JP4634665B2 - Capacitor built-in circuit board and manufacturing method thereof - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キャパシタ内蔵回路基板及びその製造方法に関し、特に実装基板とLSIチップとの間に配置され、両者を電気的に接続するのに適したキャパシタ内蔵回路基板及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、大規模集積回路素子(LSI)の高密度化が進むとともに、動作速度が年々上昇している。LSIの動作速度が上昇すると、電子回路のスイッチングに起因して、電源バスラインの電圧ノイズや電圧変動が発生しやすくなる。電圧ノイズや電圧変動を抑制するために、電源バスラインと接地バスラインとの間にデカップリングキャパシタを配置することが有効である。このデカップリングキャパシタを、LSIチップと実装基板(マザーボード)との間に配置される中間基板(インターポーザ)に内蔵する技術が提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
デカップリングキャパシタの静電容量を大きくするために、誘電体材料としてバリウムストロンチウムタイタネート((Ba,Sr)TiO3)等の高誘電率材料が使用される。ところが、中間基板には、信号用のビアも配置されている。中間基板の材料として高誘電率材料を使用すると、信号用ビアと電源バスラインとの間の寄生容量、及び信号用ビアと接地バスラインとの間の寄生容量が大きくなってしまう。この寄生容量の増大は、信号伝搬遅延をもたらす。
【0004】
本発明の目的は、デカップリングキャパシタの静電容量を大きくし、かつ信号伝搬遅延の増大を抑制することが可能なキャパシタ内蔵回路基板及びその製造方法を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によると、
上面と底面とが画定され、誘電体材料で形成された誘電体層と、
各々が、前記誘電体層の上面から、該誘電体層内を経由し、該誘電体層の底面まで至り、導電性材料で形成された第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、前記第1の接続部材に接続された第1の電極と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、該誘電体層の少なくとも一部を挟み、前記第1の電極とともにキャパシタを構成し、前記第2の接続部材に接続された第2の電極と
を有し、
前記誘電体層のうち、前記第3の接続部材に接する部分の誘電率が、他の部分の誘電率よりも低い低誘電率領域とされており、
前記低誘電率領域と、その他の領域との境界部分の誘電率が、前記第3の接続部材に近づくに従って徐々に低くなっているキャパシタ内蔵回路基板が提供される。
【0006】
第1の接続部材と第2の接続部材とが、キャパシタにより結合される。一方を電源バスラインに接続し、他方を接地バスラインに接続すると、スイッチングに起因する電圧変動を抑制することができる。また、第3の接続部材の周囲の誘電率が低くされているため、第3の接続部材とその他の導電部材との間の寄生容量を少なくすることができる。第3の接続部材に印加される電気信号の伝搬遅延を抑制することができる。
【0007】
本発明の他の観点によると、(a)厚さ方向に貫通する第1の導電性ビア、第2の導電性ビア、及び第3の導電性ビアが形成されたベース基板を準備する工程と、(b)前記ベース基板の表面上に、前記第1の導電性ビアに接続され、前記第2及び第3の導電性ビアには重ならない第1の電極を形成する工程と、(c)前記第1の電極を覆うように、誘電体材料からなる誘電体膜を形成する工程と、(d)前記誘電体膜のうち、前記第3の導電性ビアの周囲の領域に、イオン注入を行うことにより、イオン注入された領域の誘電率を、他の領域の誘電率よりも低下させる工程と、(e)前記誘電体膜の上に、該誘電体膜を挟んで前記第1の電極に対向し、かつ前記第2の導電性ビアに接続された第2の電極を形成する工程と、(f)前記誘電体膜及び前記第2の電極の上に、絶縁性の保護膜を形成する工程と、(g)前記保護膜を、その厚さ方向に貫通し、それぞれ前記第1の電極、前記第2の電極、及び前記第3の導電性ビアに電気的に接続された第4の導電性ビア、第5の導電性ビア、及び第6の導電性ビアを形成する工程とを有するキャパシタ内蔵回路基板の製造方法が提供される。
【0008】
イオン注入によって、誘電率の低い領域が形成される。従って、低誘電率の別部材を配置する場合に比べて、製造工程の簡易化を図ることが可能になる。
【0009】
【発明の実施の形態】
図1に、LSIチップを、中間基板を介して実装基板に実装した電子回路装置の概略側面図を示す。実装基板1の主表面上に複数のパッド2が形成されている。中間基板(インターポーザ)3の底面上に複数のパッド4が形成されている。中間基板3のパッド4は、バンプ5により、実装基板1の対応するパッド2に接続されている。
【0010】
中間基板3の上面にも、複数のパッド6が形成されている。複数のパッド6の各々は、中間基板3の内部を貫通するビアにより、底面上に形成された対応するパッド4に接続されている。LSIチップ7の表面上に複数のパッド8が形成されている。パッド8は、バンプ9を介して、中間基板3の対応するパッド6に接続されている。
【0011】
図2に、本発明の実施例によるキャパシタ内蔵回路基板の断面図を示す。シリコンからなる基板10Aの表面上に熱酸化による酸化シリコン膜10Bが形成されており、基板10Aと酸化シリコン膜10Bとが、ベース基板10を構成している。ベース基板10に、基板を厚さ方向に貫通する複数の導電性のビアが形成されている。図2には、複数のビアのうち、電源用ビア11V、接地用ビア11G、及び信号用ビア11Sが表されている。
【0012】
ベース基板10の底面上に、パッド4V、4G、及び4Sが形成されている。
パッド4V、4G、及び4Sは、それぞれ電源用ビア11V、接地用ビア11G、及び信号用ビア11Sに接続されている。これらのパッド4V、4G、及び4Sは、図1に示したバンプ5を介して実装基板1にフリップチップボンディングされる。
【0013】
ベース基板10の上面の一部を下側電極20が覆う。下側電極20は、厚さ25〜30nmのTiO2膜20Aと、厚さ100〜150nmのPt膜20Bとの2層構造を有する。また、下側電極20は、電源用ビア11Vに接続されており、信号用ビア11Sの脇を通過し、接地用ビア11Sの近傍まで連続している。すなわち、下側電極20は、信号用ビア11S及び接地用ビア11Gのいずれにも重ならない。下側電極20は、その縁から信号用ビア11Sまでの最短距離が、接地用ビア11Gまでの最短距離よりも長くなるような平面形状を有する。
【0014】
下側電極20を覆うように、厚さ100〜150nmの第1層目の高誘電率材料からなる誘電体膜22が形成されている。誘電体膜22は、例えばバリウムストロンチウムタイタネート((Ba,Sr)TiO3)(以下、BSTと記す。)で形成される。誘電体膜22に、ビアホール22V、22G、及び22Sが形成されている。ビアホール22V、22G、22Sは、それぞれベース基板10の電源用ビア11V、接地用ビア11G、及び信号用ビア11Sに対応する位置に配置されている。誘電体膜22のうちビアホール22Sの周囲の領域が、他の領域よりも誘電率の低い低誘電率領域23とされている。低誘電率領域23は、後述するようにBSTにチタン(Ti)と酸素(O)とをイオン注入することにより形成される。
【0015】
第1層目の誘電体膜22の表面上に、Ptからなる中間電極30が形成されている。中間電極30は、第1層目の誘電体膜22に形成されたビアホール22G内を経由して接地用ビア11Gに接続されている。また、中間電極30は、低誘電率領域23の脇を通過して、ビアホール22Vの近傍まで連続している。中間電極30は、その縁からビアホール22Sの内周面までの最短距離が、ビアホール22Vの内周面までの最短距離よりも長くなるような平面形状とされている。
【0016】
中間電極30を覆うように、厚さ100〜150nmの第2層目の誘電体膜32が形成されている。第2層目の誘電体膜32に、ビアホール32V、32G、及び32Sが形成されている。ビアホール32V、32G、及び32Sは、それぞれ、第1層目の誘電体膜22に形成されたビアホール22V、22G、及び22Sと同じ位置に配置されている。誘電体膜32のうちビアホール32Sの周囲の領域が、第1層目の誘電体膜22と同様に低誘電率領域33とされている。
【0017】
第2層目の誘電体膜32の表面上に、Ptからなる厚さ100〜150nmの上側電極40が形成されている。上側電極40は、ビアホール22V及び32V内を経由して下側電極20に接続されており、下側電極20とほぼ同一の平面形状を有する。
【0018】
上側電極40を覆うように、ポリイミドからなる厚さ5〜10μmの保護膜50が形成されている。保護膜50に、ビアホール50V、50G、及び50Sが形成されている。ビアホール50V、50G、及び50Sは、それぞれ第2層目の誘電体膜32に形成されたビアホール32V、32G、及び32Sと同じ位置に配置されている。
【0019】
保護膜50の表面上にPtからなるパッド6V、6G、及び6Sが形成されている。パッド6Vは、ビアホール50V内を埋め込むチップ側電源用ビア51Vを介して、上側電極40に接続されている。パッド6Gは、ビアホール50G及び32G内を埋め込むチップ側接地用ビア51Gを介して中間電極30に接続されている。パッド6Sは、ビアホール50S、32S、及び22S内を埋め込むチップ側信号用ビア51Sを介して信号用ビア11Sに接続されている。
【0020】
電源用ビア11V、下側電極20、上側電極40、チップ側電源用ビア51V、及びパッド6Vを通して、図1に示した実装基板1からLSIチップ7に電源電圧が供給される。また、LSIチップ7の接地バスラインが、パッド6G、チップ側接地用ビア51G、中間電極30、及び接地用ビア11Gを通して、実装基板1の接地線に接続される。信号用ビア11S、チップ側信号用ビア51S、及びパッド6Sを通して、実装基板1とLSIチップ7との間で電気信号の送受信が行われる。
【0021】
第1層目の誘電体膜22を挟んで対向する下側電極20と中間電極30、及び第2層目の誘電体膜32を挟んで対向する中間電極30と上側電極40が、デカップリングキャパシタを構成する。このため、LSIチップ7内のスイッチングに起因する電圧ノイズや電圧変動を抑制することができる。誘電体膜22及び32のうち、電気信号が伝達される信号用ビア11S及びチップ側信号用ビア51Sの周囲が低誘電率領域23及び33とされている。このため、信号用ビア11S及びチップ側信号用ビア51Sと、他の配線との間の寄生容量を低減することができる。これにより、信号の伝搬遅延を防止することができる。
