(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子システムであって、
導電性端子パッドを備える表面を有する電子ボディと、
前記電子ボディに埋め込まれる少なくとも１つのキャパシタと、
を含み、
前記キャパシタが、
前記導電性端子パッドを除く前記電子ボディの表面を覆う、接着性である第１の絶縁性重合体フィルムと、
第１及び第２のキャパシタ端子を備える容量性要素のシートであって、前記第１のキャパシタ端子が、前記第１の絶縁性重合体フィルムに取り付けられる金属フォイルであり、前記第２のキャパシタ端子が、導電性重合体化合物であり、前記シートが第１、第２及び第３のセットのホールを含むビアホールのセットを有し、前記第１のセットのホールが前記金属フォイルに達し、前記第２のセットのホールが前記導電性端子パッドに達し、前記第３のセットのホールが前記導電性重合体化合物に達する、前記容量性要素のシートと、
前記ビアホールのセットの側壁をライニングする第２の絶縁性重合体フィルムと、
前記ビアホールのセット内の金属であって、前記電子システムの表面上に導電性トレースと取り付けパッドとを定義する、前記金属と、
を含む、電子システム。
【請求項２】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記容量性要素のシートが、表面が誘電体スキンで覆われる金属粒子と、前記金属粒子に接する前記金属フォイルと、前記金属粒子の間の前記導電性重合体化合物としての導電性重合体材料とを含み、前記容量性要素のシートが、前記第１のキャパシタ端子としての前記金属フォイルと、前記第２のキャパシタ端子としての前記導電性重合体材料と、絶縁体としての前記金属粒子の前記誘電体スキンとを有するコンデンサとして動作し得る、電子システム。
【請求項３】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記電子ボディが埋め込み回路要素を含む、電子システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記電子ボディが１つ又は複数の能動半導体チップのアセンブリを含む、電子システム。
【請求項５】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記電子システムが、同期バックコンバータを含むＤＣ／ＤＣコンバータを有する電力供給システムと、フライバックコンバータと、ＤＣ／ＤＣブーストコンバータと、絶縁コンバータと、チャージポンプと、燃料計と、ドライバと負荷スイッチとを備えるパワー段と、電圧基準と、電流基準と、電流センサとを含むグループから選択される、電子システム。
【請求項６】
請求項５に記載の電子システムであって、
前記少なくとも１つのコンデンサが、その表面上に、外部部品のための再配線トレースと取り付けパッドとを有する、電子システム。
【請求項７】
請求項６に記載の電子システムであって、
前記取り付けパッドが、はんだボールとワイヤボールボンドとを含むグループから選択される取り付けられたコネクタを有する、電子システム。
【請求項８】
請求項６に記載の電子システムであって、
インダクタを含む外部部品を更に含む、電子システム。
【請求項９】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記電子ボディと少なくとも１つのコンデンサとがパッケージに封止される、電子システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記ビアホールのセットが円筒形を有する、電子システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記ビアホールのセットが円錐形を有する、電子システム。
【請求項１２】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記少なくとも１つのキャパシタが少なくとも５０μｍの厚さを有する、電子システム。
【請求項１３】
請求項２に記載の電子システムであって、
前記金属粒子がおおよそ２００μＦ／ｃｍ２以下の容量性密度を有する、電子システム。
【請求項１４】
請求項２に記載の電子システムであって、
前記金属粒子が１２５℃までのキャパシタ安定性を有する、電子システム。
【請求項１５】
請求項１に記載の電子システムであって、
前記ボディが半導体ウェハを含む、電子システム。
【請求項１６】
電子システムであって、
端子パッドを含む基板上の少なくとも１つのキャパシタを含み、
前記キャパシタが、
前記端子パッドを除いて前記基板の表面を覆う第１の重合体フィルムと、
第１及び第２のキャパシタ端子を備える容量性要素であって、前記第１のキャパシタ端子が前記第１の重合体フィルムに取り付けられた金属フォイルであり、前記第２のキャパシタ端子が重合体化合物である、前記容量性要素と、
前記容量性要素を介するビアホールのセットであって、前記金属フォイルに達する第１のセットのホールと、前記端子パッドに達する第２のセットのホールと、前記重合体化合物に達する第３のセットのホールとを含む、前記ビアホールのセットと、
