(57)【要約】【課題】  多層配線構造を有する積層配線デバイス及びその製造方法において、配線間の高い絶縁性を得ると共に信号遅延や信号交雑等の障害を回避すること。【解決手段】  ベースウェーハ２と、ベースウェーハ２との間に中空領域８を形成して対向配置された封止ウェーハ６と、ベースウェーハ２上に導電性材料からなる第１配線層３ａ〜第５配線層３ｅが積層されて中空領域８内に設けられ上部が封止ウェーハ６に接合された積層配線部４と、を備えている。これにより、隣接する配線間に固体媒体が介在せず、非常に低い誘電率が得られる真空中又は不活性ガス等の気体によって配線間の絶縁を行うことができる。【選択図】図１
2006173457.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の基板と、
前記第１の基板との間に中空領域を形成して対向配置された第２の基板と、
前記第１の基板上に導電性材料からなるパターン配線が積層されて前記中空領域内に設けられ上部が前記第２の基板に接合された積層配線部と、を備えていることを特徴とする積層配線デバイス。
【請求項２】
前記第１の基板と前記第２の基板との間にこれらに接合されて設置された補強支持材を備えていることを特徴とする請求項１に記載の積層配線デバイス。
【請求項３】
前記補強支持材が、前記積層配線部を包囲して内部を真空状態又は不活性ガスが充填された状態で気密状態に封止していることを特徴とする請求項２に記載の積層配線デバイス。
【請求項４】
第１の基板と第２の基板との間に導電性材料からなるパターン配線が積層された積層配線部を有する積層配線デバイスの製造方法であって、
前記第１の基板上に前記パターン配線を積層し隣接する前記パターン配線間を中空状態として前記積層配線部を形成する工程と、
前記積層配線部上に前記第２の基板を接合する工程と、を有していることを特徴とする積層配線デバイスの製造方法。
【請求項５】
前記積層配線部を形成する工程は、各前記パターン配線を個別に形成しておき、前記パターン配線を前記第１の基板上に常温接合により接合して積層することを特徴とする請求項４に記載の積層配線デバイスの製造方法。
【請求項６】
前記積層配線部を形成する工程は、前記導電性材料の原料を含む雰囲気ガス中で前記パターン配線を形成する領域に電子ビームを局所的に照射して選択的に前記パターン配線を形成することを特徴とする請求項４に記載の積層配線デバイスの製造方法。
【請求項７】
前記電子ビームを用いた電子顕微鏡により前記パターン配線の成膜状態を観察することを特徴とする請求項６に記載の積層配線デバイスの製造方法。
【請求項８】
前記積層配線部を形成する工程は、前記パターン配線を形成する面に犠牲層を形成する工程と、
前記犠牲層に前記パターン配線を形成する工程と、
前記犠牲層を形成する工程と前記パターン配線を形成する工程とを繰り返して前記パターン配線を積層し前記積層配線部を形成した後、前記犠牲層だけをエッチングにより選択除去する工程と、を有していることを特徴とする請求項４に記載の積層配線デバイスの製造方法。
【請求項９】
前記第２の基板の接合時に、或いは、前記積層配線部の形成と併行して、前記第１の基板と前記第２の基板との間に補強支持材を配してこれらに接合させることを特徴とする請求項４から８のいずれか一項に記載の積層配線デバイスの製造方法。
【請求項１０】
前記第２の基板の接合時に真空中又は不活性ガス中で前記補強支持材により前記積層配線部を包囲して内部を気密状態に封止することを特徴とする請求項９に記載の積層配線デバイスの製造方法。                                                  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元的に配線接続された多層配線構造を有する積層配線デバイス及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体集積回路の高集積化及び高性能化に伴い、素子の微細化技術に加え、垂直方向にも配線を施して３次元的な多層配線構造を有する半導体デバイスの研究が進められている。この多層配線構造は、配線抵抗や寄生容量の低減を図るためにも有効な技術であり、その重要性が増している。
【０００３】
