JP2001015683A - 極薄基板の転写方法及び該方法を用いた多層薄膜デバイスの製造方法 - Google Patents
極薄基板の転写方法及び該方法を用いた多層薄膜デバイスの製造方法Info
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- H01L2224/24221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
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- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
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- H01L2224/32151—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
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Abstract
び該転写方法を用いた多層薄膜デバイスの製造方法を提
供する。 【解決手段】 基板上にデバイス層を含んだ第1基板
4、14を用意して、主面の一方の面を剥離層13によ
ってキャリア15と付着するステップと、第1基板4、
14の他方の主面を硬化可能な高分子接着層7を持つ第
2基板6に付着するステップと、第1基板4、14をキ
ャリア15から引き離すために第1基板4、14から剥
離層13を分離して、その後、高分子接着層17を硬化
するステップとからなる。また、硬化した高分子層7、
17によって互いに接着されている薄膜デバイスを積層
して多層薄膜デバイスとすることができる。
Description
能動デバイスを含む半導体基板の転写方法及び該転写方
法を用いた多層薄膜デバイスの製造方法に関する。
積密度を増すために、多数の不動態化したデバイスチッ
プを接着して積層化したいわゆる「キューブ」を形成す
ることは知られている。従来、これらのデバイスは、チ
ップの層に垂直なキューブの側面の一つを介して接続さ
れている。そのような公知の接続方法の一つがヨーロッ
パ特許公報第631310号に開示されており、これを図1に
示す。それによれば、複数のチップを接着してなるキュ
ーブ1は、当該チップの層に垂直なキューブの側面の一
つに接続部を設けている。側面での接続部は、キャリア
2の出力ピン3に接続している。このキューブは、以下
の方法により作成される。集積回路チップは、ウエハの
上面に形成される。次に、高分子接着物質をチップ全体
の上面に施与する。その後、ウエハはさいの目に切断
し、得られた複数の集積回路チップを接着剤で互いに結
合することで積層化する。その結果、キューブ構造は、
積層中の各層がチップとそのチップ用のキャリア(半導
体ウエハ)の両方を含むので、むしろ嵩高である。
ーンズ(Robert Burns)、ウォーレン・チェーズ(Warren
Chase)、ディーン・フリュー(Dean Frew)らの「Utilisi
ng three-dimensional memory packaging and silicon
on silicon technology fornext generation recording
devices(次世代記録デバイス用3次元メモリパッケー
ジとシリコン積層技術の利用)」(ICMCM議事録(IC
MCM Proceedings)、1992、第34−40頁)の論文によ
り知られている。この公知のデバイスを図2に概略的に
示すが、ハンダでX、Yワイヤないし「ルーティング(r
outing)」6、7と接続した3Dメモリ5と、シリコン
基板11の上に構築されるMCM基板の接地及びソース
ポテンシャル8、9とからなる。ヨーロッパ特許公報第
631310号に開示されている公知デバイスと同様に、3D
メモリ5の各層は基板10に垂直に積層されているの
で、完成品としては基板10に垂直な方向に相当の空間
を占めている。
ッパ特許公報EP 729184号に開示されており、大規模集
積回路(LSI)が、配線導体が形成されているセラミ
ック製キャリア基板ないしフレキシブルキャリアフィル
ム上に微細バンプを介して載置されている。そのような
複数のキャリア基板ないしキャリアフィルムは、配線導
体と電気的に接続されているホールを介してバンプによ
り互いに接続されて、3次元積層モジュールを構成して
いる。この積層体も、各層がキャリア層とチップとを含
むことから厚いために相当の空間を占めている。さら
に、接続部は、基板に垂直なチップの層が構成するキュ
ーブの一側面に設けられている。
ていることから、キューブパッケージが嵩高であるのみ
ならず、その熱特性が悪影響を受けるなどの問題を抱え
ている。
ン等の半導体基板の取扱いは、これらの層がもろく、損
傷をうけやすいことから難しい。加えて、複数層の転写
して積層体を形成することは、先に転写された層が完全
に平坦にならないために困難であり、そのようなところ
へ次の極薄基板の転写を行なうと層に損傷を与えること
がある。
の転写方法の一つが米国特許第5256562号公報に開示さ
れている。方法については詳細に説明されていないが、
第1基板上に薄膜トランジスタの形成が行われている。
基板のトランジスタ側は、エポキシ接着剤でキャリア基
板と接着されている。キャリアはガラスである。除去す
るステップは開示されていないが、この第1基板は除去
されるようであり、キャリアとTFTは第2基板に転写
