JP7257707B2 - 環状コンデンサｒｆ、マイクロ波及びｍｍ波システム - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本ＰＣＴ国際特許出願は、２０１８年１２月２８日に出願された米国特許仮出願第６２／７８６，１６５号に対する優先権を主張するものであり、その内容を、参照によりその全体を本明細書に組み込む。

連邦政府による資金提供を受けた研究の記載
なし

本発明は概して、ビアと他の構造との間に平坦面を生成する分野、及びデバイス／システムサイズを減少させるとともに寄生ノイズ及び信号を低減するＲＦマイクロ波及びミリ波の用途に用いられる基板に関する。

本発明の範囲を限定することなく、その背景を、ビアと他の構造との間に平坦面を生成すること、及びＲＦ、マイクロ波、及びミリ波の用途に用いられる基板に関連して説明する。根本的な問題は、ビアを充填する金属又は基板内／上の他の金属構造である。平坦化は一般に、基板及び基板上／内の構造の化学機械研磨（ＣＭＰ，chemical mechanical polishing）の形態を用いて表面を平坦且つ平行にする。課題は、基板上又は内の他の材料に対して基板が非常に硬いことである。一例として、ケイ酸ホウ素石英及びケイ素は６～７モースの間の硬度を有する一方、高周波用途において用いられる典型的な金属（銅、金及び銀）は２．５～３モースの硬度を有する。この硬度差により、ＣＭＰを用いて表面を平坦化するときに根本的な問題が起こる。より軟らかい金属構造は、より硬い基板より高速で除去される。これにより、より硬い基板の表面に対してより低い表面が金属構造に生成される。基板から金属構造への移行部（transition）は、０．５μｍ程に大きくなり得る。一般に、この移行部の深さの大きさは、ウエハ全体にわたって均一ではない。この移行部又はステップにより、基板の金属移行部の上に作製される、又はこれを横切る構造／デバイスの不揃いな薄化が生じる。

低周波数では、その解決策は単に、基板の平坦場にデバイスを生成し、ビア又は埋め込み金属構造のような金属構造に相互接続された金属を延ばすことである。残念ながら、ＲＦ、ミリメートル、及びマイクロ波周波数では、この金属の伝線はビア又は埋め込み金属構造に接続され、これは追加の誘導性寄生インダクタンスを生成して回路の性能を損なう。デバイスを物理的移行部上で移動させることは、デバイスが基板からビア又は埋め込み金属構造に移行するときの受動デバイス厚さのネッキングとしばしば呼ばれる、不揃いな厚さ変化をデバイスが有することになるということを意味する。この一例は、金属電極及び誘電体層が基板の金属移行部上で薄くなっているコンデンサの生成である。厚さが変化する結果、ダイ／基板にわたって不揃いなコンデンサが生じ、不揃いな静電容量が生成され、回路／デバイスを作製しているＲＦ、ミリメートル、及びマイクロ波回路をフィルタリングする。フィルタ、コンデンサ、他の受動デバイス及び／又は能動デバイスをビアに隣接して、且つこれから２５０μｍより大きく配置することにより、受動デバイスとビア／埋め込み金属構造との間の金属トレースから寄生インダクタンスが誘導される。

受動デバイスは、能動デバイスと併せて配置することができ、組み合わせて、ビア並びに金属線及びビアによって互いに及びグラウンドプレーンに接続されているゲインを有するアンテナ、ＲＦサーキュレータ、ＲＦアイソレータ、ＲＦコンバイナ、ＲＦカプラ、ＲＦスプリッタ、トランス、スイッチ、マルチプレクサ、デュプレクサ、及び／又はダイプレクサを含む幅広いＲＦシステム及びサブシステムを作製することができる。

寄生及び電気ノイズをグラウンドプレーンに分流するビアのできるだけ近くに受動デバイスを構築することにより、性能が劇的に向上し、ＲＦ、マイクロ波、及びミリメートルの電子システムのためのダイサイズが減少する。本発明は、金属化ビア又は埋め込み構造に密接して受動デバイスを構築してグラウンドプレーンへの接続を排除するとともにデバイス基板の金属移行部にわたる不揃いなデバイス性能及び寄生を排除することに対する一般的な解決策を提供する。

本発明の特徴及び利点をより完全に理解するため、ここで本発明の詳細な説明を添付の図面とともに参照する。
環状ＲＦ分路コンデンサの概略図を示す。 隣接する環状要素とビアとの間の寸法情報を備えた環状ＲＦ分路コンデンサの概略図を示す。 環状ＲＦ分路コンデンサについての断面の概略図を示す。 本発明のデバイスを作製する段階的な方法を示す。図４Ａ及び４Ｂは、この方法のステップの２つの断面側面図を示す。図４Ｃから４Ｆは、本発明の環状コンデンサＲＦ、マイクロ波及びミリメートル（ＭＭ）波システムを作製するためのステップの残りを示す。

