JP3699978B2 - 集積回路の内部接続構造とその製造方法 - Google Patents

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Description

［発明の分野］
本発明は集積回路の内部接続構造とその製造方法に関する。
［従来の技術］
集積回路（ＩＣｓ）の機能テスト、電気的バーンイン、パーケージングは、ＩＣの製造工程では、その重要性が増大している。何故なら、これらの各々が実際にＩＣの複雑さに制約をあたえ、また、ＩＣで作られた電子製品のコストに重大なインパクトを与えるからである。
［課題を解決するための手段］
本発明に係るデバイスは、少なくとも一つの金属回路パッドを有する集積回路との電気コンタクトを作るデバイスであって、（ａ）支持基板と、（ｂ）絶縁材料からなる少なくとも一つの挿入構造であって、前記基板に支持されると共に、前記金属回路パッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために前記基板から突き出る挿入構造と、（ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るデバイス組立方法は、集積回路と電気コンタクトを作るためのデバイスの組立方法であって、（ａ）犠牲基板の表面上にマスク層を配置する工程と、（ｂ）前記マスク層を用いて開口パタンをエッチングする工程と、（ｃ）先細りする側壁を有するウエルパタンを形成するために、前記開口パタンによって露出される前記犠牲基板をエッチングする工程と、（ｄ）各々の前記ウエル内に伝導材料層を配置する工程と、（ｅ）工程（ｄ）で形成された構造上に絶縁材料層を配置する工程と、（ｆ）各々の前記ウエル内に配置された前記伝導材料層の少なくとも先端部を露出するために、前記犠牲基板をエッチングで取り除き、突き出る挿入構造パタンを形成する工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る挿入構造の組立方法は、（ａ）エッチングストップ層を半導体基板上に形成する工程と、（ｂ）集積回路を形成しうる品質の半導体層を前記エッチングストップ層上に形成する工程と、（ｃ）前記半導体層の露出表面にマスク層を配置する工程と、（ｄ）前記マスク層を用いて開口パタンのエッチングを行う工程と、（ｅ）前記開口パタンの下にある前記半導体基板内部に向かって先細りする側壁を有するウエルパタンをエッチングする工程と、（ｆ）伝導材料層を各々の前記ウエル内に配置する工程と、（ｇ）工程（ｆ）で形成された構造上に絶縁材料層を配置する工程と、（ｈ）各々の前記ウエル内に配置された前記伝導材料層の少なくとも先端部を露出するために、前記エッチングストップ層まで前記半導体基板をエッチングして取り除き、突き出る挿入構造パタンを形成する工程と、（ｉ）前記半導体層を露出するために、前記エッチングストップ層を取り除く工程と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るデバイスは、複数の金属コンタクトパッドを有する集積回路を電気的に接触させるためのデバイスであって、（ａ）支持基板と、（ｂ）前記基板に支持されると共に前記集積回路上の複数のコンタクトパッドのうちの対応する金属コンタクトパッドと接触すべく前記基板から突き出る、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々は、前記金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために、先端部に向かって先細りする側壁を有する挿入構造と、（ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の各々の先端部を覆って配置された伝導材料層と、（ｄ）複数の前記挿入構造と対応する複数の前記コンタクトパッドを接触させるために、前記支持基板に力を適用する手段であって、前記挿入構造とコンタクトパッド間に電気路を確立する手段と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るデバイスは、複数の金属コンタクトパッドを有する集積回路をマウントするデバイスであって、（ａ）支持基板と、（ｂ）前記基板によって支持されると共に前記集積回路上の複数の前記金属コンタクトパッドのうちの対応するコンタクトパッドと接触・結合すべく前記基板から突き出る、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、前記金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために、その先端部に向かって先細りする側壁を有する挿入構造と、（ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