多層配線技術としては、例えば、特許文献１には、層間絶縁膜に溝を掘って配線材料を埋め、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨）により平坦化するダマシンプロセスを用い、これを複数積層することで３次元的な多層配線構造を得る技術が多く用いられている。例えば、このように作製された多層配線構造は、図１５に示すように、トランジスタ部１が形成されたベースウェーハ２上に複数の配線層（第１配線層３ａ〜第５配線層３ｅ）を積層した積層配線部４が層間絶縁膜５内に埋め込まれた状態で設けられ、さらに上部を封止ウェーハ６で接合された状態とされている。
【０００４】
この製法では、Ｃｕ（銅）やＡｌ（アルミニウム）で形成された配線層の周囲にバリアメタル層７を形成し、成膜工程におけるプロセス温度により金属が層間絶縁膜５に拡散して生じるデバイス汚染を防いでいる。特に、Ｃｕで配線層を形成した場合、上記金属拡散が顕著に生じる。
このような多層配線技術において、線間１００ｎｍ未満という微細な配線構造を必要とする半導体デバイスでは、配線間に存在する層間絶縁膜５の誘導電位による信号遅延や信号交雑等の障害を抑制するために、層間絶縁膜５の更なる低誘電率化が不可欠とされている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９３９７７号公報（段落番号０００３−００１１、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
上述したように、従来の多層配線形成技術では、層間絶縁膜をパターニングした溝に金属配線部を埋め込んだ状態で多層配線を構成しているために、配線間に存在する絶縁膜の低誘電率化が研究されている。しかしながら、低誘電率の層間絶縁膜開発は、現状でｋ＝２．２〜２．３程度であり、これ以上の誘電率低減は困難になりつつある。多孔質化による誘電率低減も試みられているが、この場合、配線部形成の際に配線部からの金属等の拡散によってトランジスタ領域の破壊等のデバイス汚染を生じやすいという問題を有している。
【０００７】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、配線間の高い絶縁性を得ると共に信号遅延や信号交雑、配線部からの金属浸入によるデバイス損傷等の障害を回避することができる積層配線デバイス及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の積層配線デバイスは、第１の基板と、第１の基板との間に中空領域を形成して対向配置された第２の基板と、第１の基板上に導電性材料からなるパターン配線が積層されて中空領域内に設けられ上部が第２の基板に接合された積層配線部と、を備えていることを特徴とする。
また、本発明の積層配線デバイスの製造方法は、第１の基板と第２の基板との間に導電性材料からなるパターン配線が積層された積層配線部を有する積層配線デバイスの製造方法であって、第１の基板上にパターン配線を積層し隣接するパターン配線間を中空状態として積層配線部を形成する工程と、積層配線部上に第２の基板を接合する工程と、を有していることを特徴とする。
【０００９】
すなわち、これらの積層配線デバイス及びその製造方法では、積層配線部が第１の基板と第２の基板との間の中空領域内に設けられるので、隣接する配線間に固体媒質が存在せず、配線間の絶縁を層間絶縁膜に比して小さい比誘電率を持つ真空若しくは不活性ガス等の気体（ｋ≒１）によって行うことができ、信号遅延や信号交雑等の障害を回避することができる。また、層間絶縁膜が存在しないため、金属の拡散によるデバイス破壊を生ずる虞がなく、デバイスの信頼性が向上する。加えて積層配線部の周囲にバリアメタル層を設ける必要がなく、より工程数を削減することができる。
【００１０】
本発明の積層配線デバイスは、第１の基板と第２の基板との間にこれらに接合されて設置された補強支持材を備えていることを特徴とする。
また、本発明の積層配線デバイスの製造方法は、第２の基板の接合時に、或いは、積層配線部の形成と併行して、第１の基板と第２の基板との間に補強支持材を配してこれらに接合させることを特徴とする。
すなわち、これらの積層配線デバイス及びその製造方法では、接合時に補強支持材によって第１の基板と第２の基板との間の中空領域が保持されるため、積層配線部だけの場合に比べてより強固に第１の基板と第２の基板との接合を保持し、併せて積層配線部を保護することができる。
【００１１】
本発明の積層配線デバイスは、補強支持材が、積層配線部を包囲して内部を真空状態又は不活性ガスが充填された状態で気密状態に封止していることを特徴とする。
また、本発明の積層配線デバイスの製造方法は、第２の基板の接合時に真空中又は不活性ガス中で補強支持材により積層配線部を包囲して内部を気密状態に封止することを特徴とする。
