JPH08213549A - 集積回路の製造方法 - Google Patents

集積回路の製造方法

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JPH08213549A
JPH08213549A JP7244733A JP24473395A JPH08213549A JP H08213549 A JPH08213549 A JP H08213549A JP 7244733 A JP7244733 A JP 7244733A JP 24473395 A JP24473395 A JP 24473395A JP H08213549 A JPH08213549 A JP H08213549A
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 高い集積密度と高い歩留まりを可能にする集
積回路の製造方法を提供する。 【解決手段】 個々の部品層は異なるトップ基層1とボ
トム基層13の中で互いに独立してプロセス化され、続
いてつなぎ合わされる。まず、トップ基層1の表側に、
酸化物層または窒化物層の後の乾燥エッチングのための
マスクがはりつけられる。続いてトップ基層1の表側で
バイアホール10が形成され、バイアホール10は存在
する全ての部品層に侵入する。その後、トップ基層1に
ハンドリング基層12がはりつけられ、トップ基層1が
裏側からバイアホール10のところまで薄くされる。続
いてボトム基層13がトップ基層1と結合される。ハン
ドリング基層12の除去の後、バイアホール10は残存
する層を通ってボトム基層13の金属被覆層まで延長さ
れ、トップ基層とボトム基層の間の電気的接続部材が作
られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は垂直な集積回路の製
造方法に関するものである。垂直な回路は3次元集積回
路で重要な役割をはたす。3次元集積とは、プレーナ技
術により製造された部品の垂直の結合を意味する。3次
元マイクロエレクトロニクスシステムの利点は、特に、
2次元システムと比べて、同じデザイン設計で到達可能
な実装密度とスイッチング速度がより高いことである。
後者は、一方において個々の部品あるいは回路間の経路
をより短くでき、また他方においてパラレルな情報処理
の可能性により生じるものである。自由に場所が選択で
きる高度に集積された垂直方向の接点による結合技術を
実現するために、システムの機能能力を向上させること
が必要となる。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】自由に選べる垂直方向
の接点を持つ3次元回路の配置の製造のための方法とし
ては次のものが周知である。
【0003】Y.Akasaka、Proc.IEEE74(1986)1703 には、
多結晶のシリコンのプロセス化の完了した部品層を分離
し、再結晶化させ、その結果再結晶化した層中で他の部
品を製造することが提案されている。この方法の欠点と
しては、再結晶化プロセスにおける高い熱負荷による下
の面中の性能を劣化させる変質、並びに全てのシステム
のシリアルなプロセス化が必須なことである。後者は、
一方において製造における走行時間が長いことにより、
他方においてプロセスによりもたらされる沈殿の総計に
よる作用の低下によるものである。両者は、互いに分離
する個々の面の様々な基層中のプロセス化に比べ製造コ
ストを著しく増してしまう。
【0004】Y.Hayashi その他による、Proc.8th Int W
orkshop on Future ElerctronDevice,1990,p.85 によれ
ば、まず始めに互いに分離した個々の部品を様々な基層
中で製造することが知られている。続いて基層は数ミク
ロンに薄くされ、前側および後側の接点を備え、接着に
より垂直方向に結合される。しかし前側および後側の接
点を作るために、標準半導体製造(CMOS)にはない
特別なプロセスが必要となる。MOSと適合性のない材
料(例えば金)と基層の後側の構造決めが必要でない。
【0005】JP 63−213943は、同様に分離
された個々の部品面が様々な基層中で製造される、垂直
な集積回路構造の製造方法が開示されている。上の基層
は、回路を持つ全ての層に侵入するバイアホールを備え
る。同じ方法で、下の基層は、この基層の金属被覆層ま
で到達するコンタクトールホールを備える。バイアホー
