(57)【要約】      （修正有）【課題】ウェハ貫通ビア（ＴＷＶ）を使用した相互接続において、ダイ区域の消費を低減し、ダイ区域を利用可能とする、バッチ製作された３Ｄ相互接続を提供する。【解決手段】１つまたは複数の垂直相互接続を製作する。ウェハ積層体を形成するために複数のウェハをパターニングおよび積層するステップを含む。ウェハ積層体の１つまたは複数の切断刃の通り道内でウェハ積層体に複数の開口を形成し、導電性材料を複数の開口の側壁に堆積させる。ウェハ積層体は、側壁の導電性材料が、結果として得られる積層ダイの縁部部分に露出されるように、１つまたは複数の切断刃の通り道に沿い、複数の開口を通ってダイシングする。【選択図】図２
2012183631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）慣性測定ユニット（ＩＭＵ）チップを製作する方法であって、
複数のウェハに複数のＭＥＭＳジャイロスコープおよび複数のＭＥＭＳ加速度計をパターン化するステップと、
ウェハ積層体を形成するように前記複数のウェハを積層するステップであり、隣接するウェハが一緒に接合され、前記ウェハ積層体が上部表面および下部表面を有する、ステップと、
前記ウェハ積層体の前記上部表面および前記下部表面に導電性トレースをパターン化するステップと、
前記ウェハ積層体の１つまたは複数の切断刃の通り道内に前記ウェハ積層体を通る複数の開口を形成するステップと、
前記導電性材料が前記ウェハ積層体の前記上部表面および前記下部表面の前記導電性トレースに接続されるように前記複数の開口の側壁に金属を堆積させるステップと、
前記側壁の前記導電性材料が、結果として得られる積層ダイの縁部部分に露出されるように、前記１つまたは複数の切断刃の通り道に沿い、前記複数の開口を通って前記ウェハ積層体をダイシングするステップと
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記側壁に導電性材料を堆積させる前に前記側壁に誘電体材料を堆積させるステップを含む、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法において、それぞれの開口の前記導電性材料の第１の部分が第１の結果として得られる積層ダイ上にあり、それぞれの開口の前記導電性材料の第２の部分が第２の結果として得られる積層ダイ上にあるように、ダイシングするステップが前記複数の開口を分割するステップを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１０年１１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４１６，４８５号の優先権の利益を主張し、その開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
[0002]複雑な３次元（３Ｄ）微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）チップは、上部および下部表面のいずれかまたは両方に電気接触部を有することができる。そのようなＭＥＭＳチップは、チップの一方の側（例えば上部）の接触部を他方（例えば下部）に、またはさらに縁部の接触部に結合するために相互接続を含むことができる。これらの相互接続を使用して、ＭＥＭＳチップを一方の側の１つの回路要素に結合する（例えば、ＭＥＭＳチップを回路基板またはパッケージに結合する）、およびＭＥＭＳチップを別の側の別の回路要素（例えば、ＡＳＩＣ）に結合することができる。これらの相互接続はウェハ貫通ビア（ＴＷＶ）を使用して生成することができる。ＴＷＶはダイ区域を消費し、そのダイ区域は必ずしも利用可能とは限らない。したがって、さらに、スクリーン印刷および直接書き込み法を使用して相互接続を生成して、ダイの縁部にリード線を直接印刷することができる。ダイの縁部の印刷リード線はほとんど追加のダイ区域を使用せず、縁部リード線は同時に１つのダイに印刷される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願第６１／４１６，４８５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
[0003]一例では、１つまたは複数の垂直相互接続を製作する方法が提供される。この方法は、ウェハ積層体を形成するために複数のウェハをパターニングおよび積層するステップを含む。ウェハ積層体の１つまたは複数の切断刃の通り道内でウェハ積層体に複数の開口を形成することができ、導電性材料を複数の開口の側壁に堆積させることができる。ウェハ積層体は、側壁の導電性材料が、結果として得られる積層ダイの縁部部分に露出されるように、１つまたは複数の切断刃の通り道に沿い、複数の開口を通ってダイシングすることができる。