されて別の接着剤(特定せず)で接着される。ガラス製
キャリアはフッ化水素酸を用いて除去され、エポキシ接
着剤は酸素プラズマ、硫酸(sulphuric acid)又は沸騰ト
リクロルエチレンで除去している。別の方法では、除去
可能なエポキシがガラスキャリアの付着に用いられ、エ
ポキシ接着剤をUV又はマイクロ波放射線、又はエポキ
シ層の接着性を破壊する化学物質にさらすことで除去し
ている。エポキシ層は、上述の方法の一つで除去され
る。この公知の方法では侵蝕性の化学物質と煩雑な方法
とを採用していることから、TFTを特別な層で保護す
る必要がある。これは商業的生産にとって望ましくない
方法である。さらに、能動デバイスの3次元構造を形成
するに当たってTFTの一つの層を他の層上にどのよう
に積層するかにつては開示されていない。実際、侵蝕性
化学物質の利用は、3次元能動デバイスの形成には適し
ていない。
の高密度積層体を作成することができる集積回路チップ
の組立て方法を提供することである。
構造に比べて占有空間がより小さい電子能動及び受動デ
バイスの3次元構造からなる半導体デバイスとその製造
方法を提供することである。
特に半導体基板の安全な転写方法を提供することであ
る。
デバイスより優れた熱特性及び/又は電気的特性を有し
ており、電子能動及び受動デバイスの3次元構造からな
る半導体デバイスとその製造方法を提供することであ
る。
有する第1平面基板を設けるステップと、前記第1平面
基板の一方の主面を、剥離層によってキャリアに付着す
るステップと、前記第1平面基板の他方の主面を、硬化
可能な高分子接着剤層を備えた前記第2基板に付着する
ステップと、前記高分子接着剤層を部分的に硬化するス
テップと、前記第1基板を前記キャリアから分離するよ
うに、前記第1基板から剥離層を分離するステップと、
前記高分子接着剤層を硬化するステップとからなる第1
平面基板を第2基板に転写する方法を提供する。
記硬化可能な接着剤を第2基板に設けるステップを含ん
でもよい。第1基板は、好ましくは、薄層化操作の間に
キャリアと剥離層に支持された半導体基板を薄くするこ
とによって形成された極薄半導体基板であるのが望まし
い。半導体基板は、キャリアが付着する面に形成された
複数のダイ(dies)の間にマイクロ溝を設けてもよい。半
導体基板の薄層化は、溝が連絡するまで続けられるべき
である。この結果、剥離層によって、キャリアに付着
し、分離されたダイのアレーとなる。これらのダイの選
択的除去により、キャリアをさいの目に切るステップを
なくすことができる。
接続ルーティングを有し、平坦半導体デバイス部に隣接
している3次元の相互接続部を含んでいる複数層からな
り、前記半導体部は、各層の前記相互接続部に接続され
ており、前記X、Yルーティングは前記相互接続部の面
内に横たわっており、前記Zルーティングは前記相互接
続部の面に垂直であり、各相互接続部の前記Zルーティ
ングは前記相互接続部じゅうに選択的に分布しているも
のである多層薄膜デバイスを提供するものである。一の
層にわたるZ接続は、三つの隣接する層にあるZ接続が
互いに連絡しているにもかかわらず、この一の層の上又
は下のいずれかの層へのZ接続とは異なる部分に配置さ
れていてもよい。二つの層間のZ接続は、層の一つの面
上に配したX又はYルーティングにより達成することが
できる。そのため、二層以上を貫通するバイアは必要で
はなく、また、接続のために層に垂直な端面や内面を用
いる必要もない。二層以上にわたるZルーティングは、
好ましくは、一つの層、特に、その層に設けられた半導
体部に構成された集積回路の厚さと同じか、それよりい
くぶん小さい高さを持つ伝導性のスタッド(stud)によっ
て達成することができる。これによって、絶縁層を貫通
するバイアの深さをかなり減らすことができ、大きな足
跡(footprint)を有するスロッピング(sloping)壁を持つ
深いバイアは必要ではないので、ルーティングの精度を
改善することができる。
付着するステップ1と、半導体デバイスに隣接するX、
Y及びZ接続ルーティングを有する平坦3次元相互接続
部を基板に設けるステップであって、前記半導体デバイ
ス部は、前記相互接続部に接続されており、前記X及び
Yルーティングは前記相互接続部の面内に横たわってお
り、前記Zルーティングは前記相互接続部の面に垂直で
あり、各相互接続部の前記Zルーティングは選択的に分
布しているステップ2と、前記ステップ1と前記ステッ
プ2とを各層について繰り返すステップとからなる多層
薄膜デバイスの形成方法を提供している。
平坦半導体デバイス部を含み、前記平坦半導体デバイス
部は金属化層を有し、次の層と重合している高分子接着
層で付着して積層化した複数層と、積層中の溝であっ
て、各半導体デバイス部の前記金属化層は、前記溝にさ
らされており、前記金属化層の少なくとも一部は前記溝
に延在している溝とからなる多層薄膜デバイスを提供し
ている。
実施形態を定めている。
添付図面を参照しながら詳述する。
明は、実施形態及び図面を参照しながら説明するが、そ
れのみに限られるものではなく、特許請求の範囲によっ
て定まるものである。図面は概略的であり、限定するも
のでもなく、目的を明確にするために誇張して描いてあ
る。特に、薄基板の転写方法は、能動デバイスの3次元
構造体の製造に関連して説明されているが、本発明はこ
れに限られず、請求項によって定めるべきである。
形成及び転写方法を、必要とされる製法工程を断面図で
示す図3Aから図3Fを参照しながら説明する。図3A
は平面状の第1基板1を示している。基板1は、種々の