すなわち、これらの積層配線デバイス及びその製造方法では、補強支持材で積層配線部を真空中又は不活性ガス中で気密状態に封止するので、積層配線部の周囲を真空又は不活性ガスの気体で覆うことができ、さらに信号遅延や信号交雑等の障害を回避することができる。
【００１２】
本発明の積層配線デバイスの製造方法は、積層配線部を形成する工程において、別工程で各パターン配線を個別に形成しておき、パターン配線を第１の基板上に転写し、常温接合により接合して積層することを特徴とする。すなわち、この積層配線デバイスの製造方法では、常温接合により各パターン配線を接合して積層配線部を形成するので、積層後の平坦化や不要部分の除去工程を要しないため、工程数を大幅に削減することが可能である。また、成膜プロセスと接合プロセスとを分離可能であり、プロセス間の干渉、特に配線部形成プロセスによるトランジスタ部破壊等の障害を抑制することができる。また、例えばパターン配線を別プロセスで一括形成してプロセスコストを低減することも可能である。
【００１３】
本発明の積層配線デバイスの製造方法は、積層配線部を形成する工程において、所望の導電性材料の原料を含む雰囲気ガス中でパターン配線を形成する領域に電子ビームを局所的に照射して選択的に導電性材料を形成し、パターン配線を形成することを特徴とする。すなわち、この積層配線デバイスの製造方法では、電子ビームによる局所的選択成長でパターン配線を形成するので、積層後の平坦化や不要部分の除去工程を要しないため、工程数を大幅に削減することが可能である。また、形成する薄膜において良好な結晶性が得られ、信号配線としての性能を向上させることができる。
【００１４】
また、本発明の積層配線デバイスの製造方法は、電子ビームを用いた電子顕微鏡によりパターン配線の成膜状態を観察することを特徴とする。すなわち、この積層配線デバイスの製造方法では、成膜用電子ビームを電子顕微鏡にも利用することで成膜プロセスのその場観察とこれに基づくプロセスの制御性向上が可能であり、デバイスの製造歩留まりも向上させることができる。
【００１５】
本発明の積層配線デバイスの製造方法は、積層配線部を形成する工程において、パターン配線を形成する面に犠牲層を形成する工程と、犠牲層にパターン溝を形成しパターン溝に導電性材料を充填してパターン配線を形成する工程と、犠牲層を形成する工程とパターン配線を形成する工程とを繰り返してパターン配線を積層し積層配線部を形成した後、犠牲層だけをエッチングにより選択除去する工程と、を有していることを特徴とする。
すなわち、この積層配線デバイスの製造方法では、パターン配線の全ての積層が終了した状態で犠牲層を最終的に選択除去して積層配線部を残すので、埋め込み形成によりパターン配線を容易に形成できると共に、パターン配線形成途中でも、各パターン配線が犠牲層で保持されて安定した形成が可能である。特に、極度に張り出したオーバーハング状の配線の形成でも十分な支持強度が得られる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る積層配線デバイス及びその製造方法によれば、積層配線部が第１の基板と第２の基板との間の中空領域内に設けられるので、隣接する配線間の絶縁を真空（ｋ＝1）若しくは実用上最小レベルの比誘電率を得られる不活性ガス等の気体（ｋ≒１）で行うことができ、配線間絶縁材の誘導電化に起因する信号遅延や信号交雑等の障害を抑制することができる。したがって、配線間のクロストーク等を抑制した優れた特性の半導体集積回路等を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明に係る積層配線デバイス及びその製造方法の第１実施形態を、図１及び図２を参照しながら説明する。
【００１８】
本実施形態の積層配線デバイスは、複数の配線層（パターン配線）が積層された３次元配線構造の多層配線モジュールである。この積層配線デバイスは、図１に示すように、トランジスタ部１が形成されたＳｉ（シリコン）のベースウェーハ（第１の基板）２と、ベースウェーハ２との間に中空領域８を形成して対向配置された封止ウェーハ（第２の基板）６と、ベースウェーハ２上にトランジスタ部１の各電極（ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ及びドレイン電極Ｄ等）と接合された積層配線部４と、を備えている。この積層配線部４は、Ｃｕ等の導電性材料からなる第１配線層（パターン配線）３ａ〜第５配線層（パターン配線）３ｅが積層されて中空領域８内に設けられ上部が封止ウェーハ６に接合されている。この積層配線デバイスは、ベースウェーハ２のトランジスタ部１と積層配線部４とが接合されることで、ＬＳＩを構成している。
