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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-12-06
(54)【発明の名称】相互接続組立体を備えた接合構造体
(51)【国際特許分類】
   H01L 25/04 20230101AFI20241129BHJP
【FI】
H01L25/04 Z
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024537978
(86)(22)【出願日】2022-12-22
(85)【翻訳文提出日】2024-08-20
(86)【国際出願番号】 US2022082304
(87)【国際公開番号】W WO2023122771
(87)【国際公開日】2023-06-29
(31)【優先権主張番号】63/293,299
(32)【優先日】2021-12-23
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518065991
【氏名又は名称】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
(74)【代理人】
【識別番号】100103610
【弁理士】
【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦
(74)【代理人】
【識別番号】100109070
【弁理士】
【氏名又は名称】須田 洋之
(74)【代理人】
【識別番号】100119013
【弁理士】
【氏名又は名称】山崎 一夫
(74)【代理人】
【識別番号】100130937
【弁理士】
【氏名又は名称】山本 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100144451
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴木 博子
(74)【代理人】
【識別番号】100123630
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邊 誠
(72)【発明者】
【氏名】ウゾー シプリアン エメカ
(72)【発明者】
【氏名】ファウンテン ガイウス ギルマン ジュニア
(72)【発明者】
【氏名】ワークマン トーマス
(72)【発明者】
【氏名】ハーバ ベルガセム
(72)【発明者】
【氏名】カトカール ラジェッシュ
(72)【発明者】
【氏名】ミルカリミ ローラ ウィルズ
(57)【要約】
第1の半導体素子と、第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子と、導電性トレースを有する絶縁基板を含む相互接続組立体とを備える接合構造体であって、絶縁基板が、第1の半導体素子に直接接合された第1のセクションと、第2の半導体素子に直接接合された第2のセクションと、第1のセクションと第2のセクションとの間に配置されたフレキシブルセクションとを含み、フレキシブルセクションが、ギャップを少なくとも部分的にブリッジする。
【選択図】図2D
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1の半導体素子と、
前記第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子と、
導電性トレースを備える絶縁基板を含む相互接続組立体と、
を備え、
前記絶縁基板は、前記第1の半導体素子に直接接合された第1のセクションと、接着剤なしで前記第2の半導体素子に直接接合された第2のセクションと、前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に配置されたフレキシブルセクションとを含み、前記フレキシブルセクションが、前記ギャップを少なくとも部分的にブリッジする、
接合構造体。
【請求項2】
前記絶縁基板が絶縁ベース層を備え、前記導電性トレースが、前記絶縁ベース層に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項1に記載の接合構造体。
【請求項3】
前記絶縁ベース層が、前記第1のセクション、前記第2のセクション及び前記フレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びている、請求項2に記載の接合構造体。
【請求項4】
前記絶縁ベース層が、複数の絶縁層を備える、請求項2又は3に記載の接合構造体。
【請求項5】
第1の絶縁層と第2の絶縁層との間に配置された層間誘電体(ILD)層を更に備える、請求項4に記載の接合構造体。
【請求項6】
前記ILD層が、窒化シリコン及び酸化シリコンの少なくとも一方を含む、請求項5に記載の接合構造体。
【請求項7】
少なくとも1つの前記導電性トレースが、前記第1のセクション、前記第2のセクション、及び前記フレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びている、請求項1~6の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項8】
前記少なくとも1つの導電性トレースが、前記第1及び第2の半導体素子間に電気的通信を提供する、請求項7に記載の接合構造体。
【請求項9】
前記絶縁ベース層が、フレキシブルな厚さの有機材料を含む、請求項2~8の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項10】
前記有機材料がポリマーを含む、請求項9に記載の接合構造体。
【請求項11】
前記有機材料が、液晶ポリマー(LCP)及びポリイミドの少なくとも一方を含む、請求項10に記載の接合構造体。
【請求項12】
前記有機層の熱膨張係数(CTE)が12ppm/℃未満である、請求項9~11の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項13】
前記絶縁ベース層が、フレキシブルな厚さの無機材料を含む、請求項2~12の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項14】
前記第1のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備える、請求項2~13の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項15】
前記第2のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備え、前記フレキシブルセクションが、前記第1の無機非導電性接合層と前記第2の無機非導電性接合層との間に配置されている、請求項14に記載の接合構造体。
【請求項16】
前記第1の無機非導電性接合層及び前記第2の無機非導電性接合層が、平坦化された接合面を備える、請求項15に記載の接合構造体。
【請求項17】
前記絶縁基板の第1の面が、前記第1及び第2の半導体素子に直接接合され、前記絶縁基板が前記第1の面の反対側の第2の面を含み、前記第1及び第2の無機非導電性接合層は、前記絶縁基板の前記第1の面に配置される、請求項15~16の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項18】
前記第1のセクションが、前記絶縁基板の前記第2の面において前記絶縁ベース層の上に配置された第3の無機非導電性接合層を備える、請求項17に記載の接合構造体。
【請求項19】
前記第2のセクションが、前記絶縁基板の前記第2の面において前記絶縁ベース層の上に配置された第4の無機非導電性接合層を備える、請求項18に記載の接合構造体。
【請求項20】
前記絶縁基板が、前記第1の無機非導電性接合層に少なくとも部分的に埋め込まれた複数の導電性コンタクト特徴を含む、請求項14~19の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項21】
前記第1の無機非導電性接合層は、介在する接着剤なしで前記第1の半導体素子の非導電性領域に直接接合され、前記複数の導電性コンタクト特徴は、介在する接着剤なしで前記第1の半導体素子の複数の導電性コンタクト特徴に直接接合される、請求項20に記載の接合構造体。
【請求項22】
前記絶縁基板の第1の面が、前記第1及び第2の半導体素子に直接接合され、前記絶縁基板は、前記第1の面の反対側の第2の面を含み、前記接合構造体は、前記絶縁基板の前記第2の面に直接接合された第3の半導体素子と、前記絶縁基板の前記第2の面に直接接合された第4の半導体素子とを含む、請求項1~16の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項23】
導電性トレースを有する第2の絶縁基板を含む第2の相互接続組立体を更に備え、前記第2の絶縁基板は、前記第3の半導体素子に直接接合された第1のセクションと、前記第4の半導体素子に直接接合された第2のセクションと、前記第1のセクションと前記第2のセクションとの間に配置されたフレキシブルセクションと、を含む、請求項22に記載の接合構造体。
【請求項24】
前記第1及び第2の半導体素子は、支持組立体上に実装される、請求項1~23の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項25】
前記支持組立体がキャリアを備え、前記第1及び第2の半導体素子は、前記キャリアに実装されている、請求項24に記載の接合構造体。
【請求項26】
前記第1及び第2の半導体素子は、介在する接着剤なしで前記キャリアに直接接合されている、請求項25に記載の接合構造体。
【請求項27】
前記第1のセクションは、前記支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置で前記第1の半導体素子に直接接合され、前記第2のセクションは、前記支持組立体の上側表面に対して第2の垂直位置で前記第2の半導体素子に直接接合され、前記第2の垂直位置は、前記第1の垂直位置とは異なる、請求項24~26の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項28】
前記絶縁基板の第1の面が、前記第1及び第2の半導体素子に直接接合され、前記絶縁基板は、前記第1の面の反対側の第2の面を含み、前記第2の面は、互いに離間して配置された第3及び第4の素子に実装され、前記支持組立体は、前記第3及び第4の素子を含む、請求項24~27の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項29】
前記絶縁基板が、第3の半導体素子に直接接合された第3のセクションと、前記第2のセクションと前記第3のセクションとの間に配置された第2のフレキシブルセクションとを含む、請求項1~28の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項30】
前記相互接続組立体には、前記第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方に接続された試験回路を含み、前記試験回路は、前記第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方における回路の機能を試験するように構成されている、請求項1~29の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項31】
前記試験回路は、前記第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方が実装されたキャリアにワイヤ接合されている、請求項30に記載の接合構造体。
【請求項32】
前記相互接続組立体の上面図から見て、少なくとも1つの導電性トレースが曲線状又はジグザグ状である、請求項1~31の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項33】
前記ギャップがガスを含む、請求項1~32の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項34】
前記第1及び第2の半導体素子が、モールディングコンパウンドに少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項1~32の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項35】
前記モールディングコンパウンドが、前記ギャップ内に配置される、請求項34に記載の接合構造体。
【請求項36】
前記フレキシブルセクションが、2GPa~15GPaの範囲のヤング率を有する、請求項1~35の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項37】