【0022】
次に、図3及び図4を参照して、図1に示したキャパシタ内蔵回路基板の製造方法について説明する。
【0023】
図3(A)に示すベース基板10を作製する。ベース基板10は、例えば、下記の方法で作製することができる。
【0024】
まず、シリコン基板の一方の面(図3(A)において上側の面)上に、厚さ50nmのCr膜と厚さ1500nmのCu膜とを順番に成膜する。この2層は、例えばスパッタリングにより形成される。シリコン基板の他方の面(図3(A)において下側の面)上に、ビア11V、11S及び11Gに対応する開口を有するレジストパターンを形成する。このレジストパターンをマスクとし、反応性ガスを用いた誘導結合プラズマエッチングによりシリコン基板をエッチングする。
ビアホールが形成され、その底面にCr膜とCu膜との積層構造が残る。
【0025】
化学気相成長により、ビアホールの内面上に酸化シリコン膜を形成する。ビアホールの底面に残っているCr膜とCu膜との積層構造上に堆積した酸化シリコン膜を、ドライエッチングにより除去する。Cr膜とCu膜との積層構造をシード層として用い、めっき法によりビアホール内をPt、Au、Cu等の金属で埋め込む。パッド4V、4S、及び4Gを形成し、上側の表面上に形成されているCr膜とCu膜との2層をウェットエッチングにより除去する。ここまでの工程で、ベース基板10が作製される。
【0026】
なお、ベース基板として、特開平11−274408号公報(米国出願09/031236)に開示された多層セラミック基板を用いてもよい。
【0027】
ベース基板10の上面(酸化シリコン膜10Bが形成されている方の面)の上に、スパッタリングにより厚さ10nmのTi膜を形成する。空気または酸素等の酸化性雰囲気中で、650〜700℃で30分間の熱処理を行い、Ti膜を酸化する。これにより、厚さ25〜30nmのTiO2膜20Aが形成される。このTiO2膜20Aの上に、スパッタリングにより厚さ100nmのPt膜20Bを形成する。TiO2膜20Aは、Pt膜20Bの密着性を高める作用を有する。
【0028】
TiO2膜20AとPt膜20Bとの2層をパターニングし、この2層で構成された下側電極20を残す。この2層のパターニングは、例えば、残すべき下側電極20の表面をレジストパターンでマスクし、Arイオンを用いてミリングすることにより行われる。
【0029】
図3(B)に示す状態までの工程について説明する。下側電極20を覆うように、ベース基板10の上にバリウムストロンチウムタイタネート(BST)からなる誘電体膜22を形成する。BSTからなる誘電体膜22は、例えば、RFマグネトロンスパッタリング、ゾルゲル法、有機金属化学気相成長(MO−CVD)等によって形成することができる。RFマグネトロンスパッタリングにより誘電体膜22を形成する場合の成膜条件の一例を以下に示す。
【0030】
ターゲットとして、Ba:Sr:Ti=7:3:10の原子数比を有するBST焼結体を用いる。成膜温度は600℃とする。Arガス及びO2ガスの流量を、それぞれ80sccm及び10sccmとする。雰囲気圧力は、4Pa(30mTorr)とする。投入するRF電力は300Wとする。この条件で成膜されたBST膜のBaとSrとの組成比は約65:35であった。
【0031】
Arイオンを用いてミリングすることにより、誘電体膜22に、ビアホール22V、22S、及び22Gを形成する。
【0032】
図3(C)に示すように、誘電体膜22の表面をレジストマスク60で覆う。レジストマスク60には、基板法線に平行な視線で見た時、ビアホール22Sを内包する開口60Aが設けられている。
【0033】
レジストマスク60をマスクとして、誘電体膜22にTiイオンとOイオンとを注入する。Tiイオンの注入条件は、例えば、加速エネルギ100keV、ドーズ量1×1017cm-2であり、Oイオンの注入条件は、例えば、加速エネルギ35keV、ドーズ量2×1017cm-2である。イオン注入後、レジストマスク60を除去し、1気圧の酸素雰囲気中で、650℃で15分間の熱処理を行う。BST微結晶の界面(グレインバウンダリ)にTiOxが形成されることによって、イオン注入された部分の誘電率が低下する。また、高エネルギのイオンが、誘電体膜22内の原子に衝突してロングレンジの結晶性が崩されることによっても、誘電率が低下する。
【0034】
なお、好適なイオン注入条件は、誘電体膜22の厚さによって変動する。注入されたイオンの深さ方向の濃度分布のピークが、誘電体膜22のほぼ中央に位置するような加速エネルギとすることが好ましい。例えば、加速エネルギは、10〜500keVの範囲から選択することができるであろう。また、ドーズ量の好適な範囲は、1×1013〜1×1018cm-2である。
【0035】
図4(D)に示すように、イオン注された部分に、低誘電率領域23が形成される。図4(D)では、低誘電率領域23とその他の高誘電率の領域との境界を明確に表しているが、実際には、以下に示す理由により、境界近傍において誘電率が徐々に変化する。図3(C)に示した開口60Aの底面に露出した誘電体膜22にイオンが入射することにより、この部分の結晶性が崩される。入射したイオンは、誘電体膜22の構成原子との衝突を繰り返し、横方向にも進行する。従って、レジストマスク60に覆われている領域であっても、開口60Aの近傍の領域の結晶性が崩される。結晶性の崩れの程度は、開口60Aから遠ざかるに従って小さくなる。また、過剰なTi及びOの濃度も、開口60Aから遠ざかるに従って低くなる。このため、開口60Aの外周の近傍に、誘電率が徐々に変化する領域が形成される。
【0036】
図4(D)に戻って説明を続ける。誘電体膜22の上に、スパッタリングにより厚さ100nmのPt膜を形成する。このPt膜をパターニングすることにより、中間電極30を残す。中間電極30を覆うように、BSTからなる厚さ100nmの第2層目の誘電体膜32を形成する。第2層目の誘電体膜32に、ビアホール32V、32S、及び32Gを形成する。
【0037】
図4(E)に示すように、第2層目の誘電体膜32の上に、レジストマスク65を形成する。レジストマスク65に、ビアホール32Sを内包する開口65Aが形成されており、レジストマスク65は、図3(C)に示したレジストマスク60と同一の平面形状を有する。
【0038】
レジストマスク65をマスクとして、第2層目の誘電体膜32にTiイオン及びOイオンを注入する。イオン注入条件は、図3(C)で説明した第1層目の誘電体膜22へのイオン注入条件と同一である。イオン注入後、レジストマスク60を除去し、熱処理を行う。この熱処理条件も、第1層目の誘電体膜22へのイオン注入後の熱処理条件と同一である。
【0039】
図4(F)に示すように、ビアホール32Sの周囲に、低誘電率領域33が形成される。低誘電率領域33と、その周囲の高誘電率の領域との境界にも、第1層目の低誘電率領域23の場合と同様に、誘電率が徐々に変化する領域が形成される。
【0040】
第2層目の誘電体膜32の上に、厚さ100nmのPt膜を形成する。このPt膜をパターニングすることにより、上側電極40を残す。上側電極40を覆うように、ポリイミドからなる厚さ5〜10μmの保護膜50を形成する。保護膜50に、ビアホール50V、50S、及び50Gを形成する。保護膜50、ビアホール50V、50S、及び50Gは、例えば、感光性ポリイミド原料のスピンコート、露光、現像、ベーキングを行うことにより形成される。
【0041】
図2に示したように、ビアホール内を埋め込む導電性ビア51V、51S、51G、及びこれらのビアに連続するパッド6V、6S、6Gを形成する。これらの導電性ビア及びパッドは、Ptで形成される。導電性ビア51V、51S、51Gの埋め込みと、パッド6V、6S、6Gを形成するPt膜の堆積とは、別工程で行ってもよいし、同一工程で行ってもよい。
【0042】
図2に示した信号用ビア11S及び51Sの周囲に、誘電体膜22及び32の材料とは別の低誘電率の材料からなる部材を配置する方法では、製造工程が複雑になり、歩留まり低下が懸念される。上述の製造方法では、図3(C)及び図4(E)に示したイオン注入により、誘電体膜22及び32の一部に低誘電率領域23及び33が形成される。このため、比較的容易に低誘電率領域23及び33を形成することができる。
【0043】
上記実施例では、BSTからなる誘電体膜22及び32に、TiイオンとOイオンとを注入して、グレインバウンダリにTiOxを成長させたが、その他の酸化物を形成する元素を注入してもよい。例えば、SiとOとを注入してもよい。このとき、例えば、Siイオンの加速エネルギを60keV、ドーズ量を1×1017cm-2とし、Oイオンの加速エネルギを35keV、ドーズ量を2×1017cm-2とすればよい。また、イオン注入後の熱処理は、例えば、1気圧の酸素雰囲気中で、650℃で30分間行えばよい。この熱処理により、BSTのグレインバウンダリにSiO2が成長し、イオン注入された部分の誘電率が低下する。
【0044】
また、誘電体膜22及び32に、Mnをイオン注入してもよい。Mnの注入後、熱処理を行うと、注入されたMnがTiと置換され、アクセプタとして作用する。これにより、Mnの注入された領域の誘電率が低下する。Mnイオンは、例えば、10keV、50keV、100keV、150keV、及び200keVの複数の加速エネルギで注入することが好ましい。また、ドーズ量が、例えば、全体で1×1017cm-2となるように、各加速エネルギにおけるイオン注入条件が設定される。
【0045】
上記実施例では、ベース基板10の母体として、シリコン基板10Aを用いたが、シリコン以外の半導体基板を用いてもよい。例えば、ゲルマニウム(Ge)、シリコンゲルマニウム(SiGe)を用いてもよいし、III/V族化合物半導体を用いてもよい。III/V族化合物半導体の例として、GaAs、InAs、InP等が挙げられる。
【0046】
上記実施例では、図2に示した下側電極20の密着層としてTiO2膜20Aを用いたが、Pt膜の密着性を高める他の材料からなる膜を用いてもよい。密着層の材料として、例えば、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属と他の金属との合金、導電性の貴金属酸化物、導電性金属酸化物、導電性金属窒化物等を用いることができる。また、絶縁性金属酸化物や絶縁性金属窒化物を用いることも可能である。絶縁性材料を用いる場合には、図2に示したPt膜20Bと電源用ビア11Vとが接触するように、密着層の、電源用ビア11Vに対応する領域に開口を形成しておく必要がある。さらに、これらの材料からなる層を積層して密着層としてもよい。これらの材料として、TiO2以外に、Ir、Zr、Ti、IrOx、PtOx、ZrOx、TiN、TiAlN、TaN、TaSiN等が挙げられる。
【0047】
