JP7487212B2 - 改善された信頼性を有する気密な金属化ビア - Google Patents
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Description
第1の主面および第1の主面の反対側の第2の主面を有するガラスまたはガラスセラミックス基板を通って第1の主面から第2の主面に向かって軸線方向に延在し、第1の軸線方向部分、第3の軸線方向部分および第1の軸線方向部分と第3の軸線方向部分との間に配設された第2の軸線方向部分を含むビアの内面部分にヘリウム気密接着層を堆積させるステップであって、ヘリウム気密接着層はビアの内面に配設される、ステップと、金属塩および金属堆積阻害剤を含む電気めっき浴を使用して、ビアの第1の軸線方向部分、第2の軸線方向部分および第3の軸線方向部分に金属コネクタを堆積させるステップとを含み、金属コネクタは、ヘリウム気密接着層に接着され、金属コネクタは、ビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面を被覆して、第1の主面から第1のキャビティ長さまでの第1のキャビティを画定し、第1の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、金属コネクタは、ビアの軸線方向長さに沿ってビアの内面を被覆して、第2の主面から第2のキャビティ長さまでの第2のキャビティを画定し、第2の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、金属コネクタは、第1のキャビティと第2のキャビティとの間のビアを完全に充填する。
ビアを有するガラスおよびガラスセラミックス基板は、多くの用途に望ましい。例えば、インターポーザの一方の側に論理デバイスを接続し、インターポーザの他方の側にメモリを接続するスルーパッケージビア(TPV)相互接続を有する3Dインターポーザは、高帯域幅デバイスに望ましい。現在選択されている基板は、有機物またはシリコンである。有機インターポーザは寸法安定性が悪いという問題があり、一方、シリコンウエハは高価で、誘電損失が高いという問題がある。ガラスおよびガラスセラミックは、その比較的低い誘電率、熱安定性および低コストのために、優れた基板材料であることができる。スルーガラスビア(TGV)を有するガラスまたはガラスセラミックス基板の用途がある。これらのビアは、典型的には、電気経路を提供する金属コネクタを形成するために、導電性金属、例えば、銅で完全にまたはコンフォーマルに充填される必要がある。銅は、特に望ましい導電性金属である。
本明細書に記載された実施形態では、ビア110は、第1の主面102における第1の直径132aおよび第2の主面104における第2の直径132bから、第3の直径132cに等しいウエスト直径を有するウエスト125まで先細となりまたは狭くなる先細内面114を有する。本明細書で使用する場合、ビアの「ウエスト」は、最小直径を有する可変直径ビアの部分を指す。ビア110の直径は、軸線方向位置の関数として変化する。ビア110の全ての「直径」が、最大直径である。特に断らない限り、「ビア直径」は、最大直径を指す。ビア110が円形でない場合、ビア110の「直径」は、軸線方向に垂直な平面において、ビア110と同じ断面積を有する円の直径である。
図3に、図2と同じビア110を示すが、金属コネクタ150の部分を示すためにラベル付けしている。金属コネクタ150は、第1の軸線方向部分116内に第1のキャビティ152を画定し、第3の軸線方向部分120内に第2のキャビティ154を画定する。第1のキャビティ152は、第2の軸線方向部分118内の充填された部分156により、第2のキャビティ154から分離されている。第1のキャビティ152は、軸線方向寸法において第1のキャビティ長さ153を有し、第2のキャビティ154は、軸線方向寸法において、第2のキャビティ長さ155を有する。第1のキャビティ長さ153および第2のキャビティ長さ155に沿った軸線方向寸法における各位置において、金属コネクタ150は、ビア110を完全に充填することなく、内面114を被覆している。充填された部分156は、軸線方向寸法において充填長さ157を有する。金属コネクタ150は、第1のキャビティ長さ153および第2のキャビティ長さ155に沿って被覆厚さ158を有する。一定の厚さ(コンフォーマル層)として図示されているが、被覆厚さ158は、第1の主面および/または第2の主面からの軸線方向位置および距離について変化してもよい。
先細形状を有するスルーガラスビアを、任意の適切な方法により製造することができる。1つの方法は、レーザにより基板100内にダメージトラックを形成し、続いて、エッチングすることである。例示的な方法は、米国特許第9656909号明細書および米国特許出願第62/588615号明細書に記載されており、それらの内容全体を参照により本明細書に援用するものとする。別の方法は、感光性ガラスをレーザで修飾し、続いて、エッチングすることである。
充填されたビアを有するガラスおよびガラスセラミックス基板は、多くの場合、熱サイクルに供される。この熱サイクルは、デバイス動作中またはビア充填に続く製造ステップ中に発生しうる。一部の実施形態では、例えば、ガラス基板は、アニーリングのための熱サイクルに供される場合がある。
モデリングのために、図2および図3の幾何学的形状を使用した。この場合、ビアの内面は、ビアが完全に充填されているウエストの両側に37.5μm分、75μmの軸線方向長さ以外は全て銅によりコンフォーマルに被覆されている。ビア長さ130は、300μmとした。第1の直径132aおよび第2の直径132bは、それぞれ50μmとした。50μmの直径は、両面から軸線方向長さに沿って50μmの距離について維持される。表面から50μmで始まって、ビアは、軸線方向長さに沿って中間であるウエスト125において、20μmの直径まで内向きに先細となっている。上面および底面の両方には、厚さ20μmの銅被覆151(図2および図3に示される)が含まれる。モデリングの結果は、金属コネクタ内にキャビティを有し、金属コネクタと基板との間の強力な結合を伴わない第2の軸線方向部分を有する他のビアおよび金属コネクタ形状にまで及ぶであろうことが期待される。
