JP2943950B2 - 半導体装置と、その製造方法 - Google Patents

半導体装置と、その製造方法

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    • H01L2224/00Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/484Connecting portions
    • H01L2224/48463Connecting portions the connecting portion on the bonding area of the semiconductor or solid-state body being a ball bond

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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体装置と、その製造
方法に係り、特に詳細には、三次元IC構造デバイスに
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の三次元IC構造のデバイスに関す
る技術としては、例えば特開昭59−219953号あ
るいは同59−219954号のものが知られている。
ここでは、S.O.I(シリコン・オン・インシュレー
タ)技術等を用いて、同一基板にFETなどが形成され
たデバイス層を積み上げ、三次元IC構造とすることが
示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな積み上げは技術的に困難であり、プロセスも複雑に
なる。また、工程数も多いので、歩留りが低下してコス
ト高になる欠点がある。三次元IC構造デバイスの将来
像としては、高速性や高機能性を有する化合物半導体デ
バイスと、高集積性を有するシリコンデバイスとの結合
による新機能素子が提案されているが、未だ概念のみの
提案であり、実用性のある技術については、モノリシッ
ク型と積層型のいずれについても完成されていない。
【0004】そこで本発明は、従来技術の有していたか
かる問題点を解決し、とりわけGaAsとSiのよう
に、異なる種類の半導体デバイスの高集積化に適した半
導体装置と、その製造方法を提供することを目的として
いる。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明に関る半導体装置
は、上面側に半導体集積回路が形成されたベース用基板
と、基板上にエッチングストップ層とデバイス動作層が
形成され、当該デバイス動作層およびその上面に半導体
集積回路が形成されると共に、基板がその周辺部の連続
する少なくとも2辺で残存されるように裏面から選択的
に除去されて前記ベース用基板より大きな凹部が形成さ
れた載置用基板とを備えている。そして、凹部にベース
用基板が没入されて一体構造をなし、ベース用基板の所
定の電極位置と対応して載置用基板のエッチングストッ
プ層とデバイス動作層にはスルーホールが形成され、コ
ンタクトメタルが埋め込まれている。
【0006】また、本発明に関る半導体装置の製造方法
は、複数枚の基板を用意し、そのうち1枚の基板は上面
に集積回路を形成してベース用基板となし、他の基板に
ついては上面にエッチングストップ層およびデバイス動
作層を形成し上面に集積回路を形成して載置用基板とす
る第1の工程と、載置用基板の電極形成位置のエッチン
グストップ層およびデバイス動作層にスルーホールを形
成してコンタクトメタルを埋め込む第2の工程と、載置
用基板を裏面から周辺部を残してエッチングし、エッチ
ングストップ層を露出させる第3の工程と、第3の工程
で形成された載置用基板の凹部にベース用基板を没入さ
せ、コンタクトメタルとベース用基板のコンタクトメタ
ルを接合させる第4の工程とを備える。
【0007】
【作用】本発明によれば、ベース用基板と載置用基板が
別々に用意され、載置用基板については、周辺部を残し
て裏面エッチングされることによりエッチングストップ
層が露出される。このため、周辺部に残った基板を枠体
としながら、ベース用基板の上面に載置用基板を搭載で
きる。このとき、スルーホールを形成しておいてコンタ
クトメタルを埋め込むことで、ワイヤボンディングにも
耐え得る電極が形成される。
【0008】
【実施例】以下、添付図面により本発明の実施例を説明
する。
【0009】実施例の三次元IC構造デバイスについて
は、その製造プロセスを理解することで容易に把握でき
る。そこで、図1ないし図4を参照して、製造工程を順
次に説明する。なお、各図において、同一要素には同一
符号を付けることにより、重複した説明は省略する。
【0010】図1〜図3(a)は載置用基板10の製造
プロセスを示し、図3(b)〜図4はベース用基板20
との一体化の工程を示す。ここで、載置用基板10はG
aAsによる高速かつ高機能デバイスであるとし、ベー
ス用基板20はシリコンによる高集積デバイスであると
して説明するが、本発明はこの逆に構成されていてもよ
い。
【0011】まず、載置用基板10用として半絶縁性G
aAs基板11を用意し、表面にAl0.3 Ga0.7
Asからなるエッチングストップ層12を、MBE法な
どを用いて2μm程度の厚さでエピタキシャル成長す
る。次に、FETの活性層等となるデバイス動作層13
をエピタキシャル成長する(図1(a)図示)。ここ
