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公開番号2025169945
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-14
出願番号2025125387,2022180925
出願日2025-07-28,2017-12-28
発明の名称集積された受動部品を有する接合構造物
出願人アデイアセミコンダクターボンディングテクノロジーズインコーポレイテッド
代理人個人,個人,個人,個人,個人,個人
主分類H05K 3/46 20060101AFI20251107BHJP(他に分類されない電気技術)
要約【課題】電子システムへの受動電子部品の組み込みを改善する。
【解決手段】様々な実施形態において、接合構造物が開示される。接合構造物は、要素と、要素に接合された第1の表面及び第1の表面と反対側の第2の表面を有する受動電子部品と、を含むことができる。受動電子部品は、要素の対応する第2のアノード端子に接合された第1のアノード端子と、要素の対応する第2のカソード端子に接合された第1のカソード端子と、を備えることができる。第1のアノード端子及び第1のカソード端子を、受動電子部品の第1の表面上に配設することができる。
【選択図】図1A
特許請求の範囲【請求項１】
マイクロ電子デバイスであって、
第１の絶縁基板と、
第１の表面と前記第１の表面と反対側の第２の表面とを有するキャパシタであって、前記キャパシタの前記第１の表面が前記第１の絶縁基板に機械的に結合された、キャパシタと、
第２の絶縁基板であって、前記キャパシタが前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との間に配設されるように、前記キャパシタの前記第２の表面が前記第２の絶縁基板に機械的に結合された、第２の絶縁基板と、
前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との間に配設された絶縁要素と、
前記キャパシタの第１の端子に電気的に接続するように前記第１の絶縁基板を貫いて延在する第１の相互接続部と、を備える、マイクロ電子デバイス。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
前記キャパシタの前記第１の表面が、第１の接着材によって前記第１の絶縁基板に機械的に結合されている、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項３】
前記キャパシタの前記第２の表面が、第２の接着材によって前記第２の絶縁基板に機械的に結合されており、前記絶縁要素が前記第２の接着材を更に備える、請求項２に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項４】
前記第１の接着材がはんだを備える、請求項２に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項５】
前記絶縁要素が、前記キャパシタの部分の周りに配設された成形コンパウンドを備える、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項６】
前記絶縁要素が、前記第１の絶縁基板と前記第２の絶縁基板との間の前記キャパシタの周りに配設された第３の中間絶縁基板を備える、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項７】
前記第１の絶縁基板及び前記第２の絶縁基板のうちの１つ以上の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、５ｐｐｍ／℃以下である、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項８】
前記マイクロ電子デバイスの全実効熱膨張係数（ＣＴＥ）が、７ｐｐｍ／℃以下である、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項９】
前記第１の絶縁基板を貫いて延在する第２の相互接続部を更に備え、前記第１の相互接続部が、前記キャパシタの第１の側において前記キャパシタの第１の端子に接続されており、前記第２の相互接続部が前記第１の側の第２の端子に接続されており、前記第１の端子が前記第２の端子とは異なる種類である、請求項１に記載のマイクロ電子デバイス。
【請求項１０】
前記キャパシタの第２の側の第３の端子と前記第２の側の第４の端子とを更に備え、前記第３の端子が前記第４の端子とは異なる種類である、請求項９に記載のマイクロ電子デバイス。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この分野は、集積された受動部品を有する接合構造物に関する。
