(57)【要約】  複数の配線層用相互接続エレメント（１００）は、相互接続エレメント（１００）の第１の露出配線層（１２０）と第２の露出配線層（１２２）との間に埋め込まれたコンデンサ（１１０）又は他の電気部品を備えている。内部配線層（１２４）及び（１２６）が、それぞれのコンデンサ（１１０）の露出面の間に設けられ、これらの内部配線層は、それぞれ誘電体層（１１４）及び（１１６）によってコンデンサ（１１０）から電気的に絶縁されている。導電性バイア（１３２）は、２つの内部配線層（１２４、１２６）の間の導電性接続を行う。また、複数の配線層用相互接続エレメントを製造する方法も提供される。
2010514217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面及び当該第１の面から離れた第２の面を有する誘電体層と、
前記第１の面で露出された複数の第１の導電性トレースと、
前記第２の面で露出された複数の第２の導電性トレースと、
前記複数の第１の導電性トレースから前記第２の面に向かう方向に突出した複数の固体金属機構と、
前記複数の第１の固体金属機構に対して直接に冶金学的に融合する複数の固体金属端子を有する電気部品と
を具備する、複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項２】
前記固体金属端子が実質的に第１の金属組成物から構成され、前記第１の固体金属機構が実質的に第２の金属組成物から構成され、かつ前記固体金属端子と前記固体金属機構とが融合される界面領域が実質的に第３の組成物から構成され、前記第１、第２及び第３の組成物が実質的に同一である請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項３】
前記第１及び第２の金属のそれぞれが、貴金属及びアルミニウムを含むグループから選択される請求項２に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項４】
前記第１及び第２の金属のそれぞれが実質的に銅から構成される請求項２に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項５】
前記第１及び第２の金属のそれぞれが実質的にアルミニウムから構成される請求項２に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項６】
前記第１の固体金属機構が外面で露出された第１の金属を含む第１の組成物を有し、前記固体金属機構が外面で露出された第２の金属を含む第２の組成物を有し、前記第１の固体金属機構と前記固体金属端子との間の界面領域が第３の組成物を有し、前記第３の組成物が前記第２の金属との固体混合物の中に前記第１の金属を含む請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項７】
前記第１及び第２の金属のそれぞれが、貴金属及びアルミニウムを含むグループから選択される請求項６に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項８】
前記第１及び第２の金属の少なくとも１つが、ニッケル及び金からなるグループから選択された１つの金属から実質的に構成される請求項６に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項９】
前記電気部品が、前記複数の第１の導電性トレースと前記複数の第２の導電性トレースとの間に全面的に配置される請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１０】
前記電気部品が別個のコンデンサを含み、前記複数の固体金属端子が第１及び第２の異なる電位を前記別個のコンデンサに与えるために第１及び第２の端子を備える請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１１】
前記電気部品が別個の抵抗を含み、前記複数の固体金属端子が第１及び第２の異なる電位を前記別個の抵抗に与えるために第１及び第２の端子を備える請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１２】
前記電気部品が別個のインダクタを含み、前記複数の固体金属端子が第１及び第２の異なる電位を受け取るために第１及び第２の端子を備える請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１３】
