance element 32 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment, since the inductance element built in the SOI substrate is formed, it is used for a DC / DC converter in which an IC or a capacitor is arranged on the electrode built-in substrate. Applicable. Further, by forming the magnetic layers 10U and 10D above and below the electrode-embedded substrate, it is possible to reduce the influence of noise on the IC and the capacitor.
(梁部構造)
実施の形態に係る電極内蔵基板に適用可能な梁部28の構造の模式的平面図であって、十字型構成例は、図24(a)に示すように表され、格子型構成例は、図24(b)に示すように表され、対角方向クロス型構成例は、図24(c)に示すように表され、円形・十字複合型構成例は、図24(d)に示すように表される。
(Beam structure)
FIG. 24 is a schematic plan view of the structure of the beam portion 28 applicable to the electrode built-in substrate according to the embodiment, in which a cross-shaped configuration example is represented as shown in FIG. 24 (b), a diagonal cross type configuration example is shown as shown in FIG. 24 (c), and a circular / cross composite type configuration example is shown in FIG. 24 (d). It is expressed in
実施の形態に係る電極内蔵基板に適用可能な梁部28の構造は、図24に示すように、平面視において、十字型、格子型、対角方向クロス型、円形・十字複合型のいずれかのパターンを有していても良い。さらに、矩形、円形、楕円形、八角形、三角形、若しくは多角形などのいずれかのパターンを有していても良い。 As shown in FIG. 24, the structure of the beam portion 28 applicable to the electrode-embedded substrate according to the embodiment is one of a cross shape, a lattice type, a diagonal cross type, and a circular / cross composite type in plan view. You may have the following pattern. Furthermore, it may have any pattern such as a rectangle, a circle, an ellipse, an octagon, a triangle, or a polygon.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板において、溝部または配線層も梁部の形状と同様に、十字型、格子型、対角方向クロス型、円形・十字複合型、矩形、円形、楕円形、八角形、三角形、若しくは多角形などのいずれかのパターンを有していても良い。 Further, in the electrode-embedded substrate according to the embodiment, the groove portion or the wiring layer has a cross shape, a lattice shape, a diagonal cross shape, a circular / cross composite shape, a rectangular shape, a circular shape, an oval shape, as well as the shape of the beam portion. You may have any pattern, such as an octagon, a triangle, or a polygon.
(インダクタンスの周波数特性)
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子のインダクタンスLの周波数特性のシミュレーション結果は、図25に示すように表される。
(Inductance frequency characteristics)
The simulation result of the frequency characteristic of the inductance L of the inductance element formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment is expressed as shown in FIG.
また、実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子の交流抵抗ACRの周波数特性のシミュレーション結果は、図26に示すように表される。 Further, the simulation result of the frequency characteristics of the AC resistance ACR of the inductance element formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment is expressed as shown in FIG.
図25・図26において、●プロットで表される「空芯」の曲線は、電極内蔵基板の上下に絶縁層30U・30Dを備える構造に対応し、▲プロットで表される「磁性層」の曲線は、絶縁層30U・30Dの上下に磁性層10U・10Dを備える構造に対応し、■プロットで表される「磁性層&スリット」の曲線は、磁性層10U・10DにさらにスリットSLを形成した構造に対応している。 25 and 26, the “air core” curve represented by the plot corresponds to the structure having the insulating layers 30U and 30D above and below the electrode-embedded substrate, and the “magnetic layer” represented by the plot. The curve corresponds to the structure having the magnetic layers 10U and 10D above and below the insulating layers 30U and 30D, and the “magnetic layer & slit” curve represented by the plot ■ further forms a slit SL in the magnetic layers 10U and 10D. It corresponds to the structure.
実施の形態に係るインダクタンス素子のインダクタンスLの周波数特性は、100kHz〜10MHzの測定範囲で、略一定値を示す。磁性層10U・10Dを形成することによって、インダクタンスLを増大可能である。 The frequency characteristic of the inductance L of the inductance element according to the embodiment shows a substantially constant value in the measurement range of 100 kHz to 10 MHz. The inductance L can be increased by forming the magnetic layers 10U and 10D.
実施の形態に係るインダクタンス素子の交流抵抗ACRの周波数特性は、100kHz〜10MHzの測定範囲で、相対的に低い交流抵抗ACRの値を示している。特に、スリットSLを形成することによって、磁性層10U・10Dのみの場合に比べて、相対的に低い交流抵抗ACRが得られる。 The frequency characteristic of the AC resistance ACR of the inductance element according to the embodiment shows a relatively low value of the AC resistance ACR in the measurement range of 100 kHz to 10 MHz. In particular, by forming the slit SL, a relatively low AC resistance ACR can be obtained as compared with the case of only the magnetic layers 10U and 10D.
(モジュール)
―比較例―
比較例に係るDC/DCコンバータモジュールの実装構成例は、図27に示すように表される。比較例に係るDC/DCコンバータモジュールにおいては、プリント回路基板38上にインダクタンス素子34、IC36、コンデンサ401・402を搭載するため、実装面積の低減は困難である。
(module)
―Comparison example―
A mounting configuration example of the DC / DC converter module according to the comparative example is expressed as shown in FIG. In the DC / DC converter module according to the comparative example, since the inductance element 34, the IC 36, and the capacitors 40 1 and 40 2 are mounted on the printed circuit board 38, it is difficult to reduce the mounting area.
