(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子アセンブリ内で使用するための相互接続構成要素であって、
半導体材料層であって、第１の表面、及び前記第１の表面の反対側にあり、前記第１の表面から前記半導体材料層の厚みの分だけ第１の方向に離間された、第２の表面を有する、半導体材料層と、
少なくとも２つの金属化ビアであって、それぞれが前記半導体材料層を通って延在し、かつ前記第１の表面における第１の端部及び前記第２の表面における第２の端部を有し、前記少なくとも２つの金属化ビアの第１のペアは、前記第１の方向と直交する第２の方向において互いから離間される、少なくとも２つの金属化ビアと、
前記第１の表面から前記第２の表面に向かって延在する前記半導体層内にある第１の絶縁ビアであって、前記第１の絶縁ビアは、前記第１の絶縁ビアの幾何中心が、前記第２の方向と直交し、かつ前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第１のペアのそれぞれを通る２つの平面間に位置するように配置される、第１の絶縁ビアと、
少なくとも部分的に前記第１の絶縁ビアを充填する、又は少なくとも部分的に前記第１の絶縁ビア内の空隙を密閉する誘電体材料と、
を備え、
前記第１の絶縁ビアは、前記第１の方向及び前記第２の方向と直交する第３の方向に長さを有し、前記長さは、前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第１のペアの間の距離より長く、前記長さは、前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第１のペアの間の距離の２００％以下である、ことを特徴とする相互接続構成要素。
【請求項２】
前記第１の絶縁ビアの内部容積のどの部分も、前記半導体材料層の導電性よりも高い導電性を有さない、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項３】
前記第１の絶縁ビアの内部容積の少なくとも一部は、真空の空隙、又は気体が充填された空隙である、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項４】
前記第１の絶縁ビアの内部容積の少なくとも一部は、２．０よりも低い誘電率を有する誘電体材料によって占有される、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項５】
前記第１の絶縁ビアは、前記金属化ビアの第１のペアのそれぞれを通る理論的な線が前記第１の絶縁ビアの幾何中心を通るように配置される、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項６】
前記第１の絶縁ビアは、前記第２の方向に垂直な方向における長さを有し、前記長さは、前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第１のペア間の距離を上回る、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項７】
前記第１の絶縁ビアは、前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第１のペア内の前記金属化ビアのうちの１つを少なくとも部分的に囲む、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項８】
前記第１の絶縁ビアは、前記金属化ビアのうちの少なくとも１つの少なくとも１つの部分を連続的に囲む、請求項７に記載の相互接続構成要素。
【請求項９】
前記第１の絶縁ビアは、前記半導体材料層の所定の領域内にある複数の絶縁ビアのうちの１つであり、前記複数の絶縁ビアは、前記金属化ビアのうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に囲むように配置されている、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項１０】
前記所定の領域の前記複数の絶縁ビアは円筒形であり、かつ前記第２の方向及び前記第１の方向に垂直な第３の方向に概ね延在する少なくとも１つの行内に配置される、請求項９に記載の相互接続構成要素。
【請求項１１】
前記第１の絶縁ビアは前記半導体材料層の厚み全体を通って延在する、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項１２】
前記少なくとも２つの金属化ビアの第２のペアは、前記第１の方向と直交する第３の方向において互いから離間され、前記相互接続構成要素は更に、前記半導体層内に第２の絶縁ビアを含み、前記第２の絶縁ビアは、前記第２の絶縁ビアの幾何中心が、前記第３の方向と直交し、かつ前記少なくとも２つの金属化ビアの前記第２のペアのそれぞれを通る２つの平面間に位置するように配置される、請求項１に記載の相互接続構成要素。
【請求項１３】
前記金属化ビアの第１のペアの前記金属化ビアのうちの１つは、前記金属化ビアの第２のペア内に含まれる、請求項１２に記載の相互接続構成要素。
【請求項１４】
前記第１の絶縁ビアは、前記第１の表面に平行な断面内の第１の領域を画定し、前記第２の絶縁ビアは、前記第１の表面に平行な断面内の第２の領域を画定し、前記第１の領域は前記第２の領域よりも大きい、請求項１２に記載の相互接続構成要素。
【請求項１５】
前記第１及び第２の絶縁ビアは異なる高さを有する、請求項１２に記載の相互接続構成要素。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
インターポーザなどの相互接続基板又は相互接続構成要素は、とりわけ、異なる接続構成を有する構成要素間の接続を容易にするため、又は超小型電子アセンブリ内の構成要素間に必要な間隔を提供するためなどの様々な目的のために、電子アセンブリ内で使用される。インターポーザは、半導体材料の層を通って延在する開口部内に延在する導電ビアなどの導電要素を有する材料のシート又は層の形態を取る、シリコン製などの半導体層を含んでもよい。導電ビアは、インターポーザを経由した信号伝送に使用されてもよい。いくつかのインターポーザでは、ビアの端部が露出され、他の超小型電子構成要素へのインターポーザの接続のための接触パッドとして使用可能であってもよい。他の実施例では、１つ以上の再分配層がインターポーザの１つ以上の側部上に形成され、ビアの一方又は両方の端部に接続されてもよい。再分配層は、１つ以上の誘電体シート又は誘電体層の上若しくは内部に延在する、多数の導電トレースを含んでもよい。トレースは、１つのレベルで提供されてもよく、又は単一の誘電体層全体において、層内の誘電体材料の部分によって分割された複数のレベルで提供されてもよい。再分配層の異なるレベルでトレースを相互接続するために、ビアが再分配層内に含まれてもよい。
