JPH09509011A

JPH09509011A - 立体回路装置の製法

Info

Publication number: JPH09509011A
Application number: JP7521499A
Authority: JP
Inventors: ヒュープナーホルガー
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1994-02-16
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 1997-09-09
Also published as: WO1995022840A1; DE59508684D1; EP0745274B1; EP0745274A1; KR970701428A; US5706578A

Abstract

(57)【要約】立体回路装置の製造のために、それぞれコンタクト（１３、１４）を有する素子を有する基板（１１、１２）を、スタックとして重ねて設置する。基板（１１）の少なくとも一方の他方の基板に接する主要面（１５）上に、金属面（２０）を施与し、これを、双方の基板（１１、１２）の機械的接続のために、他方の基板（１２）の隣接する主要面（１７）とハンダ接合する。更なる基板の施与の前に、素子を試験してもよく、かつ不良な素子を有する基板を、研削除去により、金属面（２０）に達するまで除去することができる。

Description

【発明の詳細な説明】立体回路装置の製法半導体回路はますます、集積回路が、いくつかの平面上に積み重ねられ、かつ相互接続しているように設計されるようになっている。その際、殊に、種々の技術の集積回路が、組み合わされる。記録密度を高め、かつ接続経路を短くするために、様々な集積回路のこのようなスタック（Stapel）を、１つのチップケーシング中にまとめる。その際、集積回路を有し、種々異なる基板材料からなっていてよく、かつ／又は種々異なる技術で製造されていてよい基板を、それぞれ、薄さ数１０μｍまでに研削し、かつスタックとして設置する。鉛直方向に、基板を通じてコンタクトを形成する。このような素子スタックは、外部からは、新規の半導体モジュールのように見える。これは、通常のケーシング中で、減少した接続数で実現することができるが、増加した機能性を有する。 Y.Hayashi et al，Symp．on VLSI Tech．（1990）95〜96頁から、隣接する基板間の機械的接続のために、ポリイミド層を、接着層として使用することが公知である。隣接する基板間の垂直コンタクトを、タングステンピン及びＡｕ／Ｉｎ −合金で満たされる付随する広面積の凹部で実施する。上部の基板と下部の基板とを相互に重ねる際に、この満たされる凹部中に、タングステンピンを入れる。これらを、３００〜４００℃でハンダ接合する。その際、金属コンタクトをせん断しうる程の金属コンタクトの側方へのずれをもたらす異なる熱膨張が、双方の平面に生じる。立体集積回路装置中のより高いパッキング密度により、このような素子スタック中では、除去すべき損失熱が高まる。ポリイミド層は、損失熱の除去に全く寄与しないので、これを、タングステンピン及び基板そのもので、除去する必要がある。本発明の課題は、立体回路装置の製造を可能にし、それにより基板の接続の際に、それぞれ異なる熱膨張により生じる機械的膨張が減る立体回路装置の製法を記載することである。この課題は、本発明で、請求項１に記載の方法により解決する。本発明のその他の態様は、その他の請求項に由来する。ここでは、「基板」という語を、殊に、半導体材料からなり、かつマイクロエレクトロニック回路構造及び／又はオプトエレクトロニク部品及び／又はセンサ部品を包含する基板ウェーハにも、又は、個々の素子、オプトエレクトロニク部品、センサ素子等にも使用する。「素子」という語を、マイクロエレクトロニック回路構造にも、オプトエレクトロニク部品、センサ部品等にも使用する。立体回路装置の構成のために、多くの素子を包含する基板ウェーハ上で、個々に分けられた素子を、第２の基板として、それぞれ基板ウェーハの試験され、かつ良好と判明している素子上に設置するのが有利である。様々な加工工程で、素子が害されうるので、双方の基板の電気的かつ機械的接続の後に、再び、回路装置を試験するのが有利である。それぞれ、もう１つの基板を施与した後の試験により、立体集積回路装置の製造の際の有効収率が増大する。