(57)【要約】      （修正有）【課題】直接ウェハ接着を用いた３次元集積回路デバイスおよびその製造方法を提供する。【解決手段】ダイ１４またはウェハ１０の一方または両方は、その中に形成された半導体デバイスを有する。第１コンタクト構造を有する第１素子は、第２コンタクト構造を有する第２素子に接着される。第１、第２コンタクト構造は、接着の際に露出されることが可能で、また接着の結果、電気的に接続される。接着後にビアがエッチングされるとともに埋め込まれて電気的配線を露出および形成して第１、第２コンタクト構造を接続するとともに、この電気的配線への表面からの電気的なアクセスが可能になる。または、第１、第２コンタクト構造は接着の際に露出されず、接着後にビアがエッチングおよび埋め込みされて第１、第２コンタクト構造が電気的に接続されるとともに接続された第１、第２コンタクト構造への電気的なアクセスが得られる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンタクト構造を有する第１素子を第２コンタクト構造を有する第２素子と集積する方法であって、
少なくとも前記第１コンタクト構造に対して露出されたビアを前記第１素子内に形成し、
少なくとも前記第１コンタクト構造と接続された導電性材料を前記ビア内に形成し、
前記第１コンタクト構造および前記導電性材料のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１素子を前記第２素子に接着する、
ことを具備する方法。
【請求項２】
前記第２コンタクト構造に対して露出された前記ビアを形成し、
前記第２コンタクト構造と接触する前記導電性材料を形成する、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項３】
前記空洞の側壁上に絶縁膜を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項４】
前記第１コンタクト構造の上を除いて前記ビアに対して露出された前記第１素子の実質的に導電性部分のみに前記絶縁膜を形成することを具備する、請求項３の方法。
【請求項５】
前記第２コンタクト構造と、前記第１コンタクト構造の側部および上部と、に接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項６】
前記第２コンタクト構造と、実質的に前記第１および第２コンタクト構造の側部のみと、に接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項７】
前記第１素子は、基板を含んだ第１部分と、前記第１部分上に形成された第２部分とを具備し、前記第１コンタクト構造は前記第２部分内に配置され、前記方法は、
実質的に前記第２部分に達するまで前記第１部分をエッチングして前記第１部分内に空洞を形成し、
前記空洞内に絶縁膜を形成し、
前記絶縁膜の形成後に前記第１部分をエッチングして前記第１コンタクト構造を露出させる
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項８】
前記接着する工程の後に前記ビアを形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項９】
前記接着する工程の前に前記ビアを形成し、
前記第１素子の一部を除去して前記ビアを露出させる、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項１０】
前記接着することの前に、前記ビア内に前記第１コンタクト構造と接触する前記導電性材料を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項１１】
前記第１素子の一部を除去して前記導電性材料を露出することを具備する請求項１０の方法。
【請求項１２】
化学的機械研磨を用いて前記第１素子の前記一部を除去することを具備する、請求項１０の方法。
【請求項１３】
前記第１素子の前記一部と実質的に同じ研磨レートを有するように前記導電性材料を選択することを具備する、請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記第１コンタクト構造が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項１０の方法。
【請求項１５】
前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項１０の方法。
【請求項１６】
前記第１コンタクト構造が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項１の方法。
【請求項１７】
前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項１の方法。
【請求項１８】
前記接着することの後に、４００℃未満の温度で前記第１、第２コンタクトを熱することを具備する、請求項１の方法。
【請求項１９】
前記第１、第２コンタクトが劣化することを避けるように選択された温度で前記第１、第２コンタクトを熱することを具備する、請求項１の方法。
【請求項２０】
前記第１素子は、基板を含んだ第１部分と前記第１部分上に形成された第２部分とを具備し、
前記第１コンタクト構造は、前記第２部分内に配置され、
前記方法は、前記基板の実質的に全てを除去することを具備する、
請求項１の方法。
【請求項２１】
前記第１素子はデバイスを具備し、
前記第２素子は、少なくとも１つのデバイスを有する基板を具備する、
請求項１の方法。
【請求項２２】
前記第１素子は、デバイスを有する切り分けられたダイを具備し、
前記第２素子は、少なくとも１つのデバイスを有する基板を具備する、
請求項１の方法。
【請求項２３】
前記第１素子はデバイスを具備し、
前記第２素子は基板を具備する、
請求項１の方法。
【請求項２４】
各々が第１コンタクト構造を有する複数の第１素子を、複数の第２コンタクト構造を有する第２素子に、前記第１コンタクト構造のそれぞれが前記第２コンタクト構造の１つと直接接続されるように、接着し、
各々が前記第１コンタクト構造の少なくとも１つに対して露出されたビアを前記第１素子の各々の中に形成し、
前記ビアの各々の中に前記第１コンタクト構造の少なくとも１つと接続された導電性材料を形成する、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項２５】
前記ビアの各々の中に前記第１コンタクト構造の少なくとも１つおよび前記第２コンタクト構造の少なくとも１つと接続された導電性材料を形成することを具備する、請求項２４の方法。
【請求項２６】
室温において、約５００乃至２０００ｍＪ／ｍ２の範囲内の接着強度で前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項１の方法。
【請求項２７】
ほぼ室温において前記第１、第２素子を化学的に接着することを具備する、請求項１の方法。
【請求項２８】
前記第１コンタクト構造は、間に間隔を有する１対のコンタクト構造と開口を有するコンタクト素子との一方を具備し、
前記方法は、前記間隔および前記開口の一方を貫いて、前記第２コンタクト構造と接触する導電性材料を形成することを具備する、
請求項１の方法。
【請求項２９】
前記間隔または前記開口の幅より大きい幅を有するように前記ビアを形成することを具備する、請求項２８の方法。
【請求項３０】
前記ビアを形成することは、
前記第１コンタクト構造をエッチングして開口を形成し、
前記開口を貫いて前記第１素子をエッチングする、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項３１】
前記第１コンタクト構造をエッチングして第１コンタクト部を形成し、
前記ビアをエッチングして、前記コンタクト部の少なくとも１つの上面および下面の各々の上にコンタクト棚を露出する、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項３２】
前記第１素子の前記第１コンタクト構造に近い側を前記基板に接着し、
前記第１素子を薄くして前記ビアを露出し、
前記薄くすることの後、前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１素子を前記第２素子に接着し、
前記基板を除去する、
ことを具備する、請求項１の方法。
【請求項３３】
前記ビアに対して露出された前記第１素子の導電性部分上に絶縁層を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項３４】
前記ビアの側壁上に絶縁層を形成することを具備する、請求項１の方法。
【請求項３５】
第３コンタクト構造を有する第３素子を、前記第３コンタクトが前記導電性材料に接触するように前記第１素子に接着することを具備する、請求項１の方法。
【請求項３６】
第１コンタクト構造を有する第１素子を第２コンタクト構造を有する第２素子と集積する方法であって、
前記第１素子内にビアを形成し、
前記ビア内に第１導電性材料を形成し、
前記第１導電性材料を前記第１コンタクト構造に接続し、
前記第１素子を、前記第１コンタクト構造および前記第１導電性材料のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように、前記第２素子に接着する、
ことを具備する方法。
【請求項３７】
前記第１コンタクト構造の形成前に、前記ビアおよび前記第１導電性材料を形成し、
前記第１素子内に第２ビアを形成し、
前記第２ビア内に第２導電性材料を形成し、
前記第１コンタクト構造と前記第１導電性材料とを前記第２導電性材料を用いて接続する、
ことを具備する、請求項３６の方法。
【請求項３８】
実質的に水平部分を有するように前記第２導電性材料を形成することを具備する、請求項３７の方法。
【請求項３９】
実質的に垂直に前記第２導電性材料を形成することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項４０】
前記第１素子はデバイスを具備し、
前記デバイスは前記第１コンタクト構造を具備し、
前記方法は、前記デバイスの形成前に、前記ビアを形成するとともに前記ビア内に前記導電性材料を形成することを具備する、
請求項３６の方法。
【請求項４１】
前記第１素子の一部を除去して前記導電性材料を露出することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項４２】
化学的機械研磨を用いて前記第１素子の前記一部を除去することを具備する、請求項４１の方法。
【請求項４３】
前記第１素子の前記一部と実質的に同じ研磨レートを有するように前記導電性材料を選択することを具備する、請求項４２の方法。
【請求項４４】
前記第１コンタクト構造が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項４１の方法。
【請求項４５】
前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項４１の方法。
【請求項４６】
前記第１コンタクト構造が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項４７】
前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項４８】
前記接着することの後に、４００℃未満の温度で前記第１、第２コンタクトを熱することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項４９】
前記第１、第２コンタクトおよび前記第１、第２導電性材料が劣化することを避けるように選択された温度で前記第１、第２コンタクトを熱することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５０】
前記第１素子はデバイスを具備し、
前記第２素子は、少なくとも１つのデバイスを有する基板を具備する、
請求項３６の方法。
【請求項５１】
前記第１素子は、デバイスを有する切り分けられたダイを具備し、
前記第２素子は、少なくとも１つのデバイスを有する基板を具備する、
請求項３６の方法。
【請求項５２】
前記第１素子はデバイスを具備し、
前記第２素子は基板を具備する、
請求項３６の方法。
【請求項５３】
各々が第１コンタクト構造と、ビアと、前記ビア内に形成された第１導電性材料とを有する複数の第１素子を、複数のコンタクト構造を有する第２素子に、前記第１素子の各々が前記第２コンタクト構造の１つと直接接続された前記第１導電性材料および前記第１コンタクト構造のうちの１つを有するように、接着することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５４】
室温において、約５００乃至２０００ｍＪ／ｍ２の範囲内の接着強度で前記第１、第２素子を接着することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５５】
ほぼ室温において前記第１、第２素子を化学的に接着することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５６】
前記第１素子の前記第１コンタクト構造に近い側を前記基板に接着し、
前記第１素子を薄くして前記ビアを露出し、
前記薄くすることの後、前記導電性材料が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１素子を前記第２素子に接着し、
前記基板を除去する、
ことを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５７】
前記ビアに対して露出された前記第１素子の導電性部分上に絶縁層を形成することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５８】
前記ビアの側壁上に絶縁層を形成することを具備する、請求項３６の方法。
【請求項５９】
第１基板を有する第１素子内にビアを形成し、
前記ビア内に導電性材料を形成し、
前記ビアおよび前記導電性材料の形成後、前記導電性材料に電気的に接続されたコンタクト構造を形成し、
少なくとも１つの第２コンタクト構造を有する第２素子を形成し、
前記第１基板の一部を除去して前記ビアおよび前記導電性材料を露出し、
前記第１基板を前記第２基板に接着し、
前記接着する工程の一部として、前記第２コンタクト構造と、前記第１コンタクト構造および前記導電性材料のうちのの１つと、の間を接続する、
ことを具備する、集積方法。
【請求項６０】
前記接着する工程の結果として、前記導電性材料を前記第２コンタクト構造に直接接続することを具備する、請求項５９の方法。
【請求項６１】
前記接着する工程の結果として、前記第１コンタクト構造を前記第２コンタクト構造に直接接続することを具備する、請求項５９の方法。
【請求項６２】
前記接着する工程は、前記導電性材料および前記第１、第２コンタクト構造を熱することを具備する、請求項５９の方法。
【請求項６３】
４００℃未満の温度で熱することを具備する、請求項６２の方法。
【請求項６４】
前記第１、第２コンタクトおよび前記第１、第２導電性材料が劣化することを避けるように選択された温度で前記第１、第２コンタクトを熱することを具備する、請求項６２の方法。
【請求項６５】
４００℃未満で熱することを具備する、請求項６４の方法。
【請求項６６】
前記第１コンタクト構造を具備するデバイスを前記第１素子内に形成し、
前記デバイスへの害を回避するように選択された温度で前記導電性材料および前記第２コンタクト構造を熱する、
ことを具備する、請求項５９の方法。
【請求項６７】
前記導電性材料および前記第１コンタクト構造と接触する導電性部材を形成することを具備する、請求項５９の方法。
【請求項６８】
前記導電性部材として導電性のビア構造を形成することを具備する、請求項６７の方法。
【請求項６９】
前記導電性部材として実質的に水平の配線を形成することを具備する、請求項６７の方法。
【請求項７０】
第３コンタクト構造を有する第３素子を、前記第３コンタクト構造が前記導電性材料に接続されるように、前記第１素子に接着することを具備する、請求項５９の方法。
【請求項７１】
第１コンタクト構造を有する第１素子と、
第２コンタクト構造を有する第２素子と、
前記第１素子内に形成された第１ビアと、
前記第１ビア内に形成された、前記第１コンタクト構造と接続された第１導電性材料と、
を具備し、
前記第１導電性材料および前記第１コンタクト構造のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１素子が前記第２素子に接着される、集積構造。
【請求項７２】
前記第２コンタクト構造に直接接続された前記第１コンタクト構造を具備する、請求項７１の構造。
【請求項７３】
前記第２コンタクト構造に直接接続された前記第１導電性材料を具備する、請求項７１の構造。
【請求項７４】
前記第１コンタクト構造の実質的に側面のみと接触している前記第１導電性材料を具備する、請求項７１の方法。
【請求項７５】
前記第１素子の前記第１ビアに露出された導電性部分の側壁上に形成された絶縁性の側壁を具備する、請求項７１の方法。
【請求項７６】
基板を前記第１素子と、
前記基板上に形成されたデバイス領域内に形成された前記第１コンタクト構造と、
前記基板内において、前記デバイス領域におけるよりも広い前記第１ビアと、
を具備する、請求項７１の方法。
【請求項７７】
基板を具備する前記第１素子と、
前記基板上に形成されたデバイス領域内に形成された前記第１コンタクト構造と、
前記デバイス領域において、前記基板におけるよりも広い、前記第１ビアと、
を具備する、請求項７１の方法。
【請求項７８】
水平の導電性部材を用いて前記第１導電性材料に接続されている前記第１コンタクト構造を具備する、請求項７１の方法。
【請求項７９】
前記第１素子内に形成された第２ビアと、
前記第１コンタクト構造および前記第１導電性材料と接続された、前記第２ビア内に形成された第２導電性材料と、
を具備する、請求項７１の構造。
【請求項８０】
第３コンタクト構造が前記第１導電性材料に接続されるように前記第１素子に接着された前記第３コンタクト構造を有する第３素子を具備する、請求項７１の構造。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本出願は、現在米国特許第6,500,794である出願番号09/532,886、出願番号10/011,432、出願番号10/359,608、現在米国特許第6,867,073である出願番号10/688,910、出願番号10/440,099に関連しており、これらの内容の全ては、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、３次元集積回路の分野に関し、より詳しくは、直接ウェハ接着を用いた３次元集積回路デバイスおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
半導体集積回路（ＩＣ）は、典型的には、シリコンウェハ内およびその表面上に形成され、この結果、ＩＣが大きくなるに連れてＩＣ面積が大きくなるはずである。ＩＣ内のトランジスタが小さくなるという絶え間ない向上（これは、一般にムーアの法則と呼ばれる）によって、所与のＩＣ面積内のトランジスタの数が実質的に上昇した。しかしながら、トランジスタの密度が上がったにも係らず、多くの応用例において、全ＩＣ面積の増加が望まれる。その理由は、必要なトランジスタの数が一層多くなっていることや、特定の機能を達成するためにトランジスタ相互間の水平方向での接続の数が増えていることである。これらの応用例を１つの大きなＩＣダイで実現すると、典型的には、チップの歩留まりが減少する結果となり、ひいてはＩＣのコストが増大する結果となる。
【０００４】
ＩＣ製造の別の傾向は、１つのＩＣ内でのタイプの異なる回路の数を増やすことである。これは、より一般的には、システム・オン・チップ（ＳｏＣ）と呼ばれる。このように製造することによって、典型的には、タイプが異なる回路を作製するためにマスクの階層の数が増大することが必要になる。マスクの階層を増やすことによっても、典型的には、歩留まりの減少、ひいてはＩＣコストの増大という結果になる。このように望ましくない歩留まりの減少やコストの増加を回避するための解決策は、ＩＣを垂直に積み上げたり垂直に接続したりすることである。これらのＩＣは、大きさが異なっていても構わないし、大きさの異なるウェハから作られていても構わないし、相違する機能（すなわち、アナログ、ディジタル、光学的）であっても構わないし、相違する材料（すなわち、シリコン、ＧａＡｓ、ＩｎＰ）から作られていても構わない。ＩＣは、積み上げられる前に検査されてノウン・グッド・ダイ（ＫＧＤ）が結合されるようにして歩留まりを向上することが可能である。このように垂直積み上げや垂直配線の手法の経済的な成功は積み上げや接続の歩留まりおよびコストに依存し、このことはＩＣおよびＳｏＣ面積を広くすることに関連する歩留まりおよびコストよりも有利である。この手法を実現する製造可能な方法は、直接接着を用いてＩＣを垂直に積み上げることと、ウェハを薄くすることや、フォトリソグラフィー・マスキングや、ビアのエッチングや、配線の金属化を含む従来のウェハ製造技術を用いて垂直配線構造を形成することである。積み上げられたＩＣ同士の間の垂直な電気的な相互接続は、直接接着しながら積み上げた結果直接的に、または直接接着しながら積み上げた後の一連のウェハ製造技術の結果、形成されることが可能である。