―構成例1―
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例1の集積回路ブロック構成は、図28に示すように表わされる。図28において、端子A1:VINは、電圧EのDC/DCコンバータ入力電圧VINが入力される電源端子、端子A2:ENは、イネーブル端子、端子A3:GNDは、接地端子を表す。また、端子B1:LXは、インダクタ接続端子、端子B2:FBは、出力電圧フィードバック入力端子、端子B3:MODEは、DE/PFM−PWMモード切り替え用端子を表す。電圧Eには、並列に入力コンデンサCiが接続される。また、端子B1:LXにはリアクトルLを介して出力コンデンサCoが接続され、出力コンデンサCoの両端からDC/DCコンバータ出力電圧VOUTを得ることができる。
-Configuration example 1-
The integrated circuit block configuration of configuration example 1 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment is expressed as shown in FIG. In FIG. 28, a terminal A1: VIN represents a power supply terminal to which the DC / DC converter input voltage VIN of the voltage E is input, a terminal A2: EN represents an enable terminal, and a terminal A3: GND represents a ground terminal. Terminal B1: LX represents an inductor connection terminal, terminal B2: FB represents an output voltage feedback input terminal, and terminal B3: MODE represents a DE / PFM-PWM mode switching terminal. An input capacitor Ci is connected to the voltage E in parallel. An output capacitor Co is connected to the terminal B1: LX via a reactor L, and a DC / DC converter output voltage VOUT can be obtained from both ends of the output capacitor Co.
また、図28に対応したDC/DCコンバータモジュール3の構成例1の模式的平面パターン構成の積層化合成図は、図29に示すように表され、図29のXXIV−XXIV線に沿う模式的断面構造は、図30に示すように表される。 In addition, a stacked composite diagram of the schematic planar pattern configuration of the configuration example 1 of the DC / DC converter module 3 corresponding to FIG. 28 is expressed as shown in FIG. 29 and schematically along the line XXIV-XXIV in FIG. The cross-sectional structure is expressed as shown in FIG.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3は、図30に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層26と、配線層26を除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、配線層26の表面に配置された絶縁層30U 1/磁性層10U/絶縁層30U 2と、配線層26の裏面に配置された絶縁層30D 1/磁性層10D/絶縁層30D 2と、絶縁層30U 2上に上面配線層44・半田層45を介して配置されたIC36・コンデンサ40と、絶縁層30D 2の下面に配置された下面配線層46・半田層47とを備える。ここで、配線層26の側面に配置された絶縁層30S、磁性層10U・10Dに形成されたスリットSLおよびSOI基板12に形成された梁部28は、図示を省略している。 As shown in FIG. 30, the DC / DC converter module 3 according to the embodiment excludes the SOI substrate 12, the wiring layer 26 embedded in the groove formed inside the SOI substrate 12, and the wiring layer 26. Etch stop layer 6 formed in SOI substrate 12, insulating layer 30 U 1 / magnetic layer 10 U / insulating layer 30 U 2 disposed on the surface of wiring layer 26, and insulating layer disposed on the back surface of wiring layer 26 30D 1 / magnetic layer 10D / insulating layer 30D 2 , IC 36 and capacitor 40 disposed on the insulating layer 30U 2 via the upper surface wiring layer 44 and solder layer 45, and the lower surface disposed on the lower surface of the insulating layer 30D 2 A wiring layer 46 and a solder layer 47 are provided. Here, the insulating layer 30S disposed on the side surface of the wiring layer 26, the slit SL formed in the magnetic layers 10U and 10D and the beam portion 28 formed in the SOI substrate 12 are not shown.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例1においては、図29・30に示すように、IC36、コンデンサ40を搭載することができる。このため、積層技術により、実装面積を低減可能である。 In the configuration example 1 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment, an IC 36 and a capacitor 40 can be mounted as shown in FIGS. For this reason, the mounting area can be reduced by the lamination technique.
図29・30に対応する実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例1の鳥瞰構成は、図31に示すように表される。 The bird's-eye view configuration of the configuration example 1 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment corresponding to FIGS. 29 and 30 is expressed as shown in FIG.
図31に示すように、電極内蔵基板を適用して形成されたインダクタンス素子32上にIC36、コンデンサ40を搭載することができる。このため、積層技術により、実装面積を比較例に比べて低減可能である。 As shown in FIG. 31, an IC 36 and a capacitor 40 can be mounted on an inductance element 32 formed by applying an electrode built-in substrate. For this reason, the mounting area can be reduced by the lamination technique as compared with the comparative example.
図29〜図31の下面配線層46の模式的平面構成は、図32に示すように表される。下面配線層46には、端子A1用のVIN電極パターン、端子A2用のEN電極パターン、端子A3用のGND電極パターン、端子B1用のVOUT電極パターン、端子B3用のMODE電極パターンなどが配置されている。 A schematic plan configuration of the lower surface wiring layer 46 of FIGS. 29 to 31 is expressed as shown in FIG. 32. On the lower wiring layer 46, a VIN electrode pattern for the terminal A1, an EN electrode pattern for the terminal A2, a GND electrode pattern for the terminal A3, a VOUT electrode pattern for the terminal B1, a MODE electrode pattern for the terminal B3, and the like are arranged. ing.
図29〜図31のインダクタ層の模式的平面構成は、図33に示すように表される。図33に示すように、SOI基板12内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層26がコイル状に配置されている。図33の中央部には、配線層26の電極取出し用の貫通電極26Tが形成されている。ここで、貫通電極26Tは、上面配線層44・下面配線層46を接続している。 The schematic planar configuration of the inductor layer of FIGS. 29 to 31 is expressed as shown in FIG. As shown in FIG. 33, the wiring layer 26 embedded in the groove formed inside the SOI substrate 12 is arranged in a coil shape. A through electrode 26T for extracting the electrode of the wiring layer 26 is formed at the center of FIG. Here, the through electrode 26 </ b> T connects the upper surface wiring layer 44 and the lower surface wiring layer 46.