前記ビアホールのセットの側壁をライニングする第２の重合体フィルムと、
前記側壁の間の前記ビアホールのセット内の金属であって、前記電子システムの表面上に導電性トレースと取り付けパッドとを定義する、前記金属と、
を含む、電子システム。
【請求項１７】
請求項１６に記載の電子システムであって、
前記取り付けパッドが、はんだボールとワイヤボールボンドとを含むグループから選択される取り付けられたコネクタを有する、電子システム。
【請求項１８】
請求項１６に記載の電子システムであって、
前記容量性要素が、表面が誘電性スキンで覆われる金属粒子と、前記金属粒子に接する前記金属フォイルと、前記金属粒子の間の前記重合体化合物としての導電性重合体材料とを含み、前記少なくとも１つのキャパシタが、前記第１のキャパシタ端子としての前記金属フォイルと、前記第２のキャパシタ端子としての前記導電性重合体材料と、誘電体としての前記誘電性スキンとを有する、電子システム。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電子システムであって、
前記誘電性スキンが絶縁性金属酸化物層である、電子システム。
【請求項２０】
電子システムを製造するための方法であって、
表面と埋め込み電子ボディとを有する半導体ウェハを提供することであって、前記表面が前記埋め込み電子ボディの導電性コンタクトパッドを有する、前記半導体ウェハを提供することと、
前記半導体ウェハの表面にわたって第１の絶縁性重合体フィルムをラミネートすることと、
容量性要素のシートを提供することであって、前記シートの一方の側が、表面が誘電体スキンで覆われる金属粒子に接する金属フォイルとして形成され、前記シートの反対の側が、前記金属粒子の間の導電性重合体材料によって形成され、前記シートが、第１の端子としての前記金属フォイルと、第２の端子としての前記導電性重合体材料と、絶縁体としての前記誘電体スキンとを有するキャパシタとして動作し得る、前記シートを提供することと、
前記シートをその金属フォイルにより前記第１の絶縁性重合体フィルムに取り付けることと、
前記シート内に第１の直径のビアホールのセットを開けることであって、前記ビアホールのセットが、前記金属フォイルに達する第１のセットのホールと、前記導電性コンタクトパッドに達する第２のセットのホールとを含む、前記ビアホールのセットを開けることと、
第２の絶縁性重合体フィルムを前記半導体ウェハの表面にわたってラミネートし、前記第１の直径の前記ビアホールのセットを充填し、前記シートの表面を平坦化することと、
前記第２の絶縁性重合体フィルム内に前記第１の直径より小さい第２の直径のスルーポリマービアのセットを開けることであって、前記スルーポリマービアのセットが、前記第１のセットのホールの内部で入れ子にされて前記金属フォイルに達する第３のセットのホールと、第２のセットのホールの内部で入れ子にされてコンタクトパッドに達する第４のセットのホールと、前記導電性重合体材料の表面に達する第５のセットのホールとを含む、前記スルーポリマービアのセットを開けることと、
前記スルーポリマービアのセットの側壁と底部と、前記第２の絶縁性重合体フィルムの表面との上に金属シード層を堆積して、前記第２の絶縁性重合体フィルムの表面上に再配線トレースと取り付けパッドとをつくることと、
前記スルーポリマービアのセットを充填するために金属をめっきすることと、
を含む、方法。
【請求項２１】
請求項２０に記載の方法であって、
前記第１及び第２の絶縁性重合体フィルムを同時に硬化することを更に含む、方法。
【請求項２２】
請求項２０に記載の方法であって、
前記半導体ウェハを個別のユニットにシンギュレートするプロセスを更に含み、
各ユニットが、容量性要素で構成される１つ又は複数のキャパシタと共に埋め込まれる１つ又は複数の能動半導体チップのシステムと外部構成要素のための複数の取り付けパッドとを含む、方法。
【請求項２３】
請求項２０に記載の方法であって、
前記埋め込み電子ボディが、同期バックコンバータを含むＤＣ／ＤＣコンバータを有する電力供給システムと、フライバックコンバータと、ＤＣ／ＤＣブーストコンバータと、絶縁コンバータと、チャージポンプと、燃料計と、ドライバと負荷スイッチとを備えるパワー段と、電圧基準と、電流基準と、電流センサとを含むグループから選択される、方法。
【請求項２４】
請求項２０に記載の方法であって、
前記誘電体スキンがコヒーレントであり、前記誘電体スキンにボイドがない、方法。
【請求項２５】
請求項２４に記載の方法であって、
前記誘電体スキンが絶縁性金属酸化物層である、方法。
【請求項２６】
請求項２２に記載の方法であって、
前記外部構成要素がインダクタを含む、方法。
【請求項２７】
請求項２０に記載の方法であって、
前記金属フォイルが、重合体化合物を均一に酸化し、重合体化合物に接着するために適切である、方法。
【請求項２８】
請求項２０に記載の方法であって、
前記ビアホールのセットが円筒形を有する、方法。
【請求項２９】
請求項２０に記載の方法であって、