【０００５】
この手法の垂直相互接続部分のコストは、ビアをエッチングすることと電気的配線を形成することに必要なフォトリソグラフィー・マスキングの階層の数に直接関係する。よって、垂直な配線を形成するのに必要なフォトリソグラフィー・マスキングの階層の数を最小にすることが望ましい。
【０００６】
垂直積み上げおよび垂直相互接続の１つの形は、（基板上の）ＩＣがフェース・トゥー・フェースで、すなわち、ＩＣ側同士を向けて接続されることである。この形は、ウェハ対ウェハの形式で行なわれ得るが、典型的には、ダイ対ウェハの形式で行なわれることが好ましい。ダイ対ウェハの形式では、接着されるダイをＩＣ側を下にし、ＩＣ側を上にしたウェハにダイが接着される。これにより、ノウン・グッド・ダイの積み上げを可能にして歩留まりを向上させる。垂直の相互接続は、例えば出願10/359,608において説明されているように積み上げの結果直接、または直接接着での積み上げの後の一連のウェハ製造技術の結果、形成され得る。この、直接接着での積み上げ後の一連のウェハ製造技術は、典型的には、以下を含んでいる。ダイが、典型的には、ダイ基板の大半を除去することによって実質的に薄くされる。ダイ基板は、一般に、基板内にトランジスタが位置している故に、完全に除去されることは許されない。これは、例えばバルクＣＭＯＳ  ＩＣの場合がそうである。こうして、基板は、典型的には、実行可能な範囲で可能な限り除去され、トランジスタへのダメージを回避するのに十分な基板の残留物が残る。次に、ダイＩＣへの配線が、残存する基板を貫いてダイＩＣ内の配線の位置に達するビアを、このビアの近くに必要なトランジスタが無いようにエッチングすることによって形成される。さらに、最高の配線密度を達成するために、このビアをダイＩＣの全体を貫いてウェハＩＣ内に至ってウェハＩＣ内の接続位置まで継続することが好ましい。このビアは、典型的には、ダイＩＣおよびウェハＩＣ内で接続位置からの所望の電気的絶縁を提供する絶縁性材料を貫いて延び、またダイＩＣおよびウェハＩＣ内の所望の電気的接続位置を露出する。このビアの形成後、ダイＩＣおよびウェハＩＣ内の露出された所望の電気的接続位置への垂直配線が、導電性材料によって形成されることが可能である。導電性材料とビア側壁上の露出された基板との間の絶縁層が用いられて、この導電性材料と基板との間の望ましくない電気伝導が回避され得る。
【０００７】
この構造を製造することは、典型的には、４つのフォトリソグラフィー・マスキング階層を形成することを必要とする。これらの階層は、１）基板を貫くビアのエッチング、２）ダイＩＣおよびウェハＩＣ内で所望の導電性材料を露出するダイＩＣおよびウェハＩＣ内の絶縁性材料を貫くビアのエッチング、３）ダイＩＣ内の接続位置をウェハＩＣ内の接続位置に接続する導電性材料を電気的に絶縁する続けて堆積された絶縁層を貫いてダイＩＣおよびウェハＩＣ内で所望の導電性材料を露出する露出された基板ビア側壁へのビアのエッチング、４）ダイＩＣ内の露出された配線位置とウェハＩＣ内の露出された配線位置との間の導電性材料を用いた接続、である。
【０００８】
絶縁性材料を貫くビアのエッチングを規定するパターンは、典型的には、基板を貫くビアのエッチングを規定するパターンより小さい。これは、ダイＩＣおよびウェハＩＣ内の配線点を適切に露出するとともに基板ビア側壁上の絶縁性材料を除去することを回避するためである。これらのパターンは、基板内のビアの形成後に形成され、このパターニングは、典型的には、基板ビアのパターニングよりも位置的に下の階層で行なわれる。これは、非平坦な構造上にパターニングを行なう結果となる。このことは、最高の配線密度を達成するために望ましい構造のスケーリングを非常に小さなものへと限定するとともに、最も可能性の低いシリコン基板を削ることになる。この削られる基板には、削られなかったならば機能性トランジスタが位置し得たところである。
【０００９】
従って、より少ないマスキング工程および構造内の位置的に最も高い階層またはその１つにおける平坦面上への実現可能なマスキング工程を必要とする構造およびその構造の製造方法を具備するデバイスを有することが望ましい。
【発明の概要】
【００１０】
本発明は、３次元デバイス集積方法および３次元的に集積されたデバイスに向けられている。
【００１１】
本方法の一例では、第１コンタクト構造を有する第１素子が第２コンタクト構造を有する第２素子と集積される。本方法は、少なくとも前記第１コンタクト構造に対して露出されたビアを前記第１素子内に形成し、少なくとも前記第１コンタクト構造と接続された導電性材料を前記ビア内に形成し、前記第１コンタクト構造および前記導電性材料のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように前記第１素子を前記第２素子に接着する、工程を含み得る。
【００１２】
第２例では、本方法は、第１素子内にビアを形成し、前記ビア内に第１導電性材料を形成し、前記第１導電性材料を前記第１コンタクト構造に接続し、前記第１素子を、前記第１コンタクト構造および前記第１導電性材料のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように、前記第２素子に接着する、工程を含み得る。
【００１３】
第３例では、本方法は、第１基板を有する第１素子内にビアを形成し、前記ビア内に導電性材料を形成し、前記ビアおよび前記導電性材料の形成後、前記導電性材料に電気的に接続されたコンタクト構造を形成し、少なくとも１つの第２コンタクト構造を有する第２素子を形成し、前記第１基板の一部を除去して前記ビアおよび前記導電性材料を露出し、前記第１基板を前記第２基板に接着し、前記接着する工程の一部として、前記第２コンタクト構造と、前記第１コンタクト構造および前記導電性材料のうちのの１つと、の間を接続する、工程を含み得る。
【００１４】
本発明に係る集積構造の一例では、第１素子は第１コンタクト構造を有し、第２素子は第２コンタクト構造を有し、第１ビアが前記第１素子内に形成され、第１導電性材料が前記第１ビア内に形成され且つ前記第１コンタクト構造と接続され、前記第１導電性材料および前記第１コンタクト構造のうちの１つが前記第２コンタクト構造に直接接続されるように第１素子が前記第２素子に接着される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】フェース・アップのウェハにフェース・ダウンで接着されるダイを示す図である。
【図２Ａ】基板に接着されたダイの図である。
【図２Ｂ】ダイの基板の一部が除去された形の、基板に接着されたダイの図である。
【図２Ｃ】別の基板に接着された基板の図である。
【図３Ａ】図２Ａの構造を覆うように絶縁膜およびマスク層を形成することを示す図である。
【図３Ｂ】平坦化材料形成後に絶縁膜およびマスク層を形成することを示す図である。
【図４】図３Ａおよび図３Ｂの絶縁膜およびマスク層内に形成された開口を示す図である。
【図５】図４のように形成された開口を用いてダイをエッチングすることを示す図である。
【図６Ａ】さらにエッチングしてダイおよびウェハ内のコンタクト構造を露出することを示す図である。
【図６Ｂ】ハード・マスクの形成を含んだ、工程の変形体の図である。
【図７Ａ】コンフォーマル絶縁側壁層形成後の図６Ａの構造の一部を示す図である。
【図７Ｂ】ハード・マスクが除去されている、実施形態の変形体である。
【図８Ａ】コンフォーマル絶縁側壁層を異方性エッチングすることを示す図である。
【図８Ｂ】ハード・マスクが除去されている、実施形態の変形体である。
【図８Ｃ】接着された構造内のコンフォーマル膜を形成する際の変形体を示している。
【図８Ｄ】接着された構造内のコンフォーマル膜を形成する際の変形体を示している。
【図８Ｅ】接着された構造内のコンフォーマル膜を形成する際の変形体を示している。
【図８Ｆ】接着された構造内のコンフォーマル膜を形成する際の変形体を示している。
【図８Ｇ】コンフォーマル膜のエッチング後の図８Ｃ内の構造を示している。
【図８Ｈ】コンフォーマル膜のエッチング後の図８Ｄ内の構造を示している。
【図８Ｉ】コンフォーマル膜のエッチング後の図８Ｅ内の構造を示している。
【図８Ｊ】コンフォーマル膜のエッチング後の図８Ｆ内の構造を示している。
【図８Ｋ】接着された構造内で側壁膜を形成する代替的なやり方を示している。
【図９Ａ】金属シード層および金属埋め込み材を具備する金属コンタクトを形成することを示す図である。
【図９Ｂ】ハード・マスクが除去されている、実施形態の変形体である。
【図９Ｃ】シード層が形成されない、実施形態の変形体である。
【図１０Ａ】化学的機械研磨後の図９Ａおよび図９Ｂの構造の図である。
【図１０Ｂ】化学的機械研磨後の図９Ｃの構造の図である。
【図１０Ｃ】接着された構造内の空洞を埋める、代替的な方法を示す図である。
【図１０Ｄ】接着された構造内の空洞を埋める、代替的な方法を示す図である。
【図１０Ｅ】接着された構造内の空洞を埋める、代替的な方法を示す図である。
【図１０Ｆ】接着された構造内の空洞を埋める、代替的な方法を示す図である。
【図１１】図１０Ａの構造の金属被覆を示す図である。
【図１２】介在する絶縁層無しでマスク層を用いる第２実施形態の図である。
【図１３】第２実施形態で金属コンタクトを形成することを示す図である。
【図１４】化学的機械研磨後の図１３の構造を示す図である。
【図１５】本発明の別の実施形態を示す図である。
【図１６Ａ】装置の１つの表面にコンタクト構造が位置する実施形態を示す図である。
【図１６Ｂ】さらなる処理後の図１６Ａの構造の図である。
【図１７】図１６Ａおよび図１６Ｂに示される構造を用いて本発明に従った方法を用いて製造されたデバイスを示す図である。
【図１８】本発明の別の実施形態の図である。
【図１９Ａ】図１８に示される構造を用いて本発明に従った方法を用いて製造されたデバイスを示す図である。
【図１９Ｂ】図１９Ａの構造上に形成された平坦化材料およびコンタクトを有する構造を示している。
【図１９Ｃ】図１９Ａに類似するが開口を有さない、直接接着されたコンタクトを示している。
【図２０Ａ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｂ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｃ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｄ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｅ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｆ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｇ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２０Ｈ】側壁膜を伴った第５実施形態を示している。
【図２１Ａ】基板が実質的に完全に除去される第６実施形態を示している。
【図２１Ｂ】基板が実質的に完全に除去される第６実施形態を示している。
【図２１Ｃ】基板が実質的に完全に除去される第６実施形態を示している。
【図２１Ｄ】基板が実質的に完全に除去される第６実施形態を示している。
【図２１Ｅ】基板が実質的に完全に除去される第６実施形態を示している。
【図２２Ａ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｂ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｃ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｄ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｅ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｆ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｇ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｈ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｉ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｊ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｋ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２２Ｌ】ビアがダイの切り分けに先立って形成される第７実施形態を示している。
【図２３Ａ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｂ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｃ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｄ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｅ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｆ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｇ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｈ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｉ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｊ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｋ】ダイがトップ・ダウンで搭載される第８実施形態を示している。
【図２３Ｌ】トップ・ダウンおよびトップ・アップ構成における、埋め込まれたビアを有する構造を接着することを示している。
【図２３Ｍ】第２階層を接着することを示している。
【図２３Ｎ】第２階層を接着することを示している。
【図２３Ｏ】ウェハ対ウェハ接着を示している。
【図２４Ａ】ダイがトップ・アップで搭載される、第８実施形態の変形体を示している。
【図２４Ｂ】ダイがトップ・アップで搭載される、第８実施形態の変形体を示している。
【図２５Ａ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２５Ｂ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２５Ｃ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２５Ｄ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２５Ｅ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２５Ｆ】接着に先立ってビアが埋め込まれる第９実施形態を示している。
【図２６Ａ】埋め込まれたビアおよび表面コンタクトを有する第１０実施形態を示している。
【図２６Ｂ】埋め込まれたビアおよび表面コンタクトを有する第１０実施形態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明およびこれに伴う多くの利点に対するより完全な理解は、これらを、添付の図面とともに検討しながら以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるに従って、容易に得られるであろう。
【００１７】
図面、特に図１を参照して、本発明に従った第１実施形態が説明される。図面は実際の比率で描かれているのではなく、本発明の概念を示すために描かれていることに留意されたい。
【００１８】
基板１０は、コンタクト領域１２を有するデバイス領域１１を含んでいる。基板１０は、所望の適用例に応じて、多数の材料、例として半導体材料または絶縁性材料から構成可能である。典型的には、基板１０はシリコンまたはＩＩＩ−Ｖ材料から構成される。コンタクト構造１２は、典型的には、基板１０内に形成されたデバイスまたは回路構造（図示せず）へのコンタクトを形成する金属パッドまたは配線構造である。基板１０は、また、コンタクト構造１２と接続される集積回路を含んでおり、基板１０はコンタクト構造のみを含んだモジュールであり得る。例えば、基板１０は、基板１０に接着された構造同士を接続するためのモジュール、またはパッケージ化または別のモジュールまたは例えばプリント回路基板上の回路構造との集積のための接続をもたらすモジュールであり得る。
【００１９】
表面１３上において基板１０に接着されるために配置されているのは、３つの分離されたダイ１４乃至１６である。各ダイは、基板部１９と、デバイス領域１８と、コンタクト構造１７とを有している。ダイは、ダイシング等によって前もって分割され得る。ダイ１４乃至１６は、所望の適用例に応じて、多数の材料、例として半導体材料から構成可能である。典型的には、基板は、シリコンまたはＩＩＩ−Ｖ材料から構成される。コンタクト構造１７は、典型的には、デバイス領域１８内に形成されたデバイスまたは回路構造へのコンタクトを形成する金属パッドまたは配線構造である。コンタクト構造１２、１７の大きさは、それぞれ相違し得る。コンタクト構造の大きさの典型的な範囲は１乃至２０ミクロンであるが、大きさおよび相対的な大きさは、位置合わせの許容量、回路設計パラメータ、他の要因に応じてこの範囲外であってもよい。コンタクト構造の大きさは、発明の概念を説明することに向けられており、限定することを意味しない。デバイス領域１８は、また、コンタクト構造１７と接続された集積回路を含み得る。実質的に全ての基板部１９が除去され、デバイスの層、回路、回路層が残され得る。また、ダイ１４乃至１６の基板は、接着後に所望の厚さまで薄くされる。
【００２０】
ダイ１４乃至１６は、ウェハ１０と同じ技術で作られてもよいし、別の技術で作られてもよい。ダイ１４乃至１６は、各々、同じまたは相違するデバイスまたは材料であり得る。ダイ１４乃至１６の各々は、デバイス領域１８に形成されたコンタクト構造１７を有する。導電構造１７は、相互に離されて間隔が形成される。または、コンタクト構造の両端に亘る開口を有する単一の構造であってもよい。換言すれば、開口は、コンタクト構造内に位置する穴であり得るし、またはコンタクト構造を２つに分割し得る。間隔または開口の大きさは、接着の最中の具体的な技術についてのフォトリソグラフィー上のデザイン・ルールによって決定され得る。例えば、配線金属との信頼の置ける低抵抗の電気的接続を後に形成するためのコンタクト構造１２、１７の水平方向の最小幅が要求される。
【００２１】
間隔または開口の最適な大きさを決定するさらなる要因は、コンタクト構造１７、１２間の垂直方向の距離にコンタクト構造１７の厚さを加えたものの、間隔または開口の大きさに対する比率である。これによって、コンタクト構造１７、１２間の電気的接続を可能にする、コンタクト構造１７、１２間に後に形成されるビアのアスペクト比が規定される。この垂直方向における距離は、酸化物対酸化物直接接着用には、米国出願番号09/505,283（この内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に記載されているように、１乃至５ミクロン、またはそれ以下であり、金属直接接着については、米国出願番号10/359,608（この内容は、参照することによって本明細書に組み込まれる）に記載されているように、ほぼゼロである。さらに、コンタクト構造１７の厚さは、典型的には、０．５乃至５ミクロンである。用いられる処理技術に応じた典型的な所望のビアのアスペクト比０．５乃至５の場合、間隔の大きさの典型的な範囲は、酸化物対酸化物接着については０．３乃至２０ミクロンであり、金属直接接着については０．１乃至１０ミクロンである。金属直接接着の事例は、後に、第４実施形態において説明される。
【００２２】
ダイ１４乃至１６は、一般に、コンタクト構造１７および間隔または開口が対応するコンタクト構造１２の上方に位置するように、コンタクト１２に位置合わせされる。コンタクト構造１２の大きさは、ダイ１４乃至１６がコンタクト構造１７相互間の間隔に単に揃うことが可能になるように選択される。この大きさは、ダイ１４乃至１６を基板１０上に配置するのに用いられる方法の位置合わせ精度に依存する。市販の製造ツールを用いた典型的な方法によれば、位置合わせ精度は１乃至１０ミクロンの範囲が可能である。しかしながら、これらのツールが将来に亘って改良されることによって、位置合わせ精度がより小さくなる結果になると思われる。コンタクト構造１７の水平方向の間隔または開口を超えた広がりは、少なくともこの位置合わせ精度によって与えられる距離であることが好ましい。
【００２３】