基板の一つ、例えば、単結晶シリコン半導体基板、非晶
質シリコン半導体基板、ガラス上のシリコン半導体基
板、サファイアや水晶上のシリコン半導体基板であって
もよい。能動デバイス及び/又は受動デバイス2は、基
板1の主面の一つにに従来公知の半導体生産技術、例え
ば、エピタキシャル成長等の通常の手段によって形成さ
れるが、これに限定されない。デバイス2は、例えば集
積回路、CMOSトランジスタ、薄膜トランジスタ、コ
ンデンサ、抵抗器、メモリアレー、UV又はIRセンサ
等のマイクロ又はナノ工学デバイス、加速度計、化学又
はガスセンサ、光電スイッチ、回路又はその他の如くの
複数の能動及び受動素子からなる能動デバイスないし受
動デバイスであってもよい。基板1は、半導体ウエハで
あり、能動デバイス2は、当業者によく知られているよ
うに複数の集積回路又はウエハ1上に構成されたダイ(d
ie)であってもよく、それは第2実施の形態においてさ
らに詳細に説明する。
に、剥離層(release layer)3を介してキャリア基板5
に取り付ける。剥離層3は、能動デバイス2にほとんど
化学的、機械的及び熱的なストレスをかけることなく、
加熱すると容易に外れるか又は溶剤によって外れるか、
若しくはその他の方法によって容易に外れる層であるの
が望ましい。剥離層3の加熱除去方法では、デバイス2
を250℃以上に加熱しないことが好ましく、200℃
以上に加熱しないことがさらに好ましく、150℃以上
に加熱しないことがより好ましい。剥離層3は、良好な
熱安定性を有するホトレジスト層、例えば、好ましくは
120℃以上の融点を持ち、アセトンのような一般的な
溶剤に可溶なものであってもよい。剥離層3としては、
ドイツのヘキスト社(Hoechst)から入手可能なホトレジ
ストA24562が利用できる。剥離層3は溶液をスピ
ンコートして得ることができる。別の方法では剥離層3
はワックスからなるものであってもよい。
板の如くの別の半導体基板、サファイア上のシリコン、
ガラス上のシリコン、アルミナ、ガラス又は水晶基板又
はアルミニウムの如くの金属基板等の適当な基板であっ
てもよい。
反応性イオンエッチングや化学的機械研磨法(CMP)
又は図3Cに概略的に示されるように、能動デバイス2
を構成し、基板1から離される極薄基板1、2を同様に
形成する方法によって、従来公知の研削及び研磨方法で
薄膜化してもよい。基板1は、ヨーロッパ特許公報第79
7258号に開示されているように、多孔質シリコンを用い
た機械的分離方法の如くの通常の方法で能動デバイス2
からはがしてもよく、基板1は再利用してもよい。極薄
基板1、2は、5〜25μmの範囲の厚さを有していて
もよく、キャリア5によって機械的に支持されており、
保護されている。例えば、基板の薄層化プロセスによっ
て薄くした基板1、2(以後、ダイ4と呼ぶ)は、支持
しているシリコンチップキャリア5上にさかさまに、ス
ピンオン(spin-on)の剥離層3を用いて接着されていて
もよい。極薄ダイ4が必要でない場合には、薄層化ステ
ップは、省略してもよく、又は、極薄ダイ4が得られる
前に終了してもよい。
イ4は、図3Eに概略的に示されるように第2基板6に
接触させる。第2基板6上にダイ4を正確に配置するこ
とが好ましく、以下のステップを含んでいる。 S1:第2基板6へのダイ4の正確な調節(例えば、好
ましくは±10μm以内)。 S2:ダイ4と第2基板6間に薄い接着層(好ましくは
5μmより小さい)を設けること。接着層7は高接着
力、特にシェア力と低い耐熱性を有し、その上にさらに
別の基板を積層するために高度に均一な層であることが
好ましい。
ップの整列器/接合器(aligner/bonder)、例えば、フラ
ンスのカール・スス(Karl Suss)が提供するFCG装置
の如くのものを用いてもよい。そのような接合器では、
±3μm以内のアラインメント精度が得られる。所定装
置では、配置後にダイ4が動く可能性を考慮して、例え
ば、キャリアを離す間や接着層を硬化している間等、全
体として±10μmの精度を得るのに十分なほど正確な
ものである。この既知の方法による別の利点は、接着し
ている間に作用させる力のみならず、ダイと第2基板の
温度も良好に制御できるところにある。さらに、温度と
力は、かなり一般的な方式の時間の関数として変化させ
てもよい。
あるのが好ましく、スピンコート等によって簡単に用意
できるのが好ましく、剥離層3を除去するか又は弱める
ために用いられるあらゆる化学物質や熱的条件に耐えら
れることが好ましく、また、絶縁性であるのが好まし
く、高い熱伝導性を有することが好ましい。好ましく
は、接着層7は、重合可能な、即ち、硬化性であり、硬
化時の収縮は極端なものでなく、ガス又は水蒸気又は気
泡形成するようなガス放出のないことが望ましい。さら
に、接着層7は、高分子接着層であるのが好ましい。接
着層7に関しては、BCB物質が望ましい。特に、米国
ミッドランドのダウ・オブ・ダウにより入手できるシク
ロテン(CycloteneTM)が望ましい。BCB物
質を用いる場合の潜在的な利点の一つは、目的の構造に
おける物質数を減らすことにあり、それによって、目的
とするデバイスの別の部分では一般的な絶縁物質として
の用途を見出す場合のように両立しない問題を避けるこ
とができる。BCBは、図3Dや以下に概略的に説明す
るように、均一な優れた制御を伴うスピンコートによっ
て薄層を用意してもよい。BCBで得られる平面度性
は、通常は80%以上か、よくても85%以上である。
BCBで2層が形成された場合には平面度は90%以上
達成できる。
で示したように、一様でない粗上面を持っていてもよ