図29〜図31の上面配線層44の模式的平面構成は、図34に示すように表される。図34に示すように、電圧EのDC/DCコンバータ入力電圧VINが入力される電源端子A1:VINの電極パターン、イネーブル端子A2:ENの電極パターン、接地端子A3:GNDの電極パターン、インダクタ接続端子B1:LXの電極パターン、出力電圧フィードバック入力端子B2:FBの電極パターン、DE/PFM−PWMモード切り替え用端子B3:MODEの電極パターンなどが配置されている。 A schematic plan configuration of the upper surface wiring layer 44 of FIGS. 29 to 31 is expressed as shown in FIG. 34. As shown in FIG. 34, a power supply terminal A1: VIN electrode pattern to which a DC / DC converter input voltage VIN of voltage E is input, enable terminal A2: EN electrode pattern, ground terminal A3: GND electrode pattern, inductor connection Terminal B1: LX electrode pattern, output voltage feedback input terminal B2: FB electrode pattern, DE / PFM-PWM mode switching terminal B3: MODE electrode pattern, and the like are arranged.
図29〜図31のIC・コンデンサ層の模式的平面構成は、図35に示すように表される。図35に示すように、IC36・入力コンデンサCi・出力コンデンサCoが配置されている。 A schematic plan configuration of the IC / capacitor layer of FIGS. 29 to 31 is expressed as shown in FIG. As shown in FIG. 35, an IC 36, an input capacitor Ci, and an output capacitor Co are arranged.
―構成例2―
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例2の模式的断面構造は、図36に示すように表される。
-Configuration example 2-
A schematic cross-sectional structure of Configuration Example 2 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment is expressed as shown in FIG.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例2は、図36に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層26と、配線層26を除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、配線層26の表面に配置された絶縁層30U 1/磁性層10U/絶縁層30U 2と、配線層26の裏面に配置された絶縁層30D 1/磁性層10D/絶縁層30D 2と、絶縁層30U 2上に上面配線層44・半田層45を介して配置されたIC36・コンデンサ40と、絶縁層30D2の下面に配置された下面配線層46・半田層47とを備える。ここで、配線層26の側面に配置された絶縁層30S、磁性層10U・10Dに形成されたスリットSLおよびSOI基板12に形成された梁部28は、図示を省略している。 As shown in FIG. 36, the configuration example 2 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment includes an SOI substrate 12, a wiring layer 26 embedded in a groove formed inside the SOI substrate 12, and a wiring layer. 26, the etch stop layer 6 formed inside the SOI substrate 12, the insulating layer 30U 1 / magnetic layer 10U / insulating layer 30U 2 disposed on the surface of the wiring layer 26, and the back surface of the wiring layer 26. Insulating layer 30D 1 / magnetic layer 10D / insulating layer 30D 2 , IC 36 and capacitor 40 disposed on insulating layer 30U 2 via upper surface wiring layer 44 and solder layer 45, and on the lower surface of insulating layer 30D 2 The lower surface wiring layer 46 and the solder layer 47 are provided. Here, the insulating layer 30S disposed on the side surface of the wiring layer 26, the slit SL formed in the magnetic layers 10U and 10D and the beam portion 28 formed in the SOI substrate 12 are not shown.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3の構成例2においては、図36に示すように、SOI基板12を船形に加工した構造を備える。SOI基板12を船形に加工した底部に構成例1と同様に、IC36、コンデンサ40を搭載することができる。このため、積層技術により、実装面積を低減し、かつ低背化可能である。 The configuration example 2 of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment includes a structure in which the SOI substrate 12 is processed into a ship shape as shown in FIG. Similar to the first configuration example, the IC 36 and the capacitor 40 can be mounted on the bottom of the SOI substrate 12 processed into a ship shape. For this reason, the mounting area can be reduced and the height can be reduced by the lamination technique.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3は、積層構造により面積を低減可能である。また、IC内蔵基板やフェライト基板などを用いないため安価に形成可能である。 The area of the DC / DC converter module 3 according to the embodiment can be reduced by the laminated structure. Further, since no IC built-in substrate or ferrite substrate is used, it can be formed at low cost.
実施の形態に係るDC/DCコンバータモジュール3は、上記の電極内蔵基板の製造方法において説明したように、SOI基板の深堀エッチングと銅めっき技術を利用して形成可能である。 The DC / DC converter module 3 according to the embodiment can be formed by using the deep etching of the SOI substrate and the copper plating technique as described in the method for manufacturing the electrode built-in substrate.
(シールド基板)
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたシールド基板2の模式的鳥瞰構成は、図37に示すように表される。また、図37の上面図は、図38(a)に示すように表され、図38(a)のXXV−XXV線に沿う模式的断面構造は、図38(b)に示すように表され、図38(a)のXXVI−XXVI線に沿う模式的断面構造は、図38(c)に示すように表される。
(Shield board)
A schematic bird's-eye view configuration of the shield substrate 2 formed by applying the electrode built-in substrate according to the embodiment is expressed as shown in FIG. Moreover, the top view of FIG. 37 is represented as shown in FIG. 38A, and the schematic cross-sectional structure along the line XXV-XXV of FIG. 38A is represented as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure taken along line XXVI-XXVI in FIG. 38A is represented as shown in FIG.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたシールド基板2は、図37・図38(a)〜図38(c)に示すように、SOI基板12と、SOI基板12の内部に形成され、平面視において矩形形状のストライプパターンを有する溝部に埋め込まれた配線層26Cと、配線層26Cを除く、SOI基板12の内部に形成されたエッチストップ層6と、SOI基板12の表面に対向する裏面に配置された梁部28と、SOI基板12の表面に対向する裏面に配置された裏面電極26Bとを備える。ここで、SOI基板12の内部に形成された溝部に、銅(Cu)などの金属を埋め込むことによって、配線層26Cが形成される。 The shield substrate 2 formed by applying the electrode-embedded substrate according to the embodiment includes an SOI substrate 12 and an SOI substrate 12 as shown in FIGS. 37 and 38 (a) to 38 (c). A wiring layer 26C formed and embedded in a groove having a rectangular stripe pattern in plan view, an etch stop layer 6 formed inside the SOI substrate 12 excluding the wiring layer 26C, and the surface of the SOI substrate 12 The beam part 28 arrange | positioned at the back surface which opposes, and the back surface electrode 26B arrange | positioned at the back surface which opposes the surface of the SOI substrate 12 are provided. Here, a wiring layer 26 </ b> C is formed by embedding a metal such as copper (Cu) in a groove formed in the SOI substrate 12.