前記フレキシブルセクションが、前記絶縁ベース層を破壊することなく且つ前記導電性トレースの電気接続性を破壊することなく曲げ可能である、請求項2~36の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項38】
接合構造体であって、
キャリアと、
導電性トレースを備える絶縁基板を含む相互接続組立体であって、前記絶縁基板は、第1のセクションと、前記第1のセクションから延びるフレキシブルセクションとを含み、前記第1のセクションは、第1の無機非導電性接合層を含み、前記第1の無機非導電性接合層は、接着剤なしで前記キャリアに直接接合されている、相互接続組立体と、
を備える、接合構造体。
【請求項39】
前記キャリアが、第1の半導体素子を備える、請求項38に記載の接合構造体。
【請求項40】
第2の半導体素子を更に備え、前記絶縁基板は、第2の無機非導電性接合層を含む第2のセクションを含み、前記第2の無機非導電性接合層は、接着剤なしで前記第2の半導体素子に直接接合されている、請求項39に記載の接合構造体。
【請求項41】
前記キャリアが陥凹部を含み、前記絶縁基板が、前記キャリアに直接接合された第2の無機非導電性接合層を含む第2のセクションを含み、前記フレキシブルセクションが、前記キャリアの前記陥凹部を少なくとも部分的にブリッジする、請求項38に記載の接合構造体。
【請求項42】
接合構造体であって、
第1の接合面及び第2の接合面を有する支持組立体と、
前記支持組立体を覆う相互接続組立体であって、前記相互接続組立体が導電性トレースを有する絶縁基板を含み、前記絶縁基板は、接着剤なしで前記第1の接合面に直接接合された第1のセクションと、接着剤なしで前記第2の接合面に直接接合された第2のセクションと、前記第1のセクションと前記第2のセクションの間に延在する第3のセクションとを有し、前記第3のセクションが、前記第1の接合面と前記第2の接合面の間のギャップをブリッジし、前記ギャップがガスで充填されている、相互接続組立体と、
を備える、接合構造体。
【請求項43】
前記絶縁基板の前記第3のセクションが、フレキシブルである、請求項42に記載の接合構造体。
【請求項44】
前記支持組立体は、第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子とを備え、前記第1の半導体素子は、第1の接合面を備え、前記第2の半導体素子は第2の接合面を備える、
請求項42又は43に記載の接合構造体。
【請求項45】
前記第1及び第2の半導体素子はキャリア上に実装される、請求項44に記載の接合構造体。
【請求項46】
前記支持組立体が、陥凹部を有するキャリアを備え、前記第3のセクションが、前記キャリアの陥凹部を少なくとも部分的にブリッジする、請求項42又は43に記載の接合構造体。
【請求項47】
前記絶縁基板が絶縁ベース層を備え、前記第1のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備え、前記第2のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備える、請求項42~46の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項48】
前記第1の接合面が、前記支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置にあり、前記第2の接合面が、前記支持組立体の前記上側表面に対して第2の垂直位置に配置され、前記第2の垂直位置が前記第1の垂直位置と異なる、請求項42~47の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項49】
接合構造体であって、
支持組立体であって、前記支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置にある第1の接合面と、前記支持組立体の上側表面に対して第2の垂直位置に配置された第2の接合面とを有し、前記第2の垂直位置が前記第1の垂直位置とは異なる、支持組立体と、
導電性トレースを有する絶縁基板を含む相互接続組立体であって、前記絶縁基板は、接着剤なしで前記第1の接合面に直接接合された第1のセクションと、接着剤なしで前記第2の接合面に直接接合された第2のセクションと、前記第1のセクションと前記第2のセクションの間に延在する第3のセクションとを有する、相互接続組立体と、
を備える、接合構造体。
【請求項50】
前記絶縁基板の前記第3のセクションがフレキシブルである、請求項49に記載の接合構造体。
【請求項51】
前記支持組立体は、第1の半導体素子と、前記第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子とを備え、前記第1の半導体素子は、第1の接合面を備え、前記第2の半導体素子は、第2の接合面を備え、前記支持組立体の前記上側表面は、前記第1の半導体素子の上面を含む、請求項49又は50に記載の接合構造体。
【請求項52】
前記第1及び第2の半導体素子はキャリア上に実装される、請求項51に記載の接合構造体。
【請求項53】
前記支持組立体が、陥凹部を有するキャリアを備え、前記第3のセクションが、前記キャリアの陥凹部を少なくとも部分的にブリッジする、請求項49又は50に記載の接合構造体。
【請求項54】
前記絶縁基板が絶縁ベース層を備え、前記第1のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備え、前記第2のセクションが、前記絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備える、請求項49~53の何れか1項に記載の接合構造体。
【請求項55】
相互接続組立体であって、
導電性トレースを有する絶縁基板であって、第1の面及び前記第1の面の反対側の第2の面を有する絶縁基板と、
前記絶縁基板の前記第1の面の第1のセクション上の第1の無機非導電性接合層であって、直接接合のために調製された第1の無機非導電性接合層と、
前記絶縁基板の前記第1の面の第2のセクション上の第2の無機非導電性接合層であって、前記第2のセクションが前記第1のセクションから離間して配置されており、第2の無機非導電性接合層は直接接合のために調製されている、第2の無機非導電性接合層と、
を備え、
前記絶縁基板が、前記第1のセクション及び前記第2のセクションの間に配置されたフレキシブルセクションを備える、相互接続組立体。
【請求項56】
前記絶縁基板が絶縁ベース層を備え、前記導電性トレースが、前記絶縁ベース層に少なくとも部分的に埋め込まれている、請求項55に記載の相互接続組立体。
【請求項57】
前記絶縁ベース層は、前記第1のセクション、前記第2のセクション及び前記フレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びている、請求項56に記載の相互接続組立体。
【請求項58】
少なくとも1つの前記導電性トレースが、前記第1のセクション、前記第2のセクション、及び前記フレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びている、請求項55~57の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項59】
前記絶縁ベース層が、フレキシブルな厚さの有機材料を含む、請求項56~58の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項60】
前記有機材料がポリマーを含む、請求項59に記載の相互接続組立体。
【請求項61】
前記有機材料が、液晶ポリマー(LCP)及びポリイミドの少なくとも一方を含む、請求項60に記載の相互接続組立体。
【請求項62】
前記有機層の熱膨張係数(CTE)が12ppm/℃未満である、請求項59~61の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項63】
前記絶縁ベース層が、フレキシブルな厚さの無機材料を含む、請求項56~62の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項64】
前記第1の無機非導電性接合層が、前記絶縁ベース層の上に配置されている、請求項56~63の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項65】
前記第2の無機非導電性接合層が、前記絶縁ベース層の上に配置されている、請求項64に記載の相互接続組立体。
【請求項66】
前記第1の無機非導電性接合層及び前記第2の無機非導電性接合層が、平坦化された接合面を備える、請求項65に記載の相互接続組立体。
【請求項67】
前記第1の接合層及び前記第2の接合層が、活性化された接合面を備える、請求項65又は66に記載の相互接続組立体。
【請求項68】
相互接続組立体であって、
少なくとも1つの導電性トレースを有する絶縁基板であって、前記絶縁基板は、第1のセクションと、第2のセクションと、前記第1及び第2のセクションをブリッジする第3のセクションとを有する、絶縁基板と、
前記絶縁基板の第1のセクション上で、直接接合のために調製された無機の第1の接合層と、
前記絶縁基板の第2のセクション上で、直接接合のために調製され且つ前記第3のセクションの上にあるギャップによって前記第1の接合層から横方向に離間した無機の第2の接合層と、
を備える、相互接続組立体。
【請求項69】
前記絶縁基板は、フレキシブルな厚さの有機材料を含む絶縁ベース層を含む、請求項68に記載の相互接続組立体。
【請求項70】
前記絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの無機材料を含む、請求項68に記載の相互接続組立体。
【請求項71】
前記絶縁基板の前記第3のセクションがフレキシブルである、請求項68~70の何れか1項に記載の相互接続組立体。
【請求項72】
方法であって、
少なくとも1つの導電性トレースを有する絶縁層を提供するステップであって、前記絶縁層が、第1のセクションと、第2のセクションと、前記第1及び第2のセクションをブリッジする第3のセクションとを有する、ステップと、
前記絶縁層の第1のセクション上に無機の第1の接合層を提供するステップと、
前記絶縁層の第2のセクション上に無機の第2の接合層を提供するステップと、
直接接合するために前記無機の第1及び第2の接合層を調製するステップと、
を含む、方法。
【請求項73】
前記絶縁層の第3のセクションがフレキシブルである、請求項72に記載の方法。
【請求項74】
キャリア基板上にブランケット無機接合層を提供するステップと、前記ブランケット無機接合層上に前記絶縁層を提供するステップを更に含む、請求項72又は73に記載の方法。
【請求項75】
前記ブランケット無機接合層をパターニングするステップを更に含み、前記パターニングされた無機接合層が、前記無機の第1及び第2の接合層を含む、請求項74に記載の方法。
【請求項76】
前記絶縁層上に第1の層間誘電体(ILD)層を提供するステップを更に含む、請求項74又は75に記載の方法。
【請求項77】
前記絶縁層にキャビティをパターニングし、前記キャビティに導電性材料を提供するステップを更に含む、請求項74~76の何れか1項に記載の方法。
【請求項78】
前記導電性材料をポリッシングするステップを更に含む、請求項77に記載の方法。
【請求項79】
前記第1の絶縁層及び前記導電性材料の上に第2の絶縁層を提供するステップを更に含む、請求項77又は78に記載の方法。
【請求項80】
前記第2の絶縁層上に第2の層間誘電体(ILD)層を提供するステップを更に含む、請求項79に記載の方法。
【請求項81】
前記第2の絶縁層に第2のキャビティを形成し、前記第2のキャビティに第2の導電性材料を提供するステップを更に含む、請求項79又は80に記載の方法。
【請求項82】
前記第2の導電性材料をポリッシングするステップを更に含む、請求項81に記載の方法。
【請求項83】
前記第2の導電材料をポリッシングするステップが、直接接合するために前記第2のILD層を調製するステップを含む、請求項82に記載の方法。
【請求項84】
前記第2のILD層は、無機の第1及び第2の接合層を備える、請求項83に記載の方法。
【請求項85】
前記第1及び第2の接合層に導電性コンタクトをパターニングするステップを更に含む、請求項72~84の何れか1項に記載の方法。
【請求項86】
介在する接着剤なしで前記第1の接合層を第1の半導体素子に直接接合し、介在する接着剤なしで前記第2の接合層を第2の半導体素子に直接接合するステップを更に含む、請求項72~85の何れか1項に記載の方法。
【請求項87】
前記無機の第1及び第2の接合層を調製するステップが、前記無機の第1及び第2の接合面を平坦化するステップを含み、前記無機の第1及び第2の接合面が、埋め込まれた導電層を含む、請求項72に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願に対する相互参照)
