JP5476127B2 - ポスト−シード成層工程 - Google Patents

Description

本発明は、チップ接続に関し、より詳細にはかかるチップ上の接続の形成に関する。

ある種の（すなわち、半導体、セラミック、ポリマー等の）ウェハに導電性バイアを形成する場合、電気めっきまたは無電解めっきがしばしば用いられる。その場合、めっきするためには、めっき金属が堆積するためのベース（基部）となる薄いシード層を成層する必要がある。通常、これには、ウェハへのフォトレジストの塗付、シードの成層、およびフォトレジストの除去を含むフォトリソグラフィの使用が含まれる。ほとんどの場合フォトレジストは粘性液として塗付されるため、フォトレジストが存在すべき／すべきでない箇所の端を正確に制御することは難しい。従って、この方法の副産物の１つで不正確さでもあるものは、フォトレジストが存在した箇所の端付近にシード層を成層する間に余分なシードメタルが堆積することである。この余分なシードメタルを表層（ｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎ）と呼ぶ。この表層は問題を起こすことがあり、従って多くの場合、少なくとも１つの追加処理ステップを通じて除去しなければならない。更に、正確な制御の欠如により、フォトレジストのバイアへの浸入を招く恐れがある。特に高密度微細バイアが含まれる場合である。これが生ずる場合はいつも、めっきを堆積させるためのシードメタルが成層されず、すなわち表層が望まない短絡を発生させることになる。

従って、上記の問題を引き起こさない方法が必要となる。

我々は、上記の問題に煩わされない、めっきのためのシード成層を行う方法を実現した。

上記方法の１つの変形例は、成層されたシード層を含んで、シード層の部分が露出したウェハ上に配置されるフォトレジストをパターンエッチングすること、めっき金属が、露出したシード層上にのみ堆積するようウェハをめっきすること、固体フォトレジストを除去すること、ならびに全ての露出したシード層が除去されるまで、フォトレジストとめっき金属の除去によって露出したシード層を除去すること、とを含む。

上記方法の他の変形例は、ウェハ上にシード層を成層すること、ウェハのシード層上部にフォトレジストを塗付すること、少なくともシード層の厚さ以上の分量によりめっき金属が規定の高さを超えるまで前記ウェハを金属でめっきすること、フォトレジストを除去すること、ならびにウェハ上にシードエッチングを施してフォトレジストの除去によって露出したシード層を除去すること、とを含む。

有利にも、この方法は、参照することにより全内容が本明細書に記述されているかのように組み込まれる米国特許出願第１１／３２９，４８１号、１１／３２９，５０６号、１１／３２９，５３９号、１１／３２９，５４０号、１１／３２９，５５６号、１１／３２９，５５７号、１１／３２９，５５８号、１１／３２９，５７４号、１１／３２９，５７５号、１１／３２９，５７６号、１１／３２９，８７３号、１１／３２９，８７４号、１１／３２９，８７５号、１１／３２９，８８３号、１１／３２９，８８５号、１１／３２９，８８６号、１１／３２９，８８７号、１１／３２９，９５２号、１１／３２９，９５３号、１１／３２９，９５５号、１１／３３０，０１１号および１１／４２２，５５１の他のバイア、配線、および接点の変形例とともに使用でき、およびそれらに直接適用できる。

更に、この方法は更なる利点と利益をもたらす。例えば、そのプロセスは、とりわけ次の３つの潜在的利益のうち１つ以上をもたらす：ｉ）バイアを他の接点に接続するのに使用できる新配線層を自動形成し、ｉｉ）バイアの端の表層を除去して、より近接した接点および高い密度を可能にし、ｉｉｉ）ポストまたはウェルのいずれかのポスト−ぺネトレーション接続において使用する接点を形成するためにこの方法を使用することができる。

本明細書で説明する利点および特長は、代表的な実施例から得られる多くの利点および特長の内の僅かでしかなく、本発明の理解を助けるために提示するに過ぎない。言うまでもなく、それらは特許請求の範囲によって定義される本発明を制限したり、特許請求の範囲の均等物を制限したりするものと解釈すべきではない。例えば、これら利点のいくつかが相互に矛盾し、単一の実施例に同時にあてはまらないことがある。同様に、いくつかの利点が本発明の一の態様にあてはまるものの、他の態様にはあてはまらない場合がある。従って、特長および利点についてこの概要が、均等を判定する際の手掛かりになると考えるべきではない。本発明の更なる特長および利点は、以下の説明、図面、および特許請求の範囲から明らかになろう。