ルまで上の基層の裏側を薄くした後、2つの基層は、上
の基層のバイアホールが下の基層のコンタクトホールを
通って位置し、その結果2つの基層の部品面間の伝導性
の結合が作られるようにつなぎ合わされる。
【0006】しかしながら、この方法の場合、2つの基
層でより大きな微分動作を設計の際備えなければならな
いという欠点を持つ。つまり、バイアホール(Inte
r−Chip−Vias)は、基層の反対側からの調整
により、互いに向かい合って下の基層の金属構造の境界
内にあるだけでなくコンタクトホール開口部の境界内に
存在しなければならないからである。そして、この結
果、集積密度はあまり上がらない。
【0007】2つのプロセス化の完了した部品基層の結
合では、つなぎ合わせる前に、2つの基層の正確な調整
を調整マークにより行うことが必要である。裏側の構造
決めによらない場合、調整マークがこれまで基層の表側
の領域にはりつけられ、調整が赤外線透過光方法(例え
ば、いわゆるFlip−Chip−Bondenにより
周知である)により行われる。上の基層がつなぎ合わせ
の時点で連続する場合、可視のスペクトル領域の部品面
の光学的透過光は遮断される。
【0008】しかしながら、赤外線透過光方法の適用
は、半導体製造では普通でない特別装備、つまり赤外線
透過光調整をあわせ持つボンド装置を必要とする。この
ため、調整される基層はもっぱら研磨された表面を持た
なければならない(ハンドリング基層と下の部品基
層)。つまり、そうでない場合、赤外線の光が境界面で
拡散してばらつき、それにより調整マークを写しこむこ
とができなくなるからである。調整精度は研磨された表
面を使用しても、赤外線のより長い波長により、可視の
光線と比べて、可視のスペクタル領域の調整の際より約
2倍悪く、その結果垂直な結合の実装密度は可視光線で
到達可能な値のほぼ25%しかない。更に多くの境界面
とそれに結合され反射面を持つ集積回路の複雑な層の構
造は、透過光方法での調整精度を更に減少させる。更に
この方法は設計の自由と基層選択を制限する、なぜなら
調整マーク領域で良い透過性が必要だからである。
【0009】よって、上記の方法の欠点は、特に、製造
の際の基層の走行時間が長いこと、CMOSと適合しな
い特別プロセスの適用が必要であること、製造コストが
高く、また歩留まりおよび集積密度が減少することであ
る。
【0010】本発明の課題は、高い集積密度と高い歩留
まりを可能にする集積回路の製造方法を提供することに
ある。
【0011】また、本発明の他の課題は、CMOSと適
合しない方法であって、自由に場所が選択できる垂直方
向の接続部材による結合が可能である集積回路の製造方
法をを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明の請
求項1の方法により解決される。本発明の特別な形態は
従属請求の対象である。
【0013】本発明による方法では、個々の部品層が異
なる第1および第2の部品基層の中で独立してプロセス
化され、次につなぎ合わされる。始めに、完全に統合さ
れた回路中にある1つあるいは複数の部品層と金属被覆
層を持つプロセス化の完了した第1の部品基層(以下
「トップ基層」という)の上の表側に、絶縁層(例えば
酸化物または窒化物の層)を後でエッチングする時に
(例えば乾燥エッチング)エッチングのためのマスク
(ハードマスク)がはりつけられる。このマスクは、例
えば、窒化チタンからなる層であり、または珪素スパッ
タリングプロセスによっても生成される。
【0014】前記トップ基層は、続いて、下にある第2
の部品基層(以下「ボトム基層」という)の部品層の垂
直方向の接点が後に作られる箇所の表側にバイアホール
を備える(例えばエッチングにより)。バイアホールは
トップ基層中に存在する全ての部品層と金属被覆層に侵
入する。バイアホールは主としてトップ基層の数ミクロ
ン下方で終わり(請求項5)、SOI基層を使用する時
は主として埋められた酸化物層のところで終わる(請求
項6)。
【0015】バイアホールのプロセス化の後、トップ基
層の表側に例えば接着層を介して(請求項9)補助基層
(ハンドリング基層)がはりつけられる。続いてトップ
基層は、裏側から薄くされる。薄くすることは、ウエッ
トケミカルのエッチングあるいは機械的または化学機械
的研磨による(請求項7)。SOI基層を使用する場
合、埋められた酸化物層はエッチングトップとして役立
つ(請求項6)。従来の基層(いわゆる粒状の材料から