【００１９】
上記封止ウェーハ６には、表裏に貫通する封止側貫通電極（図示略）が設けられており、封止側貫通電極が内側で積層配線部４と接合されている。これにより、積層配線部４の電極を、封止側貫通電極を介して封止ウェーハ６の外側表面に取り出している。
上記ベースウェーハ２には、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）を構成するトランジスタ部１が形成されており、このトランジスタ部１は、ソース領域１ｓ、ゲート絶縁膜１ｇ、ドレイン領域１ｄ、及びこれらの上に接続して形成されたソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄから構成されている。ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ及びドレイン電極Ｄは、それぞれベースウェーハ２表面に形成された絶縁性の表面保護膜９を貫通して形成され、上部が積層配線部４の下部と接合されている。なお、ソース領域１ｓ及びドレイン領域１ｄは、高濃度不純物領域であり、ゲート絶縁膜ＧはＳｉＯ2等で形成されている。
【００２０】
また、この積層配線デバイスは、ベースウェーハ２と封止ウェーハ６との間にこれらに接合されて設置された補強リブ部（補強支持材）１０を備えている。この補強リブ部１０は、例えば積層配線部４と同じ材料で形成され、積層配線部４を包囲して内部を真空状態又はＡｒ（アルゴン）等の不活性ガスが充填された状態で気密状態に封止している。
【００２１】
次に、この積層配線デバイスの製造方法を、図２を参照して以下に説明する。
まず、図２の（ａ）に示すように、ドナーウェーハ１１上にフォトリソグラフィ技術で所望の形状にパターニングして導電性材料（Ｃｕ等）で第１配線層３ａと、第１配線層３ａを包囲した第１リブ層１０ａとを別途形成しておく。そして、別工程で作製したベースウェーハ２上に、第１配線層３ａをベースウェーハ２上の各電極（ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ及びドレイン電極Ｄ等）に位置決めし、常温接合により互いを接合する。また、同時に、第１リブ層１０ａを、上記第１配線層３ａの接合と共に常温接合によりベースウェーハ２上に接合させる。
【００２２】
この常温接合は、まず、接合面となる第１配線層３ａ及び第１リブ層１０ａの下面とソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄ及び表面保護膜９の上面とをそれぞれ活性化処理する。通常、接合面の表面には、大気中の酸素等との反応による酸化膜やフォトリソグラフィ工程中のエッチング材料の残渣やその他の不純物が存在する。そこで、高真空中において、中性原子ビーム、イオンビーム等を接合面表面に照射し、これらの不純物を接合面表面から排除して、接合面表面を清浄にする。さらに、同時に、接合面表面にダングリングボンドが存在する状態、つまり、接合面表面が活性化された状態にする。
【００２３】
この活性化された状態で、第１配線層３ａ及び第１リブ層１０ａの下面とソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ、ドレイン電極Ｄ及び表面保護膜９の上面とを互いに圧接して常温接合させる。この常温接合は、接合面同士が互いのダングリングボンド同士で結合を行うことになり、強い結合強度を得ることができると共に、室温において接合可能であるため、熱による歪みがなく、高精度かつ高効率な生産性の良好な接合法である。
この常温接合の後、ドナーウェーハ１１を選択エッチングにより除去して、ベースウェーハ２上に第１配線層３ａ及び第１リブ層１０ａだけが積層された状態とする。
【００２４】
次に、上記と同様にして所望の形状にパターニングされた第２配線層３ｂ及び第２リブ層１０ｂをドナーウェーハ１１に別途形成しておき、ベースウェーハ２上の第１配線層３ａ及び第１リブ層１０ａの上にそれぞれ位置決めして、常温接合により接合し、ドナーウェーハ１１を除去する。このように、同様の工程を繰り返し、図２の（ｂ）（ｃ）に示すように、第３〜５配線層３ｃ〜３ｅ及び第３〜５リブ層１０ｃ〜１０ｅを積層状態に接合し、積層配線部４及び補強リブ部１０を形成する。
【００２５】