図１Ａ〜１Ｆは、本明細書で説明するプロセスを通じて実現できる２つの異なる態様に包含されるステップの全体像を略図で示す。

図２Ａ〜２Ｃは、図１Ａ〜１Ｆの技術を使用して異なる種類の接点構造をどのように形成するかを略図で示す。

図３Ａ〜３Ｒは、本手法のより複雑な変形例を断面および上面の略図で示す。

図４Ａ〜４Ｍは、本手法の他の変形例を断面および上面の略図で示す。

図１Ａ〜１Ｆは、本明細書で説明するプロセスを用いて実現できる２つの異なる効果の全体像を略図で示す。説明のため、他の相対的サイズと同様にバイアのアスペクト比は見た目上変更してあることに注意すべきである。更に、ここでは単純バイアに関して図解されているが、このプロセスは、他のバイア形成方法に対しても有効である。例えば、微細で深いバイア（典型的には約５０μｍから約５μｍ、または５μｍ未満の幅で、深さ対幅のアスペクト比が約４：１から約２５：１である）をも含み、接点またはウェハの他の部分を通じて容易に実行される環状、２軸（ｃｏａｘ）、３軸（ｔｒｉａｘ）、裏面、または他のバイアの形成方法を含む。

図１Ａ〜１Ｆは、本発明を実行するプロセスの２つの僅かに異なる変形例の断面を略図で示す。

最初に、ウェハは、シード成層が次のステップとなる段階までに受けるあらゆる処理を経る。この状態は図１Ａに示され、この場合は従来のカバーガラス１０６と接点１０８ａ，１０８ｂを貫通する、２つのバイア１０４ａ，１０４ｂが形成されたウェハ１０２の部分１００を図解している。次に、この方法は以下のように進む。

まず、図１Ｂに示すように、マスキングつまりフォトレジストの限定的使用に拠って、または拠らないでシード層１１０を成層する（すなわち、限定的に使用する場合は、シード層は、重要な保護の目的または何らかの他の理由により、そうすることが重要または望ましい箇所にのみ形成される）。

次に、図１Ｃに示すように、パターンエッチングの可能な感光材料１１２（つまりフォトレジスト）をウェハ１０２の上面、結果的にシード層１１０の部分に配置する。この感光材料１１２としては、バイア１０４ａ，１０４ｂ内に無制限に流れ込まない材料が選択される。従って、その材料は極度に高粘性か、さもなければ固体または半固体（ｎｅａｒ−ｓｏｌｉｄ）のいずれかになる。簡便さのため全文中で使用される単語“ｓｏｌｉｄ（固体）”は、極度に高粘性の、半固体の、または固体の材料のいずれかまたは全てを互換的に暗示するように用いられる。どのような材料が使用されても、実施方法によっては、その一部分がバイアの側壁の部分を滴下することが容認されると認識すべきである。しかしながら、そのような滴下が生ずる場合、滴下を僅かな状態にとどめてバイアの開口が実質的に妨げられて、つまり閉塞されてはならない。更に、層の厚みは高さを増加させアスペクト比に影響を及ぼすため、層を薄く保つことが望ましい。一般的に、フォトレジストの厚さは、約４０μｍまたはそれ以下であることが望ましい。好適な「固体」材料は、Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ＆ Ｃｏから市販されているＲｉｓｔｏｎ（登録商標、以下同様）ドライフィルムフォトレジスト商品シリーズである。詳細には、それぞれ厚さ約３８μｍ、３３μｍ、３０μｍのＲｉｓｔｏｎＰｌａｔｅＭａｓｔｅｒ、ＥｔｃｈＭａｓｔｅｒ、ＴｅｎｔＭａｓｔｅｒ商品シリーズのフォトレジストを使用できる。Ｒｉｓｔｏｎのようなフォトレジスト製品の利点は、それをシートとしてウェハの表面に配置できる点、および剛性を有する点である。この固さは、それによる利点およびそのものの利点が下記で見られるように、材料１１２が、要望に応じてバイアの開口の少なくとも部分を覆うことができるように、材料１１２をパターン化できることを意味する。有利にも、このことは、めっき中にウェハの表面上に自然に形成する表層によって付加される（スパイクされる）めっきが、バイアの端に施される状況を防ぎ、減らし、または最小限に抑える。

