(57)【要約】【課題】熱圧縮（ＴＣ）接合を使用した低温及び低圧で半導体基板を接合する方法の提供する。【解決手段】本開示は、低温熱圧縮を使用して第２半導体基板へ第１半導体基板を接合する方法に関する。この接合方法は、熱圧縮接合ステップに先立って金属接点構造表面を原位置で機械的にこすってきれいにするステップを備え、それによって金属接点構造表面から酸化物及び／又は汚染物質の除去を平坦化する。熱圧縮接合ステップに続いて、第１及び第２の半導体基板の金属接点構造間の界面拡散を生成する熱的焼鈍ステップが行われる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第２基板への第１基板の熱圧縮接合方法であって、
少なくとも１つの金属接点構造を表面にそれぞれ備えた第１基板及び第２基板を設けること、
少なくとも１つの金属接点構造の表面を平坦化すること、
第１基板に近接して第２基板を位置決めすること、これによって第１及び第２の金属接点構造の少なくとも１つを整列し、整列した金属接点構造の金属面を接触させる、
第２基板の少なくとも１つの金属接点構造の表面に対して第１半導体基板の少なくとも１つの金属接点構造の表面を機械的にスクラビングすること、これによって上記金属面を洗浄する、
熱圧縮接合ステップを用いて第２基板へ第１基板を接合すること、これによって半導体基板スタックを形成する、
半導体基板スタックを熱的焼鈍すること、これによって第１及び第２の半導体基板の少なくとも１つの金属接点構造間の界面拡散を生成する、
ことを備えた熱圧縮接合方法。
【請求項２】
第１基板あるいは第２基板の少なくとも１つの金属接点構造は主面から突出する、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項３】
金属接点構造はＣｕを備える、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項４】
機械的なスクラビングステップの間、圧力が加えられる、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項５】
圧力は１４ＭＰａ以下である、請求項４に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項６】
機械的なスクラビングのステップは４０秒以下の持続時間で行われる、請求項５に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項７】
接合のステップに先立ってアンダーフィル材料が第１半導体基板の表面に堆積される、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項８】
少なくとも１つの第１接点構造及び少なくとも１つの第２接点構造の寸法は実質的に同一である、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項９】
少なくとも１つの第１接点構造及び少なくとも１つの第２接点構造の寸法は実質的に異なる、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項１０】
熱圧縮接合のステップの間、加えられる温度は３００℃以下である、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項１１】
熱圧縮接合のステップの間、加えられる圧力は４０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【請求項１２】
金属接点構造の表面の平坦化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）あるいはフライカッティングによって行なわれる、請求項１に記載の熱圧縮接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般的には半導体基板の三次元積層の分野に関し、特に熱圧縮を使用して半導体基板を接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板の三次元（３Ｄ）積層は、低い形状係数を維持しながら改善された性能及び消費電力を有するデバイスを生産するための有望な技術である。過去数年にわたって、３Ｄ技術分野における多数の技術的進歩が報告されている。しかしながら、生産の信頼性及び高コストは、大量生産において３Ｄ技術が採用されるのを妨げる主たる課題のままである。これらの課題は、主として半導体基板の接合、並びに、より具体的には材料選定及びそこで使用される接合方法に関係している。
