(57)【要約】  シリコン基板内で接合部分離された導電性バイアを形成するプロセス、及びシリコンウェーハの一方の側面から他方の側面に電気信号を伝達する導電装置が提供される。導電性バイアは、シリコン基板の材料とは異なるドーパントでバイアを拡散することによってシリコン基板のバルクから接合部分離される。接合部分離バイアの幾つかは、シリコン基板と、電気接続を必要とするデバイスから構成される第２のシリコン基板に結合されたシリコンウェーハで形成することができる。接合部分離された導電性バイアを形成するプロセスは、特に抵抗及びキャパシタンス両方の耐性がより高い電気デバイスにおいて、金属バイアを形成する方法よりも簡単である。【選択図】図１
2008532319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板内に接合部分離導電性相互接続を形成する方法であって、
第１及び第２の平坦な表面を有するシリコン基板を準備する段階と、
前記それぞれの表面上に酸化物層を成長させる段階と、
電気端子として用いられることになる区域のために前記両表面上に前記酸化物層を貫通して開口を形成し、前記区域をドープする段階と、
前記基板の厚み未満の深さまで前記基板の第１の表面を貫通して孔をエッチングし、ブラインドとなるバイアを形成する段階と、
前記基板の材料と異なるドーパントで前記バイアを拡散し、前記バイアが前記シリコン基板の本体から接合部分離されるようにする段階と、
前記バイアに対向する前記第２の表面上の前記酸化物内に区域を開き、前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで前記バイア底部に対して前記区域を拡散する段階と、
前記基板の両表面上に前記電気端子として金属を堆積させて、分離された端子を各表面にフォトパターン形成する段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記シリコン基板がｎ型材料から構成され、前記バイアがｐ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記シリコン基板がｐ型材料から構成され、前記バイアがｎ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記バイアが、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いて形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記バイア開口が垂直壁で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記バイアが前記シリコン基板を約９６％貫通してエッチングされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記電気端子が、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記バイアをドープして、ドーピング選択エッチング液に対する耐性を前記バイアに持たせる段階と、
ドーピング選択エッチングで、前記基板の第２の表面上の前記バイアに対向して前記酸化物内に開いた孔を貫通させ、前記バイアのエッチング耐性のある底部の深さまでピットを形成する段階と、
前記ピットを前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散し、前記バイアを貫通して第２の面までドープシリコンの連続した層を形成し、前記内側ドープを前記外側表面に接続する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記バイアが、前記ドーピング選択エッチング液に対する耐性を持たせるために、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記シリコン基板に電圧を印加して、前記バイアと前記基板のｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップを形成する段階と、
前記基板の第２の表面上の前記バイアに対向して前記酸化物内に開いた孔を貫通させ、前記ｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップの深さまでピットをエッチングする段階と、
前記ピットをｐ型材料で拡散し、前記バイアを貫通して第２の面までドープシリコンの連続した層を形成し、前記内側ドープを前記外側表面に接続する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項１１】
複数の接合部分離導電性相互接続によって電気的に接続された第１及び第２のウェーハを備えた電気装置を形成するための方法であって、
平坦な表面を有する、嵌合ウェーハである第１のシリコン基板とバイアウェーハである第２のシリコン基板とを準備する段階と、
前記嵌合ウェーハ及びバイアウェーハの両側の表面上に酸化物を成長させる段階と、
熱圧着接続用に前記嵌合ウェーハ及びバイアウェーハの両方の内側表面上に狭リッジを形成する段階と、
電気端子として使用されることになる区域のために、前記バイアウェーハの内側及び外側表面上に前記酸化物を貫通して開口を形成し、前記区域をドープする段階と、
前記バイアウェーハの内側表面を貫通して前記シリコン基板の厚み未満の深さまで複数の孔をエッチングしてブラインドになるバイアを形成する段階と、