図１Ｃに示すように、フォトレジストの特質は、必要に応じてフォトレジストがバイアの一部に覆いかぶさる、つまりバイアの一部を完全に覆うことを可能にする。例えば、図１Ｃの左側のバイア１０４ａに示すように、フォトレジストは左側の一部分に覆いかぶさり右側からは実質的に離間している一方で、図１Ｃの右側のバイア１０４ｂに対しては、フォトレジストはバイア１０４ｂの外周全体に覆いかぶさっている。

いずれの場合も、フォトレジストは事前に成層されたシード層１１０の上面に配置されることに注意されたい。

次に、図１Ｄに示すように、ウェハ１０２は従来の電気めっきまたは無電解めっきを用いてめっきが施され、理想的には、シード層の上方の位置から、少なくともシード層の厚さに相当する厚さ分を隔てて、フォトレジスト１１２の外表面１１６の高さを含む任意の位置まで金属１１４を堆積して、バイア１０４ａ，１０４ｂを充填する。この特有の範囲の理由は、図１Ｅおよび１Ｆから明らかであろう。金属の上層は平坦な高さにまでめっきする必要はない、すなわち、ウェハの上面上のシード材料に電気的に接続されている限り、積上げ充填されたバイアの中心部は僅かに低くてもよいことに注目すべきである。

次に、図１Ｅに示すように、フォトレジスト１１２が除去される。図１Ｅから直ちに分かるように、左側バイア１０４ａの金属１１４がめっきされてフォトレジスト１１２で画成された配線パターンを形成し、右側バイア１０４ｂの金属１１４がめっきされて、全体として、または部分的に接点またはポストとして機能する隆起領域１１８を形成する。

フォトレジストをパターン化することにより、表層をウェハの特定部分に形成させて、バイアから別の箇所まで配線層を自動的に作成することもでき、場合によっては、ウェハ上のある箇所から別な箇所へ、例えば、バイアから別の箇所まで（図１Ｅに示すように）、つまり特定な方向に信号を搬送するのに使用できる表層により形成されるパターンに沿って配線層を自動的に作成して、所望の形状の金属１１４のパターンを形成できることは、勿論言うまでも無い。

最後に、シード除去工程が用いられ、一般的に表層によって形成されたパターンを保護することなく、フォトレジストの除去によって露出したシード層を除去する。このプロセスの結果は、図１Ｆに示される。典型的には表層は少なくともシード層の約２倍の厚さであり、殆どの場合、数倍以上の厚さであるため、保護なしでの除去が堆積領域に重大な、または悪い影響を及ぼすことはない。言い換えれば、シードおよび堆積表層領域はシード層の厚み分だけ高さが減少するが、所望の箇所に十分な金属「表層」が残ることになる。

図２Ａ〜２Ｃは、上述の技術を使用して、上記の参照して組み込む特許出願において記述される様々な種類の接点構造をどのように形成するかを略図で示す。

最初に、ウェハは、シード成層が次のステップとなる段階までに受けるあらゆる処理を経る。図２Ａは、ウェハ２００の２つの部分２０２ａ，２０２ｂを断面の略図として示している。ウェハ２００では、接点２０６を貫通して形成されたバイア内にシード層２０４が成層されている。上記のように、説明のため、バイアのアスペクト比は大幅に変更されているが、この例では、幅は約２５μｍで、深さ対幅のアスペクト比が約４：１に想定されている。更に上述のように、ウェハ２００にはフォトレジスト２０８が塗付されている。左側部分２０２ａに見られるように、フォトレジスト２０８の開口はバイア開口幅よりも広い。それに引き換え、右側部分２０２ｂでは、フォトレジスト２０８の開口はバイア開口幅よりも狭い。その結果、２つの異なる効果が得られる。