各ダイ１４乃至１６について１組のコンタクト構造１７のみが示されているが、コンタクト構造１７の横方向の広がりは、典型的には、ダイ１４乃至１６の水平方向の広がりよりもずっと小さい。この結果、各ダイが幾つものまたは非常に多くのコンタクト構造１７を有し得る。例えば、コンタクト構造１７は、水平方向の広がりが１乃至１００ミクロンの範囲内にあり、ダイ１４乃至１６は、水平方向の広がりが１乃至１００ｍｍの範囲内にある。このように、ダイ１４乃至１６内の１０４以上の次数を有するコンタクト構造１７の数が、実用上、実現可能である。
【００２４】
図２Ａに示されているように、ダイ１４の表面２０が、基板１０の表面１３に接着される。これは、多くの方法によって達成することができるが、室温で、米国出願番号09/505,283に記載のような接着方法を用いて接着されることが好ましい。この出願では、５００乃至２０００ｍＪ／ｍ２の範囲内の強度の接着、すなわち化学結合が形成される。ダイ１４乃至１６を基板１０に接着することが、図２に示されている。接着後、ダイ１４乃至１６の基板が薄くされる。薄くすることは、研磨、研削、エッチング、またはこれら３つの技術の組合せによって達成されて、薄くされた基板２１が残されるか、基板部１９が完全に除去される。図２Ｂは、基板部１９が完全に、または実質的に完全に除去された例を示している。ダイ１４乃至１６の基板が接着に先立って薄くされてもよい。
【００２５】
一例では、コンタクト１２、１７がその中に形成される材料は、化学気相成長（ＣＶＤ）またはプラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、蒸発によって形成された、ＳｉＯ２のような堆積された酸化物である。窒化シリコン、アモルファス・シリコン、ポリマー、半導体、焼結材料のような他の材料が用いられてもよい。また、堆積された酸化物の層が、ダイ上に形成され得る。
【００２６】
次に、表面同士が直接接着技術によって接着される。好ましくは、あらゆるタイプの酸化接着が用いられ得、特に、低温または室温酸化接着が用いられ得る。接着技術には、表面１３、２０の平坦化および平滑化が含まれていてもよい（表面２０は、ダイの切り取り前に準備され得る）。このステップは、化学的機械研磨を用いて達成されることが可能である。表面は、好ましくは、約０．５乃至１．５ｎｍ以下、好ましくは０．５ｎｍ以下、のラフネスまで研磨され、実質的に平坦である。表面ラフネスの値は、典型的には、平方２乗平均（ＲＭＳ）値によって与えられる。また、表面ラフネスは、ＲＭＳ値とほぼ同じである、平均値として与えられてもよい。研磨後、表面は洗浄および乾燥されて研磨工程に由来するあらゆる残留物が除去される。次いで、研磨された表面が溶液によって洗浄されるのが好ましい。
【００２７】
接着面が研磨に先立ってエッチングされて平坦性および／または表面ラフネスを向上させてもよい。このエッチングは、接着面上の特に高い部分を、例えば標準的なフォトリソグラフィー技術を用いてこの高い部分を選択的にエッチングすることによって除去するのに効果的であり得る。
【００２８】
接着技術には、活性化処理が含まれ得る。この活性化処理には、エッチング処理が含まれ得、また、好ましくはベリー・スライト・エッチ（ＶＳＥ）処理が含まれ得る。用語ＶＳＥは、極わずかにエッチングされた表面の２乗平方根のマイクロ・ラフネス（ＲＭＳ）が、ほぼ、エッチングされてない値のままであること、典型的には＜０．５ｎｍ、および好ましくは０．５ｎｍ乃至１．５ｎｍの範囲内にあることを意味する。除去される材料の最適な総量は、材料および除去に用いられる方法に依存する。除去される典型的な量は、オングストロームから数ナノメートルに亘る。より多くの量、材料を除去することも可能である。
【００２９】
用語ＶＳＥは、望ましくない有機的汚染物を、意図して表面上に堆積された材料、例として酸化シリコンを除去することなく、表面から除去することも指し得る。従って、望ましくない有機的汚染物を除去することによって、ＲＭＳが減少し得る。
【００３０】
活性化処理は、相違するモードで実行されるプラズマ処理とすることができる。例えば、ＡｒまたはＯプラズマである。反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）およびプラズマ・モードが用いられ得、誘導結合型プラズマ・モード（ＩＣＰ）も同様に用いられ得る。スパッタリングも用いられ得る。例は、以下において、ＲＩＥおよびプラズマ・モードにおいて提示される。
【００３１】
または、その最中に活性化するとともに所望の終端種によって表面を終端するポストＶＳＥ処理が用いられ得る。
【００３２】
表面は、活性化の後に、好ましくは表面の原子層に一時的な結合を形成する所望の種によって終端され、結果、この表面が同じまたは別の結合種によって終端された表面と一緒にされ得ることが可能な次の機会まで原子層を終端する。複数の表面上の所望の種同士は、互いに十分に近づいたときに好ましくは相互に反応し、低温または室温での化学結合を可能にする。この結合は、反応した所望の種の結合界面からの拡散および解離または拡散によって強化され得る。
【００３３】
この終端処理には、結合表面を所望の種で終端する結果となる表面反応を生成するように選択された化学物質を含んだ溶液に浸漬することが含まれ得る。Ｎを基礎とする溶液、例としてＮＨ４ＯＨが用いられ得る。この浸漬することは、好ましくは、活性化処理の直後に実行される。終端処理は、プラズマ、ＲＩＥ、または適切な気体成分が導入されて表面を所望の種で終端するドライ処理からなり得る。
【００３４】
表面は、任意で洗浄され、その後、乾燥される。２つの表面は、（必要であれば）両者を位置合わせするとともにこれらを合わせて接着界面を形成することによって接着される。この２つの表面は、例えば、例えば市販の接着装置（図示せず）を用いて接着界面を開始することによって合わせられる。
【００３５】
次いで、典型的には、接着界面の幾つかの箇所で自然接着が発生し、表面の全体に伝播する。最初の接着が伝播し始めると、表面同士が十分に近いのであれば、化学結合につながるポリマー化のような化学反応が表面の集結に用いられている種相互間で生じる。こうして、ウェッジを挿入することによって一部剥離された接着界面における分離された２つの表面のうちの一方の比表面エネルギーとして定義される結合エネルギーによって強固な結合が形成される。この化学反応の副産物は、接着界面から拡散し得、また典型的には周囲の物質において吸収され得る。また、この副産物は、別の副産物へと変換され、拡散し、また吸収され得る。共有結合および／またはイオン結合の量は、変換された種を除去することによって増やされ、結果、結合強度が増加する。
【００３６】
図２Ａでは、３つのダイが１つの基板１０に接着されることが示されているが、より多くのまたはより少ない数のダイが基板１０に接着されることも可能である。また、基板１０と同様の大きさの別の基板を接着することが可能である。これは、図２Ｃに示されており、図２Ｃにおいて、デバイス領域２３を有する基板２２が、離された導電構造２４が概して導電構造１２と揃うようにウェハ１０に接着される。接着前に基板２２が薄くされあるいは除去されて位置合わせが容易にされ得る。基板２２は、接着後、薄くされ得、所望により、基板２２の実質的に全体が除去され得る。以下の図面において説明される手順は、図２Ｂ、図２Ｃに示される構造にも適用可能であるが、簡略化のために、個別の図面が省略される。
【００３７】
図３Ａに示されるように、コンフォーマル(conformal）な絶縁膜３０が基板１０およびダイ１４乃至１６の表面１３を覆うように形成される。この膜は、例えば、ＣＶＤ、ＰＶＤ、ＰＥＣＶＤによって形成され得、好ましくは典型的な厚さが０．１乃至１．０ミクロンのシリコン酸化膜のような酸化膜から構成され得る。また、堆積された、またはスピン塗布または堆積された酸化物のような埋め込み材またはポリイミドまたはベンゾシクロブテンのようなポリマー３２が、図３Ｂに示されるように、ダイ１４乃至１６を覆うように、また／またはこれらの間に形成され得る。材料３２は、処理の様々な時点での形成が可能である。図３Ｂは、材料３２が膜３０、４０の形成前に形成される例を示している。また、埋め込み材料は、図３Ａに示される構造の形成後、またはハード・マスク４０の形成後（図４）、または選択された材料および温度の検討項目のような多くの要素に基づいて処理の中の様々な時点で、形成されてよい。埋め込み材料を形成するために、別の技術が用いられてよい。例えば、例えばシリコン酸化物の絶縁性の埋め込み材が、例として上記の方法を用いた連続するまたは繰り返しの絶縁体形成ステップおよび化学的機械研磨によって、用いられ得る。または、例えば電解メッキ法によって形成された例えば金属の導電性の埋め込み材が、連続するまたは繰り返しの金属形成ステップや化学的機械研磨によって、用いられ得る。平坦な表面を有することによって、この表面上へのフォトレジストおよび他の膜の形成や、例えば図４に示す開口４１のような開口の形成が改善される。
【００３８】
続いて、ハード・マスク４０が、絶縁膜３０上に形成され、開口４１が概して構造１７と揃うようにパターニングされる（図４）。ハード・マスクは、薄くされた基板２１およびデバイス領域１８、１１を貫いてコンタクト構造１２に達するビアをエッチングするのに用いられる後続のエッチング処理に対して高いエッチング選択性を有する材料からなることが好ましい。ハード・マスクの例は、アルミニウム、タングステン、プラチナ、ニッケル、モリブデンであり、エッチング処理の例は、ＳＦ６に基づいた反応性イオン・エッチングで薄くされたシリコン基板を貫いてビアをエッチングし、続いてＣＦ４に基づいた反応性イオン・エッチングでデバイス領域１８、１１を貫いてコンタクト構造１２に達するビアをエッチングすることである。ハード・マスク４０の典型的な厚さは、０．１乃至１．０ミクロンである。開口４０の幅は、薄くされた基板２１の厚さやコンタクト構造１７相互間の間隔を含む多くの要素に依存するが、典型的には１乃至１０ミクロンである。
【００３９】
開口４１は、ハード・マスク４０や絶縁膜３０に対する標準的なフォトリソグラフィーでのパターニングやエッチング技術を用いて形成される。例えば、フォトリソグラフィーを用いたフォトレジスト内に開口が形成されることが可能である。この開口は、ダイ１４乃至１６（または基板２２）、または基板１０上の位置合わせマークに合わせられることが可能である。光学的イメージングまたはＩＲイメージングが、位置合わせに用いられることが可能である。次に、ハード・マスク４０が、ハード・マスクの材料に応じて適切なウェット化学溶液またはドライ反応性イオン・エッチング処理によってエッチングされることが可能である。こうして、開口内で絶縁膜３０が露出される。次に、絶縁膜３０が、ハード・マスク４０の場合と同様のやり方で、絶縁膜の材料に応じて適切なウェット化学溶液またはドライ反応性イオン・エッチングによってエッチングされることが可能である。ハード・マスク用のウェット化学溶液の例は、ハード・マスクがアルミニウムの場合は、Aluminum Etchant Type Aである。絶縁膜材料用の反応性イオン・エッチング処理の例は、絶縁膜材料が酸化シリコンの場合、ＣＦ４に基づいた反応性イオン・エッチングである。これらの、およびその他のハード・マスクおよび絶縁膜材料に対して、他の多くのウェットおよびドライ・エッチングが可能である。開口４１の幅は、開口がダイ１４乃至１６（または基板２２）に位置合わせされている場合は、構造１７の間隔よりも広いことが好ましく、または開口が下側の基板２０に位置合わせされている場合は、構造１７の間隔に基板２０上にダイ１４乃至１６（または基板２２）を配置するのに用いられる方法の位置合わせ精度を加えた間隔よりも広いことが好ましい。
【００４０】
図５に示されているように、ハード・マスク４０を用いてダイ１４乃至１６の基板部がエッチングされてビア５０が形成される。このエッチングは、コンタクト構造１２、１７に隣接する材料（これらは典型的には絶縁膜である）を貫いて継続され、導電性材料１７の裏面および横部分とコンタクト構造１２の上面が露出される。気体および条件の第１の組が用いられて（例えばＳＦ６に基づいて）ダイ１４乃至１６の基板材料を貫いてエッチングが行なわれ得、気体および条件の第２の組（例えばＣＦ４に基づいて）が用いられてコンタクト構造１７の周囲の絶縁層を貫いてエッチングが行なわれる。両方のエッチングは、真空を破ることなく適切に気体および条件を切り替えることによって、１つのチャンバ内で実行され得る。導電性材料１２を露出するエッチングは、図６Ａに示されている。このエッチングによって、コンタクト構造１７の間隔または開口を貫いてコンタクト構造１２まで延びるビア部６０が生成される。
【００４１】
コンタクト構造１２、１７を露出する絶縁膜のビアのエッチングは、コンタクト構造１７に対する害となる量のエッチングを回避できるように、コンタクト構造１７に対して高いエッチング選択性を有することが好ましい。しかしながら、コンタクト構造１７への害となる量のエッチングにつながる、絶縁膜へのビアのエッチングと導電性構造の組合せが幾つか存在する。例えば、この害となる影響は、導電性構造１７が十分に薄い場合またはコンタクト構造１２、１７の間の垂直方向の距離が十分に大きい場合に起こり得る。
【００４２】
エッチングの量が害となる例は、酸化シリコン絶縁体に囲まれたアルミニウムのコンタクト構造１７と何らかのＣＦ４に基づいた反応性イオン・エッチングの組合せで、酸化シリコン絶縁体に対するアルミニウム導電性構造のエッチング・レートの比が、コンタクト構造１２、１７間の酸化シリコン絶縁体の厚さに対するコンタクト構造１７の厚さの比と同程度か、あるいはこの比よりも高いことである。
【００４３】
コンタクト構造１７に対して害となる量のエッチングが生じ得る、このような状況では、コンタクト構造１７を厚くしたり、コンタクト構造１７を絶縁膜へのビアのエッチングから保護するための中間処理を付加することができる。中間処理が用いられて、以下のように、有害なエッチングを回避することができる。絶縁体のエッチングで最初に上側コンタクト構造１７の裏面および横部分が露出された際に、金属材料のようなハード・マスクが、絶縁体へのエッチングを継続することでコンタクト構造１７への有害なエッチングという結果になる前に、コンタクト構造１７の露出された部分上に選択的に堆積されることが可能である。ハード・マスクの選択的な堆積の後、絶縁体のエッチングが、コンタクト構造１７への有害なエッチング無しに、継続されることが可能である。ハード・マスクを選択的に堆積する例は、ニッケルの無電解メッキ法である。これは、例えば、図６Ｂに示されている。図６Ｂにおいて、エッチングは、コンタクト構造１７の露出後であらゆる著しく有害なエッチングが生じる前に停止させられる。次に、コンタクト構造１７は、例えば無電解メッキ法を用いて例えばニッケルの保護ハード・マスク材料によって被覆される。ニッケルのような材料は、コンタクト構造１２、１７を後に接続する際にデバイス内に残っていてよい。または、材料６１は、必要であれば、構造１２、１７の接続を行なう前に除去されてもよい。
【００４４】
保護ハード・マスク６１が、ハード・マスク４０上に選択的に堆積されてもよいことに留意されたい。例は、ハード・マスク４０が導電体であり、保護ハード・マスク６１の堆積が無電解メッキ法によって達成されることである。これは、ハード・マスク４０の必要な厚さを減少させるのに有利である。ハード・マスク４０上に保護ハード・マスク材料を堆積するさらなる利点は、ビア５０の開口が制約されることによってコンタクト構造１７の一部がビア６０の異方性エッチングから守られることになることであり得る。図７Ａは、後続のステップをより明確に示すために、ダイ１４乃至１６の１つをより詳細に示している。コンフォーマルな絶縁膜７０が、マスク４０およびコンタクト構造１２、１７、ビア５０、６０の側壁を覆うように形成され、ビア５０、６０が一部埋め込まれる。適切な絶縁膜の例は、酸化シリコン、窒化シリコン、パリレンである。この絶縁膜は、多くの典型的な堆積法を用いて形成され得る。この堆積法には、物理気相成長法、化学気相成長法、気相成長法が含まれるが、これらに限定されない。物理気相成長法の例はスパッタリングであり、化学気相成長法の例はプラズマ化学気相成長法であり、気相成長法の例は、固体の蒸発と続く熱分解および堆積である。
【００４５】
ハード・マスク４０、またはハード・マスク４０およびコンフォーマルな絶縁膜３０は、コンフォーマルな絶縁膜７０の形成前に、例えばエッチングによって除去され得る。図７Ｂは、ハード・マスク４０が除去された場合を示している。ハード・マスク４０またはハード・マスク４０および膜３０を除去するためのエッチングがビア５０、６０によって露出された材料に対して選択的である場合、このエッチングは、マスク無しで行なわれることが可能である。このエッチングがビア５０、６０によって露出された材料に対して選択的でない場合、ビア５０、６０内のエッチングの対象のこれらの材料は、適切な材料でマスクされ得る。例えば、ハード・マスク４０、コンタクト構造１２、１７がアルミニウムである場合、ビアは、コンタクト構造１２、１７が覆われる深さまで、容易に除去可能なスピン塗布される粘性液体で一部埋め込まれる。このビアは、スピン塗布された粘性液体で、ビア５０、６０の形成に用いられたハード・マスク４０によって形成された表面を適切に平坦化する適切なスピン塗布膜厚を最初に選択することによって、一部埋め込まれることが可能である。この膜厚を適用すると、ビアの内部の膜厚が、ビアの外側よりも大幅に厚くなる結果となる。次に、全体の表面を適切にエッチングすることによって、コンタクト構造１２、１７を覆うビア５０、６０内のこの材料を残しながら、ハード・マスク４０の表面からこの材料が除去される。容易に除去可能なスピン塗布材料および適切なエッチングの例は、それぞれフォトレジストおよびＯ２プラズマエッチングである。
【００４６】
コンフォーマルな膜７０が、異方性的にエッチングされて、膜７０をビア５０、６０の側壁上に残しながら、コンタクト構造１２、１７が露出される。構造１７の裏面が露出されて、コンタクト表面面積を増加させるための棚２７を形成することが好ましい。この結果、コンタクトの抵抗が減少する。幅１ミクロンを超える典型的な棚２７が、コンタクト抵抗を最小にするのに好ましいが、この距離は、デバイスおよびプロセスのパラメータに基づいて様々であろう。図８Ａ、図８Ｂは、それぞれ、コンフォーマル絶縁膜７０の形成前にマスクが除去されないおよびマスクが除去されての、エッチングされたコンフォーマル膜７０を示している。膜３０、４０の両方が層７０の形成前に除去されてよい。この場合、コンフォーマル層７０のエッチングに続いて、別の絶縁層が、例えば酸化または堆積によって、基板部２１（またはデバイス領域１８の部分２１が完全に除去された部分）上に形成され得る。
【００４７】
コンフォーマル膜７０に代えて、コンタクト構造１２の露出前に別のコンフォーマル膜が形成されてもよい。図８Ｃ、図８Ｄ、図８Ｅ、図８Ｆにそれぞれ示すように、例えば、ダイ１４乃至１６の基板部を貫くエッチングの後でコンタクト構造１７に隣接する材料内へと至るエッチングの前にコンフォーマル膜７１が形成されるか、コンタクト構造１７に隣接する材料内へと至ったエッチングの後でコンタクト構造１７に達する前にコンフォーマル膜７２が形成されるか、コンタクト構造１７に達した後でビア６０の形成前にコンフォーマル膜７３が形成されるか、導電構造１７に到達後で且つビア６０の一部の形成後でビア６０の完成前且つコンタクト構造１２への到達前にコンフォーマル膜７４が形成される。コンフォーマル膜７１、７２、７３、７４は、続いて、異方性的にエッチングされて、ダイ１４乃至１６の基板部のビア部５０上に絶縁性の側壁が形成される。例えば、図８Ｇ、図８Ｈ、図８Ｉ、図８Ｊにそれぞれ示されるように、コンフォーマル膜７１が続けて異方性的にエッチングされてダイ１４乃至１６の基板部のビア部５０上に絶縁性の側壁が形成され得、コンフォーマル膜７２が続けて異方性的にエッチングされてダイ１４乃至１６の基板部のビア部５０上およびコンタクト構造１７に隣接する材料からなるビア５０の上部上に絶縁性の側壁が形成され得、コンフォーマル膜７３が続けて異方性的にエッチングされてビア５０上の深さ全体に絶縁性の側壁が形成され得、コンフォーマル膜７４が続けて異方性的にエッチングされてビア５０上の深さ全体およびビア６０の上部上に絶縁性の側壁が形成され得る。
【００４８】
膜７０、７１、７２、７３、７４を一様に堆積するとともに続けてこれらの膜を異方性的にエッチングすることによって形成される側壁に代えて、図８Ｋに示されているように、側壁７５が、ビア５０内のダイ１４乃至１６のこの部分がビアによって形成された後に、この基板部上に選択的に形成されることが可能である。側壁７５は、コンタクト構造１７に隣接する材料に対して優先的に基板部と反応する処理によって形成されることが可能である。例えば、ダイ１４乃至１６の基板部がシリコンであるとともにコンタクト構造１７に隣接する材料が酸化シリコンである場合、酸化シリコンよりもシリコン上を優先的に核とする絶縁体堆積処理が用いられ得る。ここにおいて、絶縁体の堆積が側壁７５を構成する。図８Ｋに示されているように、側壁７５は、コンフォーマル膜７１の異方性エッチング後のビア５０内のコンフォーマル膜７１に構造的に類似している。ここで、側壁７５は、ダイ１４乃至１６の基板部を貫くエッチング後でコンタクト構造１７に隣接する材料へのエッチング前に形成される。
【００４９】