【０００２】
基板２を通って延在するビア３を示す、そのようなインターポーザ１の実施例を図２２に示す。基板２の半導体材料は、ビア３から、それらの間に配置されたバリア層４によって絶縁されてもよい。内部を通る経路指定回路６を有する、再分配層５が示されている。基板２に半導体材料を利用する構造は、バリア層４が存在する状態でも、ビア３を介した場合に、問題となるレベルの挿入損失を呈し、その原因は、ビア３の内部で、例えば、特にビア３間の領域内で、半導体層２の静電容量品質によって生み出されるインピーダンスである。この現象は、基板２の半導体材料の静電容量及び抵抗の影響を示す例示的な回路図である図２３に示され、この影響によって、領域７の信号ビア３内でインピーダンスが発生する。結果として生じる挿入損失は、そのようなインターポーザ、及びそれゆえに、それらが含まれるシステムの性能又は信頼性を、特に、高周波信号がそれらのインターポーザを介して伝送されたときに損ね得る。
【０００３】
いくつかのインターポーザは、超小型電子アセンブリの構成要素として使用される。超小型電子アセンブリは通常、基板上に取り付けられた１つ以上の半導体チップなどの、１つ以上のパッケージ化された超小型電子素子を含む。インターポーザの導電要素は、より大きい基板又は回路パネルとの電子接続をプリント回路基板（printed circuit board；「ＰＣＢ」）などの形態で実現するために使用され得る導電トレース及び端子を含んでもよい。この配置は、デバイスの所望の機能を実現するために必要な電子接続を容易にする。チップは、回路パネルの端子をインターポーザ上の接触パッドに接合することによってパッケージをより大きい回路パネルに取り付けることができるように、トレースに、それゆえに端子にも、電子的に接続され得る。例えば、超小型電子パッケージにおいて使用されるいくつかのインターポーザは、誘電体層を通って延在するピン又はポストの露出した端部という形態で、端子を有する。他の適用例では、インターポーザの端子は、露出したパッド、又は再分配層上に形成されたトレースの一部であってもよい。
【発明の概要】
【０００４】
本開示の一態様は、超小型電子アセンブリ内で使用するための相互接続構成要素であって、第１の表面、及び第１の表面の反対側にあり、第１の表面から半導体材料層の厚みの分だけ第１の方向に離間された第２の表面を有する半導体材料層を含む、相互接続構成要素に関する。少なくとも２つの金属化ビアはそれぞれ、半導体材料層を通って延在し、かつ第１の表面における第１の端部及び第２の表面における第２の端部を有する。少なくとも２つの金属化ビアの第１のペアは、第１の方向と直交する第２の方向において、互いから離間される。半導体層内にある第１の絶縁ビアは、第１の表面から第２の表面に向かって延在する。絶縁ビアは、絶縁ビアの幾何中心が、第２の方向と直交し、かつ少なくとも２つの金属化ビアの第１のペアのそれぞれを通る２つの平面間に位置するように配置される。誘電体材料は、少なくとも部分的に第１の絶縁ビアを充填する、又は少なくとも部分的に絶縁ビア内の空隙を密閉する。
【０００５】
一実施例では、絶縁ビアの内部容積のどの部分も、半導体材料層の導電性よりも高い導電性を有さない。別の実施例では、内部容積の少なくとも一部は、真空の空隙、又は気体が充填された空隙であってもよい。内部容積の少なくとも一部は、２．０よりも低い誘電率を有する誘電体材料によって占有されてもよい。
【０００６】
絶縁ビアは、金属化ビアの第１のペアのそれぞれを通る理論的な線が、第１の絶縁開口部の幾何中心を通るように配置されてもよい。更に又は代替として、開口部は、第２の方向に垂直な方向における長さを有してもよい。この長さは、少なくとも２つの金属化ビアの第１のペア間の距離を上回ってもよい。
【０００７】
一実施例では、絶縁ビアは少なくとも部分的に、少なくとも２つの金属化ビアの第１のペア内のビアのうちの１つを囲んでもよい。絶縁ビアは、例えば、連続的に、金属化ビアのうちの少なくとも１つの少なくとも１つの部分を囲んでもよい。別の実施例では、絶縁ビアは、金属化ビアのうちの少なくとも１つを少なくとも部分的に囲むように配置された、半導体材料層の所定の領域内の複数の絶縁ビアのうちの１つであってもよい。そのような実施例では、所定の領域の複数の絶縁ビアは円筒形であってもよく、第２の方向及び第１の方向に垂直な第３の方向に概ね延在する、少なくとも１つの行内に配置されてもよい。
【０００８】
一実施例では、絶縁ビアは、半導体材料層の厚み全体を通って延在してもよい。同じ又は別の実施例では、少なくとも２つの金属化ビアの第２のペアは、第１の方向と直交する第３の方向において、互いから離間されてもよい。そのような実施例では、相互接続構成要素は更に、半導体層内に第２の絶縁ビアを含んでもよく、第２の絶縁ビアは、絶縁ビアの幾何中心が、第３の方向と直交し、かつ少なくとも２つの金属化ビアの第２のペアのそれぞれを通る２つの平面間に位置するように配置される。金属化ビアの第１のペアのビアのうちの１つは、金属化ビアの第２のペア内に含まれてもよい。第１の絶縁ビアは、第１の表面に平行な断面内の第１の領域を画定してもよく、第２の絶縁ビアは、第１の表面に平行な断面内の第２の領域を画定してもよく、第１の領域は第２の領域よりも大きくてもよい。更に、第１及び第２の絶縁ビアは、異なる高さを有してもよい。
【０００９】
