(57)【要約】  半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供するものであり、半導体ウエハの場合により凹状になった部分に犠牲膜（１１０）を形成すること、そのウエハの片面に面する犠牲膜の露出部分を覆うようにウエハの片面上に金属被膜（１２４）を堆積すること、ウエハの他面に面する犠牲膜の露出部分を場合によりエッチングした後に除去すること、及び既に堆積した金属被膜に接触するように該ウエハの他面上に金属被膜（１３０）を堆積することを含む。薄い金属膜を使用してコンデンサ型及び他の構造を提供するための技術も開示する。
2010505259.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供する方法であって、
該ウエハの該第２面に１以上の微小ビアをエッチングすること；
該第２面上に、該１以上の微小ビアの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該１以上の微小ビアをエッチングしたエリアで、該エッチング停止層の一部がキャビティ内に露出するような深さまで該ウエハの該第１面に該キャビティをエッチングすること；
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積すること；
続いて、該１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアから、該エッチング停止層の領域を除去すること；
及び
該ウエハの他面に金属被膜を堆積して、該第１面上に堆積した該金属被膜を該第２面上に堆積した該金属被膜と接触させて該１以上の微小ビアがエッチングされた箇所に対応するエリアに該ウエハ貫通相互接続を形成すること、
を含む、ウエハ貫通相互接続提供方法。
【請求項２】
該半導体ウエハがシリコンを含み、該エッチング停止層が二酸化ケイ素または窒化ケイ素の内の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該半導体ウエハがシリコンを含み、エッチング停止層を設けることが二酸化ケイ素層を熱的に成長することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該キャビティの寸法が、該１以上の微小ビアのそれぞれの対応する寸法よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該エッチング停止層の薄い膜が該キャビティ中に露出するような深さまで、該ウエハの該第１面に該キャビティをエッチングする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該キャビティの深さ及び該１以上の微小ビアの平均深さの合計が該ウエハの総厚みを超えるような深さまで、該キャビティをエッチングすることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積する前に、該半導体ウエハの表面上に絶縁層を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該方法が、該エッチング停止層の一部が該キャビティ内に露出して残るように、該第１面に該キャビティをエッチングした後に該ウエハの該第１と第２面上に、厚みが該エッチング停止層の厚みよりも大きい酸化物層を選択的に成長させることを含むとともに、
該エッチング停止層の領域を除去することが、該エッチング停止層及び該酸化物層の両方をエッチングするエッチング液を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
該酸化物層を熱的に成長することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
該酸化物層が該エッチング停止層の少なくとも３倍の厚みである、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供する方法であって、
該ウエハの該第１面にキャビティをエッチングすること；
該ウエハの該第１面上に、該キャビティの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該ウエハの該第２面に、該エッチング停止層に到達するような深さまで１以上の微小ビアをエッチングすること；
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積すること；
続いて、該１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアから、該エッチング停止層の領域を除去すること；
及び
該ウエハの他面に金属被膜を堆積して、該第１面上に堆積した該金属被膜を該第２面上に堆積した該金属被膜と接触させて該１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアに該ウエハ貫通相互接続を形成すること、
を含むウエハ貫通相互接続提供方法。
【請求項１２】
該半導体ウエハがシリコンを含み、該エッチング停止層が二酸化ケイ素または窒化ケイ素の内の少なくとも一つを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
該半導体ウエハがシリコンを含み、エッチング停止層を設けることが二酸化ケイ素層を熱的に成長することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
該キャビティの寸法が、該１以上の微小ビアのそれぞれの対応する寸法よりも大きい、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
該エッチング停止層の薄い膜が該キャビティ中に露出するような深さまで、該１以上の微小ビアをエッチングする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積する前に、該半導体ウエハの表面上に絶縁層を提供することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
