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【発明の名称】 電気スルーコンタクト
【発明者】 【氏名】ハリー ヘドラー

【氏名】ローランド イルジーグラー

【氏名】フォルカー レーマン

【氏名】トーステン マイヤー

【氏名】オクタビオ トロヴァレッリ
【要約】 【課題】基板のスルーホールを通る電気コンタクトの製造方法を簡便にする。

【構成】上記スルーホールは少なくとも部分的に液体導電性材料によって充填されており、凝固後の上記液体導電性材料は上記スルーホールを通って電気コンタクトを形成する。第１基板と第２基板とを積層する工程、スルーホールに第１圧力を加える工程、スルーホールに液体導電性材料を供給する工程、液体導電材料に第２圧力を加える工程、基板の積層を液体導電材料から分離する工程を含む製造工程からなる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面と第２の面のいずれかに少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１基板を用意する工程と、
第１の面から第２の面に少なくとも１つのスルーホールを備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、
上記第２基板の上記スルーホールが上記第１基板のコンタクトパッドと少なくとも部分的に重なるように、上記第１基板に上記第２基板を積層する工程と、
上記スルーホールに第１圧力を加える工程と、
上記スルーホールに液体導電性材料を供給する工程と、
上記スルーホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるまで、上記液体導電性材料に第２圧力を加える工程と、
上記基板の積層を上記液体導電性材料から分離する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法。
【請求項２】
上記第２基板の上記第１の面におけるブラインドホールを形成する工程と、
上記第１の面の反対にある上記第２の面から、上記第２基板を平坦化する工程とを含んでいる、上記スルーホールを形成する工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
上記第１圧力は大気圧より低く、上記第２圧力は大気圧まで高められている請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
上記第１圧力は大気圧より低く、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項１に記載の製造方法。
【請求項５】
上記第１圧力は大気圧であり、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項１に記載の製造方法。
【請求項６】
上記基板の積層は、上記液体導電性材料の充填の前に加熱される請求項１に記載の製造方法。
【請求項７】
上記スルーホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
上記第１基板を用意する工程は、上記第１基板において上記コンタクトパッドの一領域にブラインドホールを設ける工程を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
上記第２圧力を高める工程は、上記第１基板において上記スルーホールおよび上記ブラインドホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填される請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
上記第１基板のブラインドホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項８に記載の製造方法。
【請求項１１】
上記第２基板の底面に保護層を設ける工程を含んでいる請求項８に記載の製造方法。
【請求項１２】
上記導電性材料を含んでいるボールが、上記液体導電性材料の凝固後、最上の上記第２基板において上記スルーコンタクトの領域に形成されている請求項１に記載の製造方法。
【請求項１３】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項１に記載の製造方法。
【請求項１４】
少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１基板を用意する工程と、
第１の面に少なくとも１つのブラインドホールを備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、
上記ブラインドホールに第１圧力を加える工程と、
上記ブラインドホールに液体導電性材料を供給する工程と、
上記ブラインドホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるように、上記液体導電性材料に作用する第２圧力を加える工程と、
上記第２基板を上記液体導電性材料から分離する工程と、
上記ブラインドホールが開口し、上記第２基板を貫通するスルーコンタクトが形成されるように、上記第２基板を、上記第１の面と反対側の第２の面から平坦化する工程と、
上記第２基板のスルーコンタクトが上記第１基板のコンタクトパッドと重なって、上記スルーコンタクトに上記電気コンタクトが形成されるように、上記第１基板と少なくとも１つの上記第２基板とを積層する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法。
【請求項１５】
上記基板の積層後、上記基板の積層を加熱する工程と、上記スルーコンタクトから上記コンタクトパッドへの電気的接続を形成する工程とを含む請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１６】
上記第１圧力は大気圧より低く、上記第２圧力は大気圧まで高められている請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１７】
上記第１圧力は大気圧より低く、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１８】
上記第１圧力は大気圧であり、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項１４に記載の製造方法。
【請求項１９】
上記第２基板は、上記液体導電性材料の温度まで加熱される請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２０】
上記ブラインドホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２１】
上記第１基板を用意する工程は、上記第１基板において上記コンタクトパッドの一領域にブラインドホールを設ける工程を含んでいる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２２】
上記第１基板を用意する工程は、上記導電性材料による上記ブラインドホールの少なくとも部分的な充填を含んでいる請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２３】
上記第１基板の上記ブラインドホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項２１に記載の製造方法。
【請求項２４】
上記第２基板の底面に保護層を設ける工程を含んでいる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２５】
上記導電性材料を含んできるボールが、上記液体導電性材料の凝固後、最上の上記第２基板において上記スルーコンタクトの領域に形成されている請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２６】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項１４に記載の製造方法。
【請求項２７】
基板積層を備えた統合デバイスであって、
上記基板積層は、
ブラインドホールとコンタクトパッドとを備えた第１基板であって、上記ブラインドホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の一つの面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、
第１基板の上記ブラインドホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、
少なくとも１つの上記第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板の上記コンタクトパッドにスルーコンタクトを形成している導電性材料とを備えている統合デバイス。
【請求項２８】
上記第１基板の上記ブラインドホールは、少なくとも部分的に上記導電性材料によって充填されている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項２９】
上記第１基板の上記ブラインドホールの内壁に保護層が設けられている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３０】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３１】
上記第２基板は、上記スルーホールのアパーチャの領域においてコンタクトパッドを備えている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３２】
上記第２基板のスルーホールの内壁に保護層が設けられている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３３】