また、梁部28は、図38(a)〜図38(c)平面視において十字型のパターンを備えている。 Moreover, the beam part 28 is provided with the cross-shaped pattern in planar view of Fig.38 (a)-FIG.38 (c).
なお、上記の構成では、平面視において矩形状のパターンを有する溝部に埋め込まれた配線層26Cの構造を示したが、これに限定されるものではなく、円形、楕円形、八角形、三角形、若しくは多角形などのいずれかのパターンを有していても良い。シールド効果を発揮できる形状であれば良く、閉回路を形成していればいかなる形状パターンを備えていても良い。 In the above configuration, the structure of the wiring layer 26C embedded in the groove portion having a rectangular pattern in a plan view is shown. However, the structure is not limited to this, and a circular shape, an elliptical shape, an octagonal shape, a triangular shape, Or you may have any pattern, such as a polygon. Any shape may be used as long as it can exhibit a shielding effect, and any shape pattern may be provided as long as a closed circuit is formed.
梁部28の構造は、図24と同様に、平面視において、十字型、格子型、対角方向クロス型、円形・十字複合型のいずれかのパターンを有していても良い。さらに、矩形、円形、楕円形、八角形、三角形、若しくは多角形などのいずれかのパターンを有していても良い。 Similarly to FIG. 24, the structure of the beam portion 28 may have a pattern of a cross shape, a lattice shape, a diagonal cross shape, or a circular / cross composite shape in plan view. Furthermore, it may have any pattern such as a rectangle, a circle, an ellipse, an octagon, a triangle, or a polygon.
SOI基板12の内、平面視において矩形状のストライプパターンを有する溝部に埋め込まれた配線層26Cに囲まれたSOI基板12Iは、配線層26Cおよび裏面電極26Bで囲われているため、例えば、図38(c)に示すような電磁界EMの環境下に配置されたとしてもノイズの影響を抑制可能である。例えば、SOI基板12Iを掘り込んで部品を配置することで電磁シールド効果が得られる。さらに、配線層26CおよびSOI基板12Iの上面にメタルを形成すると、上面からのノイズの影響も抑制可能である。 Of the SOI substrate 12, the SOI substrate 12I surrounded by the wiring layer 26C embedded in the groove portion having a rectangular stripe pattern in plan view is surrounded by the wiring layer 26C and the back electrode 26B. Even if it is placed in the environment of the electromagnetic field EM as shown in FIG. 38 (c), the influence of noise can be suppressed. For example, the electromagnetic shielding effect can be obtained by digging the SOI substrate 12I and arranging the components. Furthermore, if metal is formed on the upper surface of the wiring layer 26C and the SOI substrate 12I, the influence of noise from the upper surface can be suppressed.
(インターポーザ)
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたシリコンインターポーザ50をパッケージ基板52上に配置した模式的鳥瞰構成は、図39(a)に示すように表され、図39(a)のXXVII−XXVII線に沿う模式的断面構造は、図39(b)に示すように表され、図39(b)のE部分の拡大図は、図39(c)に示すように表される。
(Interposer)
A schematic bird's-eye view configuration in which the silicon interposer 50 formed by applying the electrode-embedded substrate according to the embodiment is arranged on the package substrate 52 is expressed as shown in FIG. 39 (a) and shown in FIG. 39 (a). A schematic cross-sectional structure along the line XXVII-XXVII is expressed as shown in FIG. 39 (b), and an enlarged view of a portion E in FIG. 39 (b) is expressed as shown in FIG. 39 (c).
パッケージ基板52に複数の半導体集積回路チップ48 1・48 2・48 3・48 4を搭載する際、中間層としてシリコンインターポーザ50が使用される。 When a plurality of semiconductor integrated circuit chips 48 1 , 48 2 , 48 3, and 48 4 are mounted on the package substrate 52, the silicon interposer 50 is used as an intermediate layer.
シリコンインターポーザ50には、実施の形態に係る電極内蔵基板を適用可能である。 For the silicon interposer 50, the electrode-embedded substrate according to the embodiment can be applied.
実施の形態に係る電極内蔵基板を適用して形成されたシリコンインターポーザ50は、SOI基板と、SOI基板の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層と、配線層を除く、基板の内部に形成されたエッチストップ層(図示省略)とを備える。また、実施の形態に係る電極内蔵基板と同様に、梁部を備える。SOI基板と配線層との境界には、絶縁層を形成しても良い点は前述の通りである。 The silicon interposer 50 formed by applying the electrode-embedded substrate according to the embodiment includes an SOI substrate, a wiring layer embedded in a groove formed inside the SOI substrate, and an inside of the substrate excluding the wiring layer. And an etch stop layer (not shown) formed. Moreover, the beam part is provided similarly to the electrode built-in board | substrate which concerns on embodiment. As described above, an insulating layer may be formed at the boundary between the SOI substrate and the wiring layer.
