JP2010087273A - Electronic device and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置等の電子デバイス及びその製造方法に関し、特に、半導体装置等を複数重ねることにより構成される3次元電子デバイス及びその製造方法に関する。 The present invention relates to an electronic device such as a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a three-dimensional electronic device configured by stacking a plurality of semiconductor devices and the like and a manufacturing method thereof.
近年、半導体集積回路の高集積化、高機能化が要求されると共に、小型化、薄型化も要求されてきている。このような要求を満たすために、半導体の実装密度を高めた、3次元半導体装置が提案されている。3次元半導体装置は、複数の半導体チップや素子を積層して接続することにより、高密度実装を実現する技術である。 In recent years, high integration and high functionality of semiconductor integrated circuits are required, and miniaturization and thinning are also required. In order to satisfy such a requirement, a three-dimensional semiconductor device with an increased semiconductor mounting density has been proposed. The three-dimensional semiconductor device is a technology that realizes high-density mounting by stacking and connecting a plurality of semiconductor chips and elements.
ここで、半導体チップを複数積層していく場合、一般に次のようなアライメント手法がとられている。つまり、下になる半導体チップに形成された端子(貫通電極)等の位置を光学的に認識することにより位置決めを行う。続いて、積層する(つまり、上になる)半導体チップについても同様に位置を認識して位置決めを行い、2つの半導体チップを接合する。 Here, when a plurality of semiconductor chips are stacked, the following alignment method is generally employed. That is, positioning is performed by optically recognizing the position of a terminal (through electrode) formed on the underlying semiconductor chip. Subsequently, the positions of the stacked semiconductor chips (that is, the upper ones) are similarly recognized and positioned to join the two semiconductor chips.
しかしながら、この手法の場合、接合する際に発生する位置ずれを認識することはできない。そのため、実際にずれて接合してしまうと、2つの半導体チップ間の電気接続ができない。このように、歩留まりの低下を招く短所を有している。 However, in this method, it is not possible to recognize a positional shift that occurs when joining. Therefore, if they are actually misaligned and joined, electrical connection between the two semiconductor chips cannot be made. Thus, it has a disadvantage that leads to a decrease in yield.
そこで、特許文献1に示すようなアライメント手法が提案されている。以下、図13を参照しながら、半導体チップの接合における位置ずれを低減したアライメント手法について説明する。
Therefore, an alignment method as shown in
特許文献1の手法によると、図13に示すように、基板1における半導体チップの実装領域に貫通電極10aを形成すると共に、基板1における半導体チップの非実装領域に、貫通電極10aと同一の構造であるアライメントマーク20aを形成する。
According to the method of
続いて、積層する(上になる)半導体チップ30には、基板1における貫通電極10aに対応する位置に貫通電極15を形成する。このようにすると、基板1に積層する各半導体チップの位置合わせの際に、同一の基準(アライメントマーク20a)を用いて行うことができ、正確に位置制御することができる。
しかしながら、この手法により位置精度は向上すると思われるが、この手法も間接的なアライメント手法である。そのため、実際に最適なアライメント位置が取れているかどうかは分からない。 However, although this method seems to improve the position accuracy, this method is also an indirect alignment method. Therefore, it is not known whether the optimum alignment position is actually taken.
今後、更なる半導体集積回路の高集積化、高機能化が要求されるにつれて、小型化、薄型化についても一層要求されることが予想される。そのため、3次元半導体装置に用いる複数の半導体チップや素子に関しても更に微細化・高密度化を実現する必要があり、貫通電極も小さくなると想定される。従来の手法及び特許文献1に示す手法は、いずれも間接的なアライメント手法であり、微細化に対して限界がある。
In the future, it is expected that further downsizing and thinning will be required as higher integration and higher functionality of semiconductor integrated circuits are required. For this reason, it is necessary to further miniaturize and increase the density of a plurality of semiconductor chips and elements used in the three-dimensional semiconductor device, and it is assumed that the through electrode is also reduced. Both the conventional method and the method shown in
また、特許文献1の手法は、基板にアライメントマークを形成し、それに合わせてチップを配置するものであるため、ウェハ上にチップを積層する場合は対応できるが、ウェハとウェハ、チップとチップの積層には対応できない。
In addition, since the technique of
以上に鑑み、本発明は、3次元半導体装置及びその製造方法において、アラインメント位置を直接検出することにより位置精度を向上すること、及び、ウェハとウェハ、チップとチップの積層についても適用可能とすることを目的とする。 In view of the above, in the three-dimensional semiconductor device and the manufacturing method thereof, the present invention can improve the positional accuracy by directly detecting the alignment position, and can also be applied to wafer-to-wafer, chip-to-chip stacking. For the purpose.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の電子デバイスは、第1基板と、第1基板を搭載し且つ少なくとも一つの所定領域において第1基板と電気的に接続された第2基板とを備え、所定領域は、第1基板を貫通する少なくとも1対の貫通ビアと、第2基板に設けられた配線とを有し、少なくとも1対の貫通ビアは、配線を介して電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有している。 In order to achieve the above object, a first electronic device according to the present invention includes a first substrate, a second substrate mounted with the first substrate, and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region. And the predetermined region includes at least one pair of through vias penetrating the first substrate and wiring provided in the second substrate, and the at least one pair of through vias are electrically connected via the wiring. It has at least one connection pair connected.
本発明の第1の電子デバイスは、後に説明する通り、第1基板と第2基板との位置合わせを直接計測して積層されているため、従来よりも正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなっている。 Since the first electronic device of the present invention is laminated by directly measuring the alignment between the first substrate and the second substrate as will be described later, the electronic device is more accurate and more reliable than the conventional one. It has become.
尚、第1の電子デバイスのより具体的な形態として、第1基板の最上層に、少なくとも2つの導電部が形成されており、少なくとも2つの貫通ビアのそれぞれは、少なくとも2つの導電部のそれぞれに対して別々に電気的に接続されていても良い。 As a more specific form of the first electronic device, at least two conductive portions are formed in the uppermost layer of the first substrate, and each of the at least two through vias is each of at least two conductive portions. May be electrically connected separately.
また、第1の電子デバイスの更に具体的な形態として、少なくとも2つの貫通ビアは、前記所定領域内の外周部に形成されていても良い。 As a more specific form of the first electronic device, at least two through vias may be formed in the outer peripheral portion in the predetermined region.
また、接続対は、複数存在しても良い。このような形態とすることで、より正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなる。 A plurality of connection pairs may exist. By setting it as such a form, it becomes a more accurate and reliable electronic device.
また、本発明の第2の電子デバイスは、第1基板と、第1基板を搭載し且つ少なくとも一つの所定領域において第1基板と電気的に接続された第2基板とを備え、所定領域は、第1基板を貫通する第1貫通ビアと、第2基板を貫通する第2貫通ビアとを有し、第1貫通ビアと第2貫通ビアとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有している。 The second electronic device of the present invention includes a first substrate and a second substrate on which the first substrate is mounted and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region. And a first through via penetrating the first substrate and a second through via penetrating the second substrate, wherein the first through via and the second through via are electrically connected. Have a pair.
本発明の第2の電子デバイスは、後に説明する通り、第1基板と第2基板との位置合わせを直接計測して積層されているため、従来よりも正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなっている。 Since the second electronic device of the present invention is laminated by directly measuring the alignment between the first substrate and the second substrate as will be described later, the electronic device is more accurate and more reliable than the conventional one. It has become.
尚、さらに第2の電子デバイスのより具体的な形態として、第1基板の最上層に第1導電部を有し、第2基板の最上層に第2導電部を有し、第1導電部、第1貫通ビア、第2導電部及び第2貫通ビアは、電気的に接続されていても良い。 As a more specific form of the second electronic device, the first conductive portion is provided on the uppermost layer of the first substrate, the second conductive portion is provided on the uppermost layer of the second substrate, and the first conductive portion is provided. The first through via, the second conductive portion, and the second through via may be electrically connected.