前記基板の材料とは異なるドーパントで前記バイアを拡散して、前記バイアが前記バイアウェーハの本体から接合部分離されるようにする段階と、
前記バイアに対向する前記バイアウェーハの外側表面上の前記酸化物内に区域を開き、前記バイア内に拡散されたものと同じドーパントで前記区域を前記バイアの底部に対して拡散する段階と、
前記嵌合ウェーハと前記バイアウェーハとを熱圧着によって組み立てる段階と、
前記組み立てられたウェーハの外側表面上に電気端子として金属を堆積させて、分離された端子を当該表面上にフォトパターン形成する段階と、
を含む方法。
【請求項１２】
前記バイアウェーハが、ｎ型材料から構成され、前記バイアがｐ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記バイアウェーハが、ｐ型材料から構成され、前記バイアがｎ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記バイアがＤＲＩＥを用いて形成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記バイア開口が垂直壁で形成される、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記バイアが前記バイアウェーハを約９６％貫通してエッチングされる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記バイアウェーハ上の電気端子が、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記一方のウェーハの内側表面上にシリコンの狭リッジを形成し、前記他方のウェーハの内側表面上に狭金属配線を形成して、前記金属配線が前記ウェーハ上の最も高い特徴部であり、且つこれらが熱圧着のために前記第１のウェーハ上のシリコンリッジに対して垂直に交差して整列するようにする段階を更に含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記シリコンリッジがバイアウェーハ上にあり、前記金属配線が前記嵌合ウェーハ上にある、
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記バイアをドープしてドーピング選択エッチング液に対する耐性を前記バイアに持たせる段階と、
ドーピング選択エッチングで、前記バイアウェーハの外側表面上の前記バイアに対向して前記酸化物内で開いた孔を貫通させ、前記バイアのエッチング耐性のある底部の深さまでピットを形成する段階と、
前記ピットを前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散し、前記バイアを貫通して前記バイアウェーハの外側表面までドープシリコンの連続した層を形成し、前記内側ドープを前記外側表面に接続する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項２１】
前記バイアが、前記ドーピング選択エッチング液に対する耐性を持たせるために、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記バイアウェーハに電圧を印加して、前記バイアと前記バイアウェーハのｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップを形成する段階と、
前記基板の外側表面上の前記バイアに対向して前記酸化物内に開いた孔を貫通させ、前記ｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップの深さまでピットをエッチングする段階と、
前記ピットをｎ型材料で拡散し、前記バイアを貫通して前記外側表面までドープシリコンの連続した層を形成し、前記内側ドープを前記外側表面に接続する段階と、
を更に含む、
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
請求項１１に記載の方法によって形成された電気装置。
【請求項２４】
シリコン基板の一方の側面から他方の側面に電気信号を伝達する導電装置であって、
本質的に平坦な第１及び第２の表面を有し、該表面が熱成長酸化物層で覆われたシリコン基板と、
前記基板の第１の表面で始まり前記基板の厚み未満の深さでブラインドとなり、前記基板の材料とは異なるドーパントで拡散された導電性バイア開口と、
前記第２の表面上で前記バイアに対向し、前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで前記バイアの底部に拡散された区域と、
前記基板の第１及び第２の表面の両方で電気接続をするための金属端子と、
を備える導電装置。
【請求項２５】
前記シリコン基板がｎ型材料から構成され、前記バイアがｐ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項２６】
前記シリコン基板がｐ型材料から構成され、前記バイアがｎ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項２７】
前記バイアがＤＲＩＥを用いて形成される、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項２８】
前記バイア開口が垂直壁で形成される、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項２９】