前記ビアホールのセットが円錐形を有する、方法。
【請求項３０】
請求項２０に記載の方法であって、
前記キャパシタが少なくとも５０μｍの厚さを有する、方法。
【請求項３１】
請求項２１に記載の方法であって、
前記金属粒子がおおよそ２００μＦ／ｃｍ２以下の容量性密度を有する、方法。
【請求項３２】
請求項２１に記載の方法であって、
前記金属粒子が１２５℃までのキャパシタ安定性を有する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、概して半導体デバイス及びプロセスに関し、更に特定して言えば、埋め込まれるナノメートルサイズの三次元コンデンサを備えるパッケージに封止される電子システムの構造及び製造方法に関連する。
【背景技術】
【０００２】
電力供給回路の一般的なファミリには、一つのＤＣ電圧を別のＤＣ電圧に変換するためのパワースイッチングデバイスであるＤＣ／ＤＣコンバータが含まれる。新たに生じつつある電力搬送要件に対して、特に適切なアセンブリ（ハーフブリッジと呼ぶこともある）は、直列に接続され、共通スイッチノードにより共に結合される、２つのパワーＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を備えるパワーブロックである。レギュレートするドライバ及びコントローラが付加される場合、アッセンブリは、パワー段、或いはより一般的には同期バックコンバータ又は電圧レギュレータと称される。同期バックコンバータにおいて、制御ＦＥＴチップ（ハイサイドスイッチと呼ぶこともある）は、供給電圧ＶＩＮとＬＣＯＵＴ出力フィルタとの間に接続され、同期（ｓｙｎｃ）ＦＥＴチップ（ローサイドスイッチと呼ぶこともある）は、ＬＣＯＵＴ出力フィルタと接地電位との間に接続される。制御ＦＥＴチップ及び同期ＦＥＴチップのゲートは、コンバータ及びコントローラのドライバのための回路要素を含む、半導体チップに接続される。
【０００３】
今日のパワースイッチングデバイスの多くでは、パワーＭＯＳＦＥＴ及びドライバ及びコントローラＩＣのチップは、個別の構成要素としてアセンブルされる。チップは典型的に、金属性リードフレームの矩形の又は正方形のパッドに取り付けられる。パッドは、出力端子としてのリードにより囲まれる。このアプローチは、面積を消費し、モジュールのフットプリントを増大させる。別の手法において、制御ＦＥＴチップ及び同期ＦＥＴチップは、スタックとして互いの頂部上に垂直にアセンブルされる。このアッセンブリでは、少なくとも一つのＭＯＳＦＥＴチップが、垂直電流フローのために構成される。制御ＦＥＴチップのソース電極は、同期ＦＥＴチップのドレイン電極に面する。
【０００４】
典型的に、種々のサイズのコンデンサが、印刷回路基板上にアセンブルされる電子システムの構成要素間にある。ボード面積を縮小し、寄生容量を低減するために、これらのコンデンサは、トランジスタ及びインダクタなどの他のボード構成要素に密に近接する個片部品として置かれることがある。ボード占有面積を節約するため及び寄生電気的効果を最小化するための絶え間ないトレンドにより、これらのコンデンサは、他の構成要素の下又はその頂部上に置かれることもある。
【０００５】
節約のための別の例において、コンデンサをデバイスのパッケージに統合する、スタックされたチップパワーＭＯＳＦＥＴが提案されてきている。面積当りの静電容量の取得可能な値を少なくとも一桁増大させるために、コンデンサは、３次元を２次元の面積にフォールディングする概念に基づいて示されている。アルミニウムでつくられるボードなどの金属ボードにキャビティがエッチングされる。その後、キャビティ内のアルミニウム表面は酸化され、キャビティは、重合体化合物などの導電性材料で充填される。コンタクトを金属ボード及び導電性化合物につけた後、この三次元構造は、高静電容量値を提供するコンデンサとして動作され得る。
【発明の概要】
【０００６】
記載される例において、電子システムが、端子パッドを供えた電子ボディ、及び電子ボディに埋め込まれる少なくとも一つのコンデンサを含む。コンデンサは、端子パッドを除くボディ表面を覆う絶縁性及び接着性の第１の重合体フィルムと、高密度容量性要素のシートとを含み、第１のコンデンサ端子が、第１の重合体フィルムに取り付けられる金属フォイルであり、第２の端子が導電性重合体化合物であり、絶縁体が誘電体スキンである。シートは、ビアホールのセットを有し、金属フォイルに達するビアホールの第１のセット、端子に達するビアホールの第２のセット、及び導電性重合体化合物に達するビアホールの第３のセットを含む。絶縁性の第２の重合体フィルムが、ビアホールの側壁をライニングし、シート表面を平坦化する。金属が、重合体の側壁間のビアホールを充填し、システム表面上の導電性トレース及び取り付けパッドを形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】ＤＣ／ＤＣコンバータ、コンデンサ、及びインダクタを含む電力供給システムの回路図を示す。
【０００８】
【図２】例示の実施例に従った、パッケージングされた半導体ボディに統合されるコンデンサを備える電力供給システムの簡略化した断面を図示する。