い。接着層7は、平坦な上面を提供すると同時に表面突
起8を覆うために、好ましくは十分に平面状であるのが
望ましい。BCBの欠点の一つは、高分子の熱特性が劣
ることである。これは、図3Dと3Eに概略的に示した
ように、非常に薄い層を用いることと、所望によっては
BCBの層7中に熱伝導体8を用いることによって克服
できる。これらの熱伝導体の高さはBCB層7の厚さの
実質的な部分にわたって延在するが、全体にわたってお
らず、それによってBCBの絶縁層はなおも伝導体8を
覆って設けられる。伝導体8の目的は、接着層7の耐熱
性を変えることであり、付着時や動作時におけるダイ4
の熱特性を改善することができる。本発明により、ダイ
の付着プロセスが完了するまでBCB層7は粘着性を有
した軟化状態のまま保持される。さらに、BCB層7に
損傷を与えることなくキャリア5と剥離層3とを除去す
るためにはそのような状態が望ましい。これらの課題に
対処する適当な手順としては以下の通りである。
6の面上にスピンコートして表面突起8を覆うことで表
面を平面にする(図3D)。 S4:BCBを軟化させるために30分間30℃でBC
B層7をプリベーキングする。 S5:「フリップ−チップ」は、軟らかいBCB層7上
の薄くされたダイ4(支持体としてキャリア5を用い
る)に付着する(図3E)。BCB−ダイ界面の温度は
好ましくは70℃に維持するのが望ましく、ダイ4に印
加される圧力は約80kPaが望ましい。 S6:BCB層7を120℃(剥離層3の融点より下の
温度)で2時間、窒素雰囲気下でポストベーキングす
る。この熱処理後、接着層7は部分的に硬化して、アセ
トン等の溶剤に対して耐性を示す。「アセトン」のことば
がなければ「溶剤耐性」でよいが、ここでのアセトンは溶
媒にかかっているから、このよう訳し方は無理。 S7:剥離層3を除去するためにアセトン又は類似の溶
剤で、薄層3、4、5、6、7を配置することによりキ
ャリア5を除去する。キャリア5は真空ピペットで除去
してもよい。 S8:ダイ4の表面上に残存しているホトレジストを室
温でアセトンバスに浸して除去する。 S9:最後に、BCB生産業者が推奨するBCB硬化プ
ロファイルを用いてBCB層7の全体を硬化する(図3
F)。
に、いくつかのダミーの5x5mmのダイ4を薄いBC
B層7に付着させて、上述の手順を行った。その後、規
定のダイ−剪断試験を行った。100Nを超える接着力
が5x5mmデバイスについて測定された(>4MP
a)。薄くsたダイ4からキャリア5を除去した後に、
場合によって割れ目がBCB層7に現われることがあ
る。しかし、これらはステップS9でのBCB層7の硬
化後には消失する。これは、硬化プロセスの温度上昇の
間に発生するBCBの流れによって説明できる。
に、ダイ4の3次元の積層体9を製造するために上記プ
ロセスを繰り返してもよい。図3Fに示した製品からは
じめて、表面を平面化して、図4Bに概略的に示すよう
に次のダイ14について接着層17を設けるために、B
CBの薄層17を前記製品にスピンコートする(図4
A)。ダイ14は、キャリア5、剥離層3及びダイ4と
して上述のように溶解性のホトレジストの如くの剥離層
13を用いたキャリア15に前付着されている接着層1
7に設ける(図4C)。キャリア15とホトレジスト1
3とは、その後、上述のように除去されて、接着層17
は完全に硬化するために乾燥される(図4D)。このプ
ロセスは、図4Eに示すようにダイ4の積層を形成する
ために複数回繰り返してもよい。積層体9の個々の層
(それぞれ能動デバイスと接着層を含むダイを構成す
る)は薄く、例えば300μmよりも薄く、好ましくは
150μmよりも薄く、より好ましくは100μmより
も薄く、典型例としては25μmの厚さとすることで、
同様に優れた熱特性を持つ従来の積層体に比べて非常に
コンパクトなデバイスとすることができる。熱ブリッジ
8は、積層体9の熱特性を改善するために接着層7、1
7等のいずれかに配置してもよい。
子層7はステップS3で第2基板に設けているが、本発
明はまた薄くすることによって露出したダイ4の表面に
接着層7(例えば、スピンコートによる)を設けるステ
ップも含んでいる。第2基板6へのダイ4の転写は、上
記のステップS4からS9により実行することができ
る。しかし、ステップS3で説明したように、基板6の
表面を平面化するために接着の利用が望ましい。薄くさ
れたダイ4の表面の平面化は、通常、基板1を薄くする
プロセスの間に相当達成され、そのため、さらなる平面
化は必要とされない。必要ならば、ダイ4の表面の平面
性を改善するために基板1を薄くした後、研磨ステップ
を行なってもよい。
うに、複数のデバイス22をウエハ21に形成しる。デ
バイス22は、第1実施の形態について上述したデバイ
ス2のいずれかと類似であってもよい。ウエハ21は、
例えば単結晶シリコンウエハ、ガラス上のシリコン又は
サファイアウエハ上のシリコン又は水晶ウエハの如くの
適当なウエハであってもよい。ウエハ21は個々の厚い
ダイ24を作成するためにさいの目に切断する(図5
B)。各ダイ24は、第1実施の形態について前述した
ように剥離層3を備えたキャリア5を付着し、転写さ
れ、ダイに基板に付着され、所望に応じて積層9を形成
する過程を行なってもよい。別の方法では、図5Cに示
すように、全ダイ24は、例えばホトレジストの如くの
剥離層23を用いたキャリア25に付着してもよい。基
板21は従来法で薄くしてもよい(図5E)。薄層は図
5Eに示すようにダイ薄層25、23、21に鋸を利用
して切り離してもよい。これらのダイ薄層25、23、
