JP5103724B2 - インターポーザの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、インターポーザ及びその製造方法に係り、特に、比誘電率が極めて高いキャパシタ誘電体膜が形成されたインターポーザ及びその製造方法に関する。
近時、マイクロプロセッサをはじめとするデジタルLSI(Large Scale Integrated circuit)等において、動作速度の高速化、低消費電力化が図られている。
GHz帯の高周波領域で、しかも低電圧でLSIを安定して動作させるためには、LSIの負荷インピーダンスの急激な変動等に起因して生ずる電源電圧変動を抑制するとともに、電源の高周波ノイズを除去することが極めて重要である。
従来は、回路配線基板上に実装されたLSI等の近傍に、デカップリングキャパシタを実装することにより、電源電圧変動の抑制や、高周波ノイズの除去を図っていた。デカップリングキャパシタは、回路配線基板と別個の基板を用いて構成されており、回路配線基板上に適宜実装されていた。
しかしながら、回路配線基板上に実装されたLSIの近傍にデカップリングキャパシタを実装する場合には、回路配線基板に形成された配線を介してLSIとデカップリングキャパシタとが電気的に接続されるため、配線の引き回しに起因する大きなインダクタンスが存在する。LSIとデカップリングキャパシタとの間に大きなインダクタンスが存在すると、電源電圧変動を十分に抑制することができず、高周波ノイズを十分に除去することができない。電源電圧変動の十分な抑制や高周波ノイズの十分な除去を図るためには、等価直列抵抗(ESR)、等価直列インダクタンス(ESL)を低減することが求められる。
そこで、LSIと回路配線基板との間に、キャパシタを内蔵したインターポーザを設ける技術が注目されている(特許文献1〜6)。
特開平4−211191号公報 特開平7−176453号公報 特開2001−68583号公報 特開2001−35990号公報 特開2004−304159号公報 特開2002−83892号公報 特許第3583396号公報
しかしながら、特許文献1〜5に記載されている技術では、基板に貫通電極を埋め込むために、基板に貫通孔を形成しなければならなかった。基板に貫通孔を形成するのは容易ではなかった。このため、特許文献1〜5に記載されている技術では、低コスト化を図ることが極めて困難であった。
また、特許文献6に記載されている技術では、有機フィルム(樹脂層)上に成膜することによりキャパシタを形成するため、結晶性の良好な誘電体膜を形成することができなかった。樹脂層は耐熱性があまり高くないため、樹脂層上に誘電体膜を形成する場合には、誘電体膜の成膜プロセスが400℃以下に制約されるためである。このため、樹脂層上に誘電体膜を形成する場合には、一般的には比誘電率は20程度となり、高いものであっても、比誘電率はせいぜい50程度であった。このように、比誘電率の高いキャパシタを実現することはできなかった。
本発明の目的は、基板に貫通孔を形成することなく、比誘電率の極めて高いキャパシタ誘電体膜が形成されたインターポーザ及びその製造方法を提供することにある。
本発明の一観点によれば、第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質のキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する薄膜キャパシタを形成する工程と、前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタ電極又は前記第2のキャパシタ電極に電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、第2の基板の一方の主面上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第1の部分電極に対応するように配され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、前記第1の基板を除去する工程と、前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、前記第3の樹脂層を台座により支持する工程と、前記第2の基板を除去する工程とを有することを特徴とするインターポーザの製造方法が提供される。
本発明の他の観点によれば、第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第1のキャパシタ誘電体膜と、前記第1のキャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する第1の薄膜キャパシタを形成する工程と、前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記第1の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタに電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、第2の基板の一方の主面上に、第3のキャパシタ電極と、前記第3のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第2のキャパシタ誘電体膜と、前記第2のキャパシタ誘電体膜上に形成された第4のキャパシタ電極とを有する第2の薄膜キャパシタを形成する工程と、前記第2の基板の前記一方の主面上及び前記第2の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第2のキャパシタに電気的に接続され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、前記第1の基板と前記第2の基板とを対向させ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、前記第1の基板を除去する工程と、前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記第1の薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、前記第3の樹脂層を第1の台座により支持する工程と、前記第2の基板を除去する工程と、第3の基板の一方の主面上に、第4の樹脂層と;前記第4の樹脂層に埋め込まれ、前記貫通電極の一部となる第4の部分電極とを形成する工程と、前記第4の部分電極の上部及び前記第4の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、前記第1の台座と前記第3の基板とを対向させ、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに接着させるとともに、前記第2の部分電極と前記第4の部分電極とを電気的に接続する工程と、前記第3の樹脂層を第2の台座により支持する工程と、前記第3の基板を除去する工程とを有することを特徴とするインターポーザの製造方法が提供される。
本発明によれば、耐熱性の高い半導体基板を用いて薄膜キャパシタを形成するため、比誘電率が200以上の極めて良好に結晶化されたキャパシタ誘電体膜を形成することが可能である。このため、本発明によれば、極めて良好な電気的特性を有する薄膜キャパシタを形成することができる。しかも、本発明によれば、貫通孔を形成することが困難な半導体基板を除去するため、貫通電極を埋め込むための貫通孔を半導体基板に形成することを要しない。従って、本発明によれば、静電容量の極めて高い薄膜キャパシタを有するインターポーザを低コストで提供することができる。
[第1実施形態]
本発明の第1実施形態によるインターポーザ及びその製造方法並びにそのインターポーザを用いた電子装置及びその製造方法を図1乃至図30を用いて説明する。
(インターポーザ及び電子装置)
まず、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置を図1乃至図3を用いて説明する。図1は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。図2は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。図3は、本実施形態による電子装置を示す断面図である。
図1に示すように、本実施形態によるインターポーザ96は、積層された複数の樹脂層68、20、32、48より成る基材8と、基材8に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、基材8を貫き、薄膜キャパシタ18a、18bに電気的に接続された貫通電極(ビア)77a、77bと、基材8を貫き、薄膜キャパシタ18a、18bから絶縁された貫通電極77cとを有している。
樹脂層68の一の面側には、キャパシタ電極(下部電極)12a、12bが形成されている。樹脂層68の材料としては、例えばエポキシ樹脂が用いられている。キャパシタ電極12a、12bとしては、例えば、膜厚20nmの酸化チタン(TiO)膜と膜厚150nmの白金(Pt)膜とを順次積層して成る積層膜が用いられている。薄膜キャパシタ18aのキャパシタ電極12aと薄膜キャパシタ18bのキャパシタ電極12bとは、互いに電気的に接続されている。
キャパシタ電極12a、12bの一の面側(樹脂層68に接する面とは反対側の面)には、結晶質のキャパシタ誘電体膜14が形成されている。即ち、多結晶のキャパシタ誘電体膜14、又は、エピタキシャル成長されたキャパシタ誘電体膜14が形成されている。キャパシタ誘電体膜14の材料としては、高誘電率材料が用いられている。具体的には、キャパシタ誘電体膜14の材料として、BaSr1−XTiO膜(以下、「BST膜」ともいう)が用いられている。キャパシタ誘電体膜14の膜厚は、例えば100nmとする。キャパシタ誘電体膜14は、例えば500℃以上の高温のプロセスで成膜されたものある。このため、キャパシタ誘電体膜14は、極めて良好に結晶化されており、比誘電率が極めて高くなっている。具体的には、キャパシタ誘電体膜14の比誘電率は200以上となっている。
かかるキャパシタ誘電体膜14を成膜する際には、後述するように、高温のプロセスに耐え得る半導体基板10上にキャパシタ誘電体膜14を形成する(図4参照)。後述するように、薄膜キャパシタ18a、18bを埋め込んでいる樹脂層68、20、32、48より成る基材8は、キャパシタ誘電体膜14を形成する際の高温のプロセスを経ておらず、基材8に大きな変形等は生じていない。
キャパシタ誘電体膜14の一の面側(キャパシタ電極12a、12bに接する面とは反対側の面)には、キャパシタ電極12a、12bに対向するようにキャパシタ電極(上部電極)16が形成されている。上部電極16としては、例えば、膜厚200nmのPt膜が用いられている。
こうして、キャパシタ電極12aとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18aが構成されている。また、キャパシタ電極12bとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18bが構成されている。
また、樹脂層68の一の面側(キャパシタ電極12a、12bと接する面側)には、キャパシタ電極12a、12bと同一導電膜より成る導電膜12c、12dが形成されている。導電膜12cは、貫通電極77aの一部を構成するものである。導電膜12dは、貫通電極77cの一部を構成するものである。導電膜12c、12dは、キャパシタ電極12a、12bから電気的に絶縁されている。
樹脂層68には、導電膜12cに達する開口部70aと、キャパシタ電極12bに達する開口部70bと、導電膜12dに達する開口部70cとが形成されている。
開口部70a内には、貫通電極77aの一部を構成する部分電極76aが埋め込まれている。開口部70b内には、貫通電極77bの一部を構成する部分電極76bが埋め込まれている。開口部70c内には、貫通電極77cの一部を構成する部分電極76cが埋め込まれている。
樹脂層68の一の面側(キャパシタ電極12a、12bと接する面側)には、薄膜キャパシタ18a、18bと導電膜12c、12dとを覆うように樹脂層20が形成されている。樹脂層20の材料としては、例えばエポキシ樹脂が用いられている。
樹脂層20には、導電膜12cに達する開口部24aと、薄膜キャパシタ18bのキャパシタ電極12bに達する開口部24bと、導電膜12dに達する開口部24cと、薄膜キャパシタ18aのキャパシタ電極16に達する開口部24dと、薄膜キャパシタ18bのキャパシタ電極16に達する開口部24eとが形成されている。
開口部24a内には貫通電極77aの一部を構成する部分電極30aが埋め込まれている。部分電極30aは、導電膜12cを介して部分電極7に接続されている。開口部24b内には、貫通電極77bの一部を構成する部分電極30bが埋め込まれている。部分電極30bは、キャパシタ電極12bに接続されている。開口部24c内には、貫通電極77cの一部を構成する部分電極30cが埋め込まれている。部分電極30cは、導電膜12dを介して部分電極7に接続されている。
開口部24d内には、薄膜キャパシタ18aのキャパシタ電極16に接続された導体プラグ30dが埋め込まれている。開口部24e内には、薄膜キャパシタ18bのキャパシタ電極16に接続された導体プラグ30eが埋め込まれている。部分電極30a、導体プラグ30d及び導体プラグ30eは、配線31により互いに電気的に接続されている。部分電極30a、導体プラグ30d、導体プラグ30e及び配線31は同一導電膜により一体に形成されている。
樹脂層20の一の面側(樹脂層68に接する面とは反対側の面)には、配線31を覆うように樹脂層32が形成されている。樹脂層32としては、水、アルコール、有機酸、窒化物等の副生成物を生ずることなく硬化・収縮する熱硬化性樹脂が用いられている。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、ベンゾシクロブテン(BCB)を主成分とする樹脂(以下、「BCB樹脂」ともいう)を用いることができる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。
樹脂層32には、部分電極30aに達する開口部33aと、部分電極30bに達する開口部33bと、部分電極30cに達する開口部33cとが形成されている。
開口部33a内には、貫通電極77aの一部を構成する部分電極38aが埋め込まれている。開口部33b内には、貫通電極77bの一部を構成する部分電極38bが埋め込まれている。開口部33c内には、貫通電極77cの一部を構成する部分電極38cが埋め込まれている。
部分電極38a〜38cの一の面側(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)及び樹脂層32の一の面側(樹脂層20に接する面とは反対側の面)は、後述するように、ダイヤモンド等より成るバイト44(図8(b)参照)を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極38a〜38cの一の面(部分電極56a〜56cに接する面)及び樹脂層32の一の面(樹脂層48に接する面)は平坦になっている。
樹脂層32の一の面側(樹脂層20に接する面とは反対側の面)には、樹脂層48が形成されている。樹脂層48としては、樹脂層32と同様に、水、アルコール、有機酸、窒化物等の副生成物を生ずることなく硬化・収縮する熱硬化性樹脂が用いられている。かかる熱硬化性樹脂としては、樹脂層32の材料と同様に、例えば、BCB樹脂を用いる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。
樹脂層48には、開口部33a、33b、33cにそれぞれ対応するように、開口部50a、50b、50cが形成されている。
開口部50a内には、貫通電極77aの一部を構成する部分電極56aが埋め込まれている。開口部50b内には、貫通電極77bの一部を構成する部分電極56bが埋め込まれている。開口部50c内には、貫通電極77cの一部を構成する部分電極56cが埋め込まれている。
部分電極56a〜56cの一の面側(部分電極38a〜38cに接する面側)及び樹脂層48の一の面側(樹脂層32に接する面側)は、後述するように、ダイヤモンド等より成るバイト44(図13(b)参照)を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極56a〜56cの一の面(部分電極38a〜38cに接する面)及び樹脂層48の一の面(樹脂層32に接する面)は平坦になっている。
BCB樹脂は、熱により開環したシクロブテン環と、不飽和結合を有するジエノフィルとが、ディールス−アルダー反応(Diels-Alder reaction)により結合することにより硬化する。熱により開環したシクロブテン環と、不飽和結合を有するジエノフィルとが、ディールス−アルダー反応により結合する際には、極性官能基が関与しない。このため、BCB樹脂は、水やアルコール等の副生成物を生ずることなく硬化させることが可能である。BCB樹脂は水やアルコール等の副生成物を生ずることなく硬化させることが可能であるため、かかる副生成物の気化に起因してBCB樹脂内に空孔(ボイド)が形成されてしまうことがない。また、BCB樹脂中に残留する溶媒を熱処理により予め揮発させておけば、溶媒の揮発に起因して空孔が生ずることもない。BCB樹脂は、空孔を生ずることなく硬化させることが可能であるため、空孔により体積が増大しまうのを回避しつつ、確実に硬化・収縮させることが可能である。
樹脂層32と樹脂層48とは、互いに接着されている。樹脂層32に埋め込まれた部分電極38a〜38cと樹脂層48に埋め込まれた部分電極56a〜56cとは、互いに接合されている。樹脂層32と樹脂層48とには、後述するように、樹脂層32と樹脂層48とを収縮させるための熱処理が加えられている。樹脂層32と樹脂層48とが互いに確実に接着された状態で収縮するため、樹脂層32及び樹脂層48の収縮に起因して、部分電極38a〜38cの一の面(部分電極56a〜56cに接する面)と部分電極56a〜56cの一の面(部分電極38a〜38cに接する面)とが互いに強固に接合されている。
部分電極56a〜56cの他の面側(部分電極38a〜38cに接する面とは反対側の面)には、電極パッド92が形成されている。
電極パッド92の一の面側(部分電極56a〜56cに接する面と反対側)には、例えばSn系はんだより成る半田バンプ94が形成されている。
部分電極76a、導電膜12c、部分電極30a、部分電極38a及び部分電極56aにより、貫通電極77aが構成されている。また、部分電極76b、キャパシタ電極12bの一部、部分電極30b、部分電極38b、及び部分電極56bにより、貫通電極77bが構成されている。また、部分電極76c、導電膜12d、部分電極30c、部分電極38c及び部分電極56cにより、貫通電極77cが構成されている。
こうして本実施形態によるインターポーザ96が構成されている。
図2に示すように、インターポーザ96は、台座(支持基板)78により支持されている。
即ち、樹脂層68の他方の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)には、熱剥離シート86を用いて台座78が接着されている。台座78としては、例えばガラス台座が用いられている。ガラス台座を構成するガラス材料としては、耐熱性の高いガラス材料が好ましい。例えば、石英ガラスの軟化点を下降させ、熱膨張係数をなるべく小さく保つために酸化ホウ素を添加した珪ホウ酸ガラスを、台座78の材料として用いることが好ましい。かかる珪ホウ酸ガラスは、急加熱、急冷却にも耐え得る極めて優れたガラス材料である。かかる珪ホウ酸ガラスとしては、例えば、パイレックス(登録商標)ガラスを挙げることができる。
熱剥離シート86は、例えばポリエステルフィルムより成る基材82と、基材82の一方の面に形成された熱剥離接着剤層84と、基材82の他方の面に形成された感圧粘着剤層80とを有している。熱剥離シート86は、常温においては、熱剥離接着剤層84が一般の感圧粘着剤層と同様に被着体に接着し、加熱すると、熱剥離接着剤層84が発泡し、接着面積の低下により熱剥離接着剤層84と被着体との接着力が低下して、熱剥離接着剤層84が被着体から剥離されるシートである。
熱剥離シート86のうちの感圧接着剤層80は台座78に接着されており、熱剥離シート86のうちの熱剥離接着剤層84は樹脂層68に接着されている。
本実施形態において、インターポーザ96を台座78により支持するようにしているのは、インターポーザ96の基材8が樹脂層68、20、32、48のみにより構成されており、インターポーザ96を何らかの硬質な手段により支持しないと、インターポーザ96が変形してしまうためである。
後述するように、インターポーザ96を基板等に実装した後には、かかる基板等によりインターポーザ96が支持されるため、インターポーザ96を支持していた台座78は不要となる。インターポーザ96を台座78により支持する必要がなくなった際には、インターポーザ96から台座78を容易に外すことができるよう、台座78は熱剥離シート86を用いてインターポーザ96に接着されている。
図3は、本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置を示す断面図である。
図3に示すように、本実施形態によるインターポーザ96は、例えば、パッケージ基板98と半導体集積回路素子108との間に配される。
パッケージ基板98は、多層配線(図示せず)が埋め込まれた基板100と、基板100の一方の主面(インターポーザ96に対向する側の面)に形成された電極パッド102と、基板100の他方の主面(インターポーザ96に対向する面とは反対側の面)に形成された電極パッド104と、電極パッド104の一の面(基板10に接する面とは反対側の面)に形成された半田バンプ106とを有している。電極パッド102は、基板100に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。また、電極パッド104は、基板100に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。
インターポーザ96の電極パッド92とパッケージ基板98の電極パッド102とは、半田バンプ94により互いに電気的に接続されている。
半導体集積回路素子108は、半導体基板109と、半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)に形成された電極パッド110とを有している。半導体基板109としては、例えばシリコン基板が用いられている。半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)には、電子回路素子(図示せず)を含む集積回路(図示せず)が形成されている。即ち、半導体基板109の一方の主面(インターポーザ96に対向する側の面)には、トランジスタ等の能動素子(図示せず)及び/或いは容量素子等の受動素子(図示せず)などの電子回路素子が配設されている。かかる電子回路素子が形成された半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)には、複数の層間絶縁膜(図示せず)及び配線層(図示せず)からなる多層配線構造(図示せず)が形成されている。かかる多層配線構造により、電子回路素子間が電気的に接続されている(図示せず)。複数層に亘って形成されている配線のうちのいずれかは、電極パッド110に接続されている。
半導体集積回路素子10の電極パッド110とインターポーザ96の貫通電極77a〜77cとは、半田バンプ112により互いに電気的に接続されている。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が構成されている。
本実施形態によるインターポーザは、樹脂層68、20、32、48のみにより基材8が構成されており、かかる基材8に結晶質のキャパシタ誘電体膜14を有する薄膜キャパシタ18a、18bが埋め込まれていることに主な特徴がある。
本実施形態によれば、後述するように、耐熱性の高い半導体基板10を用いて薄膜キャパシタ18a、18bを形成するため、比誘電率が200以上の極めて良好に結晶化されたキャパシタ誘電体膜14を形成することが可能である。このため、本実施形態によれば、極めて良好な電気的特性を有する薄膜キャパシタ18a、18bを形成することができる。しかも、本実施形態によれば、後述するように、貫通孔を形成することが困難な半導体基板10を除去するため、貫通電極70a〜70cを埋め込むための貫通孔を半導体基板10に形成することを要しない。従って、本実施形態によれば、静電容量の極めて高い薄膜キャパシタ18a、18bを有するインターポーザを低コストで提供することができる。
(インターポーザ及び電子装置の製造方法)
次に、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を図4乃至図30を用いて説明する。図4乃至図30は、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図である。図(a)乃至図7(c)、図8(b)乃至図12(c)、図13(b)乃至図30は、断面図である。図8(a)及び図13(a)は、斜視図である。
図4(a)に示すように、半導体基板10を用意する。半導体基板10としては、チップサイズに切断されていない状態の半導体基板、即ち、ウェハ状態の半導体基板を用意する。半導体基板10の材料としては、例えばシリコン基板を用いる。半導体基板10の厚さは、例えば0.6mmとする。
次に、熱酸化法により、半導体基板10の表面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば0.5μm程度とする。
次に、図4(b)に示すように、例えばスパッタリング法により、半導体基板10上に、酸化チタン(TiO)膜と白金(Pt)膜とを順次積層して成る導電膜12を形成する。導電膜12は、薄膜キャパシタ18a、18bの下部電極(キャパシタ電極)12a、12bとなるものである。酸化チタン膜の膜厚は、例えば20nmとする。Pt膜の膜厚は、例えば150nmとする。
酸化チタン膜を成膜する際の条件は、例えば、以下の通りとする。基板温度は、例えば500℃とする。印加電力は、例えば200Wとする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.1Paとする。アルゴン(Ar)ガスと酸素(O)ガスとの流量比は、例えば7:2とする。
Pt膜を形成する際の条件は、例えば、以下の通りとする。基板温度は、例えば400℃とする。印加電力は、例えば100Wとする。Arガスの圧力は、例えば0.1Paとする。
次に、例えばスパッタリング法により、導電膜12上に、結晶質のキャパシタ誘電体膜14を形成する。かかるキャパシタ誘電体膜14としては、例えば、BaSr1−XTiO(BST)膜14を形成する。より具体的には、キャパシタ誘電体膜14として、多結晶のBST膜を形成する。BSTは、比較的大きな比誘電率(バルクでは1500程度)が得られ、小型で大容量のキャパシタを実現するのに有効な材料である。キャパシタ誘電体膜14の膜厚は例えば100nmとする。
BSTより成るキャパシタ誘電体膜14を成膜する際の条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば600℃とする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.2Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば8:1とする。印加電力は、例えば600Wとする。成膜時間は、例えば30分とする。このような条件でBSTより成るキャパシタ誘電体膜14を形成すると、比誘電率が400程度、誘電損失が1%以下の良好な電気的特性を有するキャパシタ誘電体膜14が得られる。
なお、ここでは、キャパシタ誘電体膜14としてBST膜を形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜14の材料はBST膜に限定されるものではない。高誘電率材料より成るキャパシタ誘電体膜14を適宜形成すればよい。
また、ここでは、多結晶のキャパシタ誘電体膜14を形成する場合を例に説明するが、エピタキシャル成長されたキャパシタ誘電体膜14を形成するようにしてもよい。半導体基板10上に下部電極となる導電膜12をエピタキシャル成長し、かかる導電膜12上に誘電体膜14をエピタキシャル成長すれば、結晶方位の揃ったキャパシタ誘電体膜14を得ることが可能である。
また、キャパシタ誘電体膜14の比誘電率は、400程度に限定されるものではない。但し、所望の電気的特性を実現するためには、キャパシタ誘電体膜14の比誘電率が十分に大きいことが好ましい。本実施形態では、耐熱性の高い半導体基板10上にキャパシタ誘電体膜14を形成するため、例えば500℃以上の高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜14を形成することが可能である。このような高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜14を形成すれば、比誘電率が200以上のキャパシタ誘電体膜14を形成することが可能である。
また、ここでは、キャパシタ誘電体膜14をスパッタリング法により形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜14をゾル・ゲル法により形成してもよい。キャパシタ誘電体膜14をゾル・ゲル法により形成する場合には、例えば以下のようにしてキャパシタ誘電体膜14を形成する。
即ち、まず、導電膜12上に、アルコキシドから成る出発溶液をスピンコート法により塗布する。かかる出発溶液としては、例えばBST膜を形成するための出発溶液を用いる。成膜条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚100nm程度のキャパシタ誘電体膜14が形成される。
次に、キャパシタ誘電体膜14に対して仮焼成を行う。仮焼成は、出発溶液の加水分解反応により生じた有機物、水等を蒸発させるために行う。仮焼成の条件は、例えば400℃、10分とする。