【０００９】
【図３】取り付けられた高密度容量性構造と、３つの深さレベルで導体に達する導電性スルーポリマービアとを備える半導体ウェハの一部の略断面図を示す。
【００１０】
【図４Ａ】例示の実施例の一部の断面であり、高密度容量性構造、及び、はんだボールコネクタを有する表面コンタクトパッドにボディ端子パッドを接続する導電性スルーポリマービアと一体化される半導体ボディを図示する。
【００１１】
【図４Ｂ】例示の実施例の一部の断面であり、高密度容量性構造、及び、ワイヤボールボンドコネクタを有する表面コンタクトパッドにボディ端子パッドを接続する導電性スルーポリマービアと一体化される半導体ボディを図示する。
【００１２】
【図５Ａ】埋め込み回路要素とウェハ側の回路要素コンタクトパッドとを備える半導体ウェハを提供するプロセスを示す。
【００１３】
【図５Ｂ】ウェハ表面にわたって絶縁性及び接着性の第１の重合体フィルムをラミネートするプロセスを図示する。
【００１４】
【図５Ｃ】高密度容量性要素のシートを第１の重合体フィルムに取り付けるプロセスを示す。
【００１５】
【図５Ｄ】事前に画定された高密度容量性要素を担持する金属フォイルを第１の重合体フィルムに取り付けるプロセスを示す。
【００１６】
【図６Ａ】図５Ｃのシートに第１の直径のビアホールのセットを開けるプロセスを示す。
【００１７】
【図６Ｂ】図６Ａのシートの第１の直径のビアホールを充填するため及び表面を平坦化するために、絶縁性の第２の重合体フィルムをラミネートするプロセスを図示する。
【００１８】
【図６Ｃ】図６Ｂの第２の重合体フィルムに第２の直径のスルーポリマービアのセットを開けるプロセスを示す。
【００１９】
【図６Ｄ】第１の直径のビアホールを充填するため及び図５Ｄのシートの表面を平坦化するために、絶縁性の第２の重合体フィルムをラミネートするプロセスを示す。
【００２０】
【図６Ｅ】図６Ｄの第２の重合体フィルムに第２の直径のスルーポリマービアのセットを開けるプロセスを図示する。
【００２１】
【図７Ａ】表面にわたって金属シード層を堆積するプロセスを示す。
【００２２】
【図７Ｂ】金属シード層をパターニングするプロセスを図示する。
【００２３】
【図７Ｃ】スルーポリマービアを充填し、取り付けパッド及び再配線トレースを厚くするために、パターニングされたシード層上に金属をめっきするプロセスを示す。
【００２４】
【図８】別の実施例の一部の断面を図示する。
【００２５】
【図９】更に別の実施例の断面を示す。
【００２６】
【図１０】更に別の実施例の一部の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
半導体チップや絶えず縮小している幾何学的寸法の電子システムに、高静電容量値を備える小型コンデンサを提供するために、これらのコンデンサは、それらが、薄膜コンデンサであり、回路要素を相互接続する導電性ネットワークに統合され、及び能動回路要素に密に近接する場合に、最も効率的である。ボンディングワイヤを保護するためのパッケージを要するデバイスでは、コンデンサはパッケージに完全に統合され得る。ハウジングなしにはんだアセンブルされ得るデバイスでは、コンデンサは半導体チップに完全に統合され得る。
【００２８】
導電性ネットワークへの統合は、マルチレベルでラミネートされたネットワークの各導電性レベルにコンデンサが接続され得るように、絶縁性材料を介する制御された深さの導電性ビアを必要とする。
【００２９】
絶縁性重合体を介する導電性ビアの問題は、金属、耐火性金属、導電性重合体、及び無機絶縁体に対する重合体の接合を同時につくる手法によって解決する。この手法は、高密度ナノコンデンサの事前に製造されたシートを受けとり、こういったシートを半導体ウェハに取り付け、マルチレベルラミネートの種々のレベルにおいてコンデンサ及びチップ回路要素間の相互接続をつくり、及び必要な場合、ウェハからデバイスをシンギュレートする前にデバイスのためのパッケージを形成する。
【００３０】
導電性スルーポリマービアの例示の実施例は、熱膨張係数の不整合の問題がないこと（これは、そうでなければ、スルーシリコンビアに伴う問題である）により差別化され、剥離や温度サイクルに起因するデバイス欠陥を避ける。
【００３１】
この手法は、柔軟性があり、単一の半導体チップを備える多様なデバイスに、及び複数のチップを備える電力供給システムなどのデバイスに適用可能である。高静電容量密度、高動作周波数、及び微小サイズを組み合わせるコンデンサに起因して、こういった半導体デバイスは、低ミリメートル範囲の小さな全体サイズを有し得る。こういった半導体デバイスはまた、静電容量及び周波数の安定性を示し、また、高温及び低温での及び温度スウィングでの高信頼性を呈する。
【００３２】
電力供給システムに対する好ましい応用のため、例示の実施例は、入力コンデンサを能動回路要素に密に近接して置くことによって電気的寄生容量を低減する。低減された寄生インダクタンスにより、スイッチング周波数の増大が可能となり、これは、かさばる出力インダクタの縮小を可能とする。