の各々の先端部を覆って配置された伝導材料層と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る集積回路デバイスは、（ａ）複数の開口を有する半導体基板上に形成された集積回路と、（ｂ）前記複数の開口のそれぞれの開口内に当該開口から突き出るように配置される、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、別の回路の金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するための尖った先端部を有する挿入構造と、（ｃ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、を備えることを特徴とする。
また、本発明に係るデバイスは、複数の集積回路デバイスを備える電子デバイスであって、前記複数の集積回路デバイスの各々は、第１と第２の面を有すると共に、（ａ）複数の開口を有する半導体基板上に形成された集積回路と、（ｂ）複数の開口のそれぞれの開口内に前記集積回路デバイスの前記第１の面から突き出るように配置される、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、他の回路の金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するための尖った先端部を有する挿入構造と、（ｃ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、（ｄ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記集積回路デバイスの前記第２の面上に配置された複数のコンタクトパッドと、を備え、前記複数の集積回路デバイスは、各集積回路デバイスの前記挿入構造の前記先端部が隣接する集積回路デバイスの対応コンタクトパッドと接触して積層されていることを特徴とする。
［発明の効果］
本発明は、複雑さを減少させ、またＩＣの機能テストとバーンインとパッケージング能力を向上させる最新の内部接続デバイスを高コスト効率のＩＣ組立て工程に統合することによって、ＩＣの機能的テスト、バーンイン、パッケージングの現在の方法でのコストを削減する。
本発明は、ＩＣのダイ表面上において、任意サイズの金属信号コンタクトと電源コンタクトとグランドコンタクトに対する電気的内部接続の精密配置を、物理的な整列と機械的負荷力の適用のたった２ステップによって行う低コストの手段を供給する。ＩＣの全体または一部の機能的テストや、しばしばバーンインとして言及される拡張テストのために、ＩＣの信号コンタクトと電源コンタクトとグランドコンタクトに対する一時的で信頼性のある電気的内部接続を作るために、複数の挿入構造で組み立てられた堅い基板か柔軟性のある基板が使用可能である。ＩＣのパッケージングのために、挿入構造を有する永久内部接続ＩＣ結合を形成することができる。
［実施例］
以下の記述では、説明のためと制限を与えないために、本発明の具体的な詳細が示されて、完全に理解することができる。しかしながら、本技術に熟練した人にとっては、本発明をこれら具体的記述から出発した他の実施例で実施できることは明らかである。他の例では、周知の方法とデバイスと回路の具体的記述が、不必要に詳細に記述することで本発明の記述を曖昧にしないように割愛されている。
基本的挿入構造
まず、図１ａを参照して、本発明に対応して構築された基本挿入構造１０が、断面図で示されている。挿入構造１０は、内角αで傾いた対面する側壁を持つ一般的なピラミッド構造を持つ。伝導層２０は、配置されるか、または他の方法で挿入構造１０の表面上に形成される。より完全な記述が以下でなされるが、既成の半導体とミクロな機械処理技術とその方法を使って、挿入構造１０と伝導層２０を形成する。
従来の半導体プロセスを用い、拡張された長さ１が１００μｍ以上で最大直径形状サイズが２５０μｍから、拡張された長さが１μｍ以下で最大直径形状サイズが０．５μｍまでの幾何を使って、挿入構造１０を作ることができる。挿入構造の幾何は、利用可能な半導体プロセスの能力だけによって制限される。半導体プロセス装置の連続する技術向上によって、１００μｍ以下の最小形状サイズの挿入構造の組立が可能になることが期待されている。
ここで、図１ｂを参照して、ＩＣのボンディングパッドのような金属パッド３０とコンタクトを持つ挿入構造１０が示されている。挿入構造１０は、与えられた力によってパッド３０内に押されるとき、挿入構造１０は、金属パッド表面を貫き（凹ませる）、低抵抗の電気的コンタクトを確立する。ここで、その金属パッドは、その金属表面に形成された純粋酸化物３２を含む。挿入構造によって純粋酸化物や他の表面不純物を貫き、金属パッドが変形することで、挿入構造を持つ表面のコンタクトが増大するために、低抵抗コンタクトが得られる。