本発明の方法では、隣接する基板間の機械的接続を、基板の一方の少なくとも１つの隣接する主要面上に設置されており、かつハンダ金属の施与及び加熱により他方の基板の隣接する主要面にハンダ接合される金属面を介して実施する。機械的接続を、金属面を介して行うので、本発明の方法で製造された立体回路装置では、従来技術に比べて改善された損失熱の除去が保証される。金属面を、ハンダ金属と混和して、溶融温度が、立体回路装置の動作温度よりも高い金属間相になる材料から形成する。ハンダ金属を、完全に、金属面の材料と混合すると、基板間のハンダ接合の後に、純粋なハンダ金属は残らない。この方法により、既に製造されたハンダ接合の溶融を危惧することなく、立体回路装置に、更に平面を付与することができる。金属面を、ニッケルから形成するのが有利である。ハンダ金属としては、ガリウムを使用する。その際、ハンダ金属の量は、付加的な金属面材料と混和して、最大２５重量％のガリウム含有率を有する金属間相が生じるように調節する。このような金属間相は、１２００℃を上回る溶融温度を有する。双方の基板をハンダ接合する際に、ハンダ金属と金属面材料との反応が、双方の基板が、液状ハンダ金属を介して接触した時、初めて開始されるように考慮する必要がある。これは、金属面を、固体ハンダ金属に接触させてから、初めて基板を加熱することにより保証することができる。ハンダ金属を施与する前に、それぞれの金属面の表面に、ハンダ金属の、金属面材料中への拡散を遅れさせる、例えば、Ｔｉ又はＴｉＮからなる拡散遮断層を備えさせることもできる。この場合には、ハンダ金属を加熱して液状にし、次いで、金属面と接合させることができる。それぞれ、初めに記載の金属面の一方に隣接する付加的な金属面を、それぞれ別の基板の主要面に施与すること及び初めに記載の金属面と隣接する付加的な金属面とをハンダ接合することは、本発明の範囲に含まれる。これにより、殊に、他方の基板の主要面に関するハンダ金属のぬらし問題(Benetzungsproblem)が回避される。付加的な金属面を、本発明の方法では、ハンダ金属でのハンダ接合の際に、僅かにのみ混合する金属から形成するのが有利である。これにより、付加的な金属面は、ハンダ接合の際に殆ど変化しない。付加的な金属面を、他の金属との僅かな可溶性のみを有するタングステンから形成するのが有利である。本発明の方法により接合された基板の試験で、不良な素子が認められた場合に、不良な素子を有する全基板を機械的に研削除去することは、本発明の範囲に含まれる。このために、光学レンズ及びプリズムの研削のために公知の研削法を使用するのが有利である。その際、殊に、例えば、１／４μｍの粒度を有する液状ダイヤモンド研削ペーストを用いる平面砥石車を使用する。研削除去の際に、ハンダ金属も除去する。付加的な金属面を、研削する。その後、付加的な金属面を有する基板の表面は、全く、ハンダ金属及び第２の基板の施与の前に有した形態を有する。従って、洗浄工程を除いて、再び、もう１つの基板をそのうえに積み重ね、かつそれと機械的に接合する前に、付加的な金属面を有する基板の表面の復元のために、その他の処理工程は必要ない。本発明の方法を用いると、任意に、多くの基板を重ねて設置し、かつ相互に接合することができる。その際、それぞれ、もう１つの基板を施与した後に、立体回路装置の機能性を試験し、かつ必要な場合には、最後に付加された基板を、研削により除去するのが有利である。場合により続く、不良基板の研削除去に関して、拡散遮断層を、一般に、付加されたものである不良基板の研削の後に、更なる立体回路装置の構造のために再び使用される基板上の金属面上に施与するのが有利である。この場合に、拡散遮断層は、金属面が、ハンダ接合の際に、本質的に変化しないことを保証する。双方の基板中の、他方の基板に隣接する主要面に隣接するコンタクトを、ハンダ接合で、電気的に相互に接続することは、本発明の範囲に含まれる。双方の基板中のコンタクトが重なり合う場合には、これを、直接的なハンダ接合を介して行う。ずれて設置される基板の場合には、少なくとも１つの金属面を、これが、、基板の主要面に対して平行な、双方のコンタクトの間の導体路となるように形成することが、本発明の範囲に含まれる。接続されるコンタクトは、平面的に重なり、かつ従来技術のように互いにかみ合わないので、異なる熱膨張は、横へのずれをもたらすのみである。その際、コンタクトの機械的な負荷は、回避される。主要面に隣接するコンタクトは、金属面と同様のハンダ金属でハンダ接合が可能であるべきである。その際、コンタクトは、金属面と同様の金属から形成されていてよく、これは、方法の簡略化をもたらす。