【００３３】
好ましいプロセスフローは、複数の連続的に適用される重合体化合物及び重合体の同時硬化プロセスを介する、同時リソグラフィを可能にする。
【００３４】
図１の回路図において、破線のアウトライン１０１により示される電力供給は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２、入力コンデンサＣＩＮ  １０３、出力コンデンサＣＯＵＴ  １０４、及びインダクタＬ  １０５を含む。図２は、はんだボール２６０を備えるボード取り付けのための例示のシリコン・イン・パッケージデバイス２００として、電力供給の実装を図示する。デバイス２００は例示の実施例に基づく。デバイス２００は、パッケージ２０２内の半導体ボディ２０１、入力コンデンサＣＩＮ  ２０３、出力コンデンサＣＯＵＴ  ２０４、及びインダクタＬ  ２０５を含む。半導体ボディは、単一シリコンチップであってもよく、又は一つより多いチップのアッセンブリであってもよい。より一般的には、ボディ２０１は電子ボディであり得、これは、一つ又は複数の半導体チップのアッセンブリを含み得、又は概して電子回路要素を含み得る。
【００３５】
図２の電力供給において示すように、両方のコンデンサが半導体ボディ２０１と共に埋め込まれる一方、（電力供給回路のエネルギー蓄積として機能する）インダクタ２０５は、一定の出力電圧ＶＯＵＴを維持するものとして信頼性を持って機能するために充分に大きなディスクリート構成要素（３００〜４００ｎＨなど）である。他の実施例において、コンデンサは、出力コンデンサ２０４ａがボディ２０１の裏側にあるか、又は入力コンデンサがインダクタとパッケージとの間のギャップに配置されるように、埋め込まれてもよい。
【００３６】
半導体ボディと共にコンデンサを埋め込むことにより、電力供給デバイスの物理的寸法は著しく低減され得る。例えば、従来のディスクリートコンデンサ及びインダクタを備えるデバイスが、長さ２．９ｍｍ、幅２．３ｍｍ、及び高さ１ｍｍ（ディスクリート構成要素を含む）のデバイス寸法を必要とし得る一方で、埋め込みコンデンサを備える同じデバイスは、長さ２．０ｍｍ、幅＜１．５ｍｍ（１．０ｍｍなど）、及び高さ１ｍｍ（ディスクリートインダクタを含む）の寸法を達成する。
【００３７】
図３は、コンデンサを、半導体ボディと又は概して電子ボディと統合する組成及び手法を要約する。図３では、半導体ボディ３０１が、半導体ボディ内部の回路要素の導電性端子パッド３１０を備える表面３０１ａを有する。ＤＣ／ＤＣコンバータの例では、パッド３１０は、図１における略図において表示されている端子（ＶＩＮ、ＶＯＵＴ、イネーブル、接地、モード選択）を含む。
【００３８】
複数の特徴が、一つ又は複数のコンデンサを電子ボディに結びつけ、コンデンサをボディ３０１内に物理的に埋め込む。図３は、絶縁性の第１の重合体フィルム３０２を示し、これは、端子パッド３１０を除くボディ表面３０１ａを覆う。第１のフィルム３０２は接着性であり、その接着性の特性は、図３において粘着性の余分のフィルム３０２ａにより示される。
【００３９】
第１のフィルム３０２に接着するのは、第１及び第２のコンデンサ端子を有する高密度容量性要素のシート３２０である。第１の端子は、第１の重合体フィルム３０２に取り付けられる金属フォイル３２１であり、第２の端子は、導電性重合体化合物３２４により形成される。第１の絶縁性フィルム３０２と第２の絶縁性フィルム３０３とを共にしたシート３２０の厚み３２９は、約５０μｍである。
【００４０】
容量性要素のシートは、コンデンサの第１の端子（アノードと称されることもある）である金属フォイル３２１を含む。シンターされた金属粒子３２２の多孔質集合体が、フォイル３２１に接している。粒子の表面は、誘電体スキン３２３で覆われ、これは、粒子金属の酸化により、又は絶縁性材料で粒子をコーティングすることによりつくられ得る。図３に示すように、誘電体スキンで覆われたシンターされた金属粒子間のボイド及び孔が、導電性重合体材料３２４により充填される。導電性重合体３２４は、金属フィルム３２１とは反対側のシートを形成し、コンデンサの第２の端子（カソードと称されることもある）として機能する。約２００μＦ／ｃｍ２又はそれより小さい密度、及び１２５℃までのコンデンサ安定性に起因して、このシートは、第１の端子としての金属フィルム３２１、第２の端子としての導電性重合体３２４、及び絶縁体としての金属粒子の誘電体スキン３２３を備える高密度コンデンサとして動作し得る。
【００４１】
図３の例において、コンデンサシート３２０は、導電性スルービアホールビアのセットを有する。概して３３１で示すホールの第１のセットは、金属フォイル３２１に達する。概して３３２で示すホールの第２のセットは、ボディ端子パッド３１０に達する。概して３３３で示すホールの第３のセットは、導電性重合体化合物３２４に達し、及び場合によっては、シンターされた金属粒子３２２に部分的に接する。これら３つのセットの導電性スルービアホールビアは、幾つかの共通の特徴を共有する。
【００４２】