最後に、図２の（ｄ）に示すように、封止ウェーハ６を位置決めして、真空中又はＡｒ等の不活性ガス中で積層配線部４及び補強リブ部１０の上部に常温接合する。これにより、ベースウェーハ２と封止ウェーハ６との間に形成された中空領域８が、補強リブ部１０の接合により積層配線部４を内部に配したまま、真空状態又は不活性ガスが充填された状態に気密封止される。これにより、トランジスタ部１を有する多層配線モジュールが作製される。なお、複数の積層配線部４をベースウェーハ２上に同時形成する場合は、この接合後に補強リブ部１０による封止状態を確保した状態でダイシングを行い、個々の多層配線モジュールに切り離して作製が行われる。
【００２６】
本実施形態では、積層配線部４がベースウェーハ２と封止ウェーハ６との間の中空領域８内に設けられるので、隣接する配線間に固体媒質が存在せず、配線間の絶縁を層間絶縁膜に比してはるかに小さい誘電率を持つ真空若しくは不活性ガスによって行うことができ、信号遅延や信号交雑等の障害を回避することができる。また、補強リブ部１０で積層配線部４を真空中又は不活性ガス中で気密状態に封止するので、外部からのガスの流入を防止して配線間の劣化を抑制し、デバイスの信頼性を維持できる。
また、積層配線部４の配線形成プロセスをトランジスタ周辺形成プロセスと分離可能であるため、相互のプロセス間の干渉を回避することもできる。さらに、層間絶縁膜が存在しないため、絶縁膜を介しての金属拡散によるデバイス破壊を防止でき、さらに積層配線部４の周囲にバリアメタル層を設ける必要がなく、より工程数を削減することができる。
【００２７】
また、補強リブ部１０によってベースウェーハ２と封止ウェーハ６との間の中空領域８が保持されるため、積層配線部４だけの場合に比べてより強固にベースウェーハ２と封止ウェーハ６との間隔を保持して積層配線部４に加わる力を低減することができる。
さらに、常温接合により各配線層を接合して積層配線部４を形成するので、積層後の平坦化や不要部分の除去工程を要しないため、工程数を大幅に削減することが可能である。また、成膜プロセスと接合プロセスとを分離可能であり、例えば各配線層を別プロセスで一括形成してプロセスコストを低減することも可能である。
【００２８】
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照して以下に説明する。
【００２９】
第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では配線層を常温接合で積層して積層配線部４を形成しているのに対し、第２実施形態では、図３に示すように、電子ビームＢによる局所的選択成膜を行って各配線層を積層形成して積層配線部４を形成する点である。また、第１実施形態では、補強リブ部１０も常温接合による積層により形成しているのに対し、第２実施形態では、一体ものの補強リブ部１０を別途作製しておいてベースウェーハ２上に接合させる点で異なっている。
【００３０】
すなわち、第２実施形態の製法は、図３の（ａ）に示すように、まず別途作製したベースウェーハ２上の所望の位置にＣｕの含む雰囲気ガス（例えば、ＣｕＣｌあるいはＣｕを含むガス）中で電子ビームＢを照射して、所望のパターン形状の第１配線層３ａを形成する。この際、電子ビームＢを利用して電子顕微鏡（図示略）により、成膜中の第１配線層３ａの成膜状態を、その場観察を行い、これに基づいて配線層形成の精密制御も行う。
さらに、この第１配線層３ａ上に、電子ビームＢを照射して所望のパターンで第２配線層３ｂ及び第３配線層３ｃを同様に積層して形成する。そして、図３の（ｂ）に示すように、最終層の第５配線層３ｅまでを上記と同様に電子ビームＢによる局所的選択成膜で積層形成することで、図３の（ｃ）に示すように、積層配線部４を形成する。
【００３１】
次に、図３の（ｃ）に示すように、別途作製しておいた補強リブ部１０を、ベースウェーハ２上の積層配線部４を包囲する所定位置に常温接合により接合する。さらに、図３の（ｄ）に示すように、封止ウェーハ６を、真空中又は不活性ガス中で積層配線部４及び補強リブ部１０の上部に接合することで、内部を気密状態にして封止を行う。なお、複数の積層配線部４を形成している場合は、第１実施形態と同様にダイシングを行って各多層配線モジュールに分離する。
【００３２】
本実施形態では、電子ビームＢによる局所的選択成長で各配線層を形成するので、積層後の平坦化や不要部分の除去工程を要しないため、工程数を大幅に削減することが可能である。また、形成する配線層の薄膜において良好な結晶性が得られ、信号配線としての性能を向上させることができる。また、成膜用の電子ビームＢを電子顕微鏡にも利用することで成膜プロセスのその場観察とこれに基づくプロセスの制御性向上が可能であり、デバイスの製造歩留まりも向上させることができる。