パッケージ基板52の裏面上に配置されたBGA半田ボール54は、貫通ビアを介して、パッケージ基板52の表面上に配置されたバンプ60と接続可能である。また、バンプ60は、シリコン貫通ビア(CUTSV)58およびインターポーザ内蔵電極26Iを介してシリコンインターポーザ50上に配置されるマイクロバンプ56と接続可能である。マイクロバンプ56は、半導体集積回路チップ48 1・48 2・48 3・48 4と接続されている。 The BGA solder balls 54 arranged on the back surface of the package substrate 52 can be connected to the bumps 60 arranged on the surface of the package substrate 52 through through vias. Further, the bump 60 can be connected to a micro bump 56 disposed on the silicon interposer 50 via a through silicon via (CUTSV) 58 and an interposer built-in electrode 26I. The micro bumps 56 are connected to the semiconductor integrated circuit chips 48 1 , 48 2 , 48 3, and 48 4 .
SOI基板に対して、実施の形態に係る電極内蔵基板と同様に、梁部を設けることによって、貫通溝も形成できるため、シリコンインターポーザ50は、設計の自由度が増す。 Since the through-groove can be formed by providing the beam portion with respect to the SOI substrate as in the electrode built-in substrate according to the embodiment, the degree of freedom in designing the silicon interposer 50 is increased.
本実施の形態に係る電極内蔵基板を適用したシリコンインターポーザによれば、構造が簡単でライン同士が接触するスティッキングが起きにくく、信頼性が高いインターポーザを提供することができる。 According to the silicon interposer to which the electrode-embedded substrate according to the present embodiment is applied, it is possible to provide a highly reliable interposer that has a simple structure and is difficult to cause sticking in which lines are in contact with each other.
(多チャンネルDC/DCコンバータモジュール)
多チャンネルDC/DCコンバータの実現には、各チャンネルの出力に合わせた最適なコイル・配線の設計が必要となる。シリコン基板を用いた従来技術は、オーバーエッチ抑制のためコイル・配線の幅が一定となり、異なるコイル構造を同一ウエハに形成できない。
実施の形態に係る電極内蔵基板では、異なる幅やサイズのコイルを同一基板に形成可能である。このため、実施の形態に係る多チャンネルDC/DCコンバータモジュール180では、SOI基板のエッチストップ効果により、出力ごとにコイル・配線幅を最適設計したコンバータを形成できる。
(Multi-channel DC / DC converter module)
In order to realize a multi-channel DC / DC converter, it is necessary to design an optimum coil / wiring suitable for the output of each channel. In the conventional technology using a silicon substrate, the width of the coil / wiring is constant for suppressing overetching, and different coil structures cannot be formed on the same wafer.
In the electrode built-in substrate according to the embodiment, coils having different widths and sizes can be formed on the same substrate. For this reason, in the multi-channel DC / DC converter module 180 according to the embodiment, it is possible to form a converter in which the coil / wiring width is optimally designed for each output due to the etch stop effect of the SOI substrate.
実施の形態に係る多チャンネルDC/DCコンバータモジュール180の模式的ブロック構成は、図40に示すように表される。 A schematic block configuration of the multi-channel DC / DC converter module 180 according to the embodiment is expressed as shown in FIG.
実施の形態に係る多チャンネルDC/DCコンバータモジュール180は、図40に示すように、DC電源バッテリ200と、DC電源バッテリ200に接続された複数種のコンバータ202A・202B1・202B2・202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6とを備える。 As shown in FIG. 40, the multi-channel DC / DC converter module 180 according to the embodiment includes a DC power battery 200 and a plurality of types of converters 202A, 202B1, 202B2, 202C1, 202C2, and the like connected to the DC power battery 200. 202C3, 202C4, 202C5, 202C6.
複数種のコンバータ202A・202B1・202B2・202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6には、実施の形態に係るインダクタンス素子を搭載可能である。コンバータ202A・202B1・202B2・202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6は、例えば、DC/DCコンバータ、LDO(Low Drop Ouput)、スイッチングレギュレータなどで構成可能である。コンバータ202Aは大電流変換用、コンバータ202B1・202B2は中電流変換用、コンバータ202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6は小電流変換用となっている。 The inductance elements according to the embodiment can be mounted on the plurality of types of converters 202A, 202B1, 202B2, 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, and 202C6. Converters 202A, 202B1, 202B2, 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, and 202C6 can be configured by, for example, a DC / DC converter, an LDO (Low Drop Ouput), a switching regulator, or the like. Converter 202A is for high current conversion, converters 202B1 and 202B2 are for medium current conversion, and converters 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, and 202C6 are for small current conversion.
コンバータ202Aは、例えば、CPU(Central Processing Unit)204を駆動可能であり、コンバータ202B1・202B2は、例えば、メモリ206・ドライバ208を駆動可能であり、コンバータ202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6は、例えば、車載用の各種のセンサ2101・2102・2103・2104・2105・2106を駆動可能である。 The converter 202A can drive, for example, a CPU (Central Processing Unit) 204, and the converters 202B1, 202B2, for example, can drive a memory 206, a driver 208, and converters 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, 202C6. Can drive, for example, various sensors 210 1 , 210 2 , 210 3 , 210 4 , 210 5, and 210 6 for in-vehicle use.