で、デバイス動作層13は半絶縁性GaAsからなる2
μm程度のバッファ層と、FET活性層となるn型Ga
As層(厚さ2000オングストローム、不純物密度3
×1017cm-3程度)などから構成され、同じくMBE
法などで形成される。
【0012】次に、素子分離(アイソレーション)、ゲ
ートメタルの形成、ソースおよびドレインのようなオー
ミックメタルの形成等がされ、FETやダイオード、抵
抗などが作り込まれる。そして、デバイス動作層13の
表面およびFETなどのデバイス電極14上には、層間
絶縁膜15が形成され、配線16と表面保護膜17が形
成されている(図1(b)参照)。
【0013】次に、載置用基板10とベース用基板20
の電気的結合のために、エッチングストップ層12とデ
バイス動作層13にコンタクトホール18を形成する
(図1(c)参照)。このコンタクトホール18は、フ
ォトレジスト(図示せず)をマスクとして、H2 SO4
+H2 2 +H2 O系のウエットエッチングをすればよ
い。その後、コンタクトホール18およびその近傍に、
Ti/Au蒸着膜を形成し、更にAuめっきを施すこと
でコンタクトホール18にコンタクトメタル19を埋め
込むと共に、デバイスの配線16との電気的結合をとる
(図2(a)参照)。
【0014】次に、GaAs基板11の裏面に両面マス
クアライナを用いてダイシングラインパターンを形成
し、H2 SO4 +H2 2 +H2 O系エッチング液でウ
ェットエッチングし、ダイシングライン(図示せず)を
形成する。そして、GaAs基板11の裏面にエッチン
グマスクとして、例えばプラズマCVD法でSiO2
を付着する。そして、両面マスクアライナによりGaA
s基板11の裏面の所定位置にレジストマスクを形成
し、例えばバッファードHFによりSiO2 をエッチン
グし、エッチング用マスクパターン31を形成する(図
2(b)参照)。その後、ワックス32などを用いるこ
とにより、載置用基板10の表面側でSiなど支持基板
33に接着する(図2(c)参照)。
【0015】しかる後、GaAs/AlGaAsの選択
エッチング液として、例えばNH4 OH:H2 2
1:50を用いて、エッチング用マスクパターン31を
介してGaAs基板11をエッチングし、エッチングス
トップ層12の裏面を露出させる(図3(a)参照)。
このエッチングでは、GaAsのエッチングレートがA
lGaAsよりも十分に大きいため(100倍程度)、
エッチングストップ層12が露出するとエッチングはほ
とんど進まなくなり、GaAs基板11のエッチングで
生じた不均一を吸収して正確にエッチングストップ層1
2でエッチングを停止できる。すなわち、通常のGaA
s基板11の厚さは450μmであり、エッチングのば
らつきを5%程度としても、エッチングストップ層12
のオーバーエッチングは最大で0.4μmであり、ほと
んど問題にならない。その後、バッファードHFにより
コンタクトメタル19のTi膜を除去する。
【0016】次に、タイシングソーによりチップの切断
を行ない(図示せず)、トリクロルエタンなどでワック
ス32を溶かすことにより、支持基板33から載置用基
板10を剥離する(図3(b)図示)。このとき、載置
用基板10の周辺部にはGaAs基板11が枠体として
残っており、デバイス部分が歪んだり、たわんだりする
ことがない。
【0017】本実施例では、上記載置用基板10とは別
に、シリコンからなるベース用基板20が用意される。
これは、図3(b)に示すように、基板21の上面に集
積回路22を含んで構成され、載置用基板10のコンタ
クトメタル19と対応する位置にコンタクトパッド23
が形成されている。このコンタクトパッド23は、例え
ばAuSn合金からなり、コンタクトメタル19を構成
するAuと良好に合金化する。そして、載置用基板10
のGaAs基板11に形成された裏面エッチングによる
凹部は、ベース用基板20を収容し得るサイズとなって
いる。
【0018】上記の載置用基板10とベース用基板20
の一体化は、熱処理(例えば300℃)によってなされ
る。すなわち、AuSn合金であるコンタクトパッド2
3を溶融し、コンタクトメタル19と結合することで、
図4(a)の三次元IC構造が得られる。この後、図4
(b)に示すように、コンタクトメタル19には金ワイ
ヤ35によるワイヤボンディングが施されるが、この衝
撃はベース用基板20の基板21に吸収され、チップが
破壊されたりすることはない。また、図4(c)のよう
に、載置用基板10の周辺部を取り除くようにしてもよ
い。
【0019】本発明は上記実施例に限定されず、種々の
変形が可能である。
【0020】例えば、載置用基板10については2個以
上としてもよい。図5は載置用基板10を2個以上とし
た例を示す。ベース用基板20の上面には載置用基板1
0Aが設けられ、載置用基板10Aの上には載置用基板
10Bが設けられ、これら載置用基板10Aと載置用基
板10Bの電気的結合はコンタクトメタル19により実
現されている。そして、このコンタクトメタル19はベ
ース用基板20の有するコンタクトパッド23と合金化
されている。
【0021】また、枠体として載置用基板10の周辺部
に残すGaAs基板11は、周囲の全て(図6(a)の
斜線部分参照)としてもよく、同図(b)のように3辺
としてもよい。さらに、連続しておれば、同図(c)の
ようにチップ(載置用基板10)の2辺としてもよい。
【0022】本発明に係る三次元IC構造は、下記のよ