次に、キャパシタ誘電体膜14に対して本焼成を行う。本焼成は、キャパシタ誘電体膜14を十分に結晶化させるためのものである。本焼成の条件は、例えば700℃、10分とする。本焼成後のキャパシタ誘電体膜14の膜厚は、例えば100nm程度となる。
このような条件でBSTより成るキャパシタ誘電体膜14を形成すると、比誘電率が300程度、誘電損失が2%以下の良好な電気的特性を有する誘電体膜14が得られる。
このように、キャパシタ誘電体膜14をゾル・ゲル法により形成するようにしてもよい。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜14上に、例えばPtより成る導電膜16を形成する。導電膜16は、キャパシタ18a、18bの上部電極(キャパシタ電極)となるものである。導電膜16の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜16を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜より成る上部電極(キャパシタ電極)16が形成される(図4(c)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ誘電体膜14を所定の形状にパターニングする(図4(d)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜12を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜12より成るキャパシタ電極12a、12b及び導電膜12c、12dが形成される(図4(e)参照)。なお、導電膜12をパターニングする際には、キャパシタ電極12aとキャパシタ電極12bとが互いに電気的に接続された状態となるように、導電膜12をパターニングする。また、導電膜12をパターニングする際には、導電膜12c、12dがキャパシタ電極12a、12bから電気的に分離された状態となるように、導電膜12をパターニングする。こうして、キャパシタ電極12aとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18aが形成される。また、キャパシタ電極12bとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18bが形成される。
次に、薄膜キャパシタ18a、18b及び導電膜12a、12bが形成された半導体基板10上に、樹脂層20を形成する(図5(a)参照)。樹脂層20の材料としては、例えば感光性のエポキシ樹脂を用いる。
かかる樹脂層20は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、半導体基板10上に感光性のエポキシ樹脂溶液を塗布する。エポキシ樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚10μmの樹脂層20が形成される。この後、樹脂層20に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば60℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層20に、開口部24a〜24eを形成する(図5(b)参照)。開口部24aは、貫通電極77aの一部となる部分電極30aを埋め込むためのものであり、導電膜12cに達するように形成する。開口部24bは、貫通電極77bの一部となる部分電極30bを埋め込むためのものであり、キャパシタ電極12bに達するように形成する。開口部24cは、貫通電極77cの一部となる部分電極30cを埋め込むためのものであり、導電膜12dに達するように形成する。開口部24dは、導体プラグ30dを埋め込むためのものであり、キャパシタ18aのキャパシタ電極16に達するように形成する。開口部24eは、導体プラグ30eを埋め込むためのものであり、キャパシタ18bのキャパシタ電極16に達するように形成する。
次に、樹脂層20に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層20の膜厚は、例えば3μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜26を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜26に開口部28a〜28cを形成する(図5(c)参照)。開口部28aは、部分電極30a、導体プラグ30d、導体プラグ30e及び配線31を形成するためのものである。開口部28bは、部分電極30bを形成するためのものである。開口部28cは、部分電極30cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部24a〜24e内及び開口部28a〜28c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば3μm程度とする。こうして、開口部24a、24d、24e内及び開口部28a内に、めっき膜より成る部分電極30a、導体プラグ30d、30e及び配線31が形成される。また、開口部24b内及び開口部28b内に、めっき膜より成る部分電極30bが形成される。また、開口部24c内及び開口部28c内に、めっき膜より成る部分電極30cが形成される(図5(d)参照)。
次に、フォトレジスト膜26を剥離する(図6(a)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極30a〜30c、導体プラグ30d、30e及び配線31の表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極30a〜30c、導体プラグ30d、30e及び配線31のサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極30a〜30c、導体プラグ30d、30e及び配線31が過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、樹脂層32aを形成する(図6(b)参照)。樹脂層32aの膜厚は、例えば5μm程度とする。樹脂層32aとしては、例えば、感光性のBCB(ベンゾシクロブテン)樹脂を用いる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。かかるBCB樹脂は、熱処理を行う前の段階では液状であり、熱処理を行って硬化をある程度進行させると半硬化状態となり、更に熱処理を行って硬化を更に進行させると完全硬化状態となる硬化特性を有する熱硬化性樹脂である。かかるBCB樹脂は、半硬化状態にするための熱処理条件が180℃、1時間程度であり、完全硬化状態にするための熱処理条件が250℃、1時間程度である。また、かかるBCB樹脂の粘度は、25℃において350cSt程度である。BCB樹脂より成る樹脂層32aを塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。
こうして、部分電極30a〜30c、導体プラグ30d、30e及び配線31が形成された樹脂層20上に、樹脂層32aが形成される。樹脂層32aを塗布した直後の段階では、未だ熱処理が行われていないため、樹脂層32aは液状になっている。
次に、樹脂層32aが半硬化するような条件で熱処理を行うことにより、未硬化状態の樹脂層32aを半硬化状態の樹脂層32bに変化させる(図6(c)参照)。樹脂層32bの硬化率は、40〜80%とすることが好ましい。ここでは、樹脂層32bの硬化率を50〜60%程度とする。熱処理温度は、例えば180℃程度とし、熱処理時間は、例えば1時間程度とする。熱処理を行う際の雰囲気は、例えばN雰囲気とする。
なお、熱処理条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定することができる。例えば、熱処理温度を高めに設定する場合には、熱処理時間を短めに設定すればよい。また、熱処理温度を低めに設定する場合には、熱処理時間を長めに設定すればよい。
但し、熱処理温度は、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より高い温度に設定することが好ましい。即ち、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より低い温度で熱処理を行った場合には、樹脂層32b中にBCB樹脂溶液の溶媒が残存してしまう。この場合には、樹脂層32b中に残存している溶媒が、後工程で行われる熱処理の際に気化することとなる。後工程で行われる熱処理の際には、樹脂層32bと樹脂層48bとを重ね合わせた状態で熱処理が行われるため(図17参照)、気化した溶媒は樹脂層42b中に閉じ込められてしまう。気化した溶媒が樹脂層32b中に閉じ込められると、樹脂層32b中に空孔(ボイド)が生じてしまうこととなる。従って、後工程における熱処理において樹脂層32b中に空孔が生じるのを防止するためには、熱処理温度を、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より高い温度に設定する必要ことが好ましい。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、樹脂層32bに開口部33a〜33cを形成する(図6(d)参照)。開口部33aは、貫通電極77aの一部となる部分電極38aを埋め込むためのものであり、部分電極30aに達するように形成する。開口部33bは、貫通電極77bの一部となる部分電極38bを埋め込むためのものであり、部分電極30bに達するように形成する。開口部33cは、貫通電極77cの一部となる部分電極38cを埋め込むためのものであり、部分電極30cに達するように形成する。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜34を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜34に開口部36a〜36cを形成する(図7(a)参照)。開口部36aは、部分電極38aを形成するためのものである。開口部36bは、部分電極38bを形成するためのものである。開口部36cは、部分電極38cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部33a〜33c内及び開口部36a〜36c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部33a〜33c内及び開口部36a〜36c内に、めっき膜より成る部分電極38a〜38cが形成される(図7(b)参照)。
次に、フォトレジスト膜34を剥離する(図7(c)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極38a〜38cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極38a〜38cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極38a〜38cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、図8(a)に示すように、半導体基板10を、超精密旋盤40のチャックテーブル42上に、真空吸着により固定する。
図8(a)は、半導体基板を超精密旋盤に固定した状態を示す斜視図である。半導体基板10をチャックテーブル42上に固定する際には、半導体基板10の裏面側、即ち、部分電極38a〜38c等が形成されていない側の面をチャックテーブル42に固定する。
チャックテーブル42は、基板等を加工する際に、かかる基板などの被加工物を固定するためのものである。
なお、半導体基板10をチャックテーブル42上に固定する際には、ピンチャックを用いることが好ましい。
次に、半導体基板10を回転させながら、ダイヤモンドよりなるバイト44を用いて、部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部を切削する(図8(a)及び図8(b)参照)。この際、樹脂層32bの厚さが3μm程度になるまで荒切削を行う。
部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部を荒切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
バイト44のすくい角を例えば0度とする。なお、すくい角とは、被切削物の切削面に対して垂直な面と、バイト刃先の進行方向の前面(すくい面)とのなす角度である。一般に、すくい角が大きくなる程切れ具合は良くなるが、バイト刃先へのダメージが大きくなり刃先の寿命が短くなる傾向がある。
チャックテーブル42の回転数は、例えば2000rpm程度とする。この場合、切削速度は、例えば20m/秒程度となる。
バイト44の切り込み量は、例えば2〜3μm程度とする。なお、切り込み量とは、切削を行う際におけるバイト44の切り込み深さである。
そして、バイト44の送りは、例えば50〜100μm/回転とする。なお、送りとは、切削を行う際に、チャックテーブル42の半径方向(即ち、チャックテーブル42における外縁の一点と回転中心とを結ぶ方向)にバイトを進めていくときの、バイトの進行速度である。
部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部をバイト44により切削する際には、部分電極38a〜38cや樹脂層32bに対して、ある程度大きな力がバイト44により加えられる。樹脂層32bの上層部が切削されている際には、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)に対して水平な方向のみならず、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)に対して垂直な方向にも力が加わる。このため、樹脂層32bはある程度圧縮変形した状態で切削されることとなる。切削の際にバイト44により圧縮変形していた樹脂層32bは、切削後には、ある程度回復することとなる。一方、部分電極38a〜38cは、Cu等の金属より成るものであるため、切削の際には殆ど圧縮変形しない。このため、切削後における樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さは、切削後における部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さより高くなる。
荒切削を行った直後においては、図9(a)及び図9(b)に示すように、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが、数百nm程度と比較的大きくなっている。なお、図9(b)は、図9(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38c一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tがこのように比較的大きい場合には、後工程で行われる熱処理により樹脂層42bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとを接続することができない場合がある。
このため、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが適度な値になるよう、荒切削に引き続いて、仕上げ切削を行う(図9(c)参照)。
部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部を仕上げ切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
仕上げ研磨におけるバイト44のすくい角、チャックテーブル42の回転数は、樹脂層32bを荒切削する際の条件と同様とする。仕上げ研磨におけるバイト44の送りについては、例えば20μm/回転とする。
バイト44の切り込み量は、例えば500nmとする。バイト44の切り込み量をこのように小さく設定するのは、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tを、適度に小さくするためである。
なお、バイト44の切り込み量は500nmに限定されるものではない。例えば、バイト44の切り込み量を10〜100nm程度に設定してもよい。
仕上げ切削を行っても、図10に示すように、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′は、ゼロにはならない。仕上げ切削の際にも樹脂層32bがある程度圧縮変形し、仕上げ切削の際に圧縮変形していた樹脂層32bが切削後においてある程度回復するためである。なお、図10(b)は、図10(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
仕上げ切削を行う際には、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が、0〜100nm程度となるように仕上げ切削を行うことが好ましい。
樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′を、0〜100nmとするのは、以下のような理由によるものである。
即ち、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が100nmより大きい場合には、上述したように、後工程で行われる熱処理により樹脂層32bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとを接続することができない場合がある。
一方、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さが部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さより低い場合には、後工程における熱処理において、樹脂層32bと樹脂層48bとが互いに確実に接着されることなく、樹脂層32b及び樹脂層48bが収縮してしまい、樹脂層32bと樹脂層48bとを接着することが困難である。
このような理由により、樹脂層32bの一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′は、0〜100nmとすることが好ましい。
なお、切削を行う際に部分電極38a〜38cにバリが生じると、隣接或いは近接する部分電極38a〜38cどうしがバリによって短絡してしまう虞がある。従って、切削を行う際に部分電極38a〜38cにバリが生じないよう、切削条件を適宜設定することが望ましい。
こうして、部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部が切削される(図10参照)。
なお、半導体基板10を固定し、バイト44を取り付けたフォイール(図示せず)を回転させて切削処理することも可能である(図示せず)。
一方、図11(a)に示すように、半導体基板46を用意する。半導体基板46としては、チップサイズに切断されていない状態の半導体基板、即ち、ウェハ状態の半導体基板を用意する。半導体基板46の材料としては、例えばシリコン基板を用いる。半導体基板46の厚さは、例えば0.6mmとする。
次に、図11(b)に示すように、全面に、例えばスピンコート法により、樹脂層48aを形成する。樹脂層48aとしては、例えば、BCB(ベンゾシクロブテン)樹脂を用いることができる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。かかるBCB樹脂は、上述したように、熱処理を行う前の段階では液状であり、熱処理を行って硬化をある程度進行させると半硬化状態となり、更に熱処理を行って硬化を更に進行させると完全硬化状態となる硬化特性を有する熱硬化性樹脂である。かかるBCB樹脂は、上述したように、半硬化状態にするための熱処理条件が180℃、1時間程度であり、完全硬化状態にするための熱処理条件が250℃、1時間程度である。樹脂層48aの膜厚は、例えば5μm程度とする。樹脂層48aを塗布した直後の段階では、未だ熱処理が行われていないため、樹脂層48aは液状になっている。
次に、樹脂層48aが半硬化するような条件で熱処理を行うことにより、未硬化状態の樹脂層48aを半硬化状態の樹脂層48bに変化させる(図11(c)参照)。樹脂層48bの硬化率は、40〜80%とすることが好ましい。ここでは、樹脂層48bの硬化率を50〜60%程度とする。熱処理温度は、例えば180℃程度とし、熱処理時間は、例えば1時間程度とする。また、上述したように、熱処理温度は、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より高い温度に設定することが好ましい。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、樹脂層48bに半導体基板46に達する開口部50a〜50cを形成する(図11(d)参照)。開口部50aは、貫通電極77aの一部となる部分電極56aを埋め込むためのものであり、部分電極38cに対応するように形成する。開口部50bは、貫通電極77bの一部となる部分電極56bを埋め込むためのものであり、部分電極38bに対応するように形成する。開口部50cは、貫通電極77cの一部となる部分電極56cを埋め込むためのものであり、部分電極38cに対応するように形成する。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜52を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜52に開口部54を形成する(図12(a)参照)。開口部54は、部分電極56a〜56cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部50a〜50c内及び開口部54内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは、例えば6μm程度とする。こうして、開口部50a〜50c内及び開口部54内に、めっき膜より成る部分電極56a〜56cが形成される。部分電極56a〜56cは、半導体基板10側に形成された部分電極38a〜38cに対応するように形成される(図12(b)参照)。
次に、フォトレジスト膜52を剥離する(図12(c)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極56a〜56cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極56a〜56cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極56a〜56cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、図13(a)に示すように、半導体基板46を、超精密旋盤40のチャックテーブル42上に、真空吸着により固定する。図13(a)は、半導体基板を超精密旋盤に固定した状態を示す斜視図である。
半導体基板46をチャックテーブル42上に固定する際には、半導体基板46の裏面側、即ち、部分電極56a〜56c等が形成されていない側の面をチャックテーブル42に固定する。なお、半導体基板46をチャックテーブル42上に固定する際には、ピンチャック(図示せず)を用いることが好ましい。
次に、図13(b)に示すように、半導体基板46を回転させながら、ダイヤモンドよりなるバイト44を用いて、部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部を切削する(図13(b)参照)。この際、樹脂層48bの厚さが3μm程度になるまで荒切削を行う。
部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部を荒切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
バイト44のすくい角を例えば0度とする。
チャックテーブル42の回転数は、例えば3000rpm程度とする。この場合、切削速度は、例えば30m/秒程度となる。
バイト44の切り込み量は、例えば2〜3μm程度とする。
そして、バイト44の送りは、例えば50μm/回転とする。
切削を行う前における樹脂層48bの厚さは例えば5μm程度であるのに対し、バイト44の切り込み量は例えば2〜3μm程度である。樹脂層48bの厚さが3μm程度の高さになるまで切削する場合には、樹脂層48bのうちの切削される部分の厚さは、バイト44の切り込み量より大きい。このため、樹脂層48bの上層部を複数回に亘って切削することにより、樹脂層48bの厚さを3μm程度の厚さにする。
部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部をバイト44により切削する際には、部分電極56a〜56cや樹脂層48bに対して、ある程度大きな力がバイト44により加えられる。樹脂層48bの上層部が切削されている際には、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)に対して水平な方向のみならず、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)に対して垂直な方向にも力が加わる。このため、樹脂層48bはある程度圧縮変形した状態で切削されることとなる。切削の際にバイト44により圧縮変形していた樹脂層48bは、切削後には、ある程度回復することとなる。一方、部分電極56a〜56cは、Cu等の金属より成るものであるため、切削の際には殆ど圧縮変形しない。このため、切削後における樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さは、切削後における電極24の一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さより高くなる。
荒切削を行った直後においては、図14(a)及び図14(b)に示すように、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差tが、数百nm程度と比較的大きくなっている。なお、図14(b)は、図14(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差tがこのように比較的大きい場合には、後工程で行われる熱処理により樹脂層48bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとを接続することができない場合がある。
このため、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差tが適度な値になるよう、荒切削に引き続いて、仕上げ切削を行う(図14(c)参照)。
部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部を仕上げ切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
仕上げ研磨におけるバイト44のすくい角、チャックテーブル42の回転数、及びバイト44の送りについては、樹脂層48bを荒切削する際の条件と同様とする。仕上げ切削は、荒切削に引き続いて行うため、これらの設定を敢えて変更する必要はない。
バイト44の切り込み量は、例えば500nmとする。バイト44の切り込み量をこのように小さく設定するのは、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差tを、適度に小さくするためである。
なお、バイト44の切り込み量は500nmに限定されるものではない。例えば、バイト44の切り込み量を10〜100nm程度に設定してもよい。
仕上げ切削を行っても、図15に示すように、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差t′は、ゼロにはならない。仕上げ切削の際にも樹脂層48bがある程度圧縮変形し、仕上げ切削の際に圧縮変形していた樹脂層48bが切削後においてある程度回復するためである。なお、図15(b)は、図15(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
仕上げ切削を行う際には、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が、0〜100nm程度となるように仕上げ切削を行うことが好ましい。
樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差t′を、0〜100nmとするのは、以下のような理由によるものである。
即ち、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が100nmより大きい場合には、上述したように、後工程で行われる熱処理により樹脂層48bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとを接続することができない場合がある。
一方、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さが部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さより低い場合には、後工程における熱処理において、樹脂層32bと樹脂層48bとが互いに接着される前に、樹脂層32b及び樹脂層48bが収縮してしまい、樹脂層32bと樹脂層48bとを接着することが困難である。
このような理由により、樹脂層48bの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極56a〜56cの一の面(半導体基板46に接する面とは反対側の面)の高さとの差t′は、0〜100nmとすることが重要である。
なお、切削を行う際に部分電極56a〜56cにバリが生じると、隣接或いは近接する部分電極56a〜56cどうしがバリによって短絡してしまう虞がある。従って、切削を行う際に電極24にバリが生じないよう、切削条件を適宜設定することが望ましい。