【０００３】
半導体基板を接合する最も魅力的な大量生産方法のうちの１つは、銅−銅接合、以下Ｃｕ−Ｃｕ接合と記す、である。銅は、大量生産において使用されるとき、その優れた電気伝導率特性及び低コストのため、他の金属、例えばＡｌ、Ａｕよりも半導体産業によって好都合である。一方、Ｃｕは、製造中に酸化物及び他の汚染物質が現れる傾向を有する。したがって、半導体基板間の好結果な接合を達成するために、Ｃｕ表面に形成された酸化物及び汚染物質を除去する必要がある。原則として、Ｃｕ−Ｃｕ接合は、熱圧縮、以下ＴＣ接合と記す、によって達成され、それによって半導体基板のＣｕ表面は、力（圧力）及び熱を同時に加えながら接触される。Ｃｕ表面に形成された酸化物及び汚染物質を除去するために、ＴＣ接合は、典型的には約２０〜６０分間、３００ＭＰａを超える圧力に加えて約３００〜４５０℃の温度を要求する。ＴＣ接合中に加えられる高温及び高圧の結果、ストレスに関連する不具合が接合された半導体基板において生じるかもしれず、それにより信頼性及び製造された３Ｄデバイスの歩留まりに妥協が生じる。さらに、ＴＣ接合を行なうための条件は、Ｃｕ−Ｃｕ接合から利益を得るかもしれない応用範囲を狭める。例として、ＤＲＡＭあるいはＳＲＡＭセルを含むメモリー・チップは、熱圧着法において適用される温度及び力に耐えることができないだろう。
【０００４】
ＴＣ接合の状況において、ＵＳ７９７３４０７は、Ｃｕ酸化を最小化あるいは防止するための多くの３Ｄ積層基板配置及び方法を記載しており、それによって、低温及び低圧ＴＣ接合を可能にしている。より具体的には、そこに記述されたプロセスフローは、化学洗浄工程が行われた後、半導体基板を直ちに接合し、それによってＣｕ表面が環境に曝される時間を低減してＣｕ酸化を最小化することによりＣｕ酸化を最小化あるいは防止する。提案されたプロセスフローは、制御されたプロセス環境において実行され、現在の高い生産量（volume）の半導体製造プロセスと矛盾する複雑な処理工程、例えば化学洗浄工程を必要とする。その結果、全体の製造コストが増加し、一方、処理能力は低下している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７９７３４０７号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の目的は、熱圧縮（ＴＣ）接合を使用した低温及び低圧で半導体基板を接合する方法の提供を開示することである。
【０００７】
この目的は、本開示によれば、半導体基板の表面に形成された金属接点構造の表面から酸化物及び他の汚染物質を除去することにより達成される。この除去ステップは、ＴＣ接合に先だって行われ、その結果、半導体基板間の有効な接合の達成に必要な温度及び圧力は下げられる。
【０００８】
本開示による実施形態では、半導体基板の表面に形成された金属接点構造は、Ｃｕ、ＡｌあるいはＡｕのような材料を備えてもよい。より好ましくは、金属面は、その低コスト及び電気的特性のためＣｕを備える。
【０００９】
ＴＣ接合中に要求される温度及び圧力を下げることによって、接合した基板のストレス関連の不具合は著しく減じられる。その結果、ＴＣ接合方法は、メモリ集積回路（ＩＣ）の接合のような厳しい要求を有する用途において適用可能である。
【００１０】
金属表面からの酸化物及び汚染物質の除去は、本来の場所での機械的スクラビング動作、好ましくはＴＣ接合において続いて使用されるボンダーツールによって実行される動作を含んでいる。このステップの間、半導体基板の金属接点構造は、近接して、またそれらの表面が物理的に接触して置かれる。機械的スクラビングは、柔軟な摩擦動作を提供し、これは半導体基板のＸ、Ｙ平面移動を制御することにより達成される。半導体基板のＸ、Ｙ平面を制御することによって円運動が形成される。機械的なスクラビング動作は、非常に低い振動数で行われ、一方、半導体基板のＸ、Ｙ平面移動は、数ナノメーターからほぼ数マイクロメーターの範囲であり、より好ましくはＸ、Ｙ平面移動は約１μｍである。