成る)を使用する場合には、バイアホールのところまで
薄くでき(請求項5)、その結果、バイアホールはそれ
により基層の両側に向かって形成され開かれる。
【0016】続いて、1つあるいは複数の部品層と金属
被覆層を持つ他のプロセス化の完了した基層であるボト
ム基層が、トップ基層と結合される。このために主とし
て、請求項8によれば、ボトム基層の表側、つまりボト
ム基層の最上の部品層の表面は、透明な接着層を備え
る。
【0017】接着層は同時に、パッシブおよび平坦にす
る機能を引き受ける(請求項10)。その後、トップ基
層とボトム基層は互いに調整され、トップ基層の裏側は
ボトム基層の表側と結合する。その際、調整はスプリッ
ト光学系によって調整マークをもとに可視のスペクタル
領域で行われる(請求項2)。調整マークはトップ基層
中バイアホールと同様に、つまり主としてトップ基層の
全ての部品層を通る表側の調整構造のエッチングによっ
て製造され、ボトム基層の調整マークを、ボトム基層の
金属被覆層の最上面中に含むことができる。
【0018】トップ基層とボトム基層とをつなぎ合わせ
た後、ハンドリング基層が除去される。既に存在するバ
イアホールは、トップ基層の表側から、残っている層
(例えばSOIトップ基層、接着層、ボトム基層のパッ
シブ層)を通って、ボトム基層の金属被覆面の金属被覆
層まで延長され(例えば乾燥エッチングにより)、その
際、トップ基層のマスク(ハードマスク)はエッチング
マスクとして役立つ。
【0019】このバイアホールの上で最終的に、トップ
基層の金属被覆面の金属被覆層とボトム基層の金属被覆
面の金属被覆層の間で電気的接続部材が作られる。
【0020】このために、主として請求項11により、
始めにバイアホールの側面壁が絶縁され、コンタクトホ
ールがトップ基層の金属被覆面まで形成される。続いて
トップ基層の表面とバイアホールおよびコンタクトホー
ル中で、金属材料が分離される。この結合金属被覆層の
構造決めの後、トップ基層およびボトム基層の部品層の
垂直方向の集積が実施される。
【0021】異なる基層中で互いに分離された個々の部
品層のプロセス化により(パラレルなプロセス化)、本
発明による方法によって垂直の回路の製造での走行時間
が明らかに減少し、それにより製造コストが減少する。
【0022】本発明による方法ではCMOSと適合しな
いテクノロジーが使われるのが優れている、つまり、特
に基層の裏側設計をしなくて良いからである。
【0023】個々の基層でのバイアホールの製造は、個
々の基層のプロセス化中へのこの方法ステップの取り入
れ(パラレルなプロセス化)を可能にし、このため特に
多くの部品層、つまり発明による方法によって重なり合
わせられる多くの基層を持つ構造の製造の際、走行時間
が更に減少し歩留まりが上昇するという利点が生じる。
【0024】プロセス始めのトップ基層へのマスクステ
ップ(ハードマスク)のはりつけと、バイアホールが開
くまでのこのマスクの残存は、酸化・あるいは窒化層の
エッチングを可能にし、これらはパッシブ化、平坦化、
多層金属被覆のために使用され、エッチングは製造プロ
セスの全ての後の時点でいつでも可能である(積み重
ね)。基層のつなぎ合わせの前にあらかじめボトムウェ
ハ中のコンタクトホールを開くことはもはや不必要であ
る。調整の際のチップ間のバイアホールはボトムウウェ
ハの金属構造内部に位置しなければならず、その結果、
デザインでの必要な微分動作はわずかになり、これによ
って、より高い集積密度を達成できる(多層金属被覆で
は標準方法に類似する)。
【0025】更に、つなぎ合わせの前に酸化物層を持つ
ボトム基層の平坦化を行える、つまり、酸化物層を後か
らトップ基層のマスクを介して開くことができるからで
ある。これにより、はりつけの際の空洞をかなり減少で
き、3次元集積回路の信頼性が高まる。
【0026】本発明の方法の他の利点は、トップ基層と
してSOI基層をの使用できることである。つまり、埋
め込まれた酸化物層を積み上げの後同様に問題なくエッ
チングできるからである。これにより、SOI材料の利
点(例えばトップウェハを薄くするときのエッチングス
トップとしての酸化物層、はりつけの際の裏側が非常に
平らなこと、薄くする際のエッチング溶解あるいはCM
P[化学的機械的研磨]によるバイアホールの侵食がな
いこと)が十分利用できる。
【0027】更に垂直方向の接点はエッチングの可能性
により、トップ基層のマスクを越えてボトムウェハある
いはボトム堆積の任意の金属被覆面まで実現可能であ