図３に示すように、絶縁性の第２の重合体フィルム３０３が、ビアホールの側壁をライニングする。重合体フィルム３０３はまた、ビアホール間のシート表面を平坦化する。フィルム３０３をつけるプロセス及びスルービアホールビアを開けるプロセスについては後述する。重合体フィルム３０３内のスルーポリマービアを開けるプロセスの後、ビアは、重合体側壁間のスルーポリマービア金属で充填することにより導電性にされる。図３は、開けられたビアホールの側壁の上にシード金属３４０の層を堆積するプロセスを含む。図３において、シード金属３４０は、それが各ビアホールの周りの狭いエリアのみを覆うようにパターニングされる。実際のスルーポリマービアの形状は、図３に示した垂直の側壁を備える円筒状形状とは異なり得る。例えば、ビアホール側壁は、円錐形状を有し得る。
【００４３】
図４Ａ及び図４Ｂの実施例において、シード層３４０はパターニングされており、そのパターニングにより、第１の絶縁フィルム３０３の表面上の再配線トレース３４１及び取り付けパッド３４２が形成され得るようにパターニングされている。図４Ａ及び図４Ｂは、ボディ３０１の端子パッド３１０に達する（セット３３２の）導電性スルーポリマービアを含む。これらのビアに対し、スルーポリマービアを充填するため及び取り付けパッド３４２を厚くするために、パターニングされたシード層上に金属４３２がめっきされている（約３μｍの厚み）。好ましいめっきされる金属４３２は銅である。図４Ａでは、厚くされたパッドに、はんだボール４６０が取り付けられる。図４Ｂでは、厚くされたパッドにワイヤボールボンド４６１が取り付けられる。
【００４４】
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、幾つかの再配線トレース３４１は、ボディ端子に達するスルーポリマービアから、コンデンサの第１の端子（アノード）である金属フォイル３２１に達する導電性スルーポリマービアまで接続する。他の再配線トレース３４１は、別のボディ端子に達するスルーポリマービアから、コンデンサの第２の端子（カソード）である導電性重合体化合物３２４に達する導電性スルーポリマービアまで接続する。
【００４５】
別の実施例は、埋め込みコンデンサと統合される、電力供給システムなどの電子システムをバッチ製造するための方法である。図５Ａに示されるように、この方法は、半導体ウェハ５０１に、集積回路、パワーブロック又はパワー段などの埋め込み電子ボディを提供することにより開始する。電子ボディの導電性コンタクトパッドが、ウェハ表面において統合される。
【００４６】
図５Ｂに示される次のプロセスにおいて、絶縁性の第１の重合体フィルム５０２が、ウェハ表面５０１ａにわたってラミネートされる。好ましい材料は、充填材及び高係数を備える、エポキシベースの重合体である。第１の重合体フィルム５０２は接着性であり、この接着性の特性は、図５Ｂにおいて粘着性の余分のフィルム５０２ａにより示される。
【００４７】
図５Ｃは次のプロセスを図示する。高密度容量性要素のシート５２０が提供される。シート５２０の一つの側が、均一で安定した酸化物を容易に形成するタンタル又は金属などの金属のフォイル５２１として形成される。フォイル５２１は、同じ金属のシンターされた粒子５２２の多孔質集合体に接している。例えば、シンターされた粒子は、タンタル粒子であり得る。粒子表面は誘電体スキン５２３で覆われ、誘電体スキン５２３は、タンタルなどの金属の酸化物として形成され得る。代替として、誘電体スキンは、温度安定型絶縁性材料の薄い層であり得る。シート５２０の反対側は、導電性重合体材料５２４により形成され、導電性重合体材料５２４は、粒子間の孔及びボイドを充填するようにディスペンスされる。シート５２０はコンデンサとして動作し得、コンデンサは、第１の端子として金属５２１を、第２の端子として導電性重合体５２４を、及びこれらの端子間の絶縁体として金属粒子の誘電体スキン５２３を有する。高密度コンデンサシート５２０のための方法の更なる詳細は、２０１１年１２月２７日に登録された、米国特許番号ＵＳ８，０８４，８４１  Ｂ２（Pulugurthaらの「高密度コンデンサを提供するためのシステム及び方法」）、及び２０１２年５月８日に登録された、米国特許番号ＵＳ８，１７４，０１７  Ｂ２（Pulugurthaらの「三次元高静電容量密度構造の統合」）に説明されている。
【特許文献１】米国特許番号ＵＳ８，０８４，８４１  Ｂ２
【特許文献２】米国特許番号ＵＳ８，１７４，０１７  Ｂ２
【００４８】
図５Ｃに示すように、シート５２０は、金属フォイル５２１上に接着性の第１の重合体フィルム５０２によって取り付けられる。
【００４９】
図５Ｄは、高密度容量性要素を提供するための代替プロセスを示す。図５Ｄにおいて、金属性フォイル５２１ａは、図５Ｃにおけるような連続的な層としてではなく、ディスクリートの事前エッチングされた要素として、取り付けられたシンターされた粒子の多孔質集合体を担持する。こういったディスクリート要素が、第１の直径６０１（図６Ａのプロセスにより生成されるものと同じ直径）のビアホールにより分離される一方で、これらの要素を囲むフォイルは、ビアホールの外の支持キャリア（破線５２１ｂにより示される）として残る。図５Ｄに示すように、シート５２０は、接着性の第１の重合体フィルム５０２ａ上に金属フォイル５２１によって取り付けられる。