【００１１】
本開示による実施形態において、半導体基板の表面に形成された金属接点構造は、露出したＳｉ貫通電極（ＴＳＶ）爪のマイクロバンプあるいはコンタクトランディングパッドのいずれかでありえる。接合される半導体基板の少なくとも１つの金属接点構造が、それらが形成される表面から突出するのが好ましい。同種の形状を有する金属接点構造の接合、例えばマイクロバンプへのマイクロバンプの接合が好ましいが、これに限定されず、以前に言及された接点構造の任意の組み合わせも同様に実現可能である。
【００１２】
機械的なスクラビングは規定の持続時間で実行される。この持続時間は、金属接点構造（Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ）用に使用された材料の特性、並びに、金属接点構造の金属表面から除去される酸化物及び／又は汚染物質の量に依存して変化してもよい。例えば、Ｃｕを備える金属接点構造は、あるものに要求される持続時間とは異なる機械的スクラビング時間を必要とするかもしれない。機械的なスクラビングは、５秒から４０秒間の持続時間で実行されるのが好ましい。
【００１３】
金属接点構造からの酸化物及び汚染物質の除去のための他の方法を超える機械的スクラビングステップの利点は、現在の高生産量の半導体製造プロセスと互換性があるということである。さらに、機械的なスクラビングのステップは、半導体基板の生産から独立した場所で行なうことができる。これは、特に、異なるメーカーからの半導体基板がパッケージングハウスのようなサードパーティーの場所で接合される場合に、重要な利点になる。
【００１４】
本開示による実施形態では、低圧力は、機械的スクラビングのステップ間に作用可能である。機械的スクラビング中に低圧力を加えることによって、スクラビングが実行される持続時間を減少することができる。これは、酸化物及び／又は汚染物質の頑丈な層が金属表面に形成された場合に非常に有益である。このステップの間に加えられる圧力は、好ましくは３．５ＭＰａと１４ＭＰａとの間である。
【００１５】
機械的なスクラビングのステップ間に圧力を加えることは、金属表面の粗さを改善するという付加的な利点を有する。その結果、金属表面の平坦化が達成される。金属表面の平坦化は、ＴＣ接合中に加えられる温度及び圧力を低下させること、及び信頼性を改善することに著しく寄与することが分かった。したがって、実質的に平坦な金属表面を有する接点構造を設けることが望ましい。
【００１６】
金属接点構造の表面の平坦化をさらに改善するために、従来の技術、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）あるいは単結晶のダイヤモンド旋削工具を使用したフライカッティングプロセスと、機械的なスクラビング方法とを組み合わせることはさらに望ましい。これらの技術は、同じ目的のためＴＣ接合に先立って伝統に従い行なわれる。しかしながら、それらの有効性は、マイクロ／ナノレベルで表面を平坦化することに、及び実質的に厚い酸化物及び／又は汚染物質層の除去のために、制限される。金属表面の平坦化において、フライカッティングの使用は、その動作速度及び低い研磨性のため、ＣＭＰを超えて好まれる。
【００１７】
フライカッティングと機械的スクラビングとの組み合わせは、接合中に要求される温度、圧力及び時間を著しくさらに低減可能であることが見いだされた。したがって機械的なスクラビングステップを導入することにより、ＴＣ接合は、下記の条件、つまり１５０℃と３００℃との間の温度、より好ましくは約２２０℃で、１０ＭＰａと３００ＭＰａとの間の圧力、より好ましくは２０ＭＰａで、約１秒と５分との間の時間、より好ましくは４５秒で、行なうことができる。
【００１８】
本開示による実施形態において、ＴＣ接合に先立って一又は複数の半導体基板の表面に「アンダーフィル」材料が堆積させてもよい。この「アンダーフィル」材料は粘着性であり、半導体基板を「ともに固定」し熱膨張差を補償する非伝導性の特性を有する。「アンダーフィル」材料の選択は、ＴＣ接合条件に密接に関係している。したがって、高温及び高圧力のＴＣ接合のため、適切な「アンダーフィル」材料が選択される必要がある。しかしながら、「アンダーフィル」材料を硬化（curing）する高温は、接合中の熱膨張率（ＣＴＥ）の不一致のためさらなる熱収支及びストレスを示すかもしれず、このことは、メモリのようなある適用例に関して信頼性の問題を引き起こすかもしれない。