【０００５】
[0004]図面は例示的実施形態のみを示し、したがって発明の範囲を限定するものと考えるべきでないことを理解した上で、例示的実施形態は添付図面を使用して追加の特定性および詳細とともに説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】[0005]複数の縁部に垂直相互接続を有する例示の３次元チップの斜視図である。
【図２】[0006]図１の垂直相互接続をバッチ製作する例示の方法の流れ図である。
【図３Ａ】[0007]図２の方法の例示の段階の斜視図である。
【図３Ｂ】[0007]図２の方法の例示の段階の斜視図である。
【図３Ｃ】[0007]図２の方法の例示の段階の斜視図である。
【図３Ｄ】[0007]図２の方法の例示の段階の斜視図である。
【図３Ｅ】[0007]図２の方法の例示の段階の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
[0008]一般的な方法に従って、様々な記載のフィーチャは、正しい縮尺で描かれるのではなく、例示的実施形態に関する特定の特徴を強調するように描かれる。
[0009]以下の詳細な説明では、本発明の一部を形成し、実例として特定の例示的実施形態を示す添付図面を参照する。しかし、他の実施形態を利用することができ、論理的、機械的、および電気的な変更を行うことができることが理解されるべきである。さらに、描かれた図および明細において提示される方法は、個々のステップが行われ得る順序を限定するものと解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【０００８】
[0010]以下で説明される実施形態は、３次元（３Ｄ）チップの１つまたは複数の縁部に１つまたは複数の垂直相互接続をバッチ製作する方法に関する。特に、垂直相互接続はウェハレベルで製作することができる。一例では、垂直相互接続は、ウェハの積層体の１つまたは複数の切断刃の通り道に複数の開口を形成することによって形成される。次に、導電性材料が複数の開口の側壁に堆積される。次に、ウェハの積層体は複数の開口を分割するようにダイシングされ、その結果、各開口の垂直方位の導電性材料の一部が、隣接の得られる積層ダイの縁部上にある。
【０００９】
[0011]図１は、複数の縁部に垂直相互接続を有する例示の３Ｄチップ１００の斜視図である。チップ１００は、互いの上に積層された複数の層で構成される。層はウェハから形成されたダイを含む。層の１つまたは組合せはその中に製作された１つまたは複数の微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスを含むことができる。一例では、複数の層はその中に複数のＭＥＭＳジャイロスコープおよびＭＥＭＳ加速度計を含むことができ、チップ１００はＭＥＭＳ慣性測定ユニット（ＩＭＵ）を含む。特定の例では、複数の層は、３つの直交軸の回転を感知するように方位を定められた少なくとも３つのＭＥＭＳジャイロスコープと、３つの直交軸の加速度を感知するように方位を定められた少なくとも３つのＭＥＭＳ加速度計とを含むことができる。層の基材はガラスまたはシリコンなどの任意の好適なＭＥＭＳ製作材料で構成することができ、さらに、ある層は第１の材料（例えば、ガラス）で構成することができ、他の層は第２の材料（例えば、シリコン）で構成することができる。簡単にするために、チップ１００は、２つの層、すなわち、第１の層１０２および第２の層１０４を含むように示されている。しかし、チップ１００は２つよりも多い層を含むことができることが理解されるべきである。複数の層１０２、１０４は積層チップ１００を形成するように互いに積層される。隣接する層１０２、１０４は接合などの任意の好適なダイアタッチを使用して互いに取り付けることができる。
【００１０】
[0012]チップ１００は、上面１０６、下面１０８、および複数の縁部１１０を含む複数の面を含むことができる。上面１０６および下面１０８は、チップ１００を形成するのに使用されるウェハの従来の加工面または加工表面に平行に方位を定められる面である。複数の縁部１１０は、上面１０６および下面１０８に垂直に方位を定められ、したがって、チップ１００を形成するのに使用されるウェハの従来の加工面または加工表面に垂直に方位を定められる面である。しかし、チップ１００はどのようにも方位を定めることができ、上面１０６が上であり、下面１０８が下であるように限定されないことが理解されるべきである。
【００１１】