異方性エッチングの際にコンタクト構造１７の側面も表面積をさらに増やすとともに接触抵抗を減じるために露出され得る。このことも、図８Ａ、図８Ｂに示されている。次に、ビア５０、６０は、金属によってさらに埋め込まれるかあるいは完全に埋め込まれることが可能である。ビア５０、６０を金属で埋め込む方法には、物理気相成長法（ＰＶＤ）、または化学気相成長法（ＣＶＤ）、または電解メッキ法が含まれるが、これらに限定されない。電解メッキ法は、典型的にはＰＶＤまたはＣＶＤよりも厚い膜の堆積に用いられ、典型的には薄いＰＶＤまたはＣＶＤシード層の堆積が先行する。ＰＶＤによって形成される膜の例は、スパッタリングされたアルミニウム、パラジウム、チタン、タングステン、チタン−タングステン、または銅であり、ＣＶＤによって形成される膜の例はタングステンまたは銅であり、電解メッキ法（無電解メッキ法も含まれる）によって形成される膜の例はニッケル、金、パラジウム、銅である。
【００５０】
図９Ａは、マスク電解メッキ法の例を示している。マスク電解メッキ法によって、まず金属シード層９０が構造を覆うように堆積されてコンタクト構造１２、１７への電気的接触物が形成され、例えばフォトレジストを用いたマスク９１の形成が続く。シード層９０は、上記のようなＰＶＤ、ＣＶＤ、または電解メッキ法によって堆積されることが可能である。マスク９１およびシード層９０への電気的接触物を用いて、金属コンタクト９２はビア５０、６０を埋め込む。図９Ｂにおいて、マスク４０が、コンフォーマル絶縁膜７０の形成前に除去された構造が示され、図９Ｃは、シード層が用いられない構造を示している。次に、研磨ステップ、例として化学的機械研磨が用いられて金属コンタクト９２のビア５０、６０の外側の余剰部分が除去されることが可能である。この研磨ステップは、ダイ１４乃至１６の露出された側面上のシード層９０をも除去することができる。この研磨ステップは、さらに、ダイ１４乃至１６の露出された側面上のハード・マスク４０を除去することが可能である。ハード・マスク４０を除去することは、ハード・マスクが、上に挙げたアルミニウムのように導電性である場合に、このように金属によって埋め込まれて形成されたビアを相互に電気的に絶縁するために好ましい。この研磨ステップによって、コンフォーマル絶縁膜３０がさらに除去される。この結果、図１０Ａ、図１０Ｂに示されるように、ダイ１４乃至１６の露出された面上に実質的に平坦な面および平坦な金属構造１００が形成される。ここで、図１０Ｂにおける構造は、ビアを金属で埋め込むことに先立ってシード層が用いられない点で図１０Ａの構造と異なる。
【００５１】
ビア５０、６０を金属で埋め込み、次いでＣＭＰを行なうことに代えて、図１０Ｃに示されるように、ビア５０、６０は、金属９３によって内側を覆われ、絶縁体９４によって埋め込まれ、ＣＭＰが続くということが可能である。ビア５０、６０は、上記のようなＰＶＤ、電解メッキ法、ＣＶＤのうちの少なくとも１つを用いて堆積することによって金属９３によって内側を覆われることが可能である。金属９３の厚さは、典型的には、０．０１乃至０．２ミクロンであり、コンタクト構造１２、１７またはデバイス領域１８、１１への汚染を防ぐためのコンフォーマル絶縁膜７０に隣接するバリア層が含まれていてもよい。バリア層の例には、窒化タンタル、窒化タングステン、窒化チタンが含まれ、典型的な厚さが０．００５乃至０．０２ミクロンのチタン接着層が先行していてもよい。バリア層の典型的な厚さは、０．００５乃至０．０５ミクロンである。初期の厚さの９３が堆積された後、電解メッキ法が用いられて９３の厚さを所望の厚さまで一様に増大させることが可能である。増大後の典型的な厚さは、ビア５０について、ビア５０が十分な幅であることを条件として０．５乃至２．０ミクロンである。絶縁体９４の例は、酸化シリコンであり、埋め込み方法の例は、プラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によるものである。このように代替することは、金属の堆積および金属のＣＭＰが減少することと、内側を覆っている合成金属、絶縁体によって埋め込まれたビア、ダイ１４乃至１６の周囲基板部の間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の整合が改善する可能性を有する利点を有する。
【００５２】
ビア５０、６０を金属で埋め込むことおよびビア５０、６０の内側を金属９３で覆ってから絶縁体９４で埋め込むことに対する代替的な方法は、ビア６０を金属９７で埋め込むかその内側を覆ってコンタクト構造１２、１７間の電気的配線を薄くされた基板２１に接触することなく形成し、次にビア５０、６０を絶縁体９８で埋め込み、続いて上記するとともに図１０Ｄに示されているようにＣＭＰを行なうことである。コンタクト構造１２、１７を接続するのに十分な厚さまでメッキを形成することによってコンタクト構造１２、１７上に優先的にメッキを形成する無電解メッキ法によって金属９７が形成されて、薄くされた基板２１に接触することなくコンタクト構造１２、１７が相互に接続されることが可能である。十分な厚さまでメッキされる無電解メッキ法の例は、ニッケル無電解メッキ法である。この代替的な方法は、図１０Ｄに示されているように、残存する基板ダイ１４乃至１６から電気的配線を電気的に絶縁するためのこれらの残存する基板のビア部５０上に側壁６０、７１、７２、７３、７４、７５が必要とされないという利点を有する。
【００５３】
相互接続されたコンタクト構造１２、１７への電気的配線は、図１０Ｅに示されているとともに図１０Ｂ内の記載と同様に絶縁体９８を貫いて金属９７へ達するビア５１をエッチングするとともにビア５１を金属４６で埋め込むことによって形成されるか、図１０Ｆに示されているとともに図１０Ｃ内の記載と同様にビア５１の内部を導電性材料５２によって覆うとともに絶縁体５３で埋め込むことによって形成されることが可能である。図１０Ｅおよび図１０Ｆ内のビア５１は、金属９７のコンタクト構造１２上の部分に接続していることが示されている。または、ビア５１は、金属９７のコンタクト１７上の部分、またはコンタクト構造１２、１７の両方に接続することが可能である。
【００５４】
図１０Ａ乃至図１０Ｆの構造は、ワイヤ・ボンディングまたはフリップチップ・パッケージングをサポートするためのフォトリソグラフィーに基づいた配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆を含む（しかし、これに限定されない）後続の処理に適している。この処理は、典型的には、薄くされた基板２１の露出された側上に電気的に絶縁性の材料を形成して配線形成またはアンダーバンプ金属被覆のために電気的な絶縁を形成することを含んでいる。
【００５５】
堆積されたまたはスピン塗布された酸化物またはポリマーのような絶縁性材料９６がＣＭＰ後にダイ１４乃至１６上に形成され、材料９６上に金属構造１００に接触する配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆体９５が形成された例が図１１に示されている。図３Ｂに示されるように、別の埋め込み材料が材料９６の形成に先立ってダイ１４乃至１６間に用いられてもよい。金属被覆体は、高いビア密度および／または高い引き回し複雑度に対応するために、絶縁層（ここでは示されていない）によって分離された複数の階層を含み得る。または、平坦化ステップによってコンフォーマル絶縁膜７０が除去されない場合、コンフォーマル絶縁膜は、残存するとともに、金属被覆構造にとって適切な電気的絶縁を提供し得る。
【００５６】
本発明に従った方法の第２実施形態が図１２に示されている。ハード・マスク１０１が何らの介在する絶縁層無しに、ダイ１４乃至１６上に形成されている。ハード・マスク１０１の厚さの典型的な範囲は、０．１乃至１．０ミクロンである。ハード・マスク１０１は、後続のエッチング工程または薄くされた基板２１およびデバイス領域１８、１１を貫いてコンタクト構造１２に達するビアをエッチングするために用いられる工程に対して高いエッチング選択性を有することが好ましい。ハード・マスクの例は、アルミニウム、タングステン、プラチナ、ニッケル、モリブデンであり、エッチング処理の例は、薄くされたシリコン基板を貫いてビアをエッチングするためのＳＦ６に基づいた反応性イオン・エッチングおよびデバイス領域１８、１１を貫いてコンタクト構造１２に達するビアを次に形成するためのＣＦ４に基づいた反応性イオン・エッチングである。開口１０２がマスク１０１内に形成され、本構造が第１実施形態と同様に処理されて、ダイ基板およびデバイス領域を貫いてエッチングされて構造１２、１７が露出される。このとき、構造１７の上面が露出されて（図８Ａ、図８Ｂに示される２７のような）棚が形成されることが好ましい。金属被覆が図７乃至図９に示すようにマスク１０３を用いて実行されて金属１０４が形成されて、図１３に示される構造が製造される。ＣＭＰ後（図１４）、金属１０５が平坦化されて、本構造は、図１１に示される金属被覆構造と同様に、ワイヤ・ボンディングまたはフリップチップ・パッケージングをサポートするためのフォトリソグラフィーに基づいた配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆を含む（しかしこれらに限定されない）後続の工程に適する。この工程には、ダイ１４乃至１６の露出された側上に電気的に絶縁性の材料を形成してダイ１４乃至１６の露出された側を覆うように引き回された配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆のための電気的絶縁を提供することが含まれ得る。配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆をさらに補助するために、第１実施形態中での記載のように、例えば絶縁体または金属、またはポリイミドまたはベンゾシクロブテン材料等の平坦化材料が形成されて、例えばダイ、開口、または溝のあらゆる空間をＣＭＰ工程の前または後に埋め込むことによって本構造の表面が平坦化され得る。
【００５７】
本発明は、また、別の構造とともに用いられ得る。例えば、コンタクト１７の対が要求されずに、ダイまたはウェハ内の１つのコンタクトが、ダイまたはウェハが接着される基板内のコンタクトに接続され得る。このことが図１５に示されている。図１５において、構造１０８が構造１２から離れている中で、金属構造１０７がコンタクト構造１２、１０８を接続するシード９０に接触している。金属コンタクト１０７の一部（左側）は、基板部１０９の上面から構造１０８上のシード９０まで直接延びている。その一方、金属コンタクト１０７の他方（右側）は、基板部１０９の上面から構造１２上のシード９０まで直接延びている。
【００５８】
本発明によって、多くの利点が提供される。１つのマスクが用いられて、基板に接着されたダイまたはウェハの裏面を貫いてエッチングしてダイまたはウェハと基板とが接続される。典型的には、複雑で、問題が生じ、スケーリングを限定することがある、ビア内でのフォトリソグラフィーは必要ない。このエッチングは、接着界面を貫いて進行する。さらに、接続されるコンタクトの上面を露出して、コンタクトの表面積を上げ、コンタクトの抵抗を減じることができる。相違する技術のデバイスが接続されることが可能である。これにより、デバイス性能を最適化するとともに１つのプロセス順序で相違する技術を製造使用しようとすることに関する問題を回避する。
【００５９】
第３実施形態が、図１６Ａ、図１６Ｂ、図１７に示されている。基板１１０は、コンタクト構造１１２を有するデバイス領域１１１を有している。図１６Ａに示されているように、ダイ１１４乃至１１６は、それぞれデバイス領域１１８と、基板部１２１と、コンタクト構造１１７とを有しており、表面１１３上で基板１１０に接着されている。この実施形態では、コンタクト構造１１２を覆っている材料はない。第１、第２実施形態について記載した１つのマスキング処理に続いて、図１６Ｂ、図１７に示される構造が製造される。ビア５０が、基板部１２１およびデバイス領域１１８を貫いてエッチングされて、コンタクト構造１１７の裏面上で棚２６が露出される。このエッチングが継続されて、ビア６０が形成されるとともにコンタクト構造１１２の上面が露出される。コンタクト１２０が、シード層９０を用いてあるいは用いないでビア内に形成され、コンタクト構造１１２、１１７が接続される。埋め込み材料が用いられて、図３Ｂに関して上に記載されているように、デバイスが平坦化され得る。コンタクト１２０も図１０Ｃ乃至図１０Ｆにおいて上に示される方法で、形成され得る。また、膜７０が図８Ｃ乃至図８Ｋに示されるように形成され得る。
【００６０】
第４実施形態が図１８乃至図１９に示されている。この実施形態では、コンタクト構造１２２、１２３を覆っている材料はない。ダイ１１４乃至１１６内において導電性材料、例として金属からなるコンタクト構造１２３は、ダイ１１４乃至１１６の表面の上方で広がり得、また導電性材料、例として金属からなるコンタクト構造１２２は表面１１３の上面で広がり得る。コンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２は、別の金属から構成され得る。例えば、コンタクト構造１２３は、銅、タングステン、ニッケル、金の１つから構成され得、コンタクト構造１２２は、銅、タングステン、ニッケル、金の別の１つから構成され得る。コンタクト構造１２３またはコンタクト構造１２２は、さらに、別の金属、例としてニッケル、パラジウム、金の組合せから構成され得る。コンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２は、さらに、銅、タングステン、ニッケル、金の合金、または別の合金、例として酸化インジウムスズから構成され得る。これらの金属は、ＰＶＤ、熱、電子ビーム、電解メッキ法を含む様々な技術によって形成され得る。
【００６１】
ダイ１１４乃至１１６の表面のコンタクト構造１２３を除く部分および表面１１３のコンタクト構造１２２を除く部分は、非導電性材料、例として、酸化シリコン、または窒化シリコン、または酸窒化シリコン、または半導体集積回路製造と相性の良い他の絶縁性材料であることが好ましい。出願番号10/359,608に記載されているように、コンタクト構造１２３が露出しているダイ１１４乃至１１６は、コンタクト構造１２２が露出している表面１２３に、コンタクト構造１１３のダイ１１４乃至１１６内で露出している部分をコンタクト構造１２２の表面１１３内で露出されている部分に位置合わせするのに十分で且つダイ１１４乃至１１６の非導電性材料部分を表面１１３の非導電性材料部分に位置合わせするのに十分な制度で、接着される。ダイ１１４乃至１１６の非導電性材料部分と表面１１３の非導電性材料部分との間の接着は、出願番号10/359,608に記載されているように、直接接着であることが好ましい。直接接着の代替的な例、例として出願番号10/440,099に記載されているもの、が用いられてもよい。直接接着の接着エネルギーは、好ましくは、１Ｊ／ｍ２を超え、コンタクト構造１２２のコンタクト構造１２３に対する内圧を生み出す。この結果、コンタクト構造１２２、１２３間が電気的に接続される。このように、最高の内圧を生み出すために、例えば上記したような低温で接着エネルギーが高い結果となる直接接着を用いることが好ましい。しかしながら、低温で接着エネルギーが低くなる直接接着、または高い接着エネルギーを得るのに高温が必要な直接接着も、適用形態によっては許容される。例えば１Ｊ／ｍ２を超える高い接着エネルギーを得るために、例えば４００℃未満の適度な温度、または例えば１０ｋｇ／ｃｍ２未満の適度な圧力を必要とする直接接着が用いられてもよい。
【００６２】
より詳細には、金属のボンディング・パッドを含むウェハ表面が室温で接触すると、反対のウェハ表面の接触する非金属部分が接触点において結合を形成し始め、接触している化学結合が増加するに連れてウェハ相互間の引きつける接着力が増加する。金属パッド無しであれば、ウェハは、ウェハ表面の全体に亘って相互に接着する。本発明によれば、ウェハ相互間での接着の継ぎ目が阻害されはするが、金属パッドの存在によって、化学的なウェハ対ウェハ接着が阻害されない。金属ボンディング・パッドの展性および延性ゆえに、化学的なウェハ対ウェハ接着によって非金属領域において生成される圧力は、金属パッド上での非平坦および／または起伏領域を変形させる力になる。この結果、金属パッドの平坦性および／または凹凸が改善するとともに金属パッド間の結合が強固になる。化学結合によって生成される圧力は、これらの金属パッドが相互に強固に接触するように印加される外部圧力の必要性を無くすのに十分である。接触界面における金属原子の相互拡散または自己拡散によって、室温においてさえ、強固な金属結合が、強固に接触している金属パッド間に形成されることが可能である。この拡散は、熱力学的に推進されて表面自由エネルギーを減じ、また典型的に高い相互拡散および／または自己拡散係数を有する金属について強化される。これらの高い拡散係数は、凝集エネルギーの結果である。凝集エネルギーは、典型的には、ほぼ、可動の自由電子ガスによって決定され、この可動の自由電子ガスは拡散の最中、金属イオンの移動によって妨げられない。
【００６３】
または、ダイ１１４乃至１１６内のコンタクト構造１２３は、ダイ１１４乃至１１６の表面とほぼ平坦であって、コンタクト構造１２２は表面１１３とほぼ平坦である。これは、（Ｗ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕのような）金属で埋め込まれたビアと平坦な面を有する基板を形成することによって達成され得る。金属で埋め込まれたビアは、厚さが約０．５ミクロンの、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｌ−Ｃｕ（２％）、Ａｌ−Ｓｉ（２％）合金層のような金属のシード層上への電解メッキ法で形成され得、またはＡｌまたはＡｌ合金上に形成されたＣｕ層によって形成され得る。Ｐｄが、シード層として用いられたり、ＡｌまたはＡｌ合金層上に形成されたりしてもよい。Ｎｉ、Ｗ、Ａｕ、Ｃｕの柱がシード層上に形成されてよい。電解メッキの後、シード層は、柱相互間の面から、この柱またはマスクおよび金属エッチングとしてのフォトリソグラフィーによって定義されたパターンの一方を用いて、除去される。次に、酸化層が表面を覆うように形成される。この酸化層は、ＣＭＰの対象とされて、酸化物および金属領域と平坦な面が形成される。
【００６４】
コンタクト構造１２２、１２３は、ダイ１１４乃至１１６の非金属表面部および表面１１３の非金属部よりも高い表面ラフネスを有し得る。例えば、ダイ１１４乃至１１６の表面および表面１１３は、２重平均平方根（ＲＭＳ）表面ラフネスが、好ましくは１ｎｍ未満、さらに好ましくは０．５ｎｍ未満である。他方、コンタクト構造１２２、１２３は、ＲＭＳ表面ラフネスが、好ましくは２ｎｍ未満であり、さらに好ましくは１ｎｍ未満である。
【００６５】
ダイ１１４乃至１１６の表面のコンタクト構造１２３以外の部分と表面１１３のコンタクト構造１２２以外の部分との間の接着に由来するコンタクト構造１２２のコンタクト構造１２３に対する内圧は、ダイ１１４乃至１１６の表面または表面１１３の露出されている金属表面上の例えば自然酸化または他の汚染、例えば炭化水素が原因で、接着を達成したり好ましい低抵抗での電気的接触となったりするのに適当ではないかも知れない。あるいはコンタクト構造１２３、１２２間での接着を改善したり、電気的接続を好ましい低抵抗にしたりすることは、コンタクト構造１２３または１２２上の自然酸化物を除去することによって達成され得る。例えば、希フッ酸が、表面１１３がダイ１１４乃至１１６の表面に接触する前に用いられ得る。さらに、表面１１３およびダイ１１４乃至１１６の表面が、自然酸化物の除去後で表面１１３をダイ１１４乃至１１６の表面に接触するまでの間、不活性の環境、例として窒素またはアルゴンに晒され得る。または、コンタクト構造１２３、１２２間での接着を改善したり、電気的接続を好ましい低抵抗にしたりすることは、ダイ１１４乃至１１６の表面のコンタクト構造１２３以外の部分と表面１１３のコンタクト構造１２２以外の部分とを接着した後に、コンタクト構造１２２、１２３の温度を上げる、例として熱する、ことによって達成され得る。温度を上げることは、自然酸化物または他の汚染を減じることによって、または例えばコンタクト構造１２３または１２２がコンタクト構造１２３、１２２の周囲の非金属材料に比べて高い熱膨張係数を有する場合にコンタクト構造１２３、１２２間の内圧を上げることによって、または自然酸化物を減じるとともに内圧を上げることによって、電気的接続を好ましい低抵抗にする結果となり得る。温度を上げることによって、１２２、１２３のようなコンタクト構造間の拡散が増加し、電気的接続が好ましい低抵抗になる。このように、温度を上げることによって、コンタクト構造１２３、１２２間の金属接着、金属コンタクト、金属接続、電気伝導性が強化される。１Ω／μｍ２未満のコンタクト抵抗が達成された。例えば、直径が約５または１０μｍでともに厚さが１μｍの２つのコンタクト構造について、５０ｍΩ未満の抵抗が得られた。
【００６６】
ＩＣ、例としてシリコンＩＣが、ダイ１１４乃至１１６内または表面１１３の下方の層１１１内にある場合、温度の上昇は、ＩＣ、またはコンタクト構造、またはその他の金属構造への損傷を回避するために、好ましくは、２時間に亘って４００℃未満であり、より好ましくは２時間に亘って３５０℃未満である。コンタクト構造が熱膨張または内圧または無視可能な自然酸化物に対して敏感な材料、例として金である場合、コンタクト構造１２２、１２３間の金属接着、または金属接触、または金属配線、または電気伝導性が強化される結果を生む温度の上昇は非常に低く、例として１０分間に亘って５０℃程度である。
【００６７】