【００３３】
次に、本発明の第３実施形態について、図４を参照して以下に説明する。
【００３４】
第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では配線層だけを順次積層して積層配線部４を形成しているのに対し、第３実施形態では、図４に示すように、犠牲層（第１犠牲層１２ａ〜第５犠牲層１２ｅ）に形成した所定のパターン溝１３に導電性材料を充填して各配線層を形成し、これを全て積層した後に犠牲層を選択的に除去して積層配線部４を形成している点である。
【００３５】
すなわち、この製法では、図４の（ａ）に示すように、まず別途作製したベースウェーハ２上に配線層の導電性材料に対して選択除去可能な絶縁性材料（例えば、ＳｉＯ2等）で第１犠牲層１２ａを成膜した後、マスクにより第１配線層３ａのパターンをパターニングしてエッチングをすることで、所定のパターン溝１３を形成する。さらに、このパターン溝１３内に、Ｃｕ等の導電性材料を充填した後、表面をＣＭＰにより平坦化して、第１配線層３ａを形成する。なお、第１リブ層１０ａについても、第１配線層３ａが形成されるパターン溝１３を包囲するように第１犠牲層１２ａに形成したパターン溝１３にＣｕ等の材料を充填することで形成される。
【００３６】
次に、第１犠牲層１２ａ上に、上記と同様の工程を行って第２配線層３ｂを所定パターンで形成する。このように、図４の（ｂ）に示すように、配線層を第３〜第５配線層３ｃ〜３ｅまで同様の工程を繰り返して積層する。なお、補強リブ部１０も、同様にして第１〜第５リブ層１０ａ〜１０ｅが順次積層されて形成される。次に、第１〜第５犠牲層１２ａ〜１２ｅだけを除去可能な選択エッチャントにより、図４の（ｃ）に示すように、全犠牲層を選択除去し、ベースウェーハ２上に積層配線部４及び補強リブ部１０だけを残した状態とする。この後、図４の（ｄ）に示すように、積層配線部４及び補強リブ部１０の上部に封止ウェーハ６を常温接合等により接合することで封止を行う。なお、複数の積層配線部４を形成している場合は、第１実施形態と同様にダイシングを行って各多層配線モジュールに分離する。
【００３７】
本実施形態では、犠牲層を最終的に選択除去して積層配線部４を残すので、埋め込み形成により配線層を容易に形成できると共に、配線層形成途中でも、各配線層が犠牲層で保持されて安定した形成が可能である。特に、極度に張り出したオーバーハング状の配線層の形成でも十分な支持強度が得られる。
【００３８】
次に、本発明の第４実施形態について、図５〜図１４参照して以下に説明する。
【００３９】
第４実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、トランジスタ部１が設けられたベースウェーハ２上に直接配線層を順次積層して積層配線部４を形成しているのに対し、第４実施形態では、図５及び図６に示すように、積層配線部４を有する多層配線モジュール（積層配線デバイス）ＷＭを別途作製した後で、トランジスタ部１を有するトランジスタモジュールＴＭと接合させる点で異なっている。
【００４０】
本実施形態の製法では、まず、図５及び図７に示すように、後述する貫通配線を有するＳｉの配線側ウェーハ（第１の基板）２１上に、Ｃｕ膜を蒸着等により成膜する（ステップＳ１）。このＣｕ膜上にレジストを塗布した後に、フォトリソグラフィ技術で所望の形状にパターニングしてエッチングすることにより、図６の（ａ）及び図７に示すように、第１配線層３ａを形成する（ステップＳ２）。そして、第１配線層３ａの上面を、ＣＭＰにより研磨して所望の高さで平坦面とし（ステップＳ３）、この後、研磨された面を洗浄する（ステップＳ４）。
【００４１】
次に、図８に示すように、ドナーウェーハ１１に、上記ステップＳ１〜Ｓ４と同様にして第２配線層３ｂをパターン形成し、第２配線層３ｂの表面と第１配線層３ａの表面とが所定の位置で重なるように、配線側ウェーハ２１とドナーウェーハ１１とを向かい合わせて位置決めする。さらに、接合面となる第１配線層３ａ及び第２配線層３ｂの表面をそれぞれ活性化処理した後に、常温接合を行う（ステップＳ５）。
この常温接合の後、ドナーウェーハ１１を除去して、第１配線層３ａ上に第２配線層３ｂだけが積層された状態とする（ステップＳ６）。ドナーウェーハ１１の除去は選択エッチングによる除去や第２配線層３ｂとドナーウェーハ１１との界面での分離によっても良い。
【００４２】