前記バイアが前記シリコン基板を約９６％貫通してエッチングされる、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項３０】
前記バイアに対向して前記第２の表面で始まり前記バイアの底部で終り、前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散されたピットを更に備える、
ことを特徴とする請求項２４に記載の導電装置。
【請求項３１】
前記バイアが、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項３０に記載の導電装置。
【請求項３２】
前記シリコン基板がｐ型であり、前記バイアがｎ型であり、前記電気化学エッチストップが、前記バイア及び基板のｐ−ｎ接合部で形成される、
ことを特徴とする請求項３０に記載の導電装置。
【請求項３３】
第１のシリコン基板が導電性相互接続を含む第２の基板を用いて電気的に接続される電気装置であって、
本質的に平坦な内側及び外側表面を有し且つ該表面が熱成長酸化物で覆われた、電力を必要とするアクティブ表面を更に含む嵌合ウェーハである第１の基板及び導電性バイアウェーハである第２のシリコン基板と、
前記バイアウェーハの内側表面で始まり前記ウェーハの厚み未満の深さでブラインドとなり、前記バイアウェーハの材料とは異なるドーパントで拡散された複数の導電性バイア開口と、
前記バイアウェーハの外側表面上で前記バイアに対向し、前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで前記バイア底部に拡散された区域と、
前記バイアウェーハの内側及び外側表面の両方で電気接続をするための金属端子と、
を備え、
前記嵌合ウェーハ及びバイアウェーハが前記両ウェーハの内側表面上の狭リッジの熱圧着によって組み立てられる、
ことを特徴とする電気装置。
【請求項３４】
前記バイアウェーハがｎ型材料から構成され、前記バイアがｐ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３５】
前記バイアウェーハがｐ型材料から構成され、前記バイアがｎ型材料で拡散される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３６】
前記バイアがＤＲＩＥを用いて形成される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３７】
前記バイア開口が垂直壁で形成される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３８】
前記バイアが前記シリコン基板を約９６％貫通してエッチングされる、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項３９】
前記一方のウェーハの内側表面上にシリコンの狭リッジと、前記他方のウェーハの内側表面上に狭金属配線とを更に備え、前記金属配線が前記ウェーハ上の最も高い特徴部であり、且つこれらが前記第１のウェーハ上のシリコンリッジに対して垂直に交差して整列するようにする、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項４０】
前記シリコンリッジがバイアウェーハ上にあり、前記金属配線が前記嵌合ウェーハ上にある、
ことを特徴とする請求項３９に記載の電気装置。
【請求項４１】
前記バイアに対向して前記バイアウェーハの外側表面で始まり前記バイアの底部で終り、前記バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散されたピットを更に備える、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項４２】
前記バイアが、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる、
ことを特徴とする請求項４１に記載の電気装置。
【請求項４３】
前記バイアウェーハがｐ型であり、前記バイアがｎ型であり、電気化学エッチストップが、前記バイア及びバイアウェーハのｐ−ｎ接合部で形成される、
ことを特徴とする請求項４１に記載の電気装置。
【請求項４４】
前記嵌合ウェーハのアクティブ表面が圧力センサから構成される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項４５】
前記嵌合ウェーハのアクティブ表面が加速時計から構成される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【請求項４６】
前記嵌合ウェーハのアクティブ表面が集積回路から構成される、
ことを特徴とする請求項３３に記載の電気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
導電性バイアは、半導体ウェーハの一方の側面から他方の側面に電気信号を伝達し、ウェーハの一方の側面の電源からウェーハの他方の側面の電子デバイスに電気信号を送信することを可能にする。ｎ型のシリコン基板を貫通してｐ型のバイアを形成するために早期に開発されたプロセスでは、入口表面から出口表面までの温度勾配を利用してアルミニウムのボールを溶融してウェーハを貫通させ、ウェーハに高導電性のｐ型バイアを残す。しかしながら、この手法の処理条件は制御が困難であり、よってこうしたバイアは一般用途では見られない。
【背景技術】
【０００２】