伝導層２０を持つ挿入構造１０のとがった先端１８は、所定の距離で金属パッド３０に入り込む。その侵入の深さは、主に適応された負荷力と挿入構造の先端の内角αの値とによって決定される。さらに、挿入構造の伝導層２０の材料選択と挿入構造の内角αの値と負荷力の大きさが、挿入構造１０と金属パッド３０間の接続が一時的か永久かを決定する全要素となる。例えば、内角７０°で約１ｇｍの負荷力で、約２０００Åのアルミニウムがコーティングされた挿入構造が、アルミニウムのコンタクトパッドを約５０００Åの深さまで貫き、永久結合（金属拡散結合）を形成する。対照的に、同様の状態で銅やイリジウムがコーティングされた挿入構造は永久結合を形成しないが、負荷力が適応されている限り一時的な低抵抗の電気的コンタクトを維持する。
本発明の重要な一面は、挿入構造の伸張された長さｌの組立制御にある。挿入構造の伸張された長さは、それが形成される元の基板表面から測定される。挿入構造の先端、即ち末端は、典型的には１μｍ以下で金属で覆われた回路パッド表面に侵入する。その金属で覆われた回路パッドを用いて、挿入構造がコンタクトを作るように意図されている。対応する複数のＩＣパッドとコンタクトを持つための複数の挿入構造を有する基板の典型的ケースでは、薄く柔軟な（膜）基板の利用によって、より大きな変動を受け入れることができるとしても、挿入構造の伸張された長さの変動は、所望の侵入深度の５０-７５％以下であるべきである。数平方センチメータの領域以上の元の基板の表面の平坦さの変動が、一級の品質のシリコンウエハーに対しては１００Å以下と推定される。基板に対する制御されたエッチングの変動は、典型的には、数平方センチメートルの領域以上に配置された挿入構造に対してアスペクト比が４：１か、それ以下の挿入構造の伸張された長さの０．５％以下である。
挿入構造上に伝導層を形成するために、様々な金属フィルムを使うことができる。幾つかの例として、アルミニウム、銅、イリジウムや、イリジウム：銅、スズ-鉛：銅、または、インジウム：アルミニウムのような多層フィルムが上げられる。スズ-鉛、インジウム、インジウム合金や、他の低融点の金属ハンダや金属合金を使用すると、金属合金の融点以上の温度を利用することで、後に永久結合を解くことができる。ＩＣ上に金属コンタクトパッドを形成するために用いられたのと同じ挿入構造上の金属伝導層を利用すると、おおよそ選択された負荷力と挿入構造の内角によって、永久金属拡散結合を起こすことができる。図１ｃは、そのような永久結合を描いている。ここでは、例えば、スズ-鉛フィルム２１が、ＩＣパッド３０と同様に挿入構造１０を覆うように使われる。ＩＣ上のアルミニウムコンタクトパッドに対して、挿入構造を形成するイリジウム金属、ロジウム金属、銅金属のような異なる金属を利用すると、適切な負荷力が適用されている限り維持が可能な一時的低抵抗コンタクトとなる。
組立方法
本発明の挿入構造は、犠牲の（sacrificial）基板に突き出る構造の所望のパタンをエッチングすることによって形成される。基板に対しては、＜１００＞結晶オリエンテーションを持つ単結晶シリコンが好適な材料となる。しかしながら、本発明では、この特定の結晶オリエンテーションや基板としてのシリコンの利用に対する制限はない。ガリウムアーセナイド（gallium arsenide）、インジウムリン化物やダイアモンドのような材料も使用可能である。犠牲の（sacrificial）基板の主要な必要条件は：（ｉ）所望の挿入構造を形成するためにエッチング可能であること（ii）十分な平坦さの許容内に磨くことが可能なこと（iii）後の処理工程に耐えることができること（iv）部分または全体を一様に取り除く選択的エッチングが可能であることである。
再び図１ａと１ｂを参照して、まず、マスク層１２が基板（不図示）に配置される。本発明に係る好適な実施例では、マスク層１２は、約１０００Åから２５００Åの深度で、また約１ｘ１０8ダイン（dynes）/cm2の引張り応力で配置されたシリコンダイオードやシリコン窒化物のような絶縁体である。そのような配置を行う工程は、この発明人の同時係属出願No.07/865412:1992年４月８日出願の中で開示されている。その仕様は、その参照番号でここに統合される。２５００Åの厚さを越える絶縁体の層は、シリコン酸化物単独で、または、例えば、１０００Åの窒化物と４μｍの酸化物と別の１０００Åの窒化物のような２つの材料の組み合わせによって最もよく形成される。
この絶縁体の主要な機能は、基礎となっている基板をエッチングするためのマスクとして働くことであるから、他の適当なマスク材料もその好適な絶縁材料の代わりに使用可能である。そして、層１２が基礎となっている基板に対して、挿入構造の位置を定義するウインドウパタンを用いてエッチングされる。そして、基板は、挿入構造のウエル（wells）を生成するためにエッチングされる。