前記電気部品が上に複数のアクティブ装置を有する半導体チップを含み、前記複数の固体金属端子が第１及び第２の異なる電位を受け取るために第１及び第２の端子を備える請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１４】
前記複数の固体金属機構が複数の固体金属バンプを含み、前記固体金属バンプのそれぞれが貴金属及びアルミニウムから成るグループから選択された１つ以上の金属から実質的に構成される請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１５】
前記複数の固体金属バンプが、角錐形、円錐台形及び円錐形から成るグループから選択された形状である請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１６】
前記複数の固体金属バンプの高さが約１００ミクロン未満である請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１７】
前記複数の固体金属機構が、前記第１の導電性トレースの内面に平行した方向に長手方向に延長する複数の細長い固体金属のレールを含み、前記固体金属レールのそれぞれが貴金属及びアルミニウムから成るグループから選択された１つ以上の金属から実質的に構成される請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１８】
前記複数の固体金属のレールの高さが約１００ミクロン未満である請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項１９】
前記複数の固体金属機構が、拡散接合を介して前記複数の固体金属端子に融合される請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメント。
【請求項２０】
請求項１に記載の複数の配線層用相互接続エレメントを備えた構体であって、前記複数の第１の導電性トレース又は前記複数の第２の導電性トレースの少なくとも１つに接続された露出された外部端子をさらに具備し、前記露出された外部端子が複数の超小型電子素子の接点に導電結合される、構体。
【請求項２１】
前記複数の配送用相互接続エレメントが回路パネルを具備し、前記超小型電子素子が半導体チップを含む請求項２０に記載の構体。
【請求項２２】
前記複数の配線層用相互接続エレメントがチップ・キャリアを具備し、前記超小型電子素子が半導体チップを備える請求項２０に記載の構体。
【請求項２３】
複数の配線層用相互接続エレメントを製造する方法であって、
（ａ）第１の素子から離れた露出面を有する融合サブアセンブリーを形成するため、電気部品の複数の固体金属端子を前記第１の素子の第１の金属層の上に突出している複数の固体金属機構に直接的に冶金学的に融合させるステップと、
（ｂ）前記融合サブアセンブリーを用いて、（ｉ）前記融合サブアセンブリーの前記露出面に隣接した第１の面を有する誘電体層と、（ｉｉ）前記第１の面から離れた前記誘電体層の第２の面に隣接した第２の金属層とを組み立てるステップと
を含む、方法。
【請求項２４】
前記第１の金属層を複数の第１の導電性トレースにパターニングするステップ、又は前記第２の金属層を複数の第２の導電性トレースにパターニングするステップの少なくとも１つをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ステップが、（ａ）誘電体フィルムが存在する場合、前記誘電体フィルムを前記複数の第１の固体金属機構と前記複数の第１の固体金属端子から取り除くステップと、熱と圧力を前記第１の素子と前記電気部品とに前記複数の第１の金属端子が前記複数の第１の金属機構に融合するまで印加するステップとを含む、方法。
【請求項２６】
前記熱及び圧力がサーモソニック的に加えられる請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記熱及び圧力が超音波を使って加えられる請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
誘電体マスク層の中の開口に第１の金属をめっきすることによって、前記複数の第１の金属機構を形成するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
第３の金属層の上にあるマスク・パターンに基づいて、前記第１の金属層の上の前記第３の金属層の露出部分をエッチングすることによって、前記複数の第１の金属機構を形成するステップをさらに含む請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