本出願は、「BONDED STRUCTURES WITH INTERCONNECT ASSEMBLY」と題する、2021年12月23日に出願された米国仮出願第63/293299号に対する優先権を主張するものであり、その開示内容は、あらゆる目的のために引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【0002】
(技術分野)
本分野は、接合構造体に関し、特に、相互接続組立体を備えた接合構造体に関する。
【背景技術】
【0003】
半導体素子は、互いに積層及び接合して接合構造体を形成することができる。幾つかのデバイスでは、例えば、ハイブリッド直接接合技術を使用して、接着剤なしで半導体素子を互いに直接接合することができる。例えば、熱膨張係数(CTE)の不一致により、異なるタイプ又は材料セットの半導体素子をパッケージ内に集積することは困難な場合がある。更に、半導体素子のスタック間の通信を提供すること、及びパッケージ又はデバイスの低プロファイルを維持することは、困難な場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】米国特許第9,564,414号明細書
【特許文献2】米国特許第9,391,143号明細書
【特許文献3】米国特許第10,434,749号明細書
【特許文献4】米国特許第9,716,033号明細書
【特許文献5】米国特許第9,852,988号明細書
【特許文献6】米国特許公開第2019/0096741号明細書
【0005】
詳細な説明は、添付図を参照して記載される。異なる図において同じ番号を使用していることは、類似又は同一の項目を示している。
【0006】
この議論のために、図に例示されたデバイス及びシステムは、複数の構成要素を有するものとして示されている。本明細書に記載されるようなデバイス及び/又はシステムの様々な実施構成は、より少ない構成要素を含むことができるが、本開示の範囲内に留まる。或いは、デバイス及び/又はシステムの他の実施構成は、追加の構成要素又は記載された構成要素の様々な組み合わせを含むことができ、本開示の範囲内に留まる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
図1】ロジックダイがパッケージ基板に実装され、メモリダイがロジックダイに実装されている、従来のパッケージの概略側断面図である。
図2A-2B】横方向に離間したダイが互いに直接通信されていない、積層及び接合構造体の概略側断面図である。
図2C】様々な実施形態による単層ハイブリッド相互接続組立体の概略側断面図である。
図2D】横方向に隣接したダイを接続する単層ハイブリッド相互接続組立体を更に含む接合構造体の概略側断面図である。
図3A-3B】様々な実施形態による、例示的な相互接続組立体の概略側断面図である。
図4A-4C】様々な実施形態による、相互接続組立体を利用する例示的な接合構造体を示す概略側断面図である。
図4D-4E】様々な実施形態による、相互接続組立体を利用する例示的な接合構造体を示す概略側断面図である。
図4F-4H】様々な実施形態による、相互接続組立体を利用する例示的な接合構造体を示す概略側断面図である。
図5A-5B】本明細書で開示される接合構造体又は相互接続組立体が組み込まれた例示的な用途又はデバイスの概略図である。
図5C-5D】本明細書で開示される接合構造体又は相互接続組立体が組み込まれた例示的な用途又はデバイスの概略図である。
図6A-6C】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6D-6F】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6G-6I】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6J-6L】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6M-6O】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6P-6R】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6S-6U】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図6V】相互接続組立体を形成する方法の概略側断面図である。
図7A-7B】デュアルダマシンプロセスの例を示す概略側断面図である。
図7C-7E】デュアルダマシンプロセスの例を示す概略側断面図である。
図7F-7I】デュアルダマシンプロセスの例を示す概略側断面図である。
図8A-8B】接合構造体で使用される相互接続組立体の例を示す概略側断面図である。
図8C-8F】接合構造体で使用される相互接続組立体の例を示す概略側断面図である。
図9A-9C】相互接続組立体に配置された試験回路に接続可能な試験パッドを利用する追加の実施形態の概略側断面図である。
図9D-9E】相互接続組立体に配置された試験回路に接続可能な試験パッドを利用する追加の実施形態の概略側断面図である。
図10A-10C】相互接続組立体を備えた直接接合構造体の追加の例を示す概略側断面図である。
図10D-10E】相互接続組立体を備えた直接接合構造体の追加の例を示す概略側断面図である。
図10F-10H】相互接続組立体を備えた直接接合構造体の追加の例を示す概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
図1は、ロジックダイ2がフリップチップ構成でパッケージ基板3に実装された従来のパッケージ1を示し、ここでは、はんだバンプ4がロジックダイ2をパッケージ基板3に接続する。パッケージ基板3は、はんだボール6を介してシステム回路基板5(プリント回路基板又はPCBなど)に実装することができる。複数のメモリダイ7は、ロジックダイ2に実装され、互いに横方向に離間して配置することができる。はんだバンプ4又は銅ピラーは、メモリダイ7をロジックダイ2に接続することができる。図1に示す従来のパッケージ1において、はんだボール6及びはんだバンプ4を使用すると、従来のパッケージ1の高さが増大する可能性があり、これは、より大きな電子デバイスに組み込むには望ましくない可能性がある。更に、メモリダイ7が互いに離間している従来のパッケージ1では、特にメモリダイ7が図1のロジックダイ2のような共通の支持組立体上に積層される場合に、メモリダイ7間の電気的通信を提供することが困難になる可能性がある。
【0009】
異なる種類の素子又は異なる材料セットを有する素子の異種集積は、異なる基板又は素子間の熱的不整合(例えば、熱膨張係数(CTE)の不整合)に起因して困難な場合がある。様々な用途において、有機パッケージ基板3内に微細なピッチの特徴を提供することが重要になる場合がある。一部の用途では、半導体材料(例えば、シリコン)で作られたブリッジを使用することができるが、相互接続ブリッジは依然としてはんだリフローを利用するため、信頼性の問題が生じ、及びパッケージの高さが増大する可能性がある。フレキシブルパッケージ基板は、高性能用途(例えば、高周波、低損失信号)に一般的に使用されているが、従来のパッケージ1は、素子(例えば、ダイ)をフレキシブルパッケージ基板に実装するために直接ハイブリッド接合を利用しない。
【0010】
図2A及び図2Bは、横方向に離間したダイ又は半導体素子9が互いに直接通信しない積層及び接合構造体8を示す。半導体素子9は、バルク部58及び接合層23を含む。バルク部58は、トランジスタなどのデバイスがパターニングされた半導体部分を備えることができる。例えば、図2A~2Bにおいて、第1半導体素子9a及び第2半導体素子9b(例えば、トランジスタ等の能動回路を有する集積デバイスダイ)は、キャリア10上に実装され、キャリア10に直接接合することができる。従来技術の範囲内では、キャリア10は支持組立体として機能することができる。キャリア10は、集積デバイスダイ、ウェハ、再構成ウェハ又はダイ、インターポーザ等の任意の適切なタイプの支持構造を備えることができる。第3の半導体素子9c及び第4の半導体素子9dは、それぞれ、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bに実装されて直接接合することができる。各半導体素子9は、接合界面に沿って接着剤を使用することなく接合を可能にするハイブリッド接合面18において他の素子9の接合層23と直接接合された接合層23を含むことができる。図2Bに示すように、任意の適切な数の半導体素子9を、キャリア10上の左スタック14又は右スタック15の何れかに互いに積層することができる。図2A~2Bにおいて、上側素子(例えば、第3の9c、第4の9d、第5の9e、第6の9f、第7の9g、及び第8の9hの半導体素子)は、導電性ビア11(例えば、基板貫通ビア、又はTSV(例えば、シリコン貫通ビア))を介してキャリア10と通信する。幾つかの実施形態では、キャリア10は、好適な配線層12(その一例が図2Bに描かれている)によって、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9b間の電気的通信を提供することができる。キャリア10の接合層23は、幾つかの実施形態では、キャリア10内の回路に接続するための追加のキャリア導電パッド13を含む。キャリア10内の配線層12及びビア11は、第3の半導体素子9cと第4の半導体素子9dとの間、第3の半導体素子9cと第2の半導体素子9bとの間、及び/又は第1の半導体素子9aと第4の半導体素子9dとの間の電気的通信を提供するように協働してもよいことが理解されるべきである。
【0011】
図2A~2Bの横方向に離間した半導体素子9間の直接通信がないことは、接合構造体8の電気的性能を低下させる可能性がある。例えば、少なくとも、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9b間(又は他の横方向に離間した素子間)で伝送される信号が介在するキャリア10を通過するため、信号経路が長くなる可能性がある。別の例として、図2Bに示すように、左スタック14上の、ダイとして構成することができる第7の半導体素子9gから、右スタック15上の、ダイとして構成することができる第8の半導体素子9hまでの間の電気ルーティング経路は比較的長く、例えば、信号は、接合層23及び第5の半導体素子9e、第3の半導体素子9c、及び第1の半導体素子9aを通るルーティング経路を横断して(TSV11によって)キャリア10に至る。キャリア10から、信号は、配線層12を通るルーティング経路を横断し、第2の半導体素子9b、第4の半導体素子9d、及び第6の半導体素子9fを介して(TSV11によって)第8の半導体素子9hに至る。第7の半導体素子9gと第8の半導体素子9hの間の経路が長いことに起因して、信号が損失及び/又は信号遅延を発生する恐れがあり、性能及び/又は帯域幅が低下する可能性がある。
【0012】
次に図2C~2Dに目を向けると、それに応じて、本明細書に開示される様々な実施形態は、横方向に離間した半導体素子9間の直接通信を可能にする。図2Cは、ハイブリッド相互接続組立体16の概略側断面図を示す。図3A~3Bに関連して以下に説明するように、相互接続組立体16は、フレキシブルユニット17、直接ハイブリッド接合面18、導電性トレース19、絶縁基板20、非導電性接合層23、及び絶縁ベース層25を備えることができる。図2Dは、図2Cのハイブリッド相互接続組立体16を更に含む接合構造体8の概略側断面図を示す。様々な実施形態において、相互接続組立体16は、フレキシブルユニット17及び直接ハイブリッド接合面18を含むことができ、横方向に離間した半導体素子9に直接接合され、その間に直接電気接続部を提供することができる。この相互接続組立体16は、図2A~2Bの経路と比較して、より短いルーティング経路で作製することができ、その結果、改善された電気的性能(図2C及び2D)を提供することができる。場合によっては、スタックのルーティング信号は、電気的に介在する半導体素子9(例えば、半導体素子9a~f、キャリア10)を通過しないことがある。図2A~2Bの配線層12とは異なり、図2C~2Dでは、信号は、相互接続組立体16のフレキシブルユニット17を介して半導体素子9aから半導体素子9bにルーティングされる。
【0013】
