(57)【要約】  平坦ウェハレベルの金属ポストのアレイを製造する方法が、第１ウェハの基板上にフォトレジスト（ＰＲ）パターンモールド内のポストのアレイをメッキすることを含む。基板及びポストのアレイからＰＲパターンモールドを剥離する。150℃未満の温度で、第１ウェハの表面上に酸化物層を適用するステップ、及び化学機械研磨（ＣＭＰ）を用いて、酸化物層とポストのアレイを平坦化するステップを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦ウェハレベルの金属ポストのアレイを製造する方法であって：
第１ウェハの基板の上のフォトレジスト（ＰＲ）パターンモールド内にポストのアレイをメッキするステップと；
前記基板及び前記ポストのアレイからフォトレジストパターンモールドを剥離するステップと；
150℃未満の温度で、前記第１ウェハの表面上に酸化物層を適用するステップと；
前記酸化物層及び前記ポストのアレイを平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）を適用するステップと；
を含む方法。
【請求項２】
請求項１に記載された方法であって、さらに、
前記フォトレジストパターンモールドを剥離するステップの後に、前記ポストの各々の周囲にフォトレジスト層を適用するステップを含む方法。
【請求項３】
請求項２に記載された方法であって、さらに、
前記フォトレジスト層を適用するステップの後に、前記ポストのアレイを個片化するために前記基板上の金属シード層をエッチングするステップを含む方法。
【請求項４】
請求項３に記載された方法であって、さらに、
前記金属シード層をエッチングするステップの後に、前記フォトレジスト層を剥離するステップを含む方法。
【請求項５】
請求項２に記載された方法であって、さらに、
前記化学機械研磨を適用するステップの後に、前記ポストのアレイの露出表面を第２フォトレジスト層で保護するステップを含む方法。
【請求項６】
請求項５に記載された方法であって、さらに、
前記ポストのアレイの露出表面を保護するステップの後に、前記酸化物層の表面を洗浄するステップを含む方法。
【請求項７】
請求項６に記載された方法であって、さらに、
前記酸化物層の表面を洗浄するステップにおいて、前記表面はHClを適用することによって洗浄される、方法。
【請求項８】
請求項１に記載された方法であって、
前記酸化物層を適用するステップにおいて、前記酸化物層が127℃と147℃との間の温度で適用される、方法。
【請求項９】
請求項１に記載された方法であって、
前記酸化物層を適用するステップにおいて、前記酸化物層が135℃と139℃との間の温度で適用される、方法。
【請求項１０】
請求項１に記載された方法であって、前記ポストがインジウムを含む、方法。
【請求項１１】
インジウム相互接続体を伴うボンディングされたウェハセンブリを製造する方法であって：
a)  基板層、絶縁層及び金属シード層を有する第１ウェハを提供するステップであり、前記金属シード層は、前記絶縁層内の第１複数孔を貫通して延在する複数ビアにより前記基板層に接続される、ステップと；
b)  前記金属シード層上にフォトレジストパターンモールドを適用するステップであり、前記フォトレジストパターンモールドを貫通する第２複数孔が前記複数ビアに整合するようにするステップと；
c)  前記第１ウェハ上にインジウムポストのアレイを形成するために、前記フォトレジストパターンモールド内の前記第２複数孔内にインジウムをメッキするステップと；
d)  前記フォトレジストパターンモールドを剥離するステップと；
e)  前記インジウムポストのアレイを個片化するために前記金属シード層の一部をエッチングするステップと；
f)  前記第１ウェハの表面上に150℃未満の温度で酸化物層を適用するステップと；
g)  前記インジウムポストのアレイ及び前記酸化物層を含む平坦表面を形成するために、化学機械研磨を適用するステップと；
h)  ステップa）乃至g）を実行して第２ウェハを生成するステップと；
i)  前記第１ウェハの前記インジウムポストと前記第２ウェハの前記インジウムポストとを整合させるステップと；及び
j）ボンディングされたウェハセンブリを形成するために、前記第１ウェハと前記第２ウェハを一緒にボンディングするステップと；
を含む方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載された方法であって、前記ステップj）において、前記ボンディングは、低温アニーリングプロセスを介して行われる、方法。
【請求項１３】