前記固体金属端子が実質的に第１の金属組成物から構成され、前記第１の固体金属機構が実質的に第２の金属組成物から構成され、前記固体金属端子と前記固体金属機構とが融合される界面領域が実質的に第３の組成物から構成され、前記第１、第２及び第３の組成物が実質的に同一である請求項２３に記載の方法。
【請求項３１】
前記第１の固体金属機構が外面で露出された第１の金属を含む第１の組成物を有し、前記固体金属機構が外面で露出された第２の金属を含む第２の組成物を有し、前記第１の固体金属機構と前記固体金属端子との間の界面領域が第３の組成物を有し、前記第３の組成物が前記第２の金属との固体混合物の中に前記第１の金属を含む請求項２３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願との相互参照］
本願は、２００６年１２月１９日に出願された米国仮特許出願第６０／８７５，７３０号の出願日に関する利点を請求する。それらの特許の開示内容は、参照することによって本願に組み込まれる。
【０００２】
［発明の分野］
本発明は、半導体チップやパッケージ化半導体チップなど超小型電子素子を別のそのような素子又は他の構成要素に接続するときに使用するための複数の配線層用相互接続エレメントに関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体チップなどの超小型電子素子は、密度が高い外部相互接続を要求することが多い。半導体チップのネットワークが、チップ上で得ることが困難な大きなデカップリング・キャパシタンスを要求することが少なくない。このため、必要なデカップリング・キャパシタンスを与えるために、コンデンサがチップに極めて接近して実装されることがある。別の場合では、外部のインダクタ又は抵抗が必要とされる。これらは、回路パネルに最も都合よく実装され、この回路パネルにはチップも接続される。しかしながら、チップをそこに取り付ける前又は後のいずれかに、チップ支持体すなわち回路パネルの表面に別個のコンデンサ、インダクタ又は抵抗をはんだ付けすることは、相当の付加的な努力を必要とする。さらに、そのような部品をこうしたチップ支持体すなわち回路パネルの同じ面に実装することにより、チップ又はパッケージ化チップを取り付けるために利用可能な面積が減少される。チップ支持体及び回路パネルが複数の露出した配線層を有する場合は、コンデンサ又は他の部品をチップが実装されている面とは反対側のチップ支持体すなわち回路パネルの面に取り付けることはまた、チップ又は他の素子によって占有された面積を取り去ることになる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の実施形態では、複数の配線層用相互接続エレメントが、第１の面と前記第１の面から離れた第２の面を有する誘電体層と、前記第１の面で露出された複数の第１の導電性トレースと、前記第２の面で露出された複数の第２の導電性トレースと、前記複数の第１の導電性トレースから前記第２の面に向かう方向に突出している複数の固体金属機構と、前記複数の第１の固体金属機構に対して直接的に冶金学的に融合する複数の固体金属端子を有する電気部品とを備えている。
【０００５】
本発明の別の実施形態では、複数の配線層用相互接続エレメントを製造する方法が、ａ）第１の素子から離れた露出面を有する融合サブアセンブリーを形成するために、前記第１の素子の第１の金属層の上に突出した複数の固体金属機構に対して直接的に電気部品の複数の固体金属端子を冶金学的に融合するステップと、ｂ）前記融合サブアセンブリーを用いて、（ｉ）前記融合サブアセンブリーの前記露出面に隣接した第１の面を有する誘電体層と、（ｉｉ）前記第１の面から離れた前記誘電体層の第２の面に隣接した第２の金属層とを組み立てるステップとを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の実施形態による複数の配線層用相互接続エレメントを例示する図である。
【図２】図１の相互接続エレメントの平面図である。
【図３】本発明の実施形態による複数の導電性バンプを例示する図である。
【図４】図４Ａ〜図４Ｅは、導電性バンプの代表的な別の構造体を例示する図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｃは、相互接続エレメントを形成するための別の処理を例示する図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の別の実施形態による相互接続エレメントを形成するための別の処理を例示する図である。