続きを表示（約 6,900 文字）【０００２】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１６年１２月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／４４０，１６１号、及び２０１７年６月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／５１８，４７２号に対する優先権を主張するものであり、当該出願の各々の全内容は、参照によりそのまま及びあらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本出願はまた、２０１７年２月７日に出願された米国特許出願第１５／４２６，９４２号にも関連し、当該出願は参照によりそのまま及びあらゆる目的で本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００４】
キャパシタ、抵抗器及びインダクタなどの受動電子部品は、電子システムにおいて重要な役割を果たす。例えば、受動部品は、平滑な信号に寄与し、システムの能動デバイスの性能を向上させる。受動部品を効率的に組み込むことは、受動部品が、集積されたデバイスダイ、パッケージ及び／又はシステムボード上の貴重な空間を占めるため、困難であり得る。したがって、電子システムへの受動電子部品の組み込みを改善する継続的な必要性が依然として存在する。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
様々な実施形態による、パッケージ基板などのキャリアに実装された接合構造物の概略側面図である。
接合構造物を形成する前の要素及び受動電子部品の概略側面図である。
図１Ａに示される接合構造物の部分の概略拡大側断面図である。
比較的低速の接続用に構成された受動電子部品の一部分の概略側断面図である。
図３Ａの受動電子部品の概略回路図である。
比較的高速の接続用に構成された受動電子部品の一部分の概略側断面図である。
図４Ａの受動電子部品の概略回路図である。
容量性シートを画定する高Ｋ誘電材料を組み込んだ受動電子部品の概略側断面図である。
パターン化された電極の上に接合層が設けられた、図５Ａの受動電子部品の概略側断面図である。
接合前の半導体要素の一部分の概略側断面図である。
半導体要素が、高Ｋ誘電材料を含む受動部品に直接接合された接合構造物の概略側断面図である。
犠牲基部の除去後の、図５Ｄの接合構造物の概略側断面図である。
集積された電源電極及びグランド電極を有する受動電子部品の概略側断面図である。
図５Ｆの受動電子部品の平面図である。
別の実施形態による受動電子部品の概略側断面図である。
図５Ｈの受動電子部品の平面図である。
異なる受動電子部品を有する様々なデバイスに対する周波数の関数としての伝達インピーダンスのプロットである。
別の実施形態による、受動電子部品の概略側断面図である。
更に別の実施形態による、受動電子部品の概略側断面図である。
別の実施形態による、受動電子部品の概略側断面図である。
整列した繊維によってキャパシタを画定することができる受動電子部品の概略側断面図である。
受動電子部品を形成する前の第１の絶縁層と、複数のキャパシタと、第２の絶縁層と、の概略側断面図である。
受動電子部品を形成する前の、第１の絶縁層と、複数のキャパシタと、第２の絶縁層と、第１の絶縁層と第２の絶縁層との間に配設された中間の第３の絶縁層と、の概略側断面図である。
受動電子部品を形成する前の、絶縁層に埋め込まれたキャパシタの概略側断面図である。
図８Ａ～図８Ｃに示された技術のいずれかを使用して形成された受動電子部品の概略断面図である。
受動電子部品に１つ以上の再配線層（redistribution layer、ＲＤＬ）が被着された、図８Ｄに示される受動電子部品の概略側断面図である。
様々な実施形態による、受動電子部品の形成に使用される絶縁層の概略側断面図である。
内部に１つ以上の空洞が形成された、図９Ａの絶縁層の概略側断面図である。
空洞内に１つ以上のキャパシタが設けられている概略側断面図である。
絶縁層上に第１のＲＤＬを設けた後の、図９Ｃのデバイスの概略側断面図である。
絶縁層の反対側に第２のＲＤＬを設けた後の受動電子部品の概略側断面図である。
別の実施形態による、受動電子部品を形成するために使用される第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
上に第１の接着材が堆積された第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
第１の接着材によって第１の絶縁キャリアに複数のキャパシタが接合された第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
第２の接着材層によって第１の接着材層に第２の絶縁キャリア層が接着された、部分的に画定された構成要素の概略側断面図である。
外部要素との電気的導通用に内部に画定された様々な相互接続部及びトレースを有する受動電子部品の概略側断面図である。
複数の接着材及び成形コンパウンドを備える絶縁層内に埋め込まれたキャパシタを備える、部分的に作製された受動電子部品の概略側断面図である。
様々な実施形態による、受動電子部品の概略側断面図である。
別の実施形態による、受動電子部品を形成するために使用される第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
上に第１の接着材が堆積された第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
複数のキャパシタを有する第１の絶縁キャリアと、第１の接着材によって第１の絶縁キャリアに接合された第３の絶縁キャリアと、の概略側断面図である。