請求項１１に記載された方法であって、さらに、
前記ステップd）の後及びステップe）の前に、前記インジウムポストの各々の周囲にフォトレジスト層を配置するステップを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載された方法であって、さらに、
前記ステップe）の後及びステップf)の前に、前記フォトレジスト層を剥離するステップを含む方法。
【請求項１５】
請求項１３に記載された方法であって、さらに、
前記ステップg）の後に、前記インジウムポストのアレイの露出表面上に第２フォトレジスト層を配置するステップを含む方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載された方法であって、さらに、
前記第２フォトレジスト層を配置するステップの後に、前記酸化物層の露出表面を洗浄するステップを含む方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載された方法であって、前記酸化物層の露出表面の洗浄は、HClを適用することによって行われる、方法。
【請求項１８】
請求項１１に記載された方法であって、
前記ステップf)において、前記酸化物層が127℃と147℃との間の温度で適用される、方法。
【請求項１９】
請求項１１に記載された方法であって、
前記ステップf)において、前記酸化物層が135℃と139℃との間の温度で適用される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体デバイスの製造に関し、より具体的には、ウェハ相互接続体の作成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ウェハ相互接続体を作るために、種々の製造方法が用いられている。典型的なウェハボンディングプロセスが、直接ボンディングハイブリダイゼーション（hybridization）（DBH又は直接ボンディング相互接続）を用いてウェハを接続することを含む。これは、先ず、パターン化されたフォトレジスト（ＰＲ）のメッキモールドを通して金属シード層上に電気メッキすることによって、２層のウェハ上にポストを形成することを含む。次いで、SiO2の層が金属構造の上に堆積される。次に、表面は、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを使用することによって、平坦化される。次いで、ウェハの平坦表面を整合させ、一緒にボンディングし、アニールする。
【０００３】
インジウムのような低融点を有する特定の金属が、特にコンプライアント相互接続金属を必要とするプロセスにおいて、及び非磁性金属として、相互接続体として使用される場合、望ましい特性を有する。しかしながら、典型的なDBH相互接続製造プロセスは、225℃の温度を超える傾向がある。このような高温でのプロセスは、約157℃の融点を有するインジウムのような低融点金属を、相互接続の前に溶融及び／又は変形させる傾向がある。さらに、特定の低融点相互接続体を含む表面にＣＭＰを適用すると、酸化物ボンディング表面が汚染され、DBHに必要なボンディング強度が得られなくなる。
【０００４】
さらに、典型的なメッキ技術には、相互接続体を開発するプロセスの間に微細ピッチアレイを充填する際の均一性に課題がある。微細ピッチアレイの不均一性は、相互接続性の低下につながる可能性がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述のニーズに照らして、少なくとも1つの態様において、ウェハのDBHのための相互接続体を製造する効果的な方法を可能にするプロセスが必要とされている。そのようなウェハは、相互接続体のための高収率の微細ピッチアレイを供給する一方、低融点材料を用いて実施することができる。
【０００６】
少なくとも1つの態様において、本技術は、平坦ウェハレベルの金属ポストのアレイを製造する方法に関する。ポストのアレイが、第１ウェハの基板の上のフォトレジスト（ＰＲ）パターンモールド内にメッキされる。前記基板及び前記ポストのアレイからフォトレジストパターンモールドが剥離される。150℃未満の温度で、前記第１ウェハの表面上に酸化物層が適用される。前記酸化物層及び前記ポストのアレイを平坦化するために化学機械研磨（ＣＭＰ）が適用される。
【０００７】
いくつかの実施形態において、前記フォトレジストパターンモールドを剥離するステップの後に、前記ポストの各々の周囲にフォトレジスト層が適用される。前記フォトレジスト層を適用するステップの後に、前記ポストのアレイを個片化するために前記基板上の金属シード層がエッチングされる。前記金属シード層をエッチングするステップの後に、前記フォトレジスト層が剥離される。