また、第2の電子デバイスの更に具体的な形態として、第1貫通ビア及び第2貫通ビアは、所定領域内の外周部に形成されていても良い。 As a more specific form of the second electronic device, the first through via and the second through via may be formed on the outer peripheral portion in the predetermined region.
また、接続対は、複数存在していても良い。このような形態とすることで、より正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなる。 A plurality of connection pairs may exist. By setting it as such a form, it becomes a more accurate and reliable electronic device.
また、本発明の第3の電子デバイスは、第1基板と、第1基板を搭載し且つ少なくとも一つの所定領域において第1基板と電気的に接続された第2基板とを備え、所定領域は、第1基板を貫通する第1貫通ビアと、第2基板の半導体基板に形成された素子分離領域と、第2基板の半導体基板に接続するように形成されたプラグを有し、素子分離領域は、プラグの下端部の位置を囲むように形成されており、第1の貫通ビアとプラグとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有している。 The third electronic device of the present invention includes a first substrate and a second substrate on which the first substrate is mounted and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region. A first through via penetrating the first substrate, an element isolation region formed in the semiconductor substrate of the second substrate, and a plug formed to connect to the semiconductor substrate of the second substrate, and the element isolation region Is formed so as to surround the position of the lower end portion of the plug, and the first through via and the plug have at least one connection pair electrically connected.
本発明の第3の電子デバイスは、後に説明する通り、第1基板と第2基板との位置合わせを直接計測して積層されているため、従来よりも正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなっている。 Since the third electronic device of the present invention is laminated by directly measuring the alignment between the first substrate and the second substrate as will be described later, the electronic device is more accurate and more reliable than the conventional one. It has become.
尚、第3の電子デバイスのより具体的な形態として、第1基板の最上層に第1導電部を有し、第2基板の最上層に第2導電部を有し、第1導電部、第1貫通ビア、第2導電部及びプラグは、電気的に接続されていても良い。 As a more specific form of the third electronic device, the first conductive portion is provided on the uppermost layer of the first substrate, the second conductive portion is provided on the uppermost layer of the second substrate, the first conductive portion, The first through via, the second conductive portion, and the plug may be electrically connected.
また、第3の電子デバイスの更に具体的な形態として、第1貫通ビア及びプラグは、所定領域内の外周部に形成されていてもよい。 As a more specific form of the third electronic device, the first through via and the plug may be formed on the outer peripheral portion in the predetermined region.
また、接続対は、複数していても良い。このような形態とすることで、より正確で且つ信頼性の高い電子デバイスとなる。 Moreover, there may be a plurality of connection pairs. By setting it as such a form, it becomes a more accurate and reliable electronic device.
前記の目的を達成するため、本発明に係る第1の電子デバイスの製造方法は、第1基板に少なくとも1対の貫通ビアを形成する工程(a)と、第2基板に配線を形成する工程(b)と、工程(a)及び工程(b)の後に、第1基板と第2基板とを貼り合わせる工程(c)を有し、少なくとも1対の貫通ビアは、配線を介して電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有する。 In order to achieve the above object, a first electronic device manufacturing method according to the present invention includes a step (a) of forming at least one pair of through vias in a first substrate and a step of forming wirings in a second substrate. (B), and after step (a) and step (b), there is a step (c) for bonding the first substrate and the second substrate, and at least one pair of through vias are electrically connected via the wiring. Having at least one connection pair connected to each other.
第1の電子デバイスの製造方法によると、位置合わせを直接計測しながら第1基板を第2基板に搭載することができ、従来よりも正確で且つ確実に位置合わせされた電子デバイスを製造することができる。このため、電子デバイス製造の歩留りも向上する。更に、第1基板及び第2基板がいずれもチップである場合、いずれもウェハである場合、チップとウェハである場合等、様々な場合に適用することができる。 According to the manufacturing method of the first electronic device, the first substrate can be mounted on the second substrate while directly measuring the alignment, and an electronic device that is more accurately and reliably aligned than before is manufactured. Can do. For this reason, the yield of electronic device manufacture is also improved. Furthermore, the present invention can be applied to various cases such as when the first substrate and the second substrate are both chips, when both are wafers, and when they are chips and wafers.
つまり、工程(c)において、少なくとも2つ貫通ビアに配線を介して電流を流し、その電流値を観測することによって、第1基板と第2基板との相対的な位置の変位を観測する。これより、第1基板と第2基板との位置合わせを直接観測することができ、間接的な方法よりも位置ずれを抑制して搭載を行なうことができる。 That is, in step (c), a current is passed through at least two through vias and the current value is observed to observe the displacement of the relative position between the first substrate and the second substrate. As a result, the alignment between the first substrate and the second substrate can be directly observed, and mounting can be performed while suppressing the positional deviation as compared with the indirect method.
また、本発明に係る第2の電子デバイスの製造方法は、第1基板に第1貫通ビアを形成する工程(a)と、第2基板に第2貫通ビアを形成する工程(b)と、工程(a)及び工程(b)の後に、第1基板と第2基板とを貼り合わせる工程(c)を有し、第1貫通ビアと第2貫通ビアとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有する。 Further, the second method for manufacturing an electronic device according to the present invention includes a step (a) of forming a first through via in the first substrate, a step (b) of forming a second through via in the second substrate, After the step (a) and the step (b), the method includes a step (c) for bonding the first substrate and the second substrate, and the first through via and the second through via are at least electrically connected. It has one connection pair.
尚、工程(c)において、第1貫通ビアと第2貫通ビアとに電流を流し、その電流値を観測しながら貼り合わせることが好ましい。 In the step (c), it is preferable to apply a current to the first through via and the second through via and to bond them while observing the current value.
また、本発明に係る第3の電子デバイスの製造方法は、第1基板に第1貫通ビアを形成する工程(a)と、第2基板の半導体基板に素子分離領域を形成する工程(b)と、第2基板の半導体基板に接続するようにプラグを形成する工程(c)と、工程(a)及び工程(b)の後に、第1基板と第2基板とを貼り合わせる工程(d)を有し、素子分離領域は、プラグの下端部の位置を囲むように形成し、第1の貫通ビアとプラグとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有する。 The third electronic device manufacturing method according to the present invention includes a step (a) of forming a first through via in the first substrate and a step (b) of forming an element isolation region in the semiconductor substrate of the second substrate. And a step (c) of forming a plug so as to be connected to the semiconductor substrate of the second substrate, and a step (d) of bonding the first substrate and the second substrate after the steps (a) and (b). The element isolation region is formed so as to surround the position of the lower end portion of the plug, and the first through via and the plug have at least one connection pair electrically connected.
尚、工程(c)において、第1の貫通ビアとプラグに電流を流し、その電流値を観測しながら貼り合わせることが好ましい。 In the step (c), it is preferable to apply a current to the first through via and the plug and bond them while observing the current value.
第2の電子デバイスの製造方法及び第3の電子デバイスの製造方法においても、位置合わせが正確になり製造歩留りが向上する等の第1の電子デバイスの製造方法と同様の効果が実現する。 The second electronic device manufacturing method and the third electronic device manufacturing method also achieve the same effects as the first electronic device manufacturing method, such as accurate alignment and improved manufacturing yield.
本発明に係る電子デバイス及びその製造方法によると、最も位置ずれが小さくなる最適な箇所を直接的に観測しながら接合することができるため、電子デバイスの製造歩留まりを向上することができる。また、ウェハとウェハ、チップとチップ等、多様な素子の接合に対応することができる。 According to the electronic device and the method for manufacturing the same according to the present invention, since it is possible to perform bonding while directly observing the optimum portion where the positional deviation is minimized, the manufacturing yield of the electronic device can be improved. Further, it is possible to cope with bonding of various elements such as a wafer and a wafer and a chip and a chip.