21のそれぞれは、鋸引きで生じる破片を除去するため
に掃除し、高分子接着層を用い(図5F)、キャリア2
5と剥離層23の除去を含む上述の方法により第2基板
に付着される。別の方法では、図5Cのウエハは、接着
層27を用いて別の基板26を付着して、キャリア25
と剥離層23とを除去する前にダイ薄層と薄くされた各
薄層の基板21とにそれぞれ鋸を利用して切り離しても
よい(図示せず)。
バイス22は、転写前にキャリア上に単体化される。デ
バイス22は、図5Gに示すようにウエハ21に形成さ
れる。デバイス22は、第1実施の形態又は第2実施の
形態に関して上述のデバイス2のいずれかと類似してい
てもよい。ウエハ21は、例えば、単結晶シリコンウエ
ハ、ガラス上のシリコン、又は、サファイアウエハ又は
水晶ウエハ上のシリコンの如くの適当なウエハであって
もよい。マイクロ溝28は、デバイス22としてウエハ
21の同じ主面に形成される。溝28は、ミクロ機械加
工、例えば、ウエハ21の面の垂直方向及びウエハ21
の深さ方向に、さいの目に切るか又はドライエッチング
され、溝28は、分離されたダイ24を形成するために
デバイス22よりもウエハ21内に延びてウエハ21の
もう一つの主面に向って延びている(図5H)。マイク
ロ溝は、完結したデバイス22のパッド配置を正確に参
照していることが望ましい。ウエハ21とダイ24は、
図5Iに示すように剥離層23を用いてキャリア25と
付着している。剥離層23は、有機物又は高分子接着
剤、例えばワックス、ホトレジスト又は光剥離性(例、
UV)接着層であってもよい。基板21は、従来法によ
って溝が連絡する深さに薄くされる(図5J)。層は、
図5Eに示すと同様に、ダイ薄層25、23、21にの
こぎりで切られるか又はさいの目に切られる。好ましく
はダイ薄層は、非常に正確なダイ24の区切り線をなし
ている所定のマイクロ溝28に沿ってさいの目に切られ
て形成されるのが望ましい。これによって、ダイ24の
正確に決められた端を用いて基板26上に配列できる
(図5F)。これらのダイ25、23、21のそれぞれ
は、所望に応じて鋸を利用して切り離したり、さいの目
切りで生じた切りくずを除去するために掃除してもよ
く、除去可能なキャリア25と剥離層23とを含む高分
子接着層27(図5F)を用いた上述の方法で第2基板
に付着してもよい。
憶ユニットの製品用に有用なものとして図6Aから図6
Iについて詳述している。開始は基板1、例えば、半導
体基板であり、その上に能動又は受動デバイス(図6
A)、例えば、記憶セルを含む層2を形成又は堆積させ
た。能動又は受動デバイスの層2の表面に金属化層を設
けてもよく、一以上の接合パッド81を含んでいてもよ
い。基板1は剥離層、例えば、上述のように溶剤での除
去可能なホトレジストによってキャリア5と付着してい
る(図6B)。基板1は、厚さ約5〜25μmの極薄基
板101を形成するように化学的、機械的研削法及び/
又は研磨法等の従来法で薄層化される(図6C)。第2
基板82、例えば、半導体基板は、能動又は受動デバイ
スの層83を備えている(図6D)。一以上の接合パッ
ド85に適当な金属化層を備えていてもよい。この基板
82は、基板101の薄くされた側の面と、接着層8
4、例えば、接着前に加熱して軟化させたBCB(図6
E)等の高分子接着層で付着している。基板82は、例
えば厚さ5〜25μmの第2極薄基板102(図6F)
を形成するために薄層化される。上記プロセスを繰り返
して、基板104と接着層105で付着しており、キャ
リア5と剥離層3を介して付着しているデバイス層の積
層体103を形成する。積層体103中の各デバイス層
は、一以上の接合パッド81、85、86、87を含ん
でいてもよい。積層体103中の接着層84・・・10
5は、適当な温度、例えば約120℃で加熱され、アセ
トン等の溶剤に対する耐性を得る。その後、キャリア5
は、剥離層3を適当な溶剤、例えばアセトンに溶解して
積層から除去される(図6H)。積層体103は、接着
層84・・・105と完全にクロスリンクするために加
熱される。最後に、積層体103は、エッチング又はみ
ぞを刻まれて、積層体103の全ての層にわたる溝10
6を形成してもよい(図6I)。この溝106によって
積層体103中の全ての金属化層にアクセスすることが
でき、例えば、接合パッド81、85、86、87が露
出している。金属化接点(図示せず)は、デバイス層の
金属化部と連絡するように溝106の表面に設けられて
いてもよい。
7Iについて説明される。出発物質は、その上又は下に
能動又は受動デバイスを含むことがある層2を堆積又は
形成した基板1である。また、層2は、一以上の接合パ
ッド81を含む金属化層を含んでいる。トレンチ91
は、例えば、エッチング、イオンミリング等によってデ
バイス層2を貫いて基板1内部に形成される(図7
A)。絶縁物質の層107、例えばBCB層は、デバイ
ス層2の全面を覆ってトレンチ91を満たして堆積して
いる(図7B)。その後、絶縁層107は、接合パッド
81上に経路となるホールを形成するようにして従来法
で作られる。次いで、金属化層が堆積され、金属化スト
リップ92が形成される(図7C)。ストリップ92
は、トレンチ91と重なるように延びている。絶縁層1
07の上面は、溶剤剥離層、例えばホトレジスト等でキ
ャリア5に付着している(図7D)。基板1は、従来法
によって薄層化されて極薄基板101を形成する。薄層
化は、絶縁層107のトレンチの底部と連絡するように
十分に行なわれるものとする(図7E)。次の基板は、