る。これにより堆積の任意の金属被覆面への介入が可能
になり、その結果、集積の際に造形が非常に自由にな
る。
【0028】本発明の方法の他の利点は、重なり合う個
々の部品層の調整のために、可視の領域でスプリット光
学系が使えることである。このため、透過光方法とは反
対に、トップ基層中の調整マークの上方の連続した層
も、ボトム基層中の調整マークの下方の連続した層も透
明であってはならない。これによって赤外線透過光方法
と比べ、より高い調整精度とそれに伴うより高い実装密
度を達成できる。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を添付図面に
基づいて以下に詳述する。
【0030】図1に示すように、第1の部品基層(トッ
プ基層)1は、3層金属被覆層中で完全にプロセス化さ
れたMOS回路を持つSOI層を有している。このSO
I層は、シリコン層2と、この上に形成されたシリコン
酸化物層3と、この上に形成されたシリコン層4とから
なる。前記トップ基層1は、さらにシリコン層4の上に
形成されたチップ層5と、この上に形成された金属被覆
層6とを有している。前記トップ基層1は、チップ層5
および金属被覆層6の上に形成された酸化物または窒化
物の保護層7によりパッシブ化されている。最上位の金
属被覆層6は、例えばアルミ合金からなる。この金属被
覆層6の下方に他の元素を組み込まれた、また組み込ま
れていない酸化物層がある。
【0031】図2に示すように、後に続く乾燥エッチン
グのためのマスク層として、始めに窒化チタン層8と、
例えばプラズマ酸化物層9のようなハードマスクとして
役立つ層が分離され、バイアホール10のための写真技
術が実施される(写真技術“トレンチ”)。塗装マスク
によって、プラズマ酸化物層9と、窒化チタン層8と、
チップ層5の下にある酸化物層が異方性にエッチングさ
れる。塗装除去の後、いわゆるトレンチエッチング方法
で、埋め込まれたシリコン酸化物層3の表面までエッチ
ングされる(エッチングストップとしてのSiO2 )。
【0032】図3に示すように、トップ基層1の上で、
有機的な接着層11によって、シリコン層がハンドリン
グ基層12(補助基層)としてはりつけられ、続いてト
ップ基層1は裏側を機械的にウエットケミカル方法で薄
くされる。エッチングストップとして、本実施の形態に
おいては、埋め込まれたシリコン酸化物層3(SiO2
)の下の面が役立つ。
【0033】第2の部品基層(ボトム基層)13は、シ
リコン層14と、チップボトム層15と、3層金属被覆
層からなる金属被覆層16と、パッシブ化層17とを有
している。ボトム基層13は、チップボトム層15と金
属被覆層16とパッシブ化層17の中で完全にプロセス
化されたMOS回路を有している。
【0034】ポリミド層18は、パッシブ化層17の上
に、チップ間の接着剤としてスピンーオン堆積され、そ
の結果表面が平らになる。その後、トップ基層1とボト
ム基層13の接着がディスクボンド装置中でスプリット
光学系により行われる。カメラ24を含む前記スプリッ
ト光学系23は、図8に示されている。
【0035】図4に示すように、ハンドリング層12と
接着層11の除去の後、標準シリコン層のようなスタッ
ク層が更にプロセス化される。ボトム基層13の金属被
覆層16の上における埋め込まれたシリコン酸化物層3
と接着層18と保護層17は、バイアホール10中で異
方性にエッチングされる。エッチングストップとして、
本実施の形態では、金属被覆層16が利用される。
【0036】図5に示すように、乾燥エッチングプロセ
スのためのマスクとして役立つ窒化チタン層8はここで
除去され、オゾン−TEOSの酸化物層19は分離され
る。後者は堆積の際の高い一致により、バイアホールの
アスペクト状況が高い場合、シリコン基層のためのバイ
アホールの金属被覆層の電気的絶縁を保障する。
【0037】図6に示すように、厳密に調整された乾燥
エッチング方法によって、続いて側面壁のパッシブ化が
実現する(エッチングストップとしての金属被覆層16
によるいわゆるスペーサーエッチング方法)。最上位の
金属被覆層6のためのコンタクトホール20が、写真技
術「パッド」、酸化物エッチング(エッチングストッ
プ:金属被覆6)、塗装除去、および洗浄により開けら
れる。
【0038】その後、図7に示すように、まず始めに、
バイアホール10の後に続くウェハ金属被覆層22(タ
ングステン分離による)のための接着層およびバリア層