(第1の実施形態)
以下、本発明の第1の実施形態に係る電子デバイスとその製造方法について、図面を参照しながら説明する。但し、以下に示す各図、種々の構成要素の形状、材料、寸法等はいずれも望ましい例を挙げるものであり、示した内容には限定されない。発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、記載内容に限定されることなく適宜変更可能である。また、第1の実施形態において、ウェハ−ウェハの接合を主に記載しているが、ウェハ−チップの接合及びチップ−チップの接合においても同様の説明が成り立ち、同様の効果を得ることが出来る。
(First embodiment)
Hereinafter, an electronic device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, each of the following drawings and the shapes, materials, dimensions, and the like of various components are preferable examples, and are not limited to the contents shown. As long as it does not deviate from the gist of the invention, it can be appropriately changed without being limited to the description. In the first embodiment, the wafer-wafer bonding is mainly described. However, the same explanation holds for the wafer-chip bonding and the chip-chip bonding, and the same effect can be obtained. .
図1に、本実施形態の電子デバイス100の要部の模式的な断面図を示す。電子デバイス100は、第1のウェハWf1と、第1のウェハWf1を搭載する第2のウェハWf2とを有する。これらは第1のウェハWf1を上側、第2のウェハWf2を下側として積層されており、接着剤301によって互いに貼り付けられている。また、所定領域において、第1のウェハWf1と第2のウェハWf2とが電気的に接続されている。より具体的には、第1のウェハWf1の半導体基板101を前記所定領域において貫通する貫通ビア110が設けられており、該貫通ビア110を介して第1のウェハWf1と第2のウェハWf2とが電気的に接続されている。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a main part of an
尚、実施形態中の各図において、ウェハのうちの一つのチップ領域が示されているものと考える。このチップ領域を、所定領域と考えることが可能である。チップ領域とは、ウェハを分割することにより個々のチップとなる領域であり、各チップ領域において、半導体基板101には複数のMOS素子等が形成されている。
In each drawing in the embodiment, it is assumed that one chip area of the wafer is shown. This chip area can be considered as a predetermined area. The chip area is an area that becomes an individual chip by dividing the wafer. In each chip area, a plurality of MOS elements and the like are formed on the
次に、電子デバイス100の下側に位置する第2のウェハWf2における配線213の平面配置について説明する。図2(a)〜(d)と、図3(a)〜(e)とは、第2のウェハWf2について説明する図である。
Next, the planar arrangement of the
図2(a)に、図1の領域Iにおける、II-II'線による断面として、1対(2つ)の配線122の平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍の領域を指している。図2(a)には、一つのチップ領域401における1対の配線122の平面形状について示されている。ここで、II-II'線と平行な線で図1の領域Iを切ったときの配線119、116、113、222、219、216は、配線122と同様の平面形状となる(不図示)。ただし、このような配置に限定されることはない。ここで、1対の配線113、222は、チップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。さらに、1対の配線113、222は、それぞれ、チップ領域401の中心を軸として、対極に位置していることが望ましい。ここで、1対の配線113、222は、ウェハの貫通電極と繋がる配線に相当している。
FIG. 2A shows an example of a planar shape of a pair (two) of
図2(b)に、図1の領域Iにおける、III-III'線による断面として、配線213の平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍を指している。また、配線213は、チップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。
FIG. 2B shows an example of a planar shape of the
図1、図2(a)及び図2(b)から分かるように、1対の配線122は、ビア121、118、115、221、218、215、配線119、116、113、222、219、216、貫通ビア110、配線213を通して電気的に接続している。
As can be seen from FIG. 1, FIG. 2A and FIG. 2B, the pair of
このことにより、後で詳しく説明するように、アライメントが容易になるという効果がある。 This has the effect of facilitating alignment, as will be described in detail later.
また、図2(c)及び(d)に、図2(a)及び(b)の変形例をそれぞれ示した。 Moreover, the modification of FIG. 2 (a) and (b) was shown to FIG.2 (c) and (d), respectively.
図2(c)は、図1の領域Iにおける、II-II'線による断面として、1対の配線122aと1対の配線122bの平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍を指している。また、II-II'線と平行な線で図1の領域Iを切ったときの1対の配線119a及び119b、116a及び116b、113a及び113b、222a及び222b、219a及び219b、216a及び216bは、配線122a及び122bと同様の平面形状となる(不図示)。ただし、このような配置に限定されることはない。
FIG. 2C shows an example of a planar shape of the pair of wirings 122a and the pair of
ここで、1対の配線113a及び113b、222a及び222bは、それぞれチップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。更に、1対の配線113a及び113b、222a及び222bは、それぞれ、チップ領域401の中心を軸として、対極に位置していることが望ましい。また、1対の配線113a及び113b、222a及び222bは、ウェハの貫通電極と繋がる配線に相当している。
Here, it is desirable that the pair of wirings 113a and 113b, 222a and 222b be near the outer periphery of the
図2(d)は、図1の領域Iにおける、III-III'線による断面として、配線213aと配線213bとに関する平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍を指している。また、配線213a、配線213bは、チップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。
FIG. 2D shows an example of a planar shape related to the
図1、図2(c)及び図2(d)から分かるように、1対の配線122aは、ビア121、118、115、221、218、215、配線119、116、113、222、219、216、貫通ビア110、配線213aを通して電気的に接続している。このことは、1対の配線122bについても同様に言える。
As can be seen from FIGS. 1, 2 (c), and 2 (d), the pair of
以上のように、配線の対は複数あってもよい。複数あるほうが、アライメント精度が向上するという効果がある。 As described above, there may be a plurality of wiring pairs. There is an effect that the alignment accuracy is improved when there are a plurality.
また、図3(a)及び(b)にも、図2(a)及び(b)の変形例をそれぞれ示した。 Moreover, the modification of FIG. 2 (a) and (b) was also shown to FIG. 3 (a) and (b), respectively.
図3(a)は、図1の領域Iにおける、II-II'線による断面として、3つ配線122の平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍を指している。ここで、II-II'線と平行な線で図1の領域Iを切ったときの各3つの配線119、116、113、222、219、216は同様の平面形状となる(不図示)。ただし、このような配置に限定されることはない。
FIG. 3A shows an example of a planar shape of the three
ここで、3つの配線113、222はそれぞれチップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。また、配線113、222は、チップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。ここで、3つの配線113、222は、ウェハの貫通電極と繋がる配線に相当している。
Here, it is desirable that the three
図3(b)は、図1の領域Iにおける、III-III'線による断面として、配線213の平面形状の一例を示している。ここで、図1における領域Iとは、一つのチップ領域における外周部近傍を指している。ここで、配線213は、チップ領域401の外周部近傍にあることが望ましい。
FIG. 3B shows an example of a planar shape of the
図1、図3(a)及び図3(b)から分かるように、3つの配線122の内の2つの配線は、それぞれ、ビア121、118、115、221、218、215、配線119、116、113、222、219、216、貫通ビア110、配線213を通して電気的に接続している。
As can be seen from FIGS. 1, 3A, and 3B, two of the three
以上のように、配線213に接続する貫通ビアの数は複数あってもよい。複数あるほうが、アライメント精度が向上するという効果がある。また、対を構成しない貫通ビアが形成されていることに問題はない。
As described above, there may be a plurality of through vias connected to the
また、図3(c)〜図3(e)に、図1の領域Iにおける第2のウェハWf2の変形例を示した。図1、図2(a)〜(d)及び図3(a)、(b)では、配線213を通して、1対の配線122を互いに電気的に接続したが、図3(c)に示すように、配線216を通して、配線122を電気的に接続してもよい。また、図3(d)に示すように、配線219を通して、1対の配線122同士を電気的に接続してもよい。また、図3(e)に示すように、配線222を通して、1対の配線122を電気的に接続してもよい。
FIGS. 3C to 3E show modified examples of the second wafer Wf2 in the region I of FIG. In FIGS. 1, 2A to 2D, and FIGS. 3A and 3B, a pair of
図3(c)〜図3(e)に示すように、出来る限り上層の配線を使用して対となる配線122を互いに電気的に接続することで、下層のスペースを有効利用できるため、設計の幅が広がるという効果がある。
As shown in FIG. 3C to FIG. 3E, the lower layer space can be effectively used by electrically connecting the pair of
尚、以上のような各変形例については、適宜互いに組み合わせることも可能である。 In addition, about each above modification, it is also possible to combine mutually suitably.