さらに、２つの基板の間に配置され、２つの基板を結合する中間層を備えている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３４】
保護層が２つの基板の間に設けられている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３５】
上記第１基板と少なくとも１つの上記第２基板とがフレームを備えており、上記ブラインドホールが上記第１基板の上記フレームに設けられており、上記スルーホールが少なくとも１つの上記第２基板の上記フレームに設けられている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３６】
上記フレームはポリマー材料を含んでいる請求項３５に記載の統合デバイス。
【請求項３７】
コンタクトボールが最上の上記第２基板における上記スルーコンタクトの領域に形成され、上記コンタクトボールは上記導電性材料を含んでいる請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３８】
さらに、２つの基板の間に配置され、基板を上記スルーコンタクトに接続する再配線層を備えている請求項２７に記載の統合デバイス。
【請求項３９】
基板積層を備えた統合デバイスであって、
上記基板積層は、
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記スルーホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の上記面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記スルーホールは第２基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第２基板自身の上記面において上記スルーホールの領域に設けられ、上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、
上記第１基板および第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板の上記コンタクトパッドにスルーコンタクトを形成する導電性材料とを備えている統合デバイス。
【請求項４０】
上記スルーホールの内壁に保護層が設けられている請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４１】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４２】
さらに、２つの基板の間に配置され、２つの基板を結合する中間層を備えている請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４３】
保護層が２つの基板の間に配置されている請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４４】
上記第１基板と少なくとも１つの上記第２基板とがフレームを備えており、上記スルーホールが上記第１基板の上記フレームに設けられており、上記スルーホールが少なくとも１つの上記第２基板の上記フレームに設けられている請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４５】
上記フレームはポリマー材料を含んでいる請求項４４に記載の統合デバイス。
【請求項４６】
コンタクトボールが最上の上記第２基板における上記スルーコンタクトの領域に形成され、上記コンタクトボールは上記導電性材料を含んでいる請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４７】
さらに、２つの基板の間に配置され、基板を上記スルーコンタクトに接続する再配線層を備えている請求項３９に記載の統合デバイス。
【請求項４８】
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドは第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第１基板を用意する工程と、
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた少なくとも１つの第２基板であって、上記コンタクトパッドは第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第２基板を用意する工程と、
上記第１基板の上記スルーホールの上記アパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールの上記アパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、
上記第１基板の露出した面に隣接して液体導電性材料を用意する工程と、
上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、第１圧力を上記スルーホールに加え、第２圧力を上記液体導電性材料に加える工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法。
【請求項４９】
上記第１圧力は大気圧よりも低く、上記液体導電性材料の上記第２圧力は大気圧にまで高められている請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５０】
上記第１圧力は大気圧よりも低く、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５１】
上記第１圧力は大気圧であり、上記第２圧力は１ｂａｒから５ｂａｒの範囲の圧力にまで高められている請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５２】
上記第１基板の露出した面に隣接する液体導電性材料を用意する前に、上記基板の積層は加熱されている請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５３】
上記スルーホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５４】
上記第２基板の底面に保護層を設ける工程を含んでいる請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５５】
上記導電性材料を含んでいるボールが、上記液体導電性材料の凝固後、最上の上記第２基板において上記スルーホールの上記アパーチャの領域に形成されている請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５６】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項４８に記載の製造方法。
【請求項５７】
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドが第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に配置されている第１基板を用意する工程と、
スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記コンタクトパッドが第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に配置されている少なくとも一つの第２基板を用意する工程と、
上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、
液体導電性材料の槽を用意する工程と、
上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、上記基板の積層を、上記液体導電性材料の上記槽に適用する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法。
【請求項５８】
上記第１基板の露出した面に隣接する液体導電性材料を適用する前に、上記基板の積層は過熱されている請求項５７に記載の製造方法。
【請求項５９】
上記スルーホールの内壁に保護層を設ける工程を含んでいる請求項５７に記載の製造方法。
【請求項６０】
上記第２基板の底面に保護層を設ける工程を含んでいる請求項５７に記載の製造方法。
【請求項６１】
上記導電性材料を含んでいるボールが、上記液体導電性材料の凝固後、最上の上記第２基板において上記スルーホールの上記アパーチャの領域に形成されている請求項５７に記載の製造方法。
【請求項６２】
上記導電性材料は、はんだ金属を含んでいる請求項５７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】【発明の詳細な説明】
【０００１】
〔背景〕
今日の集積回路は、集積度および性能を向上させるために、複数の基板上に形成され、そしてこれらの基板は小型の積層形状に配置される。このため回路には、基板積層（substrate stack）の一部をなす個々の基板を通るスルーコンタクトまたは、スルーホール（through hole）が必要となる場合が多い。上記積層は、信号またはその他の電源接続経路を基板から別の基板へと接続するために、上記のような電気スルーコンタクト（electrical through contact）を必要とする。
【０００２】
これに関して、スルーコンタクト、および基板内において電子的に機能化された素子は、今日の集積度および性能に関する要求に応えるために微細化される必要がある。微細化したスルーコンタクトを形成するためには、個々の基板が積層される前に、直径が数ミクロンおよびそれ未満のスルーホールが形成される。そしてこれらのホールは、個々の基板内での適切な構成および方向付けによって、基板積層内に連続チャネル（continuous channel）を形成する。次に、このチャネルに導電性材料を充填して、スルーコンタクトを形成する。この場合、上記のようなチャネルは、従来ではスパッタリングまたはめっき法を用いて充填される場合が多い。