デバイス層83、絶縁層108、高分子接着層、例えば
BCB84で基板101の薄層化された側の面と付着し
ている金属化ストリップ92とを備えている(図7
F)。基板は薄層化されて極薄基板109となる。
2、83・・・、薄層化された基板101、109・・
・、絶縁層107、108・・・による積層103が得
られるまで続けられる(図7F)。各層は一以上の金属
化ストリップ92−95を有していてもよい。絶縁層1
07、108のトレンチは、先のものの上に配置される
のが望ましい。接着層84・・・は、積層体103の温
度を、例えば120℃まで上げて部分的にクロスリンク
されている。部分的にクロスリンクした後、アセトン等
の溶剤でキャリア5を除去する(図7G)。
グ又はイオンミルされて金属化ストリップ92−95を
露出させる(図7H)。デバイスの平面図である図7I
に示すように、金属化ストリップ92−95は、互いに
ずらしていてもよく、それによってそれぞれ別々にアク
セスできる。その後、適当な金属化を施してもよい。
イを基板に付着して積層を形成する上記方法は、図8に
概略的に示しているように、半導体デバイス層73の積
層を含んでいてもよい半導体デバイス部72に連絡して
いる3次元相互接続部71を含む3次元構造を含む多層
薄膜デバイス70を形成するのに用いてもよい。その多
層薄膜デバイス70は非常にコンパクトであり、優れた
熱特性を有している。本発明による3次元相互接続71
は、接続パス又はワイヤ層又は、3次元直交空間、つま
りX,YとZルーティングの全体における接続を含み、
それらの間及び外部へのデバイス層73にある半導体デ
バイスを相互接続するものである。
層薄膜デバイス70は、図9Aから図9Kで説明する。
まず、基板46が用意される。基板46は適当な基板、
特にMCM処理に用いることのできる単結晶シリコン、
ガラス上のシリコン、サファイア、アルミナ、アルミニ
ウム上のシリコン等であってもよい。その後、絶縁層3
1を所望に応じて堆積させてもよい(図9A)。層31
は適当な絶縁層、例えば、酸化物層やスピンコートされ
たBCB層や平面化の程度が高い、例えば80%以上が
好ましく、さらに好ましくは85%以上である層等であ
ってもよい。絶縁層31の厚さは1〜5であってもよ
い。第1内部接続金属化部32は、絶縁層31上に堆積
しており、従来法によって作られている(図9B)。例
えば、第1内部接続金属化部32は、2μのTi/Cu
/Ti薄層を含んでいてもよい。第1金属化部32は、
マグネトロンスパッタ法により作成された厚さ10μm
であってワイヤ線間が20μmである30nm/2μm
/30nmのTi/Cu/Tiワイヤ層であってもよ
い。別の方法では、第1金属化部は、ワイヤ線を銅をパ
ターンメッキすることによって形成してもよい。まず、
スズの種層がスパッタされて、次いで、15μmの厚さ
のレジストの堆積とパターニングがされる。レジストが
パターン化され、金属銅がジェットプレーティング法に
よってレジスト開始部にめっきされる。ワイヤ線は、幅
が10μm、厚さが10μmと小さくてもよい。
続部71のX、Yルーティングの部分を形成する(X,
Yの次元は直交しており、基板46の面内にある。Z方
向はこの面に垂直である。)。X,Yルーティング32
は、普通、50μm以下のピッチで配置してもよく、各
金属化元素は自由に選択できる。次に、第1相互接続金
属化部32の少なくとも一部の上のスタッド33が、金
属、例えば銅でめっきされている(図9C)。金属スタ
ッド33の高さは、好ましくは次のステップで用いられ
る薄層化されたダイ44と同様の厚さをおおよそ選択す
るのが望ましい。スタッド33によって本発明の内部接
続部71のZルーティングの部分を形成する。本発明に
よるZルーティングは、普通100μm以下のピッチを
有していてもよい。
セルで作成してもよい。別の方法では、並列めっきプレ
ーティングセルを用いてもよい。セルのアノードと基板
の間にアノードシールドを設けてもよい。アノードは、
おおよそめっきされる基板の大きさの穴をもつ板金であ
ってもよい。これによってより均質なめっきを得ること
ができる。このバスで得られためっきの結果を要約する
と、以下の通りである。 めっき電流1A/dm2:+/−0.16μm/分:ウ
エハ上の均一性+/−6% めっき電流3A/dm2:+/−0.50μm/分:ウ
エハ上の均一性+/−15% 異なる大きさの隣接する特徴間のめっき均一性は、普通
3%以内が好ましい。本発明においては、スタッド33
について10%までのめっきの不均一性は許容され、そ
れゆえ、およそ0.25μm/分のめっき速度で行なっ
てもよい。
Z4562等の厚いホトレジストを用いてめっきを行な
うこともできる。このレジストは15〜20μmの厚さ
の層を用いることができる。スタッド33は、10〜8
0μmの直径で、高さとして5μmから12μmの間の
厚さであってもよい。
の全面に設けられる(図9D)。例えば、接着層47
は、好ましくはスピンコートされたBCB層等の薄い高
分子層が望ましい。BCB層47は、1〜5μmの厚さ
を持つのが好ましい。好ましくは、ダウ社から入手でき
るシクロテン(CycloteneTM)3202を層4
7用に用いるのが望ましい。BCB層は、30℃で30
分間前加熱される。薄層化したダイ44は転写されて、
上述の極薄基板の転写用方法のいずれかによって配置し
てBCB層47に付着される(図9E)。例えば、薄層
化したダイ44は軟らかいBCB層47上に、ダイ44
と剥離層43、例えばホトレジストで付着している支持
体としてのキャリア45を備えて付着している。ダイ4