【図７】本発明の実施形態に基づいて、導電性バンプによって導電性を有して接続されたサブアセンブリーを例示する図である。
【図８】複数のサブアセンブリーを複数の誘電体層を用いて結合するための結合処理を例示する図である。
【図９】図９の結合処理から得られた構体を例示する図である。
【図１０】本発明の実施形態の別の製造段階を例示する図である。
【図１１】本発明の実施形態による相互接続エレメントを例示する図である。
【図１２】本発明の別の実施形態による相互接続エレメントを例示する図である。
【図１３】本発明の別の実施形態による金属層構造体上のバンプを例示する図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による相互接続エレメントを例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１には、本発明の実施形態による複数の配線層用相互接続エレメントが例示されている。図１に示されているように、相互接続エレメント１００は、相互接続エレメント１００の第１の露出配線層１２０と第２の露出配線層１２２との間に埋め込まれたコンデンサ１１０又は他の電気部品を備えている。各露出配線層は、比較的薄い厚さ、例えば、数ミクロン（２から５μｍ）、１２μｍから１８μｍの中程度の厚さ、又は比較的厚い３５ミクロン以上の厚さのいずれかとすることができる。さらに、配線層の幾つかの部分は他よりも薄くすることができ、また２つの露出配線層１２０及び１２２は同じ厚さである必要はないため、各露出配線層の厚さが全体にわたって均一である必要はない。露出配線層１２０及び１２２は、銅、ニッケル、アルミニウム又はわずかな表面腐食しか受けない他の金属などの貴金属を含むことが望ましい。
【０００８】
相互接続エレメント１００の中で、内部配線層１２４及び１２６が、それぞれのコンデンサ１１０の露出面１１２の間に設けられており、これらの内部配線層は、それぞれ誘電体層１１４及び１１６によってコンデンサ１１０から電気的に絶縁されている。内部配線層１２４及び１２６は、内部誘電体層１３０によって互いに分離されている。導電性バイア１３２は、２つの内部配線層１２４、１２６の間の導電性接続を行う。内部配線層１２４の導電性パッド１４４又はトレースなどの幾つかの機構が、第１の露出配線層１２０の導電性トレース１５４又はパッドなどの機構に導電性バイア１４５によって接続される。導電性バイア１４５及び１４７は、例えば、誘電体層１１４及び１１６内にめっきされたブランドバイアの形状で設けることができる。同様に、導電性パッド１４６又は内部配線層１２６の導電性トレースは、第２の露出配線層１２２のトレース又はパッドに別の導電性バイア１４７によって接続される。最終的に、内部配線層１２４及び１２６を接続する導電性バイア１３２は、パッド１４４、１４６並びに導電性バイア１４５及び１４７を含む導電性経路によって、第１及び第２の露出配線層１２０、１２２の機構の間の導電性相互接続を行う。
【０００９】
図１にさらに例示されているように、構造体の下側コンデンサ１１０ａの露出端子１２７への外部接続は、底部露出配線層の導電性トレース１２３及びそこから突出している導電性バンプ１２５を通して行われる。同様に、別のコンデンサ１１０ｂの端子１３７に対する外部接続は、上部露出配線層の導電性トレース１３３及びそこから突出しているバンプ１３５を通して行われる。コンデンサ端子は、銅、アルミニウム、ニッケル、金、銀又はスズなどの１つ以上の貴金属を含むことができる。コンデンサ端子１２７及び１３７は、銅又はアルミニウムなどのより高い融合温度の金属を含むことが望ましい。それらは、その表面で露出されるか、又は前述した金属の別の１つでコーティングされる。
【００１０】
図２では、図１に例示された相互接続エレメントの平面図で、第２の露出配線層１２２の底面を見た図を示す。この図で線Ａ−Ａ’は、図１に示された断面図を示している。図２に例示されているように、トレース１２３がバンプ１２５の上に行方向に延びて、各バンプに対して外部の導電性相互接続を行う。バンプ間の開口は、１２１で示されている。図２では１つの行のバンプ１２５しか例示されていないが、各トレース１２３をコンデンサの各露出電極１２７に導電接続するために、幾つかの行のバンプを使用できる。他のトレース１２９及び１つ以上の導電性パッド１３１が、相互接続エレメントの底部の誘電体層１１６の表面上に露出されている。
【００１１】