上記実施例では、図2に示した下側電極20の一部、中間電極30、及び上側電極40にPtを用いたが、他の導電性材料を用いてもよい。例えば、遷移金属、貴金属、貴金属同士の合金、貴金属とその他の金属との合金、導電性貴金属酸化物等を用いることができる。さらに、これらの材料からなる層を積層した構造としてもよい。これらの材料の例として、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Re、Os、PtOx、IrOx、RuOx、Au、Ag、Cu等が挙げられる。
【0048】
上記実施例では、図2に示した誘電体膜22及び32の材料として、BSTを用いたが、その他の一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造の高誘電率材料を用いてもよい。ここで、Aは、1価乃至3価の陽イオンとなる元素である。また、Bは、酸性酸化物を構成する金属元素であり、例としてTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Re、Cu、Ag、Au等が挙げられる。一般式ABO3で表されるペロブスカイト構造の高誘電率材料の例として、BST以外にPbTiO3、Pb(Zr,Ti)O3、Pb(Mg,Nb)O3等が挙げられる。
【0049】
上記実施例では、BSTに過剰なTiとOとをイオン注入して低誘電率領域23及び33を形成したが、不純物を注入して誘電率を低下させることも可能である。例えば、ABO3構造のサイトAの原子を置き換えてドナーとなるNa、K、Rb、Csを注入してもよい。また、不純物としてYを注入してもよい。Yは、サイトAの原子半径がサイトBの原子半径よりも小さいとき、サイトAの原子を置き換えてドナーとなり、サイトAの原子半径がサイトBの原子半径よりも大きいとき、サイトBの原子を置き換えてアクセプタとなる。その外に、サイトAの原子を置き換えてドナーとなるLa、サイトBの原子を置き換えてドナーとなるNb、サイトBの原子を置き換えてアクセプタとなるMn、Fe、Al、Gaを注入してもよい。また、複数種の不純物を注入してもよい。
【0050】
その他の高誘電率材料として、一般式A22x(xは6または7)で表されるパイロクロア構造の化合物を用いることもできる。このような化合物の例として、Pb2(Zr,Ti)27、Pb2(Mg,Nb)27等が挙げられる。
【0051】
さらに、その他の高誘電率材料として、銅ベースの酸化物材料(例えばBa0.9Nd0.1CuO2)、タングステンブロンズ構造の酸化物材料(例えばSr0.6Ba0.4Nb26)、層状構造を持つビスマスタンタレート(例えばSrBi2Ta29)、層状構造を持つビスマスナイオベート(例えばSr0.76Bi0.24Nb29)、層状構造を持つビスマスタイタネート(例えばBi4Ti312)等を用いてもよい。
【0052】
これらの高誘電率材料に、構成元素のイオンを注入してロングレンジオーダの結晶性を崩すことによって、誘電率を低下させることができる。
【0053】
上記実施例では、BSTからなる誘電体膜22及び32にイオン注入した後に、熱処理を行って、微結晶粒の界面(グレインバウンダリ)にTiOxを成長させたが、主として結晶性を崩すことによって誘電率を低下させる場合には、この熱処理は不要である。また、BSTの微結晶粒の界面にTiOxを成長させる場合には、誘電率低下の十分な効果を得るために、熱処理温度を700〜800℃とすることが好ましい。
【0054】
また、上記実施例では、図2に示したように、電源用ビア11Vに接続されたデカップリングキャパシタの電極として、下側電極20と上側電極40との2層としたが、いずれか一方のみの1層構造としてもよい。また、接地用ビア11Gに接続されたデカップリングキャパシタの電極を複数層とし、電源用ビア11Vに接続された電極を3層以上としてもよい。
【0055】
以上実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、高誘電率の誘電体膜の一部にイオンを注入することにより、イオンの注入された部分の誘電率を低下させる。キャパシタインターポーザの信号用ビアの周囲の誘電率を低下させると、寄生容量に起因する信号伝搬遅延を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例によるキャパシタ内蔵回路基板を用いた電子回路装置の側面図である。
【図2】本発明の実施例によるキャパシタ内蔵回路基板の断面図である。
【図3】本発明の実施例によるキャパシタ内蔵回路基板の製造方法を説明するための基板の断面図(その1)である。
【図4】本発明の実施例によるキャパシタ内蔵回路基板の製造方法を説明するための基板の断面図(その2)である。
【符号の説明】
1 実装基板
2、4、6、8 パッド
3 中間基板
5、9 バンプ
7 LSIチップ
10 ベース基板
11V、51V 電源用ビア
11G、51G 接地用ビア
11S、51S 信号用ビア
20 下側電極
22 第1層目の誘電体膜
22V、22S、22G ビア
30 中間電極
32 第2層目の誘電体膜
32V、32S、32G ビア
40 上側電極
50 保護膜
60、65 レジストマスク
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a circuit board with a built-in capacitor and a method for manufacturing the same, and more particularly to a circuit board with a built-in capacitor that is disposed between a mounting board and an LSI chip and is suitable for electrically connecting the two.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as the density of large-scale integrated circuit elements (LSIs) has increased, the operation speed has increased year by year. When the operating speed of the LSI increases, voltage noise and voltage fluctuation of the power supply bus line are likely to occur due to switching of the electronic circuit. In order to suppress voltage noise and voltage fluctuation, it is effective to arrange a decoupling capacitor between the power supply bus line and the ground bus line. A technique has been proposed in which this decoupling capacitor is built in an intermediate substrate (interposer) disposed between an LSI chip and a mounting substrate (motherboard).
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In order to increase the capacitance of the decoupling capacitor, barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 2 is used as a dielectric material.Three) Or the like is used. However, signal vias are also arranged on the intermediate substrate. When a high dielectric constant material is used as the material of the intermediate substrate, the parasitic capacitance between the signal via and the power supply bus line and the parasitic capacitance between the signal via and the ground bus line are increased. This increase in parasitic capacitance results in signal propagation delay.
[0004]
An object of the present invention is to provide a circuit board with a built-in capacitor capable of increasing the capacitance of a decoupling capacitor and suppressing an increase in signal propagation delay, and a method for manufacturing the same.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  According to one aspect of the invention,
  A dielectric layer having a top surface and a bottom surface defined and formed of a dielectric material;
  Each of the first connecting member, the second connecting member, and the second connecting member formed of a conductive material from the top surface of the dielectric layer to the bottom surface of the dielectric layer through the dielectric layer. 3 connecting members;