該方法が、該エッチング停止層の一部が該キャビティ内に露出して残るように、該第２面に該微小ビアをエッチングした後に該ウエハの該第１と第２面上に、厚みが該エッチング停止層の厚みよりも大きい酸化物層を選択的に設けることを含むとともに、
該エッチング停止層の領域を除去することが、該エッチング停止層及び該酸化物層の両方をエッチングするエッチング液を使用することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
該酸化物層を熱的に成長することを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
該酸化物層が該エッチング停止層の少なくとも３倍の厚みである、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供する方法であって、
該半導体ウエハの該第２面にエッチング停止層を設けること；
該エッチング停止層の一部が露出するように該ウエハの第１面に孔をエッチングすること；
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積すること；
続いて、該孔に対応する該エッチング停止層の領域を除去すること；
及び
該ウエハの他面に金属被膜を堆積して、該第１面上に堆積した該金属被膜を該第２面上に堆積した該金属被膜と接触させて該孔をエッチングした箇所に対応するエリアに該ウエハ貫通相互接続を形成すること、
を含む、ウエハ貫通相互接続提供方法。
【請求項２１】
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積する前に、該半導体ウエハの表面上に絶縁材を提供することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
該方法が、該エッチング停止層の一部が該第１面の該孔に露出して残るように、該第１面に該孔をエッチングした後に該ウエハの該第１と第２面上に、厚みが該エッチング停止層の厚みよりも大きい酸化物層を選択的に設けることを含むとともに、
該エッチング停止層の領域を除去することが、該エッチング停止層及び該酸化物層の両方をエッチングするエッチング液を使用することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通構造を提供する方法であって、
既存の半導体ウエハに犠牲誘電体膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように、該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること；
及び
先に堆積した該金属被膜と接触するように該ウエハの他面上に金属被膜を堆積すること、
を含む、ウエハ貫通構造提供方法。
【請求項２４】
該犠牲膜が二酸化ケイ素または窒化ケイ素の内の少なくとも一つを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
該犠牲膜の露出部分を除去することが該露出部分をエッチングすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
該金属被膜をパターニングしてインダクタを形成することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
該金属膜をパターニングして可動カンチレバー構造を形成することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
該ウエハの該他面に面する該犠牲膜の露出部分の一部のみを除去し、そして該方法が、該金属被膜をパターニングして該半導体ウエハの単一の密閉ビアを介す複数の電気相互接続を形成することをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにコンデンサ型構造を提供する方法であって、
該ウエハの該第２面に１以上の微小ビアをエッチングすること；
該第２面上に、該１以上の微小ビアの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該１以上の微小ビアをエッチングしたエリアで、該エッチング停止層の一部がキャビティ内に露出するような深さまで該ウエハの該第１面に該キャビティをエッチングすること；
及び
該ウエハの両面上に金属被膜を堆積して、該金属皮膜層間に挟まれた該エッチング停止層の一部を含むコンデンサ型構造を形成すること、
を含む、コンデンサ型構造提供方法。
【請求項３０】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにコンデンサ型構造を提供する方法であって、
該ウエハの該第１面にキャビティをエッチングすること；
該ウエハの該第１面上に該キャビティの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該ウエハの該第２面に該エッチング停止層に到達するような深さまで１以上の微小ビアをエッチングすること；
及び
該ウエハの両面上に金属被膜を堆積し、該金属被膜層間に挟まれた該エッチング停止層の一部を含むコンデンサ型構造を形成すること、
を含む、コンデンサ型構造提供方法。
【請求項３１】
既存の半導体ウエハに犠牲膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該金属被膜の少なくとも一部が金属膜を形成するように、該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること、
を含む方法。
【請求項３２】
該金属膜をパターニングしてインダクタを形成することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
該金属膜をパターニングして可動カンチレバー構造を形成することを含む、請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
微小部品を内蔵するパッケージを製作する方法であって、
既存の半導体ウエハに犠牲膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように、該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該金属被膜の少なくとも一部が金属膜を形成するように、該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること；