4は、電気的接続用のダイボンドパッド48を有する集
積回路であるのが好ましい。BCB−ダイ界面の温度は
約70℃に維持するのが好ましく、ダイ44に印加する
圧力は、約80kPaが好ましい。BCB層47は、窒
素雰囲気下、120℃(剥離層43の融点より下)で2
時間、後加熱される。この熱処理後、接着層47は部分
的に硬化して、アセトン等の溶剤への耐性を得る。キャ
リア45は、アセトン等の溶剤中で薄層43、44、4
5、46、47を適正に配置することにより除去しても
よいが、本発明はこれに限られない。キャリア45は、
真空ピペットによって除去してもよい。ダイ44の表面
に残存するホトレジストは、室温でアセトン浴中に浸漬
して除去してもよい。最後に、BCB層47は、BCB
の供給者から示されているBCB硬化プロファイルを利
用して完全に硬化される(図9F)。
ートによって基板46の全面に設けられる。ホトBCB
としては、利用可能な感光性BCB物質、例えば、ダウ
社から入手可能なものがある(シクロテン(Cyclo
teneTM)4202が特に好ましい)。ホトBCB層
34は、パターン化されて、経路35がスタッド33上
に開けられ、ダイ44の上及び周囲に空洞部36が開け
られている(図9G)。第2薄層ホトBCB層37は、
基板46の全面に堆積され、パターン化されて、再度ス
タッド33上に経路35が開けられ、ダイボンドパッド
48上に経路38を開けられる(図9H)。基板46の
上面がドライエッチングされて、ホール35、38内の
BCB残留物が除去されて、スタッド33上の接着層残
留物が除去される。スタッド33の高さのために、スタ
ッド33上の接着層47はダイ44の下部よりもかなり
薄くなる。
とダイパッド48に連絡するように設けられる(図9
I)。この金属化層は、Ti/Cu/Ti層、例えばそ
れぞれ30nm/2μm/30nmのものであってもよ
い。第2金属化層49によって本発明による相互接続部
71のX,Yルーティングの部分を形成する。X,Yル
ーティングは50μm以下のピッチを有していてもよ
い。層間スタッド53が第2金属化層49上にめっきさ
れて目的とするデバイス70の層73間の相互接続部7
IのZルーティングの一部を提供する。スタッド53
は、スタッド33と配列する必要はなく、これらの位置
は自由に選択できる。Zルーティングは100μm以下
のピッチを有していてもよい。そして、基板46の上面
は、次のダイ54を配置するために平面化されたベース
を形成するようにスピンコートされたBCB層57(図
9J)で平面化される。
CB)67、ダイパッド59を備えた薄層化ダイ54、
スタッド63、第1ホトBCB層64、第2ホトBCB
層65、それに第4相互接続金属化部69を含む半導体
デバイス部72と相互接続部71の次の層について上述
の一連の操作を繰り返してもよい。薄層化されたダイ5
4はダイ44と配列する必要はない。むしろその位置は
自由に選択できる。スタッド63はスタッド53や33
と配列する必要はなく、その位置は自由に選択できる。
図9Kに示すように、多層薄膜デバイス70の目的とす
る3次元構造を得るためにさらに層を積層できる。最終
的な層75は、全デバイス70を保護して、これらの間
のストレスを減らすための不活性層であってもよい。デ
バイス70の各層73は、300μmより薄く、150
μmより薄いのが好ましく、100μmより薄いのがさ
らに好ましい。
0は、図10Aの平面図と図10Bの側面図に示されて
いる。デバイス層73は電気的に接続されて、X,Y及
びZルーティング114、例えば一以上の母線の形式中
における信号線に加えて線112、113に電力を供給
し、また接地する。混戦を避けるために、信号ルーティ
ング114がマイクロストリップ線又はストリップ線の
場合が望ましい。各デバイス層73の上面及び下面は、
電力線又は接地線112、113を信号線114と接続
するために金属化層111に設けてもよい。上記多層薄
膜デバイス70は、X,Y及びZルーティングが自由に
選択できる相互接続部71を持つ。さらに、半導体デバ
イス、例えば、層73のダイ44、54は、極薄であっ
て、上記の実施形態により詳述された転写方法により安
全に転写できる。これによって非常にコンパクトにする
ことができる。さらに、コンパクトな構成によって優れ
た熱特性を持つ多層薄膜デバイスとすることができる。
したが、請求の範囲で明らかにされる本発明の範囲を逸
脱することなく形式及び詳細における種々の変化又は変
形を行なってもよいことは当業者により理解されるであ
ろう。例えば、多層薄膜デバイス70は、デバイス層7
3ごとにわずかに一つのダイを持つものについて上述さ
れている。また、本発明は、デバイス70の一以上の層
に複数のダイを持つ場合も含んでいる。
図4に示される積層及び製造方法に関して詳述されてい
るが、本発明は、本発明の実施形態のそれぞれ又はいず
れかにおいて、高分子接着層のいずれかにおける熱の橋
8を用いる場合を特に含んでいる。
写用の概略的な加工の一工程図。
写用の概略的な加工の一工程図。
写用の概略的な加工の一工程図。
写用の概略的な加工の一工程図。
写用の概略的な加工の一工程図。
写用の概略的な加工の一工程図。
板の多層積層を形成するための概略的な加工の一工程
図。
板の多層積層を形成するための概略的な加工の一工程
図。
板の多層積層を形成するための概略的な加工の一工程
図。
板の多層積層を形成するための概略的な加工の一工程
図。
板の多層積層を形成するための概略的な加工の一工程
図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