としての窒化チタン層21が分離される。後者の写真技
術「ネイルヘッド」により、窒化チタン層21およびタ
ングステンなどからなる金属被覆層22が構造決めされ
る(タングステンエッチング、窒化チタンエッチング/
塗装灰化)。その結果、トップ基層1とボトム基層13
の間の垂直方向の結合が実現される。
【0039】前記トップ基層1と補助基層12の結合が
作られる前に、回路の第1の層を貫通する第1の調整マ
ークを製造される。前記ボトム基層13が第2の調整マ
ークを含んでいる。第1の調整マークはトップ基層1の
中のバイアホールと同様に、つまり主としてトップ基層
1の全ての部品層を通る表側の調整構造のエッチングに
よって製造される。ボトム基層13の第2の調整マーク
は、ボトム基層13の金属被覆層の最上面中に含むこと
ができる。
【0040】図8に示すように、前記トップ基層1の裏
側をボトム基層13の表側と結合するの際に、スプリッ
ト光学系(23)により可視スペクトル領域でトップ基
層1とボトム基層13とを合わせることを第1の調整マ
ークおよび第2の調整マークとにより行う。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるステップをトップ基層に基いて
説明するための図である。
【図2】本発明におけるステップをトップ基層に基いて
説明するための図である。
【図3】本発明におけるステップをトップ基層およびボ
トム基層に基いて説明するための図である。
【図4】本発明におけるステップをトップ基層およびボ
トム基層に基いて説明するための図である。
【図5】本発明におけるステップをトップ基層およびボ
トム基層に基いて説明するための図である。
【図6】本発明におけるステップをトップ基層およびボ
トム基層に基いて説明するための図である。
【図7】本発明におけるステップをトップ基層およびボ
トム基層に基いて説明するための図である。
【図8】本発明におけるスプリット光学系によるトップ
基層およびボトム基層の互いの調整の説明図である。
【符号の説明】
1 トップ基層(第1の部品基層) 2 シリコン層 3 シリコン酸化物層 4 シリコン層 5 チップ層 6 金属被覆層 7 保護層 8 窒化チタン層 9 プラズマ酸化物層 10 バイアホール 11 接着層 12 ハンドリング基層(補助基層) 13 ボトム基層(第2の部品基層) 14 シリコン層 15 チップボトム層 16 金属被覆層 17 パッシブ化層 19 酸化物層 20 コンタクトホール 21 窒化チタン層 22 金属被覆層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/768

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1の主平面領域で回路を持つ1つある
    いは複数の第1の層(5)と少なくとも1つの第1の金
    属被覆層(6)を含む第1の部品基層(1)を準備する
    第1のステップと;絶縁層の後のエッチングのためのマ
    スクとして役立つ層(8)を、前記第1の部品基層の第
    1の主平面にはりつける第2のステップと;前記第1の
    部品基層の第1の主平面領域の中にバイアホール(1
    0)を形成し、その際にバイアホールは前記層(8)と
    回路を持つ第1の部品基層の全てに侵入させる第3のス
    テップと;前記第1の主平面領域の側において前記第1
    の部品基層(1)に補助基層(12)を結合する第4の
    ステップと;前記第1の主平面に相対する側で前記第1
    の部品基層(1)を薄くする第5のステップと;第2の
    主平面領域に回路を持つ少なくとも1つの第2の層(1
    5)と少なくとも1つの第2の金属被覆層(16)とを
    有する第2の部品基層(13)を準備する第6のステッ
    プと;前記第1の部品基層(1)と前記第2の部品基層
    (13)を結合し、その際に前記第1の主平面に相対す
    る第1の部品基層の側と、前記第2の部品基層の第2の
    主平面の側を調整してつなぎ合わせる第7のステップ
    と;前記補助基層(12)を除去する第8のステップ
    と;前記第2のステップにおいて存在するバイアホール
    (10)を、第2の部品基層(13)の第2の金属被覆
    層(16)まで形成し、その際に前記第1の部品基層の
    前記層(8)はエッチングマスクとして役立てる第9の