以下に、第1のウェハWf1及び第2のウェハWf2のより詳しい構造及び形成方法について説明する。 Hereinafter, a more detailed structure and formation method of the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2 will be described.
図4(a)及び(b)と図5(a)及び(b)とは、電子デバイス100において上側に位置する第1のウェハWf1の構造及び形成方法を説明するための模式的な断面図である。
FIGS. 4A and 4B and FIGS. 5A and 5B are schematic cross-sectional views for explaining the structure and forming method of the first wafer Wf1 located on the upper side in the
第1のウェハWf1を形成するため、始めに、図4(a)の工程を行なう。ここでは、例えば略円形の平面形状を有する薄板である半導体基板101を用意する。半導体基板101は、例えばn型又はp型のシリコン単結晶からなる基板である。
In order to form the first wafer Wf1, first, the process of FIG. Here, for example, a
半導体基板101に対し、素子分離102を形成する。これは、リソグラフィ法とドライエッチング法により半導体基板101上面に溝を形成し、該溝に例えばCVD(Chemical Vapor Deposition )法によりシリコン酸化膜(SiO2 )を埋め込むことにより形成する。
An
次に、半導体基板101における素子分離102に囲まれた活性領域内に、例えばMOS(Metal Oxide Semiconductor )素子を形成する。ソース及びドレイン用の半導体領域103、ゲート電極104等を有している。
Next, for example, a MOS (Metal Oxide Semiconductor) element is formed in an active region surrounded by the
ここで、半導体領域103は、半導体基板101に対し、所定の不純物(nチャネル形であれば例えばリン(P)又はヒ素、pチャネル形であれば例えばホウ素(B))を添加することにより形成する。また、ゲート電極104は、半導体基板101上に例えばシリコン酸化膜(SiO2 )からなるゲート絶縁膜を介し、ポリシリコンからなる電極として形成する。
Here, the
次に、半導体基板101上を覆うように、例えばシリコン酸化膜等の絶縁膜105を堆積する。その後、ゲート電極104上に堆積された余分なシリコン酸化膜を、CMP(Chemical Mechanical Polishing )より除去し、平坦化する。続いて、絶縁膜105に埋め込むように、半導体領域103及びゲート電極104に接続すると共に、後の工程にて形成する配線と電気的に接続するプラグ106を形成する(但し、図ではゲート電極104に接続するプラグは図示していない)。該プラグ106は、例えばタングステン(W)、アルミニウム(Al)、銅(Cu)等の金属により形成する。
Next, an insulating
次に、図4(b)の工程を行なう。まず、プラグ106上及び絶縁膜105上を覆うように、全面に亘ってライナー膜を堆積する(図示せず)。これは、例えば、CVD法による膜厚30nm程度のシリコン窒化膜(SiN)として形成する。また、シリコン窒化膜に代えて、シリコン酸化膜を用いても良い。
Next, the process of FIG. 4B is performed. First, a liner film is deposited over the entire surface so as to cover the
その後、リソグラフィ法とドライエッチング法とを用い、貫通ビア孔を形成する。これは、ライナー膜及び絶縁膜105を貫通し、更に、半導体基板101を例えば7分の1〜8分の1程度まで彫り込む深さに形成する。半導体基板101の厚さが750μmであったとすると、これに対して100μmの深さとなる。
Thereafter, a through via hole is formed using a lithography method and a dry etching method. This is formed to a depth that penetrates the liner film and the insulating
次に、スパッタ法及びめっき法を用い、貫通ビア孔を埋め込み且つライナー膜上を覆うように、タンタル(Ta)/窒化タンタル(TaN)からなるバリア膜と、銅(Cu)膜とを順次堆積する。その後、CMP法を用い、ライナー膜上にまではみ出た部分の前記バリア膜及び銅膜を除去することにより、貫通ビア孔内を埋め込むように、貫通ビア110を形成する。 Next, using a sputtering method and a plating method, a barrier film made of tantalum (Ta) / tantalum nitride (TaN) and a copper (Cu) film are sequentially deposited so as to fill the via hole and cover the liner film. To do. Thereafter, the through via 110 is formed so as to fill the through via hole by removing the portion of the barrier film and the copper film that protrudes over the liner film by using the CMP method.
尚、ここではバリア膜としてTa膜とTaN膜との積層膜を用いたが、Ta膜、TaN膜のいずれか一方のみからなるバリア膜としても良い。また、貫通ビア孔を埋め込む導電膜の材料として銅を用いたが、この他に、銀(Ag)、アルミニウム(Al)又はこれら合金等を用いることもできる。 Here, a laminated film of a Ta film and a TaN film is used as the barrier film, but a barrier film made of only one of a Ta film and a TaN film may be used. Moreover, although copper was used as the material of the conductive film that embeds the through via hole, silver (Ag), aluminum (Al), or an alloy thereof can also be used.
また、貫通ビア孔の側壁には、バリア膜を形成するよりも前に、絶縁性膜を形成しておくことが好ましい。又は、前記絶縁性膜を形成する代わりに、貫通ビア110の周囲を絶縁物質によって囲むようにしても良い。 In addition, it is preferable to form an insulating film on the side wall of the through via hole before forming the barrier film. Alternatively, instead of forming the insulating film, the through via 110 may be surrounded by an insulating material.
次に、配線113を形成する。このためには、まず、貫通ビア110上及びライナー膜上を覆うように、例えば、CVD法による膜厚200nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜107を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、絶縁膜107及びライナー膜を共に貫通するように、互いに間隔をおいて複数の配線溝を形成する。
Next, the
次に、スパッタ法及びめっき法により、前記配線溝を埋め込み且つ絶縁膜107を覆うように、タンタル(Ta)/窒化タンタル(TaN)からなるバリア膜及び銅(Cu)膜を順次堆積する。
Next, a barrier film made of tantalum (Ta) / tantalum nitride (TaN) and a copper (Cu) film are sequentially deposited so as to fill the wiring trench and cover the insulating
その後、CMP法を用い、絶縁膜107上にまではみ出した部分の不要なバリア膜及び銅膜を除去することにより、配線溝を埋め込むバリア膜及び銅膜からなる配線113を形成する。
Thereafter, unnecessary portions of the barrier film and the copper film that protrude to the insulating
ここでも、バリア膜としてはTa膜/TaN膜からなる積層構造には限らず、単体のTa膜又はTaN膜等であっても良い。また、銅膜に代えて、銀、アルミニウム又はこれらの合金からなる膜を用いても良い。 Here again, the barrier film is not limited to the laminated structure of Ta film / TaN film, but may be a single Ta film or TaN film. Further, instead of the copper film, a film made of silver, aluminum, or an alloy thereof may be used.