必要な場合、コンタクト構造１２３、１２２間の金属接着、または金属接触、または金属接続、または電気伝導性を所望の程度強化するのに必要な接着後の温度上昇を最小化するために、より低い接着後温度で内圧がより大幅に増加するとともに低圧で変形可能な結果を生むコンタクト構造１２３、１２２を利用することが好ましい。例えば、接着後温度上昇の結果として生成される内圧は、コンタクト構造１２３、１２２を構成する金属に依存する。例えば、大きな値の熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する金属、例として銅、ニッケル、金は、所与の温度でより大きく膨張する結果となる。さらに、高い剪断弾性係数を有する金属、例として、タングステンおよびニッケルは、所与の温度においてより大きな応力を生成する。このように、ＣＴＥと剪断弾性係数の積が大きな金属、例として、銅、タングステン、ニッケル、は、温度上昇に従って内圧を上げるのに最も効果的である。さらに、好ましくは、非常に高純度、例として９９．９％の降伏応力が低い金属、例として銅、ニッケル、金は、より低い応力でも容易に変形し、よって、より低い応力でのコンタクト構造間の金属接着、または金属接触、または金属接続、または電気伝導性が改善する結果を生むことが可能である。従って、ＣＴＥおよび剪断弾性係数の積が大きい、または降伏応力で標準化された高いＣＴＥと剪断弾性係数の積が大きい金属、例として銅、ニッケル、金からなるコンタクト構造１２３、１２２は、接着後温度上昇を伴った内圧の生成の結果コンタクト構造間の金属接着、金属接触、金属接続、電気伝導性の改善を見せるコンタクト構造１２３、１２２として好ましい。
【００６８】
または、コンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より若干低いか、コンタクト構造１２２が表面１１３より若干低くてもよい。ダイ１１４乃至１１６の表面と表面１１３との間の距離は、好ましくは２０ｎｍ未満であり、より好ましくは１０ｎｍ未満である。後続の接着およびこれに続く温度上昇によって、上記のようにコンタクト構造１２２、１２３間の内圧が上昇し、また、コンタクト構造１２２、１２３間の金属接着、または金属接触、または金属接続、または電気伝導性が改善する結果となる。コンタクト構造１２２の表面１１３との間の若干の距離およびコンタクト構造１２３とダイ１１４乃至１１６の表面との間の若干の距離は、コンタクト構造の広がりの平均距離である。コンタクト構造の形状的特徴には、平均距離に等しい、およびこれを超える、およびこれを下回る位置が含まれる。コンタクト構造の総高さばらつきは、最大高さと最小高さとの間の差で与えられ、ＲＭＳばらつきを実質的に超え得る。例えば、ＲＭＳが１ｎｍのコンタクト構造が、１０ｎｍの総高さばらつきを有し得る。よって、上記のようにコンタクト構造１２３はダイ１１４乃至１１６の表面より若干低いとともにコンタクト構造１２２は表面１１３より若干低いのであるが、コンタクト構造１２２の一部はダイ１１４乃至１１６の表面より上で広がるとともにコンタクト構造１２３の一部は表面１１３より上で広がり、結果、表面１１３の非金属部分がダイ１１４乃至１１６の非金属部分への接着後にコンタクト構造１２２とコンタクト構造１２３とが機械的に接続される。この機械的な接続は、機械的接続が不完全であるゆえ、あるいはコンタクト構造１２２またはコンタクト構造１２３上の自然酸化膜または他の汚染ゆえに、コンタクト構造１２２とコンタクト構造１２３との間が適切に電気的接続される結果とならないかもしれない。続く温度上昇によって、コンタクト構造１２２、１２３間の金属接着、金属接触、金属接続、電気伝導性が、上記のように改善し得る。
【００６９】
または、コンタクト構造１２３の最も高い部分がダイ１１４乃至１１６の表面より低いか、コンタクト構造１２２の最も高い部分が表面１１３より低く、且つ接着後にコンタクト構造１２３、１２２間に機械的な接触がない場合、温度上昇によって、コンタクト構造１２３、１２２間が機械的に接触する、また／または望ましく電気的に接続される結果となり得る。
【００７０】
または、コンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より低いとともにコンタクト構造１２２が表面１１３より高く、またはコンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より高いとともにコンタクト構造１２２が表面１１３より低くてもよい。表面１１３とそれより低いコンタクト構造１２２との間の距離およびダイ１１４、１１５、１１６の表面とそれより低いコンタクト構造１２３との間の距離（またはそれらの逆）は、出願番号10/359,608に記載されているように、若干の正である。または、表面１１３とそれより低いコンタクト構造１２２との間の距離およびダイ１１４、１１５、１１６の表面とそれより低いコンタクト構造１２３との間の距離（またはそれらの逆）は、名目上、ゼロであるか、若干の負であり、上記のように、接着後温度上昇によって、コンタクト構造１２２、１２３間の金属接着、金属接触、金属接続、電気伝導性が改善し得る。
【００７１】
コンタクト構造１２３のダイ１１４乃至１１６の表面に比べた高さ、およびコンタクト構造１２２の表面１１３の高さに比べた高さは、ダイ１１４乃至１１６の表面または表面１１３を形成する研磨工程、例として化学的機械研磨（ＣＭＰ）によって調整されることが可能である。ＣＭＰ処理は、典型的には、多くの処理変数を有していた。この変数には、研磨スラリー、スラリー添加率、研磨パッド、研磨パッド回転率、研磨圧力が含まれるが、これらに限定されない。ＣＭＰ処理は、さらに、表面１１３およびダイ１１４乃至１１６の表面を構成する具体的な非金属および金属材料と、非金属材料および金属材料の相対的な研磨レート（同様の研磨レート、例としてニッケル、酸化シリコンが好ましい）と、コンタクト構造１２２、１２３の大きさ、ピッチ、粒構造と、表面１１３またはダイ１１４乃至１１６の表面の非平坦性とに依存する。これらの工程パラメータを最適化することが用いられて、コンタクト構造１２３のダイ１１４乃至１１６の表面に対する高さおよびコンタクト構造１２２の表面１１３の高さに対する高さが制御されることが可能である。代替的な研磨技術、例としてスラリー無しの研磨が用いられてもよい。
【００７２】
コンタクト構造１２３のダイ１１４乃至１１６に対する高さおよびコンタクト構造１２２の表面１１３の高さに対する高さは、ダイ１１４乃至１１６の表面上のコンタクト１２３周囲の材料または表面１１３上のコンタクト構造１２２周囲の材料を若干ドライ・エッチングすることによっても制御され得る。このドライ・エッチングの例は、ある絶縁性材料、例として酸化シリコン、または窒化シリコン、または酸窒化シリコンからなる表面に対して、好ましくは、結果として表面ラフネスが増加する結果となるように、ＣＦ４およびＯ２を混合したものを用いたプラズマまたは反応性エッチングである。表面ラフネスが増加すると、界面間の結合エネルギーが大幅に減少する。または、コンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の高さは、コンタクト構造１２３、１２２上に極薄い金属層を形成することによって制御され得る。例えば、適当な金属、例として金の無電解メッキ法によって、極薄い、例として約５乃至５０ｎｍの層に自己的に制限されることが可能である。この方法は、酸化する金属の端を極薄い酸化しない金属、例として金属、ニッケルにして電気的接続の形成を容易にするというさらなる利点を有する。
【００７３】
さらに、コンタクト構造１２２は、横方向の寸法が、接着後にコンタクト構造１２３の周辺がコンタクト構造１２２内に含まれるように、あるいはコンタクト構造１２２の周辺がコンタクト構造１２３の周辺に含まれるように、コンタクト構造１２３の横方向の寸法よりも大きいまたは小さいことが可能である。より大きなまたはより小さな部分の横方向の最小寸法は、典型的には、ダイ１１４乃至１１６の表面１１３への接着の位置合わせ精度の少なくとも２倍によって決定される。例えば、ダイ１１４乃至１１６の表面への接着の際の位置合わせ精度が１ミクロンである場合、コンタクト構造１２２は、コンタクト構造１２３の周辺がコンタクト構造１２２の周辺に含まれるように、コンタクト構造１２３よりも少なくとも２ミクロン大きいことが好ましい。
【００７４】
コンタクト構造１２２のコンタクト構造１２３に対する最大の内圧、これはダイ１１４乃至１１６の表面のコンタクト構造１２３周辺の部分と表面１１３のコンタクト構造１２２の周辺の部分との間で形成され、あるいは接着後の温度上昇によって提供され得るのだが、この内圧は、ダイ１１４乃至１１６の表面の該部分の表面１１３の該部分への接着面積とコンタクト構造１２２の面積に対するコンタクト構造１２３の面積に依存する。これらの２つの面積の和は、表面１１３のコンタクト領域１２２でない部分と位置合わせされたコンタクト構造１２３の残りの面積と、ダイ１１４乃至１１６の表面のコンタクト構造１２３でない部分と位置合わせされたコンタクト構造１２２の残りの面積ゆえに、典型的には、表面１１３に対するダイ１１４乃至１１６の全体の領域の面積より小さい。これは、コンタクト構造１２３、１２２間の横方向寸法の差と、ダイ１１４乃至１１６の表面と表面１１３との間の接着位置合わせずれに起因する。接着によって生成されるかあるいは接着後の温度上昇によって提供され得る最大の内圧は、ダイ１１４乃至１１６の表面の該部分と表面１１３の該部分との間の接着の破壊応力と、コンタクト構造１２２の該部分に対するコンタクト構造１２３の該部分への接着面積の比とによって近似されることが可能である。例えばダイ１１４乃至１１６の表面の該部分および表面１１３の該部分が、１６，０００ｐｓｉの破壊応力の酸化シリコンにより構成されるとともにこれらの部分の位置合わせされた部分間の直接接着が酸化シリコンの半分すなわち８，０００ｐｓｉであり、コンタクト構造１２３、１２２が１０ミクロンのピッチの４ミクロンの直径の円であり、完璧に位置合わせされている場合、６０，０００ｐｓｉを超えるコンタクト構造１２３、１２２間の最大内圧が可能である。この圧力は、典型的には、接着後温度上昇によって生成されるものよりも大幅に大きい。例えば、コンタクト構造１２３、１２２が１７ｐｐｍのＣＴＥおよび６，４００，０００の剪断弾性係数の銅で構成されるとともにダイ１１４乃至１１６の表面の該部分と表面１１３の該部分とが０．５のＣＴＥの酸化シリコンで構成され、コンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の該部分と平坦であるとともにコンタクト構造１２２が表面１１３の該部分と平坦である場合、３５０℃に高められた接着後温度において約３７，０００ｐｓｉのコンタクト構造１２３、１２２間の応力が予想される。
【００７５】
コンタクト構造１２３、１２２は、典型的には、完全には位置合わせされておらず、同じ横方向寸法ではない。このことによって、コンタクト構造１２３の一部が表面１１３のコンタクト構造１２２の周囲の部分と接触するか、あるいはコンタクト構造１２２の一部がダイ１１４乃至１１６の表面の構造１２３の周囲の部分と接触するかする結果になり得る。コンタクト構造１２３の一部が表面１１３の該部分と接触し且つコンタクト構造１２２が表面１１３より低い場合、またはコンタクト構造１２２がダイ１１４乃至１１６の表面の該部分と接触し且つコンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より低い場合、接着後の温度上昇によって、コンタクト１２２とダイ１１４乃至１１６の表面の該部分との間またはコンタクト構造１２３と表面１１３の該部分との間で優先的に内圧が上がる結果となり、また、所与の接着後温度上昇でのコンタクト構造１２３、１２２間の内圧が減少する結果となる（これは、そうでない場合は起こらない）。コンタクト構造１２３、１２２間で内圧の上昇が減ることを回避するために、コンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より低い場合、コンタクト構造１２２の周辺が、主としてこの内圧の上昇がコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２間で生じるようにコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の位置合わせずれおよび大きさおよび形状の不一致をカバーする量（例えば位置合わせ許容値の２倍）だけ、コンタクト構造１２３の周辺内に位置することが好ましい。または、コンタクト構造１２２が表面１１３より低い場合、接着後に、コンタクト構造１２３の周辺が、内圧の上昇が主としてコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の間で生じるようにコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の位置合わせずれおよび大きさおよび形状の不一致をカバーする量だけ、コンタクト構造１２２の周辺内に位置することが好ましい。さらに、コンタクト構造１２３がダイ１１４乃至１１６の表面より低いとともにコンタクト構造１２２が表面１１３より低い場合、コンタクト構造ＣＴＥによって標準化された、表面よりも最も低いコンタクト構造の周辺が、接着後に、内圧の上昇が主としてコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の間で生じるようにコンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の位置合わせずれおよび大きさおよび形状の不一致をカバーする量だけ、対向するコンタクト構造の周辺内に位置する。
【００７６】
コンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の温度は、薄くされたダイ基板１２１を形成するためにダイ１１４乃至１１６の基板を薄くする前または後に、上げられることが可能である。コンタクト構造１２３およびコンタクト構造１２２の温度が、接着後に、様々なタイプの加熱法で上げられることが可能である。そのような加熱法には、熱によるもの、赤外線によるもの、誘導型のものが含まれるが、これらに限定されない。熱による加熱の例は、炉、ベルト炉、ホット・プレートが含まれる。赤外線による加熱の例は、高速昇温熱処理（rapid thermal annealing）である。赤外線熱源は、コンタクト構造１２３、１２２を、所望のエネルギーのフォトンで優先的に熱するためにフィルタを通されることが可能である。例えば、基板１１０、ダイ１１４乃至１１６基板、薄くされたダイ基板１２１、デバイス領域１１１、デバイス領域１１８が半導体、例としてシリコンで構成されている場合、赤外線熱源は、半導体のバンドギャップを超えるエネルギーのフォトンが半導体に吸収されることを回避するようにフィルタを通されることが可能である。この結果、コンタクト構造１２３またはコンタクト構造１２２の温度上昇に比べて半導体の温度上昇が少ない。誘導型の加熱の例は、コンタクト構造１２３またはコンタクト構造１２２が磁石、例としてニッケルで構成されている場合、誘導性磁気共鳴（inductive magnetic resonance）である。
【００７７】
図１８に示されているように、複数のコンタクト構造１２３は、１つのコンタクト構造１２２を完全に覆うことなく、１つのコンタクト構造１２２と接触し得る。または、１つのコンタクト構造１２３が、１つのコンタクト構造１２２と、一部または全体が接触し得、または１つのコンタクト構造１２２が、１つのコンタクト構造１２３と、一部または全体が接触し得、または１つのコンタクト構造１２３が複数のコンタクト構造１２２と接触し得る。
【００７８】
複数のコンタクト構造１２３が１つのコンタクト構造１２２の全体を覆うことなく１つのコンタクト構造１２２と接触している場合、先行する実施形態に関して説明されている１つのマスキング工程に続いて、図１９Ａに示されている構造が製造され得る。ここでは、金属のシード層９０が、コンタクト構造１２２、１２３の両方に対する電気的な配線を形成する。または、特にコンタクト構造１２３がコンタクト構造１２２の全体を覆っている場合、金属のシード層９０は、コンタクト構造１２３のみと接触し得る。図１９Ａに示されている構造は、さらに処理されて、この実施形態において先に記載し且つ図１９Ｂに示されているように、図１８に示されている表面１１３と同様の表面が形成され得る。図１９Ｂでは、コンタクト構造５９はコンタクト構造１２２と同様であり、平坦化された材料５８は表面１１３のコンタクト１２２以外の部分と同様である。次に、露出されているコンタクト構造１２３を有するさらなるダイが、露出されているコンタクト構造１２３を有するダイ１１４乃至１１６を露出されているコンタクト構造１２２へ接着するのと同様に、露出されているコンタクト５９を有する表面に接着および接続される。
【００７９】
この第４実施形態では、ビアのエッチングおよび続く金属の相互接続は、コンタクト構造１２３、１２２間の電気的相互接続を形成するのに必要ない。しかしながら、図１９Ａに示されているようなビアのエッチングおよび続く金属の相互接続は、ダイ１１４乃至１１６の露出されている側からの電気的なアクセスを設けるために望ましい。このことが望ましい適用例は、ダイ１１４乃至１１６の露出されている側をパッケージ、基板、集積回路にフリップチップ・バンプ・ボンディングしてコンタクト構造１２３または１２２とこのパッケージ、基板、集積回路との間に電気的な接続を形成することである。この目的のためにビアが要求されない適用例、例としてあるタイプのスターリング焦点面アレイ（Staring Focal Plane Arrays）を形成すること、もある。これらの適用例のために、上記の派生体を含む（しかし、これには限定されない）本方法およびこれによって製造された図１８に示されるようなデバイスで事足りよう。
【００８０】
第５実施形態が、図２０Ａ乃至図２０Ｈに示されている。この実施形態は、開口またはビア５０と重なり合うエッジを有するダイ内のコンタクト構造１７、１０８、１１７、１２３が開口または重なり合うエッジを有さないコンタクト構造８７によって置き換えられる点を除いて、ビア５０の形成前まで先行する実施形態と同様である。この実施形態では、基板部８９、デバイス領域８８を有するダイ８４乃至８６内のコンタクト構造８７は、デバイス領域８１、基板８０、コンタクト構造８２を有する表面８３に接着される。コンタクト構造８７は、図２０Ａに示されるように、コンタクト構造８２の上方に配置される。また、ダイ８４乃至８６は、図１６、図１７に示されているのと同様の露出されているコンタクト構造１１２を有する表面１１３または図１８、図１９に示されているのと同様のコンタクト構造１２２に接着されることが可能である。コンタクト構造８７は、コンタクト構造８２に直接接触しながら接着され得ることに留意されたい。このことは、デバイス８６において示されている。ダイ８４乃至８６は、また、同じコンタクト構造の構成を有し得る。図２０Ａ、図２０Ｂは、簡略化のために、２つの構成の間に切り込みが入った、２つのコンタクト構造構成を示すように描かれている。典型的には、１つの基板に接着されたダイの各々は、同じコンタクト構造構成を有する。相違するコンタクト構造のダイが同じ基板に接着される場合、エッチング・パラメータを調整したりビアを別々にエッチングしたりといったプロセスの変更が必要であり得る。この図は、同じまたは相違する構造が１つの基板上に存在している本発明を示すために提示され、必ずしもこのような変形体を示しているのではない。
【００８１】
パターニングされたマスク４０および開口４１が、第１実施形態において説明されまた図２０Ｂに示されているように、形成される。次に、ビア５５が、異方性的に、順に、ダイ８４乃至８６内の残存する基板部８９をエッチングし、ダイ８４乃至８６内のデバイス領域８８の一部をコンタクト構造８７まで達するまでエッチングし、コンタクト構造８７をエッチングし側面７９を形成し、（必要であれば）デバイス領域８８の残存する部分を表面８３までエッチングし、（必要であれば）デバイス領域８１をコンタクト構造１２までエッチングすることによって、形成される。コンタクト構造８７のエッチングを除いて、これらの異方性エッチングは、第１実施形態において説明されているように行なわれ得る。コンタクト構造８７の異方性エッチングについては、ハード・マスク４０に対して選択的に導電体の構造８７をエッチングするＲＩＥが用いられ得る。ハード・マスク４０および導電体の構造８７が同じエッチング・レートを有する場合、ハード・マスク４０は、コンタクト構造８７よりも実質的に厚く形成され得る。これにより、露出されているコンタクト構造８７が、基板部８９、デバイス領域８８、コンタクト構造８７、コンタクト構造８２までのデバイス領域８１とともに、エッチング・ハード・マスク４０を完全にエッチングすることなくエッチングされる。コンタクト構造８７についてのエッチングは、ダイ８４乃至８６内の残存基板部８９およびデバイス領域８８およびデバイス領域８１に対するエッチングと実質的に異なり得る。例えば、残存基板部８９がシリコンで構成され、またデバイス領域８８、８１のエッチングされる部分が酸化シリコンで構成され、またコンタクト構造８７がＡｌで構成されている場合、塩素でないものに基づいたＲＩＥエッチングが用いられて残存基板部８９およびデバイス領域８８、８１がエッチングされ、また塩素に基づいたＲＩＥエッチングが用いられてコンタクト構造８７がエッチングされることが可能である。