【０００３】
先行技術文献としては、米国特許公報第６，７４３，４９９号、ドイツ国特許公報第１９８，１３，２３９号がある。
【０００４】
液体導電性材料が毛管力によって導入される場合は、スルーホールのチャネルの固有の特性、およびチャネル壁の特性が必要とされる。これらの特性は、材料の量、および材料がチャネルを貫通する時間によって規定される。駆動力として毛管力を用いる場合は、チャネルの直径、深さまたは長さ、および用いられる材料に一定の制限が加えられる。チャネルに適切な量の材料を導入するために必要な時間は、特定のチャネル直径の場合は長くなるため、効果的な形成プロセスに影響を及ぼす可能性がある。また、毛管力では、明確（well-defined）かつ再現可能な量の材料をチャネルに確実に充填することができない。
【０００５】
従って本発明は、電気コンタクトを形成するための改善された方法を提供することを目的とする。本発明はさらに、改善された集積回路を提供することを目的とする。
【０００６】
〔概要〕
一実施の形態は統合デバイスであり、一実施の形態は基板のスルーホールを通る電気コンタクトの製造方法である。上記スルーホールは、少なくとも部分的に液体導電性材料によって充填されており、凝固した上記導電性材料が上記スルーホールを通って電気コンタクトを形成する。
【０００７】
本発明の一実施形態のために、第１の面と第２の面のいずれかに少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１基板を用意する工程と、第１の面から第２の面へのスルーホールを少なくとも１つ備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、上記第２基板の上記スルーホールが上記第１基板の上記コンタクトパッドと少なくとも部分的に重なるように、上記第１基板に上記第２基板を積層する工程と、上記スルーホールに第１圧力を加える工程と、上記スルーホールに液体導電性材料を供給する工程と、上記スルーホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるまで、上記液体導電性材料に第２圧力を加える工程と、上記基板の積層を上記液体導電性材料から分離する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法が提供される。
【０００８】
本発明の一実施形態のために、少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１の基板を用意する工程と、第１の面に少なくとも１つのブラインドホールを備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、上記ブラインドホールに第１圧力を加える工程と、上記ブラインドホールに液体導電性材料を供給する工程と、上記ブラインドホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるように、上記液体導電性材料に作用する第２圧力を加える工程と、上記第２基板を上記液体導電性材料から分離する工程と、上記ブラインドホールが開口し、上記第２基板を貫通するスルーコンタクトが形成されるように、上記第２基板を、上記第１の面と反対側の第２の面から平坦化する工程と、上記第２基板のスルーコンタクトが上記第１基板のコンタクトパッドと重なって、上記スルーコンタクトに上記電気コンタクトが形成されるように、上記第１基板と少なくとも１つの上記第２基板とを積層する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法が提供される。
【０００９】
本発明の一実施形態のために、基板積層を備えている統合デバイスであって、上記基板積層は、ブラインドホールとコンタクトパッドとを備えた第１基板であって、上記ブラインドホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の上記面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、上記第１基板の上記ブラインドホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、少なくとも１つの上記第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板の上記コンタクトパッドにスルーコンタクトを形成している導電性材料とを備えている統合デバイスが提供される。
【００１０】
本発明の一実施形態のために、基板積層を備えた統合デバイスであって、上記基板積層は、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記スルーホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の上記面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記スルーホールは第２基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第２基板自身の上記面において上記スルーホールの領域に設けられ、上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板のコンタクトパッドにスルーコンタクトを形成している導電性材料とを備えている統合デバイスが提供される。
【００１１】
本発明の一実施形態のために、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドは第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第１基板を用意する工程と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた少なくとも１つの第２基板であって、上記コンタクトパッドは第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第２基板を用意する工程と、上記第１基板の上記スルーホールの上記アパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールの上記アパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、上記第１基板の露出した面に隣接して液体導電性材料を用意する工程と、上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、第１圧力を上記スルーホールに加え、第２圧力を上記液体導電性材料に加える工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法が提供される。
【００１２】
本発明の一実施形態のために、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドが第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に配置されている第１基板を用意する工程と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記コンタクトパッドが第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャ領域に配置されている少なくとも一つの第２基板を用意する工程と、上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、液体導電性材料の槽を用意する工程と、上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、上記基板の積層を、上記液体導電性材料の上記槽に適用する工程とを含んでいる電気コンタクトの製造方法が提供される。
【００１３】
上記スルーホールに上記液体導電性材料を供給する前、および、上記液体導電性材料に第２圧力を加える前に、第１圧力を加えることによって、上記液体導電性材料は、有利に上記スルーホールの中に押し込まれる。これは、毛管力や他の力による基本的な寄与がなくとも起こり得るため、他の力から独立しているだけでなく、明確に制御されてもよい。上記液体導電性材料に第２圧力だけでなく第１圧力が加えられるように設定することによって、液体導電性材料が上記スルーホールに浸透することを確実にすることが可能となる。さらに、上記スルーホールに浸透する液体材料の量は、再現可能に決定され得る。これにより、設定可能な明確な量の材料による充填だけでなく、直径の小さなホールの確実な充填が実現され得る。
【００１４】
本発明の一実施形態によれば、第２基板においてスルーホールを設けることは、第２基板を第１の面と反対側の第２の面から平坦化することだけでなく、第２基板の第１の面にブラインドホールを形成することも含む。そのような手順によって、一例として、たとえ初期には直接スルーホールを製造するのに上記基板が非常に厚くても、単純な平面的な無差別の基板の平坦化を用いて、基板を通るスルーホールの製造を可能とする。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、第１圧力は０．５ｍｂａｒから１００ｍｂａｒの範囲内であってよい。第２圧力は、大気圧まで増加させてもよく、基本的には１ｂａｒ、最大５ｂａｒに増加させてもよい。第１圧力がそのような範囲から選択された場合、上記第１圧力は、単純なポンプを用いたダウンポンピング（down-pumping）によって生成されてもよい一方、他方の上記圧力は、単純に導電性材料の周囲を排出することによって、増加してもよい。上記第２圧力がさらに増加したとき、上記導電性材料による充填は、有利に影響を受ける。
【００１６】
本発明の一実施形態によれば、上記基板積層は、上記液体導電性材料を用意する前に、例えば、上記液体導電性材料の温度にまで温められる。これにより、上記積層内の温度誘発性の応力が除去されて、上記基板積層の強過ぎる応力は有利に妨げられ得る。基板積層が温められる温度は、１５０℃から３００℃の範囲であってよい。これは、環境に配慮した無鉛のはんだ材料を含む、従来のはんだ材料の液体の形態における温度範囲である。