図２Ｂは、バイアが金属２１０でめっきされた後の２つの部分２０２ａ、２０２ｂを示す。見て分かるように、フォトレジスト２０８における２つの開口間の差異によって、左側部分２０２ａの金属２１０は上向き皿形状を成し、右側部分２０２ｂの金属２１０は細い「支柱」形状を成している。

図２Ｃは、シード２０４および金属２１０がシード２０４の厚み分研削された後の２つの部分２０２ａ，２０２ｂを示す。当然ながら、有利なことに、左側の部分２０２ａはスタンドオフ、すなわち「ウェル」構造用基部を有し、部分２０２ｂはスタンドオフ、すなわち「ポスト」構造用基部を有する。こうして、正しい金属を選択することによって、本明細書で説明する方法の実施は、ポスト−ペネトレーション、ウェルアタッチ（ｗｅｌｌ ａｔｔａｃｈ）、または双方の技術で使用する接点の形成での使用に好適であることは言うまでもない。

ポスト−ペネトレーション工程のためにポストの一部の形成にこの方法を使用する場合、フォトレジスト２０８の開口をバイア開口よりも小さくすることにより、バイアを表面上の金属パターンに接続することを達成可能な後続のステップが、表層を大量に除去せずに実行可能であることを、我々は保証できる。

フォトレジスト２０８の開口をバイア開口に正確に合わせることが望ましいかもしれないが、一般的には難しいということに注目すべきである。結果として、広めの開口を使用する効果を望まない限り、典型的な方法としては、フォトレジスト２０８の開口をバイアの開口よりも小さくすることであると予測される。

ここで、Ｒｉｓｔｏｎのようにシード成層後にウェハ上のバイア内に流れ込まない（または流れ込む場合でも、バイア内に非常に深くは流れ込まない）パターン形成材料であるフォトレジストの使用によって、以下の３つの明らかなかつ異なる利点のうち少なくとも１つが、なんらかの実施方法において達成可能であることは言うまでもない：

１．バイアが充填されると同時に新配線層がダイの表面上にめっきされ、マスキングステップを省くことができ；

２．フォトレジストの開口がバイア開口よりも小さければ、表層の成層を完全に阻止することができ；

３．フォトレジストの開口を適切に設定することにより、ポスト−ペネトレーション工程での使用に好適な構造を自動的に作成することができる。

更に別の変形例では、予備パターン化工程を用いて、絶縁層の成層中に通常覆われる領域内のパッド、デバイス、またはデバイス接点までエッチングすることができる。このパターン化およびエッチングは、シード成層の実行前（この場合はシードが開口を覆う）、またはシード成層の実行後（この場合はシードが開口を覆わない）のいずれにおいても実行可能である。後者の場合、後続のめっき工程により表層を横方向に成長させ、シードが露出したまま残っている箇所を接続することができる。

続いて、別のパターン化工程を用いて、表層を直接使用してバイアを例えばパッドへ選択的に接続することができる。このようにして、二次元パターン化接点を、表層の各箇所のパターン化によって自動的に形成することができる。

図３Ａ〜図３Ｒは、新しい接点編成つまり配置を形成するための本手法のより複雑な変形例およびその作用を断面および上面の略図として示す。ここでも、見た目上縮尺を変更している。

図３Ａは、接点パッド３０４の領域におけるウェハ３０２の部分３００の側面図である。接点パッド３０４の部分３０６は、この例ではカバーガラス３１０内の四角形の開口３０８を通してアクセス可能である。図３Ｂは、図３Ａの部分３００の上面図である。

図３Ｃは、この例では円形のバイア３１２がウェハ３０２内に接点パッド３０４を貫通して形成された後の図３Ａの部分３００の側面図である。図３Ｄは、図３Ｃの部分の上面図である。

図３Ｅは、従来の絶縁剤の塗付工程を用いて部分３００上へ絶縁層３１４を成層した後の図３Ｃの部分の側面図である。図３Ｆは、図３Ｅの部分の上面図である。

図３Ｇは、「固体の」フォトレジスト３１６が部分３００に塗付された後の図３Ｅの部分の側面図である。図示のように、フォトレジスト３１６はバイア３１２を完全に覆い、２つの小さな四角形の開口３１８ａ，３１８ｂを有する。図３Ｈは、図３Ｇの部分の上面図である。