【０００８】
いくつかの実施形態において、前記化学機械研磨を適用するステップの後に、前記ポストのアレイの露出表面が第２フォトレジスト層で保護される。前記ポストのアレイの露出表面を保護するステップの後に、前記酸化物層の表面が、例えばHClを適用して、洗浄される。前記酸化物層を適用するステップにおいて、前記酸化物層が127℃と147℃との間の温度で適用される。前記酸化物層を適用するステップにおいて、前記酸化物層が135℃と139℃との間の温度で適用される。いくつかの実施形態において、前記ポストがインジウムを含む。
【０００９】
少なくとも１つの実施形態において、本技術は、インジウム相互接続体を伴うボンディングされたウェハセンブリを製造する方法に関する。第１ウェハが、基板層、絶縁層及び金属シード層とともに提供される。前記金属シード層は、前記絶縁層内の第１複数孔を貫通して延在する複数ビアにより前記基板層に接続される。前記金属シード層上にフォトレジストパターンモールドが適用される。前記フォトレジストパターンモールドを貫通する第２複数孔が前記複数ビアに整合するようにされる。前記第１ウェハ上にインジウムポストのアレイを形成するために、前記フォトレジストパターンモールド内の前記第２複数孔内にインジウムがメッキされる。前記フォトレジストパターンモールドが剥離される。前記インジウムポストのアレイを個片化するために前記金属シード層の一部がエッチングされる。前記第１ウェハの表面上に150℃未満の温度で酸化物層が適用される。前記インジウムポストのアレイ及び前記酸化物層を含む平坦表面を形成するために、化学機械研磨が適用される。上記のステップを反復実行して第２ウェハが生成される。前記第１ウェハ及び前記第２ウェハの前記インジウムポストが整合される。ボンディングされたウェハセンブリを形成するために、前記第１ウェハと前記第２ウェハを一緒にボンディングする。
【００１０】
いくつかの実施形態において、前記ボンディングは、低温アニーリングプロセスを介して行われる。前記インジウムポストの各々の周囲にフォトレジスト層を配置する。前記金属シード層のエッチングの後、及び前記酸化物層適用の前に、前記フォトレジスト層を剥離する。ＣＭＰ適用の後に、前記インジウムポストのアレイの露出表面上に第２フォトレジスト層を配置する。前記第２フォトレジスト層を配置するステップの後に、前記酸化物層の露出表面を洗浄する。前記酸化物層の露出表面の洗浄は、HClを適用することによって行われる。前記酸化物層が127℃と147℃との間の温度で適用される。いくつかの実施形態において、前記酸化物層が135℃と139℃との間の温度で適用される。
【００１１】
開示されたシステムが属する技術分野における通常の技術を有する者は、そのシステムをどのように作り、どのように使用するかをより容易に理解できるように、以下の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】本技術に従ったウェハセンブリの製造方法を示すフローチャートである。
【図１Ｂ】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造するための簡略化された方法を示すフローチャートである。
【図２】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図３】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図４】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図５】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図６】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図７】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図８】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図９】本技術に従ったウェハレベル相互接続体を製造する方法中のウェハを概略的に示す断面図である。