相互接続エレメントを製造する方法が、下記の図面を参照してここで説明される。図３に示されているように、複数の導電性バンプ１２５が、連続的な金属の配線層２２２の表面に突出するように形成される。バンプは、種々の製法によって形成することができる。代表的な製法は、米国特許第６，８８４，７０９号の中で説明されている。この特許は、参照することによって本願に組み込まれる。その米国特許の中で説明された１つの製法では、３層以上の階層化金属構造体が、フォトリソグラフィによりパターン化されたフォトレジスト層に基づいてエッチングされて、バンプ１２５を形成する。このエッチング工程は、構造体の内部金属層２２４上で停止する。この内部金属層２２４は、露出金属層のものとは異なる１つ以上の金属を含んでおり、また露出金属層をエッチングするために使用されるエッチング剤によって腐食されない組成である。例えば、バンプ１２５がエッチングされる金属層は、本質的に銅を含んでおり、連続的な金属層２２２も本質的に銅を含み、また内部金属層２２４は本質的にニッケルを含んでいる。ニッケルは銅に対して優れた選択性を提供して、金属層がエッチングされてバンプ１２５を形成する場合に、ニッケル層が腐食されるのを防止する。
【００１２】
バンプを形成した後、次に種々のエッチング剤が加えられて、下側の金属層２２２に対して選択的な処理によって、内部の金属層を取り除く。別の方法では、バンプを形成できる別の方法は電気めっきである。この方法では、フォトレジスト層などの誘電体層の中にパターン化された開口を通して、金属をベースの金属層２２２上にめっきすることによって、バンプが形成される。
【００１３】
図４Ａの平面図の中で示されているように、バンプは種々の異なる形状と寸法にすることができる。例えば、上から見る場合、バンプの形状は、円形４１０、正方形又は長方形４２０、大きな幅と長さの長方形（４３０）、楕円形４４０、細長い長方形４５０、又は４６０又は４７０で示されているような星形にすることができる。バンプが星形の場合、その形状は他の形状が使用される場合よりもバンプを容易に又は容易でなく圧縮することができる。下側の金属層の面上のバンプ１２５の高さは、一般に約１０ミクロン（μｍ）と１０００ミクロン（μｍ）との間の範囲であり、幅は約１０ミクロンと２０００ミクロンとの間に広がる。
【００１４】
図４Ｂ〜図４Ｅは、バンプが取ることができる代表的な別の構造体を例示している。例えば、図４Ｂに示されているように、バンプ４８０は、ベースの金属層４８６上にあるエッチストップ金属層４８４に対して選択的な第１の金属層をエッチングすることによって形成される。このバンプ４８０は、第２の金属層４８２でコーティングされている。第２の金属層は、第１の金属層と同じ金属、１つ以上の他の金属、又は第１の金属層の中に含まれた金属と他の金属との組合せを含むことができる。特定の実施形態では、この第２の金属層４８２は、図６及び図７を参照して以下に説明されるように、腐食に対して強く、かつ第２の金属層とそれと接触する別の特徴の金属層との間の拡散接合の形成を容易に行うことができる金などの金属を含んでいる。別の特定の実施形態では、この第２の金属層は、スズなどの融解温度が低い金属、又ははんだ又は共晶構成物（eutectic composition）などの融解温度が低い合金を含んでいる。第２の金属層として利用可能な１つ以上の金属の別の実施例には、ニッケルとアルミニウムが含まれる。
【００１５】
図４Ｃに示されているように、導電性バンプ４９０の先端部のみが第２の金属層４９２でコーティングされ、導電性バンプの本体は、エッチストップ層を介在することなく、ベースの金属層４９４と直接に接触している。バンプがパターン化マスク層（例えば、フォトレジスト層）内のキャビティの中で電気めっきにより形成され、続いて、その上に第２の金属層をめっきして、次にマスク層を取り除くことによって、そのような構造体を得ることができる。中間のエッチストップ層が省かれている同様の構造体を形成するための別の製法が、図５Ａ〜図５Ｃに例示されている。この図で、金属又は合金を含む１つの金属層５９４（図５Ａ）が、バンプと配線層の両方にパターン化される。図５Ａに示されているように、金属層５９４は、例えば銅の層であり、厚さは約５０〜約１５０ミクロンの間である。金属層の裏面５８８は、耐エッチング性コーディング５９８でカバーされている。この耐エッチング性コーディング５９８は、例えば、フォトレジスト又は他のフォトイメージ可能な層（photoimageable layer）又はエッチング剤に腐食されない他の材料を含むことができる。このエッチング剤は、バンプを形成する場合に金属層をエッチングするために使用される。バンプが形成された後で、金属層を腐食しない処理によって、この耐エッチング性コーディング５９８を取り去ることが好ましい。金属層の前面５８６は、パターン化マスク層５９６でカバーされている。