【００５０】
図６Ａは、第１の直径６０１のビアホールのセットをシート５２０に開けるプロセスを図示する。第１のセットのホール６３１は金属フォイル５２１に達し、第２のセットのホール６３２は、ウェハコンタクトパッド５１０に達する。開けるためのドリリングの好ましい方法は、ＵＶレーザーである。
【００５１】
図６Ｂに示す次のプロセスにおいて、絶縁性の第２の重合体フィルム５０３が、その重合体材料が、第１の直径６０１のビアホールを充填し、シート表面を平坦化するように、ウェハにわたってラミネートされる。
【００５２】
重合体材料を硬化させた後、図６Ｃに示す次のプロセスが、第２の直径６０２のスルーポリマービアホールのセットを第２の重合体フィルム５０３に開ける。第２の直径６０２は、第１の直径６０１より小さく、これらのビアホールの側壁は、絶縁性の第２の重合体材料で構成される。第３のセットは、第１のセットのビアホール６３１の内部で入れ子にされるビアホール６５１を含み、ビアホール６５１は金属フォイル５２１に達する。第４のセットは、第２のセットのビアホール６３２の内部で入れ子にされるビアホール６５２を含み、ビアホール６５２はコンタクトパッド５１０に達する。第５のセットは、導電性重合体表面５２４に達するビアホール６５３を含む。ビアホールをドリリングするための好ましい方法は、ＵＶレーザーである。
【００５３】
図６Ｄでは、上記プロセスが、シンターされた粒子の多孔質集合体のディスクリートの事前エッチングされた要素に適合させるために改変されている。図６Ｄに図示するように、図６Ｂのプロセスに類似するプロセスにおいて、絶縁性の第２の重合体フィルム５０３が、その重合体材料が、第１の直径６０１のビアホールを充填し、シート表面を平坦化するように、ウェハにわたってラミネートされる。重合体材料を硬化させた後、図６Ｅのプロセス（図６Ｃのプロセスに類似）が、第２の直径６０２のスルーポリマービアホールのセットを、第２の重合体フィルム５０３に及び第１の重合体フィルム５０２に開ける。第２の直径６０２は、第１の直径６０１より小さく、これらのビアホールの側壁は、主として絶縁性の第２の重合体材料で、及び部分的に第１の重合体材料で構成される。第３のセットは、第１のセットのビアホール６３１内部で入れ子にされるビアホール６５１を含み、ビアホール６５１は金属フォイル５２１に達する。第４のセットは、第２のセットのビアホール６３２内部で入れ子にされるビアホール６５２を含み、ビアホール６５２はコンタクトパッド５１０に達する。第５のセットは、導電性重合体表面５２４に達するビアホール６５３を含む。ビアホールをドリリングするための好ましい方法は、ＵＶレーザーである。
【００５４】
次のプロセスにおいて、スルーポリマービアがメタライズされる。図７Ａは、スルーポリマービアの側壁及び底部、及び第２の重合体フィルム５０３の表面上に金属シード層５４０を堆積する好ましいプロセスを示し、好ましい技術は無電解めっきである。代替の技術はスパッタリングに関与する。好ましい金属は、チタン又はタングステンなどの耐火性金属であり、これは、重合体化合物に良好に接着する。図７Ｂは、再配線トレース５４１、及び第２の重合体フィルム５０３の表面上の取り付けパッドをつくるために、シード金属層５４０をパターニングするプロセスを図示する。
【００５５】
図７Ｃに示されるプロセスにおいて、スルーポリマービアを充填するため及び取り付けパッド及び再配線トレースを厚くするために、金属（銅など）の比較的厚い層５３２が、パターニングされたシード層上にめっきされる。再配線トレースの好ましい厚みは約３μｍである。
【００５６】
更に別のプロセスにおいて、比較的厚い金属層の堆積がシード金属層の堆積のすぐ後に成される一方で、パターニングのプロセスが、厚い金属層及びシード金属層に同時に適用される。
【００５７】
代替プロセスにおいて、金属性シード層の堆積は、無電解めっきにより３μｍの厚みの銅層が堆積される前に、重合体材料の側壁表面を活性化することにより置き換えられ得る。
【００５８】
付加的なプロセスが、図４Ａ及び図４Ｂに示されるような、はんだボール又はワイヤボールボンドの取り付け、及び更に、半導体ウェハを個別のユニットにシンギュレートする工程に関与する。各ユニットは、高密度容量性要素で構成される一つ又は複数のコンデンサを備える埋め込まれた一つ又は複数の能動半導体チップのシステム、及び外部構成要素のための複数の取り付けパッドを含む。
【００５９】
半導体チップ内への導電性スルーポリマービアを備える高密度容量性構造を実装するため、及び図面において第１及び第２の端子及び中間絶縁体のための均一な層へのコンデンサ構造を簡略化するための上述のシーケンスにおけるプロセスの後、はんだボールを備える例示の実施例の一部が、図８に示すように表され得る。図８の実施例８００において、高密度容量性構造は、半導体チップの表面上の再配線層に埋め込まれる。デバイス８００の呼称は、図４における類似の呼称に対応する。半導体チップ８０１は、導電性端子パッド８１０を備える表面を有する。並列の第１の絶縁性重合体フィルム８０２及び第２の絶縁性重合体フィルム８０３のレベルが、金属性ビア８０４により相互接続され、はんだボール８６０を取り付けるためのメタライゼーションを備える端子８３２への再配線層８４１の拡張を可能にする。２つの近隣の端子８３２間の再配線層の長さは、第１の端子（アノード、金属）８２１、第２の端子（カソード、導電性重合体）８２４、及び絶縁体層８２３により示される高密度容量性構造を収容するために用いられる。