最近になって、特に集積回路において有用な実用的なバイアが作られている。これらのバイアは、最初にシリコン基板内に開口を形成し、該開口を貫通する孔をエッチングすることにより生成される。深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を利用して孔をエッチングすることにより、ほぼ垂直な壁でバイアを形成することが可能になり、大きさが遙かに小さく、より多数の相互接続を基板内に配置することが可能になった。従来、タングステン又は銅などの導電性金属がバイアを被覆するために用いられてきた。こうした金属を堆積させるのに利用されるプロセスには、蒸着もしくはスパッタリング、化学真空蒸着（ＣＶＤ）、電気めっき、及び無電解めっき（ＥＬＤ）がある。導電性相互接続形成の最終段階では、バイアは、材料を孔の深さ以上にエッチング又は研磨することによりウェーハの裏面から見えるようにされる。
【０００３】
しかしながら、上述の方法でのバイアの形成に付随する問題がある。１つには、再現可能な正確な寸法のバイアを形成するのが困難である。金属でバイアを被覆することにも問題がある。例えば、金属ＣＶＤは、高温で且つ堆積速度の遅いことが必要となる高価なプロセスである。金属スパッタリングは、ＣＶＤと同様の制約があり、その上、特にバイア底部において狭いバイアの開口を均一に充填する際に問題が生じる。従って、導電性バイアを形成するのに使用される現在のプロセスは最適ではない。
【０００４】
金属化バイアによってもたらされる低抵抗又はキャパシタンスは多くの電子デバイスでは必要ではなく、導電性相互接続を形成するための現在の方法を不必要に複雑にしている。従って、バイアの導電性材料がシリコンウェーハのバルクから分離されるように、非金属の高導電性バイアを形成する方法があれば望ましいことになる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明は、シリコン基板内に接合部分離導電性相互接続を形成する方法に関する。本方法は、第１及び第２の平坦な表面を有するシリコン基板を準備する段階と、それぞれの表面上に酸化物層を成長させる段階とを含む。本方法は更に、両表面上の酸化物層内に作られた開口を貫通させて電気端子として用いられることになる区域を形成して該区域をドープする段階と、基板の厚み未満の深さまで基板を貫通して孔をエッチングし、ブラインドバイアを形成する段階と、シリコン基板の材料と異なるドーパントでバイアを拡散し、バイアがシリコン基板の本体から接合部分離されるようにする段階と、バイアに対向する第２の表面上の酸化物内に区域を開き、バイア内で拡散されたものと同じドーパントでバイア底部に対して区域を拡散する段階と、電気端子として使用されることになる区域上に金属を堆積させて、分離された端子を各表面にフォトパターン形成する段階とを含む。
【０００６】
バイア底部が第２の表面から拡散によってだけでは到達できないようなバイア深さである条件下では、本方法は更に、基板を貫通してエッチングされたバイアをドープして、ドーピング選択エッチング液に対する耐性をバイアに持たせる段階と、ドーピング選択エッチングを用いて、第２の表面上のバイアに対向して酸化物内に開いた孔を貫通させ、バイアの底部の深さまでピットを形成する段階と、ピットをバイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散して、内側ドープを外側表面に接続する段階とを含む。或いは、基板がｐ型であり、バイアがｎ型材料でドープされている場合、本方法は更に、基板に電圧を印加してバイアと基板のｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップを形成する段階と、バイアに対向して酸化物内に開いた孔を貫通してｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップまでピットをエッチングする段階と、ｎ型材料でピットを拡散させ、内側ドープを外側表面に接続する段階と、を含む。
【０００７】
本発明はまた、複数の接合部分離導電性相互接続によって電気的に接続された電気装置を形成する方法に関する。本方法は、平坦な表面を有し、嵌合ウェーハである第１の基板とバイアウェーハである第２の基板とを準備する段階と、嵌合ウェーハ及びバイアウェーハの両側の表面上に酸化物を成長させる段階と、熱圧着接続で使用されることになる両ウェーハの内側表面上に狭リッジを形成する段階と、電気端子として使用されることになる区域のために、バイアウェーハの内側及び外側表面上で酸化物内に開口を形成し、この区域をドープする段階と、バイアウェーハの内側表面を貫通してウェーハの厚み未満の深さまで複数の孔をエッチングしブラインドバイアを形成する段階と、バイアウェーハの材料とは異なるドーパントでバイアを拡散し、バイアをウェーハの本体から分離する段階と、バイアに対向するバイアウェーハの外側表面上で酸化物内に区域を開き、バイア内に拡散されたものと同じドーパントでバイア底部に区域を拡散する段階と、嵌合ウェーハと前記バイアウェーハとを熱圧着によって組み立てる段階と、組み立てられたウェーハの表面上に電気端子として金属を堆積させて、当該表面上にフォトパターン形成する段階と、を含む。
【０００８】
１つの実施形態では、本方法は更に、一方のウェーハの内側表面上にシリコンの狭リッジを形成し、他方のウェーハの内側表面上に狭金属配線を形成して、シリコンリッジと金属配線とが互いに垂直に交差するようにする段階を含む。
【０００９】