【図１０】本技術に従った方法により作製された、ボンディングされたウェハセンブリを概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本技術は、半導体デバイスの製造に関連する多くの従来技術の問題を克服する。簡単に要約すると、本技術は、ウェハ又はウェハアセンブリ、特にインジウムベースの相互接続体を含むことができるウェハアセンブリを製造する方法を提供する。本明細書に開示されたシステム及び方法の利点、ならびに他の特徴は、本発明の代表的な実施形態を記載した図面と併せて取り上げた特定の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、当業者にはより容易に明らかになるであろう。同様の参照番号は、同様の部分を示すために本明細書で使用される。さらに、「上」、「下」、「遠位」及び「近位」などの方向を示す用語は、単に、部品同士の位置関係を説明するために使用されるに過ぎず、例えば、部品の「上」表面は、同じ部品の「下」表面とは別個の表面を説明することを意味するに過ぎない。絶対的方向（すなわち、「上」部分は常に上にある必要がある）を表す単語を意味するものではない。
【００１４】
次に、図１Ａを参照すると、本技術によるウェハレベル相互接続体を製造するための方法100を示すフローチャートが示されている。方法100は、一般に、III−V族半導体デバイスのようなウェハデバイス上に相互接続体を作製し、ウェハセンブリを形成するために別個のウェハと選択的にボンディングすることを含む。図示の例では、方法100は、第1ステップ102から開始する。第１ステップ102は、図２に示すように、デバイス層252、絶縁層254、及び金属シード層256を伴う第１ウェハ250を提供することを含む。第１ウェハ250を製造する予備的なステップが、当技術分野において理解されており、従って、その詳細な説明は省略する。デバイス層252は、典型的には、シリコン基板であり、Al、Cu、注入などから構成された、シリコン基板を貫通して延在する処理回路を含む。絶縁層254は、デバイス層252の上方表面260上に配置され、SiO2、SiNXなどの材料から構成され得る。金属シード層256は、以下でさらに詳しく説明するように、メッキポスト又は相互接続体のために提供され、TiW、Al、Snなどの材料から構成される。絶縁層254は、第１の複数の孔又は穿孔262により破壊され、そこを貫通して、金属シード層256が延び、ビア264を形成する。ビア264は、デバイス層252と、後述するポスト又は相互接続体との間の接続を提供するために使用される。特に、絶縁層254及び金属シード層256の両方は、本明細書に記載される絶縁層254及び金属シード層256に従って機能することが当技術分野で公知である他の材料から追加的に又は代替的に構成されてもよい。
【００１５】
ステップ104で、次に図３を追加して参照すると、相互接続体又はポスト266を作製するために、フォトレジスト（ＰＲ）パターンモールド268が金属シード層256上に適用される。ＰＲパターンモールド268は、絶縁層254内の穿孔262に対応する第２の複数の孔又は穿孔270でパターン化される。ステップ106において、インジウムは、ＰＲパターンモールド268内にメッキされ、ポスト266のアレイを形成する。ＰＲパターンモールド268は、インジウムが酸化物を横切って引きずられないので、改善されたインジウムメッキ均一性を可能にし、ボンディング酸化物からインジウム汚染を低減する。ポスト266は、金属シード層256から成長する小さな緻密なアレイとして形成され、電流が供給されたときに最終的に第１ウェハ250のための相互接続のための高収率の微細ピッチアレイとして機能する。ポスト266は、ビア264に整合する穿孔270内で成長され、それによりビア264がポスト266をデバイス層252へと接続する。かくして、ポスト266は、最終的に、第１ウェハ250上に相互接続体を形成する。インジウムは、開示された方法100内でポスト266を形成するために効果的に使用されることが見出されているが、本明細書で説明される方法は、ウェハ相互接続体の形成に使用され得る他の要素及び／又は材料にも適用可能であることに留意されたい。特に、本明細書に記載される方法100及び他の方法は、相互接続体を形成するポスト266が、200℃未満などの低融点を有する材料／エレメントを含む場合に有効であることが見出された。これは、方法100が、低い融点を有する材料の融解を回避するように設計されているのに対して、相互接続体及び結合ウェハを形成する他のプロセスは、そのような材料を融解及び／又は変形することが多いからである。
【００１６】