図3A~3Bは、様々な実施形態による例示的な相互接続組立体16を示す。相互接続組立体16は、絶縁基板20に埋め込まれた導電性トレース19を有する絶縁基板20を含むことができる。絶縁基板20は、第1の面21及び第1の面21の反対側の第2の面22を有することができる。相互接続組立体16は、絶縁基板20の第1の面21の第1のセクション24a上に第1の無機非導電性接合層23aを含むことができる。第1の無機非導電性接合層23aは、直接接合(例えば、直接ハイブリッド接合)用に調製することができる。相互接続組立体16は、絶縁基板20の第1の面21の第2のセクション24b上に第2の無機非導電性接合層23bを含むことができる。第2のセクション24bは、第1のセクション24aから離間して配置することができる。第2の無機非導電性接合層23bは、直接接合(例えば、直接ハイブリッド接合)用に調製することができる。第1の無機非導電性接合層23a及び第2の無機非導電性接合層23bは、絶縁基板20の第1の面21に配置することができる。幾つかの実施形態では、図3A~3Bに示すように、相互接続組立体16は、それぞれ、第1のセクション24a及び第2のセクション24bに配置され、絶縁基板20の第2の面22に配置された第3の23c及び第4の23d無機非導電性接合層も含むことができる。様々な実施形態において、無機非導電性接合層23は、酸化シリコン、窒化シリコン、シリコンオキシニトロカーバイド、又は任意の他の適切な無機非導電性材料を含むことができる。絶縁基板20は、第1のセクション24aと第2のセクション24bとの間に配置されたフレキシブルユニット17(例えば、フレキシブルセクション)を含む第3のセクション24cを備えることができる。相互接続組立体16の厚さは、1ミクロン~50ミクロンの範囲、1ミクロン~20ミクロンの範囲、又は1ミクロン~3ミクロンの範囲とすることができる。無機接合層23の厚さは、例えば、300オングストローム~50000オングストロームの範囲内、300オングストローム~10000オングストロームの範囲内、300オングストローム~5000オングストロームの範囲内、又は300オングストローム~1000オングストロームの範囲内とすることができる。
【0014】
図3A~3Bに示すように、絶縁基板20は絶縁ベース層25を含むことができ、導電性トレース19は、絶縁ベース層25に少なくとも部分的に埋め込まれる。本明細書で説明するように、絶縁ベース層25は、1つの絶縁層又は複数の絶縁層を備えることができる。図示されるように、無機非導電性接合層23は、絶縁ベース層25の上に配置することができる。半導体素子9は、接着剤を使用せずに接合するための接合界面を接合面18に含む。絶縁ベース層25は、第1のセクション24a、第2のセクション24b、及びフレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cを通って少なくとも部分的に延びることができる。更に、図示のように、少なくとも1つの導電性トレース19は、第1のセクション24a、第2のセクション24b、及びフレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cを通って少なくとも部分的に延びることができる。図示の実施形態では、絶縁ベース層25は、フレキシブルな厚さの有機材料を含む。様々な実施形態において、有機材料は、ポリマー又はコンプライアント材料、例えば、液晶ポリマー(LCP)及び/又はポリイミドの少なくとも一方を含むことができる。幾つかの実施形態において、絶縁ベース層25の有機層の熱膨張係数(CTE)は、15ppm/℃未満、例えば12ppm/℃未満、又は10ppm/℃未満とすることができる。フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、2GPa~15GPaの範囲、例えば、2GPa~12Gpaの範囲のヤング率を有することができる。幾つかの実施形態では、フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、強化材料を作成するための粒子又はチョップドファイバーを有する有機材料を含む複合材料を含むことができる。図示の実施形態では、フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、絶縁ベース層25を破断することなく、導電性トレース19の電気接続性を阻止することなく、撓み可能とすることができる。本明細書で使用されるように、フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、図2Dの接合構造体8のような接合構造体8内で撓み可能なままであってもよく、又は(例えば、接合構造体8がオーバーモールドされる場合)接合構造体8内で撓み不能なように固定されてもよいことが理解されるべきである。従って、フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、モールディングコンパウンドのような周囲の材料において可撓性を失うことがあっても、最終的な構造においてはフレキシブル材料とみなすことができる。
【0015】
図示された実施形態において、無機非導電性接合層23は、直接接合のために調製することができる。例えば、無機非導電性接合層23は、平坦化された接合面18を有することができる。また、無機非導電性接合層23は、活性化された接合面18を有することができる。
【0016】
図4A~4Hは、図3A~3Bの相互接続組立体16を利用することができる例示的な接合構造体8を示す。例えば、接合構造体8は、ギャップ26によって第1の半導体素子9aから離間し、相互接続組立体16aを介して電気的に接続された第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bを含むことができる。幾つかの実施形態では、ギャップ26は、ガス(例えば、空気)が充填されたギャップ26を備える。他の実施形態では、モールディングコンパウンドをギャップ26に配置することができる。図示のように、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bは、キャリア10上に実装する(例えば、直接接合される)ことができる。上記で説明したように、接合構造体8は、導電性トレース19を備える絶縁基板20を含む相互接続組立体16を含むことができる。絶縁基板20は、第1の半導体素子9aに直接接合された第1のセクション24aと、第2の半導体素子9bに直接接合された第2のセクション24bと、第1のセクション24aと第2のセクション24bとの間に配置されたフレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cとを含むことができ、第3のセクション24cは、ギャップ26を少なくとも部分的にブリッジするフレキシブルユニット17を含む。
【0017】
上記で説明したように、絶縁基板20は、図3A及び図3Bに示すような絶縁ベース層25を備えることができ、導電性トレース19は少なくとも部分的に絶縁ベース層25に埋め込まれる。絶縁ベース層25は、フレキシブルユニット17を含む第1のセクション24a、第2のセクション24b及び第3のセクション24cを通って少なくとも部分的に延びることができる。少なくとも1つの導電性トレース19は、少なくとも部分的に、第1のセクション24a、第2のセクション24b、及び第3のセクション24cを通って延びており、これは、第1のセクション24aと第2のセクション24cとの間のギャップ60を含むフレキシブルユニット17を含む。更に、少なくとも1つの導電性トレース19は、第1の半導体素子9aと第2の半導体素子9bとの間の電気的な通信を提供することができる。図示の実施形態では、絶縁ベース層25は、可撓性の厚さの有機材料を含む。例えば、有機材料は、液晶ポリマー(LCP)及びポリイミドの少なくとも一方等のポリマーを備えることができる。有機層の熱膨張係数(CTE)は、10ppm/℃未満とすることができる。他の実施形態では、絶縁ベース層25は、フレキシブルな厚さの無機材料を備えることができる。
【0018】
上記で説明したように、第1のセクション24aは、絶縁ベース層25上に配置された第1の無機非導電性接合層23aを備えることができる。第2のセクション24bは、絶縁ベース層25上に配置された第2の無機非導電性接合層23bを備えることができ、第3のセクション24cは、第1の無機非導電性接合層23aと第2の無機非導電性接合層23bとの間に配置されたフレキシブルユニット17を備える。上記と同様に、第1の非導電性接合層23a及び第2の非導電性接合層23bは、平坦化及び/又は活性化された接合面を備える。絶縁基板20の第1の面21は、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bに直接接合することができる。絶縁基板20は、第1の面21とは反対側の第2の面22を有することができる。第1の無機非導電性接合層23a及び第2の無機非導電性接合層23bは、絶縁基板20の第1の面21に配置することができる。第1のセクション24aは、絶縁基板20の第2の面22において絶縁ベース層25上に配置された第3の無機非導電性接合層23cを備えることができる。第2のセクション24bは、絶縁基板20の第2の面22において絶縁ベース層25上に配置された第4の無機非導電性接合層23dを備えることができる。図示されるように、絶縁基板20は、第1の無機非導電性接合層23aに少なくとも部分的に埋め込まれた図3A及び図3Bの複数の導電性コンタクト特徴27を含むことができる。第1の無機非導電性接合層23aは、介在する接着剤なしで、第1の半導体素子9aの非導電性領域に直接接合することができる。複数の導電性コンタクト特徴27は、介在する接着剤なしで、第1の半導体素子9aの複数の導電性コンタクト特徴27に直接接合することができる。
【0019】
図4D~4Fに示すように、複数の半導体素子9を互いに積層することができる。従って、幾つかの実施形態では、絶縁基板20aの第2の面22aは、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bに直接接合することができる。第1の相互接続組立体16aの第1の絶縁基板20aは、第2の面22aの反対側の第1の面21aを含むことができる。接合構造体8は、絶縁基板20aの第1の面21aに直接接合された第3の半導体素子9c及び絶縁基板20aの第1の面21aに直接接合された第4の半導体素子9dを含むことができる。第2の相互接続組立体16bは、導電性トレース19を有する第2の絶縁基板20bを含むことができる。第2の絶縁基板20bは、第3の半導体素子9cに直接接合された第2のセクション24bと、第4の半導体素子9dに直接接合された第1のセクション24aと、第1のセクション24aと第2のセクション24bとの間に配置されたフレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cとを含むことができる。
【0020】
図4Gに示すように、幾つかの実施形態では、相互接続組立体16は、有利には、高さの異なる横方向に間隔を置いた半導体素子9を接続することができる。例えば、図4Gにおいて、第1のセクション24aは、支持立体10の上側表面に対する第1の垂直位置で第1の半導体素子9aに直接接合され、及び第2のセクション24bは、支持立体10の上側表面に対する第2の垂直位置で第2の半導体素子9bに直接接合することができる。第2の垂直位置は、接合面間の垂直オフセット53によって異なることができる。図4Gにおいて、支持組立体の上面は、第1の半導体素子9aの上面を含む。
【0021】
図4Hにおいて、相互接続組立体16は、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bの少なくとも一方に接続された試験回路28を含むことができる。試験回路28は、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bの少なくとも一方における回路の機能を試験するように構成することができる。試験回路28は、任意の適切な方法で外部デバイスに接続することができる。例えば、試験回路28は、例えば図9D~9Eに示すように、第1の9a及び第2の9b半導体素子の少なくとも一方が実装されたキャリア10にワイヤ接合することができる。
【0022】
