JP2008541473A - 貫通ウェーハ相互接続 - Google Patents
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Abstract
Description
多様な製造方法を用いて本発明に係る貫通ウェーハ相互接続を作製することができる。貫通ウェーハ相互接続の製造は、デバイス製造プロセスの前または後に実施可能である。さらには、貫通ウェーハ相互接続の製造がデバイスの製造と統合されてもよい。
図10−1〜図10−5は、第1の例示的な製造方法の工程の流れを示す。図10−4Bは、プロセス中の別法の工程を示す。図10−3Bは、図10−3Aに示した工程後の貫通ウェーハ相互接続構造の下面図である。プロセスの流れが以下のステップで概説される。
図12−1〜図12−7は、第2の例示的な製造方法のプロセスの流れを示す。このプロセスの流れは、以下のステップにより説明される。
図13−1〜図13−8は、第3の例示的な製造方法のプロセスの流れを示す。本方法は、導体の下部分を画定する裏面シリコンエッチングのためのエッチングストップを画定するために異なる技術を使用する以外は、上の第2の方法と同様である。プロセスの流れが、以下のステップで説明される。
図14−1〜図14−6は、第4の例示的な製造方法のプロセスの流れを示す。プロセスの流れが以下のステップで概説される。
図15−1〜図15−8は、第5の例示的な製造方法のプロセスの流れを示す。図15−1B、図15−2Bおよび図15−3Bは、それぞれのステップにおける貫通ウェーハ相互接続の上面図を示す。プロセスの流れが以下のステップで概説される。
Claims (64)
- 超小型電子構造の中に貫通ウェーハ相互接続を製造する方法であって、
前面および裏面を有する導電ウェーハを備えるステップと、
前記導電ウェーハの材料を除去することによって、前記導電ウェーハの中にパターン形成したトレンチを形成するステップであって、前記パターン形成したトレンチは、環状周囲開口部であって、前記開口部に沿って全体的に前記導電ウェーハを内部分と外部分とに分割する環状周囲開口部を有し、前記導電ウェーハの前記内部分は、前記外部分から絶縁されて貫通ウェーハ導体としての役目をすることと、
充填剤材料を前記パターン形成したトレンチの中へ追加するステップと
を備えることを特徴とする方法。 - 前記充填剤材料は、前記内部分と前記外部分との間の機械的支持体として機能するように前記パターン形成したトレンチの中へ追加されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記充填剤材料は、前記内部分を前記外部分から電気絶縁する誘電材料であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチは、第1の断面サイズを有する第1のトレンチ部分と、前記第1の断面サイズとは異なる第2の断面サイズを有する第2のトレンチ部分とを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記貫通ウェーハ導体は、前記パターン形成したトレンチの第1の部分によって包囲されおよび画定された第1の部分と、前記パターン形成したトレンチの第2の部分によって包囲されおよび画定された第2の部分とを有し、前記貫通ウェーハ導体の前記第2の部分は前記貫通ウェーハ導体の前記第1の部分よりも小さい断面サイズを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記導電ウェーハは、互いに接合された2つの別体の層である上部層および下部層を有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記導電ウェーハの前記2つの別体の層は、介在する材料層を備えることなく直接互いに接合されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- 前記導電ウェーハは、ドープされたシリコンウェーハであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記導電ウェーハは、異なるドーピング水準を有する上部区間および下部区間を有するドープされたシリコンウェーハであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、
前記パターン形成したトレンチの第1の部分を前記前面および前記裏面の一方から形成するステップと、
前記パターン形成したトレンチの第2の部分を他方の面から形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 前記パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、ストップ位置を画定するために前記第1の部分の下部の上にストップ層を形成するように、前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分を酸化するステップをさらに含み、前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分が前記ストップ位置に達するとき、前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分を前記形成するステップが止まることを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分および前記第2の部分の少なくとも一方の中に誘電材料を追加するステップを含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチの少なくとも一部は、除去されなかった導電ウェーハ材料の線が介挿された開放通路を備えるように、トレンチ開口部の内部でさらに微細パターン形成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線の間に充填剤材料を追加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線を酸化するステップをさらに備えることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記酸化された線の間に充填剤材料を追加するステップをさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、同じように特徴付けられた複数のパターン形成したトレンチを形成するステップを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記複数のパターン形成したトレンチはアレイとして横並びに配置され、隣接するパターン形成したトレンチは共通のトレンチ面を共有することを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記複数のパターン形成したトレンチはアレイとして横並びに配置され、隣接するパターン形成したトレンチは介在する空間によって分離されることを特徴とする請求項17に記載の方法。
- 前記介在する空間は、隣接する導体をデカップリングするために導電材料によって占有されることを特徴とする請求項19に記載の方法。
- 前記介在する空間の中の前記導電材料は、前記導電ウェーハの除去されなかった導電材料を含むことを特徴とする請求項20に記載の方法。