本開示の別の態様は、第１の表面、及び第１の表面に実質的に平行であり、第１の表面から第１の方向に離間された第２の表面を含む誘電体材料層を含む、超小型電子相互接続構成要素に関する場合がある。誘電体材料層はバルク誘電率を有する。少なくとも２つの金属化ビアはそれぞれ、半導体材料層を通って延在し、かつ第１の表面における第１の端部及び第２の表面における第２の端部を有する。少なくとも２つの金属化ビアの第１のペアは、第１の方向と直交する第２の方向において、互いから距離を取って離間される。半導体層内にある第１の絶縁ビアは、第１の表面から第２の表面に向かって延在し、かつ内部容積を画定する。絶縁ビアは、絶縁ビアの幾何中心が、第２の方向と直交し、かつ少なくとも２つの金属化ビアの第１のペアのそれぞれを通る２つの平面間に位置するように配置される。内部容積の誘電率は、バルク誘電率よりも低い。一実施例では、内部容積のどの部分も、半導体材料層の導電性よりも高い導電性を有さない。
【００１０】
本開示の別の態様は、超小型電子相互接続構成要素を製造する方法に関する。方法は、厚みを有する支持材料層を選択的にエッチングして、第１の方向において互いから離間された複数の第１のビア開口部、及び半導体層内の少なくとも１つの第２のビア開口部を同時に形成することを含む。少なくとも１つの第２のビア開口部は、第１の表面における入口を有し、第１の方向において第２の表面に向かって延在する。第２のビア開口部は内部容積を画定し、第１の方向と直交し、かつ第１のビア開口部のうちの隣接する１つのペアのそれぞれを通る２つの平面間に配置される。方法は、複数の第１のビア開口部内に導電ビアを形成し、開口部を閉じるために第２のビア開口部の少なくとも入口内に誘電体材料を提供することを更に含む。
【００１１】
方法は、第１のビア開口部を充填する工程の前に、高圧ＴＥＯＳ栓で第２のビア開口部を塞ぐことを更に含む。高圧ＴＥＯＳ栓は、支持材料層へのコンフォーマル不活性化コーティングの塗布中に形成されてもよい。
【００１２】
更に又は代替として、方法は、支持材料層の第１及び第２の表面のうちの少なくとも１つに再分配層を形成することを更に含んでもよい。再分配層は、充填ビアと電気的に連通する導電特徴部を含んでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図２】本開示の別の態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図３Ａ】本開示の様々な態様に係る、インターポーザ内の開口部の大きさ及び位置に関する変形形態を示す図である。
【図３Ｂ】本開示の様々な態様に係る、インターポーザ内の開口部の大きさ及び位置に関する変形形態を示す図である。
【図３Ｃ】本開示の様々な態様に係る、インターポーザ内の開口部の大きさ及び位置に関する変形形態を示す図である。
【図３Ｄ】本開示の様々な態様に係る、インターポーザ内の開口部の大きさ及び位置に関する変形形態を示す図である。
【図４】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図５】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図６】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図７】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図８】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図９】内部に追加の構造を有する、図８に係るインターポーザの概略立面図である。
【図１０】内部に追加の構造を有する、図９に係るインターポーザの概略立面図である。
【図１１】本開示の一態様に係るインターポーザの概略立面図である。
【図１２】内部に追加の構造を有する、図１１に係るインターポーザの概略立面図である。
【図１３】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの部分の概略上面図である。
【図１４】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの部分の概略上面図である。
【図１５】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの部分の概略上面図である。
【図１６】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの部分の概略上面図である。
【図１７】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの部分の概略上面図である。
【図１８】内部に形成された様々な形状及び構成の開口部を含むインターポーザの概略上面図である。
【図１９】本開示の一態様に係る、開口部内に剛性インサートを有するインターポーザの概略立面図である。
【図２０Ａ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２０Ｂ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２０Ｃ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２０Ｄ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２０Ｅ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２０Ｆ】本開示の一態様に係る、インターポーザを製造する方法の後続の工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２１Ａ】代替の方法工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２１Ｂ】代替の方法工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２１Ｃ】代替の方法工程中における製造中ユニットを示す図である。
【図２２】従来技術のインターポーザの概略立面図である。
【図２３】図２２のインターポーザの概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