ステップ108において、ＰＲパターンモールド268は、図４に示すように剥離またはストリップ（strip）される。次に、図５を参照すると、ステップ109において、ポスト266を囲む第２ＰＲ層272を任意に選択的に配置することができる。ステップ110で、次いで、金属シード層256がエッチングされ、ポスト266が互いに分離される（すなわち、金属シード層256を介して直接接続されない）ようにポスト266を個片化する。エッチングは、例えば、当技術分野で公知のフォトリソグラフィ技法によって達成することができる。第２ＰＲ層272は、金属エッチングプロセスの間、ポスト266を保護し、エッチングプロセスが完了した後、ステップ111でストリッピングすることができる。
【００１７】
ステップ112では、低温酸化物が、図６に示すように、第１ウェハ250の表面276（及び表面276から延びるポスト266の周囲）に適用され、酸化物層274を形成する。一例では、ポスト266がインジウムから構成されている場合、低温酸化物は、約157℃であるインジウムの融解温度より低い。したがって、少なくともいくつかの実施態様において、低温酸化物の温度は、150℃未満の温度で適用される。いくつかの実施態様において、低温酸化物は、127℃から147℃のように、インジウムの融点よりも実質的に20度低い温度で適用される。他の実施形態では、低温酸化物の温度は、135℃〜139℃である。ポスト266にインジウム以外の材料が使用される場合、対応する酸化物温度範囲を適用することができる（例えば、他の材料の融点より実質的に20度低い）。或いは、ポスト266がインジウムよりも高い融点を有する材料から形成される場合、酸化物は、上述の温度範囲の１つの範囲内で適用され得る。ポスト266の融点よりも低い（又は十分に低い）温度で酸化物を適用することによって、ポスト266が酸化物層274の形成中に変形するリスクが少なくなる。このようにして、ウェハ250の完全性が維持される。
【００１８】
酸化物層274が形成された後、第１ウェハ250の新しい表面278が形成され、これは、典型的には、不均一である。したがって、ステップ114で、図７に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）が、次に、不均一表面278に適用される。第１ウェハ250の不均一な表面278にＣＭＰを適用することにより、余分なポスト266及び酸化物層274材料を除去して、表面278を平滑化及び／又は平準化する。酸化物層274及びポスト266が平坦化されるまでＣＭＰが適用され、ウェハ250の平坦で連続した上方表面280を形成する。平坦化された表面280は、後述するように、第１ウェハ250を第２ウェハにボンディングするのを助ける。
【００１９】
次に、ステップ116において、ポスト266の表面は洗浄することなく、酸化物層274の表面282が、選択的に洗浄される。図8は、洗浄中にポスト266の保護キャップとして機能するために、ポスト266の上に第２ＰＲ層284を配置する選択的な中間ステップを示す。洗浄は、典型的には、酸のような物質を酸化物層274の表面282に適用することを含む。例えば、HClが、酸化物層274の表面282上に適用され得る。表面282の洗浄によって、ポスト266の形成によって生じた汚染物（例えば、酸化物層274上のインジウム汚染物）を除去し、他のウェハと効果的にボンディングするための第１ウェハ250の準備を助ける。洗浄が完了した後、第２ＰＲ層284は、当技術分野で公知の任意の手段を使用して、図９のポスト266から剥離またはストリップ（strip）することができる。ここで、第１ウェハ250は、他のウェハへのボンディングの準備ができている。
【００２０】
次に、図10を参照すると、第１ウェハ250は、第１ウェハ250と同様又は同一である第２ウェハ286にボンディングすることができ、ウェハセンブリ290を形成できる。例えば、ステップ118において、上述のステップ（すなわち、102〜116）を２回目に実施して、第２ウェハ286を形成し、それをボンディングのために準備することができる。その目的のために、第２ウェハ286は、同様に、第１ウェハ250内のポスト266と同様に、第２ウェハ286内の同様の位置にインジウム（又は相互接続体を形成するための他の低温材料）から構成されるポスト288を含むことができる。第２ウェハ286内の同様の位置にポスト288を形成することにより、第1及び第２ウェハ250、286のポスト266、288を良好に位置合わせ（整合）することができる。例えば、図10は、同様に配置されたポスト266、288を有する第１ウェハ250及び第２ウェハ286を示す。ステップ120において、第１ウェハ250のポスト266は、次いで、別個のデバイス（図には示されていない）を使用して、第２ウェハ286のポスト288に整合される。次いで、両ウェハ250、286は、ステップ122においてボンディングされ、ウェハセンブリ290を形成する。ボンディングは、例えば、低温アニーリングプロセスによって達成することができる。一旦ボンディングされると、ポスト266、288は、ウェハ250、286の間に相互接続体を提供する。