各ウインドウ形状は、その結果としての挿入構造の断面形状を定義する。しかるに、使われたそのエッチング工程でその側壁の傾きを決める。例えば、代表的なウエットエッチ（wet etch）工程での正方ウインドウは、正方断面を有するピラミッド型挿入構造を作る。長方形ウインドウは、とがった先端よりむしろ刃状端を有する長く延びたプリズムの挿入構造を生み出す（図８参照）。円、楕円、や他の形状ウインドウも、所要の形状に近い挿入構造を作るために使うことができる（図９参照）。
挿入構造のエッチ（etch）工程は、ウエット（wet）かドライ（dry）エッチング技術、あるいはそれらの組み合わせ技術によって達成することができる。シリコンのウエットエッチ（wet etch）工程は、典型的には、＜１００＞単結晶シリコン基板で異方性エッチングプロファイルを達成するために水酸化カリウム（ＫＯＨ）やテトラメチルアンモニア（ＴＭＡＨ）を用いて実行される。ＫＯＨやＴＭＡＨを用いたエッチングは、約７０°の内角を有する挿入構造を生み出す。挿入構造の所要の形状を形成するときに、より大きいかより小さい内角を作るために、ドライエッチ工程を使うことができる。以下に説明するが、広い可変の形態の挿入構造を構築するために、ドライエッチ工程を使うことができる。
挿入構造の形状が基板にエッチングされた後、伝導層２０が、例えば、アルミニウムやイリジウム-銅やＳｎＰｂ-Ｃｕを用いて配置される。その配置された金属厚が、必要な電気的コンタクト結果と作られるコンタクト構造の必要条件によって選択される；例えば、もし、絶縁体材料の後にできる層が配置されないなら、金属のより厚い配置が要求される。さもなければ、初期配置された金属層の堅さは、適切な堅さの第２の金属層や絶縁体層の配置を必要とする。配置された金属フィルム層は、代表的には、１０００Åから４μｍの範囲で変えることができる。金属の配置が、個々の挿入構造に対応して作られる。選択的に、挿入構造を互いに内部接続したり、内部構造と他の回路要素と内部接続するように、追加の絶縁体と金属フィルムを配置して作ることができる。例えば図２と図８に示されているように、半導体基板の１部分を残して、金属の挿入構造をコンタクトから分離する場合は注意されたい。
伝導層２０と追加の金属／絶縁体回路層の配置の次に、先端１８の耐久性を上げるために、また、近傍の挿入構造や回路要素の所要の電気的信号インピーダンス特性を達成するために、絶縁材料の構造層１４が好適に配置される。構造層１４（と他の全絶縁体層）の厚さと応力特性が、柔軟な膜や薄い基板上の挿入構造を続いて使用するために適切に選択される。ダイアモンド、ポリシリコン、シリコンカーバイド、シリコン窒化物、アルミニウム窒化物、ポリイミドやパリレン等の有機ポリマー材料のような構造的無機材料を配置することができる。上述したように、好ましい材料は、約１ｘ１０8ダイン（dynes）/cm2の引張り応力で配置したシリコン酸化物とシリコン窒化物である。
柔軟な膜や薄い基板の厚さは、代表的には、１０００Åから１０μｍ間で変わる。かまたは、所要の使用に依存して変わる。選択的に、挿入構造を有する基板表面は、第２の堅い基板や裏張り基板（backing substrate）に結合することができる。この結合工程は、例えば、金属拡散、即ち、SiO2陽極結合技術によって実現できる。挿入構造が形成された元の基板は、後に、高い一様さで選択的なエッチング工程や研磨と選択的エッチングの組み合わせによって、部分的かまたは完全に取り除かれる（図２と図１ａにそれぞれ示されているように）。このことは、それらの挿入構造を、それらの拡張された長さのある部分に対して露出された状態にする。
露出した挿入構造を有する柔軟な基板か堅い基板の側面を追加の処理工程で処理することができる。これらの処理工程では、追加の金属による内部接続と、絶縁フィルムと、パッシベーションフィルム（passivation film）を備えることができる。これは、図２の４６のように、ＩＣの背面上に追加の内部接続の金属構造を構築する能力を提供する。
模範的実施例
上述した基本的挿入構造は、ＩＣのテストとバーンインとパーケージングのために多くの変形と応用を持ち、それらの幾つかについて、図２から図９を参照して以下に説明する。
図２は、ＩＣの単独の金属コンタクトがボンディングパッドを有するコンタクト表面領域を最大にするための２つの挿入構造１０から成るコンタクトを描写する。挿入構造が、絶縁層１４に結合した堅い裏張り基板４０によって支持される。平坦化絶縁体４２は、平坦なボンディング表面を供給するために、挿入構造の上の層１４のくぼみ内に配置される。伝導層２０への回路接続を提供するために、一つかそれ以上の追加の金属層４６を配置することができる。