こうして、部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部が切削される(図15参照)。
なお、半導体基板46を固定し、バイト44を取り付けたフォイール(図示せず)を回転させて切削処理することも可能である(図示せず)。
次に、ダイヤモンド粒子等を結合材で固めて形成した薄刃のブレードを用いて、半導体基板10を所定のサイズに切断する(図示せず)。
また、同様に、薄刃のブレードを用いて、半導体基板46を所定のサイズに切断する(図示せず)。
次に、図16(a)に示すように、半導体基板10と半導体基板46とを対向させる。この際、半導体基板10側の部分電極38a〜38cと半導体基板46の部分電極56a〜56cとが互いに近接するように、半導体基板10と半導体基板46とを対向させる。
次に、半導体基板10と半導体基板46とを互いに近接させる。図16(b)は、半導体基板10側に形成された樹脂層32bと半導体基板46側に形成された樹脂層48bとを互いに接触させた状態を示す断面図である。図16(c)は、図16(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
次に、半導体基板10と半導体基板46との間に外部から圧力を加え、半導体基板10側の部分電極38a〜38cと半導体基板46側の部分電極56a〜56cとを互いに密着させ、半導体基板10側の樹脂層32bと半導体基板46側の樹脂層48bとを密着させた状態で、熱処理を行う(図17参照)。なお、図17(b)は、図17(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
熱処理の際には、例えばオーブン(熱処理装置)を用いる。熱処理温度は、例えば250℃程度とする。熱処理時間は、例えば1時間程度とする。圧力は、例えば10kPa程度とする。このような条件で熱処理を行うと、樹脂層32bと樹脂層48bとが互いに確実に接着される。また、樹脂層32bと樹脂層48bとは、それぞれ収縮する。樹脂層32bと樹脂層48bとが互いに接着されるとともに、樹脂層32b及び樹脂層48bがそれぞれ収縮するため、樹脂層32b及び樹脂層48bの収縮に起因して、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとが互いに接合される。樹脂層32、48の収縮に起因して、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとが互いに接合されるため、半導体基板10と半導体基板46との間に外部から大きな圧力を加えることを要しない。
そして、半硬化状態の樹脂層32b、48bが、完全硬化状態の樹脂層32、48になる(図18参照)。なお、図18(b)は、図18(a)の円S内を拡大して示した断面図である。完全硬化状態になった樹脂層32、48は十分に収縮しているため、圧力を加えるのを止めても、部分電極38a〜38cと部分電極56a〜56cとが離れてしまうことはない。
なお、ここでは、熱処理温度を250℃、熱処理時間を1時間に設定する場合を例に説明したが、熱処理温度及び熱処理時間は、これに限定されるものではない。熱処理温度を高めに設定する場合には、熱処理時間は短めでもよい。例えば、熱処理温度を300℃程度に設定する場合には、熱処理時間は3分程度でもよい。また、熱処理時間を低めに設定する場合には、熱処理時間は長めに設定すればよい。例えば、熱処理温度を200℃程度に設定する場合には、熱処理時間は7〜8時間程度に設定すればよい。
但し、熱処理温度を高めに設定した場合には、樹脂層32、42の膜質が必ずしも良好な膜質とはならない場合がある。また、熱処理温度を低めに設定した場合には、熱処理に長時間を要してしまう。樹脂層32、48の膜質やスループット等を考慮した場合には、熱処理温度を250℃程度、熱処理時間を1時間程度とすることが好ましい。
また、ここでは、半導体基板10及び半導体基板46に加える圧力を10kPa程度に設定する場合を例に説明したが、半導体基板10及び半導体基板46に加える圧力は10kPa程度に限定されるものではない。例えば、1kPa〜100kPa程度の範囲で適宜設定するようにしてもよい。
次に、図19(a)に示すように、台座(支持基板)58を用意する。台座58としては、例えばガラス台座を用いる。台座58は、後述する工程において半導体基板10を研磨等により除去する際に、半導体基板46等を支持するためのものである。
次に、図19(b)及び図19(c)に示すように、台座58上に、熱剥離シート66を接着する。熱剥離シート66は、上述したように、例えばポリエステルフィルムより成る基材62と、基材62の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層64と、基材62の他方の主面に形成された感圧粘着剤層60とを有している。熱剥離シート66は、上述したように、常温においては、熱剥離接着剤層64が一般の感圧粘着剤層と同様に被着体に接着し、加熱すると、熱剥離接着剤層64が発泡し、接着面積の低下により熱剥離接着剤層64と被着体との接着力が低下して、熱剥離接着剤層64が被着体から剥離されるシートである。かかる熱剥離シートとしては、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート66を台座58上に接着する際には、熱剥離シート66のうちの感圧粘着材層60側を台座58に接着させる。
次に、図18(a)のように貼り合わせられた半導体基板10、46を反転させ、図20(a)に示すように、半導体基板46と台座58とを対向させる。この際、半導体基板46の一の面(樹脂層48に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート66の熱剥離接着剤層64の一の面(基材62に接する面とは反対側の面)とが互いに近接するように、半導体基板46と台座58とを対向させる。
この後、図20(b)に示すように、半導体基板46の一の面(樹脂層48に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート66の熱剥離接着剤層64の一の面(基材62に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板10の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板10を研磨する。この際、半導体基板10を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが、キャパシタ電極12a、12b、導電膜12c、12d、及び樹脂層20に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層20の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板10をエッチング除去する。
こうして、キャパシタ電極12a、12b及び導電膜12c、12dに過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板10が除去される(図21(a)参照)。
次に、熱処理を行うことにより、熱剥離シート66の熱剥離接着剤層64を発泡させる(図21(b)参照)。熱処理温度は、例えば200℃とする。熱剥離接着剤層64を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層64aと半導体基板46との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層64aと半導体基板46との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層64aと半導体基板46とを容易に剥離することが可能となる。
次に、台座58により支持されていた半導体基板46を、台座58から取り外す(図22(a)参照)。熱剥離シート66のうちの感圧粘着材層60が台座58に接着されているため、熱剥離シート66は台座58とともに半導体基板46から取り外される。
なお、ここでは、半導体基板10を研磨等により除去する際に半導体基板46を台座58により支持する場合を例に説明したが、必ずしも半導体基板46を台座58により支持しなくてもよい。半導体基板10を研磨等により除去する段階では、樹脂層20、32、48より成る基材8は、半導体基板46により支持されている。半導体基板46の厚さがある程度厚い場合には、半導体基板10を研磨等により除去する際に半導体基板46が大きく変形してしまうことはない。このため、敢えて台座58を用いなくても、基材8の変形を半導体基板46により防止することは可能である。従って、半導体基板10を研磨等により除去する際に、半導体基板46を台座58により支持しなくてもよい。但し、薄膜キャパシタ18a、18b等に不要なストレスが加わるのを防止して製造歩留りをより向上する観点からは、半導体基板46を台座58により支持することが好ましい。
次に、樹脂層20の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に、樹脂層68を形成する(図22(b)参照)。樹脂層68の材料としては、例えば感光性のエポキシ樹脂を用いる。
かかる樹脂層68は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、樹脂層20の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に感光性のエポキシ樹脂溶液を塗布する。エポキシ樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚7μmの樹脂層68が形成される。この後、樹脂層68に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば60℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層68に、開口部70a〜70cを形成する(図23(a)参照)。開口部70aは、貫通電極77aの一部となる部分電極76aを埋め込むためのものであり、導電膜12cに達するように形成する。開口部70bは、貫通電極77bの一部となる部分電極76bを埋め込むためのものであり、キャパシタ電極12bに達するように形成する。開口部70cは、貫通電極77cの一部となる部分電極76cを埋め込むためのものであり、導電膜12dに達するように形成する。
次に、樹脂層68に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。かかる熱処理を行った後における樹脂層68の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜72を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜72に開口部74a〜74cを形成する(図23(c)参照)。開口部74a〜74cは、部分電極76a〜76cをそれぞれ形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部74a〜74c及び開口部70a〜70c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部74a〜74c内及び開口部70a〜70c内に、めっき膜より成る部分電極76a〜76cがそれぞれ形成される。
次に、フォトレジスト膜72を剥離する(図23(c)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極76a〜76cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極76a〜76cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極76a〜76cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、台座(支持基板)78を用意する。台座78としては、例えばガラス台座を用いる。台座78は、後述する工程において半導体基板46を研磨等により除去する際に、キャパシタ18a、18b等が埋め込まれた基材8等を支持するためのものである。
次に、台座78上に、熱剥離シート86を接着する。熱剥離シート86は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材82と、基材82の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層84と、基材82の他方の主面に形成された感圧粘着剤層80とを有している。かかる熱剥離シート86としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート86を台座78上に接着する際には、熱剥離シート86のうちの感圧粘着材層80側を台座78に接着させる。
次に、半導体基板46を反転させ、図24(a)に示すように、樹脂層68と台座78とを対向させる。この際、樹脂層58の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート86の熱剥離接着剤層84の一の面(基材82に接する面とは反対側の面)とが互いに近接するように、樹脂層68と台座78とを対向させる。
この後、図24(b)に示すように、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート86の熱剥離接着剤層84の一の面(基材82に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板46の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板46を研磨する。この際、半導体基板46を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが樹脂層48等に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層48の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板46をエッチング除去する。
こうして、樹脂層48等に過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板46が除去される(図25(a)参照)。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Ni膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜88を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜88に開口部90を形成する(図25(b)参照)。開口部90は、電極パッド92を形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部90内に、例えばNiより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは、例えば4μm程度とする。こうして、開口部90内に、めっき膜より成る電極パッド92がそれぞれ形成される。
次に、フォトレジスト膜88を剥離する(図26(a)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、電極パッド92の表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、電極パッド92のサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、電極パッド92が過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、電気めっき法により、電極パッド92の一の面側(部分電極56a〜56cに接する面とは反対側の面)に、例えばSn系はんだよりなる半田バンプ94を形成する(図26(b)参照)。
こうして、本実施形態によるインターポーザ96が製造される。
次に、図27に示すように、パッケージ基板98を用意する。パッケージ基板98は、多層配線(図示せず)が埋め込まれた基板100と、基板100の一方の主面(インターポーザ96に対向する側の面)に形成された電極パッド102と、基板100の他方の主面(インターポーザ96に対向する面とは反対側の面)に形成された電極パッド104と、電極パッド104の一の面(基板10に接する面とは反対側の面)に形成された半田バンプ106とを有している。電極パッド102は、基板100に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。また、電極パッド104は、基板100に埋め込まれた多層配線のうちのいずれかの配線(図示せず)に電気的に接続されている。
次に、インターポーザ96を支持する台座78を反転させ、台座78により支持されたインターポーザ96とパッケージ基板98とを対向させる。この際、インターポーザ96の半田バンプ94とパッケージ基板98の電極パッド102とが互いに近接するように、インターポーザ96とパッケージ基板98とを対向させる。
次に、フリップチップボンディングにより、インターポーザ96の半田バンプ94をパッケージ基板98の電極パッド102に接合する(図28参照)。こうして、パッケージ基板98上にインターポーザ96が実装される。半田バンプ94を電極パッド102に接合する際には、半田バンプ94を溶解するのに必要な熱処理が行われる。このため、フリップチップボンディングの際に、熱剥離シート86のうちの熱剥離接着剤層84が発泡する。熱剥離接着剤層84を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層84aと樹脂層68との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層84aと樹脂層68との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層84aと樹脂層68とを容易に剥離することが可能となる。
次に、台座78をインターポーザ96から取り外す(図29参照)。熱剥離シート86のうちの感圧粘着材層80が台座78に接着されているため、熱剥離シート86は台座78とともにインターポーザ96から取り外される。
次に、半導体集積回路素子108を用意する(図30参照)。半導体集積回路素子108は、半導体基板109と、半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)に形成された電極パッド110とを有している。半導体基板109としては、例えばシリコン基板が用いられている。半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)には、電子回路素子(図示せず)を含む集積回路(図示せず)が形成されている。即ち、半導体基板109の一方の主面(インターポーザ96に対向する側の面)には、トランジスタ等の能動素子(図示せず)及び/或いは容量素子等の受動素子(図示せず)などの電子回路素子が配設されている。かかる電子回路素子が形成された半導体基板109の一方の主面側(インターポーザ96に対向する側の面)には、複数の層間絶縁膜(図示せず)及び配線層(図示せず)からなる多層配線構造(図示せず)が形成されている。かかる多層配線構造により、電子回路素子間が電気的に接続されている(図示せず)。複数層に亘って形成されている配線のうちのいずれかは、電極パッド110に接続されている。
次に、フリップチップボンディングにより、半導体集積回路素子108の半田バンプ112をインターポーザ96の部分電極76a〜76cに接合する(図30参照)。こうして、インターポーザ96上に半導体集積回路素子108が実装される。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が製造される。
本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法は、耐熱性の高い半導体基板10上に結晶質のキャパシタ誘電体膜14を有する薄膜キャパシタ18a、18bを形成し、後工程で半導体基板10を除去することにより、樹脂層のみから成る基材8に薄膜キャパシタ18a、18bを埋め込むことに主な特徴がある。
本実施形態によれば、薄膜キャパシタ18a、18bを形成する際には、結晶質のキャパシタ誘電体膜14を形成することが可能な耐熱性の高い半導体基板10上にキャパシタ18a、18bを形成するため、静電容量の高いキャパシタ誘電体膜14を有する薄膜キャパシタ18a、18bを形成することが可能である。しかも、本実施形態によれば、貫通孔を形成することが困難な半導体基板10を、薄膜キャパシタ18a、18bを形成した後に除去するため、貫通電極70a〜70cを埋め込むための貫通孔を半導体基板10に形成することを要しない。従って、本実施形態によれば、静電容量の極めて高い薄膜キャパシタ18a、18bを有するインターポーザを低コストで提供することができる。
(変形例(その1))
次に、本実施形態の変形例(その1)によるインターポーザ及びその製造方法を図31及び図32を用いて説明する。図31は、本変形例によるインターポーザを示す断面図である。
本変形例によるインターポーザは、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113が形成されていることに主な特徴がある。
樹脂層20の材料として例えばポリイミド樹脂を用いた場合には、樹脂層20を熱処理等した際に樹脂層20中から水分やガスが放出される場合がある。かかる場合には、かかる水分やガスによりキャパシタ誘電体膜14が還元等され、薄膜キャパシタ18a、18bの電気的特性が劣化してしまう虞がある。
そこで、変形例では、キャパシタ誘電体膜14が還元等されるのを防止すべく、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように無機材料より成る保護膜(バリア膜)113を形成している(図31参照)。保護膜113としては、例えば酸化アルミニウム(アルミナ、Al)膜が用いられている。
なお、ここでは、保護膜113として酸化アルミニウム膜を用いる場合を例に説明したが、保護膜113は酸化アルミニウム膜に限定されるものではない。水分やガス等をバリアし得る無機材料より成る保護膜113を適宜用いることができる。
このように、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113を形成し、かかる保護膜113上に樹脂層20を形成するようにしてもよい。本変形例によれば、保護膜113によりキャパシタ誘電体膜14が還元等されるのを防止することができるため、熱処理の際に水分等が放出される材料を樹脂層20の材料として用いる場合であっても、電気的特性の良好な薄膜キャパシタ18a、18bを有するインターポーザを提供することができる。
次に、本変形例によるインターポーザの製造方法を図32を用いて説明する。図32は、本変形例によるインターポーザの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図4(a)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、半導体基板10を用意する(図32(a)参照)。
次に、図4(a)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、熱酸化法により、半導体基板10の表面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。
次に、図4(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、例えばスパッタリング法により、半導体基板10上に、例えば酸化チタン(TiO)膜と白金(Pt)膜とを順次積層して成る導電膜12を形成する。
次に、図4(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、例えばスパッタリング法により、導電膜12上に、結晶質のキャパシタ誘電体膜14をする。具体的には、例えば結晶質のBaSr1−XTiO(BST)膜14を形成する。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜14上に、例えば酸化イリジウム(IrO)膜と金(Au)膜とを順次成膜して成る導電膜16を形成する。導電膜16は、キャパシタ18a、18bの上部電極(キャパシタ電極)となるものである。酸化イリジウム膜の膜厚は、例えば50nmとする。Au膜の膜厚は、例えば100nmとする。
次に、図4(c)乃至図4(e)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜16、キャパシタ誘電体膜14及び導電膜12を所定の形状に順次パターニングする。
こうして、キャパシタ電極12aとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18aが形成される。また、キャパシタ電極12bとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18bが形成される。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ18a、18bを覆うように、保護膜113を形成する。保護膜113としては、例えば酸化アルミニウム膜を形成する。アルミニウムより成る保護膜113における密度は、例えば2.6g/cm以上とすることが好ましい。このように比較的密度の高い保護膜113を形成するのは、樹脂層20から放出される水分やガス等を保護膜113により確実にバリアするためである。保護膜113の膜厚は、例えば100nm程度とする。
酸化アルミニウムより成る保護膜113を形成する際の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば80℃とする。印加電力は、例えば500Wとする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.1Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば5:1とする。
こうして、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113が形成される。
次に、キャパシタ18a、18b及び導電膜12a、12bが形成された半導体基板10上に、樹脂層20を形成する(図32(c)参照)。樹脂層20の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。
かかる樹脂層20は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、半導体基板10上に感光性のポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚8μmの樹脂層20が形成される。この後、樹脂層20に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層20に、保護膜113に達する開口部24a〜24eを形成する。
次に、樹脂層20に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層20の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、開口部24a〜24e内に露出している保護膜113をエッチング除去する。こうして、導電膜12cに達する開口部24a、キャパシタ電極12bに達する開口部24b、導電膜12dに達する開口部24c、キャパシタ18aのキャパシタ電極16に達する開口部24d、及び、キャパシタ18bのキャパシタ電極16に達する開口部24eが、樹脂層20に形成される。
この後のインターポーザの製造方法は、図5(c)乃至図26(b)に示す第1実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。こうして、本変形例によるインターポーザが製造される(図32(d)参照)。
このように、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113を形成し、かかる保護膜113上に樹脂層20を形成するようにしてもよい。本変形例によれば、保護膜113によりキャパシタ誘電体膜14が還元等されるのを防止することができるため、熱処理の際に水分等が放出される材料を樹脂層20の材料として用いる場合であっても、電気的特性の良好な薄膜キャパシタ18a、18bを有するインターポーザを提供することができる。
(変形例(その2))
次に、本実施形態の変形例(その2)によるインターポーザ及びその製造方法を図33及び図34を用いて説明する。図33は、本変形例によるインターポーザを示す断面図である。
本変形例によるインターポーザは、薄膜キャパシタ18a、18bを覆う保護膜113aとして、キャパシタ誘電体膜14と同一の材料より成る非晶質膜が用いられていることに主な特徴がある。
図33に示すように、本変形例では、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113aが形成されており、保護膜113a上に樹脂層14が形成されている。保護膜113aとしては、キャパシタ誘電体膜14と同一の材料より成る非晶質膜が用いられている。保護膜113aとして非晶質膜を用いているのは、多結晶膜の場合には、結晶粒界に沿って水分やガス等が通り抜けてしまい、水分やガス等を十分にバリアできないためである。
本変形例のように、薄膜キャパシタ18a、18bを覆う保護膜113aとして、キャパシタ誘電体膜14と同一の材料より成る非晶質膜を用いれば、キャパシタ誘電体膜14の熱膨張係数と保護膜113aの熱膨張係数とが等しいため、薄膜キャパシタ18a、18bに不要な機械的ストレスが加わるのを防止することができる。また、キャパシタ誘電体膜14として用いられているBST膜は、密着性が良好な膜である。このため、本変形例によれば、より信頼性の高いインターポーザを提供することが可能となる。