[0013]チップ１００は、縁部１１０のうちの１つまたは複数の上に複数の相互接続１１２を含むことができる。相互接続１１２は、垂直に（チップ１００を形成するのに使用されるウェハの従来の加工面または加工表面に対して）方位を定めることができ、チップ１００の上面１０６および下面１０８の１つまたは複数のトレース１１４に結合することができる。したがって、相互接続１１２は、チップ１００の上面１０６のトレース１１４をチップ１００の下面１０８のトレース１１４に電気的に結合することができる。一例では、複数の相互接続１１２はチップの縁部１１０に露出される。他の例では、複数の相互接続１１２は誘電体または他の材料で覆うことができる。いくつかの例では、相互接続１１２と層１０２、１０４の基材との間を電気絶縁するために誘電体を相互接続１１２と層１０２、１０４の基材との間に配置することができる。トレース１１４は、チップ１００内に製作された構成要素に、および／または回路基板などの取付け基板または特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）にチップ１００を接続するためのパッド（例えば、入力／出力パッド）に結合することができる。したがって、パッドは、回路基板へのＡＳＩＣの接合および／または回路基板への表面実装を行えるように構成することができる。したがって、一例として、チップ１００の第１の層１０２内の構成要素は、相互接続１１２を使用してチップ１００の下部（例えば、反対）表面１０８のパッドに結合することができる。別の例では、第１の層１０２内の構成要素は、相互接続１１２を介して第２の層１０４内の構成要素に結合することができる。トレース１１４および対応する相互接続１１２は、基板貫通ビア（ＴＳＶ）１１６を介してチップ１００内の１つまたは複数の構成要素に結合することができる。一例では、相互接続１１２はチップ１００の上部表面１０６から下部表面１０８まで延びる。一例では、１つまたは複数の相互接続１１２は回路基板および／またはＡＳＩＣに接続するように構成することができる。したがって、チップ１００は回路基板および／またはＡＳＩＣに縁部１１０で接続することができる。これにより、チップ１００を様々な方位で取り付けるのを可能にすることができる。
【００１２】
[0014]相互接続１１２はチップ１００の縁部１１０の溝１１８内に配置された導電性材料（例えば、金属）を含むことができる。溝１１８はチップ１００の各層１０２、１０４の基材に形成することができる。いくつかの例では、各溝１１８において導電性材料と基材との間に誘電体材料を配置することができる。誘電体材料を使用して、基材およびその中の任意の導電性部分を相互接続１１２の導電性材料から絶縁することができる。したがって、チップ１００は、複数の相互接続１１２を形成する導電性材料を有する複数の溝１１８を含むことができる。
【００１３】
[0015]図２は、３Ｄチップ３００に垂直相互接続（図３Ｄ）を形成する例示の方法２００の流れ図である。図３Ａ〜３Ｅは方法２００の例示の段階の斜視図である。
[0016]方法２００は、３Ｄチップに含まれるべき構成要素（例えば、ＭＥＭＳデバイス）をもつ複数のウェハ３０２をパターニングすることによって始まる（図２のブロック２０２）。パターニングは、各ウェハ３０２の従来の加工面または加工表面に複数のデバイス区域３０４（例えば、ダイシングされていないダイ）を形成することができる。パターニングは任意の好適な製作技法を使用して遂行することができる。一例では、各デバイス区域３０４の構成要素は少なくとも１つのジャイロスコープまたは少なくとも１つの加速度計を含むことができる。単一のウェハ３０２が図３Ａに示されているが、複数のウェハ３０２がパターニングされる。ウェハ３０２は互いに同じであるか、または異なることができる。一例では、第１のウェハ３０２は第２のウェハ３０２と異なる。しかし、ウェハ３０２は互いの上に積層されるように構成することができる。したがって、一例では、ウェハ３０２のデバイス区域３０４はほぼ同じサイズとすることができ、別のウェハ３０２の対応する構造体に接触または係合するように構成された電気的または機械的な構造体を有することができる。
【００１４】
[0017]図３Ｂに示されるように、パターニングされたウェハ３０２を互いの上に積層してウェハ積層体３０６を形成することができる（図２のブロック２０４）。図示のように、第１のウェハ３０２は第２のウェハ３０２と位置合わせすることができ、その結果、各ウェハ３０２のデバイス区域３０４が位置合わせされる。特に、各ウェハ３０２のデバイス区域３０４は、ウェハ積層体３０６が各ウェハ３０２の隣接するデバイス区域３０４間でダイシングされて複数の積層ダイ（例えば、チップ１００）を形成するように位置合わせすることができる。一例では、第１のウェハ３０２は、陽極接合、はんだ接合、または共晶接合などの好適な接合技法を使用して第２のウェハ３０２に接合することができる。図３Ｂに示されたウェハ積層体３０６は２つのウェハ３０２を含んでいるが、他の例では、２つよりも多いウェハ３０２を使用することができる。