図２と図３では、犠牲の基板（sacrificial substrate）４４の１部分が、挿入構造を統合する集積回路の構築のために利用できる絶縁フィルム１２下に残る。基板の残りの部分は、ゲルマニウム-ボロン（ＧｅＢ）がドープされたエピタキシャル層、即ち、元のシリコン基板を取り除く時の高い均一度の（選択的）エッチングストップとして使われるシリコン酸化物かシリコン窒化物の埋め込み層のような他のエッチングストップ手段上に形成された回路デバイス段階のエピタキシャル層である。約２ｘ１０20ボロン原子/cm3の濃度でドープされたＧｅＢは、ＫＯＨやＴＭＡＨに対する特に効果的なエッチングストップを提供して、シリコン上で正確なドーピング濃度に依存する約１０００-５０００：１の範囲での選択ができる。約１-１/２％のゲルマニウムのコドーピング（co-doping）によって、エピタキシャルフィルム内での応力を軽減する。ＧｅＢエッチングストップ層は、追加のＩＣ構築工程に対応する回路デバイス段階のエピタキシャル層を露出するために（選択的に）後で除去される。図２で、追加の絶縁フィルム１３が、エピタキシャル層４４の露出表面上に配置されていることに注目されたい。これは、ある程度金属層４６に対する絶縁を行う。
集積回路デバイスを、挿入構造の形成前に、回路デバイス段階でエピタキシャル層に選択的に構築することができる。上述の方法で形成されたこの回路デバイス段階のエピタキシャル層によって、ＩＣ（ダイ）の基板に統合して、薄くされた半導体基板（エピタキシャル層）の底から拡張する挿入構造を有するＩＣを構築することができる。そのようなデバイスが、図５ｂと図７と関連して、以下に説明される。集積挿入構造は、負荷力の物理的並びとその応力から成る２つの工程に対するＩＣのテスト、バーンイン、パッケージングでの機械的取り扱いを簡素化する。図７に示されているように、集積挿入構造を有するＩＣはまた、３次元ＩＣ構造に組み立てることが可能である。
図３はさらに、ドライエッチングとウエットエッチングの組み合わせによって形成できるオベリスクのような一般的な形を持つ挿入構造１０を描写する。基板４４の第１のドライエッチングによって、挿入構造１０の垂直に近い壁５０が形成される。そして、壁５０は、上述したウエットエッチング先端１８の前にパシベート（passivate）される。
図４ａは、機能回路テストと電気的バーンイン中に集積回路６２の回路検査に使われる挿入構造デバイス６０を描写する。集積回路６２は、ウエファの形態を取ることができるが、固定物６４上に支持される。デバイス６０は、薄い柔軟な膜６６上に形成され、リング６７を維持することによってその周囲で支持される。デバイス６０の挿入構造がその回路の対応するコンタクトパッドの上に配置されるように、回路６２を、その水平面内のデバイス６０の有する並びに運ぶ。適切な力適用手段６８が柔軟な膜６６の背面にかけられるので、デバイス６０の挿入構造は、対応する回路パッドと電気的コンタクトを作る。力を適用する機械的手段は、図４ａに示されている。しかしながら、圧縮された流体のような他の手段も利用可能である。典型的には、挿入構造当たり５ｇｍｓより小さい負荷力は、信頼のあるコンタクトを確立するのに十分である。
回路デバイスのバーンインは、典型的には、温度と電気的ストレスをかけた状態でテストするのに長い時間を必要とする。このテストをパスするダイは、後に、ある方法でパッケージングされる。そのため、バーンイン中にダイのコンタクトパッドに対して作られる電気的コンタクトが、一時的に、ダイのパッドに対して最小か非可視のダメージしかないことは重要なことである。本発明に関して作られたバーンイン固定部の有益な点は、ダイを処理する能力にあり、ウエハーの形態でダイのパッドにダメージがなく処理でき、主要な装置の備え付けが低コストででき、最高かそれに近い回路動作速度でダイをテストする（膜によるＩＣ組立方法に依存して）することができる。
図４ｂは、特に機能テストや全ウエハー組立半導体１６２の電気的バーンインのために改造された挿入構造デバイス１６０を描写する。ウエハー１６２は、固定物、即ちウエハーチャック（wafer chuck）１６４によって支持されている。デバイス１６０は、膜１６６上に形成され、テストやバーンインを受けるウエハー１６２上の集積回路ダイに対する一連の挿入構造を備える。各ダイのコンタクトパッドに対応する挿入構造は、適切に、膜１６６の上と中に配置された金属層に形成された信号路、電源路、グランド路に接続する。これらの路は、リング１６７によって支持される膜１６６の周辺のコネクタで終端する。周辺コネクタは、ウエハー１６２の各ダイが個々に電力が供給され、アクセスされ、テストされることが可能なエレクトロニクスをテストするために、既存の手段で電気的に接続される。デバイス１６０は、ウエハーチャック１６４と機械的に連合した機械設備１６８で保持される。デバイス１６０の挿入構造は、適切な力適用手段（不図示）によって、ウエハー１６２のメーティングパッド（mating pad）とのコンタクトに持ってこられる。