このパターン化マスク層５９６は、フォトレジスト層を付着形成して、その層をフォトリソグラフ的にパターン化することによって形成することができる。次に、バンプ５９０は、マスク層に基づいた時間的な方法でベースの金属層５９４をエッチングすることによって形成される。このエッチングは、バンプ５９０間のベースの金属層が望ましい残存厚さ５９１（図５Ｃ）に到達するまで行われる。その後、図５Ｃに例示されているように、マスク層５９６と耐エッチング層５９８とが除かれて、バンプの間の金属層の部分５９５を接続することによって相互接続されたバンプ５９０を有する１つの金属層が残される。これらの接続部分は厚さ５９１であり、相互接続エレメントの外部配線パターン１２３、１２９、１３１（図１１）を形成するために使用されるエッチング処理によって、この厚さは接続部分をパターン化することができる。
【００１６】
図４Ｄでは、導電性バンプ４９５を製造するさらに別の方法を示す。この方法では、実質的に１つ以上の金属から構成するスタッド形バンプ４９５が、ベースの金属層４９６と接触して形成され、ベースの金属層と接触するボールと、そこから上方に突出するシャフト４９７を有している。このスタッド形バンプは一般に、ワイヤ・ボンディング装置によって形成される。基本的に金などの金属から構成するワイヤを提供するワイヤ・ボンディング装置を用いて、ワイヤの先端を融解し、次にベースの金属層４７５などの金属面上にボールの形状で融合したワイヤ先端を付着形成して、スタッド形バンプを形成することができる。このワイヤ・ボンディング装置は次に、金属面からワイヤを引き戻してスタッド形バンプのシャフトを形成し、この後ワイヤ・ボンディング装置は、金属面に固着したスタッド形バンプを残してワイヤを切り取る。ワイヤ・ボンディング装置又は専用のスタッド形バンプ形成装置は、実質的に金以外の金属から構成する同様のスタッド形バンプを形成するために使用できる。図４Ｅにさらに例示されているように、望ましいスタッド形バンプの高さが得られるまで、一例のスタッド形バンプ４９８ａ、４９８ｂ、及び４９８ｃを、１つのスタッド形バンプを他の上部に形成することによって、導電性バンプ４９９を形成できる。この実施例では、比較的大きな高さ対幅のアスペクト比を実現できる。このことは、構造体の望ましい高さが比較的大きな場合において、利用する領域を小さく保つために望ましい。
【００１７】
バンプの場合と同様に、コンデンサには種々の形状がある。その上面又は底面のいずれかから見ると、コンデンサは、例えば、正方形、長方形、円筒形又は楕円形に見える。コンデンサの寸法は多様である。特定の実施例では、長方形のコンデンサの長さが３．２ミリメータ（ｍｍ）、幅が１．６ミリメータ（ｍｍ）、厚さが約１００〜１５０μｍ未満である。コンデンサの端子１２７（図１）は、基本的に１つ以上の金属から構成することができる。端子は基本的に、銅、アルミニウム、ニッケル、金、スズ及び銀から選択された１つ以上の金属から構成することが望ましい。
【００１８】
図６Ａを参照すると、上にバンプ１２５が突出している金属層２２２を形成した後、このバンプ１２５をコンデンサの端子１２７に接合する工程が実行される。バンプと端子との間にはんだやスズなどの融解温度が低い金属が存在しなくても、バンプ１２５が直接端子１２７に融合されることが好ましい。強い結合を実現するために、バンプが端子に接合される前に、好ましくはバンプと端子の接合面を清潔にして、例えば、天然の酸化物などの酸化物がほとんどない状態にする必要がある。一般に、エッチング又はマイクロエッチングの表面処理として特徴付けられた工程を実行して、銅、ニッケル、アルミニウムなどの貴金属の表面酸化物を除去することができる。この表面エッチング工程は、バンプ又はその下側の金属層の厚さにほとんど影響することなく行うことができる。このクリーニング工程は、実際の接合工程の前に短時間で行うことが最適である。構成部品がクリーニングの後、相対湿度が約３０〜７０パーセントの間の通常の湿度環境の中で維持される状態のもとでは、接合工程の前にバンプとコンデンサの端子との間で行われる結合の強度に影響することなく、クリーニング工程を通常数時間まで、例えば、６時間まで実現することができる。
【００１９】