本発明の様々な実施形態の製造及び使用を以下で詳細に説明するが、本発明は、多種多様な具体的な文脈において具現化することができる多くの適用可能な発明の概念を提供するということが理解されるべきである。本明細書で説明する具体的な実施形態は、本発明を生成及び使用する具体的な方法の単なる例示であり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の理解を容易にするため、いくつかの用語を以下に定義する。本明細書で定義する用語は、本発明に関連する領域における当業者によって通常理解されるような意味を有する。

一実施形態おいて、本発明は、基板、環状コンデンサ構造を生成するための方法を含み、基板におけるビア又は埋め込み金属構造の２５０μｍ未満の容量性構造の隣接縁部により、金属線に関連するインダクタンスが排除又は最小化される。

図１はデバイス１０の一例を示し、これは、頂部金属１６に接続するポート１２及び１４を含み、頂部金属１６は、スルービアホール１８へ接続、又は分流された銅層とすることができる。本発明の設計により、コンデンサ構成からの変動性が減少する。この設計において、スルービアホールは形成されるが、コンデンサには影響を与えず、したがってその変数が設計上の考慮事項から除外される。頂部絶縁体２０を頂部金属１６とビア１８との間に配置し、第２の金属層２２を絶縁体２０上に堆積させる。この構造は、基板２４において形成される。

図２は、デバイス１０の内部図を示し、これは、スルーホールビア１８と第１の金属層１６との間のギャップ２６を示している。ポート１２及び１４は頂部金属１６に接続し、これは、スルービアホール１８へ接続、又は分流された銅層とすることができる。

図３は、デバイス１０の断面側面図である。ポート１２及び１４はこの構成において、スルーホールビア１８の両側にあるとして示され、これは頂部金属層１６及び第２の頂部金属層２２から絶縁体２０によって分離されている。底部金属グラウンドプレーン２８が、スルーホールビア１８に接続されて描かれている。

表１及び図４Ａ～４Ｆは、本発明のデバイス１０を作製する段階的な方法を示す。基板における平坦化表面を異種材料で生成して、基板から追加材料への垂直移行部を排除するプロセスフローは次のとおりである。

本明細書に記載の特定の実施形態は、本発明の限定としてではなく例示として示されているということが理解されよう。本発明の主な特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な実施形態において使用することができる。当業者は、ただの日常的な実験を用いて、本明細書に記載の具体的な手順に対する多数の同等物を認識する、又は確認することができるであろう。このような同等物は、本発明の範囲内にあると見なされ、請求項によってカバーされる。

本明細書に記載のすべての刊行物及び特許出願は、本発明が関係する当業者の技能のレベルを示している。すべての刊行物及び特許出願が、各個々の刊行物又は特許出願が参照により組み込まれると具体的且つ個々に示された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。

請求項及び／又は明細書において「含む（comprising）」という用語と併せて用いられるときの「ａ」又は「ａｎ」という単語の使用は、「１」を意味することができるが、これは「１又は２以上」、「少なくとも１つ」、及び「１又は１より多い」の意味とも一致する。請求項における「又は」という用語の使用は、本開示は代替物及び「及び／又は」のみに言及する定義を支持しているが、代替物のみを指すように明示的に示され、又はこれらの代替物が相互に排他的でない限り、「及び／又は」を意味するように用いられる。本出願を通して、「約」という用語は、ある値が、この方法がその値を決定するために使用され、デバイスについての固有の誤差の変動又は研究対象間に存在する変動を含むということを示すために用いられる。

本明細書及び請求項において用いられるとき、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」（及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」及び「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」のような、ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇのあらゆる形態）、「ｈａｖｉｎｇ（有する）」（及び「ｈａｖｅ」及び「ｈａｓ」のような、ｈａｖｉｎｇのあらゆる形態）、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」（及び「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」及び「ｉｎｃｌｕｄｅ」のような、ｉｎｃｌｕｄｉｎｇのあらゆる形態）又は「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（含む）」（及び「ｃｏｎｔａｉｎｓ」及び「ｃｏｎｔａｉｎ」のような、ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇのあらゆる形態）という語は、包括的すなわちオープンエンドであり、追加の、記載されていない要素又は方法ステップを除外しない。本明細書に提供される構成物及び方法のいずれかの実施形態において、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」は、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（本質的に～からなる）」又は「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｏｆ（～からなる）」に置き換えることができる。本明細書で用いられるとき、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ（本質的に～からなる）」という句には、指定された完全体（integer）又はステップ、並びに特許請求された発明の特徴又は機能に実質的に影響を及ぼさないものが要求される。本明細書で用いられるとき、「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ（構成する）」という用語は、記載された完全体（integer）（例えば、特徴、要素、特色、特性、方法／プロセスステップ又は限定）又は完全体（integer）（例えば、特徴、要素、特色、特性、方法／プロセスステップ、又は限定）の群のみの存在を示すために用いられる。