- 前記導電ウェーハは導電シリコンウェーハであり、パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、
前記導電シリコンウェーハの前記前面および前記裏面の一方からエッチングによって、前記パターン形成したトレンチの第1の部分を形成するステップと、
前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分の表面を覆って酸化層を形成するステップと、
前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分の下部の上の前記酸化層の少なくとも一部を除去するステップと、
前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分の前記下部に、拡大した空洞を等方性シリコンエッチングによって形成するステップと、
前記拡大した空洞の下部表面を酸化することによってストップ層を形成するステップと、
前記ストップ層に達するために、前記導電シリコンウェーハの他方の面からエッチングすることによって、前記パターン形成したトレンチの第2の部分を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項1に記載の方法。 - 超小型電子構造の中に貫通ウェーハ相互接続を形成する方法であって、
前面および裏面を有する導電ウェーハを備えるステップと、
前記導電ウェーハの材料を除去することによって、前記導電ウェーハの中にパターン形成したトレンチを形成するステップと、
を含み、
(a) 前記パターン形成したトレンチは、環状周囲開口部であって、前記開口部に沿って全体的に前記導電ウェーハを内部分と外部分とに分割する環状周囲開口部を有し、それによって前記導電ウェーハの前記内部分は、前記外部分から絶縁されて貫通ウェーハ導体としての役目をし、
(b) 前記パターン形成したトレンチの少なくとも一部は、除去されなかった導電ウェーハ材料の線が介挿された開放通路を備えるように、トレンチ開口部の内部でさらに微細パターン形成されることを特徴とする方法。 - 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線は、前記2つの部分間に枠組を形成して、前記導電ウェーハの前記内部分および前記外部分を連結しおよび支持することを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記枠組が前記導電ウェーハの前記内部分と前記外部分との間を電気絶縁するように、除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線の少なくとも一部を完全に酸化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項24に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線を酸化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記酸化された線の間に充填剤材料を追加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線の間に充填剤材料を追加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線の少なくとも一部をエッチングするステップをさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 除去されなかったウェーハ材料の前記線を除去することによって形成された間隙の内部に別の充填剤材料を追加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチの上部分の中へ第1の誘電材料を追加するステップと、
前記パターン形成したトレンチの下部分の中へ第2の誘電材料を追加するステップと
をさらに含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、
前面からエッチングストップ層を形成するステップと、
前記裏面から前記エッチングストップ層までエッチングすることによって、前記パターン形成したトレンチを形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。 - パターン形成したトレンチを前記形成するステップは、前記導電ウェーハの前記前面から深いシリコンエッチングによって、前記パターン形成したトレンチを形成するステップを含むことを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記導電ウェーハの前記前面の上に上部導電ウェーハを接合するステップと、
前記上部導電ウェーハの材料を除去することによって、前記上部導電ウェーハの中に上部パターン形成したトレンチを形成するステップと、をさらに含み、
(a) 前記上部パターン形成したトレンチは、環状周囲開口部であって、前記開口部に沿って全体的に前記上部導電ウェーハを内部分と外部分とに分割する環状周囲開口部を有し、それによって前記導電ウェーハの前記内部分は、前記外部分から絶縁されて上部貫通ウェーハ導体としての役目をし、
(b) 前記上部貫通ウェーハ導体および前記貫通ウェーハ導体は、組み合わせられた貫通ウェーハ導体を形成するために導電的に接続されることを特徴とする請求項23に記載の方法。 - 前記上部貫通ウェーハ導体は、前記貫通ウェーハ導体の断面サイズよりもかなり大きな断面サイズを有することを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 前記上部パターン形成したトレンチを形成する前に、デバイスを前記上部導電ウェーハの面上にまたは上方に少なくとも部分的に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 超小型電子構造の中に貫通ウェーハ相互接続を製造する方法であって、
第1の導電ウェーハおよび第2の導電ウェーハであって、前記第1の導電ウェーハの下面が前記第2の導電ウェーハの上面に接触するように、第1の導電ウェーハおよび第2の導電ウェーハを接合するステップと、
パターン形成したトレンチの第1の部分を前記第1の導電ウェーハの上面を貫通して形成するステップと、
前記パターン形成したトレンチの第2の部分を前記第2の導電ウェーハの裏面を貫通して形成するステップと、
を含み、