次に、図5(a)の工程を行なう。ここでは、複数積層される絶縁膜114、117及び120と、その中に埋め込まれる配線構造(ビア115、118及び121と、配線116、119及び122)とを形成する。
Next, the process of FIG. Here, a plurality of insulating
まず、配線113上を含む絶縁膜107上を覆うように、例えば、CVD法による膜厚400nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜114を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、絶縁膜114に、複数のビア孔と、該複数のビア孔上接続する配線溝とを形成する。
First, an insulating
次に、スパッタ法及びめっき法により、前記ビア孔及び配線溝を埋め込み且つ絶縁膜114を覆うように、タンタル(Ta)/窒化タンタル(TaN)からなるバリア膜及び銅(Cu)膜を順次堆積する。
Next, a barrier film made of tantalum (Ta) / tantalum nitride (TaN) and a copper (Cu) film are sequentially deposited so as to fill the via hole and the wiring groove and cover the insulating
その後、CMP法を用い、絶縁膜114上にまではみ出した部分の不要なバリア膜及び銅膜を除去することにより、ビア孔及び配線溝をバリア膜及び銅膜が埋め込んだ構造を有するビア115及び配線116を形成する。尚、ビア孔の位置を必要に合わせて設定することにより、配線113の所望の箇所に接続するビア115を形成することができる。
Thereafter, by using the CMP method, the unnecessary barrier film and copper film protruding to the top of the insulating
更に、同様の工程を繰り返すことにより、絶縁膜114上に形成される絶縁膜117とそこに埋め込まれるビア118及び配線119、絶縁膜117上に形成される絶縁膜120とそこに埋め込まれるビア121及び配線122を形成し、多層配線構造を形成する。ここでは配線総数が4層であるが、これは一例であり、特に限定されることはない。
Further, by repeating the same process, the insulating film 117 formed on the insulating
尚、本実施形態においては、各絶縁膜114、117及び120について、シリコン酸化膜の単層構造とした。しかし、この他に、他の材料からなる単層構造でも良いし、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜等の積層膜を用いても良い。また、バリア膜としてはTa膜/TaN膜からなる積層構造には限らず、単体のTa膜又はTaN膜等であっても良い。更に、銅膜に代えて、銀、アルミニウム又はこれらの合金からなる膜を用いても良い。
In this embodiment, each of the insulating
次に、図5(b))の工程を行なう。ここでは、半導体基板101に対して裏面から薄型化処理を施し、半導体基板101の裏面側に、貫通ビア110の下端部分を貫通ビア底123として露出させる。
Next, the process of FIG. 5B is performed. Here, the
薄型化処理としては、例えば、まず所望の厚さになるまで半導体基板101の裏面を研削し、その後、CMP法のような機械的な要素と化学的な要素を併せ持つ研磨処理を施す。この時点では、貫通ビア底123は露出させないようにする。その後、ウェットエッチング法により半導体基板101の裏面をエッチングし、貫通ビア底123を露出させる。
As the thinning process, for example, the back surface of the
薄型化処理の他の例としては、研削を行なうこと無くCMP法及びウェットエッチング法を用いても良い。更には、CMP法のみ、又はウェットエッチング法のみによって薄型化処理を行なっても良い。 As another example of the thinning process, a CMP method and a wet etching method may be used without performing grinding. Further, the thinning process may be performed only by the CMP method or only by the wet etching method.
以上のようにして、電子デバイス100の上側に位置する第1のウェハWf1が形成される。
As described above, the first wafer Wf1 positioned above the
次に、図6(a)及び(b)と図7とは、電子デバイス100において下側に位置する第2のウェハWf2の構造及び形成方法を説明するための模式的な断面図である。
Next, FIGS. 6A and 6B and FIG. 7 are schematic cross-sectional views for explaining the structure and formation method of the second wafer Wf2 located on the lower side in the
まず、図6(a)に示す構造を形成する。これは、第1のウェハWf1について図5(a)に示す構造と同様であり、符号のみが異なっている。つまり、半導体基板201上に素子分離202によって活性領域が区画され、該活性領域に、半導体領域203、ゲート絶縁膜(図示せず)及びゲート電極204を含むMOS素子が形成されている。該MOS素子上を含む半導体基板201上を覆うように絶縁膜205が形成され、絶縁膜205を貫通して半導体領域203等に達するようにプラグ206が形成されている。これらは、いずれも第1のウェハWf1について説明したのと同様にして形成すればよい。但し、このように第2のウェハWf2が第1のウェハWf1と同様の構造を有していることは必須ではなく、別の構造であっても良い。
First, the structure shown in FIG. 6A is formed. This is the same as the structure shown in FIG. 5A for the first wafer Wf1, and only the reference numerals are different. That is, an active region is partitioned on the
次に、図6(b)に示す工程を行なう。まず、プラグ206上及び絶縁膜205上を覆うように、例えば、CVD法により膜厚が200nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜207を堆積する。続いて、リソグラフィ法及びドライエッチング法により、絶縁膜207に、互いに間隔をおいて複数の配線溝を形成する。
Next, the process shown in FIG. First, an insulating
その後、スパッタ法及びめっき法により、前記配線溝を埋め込み且つ絶縁膜207上を覆うように、タンタル(Ta)/窒化タンタル(TaN)からなるバリア膜及び銅(Cu)膜を順次堆積する。
Thereafter, a barrier film made of tantalum (Ta) / tantalum nitride (TaN) and a copper (Cu) film are sequentially deposited so as to fill the wiring trench and cover the insulating
その後、CMP法を用い、絶縁膜207上にまではみ出した部分の不要なバリア膜及び銅膜を除去することにより、配線溝を埋め込むバリア膜及び銅膜からなる配線213を形成する。尚、配線溝の位置を設定することにより、例えばプラグ206上に接続する等、任意の位置に配線213を配置することができる。
After that, by using the CMP method, unnecessary barrier film and copper film protruding to the top of the insulating
ここでも、バリア膜としてはTa膜/TaN膜からなる積層構造には限らず、単体のTa膜又はTaN膜等であっても良い。また、銅膜に代えて、銀、アルミニウム又はこれらの合金からなる膜を用いても良い。 Here again, the barrier film is not limited to the laminated structure of Ta film / TaN film, but may be a single Ta film or TaN film. Further, instead of the copper film, a film made of silver, aluminum, or an alloy thereof may be used.
尚、本実施形態においては、絶縁膜107について、シリコン酸化膜の単層構造とした。しかし、この他に、他の材料からなる単層構造でも良いし、シリコン酸化膜/シリコン窒化膜等の積層膜を用いても良い。
In this embodiment, the insulating
次に、図7に示す工程を行なう。ここでは、複数積層される絶縁膜214、217及び220と、その中に埋め込まれる配線構造(ビア215、218及び221と、配線216、219及び222)とを形成する。
Next, the process shown in FIG. 7 is performed. Here, a plurality of insulating
これらについては、例えば、第1のウェハWf1について図5(a)において説明したのと同様の方法により形成することができる。但し、別の方法であっても良い。 For example, the first wafer Wf1 can be formed by the same method as described in FIG. However, another method may be used.
また、最上層に位置する配線222については、第1のウェハWf1における貫通ビア底123と接続する必要があるため、それに応じた位置に形成する。他の層の配線216及び219と、各層の配線を接続するビア215、218及び221については、任意に配置することができる。
Further, since the
以上のようにして、電子デバイス100の下側に位置する第2のウェハWf2が形成される。
As described above, the second wafer Wf2 positioned below the
この後、第1のウェハWf1を第2のウェハWf2上に位置を合わせて搭載し、両ウェハを貼り合せる。以下に、この貼り合せ工程について説明する。 Thereafter, the first wafer Wf1 is mounted on the second wafer Wf2 so that the two wafers are bonded together. Below, this bonding process is demonstrated.
図8及び図9は、第1のウェハWf1と第2のウェハWf2とを貼り合せる工程について、位置合わせの方法を説明する断面図及び平面図である。 8 and 9 are a cross-sectional view and a plan view for explaining a method of aligning the steps of bonding the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2.