本明細書で用いられるような「又はこれらの組み合わせ」という用語は、その用語に先行する列挙された項目のすべての順列及び組み合わせを指す。例えば、「Ａ、Ｂ、Ｃ、又はこれらの組み合わせ」は、Ａ、Ｂ、Ｃ、ＡＢ、ＡＣ、ＢＣ、又はＡＢＣの少なくとも１つを、そして特定の文脈において順序が重要であれば、ＢＡ、ＣＡ、ＣＢ、ＣＢＡ、ＢＣＡ、ＡＣＢ、ＢＡＣ、又はＣＡＢも含むように意図されている。この例で続けると、ＢＢ、ＡＡＡ、ＡＢ、ＢＢＣ、ＡＡＡＢＣＣＣＣ、ＣＢＢＡＡＡ、ＣＡＢＡＢＢ、などのような、１又は２以上の項目又は用語の繰り返しを含む組み合わせが明示的に含まれる。当業者は、他が文脈から明らかでない限り、通常、任意の組み合わせにおける項目又は用語の数に制限がないということを理解するであろう。

本明細書で用いられるとき、限定はしないが、「約」、「実質的な」又は「実質的に」のような近似の言葉は、そのように修正されたとき、必ずしも絶対的又は完全ではないと理解される状態であるが、その状態を存在するものとして指定することを保証するのに十分に近いと当業者に見なされるであろう状態を指す。説明が変動し得る程度は、どれくらい大きく変化が起こり、それでも当業者に、修正された特徴を、修正されていない特徴の要求される特色及び能力を依然として有するものとして認識させることができるかに依存することになる。一般に、しかし先行する議論を条件として、「約」のような近似の語によって修正される本明細書の数値は、記載された値から少なくとも±１、２、３、４、５、６、７、１０、１２又は１５％だけ変動し得る。

本明細書に開示及び特許請求された構成物及び／又は方法のすべては、本開示に照らして過度の実験なしに作製及び実行することができる。本発明の構成物及び方法を好ましい実施形態の観点において説明してきたが、本発明の概念、精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書に記載の構成物及び／又は方法に、そして方法のステップ又はステップのシーケンスにおいて変形を適用することができるということは当業者には明らかであろう。当業者に明らかなすべてのこのような同様の代替例及び修正例は、添付の請求項によって定義されたような本発明の精神、範囲及び概念の範囲内であると見なされる。

Claims (12)