【００１５】
[0018]一例では、１つまたは複数のトレース（図３Ｄに３１６で示される）がウェハ積層体３０６の上部表面３１２および／または下部表面３１４にパターン化され得る。これらのトレース３１６は導電性材料を含むことができ、デバイス区域３０４および／またはパッドを未形成の相互接続に電気的に結合することができる。１つまたは複数のトレース３１６は任意の好適な方法でパターン化することができ、金属またはポリシリコンなどの任意の好適な材料で構成することができる。さらに、１つまたは複数のパッド（例えば、下部表面３１４の）は１つまたは複数のトレース３１６と同じ１つまたは複数のステップでパターン化することができる。一例では、１つまたは複数のトレース３１６は以下で説明される開口を形成する前にパターン化される。しかし、他の例では、１つまたは複数のトレース３１６は、開口を形成した後で、または任意の適当な時にパターン化することができる。
【００１６】
[0019]ウェハ積層体３０６は、隣接するデバイス区域３０４間に複数の切断刃の通り道３０８を含むことができる。切断刃の通り道３０８は、ウェハ積層体３０６を複数の積層ダイにダイシングするための空間を与えることができる。複数の開口３１０は、開口３１０が切断刃の通り道３０８内に部分的に存在するように形成することができる（図２のブロック２０６）。これらの開口はウェハ積層体３０６をダイシングする前に形成することができる。開口３１０は、ウェハ積層体３０６を通って垂直に（ウェハ３０２の従来の加工面または加工表面に対して）延びることができる。開口３１０は、ウェハ積層体３０６の上部表面３１２からウェハ積層体３０６の下部表面３１４まで延びることができる。したがって、開口３１０はウェハ積層体３０６を通って完全に延びることができる。一例では、開口３１０は、一般に、形状が円柱状であるが、開口３１０は任意の好適な形状とすることができる。
【００１７】
[0020]開口３１０は１つまたは複数の側壁を含むことができる。１つまたは複数の側壁はウェハ３０２の基材で構成することができる。したがって、一例では、１つまたは複数の側壁はガラスで構成することができる。開口３１０は、超音波ドリル、サンドブラスト、レーザドリル、機械ドリル、またはエッチングのうちの１つを使用して形成することができるが、開口３１０を形成する任意の好適な方法を使用することができる。
【００１８】
[0021]図３Ｄはウェハ積層体３０６の拡大図である。図示のように、切断刃の通り道３０８はウェハ積層体３０６の隣接するデバイス区域３０４の間に画定することができる。開口３１０は、開口３１０の一部が切断刃の通り道３０８内にあるように形成することができる。一例では、開口３１０は、結果として得られる積層ダイに開口３１０の一部を依然として残しながらダイシング操作を行うのに十分である幅３１２を有することができる。すなわち、幅３１２は、ダイシング操作が、結果として得られる積層ダイから開口３１０を除去しないように切断刃の通り道３０８よりも大きくすることができる。幅３１２は、それぞれの切断刃の通り道３０８の方向に垂直（例えば、ソーイング方向（ｓａｗｉｎｇ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直）で、ウェハ積層体３０６の表面内にある１つまたは複数の方向に対応する。異なる切断刃の通り道３０８はウェハ積層体３０６上で異なる方向に方位を定めることができるので、幅３１２は対応する異なる方向を有することができる。一例では、開口３１０は、一般に、切断刃の通り道３０８の両側の２つの隣接するデバイス区域３０４の間に中心がある。これにより、ダイシング操作は開口３１０を２つの部分に分割できるようになり、結果として得られるスタックダイの各々に１つの部分がある。
【００１９】
[0022]開口３１０が形成された後、導電性材料を開口３１０の側壁に堆積させることができる（図２のブロック２０８）。この導電性材料は、ウェハ積層体３０６をダイシングする前に堆積される。導電性材料は金属、ポリシリコン、または他の導電性材料を含むことができる。導電性材料は、スパッタリング、化学気相堆積、めっき、またはそれらの組合せを含む任意の好適な技法を使用して堆積させることができる。導電性材料は、導電性材料がウェハ積層体３０６の上部表面３１２から下部表面３１４までの電気経路を形成するように堆積させることができる。一例では、導電性材料は開口３１０を実質的に充填することができる。
【００２０】