次に、本変形例によるインターポーザの製造方法を図34を用いて説明する。図34は、本変形例によるインターポーザの製造方法を示す工程断面図である。
まず、図4(a)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、半導体基板10を用意する(図34(a)参照)。
次に、図4(a)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、熱酸化法により、半導体基板10の表面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。
次に、図4(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、例えばスパッタリング法により、半導体基板10上に、例えば酸化チタン(TiO)膜と白金(Pt)膜とを順次積層して成る導電膜12を形成する。
次に、図4(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、例えばスパッタリング法により、導電膜12上に、結晶質のキャパシタ誘電体膜14をする。具体的には、例えば結晶質のBaSr1−XTiO(BST)膜14を形成する。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜14上に、例えば酸化イリジウム(IrO)膜と金(Au)膜とを順次成膜して成る導電膜16を形成する。導電膜16は、キャパシタ18a、18bの上部電極(キャパシタ電極)となるものである。酸化イリジウム膜の膜厚は、例えば50nmとする。Au膜の膜厚は、例えば100nmとする。
次に、図4(c)乃至図4(e)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜16、キャパシタ誘電体膜14及び導電膜12を所定の形状に順次パターニングする。
こうして、キャパシタ電極12aとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18aが形成される。また、キャパシタ電極12bとキャパシタ誘電体膜14とキャパシタ電極16とを有する薄膜キャパシタ18bが形成される。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ18a、18bを覆うように、保護膜113aを形成する。保護膜113aとしては、例えば非晶質のBST膜を形成する。保護膜113aの膜厚は、例えば100nm程度とする。
非晶質のBSTより成る保護膜113aを形成する際の成膜条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば50℃とする。印加電力は、例えば600Wとする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.2Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば8:1とする。
こうして、薄膜キャパシタ18a、18bを覆うように保護膜113aが形成される。
次に、キャパシタ18a、18b及び導電膜12a、12bが形成された半導体基板10上に、樹脂層20を形成する(図34(c)参照)。樹脂層20の材料としては、例えば感光性のポリイミド樹脂を用いる。
かかる樹脂層20は、以下のようにして形成することができる。即ち、まず、スピンコート法により、半導体基板10上に感光性のポリイミド樹脂溶液を塗布する。ポリイミド樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚8μmの樹脂層20が形成される。この後、樹脂層20に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層20に、保護膜113aに達する開口部24a〜24eを形成する。
次に、樹脂層20に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば400℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層20の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、開口部24a〜24e内に露出している保護膜113aをエッチング除去する。こうして、導電膜12cに達する開口部24a、キャパシタ電極12bに達する開口部24b、導電膜12dに達する開口部24c、キャパシタ18aのキャパシタ電極16に達する開口部24d、及び、キャパシタ18bのキャパシタ電極16に達する開口部24eが、樹脂層20に形成される。
この後のインターポーザの製造方法は、図5(c)乃至図26(b)に示す第1実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。こうして、本変形例によるインターポーザが製造される(図34(d)参照)。
本変形例のように、薄膜キャパシタ18a、18bを覆う保護膜113aとして、キャパシタ誘電体膜14と同一の材料より成る非晶質膜を形成し、かかる保護膜113a上に樹脂層20を形成するようにしてもよい。本変形例によれば、キャパシタ誘電体膜14の熱膨張係数と保護膜113aの熱膨張係数とが等しいため、薄膜キャパシタ18a、18bに不要な機械的ストレスが加わるのを防止することができる。このため、本変形例によれば、より信頼性の高いインターポーザを提供することができる。
(変形例(その3))
次に、本実施形態の変形例(その3)によるインターポーザ及びその製造方法を図35を用いて説明する。図35は、本変形例によるインターポーザを示す断面図である。
本変形例によるインターポーザは、キャパシタ18a、18bの他に、インダクタ12eが更に形成されていることに主な特徴がある。
図35に示すように、樹脂層68の一方の面(樹脂層20に接する面)には、渦巻き状に形成されたインダクタ12eが形成されている。インダクタ12eは、キャパシタ電極12a、12b及び導電膜12cと同一の導電膜を用いて構成されている。インダクタ12eの内側の端部は、貫通電極77cの一部を構成している。インダクタ12eの外側の端部は、例えばキャパシタ電極12a、12bに電気的に接続されている。
なお、ここでは、キャパシタ電極(下部電極)12a、12bと同一の導電膜を用いてインダクタ12eを形成する場合を例に説明したが、キャパシタ電極(上部電極)16と同一の導電膜を用いてインダクタを形成するようにしてもよい。
こうして本実施形態によるインターポーザ96cが構成されている。
本変形例のように、キャパシタ18a、18bのみならず、インダクタ12eを更に埋め込むようにしてもよい。
[第2実施形態]
本発明の第2実施形態によるインターポーザ及びその製造方法、並びにそのインターポーザを用いた電子装置及びその製造方法を図36乃至図62を用いて説明する。図1乃至図35に示す第1実施形態によるインターポーザ及びその製造方法等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
(インターポーザ及び電子装置)
まず、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置を図36乃至図38を用いて説明する。図36は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。図37は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。図38は、本実施形態による電子装置を示す断面図である。
本実施形態によるインターポーザ96dは、複数の樹脂層68、20、32、136、124、48を積層して成る基材8aと、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、樹脂層48と樹脂層124との間に埋め込まれた122a、122bと、基材8aを貫き、薄膜キャパシタ18a、18bのキャパシタ電極16及び薄膜キャパシタ122a、122bのキャパシタ電極120に電気的に接続された貫通電極79aと、基材8aを貫き、薄膜キャパシタ18a、18bのキャパシタ電極12a、12b及び薄膜キャパシタ122a、122bのキャパシタ電極116a、116bに電気的に接続された貫通電極79bと、基材8aを貫き、薄膜キャパシタ18a、18b及び薄膜キャパシタ122a、122bから絶縁された貫通電極79cとを有していることに主な特徴がある。
即ち、本実施形態によるインターポーザ96dは、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bの他に、樹脂層48と樹脂層124との間に他の薄膜キャパシタ122a、122bが埋め込まれており、これらの薄膜キャパシタ18a、18b及び薄膜キャパシタ122a、122bが並列に接続されていることに主な特徴がある。
樹脂層48の一の面側(電極パッド92が形成されている面とは反対側の面)には、キャパシタ電極(下部電極)116a、116bが形成されている。樹脂層48の材料としては、上述したように、例えばBCB樹脂が用いられている。キャパシタ電極116a、116bとしては、例えば、膜厚20nmの酸化チタン(TiO)膜と膜厚150nmの白金(Pt)膜とを順次積層して成る積層膜が用いられている。薄膜キャパシタ122aのキャパシタ電極116aと薄膜キャパシタ122bのキャパシタ電極116bとは、互いに電気的に接続されている。
キャパシタ電極116a、116bの一の面側(樹脂層48に接する面とは反対側の面)には、結晶質のキャパシタ誘電体膜118が形成されている。即ち、多結晶のキャパシタ誘電体膜118、又は、エピタキシャル成長されたキャパシタ誘電体膜118が形成されている。キャパシタ誘電体膜118の材料としては、高誘電率材料が用いられている。具体的には、キャパシタ誘電体膜118の材料として、BST膜が用いられている。キャパシタ誘電体膜118の膜厚は、例えば100nmとする。キャパシタ誘電体膜118は、例えば500℃以上の高温のプロセスで成膜されたものある。このため、キャパシタ誘電体膜118は、極めて良好に結晶化されており、比誘電率が極めて高くなっている。具体的には、キャパシタ誘電体膜118の比誘電率は200以上となっている。
かかるキャパシタ誘電体膜118を成膜する際には、後述するように、高温のプロセスに耐え得る半導体基板114上にキャパシタ誘電体膜118を形成する(図39参照)。後述するように、薄膜キャパシタ18a、18b、122a、122bを埋め込んでいる樹脂層68、20、32、136、124、48より成る基材8aは、キャパシタ誘電体膜118を形成する際の高温のプロセスを経ておらず、基材8aに大きな変形等は生じていない。
キャパシタ誘電体膜118の一の面側(キャパシタ電極116a、116bに接する面とは反対側の面)には、キャパシタ電極116a、116bに対向するようにキャパシタ電極(上部電極)120が形成されている。キャパシタ電極120としては、例えば、膜厚200nmのPt膜が用いられている。
こうして、キャパシタ電極116aとキャパシタ誘電体膜118とキャパシタ電極120とを有する薄膜キャパシタ122aが構成されている。また、キャパシタ電極116bとキャパシタ誘電体膜118とキャパシタ電極120とを有する薄膜キャパシタ116bが構成されている。
また、樹脂層48の一の面側(キャパシタ電極116a、116bと接する面側)には、キャパシタ電極116a、116bと同一導電膜より成る導電膜116c、116dが形成されている。導電膜116cは、貫通電極79aの一部を構成するものである。導電膜116dは、貫通電極79cの一部を構成するものである。導電膜116c、116dは、キャパシタ電極116a、116bから電気的に絶縁されている。
樹脂層48の一の面側(キャパシタ電極116a、116bと接する面側)には、薄膜キャパシタ122a、122bと導電膜116c、116dとを覆うように樹脂層124が形成されている。樹脂層124の材料としては、例えばエポキシ樹脂が用いられている。
樹脂層124には、導電膜116cに達する開口部126aと、薄膜キャパシタ122bのキャパシタ電極116bに達する開口部126bと、導電膜116dに達する開口部126cと、キャパシタ122aのキャパシタ電極120に達する開口部126dと、キャパシタ122bのキャパシタ電極120に達する開口部126eとが形成されている。
開口部126a内には貫通電極79aの一部を構成する部分電極132aが埋め込まれている。部分電極132aは、導電膜116cを介して部分電極56aに接続されている。開口部126b内には、貫通電極79bの一部を構成する部分電極132bが埋め込まれている。部分電極132bは、キャパシタ電極116bに接続されている。開口部126c内には、貫通電極79cの一部を構成する部分電極132cが埋め込まれている。部分電極132cは、導電膜116dを介して部分電極56cに接続されている。
開口部126d内には、薄膜キャパシタ122aのキャパシタ電極120に接続された導体プラグ132dが埋め込まれている。開口部126e内には、薄膜キャパシタ122bのキャパシタ電極120に接続された導体プラグ132eが埋め込まれている。部分電極132a、導体プラグ132d及び導体プラグ132eは、配線134により互いに電気的に接続されている。部分電極132a、導体プラグ132d、導体プラグ132e及び配線134は同一導電膜により一体に形成されている。
樹脂層124の一の面側(樹脂層48に接する面とは反対側の面)には、配線134を覆うように樹脂層136が形成されている。樹脂層136としては、水、アルコール、有機酸、窒化物等の副生成物を生ずることなく硬化・収縮する熱硬化性樹脂が用いられている。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、BCB樹脂を用いることができる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。
樹脂層136には、部分電極132aに達する開口部138aと、部分電極132bに達する開口部138bと、部分電極132cに達する開口部138cとが形成されている。
開口部138a内には、貫通電極79aの一部を構成する部分電極142aが埋め込まれている。開口部138b内には、貫通電極79bの一部を構成する部分電極142bが埋め込まれている。開口部138c内には、貫通電極79cの一部を構成する部分電極142cが埋め込まれている。
部分電極142a〜142cの一の面側(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)及び樹脂層136の一の面側(樹脂層124に接する面とは反対側の面)は、後述するように、ダイヤモンド等より成るバイト44(図42(a)参照)を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極142a〜142cの一の面(部分電極38a〜38cに接する面)及び樹脂層136の一の面(樹脂層32に接する面)は平坦になっている。
樹脂層32と樹脂層136とは、互いに接着されている。樹脂層32に埋め込まれた部分電極38a〜38cと樹脂層136に埋め込まれた部分電極142a〜142cとは、互いに接合されている。樹脂層32と樹脂層136とには、後述するように、樹脂層32と樹脂層136とを収縮させるための熱処理が加えられている。樹脂層32と樹脂層136とが互いに確実に接着された状態で収縮するため、樹脂層32及び樹脂層136の収縮に起因して、部分電極38a〜38cの一の面(部分電極142a〜142cに接する面)と部分電極142a〜142cの一の面(部分電極38a〜38cに接する面)とが互いに強固に接合されている。
また、部分電極56a〜56cの一の面側(キャパシタ電極116b又は導電膜116c、116dに接する面側)及び樹脂層48の一の面側(樹脂層124に接する面側)は、図13(a)乃至図15(b)を用いて上述したように、ダイヤモンド等より成るバイト44を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極56a〜56cの一の面(キャパシタ電極116b又は導電膜116c、116dに接する面)及び樹脂層48の一の面(樹脂層124に接する面)は平坦になっている。
樹脂層48は樹脂層124に接着されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56aと樹脂層124に埋め込まれた導電膜116cとは、互いに接合されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56bと樹脂層124に埋め込まれたキャパシタ電極116bとは、互いに接合されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56cと樹脂層124に埋め込まれた導電膜116dとは、互いに接合されている。樹脂層48には、後述するように、樹脂層48を収縮させるための熱処理が加えられている。樹脂層48が樹脂層124に確実に接着された状態で収縮するため、樹脂層48の収縮に起因して、部分電極56aと導電膜116cとが互いに強固に接合され、部分電極56bとキャパシタ電極116bとが互いに強固に接合され、部分電極56cと導電膜116dとが互いに強固に接合されている。
部分電極76a、導電膜12c、部分電極30a、部分電極38a、部分電極142a、部分電極132a、導電膜116c及び部分電極56aにより、貫通電極79aが構成されている。また、部分電極76b、キャパシタ電極12bの一部、部分電極30b、部分電極38b、部分電極142b、部分電極132b、キャパシタ電極116bの一部、及び部分電極56bにより、貫通電極79bが構成されている。また、部分電極76c、導電膜12d、部分電極30c、部分電極38c、部分電極142c、部分電極132c、導電膜116d、及び部分電極56cにより、貫通電極79cが構成されている。
こうして本実施形態によるインターポーザ96dが構成されている。
図37に示すように、インターポーザ96dは、台座(支持基板)182により支持されている。
即ち、樹脂層68の他方の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)には、熱剥離シート190を用いて台座182が接着されている。台座182としては、例えばガラス台座が用いられている。熱剥離シート190は、図2を用いて上述した熱剥離シート86と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材186と、基材186の一方の面に形成された熱剥離接着剤層188と、基材186の他方の面に形成された感圧粘着剤層188とを有している。熱剥離シート190のうちの感圧接着剤層184は台座182に接着されており、熱剥離シート190のうちの熱剥離接着剤層188は樹脂層68に接着されている。
本実施形態において、インターポーザ96dを台座182により支持するようにしているのは、インターポーザ96dの基材8aが樹脂層68、20、32、136、124、48のみにより構成されており、インターポーザ96dを何らかの硬質な手段により支持しないと、第1実施形態によるインターポーザ96と同様に、インターポーザ96dが変形してしまうためである。
後述するように、インターポーザ96dを基板等に実装した後には、かかる基板等によりインターポーザ96dが支持されるため、インターポーザ96dを支持していた台座182は不要となる。インターポーザ96dを台座182により支持する必要がなくなった際には、インターポーザ96dから台座182を容易に外すことができるよう、台座182は熱剥離シート190を用いてインターポーザ96dに接着されている。
図38は、本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置を示す断面図である。
図38に示すように、本実施形態によるインターポーザ96dは、第1実施形態によるインターポーザ96と同様に、例えば、パッケージ基板98と半導体集積回路素子108との間に配される。
インターポーザ96dの電極パッド92とパッケージ基板98の電極パッド102とは、半田バンプ94により互いに電気的に接続されている。
半導体集積回路素子10の電極パッド110とインターポーザ96dの貫通電極79a〜79cとは、半田バンプ112により互いに電気的に接続されている。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が構成されている。
本実施形態によるインターポーザは、上述したように、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bの他に、樹脂層48と樹脂層124との間に他の薄膜キャパシタ122a、122bが埋め込まれており、これらの薄膜キャパシタ18a、18b及び薄膜キャパシタ122a、122bが、並列に接続されていることに主な特徴がある。
本実施形態によれば、薄膜キャパシタ18a、18b及び薄膜キャパシタ122a、122bが並列に接続されているため、静電容量の更に大きい薄膜キャパシタを有するインターポーザを提供することができる。
(インターポーザ及び電子装置の製造方法)
次に、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を図39乃至図62を用いて説明する。図39乃至図62は、本実施形態によるインターポーザ及びその製造方法を示す工程断面図である。
まず、半導体基板10を用意する工程から部分電極38a〜38cの上部及び樹脂層32bの上層部を切削する工程までは、図4(a)乃至図10(b)に示す第1実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。
次に、図39(a)に示すように、半導体基板114を用意する。半導体基板114としては、チップサイズに切断されていない状態の半導体基板、即ち、ウェハ状態の半導体基板を用意する。半導体基板114の材料としては、例えばシリコン基板を用いる。半導体基板114の厚さは、例えば0.6mmとする。
次に、熱酸化法により、半導体基板114の表面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば0.5μm程度とする。
次に、図39(b)に示すように、例えばスパッタリング法により、半導体基板10上に、酸化チタン(TiO)膜と白金(Pt)膜とを順次積層して成る導電膜116を形成する。導電膜116は、薄膜キャパシタ122a、122bの下部電極(キャパシタ電極)116a、116bとなるものである。酸化チタン膜の膜厚は、例えば20nmとする。Pt膜の膜厚は、例えば150nmとする。
次に、例えばスパッタリング法により、導電膜116上に、結晶質のキャパシタ誘電体膜118を形成する。かかるキャパシタ誘電体膜118としては、例えば、BST膜118を形成する。より具体的には、キャパシタ誘電体膜118として、多結晶のBST膜を形成する。キャパシタ誘電体膜118の膜厚は例えば100nmとする。
キャパシタ誘電体膜118を成膜する際の条件は、例えば、図4(b)を用いて上述したキャパシタ誘電体膜14を形成する際の条件と同様とする。こうして、比誘電率が400程度、誘電損失が1%以下の良好な電気的特性を有する誘電体膜118が得られる。
なお、ここでは、キャパシタ誘電体膜118としてBST膜を形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜118の材料はBST膜に限定されるものではない。高誘電率材料より成るキャパシタ誘電体膜118を適宜形成すればよい。
また、ここでは、多結晶のキャパシタ誘電体膜118を形成する場合を例に説明するが、キャパシタ誘電体膜118をエピタキシャル成長させてもよい。
また、キャパシタ誘電体膜118の比誘電率は、400程度に限定されるものではない。但し、所望の電気的特性を実現するためには、キャパシタ誘電体膜118の比誘電率が十分に大きいことが好ましい。本実施形態では、耐熱性の高い半導体基板114上にキャパシタ誘電体膜118を形成するため、例えば500℃以上の高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜118を形成することが可能である。このような高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜118を形成すれば、比誘電率が200以上のキャパシタ誘電体膜118を形成することが可能である。
また、ここでは、キャパシタ誘電体膜118をスパッタリング法により形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜118をゾル・ゲル法により形成してもよい。キャパシタ誘電体膜118をゾル・ゲル法により形成する場合には、例えば以下のようにしてキャパシタ誘電体膜118を形成する。
即ち、まず、導電膜116上に、アルコキシドから成る出発溶液をスピンコート法により塗布する。かかる出発溶液としては、例えばBST膜を形成するための出発溶液を用いる。成膜条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚150nm程度のキャパシタ誘電体膜118が形成される。
次に、キャパシタ誘電体膜118に対して仮焼成を行う。仮焼成の条件は、例えば400℃、10分とする。
次に、キャパシタ誘電体膜118に対して本焼成を行う。本焼成の条件は、例えば700℃、10分とする。本焼成後のキャパシタ誘電体膜118の膜厚は、例えば100nm程度となる。
このような条件でBSTより成るキャパシタ誘電体膜118を形成すると、比誘電率が300程度、誘電損失が2%以下の良好な電気的特性を有する誘電体膜118が得られる。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜118上に、例えばPtより成る導電膜120を形成する。導電膜120は、キャパシタ18a、18bの上部電極(キャパシタ電極)となるものである。導電膜120の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜120を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜より成る上部電極(キャパシタ電極)120が形成される(図39(c)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ誘電体膜118を所定の形状にパターニングする(図39(d)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜116を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜116より成るキャパシタ電極116a、116b及び導電膜116c、116dが形成される(図39(e)参照)。なお、導電膜116をパターニングする際には、キャパシタ電極116aとキャパシタ電極116bとが互いに電気的に接続された状態となるように、導電膜116をパターニングする。また、導電膜116をパターニングする際には、導電膜116c、116dがキャパシタ電極116a、116bから電気的に分離された状態となるように、導電膜116をパターニングする。こうして、キャパシタ電極116aとキャパシタ誘電体膜118とキャパシタ電極120とを有する薄膜キャパシタ122aが形成される。また、キャパシタ電極116bとキャパシタ誘電体膜118とキャパシタ電極120とを有する薄膜キャパシタ122bが形成される。
次に、薄膜キャパシタ122a、122b及び導電膜12a、12bが形成された半導体基板114上に、樹脂層124を形成する(図40(a)参照)。樹脂層124の材料としては、例えば感光性のエポキシ樹脂を用いる。
かかる樹脂層124は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、半導体基板114上に感光性のエポキシ樹脂溶液を塗布する。エポキシ樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚7μmの樹脂層124が形成される。この後、樹脂層124に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば60℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層124に、開口部126a〜126eを形成する(図40(b)参照)。開口部126aは、貫通電極79aの一部となる部分電極132aを埋め込むためのものであり、導電膜116cに達するように形成する。開口部126bは、貫通電極79bの一部となる部分電極132bを埋め込むためのものであり、キャパシタ電極126bに達するように形成する。開口部126cは、貫通電極79cの一部となる部分電極132cを埋め込むためのものであり、導電膜116dに達するように形成する。開口部126dは、導体プラグ132dを埋め込むためのものであり、キャパシタ122aのキャパシタ電極120に達するように形成する。開口部126eは、導体プラグ132eを埋め込むためのものであり、キャパシタ122bのキャパシタ電極120に達するように形成する。
次に、樹脂層124に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層124の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜128を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜128に開口部130a〜130cを形成する(図40(c)参照)。開口部130aは、部分電極132a、導体プラグ132d、導体プラグ132e及び配線134を形成するためのものである。開口部130bは、部分電極132bを形成するためのものである。開口部130cは、部分電極132cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部126a〜126e内及び開口部130a〜130c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部126a、126d、126e内及び開口部130a内に、めっき膜より成る部分電極132a、導体プラグ132d、132e及び配線134が形成される。また、開口部126b内及び開口部130b内に、めっき膜より成る部分電極132bが形成される。また、開口部126c内及び開口部130c内に、めっき膜より成る部分電極132cが形成される(図40(c)参照)。