類似の参照番号が類似の特徴部を示すために使用されている図を参照すると、図１は、本開示の一例示的実施形態に係る例示的構造を示す。構造はインターポーザ１０の形態を取り、その図１における描写は、その概略立面断面図を示す。インターポーザ１０は、シリコン（Ｓｉ）、高分子、セラミックなどの半導体材料からなる基板１２、ダイヤモンド、ＳｉＣ、Ｇｅ、Ｓｉ1-xＧｅx，などの炭素系基板を含む。基板１２は、横方向に延在し、かつ基板１２の厚みにおいて概ね互いに平行な、上方表面１４及び下方表面１６を含む。「上方」及び「下方」又は他の方向を示す用語などの用語の使用は、図面の基準枠に関連して行われ、追加のアセンブリ内において、又は様々なシステム内で使用されたときなど、可能な代替方向に関連して制限を加えるものであることに留意されたい。
【００１５】
複数の金属化ビア構造１８は、基板１２を通って延在する開口部内に延在してもよい。ビア構造１８は、概ね円筒形であってもよく、又は基板１２の表面１４と１６との間に連通又は延在する輪郭において任意の形状を有する押出固体の形態を取ってもよい。ビア構造１８はそれぞれ、基板１２の上方表面１４における第１の端部表面２０、及び基板１２の下方表面１６における第２の端部表面２２を含む。端部表面２０及び２２は、以下で更に説明されるように、ビア構造１８を他の内部又は外部構成要素と接続するために使用されてもよい。ビア構造１８は、通常、基板１２を通る開口部を充填する金属又は他の導電材料から成ってもよい。様々な実施例では、ビア構造１８の金属は、銅又は銅合金であってもよく、追加で又は代替として、ニッケル、タングステン、スズ、アルミニウム、金、銀、これらの材料のうちの１つ以上を含む様々な合金などの他の導電材料を含んでもよい。ビア構造１８の金属部分は、ビア構造１８の様々な特性を制御するための非金属添加剤も含んでもよい。
【００１６】
基板１２をビア構造１８の導電材料から物理的に分離するために、バリア層２４がビア構造１８内に含まれてもよい。バリア層２４は、絶縁又は誘電体材料から成ってもよく、インターポーザ１０がその一部である回路の信号損失及び／又は短絡を引き起こし得る、ビア構造１８によって搬送された電子信号の基板１２内への伝送されないように、ビア構造１８及び基板１２の任意の導電部分間に配置されてもよい。
【００１７】
インターポーザ１０は、システム内の超小型電子構造（パッケージ化されたチップ、他のチップ、プリント回路基板、他のインターポーザなど、及びこれらの様々な組み合わせを含む）間の所望の数の電気的接続を実現するために、必要に応じて、図１に示した２つのビア構造１８よりも更に多くのビア構造を含んでもよい。ビア構造１８は、例えば、ビア構造１８の様々な数の行及び列を含むアレイ内に配置されてもよい。そのような配置では、ビア構造１８は、ビア構造１８間のピッチ、即ち行及び列の両方の方向における均一な距離に従って、互いから離間されてもよい。ビア構造１８の様々な不均一分布を含む、他の配置も可能である。
【００１８】
上記で説明したとおり、いくつかの半導体材料は、そのような材料から成る基板１２内のビア構造１８間で、様々なレベルの静電容量を示す。そのような静電容量は、インターポーザ１０内で、又はビア構造１８を通じて、望ましくないレベルのインピーダンス及び信号損失を引き起こし得る。更に、Ｓｉなどのドープ半導体材料を含む、１以上の誘電率を有する材料は、上記で説明した静電容量だけでなく、ビア構造１８間のコンダクタンスの実例を示す。これは更に、そのような材料から成る基板１２内にビア構造１８を含むインターポーザ１０内において、信号損失が発生する原因の１つとなり得る。したがって、図１に示すインターポーザ１０の実施例及び本明細書で説明されている他の実施例は、隣接するビア構造１８間の半導体材料の量を低減するための様々な構造を含んでもよい。図１の実施例では、基板１２内の複数の開口部２６。開口部２６は、本明細書で更に説明されるように、その位置、並びに高さ、及び幅が、ビア１８に関連して変化してもよい。更に、それぞれのビア構造１８間の開口部の数は、インターポーザ１０内で変化してもよい。
【００１９】
位置、量、深さ及び全体容積は、インターポーザ１０が使用される全体的な回路又はシステムの構成に応じて所望され得るように、インターポーザ１０内のインピーダンス及び／又はコンダクタンスのレベルを制御するために、インターポーザ１０内で変化してもよい。他の実施例では、開口部２６は、所望のレベルよりも低くなるまで、又はインターポーザ１０内のインピーダンス、コンダクタンス、及び所望のＳｉの全体量が最適になる程度までインピーダンス及び／又はコンダクタンスが低減されるように配置されてもよい。
【００２０】
図３Ａ〜図３Ｄに示すように、開口部２６の大きさ及び位置に関連する様々な寸法が、場合によっては隣接するビア構造１８に対して、所望のレベルの制御又は低減された挿入損失、静電容量、コンダクタンス、又はインピーダンスを基板１２内で提供するように調整又は提供されてもよい。上述の図面で説明したとおり、本開示の開口部２６を含むインターポーザ１０の特性に影響を与え得る寸法は、隣接するビア構造１８間に延在する理論的な線４０に関連して測定されてもよい。更に、そのような寸法は、線４０に垂直な方向における開口部２６の幅４４、線４０に平行な方向における開口部２６の幅４８、線４０からの開口部２６の幾何中心の距離４２、及び開口部２６の高さ３６を含んでもよい。
【００２１】
開口部２６の高さ３６は、インターポーザ１０内の挿入損失を低減すること、又はさもなければ、基板１２の材料の静電容量及び／又はコンダクタンスの影響を受けるインターポーザ１０の特性を制御することにおける、１つの要因であり得る。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、高さ３６は、基板１２の厚み１７以下であってもよい。したがって、高さ３６は、基板１２の高さ１７の比率として測定されてもよい。一実施例では、基板の高さ１７全体の約２５％から、基板の高さ１７全体の約１００％への開口部の高さ３６の（他の寸法を維持しながらの）変化は、挿入損失を約０．０５ｄＢから０．１ｄＢ（他の要因、例えば、基板１２の材料内の開口部２６の他の寸法、及びビア構造１８を通る信号の周波数などによって）低減し得る。
【００２２】