該金属膜を有する該半導体ウエハを、該微小部品を内蔵するための該パッケージの一部として使用すること；
及び
該パッケージの密閉性を評価するために該金属膜を使用すること、
を含む、パッケージ製作方法。
【請求項３５】
該パッケージの密閉性を評価することが、該金属膜の形状の変化を検知することを含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
相対応力または漏出速度を測定するために該変化を使用することを含む、請求項３５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００６年９月２６日に出願された米国仮特許出願第６０／８４８，０４３号の優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
この開示は、薄い誘電体膜を用いたウエハ貫通電気相互接続及びその他構造を形成する技術に関する。
【背景技術】
【０００３】
本出願の譲受人に譲渡された米国特許第６,８１８,４６４号は、フィードスルー金属被膜プロセス（ｆｅｅｄ−ｔｈｒｏｕｇｈ  ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ  ｐｒｏｃｅｓｓ）によって密封した１以上のスルーホールを有する半導体構造を提供する両面エッチング技術を開示する。フィードスルー金属被膜プロセスは電気めっき技術を使用することを含んでもよい。半導体構造は例えば、オプトエレクトロニクスまたは他のデバイスまたは集積回路を封止するパッケージのリッド（蓋）として使用することができる。ウエハ貫通電気相互接続は、例えば、パッケージの外側からパッケージ内に封入されたデバイスや回路に電気接触を提供することができる。
【０００４】
前述の特許に開示された特定の具体例によれば、両面エッチング技術は、埋設されたエッチング停止層を含むシリコンウエハ上で行われる。ウエハ貫通電気相互接続を満足に得ることができても、半導体ウエハに埋設されたエッチング停止層を含むことが高価になることがある。同様に、フィードスルー金属被膜を形成するために電気めっき技術を使用することも高価になることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、埋設エッチング停止層の必要性を除去することができ、且つフィードスルー金属被膜を形成するために電気めっき技術を使用することを要しない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の態様によれば、ウエハ貫通電気相互接続の製作は犠牲膜の形成を含む。
【０００７】
例えば、半導体ウエハにウエハ貫通電気相互接続を提供する一つの方法は、既存の半導体ウエハに犠牲膜を形成すること、ウエハの片面に面する犠牲膜の露出部分を覆うようにそのウエハの片面上に金属被膜を堆積すること、そのウエハの他面に面する犠牲膜の露出部分を除去すること、及び既に堆積した金属被膜に接触するようにウエハの前記他面上に金属被膜を堆積することを含む。
【０００８】
いくつかの実施例において、犠牲膜は二酸化ケイ素または窒化ケイ素である。
【０００９】
他の態様において、第１と第２の面を含む半導体ウエハに、ウエハ貫通相互接続を提供するための方法が開示されている。その方法は、ウエハの第２面に１以上の微小ビアをエッチングすること、及び微小ビアの表面を覆うエッチング停止層を第２面上に設けることを含む。微小ビアをエッチングしたエリアで、エッチング停止層の一部がキャビティ内に露出するような深さまでウエハの第１面にキャビティをエッチングする。その方法は、ウエハの片面上に金属被膜を堆積し、続いて微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアからエッチング停止層の領域を除去することを含む。金属被膜をウエハの他面に堆積して、第１面上に堆積した金属被膜を第２面上に堆積した金属被膜と接触させて、微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアにウエハ貫通相互接続を形成する。
【００１０】
他の実施例においては、ウエハの第２面に微小ビアをエッチングする前に、ウエハの第１面にキャビティをエッチングすることができる。したがって、例えば、第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供する方法は、ウエハの第１面にキャビティをエッチングすること、キャビティの表面を覆うエッチング停止層をウエハの第１面上に設けること、及び１以上の微小ビアがエッチング停止層に到達するような深さまでウエハの第２面に１以上の微小ビアをエッチングすることを含み得る。金属被膜をウエハの片面上に堆積し、続いてエッチング停止層の領域を１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアから除去することができる。ウエハの他面に金属被膜を堆積し、第１面上の金属被膜を第２面上に堆積した金属被膜と接触させて、１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアにウエハ貫通相互接続を形成することができる。
【００１１】
前述の技術が両面エッチング技術（すなわち、微小ビアを形成するために片側面からエッチング、及びキャビティを形成するために他面からエッチング）を使用するが、いくつかの実施例においては、ウエハ貫通孔は、ウエハの片面だけからエッチングしてもよい。
【００１２】
いくつかのケースにおいて、前記技術によって、密封したウエハ貫通相互接続を得ることができる。
【００１３】
薄い金属膜を、コンデンサ型及び他の構造、例えば薄膜インダクタ及びカンチレバー構造のようなものの形成に用いることもできる。
【００１４】