る極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
による極薄基板の転写用の概略的な加工の一工程図。
スの断面図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
概略的な生産の一工程図。
図。
Claims (20)
- 【請求項1】 二つの主面を有する第1平面基板を設け
るステップと、 前記第1平面基板の一方の主面を、剥離層によってキャ
リアに付着するステップと、 前記第1平面基板の他方の主面を、硬化可能な高分子接
着剤層を備えた前記第2基板に付着するステップと、 前記高分子接着剤層を部分的に硬化するステップと、 前記第1基板を前記キャリアから分離するように、前記
第1基板から剥離層を分離するステップと、 前記高分子接着剤層を硬化するステップとからなる第1
平面基板を第2基板に転写する方法。 - 【請求項2】 前記付着ステップの前に前記硬化可能な
接着剤を第2基板に設けてなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 前記第1基板を薄層化するステップを、
付着ステップの後であって、分離ステップの前にさらに
設けてなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項4】 前記第1基板の前記一つの主面に微小溝
を形成し、キャリアに付着する前にそれを通じて部分的
に伸ばすステップと、 付着ステップの後であって、微小溝まで分離するステッ
プの前に前記第1基板を薄層化するステップとをさらに
設けてなる請求項3に記載の方法。 - 【請求項5】 前記薄くされた第1基板は、3〜50μ
m、好ましくは5〜25μmの厚さである請求項3に記
載の方法。 - 【請求項6】 前記分離ステップの前に、前記薄くされ
て第1基板の露出面に第2基板を付着するステップをさ
らに設けてなる請求項3に記載の方法。 - 【請求項7】 前記分離ステップの後に、前記第1基板
の露出面に第3基板を付着するステップをさらに設けて
なる請求項1に記載の方法。 - 【請求項8】 前記第1基板は、能動及び/又は受動電
気的デバイスを含んでなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項9】 前記剥離層は、溶剤での除去が可能な
層、加熱除去可能な層及び光照射での除去が可能な層か
らなる群より選択された少なくとも一つの層を含むこと
よりなる請求項1に記載の方法。 - 【請求項10】 前記第1基板は、半導体基板を含んで
なる請求項1から9までのいずれか一項に記載の方法。 - 【請求項11】 前記高分子剥離層はBCBである請求
項1に記載の方法。 - 【請求項12】 それぞれがX、Y及びZ接続ルーティ
ングを有し、平坦半導体デバイス部に隣接している3次
元の相互接続部を含む複数層からなり、 前記半導体部は、各層の前記相互接続部に接続されてお
り、 前記X、Yルーティングは前記相互接続部の面内に横た
わっており、前記Zルーティングは前記相互接続部の面
に垂直であり、 各相互接続部の前記Zルーティングは、前記相互接続部
じゅうに選択的に分布していることよりなる多層薄膜デ
バイス。 - 【請求項13】 一の層の前記Zルーティングは、該一
の層の上又は下の層のZルーティングとは独立に配置さ
れてなる請求項12に記載の多層薄膜デバイス。 - 【請求項14】 一の層の前記Zルーティングは、実質
的に該一の層の全体の厚さにわたってのみ延在している
伝導性のスタッドである請求項13に記載の多層薄膜デ
バイス。 - 【請求項15】 各層の厚さが300μm以下、好まし
くは150μm以下、より好ましくは100μm以下、
さらに好ましくは50μm以下である請求項12から1
4までのいずれか一項に記載の多層薄膜デバイス。 - 【請求項16】 基板に半導体デバイスを付着するステ
ップ1と、 半導体デバイスに隣接するX、Y及びZ接続ルーティン
グを有する平坦3次元相互接続部を基板に設けるステッ
プであって、前記半導体デバイス部は、前記相互接続部
に接続されており、前記X及びYルーティングは前記相
互接続部の面内に横たわっており、前記Zルーティング
は前記相互接続部の面に垂直であり、各相互接続部の前
記Zルーティングは選択的に分布しているステップ2
と、 前記ステップ1と前記ステップ2とを各層について繰り
返すステップとからなる多層薄膜デバイスの形成方法。 - 【請求項17】 一の層のZルーティングは、該一の層
の上又は下にある層のZルーティングとは独立に配置さ
れるものである請求項16に記載の方法。 - 【請求項18】 前記一の層のZルーティングを形成す
るステップに実質的に前記一の層における全体の厚さに
わたってのみ延在している伝導性のスタッドを形成する
ステップを含むことよりなる請求項17に記載の多層薄
膜デバイス。 - 【請求項19】 積層している複数層であって、各層
は、極薄基板上の平坦半導体デバイス部を含み、前記平
坦半導体デバイス部は金属化層を有し、積層の各層は、
次の層と重合している高分子接着層で付着している複数
層と、 積層中の溝であって、各半導体デバイス部の前記金属化
層は、前記溝にさらされており、前記金属化層の少なく
とも一部は前記溝に延在している溝とからなる多層薄膜
デバイス。 - 【請求項20】 記憶装置である請求項19に記載の多
層薄膜デバイス。
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