同様に、ビア構造１８間の線４０からの開口部２６の距離４２は、インターポーザ１０内の挿入損失に影響を与え得る。図３Ｃの実施例では、開口部は、ビア構造１８間のピッチ３８とほぼ等しい（例えば、＋／−２０％）幅４４を有してもよい。幅４８は、少なくとも、インターポーザ１０の構造的一体性を損なうことなく、任意選択でビア構造１８間に嵌合するための量だけ、ピッチ３８よりも狭くてもよい。そのような実施例では、ピッチ３８の１５０％からピッチ３８の約１００％への距離４２の（他の寸法及び特性を一定に維持しながらの）変化は、挿入損失を、例えば約０．０３ｄＢから０．０５ｄＢ低減し得る。更に距離４２をゼロまで（即ち、開口部２６の幾何中心が線４０上に位置するまで）低減することによって、挿入損失は更に約０．０３ｄＢから０．０５ｄＢ低減され得る。ここでも、基板１２の材料内の開口部２６の他の寸法、及びビア構造１８を通る信号の周波数などの他の要因は、他の例示的なインターポーザにおける挿入損失の測定値に対して、インターポーザの全体的な寸法と同様に影響を与え得る。例えば、上記の挿入損失の数値は、高さが約１００ミクロンのビア構造１８を有するインターポーザに基づいてもよい。そのような数値は、より高いビア構造１８の類似の実施例では、ビア構造１８の高さに比例して変化するだろう。例えば、３００ミクロンのビア構造を有するインターポーザは、例えば、比例する類似の構造を通じて、約０．０９ｄＢから０．１５ｄＢの挿入損失の低減を実現し得る。図３Ｃに示したものなどの多くの構造又は類似の構造では、隣接するビア構造１８間の任意の挿入損失に対する開口部２６の影響が、距離４２がピッチ３８の１５０％を上回る場合に最小となり得ることにも留意されたい。
【００２３】
幅４４自体の変化も、インターポーザ１０内の挿入損失に影響を与え得る。図３Ｄに示す実施例では、開口部２６はビア構造１８間のピッチ３８を下回る幅４８を有してもよく、開口部２６の幾何中心は線４０上に配置されてもよい。そのような構造では、開口部２６の幅４４がピッチ３８の２５％の幅からピッチ３８の５０％の幅へと増加すると、挿入損失は約０．０４ｄＢから０．０６ｄＢ低減され得る。幅４４がピッチ３８の約１５０％の幅へと更に増加すると、挿入損失は更に約０．０４ｄＢから０．０６ｄＢ低減され得る。そのような構造又は他の類似の構造では、ピッチの２００％を上回る幅への増加の影響は、挿入損失の更なる増加という点において最小であり得る。線４０までの開口部の距離に関連して上記で提供した実施例のように、例示的なインターポーザ及び関連する構造の様々な寸法は、挿入損失の低減に関する特定の値を、比例的に、又は他の様式で変化させ、本明細書で提供される図面は、その図面に関連する寸法について例示的である。
【００２４】
図４に示すように、インターポーザ１０は、隣接するビア構造１８間に配置された単一の開口部２６を有してもよい。図４の描出は、簡略化された概略図を意図しており、したがって、上記で説明したように多くの行及び列内に延在するアレイ内に配置され得る、より多くのビア構造１８を有する、インターポーザの部分を表してもよい。したがって、ビア構造１８のアレイを含むインターポーザ１０は、ビア構造１８のアレイ内に嵌合する、又はそのアレイと重なるアレイ内に開口部２６自体が位置するように、全てのビア構造１８間の領域内に配置された、複数の開口部２６を含んでもよい。以下に実施例が提供される代替構造では、インターポーザ１０内の個々のビア構造１８に対して様々なレベルの制御されたインピーダンスを提供するために、所望に応じて、様々な形状、大きさ又は他の構成を有する開口部が、隣接するビア構造１８間に配置されてもよい。他の実施例では、類似した大きさ又は形状を有する開口部２６は、ビア構造１８のうちの特定のビア構造１８の間に存在してもよく、それらを他のビア構造１８間に含めることはできない。更に、開口部２６は、ビア構造１８のうちの様々なビア構造間の理論的な線４０に対して、異なる対応する場所に配置されてもよい。
【００２５】
図４の実施例では、単一の開口部２６が、隣接するビア構造１８間に存在する（同様に、他のビア構造間に存在してもよい）。開口部２６は、基板１２の構造的一体性を維持するために、誘電体材料で充填されてもよい。一実施例では、開口部２６内に挿入される材料の誘電率は、挿入損失を低減するために、基板１２の誘電率よりも低くてもよい。そのような実施例では、基板１２と、開口部２６内の材料のより低い誘電率との間の誘電率の差がより大きい場合、挿入損失はより大きく低減され得る（他の寸法及び特性は変化しない）。開口部２６を充填するための好適な誘電体材料は、例えば、ＳｉＯ２、高分子材料、多孔質酸化物、多孔質誘電体、ｌｏｗ  ｋ材料、又は誘電率が２．０よりも低い任意の他の誘電体材料を含む。ポリイミド発泡体、ＴＥＯＳ、又はベンゾシクロブテン（「ＢＣＢ」）などの更なる様々な誘電発泡体材料が、開口部２６内で組み入れられてもよい。一実施例では、空洞２６の壁部を実質的にコーティングするために、コンフォーマル誘電体層が塗布されてもよい。そのような誘電体材料３２は、基板１２の上方表面１４又は下方表面１６のうちの対応する１つ（以下で説明されるように、開口部２６の構成によって異なる）と同一の平面状にある表面３３を有してもよい。図１９に示す別の実施例では、誘電スペーサー５２が開口部２６内に挿入されてもよい。誘電スペーサー５２は、上記で説明した誘電体材料のうちのいずれかで予め形成されてもよく、その開口部２６への圧入を容易にするために、楔状又は円錐状であってもよい。図１９に更に示すように、開口部２６を様々な度合いまで全体的又は部分的に充填するために、複数のスペーサーが開口部２６内で互いの上に積層されてもよい。
【００２６】
上記で説明したように、開口部２６の幅４８（及び図３Ａの視点において、ページの内外に伸長する幅４４）は、開口部２６が間に配置されたビア構造１８のピッチ３８に関連して変化してもよい。場合によっては、開口部２６の幅４４及び４８は、対応するビア構造１８の直径を上回ってもよい。更に、開口部２６は、図３Ａ〜図３Ｄに示されるように矩形であってもよく、又は、幅４４及び４８が等しく、開口部２６の直径を画定するように、円筒形であってもよい。開口部２６は、基板１２の上方表面１４に入口２８を有してもよく、開口部２６の高さ３６が基板１２の全体的な高さの３５％から８０％であり得るように、基板１２内に延在してもよい。図４に示す実施例の変形形態では、開口部２６は、基板１２の厚みの８０％を上回る高さ３６を有してもよい。例えば、開口部の高さ３６は、基板１２の少なくとも９０％であってもよい。いくつかの実施例では、開口部２６は、開口部２６が基板１２の下方表面１６における入口を更に画定するように、基板１２を通って延在してもよい。更なる変形形態では、開口部は下方表面１６上にのみ入口を有してもよく、基板１２の厚みの約３５％から８０％の高さを有してもよい。