実施の形態に係る多チャンネルDC/DCコンバータモジュール180であって、上層のプリント回路基板38の模式的鳥瞰構成は、図41(a)に示すように表され、下層のSOI基板12の模式的鳥瞰構成は、図41(b)に示すように表される。 In the multi-channel DC / DC converter module 180 according to the embodiment, the schematic bird's-eye view configuration of the upper printed circuit board 38 is expressed as shown in FIG. The bird's-eye view configuration is represented as shown in FIG.
プリント回路基板38には、図41(a)に示すように、基板エリア38A・38B1・38B2・38C1・38C2・38C3・38C4・38C5・38C6ごとに、それえぞれの用途と駆動容量に応じた集積回路、コンデンサなどが配置されている。 As shown in FIG. 41 (a), the printed circuit board 38 has a board area 38A, 38B1, 38B2, 38C1, 38C2, 38C3, 38C4, 38C5, and 38C6 according to the respective use and driving capacity. Integrated circuits, capacitors, etc. are arranged.
ここで、集積回路は、DCDCコンバータ制御用集積回路を備えていても良い。 Here, the integrated circuit may include a DCDC converter control integrated circuit.
実施の形態に係る多チャンネルDC/DCコンバータモジュール180は、配線層により形成されたコイル形状を有するインダクタンス素子を備え、インダクタンス素子を同一基板内に複数配置した多チャンネルのDCDCコンバータを備えていても良い。 The multi-channel DC / DC converter module 180 according to the embodiment includes an inductance element having a coil shape formed by a wiring layer, and a multi-channel DC / DC converter in which a plurality of inductance elements are arranged on the same substrate. good.
例えば、基板エリア38Aには、コンバータ202Aを構成するための集積回路ICAとコンデンサCA1・CA2とが配置される。基板エリア38B1・38B2には、それぞれ、コンバータ202B1・202B2を構成する集積回路・コンデンサ(参照番号省略)などが配置される。基板エリア38C1・38C2・38C3・38C4・38C5・38C6にも、それぞれ、コンバータ202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6を構成する集積回路・コンデンサ(参照番号省略)などが配置される。 For example, in the substrate area 38A, an integrated circuit ICA and capacitors CA1 and CA2 for constituting the converter 202A are arranged. In the substrate areas 38B1 and 38B2, an integrated circuit, a capacitor (reference number omitted) and the like constituting the converters 202B1 and 202B2 are arranged, respectively. In the substrate areas 38C1, 38C2, 38C3, 38C4, 38C5, and 38C6, integrated circuits and capacitors (reference numbers omitted) that constitute the converters 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, and 202C6 are arranged, respectively.
SOI基板12には、図41(b)に示すように、上面に、プリント回路基板38の各基板エリア38A・38B1・38B2・38C1・38C2・38C3・38C4・38C5・38C6に対応するように、サイズや配線幅の異なる複数のインダクタンス素子108、106、102が配置される。 As shown in FIG. 41 (b), the SOI substrate 12 corresponds to the substrate areas 38A, 38B1, 38B2, 38C1, 38C2, 38C3, 38C4, 38C5, and 38C6 of the printed circuit board 38 on the upper surface. A plurality of inductance elements 108, 106 and 102 having different sizes and wiring widths are arranged.
すなわち、インダクタンス素子108は、コンバータ202Aを構成するために、基板エリア38Aに対応するSOI基板12上の所定の位置に配置される。インダクタンス素子106は、コンバータ202B1・202B2を構成するために、基板エリア38B1・38B2に対応するSOI基板12上の所定の位置に配置される。インダクタンス素子104は、コンバータ202C1・202C2・202C3・202C4・202C5・202C6を構成するために、基板エリア38C1・38C2・38C3・38C4・38C5・38C6に対応するSOI基板12上の所定の位置に配置される。 That is, the inductance element 108 is disposed at a predetermined position on the SOI substrate 12 corresponding to the substrate area 38A in order to configure the converter 202A. Inductance element 106 is arranged at a predetermined position on SOI substrate 12 corresponding to substrate areas 38B1 and 38B2 in order to constitute converters 202B1 and 202B2. The inductance element 104 is disposed at a predetermined position on the SOI substrate 12 corresponding to the substrate areas 38C1, 38C2, 38C3, 38C4, 38C5, and 38C6 to constitute the converters 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, and 202C6. The
なお、SOI基板12上には、例えば平行する一対の辺に沿って、複数の外部取出し配線102が配置されている。 On the SOI substrate 12, for example, a plurality of external lead wires 102 are arranged along a pair of parallel sides.
図41の相対的に大きなインダクタンス素子108部分をチップ化した拡大図は、図42に示すように表される。例えば、図41(b)の基板エリア38Aに配置されるインダクタンス素子108は、図42に示すように、大電流変換用のコンバータ202Aの出力に応じて設計された最適な配線幅やサイズを有したものとなる。 An enlarged view of the relatively large inductance element 108 shown in FIG. 41 formed as a chip is expressed as shown in FIG. For example, as shown in FIG. 42, the inductance element 108 arranged in the board area 38A of FIG. 41B has an optimal wiring width and size designed according to the output of the converter 202A for large current conversion. Will be.
実施の形態に係る多チャネルDC/DCコンバータモジュールによれば、SOI基板のエッチストップ層のオーバーエッチ抑制の効果により、各チャネルの出力に応じて、電流容量や周波数制御に最適な配線幅のコイルを設計することが可能となる。 According to the multi-channel DC / DC converter module according to the embodiment, the coil having the optimum wiring width for current capacity and frequency control according to the output of each channel due to the effect of suppressing the overetching of the etch stop layer of the SOI substrate Can be designed.