次に、フォトレジスト膜128を剥離する(図40(d)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極132a、導体プラグ132d、132e及び配線134の表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極132a、導体プラグ132d、132e及び配線134のサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極56a〜56cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、樹脂層136aを形成する(図40(e)参照)。樹脂層136aの膜厚は、例えば5μm程度とする。樹脂層136aとしては、例えば、感光性のBCB樹脂を用いる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。かかるBCB樹脂は、上述したように、熱処理を行う前の段階では液状であり、熱処理を行って硬化をある程度進行させると半硬化状態となり、更に熱処理を行って硬化を更に進行させると完全硬化状態となる硬化特性を有する熱硬化性樹脂である。かかるBCB樹脂は、上述したように、半硬化状態にするための熱処理条件が180℃、1時間程度であり、完全硬化状態にするための熱処理条件が250℃、1時間程度である。BCB樹脂より成る樹脂層32aを塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。
こうして、部分電極132a〜132c、導体プラグ132d、132e及び配線134が形成された樹脂層124上に、樹脂層136aが形成される。樹脂層136aを塗布した直後の段階では、未だ熱処理が行われていないため、樹脂層136aは液状になっている。
次に、樹脂層136aが半硬化するような条件で熱処理を行うことにより、未硬化状態の樹脂層136aを半硬化状態の樹脂層136bに変化させる(図41(a)参照)。樹脂層136bの硬化率は、40〜80%とすることが好ましい。ここでは、樹脂層32bの硬化率を50〜60%程度とする。熱処理温度は、例えば180℃程度とし、熱処理時間は、例えば1時間程度とする。熱処理を行う際の雰囲気は、例えばN雰囲気とする。
なお、熱処理条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定することができる。但し、熱処理温度は、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より高い温度に設定することが好ましい。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、樹脂層136bに開口部138a〜138cを形成する(図41(b)参照)。開口部138aは、貫通電極79aの一部となる部分電極142aを埋め込むためのものであり、部分電極132aに達するように形成する。開口部138bは、貫通電極79bの一部となる部分電極142bを埋め込むためのものであり、部分電極132bに達するように形成する。開口部138cは、貫通電極79cの一部となる部分電極142cを埋め込むためのものであり、部分電極132cに達するように形成する。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜140を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜140に開口部141a〜141cを形成する(図41(c)参照)。開口部141aは、部分電極142aを形成するためのものである。開口部141bは、部分電極142bを形成するためのものである。開口部141cは、部分電極142cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部138a〜138c内及び開口部141a〜141c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部138a〜138c内及び開口部141a〜141c内に、めっき膜より成る部分電極142a〜142cが形成される(図41(c)参照)。
次に、フォトレジスト膜140を剥離する(図41(d)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極142a〜142cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極142a〜142cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極142a〜142cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、半導体基板114を、超精密旋盤40(図8(a)参照)のチャックテーブル42(図8(a)参照)上に、真空吸着により固定する。半導体基板114をチャックテーブル42上に固定する際には、半導体基板114の裏面側、即ち、部分電極142a〜142c等が形成されていない側の面をチャックテーブル42に固定する。
次に、半導体基板114を回転させながら、ダイヤモンドよりなるバイト44を用いて、部分電極142a〜142cの上部及び樹脂層136bの上層部を切削する(図42(a)参照)。この際、樹脂層136bの厚さが3μm程度になるまで荒切削を行う。
部分電極142a〜142cの上部及び樹脂層136bの上層部を荒切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。バイト44のすくい角を例えば0度とする。チャックテーブル42の回転数は、例えば2000rpm程度とする。この場合、切削速度は、例えば20m/秒程度となる。バイト44の切り込み量は、例えば2〜3μm程度とする。そして、バイト44の送りは、例えば50μm/回転とする。
切削の際にバイト44により圧縮変形していた樹脂層136bは、切削後には、ある程度回復することとなる。一方、部分電極142a〜142cは、Cu等の金属より成るものであるため、切削の際には殆ど圧縮変形しない。このため、切削後における樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さは、切削後における部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さより高くなる。
荒切削を行った直後においては、図42(b)及び図42(c)に示すように、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが、数百nm程度と比較的大きくなっている。なお、図42(c)は、図42(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
樹脂層126bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142c一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tがこのように比較的大きい場合には、後工程で行われる熱処理により樹脂層136bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極142a〜142cとを接続することができない場合がある。
このため、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが適度な値になるよう、荒切削に引き続いて、仕上げ切削を行う(図43(a)参照)。
部分電極142a〜142cの上部及び樹脂層136bの上層部を仕上げ切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
仕上げ研磨におけるバイト44のすくい角、チャックテーブル42の回転数、及びバイト44の送りについては、樹脂層136bを荒切削する際の条件と同様とする。仕上げ切削は、荒切削に引き続いて行うため、これらの設定を敢えて変更する必要はない。
バイト44の切り込み量は、例えば500nmとする。バイト44の切り込み量をこのように小さく設定するのは、樹脂層136bの一の面(樹脂層132に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tを、適度に小さくするためである。
なお、バイト44の切り込み量は500nmに限定されるものではない。例えば、バイト44の切り込み量を10〜100nm程度に設定してもよい。
仕上げ切削を行っても、図43(b)及び図43(c)に示すように、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t3′は、ゼロにはならない。仕上げ切削の際にも樹脂層136bがある程度圧縮変形し、仕上げ切削の際に圧縮変形していた樹脂層136bが切削後においてある程度回復するためである。なお、図43()は、図43(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
仕上げ切削を行う際には、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が、0〜100nm程度となるように仕上げ切削を行うことが好ましい。
樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′を、0〜100nmとするのは、以下のような理由によるものである。
即ち、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が100nmより大きい場合には、上述したように、後工程で行われる熱処理により樹脂層136bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまい、部分電極38a〜38cと部分電極142a〜142cとを接続することができない場合がある。
一方、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さが部分電極38a〜38cの一の面(部分電極30a〜30cに接する面とは反対側の面)の高さより低い場合には、後工程における熱処理において、樹脂層32bと樹脂層136bとが互いに確実に接着されることなく、樹脂層32b及び樹脂層136bが収縮してしまい、樹脂層32bと樹脂層136とを接着することが困難である。
このような理由により、樹脂層136bの一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極142a〜142cの一の面(部分電極132a〜132cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′は、0〜100nmとすることが好ましい。
なお、切削を行う際に部分電極142a〜142cにバリが生じると、隣接或いは近接する部分電極142a〜142cどうしがバリによって短絡してしまう虞がある。従って、切削を行う際に部分電極142a〜142cにバリが生じないよう、切削条件を適宜設定することが望ましい。
こうして、部分電極142a〜142cの上部及び樹脂層136bの上層部が切削される(図43(b)及び図43(c)参照)。
なお、半導体基板114を固定し、バイト44を取り付けたフォイール(図示せず)を回転させて切削処理することも可能である(図示せず)。
次に、ダイヤモンド粒子等を結合材で固めて形成した薄刃のブレードを用いて、半導体基板10を所定のサイズに切断する(図示せず)。
また、同様に、薄刃のブレードを用いて、半導体基板114を所定のサイズに切断する(図示せず)。
次に、図44(a)に示すように、半導体基板10と半導体基板114とを対向させる。この際、半導体基板10側の部分電極38a〜38cと半導体基板114の部分電極142a〜142cとが互いに近接するように、半導体基板10と半導体基板114とを対向させる。
次に、半導体基板10と半導体基板114とを互いに近接させる。図44(b)は、半導体基板10側に形成された樹脂層32bと半導体基板114側に形成された樹脂層136bとを互いに接触させた状態を示す断面図である。図44(c)は、図44(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
次に、半導体基板10と半導体基板114との間に外部から圧力を加え、半導体基板10側の部分電極38a〜38cと半導体基板114側の部分電極142a〜142cとを互いに密着させ、半導体基板10側の樹脂層32bと半導体基板114側の樹脂層136bとを密着させた状態で、熱処理を行う(図45参照)。なお、図45(b)は、図45(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
熱処理の際には、例えばオーブン(熱処理装置)を用いる。熱処理温度は、例えば250℃程度とする。熱処理時間は、例えば1時間程度とする。圧力は、例えば10kPa程度とする。このような条件で熱処理を行うと、樹脂層32bと樹脂層136bとが互いに確実に接着される。また、樹脂層32bと樹脂層136bとは、それぞれ収縮する。樹脂層32bと樹脂層136bとが互いに接着されるとともに、樹脂層32b及び樹脂層136bがそれぞれ収縮するため、樹脂層32b及び樹脂層136bの収縮に起因して、部分電極38a〜38cと部分電極142a〜142cとが互いに接合される。樹脂層32、136の収縮に起因して、部分電極38a〜38cと部分電極142a〜142cとが互いに接合されるため、半導体基板10と半導体基板114との間に外部から大きな圧力を加えることを要しない。
そして、半硬化状態の樹脂層32b、136bが、完全硬化状態の樹脂層32、136になる(図46参照)。なお、図46(b)は、図46(a)の円S内を拡大して示した断面図である。完全硬化状態になった樹脂層32、136は十分に収縮しているため、圧力を加えるのを止めても、部分電極38a〜38cと部分電極142a〜142cとが離れてしまうことはない。
なお、ここでは、熱処理温度を250℃、熱処理時間を1時間に設定する場合を例に説明したが、熱処理温度及び熱処理時間は、これに限定されるものではない。熱処理温度を高めに設定する場合には、熱処理時間は短めでもよい。例えば、熱処理温度を300℃程度に設定する場合には、熱処理時間は3分程度でもよい。また、熱処理温度を低めに設定する場合には、熱処理時間は長めに設定すればよい。例えば、熱処理温度を200℃程度に設定する場合には、熱処理時間は7〜8時間程度に設定すればよい。
但し、熱処理温度を高めに設定した場合には、樹脂層32、136の膜質が必ずしも良好な膜質とはならない場合がある。また、熱処理温度を低めに設定した場合には、熱処理に長時間を要してしまう。樹脂層32、136の膜質やスループット等を考慮した場合には、熱処理温度を250℃程度、熱処理時間を1時間程度とすることが好ましい。
また、ここでは、半導体基板10及び半導体基板114に加える圧力を10kPa程度に設定する場合を例に説明したが、半導体基板10及び半導体基板114に加える圧力は10kPa程度に限定されるものではない。例えば、1kPa〜100kPa程度の範囲で適宜設定するようにしてもよい。
次に、台座(支持基板)144を用意する。台座144としては、例えばガラス台座を用いる。台座144は、後述する工程において半導体基板10を研磨等により除去する際に、半導体基板114等を支持するためのものである。
次に、台座144上に、熱剥離シート152を接着する。熱剥離シート152は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材148と、基材148の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層150と、基材148の他方の主面に形成された感圧粘着剤層146とを有している。かかる熱剥離シート152としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート152を台座144上に接着する際には、熱剥離シート152のうちの感圧粘着材層146側を台座144に接着させる。
次に、図46(a)のように貼り合わせられた半導体基板10、114を反転させ、図47(a)に示すように、半導体基板114と台座144とを対向させる。この際、半導体基板14の一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート152の熱剥離接着剤層150の一の面(基材148に接する面とは反対側の面)とが近接するように、半導体基板114と台座58とを対向させる。
この後、図47(b)に示すように、半導体基板114の一の面(樹脂層124に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート152の熱剥離接着剤層150の一の面(基材148に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板10の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板10を研磨する。この際、半導体基板10を完全に除去してしまわないのは、上述したように、研磨によるダメージが、キャパシタ電極12a、12b、導電膜12c、12d、及び樹脂層20に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層20の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板10をエッチング除去する。
こうして、キャパシタ電極12a、12b及び導電膜12c、12dに過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板10が除去される(図48(a)参照)。
次に、熱処理を行うことにより、熱剥離シート152の熱剥離接着剤層150を発泡させる(図48(b)参照)。熱処理温度は、例えば200℃とする。熱剥離接着剤層150を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層150aと樹脂層114との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層64aと半導体基板114との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層64aと半導体基板114とを容易に剥離することが可能となる。
次に、台座114により支持されていた半導体基板114を、台座114から取り外す(図49(a)参照)。熱剥離シート152のうちの感圧粘着材層146が台座14に接着されているため、熱剥離シート152は台座14とともに半導体基板46から取り外される。
なお、ここでは、半導体基板10を研磨等により除去する際に半導体基板114を台座144により支持する場合を例に説明したが、必ずしも半導体基板114を台座144により支持しなくてもよい。半導体基板10を研磨等により除去する段階では、樹脂層20、32、136、124より成る基材8aは、半導体基板114により支持されている。半導体基板114の厚さがある程度厚い場合には、半導体基板10を研磨等により除去する際に半導体基板114が大きく変形してしまうことはない。このため、敢えて台座144を用いなくても、基材8aの変形を半導体基板114により防止することは可能である。従って、半導体基板10を研磨等により除去する際に、半導体基板114を台座144により支持しなくてもよい。但し、薄膜キャパシタ18a、18b、122a、122b等に不要なストレスが加わるのを防止して製造歩留りをより向上する観点からは、半導体基板114を台座144により支持することが好ましい。
次に、樹脂層20の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に、樹脂層68を形成する(図49(b)参照)。樹脂層68の材料としては、例えば感光性のエポキシ樹脂を用いる。かかる樹脂層68は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、樹脂層68の一方の面側(樹脂層32に接する面とは反対側の面)に感光性のエポキシ樹脂溶液を塗布する。エポキシ樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚7μmの樹脂層68が形成される。この後、樹脂層68に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば60℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層68に、開口部70a〜70cを形成する(図50(a)参照)。
次に、樹脂層68に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。かかる熱処理を行った後における樹脂層68の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜72を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜72に開口部74a〜74cを形成する(図50(b)参照)。
次に、電気めっき法により、開口部74a〜74c及び開口部70a〜70c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部74a〜74c内及び開口部70a〜70c内に、めっき膜より成る部分電極76a〜76cがそれぞれ形成される。
次に、フォトレジスト膜72を剥離する(図50(a)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極76a〜76cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極76a〜76cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極76a〜76cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、台座(支持基板)164を用意する(図51(b)参照)。台座164としては、例えばガラス台座を用いる。台座164は、後述する工程において半導体基板114を研磨等により除去する際に、キャパシタ18a、18b、122a、122b等が埋め込まれた基材8a等を支持するためのものである。
次に、台座164上に、熱剥離シート172を接着する。熱剥離シート172は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材168と、基材168の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層170と、基材168の他方の主面に形成された感圧粘着剤層166とを有している。かかる熱剥離シート172としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート172を台座164上に接着する際には、熱剥離シート172のうちの感圧粘着材層166側を台座164に接着させる。
次に、半導体基板114を反転させ、図51(a)に示すように、樹脂層68と台座164とを対向させる。この際、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート172の熱剥離接着剤層170の一の面(基材168に接する面とは反対側の面)とが近接するように、樹脂層68と台座164とを対向させる。
この後、図52(a)に示すように、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート172の熱剥離接着剤層170の一の面(基材168に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板114の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板114を研磨する。この際、半導体基板114を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが、に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層124の一方の面側(樹脂層136に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板114をエッチング除去する。
こうして、キャパシタ電極116a、116、導電膜116c、116d、及び樹脂層124等に過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板114が除去される(図52(a)参照)。
一方、半導体基板46を用意する(図11(a)参照)。
この後、部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部を切削する工程までは、図11(b)乃至図15(b)に示す第1実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。
次に、図53に示すように、台座164と半導体基板46とを対向させる。この際、樹脂層124と樹脂層48bとが互いに近接し、部分電極132a〜132cの位置と部分電極56a〜56cの位置とが合致するように、台座164と半導体基板46とを対向させる。
次に、図54に示すように、半導体基板10と台座164とを互いに近接させる。図54(b)は、樹脂層124と樹脂層48bとを互いに接触させた状態を示す断面図である。図54(b)は、図54(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
次に、台座164と半導体基板46との間に外部から圧力を加え、導電膜116cと部分電極56aとを互いに密着させ、キャパシタ電極116bと部分電極56bとを互いに密着させ、導電膜116dと部分電極56cとを互いに密着させた状態で、熱処理を行う(図55参照)。なお、図55(b)は、図55(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
熱処理の際には、例えばオーブン(熱処理装置)を用いる。熱処理温度は、例えば250℃程度とする。熱処理時間は、例えば1時間程度とする。圧力は、例えば10kPa程度とする。このような条件で熱処理を行うと、樹脂層48bが樹脂層124に確実に接着される。また、かかる熱処理により、樹脂層48は収縮する。樹脂層42bが樹脂層124に接着されるとともに、樹脂層48bが収縮するため、樹脂層48bの収縮に起因して、部分電極56aと導電膜116cとが互いに接合され、部分電極56bとキャパシタ電極116bとが互いに接合され、部分電極56cと導電膜116dとが互いに接合される。樹脂層48bの収縮に起因して、部分電極56aと導電膜116cとが互いに接合され、部分電極56bとキャパシタ電極116bとが互いに接合され、部分電極56cと導電膜116dとが互いに接合されるため、半導体基板46と台座164との間に外部から大きな圧力を加えることを要しない。
そして、半硬化状態の樹脂層48bが、完全硬化状態の樹脂層48になる(図56参照)。なお、図56(b)は、図56(a)の円S内を拡大して示した断面図である。完全硬化状態になった樹脂層48は十分に収縮しているため、圧力を加えるのを止めても、
部分電極56aと導電膜116cとが互いに離れてしまうことはなく、部分電極56bとキャパシタ電極116bとが互いに離れてしまうことはなく、部分電極56cと導電膜116dとが互いに離れてしまうことはない。
熱処理の際には、熱剥離シート172のうちの熱剥離接着剤層170が発泡する。熱剥離接着剤層170を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層170aと樹脂層68との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層170aと樹脂層68との接着力が低下する。
次に、台座164により支持されていた半導体基板46を、台座164から取り外す。熱剥離シート172のうちの感圧粘着材層166が台座164に接着されているため、熱剥離シート172は台座164とともに樹脂層68から取り外される。
次に、台座(支持基板)182を用意する(図57(a)参照)。台座182としては、例えばガラス台座を用いる。台座182は、後述する工程において半導体基板46を研磨等により除去する際に、キャパシタ18a、18b、122a、122b等が埋め込まれた基材8a等を支持するためのものである。
次に、台座182上に、熱剥離シート190を接着する。熱剥離シート190は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材186と、基材186の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層188と、基材186の他方の主面に形成された感圧粘着剤層184とを有している。かかる熱剥離シート190としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート190を台座182上に接着する際には、熱剥離シート190のうちの感圧粘着材層184側を台座182に接着させる。
次に、半導体基板46と台座182とを対向させる。この際、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート190の熱剥離接着剤層188の一の面(基材186に接する面とは反対側の面)とが近接するように、台座182と半導体基板46とを対向させる。