【００１９】
ここに示された方法を使用してＴＣ接合中に要求される温度及び圧力を下げることによって、より低い硬化温度を有する「アンダーフィル」材料を選択することができる。したがって、熱収支及びストレスに関する信頼性不足は最小化される。
【００２０】
ＴＣ接合後、結果として生じる半導体基板スタックにおける接点構造の金属表面は、物理的に接続され、電気的降伏（electrical yield）を有する。しかしながら、接点構造間の金属原子の界面拡散は存在しない。この金属原子の界面拡散は、半導体スタックを接合後熱的焼鈍ステップにさらすことにより達成される。このステップの間、半導体基板スタックは炉内に置かれる。それによって半導体スタックは、恒温で予め規定された持続時間、焼かれる。
【００２１】
Ｃｕを備えた金属接点構造に関して、界面拡散は１５０℃と３００℃との間の温度で、３０分から約６０分間の持続時間（期間）で達成可能なことが分かった。
【００２２】
ここに開示された方法は、接点構造の寸法に依存せず、実質的に同一（対称）の寸法、あるいは実質的に異なる（非対称）の寸法の接点構造を有する半導体基板に等しく適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１のＡからＣは、フライカッティング方法を使用した、Ｃｕマイクロバンプ表面の平坦化を行なうための例示のプロセスフローを示す。
【図２】図２のＡからＤは、本開示の実施形態による半導体基板を接合するための処理フローを示す。
【図３】図３のＡからＣは、本開示の１つの実施形態による機械的なスクラビング方法の生産ステップを示す。
【図４】機械的スクラビングの前、後におけるＣｕマイクロバンプ表面間の比較を示す。
【図５】熱圧縮接合ステップ後に結果として生じるＣｕマイクロバンプを示す。
【図６】接合後熱的焼鈍ステップの後に結果として生じるＣｕマイクロバンプ・接合を示す。
【図７】最適な機械的スクラビング条件を決定するための実験結果を示す。
【図８】異種の接点構造を有する半導体基板を接合するための別の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本開示のより良い理解のため、例示のみによる方法によって添付の図面が参照されるであろう。
本開示は、特別の実施形態に関して、及びある図面を参照して記述されるであろう。しかし開示は、これに限定されず、請求の範囲によってのみ制限される。記述された図面は単に概要であり、限定するものではない。図面において、いくつかの要素のサイズは、説明の目的のため誇張され縮尺通りに描かれていないかもしれない。
【００２５】
さらに、明細書及び請求の範囲における上部（top）等の用語は、説明目的のために使用され、必ずしも相対的位置を記述するものではない。そのように使用された用語は、適切な状況下で交換可能であり、また、ここに記述された好ましい実施形態は、ここに記述されあるいは図示されたもの以外の配向において動作可能であるということが理解されるべきである。
【００２６】
請求の範囲において使用される、用語「備える」は、それ以後に列挙する手段に限定されるように解釈すべきではなく、それは、他の構成部分又は工程を排除しないということに注意すべきである。よって、そのように述べられた特徴、整数、工程、又は部品の存在を特定するように解釈されるべきであり、１つ以上の他の特徴、整数、工程、又は部品、あるいはそれらのグループの存在あるいは追加を妨げない。したがって、表現「手段Ａ及びＢを備えたデバイス」の権利範囲は、部品Ａ及びＢのみからなるデバイスに限定されるべきではない。それは、本開示に関して、デバイスの唯一関連ある部品がＡ及びＢであるということを意味する。
【００２７】