【００１７】
本発明の一実施形態によれば、コンタクトパッドを備えた第１基板を用意する工程は、上記第１基板において上記コンタクトパッドの領域にブラインドホールを形成する工程を含む。上記ブラインドホールは、上に配置された基板積層の基板のスルーホールによって形成されるチャンネルの一部であってよく、液体導電性材料によるスルーホールの充填のための貯蔵場所あるいは調整体積である。それゆえ、上記液体材料に作用する第１圧力と第２圧力との小さな差は、全てのスルーホールを材料によって充填するために十分である。この場合、ブラインドホールは、上記圧力差によって決定されたブラインドボリュームを受け入れてもよく、それゆえ、導電性材料によるスルーホールの信頼性のある充填を確実にする。さらに、上記スルーホールを充填する工程は、少なくとも部分的に上記ブラインドホールを導電性材料によって充填する工程を含んでいてもよい。
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、保護被膜は追加的にスルーホールの壁面、ブラインドホールの壁面、第２基板の下面に設けられる。この保護被膜は、上記基板への導電性材料の拡散を有利に妨げる。さらに、保護被膜は基板領域に対して上記スルーホールの絶縁に寄与できる。
【００１９】
本発明の一実施形態によれば、導電性材料を含むボールが、最上の上記第２基板において上記スルーコンタクトの領域に形成される。このボールは、導電的にスルーコンタクトに接続されていてよく、例えば、さらなる回路要素の接触パッド（例えばプリント回路基板（ＰＣＢ）の接触パッド）への接続を生成するために、ボール自身が溶融してもよい。
【００２０】
本発明の一実施形態によれば、導電性材料として、はんだ金属が用いられる。はんだ金属は、それらを融点以上に熱することによって液化可能であり、通常室温まで冷却すると凝固し、それゆえ、信頼性のある強固なスルーコンタクトを形成できる。
【００２１】
本発明の一実施形態によれば、上記ブラインドホールは少なくとも部分的に導電性材料によって充填される。さらに、保護被膜が上記ブラインドホールおよび／またはスルーホールに設けられる。この保護被膜は、有利に導電性材料の基板への拡散を防止することを可能にする。さらに、この保護被膜は充填されたスルーホールあるいはスルービアを基板の領域に対する電気的な絶縁に寄与できる。
【００２２】
本発明の一実施形態によれば、第２基板は、スルーホールの開口部の領域にコンタクトパッドを備えている。それゆえ、上記スルーコンタクトは、有利に上記コンタクトパッドに接続され、ひいては機能化された基板の領域に接続される。
【００２３】
本発明の一実施形態によれば、中間層は２つの基板の間に配置され、２つの基板を互いに結合する。結合している上記中間層は、２つの基板の相対的な位置を一定に保ち、それゆえ、既に積層された基板の相対的な位置を変化することなく順次積み上げられる。これは、スルーホール、ブラインドホール、および機能化された素子のアライメントにおける望ましくないオフセットを効果的に抑制する。
【００２４】
本発明の一実施形態によれば、上記基板はフレームと上記スルーホールとを備え、上記ブラインドホールはフレーム内に配置される。上記フレームはさらにポリマー材料を含んでいてもよい。上記フレームは集積回路のパッケージの一部であってもよく、上記チップおよび基板に配置された機能化された電子素子を効率的に保護することが可能である。それゆえ、有利に上記スルーホールはチップまたは基板の中に実現される必要はなく、後者は、しばしば、機械的および熱的処理に関して、また導電性材料の拡散に関して、センシティブユニット（sensitive unit）に相当する。
【００２５】
本発明の一実施形態によれば、２つの基板の間に再配線層が配置され、上記基板を上記スルーコンタクトに接続する。上記再配線層は、有利には、上記スルーコンタクトから少し空間的に離れて配置された基板の機能化された領域を上記スルーコンタクトに接続する。このようにして、例えばチップの機能化された領域もフレーム内のスルーコンタクトに接続されてもよい。
【００２６】
〔図面の簡単な説明〕
本発明をさらに理解するために、図面が添付されている。これらの添付図面は本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本発明の実施形態を例証し、また本明細書における記載と共に本発明の原理を説明するためのものである。本発明の別の実施形態、および本発明の意図する多くの利点については、以下の詳細な説明を参照することによって容易に理解できるであろう。これら図面中の各素子は、必ずしも互いに相対的な縮小とはなっていない。同様の符号は、対応する同様の箇所を示している。
【００２７】
図１Ａ〜図１Ｄは、本発明の第１の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｃは、本発明の第２の実施形態に従って形成中の集積回路の概略図である。
【００２９】
図３は、本発明の第３の実施形態による集積回路の概略図である。
【００３０】
図４は、本発明の第４の実施形態による集積回路の概略図である。
【００３１】
図５Ａ〜図５Ｇは、本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【００３２】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層の概略図である。
【００３３】
図７Ａ〜図７Ｂは、本発明の第７および第８の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【００３４】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の第９の実施形態による装置の概略図である。
【００３５】
〔詳細な説明〕
以下の詳細な説明では添付図面を参照する。これらの添付図面は、本明細書の一部を構成するものであり、また本発明を実施し得る具体的な実施形態を例証するために示されている。これに関し、説明する（これら）図面の方向を参照して、「上」「下」「前」「後」「先端」「後端」等の方向を示す用語が使用されている。本発明の実施形態の構成要素は、多くの様々な方向に配置することができる。従って方向を表す上記用語は、例証するために用いられているものであって、限定するものではない。なお、本発明の範囲を逸脱することなく、別の実施形態を用いること、および構造的または論理的な変化を加えることができることについて理解されたい。従って以下の詳細な説明は、限定的な意味として捉えられるものではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。
【００３６】
本発明の様々な実施形態は、機能層(functional layer）を形成するための改善された方法、および集積装置を形成するための改善された方法を提供する。
【００３７】
一実施形態では、電気コンタクトの製造方法は、第１の面と第２の面のいずれかに少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１基板を用意する工程と、第１の面から第２の面に少なくとも１つのスルーホールを備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、上記第２基板の上記スルーホールが上記第１基板のコンタクトパッドと少なくとも部分的に重なるように、上記第１基板に上記第２基板を積層する工程と、上記スルーホールに第１圧力を加える工程と、上記スルーホールに液体導電性材料を供給する工程と、上記スルーホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるまで、上記液体導電性材料に第２圧力を加える工程と、上記基板の積層を上記液体導電性材料から分離する工程とを含んでいる。
【００３８】
一実施形態では、電気コンタクトの製造方法は、少なくとも１つのコンタクトパッドを備えている第１基板を用意する工程と、第１の面に少なくとも１つのブラインドホールを備えている第２基板を少なくとも１つ用意する工程と、上記ブラインドホールに第１圧力を加える工程と、上記ブラインドホールに液体導電性材料を供給する工程と、上記ブラインドホールが少なくとも部分的に上記液体導電性材料によって充填されるように、上記液体導電性材料に作用する第２圧力を加える工程と、上記第２基板を上記液体導電性材料から分離する工程と、上記ブラインドホールが開口し、上記第２基板を貫通するスルーコンタクトが形成されるように、上記第２基板を、上記第１の面と反対側の第２の面から平坦化する工程と、上記第２基板のスルーコンタクトが上記第１基板のコンタクトパッドと重なって、上記スルーコンタクトに上記電気コンタクトが形成されるように、上記第１基板と少なくとも１つの上記第２基板とを積層する工程とを含んでいる。
【００３９】
一実施形態では、統合デバイスは、基板積層を備えた統合デバイスであって、上記基板積層は、ブラインドホールとコンタクトパッドとを備えた第１基板であって、上記ブラインドホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の一つの面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、第１基板の上記ブラインドホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、少なくとも１つの上記第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板の上記コンタクトパッドにスルーコンタクトを形成している導電性材料とを備えている。
【００４０】