図５ａは、集積回路７２の回路テストやバーンイン固定物として使われる堅い裏張り基板７１を有する挿入構造デバイス７０を描写する。回路７２のコンタクトパッドは、デバイス７０の結合（mating）挿入構造に対して並べられ、永久接続の形成なしに電気的コンタクトを確立するために十分な力が（不図示の手段によって）適用される。デバイス７０は、好適には、その動作を制御し、挿入構造とデバイス７０の周辺に配置されたボンディングパッド７６間での電気的コミニュケーションを提供するために集積回路７４を備える。
図５ｂは、回路テストや図５ａに示されているようなバーンイン固定物８０を描写する。しかしながら、このケースでは、回路８２は、集積挿入構造を持って組み立てられ、メーティングコンタクトパッドは固定デバイス８０の表面上に組み立てられる。前述の例では、集積回路８４は、好適には直接デバイス８０上に組み立てられる。
図６は、集積回路９２に対する永久配置構造として使われる挿入構造デバイス９０を描写する。このケースでは、例えば、図１ｃに描かれている方法で、永久金属結合がデバイス９０の挿入構造と回路９２の対応パッド間に形成される。挿入構造は、デバイス９０上に直接形成される（アクティブまたはパッシブな）集積回路９８の手段によって、パッケージ９６のピン９４と電気的に結合する。同様なパッケージング方法が、集積挿入構造を有する回路とメーティングコンタクトパッドを図５ｂに示したのと同様な方法で有する基板を用いて達成できる。
図７は、本発明の技術を用いて組み立てられた３次元集積回路を描写する。回路デバイス１００ａ−１００ｄの各々は、片面上の集積挿入構造の配列と、また、逆面上のコンタクトパッド配列を用いて組み立てられる。上にスタックされたデバイス上の挿入構造配列に対応する各デバイス上のコンタクトパッド配列と、それらデバイスは、互いに永久に接続される。デバイスの積み上げは、図６に示した方法でパーケージングできる基板１０２上に支持される。この技術は極端に高密度を単独パッケージ内で達成することを可能とする。
図８は、図１ａの構造１０と同じように形成された挿入構造１２０を描写しているが、ここでは、刃状の端１２２を有する長くのばされた挿入構造を作るために長方形エッチングウインドーを用いている。端１２２の長さは、制限されていないが、代表的には約２ミル（mil）（50μｍ）より短い。
図９は、挿入構造１３０の別の形態を示す。このケースでは、円形の断面を与えるために円形のエッチングウインドウが使われる。別の方法では、楕円形のウインドーを利用して、対応する楕円形の断面を与えることが可能である。制御されたドライエッチング処理が利用され、傾いた（円錐形の）側壁１３２と凹面先端部１３４を形成する。挿入構造１３０は、このように、先端部１３４の全周辺当たりにピィアシング（piercing）またはカッティング（cutting）端１３６を有する。先端の凹面形は、ドライエッチ処理制御の結果である。この挿入構造の形態は、制御される回路パッドに対応する、その挿入構造が有する金属-金属コンタクト領域を増大させる。
上述の発明が、その精神や開示の基本的特性から離れることなしに、他の具体的形態で実施可能であることがわかるであろう。このように、本発明が、前述の詳細な描写によって制限されず、追加の請求項でさらに定義されることを理解できるはずである。
【図面の簡単な説明】
図１ａは、本発明に係る組み立てられた挿入構造の断面図である。
図１ｂは、集積回路パッドと一時的電気的コンタクトを持つ図１ａの挿入構造の断面図である。
図１ｃは、集積回路と永久電気的コンタクトを持つ本発明に係る挿入構造の断面図である。
図２は、複数の挿入構造を持つコンタクトデバイスの断面図である。
図３は、集積挿入構造を持つ集積回路デバイスの断面図である。
図４ａは、集積回路の機能テストや電気的バーンインで利用される本発明に係る回路プローブを描いた図である。
図４ｂは、全ウエハーＩＣの機能テストや電気的バーンインで利用される回路プローブの断面図である。
図５ａは、別の回路プローブの備品の断面図である。
図５ｂは、メーティング（mating）テスト固定物と組み合わせた集積挿入構造を持つ集積回路の断面図である。
図６は、本発明に係る集積回路をマウントして、パーケージングするデバイスの断面図である。
図７は、本発明に係る３次元集積回路構造の組立てを描いた図である。
図８は、引き延ばされた刃の先端を持つ挿入構造の断面図である。
図９は、凹面の先端を持つ挿入構造の断面図である。

Claims (31)

  1. 少なくとも一つの金属回路パッドを有する集積回路との電気コンタクトを作るデバイスであって、
    （ａ）支持基板と、
    （ｂ）絶縁材料からなる少なくとも一つの挿入構造であって、前記基板に支持されると共に、前記金属回路パッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために前記基板から突き出る挿入構造と、
    （ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、