この明細書の全体にわたり「１つの実施形態」あるいは「実施形態」との言及は、その実施形態に関して記述された特別の特徴、構造あるいは特性が本開示の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、この明細書全体の種々の箇所における「１つの実施形態において」あるいは「実施形態において」のフレーズは、必ずしも同じ実施形態を参照するものではない。さらに、特別の特徴、構造あるいは特性は、１つ以上の実施形態において、この開示から当業者に明白になるであろうように、任意の適切な方法で組み合わせられてもよい。
【００２８】
同様に、例示の好ましい実施形態の記述において、開示の種々の特徴は、開示を合理化し１以上の様々な態様の理解を援助する目的のため、当然のことながら、単一の実施形態、図あるいはその記述において時々ともにクループ化される。しかしながら、開示のこの方法は、各請求項で明白に規定された特徴よりも請求項に係る開示がより多くの特徴を必要とするという意図を反映するとして、解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求の範囲が熟考するように、態様は、単一の先に示した実施形態のすべての特徴よりも少ない状態にある。したがって、詳細な説明に続く請求の範囲は、本開示の個別の実施形態のように自立した各請求項をこの詳細な説明に明らかに組み込んでいる。
【００２９】
さらに、ここに記述されたいくつかの実施形態は、他の実施形態に含まれる他の特徴ではないいくつかの特徴を含んでいるが、当業者によって理解されるであろうように、異なる実施形態の特徴の組み合わせは、開示の範囲内にあるべきもので、異なる実施形態を形成する。例えば以下の請求の範囲において、クレームされた実施形態のいずれもが任意の組み合わせにおいて使用することができる。
【００３０】
ここに提供された記述では、多くの具体的な詳細が述べられている。しかしながら、好ましい実施形態は、それらの具体的な詳細なしで実行されてもよいことが理解される。他の事例では、よく知られた方法、構造及び技術は、この記述の理解を不明瞭にしないように詳細には示されていない。
【００３１】
本開示は、いくつかの好ましい実施形態の詳述によって記述されるだろう。添付の請求の範囲によって規定されるように、開示の真の精神あるいは技術的教示から外れずに当業者の知識によって、他の好ましい実施形態が構成されることは明らかである。
【００３２】
本開示は、それぞれが少なくとも１つのＣｕマイクロバンプを備えた第１及び第２の半導体基板の接合を参照して記述されているが、本開示は、この接点構造タイプ、及び３次元（３Ｄ）構成において積層される半導体基板の数に限定されないことを理解すべきである。例えば、本開示は、２つを超える半導体基板の接合に、及び／又は、露出したＳｉ貫通電極（ＴＳＶ）爪のマイクロバンプあるいはコンタクトランディングパッドのような接点構造を備えた半導体基板に拡張することができる。さらに、金属接点構造用の金属の選択としてのＣｕは、Ａｌ、ＡｕあるいはＳｎのような他の金属と置き換えることができる。
【００３３】
本開示の実施形態によれば、Ｃｕマイクロバンプを備えた少なくとも２つの半導体基板の熱圧縮（ＴＣ）接合は、２つのステージ、すなわち後に基材接合が続く基板平坦化において行なわれる。
【００３４】
第１ステージでは、半導体基板は、接合用のＣｕマイクロバンプ面を準備するための多くの処理工程を経る。図１のＡからＣは、フライカッティングを使用して半導体基板の平坦化を行なうための一連の処理ステップについて記述する。図１のＡでは、第１半導体基板１及び第２半導体基板２は、第１及び第２の半導体基板１，２の主面に形成されたＣｕマイクロバンプ３を設ける。平坦化中におけるＣｕマイクロバンプ３の金属表面への汚染物質の堆積から及びその酸化からＣｕマイクロバンプを保護するため、レジスト４が堆積される。図１のＢでは、Ｃｕマイクロバンプの平坦化がフライカッティング方法を使用して行なわれ、それにより実質的に平坦面で同じ高さを有するＣｕマイクロバンプ３が提供され、第１及び第２の半導体基板１，２における形状の不規則さが修正される。一旦Ｃｕマイクロバンプ３の平坦化が行なわれれば、レジスト４は削除され、図１のＣに示すように、第１及び第２の半導体基板１，２は接合の準備ができる。Ｃｕマイクロバンプ３の表面の平坦化は、化学機械研磨（ＣＭＰ）のような他の最先端技術によって実行可能である。しかしながら、半導体基板における研磨性が低く、単一ステップで実行可能であることから、単結晶のダイヤモンド旋削工具を用いたフライカッティングプロセスが好ましい。