以下の詳細な説明、添付図及び特許請求の範囲から、他の特徴及び利点が理解される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１Ａ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図１Ｂ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図１Ｃ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図１Ｄ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図１Ｅ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図１Ｆ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図２Ａ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施を説明した図である。
【図２Ｂ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施を説明した図である。
【図２Ｃ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施を説明した図である。
【図２Ｄ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施を説明した図である。
【図２Ｅ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施を説明した図である。
【図２Ｆ】薄い犠牲誘電体膜を用いたウエハ貫通相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの他の実施例を説明した図である。
【図３】薄い誘電体膜を用いたウエハ貫通のコンデンサ型相互接続を形成するための両面エッチングプロセスの例を説明した図である。
【図４Ａ】薄い犠牲誘電体膜を用いた金属カンチレバー構造またはインダクタを形成するための単一面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図４Ｂ】薄い犠牲誘電体膜を用いた金属カンチレバー構造またはインダクタを形成するための単一面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図４Ｃ】薄い犠牲誘電体膜を用いた金属カンチレバー構造またはインダクタを形成するための単一面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図４Ｄ】薄い犠牲誘電体膜を用いた金属カンチレバー構造またはインダクタを形成するための単一面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図４Ｅ】薄い犠牲誘電体膜を用いた金属カンチレバー構造またはインダクタを形成するための単一面エッチングプロセスの実施を説明した図である。
【図５】図４Ａ〜図４Ｅのプロセスによる金属カンチレバー構造の上面図である。
【図６】図４Ａ〜図４Ｅのプロセスによるインダクタの上面図である。
【図７Ａ】半導体ウエハの単一孔を通して形成した複数の電気相互接続の例を説明した図である。
【図７Ｂ】図７Ａのウエハ貫通相互接続の上面図である。
【図８Ａ】単一の密閉ビアを通した複数の電気相互接続を形成するプロセスのステップを説明した図である。
【図８Ｂ】単一の密閉ビアを通した複数の電気相互接続を形成するプロセスのステップを説明した図である。
【図９Ａ】図８Ａと図８Ｂのプロセスに付随する電気相互接続の上面図である。
【図９Ｂ】図８Ａと図８Ｂのプロセスに付随する電気相互接続の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ウエハ貫通金属被膜を形成できる孔を画定するために、半導体ウエハ上で行う両面及び単一面エッチング技術を含む実施を開示する。図１Ａ〜図１Ｆは、両面エッチング技術を用いたウエハ貫通相互接続プロセスの実施例を説明するもので、そこではキャビティのエッチングよりも先に半導体ウエハ１００にビアをエッチングする。図１Ａに示すように、半導体ウエハ１００は、第１面１０２と第２面１０４を含む。それぞれ底部１０７、１０９をもつ微小ビア１０６、１０８は、半導体ウエハ１００の第２面１０４にあらかじめ設定した深さまでエッチングされ得る。例えば、半導体ウエハ１００は、水酸化カリウム（ＫＯＨ）で異方性エッチングされ得るシリコン（Ｓｉ）ウエハとすることができる。
【００１７】
図１Ａは、２つのピラミッド形状の微小ビア１０６、１０８を図示するものである。しかし、微小ビアは、異なる形状で、例えば正方形または長方形で、半導体ウエハの半面に形成することができる。また、微小ビアの数は２つに制限されず、１または３以上の微小ビアをエッチングしてもよい。微小ビアの数とそれらの形状は、例えば、半導体サイズ及びプロセス条件だけでなく回路接続性の要求も基にして決定され得る。
【００１８】
次に、図１Ｂで、半導体ウエハ１００のエッチングした第２面１０４にエッチング停止層１１０を堆積する。エッチング停止層１１０は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）及び／または窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）からなることができる。二酸化ケイ素層は、例えば、熱酸化プロセスを用いて成長させることができる。熱酸化プロセスを用いる場合、エッチング停止層の材料がウエハの両面を覆ってもよい。二酸化ケイ素層はまた、半導体ウエハ１００のための絶縁またはパッシベーションとして働くこともできる。
【００１９】
半導体ウエハ１００の第２面１０４にエッチング停止層１１０を覆って、エッチングマスク層１１２を堆積する。エッチングマスク層１１２も、例えば二酸化ケイ素及び／または窒化ケイ素からなることができる。エッチング停止層１１０とエッチングマスク層１１２に同一層組成物を使う必要はない。例えば、エッチングマスク層１１２は、低圧化学気相成長（ＬＰＣＶＤ）プロセスを使って堆積する窒化ケイ素からなり得る。
【００２０】
また、図１Ｂに示すように、エッチングマスク層１１４を半導体ウエハ１００の第１面１０２に堆積する。エッチングマスク層１１４は、ウエハの第１面１０２にその後に形成する１以上のキャビティ孔を画定する。
【００２１】