[0023]一例では、導電性材料を開口３１０の側壁に堆積させる前に、側壁に誘電体材料を堆積させることができる。誘電体材料はウェハ積層体３０６の基材を開口３１０内の導電性材料から絶縁し、それによって、意図しない電気的結合の可能性を低減することができる。二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、ポリイミド、またはパリレンなどの任意の好適な誘電体材料を使用することができる。
【００２１】
[0024]上述のように、１つまたは複数のトレース３１６は上部表面３１２および／または下部表面３１４に形成することができる。一例では、１つまたは複数のトレース３１６と開口３１０の導電性材料とは、それらが接続されるように堆積させることができる。すなわち、開口３１０の導電性材料は１つまたは複数のトレース３１６に接続することができる。トレース３１６は、開口３１０の導電性材料を、デバイス区域３０４の構成要素および／または結果として得られる積層ダイのパッド（例えば、入力／出力パッド）に結合することができる。特定の例では、上部表面３１２のトレース３１６は、デバイス区域３０４の構成要素に電気的に結合される基板貫通ビア（ＴＳＶ）に開口３１０の導電性材料を結合することができる。さらに、下部表面３１４のトレース３１６は、開口３１０の導電性材料を、結果として得られる積層ダイを取付け基板（例えば、回路基板）に接続するためのパッドに結合することができる。したがって、第１のウェハ３０２の構成要素は、上部表面３１２の第１のトレース３１６を通って開口３１０の導電性材料を介して下部表面３１４のパッドに結合することができる。
【００２２】
[0025]導電性材料が開口３１０に堆積された後、ウェハ積層体３０６はダイシングされて、複数の積層ダイが形成される（図２のブロック２１０）。ウェハ積層体３０６は、所与の開口３１０の導電性材料の一部が、結果として得られる積層ダイの縁部に残るように切断刃の通り道３０８に沿って開口３１０を通ってダイシングすることができる。ウェハ積層体３０６をダイシングするのに使用される切断刃の幅がゼロではないために、ダイシング操作は切断刃の通り道の材料の一部を廃棄物として使い果たす。開口３１０を通るダイシングにより、開口３１０の導電性材料のいくらかが廃棄物となる。したがって、所与の開口３１０の導電性材料の一部が、結果として得られる積層ダイの縁部に残るようにウェハ積層体３０６をダイシングするために、ダイシング操作の位置に対する開口３１０の位置およびサイズは、ダイシング操作が開口３１０の導電性材料をいくらかを廃棄物として使用しながら、結果として得られる積層ダイに他の部分を残すように制御される。図３Ｅに示されるように、開口３１０の導電性材料３１８の残った部分は、結果として得られる積層ダイ３００の縁部に露出することができる。一例では、ダイシングは、第１の開口３１０の導電性材料の第１の部分が第１の積層ダイ上にあり、第１の開口３１０の導電性材料の第２の部分が第２の積層ダイ上にあるように開口３１０を分割することを含むことができる。一例では、ダイシングは、第１の部分および第２の部分が全体的に等しいサイズであるように第１の開口３１０を全体的に均一に分割することができる。ダイシング操作は、ソーブレードでウェハ積層体３０６をソーイングすることを含む任意の好適な方法で行うことができる。
【００２３】
[0026]したがって、垂直相互接続は、バッチ処理によりウェハレベルで積層ダイの縁部に形成することができる。特定の実施形態が本明細書で図示および説明されたが、同じ目的を達成するように意図されたいかなる構成も提示された特定の実施形態と置き換えることができることが当業者には理解されよう。したがって、本発明は特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【符号の説明】
【００２４】
１００  チップ、３Ｄチップ、積層チップ
１０２  第１の層
１０４  第２の層
１０６  上面、上部表面
１０８  下面、下部表面
１１０  縁部
１１２  相互接続
１１４  トレース
１１６  基板貫通ビア
１１８  溝
３００  ３Ｄチップ、積層ダイ
３０２  ウェハ
３０４  デバイス区域
３０６  ウェハ積層体
３０８  切断刃の通り道
３１０  開口
３１２  上部表面
３１２  幅
３１４  下部表面
３１６  トレース
３１８  導電性材料
【図１】
2012183631.tif 000003
【図２】
2012183631.tif 000004
【図３Ａ】
2012183631.tif 000005
【図３Ｂ】
2012183631.tif 000006
【図３Ｃ】
2012183631.tif 000007
【図３Ｄ】
2012183631.tif 000008
【図３Ｅ】
2012183631.tif 000009
【外国語明細書】
2012183631000001.pdf