第２の接着材層によって第１の接着材層及び第３のキャリアに第２の絶縁キャリア層が接着された、部分的に画定された構成要素の概略側断面図である。
外部要素との電気的導通用に内部に画定された様々な相互接続部及びトレースを有する受動電子部品の概略側断面図である。
複数の接着材及び成形コンパウンドを備える絶縁層内に埋め込まれたキャパシタを備える、部分的に作製された受動電子部品の概略側断面図である。
様々な実施形態による、受動電子部品の概略側断面図である。
更なる絶縁キャリア層を有する受動電子部品の概略側断面図である。
受動部品の上に更なる絶縁キャリア層及び成形コンパウンドを有する受動電子部品の概略側断面図である。
別の実施形態による、上に複数の接触パッドを有し、受動電子部品を形成するために使用される第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
第１の絶縁キャリアにキャパシタを電気的及び機械的に接続するはんだを備える第１の接着材を有する第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
複数のキャパシタとキャパシタの周りに配設された成形コンパウンドとを有する第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
第２の接着材層によって第１の接着材層及び成形コンパウンドに第２の絶縁キャリア層が接着された、部分的に画定された構成要素の概略側断面図である。
外部要素との電気的導通用に内部に画定された様々な相互接続部及びトレースを有する受動電子部品の概略側断面図である。
別の実施形態による、上に複数の接触パッドを有し、受動電子部品を形成するために使用される第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
第１の絶縁キャリアにキャパシタを電気的及び機械的に接続するはんだを備える第１の接着材を有する第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
絶縁キャリアが第１の絶縁キャリアに接着されキャパシタの周りに配設された、第１の絶縁キャリアの概略側断面図である。
キャパシタの周りに成形コンパウンドが被着された、図１３Ｃの部分的に画定された構成要素の概略側断面図である。
第２の絶縁キャリアがキャパシタの上に設けられた、部分的に画定された構成要素の概略側断面図である。
外部要素との電気的導通用に内部に画定された様々な相互接続部及びトレースを有する受動電子部品の概略側断面図である。
接着材層によって実装された複数のキャパシタを有するキャリアの概略側断面図である。
様々な実施形態による受動電子部品の概略側断面図である。
様々な実施形態による、接合構造物を形成する方法を示すフローチャートである。
様々な実施形態による、１つ以上の接合構造物を組み込んだ電子システムの概略システム図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本明細書に開示された様々な実施形態は、半導体要素と、介在する接着材を使用せずに半導体要素に直接接合された受動電子部品と、を備える接合構造物に関する。様々な実施形態では、受動電子部品はキャパシタを備える。他の実施形態では、受動電子部品は、インダクタ、抵抗器、電圧レギュレータ、フィルタ及び／又は共振器などの他のデバイスを備えることができる。有益には、受動電子部品を、半導体要素（集積されたデバイスダイなど）に直接接合される受動部品の層に組み込むことができる。例示された実施形態では、例えば、受動部品の層を、半導体要素と、インターポーザ、システム基板などの別のシステム構成要素と、の間に配設することができる。それによって、本明細書に記載された受動電子部品を、集積されたデバイスにおいて、パッケージにおいて及び／又はシステムボードにおいて受動部品によって占有される空間を低減することができる。更に、受動電子部品を半導体要素の能動構成要素により近く位置決めすることで、全インダクタンスを有益に低減し、これにより、パッケージ基板又はシステムボードに実装された受動デバイスと比較して、半導体要素の帯域幅及び信号完全性を改善することができる。加えて、開示された実施形態によって提供される全キャパシタンスにより、ダイに実装されたディスクリートの受動品と比較して、キャパシタンスを著しく高めること（及びインダクタンスを低減すること）が可能になる。
【０００７】
様々な実施形態では、受動部品は、大容量を有する層状キャパシタ構造物を備えることができる。いくつかの実施形態では、例えば、層状キャパシタを用いて高誘電率（高Ｋ）ウエハ又はシートを作ることができる。第１の半導体要素又は第１のウエハ（例えば、複数のプロセッサを備えるプロセッサウエハ）などの第１の要素上と、第２の半導体要素又は第２のウエハ（例えば、１つ又は複数のキャパシタを画定するキャパシタウエハ）などの第２の要素上とに、ウエハ－ウエハ接合層を設けることができる。本明細書に開示された第１の要素及び第２の要素は、半導体材料から形成された半導体要素を備えることができ、又は様々な種類の光学デバイス（例えば、レンズ、フィルタ、導波路など）などの他の非半導体要素を備えることができる。様々な実施形態では、キャパシタウエハ及びプロセッサウエハの両方に直接接合するために、更なる直接接合層を追加及び調製することができる。