  A first electrode disposed on any one of an upper surface, a bottom surface, and an inside of the dielectric layer and connected to the first connection member;
  The dielectric layer is disposed on any one of the upper surface, the bottom surface, and the inside of the dielectric layer, sandwiches at least a part of the dielectric layer, constitutes a capacitor together with the first electrode, and is connected to the second connection member A second electrode and
Have
  Of the dielectric layer, the dielectric constant of the portion in contact with the third connecting member is a low dielectric constant region lower than the dielectric constant of the other portion.And
  The dielectric constant of the boundary portion between the low dielectric constant region and the other region gradually decreases as the distance from the third connecting member approaches.A circuit board with a built-in capacitor is provided.
[0006]
The first connecting member and the second connecting member are coupled by a capacitor. If one is connected to the power bus line and the other is connected to the ground bus line, voltage fluctuations caused by switching can be suppressed. Moreover, since the dielectric constant around the third connecting member is lowered, the parasitic capacitance between the third connecting member and the other conductive member can be reduced. The propagation delay of the electric signal applied to the third connecting member can be suppressed.
[0007]
According to another aspect of the present invention, (a) preparing a base substrate on which a first conductive via, a second conductive via, and a third conductive via penetrating in the thickness direction are formed; (B) forming a first electrode connected to the first conductive via on the surface of the base substrate and not overlapping the second and third conductive vias; and (c). Forming a dielectric film made of a dielectric material so as to cover the first electrode; and (d) performing ion implantation on a region of the dielectric film around the third conductive via. A step of reducing the dielectric constant of the ion-implanted region by lowering the dielectric constant of the other region; and (e) the first electrode sandwiching the dielectric film on the dielectric film. Forming a second electrode opposite to the second conductive via and connected to the second conductive via; and (f) the dielectric Forming an insulating protective film on the film and the second electrode; and (g) penetrating the protective film in the thickness direction, respectively, the first electrode and the second electrode, respectively. And a step of forming a fourth conductive via, a fifth conductive via, and a sixth conductive via electrically connected to the third conductive via. A method is provided.
[0008]
By ion implantation, a region having a low dielectric constant is formed. Therefore, the manufacturing process can be simplified as compared with the case where another member having a low dielectric constant is disposed.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows a schematic side view of an electronic circuit device in which an LSI chip is mounted on a mounting substrate via an intermediate substrate. A plurality of pads 2 are formed on the main surface of the mounting substrate 1. A plurality of pads 4 are formed on the bottom surface of the intermediate substrate (interposer) 3. The pads 4 on the intermediate substrate 3 are connected to the corresponding pads 2 on the mounting substrate 1 by bumps 5.
[0010]
A plurality of pads 6 are also formed on the upper surface of the intermediate substrate 3. Each of the plurality of pads 6 is connected to a corresponding pad 4 formed on the bottom surface by a via penetrating the inside of the intermediate substrate 3. A plurality of pads 8 are formed on the surface of the LSI chip 7. The pad 8 is connected to the corresponding pad 6 of the intermediate substrate 3 via the bump 9.
[0011]
FIG. 2 shows a cross-sectional view of a circuit board with a built-in capacitor according to an embodiment of the present invention. A silicon oxide film 10B is formed by thermal oxidation on the surface of a substrate 10A made of silicon, and the substrate 10A and the silicon oxide film 10B constitute a base substrate 10. A plurality of conductive vias penetrating the substrate in the thickness direction are formed in the base substrate 10. FIG. 2 shows a power supply via 11V, a grounding via 11G, and a signal via 11S among the plurality of vias.
[0012]
Pads 4V, 4G, and 4S are formed on the bottom surface of the base substrate 10.
The pads 4V, 4G, and 4S are connected to the power supply via 11V, the ground via 11G, and the signal via 11S, respectively. These pads 4V, 4G, and 4S are flip-chip bonded to the mounting substrate 1 via the bumps 5 shown in FIG.