一実施形態では、統合デバイスは、基板積層を備えた統合デバイスであって、上記基板積層は、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記スルーホールは第１基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第１基板自身の上記面において上記ブラインドホールの領域に設けられている第１基板と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記スルーホールは第２基板自身の一つの面に設けられ、上記コンタクトパッドは第２基板自身の上記面において上記スルーホールの領域に設けられ、上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるアパーチャを有するスルーホールを備えている少なくとも１つの第２基板と、上記第１基板および第２基板の上記スルーホールを充填し、上記第１基板の上記コンタクトパッドにスルーコンタクトを形成する導電性材料とを備えている。
【００４１】
一実施形態では、電気コンタクトの製造方法は、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドは第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第１基板を用意する工程と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた少なくとも１つの第２基板であって、上記コンタクトパッドは第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に設けられている第２基板を用意する工程と、上記第１基板の上記スルーホールの上記アパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールの上記アパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、上記第１基板の露出した面に隣接して液体導電性材料を用意する工程と、上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、第１圧力を上記スルーホールに加え、第２圧力を上記液体導電性材料に加える工程とを含んでいる。
【００４２】
一実施形態では、電気コンタクトの製造方法は、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第１基板であって、上記コンタクトパッドが第１基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に配置されている第１基板を用意する工程と、スルーホールおよびコンタクトパッドを備えた第２基板であって、上記コンタクトパッドが第２基板自身の一つの面において上記スルーホールのアパーチャの領域に配置されている少なくとも一つの第２基板を用意する工程と、上記第１基板の上記スルーホールのアパーチャが、少なくとも部分的に、上記第２基板の上記スルーホールのアパーチャと重なるように、上記第１基板の上に上記第２基板を積層する工程と、液体導電性材料の槽を用意する工程と、上記第１基板および上記第２基板の上記スルーホールが上記液体導電性材料によって充填されるように、上記基板の積層を、上記液体導電性材料の上記槽に適用する工程とを含んでいる。
【００４３】
一実施形態では、基板積層を液体導電性材料に浸漬する前にスルーホール内に低圧力を加え、その後、上記液体導電性材料に加える周囲圧力（ambient pressure）を上昇させることによって、液体導電性材料がスルーホール内に強制的に入り込む。これは、毛管力またはその他の力による多大な寄与なしに行うことができるため、これらの力に依存することなく、かつ明確な方法によって制御可能である。浸漬後に液体導電性材料に作用する低圧力および周囲圧力を規定することによって、液体材料がスルーホール内に確実に入り込むことだけでなく、再現可能な量を確実に規定することが可能である。従って、本発明による方法は、直径が微細なホールを確実に充填することと、調整可能かつ明確な量の材料を充填することとの両方を可能にする。
【００４４】
一実施形態では、第２の基板にスルーホールを備える工程は、基板の第１の面上にブラインドホール（blind hole）を備える工程と、上記第１の面と対向する第２の面から基板を平坦化する工程とを含んでいる。例えば、スルーホールを直接形成するには基板が厚すぎる場合であっても、上記のような実施方法によって、基板の簡素なプレーナ非選択的平坦化（simple planar unselective flattening of the substrate）を用いることによって、基板にスルーホールを形成することも可能となる。
【００４５】
一実施形態では、上記低圧力は、０．５ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内である。周囲圧力は、大気圧（基本的には１ｂａｒ）まで上昇させることができる。周囲圧力はさらに、１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲内まで上昇させることができる。このような範囲内の低圧力が選択された場合は、第１に、このような低圧力は単一のポンプを用いたポンピング（pumping）によって得ることができる。そして第２に、導電性材料の周囲（surroundings）を単純に排出する（venting）ことによって、周囲圧力を上げることができる。周囲圧力をさらに上げた場合は、液体材料の充填にさらに影響が及ぶ可能性がある。
【００４６】
一実施形態では、基板積層は、液体導電性材料に浸漬される前に、液体導電性材料の温度まで加熱される。これにより、積層内における温度誘起型の応力が回避されるため、基板積層上における過度の応力が防止される。基板積層が加熱される温度は、１５０℃〜３００℃の範囲内であってよい。この温度範囲内では、今日における環境に配慮した、無鉛はんだ付け材料を含む一般的なはんだ付け材料は液状である。
【００４７】
一実施形態では、コンタクト領域を有する第１の基板を備える工程は、第１の基板内のコンタクト領域（contact area)にある一領域内にブラインドホールを形成する工程を含んでいる。ブラインドホールは、その上に配置された基板内のスルーホールによって形成されたチャネルの一部となり得る。また、ブラインドホールは、スルーホールに液体導電性材料を充填するための貯蔵場所（reservoir）または均等化体積（equalization volume）として用いることができる。従って、浸漬後の液体材料内に最も充満している低圧力と周囲圧力との間の比較的小さな相違が、全てのスルーホールに材料を充填するのに十分となる。この場合、ブラインドホールは、圧力の差によって形成される空隙またはガス空隙（gas void）などの空の体積を占めることができるため、スルーホールに導電性材料を確実に充填することができる。さらに、スルーホールを充填する工程は、導電性材料によってブラインドホールを少なくとも部分的に充填する工程を含んでいる。
【００４８】
一実施形態では、スルーホールの壁、ブラインドホールの壁、あるいは第２の基板の下面に、保護層（passivation layer）がさらに備えられる。この保護層は、導電性材料が基板内に拡散することを防止する。さらにこの保護層は、基板領域からのめっきスルーホールの電気的絶縁に貢献する。
【００４９】
一実施形態では、導電性材料が凝固した後、導電性材料からなるビード（bead）が、基板最上部のスルーホールの一領域内に形成される。導電性材料を含有するこのビードは、スルーコンタクトに導電するように接続されており、自身が再び融解可能である。これは、例えば別のユニット上のコンタクト領域（例えば、プリント回路基板、チップキャリア、またはパッケージ上のコンタクト領域）とのコンタクトを形成するためである。
【００５０】
一実施形態では、用いられる導電性材料は、金属はんだである。金属はんだは、融点を超えて加熱することによって容易に液化可能であり、また室温まで冷却すると通常は固体であるため、信頼性のある硬いスルーコンタクトを形成することができる。
【００５１】
一実施形態では、ブラインドホールは、少なくとも部分的に導電性材料によって充填されてよい。さらに、ブラインドホールおよび／またはスルーホールの壁に、保護層を構成してよい。この保護層は、導電性材料が基板内に拡散することを防止する。さらにこの保護層は、基板領域からのスルーコンタクトの電気的絶縁に貢献する。
【００５２】
一実施形態では、導電性材料は金属はんだを含んでいる。金属はんだは、融点を超えて加熱することによって容易に液化可能であり、また室温まで冷却すると通常は固体であるため、信頼性のある硬いスルーコンタクトを形成することができる。
【００５３】
本発明の一実施形態では、第２の基板は、スルーホールのアパーチャ（aperture）すなわち開口部の一領域内にコンタクトパッドを有している。これによってスルーコンタクトが、コンタクトパッド、ひいては機能化された基板領域に接続される。コンタクトパッドは、パッド、コンタクトアイ（contact eye）、またはコンタクトスリーブを含んでいてよい。
【００５４】
一実施形態では、２つの基板は、その間に中間層が配置されており、この中間層は２つの基板同士を互いに結合している。基板同士を結合させている上記中間層は、２つの基板間の相対的位置を一定に保っている。従って、既に積層された基板の相対的位置を変えることなく、積層を連続的に設計することができる。これにより、スルーホール、ブラインドホール、またはその他の機能化された素子の方向および位置における不要なオフセット（offset）またはミスアラインメントを効果的に抑制することができる。
【００５５】
一実施形態では、２つの基板間に保護層が配置される。この保護層は、導電性材料が基板内に拡散することを防止する。さらにこの保護層は、基板同士の電気的絶縁に貢献する。
【００５６】
一実施形態では、基板はフレーム（frame）を有しており、スルーホールおよびブラインドホールは上記フレーム内に配置されている。上記フレームは、ポリマー材料をさらに含有している。上記フレームは、集積回路の筐体またはパッケージの一部であってよく、基板内に配置されたチップおよび機能化された電子素子を効果的に保護することができる。従って、スルーコンタクトをチップ内に形成する必要はなく、後者は、機械的および熱的処理に関して、さらに導電性材料の拡散に関して敏感である場合が多い。