次に、図１Ｃに示すように、１以上のキャビティ（例えばキャビティ１１６）が画定され、半導体ウエハ１００の第１面１０２からエッチングされる。キャビティ１１６を形成するのに使用するエッチング技術は、微小ビア１０６、１０８を形成するのに使用したものと同一の技術でもよい。キャビティ１１６は、薄い膜１２０、１２２が微小ビア１０６、１０８それぞれによって画定されたエリアに残るように、あらかじめ設定した深さまでエッチングすることができる。その薄い膜１２０、１２２は、エッチング停止層１１０の材料によって形成される。この例では、エッチングされたキャビティ１１６は、微小ビア１０６及び１０８よりも大きい。
【００２２】
図１Ｃに示した実施では、キャビティ１１６と微小ビア１０６、１０８のそれぞれのエッチング深さの合計が半導体ウエハの総厚みを超えるので、キャビティ１１６の底部が微小ビア１０６、１０８それぞれの底部１０７、１０９を越えたところまで達する。薄い膜１２０、１２２のそれぞれの一部が、それゆえ、キャビティ１１６内に露出する。その後、エッチングマスク層１１２、１１４を剥ぎ取ることができる。例えば、エッチングマスク層１１２、１１４が窒化ケイ素からなっている場合、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）プロセスを、層を剥ぎ取るのに使用してもよい。いくつかの実施において、リン酸を用いるウェットエッチングプロセスを、エッチングマスク層を剥ぎ取るのに使用することができる。
【００２３】
図１Ｄに、酸化された半導体ウエハ１００を示す。半導体ウエハ１００がシリコンからなっている例では、例えば熱酸化プロセスを用いて、酸化物層を成長させることができる。酸化物１１８（例えばＳｉＯ2）の厚い領域（例えば１２００ｎｍ）をシリコン半導体ウエハの表面（例えばシリコンが存在する領域内）に形成することができる。酸化物（例えばＳｉＯ2）の比較的薄い領域（例えば４００ｎｍ）がシリコンがないエリアに残る。例えば、エッチング停止層１１０の薄い膜１２０、１２２は、微小ビア１０６、１０８それぞれによってあらかじめ画定されたエリアに残る。
【００２４】
次に、図１Ｅに示したように、薄い金属フィルム１２４を半導体ウエハ１００の第２面１０４に堆積する。金属フィルム１２４は薄い膜１２０、１２２を覆い、金属膜１３２、１３４をそれぞれ形成する。例えば、銅の薄いフィルム（例えば３〜４マイクロメートル）を、物理気相成長法（ＰＶＤ）または他のプロセスで堆積してもよい。
【００２５】
次いで、薄い膜１２０、１２２（すなわちエッチング停止材料）のキャビティ１１６内に露出する部分を、除去することができる。例えば、フッ化水素酸（ＨＦ）ベースのエッチング液をエッチング停止層材料のそれらの部分を除去するために用いてもよい。シリコン１００上の酸化物１１８が薄い膜１２０、１２２よりも厚いため、薄い膜１２０、１２２の露出部分をエッチング除去することができ、いくらかの酸化物１１８がシリコン１００の領域上に残り電気的絶縁を提供する。シリコン上により厚い酸化物が存在するため、エッチング停止層膜１２０、１２２をエッチングする間、別のエッチングマスクを要しない。
【００２６】
次に、図１Ｆに示すように、薄い金属フィルム１３０を、ウエハの第１面１０２上に堆積する。薄いフィルム１３０は金属膜１３２、１３４の露出部分に直接堆積され、半導体ウエハ１００の２つの面の間に電気接触を形成することができる。第１面の薄い金属フィルム１３０は第２面の薄い金属膜１２４に接触し、微小ビア１０６と１０８が既に画定されたエリアにウエハ貫通接続１２６、１２８を形成する。
【００２７】
代わりの実施として、薄い金属フィルム１２４を半導体ウエハ１００の第２面１０４に堆積する前に、薄い金属フィルム１３０を第１面１０２に堆積し、そして薄い膜１２０、１２２を除去することができる。
【００２８】
図２Ａ〜図２Ｆは、両面エッチング技術を用いたウエハ貫通相互接続プロセスの実施例を図示するもので、微小ビアをエッチングする前に半導体ウエハ２００にキャビティをエッチングする。図２Ａに示すように、半導体ウエハ２００は、第１面２０２と第２面２０４を含む。キャビティ（例えばキャビティ２０６）は、半導体ウエハ２００の第１面２０２からエッチングされる。
【００２９】
例えば、半導体ウエハ２００はシリコンウエハでもよい。キャビティ２０６をあらかじめ設定した深さにエッチングして、シリコンウエハに薄いシリコン膜２０８（例えば２０μｍ）を形成することができる。標準のエッチング技術をキャビティ２０６の形成に使用することができる。例えば、キャビティ２０６を水酸化カリウムで異方性エッチングすることができる。
【００３０】
図２Ｂは、エッチング停止層２１０を、半導体ウエハ２００のエッチングされた第１面２０２に堆積した図である。エッチング停止層２１０は、例えば、熱成長した二酸化ケイ素及び／または窒化ケイ素の層からなってもよい。この二酸化ケイ素層はまた、誘電体層として働くこともできる。
【００３１】
また、図２Ｂに示すように、エッチングマスク層２１２を、半導体ウエハ１００の第１面２０２にエッチング停止層２１０を覆うように堆積することができる。エッチングマスク層２１２も、例えば二酸化ケイ素及び／または窒化ケイ素からなり得る。エッチング停止層２１０とエッチングマスク層２１２に同一の層組成物を使用する必要はない。
【００３２】
次に、エッチングマスク層２１４をまた、第２面２０４に堆積してもよい。例えば、窒化ケイ素エッチングマスク層をＬＰＣＶＤプロセスを使用して堆積してもよい。
【００３３】
次に、半導体ウエハ２００の第２面２０４に孔をエッチングして微小ビアを画定することができる。図２Ｃに、既に形成した、より大きいキャビティ２０６の反対側に形成する微小ビア２１６、２１８を示す。微小ビア２１６、２１８はエッチング停止層２１０までエッチングすることができる。エッチング停止層２１０とエッチングマスク層２１２からなる薄い膜２１７、２１９が、キャビティ２０６と微小ビア２１６、２１８の間のエリアに残る。微小ビアを作るのに使用するエッチング技術は、キャビティを形成するのに使用する技術と同一でもよい。
【００３４】
微小ビアは、異なった形状及び様々な個数であってもよい。図２Ｃは、２つのピラミッド形状の微小ビア２１６、２１８を示す。他の実施では、１つだけまたは３つ以上の微小ビアをエッチングしてもよく、微小ビアは長方形または他形状であってもよい。
【００３５】