まず、下側の第2のウェハWf2を準備した後、その上に、上側の第1のウェハWf1を、その裏面が第2のウェハWf2の主面に対向するように配置する。 First, after preparing the lower second wafer Wf2, the upper first wafer Wf1 is disposed thereon so that the back surface thereof faces the main surface of the second wafer Wf2.
続いて、第2のウェハWf2と第1のウェハWf1との相対的な位置を合わせる。具体的には、第2のウェハWf2における最上層の配線222と、それに対応する第1のウェハWf1の裏面における貫通ビア底123との位置を合わせる。
Subsequently, the relative positions of the second wafer Wf2 and the first wafer Wf1 are aligned. Specifically, the
更に、両ウェハの対向面を近付けると共に、第2のウェハWf2の最上層の配線222と、第1のウェハWf1の貫通ビア底123とをそれぞれ接触させて電気的に接続する。これにより、第1のウェハWf1と第2のウェハWf2との電気的接続が行なわれる。
Further, the opposing surfaces of both wafers are brought close to each other, and the
その後、第1のウェハWf1と第2のウェハWf2との隙間に絶縁性の接着剤301を注入することにより(図1を参照)、積層された第1のウェハWf1と第2のウェハWf2とを貼り合せて機械的強度を確保する。
After that, by injecting an insulating
このようにして第1のウェハWf1と第2のウェハWf2を貼り合せた後、両ウェハをチップ単位に切断して個々のチップ(電子デバイス100)を得る。このようにして得られた電子デバイスは、複数枚(ここでは2枚)のチップが積み重ねられた3次元構造を有する。つまり、複数のチップにそれぞれ設けられた半導体回路等同士が貫通ビアを通じて電気的に接続され、全体として一つの半導体集積回路が構成されている。 After the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2 are bonded together in this way, both wafers are cut into chips to obtain individual chips (electronic device 100). The electronic device thus obtained has a three-dimensional structure in which a plurality of (here, two) chips are stacked. That is, the semiconductor circuits and the like provided in each of the plurality of chips are electrically connected through the through vias, so that one semiconductor integrated circuit is configured as a whole.
ここで、第1のウェハWf1と第2のウェハWf2との位置合わせについて、更に説明する。 Here, the alignment between the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2 will be further described.
まず光学的な位置合わせ手法等を用いてある程度の位置合わせを行なう。その後、図8及び図9に示すように、電源501につながった両端の端子を上側のウェハWf1の最上層の配線122に形成された接続パッド502と503にそれぞれ接続する。その後、電源を入れ、電圧をかけることで、電流504を流す。このとき、上側のウェハWf1の接続パッド502及び503に対して電気的に接続した貫通ビア底123と、下側ウェハWf2の最上層配線222とが接続すると、下側のウェハWf2の配線213を介して電流504が流れる。このとき、電流504は電流計505を通して、その電流値をモニタリング(観測)することができる。
First, a certain degree of alignment is performed using an optical alignment method or the like. Thereafter, as shown in FIGS. 8 and 9, terminals at both ends connected to the
ここで、上側のウェハWf1と下側のウェハWf2とが一致していないと電流は流れない。また、上側のウェハWf1の貫通ビア底123が、下側のウェハWf2の最上層配線222上にあるが完全に接続していない場合には、抵抗が増加するため電流値は小さくなる。これに対し、完全に接続した場合には、電流値は最も大きくなる。
Here, current does not flow unless the upper wafer Wf1 and the lower wafer Wf2 match. When the through via
そこで、この電流値をモニタリングし、下側のウェハWf2を下側のウェハWf2の主面に対して少しずつ平行もしくは回転移動させる。そして、その移動範囲の中で、電流値が最大となる位置を最適な位置として決定する。 Therefore, this current value is monitored, and the lower wafer Wf2 is moved in parallel or rotated little by little with respect to the main surface of the lower wafer Wf2. And the position where an electric current value becomes the maximum in the movement range is determined as an optimal position.
このような位置合わせ方法によると、最も位置合わせズレが小さくなる最適な位置を直接観測しながら両ウェハの接合を行なうことができ、間接的な位置合わせであった従来技術に比べてより正確且つ適切な位置合わせを行なうことができる。よって、電子デバイス製造の歩留りが向上する。また、このような方法は、ウェハ同士の位置合わせには限られず、チップ同士の位置合わせ、ウェハに対するチップの位置合わせ等にも対応することができる。 According to such an alignment method, both wafers can be bonded while directly observing the optimum position where the alignment displacement is minimized, which is more accurate and more accurate than the prior art which was indirect alignment. Appropriate alignment can be performed. Thus, the yield of electronic device manufacturing is improved. In addition, such a method is not limited to the alignment between wafers, but can also correspond to the alignment between chips, the alignment of chips with respect to the wafer, and the like.
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子デバイスとその製造方法について、図面を参照しながら説明する。本実施形態についても、以下に示す各図、種々の構成要素の形状、材料、寸法等はいずれも望ましい例を挙げるものであり、示した内容には限定されない。発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、記載内容に限定されることなく適宜変更可能である。また、第2の実施形態において、ウェハ−ウェハの接合を主に記載しているが、ウェハ−チップの接合及びチップ−チップの接合においても同様の説明が成り立ち、同様の効果を得ることが出来る。
(Second Embodiment)
Next, an electronic device and a manufacturing method thereof according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Also in the present embodiment, each of the following drawings and the shapes, materials, dimensions, and the like of various components are desirable examples, and are not limited to the contents shown. As long as it does not deviate from the gist of the invention, it can be appropriately changed without being limited to the description. In the second embodiment, the wafer-wafer bonding is mainly described. However, the same explanation holds for the wafer-chip bonding and the chip-chip bonding, and the same effect can be obtained. .
ここで、第2の実施形態の電子デバイス100を図10に図示する。第2の実施形態の電子デバイスは、第1の実施形態の電子デバイス100と同様に、2枚のウェハが積層された構造を有する。その上側になる第1のウェハWf1及び第2のウェハについては、図1に示す第1の実施形態における第1のウェハWf1と同じ構造であり、第1の実施形態において第1のウェハWf1を形成する際に説明したようにして製造すれば良い。
Here, the
つまり、第1の実施形態と第2の実施形態とでは、下側に形成される第2のウェハWf2の構造及び製法が異なるということになる。ここでは、第2の実施形態の第1のウェハWf1と第2のウェハWf2の製造方法については、説明を省略することにする。ただし、図10では、貫通ビア底を露出させる工程は省いて形成した第2のウェハWf2を使用して2枚のウェハが積層された構造を示しているが、貫通ビア底を露出させた第2のウェハWf2を用いてもよい。 That is, the structure and manufacturing method of the second wafer Wf2 formed on the lower side are different between the first embodiment and the second embodiment. Here, the description of the manufacturing method of the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2 of the second embodiment will be omitted. However, FIG. 10 shows a structure in which two wafers are stacked using the second wafer Wf2 formed by omitting the step of exposing the bottom of the through via. Two wafers Wf2 may be used.
図10において、第1のウェハWf1の最上層配線122と、第2のウェハWf2の貫通ビア210の下端又は下端近傍の半導体基板領域とは、配線119、116、113、222、219、216、213と、ビア121、118、115、221、218、215と、貫通ビア110、210とを通して電気的に接続されている。このように、電気的に接続されることにより、アライメントが有利になるという効果がある。
In FIG. 10, the
次に、図10の領域III における変形例を図11(a)〜図11(c)を利用して、説明することにする。 Next, modified examples in the region III of FIG. 10 will be described with reference to FIGS. 11 (a) to 11 (c).
図11(a)では、貫通ビア210は、アライメントに必要な箇所のみに形成している。図10のように、アライメントに必要な箇所以外に形成せずに、アライメントに必要な箇所(チップ領域の外周部近傍)のみに形成することで、コスト的に有利であるという効果がある。 In FIG. 11A, the through via 210 is formed only at a position necessary for alignment. As shown in FIG. 10, it is advantageous in terms of cost because it is formed only at a position necessary for alignment (in the vicinity of the outer peripheral portion of the chip region) without being formed except for the position necessary for alignment.