また、コンタクトを、金属面とは別の金属から形成することができる。この場合には、コンタクトの電気的特性は、金属面の機械的特性に関わらず、最適化することができる。コンタクトの金属としては、殊に、銅、銀又はタングステンが好適である。金属面とそれに隣接するコンタクトとの間の不測の電気的接続を回避するために、隣接する金属面とコンタクトとの間に分離トレンチを形成することは、本発明の範囲に含まれる。更に、金属面に隣接する分離トレンチは、隣接する基板の接続の際に、封入された空気又は気体の排出を可能にする。殊に、広い面積の基板の接合の際には、隣接する基板の間の空気−又は保護ガス雰囲気を、完全に排出することができる前に、密閉縁部分が接合するという危険がある。この場合には、基板の完全な接合を阻害する封入されたエアクッションが生ずる。しかし、この空気又はこの気体は、分離トレンチにより、除去することができる。金属面とそれに隣接するコンタクトとの短絡を回避することを保証するために、分離トレンチの底部を、少なくとも縁部の所で、ハンダ金属でぬらされない補助層で覆う。この補助層を、殊に、側面被覆として、金属面の隣接側面に沿って形成する。この補助層を、金属面の下に設置することもできる。補助層を、タングステン、タンタル、アルミニウム又はポリマーから形成するのが有利である。補助層が、充分な導電性を有する材料、つまり金属からなる場合には、補助層を、金属面と、隣接するコンタクトとの間、分離トレンチの範囲で、金属面とコンタクトとの間の短絡を回避するために中断しておくべきである。ぬれない材料からなる補助層が、金属面とコンタクトの縁に設置されているので、ハンダ金属は、金属面及びコンタクトの縁で、中断される。次いで、ハンダ接合工程の間に、金属面の縁の所に、メニスカスが生じる。液状ハンダ金属の表面張力は、これが、隣接するコンタクトの所の液状ハンダ金属と共に、短絡を形成することを防ぐ。この分離トレンチを、ハンダ金属でぬれない材料で満たすこともできる。このために、例えば、シリコーン又はポリイミドが好適である。ハンダ接合工程の間に、金属面の端の所に、メニスカスが生じる。この液状ハンダ金属の表面張力は、これが、隣接するコンタクトの所の液状ハンダ金属と共に、短絡を形成することを防ぐ。次に、本発明を、図及び実施例に基づき詳述する。図１は、ハンダ接合された金属面を介して相互に接続されている２つの基板を示している。図２は、ハンダ接合された金属面を介して相互に接続されており、かつ金属面が、双方の基板中のずれて重なるコンタクトの間の導体路となっている２つの基板を示している。図３は、ハンダ接合された金属面を介して相互に接続されている２つの基板を示している。例えば、単結晶ケイ素からなる半導体ウェーハ又はＩＩＩ−Ｖ−半導体である第１の基板１１（図１参照）は、マイクロエレクトロニック回路又はオプトエレクトロニク部品又はセンサ部品の素子である回路構造を有する。詳細には、図１中に記載されていないこの回路構造は、ＳｉＯ₂−層１１１により、基板１１にから分離されている少なくとも１つのメタライズ層１３を有する。第２の基板１２は、例えば、マイクロエレクトロニック回路、オプトエレクトロニク部品又はセンサ部品を含む分離されたチップである。第２の基板１２の回路構造は、図１中には、詳細には記載されていない。これらは、ＳｉＯ₂−層１２１により基板１２から分離されている少なくとも１つのメタライズ層１４を含む。第１の基板１１の第１の主要面１５に、第１のコンタクトホール１６を開ける。第１のコンタクトホール１６は、メタライズ層１３まで達する。第２の基板１２の第２の主要面１７に、第２のコンタクトホール１８を開ける。第２のコンタクトホール１８は、メタライズ層１４まで達する。第２の基板１２の表面に、例えば、ＳｉＯ₂からなる分離層１９を備える。その際、第２のコンタクトホール１８の領域では、メタライズ層１４の表面は、覆わないでおく。例えば、ＣＶＤ−法でのタングステン層の全面析出及び引き続く、フォトリソグラフィ法を用いての構造化により、第１の主要面１５上に、第１の金属面２０及び第１のコンタクト２１を形成する。第１のコンタクト２１は、第１のコンタクトホール１６を埋める。第１の金属面２０と第１のコンタクト２１との間に、例えば、ポリイミド又はシリコーンで満たされる分離トレンチ２２を形成する。第２の基板１２の第２の主要面１７の上に、例えば、ＣＶＤ−法でのニッケル層の全面析出及び引き続く、例えば、フォトリソグラフィによる構造化により、第２の金属面２３及び第２のコンタクト２４を製造する。