[0013]
The lower electrode 20 covers a part of the upper surface of the base substrate 10. The lower electrode 20 is made of TiO with a thickness of 25 to 30 nm.2It has a two-layer structure of a film 20A and a Pt film 20B having a thickness of 100 to 150 nm. The lower electrode 20 is connected to the power supply via 11V, passes through the side of the signal via 11S, and continues to the vicinity of the grounding via 11S. That is, the lower electrode 20 does not overlap any of the signal via 11S and the ground via 11G. The lower electrode 20 has a planar shape such that the shortest distance from the edge to the signal via 11S is longer than the shortest distance to the ground via 11G.
[0014]
A dielectric film 22 made of a first high dielectric constant material having a thickness of 100 to 150 nm is formed so as to cover the lower electrode 20. The dielectric film 22 is made of, for example, barium strontium titanate ((Ba, Sr) TiO 2.Three(Hereinafter referred to as BST). Via holes 22V, 22G, and 22S are formed in the dielectric film 22. The via holes 22V, 22G, and 22S are disposed at positions corresponding to the power supply via 11V, the grounding via 11G, and the signal via 11S of the base substrate 10, respectively. A region around the via hole 22S in the dielectric film 22 is a low dielectric constant region 23 having a lower dielectric constant than other regions. The low dielectric constant region 23 is formed by ion-implanting titanium (Ti) and oxygen (O) into BST as will be described later.
[0015]
An intermediate electrode 30 made of Pt is formed on the surface of the first dielectric film 22. The intermediate electrode 30 is connected to the ground via 11 </ b> G via the via hole 22 </ b> G formed in the first dielectric film 22. Further, the intermediate electrode 30 passes through the side of the low dielectric constant region 23 and continues to the vicinity of the via hole 22V. The intermediate electrode 30 has a planar shape in which the shortest distance from the edge to the inner peripheral surface of the via hole 22S is longer than the shortest distance to the inner peripheral surface of the via hole 22V.
[0016]
A second dielectric film 32 having a thickness of 100 to 150 nm is formed so as to cover the intermediate electrode 30. Via holes 32V, 32G, and 32S are formed in the dielectric film 32 of the second layer. The via holes 32V, 32G, and 32S are disposed at the same positions as the via holes 22V, 22G, and 22S formed in the first dielectric film 22, respectively. A region around the via hole 32S in the dielectric film 32 is a low dielectric constant region 33 like the first-layer dielectric film 22.
[0017]
An upper electrode 40 made of Pt and having a thickness of 100 to 150 nm is formed on the surface of the second dielectric film 32. The upper electrode 40 is connected to the lower electrode 20 via the via holes 22V and 32V, and has substantially the same planar shape as the lower electrode 20.
[0018]
A protective film 50 made of polyimide and having a thickness of 5 to 10 μm is formed so as to cover the upper electrode 40. Via holes 50 </ b> V, 50 </ b> G, and 50 </ b> S are formed in the protective film 50. The via holes 50V, 50G, and 50S are arranged at the same positions as the via holes 32V, 32G, and 32S formed in the second dielectric film 32, respectively.
[0019]
Pads 6V, 6G, and 6S made of Pt are formed on the surface of the protective film 50. The pad 6V is connected to the upper electrode 40 via a chip-side power supply via 51V that fills the via hole 50V. The pad 6G is connected to the intermediate electrode 30 via a chip-side ground via 51G that fills the via holes 50G and 32G. The pad 6S is connected to the signal via 11S via a chip-side signal via 51S that fills the via holes 50S, 32S, and 22S.
[0020]
A power supply voltage is supplied from the mounting substrate 1 shown in FIG. 1 to the LSI chip 7 through the power supply via 11V, the lower electrode 20, the upper electrode 40, the chip side power supply via 51V, and the pad 6V. The ground bus line of the LSI chip 7 is connected to the ground line of the mounting substrate 1 through the pad 6G, the chip-side ground via 51G, the intermediate electrode 30, and the ground via 11G. Electric signals are transmitted and received between the mounting substrate 1 and the LSI chip 7 through the signal via 11S, the chip-side signal via 51S, and the pad 6S.
[0021]
The lower electrode 20 and the intermediate electrode 30 facing each other with the first-layer dielectric film 22 interposed therebetween, and the intermediate electrode 30 and the upper electrode 40 facing each other with the second-layer dielectric film 32 interposed therebetween are decoupling capacitors. Configure. For this reason, voltage noise and voltage fluctuation caused by switching in the LSI chip 7 can be suppressed. Of the dielectric films 22 and 32, the periphery of the signal via 11 </ b> S and the chip-side signal via 51 </ b> S through which an electric signal is transmitted is formed as low dielectric constant regions 23 and 33. For this reason, it is possible to reduce the parasitic capacitance between the signal via 11S and the chip-side signal via 51S and the other wiring. Thereby, the propagation delay of a signal can be prevented.
[0022]
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a method for manufacturing the circuit board with a built-in capacitor shown in FIG. 1 will be described.
[0023]
A base substrate 10 shown in FIG. The base substrate 10 can be manufactured by the following method, for example.
[0024]
First, a Cr film having a thickness of 50 nm and a Cu film having a thickness of 1500 nm are sequentially formed on one surface of the silicon substrate (the upper surface in FIG. 3A). These two layers are formed by sputtering, for example. A resist pattern having openings corresponding to the vias 11V, 11S, and 11G is formed on the other surface (the lower surface in FIG. 3A) of the silicon substrate. Using this resist pattern as a mask, the silicon substrate is etched by inductively coupled plasma etching using a reactive gas.
A via hole is formed, and a laminated structure of a Cr film and a Cu film remains on the bottom surface.
[0025]
A silicon oxide film is formed on the inner surface of the via hole by chemical vapor deposition. The silicon oxide film deposited on the laminated structure of the Cr film and the Cu film remaining on the bottom surface of the via hole is removed by dry etching. A laminated structure of a Cr film and a Cu film is used as a seed layer, and a via hole is filled with a metal such as Pt, Au, or Cu by plating. Pads 4V, 4S, and 4G are formed, and two layers of a Cr film and a Cu film formed on the upper surface are removed by wet etching. The base substrate 10 is manufactured through the steps so far.
[0026]
As the base substrate, a multilayer ceramic substrate disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-274408 (US application 09/031236) may be used.
[0027]
A Ti film having a thickness of 10 nm is formed on the upper surface of the base substrate 10 (the surface on which the silicon oxide film 10B is formed) by sputtering. A heat treatment is performed at 650 to 700 ° C. for 30 minutes in an oxidizing atmosphere such as air or oxygen to oxidize the Ti film. As a result, TiO with a thickness of 25 to 30 nm2A film 20A is formed. This TiO2A Pt film 20B having a thickness of 100 nm is formed on the film 20A by sputtering. TiO2The film 20A has an effect of improving the adhesion of the Pt film 20B.
[0028]
TiO2Two layers of the film 20A and the Pt film 20B are patterned, and the lower electrode 20 constituted by the two layers is left. This two-layer patterning is performed, for example, by masking the surface of the lower electrode 20 to be left behind with a resist pattern and milling using Ar ions.
[0029]
Steps up to the state shown in FIG. A dielectric film 22 made of barium strontium titanate (BST) is formed on the base substrate 10 so as to cover the lower electrode 20. The dielectric film 22 made of BST can be formed by, for example, RF magnetron sputtering, sol-gel method, metal organic chemical vapor deposition (MO-CVD), or the like. An example of film forming conditions when the dielectric film 22 is formed by RF magnetron sputtering is shown below.
[0030]
As a target, a BST sintered body having an atomic ratio of Ba: Sr: Ti = 7: 3: 10 is used. The film forming temperature is 600 ° C. Ar gas and O2The gas flow rates are 80 sccm and 10 sccm, respectively. The atmospheric pressure is 4 Pa (30 mTorr). The RF power to be input is 300W. The composition ratio of Ba and Sr in the BST film formed under these conditions was about 65:35.