図11(b)では、第2のウェハWf2の裏面を研磨することで、貫通ビア底が露出した第2のウェハWf2を用いる例を示している。多数の半導体基板を積層させるには、貫通ビア108は露出している方が望ましい。 FIG. 11B shows an example in which the second wafer Wf2 in which the bottom of the through via is exposed by polishing the back surface of the second wafer Wf2. In order to stack a large number of semiconductor substrates, it is desirable that the through via 108 is exposed.
また、図11(c)は、図11(a)及び図11(b)のA−A'線による断面図におけるアライメントに必要な箇所(チップ領域401の外周部近傍)を示した図である。図11(c)のB−B'線による断面図が、図11(a)及び図11(b)に相当すると言うこともできる。図11(c)に示すように、貫通ビア210は、アライメントに必要な箇所(チップ領域401の外周部近傍)に形成されていることが望ましく、チップ領域401の中心を軸として対極に位置していることが望ましい。
FIG. 11C is a diagram showing a portion (near the outer peripheral portion of the chip region 401) necessary for alignment in the cross-sectional view along the line AA ′ in FIGS. 11A and 11B. . It can also be said that the cross-sectional view taken along line BB ′ of FIG. 11C corresponds to FIG. 11A and FIG. As shown in FIG. 11C, the through via 210 is desirably formed at a position necessary for alignment (near the outer periphery of the chip region 401), and is located at the counter electrode with the center of the
図11(d)では、第2のウェハWf2に貫通ビアを形成せずに、アライメントに必要な箇所(チップ領域401の外周部近傍)にプラグ206を形成し、プラグ206の下端の位置を囲むように、素子分離202を半導体基板201に形成している。このようにすることで、第1のウェハWf1の最上層配線122と、プラグ206の下端と接続している半導体基板領域とを、配線119、116、113、222、219、216、213と、ビア121、118、115、221、218、215と、貫通ビア110と、プラグ206とを通して電気的に接続することが可能となる。また、図11(d)に示すように、素子分離の底面が露出するまで、第2のウェハWf2の裏面研磨を行う方が、基板の平面方向に電流が漏れることを抑制することが出来るので望ましい。
In FIG. 11D, a through via is not formed in the second wafer Wf2, but a
また、図11(e)は、図11(d)のA−A' 面の断面図におけるアライメントに必要な箇所(チップ領域401の外周部近傍)を示した図である。図11(e)のB−B' 面の断面図が、図11(d)に相当すると言うこともできる。図11(e)に示すように、底面が素子分離202によって囲まれているプラグ206は、アライメントに必要な箇所(チップ領域401の外周部近傍)に形成されていることが望ましく、チップ領域401の中心を軸として対極に位置していることが望ましい。
FIG. 11E is a view showing a location (near the outer peripheral portion of the chip region 401) necessary for alignment in the cross-sectional view of the AA ′ plane in FIG. It can also be said that the cross-sectional view of the BB ′ plane in FIG. 11E corresponds to FIG. As shown in FIG. 11E, the
次に、両ウェハの位置合わせの工程について説明する。図12は、本実施形態における位置合わせの方法を説明する図である。 Next, the process of aligning both wafers will be described. FIG. 12 is a diagram for explaining an alignment method in the present embodiment.
まず、第1の実施形態の場合(図8及び図9)と同様に、第1のウェハWf1を第2のウェハWf2上に配置し、光学的手法によってある程度の位置合わせを行なう。次に、図12に示すように、電源501の両端の端子(図示せず)について、それぞれ接続パッド603及び貫通ビア210の下端の半導体基板領域602に接続する(図12においては、電源501の電気的な接続を示している)。
First, as in the case of the first embodiment (FIGS. 8 and 9), the first wafer Wf1 is placed on the second wafer Wf2, and a certain degree of alignment is performed by an optical technique. Next, as shown in FIG. 12, terminals (not shown) at both ends of the
その後、電源501をオンにして電圧を加えることで、電流504を流す。上側のウェハWf1の上層接続パッド603に繋がった貫通ビア底110と、下側のウェハWf2の貫通ビアが形成された下層接続領域(半導体基板領域)602とに繋がった最上層配線506とが接続すると、電流504が流れる。このとき、電流504は電流計505を通して、その電流値をモニタリングすることができる。
Thereafter, the
ここで、上側のウェハWf1と下側のウェハWf2とが接続されていないと電流は流れない。また、上側のウェハWf1の貫通ビア底110が、下側のウェハWf2の最上層配線222上にあるが完全には接続されていない場合は、抵抗が増加するため電流値は小さくなる。更に、完全に接続された場合は、電流値は最も大きくなる。
Here, no current flows unless the upper wafer Wf1 and the lower wafer Wf2 are connected. Further, when the through via
そこで、この電流値をモニタリングし、下側のウェハWf2を下側のウェハWf2の主面に対して、少しずつ平行もしくは回転移動させる。そして、その移動範囲の中で、電流値が最大となる位置を最適な位置として決定する。 Therefore, this current value is monitored, and the lower wafer Wf2 is moved in parallel or rotated little by little with respect to the main surface of the lower wafer Wf2. And the position where an electric current value becomes the maximum in the movement range is determined as an optimal position.
第1の実施形態の場合と同様、最も位置合わせズレが小さくなる最適な位置を直接観測しながら両ウェハの接合を行なうことができ、間接的な位置合わせであった従来技術に比べてより正確且つ適切な位置合わせを行なうことができる。よって、電子デバイス製造の歩留りが向上する。また、このような方法は、ウェハ同士の位置合わせには限られず、チップ同士の位置合わせ、ウェハに対するチップの位置合わせ等にも対応することができる。 As in the case of the first embodiment, both wafers can be bonded while directly observing the optimum position where the misalignment is the smallest, which is more accurate than the conventional technique that was indirect alignment. In addition, appropriate alignment can be performed. Thus, the yield of electronic device manufacturing is improved. In addition, such a method is not limited to the alignment between wafers, but can also correspond to the alignment between chips, the alignment of chips with respect to the wafer, and the like.
尚、第1の実施形態及び第2の実施形態において、電子デバイスとして、いずれも半導体基板にMOS素子、配線構造等が設けられた第1のウェハWf1及び第2のウェハWf2を貼り合せて半導体装置を製造する例を説明した。しかし、これには限定されない。例えば、導電膜を有する絶縁基板を用いている場合にも導電膜に対して問題なく適用できる。更に、貫通ビア110を有する構造をプリント基板上に位置合わせして搭載するような場合にも適用可能である。 In the first embodiment and the second embodiment, as the electronic devices, the first wafer Wf1 and the second wafer Wf2 each provided with a MOS element, a wiring structure, and the like are bonded to each other as a semiconductor substrate. The example which manufactures an apparatus was demonstrated. However, it is not limited to this. For example, even when an insulating substrate having a conductive film is used, the present invention can be applied to the conductive film without any problem. Furthermore, the present invention can also be applied to a case where a structure having a through via 110 is mounted in alignment on a printed board.
本発明の電子デバイス及びその製造方法は、複数の基板が正確に確実に位置合わせされた積層構造(3次元構造)を歩留り良く実現するため、より小型化、薄型化して実装密度を高めた半導体装置としても有用である。 The electronic device and the method of manufacturing the same according to the present invention are semiconductors that are more compact and thinner to increase the mounting density in order to realize a stacked structure (three-dimensional structure) in which a plurality of substrates are accurately and reliably aligned with high yield. It is also useful as a device.