バイア底部がバイアウェーハの外側表面からの拡散によってだけでは接触を形成することができない場合において、本方法は更に、バイアをドープしてドーピング選択エッチング液に対する耐性をバイアに持たせる段階と、ドーピング選択エッチングで、バイアに対向して酸化物内で開いた孔を貫通させ、バイアの底部の深さまでピットを形成する段階と、バイア内で拡散されたものと同じドーパントでピットを拡散し、バイア内部のドープを外側表面に接続する段階と、を含む。或いは、バイアウェーハがｐ型であり、バイアがｎ型材料でドープされる場合、本方法は更に、バイアウェーハに電圧を印加してバイアとバイアウェーハのｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップを形成する段階と、バイアに対向して酸化物内に開いた孔を貫通させ、ｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップまでピットをエッチングする段階と、ｎ型材料でピットを拡散し、内側ドープを外側表面に接続する段階と、を含む。
【００１０】
本発明はまた、シリコンウェーハの一方の側面から他方の側面に電気信号を伝達する導電装置に関し、該導電装置は、熱成長酸化物層で覆った平坦な第１及び第２の表面を有するシリコン基板と、基板の材料とは異なるドーパントで拡散された導電性ブラインドバイアと、バイア内で拡散されたものと同じドーパントでバイア底部に対して拡散された第２の表面上でバイアに対向する区域と、基板の両表面上に電気接続をするための金属端子と、を備える。バイアの底部が第２の表面からの拡散によってだけでは接触を形成することができない場合には、導電装置は更に、バイアに対向して配置され、第２の表面で始まりバイアの底部で終わり、バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散されたピットを備える。
【００１１】
本発明は更に、第２の基板内の相互接続によって電気的に接続された電気装置に関し、該電気装置が、平坦な内側及び外側表面を有し且つ該表面が熱成長酸化物で覆われた、電力を必要とするアクティブ表面を更に含む嵌合ウェーハである第１の基板及び導電性バイアウェーハである第２のシリコン基板と、バイアウェーハの材料とは異なるドーパントで拡散された複数のブラインドバイアと、バイア内で拡散されたものと同じドーパントでバイア底部に拡散された第２の表面上でバイアに対向する区域と、バイアウェーハの内側及び外側表面の両方で電気接続するための金属端子とを備え、嵌合ウェーハとバイアウェーハとが熱圧着によって組み立てられる。バイアの底部が、バイアウェーハの外側表面からの拡散によってだけでは接触を形成することができない場合では、本方法は更に、バイアに対向して配置され、バイアウェーハの外側表面で始まりバイアの底部で終わり、バイア内で拡散されたものと同じドーパントでバイア底部で拡散されたピットを備える。本発明の１つの実施形態では、嵌合ウェーハのアクティブ表面は圧力センサである。本発明の更に別の実施形態では、嵌合ウェーハのアクティブ表面は加速時計である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の前述及び他の目的、特徴並びに利点は、種々の図を通して同じ符号が同じ要素を示す添付図面に例示されている本発明の好ましい実施形態に関する以下のより詳細な説明から明らかになるであろう。図面は必ずしも一定の縮尺ではなく、本発明の原理を例証する場合には強調されている。
【００１３】
次に本発明の好ましい実施形態を説明する。本明細書で使用される「接合部分離」とは、ある導電型のシリコン基板内の開口を別の導電型のドーパントで拡散し、２つの異なる材料の交差部に接合部を形成することによって該開口を分離することを意味する。本明細書で用いる用語「ブラインド」は、シリコン基板の一方の側面で始まり該シリコン基板を完全には貫通しない開口として定義される。
【００１４】
図１Ａ〜１Ｇを参照すると、シリコンウェーハ内に導電性バイアを形成するための一連のプロセスの断面図が示されている。図１Ａは、平坦な第１の面２及び第２の面３を有するシリコン基板１を示している。図１Ｂでは、第１の面２及び第２の面３の両方に酸化層９が熱成長している。図１Ｃでは、電気端子として使用されることになる区域４のために、両面の酸化層９を貫通して開口が形成される。好ましい実施形態では、区域４は、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素のようなドーパントでドープされる。図１Ｄでは、基板１の厚み未満の深さまで第１の面２を貫通して孔がエッチングされ、ブラインドとなるバイア６を形成する。好ましい実施形態において、バイア６は、ＤＲＩＥを用いて形成される。別の実施形態では、バイア６は、基板１を約９６パーセント貫通してエッチングされる。更に別の実施形態では、バイア６は、垂直又はほぼ垂直な壁を有するように形成される。図１Ｅに示すように、バイア６は、ドーパント７で拡散され、基板１の本体からバイア６を接合部分離する。１つの実施形態では、シリコン基板１は、ｎ型材料から構成され、バイア６は、ｐ型材料で拡散される。別の実施形態では、シリコン基板１は、ｐ型材料から構成され、バイア６は、ｎ型材料で拡散される。図１Ｆでは、区域８がバイア６の底部に対向して酸化物内で開かれ、該区域８はバイア６と同じドーパント７で拡散されてドープシリコンを第２の面３に接続している。図１Ｇでは、基板の両面に金属が体積され、分離端子１０が第１の面２及び第２の面３にフォトパターン形成される。
【００１５】