図5A~5Dは、本明細書に開示される接合構造体8又は相互接続組立体16を組み込むことができる例示的なアプリケーション又はデバイスを示す。例えば、図5Aに示すように、接合構造体8は、幾つかの実施形態において、ウェアラブル消費者デバイスに組み込むことができる。相互接続組立体16は、2つの半導体デバイス9を接続する。半導体デバイス9及び相互接続組立体16は、基板54上に実装される(例えば、直接ハイブリッド接合される)。接合構造体8は、相互接続組立体がブレスレットのリストバンド、ネックレス、又はヘッドバンドの丸い形状等の新しい形状に曲げられたり成形されたりする間に、第1の半導体素子9aと第2の半導体素子9bとの間の接続を可能にする。半導体デバイス9は、プロセッサ、メモリ、又は装着者と相互作用するセンサを備えることができる。図5B~5Cにおいて、接合構造体8は、基板54上に実装された(例えば、直接接合された)相互接続組立体16に取り付けられた半導体素子9を含むことができ、幾つかの用途において熱電冷却器55(TEC)に接続できる光学素子29(発光ダイオード、又はLEDなど)と組み合わせて使用できる。図5Bは、TEC55に接続された光学素子29を示す。このような接続された光学素子29は、ライトアップネックレス又はブレスレットのようなライトアップ宝飾品として構成することができる。図5Dでは、複数の接合構造体8を互いに横方向に接続して、可撓性バンド構造30を形成することができる。従って、図5Dにおいて、例えば図3A~3Bに描かれた絶縁基板20は、第3の半導体素子に直接接合された第3のセクションと、第2のセクションと第3のセクションとの間に配置された第2のフレキシブルセクションとを含むことができる。追加の半導体素子及びフレキシブルセクションを共にデイジーチェーン結合して、任意の適切な長さのバンド構造を形成することができる。このようなデイジーチェーン接合構造体8は、心拍数モニタリング又は他の健康関連モニタリング用に構成されたリストバンド上のセンサとすることができる。デイジーチェーン接合構造体8は、心拍数監視又は他の健康関連監視のためのリング状のセンサとして構成することができる。同様に、デイジーチェーン接合構造体8は、着用者の動きを追跡するための信号位置を送出するために着用可能な構造体上に配置された信号エミッタとすることができる。図5A~Dの例のような直接接合は、単一及び複数のダイスタックにおける非平坦化ダイ及び/又は高さ変動のより高い公差を有することができる。更に、利点としては、チップ又はフレックスの全部又は一部に局所的な再配線層を追加できること、異なるCTEを有する基板を統合することが容易であること、ダイ間の直接試験が強化されること、信号損失が低減されること、及び接続までの経路が短くなりインピーダンスが低下すること等を挙げることができる。幾つかの実施形態では、基板54は支持組立体として機能することができる。
【0023】
図6A~6Vは、様々な実施形態による相互接続組立体16を形成する方法を示す。図6Aにおいて、裏面無機絶縁接合層23cは、一時的支持構造体37a(本明細書では、キャリア、ハンドル、又は犠牲基板とも呼ばれる)上に設ける(例えば、堆積される)ことができる。一時的支持構造体37aは、半導体基板(例えば、シリコン基板)、ガラス基板、パネル、永久的又は一時的である基板、又は一般的に言えばキャリア等の任意の適切なタイプの基板を備えることができる。裏面無機絶縁接合層23cは、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどの任意の適切なタイプの無機絶縁材料を含むことができる。裏面無機絶縁接合層23cは、その後の使用のために埋め込まれた導電層又はパッドを有するハイブリッド接合面18を含むことができる(図6Aには示されていない)。第1の絶縁ベース層25aを設ける(例えば、裏面無機絶縁接合層23c上に堆積させる)ことができる。第1の絶縁ベース層25aは、本明細書で記載される絶縁ベース層25のサブ層を備えることができる。上記で説明したように、様々な実施形態において、第1の絶縁層25aは、ポリマーなどの有機材料を含むことができる。例えば、第1の絶縁層25aは、ポリイミド、液晶ポリマー(LCP)、又は低いCTEを有する他の任意の適切なポリマーを備えることができる。このステップは、基板上に10ppm/C未満の低CTEポリメチリック層をコーティングするステップを含むことができる。図6Bにおいて、一時的支持構造体37a、接合層23c及び第1の絶縁層25aは、例えば、マイクロ波オーブン及び/又は真空キュア、又は従来のオーブンを用いて硬化させることができる。硬化は、溶媒を抽出することができ、熱バジェットを低減し、製造された構造体の応力を低下させることができる。
【0024】
図6Cに目を向けると、第1の層間誘電体層31a(ILD)を第1の絶縁層25a上に設ける(例えば堆積する)ことができる。第1のILD31aは、窒化シリコン又は酸化シリコンの薄層等の薄い誘電体層を備えることができる。種々の実施形態において、第1のILD31aは、1又は複数の層を備えることができる。様々な実施形態において、第1のILD31aはエッチングストップとして機能することができる。幾つかの実施形態では、第1のILD31aは、第1の絶縁層25aと第2の絶縁層25bとの間の接着を改善する役割を果たすことができる(図6I参照)。図6Dでは、フォトレジスト層32を第1のILD31a上に施工し、リソグラフィパターニングを用いてパターンニングすることができる。図6Eにおいて、第1のILD31a及び第1の絶縁層25aは、反応性イオンエッチング(RIE)プロセス等の1又は2以上のエッチングプロセスでエッチングされ、単一又はデュアルダマシンキャビティ36を形成することができる。キャビティ36を含む第1の絶縁層25aの面は、残留有機材料を除去するために洗浄することができる。図6Fにおいて、障壁層33aをキャビティ36内に設けることができ、シード層(図示せず)を障壁層33a上に設けることができる。障壁層33aは、導電性材料34(銅など)の絶縁層25への移行を防止する任意の適切なタイプの障壁を備えることができる。例えば、障壁層33aは、窒化タンタル、窒化チタン、ニッケルバナジウム等の導電性障壁材料を含むことができる。
【0025】
図6Gに目を向けると、障壁層33aの上のキャビティ36に導電性材料34a(銅など)を設ける(例えば電気メッキする)ことができる。図6Hにおいて、導電性材料34を平坦化し、及び導電性材料34aの平坦化された表面35を残して絶縁層25を覆っている障壁層33aの部分を除去するために、ポリッシングプロセス(例えば、化学機械研磨、又はCMPプロセス)を実行することができる。
【0026】
幾つかの実施形態では、金属キャビティ36(例えば、金属パッド用のキャビティ)又は導電性パッド42を生成するために、(ポリイミド等の)光画定可能なポリマーを提供することができる。例えば2~3ミクロンを超える横方向寸法を有するキャビティ36の場合、第1のILD層31aを省略し、コーティング及びソフトベークされた第1の絶縁層25aをリソグラフィ露光を介してパターニングし、不要領域を適当なデベロッパーで溶解することができる。パターンニングされた第1の絶縁層25aは、例えば、パターンニングされた第1の絶縁層25aの熱的、機械的及び/又は電気的特性を改善するために、真空オーブン又は電子レンジにおいてより高い温度で熱処理することができる。障壁層33aをキャビティ36内に設けることができ、シード層を障壁層33aの上に設けることができる。導電性材料層34a(銅など)を障壁層33aの上のキャビティ36に設ける(例えば、電気メッキする)ことができる。図6Hにおいて、導電性材料34aを平坦化し、絶縁層25aを覆う障壁層33aの部分を除去するために、ポリッシングプロセス(例えば、化学機械研磨、又はCMPプロセス)を実施することができる。障壁層33aの残りの部分は、ウェットエッチングプロセス又は反応性イオンエッチング(RIE)法により選択的に除去することができる。
【0027】
図6Iでは、第2の絶縁層25bを、第1のILD31a及び第1の導電性材料34aの露出した上側表面の上に設けることができる。第2の絶縁層25bは、第1の絶縁層25aと同じ材料を含むこともでき、又は異なる材料を含むこともできる。第2の絶縁層25bの上に第2のILD31b(第1のILD31aと同じ材料であっても、又は異なる材料であってもよい)を設けることができる。図6Jでは、第2のILD31b及び第2の絶縁層25bにキャビティ36を形成(例えばエッチング)することができる。図6Kでは、第2の障壁層33bの上のキャビティ36に第2の導電性材料34b(例えば、銅)を設ける(例えば、電気メッキする)ことができる。図6Lでは、第2の導電性材料34bをポリッシングすることができる。また、上で説明したように、幾つかの実施形態では、複数の相互接続部を光硬化性高分子材料で形成することができる。
【0028】
図6Mに目を向けると、(第1の絶縁層25a及び第2の絶縁層25bと同じであっても又は異なっていてもよい)第3の絶縁層25cを第2のILD31b上に設けることができ、第3のILD31cを第3の絶縁層25c上に設けることができる。前面無機絶縁接合層23aは、第3のILD31c上に設けることができる。前面無機絶縁接合層23aは、裏面接合層23cと同じ材料を含むことができ、又は異なる材料を含むことができる。図6Nでは、第3の絶縁層25c及び前面接合層23aのキャビティ36に第3の導電性材料34cを設けることができる。第3の導電性材料34cは、相互接続組立体16の前面における導電性コンタクト27として機能することができる。図6Oでは、前面接合層23aの一部を選択的に除去し、第3のILD31cを露出させることができる。図6Pでは、相互接続組立体16を反転させて一時的支持構造体37に実装させることができる。一時的支持37b構造体は、キャリアとして機能することができるが、このプロセス中に除去される。幾つかの実施形態では、接着剤で相互接続組立体16を一時的支持構造体37に接着することができる。他の実施形態では、相互接続組立体16は、接着剤を介さずに一時的支持構造体37bに直接接合することができる。また、図6Pでは、一時的支持構造体37bを(例えば、ポリッシング又は研磨によって)除去し、裏面接合層23cを露出させることもできる。図6Qでは、裏面接合層23cの部分を選択的に除去して、第1の絶縁層25aを露出させることができる。図6Rでは、一時的支持構造体37bを除去し、相互接続組立体16をダイシングシート38(例えば、幾つかの配置ではダイシングテープ)に取り付けることができる。幾つかの実施形態では、相互接続組立体16を処理シートに接着取付することができ、一時的支持構造体37bを除去することができる。一部の用途では、処理シートはダイシングシート38を備えることができ、他の用途では、相互接続組立体16はフレーム付きダイシングシート38に移行することができる。
【0029】
図6Sでは、裏面接合層23cの上に保護層39(有機保護層など)を設けることができる。保護層39は、シンギュレーション時に接合層25aの接合面18を保護する役割を果たすことができる。幾つかの実施形態では、保護層39はフォトレジスト層を備えることができる。シングレーションプロセスは、例えば、ウェットエッチング法、反応性イオンエッチング(RIE)法、ソーダイシング、レーザーダイシング及びこれらの任意の組み合わせを含むことができる。図6Tでは、図6Uに示すように、相互接続組立体16をソーストリート40に沿ってシングレーションして、複数のシングレーション相互接続組立体16を形成することができる。図6Uにおいて、保護層39をレジスト現像液等の適切な洗浄液によって除去し、接合層23を直接接合するために調製することができる。調製プロセスは、保護層39の残留物の剥離、不要な微粒子の洗浄、洗浄された接合面41の灰化及び活性化、脱イオン水又は他の適切な溶媒による接合面41のリンス、及び洗浄された接合面41の乾燥を含むことができる。洗浄された接合面41の乾燥は、リンスされた相互接続組立体16をスピン乾燥すること、例えば、リンスされた相互接続組立体16を500~3000rpmの間の速度で、15秒~240秒の間の時間でスピン乾燥するステップを含むことができる。回転数が高いほど、乾燥時間は短くなる。乾燥ステップの後、幾つかの実施形態では、ダイシングフレーム(図示せず)の裏面をUV照射に曝し、ピックアンドプレース接合動作のために、相互接続組立体16とダイシングシート38との間の接着を低減することができる。図6Vは、前面及び裏面の誘電体接合層23に少なくとも部分的に埋め込まれた導電性コンタクト特徴27を有するシングレーション相互接続組立体16を示す。
【0030】
図7A~7Iは、デュアルダマシンプロセスの例を示す。図7A~7Cは、図6G~6Iに示されるステップと同じであるか又は概ね同様とすることができる。裏面接合誘電体層23cは、直接ハイブリッド接合用の裏面接合面(図示せず)に埋め込まれた導電パッドを含むことができる。しかしながら、図7Dでは、第2の絶縁層25bに二重ダマシンキャビティ43を形成することができ、及び二重ダマシンキャビティ43に障壁層33bを設けることができる。図7Eでは、第2の導電性材料34bを二重ダマシンキャビティ43に設けることができ、図7Fでは、第2の導電性材料34bを平坦化することができ、第2の障壁層33bのうち第2のILD31bを覆っている部分が除去される。図7Fの平坦化プロセスはまた、図示された実施形態において接合面18として機能することができる第2のILD31bを平坦化することができる。従って、図7Fにおいて、第2のILD31bは、酸化シリコン、窒化シリコン等の無機絶縁接合層23を備えることができる。図7Gにおいて、一時基板59は、(特定のプロセス又は構造に適していれば)裏面で薄肉化することができる。図7Hでは、一時基板59(例えば、一時基板)を除去し、裏面の無機接合層23cを露出させることができる。図7Iでは、裏面接合層23cに形成されたキャビティ36に導電性コンタクト特徴27を設けることができ、裏面接合層23c及びコンタクト特徴27を直接接合するために調製することができる。幾つかの実施形態では、裏面の誘電体層内にアルミニウム(Al)金属層を使用することにより、前面のメタライゼーション(Cu)からの応力、並びに結果として得られる構造における全体的な反りを補償することができる。AlはCuよりも引っ張りが強く、誘電体の圧縮応力のバランスをとるために使用することができる。アルミニウムは、ビルドアップ層及び/又はCMPアルミニウムプロセスで追加することができる。ビルドアップアルミプロセスでは、アルミニウムをパターニングし、誘電体層をビルドアップアルミ層上に堆積し、アルミニウムを収縮させて誘電体応力を補う。アルミニウムは、エッチング又は誘電体CMPポリッシングプロセスによって露出させることができる。Cu接合層がアルミニウム相互接続部上に形成することができる。