Wf1 第1のウェハ
Wf2 第2のウェハ
100 電子デバイス
101 半導体基板
102 素子分離
103 半導体領域
104 ゲート電極
105、107、114、117、120 絶縁膜
106 プラグ
110 貫通ビア
113、116、119、122 配線
115、118、121 ビア
123 貫通ビア底
401 チップ領域
201 半導体基板
202 素子分離
203 半導体領域
204 ゲート電極
205、207、214、217、220 絶縁膜
206 プラグ
213、216、219、222 配線
215、218、221 ビア
301 接着剤
501 電源
502 接続パッド
503 接続パッド
504 電流
505 電流計
602 接続領域
603 接続パッド
Wf1 First wafer
Claims (18)
前記所定領域は、
前記第1基板を貫通する少なくとも2つの貫通ビアと、
前記第2基板に設けられた配線とを有し、
前記少なくとも2つの貫通ビアは、前記配線を介して電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有していることを特徴とする電子デバイス。 A first substrate; and a second substrate mounted with the first substrate and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region;
The predetermined area is:
At least two through vias penetrating the first substrate;
Wiring provided on the second substrate,
The at least two through vias have at least one connection pair electrically connected through the wiring.
前記第1基板の最上層に、少なくとも2つの導電部が形成されており、
前記少なくとも2つの貫通ビアのそれぞれは、前記少なくとも2つの導電部のそれぞれに対して別々に電気的に接続されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 1,
At least two conductive portions are formed on the uppermost layer of the first substrate;
Each of the at least two through vias is separately electrically connected to each of the at least two conductive portions.
前記少なくとも2つ貫通ビアは、前記所定領域内の外周部に形成されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 1 or 2,
The electronic device according to claim 1, wherein the at least two through vias are formed in an outer peripheral portion in the predetermined region.
前記接続対は、複数存在することを特徴とする電子デバイス。 In any one of Claims 1-3,
An electronic device characterized in that a plurality of the connection pairs exist.
前記所定領域は、
前記第1基板を貫通する第1貫通ビアと、
前記第2基板を貫通する第2貫通ビアとを有し、
前記第1貫通ビアと前記第2貫通ビアとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有していることを特徴とする電子デバイス。 A first substrate; and a second substrate mounted with the first substrate and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region;
The predetermined area is:
A first through via penetrating the first substrate;
A second through via penetrating the second substrate;
The electronic device, wherein the first through via and the second through via have at least one connection pair electrically connected.
前記第1基板の最上層に第1導電部を有し、
前記第2基板の最上層に第2導電部を有し、
前記第1導電部、前記第1貫通ビア、前記第2導電部及び前記第2貫通ビアは、電気的に接続されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 5,
A first conductive portion on an uppermost layer of the first substrate;
A second conductive portion on the uppermost layer of the second substrate;
The electronic device, wherein the first conductive portion, the first through via, the second conductive portion, and the second through via are electrically connected.
前記第1貫通ビア及び前記第2貫通ビアは、前記所定領域内の外周部に形成されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 5 or 6,
The electronic device, wherein the first through via and the second through via are formed in an outer peripheral portion in the predetermined region.
前記接続対は、複数存在していることを特徴とする電子デバイス。 In any one of Claims 5-7,
An electronic device characterized in that a plurality of the connection pairs exist.
前記所定領域は、
前記第1基板を貫通する第1貫通ビアと、
前記第2基板の半導体基板に形成された素子分離領域と、
前記第2基板の半導体基板に接続するように形成されたプラグを有し、
前記素子分離領域は、前記プラグの下端部の位置を囲むように形成されており、
前記第1の貫通ビアと前記プラグとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有していることを特徴とする電子デバイス。 A first substrate; and a second substrate mounted with the first substrate and electrically connected to the first substrate in at least one predetermined region;
The predetermined area is:
A first through via penetrating the first substrate;
An element isolation region formed in the semiconductor substrate of the second substrate;
A plug formed to connect to the semiconductor substrate of the second substrate;
The element isolation region is formed so as to surround a position of a lower end portion of the plug,
The electronic device, wherein the first through via and the plug have at least one connection pair electrically connected.
前記第1基板の最上層に第1導電部を有し、
前記第2基板の最上層に第2導電部を有し、
前記第1導電部、前記第1貫通ビア、前記第2導電部及び前記プラグは、電気的に接続されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 9,
A first conductive portion on an uppermost layer of the first substrate;
A second conductive portion on the uppermost layer of the second substrate;
The electronic device, wherein the first conductive portion, the first through via, the second conductive portion, and the plug are electrically connected.
前記第1貫通ビア及び前記プラグは、前記所定領域内の外周部に形成されていることを特徴とする電子デバイス。 In claim 9 or 10,
The electronic device according to claim 1, wherein the first through via and the plug are formed in an outer peripheral portion in the predetermined region.
前記接続対は、複数存在していることを特徴とする電子デバイス。 In any one of Claims 9-11,
An electronic device characterized in that a plurality of the connection pairs exist.
第2基板に配線を形成する工程(b)と、
前記工程(a)及び前記工程(b)の後に、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる工程(c)を有し、
前記少なくとも2つの貫通ビアは、前記配線を介して電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 Forming at least two through vias in the first substrate;
Forming a wiring on the second substrate (b);
After the step (a) and the step (b), the method includes a step (c) of bonding the first substrate and the second substrate,
The method of manufacturing an electronic device, wherein the at least two through vias have at least one connection pair electrically connected through the wiring.
前記工程(c)において、前記少なくとも2つ貫通ビアに前記配線を介して電流を流し、その電流値を観測しながら貼り合せることを特徴とする電子デバイスの製造方法。 In claim 13,
In the step (c), a current is supplied to the at least two through vias via the wiring, and the electronic device is bonded while observing the current value.
第2基板に第2貫通ビアを形成する工程(b)と、
前記工程(a)及び前記工程(b)の後に、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる工程(c)を有し、
前記第1貫通ビアと前記第2貫通ビアとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 Forming a first through via in the first substrate;
Forming a second through via in the second substrate;
After the step (a) and the step (b), the method includes a step (c) of bonding the first substrate and the second substrate,
The method of manufacturing an electronic device, wherein the first through via and the second through via have at least one connection pair electrically connected.
前記工程(c)において、前記第1貫通ビアと前記第2貫通ビアとに電流を流し、その電流値を観測しながら貼り合わせることを特徴とする請求項15に記載の電子デバイスの製造方法。 In claim 15,
16. The method of manufacturing an electronic device according to claim 15, wherein, in the step (c), a current is passed through the first through via and the second through via, and the current is observed while observing the current value.
第2基板の半導体基板に素子分離領域を形成する工程(b)と、
前記第2基板の前記半導体基板に接続するようにプラグを形成する工程(c)と、
前記工程(a)及び前記工程(b)の後に、前記第1基板と前記第2基板とを貼り合わせる工程(d)を有し、
前記素子分離領域は、前記プラグの下端部の位置を囲むように形成し、
前記第1の貫通ビアと前記プラグとは、電気的に接続された少なくとも一つの接続対を有することを特徴とする電子デバイスの製造方法。 Forming a first through via in the first substrate;
A step (b) of forming an element isolation region in the semiconductor substrate of the second substrate;
Forming a plug to connect to the semiconductor substrate of the second substrate;
After the step (a) and the step (b), the method includes a step (d) of bonding the first substrate and the second substrate,
The element isolation region is formed so as to surround a position of a lower end portion of the plug,
The method of manufacturing an electronic device, wherein the first through via and the plug have at least one connection pair electrically connected.
前記工程(d)において、前記第1貫通ビアと前記プラグとに電流を流し、その電流値を観測しながら貼り合わせることを特徴とする請求項15に記載の電子デバイスの製造方法。 In claim 17,
16. The method of manufacturing an electronic device according to claim 15, wherein in the step (d), a current is passed through the first through via and the plug, and bonding is performed while observing the current value.
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