この後、図57(b)に示すように、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート190の熱剥離接着剤層188の一の面(基材186に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板46の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板46を研磨する。この際、半導体基板46を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが樹脂層48等に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層48の一方の面側(樹脂層124に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板46をエッチング除去する。
こうして、樹脂層48等に過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板46が除去される(図58(a)参照)。
この後、図25(b)乃至図26(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様にして、電極パッド92及び半田バンプ94を形成する(図58(b)参照)。
こうして、本実施形態によるインターポーザ96dが製造される。
次に、パッケージ基板98を用意する(図59参照)。
次に、インターポーザ96dを支持する台座182を反転させ、台座182により支持されたインターポーザ96dとパッケージ基板98とを対向させる。この際、インターポーザ96の半田バンプ94とパッケージ基板98の電極パッド102とが互いに近接するように、インターポーザ96dとパッケージ基板98とを対向させる。
次に、フリップチップボンディングにより、インターポーザ96dの半田バンプ94をパッケージ基板98の電極パッド102に接合する(図60参照)。こうして、パッケージ基板98上にインターポーザ96dが実装される。フリップチップボンディングの際には、熱剥離シート190のうちの熱剥離接着剤層188が発泡する。熱剥離接着剤層188を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層188aと樹脂層68との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層188aと樹脂層68との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層188aと樹脂層68とを容易に剥離することが可能となる。
次に、台座182をインターポーザ96dから取り外す(図60参照)。熱剥離シート190のうちの感圧粘着材層184が台座182に接着されているため、熱剥離シート190は台座182とともにインターポーザ96dから取り外される。
次に、半導体集積回路素子108を用意する(図61参照)。
次に、フリップチップボンディングにより、半導体集積回路素子108の半田バンプ112をインターポーザ96dの貫通電極79a〜79cに接合する(図62参照)。こうして、インターポーザ96d上に半導体集積回路素子108が実装される。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が製造される。
[第3実施形態]
本発明の第3実施形態によるインターポーザ及びその製造方法、並びにそのインターポーザを用いた電子装置及びその製造方法を図63乃至図87を用いて説明する。図1乃至図62に示す第1及び第2実施形態によるインターポーザ及びその製造方法等と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を省略または簡潔にする。
(インターポーザ及び電子装置)
まず、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置を図63乃至図65を用いて説明する。図63は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。図64は、本実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。図65は、本実施形態による電子装置を示す断面図である。
本実施形態によるインターポーザ96eは、複数の樹脂層68、20、32、136、124、214、202、48を積層して成る基材8bと、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、樹脂層124と樹脂層214との間に埋め込まれた122a、122bと、樹脂層48と樹脂層202との間に埋め込まれた200a、200bと、基材8bを貫き、薄膜キャパシタ18a、18bのキャパシタ電極16、薄膜キャパシタ122a、122bのキャパシタ電極120及び薄膜キャパシタ200a、200bのキャパシタ電極198に電気的に接続された貫通電極81aと、基材8bを貫き、薄膜キャパシタ18a、18bのキャパシタ電極12a、12b、薄膜キャパシタ122a、122bのキャパシタ電極116a、116b、及び薄膜キャパシタ200a、200bの194a、194bに電気的に接続された貫通電極81bと、基材8bを貫き、薄膜キャパシタ18a、18b、薄膜キャパシタ122a、112b及び薄膜キャパシタ200a、200bから絶縁された貫通電極81cとを有していることに主な特徴がある。
即ち、本実施形態によるインターポーザ96eは、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、樹脂層214と樹脂層124との間に埋め込まれた他の薄膜キャパシタ122a、122bの他に、樹脂層48と樹脂層202との間に更に他の薄膜キャパシタ200a、200bが埋め込まれており、これらの薄膜キャパシタ18a、18b、薄膜キャパシタ122a、122b及び薄膜キャパシタ200a、200bが並列に接続されていることに主な特徴がある。
樹脂層48の一の面側(電極パッド92が形成されている面とは反対側の面)には、キャパシタ電極(下部電極)194a、194bが形成されている。樹脂層48の材料としては、上述したように、例えばBCB樹脂が用いられている。キャパシタ電極194a、194bとしては、例えば、膜厚20nmの酸化チタン(TiO)膜と膜厚150nmの白金(Pt)膜とを順次積層して成る積層膜が用いられている。薄膜キャパシタ200aのキャパシタ電極194aと薄膜キャパシタ200bのキャパシタ電極194bとは、互いに電気的に接続されている。
キャパシタ電極194a、194bの一の面側(樹脂層48に接する面とは反対側の面)には、結晶質のキャパシタ誘電体膜196が形成されている。即ち、多結晶のキャパシタ誘電体膜196、又は、エピタキシャル成長されたキャパシタ誘電体膜196が形成されている。キャパシタ誘電体膜196の材料としては、高誘電率材料が用いられている。具体的には、キャパシタ誘電体膜196の材料として、BST膜が用いられている。キャパシタ誘電体膜196の膜厚は、例えば100nmとする。キャパシタ誘電体膜196は、例えば500℃以上の高温のプロセスで成膜されたものある。このため、キャパシタ誘電体膜196は、極めて良好に結晶化されており、比誘電率が極めて高くなっている。具体的には、キャパシタ誘電体膜196の比誘電率は200以上となっている。
かかるキャパシタ誘電体膜196を成膜する際には、後述するように、高温のプロセスに耐え得る半導体基板192上にキャパシタ誘電体膜196を形成する(図66参照)。後述するように、薄膜キャパシタ18a、18b、122a、122b、200a、200bを埋め込んでいる樹脂層68、20、32、136、124、214,202、48より成る基材8bは、キャパシタ誘電体膜196を形成する際の高温のプロセスを経ておらず、基材8bに大きな変形等は生じていない。
キャパシタ誘電体膜196の一の面側(キャパシタ電極194a、194bに接する面とは反対側の面)には、キャパシタ電極194a、194bに対向するようにキャパシタ電極(上部電極)198が形成されている。キャパシタ電極198としては、例えば、膜厚200nmのPt膜が用いられている。
こうして、キャパシタ電極194aとキャパシタ誘電体膜196とキャパシタ電極198とを有する薄膜キャパシタ200aが構成されている。また、キャパシタ電極194bとキャパシタ誘電体膜196とキャパシタ電極198とを有する薄膜キャパシタ200bが構成されている。
また、樹脂層48の一の面側(キャパシタ電極194a、194bと接する面側)には、キャパシタ電極194a、194bと同一導電膜より成る導電膜194c、194dが形成されている。導電膜194cは、貫通電極81aの一部を構成するものである。導電膜194dは、貫通電極81cの一部を構成するものである。導電膜194c、194dは、キャパシタ電極194a、194bから電気的に絶縁されている。
樹脂層48の一の面側(キャパシタ電極194a、194bと接する面側)には、薄膜キャパシタ200a、200bと導電膜194c、194dとを覆うように樹脂層202が形成されている。樹脂層202の材料としては、例えばエポキシ樹脂が用いられている。
樹脂層202には、導電膜194cに達する開口部204aと、薄膜キャパシタ200bのキャパシタ電極198に達する開口部204bと、導電膜194dに達する開口部204cと、キャパシタ200aのキャパシタ電極198に達する開口部204dと、キャパシタ200bのキャパシタ電極198に達する開口部204eとが形成されている。
開口部204a内には貫通電極81aの一部を構成する部分電極210aが埋め込まれている。部分電極210は、導電膜194cを介して部分電極56aに電気的に接続されている。開口部204b内には、貫通電極81bの一部を構成する部分電極210bが埋め込まれている。部分電極210bは、キャパシタ電極194bに接続されている。開口部204c内には、貫通電極81cの一部を構成する部分電極210cが埋め込まれている。部分電極210cは、導電膜194dを介して部分電極56cに接続されている。
開口部204d内には、薄膜キャパシタ200aのキャパシタ電極198に接続された導体プラグ210dが埋め込まれている。開口部204e内には、薄膜キャパシタ200bのキャパシタ電極198に接続された導体プラグ210eが埋め込まれている。部分電極210a、導体プラグ210d及び導体プラグ210eは、配線212により互いに電気的に接続されている。部分電極210a、導体プラグ210d、導体プラグ210e及び配線212は同一導電膜により一体に形成されている。
樹脂層202の一の面側(樹脂層48に接する面とは反対側の面)には、配線212を覆うように樹脂層214が形成されている。樹脂層214としては、水、アルコール、有機酸、窒化物等の副生成物を生ずることなく硬化・収縮する熱硬化性樹脂が用いられている。かかる熱硬化性樹脂としては、例えば、BCB樹脂を用いることができる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。
樹脂層214には、部分電極210aに達する開口部216aと、部分電極210bに達する開口部216bと、部分電極210cに達する開口部216cとが形成されている。
開口部216a内には、貫通電極81aの一部を構成する部分電極220aが埋め込まれている。開口部216b内には、貫通電極81bの一部を構成する部分電極220bが埋め込まれている。開口部216c内には、貫通電極81cの一部を構成する部分電極220cが埋め込まれている。
部分電極220a〜220cの一の面側(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)及び樹脂層214の一の面側(樹脂層202に接する面とは反対側の面)は、後述するように、ダイヤモンド等より成るバイト44(図69(a)参照)を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)及び樹脂層214の一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)は平坦になっている。
樹脂層214は樹脂層124に接着されている。樹脂層214に埋め込まれた部分電極220aと樹脂層124に埋め込まれた導電膜116cとは、互いに接合されている。樹脂層214に埋め込まれた部分電極220bと樹脂層124に埋め込まれたキャパシタ電極116bとは、互いに接合されている。樹脂層214に埋め込まれた部分電極220cと樹脂層124に埋め込まれた導電膜116dとは、互いに接合されている。樹脂層214には、後述するように、樹脂層214を収縮させるための熱処理が加えられている。樹脂層214が樹脂層124に確実に接着された状態で収縮するため、樹脂層214の収縮に起因して、部分電極220aと導電膜116cとが互いに強固に接合され、部分電極220bとキャパシタ電極116bとが互いに強固に接合され、部分電極220cと導電膜116dとが互いに強固に接合されている。
また、部分電極56a〜56cの一の面側(キャパシタ電極194b又は導電膜194c、194dに接する面側)及び樹脂層48の一の面側(樹脂層202に接する面側)は、図13(a)乃至図15(b)を用いて上述したように、ダイヤモンド等より成るバイト44を用いて切削されている。ダイヤモンド等より成るバイト44により切削されているため、部分電極56a〜56cの一の面(キャパシタ電極194b又は導電膜194c、194dに接する面)及び樹脂層48の一の面(樹脂層202に接する面)は平坦になっている。
樹脂層48は樹脂層202に接着されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56aと樹脂層202に埋め込まれた導電膜194cとは、互いに接合されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56bと樹脂層202に埋め込まれたキャパシタ電極194bとは、互いに接合されている。樹脂層48に埋め込まれた部分電極56cと樹脂層202に埋め込まれた導電膜194dとは、互いに接合されている。樹脂層48には、後述するように、樹脂層48を収縮させるための熱処理が加えられている。樹脂層48が樹脂層202に確実に接着された状態で収縮するため、樹脂層48の収縮に起因して、部分電極56aと導電膜194cとが互いに強固に接合され、部分電極56bとキャパシタ電極194bとが互いに強固に接合され、部分電極56cと導電膜194dとが互いに強固に接合されている。
部分電極76a、導電膜12c、部分電極30a、部分電極38a、部分電極142a、部分電極132a、導電膜116c、部分電極220a、部分電極210a、導電膜194c及び部分電極56aにより、貫通電極81aが構成されている。また、部分電極76b、キャパシタ電極12bの一部、部分電極30b、部分電極38b、部分電極142b、部分電極132b、キャパシタ電極116bの一部、部分電極220b、部分電極210b、導電膜194c及び部分電極56bにより、貫通電極81bが構成されている。また、部分電極76c、導電膜12d、部分電極30c、部分電極38c、部分電極142c、部分電極132c、導電膜116d、部分電極220c、部分電極210c、導電膜194c及び部分電極56cにより、貫通電極81cが構成されている。
こうして本実施形態によるインターポーザ96eが構成されている。
図64に示すように、インターポーザ96eは、台座(支持基板)232により支持されている。
即ち、樹脂層68の他方の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)には、熱剥離シート240を用いて台座232が接着されている。台座232としては、例えばガラス台座が用いられている。熱剥離シート240は、図2を用いて上述した熱剥離シート86と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材236と、基材236の一方の面に形成された熱剥離接着剤層234と、基材236の他方の面に形成された感圧粘着剤層238とを有している。熱剥離シート240のうちの感圧接着剤層234は台座232に接着されており、熱剥離シート240のうちの熱剥離接着剤層238は樹脂層68に接着されている。
本実施形態において、インターポーザ96eを台座232により支持するようにしているのは、インターポーザ96eの基材8bが樹脂層68、20、32、136、124、214,202、48のみにより構成されており、インターポーザ96eを何らかの硬質な手段により支持しないと、インターポーザ96eが変形してしまうためである。
後述するように、インターポーザ96eを基板等に実装した後には、かかる基板等によりインターポーザ96eが支持されるため、インターポーザ96eを支持していた台座232は不要となる。インターポーザ96eを台座232により支持する必要がなくなった際には、インターポーザ96eから台座232を容易に外すことができるよう、台座232は熱剥離シート240を用いてインターポーザ96eに接着されている。
図65は、本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置を示す断面図である。
図65に示すように、本実施形態によるインターポーザ96eは、第1実施形態によるインターポーザ96と同様に、例えば、パッケージ基板98と半導体集積回路素子108との間に配される。
インターポーザ96の電極パッド92とパッケージ基板98の電極パッド102とは、半田バンプ94により互いに電気的に接続されている。
半導体集積回路素子10の電極パッド110とインターポーザ96の貫通電極81a〜81cとは、半田バンプ112により互いに電気的に接続されている。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が構成されている。
本実施形態によるインターポーザ96eは、上述したように、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、樹脂層214と樹脂層124との間に埋め込まれた他の薄膜キャパシタ122a、122bの他に、樹脂層48と樹脂層202との間に更に他の薄膜キャパシタ200a、200bが埋め込まれており、これらの薄膜キャパシタ18a、18b、薄膜キャパシタ122a、122b及び薄膜キャパシタ200a、200bが並列に接続されていることに主な特徴がある。
本実施形態によれば、樹脂層68と樹脂層20との間に埋め込まれた薄膜キャパシタ18a、18bと、樹脂層214と樹脂層124との間に埋め込まれた他の薄膜キャパシタ122a、122bの他に、樹脂層48と樹脂層202との間に更に他の薄膜キャパシタ200a、200bが埋め込まれているため、静電容量が極めて大きい薄膜キャパシタを有するインターポーザを提供することができる。
(インターポーザ及びその製造方法)
次に、本実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を図66乃至図87を用いて説明する。図66乃至図87は、本実施形態によるインターポーザ及びその製造方法を示す工程断面図である。
まず、半導体基板10を用意する工程から半導体基板114を除去する工程までは、図5(a)乃至図10(b)、及び、図39(a)乃至図52(b)を用いて上述した第2実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。
次に、図66(a)に示すように、半導体基板192を用意する。半導体基板192としては、チップサイズに切断されていない状態の半導体基板、即ち、ウェハ状態の半導体基板を用意する。半導体基板192の材料としては、例えばシリコン基板を用いる。半導体基板192の厚さは、例えば0.6mmとする。
次に、熱酸化法により、半導体基板192の表面にシリコン酸化膜(図示せず)を形成する。シリコン酸化膜の膜厚は、例えば0.5μm程度とする。
次に、図66(b)に示すように、例えばスパッタリング法により、半導体基板192上に、酸化チタン膜とPt膜とを順次積層して成る導電膜194を形成する。導電膜194は、薄膜キャパシタ200a、200bの下部電極(キャパシタ電極)194a、194bとなるものである。酸化チタン膜の膜厚は、例えば20nmとする。Pt膜の膜厚は、例えば150nmとする。
次に、例えばスパッタリング法により、導電膜194上に、結晶質のキャパシタ誘電体膜196を形成する。かかるキャパシタ誘電体膜196としては、例えば、BST膜を形成する。より具体的には、キャパシタ誘電体膜196として、多結晶のBST膜を形成する。キャパシタ誘電体膜196の膜厚は例えば100nmとする。
キャパシタ誘電体膜196を成膜する際の条件は、例えば、図4(b)を用いて上述したキャパシタ誘電体膜14を形成する際の条件と同様とする。こうして、比誘電率が400程度、誘電損失が1%以下の良好な電気的特性を有する誘電体膜196が得られる。
なお、ここでは、キャパシタ誘電体膜196としてBST膜を形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜196の材料はBST膜に限定されるものではない。高誘電率材料より成るキャパシタ誘電体膜196を適宜形成すればよい。
また、ここでは、多結晶のキャパシタ誘電体膜196を形成する場合を例に説明するが、キャパシタ誘電体膜196をエピタキシャル成長させてもよい。
また、キャパシタ誘電体膜196の比誘電率は、400程度に限定されるものではない。但し、所望の電気的特性を実現するためには、キャパシタ誘電体膜196の比誘電率が十分に大きいことが好ましい。本実施形態では、耐熱性の高い半導体基板192上にキャパシタ誘電体膜196を形成するため、例えば500℃以上の高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜196を形成することが可能である。このような高温のプロセスでキャパシタ誘電体膜196を形成すれば、比誘電率が200以上のキャパシタ誘電体膜196を形成することが可能である。
また、ここでは、キャパシタ誘電体膜196をスパッタリング法により形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜196をゾル・ゲル法により形成してもよい。キャパシタ誘電体膜196をゾル・ゲル法により形成する場合には、例えば以下のようにしてキャパシタ誘電体膜196を形成する。
即ち、まず、導電膜194上に、アルコキシドから成る出発溶液をスピンコート法により塗布する。かかる出発溶液としては、例えばBST膜を形成するための出発溶液を用いる。成膜条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚150nm程度のキャパシタ誘電体膜196が形成される。
次に、キャパシタ誘電体膜196に対して仮焼成を行う。仮焼成の条件は、例えば400℃、10分とする。
次に、キャパシタ誘電体膜196に対して本焼成を行う。本焼成の条件は、例えば700℃、10分とする。本焼成後のキャパシタ誘電体膜196の膜厚は、例えば100nm程度となる。
このような条件でBSTより成るキャパシタ誘電体膜196を形成すると、比誘電率が300程度、誘電損失が2%以下の良好な電気的特性を有する誘電体膜196が得られる。
次に、例えばスパッタリング法により、キャパシタ誘電体膜196上に、例えばPtより成る導電膜198を形成する。導電膜198は、キャパシタ200a、200bの上部電極(キャパシタ電極)となるものである。導電膜198の膜厚は、例えば200nmとする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜198を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜より成る上部電極(キャパシタ電極)198が形成される(図66(c)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、キャパシタ誘電体膜196を所定の形状にパターニングする(図66(d)参照)。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、導電膜194を所定の形状にパターニングする。こうして、導電膜194より成るキャパシタ電極194a、194b及び導電膜194c、194dが形成される(図66(e)参照)。なお、導電膜194をパターニングする際には、キャパシタ電極194aとキャパシタ電極194bとが互いに電気的に接続された状態となるように、導電膜194をパターニングする。また、導電膜194をパターニングする際には、導電膜194c、194dがキャパシタ電極194a、194bから電気的に分離された状態となるように、導電膜194をパターニングする。こうして、キャパシタ電極194aとキャパシタ誘電体膜196とキャパシタ電極198とを有する薄膜キャパシタ200aが形成される。また、キャパシタ電極194bとキャパシタ誘電体膜196とキャパシタ電極198とを有する薄膜キャパシタ200bが形成される。
次に、薄膜キャパシタ200a、200b及び導電膜194a、194bが形成された半導体基板192上に、樹脂層202を形成する(図67(a)参照)。樹脂層202の材料としては、例えば感光性のエポキシ樹脂を用いる。
かかる樹脂層202は、例えば以下のようにして形成することができる。まず、スピンコート法により、半導体基板192上に感光性のエポキシ樹脂溶液を塗布する。エポキシ樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。こうして、例えば膜厚7μmの樹脂層202が形成される。この後、樹脂層202に対して熱処理(プリベーク)を行う。熱処理温度は、例えば60℃とする。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、かかる樹脂層202に、開口部204a〜204eを形成する(図67(b)参照)。開口部204aは、貫通電極81aの一部となる部分電極210aを埋め込むためのものであり、導電膜194cに達するように形成する。開口部204bは、貫通電極81bの一部となる部分電極210bを埋め込むためのものであり、キャパシタ電極194bに達するように形成する。開口部204cは、貫通電極81cの一部となる部分電極210cを埋め込むためのものであり、導電膜194dに達するように形成する。開口部204dは、導体プラグ210dを埋め込むためのものであり、キャパシタ200aのキャパシタ電極198に達するように形成する。開口部204eは、導体プラグ210eを埋め込むためのものであり、キャパシタ200bのキャパシタ電極198に達するように形成する。
次に、樹脂層202に対して熱処理(本ベーク)を行う。熱処理温度は、例えば200℃とする。この熱処理を行った後における樹脂層202の膜厚は、例えば5μm程度となる。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜206を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜206に開口部208a〜208cを形成する(図67(c)参照)。開口部208aは、部分電極210a、導体プラグ210d、導体プラグ210e及び配線212を形成するためのものである。開口部208bは、部分電極210bを形成するためのものである。開口部208cは、部分電極210cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部204a〜204e内及び開口部208a〜208内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部204a、204d、204e内及び開口部208a内に、めっき膜より成る部分電極210a、導体プラグ210d、210e及び配線212が形成される。また、開口部204b内及び開口部208b内に、めっき膜より成る部分電極210bが形成される。また、開口部204c内及び開口部208c内に、めっき膜より成る部分電極210cが形成される(図67(c)参照)。
次に、フォトレジスト膜206を剥離する(図67(d)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極210a、導体プラグ210d、210e及び配線212の表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極210a、導体プラグ210d、210e及び配線212のサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極210a、導体プラグ210d、210e及び配線212が過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、全面に、例えばスピンコート法により、樹脂層214aを形成する(図67(e)参照)。樹脂層214aの膜厚は、例えば5μm程度とする。樹脂層214aとしては、例えば、感光性のBCB樹脂を用いる。かかるBCB樹脂の材料としては、例えば、ダウ・ケミカル社製のBCB樹脂溶液(製品名:サイクロテン4024−40)等を用いることができる。かかるBCB樹脂は、上述したように、熱処理を行う前の段階では液状であり、熱処理を行って硬化をある程度進行させると半硬化状態となり、更に熱処理を行って硬化を更に進行させると完全硬化状態となる硬化特性を有する熱硬化性樹脂である。かかるBCB樹脂は、上述したように、半硬化状態にするための熱処理条件が180℃、1時間程度であり、完全硬化状態にするための熱処理条件が250℃、1時間程度である。BCB樹脂より成る樹脂層32aを塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。
こうして、部分電極210a〜210c、導体プラグ210d、210e及び配線212が形成された樹脂層202上に、樹脂層214aが形成される。樹脂層214aを塗布した直後の段階では、未だ熱処理が行われていないため、樹脂層214aは液状になっている。
次に、樹脂層214aが半硬化するような条件で熱処理を行うことにより、未硬化状態の樹脂層214aを半硬化状態の樹脂層214bに変化させる(図68(a)参照)。樹脂層214bの硬化率は、40〜80%とすることが好ましい。ここでは、樹脂層214bの硬化率を50〜60%程度とする。熱処理温度は、例えば180℃程度とし、熱処理時間は、例えば1時間程度とする。熱処理を行う際の雰囲気は、例えばN雰囲気とする。