次に、図２Ｄに示すように、エッチングマスク層２１２、２１４を剥ぎ取る。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を窒化ケイ素エッチングマスク層を剥ぎ取るのに使用してもよい。半導体ウエハ２００をそれから熱酸化プロセスで酸化して、半導体ウエハ２００の両面に酸化物２１９、２２１の比較的厚い領域を形成することができる。エッチング停止層２１０からなる薄い膜２２０、２２２が、キャビティ２０６と微小ビア２１６、２１８それぞれの間に残る。酸化物層２１９、２２１は、膜２２０、２２２よりも厚く成長する。
【００３６】
図２Ｅに示すように、薄い金属フィルム２２４を、半導体ウエハ２００の第２面２０４に堆積する。薄い金属フィルム２２４は、微小ビアの側面に沿って延在すべきであり、薄い膜２２０、２２２を覆うべきである。例えば、銅の薄いフィルム（例えば３〜４μｍ）をＰＶＤまたは他プロセスによって堆積してもよい。
【００３７】
図２Ｆに示すように、薄い膜２２０、２２２（すなわちエッチング停止材料）を除去する。例えば、ＨＦエッチングプロセスを薄い膜２２０、２２２を除去するのに用いてもよい。より厚い酸化物層２１９はシリコン領域に残って電気的絶縁を提供することができる。シリコン上のより厚い酸化物２１９の存在のために、エッチング停止層膜２２０、２２２を除去する間、別のエッチングマスクを要しない。
【００３８】
次に、薄い金属フィルム２２６を第１面２０２に堆積する。薄いフィルム２２６を微小ビア２１６、２１８それぞれのエリア上に直接堆積して、半導体ウエハ２００の２つの面の間に電気接触を形成することができる。第２面の薄い金属フィルム２２４は第１面の薄い金属フィルム２２６と接触して、ウエハ貫通接続２２８、２３０を形成する。
【００３９】
代わりの実施では、ウエハの第２面に薄い金属フィルム２２４を堆積する前に、薄い金属フィルム２２６をウエハの第１面に堆積してそして薄い膜２２０、２２２を除去してもよい。
【００４０】
前述のウエハ貫通金属被膜が完成したならば、更なるエッチング及び堆積工程によって半導体ウエハの片面または両面に金属構造を形成して、例えば電気的な相互接続を行うとともにはんだパッドを設けてもよい。
【００４１】
前述の技術は両面エッチング（すなわち微小ビアを形成するために片面からエッチングし、より大きなキャビティを形成するために他面からエッチングする）を使用するが、一部の応用では、ウエハ貫通孔をウエハの片面だけからエッチングすることができる。例えば、大きなキャビティを、ウエハの片面（例えば第１面）から第２面のエッチング停止（例えばＳｉＯ2）層を備えたウエハの第２面まで通して、エッチングすることができる。２つの金属の堆積及びエッチング停止膜の除去を、上述（以下に示す図４Ａ〜図４Ｄを参照）のように行うことができる。
【００４２】
金属膜は他の用途にも同様に用いることができる。例えば、金属膜をパッケージの密閉性の測定に用いてもよく、そのパッケージは非常に小さなミクロン及びサブミクロンサイズの素子を含む例えば光学デバイス、電気磁気デバイス、化学デバイス、微小機械デバイス、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスまたは微小光学電気機械システム（ＭＯＥＭＳ）デバイスまたはその他のデバイスのような極小の部品を内蔵する。一つの例として、金属膜の形状の変化を光学的表面プロフィロメータを使用して検知する。その変化は、ウエハ（または、例えばダイシング後の、ウエハの一部）を他の基板に取付けることによって形成する封止したエンクロージャの相対応力及び／または漏出速度を測定するのに使用される。
【００４３】
加えて、薄いエッチング停止層膜の一つの用途はウエハ貫通電気相互接続の形成であっても、他の用途として、コンデンサ型、インダクタ型、または他の構造の形成が挙げられる。例えば、エッチング停止層を部分的にのみ（全部でなく）除去して、ウエハ貫通のコンデンサ型構造を形成することができる。図２Ｅに戻って参照すると、薄い金属膜２２４が半導体ウエハの片面に堆積しており、そのウエハにはエッチング停止材（例えばＳｉＯ2）の薄い膜２２０、２２２が形成されているのが示されている。その薄い膜２２０、２２２を除去する（図２Ｆに図示したように）かわりに、厚い酸化物２１９層上と薄い膜２２０、２２２上に、薄い金属フィルム２２６を直接堆積してコンデンサ型構造を形成することができる。そのようなウエハ貫通のコンデンサ型構造の例を図６に示す。このコンデンサ型構造は、金属層２２４、２２６のペアの間に配置される薄い酸化物層２２０（または２２２）からなり、大きなキャビティ２０６と微小ビア２１６、２１８の間の境界に形成される。図示した実施は両面エッチングプロセスを使用するが（大きなキャビティと微小ビアを形成するために）、ウエハ貫通のコンデンサ型構造を、単一面エッチングプロセスを使用して製作することもできる。
【００４４】
他の実施では、ウエハ貫通相互接続を伴う薄い金属膜をパターニングして、例えばインダクタ（例えばコイル）または可動カンチレバーのようなデバイスを形成することができる。図４Ａ〜図４Ｅは、インダクタまたは金属カンチレバー構造の製作例を図示したものである。そのプロセスは薄いＳｉＯ2犠牲膜の形成を含む。図５に、金属カンチレバー構造３２８Ａの例となる上面図を示す。図６に、インダクタ３２８Ｂの例となる上面図を示す。
【００４５】
図４Ａに示すように、半導体ウエハ３００は第１面３０２と第２面３０４を含む。エッチングマスク及びエッチング停止層３１０（例えばＳｉＯ2及び／またはＳｉ3Ｎ4の層）をウエハの両面３０２、３０４に堆積し、キャビティ３０６をウエハ３００を貫通してエッチングする。Ｓｉ3Ｎ4がエッチングマスク層として用いられた場合は除去される。したがって、エッチング停止層３１０から形成した比較的薄い膜３１２が、ウエハの第２面３０４の表面に残る。薄いエッチング停止層膜３１２はまた、キャビティ３０６の底部を横切って延在する。
【００４６】
次に、図４Ｂに示すように、比較的長い熱酸化プロセスが行われ、シリコンが存在する領域上に厚い酸化物層３１９を形成する。その酸化プロセスは、得られる酸化物層３１９がキャビティ３０６の底部を横切って延在する薄い膜層３１２よりも厚くなるように、十分に長くすべきである。
【００４７】