    を備えることを特徴とするデバイス。
  2. 前記絶縁材料は、シリコン窒化物又はシリコン酸化物であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  3. 複数の挿入構造が集積回路上の対応する複数の回路パッドと接触すべく、支持基板に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
  4. 集積回路と電気コンタクトを作るためのデバイスの組立方法であって、
    （ａ）犠牲基板の表面上にマスク層を配置する工程と、
    （ｂ）前記マスク層を用いて開口パタンをエッチングする工程と、
    （ｃ）先細りする側壁を有するウエルパタンを形成するために、前記開口パタンによって露出される前記犠牲基板をエッチングする工程と、
    （ｄ）各々の前記ウエル内に伝導材料層を配置する工程と、
    （ｅ）工程（ｄ）で形成された構造上に絶縁材料層を配置する工程と、
    （ｆ）各々の前記ウエル内に配置された前記伝導材料層の少なくとも先端部を露出するために、前記犠牲基板をエッチングで取り除き、突き出る挿入構造パタンを形成する工程と、
    を備えることを特徴とするデバイス組立方法。
  5. 前記犠牲基板はシリコンであることを特徴とする請求項４に記載のデバイス組立方法。
  6. 前記シリコンは、＜１００＞結晶方位を有することを特徴とする請求項５に記載のデバイス組立方法。
  7. 前記絶縁材料層は、シリコン酸化物又はシリコン窒化物からなることを特徴とすることを特徴とする請求項４に記載のデバイス組立方法。
  8. 前記絶縁材料層は、引張り応力を有することを特徴とする請求項７に記載のデバイス組立方法。
  9. 前記犠牲基板は、工程（ｆ）で全体が取り除かれることを特徴とする請求項４に記載のデバイス組立方法。
  10. 前記犠牲基板上にエッチングストップ層を形成する工程であって、前記エッチングストップ層上に半導体層を形成してから前記工程（ｆ）によって前記エッチングストップ層まで前記犠牲基板を取り除く工程が後に続く工程、をさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のデバイス組立方法。
  11. 前記エッチングストップ層を取り除く工程をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス組立方法。
  12. 集積回路を前記半導体層上に組立てる工程をさらに備えることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス組立方法。
  13. 前記エッチングストップ層は、エピタキシャル層であることを特徴とする請求項１０に記載のデバイス組立方法。
  14. 前記エッチングストップ層は、ゲルマニウム−ボロンがドープされたシリコンであることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス組立方法。
  15. 前記エッチングストップ層は、２ｘ１０20ボロン原子/cm3のドープ剤濃度を有することを特徴とする請求項１４に記載のデバイス組立方法。
  16. 前記半導体層は、エピタキシャル層であることを特徴とする請求項１３に記載のデバイス組立方法。
  17. 挿入構造の組立方法であって、
    （ａ）エッチングストップ層を半導体基板上に形成する工程と、
    （ｂ）集積回路を形成しうる品質の半導体層を前記エッチングストップ層上に形成する工程と、
    （ｃ）前記半導体層の露出表面にマスク層を配置する工程と、
    （ｄ）前記マスク層を用いて開口パタンのエッチングを行う工程と、
    （ｅ）前記開口パタンの下にある前記半導体基板内部に向かって先細りする側壁を有するウエルパタンをエッチングする工程と、
    （ｆ）伝導材料層を各々の前記ウエル内に配置する工程と、
    （ｇ）工程（ｆ）で形成された構造上に絶縁材料層を配置する工程と、
    （ｈ）各々の前記ウエル内に配置された前記伝導材料層の少なくとも先端部を露出するために、前記エッチングストップ層まで前記半導体基板をエッチングして取り除き、突き出る挿入構造パタンを形成する工程と、
    （ｉ）前記半導体層を露出するために、前記エッチングストップ層を取り除く工程と、
    を備えることを特徴とする挿入構造の組立方法。
  18. 前記半導体基板はシリコンであることを特徴とする請求項１７に記載の挿入構造の組立方法。
  19. 前記シリコンは、＜１００＞結晶方位を有することを特徴とする請求項１８に記載の挿入構造の組立方法。
  20. 前記絶縁材料層は、シリコン窒化物又はシリコン酸化物からなることを特徴とする請求項１７に記載の挿入構造の組立方法。
  21. 前記絶縁材料層は、引張り応力を有することを特徴とする請求項２０に記載の挿入構造の組立方法。