【００２７】
図５に示すように、開口部１２６は、誘電充填材１３４で部分的にのみ充填されてもよい。そのような実施例では、部分的な誘電充填材１３４は、通常は基板１２の上方表面１４又は下方表面１６のうちの対応する１つと概ね同一の平面状にある、外側表面１３３を画定してもよい。部分的な誘電充填材１３４は、開口部１２６の高さ１３６を通って部分的にのみ延在してもよく、他の材料（上方表面１１４及び下方表面１１６のうちの一方又は両方の上に含まれ得る再分配層内で使用される材料など）が開口部１２６を充填することを防止するための栓として機能してもよい。したがって、誘電充填材１３４は、真空状態、任意の空気又は開口部１２６内で捕捉された窒素などの別の気体を保持してもよい。部分的な誘電充填材１３４はまた、開口部１２６内の真空の領域を覆う、又は閉じてもよい。そのような実施例では、部分的な誘電充填材１３４は、高圧塗布手順を使用して配置され得るテトラエチルオルソシリケート（「ＴＥＯＳ」）から成ってもよい。図５にも示すように、複数の開口部１２６は、ビア構造１１８の単一の隣接するペア間に配置されてもよい。そのような複数の開口部１２６は、開口部１２６がビア構造１１８間の方向において、直接互いに合わせて整列されないように、ビア間の理論的な線（図３Ａの線４０と類似した位置にある）に沿って、かつそのような理論的な線に垂直な方向において、互いからずらされてもよい。更に、開口部１２６は、図５に示されるように、基板の対向する表面１１４又は１１６からの入口を含んでもよい。そのような開口部１２６は、同じ又は異なる高さ１３６を有してもよい。別の実施例では、開口部は両方とも、同じ表面（１１４又は１１６）から入っていてもよい。更に、図５に示す種類の単一の部分的に充填された開口部１２６のみが、隣接するビア構造１１８間に含まれてもよい。
【００２８】
図６に示すように、図５に示す種類の開口部は、図４に関連して上記で説明したものと類似の様式で開口部２２６を完全に充填する、誘電充填材２３２を含んでもよい。具体的には、そのような開口部２２６は、隣接するビア構造２１８間に配置された複数の開口部２２６を含んでもよい。そのような誘電充填材２３２は、上記で説明したように、固体誘電体材料又は誘電発泡体であってもよい。開口部２２６は、同じく上記で説明したように、ビア間の理論的な線（図３Ａの線４０と類似した位置にある）に平行な方向において整列される、又は互いからずらされてもよい。一般的に、本明細書で説明される、様々な開口部の構造及び構成は、全体的又は部分的に充填された開口部を使用して実施されてもよく、充填材を含まなくてもよい。
【００２９】
図７に示す更なる変形形態では、別個の開口部３２６は、基板３１２の対向する表面３１４及び３１６上に対応する入口を有してもよい。開口部３２６は、それらがビア構造３１８間の単一の開口部領域３２８を占有するように、互いに合わせて垂直方向に整列されてもよい。そのような開口部３２６は、合計したときに、例えば基板３１２の厚みの９０％を下回り得る、異なるそれぞれの高さ３３６を有してもよい。開口部３２６の合計した高さ３３６が基板の厚みの９０％を上回る、他の実施例も可能である。
【００３０】
上記で説明したものなどの開口部は、インターポーザ内の多くの異なる場所及び構成内に位置してもよい。図８の実施例では、開口部４２６は、対応するビア構造４１８に隣接して配置されてもよい。そのような配置では、複数の開口部４２６が、隣接するビア構造４１８間に配置されてもよい。そのような開口部４２６間の距離４４６、即ち、開口部４２６から対応するビア構造４１８までの距離も、対応するビア構造４１８内を通る信号に影響を与える挿入損失に影響を与え、より長い距離４４６は挿入損失を更に低減し得る。図８に更に示すように、インターポーザ４１０内の様々なビア構造４１８ａ及び４１８ｂに関連付けられた開口部４２６ａ及び４２６ｂは、異なる高さ４３６ａ及び４３６ｂを有してもよい。前に説明したように、これは、インターポーザ内のビア４１８間に制御されたインピーダンスを提供するために実現されてもよい。これは、図８（４１８ａ及び４１８ｂ）に示すビアに関連付けられる、又はそのようなインターポーザ４１０内に存在し得る追加のビアに関連付けられた、インピーダンスの制御を含んでもよい。
【００３１】
後で説明するように、開口部４２６ａ及び４２６ｂの高さは、開口部の幅４４４及び４４６に関連付けられてもよい。例えば、開口部４２６ａ及び４２６ｂが化学エッチャントを使用して同時に形成される構造では、より広い開口部４２６ａは、所定の期間にわたってエッチャントに露出されたときに、開口部４２６ｂの深さ４３６ｂを上回る深さ４３６ａを実現し得る。
【００３２】
前に説明したように、インターポーザ内の所与のビア構造内に存在する挿入損失は、特定のビア構造内のインピーダンスに寄与する基板内の静電容量によって生み出される。３つ以上のビア構造を支持する基板では、例えば、個々のビア構造内のインピーダンスは、所与のビア構造を囲む開口部（単数又は複数）の構成によって低減又は制御されてもよい。例えば、図９のインターポーザ４１０は、図８に示したものと類似しているが、関連付けられた複数の開口部４２６をそれぞれが有する、追加のビア構造４１８を示す。したがって、相対的に深くて広い開口部４２６ａによって囲まれたビア構造４１８ａ内に存在するインピーダンスは、相対的に狭くて浅い開口部４２６ｂによって囲まれたビア構造４１８ｂ内に存在するインピーダンスよりも低くてもよい。この構造、又は類似の原則に従う他の構造は、様々なニーズ及び要件を有するパッケージ化された超小型電子構造内で使用される特定のインターポーザにおいて役立ち得る、個々のビア構造又はビア構造のグループ内で、制御されたインピーダンスを提供し得る。
【００３３】
図１０は、制御されたインピーダンスをビア構造５１８間に提供するためにビア構造５１８のアレイ内に組み入れられ得る、開口部５２６の別の構成を示す。この実施例では、相対的に浅くて狭いビア５２６ｂは、基板５１２の上方表面５１４及び下方表面５１６の両方から基板５１２の内部へと延在する。更なる変形形態では、図９のインターポーザ４１０及び図１０のインターポーザ５１０の構成は、基板の上方表面、基板の下方表面、又はその両方から延在する相対的に深い開口部及び相対的に浅い開口部の両方を含み得る、単一のインターポーザ内で使用されてもよい。