[0031]
Via holes 22V, 22S, and 22G are formed in the dielectric film 22 by milling using Ar ions.
[0032]
As shown in FIG. 3C, the surface of the dielectric film 22 is covered with a resist mask 60. The resist mask 60 is provided with an opening 60A that encloses the via hole 22S when viewed in a line of sight parallel to the substrate normal.
[0033]
Ti ions and O ions are implanted into the dielectric film 22 using the resist mask 60 as a mask. The Ti ion implantation conditions are, for example, acceleration energy of 100 keV and a dose of 1 × 10.17cm-2The O ion implantation conditions are, for example, an acceleration energy of 35 keV and a dose amount of 2 × 10.17cm-2It is. After the ion implantation, the resist mask 60 is removed, and heat treatment is performed at 650 ° C. for 15 minutes in an oxygen atmosphere of 1 atm. TiO at the interface (grain boundary) of BST microcrystalxAs a result, the dielectric constant of the ion-implanted portion decreases. The dielectric constant also decreases when high energy ions collide with atoms in the dielectric film 22 and the long-range crystallinity is destroyed.
[0034]
A suitable ion implantation condition varies depending on the thickness of the dielectric film 22. Acceleration energy is preferably set such that the concentration distribution peak in the depth direction of the implanted ions is located substantially at the center of the dielectric film 22. For example, the acceleration energy could be selected from the range of 10-500 keV. The preferred range of dose is 1 × 1013~ 1x1018cm-2It is.
[0035]
As shown in FIG. 4D, a low dielectric constant region 23 is formed in the ion-implanted portion. In FIG. 4D, the boundary between the low dielectric constant region 23 and the other high dielectric constant regions is clearly shown. In practice, however, the dielectric constant gradually changes in the vicinity of the boundary for the following reason. To do. When ions are incident on the dielectric film 22 exposed on the bottom surface of the opening 60A shown in FIG. 3C, the crystallinity of this portion is destroyed. The incident ions repeatedly collide with the constituent atoms of the dielectric film 22 and travel in the lateral direction. Therefore, even in the region covered with the resist mask 60, the crystallinity of the region in the vicinity of the opening 60A is destroyed. The degree of crystallinity collapse decreases as the distance from the opening 60A increases. The excessive Ti and O concentrations also decrease as the distance from the opening 60A increases. For this reason, a region where the dielectric constant gradually changes is formed in the vicinity of the outer periphery of the opening 60A.
[0036]
Returning to FIG. 4D, the description will be continued. A Pt film having a thickness of 100 nm is formed on the dielectric film 22 by sputtering. The intermediate electrode 30 is left by patterning this Pt film. A second dielectric film 32 made of BST and having a thickness of 100 nm is formed so as to cover the intermediate electrode 30. Via holes 32V, 32S, and 32G are formed in the dielectric film 32 of the second layer.
[0037]
As shown in FIG. 4E, a resist mask 65 is formed on the second dielectric film 32. An opening 65A that includes the via hole 32S is formed in the resist mask 65, and the resist mask 65 has the same planar shape as the resist mask 60 shown in FIG.
[0038]
Ti ions and O ions are implanted into the second dielectric film 32 using the resist mask 65 as a mask. The ion implantation conditions are the same as the ion implantation conditions for the first dielectric film 22 described with reference to FIG. After the ion implantation, the resist mask 60 is removed and heat treatment is performed. This heat treatment condition is also the same as the heat treatment condition after ion implantation into the first dielectric film 22.
[0039]
As shown in FIG. 4F, a low dielectric constant region 33 is formed around the via hole 32S. A region where the dielectric constant gradually changes is formed at the boundary between the low dielectric constant region 33 and the surrounding high dielectric constant region as in the case of the first low dielectric constant region 23.
[0040]
A Pt film having a thickness of 100 nm is formed on the second dielectric film 32. By patterning this Pt film, the upper electrode 40 is left. A protective film 50 made of polyimide and having a thickness of 5 to 10 μm is formed so as to cover the upper electrode 40. Via holes 50V, 50S, and 50G are formed in the protective film 50. The protective film 50, the via holes 50V, 50S, and 50G are formed, for example, by performing spin coating, exposure, development, and baking of a photosensitive polyimide raw material.
[0041]
As shown in FIG. 2, conductive vias 51V, 51S, and 51G that fill the via holes and pads 6V, 6S, and 6G continuous with these vias are formed. These conductive vias and pads are formed of Pt. The embedding of the conductive vias 51V, 51S, and 51G and the deposition of the Pt film for forming the pads 6V, 6S, and 6G may be performed in separate steps or in the same step.
[0042]
In the method of disposing a member made of a material having a low dielectric constant different from the material of the dielectric films 22 and 32 around the signal vias 11S and 51S shown in FIG. 2, the manufacturing process becomes complicated and the yield decreases. Is concerned. In the manufacturing method described above, the low dielectric constant regions 23 and 33 are formed in part of the dielectric films 22 and 32 by the ion implantation shown in FIGS. 3C and 4E. For this reason, the low dielectric constant regions 23 and 33 can be formed relatively easily.
[0043]
In the above embodiment, Ti ions and O ions are implanted into the dielectric films 22 and 32 made of BST, and TiO is formed on the grain boundary.xHowever, other elements that form oxides may be implanted. For example, Si and O may be implanted. At this time, for example, the acceleration energy of Si ions is 60 keV, and the dose is 1 × 10.17cm-2The acceleration energy of O ions is 35 keV, and the dose amount is 2 × 10.17cm-2And it is sufficient. In addition, the heat treatment after ion implantation may be performed, for example, at 650 ° C. for 30 minutes in an oxygen atmosphere of 1 atm. By this heat treatment, the BST grain boundary is made of SiO.2Grows and the dielectric constant of the ion-implanted portion decreases.
[0044]
Further, Mn ions may be implanted into the dielectric films 22 and 32. When heat treatment is performed after Mn is injected, the injected Mn is replaced with Ti and acts as an acceptor. As a result, the dielectric constant of the region where Mn is implanted decreases. Mn ions are preferably implanted with a plurality of acceleration energies of, for example, 10 keV, 50 keV, 100 keV, 150 keV, and 200 keV. The dose amount is, for example, 1 × 10 as a whole.17cm-2The ion implantation conditions for each acceleration energy are set so that
[0045]
In the above embodiment, the silicon substrate 10A is used as the base of the base substrate 10, but a semiconductor substrate other than silicon may be used. For example, germanium (Ge) or silicon germanium (SiGe) may be used, or a III / V group compound semiconductor may be used. Examples of III / V group compound semiconductors include GaAs, InAs, InP, and the like.
[0046]
In the above embodiment, TiO is used as the adhesion layer of the lower electrode 20 shown in FIG.2Although the film 20A is used, a film made of another material that improves the adhesion of the Pt film may be used. As the material of the adhesion layer, for example, a noble metal, an alloy of noble metals, an alloy of a noble metal and another metal, a conductive noble metal oxide, a conductive metal oxide, a conductive metal nitride, or the like can be used. It is also possible to use an insulating metal oxide or an insulating metal nitride. When an insulating material is used, it is necessary to form an opening in a region corresponding to the power supply via 11V in the adhesion layer so that the Pt film 20B shown in FIG. 2 and the power supply via 11V are in contact with each other. is there. Furthermore, it is good also as a contact | adherence layer by laminating | stacking the layer which consists of these materials. These materials include TiO2Besides, Ir, Zr, Ti, IrOx, PtOx, ZrOxTiN, TiAlN, TaN, TaSiN, and the like.
[0047]
In the above embodiment, Pt is used for a part of the lower electrode 20, the intermediate electrode 30 and the upper electrode 40 shown in FIG. 2, but other conductive materials may be used. For example, transition metals, noble metals, alloys of noble metals, alloys of noble metals and other metals, conductive noble metal oxides, and the like can be used. Furthermore, it is good also as a structure which laminated | stacked the layer which consists of these materials. Examples of these materials are Pt, Pd, Ir, Ru, Rh, Re, Os, PtO.x, IrOx, RuOx, Au, Ag, Cu and the like.