【００６０】
デバイス８００を製造するためのプロセスフローが上述のシーケンスに続く。しかし、別の実施例９００（図９）において、高密度容量性構造（第１の端子９２１、第２の端子９２４、絶縁体層９２３）が、デポピュレートされたはんだボールの場所を占有し得る場合、第１の絶縁性重合体フィルム９０２のラミネーションのすぐ後、及び高密度容量性要素のシートの取り付け前に、第２の絶縁性重合体フィルム９０３がラミネートされることが好ましい。
【００６１】
デバイス１０００など（図１０）の更に別の実施例において、半導体チップ１００１が、導電性シリコン貫通ビア（ＴＳＶ）１０８０を有し得、これは、反対であり概して受動チップ側１００１ｂからの能動チップ側１００１上の構造へのコンタクトを可能にする。これらの場合、システムオンボードのアッセンブリに対し、チップ側１００１ｂに一つ又は複数のコンデンサを置くこと、及びＴＳＶ１０８０の助けを用いてコンデンサをチップ側１００１ａの構造に接続することが助けとなり得る。図１０は、第１の端子１０２１、第２の端子１０２４、及び近隣のＴＳＶ間に延在される絶縁体１０２３を備える、長くされたコンデンサを示す。デバイス１００の製造フローでは、第１の絶縁性重合体フィルム１００２のラミネーションのすぐ後、及び高密度容量性要素のシートの取り付け前に、第２の絶縁性重合体フィルム１００３がラミネートされることが好ましい。
【００６２】
図４Ｂに示すように、高密度コンデンサは半導体チップに埋め込まれ得、これは、チップ端子を金属性リードフレームなどの基板に接続するために、埋め込みコンデンサの頂部上のワイヤボールボンディングを用いる。こういったボンディングワイヤに起因して、このような電子ボディは保護パッケージに封止される必要がある。
【００６３】
上述の電子ボディのようなＤＣ／ＤＣコンバータを備える例示のパワーシステムに加えて、高密度コンデンサの埋め込みは、フライバックコンバータ、ＤＣ／ＤＣブーストコンバータ及び絶縁コンバータ、チャージポンプ、燃料計、ドライバ及び負荷スイッチを備えるパワー段、電圧基準、電流基準、電流センサ、及び、コンデンサを用いる概して任意の電子システムに適用され得る。
【００６４】
半導体チップにおける容量性構造の埋め込みを可能にする導電性スルーポリマービアには、ＣＴＥ（熱膨張係数）の差に起因する熱機械的応力がない。この応力敏感性がないことは、熱機械的応力問題に悩まされる図１０の従来のＴＳＶ（シリコン貫通ビア）１０８０に比して技術的利点である。
【００６５】
例示の実施例は、集積回路を備えるチップに、及び任意のタイプの半導体チップを備えるデバイスに適用可能である。例えば、コンデンサシートは、リードフレームパッド上にアセンブルされ、リードにワイヤボンディングされ、保護パッケージング化合物に封止されるチップの表面に取り付けられ得る。
【００６６】
別の例として、本方法は、或るシステムに統合される任意の数の半導体チップに埋め込まれるコンデンサまで拡張され得る。こういったコンデンサは、システム内部又はシステムの表面上のいずれかに埋め込まれ得る。
【００６７】
別の例として、コンデンサの静電容量値は、多孔質構造をつくるプロセスを変えることにより改変され得、そのため、同じ幾何学的コンデンサ値であるが異なる静電容量値が利用を可能となり、これは、異なる電気的値を備える利用可能なパッケージ構造を用いる廉価な方式である。
【００６８】
更に別の例において、コンデンサの金属、絶縁体、ジオメトリ、及び厚みは、最終的厚み、機械的強度、最小歪み、クラックの防止、ピックアンドプレースマシンとの互換性、及び最小電気的寄生容量など、アセンブルされるパッケージの特定の製品目標が達成され得るように、チップのサイズの関数として選択され得る。
【００６９】
更に別の例において、高密度容量性要素は、電気的特性（動作周波数及び周波数安定性など）が最適化され得るように、調節及び配置され得る。
【００７０】
更に別の例において、容量性構造の特性は、容量性構造の電気的特性が測定され得、及びそういった構造をセンサとして用いることができるように、物理的パラメータ（応力、湿気、圧力、照射、化学曝露、又は発見され得るその他のパラメータなど）に対する固有の感度を有し得る。
【００７１】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に変形が成され得、他の実施例が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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