【００３５】
平坦化段階が完成した時点で、第１及び第２の半導体基板１，２は、図２のＡからＤに示される次の処理ステップで組み立てられるべき準備ができている。
【００３６】
組立段階の間、第１及び第２の半導体基板１，２は、３Ｄ積層構造の状態で位置決めされ、それによって図２のＡに示すように、各Ｃｕマイクロバンプ３が対面するよう第１及び第２の半導体基板１，２のＣｕマイクロバンプ３を整列させる。このステップでは、第２半導体基板２は、ボンダーツールの助けを借りて第１半導体基板１の上につるされる。結果として生じるＣｕマイクロバンプの表面間の距離は、約１μｍから５μｍであり、より好ましくは２μｍである。このステップに先立って、１つの「アンダーフィル」材料５をＣｕマイクロバンプ３が存在する半導体基板１の主面に任意に堆積させることができる。「アンダーフィル」材料５は、Ｃｕマイクロバンプ３の腐食を防ぐため主に使用され、実装業において広く使用される非導電材料である。さらに、「アンダーフィル」材料５は、その粘着特性のため、結果として生じ接合した半導体基板スタックへ追加の機械的強度を提供する。３Ｄ技術における「アンダーフィル」材料５の使用が半導体基板１、２間のいずれの熱膨張差をも補償し、それにより、ストレスに関連する不具合を防ぎ信頼度を改善するという利点を有することが分かった。
【００３７】
一旦、第１及び第２の半導体基板１，２が正確に位置決めされ、Ｃｕマイクロバンプが整列すれば、図２のＢに示すように、機械的なスクラビングステップが行なわれる。機械的なスクラビングステップは、Ｃｕマイクロバンプ３表面をさらに平坦化するため、及び金属面に存在するあるいは形成されるかもしれない酸化物及び汚染物質を除去するために用いられる。１つの実施形態によれば、機械的なスクラビングは、以下の図３のＡからＣに示す処理工程で行なうことができる。機械的なスクラビングは、図３のＢに示すようにＣｕマイクロバンプ３の表面が物理的に接触するまで、つるされた第２半導体基板２を下げることによって始まる。物理的に接触している間、図３のＢに示すように、Ｃｕマイクロバンプ３の表面は、第１及び第２の半導体基板１，２のＸ、Ｙ平面移動を制御することにより、互いに対してこすられてきれいになる。機械的なスクラビングの間、Ｘ、Ｙ方向を有する円運動が作成される。円運動の結果、柔軟な摩擦動作がＣｕマイクロバンプ３の表面に生じ、それによって上記表面を磨き平坦化する。ストレスに関連する不具合、及び機械的なスクラビング中の摩擦により生じる熱を防ぐため、スクラビング動作は非常に低速で行なわれる。Ｘ、Ｙ平面方向におけるＣｕマイクロバンプの変位は、数ナノメーターからほぼ数マイクロメーターの範囲であり、より好ましくはＸ，Ｙ方向の一方における変位は、約１μｍである。機械的なスクラビングステップは、１秒と数分との間の持続時間で実行され、より好ましくは、機械的なスクラビングは約４０秒間行なわれる。図３のＣに示すように、約３．５ＭＰａ及び１４ＭＰａの低圧力のスクラビング力が機械的スクラビング中に加えることができる。低圧力のスクラビング力と機械的なスクラビングとの組み合わせは、Ｃｕマイクロバンプ３表面から酸化物及び／又は汚染物質の実存の層を除去する目的のため、及び機械的なスクラビング持続時間（期間）を低下するために非常に有益である。Ｃｕマイクロバンプ３の表面における機械的なスクラビングステップの結果が図４に示されている。Ｃｕマイクロバンプ３の平坦化及び表面の粗さが、機械的なスクラビング前のＣｕマイクロバンプ３の表面と比較して改善されることが理解できる。
【００３８】
機械的なスクラビングを介するＣｕマイクロバンプ３表面の平坦化及び洗浄に続いて、第１及び第２の半導体基板１、２の熱圧着が図２のＣに示すように実行され、その結果として半導体基板スタック７となる。このステップでは、第１及び第２の半導体基板１，２は、圧力及び熱に同時にさらされる。ＴＣ接合に先立つ機械的スクラビングの使用は、第１及び第２の半導体基板１、２の金属接点構造間の有効な接合を達成するのに必要な温度及び圧力が著しく下げられるという結果を有する。本開示の実施形態によるＴＣ接合ステップは、１５０℃と３００℃との間の温度、１０ＭＰａと３００ＭＰａとの間の圧力、及び１秒と５分との間の持続時間、より好ましくは約４０秒で、行なうことができる。