【0031】
図8A~8Fは、接合構造体8に使用される相互接続組立体16の追加例を示す。図8Aは、絶縁基板20の第1の面21に実装された複数の半導体素子9a及び9c(例えば、デバイスダイ)と、第2の面22に実装された複数の半導体素子9b及び9dとを示しており、第2の面22は絶縁基板20の第1の面21の反対側にある。第1のセクション24aの第1の面21には1又は複数の半導体素子9aが実装され、第1のセクション24aの第2の面22には1又は複数の半導体素子9bが実装することができる。第2のセクション24bの第1の面21には、1又は複数の半導体素子9cが実装することができる。第2のセクション24bの第2の面22には、1又は複数の半導体素子9dが実装することができる。
【0032】
図8Bに目を向けると、幾つかの実施形態では、導電性トレース19は障壁層33で封止することができる。障壁層33は、導電性トレース27に水分が接触するのを防止することができる。障壁層33は、任意の適切なタイプの障壁材料、例えば、CoP、NiP、CoP/NiP、ニッケルバナジウム、窒化タンタル、タンタル、及びこれらの組み合わせを含むことができる。
【0033】
図8Cにおいて、相互接続組立体16は、陥凹部45を備えるキャリア10を含む支持構造44に実装することができる。フレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cは、陥凹部45を少なくとも部分的にブリッジすることができる。図示のように、半導体素子9は、上記で説明したように、相互接続組立体16の反対の側に実装する(例えば、直接接合される)ことができる。
【0034】
図8Dは、半導体素子9が接合され、及びダイシングシート38に取り付けられた絶縁基板20を示す。図8Eは、半導体素子9が接合された単結晶相互接続組立体16を示す。図8Fは、相互接続組立体16の上面図である。図8Fの相互接続組立体16の上面図に示すように、少なくとも1つの導電性トレース19は曲線又はジグザグにすることができる。曲線又はジグザグは、基板20の金属層の応力を緩和するために使用することができる。幾つかの実施形態では、半導体デバイス9は支持組立体として機能することができる。
【0035】
図9A~9Eは、相互接続組立体16に配置された試験回路28に接続することができる試験パッド46を利用する追加の実施形態を示す。特に断らない限り、図9A~9Eの構成要素は、図2C~8Fの同番の構成要素と同じであるか又は一般に類似していることがある。上記で説明したように、試験回路28は、第1の半導体素子9a及び第2の半導体素子9bの少なくとも一方における回路の機能を試験するように構成することができる。図9Aは、相互接続組立体16に配置された試験パッド46を示す。図9Bにおいて、半導体素子9c及び9dは相互接続組立体16に実装され、相互接続組立体16内の試験回路28に接続することができる。好適に構成された試験パッド46は、図9Bの様々な半導体素子9、例えば相互接続組立体16の下方及び上方の半導体素子9の接続性及び機能性を試験することができる。図9Cは、相互接続組立体16に接合された1又は2以上の半導体素子9を試験するための試験治具47又はソケットを示す。機能性試験のために、複数の半導体素子9を相互接続組立体16に接合させることができる。後の時点で、試験された素子が正しく機能する場合、既知の良好な組み立てられた半導体素子9を、相互接続組立体16の裏面接合面23cを介して別の基板に接合し、モジュール又は組立体を完成させることができる。
【0036】
図9Dは、接合ワイヤ48によってキャリア10に接合された試験パッド46を示す。幾つかの実施形態において、接合ワイヤ48は、パッド46を介して、半導体素子9に電力及び接地を供給するために、キャリア10への電力及び接地導管として適合することができる。図9Eでは、相互接続組立体16のフレキシブルユニット17を含む第3のセクション24cの下のギャップ26に(例えば、キャリアに直接接合された)チップレット49(例えば、別の集積デバイスダイ)を設けることができる。幾つかの実施形態では、1又は2以上のチップレット49が相互接続組立体16に接合することができる(図示せず)。
【0037】
図10A~10Hは、相互接続組立体16を有する直接接合構造体8の追加の例を示す。図10A~10Eの特徴は、上述した方法を用いて形成することができ、特に断りのない限り、図3A~9Eの構成要素と同じ又は一般的に類似する構成要素を含むことができる。図3A~9Eの実施形態では、相互接続組立体16の絶縁ベース層25(1又は複数の層を含むことができる)は、上述のように有機材料を含む。しかしながら、図10A~10Eの実施形態では、絶縁ベース層25は無機ベース層を備えることができる。様々な実施形態において、無機絶縁ベース層25は、ガラス、炭化ケイ素、サファイア、アルミノシリケートガラス、ガラスセラミック、ゴリラガラス(登録商標)、ロータスガラス(登録商標)、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、又は他の任意の適切な無機材料等の適切な炭化物材料、窒化物材料、及び/又は酸化物材料を含むことができる。無機絶縁ベース層の厚さは、少なくとも1ミクロン、例えば3ミクロンから50ミクロンの範囲、又は5ミクロンから20ミクロンの範囲とすることができる。キャリア10は、キャリア10に実装された(例えば、直接接合された)半導体素子57によって半導体素子9に接続することができる。図10B~10Cに示すように、様々な実施形態において、モールディングコンパウンド50を、半導体素子9、キャリア10、及びギャップ26内にオーバーモールドして設けることができる。図10Bでは、相互接続組立体16の上側表面をモールディングコンパウンド50を通して露出させることができる。図10Cでは、モールディングコンパウンド50を相互接続組立体16の上に設けることができる。図10Dでは、相互接続組立体16が4つの半導体デバイス9と接合された、図10Aの接合構造体8の異なる構成を示す。図10Eは、異なる高さを有する半導体デバイス9を直接接合されたフレキシブルユニット17を含む。
【0038】
図10F~10Hは、垂直方向に隣接する無機絶縁ベース層25の間に配置されたポリマー応力バッファ層51(例えば、ポリイミド層)を有する無機絶縁ベース層25を示す。バッファ層51は、バッファ層51の上下に相互接続層25をブリッジするためのパススルー導電ビア52及び導電性トレース19を備えることができる。ポリマーバッファ層51は、特に、ポリマーの上の誘電体層のマトリックスのCTEがポリマー層の下と異なる場合に、層の両側の材料のCTE不整合に起因して誘発される応力に対する応力緩衝材として有益に機能することができる。幾つかの実施形態では、ポリマーバッファ51は、繊維強化ポリマーの微粒子を含むことができる。図10Gにおいて、相互接続組立体16の下側は、適切な基板54上に形成することができる。ポリマー層51は、トレース19、パススルービア52、及び下側に形成された無機接合面を備えることができる。相互接続組立体16の上部は、幾つかの実施形態では別個に形成することができる。相互接続組立体16の上面部分の下側接合面は、ポリマー層51上に配置された接合面に直接接合することができる。一時基板54は、その後のプロセスの前に除去することができる。図10Gは、半導体デバイス9が相互接続組立体16に接合された、図10Fと同様の相互接続組立体を示す。図10Hは、接合ワイヤ48によってキャリア20に接合された試験パッド46を示す。
【0039】
直接接合方法及び直接接合構造体の実施例
本明細書に開示される様々な実施形態は、介在する接着剤なしで2つの素子を互いに直接接合させることができる直接接合構造体に関する。半導体素子(集積デバイスダイ、ウェハ等)、又は本明細書で説明するように、無機絶縁接合層を有するパッケージ基板(フレキシブル基板を含む)等の非半導体素子とすることができる2又は3以上の電子素子を、互いに積層又は接合して接合構造体を形成することができる。本明細書に開示される実施形態では、電子構成要素(例えば、配線層)は、第1の要素を備えることができ、パッケージキャリアは、第2の要素を備えることができる。半導体デバイスは、第3の要素を備えることができる。ある素子の導電性コンタクトパッドは、別の素子の対応する導電性コンタクトパッドに電気的に接続することができる。接合構造体には、任意の適切な数の素子を積層することができる。コンタクトパッドは、非導電性接合領域に形成された金属パッドを備えることができ、再配線層(RDL)のような下層のメタライゼーションに接続することができる。
【0040】
幾つかの実施形態では、要素は、接着剤なしで互いに直接接合される。様々な実施形態において、第1の素子の非導電性又は誘電性材料は、接着剤なしで第2の素子の対応する非導電性又は誘電体電界領域に直接接合することができる。非導電性材料は、第1の要素の非導電性接合領域又は接合層と呼ぶことができる。幾つかの実施形態では、第1の素子の非導電性材料は、誘電体対誘電体接合技術を用いて第2の素子の対応する非導電性材料に直接接合することができる。例えば、誘電体-誘電体接合は、少なくとも米国特許第9,564,414号、米国特許第9,391,143号、及び特許第10,434,749号に開示された直接接合技術を使用して、接着剤なしで形成することができ、これらの各特許の全内容は、引用によりその全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。本明細書に記載される直接接合層に好適な誘電体材料としては、限定ではないが、酸化ケイ素、窒化ケイ素、又は酸窒化ケイ素等の無機誘電体が挙げられ、又は炭化ケイ素、酸窒化ケイ素、炭窒化ケイ素、又はダイヤモンドライクカーボン等の炭素を挙げることができる。幾つかの実施形態では、接合層の誘電体材料は、エポキシ、樹脂又は成形材料のようなポリマー材料を備えないが、下にある層は、本明細書に記載の有機絶縁層のような有機材料を含むことができる。
【0041】
様々な実施形態において、ハイブリッド直接接合は、介在する接着剤なしで形成することができる。例えば、誘電体接合面を高度な平滑さまでポリッシングすることができる。接合面は、洗浄され、プラズマ及び/又はエッチャントに曝されて、表面を活性化することができる。幾つかの実施形態では、表面は、活性化の後又は活性中(例えば、プラズマ及び/又はエッチングプロセス中)に、化学種で終端することができる。理論によって限定されることなく、幾つかの実施形態において、活性化プロセスは、接合面における化学結合を切断するために活性化することができ、終端プロセスは、直接接合の際の接合エネルギーを改善する追加の化学種を接合面に提供することができる。幾つかの実施形態では、活性化及び終端は、同じステップ、例えば、プラズマ又はウェットエッチャントで提供されて、表面を活性化し終端する。他の実施形態では、直接接合のための追加の化学種を提供するために、接合面を別個の処理で終端することができる。様々な実施形態において、終端種は窒素を含むことができる。更に、幾つかの実施形態において、接合面はフッ素に曝露することができる。例えば、層及び/又は接合界面近傍に1又は複数のフッ素ピークが存在することができる。従って、直接接合構造体において、2つの誘電体材料間の接合界面は、より高い窒素含有量及び/又は接合界面におけるフッ素ピークを有する極めて滑らかな界面を備えることができる。活性化及び/又は終端処理の追加の例は、米国特許第9,564,414号;第9,391,143号;及び第10,434,749号を通して見出すことができ、これらの各々の全内容は、その全体及び全ての目的のために引用により本明細書に組み込まれる。
【0042】
様々な実施形態において、第1の素子の導電性コンタクトパッドはまた、第2の素子の対応する導電性コンタクトパッドに直接接合することができる。例えば、ハイブリッド直接接合技術を使用して、上述のように調製された共有結合的に直接接合された誘電体対誘電体面を含む接合界面に沿って、導体対導体の直接接合を提供することができる。様々な実施形態において、導体-導体(例えば、コンタクトパッド-コンタクトパッド)直接接合及び誘電体-誘電体ハイブリッド接合は、少なくとも米国特許第9,716,033号及び第9,852,988号に開示された直接接合技術を使用して形成することができ、これらの各特許の全内容は、引用によりその全体があらゆる目的のために本明細書に組み込まれる。