図２Ａ〜２Ｃには、シリコンウェーハ内に導電性バイアを形成するためのプロセスの別の実施形態が示されており、これらは、バイア底部が図１Ｆのように単に拡散によってだけでは接触を形成することができない場合に利用されるプロセスを示している。図２Ａでは、バイア６はドーパント１１で拡散され、ドーピング選択エッチング液に対する耐性をバイア６に持たせる。好ましい実施形態において、バイア６は、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素のようなドーパントでドープされる。図２Ｂで示されるように、第２の面３上で孔が酸化物を貫通して開かれ、ドーピング選択エッチングでバイア６の底部の深さまでピット１２を形成する。バイア６と同様に、ピット１２は、図２Ｃにおいてドーパント７で拡散され、バイア６を貫通して第２の面３までドープシリコンの連続した層を形成する。これは、バイア６の内部ドーピング７を外側面３に接続し電気的に導通させる。基板１がｐ型でありバイア６内で拡散されたドーパント７がｎ型である代替の実施形態においては、電気化学反応器内で基板１に電圧を印加することによって、ドープバイア６及び基板１のｐ−ｎ接合部に電気化学エッチストップが形成される。その結果、図２Ｂに見られるように、第２の面３上でバイア６に対向し酸化物を貫通して孔が開かれ、ピット１２は、ｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップまでエッチングされる。次いで、図２Ｃに見られるように、ピット１２がｎ型ドーパント７で拡散される。
【００１６】
図３Ａ〜３Ｈを参照すると、複数の接合部分離導電性相互接続によって電気的に接続された第１及び第２のウェーハを備えた電気装置を形成するためのプロセスの透視図が示されている。図３Ａは、平坦な第１の面１４及び第２の面１５を有する第１のシリコン基板１３と、平坦な第１の面１７及び第２の面１８を有する第２のシリコン基板１６とを示している。第１のシリコン基板１３は、嵌合ウェーハであり、第２のシリコン基板１６はバイアウェーハである。図３Ｂでは、酸化物層９が、嵌合ウェーハ１３の両面すなわち面１４及び１５上と、バイアウェーハ１６の両面すなわち面１７及び１８上とで成長している。図３Ｃにおいて、嵌合ウェーハ１３の内側面１５上及びバイアウェーハ１６の内側面１７上には、２つのウェーハの熱圧着において使用されることになる狭リッジ１９及び２０がそれぞれ形成されている。図３Ｄで示されるように、バイアウェーハ１６の表面１７及び１８上に酸化物層１３を貫通して開口が形成され、電気端子として用いられることになる区域２１を形成し、該区域２１は、ドーパント２２で拡散される。好ましい実施形態において、区域２１は、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素のようなドーパントでドープされる。図３Ｅでは、バイアウェーハ１６の厚み未満の深さまでバイアウェーハ１６の内側面１７を貫通して複数の孔がエッチングされ、ブラインドとなるバイア２３を形成する。好ましい実施形態では、バイア２３はＤＲＩＥを用いて形成される。別の実施形態では、バイア２３はバイアウェーハ１６を約９６パーセント貫通してエッチングされる。更に別の実施形態では、バイア２３は、垂直又はほぼ垂直の壁を有するように形成される。図３Ｆでは、バイア２３は、バイアウェーハ１６の材料とは異なるドーパント２４で拡散され、該バイアがバイアウェーハ１６の本体と接合部分離されるようにする。１つの実施形態において、バイアウェーハ１６はｎ型材料から構成され、バイア２３はｐ型材料で拡散される。別の実施形態では、バイアウェーハ１６はｐ型材料から構成され、バイア２３はｎ型材料で拡散される。図３Ｇでは、区域２５は、バイア２３の底部に対向して酸化物内で開かれ、該区域２５はバイアと同じドーパント２４で拡散されて外側面１８に導通される。図３Ｈにおいて、嵌合ウェーハ１３及びバイアウェーハ１６が熱圧着により組み立てられる。別の実施形態では、シリコンの狭リッジが一方のウェーハの内側面上に形成され、狭金属配線が他方の層の内側面上に形成され、シリコンリッジ及び金属配線が図４に示すように交差部４９の区域において熱圧着接続のために互いに対して垂直に交差して整列するようにされる。更に別の実施形態では、バイアウェーハ１６上のリッジ２０はシリコンから作られ、嵌合ウェーハ１３上のリッジ１９は、熱圧着に好適な金属から作られる。図３Ｇでは、金属は、電気接続のために表面区域上に堆積され、このような表面上に電気端子２６がフォトパターン形成される。
【００１７】
２つのウェーハを接合することにより、バイアウェーハの２つの側面、すなわち大気に露出された外側面１８並びに内側面１７の気密分離を可能とすることができ、その結果、バイア２３が高真空になる。このため、接合部分離バイアを備える電気装置を形成し且つ真空を生成するプロセスは、例えば、絶対圧力センサにおけるコネクタを形成する際に特に有利である。加えて、バイアウェーハをほぼ貫通するバイアのエッチングに続いてバイアウェーハの外側面１８上で浅い拡散を行うことにより、フォトパターン形成工程が可能になるようにするには十分なほぼ平坦の外側面がもたらされる。バイアウェーハの外側面をフォトパターン形成するこの能力は、熱圧着後に装置に金を施工するのに有用となるであろう。
【００１８】