なお、熱処理条件は、上記に限定されるものではなく、適宜設定することができる。但し、熱処理温度は、BCB樹脂溶液の溶媒の沸点より高い温度に設定することが好ましい。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、樹脂層214bに開口部216a〜216cを形成する(図68(b)参照)。開口部216aは、貫通電極81aの一部となる部分電極220aを埋め込むためのものであり、部分電極210aに達するように形成する。開口部216bは、貫通電極81bの一部となる部分電極220bを埋め込むためのものであり、部分電極210bに達するように形成する。開口部216cは、貫通電極81cの一部となる部分電極220cを埋め込むためのものであり、部分電極210cに達するように形成する。
次に、全面に、例えばスパッタリング法により、Cr膜とCu膜とを順次積層して成るシード層(図示せず)を形成する。
次に、全面に、スピンコート法により、フォトレジスト膜218を形成する。
次に、フォトリソグラフィ技術を用い、フォトレジスト膜218に開口部219a〜219cを形成する(図68(c)参照)。開口部219a〜219cは、それぞれ部分電極220a〜220cを形成するためのものである。
次に、電気めっき法により、開口部219a〜219c内及び開口部216a〜216c内に、例えばCuより成るめっき膜を形成する。めっき膜の厚さは例えば6μm程度とする。こうして、開口部219a〜219c内及び開口部216a〜216c内に、めっき膜より成る部分電極220a〜220cが形成される。
次に、フォトレジスト膜218を剥離する(図68(d)参照)。
次に、露出している部分のシード層(図示せず)をウエットエッチングにより除去する。エッチング液としては、例えば1〜10%程度の過硫酸アンモニウム水溶液を用いる。エッチング時間は、例えば2分程度とする。シード層をエッチング除去する際に、部分電極220a〜220cの表面も若干エッチングされるが、シード層の厚さは、部分電極220a〜220cのサイズと比較して十分に小さいため、短時間でエッチングすることができ、部分電極220a〜220cが過度にエッチングされてしまうことはない。
次に、半導体基板192を、超精密旋盤40(図8(a)参照)のチャックテーブル42(図8(a)参照)上に、真空吸着により固定する。半導体基板192をチャックテーブル42上に固定する際には、半導体基板192の裏面側、即ち、部分電極220a〜220c等が形成されていない側の面をチャックテーブル42に固定する。
次に、半導体基板192を回転させながら、ダイヤモンドよりなるバイト44を用いて、部分電極220a〜220cの上部及び樹脂層214bの上層部を切削する(図69(a)参照)。この際、樹脂層214bの厚さが3μm程度になるまで荒切削を行う。
部分電極220a〜220cの上部及び樹脂層214bの上層部を荒切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。バイト44のすくい角を例えば0度とする。チャックテーブル42の回転数は、例えば2000rpm程度とする。この場合、切削速度は、例えば20m/秒程度となる。バイト44の切り込み量は、例えば2〜3μm程度とする。そして、バイト44の送りは、例えば20μm/回転とする。
切削の際にバイト44により圧縮変形していた樹脂層214bは、切削後には、ある程度回復することとなる。一方、部分電極220a〜220cは、Cu等の金属より成るものであるため、切削の際には殆ど圧縮変形しない。このため、切削後における樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さは、切削後における部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さより高くなる。
荒切削を行った直後においては、図69(b)及び図69(c)に示すように、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが、数百nm程度と比較的大きくなっている。なお、図69(c)は、図69(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220c一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tがこのように比較的大きい場合には、後工程で行われる熱処理により樹脂層214bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまう。かかる場合には、部分電極220aを導電膜116cに接続することができず、部分電極220bをキャパシタ電極116bに接続することができず、部分電極220cを導電膜116cに接続することができない場合がある。
このため、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tが適度な値になるよう、荒切削に引き続いて、仕上げ切削を行う(図70(a)参照)。
部分電極220a〜220cの上部及び樹脂層214bの上層部を仕上げ切削する際の条件は、例えば以下の通りとする。
仕上げ研磨におけるバイト44のすくい角、チャックテーブル42の回転数、及びバイト44の送りについては、樹脂層214bを荒切削する際の条件と同様とする。仕上げ切削は、荒切削に引き続いて行うため、これらの設定を敢えて変更する必要はない。
バイト44の切り込み量は、例えば500nmとする。バイト44の切り込み量をこのように小さく設定するのは、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差tを、適度に小さくするためである。
なお、バイト44の切り込み量は500nmに限定されるものではない。例えば、バイト44の切り込み量を10〜100nm程度に設定してもよい。
仕上げ切削を行っても、図70(b)及び図70(c)に示すように、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t4′は、ゼロにはならない。仕上げ切削の際にも樹脂層214bがある程度圧縮変形し、仕上げ切削の際に圧縮変形していた樹脂層214bが切削後においてある程度回復するためである。なお、図70()は、図70(b)の円S内を拡大して示した断面図である。
仕上げ切削を行う際には、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が、0〜100nm程度となるように仕上げ切削を行うことが好ましい。
樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′を、0〜100nmとするのは、以下のような理由によるものである。
即ち、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さとの差t′が100nmより大きい場合には、上述したように、後工程で行われる熱処理により樹脂層214bを硬化・収縮させたとしても、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さが、部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さより高い状態のままとなってしまう場合がある。かかる場合には、部分電極220aを導電膜116cに接続することができず、部分電極220bをキャパシタ電極116bに接続することができず、部分電極220cを導電膜116cに接続することができない場合がある。
一方、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さが部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210cに接する面とは反対側の面)の高さより低い場合には、後工程における熱処理において、樹脂層214bが樹脂層124に確実に接着されることなく、樹脂層214bが収縮してしまい、樹脂層214bを樹脂層124に接着することが困難である。
このような理由により、樹脂層214bの一の面(樹脂層202に接する面とは反対側の面)の高さと部分電極220a〜220cの一の面(部分電極210a〜210に接する面とは反対側の面)の高さとの差t4′は、0〜100nmとすることが好ましい。
なお、切削を行う際に部分電極220a〜220cにバリが生じると、隣接或いは近接する部分電極220a〜220cどうしがバリによって短絡してしまう虞がある。従って、切削を行う際に部分電極220a〜220cにバリが生じないよう、切削条件を適宜設定することが望ましい。
こうして、部分電極220a〜220cの上部及び樹脂層214bの上層部が切削される(図70(b)及び図70(c)参照)。
なお、半導体基板192を固定し、バイト44を取り付けたフォイール(図示せず)を回転させて切削処理することも可能である(図示せず)。
次に、ダイヤモンド粒子等を結合材で固めて形成した薄刃のブレードを用いて、半導体基板10を所定のサイズに切断する(図示せず)。
また、同様に、薄刃のブレードを用いて、半導体基板192を所定のサイズに切断する(図示せず)。
次に、図71(a)に示すように、台座164と半導体基板192とを対向させる。この際、台座164側に形成された樹脂層124と半導体基板192側に形成された樹脂層214bとが互いに近接するように、台座164と半導体基板192とを対向させる。
次に、台座164と半導体基板192とを互いに近接させる。図72(a)は、台座164側に形成された樹脂層124と半導体基板192側に形成された樹脂層214bとを互いに接触させた状態を示す断面図である。図72(b)は、図72(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
次に、台座164と半導体基板192との間に外部から圧力を加え、台座164側の導電膜116cと半導体基板192側の部分電極220aとを互いに密着させ、台座164側のキャパシタ電極116bと半導体基板192側の部分電極220bとを互いに密着させ、台座164側の導電膜116dと半導体基板192側の部分電極220cとを互いに密着させ、台座164側の樹脂層124と半導体基板192側の樹脂層214bとを互いに密着させた状態で、熱処理を行う(図73参照)。なお、図73(b)は、図73(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
熱処理の際には、例えばオーブン(熱処理装置)を用いる。熱処理温度は、例えば250℃程度とする。熱処理時間は、例えば1時間程度とする。圧力は、例えば10kPa程度とする。このような条件で熱処理を行うと、樹脂層214bが樹脂層124に確実に接着される。また、熱処理により、樹脂層214bが収縮する。樹脂層214bが樹脂層124に接着されるとともに、樹脂層214bが収縮するため、樹脂層214bの収縮に起因して、導電膜116cと部分電極220aとが互いに接合され、キャパシタ電極116bと部分電極220bとが互いに接合され、導電膜116dと部分電極220cとが互いに接合される。樹脂層214の収縮に起因して、導電膜116cと部分電極220aとが互いに接合され、キャパシタ電極116bと部分電極220bとが互いに接合され、導電膜116dと部分電極220cとが互いに接合されるため、台座164と半導体基板192との間に外部から大きな圧力を加えることを要しない。
そして、半硬化状態の樹脂層214bが、完全硬化状態の樹脂層214になる(図74参照)。なお、図74(b)は、図74(a)の円S内を拡大して示した断面図である。完全硬化状態になった樹脂層214は十分に収縮しているため、圧力を加えるのを止めても、導電膜116cと部分電極220aとが互いに離れてしまうことはなく、キャパシタ電極116bと部分電極220bとが互いに離れてしまうことはなく、導電膜116dと部分電極220cとが互いに離れてしまうことはない。
なお、ここでは、熱処理温度を250℃、熱処理時間を1時間に設定する場合を例に説明したが、熱処理温度及び熱処理時間は、これに限定されるものではない。熱処理温度を高めに設定する場合には、熱処理時間は短めでもよい。例えば、熱処理温度を300℃程度に設定する場合には、熱処理時間は3分程度でもよい。また、熱処理時間を低めに設定する場合には、熱処理時間は長めに設定すればよい。例えば、熱処理温度を200℃程度に設定する場合には、熱処理時間は7〜8時間程度に設定すればよい。
但し、熱処理温度を高めに設定した場合には、樹脂層214の膜質が必ずしも良好な膜質とはならない場合がある。また、熱処理温度を低めに設定した場合には、熱処理に長時間を要してしまう。樹脂層214の膜質やスループット等を考慮した場合には、熱処理温度を250℃程度、熱処理時間を1時間程度とすることが好ましい。
また、ここでは、台座164及び半導体基板192に加える圧力を10kPa程度に設定する場合を例に説明したが、台座164及び半導体基板192に加える圧力は10kPa程度に限定されるものではない。例えば、1kPa〜100kPa程度の範囲で適宜設定するようにしてもよい。
次に、台座(支持基板)222を用意する。台座222としては、例えばガラス台座を用いる。台座222は、後述する工程において半導体基板192を研磨等により除去する際に、樹脂層68、20、32、136、124、214、202より成る基材8b等を支持するためのものである。
次に、台座222上に、熱剥離シート230を接着する。熱剥離シート120は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材226と、基材226の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層224と、基材226の他方の主面に形成された感圧粘着剤層228とを有している。かかる熱剥離シート230としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート230を台座222上に接着する際には、熱剥離シート230のうちの感圧粘着材層224側を台座222に接着させる。
次に、図75(a)に示すように、半導体基板192と台座222とを対向させる。この際、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート230の熱剥離接着剤層150の一の面(基材148に接する面とは反対側の面)とが互いに近接するように、半導体基板192と台座222とを対向させる。
この後、図76(a)に示すように、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート230の熱剥離接着剤層228の一の面(基材226に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板192の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板192を研磨する。この際、半導体基板192を完全に除去してしまわないのは、上述したように、研磨によるダメージが、キャパシタ電極194a、194b、導電膜194c、194d、及び樹脂層202に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層202の一方の面側(樹脂層214に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板192をエッチング除去する。
こうして、キャパシタ電極200a、200b及び導電膜194c、194dに過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板192が除去される(図76(b)参照)。
一方、半導体基板46を用意する(図11(a)参照)。
この後、部分電極56a〜56cの上部及び樹脂層48bの上層部を切削する工程までは、図11(b)乃至図15(b)に示す第1実施形態によるインターポーザの製造方法と同様であるので説明を省略する。
次に、図77に示すように、台座222と半導体基板46とを対向させる。この際、樹脂層202と樹脂層48bとが互いに近接し、部分電極210a〜210cの位置と部分電極56a〜56cの位置とが合致するように、台座222と半導体基板46とを対向させる。
次に、図78に示すように、半導体基板46と台座222とを互いに近接させる。図78(b)は、樹脂層202と樹脂層48bとを互いに接触させた状態を示す断面図である。図78(b)は、図78(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
次に、台座222と半導体基板46との間に外部から圧力を加え、導電膜194cと部分電極56aとを互いに密着させ、キャパシタ電極194bと部分電極56bとを互いに密着させ、導電膜194dと部分電極56cとを互いに密着させた状態で、熱処理を行う(図79参照)。なお、図79(b)は、図79(a)の円S内を拡大して示した断面図である。
熱処理の際には、例えばオーブン(熱処理装置)を用いる。熱処理温度は、例えば250℃程度とする。熱処理時間は、例えば1時間程度とする。圧力は、例えば10kPa程度とする。このような条件で熱処理を行うと、樹脂層48bが樹脂層202に確実に接着される。
また、かかる熱処理により、樹脂層48bは収縮する。樹脂層48bが樹脂層202に接着されるとともに、樹脂層48bが収縮するため、樹脂層48bの収縮に起因して、部分電極56aと導電膜194cとが互いに接合され、部分電極56bとキャパシタ電極194bとが互いに接合され、部分電極56cと導電膜194dとが互いに接合される。樹脂層48bの収縮に起因して、部分電極56aと導電膜194cとが互いに接合され、部分電極56bとキャパシタ電極194bとが互いに接合され、部分電極56cと導電膜194dとが互いに接合されるため、半導体基板46と台座222との間に外部から大きな圧力を加えることを要しない。
そして、半硬化状態の樹脂層48bが、完全硬化状態の樹脂層48になる(図80参照)。なお、図80(b)は、図80(a)の円S内を拡大して示した断面図である。完全硬化状態になった樹脂層48は十分に収縮しているため、圧力を加えるのを止めても、
部分電極56aと導電膜194cとが互いに離れてしまうことはなく、部分電極56bとキャパシタ電極194bとが互いに離れてしまうことはなく、部分電極56cと導電膜194dとが互いに離れてしまうことはない。
熱処理の際には、熱剥離シート230のうちの熱剥離接着剤層228が発泡する。熱剥離接着剤層228を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層228aと樹脂層68との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層228aと樹脂層68との接着力が低下する。
次に、台座164上から半導体基板46を取り外す。熱剥離シート230のうちの感圧粘着材層224が台座222に接着されているため、熱剥離シート230は台座222とともに樹脂層68から取り外される。
次に、台座(支持基板)232を用意する(図81参照)。台座232としては、例えばガラス台座を用いる。台座232は、後述する工程において半導体基板46を研磨等により除去する際に、キャパシタ18a、18b、122a、122b、200a、200b等が埋め込まれた基材8b等を支持するためのものである。
次に、台座232上に、熱剥離シート240を接着する。熱剥離シート240は、上述した熱剥離シート66と同様に、例えばポリエステルフィルムより成る基材236と、基材236の一方の主面に形成された熱剥離接着剤層238と、基材236の他方の主面に形成された感圧粘着剤層234とを有している。かかる熱剥離シート240としては、上述した熱剥離シート66と同様に、例えば日東電工株式会社製の熱剥離シート(製品名:リバアルファ)等を用いることができる。熱剥離シート240を台座232上に接着する際には、熱剥離シート240のうちの感圧粘着材層234側を台座232に接着させる。
次に、半導体基板46と台座232とを対向させる。この際、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート240の熱剥離接着剤層238の一の面(基材236に接する面とは反対側の面)とが互いに近接するように、台座232と半導体基板46とを対向させる。
この後、図82に示すように、樹脂層68の一の面(樹脂層20に接する面とは反対側の面)と熱剥離シート240の熱剥離接着剤層238の一の面(基材236に接する面とは反対側の面)とを接着させる。
次に、例えばCMP法により、半導体基板46の厚さが例えば100μm程度になるまで、半導体基板46を研磨する。この際、半導体基板46を完全に除去してしまわないのは、研磨によるダメージが樹脂層48等に加わるのを防止するためである。
次に、例えばフッ酸を用い、樹脂層48の一方の面側(樹脂層124に接する面とは反対側の面)に残存している半導体基板46をエッチング除去する。
こうして、樹脂層48等に過度のダメージが加わるのを防止しつつ、半導体基板46が除去される(図83(a)参照)。
この後、図25(b)乃至図26(b)を用いて上述したインターポーザの製造方法と同様にして、電極パッド92及び半田バンプ94を形成する(図83(b)参照)。
こうして、本実施形態によるインターポーザ96eが製造される。
次に、パッケージ基板98を用意する(図84参照)。
次に、インターポーザ96eを支持する台座232を反転させ、台座232により支持されたインターポーザ96eとパッケージ基板98とを対向させる。この際、インターポーザ96eの半田バンプ94とパッケージ基板98の電極パッド102とが互いに近接するように、インターポーザ96eとパッケージ基板98とを対向させる。
次に、フリップチップボンディングにより、インターポーザ96eの半田バンプ94をパッケージ基板98の電極パッド102に接合する(図85参照)。こうして、パッケージ基板98上にインターポーザ96eが実装される。フリップチップボンディングの際には、熱剥離シート240のうちの熱剥離接着剤層238が発泡する。熱剥離接着剤層238を発泡させると、発泡した熱剥離接着剤層238aと樹脂層68との間では接着面積が低下するため、熱剥離接着剤層238aと樹脂層68との接着力が低下する。このため、熱剥離接着剤層238aと樹脂層68とを容易に剥離することが可能となる。
次に、台座232をインターポーザ96eから取り外す(図86参照)。熱剥離シート240のうちの感圧粘着材層234が台座232に接着されているため、熱剥離シート240は台座232とともにインターポーザ96eから取り外される。
次に、半導体集積回路素子108を用意する(図87参照)。
次に、フリップチップボンディングにより、半導体集積回路素子108の半田バンプ112をインターポーザ96の貫通電極81a〜81cに接合する(図87参照)。こうして、インターポーザ96e上に半導体集積回路素子108が実装される。
こうして本実施形態によるインターポーザを用いた電子装置が製造される。
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、キャパシタ誘電体膜14、118、196としてBST膜を形成する場合を例に説明したが、キャパシタ誘電体膜14、118、196の材料はBST膜に限定されるものではない。例えば、キャパシタ誘電体膜14、118、196として、PbZrTi1−X(PZT)膜を用いてもよい。PZTより成るキャパシタ誘電体膜14、118、196を形成する際の条件は、例えば以下の通りとする。基板温度は、例えば600℃とする。成膜室内におけるガス圧力は、例えば0.5Paとする。アルゴンガスと酸素ガスとの流量比は、例えば9:1とする。印加電力は、例えば120Wとする。成膜時間は、例えば60分とする。このような条件でPZTより成るキャパシタ誘電体膜14、118、196を形成すると、膜厚100nm程度、比誘電率が200程度の良好な電気的特性を有するキャパシタ誘電体膜14、118、196が得られる。
また、キャパシタ誘電体膜14、118、196は、BST膜やPZT膜に限定されるものではない。例えば、キャパシタ誘電体膜14、118、196として、Sr、Ba、Pb、Zr、Bi、Ta、Ti、Mg、及びNbの少なくともいずれかの元素を含む複合酸化物より成るキャパシタ誘電体膜を用いてもよい。
また、上記実施形態では、樹脂層20、68、124、202の材料として、エポキシ樹脂を用いる場合を例に説明したが、樹脂層20、68、124、202の材料はエポキシ樹脂に限定されるものではない。例えば、樹脂層20、68、124、202の材料として、ベンゾシクロブテン(BCB)樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、アクリル樹脂、又は、ジアリルフタレート樹脂等を用いてもよい。
樹脂層20、68、124、202の材料としてBCB樹脂を用いる場合には、例えば、以下のような条件でBCBより成る樹脂層20、68、124、202を形成する。BCB樹脂より成る樹脂溶液を塗布する際の条件は、例えば2000rpm、30秒とする。塗布した段階の樹脂層20、68、124、202の厚さは、例えば4.5μm程度とする。プリベークの温度は、例えば150℃程度とする。本ベークの温度は、例えば260℃程度とする。このようにしてBCBより成る樹脂層20、68、124、202を形成すると、本ベーク後の膜厚は例えば3μm程度となる。
また、上記実施形態では、樹脂層32、48、136、214の材料としてBCB樹脂を用いる場合を例に説明したが、樹脂層32、48、136、214の材料はエポキシ樹脂に限定されるものではない。例えば、樹脂層32、48、136、214の材料として、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂、液晶ポリマ、ポリエーテルイミド樹脂、又は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂等を用いてもよい。
また、上記実施形態では、キャパシタ電極12a、12b、16、116a、116b、120、194a、194b、198の材料としてPt等を用いる場合を例に説明したが、キャパシタ電極12a、12b、16、116a、116b、120、194a、194b、198の材料はPt等に限定されるものではない。例えば、Au、Cr、Cu、W、Pt、Pd、Ru、Ru酸化物、Ir、Ir酸化物、又はPt酸化物等を、キャパシタ電極12a、12b、16、116a、116b、120、194a、194b、198の材料として適宜用いることができる。
以上詳述したように、本発明の特徴をまとめると以下のようになる。
(付記1)
複数の樹脂層より成る基材と、
前記複数の樹脂層のうちの第1の樹脂層と前記複数の樹脂層のうちの第2の樹脂層との間に埋め込まれた薄膜キャパシタであって、第1のキャパシタ電極と;前記第1のキャパシタ電極に対向するように形成された第2のキャパシタ電極と;前記第1のキャパシタ電極と前記第2のキャパシタ電極との間に形成された、比誘電率が200以上のキャパシタ誘電体膜とを有する薄膜キャパシタと、
前記基材を貫き、前記第1のキャパシタ電極に電気的に接続された第1の貫通電極と、
前記基材を貫き、前記第2のキャパシタ電極に電気的に接続された第2の貫通電極と
を有することを特徴とするインターポーザ。
(付記2)
付記1記載のインターポーザにおいて、
前記複数の樹脂層のうちの第3の樹脂層と前記複数の樹脂層のうちの第4の樹脂層との間に埋め込まれた他の薄膜キャパシタであって、第3のキャパシタ電極と;前記第3のキャパシタ電極に対向するように形成された第4のキャパシタ電極と;前記第3のキャパシタ電極と前記第4のキャパシタ電極との間に形成された、比誘電率が200以上の他のキャパシタ誘電体膜とを有する他の薄膜キャパシタとを更に有し、
前記第3のキャパシタ電極は、前記第1の貫通電極に電気的に接続されており、
前記第4のキャパシタ電極は、前記第2の貫通電極に電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記3)
付記2記載のインターポーザにおいて、
前記複数の樹脂層のうちの第5の樹脂層と前記複数の樹脂層のうちの第6の樹脂層との間に埋め込まれた薄膜キャパシタであって、第5のキャパシタ電極と;前記第5のキャパシタ電極に対向するように形成された第6のキャパシタ電極と;前記第5のキャパシタ電極と前記第6のキャパシタ電極との間に形成された、比誘電率が200以上の更に他のキャパシタ誘電体膜とを有する更に他の薄膜キャパシタとを更に有し、
前記第5のキャパシタ電極は、前記第1の貫通電極に電気的に接続されており、
前記第6のキャパシタ電極は、前記第2の貫通電極に電気的に接続されている
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記4)
付記1乃至3のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記第1の樹脂層又は前記第2の樹脂層は、エポキシ樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、ビスマレイミド・トリアジン樹脂、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、アクリル樹脂、又は、ジアリルフタレート樹脂より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記5)
付記1乃至4のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記薄膜キャパシタに電気的に接続されたインダクタを更に有する
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記6)
付記1乃至5のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記キャパシタ誘電体膜は、Sr、Ba、Pb、Zr、Bi、Ta、Ti、Mg、及びNbの少なくともいずれかの元素を含む複合酸化物より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記7)
付記1乃至6のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記薄膜キャパシタを覆うように形成された無機材料より成る保護膜を更に有する