    ステップと;前記第1の金属被覆層(6)と前記第2の
    金属被覆層(16)との間に電気的接続部材を前記バイ
    アホール(10)を介して作る第10のステップとを有
    することを特徴とする集積回路の製造方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の集積回路の製造方法に
    おいて、前記第1の主平面領域で前記第1の部品基層
    (1)と前記補助基層(12)の結合が作られる前に、
    回路の第1の層を貫通する第1の調整マークを製造し、
    前記第2の主平面領域で前記第2の部品基層(13)が
    第2の調整マークを含み、スプリット光学系(23)に
    より可視スペクトル領域で前記第1の部品基層と前記第
    2の部品基層とを合わせることを前記第1の調整マーク
    および前記第2の調整マークとにより行うことを特徴と
    する集積回路の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項2に記載の集積回路の製造方法に
    おいて、前記第1の調整マークが回路の第1の層を通り
    エッチングされ、前記第2の調整マークが前記第2の金
    属被覆層中の金属であることを特徴とする集積回路の製
    造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1から3のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記バイアホールの形成がエ
    ッチングにより行われることを特徴とする集積回路の製
    造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記バイアホールが前記第1
    のステップ中で、回路の第1の層より数ミクロン下方ま
    で形成され、前記第1のの部品基層を前記バイアホール
    のところまで薄くすることを特徴とする集積回路の製造
    方法。
  6. 【請求項6】 請求項1から4のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記第1の部品基層(1)と
    してのSOI基層を使用する場合において、前記バイア
    ホール(10)を前記第1のステップにおいて前記SO
    I基層の酸化物層(3)のところまで形成し、前記第1
    の部品基層は前記酸化物層(3)のところまで薄くされ
    ることを特徴とする集積回路の製造方法。
  7. 【請求項7】 請求項1から6のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記第1の部品基層がエッチ
    ングまたは研磨により薄くされることを特徴とする集積
    回路の製造方法。
  8. 【請求項8】 請求項1から7のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記第1の部品基層と前記第
    2の部品基層との結合が透明な接着層(18)によって
    行われ、この接着層は前記第2の部品基層の前記第2の
    主平面にはりつけられていることを特徴とする集積回路
    の製造方法。
  9. 【請求項9】 請求項1から8のいずれかに記載の集積
    回路の製造方法において、前記第1の部品基層が接着層
    (11)を介して前記補助基層(12)と結合されこと
    を特徴とする集積回路の製造方法。
  10. 【請求項10】 請求項8または9に記載の集積回路の
    製造方法において、前記接着層としてパッシブ化され平
    坦化された接着層が使用されることを特徴とする集積回
    路の製造方法。
  11. 【請求項11】 請求項1から10のいずれかに記載の
    集積回路の製造方法において、前記第1の金属被覆層と
    前記第1の金属被覆層との間の電気的接続部材の製造
    は、前記第1の部品基層(1)の前記第1の金属被覆層
    (6)の前記コンタクトホール(20)を形成し、前記
    バイアホール(10)の側面壁を絶縁し、金属材料を前
    記バイアホールおよび前記コンタクトホールに充填する
    ことを特徴とする集積回路の製造方法。
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