【0043】
例えば、本明細書に記載の接合層の誘電体接合面は、上記で説明したように、介在する接着剤なしで、調製され、互いに直接接合することができる。導電性コンタクトパッド(非導電性誘電体フィールド領域によって囲まれてもよい)もまた、介在する接着剤なしで、互いに直接接合することができる。幾つかの実施形態では、それぞれのコンタクトパッドは、誘電体フィールド領域又は非導電性接合領域の外側(例えば、上側)表面よりも陥凹部、例えば、30nm未満、20nm未満、15nm未満、又は10nm未満、例えば、2nm~20nmの範囲、又は4nm~10nmの範囲で陥凹部とすることができる。非導電性接合領域は、幾つかの実施形態では、本明細書に記載の接合ツールにおいて、室温で接着接合なしで互いに直接接合され得、及びその後、接合構造体はアニールすることができる。アニールは、別の装置で行うことができる。アニールすると、コンタクトパッドは膨張して互いに接触し、金属対金属の直接接合をすることができる。有利には、カリフォルニア州サンノゼのAdeia社から市販されているDBI(登録商標)(Direct Bond Interconnect)などのハイブリッド接合技術を使用すると、直接接合界面にわたって接続されたパッドの高密度化が可能になる(例えば、規則的なアレイの場合はピッチが小さい又は細かい)。幾つかの実施形態では、接合パッド、又は接合された素子の1つの接合面に埋め込まれた導電性トレースのピッチは、40ミクロン未満、又は10ミクロン未満、又は2ミクロン未満であってもよい。用途によっては、接合パッドのピッチと接合パッドの寸法の比は5未満、又は3未満、場合によっては望ましくは2未満である。他の用途では、接合された素子の1つの接合面に埋め込まれた導電性トレースの幅は、0.3ミクロンから5ミクロンの範囲であってもよい。様々な実施形態において、コンタクトパッド及び/又はトレースは銅を含むことができるが、他の金属が適している場合もある。
【0044】
本明細書で説明したように、第1の要素及び第2の要素(例えば、本明細書で配線層として例示した電子構成要素及びパッケージングキャリア)は、接着剤なしで互いに直接接合され得、これは堆積プロセスとは異なる。それに応じて、第1の要素及び第2の要素は、非堆積要素を含むことができる。更に、直接接合構造体は、堆積層とは異なり、ナノボイドが存在する接合界面に沿った欠陥領域を含むことができる。ナノボイドは、接合面の活性化(例えば、プラズマへの曝露)により形成することができる。上記で説明したように、接合界面は、活性化及び/又は最後の化学処理プロセスからの材料の濃度を含むことができる。例えば、活性化に窒素プラズマを利用する実施形態では、接合界面に窒素ピークが形成することができる。活性化に酸素プラズマを利用する実施形態では、酸素ピークが接合界面に形成することができる。幾つかの実施形態において、接合界面は、シリコンオキシナイトライド、シリコンオキシカーボナイトライド、又はシリコンカーボナイトライドを備えることができる。本明細書で説明されるように、直接接合は、ファンデルワールス結合よりも強い共有結合を備えることができる。接合層はまた、高い平滑度に平坦化されたポリッシング面を備えることができる。例えば、接合層は、ミクロン当たり2nm二乗平均平方根(RMS)未満、又はミクロン当たり1nm RMS未満の表面粗さを有することができる。
【0045】
様々な実施形態において、直接ハイブリッド接合構造体における導電性特徴(例えば、コンタクトパッド)間の金属間接合は、導電性特徴の粒、例えば導電性特徴上の銅粒が接合界面にわたって互いに成長するように接合することができる。幾つかの実施形態では、銅は接合界面にわたって銅の拡散を改善するために111結晶面に沿って配向した結晶粒を有することができる。接合界面は、接合されたコンタクトパッドの少なくとも一部まで実質的に完全に延びることができ、接合されたコンタクトパッド又はその近傍の非導電性接合領域間に実質的にギャップがないようにすることができる。幾つかの実施形態では、コンタクトパッドの下に障壁層を提供することができる(例えば、銅を含むことができる)。しかしながら、他の実施形態では、例えば、引用によりその全体及び全ての目的のために本明細書に組み込まれる米国特許公開第2019/0096741号に記載されるように、コンタクトパッドの下に障壁層がなくてもよい。
【0046】
一実施形態では、接合構造体は、第1の半導体素子と;第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子と;導電性トレースを備えた絶縁基板を含む相互接続組立体と、を備え、絶縁基板は、第1の半導体素子に直接接合された第1のセクションと、第2の半導体素子に直接接合された第2のセクションと、第1のセクションと第2のセクションとの間に配置されたフレキシブルセクションとを含むことができ、フレキシブルセクションはギャップを少なくとも部分的にブリッジする。
【0047】
幾つかの実施形態では、絶縁基板は絶縁ベース層を備え、導電性トレースは絶縁ベース層に少なくとも部分的に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、第1のセクション、第2のセクション及びフレキシブルセクションを通って少なくとも部分的に延びる。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は複数の絶縁層を備える。幾つかの実施形態では、接合構造体は、第1の絶縁層と第2の絶縁層との間に配置された層間誘電体(ILD)層を含むことができる。幾つかの実施形態では、ILD層は、窒化シリコン及び酸化シリコンの少なくとも一方を含む。幾つかの実施形態では、少なくとも1つの導電性トレースが、第1のセクション、第2のセクション、及びフレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びている。幾つかの実施形態において、少なくとも1つの導電性トレースは、第1の半導体素子と第2の半導体素子との間の電気的通信を提供する。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの有機材料を含む。幾つかの実施形態では、有機材料はポリマーを含む。幾つかの実施形態では、有機材料は、液晶ポリマー(LCP)及びポリイミドの少なくとも一方を含む。幾つかの実施形態では、有機層の熱膨張係数(CTE)は12ppm/℃未満である。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの無機材料を含む。幾つかの実施形態において、第1のセクションは、絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備える。幾つかの実施形態では、第2のセクションは、絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備え、フレキシブルセクションは、第1の無機非導電性接合層と第2の無機非導電性接合層との間に配置されている。幾つかの実施形態では、第1の無機非導電性接合層及び第2の無機非導電性接合層は、平坦化された接合面を備える。幾つかの実施形態において、絶縁基板の第1の面は、第1及び第2の半導体素子に直接接合され、絶縁基板は、第1の面の反対側の第2の面を含み、第1及び第2の無機非導電性接合層は、絶縁基板の第1の面に配置される。幾つかの実施形態において、第1のセクションは、絶縁基板の第2の面において絶縁ベース層の上に配置された第3の無機非導電性接合層を備える。幾つかの実施形態において、第2のセクションは、絶縁基板の第2の面において絶縁ベース層の上に配置された第4の無機非導電性接合層を備える。幾つかの実施形態では、絶縁基板は、第1の無機非導電性接合層に少なくとも部分的に埋め込まれた複数の導電性コンタクト特徴を含む。幾つかの実施形態では、第1の無機非導電性接合層は、介在する接着剤なしで第1の半導体素子の非導電性領域に直接接合され、複数の導電性コンタクト特徴は、介在する接着剤なしで第1の半導体素子の複数の導電性コンタクト特徴に直接接合される。幾つかの実施形態において、絶縁基板の第1の面は、第1及び第2の半導体素子に直接接合され、絶縁基板は、第1の面の反対側の第2の面を含み、接合構造体は、絶縁基板の第2の面に直接接合された第3の半導体素子と、絶縁基板の第2の面に直接接合された第4の半導体素子とを含む。幾つかの実施形態では、接合構造体は、導電性トレースを有する第2の絶縁基板を備える第2の相互接続組立体を含むことができ、第2の絶縁基板は、第3の半導体素子に直接接合された第1のセクションと、第4の半導体素子に直接接合された第2のセクションと、第1のセクションと第2のセクションとの間に配置されたフレキシブルセクションとを含む。幾つかの実施形態では、第1及び第2の半導体素子は支持組立体上に実装される。幾つかの実施形態では、支持組立体はキャリアを備え、第1及び第2の半導体素子はキャリアに実装される。幾つかの実施形態では、第1及び第2の半導体素子は、接着剤を介さずにキャリアに直接接合される。幾つかの実施形態では、第1のセクションは支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置で第1の半導体素子に直接接合され、第2のセクションは支持組立体の上側表面に対して第2の垂直位置で第2の半導体素子に直接接合され、第2の垂直位置は第1の垂直位置とは異なる。幾つかの実施形態では、絶縁基板の第1の面は第1及び第2の半導体素子に直接接合され、絶縁基板は第1の面の反対側の第2の面を含み、第2の面は互いに間隔を置いて第3及び第4の素子に実装され、支持組立体は第3及び第4の素子を含む。幾つかの実施形態では、絶縁基板は、第3の半導体素子に直接接合された第3のセクションと、第2のセクションと第3のセクションとの間に配置された第2のフレキシブルセクションとを含む。幾つかの実施形態では、相互接続組立体は、第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方に接続された試験回路を含み、試験回路は、第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方における回路の機能を試験するように構成されている。幾つかの実施形態では、試験回路は、第1及び第2の半導体素子の少なくとも一方が実装されたキャリアにワイヤ接合される。幾つかの実施形態では、少なくとも1つの導電性トレースは、相互接続組立体の上面図から見て、曲線状又はジグザグ状である。幾つかの実施形態では、ギャップはガスを含む。幾つかの実施形態では、第1及び第2の半導体素子は、モールディングコンパウンドに少なくとも部分的に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、モールディングコンパウンドはギャップ内に配置される。幾つかの実施形態では、フレキシブルセクションは、2GPa~15GPaの範囲のヤング率を有する。幾つかの実施形態では、フレキシブルセクションは、絶縁ベース層を破壊することなく且つ導電性トレースの電気接続部を破壊することなく、曲げ可能である。
【0048】
別の実施形態では、接合構造体は、キャリアと、導電性トレースを有する絶縁基板を含む相互接続組立体であって、絶縁基板が、第1のセクション及び第1のセクションから延びるフレキシブルセクションを含み、第1のセクションが、第1の無機非導電性接合層を含み、第1の無機非導電性接合層は、接着剤なしでキャリアに直接接合される、相互接続組立体と、を含むことができる。
【0049】
幾つかの実施形態では、キャリアは第1の半導体素子を備える。幾つかの実施形態では、接合構造体は第2の半導体素子を含むことができ、絶縁基板は第2の無機非導電性接合層を含む第2のセクションを含み、第2の無機非導電性接合層は接着剤なしで第2の半導体素子に直接接合される。幾つかの実施形態では、キャリアは陥凹部を備え、絶縁基板はキャリアに直接接合された第2の無機非導電性接合層を含む第2のセクションを含み、フレキシブルセクションは少なくとも部分的にキャリアの陥凹部をブリッジする。
【0050】
別の実施形態では、接合構造体は、第1の接合面及び第2の接合面を有する支持組立体と、支持組立体の上の相互接続組立体であって、相互接続組立体が、導電性トレースを有する絶縁基板を含み、絶縁基板は、接着剤なしで第1の接合面に直接接合された第1のセクションと、接着剤なしで第2の接合面に直接接合された第2のセクションと、第1のセクションと第2のセクションとの間に延在する第3のセクションとを含み、第3のセクションは、第1の接合面と第2の接合面との間のギャップをブリッジし、ギャップがガスで充填されている。
【0051】