熱酸化プロセスに続いて、図４Ｃに示すように、比較的薄い金属フィルム３２４をウエハの片面（例えば第２の面）に堆積する。薄い酸化膜３１２をそれから、例えばＨＦエッチングプロセスによって除去する。熱酸化プロセスの間に形成された酸化物３１９のより厚い領域は残り、絶縁層として働くことができる。次いで、図４Ｄに示すように、薄い金属フィルム３２６をウエハの第１面全体上に堆積する。ウエハの第１面上に堆積した金属フィルム３２６は、キャビティ３０６の側面と底部に沿って延在する。
【００４８】
次に、図４Ｅに示すように、キャビティ３０６の底部の金属被膜３２８をパターニングして、例えば図５のようなカンチレバー構造３２８Ａや、例えば図６のようなインダクタ３２８Ｂを形成することができる。金属被膜パターンのオープンギャップは３３０で識別される。キャビティの底部の金属被膜３２８は、例えば標準のリソグラフィーとウェットエッチング技術を使ってパターニングすることができる。キャビティ３０６の側面に沿った金属被膜は、ウエハの上面からカンチレバー構造３２８Ａまたはインダクタ３２８Ｂへの導電線として働く。
【００４９】
図４Ａ〜図４Ｄの技術はまた、半導体ウエハの単一の非密閉ビア３３４を通した複数の電気相互接続の形成にも使用することができる。例えば、図４Ｄに示すようにウエハの第１面上に薄い金属フィルム３２４を堆積した後、図７Ａに示すように金属被膜３２４、３２６をパターニングして、ウエハ貫通電気相互接続３３２を形成することができる。キャビティ底部の金属被膜３２４、３２６を、例えば標準のリソグラフィーとウェットエッチング技術を使ってパターニングすることができる。図７Ａのビア３３４とウエハ貫通相互接続３３２の上面図を図７Ｂに示す。
【００５０】
図４Ａ〜図４Ｃの技術はまた、半導体ウエハの単一の密閉ビアを通した複数の電気相互接続の形成にも使用し得る。図４Ｃに示すように、薄い誘電体膜３１２を覆うためにウエハの片面上に薄い金属フィルム３２４を堆積した後、図８Ａに示すように、電気相互接続を形成するところで薄い誘電体膜を選択的にエッチングして、薄い金属フィルム３２６をウエハの第１面上に堆積する。誘電体膜３１２をエッチングして密閉ビアを通した電気相互接続３４０を形成したエリアで、第１面の金属被膜３２６は第２面の金属被膜３２４と接触する。図９Ａは、誘電体膜３１２を選択的にエッチングした後であるが金属フィルム３２６の堆積前、の半導体ウエハの上面図である。その図は、選択的にエッチングした誘電体膜３１２の残った部分と下層の金属フィルム３２４の露出部分を示す。
【００５１】
薄い金属フィルム３２６の堆積後、図８Ｂと図９Ｂの上面図に示すように、金属被膜３２４、３２６は標準のリソグラフィーとウェットエッチング技術を使ってパターニングされる。例えば、金属フィルム３２４、３２６を、ウエハの両面からエッチングして、別の電気相互接続３４０を画定することができる。相互接続３４０は相互に電気的に絶縁される。
【００５２】
他の実施は、本出願の特許請求の範囲内に含まれる。
【図１Ａ】
2010505259.tif 000003
【図１Ｂ】
2010505259.tif 000004
【図１Ｃ】
2010505259.tif 000005
【図１Ｄ】
2010505259.tif 000006
【図１Ｅ】
2010505259.tif 000007
【図１Ｆ】
2010505259.tif 000008
【図２Ａ】
2010505259.tif 000009
【図２Ｂ】
2010505259.tif 000010
【図２Ｃ】
2010505259.tif 000011
【図２Ｄ】
2010505259.tif 000012
【図２Ｅ】
2010505259.tif 000013
【図２Ｆ】
2010505259.tif 000014
【図３】
2010505259.tif 000015
【図４Ａ】
2010505259.tif 000016
【図４Ｂ】
2010505259.tif 000017
【図４Ｃ】
2010505259.tif 000018
【図４Ｄ】
2010505259.tif 000019
【図４Ｅ】
2010505259.tif 000020
【図５】
2010505259.tif 000021
【図６】
2010505259.tif 000022
【図７Ａ】
2010505259.tif 000023
【図７Ｂ】
2010505259.tif 000024
【図８Ａ】
2010505259.tif 000025
【図８Ｂ】
2010505259.tif 000026
【図９Ａ】
2010505259.tif 000027
【図９Ｂ】
2010505259.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年5月28日(2009.5.28)
【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面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通相互接続を提供する方法であって、
該ウエハの該第２面に１以上の微小ビアをエッチングすること；
該第２面上に、該１以上の微小ビアの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該１以上の微小ビアをエッチングしたエリアで、該エッチング停止層の一部がキャビティ内に露出するような深さまで該ウエハの第１面に該キャビティをエッチングし、その際、該キャビティの深さ及び該１以上の微小ビアの平均深さの合計が該ウエハの総厚みを超えるような深さまで該キャビティをエッチングすること；
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積すること；
続いて、該１以上の微小ビアをエッチングした箇所に対応するエリアから、該エッチング停止層の領域を除去すること；
及び
該ウエハの他面に金属被膜を堆積して、該第１面上に堆積した該金属被膜を該第２面上に堆積した該金属被膜と接触させて該１以上の微小ビアがエッチングされた箇所に対応するエリアに該ウエハ貫通相互接続を形成すること、
を含む、ウエハ貫通相互接続提供方法。
【請求項２】
該半導体ウエハがシリコンを含み、該エッチング停止層が二酸化ケイ素または窒化ケイ素の内の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