第２のコンタクト２４で、第２のコンタクトホールは完全に埋まる。第２のコンタクト２４及び第２の金属面２３は、第２の主要面に対して平行で、平らな表面を形成する。第１の金属面２０及び第１のコンタクト２１上に、ハンダ金属２５を施与する。ハンダ金属２５は、例えば、ガリウムからなる。これは、分離トレンチ２２の表面をぬらさない。ニッケル層の構造化の際に、第２の金属面２３及び第２のコンタクト２４の間にも、シリコーン又はポリイミドで満たされる第２の分離トレンチ２６を形成する。第１の基板１１と第２の基板１２とを、第１の主要面１５と第２の主要面１７とが、重なって隣接し、かつ第１のコンタクト２１が、第２のコンタクト２４に、かつ第１の金属面２０が、第２の金属面２３に合うように接合する。コンタクト及び金属面の構造化の際に、本質的に鏡像的な配置を製造する。そうすると、第１の分離トレンチ２２は、第２の分離トレンチ２６に合う。ハンダ金属２５を加熱し、かつ溶融させる。第２の基板１２と第１の基板１１とを、圧力下に、押し合わせると、液状ハンダ金属２５が、第２の金属面２３及び第２のコンタクト２４と混和し、固化して金属間相になる。その際、液状ハンダ金属を消費する。第１の分離トレンチ２２及び第２の分離トレンチ２６の寸法が最低１μｍで、かつハンダ金属２５の層厚が最大１μｍである場合に、この配置で、第１の基板１１と第２の基板１２とを、１ｃｍ²当たり、１０ｋｇの圧力で、短絡が液状ハンダ金属により生じることなく、接続させることができる。ハンダ接合工程の間に、金属面及びコンタクトの縁部に、液状ハンダ金属が分離トレンチの範囲に入るのを阻止するメニスカスが生じる。ハンダ金属２５を、ニッケル中のガリウム含有率が、ハンダ接合の後に、２５重量％未満に留まるような層厚で施与するのが有利である。すると、ハンダ接合の際に生じる金属間相は、１２００℃を上回る溶融温度を有する。コンタクトホール及び金属面が１〜２μｍの範囲の通常の厚さである場合に、最大０．５μｍのハンダ金属２５の層厚が、これに該当する。ハンダ金属２５の加熱の際に、双方の基板を、液状ハンダ金属を介して接合させてから初めて、金属間相の形成が開始されるように注意する必要がある。これは、双方の基板の接合の後に、初めて加熱することによるか、又は相応する金属、例えば、タングステンを、第１の金属面２０及び第１のコンタクト２１に使用し、かつ／又は拡散遮断層、例えば、チタン又は窒化チタンを第１の金属面２０及び第１のコンタクト２１の表面上に備えることにより、達成することができる。ハンダ接合の後に、第１の基板１１と第２の基板１２とは、第１の金属面２０及び第２の金属面２３を介して機械的に相互に接続している。電気的接続を、第１のコンタクト２１及び第２のコンタクト２４を介して行う。ハンダ接合された金属面２０、２３は、機械的接続と並んで、上方面の熱を、一般に、スタックの下方に備えられる冷却面に排出するためにも役立つ。ハンダ接合された金属面２０、２３は、電気的に、双方の基板中の回路構造のために電気的遮蔽を生じさせるために、アース又は動作電圧と接続することができる。更に、金属面２０、２３を介して、水平線のための導波管構造を、実現することができる。第１の基板１１及び第２の基板１２の接続及びハンダ接合の後に、基板の回路構造を試験するのが有利である。第２の基板１２の回路構造が不良であることが判明した場合には、第２の基板１２を、研削により再び除去することができる。この研削除去の際に、第２の金属面２３及びハンダ金属２５も除去する。研削除去を少なくとも、第１の金属面２０及び第１のコンタクト２１の表面が、露出するまで続ける。洗浄工程の後に、引き続き、本発明の方法により新たに、第２の基板を施与し、かつハンダ接合することができる。図１の第１の基板１１と同様に設計されており、かつ第１の基板３１から、ＳｉＯ₂−層３１１により分離されているメタライズ層３３を含む第１の基板３１の第１の主要面３５（図２参照）中に、メタライズ層３３に達する第１のコンタクトホール３６を開ける。第１のコンタクトホール３６を、例えば、タングステンからなる第１のコンタクト４１で埋める。第１の主要面３５上に、例えばタングステンからなる層の全面析出及び引き続く、フォトリソグラフィでの構造化により、第１の金属面４０、４０ａを製造する。第１の金属面４０ａの一方は、第１のコンタクト４１を覆い、かつそれから側面方に突出している。隣接する第１の金属面４０の間に、例えば、シリコーン又はポリイミドで満たされる第１の分離トレンチ４２を設置しておく。