【００５７】
一実施形態では、導電性材料からなるビードが、基板最上部のスルーホールの一領域内に形成される。これは、基板積層が別のユニット（例えば、コンタクト領域を有するプリント基板）に直接接続可能であることを意味する。
【００５８】
一実施形態では、２つの基板間には、インターポーザ（interposer）または再配線層（redistribution layer）が配置されている。上記インターポーザまたは再配線層は、基板をスルーコンタクトに接続している。上記インターポーザまたは再配線層は、スルーコンタクトからスルーコンタクトまで物理的に離れている、機能化された基板領域をも接続することができる。従って、機能化されたチップ領域もまた、例えば、スルーコンタクトのフレーム内に接続することができる。
【００５９】
図１Ａは、機能化された領域２０２を有する第２の基板２を概略的に示している。集積回路という文脈においては、機能化された領域２０２は、例えば配線、絶縁または拡散バリア、ドープされた領域、またはその他の誘電体構造であってよい。用いられる材料は、シリコン、および半導体産業において常套的に用いられるその他の材料である。第２の基板２の１つの面は、上部に保護層２０１が構成されている。この保護層２０１は、酸化物または窒化物（例えばＳｉＯ２またはＳｉ３Ｎ４）を含有していてよい。さらに、保護層２０１の上記面は、２つの基板を結合している中間層を上部に有していてよい。この中間層は、例えばポリマー粘着層を含んでいてよい。保護層２０１内の開口部は、その上部に配置された濡れ性領域（wettable region）２０３をさらに含んでいる。この濡れ性領域２０３は、金属はんだによって濡らすことができるように、金属（例えば、特に、アルミニウム、銅、スズ、金）を含有することができる。さらに、濡れ性領域２０３は、第２の金属２を１つの面上に開放する開口部を有している。機能化された領域２０２、保護層２０１、および濡れ性領域２０３を形成および実装するためには、元来知られている形成方法（例えば、ＣＭＯＳ形成プロセスの一部）が用いられる。
【００６０】
図１Ｂは、内部にブラインドホール２０４０が形成された第２の基板２を示している。ホール２０４０は、異方性エッチング、ドライエッチング、異方性ウェットエッチング、電界を用いたエッチング、あるいはレーザエッチングなど、従来の方法を用いて形成可能である。ブラインドホール２０４０の直径は、一般的には１００ｎｍ〜１０μｍの範囲内である。深さは、ホールの深さとホールの直径との比率として規定されるアスペクト比に依存している。アスペクト比は、２〜１０の範囲内であるが、一般的には３より大きい。
【００６１】
図１Ｃは、下面から平坦化された後の第２の基板２を示している。このような平坦化によって、ブラインドホール２０４０がスルーホール２０４に変化する。平坦化は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などの研磨処理によって行うことができる。第２の基板２の厚さが当初より十分に小さい場合、あるいは、前述の工程において十分な深さのホール２０４０が形成可能である場合は、スルーホール２０４を直接形成することができるため、第２の基板２を下面から平坦化する必要はない。
【００６２】
図１Ｄは、スルーホール２０４を有する第２の基板２を示している。スルーホール２０４壁、および第２の基板２の下面に、別の保護層２０５が形成される。別の保護層２０５は、第２の基板２内の機能化された領域と、スルーホール２０４内に後に形成されるスルーコンタクトとの間を、電気的に適切に絶縁するために用いることができる。別の保護層２０５はさらに、スルーコンタクトからの材料の拡散、またはスルーコンタクトへの材料の拡散を顕著に抑制する、拡散バリアとして用いることができる。別の保護層２０５としての適切な材料は、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ２）である。
【００６３】
図２Ａは、第１の基板１に少なくとも第２の基板２を積層させた基板積層を形成する工程を概略的に示している。基板積層は、図１Ａ〜図１Ｄにおいてより詳細に説明した、少なくとも１つの第２の基板２以外に、第１の基板１をさらに有していてよい。第１の基板１は、濡れ性領域２０３の一領域内のブラインドホール１０４を含んでいる。第１の基板１は、基板間の粘着を促進するためにその内部に構成された、機能化された領域２０２、保護層２０１、および中間層をさらに有していてよい。ブラインドホール１０４は、その壁に別の保護層２０５をさらに有していてよい。
【００６４】
スルーコンタクトを形成するために、第２の基板２内のスルーホール２０４および第１の基板１内のブラインドホール１０４は、連続チャネルを形成する。このチャネルは、基板を積層した結果、そして濡れ性領域２０３の層の厚さが保護層２０１より薄くなった結果、空洞（cavity）３０４を有することができる。これらの空洞３０４は、後の形成段階において導電性液体材料によって充填することができるため、関連する濡れ性領域２０３と関連する機能化された領域２０２とのコンタクトを形成することができる。図２Ａが示すように、第２の基板２は、第１の基板１上に既に積層されており、別の第２の基板２が積層上に置かれる。
【００６５】
図２Ｂは、基板積層を示している。この場合の基板積層は、例えば、第２の基板２を３つ、そして第１の基板を１つ含んでいる。チャネル内、例えば、第２の基板２内のスルーホール２０４内、空洞３０４内、および第１の基板１内のブラインドホール１０４内において、低圧力が生成される。次に基板積層は、スルーホール最上部の開口部において、液体導電性材料５０とコンタクトする。そして、液体導電性材料５０上の周囲圧力が上昇される。
【００６６】
ここに図示されているように、これによって、液体導電性材料５０がチャネル内、すなわち第２の基板２内のスルーホール２０４内、空洞３０４内、および少なくとも部分的に第１の基板１内のブラインドホール１０４内に、強制的に入り込む。第１の基板１内のブラインドホール１０４内には、空の残留体積（empty residual volume）が残る。この空の残留体積は残留ガスを含んでおり、また本質的には、増加された後の液体導電性材料５０上における低圧力と周囲圧力との差に依存している。
【００６７】
図２Ｃは、残りの液体導電性材料５０が基板積層から除去され、スルーホール２０４およびブラインドホール１０４のチャネル内の液体導電性材料が凝固した後の基板積層を示している。上記材料はスルーコンタクト５１を形成する。そして通常は、濡れ性領域２０３と、関連する機能化された領域２０２とから形成されるコンタクトパッドの最上部に、材料の残留物５２が残る。さらに、スルーホール２０４、空洞３０４、およびブラインドホール１０４を含むチャネル内の液体導電性材料５０は、後ろよりも前から、すなわち第２の基板２の最上部から、より急速に冷却することができる。従って、ブラインドホール１０４からの液体導電性材料は、導電性材料の凝固中における体積内の収縮を補償することができるため、全ての基板および濡れ性領域２０３を接続する、一定かつ信頼性のあるコンタクト５１を確実に形成することができる。
【００６８】
図３は、材料の残留物５２がコンタクトビード５３を有している、図２Ａ〜図２Ｃまでの基板積層を示している。コンタクトビーズ５３の寸法は、第１の基板１内のブラインドホール１０４内の空の体積によって、また低圧力と周囲圧力との差を用いることによって設定することができる。さらに、基板積層は、スルーホール２０４内およびブラインドホール１０４内の全体または一部において、部分的金属膜（metalliations）２０６を有していてよい。この金属膜２０６は導電性材料を濡らし、これによってスルーホール２０４およびブラインドホール１０４内のチャネル内の液体材料の量を決定することができる。基板の積層と、保護層２０１より薄い濡れ性領域２０３の層厚とによって、空洞３０４が形成される。これらの空洞３０４は、導電性液体材料によって充填することができるため、関連する濡れ性領域２０３と関連する機能化された領域２０２とのコンタクトを形成することができる。
【００６９】
図４は、第１の基板１０および複数の第２の基板２０を有する基板積層を示している。本発明のこの実施形態では、第１の基板１０は、チップ１０８およびフレーム１０７を有しており、第２の基板２０はチップ２０８およびフレーム２０７を有している。本実施形態では、フレーム１０７および２０７は成形材料（molding compound）内に埋め込まれていてよく、例えば埋め込みポリマーを含んでいてよい。さらに、個々の基板は、インターポーザ１０９および２０９を有している。このインターポーザ１０９および２０９は、再配線層を含んでいてよく、また電気信号をチップ１０８および２０８からスルーホール２０４およびブラインドホール１０４へ導き（route）、適切なコンタクトを形成する。この関連において、中間層２１０は、保護層および／または粘着層を有していてよい。インターポーザ１０９および２０９は、例えばスパッタリング法、めっき法、またはその他従来のリソグラフィ処理によって形成可能である。中間層２１０は、プリンティング（printing）、スプレーコート、スピンコート、またその他従来のリソグラフィ処理によって塗布およびパターン形成可能である。
【００７０】
この実施形態では、スルーホール２０４およびブラインドホール１０４は、フレーム１０７および２０７内に配置される。さらに、これらのホールを形成する工程は、ここでもまた、まず第１の面（first side）からブラインドホールを形成し、そして第１の面と対向する第２の面から基板を薄くする工程を含んでいてよい。基板が積層されている間に、中間層２１０に含まれる粘着材を硬化にすることができる。この場合の硬化は、基板を積層する度に行ってもよく、あるいは積層全体に対して行ってもよい。
【００７１】