次に、図９に示すように、上記ステップＳ１〜Ｓ６までの工程を同様に行って、第２配線層３ｂの上面に第３配線層３ｃを接合し、さらに、図１０に示すように、第３配線層３ｃの上面に第４配線層３ｄを接合する。このように、上記ステップＳ１〜Ｓ６までの工程を同様に繰り返し、複数の配線層が積層されて成る積層配線部４を形成する。
【００４３】
一方、図示しないリブ用ウェーハ上にＡｌ（アルミニウム）をＣＶＤや蒸着等により成膜し、レジストを塗布した後に、フォトリソグラフィ技術で所望の形状にパターニングしてエッチングすることにより、複数の矩形枠状の第１リブ層を別途形成しておく（ステップＳ７）。第１リブ層は、後述する接合時に各積層配線部４の周囲を包囲するように設けられている。そして、第１リブ層の上面を、ＣＭＰにより研磨して所望の高さで平坦面とし（ステップＳ８）、この後、研磨された面を洗浄する（ステップＳ９）。
【００４４】
次に、リブ用ドナーウェーハ上に、上記ステップＳ７〜Ｓ９と同様にして複数の第２リブ層をパターン形成する。そして、第２リブ層の表面と第１リブ層の表面とが所定の位置で重なるようにしてリブ用ウェーハとリブ用ドナーウェーハとを向かい合わせて位置決めし、常温接合により接合する（ステップＳ１０）。この常温接合の後、リブ用ドナーウェーハを選択エッチングにより除去して、第１リブ層上に第２リブ層だけが積層された状態とする。
次に、上記ステップＳ７〜Ｓ１０までの工程を同様に行って、第２リブ層の上面に第３リブ層を接合し、さらに、第３リブ層の上面に第４リブ層を接合する。このように、上記ステップＳ７〜Ｓ１０までの工程を同様に繰り返し、図１１に示すように、第１〜第４リブ層１０ａ〜１０ｄが積層されて成る補強リブ部１０をリブ用ウェーハ２３上に複数形成する。
【００４５】
そして、各補強リブ部１０が、対応する各積層配線部４を包囲するように、配線側ウェーハ２１とリブ用ウェーハ２３とを向かい合わせて位置決めする。そして、接合面となる補強リブ部１０と積層配線部４の表面とを互いに圧接して常温接合させる（ステップＳ１１）。そして、この常温接合の後、リブ用ウェーハ２３を選択エッチングにより除去して、複数の積層配線部４及び各積層配線部４を包囲した補強リブ部１０だけが配線側ウェーハ２１上に接合された状態とする。
【００４６】
次に、図１２に示すように、別途作製したＳｉの封止ウェーハ（第２の基板）６を、補強リブ部１０の上面及び積層配線部４の上面に位置決めして常温接合する（ステップＳ１２）。この常温接合は、真空中又はＡｒ等の不活性ガス中で行う。これにより、積層配線部４は、補強リブ部１０と封止ウェーハ６と配線側ウェーハ２１とにより気密状態に封止される。
なお、封止ウェーハ６には、表裏に貫通する封止側貫通電極６ａが予め設けられており、この封止側貫通電極６ａは、上記接合の際に一端が積層配線部４の上部に接合されるように積層配線部４の位置に対応して形成されている。
また、配線側ウェーハ２１には、表裏に貫通する配線側貫通電極（図示略）が予め形成されており、一端が積層配線部４に接合されて他端が裏面側に露出されている。
【００４７】
この後、積層配線部４が補強リブ部１０で包囲された状態で、図１３に示すように、隣接する補強リブ部１０間をダイシングして、積層配線部４毎に分離切断することにより、いわゆるバックエンドプロセスによるモジュールとしてチップレベルの多層配線モジュールＷＭが作製される（ステップＳ１３）。なお、図１３に示す点線Ｄは、ダイシングラインである。
【００４８】
この多層配線モジュールＷＭに、図１４に示すように、いわゆるフロントエンドプロセスによるモジュールであるトランジスタモジュールＴＭを接合するには、予めトランジスタモジュールＴＭを別途作製しておく。このトランジスタモジュールＴＭは、例えばＳｉ基板４１上に積層配線部４の位置に対応した一群のトランジスタ部１が設けられており、各トランジスタ部１にはソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ及びドレイン電極Ｄがそれぞれ形成されている。また、トランジスタモジュールＴＭは、一群のトランジスタ部１の周囲を取り囲んでトランジスタ側リブ部４４が設けられ、トランジスタ側リブ部４４の上部にトランジスタ封止基板４５が接合され、内部が真空状態又は不活性ガスが充填された状態で気密に封止されている。なお、トランジスタ封止基板４５にも、表裏に貫通する貫通電極（図示略）が設けられて、トランジスタ部１の各電極と接続されている。
【００４９】