【００３９】
第１及び第２の半導体基板１、２の間の有効な接合を提供することに加えて、ＴＣ接合は、また、これが任意に使用される場合には、「アンダーフィル」材料５を硬化するために使用される。「アンダーフィル」材料５の選択は、ＴＣ接合条件に密接に関連する。したがって、高温及び高圧ＴＣ接合のために、適切な「アンダーフィル」材料５が選択される必要がある。しかしながら、高温硬化「アンダーフィル」材料は、接合中に使用されるアンダーフィル材の熱膨張率（ＣＴＥ）の不一致のため、追加の熱収支及びストレスを示すかもしれない。ＣＴＥの不一致は、メモリ集積化デバイスの接合のような、ある用途に対する信頼性の懸念を引き起こすかもしれない。ＴＣ接合中に要求される温度及び圧力を下げることによって、低い硬化温度を有する「アンダーフィル」材料５が選択可能であり、それによって熱収支及びストレスに関連する不具合を最小化する。
【００４０】
ＴＣ接合後、結果として生じた半導体基板スタック７におけるＣｕマイクロバンプ３の表面は、図５に示すように物理的に接続され、電気的降伏を有する。しかしながら、Ｃｕマイクロバンプ３間の界面拡散は、ＴＣ接合中に加えられた低温のため達成されていない。
【００４１】
１つの実施形態によれば、Ｃｕマイクロバンプの界面拡散は、図２のＤに示すように、接合後の熱的焼鈍ステップを行なうことによって達成される。このステップの間、半導体スタック７は、規定の持続時間、炉６に置かれる。例えば、Ｃｕマイクロバンプ界面拡散は、１５０℃と３００℃との間の温度で、３０分から約６０分の間で達成することができる。
【００４２】
図６は、接合後の熱的焼鈍ステップが行なわれた後のＣｕマイクロバンプ３の２つの形状を示している。第１の形状では、異なる寸法のＣｕマイクロバンプ３が接合され（非対称）、一方、第２の形状ではＣｕマイクロバンプ３は実質的に等しい寸法を有する（対称）。非対称寸法を有するＣｕマイクロバンプを接合する場合、接合されるＣｕマイクロバンプ３のうちの１つは、他方のものと比較してより小さな表面積を有する。この形状は、第１及び第２の半導体基板１、２間で位置ずれしている場合に有益になり得る。両方の形状に関して、Ｃｕマイクロバンプ３間の有効な接合が観察される。したがって、第１及び第２の半導体基板１、２間の低いＴＣ接合を証明する機械的なスクラビング方法は、両方の場合にうまく適用することができる。
【００４３】
最良の結果を提供しＴＣ接合要求の緩和に寄与する最適な機械的スクラビング条件を決定するために、多くの実験が行われた。変更された主なパラメーターは次のとおりである：ａ）図２のＡに示すようにステップにおいて半導体基板２がつるされている間のＣｕマイクロバンプ３間の初期距離（ｚ）；ｂ）機械的なスクラビング中に加えられる圧力；及びｃ）機械的なスクラビングが実行される持続時間。Ｃｕマイクロバンプ３に関して、最良の結果は、ｚ距離を２μｍに、３．５ＭＰａの圧力、及び１０秒の持続時間に設定することによって得られた。行った実験の概観及び得られた結果は、以下の表に記述され、及び図７に示されている。
【００４４】
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【００４５】
図８は、異なるタイプの金属接点構造を有する第１及び第２の半導体基板１、２を接合する別の２つの形態を示している。第１の代替実施形態では、ＣｕマイクロバンプへのＴＳＶ接合が示されている。ここで、第２半導体基板２は、主面を通り延在し露出したＳｉ貫通電極（ＴＳＶ）爪８を設け、一方、第１半導体基板１は、Ｃｕマイクロバンプ３を設けている。第２の代替実施形態では、コンタクトパッドへのＣｕマイクロバンプが示されており、それによって第２半導体基板２は、主面から延在しないコンタクトパッド９を設けている。
【００４６】
主に、本開示の実施形態による低温での半導体基板接合方法は、複数の半導体基板において行なうことができる。それによって、半導体基板の少なくとも１つに形成された金属接点構造は、これらの接点構造が存在するその主面から突出する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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