【００８２】
コンタクト構造８７のエッチング前に側壁７６が形成されることが好ましい。具体的には、本構造が基板部８９を貫いて異方性的にエッチングされてデバイス領域８８に到達後に停止されることが可能であり、またはデバイス領域８８内まで継続されてコンタクト構造８７の手前で停止されることが可能である。次に、分離されたコンタクト構造および直接接着されるコンタクト構造についての２つのケースに関して図２０Ｃに示されているように、層７６が形成される。層７６は、酸化シリコンのような絶縁層をビア５５内に堆積し、続けて例えば異方性エッチングによってビア５５の底からこの膜を除去することによって形成され得る。図２０Ｄ（左側）に示されているようにデバイス領域８８の残りの部分およびコンタクト構造８７がエッチングされてコンタクト構造８２が露出され、また、図２０Ｄ（右側）において、デバイス領域８８の残りの部分がエッチングされてコンタクト８７が露出される。
【００８３】
側壁の形成、コンタクト構造８２、８７間の電気的接続、ビア内部の被覆および／または埋め込みといった後続の工程が、コンタクト構造８７への電気的接続がコンタクト構造８７を異方性的にエッチングすることによって露出された側面７９に限定されることを主として除いて、説明済みの実施形態のように続く。２つ目の相違点は、図８Ａ、図８Ｂ内の側壁７０によって示されているのと同様に側壁を形成すること、または図８Ｊに示されている側壁７４である。図８Ｊにおいて、側壁が、コンタクト１７の下方で広がり、またコンタクト構造８７の側面７９への電気的接続を阻害している。図２０Ｄ（左側）は、ダイ８４乃至８６の１つを、側壁７６が側面７９への電気的接続を阻害しない例をより明確に示すために、詳細に示している。
【００８４】
図２０Ｄにおける側壁形成の例は、図８Ｈにおいて先に示されているのと同様である。図８Ｈにおいて、側壁７２は薄くされたダイ基板２１の下方且つコンタクト構造１７の上方で広がっている。コンタクト構造８７、またはコンタクト構造８７およびコンタクト構造８２の間の領域を貫くビア５５のエッチングは、コンタクト構造８７の上方で若干、異方性的であることが可能である。この結果、図２０Ｅに示されているように、コンタクト構造８７の上面上に非常に小さな自己整合した棚２８が形成されて、ビア５５の断面を実質的に増加せずに、後に形成されるコンタクト構造８２、８７間の電気的接続の配線抵抗が減じられる。図８Ｋに示されているような側壁７５に類似する選択的な側壁７７も、コンタクト８７のエッチング前（図２０Ｆ、左または右側）、またはコンタクト構造８７のエッチング後（図２０Ｆ、左側）に形成されることが可能である。コンタクト構造８７のエッチング後に選択的に側壁７７を形成することによって、露出されている側面７９の上方で突出し、露出されている側面７９とコンタクト構造８２との間の電気的接続の形成が複雑になる。この複雑になることは、図１０に示されているようにコンタクト構造１２、１７間を電気的に接続するが薄くされた基板２１に接しない電気的配線９７を形成するのと同様の方法によって、露出されている側面７９とコンタクト構造８７との間に電気的配線９９を形成することによって、回避されることが可能である。配線９９は、コンタクト８７の上方であって８８または８９内のあらゆる導電性材料の下方で広がることが可能である。
【００８５】
電気的配線９９の形成後、ビア５５に対して露出されている基板部８９を覆い、図８Ａ、図８Ｂ内の側壁７０に類似する側壁７６が、図２０Ｇに示されているように、形成されることが可能である。図２０Ｇにおいて、配線９９の厚さと同様の厚さの側壁が設けられている。または、図８Ｋに示されている側壁７５に類似する選択的な側壁が、図２０Ｈに示されているように形成されることが可能である。次に、ビア５５の残りの部分が、金属によって埋め込まれるか、先行する実施形態において説明されているように、金属によってその内部を覆われるとともに絶縁体によって埋め込まれることが可能である。
【００８６】
これらの結果としての構造も、先行する実施形態において説明されているように、ワイヤ・ボンディングまたはフリップチップ・パッケージングをサポートするフォトリソグラフィーに基づいた配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆を含む（しかし、これらに限定されない）後続の工程に適している。なお、図２０Ｃ乃至図２０Ｆに示されている構造も、ダイ８６内において示されているように構成されるコンタクト構造を含んでいてもよい。
【００８７】
第６実施形態が図２１Ａ乃至図２１Ｅに示されている。これらの図において、先行する実施形態中の１９、２１、８９、１０９、１２１と同様の、ダイ基板部１２７の全体、またはダイ基板部１２７のほぼ全てが、デバイスの層、回路、または回路層を残して除去され得る。この実施形態では、基板１３０は、コンタクト構造１３２を有するデバイス領域１３１を有する。ダイ１３４乃至１３６は、それぞれ、デバイス領域１３８と、コンタクト構造１３７と、適切な動作のために必要とはされない基板部１２７と、を有する。コンタクト１３７は、ダイ１３４内において開口を有することが示されており、またコンタクト１３７は、第５実施形態に示されているように、ダイ１３５内において単一であり、その中に開口が形成され得る。ダイ１３４乃至１３６は、図２１Ａに示されているように、表面１３３上において基板１３０に接着される。ダイ基板１２７は、例えば研磨および／または研削によって全て除去され、図２１Ｂに示されているようにデバイス領域１３８が露出される。コンタクト構造を露出するためのビアをエッチングするとともにコンタクト構造相互間の電気的配線を形成するために必要な後続のステップの数が、基板部１２７が無い故に、本実施形態については、先行する実施形態に比べて実質的に減少するとともに簡略化される。
【００８８】
例えば、ダイ１３４乃至１３６の１つのみを示す図２１Ｃにおいて、ビア１２９をエッチングしてコンタクト構造１３２、１３７を露出するステップが簡略化される。なぜなら、ビアをエッチングする基板部１２７が存在しないからである。こうして、ビア１２９は、先の実施形態において示されているビアよりも実質的に浅く、結果、ビアの断面積が実質的に減少するとともにこれに応じてビア密度が増加する。別の例では、ダイ１３４乃至１３６の１つのみが示されている図２１Ｄにおいて、露出されているコンタクト構造１３２、１３７間に電気的配線１２８を形成するステップが簡略化される。なぜなら、電気的配線１２８を電気的に絶縁する必要性を生じさせる基板部１２７が存在しないからである。図２１Ｅは、直接接触で接着されたコンタクト構造を含んだこの実施形態を示している。図２１Ｅに示されている構造は、ダイ１３５内で示されているように構成されるとともに図１９Ｃに示されているコンタクト構造１２４、１２２に類似するコンタクト構造１２４を含んでいてもよい。
【００８９】
全ての基板部が除去され得る適用例の例には、幾つかのシリコン・オン・インシュレータ、およびＩＣのダイ基板部がアクティブなトランジスタや他のＩＣ装置の製造のために必要でないＩＩＩ−Ｖ  ＩＣが含まれる。
【００９０】
第６実施形態の結果得られる構造も、先行する実施形態において説明されているように、ワイヤ・ボンディングまたはフリップチップ・パッケージングをサポートするフォトリソグラフィーに基づいた配線引き回しまたはアンダーバンプ金属被覆を含む後続の工程に適している。
【００９１】
図２１Ａ乃至図２１Ｅに示されているものに対する変形体には、先の実施形態において説明されているものが含まれるが、これらに限定されない。例えば、図１０および図１４に示されているようにビアを埋め込むことやビアをその内部を覆うとともに埋め込むこと、図１５に示されているようにダイのコンタクト構造のエッジに配線を形成すること図１７および図１８に示されているようにダイをウェハの露出されているコンタクト構造へまたは図１９に示されているようにダイおよびウェハの露出されているコンタクト構造へ接着することである。図２０に示されているようにダイのコンタクト構造の露出されている側面へのコンタクトも可能である。
【００９２】
本発明の第７実施形態が図２２Ａ乃至図２２Ｌおよび図２３Ａ乃至図２３Ｋに示されている。表面コンタクト構造の構成は、ダイ１４６によって示されていることに留意されたい。全てのダイは、１つの基板内で同じまたは相違するコンタクト構造を有し得、上記のように、相違するコンタクト構造が同じ基板に接着される場合、特定の工程の変形が必要であり得る。基板１４０は、スクライブ・アレイ３８によって分離された１４４乃至１４６（破線によって示されている）のようなダイを含み得る。各ダイ１４４乃至１４６は、デバイス領域に位置するコンタクト構造１４７を有する。説明の簡略化のために、コンタクト構造は、実際の比率で示されていないことに留意されたい。コンタクト構造１４７は、別々の部材であってもよいし、１つの部材であってこれを貫く開口が形成されていてもよい。
【００９３】
コンタクト構造１４７は、金属の堆積および除去または金属の堆積およびエッチングの従来の方法によって形成されることが可能である。または、コンタクト構造１４７は、既に存在している導電層をパターニングおよびエッチングすること、または導電層の開口内でパターニングするとともに金属を堆積することの組合せによって、形成されることが可能である。コンタクト構造１４７を形成することには、デバイス領域１４８内のコンタクト構造１４７の下方のものと同様に電気的に絶縁を行なう絶縁性材料１５１の平坦化層を堆積することが続くのが望ましい。典型的な平坦化材料は、図２２Ａ内の層１５１によって示されているようなプラズマ化学気相成長法によって形成された酸化シリコンである。デバイス１４６のように表面コンタクトが望まれる場合には、層１５１は、形成されないか、基板１４０の所定の領域で形成されないか、後に除去され得る。
【００９４】
ダイ１４４乃至１４６内にビアが形成され得る。ビアのエッチングは、ウェハ上の全てのダイ上の全てのビアが同時にエッチングされることが可能となるようにスクライブ・ライン３８に沿ってダイ１４４乃至１４６を個別のダイへと切り分けるに先立って、ウェハの規模でエッチングされることが好ましい。こうして、ダイ１４４乃至１４６は、皆、全てのビアが同時にエッチングされるか、または、ダイ１４４乃至１４６が相違するウェハに由来する場合は異なる時点でエッチングされることが可能である。ビアは、デバイス領域１４８および基板１４０の最小量の消費とするために異方性的にエッチングされることが好ましい。
【００９５】
ダイ１４４乃至１４６内のコンタクト構造も、第５実施形態において先に記載されているのと同様に形成され得る。例えば、図２２Ｂに示されているように平坦化材料１５１がパターニングおよびエッチングされて平坦化材料１５１を貫いて導電性材料１５４に達するビア１５２が形成される。続いて、導電性材料１５４を貫くビアがエッチングされて、露出されている側面１５３を有するコンタクト構造１４７（１５４）が形成される。続いて、図２２Ｃに示されているように、デバイス領域１４８を貫いて基板１４０内に至るさらなるエッチングによってビア１５５が形成される。このエッチングは、ビア１５５の横方向の広がりを最小にするために異方性であることが好ましい。平坦化材料１５１もパターニングおよびエッチングされて、図２２Ｄに示されているように２つの棚を露出するビア１５６、または図２２Ｅに示されているように１つの棚１６０を露出するビア１５７、または図２２Ｆに示されているように棚を露出しないビア１５８が形成される。平坦化材料１５１のパターニングおよびエッチングは、面積が、コンタクト構造１４７によって（またはコンタクト構造１５４内に）形成される開口より若干大きい。結果、ビア１５６のコンタクト構造１４７下方の位置および横方向の広がりはコンタクト構造１４７（１５４）によって与えられるとともに、ビア１５６のコンタクト構造１４７（１５４）の上方の上側部分は、ビア１５６の下側部分より若干広くなる。コンタクト構造１４７（１５４）の棚１６０および側面１５３は、図２２Ｄに示されているように、露出される。または、平坦化材料１５１のパターニングおよびエッチングは、コンタクト構造１４７（１５４）のエッジと重なり得る。結果、ビア１５７の位置および横方向の広がりはコンタクト構造１４７（１５４）によって与えられるとともにビア１５７の上側部分は下側部分よりも若干広くなる。図２２Ｅに示されているように、コンタクト構造１４７、１５４の１つの棚１６０、およびコンタクト構造１４７（１５４）の側面１５３が、露出される。図２２Ｄ、図２２Ｅに代えて、平坦化材料１５１のパターニングおよびエッチングは、コンタクト構造１４７（１５４）のどの部分とも重ならない。結果、図２２Ｆに示されているように、ビア１５８の位置および横方向の広がりはコンタクト構造１４７（１５４）によって与えられないとともにコンタクト構造１４７（１５４）の側面１５３が露出しない。図２２Ｅおよび図２２Ｆ内のあらゆるコンタクトが開口を有することが必要ではないことに留意されたい。図２２Ｃに示されているように形成されたビア１５５およびコンタクト構造１４７（１５４）のための図２２Ｇに示されているように、後続の、ダイ１４４乃至１４６を基板１４０の表面１４３に接着した後に切り分けられたダイ１４４乃至１４６の基板１４０を薄くして薄くされた基板１６１を形成することによってビア１５６、１５７、および／または１５８が露出されるように、ビア１５６、または１５７、または１５８は十分な深さまでエッチングされることが好ましい。
【００９６】
コンタクト構造１４７によってまたはコンタクト構造１５４内で定義されるビアのエッチングを、所望の程度、等方性にしてコンタクト構造１４７（１５４）の裏面上に自己整合させられた棚１６２を形成して、図２２Ｃのビア１５５についての図２２Ｈに示されているようにビア１５９を形成するか、図２２Ｄのビア１５６についての図２２Ｉに示されているようにビア１６３を形成することが可能である。この等方性エッチングは、コンタクト構造１４７（１５４）の下方のデバイス領域１４８および基板１４０を含んで図２２Ｈまたは図２２Ｉに示されているようにコンタクト構造１４７（１５４）の裏面を露出することが可能である。この等方性エッチングは、ビア１５５またはビア１５６をエッチングするのに用いられるエッチング条件を変更することによって達成されることが可能である。例えば、ビア１５５またはビア１５６をエッチングするのに用いられる各条件が、低圧での反応性イオン・エッチングを含む場合、同様の反応性イオン・エッチングが高圧で用いられることが可能である。コンタクト構造１４７の裏面を所望量露出するとともに自己整合させられた棚１６２を形成するのに必要な圧力の増加量は、平坦化材料１５１の厚さおよびビア１５６、または１５７、または１５８の深さに依存し、実験によって決定されることが可能である。または、この等方性エッチングが基板１４０を含むがデバイス領域１４８を含まないことが可能である。結果、図２２Ｊに示されているように、自己整合させられた棚１６６およびデバイス領域１４８の残存部分がコンタクト構造１４７（１５４）の裏面およびビア１６４の上方に形成される。上記した図２２Ｈおよび図２２Ｉと同様に、自己整合させられた棚１６６を形成する、裏面コンタクト１４７（１５４）の裏面およびビア１６４上方のデバイス領域１４８の残存部分１６５は、コンタクト構造１４７（１５４）の下方で所望量、等方性的にエッチングすることより得られる。この構造は、例えば、残存部１６５が絶縁体、例として酸化シリコンからなるとともに、異方性的にエッチングされたデバイス領域１４８および基板１４０が半導体、例としてシリコンからなる場合に、形成されることが可能である。
【００９７】
図２２Ｋに示されるように、ビアの形成後、非選択的な絶縁性の側壁１７０が、第１実施形態において説明されているように形成されて、基板１４０が、後にビア内に形成され得る配線金属から電気的に絶縁される。図２２Ｋは、図２２Ｉに示すようにビア１６３が形成されて棚１７２を有するビア１７１を生成する例を示している。第１実施形態において説明されている側壁７７と同様で且つ図２２Ｌに示されている選択的な絶縁性の側壁１７３が形成されてもよい。ビアのエッチングの後、ダイ１４４乃至１４６が切り分けられ、所望により、コンタクト構造１４２とデバイス領域１４１を有する基板１４０の表面１４３に接着される。または、ダイ１４４乃至１４６は、切り分けられることなく接着される。例えば、別々のダイの代わりにウェハまたはダイが１回の配置で基板に接着され得る。結果、ダイ相互間に間隔があることに起因して平坦でない表面の代わりに、表面が実質的に平坦になる。基板１４０はコンタクト構造も含み得るが、デバイスまたはデバイス領域を含まない。次に、基板１４０は、裏面研削、化学的機械研磨、またはエッチングの少なくとも１つによって薄くされて、薄くされた基板ダイ１６１を残すとともに、図２２Ｃにおいて説明されているとともに図２３Ａ乃至図２３Ｂに示されているようにビアが形成されている場合は、ビア、例としてビア１５５を露出する。コンタクト構造１４２は、図２３Ａに示されているように、接着表面と平坦とされることが可能であり、または図２３Ｂに示されているように、接着面に対して後退させられることが可能である。図２３Ａに示されているように接着面と平坦なコンタクト構造１４２は、導電性材料、例として銅またはニッケルのメッキを基板１４０の表面上に堆積し、次いで、この導電性材料の上を覆うように絶縁性材料を堆積して、次いで化学的機械研磨でコンタクト構造１４２および表面１４３を形成することによって、形成されることが可能である。この導電性材料の研磨レートは、絶縁性材料の研磨レートに類似することが好ましい。導電性材料の類似の研磨レートは、導電性材料、絶縁性材料、導電性材料の大きさ、形状、導電性材料の被覆面積、第４実施形態に示されるようにスラリーおよびパッドを含む研磨パラメータを適切に選択することによって得ることができる。
【００９８】
または、図２３Ｂに示されるように接着面に対して後退させられたコンタクト構造１４２は、絶縁性材料、例として酸化シリコンを堆積し、続いて高くなっている箇所を選択的に研磨することによって表面を平坦化する絶縁性材料の化学的機械研磨によって、形成され得る。結果、コンタクト構造１４２の上面上に平坦化された薄い絶縁性材料が形成される。または、図２３Ｂに示されているように面１４３まで後退させられたコンタクト構造１４２は、まず図２３Ａに示されているように平坦化された面１４３を形成し、続いて、図２３Ａに示されるような面１４３上に絶縁性材料の薄い層を堆積または堆積且つ研磨して図２３Ｂに示されるような表面１４３を形成することによって、形成され得る。接着面に対して後退させられたコンタクト構造１４２は、図２３Ｃに示されているような、例えば平坦化された絶縁性材料をパターニングおよびエッチングしてビア６３によってコンタクト構造１４２露出することによって形成された露出されている面を有し得る。次に、ダイ１４４乃至１４６を接着するとともに薄くすることによって、図２３Ｄに示されているように、コンタクト構造１４２の表面が露出される。例えば図２３Ａおよび図２３Ｄに示されているようにコンタクト構造１４２および１４７（１５４）を露出することは、後述のようにコンタクト構造１４２および１４７（１５４）間での後の電気的な接続を容易にするために好ましい。露出されているコンタクト構造１４２の横方向の広がりは、ビア６３の相対的な大きさと図２２Ｃに示されているようにエッチングされたビア１５５の横方向の広がりとに応じて、ビア１５５の横方向の広がりより小さいか、大きいか、これと等しい。例えば、図２２Ｃに示されているビア１５５の横方向の広がりが図２３Ｃに示されているビア６３の横方向の広がり未満である場合、露出されているコンタクト構造１４２の横方向の広がりは、図２３Ｄに示されているように、ビア１５５の横方向の広がりより大きい。または、図２３Ｅに示されているように、露出されているコンタクト構造１４２の広がりは、接着し、薄くし、露出されているデバイス領域１４１、１４８をコンタクト構造１４２まで等方性的にエッチングしてビア、例としてビア１５５を露出させた後に広げられ得る。または、図２３Ｃに示されているように露出されているコンタクト構造１４２は、コンタクト構造１４２に対して有害となり得る接着工程の間、薄い層によって保護され得る。例えば、コンタクト構造１４２がアルミニウムからなる場合、コンタクト構造１４２は、室温での共有結合を実現するために用いられるアンモニアに基づいた溶液に晒されることによって傷つけられ得る。このような薄い層の例は、ＰＥＣＶＤによって形成され得る酸化シリコンである。この薄い層の化学的機械研磨も行なわれて、この薄い層をコンタクト構造１４２から除去することなく、所望の表面１４３が維持され得る。次に、この薄い層は、ダイ１４４乃至１４６を基板１４０に接着するとともに基板１４０を薄くしてビアを露出し且つ薄くされたダイ基板１６１を形成した後に除去され得、また、ビアの露出後の除去を簡単にするために薄く、０．０５乃至０．５ミクロンの範囲内にあることが好ましい。
【００９９】