[0048]
In the above embodiment, BST is used as the material of the dielectric films 22 and 32 shown in FIG. 2, but other general formulas ABOThreeA high dielectric constant material having a perovskite structure represented by Here, A is an element that becomes a monovalent to trivalent cation. B is a metal element constituting an acidic oxide, and examples thereof include Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Re, Cu, Ag, and Au. General formula ABOThreeAs an example of a high dielectric constant material having a perovskite structure represented byThree, Pb (Zr, Ti) OThree, Pb (Mg, Nb) OThreeEtc.
[0049]
In the above embodiment, excessively low Ti and O ions are implanted into BST to form the low dielectric constant regions 23 and 33. However, it is possible to reduce the dielectric constant by implanting impurities. For example, ABOThreeNa, K, Rb, and Cs serving as donors may be implanted by replacing the atoms at site A of the structure. Further, Y may be implanted as an impurity. When the atomic radius of site A is smaller than the atomic radius of site B, Y replaces the atom of site A to become a donor, and when the atomic radius of site A is larger than the atomic radius of site B, Y Replaced to be an acceptor. In addition to this, even if La at the site A is replaced and La as the donor is replaced, Nb at the site B is replaced and Nb as the donor is replaced, and Mn, Fe, Al, Ga as the acceptor is implanted by replacing the atoms at the site B Good. A plurality of types of impurities may be implanted.
[0050]
As other high dielectric constant materials, the general formula A2B2OxA compound having a pyrochlore structure represented by (x is 6 or 7) can also be used. Examples of such compounds include Pb2(Zr, Ti)2O7, Pb2(Mg, Nb)2O7Etc.
[0051]
In addition, other high dielectric constant materials include copper-based oxide materials (eg, Ba0.9Nd0.1CuO2), Tungsten bronze structure oxide material (eg Sr)0.6Ba0.4Nb2O6), Bismastantalate having a layered structure (for example, SrBi)2Ta2O9), Bismuth niobate having a layered structure (for example, Sr)0.76Bi0.24Nb2O9), A bismaster iterate having a layered structure (eg BiFourTiThreeO12) Etc. may be used.
[0052]
The dielectric constant can be lowered by implanting constituent element ions into these high dielectric constant materials to break the crystallinity of the long range order.
[0053]
In the above embodiment, after ion implantation into the dielectric films 22 and 32 made of BST, heat treatment is performed, and TiO is formed at the interface (grain boundary) of the fine crystal grains.xHowever, this heat treatment is unnecessary when the dielectric constant is lowered mainly by breaking the crystallinity. In addition, TiO is present at the interface of BST microcrystal grains.xIn order to obtain a sufficient effect of lowering the dielectric constant, the heat treatment temperature is preferably set to 700 to 800 ° C.
[0054]
In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the decoupling capacitor electrode connected to the power supply via 11V has two layers of the lower electrode 20 and the upper electrode 40, but only one of them is used. It is good also as a 1 layer structure. Further, the electrode of the decoupling capacitor connected to the grounding via 11G may be a plurality of layers, and the electrode connected to the power supply via 11V may be three or more layers.
[0055]
Although the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by implanting ions into a part of the dielectric film having a high dielectric constant, the dielectric constant of the portion into which ions are implanted is lowered. When the dielectric constant around the signal via of the capacitor interposer is lowered, the signal propagation delay due to the parasitic capacitance can be suppressed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view of an electronic circuit device using a circuit board with a built-in capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of a circuit board with a built-in capacitor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a substrate for explaining a method of manufacturing a circuit board with a built-in capacitor according to an embodiment of the present invention (part 1);
FIG. 4 is a sectional view (No. 2) of the substrate for explaining the method of manufacturing the circuit board with built-in capacitor according to the embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Mounting board
2, 4, 6, 8 pads
3 Intermediate board
5, 9 Bump
7 LSI chip
10 Base substrate
Via for 11V and 51V power supply
11G, 51G Grounding via
11S, 51S signal via
20 Lower electrode
22 First layer dielectric film
22V, 22S, 22G via
30 Intermediate electrode
32 Second layer dielectric film
32V, 32S, 32G via
40 Upper electrode
50 Protective film
60, 65 resist mask

Claims (9)

上面と底面とが画定され、誘電体材料で形成された誘電体層と、
各々が、前記誘電体層の上面から、該誘電体層内を経由し、該誘電体層の底面まで至り、導電性材料で形成された第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、前記第1の接続部材に接続された第1の電極と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、該誘電体層の少なくとも一部を挟み、前記第1の電極とともにキャパシタを構成し、前記第2の接続部材に接続された第2の電極と
を有し、
前記誘電体層のうち、前記第3の接続部材に接する部分の誘電率が、他の部分の誘電率よりも低い低誘電率領域とされており、
前記低誘電率領域と、その他の領域との境界部分の誘電率が、前記第3の接続部材に近づくに従って徐々に低くなっているキャパシタ内蔵回路基板。
A dielectric layer having a top surface and a bottom surface defined and formed of a dielectric material;
Each of the first connecting member, the second connecting member, and the second connecting member formed of a conductive material from the upper surface of the dielectric layer to the bottom surface of the dielectric layer through the dielectric layer. 3 connecting members;
A first electrode disposed on any one of an upper surface, a bottom surface, and an inside of the dielectric layer and connected to the first connection member;
The dielectric layer is disposed on any one of the upper surface, the bottom surface, and the inside of the dielectric layer, sandwiches at least a part of the dielectric layer, constitutes a capacitor together with the first electrode, and is connected to the second connection member A second electrode;
Of the dielectric layer, the dielectric constant of the part in contact with the third connecting member is a low dielectric constant region lower than the dielectric constant of the other part ,
A circuit board with a built-in capacitor in which a dielectric constant at a boundary portion between the low dielectric constant region and another region gradually decreases as the third connection member is approached .
さらに、前記誘電体層の底面に接するベース基板と、
前記ベース基板内を、その厚さ方向に貫通し、前記第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材にそれぞれ接続された複数の導電性ビアと
を有する請求項に記載のキャパシタ内蔵回路基板。
A base substrate in contact with the bottom surface of the dielectric layer;
The base substrate, penetrating in the thickness direction thereof, the first connecting member, to claim 1 and a second connecting member, and a third plurality of conductive vias that are connected to the connecting member The circuit board with a built-in capacitor as described.
上面と底面とが画定され、誘電体材料で形成された誘電体層と、
各々が、前記誘電体層の上面から、該誘電体層内を経由し、該誘電体層の底面まで至り、導電性材料で形成された第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、前記第1の接続部材に接続された第1の電極と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、該誘電体層の少なくとも一部を挟み、前記第1の電極とともにキャパシタを構成し、前記第2の接続部材に接続された第2の電極と
を有し、
前記誘電体層のうち、前記第3の接続部材に接する部分の誘電率が、他の部分の誘電率よりも低い低誘電率領域とされており、
前記低誘電率領域が、前記誘電体層の結晶性を崩すことによって得られた領域であるキャパシタ内蔵回路基板。
A dielectric layer having a top surface and a bottom surface defined and formed of a dielectric material;
Each of the first connecting member, the second connecting member, and the second connecting member formed of a conductive material from the upper surface of the dielectric layer to the bottom surface of the dielectric layer through the dielectric layer. 3 connecting members;
A first electrode disposed on any one of an upper surface, a bottom surface, and an inside of the dielectric layer and connected to the first connection member;
The dielectric layer is disposed on any one of the upper surface, the bottom surface, and the inside of the dielectric layer, sandwiches at least a part of the dielectric layer, constitutes a capacitor together with the first electrode, and is connected to the second connection member A second electrode and
Have
Of the dielectric layer, the dielectric constant of the part in contact with the third connecting member is a low dielectric constant region lower than the dielectric constant of the other part,
The low dielectric constant region is a region der Ruki Yapashita built-in circuit board obtained by destroying the crystallinity of the dielectric layer.