【００３４】
図１１及び図１２は、傾斜及び交絡した開口部６２６を有するインターポーザ６１０を示す。図１１の特定のインターポーザ６１０は、ビア構造６１８のペア間の複数の開口部６２６を示す。開口部６２６の高さ６３６は、ビア構造６１８付近のより浅い開口部６３６から、ビア構造６１８間の中心となる位置に向かうより深い開口部へと増加する。そのような開口部６２６は、その幅も、図１１のページの内外の方向に変化してもよく、ビア構造６１８に対して、互い違い又は一直線になる位置に配置されてもよい。図１２は、基板６１２の下方表面６１６から入る追加の開口部６２６を有する、開口部６２６の類似の傾斜した配置を示す。様々なレベルの制御されたインピーダンスをビア構造６１８間及びビア構造６１８内で実現するために、これらの変形形態及び更なる変形形態が使用されてもよい。図１１及び図１２は、超小型電子要素の接続の特定の構成に係る、再分配層６６０を介してビア６１８と接続され得る超小型電子要素６８０が取り付けられたインターポーザ６２６も示す。
【００３５】
図１３〜図１７は、対応する基板の上方（及び／又は下方）表面に沿った開口部の輪郭に従って、それらの開口部に使用され得る、様々な形状及び配置を示す。これらの図面に関連して説明される輪郭形状を有する開口部は、上記で説明した構成及び組み合わせのうちのいずれかに係る高さを有してもよく、本明細書で説明される開口部の様々なグループ内で変化してもよい。図１３〜図１７に示す視点は概略的であり、開口部の種類及びその配置を例示することを意図している。それらが示される相対的な位置、及び個々の図面に示される組み合わせは、実際のインターポーザの構造内において意図される使用方法を必ずしも反映していない。
【００３６】
具体的には、図１３は、様々な構成の開口部領域７２８内でグループ化された円筒形の開口部７２６を示す。例えば、図示された、ビア構造７１８ａを囲む開口部領域７２８ａは、概ね円形に構成される。開口部領域７２８ａ内の開口部７２６は、２つの同心円内に配置されてもよく、又は、図示されたように、概ね円に類似した領域内に、クラスタリングされてもよい。開口部領域７５１（ビア構造７１８ｂと７１８ｃとの間）内にグループ化された開口部７２６は、単一の行内にあってもよく、所定の数の開口部７２６が所定の距離７４４にわたって延在するように、互いから離間されてもよい。開口部領域７２８ｃ（隣接するビア構造７１８ｃ）内の開口部７２６は直線的にも配置されるが、これらは２つの互い違いの交絡した行内に含まれる。
【００３７】
図１４は、概ね直線的であるが複数の方向に延在する、様々な開口部を示す。ビア８１８ａと８１８ｂとの間の開口部８２６ａは、概ねＸ字形であり、図１４に示されたものよりも、広くても狭くてもよい（即ち、Ｘはより開いていても、より閉じていてもよい）。ビア８１８ｂと８１８ｃとの間の開口部８２６ｂは、線８４０に垂直な方向においてビア８１８ｂと８１８ｃとの間に延在する、若干ジグザグになった形状を有し、線８４０のそれぞれの対向する辺上で、線８４０に平行な方向において、ビア８１８ｂ及び８１８ｃに向かって延在する。そのような配置は、制御されたインピーダンスを、開口部８２６ｂに対する様々な方向において、開口部８２６ｂに関連付けられたビア８１８ｂ及び８１８ｃに提供し得る。即ち、そのインピーダンスは、間に開口部８２６ｂの一部を有さないビア８２６ｂ又は８２６ｃのうちの１つの周囲に配置された、類似の構造内の他のビアの影響をより強く受けるだろう。
【００３８】
図１５は、半円形の開口部９２６の様々な配置を示す。図示されるように、そのような半円形の開口部９２６は、約４分の１の円であっても（即ち、９０度の角度で延在しても）よい。単一のそのような開口部９２６は、所望に応じて、ビア構造９１８ａの一部に隣接して、かつそれを囲むように配置されてもよい。他の実施では、その対向する側部上にある２つのビア構造９２６と共に示されるビア構造９１８ｂなどのビア構造の外周の様々な領域の周囲に、複数の開口部９２６が配置されてもよい。同様に、ビア構造９１８ｃは、それぞれが線９４０に沿ったビア構造９１８ｃの側部上にある、２つの開口部９２６を含み、ビア構造９１８ｃの残りの対向する側部上には、単一の開口部９２６が含まれる。
【００３９】
図１６は、様々な幾何形状の輪郭を有する開口部１０２６を示す。これらの形状は、それらが関連付けられた個々のビア構造１０１８全体を囲んでもよく、かつ基板の全体的な厚みを下回る高さを有するように形成されてもよい。開口部１０２６ａ及び１０２６ｄは円形であり、ビア１０１８ａを囲む単一の円、及びビア１０１８ｄを囲むように同心円状に配置され得る２つの入れ子になった円を有する。ビア構造１０１８ｂを囲む六角形の開口部１０２６ｂ及びビア構造１０１８ｃを囲む四角形の開口部１０２６ｃなどの、他の多面的な幾何形状が開口部に使用されてもよい。
【００４０】
他の実施例では、開口部のグループは、不連続的な幾何形状を形成してもよい。図１７に示すように、円弧状又は半円状の開口部１１２６ａは、概ね円になった形状で、ビア構造１１１８ａを集合的に囲んでもよく、この円は、開口部１１２６ａ間に延在する基板材料の部分という形態を取る分断を含む。更に図示されるように、開口部１１２６ａの端部１１５４は、図示されたような不規則な形状であってもよい。同様に、複数の直線的な開口部１１２６ｂは、ビア構造１１１８ｂを四角形の配置で集合的に囲んでもよい。ビア構造１１１８ｃを囲む、ギザギザを有する四角形の開口部１１２６ｃなど、連続的な形状も、本質的には不規則であってもよい。
【００４１】
上記で説明した開口部の様々な形状及び構成は、制御された可変的なインピーダンスをビア構造間で提供するために、単一のインターポーザ構造内で互いに並んで使用され得る。図１８は、基板１２１２内のビア構造１２１８のアレイを含む、インターポーザ１２１０の一実施例を示す。ビア構造１２１８ａのうちのいくつかは、連続的な円形の開口部１２２６ａによって囲まれ、他のビア構造１２１８ｂは、ジグザグ形の開口部１２２６ｂの様々な部分によって部分的に囲まれる。更なる他のビア構造１２１８ｃは、任意の開口部によって直接囲まれないが、ビア構造１２１８ａなどの隣接するビア構造を囲む開口部は、そのような隣接するビア構造１２１８ａによって引き起こされる挿入損失及び／又はインピーダンスを低減し得る。異なるレベルのインピーダンスをインターポーザの異なるビア構造内で提供するために、インターポーザの使用方法及び要件に基づき、かつ上記で説明した特性に基づき、必要に応じて、開口部の異なる形状又は構成の特定の配置及び組み込みが行われてもよい。