図１の第２の基板１２と同様に製造されている第２の基板３２は、基板３２から、ＳｉＯ₂−層３２１により分離されている少なくとも１つのメタライズ層３４を有する。第２の基板３２の第２の主要面３７に、第２のコンタクトホール３８を開ける。第２のコンタクトホール３８は、メタライズ層３４まで達する。第２の基板３２の表面に、例えば、ＳｉＯ₂からなり、かつメタライズ層３４の表面を覆わない分離層３９を備える。ニッケル層の全面析出及び例えば、フォトリソグラフィでの構造化により、第２のコンタクト４４及び第２の金属面４３、４３ａを形成する。第２の金属面４３ａの片面は、コンタクト４１を覆い、かつそれから、側面方に突出している。第２のコンタクト４４は、第２のコンタクトホール３８を、本質的に埋め、かつ第２のコンタクト面４３と共に、第２の主要面３７に平行で平らな表面を形成する。第２の金属面４３と第２のコンタクト４４との間、第２の主要面３７の所に、ポリイミド又はシリコーンで満たされる分離トレンチ４６を生じさせる。第１の基板３１の第１の金属面４０上に、ハンダ金属４５を施与する。ハンダ金属４５は、例えばガリウムからなり、これを、例えば２５０ｎｍの厚さで施与する。第２の基板３２を、第１の主要面３５が、第２の主要面３７に接し、かつ第２の金属面４３ａが、第１の金属面４０ａに合うように、第１の基板３１に接続する。双方の基板の加熱及び圧定により、図１に基づく記載と同様に、第１の基板３１と第２の基板３２との間に堅い接続を生じさせる。この実施形態では、第１のコンタクト４１と第２のコンタクト４４との電気的接続を、コンタクト４１及び４４から側面方に突出している金属面４０ａ及び４３ａを介して形成する。この金属面４０ａ及び４３ａは、双方のコンタクトを接続する導体路である。例えば、単結晶ケイ素からなる半導体ウェーハ又はＩＩＩ−Ｖ−半導体である第１の基板５１（図３参照）は、マイクロエレクトロニック回路又はオプトエレクトロニク部品又はセンサ部品の素子である回路構造を包含する。詳細には図３に記載されていない回路構造は、Ｓｉ０₂−層５１１で基板５１から分離されている少なくとも１つのメタライズ層５３を包含する。第２の基板５２は、例えば、マイクロエレクトロニック回路、オプトエレクトロニク部品又はセンサ部品を包含する個々に分けられたチップである。第２の基板５２の回路構造は、図３には、詳細には記載されていない。これは、ＳｉＯ₂−層５２１で、基板５２から分離されている少なくとも１つのメタライズ層５４を包含する。第１の基板５１の第１の主要面５５に、第１のコンタクトホール５６を開ける。第１のコンタクトホール５６は、メタライズ層５３まで達する。第２の基板５２の第２の主要面５７に、第２のコンタクトホール５８を開ける。第２のコンタクトホール５８は、メタライズ層５４に達する。第２の基板５２の表面に、例えばＳｉＯ₂からなる分離層５９を備える。その際、第２のコンタクトホール５８の範囲では、メタライズ層５４の表面を覆わずにおく。例えば、スパッタリングによる、ハンダ金属によってぬらされない材料の全面析出及び引き続くフォトリソグラフィでの構造化により、第１の主要面５５上に、補助層６０ａを製造する。例えば、ＣＶＤ−法でのタングステン層の全面析出及び引き続くフォトリソグラフィ法での構造化により、第１の補助層６０ａの上に、第１の金属面６０及び第１のコンタクト６１を形成する。第１のコンタクト６１で、第１のコンタクトホール５６を埋める。第１の補助層６０ａを、第１の金属面６０の下に設置しておく。第１の金属面６０と第１のコンタクト６１との間に、分離トレンチ６２を生じさせる。第１の補助層６０ａを、第１の金属面６０の下で、分離トレンチ６２中まで横に突出させる。第１の補助層６０ａ及び第１のコンタクト６１の間に、隙間をおく。第１の補助層６０ａを、タングステン、タンタル、アルミニウム又はポリマーで形成するのが有利である。第２の基板５２の第２の主要面５７上に、例えば、ＣＶＤ−法でのニッケル層の全面析出及び引き続く、例えばフォトリソグラフィでの構造化により、第２の金属面６３及び第２のコンタクト６４を製造する。第２のコンタクト６４は、第２のコンタクトホール５８を完全に埋める。第２のコンタクト６４及び第２の金属面６３は、第２の主要面に平行で平らな表面を形成する。ニッケル層の構造化の際に、第２の金属面６３と第２のコンタクト６４との間にも、第２の分離トレンチ６６を形成する。ハンダ金属によりぬらされない材料の全面析出及び異方性エッチングにより、第２の金属面６３の側面に、第２の補助層６３ａを製造する。