図５Ａ〜５Ｃには、複数の接合部分離導電性相互接続によって電気的に接続された第１及び第２のウェーハを備えた電気装置を形成するためのプロセスの別の実施形態が示されており、バイア底部が図３Ｇのように単に拡散によってだけでは接触を形成することができない場合に利用されるプロセスを示している。図５Ａのバイアウェーハ１６上では、バイア２３がドーパント２７で拡散され、ドーピング選択エッチング液に対する耐性をバイアに持たせる。好ましい実施形態において、バイア２３は、立方センチメートル当たり少なくとも４×１０19のホウ素濃度までホウ素でドープされる。図５Ｂに示すように、バイアウェーハ１６の表面１８上で酸化物内で貫通孔（スルーホール）が形成され、ピット２８は、ドーピング選択エッチングでバイアの底部の深さまで形成される。図５Ｃでは、ピット２８は、ドーパント２４で拡散され、バイア２３を貫通してバイアウェーハ１６の外側面１８までドープシリコンの連続した層を形成する。これは、バイア２３の内部ドーピング７を外側面１８に接続し電気的に導通させる。バイアウェーハ１６がｐ型であり、バイア２３がｎ型材料でドープされている場合、電気化学反応器内でバイアウェーハ１６に電圧を印加することによって、ドープバイア６及びバイアウェーハ１６のｐ−ｎ接合部に電気化学エッチストップが形成される代替の実施形態がある。次いで、図５Ｂにおいて見られるように、外側面１８上でバイア２３に対向し酸化物を貫通して孔が開かれ、ピット２７は、ｐ−ｎ接合部で電気化学エッチストップまでエッチングされる。次いで、図５Ｃに見られるように、ピット２７がｎ型ドーパント２４で拡散される。
【００１９】
図６Ａを参照すると、本質的に平坦で平行な第１の面３０及び第２の面３１を備えたシリコン基板２９を有する本発明の実施形態を例証する導電性装置３５が図示されており、面３０及び３１は熱成長による酸化物層で覆われている。基板２９を貫通しているのは、第１の面３０で始まり基板２９の厚み未満の深さでブラインドとなる導電性バイア３２であり、バイア３２は基板２９の材料とは異なるドーパントで拡散される。１つの実施形態では、シリコン基板２９は、ｎ型材料から構成され、バイア３２はｐ型材料で拡散される。別の実施形態では、シリコン基板２９は、ｐ型材料から構成され、バイア３２はｎ型材料で拡散される。更に別の実施形態では、バイア３２は、基板２９を約９６パーセント貫通してエッチングされる。好ましい実施形態では、バイア３２はＤＲＩＥを用いて形成される。更に別の実施形態では、バイア３２は垂直な壁を有して形成される。導電装置３５の表面３０及び３１上には電気的に接続するための金属端子３３がある。
【００２０】
図６Ｂでは、第２の面３１の視野に沿った導電装置３５の図が示されている。好ましい実施形態では、導電装置３５は更に、バイア３２に対向する第２の面３１で始まりバイア３２の底部で終わるピット３４を備え、該ピット３４は、バイア内で拡散されたものと同じドーパントで拡散される。更に、図６Ｂには、電気的に接続するため第２の面３１上に金属端子３３が示されている。
【００２１】
図７を参照すると、第１のシリコン基板３６、嵌合ウェーハ、第２のシリコン基板３９、及び導電性バイアウェーハを有する電気装置４８が示されている。嵌合ウェーハ３６は平行な外側面３７及び内側面３８を有し、バイアウェーハ３９は、平行な内側面４０及び外側面４１を有し、両ウェーハの表面は熱成長酸化物で覆われている。嵌合ウェーハ３６は更に、電力を必要とするデバイスから構成されたアクティブ面３７を含む。全体として、バイアウェーハ３９には、内側面４０で始まりバイアウェーハ３９の厚み未満の深さでブラインドとなる複数の導電性バイア４２があり、バイア４２はバイアウェーハ３９の材料とは異なるドーパントで拡散される。１つの実施形態では、バイアウェーハ３９はｎ型材料から構成され、バイア４２はｐ型材料で拡散される。別の実施形態では、バイアウェーハ３９はｐ型材料から構成され、バイア４２はｎ型材料で拡散される。別の実施形態では、バイア４２は、バイアウェーハ３９を約９６パーセント貫通してエッチングされる。好ましい実施形態では、バイア４２は、ＤＲＩＥを用いて形成される。更に別の実施形態では、バイア４２は、垂直な壁を有して形成される。電気的に接続するための金属端子４３は、バイアウェーハ３９の内側面４０と外側面４１の両方にある。
【００２２】
電気装置４８において、嵌合ウェーハ３６及びバイアウェーハ３９は、嵌合ウェーハ３６上の狭リッジ４４とバイアウェーハ３９上のリッジ４５を熱圧着することによって組み立てられる。好ましい実施形態では、一方のウェーハのリッジはシリコンであり、他方のウェーハのリッジは金属である。特定の好ましい実施形態では、リッジ４４及び４５は互いに垂直に配向され、交差区域が熱圧着の生じる場所であるようにされる。別の実施形態では、嵌合ウェーハ３６のリッジ４４は金属配線であり、バイアウェーハ３９のリッジ４５はシリコンである。
【００２３】
電気装置４８の別の実施形態では、バイア４２に対向するピット４６は、バイアウェーハ３９の外側面４１で始まりバイア４２の底部で終わるように形成され、該ピットはバイア４２内で拡散されたのと同じドーパントで拡散される。
【００２４】
電気装置４８の別の実施形態では、嵌合ウェーハ３６のアクティブ面３７は、表面３７上に電気端子４７を有する圧力センサである。電気装置４８の別の実施形態では、嵌合ウェーハ３６のアクティブ面３７は加速度計である。本発明の別の態様において、嵌合ウェーハ３６のアクティブ面３７は集積回路である。
【００２５】