すなわち、同一のSOI基板上に配線幅やサイズの異なる複数のコイル構造を同時に形成可能であり、設計の自由度が増す。 That is, a plurality of coil structures having different wiring widths and sizes can be simultaneously formed on the same SOI substrate, and the degree of design freedom is increased.
以上説明したように、本実施の形態によれば、SOI基板を使用し、SOI基板内部の絶縁層がエッチストップ層となり、オーバーエッチによる梁の破壊を防止できる電極内蔵基板およびその製造方法、およびこの電極内蔵基板を適用したインダクタンス素子、インターポーザ、シールド基板およびモジュールを提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, an SOI substrate is used, an insulating layer inside the SOI substrate serves as an etch stop layer, and a substrate with a built-in electrode that can prevent the destruction of a beam due to overetching, and a manufacturing method thereof, and An inductance element, an interposer, a shield substrate, and a module to which the electrode built-in substrate is applied can be provided.
(その他の実施の形態)
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As described above, the embodiments have been described. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, this embodiment includes various embodiments not described here.
本実施の形態に係る電極内蔵基板は、インダクタ・トランス・ノイズフィルタ・アイソレータなどのインダクタンスを利用する電子部品全般、磁気センサ・位置センサなどのセンサ部品、その他ワイヤレス給電用のコイルなどに適用可能であり、さらにインターポーザ、シールド基板などに適用可能であり、特にモバイル機器向けインダクタおよびインダクタを内蔵したDC/DCコンバータモジュールなどの電子機器に適用可能である。 The substrate with a built-in electrode according to the present embodiment can be applied to all electronic parts that use inductance such as inductors, transformers, noise filters, and isolators, sensor parts such as magnetic sensors and position sensors, and other coils for wireless power feeding. In addition, the present invention can be applied to an interposer, a shield substrate, and the like, and is particularly applicable to an electronic device such as an inductor for mobile devices and a DC / DC converter module incorporating the inductor.
1…電極内蔵基板
2…シールド基板
3…モジュール
6…エッチストップ層
10U、10D、100U、100D…磁性層
12、12I、120…基板(SOI基板、SOI基板ウェハ)
14、16…レジスト
251、252、253、…、25 n…溝部
26、261、262、263、…、26n、260…電極層(配線層)
26B…裏面電極
26C…シールド電極
26I…インターポーザ内蔵電極
26T…貫通電極
26U、26D…Cuメッキ層
271、272、273、…、27n…貫通溝部
28、281、282、283、…、28 n、291、292、293、…、29 n…梁部
30、30U、30U1、30U2、30S、30D、30D1、30D2、300U、300S、300D…絶縁層
32、34、104、106、108…インダクタンス素子
36…IC(集積回路)
38…プリント回路基板(PCB)
38A、38B1、38B2、38C1、38C2、38C3、38C4、38C5、38C6…基板エリア
40、401、402…コンデンサ
44…上面配線層
45、47…半田層
46…下面配線層
481、482、483、48 4…半導体集積回路チップ
50…シリコンインターポーザ
52…パッケージ基板
54…BGA半田ボール
56…マイクロバンプ
58…CUTSV(シリコン貫通ビア)
60…バンプ
102…外部取出し配線
180…多チャンネルDC/DCコンバータモジュール
200…DC電源バッテリ
202A、202B1、202B2、202C1、202C2、202C3、202C4、202C5、202C6…コンバータ
204…CPU
206…メモリ
208…ドライバ
2101、2102、2103、2104、2105、2106…センサ
SL…スリット
θ…角度
Δ…エッチストップ層の厚さ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electrode built-in substrate 2 ... Shield substrate 3 ... Module 6 ... Etch stop layer 10U, 10D, 100U, 100D ... Magnetic layer 12, 12I, 120 ... Substrate (SOI substrate, SOI substrate wafer)
14,16 ... resist 25 1, 25 2, 25 3 , ..., 25 n ... groove 26,26 1, 26 2, 26 3 , ..., 26 n, 260 ... electrode layer (wiring layer)
26B ... rear electrode 26C ... shield electrode 26I ... interposer built electrode 26T ... through electrodes 26U, 26D ... Cu plated layer 27 1, 27 2, 27 3 , ..., 27 n ... through the groove 28 1, 28 2, 28 3 ,..., 28 n , 29 1 , 29 2 , 29 3 ,..., 29 n ... Beam portions 30, 30 U, 30 U 1 , 30 U 2 , 30 S, 30 D, 30 D 1 , 30 D 2 , 300 U, 300 S, 300 D. 32, 34, 104, 106, 108 ... inductance element 36 ... IC (integrated circuit)
38 ... Printed circuit board (PCB)
38A, 38B1, 38B2, 38C1, 38C2, 38C3, 38C4, 38C5, 38C6 ... board area 40, 40 1 , 40 2 ... capacitor 44 ... upper wiring layer 45, 47 ... solder layer 46 ... lower wiring layer 48 1 , 48 2 , 48 3 , 48 4 ... Semiconductor integrated circuit chip 50 ... Silicon interposer 52 ... Package substrate 54 ... BGA solder ball 56 ... Micro bump 58 ... CUTSV (through silicon via)
60 ... Bump 102 ... External extraction wiring 180 ... Multi-channel DC / DC converter module 200 ... DC power battery 202A, 202B1, 202B2, 202C1, 202C2, 202C3, 202C4, 202C5, 202C6 ... Converter 204 ... CPU
206 ... memory 208 ... driver 210 1, 210 2, 210 3, 210 a thickness of 4, 210 5, 210 6 ... sensor SL ... slit theta ... angle delta ... etch stop layer
Claims (20)
前記基板の内部に形成された溝部に埋め込まれた配線層と、
前記配線層を除く、前記基板の内部に形成されたエッチストップ層と、
前記基板の表面に対向する裏面に配置された梁部と
を備えることを特徴とする電極内蔵基板。 A substrate,
A wiring layer embedded in a groove formed in the substrate;
An etch stop layer formed inside the substrate, excluding the wiring layer,
An electrode-embedded substrate comprising: a beam portion disposed on a back surface facing the surface of the substrate.