本明細書で使用する場合、「実質的に~からなる」なる移行句は、特許請求の範囲の範囲を、特許請求された発明の特定の材料または工程「および基本的かつ新規な特徴に実質的に影響を及ぼさない材料または工程」に限定する。
物品であって、
第1の主面および前記第1の主面の反対側の第2の主面を有するガラスまたはガラスセラミックス基板と、
前記基板を通って前記第1の主面から前記第2の主面に向かって軸線方向に軸線方向長さにわたって延在し、内面ならびに第1の軸線方向部分、第3の軸線方向部分および前記軸線方向に沿って前記第1の軸線方向部分と前記第3の軸線方向部分との間に配設された第2の軸線方向部分を画定する、ビアと、
前記内面に配設されたヘリウム気密接着層と、
前記ビア内に配設され、前記ヘリウム気密接着層に接着された、金属コネクタと
を備え、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第1の主面から第1のキャビティ長さまでの第1のキャビティを画定し、前記金属コネクタは、前記第1の主面において12μm未満の被覆厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第2の主面から第2のキャビティ長さまでの第2のキャビティを画定し、前記金属コネクタは、前記第2の主面において12μm未満の被覆厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記第1のキャビティと前記第2のキャビティとの間の前記ビアを完全に充填している、物品。
前記金属コネクタが、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分において、12μm未満の平均被覆厚さを含む、実施形態1記載の物品。
前記第1の主面における前記ビア内の被覆厚さおよび前記第2の主面における前記ビア内の被覆厚さがそれぞれ、前記第2の軸線方向部分における被覆厚さ未満である、実施形態1または2記載の物品。
前記ビアが、前記第1の主面における第1の直径と、前記第2の主面における第2の直径と、前記第2の軸線方向部分における第3の直径とを有し、前記第3の直径が前記第1の直径および前記第2の直径より小さい、実施形態1から3までのいずれか1つ記載の物品。
前記第1の直径および前記第2の直径がそれぞれ、30μm以上80μm以下である、実施形態4記載の物品。
前記第3の直径が、10μm以上40μm以下である、実施形態4または5記載の物品。
前記第1の主面における前記ビア内の被覆厚さおよび前記第2の主面における前記ビア内の被覆厚さがそれぞれ、前記第3の直径の1/2未満である、実施形態4から6までのいずれか1つ記載の物品。
前記ヘリウム気密接着層が、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分における前記内面に配設されており、前記第2の軸線方向部分における前記内面には配設されていない、実施形態1から7までのいずれか1つ記載の物品。
前記ヘリウム気密接着層が、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分のうちの少なくとも一方の周囲全体に沿って配設されている、実施形態8記載の物品。
前記ヘリウム気密接着層が、Ti、Cr、TiN、Ni、Ta、Wおよび金属酸化物のうちの1つ以上を含む、実施形態1から9までのいずれか1つ記載の物品。
前記金属コネクタが、実質的に銅からなる、実施形態1から10までのいずれか1つ記載の物品。
前記第1のキャビティおよび前記第2のキャビティのうちの少なくとも一方が、銅ではない1種以上の材料で充填されている、実施形態1から11までのいずれか1つ記載の物品。
前記物品にはクラックがなく、前記物品は、450℃の温度に加熱されて23℃の温度に冷却される前後で、10-5atm*cc/s(約9.87×10-5Pa・m3/s)未満のヘリウム透過性を有する、実施形態1から12までのいずれか1つ記載の物品。
前記基板が、少なくとも90質量%のシリカを含む、実施形態1から13までのいずれか1つ記載の物品。
ガラス物品を製造する方法であって、該方法が、
第1の主面および前記第1の主面の反対側の第2の主面を有するガラスまたはガラスセラミックス基板を通って前記第1の主面から前記第2の主面に向かって軸線方向に延在し、第1の軸線方向部分、第3の軸線方向部分および前記第1の軸線方向部分と前記第3の軸線方向部分との間に配設された第2の軸線方向部分を含むビアの内面部分にヘリウム気密接着層を堆積させるステップであって、前記ヘリウム気密接着層は前記ビアの前記内面に配設される、ステップと、
金属塩および金属堆積阻害剤を含む電気めっき浴を使用して、前記ビアの前記第1の軸線方向部分、前記第2の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分に金属コネクタを堆積させるステップと
を含み、
前記金属コネクタは、前記ヘリウム気密接着層に接着され、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第1の主面から第1のキャビティ長さまでの第1のキャビティを画定し、前記第1の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第2の主面から第2のキャビティ長さまでの第2のキャビティを画定し、前記第2の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、