第２の補助層６３ａは、側面被覆として形成されており、かつ第２の金属面６３の側面のみを被覆する。第２の補助層６３ａは、タングステン、タンタル、アルミニウム又はポリマーから形成するのが有利である。ハンダ金属を、酸化させることもできる（例えば、酸素プラズマ中で）。引き続く酸化物の異方性エッチングの後に、酸化物被膜が、金属面６３の側面被覆物として残留する。ウェーハを、全面、ポリマー、例えばポリイミド又はフォトレジストで被覆し、かつ酸素プラズマで、又は湿式化学的に、分離トレンチが、なお完全に又は部分的に満たされているままであるまで、エッチングすることも可能である。例えば、腐食の理由により、トレンチを、空けたままにすべきではない場合には、トレンチを、絶縁体で満たすこともできる。第１の金属面６０及び第１のコンタクト６１の上に、ハンダ金属６５を施与する。ハンダ金属６５は、例えば、ガリウムからなる。これは、第１の補助層６０ａ及び第２の補助層６３ａの表面をぬらさない。第１の基板５１及び第２の基板５２を、第１の主要面５５及び第２の主要面５７が相互に接し、かつ第１のコンタクト６１が、第２のコンタクト６４に、かつ第１の金属面６０が、第２の金属面６３に合うように接続する。その際、第１の基板５１と第２の基板５２との間に封入された空気−又は保護ガス雰囲気は、第１の分離トレンチ６２及び第２の分離トレンチ６６を介して除去することができる。コンタクト及び金属面の構造化の際に、本質的に、鏡像的な配置を製造する。そうすると、第１の分離トレンチ６２は、第２の分離トレンチ６６に合う。ハンダ金属６５を加熱して、溶融させる。第２の基板５２及び第１の基板５１を、圧力下に接続し、その際、液状ハンダ金属６５を、第２の金属面６３及び第２のコンタクト６４と混和させ、かつ固化して金属間相にする。その際、ハンダ金属６５を、完全に消費する。第１の分離トレンチ６２及び第２の分離トレンチ６６の寸法が、最低１μｍで、かつ第１の補助層６０ａ及び第２の補助層６３ａの層厚が、それぞれ１００ｎｍで、かつハンダ金属６５の層厚が最大１μｍである場合には、この設置で、第１の基板５１と第２の基板５２とを、短絡が液状ハンダ金属を介して生じることなく、１ｃｍ²当たり１０ｋｇの圧力で接続することができる。ハンダ接合工程の間に、金属面及びコンタクトの縁部に、液状ハンダ金属が分離トレンチの領域に入るのを防ぐメニスカスが生じる。ハンダ金属６５を、ニッケル中のガリウム含有率が、ハンダ接合の後に、２５重量％未満に留まるような層厚で施与するのが有利である。次いで、ハンダ接合で生じる合金は、１２００℃を上回る溶融温度を有する。コンタクトホール及び金属面が、１〜２μｍの範囲の通常の厚さの場合には、最大０．５μｍのハンダ金属６５の層厚が、これに該当する。ハンダ金属６５の加熱の際に、双方の基板が、液状ハンダ金属を介して接触してから、初めて、金属間相の形成が始まるように配慮すべきである。これは、双方の基板を接続した後に初めて加熱するか、又は第１の金属面６０及び第１のコンタクト６１に、相応する金属、例えばチタンを使用し、かつ／又は拡散遮断層例えば、窒化チタニウムを、第１の金属面６０及び第１のコンタクト６１の表面上に備えることにより達成することができる。ハンダ接合の後に、第１の基板５１及び第２の基板５２とは、第１の金属面６０と第２の金属面６３を介して機械的に相互に接続されている。電気的接続を、第１のコンタクト６１と第２のコンタクト６４を介して行う。ハンダ接合された金属面６０、６３は、機械的接続と並んで、上方面の熱を、一般にスタックの下部に設置される冷却面に排出するためにも役立つ。ハンダ接合された金属面６０、６３を、双方の基板中の回路構造のために電気的遮蔽が生じるように、電気的に、アース又は動作電圧に接続することができる。更に、金属面６０、６３を介して、水平線のための導波管構造を実現することができる。第１の基板５１と第２の基板５２とを接続し、かつハンダ接合した後に、基板中の回路構造を試験するのが有利である。第２の基板５２中の回路構造が不良であることが判明した場合には、第２の基板５２を研削し、再び除去することができる。研削除去の際に、第２の金属面６３及びハンダ金属６５も除去する。この研削除去を、少なくとも、第１の金属面６０及び第１のコンタクト６１の表面が露出するまで続ける。洗浄工程の後に、引き続き、本発明の方法により新たに、第２の基板を施与し、ハンダ接合することができる。本発明の方法を、２つの基板の接続に基づき記載した。