前記配線層は、コイル形状を有することを特徴とするインダクタンス素子。 The substrate with a built-in electrode according to any one of claims 1 to 10,
The inductance element, wherein the wiring layer has a coil shape.
前記基板の表面に対向する裏面に配置された裏面電極と
を備えることを特徴とするシールド基板。 The electrode built-in substrate according to any one of claims 1 to 10,
A shield substrate comprising: a back electrode disposed on a back surface facing the surface of the substrate.
前記基板の内部に形成されたコイル形状を有する溝部に埋め込まれた配線層と、
前記配線層を除く、前記基板の内部に形成されたエッチストップ層と、
前記基板の表面に対向する裏面に配置された梁部と、
前記基板の表面に配置された上面配線層と、
前記基板の表面に対向する裏面に配置された下面配線層と、
前記上面配線層上に半田層を介して配置された集積回路およびコンデンサと
を備えることを特徴とするモジュール。 A substrate,
A wiring layer embedded in a groove having a coil shape formed inside the substrate;
An etch stop layer formed inside the substrate, excluding the wiring layer,
A beam portion disposed on the back surface facing the front surface of the substrate;
An upper surface wiring layer disposed on the surface of the substrate;
A lower surface wiring layer disposed on the back surface facing the surface of the substrate;
A module comprising: an integrated circuit disposed on the upper wiring layer via a solder layer; and a capacitor.
前記配線層は、コイル形状を有するインダクタンス素子を備え、
前記インダクタンス素子を前記基板内に複数配置して、多チャンネルのDCDCコンバータを備えることを特徴とする請求項15に記載のモジュール。 The integrated circuit includes an integrated circuit for controlling a DCDC converter,
The wiring layer includes an inductance element having a coil shape,
The module according to claim 15, further comprising a multi-channel DCDC converter, wherein a plurality of the inductance elements are arranged in the substrate.
前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、
前記溝部に前記配線層を埋め込み形成する工程と
を有することを特徴とする電極内蔵基板の製造方法。 Using a SOI substrate on which an etch stop layer is formed, forming a groove in the SOI substrate;
Forming a beam portion on the back surface facing the surface of the SOI substrate;
And a step of embedding and forming the wiring layer in the groove.
前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、
前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、
前記SOI基板の表面に上部コアを形成する工程と、
前記SOI基板の表面に対向する裏面に下部コアを形成する工程と
を有することを特徴とするインダクタンス素子の製造方法。 Using a SOI substrate on which an etch stop layer is formed, forming a coil-shaped groove in the SOI substrate;
Forming a beam portion on the back surface facing the surface of the SOI substrate;
A step of embedding a wiring layer in the groove,
Forming an upper core on the surface of the SOI substrate;
Forming a lower core on the back surface opposite to the surface of the SOI substrate.
前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、
前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、
前記SOI基板の表面に対向する裏面に裏面電極を形成する工程と
を有することを特徴とするシールド基板の製造方法。 Using a SOI substrate on which an etch stop layer is formed, forming a groove having a closed circuit pattern in a plan view inside the SOI substrate;
Forming a beam portion on the back surface facing the surface of the SOI substrate;
A step of embedding a wiring layer in the groove,
Forming a back electrode on the back surface opposite to the surface of the SOI substrate.
平面視において前記コイル形状の内部に配置され、前記SOI基板を貫通する貫通溝部を形成する工程と、
前記SOI基板の表面に対向する裏面に梁部を形成する工程と、
前記溝部に配線層を埋め込み形成する工程と、
前記貫通溝部に貫通電極を埋め込み形成する工程と、
前記SOI基板の表面に上部コアを形成する工程と、
前記上部コア上に前記貫通電極と接続される上面配線層を形成する工程と、
前記SOI基板の表面に対向する裏面に下部コアを形成する工程と、
前記下部コア上に前記貫通電極と接続される下面配線層を形成する工程と、
前記上面配線層上に半田層を介して集積回路およびコンデンサを搭載する工程と
を有することを特徴とするモジュールの製造方法。 Using a SOI substrate on which an etch stop layer is formed, forming a coil-shaped groove in the SOI substrate;
A step of forming a through-groove portion disposed inside the coil shape in plan view and penetrating the SOI substrate;
Forming a beam portion on the back surface facing the surface of the SOI substrate;
A step of embedding a wiring layer in the groove,
Embedding and forming a through electrode in the through groove,
Forming an upper core on the surface of the SOI substrate;
Forming an upper surface wiring layer connected to the through electrode on the upper core;
Forming a lower core on the back surface facing the surface of the SOI substrate;
Forming a lower surface wiring layer connected to the through electrode on the lower core;
And a step of mounting an integrated circuit and a capacitor on the upper wiring layer via a solder layer.
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WO2020196522A1 (en) * | 2019-03-26 | 2020-10-01 | 株式会社村田製作所 | Module |
CN111755204A (en) * | 2020-06-09 | 2020-10-09 | 杭州电子科技大学 | Two-phase coupling inductance unit and multi-phase coupling inductance |
CN114050109A (en) * | 2022-01-12 | 2022-02-15 | 广州粤芯半导体技术有限公司 | Manufacturing method of shielded gate trench power device |
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- 2016-03-23 JP JP2016057916A patent/JP2017174920A/en active Pending
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