図６Ａに例示されているように、コンデンサをバンプに接合するために実行される工程の間に、スペーサ構造体２２６が金属層２２２の上向きの面２２３上に配置される。このスペーサ構造体は、ポリイミド、セラミック、又は銅などの１つ以上の金属などの、１つ以上の材料から形成することができる。コンデンサ１１０が、スペーサ構造体の中の開口内に配置されて、端子１２７がバンプ１２５の上面２２８に重なっている。この製造段階では、コンデンサ１１０の外面２３０が、ある距離だけスペーサ構造体の外面２３２より上に突出している。この距離２３４は、バンプ１２５の高さの数パーセントから２０％以上とすることができる。次に、コンデンサ１１０、スペーサ構造体、及び上にバンプが付いた金属層が一対のプレート２４０の間に挿入され、熱と圧力が同時に矢印２３６によって示された方向に、コンデンサ１１０と金属層２２３に加えられる。図６Ｂで例示されているように、プレート２４０に加えられた圧力は、バンプ１２５の高さを、最初に製造されたバンプ１２５の当初の高さ（図３）よりも低い高さ２４２に減少させる効果がある。この工程の間に加えられる圧力の代表的な範囲は、約２０ｋｇ／ｃｍ２と約１５０ｋｇ／ｃｍ２との間である。この接合工程は、例えば、約１４０℃と約５００℃との間の範囲の温度で行われる。
【００２０】
この接合工程は、バンプ１２５とコンデンサの端子１２７を、バンプの前の上面の下方からの金属と端子の上面が熱と圧力のもとで接触及び接合する程度まで圧縮する。接合工程の結果、バンプの高さは１ミクロン以上減少する。バンプ１２５が本質的に銅からなり、また端子１２７が本質的に銅から構成する場合、バンプと端子との間の接合部も本質的に銅から構成されることになるため、バンプと端子を含む連続的な銅の構造体が形成される。この後、図７に例示されているように、プレート及びスペーサ構造体が取り除かれて、導電性バンプ１２５によって金属層２２２に導電接合された端子１２７を有するコンデンサ１１０を含むサブアセンブリー２５０が残される。
【００２１】
次に、図８に例示されているように、接合工程が実施されて、複数のサブアセンブリー２５０が複数の誘電体層１１４、１１６、及び誘電体層１３０と第１及び第２の内部配線層１２４、１２６とを備えた中間の誘電体素子８１０に接合される。図８に示されているように、圧力及び好ましくはさらに熱が、サブアセンブリー２５０、誘電体層１１４、１１６及び誘電体素子８１０に対して、誘電体素子８１０に向いた方向に加えられて、この接合工程が実行される。これらの誘電体層１１４、１１６は、熱可塑性ポリイミド、液晶ポリイミド、例えばプレプレグ材などのエポキシ−ガラス構造体を含むレジン又はエポキシ組成物、及び特にセラミック材料などの、熱と圧力のもとで流動し変形する誘電体材料を含むことが好ましい。例えば、コンデンサの露出面１１２に接触する各誘電体層の部分８２０の厚さは、約１０ミクロン（μｍ）以下であることが望ましい。誘電体層の各内壁８３０は、最初は例えばコンデンサ１１０ａなどのコンデンサの隣接端部８３５から５０μｍの距離の間隔を空けることが望ましい。とはいえ、この初期の間隔は、誘電体層が作られる材料に基づいてより長く又はより短くすることができる。
【００２２】
図９は、この接合工程からもたらされたアセンブリー９００を例示している。このアセンブリー９００では、コンデンサ１１０ａ及び１１０ｂの前に露出された面１１２が、それぞれの誘電体層１１４、１１６の中に埋め込まれている。誘電体層１１４、１１６の若干の誘電体材料が、隣接するバンプ１２５の間の開口１２１（図２）を通って押し出されて、コンデンサの内面１１１と金属層２２２との間に絶縁材料の層を提供する。
【００２３】
次の製造段階の図１０を参照すると、導電性バイア１０１０が形成されている。この導電性バイア１０１０は、アセンブリーの外側の金属層２２２から、内部の金属層に設けられた導電性パッド１４４、１４６まで延長している。誘電体層１１４、１１６の中のブラインドバイアは、例えば超音波又はメガソニックな手段又は特にレーザドリリングによる機械的な穿孔又はハンマリング（hammering）などの処理によって形成することができる。次に、このブラインドバイアは無電界蒸着処理によって、次に電解析出処理によってめっきされて、導電性バイア１０１０を形成する。特定の実施形態では、露出金属層２２２が基本的に銅を含む場合、導電性バイアがバイア内部の露出導電層と同じように、バイア内部に銅の層１０１２を含むことが望ましい。バイア１０１０の中の金属層１０１２を電気めっきする結果として、金属層２２２の上にもめっきされた金属層が形成される。
【００２４】
この後、図１１に例示されるように、外部金属層（めっきされた金属層と層２２２とを含む）が、導電性トレース１２３、１２９、１３３、導電性パッド１３１、１５４又はその両方にパターン化される。この外部金属層は、例えば、フォトレジスト層をフォトリソグラフ的にパターン化し、続いてフォトレジスト層内のパターンをエッチング処理によって外部金属層に転送することによってパターン化することができる。こうしたエッチング処理は、誘電体層を腐食させない信用のおける選択された方法で行われることが望ましい。