本発明の方法を用いて、任意に、多くの基板を重ね、堅く、相互に接合させることができる。既に本発明により製造されたｎ−１個の基板のスタックである第１の基板ともう１つの基板との使用により、ｎ個の基板からなるスタックを本発明により接続することができる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９６年２月１４日【補正内容】請求の範囲１．立体回路装置の製法において、 −それぞれ、コンタクトを有する少なくとも１つの素子を包含する第１の基板（１１）及び第２の基板（１２）を、スタックとして、重ねて設置し、 −基板の少なくとも一方（１１）の他方の基板に隣接する主要面（１５）の上に、金属面（２３）を施与し、 −金属面（２３）を、ハンダ金属（２５）の施与及び加熱により、他方の基板（１２）の隣接する主要面（１７）にハンダ接合し、その際、ハンダ金属（２５）を、金属面（２３）の材料と完全に混和させて、金属間相を生じさせ、かつ第１の基板（１１）と第２の基板（１２）との固い接続を生じさせ、 −金属面（２３）の材料とハンダ金属（２５）とを、金属間相の溶融温度が、立体回路装置の動作温度よりも高く、かつ純粋なハンダ金属の溶融温度よりも高いように、相互に組み合わせ、 −金属面（２０、２３）と、それと同じ主要面上に設置され、隣接するコンタクト（１１、２４）との間に、分離トレンチ（２２、２６）を形成することを特徴とする、立体回路装置の製法。２． −金属面（２３）が、ニッケルを含有し、かつハンダ金属（２５）が、ガリウムを含有し、 −ハンダ金属（２５）の量を、金属面（２３）材料との完全な混和の後に、最大２５重量％のガリウム含有率を有する金属間相が生じるように調節する、請求項１に記載の方法。３．−それぞれ前記の金属面（２３）に接する付加的な金属面（２０）を、それぞれ他方の基板（１２）の主要面（１７）の上に施与し、 −前記の金属面（２３）と、隣接する付加的な金属面（２０）とをハンダ接合する、請求項１又は２に記載の方法。４．付加的な金属面（２０）を、タングステンから形成する、請求項３に記載の方法。５．−双方の基板（１１、１２）中のコンタクト（２１、２４）が、他方の基板に隣接する主要面に隣接し、 −ハンダ金属（２５）が、ハンダ接合の際に、第１の基板（１１）と第２の基板（１２）の接触させられるべきコンタクト（２１、２４）の間に、電気的接続を形成する、請求項１から４のいずれかに記載の方法。６．分離トレンチ（２２、２６）を、ハンダ金属２５でぬらされない材料で埋める、請求項１から５のいずれかに記載の方法。７．−分離トレンチ（２２、２６）が、少なくとも１μｍの幅を有し、 −ハンダ金属（２５）を、最高１μｍの厚さの層として施与し、 −分離トレンチ（２２、２６）を、ポリイミド又はシリコーンで埋める、請求項６に記載の方法。８．−分離トレンチ（６２）の底部を、少なくとも部分的に、ハンダ金属（６５）でぬらされない補助層（６０ａ）で被覆し、 −補助層（６０ａ）が、少なくとも分離トレンチ（６２）の底部の縁部を被覆する、請求項１から５のいずれかに記載の方法。９．補助層（６３ａ）が、分離トレンチ（６６）に接する金属面（６３）の側面を被覆する、請求項８に記載の方法。１０．補助層（６０ａ）を、金属面（６０）の下に設置する、請求項８に記載の方法。１１．補助層（２０ａ、２３ａ）が、タングステン、タンタル、アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化クロム、窒化物又はポリマーから成る、請求項８から１０のいずれかに記載の方法。１２．相互に接する主要面の範囲で、重なり合っていない第１の基板（３１）中の第１のコンタクト（４１）と第２の基板中の第２のコンタクト（４４）との電気的接続のために、少なくとも１つの金属面（４０ａ）を、これが、第１のコンタクト（４１）と第２のコンタクト（４４）との間の導体路となるように形成する、請求項５に記載の方法。１３．前記の金属面（２０）の上に、ハンダ金属（２５）の施与の前に、ハンダ金属（２５）の前記の金属面への拡散を遅らせる拡散遮断層を施与する、請求項１から１２のいずれかに記載の方法。１４．−ハンダ接合による第１の基板（１１）と第２の基板（１２）との接続の後に、その中に含まれる素子を試験し、 −不良な素子が現れた場合には、これを含む基板を研削により除去し、 −研削除去の際に、ハンダ金属（２５）を除去し、かつ残った基板上に設置された金属面に達するまで研削して、その上で、新規の基板と残った基板とをハンダ接合することができるようにする、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＪＰ，ＫＲ，ＵＳ