【００４２】
図２０Ａ〜図２０Ｆは、本開示の一実施例に係る、インターポーザ１０の製造の様々な段階の間の製造中ユニット１０’を示す。図２０Ａに示すように、製造方法は、基板１２の上方表面１４上にマスク層７０を形成することによって開始されてもよい。複数の窓７２、７４が、エッチングによって、基板１２内に形成される特徴部の領域内にあるマスク層７０内に形成されてもよい。そのようなエッチングは、フォトエッチング、反応性イオンエッチング、化学エッチングなどを含んでもよい。したがって、開口部の窓７４は、所望に応じて、上記で説明したもののうちのいずれかを含む、形成される開口部の一般的な輪郭形状であってもよい。開口部の窓７４の位置は、上記で説明した様々な基準及び特性に従った、形成される開口部の所望の位置を反映してもよい。
【００４３】
次に、結果として得られた製造中ユニット１０’にエッチング処理が施されてもよく、これにより、マスクによって（即ち、窓７２及び７４によって）露出された基板材料が除去される。結果として得られた構造は、複数の部分的な未充填ビア１８’及び開口部２６を基板１２内に含む。図２０Ｂに示すように、バリア層２４は、基板１２の上方表面１４上に形成され、未充填ビア１８’及び開口部２６を充填する。図示した実施例では、開口部の直径は、バリア層自体が開口部の入口２８を閉ざし、例えば、内部の空気を保持し、かつ開口部２６を塞ぐようになっている。
【００４４】
その後、未充填ビア１８’が銅などの金属で充填されてもよい。これは、最初に化学気相成長法などによってシード層を形成した後、ビアを充填し、結果として得られる部分的なビア構造１８’’を提供するために、シード層に金属を電気メッキすることによって行われてもよい。次に、再分配層６０が上方表面１４上、並びに部分的なビア構造１８’’の端部表面２０上に形成されてもよい。再分配層は、ビア構造１８’’のうちの対応するビア構造に接続される、ずらされる、又は再分配された接点を、再分配層の外側表面上で提供するための埋め込み型トレース、ビア、及び接触パッドを有する誘電体層を含んでもよい。
【００４５】
再分配層６０の形成（所望される場合）後、製造中ユニット１０’は裏返され、図２０Ｅに示すように、一時的にキャリア７６上に取り付けられてもよい。この時点で、別のマスク層を表面１６’上に塗布し、上記で説明した様々な構成のうちのいずれかに従って内部に開口部を形成するためにエッチングすることによって、追加の開口部が任意選択で形成されてもよい。次に、ビア構造１８の表面２２が基板１２の表面１６において露出するように、材料を基板１２から除去するために、基板１２の裏側１６’が研削又は研磨されてもよい。表面２２はまた、この処理中に概ね平坦化されてもよい。任意選択で、上記で説明したように他の再分配層が表面１６上に形成されてもよく、インターポーザ１０がキャリア７６から取り外されてもよい。
【００４６】
図２１Ａ〜図２１Ｃに工程が示される、そのような方法の変形形態では、再分配層６０は、キャリアへの基板の取り付けの前に基板の第１の表面上に形成されてもよく、基板１２’は、その上に形成される、又はさもなければそこに取り付けられてもよい。次に、再分配層６０の一部を露出するように基板１２を通って延在する開口部２６及び未充填ビア１８’を形成するために、結果として得られた構造が、上記で説明したように、適切に構成された窓を有するマスク層を使用してエッチングされてもよい。次に、図２１Ｂに示すようなビア構造１８を形成するために金属を未充填ビア１８’内に堆積させる前に、上記で図２０Ｂに関連して説明したように、バリア層が形成されてもよい。任意選択で、キャリア７６からのインターポーザ１０の取り外しの前又は後に、図２１Ｃに示すように、他の再分配層が表面１４上に形成されてもよい。
【００４７】
いくつかの実施形態では、基板１０の第１の表面１４及び第２の表面１６は、両方の表面上のデバイス及び電子構成要素から構成されてもよく、他の実施形態では、基板は基板内に埋め込まれた絶縁層を含んでもよい。本発明の埋め込まれた絶縁層又は空洞は、基板の表面１４及び１４に平行又は垂直であってもよい。
【００４８】
他の製造方法も可能であり、それらは一般的なインターポーザ製造の他の方法から応用されてもよい。一実施例では、未充填ビア及び開口部の両方が、穿孔などの機械的方法によって形成されてもよい。
【００４９】
本明細書における発明は、特定の実施形態を参照して説明されているが、これらの実施形態は、本発明の原理及び適用の単なる例示に過ぎないことを理解されたい。それゆえ、例示的な実施形態には数多くの変更がなされてよいこと、及び添付の請求項によって定義されるとおりの本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく他の構成が考案されてよいことを理解されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２０Ｃ】
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【図２０Ｄ】
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【図２０Ｅ】
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【図２０Ｆ】
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【図２１Ａ】
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【図２１Ｂ】
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【図２１Ｃ】
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【図２２】
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【図２３】
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