うに多くの利点を有している。
【0023】第1に、載置用基板10の形成に際して
は、支持基板11上にエッチングストップ層12とデバ
イス動作層13を形成しているので、デバイス動作層1
3の厚さを任意に設定することができる。第2に、載置
用基板10におけるデバイスの厚さは、基板11上への
エピタキシャル成長膜厚で規定されるため、高精度にで
き、また数ミクロンと非常に薄くできる。第3に、支持
基板11を枠体として残すことにより、薄膜化したとき
に生じる配線、絶縁膜等により生じるチップの反り、歪
み、たわみを防止できる。このため、従来技術のような
支持基板への接着が不要となる。第4に、載置用基板1
0が枠体を有しているので、取扱いが容易であり、また
ベース用基板20との位置合せも容易になる。
【0024】
【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、ベース用
基板と載置用基板が別々に用意され、載置用基板につい
ては、周辺部を残して裏面エッチングされることにより
エッチングストップ層が露出される。このため、周辺部
に残った基板を枠体としながら、ベース用基板の上面に
載置用基板を搭載できる。このとき、スルーホールを形
成しておいてコンタクトメタルを埋め込むことで、ワイ
ヤボンディングにも耐え得る電極が形成される。このた
め、高速かつ高機能のデバイスと、高集積のデバイスを
一体化した、新しい三次元IC構造のデバイスが提供で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例に係る三次元IC構造デバイスの製造プ
ロセスを示す断面図である。
【図2】実施例に係る三次元IC構造デバイスの製造プ
ロセスを示す断面図である。
【図3】実施例に係る三次元IC構造デバイスの製造プ
ロセスを示す断面図である。
【図4】実施例に係る三次元IC構造デバイスの製造プ
ロセスを示す断面図である。
【図5】別の実施例に係る三次元IC構造デバイスの断
面図である。
【図6】載置用基板10における枠体としてのGaAs
基板11の例を示す図である。
【符号の説明】
10…載置用基板 11…GaAs基板 12…エッチングストップ層 13…デバイス動作層 14…デバイス電極 15…層間絶縁膜 16…配線 17…表面保護膜 18…コンタクトホール 19…コンタクトメタル 20…ベース用基板 21…基板 22…集積回路 23…コンタクトパッド 32…ワックス 33…支持基板 35…金ワイヤ

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上面側に半導体集積回路が形成されたベ
    ース用基板と、 基板上にエッチングストップ層とデバイス動作層が形成
    され、当該デバイス動作層およびその上面に半導体集積
    回路が形成されると共に、前記基板がその周辺部の連続
    する少なくとも2辺で残存されるように裏面から選択的
    に除去されて前記ベース用基板より大きな凹部が形成さ
    れた載置用基板とを備え、 前記凹部に前記ベース用基板が没入されて一体構造をな
    し、前記ベース用基板の所定の電極位置と対応して前記
    載置用基板の前記エッチングストップ層と前記デバイス
    動作層にはスルーホールが形成され、このスルーホール
    にはコンタクトメタルが埋め込まれていることを特徴と
    する半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記スルーホールに埋め込まれたコンタ
    クトメタルはボンディングパッドを構成し、ここにワイ
    ヤボンディングが施されている請求項1記載の半導体装
    置。
  3. 【請求項3】 前記ベース用基板と前記載置用基板が異
    なる半導体で形成されている請求項1記載の半導体装
    置。
  4. 【請求項4】 前記載置用基板の周辺部が、前記ベース
    用基板と一体構造にされた後に除去されている請求項1
    記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 請求項1記載の半導体装置の有する前記
    載置用基板上に、前記エッチングストップ層と前記デバ
    イス動作層を有する別の載置用基板が結合されている半
    導体装置。
  6. 【請求項6】 複数枚の基板を用意し、そのうち1枚の
    基板は上面に半導体集積回路を形成してベース用基板と
    なし、他の基板については上面にエッチングストップ層
    およびデバイス動作層を形成し上面に半導体集積回路を
    形成して載置用基板とする第1の工程と、 前記載置用基板の電極形成位置の前記エッチングストッ
    プ層およびデバイス動作層にスルーホールを形成してコ
    ンタクトメタルを埋め込む第2の工程と、 前記載置用基板を裏面から周辺部を残してエッチング
    し、前記エッチングストップ層を露出させる第3の工程
    と、 前記第3の工程で形成された前記載置用基板の凹部に前
    記ベース用基板を没入させ、前記コンタクトメタルと前
    記ベース用基板のコンタクトメタルを接合させる第4の
    工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
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