【００２５】
前述された実施形態の多くの変形例を作ることができる。そのような変形例（図１２）の１つでは、バンプの実質的な幅１２４０は横方向に延びており、金属層上の導電性の機構が横方向に延長する導電性のレール１２２５の形状とすることができる。金属層１２２２に接続された少なくとも幾つかの導電性バンプ１２２５は、コンデンサ端子１２２７の端部１２３０と整列される。レールを十分に広くしてコンデンサの端子１２２７と確実に整列することによって、レール１２２５の部分１２３０を端子と整列させることができ、一方レールの他の部分１２３２は端子と整列されない。次に、熱と圧力が構造体に加えられると、レール１２２５の整列された部分１２３０は非整列部分に対して変形して、コンデンサの端子とレールとの間の接合部が少なくともコンデンサ端子の垂直端部１２３４まで延長し、そして垂直端部１２３４自身の上まで延びる。
【００２６】
特定の実施形態（図１３）が、図３を参照して前述された金属層構造体上のバンプの変形例に関係している。金属層２２２が、例えば、厚さが１０ミクロン未満というように特に薄い場合、付加的なキャリア層１３１０を、金属層２２２の下側に設けることができる。そのようなキャリア層は、誘電体又は金属のいずれかの組成物を有しており、また接着層１３２０などによって金属層２２２に一時的に固着されることが望ましい。接着層１３２０を設ける場合、この接着層は、処理が図９又は図１０を参照して示されまた説明されたような段階を通して実行された後で行われる次の処理によって、剥がすことができる、エッチングできる、又は取り除くことができることが望ましい。
【００２７】
さらに別の実施形態では、金属層２２２の代わりに、誘電体のキャリア層を設けることができる。バンプが、図３を参照して前述された工程の１つに基づいて、めっき又はエッチングによって形成され、誘電体のキャリア層に接触して、このキャリア層によって支持される。この場合、図９で例示された製造段階において、バンプと整列しているキャリア層内の開口がエッチングによってパターン化され、次に外部端子がめっき処理などによってこれらの開口の中に設けられる。別の実施例では、キャリア層を誘電体層１１４、１１６の外面から完全に取り除いて、バンプ自体を外部端子として所定の位置に残すことができる。別の実施例では、キャリア層を完全に除いた後でバンプの外面を露出させて、無電解めっき及びそれに続いて電気めっきを用いて、誘電体層１１４、１１６の外面上に延びる導電性トレース及び導電性パッドを形成することができる。
【００２８】
図１４は、本発明の前述された実施形態の変形例を例示する断面図である。この図面では、相互接続エレメント１４００の中間の誘電体素子及び内部配線層が除かれている。さらに、めっきされたスルーホール１４１０が、多層の相互接続エレメントの外面で露出された配線層１４２０間の導電性の相互接続を行う。この相互接続エレメントを製造するために使用される工程は、図３〜図１１を参照して前述された工程と同様である。しかしながら、この変形例では、上に内部配線層１１２４、１２６を有する中間の誘電体素子８１０は取り除かれ、また図１に示されている事例とは異なり、コンデンサは互いに横方向に分離されている。図１では、コンデンサは相互接続エレメント１００の厚さ方向に整列している。
【００２９】
別の変形例では、インダクタや抵抗などの別の電気部品が、前述されたようにコンデンサの代わりに相互接続エレメントの中でバンプに接合されている。別の方法では、１つ以上のコンデンサ、インダクタ、抵抗、又はそれらの素子の組合せを含む超小型電子素子が、前述されたようにコンデンサの代わりに相互接続エレメントの中でバンプに接合されている。さらに別の変形例では、半導体の超小型電子素子が、前述されたようにコンデンサの代わりに相互接続エレメントの中でバンプに接合されている。
【００３０】
本願の発明を特定の実施形態を参照して説明してきたが、これらの実施形態は本発明の原理及び用途を単に例証するものであることは理解されよう。このため、これらの例証となる実施形態に対して多数の変形例を作ることができ、また本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、別の装置を発明することができることは理解されよう。
【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４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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