Claims

【特許請求の範囲】１．立体回路装置の製法において、 −それぞれ、コンタクトを有する少なくとも１つの素子を包含する第１の基板（１１）及び第２の基板（１２）を、スタックとして、重ねて設置し、 −基板の少なくとも一方（１１）の他方の基板に隣接する主要面（１５）の上に、金属面（２３）を施与し、 −金属面（２３）を、ハンダ金属（２５）の施与及び加熱により、他方の基板（１２）の隣接する主要面（１７）にハンダ接合し、その際、ハンダ金属（２５）を、金属面（２３）の材料と完全に混和させて、金属間相を生じさせ、かつ第１の基板（１１）と第２の基板（１２）との固い接続を生じさせ、 −金属面（２３）の材料とハンダ金属（２５）とを、金属間相の溶融温度が、立体回路装置の動作温度よりも高く、かつ純粋なハンダ金属の溶融温度よりも高いように、相互に組み合わせることを特徴とする、立体回路装置の製法。２．−金属面（２３）が、ニッケルを含有し、かつハンダ金属（２５）が、ガリウムを含有し、 −ハンダ金属（２５）の量を、金属面（２３）材料との完仝な混和の後に、最大２５重量％のガリウム含有率を有する金属間相が生じるように調節する、請求項１に記載の方法。３．−それぞれ前記の金属面（２３）に接する付加的な金属面（２０）を、それぞれ他方の基板（１２）の主要面（１７）の上に施与し、 −前記の金属面（２３）と、隣接する付加的な金属面（２０）とをハンダ接合する、請求項１又は２に記載の方法。４．付加的な金属面（２０）を、タングステンから形成する、請求項３に記載の方法。５．−双方の基板（１１、１２）中のコンタクト（２１、２４）が、他方の基板に隣接する主要面に隣接し、 −ハンダ金属（２５）が、ハンダ接合の際に、第１の基板（１１）と第２の基板（１２）の接触させられるべきコンタクト（２１、２４）の間に、電気的接続を形成する、請求項１から４のいずれかに記載の方法。６．金属面（２０、２３）と、それと同一の主要面上に設置され、隣接するコンタクト（１１、２４）との間に、分離トレンチ（２２、２６）を形成する、請求項５に記載の方法。７．分離トレンチ（２２、２６）を、ハンダ金属２５でぬらされない材料で埋める、請求項６に記載の方法。８．−分離トレンチ（２２、２６）が、少なくとも１ μｍの幅を有し、 −ハンダ金属（２５）を、最高１μｍの厚さの層として施与し、 −分離トレンチ（２２、２６）を、ポリイミド又はシリコーンで埋める、請求項７に記載の方法。９．−分離トレンチ（６２）の底部を、少なくとも部分的に、ハンダ金属（６５）でぬらされない補助層（６０ａ）で被覆し、 −補助層（６０ａ）が、少なくとも分離トレンチ（６２）の底部の縁部を被覆する、請求項６に記載の方法。１０．補助層（６３ａ）が、分離トレンチ（６６）に接する金属面（６３）の側面を被覆する、請求項９に記載の方法。１１．補助層（６０ａ）を、金属面（６０）の下に設置する、請求項９に記載の方法。１２．補助層（２０ａ、２３ａ）が、タングステン、タンタル、アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化クロム、窒化物又はポリマーから成る、請求項９から１１のいずれかに記載の方法。１３．相互に接する主要面の範囲で、重なり合っていない第１の基板（３１）中の第１のコンタクト（４１）と第２の基板中の第２のコンタクト（４４）との電気的接続のために、少なくとも１つの金属面（４０ａ）を、これが、第１のコンタクト（４１）と第２のコンタクト（４４）との間の導体路となるように形成する、請求項５に記載の方法。１４．前記の金属面（２０）の上に、ハンダ金属（２５）の施与の前に、ハンダ金属（２５）の前記の金属面への拡散を遅らせる拡散遮断層を施与する、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。１５．−ハンダ接合による第１の基板（１１）と第２の基板（１２）との接続の後に、その中に含まれる素子を試験し、 −不良な素子が現れた場合には、これを含む基板を研削により除去し、 −研削除去の際に、ハンダ金属（２５）を除去し、かつ残った基板上に設置された金属面に達するまで研削して、その上で、新規の基板と残った基板とをハンダ接合することができるようにする、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。