1. 回路の能動デバイス又は受動デバイス用のコンデンサを生成するための方法であって、
   基板の第１の表面にトレンチ又はビアを切削するステップと、
   前記トレンチ又はビアを金属フィラー層で充填するステップと、前記基板の前記第１の表面の反対側の第２の表面上にグラウンドプレーンを形成するステップであって、前記グラウンドプレーンが前記金属フィラー層に接続されているステップと、
   フォトレジストをコーティング、露光、及び現像して、前記トレンチ又はビアを取り囲む前記基板の前記第１の表面上の第１の環状形状にするステップと、
   前記基板の前記第１の表面上に第１の電極金属層を堆積させて前記第１の環状形状上に底部電極を形成するステップと、
   フォトレジストをコーティング、露光、及び現像して、前記トレンチ又はビアを取り囲む前記基板の前記第１の表面及び前記底部電極上の第２の環状形状にするステップであって、前記第２の環状形状の内半径が、前記トレンチ又はビアの外縁から２μｍと３００μｍとの間であり、前記第２の環状形状の外半径が前記第２の環状形状の中心から１０μｍと５００μｍとの間である、ステップと、
   前記底部電極上に誘電体材料を堆積させて前記第２の環状形状上に誘電体層を形成するステップと、
   フォトレジストをコーティング、露光、及び現像して、前記誘電体層上の第３の環状形状にするステップと、
   前記誘電体層上に第２の電極金属層を堆積させて前記第３の環状形状上に頂部電極を形成するステップであって、前記頂部電極の少なくとも一部が前記能動デバイス又は受動デバイスと接続するように構成されるステップと、
   前記底部電極の第１の側上の第１のポート及び前記底部電極の第２の側上の第２のポートのために、フォトレジストをコーティング、露光、及び現像するステップと、
   前記基板の前記第１の表面上に接続金属を堆積させて前記第１のポート及び前記第２のポートを形成し、かつ前記第１のポートと前記第２のポートを前記底部電極に接続するステップと
   を含み、
   前記能動デバイス又は受動デバイスが、ＲＦデバイス、ミリメートル波デバイス、又はマイクロ波デバイスである、前記方法。
2. 移行部をさらに作り出し、前記トレンチ又はビア内の前記金属フィラー層と、前記基板の前記第１の表面との間の距離が、０．１μｍ未満である、請求項１に記載の方法。
3. 前記トレンチ又はビアを前記金属フィラー層で充填する前に、前記基板における前記トレンチ又はビアの側部又は底部の少なくとも１つに第１の接着層を堆積させるステップをさらに含むか、或いは、
   第２の金属層を堆積させる前に前記基板の前記第１の表面上に第２の接着層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記金属フィラー層、前記第１の電極金属層、前記第２の電極金属層、又は前記接続金属が、銅、銀、金、又はアルミニウムを含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記能動デバイス又は受動デバイスが、１又は２以上のＲＦフィルタ、ＲＦサーキュレータ、ＲＦアイソレータ、アンテナ、インピーダンス整合要素、５０オーム終端要素、集積グラウンドプレーン、ＲＦ遮蔽要素、電磁干渉遮蔽要素、ＲＦコンバイナ、ＲＦスプリッタ、トランスフォーマ、スイッチ、パワースプリッタ、パワーコンバイナ、デュプレクサ、又はダイプレクサを備える、請求項１に記載の方法。
6. 前記基板又は前記誘電体層が感光性ガラスを備える、請求項１に記載の方法。
7. 回路の能動デバイス又は受動デバイス用のコンデンサであって、
   金属フィラー層で充填される、基板の第１の表面におけるトレンチ又はビア；
   前記基板の前記第１の表面と反対側の第２の表面上のグラウンドプレーンであって、前記金属フィラー層と接続されている、前記グラウンドプレーン；
   前記基板の前記第１の表面上に第１の環状形状を有する底部電極であって、
   第１の電極金属層を備え、前記トレンチ又はビアを取り囲む、前記底部電極；
   前記底部電極上に第２の環状形状を有する誘電体層であって、前記トレンチ又はビアを取り囲み、前記誘電体層の内半径が前記トレンチ又はビアの外縁から２μｍと３００μｍとの間であり、前記誘電体層の外半径が前記誘電体層の中心から１０μｍと５００μｍとの間である、前記誘電体層；
   前記誘電体層上に第３の環状形状を有する頂部電極であって、第２の電極金属層を備え、かつ前記頂部電極の少なくとも一部が前記能動デバイス又は受動デバイスに接触するよう構成されている、前記頂部電極；並びに
   前記底部電極の第１の側上の第１のポート及び前記底部電極の第２の側上の第２のポートであって、接続金属を備え、かつ前記底部電極に接続されている、前記第１のポート及び前記第２のポート；
   を備え、
   前記能動デバイス又は受動デバイスが、ＲＦデバイス、ミリメートル波デバイス、又はマイクロ波デバイスである、
   前記コンデンサ。
8. 前記トレンチ又はビア内の前記金属フィラー層と、前記基板の前記第１の表面との間の距離が、０．１μｍ未満である、請求項７に記載のコンデンサ。
9. 前記基板における前記トレンチ又はビアの側部又は底部の少なくとも１つと前記金属フィラー層との間に第１の接着層をさらに備えるか、或いは、
   前記基板の前記第１の表面と前記第２の電極金属層との間に第２の接着層をさらに備える、請求項７に記載のコンデンサ。
10. 前記金属フィラー層、前記第１の電極金属層、前記第２の電極金属層、又は前記接続金属が、銅、銀、金、又はアルミニウムを含む、請求項７に記載のコンデンサ。
11. 前記能動デバイス又は受動デバイスが、１又は２以上のＲＦフィルタ、ＲＦサーキュレータ、ＲＦアイソレータ、アンテナ、インピーダンス整合要素、５０オーム終端要素、集積グラウンドプレーン、ＲＦ遮蔽要素、電磁干渉遮蔽要素、ＲＦコンバイナ、ＲＦスプリッタ、トランスフォーマ、スイッチ、パワースプリッタ、パワーコンバイナ、デュプレクサ、又はダイプレクサを備える、請求項７に記載のコンデンサ。
12. 前記基板又は前記誘電体層が感光性ガラスを備える、請求項７に記載のコンデンサ。

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