薄くされたダイ基板１６１が非導電性である場合、露出されているコンタクト構造１４２およびコンタクト構造１４７（１５４）は、コンタクト構造１４２およびコンタクト構造１４７（１５４）と重なる導電性材料を形成することによって、接続され得る。または、薄くされた基板１６１が導電性である場合、例として薄くされた基板１６１がシリコンからなる場合、薄くされた基板１６１をコンタクト構造１４２およびコンタクト構造１４７（１５４）を接続する導電性材料から電気的に絶縁する絶縁側壁が好ましい。図２２Ｉに示されているように形成されたビア１６３についての図２２Ｋまたは図２２Ｌにおいて先に示されているように接着の前に側壁を形成する代わりに、図２３Ａにおいて示されているものおよび図２２Ｈにおいて示されているように形成されたビア１５９と同様に、先行する実施形態において説明されているような絶縁性の非選択的側壁、例として図８Ａまたは図８Ｂ内の側壁７０が、ダイ１４４乃至１４６を接着し、続けてダイ１４４乃至１４６を薄くした後、形成されることが可能である。こうして、露出されているコンタクト構造１４２が表面１４３に対して平坦である場合に側壁６２についての図２３Ｆに示されるような薄くされたダイ基板１６１が残る。第１実施形態において説明されているのと同様であるが接着し、基板を薄くし、ビアを露出した後に形成された絶縁性の選択的な側壁が用いられても構わない。先行する実施形態において説明されているように、側壁を形成することは、薄くされたダイ基板とコンタクト構造１４２およびコンタクト構造１４７（１５４）の間の電気的配線との間で望ましくなく電気的に導通することを回避するために、好ましい。
【０１００】
露出されているコンタクト構造１４７（１５４）およびコンタクト構造１４２、および薄くされたダイ基板１６１上の側壁がある場合、望まれる場合は、コンタクト構造１４７（１５４）およびコンタクト構造１４２間の電気的配線が、コンタクト構造１４２、１４７（１５４）の露出されている表面を覆う導電性材料を形成することによって、形成されることが可能である。典型的な導電性材料は金属であって、典型的な金属はアルミニウム、銅、ニッケル、金である。これらの金属は、先の実施形態において説明されているような様々な方法で形成されることが可能である。この形成の結果、図２３Ｇに示されているように、露出されている薄くされたダイ基板１６１が導電性材料５２によって覆われる。この被覆体は、自己整合的に、また図２３Ｈに示されているように薄くされたダイ基板１６１から導電性材料５２が除去されるまで導電性材料５２によって覆われた薄くされたダイ基板１６１の表面を研磨することによってフォトリソグラフィーのパターニングおよびエッチングを用いることなく、除去され得る。図２２Ｊに示されているように自己整合させられた棚１６６を有するデバイス領域１４８の残存部分１６５がある場合、図２３Ｉに示されているのと同様の構造が、露出されているコンタクト構造１４２が図２３Ａに示されているのと同様に構造１４３と平坦である場合、ダイ１４４乃至１４６を基板１４０に接着するとともに基板１４０を薄くしてビア１６４を露出するとともに薄くされた基板１６１を形成した後に形成される。次に、好ましくは、残存部分１６５が異方性エッチングによって除去されて、自己整合させられた棚をコンタクト構造１４７（１５４）の裏面に対して再配置し、結果、自己整合させられた棚１６７が図２３Ｊに示されているようになる。
【０１０１】
次に、所望により、図２３Ｆ、図２３Ｇ、および図２３Ｈに示されているのと同様に、薄くされた基板１６１への電気的接続の形成なしに、導電性材料が形成されてコンタクト構造１４７がコンタクト構造１４２に接続される。既に説明されたように、配線金属の形成は、電子ビーム、熱処理、物理気相成長法、化学気相成長法、電解メッキ法、の１つまたは組合せによって、なされることが可能である。形成される配線金属は、チタン、タングステン、金、銅、アルミニウムの１つまたは組合せであることが可能である。
【０１０２】
コンタクト構造１４２、１４７（１５４）が、導電性材料と電気的に接続された後、ビアが、先の実施形態において説明されているように金属被覆、絶縁体の堆積、化学的機械研磨の組合せによって、埋め込まれるととともに平坦化される。ビアが埋め込まれるとともに平坦化された後、アンダーバンプ金属被覆、バンプ形成、ダイシング、フリップチップ・パッケージングが、先行する実施形態において説明されているように行なわれることが可能である。図２３Ｆ乃至図２３Ｊは、表面コンタクト１４２を示しているが、このコンタクトが、図２３Ｂに示されているように、後退させられていてもよいことに留意されたい。表面コンタクト構造を有するダイが、図２３Ｆ乃至図２３Ｊに示されているように、接着されるとともに、構成および／接続されてもよい。図２３Ｋは、図２３Ｈの場合を示している。
【０１０３】
また、この実施形態（例えば図２２Ｃ乃至図２２Ｆ、図２２Ｈ乃至図２２Ｌ）中のビアは、基板１４０の切り分けられた部分が薄くされる際に導電性材料が露出されるように、切り分けに先立って、導電性材料１６８によって埋め込まれ得る。電気的絶縁のための絶縁性材料は、上で説明されているように、必要に応じてビアの側壁上に形成され得る。次に、ビアを埋め込まれたダイ（またはウェハ）は、後述の第９実施形態において説明されているようにダイ（またはウェハ）のデバイス領域１４８の露出されている表面に（すなわちダイ・ダウンで）接着されるか、あるいは後述の第１０実施形態において説明されているように露出されているデバイス領域１４８の表面の反対の面に（すなわちダイ・アップで）接着され得る。この接着は、コンタクト構造１４７を用いた第４実施形態において説明されているとともに、ダイ・ダウンについて図２３Ｌの左側において示されているとともに後述の第９実施形態においてより詳細に説明されているように、または導電性材料１６８がコンタクト構造１４２に接続されるダイ・アップについての図２３Ｌの真ん中の構造に説明されているともに後述の第１０実施形態においてより詳細に説明されているように、またはコンタクト構造１７９が第４実施形態において説明されているようにコンタクト構造１４７の形成と同様に形成されているダイ・アップについての図２３Ｌの右側において示されているとともに後述の第１０実施形態においてより詳細に説明されているように、実行され得る。必要であれば、絶縁性材料１６９が、基板部１６１上に形成され得、基板１４０への接着のために必要であるので研磨され得る。ビアは、様々な導電性材料またはそれを組み合わせたものによって埋め込まれ得る。このような導電性材料には、ポリシリコン、または様々な金属、例としてタングステン、ニッケル、銅が含まれるがこれらに限定されず、これらは化学気相堆積法、物理気相堆積法、電解メッキ法を含む様々な方法で堆積されるが、これらに限定されない。導電性材料は、導電性材料が接着されるコンタクト構造と良好な電気的接触、低電気抵抗、高熱伝導度を促進するように選択され得、バリア層によってビア側壁上の絶縁性材料またはビアの外側の基板部から絶縁され得る。バリア層は、例として窒化チタンまたは窒化タングステンであって、これらは、必要であれば導電性材料がビアの外側の基板部に拡散することを防ぐために、例えば金属有機気相成長法または物理気相成長法によって堆積される。例えば、シリコンに基づいたＩＣを製造し、ビアがシリコン内へとエッチングされる場合、銅がその低抵抗ゆえに好ましい。しかしながら、典型的には、銅は、銅がシリコン内へと拡散することを回避するために、適切なビア絶縁層、典型的には酸化シリコン間に適切なバリア層、典型的には窒化チタンまたは窒化タングステンを必要とする。または、必要であれば、別の金属、例としてタングステンが、絶縁層またはバリア層とともに用いられてもよい。また、必要であれば、研磨特性が優れている材料、例としてニッケルが、絶縁層またはバリア層とともに用いられることが、上記のように、有利である。
【０１０４】
第８実施形態が図２４Ａ乃至図２４Ｂに示されている。この実施形態は、ダイ１４４乃至１４６の反対側、例として薄くされたダイ基板、１６１がダイ基板を薄くしてビアを露出した後に基板１４０の表面１４３に接着される点において第７実施形態と異なる。この結果、薄くされたダイ基板１６１が表面１４３に接着され、また図２２Ｃに示されているように形成されたビア１５５について図２４Ａに示されているように表面１４３に対して、また図２３Ａに示されているように形成されているコンタクト構造１４２に対してビア１３９が露出される。薄くされた基板１６１、例として、シリコンが、基板１４０の表面１４３に直接接着されるか、あるいは、絶縁体、例として酸化シリコンが基板１４０の表面１４３への直接接着の前に薄くされた基板１６１上に形成されることが可能である。薄くされた基板１６１の形成は、ウェハ上の全てのダイ上の全てのビア、例として図２２Ｃに示されているビア１５５が同時に露出されるように、ダイ１４４乃至１４６を個別のダイに切り分けるのに先立って、ウェハの規模で行なわれることが好ましい。こうして、ダイ１４４乃至１４６は、すべてのビアが同時に露出されることが可能であり、あるいは、ダイ１４４乃至１４６が別のウェハに由来している場合は、別の時点で露出される。
【０１０５】
例えば図２２Ｃ内の基板１４０から薄くされた基板１６１を形成することによって、ビアが十分に深くない場合、機械的な完全性が損なわれ得る。例えば、シリコンからなる直径２００ｎｍの薄くされた基板について、約０．１乃至０．３ｍｍ未満の深さのビアが、典型的には、十分である。機械的な完全性が損なわれるビアの深さは、直径がより大きい薄くされた基板についてはより大きく、また直径がより小さい薄くされた基板についてはより小さい。この、機械的完全性が損なわれることは、図２２Ｃに示されているように形成されるビア１５５およびコンタクト構造１４７（１５４）についての図２４Ｂに示されているように、基板１４０を薄くする前に、基板１４０の露出されている表面の反対側をハンドル・ウェハ４４に基板に取り付けることによって回避されることが可能である。ハンドル・ウェハ４４を取り付けることは、直接接着または接着剤による接着を含む様々な接着方法によってなされることが可能である。基板１４０の露出されている表面の反対側をハンドル・ウェハ４４に基板に取り付けるとともに基板１４０を薄くして薄くされた基板１６１を形成するとともにビア１５５を露出した後、薄くされた基板１６１が接着面として用いられるか、絶縁体、例として酸化シリコンが上記のように接着層として堆積され得る。好ましい接着面の形成後、ダイ１４４乃至１４６が切り分けられるとともに基板１４０の表面１４３に接着され、また、ハンドル・ウェハ４４の切り分けられた部分が除去される。切り分けは、ダイシングまたはスクライビングの少なくとも一方によってなされ得る。ハンドル・ウェハ４４の切り分けられた部分を除去することは、研削、化学的機械研磨、またはエッチングの少なくとも１つまたはその組合せによってなされ得る。
【０１０６】
ハンドル・ウェハ４４への接着および薄くすることによって薄くされた基板１６１を形成するに先立って、第７実施形態において説明されているように、ダイ１４４乃至１４６内にコンタクト構造１４７（１５４）が形成されることが可能である。しかしながら、コンタクト構造１４７上に棚を形成して導電性材料５２とコンタクト構造１４７との間の電気的配線の抵抗を改善することは、第７実施形態において説明されているとともに図２３Ｆおよび図２３Ｇに示されているコンタクト構造１４７の反対側においてである。したがって、この棚は、コンタクト構造１４７の上方のデバイス領域１４８を、コンタクト構造１４７の開口を上回るだけエッチングして、図２２Ｄ内のビア１５６およびコンタクト構造１４７について示されているのと同様のビアを形成することによって形成されることが可能である。
【０１０７】
さらに、ハンドル・ウェハ４４への接着および薄くすることによって薄くされた基板１２５を形成するに先立って、ビア内に側壁が形成されることが可能である。この側壁は、非選択的な側壁１７０およびビア１６３について図２２Ｋにおいて示されているのと同様に非選択的であるか、あるいは選択的な側壁１７３およびビア１６３について図２２Ｌにおいて示されているのと同様に選択的であることが可能である。または、選択的または非選択的な側壁は、先の実施形態において説明されているように、ダイ１４４乃至１４６の接着後に形成され得る。
【０１０８】
ダイ１４４乃至１４６を基板１４０に接着することは、第７実施形態において説明されているように、接着面と平坦であるかあるいはそこに対して後退させられているとともに露出されるかあるいは薄い層によって保護されたコンタクト構造１４２とともになされることが可能である。ダイ１４４乃至１４６の接着後、且つハンドル・ウェハ４４の切り分けられた部分が用いられている場合はその除去後、且つ薄い保護層が用いられている場合はその除去後、コンタクト構造１４２が、第７実施形態における図２３Ａまたは図２３Ｄに示されているのと同様に露出される。次に、導電性材料が形成されて、例えば第７実施形態における図２３Ｇおよび図２３Ｈと同様に、露出されているコンタクト構造１４２、１４７が電気的に接続される。この導電性材料を形成することによって、ビアが一部または完全に埋め込まれることが可能である。露出されているコンタクト構造１４２、１４７（１５４）を電気的に接続する導電性材料がビアを一部埋め込んでいる場合、ビアの残りの部分が、先の実施形態において説明されているように金属被覆、絶縁体の堆積、化学的機械研磨の組合せによって埋め込まれるとともに平坦化されることが可能である。ビアが埋め込まれるとともに平坦化された後、アンダーバンプ金属被覆、バンプ形成、ダイシング、フリップチップ・パッケージングが、先の実施形態において説明されているように行なわれることが可能である。
【０１０９】
接着および電気的接続に関しては第４実施形態と同様で、接着後に薄くすることによって接着および露出することに先立ってダイを貫くビアを形成する点に関しては第７実施形態と同様の第９実施形態も可能である。この実施形態は、第７実施形態において説明されているように開始し、第４実施形態において説明されているようにコンタクト構造１２３、１２２を含んでいる接着面が準備され、接着され、電気的に接続される点を除いて、ダイ１１４乃至１１６（またはウェハ）の切り分けおよび接着へと続く。接着後、第７実施形態において説明されているようにダイ１１４乃至１１６が薄くされてダイ１１４乃至１１６内でビアが露出され、また先の実施形態において説明されているように金属によって埋め込まれる。最終的な構造の見た目は、ビアが埋め込まれるとともにコンタクト構造が開口を具備している場合、図１９Ａに類似している。
【０１１０】
第９実施形態の変形体において、接着前にビアを形成することが、第７実施形態において説明されているように金属の埋め込みによって補強される。例えば、ダイ１１４乃至１１６内のビアは、ビア１５６、１５７、１５８についての図２２Ｄ、図２２Ｅ、図２２Ｆに示されているように、接着に先立って形成される。ダイ基板およびダイのデバイス領域の一部が導電性である場合、エッチングされたビア側壁の導電性の部分上に、電気的に絶縁性の側壁、例として図２２Ｌに示されるような基板１４０およびデバイス領域１４８上のビア１６３内の側壁１７３が形成されることが好ましい。この側壁は、側壁全体上、または図２２Ｋに示されているように側壁の非接触部分上、またはビアの底部内に形成されてもよい。ビアが適切にダイ基板およびデバイス領域から電気的に絶縁された後、ビアは、平坦化された金属構造１００を伴った図１０Ｂに示されているように導電性材料、例として金属によって、または金属の内部被覆またはバリア層９３および絶縁体９４を伴った図１０Ｃに示されているように導電性および絶縁性材料を組み合わせたものによって、埋め込まれる。例えば金属または金属および絶縁体によってビアを埋め込むことは、先の実施形態において説明されているように多くの技術によって行なわれることが可能である。
【０１１１】
ダイのデバイス領域およびダイ基板の一部を貫くビアをエッチングするとともに埋め込むことに代えて、デバイスの形成またはダイのデバイス領域の完成前に、ビアが、ダイ基板の一部のみ、またはダイのデバイス領域の一部およびダイ基板の一部までエッチングまたはエッチングおよび埋め込まれることが可能である。例えば、図２５Ａに示されているように、ビアは、ダイ基板１４０内へおよびダイのデバイス領域１７１を貫いて、例として金属等の導電性材料（図示せず）および酸化シリコンまたは他の適切な材料等からなる絶縁体からなる半導体トランジスタおよび多層配線構造の層からなるデバイス領域の半導体部分を貫いて、または基板内に残っているデバイス領域がエッチングされる。ダイのデバイス領域１７１およびダイ基板１４０が、導電性材料、例として十分に低抵抗の半導体材料、例として典型的なＣＭＯＳウェハ形成において用いられるシリコンからなる場合、側壁が、この実施形態および先の実施形態において説明されているとともに先の実施形態において説明されているようにビア１７２の底の上にも形成されている選択的な側壁１７３についての図２５Ｂにおいて示されているように、形成されることが好ましい。さらに、図２５Ａに示されている構造がシリコンから構成されている場合、非常に薄い、例として５乃至５０ｎｍの高質の選択的な酸化シリコンの側壁が熱により成長させられ、ビア１７２の横方向の寸法が実質的に１ミクロン未満となることを容易にして、１平方センチメートル当たり１００，０００，０００を超える非常に高い面密度のビアが形成されることを可能にする。または、非選択的な側壁が、先の実施形態において説明されているようにビア１７２の底上に形成されることなくビア１７２の側壁上に形成されることが可能である。次に、ビア１７２が、必要であれば適切なバリア層によってその内側を覆われ、導電性材料１７４によって埋め込まれて、上記のように金属で埋め込まれたビアが形成される。ビア１７２は、導電性のポリシリコンによって埋め込まれてもよい。コンタクト構造１２３は、図２５Ｄに示されているように、埋め込まれたビアと接触し得る。
【０１１２】
または、コンタクト構造１２３の形成に先立って、図２５Ｃの構造上にさらなる処理を施して図２５Ｅに示されているようにダイのデバイス領域１４８の製造を完了して続けてダイのデバイス領域１４８の上部にコンタクト構造１２３が形成され得る。例えば、多層配線構造は、導電性材料、例として金属、および絶縁性材料、例として典型的なＣＭＯＳウェハ製造と同様または同じものから構成され得る。典型的な金属には、銅、アルミニウムが含まれ、典型的な絶縁性材料には酸化シリコン、低誘電率絶縁体が含まれる。ダイ１１４乃至１１６内のコンタクト構造１２３が、第４実施形態において説明されているとともに図２５Ｅに示されているように、形成されることが可能である。デバイス領域１４８は導電性材料１７６を形成してコンタクト構造１２３を金属で埋め込まれたビア１７４に電気的に接続することを含み得る。導電性材料１７６は、図２５Ｅにおいて、導電性材料１７４とコンタクト構造１２３との間で垂直であることが示されているが、典型的な集積回路の形成、例としてＣＭＯＳウェハ製造における階層間金属の引き回しによって設けられるように、横方向成分を含んでいるか、あるいは完全に横方向成分であってもよい。導電性材料１７８を有する図２５Ｆを参照されたい。
【０１１３】
こうして、金属で埋め込まれたビア１７４からコンタクト構造１２３への電気的な接続が、例えば典型的なＣＭＯＳウェハ製造に従って、集積回路の配線構造を用いて提供されることが可能である。こうして、電気的接続を達成するために配線構造のデザイン・ルールを変更する必要性が最小になるか無くなるかして、結果、既存の製造能力のスケーリングおよび手段が改善する。導電性材料１７６は、横方向成分を含むか主としてこれから構成され得るが、ビア１７２は横方向成分を必要としないことに留意されたい。例えば、ビア１７２が、ダイのデバイス領域１４８、例としてダイのデバイス領域１７１内にあり、導電性材料１７６が集積回路の製造において典型的に用いられる階層間金属からなる場合、ビア１７２は、導電性材料１７６から垂直に配置され、また、導電性材料１７６が金属で埋め込まれたビア１７４と電気的に接触していることを除いて導電性材料１７６の製造から原則独立したデザイン・ルールで製造され得る。さらに、この例におけるビア１７２は、例えばビア１５５がダイのデバイス領域１４８の全体を貫いて延びるこの実施形態で先に説明されたのより実質的に短い。より短いビア１７２によって、ビア１７２の横方向の寸法が小さく、例として、実質的に１ミクロン未満になり、非常に高い面密度、例として１平方センチメートル当たり１００，０００，０００を超えるビアが形成されることが可能になって、結果、スケーリングが向上する。デバイス１４６内において、絶縁性の側壁膜１７７および絶縁性の表面膜１８０が、導電性材料１７６と別の表面コンタクトとを絶縁する必要がある場合に含められることに留意されたい。
【０１１４】
この変形体では、接着後に薄くすることによって、例えば図２３Ｌの左側に示されているように、金属によって埋め込まれていないビアの代わりに、金属で埋め込まれたビアが露出される。どの変形体でも、ダイの基板部は、第６実施形態で説明されているように、完全に除去され得る。また、どの変形体でも、デバイス領域を有さないが第４実施形態に説明されているように用意されたコンタクト構造を有する基板への接着が、例えばボール・グリッド・アレイＩＣパッケージにおけるチップ対パッケージ・インターポーザ基板の代わりとしても可能である。
【０１１５】