次にスルーコンタクト５１は、基板１０および２０のインターポーザ１０９および２０９を接続する。スルーホール２０４およびブラインドホール１０４を含むチャネル内に液体導電性材料が挿入されると、後方からよりも前方から冷却がより急速に起こる。従って、ブラインドホール１０４からの液体導電性材料が、導電性材料の凝固中における体積内の収縮を補償することができるため、全ての基板を接続する、一定かつ信頼性のあるコンタクト５１を確実に形成することができる。
【００７２】
図５Ａは、機能化された領域２０２を含む第２の基板２を概略的に示している。集積回路という文脈においては、機能化された領域２０２は、例えば配線、絶縁または拡散バリア、ドープされた領域、またはその他の誘電体構造であってよい。第２の基板２の１つの面は、上部に保護層２０１をさらに有している。不性化層２０１内の開口部は、上部に濡れ性領域２０３をさらに有している。用いることのできる材料および形成方法については、図１Ａに関する説明を参照されたい。
【００７３】
図５Ｂが示すように、ブラインドホール２０４０は、第２の基板２内の濡れ性領域２０３内の開口部内に配置されている。ホール２０４０は、例えば異方性エッチング、ドライエッチング、異方性ウェットエッチング、電界を用いたエッチング、あるいはレーザエッチングなど、従来の方法を用いて形成可能である。ブラインドホール２０４０の直径は、一般的には１００ｎｍ〜１０μｍの範囲内である。深さは、ホールの深さとホールの直径との比率として規定されるアスペクト比に依存している。アスペクト比は、２〜１０の範囲内であるが、一般的には３より大きい。ブラインドホール圧力は、ブラインドホール２０４０内において生成され、例えば０．５ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒの範囲内において、低圧力と対応することができる。
【００７４】
図５Ｃが示すように、ブラインドホール２０４０およびその内部に充満しているブラインドホール圧力とを含む第２の基板は、液体導電性材料５０内に浸漬される。次に、液体導電性材料５０上の周囲圧力が、ブラインドホール圧力よりも高められる。この結果、図５Ｄが示すように、ブラインドホール２０４０が少なくとも部分的に導電性材料５０によって充填される。液体導電性材料５０上の周囲圧力は、大気圧（本質的には１ｂａｒ）まで上げることができる。さらに、周囲圧力は、１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲内に上げることができる。これは、ブラインドホール２０４０への液体導電性材料５０の充填を調節するためであり、さらに、適切な充填を行うための浸漬中に、周囲圧力を当初のブラインドホール圧力に合わせるためである。また、ブラインドホール圧力が大気圧と同じであり、周囲圧力が１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲内に高められてもよい。
【００７５】
図５Ｅが示すように、第２の基板２は液体材料から除去され、導電性材料５０はブラインドホール２０４０内に残留する。加熱によって液化可能な材料５０は、適切に冷却するとブラインドホール２０４０内において凝固するため、周囲圧力２０４０に関わらずブラインドホール内に安定的に残留する。
【００７６】
図５Ｆが示すように、第２の基板２は下面から平坦化する。この平坦化は、例えば、化学的機械的研磨（ＣＭＰ）などの研磨処理によって行うことができる。下面からブラインドホール２０４０、またはブラインドホール２０４０内の材料５０に到達すると、平坦化処理は終了する。これによって、第２の基板２内に、一定の基板スルーコンタクト（substrate through contact）５４が形成される。
【００７７】
図５Ｇは、第１の基板１上の複数の第２の基板２を含む積層を示している。この場合、第１の基板１内のブラインドホール１０１は既に、導電性材料によって少なくとも部分的に充填されている。図２Ｃ、図３、または図４に関連して説明した方法と同様に、基板スルーコンタクト５４と、基板１および２内の濡れ性領域２０３間または関連する機能化された領域２０２間にあるブラインドホール１０４内の導電性材料とによって、スルーコンタクト５１が形成される。保護層、部分的金属膜、フレーム、中間層、またはインターポーザに関しては、図２Ｃ、図３、および図４に関連して説明した実施形態との適切な組み合わせを選択して参照されたい。
【００７８】
図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層を示している。図６Ａは、基板６０１を含む基板積層６００を示している。基板６０１は、ウェハの積層、言い換えると、いわゆるウェハ積層を形成するように、ウェハ全体であってよく、あるいはウェハ全体を含んでいてよい。基板６０１は、スルーホール６１０を含んでいる。基板６０１は、スルーホール６１０が基板積層６００の底面から上面へと連続チャネルを形成するように、積層される。連続チャネルおよび／またはスルーホール６１０の直径は、５〜１０ミクロンの範囲内である。基板積層６００の領域６１１は、例えば集積回路、電子集積回路、または集積チップなどの単一回路要素（single circuit entity）を有している。
【００７９】
本発明の上記実施形態による上記処理が完了すると、基板積層６００は、個々の集積回路を形成するために、領域６１１の境界において切断される。そして個々の集積回路は、キャリア基板（carrier substrate）に接続され、および／または、ＩＣパッケージにパッケージングされる。切断は、劈開(cleaving）、カッティング（cutting）、および／またはソーイング（sawing）によって行ってよい。基板６０１は、シリコン基板などの半導体基板を含んでいてよく、ひいては光学要素および／または電子要素（例えばトランジスタ、抵抗器、導体、キャパシタ、ダイオード、発光ダイオード、レーザ、光レーザ、および／またはセンサ）を含んでいてよい。
【００８０】
図６Ｂは、本発明の第６の実施形態による基板積層６００の拡大図である。基板６０１のスルーホール６１０からなる連続チャネルは、ミスアラインメント６０３を有していてよい。個々の基板６０１と各スルーホール６１０とは、スルーホール６１０のアパーチャがその領域の大部分と重なり合うようにアラインメントされることが期待されるが、ミスアラインメント６０３が生じても許容できる。これは、導電性材料がミスアラインメント６０３の周囲に流れ、結果としてスルーホール６１０の連続チャネルを充填するからである。本発明のこの実施形態によると、ミスアラインメント６０３は、アパーチャ（スルーホール６１０の断面）の直径平均の１０パーセント、３０パーセント、あるいは４５パーセントまで許容可能である。
【００８１】
図６Ｃは、本発明の一実施形態に従って導電性材料６０４が充填された後の基板積層６００を示している。導電性材料６０４は、スルーホール６１０からなる連続チャネルの全体を充填することができ、基板６０１のコンタクトパッドおよび／またはコンタクトスリーブ６０２との電気コンタクトを構築することができる。コンタクトパッドまたはコンタクトスリーブ６０２は、電子要素および／または光学要素（例えば、基板６０１の機能化された要素、領域、または素子）との電気コンタクトを構築することができる。
【００８２】
図６Ｄは、図６Ｃに関連して図示および説明した基板積層６００を示している。しかし、はんだボールまたはビードなどの任意のコンタクトボール６０５は、最上部の基板６０１の最上部のコンタクトパッドおよび／またはコンタクトスリーブ６０２上に配置されている。コンタクトボール６０５は、例えばキャリア基板および／またはプリント回路基板を含む回路システムに既成デバイス（ready device）を接続するために、ボールグリッドアレイの一部であってよい。
【００８３】
図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の第７および第８の実施形態に従って、基板積層の連続チャネルを充填するための構成を示している。図７Ａは、本発明の第７の実施形態に従って、圧力差を用いて基板積層７０１の連続チャネルを充填する構成を示している。基板積層７０１は、図６Ａ〜図６Ｄに関連して説明した基板積層６００などの基板積層を含んでいてよく、あるいは、本発明の本実施形態に関連して説明した基板積層のその他の積層を含んでいてもよい。
【００８４】
液体導電性材料７０２は、基板積層７０１の第１の面に隣接して配置されている。液体導電性材料７０２は、金属はんだを含んでいてよい。上記第１の面は、底面であってよい。なぜなら、重力によって液体導電性材料７０２の滑らかな表面が形成され、その上部に基板積層７０１が配置されるからである。基板積層７０１の第２の面（例えば最上面）に隣接して、環境（environment）７０３がある。環境７０３は、大気および／または明確なプロセス雰囲気（process atmosphere）を有している。
【００８５】
本発明のこの実施形態によると、基板積層７０１の連続チャネルに液体導電性材料７０２を充填するために、液体導電性材料７０２の圧力と環境７０３の圧力との間の圧力差が利用される。この圧力差は、液体導電性材料７０２の圧力を上げることによって、または、環境７０３の圧力を下げることによって、あるいは、液体導電性材料７０２の圧力を上げて、環境７０３の圧力を下げることによって得られる。上記圧力差はまた、基板積層７０１上に、液体導電性材料７０２に向かって機械的圧力を加えることによっても得られる。絶対圧力差は、１０ｍｂａｒ〜１００ｍｂａｒ、１００ｍｂａｒ〜１ｂａｒ、または１ｂａｒ〜５ｂａｒの範囲内であってよい。さらに、環境７０３の圧力は真空と等しく、１ｍｂａｒより遥かに低くてよい。
【００８６】