該半導体ウエハがシリコンを含み、エッチング停止層を設けることが二酸化ケイ素層を熱的に成長することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
該キャビティの寸法が、該１以上の微小ビアのそれぞれの対応する寸法よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
該エッチング停止層の薄い膜が該キャビティ中に露出するような深さまで、該ウエハの該第１面に該キャビティをエッチングする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
該ウエハの片面上に金属被膜を堆積する前に、該半導体ウエハの表面上に絶縁層を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
該方法が、該エッチング停止層の一部が該キャビティ内に露出して残るように、該第１面に該キャビティをエッチングした後に該ウエハの該第１と第２面上に、厚みが該エッチング停止層の厚みよりも大きい酸化物層を選択的に成長させることを含むとともに、
該エッチング停止層の領域を除去することが、該エッチング停止層及び該酸化物層の両方をエッチングするエッチング液を使用することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
該酸化物層を熱的に成長することを含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
該酸化物層が該エッチング停止層の少なくとも３倍の厚みである、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにウエハ貫通構造を提供する方法であって、
既存の半導体ウエハに犠牲誘電体膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように、該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること；
及び
先に堆積した該金属被膜と接触するように該ウエハの他面上に金属被膜を堆積すること、
を含む、ウエハ貫通構造提供方法。
【請求項１１】
該犠牲膜が二酸化ケイ素または窒化ケイ素の内の少なくとも一つを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
該犠牲膜の露出部分を除去することが該露出部分をエッチングすることを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
該金属被膜をパターニングしてインダクタを形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
該金属膜をパターニングして可動カンチレバー構造を形成することを含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
該ウエハの該他面に面する該犠牲膜の露出部分の一部のみを除去し、そして該方法が、該金属被膜をパターニングして該半導体ウエハの単一の密閉ビアを介す複数の電気相互接続を形成することをさらに含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにコンデンサ型構造を提供する方法であって、
該ウエハの該第２面に１以上の微小ビアをエッチングすること；
該第２面上に、該１以上の微小ビアの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該１以上の微小ビアをエッチングしたエリアで、該エッチング停止層の一部がキャビティ内に露出するような深さまで該ウエハの該第１面に該キャビティをエッチングすること；
及び
該ウエハの両面上に金属被膜を堆積して、該金属被膜層間に挟まれた該エッチング停止層の一部を含むコンデンサ型構造を形成すること、
を含む、コンデンサ型構造提供方法。
【請求項１７】
第１面と第２面を有する半導体ウエハにコンデンサ型構造を提供する方法であって、
該ウエハの該第１面にキャビティをエッチングすること；
該ウエハの該第１面上に該キャビティの表面を覆うエッチング停止層を設けること；
該ウエハの該第２面に該エッチング停止層に到達するような深さまで１以上の微小ビアをエッチングすること；
及び
該ウエハの両面上に金属被膜を堆積し、該金属被膜層間に挟まれた該エッチング停止層の一部を含むコンデンサ型構造を形成すること、
を含む、コンデンサ型構造提供方法。
【請求項１８】
既存の半導体ウエハに犠牲膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該金属被膜の少なくとも一部が金属膜を形成するように、該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること、
を含む方法。
【請求項１９】
該金属膜をパターニングしてインダクタを形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
該金属膜をパターニングして可動カンチレバー構造を形成することを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
微小部品を内蔵するパッケージを製作する方法であって、
既存の半導体ウエハに犠牲膜を形成すること；
該ウエハの片面に面する該犠牲膜の露出部分を覆うように、該ウエハの該片面上に金属被膜を堆積すること；
該金属被膜の少なくとも一部が金属膜を形成するように、該ウエハの他面に面する該犠牲膜の露出部分を除去すること；
該金属膜を有する該半導体ウエハを、該微小部品を内蔵するための該パッケージの一部として使用すること；
及び
該パッケージの密閉性を評価するために該金属膜を使用すること、
を含む、パッケージ製作方法。
【請求項２２】
該パッケージの密閉性を評価することが、該金属膜の形状の変化を検知することを含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
相対応力または漏出速度を測定するために該変化を使用することを含む、請求項２２に記載の方法。
【国際調査報告】
2010505259.tif 000029
2010505259.tif 000030
2010505259.tif 000031
2010505259.tif 000032