さらに、どの変形体でも、露出された表面は、金属で埋め込まれたビアを具備し得る。この表面は、必要であれば、第１実施形態に説明されているように表面を平坦化するための埋め込み材料と、第１０実施形態において説明されているようなビア露出およびコンタクト構造形成を用いて、第４実施形態において説明されているような電気的接続を伴った接着のために適切に準備され得る。次に、露出されたコンタクト構造を有する、同じまたは異なるウェハからのさらなるダイが、第４実施形態において説明されているように、露出されたコンタクト構造を有する接着後に薄くされた表面に接着されることが可能である。または、フリップチップ・パッケージングが先の実施形態において説明されているように実現されることができるように、アンダーバンプ金属被覆が形成され得る。このことが、図２３Ｍおよび図２３Ｎに示されている。これらの図において、第２のダイが第１のダイに接着されている。上記または後述の構成を用いて導電性材料および／または１つのダイのコンタクトを別のダイに接続する際に多くの組合せが可能である。図２３Ｍは、３つの例を示している。図２３Ｍにおいて、ダイ１８１は、導電性材料１６８がコンタクト構造１７９を用いて下側のダイの導電性材料１６８に接続されており、ダイ１８２は、コンタクト１４７（１５４）が下側のダイのコンタクト１４７および導電性材料１６８に接続されており、ダイ１８３は、コンタクト１４７および導電性材料１６８が下側のダイのコンタクト１４７および導電性材料１６８に接続されている。
【０１１６】
図２３Ｎにおいて、左側の構造は、ダイ・ダウン構成で接着された２つのダイを有している。真ん中の構造は、コンタクト構造１４２を有する基板１４９、例としてインターポーザ、と接着されたコンタクト構造１４７（１５４）を有するダイを有している。コンタクト構造１４７（１５４）と導電性材料１６８とは、接着後に形成された導電性材料１８７を介して接続されている。右側の構造は、基板１４９内の導電性材料１６８とコンタクト構造１５４とを接続する導電性材料１８７を有している。
【０１１７】
上記のように、本発明に係る方法は、ウェハ対ウェハ接着に適用され得る。図２３Ｏは、図２３Ｌの左側のダイのような、複数のコンタクト構造１４７および導電性材料１６８を有する上側基板１４０が、下側基板１４０に接着されて、コンタクト構造１４２とそれぞれ接続を形成していることを示している。ダイまたは別のウェハが、上記および後述の構成を用いて、ウェハ１４９に接着され得る。任意の数のウェハおよびダイが、接着および接続され得る。
【０１１８】
接着および電気的接続に関して第９実施形態と同様で、ダイ１４４乃至１４６の接着面の向きおよびハンドル・ウェハの任意付加的な使用法について第８実施形態と同様の第１０実施形態も可能であり、図２６Ａに示されている。この実施形態は、ビアがエッチングされ、必要であれば絶縁され、例えば図２５Ｃに示されているように導電性材料によって埋め込まれる第９実施形態において説明されたように開始する。上記のように、ビアは、様々な導電性材料によって埋め込まれ得る。この導電性材料には、必要であれば絶縁層およびバリア層を用いて、化学的気相成長法を含むがこれらに限定されない様々な方法で堆積されたポリシリコンまたは例えばタングステンまたは銅を含むがこれらに限定されない様々な金属が含まれる。次に、ダイ（またはウェハ）基板、例として図２５Ｆ内の１４０が薄くされて、第８実施形態において説明されているようにハンドル・ウェハを任意選択的に用いて、導電性材料で埋め込まれたビア、例として図２５Ｆ内の１７４が露出される。ビアを露出することは、裏面研削、ＣＭＰ、およびエッチングの組合せによってなされることが可能である。この露出することによって、好ましいことに表面が平坦となるか、あるいは、基板のＣＭＰまたはエッチングの選択性によって表面が非平坦になり得る。例えば、銅よりも低いレートでのＣＭＰ処理の最中にシリコンが除去され、結果、第４実施形態において説明されているように導電性のビアが後退させられるか、あるいはシリコン基板表面より低くまでへこませられることになる。または、ビアが露出されるか、あるいは露出されているビアが、導電性ビアに対して基板を優先的にエッチングして導電性ビアがシリコン基板表面上方に亘ることになる選択的エッチングでエッチングされ得る。例えば、シリコンが、ＳＦ６に基づいた反応性イオン・エッチングを用いて、銅またはビアが埋め込まれたビアに対して優先的にエッチングされ得る。導電体で埋め込まれたビアを露出することによって、第４実施形態において説明されているような適切に接着可能な表面が得られることになるのであれば、第８実施形態において説明されているようにダイは切り分けられるとともに接着され得る。
【０１１９】
導電体で埋め込まれたビアを露出することによって、第４実施形態において説明されているような適切に接着可能な表面が得られる結果にならない場合、第４実施形態において説明されているようにコンタクト構造が形成されて適切な表面が形成され得る。例えば、露出されている導電性のビアの埋め込みが、接着面を下回っている場合、コンタクト構造１７９が、第４実施形態において説明されているのと同様の方法で導電性材料１７４上に形成され得る。このように形成することは、コンタクト構造および絶縁体、例として酸化シリコンを堆積すること、続いて研磨することを含み、結果、接着面が、コンタクト構造を除いて適切に平坦且つ電気的に絶縁となる。このことが、導電性材料１７４と接触して形成されたコンタクト構造１７９およびＰＥＣＶＤ酸化シリコンのような絶縁膜１６９を有する図２６Ｂに示されている。
【０１２０】
または、本工程は、絶縁体有りまたは無しで、コンタクトを堆積および研磨することを含み得る。結果、接着面が、コンタクト構造と適切に平坦になるとともに、基板、例として図２５Ｆの基板１４０から構成される。さらに、露出されている導電性埋め込みが、接着面より高い場合、コンタクト構造が、第４実施形態において説明されているのと同様の方法で導電性材料１７４上に形成されてもよい。この形成することは、コンタクト構造および絶縁体、例として酸化シリコンを堆積および研磨することを含み得る。結果、コンタクト構造１７９を除いて、接着面が適切に平坦になるとともに電気的に絶縁になる。コンタクト構造１７９は、導電性材料１７４と同程度に、またはこれより小さく、またはこれより大きく形成され得る。
【０１２１】
次に、第８実施形態において示されているように、ダイは切り分けられるとともに接着される。こうして、ダイ１４４乃至１４６は、第９実施形態において説明されているように形成および埋め込まれた接着前ビアによって基板１４０に接着され、また、必要であればコンタクト構造を含んだ接着面が第４実施形態において説明されているように準備され、接着され、電気的に接続される。ダイ１４４乃至１４６を基板１４０に接着した後、ダイ１４４乃至１４６はコンタクト構造１４２に電気的に接続されている必要はなく、また、ダイ１１１４乃至１１６の露出されている表面は、先の実施形態において説明されているようにフリップリップ・パッケージングの準備のためにアンダーバンプ金属被覆のために利用可能である。
【０１２２】
第１０実施形態において、ビアは、第９実施形態において示されているようにデバイス領域１４８の全体をまたはデバイス領域１４８の半導体部分を貫いて形成されることが可能である。第９実施形態における場合のように、デバイス領域１４８の半導体領域内にビアを形成することによって、デバイス領域の完成前にビアを形成することによるより深くより広いビアが回避される。このことは、デバイス密度を向上させるとともに、半導体のビアの形成の結果消費される部分を減少させる。結果、スケーリングが向上する。さらに、ダイ基板部が、第６実施形態において説明されているように完全に除去され得る。さらに、露出されている表面はコンタクト構造を具備し得る。この表面は、必要であれば、第１実施形態において説明されているように表面を平坦化するための埋め込み材料を用いて、第４実施形態において説明されているように電気的接続を伴った接着に向けて適切に準備され得る。次に、露出された金属で埋め込まれたビアを有する同じまたは異なるウェハに由来するさらなるダイが、第４実施形態において説明されているように適切なコンタクト構造を有する接着後表面に接着されることが可能である。または、先の実施形態において説明されているようにフリップチップ・パッケージングが実現されることが可能になることに備えてアンダーバンプ金属被覆が形成され得る。また、第１０実施形態は、図２３Ｍと同様に複数のダイを積み上げるために、または図２３Ｎと同様にウェハ対ウェハ・フォーマットで実行されてもよい。
【０１２３】
本発明の望ましい特徴が、垂直積み上げおよび接続構成に向けられる。例えば、ダイは、ＩＣ側を下にまたはＩＣ側を上にして接着され得る。また、ダイ対ウェハ・フォーマット、ウェハ対ウェハ・フォーマットも、ＩＣ側を上にまたは下にした上側のウェハを下側のウェハにＩＣ側を上にして接着されることが可能である。さらに、これらのダイ対ウェハおよびウェハ対ウェハ・フォーマットは、ＩＣ機能のために基板を必要としない基板を用いて製造されたＩＣとともに用いられることが可能である。例えば、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）基板または例えばＩＩＩ／Ｖ材料、ＳｉＣ、サファイア等の非シリコン基板を用いて製造されたＩＣは、ＩＣ機能のために基板の存在を必要としない。これらの場合、基板のトランジスタ製造のために必要でない全部分が除去されて、垂直電気的配線を形成するのに必要なビアのエッチングが最小にされ得る。
【０１２４】
基板がデバイス領域を具備していることが示されているが、デバイス領域を有さずにコンタクト構造を有する基板も、例えば、ボール・グリッド・アレイＩＣパッケージ内でのチップ対パッケージ・インターポーザ基板の代わりとして可能である。また、ダイがデバイスを有していることが示されているが、デバイスを有さないまたはデバイスを有さないがコンタクト構造を有するその他のダイまたは素子が、本発明に従った方法を用いて、基板に接着され得る。
【０１２５】
本発明の多くの変更体および変形体が、上記の技術に照らして可能である。よって、添付の請求項の範囲内で、本明細書に具体的に説明されたのとは別のやり方で実施されてよいことが理解されるべきである。
【図１】
2014123722.tif 000003
【図２Ａ】
2014123722.tif 000004
【図２Ｂ】
2014123722.tif 000005
【図２Ｃ】
2014123722.tif 000006
【図３Ａ】
2014123722.tif 000007
【図３Ｂ】
2014123722.tif 000008
【図４】
2014123722.tif 000009
【図５】
2014123722.tif 000010
【図６Ａ】
2014123722.tif 000011
【図６Ｂ】
2014123722.tif 000012
【図７Ａ】
2014123722.tif 000013
【図７Ｂ】
2014123722.tif 000014
【図８Ａ】
2014123722.tif 000015
【図８Ｂ】
2014123722.tif 000016
【図８Ｃ】
2014123722.tif 000017
【図８Ｄ】
2014123722.tif 000018
【図８Ｅ】
2014123722.tif 000019
【図８Ｆ】
2014123722.tif 000020
【図８Ｇ】
2014123722.tif 000021
【図８Ｈ】
2014123722.tif 000022
【図８Ｉ】
2014123722.tif 000023
【図８Ｊ】
2014123722.tif 000024
【図８Ｋ】
2014123722.tif 000025
【図９Ａ】
2014123722.tif 000026
【図９Ｂ】
2014123722.tif 000027
【図９Ｃ】
2014123722.tif 000028
【図１０Ａ】
2014123722.tif 000029
【図１０Ｂ】
2014123722.tif 000030
【図１０Ｃ】
2014123722.tif 000031
【図１０Ｄ】
2014123722.tif 000032
【図１０Ｅ】
2014123722.tif 000033
【図１０Ｆ】
2014123722.tif 000034
【図１１】
2014123722.tif 000035
【図１２】
2014123722.tif 000036
【図１３】
2014123722.tif 000037
【図１４】
2014123722.tif 000038
【図１５】
2014123722.tif 000039
【図１６Ａ】
2014123722.tif 000040
【図１６Ｂ】
2014123722.tif 000041
【図１７】
2014123722.tif 000042
【図１８】
2014123722.tif 000043
【図１９Ａ】
2014123722.tif 000044
【図１９Ｂ】
2014123722.tif 000045
【図１９Ｃ】
2014123722.tif 000046
【図２０Ａ】
2014123722.tif 000047
【図２０Ｂ】
2014123722.tif 000048
【図２０Ｃ】
2014123722.tif 000049
【図２０Ｄ】
2014123722.tif 000050
【図２０Ｅ】
2014123722.tif 000051
【図２０Ｆ】
2014123722.tif 000052
【図２０Ｇ】
2014123722.tif 000053
【図２０Ｈ】
2014123722.tif 000054
【図２１Ａ】
2014123722.tif 000055
【図２１Ｂ】
2014123722.tif 000056
【図２１Ｃ】
2014123722.tif 000057
【図２１Ｄ】
2014123722.tif 000058
【図２１Ｅ】
2014123722.tif 000059
【図２２Ａ】
2014123722.tif 000060
【図２２Ｂ】
2014123722.tif 000061
【図２２Ｃ】
2014123722.tif 000062
【図２２Ｄ】
2014123722.tif 000063
【図２２Ｅ】
2014123722.tif 000064
【図２２Ｆ】
2014123722.tif 000065
【図２２Ｇ】
2014123722.tif 000066
【図２２Ｈ】
2014123722.tif 000067
【図２２Ｉ】
2014123722.tif 000068
【図２２Ｊ】
2014123722.tif 000069
【図２２Ｋ】
2014123722.tif 000070
【図２２Ｌ】
2014123722.tif 000071
【図２３Ａ】
2014123722.tif 000072
【図２３Ｂ】
2014123722.tif 000073
【図２３Ｃ】
2014123722.tif 000074
【図２３Ｄ】
2014123722.tif 000075
【図２３Ｅ】
2014123722.tif 000076
【図２３Ｆ】
2014123722.tif 000077
【図２３Ｇ】
2014123722.tif 000078
【図２３Ｈ】
2014123722.tif 000079
【図２３Ｉ】
2014123722.tif 000080
【図２３Ｊ】
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【図２３Ｋ】
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【図２３Ｌ】
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【図２３Ｍ】
2014123722.tif 000084
【図２３Ｎ】
2014123722.tif 000085
【図２３Ｏ】
2014123722.tif 000086
【図２４Ａ】
2014123722.tif 000087
【図２４Ｂ】
2014123722.tif 000088
【図２５Ａ】
2014123722.tif 000089
【図２５Ｂ】
2014123722.tif 000090
【図２５Ｃ】
2014123722.tif 000091
【図２５Ｄ】
2014123722.tif 000092
【図２５Ｅ】
2014123722.tif 000093
【図２５Ｆ】
2014123722.tif 000094
【図２６Ａ】
2014123722.tif 000095
【図２６Ｂ】
2014123722.tif 000096
【手続補正書】
【提出日】平成25年12月25日(2013.12.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１コンタクト構造を有する第１素子を第２コンタクト構造を有する第２素子と集積する方法であって、
銅、タングステン、ニッケル、金、またはその合金から選択された金属から前記第１および第２コンタクト構造を形成することと、
少なくとも前記第１コンタクト構造に対して露出されたビアを前記第１素子内に形成することと、
少なくとも前記第１コンタクト構造と接続された導電性材料を前記ビア内に形成することと、
前記第１コンタクト構造および前記導電性材料のうちの一方が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように、前記第１素子を前記第２素子に接着し、
前記第１および第２コンタクト構造の間の圧力を上げるために４００℃未満の温度で前記第１および第２素子を熱すること、を具備する方法。
【請求項２】
３５０℃未満の温度で加熱すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項３】
第１および第２コンタクト構造の少なくとも一方から自然酸化物を除去すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１および２素子の表面とそれぞれ同一平面にある上面を有するように前記第１および第２コンタクト構造を形成すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記第１および第２素子のそれぞれの表面より２０ｎｍ以下低い上面を有するように前記第１および第２コンタクト構造を形成すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１および第２素子のそれぞれの表面より１０ｎｍ以下低い上面を有するように前記第１および第２コンタクト構造を形成すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第１素子の上面より低い上面を有するように前記第１コンタクト構造を形成することと、
前記第１コンタクト構造の平面面積より小さい平面面積を有するように前記第２コンタクト構造を形成すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記第１および第２コンタクト構造にそれぞれ隣接する前記第１および第２素子の少なくとも一方の表面をエッチングすること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１および第２コンタクト構造の少なくとも一方の上に金属材料の層を形成すること、
を具備する請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ニッケル材料から前記第１コンタクト構造を形成すること、
前記ニッケル材料上に５〜５０ｎｍの厚さまで金の層を形成すること、
を具備する請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
銅、タングステン、ニッケル、金、またはその合金から選択された金属から形成された第１コンタクト構造を有する第１素子と、
銅、タングステン、ニッケル、金またはその合金から選択された金属から形成された第２コンタクト構造を有する第２素子と、
前記第１素子内に形成された第１ビアと、
前記第１コンタクト構造に接続された前記第１ビア内に形成された第１導電性材料と、
を具備し、
前記第１素子は、前記第１導電性材料および前記第１コンタクト構造が前記第２コンタクト構造に直接接続されるように、前記第２素子に接着された前記第１ビアを有し、
前記第１ビアは、前記第１素子が前記第２素子に接着される前に前記第１素子内に形成され、
前記第１及び第２コンタクト構造は、前記第１素子が前記第２素子に接着された後に４００℃未満の温度で加熱される、
集積構造。
【請求項１２】
３５０℃未満の温度で加熱された前記第１および第２コンタクト構造、
を具備する請求項１１に記載の構造。
【請求項１３】
自然酸化物を除去された前記第１および第２コンタクト構造、
を具備する請求項１１に記載の構造。
【請求項１４】
前記第１および第２素子の表面とそれぞれ同一平面にある上面を有する前記第１および第２コンタクト構造、
を具備する、請求項１１に記載の構造。
【請求項１５】
前記第１および第２素子のそれぞれの表面より２０以下低い上面を有する前記第１および第２コンタクト構造、
を具備する請求項１１に記載の構造。
【請求項１６】
前記第１および第２素子のそれぞれの表面より１０ｎｍ以下低い上面を有する前記第１および第２コンタクト構造、
を具備する、請求項１１に記載の構造。
【請求項１７】
前記第１素子の上面より低い上面を有する前記第１コンタクト構造と、
前記第１コンタクト構造の平面面積より小さい平面面積を有する前記第２コンタクト構造と、
を具備する、請求項１１に記載の構造。
【請求項１８】
前記第１および第２コンタクト構造にそれぞれ隣接する前記第１および第２素子の少なくとも一方の表面はエッチングされた表面を具備する、
請求項１１に記載の構造。
【請求項１９】
前記第１および第２コンタクト構造の少なくとも一方の上に形成された金属材料の層を具備する、
請求項１１に記載の構造。
【請求項２０】
ニッケル材料から形成された前記第１コンタクト構造と、
前記ニッケル材料の上に形成された５〜５０ｎｍの厚さの金の層と、
を具備する、請求項１９の構造。
【外国語明細書】
2014123722000001.pdf