連続チャネルを充填した後、液体導電性材料７０２および環境７０３の圧力の均圧が起こる。これは、液体導電性材料７０２を連続チャネル内に残す一方で、液体導電性材料７０２および／または環境７０３から基板積層７０１を除去するためである。本発明のこの実施形態によるプロセスは、液体導電性材料７０２上に基板積層７１０を配置および／または挿入する前に、基板積層７０１を（例えば液体導電性材料７０２の温度まで）加熱する工程を含んでいてよい。本実施形態によるこのプロセスは、連続チャネルを充填した後に基板積層７０１を冷却して、液体導電性材料７０２を凝固させてスルーコンタクトを形成する工程をさらに含んでいてもよい。上記冷却は、最上面から環境７０３に向かって徐々に凝固するように行われる。これによって、連続チャネルが充填されたままの状態で、液体導電性材料７０２から積層７０１を分離することができる。なぜなら、連続チャネルの最上部領域内の導電性材料が既に凝固されているためにプラグとして機能し、チャネルが空になることが回避されるからである。
【００８７】
この目的のため、環境７０３および／または基板積層７０１の最上部の温度が、導電性材料７０２の融点未満に保持され、一方で液体導電性材料７０２は、導電性材料７０２の融点を超える温度に保持される。導電性材料７０２の融点からの偏差は、最大で１Ｋであってよく、あるいは最大で１０Ｋであってもよい。毛管力はさらに、連続チャネルの充填を補助し、導電性材料からの積層の分離中に補助し、および／または、凝固後における導電性材料７０２の縮小の補償を補助することができる。さらに、圧力差は維持され、ウェハ積層を上方へ放した後も連続チャネルには導電性材料が充填されたままである。凝固は、最上部から開始する。毛管効果を用いることにより、連続チャネルの残留物には液体導電性材料７０２が充填されたままとなり、液体導電性材料７０２の残留物が凝固してスルーコンタクトを形成する。
【００８８】
図７Ｂは、本発明の第８の実施形態に従った、基板積層７０１の連続チャネルの充填を示している。槽（bath）７１０は、液体導電性材料７０２を含んでいる。本発明のこの実施形態によると、基板積層７０１のスルーホール７１０の連続チャネルが液体導電性材料７０２によって充填されるように、基板積層７０１は液体導電性材料７０２に没入、浸漬、および／または挿入される。毛管力および／または濡れ性（wetting force）によって、連続チャネルおよび／またはスルーホール７１０に液体導電性材料７０２が充填された状態で、液体導電性材料７０２から基板積層７０１を取り出すことができる。分離および焼き戻し（tempering）に関しては、ここでは図７Ａに関連する説明を参照されたい。
【００８９】
図８Ａおよび図８Ｂは、本発明の第９の実施形態に従って、基板積層の連続チャネルおよび／またはスルーホールを充填するための構成を示している。装置８００は、液体導電性材料８０２の槽を有している。フレーム８０４は基板積層８０１を保持しており、また、例えばシールリップ、シールリング、またはＯリングなどのスライドシールを有していてよい。このスライドシールによって、装置８００内におけるフレーム８０４の垂直移動が可能にある。フレーム８０４は、材料、液体、またはガスが基板積層８０１の外へ出ることを防止する。このように、基板積層８０１は、液体導電性材料８０２を環境８０３から分離する。
【００９０】
基板積層８０１の連続チャネルおよびスルーホール８１０は、矢印８０５方向への下方移動を用いて、および／または、液体導電性材料８０２の圧力と環境８０３の圧力との圧力差を用いて、液体導電性材料８０２によって充填することができる。基板積層８０１は、図６Ａ〜図６Ｄに関連して説明した基板積層６００などの基板積層を含んでいてよく、あるいは本発明の実施形態に関連して説明した基板積層のその他の積層を含んでいてもよい。圧力差に関しては、ここでは、図７Ａに関連する説明を参照されたい。分離および／または焼き戻しに関しては、ここでは、図７Ａに関連する説明を参照されたい。さらに、装置８００は、環境８０３および／または基板積層８０１の最上面を焼き戻すための手段、および／または、導電性材料８０２の槽温度を制御するための加熱システムを有していてよい。上記装置はさらに、従来のプロセスを行うのに適した標準的なプロセスチャンバを有していてよい。これは、標準的なウェハレベルガルバニックプロセス（例えば金属めっき）に用いるガルバニックタンクまたはチャンバに改良を加えたものを含んでいてよい。
【００９１】
図８Ｂは、装置８００の上面図を示している。環状のフレーム８０４は、基板積層８０１を保持している。フレーム８０４および基板積層８０１は、リング形状で示されているように環状であるが、フレーム８０４および／または基板積層８０１は、環状以外の形状（例えば長方形）を有していてもよい。フレーム８０４は、図８Ａに関連して既に説明したように、フレーム８０４の垂直移動のための手段８０６を有していてよい。基板積層８０１は、単一の集積回路、単一の電子集積回路、および／またはチップを含んだ領域８１１を有している。これらは、既成デバイスのための個々の回路またはチップを供給するために、後に切断される。
【００９２】
一実施形態では、一方法によって、ウェハ積層の種々の全てのデバイスの配線、または、スルービアおよび／またはスルーシリコンビアのウェハレベル充填が可能になる。これは、３次元集積または多数の３次元ウェハ積層に対して行われる。この関連において、上記ビアは、全層（すなわち、ウェハ積層の底面から最上面まで）を貫いている。従って、効果的に、かつ空隙を形成することなくビアを充填することができる。これは、本発明の一実施形態に従って、液体金属注入または圧力金属注入を用いて行うことができる。
【００９３】
一実施形態では、基板積層またはウェハ積層内に存在するミスアラインメント、および／または、このようなミスアラインメントによって生じるスルービアの欠陥が解決される。
【００９４】
一実施形態では、注入が完了すると、最上面における第１のドロップ（drop）が凝固する。このドロップまたはビードが、ボールグリッドアレイの一部である接続ボール（connection ball）を形成する。
【００９５】
一実施形態では、ホール、面、基板、材料、および／または周囲へ、圧力が印加または供給される。
【００９６】
以上の説明は、本発明の典型的な実施形態に関するものである。従って、本願において開示された特徴、請求項、および図面は、本発明の様々な実施形態を個々に、および任意の組み合わせで実施するためには必須となり得る。以上の説明は、本発明の実施形態に関するものであるが、当該分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の基本的な範囲を逸脱することなく、本発明の様々な別の、かつさらなる実施形態を考案できることについて理解するであろう。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって規定される。従って本発明は、特許請求の範囲および特許請求の範囲に相当する部分によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１Ａ】本発明の第１の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図１Ｂ】本発明の第１の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図１Ｃ】本発明の第１の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図１Ｄ】本発明の第１の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図２Ａ】本発明の第２の実施形態に従って形成中の集積回路の概略図である。
【図２Ｂ】本発明の第２の実施形態に従って形成中の集積回路の概略図である。
【図２Ｃ】本発明の第２の実施形態に従って形成中の集積回路の概略図である。
【図３】本発明の第３の実施形態による集積回路の概略図である。
【図４】本発明の第４の実施形態による集積回路の概略図である。
【図５Ａ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｂ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｃ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｄ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｅ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｆ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図５Ｇ】本発明の第５の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図６Ａ】本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層の概略図である。
【図６Ｂ】本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層の概略図である。
【図６Ｃ】本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層の概略図である。
【図６Ｄ】本発明の第６の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板積層の概略図である。
【図７Ａ】本発明の第７および第８の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図７Ｂ】本発明の第７および第８の実施形態に従って形成中の、様々な段階にある基板の概略図である。
【図８Ａ】本発明の第９の実施形態による装置の概略図である。
【図８Ｂ】本発明の第９の実施形態による装置の概略図である。
【出願人】 【識別番号】５０６２１１８５０
【氏名又は名称】キモンダ アクチエンゲゼルシャフト
【出願日】 平成１９年７月３１日（２００７．７．３１）
【代理人】 【識別番号】１１００００３３８
【氏名又は名称】特許業務法人原謙三国際特許事務所
【公開番号】 特開２００８−４７８９５（Ｐ２００８−４７８９５Ａ）
【公開日】 平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願番号】 特願２００７−１９９２４７（Ｐ２００７−１９９２４７）