図３Ｉは、パターンエッチングを実行して開口３１８ａ，３１８ｂを介して接点パッド３０４を露出させてアクセスを可能にしてフォトレジストを除去した後の図３Ｇの部分の側面図である。図３Ｊは、図３Ｉの部分の上面図である。

図３Ｋは、シード層３２０の成層後の図３Ｉの部分の側面図である。図３Ｌは、図３Ｋの部分の上面図である。

図３Ｍは、新たなフォトレジスト３２２を塗付後の図３Ｋの部分の側面図である。特定の実施方法および所望の結果に応じて、第２のフォトレジスト３２２を、「固体」フォトレジストまたは従来の流動性を有するフォトレジストとすることができる。図示のように、フォトレジストは、鍵穴形状が形成されるように（要望に応じ実質的に任意の形状を使用できるが）構成された固体フォトレジストである。図３Ｎは、図３Ｍの部分の上面図である。

図３Ｏは、めっき工程中、金属３２４がバイアを充填し、フォトレジスト３２２内に堆積した直後の図３Ｍの部分の側面図である。図３Ｐおよび図３Ｑは、それぞれ、フォトレジスト３２２を除去後の、めっきされた側面図および上面図である。

図３Ｒは、図３Ｐの部分に従来のシードエッチングを施した後の側面図である。前述の実施例と同様に、新たに形成された接点の金属３２４を保護せずにシードエッチングが実施される（すなわち、それらは双方とも同時にエッチングされる）。シードエッチングにより接点の高さが減少するものの、その減少は接点の高さの数分の一であるシード層の厚み分に過ぎず、従って不利益な影響を及ぼすことはない。

図４Ａ〜４Ｍは、本手法の他の変形例およびその作用を断面および上面の略図で示す。ここでも、見た目上縮尺を変更している。この実施例では、一端に形成されるポスト−ペネトレーション接続において使用可能な「ポスト」用スタンドオフを有する接点が創成され、他端には容量性スルーチップ接続（ｃａｐａｃｉｔｉｖｅ ｔｈｒｏｕｇｈ−ｃｈｉｐ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）用基部が形成される。

図４Ａは、接点パッド４０４の領域におけるウェハ４０２の部分４００の側面図である。接点パッド４０４の部分４０６は、カバーガラス４１０の開口４０８を通してアクセス可能である。図４Ｂは、図４Ａの部分４００の上面図である。

図４Ｃは、バイア４１２がウェハ４０２内に接点パッド４０４を貫通して形成された後の図４Ａの部分４００の側面図である。図４Ｄは、図４Ｃの部分の上面図である。

図４Ｅは、従来の絶縁剤の塗付工程を用いて、接点パッド４０４から絶縁するために部分４００上へ絶縁層４１４を成層した後の図４Ｃの部分の側面図である。図４Ｆは、図４Ｅの部分の上面図である。

図４Ｇは、シード層４１８の成層後の図４Ｅの部分の側面図である。図４Ｈは、図４Ｇの部分の上面図である。

図４Ｉは、「固体」フォトレジスト４２０が部分４００に塗付された後の図４Ｇの部分の側面図である。図示のように、フォトレジスト４２０はバイア４１２より小さい直径の円形開口を有し、従ってバイア開口の周縁に覆いかぶさる。図４Ｊは、図４Ｉの部分の上面図である。

図４Ｋは、めっきを施してバイア４１２とフォトレジスト４２０の開口を金属４２２で充填した後の図４Ｉの部分の側面図である。

図４Ｌは、フォトレジスト４２０を除去した後の図４Ｋの部分の側面図である。めっき金属４２２の「表層」がスタンドオフ、すなわちシード層４１８より上に延びるポストを形成したことに注目すべきである。

図４Ｍは、化学的機械工程のような従来のシードエッチング工程によってシード層４１８を除去した後の図４Ｌの部分の側面図である。ここで、シードエッチングは、めっき金属を保護せずに実施された（すなわち、シードエッチングは、フォトレジスト４２０の除去により露出したシード層４１８とめっき金属４２２の双方に対して、露出したシード層４１８が除去されるまで実施され、それによりめっき金属４２２の高さはおおよよシード層４１８の厚み分減少した）。