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記8)
付記7記載のインターポーザにおいて、
前記保護膜は、前記キャパシタ誘電体膜と同一の材料より成る非晶質膜である
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記9)
付記1乃至8のいずれかに記載のインターポーザにおいて、
前記キャパシタ電極は、Au、Cr、Cu、W、Pt、Pd、Ru、Ru酸化物、Ir、Ir酸化物、又はPt酸化物より成る
ことを特徴とするインターポーザ。
(付記10)
第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質のキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する薄膜キャパシタを形成する工程と、
前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタ電極又は前記第2のキャパシタ電極に電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、
前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
第2の基板の一方の主面上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第1の部分電極に対応するように配され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、
前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、
前記第1の基板を除去する工程と、
前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、
前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、
前記第3の樹脂層を台座により支持する工程と、
前記第2の基板を除去する工程と
を有することを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記11)
付記10記載のインターポーザの製造方法において、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行う工程の後、前記第1の基板を除去する工程の前に、前記第2の基板を他の台座により支持する工程を更に有し、
前記第1の基板を除去する工程では、前記第2の基板を前記他の台座により支持した状態で前記第1の基板を除去する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記12)
付記10又は11記載のインターポーザの製造方法において、
前記第3の樹脂層を前記台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記台座を接着する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記13)
付記11記載のインターポーザの製造方法において、
前記第2の基板を前記他の台座により支持する工程では、前記第2の基板に熱剥離シートを用いて前記他の台座を接着する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記14)
第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第1のキャパシタ誘電体膜と、前記第1のキャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する第1の薄膜キャパシタを形成する工程と、
前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記第1の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタに電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、
前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
第2の基板の一方の主面上に、第3のキャパシタ電極と、前記第3のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第2のキャパシタ誘電体膜と、前記第2のキャパシタ誘電体膜上に形成された第4のキャパシタ電極とを有する第2の薄膜キャパシタを形成する工程と、
前記第2の基板の前記一方の主面上及び前記第2の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第2のキャパシタに電気的に接続され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、
前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
前記第1の基板と前記第2の基板とを対向させ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、
前記第1の基板を除去する工程と、
前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記第1の薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、
前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、
前記第3の樹脂層を第1の台座により支持する工程と、
前記第2の基板を除去する工程と、
第3の基板の一方の主面上に、第4の樹脂層と;前記第4の樹脂層に埋め込まれ、前記貫通電極の一部となる第4の部分電極とを形成する工程と、
前記第4の部分電極の上部及び前記第4の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
前記第1の台座と前記第3の基板とを対向させ、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに接着させるとともに、前記第2の部分電極と前記第4の部分電極とを電気的に接続する工程と、
前記第3の樹脂層を第2の台座により支持する工程と、
前記第3の基板を除去する工程と
を有することを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記15)
付記14記載のインターポーザの製造方法において、
前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行う工程の後、前記第1の基板を除去する工程の前に、前記第2の基板を第3の台座により支持する工程を更に有し、
前記第1の基板を除去する工程では、前記第2の基板を前記第3の台座により支持した状態で前記第1の基板を除去する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記16)
付記14又は15記載のインターポーザの製造方法において、
前記第3の樹脂層を前記第1の台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記第1の台座を接着する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記17)
付記14乃至16のいずれかに記載のインターポーザの製造方法において、
前記第3の樹脂層を前記第2の台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記第2の台座を接着する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記18)
付記15記載のインターポーザの製造方法において、
前記第2の基板を前記第3の台座により支持する工程では、前記第2の基板に熱剥離シートを用いて前記第3の台座を接着する
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記19)
付記10乃至18のいずれかに記載のインターポーザの製造方法において、
前記第1の樹脂層及び前記第2の樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂、液晶ポリマ、ポリエーテルイミド樹脂、又は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より成る
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
(付記20)
付記14乃至18のいずれかに記載のインターポーザの製造方法において、
前記第4の樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂、液晶ポリマ、ポリエーテルイミド樹脂、又は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より成る
ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
本発明の第1実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。 本発明の第1実施形態による電子装置を示す断面図である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その1)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その2)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その3)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その4)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その5)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その6)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その7)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その8)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その9)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その10)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その11)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その12)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その13)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その14)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その15)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その16)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その17)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その18)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その19)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その20)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その21)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その22)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その23)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その24)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その25)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その26)である。 本発明の第1実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程図(その27)である。 本発明の第1実施形態の変形例(その1)によるインターポーザを示す断面図(その1)である。 本発明の第1実施形態の変形例(その1)によるインターポーザの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例(その2)によるインターポーザを示す断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例(その2)によるインターポーザの製造方法を示す工程断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例(その3)によるインターポーザを示す断面図及び平面図である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。 本発明の第2実施形態による電子装置を示す断面図である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その7)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その8)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その9)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その10)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その11)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その12)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その13)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その14)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その15)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その16)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その17)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その18)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その19)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その20)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その21)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その22)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その23)である。 本発明の第2実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その24)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザを示す断面図(その1)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザを示す断面図(その2)である。 本発明の第3実施形態による電子装置を示す断面図である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その1)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その2)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その3)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その4)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その5)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その6)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その7)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その8)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その9)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その10)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その11)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その12)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その13)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その14)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その15)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その16)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その17)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その18)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その19)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その20)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その21)である。 本発明の第3実施形態によるインターポーザ及び電子装置の製造方法を示す工程断面図(その22)である。
符号の説明
8、8a、8b…基材
10…半導体基板
12…導電膜
12a、12b…キャパシタ電極
12c、12d…導電膜
12e…インダクタ
14…キャパシタ誘電体膜
16…導電膜、キャパシタ電極
18a、18b…薄膜キャパシタ
20…樹脂層
24a〜24e…開口部
26…フォトレジスト膜
28a〜28c…開口部
30a〜30c…部分電極
30d、30e…導体プラグ
31…配線
32…樹脂層
32a…熱処理前の樹脂層
32b…半硬化状態の樹脂層
33a〜33c…開口部
34…フォトレジスト膜
36a〜36c…開口部
38a〜38c…部分電極
40…超精密旋盤
42…チャックテーブル
44…バイト
46…半導体基板
48…樹脂層
48a…熱処理前の樹脂層
48b…半硬化状態の樹脂層
50a〜50c…開口部
52…フォトレジスト膜
54a〜54c…開口部
56a〜56c…部分電極
58…台座
60…感圧粘着剤層
62…基材
64…熱剥離接着剤層
64a…発泡後の熱剥離接着剤層
66…熱剥離シート
68…樹脂層
70a〜70c…開口部
72…フォトレジスト膜
74a〜74c…開口部
76a〜76c…部分電極
77a〜77c…貫通電極
78…台座
80…感圧粘着剤層
82…基材
84…熱剥離接着剤層
84a…発泡後の熱剥離接着剤層
86…熱剥離シート
88…フォトレジスト膜
90…開口部
92…電極パッド
94…半田バンプ
96、96a〜96e…インターポーザ
98…パッケージ基板
100…基板
102…電極パッド
104…電極パッド
106…半田バンプ
108…半導体集積回路素子
109…半導体基板
110…電極パッド
112…半田バンプ
114…半導体基板
116…導電膜
116a、116b…キャパシタ電極
116c、116d…導電膜
118…キャパシタ誘電体膜
120…導電膜、キャパシタ電極
122a、122b…薄膜キャパシタ
124…樹脂層
126a〜126e…開口部
128…フォトレジスト膜
130a〜130c…開口部
132a〜132c…部分電極
134…配線
136…樹脂層
136a…熱処理前の樹脂層
136b…半硬化状態の樹脂層
138a〜138c…開口部
140…フォトレジスト膜
141a〜141c…開口部
142a〜142c…部分電極
144…台座
146…感圧粘着剤層
148…基材
150…熱剥離接着剤層
150a…発泡後の熱剥離接着剤層
152…熱剥離シート
164…台座
166…感圧粘着剤層
168…基材
170…熱剥離接着剤層
170a…発泡後の熱剥離接着剤層
172…熱剥離シート
182…台座
184…感圧粘着剤層
186…基材
188…熱剥離接着剤層
188a…発泡後の熱剥離接着剤層
190…熱剥離シート
192…半導体基板
194…導電膜
194a、194b…キャパシタ電極
194c、194d…導電膜
196…キャパシタ誘電体膜
198…導電膜、キャパシタ電極
200a、200b…薄膜キャパシタ
202…樹脂層
204a〜204e…開口部
206…樹脂層
208a〜208c…開口部
210a〜210c…部分電極
210e、210f…導体プラグ
212…配線
214…樹脂層
214a…熱処理前の樹脂層
214b…半硬化状態の樹脂層
216a〜216c…開口部
218…フォトレジスト膜
220a〜220c…部分電極
222…台座
224…感圧粘着剤層
226…基材
228…熱剥離接着剤層
228a…発泡後の熱剥離接着剤層
230…熱剥離シート
232…台座
234…感圧粘着剤層
236…基材
238…熱剥離接着剤層
238a…発泡後の熱剥離接着剤層
240…熱剥離シート

Claims (7)

  1. 第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質のキャパシタ誘電体膜と、前記キャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する薄膜キャパシタを形成する工程と、
    前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタ電極又は前記第2のキャパシタ電極に電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、
    前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
    第2の基板の一方の主面上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第1の部分電極に対応するように配され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、
    前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
    前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、
    前記第1の基板を除去する工程と、
    前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、
    前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、
    前記第3の樹脂層を台座により支持する工程と、
    前記第2の基板を除去する工程と
    を有することを特徴とするインターポーザの製造方法。
  2. 請求項記載のインターポーザの製造方法において、
    前記第3の樹脂層を前記台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記台座を接着する
    ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
  3. 第1の基板の一方の主面上に、第1のキャパシタ電極と、前記第1のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第1のキャパシタ誘電体膜と、前記第1のキャパシタ誘電体膜上に形成された第2のキャパシタ電極とを有する第1の薄膜キャパシタを形成する工程と、
    前記第1の基板の前記一方の主面上及び前記第1の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第1の樹脂層と;前記第1の樹脂層に埋め込まれ、前記第1のキャパシタに電気的に接続され、貫通電極の一部となる第1の部分電極とを形成する工程と、
    前記第1の部分電極の上部及び前記第1の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
    第2の基板の一方の主面上に、第3のキャパシタ電極と、前記第3のキャパシタ電極上に形成された結晶質の第2のキャパシタ誘電体膜と、前記第2のキャパシタ誘電体膜上に形成された第4のキャパシタ電極とを有する第2の薄膜キャパシタを形成する工程と、
    前記第2の基板の前記一方の主面上及び前記第2の薄膜キャパシタ上に、半硬化の第2の樹脂層と;前記第2の樹脂層に埋め込まれ、前記第2のキャパシタに電気的に接続され、前記貫通電極の一部となる第2の部分電極とを形成する工程と、
    前記第2の部分電極の上部及び前記第2の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
    前記第1の基板と前記第2の基板とを対向させ、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第1の樹脂層と前記第2の樹脂層とを互いに接着させるとともに、前記第1の部分電極と前記第2の部分電極とを互いに接合する工程と、
    前記第1の基板を除去する工程と、
    前記第2の基板の前記一方の主面上に、前記第1の薄膜キャパシタを覆うように第3の樹脂層を形成する工程と、
    前記第3の樹脂層に、前記貫通電極の一部となる第3の部分電極を埋め込む工程と、
    前記第3の樹脂層を第1の台座により支持する工程と、
    前記第2の基板を除去する工程と、
    第3の基板の一方の主面上に、第4の樹脂層と;前記第4の樹脂層に埋め込まれ、前記貫通電極の一部となる第4の部分電極とを形成する工程と、
    前記第4の部分電極の上部及び前記第4の樹脂層の上層部をバイトにより切削する工程と、
    前記第1の台座と前記第3の基板とを対向させ、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに密着させた状態で熱処理を行い、前記第4の樹脂層と前記第2の薄膜キャパシタとを互いに接着させるとともに、前記第2の部分電極と前記第4の部分電極とを電気的に接続する工程と、
    前記第3の樹脂層を第2の台座により支持する工程と、
    前記第3の基板を除去する工程と
    を有することを特徴とするインターポーザの製造方法。
  4. 請求項記載のインターポーザの製造方法において、
    前記第3の樹脂層を前記第1の台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記第1の台座を接着する
    ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
  5. 請求項又は記載のインターポーザの製造方法において、
    前記第3の樹脂層を前記第2の台座により支持する工程では、前記第3の樹脂層に熱剥離シートを用いて前記第2の台座を接着する
    ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
  6. 請求項乃至のいずれか1項に記載のインターポーザの製造方法において、
    前記第1の樹脂層及び前記第2の樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂、液晶ポリマ、ポリエーテルイミド樹脂、又は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より成る
    ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
  7. 請求項乃至のいずれか1項に記載のインターポーザの製造方法において、
    前記第4の樹脂層は、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、ビスマレイミド樹脂、マレイミド樹脂、シアネート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリフェニレンオキサイド樹脂、フッ素含有樹脂、液晶ポリマ、ポリエーテルイミド樹脂、又は、ポリエーテルエーテルケトン樹脂より成る
    ことを特徴とするインターポーザの製造方法。
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