【００２１】
特に、上述のように、図１Ａに示される製造方法のすべてのステップが絶対的に必要であるわけではない。図１Ａに示された種々のステップは、異なる利点を提供し得るが、図１Ａに示された方法は、所望であれば、図１Ａに示されたステップの一部のみを用いてウェハを製造することによって簡略化することができる。その目的のために、本技術に従ってウェハを製造する簡略化された方法130が図１Ｂに示されている。
【００２２】
次に、図１Ｂを参照すると、方法130は、図３に示すように、ポスト266のようなポストのアレイを第１ウェハ250の基板上にメッキすることから始まる。方法100に関して説明したように、ポスト266は、金属シード層256、絶縁層254、及びデバイス層252から構成される基板の金属シード層256から成長させることができる。さらに、ポスト266は、ＰＲパターンモールド268内で成長させることができる。変形的には、ポスト金属は、物理蒸着、化学蒸着等を用いて堆積することができる。
【００２３】
ステップ134において、ポスト266が形成された後、ＰＲパターンモールド268は、図４に示すように、第１ウェハ250から剥離又はストリップすることができる。次に、図６に示すように、ステップ136で、第１ウェハ250の表面上に低温酸化物が適用され、酸化物層274が形成される。上述したように、低温酸化物は、ポスト266の融点より実質的に20度（degree）以下の温度で適用することができる。例えば、ポスト266がインジウム（約157℃の融点を有する）である場合、低温は、127℃から147℃の間、135℃から139℃の間、又は単に150℃未満で適用することができる。低温酸化物は、ポスト266を形成するために使用される他の材料の融解温度よりも低い同様の範囲で適用することができ、あるいは、使用される材料に関係なく、上述の温度範囲を適用することができる。最後に、ステップ138で、ＣＭＰが、図７に見られるように、第１ウェハ250の表面に適用され、ポスト266及び酸化物層274によって形成される表面280を平坦化する。次いで、ステップ116に関して説明したように、第１ウェハ250を選択的に洗浄し、次いで、ステップ120〜122で説明したように、図１０に示すように、第２ウェハ286に接合してウェハセンブリ290を形成することができる。注目すべきことに、異なる実施形態では、方法100に関して図１Ａに開示され、及び／又は本明細書で図示されるステップのいずれかのステップ又は組み合わせは、所望であれば、方法130に関して図１Ｂに開示された工程と組み合わせて、追加の利点を提供することができる。
【００２４】
いくつかの要素の機能は、代替的な実施形態において、より少ない要素又は単一の要素によって実行され得ることが、当業者には理解されるであろう。同様に、いくつかの実施形態において、任意の機能要素が、図示された実施形態に関して記載されたものよりも少ない、又は異なる動作を行うことができる。また、例示の目的のために別個に示された機能要素（例えば、金型など）は、特定の実施形態において他の機能要素内に組み込むことができる。
【００２５】
本技術は好ましい実施形態に関して説明されてきたが、当業者は、本技術の精神又は範囲から逸脱することなく、種々の変更及び／又は修正を本技術に加えることができることを容易に理解するであろう。例えば、各クレームは、そのようなクレームが最初にクレームされていなくても、多項従属方式で、いずれか又は全てのクレームから従属することができる。さらに、様々な実施形態では、示された方法は、示されたステップの任意の組み合わせで、又は示されたステップの一部の任意の組み合わせで実施することができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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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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【国際調査報告】
2021506137.tif 000014
2021506137.tif 000015
2021506137.tif 000016