幾つかの実施形態では、絶縁基板の第3のセクションはフレキシブルである。幾つかの実施形態では、支持組立体は、第1の半導体素子と、第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子とを備え、第1の半導体素子は第1の接合面を備え、第2の半導体素子は第2の接合面を備える。幾つかの実施形態では、第1及び第2の半導体素子はキャリアに実装される。幾つかの実施形態では、支持組立体は、陥凹部を有するキャリアを備え、第3のセクションは、キャリアの陥凹部を少なくとも部分的にブリッジする。幾つかの実施形態では、絶縁基板は絶縁ベース層を備え、第1のセクションは絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備え、第2のセクションは絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備える。幾つかの実施形態において、第1の接合面は支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置にあり、第2の接合面は支持組立体の上側表面に対して第2の垂直位置に配置され、第2の垂直位置は第1の垂直位置とは異なる。
【0052】
別の実施形態では、接合構造体は、支持組立体の上側表面に対して第1の垂直位置にある第1の接合面と、支持組立体の上側表面に対して第2の垂直位置に配置された第2の接合面とを有し、第2の垂直位置は第1の垂直位置とは異なる、支持組立体と、導電性トレースを有する絶縁基板を含む相互接続組立体であって、絶縁基板は接着剤なしで第1の接合面に直接接合された第1のセクションと、接着剤なしで第2の接合面に直接接合された第2のセクションと、第1のセクションと第2のセクションとの間に延在する第3のセクションとを有する、相互接続組立体と、を含むことができる。
【0053】
幾つかの実施形態では、絶縁基板の第3のセクションはフレキシブルである。幾つかの実施形態では、支持組立体は、第1の半導体素子と、第1の半導体素子からギャップだけ離間して配置された第2の半導体素子とを備え、第1の半導体素子は、第1の接合面を備え、第2の半導体素子は、第2の接合面を備え、支持組立体の上側表面は第1の半導体素子の上面を含む。幾つかの実施形態では、第1及び第2の半導体素子はキャリア上に実装される。幾つかの実施形態では、支持組立体は、陥凹部を有するキャリアを備え、第3のセクションは、キャリアの陥凹部を少なくとも部分的にブリッジする。幾つかの実施形態において、絶縁基板が絶縁ベース層を備え、第1のセクションは絶縁ベース層の上に配置された第1の無機非導電性接合層を備え、第2のセクションは絶縁ベース層の上に配置された第2の無機非導電性接合層を備える。
【0054】
別の実施形態では、相互接続組立体は、導電性トレースを有する絶縁基板であって、第1の面及び該第1の面の反対側の第2の面を有する、絶縁基板と、絶縁基板の第1の面の第1のセクション上に設けられた第1の無機非導電性接合層であって、直接接合のために調製された第1の無機非導電性接合層と;絶縁基板の第1の面の第2のセクション上の第2の無機非導電性接合層であって、第2のセクションは第1のセクションから離間して配置されており、第2の無機非導電性接合層は直接接合のために調製されている、第2の無機非導電性接合層と、を備え、絶縁基板が第1のセクションと第2のセクションの間に配置されたフレキシブルセクションを備える。
【0055】
幾つかの実施形態では、絶縁基板は絶縁ベース層を備え、導電性トレースは絶縁ベース層に少なくとも部分的に埋め込まれる。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、第1のセクション、第2のセクション及びフレキシブルセクションを通って少なくとも部分的に延びる。幾つかの実施形態において、少なくとも1つの導電性トレースは、第1のセクション、第2のセクション及びフレキシブルセクションを少なくとも部分的に通って延びる。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの有機材料を含む。幾つかの実施形態では、有機材料はポリマーを含む。幾つかの実施形態では、有機材料は、液晶ポリマー(LCP)及びポリイミドの少なくとも一方を含む。幾つかの実施形態では、有機層の熱膨張係数(CTE)は12ppm/℃未満である。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの無機材料を含む。幾つかの実施形態において、第1の無機非導電性接合層は、絶縁ベース層の上に配置される。幾つかの実施形態では、第2の無機非導電性接合層が絶縁ベース層の上に配置される。幾つかの実施形態では、第1の無機非導電性接合層及び第2の無機非導電性接合層は、平坦化された接合面を備える。幾つかの実施形態では、第1の無機非導電性接合層及び第2の無機非導電性接合層は、活性化された接合面を備える。
【0056】
別の実施形態では、相互接続組立体は、少なくとも1つの導電性トレースを有する絶縁基板であって、絶縁基板は、第1のセクションと、第2のセクションと、第1及び第2のセクションをブリッジする第3のセクションとを有する、絶縁基板と、絶縁基板の第1のセクション上で、第1の接合層は直接接合のために調製されている、無機第1の接合層と、絶縁基板の第2のセクション上で、直接接合のために調製され且つ第3のセクションの上にあるギャップによって第1の接合層から横方向に離間した無機の第2の接合層と、を含むことができる。
【0057】
幾つかの実施形態では、絶縁基板は、フレキシブルな厚さの有機材料を含む絶縁ベース層を含む。幾つかの実施形態では、絶縁ベース層は、フレキシブルな厚さの無機材料を備える。幾つかの実施形態では、絶縁基板の第3のセクションはフレキシブルである。
【0058】
別の実施形態では、方法は、少なくとも1つの導電性トレースを有する絶縁層を提供するステップであって、絶縁層が、第1のセクションと、第2のセクションと、第1及び第2のセクションをブリッジする第3のセクションとを有する、ステップと、絶縁層の第1のセクション上に無機第1の接合層を提供するステップと、絶縁層の第2のセクション上に無機の第2の接合層を提供するステップと、直接接合のために無機の第2の接合層を調製するステップと、を含むことができる。
【0059】
幾つかの実施形態では、絶縁層の第3のセクションはフレキシブルである。幾つかの実施形態では、本方法は、キャリア基板上にブランケット無機接合層を提供するステップと、ブランケット無機接合層上に絶縁層を提供するステップとを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、ブランケット無機接合層をパターンニングするステップを含むことができ、パターンニングされた無機接合層は、無機第1の接合層及び第2の接合層を備える。幾つかの実施形態において、本方法は、絶縁層上に第1の層間誘電体(ILD)層を提供するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、絶縁層にキャビティをパターニングするステップ及びキャビティに導電性材料を提供するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、導電性材料をポリッシングすることを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、第1の絶縁層及び導電性材料上に第2の絶縁層を提供するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、第2の絶縁層上に第2の層間誘電体(ILD)層を提供するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、第2の絶縁層に第2のキャビティを形成し、第2のキャビティに第2の導電性材料を提供するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、第2の導電性材料をポリッシングするステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、第2の導電材料をポリッシングするステップが、直接接合されるために第2のILD層を調製するステップを含むことができる。幾つかの実施形態では、第2のILD層は、無機第1の接合層及び第2の接合層を備える。幾つかの実施形態において、本方法は、第1の接合層及び第2の接合層に導電性コンタクト層をパターニングするステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、介在する接着剤なしで第1の接合層を第1の半導体素子に直接接合し、介在する接着剤なしで第2の接合層を第2の半導体素子に直接接合するステップを含むことができる。幾つかの実施形態において、本方法は、無機第1の接合層及び第2の接合層を調製するステップが、無機第1の接合面及び第2の接合面を平坦化するステップを含み、無機の第1の接合面及び第2の接合面は、埋め込まれた導電層を含むことができる。
【0060】
文脈上明らかにそうでないことが要求されない限り、本明細書及び特許請求の範囲を通して、「備える」、「備えている」、「含む」、「含んでいる」等の用語は、排他的又は網羅的な意味とは対照的に、包括的な意味で解釈され、すなわち、「含むが、これに限定されない」という意味である。本明細書で一般的に使用される「結合」という用語は、直接結合されるか、1又は2以上の中間要素を介して結合されるかの何れかである2以上の要素を指す。同様に、本明細書で一般的に使用される「接続」という用語は、直接接続されているか、又は1又は2以上の中間要素を介して接続されているかの何れかである2以上の要素を指す。更に、「本明細書」、「上」、「下」及び類似の語は、本出願で使用される場合、本出願全体を指し、本出願の特定の部分を指すものではない。更に、本明細書で使用される場合、第1の要素が第2の要素の「上に」又は「上に」あると記載される場合、第1の要素は、第1及び第2の要素が直接接触するように、第2の要素の上に又は第2の要素の上に直接あってもよく、又は第1の要素は、1又は2以上の要素が第1及び第2の要素の間に介在するように、第2の要素の上に又は第2の要素の上に間接的にあってもよい。文脈が許す限り、上記の詳細な説明において単数又は複数の数を使用する語は、それぞれ複数又は単数の数を含むことができる。2又は3つ以上の項目のリストに関する「又は」という用語は、この用語の以下の解釈:リスト中の項目の何れか、リスト中の項目の全て、及びリスト中の項目の任意の組み合わせの全てを保護する。
【0061】
更に、本明細書で使用される条件付き表現、例えば、とりわけ、「できる」、「可能性がある」、「かもしれない」、「例えば」、「のような」等は、特に明記されていない限り、又は使用される文脈内で理解されない限り、一般に、特定の実施形態が特定の特徴、要素及び/又は状態を含み、他の実施形態が特定の特徴、要素及び/又は状態を含まないことを伝えることを意図している。従って、このような条件付き表現は、一般に、特徴、要素及び/又は状態が1又は2以上の実施形態に何らかの形で必要であることを意味することを意図していない。
【0062】
特定の実施形態が説明されてきたが、これらの実施形態は例示としてのみ提示されており、及び本開示の範囲を限定することを意図していない。実際、本明細書に記載される新規な装置、方法、及びシステムは、様々な他の形態で具現化することができる;更に、本明細書に記載される方法及びシステムの形態における様々な省略、置換、及び変更は、本開示の精神から逸脱することなく行うことができる。例えば、ブロックは所定の配置で示されているが、代替の実施形態は、異なる構成要素及び/又は回路トポロジで同様の機能を実行することができ、幾つかのブロックは、削除、移動、追加、細分化、組み合わせ、及び/又は変更することができる。これらの各ブロックは、様々な異なる方法で実施することができる。上述した様々な実施形態の要素及び行為の任意の適切な組み合わせは、更なる実施形態を提供するために組み合わせることができる。添付の特許請求の範囲及びその均等物は、本開示の範囲及び精神の範囲内に入るような形態又は変更をカバーすることを意図している。
【符号の説明】
【0063】
16 ハイブリッド相互接続組立体
17 フレキシブルユニット
18 直接ハイブリッド接合面
19 導電性トレース
20 絶縁基板
23 非導電性接合層
25 絶縁ベース層
図1
図2A
図2B
図2C
図2D
図3A
図3B
図4A
図4B
図4C
図4D
図4E
図4F
図4G
図4H
図5A
図5B
図5C
図5D
図6A
図6B
図6C
図6D
図6E
図6F
図6G
図6H
図6I
図6J
図6K
図6L
図6M
図6N
図6O
図6P
図6Q
図6R
図6S
図6T
図6U
図6V
図7A
図7B
図7C
図7D
図7E
図7F
図7G
図7H
図7I
図8A
図8B
図8C
図8D
図8E
図8F
図9A
図9B
図9C
図9D
図9E
図10A
図10B
図10C
図10D
図10E
図10F
図10G
図10H
【国際調査報告】