従って、上記から、本明細書に記述される技術は、多用途であり、様々な実施方法において、マスキングを用いて所望の領域のみにシード層を貼付するプロセスに係る処理ステップの除外、不要な表層を処理するのに要するステップ数の削減、またはそれら双方の効果によるコストの低減を可能にすることは明らかである。

明示的には述べられていないが、本手法は、従来技術において使用することができる、シード層とめっき金属との任意の組合せに使用することを意図し、おのおのの特定の選択は意図的な使用による作用によるものであって、発明ではなく、特定の金属とは本質的に無関係であることは言うまでもない。シード層およびめっき用の金属の特定の選択は、使用する「固体」フォトレジストの型番および種類に影響を及ぼす可能性があることは、勿論認識すべきである。

このように、ここでの記載（図含む）は、説明に役立つ代表的な実施例にすぎないと解されるべきである。読み手の便宜のため、上記記載は、あらゆる可能な実施例のうちの代表的な例に専心したものである。例は、本発明の原理を教授するものである。上記記載は、包括的にあらゆる可能な変形例を列挙しているわけではない。このような代替の実施例は、本発明の特定の部分のためには提示されていないかもしれない、もしくは、さらに不記載の代替の実施例が、（本発明の特定の）部分のためには有用であるかもしれないが、これらの代替の実施例についての権利の放棄とみなされるものではない。当業者は、こうした不記載の実施例の多くが、本発明および他の均等物の原理と同一の原理を包含していることを認識するであろう。

Claims (12)

1. バイアを有するウェハ上にシード層を成層する工程と、
   前記シード層の上部にパターン付きレジストを形成する工程であって、前記パターン付きレジストは、前記シード層の少なくとも一部分を露出する１つ以上の開口を有し、前記パターン付きレジストが前記バイアの少なくとも一部に覆いかぶさるように、前記１つ以上の開口は、少なくとも部分的に、前記シード層を内部に有するバイア上に配置される、工程と、
   前記シード層の前記露出した少なくとも一部分を金属層でめっきする工程であって、前記金属層は、前記シード層の上面の上方に延在する、工程と、
   前記レジストを除去する工程と、
   前記レジストを除去する工程によって露出した前記シード層の少なくとも一部分を除去する工程と、
   を備える方法。
2. 前記シード層の前記露出した少なくとも一部分を金属層でめっきする前記工程は、前記シード層の前記露出した少なくとも一部分に無電解めっきプロセスを行う工程を備える、請求項１記載の方法。
3. 前記シード層の前記露出した少なくとも一部分を金属層でめっきする前記工程は、前記シード層の前記露出した少なくとも一部分に電気めっきプロセスを行う工程を備える、請求項１記載の方法。
4. 前記シード層の少なくとも一部分を除去する前記工程は、前記金属層の高さが少なくとも前記シード層の厚さ分減少するまで、前記シード層の前記露出した少なくとも一部分と前記金属層とを同時にエッチングする工程を備える、請求項１記載の方法。
5. 前記パターン付きレジストは、前記ウェハの表面上に配置された少なくとも１つの開口であって、前記ウェハの表面に沿って集積回路経路の少なくとも一部分を画成するように構成された少なくとも１つの開口を有する、請求項１記載の方法。
6. 前記パターン付きレジストは、前記バイアに充填された前記金属層の隆起領域を画成するように構成された少なくとも１つの開口を有する、請求項１記載の方法。
7. 前記パターン付きレジストは、前記バイアの前記開口の少なくとも一部分を覆うように構成された固体レジストである、請求項１記載の方法。
8. 前記金属層の一部分が、前記バイアの前記開口を超えて延在し、かつ、配線パターンを与えるように構成される、請求項１記載の方法。
9. 前記レジストを除去する前記工程は、前記金属層の側部を露出する工程を備える、請求項１記載の方法。
10. 前記シード層が前記ウェハ上に成層される前に、前記ウェハ上に絶縁体を成層する工程を更に備える、請求項１記載の方法。
11. 前記レジストは固体レジストである、請求項１記載の方法。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法を用いて形成されるデバイス。

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