前記金属コネクタは、前記第1のキャビティと前記第2のキャビティとの間の前記ビアを完全に充填する、方法。
前記金属コネクタのめっき速度が、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分におけるよりも、前記第2の軸線方向部分において速い、実施形態15記載の方法。
前記金属塩が銅塩を含む、実施形態15または16記載の方法。
前記金属コネクタを堆積させるステップが、1.5mA/cm2以上5mA/cm2以下の電流密度で電流を適用するステップを含む、実施形態15から17までのいずれか1つ記載の方法。
前記金属堆積阻害剤は、塩化ニトロブルーテトラゾリウム(NTBC)、メチルチアゾールテトラゾリウム(MTT)、または塩化テトラニトロブルーテトラゾリウム(TNBT)を含む、実施形態15から18までのいずれか1つ記載の方法。
前記ヘリウム気密接着層を、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分における前記ビアの前記内面に堆積させ、前記第2の軸線方向部分における前記ビアの前記内面には堆積させない、実施形態15から19までのいずれか1つ記載の方法。
Claims (9)
- 物品であって、
第1の主面および前記第1の主面の反対側の第2の主面を有するガラスまたはガラスセラミックス基板と、
前記基板を通って前記第1の主面から前記第2の主面に向かって軸線方向に軸線方向長さにわたって延在し、内面ならびに第1の軸線方向部分、第3の軸線方向部分および前記軸線方向に沿って前記第1の軸線方向部分と前記第3の軸線方向部分との間に配設された第2の軸線方向部分を画定する、ビアと、
前記内面に配設されたヘリウム気密接着層と、
前記ビア内に配設され、前記ヘリウム気密接着層に接着された、金属コネクタと
を備え、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第1の主面から第1のキャビティ長さまでの第1のキャビティを画定し、前記金属コネクタは、前記第1の主面において12μm未満の被覆厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第2の主面から第2のキャビティ長さまでの第2のキャビティを画定し、前記金属コネクタは、前記第2の主面において12μm未満の被覆厚さを含み、
前記金属コネクタは、前記第1のキャビティと前記第2のキャビティとの間の前記ビアを完全に充填しており、
前記ヘリウム気密接着層が、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分における前記内面に配設されており、前記第2の軸線方向部分における前記内面には配設されていない、物品。 - 前記金属コネクタが、前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分において、12μm未満の平均被覆厚さを含む、請求項1記載の物品。
- 前記第1の主面における前記ビア内の被覆厚さおよび前記第2の主面における前記ビア内の被覆厚さがそれぞれ、前記第2の軸線方向部分における被覆厚さ未満である、請求項1または2記載の物品。
- 前記ビアが、前記第1の主面における第1の直径と、前記第2の主面における第2の直径と、前記第2の軸線方向部分における第3の直径とを有し、前記第3の直径が前記第1の直径および前記第2の直径より小さい、請求項1から3までのいずれか1項記載の物品。
- 前記第1の直径および前記第2の直径がそれぞれ、30μm以上80μm以下である、請求項4記載の物品。
- 前記第3の直径が、10μm以上40μm以下である、請求項4または5記載の物品。
- 前記ヘリウム気密接着層が、Ti、Cr、TiN、Ni、Ta、Wおよび金属酸化物のうちの1つ以上を含む、請求項1から6までのいずれか1項記載の物品。
- 前記金属コネクタが、実質的に銅からなる、請求項1から7までのいずれか1項記載の物品。
- ガラス物品を製造する方法であって、該方法が、
第1の主面および前記第1の主面の反対側の第2の主面を有するガラスまたはガラスセラミックス基板を通って前記第1の主面から前記第2の主面に向かって軸線方向に延在し、第1の軸線方向部分、第3の軸線方向部分および前記第1の軸線方向部分と前記第3の軸線方向部分との間に配設された第2の軸線方向部分を含むビアの内面部分にヘリウム気密接着層を堆積させるステップであって、前記ヘリウム気密接着層は前記第1の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分における前記ビアの前記内面に配設されており、前記第2の軸線方向部分における前記内面には配設されていない、ステップと、
金属塩および金属堆積阻害剤を含む電気めっき浴を使用して、前記ビアの前記第1の軸線方向部分、前記第2の軸線方向部分および前記第3の軸線方向部分に金属コネクタを堆積させるステップと
を含み、
前記金属コネクタは、前記ヘリウム気密接着層に接着され、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第1の主面から第1のキャビティ長さまでの第1のキャビティを画定し、前記第1の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、
前記金属コネクタは、前記ビアの軸線方向長さに沿って前記ビアの前記内面を被覆して、前記第2の主面から第2のキャビティ長さまでの第2のキャビティを画定し、前記第2の主面において12μm未満の被覆厚さを有し、
前記金属コネクタは、前記第1のキャビティと前記第2のキャビティとの間の前記ビアを完全に充填する、方法。
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