  22. 前記エッチングストップ層はエピタキシャル層であることを特徴とする請求項１７に記載の挿入構造の組立方法。
  23. 前記エッチングストップ層は、ゲルマニウム−ボロンがドープされたシリコンであることを特徴とする請求項２２に記載の挿入構造の組立方法。
  24. 前記エッチングストップ層は、２ｘ１０20ボロン原子/cm3のドープ剤濃度を有することを特徴とする請求項２３に記載の挿入構造の組立方法。
  25. 前記半導体層は、エピタキシャル層であることを特徴とする請求項１７に記載の挿入構造の組立方法。
  26. 前記半導体層上に集積回路を組立てる工程をさらに備えることを特徴とする請求項２５に記載の挿入構造の組立方法。
  27. 複数の金属コンタクトパッドを有する集積回路を電気的に接触させるためのデバイスであって、
    （ａ）支持基板と、
    （ｂ）前記基板に支持されると共に前記集積回路上の複数のコンタクトパッドのうちの対応する金属コンタクトパッドと接触すべく前記基板から突き出る、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々は、前記金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために、先端部に向かって先細りする側壁を有する挿入構造と、
    （ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の各々の先端部を覆って配置された伝導材料層と、
    （ｄ）複数の前記挿入構造と対応する複数の前記コンタクトパッドを接触させるために、前記支持基板に力を適用する手段であって、前記挿入構造とコンタクトパッド間に電気路を確立する手段と、
    を備えることを特徴とするデバイス。
  28. 前記集積回路は、複数の集積回路ダイを有する全ウエハーを含み、複数の前記挿入構造が前記全ウエハーの各々のダイと接触することを特徴とする請求項２７に記載のデバイス。
  29. 複数の金属コンタクトパッドを有する集積回路をマウントするデバイスであって、
    （ａ）支持基板と、
    （ｂ）前記基板によって支持されると共に前記集積回路上の複数の前記金属コンタクトパッドのうちの対応するコンタクトパッドと接触・結合すべく前記基板から突き出る、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、前記金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するために、その先端部に向かって先細りする側壁を有する挿入構造と、
    （ｃ）前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の各々の先端部を覆って配置された伝導材料層と、
    を備えることを特徴とするデバイス。
  30. （ａ）複数の開口を有する半導体基板上に形成された集積回路と、
    （ｂ）前記複数の開口のそれぞれの開口内に当該開口から突き出るように配置される、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、別の回路の金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するための尖った先端部を有する挿入構造と、
    （ｃ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、
    を備えることを特徴とする集積回路デバイス。
  31. 複数の集積回路デバイスを備える電子デバイスであって、前記複数の集積回路デバイスの各々は、第１と第２の面を有すると共に、
    （ａ）複数の開口を有する半導体基板上に形成された集積回路と、
    （ｂ）複数の開口のそれぞれの開口内に前記集積回路デバイスの前記第１の面から突き出るように配置される、絶縁材料からなる複数の挿入構造であって、前記挿入構造の各々が、他の回路の金属コンタクトパッドの表面を貫き電気コンタクトを確立するための尖った先端部を有する挿入構造と、
    （ｃ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記電気コンタクトを確立すべく前記挿入構造の先端部を覆って配置された伝導材料層と、
    （ｄ）半導体基板上に形成された前記集積回路と電気的に接続され、前記集積回路デバイスの前記第２の面上に配置された複数のコンタクトパッドと、
    を備え、前記複数の集積回路デバイスは、各集積回路デバイスの前記挿入構造の前記先端部が隣接する集積回路デバイスの対応コンタクトパッドと接触して積層されていることを特徴とするデバイス。
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