上面と底面とが画定され、誘電体材料で形成された誘電体層と、
各々が、前記誘電体層の上面から、該誘電体層内を経由し、該誘電体層の底面まで至り、導電性材料で形成された第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、前記第1の接続部材に接続された第1の電極と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、該誘電体層の少なくとも一部を挟み、前記第1の電極とともにキャパシタを構成し、前記第2の接続部材に接続された第2の電極と
を有し、
前記誘電体層のうち、前記第3の接続部材に接する部分の誘電率が、他の部分の誘電率よりも低い低誘電率領域とされており、
前記誘電体層が、誘電体材料からなる多数の微結晶粒を含み、前記低誘電率領域においては、微結晶粒の界面に酸化物が成長しているキャパシタ内蔵回路基板。
A dielectric layer having a top surface and a bottom surface defined and formed of a dielectric material;
Each of the first connecting member, the second connecting member, and the second connecting member formed of a conductive material from the upper surface of the dielectric layer to the bottom surface of the dielectric layer through the dielectric layer. 3 connecting members;
A first electrode disposed on any one of an upper surface, a bottom surface, and an inside of the dielectric layer and connected to the first connection member;
The dielectric layer is disposed on any one of the upper surface, the bottom surface, and the inside of the dielectric layer, sandwiches at least a part of the dielectric layer, constitutes a capacitor together with the first electrode, and is connected to the second connection member A second electrode and
Have
Of the dielectric layer, the dielectric constant of the part in contact with the third connecting member is a low dielectric constant region lower than the dielectric constant of the other part,
Said dielectric layer comprises a number of fine crystal grains of a dielectric material, the low in the dielectric constant region, Ruki Yapashita built-in circuit board has an oxide is grown on the interface of the fine grains.
上面と底面とが画定され、誘電体材料で形成された誘電体層と、
各々が、前記誘電体層の上面から、該誘電体層内を経由し、該誘電体層の底面まで至り、導電性材料で形成された第1の接続部材、第2の接続部材、及び第3の接続部材と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、前記第1の接続部材に接続された第1の電極と、
前記誘電体層の上面、底面、及び内部のいずれかに配置され、該誘電体層の少なくとも一部を挟み、前記第1の電極とともにキャパシタを構成し、前記第2の接続部材に接続された第2の電極と
を有し、
前記誘電体層のうち、前記第3の接続部材に接する部分の誘電率が、他の部分の誘電率よりも低い低誘電率領域とされており、
前記誘電体層が、一般式ABO で表されるペロブスカイト構造の酸化物であり、前記低誘電率領域においては、サイトAまたはサイトBの一部の原子が、不純物原子によって置換されているキャパシタ内蔵回路基板。
A dielectric layer having a top surface and a bottom surface defined and formed of a dielectric material;
Each of the first connecting member, the second connecting member, and the second connecting member formed of a conductive material from the upper surface of the dielectric layer to the bottom surface of the dielectric layer through the dielectric layer. 3 connecting members;
A first electrode disposed on any one of an upper surface, a bottom surface, and an inside of the dielectric layer and connected to the first connection member;
The dielectric layer is disposed on any one of the upper surface, the bottom surface, and the inside of the dielectric layer, sandwiches at least a part of the dielectric layer, constitutes a capacitor together with the first electrode, and is connected to the second connection member A second electrode and
Have
Of the dielectric layer, the dielectric constant of the part in contact with the third connecting member is a low dielectric constant region lower than the dielectric constant of the other part,
A capacitor in which the dielectric layer is an oxide having a perovskite structure represented by a general formula ABO 3 , and in the low dielectric constant region, a part of atoms of the site A or the site B are replaced by impurity atoms Built-in circuit board.
(a)厚さ方向に貫通する第1の導電性ビア、第2の導電性ビア、及び第3の導電性ビアが形成されたベース基板を準備する工程と、
(b)前記ベース基板の表面上に、前記第1の導電性ビアに接続され、前記第2及び第3の導電性ビアには重ならない第1の電極を形成する工程と、
(c)前記第1の電極を覆うように、誘電体材料からなる誘電体膜を形成する工程と、
(d)前記誘電体膜のうち、前記第3の導電性ビアの周囲の領域に、イオン注入を行うことにより、イオン注入された領域の誘電率を、他の領域の誘電率よりも低下させる工程と、
(e)前記誘電体膜の上に、該誘電体膜を挟んで前記第1の電極に対向し、かつ前記第2の導電性ビアに接続された第2の電極を形成する工程と、
(f)前記誘電体膜及び前記第2の電極の上に、絶縁性の保護膜を形成する工程と、
(g)前記保護膜を、その厚さ方向に貫通し、それぞれ前記第1の電極、前記第2の電極、及び前記第3の導電性ビアに電気的に接続された第4の導電性ビア、第5の導電性ビア、及び第6の導電性ビアを形成する工程と
を有するキャパシタ内蔵回路基板の製造方法。
(A) preparing a base substrate on which a first conductive via, a second conductive via, and a third conductive via penetrating in the thickness direction are formed;
(B) forming, on the surface of the base substrate, a first electrode connected to the first conductive via and not overlapping the second and third conductive vias;
(C) forming a dielectric film made of a dielectric material so as to cover the first electrode;
(D) By performing ion implantation in a region around the third conductive via in the dielectric film, the dielectric constant of the ion implanted region is made lower than the dielectric constant of other regions. Process,
(E) forming a second electrode on the dielectric film, facing the first electrode across the dielectric film and connected to the second conductive via;
(F) forming an insulating protective film on the dielectric film and the second electrode;
(G) a fourth conductive via penetrating the protective film in the thickness direction and electrically connected to the first electrode, the second electrode, and the third conductive via, respectively; And a step of forming a fifth conductive via and a sixth conductive via.
前記工程(d)において、前記誘電体膜にイオン注入し、該誘電体膜の結晶性を崩すことによって、イオン注入された領域の誘電率を低下させる請求項に記載のキャパシタ内蔵回路基板の製造方法。7. The circuit board with a built-in capacitor according to claim 6 , wherein in the step (d), ions are implanted into the dielectric film, and the dielectric constant of the ion-implanted region is lowered by breaking the crystallinity of the dielectric film. Production method. 前記工程(d)において、前記誘電体膜に、酸素と反応して酸化物を形成する元素及び酸素をイオン注入し、イオン注入後、熱処理を行って、該誘電体膜を構成する微結晶粒の界面に、イオン注入された元素の酸化物を成長させる請求項に記載のキャパシタ内蔵回路基板の製造方法。In the step (d), an element that reacts with oxygen to form an oxide and oxygen are ion-implanted into the dielectric film, and after the ion implantation, a heat treatment is performed to form microcrystal grains constituting the dielectric film. 7. The method of manufacturing a circuit board with a built-in capacitor according to claim 6 , wherein an oxide of an ion-implanted element is grown on the interface of the capacitor. 前記誘電体層が、一般式ABOで表されるペロブスカイト構造の酸化物であり、前記工程(d)において、サイトAまたはサイトBの一部の原子を置換する不純物元素イオンを注入し、イオン注入後、熱処理を行って、サイトAまたはサイトBの一部の原子を、イオン注入された原子で置換する請求項に記載のキャパシタ内蔵回路基板の製造方法。The dielectric layer is an oxide having a perovskite structure represented by the general formula ABO 3 , and in the step (d), impurity element ions for substituting a part of atoms of the site A or the site B are implanted, The method for manufacturing a circuit board with a built-in capacitor according to claim 6 , wherein after the implantation, heat treatment is performed to replace some atoms of the site A or the site B with the implanted ions.
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