本明細書に開示された層状キャパシタ構造物は、信号経路に直列に接続された交流（alternating current、ＡＣ）結合キャパシタとして使用されて、平衡高速信号伝達のために信号の直流（direct current、ＤＣ）成分をフィルタ除去することができる。層状キャパシタ構造物はまた、システム電源分配回路網（power delivery network、ＰＤＮ）インピーダンスを低減するための、高容量と極低寄生のインダクタンス及び抵抗とを有するデカップリングキャパシタとして使用されてもよい。結果は、キャパシタ構造物が、ダイ又はパッケージ基板に実装されたディスクリートのキャパシタの使用と比較して、１０００倍を超えて低減されたＰＤＮインピーダンスを有する全ての周波数範囲の動作を可能にすることを示す。
【０００８】
半導体要素と受動部品との間の直接接合は、介在する接着材を使用しない、半導体要素（例えば、プロセッサダイ又はウエハ）の対応する導電性特徴部と受動部品（例えば、半導体要素の接合パッド及び受動部品の対応する接触パッド）との間の直接接合を含むことができ、これに限定されない。いくつかの実施形態では、導電性特徴部は、非導電性フィールド領域によって囲まれてもよい。直接接合を達成するために、いくつかの実施形態では、導電性特徴部及び非導電性フィールド領域のそれぞれの接合表面を、接合のために調製することができる。調製は、金属ボンドパッド又はコンタクトなどの露出した導電性特徴部を有する、酸化シリコンなどの非導電層を設けることを含むことができる。導電性特徴部及び非導電性フィールド領域の接合表面を、非常に高い平滑度（例えば、２０ｎｍ未満の表面粗さ又はより具体的には５ｎｍ未満の表面粗さ）に研磨することができる。いくつかの実施形態では、接合される表面を、好適な種で終端し、接合前に能動化してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、酸化シリコン材料などの、接合される接合層の非導電性表面（例えば、フィールド領域）を、能動化のために非常にわずかにエッチングし、窒素含有溶液に暴露し、窒素含有種で終端してもよい。一実施例として、接合される表面（例えば、フィールド領域）を、非常にわずかなエッチング後のアンモニア浸漬、及び／又は窒素含有プラズマ（別個のエッチングを伴うか又は伴わない）に暴露してもよい。直接接合相互接続（direct bond interconnect、ＤＢＩ）プロセスでは、ダイ及び受動部品層の非導電性特徴部は、室温であっても、外部圧力を印加することなく、互いに直接接合することができる一方、ダイ及び受動部品層の導電性特徴部も、介在する接着材層を全く伴わずに互いに直接接合することができる。ＤＢＩによる接合は、対象表面間の有意な共有結合を含む、ファンデルワールス結合よりも強い結合を形成する。
【０００９】
いくつかの実施形態では、それぞれの導電性特徴部を、半導体要素及び受動部品の外面（例えば、フィールド領域）と同一面上とすることができる。他の実施形態では、導電性特徴部は、外面の上方に延在してもよい。更に他の実施形態では、半導体要素及び受動部品層の一方又は両方の導電性特徴部は、半導体要素及び受動部品の外面（例えば、非導電性フィールド領域）に対して凹んでいる。例えば、導電性特徴部は、２０ｎｍ未満、例えば、１０ｎｍ未満だけ、フィールド領域に対して凹んでいることが可能である。
【００１０】
それぞれの表面を調製すると、半導体要素の非導電性フィールド領域（酸化シリコンなど）を、受動部品の対応する非導電性領域と接触させることができる。能動化された表面の相互作用により、半導体要素の非導電性領域を、介在する接着材を使用せずに、外部圧力を印加することなく、電圧を印加することなく、かつ室温で、受動部品の対応する非導電性領域と直接接合させることができる。様々な実施形態では、非導電性領域の結合力は、ファンデルワールス結合よりも大きい共有結合を含むことができ、導電性特徴部間に著しい力を及ぼすことができる。任意の熱処理の前に、誘電体－誘電体表面の結合エネルギーは、１５０～３００ｍＪ／ｍ
2
の範囲内にあることが可能であり、これは、熱処理の期間後に１５００～４０００ｍＪ／ｍ
2
に増加することが可能である。導電性特徴部が非導電性領域と同一面上にあるか又は凹んでいるかにかかわらず、非導電性領域の直接接合は、導電性特徴部間の直接金属－金属結合を容易にすることができる。様々な実施形態では、半導体要素及び受動部品を、少なくとも非導電性領域を接合した後に加熱してもよい。上述したように、このような熱処理は、非導電性特徴部間、導電性特徴部間及び／又は対向する導電性領域と非導電性領域との間の接合を強化することができる。導電性特徴部の一方又は両方が凹んでいる実施形態では、半導体要素の導電性特徴部と受動部品層との間に初期間隙が存在してもよく、非導電性領域を最初に接合した後の加熱によって、導電性要素を拡張して間隙を閉じることができる。初期間隙が存在したかどうかにかかわらず、加熱によって、対向する一部の導電性要素間の圧力を発生又は増加させ、導電性特徴部の接合を補助し、直接電気的及び機械的接続を形成することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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