多層配線モジュールＷＭとトランジスタモジュールＴＭとを接合するには、トランジスタモジュールＴＭ上に多層配線モジュールＷＭを位置決めし、両者を真空中又はＡｒ等の不活性ガス中で常温接合により貼り合わせる。この際、トランジスタ部１の各電極（ソース電極Ｓ、ゲート電極Ｇ及びドレイン電極Ｄ）が貫通配線を介して多層配線モジュールＷＭの配線側貫通電極の他端に接合されると共に、トランジスタ封止基板４５が多層配線モジュールＷＭの下面に接合される。
このように、最終的に多層配線モジュールＷＭをトランジスタモジュールＴＭと接合することで、ＬＳＩが作製される。
【００５０】
なお、本発明の技術範囲は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５１】
例えば、上記各実施形態では、補強リブ部１０をＣｕやＡｌで形成したが、他の金属材料、絶縁性材料及びＳｉ等の半導体材料等で形成しても構わない。
上記第４実施形態では、隣接する補強リブ部１０の間でダイシングしたが、隣接する多層配線モジュールＷＭで一つの補強リブ部１０を共用し、ダイシングでこの補強リブ部１０を２つに切り離して分割しても構わない。この場合、ダイシングにより個々の多層配線モジュールＷＭに切り離されて分割された補強リブ部１０は、内部空間の気密状態を確保・維持するのに十分な幅に設定される。
上記各実施形態では、積層配線部４を４層又は５層の配線層を積層して形成しているが、その他の層数で形成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る第１実施形態の積層配線デバイスを示す要部の断面図である。
【図２】第１実施形態における積層配線デバイスの製造方法を、工程順に示す要部の断面図である。
【図３】第２実施形態における積層配線デバイスの製造方法を、工程順に示す要部の断面図である。
【図４】第３実施形態における積層配線デバイスの製造方法を、工程順に示す要部の断面図である。
【図５】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法を示す製造フローチャートである。
【図６】第４実施形態の積層配線デバイスを示す積層配線部の分解斜視図及び多層配線モジュールの斜視図である。
【図７】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、Ｃｕ膜のパターニング工程を示す要部の斜視図である。
【図８】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、第２配線層の積層工程を示す要部の斜視図である。
【図９】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、第３配線層の積層工程を示す要部の斜視図である。
【図１０】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、第４配線層の積層工程を示す要部の斜視図である。
【図１１】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、補強リブ部の接合工程を示す要部の斜視図である。
【図１２】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、封止ウェーハの接合工程を示す要部の斜視図である。
【図１３】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、ダイシング工程を示す要部の斜視図である。
【図１４】第４実施形態の積層配線デバイスの製造方法において、多層配線モジュールとトランジスタモジュールとの接合工程を示す斜視図である。
【図１５】本発明に係る従来例の積層配線デバイスを示す要部の断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
２…ベースウェーハ（第１の基板）、３ａ〜３ｅ…第１〜第５配線層（パターン配線）、４…積層配線部、６…封止ウェーハ（第２の基板）、８…中空領域、１０…補強リブ部（補強支持材）、１２ａ〜１２ｅ…第１〜第５犠牲層、１３…パターン溝、２１…配線側ウェーハ（第１の基板）、Ｂ…電子ビーム、ＴＭ…トランジスタモジュール、ＷＭ…多層配線モジュール（積層配線デバイス）                                     
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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