本発明をその好ましい実施形態を参照しながら図示し且つ説明してきたが、当業者であれば、添付の請求項によって包含される本発明の範囲を逸脱することなく形態及び詳細の種々の変形を行うことができる点は理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｂ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｃ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｄ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｅ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｆ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図１Ｇ】シリコンウェーハ内に接合部分離された導電性バイアを形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図２Ａ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによってブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図２Ｂ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによってブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図２Ｃ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによってブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ａ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｂ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｃ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｄ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｅ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｆ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｇ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図３Ｈ】複数の接合部分離された導電性バイアによって電気的に接続された第１及び第２のシリコンウェーハを備えた電気装置を形成する一連のプロセスを示す断面図である。
【図４】熱圧着による狭リッジのウェーハ間接続を示す図３Ｈの実施形態の断面図である。
【図５Ａ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによって電気装置内のブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図５Ｂ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによって電気装置内のブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図５Ｃ】バイアの底部の深さまでピットを形成することによって電気装置内のブラインドバイアを外側表面に接続する一連のプロセスを示す断面図である。
【図６Ａ】シリコンウェーハの一方の側面から他方の側面に電気信号を伝達する導電装置の透視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの実施形態の底部表面の透視図である。
【図７】複数の導電性バイアを含む第２のシリコンウェーハによって電気的に接続された第１のシリコンウェーハを備える電気装置の透視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  シリコン基板
２  第１の面
３  第２の面
４  区域
６  バイア
７  ドーパント
８  区域
９  酸化層
【図１Ａ】
2008532319.tif 000003
【図１Ｂ】
2008532319.tif 000004
【図１Ｃ】
2008532319.tif 000005
【図１Ｄ】
2008532319.tif 000006
【図１Ｅ】
2008532319.tif 000007
【図１Ｆ】
2008532319.tif 000008
【図１Ｇ】
2008532319.tif 000009
【図２Ａ】
2008532319.tif 000010
【図２Ｂ】
2008532319.tif 000011
【図２Ｃ】
2008532319.tif 000012
【図３Ａ】
2008532319.tif 000013
【図３Ｂ】
2008532319.tif 000014
【図３Ｃ】
2008532319.tif 000015
【図３Ｄ】
2008532319.tif 000016
【図３Ｅ】
2008532319.tif 000017
【図３Ｆ】
2008532319.tif 000018
【図３Ｇ】
2008532319.tif 000019
【図３Ｈ】
2008532319.tif 000020
【図４】
2008532319.tif 000021
【図５Ａ】
2008532319.tif 000022
【図５Ｂ】
2008532319.tif 000023
【図５Ｃ】
2008532319.tif 000024
【図６Ａ】
2008532319.tif 000025
【図６Ｂ】
2008532319.tif 000026
【図７】
2008532319.tif 000027
【国際調査報告】
2008532319.tif 000028