パターン形成したトレンチの前記第1の部分および前記第2の部分は、それぞれが全体的に前記それぞれの導電ウェーハを内部分と外部分とに分割する環状周囲開口部を有し、前記それぞれの導電ウェーハの前記内部分は前記それぞれの導電ウェーハの前記外部分から絶縁され、前記第1の導電ウェーハの前記内部分および前記第2の導電ウェーハの前記内部分は、貫通ウェーハ導体としての役目をするように電気接続されることを特徴とする方法。 - 前記第1の導電ウェーハおよび前記第2の導電ウェーハは、これらの間に介在層を備えることなく、直接互いに接合されることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記第1の導電ウェーハおよび前記第2の導電ウェーハを接合する前に、前記第2の導電ウェーハの前記上面側に空洞を形成するステップと、前記空洞の少なくとも下部表面の上にエッチングストップ層を形成するために、前記下部表面を酸化するステップと、をさらに含み、前記パターン形成したトレンチの下部分を前記形成するステップは、前記第2の導電ウェーハの前記裏面を貫通して前記エッチングストップ層までエッチングするステップを含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記第1の導電ウェーハおよび前記第2の導電ウェーハを接合した後に、前記第1の導電ウェーハおよび前記第2の導電ウェーハの一方の上に超小型電子デバイスの少なくとも一部を製造するステップをさらに含むことを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分は、前記パターン形成したトレンチの前記第1の部分のトレンチ開口よりも広いトレンチ開口を有し、それによって前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分によって包囲されおよび画定された前記貫通ウェーハ導体の第2の部分は、前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分によって包囲されおよび画定された前記貫通ウェーハ導体の第1の部分よりも小さい断面サイズを有することを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記第1の導電ウェーハおよび前記第2の導電ウェーハの少なくとも一方は、超小型電子デバイスの少なくとも一部を収容するために予め製造されるか、または他方の導電ウェーハに接合された後に、前記少なくとも一方の導電ウェーハの上に超小型電子デバイスを製造することを可能にすることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 前記パターン形成したトレンチの前記第2の部分は、除去されなかった導電ウェーハ材料の線が介挿された開放通路を備えるように、前記トレンチ開口部の内部でさらに微細パターン形成されることを特徴とする請求項37に記載の方法。
- 除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線は、前記2つの部分間に枠組を形成して、前記導電ウェーハの前記内部分および前記外部分を連結しおよび支持することを特徴とする請求項43に記載の方法。
- 前記枠組が前記導電ウェーハの前記内部分と前記外部分との間を電気絶縁するように、除去されなかった導電ウェーハ材料の前記線の少なくとも一部を完全に酸化するステップをさらに含むことを特徴とする請求項44に記載の方法。
- 超小型電子構造の中で、ウェーハの前面および裏面上の電気接点間に電気伝導性の相互接続を設ける貫通ウェーハ相互接続であって、
前記ウェーハの前記前面を通過して前記ウェーハの前記裏面に達する貫通ウェーハ導体と、
前記導体の少なくとも主要本体部分を包囲する絶縁体と、
前記貫通ウェーハ導体および前記絶縁体を包囲するフレームと、を備え、
前記貫通ウェーハ導体の少なくとも一部および前記フレームのそれぞれの包囲部分は、それぞれが前記ウェーハの固有材料を含むことを特徴とする貫通ウェーハ相互接続。 - 前記ウェーハは導電ウェーハであることを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記貫通ウェーハ導体は、断面サイズおよび材料特性の少なくとも一方の態様が相互に異なる上部分および下部分を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記絶縁体は、断面サイズおよび材料特性の少なくとも一方の態様が相互に異なる上部分および下部分を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記ウェーハは、互いに接合された上部層および下部層を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記絶縁体は、前記ウェーハの固有材料を除去することによって前記ウェーハの中に形成された環状トレンチに追加された誘電材料を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記絶縁体は、環状トレンチの中にパターン形成された前記ウェーハの除去されなかった固有材料の線を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記ウェーハの除去されなかった固有材料の前記線は、前記導体と前記フレームとの間に支持枠組を形成することを特徴とする請求項52に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記環状トレンチの中にパターン形成された前記ウェーハの除去されなかった固有材料の前記線の間に充填された充填剤材料をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 除去されなかった固有材料の前記線の少なくとも一部が酸化されることを特徴とする請求項52に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記ウェーハの除去されなかった固有材料の前記線の少なくとも一部が完全に酸化されることを特徴とする請求項52に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記絶縁体は、トレンチの中に充填された充填剤材料を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記フレームは、伸張または圧縮によって撓み得るジグザグ形状壁を含むことを特徴とする請求項46に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- それぞれの導体が導電ウェーハの前面を通過してウェーハの裏面に達する、アレイとして配置された複数の導体と、
それぞれの導体を包囲する絶縁体と、
前記複数の導体および前記絶縁体を支持するフレームとを有し、それぞれの導体の少なくとも一部および前記フレームの一部は、それぞれが前記ウェーハの固有材料を含むことを特徴とする貫通ウェーハ相互接続部品。 - 前記絶縁体は、それぞれが導体のそれぞれを包囲する複数の環状トレンチの中に配置され、前記環状トレンチは、前記ウェーハの固有材料を除去することによって形成されることを特徴とする請求項59に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記フレームは、外部周囲壁および複数の導体間壁を有し、前記外部周囲壁は、前記複数の導体および前記絶縁体が配置される全体領域を画定し、前記複数の導体間壁が、前記全体領域を、それぞれが前記導体の1つと前記導体を包囲する前記絶縁体のそれぞれの部分とを含む複数の小領域に分割することを特徴とする請求項59に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記フレームの前記導体間壁は、前記複数の導体間でデカップリング導体として機能するために導電材料を含むことを特徴とする請求項61に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記導電材料は、前記層の前記固有材料であることを特徴とする請求項62に記載の貫通ウェーハ相互接続。
- 前記フレームは、伸張および圧縮により撓み得るジグザグ形状壁を含むことを特徴とする請求項59に記載の貫通ウェーハ相互接続。
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